(57)【要約】【課題】励振ダイポールアンテナのＥ面素子パターンのビーム幅を広げたアンテナ装置を得る。【解決手段】導体地板１から所定周波数でほぼ１／４波長だけ離れた位置に設けられ、所定周波数で共振する励振ダイポールアンテナ２と、導体地板１上に立設され、所定周波数でほぼ１／４波長よりも短い長さを有する複数個の非励振モノポールアンテナ３とを有する。励振ダイポールアンテナ２は、中央部に給電点Ｃ２を有し、導体地板１に対してほぼ平行に配置される。各非励振モノポールアンテナ３は、励振ダイポールアンテナ２の延長方向に沿って離間配置され、導体地板１との接続側に設けられた給電端子Ｃ３と、給電端子Ｃ３に装荷されたリアクタンス素子４とを有し、給電端子とは反対側の端部が励振ダイポールアンテナ２側を向くように導体地板１上にほぼ垂直に設けられる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体地板と、
前記導体地板から所定周波数でほぼ１／４波長だけ離れた位置に設けられて、前記所定周波数で共振する励振ダイポールアンテナと、
前記導体地板上に立設されて、前記所定周波数でほぼ１／４波長よりも短い長さを有する複数個の非励振モノポールアンテナとを備え、
前記励振ダイポールアンテナは、中央部に給電点を有し且つ前記導体地板に対してほぼ平行に配置され、
前記各非励振モノポールアンテナは、
前記励振ダイポールアンテナの延長方向に沿って離間配置されるとともに、
前記導体地板との接続側に設けられた給電端子と、
前記給電端子に装荷されたリアクタンス素子とを有し、
前記給電端子とは反対側の端部が前記励振ダイポールアンテナ側を向くように、前記導体地板上にほぼ垂直に設けられたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記リアクタンス素子のリアクタンス値は、装荷対象となる前記各非励振モノポールアンテナ毎で異なるように設定されたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記リアクタンス素子のリアクタンス値を電子的に可変設定するためのリアクタンス値設定手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記リアクタンス素子は、前記非励振モノポールアンテナを前記導体地板の近傍で蛇行させたスタブにより構成されたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記非励振モノポールアンテナは、前記励振ダイポールアンテナの給電点に対してＥ面カット面内での対称位置に配置された第１および第２の非励振モノポールアンテナからなり、
前記第１の非励振モノポールアンテナの電流励振係数をＩ１、前記励振ダイポールアンテナの電流励振係数をＩ２としたときに、複素平面上に表示される電流励振係数比Ｉ１／Ｉ２は、Ｅ面ビーム幅を規定するために前記複素平面上で第１の円軌跡を描く領域の外側に設定されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記電流励振係数比Ｉ１／Ｉ２は、前記リアクタンス値の変化に対して前記複素平面上で第２の円軌跡を描き、
前記第２の円軌跡が前記第１の円軌跡と交点を有する場合に、前記第１および第２の円軌跡の中心点を結ぶ線分Ａと前記複素平面の実軸との成す角を
【数１】
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とし、
前記第２の円軌跡の中心と前記第１および第２の円軌跡の交点とを結ぶ線分Ｂと前記線分Ａとの成す角を
【数２】
2004147040.tif 000010
とし、
且つ、前記第１の非励振モノポールアンテナと前記励振ダイポールアンテナとの間の相互インピーダンスＺ１２を、位相ξを用いて、
【数３】
2004147040.tif 000011
のように極座標で表し、
前記第１の非励振モノポールアンテナの自己インピーダンスＺ１１と、前記第１および第２の非励振モノポールアンテナ間の相互インピーダンスＺ１３との差分を、位相ηを用いて、
【数４】
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のように極座標で表したときに、
前記リアクタンス素子のリアクタンス値Ｘに関して所望ビーム幅を得るための適用範囲は、次式
【数５】
