(57)【要約】【課題】広い帯域で動作するアクティブアンテナ装置を提供する。【解決手段】このアンテナ装置に用いるアンテナエレメントは、所定の厚みを有する誘電体基板と、誘電体基板の一方の面に配置され、一方向を長手方向とする線状の第１電極と、誘電体基板の他方の面に配置され、第１電極の長手方向と同一方向を長手方向とする線状の第２電極と、を備え、この第１，第２電極の少なくとも一方は複数の導体からなり、複数の導体は、当該導体が設けられた面内において、導体の一端で電気的に接続されている。このアンテナエレメントの一方の電極をプリアンプに接続し、他方の電極を抵抗器を介して正負いずれかの電源ラインに接続することで、広い帯域で動作するアクティブアンテナ装置として用いることができる。【選択図】図１
2018182586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブアンテナ装置に用いるアンテナエレメントであって、
所定の厚みを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に配置され、一方向を長手方向とする線状の第１電極と、
前記誘電体基板の他方の面に配置され、前記第１電極の前記長手方向と同一方向を長手方向とする線状の第２電極と、
を備え、
前記第１，第２電極の少なくとも一方は複数の導体からなり、前記複数の導体は、当該導体が設けられた面内において、前記導体の一端で電気的に接続されている
アンテナエレメント。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナエレメントであって、
前記第１，第２電極のいずれもが複数の導体からなるアンテナエレメント。
【請求項３】
請求項２記載のアンテナエレメントであって、
前記第１，第２電極を構成する導体は、
（Ａ）前記誘電体基板の前記一方の面と前記他方の面とにおける同じ位置、または
（Ｂ）前記誘電体基板の前記一方の面と前記他方の面とにおいて交互となる位置、
に配置されたアンテナエレメント。
【請求項４】
前記導体は、直線または曲線の形状である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナエレメント。
【請求項５】
アクティブアンテナ装置であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントの前記第１電極または前記第２電極のいずれか一方に接続されたプリアンプと、
前記アンテナエレメントの前記第１電極または前記第２電極の他方を正負の電源ラインの一方に接続する抵抗器と
を備えたアクティブアンテナ装置。
【請求項６】
前記抵抗器の抵抗値は、４７ＫΩ以上４７０ＫΩ以下である請求項５に記載のアクティブアンテナ装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のアクティブアンテナ装置であって、
前記プリアンプは、非同調型のインピーダンス変換回路と、その後段に設けられたもうひとつのインピーダンス変換回路とを備えたアクティブアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のアクティブアンテナ装置であって、
前記アンテナエレメントを、前記第１，第２電極の長さ方向が水平方向となり、前記第１，第２電極が設けられた前記誘電体基板の面が垂直方向となるように配置したアクティブアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブアンテナ装置に用いるアンテナエレメントおよびこれを用いたアクティブアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で広帯域の受信が可能なアンテナ装置として、小型のアンテナエレメントとこのアンテナエレメントに直結したプリアンプとを備えたアクティブアンテナ装置が提案されている。アンテナエレメントとしては、様々な形態が提案されている。例えば、数センチ×数センチの導体からなる極小プローブ型、２メートル程度のまでの長さを有するホイップ型、大きなグランド導体と小さなプローブ導体とを誘電体を介して挟んだＧＰ型、枠体にアンテナ腺を巻き付けたループ型などが提案されている（下記非特許文献１参照）。
【０００３】
またアクティブアンテナの動作原理が必ずしも明確でないことから、アンテナエレメントにプリアンプを接続する回路構成についても、様々な工夫が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１８８７２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＣＱ出版社  別冊  「ＣＱ  ｈａｍ  ｒａｄｉｏ  ＱＥＸ  Ｊａｐａｎ  Ｎｏ．１２」２０１４．０９  Ａｕｔｕｍｎ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、こうした小型のアクティブアンテナ装置に用いるアンテナエレメントについては、その理論的な解析は進んでおらず、どのようなアンテナエレメントが望ましいかについては、明らかになっているとは言えない。従って、アンテナエレメントおよびアンテナエレメントを用いたアクティブアンテナ装置については、なお改良の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、アクティブアンテナ装置に用いる新規なアンテナエレメントを提供すること、およびそのアンテナエレメントを用いたアクティブアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
