(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に設置された一対の受信アンテナ（２１，２２）からなるアンテナ部（２）と、
前記受信アンテナの出力を合成する合成器（３３）および前記一対の受信アンテナのそれぞれと前記合成器とを接続する一対の給電線（３１，３２）からなる合成部（３）と、
を備えるスタックアンテナであって、
予め設定された周波数範囲内の電波を受信対象電波とし、前記周波数範囲内に設定された基準周波数について前記スタックアンテナの設置点にて観測されたハイトパターンのハイトピッチをＰＴとして、前記一対の受信アンテナの配置間隔である垂直離隔距離δが、ＰＴ／６≦δ≦５・ＰＴ／６に設定され、
前記基準周波数の波長をλとして、前記一対の給電線の線路長が、該一対の給電線の線路長差がλ・（１−δ／ＰＴ）／２となるように設定されていることを特徴とするスタックアンテナ。
【請求項２】
前記受信アンテナは、水平偏波を受信することを特徴とする請求項１に記載のスタックアンテナ。
【請求項３】
前記基準周波数は、前記周波数範囲の中心周波数であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタックアンテナ。
【請求項４】
前記垂直離隔距離δは、δ＝ＰＴ／２に設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のスタックアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を受信する受信アンテナにおいて受信ハイトパターンの影響を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上デジタル放送の難視対策等に使用されるテレビ共同受信施設やギャップフィラー（以下、ＧＦ）の受信点は、基本的には、送信点から電波の見通し状況が良い場所に設置される。このような受信点では、受信ハイトパターン（以下、ハイトパターン）の影響により受信レベルが変化し、受信チャンネルによっては受信不良になることがある。
【０００３】
このような状況において受信レベルを安定化させる技術として、受信アンテナを２基またはそれ以上のアンテナを用いて受信アンテナ出力を合成（スタック）するスタックアンテナが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６８１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ハイトパターンは、送信点から受信点に直接する到達する直接波と、地面や海面等の大地に反射して到達する大地反射波とが干渉することによって生じる。このため、降雪や潮汐等により電波を反射する反射面、ひいては大地反射波の経路が変化すると、これに伴ってハイトパターンも変化するため、季節や時間帯によって合成のさせ方やアンテナの高さを調整する必要があり、受信レベルを安定させることが難しいという問題があった。
【０００６】
つまり、ハイトパターンを考慮して受信レベルが高いところで信号を受信するようにアンテナを調整しても、大地反射面が変化すると、その変化分だけハイトパターンが上下方向にシフトすることにより、ハイトパターンのヌル点付近で信号を受信するようになってしまう場合がある。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、受信ハイトパターンの変動に関わらず、スタックアンテナによる安定した受信を実現する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスタックアンテナは、アンテナ部と合成部とを備える。アンテナ部は、上下に設置された一対の受信アンテナからなる。