(57)【要約】【課題】複数の周波数帯の電波を受信することができる多指向性の多周波・多指向性アンテナを提供する。【解決手段】台形状の反射板１を４枚合わせて截頭四角錐状の反射体２を構成する。各反射板１の上面中央部には、上部から下方向に向かって第１ないし第３のアンテナ素子３ａ〜３ｃを直線的に配設する。アンテナ素子３ａ〜３ｃとしては、垂直偏波用ダイポールアンテナ素子を使用し、それぞれ異なる周波数帯ｆ１〜ｆ３に設定する。上記アンテナ素子３ａ〜３ｃは、全長を約λ／２、反射板１との間隔を約λ／４に設定する。上記アンテナ本体の外側には、レドーム４を設け、多周波・多指向性アンテナ１０を構成する。レドーム４は、例えば誘電体にカーボンを混入して形成し、使用周波数帯の電波については減衰させずに通過させ、それより高い周波数のレーダ波に対しては吸収、散乱する作用を持たせる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の反射板を多面に配置してなる反射体と、前記各反射板上の中央垂直軸に沿って設けられ、それぞれ周波数帯の異なる複数のダイポールアンテナ素子と、前記各ダイポールアンテナ素子に給電する給電手段とを具備したことを特徴とする多周波・多指向性アンテナ。
【請求項２】
複数の反射板を多面に配置してなる反射体と、前記各反射板上の中央垂直軸に沿って設けられ、それぞれ周波数帯の異なる複数のダイポールアンテナ素子と、前記ダイポールアンテナ素子と組合せ配置され、該ダイポールアンテナ素子とは異なる周波数帯に設定されるスロットアンテナと、前記各ダイポールアンテナ素子及びスロットアンテナ素子に給電する給電手段とを具備したことを特徴とする多周波・多指向性アンテナ。
【請求項３】
前記反射体を錐状または截頭錐状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の多周波・多指向性アンテナ。
【請求項４】
前記反射体を角筒状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の多周波・多指向性アンテナ。
【請求項５】
前記反射体及びアンテナ素子を覆うレドームを備えたことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の多周波・多指向性アンテナ。
【請求項６】
前記レドームは、前記アンテナ素子の周波数帯の電波を透過させ、該アンテナ素子の周波数帯より高い周波数帯の電波に対しては吸収・散乱させる部材を用いて構成したことを特徴とする請求項５記載の多周波・多指向性アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の周波数帯に対応した多周波・多指向性アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多周波帯アンテナとしては、移動通信用基地局アンテナが知られている。この移動通信用基地局アンテナは、例えば筒状の反射器の周囲に２対の半波長ダイポールアンテナを配置し、各半波長ダイポールアンテナの周波数を異なる値、例えば８００ＭＨｚと２ＧＨｚに設定し、無指向性としている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、船舶等の移動体においては、複数の無線通信装置を搭載し、周波数帯の異なる複数の電波を受信することが多くなってきており、多周波帯アンテナを必要としている。船舶等の移動体に使用される多周波帯アンテナとしては、従来、無指向性アンテナが使用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９８７３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、船舶等の移動体においては、特定の基地局と通信する場合が多く、その基地局の方向に指向性を持たせる多指向性アンテナが望まれている。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、複数の周波数帯の電波を受信することができる多指向性の多周波・多指向性アンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る多周波・多指向性アンテナは、複数の反射板を多面に配置してなる反射体と、前記各反射板上の中央垂直軸に沿って設けられ、それぞれ周波数帯の異なる複数のダイポールアンテナ素子と、前記各ダイポールアンテナ素子に給電する給電手段とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