（１）本発明の第１の態様として、アクティブアンテナ装置に用いるアンテナエレメントが提供される。このアンテナエレメントは、前記誘電体基板の一方の面に配置され、一方向を長手方向とする線状の第１電極と、前記誘電体基板の他方の面に配置され、前記第１電極の前記長手方向と同一方向を長手方向とする線状の第２電極と、を備える。前記第１，第２電極の少なくとも一方は複数の導体からなり、前記複数の導体は、当該導体が設けられた面内において、前記導体の一端で電気的に接続されているものとしてよい。
【０００９】
かかるアンテナエレメントは、従来のアクティブアンテナのアンテナエレメントにはない形態を備え、広い周波数領域で、アンテナエレメントとして機能する。従って、プリアンプと組合わせことにより、中波（ＭＦ）から超短波（ＶＨＦ）までの周波数領域、あるいはその一部において、実用に耐える利得を実現するアクティブアンテナを構成することができる。
【００１０】
（２）こうしたアンテナエレメントにおいて、前記第１，第２電極のいずれもが複数の導体からなるものとしてもよい。第１，第２電極を共に複数の導体とすることにより、アンテナエレメントとしての感度を高めることができる。
【００１１】
（３）こうしたアンテナエレメントにおいて、前記第１，第２電極を構成する導体は、
（Ａ）前記誘電体基板の前記一方の面と前記他方の面とにおける同じ位置、または
（Ｂ）前記誘電体基板の前記一方の面と前記他方の面とにおいて交互となる位置、
に配置されてよい。いずれの形態でも、アンテナエレメントとして必要な特性を実現できる。
【００１２】
（４）更に、こうしたアンテナエレメントにおいて、前記導体は、直線または曲線の形状として良い。このアンテナエレメントは、導体の形状については、直線、曲線を問わない。従って、複数の直線形状からなる折れ線形状や、曲率半径の異なる複数の曲線からなる形状、直線と曲線が入り混じった形状などでも差し支えない。
【００１３】
（５）本発明の第２の態様として、アクティブアンテナ装置が提供される。このアクティブアンテナ装置は、上述した種々の形態のアンテナエレメントと、前記アンテナエレメントの前記第１電極または第２電極のいずれか一方に接続されたプリアンプと、前記アンテナエレメントの前記第１電極または第２電極の他方を正負の電源ラインの一方に接続する抵抗器とを備える。かかるアクティブアンテナ装置は、前述のアンテナエレメントを用いて、実用に供し得る特性を実現することができる。
【００１４】
（６）こうしたアクティブアンテナ装置において、前記抵抗器の抵抗値は、１ＫΩ以上１００ＫΩ以下とすることができる。この範囲の抵抗値を用いる場合が最も性能に優れる。
【００１５】
（７）こうしたアクティブアンテナ装置において、前記プリアンプは、非同調型のインピーダンス変換回路と、前記インピーダンス変換回路の後段に設けられた増幅回路とを備えるものとしてよい。かかるアクティブアンテナ装置は、実用に耐える利得を実現することができる。
【００１６】
本発明は、上記以外の態様でも実施することができる。例えば、アンテナエレメント製造方法、このアンテナエレメントおよびアクティブアンテナ装置を用いた受信機、このアンテナエレメントおよびアクティブアンテナ装置を少なくとも受信側に用いた通信システムなどとしても実用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態のアンテナエレメントの平面図。
【図２】第１実施形態のアンテナエレメントの側面図。
【図３】第１実施形態のアンテナエレメントの背面図。
【図４】アンテナエレメントの重なりの様子を示す平面図。
【図５】アンテナエレメントの他の実施形態を示す平面図。
【図６】実施形態の各種アンテナパターンをまとめて示す説明図。
【図７】各種アンテナパターンのインピーダンスを示すグラフ。
【図８】各種アンテナパターンの抵抗値を示すグラフ。
【図９】実施形態のアクティブアンテナ装置に内蔵された増幅回路およびアクティブアンテナ装置に接続されてる給電器の回路構成を示す回路図。
【図１０】実施形態のアクティブアンテナ装置と他のアンテナ装置の特性を計測する際の構成を示す説明図。
【図１１】実施形態のアクティブアンテナ装置の抵抗器の抵抗値Ｒｘが１０ＫΩの場合の特性を、ＶＨＦ〜ＵＨＦに亘る周波数範囲において比較例と比較して示す説明図。
【図１２】実施形態のアクティブアンテナ装置の抵抗器の抵抗値Ｒｘが４７ＫΩの場合の特性を、ＶＨＦ〜ＵＨＦに亘る周波数範囲において比較例と比較して示す説明図。
【図１３】実施形態のアクティブアンテナ装置の抵抗器の抵抗値Ｒｘが１００ＫΩの場合の特性を、ＶＨＦ〜ＵＨＦに亘る周波数範囲において比較例と比較して示す説明図。
【図１４】実施形態のアクティブアンテナ装置の抵抗器の抵抗値Ｒｘが４７０ＫΩの場合の特性を、ＶＨＦ〜ＵＨＦに亘る周波数範囲において比較例と比較して示す説明図。