合成部は、受信アンテナの出力を合成する合成器および一対の受信アンテナのそれぞれと合成器とを接続する一対の給電線からなる。但し、予め設定された周波数範囲内の電波を受信対象電波とし、周波数範囲内に設定された基準周波数についてスタックアンテナの設置点にて観測されたハイトパターンのハイトピッチをＰＴとして、一対の受信アンテナの配置間隔である垂直離隔距離δが、ＰＴ／６≦δ≦５・ＰＴ／６に設定されている。また、基準周波数の波長をλとして、一対の給電線の線路長が、該一対の給電線の線路長差がλ・（１−δ／ＰＴ）／２となるように設定されている。
【０００９】
このような構成によれば、本発明のスタックアンテナの設置点にて観測されるハイトパターンに周期的なヌル点が存在していても、スタックアンテナから得られる受信電界強度は、ハイトパターンのヌル点の影響（即ち、高さ依存性）が抑制されたものとなる。その結果、アンテナ部の設置高さによらず、ほぼ均一な受信電界強度が得られるため、大地反射の反射面が変化する環境であっても、スタックアンテナの調整を必要とすることなく、安定した受信状態を実現することができる。
【００１０】
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】スタックアンテナの構成を示すブロック図である。
【図２】アンテナ調整手順を示すフローチャートである。
【図３】理論値の算出に用いた電波伝搬モデルを示す説明図である。
【図４】（ａ）大地反射係数の特性、（ｂ）は大地反射係数の位相変移の特性を例示するグラフである。
【図５】ハイトパターンの算出例を示すグラフであり、（ａ）が水平偏波の場合、（ｂ）が垂直偏波の場合である。
【図６】ハイトパターンと電界ベクトルの関係を示す説明図であり、（ａ）がハイトパターン、（ｂ）が直接波の電界ベクトル、（ｃ）が大地反射波の電界ベクトル、（ｄ）が合成波の電界ベクトルである。
【図７】複素平面上での電界ベクトルの回転を示す説明図であり、（ａ）が電界ベクトルの回転と合成ベクトルを示し、（ｂ）が合成ベクトルの位相変化を示したものである。
【図８】上段アンテナおよび下段アンテナからの出力、両出力を合成した合成出力に関する説明図であり、（ａ）が単基アンテナ（上段および下段アンテナ）出力の電界強度、（ｂ）が単基アンテナ出力の位相、（ｃ）が単基アンテナ出力の電界ベクトル、（ｄ）が上段および下段アンテナの出力を同相合成した合成出力の電界ベクトル、（ｅ）が上段および下段アンテナの出力を移相合成した合成出力の電界ベクトルである。
【図９】給電位相を一定（９０°）とし垂直離隔位相を変化させた場合の合成出力をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図１０】垂直離隔位相を一定（９０°）とし給電位相を変化させた場合の合成出力をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図１１】垂直離隔位相と給電位相の合計を一定（１８０°）とし両者の割合を変化させた場合の合成出力をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図１２】垂直離隔位相と給電位相の合計を一定（１８０°）とした場合の垂直離隔位相と合成出力の振幅との関係をシミュレーションで求めた結果を示すグラフである。
【図１３】（１）〜（７）は、チャネル毎に単基アンテナおよびスタックアンテナによるハイトパターンの実測結果を示したグラフであり、（８）は、単基アンテナによるハイトパターンの計算値を示したグラフである。
【図１４】（１）が単基アンテナによるハイトパターンの実測結果、（２）〜（６）が（１）に示す実測結果に基づくスタックアンテナの垂直離隔距離δを変化させたシミュレーション結果である。