上記のように複数の反射板を多面に配置すると共に、各反射板上の中央垂直軸に沿ってそれぞれ周波数の異なるアンテナ素子を配置することにより、複数の周波数帯の電波を受信できると共に、多指向性とすることができる。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明に係る多周波・多指向性アンテナにおいて、反射体及びアンテナ素子を覆うレドームを備えたことを特徴とする。
上記のようにレドームを設けることにより、反射体及びアンテナ素子を保護することができる。また、上記レドームは、アンテナ素子の周波数帯の電波を透過させ、該アンテナ素子の周波数帯より高い周波数帯の電波に対しては吸収・散乱させる部材を用いて構成することにより、使用周波数帯より高い周波数帯の電波例えばレーダ波が到来しても、吸収・散乱させて到来方向への反射波を著しく減少させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る多周波・多指向性アンテナの斜視図、図２は同断面図である。なお、図１は、レドームを装着していない状態を示している。
【００１２】
図１及び図２において、１は台形状の反射板で、この反射板１を複数枚合わせて截頭錐状に、例えば反射板１を４枚合わせて截頭四角錐状の反射体２を構成する。上記各反射板１の上面中央部には、上部から下方向に向かって複数例えば第１〜第３のアンテナ素子３ａ〜３ｃを直線的に配設する。上記のように反射板１を４面設けた場合、第１〜第３のアンテナ素子３ａ〜３ｃは、それぞれ＃１〜＃４まで、４つずつ設けられる。
【００１３】
上記アンテナ素子３ａ〜３ｃとしては、例えば垂直偏波用ダイポールアンテナ素子を使用し、それぞれ異なる周波数帯ｆ１〜ｆ３に設定する。例えば第１のアンテナ素子３ａの周波数帯ｆ１は３６０〜５００ＭＨｚ、第２のアンテナ素子３ｂの周波数帯ｆ２は２３０〜３６０ＭＨｚ、第３のアンテナ素子３ｃの周波数帯ｆ３は１００〜２３０ＭＨｚに設定する。上記アンテナ素子３ａ〜３ｃは、全長Ｈが約λ／２、反射板１との間隔ｄが約λ／４に設定される。
【００１４】
そして、上記アンテナ本体の外側には、必要に応じて図２に示すようにレドーム４を設け、多周波・多指向性アンテナ１０を構成する。上記レドーム４は、例えば誘電体にカーボンを混入したもので、上記１００〜５００ＭＨｚの電波についてはあまり減衰させずに通過させ、それより高い周波数例えば数ＧＨｚのレーダ波に対しては吸収、散乱する作用を持たせる。
【００１５】
図３は、上記アンテナ素子３ａ〜３ｃの具体的な構成例を示したもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図３において、１１は例えばテフロン（Ｒ）等を用いたプリント基板で、その表面にダイポール素子パターン１２ａ、１２ｂを形成する。このダイポール素子パターン１２ａ、１２ｂは、その全長が約λ／２に設定される。
【００１６】
上記一方のダイポール素子パターン１２ａは、マイクロストリップ線路１３を介して給電点１４に接続される。また、ダイポール素子パターン１２ａ、１２ｂ間には、電気長が約λ／２の位相反転回路パターン１５が設けられる。すなわち、一方のダイポール素子パターン１２ａは、給電点１４からマイクロストリップ線路１３を介して給電され、他方のダイポール素子パターン１２ｂは、更に位相反転回路パターン１５を介して逆相給電される。また、プリント基板１１の裏面側には、中央部にアースパターン１６が形成される。このアースパターン１６は、ダイポール素子パターン１２ａ、１２ｂの一部、マイクロストリップ線路１３及び位相反転回路パターン１５を含むように形成される。
【００１７】
そして、上記プリント基板１１は、図１及び図２に示した反射板１上にスペーサ例えば樹脂スタッド１７を介して装着される。この場合、反射板１とダイポール素子パターン１２ａ、１２ｂとの間隔ｄが約λ／４となるように設定する。また、ダイポール素子パターン１２ａ、１２ｂの全長Ｈは、λ／２となるように設定する。
【００１８】
