(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナエレメント間の励振位相が異なるように直列に給電されて、第１のチルト角の指向特性とされている第１のアレーアンテナ部と、
前記第１のアレーアンテナ部の前記アンテナエレメントと同じ長さとされている複数のアンテナエレメント間の励振位相が異なるように直列に給電されて、前記第１のチルト角とは異なる第２のチルト角の指向特性とされており、前記第１のアレーアンテナ部と直線状に配列される第２のアレーアンテナ部と、
前記第１のアレーアンテナ部と前記第２のアレーアンテナ部とに並列に同相で給電する並列給電部とを備え、
前記第１のアレーアンテナの指向特性と前記第２のアレーアンテナの指向特性とが合成されることにより、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの、一方の指向特性のヌル点が他方の指向特性により補償されて、得られる指向特性におけるヌル点のレベルが改善されることを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナの前記アンテナエレメントは、上段スリーブの下端面と下段スリーブの上端面とが対峙して配置されており、当該対峙された下端面と上端面とが、前記アンテナエレメント間の前記励振位相に応じた間隔及び対峙する面積とされていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【請求項３】
前記並列給電部は、前記第１のアレーアンテナ部の励振位相と前記第２のアレーアンテナ部の励振位相との間に位相差を与えることにより、チルトした指向特性が得られるようにしたことを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射特性を改善したアレーアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基地局用アンテナとして複数のアンテナエレメントを直線状に多段配列させ、高利得かつ水平面内無指向特性で尖鋭なビームの放射指向特性が得られるアレーアンテナが知られている。このアレーアンテナには、複数のアンテナエレメントを直列に接続して給電する直列給電型と、電力分配して複数のアンテナエレメントに給電する並列給電型とに区分される。アレーアンテナの指向特性は、各アンテナエレメントへ供給される励振電力量(振幅値)と励振位相とに応じた指向特性となる。
直列給電型のアレーアンテナである従来の６段コリニアアンテナ１００の構成を図１２に示す。図１２においては、第１段エレメント１１１ないし第６段エレメント１１６の構成を断面図で示している。
図１２に示す従来の６段コリニアアンテナ１００は、それぞれダイポールアンテナを構成する第１段エレメント１１１ないし第６段エレメント１１６が６段スタックされて構成されている。すなわち、６段コリニアアンテナ１００において、第１段エレメント１１１の下には第２段エレメント１１２がスタックされ、第２段エレメント１１２の下には第３段エレメント１１３がスタックされ、第３段エレメント１１３の下には第４段エレメント１１４がスタックされ、第４段エレメント１１４の下には第５段エレメント１１５がスタックされ、第５段エレメント１１５の下には第６段エレメント１１６がスタックされている。ただし、第４段エレメント１１４は省略して示している。第１段エレメント１１１ないし第６段エレメント１１６におけるほぼ中央に設けられたスリーブ給電部が伝送線路とされる同軸ケーブル１２０により励振されており、同軸ケーブル１２０の下端にはコネクタ１２２が接続され、同軸ケーブル１２０は整合器１２１を介して第６段エレメント１１６内に導入されている。
【０００３】
第１段エレメント１１１ないし第６段エレメント１１６はほぼ同様の構成とされ、円筒状の上段スリーブと下段スリーブとが向き合わされて構成されているダイポールアンテナにより構成されている。例えば、第１段エレメント１１１は下端にジョイントが嵌合された上段スリーブ１１１ａと、上端にジョイントが嵌合された下段スリーブ１１１ｂとが向き合わされて構成されている。上段スリーブ１１１ａと下段スリーブ１１１ｂとが間隔Ｆｇ１０で向き合っている構成により励振スロットが構成されている。この励振スロットによりスリーブ給電部１１１ｃが構成され、励振スロットにおける同軸ケーブル１２０の外部導体は除去されて、内部導体からの放射により上段スリーブ１１１ａと下段スリーブ１１１ｂとが励振されるようになっている。ただし、最上段の第１段エレメント１１１においては、同軸ケーブル１２０の芯線が上段スリーブ１１１ａの下端に嵌合されたジョイントに電気的に接続されて給電されている。また、ダイポールアンテナを構成する上段スリーブ１１１ａと下段スリーブ１１１ｂの電気長は、給電される高周波信号の波長をλとした際に約λ／４とされている。さらに、各段のエレメント１１１〜１１６を同相で励振させる場合は、スリーブ給電部間の同軸ケーブル１２０の長さＬ１０の電気長は約１λ（あるいは、その整数倍）とされている。なお、同軸ケーブル１２０の物理長は、同軸ケーブル１２０の波長短縮率に応じた長さとされる。
【０００４】