【図１５】上下段アンテナにレベル差がある場合の合成出力をシミュレーションで求めたグラフであり、（１）〜（３）はレベル差のみを変化させた場合、（４）〜（６）は垂直離隔位相および給電位相の合計が１８０°ではない場合である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［構成］
図１に示すスタックアンテナ１は、地上デジタル放送の難視対策等に使用されるテレビ共同受信施設やギャップフィラー（ＧＦ）等の受信点として構成されるものであり、アンテナ部２と合成部３とを備える。
【００１３】
アンテナ部２は、それぞれが受信対象電波を受信する一対の受信アンテナ２１，２２からなり、上下方向に間隔を空けて配置されている。以下では、上側の受信アンテナを上段アンテナ２１、下側の受信アンテナを下段アンテナ２２、両者の間隔を垂直離隔距離δと呼ぶ。また、受信アンテナ２１，２２は、所定の受信対象周波数範囲（ここでは地上デジタル放送に使用する周波数帯）内の信号の一部または全部を受信可能に構成されている。以下では、上記周波数範囲の中心周波数を基準周波数、この基準周波数の波長を基準波長λという。
【００１４】
合成部３は、一対の給電線３１，３２と、合成器３３とを備える。上段アンテナ２１と合成器３３を接続する給電線３１の線路長はＬ１に設定され、下段アンテナ２２と合成器３３を接続する給電線３２の線路長はＬ２に設定されている。合成器３３は、給電線３１，３２を介して供給される受信アンテナ２１，２２の出力を加算合成して受信信号を生成する。
【００１５】
［アンテナの調整方法］
次に、スタックアンテナ１を設置する際に実施する垂直離隔距離δおよび給電線３１，３２の線路長Ｌ１，Ｌ２の調整方法について、図２のフローチャートを用いて説明する。なお、スタックアンテナの設置点では、受信点（受信アンテナ）の高さに応じて受信電界強度が周期的に変化するハイトパターン（図５（ａ）（ｂ）参照）が観測されるものとする。ハイトパターンの詳細については後述する。
【００１６】
本手順では、まず、スタックアンテナ１の設置点において、単基のアンテナを使用して、基準周波数の受信対象電波についてハイトパターンを観測する（Ｓ１１０）。
次に、ハイトパターンの観測結果から、ハイトピッチＰＴを抽出する（Ｓ１２０）。ハイトピッチＰＴは、ハイトパターンのピーク点〜ピーク点またはヌル点〜ヌル点の区間長のことである。
【００１７】
次に、抽出したハイトピッチＰＴの半分の長さが、受信アンテナ２１，２２間の垂直離隔距離δの調整可能な上限値δｍａｘ以下であるか否かを判断する（Ｓ１３０）。なお、上限値δｍａｘは、スタックアンテナ１において受信アンテナ２１，２２を支持する部材の大きさ等、物理的な条件によって決まる。
【００１８】
ハイトピッチＰＴの半分の長さが上限値δｍａｘ以下である場合、即ちＰＴ／２≦δｍａｘである場合は（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、垂直離隔距離がδ＝ＰＴ／２となるように受信アンテナ２１，２２の設置位置を調整する（Ｓ１４０）。更に、給電線３１，３２の線路長差｜Ｌ１―Ｌ２｜が（１）式を満たすように線路長Ｌ１，Ｌ２を調整して（Ｓ１５０）、本手順を終了する。但し、線路長Ｌ１，Ｌ２の設定には、給電線３１，３２における波長短縮率が考慮される。
【００１９】
【数１】
0006538413.tif 000002
一方、ハイトピッチＰＴの半分の長さが上限値δｍａｘより大きい場合、即ちＰＴ／２＞δｍａｘである場合は（Ｓ１３０：ＮＯ）、垂直離隔距離がδ＝δｍａｘとなるように受信アンテナ２１，２２の設置位置を調整する（Ｓ１６０）。更に、給電線３１，３２の線路長差｜Ｌ１―Ｌ２｜が（２）式を満たすように線路長Ｌ１，Ｌ２を調整して（Ｓ１７０）、本手順を終了する。但し、線路長Ｌ１，Ｌ２の設定には、給電線３１，３２における波長短縮率が考慮される。