【図１５】実施形態のアクティブアンテナ装置の抵抗器の抵抗値Ｒｘが１ＭΩの場合の特性を、ＶＨＦ〜ＵＨＦに亘る周波数範囲において比較例と比較して示す説明図。
【図１６】実施形態のアクティブアンテナ装置の特性を、中波において比較例と比較して示す説明図。
【図１７】特定の周波数でのアクティブアンテナ装置の特性を、モノポールアンテナと比較して示す説明図。
【図１８】本実施形態のアクティブアンテナ装置の垂直偏波に対する指向性を示すグラフ。
【図１９】本実施形態のアクティブアンテナ装置の水平偏波に対する指向性を示すグラフ。
【図２０】本実施形態のアクティブアンテナ装置の水平偏波に対する指向性を示すグラフ。
【図２１】本実施形態のアクティブアンテナ装置を用いた受信の一例を示すシステム構成図。
【図２２】本実施形態のアクティプアンテナを用いて受信した地域の一例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第１実施形態としてのアンテナエレメント５とこのアンテナエレメントを用いたアクティブアンテナ装置１０について説明する。図１は、第１実施形態のアクティブアンテナ装置１０の平面図、図２は、同じく側面図、図３は、同じく胚面図である。図示するように、このアクティブアンテナ装置１０は、基板３０にアンテナエレメント５とアクティブアンテナとしての増幅などを行なう回路部４０とを搭載している。アンテナエレメント５は、基板３０の表面と裏面に設けられたアンテナパターン２１〜２８および６１〜６８からなる。アンテナパターンは、基板３０を挟んでいることから、このアクティブアンテナ装置１０のアンテナエレメント５は、第１電極と第２電極で誘電体を挟んだ形態をとっている。なお、回路部４０には、給電および信号の取り出しを行なうコネクタ５０が設けられている。
【００１９】
基板３０は、主として、ガラスエポキシ基材の両面に銅箔を貼ったガラスエポキシ基板を用いたが、第１電極，第２電極で挟持された基板を誘電体として捉えた場合、誘電率が異なれば、アンテナの特性に影響を与えることが考えられる。このため、後述する様に、他の誘電体を用いたアンテナエレメント５も製作した。誘電体としての基板材料については、後で説明する。アンテナエレメント５は、この基板３０の銅箔（導体）を用いて第１，第２電極を構成したものである。アンテナエレメント５を構成する表面の第１電極に相当するアンテナパターン２１〜２８と、裏面の第２電極に相当するアンテナパターン６１〜６８は、図１および図３に示すように、基板３０の長手または短手方向に沿った細い複数本の線状の導体を、回路部４０側の一端で、導通用のパターンにより導通を図った形状をしている。各アンテナパターン２１等の形状（幅および長さ）と本数、更に表裏面のパターン同士の関係、基板の材質と厚みについては、後で詳しく説明する。図１、図３に示した例では、表面および裏面のアンテナパターンは各８本であり、その位置は、アンテナエレメント５を平面視した場合に、裏面のパターンが表面のパターンの間に位置する形状とされている。この重なりの様子を図４に示した。本実施形態におけるアクティブアンテナ装置１０のアンテナパターン５の特徴は、表裏面に櫛形のパターンが形成されており、表裏面のパターンがずれており、かつ両者を平面視において重ねたとき、表のパターンと裏のパターンとの間に隙間が存在するところにある。この形態を「互い違い櫛形」とも呼ぶ。
【００２０】
各アンテナパターン２１〜２８，６１〜６８は、本実施形態では、ガラスエポキシ基板の両面に貼られた銅箔をエッチングして形成したが、別部材として一体に成型したパターンを基板３０に貼付しても良いし、各アンテナパターンを一本ずつ作成し、これを他の導体で電気的に接続するという手法で作成してもよい。また、表裏のアンテナパターンの数を変えて、重なり方がアンテナパターン毎に異なる様にしてもよい。アンテナパターンは直線に限る必要はなく、図５に示したアクティブアンテナ装置１３のアンテナパターン７１〜７４のように、円弧状にしてもよい。あるいは、自由曲線状、折れ線状、それらの組合わせなどにしても良い。更には、表面と裏面とで、異なるアンテナパターンを採用してもよい。例えば、表面と裏面とでは、アンテナパターンの長さ、幅、間隔、形状などを異ならせてもよい。
【００２１】
アクティブアンテナ装置のアンテナエレメント５としては、様々なパターンのものを製作した。これを図６にまとめた。以下の説明では、アンテナパターンの１つ１つを「歯」とも呼び、例えば図１、図３に示したアンテナエレメント５であれば、表面の歯数８、裏面の歯数８、歯幅１、歯間３などと呼ぶ。なお、図６に示された寸法の単位は「ｍｍ」である。図において、第１電極は表面に設けられた電極（アンテナパターン）を意味し、第２電極は裏面に設けられたアンテナパターンを意味する。
【００２２】
アンテナエレメント５のタイプには、符号Ａ〜Ｚを付した。各アクティブアンテナ装置１０は、所定の大きさの基板上に、アンテナエレメント５と後述する回路部とを搭載している。基板の幅は、タイプＸを除き、約３１ｍｍであり、基板の長さは歯長＋２０ｍｍ程度である。タイプＫは、基板を横方向に用いたものであり、各アンテナエレメントの長手方向の長さ（歯長）は２７ｍｍである。また、タイプＸは、図５に示した円弧状のアンテナパターンであり、これは幅６６ｍｍ、長さ８０ｍｍの基板上に、アンテナパターンを形成している。ＫタイプやＸタイプのアンテナエレメント５を備えたアクティプアンテナ装置は、アンテナパターンの形状が異なるので、他のタイプのものと比べるとケースの形状やコネクタ５０の取り出し口の配置なども異なっている。
