(57)【要約】【課題】  無線通信用に用いられるバーチカルアンテナの長さは約１／４λである。そのため、住宅密集地域等のアンテナを設置するスペースがない場合には、短縮型のバーチカルアンテナを使用せざるを得ないが、放射効率が悪く、良好な通信環境が得ることは難しかった。【解決手段】  短縮バーチカルアンテナと、両端が開放されているコイル状の２の線状導体と、から構成され、ラジエータ導体の先端が前記線状導体の開口面付近にあり、ラジエータ導体の先端と線状導体上の点を導線で接続し、給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが特定の無線通信周波数に共振するように接続点を配置することにより、アンテナの全長が短くとも放射抵抗を必要以上に低減させず、ローディングコイルを不要とすることで損失を最低限に抑えることができる。【選択図】  図４
2015130575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジエータ導体と、該ラジエータ導体の下端とグラウンドを給電点とした短縮バーチカルアンテナと、
開口面形状が任意の形状を有し両端が開放されている回旋状の導体と、
から構成され、
前記導体は、開口面がラジエータ導体の上端付近にあり、
ラジエータ導体の先端又はその近傍の点と前記導体上の点（以下、点Ａという。）を導線で、または直接に接続し、
点Ａを、前記給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが特定の無線通信周波数に共振するように配置したことを特徴とする無線通信用アンテナ。
【請求項２】
回旋状の導体が螺旋状、または渦巻状であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項３】
回旋状の導体の開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点Ｐｉ、端点Ｑｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の同一形状、同一の大きさで、中心を、開口面と垂直の方向から見た場合に概略一致させて概略並行に配置した複数の導体（導体１、・・・、導体ｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点Ｐ（ｉ−１）と端点Ｑｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項４】
回旋状の導体の開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点Ｐｉ、端点Ｑｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の大きさの異なる相似形状であって開口面および中心を概略一致させて配置した複数の導体（導体１、・・・、導体ｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点Ｐ（ｉ−１）と端点Ｑｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項５】
隣り合う回旋状導体同士で垂線が共通となる面の面積を小さくするようにずらして配置したことを特徴とする板状導体を互いに並行に配置した請求項４記載の無線通信用アンテナ。
【請求項６】
整合手段、および／またはバランを有したことを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の無線通信用アンテナ。
【請求項７】
ラジエータ導体の下端の給電点をグラウンドに直接接続した請求項１ないし請求項６記載のアンテナにおいて、給電点を、回旋状の導体上であって、給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが最適値となるように配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の無線通信用アンテナ。
【請求項８】
給電点にバランを介して給電用の同軸線を接続したことを特徴とする請求項７記載の無線通信用アンテナ。
【請求項９】
ラジエータ導体を同一の長さの同軸線（ラジエータ用同軸線という。）に置き換え、
請求項８記載の同軸線の中心導体と外部導体を前記ラジエータ用同軸線の上端の中心導体と外部導体にそれぞれ接続し、または、請求項８記載のバランの出力を前記ラジエータ用同軸線の上端の中心導体と外部導体に接続し、
前記ラジエータ用同軸線の下端の外部導体をグラウンドに接続し、前記ラジエータ用同軸線の下端の中心導体と外部導体をバランを接続して、該バラン出力を給電用の同軸線に接続たことを特徴とする請求項８記載の無線通信用アンテナ。
【請求項１０】
ラジエータ導体にコイルまたはコンデンサを挿入したことを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の無線通信用アンテナ。
【請求項１１】
回旋状導体の外側端点に直線上の導体を接続し、当該導体の長さを調整することにより目的の無線通信周波数に共振させることを特徴とする請求項１ないし請求項１０記載の無線通信用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信用アンテナに関する。特に、無線通信用アンテナを商業地域、住宅地域のマンション、アパート、ビル等で使用する場合に適するアンテナを提供する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００２】
