(57)【要約】【課題】極力小型（全長が短い）で構造がシンプルであり，３６０度の範囲で均一な（一様な）利得が得られ，モノポールアンテナやスリーブアンテナよりも大きな利得が得られるアンテナを提供すること。【解決手段】同軸ケーブル１の中心導体１ａと電気的に絶縁されるとともに，同軸ケーブル１のシールド線と電気的に接続された板状の導体からなる接地板部２と，その接地板部２と電気的に接続された円柱状の導体からなる円柱反射部３と，前記中心導体１ａと電気的に接続され，前記円柱反射部３に対して同心かつ外側に形成された円筒状の導体からなり，前記円柱反射部３よりも軸芯方向に短く形成された円筒放射部４とを備えたアンテナＸ１。前記円柱反射部３の軸芯方向の長さが伝送波の波長の０．２３倍〜０．３７倍の長さであり，前記円筒放射部４の軸芯方向の長さが伝送波の波長の０．２０倍〜０．２５倍の長さであれば好適である。【選択図】図１
2008205647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電用の中心導体及び外部導体を有する同軸ケーブルと接続されたアンテナであって，
前記中心導体と電気的に絶縁されるとともに前記外部導体と電気的に接続された板状の導体からなる接地板部と，
前記接地板部と電気的に接続された円柱状の導体からなる円柱反射部と，
前記中心導体と電気的に接続され，前記円柱反射部に対して同心かつ外側に形成された円筒状の導体からなり，前記円柱反射部よりも軸芯方向に短く形成された円筒放射部と，
を具備してなることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記円柱反射部の軸芯方向の長さが伝送波の波長の０．２３倍乃至０．３７倍の長さであり，前記円筒放射部の軸芯方向の長さが伝送波の波長の０．２０倍乃至０．２５倍の長さである請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記接地板部と電気的に接続され，前記円筒放射部に対して同心かつ外側に形成された円筒状の導体からなり，前記円筒放射部よりも軸芯方向に短く形成された１又は複数の円筒導波部をさらに具備してなる請求項１又は２のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項４】
前記円筒導波部の軸芯方向の長さが伝送波の波長の０．１５倍乃至０．２３倍の長さである請求項３に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体無線通信においては，通信相手の方向が随時変化するため，３６０度全方位に均一な指向性を有するアンテナが必要となる。従来，移動体通信における固定局側のアンテナとして，コリニアアレーアンテナが採用されることが多い。コリニアアレーアンテナは，その指向性がその長手方向を中心とする周囲の方向について３６０度の方向に均一であり，利得も大きいからである。
コリニアアレーアンテナは，例えば，特許文献１に示されるように，伝送波（電波）の波長の四分の一の長さの複数の導電性の円筒部材が直線に沿って配列された構造を有している。前記円筒部材の数を増やすと，その長手方向（円筒の配列方向）における指向性が鋭くなり，その長手方向を中心とする周囲の各方向における利得が大きくなる。
一方，モノポールアンテナは，その全長が伝送波の波長の約四分の一の長さで済むが，利得は＋２ｄＢｉ程度と小さい。同様に，スリーブアンテナも，その全長が伝送波の波長の約二分の一の長さで済むが，利得は＋２ｄＢｉ程度と小さい。例えば，伝送波が携帯電話機用の８００ＭＨｚ帯の電波である場合，モノポールアンテナを採用すればその全長が１００ｍｍ程度，スリーブアンテナを採用すればその全長が２００ｍｍ程度となる。
【特許文献１】特開平７−２０２５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら，コリニアアレーアンテナは，その長さが伝送波（電波）の波長の整数倍と長いため，携帯型の電子機器に搭載する用途には向かず，また，風圧等による破損の恐れが高いために自動車，列車，飛行機等の高速な移動体に搭載する用途にも向かないという問題点があった。
