(57)【要約】【課題】必要十分な広帯域で整合をとることができ、小形化が可能な広帯域アンテナの提供を目的とする。【解決手段】Ｔ形のモノポールアンテナ構成体５１Ｂの受電平板部５１１を地板５２の給電側部に直交配置して給電ポート５３より給電する広帯域アンテナ５０Ｂは、モノポールアンテナ構成体５１Ｂにおける受電平板部５１１の延出長ｂ、第１，第２分岐導電部５１２−１，５１２−２の延出長ｃ１，ｃ２、受電平板部５１１の給電点から下端までの長さａ２をパラメータとして変化させることで、アンテナの周波数特性を随意に調整することができ、必要とされる周波数帯域でリターンロスＳ11を−１０ｄＢ以下に抑えつつ、広帯域アンテナ全体としての小型化を図る。【選択図】図３３
2015041837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する二辺の一方を給電位置が設定される給電側部とした地板と、
前記地板の給電側部に直交配置される板状の受電平板部を備えるモノポールアンテナ構成体と、
を備え、
前記地板の給電位置は、給電側部のほぼ中央に設定し、
前記モノポールアンテナ構成体への給電位置は、受電平板部の受電側部において給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした基準給電点を含む許容変動範囲内から選定することで、所望の特性を得るようにしたことを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
相対向する二辺を複数有し、各二辺の一方を給電位置が設定される給電側部とした地板と、
前記地板の各給電側部に直交配置される板状の受電平板部を備える複数のモノポールアンテナ構成体と、
を備え、
前記地板の給電位置は、各給電側部のほぼ中央に設定し、
前記モノポールアンテナ構成体への給電位置は、受電平板部の受電側部において給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした基準給電点を含む許容変動範囲内から選定することで、所望の特性を得るようにしたことを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項３】
前記モノポールアンテナ構成体は、受電平板部における受電側部と相対する延出端部より受電平板部に直交する二方向に各々延出する一対の分岐導電部を設け、受電平板部の延出長および／または両分岐導電部の延出長を調整することによって、所望の特性を得るようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域に整合のとれる広帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年はスマートフォン等の普及により、高速・大容量の伝送を可能にする超広帯域（ＵＷＢ）無線システム、ＵＨＦ帯のホワイトスペースを使った無線システムやコグニティブ無線システム等が注目されている。このような通信システムでは非常に広帯域の周波数を使用することが前提であるため、広帯域特性を有するアンテナが必要となる。
【０００３】
広帯域特性を有するアンテナとして、アンテナエレメントをスパイラル状に形成したスパイラルアンテナが知られているが、基板に形成するアンテナエレメントの形状から縦横がほぼ同寸法の略正方形となってしまうため、小形アンテナとしての収納箇所に制約があり、携帯式通信デバイスで採用するのに適さない場合がある。
【０００４】
また、図４１に示すように、プリント基板１００１の表面に楕円形の放射素子１００２を形成し、プリント基板１００１の裏面にグランド導体１００３を形成することで、広い地板を必要としないモノポールアンテナの技術も提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。このモノポールアンテナでは、プリント基板１００１の形状が正方形に制限されることがなく、アンテナ配置箇所の自由度を高めることができ、また、放射素子１００２の楕円における長軸ａと短軸ｂの長さの比を変えることで帯域を若干変化させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】倉本，「ワイヤレスＰＡＮを目指した広帯域アンテナ」，電子情報通信学会論文誌  Ｂ  Ｖｏｌ．Ｊ９０−Ｂ  Ｎｏ．９，社団法人情報通信学会，２００７年，ｐ.７９７−８０９
【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、上記非特許文献１に記載された発明では、地板とアンテナ素子が同一基板上に形成されるため、基板全体にある程度の大きさが必要となり、十分な小形化を図れるとは言えない。また、複数の周波数帯や複数の通信プロトコルに対応するためには、複数の入出力端子を持たせるマルチポート化が必要になるが、被特許文献１に記載の発明では、マルチポート化に対応できない。
【０００７】
そこで、本発明は、小形装置への設置に適した小形化が可能で、広帯域特性を実現でき、マルチポート化にも対応可能な広帯域アンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、請求項１に係る広帯域アンテナは、相対向する二辺の一方を給電位置が設定される給電側部とした地板と、前記地板の給電側部に直交配置される板状の受電平板部を備えるモノポールアンテナ構成体と、を備え、前記地板の給電位置は、給電側部のほぼ中央に設定し、前記モノポールアンテナ構成体への給電位置は、受電平板部の受電側部において給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした基準給電点を含む許容変動範囲内から選定することで、所望の特性を得るようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る広帯域アンテナは、相対向する二辺を複数有し、各二辺の一方を給電位置が設定される給電側部とした地板と、前記地板の各給電側部に直交配置される板状の受電平板部を備える複数のモノポールアンテナ構成体と、を備え、前記地板の給電位置は、各給電側部のほぼ中央に設定し、前記モノポールアンテナ構成体への給電位置は、受電平板部の受電側部において給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした基準給電点を含む許容変動範囲内から選定することで、所望の特性を得るようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る広帯域アンテナは、前記請求項１又は請求項２に記載の広帯域アンテナにおいて、前記モノポールアンテナ構成体は、受電平板部における給電側部と相対する延出端部より受電平板部に直交する二方向に各々延出する一対の分岐導電部を設け、受電平板部の延出長および／または両分岐導電部の延出長を調整することによって、所望の特性を得るようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る広帯域アンテナによれば、地板の給電側部にモノポールアンテナ構成体の受電平板部を直交配置する構造を採ることで、モノポールアンテナ構成体の立体構造や給電位置の調整によってアンテナ特性を変更できるので、必要とされる広帯域特性を保持しつつアンテナ全体の小型化が可能となり、マルチポート化も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（１）は本発明に係る広帯域アンテナの第１実施形態を示す概略構成図である。（２）は板状のモノポールアンテナ構成体への給電位置を給電側部の下端とした対比構成例を示す概略構成図である。（３）は板状のモノポールアンテナ構成体への給電位置を給電側部の中央とした対比構成例を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は、図１の（１）〜（３）の各構成におけるリターンロスを対比して示した周波数特性図である。（ｂ）は、図２（ａ）における０．３ＧＨｚ〜０．８ＧＨｚの領域を拡大して示した周波数特性図である。
【図３】各周波数における第１実施形態の広帯域アンテナの指向性を示す図である。
【図４】板状のモノポールアンテナ構成体と地板における各部の寸法パラメータを示す概略構成図である。
【図５】板状のモノポールアンテナ構成体と地板における各部寸法を変化させたときの周波数特性図である。
【図６】板状のモノポールアンテナ構成体の給電位置から下端までの距離をパラメータとしたことを示す概略構成図である。
【図７】板状のモノポールアンテナ構成体の給電位置から下端までの距離を変化させたときの周波数特性図である。
【図８】地板の給電位置を変化させたオフセット距離を示す概略構成図である。
【図９】地板の給電位置を変化させたときの周波数特性図である。