また、直列給電型の平面アレーアンテナとされた従来の５段アレーアンテナ２００の構成を図１３に示す。
図１３に示す従来の５段アレーアンテナ２００は、高周波特性の良好なプリント基板２１０に、それぞれ矩形状のパッチエレメントが５段スタックされてプリンとされて構成されている。５段アレーアンテナ２００において、第５段エレメント２１５の上には第４段エレメント２１４がスタックされ、第４段エレメント２１４の上には第３段エレメント２１３がスタックされ、第３段エレメント２１３の上には第２段エレメント２１２がスタックされ、第２段エレメント２１２の上には第１段エレメント２１１がスタックされている。第１段エレメント２１１ないし第５段エレメント２１５のエレメント間は伝送線路とされるストリップ線路２１７で接続されており、各段のエレメントにおける下辺のほぼ中央がストリップ線路２１７により励振されている。第５段エレメント２１５から導出されているストリップ線路２１７の端部が５段アレーアンテナ２００の給電点２１６とされている。なお、各段のエレメント２１１〜２１５の長さＬ２０の電気長が約１λ（あるいは、その整数倍）とされている場合は、各段のエレメント２１１〜２１５が同相で励振されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６８２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１２に示した直列給電型の６段コリニアアンテナ１００は垂直偏波仕様とされており、各段のエレメント１１１〜１１６を同相で励振させた場合における垂直面の指向特性を図１４に示す。図１４を参照すると、±約９０°方向に先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称に第１ヌル点、第１サイドローブ、第２ヌル点、第２サイドローブ・・・の多数のヌル点とサイドローブが生じている放射パターンとなっている。このときの水平面の指向特性は、図示しないが無指向特性となる。
図１４に示す指向特性は、６段の各エレメント１１１〜１１６が同相で励振されるように、６段のスリーブ給電部間の長さＬ１０が電気長で約１λ（あるいは、その整数倍）とされている場合である。ここで、長さＬ１０の電気長を変更することにより６段コリニアアンテナ１００の主ローブをチルトすることができる。チルト角５°が得られるように長さＬ１０の電気長を変更した場合の６段コリニアアンテナ１００の垂直面の指向特性を図１５に示す。図１５を参照すると、約５°下方へチルト（±約９５°方向）した先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称に第１ヌル点、第１サイドローブ、第２ヌル点、第２サイドローブ・・・の多数のヌル点とサイドローブが生じている放射パターンとなっていることがわかる。
図１４に示す指向特性は、６段コリニアアンテナ１００をチルト角５°に設計した場合のシミュレーション結果であるが、このように設計した６段コリニアアンテナ１００の指向特性の実測データを図１６に示す。図１６を参照すると、±約９４°方向へ約４°チルトした先鋭な主ビームが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称に第１ヌル点、第１サイドローブ、第２ヌル点、第２サイドローブ・・・の多数のヌル点とサイドローブが生じている放射態様となっている。
【０００７】
ところで、ヌル点における放射レベルはほぼ０となることから、ヌル方向に該当する照射地域は受信不能に陥ったり、或いは通信、画像受信等においてエラー率が上昇して正常な受信ができない恐れがある。図１２に示す従来の直列給電型の６段コリニアアンテナ１００においては、主ローブと各サイドローブ間に多数のヌル点が生じており、ヌル点によりレベル低減やレベル変動が誘発されるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、放射レベルが０となるヌル点が極力生じることのないアレーアンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のアレーアンテナは、複数のアンテナエレメント間の励振位相が異なるように直列に給電されて、第１のチルト角の指向特性とされている第１のアレーアンテナ部と、前記第１のアレーアンテナ部の前記アンテナエレメントと同じ長さとされている複数のアンテナエレメント間の励振位相が異なるように直列に給電されて、前記第１のチルト角とは異なる第２のチルト角の指向特性とされており、前記第１のアレーアンテナ部と直線状に配列される第２のアレーアンテナ部と、前記第１のアレーアンテナ部と前記第２のアレーアンテナ部とに並列に同相で給電する並列給電部とを備え、前記第１のアレーアンテナの指向特性と前記第２のアレーアンテナの指向特性とが合成されることにより、前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナとの、一方の指向特性のヌル点が他方の指向特性により補償されて、得られる指向特性におけるヌル点のレベルが改善されることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアレーアンテナは、第１のアレーアンテナ部は第１のチルト角の指向特性とされ、第２のアレーアンテナ部は第２のチルト角の指向特性とされていることから、第１のアレーアンテナ部におけるヌル点の位置やサイドローブ形状と、第２のアレーアンテナ部におけるヌル点の位置やサイドローブ形状とが異なるようになる。