例えば，携帯電話機との無線通信を行う基地局に採用されるコリニアアレーアンテナは，少ないもので４個，多いものでは３２個の前記円筒部材を備えている。このようなコリニアアレーアンテナは，利得は＋８ｄＢｉ〜＋１７ｄＢｉ程度と大きいものの，その全長が伝送波の波長の１倍〜８倍と極めて長いものである。伝送波が携帯電話機用の８００ＭＨｚ帯の電波である場合，コリニアアレーアンテナの長さは，４００ｍｍ〜３２００ｍｍ程度となってしまう。
このため，従来は，移動体無線通信における移動体側において，小型であるが利得が小さいモノポールアンテナやスリーブアンテナを採用せざるを得なかった。
また，コリニアアレーアンテナは，構造が複雑であるためその製造に手間とコストを要するという問題点もあった。このため，例えば無線ＬＡＮ用のアンテナも，コリニアアレーアンテナではなく，構造がシンプルで安価なスリーブアンテナ等の半波長ダイポールアンテナが採用される。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，極力小型（全長が短い）で構造がシンプルであり，３６０度の範囲で均一な（一様な）利得が得られ，モノポールアンテナやスリーブアンテナよりも大きな利得が得られるアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明に係るアンテナは，給電用の中心導体及び外部導体を有する同軸ケーブルと接続され，次の（１）〜（３）に示す各構成要素を備えることを特徴とする。
（１）前記中心導体と電気的に絶縁されるとともに前記外部導体と電気的に接続された板状の導体からなる接地板部。
（２）前記接地板部と電気的に接続された円柱状の導体からなる円柱反射部。
（３）前記中心導体と電気的に接続され，前記円柱反射部に対して同心かつ外側に形成された円筒状の導体からなり，前記円柱反射部よりも軸芯方向に短く形成された円筒放射部。
より具体的には，前記円柱反射部の軸芯方向の長さが伝送波の波長の０．２３倍乃至０．３７倍の長さであり，前記円筒放射部の軸芯方向の長さが伝送波の波長の０．２０倍乃至０．２５倍の長さであれば好適である。
上記各構成要素を備えたアンテナは，後述するように，全長がほぼ前記円柱反射部の長さとなるが，その全長が概ね伝送波の波長の四分の一程度と短く，構造がシンプルであり，前記円柱反射部の周囲の方向について３６０度の範囲で均一な利得が得られ，モノポールアンテナやスリーブアンテナよりも大きな利得が得られる。
また，本発明に係るアンテナが，さらに次の（４）に示す構成要素を備えれば，より大きな利得が得られ好適である。
（４）前記接地板部と電気的に接続され，前記円筒放射部に対して同心かつ外側に形成された円筒状の導体からなり，前記円筒放射部よりも軸芯方向に短く形成された１又は複数の円筒導波部。
ここで，前記円筒導波部の軸芯方向の長さが，伝送波の波長の０．１５倍乃至０．２３倍の長さであれば好適である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば，全長が伝送波の約四分の一程度と短く，構造がシンプルであり，３６０度の範囲で均一な利得が得られ，モノポールアンテナやスリーブアンテナよりも大きな利得が得られるアンテナを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の第１実施形態に係るアンテナＸ１の平面図及び側面図，図２はアンテナＸ１の一部の斜視図，図３はアンテナＸ１の仰ぎ角方向における利得分布を表すグラフ，図４は本発明の第２実施形態に係るアンテナＸ２の斜視図である。
【０００７】
［第１実施形態：アンテナＸ１］
まず，図１及び図２を参照しつつ，本発明の第１実施形態に係るアンテナＸ１の構成について説明する。
図１に示すように，アンテナＸ１は，給電用の同軸ケーブル１と接続されるアンテナであり，接地板部２，円柱反射部３，円筒放射部４及び円筒放射部保持具１０を備えて構成されている。
図２は，アンテナＸ１における前記同軸ケーブル１及び前記接地板部２の部分のみを表した斜視図である。
なお，同軸ケーブル１は，周知の通り，周囲が誘電体（以下，内側誘電体１ｂという）で覆われた給電用の中心導体１ａと，その中心導体１ａを覆う前記内側誘電体１ｂの周囲に網状に形成された不図示の外部導体（いわゆるシールド線）を有し，その外部導体の周囲がさらに誘電体（以下，外側誘電体という）で被覆されている。