【図１０】プリント基板を利用して板状のモノポールアンテナ構成体と地板を構成した第２実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図１１】第２実施形態に係る広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図１２】マイクロストリップラインから板状のモノポールアンテナ構成体に給電する第３実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図１３】第３実施形態に係る広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図１４】２ポート化した第４実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図１５】第４実施形態の広帯域アンテナにおいて第１板状のモノポールアンテナ構成体に信号入力したときのリターンロスおよびアイソレーションを示した周波数特性図である。
【図１６】第１実施形態に係る広帯域アンテナにおいて、板状のモノポールアンテナ構成体を０．７５倍と０．５倍に縮小した場合を示す周波数特性図である。
【図１７】（１）は、モノポールアンテナ構成体をＬ形とした第５実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。（２）は、モノポールアンテナ構成体をＴ形とした第６実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図１８】Ｌ形とＴ形のモノポールアンテナ構成体を用いた広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図１９】（ａ）は、Ｔ形のモノポールアンテナ構成体における分岐導電部の長さを２５ｍｍに固定して、受電平板部の長さを変化させた場合を示す広帯域アンテナの周波数特性図である。（ｂ）は、Ｔ形のモノポールアンテナ構成体における分岐導電部の長さを１５ｍｍに固定して、受電平板部の長さを変化させた場合を示す広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図２０】Ｔ形を連結して分岐導電部を多段化したモノポールアンテナ構成体を用いた第７実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図２１】第７実施形態に係る広帯域アンテナのモノポールアンテナ構成体においてアンテナ導体の表面積を一定に保持した上でＴ形の連結態様を変えた場合を示す周波数特性図である。
【図２２】＋形のモノポールアンテナ構成体における受電側部から３方の各端部までの導電距離を等しくした広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図２３】＋＋形のモノポールアンテナ構成体における受電平板部に沿った直線導電距離を２０ｍｍとした場合の周波数特性図である。
【図２４】（ａ）は、初段の分岐導電部の延出端より受電平板部と平行に延出する一対の側方導電部を設けることでコ形のモノポールアンテナ構成体とした第８実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。（ｂ）は、コ形の側方導電部の各延出端より互いに結合する方向に延出する一対の結合導電部を設けることで□形のモノポールアンテナ構成体とした第９実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。（ｃ）は、□形の結合導電部の結合端より受電平板部の延出方向に延出する中間平板部を介して更に□形を連結することで□□形のモノポールアンテナ構成体とした第１０実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図２５】モノポールアンテナ構成体の導電距離を５０ｍｍとしたコ形、□形等のモノポールアンテナ構成体を備える広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図２６】受電側部から最遠部までの導電距離が５０ｍｍとなるように□形の形状や面積を変えたモノポールアンテナ構成体の説明図である。
【図２７】図２６における各モノポールアンテナ構成体を備える広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図２８】受電平板部の延出端部に半径ｒの円筒導電部を接続して○形のモノポールアンテナ構成体とした第１１実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図２９】○形のモノポールアンテナ構成体を備える広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図３０】○形モノポールアンテナ構成体における受電平板部の延出長を５ｍｍに固定して、円筒導電部の半径ｒを変化させた場合の周波数特性図である。
【図３１】○形モノポールアンテナ構成体における円筒導電部の半径ｒを１４．３ｍｍに固定して、受電平板部の延出長を変化させた場合の周波数特性図である。
【図３２】（ａ）は受電平板部の延出長と両分岐導電部の延出長を２５ｍｍとしたＴ形モノポールアンテナ構成体における給電点から下端部までの長さａ２を変化させた場合の周波数特性図である。（ｂ）は受電平板部の延出長を１５ｍｍ、両分岐導電部の延出長を３５ｍｍとしたＴ形モノポールアンテナ構成体における給電点から下端部までの長さａ２を変化させた場合の周波数特性図である。（ｃ）は受電平板部の延出長を７０ｍｍとした−形モノポールアンテナ構成体における給電点から下端部までの長さａ２を変化させた場合の周波数特性図である。
【図３３】Ｔ形モノポールアンテナ構成体と−形モノポールアンテナ構成体を設けた場合の占有空間比較説明図である。
【図３４】Ｔ形モノポールアンテナ構成体と諸条件を変えた−形モノポールアンテナ構成体の周波数特性図である。
【図３５】Ｔ形モノポールアンテナ構成体を備える広帯域アンテナの実施構成説明図である。
【図３６】図３５に示す構成の広帯域アンテナで測定した周波数特性図である。
【図３７】（ａ）は地板の給電側部に直交する側縁部側に折返し部を設けて−形モノポールアンテナ構成体と接続した第１２実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。（ｂ）は折返し部の幅を変えた第１２実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。（ｃ）は地板の給電側部の幅を１５０ｍｍにした第１実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図３８】第１２実施形態に係る広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図３９】（ａ）は地板の給電側部と非給電側部の間を折り曲げて直交屈曲部を形成することでＬ形とし、−形モノポールアンテナ構成体と接続した第１３実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。（ｂ）は直交屈曲部の途中から給電側部側に折り曲げて平行屈曲部を形成することでコ形とし、−形モノポールアンテナ構成体と接続した第１４実施形態に係る広帯域アンテナの概略構成図である。
【図４０】第１３実施形態および第４実施形態に係る広帯域アンテナの周波数特性図である。
【図４１】従来の広帯域モノポールアンテナ例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係る広帯域アンテナの実施形態につき説明する。
【００１４】
図１（１）は、本発明に係る広帯域アンテナの第１実施形態を示す概略構成図である。広帯域アンテナ１０は、板状のモノポールアンテナ構成体１１を地板１２の横に直交配置し、その対向部位に給電ポート１３を設けたものである。
【００１５】
モノポールアンテナ構成体１１は、縦方向の相対向する二辺である受電側部１１ａと非受電側部１１ｂを有し、受電側部１１ａに設定される給電位置は、給電ポート１３に接続される給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした。本実施形態における板状のモノポールアンテナ構成体１１の側面形状は、縦１５０ｍｍ×横５０ｍｍの長方形とし、受電側部１１ａの全長が１５０ｍｍで、上端１１ａ１から受電側部１１ａに設けた給電位置までの長さＬは１２２．５ｍｍにオフセットしている。なお、本図の上下は便宜上のもので、例えば、受電側部１１ａの下端１１ａ２から１２２．５ｍｍの位置を給電位置としても良い。また、板状のモノポールアンテナ構成体の長方形の各頂点は、適度に角を削りアールを持たせた形状でもよい。
【００１６】