【００２３】
タイプＡの表裏面のアンテナパターンそれぞれの歯数は１、歯幅は８ｍｍである。タイプＢは、表裏のアンテナパターンそれぞれの歯数は２、歯幅は４ｍｍ、歯間は１４ｍｍである。タイプＣは、表裏のアンテナパターンそれぞれの歯数は３、歯幅は３ｍｍ、歯間は５ｍｍである。以下、タイプＤ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｐ、Ｓ、Ｘ、Ｙ、Ｚの諸元をまとめて記載する。
タイプＤ：歯数４、歯幅２ｍｍ、歯間６ｍｍ、互い違い櫛形、
タイプＨ：歯数８、歯幅１ｍｍ、歯間３ｍｍ、互い違い櫛形、
タイプＪ：歯数４、歯幅１ｍｍ、歯間７ｍｍ、互い違い櫛形、
タイプＫ：歯数１２、歯幅１ｍｍ、歯間７ｍｍ、互い違い櫛形、横型、
タイプＬ：タイプＪと、アンテナパターンは同一、基板が紙フェノール、
タイプＰ：タイプＪと、アンテナパターンは同一、基板がクロロプレンゴム、
タイプＳ：歯数１５、歯幅１ｍｍ、歯間１ｍｍ、互い違い櫛形（隙間０）、
タイプＸ：タイプＤの歯を、図５に例示したように、１／４円弧としたもの、
タイプＹ：表面の歯数８、歯幅１ｍｍ、歯間３ｍｍ、裏面の歯数６、歯幅１ｍｍ、歯間４．５ｍｍ、
タイプＺ：タイプＤのアンテナパターンのそれぞれの先端を接続。
【００２４】
タイプＬは、アンテナパターンの形状等は、タイプＪと同一であり、基板に紙フェノールを用いた点のみ異なる。紙フェノールは、ガラスエポキシ基板と比べると比誘電率が若干小さい。タイプＰは、同様に、タイプＪと同一のアンテナパターンを備え、アンテナパターンをクロロプレンゴムの両側に配置したものである。クロロプレンゴムは、ガラスエポキシ基板や紙フェノールと比べると比誘電率が大きい。この他、タイプＲとして、２枚の基板のそれぞれの片面にタイプＨの片側のアンテナパターン設けたものを用意し、両基板を、アンテナパターンを対向させて、１．６ｍｍ程度離して配置したものも製作した（対向させた２枚の基板の端に１．６ｍｍの基板片を挟んで固定した）。これは、空気層を誘電体としたものとみなすことができる。空気の比誘電率は、値１程度であり、かなり小さい。
【００２５】
タイプＹは、表裏で、歯数が異なる。表面のアンテナパターン（第１電極）が歯数８、裏面アンテナパターン（第２電極）が歯数６であり、表裏の電極位置は、重なるものもあれば、互い違いの位置関係になるものも、その中間に位置するものも存在する。また、タイプＺは、タイプＤとアンテナパターンは同一だが、第１，第２電極それぞれの先端を接続している。つまり、タイプＺのアンテナパターンでは、導体である銅箔は、長手方向両端においてそれぞれ隣接する電極に接続されている。
【００２６】
図６に示した各タイプうち、タイプＭは、比較用に作成したモノポールアンテナであり、１２ｍｍ×１００ｍｍの基板を加工して作成した、このモノポールアンテナは、長さ９０ｍｍ、幅１２ｍｍのアンテナエレメントを有し、１／４波長（λ／４）から計算した共振周波数は、約８３０ＭＨｚである。また、タイプＶは、櫛形の歯を設けず、表側に平板の電極を設けた、いわゆるｍｉｎｉ  ｗｈｉｐ形式のアンテナパターンである。これも実験時の比較用に製作したが、利得は、タイプＭよりは大きいものの、他の櫛形のアンテナよりは低かった。その他、指向性等において、特に見るべき利点はなかった。
【００２７】
これらの各種アンテナパターンを備えたアクティブアンテナ装置１０は、それぞれ、４０ｍｍ×２５ｍｍ×１３０ｍｍのプラスチック製の直方体ケースに収納して用いた。ケースの一端には、図１に示したコネクタ５０が露出しており、ここに同軸ケーブルを接続し、後述する給電器を介して、受信機に接続した。給電器を含む回路構成や、受信テストの際の各部の接続等については、後述する。
【００２８】
図６に示した各タイプのうち、タイプＡ、Ｃ、Ｄ、Ｈ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｐについて、アンテナエレメント５のインピーダンスと抵抗値を測定した結果を図７、図８に示した。インピーダンスについては、いずれのアンテナエレメント５も、周波数２５０ＭＨｚ付近で最も小さくなっている。抵抗値については、数ＭＨｚ以下、および２５０ＭＨｚ以上で増加傾向がみられた。インピーダンスと抵抗値の測定は、このアンテナエレメント５に直結される増幅回路１００の設計のために行なった。増幅回路１００は、アクティブアンテナ装置１０の回路部４０に内蔵されており、アンテナエレメント５に電気的に接続される。
【００２９】
図９は、この増幅回路１００の回路構成を示す。図９において、アンテナエレメント５は、第１電極１１０および第２電極１２０として示した。なお、歯数や歯間などは、例示である。増幅回路１００は、第１バッファ１３０および第２バッファ１４０を備える。第１電極は、第１バッファ１３０に接続され、第２電極は、抵抗器Ｒｘを介して接地されている。第１バッファ１３０はＦＥＴ１，ＦＥＴ２を用いたいわゆるソースフォロワの回路であり、非同調型のインピーダンス変換回路として構成されている。この第１バッファ１３０は、高入力インピーダンスの回路構成により、アンテナエレメント５からの信号を広い帯域に亘って、波形の歪みなどを抑えて次段に出力する。また非同調型の回路であることから、広い周波数範囲に亘って、使用することができる。第１バッファ１３０とその後段の第２バッファ１４０との結合は、コンデンサＣ１による交流カップリングである。
