国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査
Historical Investigation of Antenna Technology in Domestic Public Radio Communication

堀 俊和 Toshikazu Hori

■要旨
情報通信は、社会生活を営む上で重要なインフラストラクチャーである。特に、目には見えない電波を用いた無線通信が 1895 年のマルコーニの発明から約 130 年しか経っていないにもかかわらず、現代人は携帯端末を片手に高度なパーソナル無線通信を堪能している。
日本における国内公衆無線通信は、1908 年の銚子無線局による長波（LF）および中波（MF）を用いた船舶
無線電報サービス、および 1940 年の石崎（青森）−当別（北海道）間を結ぶ超短波無線多重電話回線として始まった。その後 1950 年代に入って、船舶通信は超短波（VHF）の時代を迎え、無線多重電話回線は本格的なマイクロ波通信の時代を迎えた。このマイクロ波通信が、国内電気通信ネットワークを構成する無線回線構築の主軸となり、基幹系無線通信ネットワーク全盛の時代へと繋がった。さらに 1980 年代に入って、電気通信ネットワー
クは情報通信ネットワークへと姿を変え、基幹系無線通信ネットワークは携帯端末を用いた電話・メッセージから動画像にいたる情報伝送のためのアクセス系無線通信ネットワークへと進化してきた。
これらの無線通信においては、空間を飛ぶ電波が情報を伝送する役目を担っており、空間と送受信回路との間の電波の出入口の役目を担っているデバイスがアンテナである。アンテナは、無線通信にとって不可欠なデバイスであり、無線通信の発達とともに目覚ましい発展を遂げてきている。
日本国内における公衆無線通信とそれらの通信に用いられたアンテナとの関わりについて、「国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査」と題して系統化調査を行った。この系統化調査においては、国内公衆無線通信として研究開発され実用化された固定無線通信、国内衛星通信および公衆移動通信に主眼を置いている。
固定無線通信については、市外電話および放送テレビの長距離中継回線、市外電話の短距離中継回線、加入者
無線の固定アクセス回線を取り扱っている。国内衛星通信については、国内通信衛星とこれらの衛星を用いた国内衛星通信回線を対象としている。初期の公衆移動通信については、船舶電話、無線呼出、自動車電話（第 1 世
代移動通信）、航空機電話を取り上げている。また本調査では、ディジタル携帯端末を用いた第 2 世代移動通信
以降をパーソナル通信として取り扱い、第 2 世代から第 5 世代移動通信における携帯電話、PHS（Personal
Handy-Phone System）、高速データ伝送についても対象としている。
これらの国内公衆無線通信には、各種の通信用アンテナが用いられた。固定無線通信および国内衛星通信には、主として開口面アンテナが用いられた。一方、公衆移動通信には、線状アンテナから始まり、平面アンテナを素子とするアレーアンテナが用いられてきている。
本系統化調査報告は、上述の方針で行った調査の結果をまとめたものである。ここでは、国内公衆無線通信で用いる周波数に着目して、公衆無線通信に適用可能な周波数とアンテナとの関係を明らかにしている。さらに、公衆無線通信の実用化において研究開発されたアンテナの高性能化技術と公衆無線通信の変遷との関わりについてまとめている。公衆無線通信用アンテナの設計に際して、各々の無線通信システムに適したアンテナ形式が存在し、アンテナ固有の特性を活かした最適設計が図られてきた。その結果、各々の無線通信システムの高度化に応じて、高性能化および高機能化のための卓越したアンテナ技術が確立されてきた。すなわち、通信用アンテナ技術の発展は、無線通信システムとともに高度化が図られてきた結果とも言える。なお、本系統化調査で対象とした国内公衆無線通信用アンテナは、各サービスの終了とともに撤去され、殆どのアンテナは現存していない。
本報告で対象とした無線通信システムおよび通信用アンテナの研究実用化における設計技術は今後の新たな研究開発にも継承されることが期待される。

4

■ Abstract

Information and communications are an essential part of infrastructure used for living our social lives.
In particular, although wireless communication using invisible radio waves were invented by Guglielmo
Marconi in 1895 only around 130 years, people in modern society grasp a mobile phone in one hand while
making full use of advanced personal telecommunications.
Domestic public radio communications in Japan began with the maritime telegram service from the
Choshi coast station in 1908 using low frequencies (LF) and medium frequencies (MF), followed by thevery-high frequency multiplex radio telephone link in 1940 linking Ishizaki (in Aomori Prefecture) andTobetsu (in Hokkaido). In the 1950s, maritime communications entered the era of very-high frequencies(VHF), and multiplex radio telephone links also entered the era of full-scale microwave relay links. Thesemicrowave relay links became the backbone radio links that made up the domestic telecommunications
network in Japan, and led to the golden era of backbone radio relay network. At the start of the 1980s thetelecommunications network began to take the form of an information and communications network, where
backbone radio communications networks began to evolve into access radio communications networks for
information transmission of phone calls, messages and movies using mobile phones.
The role of radio waves in these types of radio communications is to transmit information throughspace, and antennas are the devices that serve as the interface for sending or receiving radio waves
between space and transmission or reception circuits. Antennas are an essential component for radio
communications, and their development has advanced at a tremendous pace in line with the progress ofradio communications.
We conducted a systematic survey titled the “Historical Investigation of Antenna Technology in Domestic
Public Radio Communication” to examine the relationship between public radio communications in Japanand the antennas used for those communications. This survey focuses on fixed radio communications,domestic satellite communications and public mobile communications that have been researched,developed and put into practical use as domestic public radio communications.
Fixed radio communications covers long-distance relay links used for long-distance calls and broadcast
television, short-distance relay links used for long-distance calls, and fixed access lines for subscriber
radio. Domestic satellite communications covers domestic communication satellites and domestic satellite
communication links using these satellites. The early type of public mobile communications covers maritime
telephones, radio pagers, car phones (1G mobile communications technology), and in-flight telephones.
The digital mobile communications using 2G and newer mobile communications technology are covered as
personal communications, which includes Personal Digital Cellular (PDC), Personal Handy-Phone System(PHS), and high-speed data transmission systems.
Various types of communications antennas have been used for these domestic public radio
communications. Fixed radio communications and domestic satellite communications mainly used apertureantennas, while public mobile communications first used linear antennas before array antennas comprising
component planar antennas began to be used.
This systematic survey report outlines the results of the survey conducted based on the description above.
A closer look at the frequencies used for domestic public radio communications reveals the relationshipbetween the frequencies and antennas suitable for public radio communications. The report also outlines
the relationship between high-performance antenna technologies developed for the practical application of
public radio communications and the trends in public radio communications. Different antenna types exist
to suit various radio communications systems, and the design of antennas for public radio communications
involved efforts to identify the most suitable design for maximizing the characteristics specific to each typeof antenna. This led to the development of remarkable antenna technology offering higher performanceand better functionality to cater to the advances in each type of radio communications system. In a way,development of communications antenna technology has evolved in line with the advances made to radio
communications systems. Note that antennas used for domestic public radio communications coveredby this systematic survey were progressively dismantled after the termination of each type of service, andalmost no such antennas exist today. It is hoped that the design technology used for the research andpractical application of radio communication systems and antennas for these systems will be applied to
new research and development going forward.

■ Profile

堀 俊和

Toshikazu Hori

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
1976年
1976年
1993年
2001年
2001年
2009年
2016年
現在

金沢大学大学院工学研究科修士課程電気工学専攻 修了
日本電信電話公社 入社（横須賀電気通信研究所）
以来，主として衛星通信，移動通信など各種無線通信
方式用アンテナおよび電波伝搬の研究実用化に従事
金沢大学 博士（工学）学位取得
日本電信電話（株） 退職
福井大学 教授（工学部情報・メディア工学科）
以来、ワイヤレスブロードバンドのためのアンテナ・
伝搬、メタ・サーフェス等の研究開発に従事
福井大学 総合情報基盤センター長 併任
福井大学 定年退職
福井大学 客員教授

2000年 IEEE（米国電気電子学会）AP-S Japan Chapter 委員長
2007年 電子情報通信学会 アンテナ・伝播研究専門委員長
2008年 電子情報通信学会 フェロー称号授与
2009年 IEEE AP-S Nagoya Chapter 委員長
2011年 電子情報通信学会 北陸支部長
2015年 IEEE Fellow称号授与
現在
IEEE Life Fellow
電子情報通信学会 終身フェロー
電子情報通信学会 アンテナ・伝播研究専門委員会 顧問■ Contents
1. まえがき… …………………………………………… 323
2. 国内公衆無線通信とアンテナ技術… ……………… 325
3. 固定無線通信回線を支えたアンテナ… …………… 332
4. 国内衛星通信回線を支えたアンテナ… …………… 347
5. 初期の公衆移動通信のための無線基地局アンテナ… 370
6. パーソナル通信のための無線基地局アンテナ… … 388
7. あとがき… …………………………………………… 4011 まえがき「ワイヤレスの時代」と言われ始めて久しい昨今、を行ってきた国内公衆無線通信用アンテナを主たる対

スマートフォンを手にしてパーソナル通信を享受して象とし、必要に応じて関連組織による研究開発も調査いる 21 世紀前半に住む人々にとって、無線通信は人対象としている。なお、電子情報通信関連の研究開発

生を謳歌するためには欠くことの出来ないインフラス

および実用化を担当してきた研究組織の変遷について

トラクチャーの一つとなっている。1895 年のマルコー

は、「電子通信関係研究所の組織の変遷」として、文ニ（G.Marconi：1874-1937）による無線通信の発明

献（1）にまとめられているので参照されたい 1）。

から約 130 年近くが過ぎ、マクスウェル（J.C.Maxwell：

現在においては、あらゆる無線システムにアンテナ

1831-1879）が予言し、ヘルツ（H.R.Herz：1857-1894）が用いられているが、本系統化調査においては、上記が実証した電磁波

は、放送波や通信波などとしての通り公衆無線通信用アンテナに限っており、放送用

人々の周囲を飛び交い、電波を用いた無線通信は人やレーダ用等の他のアンテナについては調査対象外とと人との結びつきを大きく変化させる役目をも担うよ

している。

＊1）

うになった。マルコーニが発明した無線通信も、1：1

以下、2 章では、アンテナ技術の概要と国内公衆無の通信から始まり、多数の人の情報を同時に伝送する線通信システムの変遷について述べ、国内公衆無線通

公衆無線通信へと発展し、パーソナル通信の時代に

信とアンテナとの関わりを周波数と要求性能の観点かなってまた 1：1 のプライベート通信を担うインフラ

らまとめる。3 章では、基幹系国内公衆無線通信のひストラクチャーとして活躍の場を見いだしている＊2）。

とつである固定無線通信を取り上げ、市外電話および自由空間を介して情報のやり取りを行う無線通信に放送テレビの長距離中継、市外電話の短距離中継、加おいて、情報の伝送媒体は自由空間であり、目には見

入者無線の固定アクセスのためのシステムについてのえない電磁波が情報を伝送する役目を担っている。そ概要をまとめる。次に、これらのシステムに用いられの電磁波の自由空間への出入口の役目を受け持つのがたパスレングスレンズアンテナをはじめとする中継局

アンテナであるアンテナの変遷とその高性能化、扇形ビームを用いた。アンテナは無線通信に必要不可欠＊3）なデバイスとして「無線通信の顔」の役目も担っている。

固定アクセスアンテナについて述べる。

「公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査」

4 章では、国内衛星通信を取り上げ、国内通信衛星と題した本系統化調査報告は、日本国内での公衆無線とこれらの衛星を用いた国内衛星通信システムについ通信として研究開発され実用化された固定無線通信、ての概要をまとめ、国内衛星通信を支えた衛星搭載ア

国内衛星通信および公衆移動通信を取り上げ、アンテ

ンテナと地球局アンテナの技術の変遷とその高性能化

ナ技術の立場から公衆無線通信との関わりについて系

技術について述べる。

統化調査を行った結果をまとめたものである。ここで5 章と 6 章では、アクセス系国内公衆無線通信としは特に、公衆無線通信で用いる周波数に着目して、公て公衆移動通信を取り上げる。5 章では、初期の公衆

衆無線通信に適用可能な周波数とアンテナを整理する

移動通信として、船舶電話、無線呼出、自動車電話（第とともに、公衆無線通信の実用化において研究開発さ1 世代移動通信）、航空機電話を取り上げて、それられたアンテナの高性能化技術と公衆無線通信の変遷にの変遷をまとめるとともに各々のサービスを支えた無ついて系統化調査を行っている。

線基地局アンテナとの関わりを示す。6 章では、ディ

公衆無線通信は対象とする範囲が広範囲であるたジタル携帯端末を用いた第 2 世代移動通信以降をパーめ、本報告では、逓信省、電気通信省、日本電信電話

ソナル通信として取り扱い、第 2 世代から第 5 世代

公社（以降、電電公社と略す）および日本電信電話（株）

移動通信における携帯電話、PHS（Personal Handy-（以降、NTT と略す）が中心となり研究開発し実用化

Phone System）、高速データ伝送のための無線基地局＊1）電磁波は、電波、光、X 線、ガンマ線の総称であり、周波数（波長）によって分類されている。ここで対象としている電波は、周波数が 3 THz 以下（波長 100 μm 以上）の電磁波である。
＊2）電磁波の存在を予言したマクスウェル、電磁波の存在を実証したヘルツ、電磁波の通信への応用を図った
マルコーニは、無線通信の 3 祖と呼ばれている。
＊3）アンテナの語源は「昆虫の触角」である。日本や中国では「空中線」や「天線」と呼ばれ、空間に存在する「線」のイメージがある。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査323

アンテナ技術の変遷と高性能化について述べる。
なお、電子情報通信学会 アンテナ・伝搬研究専門委

1）若井登 , “電子通信関係研究所組織の変遷” , 電子通員会の企画により、英文論文誌の 2003 年 3 月号として

信学会誌 , vol.68, no.8, pp.856-859, Aug.1985.

｢ 日本のアンテナの歴史」特集号が発行され 、電子2）Spacial Issue on “Historical Review of Antenna

情報通信学会誌の 2006 年 8 月号には ｢ アンテナ・電Systems in Japan” , IEICE Trans. Commun., vol.

波伝搬の研究開発のこれまでの 50 年とこれからの 50

E86-B, no.3, pp.891-1021, Mar. 2003.

2）年」が特集されている 。また、1980 年（第 1 版）と3）小特集 ｢ アンテナ・伝搬の研究開発のこれまでの2008 年（第 2 版）にアンテナ工学ハンドブックが発行

50 年とこれからの 50 年」, 電子情報通信学会誌 ,されており、第 1 版の ｢7 章 実用アンテナとそのシス

vol.99, no.8, pp.789-845, Aug. 2016.

3）

テム」と第 2 版の ｢10 章 実用アンテナ」には、これま

4）横井寛 , 鈴木務 , 佐藤郁郎 , “実用アンテナとそのでに日本において実用されたアンテナがまとめられてシステム” , アンテナ工学ハンドブック（第 1 版）
,7いる章 ,pp.258-421, 電子情報通信学会（編）, オーム社 ,。これらの文献は、日本におけるアンテナの歴4）5）

史を概観する上で大変参考になるものである。

Oct. 1980.

今回の系統化調査の報告書の作成にあたり、公衆移5）堀俊和 , 長敬三 , 宮下裕章 , “実用アンテナ” , アン

動通信で用いた移動局および携帯端末用アンテナにつテ ナ 工 学 ハ ン ド ブ ッ ク（ 第 2 版 ）, 10 章 , pp.561-

いては、すでに「移動通信端末・携帯電話技術発展の698, 電子情報通信学会（編）,オーム社 , July 2008.

系統化調査」で調査済であり 、本系統化調査ではこ

6）森島光紀 , “移動通信端末・携帯電話技術発展の系

れらを対象外とし、無線基地局アンテナを主眼として統化調査” , 国立科学博物館 技術の系統化調査報

系統化調査を行っている。また、公衆移動通信システ

告 , vol.6, pp.237-301, Mar. 2006.

6）

ムおよび公衆無線通信の黎明期については、「公衆移7）森島光紀 , “公衆移動通信システムの技術発展の系

動通信システムの技術発展の系統化調査」で調査済で統化調査” , 国立科学博物館 技術の系統化調査報はあるが 、本系統化調査で必要とする最低限の情報

告 , vol.7, pp.179-232, Mar. 2007.

7）については重複を認めている。

324

1章の文献

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March2 国内公衆無線通信とアンテナ技術
ンテナ形式が自ずと決定される。また、これらを「基2.1 アンテナ技術の概要と変遷
2.1.1

本アンテナ」としたとき、基本アンテナ単独での使用に加えて、基本アンテナを素子として複数配列した「アアンテナと無線通信システム

レーアンテナ」がアンテナの高性能化の一方法としてアンテナは「無線通信の顔」である。無線通信にお研究開発され、実用化されている。

いて、自由空間を介して情報を伝送する役目を担っている電波の自由空間への出入口の役目を受け持つのが2.1.2

アンテナの研究開発の変遷

日本におけるアンテナ研究開発の歴史において、アンテナである。
電波は導体に高周波電流を流すことにより発生す

その黎明期を先導した技術は、1925 年に東北大学でる。この導体こそがアンテナであり、送受信回路と空発明された八木 ･ 宇田アンテナである 5）6）。その後、間との整合デバイスとして位置付けられる。アンテナ

1930 年から 1950 年にかけて、ビーム空中線リフレクの概念を図 2.1 に示す。図 2.1 に示すように、アンテ

タ、放物反射鏡、折返しアンテナ、円形配列アレーア

ナは伝送線路と空間とのインタフェース回路であり、

ンテナ、スロットアンテナ、自己補対アンテナ等の研アンテナには伝送線路としての特性と空間における特究開発が行われ、その後の様々なアンテナの研究開発性が要求される。

や応用開発に繋がっている。

無線通信システムの基盤技術であるアンテナ・電波

2.1.1 項で分類したうちの線状アンテナについては、伝搬技術は、無線通信の 3 祖であるマクスウェル、ヘ1895 年のマルコーニによる無線通信の発明以降、日ルツ、マルコーニ以来、電磁界理論、電波工学、電磁本においても、八木 ･ 宇田アンテナをはじめとして、

波工学、無線通信工学、アンテナ工学、等の学術分野

多くの研究開発がなされ実用化されて現在に至っていとともに、目覚ましい発展を遂げてきているる。開口面アンテナは、1950 年代以降に無線通信シ

。

1）
2）

アンテナ工学ハンドブック に示されているよう

ステムへの本格導入が進み、無線通信システムの顔とに、アンテナは、使用周波数帯、性能、原理、およびして大きな役目を担った。一方、平面アンテナは、そ用途等によって細かく分類されるのが一般的である。

の概念は 1950 年代に登場しているものの、1970 年代

ここでは無線通信システムへの応用の観点から、その以降になって著しく研究開発が進み、移動通信をはじ構造により、線状アンテナ、開口面アンテナ、平面ア

めとして多くのシステムに導入されている。

3）

ンテナの 3 つに大別する 4）。これらの各々は、その構

また、1990 年代頃以降は、無線通信システムの多造および動作原理から使用する周波数帯が概ね限定さ様化に伴い、高利得、任意の指向性等の高性能な特性れ、それに伴い各無線通信システムに応じた最適なアを持つ各種アレーアンテナ、および適応的に指向性を

図 2.1

アンテナの概念

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

325

制御できるアダプティブアンテナや MIMO（Multiple-

2000 年には 4 % と激減し、代わって平面アンテナがInput Multiple-Output）伝送の開発が進み、新たな無40 % 近くに台頭してきている。2015 年には MIMO

線通信システムを切り開く基盤技術としてのアンテナ

伝送やアレー信号処理関連の発表が全体の 1/3 を占めの位置付けも見直されてきている。

て現在に至っている 7）。この発表件数の推移は、本報

電子情報通信学会の総合大会におけるアンテナ関連

告書で後述するように、無線通信システムの発展の経の発表内容の推移を見ると、1970 年代にアンテナ関緯と大きく関係している。アンテナの研究開発におい連の発表件数の半分を占めていた開口面アンテナが、て、無線システムはニーズの坩堝である。

る つ ぼ「Maxwell の方程式」とアンテナの研究開発
マクスウェルは「無線通信の 3 祖」の 1 人であり、1864 年に電波の存在を予言し、力学的電磁界理論を発表している。アンテナからの放射電磁界は、「Maxwell の方程式」に基づく波動方程式を解くことにより求めることが出来る。しかし、近年のアンテナ構造の複雑化に伴い、波動方程式を用いて解析的に放射電磁界を求めることは困難である。そのため、1940 年代頃以降、波動方程式の漸近解を求める手法が用いられた。1970 年代頃以降は、コンピュータの計算処理速度の高速化および大規模コンピュータの実現に伴い、モーメント法（Method of Moments：MoM）や有限要素法（Finite Element Method：FEM）を用いた周波数領域での数値解析、伝送線路行列（Transmission Line Matrix：TLM）法や時間領域差分（Finite
Difference Time Dimain：FDTD）法を用いた時間領域での数値解析が主流となってきている。
コンピュータを用いたアンテナ解析技術の発達により、アンテナ構造と給電法が明らかであれば、複雑な形状に対しても電磁界シミュレータを用いて簡単に放射電磁界を求めることができる。すなわち、「Maxwellの方程式」を理解せずとも、設計したアンテナの電気的特性を簡単に求めることが出来る時代が到来した。
アンテナ開発技術者の中には、自作のアンテナの動作原理を理解せずにシミュレーション結果のみで実用 ･商用を行っている技術者も多く、アンテナの研究開発分野での大きな課題となってきている。

マイクロ波通信の適用が、国内電気通信ネットワーク

2.2 国内公衆無線通信の変遷
2.2.1

を構成する無線回線構築の主軸となり、無線ネット
ワーク全盛の時代へと繋がった 8）9）。

国内公衆無線通信の黎明期

日本における公衆無線通信サービスの提供は、1908
年に開始された銚子無線局による船舶に対する無線

電 気通信ネットワークから情報通信ネット
ワークへ

電報サービス、1923 年に神戸港内で開始された船舶

日本における 1950 年代以降の本格的な国内公衆無に対する無線電話サービスが最初である 。この長波線通信の変遷を図 2.2 に示す。図 2.2 に示すように、（LF）および中波（MF）を用いた船舶通信サービスは、

日 本 の 国 内 通 信 に お い て は、1950 年 代 か ら 始 ま っ

その後の電離層の発見に伴う短波（HF）通信の全盛た電気通信ネットワークの時代が、1980 年代には、時代を経て、1950 年代に超短波（VHF）通信の時代

ニューメディア、マルチメディア、ブロードバンドとを迎えた。

呼ばれた情報通信ネットワークの時代へと姿を変えて

1）

326

2.2.2

一方、無線を用いた電気通信ネットワークの基礎できた。この情報通信ネットワークにおけるディジタルある無線多重電話方式が提唱されたのは 1935 年であ化、ブロードバンド化、光ファイバ化の技術の変遷とる。後に日本電信電話公社の総裁となる米沢滋の提唱とともに、無線通信ネットワークも変化を遂げてきた。

により始められた研究開発は、1940 年 2 月に石崎（青電気通信ネットワーク時代の国内公衆無線通信に森）−当別（北海道）間の 61 km を結ぶ超短波を用

は、マイクロ波を用いた固定無線通信、国内衛星通信、

いた無線多重電話回線の実現により実を結んだ。その初期の公衆移動通信があり、特に、固定無線通信と国後、欧米におけるマイクロ波帯の開発を受けて、国内

内衛星通信は基幹無線通信ネットワークとして、主にでもマイクロ波多重通信方式の研究実用化が行われ、市外電話や放送テレビの伝送のために用いられてい1950 年代にはマイクロ波通信の時代を迎えた。このた。一方、情報通信ネットワーク時代の無線通信ネッ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March図 2.2

本格的な国内公衆無線通信の変遷

トワークは、1980 年代以降に主流となる自動車電話、

Ku 帯および S 帯を加えた国内衛星通信サービスの展

携帯電話に代表されるアクセス系無線通信ネットワー

開により、1980 年代後半から 1990 年代後半にかけてクであり、電話・メッセージから動画像にいたる情報

国内衛星通信の時代の到来を見た。

伝送のために用いられてきた。すなわち、公衆無線通信ネットワークは社会インフラとして、市外電話や

2.2.4

アクセス系公衆無線通信

放送テレビを伝送した基幹系無線通信ネットワークか

アクセス系国内公衆無線通信ネットワークとしてのら、携帯端末に代表されるパーソナルデータ伝送のた

公衆移動通信については、本系統化調査の 5 章およびめのアクセス系無線通信ネットワークへと変わってき6 章で述べるが、本格的な公衆移動通信は、1953 年のている。

内航船舶電話サービスに始まり、1960 年に列車電話、
1968 年に無線呼出（ポケットベル）、1979 年に自動車

2.2.3

基幹系国内公衆無線通信

基幹系国内公衆無線通信ネットワークを構築した固定無線通信と国内衛星通信については、本系統化調査

電話、1986 年に航空機電話サービスが開始され、ワイヤレスの時代を象徴する 1990 年代前半以降のディジタル携帯電話・携帯端末の時代を迎えた。

の 3 章および 4 章で述べるが、本格的な基幹系国内

自動車・携帯電話システムは、1979 年の大都市を対

公衆無線通信の時代を拓いたのは、1950 年代に導入象とした第 1 世代のアナログ方式に始まり、中小都市

された 4 GHz 帯を用いた地上マイクロ波中継回線で方式、大容量方式を経て、1993 年に第 2 世代のディジある。その後、市外電話中継回線として、4 GHz 帯

タル方式、2001 年に第 3 世代の IMT-2000（W-CDMA、に加えて、5 GHz 帯、6 GHz 帯、2 GHz 帯、11 GHz

CDMA2000）、2006 年 に 第 3.5 世 代 の Enhanced 3G

帯、15 GHz 帯、20 GHz 帯が用いられ、1980 年代か（HSDPA、HSUPA）、2010 年 に 第 3.9 世 代 の Superら 1990 年代にかけてマイクロ波固定無線中継回線の3G（LTE）、2014 年に第 4 世代の LTE-A、2020 年に最盛期を迎えた。

