(57)【要約】      （修正有）【課題】無線中継機アンテナ用複合素子及びこれを利用したダイポールアレイ円偏波アンテナを提供する。【解決手段】上下方向に離隔して相互平行に配設される一対の平行部と、一対の平行部と垂直に配設されて一対の平行部の各端部を連結する連結部を備える放射部と、前記放射部から延設される脚部と、を備え、所定の角度で互いに離隔して配設される複数の輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０と、複数の輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０のうち互いに対向している輻射部材にそれぞれ連結される複数の給電部材５５０、５６０と、を備える無線中継機アンテナ用複合素子。この複数の無線中継機アンテナ用複合素子が所定の間隔で配設されたダイポールアレイ円偏波アンテナ。偏波比を改善して、反射波による干渉を最小化でき、アンテナのサービス領域を拡張させることができ、インピーダンスマッチングと円偏波発生とを同時に解決できる給電方式を適用する。【選択図】図５
2009055613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に離隔して相互平行に配設される一対の平行部と、前記一対の平行部と垂直に配設されて前記一対の平行部の各端部を連結する連結部を備える放射部と、前記放射部から延設される脚部と、を備え、所定の角度で互いに離隔して配設される複数の輻射部材と、
前記複数の輻射部材のうち互いに対向している輻射部材にそれぞれ連結される複数の給電部材と、を備えることを特徴とする無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項２】
前記脚部の下端部から前記平行部のうち下部に位置した第１平行部の上端部までの長さは、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／４であり、
前記脚部の下端部から前記平行部のうち上部に位置した第２平行部の上端部までの長さは、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／２であることを特徴とする請求項１に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項３】
前記輻射部材のうち互いに対向する輻射部材それぞれの下部に位置した平行部の縦端間の長さは、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／２であることを特徴とする請求項１または２に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項４】
前記輻射部材のうち互いに対向する輻射部材それぞれの上部に位置した平行部の縦端間の長さは、輻射電波の使用帯域の上位周波数の波長の１／２であることを特徴とする請求項１または２に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項５】
前記輻射部材はアルミニウムからなり、前記給電部材は銅を含んでいる金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項６】
前記給電部材のうち第１給電部材の中央部は上側に突設され、第２給電部材の中央部は下側に突設されて、それぞれの給電部材が互いに接触しないことを特徴とする請求項１に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項７】
前記給電部材は、
相互連結される輻射部材の各脚部に取り付けられる支持部と、
前記支持部の上端部を相互連結される連結部と、を備え、
前記支持部の一端から前記給電部材の連結部の中央までの長さは、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／４であることを特徴とする請求項１または６に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項８】
前記給電部材と前記輻射部材とは、絶縁性材質の締結部材により相互連結されることを特徴とする請求項１に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項９】
前記複数の輻射部材のうち、互いに対向している輻射部材を連結するそれぞれの給電部材には同軸ケーブルが連結され、
前記同軸ケーブル長は次の数式により決定され、第１同軸ケーブルに対するｎ値がａ（ａは｛１，３，５，７，…｝から選択）である時、第２同軸ケーブルに対するｎ値はａ＋１であることを特徴とする請求項１に記載の無線中継機アンテナ用複合素子：
【数１】
2009055613.tif 000010
ここで、Ｌは同軸ケーブル長、ＶＦは同軸ケーブルの速度因子、そして、λは輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長である。
【請求項１０】
前記同軸ケーブルは、５０Ωのインピーダンスを持つマッチング用同軸ケーブルが連結されている１／４波長ハイブリッドインピーダンス変換器に連結されてインピーダンスマッチング部を構成することを特徴とする請求項９に記載の無線中継機アンテナ用複合素子。
【請求項１１】
電磁波を吸収及び遮断する上部が開放されたボックス状の反射パッチ素子の底面に、複数の無線中継機アンテナ用複合素子が所定の間隔で配設されたダイポールアレイ円偏波アンテナにおいて、
前記無線中継機アンテナ用複合素子は、
上下方向に離隔して相互平行に配設される一対の平行部と、前記一対の平行部と垂直に配設されて前記一対の平行部の各端部を連結する連結部を備える放射部と、前記放射部から延設される脚部と、を備え、所定の角度で互いに離隔して配設される複数の輻射部材と、
前記複数の輻射部材のうち、互いに対向している輻射部材にそれぞれ連結される複数の給電部材と、を備えることを特徴とするダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項１２】
前記無線中継機アンテナ用複合素子は、それぞれの中心点を連結した形状が菱形になるように配設され、互いに隣接する無線中継機アンテナ用複合素子の中心間の距離は、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／２であることを特徴とする請求項１１に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項１３】
前記無線中継機アンテナ用複合素子それぞれを構成する複数の輻射部材のうち、互いに対向している輻射部材を連結するそれぞれの給電部材には同軸ケーブルが連結され、
前記同軸ケーブルそれぞれの長さは次の数式により決定され、前記無線中継機アンテナ用複合素子に連結されている同軸ケーブル長は、時計回り方向または反時計回り方向に順次伸長することを特徴とする請求項１２に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ：
【数２】
2009055613.tif 000011
ここで、Ｌｉｊは同軸ケーブル長（但し、ｉは菱状に配設されたそれぞれの無線中継機アンテナ用複合素子の時計回り方向または反時計回り方向への配置順序、ｊはそれぞれの無線中継機アンテナ用複合素子に時計回り方向または反時計回り方向に連結された同軸ケーブルの順序）、ＶＦは同軸ケーブルの速度因子、そして、λは輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長である。
【請求項１４】
前記同軸ケーブルは、５０Ωのインピーダンスを持つマッチング用同軸ケーブルが連結されている１／４波長ハイブリッドインピーダンス変換器に連結されてインピーダンスマッチング部を構成することを特徴とする請求項１３に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項１５】
前記無線中継機アンテナ用複合素子は、それぞれの中心点を連結した形状が菱形になるように配設され、それぞれの無線中継機アンテナ用複合素子の中心から前記反射パッチ素子の側壁のうち最も近接な側壁までの距離は、使用帯域の下位周波数の波長の１／４ないし１／２であることを特徴とする請求項１１ないし１４のうちいずれか一項に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項１６】