【００３０】
後段の第２バッファ１４０は、高周波用トランジスタＴＲを用いたエミッタフォロワの回路を構成しており、その出力は、カップリングコンデンサＣ２を介して、コネクタ５０に出力される。コネクタ５０には、同軸ケーブル１６０が接続されており、増幅回路１００は、給電器１５０に接続される。給電器１５０は、増幅回路１００に動作用の直流電圧を供給すると共に、第２バッファ１４０によって出力された交流信号をカップリングコンデンサＣ３を介して、コネクタ１７０から、受信装置側に出力する装置である。動作用の直流電圧は、電源コネクタ１８０を介して外部から供給され、図示したように、２段のチョークコイルとコンデンサにより、直流電圧に含まれるリップル成分を排除している。
【００３１】
アクティブアンテナ装置１０から受信装置まで構成について、図１０を用いて説明する。本実施形態のアクティブアンテナ装置の性能を比較するために、ほぼ同一の条件下で測定が行なえるように、アンテナの取付け構造を工夫した。図１０に示すよう、１本のポールの左右にアンテナ装置を設けた。左側に、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０を取り付けた。ケースに収納したアクティブアンテナ装置１０は、高さ１０メートル程度のアンテナポールの先端左側に取付けた。アクティブアンテナ装置１０のコネクタ５０には同軸ケーブル１６０を接続し、同軸ケーブル１６０の他端は、切換器１６５を介して、給電器１５０に接続した。給電器１５０のコネクタ１７０には、更に別の同軸ケーブルを接続し、受信機２００の入力端子に接続した。また給電器１５０の電源コネクタ１８０には、安定化電源１９０を接続し、高度に安定化された直流を供給した。安定化電源１９０として、最も簡便なものは、乾電池または充電可能なバッテリである。
【００３２】
給電器１５０から給電された直流電圧は、図９に示した第１バッファ１３０，第２バッファ１４０に供給され、その動作に用いられる。第１バッファ１３０の内部では、この電圧は、二つの分圧抵抗器により分圧され、保護抵抗器を介してアンテナエレメント５の第１電極１１０に印加される。第１電極１１０と第２電極１２０との間には、既に説明したように、ガラスエポキシ基板などの誘電体が存在する。第１，第２電極１１０，１２０の櫛形のアンテナパターンを通過する電波により、第１電極１１０−第２電極１２０間の電圧が変化し、この変化がＦＥＴ１を介して取り出され、第２バッファ１４０に出力される。第２バッファ１４０は、この信号をトランジスタＴｒを用いて増幅し、給電器１５０を介して、外部に出力する。従って、増幅回路１００は、アンテナエレメント５に直結され、受信機２００より以前に信号を増幅するプリアンプとして動作する。
【００３３】
かかる構成をとることで、アクティブアンテナ装置１０が受信した信号を、効率よく受信機２００に入力することができる。受信機２００としては、ＡＯＲ社の「ＡＲ５００１Ｄ」を用いた。この受信機２００は、単にアマチュア無線を含む広い周波数帯の無線信号・交信を受信し、その電波に重畳された音声を再生できるだけでなく、周波数毎の電波強度を測定して、その結果を外部に出力することができる。従って、接続したコンピュータ上のソフトウェアとの連携により、簡易なスペクトルアナライザとして用いることができる。
【００３４】
本実施形態のアクティブアンテナ装置１０の性能を比較するため、もう一組のアンテナ装置を用意した。アクティブアンテナ装置１０を取り付けたポールの同じ高さ右側に、別のアンテナ装置１８または１９を取付け、同軸ケーブル１６１および切換器１６５を介して、給電器１５０に接続した。給電器１５０から受信機２００への接続なども同様に行なった。
【００３５】
図１０に示したように、同一の受信機により電波を受信する構成を設けたのは、同一の電波に対する本実施形態のアクティブアンテナ装置１０と他のアンテナ装置との差異を確認するためである。両者を直接的に比較する必要がない場合には、別個に受信状況を確認することも行なった。以下、受信状況の差異について説明するが、本発明のアクティブアンテナ装置１０としては、図６のタイプＨのものを用いた。また比較対象とした市販のアクティブアンテナ装置１８としては、ｐａ０ｒｄｔ−Ｍｉｎｉ−Ｗｈｉｐ型と呼ばれるアンテナ装置を用いた。アクティブアンテナ装置１８の信号増幅回路は、アクティブアンテナ装置１８に内蔵の回路であり、図９に示したものとは異なる。また、もうひとつの比較用のアンテナ装置１９としては、図６にタイプＭとして示したモノポール型のアンテナエレメントを有するアンテナ装置を用いた。このアンテナ装置１９については、増幅回路は、図９に示した増幅回路を用いた。
【００３６】
本実施形態のアクティブアンテナ装置１０の性能を確認する際、図９に示した回路において、第２電極１２０とグランドとの間に介装される抵抗器Ｒｘの抵抗値が影響を与えることが分かった。このため、以下、アクティブアンテナ装置１０の性能を、抵抗器Ｒｘの異なる抵抗値について確認した。なお、抵抗器Ｒｘの抵抗値も、便宜的に抵抗値Ｒｘと呼ぶ。