【非特許文献１】「アンテナ工学入門講座」２００８年１０月２９日、後藤尚久著、株式会社電波新聞社発行
【非特許文献２】アンテナ解析ソフトＭＭＡＮＡ、“ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ３３．ｏｃｎ．ｎｅ．ｊｐ／〜ｊｅ３ｈｈｔ／ｍｍａｎａ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ”  ２０１２年６月２５日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
無線通信用に用いられるダイポールアンテナの長さはおおよそ１／２λ（λは波長、以下同じ）である。垂直型のダイポールアンテナの全長はおおよそ１／４λであるが、電気的長さは１／２λである。そのため、住宅密集地域等のアンテナを設置するスペースがない場合には、短縮型アンテナを使用せざるを得ない。
【０００４】
１／２λ長のダイポールアンテナのインピーダンスは、図１（非特許文献１、１５１頁、図３−２７）に示すように、１／２λ付近でリアクタンス成分が０となり、抵抗成分が送受信機アンテナ入出力インピーダンス５０Ωに近くなるため、整合回路等は不要である。しかし、短縮型ダイポールアンテナではインピーダンスのリアクタンス成分が増加し、抵抗成分（放射抵抗）が減少する。そのため、短縮型ダイポールアンテナを使用するためには、リアクタンス成分をキャンセルして使用周波数に共振させる必要がある。
【０００５】
図２に垂直型ダイポールアンテナと等価なバーチカルアンテナの短縮方法の一例を示す。図２において、２０１はコイルを給電点近くに配置するベースローディングタイプの短縮アンテナ、２０２はコイルをラジエータの途中に配置するミドルローディングタイプの短縮アンテナ、２０３はキャパシティーハットとベースローディングのコイルを用いた短縮アンテナ、２０４はキャパシティーハットをトップローディングのコイルを用いた短縮アンテナの例を示す。
【０００６】
例えば１４ＭＨｚ用バーチカルアンテナにおいて０．１λ相当のダイポールアンテナに相当するラジエータ寸法は１ｍであり、図２の２０１のローディング方式で必要なインダクタンスは約１３μＨ、このときの放射抵抗は０．９Ω、２０２の方式のローディング方式の場合は２４μＨ、放射抵抗は２．２Ωである。コイルのＱを３００と仮定するとアンテナ効率は、前者が約２０％（損失１４ｄＢ）、後者が２３％（１２ｄＢ）となる。
【０００７】
コイルの挿入位置が高い（トップローディングに近い）ほど効率が良いとされているが、コイルの挿入位置を高くするほどインダクタンス値が同じであれば短縮効果は低減し（共振周波数が高く）、コイルを最上部に挿入すると短縮効果はゼロとなる。図３にラジエータ寸法が５ｍの場合のローディングコイルの投入位置と共振周波数特性を示す。
【０００８】
ローディングコイルのみを使用した短縮アンテナの効率を向上させるために、図２の２０３、２０４に示すキャパシティーハットが用いられている。図２０３はキャパシティーハットによりアンテナのリアクタンスを低減させた上でベースにローディングコイルを設けた短縮アンテナである。例えば、図２の２０３でキャパシティーハットの半径を１０ｃｍとしたとき、インダクタンスは８μＨとなり、放射抵抗は１．５Ωとなる。同様に図２の２０４では、インダクタンスは１７μＨ、放射抵抗は３．６Ωとなる。Ｑ＝３００と仮定したときのアンテナの効率は前者は４０％（損失８ｄＢ）、後者は４２％（損失７．５ｄＢ）となる。
【０００９】
このように、従来の短縮アンテナではローディングコイルの損失抵抗が大きく、商業地域、住宅地域のマンション、アパート、ビル等で使用する場合に適する０．１λ程度の短縮アンテナでは十分な効率がとれないという問題があった。本発明は、アンテナの全長が短くともアンテナの放射効率を落とさず、損失を低減し、住宅密集地域でも良好な通信環境を提供する短縮アンテナに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下の方法で上記の課題を解決する。
ラジエータ導体と、該ラジエータ導体及びグラウンドに接続した給電点より構成される短縮バーチカルアンテナと、開口面形状が任意の形状を有し両端が開放されている回旋状の線状導体と、から構成され、前記線状導体は、ラジエータ導体の先端が開口面付近にあり、ラジエータ導体の先端又はその近傍の点と前記線状導体上の点（以下、点Ａという。）を導線で接続し、点Ａを、前記給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが特定の無線通信周波数に共振するように配置したことにより、アンテナの全長が短くともローディングコイルを不要とすることで損失を最低限に抑えることができる。
【００１１】
線状導体の開口面形状を円形とすることで水平方向の寸法を最小限に抑えることができる。さらに、線状導体の開口面形状を四角形或いは八角形とすること、或いはコイル状の線状導体の巻き数が２以上の時に、２回目以降の巻き線を１回目の巻き線と同一開口面上で１回目の巻き線の外側に巻くことで、アンテナの製造を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
アンテナの電気的特性は、給電点におけるインピーダンスで表すことができる。半端長ダイポールアンテナを変形したバーチカルアンテナのような電流給電タイプのアンテナにおいては、前記インピーダンスのリアクタンス成分がゼロ、すなわち直列共振点となる周波数で使用する。短縮バーチカルアンテナにおいては、リアクタンスがゼロとはならないため、これを打ち消すためのインダクタンス（ローディングコイル）を挿入する。ローディングコイルを挿入するとコイルの抵抗成分による損失が生じる。