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を満たすように与えられることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記励振ダイポールアンテナおよび前記非励振モノポールアンテナからなるアンテナ素子を複数配列したアレーアンテナにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、励振ダイポールアンテナにおいて、素子パターンのビーム幅、特にＥ面ビーム幅を調整する構造およびビーム幅を広げる手段に関するものである。また、この手段は素子間隔の狭いダイポールアレーアンテナにおけるアレー素子パターンのビーム幅拡大化にも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、アレーアンテナにおいて広角ビーム走査を行う場合、利得低下の要因となるグレーティングローブ発生を抑制する目的で素子アンテナ間距離を狭く配置することが必要となってくる。そのため、素子アンテナ間相互で結合量が増大し、素子アンテナの放射パターン（アレー素子パターン）が乱れビーム走査時のアンテナ利得が低下することが起こり得る。したがって、このアレー素子パターンでのビーム幅を広げるというビーム幅制御が必要である。
【０００３】
従来のアンテナ装置（たとえば、非特許文献１参照）においては、たとえば、１／２波長励振ダイポールアンテナ素子単体の放射パターン解析法に基づいて放射パターンを求めている。
この解析法において、放射パターンと実測値との対応は取れている。この解析モデルは、励振ダイポールアンテナ素子単体を導体地板上方に共振周波数の１／４波長の高さとなる位置に配置した場合、導体地板（無限大）と、励振ダイポールアンテナとが用いられる。ここで、励振ダイポールアンテナ素子単体が通常の動作をした場合、Ｅ面放射パターンを生じ、その３［ｄＢ］ビーム幅は、約７６度となる。
【０００４】
上記励振ダイポールアンテナを複数配置したアレーアンテナにおいて、Ｅ面カット面内でビーム走査することを考える。
なお、説明を容易にするために、素子間結合の無い理想的な場合を考えると、このアレーアンテナのアレー素子パターンは、素子単体放射パターンと同一となる。ビーム走査時の利得は素子単体の放射パターンに依存する。このため、たとえば、アンテナ正面方向から３８度より広角方向では、３［ｄＢ］以上の利得低下となり、Ｅ面広角方向へのビーム走査は大きな利得低下をともなう。したがって、アレー素子パターンにおいて、ビーム幅を広げることが求められる。
【０００５】
実際には、素子間結合の影響を受けて、アレー素子パターンは、素子単体放射パターンから変形され、そのビーム幅も変わる。しかし、アレー素子パターンのビーム幅を広げることは、素子アンテナ単体における素子パターンのビーム幅を広げることの応用であると考え、素子単体の放射パターンにおいて、ビーム幅を広げておくことは重要なことである。このため、励振ダイポールアンテナ単体におけるＥ面素子パターンのビーム幅を拡大することが重要である。
【０００６】
従来の移動体通信用基地局アンテナの一例として、たとえば、励振ダイポールアンテナに折り曲げリフレクタを組み合わせているタイプがある。
この場合、折り曲げリフレクタ（コーナーリフレクタ）は、コーナーリフレクタ７１の折り曲げ角度、リフレクタ長といった寸法を調節してセクタビームを形成している。また、励振ダイポールアンテナには非励振素子が設けられおり、非励振素子の長さや、励振ダイポールアンテナとの間隔などを調整することにより、ビーム幅を調整するようになっている。
しかしながら、いずれの場合も、ビーム幅の微調整には適しているものの、大幅にビーム幅を拡大することは不可能である。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｒｏｇｅｒ　Ｆ．　Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ、“Ｔｉｍｅ−ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄｓ”、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、ｐ．８１−８５
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように、Ｅ面放射パターンでの３［ｄＢ］ビーム幅が約７６度となる励振ダイポールアンテナを素子アンテナとするアレーアンテナを用いて、Ｅ面カット面内で広角ビーム走査をする場合、利得低下を招くという問題点があった。
また、移動体通信用基地局アンテナでのセクタビームを形成した場合には、ビーム幅を調整するために、リフレクタ寸法を調整する必要があるという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、励振ダイポールアンテナの素子単体でのＥ面素子パターン（または、ダイポールアレーアンテナにおけるアレー素子パターン）のビーム幅を広げることのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、導体地板と、導体地板から所定周波数でほぼ１／４波長だけ離れた位置に設けられて、所定周波数で共振する励振ダイポールアンテナと、導体地板上に立設されて、所定周波数でほぼ１／４波長よりも短い長さを有する複数個の非励振モノポールアンテナとを備え、励振ダイポールアンテナは、中央部に給電点を有し且つ導体地板に対してほぼ平行に配置され、各非励振モノポールアンテナは、励振ダイポールアンテナの延長方向に沿って離間配置されるとともに、導体地板との接続側に設けられた給電端子と、給電端子に装荷されたリアクタンス素子とを有し、給電端子とは反対側の端部が励振ダイポールアンテナ側を向くように、導体地板上にほぼ垂直に設けられたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１を図式的に示す構成図である。