【００２０】
【数２】
0006538413.tif 000003
［ハイトパターン］
ここで、スタックアンテナ１の調整に使用するハイトパターンについて説明する。
【００２１】
ハイトパターンは、受信対象電波の送信点から直接到達する直接波と地面や海面等に反射して到達する大地反射波とが干渉し合成されることで発生し、電波の見通し状況が良い場所で観測される。また、特に水平偏波では受信電界強度の変動が顕著となる。
【００２２】
まず、ハイトパターンの理論値を、図３に示す電波伝搬モデルを用いて導出する。
電波伝搬モデルにおいて、受信対象電波の送信源（送信アンテナ）の設置位置を送信点、上段アンテナ２１の設置位置を受信点＃１、下段アンテナ２２の設置位置を受信点＃２とし、送信点の高さ（地上からの距離）をｈ１、送信点から受信点＃１，＃２までの水平距離をｄ、受信点＃１の高さをｈ２、受信点＃２の高さをｈ２’、受信点＃１と受信点＃２の垂直離隔距離をδとする。
【００２３】
また、送信点から受信点直下の地上点までの距離をｒ０、受信点＃１における直接波の伝搬距離をｒ１、大地反射波の伝搬距離をｒ２とする。距離ｒ０を基準とした直接波の伝搬路長差Δｒ１および距離ｒ０を基準とした大地反射波の伝搬路長差Δｒ２は、ｄ＞＞ｈ１，ｈ２、２ｈ１＞＞ｈ２であるものとして、（３）（４）式で近似される。
【００２４】
【数３】
0006538413.tif 000004
つまり、距離ｒ０を基準として考えたとき、直接波は伝搬路長差Δｒ１だけ早く受信点＃１に到達し、大地反射波は伝搬路長差Δｒ２だけ遅れて受信点＃１に到達し、これらを合成した合成波が受信点＃１にて受信される。この合成波の受信電界強度（以下、単に合成波ともいう）Ｅｒは（５）式で表される。但し、θは伝搬路長差Δｒ１，Δｒ２によって生じる位相差であり（６）式で示される。また、Ｅ０は自由空間電界強度であり（７）式で示される。また、Ｅ１は直接波の受信電界強度（以下、単に直接波ともいう）、Ｅ２は大地反射波の受信電界強度（以下、単に大地反射波ともいう）、Ｒは大地反射波の反射係数（以下、大地反射係数）、βは位相定数（＝２π／λ）、Ｐは送信点での実効放射電力である。
【００２５】
【数４】
0006538413.tif 000005
なお、大地反射波の反射係数Ｒは、図４に示すように、送信偏波や反射面の媒質、大地面への入射角（接地角）によって異なり、反射係数Ｒに応じて反射波の振幅や位相は変化するが、通常、水平偏波の大地反射係数はＲ＝−１で扱われる。これに従い、（５）式にＲ＝−１を代入することで（８）式が得られ、この（８）式を変形すると（９）式が得られる。なお、図４のグラフは、周波数６００ＭＨｚとし、フレネル反射公式を用いて求めたものである。
【００２６】
【数５】
0006538413.tif 000006
ハイトパターンは、受信点の高さｈ２を変化させた時に得られる受信電界強度Ｅｒのパターンである。従って（９）式から、ハイトパターンは、送受信点間の水平距離ｄや使用電波の波長λ、送信点の高さｈ１によって決まることがわかる。（９）式に従って求めた水平偏波のハイトパターンの例を図５（ａ）に示す。参考までに、垂直偏波の場合、Ｒ＝−１と見なすことができないためフレネル反射公式により（５）式を用いてハイトパターンを求めることができる。この場合、直接波と大地反射波の受信電界強度は異なり、完全に打ち消しあうことがないため、図５（ｂ）に示すように、水平偏波と比較して、ヌル点でも比較的大きな受信電界強度が得られる。
【００２７】