そして、第１のアレーアンテナ部と第２のアレーアンテナ部とが並列に給電されて放射パターンが合成されることから、第１のアレーアンテナ部と第２のアレーアンテナ部とのヌル点が、相互の指向特性により補償されるようになって、０レベルとなるヌル点が極力生じることのないアレーアンテナとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナの構成を示す図である。
【図２】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナの単位エレメントの構成を示す斜視図である。
【図３】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナの第１段エレメントの詳細構成を示す断面図である。
【図４】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナの第２段エレメントの詳細構成を示す断面図である。
【図５】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナのスリーブ給電部間の長さを示す断面図である。
【図６】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナにおける３段コリニアアンテナの垂直面の放射指向特性を示す図である。
【図７】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナにおける３段コリニアアンテナの垂直面の他の放射指向特性を示す図である。
【図８】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナにおける３段コリニアアンテナの垂直面のさらに他の放射指向特性を示す図である。
【図９】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナにおける垂直面の放射指向特性を示す図である。
【図１０】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナにおける垂直面の他の放射指向特性を示す図である。
【図１１】本発明のアレーアンテナの実施例とされる６段コリニアアンテナにおける垂直面の放射指向特性の実測データを示す図である。
【図１２】従来のアレーアンテナである６段コリニアアンテナの構成を示す図である。
【図１３】従来のアレーアンテナである５段アレーアンテナの構成を示す図である。
【図１４】従来のアレーアンテナである６段コリニアアンテナの垂直面内の指向特性を示す図である。
【図１５】従来のアレーアンテナである６段コリニアアンテナの垂直面内の他の指向特性を示す図である。
【図１６】従来のアレーアンテナである６段コリニアアンテナの垂直面内の指向特性の実測データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のアレーアンテナの実施例である６段コリニアアンテナ１の構成を図１に示す。図１においては、第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３および第４段エレメント２１ないし第６段エレメント２３の構成を断面図で示している。
図１に示す本発明のアレーアンテナの実施例であるコリニアアンテナ１は、上段に配置された直列給電型の３段コリニアアンテナ部１０と、この３段コリニアアンテナ部１０とほぼ同軸に下段に配置された直列給電型の３段コリニアアンテナ部２０とから構成されている。上段に配置された３段コリニアアンテナ部１０は、それぞれダイポールアンテナを構成する第１段エレメント１１、第２段エレメント１２および第３段エレメント１３がスタックされて構成されている。すなわち、第３段エレメント１３の上には第２段エレメント１２がスタックされ、第２段エレメント１２の上には最上段の第１段エレメント１１がスタックされている。第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３には、そのほぼ中央部に設けられたスリーブ給電部１１ｅ〜１３ｅに伝送線路とされる同軸ケーブル１４から給電されており、同軸ケーブル１４の下端にはコネクタ１５が設けられている。このコネクタ１５には、一端が分配器３０の第１端子に接続されている同軸ケーブルからなる給電線３１の他端が接続されている。  
【００１３】