まず、励振ダイポールアンテナ単体におけるＥ面ビーム幅の拡大化について説明する。ここでは、説明を簡略化するために、励振ダイポールアンテナの下方に設置される非励振モノポールアンテナの数が２素子の場合を例にとって説明する。
図１において、導体地板１の上方には、励振ダイポールアンテナ２が配設されており、導体地板１上には、複数個（２個）の非励振モノポールアンテナ３が立設されている。
【００１２】
励振ダイポールアンテナ２は、所定周波数ｆ１で共振動作し、所定周波数ｆ１でほぼ１／４波長だけ導体地板１から離れた位置に設けられている。また、励振ダイポールアンテナ２は、中央部に給電点Ｃ２を有し、且つ導体地板１に対してほぼ平行に配置されている。
各非励振モノポールアンテナ３は、所定周波数ｆ１でほぼ１／４波長よりも短い長さを有し、励振ダイポールアンテナ２の延長方向に沿って離間配置されている。また、非励振モノポールアンテナ３は、導体地板１との接続側に設けられた給電端子Ｃ３と、各給電端子Ｃ３に装荷された負荷インピーダンスすなわちリアクタンス素子４とを有し、給電端子Ｃ３とは反対側の端部が励振ダイポールアンテナ２側を向くように、導体地板１上にほぼ垂直に設けられている。
ここでは、説明を簡略化するために、非励振モノポールアンテナは、励振ダイポールアンテナ２の給電点Ｃ２に対して、左右対称な位置に配置された場合を示している。
【００１３】
次に、図２〜図５を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１をモデル化した場合を示す構成図であり、図１内の導体地板１の面積を無限大と見なし、且つ、導体地板１からの反射波を仮想のイメージ励振ダイポールに置き換えた考え方を用いてモデル化した状態を示している。
【００１４】
図２において、導体地板１（図１参照）の仮想位置５の上方には、励振ダイポールアンテナ２に相当する励振ダイポール６ａが配置されている。また、仮想位置５の下方には、励振ダイポール６ａと同様のイメージ素子であるイメージ励振ダイポール（以下、単に「励振ダイポール」ともいう）６ｂが等価的に配置されているものと見なされる。イメージ励振ダイポール６ｂは、導体地板１に代えた破線の仮想位置５に対して、励振ダイポール６ａと線対称の関係にある。
【００１５】
まず、図２を参照しながら、励振ダイポール６ａ、６ｂの各給電点Ｃ６ａ、Ｃ６ｂに流れる電流９ａ、９ｂによって誘起される非励振ダイポール７ａ、７ｂでの誘起電流１０ａ、１０ｂの発生メカニズムについて説明する。
仮想位置５においては、イメージを考慮した場合の非励振モノポールアンテナ３（図１参照）に相当する第１非励振ダイポール７ａおよび第２非励振ダイポール７ｂが設けられている。
【００１６】
各非励振ダイポール７ａ、７ｂは、前述の非励振モノポールアンテナ３の２倍のダイポール長に設定されており、各非励振ダイポール７ａ、７ｂの給電部Ｃ７ａ、Ｃ７ｂに装荷されたリアクタンス素子８ａ、８ｂに対して、対称形状を有している。
励振ダイポール６ａ、６ｂの給電点Ｃ６ａ、Ｃ６ｂでの電流９ａ、９ｂは、各矢印の示す向きに流れる。また、非励振ダイポール７ａ、７ｂの給電部Ｃ７ａ、Ｃ７ｂでの誘起電流１０ａ、１０ｂは、各矢印の向きに流れる。
【００１７】
まず、図２内の励振ダイポール６ａが通常のダイポールとして動作した際に、給電点Ｃ６ａでの電流９ａが矢印の向きに流れる場合、イメージ励振ダイポール６ｂの給電点Ｃ６ｂを流れる電流９ｂは、電流９ａの向きとは逆相となる。
前述（図１参照）の導体地板１をともなう励振ダイポールアンテナ２の放射パターンは、図２内の励振ダイポール６ａおよび６ｂで構成される２素子アレーの放射パターンとして表現することができる。
また、励振ダイポール６ａ、６ｂからの結合波が各非励振ダイポール７ａ、７ｂ上に誘起させる電流１０ａ、１０ｂは、各矢印の向きに流れる。各誘起電流１０ａおよび１０ｂの向きは、互いに逆相の関係となる。
【００１８】
これら誘起電流１０ａおよび１０ｂからの放射（以下、「再放射」という）は、励振ダイポール９ａのＥ面放射パターン（紙面上の面内でθ方向成分の偏波）に影響を及ぼす。
次に、図３〜図６を参照しながら、誘起電流１０ａおよび１０ｂによるＥ面放射パターンへの影響メカニズムについて説明する。
図３は各非励振ダイポール７ａ、７ｂからの再放射パターン１２ａ、１２ｂを示す説明図である。
図３において、各非励振ダイポール７ａ、７ｂの再放射に寄与する電流１１ａ、１１ｂの向きは、前述（図２参照）の誘起電流１０ａ、１０ｂの向きとは逆相となる。
