(57)【要約】【課題】従来技術に比較して小さい垂直面のサイドローブを有するコリニアアンテナ装置を提供する。【解決手段】折り曲げ素子１１及び１３を有する第１の放射素子部１０と、１／６波長毎に折り返された第２の放射素子部２０と、折り曲げ素子３１を有する第３の放射素子部３０と、第３の放射素子部３０に接続され当該アンテナに近設した側が開放された１／４波長バラン４０とからなるコリニアアンテナ装置を提供する。折り曲げ素子１１，１３，３１を有することによって、第１の放射素子部１０と第２の放射素子部２０と第３の放射素子部において電流振幅が極大となる点Ａ，Ｂ，Ｃの間の直線距離を短くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信する電波の概略１／２波長の素子長をそれぞれ有しかつ実質的に一直線上に配置された第１の放射素子部と第２の放射素子部と第３の放射素子部とを備えたコリニアアンテナ装置であって、
上記第２の放射素子部は、上記第１の放射素子部と上記第３の放射素子部との間に配置されかつ上記第１の放射素子部と上記第３の放射素子部と電気的に接続され、
上記第１の放射素子部の素子長を２等分する点と、上記第３の放射素子部の素子長を２等分する点との間の直線距離は、当該コリニアアンテナ装置で送受信する電波の概略１／２波長以上でありかつ概略２／３波長より短いように設定されたことを特徴とするコリニアアンテナ装置。
【請求項２】
上記第２の放射素子部は、直線状導体を２度折り返すことにより形成されたことを特徴とする請求項１記載のコリニアアンテナ装置。
【請求項３】
上記第１の放射素子部は、励振されたときに所定のしきい値よりも小さな電流振幅を有する部分において、少なくとも１つの折り曲げ部分を有することを特徴とする請求項１又は２記載のコリニアアンテナ装置。
【請求項４】
上記第１の放射素子部の折り曲げ部分は、直線状導体をコの字形状に折り曲げることにより形成されたことを特徴とする請求項３記載のコリニアアンテナ装置。
【請求項５】
上記第３の放射素子部は、励振されたときに所定のしきい値よりも小さな電流振幅を有する部分において、少なくとも１つの折り曲げ部分を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載のコリニアアンテナ装置。
【請求項６】
上記第３の放射素子部の折り曲げ部分は、直線状導体をコの字形状に折り曲げることにより形成されたことを特徴とする請求項５記載のコリニアアンテナ装置。
【請求項７】
上記第２の放射素子部の全体と、上記第１の放射素子部の一端の所定長さの部分と、上記第３の放射素子部の一端の所定長さの部分とを含む第４の放射素子部は、送受信する電波の概略１／２波長よりも長い直線状導体を２度折り返すことにより形成されたことを特徴とする請求項１記載のコリニアアンテナ装置。
【請求項８】
上記第３の放射素子部は、概略１／４波長のスリーブ導体と、給電線路とを含むスリーブ型ダイポールアンテナとして構成され、
上記スリーブ導体と上記給電線路とは当該コリニアアンテナ装置のための１／４波長バランとして動作することを特徴とする請求項１乃至７のうちの１つに記載のコリニアアンテナ装置。
【請求項９】
少なくとも１つの基地無線局と、少なくとも１つの端末無線局とを含む無線通信システムにおいて、
上記基地無線局と上記端末無線局のうちの少なくとも１つは、請求項１乃至９のうちの１つに記載のコリニアアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの基地無線局と、少なくとも１つの端末無線局とを含む無線通信システムにおける端末無線局のための無線通信装置において、
上記無線通信装置は、請求項１乃至８のうちの１つに記載のコリニアアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
上記無線通信装置はパーソナルコンピュータであることを特徴とする請求項１０記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば無線ＬＡＮなどの室内通信システムに用いるアンテナ装置に関し、特に、例えば室内通信システム用のコリニアアンテナ装置と、当該コリニアアンテナ装置を備えた無線通信装置及び無線通信システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
コリニアアンテナ装置は、携帯電話システムの屋外基地局を主な用途として用いられるアンテナ装置である。その特徴は、水平面の利得が高いオムニ指向性、すなわち水平面無指向性を有することである。近年、無線ＬＡＮに５．２ＧＨｚ帯が使用されるようになったことから、コリニアアンテナ装置を１０ｃｍ以下の大きさで製作できる。
【０００３】
従来技術に係るコリニアアンテナ装置の形状としては、アンテナ装置の中間部に折り返し部分が存在する構成のアンテナ装置が提案されている（例えば非特許文献１を参照。）。そのようなアンテナ装置の一例について、図１４を参照して説明する。
【０００４】
図１４は、従来技術に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。本願明細書では、図１４において図示されたＸＹＺ座標を参照し、図１４では、図面に対して垂直であってかつ手前に向かう方向をＹ軸の正の方向に設定している。
【０００５】
図１４において、従来技術に係るコリニアアンテナ装置は、実質的に一直線上に延在する第１乃至第４のアンテナ素子２０１，２０２，２０３及び２０４にて構成され、第１、第３及び第４のアンテナ素子２０１，２０３及び２０４は直線状導体であり、第２のアンテナ素子２０２は、直線状導体を３等分する２箇所でそれぞれ１８０度に折り返されて構成される。また、第３と第４のアンテナ素子２０３，２０４の間に、スリーブ導体４４と同軸ケーブル４３とで構成され、図１４では縦断面図として示されたバランが設けられる。
【０００６】