【００１３】
本発明においては、半端長ダイポールアンテナを短縮して生じるリアクタンス成分を、損失を生じさせるローディングコイルを用いず線状導体のみでゼロにするアンテナを提供する。これにより、電力損失が小さく効率の良い無線通信用の小型アンテナをマンション等の集合住宅・商業施設等に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ダイポールアンテナ長とインピーダンスの関係を表す図である。
【図２】短縮型バーチカルアンテナの構成を説明する図である。
【図３】ローディングコイル位置と共振周波数を示す図である。
【図４】線状導体の開口面形状が円形で巻き数が１重の場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図５】線状導体の開口面形状が円形で複数巻き数の螺旋状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図６】線状導体の開口面形状が円形で複数巻き数の渦巻状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図７】線状導体の開口面形状が四角形で巻き数が１重の場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図８】線状導体の開口面形状が四角形で複数巻き数の螺旋状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図９】線状導体の開口面形状が四角形で複数巻き数の渦巻状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１０】線状導体の開口面形状が八角形で１重の場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１１】線状導体の開口面形状が八角形で複数巻き数の螺旋状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１２】線状導体の開口面形状が八角形で複数巻き数の渦巻状である場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１３】線状導体の開口面形状が円形で１重の場合の実施例において、ラジエータ先端が円形エレメントの先端に直接接続されているアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１４】線状導体の開口面形状が円形で半径が異なる２の円形エレメントである場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１５】線状導体の開口面形状が円形で同一半径の３の円形エレメントである場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１６】線状導体の開口面形状が円形で半径が異なる５の円形エレメントである場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１７】板状導体の開口面形状が円形で半径が異なる５の円形エレメントである場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図１８】図１７に示すアンテナの正面図、上面図および断面図である。
【図１９】図１７に示すアンテナの隣り合う円形エレメントが交互にずらして配置した場合の実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図２０】図１９に示すアンテナの正面図、上面図および断面図である。
【図２１】図１９に示すアンテナで給電点を円形導体上とし、ラジエータを給電用同軸の外側導体とした実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図２２】円形エレメントの接続位置と共振周波数特性を示す図である。
【図２３】図２２の接続位置を説明する図である。
【図２４】開口面形状が円形である場合の円形エレメントの半径と共振周波数を示す図である。
【図２５】開口面形状が四角形である場合の四角形エレメントの大きさと共振周波数を示す図である。
【図２６】開口面形状が円形である場合の円形エレメントの巻き数と共振周波数を示す図である。
【図２７】開口面形状が円形で螺旋形状である場合の巻き数と共振周波数を示す図である。
【図２８】本発明のアンテナを無線装置に接続する場合の整合回路を含んだ図である。
【図２９】本発明のアンテナを無線装置に接続する場合の他の例による整合回路を含んだ図である。
【図３０】本発明によるアンテナのＶＳＷＲの帯域特性を示す図である。
【図３１】本発明によるアンテナのアンテナ損失を示す図である。
【図３２】線状導体が円形の渦巻状の場合の巻き数とＶＳＷＲが２以下の帯域幅を示す図である。
【図３３】線状導体が円形の渦巻状の場合のアンテナ長と短縮バーチカルアンテナ長のＶＳＷＲが２以下の帯域幅の比較を示す図である。
【図３４】図１９に示すアンテナで給電点にヘアピンマッチ用導線を接続した実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図３５】図１９に示すアンテナで給電点を円形導体上とした実施例によるアンテナの物理的構成を示す図である。
【図３６】図２１、図３４、図３５に示すアンテナのＶＳＷＲ特性の実測値を表した図である。