第 5 世代へと発展し続けている。

一方、1977 年に打上げられた通信衛星 CS（さくら）なお、自動車・携帯電話システムについては、第 1を用いた国内衛星通信は、
当初、
C 帯と Ka 帯を用いて、世代から第 5 世代まで一連の変遷として語られること

非常災害時の通信および離島通信の確保を目的としてが多いが、本系統化調査においては、第 1 世代のアナいた。その後、1988 年打上げの実用通信衛星 CS-3 のログ方式については、内航船舶電話サービスから航空時代になって、「あふれ呼」を救済する迂回中継を目

機電話サービスに至る初期の公衆移動通信のひとつと的とした DYANET システムとして基幹系国内公衆して分類している。一方、第 2 世代移動通信以降につ無線通信を支えることとなり、C 帯と Ka 帯に加えていてはパーソナル通信と位置づけている。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査327

無線は飛行機、ひかりは新幹線
基幹系通信ネットワークの一つである長距離伝送回線の構築において、無線通信が光ファイバー通信と競合関係にあった頃、某大学教授が、無線通信を飛行機、光通信を新幹線に例えてその優劣を述べておられたことがある。
曰く、無線通信においては、A が持っている情報を B に伝えるとき、A の情報を電気信号に変え、無線装置によって電波に信号を乗せて、アンテナから空間に送り出す。B は、空間を飛んでくる電波をアンテナで受け、無線装置によって電気信号を取り出し、A の情報を受け取る。つまり、情報は乗客、電波は飛行機、
アンテナは飛行場あるいは滑走路に例えられる。一方、光ファイバー通信においては、情報は乗客、光ファ
イバーは新幹線の線路、列車はその名の通り「ひかり」である。
すなわち、「無線通信と有線通信にかかる初期設備コストや増設コスト等の比較の観点から、新たな場所に情報伝送設備を構築する場合、無線基地局を作る方が、土木工事に多大なコストを要する光ファイバーを敷設するよりも簡単な設置工事でできることから利点がある。しかし、大容量伝送という点では無線は光に負けてしまう。
」と言う主張であったと記憶している。
現在では、光ファイバー通信はインフラ系情報通信ネットワーク、無線通信はアクセス系情報通信ネッ
トワークと棲み分けが確定され、上記のような両者の優劣を比較することも無くなっている。

低い周波数ほど伝搬損失が少なく、遠距離通信に適し

2.3 国内公衆無線通信とアンテナ・電波伝搬
2.3.1ている。逆に、周波数が高くなり光波に近づくほど、電波は直進性が高くなり回折はしにくくなる。しかし、周波数から見た国内公衆無線通信

アンテナは小形で簡易になり、広帯域特性を持つこと（1）無線通信に適した周波数帯

から、無線通信に用いると多くの情報を伝送可能となる利点がある。

表 2.1 に、無線通信で用いる電波の周波数帯と無線通信への適合性をまとめて示す。表 2.1 に示すように、
表 2.1
周波数・波長超長波帯（VLF）

3 〜 30 kHz
10 〜 100 km

伝搬損失が少ない
電離層の影響なし

地表波通信
潜水艦向け通信

長波帯（LF）

30 〜 300 kHz
1 〜 10 km

電離層 D 層反射（昼間）
電離層 E 層反射（夜間）

無線電信（1930 年頃まで）

中波帯
（MF）

電波伝搬特性300 kHz 〜 3 MHz 電離層 D 層減衰（昼間）
100 m 〜 1 km
電離層 E 層反射（夜間）

無線通信への適合性

遠距離中波通信
昼間：数 10 km
夜間：数 100 〜 1000 km
船舶通信

短波帯
（HF）

3 〜 30 MHz
10 〜 100 m

電離層 F 層反射
（昼夜で変化）

全世界向け短波通信
船舶通信

超短波帯
（VHF）

30 〜 300 MHz
1 〜 10 m

電波の窓
電離層 Es 層の影響
山岳回折
弱い直進性
ある程度の回折

超短波固定通信
船舶電話
無線呼出
列車電話

極超短波帯
（UHF）

電波の窓
300 MHz 〜 3 GHz 山岳回折
直進性
10 cm 〜 1 m
ある程度の回折

地上固定中継回線
移動通信（第 1 世代以降）
移動体衛星通信
無線 LAN

マイクロ波帯（SHF）

3 〜 30 GHz
1 〜 10 cm

地上固定中継回線
電波の窓
衛星通信
降雨減衰（22 GHz 近傍）
移動通信（第 4 世代以降）
強い直進性
無線 LAN

ミリ波帯（EHF）

30 〜 300 GHz
1 〜 10 mm

電波の窓
大気減衰
（酸素：60 〜 120 GHz）
非常に強い直進性

サブミリ波帯328

周波数帯と無線通信への適合性

周波数帯

国立科学博物館技術の系統化調査報告

300 GHz 〜 3 THz
光に近い
0.1 〜 1 mm
Vol.32 2023. March

無線アクセス通信
電波天文
電波天文
移動通信（第 6 世代）

100 GHz
国内衛星通信CS-2 CS-3

固定無線通信

N-STAR

CS

JCSAT

5G

周波数

10 GHz

衛星船舶

3G

2G

1 GHz

4G

1G

初期の公衆移動通信,

パーソナル通信

船舶
ポケベル

100 MHz
1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

年
図2.3

周波数から見た国内公衆無線通信の推移
図 2.3 周波数から見た国内公衆無線通信の推移（2）国内公衆無線通信における使用周波数帯の推移る。また、極超短波帯（UHF）を用いるパーソナル

国内公衆無線通信において用いられた周波数帯の推通信には、主として、構成が簡易でかつ高利得で任意移を図 2.3 に示す。図 2.3 に示すように、固定無線通の放射指向性が求められるため、プリントアンテナを

信は 2 GHz 帯から 20 GHz 帯の電波を用いており、国素子として用いたアレーアンテナが多用されている。

内衛星通信は S 帯（2.6/2.5 GHz 帯）、
C 帯（6/4 GHz 帯）と Ku 帯（14/12 GHz 帯）および Ka 帯（30/20 GHz 帯）（2）アンテナ利得から見たアンテナ形式を用いている。公衆移動通信は長波帯から 28 GHz 帯

要求性能の 1 つであるアンテナ利得から見た国内公までを用いている。すなわち、基幹系国内公衆無線通

衆無線通信の推移を図 2.4 に示す。図 2.4 に書かれた信においては、極超短波帯（UHF）とマイクロ波帯式の通り、アンテナの開口能率を 100 % としたとき、（SHF）を、一方、アクセス系公衆無線通信におけるアンテナ利得は使用波長の 2 乗で規格化したアンテナ

初期の公衆移動移動通信では、長波帯（LF）から極の有効開口面積に比例して大きくなるため、要求利得

超短波帯（UHF）の電波を用い、パーソナル通信では、が高利得であるほどアンテナは大きくなる。

極超短波帯（UHF）とマイクロ波帯（SHF）を用いている。

基幹系国内公衆無線通信の固定無線通信あるいは国内衛星通信で用いるアンテナの場合、アンテナの開口が円形であると仮定して、アンテナ利得が 40 dBi と

2.3.2

国内公衆無線通信に適したアンテナ形式（1）周波数から見たアンテナ形式
無線通信システムに応じた最適なアンテナ形式は、
主に周波数帯で決定される。極超短波帯（UHF）となるのはアンテナ直径が約 32 波長のときである。開口直径が約 32 波長のアンテナを構成するには、多素子のアレーアンテナを用いるか、開口面アンテナを用いる必要がある。

マイクロ波帯（SHF）を用いる基幹系国内公衆無線通

一方、アンテナ利得が 20 dBi となるのはアンテナ

信には、開口面アンテナが多く用いられている。長波

直径が約 3.2 波長のときであり、このような小口径の帯（LF）から極超短波帯（UHF）の電波を用いるア

アンテナを開口面アンテナで実現するのは適当では無クセス系公衆無線通信における初期の公衆移動移動通い。通常、数素子程度のアレーアンテナを用いて構成

信には、主として、線状アンテナが多く用いられ、利する。従って、公衆移動通信に用いるアンテナは線状得が必要なシステムでは線状アンテナあるいは平面ア

素子あるいは平面素子を用いたアレーアンテナを用いンテナを素子とするアレーアンテナが用いられている必要がある。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

329

80
𝐺𝐺 dBi = 10log!"

国内衛星通信固定無線通信= 10log!"

地球局

利得（dBi）

60

4𝜋𝜋𝜋𝜋
𝜆𝜆#

$% #
&

𝐴𝐴:開口面積 , 𝐷𝐷:開口径 , 𝜆𝜆:波長

離島

40

衛星搭載

N-STARCS CS-2

20
初期の公衆移動通信
,
0
1950

船舶

1960

1970

5G

2G
3G
PHS
1G
無線呼出

1980

1990

2000

4G

パーソナル通信
2010

2020

2030

年
図2.4

図 2.4 アンテナ利得から見た国内公衆無線通信の推移
アンテナ利得から見た国内公衆無線通信の推移（3）比帯域幅から見たアンテナ形式
無線通信に用いるアンテナには、信号帯域に応じた周波数帯域が必要とされる。線状アンテナや平面アン

たる無線区間の回線設計においては、図 2.5 に示すよ
うに、送受信アンテナの利得および電波伝搬における伝搬損失は重要な設計パラメータである。

テナは狭帯域特性を有しており、広帯域化を図ったア

初期の基幹系ネットワークにおいては、アンテナとンテナでも、
周波数比帯域幅は 15 % 程度である。従っ

電波伝搬の研究開発において各々が技術の最適化を図て、公衆移動通信において多周波数帯共用を図る場合れば良かった。アンテナについては、主として開口面には、周波数共用のための新たな技術が必要となる。

アンテナを用いたハードウェア中心の高性能化を追求

一方、開口面アンテナは動作原理から広帯域性を有する研究開発が行われてきた。一方、電波伝搬についしているため、固定無線通信あるいは国内衛星通信にては、見透し伝搬が中心であり、主として大気減衰おおける広帯域にわたっての周波数帯共用が可能である。

よび大地反射等による伝搬損失、ダイバーシチ効果に関する研究開発が行われてきた。

2.3.3

基幹系無線通信とアンテナ・伝搬

基幹系ネットワークを支えてきた固定無線通信と国

2.3.4

アクセス系無線通信とアンテナ・伝搬

内衛星通信は、アンテナ ･ 電波伝搬の立場から見たと

アクセス系ネットワークとしての公衆移動通信は、き、point to point（P2P）の無線システムとして考えアンテナ ･ 電波伝搬の立場から見たとき、基幹系ネッられる。無線システムにおける送信機から受信機にいトワークとは異なり「1 対多」の無線システムとして考えられる。
アクセス系ネットワークにおいては、アンテナは、
線状アンテナや平面アンテナが多く用いられ、多くの端末を相手にするために広角ビームや干渉波低減等の機能が求められている。一方、電波伝搬は、直接波、反射波および回折波からなる多重波伝搬であり、フェージング対策が要求されている。さらに、MIMO伝送の時代に向けて、アンテナと電波伝搬の両方の関わりを意識した研究開発が進められてきた。
特に、1990 年代以降においては、文献（10）で述

図 2.5

330

P2P の無線システムにおける電力レベルの変化

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

べたように、アンテナ（A）と電波伝搬（P）を同時に考慮した最適化技術に加え、通信方式（System：

S）を意識した最適設計が必要とされてきた 10）。この

2章の文献

アクセス系における技術の変化を見越して、池上文夫

1）若井登［監修］, “無線百話−マルコーニから携帯（当時、京都大学教授）は、1981 年の電気四学会連合

電話まで−” , 第 3 章 電波が結ぶ船と大陸 , クリエ

大会のパネル討論において、A、P、S の「三位一体」

イト・クルーズ , July 1997.

説を提唱した。その後、人体の影響（Human：H）を加えた「四位一体」説を藤本京平（当時、筑波大学教授）が追唱したが、近年の MIMO 技術が導入される

2）O ’ Hara , J. G. and Pricha, W., “Herz and theMaxwellians” , Peter Peregrinus Ltd, 1987.
3）アンテナ工学ハンドブック（第 2 版）, 1 章 ,pp.1-9,

時代に至って、「四位一体」に止まらず、ディジタル

電子情報通信学会（編）,オーム社 , July 2008.

ビームフォーミング（DBF：Digital Beamforming）、

4）堀俊和 , “アンテナ・伝搬研究と無線通信システム” ,ディジタル信号処理、制御アルゴリズム、ネットワー

MWE 2017, no.FR3A-1, Dec. 2017.

ク制御、FPGA（Field-Programmable Gate Array）、

5）宇 田新太郎 , “短波長ビームに就て（第一報告）”,…等と、アンテナ・伝搬（A･P）から見たワイヤレス

電 気 学 会 雑 誌 , vol.46, no.452, pp.273-282, Mar.

システムの開発は「N 位一体」ともいうべく、様々1926.

な技術が一体となって必要とされる状況に直面してき

6）Sawaya, K., “Review of Research and Developement

た。また、方式設計ありきのアンテナ研究開発から、

on Linear Antennas” , IEICE Trans. Commun.,

システムを先導するアンテナの研究開発へと変化を遂

vol.E86-B, no.3, pp.892-899, May 2003.

げており、指向性ダイバーシチ、ビームフォーミング、

7）堀俊和 , “アンテナ技術−無線システムのための実

アダプティブ等のアンテナ特性を活かす新たなシステ

用アンテナの研究開発−” , 電子情報通信学会誌 ,ム提案が行われてきた。特に、第 4 世代以降の移動通

vol.99, no.8, pp.811-819, Aug. 2016.

信においては、伝搬特性を考慮した空間分割多元接続（SDMA：Spatial Division Multiple Access）、MIMO
伝送等のための更なる高性能なアンテナシステムの研究開発が進められてきている。

8）桑原守二［編］,“私たちのマイクロ波通信 50 年（黎明編）”, 桑原情報研究所 , Mar. 2004.
9）NTT 無線会［編］, “私たちのマイクロ波通信 50 年
（飛躍編）
【CD】”, NTT 無線会 , Apr. 2004.
10）堀 俊 和 , “ 技 術 の 変 遷 と タ ー ゲ ッ ト 年 ” , NTT
DoCoMo テクニカル ･ ジャーナル , vol.18, no.3,
pp.4-5, Oct. 2010.

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

331

3 固定無線通信回線を支えたアンテナ
要の高まりに応じて、新周波数帯の開発が進められ、

3.1 固定無線通信回線と無線局
3.1.1

6 GHz 帯 11）12）13）および 5 GHz 帯 14）が長距離中継用として、11 GHz 帯および 15 GHz 帯が短距離用として固定無線通信システム

実用に供されて、基幹系公衆無線通信ネットワークの（1）無線多重通信

全国展開がなされた。この時代の固定無線中継システ

日本における無線多重通信は、1935 年の米沢滋（後ムはいずれもアナログ変調を用いている。

の電電公社総裁）の提唱から始まる。その後の予備実

アナログ変調を用いた固定無線中継の初期導入時期

験を経て、1940 年に石﨑（青森）〜当別（北海道）間とシステム呼称をまとめて表 3.1 に示す。表 3.1 に示に初めての無線多重通信回線が開通した 。このとき

す周波数帯を併用した 4/5 GHz 帯 15）、5/6 GHz 帯おに用いられた周波数は超短波帯（VHF：Very Highよび 11/15 GHz 帯 16）を用いた大容量化も図られた。まFrequency、30 〜 300 MHz）の 75 MHz 帯であった。

た、長距離中継回線、短距離中継回線の他に、山岳回

これ以降、マイクロ波を用いた本格的な地上固定中

折を用いた鹿児島〜沖縄の長距離海上区間の 2 GHz 帯

継回線に切り替わるまでの間、60 MHz 帯および 200

見通し外通信回線 17）18）、1972 年の沖縄の本土復帰に

MHz 帯等の超短波を用いた回線は全国に展開され、伴う本土〜沖縄間の 4/6 GHz 帯見通し内通信回線 19）、

主に支線系向け VHF 回線として実用に供された 2）3）4）。

および 11 GHz 帯を用いた可搬形災害対策用通信回線 20）1）

マイクロ波を用いた無線多重通信は、1950 年代に入って欧米を中心に実用化が進められ 5）、日本においても電電公社をはじめ、国鉄、電力会社、放送会社等で検討が進められた。当時の日本における主たる目的
は、鉄道輸送の安全、電力設備の保全および放送テレ
ビ中継であり、全国的規模での電波の周波数割当て要も実用化された。
表 3.1

アナログ変調を用いた固定無線中継システム

適用対象
長距離中継

求と認可についての議論は、現在までも続く周波数有

使用周波数帯導入時期

システム呼称

4 GHz

1954

SF-B1

5 GHz

1972

SF-E1

6 GHz

1961

SF-U1

2 GHz

1957

UF-B1

11 GHz

1961

SF-T1

効利用に関する不変の問題であった 6）。

短距離中継

15 GHz

1967

SF-F1

（2）マイクロ波を用いた固定無線中継

見通し外

2 GHz

1961

OH-21

災害対策

11 GHz1971

4 GHz 帯を用いた本格的な固定マイクロ波中継回線
は、1952 年から 1953 年にかけて新設工事が実施され、超多重電話伝送とテレビ映像中継を目的として、1954（3）ディジタル変調を用いた固定無線中継

年に東京〜名古屋〜大阪間で実用に供された 。これ

アナログシステムの多中継時における回線品質の劣が本格的な基幹系公衆無線通信ネットワーク構築への化に対して、1963 年にディジタル化の検討が開始さ第一歩であった。その後、4 GHz 帯を用いた固定マ

れた＊1）。理論検討、試作装置を用いた実験、商用試験

イクロ波回線は、西は中国 ･ 九州、北は東北 ･ 北海道を経て、1969 年に世界に先駆けて、2 GHz 帯ディジ

へ延び、日本全国を縦断する初めての無線通信ネット

タル無線方式を実用化した 21）。その後、11 GHz 帯、ワークが実現した 8）。

15 GHz 帯もディジタル化され、1984 年に市外電話

7）4 GHz 帯が幹線用として用いられたのに対して、中継回線である 4/5/6 GHz 帯もディジタル化されてローカル回線として 2 GHz 帯のシステムが開発され、全周波数でのディジタル化が完了した 22）23）24）。これに1957 年に実用に供されたより、全国レベルの非電話系のサービスが可能とな。その後の市外回線の需9）10）＊1）「digital」
に対する日本語表記に「ディジタル」と「デジタル」がある。情報通信に関する学術領域では、「ディジタル」がよく用いられ、日常生活では「デジタル」が使われることが多いようである。また、通信領域
では「ディジタル」が、放送領域では「デジタル」が使われたこともある。本系統化調査報告においては、主として「ディジタル」を用い、参考文献等で固有名詞的に「デジタル」が用いられている場合はそのま
ま「デジタル」として用いている。

332

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchり、電電公社が提唱した高度情報通信システム（INS：た 31）。加入者無線の初期導入時期とシステム呼称を

Information Network System）構想への無線通信ネッ

まとめて表 3.3 に示す。

トワークとしての寄与が可能となった。
ディジタル変調を用いた固定無線中継の初期導入時
期とシステム呼称をまとめて表 3.2 に示す。表 3.2 に示
すように、1976 年には 20 GHz 帯を用いた大容量ディジタル回線も世界に先駆けてサービス開始された 25）。
これは電話を中心とした電気通信ネットワークから

表 3.3
適用対象

加入者無線システム
使用周波数帯 導入時期 システム呼称

アナログ加入者無線
ディジタル加入者無線

26 GHz1984

26SS-A1

1984

26SS-D1

1985

P-P

データ・画像通信を中心とする情報通信ネットワークに変身するための高品質・大容量化のための施策の一

3.1.2

長距離中継システムと無線中継局つであった。20 GHz 帯を用いたシステムは、1969 年

1954 年に東京〜大阪間に開通した 4 GHz 帯を用いに電気通信研究所において研究が開始され、約 7 年のたマイクロ波回線（SF-B1 方式）の無線局の位置を図歳月をかけて実用化されたものである

3.1 に示す 7）。図 3.1 に示すように、無線局は 10 局あ。

26）27）28）

また、鹿児島－沖縄間の長距離海上区間へもディジり、無線局間の距離は 40 〜 60 km 程度となっている。

タルマイクロ中継回線が導入され、1987 年にサービ

その後の回線網の全国展開により、県域をまたがる長ス開始された

距離中継回線は全国の主要都市間を結ぶ巨大なネット。

29）

このように、1980 年代から 1990 年代にかけて最盛ワークへと変わっていった。さらに、1970 〜 1980 年期を迎えたマイクロ波を用いた固定無線中継回線も、代に問題となっていた過剰変動トラヒックに対処する

光ファイバ回線の台頭により 2006 年にはサービスをために、地上通信網と衛星通信を組み合わせて全国規終了することとなった。

模での変動トラヒックに対処可能な衛星中継網方式
（4

表 3.2

ディジタル変調を用いた固定無線中継システム

適用対象

長距離中継

短距離中継
長距離海上中継

使用周波数

導入時期

システム呼称4 GHz 帯

1982

4L-D1

5 GHz 帯

1981

5L-D1

6 GHz 帯

1982

6L-D1

20 GHz 帯

1976

20L-P12 GHz 帯

1969

2S-P1

11 GHz 帯

1973

11S-P115 GHz 帯

1973

15S-P1

4/6 GHz 帯

1987

LS-200M

章参照）が 1988 年に導入され、地方の主要都市間は地上の長距離中継回線に加えて衛星を介しても接続されていた。
アナログテレビ放送終了時点（2011 年）における（4）固定アクセス通信
電話を中心とした電気通信ネットワークからデー
タ・画像通信を中心とする情報通信ネットワークへの図 3.1

初期の 4 GHz 帯マイクロ波回線の無線中継局 7）

図 3.2

4 GHz 帯を用いたアナログ放送テレビ中継回線

変遷に伴い、高速データや広帯域画像等の高速ディジ
タル信号や広帯域アナログ信号を経済的に伝送出来る
加入者伝送サービスが求められた。この加入者無線シ
ステムの開発は、先に述べた INS 実現に向けたシス
テムの実現にも繋がっていた。
加入者無線システムには、帯域幅、既存方式との干渉、稼働率、無線装置の小型化等を考慮して、26
GHz 帯が選ばれ、1984 年に時期を前後してアナログシステムとディジタルシステムの両システムが実用に供された 30）。さらに、地方都市における小規模需要のために、簡易な装置構成の可能なポイント−ポ
イント（P-P）形送受信装置を開発し、実用に供され国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

333

4 GHz 帯を用いたアナログ放送テレビ中継用マイク

中継回線用のアンテナが並んでいる風景を見る時代を

ロ波回線のルート図を図 3.2 に示す。図 3.2 から、放迎えたのである。

送テレビ中継回線は地方の各都市を結んで全国展開されていることが分かる。回線の故障対応として、回線

3.1.4

固定アクセスシステムと無線固定局

はループ接続され冗長化が図られている。また、1989

3.1.1 項に示したように、26 GHz 帯を用いた加入者

年には Ku 帯衛星を用いた放送テレビ中継網（4 章参無線回線は、サービスのユーザと無線固定局（電話照）が構築され、地方の主要都市間は地上系に加えて局）を結ぶ回線であり、1984 年にサービスを開始した。

衛星を介しても接続されていた。

加入者無線システムの概念を図 3.3 に示す 33）。
ポイント−マルチポイント（P-MP）システムにお3.1.3

短距離中継システムと無線中継局

1957 年に実用に供された 2 GHz 帯のシステムは、
ローカル回線として開発された

いては、複数のユーザとの間に回線を設けるため、無線固定局はサービスエリアを 4 つに分割し、それぞれ。それ以前においを 90°の扇形状エリアとしている。一方、ポイント−ては、家庭の電話からの市外電話は有線系の中継回線

ポイント（P-P）システムにおいては、基本的にはユーで伝送されており、近くの市外電話局から相手の市外ザとの間のみの回線を独自に設けている。

9）10）

電話局まで地下に埋設された同軸ケーブルが使われていた。これに対して、県内の市外電話局間の短距離無線中継回線が実用に供されて、有線と無線の二重化が図られた。これに伴い、短距離無線中継回線に用いる周波数帯も増え、県域をまたがる長距離中継回線との

3.2 初期の固定無線中継のための中継局アンテナ
3.2.1

固定無線中継に適した中継局アンテナ

無線接続も高まって、日本全国の市外電話局間を結ぶ

固定無線中継は 1：1 の通信回線であり、狭ビーム

無線中継回線網が確立した。すなわち、日本国中何処のアンテナが適している。また、2.3.2 項で述べたよに行っても電話局の上には鉄塔があり、そこには無線

うに、回線設計から中継局アンテナには 40 〜 50 dBiの指向性利得が求められ、大容量伝送のために広帯域特性が求められた。このため、周波数としてはマイク
ロ波帯が用いられ、狭ビーム、高利得、広帯域特性を有するアンテナとして開口面アンテナが採用された。
マイクロ波を用いた初期の固定無線中継に用いられた中継局アンテナを表 3.4 に示す。表 3.4 に示すように、適用対象、使用周波数帯および要求性能によりアンテナ形式が異なっている。初めての中継局アンテナにはパスレングスレンズアンテナ 32）が用いられたが、その後、長距離中継用アンテナは、パラボラアンテ
ナ 15）に替わり、1960 年台に入って、ホーンリフレク（a）P-MP システム

タアンテナ 34）が主流となった。短距離中継用アンテ
ナは、パラボラアンテナが主流で、その後カセグレン
アンテナ 35）が用いられている。また、本土と沖縄間
表 3.4