第１のアンテナ素子２０１の長さは、当該コリニアアンテナ装置で送受信する電波の概略１／２波長であり、第３及び第４のアンテナ素子２０３，２０４の長さはそれぞれ１／４波長である。また、第２のアンテナ素子２０２は、概略１／２波長の素子長を有する直線状導体を、約１／６波長毎にそれぞれ１８０度だけ折り返すことによって構成される。従って、第２のアンテナ素子２０２は、Ｚ軸方向に１／６波長の長さを有するとともに、概略１／２波長の素子長を有するアンテナ素子として動作する。第２のアンテナ素子２０２の一端は第１のアンテナ素子２０１の一端と電気的に接続され、第２のアンテナ素子２０２の他端は第３のアンテナ素子２０３の一端と電気的に接続されている。また、第３のアンテナ素子２０３の他端は同軸ケーブル４３の中心導体４１と電気的に接続され、第４のアンテナ素子２０４の一端は、同軸ケーブル４３の中心導体４１に接続された側の第３のアンテナ素子２０３の端部に対向し、かつ同軸ケーブル４３の外部導体４２と電気的に接続されている。
【０００７】
同軸ケーブル４３の周囲には、第３及び第４のアンテナ素子２０３，２０４に近接させて１／４波長の円筒形状のスリーブ導体４４が設けられ、スリーブ導体４４は、第３及び第４のアンテナ素子２０３，２０４から遠い側の端部において同軸ケーブル４３の外部導体４２と電気的に接続されている。このスリーブ導体４４は同軸ケーブル４３とともに当該コリニアアンテナ装置のためのバランとして動作し、このバランが当該コリニアアンテナ装置に接続された位置、すなわち、第３及び第４のアンテナ素子２０３，２０４の各端部が互いに対向した位置は、当該コリニアアンテナ装置の給電点となる。
【０００８】
第１及び第２のアンテナ素子２０１，２０２の素子長を２等分する点Ｄ及びＥと、第３及び第４のアンテナ素子２０３，２０４の各端部が互いに対向する点Ｆとは、このコリニアアンテナ装置上で電流振幅が極大となる点に対応する。図１４に示された従来技術の例では、点Ｄ及びＥと、点Ｅ及びＦとは、それぞれ互いに１／３波長だけ離れている。
【０００９】
図１５は、図１４のコリニアアンテナ装置の指向性パターンを示すグラフであり、図１５（ａ）は水平面内の指向性パターンを示すグラフであり、図１５（ｂ）は垂直面内の指向性パターンを示すグラフである。単位は、ダイポールアンテナの利得を基準とする相対利得［ｄＢｄ］である。図１５（ａ）のグラフによれば、このコリニアアンテナ装置は、一般的な半波長ダイポールアンテナと比較し、水平面の平均で約２ｄＢ以上高い利得で無指向性を得ることができる。
【００１０】
また、屋外で用いる移動体通信装置に使用されるアンテナとしては、例えば特許文献１において、移動体電話機用のアンテナ装置が提案されている。図１６は、特許文献１記載の、従来技術に係るコリニアアンテナ装置を備えた移動体電話機３００の構成を示す斜視図である。この移動体電話機３００は、概略１／２波長の第１段のアンテナ３０１と、上部にヘリカルアンテナ部３０４を有する概略１／２波長の第２段のアンテナ３０３と、これらの第１段及び第２段のアンテナ３０１，３０３の間に設けられた位相器３０３とからなるコリニアアンテナ装置を移動体電話機本体３１０の上部に備えている。第１段のアンテナ３０１と位相器３０２と第２段のアンテナ３０３とを移動体電話機本体３１０の内部に収納するときに第１段及び第２段のアンテナ３０１，３０３が上下に衝突しないように、第１段及び第２段のアンテナ３０１，３０３は互いに平行であるが、所定距離だけ側方にずらして設けられる。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２５２７２８号公報。
【非特許文献１】遠藤敬二ほか，“アンテナ工学”，総合電子出版社，１８４ページ，１９７９年４月。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１４のコリニアアンテナ装置について、図１５（ａ）で示される水平面内指向性は無指向性であるが、図１５（ｂ）で示される垂直面の指向性は、水平方向からの仰角θ＝０度及び１８０度方向以外のサイドローブが比較的大きい。図１４に図示された従来技術に係るコリニアアンテナ装置は屋外設置であったため、鉛直方向成分を有するサイドローブが問題にならなかったが、コリニアアンテナ装置を、無線ＬＡＮのように室内用のアンテナ装置として用いると、そのようなサイドローブが大きいことによる問題が生じる。それは、鉛直方向成分を有するサイドローブが大きいことによって、高い仰角の方向の利得が高くなることである。高い仰角の方向の利得が高くなると、アンテナ装置が設置された部屋の天井又は床面で反射される電磁波の電力が高くなり、天井や床面で複数回反射して受信端末に届く電磁波の電力も高くなる。複数回反射しながら伝搬して受信される電磁波には、アンテナ間を直接に伝搬する電磁波である直接波に対して遅延時間が発生する。遅延時間を有して受信された電磁波を遅延波というが、この遅延波の電力が大きくなると、データの伝送速度が劣化する。このため高い仰角の方向のサイドローブを低減することが望まれる。
【００１３】
また、図１６に示された特許文献１のコリニアアンテナ装置では、特に無線ＬＡＮで用いられる５．２ＧＨｚ帯のような高い周波数で動作するときに、概略１／２波長の第１段及び第２段のアンテナ３０１，３０３が同一直線上に配置されないと水平面内の指向性が無指向性にならないという問題点があった。
【００１４】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、仰角方向のサイドローブが従来技術に比較して低減され、かつ水平面内の指向性パターンが無指向性であるコリニアアンテナ装置と、当該コリニアアンテナ装置を備えた無線通信装置及び無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明に係るコリニアアンテナ装置は、送受信する電波の概略１／２波長の素子長をそれぞれ有しかつ実質的に一直線上に配置された第１の放射素子部と第２の放射素子部と第３の放射素子部とを備えたコリニアアンテナ装置であって、