【図３７】図３４に示すアンテナに共振周波数調整用の導体を接続した本発明によるアンテナの実施例である。
【図３８】図３５に示すアンテナに共振周波数調整用の導体を接続した本発明によるアンテナの実施例である。１．発明を実施するための形態
【００１５】
図４から図６に開口面形状が円形の場合の本発明の実施例を示す。４０１、５０１、６０１はラジエータ導体、４０２、５０２、６０２は開口面形状が円形であり、開口面が前記ラジエータ導体の先端付近に位置している回旋状の線状導体、４０３、５０３、６０３はラジエータ導体と前記回旋状の線状導体を接続する導体、４０４及び４０５、５０４及び５０５、６０４及び６０５はそれぞれ給電点の対、４０６、５０６、６０６はグラウンドを示す。
【００１６】
図４はコイル状の円形導体４０２が一重巻き、図５は回旋状の円形導体５０２が螺旋状の３重巻き、図６はコイル状の円形導体６０２が２重巻きであって、２重目の巻き線が１重目の巻き線の開口面上にあり、渦巻状に巻かれている場合の例を示している。
【００１７】
図７から図９に開口面形状が四角形の場合の本発明の実施例を示す。７０１、８０１、９０１はラジエータ導体、７０２、８０２、９０２は開口面形状が四角形であり、開口面が前記ラジエータ導体の先端付近に位置している回旋状の線状導体、７０３、８０３、９０３はラジエータ導体と前記回旋状の線状導体を接続する導体、７０４及び７０５、８０４及び８０５、９０４及び９０５はそれぞれ給電点の対、７０６、８０６、９０６はグラウンドを示す。
【００１８】
図７は回旋状の四角形導体７０２が一重巻き、図８は回旋状の四角形導体８０２が螺旋状の３重巻き、図９は回旋状の四角形導体９０２が３重巻きであって、２重目、３重目の巻き線が１重目の巻き線の開口面上にあり、渦巻状に巻かれている場合の例を示している。
【００１９】
図１０から図１２に開口面形状が八角形の場合の本発明の実施例を示す。１００１、１１０１、１２０１はラジエータ導体、１００２、１１０２、１２０２は開口面形状が八角形であり、開口面が前記ラジエータ導体の先端付近に位置している回旋状の線状導体、１００３、１１０３、１２０３はラジエータ導体と前記回旋状の線状導体を接続する導体、１００４及び１００５、１１０４及び１１０５、１２０４及び１２０５はそれぞれ給電点の対、１００６、１１０６、１２０６はグラウンドを示す。
【００２０】
図１０はコイル状の八角形導体１００２が一重巻き、図１１は回旋状の八角形導体１１０２が螺旋状の３重巻き、図１２は回旋状の八角形導体１２０２が３重巻きであって、２重目、３重目の巻き線が１重目の巻き線の開口面上にあり、渦巻状に巻かれている場合の例を示している。
【００２１】
前記の実施例の他、回旋状の線状導体の開口面形状は任意の形状を取ることができる。例えば、開口面形状が楕円、三角形、長方形、菱形、六角形、七角形、１２角形等の任意の図形、或いは、線形状がうねった曲線を有する図形等が考えられるがそれに限らない。
【００２２】
ラジエータ導体と回旋状の線状導体の位置関係は、ラジエータ導体の先端が回旋状の線状導体の開口面付近にあれば良い。図１〜図１０では、ラジエータ導体の先端が回旋状の線状導体の開口面上であって、回旋状の線状導体が形成する図形の中心としている。しかし、両者の位置関係は厳密なものではなく、アンテナを製造する際に最適な位置をとることができる。図１３は、図１においてラジエータ導体及びラジアル導体が回旋状の線状導体上に位置している場合の例を示す。
【００２３】
図１３において、１３０１はラジエータ導体、１３０２は開口面形状が円形であり、開口面が前記ラジエータ導体の先端付近に位置している回旋状の線状導体、１３０３はラジエータ導体と前記回旋状の線状導体を接続する導体、１３０４及び１３０５は給電点の対、１３０６はグラウンドを示す。
【００２４】
このような構造とすることでアンテナの製造に要する部品点数を低減することが可能となる。このような配置は、図１〜図１０の全てに適用することができ、さらに、回旋上の線状導体の開口面内の任意の位置、或いは、開口面内でなく開口面外であっても適用は可能である。
【００２５】
図６、図９、図１２は、コイル状の線状導体６０２、９０２、１２０２が２重巻き或いは３重巻きであって、２重目、３重目の巻き線が１重目の巻き線の開口面上にあり渦巻状に巻かれている場合の例を示している。渦巻形状の線状導体を実現することは製造上難点を有する。そこで、２重目以降の巻き線が１重目の巻き線の開口面上にある他の例を図１４に示す。
【００２６】
図１４において、１４０１はラジエータ導体、１４０２、１４０７は開口面形状がそれぞれ円形であり、開口面が前記ラジエータ導体の先端付近に位置している回旋状の線状導体、１４０３はラジエータ導体と前記回旋状の線状導体１４０７を接続する導体、１４０４及び１４０５は給電点の対、１４０６はグラウンドを示す。
【００２７】
図１４では回旋状の円形導体が１４０２、１４０７の２重巻きであって、１重目の巻き線１４０２は端点が端点Ｐ１、端点Ｑ１である切込があり、２重目の巻き線１４０７は端点が端点Ｐ２、端点Ｑ２である切込があり、それぞれが異なる半径を有し大きさの異なる相似形状の円であって、２重目の巻き線１４０７が１重目の巻き線１４０２の開口面上にあり、中心点が一致し、切込みを形成する端点Ｐ１、Ｑ１、Ｐ２、Ｑ２が近接して廃しされ、端点Ｐ１と端点Ｑ２が導線で接続されている例を示している。これにより、渦巻形状を実現する製造上の難点を解消することができる。
【００２８】