非励振ダイポール７ａ、７ｂ上の誘起電流１０ａ、１０ｂ（図２参照）からの再放射を考える場合、誘起電流１０ａ、１０ｂの位相を逆相として考えることができるので、再放射に寄与する電流１１ａ、１１ｂの向きは、図３のように示される。
【００１９】
これらの電流１１ａ、１１ｂは、互いに逆相の関係にあるので、各非励振ダイポール７ａ、７ｂからの再放射パターン１２ａ、１２ｂは、それぞれ、図３のように示される。
各再放射パターン１２ａ、１２ｂの位相は、非励振ダイポール７ａ、７ｂに対して相対的に左右で逆相関係にあることから、左右で逆相関係にある。
したがって、非励振ダイポール７ａ、７ｂの２素子をアレーアンテナとした場合の非励振ダイポール２素子アレー放射パターンは、図４内のパターン１３のように合成され、その位相は左右で相対的に同相となる。
図４内の放射パターン１３は、図３内の再放射パターン１２ａ、１２ｂを合成したものに相当する。
【００２０】
図５は合成パターンを模式的に示す説明図であり、励振ダイポール６ａ、６ｂからの放射と、非励振ダイポール７ａ、７ｂからの再放射とを合成したパターンを示している。
図５において、パターン１３は、前述（図４参照）の再放射パターン（非励振ダイポール２素子アレー放射パターン）である。
また、パターン１４は、励振ダイポール６ａおよび６ｂの２素子をアレーアンテナとした場合の放射パターン（励振ダイポール２素子アレー放射パターン）であり、励振ダイポール６ａ、６ｂの各放射パターンを合成したものに相当する。
【００２１】
したがって、前述（図１参照）のアンテナ構成から得られる最終的な合成放射パターンは、非励振ダイポール７ａ、７ｂからの再放射を考慮した励振ダイポール６ａ、６ｂの放射パターンと見なすことができ、図５内の非励振ダイポール２素子アレー放射パターン１３と、励振ダイポール２素子アレー放射パターン１４との合成によって表すことができる。
この際、リアクタンス素子４（図１参照）またはリアクタンス素子８ａ、８ｂ（図２参照）のリアクタンス値を可変設定することにより、各放射パターン１３および１４の相対位相を調節することができる。
【００２２】
また、非励振ダイポール７ａ、７ｂによる放射パターン１３は、θ＝０度の方向に振幅ピークを有し、θ＝９０度の方向で振幅「０」となる。
一方、励振ダイポール６ａ、６ｂによる放射パターン１４は、θ＝９０度の方向で振幅ピークを有し、θ＝０度の方向で振幅「０」となる。
したがって、たとえば図５に示すように、両パターン１３、１４の相対位相が同相の場合には、両パターン１３、１４の振幅「０」の方向を相互に補うように合成されるので、最終的な合成パターン（パターン１３＋パターン１４）のビーム幅は、広がることになる。
【００２３】
ここで、リアクタンス素子４、８ａ、８ｂのリアクタンス値の与え方について説明する。
まず、非励振モノポールアンテナ３（または、非励振ダイポール７ａ、７ｂ）の長さは、アンテナ構造およびコストなどの面を考慮して、短く設定される。
たとえば図１（図２）において、励振ダイポールアンテナ２（励振ダイポール６ａ、６ｂ）は、導体地板１（仮想位置５）から所定周波数ｆ１においてほぼ１／４波長だけ離れた位置に配置されている。
ここで、励振ダイポールアンテナ２（励振ダイポール６ａ）の下方に設けられる非励振モノポールアンテナ（非励振ダイポール７ａ、７ｂ）の長さは、所定周波数ｆ１における１／４波長よりも短くなる（すなわち、共振長よりも短くなる）ので、このままでは、結合による誘起電流１０ａ、１０ｂ（図２参照）が発生しにくくなる。
【００２４】
したがって、非励振モノポールアンテナ３（非励振ダイポール７ａ、７ｂ）の共振長不足分を補うために、リアクタンス素子４（８ａ、８ｂ）が設けられている。このことから、リアクタンス素子４（８ａ、８ｂ）は、インダクタンス成分を有し、リアクタンス値は、非励振モノポールアンテナ３の長さに起因した値となる。
たとえば、非励振モノポールアンテナ３（非励振ダイポール７ａ、７ｂの１／２）の長さが共振長よりも短く、リアクタンス素子４（８ａ、８ｂ）を装荷していない場合を仮定すると、非励振モノポールアンテナ３（非励振ダイポール７ａ、７ｂ）からの再放射量は小さく、上述したようなビーム幅の拡大を見込むことはできない。
【００２５】
図６は励振ダイポールアンテナ２（励振ダイポール６ａ）のＥ面放射パターンの一例を示す説明図である。
図６において、実線は、適切なリアクタンス値のリアクタンス素子４（８ａ、８ｂ）を非励振モノポールアンテナ３（非励振ダイポール７ａ、７ｂ）に装荷した場合の相対出力特性を示し、破線は、リアクタンス素子４（８ａ、８ｂ）を設けない場合の相対出力特性を示している。
図６から明らかなように、非励振モノポールアンテナ３（非励振ダイポール７ａ、７ｂ）へのリアクタンス素子４（８ａ、８ｂ）の装荷により、ビーム幅が拡大することを確認することができる。
【００２６】