上記第２の放射素子部は、上記第１の放射素子部と上記第３の放射素子部との間に配置されかつ上記第１の放射素子部と上記第３の放射素子部と電気的に接続され、
上記第１の放射素子部の素子長を２等分する点と、上記第３の放射素子部の素子長を２等分する点との間の直線距離は、当該コリニアアンテナ装置で送受信する電波の概略１／２波長以上でありかつ概略２／３波長より短いように設定されたことを特徴とする。
【００１６】
上記コリニアアンテナ装置において、上記第２の放射素子部は、直線状導体を２度折り返すことにより形成されたことを特徴とする。
【００１７】
また、上記コリニアアンテナ装置において、上記第１の放射素子部は、励振されたときに所定のしきい値よりも小さな電流振幅を有する部分において、少なくとも１つの折り曲げ部分を有することを特徴とする。ここで、上記第１の放射素子部の折り曲げ部分は、好ましくは、直線状導体をコの字形状に折り曲げることにより形成されたことを特徴とする。
【００１８】
さらに、上記コリニアアンテナ装置において、上記第３の放射素子部は、励振されたときに所定のしきい値よりも小さな電流振幅を有する部分において、少なくとも１つの折り曲げ部分を有することを特徴とする。ここで、上記第３の放射素子部の折り曲げ部分は、好ましくは、直線状導体をコの字形状に折り曲げることにより形成されたことを特徴とする。
【００１９】
また、上記コリニアアンテナ装置において、上記第２の放射素子部の全体と、上記第１の放射素子部の一端の所定長さの部分と、上記第３の放射素子部の一端の所定長さの部分とを含む第４の放射素子部は、送受信する電波の概略１／２波長よりも長い直線状導体を２度折り返すことにより形成されたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記コリニアアンテナ装置において、上記第３の放射素子部は、概略１／４波長のスリーブ導体と、給電線路とを含むスリーブ型ダイポールアンテナとして構成され、
上記スリーブ導体と上記給電線路とは当該コリニアアンテナ装置のための１／４波長バランとして動作することを特徴とする。
【００２１】
第２の発明に係る無線通信システムは、少なくとも１つの基地無線局と、少なくとも１つの端末無線局とを含む無線通信システムにおいて、
上記基地無線局と上記端末無線局のうちの少なくとも１つは、請求項１乃至９のうちの１つに記載のコリニアアンテナ装置を備えたことを特徴とする。
【００２２】
第３の発明に係る無線通信装置は、少なくとも１つの基地無線局と、少なくとも１つの端末無線局とを含む無線通信システムにおける端末無線局のための無線通信装置において、
上記無線通信装置は、請求項１乃至８のうちの１つに記載のコリニアアンテナ装置を備えたことを特徴とする。ここで、上記無線通信装置は、好ましくは、パーソナルコンピュータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
従って、本発明に係るコリニアアンテナ装置によれば、従来技術に比較して小さいサイドローブを有し、より高い水平面利得を有し、かつ水平面内で無指向性であるコリニアアンテナ装置を提供できる。また、無線ＬＡＮに適した携帯型パーソナルコンピュータに内蔵可能なコリニアアンテナ装置を提供できる。さらに、無線ＬＡＮの基地無線局として屋内での使用に適したコリニアアンテナ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。なお、各図面においては、同様の部分については同一の符号を付している。本願明細書では、各図面に図示されたＸＹＺ座標を参照し、また、図１、図４、図７乃至図１１では、図面に対して垂直であってかつ手前に向かう方向をＹ軸の正の方向に設定している。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【００２６】
図１において、本実施形態のコリニアアンテナ装置は、第１の放射素子部１０（端点Ｐ１から接続点Ｐ４までの部分）と、第２の放射素子部２０（接続点Ｐ４から接続点Ｐ５までの部分）と、第３の放射素子部３０（接続点Ｐ５から端点Ｐ７までの部分）と、バラン４０（図１では縦断面図として示す。）とからなり、ここで、第１の放射素子部１０と第２の放射素子部２０と第３の放射素子部３０とバラン４０とは、それぞれ点線で囲まれて図示されている。第１及び第２の放射素子部１０，２０は接続点Ｐ４において互いに接続され、第２及び第３の放射素子部２０，３０は接続点Ｐ５において互いに接続されている。また、バラン４０は、当該コリニアアンテナ装置で送受信する電波の約１／４波長の長さを有する円筒形状のスリーブ導体４４と、このスリーブ導体４４の内部に設けられた同軸ケーブル４３とで構成された１／４波長バランであり、第３の放射素子部３０の接続点Ｃに接続されている。
【００２７】
本実施形態のコリニアアンテナ装置は、送受信する電波の概略１／２波長の素子長をそれぞれ有しかつ実質的に一直線上に配置された第１の放射素子部１０と第２の放射素子部２０と第３の放射素子部３０とからなり、第２の放射素子部２０は、第１の放射素子部１０と第３の放射素子部３０との間に配置され、第１の放射素子部１０及び第３の放射素子部３０と電気的に接続され、第１の放射素子部１０の素子長を２等分する点Ａと第３の放射素子部３０の素子長を２等分する点Ｃとの間の直線距離は、当該コリニアアンテナ装置で送受信する電波の概略１／２波長以上でありかつ概略２／３波長より短くなるように設定されることを特徴とする。
【００２８】
図２は、図１のコリニアアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図２の斜視図は、図１において縦断面図で示された１／４波長バラン４０のスリーブ導体４４が円筒形状で示す外観を示したものである。本実施形態のコリニアアンテナ装置は、受信された無線信号を、円筒形状のスリーブ導体４４を貫通するように設けられかつ無線送信機（図示せず。）及び／又は無線受信機（図示せず。）に接続された同軸ケーブル４３の給電線路を介して無線受信機に出力する一方、無線送信機は、送信する無線信号を同軸ケーブル４３を介して当該コリニアアンテナ装置に給電する。