【００３７】
図１１〜図１５は、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０において抵抗値Ｒｘを、それぞれ１０ＫΩ、４７ＫΩ、１００ＫΩ、４７０ＫΩ、１ＭΩとした場合のＶＨＦからＵＨＦの帯域での性能を、従来のアクティブアンテナ装置１８と比較して示すグラフである。実験は、周波数として、３．５２５ＭＨｚから４３０．０３ＭＨｚまでの範囲に亘って行なった。信号源は、周波数が公表されている既存の信号源を利用した。図１１において、実線ＰＡ０ＲＤＴは、市販のアクティブアンテナ装置１８を用いて、受信機２００で検出した利得を示し、破線ＨＡは、タイプＨのアクティブアンテナ装置１０を用いて、受信機２００で検出した利得を示す。図１１に示すように、測定した全周波数範囲で、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０の方が、市販のアクティブアンテナ装置１８よりも利得が高いことが分かる。しかも、高周波領域ほど、その差は大きい。また、信号とノイズの比であるＳ／Ｎ比（Ｓ＋Ｎ／Ｎ）も、本実施携帯のアクティブアンテナ装置１０の方が優れていた。
【００３８】
同様に  抵抗器Ｒｘの抵抗値を４７ＫΩとした場合のアクティブアンテナ装置１０の性能を従来のアクティブアンテナ装置１８と比較したものを、図１２に示した。図示するように、抵抗器Ｒｘの抵抗値を４７ＫΩとした場合、測定した全周波数範囲で、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０の方が、市販のアクティブアンテナ装置１８よりも利得が高く、しかも、高周波領域ほど、その差は大きい。また、信号とノイズの比であるＳ／Ｎ比（Ｓ＋Ｎ／Ｎ）も、本実施携帯のアクティブアンテナ装置１０の方が優れていた。
【００３９】
同様に、抵抗器Ｒｘの抵抗値を１００ＫΩとした場合を図１３に、抵抗器Ｒｘの抵抗値を４７０ＫΩとした場合を図１４に、抵抗器Ｒｘの抵抗値を１ＭΩとした場合を図１５に、それぞれ示した、図示するように、いずれの場合でも、測定した全周波数範囲で、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０の方が、市販のアクティブアンテナ装置１８よりも利得が高く、しかも、高周波領域ほど、その差は大きい。また、信号とノイズの比であるＳ／Ｎ比（Ｓ＋Ｎ／Ｎ）も、本実施携帯のアクティブアンテナ装置１０の方が優れていた。
【００４０】
中波の領域で、両者の性能を比較したのが、図１６である。図示するように、一般のラジオ放送に用いられるこの周波数帯域（７００〜１５００ＫＨｚ）では、抵抗器Ｒｘの抵抗値が４７ＫΩ以上とすると、周波数に拠らず、十分な利得が得られた。もとより抵抗値を１０ＫΩとした場合でも、その利得は、十分実用に耐えるものであった。
【００４１】
図１３は、抵抗器Ｒｘをなしとした場合のアクティブアンテナ装置１０の性能を従来のアクティブアンテナ装置１８と比較して示すグラフである。図１１と比べて、ほぼ同じ特性が得られた。他方、中波については、図１４に示すように、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０の利得は改善し、従来のアクティブアンテナ装置１８より、平均して２ｄＢ程度高い利得を示した。抵抗器Ｒｘがないということは、増幅回路１００からの直流電圧が、第１，第２電極１１０−１２０間に直接的には印加されていないと言うことであり、この場合は、モノポールアンテナとして機能している可能性があるものの、詳しい挙動は分かっていない。
【００４２】
中波、つまり一般のラジオ放送に用いられる周波数帯域（７００〜１５００ＫＨｚ）に関して、抵抗値Ｒｘを変えた場合に、利得がどのように変化するか確認した。図１６は、タイプＪのアンテナパターンを有するアクティブアンテナ装置１０について、抵抗値Ｒｘを、１０ＫΩ、４７ＫΩ、１００ＫΩ、４７０ＫΩ、１ＭΩとした場合の利得を、従来のアクティプアンテナ１８との差分として示したグラフである。図示するように、一般のラジオ放送に用いられるこの周波数帯域（７００〜１５００ＫＨｚ）では、抵抗器Ｒｘの抵抗値が４７ＫΩ以上とすると、周波数に拠らず、十分な利得が得られた。もとより抵抗値を１０ＫΩとした場合でも、その利得は、従来のアクティプアンテナ１８よりは劣ったが、アンテナとしては十分実用に耐えるものであった。抵抗値Ｒｘは、１０ＫΩ以上１ＭΩ以下が、中波から高周波（少なくとも４３０ＭＨｚ近傍）までの周波数範囲では望ましいことが分かった。
【００４３】
次に、アンテナパターンの相違が、利得にどの程度影響を与えるかを確認した。図１７は、周波数５３．５ＭＨｚにおける利得を、タイプ別に示した説明図である。比較例としてモノポールアンテナであるタイプＭのアンテナ装置１９でも計測を行なった。計測は、アンテナパターンに接続した抵抗器Ｒｘの抵抗値は、１００ＫΩとした。図１７の左欄は、各アンテナパターンのアクティブアンテナ装置１０による利得を示し、右欄は、その利得とタイプＭのアンテナ装置１９での利得との差を示す。その結果、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０は、いずれのタイプでも、利得は、タイプＭ、即ちモノポールアンテナより高い利得を示した。なお、周波数５３．５ＭＨｚＭＨｚでは、波長は５．６メートル強となり、実験での送信機と受信機の距離からすると、１．９６λ程度であった。従って、遠方界での実験とみなしてよい。