ここで、直接波Ｅ１、大地反射波Ｅ２、合成波Ｅｒの各電界ベクトルとハイトパターンの関係を、図６、図７を用いて説明する。ハイトパターンは、受信点の高さによって直接波Ｅ１と大地反射波Ｅ２の干渉状態が変化することで現れる。具体的には、（８）式からわかるように、直接波Ｅ１の電界ベクトルと大地反射波Ｅ２の電界ベクトルとは反対方向にベクトル回転し、これにより打ち消しあったり強めあったりする（図６（ｂ）（ｃ）、図７（ａ）参照）。そして、直接波Ｅ１および大地反射波Ｅ２の電界ベクトルを合成することで得られる合成波Ｅｒの電界ベクトルは、±９０°の位相を交互に繰り返すことになる（図６（ｄ）、図７（ｂ）参照）。また、受信電界強度Ｅｒの振幅値は、（９）式に示すようにｓｉｎ振動し、−２Ｅ０〜２Ｅ０の間で変化する。このとき、振幅値の絶対値の山（極大点）または谷（極小点）が出現する周期をハイトピッチという。なお、ハイトパターンの変化は、ｓｉｎθで表されることから、受信点の高さがハイトピッチ分だけ移動すると、受信点に誘起される受信波（合成波）の位相は半周期（π［ｒａｄ］＝１８０°）分だけずれることになる。以下では、受信波の周波数によらず一般的な取り扱いができるように、受信点の高さを、受信波の位相θで表す。
【００２８】
そして、例えば、θ＝２πに相当する受信点の高さをｈ２＝ｈａ、θ＝πに相当する受信点の高さをｈ２＝ｈｂとすると、これらの関係を（６）式に代入して変形することでｈａ，ｈｂを求めることができ、更に、その求めた高さｈａ，ｈｂを用いて、ハイトピッチＰＴは（１０）式で示される。
【００２９】
【数６】
0006538413.tif 000007
［受信アンテナの高さの違いによる受信電界強度］
上段アンテナ２１の設置高さをｈ２、下段アンテナ２２の設置高さをｈ２’とすると、両者は（１１）式に示す関係を有する。
【００３０】
【数７】
0006538413.tif 000008
上段アンテナ２１および下段アンテナ２２のそれぞれに誘起される合成波の位相（直接波Ｅ１と大地反射波Ｅ２の位相差）θ１，θ２は、（１２）（１３）式で示される。
【００３１】
【数８】
0006538413.tif 000009
従って、上段アンテナ２１および下段アンテナ２２のそれぞれに誘起される合成波の受信電界強度Ｅr1，Ｅr2は、（１４）（１５）式で示される。
【００３２】
【数９】
0006538413.tif 000010
ここで、垂直離隔距離δを、（１０）式に示すハイトピッチＰＴの半分（δ＝ＰＴ／２）とし、これを（１３）式に代入して整理すると、下段アンテナ２２の合成波の位相θ２は（１６）式で示される。この場合、下段アンテナ２２の合成波の受信電界強度Ｅr2は、（１７）式で示される。
【００３３】
【数１０】
0006538413.tif 000011
［上段および下段アンテナ出力の合成］
次に、上段アンテナ２１の出力Ｅr1と下段アンテナ２２の出力Ｅr2を同相合成した場合の受信電界強度Ｅra、上段アンテナ２１の出力Ｅr1の位相をπ／２（＝９０°）進めて移相合成（上段進相合成）した場合の受信電界強度Ｅrb、上段アンテナ２１の出力Ｅr1の位相をπ／２（＝９０°）遅らせて移相合成（上段遅相合成）した場合の受信電界強度Ｅrc、下段アンテナ２２の出力Ｅr2の位相をπ／２（＝９０°）進めて移相合成（下段進相合成）した場合の受信電界強度Ｅrd、下段アンテナ２２の出力Ｅr2の位相をπ／２（＝９０°）遅らせて移相合成（下段遅相合成）した場合の受信電界強度Ｅreは、（１８）〜（２２）式で示される。なお、位相をπ／２進めるとは、数式的には＋ｊを乗じること、物理的には給電線の線路長を他方よりλ／４短くすることに相当する。また、位相をπ／２遅らせるとは、数式的には−ｊを乗じること、物理的には給電線の線路長を他方よりλ／４長くすることに相当する。
【００３４】
【数１１】
0006538413.tif 000012