【００２９】
第１の放射素子部１０は、直線状導体にてなる第１のアンテナ素子１２と、直線状導体をコの字形状に折り曲げられて構成された折り曲げ素子１１及び１３とから構成される。第１のアンテナ素子１２の一端と折り曲げ素子１１の一端とは、点Ｐ２において電気的かつ機械的に接続され、第１のアンテナ素子１２の他端と折り曲げ素子１３の一端とは、点Ｐ３において電気的かつ機械的に接続され、折り曲げ素子１３の他端は、接続点Ｐ４において第２の放射素子部２０の第２のアンテナ素子２１と電気的かつ機械的に接続される。第１の放射素子部１０は、第１のアンテナ素子１２に接続された側とは反対側の折り曲げ素子１１の端点Ｐ１から、折り曲げ素子１３の端部の接続点Ｐ４までで、概略１／２波長の素子長を有する。
【００３０】
第２の放射素子部２０は、概略１／２波長の素子長を有する直線状導体を、約１／６波長毎にそれぞれ１８０度だけ折り返すことによって構成された第２のアンテナ素子２１を備えている。従って、ここで、第２の放射素子部２０は、Ｚ軸方向に約１／６波長の長さを有するとともに、接続点Ｐ４から接続点Ｐ５までで概略１／２波長の素子長を有するアンテナ素子として動作する。
【００３１】
第３の放射素子部３０は、直線状導体をコの字形状に折り曲げられて構成された折り曲げ素子３１と、直線状導体にてなりかつ実質的に一直線上に延在する第３及び第４のアンテナ素子３２，３３とから構成される。折り曲げ素子３１の一端は、接続点Ｐ５において第２のアンテナ素子２１と電気的かつ機械的に接続され、折り曲げ素子３１の他端は、接続点Ｐ６において第３のアンテナ素子３２の一端と電気的かつ機械的に接続される。また、第３のアンテナ素子３２の他端は、バラン４０を構成する同軸ケーブル４３の中心導体４１と電気的に接続され、第４のアンテナ素子３３の一端は、同軸ケーブル４３の中心導体４１に接続された側の第３のアンテナ素子３２の端部に対向し、かつ同軸ケーブル４３の外部導体４２と電気的に接続されている。第４のアンテナ素子３３の他端を端点Ｐ７といい、第３の放射素子部３０は接続点Ｐ５から端点Ｐ７までで概略１／２波長の素子長を有する。
【００３２】
バラン４０は以下のように構成される。同軸ケーブル４３の周囲には、第３の放射素子部３０に近接させて約１／４波長の円筒形状のスリーブ導体４４が設けられ、スリーブ導体４４は、第３の放射素子部３０から遠い側の端部において同軸ケーブル４３の外部導体４２と電気的に接続される。このスリーブ導体４４は同軸ケーブル４３とともに当該コリニアアンテナ装置のための１／４波長バラン４０として動作し、また、このバラン４０が当該コリニアアンテナ装置に接続された位置、すなわち、第３及び第４のアンテナ素子３２，３３の各端部が互いに対向した位置は当該コリニアアンテナ装置の給電点となる。
【００３３】
ここで、第１乃至第４のアンテナ素子１２，２１，３２及び３３は、好ましくは、実質的に一直線上（図１ではＺ軸に平行な直線上）に延在するように構成される。それに対して、折り曲げ素子１１，１３，３１は、各折り曲げ素子１１，１３，３１の素子長に関する中央部がＺ軸に対して垂直な方向（図１では＋Ｘ軸方向）に突出して、この方向に当該コリニアアンテナ装置の各素子を構成する導体を所定の素子長にわたって迂回させ、それによって、当該コリニアアンテナ装置のＺ軸方向の寸法を小さくするように設けられる。
【００３４】
また、図１に示された点Ａ、点Ｂ及び点Ｃは次の位置に設定される。第１のアンテナ素子１２の素子長と折り曲げ素子１１及び１３の素子長とを含む放射素子部１０の素子長を２等分する点を点Ａとし、放射素子部２０の素子長、すなわち第２のアンテナ素子２１の素子長を２等分する点を点Ｂとし、第３及び第４のアンテナ素子３２，３３の素子長と折り曲げ素子３１の素子長とを含む放射素子部３０の素子長を２等分する点を点Ｃとする。ここで、点Ｃは、第３の放射素子部３０にバラン４０が接続される点、すなわち当該コリニアアンテナ装置の給電点に一致する。これらの点Ａ、点Ｂ及び点Ｃにおいて、第１、第２及び第３の放射素子部１０，２０，３０上の電流強度はそれぞれ極大となる。本実施形態において、点Ａと点Ｂの間隔ｄ４は１／３波長よりも短く、点Ｂと点Ｃの間隔ｄ５も１／３波長より短い。点Ａと点Ｂの間隔ｄ４と、点Ｂと点Ｃの間隔ｄ５は等しくなることが望ましい。さらに、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃは、同一直線上に位置することが望ましい。
【００３５】
図３は、図１のコリニアアンテナ装置の指向性パターン（ダイポールアンテナの利得を基準とする相対利得［ｄＢｄ］）を示すグラフであり、図３（ａ）は水平面内の指向性パターンを示すグラフであり、図３（ｂ）は垂直面内の指向性パターンを示すグラフである。これらのグラフは、図１のコリニアアンテナ装置において、第１及び第２の放射素子部１０，２０の素子長をそれぞれ２等分する点Ａ，Ｂの間隔ｄ４を１／４波長とし、第２及び第３の放射素子部２０，３０の素子長をそれぞれ２等分する点Ｂ，Ｃの間隔ｄ５も１／４波長となるように設計した場合の指向性パターンである。図２内に示した座標軸でいえば、図３（ａ）がＸＹ面、図３（ｂ）がＸＺ面の指向性となる。図３（ａ）から、本実施形態のコリニアアンテナ装置は水平面で無指向性であり、その利得も一般に水平面無指向性のアンテナとして広く用いられるダイポールアンテナの利得０ｄＢｄを上回っていることがわかる。また、図３（ｂ）のグラフと、図１５（ｂ）の従来技術に係るグラフとを比較すると、垂直面内のサイドローブがほとんど無くなったことがわかる。
【００３６】