前記それぞれの無線中継機アンテナ用複合素子は、それぞれの輻射部材の平行部を延長した線が、前記反射パッチ素子の側壁に対して４５゜または１３５゜の角度を持つように配設されることを特徴とする請求項１１ないし１４のうちいずれか一項に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項１７】
前記それぞれの無線中継機アンテナ用複合素子と前記反射パッチ素子の頂点との間に追加的な無線中継機アンテナ用複合素子が配設され、互いに隣接する追加的な無線中継機アンテナ用複合素子の中心間の距離は、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１．５倍であることを特徴とする請求項１６に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項１８】
前記それぞれの無線中継機アンテナ用複合素子は、それぞれの輻射部材の平行部を延長した線が、前記反射パッチ素子の側壁と平行または垂直に配設されることを特徴とする請求項１１ないし１４のうちいずれか一項に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項１９】
前記無線中継機アンテナ用複合素子のうち、互いに対向する無線中継機アンテナ用複合素子の中心を連結した直線上に追加的な無線中継機アンテナ用複合素子がそれぞれ配設され、前記追加的な無線中継機アンテナ用複合素子それぞれの下部に位置した平行部の縦端と、前記追加的な無線中継機アンテナ用複合素子それぞれに最も近く配設された無線中継機アンテナ用複合素子の下部に位置した平行部の縦端間の距離は、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／２０ないし１／８であることを特徴とする請求項１８に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項２０】
前記無線中継機アンテナ用複合素子のうち、互いに対向する無線中継機アンテナ用複合素子の中心を連結した直線上に追加的な無線中継機アンテナ用複合素子がそれぞれ配設され、前記追加的な無線中継機アンテナ用複合素子それぞれの中心から前記反射パッチ素子の側壁のうち最も近接な側壁までの距離は、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／４ないし１／２であることを特徴とする請求項１８に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項２１】
前記無線中継機アンテナ用複合素子は、それぞれの中心点を連結した形状が菱形になるように配設されるが、互いに隣接する無線中継機アンテナ用複合素子の中心間の距離が輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／２である複数のアンテナ群をなし、相異なるアンテナ群に属しつつ中心間の距離が最も近い無線中継機アンテナ用複合素子それぞれを構成する輻射部材の下部に位置した平行部の縦端間の距離は、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／２０ないし１／８であることを特徴とする請求項１１ないし１４のうちいずれか一項に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項２２】
前記それぞれの無線中継機アンテナ用複合素子は直線上に配設され、隣接する無線中継機アンテナ用複合素子の中心間の距離は、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／４ないし１／２であることを特徴とする請求項１１に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【請求項２３】
前記無線中継機アンテナ用複合素子それぞれの中心から前記反射パッチ素子の側壁のうち最も近接な側壁までの距離は、輻射電波の使用帯域の下位周波数の波長の１／４ないし１／２であることを特徴とする請求項２２に記載のダイポールアレイ円偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線中継機アンテナ用複合素子及びこれを利用したダイポールアレイ円偏波アンテナに係り、より詳細には、無線通信中継システムに適用されて円偏波を作り出すためのアンテナ用複合素子及びこれを利用したダイポールアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信システムの無線網では山や建物、トンネルや建物の内部のような自然及び人工障害物によって電波の強度が弱くなって、移動端末による無線周波数受信が不可能になる部分的な陰影地域が発生する。無線中継機（ＲＦ  Ｒｅｐｅａｔｅｒ）は、基地局信号を再増幅することによって基地局のサービス範囲内に存在する陰影地域をカバーして、いつでもどこでも良質のサービスを受けるように中継するシステムであって、最も簡便な設置方法で陰影地域を解消できる。
【０００３】
このような無線中継機には、基地局と無線信号を送受信するためのドナーアンテナと、端末機と無線信号を送受信するためのサービスアンテナとが連結されている。基地局から端末機へのダウンリンク信号は、ドナーアンテナが受信して無線中継機で増幅された後、サービスアンテナを通じて端末機に伝送され、端末機から基地局へのアップリンク信号は、サービスアンテナが受信して無線中継機で増幅された後、ドナーアンテナを通じて基地局に伝えられる。
【０００４】
通常、このようなドナーアンテナとサービスアンテナは指向性を持つため、アンテナが向かっている方向のみに電波が放射されることが理想的である。しかし、実際のアンテナの場合、アンテナが向かっている方向のみに電波が放射されるものではなく、後方にも電波が部分的に放射される。この時、前方に放射される電波の強度と後方に放射される電波の強度とを前後方比といい、前後方比が高いほど、すなわち、前方に放射される電波の強度が強いほど理想的なアンテナとなる。
【０００５】
無線中継機の場合、ドナーアンテナとサービスアンテナとがそれぞれ互いに逆方向に向かうようになっているが、各アンテナの送受信周波数が同一であるため、サービスアンテナ（またはドナーアンテナ）から送出される信号と、ドナーアンテナ（またはサービスアンテナ）に受信される信号との周波数が同一である。したがって、従来の無線中継機の場合、いずれか一つのアンテナから送信された信号が他のアンテナに再びフィードバックされて入力されつつ中継機が発振して、正常的な動作が不可能になるという現象が発生できる。これを防止するためには、ドナーアンテナとサービスアンテナ自体の前後方比をさらに改善することによって、二つのアンテナ間の孤立度（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）（すなわち、隣接した複数のアンテナが互いに干渉されない程度）を向上させる必要がある。
【０００６】
図１は、従来の無線中継機の構成を示す図である。図１を参照するに、従来の無線中継機は、ドナーアンテナ１１０、サービスアンテナ１２０及び中継部１３０を備える。
【０００７】
ドナーアンテナ１１０は、基地局１４０から無線周波数信号を受信するか、サービスアンテナ１２０を通じて無線端末１５０から受信された無線周波数信号を基地局１４０に伝達する。サービスアンテナ１２０は、無線端末１５０から無線周波数信号を受信するか、ドナーアンテナ１１０を通じて基地局１４０から受信された無線周波数信号を無線端末１５０に伝達する。中継部１３０は、ドナーアンテナ１１０とサービスアンテナ１２０との間で無線周波数信号をフィルタリングして増幅する。
【０００８】
このような構成を持つ無線中継機でドナーアンテナ１１０とサービスアンテナ１２０間の分離度が十分に確保されなければ、無線周波数信号の増幅後にサービスアンテナ１２０を通じて再伝送された信号が再びドナーアンテナ１１０にフィードバックされて、増幅器が発振を起こすことができる。したがって、二つのアンテナ間の分離度を最大限確保して（通常６０〜７０ｄＢ）、電力増幅器の発振が起きない範囲内で増幅利得を決定する方式で使用している。この時、中継機の発振はネットワーク及びシステムに致命的であるので、通例的に確保された分離度より増幅器の利得を１５〜２０ｄＢマージンをもって動作するように設定している。したがって、増幅器の利得は４０〜５５ｄＢ程度になるが、これは中継機の基本機能、すなわち、十分なカバレッジ拡張または電波陰影地域を補完する機能に制限を持つようになって、無線中継機の最大の短所として作用する。