下段に配置された３段コリニアアンテナ部２０は、それぞれダイポールアンテナを構成する第４段エレメント２１、第５段エレメント２２および第６段エレメント２３がスタックされて構成されている。すなわち、第６段エレメント２１の上には第５段エレメント２２がスタックされ、第５段エレメント２２の上には第４段エレメント２１がスタックされている。第４段エレメント２１ないし第６段エレメント２３には、そのほぼ中央部に設けられているスリーブ給電部２１ｅ〜２３ｅに伝送線路とされる同軸ケーブル２４から給電されており、同軸ケーブル２４の下端にはコネクタ２５が設けられている。このコネクタ２５には、一端が分配器３０の第２端子に接続されている同軸ケーブルからなる給電線３２の他端が接続されている。分配器３０は、コネクタ３０ａを介して入力された高周波信号電力を２分配して、給電線３１および給電線３２を介して３段コリニアアンテナ部１０および３段コリニアアンテナ部２０に並列に給電している。このように分配器３０は３段コリニアアンテナ部１０および３段コリニアアンテナ部２０への並列給電部であり、本発明の実施例にかかる６段コリニアアンテナ１は直列給電型の３段コリニアアンテナ部１０と直列給電型の３段コリニアアンテナ部２０とに分配器３０から並列給電する構成とされている。なお、給電線３１と給電線３２との長さを異ならせると、３段コリニアアンテナ部１０と３段コリニアアンテナ部２０とに給電される高周波信号の位相を異ならせることができる。
【００１４】
次に、３段コリニアアンテナ部１０および３段コリニアアンテナ部２０の各段のエレメントを構成している単位エレメント２の構成を斜視図で図２に示す。
単位エレメント２は図２に示すように、金属製とされた円筒状の上段スリーブ２ａの下端面と円筒状の下段スリーブ２ｂの上端面とが向き合わされて配置されることによりダイポールアンテナが構成されている。図１に示す３段コリニアアンテナ部１０および３段コリニアアンテナ部２０の第１段エレメント１１〜第３段エレメント１３および第４段エレメント２１〜第６段エレメント２３は、図２に示す単位エレメント２により構成されている。すなわち、図１に示すように３段コリニアアンテナ部１０の第１段エレメント１１は上段スリーブ１１ａと下段スリーブ１１ｂとが向き合わされて構成され、第２段エレメント１２は上段スリーブ１２ａと下段スリーブ１２ｂとが向き合わされて構成され、第３段エレメント１３は上段スリーブ１３ａと下段スリーブ１３ｂとが向き合わされて構成されている。また、３段コリニアアンテナ部２０の第４段エレメント２１は上段スリーブ２１ａと下段スリーブ２１ｂとが向き合わされて構成され、第５段エレメント２２は上段スリーブ２２ａと下段スリーブ２２ｂとが向き合わされて構成され、第６段エレメント２３は上段スリーブ２３ａと下段スリーブ２３ｂとが向き合わされて構成されている。
【００１５】
図１に示す本発明の実施例にかかるコリニアアンテナ１における３段コリニアアンテナ部１０の第１段エレメント１１と３段コリニアアンテナ部２０の第４段エレメント２１とは同じ構成とされており、代表として第１段エレメント１１の詳細な構成を断面図で図３に示す。
図３に示す第１段エレメント１１は、金属製とされた円筒状の上段スリーブ１１ａの下端面と、金属製とされた円筒状の下段スリーブ１１ｂの上端面とが向き合わされて配置されてダイポールアンテナが構成されている。このダイポールアンテナに給電される高周波信号の波長をλとした際に、上段スリーブ１１ａおよび下段スリーブ１１ｂの電気長は約λ／４とされている。上段スリーブ１１ａの下端部の内側に金属製の上段ジョイント１１ｃが嵌挿されており、下段スリーブ１１ｂの上端部の内側に金属製の下段ジョイント１１ｄが嵌挿されている。下段スリーブ１１ｂ内には、隣接する下段の第２段エレメント１２から導出された同軸ケーブル１４が挿通されており、同軸ケーブル１４が下段ジョイント１１ｄのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、同軸ケーブル１４の外部導体１４ｃが下段ジョイント１１ｄに電気的に接続されている。
【００１６】
また、下段スリーブ１１ｂと上段スリーブ１１ａとの境界部において同軸ケーブル１４の外部導体１４ｃが除去され、中心導体１４ａを外部導体１４ｃから絶縁して保持する絶縁体１４ｂが露出されている。この絶縁体１４ｂは、上記境界部を超えた部位において除去されて中心導体１４ａが露出されており、この中心導体１４ａが上段ジョイント１１ｃのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、挿通孔内において上段ジョイント１１ｃに電気的に接続されている。そして、スリーブ間隔Ｆｇをもって向かい合わされて配置されている上段ジョイント１１ｃおよび下段ジョイント１１ｄにより、励振スロットとされるスリーブ給電部１１ｅが構成されている。このスリーブ給電部１１ｅによりダイポールアンテナを構成している上段スリーブ１１ａおよび下段スリーブ１１ｂとが同軸ケーブル１４を伝達してきた高周波信号により励振されるようになる。
第４段エレメント２１のダイポールアンテナを構成している上段スリーブ２１ａおよび下段スリーブ２１ｂも同様にして、同軸ケーブル２４を伝達してきた高周波信号により励振されるようになる。
【００１７】
次に、図２に示す本発明にかかるコリニアアンテナ１における３段コリニアアンテナ部１０の第２段エレメント１２および第３段エレメント１３と３段コリニアアンテナ部２０の第５段エレメント２２および第６段エレメント２３とは同じ構成とされており、代表として第２段エレメント１２の詳細な構成を断面図で図４に示す。