図１５では回旋状の円形導体が１５０２、１５０７、１５０８の３重巻きであって、１重目の巻き線１５０２は端点が端点Ｐ１、端点Ｑ１である切込、２重目の巻き線１５０７は端点が端点Ｐ２、端点Ｑ２である切込、３重目の巻き線１５０８は端点が端点Ｐ３、端点Ｑ３である切込があり、切込みを近接して配置し、円形導体１５０２、１５０７、１５０８の半径は同一であって、中心を、開口面と垂直の方向から見た場合に一致させて概略並行に配置し、端点Ｐ１と端点Ｑ２、端点Ｐ２と端点Ｑ３が導線でそれぞれ接続されている例を示している。これにより、螺旋形状を実現する製造上の難点を解消することができる。
【００２９】
図１６は回旋状の円形導体１６０２、１６０７、１６０８、１６０９、１６１０が５重巻きであって、１重目の巻き線１６０２は端点が端点Ｐ１、端点Ｑ１である切込、２重目の巻き線１６０７は端点が端点Ｐ２、端点Ｑ２である切込、３重目の巻き線１６０８は端点が端点Ｐ３、端点Ｑ３である切込、４重目の巻き線１６０９は端点が端点Ｐ４、端点Ｑ４である切込、５重目の巻き線１６１０は端点が端点Ｐ５、端点Ｑ５である切込をそれぞれ有し、それぞれが近接して配置され、円形導体それぞれが異なる半径を有し中心が一致する大きさの異なる相似形状の円であって、端点Ｐ１と端点Ｑ２、端点Ｐ２と端点Ｑ３、端点Ｐ３と端点Ｑ４、端点Ｐ４と端点Ｑ５が導線でそれぞれ接続されている例を示している。
【００３０】
図１７、図１８は回旋状で板状の円形導体１７０２、１７０７、１７０８、１７０９、１７１０が５重巻きであって、１重目の巻き線１７０２は端点が端点Ｐ１、端点Ｑ１である切込、２重目の巻き線１７０７は端点が端点Ｐ２、端点Ｑ２である切込、３重目の巻き線１７０８は端点が端点Ｐ３、端点Ｑ３である切込、４重目の巻き線１７０９は端点が端点Ｐ４、端点Ｑ４である切込、５重目の巻き線１７１０は端点が端点Ｐ５、端点Ｑ５である切込があり、それぞれが異なる半径を有し中心が一致する大きさの異なる相似形状の円であって、端点Ｐ１と端点Ｑ２、端点Ｐ２と端点Ｑ３、端点Ｐ３と端点Ｑ４、端点Ｐ４と端点Ｑ５が導線でそれぞれ接続されている例を示している。図１８は図１７の実施例の正面図、上面図、Ａ−Ａ断面図を示している。
【００３１】
図１９、図２０は、図１７および図１８において、隣り合う巻き階層同士（１９０２と１９０７、１９０７と１９０８、１９０８と１９０９、１９０９と１９１０）で垂線が共通となる面の面積を小さくするようにずらして配置した（本実施例では共通となる面の面積はゼロ）回旋状導体１９０２、１９０７、１９０８、１９０９、１９１０を板状導体とした実施例である。図２０は図１９に示すアンテナの正面図、上面図、Ａ−Ａ断面図を示している。
【００３２】
図２１は、図１９に示す実施例と同様な形状のアンテナにおいて、ラジエータ導体１９０１を同一の長さの同軸線（ラジエータ用同軸線という。）２１０３に置き換え、回旋状の板状導体１９０２、１９０７、１９０８、１９０９、または１９１０のいずれか一カ所（図２０においては導体１９０２上の一カ所）を給電点として、バラン２１０５を介した出力２１０９、２１０７をラジエータ用同軸線２１０３の上端の中心導体と外部導体にそれぞれ接続し、前記ラジエータ用同軸線２１０３の下端の外部導体をグラウンド２１０４に接続し、ラジエータ用同軸線２１０３の下端にバラン２１０６を接続し、該バラン出力を給電用の同軸線２１１１に接続した実施例である。
２．シミュレーションまたは実機による測定結果
【００３３】
以下に本発明によるアンテナの非特許文献２によるシミュレーション結果を示す。なお、以下のシミュレーションは全て非特許文献２を用いた。
図２２は、図４においてラジエータ導体４０１が９８．５ｃｍ、線径４ｍｍ、コイル状の線状導体４０２が半径６７ｃｍの円形で、線径が４ｍｍである場合の給電点における共振周波数と放射抵抗の特性を示している。図２２の横軸は図２３に示すθ（２３０２）、すなわち、円形のコイル状の線状導体の端点と中心を結んだ線２３０１と、ラジエータ導体４０１の先端とコイル状の線状導体４０２とを接続する導線４０３が成す角度である。図２２から、例えば、１４ＭＨｚの場合はアンテナの全長は約λ／１０であり、θ＝０とすれば当該アンテナは１４ＭＨｚで共振し、そのときの放射抵抗は約３Ωとなる。
【００３４】
図２４は、図５においてラジエータ導体５０１が２１２．６ｃｍ、線径６ｍｍ、円形２重巻きのコイル状の線径６ｍｍである線状導体５０２の半径を変化させた場合の給電点における共振周波数と放射抵抗の特性を示している。これにより、７ＭＨｚの場合はアンテナの全長は約λ／１０であり、円形２重巻きのコイル状の線状導体の半径を７４ｃｍとすればとすれば当該アンテナは７ＭＨｚで共振し、そのときの放射抵抗は約４Ωとなることがわかる。
【００３５】
図２５は、図７においてラジエータ導体７０１が１００ｃｍ、線径１０ｍｍ、四角形１重巻きのコイル状の線径４ｍｍである線状導体７０２の大きさを同一として変化させた場合の給電点における共振周波数と放射抵抗の特性を示している。図２５の横軸は、四角形であるコイル状の線状導体７０２の対角線の１／２を表している。これにより、１４ＭＨｚの場合はアンテナの全長は約λ／１０であり、四角形１重巻きのコイル状の線状導体の対角線を１６０ｃｍとすればとすれば当該アンテナは１４ＭＨｚで共振し、そのときの放射抵抗は約４Ωとなることがわかる。
【００３６】
図２６は、図５においてラジエータ導体５０１が２１２．６ｃｍ、線径６ｍｍ、円形のコイル状の線径６ｍｍである線状導体５０２の半径を３０ｃｍとして巻き数を変化させた場合の給電点における共振周波数と放射抵抗の特性を示している。これにより、７ＭＨｚの場合はアンテナの全長は約λ／１０であり、円形のコイル状の線状導体の巻き数を５回〜６回とすればとすれば当該アンテナは７ＭＨｚで共振し、そのときの放射抵抗は約４Ωとなる。
【００３７】