地板１２は、一辺２００ｍｍの正方形であり、相対向する二辺を２組備えるものであり、そのうち一組の相対向する二辺から給電側部１２ａを定め、この給電側部１２ａの中央に給電位置を設定し、この給電位置から対向位置にある非給電側部１２ｂまでの距離は２００ｍｍである。また、地板の正方形の各頂点は、適度に角を削りアールを持たせた形状でもよい。
【００１７】
上述した第１実施形態に係る広帯域アンテナ１０と対比するために、図１（２）に示す第１対比構成例の広帯域アンテナ１０′は、モノポールアンテナ構成体１１における受電側部１１ａの下端１１ａ２を給電位置として地板１２と接続したものである。すなわち、広帯域アンテナ１０′においては、モノポールアンテナ構成体１１における受電側部１１ａの上端１１ａ１から給電位置までの長さＬは１５０ｍｍとなる。
【００１８】
また、図１（３）に示す第１対比構成例の広帯域アンテナ１０″は、モノポールアンテナ構成体１１における受電側部１１ａの中央を給電位置として地板１２と接続したものである。すなわち、広帯域アンテナ１０″においては、モノポールアンテナ構成体１１における受電側部１１ａの上端１１ａ１から給電位置までの長さＬは７５ｍｍとなる。
【００１９】
図２（ａ）は、広帯域アンテナ１０，１０′，１０″の各リターンロスＳ11を対比して示した周波数特性図であり、図２（ｂ）は、その０．３〜０．８〔ＧＨｚ〕の周波数範囲を拡大して示したものである。ここでは、モノポールアンテナ構成体１１および地板１２の銅厚さを３２μｍとし，給電ポート１３で地板１２からモノポールアンテナ構成体１１を直接給電するモデルを設定し、ＨＦＳＳを用いて計算した。
【００２０】
広帯域アンテナ１０′のようにモノポールアンテナ構成体１１の下端１１ａ２から給電すると、リターンロスＳ11を−１０ｄＢ以下に抑えられる周波数範囲を広くとることができない。広帯域アンテナ１０″のようにモノポールアンテナ構成体１１の中央から給電すると、０．８ＧＨｚ〜１．７ＧＨｚの範囲でリターンロスＳ11が約−１０ｄＢを上回り、整合が良くない。すなわち、図１７に示した従来の広帯域モノポールアンテナのようにモノポールアンテナ構成体における受電側部の中央から給電するのでは良い広帯域整合が得られないことが分かる。
【００２１】
一方、第１実施形態に係る広帯域アンテナ１０のように、適切なオフセット位置（Ｌ＝１２２．５ｍｍ）から給電することにより、０．３９ＧＨｚ〜２．８ＧＨｚ（比帯域１５０％）の広帯域で、リターンロスＳ11が−１０ｄＢ以下の整合を得られることが分かる。
【００２２】
なお、リターンロスＳ11が−１０ｄＢ以下となる最低周波数は、モノポールアンテナ構成体１１における長さＬが長いほど低くなっていることが、図２（ａ），（ｂ）の周波数特性図からわかる。
【００２３】
ここで、Ｌ＝１２２．５ｍｍとオフセットした広帯域アンテナ１０においては、リターンロスＳ11が−１０ｄＢ以下となる最低共振周波数が約０．４６ＧＨｚであり、その半波長は約３２６ｍｍである。これは、広帯域アンテナ１０における地板１２の長さ（給電側部１２ａから非給電側部１２ｂまでの長さ）２００ｍｍとモノポールアンテナ構成体１１における受電側部１１ａの上端１１ａ１から給電位置までの長さＬ＝１２２．５ｍｍとの和である３２２．５ｍｍにほぼ一致する。
【００２４】
また、Ｌ＝１５０ｍｍとした広帯域アンテナ１０′においては、最低共振周波数が０．３９ＧＨｚ付近であり、その半波長３８５ｍｍに対し、地板１２の長さ２００とモノポールアンテナ構成体１１のＬ＝１５０ｍｍの和は３５０ｍｍとなり、両値を近似値と看做し得る。Ｌ＝７５ｍｍとした広帯域アンテナ１０″においては、最低共振周波数が０．５４ＧＨｚ付近であり、その半波長２７８ｍｍに対し、地板１２の長さ２００ｍｍとモノポールアンテナ構成体１１のＬ＝７５ｍｍの和は２７５ｍｍとなり、両値はほぼ一致する。
【００２５】
このように、板状のモノポールアンテナ構成体１１と地板１２を直交配置して対向部位に設けた給電ポート１３より給電する構造の広帯域アンテナ１０，１０′，１０″においては、モノポールアンテナ構成体１１における受電側部１１ａの上端１１ａ１から給電位置までの長さＬと地板１２における給電側部１２ａから非給電側部１２ｂまでの長さとの和が、最低共振周波数の約半波長となるので、モノポールアンテナ構成体１１におけるＬを長くして地板１２の長さを短くしたり、逆にモノポールアンテナ構成体１１におけるＬを短くして地板１２の長さを長くしたりして、最低共振周波数を変えずに（最低整合周波数を変えずに）ある程度アンテナ寸法を変えることができ、装置内のアンテナ収容部の形状に適合させやすいという利点がある。
【００２６】
しかも、モノポールアンテナ構成体１１における給電位置をオフセットした本実施形態に係る広帯域アンテナ１０においては、その最低整合周波数から比帯域１５０％の広い帯域で良好な整合を実現できる。しかも、モノポールアンテナ構成体１１のモノポール長は、最低整合周波数の波長の約０．２波長になるので、ＵＨＦ帯の通信アンテナとしても小形に構成できる。
【００２７】
なお、図３は、広帯域アンテナ１０の全電力（偏波で分離していない電力）での指向性を周波数毎に示したものである。０．５ＧＨｚ以下では水平ダイポールパターンのようにｙ軸にヌルが形成され（図３（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照）、モノポールアンテナ構成体１１と地板１２とでダイポールのような動作をしていると思われる。一方、０．８ＧＨｚ以上では垂直モノポールパターンのようにｚ軸にヌルが形成されるものとなり（図３（ｆ），（ｇ），（ｈ）を参照）、主にモノポールアンテナ構成体１１が放射部として動作していると思われる。
【００２８】
ここで、板状のモノポールアンテナ構成体や地板の各部寸法を変化させたときにどのような特性変化が起きるか、いくつか例示する。
【００２９】
図４に示すように、モノポールアンテナ構成体１１における給電位置から上端までの長さａ１（＝Ｌ）を１２２．５ｍｍ、給電位置から下端までの長さａ２を２７．５ｍｍ、延出長ｂを５０ｍｍとし、地板１２の給電側部および非給電側部の長さＡを２００ｍｍ、これに直交する側縁部の長さＢを２００ｍｍとしたとき、各部位の長さをその基本寸法から１０ｍｍ長くしたときの周波数特性を図５に示す。どの部位を変化させても、周波数特性に変化が生ずることが分かる。特に、板状のモノポールアンテナ構成体におけるａ１は最低共振周波数（図中、ｆ1で示す周波数帯域を参照）に関与し、板状のモノポールアンテナ構成体におけるａ２は２番目に低い共振周波数（図中、ｆ2で示す周波数帯域を参照）に関与していると思われる。
【００３０】
図６に示す広帯域アンテナは、モノポールアンテナ構成体１１における給電位置から下端までの長さａ２を変化させたときの特性をみるための構成で、モノポールアンテナ構成体１１における給電位置から上端までの長さａ１を１２２．５ｍｍ、延出長ｂを５０ｍｍとし、地板１２の給電側部および非給電側部の長さＡを２００ｍｍ、これに直交する辺の長さＢを２００ｍｍとした。この構成で、ａ２を変化させたときの周波数特性が図７である。ａ２が長くなるほど、２番目に低い共振周波数が低くなって行くことが分かる。また、前述した第１実施形態の広帯域アンテナ１０におけるモノポールアンテナ構成体１１の場合に相当するａ２＝２７．５ｍｍよりも長くすると、２番目に低い共振周波数以上での整合が劣化し、２７．５ｍｍよりも短くすると、最低共振周波数から２番目に低い共振周波数までの間で整合が劣化している。このことから、上述した第１実施形態に係る広帯域アンテナ１０のように、モノポールアンテナ構成体１１では給電位置を適切にオフセットすることが広帯域特性を得る上で重要と分かる。
【００３１】
図８に示す広帯域アンテナは、地板１２における給電位置を給電側部の中央から図の手前側へずらしたときの特性を見るための構成で、モノポールアンテナ構成体１１における給電位置から上端までの長さａ１を１２２．５ｍｍ、給電位置から下端までの長さａ２を２２．５ｍｍ、延出長ｂを５０ｍｍとし、地板１２の給電側部および非給電側部の長さＡを２００ｍｍ、これに直交する辺の長さＢを２００ｍｍとした。この構成で、地板１２の給電位置を変化させたときの周波数特性が図９である。オフセット距離１０ｍｍ（図８中、板状のモノポールアンテナ構成体を破線で示す位置）では、顕著な整合劣化は生じていないが、オフセット距離５０ｍｍ（図８中、板状のモノポールアンテナ構成体を点線で示す位置）では、最低共振周波数から２番目に低い共振周波数までの間で整合が劣化している。このことから、地板１２の給電位置である給電側部の中央とは、厳密にＡ／２のみに限定されるのでなく、顕著な整合劣化が生じない許容範囲を含むものである。
【００３２】
上述した第１実施形態の広帯域アンテナ１０は、モノポールアンテナ構成体１１および地板１２を３２μｍ厚の銅板で形成したので、扱いが難しい。そこで、図１０に示す第２実施形態に係る広帯域アンテナ２０は、アンテナ用プリント基板２１と地板用プリント基板２２から構成することで、量産を容易にすると共に、地板や板状のモノポールアンテナ構成体に適度な強度を持たせた。
【００３３】