図１に参照されるように、この発明の実施の形態１によれば、所定周波数ｆ１で動作する励振ダイポールアンテナ２の下方に、共振長（１／４波長）に満たない長さの非励振モノポールアンテナ３を導体地板１に対してほぼ垂直に複数配置し、各非励振モノポールアンテナ３の給電端子Ｃ３に、最適なリアクタンス値を有するリアクタンス素子４を装荷することにより、非励振モノポールアンテナ３上に分布する誘起電流１０ａ、１０ｂ（図２参照）からの再放射の影響で、励振ダイポールアンテナ２の素子単体でのＥ面素子パターンのビーム幅を広げることができる。
なお、リアクタンス素子４としては、集中定数素子などで実現することができる。
【００２７】
また、図１においては、非励振モノポールアンテナ３が励振ダイポールアンテナ２に対して左右対称位置に規則正しく配列されているが、この配列構造は、放射パターンの対称性を保ちつつ、ビーム幅を拡大することを目的としているためである。
しかし、この目的を達成することは必須要件ではなく、たとえば、放射パターン形状を、用途に応じて変化させる必要があるときには、非励振モノポールアンテナ３の配置位置が放射パターン制御時のパラメータとして可変設定され得る。
このとき、非励振モノポールアンテナ３の間隔もパラメータとなり得るが、合成パターンにおいて、角度θの広角方向で振幅レベルを上昇させることに着目するのであれば、非励振モノポールアンテナ３の間隔は、たとえば図１において、所定周波数ｆ１でのほぼ１／２波長に設定される。
さらに、非励振モノポールアンテナ３の長さもパラメータとなり、たとえば、非励振モノポールアンテナ３の長さが短ければ短いほど、リアクタンス値は大きい値をとることになる。
【００２８】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、リアクタンス素子４のリアクタンス値を、全ての非励振モノポールアンテナ３に対してそれぞれ同一値としたが、各リアクタンス素子４のリアクタンス値を各非励振モノポールアンテナ３の素子毎に異なる値に可変設定してもよい。
以下、図１を参照しながら、リアクタンス値を非励振モノポールアンテナ３の素子毎に異なるように設定したこの発明の実施の形態２について説明する。
【００２９】
この場合、非励振モノポールアンテナ３の素子毎にリアクタンス素子４の値を変えることにより、非励振モノポールアンテナ３からの再放射パターン形状および励振位相を任意に調節することができ、励振ダイポールアンテナ２との合成放射パターンにおいて、任意方向に高利得を有するパターン形状を得ることができる。
また、逆に、ある任意方向に振幅「０（ナル）」点を形成することもできる。
【００３０】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、リアクタンス素子４のリアクタンス値を可変設定するための手段について特に言及しなかったが、リアクタンス値を電子的に切り替えるためのリアクタンス値設定手段を設けてもよい。
以下、図７を参照しながら、電子的なリアクタンス値設定手段を設けたこの発明の実施の形態３について説明する。
図７はこの発明の実施の形態３の要部を示す構成図であり、煩雑さを回避するために、単一の非励振モノポールアンテナのみを示しており、励振ダイポールアンテナ２については、図示を省略している。
【００３１】
図７において、導体地板２０には非励振モノポールアンテナ２１が立設されており、非励振モノポールアンテナ２１の給電端子Ｃ２１には、リアクタンス値が可変設定されるリアクタンス素子２２が装荷されており、リアクタンス素子２２には、リアクタンス値設定手段として機能する電子スイッチ２３が接続されている。
電子制御可能な電子スイッチ２３は、リアクタンス値（ｊＸ１、ｊＸ２、ｊＸ３）が互いに異なる複数素子の配列を含み、複数素子のうちの１つをリアクタンス素子２２に接続するようになっている。
【００３２】
次に、図７に示したこの発明の実施の形態３による電子スイッチ２３の動作について説明する。なお、励振ダイポールアンテナ２（図１参照）のＥ面放射パターンビーム幅を拡大する動作については、前述の実施の形態１と同様なので、ここでは説明を省略する。
この場合、電子スイッチ２３により、非励振モノポールアンテナ２１に装荷されたリアクタンス素子２２のリアクタンス値を電子的に可変設定することができる。
【００３３】
仮に、一定リアクタンス値のリアクタンス素子を用いた場合には、ビーム幅の拡大効果を満たす周波数帯域が限られているが、図７のように電子スイッチ２３を用いることにより、使用周波数帯域の変動に応じてリアクタンス値を可変設定することができ、さらに広帯域にわたってビーム幅の拡大効果を得ることができる。
また、リアクタンス値を調節することにより、非励振モノポールアンテナ２１からの再放射パターンを調節することできるので、ビーム幅のさらなる拡大に加えて、放射パターン形状を変えることができる。すなわち、電子スイッチ２３によるリアクタンス値の可変設定により、所望の放射パターン形状を取得することができる。なお、リアクタンス素子２２は、集中定数素子などを用いて実現することができる。
【００３４】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態３では、リアクタンス素子２１を集中定数素子などで実現したが、スタブを用いてリアクタンス素子を実現してもよい。