図２７は、図６においてラジエータ導体６０１が９８．５ｃｍ、線径４ｍｍ、円形の渦巻状の線径４ｍｍである線状導体６０２の最小半径を３５ｃｍ、巻線間隔を３ｃｍとして巻き数を変化させた場合の給電点における共振周波数と放射抵抗の特性を示している。これにより、１４ＭＨｚの場合はアンテナの全長は約λ／１０であり、円形の渦巻状の線状導体の巻き数を２回とすればとすれば当該アンテナは１４ＭＨｚで共振し、そのときの放射抵抗は約３Ωとなる。
【００３８】
図２８に本発明によるアンテナをアンテナ入出力端子インピーダンスが５０Ωである送受信機と接続する場合の実施例を示す。図２８の４０１から４０６は図４と同様であり、２８０１は平衡／不平衡変換器（バラン）、２８０２はインピーダンス整合回路、２８０３はフィーダを示す。
【００３９】
アンテナの各部の形状は、ラジエータ導体４０１の長さは７２．３ｃｍ、線径が４ｍｍの導線、円形エレメント４０２の半径及び導線４０３の長さは４６ｃｍ、それぞれの線径が４ｍｍである。
【００４０】
シミュレーションにより、本アンテナの給電点における共振周波数は２１ＭＨｚ、放射抵抗は３．７Ωである。２８０１で示すバランは本実施例では同相信号除去フィルタ（ＣＭＲ）を用いている。これにより、電気的に平衡であるアンテナを不平衡回路に接続することができる。２８０２に示すインピーダンス整合回路は、本実施例においてはＫインバータインピーダンス変換器を用いている。Ｌ、Ｃが次の関係を有する場合、
Ｌ＊Ｃ＊（ω＊＊２）＝１，ここにω＝２πｆ（ｆ：周波数）
Ｋインバータ変換器の出力インピーダンスＺｏｕｔは、入力インピーダンスＺｉｎにより、
Ｚｏｕｔ＝（ωＬ）＊＊２／Ｚｉｎ
と表すことができる。本実施例の場合、放射抵抗３．７Ωを送受信機アンテナ端子インピーダンス５０Ωに整合させることから、
Ｒｉｎ＝３．７［Ω］、Ｒｏｕｔ＝５０［Ω］、ｆ＝２１［ＭＨｚ］を代入して、
Ｌ＝０．１０３［μＨ］、Ｃ＝５５７［ＰＦ］
を得る。
【００４１】
図３０に、本整合回路を用いた場合のＶＳＷＲ特性を示す。ＶＳＷＲ特性が２以下の周波数帯域は約１６０ｋＨｚある。また、アンテナを構成するエレメントの損失がゼロの場合、放射抵抗は３．７Ωとなり、エレメントをアルミニウム導線とした場合は、放射抵抗は４．３Ωとなることから、本アンテナの効率（損失）は、８６．０％（１．３１ｄＢ）となり、極めて高効率であることが示される。
【００４２】
図３１にラジエータ導体の長さが２．１２６ｍ、線径６ｍｍ、円形エレメント半径３０ｃｍ、線径６ｍｍの場合に円形エレメント巻き数とアンテナ損失の関係を示す。アンテナ損失Ｌｏｓｓ［ｄＢ］は、アンテナエレメントが無損失の場合の放射抵抗ＲＦ０、アンテナエレメントに損失がある場合（アルミ線、銅線の場合）の放射抵抗ＲＦにより次式で求めたものである。
Ｌｏｓｓ＝−１０＊ｌｏｇ（ＲＦ０／ＲＦ）
【００４３】
図３２に、ラジエータ導体の長さが９８．５ｃｍ、線径４ｍｍ、渦巻状の円形エレメントの最小半径３５ｃｍ、線径４ｍｍである図１４に示す本発明によるアンテナにおいて、渦巻状の円形エレメント巻き数とＶＳＷＲ＜２となる帯域幅の関係を示す。左側縦軸は、
比帯域＝（ＶＳＷＲ＜２である帯域幅）／中心周波数
であり、右側縦軸は、
比帯域（対数軸）＝ｌｏｇ（比帯域）
である。図３２は、ＶＳＷＲ帯域幅は円形エレメントの巻き数が大きくなると指数関数的に減少することを示している。
【００４４】
図３３に、１／２波長に対するアンテナ全長比率と、短縮ダイポールアンテナの比帯域の対数値及び前記アンテナの比帯域の対数値の比較を示す。いずれの場合もアンテナの全長が０．１波長以下の場合にＶＳＷＲ帯域幅が急激に減少するが、全ての全長比率で本発明によるアンテナ（ＣＥＳバーチカルアンテナ）は短縮ダイポールアンテナの約１０倍の帯域幅を有している。
【００４５】
図２９に整合回路の他の例を示す。４０１から４０６は図４と同様である。２９０１はバラン兼用のインピーダンス整合回路である。本実施例の場合、インピーダンス変換比が１：４であるため、アンテナの給電点インピーダンスが１２．５Ωの場合に、５０Ωフィーダに整合する。バランは通常、フェライトコアに１次側、２次側コイルを対称に巻き付けることで実現できる。
【００４６】
図２１，図３４、図３５に、図１９に示すアンテナを用いた具体的実施例を示す。図２１、図３４、図３５のアンテナ本体の電気的特性は同一であるが、ラジエータの構成および整合方法は異なっている。共振周波数は１４ＭＨｚで、１９０２、１９０８〜１９１０は5重の回旋状の板状導体であり、最も内側の円形導体の半径は５．６ｃｍ、最も外側の円形導体の半径は２２．４ｃｍ、導体間隔は２．８ｃｍ、導体幅は４ｃｍである。２１０４、３４０４、３５０４はグラウンド、２１１１、３４０９、３５０３は送受信装置と接続されている５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸フィーダである。
【００４７】
整合方法については、図２１、図３５では、整合は偏給電による方法を用いており、給電点は板状導体１９０２上で１９０２の外側端点から1周内側の点とした。図３４では、整合は８０ｃｍ長、線径３ｍｍの導線を用いたヘアピンマッチによる方法を示している。ラジエータについては、電気的ラジエータ長は全て２ｍで同一であるが、実現方法が異なる。
【００４８】
図２１では、ラジエータを同軸外部導体とするために、アンテナの給電部をバラン２１０５を介して同軸線２１０３に接続し、同軸線２１０３の外部導体は円形導体の最も内側の部分に接続されている。同軸線２１０３の下端は、外部導体がグラウンドに接続されると同時にバラン２１０８を介して同軸給電線２１１１に接続される。