初期の固定無線中継に用いられた中継局アンテナ

適用対象
長距離中継

使用周波数帯

適用可能なアンテナ形式

4 GHz

パスレングスレンズアンテナ

5 GHz

パラボラアンテナ

6 GHz

ホーンリフレクタアンテナ

2 GHz
短距離中継

11 GHz15 GHz（b）P-P システム
図 3.3

334

加入者無線システムの概念 33）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

長距離海上中継2 GHz

パラボラアンテナ
カセグレンアンテナ
バックネットアンテナ
大口径パラボラアンテナ

（a）構造（b）外観（c）局舎上設置時外観
図 3.4

パスレングスレンズアンテナ 32）の見通し外通信用アンテナには、バックネットアンテ

において平面波になるように変換する機能を有してい

ナや大口径パラボラアンテナが用いられた。なお、カる。しかし、大口径のアンテナの実用はされていず、

セグレンアンテナについては、3.3.2 項で述べる。

理論検討、試作実験を行って、実用の可能性を明らかにする必要があった。

3.2.2

パスレングスレンズアンテナとパラボラアン
テナ

図 3.4 に、実用化されたパスレングスレンズアンテ
ナの構造と外観を示す 32）。アンテナの開口径は 3.3 ×

1954 年に実用に供された初めての固定マイクロ波

2.7 m で、電波レンズの焦点距離は 3.7 m であった。

中継回線に用いられたアンテナは、
コック（W.E.Kock）

電波レンズを構成する平行金属板（ブレード）は、により提案されたパスレングスレンズアンテナであ

厚さ 1 mm のアルミ板で構成され、間隔 29 mm でる 36）。1951 年に実用化計画が決定され、研究開発期

75 枚が並べられていた。アンテナとしての 3.7 〜 4.2

間も短いため、当時の基礎研究部門においてモデル実

GHz 帯の広帯域における電気的性能は、指向性利得験を行っていたパスレングスレンズアンテナが、最もは 37.7 〜 38.7 dBi、3 dB ビーム幅は電界面内で 1.1 〜

実用化に近いアンテナであるとして選ばれた。

1.2°、磁界面内で 1.7 〜 2.1°
、最大サイドローブレベ

このアンテナは、平行金属板を用いた電波レンズを

ルは ‒15 〜 ‒19 dB であった。しかし、アンテナ重量

用いて、レンズの焦点から開口面（レンズアンテナのは 3.4 トンであり、構造的にも大きく小型軽量なアン

前面）に至る光路長が等しくなるように電波レンズ

テナが望まれていた。

を構成することにより、焦点から出た球面波を開口面

このパスレングスレンズアンテナの小形軽量化、高国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

335

（a）構造

（b）外観
図 3.5

初期のパラボラアンテナ 15）

能率化を意図して、パラボラアンテナの研究開発が進められた。パラボラアンテナは、当初のパスレングス

 スレングスレンズアンテナと初期のパラボラア
パ
ンテナの性能比較

レンズアンテナの導入に際して比較対象となっていた

項目

が、一次放射器がパラボラ鏡面の前面にあることから、

周波数帯

3.7 〜 4.2 GHz

3.6 〜 4.2 GHz

インピーダンス整合が悪く、アンテナ相互の干渉の点

開口径

3.3 m × 2.8 m

3.3 m

指向性利得

37.7 〜 38.7 dBi

39.8 〜 40.2 dBi

前後利得比

65 〜 75 dB≧ 65 dB

側面相互結合減衰量85 〜 90 dB≧ 85 dBで問題があり、実用化が見送られていた

。その後、

37）

英国 S.T.C 社の無線伝送装置の導入とともに、パラボ
ラアンテナが導入された経緯もあった 38）。

表 3.5

このインピーダンス整合の劣化に対して、頂点整合板を用いた広い周波数帯域でのインピーダンス整合技

パスレングスレンズ
パラボラアンテナ
アンテナ

VSWR

≦ 1.15≦ 1.07重量

約 3,400 kg

約 500 kg

術と測定技術が新たに開発され、パラボラアンテナの性能が大きく改善されたことにより、1955 年の東京とパラボラアンテナが 1960 年に実用化されている 41）42）。

仙台の間での導入を最初として、その後のマイクロ波

しかし、1970 年前後のチャネル容量の増大に対応

中継システムにおいて多く実用されることとなった。

するアンテナの偏波共用化に当たって、円偏波の右旋

図 3.5 にパラボラアンテナの構造と外観を示すと左旋の円偏波の偏波識別度が悪く、より偏波識別度。

15）パスレングスレンズアンテナと初期のパラボラアン
テナとの特性比較を表 3.5 に示す。表 3.5 から明らかの高い垂直と水平の直線偏波を用いることになり、円偏波アンテナは次第に用いられなくなった。

なように、指向性利得（開口能率）や VSWR 特性がなお、中継システムによって用いるパラボラアンテ

大きく改善されているとともに、重量が大きく軽減さ

ナの開口径は異なっているが、2 GHz 帯、11 GHz 帯、れていることが分かる。

15 GHz 帯においても、多種のパラボラアンテナが実

また、パラボラアンテナを用いる上で、雨雪氷による用に供された。

影響と対策が、もう一つの大きな課題であった。これに対して、従来の直線偏波では無く、円偏波の適用が

336

3.2.3

ホーンリフレクタアンテナ検討された。利得特性と広角放射指向性が大きく改善

ホーンリフレクタアンテナは、開口能率が高く、アされ、1958 年に開発された円偏波アンテナの VSWR

ンテナ間の相互結合度が低く、広角放射指向性が低く、特性は、周波数帯域 3.6 ～ 4.2 GHz で 1.035 を下回る

VSWR が低く、周波数共用が可能であるという多く良好な結果を得ている。この後、北海道や北陸地の利点があり、マイクロ波中継回線への適用が当初か

方では円偏波パラボラアンテナが、その他の地域ではら検討されてきた 43）。しかし、重量と製作の困難性

直線偏波パラボラアンテナが長い間使われた。さらに、および導入コストの問題から研究開発が見送られ、パ

6 GHz を用いた中継システムにおいて、直径 4 m、指スレングスレンズアンテナとパラボラアンテナが先向性利得 44.5 dBi、VSWR 1.025、軸比 1.1 dB の円偏波に導入された経緯がある。しかし、チャネル容量の増

39）40）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

（a）構造

（b）外観
図 3.6

表 3.6

ホーンリフレクタアンテナ 14）

ホーンリフレクタアンテナの性能 43）

項目

4 GHz 帯（c）鉄塔設置時外観

6 GHz 帯信用大口径パラボラアンテナが開発され、実用に供せられた 44）45）。多帯域共用見通し外通信用大口径パラボ

周波数帯

3.6 〜 4.2 GHz 5.925 〜 6.425 GHz

ラアンテナの構造と外観を図 3.7 に、性能を表 3.7 に

開口面積

8.75 m2示す。図 3.7 に示すように、形状からバックネットア

指向性利得40.4 〜 41.9 dBi

サイドローブレベル
VSWR

44.4 〜 45.6 dBi≦ -70 dB（＠ θ＞ 60°）≦ 1.03重量≦ 1.02
1.69 ton

ンテナと呼ばれた。
その後、1972 年 5 月 15 日の沖縄の本土復帰に先駆
けて、沖縄本島と宮古島、石垣島間に対流圏散乱伝搬を用いた見通し外中継回線の導入が進められ、図 3.8に示すように、豊見城～平良間に 16 m 角形大口径空大に伴い、多周波数共用が可能である点が重要視され、中線が、平良～石垣間には 10 ｍ大口径パラボラアン

1960 年代になって研究開発が進められて、1964 年度末

テナが導入された 46）。

に東京・大阪間の回線に実用されることとなった 34）。
その後、1972 年の 5 GHz 帯を用いた新たな回線の導入に伴い、4/5/6 GHz 帯を共用するアンテナとして、ホーンリフレクタアンテナが用いられた

3.2.5

初期の固定無線中継局アンテナの研究開発と
実用化

。以降、

パスレングスレンズアンテナに始まる初期の固定無長距離基幹伝送路用アンテナとして、2006 年まで実線中継局アンテナは、前述の通り、海外での技術をト用に供された。

レースしながらも、新たな工夫を加えた日本独自の技

14）

ホーンリフレクタアンテナの構造と外観を図 3.6 に術として研究開発され、実用に供されてきた。特に、示す。また、性能を表 3.6 に示す。なお、ホーンリフ

パラボラアンテナ、ホーンリフレクタアンテナについレクタアンテナは 3.3.3 項で述べるオフセット給電タては、1980 年代から 1990 年代にかけての最盛期を迎

イプのアンテナの一種である。

えたマイクロ波を用いた固定無線中継における中継局
アンテナの主流として実用され、光ファイバ回線の台

3.2.4

バックネットアンテナ

1953 年 12 月 25 日の奄美群島の本土復帰当時に設頭により 2006 年にサービスを終了するまで実用され続けた。

置されていた鹿児島 - 奄美大島間の超短波帯（VHF

また、海上中継回線用に導入されたバックネットア

帯）の見通し外中継回線の更改に伴い、1961 年に新ンテナは、アンテナ形状、利用形態を含めて、ユニー

たに山岳回折伝搬を用いた見通し外中継回線の導入

クなアンテナであったが、海底光回線の導入によってが進められた

実用を終え、現存もしていない。

。この大浦 - 名瀬間の回線では、70017）MHz 帯の水平偏波、800 MHz 帯の垂直偏波、2 GHz

なお、11 GHz 帯を用いた山岳中継回線では、反射

帯の垂直 ･ 水平偏波の共用が求められた。これに対し板を用いた中継 47）48）や回折網を用いた中継 49）50）も行わて、横幅 25 m、高さ 16 m の多帯域共用見通し外通れていたが、本報告では文献引用に留める。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

337

（a）構造

（b）外観
図 3.7
表 3.7
項目
周波数帯

多帯域共用見通し外通信用大口径パラボラアンテナ 44）45）

多帯域共用見通し外通信用大口径パラボラアンテナの性能 44）45）700 Hz 帯

800 MHz 帯

偏波

水平

垂直

一次放射器

ダイポールアレー

ホーンアレー

反射鏡面

方形

回転放物面

開口径
指向性利得

2.115 〜 2.300 GHz
水平垂直
4 分割ホーン

金属網（透過率 -11 〜 -15 dB）
25 m × 16 m

39.4 〜 39.8 dBi

42.0 〜 42.8 dBi≧ 2 kW≧ 5 kW

VSWR
電力容量

2 GHz 帯698 〜 737.6 MHz 749.2 〜 896 MHz

50.2 〜 50.7 dBi

50.9 〜 51.0 dBi

≦ 1.5

耐風速

≧ 1 kW

瞬間最大風速 75 m/sec

3.3 高性能化を図った
固定無線中継局アンテナ
3.3.1

固定無線中継に新たに用いられた高性能中継
局アンテナ

初期の固定無線中継局アンテナに対して高性能化を図った高性能中継局アンテナを表 3.8 に示す。表 3.8に示すように、従来のパラボラアンテナに比べて低交さ偏波化および高能率化を図れる双反射鏡アンテナ技
術が 1960 年代半ばから研究開発され、カセグレンア
図 3.8 対流圏散乱伝搬を用いた見通し外通信用アンテナ

338

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

46）

ンテナが実用された 35）。また、広角放射指向性およ表 3.8 定無線中継に新たに用いられた高性能中継局ア
固
ンテナ

適用対象

使用周波数帯
4 GHz
5 GHz

長距離中継

6 GHz

適用可能なアンテナ形式

短距離中継

15 GHz

サイドローブ特性の劣化に繋がる欠点がある。
回線に新たに導入され、1967 年に実用に供された 35）。
15 GHz 帯カセグレンアンテナの構造と外観を図 3.9

カセグレンアンテナ
オフセット給電アンテナ

11 GHz

口径が大きいとブロッキングが増大し、利得の低下、
カセグレンアンテナは、15 GHz 帯の短距離無線中継

カセグレンアンテナ

2 GHz

次放射器を使用できるために低交さ偏波および広帯域化が可能となる利点を有している。なお、副反射鏡のオフセット給電アンテナ
折曲げホーンリフレクタアンテナ

20 GHzが低く抑えられる利点がある。また、開口の大きな一に示す。また、電気性能を表 3.9 に示す。
その後、20 GHz 帯を用いた大容量無線中継回線用

び VSWR の改善を図れるオフセット給電技術も 1970

アンテナとしても導入された 52）53）。このときの検討項

年代半ばに新たに研究開発され 51）、オフセット給電

目は、交さ偏波の要因と低減方法 54）、降雪・積雪にアンテナの実用に繋がった。

対する劣化の問題であった。
双反射鏡アンテナの高能率化および低サイドローブ

3.3.2

双反射鏡アンテナ化の手法として、主および副反射鏡の鏡面修整による

双反射鏡アンテナは、複反射鏡アンテナとも言い、

開口分布の制御を行う方法がある 55）。これは、一次

カセグレンアンテナやグレゴリアンアンテナのよう放射器の放射指向性を主反射鏡開口面での所望の電界に、放物面を用いた主反射鏡と、双曲面あるいはだ円

分布に変換するために、反射の法則、光路長一定の条面を用いた副反射鏡の 2 枚の反射鏡を用いた鏡面系を件、エネルギー保存則を適用して主および副反射鏡の有するアンテナで、望遠鏡に用いられた技術が採用さ

鏡面座標を決定する手法である。この手法により、高れている。副反射鏡を用いることにより、放物面の焦能率、低サイドローブな特性を持つ双反射鏡アンテナ

点距離と開口径の比（）が大きい 1 枚の放物面鏡の設計が可能となる。この鏡面修整を用いた鏡面設計と等価となるため、鏡面系による交さ偏波成分の発生技術は、後述する 4/5/6 GHz 帯鏡面修整オフセット

表 3.9

アンテナや、
衛星通信地球局アンテナに適用されている。

カセグレンアンテナの性能 35）

項目

性能

周波数帯

3.7 〜 4.2 GHz

開口径

3.3 m

指向性利得

51.8 dBiにおいては、一次放射器や副反射鏡が主反射鏡の前面

開口能率

57 %

に位置するため、それによるブロッキングの影響で、-40 〜 -50 dB（0 〜 30°）
サイドローブレベル-50 〜 -60 dB（30 〜 90°）

開口能率の低下や広角放射指向性の劣化を招くという≦ -65 dB（90 〜 180°）
交さ偏波

≦ -40 dB

VSWR

≦ 1.055

3.3.3

オフセット給電アンテナ

軸対称パラボラアンテナや軸対称双反射鏡アンテナ

欠点があった。これに対して以下に示すようなオフ
セット給電アンテナが提案され、実用化された。
なお、3.2.3 項で述べたホーンリフレクタアンテナ
はオフセット給電タイプのアンテナの一種である。

（a）構造

（b）外観
図 3.9

カセグレンアンテナ 35）
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

339

（a）構造（b）外観

図 3.10
表 3.10

オフセットパラボラアンテナ 57）

オフセットパラボラアンテナの性能項目

オフセットパラボラ カセグレン パラボラアンテナ
アンテナ アンテナ

周波数帯

3.7 〜 4.2 GHz

開口径
コルゲートホーン

指向性利得

49.0 dBi

開口能率

57 %

サイドローブレベル

3.2.3 項で述べたホーンリフレクタアンテナの欠点であるアンテナ高を低くするために、折曲げホーンリ
フレクタアンテナが開発され、1976 年に実用に供さ

4m

一次放射器

（2）折曲げホーンリフレクタアンテナ

円錐ホーン50.8 dBi

50.8 dBi≦ -20 dBi

≦ 0 dBi≦ 0 dBi

交さ偏波≦ -40 dB

≦ -35 dB ≦ -30 dB

VSWR≦ 1.06≦ 1.055≦ 1.07（1）オフセットパラボラアンテナれた 58）。これは、主反射鏡に放物面、副反射鏡に双曲面を用いたオフセットカセグレンアンテナであり、それに加えて平面反射鏡を用いて、折曲げタイプの 3枚鏡オフセットアンテナとしたものである。
折曲げホーンリフレクタアンテナの構造と外観を図
3.11 に示す 58）。電気的性能は、3.2.3 項で述べたホーンリフレクタアンテナとほぼ同等である。

パラボラアンテナについては一次放射器の給電角を
主反射鏡の軸から傾けるオフセット給電を行う手法が（3）オフセット 3 枚反射鏡アンテナ

提案され、オフセットパラボラアンテナが実現した。

長距離基幹伝送路用アンテナとして実用化されたオフセットパラボラアンテナは、1978 年に 11 GHz

4/5/6 GHz 帯を共用するホーンリフレクタアンテナに帯を用いた短距離中継回線用として導入された 51）56）57）。

比べて、優れた電気的性能、特に中継リンク数を増大

11 GHz 帯オフセットパラボラアンテナの構造と外観をするためのルート間干渉をより小さくするための良好

図 3.10 に示す。また、電気性能を従来のパラボラア

な広角放射指向性、およびディジタル通信に要求されンテナおよびカセグレンアンテナと比較して表 3.10 にる優れた交差偏波弁別度（XPD）を実現するために、示す。

オフセット 3 枚反射鏡アンテナが開発され、1982 年

57）

（a）構造
図 3.11

340

国立科学博物館技術の系統化調査報告（b）外観
折曲げホーンリフレクタアンテナ 58）

Vol.32 2023. March

（a）構造（b）外観

図 3.12
表 3.11

オフセット 3 枚反射鏡アンテナ 59）

オフセット 3 枚反射鏡アンテナの性能 59）

項目

3 枚反射鏡オフセット
パラボラアンテナ

ホーンリフレクタ
アンテナ

周波数帯

3.6 GHz 6.425 GHz 3.6 GHz 6.425 GHz

指向性利得40.4 dBi

45.4 dBi

40.6 dBi

45.5 dBi

交さ偏波レベル -24.4 dB-28.0 dB

-18.5 dB

-18.5 dB

正面方向 XPD≧ 43 dBに、鏡面修整を適用した。これは、256 QAM マイク
ロ波中継システムの開発に伴い、通信路容量の増大に特性が優れたアンテナが必要であり、低レベルの広角≦ 1.025≦ 1.035

5,600 mm

7,482 mm

幅3,926 mm4,016 mm

奥行き4,663 mm3,299 mm

重量

2.0 ton

2.8 tonにサービス導入された 。このオフセットアンテナは、
59）

主反射鏡を放物面、副反射鏡を平面反射鏡、集束反射
鏡を楕円面とした 2 次曲面から構成されていた。アンテナの開口径は 3.6 m である。このアンテナの開発により、広角放射指向性が改善でき、ホーンリフレクタ
アンテナよりも低姿勢なアンテナが実現された。オフ
セット 3 枚反射鏡アンテナの構造と外観を図 3.12 に示す 59）。また、電気性能を従来のホーンリフレクタ

図 3.13の広角指向性と交さ偏波特性をさらに改良するため対応するものであった。このシステムには、交さ偏波

高さ

（a）構造

2 次曲面で構成したオフセット 3 枚反射鏡アンテナ≧ 41 dB

VSWR

アンテナと比較して表 3.11 に示す。

（4）鏡面修整オフセット 3 枚反射鏡アンテナ

放射指向性により、雑音や他の経路からの干渉の低減を目的としていた。これらの要求に向けて、1984 年に鏡面修整技術を用いたオフセット 3 枚反射鏡アンテナの研究が開始され、1989 年に 256 QAM マイクロ波中継回線に導入された。この開発においては、オフ
表 3.12 鏡面修正オフセット 3 枚反射鏡アンテナの電気性能 60）
項目

性能

周波数帯

3.6 〜 6.175 GHz

開口径

3.6 m

指向性利得

39.9 ～ 45.0 dBi

開口能率

53 〜 64 %交さ偏波レベル≦ -38 dB

VSWR

≦ 1.03（b）外観
鏡面修整オフセット 3 枚反射鏡アンテナ 60）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

341

セット反射鏡の表面を高精度に成形する高度な製造技
術と、反射鏡鏡面の設計と電気的性能の計算の両方を行うコンピュータの進化によって可能よって可能となったと言える。
鏡面修整オフセット 3 枚反射鏡アンテナの構造と外観を図 3.13 に、アンテナの電気性能の実測結果を
表 3.12 に示す 60）。
、アンテナの開口径は 3.6 m である。
主および副反射鏡の鏡面修正により、高能率でかつ広角放射指向性および交さ偏波特性が従来のアンテナに比べて 10 dB 優れた特性が得られ、世界最高の電気的性能を実現した。
3.3.4

高性能固定無線中継局アンテナの研究開発と実用化

1960 年代以降にアンテナ技術の主流となってきた

図 3.15 鉄塔に設置された各種マイクロ波中継用アンテナ

双反射鏡アンテナと、1970 年代以降のオフセット給のように、長距離中継回線用アンテナおよび短距離中電アンテナは、卓越した設計技術とともに、世界に比継回線用アンテナともに、伝送容量の拡大にあわせて類の無いアンテナを実現させてきたといえる。固定無使用周波数帯も増えていることが分かる。

線中継局アンテナの主流となったアンテナの比較を図

一方、アンテナの高性能化技術の面から見ると、

3.14 に示す。図 3.14 は同じ開口面積を持つホーンリ

利得の向上 ⇒ VSWR 低減

フレクタアンテナ、オフセット 3 枚反射鏡アンテナ、⇒ 広角指向性改善 ⇒ 偏波共用

および鏡面修整オフセット 3 枚反射鏡アンテナを比較⇒ 多周波数帯共用したものである。世界最高の電気的性能を持つ鏡と、多くの要求条件に合わせて新たな技術が開発され、面修整オフセット 3 枚反射鏡アンテナは、形状の上で多くのアンテナが新規導入されてきたことがわかる。

もバランスの良いコンパクトさを有していることが分

マイクロ波を用いた固定無線中継の最盛期の頃に日本かる。

中の至るところで見られた無線中継所の鉄塔に搭載さ

61）

3.2 節で述べた初期の固定無線中継用アンテナとともに、固定無線中継用アンテナの開発経緯を周波数のれたアンテナの外観を図 3.15 に示す。
しかし、前述の通り、1954 年に開始されたマイク
ロ波を用いた固定無線中継回線も光ファイバ回線の台面から見ると、4 GHz 帯（1954 年）⇒ 2 GHz 帯（1957 年）

頭により 2006 年にサービスを終了し、それに伴って⇒ 6 GHz 帯（1961 年）⇒ 11 GHz 帯（1961 年）

固定無線中継を支えてきた中継アンテナも撤去され現⇒ 15 GHz 帯（1967 年）⇒ 5 GHz 帯（1972 年）

存していない。
なお、本報告では、固定無線中継を支えてきた空間⇒ 20 GHz 帯（1976 年）

ダイバーシチ技術 62）については省略した。

3.4 固定アクセスサービスのための無線固定局アンテナ
3.4.1

固定アクセスに適した無線固定局アンテナ

3.1.1 項および 3.1.4 項に示したように、26 GHz 帯を用いた加入者無線回線には、ポイント−マルチポイン
ト（P-MP）システムとポイント−ポイント（P-P）シ
左から（a）ホーンリフレクタ （b）オフセット 3 枚反射鏡アンテナ （c）鏡面修整オフセット 3 枚反射鏡アンテナ
図 3.14342

高性能固定無線中継局アンテナの比較

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March61）

ステムがある。固定アクセスサービスに用いられた無線固定局アンテナを表 3.13 に示す。表 3.13 に示すよ
うに、P-MP では無線固定局のサービスエリアを 4 つに分割し、それぞれを 90°の扇形状エリアとしている

表 3.13

固定アクセスに用いられた無線固定局アンテナ
開口径

適用可能な
アンテナ形式26 GHz

60 cm × 50 cm

90°
扇形ビーム
アンテナ

26 GHz30 cm
60 cm
120 cmカセグレン
アンテナ

適用対象 使用周波数帯
P-MP
P-P

放射指向性を図 3.17 に示す。図 3.16 に示すように 1枚の反射鏡で水平方向に扇形ビームおよび垂直方向に
コセカント 2 乗ビームという異なる放射指向性を実現するために、新たな鏡面修整法を開発して所望の放射指向性を実現している。実現したアンテナは、図 3.17に示すように水平方向に扇形ビーム、垂直方向にコセ
カント 2 乗ビームを有していることが分かる。

ため、基地局アンテナの水平面内放射指向性には 90°の扇形ビームが求められる。一方、P-P では、基本的

3.4.3

固定アクセス用無線固定局アンテナの研究開
発と実用化にはユーザとの間の回線であり、簡易で高性能な指向性アンテナとしてカセグレンアンテナが用いられてい3.2 節および 3.3 節で述べた固定無線中継用アンテる。なお、加入者側には、P-P の無線固定局に用いる

ナとは異なり、ポイント−マルチポイント（P-MP）

カセグレンアンテナが用いられている。

システムでは、固定局周辺にいる多くの加入者を相手にするために、従来のマイクロ波回線に用いられてき

3.4.2

マルチポイントアクセスと扇形ビーム

た 1：1 の通信とは異なる要求がアンテナに課された。

90°の扇形状エリアを照射するために、無線固定局

これは、後に 5 章および 6 章で述べる公衆移動通信回アンテナには 90°の扇形ビームを持つアンテナが望ま

線用のアンテナとも共通する点があるが、周波数の点れた。90°の扇形ビームを実現する方法としてはいく

では大きく異なりアンテナ構成技術も異なっている。

つかあるが、ここでは、26 GHz 帯を用いることから、

しかし、1984 年に開始した固定アクセスサービス

開口面アンテナを用いて、水平面内は扇形ビーム、垂もサービスを終え、固定アクセスサービスに用いられ

直面内はコセカント 2 乗ビームを持つアンテナを開ていた無線固定局アンテナも撤去され、現存していな

発した

い。

。扇形ビームおよびコセカント 2 乗ビーム63）を持つ無線固定局アンテナの構造と外観を図 3.16 に、（a）構造
図 3.16扇形／コセカント 2 乗ビームを持つ無線固定局アンテナ 63）（a）水平面内放射指向性
図 3.17（b）外観（b）垂直面内放射指向性

扇形／コセカント 2 乗ビームを持つ無線固定局アンテナの放射指向性 63）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査343

3章の文献イクロ回線の設計と工事概要〔Ⅰ〕” , 電気通信施

1）桑原守二［編］, “私たちのマイクロ波通信 50 年（黎設 , vol.13, no.9, pp.64-72, Sept. 1961.