アンテナ用プリント基板２１は、約１ｍｍ厚の誘電体基板２１ａの一側面に導電層を形成あるいは導電膜を貼着してモノポールアンテナ構成体２１ｂとしたものであり、地板用プリント基板２２は、約１ｍｍ厚の誘電体基板２２ａの一側面に導電層を形成あるいは導電膜を貼着して地板２２ｂとしたものである。なお、アンテナ用プリント基板２１と地板用プリント基板２２の誘電体基板２１ａ，２２ａは、それぞれモノポールアンテナ構成体２１ｂや地板２２ｂより広くしてもよい。
【００３４】
第２実施形態に係る広帯域アンテナ２０においては、モノポールアンテナ構成体２１ｂと地板２２ｂとに誘電体が接触することとなるため、その影響で広帯域特性が損なわれるようでは問題がある。図１１は、誘電体基板として比誘電率２．１７のテフロン（登録商標）を用いた場合の周波数特性と、比誘電率４．４のガラスエポキシマルチ（ＦＲ４）を用いた場合の周波数特性を示すものである。誘電体基板を設けない場合（比誘電率１の空気が接触しているものとみなす）と対比して、１．３ＧＨｚ以下では、何れの特性もほとんど変わらず、２．８ＧＨｚまでリターンロスを約−１０ｄＢ以下に抑制できている。このことから、広帯域アンテナ２０のように、アンテナ用プリント基板２１と地板用プリント基板２２を用いても、広帯域特性を保持できることが分かる。
【００３５】
図１２は、第３実施形態に係る広帯域アンテナ３０を示すもので、約１ｍｍ厚の誘電体基板３１ａの一側面に導電層を形成あるいは導電膜を貼着して板状モノポール素子３１ｂとしたアンテナ用プリント基板３１と、約１ｍｍ厚の誘電体基板３２ａの一側面に導電層を形成あるいは導電膜を貼着して地板３２ｂとし、他側面には給電用の平面回路として導体帯を形成あるいは導電膜を貼着してマイクロストリップライン３２ｃとした地板用プリント基板３２とから構成した。
【００３６】
すなわち、第３実施形態に係る広帯域アンテナ３０では、マイクロストリップライン３２ｃを板状アンテナ素子３１ｂの給電位置で電気的に接続することで、給電構造を単純化でき、地板用プリント基板３２上に送受信回路を設けた場合には、送受信回路との接続性を良くすることができる。なお、マイクロストリップライン３２ｃに代えて、同軸線路から給電する構造としても良い。この場合、同軸線路の中心導体を板状モノポール素子に電気的に接続し、同軸線路の外皮導体を地板に電気的に接続する。
【００３７】
図１３は、第３実施形態の広帯域アンテナ３０のようにマイクロストリップライン３２ｃで板状モノポール素子３１ｂへ給電する場合と、第１実施形態の広帯域アンテナ１０のように給電ポートでモノポールアンテナ構成体１１と地板１２へ直接給電（キャップ給電モデル）する場合とを対比させた周波数特性である。プリント基板の誘電体はテフロン（登録商標）で厚さは１ｍｍとして計算した。マイクロストリップライン３２ｃによる給電では、およそ０．７ＧＨｚ以上になるとリターンロスが−１０ｄＢを上回り、ギャップ給電モデルによる広帯域アンテナ１０よりリターンロスは増加している。しかしながら、給電ポート３３の構造の工夫などにより整合特性の改善が可能であり、量産に適した給電構造であり実用的である。
【００３８】
次に、マルチポート化した第４実施形態に係る広帯域アンテナ４０の構造について、図１４に基づき説明する。
【００３９】
広帯域アンテナ４０は、第１モノポールアンテナ構成体４１を地板４２の第１受電側部４２ａに直交配置して、その対向部位に第１給電ポート４３を設け、更に、地板４２の第２受電側部４２ｃに第２モノポールアンテナ構成体４４を直交配置して、その対向部位に第２給電ポート４５を設けたものである。
【００４０】
第１モノポールアンテナ構成体４１は、縦方向の相対向する二辺である受電側部４１ａと非受電側部４１ｂを有し、受電側部４１ａに設定される給電位置は、給電ポート４３に接続される給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした。また、第２モノポールアンテナ構成体４４は、縦方向の相対向する二辺である受電側部４４ａと非受電側部４４ｂを有し、受電側部４４ａに設定される給電位置は、給電ポート４５に接続される給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした。なお、第１，第２モノポールアンテナ構成体４１，４４の側面形状は、縦１５０ｍｍ×横５０ｍｍの長方形とし、受電側部４１ａ，４４ａの全長が１５０ｍｍで、受電側部４１ａ，４４ａに設定した給電位置であるオフセット位置から上端４１ａ１，４４ａ１までの長さＬは１２２．５ｍｍである。なお、本図の上下は便宜上のもので、例えば、受電側部４１ａ，４４ａの下端４１ａ２，４４ａ２から１２２．５ｍｍの位置を給電位置としても良い。
【００４１】
地板４２は、一辺２００ｍｍの正方形であり、相対向する二辺として第１受電側部４２ａと第１非受電側部４２ｂ、第２受電側部４２ｃと第２非受電側部４２ｄを備える。第１受電側部４２ａの中央には第１給電位置を設定し、第１モノポールアンテナ構成体４１の給電位置と対向させて第１給電ポート４３より給電される。同様に、第２受電側部４２ｃの中央には第２給電位置を設定し、第２モノポールアンテナ構成体４４の給電位置と対向させて第２給電ポート４５より給電される。
【００４２】
図１５は、第４実施形態に係る広帯域アンテナ４０において、第１モノポールアンテナ構成体４１側の第１給電ポート４３におけるリターンロスＳ11と、第２モノポールアンテナ構成体４４側の第２給電ポート４５に対するアイソレーションＳ21を示した周波数特性図である。参考に、第２モノポールアンテナ構成体４４を設けない場合のリターンロスＳ11（図２におけるＬ＝１２２．５ｍｍのときの周波数特性と同じ）を点線で示した。第２モノポールアンテナ構成体４４を設けない場合に比べて、Ｓ11が多少特性劣化する周波数は認められるものの、広帯域での使用に充分耐えうるものである。
【００４３】
また、２ポート化した広帯域アンテナ４０においては、０．４ＧＨｚ以上の周波数帯でＳ21が−１０ｄＢ以下となり、十分なアイソレーションがとれていることから、地板２２に第１，第２モノポールアンテナ構成体４１，４４を設置してマルチポート化しても、広帯域での使用が充分可能である。また、図１５においては、高周波ほどアイソレーションＳ21が良い傾向にあり、高周波帯での使用に好適である。なお、マルチポート化により、アレーアンテナあるいはダイバーシチアンテナとしての利用が可能となる。
【００４４】
第４実施形態においては、地板４２の形状として、相対向する二辺を２組備える四角形を選定したが、例えば、六角形、八角形のように、相対向する二辺を３組以上備える形状の地板を用いれば、更に多くの多ポート化を期せる。また、前述した第２実施形態の広帯域アンテナ２０と同様に、誘電体基板の一側に第１板状モノポール素子を設けた第１アンテナ用プリント基板と、誘電体基板の一側に第２板状モノポール素子を設けた第２アンテナ用プリント基板と、誘電体基板の一側に地板を設けた地板用プリント基板とからマルチポートの広帯域アンテナを構成することで、量産を容易にすると共に、地板や板状モノポール素子に適度な強度を持たせるようにしても良い。
【００４５】
以上のように、板状のモノポールアンテナ構成体を地板に直交配置した構造の広帯域アンテナでは、Ｓ11が約−１０ｄＢ以下となる整合が得られる比帯域が約１５０％と極めて広帯域である。しかし、最低動作周波数の波長の約７％のモノポール幅（板状のモノポールアンテナ構成体における延出長ｂ）が必要であり、地板の奥行Ｂを含めると約半波長の大きさが必要となってしまう。そこで、比帯域が約１００％程度に低下してしまうことを許容することで、モノポールアンテナ構成体の小形化が可能な実施形態について以下に説明する。
【００４６】
先ず、図１（１）の第１実施形態として示した広帯域アンテナ１０におけるモノポールアンテナ構成体１１をそのまま縮小して、０．７５倍と０．５倍に小形化したときの周波数特性を図１６に示す。本図より明らかなように、モノポールアンテナ構成体１１を単純に縮小しても、比帯域１５０％の広帯域特性を維持することはできない。
【００４７】
そこで、図１７（ａ）に示すように、平板な板状のモノポールアンテナ構成体（以下、−形モノポールアンテナ構成体という）の途中を側方へ折り返してＬ形としたモノポールアンテナ構成体５１Ａを地板５２に直交配置した第５実施形態の広帯域アンテナ５０Ａとすることで、アンテナを小形化する場合を考える。Ｌ形のモノポールアンテナ構成体５１Ａの構成とすれば、−形のモノポールアンテナ構成体１１よりも奥行を小さくでき、占有空間を小さくできる。なお、地板５２における給電側部５２ａおよび非給電側部５２ｂの長さＡ＝２００ｍｍ、給電側部５２ａから非給電側部５２ｂまでの離隔距離である側縁部の長さＢ＝２００ｍｍとしてある。
【００４８】