【０００９】
また、従来の無線中継機の場合に、ドナーアンテナ１１０とサービスアンテナ１２０とが同じ平面上に配設されるので、それぞれのアンテナのメインローブ及びサイドローブ方向が隣接したアンテナと同じ高さで水平に形成される。この場合、周辺の建物や物体により直接反射されたメインローブ及びサイドローブが輻射された方向に逆方向に垂直に輻射されて、干渉が発生するという問題がある。
【００１０】
このような従来の無線中継機におけるメインローブ及びサイドローブによる干渉現象を解決するために、Ｘ字形ダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用アンテナが提案されたことがある。図２は、ダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用平面配列円偏波アンテナの構成を示す図である。
【００１１】
図２を参照するに、従来のダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用平面配列円偏波アンテナは、複数の輻射素子２１０、反射パッチ素子２２０、付加反射板２３０及び給電部（図示せず）で構成される。
【００１２】
複数の輻射素子２１０は、４×４配列で反射パッチ素子２２０上に配設されて、給電部を通じて入力された入社電波を右円偏波または左円偏波の形態で輻射する。それぞれの輻射部材３１０、３１２、３１４、３１６は、
（外１）
2009055613.tif 000003
形状の導体で構成され、給電部材３２０、３３０によりＸ字形の輻射素子２１０を構成する。この時、第１給電部材３２０は第１及び第３輻射部材３１０、３１４を連結し、第２給電部材３３０は第２及び第４輻射部材３１２、３１６を連結する。また第１給電部材３２０及び第２給電部材３３０に入力される電磁波は、９０゜の位相差で給電される。
【００１３】
図３Ａは、輻射素子２１０の詳細な構成を示す図であり、図３Ｂは、輻射素子２１０から放射される電磁波の放射形態を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照するに、輻射素子２１０は、複数の輻射部材３１０、３１２、３１４、３１６及び複数の給電部材３２０、３３０で構成される。このような構成を持つ輻射素子２１０は、給電部材３２０、３３０を通じてそれぞれの輻射部材３１０、３１２、３１４、３１６に９０゜の位相差を持つ入社電波が給電されれば、図３Ｂに示したように一回転する円偏波が放射される。図３Ｃには、
（外２）
2009055613.tif 000004
形状の輻射素子２１０の２．１７ＧＨｚでの水平放射パターンが図示されている。図３Ｃを参照すれば、該当輻射素子２１０により発生する円偏波にはサイドローブ及びバックローブが存在するということが分かり、円偏波の前後方比は２４ｄＢ以下である。
【００１４】
反射パッチ素子２２０は上部が開放されているボックス状であり、その内部に輻射素子２１０を収容する。この時、反射パッチ素子２２０の底面及び側壁は後方に伝播される輻射電波を遮断する。また、付加反射板２３０は、反射パッチ素子２２０の側壁外側に離隔して設置されて後方への輻射電波を追加的に遮断する。給電部２４０は、４×４配列をなすそれぞれの２×２配列を持つ輻射素子２２０に、順次に９０゜の位相差が発生するように電磁波を給電する。したがって、２×２配列を持つ輻射素子２２０が輻射する輻射電波は、順次に０゜、９０゜、１８０゜及び２７０゜の位相差を持って輻射される。
【００１５】
図４Ａ及び図４Ｂには、それぞれ図２に示した従来のダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用平面配列円偏波アンテナの水平及び垂直輻射パターンが図示されている。図４Ａ及び図４Ｂを参照するに、従来のダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用平面配列円偏波アンテナは、水平輻射特性において−２５ｄＢ以下のサイドローブレベルを示し、垂直輻射特性において−２０ｄＢ以下のサイドローブレベルを示す。
【００１６】
しかし、図２ないし図４Ｂを参照して説明した従来のダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用平面配列円偏波アンテナは、サイドローブレベルにおいては良好な特性を示すが、ビーム幅が約３０゜程度であるため、サービス領域が狭くなるという問題がある。また給電方式において、それぞれの輻射素子に９０゜の位相差が出るように電磁波を給電するために複数の位相遅延器を採用せねばならず、別途のインピーダンスマッチングのための素子が必要であるので、全体的なアンテナのサイズが大型化してコストアップになるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、メインローブ及びサイドローブによる干渉を最小化でき、相対的に広いビーム幅を持ってインピーダンスマッチングと円偏波発生とを同時に解決できる給電方式が適用された無線中継機アンテナ用複合素子及びこれを利用したダイポールアレイ円偏波アンテナを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の技術的課題を達成するための本発明による無線中継機アンテナ用複合素子は、上下方向に離隔して相互平行に配設される一対の平行部と、前記一対の平行部と垂直に配設されて前記一対の平行部の各端部を連結する連結部を備える放射部と、前記放射部から延設される脚部と、を備え、所定の角度で互いに離隔して配設される複数の輻射部材と、前記複数の輻射部材のうち互いに対向している輻射部材にそれぞれ連結される複数の給電部材とを備える。
【００１９】
前記の他の技術的課題を達成するための本発明による無線中継機用ダイポールアレイ円偏波アンテナは、電磁波を吸収及び遮断する上部が開放されたボックス状の反射パッチ素子の底面に、複数の無線中継機アンテナ用複合素子が所定の間隔で配設され、前記無線中継機アンテナ用複合素子は、上下方向に離隔して相互平行に配設される一対の平行部と、前記一対の平行部と垂直に配設されて前記一対の平行部の各端部を連結する連結部を備える放射部と、前記放射部から延設される脚部と、を備え、所定の角度で互いに離隔して配設される複数の輻射部材と、前記複数の輻射部材のうち、互いに対向している輻射部材にそれぞれ連結される複数の給電部材とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による無線中継機用ダイポールアンテナ及びこれを利用したダイポールアレイ円偏波アンテナによれば、アンテナの後方に輻射されるサイドローブを最小化して偏波比を改善して、周辺に存在する障害物により反射されたメインローブ及びサイドローブの反射波による干渉を最小化でき、相対的に広いビーム幅を形成してアンテナのサービス領域を拡張させることができる。また、インピーダンスマッチングと円偏波発生とを同時に解決できる給電方式を適用することによって、アンテナサイズの小型化及びアンテナ製造コストのダウンが可能である。また有線光中継機及び干渉除去無線中継機への適用時に品質及び設置コスト面で経済性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して本発明による無線中継機アンテナ用複合素子及びこれを利用したダイポールアレイ円偏波アンテナの望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
図５は、本発明による無線中継機アンテナ用複合素子の構成を示す図であり、図６Ａないし図６Ｃは、それぞれ無線中継機アンテナ用複合素子を構成する部品の詳細な構成を示す図である。図５ないし図６Ｃを参照するに、本発明による無線中継機アンテナ用複合素子５００は、４個の輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０及び２個の給電部材５５０、５６０で構成される。
【００２３】