明編）” , 桑原情報研究所 , Mar. 2004.
2）渋谷茂一 , 中之堂信定 , 引地勉 , 田中正也 , 若麻績
達男 , “60 MC 用すだれ反射器空中線” , 電気通信施設 , vol.3, no.11, pp.44-53, Nov. 1951.
3）竹 内彦太郎 , 染谷勲 , “200Mc 周波数変調無線中継方式” , 電気通信研究所 研究実用化報告 , vol.1,

イクロ回線の設計と工事概要〔Ⅱ〕” , 電気通信施
設 , vol.13, no.11, pp.64-70, Nov. 1961.
19）多田寛五 , 田中澄澈 , 神谷清美 , “本土－沖縄間見通し内マイクロ通信方式” , 電気通信施設 , vol.24,
no.6, pp.121-129, June 1972.
20）矢野常俊 , 山本孝美 , 冨田邦明 , 小野伸治 , “災害no.2, pp.55-128, July 1952.
4）牧野康夫 , “無線通信施設計画の諸問題” , 電気通信
施設 , vol.6, no.12, pp.12-16, Dec. 1954.
5）小野浄治 , “極超短波技術とその回線網” , 電気通信
施設 , vol.7, no.4, pp.71-79, Apr. 1955.
6）藤岡宏衛 , “無線周波数の開発と電波の有効利用” ,電気通信施設 , vol.29, no.2, pp.18-24, Feb. 1977.
7）井出和彦 , “東名阪間マイクロウェーブ施設の概要” ,電気通信施設 , vol.5, no.6, pp.116-122, June 1953.
8）林新二 , “マイクロウェーブ通信方式” , 電気通信施設 , vol.6, no.1, pp.20-23, Jan. 1954.
9）小 西一郎 , 稲野竜三郎 , 松本髙士 , 谷池宏 , “2000Mc 中継方式の概要” , 電気通信施設 , vol.9, no.2,

対策用 11 GHz 帯可搬形無線方式” , 電気通信施設 ,vol.23, no.3, pp.137-146, Mar. 1971.
21）三 好徹 , 田中良一 , 倉本実 , 塩田善昭 , “2 GHz
PCM 方式（2S-P1 方式）の商用試験結果について” ,電気通信施設 , vol.21, no.10, pp.96-102, Oct. 1969.
22）山後純一 , 瀬川純 , “4,5 GHz 帯ディジタル無線方式（その 1）－4/5 L-D1 方式－” , 電気通信施設 ,vol.34, no.6, pp.91-98, June 1982.
23）山後純一 , 瀬川純 , 小山泰雄 , “4,5 GHz 帯ディジ
タル無線方式（その 2）－4/5 L-D1 方式－” , 電
気通信施設 , vol.34, no.7, pp.85-94, July 1982.
24）岩本真 , 西山剛 , 山崎誠 , “予備共用を図った新しいディジタル無線方式

pp.107-114, Feb. 1957.
10）川原田安夫 , 鈴木義雄 , 中村郁夫 , “2,000 Mc マイクロウェーブ回線の工事設計大要” , 電気通信施設 , vol.9, no.11, pp.95-98, Nov. 1957.
11）土 井博之 , “6000 Mc 広帯域中継方式－その 1 －（SF-U1）” , 電気通信施設 , vol.11, no.8, pp.120-128,－6G-200 M 方式－” , 電

気通信施設 , vol.37, no.9, pp.65-73, Sept. 1985.
25）木村吉朗 , 清水直 , “20 GHz 帯無線 PCM 方式回線の建設工事を終えて” , 電気通信施設 , vol.29,
no.2, pp.25-32, Feb. 1977.
26）二 宮康明 , “新しい準ミリ波無線中継方式〔1〕”,
電気通信施設 , vol.24, no.3, pp.143-148, Mar. 1972.

Aug. 1959.
12）土 井博之 , “6000 Mc 広帯域中継方式－その 2 －27）二 宮康明 , “新しい準ミリ波無線中継方式〔2〕”,（SF-U1）” , 電気通信施設 , vol.11, no.9, pp.107-121,

電気通信施設 , vol.24, no.4, pp.143-148, Apr. 1972.
28）二 宮康明 , “新しい準ミリ波無線中継方式〔3〕”,Sept. 1959.
13）斎藤雄一 , “東－名－阪 6,000 Mc 回線の概要と試

電気通信施設 , vol.24, no.5, pp.134-140, May 1972.

験結果” , 電気通信施設 , vol.13, no.6, pp.94-100,

29）西山剛 , 石川誠豪 , “鹿児島－沖縄間長スパンディ
ジタルマイクロ波方式（LS-200 M 方式）” , 電気June 1961.
14）多田寛五 , 田中澄澈 , 松橋昭一 , “5 GHz - 2,700 ch
マイクロウェーブ通信方式（SF-E1 方式）”, 電気
通信施設 , vol.24, no.7, pp.87-95, July 1972.
15）片 山 修 二 , 橋 本 明 , 二 木 治 成 , “ 大 容 量（3,600

通信施設 , vol.37, no.10, pp.106-113, Oct. 1985.
30）吉田彰顕 , 田中和則 , “ディジタル加入者無線方式－26SS-D1 方式－” , 電気通信施設 , vol.37, no.1,
pp.92-98, Jan. 1985.

CH）化された 4,5 GHz 帯無線方式－ SF-B8 及び

31）吉田彰顕 , 前田正明 , “26 GHz 帯ディジタル加入

SF-E2 方式－” , 電気通信施設 , vol.31, no.8, pp.99-

者無線方式－ポイント・ツー・ポイントシステ

109, Aug. 1979.

ム－” , 電気通信施設 , vol.38, no.1, pp.80-85, Jan.

16）中谷清一郎 , 戸塚晶一 , “大容量（3,600 ch）化さ1986.

れた 11,15 GHz 帯無線方式 － SF-T7 及び SF-F532）竹内彦太郎 , 河津祐元 , 和田英明 , 小口文一 , 大方式－” , 電気通信施設 , vol.33, no.6, pp.133-139,

橋啓吾 , “パスレングス レンズ アンテナ” , 電気通June 1981.

信研究所 研究実用化報告 , vol.2, no.2, pp.172-207,

17）古市米雄 , 与田憲治 , “鹿児島－名瀬間見透し外マ

34418）古市米雄 , 与田憲治 , “鹿児島－名瀬間見透し外マ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

Apr. 1953.

33）河津祐元 , 大橋啓吾 , 加藤修助 , “広帯域中継用パ48）島崎隆 , 飯塚隆之 , 西野孝平 , 甲斐格 , 上田至 , “2ラボラ空中線” , 電気通信研究所 研究実用化報告 ,枚反射板によるマイクロウェーブ中継” , 電気通vol.5, no.2, pp.139-182, Apr. 1956.

信施設 , vol.18, no.11, pp.81-85, Nov. 1966.

34）大橋啓吾 , 加藤修介 , 沼野雄司 , “ホーンリフレク49）高田正美 , 進士昌明 , “回折網新マイクロ波無給

タアンテナ” , 電気通信研究所 研究実用化報告 ,電中継方式” , 電気通信研究所 研究実用化報告 ,vol.12, no.10, pp.1251-1287, Oct. 1963.

vol.14, no.3, pp.405-463, Mar. 1965.

35）香川哲 , 山内秀男 , 高松泰男 , “15 Gc 超多重伝送50）三 好徹 , 小井出明典 , 長者貞雄 , “回折網による用カセグレン空中線” , 三菱電機技報 , vol.41, no.4,

マイクロ波中継方式

pp.568-572, Apr. 1967.

Gc 回線の設計＞” , 電気通信施設 , vol.19, no.4,36）K ock, W.E., “Path-Length Microwave Lens” ,Proc.IRE, vol.37, no.8, pp.852-855, Aug. 1949.
37）喜 連川隆 , “マイクロ波アンテナとその諸問題” ,三菱電機技報 , vol.28, pp.1-13, Aug. 1954.
38）林新二 , “STC マイクロ技術に学ぶ” , 電気通信施設 , vol.8, no.4, pp.54-61, Apr. 1956.
39）河 津祐元 , 大橋啓悟 , “仙札中継回線に用いられたマイクロ波円偏波アンテナ” , テレビジョン ,vol.11, no.5, pp.206-209, May 1957.

その 1＜松阪－伊勢 11

pp.109-116, Apr. 1967.
51）杉田裕次 , 山田吉英 , 高野忠 , 片木孝至 , 倉島徳幸 ,“11/15 GHz 帯オフセットパラボラアンテナ” , 電子通信学会 技術研究報告 , A･P78-101, Feb. 1979.
52）井 上 武 夫 , 橋 口 幸 生 , 立 川 清 兵 衛 , 宮 田 克 正 ,“20 GHz 帯広帯域カセグレンアンテナ” , 電子通信学会 アンテナ・伝播研究会資料 , A･P71-75, Mar.
1972.
53）橋 口幸生 , 井上武夫 , 香川哲 , 高松泰男 , 堤隆 ,40）河津祐元 , 大橋啓吾 , 加藤修助 , 石井秀男 , “円偏“20 GHz 帯カセグレンアンテナの特性” , 電子通信

波パラボラアンテナ” , 電気通信研究所 研究実用学会 アンテナ・伝播研究会資料 , A･P72-39, Sept.

化報告 , vol.10, no.10, pp.2083-2106, Oct. 1961.

1972.

41）土井博之 , 青木昌司 , 河津祐元 , 大橋啓吾 , 加藤54）高 野忠 , 進士昌明 , “開口面アンテナの交さ偏波

修助 , 沼野雄二 , 樫本俊弥 , 森川洋 , 大林愛弘 , 喜

特 性 ” , 電 子 通 信 学 会 論 文 誌 B, vol.J59-B, no.6,

連川隆 , 立川清兵衛 , “6,000 Mc 超広帯域伝送用

pp.341-348, June 1976.

左右両旋共用円偏波パラボラアンテナ” , 三菱電55）Galindo, V., “Design of Dual-Reflector Antennas

機技報 , vol.34, no.12, pp.1515-1523, Dec. 1960.

with Arbitrary Phase and Amplitude42）河津祐元 , 大橋啓吾 , 加藤修助 , 沼野雄二 , “超広Distrinbutions” , IEEE Trans. AP, vol.AP-12,

帯域中継用偏波共用パラボラアンテナ” , 電気通信学会雑誌 , vol.44, no.3, pp.351-356, Mar. 1961.
43）大橋啓吾 , 加藤修助 , 沼野雄司 , 森川洋 , 東野義夫 ,no.4, pp.403-408, July 1964.
56）杉田裕次 , 山田吉英 , 高野忠 , 倉島徳幸 , “11/15 GHz
帯オフセットパラボラアンテナの特性” , 電子通

喜連川隆 , “ホーン ･ リフレクタ・アンテナ” , 三

信学会 技術研究報告 , A･P79-64, Sept. 1979.

菱電機技報 , vol.36, no.5, pp.601-607, May 1962.

57）中 谷清一郎 , 丸山弘之 , “11 GHz 帯オフセット44）土井博之 , 高須勇 , 加藤修助 , 上西聖 , 喜連川隆 ,
森川洋 , 東野義夫 , “多帯域共用見通し外通信大口径パラボラアンテナ” , 三菱電機技報 , vol.37,
no.11, pp.46-52, Nov. 1963.
45）加藤修助 , 上西聖 , 喜連川隆 , 東野義夫 , 立川清兵衛 , 武市吉博 , “多周波数帯共用重偏波大口径パラボラアンテナ” , 電気通信学会 アンテナ研究会
資料 , pp.1-25, Dec. 1963.
46）千野孝 , 加藤磐 , 四戸稔 , 藤井一明 , “沖縄本島・
先島間極超短波電話回線の建設について” , 電気
通信施設 , vol.20, no.6, pp.47-55, June 1968.
47）高 須勇 , 大迫泰造 , “マイクロウェーブにおける反射板中継方式の解説” , 電気通信施設 , vol.10,
no.11, pp.79-91, Nov. 1958.

パラボラアンテナ” , 電気通信施設 , vol.33, no.8,
pp.129-134, Aug. 1981.
58）大井次郎 , 及能調 , 山前瑞穂 , 阿部久 , 水沢丕雄 ,“4･5･6GHz 帯共用折曲げホーンリフレクタアン
テナ” , 電子通信学会 アンテナ・伝播研究会資料 ,A･P76-78, Dec. 1976.
59）中嶋信生 , 島貫義太郎 , 阿部紘士 , 古野孝允 , “広角指向性と交さ偏波特性の優れた 4,5,6 GHz 帯共
用オフセットアンテナ” , 電子通信学会論文誌 B,
vol.J67-B, no.2, pp.194-201, Feb. 1984.
60）苅込正敞 , 山田吉英 , “鏡面修整オフセット 3 枚鏡
アンテナの設計と特性” , 電子情報通信学会論文
誌 B, vol.J71-B, no.2, pp.277-284, Feb. 1988.
61）Hori, T., “Antennas for Terrestrial Microwave
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

345

Relay Links” , IEICE Trans. Commun., vol.
E86-B, no.3, pp.900-908, Mar. 2003.
62）牧野英夫 , 諸墨忠雄 , 森田和夫 , 沼野雄司 , “見通346

vol.13, no.8, pp.1127-1204, Aug. 1964.
63）山田隆 , 鹿子嶋憲一 , 伊丹裕司 , “扇形／コセカン
ト 2 乗ビームアンテナの設計と特性” ,電子通信

し内マイクロ波回線におけるスペースダイバー

学会論文誌 B, vol.J67-B, no.12, pp.1454-1461, Dec.

シチ方式”, 電気通信研究所 研究実用化報告 ,1984.

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March4 国内衛星通信回線を支えたアンテナ
衛星、すなわち静止衛星が提案され、1963 年に初の4.1 国内衛星通信回線
4.1.1

静止衛星としてシンコム 2 号が打上げられた。これが静止衛星を用いた衛星通信の始まりである。その後、

国内通信衛星インテルサット 1 号を初めとして多くの静止衛星が打（1）初期の通信衛星

ち上げられ、国際通信および国内通信用として用いら

世界初の通信衛星は、1960 年に米国 NASA が打ちれている。

上げたエコー 1 号である。エコー 1 号は直径 30 m の初期の通信衛星については、若井登［監修］の「無表面をアルミ箔で覆った風船衛星であり、増幅器を有線百話−マルコーニから携帯電話まで−」の第 7 章にしない受動型の通信衛星であった。

詳しく紹介されているので参照されたい 1）。

1962 年には、
米国 Bell 研がテルスター 1 号を打上げ、米国と欧州の間でテレビ伝送と多重電話信号の伝送実（2）日本の国内通信衛星

験に成功した。同年、米国 NASA はリレー 1 号を打国内衛星通信用として打ち上げられた国内通信衛

上げ、1963 年 11 月には米国と日本との間で初めての星の変遷を表 4.1 に示す。他に、JCSAT の後継機や、テレビ伝送実験に成功した。この伝送実験で日本に送SUPERBIRD があるが、ここでは省略した。表 4.1 にられてきた映像がケネディ（J.F.Kennedy）米国大統

示すように、1977 年に打ち上げた実験用中容量静止

領の暗殺事件を伝えるニュースであったことは、よく通信衛星（CS：さくら）が、日本における国内通信知られた事実である。これらの衛星は、増幅器を持つ衛星の最初である。実験用通信衛星 CS 打上げ計画お能動型の通信衛星ではあったが、地球の周りを約 3 時

よび CS 実験計画については、電波研究所ニュース

間で周回する周回型衛星であったため、通信衛星を介No.12（Mar.1977）に詳しく書かれているので参照さして地球上の 2 点間を結ぶ通信が可能となる時間は限

れたい 2）。

られていた。

日本の国内通信衛星の特徴は、世界に先駆けて準ミ

これに対して、赤道上空を地球の自転と同じ周期でリ波（30/20 GHz 帯）を用いたことであった。しか動き、地球上から見たとき静止しているように見えるし、2002 年に JSAT（株）への衛星資産譲渡に伴い、

表 4.1
衛星名称

衛星重量

周波数帯

1977.12約 350 kg

Ka 帯
C帯

CS-2a：1983.2
CS-2b：1983.8

約 350 kg

CS-3a：1988.2
CS-3b：1988.8

約 550 kg

実用衛星
JCSAT

JCSAT-1：1989.3
JCSAT-2：1990.1

約 1.37 ton

Ku 帯・スピン安定衛星
・JCSAT 調達

実験衛星
ETS-VI

1994.8約 2 ton

Ka 帯
C帯
S帯

・3 軸姿勢制御衛星
・2 ton 級衛星実現の実験用・移動体衛星実験

N-STAR a：1995.8
N-STAR b：1996.2

約 2 ton

Ka 帯
Ku 帯
C帯
S帯

・3 軸姿勢制御衛星
・NTT 国際調達（米国 SSL）
・2002 に JSAT に資産譲渡

実験衛星
CS
実用衛星
CS-2
CS-3

実用衛星
N-STAR

打上げ時期

国内通信衛星の変遷

N-STAR c：2002.7
約 1.6 ton
N-STAR d：2006.4

Ka 帯
C帯

C帯
S帯

特徴
・スピン安定衛星・CS 実験を 1978.3 に開始
・スピン安定衛星
・国産化
・スピン安定衛星
・国産化

・3 軸姿勢制御衛星
・NTT ドコモ調達（米国ロッキード ･ マーティン）・2010.6 にスカパー JSAT に移譲
・3 軸姿勢制御衛星
・JSAT 調達
（米国ロッキード ･ マーティン）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

347

NTT としての準ミリ波を用いた商用サービスは終了（2）国内衛星通信ネットワーク

した。現在も国内通信衛星として使用されている衛星

日本国内を対象とした国内衛星通信ネットワーク

は N-STAR c/d、およびその後継機であり、準ミリ波

は、日本から南方向にある静止衛星軌道上の衛星と日は用いられていない 。

本国内に置かれた地球局から構成される。通信衛星は、

3）

なお、N-STAR c は N-STAR b の後継機として東経 136°の、N-STAR d は N-STAR a の後継機として
東経 132°の静止衛星軌道上に打ち上げられている。

予備あるいは冗長化のために 2 衛星同時に用いられることが多い。
実用衛星 CS-2 と N-STAR c/d を例にとり、各々の通信衛星のアンテナの照射エリアを図 4.1 に示す。図4.1.2

国内衛星通信システム

4.1 に示すように、初期の実用衛星 CS-2 では成形ビー（1）静止衛星を用いた衛星通信ネットワーク

ムを用い、N-STAR c/d ではマルチビームを用いて静止衛星を用いた衛星通信ネットワークの可能性をネットワークを構成していることが分かる 5）。

示したのは、
イギリス出身の SF 作家クラーク（Arthur

36,000 km 離れた静止衛星軌道上の東経 135°にある

C. Clarke：1917-2008） で あ る。1945 年 に 科 学 雑 誌

衛星から見た日本の領海は、± 2°の視角の範囲内に「Wireless World」に寄稿した論文の中で、地球からある。一方、日本の領海内にある地球局から東経 135°

36,000 km 離れた静止衛星軌道上の 3 つの人工衛星をにある衛星を見る仰角は 35 〜 60°程度である。また、

介して、電話中継が可能であることを提案している 。

地球局から見る静止衛星軌道は地球局の位置の経度に4）

その後、前述の通り 1963 年に静止衛星が通信に用い応じて傾いて見える（コラム参照）。アンテナ設計の観られるようになってようやく、クラークの予言が正し点から、これらの数値は、衛星アンテナのおよび地球かったことが証明された。

局アンテナの放射指向性、衛星追尾方法や地球局アンテナの設置方法を考える上で重要なパラメータである。
（3）主な国内衛星通信システム
電電公社の電気通信研究所において、静止衛星を国内通信に用いることを目的として 1967 年に衛星通信システムの研究が開始された。1972 年には横須賀電気通信研究所に衛星通信実験所が開設され、通信衛星
および地球局の設備に関する研究実用化が進められた。その後の多くの研究者の努力に支えられて、衛星通信の研究開始から約 16 年後の 1983 年 5 月 31 日に、その年の 2 月に打ち上げられた CS-2a を用いて、国内
衛星通信サービスが開始された。
静止衛星を用いた代表的な国内衛星通信システム
を 表 4.2 に 示 す。 こ こ で は、 実 用 衛 星 CS-2、CS-3、（a）CS-2

JCSAT、N-STAR を用いてサービスを行った国内衛
星通信システムをまとめている。表 4.2 に示すように、
実用衛星 CS-2、CS-3、JCSAT-2 は、主に中継系シス
テムに用いられ、JCSAT-1、N-STAR は、主に加入
者系システムに用いられていたことが分かる。
表 4.3 に国内衛星通信システムの使用周波数と偏波を示す。前述の通り、現在もなお用いられている衛星
は、N-STAR c/d およびその後継機であり、表 4.3 に示すように、世界初として用いられた準ミリ波（30/20
GHz 帯）の使用はなくなり、現在では C 帯および S（b）N-STAR c/d
図 4.1

348

帯のみの使用となっている 3）。
5）

実用衛星アンテナの照射エリア

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

なお、円偏波については、従来、地球局⇒衛星が左
旋円偏波、衛星⇒地球局が右旋円偏波とするのが一般

表 4.2

代表的な国内衛星通信システムの変遷

適用対象

導入
時期

設置場所

衛星

周波数帯

総括局間中継回線

1983

中継局

CS-2, CS-3a

Ka 帯

8 総括局間（SK-10）
公衆網う回中継（DYANET）

1988

衛星中継網
放送テレビ中継網

1989
1983

離島回線

CS-3

Ka 帯

N-STAR a,b

Ka 帯

公衆網（DYANET-X）

中継局

JCSAT-2

Ku 帯

放送テレビ中継離島

CS-2, CS-3b

C帯

小笠原・硫黄島（SC-20）

中継局

1996

1983
1983
1983

臨時回線（車載）

車載

1996
孤立防止無線回線

CS-2, CS-3

加入者

1989

加入者

1996
1989

映像中継回線

ディジタル加入者回線
マルチメディア系回線
移動体衛星回線ディジタル車載（DYANET-X）

CS-2, CS-3b

C帯

孤立防止（SC-31）

CS-2

Ka 帯

JCSAT-1

Ku 帯
Ku 帯
Ku 帯

映像（SVCS）

Ku 帯

映像（車載）

1996

N-STAR a/b

Ku 帯

ディジタル映像（EPOC）

JCSAT-1

Ku 帯

加入者（DYANET- Ⅱ）

N-STAR a/b

Ku 帯

加入者（DYANET-X）

Ku 帯

同報インタラクティブ

Ka 帯

超高速マルチメディア

N-STAR a/b

S帯

船舶・自動車・航空機

N-STAR c/d

S帯

船舶・自動車

加入者

1996
1996

加入者

1996
1996

加入者

2010

衛星名称

周波数帯

CS-2
CS-3

Ka 帯

JCSAT

N-STARc
N-STAR dJCSAT-1

衛星専用網（SDCS）

1991

表 4.3

N-STAR a
N-STAR b

加入者

車載（SK-01T）
車載（SC-01T）

N-STAR a/b

1989

小笠原・硫黄島（SC-30）

Ka 帯
C帯

1984
ディジタル専用回線

C帯

Ku 帯

N-STAR a/b

1985

用途（呼称）

N-STAR a/b

国内衛星通信システムで用いた周波数と偏波
使用周波数［GHz］

偏波

衛星⇒地球局

地球局⇒衛星衛星⇒地球局

地球局⇒衛星17.7 〜 21.2

27.5 〜 31.0

右旋円

左旋円

C帯

3.70 〜 4.20

5.925 〜 6.425

右旋円

左旋円

Ku 帯

12.25 〜 12.75

14.0 〜 14.5

垂直／水平

垂直／水平

Ka 帯

17.7 〜 21.2

27.5 〜 31.0

右旋円

左旋円

Ku 帯

12.25 〜 12.75

14.0 〜 14.5

垂直／水平

垂直／水平

C帯

3.70 〜 4.20

5.925 〜 6.425

右旋円

左旋円

S帯

2.505 〜 2.535 2.660 〜 2.690

右旋円

右旋円

C帯

4.12 〜 4.20

6.345 〜 6.425

左旋円

右旋円

S帯

2.505 〜 2.535 2.660 〜 2.690

右旋円

右旋円

的であったが、N-STAR c/d 衛星の C 帯については、

テムにおける地球局は主要都市にある電話局の屋上に

互いに逆旋の円偏波を採用している。また、移動体系

置かれることが多く、加入者系システムにおいては、の S 帯については、両方とも右旋円偏波を採用して加入者のビル屋上に設置されることが多い。
初期の衛星通信においてには、衛星通信用アンテナいる。

という言葉は、数 m から数十 m の大開口径を持つ地
4.1.3

国内衛星通信システムと地球局

球局アンテナを連想させたものだが、時代を追うとと衛星通信システムを構築する上で、地球局は通信衛

もに、地球局アンテナは 40 cm から 2 m 程度の小さ星と同様に不可欠である。1 つの通信衛星に対して多なものとなり , それに引き換え，衛星に搭載されたア