図４に示す第２段エレメント１２は、金属製とされた円筒状の上段スリーブ１２ａの下端面と、金属製とされた円筒状の下段スリーブ１２ｂの上端面とが向き合わされて配置されてダイポールアンテナが構成されている。このダイポールアンテナに給電される高周波信号の波長をλとした際に、上段スリーブ１２ａおよび下段スリーブ１２ｂの電気長は約λ／４とされている。上段スリーブ１２ａの下端部の内側に金属製の上段ジョイント１２ｃが嵌挿されており、下段スリーブ１２ｂの上端部の内側に金属製の下段ジョイント１２ｄが嵌挿されている。下段スリーブ１２ｂ内には、同軸ケーブル１４が下から挿通されており、同軸ケーブル１４が下段ジョイント１２ｄのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、その外部導体１４ｃが下段ジョイント１２ｄに電気的に接続されている。下段スリーブ１２ｂから導出された同軸ケーブル１４は上段スリーブ１２ａ内に挿通されて、同軸ケーブル１４が上段ジョイント１２ｃのほぼ中央部に形成されている挿通孔内に挿通されて、その外部導体１４ｃが上段ジョイント１２ｃに電気的に接続されている。
【００１８】
また、下段スリーブ１２ｂと上段スリーブ１２ａとの境界部において同軸ケーブル１４の外部導体１４ｃが除去されて、絶縁体１４ｂが露出されている。この絶縁体１４ｂの内部に位置する中心導体１４ａと、向かい合わされて配置されている上段ジョイント１２ｃおよび下段ジョイント１２ｄにより励振スロットとされるスリーブ給電部１２ｅが構成されている。このスリーブ給電部１２ｅによりダイポールアンテナを構成している上段スリーブ１２ａおよび下段スリーブ１２ｂとが同軸ケーブル１４を伝達してきた高周波信号により励振されるようになる。
第３段エレメント１３のダイポールアンテナを構成している上段スリーブ１３ａおよび下段スリーブ１３ｂも同様にして、スリーブ給電部１３ｅにおいて同軸ケーブル１４を伝達してきた高周波信号により励振されるようになる。さらに、第５段エレメント２２および第６段エレメント２３のダイポールアンテナを構成している上段スリーブ２２ａ，２３ａおよび下段スリーブ２２ｂ，２３ｂも同様にして、スリーブ給電部２２ｅ，２３ｅにおいて同軸ケーブル２４を伝達してきた高周波信号により励振されるようになる。
【００１９】
ところで、図５に示すように３段コリニアアンテナ部１０における第２段エレメント１２のスリーブ給電部１２ｅと、隣接する第３段エレメント１３のスリーブ給電部１３ｅの間隔はｄとされ、第１段エレメント１１のスリーブ給電部１１ｅと、隣接する第２段エレメント１２のスリーブ給電部１２ｅの間隔もｄとされている。この間隔ｄは、隣接するスリーブ給電部間の同軸ケーブル１４の物理長に対応している。３段コリニアアンテナ部１０において、放射ビームをチルトさせない場合は、同軸ケーブル１４から給電される第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３におけるそれぞれのスリーブ給電部において高周波信号によりそれぞれ同相で励振される。
ここで、直線状に各段のエレメントを配列させた３段コリニアアンテナ部１０のようなアレーアンテナでは、各段のエレメントに励振される振幅と位相により、段数に応じた指向特性が形成される。同じ構造・性能のエレメントをＮ段等間隔で直線状に配列し、各段のエレメントに給電する電流の位相を考慮した複素電流をＩｎとした時に、各段のエレメントの指向特性をDo(θ)とすると、アレーアンテナの指向特性は、下記（１）式で表される。
【数１】
0005714420.tif 000002
ただし、（１）式においてf(θ)は隣接するエレメントとの間隔ｄと給電電流Ｉｎにより決定される配列係数であり、下記の（２）式で表される。
【数２】
0005714420.tif 000003
式（２）において、ｋは波数（２π／λ）であり、δはアレーアンテナのアンテナビーム方向に関わる位相項である。
【００２０】
ここで、３段コリニアアンテナ部１０における第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３におけるそれぞれのスリーブ給電部において波長λの高周波信号によりそれぞれ同相で励振した場合の垂直面とされるＥ（電界）面の指向特性を図６に示す。図６に示す指向特性は、前記（１）（２）により計算された指向特性とされている。
図６を参照すると、±約９０°方向に先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称に第１ヌル点、第１サイドローブ、第２ヌル点、第２サイドローブ、第３ヌル点が生じている放射パターンとなっている。
３段コリニアアンテナ部２０においても、第４段エレメント２１ないし第６段エレメント２３におけるそれぞれのスリーブ給電部において波長λの高周波信号によりそれぞれ同相で励振した場合は、図６に示すＥ（電界）面の指向特性を得ることができる。
【００２１】