広帯域アンテナ５０Ａは、受電平板部５１１と側方延出部５１２とからなるＬ形のモノポールアンテナ構成体５１Ａを地板１２の給電側部５２ａに直交配置し、給電ポート５３より給電するもので、受電平板部５１１の延出長ｂ＝２５ｍｍ、側方延出部５１２の延出長ｃ＝２５ｍｍとし、その和が−形モノポールアンテナ構成体１１の奥行ｂ＝５０ｍｍと同じにすることで、両者の導電距離と表面積を等しくする。なお、Ｌ形のモノポールアンテナ構成体５１Ａにおける受電側部５１１ａの上端５１１ａ１から給電位置までの長さａ１は１２２．５ｍｍ、給電位置から下端５１１ａ２までの長さａ２は２７．５ｍｍとし、−形モノポールアンテナ構成体１１ではちょうどオフセット位置となって比帯域１５０％が得られる基準給電点を給電位置に設定した。
【００４９】
また、図１７（ｂ）に示すように、Ｌ形モノポールアンテナ構成体５１Ａの側方延出部を両側に形成したようなＴ形のモノポールアンテナ構成体５１Ｂを地板５２に直交配置した第６実施形態の広帯域アンテナ５０Ｂとしても、−形のモノポールアンテナ構成体１１よりも奥行を小さくでき、占有空間を小さくできる。
【００５０】
Ｔ形のモノポールアンテナ構成体５１Ｂは、受電平板部５１１における受電側部５１１ａと相対する延出端部５１１ｂより受電平板部５１１に直交する二方向（図中、ｚ−ｙ平面に平行な面内）に各々延出する第１分岐導電部５１２−１および第２分岐導電部５１２−２を設けた、もので、受電平板部５１１の延出端部５１１ｂと電気的に接続した第１，第２分岐導電部５２１−１，５１２−２の各分岐端部５１２−１ａ，５１２−２ａから延出端部５１２−１ｂ，５１２−２ｂまでの延出長ｃ１，ｃ２は任意に設定可能であるが、占有空間を小さくするためには、地板５２におけるＡ／２を超えない範囲に止めることが望ましい。また、第１分岐導電部５２１−１と第２分岐導電部５２１−２の延出長ｃ１，ｃ２を各々変えて非対称とした場合は特に示さないが、広帯域化や小型化に貢献するものではないので、第１，第２分岐導電部５２１−１，５２１−２の延出長ｃ１，ｃ２はなるべく誤差のない均等長としておくことが望ましい。
【００５１】
なお、Ｔ形のモノポールアンテナ構成体５１Ｂに対する給電位置も基準給電点となるように、受電側部５１１ａの上端５１１ａ１から給電位置までの長さａ１は１２２．５ｍｍ、給電位置から下端５１１ａ２までの長さａ２は２７．５ｍｍとしてある。
【００５２】
上述した第５実施形態の広帯域アンテナ５０Ａと第６実施形態の広帯域アンテナ５０Ｂの周波数特性を図１８に示す。なお、広帯域アンテナ５０Ｂについては、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１＝ｃ２＝２５ｍｍとした場合（以下、Ｔ形１という）と、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１＝ｃ２＝１２．５ｍｍとした場合（以下、Ｔ形２という）の２種類を代表的に示す。
【００５３】
図１８の周波数特性図より、Ｌ形やＴ形のモノポールアンテナ構成体を用いると、第２共振が深くなる。Ｌ形の広帯域アンテナ５０Ａでは第２共振周波数ｆ２が高くなり１．１ＧＨｚ付近に表れるが、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間の整合が劣化し、リターンロスＳ11を−１０ｄＢ以下に抑制できなくなっている。また、第１，第２分岐導電部５１２−１，５１２−２が１２．５ｍｍと短いＴ形２のモノポールアンテナ構成体５１Ｂを用いた広帯域アンテナ５０Ｂでは、第２共振周波数ｆ２がさらに高くなるものの、やはり第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間の整合が劣化することが分かる。
【００５４】
一方、第１，第２分岐導電部５１２−１，５１２−２を２５ｍｍとしたＴ形１のモノポールアンテナ構成体５１Ｂを用いた広帯域アンテナ５０Ｂでは、第２共振周波数ｆ２が−形モノポールアンテナ構成体１１の場合より低い０．９５ＧＨｚに表れ、その結果，整合の得られる帯域は狭くなるものの、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２との間の整合が改善し、０．４２ＧＨｚ〜１．０９ＧＨｚの範囲（比帯域約８８．７％）でＳ11＜−１４ｄＢの整合が得られる。なお、Ｓ11＜−１０ｄＢとなる整合範囲は、０．３９ＧＨｚ〜１．３３ＧＨｚ（比帯域１０９％）であり、広帯域アンテナとしての占有空間を抑制しつつ比帯域１００％を実現できることがわかる。
【００５５】
以上のように、Ｔ形のモノポールアンテナ構成体５１Ｂを用いた第６実施形態の広帯域アンテナ５０Ｂが広帯域化と小型化に有効であることが想定される。そこで、第１，第２分岐導電部に至る受電平板部の延出長が及ぼす影響を図１９に示す。
【００５６】
図１９（ａ）は、第１，第２分岐導電部５１２−１，５１２−２の延出長ｃ１，ｃ２を２５ｍｍに固定し、受電平板部５１１の延出長ｂを１５ｍｍ，２５ｍｍとした場合の周波数特性を示し、図１９（ｂ）は、第１，第２分岐導電部５１２−１，５１２−２の延出長ｃ１，ｃ２を１５ｍｍに固定し、受電平板部５１１の延出長ｂを５ｍｍ，１５ｍｍとした場合の周波数特性を示す。受電平板部５１１の延出長ｂが短いと、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２のどちらも高くなり、第２共振周波数ｆ２の変化の方が大きいため、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の整合が劣化することが分かる。これはＴ形のモノポールアンテナ構成体５１Ｂにおける第１，第２分岐導電部の延出長を短くした場合や、−形モノポールアンテナ構成体１１の延出長ｂを短くした場合と同じ変化である。
【００５７】
しかしながら、図１９（ａ）においては、受電平板部５１１の延出長ｂを２５ｍｍとした方が、第２共振周波数ｆ２より高周波の整合が劣化してしまい、むしろ受電平板部５１１の延出長ｂを１５ｍｍとした方が整合劣化を抑えられることが分かる。そこで、第１，第２分岐導電部５１２−１，５１２−２の延出長ｃ１，ｃ２を２５ｍｍにして、受電平板部５１１の延出長ｂを１５ｍｍに小形化した方が、Ｓ11＜−１０ｄＢの整合帯域が広がる。なお、図１９（ａ）では１．８ＧＨｚ以上を省略したが、Ｓ11＜−１０ｄＢとなる整合範囲は０．４１〜１．９１ＧＨｚ（比帯域１２９％）である。
【００５８】
次いで、Ｔ形モノポールアンテナ構成体のような分岐導電部を多段に設けてなるモノポールアンテナ構成体５１Ｃを地板５２に直交配置した第７実施形態に係る広帯域アンテナ５０Ｃを図２０に示す。
【００５９】
モノポールアンテナ構成体５１Ｃは、受電平板部５１１−１（延出長ｂ−１）の延出端から両側に１段第１分岐導電部５１２−１（延出長ｃ１−１），１段第２分岐導電部５１２−２（延出長ｃ２−１）が延出し、受電平板部５１１−１の延出端から更に２段中間平板部５１１−２（延出長ｂ−２）が受電平板部５１１−１の延出方向へ一直線に設けられ、この２段中間平板部５１１−２の延出端から両側に２段第１分岐導電部５１３−１（延出長ｃ１−２），２段分岐導電部５１３−２（延出長ｃ２−２）が延出し、以下同様にＴ形構造をＭ段まで連設してゆける。なお、Ｍ−１段第１分岐導電部５１Ｍ−１（延出長ｃ１−Ｍ−１），Ｍ−１段分岐導電部５１Ｍ−２（延出長ｃ２−Ｍ−１）が延出するＭ−１段中間平板部５１１−Ｍ−１（延出長ｂ−Ｍ−１）の延出端から更にＭ段中間平板部５１１−Ｍ（延出長ｂ−Ｍ）を設けることで、終端が＋形となるように構成することも可能となる。
【００６０】
図２０に示した第７実施形態に係る広帯域アンテナ５０Ｃとして、特に＋形モノポールアンテナ構成体（ｂ−１＝１２．５ｍｍ，ｃ１−１＝ｃ２−１＝１２．５ｍｍ，ｂ−２＝１２．５ｍｍ）と＋＋形モノポールアンテナ構成体（ｂ−１＝５ｍｍ，Ｓｃ１−１＝ｃ２−１＝７．５ｍｍ，ｂ−２＝１０ｍｍ，ｃ１−２＝ｃ２−２＝７．５ｍｍ，ｂ−３＝５ｍｍ）を用いた場合の周波数特性を図２１に示す。対比のために、−形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝５０ｍｍ）とＴ形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝２５ｍｍ，ｃ１＝ｃ２＝１２．５ｍｍ）を用いた場合を示す。これらは全て、アンテナ導体の表面積が同一である。
【００６１】
図２１から、アンテナ導体としての表面積を同一に保持した場合、−形→Ｔ形→＋形→＋＋形と分岐が増えるほど第２共振周波数ｆ２が高くなり、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の整合が劣化することがわかる。これらモノポールアンテナ構成体は全て給電点から最外端までの導体表面に沿った長さは等しいが、最外端に至る導体内の距離は異なっている。そして、上記の順は、給電点からモノポールアンテナ構成体の最外端までの導体内の距離が短くなる順（−形：５０ｍｍ→Ｔ形：３７．５ｍｍ→＋形：３０ｍｍ→＋＋形：２０ｍｍ）であることから、アンテナ導体の表面に沿った距離よりも内側の導電経路に沿った距離が第２共振周波数ｆ２を支配的に決めると考えられる。