数の地球局が通信対象として用いられる。中継系シス

ンテナは数 m 以上の大開口径となっている。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査349

表 4.2 に示したように、国内衛星通信システムで用のために広帯域性が要求されることから比較的開口径

いられる地球局には、システムに応じた最適な開口径の大きなアンテナが用いられ、加入者系システムにおを有しかつ所望の電気性能を有する地球局アンテナがいては小口径のアンテナが用いられた 6）。

用いられた。中継系システムにおいては、大容量通信

また、コラムで示したように、各地球局から見る通日本から見た通信衛星の方向と静止衛星軌道の見かけの傾き
国内衛星通信のための通信衛星は、日本の南側に見える静止衛星軌道上の東経 120°
〜 160°
あたりに静止して見える。日本から見た通信衛星の方向を図 1 に示す。図 1（a）は通信衛星が東経 134°の位置にある場
合を、図 1（b）は東経 152°にある場合を示している。図の横軸は日本の各地点の経度を、縦軸は緯度を表しており、図中のパラメータは各地点から見た衛星の方位角 Az と仰角 El を示している。例えば、東経134°の衛星を大阪から見た場合、図 1 に示すように、方位角 Az = 182.7°、仰角 El = 49.7°の方向に衛星が見込める。

（a）東経 134°にある衛星の場合
図1（b）東経 152°にある衛星の場合

日本各地から見た衛星の方向

2 つの衛星に同時にアクセスする場合には、2 衛星を見込む方向の異なりがアンテナ設計の重要なパラメータとなる。図 2 に衛星軌道の見かけの傾きの定義を示し、日本各地から見込んだ 2 衛星の軌道の見か
けの傾き角を図 3 に示す。図 3（a）は東経 132°と 136°の静止衛星（N-STAR 衛星を想定）を見込む場合、
図 3（b）は東経 150°と 154°の静止衛星（JCSAT 衛星を想定）を見込む場合である。例えば、東経 132°と136°の衛星を大阪から見た場合、図 3（a）に示すように、衛星軌道の見かけの傾きは θt ＝ -2.2°である。

（a）東経 132°と 136°
衛星の場合
図2

350

衛星軌道の見かけの傾き

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図3（b）東経 150°と 154°
衛星の場合

日本各地から見込む衛星軌道の見かけの傾き角

信衛星の仰角および衛星軌道の傾きが異なるため、地の衛星搭載アンテナのビーム形状、有効開口径、アン球局の設置位置に応じた配慮が求められる。特に、4.3.4

テナ形式をまとめて表 4.4 に示す。表 4.4 に示すように、項で述べる 2 衛星同時アクセスの場合には、衛星軌道

すべての衛星搭載アンテナが、1 つあるいは複数の主の傾きがアンテナ設計に大きく関わっている。

反射鏡に対して、周波数選択板や群分波器などの周波数共用化のための技術を用いることにより、2 〜 6 の

4.1.4

国内移動体衛星通信システムと衛星移動局

周波数帯での共用化を図っている。アンテナ形式はい1996 年に N-STAR a/b を用いて、S 帯（2.6/2.5 GHz

ずれも給電系の構成の容易なオフセット給電タイプが帯）を用いた船舶、自動車、航空機向けの国内移動体採用されている。成形ビームを有するアンテナは、マ

衛星通信（ワイドスター）サービスが開始され 7）、そルチホーンを用いた給電、あるいは鏡面修整技術が適の後 2010 年に、N-STAR c/d を用いた船舶、自動車用されている。マルチビームについては、複数のホー向けのワイドスターⅡサービスに継承された 。

ンを用いる方法が一般的である。N-STAR c/d 衛星で

8）

陸上移動通信とは異なり、陸海空の移動体に対する衛星通信においては、衛星電波の偏波追尾の理由からは、初めて能動型のアクティブアレー給電が採用されている。

円偏波が用いられている。すなわち、通信衛星および衛星移動局ともに、送受とも円偏波アンテナが採用さ

4.2.2

初 期の通信衛星（CS）のための衛星搭載アンテナれている。また、国内移動体衛星通信システムでは、
通信衛星 N-STAR c/d に 4 ビームのマルチビームア

1977 年 12 月にケネディ宇宙センターからデルタ

ンテナを用いていることから、衛星移動局は低利得ア2914 で打ち上げられた実験用中容量静止通信衛星 CS

ンテナで十分に通信可能である。

は、静止軌道重量約 350 ㎏のスピン安定衛星であり、直径 218.4 ㎝、高さ 223.5 ㎝の円筒形の本体に、高さ4.2 国内衛星通信のための衛星搭載アンテナ
4.2.1

128.8 ㎝のアンテナが設けられている。アンテナの開口面は、デスパン装置により常に地球を向いている。
通信衛星 CS に搭載された通信系のアンテナは、

国内衛星通信に適した衛星搭載アンテナ

30/20 GHz 帯と 6/4 GHz 帯共用の円偏波ホーンリフ

国内通信衛星に搭載されたアンテナについて、各々レクタアンテナである。通信衛星 CS 搭載アンテナの表 4.4

国内衛星通信で用いた衛星搭載アンテナ

衛星名称

周波数帯

実験衛星
CS

30/20 GHz
6/4 GHz

成形ビーム

1m

鏡面修整成形ビーム
ホーンリフレクタアンテナ

実用衛星
CS-2・CS-3

30/20 GHz
6/4 GHz

成形ビーム

1m

鏡面修整成形ビーム
ホーンリフレクタアンテナ

実用衛星
JCSAT

14/12 GHz

成形ビーム

2.4 m

周波数選択鏡面を用いた
オフセットパラボラアンテナ

30 GHz

マルチビーム

6/4 GHz

成形ビーム

2.5 m

周波数選択鏡面を用いた
オフセットカセグレンアンテナ

20 GHz

マルチビーム2.6/2.5 GHz

マルチビーム

3.5 m

周波数選択鏡面を用いた
オフセットカセグレンアンテナ

2.2 m

マルチホーン形式
成形ビーム／マルチビーム
オフセットカセグレンアンテナ

実験衛星
ETS-VI

30/20 GHz

実用衛星
N-STAR a/b

実用衛星
N-STAR c/d

ビーム形状

成形ビーム
マルチビーム

6/4 GHz

成形ビーム

2.6 GHzマルチビーム14/12 GHz

成形ビーム

2.5 GHzマルチビーム

6/4 GHz

スポットビーム

2.6/2.5 GHz

マルチビーム

有効開口径

2.6 m

2.6 m

5.1 m

アンテナ形式

マルチホーン給電オフセット
反射鏡形式成形ビームアンテナ
オフフォーカス給電オフセット
反射鏡形式マルチビームアンテナ
平面反射鏡を有する修整オフセット
反射鏡形式成形ビームアンテナ
オフフォーカス給電オフセット
反射鏡形式マルチビームアンテナ
オフセットパラボラアンテナ
アクティブアレー給電
オフセットパラボラアンテナ

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

351

（a）構造（b）給電部構造（c）外観（d）軌道投入時
図 4.2

通信衛星 CS 搭載アンテナ 9）

り、6/4 GHz 帯の指向性利得は沖縄を含む日本全土に構造と外観を図 4.2 に示す 9）。
通信衛星 CS 搭載アンテナの反射鏡は鏡面修整され352

対して 25 dBi 以上である。

ており、30/20 GHz 帯での放射指向性がほぼ日本本土

実験用通信衛星 CS の実証結果をもとに、実用通信の形状に成形されている。図 4.2（b）に示すように、ホー

衛星 CS-2、CS-3 が開発された。1983 年 2 月から 1988

ンの入出力端に接続された群分波器によって 6/4 GHz

年 8 月にかけて種子島宇宙センターから N-II および帯が分波され、30/20 GHz 帯については円偏波発生器

H-I ロケットで打ち上げられた CS-2 a/b、CS-3 a/b のを介して偏分波器により周波数帯を分波している。

4 衛星に搭載されたアンテナは、若干の設計変更はあ通信衛星 CS 搭載アンテナの 30/20 GHz 帯におけるるものの基本的設計概念は同じである。図 4.3 に衛星

指向性利得は照射エリアの周辺部で 33 dBi 以上であの構造とアンテナの放射指向性を示す。なお、図 4.3

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

の放射指向性は、衛星の下側にアンテナが付いている（図 4.2（d））ため、上下逆になっている。
4.2.3

高度化した通信衛星（N-STAR）のための衛星搭載アンテナ（1）実験用衛星 ETS-VI 用衛星搭載アンテナ
1980 年頃から 2 トン級静止 3 軸衛星バス技術の確立と高度衛星通信技術の実証を目的として、実験用衛星 ETS-VI の研究開発が進められ、ETS-VI は H2 ロ
ケットを用いて 1994 年 8 月に打ち上げられた。
従来の衛星搭載アンテナに対して高度化した実験用衛星 ETS-VI に搭載されたアンテナの構造と外観を図 4.4 に示す 10）。表 4.4 に示すように、ETS-VI 用
搭載アンテナは、オフセットカセグレン形式の双反射鏡アンテナ 2 式から構成されている。周波数選択板（Frequency Selective Surface：FSS） を 用 い て、
2 枚の主反射鏡の鏡面を 4 つの周波数帯で共用してい（a）CS-2 衛星の構造る。また、有効開口径 3.5 m の主反射鏡には、宇宙において展開する展開アンテナの技術が用いられた 11）。
（2）実用衛星 N-STAR 用衛星搭載アンテナ
実験用衛星 ETS-VI 用搭載アンテナの開発・実証に平行して、実用衛星 N-STAR 用衛星搭載アンテナの設計が進められた。
実用衛星 N-STAR は NTT が初めて自己調達する衛星であったが、1990 年に勃発した日米貿易摩擦によって N-STAR の開発が国際調達の対象となり、最終的には米国のスペース・システムズ・ロラール社が落札した。N-STAR 用衛星搭載アンテナの設計開発を進めていた NTT 通研の担当者も、2 カ国語による調達説明書および仕様書の作成、技術打合せのための（b）アンテナの放射指向性（6 GHz 帯）

米国出張等も含めて、新たな開発プロセスへの対応に苦労したようである 12）。
実用衛星 N-STAR a/b は、1995 年 8 月と 1996 年 2月に南米の仏領ギアナのギアナ宇宙センターからアリアン 4 型ロケットで東径 132゜と 136゜の静止軌道上に打上げられた 13）。実用衛星 N-STAR は、軌道上で全長 27.3 m、軌道上重量が約 2 トンの 3 軸姿勢制御方式の大型通信衛星である。
実 用 衛 星 N-STAR a/b の 構 造 と 軌 道 投 入 時 想
像 図 を 図 4.5 に 示 す 13）。 図 4.5 に 示 し た 実 用 衛 星
N-STAR a/b は、衛星通信サービス提供のために、Ka
帯（30/20 GHz 帯）成形ビーム、Ka 帯マルチビーム、
Ku 帯（14/12 GHz 帯）成形ビーム、C 帯（6/4 GHz 帯）（c）アンテナの放射指向性（20 GHz 帯）
図 4.3

通信衛星 CS-2 と搭載アンテナの放射指向性

成形ビーム、S 帯（2.6/2.5 GHz 帯）マルチビームと9）

いう 4 周波数帯、5 種類のビームを用いた通信系を搭
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

353

（a）構造

（b）外観
図 4.4

（c）ロケット搭載時外観

実験用衛星 ETS-VI 用搭載アンテナ 10）（a）構造（b）軌道投入時
図 4.5

354

国立科学博物館技術の系統化調査報告

実用通信衛星 N-STAR a/b

Vol.32 2023. March13）表 4.5

実用衛星 N-STAR a/b に搭載されたアンテナ系

アンテナ

周波数帯

主反射鏡
有効開口径

Ka

30/20 GHz

2.2 m

Ku/S

C/S

14/12 GHz
2.5 GHz
6/4 GHz
2.6 GHz

2.6 m

2.6 m

ビーム形状
成形ビーム

一次放射器

周波数選択板

マルチビームホーンアレー 透過（30 GHz 帯）（周波数帯別） 反射（20 GHz 帯）

成形ビーム（鏡面修整）

ホーン（周波数共用）反射

マルチビームヘリカルアレー（オフフォーカス給電）

透過

成形ビーム
（アレー給電）

ホーンアレー（周波数共用）透過

マルチビームヘリカルアレー（オフフォーカス給電）

反射

ンテナおよびマルチビームアンテナとして動作させて載している。
この 5 種類の通信系を実現するために、3 枚の主反いる。

射鏡を用いたアンテナ系を採用し、各々の主反射鏡を
複数の周波数帯で共用することでコンパクト化を図り
衛星搭載を可能としている。実用衛星 N-STAR a/b

4.2.4

移動体衛星通信のための衛星搭載アンテナ

2002 年 7 月と 2006 年 4 月に南米の仏領ギアナのギ
アナ宇宙センターからアリアン 4 型ロケットで打上に搭載されたアンテナ系を表 4.5 に示す。
実用衛星 N-STAR a/b に搭載された各々のアンテげられた実用衛星 N-STAR c/d の外観を図 4.6 に示ナの形式を一言で表すと、Ka 帯アンテナは、マルチす 3）。実用衛星 N-STAR c/d は米国ロッキード ･ マー

ホーン形式成形ビーム／マルチビームオフセットカセ

ティン社が開発を担当しており、アンテナ構成の詳細

グレンアンテナ、Ku 帯アンテナは、平面反射鏡を有は不明であるが、図 4.6 に示すように、主反射鏡にはする修整オフセット反射鏡形式成形ビームアンテナ、

有効開口径 5.1 m の展開メッシュ型のオフセット反射C 帯アンテナは、マルチホーン給電オフセット反射鏡

鏡が用いられている。通信系の S 帯については、4 つ形式成形ビームアンテナ、S 帯アンテナは、オフフォーのビームを形成するビーム形成回路を用いたアクティ

カス給電オフセット反射鏡形式マルチビームアンテナ

ブフェーズドアレー給電によりビーム合成を行っていである。なお、Ku/S 帯および C/S 帯の反射鏡系ではる。照射エリアは日本本土および 200 海里の領域であ

周波数選択板（FSS）を用いて周波数帯共用化を図っ

り、4 ビームでエリアを照射している。

ている。Ka 帯アンテナでは、30 GHz 帯と 20 GHz 帯を共用するために周波数選択副反射鏡を用い、ひねり
反射鏡形式を採用することにより共用化を図ってい4.2.5

国内衛星通信用衛星搭載アンテナの研究開発と実用化

る。周波数選択副反射鏡は、周波数選択面と、その裏1977 年 12 月に打ち上げられた実験用中容量静止通面に配置された金属面との二重構造である。ホーンア

信衛星 CS に始まり、実用衛星 N-STAR に至る国内

レーの励振を最適制御することにより、成形ビームア

衛星通信用衛星搭載アンテナの変遷には目を見張るも

図 4.6

実用通信衛星 N-STAR c/d 3）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査355

のがある。本章で述べたように、実用衛星 N-STAR

ンテナを用いるのが一般的である。まれに、システ

a/b は、実用衛星 CS-2/CS-3 で用いた C 帯および Ka

ム共用のために Ka/Ku 帯共用や、実験用として Ka/

帯成形ビームに加えて、新たに S 帯および Ku 帯を加Ku/C 帯を共用した例がある。
4.1.2 項の表 4.2 に示した国内衛星通信システムの構

え、さらに、マルチビーム化を図った多目的の衛星で築に用いられた代表的な地球局アンテナについて、有あった。
周波数の観点からは Ka 帯と C 帯に加えて Ku 帯と効開口径、アンテナ形式をまとめて表 4.6 に示す。表 4.6

S 帯が加わり、照射ビームも成形ビームに加えてマルに示すように、様々な開口径のアンテナが採用されてチビームが加わり、搭載アンテナへの給電系がかなりいることが分かる。地球局アンテナの開口径は、4.1.3

複雑化したとともに、搭載アンテナのアンテナ構成の項に述べたように、国内衛星通信システムの変遷に困難さが大きな課題であった。この課題に対する研伴って、時代とともに小口径化している。もちろん、究開発により、従来の搭載アンテナ技術の集大成とし通信衛星のアンテナの大口径化が大きな理由ではあるて衛星搭載アンテナの設計開発技術は大きく進展し、が、システムを構成する各装置の性能が高まったこと1990 年代の衛星通信の時代が到来し、現在へと繋がっによる回線設計の見直しによる結果である。
初期の衛星通信においては、大開口径の軸対称アンてきたものと思われる。
2002 年 7 月以降に打ち上げられた N-STAR c/d は、テナが多く用いられたが、高利得・低サイドローブ化

衛星を用いた移動体通信に特化しており、多目的衛星技術およびマルチビーム化技術の向上により、優れたの面影は無くなっている。

性能を有する地球局アンテナが開発され、実用に供された。
4.3.2 項から 4.3.7 項では、新しいアンテナ技術を用

4.3 国内衛星通信のための地球局アンテナ
4.3.1

いて開発した代表的なアンテナについて概要を示す。
4.3.2 項から 4.3.7 項で示す以外にも既存技術で開発し国内衛星通信に適した地球局アンテナ

た多くのアンテナが採用され、実用に供されてきた。

電波天文においては多周波数帯共用の大開口径アンテナが用いられることが多いが、国内衛星通信に用い

4.3.2

る実用の地球局アンテナにおいては、Ka 帯、Ku 帯、（1）衛星通信実験用大口径地球局アンテナ

C 帯、S 帯の各々の周波数帯に応じた専用の地球局ア

表 4.6
適用対象

衛星通信の象徴は大口径アンテナであるという初期

国内衛星通信で用いた代表的な地球局アンテナ

周波数帯

有効開口径

アンテナ形式

総括局間中継回線

Ka 帯

11.5 m・軸対称カセグレンアンテナ
・オフセットカセグレンアンテナ

衛星中継網

Ka 帯

4.2 m

4 枚反射鏡形式デュアルビームアンテナ

放送テレビ中継網

Ku 帯

6.5 m

3 枚反射鏡形式デュアルビームアンテナ

11.5 m軸対称カセグレンアンテナ

離島回線

C帯

孤立防止無線回線
臨時回線（車載）

ディジタル専用回線

5.3 m × 5.7 m

3 枚反射鏡形式デュアルビームアンテナ

3m

楕円ビームオフセットパラボラアンテナ
楕円ビームオフセットパラボラアンテナ

C帯

1.8 〜 2.4 m

Ka 帯

2.7 m

Ku 帯

2.5 m × 3.0 m

C帯

3m

軸対称カセグレンアンテナ

Ka 帯

4.2 m

・オフセットカセグレンテナ
・垂直設置オフセットカセグレンアンテナ
・軸対称グレゴリアンアンテナ

軸対称カセグレンアンテナ
楕円ビームカセグレンアンテナ

映像中継回線C帯

4.5 m

軸対称パラボラアンテナ

ディジタル加入者回線

Ku 帯

1.2 m

オフセットパラボラアンテナ

マルチメディア系回線

Ku 帯

45 cm 〜 4.5 m

オフセットパラボラアンテナ

移動体衛星回線356

大口径を有する地球局アンテナ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

S帯Vol.32 2023. March

棒状

2 線巻ヘリカルアンテナ

平面状

プリントアンテナ

の衛星通信のイメージ通りに、当初の準ミリ波帯を用た衛星通信実験所には有効開口径 12.8 m の実験用地

いた衛星通信システムにおいても、10 ｍ（30 GHz で球局アンテナが導入された。このアンテナは、集束ビー

1,000 波長）を越える大口径アンテナが開発された。

ム給電を用いたニアフィールド鏡面修整カセグレンア

前述の 1972 年に開設した横須賀市野比に設けられンテナである 14）15）16）。衛星通信実験用大口径地球局アンテナの構造と外観を図 4.7 に示す 15）。これに用いら

表 4.7 衛星通信実験用大口径地球局アンテナの電気性能 15）
性能

項目
周波数帯

4 GHz 帯開口径

れたアンテナ鏡面修整技術 17）は、東京天文台のミリ波帯を用いた 6 m の電波天文用アンテナにも用いら

6 GHz 帯 18 GHz 帯 26 GHz 帯
12.8 m

指向性利得52.2 dBi

56.3 dBi

65.7 dBi

68.2 dBi

開口能率

58 %

66 %

64 %

54 %

第 1 サイド
ローブレベル≦ -14 dB

VSWR

≦ 1.1

れていたが、このアンテナでは主副反射鏡の鏡面修整に加えて、集束反射鏡 2 枚を用いた 4 枚反射鏡系を新たに採用して、5 周波数帯（4 GHz 帯、6 GHz 帯、11
GHz 帯、18 GHz 帯、26 GHz 帯）の共用と一次放射器の固定を可能にしている。衛星通信実験用大口径地球局アンテナの電気性能（設計値）を表 4.7 に示す 15）。

（a）構造（b）鏡面系構造
図 4.7

（c）外観
衛星通信実験用大口径地球局アンテナ 15）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

357

避雷針
支持柱

主反射鏡

副反射鏡
Y軸

駆動用リード
スクリュー
X軸

基礎構造部

一次放射器

分波給電部

（a）構造
図4.8 大口径軸対称カセグレン地球局アンテナ
（a）構造
図 4.8

（b）外観

大口径軸対称カセグレン地球局アンテナ 15）

表 4.8 大口径軸対称カセグレン地球局アンテナの電気性能 20）給電により主反射鏡面を水平とすることが可能とな項目

受信（20 GHz 帯）

送信（30 GHz 帯）

り、従来の軸対称アンテナに比べて風荷重の軽減およ

周波数帯域17.7 〜 21.2 GHz

27.5 〜 31.0 GHz

偏波

右旋円

左旋円

び地上無線回線との干渉の低減を図っている。また、

開口径

11.5 m

指向性利得66.0 dBi（19.5 GHz） 69.3 dBi（29.5 GHz）

開口能率

72 %（19.5 GHz）

68 %（29.5 GHz）

VSWR

≦ 1.10≦ 1.08

雑音温度（仰角 45°）15 K（18.75 GHz）-

限定駆動方式を採用しており、電話局舎ビルの屋上への設置を可能としている。このアンテナは、その巨大さと形状から、首の長い巨大恐竜のブロントザウルスに似ていると言われた。
アンテナの鏡面系は、準ミリ波帯専用として設計されており、主および副反射鏡に加えて 3 枚の集束反射鏡から構成され、副反射鏡と第 1 集束反射鏡との鏡面（2）実 用に向けた大口径軸対称カセグレン地球局ア
ンテナ

修整により高能率化を図っている。大口径オフセット
カセグレン地球局アンテナの電気性能の実測結果を表

この実験用地球局アンテナでの実証をもとに、国内

4.9 に示す 24）。

衛星通信の実用に向けた地球局アンテナとして、有効

これらの大開口径地球局アンテナの電気特性測定に

開口径 11.5 m の鏡面修整軸対称カセグレン地球局アンは、図 4.9（d）に示すように、東京湾に面した横須賀テナが開発され、1976 年に導入された 18）19）20）。11.5 m

市野比に設置された大型回転台が用いられた。

軸対称カセグレン地球局アンテナの構造と外観を図 4.8以上に示したアンテナは、郵政省（当時）主導で行に示す。このアンテナは、準ミリ波帯専用として設計

われた CS 実験 2）26）27）にも利用されている。CS 実験はされており、追尾する衛星を限定した限定駆動方式を1978 年から 3 年間行われた。12.8 m と 11.5 m の軸対採用しており、主副反射鏡の鏡面修整により高能率化

称カセグレンアンテナは、横須賀市野比にあった衛星を図っていた。大口径軸対称カセグレン地球局アンテ

通信実験所に並べて置かれ、11.5 m オフセットカセ

ナの電気性能の実測結果を表 4.8 に示す

20）

表 4.9

（3）実 用に向けた大口径オフセットカセグレン地球
局アンテナ
これと平行して、軸対称カセグレンアンテナに対して高能率・低サイドローブ化が期待できるオフセッ
トカセグレン形の地球局アンテナの研究開発が進められ、1978 年に導入された 21）。11.5 m オフセットカ
セグレン地球局アンテナの構造と外観を図 4.9 に示す。このアンテナは、オフセット給電タイプ

22）
23）
24）
25）

であるため、主反射鏡の長径は 14.5 m、短径は 11.5m であり、有効開口径は 11.5 ｍである。オフセット

358

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March大口径オフセットカセグレン地球局アンテナの電気性能 24）

項目

受信（20 GHz 帯）

送信（30 GHz 帯）

周波数帯域

17.7 〜 21.2 GHz

27.5 〜 31.0 GHz

偏波

右旋円

左旋円

有効開口径

11.5 m

指向性利得66.3 dBi（19.5 GHz） 69.5 dBi（29.5 GHz）

開口能率

77.4 %（19.5 GHz）

70.6 %（29.5 GHz）

第 1 サイド
ローブレベル≦ -20 dB

≦ -20 dB

VSWR

≦ 1.12≦ 1.08

雑音温度（仰角 45°）15 K（18.75 GHz）-

（a）構造（b）鏡面系（c）外観（d）特性測定風景

図 4.9

大口径オフセットカセグレン地球局アンテナ 21）

グレン地球局アンテナは仙台の榴ヶ岡電話局の屋上に置変動が東西方向に比べて南北方向に大きいことを考置かれて CS 実験に使用された。これらのアンテナに慮して、南北方向に長い楕円ビームにして追尾不要と加えて車載局 28）を用いた CS 実験により、当時進めらすることが提案された。

れていた非常災害時の通信手段の確保および離島通信

図 4.10 に高能率楕円ビームオフセットカセグレン地球

回線の設定を目的とした中容量衛星通信方式導入のた局アンテナ構造と外観を示す 30）。このアンテナの主反射

めのアンテナを含む各種装置の性能が確認された。こ鏡の長径は 4.68 ｍ、短径は 2.3 ｍであり、直径 3.3 ｍの CS 実験を受けて、図 4.9 に示した 11.5 m オフセッの円形開口と等価な利得を有している。ビーム幅は、