また、３段コリニアアンテナ部１０の放射ビームを下方へチルトさせる場合は、隣接する段のエレメントの励振位相に対して位相差を与えて励振させる。すなわち、隣接するスリーブ給電部とスリーブ給電部との間の間隔ｄ（同軸ケーブル１４の物理長）を変更させることにより、第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３の励振位相に位相差を生じさせる。この場合、給電される高周波信号の波長をλとした際に、隣接するスリーブ給電部とスリーブ給電部との間の電気長を約１λより若干短くするよう間隔ｄの長さを変更させることにより、３段コリニアアンテナ部１０の放射ビームを下方へチルトさせることができる。また、隣接するスリーブ給電部とスリーブ給電部との間の電気長を約１λより若干長くするよう間隔ｄの長さを変更させることにより、３段コリニアアンテナ部１０の放射ビームを上方へチルトさせることができる。なお、同軸ケーブル１４の物理長は、同軸ケーブル１４の電気長に波長短縮率を乗じた長さとされる。
【００２２】
３段コリニアアンテナ部２０においても、同様にして隣接するスリーブ給電部とスリーブ給電部との間の電気長を約１λより若干短くするよう間隔ｄ’の長さを変更させることにより、３段コリニアアンテナ部２０の放射ビームを下方へチルトさせることができる。また、隣接するスリーブ給電部とスリーブ給電部との間の電気長を約１λより若干長くするよう間隔ｄ’の長さを変更させることにより、３段コリニアアンテナ部２０の放射ビームを上方へチルトさせることができる。
【００２３】
ここで、本発明の実施例にかかる６段コリニアアンテナ１の特徴的な構成について説明すると、上段に配置された３段コリニアアンテナ部１０における第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３のスリーブ給電部間の間隔ｄと、下段に配置された３段コリニアアンテナ部２０における第４段エレメント２１ないし第６段エレメント２３のスリーブ給電部間の間隔ｄ’とは若干異ならせた構成とされている。これにより、３段コリニアアンテナ部１０における第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３におけるエレメント間の励振位相の位相差と、３段コリニアアンテナ部２０における第４段エレメント２１ないし第６段エレメント２３におけるエレメント間の励振位相の位相差とが異なるようになって、３段コリニアアンテナ部１０と３段コリニアアンテナ部２０の主ローブのチルト角度やサイドローブの放射パターンが相互に若干異なるようになる。すなわち、３段コリニアアンテナ部１０の放射パターンにおけるヌルの位置や形状と、３段コリニアアンテナ部２０の放射パターンにおけるヌルの位置や形状とが異なるようになる。そして、６段コリニアアンテナ１の放射パターンは、３段コリニアアンテナ部１０の放射パターンと３段コリニアアンテナ部２０の放射パターンとが合成された放射パターンとなる。これにより、３段コリニアアンテナ部１０の放射パターンにおけるレベルが０に近いヌル点のレベルは、３段コリニアアンテナ部２０の放射パターンにより補償され、３段コリニアアンテナ部２０の放射パターンにおけるレベルが０に近いヌル点のレベルは、３段コリニアアンテナ部１０の放射パターンにより補償されるようになる。従って、６段コリニアアンテナ１の放射パターンにおけるヌル点のレベルが改善されるようになり、ヌル点の数を減少させることができると共にヌル方向に該当する照射地域においても通信を可能とすることができるようになる。
【００２４】
上記した本発明の実施例にかかる６段コリニアアンテナ１の特徴的な構成の具体的な一例を次に説明する。この例では、上段に配置した３段コリニアアンテナ部１０の主ローブのチルト角度を−２°（アップチルト）になるよう設計すると共に、下段に配置した３段コリニアアンテナ部２０の主ローブのチルト角度を５°（ダウンチルト）となる様に設計して、３段コリニアアンテナ部１０と３段コリニアアンテナ部２０との放射パターンを合成させるものとする。
上段の３段コリニアアンテナ部１０および下段の３段コリニアアンテナにおける主ローブを所望のチルト角度にて形成する理論計算式は式（３）で表される。この場合、第１段エレメント１１ないし第３段エレメント１３あるいは第４段エレメント２１ないし第６段エレメント２３は半波長ダイポールとしている。
【数３】
0005714420.tif 000004
ただし、式（３）において、θoはチルト角度である。
【００２５】
上記（３）式を用いて上段の３段コリニアアンテナ部１０の主ローブのチルト角度が−２°（アップチルト）になるよう設計した場合の指向特性D1(θ)は下記の（４）式で表され、下段の３段コリニアアンテナ部２０の主ローブのチルト角度が５°（ダウンチルト）となる様に設計した場合の指向特性D2(θ)は下記の（５）式で表される。
【数４】
0005714420.tif 000005
【数５】
0005714420.tif 000006
ただし、（４）式および（５）式において、ｍは上段の３段コリニアアンテナ部１０の段数、ｎは下段の３段コリニアアンテナ部２０の段数、Ｉｍは上段の３段コリニアアンテナ部１０の電流励振値、Ｉｎは下段の３段コリニアアンテナ部２０の電流励振値、ｋは波数（２π／λ）、ｄは上段の３段コリニアアンテナ部１０の隣接するエレメントとの間隔、ｄ’は下段の３段コリニアアンテナ部２０の隣接するエレメントとの間隔、δｍは上段の３段コリニアアンテナ部１０のアンテナビーム方向に関わる位相項、δｎは下段の３段コリニアアンテナ部２０のアンテナビーム方向に関わる位相項である。