図３４では、円形導体１９０２の最も内側の部分にラジエータ３４０３が接続され、ラジエータ３４０３の下端３４０８とグラウンド３４０４に接続された点３４０７との間にヘアピンマッチのための導線３４０５が接続され、３４０７と３４０８の点からバランを介して送受信装置に接続された同軸給電線３４０９が接続されている。
【００４９】
図３５では、円形導体１９０２の最も内側の部分にラジエータ３５０６が接続され、ラジエータ３５０６の下端はグラウンド３４０４に接続されている。給電点は円形導体１９０２上にあり、バラン３５０３を介して送受信機に接続された同軸給電線３５０３に接続されている。図３６に図２１、図３４、図３５に示すアンテナのＶＳＷＲ特性の実測値を示す。
【００５０】
図３７、図３８に、回旋状導体の外側端点に直線上の導体を接続し、当該導体の長さを調整することにより目的の無線通信周波数に共振させることを特徴とする本発明によるアンテナの実施例を示す。図３７は図３４におけるアンテナの板状導体１９０２の最外部端点に伸縮可能な導体３７０１を接続し、該導体を伸縮することにより共振周波数を可変することを可能としたものである。図３８は図３５におけるアンテナの板状導体１９０２の最外部端点に伸縮可能な導体３８０１を接続し、該導体を伸縮することにより共振周波数を可変とすることを可能としたものである。
【００５１】
図３７のアンテナにおいては導体３７０１の伸縮により給電点３４０７、３４０８のインピーダンスを変更することなく共振周波数を変更可能であるが、図３８のアンテナにおいては、導体３８０１の伸縮により給電点のインピーダンスは変化する。偏給電における給電点インピーダンスはアンテナ上の給電点の場所によりインピーダンスは変化し、導体３８０１を伸縮することで等価的に給電点のアンテナ上の場所が変化するためである。本特性を利用することにより、図３８における構成によりアンテナのインピーダンス調整を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
２０１  ベースローディングコイルによる短縮アンテナ
２０２  ミドルローディングコイルによる短縮アンテナ
２０３  トップローディングのキャパシティーハットとベースローディングコイルを用いた短縮アンテナ
２０４  トップローディングのキャパシティーハットとトップローディングコイルを用いた短縮アンテナ
２０６  ローディングコイル
２０７  ホット側給電点
２０８  コールド側給電点
２０９  キャパシティーハット
４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１１０１、１２０１、１３０１、１４０１、１５０１、１６０１、１７０１、１９０１、３４０３、３５０６  ラジエータエレメント
４０２、１３０２  円形エレメント
５０２  線状の螺旋状円形エレメント
６０２  線状の渦巻状円形エレメント
７０２  線状の四角形エレメント
８０２  線状の螺旋状四角形エレメント
９０２  線状の渦巻状四角形エレメント
１００２  線状の八角形エレメント
１１０２  線状の螺旋状八角形エレメント
１２０２  線状の渦巻状八角形エレメント
１４０２、１４０７、１５０２、１５０７、１５０８、１６０２、１６０７、１６０８、１６０９、１６１０  一端を切り欠いた線状の円形エレメント
４０３、５０３、６０３、７０３、８０３、９０３、１００３、１１０３、１２０３、１４０３、１５０３、１６０３、１７０３、１９０３、３５０７  導線
４０４、４０５、５０４、５０５、６０４、６０５、７０４、７０５、８０４、８０５、９０４、９０５、１００４、１００５、１１０４、１１０５、１２０４、１２０５、１３０４、１３０５、１４０４、１４０５、１５０４、１５０５、１６０４、１６０５、１７０４、１７０５、１９０４、１９０５、２１０８、２１１０、３４０７、３４０８  給電点
４０６、５０６、６０６、７０６、８０６、９０６、１００６、１１０６、１２０６、１３０６、１４０６、１５０６、１６０６、１７０６、１９０６、２１０４、３４０４、３５０４  グラウンド
１７０２、１７０７、１７０８、１７０９、１７１０、１９０２、１９０７、１９０８、１９０９、１９１０  一端を切り欠いた板状の円形エレメント
２３０１  ラジエータ導体の先端と円形エレメントの端点を結ぶ仮想線
２３０２  円形エレメントの接続導線が先端部分を結ぶ導線との間で成す角度
２１０５、２１０６、２８０１、３５０５  バラン
２１０１、３４０１、３５０１  アンテナ支持用マスト
２１０３  同軸線
２１１１、２８０３、２９０２、３５０３  給電用同軸線
２１０７  円形導体と同軸外側導体を接続する導線
２１０９  バラン出力と同軸中心導体を接続する導線
２８０２  インピーダンス整合回路
２９０１  バラン兼インピーダンス変換器
３４０５  ヘアピンマッチ用導線
３７０１、３８０１  伸縮可能な周波数調整用の導体
【図１】
2015130575.tif 000003
【図２】
2015130575.tif 000004
【図３】
2015130575.tif 000005
【図４】
2015130575.tif 000006
【図５】
2015130575.tif 000007
【図６】
2015130575.tif 000008
【図７】
2015130575.tif 000009
【図８】
2015130575.tif 000010
【図９】
2015130575.tif 000011
【図１０】
2015130575.tif 000012
【図１１】
2015130575.tif 000013
【図１２】
2015130575.tif 000014
【図１３】
2015130575.tif 000015
【図１４】
2015130575.tif 000016