図４は、図１のコリニアアンテナ装置の実施例であって、当該コリニアアンテナ装置の共振周波数を５．２ＧＨｚとするときの構成と設計寸法の一例とを、一部縦断面図を含む側面図である。点Ａ，Ｂの間隔ｄ４を概略１／４波長とし、点Ｂ，Ｃの間隔ｄ５も概略１／４波長としたことにより、図４の実施例のコリニアアンテナ装置は図３で示した指向性を有するように構成されている。ここで、第１の放射素子部１０のＺ軸方向の長さ（端点Ｐ１から接続点Ｐ４までの直線距離）をｄ１とし、第２の放射素子部２０のＺ軸方向の長さ（接続点Ｐ４から接続点Ｐ５までの直線距離）をｄ２とし、第３の放射素子部３０のＺ軸方向の長さ（接続点Ｐ５から端点Ｐ７までの直線距離）をｄ３とする。従来技術に係るコリニアアンテナ装置（図１４参照）が、そのＺ軸方向の全長として１．１６波長（概略１／２波長＋概略１／６波長＋概略１／２波長）の長さを必要としたのに対して、本実施例のコリニアアンテナ装置は、そのＺ軸方向の全長（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）を０．９波長と短くすることができる。
【００３７】
本実施形態のコリニアアンテナ装置では、この点Ａ，Ｂ，Ｃ間の直線距離がコリニアアンテナ装置の指向性に対して影響するので、次に、図５及び図６を参照して、本実施形態のコリニアアンテナ装置の動作原理を説明する。
【００３８】
図５は、図１のコリニアアンテナ装置の動作原理を示す図であり、図５（ａ）は当該コリニアアンテナ装置の形状を、一部縦断面図を含む側面図であり、図５（ｂ）は当該コリニアアンテナ装置上の電流とその位相を示すグラフであり、図５（ｃ）は波源Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３で示された当該コリニアアンテナ装置に等価なモデルを表す図である。図５に説明する本実施形態のコリニアアンテナでは、図３及び図４と同様に、点Ａ，Ｂの間隔ｄ４は１／４波長であり、点Ｂ，Ｃの間隔ｄ５は１／４波長である。
【００３９】
図５（ａ）に示した、第１の放射素子部１０、第２の放射素子部２０、及び第３の放射素子部３０のいずれの素子長も、概略１／２波長である。従って、図５（ｂ）に示すように、第１の放射素子部１０と第３の放射素子部３０の電流位相は同相となり、第２の放射素子部２０の電流位相は、第１及び第３の放射素子部１０，３０の電流位相に対して逆相となる。図５（ａ）に示した各放射素子部１０，２０，３０の素子長を２等分する点Ａ、点Ｂ及び点Ｃは、図５（ｂ）上の電流の振幅が極大となる点Ａ’、点Ｂ’及び点Ｃ’に相当する。電流振幅について言えば、点Ａ’及びＢ’の間隔ｄ６と点Ｂ’及びＣ’の間隔ｄ７とはそれぞれ概略１／２波長であり、図５（ａ）のモデルでの電流分布は正弦波状になる。図５（ｂ）のグラフを参照して、図５（ａ）のコリニアアンテナ装置上で電流振幅が所定のしきい値より小さくなる部分に折り曲げ素子１１，１３，３１を設けることによって、第１及び第３の放射素子部１０，３０の中心となる点Ａ，Ｃ間の直線距離を短縮することができる。本実施形態では、コリニアアンテナ装置の端点Ｐ１と接続点Ｐ４，Ｐ５の近傍に折り曲げ素子１１，１３，３１をそれぞれ備えた。それに代わる実施形態では、端点Ｐ７にもう１つの折り曲げ素子を備えてもよい。
【００４０】
各放射素子部１０，２０，３０の素子長を２等分する点Ａ、点Ｂ及び点Ｃと、電流の振幅が極大となる点Ａ’、点Ｂ’及び点Ｃ’との対応関係は、図５（ｃ）に示されたように、Ｚ軸上で互いに距離ｄ８＝ｄ９＝１／４波長だけ離れた点Ａ”、点Ｂ”及び点Ｃ”のそれぞれの点に波源Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が存在するものと仮定することでモデル化できる。各波源Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が放射する電界は、正弦波状の電流分布により放射される電界で表すことができる。この電界をＥＲとし、次式に示す。
【００４１】
【数１】
2005142810.tif 000003
【００４２】
ここで、Ｉ１は波源における電流の振幅であり、ωは角速度であり、βは位相定数であり、θは仰角であり、θ０は仰角の単位ベクトルである。また、定数μ０＝１．２０×１０−６Ｈ／ｍであり、位相定数β＝２π／λ＝２πｆ／ｃ＝ω／ｃである。ただし、ｃは光速であって、ｃ＝２．９９８×１０８ｍ／ｓであるものとする。
【００４３】
図６は、図５の動作原理を基に計算したコリニアアンテナ装置の指向性パターンを示すグラフである。すなわち、図６は、図５（ｃ）のように３つの波源Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が存在するとした場合の垂直面内の指向性を示し、図６（ａ）は図５（ｃ）の距離ｄ８，ｄ９が１／３波長のときの垂直面内の指向性利得パターンを示すグラフであり、図６（ｂ）は図５（ｃ）の距離ｄ８，ｄ９が１／４波長のときの垂直面内の指向性利得パターンを示すグラフである。図６（ｂ）と図３（ｂ）のグラフと比べると、これらはほぼ一致していることがわかる。すなわち、本実施形態のコリニアアンテナ装置は図５（ａ）における点Ａ、点Ｂ及び点Ｃの位置関係を調節することで指向性を制御する技術であることがわかる。
【００４４】
本発明に係る好ましい実施形態では、点Ａと点Ｂとの間の直線距離が概略１／２波長以上でありかつ概略２／３波長より短くなるようにコリニアアンテナ装置を構成する。さらにここで、点Ａ、点Ｂ及び点ＣのＸ軸方向及びＹ軸方向におけるずれ幅が０．２波長以内になることが望ましく、さらに、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃが同一直線上に位置していることが望ましい。点Ａ、点Ｂ及び点Ｃをそのように整列させるために、第１、第２及び第３の放射素子部１０，２０，３０を実質的に直線上に延在させることができる。言い換えると、第１、第２、第３及び第４のアンテナ素子１２，２１，３２，３３を実質的に直線上に延在させることができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態のコリニアアンテナ装置によれば、従来技術に係るコリニアアンテナ装置に比べて、仰角方向のサイドローブが低減され、寸法が小型化されるとともに、水平面内の指向性パターンが無指向性であるコリニアアンテナ装置を提供することができる。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、図１の第３の放射素子部３０とバラン４０とが、第３の放射素子部５０として一体化されていることにあり、すなわち、本実施形態では、図１の第４のアンテナ素子３３とバラン４０とが一体化されている。