また、プリント基板１１の裏面には、上記給電点１４に接続する端子１８を設け、この端子１８に同軸ケーブル１９の一端を装着する。この場合、端子１８は、同軸ケーブル１９の中心軸を給電点１４に接続すると共に同軸ケーブル１９の外導体をアースパターン１６に接続する。上記同軸ケーブル１９は、反射板１に設けた透孔内を挿通させ、他端を反射板１の内側に位置させて先端に接栓２０を設け、この接栓２０より給電する。上記同軸ケーブル１９を反射板１に設けた透孔内を挿通させる際、同軸ケーブル１９の外導体を反射板１に電気的に導通させた状態に保持する。
【００１９】
図４は、上記のようにして構成された多周波・多指向性アンテナ１０を船舶２１に装着した場合の例を示したものである。多周波・多指向性アンテナ１０は、船舶２１における高所、例えばブリッジ２２等が設けられている構造体の最上部に設置される。船舶２１における高所に多周波・多指向性アンテナ１０を設置することにより、電波の送受信を良好に行なうことが可能になる。
【００２０】
また、上記多周波・多指向性アンテナ１０は、レーダ波を吸収・散乱するレドーム４を設けているので、レーダ波が到来してもレドーム４で吸収されると共に散乱し、到来方向に戻る率は非常に低い。また、レーダ波の周波数は数ＧＨｚであり、多周波・多指向性アンテナ１０の受信周波数帯である１００〜５００ＭＨｚに比較してかなり高いので、レドーム４に含まれるカーボン等により減衰する率が非常に高く、アンテナ本体、すなわち反射板１及びアンテナ素子３ａ〜３ｃには殆ど到達しない。
【００２１】
しかも、アンテナ本体は、反射板１を傾斜して設けると共に、この傾斜した反射板１上にアンテナ素子３ａ〜３ｃを配設しているので、レーダ波がレドーム４を透過したとしても、水平方向から到来するレーダ波は反射板１及びアンテナ素子３ａ〜３ｃに当たって上方に反射し、その反射波が再びレドーム４で吸収・散乱する。従って、水平方向からのレーダ波が多周波・多指向性アンテナ１０に到来しても、その反射波がレーダ波の到来方向に戻る率は非常に低い。このため、多周波・多指向性アンテナ１０がレーダによって探知される確率はきわめて低い。
【００２２】
なお、レドーム４によってレーダ波を高い効率で吸収・散乱させることができれば、反射板１を垂直に配置した場合でも、アンテナ本体によるレーダ波の反射については無視することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、レドーム４を設けた場合について説明したが、必要に応じてレドーム４を省略した構成としても良い。
【００２４】
次に、上記多周波・多指向性アンテナ１０に対する給電回路の構成例について説明する。図５は、上記多周波・多指向性アンテナ１０を構成する４面のアンテナを同時に動作させる場合の給電回路について示したものである。
【００２５】
図５において、３０は無線通信装置（図示せず）に接続される入出力端子である。多周波・多指向性アンテナ１０から電波を送信する場合、入出力端子３０には、無線通信装置からｆ１〜ｆ３の周波数帯の信号が入力される。上記入出力端子３０には、ｆ１の周波数帯を分波する第１の分波器３１、ｆ２の周波数帯を分波する第２の分波器３２、ｆ３の周波数帯を分波する第３の分波器３３が直列に接続される。上記第１の分波器３１〜第３の分波器３３は、無線通信装置から入出力端子３０に入力されるｆ１〜ｆ３の周波数帯の信号の中から、ｆ１、ｆ２、ｆ３の周波数帯の信号をそれぞれ分波して第１の分配器３４、第２の分配器３５、第３の分配器３６に出力する。
【００２６】
第１の分配器３４は、第１の分波器３１により分波されたｆ１の周波数帯の信号を、多周波・多指向性アンテナ１０の４面に設けられている＃１〜＃４の第１のアンテナ素子３ａに分配して給電する。
【００２７】
第２の分配器３５は、第２の分波器３２により分波されたｆ２の周波数帯の信号を、多周波・多指向性アンテナ１０の４面に設けられている＃１〜＃４の第２のアンテナ素子３ｂに分配して給電する。
【００２８】
第３の分配器３６は、第３の分波器３３により分波されたｆ３の周波数帯の信号を、多周波・多指向性アンテナ１０の４面に設けられている＃１〜＃４の第３のアンテナ素子３ｃに分配して給電する。
【００２９】
また、基地局等から送られてくる電波を多周波・多指向性アンテナ１０で受信する場合には、多周波・多指向性アンテナ１０の４面に設けられている＃１〜＃４の第１のアンテナ素子３ａで受信したｆ１の周波数帯の信号を第１の分配器３４で合成し、第１の分波器３１に出力する。また、＃１〜＃４の第２のアンテナ素子３ｂで受信したｆ２の周波数帯の信号は、第２の分配器３５で合成し、第２の分波器３２に出力する。更に、＃１〜＃４の第３のアンテナ素子３ｃで受信したｆ３の周波数帯の信号は、第３の分配器３６で合成し、第３の分波器３３に出力する。第１の分波器３１〜第３の分波器３３は、第１の分配器３４〜第２の分配器３５から出力されるｆ１〜ｆ３の周波数帯の信号を合波し、入出力端子３０から無線通信機に出力する。