前記接地板部２は，前記中心導体１ａと電気的に絶縁されるとともに，前記外部導体（不図示）と電気的に接続された板状の導体からなる部材である。図２に示すように，前記接地板部２は，前記同軸ケーブル１の前記内側誘電体１ｂと接着されている。例えば，前記接地板部２は，厚みが０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度のアルミ，鉄，銅などの金属製の板材等である。なお，図１に示す接地板部２は，その輪郭形状が円形である（円盤状である）が，他の形状（例えば，四角形等の多角形の板状）であってもかまわない。
【０００８】
前記円柱反射部３は，一方の端部が前記接地板部２と電気的に接続された円柱状の導体からなる部材であり，その長手方向（軸芯方向）が前記接地板部２に対してその中央の位置において垂直となるように配置されている。例えば，伝送波の波長λが３００ｍｍ（周波数１ＧＨｚ）である場合，前記円柱反射部３は，直径が１ｍｍ〜２０ｍｍ程度のアルミ，鉄，銅などの金属製の円柱部材等である。なお，円柱反射部３は，その一端が前記接地板部２に対してその中央の位置に機械的にも接続され，また，前記中心導体１ａに対して電気的に絶縁されている。ここで，前記円柱反射部３は，前記接地板部２の中央の位置付近に配置することが望ましい。
前記円筒放射部４は，前記中心導体１ａと電気的に接続され，前記円柱反射部４に対して同心（軸心が同じ）かつ外側に形成された円筒状の導体からなる部材であり，前記円柱反射部３よりも軸芯方向に若干短く形成されている。例えば，前記円筒放射部４は，直径が２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度，厚みが０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度のアルミ，鉄，銅などの金属製の円筒部材等である。なお，円筒放射部４は，前記中心導体１ａに対して機械的にも接続され，また，前記外部導体（不図示）に対して電気的に絶縁されている。
そして，前記円柱反射部３の軸芯方向の長さＬ１，及び前記円筒放射部４の軸芯方向の長さＬ２は，概ね伝送波の波長λの四分の一の長さ（λ／４）であるが，長さＬ１よりも長さＬ２の方が若干短い。例えば，Ｌ１＞Ｌ２を満たしつつ，長さＬ１が波長λの０．２３倍〜０．３７倍の長さ（λ／４の０．９倍〜１．４倍程度）であり，長さＬ２が波長λ／４の０．２０倍〜０．２５倍の長さ（λ／４の０．８倍〜１．０倍程度）であれば好適である。従って，伝送波の波長λが３００ｍｍ（周波数１ＧＨｚ）である場合，長さＬ１を７０ｍｍ〜１１０ｍｍ程度とし，長さＬ１を６０ｍｍ〜７５ｍｍ程度とすればよい。
前記円筒放射部保持具１０は，誘電体（電気的絶縁体）からなり，前記円筒放射部４と前記接地板部２との間に挿入され，前記円筒放射部４を前記接地板部２に対して離間した状態で保持（固定）するものである。この円筒放射部保持具１０により，前記円筒放射部４及び前記円柱反射部４の軸芯方向における中心位置がほぼ一致するように前記円筒放射部４が保持されている。これにより，前記円柱反射部４における前記円筒放射部４両端それぞれからはみ出す部分の長さがそれぞれほぼ等しい長さとなっている。なお，図１に示す前記円筒放射部保持具１０の形状や配置位置はあくまで一例であり，その構造は他にも各種考えられる。
【０００９】
ここで，アンテナＸ１による伝送波（電波）の周波数をω，波長をλとする。なお，前述したように，前記円柱反射部３及び前記円筒放射部４の軸芯方向の長さ（Ｌ１，Ｌ２）は，概ねλ／４である（但し，Ｌ１＞λ／４＞Ｌ２）。
アンテナＸ１において，前記同軸ケーブル１における前記中心導体１ａから前記円筒放射部４に対して周波数ωの高周波電流が供給されると，前記円筒放射部４がその高周波電流に対して共振し，その円筒放射部４から電波（伝送波）が放射される。ここで，前記円筒放射部４は，円筒状であるので，電波はその円筒放射部の軸芯の周囲の全方向（３６０度の方向）に均一に放射される。また，電波は，前記円筒放射部４からその内側にも放射される。