【００４４】
次に、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０について、その指向性を調べた。図１８は、５素子の八木宇田アンテナを送信用アンテナとして用い、送信用アンテナから約１１メートル離して、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０を配置し、その指向性を調べたグラフである。アクティブアンテナ装置１０としては、タイプＨ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｘのアンテナパターンを用いた。送信用アンテナおよびアクティブアンテナ装置１０は、いずれも地上高さ１３メートルに設置した。
【００４５】
アンテナパータンの歯の方向を垂直方向とした場合（垂直という）を図１８に、アンテナパターンの歯の方向を水平方向とし且つアンテナパターンを送信用アンテナに向き合わせた場合（水平・正面という）を図１９に、アンテナパターンの歯の方向を水平方向とし且つアンテナパターンを上方に向けた場合（水平・上という）を図２０に、それぞれ示した。送信する電波は、周波数１４４．０３０ＭＨｚとし、八木宇田アンテナの偏波面は、アクティブアンテナ装置１０に合せて、垂直または水平となるよう配置した。
【００４６】
同様の測定を、タイプＭのアンテナパターンを有するアクティブアンテナ装置１０についても行ない、各図において比較対象として破線で示した。垂直、水平・正面、水平・上のいずれの場合でも、実施形態のアクティブアンテナ装置１０は、タイプＭ、つまりモノポールアンテナより、全方向において高い利得が得られた。またいずれの場合でも、特筆すべき指向性は観測されなかった。
【００４７】
以上説明したアクティブアンテナ装置１０は、従来知られていないアンテナパターンを備え、広い周波数範囲で、実用的な利得を実現することができる。このアクティブアンテナ装置１０を用いた受信システム構成（図２１）を用いて、発明者は、愛知県清須市において、７ＭＨｚのアマチュア無線の受信を試み、世界各地からの電波を受信した。受信に用いたシステム構成は、図２１に示したように、本実施形態のアクティブアンテナ装置１０に、コモンモードフィルタ３００，直流１３．８Ｖの供給を受けてアンテナに給電する給電器（ＰＦＵ）３１０，８から１０ｄＢ程度の減衰器（ＡＴＴ）３２０，ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３３０を介して受信機３４０を接続し、この受信機３４０の出力をコンピュータ（ＰＣ）３５０に取り込み、複合ソフトウェアを用いて記録するようにしたものである。
【００４８】
その結果を、図２２に一覧として示した。図示するように、世界各地とのアマチュア無線バンドでの受信に成功している。長さ僅か１０ｃｍ程度のアンテナで、中波から４３０ＭＨｚを越える周波数範囲の通信を実用的なレベルで行なうことができ、かつ優れた受信感度（利得）が得られる点は、特筆すべき性能である。
【００４９】
しかも、本発明のアクティブアンテナ装置は、製造が容易であり、かつ抵抗器Ｒｘの抵抗値を変えることで、使用する目的周波数に合わせたチューニングが可能である。抵抗器を切替られるようにすれば、一つのアクティブアンテナ装置１０で、多数の周波数領域で、同程度の利得を実現することが可能である。なお、抵抗器Ｒｘの抵抗値としては、４７ＫΩ〜４７０ＫΩの範囲であれば、実用性は十分にあると考えられる。
【００５０】
本実施形態のアンテナ装置を用いた実験によれば、抵抗器Ｒｘの抵抗値の大小と利得との間には次の関係が見て取れた。
抵抗値    大      ←      →    小
全帯域利得    高    ←      →  中
中波領域利得  高    ←      →  低
混変調歪み    大    ←      →  小
このように、利得と混変調歪みとはトレードオフの関係になっていることが分る。利得を高くすれば信号は大きくなるが、混変調歪みが大きくなると、受信される音声などの信号の品質を低下させ、了解度を低下させるため、両者のバランスを取ることが望ましい。本実施形態では、抵抗器Ｒｘの抵抗値が１００ＫΩ付近で、両方を満足する特性が得られた。アクティブアンテナ装置におけ混変調歪みは、例えば中波放送局が近い場合やアンテナの地上高が高すぎる場合などの条件によりアンテナの入力となる電界強度が過大となると生じる。こうした場合に、抵抗器Ｒｘの抵抗値を小さな値に調整することで、混変調歪みを押え、高い品質で信号を受信できる。
【００５１】