【００６２】
そこで、給電点から最外端までの導体内の距離が全て２５ｍｍとなるように、−形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝２５ｍｍ）、Ｌ形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝ｃ＝１２．５ｍｍ）、＋形モノポールアンテナ構成体（ｂ−１＝ｃ１＋＝ｃ２＝ｂ−２＝１２．５ｍｍ）の各周波数特性を図２２に示す。本特性図から、分岐の多い＋形のモノポールアンテナ構成体における第２共振周波数ｆ２が低く、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の周波数の整合が良いことが分かる。
【００６３】
更に、図２１に示した＋＋形モノポールアンテナ構成体（ｂ−１＝５ｍｍ，Ｓｃ１−１＝ｃ２−１＝７．５ｍｍ，ｂ−２＝１０ｍｍ，ｃ１−２＝ｃ２−２＝７．５ｍｍ，ｂ−３＝５ｍｍ）の周波数特性を、−形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝２５ｍｍ）とＬ形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝１５ｍｍ，ｃ＝７．５ｍｍ）の各周波数特性と対比して図２３に示す。やはり、分岐が多い＋＋形モノポールアンテナ構成体の方が第２共振周波数ｆ２が低く、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の周波数の整合が良いことが分かる。
【００６４】
これらのことから、第２共振周波数ｆ２の決定要因としては、モノポールアンテナ構成体における給電点から最外端までの最短経路長ではないと推認される。また、折れ曲がりがあった方が第２共振周波数ｆ２が高周波側にシフトし、枝分かれがある方が第２共振周波数ｆ２が低周波側にシフトする。アンテナ導体の表面積（全長）が同じでも、分岐が多いほど第２共振周波数ｆ２は高周波側にシフトする。
【００６５】
上述した第５〜第７実施形態に係る広帯域アンテナのモノポールアンテナ構成体は、受電平板部に直交する分岐導電部か受電平板部と同方向に延出する中間平板部との組合せであったが、より立体的なモノポールアンテナ構成体の広帯域化および小型化の可能性について検討する。
【００６６】
図２１（ａ）に示す第８実施形態に係る広帯域アンテナ６０Ａのモノポールアンテナ構成体６１Ａは、受電平板部６１１（延出長ｂ）の延出端より第１，第２分岐導電部６１２−１（延出長ｃ１），６１２−２（延出長ｃ２）を有すると共に、第１，第２分岐導電部６１２−１，６１２−２の延出端に第１側方導電部６１３−１（延出長ｄ１），第２側方導電部６１３−２（延出長ｄ２）を設けたもので、第１，第２側方導電部６１３−１，６１３−２は受電平板部６１１と平行に地板６２から遠離る方へ延出することから、モノポールアンテナ構成体６１Ａはコ形モノポールアンテナ構成体という。
【００６７】
図２１（ｂ）に示す第９実施形態に係る広帯域アンテナ６０Ｂのモノポールアンテナ構成体６１Ｂは、受電平板部６１１（延出長ｂ）の延出端より分岐する第１，第２分岐導電部６１２−１（延出長ｃ１−１），６１２−２（延出長ｃ２−１）の延出端に設けた第１，第２側方導電部６１３−１（延出長ｄ１），６１３−２（延出長ｄ２）の延出端より互いに結合する方向に延出する第１結合導電部６１４−１（延出長ｃ１−２），第２結合導電部６１４−２（延出長ｃ２−２）を設けたものである。
【００６８】
なお、第１，第２結合導電部６１４−１，６１４−２の延出長ｃ１−２，ｃ２−２が第１，第２分岐導電部６１２−１，６１２−２の延出長ｃ１−１，延出長ｃ２−１と同一であれば、第１，第２結合導電部６１４−１，６１４−２の延出端が電気的に結合して□筒形となるので、これを□形モノポールアンテナ構成体という。一方、第１，第２結合導電部６１４−１，６１４−２の延出長ｃ１−２，ｃ２−２が第１，第２分岐導電部６１２−１，６１２−２の延出長ｃ１−１，延出長ｃ２−１よりも短く、第１，第２結合導電部６１４−１，６１４−２の延出端が結合していない場合、もしくは第１，第２結合導電部６１４−１，６１４−２の延出長ｃ１−２，ｃ２−２と第１，第２分岐導電部６１２−１，６１２−２の延出長ｃ１−１，延出長ｃ２−１がほぼ同一でも第１結合導電部６１４−１の延出端と第２結合導電部６１４−２の延出端との間にギャップが存在する場合、これをＣ形モノポールアンテナ構成体という。
【００６９】
図２１（ｃ）に示す第１０実施形態に係る広帯域アンテナ６０Ｃのモノポールアンテナ構成体は、□形モノポールアンテナ構成体６１Ｂに更に中間平板部６１１−２を介して□筒構造を連設した□□形モノポールアンテナ構成体である。なお、受電平板部６１１−１（延出長ｂ−１）の延出端に接続される初段の□筒構造は、１段第１，第２分岐導電部６１２−１（延出長ｃ１−１），６１２−２（延出長ｃ２−１）の延出端に設けた１段第１，第２分岐導電部６１２−１（延出長ｄ１−１），６１２−２（延出長ｄ２−１）の延出端より互いに結合する方向に延出する１段第１，第２結合導電部６１４−１（延出長ｃ１−２），６１４−２（延出長ｃ２−２）を設けたものであり、中間平板部６１１−２（延出長ｂ−２）の延出単に接続される２段の各筒構造は、２段第１，第２分岐導電部６１５−１（延出長ｃ１−３），６１５−２（延出長ｃ２−３）の延出端に設けた２段第１，第２分岐導電部６１６−１（延出長ｄ１−２），６１６−２（延出長ｄ２−２）の延出端より互いに結合する方向に延出する２段第１，第２結合導電部６１７−１（延出長ｃ１−４），６１７−２（延出長ｃ２−４）を設けたものである。以降、同様に３段、４段の□筒構造を連結することができる。また、最終段は□筒構造とせずにＣ形とすることもできる。
【００７０】
図２５に示すのは、コ形のモノポールアンテナ構成体（ｂ＝１５ｍｍ，ｃ１＝ｃ２＝１０ｍｍ，ｄ１＝ｄ２＝２５ｍｍ）、Ｃ形のモノポールアンテナ構成体（ｂ＝１５ｍｍ，ｃ１−１＝ｃ２−１＝ｃ１−２＝ｃ２−２＝１０ｍｍ，ｄ１＝ｄ２＝１５ｍｍ）、□形のモノポールアンテナ構成体（ｂ＝１５ｍｍ，ｃ１−１＝ｃ２−１＝ｃ１−２＝ｃ２−２＝１０ｍｍ，ｄ１＝ｄ２＝１５ｍｍ）、□筒の中を銅で満たした■形のモノポールアンテナ構成体の周波数特性である。なお、対比のために、−形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝５０ｍｍ）とＴ形モノポールアンテナ構成体（ｂ＝２５ｍｍ，ｃ１＝ｃ２＝１２．５ｍｍ）の周波数特性も示す。
【００７１】
本特性図から、Ｔ形モノポールアンテナ構成体は１ＧＨｚ以上の周波数帯の整合が劣化するが、コ形や□形のモノポールアンテナ構成体では１ＧＨｚ以上の周波数帯でも整合が改善される。また、コ形やＣ形のモノポールアンテナ構成体にすると第２共振周波数ｆ２が高くなり、Ｃ形と□形、■形の差はほとんどなくなる。また、□形のモノポールアンテナ構成体では、第２共振周波数ｆ２（〜１ＧＨｚ）における整合は良くなるが、第２共振周波数ｆ２は−形モノポールアンテナ構成体の場合とほぼ同じになり、帯域もほぼ等しくなる。そして、Ｓ11＜−１０ｄＢとなる整合範囲は０．４１〜２．２ＧＨｚ（比帯域１３７％）である。
【００７２】
次に、□形や□□形のモノポールアンテナ構成体における全表面積（受電平板部や中間平板部に□筒部の表面積を加えた総面積）を一定にして、□筒の形状を種々に変化させた場合の特性変化を調べるため、図２６（２）〜（７）に示すような形状のモノポールアンテナ構成体（□形１〜□形５、□□形）を設定し、その特性を図２７に示す。なお、対比のために、図２６（１）の−形モノポールアンテナ構成体の周波数特性も併せて示す。
【００７３】
本周波数特性図より、□筒の断面積を大きくした□形４や□形５のモノポールアンテナ構成体では第２共振周波数ｆ２が低くなり、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の整合が改善する。それに加え、第２共振周波数ｆ２〜約２ＧＨｚの周波数帯での整合も−形モノポールアンテナ構成体の場合に比べて改善する。例えば、□形４の場合は、０．４〜２．４２ＧＨｚ（比帯域１４３％）でＳ11＜−１０ｄＢの整合を実現できる。
【００７４】
図２８に示すのは、受電平板部７１１の延出端部７１１ｂに半径ｒの円筒導電部７１２を接続してなる○形のモノポールアンテナ構成体７１を地板７２に直交配置し、受電平板部７１１（延出長ｂ）の受電側部７１１ａの給電点（上端７１１ａ１から長さａ１，下端７１１ａ２から長さａ２の点）に給電ポート７３より給電する第１１実施形態に係る広帯域アンテナ７０である。
【００７５】