【００４７】
第３の放射素子部５０は、折り曲げ素子３１と、第３のアンテナ素子３２と、約１／４波長の円筒形状のスリーブ導体４４Ａ（図７では縦断面図として示す。）と、スリーブ導体４４Ａの内部に設けられた同軸ケーブル４３（図７では縦断面図として示す。）とから構成される。第３のアンテナ素子３２とスリーブ導体４４Ａとは実質的に一直線上に延在して互いに対向し、スリーブ導体４４Ａに対抗した側の第３のアンテナ素子３２の一端は同軸ケーブル４３の中心導体４１と電気的に接続され、第３のアンテナ素子３２に対抗した側のスリーブ導体４４Ａの一端は同軸ケーブル４３の外部導体４２と電気的に接続される。従って、第３のアンテナ素子３２及びスリーブ導体４４Ａが互いに対向する位置は、当該コリニアアンテナ装置の給電点となる。また、第３の放射素子部５０の素子長、すなわち、第２の放射素子部２０との接続点Ｐ５から、第３のアンテナ素子３２の一端に対向した側とは反対側のスリーブ導体４４Ａの端部Ｐ８までの素子長は、概略１／２波長である。さらに、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、第３の放射素子部５０の素子長を２等分する点Ｃは、当該コリニアアンテナ装置の給電点と一致する。
【００４８】
第３の放射素子部５０において、第３のアンテナ素子３２とスリーブ導体４４Ａとは概略１／２波長スリーブアンテナとして動作し、また、スリーブ導体４４Ａと同軸ケーブル４３は、当該コリニアアンテナ装置において１／４波長バランとして動作する。
【００４９】
図７で示した構成においても、第１、第２及び第３の放射素子部１０，２０，５０の素子長をそれぞれ２等分する点Ａ，Ｂ，Ｃの間の直線距離を調節することによって、当該コリニアアンテナ装置上で第１の実施形態と同様の電流分布を実現でき、従来技術に係るコリニアアンテナ装置に比べて、仰角方向のサイドローブが低減され、寸法が小型化されるとともに、水平面内の指向性パターンが無指向性であるコリニアアンテナ装置を提供することができる。さらに、第１及び第２の放射素子部１０，２０の長手方向の延長線上にバランを配置することで、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に当該コリニアアンテナ装置が占有する範囲を小さくすることができる。
【００５０】
＜第３の実施形態＞
図８は、本発明の第３の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図であり、図９は、図８のコリニアアンテナ装置の変形例の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態では第２のアンテナ素子２１の全体が第２の放射素子部２０であったのに対して、本実施形態では、接続点Ｐ１１から接続点Ｐ１２までの部分を含む第２のアンテナ素子２１Ａは、接続点Ｐ４から接続点Ｐ５までの部分で構成される概略１／２波長の第２の放射素子部２０Ａに加えて、第１の放射素子部１０Ａの一部である接続点Ｐ１１から接続点Ｐ４までの部分と、さらに、第３の放射素子部３０Ａの一部である接続点Ｐ５から接続点Ｐ１２までの部分とを組み入れて構成していることにある。結果として、本実施形態のコリニアアンテナ装置では、第２のアンテナ素子２１Ａが、図１のアンテナ素子２１と同様に２箇所で折り返された直線状導体であるが、Ｚ軸方向に１／６波長を超える長さｄ１２（すなわち、図８の接続点Ｐ１１から接続点Ｐ１２までの直線距離）を有する折り返し部として構成されている。
【００５１】
第１の放射素子部１０Ａにおいて、第１のアンテナ素子１２Ａの一端は接続点Ｐ２において折り曲げ素子１１に電気的かつ機械的に接続され、第１のアンテナ素子１２Ａの他端は接続点Ｐ１１において第２のアンテナ素子２１Ａに電気的かつ機械的に接続される。ここで、折り曲げ素子１１の端点Ｐ１から、第２のアンテナ素子２１Ａ上の接続点Ｐ４までの部分が概略１／２波長の素子長を有し、第１の放射素子部１０Ａとして動作する。また、第３の放射素子部３０Ａにおいて、第３のアンテナ素子３２Ａの一端は接続点Ｐ１２において第２のアンテナ素子２１Ａと電気的かつ機械的に接続され、第３のアンテナ素子３２Ａの他端はバラン４０の同軸ケーブル４３の中心導体４１に接続される。ここで、第２のアンテナ素子２１Ａ上の接続点Ｐ５から、第４のアンテナ素子３３の端点Ｐ７までの部分が概略１／２波長の素子長を有し、第３のアンテナ素子３０Ａとして動作する。
【００５２】
第２のアンテナ素子２１ＡのＺ軸方向の長さ（接続点Ｐ１１及びＰ１２の間の直線距離）は、第１の放射素子部１０Ａの一部と第３の放射素子部３０Ａの一部とを組み入れたことにより、第１の実施形態における第２のアンテナ素子２１のＺ軸方向の長さに比べて延長されているが、第１の放射素子部１０Ａの端点Ｐ１から接続点Ｐ１１までの直線距離ｄ１１は、第２のアンテナ素子２１Ａに組み入れる部分（接続点Ｐ１１から接続点Ｐ４までの部分）の長さに依存して、短くなる場合も、長くなる場合もある。同様に、第３の放射素子部の接続点Ｐ１２から端点Ｐ７までの直線距離ｄ１３は、第２のアンテナ素子２１Ａに組み入れる部分（接続点Ｐ５から接続点Ｐ１２までの部分）の長さに依存する。従って、本実施形態のコリニアアンテナ装置のＺ軸方向の全長（ｄ１１＋ｄ１２＋ｄ１３）は、第２のアンテナ素子２１Ａに組み入れる第１及び第３の放射素子部１０Ａ，３０Ａの長さを変化させることにより、所望の寸法に応じて変化させることができる。
【００５３】