合成器の挿入損失を無視して考えると、合成器３３により加算合成された受信電界強度Ｅra〜Ｅreにおいて、Ｅraのピーク時の値は、単基アンテナのハイトパターン（図６（ａ）参照）と比較して３ｄＢ上昇する。また、Ｅrb〜Ｅreの値は、単基アンテナのハイトパターン（図６（ａ）参照）のピーク時と同じになる。
【００３５】
同相合成した場合の受信電界強度Ｅraは、（１８）式に示すように、ｓｉｎ項の存在により振幅が振動的に変化してヌル点が生じる。但し、ヌル点は、単基アンテナのハイトパターンと比較して４５°（＝π／４［ｒａｄ］）シフトした位置に発生する。一方、移相合成した場合の受信電界強度Ｅrb〜Ｅreは、（１９）〜（２２）式に示すように、振幅を変化させる項が存在しないため、受信点ｈ２の高さによらず一定の振幅が得られる。
【００３６】
図８は、上述の内容を、電界ベクトルを用いて視覚的に示したものである。即ち、単基アンテナ（上段アンテナ２１および下段アンテナ２２）の出力Ｅr1，Ｅr2を複素平面上で表現した電界ベクトルは±９０°の方向に存在し、且つ上段アンテナ２１の出力Ｅr1と下段アンテナ２２の出力Ｅr2との間の位相差である垂直離隔位相θδは９０°ずれたものとなる（図８（ｂ）（ｃ）参照）。出力Ｅr1，Ｅr2を同相合成した合成出力Ｅraの電界ベクトルは、図中同一横ラインで上段アンテナの電界ベクトルと下段アンテナの電界ベクトルを単純に合成することで得られる（図８（ｄ）参照）。出力Ｅr1，Ｅr2を移相合成した合成出力Ｅrb〜Ｅreの電界ベクトルは、出力Ｅr1，Ｅr2のうち一方の電界ベクトルを、＋９０°回転（＋ｊを乗じる）または−９０°回転（−ｊを乗じる）して他方の電界ベクトルと合成することで得られる（図８（ｅ）参照）。同相合成では、受信点の高さに応じて振幅（電界ベクトルの大きさ）が変化し、移相合成では、受信点の高さに応じて位相（電界ベクトルの向き）は回転するが、振幅（電界ベクトルの大きさ）は一定であることがわかる。
【００３７】
なお、図８において、グラフの縦軸は上段アンテナ２１の高さを示す。下段アンテナ２２の受信電界強度および位相は、上段アンテナ２１の高さにシフトして表示している（以下、図９〜図１１、図１５も同様）。
【００３８】
次に、垂直離隔距離δおよび線路長Ｌ１，Ｌ２を変化させた時の影響について説明する。
一対の給電線の線路長差｜Ｌ１−Ｌ２｜によって生じる受信対象電波の位相差である給電位相をθＬ＝９０°に固定し、垂直離隔位相θδを変化させた場合、図９に示すように、垂直離隔位相がθδ＝９０°の時に、合成出力の受信電界強度は受信点の高さに依存せず一定となり、垂直離隔位相θδが９０°から離れるほど、合成出力の受信電界強度の変動幅（Ｐ−Ｐ値）が大きく（ハイトパターンのリップルが深く）なる。そして、垂直離隔位相がθδ＝１８０°の時に、上段アンテナ２１の出力と下段アンテナ２２の出力は逆相となり、ヌル点の影響を抑圧する効果が得られなくなる。なお、図中における合成出力の受信電界強度は、自由空間電界強度Ｅ０を基準とした相対レベルで表している（以下、図１０〜図１２，図１５でも同様）。
【００３９】
垂直離隔位相をθδ＝９０°に固定し、給電位相θＬを変化させた場合、図１０に示すように、給電位相がθＬ＝９０°の時に、合成出力の受信電界強度は受信点の高さに依存せず一定となり、給電位相θＬが９０°から離れるほど、合成出力の受信電界強度の変動幅が大きく（ハイトパターンのリップルが深く）なる。そして、給電位相θＬが１８０°の時に、ヌル点の影響を抑圧する効果が得られなくなる。
【００４０】
これら図９，図１０からわかるように、垂直離隔位相θδおよび給電位相θＬの９０°からのずれ量が、合成出力の受信電界強度の変動幅に与える影響はどちらも同じである。