上述した○形のモノポールアンテナ構成体７１１を備える広帯域アンテナ７０の周波数特性を図２９に示す。○形１は受電平板部７１１の延出長ｂを５ｍｍ、円筒導電部７１２の半径ｒを１４．３ｍｍとしたもので、この○形１の円筒内を銅で満たしたものが●形である。○形２は受電平板部７１１の延出長を１ｍｍ、円筒導電部７１２の半径ｒを１５．４ｍｍとしたものである。これらと対比するために、受電平板部の延出長ｂを５ｍｍ、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１−１，ｃ２−１を１０ｍｍ、第１，第２側方導電部の延出長ｄ１，ｄ２を２５ｍｍ、第１，第２結合導電部の延出長ｃ１−２，ｃ２−２を１０ｍｍとした□形のモノポールアンテナ構成体を備える広帯域アンテナの周波数特性も合わせて示す。
【００７６】
本周波数特性図より、○形１と●形との差は１ＧＨｚ以下では小さい。○形１と□形では、第２共振周波数ｆ２がほぼ同じで、差が小さい。○形１の断面積は６４２ｍｍ2、□形の断面積は５００ｍｍ2であるのに対して、○形１の表面積は１３４７７ｍｍ2、□形の表面積は１３５００ｍｍ2であるから、両者は表面積が近似しているといえる。すなわち、周波数特性として現れる第２共振周波数ｆ２はモノポールアンテナ構成体の表面積に影響を強く受けると考えられる。
【００７７】
受電平板部７１１の延出長を１ｍｍと短くし、円筒導電部７１２の半径ｒを１５．４ｍｍと若干太くした○形２は、○形１と表面積が同じであるものの、○形１に比べて第２共振周波数ｆ２が高い。このことから、受電平板部７１１の延出長ｂを短くして円筒導電部７１２を太くすると、−形モノポールアンテナ構成体の延出長ｂを短くした場合に相当する変化を示すことが分かる。
【００７８】
また、受電平板部７１１の延出長を５ｍｍに固定し、円筒導電部７１２の半径ｒを変化させたときの周波数特性を図３０に示す。本図において、○形１は円筒導電部７１２の半径ｒを１６．０ｍｍに、○形２は円筒導電部７１２の半径ｒを１４．３ｍｍに、○形３は円筒導電部７１２の半径ｒを１２．０ｍｍに設定した。本周波数特性図より、円筒導電部７１２半径ｒを小さくすると第２共振周波数ｆ２は高くなり、０．８ＧＨｚ付近の整合が劣化する。
【００７９】
逆に、円筒導電部７１２の半径ｒを１４．３ｍｍに固定し、受電平板部７１１の延出長ｂを変化させたときの周波数特性を図３１に示す。本図において、○形１は受電平板部７１１の延出長ｂを１ｍｍに、○形２は受電平板部７１１の延出長ｂを５ｍｍに、○形３は受電平板部７１１の延出長ｂを９ｍｍに設定した。なお、対比のために○形４（受電平板部７１１の延出長ｂ＝１ｍｍ、円筒導電部７１２の半径ｒ＝１５．４ｍｍ）を併せて示す。本周波数特性図より、受電平板部７１１の延出長ｂを短くすると第２共振周波数ｆ２は高くなり、０．８ＧＨｚ付近の整合が劣化する。また、受電平板部７１１の延出長ｂを短くすると、約１．３ＧＨｚ以上の整合が改善することも分かる。○形１と同様に受電平板部７１１の延出長ｂが１ｍｍである○形４は、○形１に比べて０．８ＧＨｚ付近の整合が少し改善されている。このことから、受電平板部７１１の延出長ｂを短くする事による第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の整合劣化は、円筒導電部７１２の半径ｒを大きくすることで改善されるものと考えられる。
【００８０】
以上、様々な形態のモノポールアンテナ構成体を適用した広帯域アンテナの周波数特性について検討した。そこで、地板とモノポールアンテナ構成体よりなる広帯域アンテナにおける可変要素と、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の変化の関係を表１に示す。
【００８１】
【表１】
2015041837.tif 000003
【００８２】
モノポールアンテナ構成体の給電位置から下端までの長さａ２を短くできれば、アンテナが小形化になり，かつ、地板の下のでっぱりが小さくなるので好ましいが，表１の結果より、第２共振周波数ｆ２が高くなり、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の整合が劣化する。一方、モノポールアンテナ構成体をＴ形にすると第２共振周波数ｆ２が低くなる。すなわち、モノポールアンテナ構成体の給電位置から下端までの長さａ２を短くすることで第２共振周波数が高くなることを、モノポールアンテナ構成体をＴ形化することで抑制できれば、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の整合劣化を回避して、整合範囲の比帯域を１００％以上に保ちつつ、アンテナの小型化を実現できる可能性がある。
【００８３】
そこで，Ｔ形モノポールアンテナ構成体の受電平板部の延出長ｂを２５ｍｍ、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１，ｃ２を２５ｍｍとして、受電側部の下端より給電点までのａ２を変化させた場合の周波数特性を図３２（ａ）に、Ｔ形モノポールアンテナ構成体の受電平板部の延出長ｂを１５ｍｍ、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１，ｃ２を３５ｍｍとして、受電側部の下端より給電点までのａ２を変化させた場合の周波数特性を図３２（ｂ）に示す。本特性図から、予想通りａ２を短くすると第２共振周波数ｆ２が高くなることが分かる。
【００８４】
また、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１，ｃ２が２５ｍｍのＴ形モノポールアンテナ構成体では、受電側部の全長１５０ｍｍから１０ｍｍ短く（ａ１＋ａ２を１５０−１０＝１４０ｍｍ）しても、０．３９ＧＨｚ〜１．２９ＧＨｚの比帯域１０７％を実現でき、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１，ｃ２が３５ｍｍのＴ形モノポールアンテナ構成体では、受電側部の全長１５０ｍｍから１２５ｍｍに縮めても、０．４ＧＨｚ〜１．３２ＧＨｚの比帯域１０７％で、Ｓ11＜−１０ｄＢの整合がとれることが分かる。特に、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１，ｃ２が３５ｍｍのＴ形モノポールアンテナ構成体では、全体を４０／４７に縮小して、１２５ｍｍ×４０／４７＝１０６．４ｍｍのモノポール長（受電側部の全長ａ１＋ａ２）で、０．４７ＧＨｚ〜１．５５ＧＨｚの広帯域で整合がとれる。
【００８５】
なお、表１より−形モノポールアンテナ構成体の延出長ｂを広げても、Ｔ形化した場合と同様に、第２共振周波数ｆ２を低くする効果があるので、比較のため、−形モノポールアンテナ構成体の延出長ｂを基準の５０ｍｍから２０ｍｍ増やして７０ｍｍとした上で、ａ２を変化させた場合の周波数特性を図３２（ｃ）に示す。本図からは、第２共振周波数ｆ２があまり明確ではなく、広帯域性を得られていないことが分かる。
【００８６】
ここで、−形モノポールアンテナ構成体を用いた広帯域アンテナ１０（第１実施形態）の占有空間とＴ形モノポールアンテナ構成体を用いた広帯域アンテナ５０Ｂ（第６実施形態）の占有空間を対比して図３３に示す。−形モノポールアンテナ構成体１１は、モノポール長が１５０ｍｍ、下端から給電点までの長さａ２が２７．５ｍｍ、延出長ｂが５０ｍｍであり、Ｔ形モノポールアンテナ構成体５１Ｂは、モノポール長が１２５ｍｍ、下端から給電点までの長さａ２が２．５ｍｍ、受電平板部の延出長ｂが１５ｍｍ、第１，第２分岐導電部の延出長ｃ１，ｃ２が３５ｍｍである。
【００８７】
従って、−形モノポールアンテナ構成体を用いた広帯域アンテナ１０の占有空間は２００ｍｍ×２５０ｍｍ×１５０ｍｍであり、Ｔ形モノポールアンテナ構成体を用いた広帯域アンテナ５０Ｂの占有空間は２００ｍｍ×２１５ｍｍ×１２５ｍｍであるから、Ｔ形モノポールアンテナ構成体を用いることで、その占有空間は約７１．７％に縮小されることが分かる。
【００８８】
−形モノポールアンテナ構成体を用いた広帯域アンテナ１０とＴ形モノポールアンテナ構成体を用いた広帯域アンテナ５０Ｂの整合特性の比較を図３４に示す。給電点から下端までの長さａ２が２７．５ｍｍである−形１では、Ｓ11＜−１０ｄＢの周波数帯が０．４ＧＨｚ〜２．８ＧＨｚ（比帯域１５０％）であるの対して、Ｔ形では０．４ＧＨｚ〜１．３２ＧＨｚ（比帯域１０７％）に減少してしまうものの、１００％を超える比帯域を実現できている。また、Ｔ形では０．８ＧＨｚ付近の整合が−形１よりも改善していることも分かる。なお、−形モノポールアンテナ構成体のａ２を２．５ｍｍに短縮した場合の周波数特性を−形２，−形３として図３４中に示すが、板状のモノポールアンテナ構成体の延出長ｂを７０ｍｍに広げても、約０．７ＧＨｚ以上の整合がとれていない。このことより、給電点から下端までの長さａ２を短縮しつつ広帯域の整合をとるには、モノポールアンテナ構成体をＴ形化する必要のあることが確認できる。
【００８９】