トカセグレン地球局アンテナの導入が決定され、中容開口径に反比例して、1：2 の比になっている。この楕

量衛星通信方式で用いる地球局アンテナとして日本各円形開口に対する新たな鏡面修整法が開発され 31）、開地の中心都市にある総括局の屋上に設置されて実用に口能率は 20 GHz 帯で 81 %、30 GHz 帯で 76 % が得供された。

られている。

4.3.3（2）小口径地球局アンテナ

衛星ディジタル通信のための小口径地球局アンテナ

実用衛星 CS-2 を用いた衛星回線の迅速性、広域性、（1）楕円ビームオフセット地球局アンテナ

高信頼性を活かした衛星ディジタル通信の実現のため

当時の通信のディジタル化の中で、多数の小型地球局間で音声、データ等の各種ディジタル信号を伝送可能な統合ディジタル衛星通信方式が検討されたに、地球局装置の経済化および小形軽量化を可能とす
る小開口径アンテナの開発が望まれた。

。

1984 年に開発された小口径オフセットカセグレン

この方式に用いるアンテナとして、小形、簡易、かつアンテナは、主反射鏡の開口は 4.2 m × 4.8 m であり、ビル屋上等に設置可能で追尾駆動系を簡易化したアン

有効開口径は 4.2 m である。先に開発した大口径オフ

テナが望まれた。これに対して、静止衛星の 1 日の位セットカセグレン地球局アンテナの設置形態を踏襲し

29）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査359

（a）構造（b）鏡面系（c）外観
図 4.10高能率楕円ビームオフセットカセグレン地球局アンテナ 30）

地球局アンテナが記念切手に
衛星ディジタル通信のために開発された高能率楕円ビームオフセットカセグレン地球局アンテナ（4.3.3
項参照）は、その形状から羽を広げた優雅な白鳥に似ているとされ、1985 年に発行された新電気通信制度発足の記念切手に、NTT のロゴマークとともに採用されている。

昭和 60 年版通信白書の「第 1 節

新しい電気通信秩序の形成」の冒頭には、「昭和 60 年 4 月 1 日，電気通信事業法，日本電信電話株式会社法等が施行されたことに伴い、我が国の電気通信分野は，明治以来百年有余にわたる一元的独占体制の歴史を脱し，民間の活力を導入した自由競争の時代に移行した。
」と書かれている。この 1985 年 4 月 1 日に日本電信電話公社は民営化され、日本電信電話株式会社（略称：NTT）
が誕生した。

360

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

（a）構造図 4.11（b）外観

垂直設置オフセットカセグレン小口径地球局アンテナ 32）（a）構造
図 4.12（b）外観軸対称グレゴリアン小口径地球局アンテナ 32）て、主反射鏡面を水平設置としていた。主・副反射鏡の鏡面修整により高能率 ･ 低サイドローブ化を図っており、指向性利得は 19.45 GHz において 56.6 dBi、
29.25 GHz において 60.4 dBi が得られている。また、
副反射鏡駆動による衛星追尾機構を有していた。
この衛星ディジタル通信用のアンテナに加えて、地球局装置の更なる経済化および小形軽量化を目的に、当時のトラックⅢ 調達により新たに垂直設置のオフ
セットカセグレンアンテナと、また、同じく小形軽量化を図った軸対称グレゴリアンアンテナも開発された。図 4.11 に垂直設置オフセットカセグレン小口
径地球局アンテナを、図 4.12 に軸対称グレゴリアン

表 4.10 衛 星ディジタル通信用小口径地球局アンテナの電気性能 32）
項目
周波数帯域
偏波

水平設置オフセット

垂直設置オフセット・軸対称

送信27.5 〜 31.0 GHz

27.5 〜 29.5 GHz

受信17.7 〜 21.2 GHz

17.7 〜 19.5 GHz

送信

左旋円

受信

右旋円

有効開口径
指向性利得

4.2 m

送信

60.4 dBi（29.25 GHz）

受信

56.6 dBi（19.45 GHz）

VSWR

≦ 1.25

雑音温度（仰角 45°）60 K（18.75 GHz）

小口径地球局アンテナを示す 32）。有効開口径はともに4.2 m である。垂直設置オフセットカセグレンアンテ

た、オフセットアンテナ特有の低サイドローブ特性を

ナの長径は 5.1 ｍであり、アンテナ高が若干高くなる有している。両アンテナとも設置場所を低層ビル屋上

ものの、着雪低減のための融雪用電力の減少が図られに限った結果、瞬間最大速度圧を半減でき、簡易なアている。周波数帯域は、所要帯域幅の変更により、送ンテナが構成されていた。

信が 27.5 〜 29.5 GHz、受信が 17.7 〜 19.5 GHz と約半小形軽量化を図った衛星ディジタル通信用小口径地分となっている。指向性利得は、上記の水平設置小口

球局アンテナの電気性能を上述の水平設置オフセット

径オフセットカセグレンアンテナと同じである。まカセグレンアンテナと比較して表 4.10 に示す 32）。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

361

4.3.4

2 衛星同時アクセスのためのデュアルビームの反射鏡と 2 本の一次放射器からなる 4 枚反射鏡形式

地球局アンテナ

ダブルトーラスアンテナを開発した。1988 年から商

（1）DYANET デュアルビーム地球局アンテナ

用導入が開始され、全国 62 の電話局屋上への設置に実用衛星 CS-3 を用いた衛星通信の新しい利用形態
として、共通迂回中継を衛星通信で行うことが森広芳

伴い、30/20 GHz 帯の準ミリ波を用いた 2 衛星に日本全国から同時アクセスが可能となった 38）39）。

照らによって提案された 33）34）35）。これは、DYANET

実用に供された DYANET デュアルビーム地球局ア（DYnamic routing and channel Assigning satellite

ンテナの構造と外観を図 4.13 に示す。図 4.13 に示す

communication NETworks）と呼ばれ、地上の中継

ように、トーラス反射鏡を主および副反射鏡に適用す回線と相互に補完して高信頼で経済的な通信回線を構ることにより、副反射鏡を主反射鏡と同様に各ビーム築することを目的としており、地上マイクロ波回線がについて共用できるため、副反射鏡の近接配置の限界

主流であった中での画期的な提案であった。

が無くなり、効率的な鏡面の構成が可能となった 40）。

DYANET で用いられた地球局アンテナには、実用

トーラス反射鏡は、地上から 2 衛星を見た東西方向の衛星 CS-3a と CS-3b の両衛星を同時に追尾するマル

角度差を 4.5°として設計している。トーラスアンテナ

チビーム技術が望まれた。当時、マルチビームアンテが球面収差を持つことによる開口能率低下を解消するナについては、様々なアンテナ形式に対しての研究開ため、この球面収差の補正と高能率・低サイドロー発が行われていたブ化のために、2 枚の補助反射鏡を用いて鏡面修整を。その中でダブルカーブ反射鏡

36）を用いたトーラスアンテナに着目し、新たに 6 枚

37）

行っている。さらに、静止衛星軌道の見かけの傾きに（a）構造（b）鏡面系
図 4.13362

国立科学博物館技術の系統化調査報告（c）外観
DYANET デュアルビーム地球局アンテナ 21）

Vol.32 2023. March表 4.11

開口能率は 80 % 程度得られている。主反射鏡面を 2

DYANET デュアルビーム地球局アンテナの電気性能 38）

項目

受信（20 GHz 帯） 送信（30 GHz 帯）

周波数帯域

17.7 〜 21.2 GHz

27.5 〜 31.0 GHz

偏波

右旋円

左旋円

有効開口径

4.2 m

実開口径

5.1 m × 4.7 m

利得（送受分波器入出力端）

57.7 dBi（19.5 GHz）

ビームで共用しているため、実開口に対する開口能率
は 65 % である。
この DYANET デュアルビーム地球局アンテナの鏡面系を流用して、Ku 帯一次放射器との組み合わせにより、垂直／水平偏波を用いる Ku 帯専用 DYANET Ⅱ
デュアルビーム地球局アンテナも開発されている 41）。

61.4 dBi（29.5 GHz）

開口能率（有効開口）80 %（19.5 GHz） 82 %（29.5 GHz）

3 dB ビーム幅

0.23°（19.5 GHz） 0.15°（29.5 GHz）

VSWR

≦ 1.2

≦ 1.2

雑音温度
（仰角 45°）45 K（18.75 GHz）-

また、新たに開発した Ka/Ku 帯共用の一次放射器との組み合わせにより、Ka 帯と Ku 帯の両システムでの共用を可能とし、多目的衛星 N-STAR を用いたシ
ステムに用いるデュアルビーム地球局アンテナも開発されている 42）。

対処するために、衛星の方向に合わせて南北方向（上（2）放送テレビ中継デュアルビーム地球局アンテナ下方向）にオフセットしたビームを放射するように
衛星軌道の傾きに合わせた鏡面系を構成している

JCSAT 衛星の 14/12 GHz 帯を用いた放送テレビ中。

継網にも、デュアルビーム地球局アンテナの適用が検主反射鏡の有効開口径は 4.2 m、主反射鏡の大きさは、討され、1989 年から全国 35 の電話局屋上に商用導入

幅 5.1 m、高さ 4.7 ｍである。

されている。放送テレビ中継デュアルビーム地球局ア

38）

DYANET デュアルビーム地球局アンテナの電気性

ンテナの構造と外観を図 4.14 に示す 43）。

能の実測結果を表 4.11 に示す 38)。有効開口に対する図 4.14 に示すように、主および副反射鏡に加えて、

（a）構造

（b）外観
図 4.14（c）屋上設置時外観

放送テレビ中継デュアルビーム地球局アンテナ 43）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査363

補助反射鏡と一次放射器を 2 系統設けた構造である 3いる。副反射鏡は 2 系統で高能率特性が得られるよう枚反射鏡形式を採用している。主反射鏡は放物面、副に鏡面修整を用い、補助反射鏡は位相補正のために鏡

反射鏡は双曲面、補助反射鏡は平面を用いた基本的な面修整している。この補助反射鏡の駆動により、衛星鏡面系であり、補助反射鏡の駆動により衛星追尾を追尾を行っている。また、風の強い離島で用いるため、行っている。放送テレビ中継デュアルビーム地球局ア

90 m/s の台風に対しても変形しないように水平設置とンテナの電気性能の実測結果を表 4.12 に示す。

していた。離島通信デュアルビーム地球局アンテナの表 4.12

 送テレビ中継デュアルビーム地球局アンテナ
放
の電気性能

項目

受信（12 GHz 帯）

送信（14 GHz 帯）

周波数帯域

12.25 〜 12.75 GHz

14.0 〜 14.5 GHz

電気性能の実測結果を表 4.13 に示す。
表 4.13

離島通信デュアルビーム地球局アンテナの
電気性能

項目

受信（4 GHz 帯）

送信（6 GHz 帯）

偏波

垂直／水平

周波数帯域

3.700 〜 4.200 GHz

5.925 〜 6.425 GHz

有効開口径

6.5 m

偏波

右旋円

左旋円

実開口径

7.3 m × 6.5 m

有効開口径

指向性利得
3 dB ビーム幅
VSWR
雑音温度（仰角 45°）56.5 dBi（12.75 GHz）

57.6 dBi（14.5 GHz）

60 K（12.75 GHz）

実開口径

6.3 m × 5.7 m

指向性利得

45.1 dBi（3.95 GHz）

49.0 dBi（6.175 GHz）

≦ 1.20

VSWR≦ 1.07≦ 1.10-

雑音温度（仰角 45°）35 K（3.95 GHz）

-

0.25°
（12.75 GHz） 0.22°（14.5 GHz）
≦ 1.25

5.3 m × 5.7 m（3）離島通信デュアルビーム地球局アンテナ
上記の DYANET をベースとして、離島への適用を

4.3.5

離島通信・孤立防止無線のための小口径地球局アンテナ

図った DYANET（C）が検討された。DYANET（C）

離島通信および孤立防止のために簡易な構造の小口用アンテナとしても DYANET デュアルビーム地球局

径地球局アンテナが開発された。離島通信用小口径地アンテナをベースとして検討がなされたが、使用周波

球局アンテナの外観を図 4.16 に、孤立防止無線用小数帯が低いため 4 枚反射鏡構成がとれないことから、

口径地球局アンテナの外観を図 4.17 に示す。

新たな 3 枚反射鏡形式のデュアルビーム地球局アンテ

図 4.16 および図 4.17 に示すように、いずれも楕円

ナが検討された。新たに開発された離島通信デュアルビームを放射するオフセットパラボラが採用されていビーム地球局アンテナの構造と外観を図 4.15 に示す 44）。

る。離島通信用地球局アンテナおよび孤立防止無線用

図 4.15 に示すように、主および副反射鏡に加えて、地球局アンテナの電気性能の実測結果をまとめて表

補助反射鏡と一次放射器を 2 系統設けた構造となって4.14 に示す。

（a）構造
図 4.15364

国立科学博物館技術の系統化調査報告（b）外観
離島通信デュアルビーム地球局アンテナ

Vol.32 2023. March44）

（a）構造（b）外観

図 4.16

離島通信用小口径地球局アンテナ 45）

（a）構造

（b）外観

図 4.17

孤立防止用小口径地球局アンテナ45）

表 4.14 離 島通信・孤立防止無線用小口径地球局アンテナ
の電気性能
項目
周波数帯域
偏波

離島通信用

孤立防止無線用

送信5.925 〜 6.425 GHz

受信3.700 〜 4.200 GHz

送信

左旋円

受信

右旋円

主反射鏡

水平設置

有効開口径

3m

1.8 m

実開口径

2.4 m × 3.8 m

1.35 m × 2.4 m

指向性利得

垂直設置

送信 42.9 dBi（6.175 GHz） 38.7 dBi（6.175 GHz）
受信 40.2 dBi（3.95 GHz） 35.6 dBi（3.95 GHz）

雑音温度
（仰角 45°）65 K（3.95 GHz）

50 K（3.95 GHz）

図 4.18 マ ルチメディア系通信のための簡易地球局アンテナ

4.3.7
4.3.6

マルチメディア系通信のための簡易地球局アンテナ

移動体衛星通信のための衛星移動局アンテナ

1980 年 に 船 舶 衛 星 通 信 方 式 の 研 究 が 開 始 さ れ、
2.6/2.5 GHz 帯で用いる船舶搭載用アンテナの研究開同報インタラクティブ衛星通信を初めとするマルチ発が進められた。その当時、既存のショートバックファ

メディア系衛星通信のための地球局アンテナとして

イアアンテナに加えて、新たに衛星追尾を不要とするは、直径 45 cm 〜 4.5 m の様々なアンテナが用いら

円偏波円錐ビームを持つアンテナとして、ダイポールれていた。図 4.18 に一例を示すように、ユーザ局用とパッチで構成したアンテナ 46）、マイクロストリッ

であるためオフセットパラボラアンテナのような簡易プパッチで構成したアンテナ 47）、2 線巻ヘリカルアン

で安価な地球局アンテナが用いられた。

テナ 48）等の研究開発が行われた（コラム参照）。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

365その後、N-STAR a/b 衛星の 2.6/2.5 GHz 帯を用い自動車を対象としたワイドスターⅡがサービス開始さた船舶、自動車、航空機を対象とした移動体向けの衛れ、それとともに新たな船舶搭載用アンテナも開発さ

星移動通信サービスが 1996 年に開始され、プリントれて現在に至っている 51）。

パッチアレーを用いた追尾機能を有するアンテナが開発された 49）。衛星電話ワイドスターを用いた衛星航

4.3.8

実用化

空機電話の移動局アンテナには、新たにアクティブ
フェイズドアレーアンテナが採用され、衛星追尾に電子制御が用いられていることは特筆すべきである

50）

さらに、2010 年には、N-STAR c/d を用いた船舶、

国内衛星通信用地球局アンテナの研究開発と1983 年に実用衛星 CS-2 を用いた国内衛星通信サービスを開始した当時、衛星通信の主たる用途は非常災
害時の通信の確保や離島通信であった。その後の実用

幻の円錐ビームアンテナ
1980 年代に開始された船舶衛星通信方式の研究実用化において、2.6/2.5 GHz 帯の衛星電波を用いた移動体搭載用アンテナの研究が行われた。メッセージ通信のための低利得で簡易な移動体搭載用アンテナとして、図 1 に示すように、船舶の旋回に対しても衛星追尾機構を不要とできる円偏波円錐ビームの採用が考
えられた。

図1

円錐ビームの概念

新たに開発された円偏波円錐ビームを持つアンテナとして、図 2 にダイポールとパッチで構成したアン
テナ（第 4 章文献（46）参照）、図 3 にマイクロストリップパッチで構成したアンテナ（第 4 章文献（47）参照）、図 4 に 2 線巻ヘリカルアンテナ（第 4 章文献（48）参照）をはじめとして、高次モード励振マイク
ロストリップアンテナ、ラジアル線路アンテナ等の平面アンテナや棒状アンテナを用いた多種のアンテナが開発され、円錐ビームアンテナが研究開発においてブームとなった時期があった。

（a）ダイポールを用いたアンテナ
図2（b）プリントで構成したアンテナ （c）2 線巻ヘリカルアンテナ
円錐ビームを有する衛星移動局アンテナ

しかし、メッセージのみではなく電話や画像データの通信が主流となったマルチメディア時代に入り、移動体搭載用アンテナにも広帯域伝送のための高利得化が求められ、低利得な円錐ビームアンテナは幻の存在となった。

366

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March衛星 CS-3 や N-STAR の打上げに伴い、衛星通信を有テナの設計技術はほぼ完成された感がある。

効活用することが検討され、地上マイクロ波中継回線

2002 年 に N-STAR a/b の 衛 星 資 産 が JSAT（ 株 ）と相互に補完して高信頼で経済的な通信回線を構築すへ譲渡されたことに伴い、NTT としての準ミリ波をる画期的な DYANET 構想を初めとして、ディジタル用いた商用サービスは終了した。それに伴って、国内

通信、マルチメディア系衛星通信のシステムが数多く

衛星通信の時代は終わり、国内衛星通信サービス用と実現されて、1980 年代後半から 1990 年代後半にかけして開発された主たるアンテナはすべて撤去され現存て国内衛星通信の時代が到来した

していない。

。

52）53）54）55）

国内衛星通信の時代の到来に伴い、アンテナ技術に

その後、JSAT（株）の Ku 帯の電波を用いて、災着目しても数多くの研究開発がなされ、多くのアンテ

害対策のための衛星通信回線は継続して提供されていナが実用に供されてきた。本章で述べたアンテナ以外

る。また、S 帯と C 帯については、ワイドスターサーにも多くのアンテナが用いられた。衛星搭載用アンテ

ビスとして提供されており、2010 年に N-STAR c/d

ナは、国内衛星通信の時代に向けての多目的衛星を夢

衛星を用いたワイドスターⅡサービスに引き継がれて見て、多周波数帯共用の複雑でかつ高性能なアンテナいる。

を実現してきたが、N-STAR a/b の開発が最後となっまた、1983 年にサービス開始した小笠原をはじめた。一方、地球局アンテナは、衛星通信の言葉がイメーとした離島のための衛星通信回線は、海底の光回線のジする大開口径アンテナの時代から、全国展開に向け敷設に伴って、2023 年までにはすべて光回線に置きて小口径化をたどり、簡易で安価な小口径地球局アン換えられる予定である。離島衛星通信用の地球局アテナが主流となった。国内衛星通信用衛星搭載用アン

ンテナについても、最近では 9.2 m および 7.6 m の双テナおよび地球局アンテナとして用いたアンテナは、反射鏡アンテナが用いられていたが、サービス終了に3 章で述べた固定無線通信回線用アンテナと同様に、伴って撤去される予定になっている。

開口面アンテナが主流であり、パッシブな開口面アン

円偏波の旋回方向の定義
円偏波とは、電磁波（平面波）の進行方向のある特定の位置における電界ベクトルが時間の変化とともに回転し、その軌跡が円を描く偏波を言う。円偏波は、波の進行方向に向かって見たときの電界ベクトルの軌跡の旋回方向により、時計回りの偏波を右旋円偏波、反時計回りの偏波を左旋円偏波と呼ばれている。
これは、IEEE（米国電気電子学会）において定義されているが、第二次世界大戦の前後で、円偏波の旋
回方向の定義が異なっている。第二次世界大戦の前においては、到来波に対して受信側から見た旋回方向
で定義しており、戦後は送信波に対して送信側から見た旋回方向で定義しているため、互いに逆の関係にある。戦後長く、定義の変更による混乱が見られた。

4章の文献

5）山本員市 , 古川誠 , 佐藤嬉珍 , 西泰樹 , 堀川浩二 ,−マルコーニから携帯“ワイドスターⅡ衛星移動通信システム ･ サービス

電話まで−” , 第 7 章 宇宙通信時代 , クリエイト・の概要” , NTT DoCoMo テクニカル ･ ジャーナル ,1）若井登［監修］, “無線百話
クルーズ , July 1997.

2）塚本賢一 , 小嶋弘 , “実験用中容量静止通信衛星（CS）計画” , 電波研究所ニュース , no.12, Mar. 1977.

vol.18, no.2, pp.37-42, July 2010.
6）堀 俊 和 , “ 衛 星 通 信 用 ア ン テ ナ ” , 電 気 学 会 誌 ,vol.118, no.10, pp.606-609, Oct. 1998.

3）安 井良次 , 小林理 , 山本員市 , 安藤和秀 , 堀川浩7）上野晋 , 歌野孝法 , 山本浩治 , 西泰樹 , “N-STAR 衛

二 , “N-STAR c と衛星管制システムの開発” , NTT

星通信システムの概要” , NTT DoCoMo テクニカ

DoCoMo テ ク ニ カ ル ･ ジ ャ ー ナ ル , vol.11, no.1,

ル ･ ジャーナル , vol.4, no.2, pp.6-9, July 1996.

pp.67-76, Apr. 2003.

8）井上雅広 , 鴨川健司 , 澤田政宏 , 相田浩伺 , “ワイド4）C lark, Arthur C., “Extra-Terrestrial Relays -スター II 衛星移動通信方式の概要” , NTT DoCoMo

Can Rocket Stations Give Worldwide Radioテ ク ニ カ ル ･ ジ ャ ー ナ ル , vol.18, no.2, pp.43-48,

Coverage” , Wireless World, pp.305-308, Oct. 1945.

July 2010.
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

367

9）八坂哲雄 , 中川一夫 , 上野健治 , 熊沢弘之 , “搭載アンテナの設計と特性” , 電気通信研究所 研究実用化
報告 , vol.29, no.4, pp.627-649, Apr. 1980.
10）熊 沢弘之 , 板波隆雄 , 上野健治 , 近藤彰 , “ETSVI 搭載アンテナ系の構成と特性” , NTT R&D,
vol.40, no.3, pp.339-348, Mar. 1991.

23）高野忠 , 小川英一 , 堀俊和 , 進士昌明 , “オフセットカセグレン地球局アンテナの設計” , 電気通信研究所 研究実用化報告 , vol.29, no.3, pp.415-441,
Mar. 1980.
24）小 川英一 , 堀俊和 , 高野忠 , “オフセットカセグ11）八 坂哲雄 , 大友功 , 蓑毛正洋 , “衛星搭載用展開

レン地球局アンテナの特性と測定法” , 電気通信

アンテナの構造” , 日本航空宇宙学会誌 , vol.34,

研究所 研究実用化報告 , vol.29, no.3, pp.443-465,

no.389, pp.291-302, June 1986.

Mar. 1980.

12）熊 澤弘之 , “衛星搭載用通信機器の開発および通25）高 野忠 , 小川英一 , 板波隆雄 , 堀俊和 , “準ミリ

信の教育への利用” , 帝京大学理工学部 最終講義

波地球局用アンテナ・分波装置” , 電気通信研究

資料 , Feb. 2016.【私信】

所 研究実用化報告 , vol.29, no.4, pp.715-734, Apr.

13）“次世代通信サービスを拓く通信衛星「N-STAR」”,
NTT ぷらざ , vol.47, no.11, pp.3-6, Oct. 1995.
14）島田禎晋 , 小山正樹 , 苅込正敞 , 水沢丕雄 , 別段
信一 , “多周波数帯共用集束ビームカセグレンア
ンテナ” , 電子通信学会 アンテナ・伝播研究会資1980.
26）更田博昭 , 初田健 , 塚本賢一 , “国内衛星通信方式” ,テレビジョン学会誌 , vol.32, no.2, pp.95-103, Feb.
1978.
27）石田則明 , 更田博昭 , 岡島徹 , “衛星通信地球局の概要” , 電気通信施設 , vol.30, no.3, pp.1-12, Mar.

料 , A･P71-63, Feb. 1972.
15）島田禎晋 , 小山正樹 , “衛星通信実験所用アンテナ” ,電 気 通 信 研 究 所 研 究 実 用 化 報 告 , vol.22, no.4,

1978.
28）岡 本照喜 , 江上俊一郎 , 菱田英二郎 , 奈良武治 ,貝塚俊之 , “車載局装置” , 電気通信研究所 研究実

pp.1123-1142, Apr. 1973.
16）苅 込正敞 , 進士昌明 , “衛星通信実験所用アンテ
ナの特性”, 電気通信研究所 研究実用化報告 ,vol.22, no.6, pp.1513-1525, June 1973.
17）Galindo, V., “Design of Dual-Reflector Antennas
with Arbitrary Phase and Amplitude
Distributions” , IEEE Trans. AP, vol.AP-12, no.4,

用化報告 , vol.29, no.4, pp.753-776, Apr. 1980.
29）Kohiyama, K., Watanabe, Y., Samejima, S. andKato, S., “Demand Assigned TDMA System for
Digitally Integrated Services Network” , AIAACSSC, pp.117-124, Apr. 1980.
30）小川英一 , 鹿子嶋憲一 , 井上武夫 , 片木孝至 , “高能率楕円ビームオフセットカセグレンアンテナ” ,pp.403-408, July 1964.
18）小川英一 , 高野忠 , 石田則明 , 進士昌明 , 別段信電子通信学会 技術研究報告 , AP80-14, June 1980.