そして，前記円筒放射部４からその内側に放射された電波（波長λ）が，長さが概ねλ／４である前記円柱反射部３に到達すると，その円柱反射部３も電波に共振し，前記円筒放射部４から放射された電波の一部がその円柱反射部３に吸収され，円柱反射部３にも高周波電流が流れる。このため，共振した前記円柱反射部３からも電波（波長λ）が放射される。ここで，前記円柱反射部３は，円柱状であるので，電波はその円柱放射部３の周囲の全方向（３６０度の方向）に均一に放射される。
ここで，前記円柱反射部３の長さがλ／４より若干長めであるため，前記円筒放射部４から放射される電波と，前記円柱反射部３から放射される電波とが，相互の位相の一致によって強めあう。また，これら両電波は，前記円柱反射部３及び前記円筒放射部４における前記接地板部２に対して反対側への軸芯方向（図１における矢印Ｒ０の方向）から数十度の仰ぎ角の方向において特に強めあう。このため，アンテナＸ１は，前記円筒放射部４の周囲の全方向（３６０度の方向）において利得が大きい。
【００１０】
図３は，三次元電磁界シミュレーションにより，アンテナＸ１の仰ぎ角方向の利得分布を算出した結果をグラフ化したものである。図３において，前記円筒放射部４における前記接地板部２に対して反対側への軸芯方向（図１における矢印Ｒ０の方向）が仰ぎ角０°の方向，前記円筒放射部４に対してその軸芯に垂直かつ外側へ向かう方向が仰ぎ角９０°の方向である。
なお，図３に示す帯状のグラフの幅は，前記円筒放射部４の軸芯の周囲の各方向（３６０度の範囲）における利得の若干のばらつき幅を表している。図３における帯状のグラフの幅が比較的狭いことからわかるように，アンテナＸ１において，前記円筒放射部４の軸芯を通るいずれの平面においても，即ち，軸芯の周囲の全方向（３６０度の方向）においてほぼ均一な利得が得られる。
また，図３の結果を得たアンテナＸ１の条件は以下の通りである。
・伝送波の波長：３００ｍｍ
・前記円柱反射部３：長さＬ１が１００ｍｍ，直径が６ｍｍのアルミニウム製の円柱部材
・前記円筒放射部４：長さＬ２が７５ｍｍ，直径が６０ｍｍ，厚みが１ｍｍのアルミニウム製の円筒部材
・前記接地板部２：直径が３０１ｍｍ，厚みが１ｍｍのアルミニウム製の板部材
図３からわかるように，アンテナＸ１は，仰ぎ角５０°の方向において最大の利得（＋４．５ｄＢｉ）を有する。通常のモノポールアンテナの利得は＋２ｄＢｉ程度であるので，アンテナＸ１は，それよりも非常に利得（約＋２．５ｄＢｉ）が大きい。
また，アンテナＸ１は，その全長（高さ）がほぼ前記円柱反射部３の長さＬ１となるが，その全長は，概ね伝送波の波長λの四分の一程度と短い。
また，アンテナＸ１は，構造がシンプルであるため，製造しやすく（低コスト），機械的強度を高めることも容易である。
このように，アンテナＸ１は，その全長が短く小型であるため風圧等の影響を受けにくく，携帯型の電子機器に搭載する用途や，自動車，列車，飛行機等の高速な移動体に搭載する用途にも適している。
【００１１】
［第２実施形態：アンテナＸ２］
次に，図４に示す斜視図を参照しつつ，本発明の第２実施形態に係るアンテナＸ２の構成について説明する。アンテナＸ２は，前記アンテナＸ１の応用例であり，前記アンテナＸ１に構成要素をさらに加えたものである。なお，図４において，前記アンテナＸ１と同じ構成要素については同じ符号が記されている。
図４に示すように，アンテナＸ２は，給電用の前記同軸ケーブル１と接続されるアンテナであり，前記接地板部２，前記円柱反射部３，前記円筒放射部４及び前記円筒放射部保持具１０に加え，さらに，円筒導波部５を備えて構成されている。
【００１２】
前記円筒導波部５は，前記接地板部２と電気的に接続され，前記円筒放射部４に対して同心かつ外側に形成された円筒状の導体からなる部材である。また，前記円筒導波部５は，前記円筒放射部４よりも軸芯方向に若干短く形成されている。例えば，前記円筒導波部５は，直径が２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度，厚みが０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度のアルミニウム，鉄，銅などの金属製の円筒部材等である。また，前記円筒導波部５の軸芯方向の長さＬ３は，例えば，伝送波の波長λの０．１５倍〜０．２３倍程度であれば好適である。なお，前記円筒導波部５は，その一端が前記接地板部２に対して機械的にも接続され，また，前記中心導体１ａに対して電気的に絶縁されている。