【図１５】
2015130575.tif 000017
【図１６】
2015130575.tif 000018
【図１７】
2015130575.tif 000019
【図１８】
2015130575.tif 000020
【図１９】
2015130575.tif 000021
【図２０】
2015130575.tif 000022
【図２１】
2015130575.tif 000023
【図２２】
2015130575.tif 000024
【図２３】
2015130575.tif 000025
【図２４】
2015130575.tif 000026
【図２５】
2015130575.tif 000027
【図２６】
2015130575.tif 000028
【図２７】
2015130575.tif 000029
【図２８】
2015130575.tif 000030
【図２９】
2015130575.tif 000031
【図３０】
2015130575.tif 000032
【図３１】
2015130575.tif 000033
【図３２】
2015130575.tif 000034
【図３３】
2015130575.tif 000035
【図３４】
2015130575.tif 000036
【図３５】
2015130575.tif 000037
【図３６】
2015130575.tif 000038
【図３７】
2015130575.tif 000039
【図３８】
2015130575.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月28日(2015.4.28)
【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】
λ／４（λ：波長）より長さが短く、かつ、グラウンドに対して垂直に起立して配置したラジエータ導体と、該ラジエータ導体の下端とグラウンドを給電点とした短縮バーチカルアンテナと、
開口面形状が任意の形状を有し両端が開放されている回旋状の導体と、
から構成され、
前記導体は、開口面がラジエータ導体の上端付近にあり、
ラジエータ導体の先端又はその近傍の点と前記導体上の点（以下、点Ａという。）を導線で、または直接に接続し、
点Ａを、アンテナが、波長がλである特定の無線通信周波数に共振するように配置したことを特徴とする無線通信用アンテナ。
【請求項２】
回旋状の導体が螺旋状、または渦巻状であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項３】
回旋状の導体の開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点Ｐｉ、端点Ｑｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の同一形状、同一の大きさで、中心を、開口面と垂直の方向から見た場合に概略一致させて概略並行に配置した複数の導体（導体１、・・・、導体ｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点Ｐ（ｉ−１）と端点Ｑｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項４】
回旋状の導体の開口面の形状が円形、楕円形、多角形、またはそれらの合成、あるいはそれらをゆがめた形状の閉ループの導体の一カ所に、端点が端点Ｐｉ、端点Ｑｉである切込みをいれたｉ＝２，・・・，ｎであるｎ個（ｎは２以上の整数）の大きさの異なる相似形状であって開口面および中心を概略一致させて配置した複数の導体（導体１、・・・、導体ｎという。以下同じ。）を、切込み部分を近接して配置し、端点Ｐ（ｉ−１）と端点Ｑｉをｉ＝２，・・・，ｎについて接続した導体であることを特徴とする請求項１記載の無線通信用アンテナ。
【請求項５】
隣り合う回旋状導体同士で垂線が共通となる面の面積を小さくするようにずらして配置したことを特徴とする板状導体を互いに並行に配置した請求項４記載の無線通信用アンテナ。
【請求項６】
整合手段、および／またはバランを有したことを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の無線通信用アンテナ。
【請求項７】
ラジエータ導体の下端をグラウンドに直接に接続することにより給電点を解消した請求項１ないし請求項６記載のアンテナにおいて、新たな給電点を、回旋状の導体上であって、給電点からアンテナを見込んだインピーダンスが最適値となるように配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項６記載の無線通信用アンテナ。
【請求項８】
給電点にバランを介して給電用の同軸線を接続したことを特徴とする請求項７記載の無線通信用アンテナ。
【請求項９】
ラジエータ導体を同一の長さの同軸線（ラジエータ用同軸線という。）に置き換え、
請求項８記載の同軸線の中心導体と外部導体を前記ラジエータ用同軸線の上端の中心導体と外部導体にそれぞれ接続し、または、請求項８記載のバランの出力を前記ラジエータ用同軸線の上端の中心導体と外部導体に接続し、
前記ラジエータ用同軸線の下端の外部導体をグラウンドに接続し、前記ラジエータ用同軸線の下端の中心導体と外部導体をバランを接続して、該バラン出力を給電用の同軸線に接続たことを特徴とする請求項８記載の無線通信用アンテナ。
【請求項１０】
回旋状導体の外側端点に直線状の導体を接続し、当該導体の長さを調整することにより目的の無線通信周波数に共振させることを特徴とする請求項１ないし請求項９記載の無線通信用アンテナ。