それぞれの輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０は同じ形状を持ち、一例として、第１輻射部材５１０は放射部６１０と脚部６２０とで構成される。放射部６１０は、上下方向に離隔して相互平行に配設される一対の平行部６１２、６１４、一対の平行部６１２、６１４と垂直に配設されて一対の平行部６１２、６１４の各端部を連結する連結部６１６で構成される。この時、一対の平行部６１２、６１４のうち、下部に位置した第１平行部６１４の長さは、使用帯域の下位周波数（Ｓｔａｒｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：Ｆｓ）の波長（λ）の１／４より短く、上部に位置した第２平行部６１２の長さは、使用の上位周波数（Ｅｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：Ｆｅ）の波長（λ）の１／４より短い。この時、互いに対向する一対の輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０は、それぞれの輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０の下端に位置した平行部の縦端間の距離が、使用帯域の下位周波数の波長（λ）の１／２になるように互いに離隔して配設される。
【００２４】
一方、第２平行部６１２の一端部は上方に突出する。したがって、第１平行部６１４の上端から第２平行部６１２の突出部の縦端までの長さは、使用帯域の下位周波数の波長（λ）の１／４であり、第１平行部６１４の上端から第２平行部６１２の突出部が形成されていない端部の上端までの長さは、使用帯域の下位周波数の波長（λ）の１／８ないし１／４である。また脚部６２０は、放射部６１０から延びて形成され、脚部の長さは、使用帯域の下位周波数の波長（λ）の１／４である。このような形状を持つそれぞれの輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０は、９０゜間隔で離隔して配設される。また、それぞれの輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０は、反射パッチ素子の底表面に流れる電磁波を吸収または相殺させる役割を行う板状体で製作される後方チョークと同じ材質（例えば、アルミニウム、白色クロム酸塩材質など）で製作される。このように輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０を後方チョークと同じ材質で製作すれば、輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０と後方チョークとの間に電位差が発生しなくて耐久性が向上し、特に、アルミニウム材質の場合には全体的なアンテナを軽量化できるという利点がある。
【００２５】
給電部材５５０、５６０は、相互連結される輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０のうちいずれか一つの輻射部材５１０、５２０の各脚部及び一対の平行部のうち下側に配設された平行部に取り付けられる第１支持部６３０、６５０、相互連結される輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０のうち他の輻射部材５３０、５４０の一対の平行部のうち下側に配設された平行部に取り付けられる第２支持部６３２、６５２、そして、支持部の上端部を相互連結される連結部６４０、６６０で形成される。この時、第１支持部６３０、６５０の縦端から連結部６４０、６５０の中央までの長さは、使用帯域の下位周波数の波長の１／４である。また給電部材５５０、５６０のうち第１給電部材５５０の中央部は上側に突設され、第２給電部材５６０の中央部は下側に突設され、それぞれの給電部材５５０、５６０が互いに接触しないように構成される。これらの給電部材５５０、５６０は、銅を含む金属（例えば、青銅、黄銅など）で製作される。
【００２６】
前述したような形状及びサイズを持つ輻射部材５１０、５２０、５３０、５４０と給電部材５５０、５６０とで形成された無線中継機アンテナ用複合素子は、高さと幅とがいずれも使用帯域の下位周波数波長の１／２の長さを持つようになる。これらの無線中継機アンテナ用複合素子は、後述するダイポールアレイ円偏波アンテナが円偏波を形成するための基本的な素子として利用される。この時、給電部材５５０、５６０とこれにより連結される輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０との短絡を防止するために、給電部材５５０、５６０とこれにより連結される輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０との間にＰＴＦＥ材質の絶縁体を挿入し、給電部材５５０、５６０と輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０とを締結するためのボルトは、ポリカーボネート材質を使用する。ポリカーボネートは、ビスフェノールＡとポスゲンなどを反応させて製造する熱可塑性樹脂であり、機械的強度が高くて耐熱性及び電気絶縁性に優れる。
【００２７】
図５ないし図６Ｃを参照して説明した無線中継機アンテナ用複合素子が正しく動作するためには、第１に、一対の輻射部材５１０及び５３０、５２０及び５４０と給電部材５５０、５６０とで形成される複合素子の構成要素に対するインピーダンスマッチングが行われねばならず、第２に、円偏波を生成するための位相遅延が必要である。
【００２８】
まず、複合素子の構成要素に対するインピーダンスマッチング過程について説明すれば、次の通りである。このための最も簡単な方法は、二つの複合素子の構成要素を並列に単純に連結することである。一例として、５０Ωの二つの複合素子の構成要素が並列に連結されれば、連結点でのインピーダンスは２５Ωである。ところが、同軸ケーブルや増幅器のような複合素子の構成要素に連結された機器とインピーダンスマッチングが行われない場合が問題になる。このような状況で定在波比（Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：ＳＷＲ）を１．５：１に維持させつつ、二つの複合素子の構成要素を結合したインピーダンスをマッチングさせる必要がある。これは、５０Ωの同軸ケーブルを利用して二つの複合素子の構成要素の連結点で５０Ωにマッチングさせねばならないという意味である。したがって、それぞれの複合素子の構成要素は理論的に５０Ωにマッチングされねばならず、この場合、二つの複合素子の構成要素はそれぞれ１００Ωのインピーダンスを持つべきである。結果的に、連結点でインピーダンスは５０Ωにマッチングされねばならず、本発明では、二つの複合素子の構成要素と一般共用同軸ケーブルとの間にマッチングスタブを利用して、５０Ωインピーダンスマッチングを達成する。この時、特定の長さを持つ同軸ケーブルと二つの複合素子の構成要素との間に、インピーダンス変化器（例えば、１×２、１×４、１×８  Ｉｎ−ｐｈａｓｅ  ｄｉｖｉｄｅｒ）をマッチングスタブとして利用して、インピーダンスマッチングを行う。
【００２９】
二つの相異なるインピーダンスをマッチングさせるために、まず次のようなλ／４（Ｑｕａｒｔｅｒ  ｗａｖｅ）公式でλ／４（Ｑｕａｒｔｅｒ  ｗａｖｅ）同軸ケーブルの中間インピーダンスを計算する。
【００３０】
【数３】
2009055613.tif 000005
一例として、Ｚ＝５０Ωでインピーダンスをマッチングさせねばならない時、４０Ωのインピーダンス縦端点を持つ二つの複合素子の構成要素の結合時のインピーダンスマッチング方法は、次の通りである。
【００３１】
まず、λ／４同軸ケーブルを利用して４０Ωのインピーダンス縦端点を持つ二つの複合素子の構成要素を結合させるために、数式１により新たなインピーダンスＺを算出する。次いで、算出されたインピーダンスＺに合うインピーダンス変換器を設計して、５０Ωにマッチングさせる。この時、Ｚ１は、複合素子の構成要素のインピーダンスであって５Ωであり、Ｚ２は、縦端点インピーダンスであって４０Ωであるとすれば、数式１により新たなインピーダンスＺは約４４．７Ωになる。したがって、図７Ａ及び図７Ｂに示したように、λ／４同軸ケーブルと連結されたそれぞれの複合素子の構成要素のインピーダンスは約４４．７Ωである。このようにインピーダンスが４４．７Ωである二つの複合素子の構成要素を５０Ωとマッチングさせるためには、まず二つの複合素子の構成要素を図７Ｃに示したように結合して無線中継機アンテナ用複合素子を製作する。このようにインピーダンスが４４．７Ωである二つの複合素子の構成要素が結合されて製作された無線中継機アンテナ用複合素子に、二つのλ／４同軸ケーブルを並列に連結すれば、インピーダンスは２２．４Ωになる。このインピーダンスがインピーダンス変換器（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ  ｄｉｖｉｄｅｒまたはＱｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｈｙｂｒｉｄ  ｃｏｍｂｉｎｅｒ  ａｎｄ  ｄｉｖｉｄｅｒ）と連結されて最終５０Ωにマッチングされる。