以下、図８の構成図を参照しながら、リアクタンス素子としてスタブを用いたこの発明の実施の形態４について説明する。
図８において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。図８（ａ）は、この発明の実施の形態４による要部を示す構成図である。また、図８（ｂ）は、前述（図２参照）と同様に、導体地板１を無限地板と見なした場合のイメージ理論により非励振モノポールアンテナ３１を非励振ダイポール３３として等価的に示す説明図である。
【００３５】
図８（ａ）において、非励振モノポールアンテナ３１の給電端子Ｃ３１に装荷されるリアクタンス素子は、非励振モノポールアンテナ３１を導体地板１の近傍で蛇行させたスタブ３２により構成されている。
図８（ｂ）において、励振ダイポール３３は、非励振モノポールアンテナ３１と等価関係にあり、励振ダイポール３３には、等価的に、蛇行させて構成したスタブ３２が装荷されているものと見なすことができる。
スタブ３２は、インダクタンスとしての作用を有し、リアクタンス素子として動作する。
【００３６】
次に、図８に示したこの発明の実施の形態４による動作について説明する。なお、ビーム幅の拡大動作については、前述と同様なので、ここでは説明を省略する。
この場合、リアクタンス素子としてスタブ３２が設けられているので、スタブ３２の動作について説明する。すなわち、スタブ３２の長さを調節することにより、リアクタンス値を変えることができるので、スタブ３２の長さは、ビーム幅の拡大パラメータとなり、前述と同等の作用効果を奏する。
【００３７】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態４では、励振ダイポールアンテナ２と非励振モノポールアンテナ３との電流励振係数の比に対するビーム幅拡大を実現するための条件について特に言及しなかったが、ビーム幅拡大条件を設定してもよい。
以下、図１とともに、図９および図１０を参照しながら、ビーム幅拡大条件を設定したこの発明の実施の形態５について説明する。
【００３８】
図９はこの発明の実施の形態５を説明するための構成図であり、前述（図２参照）と同様に、イメージ理論を用いて等価的にモデル化した場合を示している。
ここでは、励振ダイポール６ａ、６ｂ（励振ダイポールアンテナ）および非励振ダイポール７ａ、７ｂ（非励振モノポールアンテナ）の各電流励振係数Ｉ１〜Ｉ４の比に対し、ビーム幅の拡大条件について説明する。
また、図１に示すように、励振ダイポールアンテナ２の下方に、リアクタンス素子４が装荷された２個の非励振モノポールアンテナ３が対称位置に配置されているモデルを取り扱うものとする。
【００３９】
図９において、非励振ダイポール７ａ、７ｂおよび励振ダイポール６ａ、６ｂの各素子には、＃１〜＃４により番号付けされている。
すなわち、素子番号＃１、＃３は、リアクタンス素子８ａ、８ｂが装荷された非励振ダイポール７ａ、７ｂに対応し、素子番号＃２、＃４は、励振ダイポール６ａ、６ｂに対応している。
また、非励振ダイポール７ａ（＃１）での誘起電流１０ａの励振係数をＩ１、励振ダイポール６ａ（＃２）での電流９ａの励振係数をＩ２とした場合、所望ビーム幅に対する電流励振係数比Ｉ１／Ｉ２は、以下の式（１）で表される。
【００４０】
【数６】
2004147040.tif 000003
【００４１】
ただし、式（１）において、Ｄ１は非励振ダイポール７ａ（＃１）および７ｂ（＃３）からの（２素子アレーとしての）再放射パターン、Ｄ２は励振ダイポール６ａ（＃２）、６ｂ（＃４）からの（同じく、２素子アレーとしての）放射パターンを示している。
また、式（１）において、ｃはＥ面ビーム幅を規定する正面方向からの振幅低下レベルである。
【００４２】
電流励振係数比Ｉ１／Ｉ２を複素平面上に展開したとき、上記式（１）から、Ｅ面ビーム幅を規定する領域は、円形を示し、この円形の外側領域として、所望Ｅ面ビーム幅を満たす電流励振係数比が与えられる。
この例を図１０の説明図に示す。
図１０において、「ビーム幅１」を規定する円形４１は破線で示され、「ビーム幅２」を規定する円形４２は一点鎖線で示され、「ビーム幅３」を規定する円形４３は、実線で示されている。
また、リアクタンス素子８ａ、８ｂのリアクタンス値Ｘを変化させた場合の電流励振係数比の軌跡４４は、点線で示されている。
【００４３】
ここで、「各ビーム幅１、２、３」の大小関係は、「ビーム幅１」＜「ビーム幅２」＜「ビーム幅３」を満たしており、ビーム幅が広がるほど、円形は小さくなりながら、その中心点は実軸（横軸）上を移動する。
図１０の場合、円形４３の外側領域に存在する電流励振係数比の軌跡４４の範囲は、ビーム幅として狭い円形４１の外側領域に存在する軌跡４４の範囲に比べて、極めて小さくなっている。
このことは、ビーム幅を拡大すればするほど、この条件を満たす電流励振係数比は少なくなることを意味している。
【００４４】