上記実施形態では、多数のアンテナパターンを示し、その性能を確認したが、アンテナパターンはこれらのバターンに限られるものではなく、櫛形の歯の数や、歯幅、歯間、歯長、表裏の電極配置、誘電体層の比誘電率などは、変更可能である。例えば歯数などは、１０本以上などにしてよく、歯長も４０ｍｍ程度まで短くするが可能であり、あるいはもっと長く、例えば２００ｍｍを越える長さとすることも差し支えない。歯間、歯幅なども同様である。また、電極の材料としては、銅に限られず、アルミニウムや鉄などの他の金属やその合金であってもよい。また、電極の幅やアンテナ自体の幅を、更に広いものであっても差し支えない。
【００５２】
上記実施形態では、第１電極を第１バッファ１３０に接続し、第２電極を抵抗器Ｒｘを介して接地したが、逆に接続しても良い。また抵抗器Ｒｘを介して接続する先は、接地ラインに限らず、正の電源ラインであっても、回路としては成り立たせることができる。
【００５３】
また、増幅回路１００の構成も公知の回路など、種々の回路構成が採用可能である。例えば、市販のｐａ０ｒｄｔ−Ｍｉｎｉ−Ｗｈｉｐ型と呼ばれるアンテナ装置１８に用いられている回路構成を採用することも可能である。他の回路構成は、例えば非特許文献１などにも詳しく記載されている。
【００５４】
以上、本発明の多様な実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施できることは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
５…アンテナエレメント
１０，１２，１３…アクティブアンテナ装置
１８…アクティブアンテナ装置
１９…アンテナ装置
２１〜２８，６１〜６８，７１〜７４…アンテナパターン
３０…基板
４０…回路部
５０…コネクタ
１００…増幅回路
１１０…第１電極
１２０…第２電極
１３０…第１バッファ
１４０…第２バッファ
１５０，１５１…給電器
１６０，１６１…同軸ケーブル
１７０…コネクタ
１８０…電源コネクタ
１９０，１９１…安定電源
２００，２０１…受信機
Ｃ１〜Ｃ３…カップリングコンデンサ
Ｒｘ…抵抗器
ＴＲ…高周波用トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月14日(2017.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブアンテナ装置に用いるアンテナエレメントであって、
所定の厚みを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に配置され、一方向を長手方向とする線状の第１電極と、
前記誘電体基板の他方の面に配置され、前記第１電極の前記長手方向と同一方向を長手方向とする線状の第２電極と、
を備え、
前記第１，第２電極はいずれも複数の導体からなり、前記複数の導体は、当該導体が設けられた面内において、前記導体の一端で電気的に接続されている
アンテナエレメント。
【請求項２】
請求項１記載のアンテナエレメントであって、
前記第１，第２電極を構成する導体は、
（Ａ）前記誘電体基板の前記一方の面と前記他方の面とにおける同じ位置、または
（Ｂ）前記誘電体基板の前記一方の面と前記他方の面とにおいて交互となる位置、
に配置されたアンテナエレメント。
【請求項３】
前記導体は、直線または曲線の形状である請求項１または請求項２に記載のアンテナエレメント。
【請求項４】
アンテナエレメントとプリアンプとからなるアクティプアンテナ装置であって、
前記アンテナエレメントは、
所定の厚みを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に配置され、一方向を長手方向とする線状の第１電極と、
前記誘電体基板の他方の面に配置され、前記第１電極の前記長手方向と同一方向を長手方向とする線状の第２電極と、
を備え、
前記第１，第２電極の少なくとも一方は複数の導体からなり、前記複数の導体は、当該導体が設けられた面内において、前記導体の一端で電気的に接続されており、
前記プリアンプは、前記アンテナエレメントの前記第１電極または前記第２電極のいずれか一方に接続され、
前記アンテナエレメントの前記第１電極または前記第２電極の他方を正負の電源ラインの一方に接続する抵抗器を備えたアクティブアンテナ装置。
【請求項５】
アクティブアンテナ装置であって、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントの前記第１電極または前記第２電極のいずれか一方に接続されたプリアンプと、
前記アンテナエレメントの前記第１電極または前記第２電極の他方を正負の電源ラインの一方に接続する抵抗器と
を備えたアクティブアンテナ装置。
【請求項６】
前記抵抗器の抵抗値は、４７ＫΩ以上４７０ＫΩ以下である請求項４または請求項５に記載のアクティブアンテナ装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のアクティブアンテナ装置であって、
前記プリアンプは、非同調型のインピーダンス変換回路と、その後段に設けられたもうひとつのインピーダンス変換回路とを備えたアクティブアンテナ装置。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれか一項に記載のアクティブアンテナ装置であって、
前記アンテナエレメントを、前記第１，第２電極の長さ方向が水平方向となり、前記第１，第２電極が設けられた前記誘電体基板の面が垂直方向となるように配置したアクティブアンテナ装置。