一 , 西村昭三 , “準ミリ波専用地球局カセグレンア

31）M izusawa, M., Betsudan, S., Urasaki,S. andンテナ” , 電子通信学会 技術研究報告 , A･P76-50,

Iimori, M., “A Dual Doubly Curved Reflector

Aug. 1976.

Antenna Having Good Circular Polarization19）小 川英一 , 堀俊和 , 高野忠 , 石田則明 , “準ミリ波専用地球局カセグレンアンテナにおける諸問題” , 電子通信学会 技術研究報告 , A･P77-22, June

Characteristics” , IEEE Trans. AP, vol.AP-26,
no.5, pp.455-458, May 1978.
32）井上武夫 , 山田吉英 , 鹿子嶋憲一 , 川島冨士男 , “地球局装置・アンテナの構成” , 電気通信研究所 研

1977.
20）高 野忠 , 小川英一 , 石田則明 , 進士昌明 , “準ミ
リ波地球局用カセグレンアンテナ” , 電気通信研
究所 研究実用化報告 , vol.27, no.7, pp.1461-1478,

究 実 用 化 報 告 , vol.35, no.12, pp.1263-1271, Dec.
1986.
33）森広芳照 , 岡坂定篤 , 中島裕 , “共通迂回中継による衛星中継網方式の提案−DYANET−” , 電子情

July 1978.
21）小川英一 , 高野忠 , 進士昌明 , “オフセットカセグ

報通信学会 技術研究報告 , SAT87-19, Sept. 1987.

レン型アンテナの地球局への適用について” , 電34）森 広芳照 , 加藤修三 , 大貫雅史 , “衛星中継網方

子通信学会 技術研究報告 , A･P77-91, Jan. 1978.
22）高野忠 , 小川英一 , 堀俊和 , 別段信一 , “オフセッ

368

239, Mar. 1980.

式 −DYANET−” , 電子情報通信学会誌 , vol.74,
no.5, pp.439-456, May 1991.

トカセグレン地球局アンテナの設計とその特性” ,35）石 田則明 , 上野晋 , “衛星中継網方式の実用化−

電 子 通 信 学 会 論 文 誌 B, vol.J63-B, no.3, pp.232-

DYANET− ” , NTT 施 設 , vol.40, no.9, pp.18-23,

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. MarchSept. 1988.

Mar. 1982.

36）進士昌明 , 安達三郎 , “マルチビームアンテナ” , 電47）堀俊和 , 伊丹裕司 , 中嶋信生 , “円錐ビームを有す

子通信学会誌 , vol.60, no.5, pp.544-551, May 1977.

る円偏波マイクロストリップアレーアンテナ” ,37）Hyde, G., Kreutel, R.W. and Smith, L.V., “The昭和 57 年電子通信学会 総合全国大会 , no.655,

Unattended Earth Terminal Multibeam Torus
Antenna” , COMSAT Technical Review, vol.4,
no.2, pp.231-262, Fall 1974.
38）堀俊和 , 田中知明 , 秋田明彦 , “デュアルビームをMar. 1982.
48）寺 田矩芳 , 鹿子嶋憲一 , “移動体衛星通信用円錐
ビーム 2 線巻きヘリカルアンテナ” , 電子情報通信学会 技術研究報告 , A･P91-38, June 1991.

有する地球局アンテナの構成法と特性” , 電子情49）上田隆 , 渡部俊幸 , 新田和正 , 宮下敬也 , 山本晃広 ,報通信学会 技術研究報告 , A･P88-151, Feb. 1989.

“移動機” , NTT DoCoMo テクニカル ･ ジャーナル ,39）堀 俊 和 , 田 中 知 明 , 赤 木 久 眞 , “DYANET デ ュ
アルビームアンテナ” , NTT R&D, vol.39, no.2,
pp.193-200, Feb. 1990.
40）山田隆 , 鹿子嶋憲一 , “トーラス副反射鏡を用いたマルチビーム地球局アンテナ” , 昭和 59 年電子情報通信学会 総合全国大会 , no.761, Mar. 1984.

vol.4, no.2, pp.24-28, July 1996.
50）小野隆 , 新田和正 , 安藤智浩 , 辻剛史 , “衛星航空機電話特集 衛星航空機用移動機” , NTT DoCoMo
テ ク ニ カ ル・ ジ ャ ー ナ ル , vol.9, no.2, pp.47-51,
July 2001.
51）季羽美仁 , 小林茂子 , 久保朋宏 , 二本木利之 , 相41）堀俊和 , 比嘉秀光 , 大津茂雄 , “DYANET II デュ

田浩伺 , 新田和正 , “ワイドスターⅡ衛星移動端末

アルビームアンテナ” , NTT R&D, vol.41, no.4,の開発” , NTT DoCoMo テクニカル ･ ジャーナル ,pp.453-462, Apr. 1992.

vol.18, no.2, pp.67-72, July 2010.

42）近藤彰 , 比嘉秀光 , “N-STAR への移行に伴う Ka52）大井次郎 , 近藤健児 , 和才博美 , “いま、衛星通信

帯デュアルビームアンテナの Ka/Ku 帯共用化” ,に熱いまなざしが。－衛星通信の最近の動向と将1994 年 電 子 情 報 通 信 学 会 秋 季 大 会 , no.B-183,

来の展望－” , NTT 施設 , vol.40, no.1, pp.2-18, Jan.

Sept. 1994.

1988.

43）鈴木涼太 , 森泰夫 , 林邦宏 , “Ku バンド衛星通信

53）横井忠寛 , 黒川勢一 , 瀬川純 , “衛星通信を取り巻のサービス開始” , NTT 技術ジャーナル , vol.1,

く動向と今後の展開

no.4, pp.64-68, July 1989.

NTT 技術ジャーナル , vol.7, no.7, pp.40-44, July44）近藤彰 , 堀俊和 , 比嘉秀光 , “離島統合衛星通信方式（DYANET（C））用デュアルビーム地球局

NTT の次世代衛星通信” ,1995.
54）田中和則 , 森川與文 , 長山和弘 , “衛星を利用したアンテナ” , 1992 年電子情報通信学会 春季大会 ,通信ネットワークの実現

no.B-185, Mar. 1992.

信サービスを目指して” , NTT 技術ジャーナル ,45）鈴 木涼太 , 吉原正史 , “マイクロ波小容量衛星通信方式−SC-30 方式－” , 電気通信施設 , vol.37,

no.3, pp.135-140, Mar. 1985.
46）木村嘉夫 , 山田吉英 , 堀俊和 , “半波長ダイポールを素子とする円錐ビームアンテナの給電特性” ,より柔軟で高信頼な通vol.7, no.7, pp.52-55, July 1995.
55）山崎吉晴 , 正村達郎 , 水野秀樹 , “マルチメディア
時代に向けた衛星通信の新たな展開

新たなサービス開拓に向けて” , NTT 技術ジャーナル , vol.7,
no.7, pp.56-60, July 1995.

昭和 57 年電子通信学会 総合全国大会 , no.633,

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査369

5 初期の公衆移動通信のための無線基地局アンテナ
5.1 初期の公衆移動通信システムと無線基地局
5.1.1（UHF）までの周波数が用いられてきた。
5.1.2

船舶通信システムと無線基地局（1）船舶通信システムの開発

初期の公衆移動通信システム（1）公衆移動通信の黎明期

日本における船舶に対する無線通信の提供は、1908

日本国内における公衆移動通信は、長波（LF）お年に開始された銚子無線局による無線電報サービス、

よび中波（MF）を用いた船舶通信に始まる。その後、1923 年に神戸港内で開始された無線電話サービスが無線呼出、自動車電話、航空機電話と展開した。本格最初である 2）3）。この長波（LF）および中波（MF）

的な船舶通信は 1953 年の超短波（VHF）を用いた港を用いた船舶通信サービスは、その後の電離層の発見

湾電話から始まり内航船舶電話へ、無線呼出は 1968に伴う短波（HF）通信の全盛時代を経て、1950 年代

年に始まりトーン信号方式からディジタル方式へ、自に超短波（VHF）通信の時代を迎えた。1953 年にサー

動車電話は 1979 年に東京周辺から始まり全国展開へ、

ビスを開始した港湾電話サービスは、国際的に割り当

航空機電話は 1986 年からサービスが開始された 。

てられた超短波（VHF）を用いることにより、本格

1）

本章では、初期の公衆移動通信として、1950 年代

的な公衆移動通信時代の実現の先駆けとなった。

から 1990 年代にかけてサービス開始された船舶電話、

船舶通信システムの変遷を表 5.1 に示す。表 5.1 に無線呼出、自動車電話、および航空機電話を取り上げ示すように、日本における本格的な船舶通信サービス

る。公衆移動通信としては、これ以外にも、列車電話、としての船舶電話は、1953 年 3 月に「港湾電話（ハーコードレス電話、都市災害対策用可搬無線があるが、バー ･ サービス）」として、日本船舶通信がサービス

ここでは他の系統化調査に譲ることとして省略する。

を開始した 4）。これは、東京湾と大阪湾の船舶を対象に、150 MHz 帯の電波を用いて横浜と神戸において（2）公衆移動通信で用いた周波数

サービスを行った。その後、各地に展開されたが、港国内公衆無線通信においては、2.3 節の表 2.1 で述

湾内サービスの域を出なかった。1958 年には、瀬戸

べたように、長波帯（LF）からミリ波帯（EHF）ま内海を対象とした「沿岸電話（コースタルサービス）」

での様々な周波数帯が使用されている。固定無線通信として更なる展開が図られ、6 つの無線基地局と 6 つ

および国内衛星通信においては主としてマイクロ波帯の無線チャネルを有する広いサービスエリアを持つシ（SHF）が用いられたのに対し、公衆移動通信においステムに拡大された 5）。

ては、
長波帯および中波帯を用いた船舶通信に始まり、

その後、日本沿岸全域を対象とした「手動交換内航第 6 世代移動通信の時代にはテラヘルツ（THz）を船舶電話」が 1964 年 11 月にサービス開始され、全国含む様々な周波数の利用が考えられている。本章で扱展開されることとなった 6）。これは、それまで用いらう初期の移動通信においては、長波帯から極超短波帯れていた 150 MHz 帯の電波を使用し、32 無線チャネ

表 5.1
システム名称

サービス時期サービス地域

使用周波数帯電報

無線電報

1908.5 〜 1999.1

日本近海
全世界海域

当初：長波・中波
1930 年代以降：短波

無線電話

1923 〜

神戸港

中波

港湾電話

1953.8 〜 1959

横浜港・神戸港
その後拡大

150 MHz

沿岸電話

1958 〜 1959

瀬戸内海

150 MHz

電話

370

船舶通信システムの変遷

種類

船舶電話

1959.3 〜 1971

手動交換内航船舶電話

1964.11 〜 1986.3

無線基地局数6（港湾電話と沿岸電話を統合後、内航船舶電話へと拡大）
日本沿岸全域

150 MHz50

自動交換内航船舶電話

1979.3 〜 1993.9

日本沿岸全域

250 MHz80

新内航船舶電話1988.11 〜 1999.3

日本沿岸全域

250 MHz121

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

ルを可能としている 7）。その後、チャネル間隔を従来

球の裏側まで伝搬する特徴を有している。従って、短の半分（25 kHz）として 63 無線チャネルとし、さら波（HF）帯は全世界に向けた遠距離通信に適していに陸上の一般電話への接続も可能となった。これに続ることから、最近まで、無線電信を用いた遠洋の船舶

くサービス導入（1979 年 3 月）に伴い、「手動交換内通信に使われており、現在でもなお海外向けの国際放航船舶電話」は、1986 年 3 月にサービスを停止した。

送に用いられている。

1979 年 3 月には、新しく 250 MHz 帯を用いた「自一方、1953 年にサービス開始された港湾電話で初

動交換内航船舶電話」が導入され、加入者の増大にめて用いられた超短波（VHF）帯は、短波（HF）帯も対応できる自動化方式の全国サービスが開始されに比べて波長が短いことから簡易な送受信基地局を構た 8）。1987 年 11 月には約 15,000 契約に達している。

成でき、また多くの情報を伝送することが出来る利これに続くサービス導入（1988 年 11 月）に伴い、「自点がある。このため、従来の短波（HF）帯を用いた

動交換内航船舶電話」は 1993 年 9 月に終了した。

システムは、国際的に割り当てられた 150 MHz 帯やさらに、1988 年 11 月には、
「新内航船舶電話」が導入された 。これは、第 2 世代移動通信システム（2G）9）

250 MHz 帯の超短波（VHF）帯を用いた新たな船舶
通信システムに置き換えられてきた。

と中継網および通信制御方式を統合したものである。
1994 年 9 月には約 23,000 契約に達している 10）。しかし、1996 年 3 月にサービス開始した N-STAR を用いた衛星電話（ワイドスター）への移行に伴い、1999 年

11）（3）船舶通信のサービスエリア
船舶通信のサービスエリアは、当初の港湾電話の限られた港湾エリアをはじめに、瀬戸内海一円へ広まり、さらには内航船舶電話と呼ばれるようになって日本沿

3 月に新内航船舶電話サービスも終了した。
これにより内航船舶電話と呼ばれた一連の船舶電話

岸全域へと展開された。

サービスも終わりを告げた。また、公衆移動通信サー

横浜港、東京港、神戸港および大阪港等をサービス

ビスの先駆けとしてでてきた無線電報業務も、1999

エリアとした港湾電話では、20 〜 70 ｍの鉄塔に無線

年 1 月に終了している。

基地局アンテナが設置され、港湾を照射していた 4）。
日本沿岸全域に展開した手動交換内航船舶電話の（2）船舶通信で用いた周波数

サービスエリアを図 5.1 に示す。手動交換内航船舶電初期の船舶通信サービスでは、表 5.1 に示したように、長波、中波および短波の電波が用いられた。

話システムの回線設計における無線基地局送信電力は40 W であり、無線基地局アンテナの指向性利得は 7長波および中波の電波は、
当初、
表 5.2 に示すように、

dBi であった。このとき、無線基地局のアンテナ高に伝搬損失が少ないことから船舶通信に適していると思よりサービス距離は変化し、100 ｍ 高でサービス距

われていたが、1925 年の電離層の発見に伴う研究開

離は 55 km、500 ｍ 高でサービス距離は 100 km とさ発および実用化の進展から、短波アンテナの適用が進れていた 7）。

み、長波アンテナおよび中波アンテナは、1930 年頃
以降殆ど用いられなくなった。

新しく 250 MHz 帯を用いて自動化を図った自動交
換内航船舶電話サービスにおける無線ゾーン構成を図

これに対し、短波（HF）帯は、電離層の F 層で反5.2 に、システム構成を図 5.3 に示す。このシステム射されるため、地表との間で反射を繰り返しながら地が収容する基地局数は 128、海域数は 32 である。各

表 5.2
周波数帯
長波（LF）
30 〜 300 kHz

船舶通信に適した周波数帯
利点

欠点

・伝搬損失が最も少ない
・遠距離無線電信に適している・アンテナおよび送信設備が大規模（⇒ 1930 年頃以降殆ど用いず）・伝搬損失が少ない
中波（MF）
・遠距離通信に適している
300 kHz 〜 3 MHz
・受信設備は長波に比べて簡単

・昼間と夜間で伝搬距離が異なる・アンテナおよび送信設備が大規模（⇒ 1930 年頃以降殆ど用いず）

短波（HF）
3 〜 30 MHz・電離層の F 層で反射され、地球の裏側まで伝搬する・遠距離通信に適している

超短波（VHF）
30 〜 300 MHz

・直進性に加えて、ある程度回折あり
・アンテナの小形化・簡易化
・多くの情報を伝送可能

・アンテナおよび送信設備が大規模・電離層の変化により受信信号不安定

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

371

5.1.3

無線呼出システムと無線基地局（1）無線呼出システムの開発
無線呼出システムは、外出中の人に対して、一般の加入電話から外出者の無線呼出受信機の番号をダイヤルすることにより、要件のあることを外出者に知らせるサービスの提供を意図したものである。世界初の無線呼出サービスは、1958 年米国オハイオ州コロンバスにおいてサービス開始された「ベルボーイ ･ サービス」である。
我が国では 1968 年 7 月に電電公社が東京 23 区おい
図 5.1

手動交換内航船舶電話のサービスエリア

7）て無線呼出（通称：ポケットベル）サービスを開始した。無線周波数帯は 150 MHz 帯で、呼出信号はトーン信号が用いられていた 12）13）14）。それ以降、加入者は増え続け、1976 年末現在で、東京 ･ 大阪の 49 の地域
でサービスされ、60 万の加入者があった。その後の加入者増に対応するために、250 MHz 帯を用いたディ
ジタル化および伝送速度の高速化が図られ、1989 年には 1200 bps へとさらに高速化され、1995 年に加入
者数は 1000 万を突破した。
当初、150 MHz 帯を用いてサービス導入した無線

図 5.2

呼出システムは、1986 年 8 月に無線設備規則が改正

無線ゾーン構成および海域識別番号

されて、150 MHz 帯を用いたシステムは廃止となった。その後、NTT DoCoMo に引き継がれた 250 MHz
帯を用いた無線呼出システムおよび新たにサービス開始した 280 MHz 帯を用いた無線呼出システム 15）16）も2007 年 3 月 31 日にサービスを終了した。
トーン方式からディジタル化・高速化を経て、FLEXTD 方式にいたる無線呼出システムの変遷を表 5.3 に
示す。

図 5.3

（2）無線呼出で用いた周波数

自動内航船舶電話方式のシステム構成

1968 年にトーン信号を用いてサービス開始した無無線ゾーンの大きさは半径約 50 km としている。図 5.3

線呼出サービスで用いた周波数は 150 MHz 帯である。

に示すように、船舶に搭載された移動機から陸上の無当初、米国では、35 MHz 帯が用いられていたが、ア線基地局に接続され、船舶電話交換局を経て一般電話

ンテナの小形化、ビル内への侵入損失が少ないこと等

網に接続されていた。

から、150 MHz 帯が用いられることとなった。しかし、1986 年 8 月に無線設備規則が改正されて、150 MHz

表 5.3
システム名称

サービス時期

トーン方式

1968.7 〜 1986.8

使用周波数帯特徴

150 MHz東京 23 区⇒全国

200 bps

250 MHz

秘話性重視

400 bps

250 MHz

1989 〜 2007.3

1200 bps

250 MHz

高度無線呼出方式（FLEX-TD） 1996.3 〜 2007.3

6400 bps

280 MHz

ディジタル 200 bps 方式
ディジタル 400 bps 方式
ディジタル 1200 bps 方式

372

無線呼出システムの変遷

国立科学博物館技術の系統化調査報告

1978 〜1987.4 〜
1988.12 〜

Vol.32 2023. March

伝送速度

数字・記号表示かな・漢字表示東名阪⇒全国5.1.4帯を用いたシステムは廃止となった。
一方、1978 年のディジタル化に伴って 250 MHz 帯

自動車電話システムと無線基地局（1）自動車電話システムの開発が用いられた。その後 1991 年に、無線呼出サービス

1976 年 3 月の電波審議会の完結答申を受けて、800が NTT から NTT ドコモに移管され、1996 年に高度MHz 帯の周波数を用いた陸上移動通信サービスの実

無線呼出方式（FLEX-TD）のサービス開始に伴って現が確定した 18）。1962 年の移動伝搬試験に始まる 800

用いられた 280 MHz 帯とともに、2007 年 3 月のサーMHz 帯自動車電話に向けた一連の研究開発に携わっビス終了まで使われ続けた。

た研究者の苦労が報われたときでもあった。表 5.4 に自動車電話システムの変遷を示す。

（3）無線呼出のサービスエリア

自動車電話システムとしては、都市内をサービス

1968 年のサービス開始当初の 150 MHz 帯を用いた
無線呼出のサービスエリアを図 5.4 に示す対象とした「400 MHz 帯都市内自動車電話方式」が、。図 5.41954 年に研究開始され、1963 年の東京における試用から、東京 23 区を 8 つの無線基地局を用いて、サー試験を経て、1967 年に技術開発を終了していた 19）。

ビスしていたことが分かる。送信機出力は最大 250「800 MHz 帯自動車電話方式」は、この「400 MHz

W であった。

帯都市内自動車電話方式」の加入者容量の増大および

13）

250 MHz 帯を用いた無線呼出システムにおいては、

サービスの広域化を目的として、1967 年から約 10 年に無線呼出受信機（ポケベル端末）に対して、無線呼出

わたって、800 MHz 帯の機器の試作、所内実験、現場

周辺基地局を設けて、250 MHz 帯の無線周波数を用試験を経て、動作確認および機能確認が行われた 20）21）。

いて無線呼出サービスを行っている 17）。各基地局か

これは、東京、大阪などの大都市地域への適用を主眼

らは、最大 250 W で送信されていた。基地局の数は、としたもので、1979 年 12 月に商用サービスが開始さ1989 年当時で、県域システムで 10 〜 20、広域システれた。
これに引き続いて、自動車電話の一層の普及のため

ムで 40 〜 70 であった。

に必要とされる技術の開発および提供を目的として、1977 年から約 5 年間にわたって、中小都市用自動車
電話および新形移動機の開発が進められた 22）23）24）25）26）。
これは、県庁所在地級の都市およびその周辺地域への適用を主眼としたもので、1983 年 3 月に広島、仙台、岐阜地区を対象に商用サービスが開始された。
さらに、従来の自動車電話方式に比べて、加入者容量の大幅な増大、システムコストの一層の低減および移動機の一層の小形化を目標として、800 MHz 帯を用いた大容量移動通信方式の研究開発が進められた。
このときのメーカ調達が日米通信摩擦の影響を受けて国際調達の対象となり、1983 年に大容量移動通信方式についての NTT 国際シンポジウムが開催された 27）。
その後、試作、現場試験等を経て、1988 年 5 月に東図 5.4

サービス開始当初の無線呼出のサービスエリア 13）
表 5.4
システム名称
都市内自動車電話

サービス時期

京地区を対象に商用サービスが開始され、全国に展開

自動車電話システムの変遷

サービス地域（サービス無し）

大都市用自動車電話

1979.12 〜

東京・大阪など
大都市

中小都市用自動車電話

1983.3 〜

県庁所在地級の中小都市

大容量自動車電話

1988.5 〜

全国

使用周波数帯特徴

400 MHz1974 年に「都市内災害対策用可搬無線方式」として首都圏に導入
加入者容量の増大
サービスの広域化
全国自動ダイヤル接続可能

800 MHz

全国展開
新形移動機開発
加入者容量の大幅な増大
システムコストの一層の低減
移動機の一層の小形化

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査373

ゾーン半径は、電波伝搬試験結果に基づいて、市街地された 28）29）。
この大容量移動通信方式のサービス開始に前後して

で 5 〜 7 km、郊外地で約 10 km とされていた。これ

省令が改正され、1986 年 7 月以降、NTT 方式以外のは、加入者数の増大および周波数の有効利用の観点か

自動車電話の使用が可能となり、1988 年 12 月以降にら決められたものであり、マクロセルと呼ばれる概念

新規事業者が参入し現在へと繋がっている

である。

。

30）

表 5.4 に示したように、1979 年 12 月に 800 MHz 帯

マクロセルのゾーン半径については、当初の半径 5を用いた自動車電話の商用サービスが開始されて以〜 10 km（市街地 5 km・郊外地 10 km）から、中小降、全国展開および大容量化の過程を経て、1992 年

都市における半径 10 〜 20 km（市街地 7 km・郊外にディジタルを用いた第 2 世代の陸上移動通信サービ

地 15 km）を経て、大容量移動通信方式における小ゾース（6 章参照）が開始されるまでが、自動車電話を主ン化に伴い半径 3 km へと小さくなっている。ゾーン

な対象とした第 1 世代に相当する。

繰り返しについても、周波数有効利用の観点から、当初の 20 セル繰り返しから、12 セル繰り返しへと変化（2）自動車電話で用いた周波数

してきている。

表 5.4 に示したように、初期の自動車電話システ
ムの検討においては、400 MHz 帯の利用が考えられ

5.1.5

航空機電話システムと無線基地局た。これは、従来の船舶等の移動通信において用いら（1）航空機電話システムの開発れた超短波（VHF）帯に対して、周波数が高くなる

航空機電話システムは、日本国籍の大型旅客機を対ほど伝搬損失が大きくなる欠点はあるものの、周波象に、当時のテレホンカード専用の公衆電話の提供

数 400 MHz においては、自動車の移動に伴う直接波を意図したものである。1982 年から 1983 年にかけてと反射波の合成による電界変動の周期が 50 Hz（時速800 MHz 帯の電波伝搬調査を行い、地上と航空機間

60 km/h）となること、基地局に指向性アンテナを採の電波伝搬特性を明らかにした。電波伝搬調査の結果、用できること等から選ばれた経緯がある

見通し内伝搬損失はほぼ自由空間伝搬損失に等しく、。

19）

その後、1976 年 3 月の電波審議会の完結答申を受見通し外では 1 dB/km の割合で伝搬損失が増加する

けて、帯域を広くとれる 800 MHz 帯の周波数を用いことが明らかになっている。この結果を用いて、既存ることが確定した。800 MHz 帯を用いることによの自動車電話システムの交換・制御系を共用した航空