【００３２】
前述したように、インピーダンスが４４．７Ωである無線中継機アンテナ用複合素子の二つの構成要素が結合されて製作された無線中継機アンテナ用複合素子のインピーダンスマッチングのための全体マッチングスタブを構成するためには、インピーダンス変換器と連結されるパターンを２７．６Ωにせねばならない。このようにマッチングパターンを構成すれば、インピーダンスが２２．４Ωである無線中継機アンテナ用複合素子が結合されて最終的に５０Ω  Ｐｏｒｔとマッチングされ、逆に５０ΩのＰｏｒｔから分離されて２２．４Ωのｐｏｒｔとマッチングされる。このようにインピーダンス変換器と同軸ケーブルとを利用して相異なるインピーダンスをマッチングさせる部分をマッチングスタブとし、図８Ａ及び図８Ｂに示したように、マッチングスタブを利用して単一または多重複合素子のインピーダンスマッチングが可能である。
【００３３】
この時、無線中継機アンテナ用複合素子を構成する給電部材に連結される同軸ケーブル長は、次の過程により決定される。
【００３４】
まず、４０Ωで製作された同軸ケーブルを選定する。この時、４０Ωと５０Ωとの間のインピーダンス差は非常に小さいため、一般的に容易に求めることができる５０Ωの同軸ケーブル（５０Ω  Ｎｏｍｉｎａｌ  ＳＦ−０８５同軸ケーブル）を選択してもよい。ＳＦ−０８５同軸ケーブルのＶＦ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）は０．６６であり、これは、同軸ケーブル内で電磁波の伝播速度が、自由空間での伝播速度の０．６６倍に該当することを意味する。次いで、運用周波数から波長（λ）を算出する。一例として、運用周波数が３Ｇ周波数帯である２．０ＧＨｚならば、波長は１５０mmである。次いで、λ／４を求め、２．０ＧＨｚ周波数である場合に、λ／４は３７．５mmである。最後に電気的λ／４（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｑｕａｒｔｅｒ  Ｗａｖｅ：ＥＱ）を計算すれば、同軸ケーブル長は２４．８mmになる。このように長さが決定された同軸ケーブルをダイポールアンテナに連結するためには、図９に示したように被覆作業が行われねばならない。図９を参照するに、露出される絶縁体の長さは０．８±０．２mmを維持し、露出される外部導体の長さは９．２±０．２mmを維持し、露出される内部導体の長さは１．０±０．２mmを維持することが望ましい。
【００３５】
図１０Ａないし図１０Ｃは、それぞれ図５に示した本発明による無線中継機アンテナ用複合素子の電流分布、輻射形態及び水平放射パターンを示す図である。図１０Ａないし図１０Ｃを参照するに、互いに対向する輻射部材５１０と５３０、５２０と５４０に流れる電流の方向は逆であり、電流密度は、無線中継機アンテナ用複合素子の中央で最大である。また、電波の放射方向に対して垂直方向に配設された平行部それぞれに電流フローが形成される。このような構造により一回転する円偏波を放射する従来の
【００３６】
（外３）
2009055613.tif 000006
形状の輻射素子とは異なって、図１０Ｂに示したように、本発明による‘Ｆ’形状の無線中継機アンテナ用複合素子は２回転する円偏波を放射する。したがって、本発明による無線中継機アンテナ用複合素子は、円偏波の回転力の側面で高い性能を得ることができる。また図１０Ｃから分かるように、本発明による無線中継機アンテナ用複合素子は、前後方比が３２ｄＢほどであり、サイドローブ及びバックローブの発生が最小化されるという点で、従来の
【００３７】
（外４）
2009055613.tif 000007
形態の従来の輻射素子より優秀な性能を示す。このような本発明による無線中継機アンテナ用複合素子の特性変数は、次の通りである。
【００３８】
Ｃλ＝πＤλ＝０．７５λ〜１．３３λ
Ｓλ＝０．２１２６λ〜０．２８６７λ
ＡＲ＝（２ｎ＋１）／２ｎ
ここで、Ｃλは円偏波の周り長さ、Ｄλは円偏波の直径、Ｓλは一回前の軸長さ、ＡＲは軸比、そして、ｎは円偏波の回転数である。
【００３９】
以下では、図５ないし図６Ｃを参照して説明した無線中継機アンテナ用複合素子を複数配置して形成された本発明によるダイポールアレイ円偏波アンテナについて説明する。
【００４０】
図１１は、本発明によるダイポールアレイ円偏波アンテナに対する望ましい実施形態の分離斜視図である。図１１を参照するに、本発明によるダイポールアレイ円偏波アンテナは複数の複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６、第１反射パッチ素子１１２０、第１ダミーパッチ素子１１３０、第２ダミーパッチ素子１１４０及び第２反射パッチ素子１１５０で構成される。
【００４１】
複数の複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６は、一定の間隔で離隔して第１反射パッチ素子１１２０上に配設される。それぞれの複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６は地表面に対して菱状に配設され、それぞれの複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６の中心間隔は、使用帯域の下位周波数波長の１／２である。またそれぞれの複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６の中心から第１反射パッチ素子１１２０の最近接側壁までの距離も、使用帯域の下位周波数波長の１／２である。さらに、それぞれの複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６を構成する複数の輻射部材のうち、互いに対向している輻射部材を連結するそれぞれの給電部材には同軸ケーブルが連結される。
【００４２】
第１反射パッチ素子１１２０は、その上部が開放されているボックス状に製作され、第１反射パッチ素子１１２０の底面に複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６が固定される。第１反射パッチ素子１１２０の上面には、複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６から後方に輻射される電磁波を吸収または相殺させる後方チョーク（図示せず）が設置され、後方チョークは、複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６の前方に最大放射させる。さらに、第１反射パッチ素子１１２０の側面と複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６の中心間の距離を調節すれば、半電力ビーム幅（Ｈａｌｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂｅａｍ  Ｗｉｄｔｈ：ＨＰＢＷ）を変更できる。第１反射パッチ素子１１２０は、複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６の配置形態によって正方形または長方形になる。
【００４３】
第１ダミーパッチ素子１１３０は、その上部が開放されているボックス状に製作され、第１反射パッチ素子１１２０を収容する。第１ダミーパッチ素子１１３０のそれぞれの側壁には、側壁の内側及び外側を貫通する十字型スリットが少なくとも一つ形成されている。この時、十字型スリットの幅は、使用帯域の下位周波数波長の１／１６（例えば、使用帯域の下位周波数波長が１．９ＧＨｚならば、十字型スリットの幅は約１０mm）に設定することが望ましい。また十字型スリットは、横スリットの長さが縦スリットの長さの２倍であり、縦スリットの長さは使用帯域の下位周波数波長の１／４である。また第１ダミーパッチ素子１１３０は、それぞれの側壁の上部から外側に垂直に延設された第１羽部と、第１羽部の端部から下方に側壁側に向かって傾く（望ましくは、５°以下）ように折り曲げられて延設された第２羽部とで形成された羽部を備える。この時、第２羽部の長さは、使用帯域の下位周波数波長の１／４である。このような羽部は、十字型スリットを通過した電磁波が反射されて再び十字型スリットに流れ込まないように放射方向を回して、第１ダミーパッチ素子１１３０の底面に向かわせる。