アンテナＸ２においても，前記アンテナＸ１と同様に，前記円筒放射部４から放射される電波と，前記円柱反射部３から放射される電波とが，相互の位相の一致によって強めあう。
さらに，アンテナＸ２においては，前記円筒導波部５も，前記円筒放射部４からその外側に放射された電波（波長λ）の一部を吸収して共振し，共振した前記円筒導波部５からも電波（波長λ）が放射される。また，前記円筒導波部５は，円筒状であるので，電波はその円筒導波部５の周囲の全方向（３６０度の方向）に均一に放射される。
ここで，前記円筒導波部５の長さＬ３が前記円筒放射部４の長さＬ２より若干短めであるため，前記円筒放射部４から放射される電波と，前記円筒導波部５から放射される電波とが，前記円柱反射部３の放射電波の場合と同様に，相互の位相の一致によって強めあう。このため，アンテナＸ２は，前記円筒放射部４の周囲の全方向（３６０度の方向）において，前記アンテナＸ１よりもさらに利得が大きい。
【００１３】
ところで，理論的には，アンテナの素子数がＮ個である場合，アンテナの素子数が１個である場合に比べてアンテナ利得が＋｛１０×ｌｏｇ10（Ｎ）｝［ｄＢｉ］となる。
アンテナＸ２から前記円柱反射部３及び前記円筒導波部５を取り除いた残りの部分，即ち，アンテナの素子が前記円筒放射部４のみ（素子数１個）となる部分がモノポールアンテナに相当し，その利得は約＋２ｄＢｉである。これに対し，アンテナＸ２は，アンテナの素子（前記円筒放射部４，前記円柱反射部３及び前記円筒導波部５）の数が３個となる。従って，理論的には，アンテナＸ２の利得は，２＋｛１０×ｌｏｇ10（３）｝＝＋６．８［ｄＢｉ］程度となる。
このように，アンテナＸ２は，モノポールアンテナやスリーブアンテナに比べ，利得が非常に大きい。
しかも，アンテナＸ２は，前記アンテナＸ１と同様に，その全長（高さ）が概ね伝送波の波長λの四分の一程度と短い。
また，アンテナＸ２も，前記アンテナＸ１と同様に，構造がシンプルであるため，製造しやすく（低コスト），機械的強度を高めることも容易である。
このように，アンテナＸ２は，その全長が短く小型であるため風圧等の影響を受けにくく，携帯型の電子機器に搭載する用途や，自動車，列車，飛行機等の高速な移動体に搭載する用途にも適している。
【００１４】
また，図４に示すアンテナＸ２は，前記円筒導波部５が１つであるが，前記円筒導波部５が２重以上に（複数)設けられたアンテナも考えられる。
例えば，図４に示すアンテナＸ２に対し，さらに，それぞれ径の異なる３つの前記円筒導波部５が追加されたアンテナ（以下，アンテナＸ２’と称する）は，アンテナの素子数が６個となる。この場合，理論的には，そのアンテナＸ２’の利得は，２＋｛１０×ｌｏｇ10（６）｝＝＋９．８［ｄＢｉ］程度となり，その利得は，４個の導電性の前記円筒部材を備えたコリニアアレーアンテナの利得よりも大きい。
このように，アンテナＸ２’において，前記前記円筒導波部５を複数設けることにより，コリニアアレーアンテナに匹敵する大きな利得が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は，無線通信用のアンテナに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアンテナＸ１の平面図及び側面図。
【図２】アンテナＸ１の一部の斜視図。
【図３】アンテナＸ１の仰ぎ角方向における利得分布を表すグラフ。
【図４】本発明の第２実施形態に係るアンテナＸ２の斜視図。
【符号の説明】
【００１７】
Ｘ１，Ｘ２：本発明の実施形態に係るアンテナ
１  ：同軸ケーブル
１ａ：中心導体
１ｂ：内側誘電体
２  ：接地板部
３  ：円柱反射部
４  ：円筒放射部
５  ：円筒導波部
１０：円筒放射部保持具
【図１】
2008205647.tif 000003
【図２】
2008205647.tif 000004
【図３】
2008205647.tif 000005
【図４】
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