【００３０】
上記の構成とすることにより、多周波・多指向性アンテナ１０を構成する４面のアンテナを同時に使用して無線通信を行なうことができる。この場合には、４面のアンテナにより水平面の４方向に指向性を持たせることができる。この場合、４面の各アンテナの指向性を組み合わせることにより、総合的に水平面の指向性を無指向性とすることも可能である。
【００３１】
図６は、多周波・多指向性アンテナ１０を構成する４面のアンテナを切換えて動作させる場合、すなわち、水平面指向性を電波の受信状態に応じて切換えて使用する場合の給電回路について示したものである。
【００３２】
図６に示す給電回路は、上記図５に示した給電回路において、第１の分配器３４〜第３の分配器３６に代えて第１の切換スイッチ３７〜第３の切換スイッチ３９を設けると共に、これらの切換スイッチ３７〜３９を制御する切換制御部４０を設けたものである。この切換制御部４０は、多周波・多指向性アンテナ１０の４面に設けられた＃１〜＃４の第１のアンテナ素子３ａ、＃１〜＃４の第２のアンテナ素子３ｂ、＃１〜＃４の第３のアンテナ素子３ｃの受信レベルをそれぞれ一定の周期でチェックし、ｆ１〜ｆ３の周波数帯別に最良の受信状態を示すアンテナ素子を選択するように第１の切換スイッチ３７〜第３の切換スイッチ３９を切換え制御する。
【００３３】
すなわち、切換制御部４０は、ｆ１の周波数帯における＃１〜＃４の第１のアンテナ素子３ａにおいて、＃１のアンテナ素子の受信状態が最良であれば、第１の切換スイッチ３７により＃１のアンテナ素子３ａを選択し、その受信信号を第１の分波器３１を介して無線通信装置に出力する。
【００３４】
また、切換制御部４０は、ｆ２の周波数帯における＃１〜＃４の第２のアンテナ素子３ｂにおいて、＃４のアンテナ素子の受信状態が最良であれば、第２の切換スイッチ３８により＃４のアンテナ素子３ｂを選択し、その受信信号を第２の分波器３２を介して無線通信装置に出力する。
【００３５】
更に、切換制御部４０は、ｆ３の周波数帯における＃１〜＃４の第３のアンテナ素子３ｃにおいて、＃２のアンテナ素子の受信状態が最良であれば、第３の切換スイッチ３９により＃２のアンテナ素子３ｃを選択し、その受信信号を第３の分波器３３を介して無線通信装置に出力する。
なお、送信時においては、上記受信時に選択したアンテナ素子を使用する。
【００３６】
上記のように切換制御部４０により、受信状態に応じて第１の切換スイッチ３７〜第３の切換スイッチ３９を切換えることにより、多周波・多指向性アンテナ１０の指向性を各周波数帯毎にそれぞれ切換えて最良の受信状態とすることができる。
【００３７】
なお、図６では、第１の切換スイッチ３７〜第３の切換スイッチ３９により１つのアンテナ素子を選択する場合について示したが、その他、例えば外部からの切換え指令により所望の指向性となるように、複数のアンテナ素子を組み合わせて切換えるようにしても良い。
【００３８】
また、上記第１実施形態では、多周波・多指向性アンテナ１０の４面にそれぞれ第１〜第３のアンテナ素子３ａ〜３ｃを設けた場合について示したが、各面に更に多数のアンテナ素子を設けても良いことは勿論である。
【００３９】
更に、上記第１実施形態では、各面の反射板１をそれぞれ台形に形成した場合について示したが、その他の形状、例えば三角形状に形成し、反射体２を三角錐状としても良い。また、各反射板１を四角形状に形成し、反射体２を角筒状としても良い。また、反射体２は、角状の他例えば円錐状、截頭円錐状、円筒状に形成しても良い。
【００４０】
また、上記第１実施形態では、４面のアンテナを組み合わせた場合について示したが、４面に限らず、例えば３面、５面等、任意の面数を組み合わせて構成することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。
図７は本発明の第２実施形態に係る多周波・多指向性アンテナ１０Ａを示す斜視図である。なお、図７は、レドームを装着していない状態を示している。この第２実施形態に係る多周波・多指向性アンテナ１０Ａは、第１実施形態に示した多周波・多指向性アンテナ１０において、各面の反射板１上に第１〜第３のアンテナ素子３ａ〜３ｃと共に、ｆ４の周波数帯に合わせた第４のアンテナ素子５を設けたものである。この第４のアンテナ素子５は、約λ／２の長さを持つスロットアンテナにより構成したもので、第３のアンテナ素子３ｃの下方に水平に設け、垂直偏波用としている。上記第４のアンテナ素子５は、第３のアンテナ素子３ｃの周波数帯ｆ３より、更に低いｆ４の周波数帯に設定する。スロットアンテナの場合には、反射板１の裏面に絶縁基板を設け、この絶縁基板にマイクロストリップ線路等による給電線路を形成してスロットの中央部より給電する。