【００２６】
ここで、上段の３段コリニアアンテナ部１０の主ローブのチルト角度が−２°（アップチルト）になるよう設計した場合の上記（４）式から計算された指向特性を図７に示す。図７を参照すると、±約８８°方向に先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右にほぼ対称にいくつかのヌル点とサイドローブが生じている放射パターンとなっているが、±９０°の軸より上側に生じるサイドローブのレベルは下側に生じるサイドローブより低いレベルとなっている。
また、下段の３段コリニアアンテナ部２０の主ローブのチルト角度が５°（ダウンチルト）となる様に設計した場合の上記（５）式から計算された指向特性を図８に示す。図８を参照すると、±約９４°方向に先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称にいくつかのヌル点とサイドローブが生じている放射パターンとなっているが、±９０°の軸より上側に大きなレベルの４つのサイドローブが生じており、下側にはやや小さなレベルのサイドローブが２つだけ生じている。
このように、チルト角を異ならせると主ローブの放射方向が異なることは当然であるが、ヌル点の位置やレベル、サイドローブの形状や数が異なるようになる。
【００２７】
本発明の実施例にかかる６段コリニアアンテナ１の放射パターンは、３段コリニアアンテナ部１０の放射パターンと３段コリニアアンテナ部２０の放射パターンとが合成された放射パターンとなる。この合成された放射パターンの指向特性D(θ)は下記（６）式により表される。
【数６】
0005714420.tif 000007
ただし、（６）式においてｄｃは上段の３段コリニアアンテナ部１０と下段の３段コリニアアンテナ部２０との間隔であり、δｃは上段の３段コリニアアンテナ部１０と下段の３段コリニアアンテナ部２０との指向特性合成時のビーム方向に関わる位相項である。上記（６）式で計算された６段コリニアアンテナ１の合成された指向特性を図９に示す。図９を参照すると、ほぼ±約９０°方向により先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称に少ない数のヌル点とサイドローブが生じている放射パターンとなっている。この場合、サイドローブの形状は大きく異なるようになって０°と１８０°方向にはヌル点が生じているが、±約６０°方向および±約１２０°方向のヌル点のレベルが改善されている。このように、３段コリニアアンテナ部１０の放射パターンにおけるヌル点のレベルは、３段コリニアアンテナ部２０の放射パターンにより補償され、３段コリニアアンテナ部２０の放射パターンにおけるヌル点のレベルは、３段コリニアアンテナ部１０の放射パターンにより補償されるようになる。従って、６段コリニアアンテナ１の放射パターンにおけるヌル点のレベルが改善されるようになり、ヌル点の数を減少させることができると共にサイドローブの形状が異なるようになってヌル方向に該当する照射地域においても通信を可能とすることができるようになる。
【００２８】
図９に示す指向特性は、上段の３段コリニアアンテナ部１０と下段の３段コリニアアンテナ部２０との間隔ｄｃを約１λ（あるいはその整数倍）とした場合である。すなわち、図１に示す分配器３０から上段の３段コリニアアンテナ部１０に給電する給電線３１の電気長と、下段の３段コリニアアンテナ部２０に給電する給電線３２との長さが同じ（あるいは電気長の差がλの整数倍）とされて、同相で給電した場合とされている。この場合、給電線３１の電気長と給電線３２の電気長を異ならせて３段コリニアアンテナ部１０と下段の３段コリニアアンテナ部２０との励振位相に位相差を与えることにより、本発明の実施例にかかる６段コリニアアンテナ１の指向特性をチルトすることができる。チルト角度の設計は上記（３）式において３段コリニアアンテナ部１０と下段の３段コリニアアンテナ部２０とを単位アンテナとみなすことにより計算することができる。
【００２９】
チルト角度−２°に設計された上段の３段コリニアアンテナ部１０と、チルト角度５°に設計された下段の３段コリニアアンテナ部２０との励振位相にチルト角度５°となる位相差を与えて、上段の３段コリニアアンテナ部１０と下段の３段コリニアアンテナ部２０との放射パターンを合成した際の指向特性を図１０に示す。この指向特性は上記式（６）により計算される。図１０を参照すると、±約９４°方向に先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称にサイドローブが生じておりヌル点はほぼ生じていない放射パターンとなっている。この場合、サイドローブの形状が大きく異なるようになって０°と１８０°方向にだけヌル点が生じており、ヌル点の数が低減されていると共にサイドローブの形状が異なるようになってヌル方向に該当する照射地域においても通信を可能とすることができるようになる。
【００３０】