垂直離隔位相θδと給電位相θＬの合計を１８０°として、両位相の割合だけを変化させた場合、図１１に示すように、いずれの割合でも合成出力の受信電界強度は高さ依存せず一定となる。但し、垂直離隔位相θδと給電位相θＬがいずれも９０°の時に、合成出力の受信電界強度は最大となり、両位相の差が大きくなるほど、合成出力の受信電界強度は低下する。そして、図１２に示すように、合成出力の受信電界強度は、垂直離隔位相θδが３０°〜１５０°の範囲では、自由空間電界強度Ｅ０（相対合成レベル０ｄＢ）以上の大きさとなる。
【００４１】
このように、垂直離隔位相θδおよび給電位相θＬをいずれも９０°とすることが理想的であるが、いずれも３０°〜１５０°の範囲で合計１８０°となるようにすれば、ハイトパターンのヌル点の影響が十分に抑制されることがわかる。
【００４２】
ところで、上述したように、垂直離隔距離がδ＝ＰＴ／２の場合に垂直離隔位相はθδ＝９０°となる。この関係を利用して、垂直離隔距離δと垂直離隔位相θδとの関係は（２３）式で示される。また、垂直離隔位相θδとの合計を１８０°（＝π［ｒａｄ］）とするのに必要な給電位相θＬは（２４）式で示される。更に、給電位相θＬを生じさせるのに必要な線路長差｜Ｌ１―Ｌ２｜は、（２５）式で示される。（２５）式を、（２３）（２４）式を用いて変形することで（２）式が得られ、（２）式にδ＝ＰＴ／２を代入すると（１）式が得られる。
【００４３】
【数１２】
0006538413.tif 000013
［効果］
以上説明したように、スタックアンテナ１では、ハイトパターンの観測結果から抽出したハイトピッチＰＴを用い、垂直離隔距離をδ＝ＰＴ／２に設定し、給電線３１，３２の線路長差が｜Ｌ１―Ｌ２｜＝λ／４となるように線路長Ｌ１，Ｌ２を設定している。また、垂直離隔距離δ＝ＰＴ／２を確保できない場合は、垂直離隔距離をδ＝δｍａｘとすることで最大限に確保し、給電線３１，３２の線路長差が｜Ｌ１―Ｌ２｜＝λ／２・（１−δ／ＰＴ）となるように線路長Ｌ１，Ｌ２を設定している。つまり、垂直離隔位相θδと給電位相θＬの合計が１８０°となり、しかも、両位相の差が可能な限り小さくなるように設定されている。
【００４４】
これにより、スタックアンテナ１の設置点における受信電界強度のハイトパターンに周期的なヌル点が存在していても、スタックアンテナ１から出力される受信信号の電界強度は、ハイトパターンのヌル点の影響が抑制されたもの、即ち、受信点の高さ依存性が抑制されたものとなる。その結果、アンテナ部２の設置高さによらず、ほぼ均一な受信電界強度が得られるため、大地反射面の高さが変化する環境であっても、スタックアンテナ１の調整を必要とすることなく、安定した受信状態を実現することができる。
【００４５】
図１３（１）〜（７）は、旭川市の神居古潭ギャップフィラーの受信点において、送信点である深川サテ局から出力される電波のハイトパターンを、３１ｃｈ〜５１ｃｈの中の７波について実測した結果を示すものである。各波につき、単基アンテナによる観測結果、δ＝ＰＴ／２、｜Ｌ１―Ｌ２｜＝λ／４に設定したスタックアンテナ１による観測結果を示す。受信端子電圧のＰ−Ｐ値が、単基アンテナでは１３．２〜１７．９ｄＢであったものが、スタックアンテナ１を用いることにより２．４〜６．６ｄＢにまで抑制されていることがわかる。なお、参考までに、３１ｃｈ、４１ｃｈ、５１ｃｈについて、計算により求めた単基アンテナのハイトパターンを図１３（８）に示す。
【００４６】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。
【００４７】
（１）上記実施形態では、垂直離隔距離は、δ＝ＰＴ／２またはδ＝δｍａｘに設定されるが、これに限るものではなく、ＰＴ／６≦δ≦５・ＰＴ／６（即ち、垂直離隔位相θδが３０°〜１５０°）となるように設定されていればよい。
【００４８】