以上説明したように、１／６波長を超える長さｄ１２を有する第２のアンテナ素子２１Ａを用いると、第１の実施形態における第１の放射素子部１０の折り曲げ素子１３と第３の放射素子部３０の折り曲げ素子３１とを第２のアンテナ素子２１Ａの一部として組み入れることができる。これにより、図１の折り曲げ素子１３，３１を備えることによるＸ軸方向の突起を除去できるので、第３の実施形態のコリニアアンテナ装置では、第１乃至第３の放射素子部１０Ａ，２０Ａ，３０ＡのＸ軸方向の寸法を小さくすることができる。
【００５４】
図８で示した構成においても、第１、第２及び第３の放射素子部１０Ａ，２０Ａ，３０Ａの素子長をそれぞれ２等分する点Ａ，Ｂ，Ｃの間の直線距離を調節することによって、当該コリニアアンテナ装置上で第１の実施形態と同様の電流分布を実現でき、従来技術に係るコリニアアンテナ装置に比べて、仰角方向のサイドローブが低減され、寸法が小型化されるとともに、水平面内の指向性パターンが無指向性であるコリニアアンテナ装置を提供することができる。
【００５５】
また、ここで図９に示すように、第１の放射素子部１０Ｂにおいて、折り曲げ素子１１の代わりに、その変形例である折り曲げ素子１４を備えてもよい。折り曲げ素子１４は、折り曲げ素子１１と同様に、直線状導体をコの字形状に折り曲げられて構成された直線状導体にてなり、接続点Ｐ２において第１のアンテナ素子１２Ａと接続される。第１の実施形態とは異なり、折り曲げ素子１４の素子長に関する中央部は＋Ｘ軸方向に突出せず、第１のアンテナ素子１２Ａの長手方向の延長線上に位置する。また、折り曲げ素子１４を構成するために、第１のアンテナ素子１２Ａにおいて、接続点Ｐ１１に接続された側とは反対側の端部の近傍を所定長さだけ１８０度に折り返してもよい。さらに、第４のアンテナ素子３３Ａの、第３のアンテナ素子３２Ａに対向した側とは反対側の端部の点Ｐ２１においても、折り曲げ素子１４と同様に構成されたもう１つの折り曲げ素子３４を備えてもよい。折り曲げ素子１４、３４は、当該コリニアアンテナ装置上で、電流分布が小さい部分に設けられているので、図８の折り曲げ素子１１と同様に、放射特性に影響せずに当該コリニアアンテナ装置の寸法を小さくするという効果がある。図９の折り曲げ素子１４、３４を備えたコリニアアンテナ装置の構成よれば、図８の実施形態のコリニアアンテナ装置が有する効果に加えて、Ｘ軸方向とＺ軸方向とにさらに小型化できるという効果を有する。
【００５６】
＜第４の実施形態＞
図１０は、本発明の第４の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図であり、図１１は、図１０のコリニアアンテナ装置の変形例の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。図１０の実施形態において、第１及び第２の放射素子部１０Ａ，２０Ａと第３の放射素子部５０Ａの第３のアンテナ素子３２Ａとは第３の実施形態と同様であり、第３の放射素子部５０Ａのスリーブ導体４４Ａとその中に設けられた同軸ケーブル４３とは第２の実施形態と同様である。それにより、本実施形態のコリニアアンテナ装置は、点Ｐ１１から点Ｐ１２までの直線距離が１／６波長よりも長い第２のアンテナ素子２１Ａを備え、第１及び第３の放射素子部１０Ａ，５０Ａの一部を第２のアンテナ素子２０Ａに組み入れたこととともに、第３の放射素子部５０Ａにおいて一体化された１／４波長バランを備え、第３の放射素子部５０Ａが概略１／２波長スリーブアンテナとして動作することを特徴とする。さらに、図１１に示されたように、図９の例と同様に、第１の放射素子部１０Ｂに折り曲げ素子１４を備えてもよい。本実施形態によれば、第１乃至第３の実施形態のコリニアアンテナ装置よりも、さらに小型化されたコリニアアンテナ装置を提供することができる。
【００５７】
＜第５の実施形態＞
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る、コリニアアンテナ装置１１０を内蔵した携帯型であるノード型パーソナルコンピュータ１００の構成を示す一部破断斜視図である。本実施形態においては、図１２に示すように、上部筐体１０２と下部筐体１０１からなるノート型パーソナルコンピュータ１００において、上部筐体１０２のディスプレイ１０３の左側にコリニアアンテナ装置１１０が設けられている。コリニアアンテナ装置１１０は、第１乃至第４の実施形態で説明したコリニアアンテナ装置を樹脂誘電体などで封入したものである。コリニアアンテナ装置１１０を配置する場所はディスプレイ１０３の周辺に限らず、パーソナルコンピュータ１００の内部又は外部であってもよい。あるいは、コリニアアンテナ装置１１０の一部を、上部筐体１０２又は下部筐体１０１の外部に露出させて設置してもよい。パーソナルコンピュータ１００はノート型に限らず、携帯型又はデスクトップ型などのコンピュータ、あるいは他の情報機器であってもよい。また、コリニアアンテナ装置を、携帯型パーソナルコンピュータやデスクトップ型のパーソナルコンピュータなどの情報機器にケーブルを介して接続してもよい。このようにコリニアアンテナ装置１１０をパーソナルコンピュータ１００に装着した構成により、パーソナルコンピュータ１００において、一般に広く用いられるダイポールアンテナを装着した場合と比べて水平面で高利得の無線通信装置とすることができる。
【００５８】
＜第６の実施形態＞
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る、コリニアアンテナ装置１２１，１２２を備えたアンテナ装置１２０の構成を示す斜視図である。アンテナ装置１２０は、例えば屋内無線通信システムの基地無線局であり、コリニアアンテナ装置１２１，１２２は、第１乃至第４の実施形態で説明したコリニアアンテナ装置を樹脂状の誘電体などで封入したものである。このようにコリニアアンテナ装置１２１，１２２をアンテナ装置１２０に装着した構成により、アンテナ装置１２０を、一般に広く用いられるダイポールアンテナと比べて水平面で高利得のアンテナとすることができる。
【００５９】