【００４４】
一方、第１ダミーパッチ素子１１３０の同じ側壁に複数の十字型スリットが形成されている場合に羽部（特に、第２羽部）の一部が除去され、その除去長さは使用帯域の下位周波数波長の１／４のｎ（ｎは正の整数）倍であることが望ましい。このように、第１ダミーパッチ素子１１３０の羽部の一部を除去することによって、羽部が除去された部分に位置する二つの十字型スリット間に電磁波が誘起される現象を防止できる。構造的な側面で、第１ダミーパッチ素子１１３０の羽部のエッジは開放状態であるため、電磁波が誘導されて戻り、この時、電磁波の合成が最も大きく行われる部分は、第１ダミーパッチ素子１１３０の羽部の中央である。したがって、第１ダミーパッチ素子１１３０の羽部の一部を除去することによって電磁波が合成される部分を分散させて、第１ダミーパッチ素子１１３０の羽部が除去された部分に位置する二つの十字型スリット間に電磁波が誘起される現象を最小化できる。
【００４５】
第２ダミーパッチ素子１１４０は、その上部が開放されているボックス状に製作され、第１ダミーパッチ素子１１３０を収容する。第２ダミーパッチ素子１１４０は、側壁の上部から外側に垂直に延設された第１羽部と、第１羽部に対して垂直方向に沿って第１羽部の端部から下側に延設され、第１羽部の長さ方向に沿って所定間隔で離隔して配設される第２羽部とで形成された羽部を備える。この時、第２羽部の一辺の長さは、使用帯域の下位周波数波長の１／４に設定されることが望ましく、第２羽部間の間隔は、隣接する側壁により形成された角から一定数までは、使用帯域の下位周波数波長の１／４に設定される。このように第２ダミーパッチ素子１１４０に形成された第２羽部は、電流伝達経路が第２ダミーパッチ素子１１４０の外部に位置した第２反射パッチ素子１１５０に比べて使用帯域の下位周波数波長の１／２ほど長くなるので、第２ダミーパッチ素子１１４０及び第２反射パッチ素子１１５０に形成される電磁波の位相が１８０゜差が出て互いに相殺される効果を得ることができる。結果的に、このような構造を持つ第２ダミーパッチ素子１１４０は、第１ダミーパッチ素子１１３０から超えてくる輻射波や電磁波を二次に吸収または相殺する。一方、第１ダミーパッチ素子１１３０と第２ダミーパッチ素子１１４０との間には、使用帯域の下位周波数波長の１／４または１／２の機構的な構造で構成されて、第２ダミーパッチ素子１１４０に流れ込んだ電磁波を吸収または相殺させる役割を行う白色クロム酸塩材質の第１コーナーチョーク（図示せず）が設置される。このような第１コーナーチョークは、第２ダミーパッチ素子１１４０の底面のコーナー部分に設置される。
【００４６】
第２反射パッチ素子１１５０は、上部が開放されているボックス状に製作され、第２ダミーパッチ素子１１４０を収容する。第２反射パッチ素子１１５０は、輻射素子により生成されたサイドローブやバックローブを遮断し、その他に誘起される電磁波を前面に放射させて、第１反射パッチ素子１１３０と共に前方への電磁波放射を最大にする。第２反射パッチ素子１１５０と第２ダミーパッチ素子１１４０との間には、使用帯域の下位周波数波長の１／４または１／２の機構的な構造で形成され、後方に輻射される電磁波を吸収または相殺させる役割を行う白色クロム酸塩材質の第２コーナーチョーク（図示せず）が設置される。これらの第２コーナーチョークは、第２反射パッチ素子１１５０の底面のコーナー部分に設置される。
【００４７】
図１１を参照して説明した本発明によるダイポールアレイ円偏波アンテナが円偏波を輻射するためには、ダイポールアレイ円偏波アンテナを構成するそれぞれの複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６に給電される電磁波の位相をそれぞれ０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜にせねばならない。本発明では、それぞれの複合素子１１１０、１１１２、１１１４、１１１６に連結された同軸ケーブル長を調節してこれを達成する。円偏波を生成するための同軸ケーブル長は次の数式により決定される。
【００４８】
【数４】
2009055613.tif 000008
ここで、Ｌｉｊは、同軸ケーブル長（但し、ｉは菱状に配設されたそれぞれの複合素子の時計回り方向または反時計回り方向への配置順序、ｊは、それぞれの複合素子に時計回り方向または反時計回り方向に連結された同軸ケーブルの順序）、ＶＦは、同軸ケーブルの速度因子、そして、λは、輻射電波の波長である。
【００４９】
第１反射パッチ素子の背面からダイポールアレイ円偏波アンテナを眺める時に時計回り方向に回転する偏波を右側偏波とし、反時計回り方向に回転する偏波を右側偏波とすれば、輻射電波の波長が３７．５mmである時、式（２）により算出された同軸ケーブル長は次の通りである。
【００５０】
【表１】
2009055613.tif 000009
表１で最下側に位置した複合素子１１１０から時計回り方向に順次に同軸ケーブル番号の前添字が付与され、一つの複合素子に連結される同軸ケーブルから時計回り方向に順次に同軸ケーブル番号の後添字が付与される。また最下側に位置した複合素子１１１０に連結される最初のケーブルに対して設定されたｎ値は３である。また、それぞれの同軸ケーブルは、５０Ωのインピーダンスを持つマッチング用同軸ケーブルが連結されている１／４波長ハイブリッドインピーダンス変換器に連結されて、インピーダンスマッチングのためのマッチングスタブを構成する。これらのマッチングスタブは図８Ｂに図示されている。
【００５１】
表１に記載したものと同じ長さを持つ８個の同軸ケーブルは、それぞれ一つの複合素子に２個ずつ組み合わせられて連結する。そして、λ／４長さの同軸ケーブル長の差は、複合素子に給電される電磁波が９０゜間隔で位相差を発生させるようにする。したがって、右側偏波を形成する場合に、最下側に位置した複合素子１１１０が０〜９０゜の位相差を持つと仮定すれば、それから時計回り方向に配設された複合素子１１１２、１１１４、１１１６は、それぞれ９０゜と１８０゜、１８０゜と２７０゜及び２７０゜と３６０゜の位相差を持つようになって、輻射波が全体的に回転する。
【００５２】
一方、本発明によるダイポールアレイ円偏波アンテナは、複合素子の配置形態及び数によって多様な形態を持つことができる。
【００５３】
図１２Ａ及び図１２Ｂには、４個の複合素子で形成された最も基本的な配置形態が図示されている。この時、それぞれの複合素子を構成する構成要素は、水平放射特性の所望する角度で形成させるために、地表面に対して垂直と水平に交差するように構成する。図１２Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナは、第１反射パッチ素子１２００の辺の中心を連結した直線上に４個の複合素子１２１０、１２１２、１２１４、１２１６が配設され、４個の複合素子１２１０、１２１２、１２１４、１２１６の中心を連結すれば、菱形が形成される。この時、それぞれの複合素子１２１０、１２１２、１２１４、１２１６の中心間の距離は、使用帯域の下位周波数波長の１／２であり、それぞれの複合素子１２１０、１２１２、１２１４、１２１６の中心から第１反射パッチ素子１２００の最近接側壁までの距離も、使用帯域の下位周波数波長の１／２である。図１２Ａに示した配置形態の場合、円偏波の回転方向によって表１に記載されたものと同じ長さの同軸ケーブルが、それぞれの複合素子１２１０、１２１２、１２１４、１２１６の構成要素に連結される。
【００５４】
また図１２Ｂに示したダイポールアレイ円偏波アンテナは、第１反射パッチ素子１２２０の対角線上に４個の複合素子１２３０、１２３２、１２３４、１２３６が配設され、４個の複合素子１２３０、１２３２、１２３４、１２３６の中心を連結すれば菱形が形成される。この時、それぞれの複合素子１２３０、１２３２、１２３４、１２３６の中心間の距離は、使用帯域の下位周波数波長の１／２であり、それぞれの複合素子１２３０、１２３２、１２３４、１２３６の中心から第１反射パッチ素子１２２０の最近接側壁までの距離も、使用帯域の下位周波数波長の１／２である。図１２Ａ及び図１２Ｂに示したように、４個の複合素子の中心間の間隔を使用帯域の下位周波数波長の１／２に設定する時、円形パターン特性が最も良好である。図１２Ａに示した配置形態の場合、円偏波の回転方向に沿って表１に記載されたものと同じ長さの同軸ケーブルが、それぞれの複合素子１２３０、１２３２、１２３４、１２３６の構成要素に連結される。