以上のように、Ｔ形のモノポールアンテナ構成体を用いれば、アンテナの小型化が可能で比帯域１００％以上を実現する。これを実証するべく、Ｔ形のモノポールアンテナ構成体を地板に直交配置した広帯域アンテナを実際に試作した（図３５を参照）。これは、図３３に示したＴ形モノポールアンテナ構成体５１Ｂと同寸法で、給電はセミリジッドケーブルを地板に半田付けし、その中心導体にＴ形モノポールアンテナ構成体の受電平板部を半田付けした。地板およびＴ形モノポールアンテナ構成体は厚さ０．５ｍｍのＦＲ４プリント基板を用いた。Ｔ形モノポールアンテナ構成体は、受電平板部となるプリント基板と第１，第２分岐導電部となるプリント基板を半田付けしたものである。
【００９０】
この試作品の広帯域アンテナの周波数特性の測定結果を図３６に示す。対比のため、ＨＦＳＳによる計算モデルでの計算結果も示す。ＨＦＳＳによる計算モデルでは、ＦＲ４基板を考慮していないが（平板板状モノポールでは誘電体基板の影響が小さいという結果）、ほぼ計算と同じ実験結果が得られている。
【００９１】
以上のように、平板状のモノポールアンテナ構成体を地板に直交配置した広帯域アンテナにおいて、モノポールアンテナ構成体への給電位置は、受電平板部の受電側部において給電線とのインピーダンス整合がとれるようにオフセットした基準給電点が最も好ましく、比帯域１５０％を超える広帯域化も可能である。しかしながら、極端に特性が劣化しない範囲で基準給電点からずれても十分な広帯域化を実現できるので、本発明に係る広帯域アンテナでは、基準給電点を含む許容変動範囲内からモノポールアンテナ構成体の給電点を選定することで、所望の特性を得るように調整できる。そして、給電点を基準給電点からずらすことでモノポールアンテナ構成体のモノポール長（特に、給電点から下端までの長さａ２）を短くすることができ、アンテナの小型化に有効である。
【００９２】
しかも、モノポールアンテナ構成体が、受電平板部の延出端に第１，第２分岐導電部を形成したＴ形であれば、基準給電点から外れた位置を給電点とすることで生ずる特性劣化（第２共振周波数ｆ２が高くなり第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２の間の整合が劣化すること等）を補完できる。加えて、Ｔ形のモノポールアンテナ構成体を用いる広帯域アンテナにおいては、受電平板部の延出長ｂが地板の給電側部から突出する距離であり、板状のモノポールアンテナ構成体を用いる広帯域アンテナに比べて、地板の給電側部からの突出量を抑えることができるので、この点でもアンテナの小型化に有効である。
【００９３】
さらに、前述した第４実施形態に係る広帯域アンテナ４０と同様に、相対向する二辺に夫々Ｔ形モノポールアンテナ構成体を直交配置して２ポート化が可能であるし、例えば、六角形、八角形のように、相対向する二辺を３組以上備える形状の地板を用いれば、更なる多ポート化も期せる。
【００９４】
なお、地板を小型化できれば、広帯域アンテナとして一層の小型化を期せる。以下、地板の小型化可能性について考える。
【００９５】
図３７（ａ）に示すのは、−形のモノポールアンテナ構成体８１を地板８２Ａの給電側部に直交配置した第１２実施形態に係る広帯域アンテナ８０Ａ（地板１タイプという）であり、モノポールアンテナ８１と直交する地板８２の基準部８２ａの両サイド（給電側部に直交する側縁部側）に第１折返し部８２ｂ１、第２折返し部８２ｂ２を設けたもので、基準部８２ａの幅Ａ０は１８０ｍｍ、第１折返し部８２ｂ１の幅Ａ１は１０ｍｍ、第２折返し部８２ｂ２の幅Ａ２は１０ｍｍである。
【００９６】
図３７（ｂ）に示すのは、第１２実施形態に係る広帯域アンテナ８０Ａに地板８２Ａ′を適用した広帯域アンテナ８０Ａ′（地板２タイプという）であり、その違いは、基準部８２ａの幅Ａ０を１５０ｍｍ、第１折返し部８２ｂ１の幅Ａ１が２５ｍｍ、第２折返し部８２ｂ２の幅Ａ２を２５ｍｍとした点で、地板１タイプよりも両サイドの折返し幅を大きくして基準部の幅を狭くしたものである。
【００９７】
図３７（ｃ）に示すのは、前述した第１実施形態の広帯域アンテナ１０と同様の構成であるが、地板１２における給電側部の幅Ａを１５０ｍｍと短くしたもの（地板３タイプという）で、地板２タイプの第１，第２折返し部を切除して、幅の狭い基準部のみ残したものに相当する。
【００９８】
これら地板１〜３タイプを適用した広帯域アンテナにおける周波数特性の計算結果を図３８に示す。対比のため、地板の幅Ａを２００ｍｍとした広帯域アンテナ（地板０タイプという）の周波数特性も示す。これら地板０〜３の何れも低周波での変化が小さいことが分かる。折返し幅を２５ｍｍとした地板２タイプでは、１．２８ＧＨｚ以下の範囲で地板０タイプよりも整合は改善されている。対して、地板の幅Ａを１５０ｍｍと狭くした地板３タイプでは、０．５８Ｈｚ付近で整合の劣化がみられることから、地板２タイプのように第１，第２折返し部を設けることは、０．５８Ｈｚ付近での整合改善に寄与することが分かる。
【００９９】
図３９（ａ）に示すのは、−形のモノポールアンテナ構成体８１を地板８２Ｂの給電側部に直交配置した第１３実施形態に係る広帯域アンテナ８０Ｂ（地板４タイプという）であり、モノポールアンテナ８１と直交する地板８２の基準部８２ａの非給電測（給電側部に対向する側）に直交屈曲部８２ｃを設けたもので、基準部８２ａの奥行Ｂ０は１００ｍｍ、直交屈曲部８２ｃの長さＢ１は１００ｍｍである。
【０１００】
図３９（ｂ）に示すのは、−形のモノポールアンテナ構成体８１を地板８２Ｃの給電側部に直交配置した第１４実施形態に係る広帯域アンテナ８０Ｃ（地板５タイプという）であり、モノポールアンテナ８１と直交する地板８２の基準部８２ａの非給電測（給電側部に対向する側）に直交屈曲部８２ｃ１を設け、この直交屈曲部８２ｃ１の途中から給電側部側へ基準部８２ａと平行に延出する平行屈曲部８２ｃ２を設けたもので、基準部８２ａの奥行Ｂ０は１００ｍｍ、直交屈曲部８２ｃ１の長さＢ１は１０ｍｍ、平行屈曲部８２ｃ２の長さＢ２は９０ｍｍである。
【０１０１】
これら地板４，５タイプを適用した広帯域アンテナにおける周波数特性の計算結果を図４０に示す。対比のため、地板の幅Ａを２００ｍｍとした広帯域アンテナ（地板０タイプという）の周波数特性も示す。地板０タイプと比較して、地板４，５タイプでは第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２がわずかに高くなり、０．８ＧＨｚ付近の整合が劣化する。特に、コの字形の地板５タイプでは、０．５ＧＨｚ付近の整合もさらに劣化することが分かる。
【０１０２】
上述した地板１〜５タイプからは、広帯域アンテナを小型化しつつ、少なくとも比帯域１００％の整合範囲を維持するのに有効な態様を見出すことができなかった。
【０１０３】
以上、本発明に係る広帯域アンテナを幾つかの実施形態に基づき説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての広帯域アンテナを権利範囲として包摂するものである。
【符号の説明】
【０１０４】
１０      広帯域アンテナ（第１実施形態）
１１      板状モノポール素子
１１ａ    給電側部
１１ａ１  上端
１１ａ２  下端
１１ｂ    非給電側部
１２      地板
１２ａ    給電側部
１２ｂ    非給電側部
１３      給電ポート
５０Ｂ    広帯域アンテナ（第６実施形態）
５１Ｂ    モノポールアンテナ構成体（Ｔ形）
５１１    受電平板部
５１１ａ  受電側部
５１１ａ１上端
５１１ａ２下端
５１１ｂ  延出端部
５１２−１第１分岐導電部
５１２−２第２分岐導電部
５２      地板
【図１】
2015041837.tif 000004
【図２】
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【図３】
2015041837.tif 000006
【図４】
2015041837.tif 000007
【図５】
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【図６】
2015041837.tif 000009
【図７】
2015041837.tif 000010
【図８】
2015041837.tif 000011
【図９】
2015041837.tif 000012
【図１０】
2015041837.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2015041837.tif 000015
【図１３】
2015041837.tif 000016
【図１４】
2015041837.tif 000017
【図１５】
2015041837.tif 000018
【図１６】
2015041837.tif 000019
【図１７】
2015041837.tif 000020
【図１８】
2015041837.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
2015041837.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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