また、本発明の第５及び第６の実施形態によれば、図１２のパーソナルコンピュータ１００を端末無線局とし、図１３のアンテナ装置１２０を基地無線局とする無線通信システムを構成することができる。そのような無線通信システムによれば、端末無線局と基地無線局との間で送受信する電波のサイドローブを、従来技術のコリニアアンテナを備えた無線通信システムと比較して小さくすることができ、従って、遅延波の発生やデータの伝送速度の低下を防止することができる。
【００６０】
以上の実施形態に係るコリニアアンテナ装置を、少なくとも１つの基地無線局と、少なくとも１つの端末無線局とを含む無線通信システムのための無線通信装置であって、基地無線局と端末無線局のうちの少なくとも１つの無線通信装置に備えてもよい。
【００６１】
以上の実施形態においては、各素子長を示しているが、本発明はこれに限らず、実質的に又は概略その素子長であればよい。その場合であっても同様に動作する。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上詳述したように本発明によれば、サイドローブが小さく水平面利得の高いコリニアアンテナ装置を提供できる。また、本発明によれば、無線ＬＡＮに適したノート型パーソナルコンピュータへの内蔵可能なコリニアアンテナ装置を提供できる。さらに、本発明によれば、無線ＬＡＮの基地無線局として屋内での使用に適したコリニアアンテナ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図２】図１のコリニアアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図３】図１のコリニアアンテナ装置の指向性パターンを示すグラフであり、図３（ａ）は水平面内の指向性パターンを示すグラフであり、図３（ｂ）は垂直面内の指向性パターンを示すグラフである。
【図４】図１のコリニアアンテナ装置の実施例であって、当該コリニアアンテナ装置の共振周波数を５．２ＧＨｚとするときの構成及び設計寸法を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図５】図１のコリニアアンテナ装置の動作原理を示す図であり、図５（ａ）は当該コリニアアンテナ装置の側面図であり、図５（ｂ）は当該コリニアアンテナ装置上の電流を示すグラフであり、図５（ｃ）は波源Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３で示された当該コリニアアンテナ装置に等価なモデルを示す図である。
【図６】図５の動作原理を基に計算したコリニアアンテナ装置の指向性パターンを示すグラフであり、図６（ａ）は図５（ｃ）の距離ｄ８，ｄ９が１／３波長のときの垂直面内の指向性利得パターンを示すグラフであり、図６（ｂ）は図５（ｃ）の距離ｄ８，ｄ９が１／４波長のときの垂直面内の指向性利得パターンを示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図９】図８のコリニアアンテナ装置の変形例の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図１１】図１０のコリニアアンテナ装置の変形例の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る、コリニアアンテナ装置１１０を内蔵した携帯型パーソナルコンピュータ１００の構成を示す一部破断斜視図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る、コリニアアンテナ装置１２１，１２２を備えたアンテナ装置１２０の構成を示す斜視図である。
【図１４】従来技術に係るコリニアアンテナ装置の構成を示す、一部縦断面図を含む側面図である。
【図１５】図１４のコリニアアンテナ装置の指向性パターンを示すグラフであり、（ａ）は水平面内の指向性パターンを示すグラフであり、（ｂ）は垂直面内の指向性パターンを示すグラフである。
【図１６】従来技術に係るコリニアアンテナ装置を備えた移動体電話機３００の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０，１０Ａ，１０Ａ…第１の放射素子部、
１１，１３，１４，３１，３４…折り曲げ素子、
１２，１２Ａ…第１のアンテナ素子、
２０，２０Ａ…第２の放射素子部、
２１，２１Ａ…第２のアンテナ素子、
３０，３０Ａ，３０Ｂ，５０，５０Ａ…第３の放射素子部、
３２，３２Ａ…第３のアンテナ素子、
３３，３３Ａ…第４のアンテナ素子、
４０…バラン、
４１…中心導体、
４２…外部導体、
４３…同軸ケーブル、
４４，４４Ａ…スリーブ導体、
１００…携帯型パーソナルコンピュータ、
１０１…下部筐体、
１０２…上部筐体、
１０３…ディスプレイ、
１１０，１２１，１２２…コリニアアンテナ装置、
１２０…アンテナ装置、
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…波源。
【図１】
2005142810.tif 000004
【図２】
2005142810.tif 000005
【図３】
2005142810.tif 000006
【図４】
2005142810.tif 000007
【図５】
2005142810.tif 000008
【図６】
2005142810.tif 000009
【図７】
2005142810.tif 000010
【図８】
2005142810.tif 000011
【図９】
2005142810.tif 000012
【図１０】
2005142810.tif 000013
【図１１】
2005142810.tif 000014
【図１２】
2005142810.tif 000015
【図１３】
2005142810.tif 000016
【図１４】
2005142810.tif 000017
【図１５】
2005142810.tif 000018
【図１６】
2005142810.tif 000019