【００５５】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示したように、４個の複合素子をダイポールアレイ円偏波アンテナを構成する最も基本的な配列に配置した時、ＨＰＢＷを異なって設計する方法には２種がある。その一つは、複合素子の中心から第１反射パッチ素子１２００の最近接側壁までの距離を、使用帯域の下位周波数波長の１／２になるように複合素子を配列する方法であり、１．９ＧＨｚ帯域で水平放射パターンのＨＰＢＷは４５゜であり、垂直放射パターンのＨＰＢＷは２２゜である。図１３には、この場合の水平放射パターンが図示されている。他の一つは、第１反射パッチ素子１２００の最近接側壁から複合素子の中心までの距離を、使用帯域の下位周波数波長の１／４になるように複合素子を配列する方法であり、１．９ＧＨｚ帯域でビーム幅が約１０゜〜１５゜ほど拡張して水平放射パターンのＨＰＢＷが５５゜〜６０゜であり、垂直放射パターンのＨＰＢＷは約２２゜〜３０゜である。これは、複合素子の中心から第１反射パッチ素子１２００の最近接側壁に、対角線方向の距離が使用帯域の下位周波数波長の１／４になるように複合素子を配列する場合と同一である。
【００５６】
図１４Ａ及び図１４Ｂには、４個の複合素子が垂直に配列された形態が図示されている。図１４Ａ及び図１４Ｂに示したように、ダイポールアレイ円偏波アンテナを構成すれば、利得は大きくないが、ＨＰＢＷの水平特性がさらに広くなるという利点がある。図１４Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナで第１反射パッチ素子１４００は長方形の形態であり、それぞれの複合素子１４１０、１４１２、１４１４、１４１６の中心間の距離は、使用帯域の下位周波数波長の１／４ないし１／２（望ましくは１／２）である。またそれぞれの複合素子１４１０、１４１２、１４１４、１４１６の中心から第１反射パッチ素子１４００の最近接側壁までの距離も、使用帯域の下位周波数波長の１／４ないし１／２（望ましくは１／２）である。この時、それぞれの複合素子１４１０、１４１２、１４１４、１４１６を構成する構成要素を延長した線は、第１反射パッチ素子１４００の側面に対して４５゜または１３５゜の角度を持つ。
【００５７】
また給電方式の場合に、上部に位置した二つの複合素子１４１０、１４１２にはそれぞれの構成要素に０゜及び９０゜の位相で給電し、下部に位置した二つの複合素子１４１４、１４１６にはそれぞれの構成要素に１８０゜及び２７０゜の位相で給電する。したがって、上部に位置した二つの複合素子１４１０、１４１２の各構成要素のうち、０゜の位相で給電される構成要素に連結される第１同軸ケーブル（すなわち、各複合素子の左上に位置した輻射部材に連結される同軸ケーブル）の長さは同一である。また上部に位置した二つの複合素子１４１０、１４１２の各構成要素のうち、９０゜の位相で給電される構成要素に連結される第２同軸ケーブル（すなわち、各複合素子の右上に位置した輻射部材に連結される同軸ケーブル）の長さも同一であり、９０゜の位相差が出るためには、第１同軸ケーブル長より使用帯域の下位周波数波長の１／４ほど長くなければならない。このような同軸ケーブル長及び同軸ケーブルの連結関係は、下部に位置した二つの複合素子１４１４、１４１６に対しても同一であり、ただし、各複合素子１４１４、１４１６の右下に位置した輻射部材に連結される同軸ケーブル長は、第１同軸ケーブル長より使用帯域の下位周波数波長の２／４ほど長くなければならず、左下に位置した輻射部材に連結される同軸ケーブル長は、第１同軸ケーブル長より使用帯域の下位周波数波長の３／４ほど長くなければならない。
【００５８】
図１４Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナは、２．２ＧＨｚ帯域で水平放射パターンのＨＰＢＷは７０゜であり、垂直放射パターンのＨＰＢＷは３５゜である。図１５には、この場合の水平放射パターンが図示されている。
【００５９】
また図１４Ｂに示したダイポールアレイ円偏波アンテナは、それぞれの複合素子１４３０、１４３２、１４３４、１４３６を構成する複合素子構成要素を延長させた線が第１反射パッチ素子１４２０の側壁に対して９０゜または１８０゜の角度を持つという点で差があるだけで、残りの構成は同一である。この場合、２．２ＧＨｚ帯域でビーム幅が約１０゜ほど拡張されて水平放射パターンのＨＰＢＷが８０゜であり、垂直放射パターンのＨＰＢＷは約４０゜である。これは、複合素子の中心から第１反射パッチ素子１４２０の最近接側壁に対角線方向への距離が使用帯域の下位周波数の波長の１／４になるように複合素子を配列する場合と同一である。
【００６０】
図１４に示したダイポールアレイ円偏波アンテナの給電方式の場合に、４つの複合素子１４３０、１４３２、１４３４、１４３６には、それぞれの構成要素に０゜及び９０゜の位相で給電する。したがって、０゜の位相で給電される構成要素に連結される第１同軸ケーブル（すなわち、各複合素子の上側に位置した輻射部材に連結される同軸ケーブル）の長さはいずれも同一である。また９０゜の位相で給電される構成要素に連結される第２同軸ケーブル（すなわち、各複合素子の右側に位置した輻射部材に連結される同軸ケーブル）の長さもいずれも同一であり、９０゜の位相差が出るためには、第１同軸ケーブル長より使用帯域の下位周波数波長の１／４ほど長くなければならない。
【００６１】
図１６には、図１２Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナのように配設されたそれぞれの複合素子１６１０、１６１２、１６１４、１６１６と第１反射パッチ素子１６００の頂点との間に追加的な複合素子１６２０、１６２２、１６２４、１６２６が配設された形態が図示されている。図１６に示した複合素子の配列形態はループ配列であり、リンクアンテナに適用される。この時、追加的な複合素子１６２０、１６２２、１６２４、１６２６それぞれから第１反射パッチ素子１６００の側壁のうち最近接側壁までの距離は、使用帯域の下位周波数波長の１／４ないし１／２である。また互いに隣接する追加的な複合素子１６２０と１６２２、１６２２と１６２４、１６２４と１６２６、１６２６と１６２０の中心間の距離は、使用帯域の下位周波数の波長の１．５倍になるように配設されることが望ましい。図１７には、追加的な複合素子１６２０、１６２２、１６２４、１６２６それぞれから第１反射パッチ素子１６００の側壁のうち最近接側壁までの距離が使用帯域の下位周波数波長の１／２である場合に水平放射パターンが図示されており、これによれば、水平放射パターンのＨＰＢＷは約２５゜である。これは、図１３に示した水平放射パターンと比較すれば、ＨＰＰＷがほぼ半分以上狭くなったということであり、したがって、利得は３ｄＢ以上増大する。
【００６２】
図１６に示したダイポールアレイ円偏波アンテナの給電方式の場合に、菱形の頂点に位置した４つの複合素子１６１０、１６１２、１６１４、１６１６への給電方法は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示したダイポールアレイ円偏波アンテナの給電方式と同一である。そして、追加的な複合素子１６２０、１６２２、１６２４、１６２６それぞれは、菱形の頂点に位置した４つの複合素子１６１０、１６１２、１６１４、１６１６のうち最も近くに位置した複合素子と同じ給電方式により給電される。
【００６３】
図１８Ａ及び図１８Ｂにはそれぞれサービスアンテナに適用される複合素子の垂直配列形態が図示されている。図１８Ａ及び図１８Ｂに示したようにダイポールアレイ円偏波アンテナを構成すれば、ループ形態の配列と同じくアンテナ全体利得が、図１２Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナより３ｄＢ以上増大し、それにより、ビーム幅が相対的に狭くなる。図１８Ａに示した複合素子の配置形態は、図１２Ａに示した配置形態と同じ形態であり、それぞれの複合素子１８２０、１８２２、１８２４、１８２６、１８４０、１８４２、１８４４、１８４６は菱形の頂点に配設され、設置時菱形の上部頂点と下部頂点と繋ぐ直線が地表面に対して垂直の複数のアンテナ群１８１０、１８３０をなす。そして、それぞれのアンテナ群１８１０、１８３０を構成する複合素子１８２０、１８２２、１８２４、１８２６、１８４０、１８４２、１８４４、１８４６のうち、他の群に最も隣接した位置にある複合素子１８２４、１８４０を除外した残りの複合素子１８２０、１８２２、１８２６、１８４２、１８４４、１８４６の中心から第１反射パッチ素子１８００の最近接側壁までの距離は、使用帯域の下位周波数波長の１／２である。また、他のアンテナ群１８１０、１８３０に最も隣接した位置にある複合素子１８２４、１８４０の平行部の縦端間の距離は、使用帯域の下位周波数の波長の１／２０ないし１／８（望ましくは１／１６）である。これは、それぞれのアンテナ群１８１０、１８３０を構成する複合素子１８２０、１８２２、１８２４、１８２６、１８４０、１８４２、１８４４、１８４６のうち最も隣接する複合素子の平行部の縦端間の距離と同一である。