ここで注意すべき点は、ある所望ビーム幅に対して上記式（１）で表される条件を満たす電流励振係数比を求める際、所望ビーム幅より狭いビーム幅においては、常に条件を満足している必要があるということである。
すなわち、図１０から明らかなように、「ビーム幅３」を満足する電流励振係数比の範囲は、「ビーム幅１」および「ビーム幅２」においても常に成立している。
以上のことから、条件を表す式（１）を電流励振係数比Ｉ１／Ｉ２の複素平面に展開した場合、求める電流励振係数比は、所望ビーム幅を規定する円形領域の外側で表すことができ、このことは、図１０のように、図形的に容易に解釈することができる。
【００４５】
実施の形態６．
なお、上記実施の形態５では、電流励振係数比に対する複素平面上での図形的解釈を適用して、ビーム幅拡大を実現するリアクタンス値Ｘの条件について詳細に言及しなかったが、以下のように、ビーム幅拡大を実現するためのリアクタンス値Ｘの条件を設定してもよい。
以下、図１１を参照しながら、この発明の実施の形態６によるリアクタンス値Ｘの条件について説明する。ここでは、前述の電流励振係数比に対する複素平面上での図形的解釈を適用して、ビーム幅拡大を実現するリアクタンス値Ｘの条件について設定する。
【００４６】
図１１はこの発明の実施の形態６によるビーム幅拡大条件を示す説明図であり、電流励振係数比に対する複素平面を示している。
図１１において、破線で示す半径Ｒ０の円５１は、ビーム幅を規定する領域であり、実線で示す半径ｒ０の円５２は、リアクタンス値Ｘを変化させた場合に電流励振係数比の描く軌跡である。なお、流励振係数比の軌跡５２が図１１のように円を描くことは、数学的に証明されている。
ここで、図１１のように、規定領域を示す円５１と電流励振係数比の軌跡５２とが交点ｑ１、ｑ２を有し、円５１の外側領域に軌跡５２が存在する場合には、所望ビーム幅を満たす電流励振係数比が存在することになる。すなわち、この場合、リアクタンス素子４（図１参照）のリアクタンス値Ｘを決定することができる。
【００４７】
また、ここでは、図９のように、図１に示すアンテナ装置を等価的にモデル化し、各素子に番号＃１〜＃４を付して、上記条件について説明する。
前述した通り、リアクタンス素子８ａ、８ｂの変化に対して、非励振ダイポール７ａ、７ｂの励振ダイポール６ａ、６ｂに対する電流励振係数比は、複素平面上で円軌跡を描くことが数学的に証明される（ここでは、説明を省略する）。
また、前述の式（１）から励振ダイポールのＥ面ビーム幅を規定する領域も円形となる（図１１内の円５１参照）。
所望ビーム幅を満足する電流励振係数比が存在する条件は、上記２つの円が交点を有し、Ｅ面ビーム幅規定領域円よりも外側領域に電流励振係数比の軌跡があることである。
【００４８】
まず、図１１において、規定領域の円５１の中心をＰ０、電流励振係数比の軌跡５２の中心をｐ０とし、上記２つの円５１、５２の交点をｑ１、ｑ２とする。また、規定領域の中心点Ｐ０と軌跡の中心点ｐ０とを結ぶ直線を線分Ａとし、軌跡の中心点ｐ０と一方の交点ｑ１とを結ぶ直線を線分Ｂとする。
次に、線分Ａと実軸（横軸）との成す角を
【数７】
2004147040.tif 000004
とし、線分Ａと線分Ｂとの成す角を
【数８】
2004147040.tif 000005
とする。
また、図９内の非励振ダイポール７ａ（非励振モノポールアンテナ：＃１）と励振ダイポール６ａ（＃２）との間の相互インピーダンスＺ１２を、位相ξを用いて、
【数９】
2004147040.tif 000006
のように、極座標で表示する。
同様に、非励振ダイポール（＃１）の自己インピーダンスＺ１１と、非励振ダイポール７ａ（＃１）と非励振ダイポール７ｂ（＃３）との間の相互インピーダンスＺ１３との差分を、位相ηを用いて、
【数１０】
2004147040.tif 000007
のように、極座標で表示する。
なお、自己インピーダンスＺ１１、相互インピーダンスＺ１２、Ｚ１３は、周知の起電力法などによって解析的に求めることができる。
【００４９】
この場合、非励振ダイポール７ａ、７ｂに装荷されるリアクタンス素子８ａ、８ｂのリアクタンス値Ｘに関して所望ビーム幅を得るための適用範囲は、次式で表すことができる。
【数１１】
2004147040.tif 000008
ただし、上式において、「γ＜」、「γ＞」は、「γ±」として与えられる値のうちの、それぞれ、小さい方の値、大きい方の値を示している。
このように、電流励振係数比に対する複素平面上に展開した軌跡５２を用いて図形的に解釈することにより、所望ビーム幅を得るリアクタンス値Ｘの最適値を得ることができる。
【００５０】
実施の形態７．
なお、上記実施の形態１〜６では、導体地板１の上方に配置された単一の励振ダイポールアンテナ２と、導体地板１上に立設された一対の非励振モノポールアンテナ３とを備えたアンテナ装置について説明したが、励振ダイポールアンテナ２および非励振モノポールアンテナ３からなるアンテナ素子を複数配列したアレーアンテナにより構成されたアンテナ装置であってもよい。
以下、図１２を参照しながら、前述のアンテナ素子を複数配列したアレーアンテナとしたこの発明の実施の形態７について説明する。