次に、チルト角度−２°に設計された上段の３段コリニアアンテナ部１０と、チルト角度５°に設計された下段の３段コリニアアンテナ部２０との励振位相にチルト角度２°となる位相差を与えて設計した本発明の実施例にかかる６段コリニアアンテナ１の指向特性の実測データを図１１に示す。図１１を参照すると、±約９２°方向に先鋭な主ローブが得られており、この主ローブを基軸として左右ほぼ対称にサイドローブが生じておりヌル点はほぼ生じていない放射パターンとなっている。この場合、１８０°方向にヌル点が生じていると共に、±約６０°方向にレベルの改善されたヌル点が生じているだけとされ、本発明の実施例にかかる６段コリニアアンテナ１の放射パターンにおけるヌル点のレベルを改善することができると共に、ヌル点の数を減少させることができ、ヌル方向に該当する照射地域においても通信を可能とすることができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明した本発明にかかるコリニアアンテナでは、上段と下段とにコリニアアンテナを配列した構成としたが、３つ以上のコリニアアンテナを直線状に配列して構成するようにしても良い。
また、以上説明した本発明にかかるコリニアアンテナにおいて、各段のエレメントに設けられている給電部間隔とされるスリーブ間隔Ｆｇは、導体とされている上段ジョイントおよび下段ジョイントが平行性を維持しながら対峙されて構成されており、各ジョイントはエレメントを形成する上段スリーブあるいは下段スリーブに電気的導通が施されている。ジョイント同士が対峙する面は各々平滑とされており、スリーブ間隔Ｆｇの間隔および対峙するジョイントの面積に依って、ジョイント間の容量が変化する。すなわち、スリーブ間隔Ｆｇの寸法により各段のエレメントの給電点インピーダンスが変化するようになる。各段のエレメントの給電点インピーダンスが変化すると、励振される電流振幅が変化することにつながり、結果として各段のエレメントの励振振幅態様を電気的に制御できるようになる。
さらに、本発明の実施例にかかるコリニアアンテナにおいて、伝送線路とされる同軸ケーブルは、セミリジットケーブルやセミフレキシブルケーブル、フレキシブルケーブルなどの同軸ケーブルを用いることができる。さらにまた、本発明にかかるアレーアンテナはコリニアアンテナに限らず、図１３に示す平面アンテナからなるアレーアンテナを多段に同軸に配列して形成するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１  ６段コリニアアンテナ、２  単位エレメント、２ａ  上段スリーブ、２ｂ  下段スリーブ、１０  ３段コリニアアンテナ部、１１  第１段エレメント、１１ａ  上段スリーブ、１１ｂ  下段スリーブ、１１ｃ  上段ジョイント、１１ｄ  下段ジョイント、１１ｅ  スリーブ給電部、１２  第２段エレメント、１２ａ  上段スリーブ、１２ｂ  下段スリーブ、１２ｃ  上段ジョイント、１２ｄ  下段ジョイント、１２ｅ  スリーブ給電部、１３  第３段エレメント、１３ａ  上段スリーブ、１３ｂ  下段スリーブ、１３ｅ  スリーブ給電部、１４  同軸ケーブル、１４ａ  中心導体、１４ｂ  絶縁体、１４ｃ  外部導体、１５  コネクタ、２０  ３段コリニアアンテナ部、２１  第４段エレメント、２１ａ  上段スリーブ、２１ｂ  下段スリーブ、２１ｅ  スリーブ給電部、２２  第５段エレメント、２２ａ  上段スリーブ、２２ｂ  下段スリーブ、２２ｅ  スリーブ給電部、２３  第６段エレメント、２３ａ  上段スリーブ、２３ｂ  下段スリーブ、２３ｅ  スリーブ給電部、２４  同軸ケーブル、２５  コネクタ、３０  分配器、３０ａ  コネクタ、３１  給電線、３２  給電線、１００  ６段コリニアアンテナ、１１１  第１段エレメント、１１１ａ  上段スリーブ、１１１ｂ  下段スリーブ、１１１ｃ  スリーブ給電部、１１２  第２段エレメント、１１３  第３段エレメント、１１４  第４段エレメント、１１５  第５段エレメント、１１６  第６段エレメント、１２０  同軸ケーブル、１２１  整合器、１２２  コネクタ、２００  ５段アレーアンテナ、２１０  プリント基板、２１１  第１段エレメント、２１２  第２段エレメント、２１３  第３段エレメント、２１４  第４段エレメント、２１５  第５段エレメント、２１６  給電点、２１７  ストリップ線路
【図１】
0005714420.tif 000008
【図２】
0005714420.tif 000009
【図３】
0005714420.tif 000010
【図４】
0005714420.tif 000011
【図５】
0005714420.tif 000012
【図６】
0005714420.tif 000013
【図７】
0005714420.tif 000014
【図８】
0005714420.tif 000015
【図９】
0005714420.tif 000016
【図１０】
0005714420.tif 000017
【図１１】
0005714420.tif 000018
【図１２】
0005714420.tif 000019
【図１３】
0005714420.tif 000020
【図１４】
0005714420.tif 000021
【図１５】
0005714420.tif 000022
【図１６】
0005714420.tif 000023