【００６４】
図１８Ｂに示した複合素子の配置形態は、図１２Ａに示した配置形態で上部及び下部にそれぞれ追加的な複合素子をさらに配置したものである。この場合、菱状に配設された複合素子１８６０、１８６２、１８６４、１８６６のうち、地表面に対して垂直の直線上に位置した複合素子１８６０、１８６４と第１反射パッチ素子１８５０の側面との間に、追加的な複合素子１８７０、１８７２がそれぞれ配設される。また追加的な複合素子１８７０、１８７２の平行部の縦端と、菱状に配設された複合素子１８６０、１８６２、１８６４、１８６６のうち、それぞれの追加的な複合素子１８７０、１８７２に最も近い複合素子１８６０、１８６４の平行部の縦端間の距離は、使用帯域の下位周波数波長の１／２０ないし１／８（望ましくは１／１６）である。これは、菱状に配設された複合素子１８６０、１８６２、１８６４、１８６６のうち最も隣接する複合素子の平行部の縦端間の距離と同一である。また追加的な複合素子１８７０、１８７２それぞれから第１反射パッチ素子１８５０の最近接側壁までの距離は、使用帯域の下位周波数波長の１／２である。この場合、２．２ＧＨｚ帯域でビーム幅が約１０゜ほど拡張されて水平放射パターンのＨＰＢＷが５５゜であり、垂直放射パターンのＨＰＢＷは約２５゜である。これは、図１８Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナで、複合素子の中心から第１反射パッチ素子１８００の最近接側面部分に対角線方向への距離が使用帯域の下位周波数波長の１／２になるように複合素子を配列する場合と同一であり、図１２Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナより利得が３ｄＢ以上増大する。
【００６５】
図１８Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナの給電方式の場合に、それぞれのアンテナ群１８１０、１８３０の複合素子１８１０、１８１２、１８１４、１８１６、１８３０、１８３２、１８３４、１８３６への給電方法は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示したダイポールアレイ円偏波アンテナの給電方式と同一である。また図１８Ｂに示したダイポールアレイ円偏波アンテナの給電方式の場合に、菱形の頂点に位置した複合素子１８６０、１８６２、１８６４、１８６６への給電方法は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示したダイポールアレイ円偏波アンテナの給電方式と同一であり、追加的な複合素子１８７０、１８７２それぞれは、菱形の頂点に位置した４つの複合素子１８６０、１８６２、１８６４、１８６６のうち最も近くに位置した複合素子と同じ給電方式により給電される。
【００６６】
以上で本発明の望ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述した特定の望ましい実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れずに当業者ならば誰でも多様な変形実施が可能であるということは言うまでもなく、そのような変更は特許請求範囲に記載された範囲内にある。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、無線中継機関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】従来の無線中継機の構成を示す図である。
【図２】ダイポール複偏波輻射素子を利用した従来の無線中継機用平面配列円偏波アンテナの構成を示す図である。
【図３Ａ】図２に示した従来の無線中継機用平面配列円偏波アンテナに適用される輻射素子の詳細な構成を示す図である。
【図３Ｂ】図２に示した従来の無線中継機用平面配列円偏波アンテナに適用される輻射素子から放射される電磁波の放射形態を示す図である。
【図３Ｃ】図２に示した従来の無線中継機用平面配列円偏波アンテナに適用される輻射素子の２．１７ＧＨｚでの水平放射パターンを示す図である。
【図４Ａ】図２に示した従来のダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用平面配列円偏波アンテナの水平及び垂直輻射パターンを示す図である。
【図４Ｂ】図２に示した従来のダイポール複偏波輻射素子を利用した無線中継機用平面配列円偏波アンテナの水平及び垂直輻射パターンを示す図である。
【図５】本発明による無線中継機アンテナ用複合素子の構成を示す図である。
【図６Ａ】無線中継機アンテナ用複合素子を構成する部品の詳細な構成を示す図である。
【図６Ｂ】無線中継機アンテナ用複合素子を構成する部品の詳細な構成を示す図である。
【図６Ｃ】無線中継機アンテナ用複合素子を構成する部品の詳細な構成を示す図である。
【図７Ａ】λ／４同軸ケーブルと連結されたそれぞれの複合素子要素と、二つの複合素子要素を結合して製作された無線中継機アンテナ用複合素子とを示す図である。
【図７Ｂ】λ／４同軸ケーブルと連結されたそれぞれの複合素子要素と、二つの複合素子要素を結合して製作された無線中継機アンテナ用複合素子とを示す図である。
【図７Ｃ】λ／４同軸ケーブルと連結されたそれぞれの複合素子要素と、二つの複合素子要素を結合して製作された無線中継機アンテナ用複合素子とを示す図である。
【図８Ａ】マッチングスタブを利用して単一及び多重アンテナのインピーダンスマッチング状態を示す図である。
【図８Ｂ】マッチングスタブを利用して単一及び多重アンテナのインピーダンスマッチング状態を示す図である。
【図９】長さの決定された同軸ケーブルを無線中継機アンテナ用複合素子に連結するための被覆作業状態を示す図である。
【図１０Ａ】図５に示した無線中継機アンテナ用複合素子の電流分布、水平放射パターン及び輻射形態を示す図である。
【図１０Ｂ】図５に示した無線中継機アンテナ用複合素子の電流分布、水平放射パターン及び輻射形態を示す図である。
【図１０Ｃ】図５に示した無線中継機アンテナ用複合素子の電流分布、水平放射パターン及び輻射形態を示す図である。
【図１１】本発明によるダイポールアレイ円偏波アンテナについての望ましい実施形態の分離斜視図である。
【図１２Ａ】４個の無線中継機アンテナ用複合素子で形成された最も基本的な配置形態を示す図である。
【図１２Ｂ】４個の無線中継機アンテナ用複合素子で形成された最も基本的な配置形態を示す図である。
【図１３】図１２Ａに示した配置形態の水平放射パターンを示す図である。
【図１４Ａ】４個の無線中継機アンテナ用複合素子が垂直に配列された形態を示す図である。
【図１４Ｂ】４個の無線中継機アンテナ用複合素子が垂直に配列された形態を示す図である。
【図１５】図１４Ａに示した配置形態の水平放射パターンを示す図である。
【図１６】図１２Ａに示したダイポールアレイ円偏波アンテナと共に配設されたそれぞれの無線中継機アンテナ用複合素子と第１反射パッチ素子の頂点との間に、追加的な無線中継機アンテナ用複合素子が配設された状態を示す図である。
【図１７】図１６に示した配置形態の水平放射パターンを示す図である。
【図１８Ａ】サービスアンテナに適用される垂直配列形態を示す図である。
【図１８Ｂ】サービスアンテナに適用される垂直配列形態を示す図である。
【図１９】図１８Ａに示した配置形態の水平放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
５００  無線中継機アンテナ用複合素子
５１０、５２０、５３０、５４０  輻射部材
５５０、５６０  給電部材
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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