【００４２】
上記のように反射板１の下部にスロットアンテナを使用したアンテナ素子５を水平方向に設けることにより、反射板１を少し大きくするだけで周波数帯を簡単に増加することができる。また、反射板１の下部は、横幅が広いので、低い周波数帯のアンテナ素子（スロットアンテナ）であっても容易に設けることができる。
【００４３】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について、図８を参照して説明する。
図８は本発明の第３実施形態に係る多周波・多指向性アンテナ１０Ｂを示す斜視図である。なお、図８は、レドームを装着していない状態を示している。この第３実施形態に係る多周波・多指向性アンテナ１０Ｂは、第１実施形態に示した多周波・多指向性アンテナ１０において、第１〜第３のアンテナ素子３ａ〜３ｃの下側に、それぞれスロットアンテナにより構成した第４〜第６のアンテナ素子６ａ〜６ｃを設けたものである。この第４〜第６のアンテナ素子６ａ〜６ｃの周波数帯は、ｆ１′〜ｆ３′に設定する。上記第４〜第６のアンテナ素子６ａ〜６ｃは、反射板１にスロットを水平方向に形成したもので、各スロットの長さは約λ／２に設定する。
【００４４】
上記のように第１〜第３のアンテナ素子３ａ〜３ｃの下側に、それぞれスロットアンテナにより構成した第４〜第６のアンテナ素子６ａ〜６ｃを水平方向に設けることにより、反射板１を少し大きくするだけで多数の周波数帯を簡単に増加することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、反射板上の中央垂直軸に沿ってそれぞれ周波数の異なるアンテナ素子を配置して多周波アンテナとすると共に、この多周波アンテナを多面に配置することにより、複数の周波数帯の電波を受信できると共に、多指向性とすることができる。また、アンテナを保護するレドームは、アンテナ素子の周波数帯の電波を透過させ、該アンテナ素子の周波数帯より高い周波数帯の電波に対しては吸収・散乱させる部材を用いて構成しているので、使用周波数帯より高い周波数帯の電波例えばレーダ波が到来しても、吸収・散乱させて到来方向への反射波を著しく減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多周波・多指向性アンテナのアンテナ本体部分を示す斜視図。
【図２】同実施形態における多周波・多指向性アンテナの断面図。
【図３】同実施形態におけるアンテナ素子の具体的な構成例を示す図。
【図４】同実施形態における多周波・多指向性アンテナを船舶に設置した場合の例を示す図。
【図５】同実施形態における給電回路の構成例を示す図。
【図６】同実施形態における給電回路の他の構成例を示す図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る多周波・多指向性アンテナの構成を示す斜視図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る多周波・多指向性アンテナの構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１…反射板
２…反射体
３ａ〜３ｃ…第１〜第３のアンテナ素子
４…レドーム
５…第４のアンテナ素子
６ａ〜６ｃ…第４〜第６のアンテナ素子
１０、１０Ａ、１０Ｂ…多周波・多指向性アンテナ
１１…プリント基板
１２ａ、１２ｂ…ダイポール素子パターン
１３…マイクロストリップ線路
１４…給電点
１５…位相反転回路パターン
１６…アースパターン
１７…樹脂スタッド
１８…端子
１９…同軸ケーブル
２０…接栓
２１…船舶
２２…ブリッジ
３０…入出力端子
３１〜３３…第１〜第３の分波器
３４〜３６…第１〜第３の分配器
３７〜３９…第１〜第３の切換スイッチ
４０…切換制御部
【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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