（２）上記実施形態では、垂直離隔距離δを、ハイトパターンの実測値から抽出されるハイトピッチＰＴに従って決定しているが、ハイトパターンの実測値を用いたシミュレーションに従って決定してもよい。例えば、線路長Ｌ１，Ｌ２を、給電線２１，２２の線路長差が｜Ｌ１―Ｌ２｜＝λ／４となるように固定するものとして、ハイトパターンの観測結果を（２６）式に代入して上段および下段アンテナの合成出力を求めることによってハイトパターンを求める。なお、この式は、上段および下段アンテナの出力を表現するベクトルが互いに直交している場合の振幅を求めるものである。
【００４９】
【数１３】
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具体的には、ハイトパターンの実測値上で、指定した垂直離隔距離δだけ離れた２点の値（Ｖ１，Ｖ２）を（２６）式に代入する。（Ｖ１，Ｖ２）のサンプリングポイント（即ち、アンテナ高さ）を移動させてこれを繰り返すことにより、スタックアンテナのハイトパターンを求める。垂直離隔距離δを変更しながら同様の処理を繰り返すことによって得られた、複数のハイトパターンを比較し、最も平坦な特性が得られる垂直離隔距離δを採用する。
【００５０】
図１４は、（１）が札幌市手稲区森林公園を受信点とし手稲山を送信点とする電波についての単基アンテナによりハイトパターンの実測値、（２）〜（６）が垂直離隔距離δを１〜２［ｍ］の範囲で０．２５［ｍ］ずつ変化させて求めたスタックアンテナのハイトパターンのシミュレーション結果である。ハイトピッチＰＴの実測値は２．４〜２．８［ｍ］であり、シミュレーションでは垂直離隔距離がδ＝１．２５［ｍ］（≒ＰＴ／２）の時に最も平坦な特性が得られることがわかる。
【００５１】
（３）上記実施形態では、ハイトパターン特性のピーク時における上段アンテナ２１の出力と下段アンテナ２２の出力との間のレベル差はないものとして理論値を求めているが、両出力にレベル差がある場合、図１５に示すように、そのレベル差分だけ、合成出力の受信電界強度の変動幅（Ｐ−Ｐ値）が大きくなる。このため、このレベル差を考慮した設計を行うか、レベル差がなくなるよう両出力レベルを調整してから合成するように設計することが望ましい。
【００５２】
（４）上記実施形態では、垂直離隔位相θδおよび給電位相θＬを求める際に使用する基準周波数として、受信対象周波数範囲の中心周波数を採用しているが、これに限るものではなく、中心周波数からずれていてもよい。
【００５３】
（５）上記実施形態では、主として受信対象電波が水平偏波である場合について説明したが、受信対象電波は垂直偏波であってもよい。垂直偏波は、図５に示した通り、水平偏波と比較して、ハイトパターンの影響は少ないもののリップルは生じる。そして、例えば、将来、８Ｋスーパーハイビジョンの実用化等で検討されている偏波ＭＩＭＯ技術では、水平偏波および垂直偏波のいずれについてもハイトパターンの影響を抑制する必要があるため、本発明の技術は極めて有効に寄与するものと考えられる。
【００５４】
（６）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００５５】
（７）本発明は上述したスタックアンテナの他、当該スタックアンテナを構成要素とするシステムなどの形態で実現することもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１…スタックアンテナ  ２…アンテナ部  ３…合成部  ２１，２２…受信アンテナ  ３１，３２…給電線  ３３…合成器
【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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