【００５１】
図１２はこの発明の実施の形態７によるアレーアンテナの一例を概略的に示す構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
この場合、励振ダイポールアンテナ２の延長方向に沿って、励振ダイポールアンテナ２と一対の非励振モノポールアンテナ３とからなるアンテナ素子６０を単位として、複数のアンテナ素子６０が多数配列されている。
図１２のように、アレー状態で構成されたアンテナ装置においても、前述と同様に、リアクタンス素子４のリアクタンス値を調整することにより、アレー素子パターンのビーム幅を拡大させることができ、広角へのビーム走査時に利得低下を防ぐことができる。
すなわち、励振ダイポールアンテナ２および非励振モノポールアンテナ３を複数配列したダイポールアレーアンテナにおけるアレー素子パターンのビーム幅を広げることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、導体地板と、導体地板から所定周波数でほぼ１／４波長だけ離れた位置に設けられて、所定周波数で共振する励振ダイポールアンテナと、導体地板上に立設されて、所定周波数でほぼ１／４波長よりも短い長さを有する複数個の非励振モノポールアンテナとを備え、励振ダイポールアンテナは、中央部に給電点を有し且つ導体地板に対してほぼ平行に配置され、各非励振モノポールアンテナは、励振ダイポールアンテナの延長方向に沿って離間配置されるとともに、導体地板との接続側に設けられた給電端子と、給電端子に装荷されたリアクタンス素子とを有し、給電端子とは反対側の端部が励振ダイポールアンテナ側を向くように、導体地板上にほぼ垂直に設けられたので、励振ダイポールアンテナのＥ面素子パターンのビーム幅を広げたアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１を等価的にモデル化した場合を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による各非励振ダイポールからの再放射パターンを示す説明図である。
【図４】図３内の再放射パターンを合成して示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による合成パターンを模式的に示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による励振ダイポールアンテナのＥ面放射パターンの一例を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３の要部を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４の要部を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態５を説明するための等価的にモデル化した構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態５によるビーム幅拡大条件を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態６によるビーム幅拡大条件を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態７によるアレーアンテナの一例を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１、２０　導体地板、２　励振ダイポールアンテナ、３、２１、３１　非励振モノポールアンテナ、４、８ａ、８ｂ、２２　リアクタンス素子、５　導体地板の仮想位置、６ａ　励振ダイポール、６ｂ　イメージ励振ダイポール、７ａ、７ｂ　非励振ダイポール、９ａ　励振ダイポール上の電流、９ｂ　イメージ励振ダイポール上の電流、１０ａ、１０ｂ　非励振ダイポール上の誘起電流、２３　電子スイッチ（リアクタンス値設定手段）、３２　スタブ、５１　規定領域（第１の円軌跡）、５２　流励振係数比の軌跡（第２の円軌跡）、６０　アンテナ素子、Ａ、Ｂ　線分、Ｃ２、Ｃ６ａ、Ｃ６ｂ　給電点、Ｃ３、Ｃ２１、Ｃ３１　給電端子、Ｃ７ａ、Ｃ７ｂ　給電部、Ｐ０、ｐ０　中心点、ｑ１、ｑ２　交点。
【図１】
2004147040.tif 000014
【図２】
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【図３】
2004147040.tif 000016
【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】
2004147040.tif 000021
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004147040.tif 000024
【図１２】
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