り、400 MHz 帯に比べて、「加入者容量の増大」およ機電話システムの開発が進められた。表 5.6 に航空機

び「サービスの広域化」が図れる利点がある。

電話システムの変遷を示す。

18）

航空機電話サービスは 1986 年 5 月 6 日に開始され、第 1 世代の各システムにおいて用いられた周波数

移動体通信サービスは、「陸」、「海」に加えて「空」

は、表 5.5 に示すとおりである。
表 5.5にまで拡張された。当時は、米国では Airfone 社の試自動車電話システムで用いた周波数

行サービスが始まり、英国ではインマルサット予備衛

使用周波数帯星を用いた実験が計画されていた段階で、実用サービ

システム名称

基地局送信
基地局受信（800 MHz 帯） （900 MHz 帯）

大都市用自動車電話

870 〜 885 MHz 925 〜 940 MHz

当時の通話料金は全国均一で、昼間は 6.5 秒あたり 50

中小都市用自動車電話

870 〜 885 MHz 925 〜 940 MHz

円、夜間は 12 秒あたり 50 円であった。公衆電話サー

大容量自動車電話

860 〜 885 MHz 915 〜 940 MHz

ビスにもかかわらず、料金回収の不要なテレホンカー

スとしては世界初のサービスであった。サービス開始

ド専用公衆電話とし、いたずら電話の防止を考慮して、（3）自動車電話のサービスエリア

航空機側からの発信専用としていた。既存のアナログ

当初、800 MHz 帯自動車電話網における基地局の

表 5.6

374

自動車電話システムの交換・制御系を共用したことに航空機電話システムの変遷

システム名称

サービス時期サービス地域

使用周波数帯

特徴

アナログ
航空機電話

1986.5 〜

日本全土の上空

800 MHz・ア ナログ自動車電話システムの交換／制御系を共用

衛星
航空機電話

2001 〜 2004

日本沿岸から
200 海里（約 370 km）

2.6/2.5 GHz

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

・衛星電話ワイドスター

より、航空機電話システムは経済的なシステムが構築

ゾーン半径は約 400 km で設計されており、基地局のされている。1993 年 6 月時点で 155 機（196 台）に取送信電力は 40 W、移動局は 10 W であった。無線周り付けられていた

波数は自動車電話システムとの共用のため、800 MHz。

31）

帯を用いていた。

その後、設備の老朽化に伴い、2001 年に N-STAR32）。

各無線基地局の無線ゾーン半径は、1982 年に行っ

N-STAR 衛星を用いた航空機電話のサービスについた伝搬調査結果に基づいており、サービスエリアを高ては、4 章を参照されたい。

度 5,000 m 以上としたときの見通し距離が約 400 km

衛星を用いた航空機電話のサービスに移行したであることから決定されている。
（2）航空機電話で用いた周波数

アナログ航空機電話のサービスエリアの概念図を図

航空機電話において用いられた周波数は、表 5.7 に

5.5 に示す。

示すとおりである。
表 5.7

航空機電話システムで用いた周波数

5.2 船舶通信サービスのための無線基地局アンテナ

使用周波数帯システム名称

基地局送信（衛星⇒移動局）

基地局受信（移動局⇒衛星）

アナログ航空機電話

870 〜 885 MHz

925 〜 940 MHz

衛星航空機電話

5.2.1

船舶通信に適した無線基地局アンテナ

5.1.2 項（2）で示したように、初期の無線電信・無2.505 〜 2.535 GHz 2.66 〜 2.69 GHz

線電話のためのシステムでは、長波帯、中波帯および短波帯が用いられ、1953 年にサービス開始した港湾（3）航空機電話のサービスエリア

電話以降では、超短波帯が用いられている。

航空機電話のサービスエリアは、日本上空 5,000 m
以上の空域としていた。ただし、沖縄・石垣島間およ

船舶通信サービスに用いた無線基地局アンテナを表5.8 に示す。
長波帯および中波帯のアンテナは、一般によく知らび北海道東北部の航空路は対象外であった。
このサービスエリアを構築するために、6 つの航空れた基本的なアンテナであるため、次項以降では、短機電話無線基地局が置かれた。各無線基地局の無線波帯および超短波帯を用いた船舶通信で用いられた基地局アンテナの概要を示す。
5.2.2

短 波帯（HF 帯）を用いた船舶通信無線基地局アンテナ

表 5.8 に示したように、短波帯を用いた船舶通信無線基地局アンテナとして、コニカルモノポールアンテ
ナ、双扇形アンテナ、ロンビックアンテナが用いられた。短波帯では、指向性を有するカーテンアンテナも提案されていたが、船舶通信無線基地局アンテナとしては用いられなかった（コラム参照）。
図 5.5

航空機電話のサービスエリア 31）
表 5.8
周波数帯
長波帯
（LF）
中波帯
（MF）

短波帯
（HF）

超短波帯
（VHF）

船舶通信に用いた無線基地局アンテナ

偏波

指向性

指向性利得

アンテナ形式

垂直

水平面内
無指向性

2 dBi

モノポールアンテナ
逆 L 形アンテナ
T 形アンテナ

垂直

水平面内
無指向性

2 dBi

コニカルモノポールアンテナ

垂直面内
無指向性

2 dBi

双扇形アンテナ

単指向性10 〜 16.5 dBi

ロンビックアンテナ90°
ビーム

5 〜 8 dBi

反射板付ダイポールアンテナ

90°
ビーム

12 〜 15 dBi

コーナリフレクタアンテナ

水平垂直

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査375

（1）コ ニカルモノポールアンテナを用いた基地局アンテナ放射する。指向性利得は 13 〜 20 dBi である。
実際には、導線を二重に張り、その間隔を調整する

船舶のように移動する相手に対しては、基地局アンことにより特性インピーダンスの均一化を図っておテナとして水平面内無指向性のアンテナを用いるのがり、指向性利得は 10 〜 15 dBi を得ている 33）。このと最も簡易である。
しかし、
4 〜 22 MHz（比帯域幅 138 %）き、終端抵抗による電力損は 40 〜 50 % になっている。

を用いる短波帯においては、長波や中波で用いられて広帯域でかつ高利得な特性を持つことから、短波帯のきた狭帯域特性を持つモノポールアンテナでは特性をアンテナとして多く用いられた。

満足できず、広帯域特性を持つアンテナが望まれていた。
広帯域化の一つの方法として、モノポールアンテナの導体径を太くする方法がある。
この方法を応用して、

5.2.3

超 短波帯（VHF 帯）を用いた船舶通信無線
基地局アンテナ

導体線を張りめぐらせて全体として太い円錐状のモノ

超短波（VHF）帯を用いた港湾電話以降の船舶電

ポールアンテナを構成したコニカルモノポールアンテ

話のサービスエリアが、港湾や瀬戸内海および日本沿ナを実現し、広帯域特性を得ている。

岸全域を対象としていことから、各無線基地局は水銚子無線送信所において実用されていたコニカルモ

平面内角度 90°程度のエリアをサービス対象としていノポールアンテナは、2 段構成になっており、下段のた。このため、無線基地局アンテナは水平面内ビーム

アンテナが 4 〜 8 MHz 用として、上段のアンテナが幅 90°程度の指向性を持ち、超短波帯において指向性

8 〜 22 MHz 用として設計されていた。指向性利得は利得 5 〜 15 dBi の垂直偏波で動作するアンテナが要

通常のモノポールアンテナと同様に 2 dBi 程度であ求された。そこで、表 5.8 に示したように、超短波帯

り、垂直偏波で動作する 33）。

を用いた船舶電話においては、反射板付ダイポールア
ンテナ、コーナリフレクタアンテナが用いられた。

（2）双扇形アンテナを用いた基地局アンテナ
上記のコニカルモノポールアンテナがモノポールア
ンテナを広帯域化したアンテナであるのに対して、ダ（1）反 射板付ダイポールアンテナを用いた基地局アンテナ

イポールアンテナを同様の手法で広帯域化したアンテ

指向性利得 2.15 dBi をもつ半波長ダイポールアンテ

ナが双扇形アンテナである。これは、アンテナの分類

ナは、線状アンテナの基本アンテナである。このアン

上、幾何学の世界における相似の理を利用した自己相

テナは、放射導体の回りにドーナツ状の水平面内無指似アンテナの一種であり、ボウタイアンテナに相当す

向の放射指向性を有している。このアンテナを用いてる。また、3 次元構造を考えるとディスコーンアンテ

単一方向に指向性を持たす方法として、ダイポール素ナと呼ばれるアンテナとなる。

子の背面に金属反射板を設ける方法が簡易である。

実際には、水平方向に設置され、垂直方向に扇形に150 MHz 帯を用いた港湾電話以降の船舶電話サー33）。

ビスでは、アンテナ構成の簡易さから、反射板付ダイ

従って、このアンテナは垂直面内無指向性の水平偏波

ポールアンテナが用いられた。反射板付ダイポールのアンテナとして動作している。指向性利得はダイポー

指向性利得は 5 dBi 程度である。

広がった構造を 4 〜 20 本の導体線で構成している

1958 年に瀬戸内海を対象としてサービス開始した沿ルアンテナと同じである。

岸電話では、利得をあげるために、直角反射板を用い（3）ロンビックアンテナを用いた基地局アンテナ

た反射板付ダイポールアンテナも用いられている 5）。

ロンビックアンテナは、アンテナの分類上で、長い1964 年にサービス開始した 150 MHz 帯を用いた手導線上に進行波電流が流れるように給電した進行波ア

動交換内航船舶電話サービスでは、当初、無線基地局

ンテナの一つであり、入力インピーダンスも放射指向アンテナに要求された指向性利得 7 dBi を満たすため性も周波数には依存せず、広帯域な特性を持つ古典的に、反射板付ダイポールを 2 段重ねたアレー構成のアなアンテナである。長い導線がひし形形状に接続されンテナが用いられたと考えられる。

ていることからひし形アンテナとも呼ばれている。
ロンビックアンテナは、ひし形状に水平に置かれた
導線の片端から給電され、相対するもう一方の端で終376（2）コ ーナリフレクタアンテナを用いた基地局アン
テナ

端されている。ひし形の一辺の長さと開き角を適当に250 MHz 帯を用いた自動交換内航船舶電話サービ

選ぶことにより、給電点から終端の方向に水平偏波をスでは、高利得、構造の簡易さ、耐風性などが考慮さ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

れて、直交したすだれ反射板を持つコーナリフレクタ
アンテナが採用された 34）。コーナリフレクタアンテ
ナは、後述する無線呼出用基地局アンテナとして先に開発されており、その技術が転用されたと考えられる。
コーナリフレクタアンテナを用いた基地局アンテナの外観を図 5.6 に、山上の鉄塔に設置されたコーナリ
フレクタアンテナの全容を図 5.7 に示す。
図 5.6 に示す構造から、開口角が 90°のコーナリフレクタアンテナの指向性利得は 12 dBi 程度であると考えられ、開口角が 60°のとき 14.5 dBi 程度である。
さらに、高利得が必要な場合には、上下 2 段にアレー化することで約 3 dB 高い指向性利得を持つアンテナも採用された。反射板付ダイポールの指向性利得が5 dBi 程度であるのに比べると高利得なアンテナが用

図 5.6

コーナリフレクタアンテナ

いられていることが分かる。

現用されている壮大なカーテンアンテナ
短波帯（HF 帯）を用いた船舶通信の検討が開始された頃、短波帯で用いる指向性アンテナとしてカーテンアンテナが有力候補の一つであった。しかし、5.2.2 項で述べたように、船舶通信無線基地局アンテナとしては用いられなかった。
カーテンアンテナは、半波長ダイポール素子から 1/4 波長離れた背面に反射器を設けており、片方向に放射する単指向性を実現している。このため、指向性利得は双指向性を持つアンテナに比べて 3 dB 程度高くなっている。実データは明らかでないが、横方向 4 素子、縦方向 2 〜 4 素子の半波長ダイポール素子が配列されていたとして、15 〜 17 dBi の指向性利得が実現されていたと考えられる。
このアンテナは、半波長ダイポールアンテナと反射器を用いているため、狭帯域な特性を持ち、放射指向性とインピーダンスが周波数の変化に伴い大きく変化する欠点を有している。
このため、
1 つのアンテナだけでは、
短波帯（4 〜 22 MHz）の全周波数帯域で動作することは難しく、動作周波数の異なる複数のアンテナを切り替える必要があった。また、カーテンアンテナの名前のごとく、2 つの支柱でアンテナを吊っているため、強風時のアンテナの揺れによりインピーダンス特性が大きく劣化し、常時インピーダンス整合を行う必要があった。
現在、カーテンアンテナは茨城県古河市にある KDDI 八俣送信所に現存しており、NHK の海外向け短波
ラジオ国際放送のための送信アンテナとして現用されている。写真（左の写真はアンテナのモデル、右は
実物：著者撮影）に示すように、KDDI 八俣送信所では、100 m 離れた高さ 70 m の 2 本の鉄塔間に吊られたカーテンアンテナ 12 基と、50 m 離れた高さ 35 m の 2 本の鉄塔間に吊られたカーテンアンテナ 3 基が現用されており、広大な敷地に立つ壮大なカーテンアンテナの姿は一見の価値がある。

図 1 カーテンアンテナのモデル（KDDI 八俣送信所所有）の写真

図2

カーテンアンテナの外観

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

377

で高利得が得られることから無線呼出システムに適している。
無線呼出サービスに用いた無線基地局アンテナを表5.9 に示す。
表 5.9

無線呼出に用いた無線基地局アンテナ

周波数帯 偏波 指向性・利得

150 MHz

図 5.7

5.2.4

山上鉄塔設置された基地局アンテナの全容

アンテナ形式

垂直

水平面内
無指向性

ブラウンアンテナ

垂直

5 dBi

すだれ反射器付アンテナ

垂直12 dBi

コーナリフレクタアンテナ

250 MHz 垂直 12 〜 15 dBi
280 MHz 垂直

5 〜 8 dBi

コーナリフレクタアンテナ
反射板付ダイポールアレーアンテナ

船舶通信無線基地局アンテナの研究開発と実
用化

5.3.2

1908 年に長波および中波を用いてサービスを開始

反射板付ダイポールアンテナを用いた無線呼出用無線基地局アンテナ

した船舶通信も、短波の全盛時代を経て、超短波を用

5.2.3 項（1）の船舶通信無線基地局アンテナで述べいた内航船舶電話の時代において最盛期を迎えた。

たように、半波長ダイポールアンテナを用いて単一指しかし、公衆移動通信サービスの先駆けとして無線

向性アンテナを実現するには、ダイポール素子の背面

電報業務のために 1908 年に開局した銚子無線電信局に金属反射板を設ける方法が簡易である。この金属反は、輝かしい歴史とともに紆余曲折を経て、銚子無線

射板の代わりに「すだれ反射器」を用いたアンテナが電報サービスセンタとなり、1996 年 3 月に長崎無線「すだれ反射器付アンテナ」である。このアンテナは、

サービスセンタに業務を移管して閉局した。その後、1940 年代に 60 MHz 帯および 200 MHz 帯の超短波を1999 年 1 月に長崎無線サービスセンタも閉局し、無用いた無線多重通信回線において「すだれ反射器空中線電報サービスを終了した。

線」として用いられたアンテナ 37）で、金属反射板付

1964 年 11 月以降にサービス開始された内航船舶電ダイポールアンテナの類型である。

話の各システムも、1999 年 3 月の新内航船舶電話の150 MHz 帯を用いた初期の無線呼出サービスではサービス終了に伴って終わりを告げた。これに伴い、ブラウンアンテナが用いられた。その後、指向性を持

船舶通信無線基地局は廃局となり、サービス提供に用つアンテナが求められ、簡易な構造で耐風性に優れたいられていた各種の古典的な無線基地局アンテナも撤

すだれ反射器付アンテナがブラウンアンテナに代わっ去され、現存していないと考えられる。

て用いられた。指向性利得は 5 dBi 程度である。

船舶通信サービスは、1996 年 3 月にサービス開始

1996 年 に NTT ド コ モ が サ ー ビ ス 開 始 し た 280

された N-STAR を用いた衛星電話（ワイドスター）

MHz 帯を用いたシステムでは、図 5.8 に示す反射板の時代に移行して現在に到っている。N-STAR を用付ダイポールアレーアンテナが採用された 38）。指向

いた衛星電話（ワイドスター）については、4 章を参照されたい。

5.3 無線呼出サービスのための無線基地局アンテナ
5.3.1

無線呼出に適した無線基地局アンテナ

無線呼出では、超短波（VHF）帯が用いられており、5.2 節に示した船舶通信用無線基地局アンテナにおける超短波帯アンテナとして用いられた反射板付ダ
イポールアンテナおよびコーナリフレクタアンテナが用いられていた。送信電力およびサービスエリアの形
状は船舶通信とは異なるものの、簡易なアンテナ構成

378

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

図 5.8

反射板付ダイポールアレーアンテナ 38）

性利得は、素子数に応じて 5.0 〜 8.0 dBi である。

ビスに用いられていた無線呼出用無線基地局および基地局アンテナも撤去された。

5.3.3

コーナリフレクタアンテナを用いた無線呼出用無線基地局アンテナ

な お、NTT ド コ モ が 撤 退 し た 後、280 MHz 帯 を用いた東京テレメッセージのページャーサービスもコーナリフレクタアンテナは、反射板付ダイポール
アンテナの平面構造の金属反射板を、
特定の角度θ（通2019 年 9 月 30 日に終了し、個人向けの無線呼出サー
ビスのすべてが終了した。

常、θ＝ 45°、60°、90°）となるように配置した 2 枚の金属反射板に置き換えたアンテナである。金属板による波源のイメージ効果により利得が上昇する。
このアンテナは、簡易な構造で高利得が得られる超短波帯用アンテナとして多用されている。実際には、

5.4 自動車電話サービスのための無線基地局アンテナ
5.4.1

自動車電話に適した無線基地局アンテナ

耐風性を考慮して、前述のすだれ効果を適用したすだ1979 年 12 月に商用サービスが開始された自動車電れ反射板を持つ 90°
コーナリフレクタアンテナが用い話サービスでは 800 MHz 帯が用いられており、表 5.10

られた。この技術は、5.2.3 項（2）に示したように、に示すように自動車電話システムに応じて、設計思想

250 MHz 帯を用いた自動交換内航船舶電話サービスが異なっている。

用基地局アンテナとしても用いられた。
5.4.2
5.3.4

無線呼出用無線基地局アンテナの研究開発と実用化

初期の自動車電話無線基地局アンテナ（1）初期の基地局アンテナに適用された新たな技術
800 MHz 帯自動車電話網での加入者容量増大のた

1968 年 7 月にサービス開始した 150 MHz 帯を用い

めに、1 つの無線基地局に 10 〜 100 の無線チャネル

た無線呼出（ポケットベル）サービスおよびその後のを収容する必要がある。図 5.9 に示すように、初期の250 MHz 帯、280 MHz 帯を用いた無線呼出サービス

自動車電話基地局では、64 の無線チャネルを 1 つのに用いられた無線基地局アンテナは、いずれも既存の基地局アンテナに給電するために、4 台の共用装置をアンテナ形式およびアンテナ技術の流用であり、無線接続する構成としていた 39）。

呼出用無線基地局アンテナとして新しく研究開発されたアンテナ技術が反映されたわけではない。

自動車電話基地局アンテナは、電話局の鉄塔に設置するために、塔頂搭載型と塔側搭載型の 2 種類のアン

最初にサービス導入された 150 MHz 帯を用いた無テナの設置形態としており、水平面内 360°をサービ

線呼出システムは、1986 年 8 月無線設備規則が改正

スエリアとするために、水平面内を 4 分割した 4 面かされて、150 MHz 帯を用いたシステムは廃止となっら構成されていた。

た。その後、NTT ドコモに引き継がれた 250 MHz 帯

4 群共用を図るために、図 5.10 に示すように、新たを用いた無線呼出システムおよび 280 MHz 帯を用いに 4 個の 3 dB ハイブリッドを 2 段構成とした 4 端子

た無線呼出システム（FLEX-TD）も 2007 年 3 月 31

ハイブリッド回路を用いて、各々の面のアンテナ素子

日にサービスを終了した。これに伴い、これらのサーに対して 90°位相給電を行っていた。4 端子ハイブリッ

表 5.10
システム名称

偏波

水平面内
無指向性

大都市用
自動車電話
垂直
中小都市用
自動車電話

大容量
移動通信

指向性

垂直
水平

自動車電話に用いた無線基地局アンテナ
利得
11 dBd11 dBd

設置位置

アンテナ形式

小鉄塔塔頂

4 群共用 4 面合成反射板付
ダイポールアレーアンテナ

鉄塔塔側

4 群共用 4 面合成円筒パラボラアンテナ

扇形ビーム
90°
ビーム

16 dBd

水平面内無指向性

11 dBd

小鉄塔塔頂

4 群共用 4 面合成反射板付
ダイポールアレーアンテナ

扇形ビーム
90°
ビーム

16 dBd

鉄塔塔側

4 群共用円筒パラボラアンテナ

水平面内
無指向性

11 dBd扇形ビーム
90 〜 120°

13 〜 16 dBd

鉄塔プラット2 群共用円筒パラボラアンテナ

2 面合成優角コーナリフレクタアンテナ
広帯域パッチアレーアンテナ

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査379

図 5.9

自動車電話基地局アンテナ系の構成 39）（a）全体構成

4 群共用のための位相給電 39）（b）放射部・給電系
図 5.11

塔頂搭載型基地局アンテナ 39）

ド回路を用いたことにより、図 5.10 中の表に示すよ380

図 5.10（2）塔頂搭載型基地局アンテナ

うに、アンテナ放射素子には、4 群の出力端子に応じ塔頂搭載型基地局アンテナとして採用されたアンテてターンスタイル給電（0°, ± 90°,0°, ± 90°）とペナの構成を図 5.11 に示す。図 5.11 に示すように、アン

アスタイル給電（0°, ± 90°,0°, ± 90°）のいずれか

テナ部分の高さは 6.6 m である。耐候性と鉄塔への負で給電される。この給電スタイルによりアンテナの水担を軽減するため、アンテナは円筒状の FRP レドーム

平面内放射指向性の真円度が異なるために、工夫が必で覆われており、その直径は 51 cm である。アンテナ要であった。

下部には、4 群共用のために 4 個の 3 dB ハイブリッド

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchダイポールアンテナを垂直方向に 4 あるいは 8 素子多からなる 4 端子ハイブリッド回路を用いていた。
アンテナの放射部は、
4 つの反射面に 2 つのダイポー段化したアンテナ、水平面のビーム幅が 60°
あるいはルアンテナをペアとして 16 段に配列した構造となって90°であるコーナリフレクタアンテナを多段化して所いる。反射板には、隣接面との結合を低減するために要利得を実現したアンテナなどが用いられていた。

遮蔽板を設けている。また水平面内放射指向性の真円度を改善するために、上下各 4 段のアンテナを互いに

5.4.3

全国展開に向けた自動車電話無線基地局アンテナ

45°
ずらす配置としている。これにより、真円度 6 dB

（1）全国展開基地局アンテナに適用された新たな技術

以下を実現していた。

県庁所在地級の都市およびその周辺地域への適用を（3）塔側搭載型基地局アンテナ

意図したため、基地局アンテナを搭載する鉄塔が大都塔側搭載型基地局アンテナとして採用されたアン市に比べて小型であることから、基地局アンテナには。

小型軽量化が要求され、それを実現するために給電系

円筒パラボラの高さは 3 ｍ、横幅は 1.84 m である。

の簡素化が求められた。また、基地局が設置される様々

図 5.12 に示すように、円筒パラボラアンテナを 4 面

な地形に対応する必要があり、例えば帯状の地形に対用いた構成となっている。円筒パラボラ面は風圧荷重応するためには、水平面内無指向性では無く、特定の低減のために、すだれ構造としている。各面のアンテ

方向に指向性を持つアンテナが要求された。

テナの外観と水平面内放射指向性を図 5.12 に示す

40）

ナは約 60°の扇形指向性を有しており、他面のアンテ

この要求条件に対して、塔頂搭載型基地局アンテナ

ナと同相合成すると平坦な指向性が得られている。

では、アンテナの支持円柱に直接に放射素子を取り付

塔側搭載型基地局アンテナとしては上記のアンテナ

ける構造とすることにより細径化でき、小型軽量化をの他に、円筒パラボラアンテナを 1 式用いた 90°
ビー

実現している。このとき、支持円柱の半径が 0.2 波長

ムを持つ指向性アンテナや、従来技術である反射板付以下であれば、水平面内指向性の真円度が要求性能を満たすことを明らかにしている。
塔側搭載型基地局アンテナでは、特定の方向に指向性を持つアンテナとして、大都市用と同じく円筒パラ
ボラアンテナを用い、4 群共用のために 4 本の角錐ホーンを採用していた。
（2）塔頂搭載型細径化基地局アンテナ
塔頂搭載型細径化基地局アンテナの構成を図 5.13に示す 41）42）。図 5.13 に示すように、アンテナ部分の高さは 約 6 m である。耐候性と鉄塔への負担を軽減するため、アンテナは円筒状の FRP レドームで覆われており、その直径は 27 cm である。大都市用と比（a）外観

べて約半分に細径化されている。アンテナ下部には、
大都市用と同様に、4 群共用のために 4 個の 3 dB ハ
イブリッドからなる 4 端子ハイブリッド回路を用いていた。
アンテナの放射部は、支持円柱の回りの 4 方向にダイポールアンテナを配置し、各面に 16 段配置した構造である。4 端子ハイブリッド回路を用いていることから、給電スタイルによりアンテナの水平面内放射指向性の真円度が異なるために、ペアスタイル給電における水平面内指向性の真円度の改善のために、上段と下段のアンテナを互いに 90°
ずらしている（90°ス（b）水平面内放射指向性
図 5.12塔側搭載型基地局アンテナ

キューと呼ぶ）。90°
スキューを用いたことにより、支40）持円柱の半径が 0.2 波長以下であれば、真円度± 3 dB
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

381

（a）全体構成（b）放射部
図 5.13（c）広帯域ダイポール素子

塔頂搭載型細径化基地局アンテナ 41）

以内を満たすことが明らかとなっている。
また、このアンテナ構成では、支持円柱とダイポー
ルアンテナの間隔が 0.15 波長であることから、ダイ
ポールアンテナの帯域特性が狭帯域（比帯域は約 3%）となる。インピーダンス特性改善のために、
図 5.13（c）に示すように金属平板を用いた広帯域ダイポールの採用により、比帯域 10 % 以上を得ていた。
（3）塔側搭載型扇形ビーム基地局アンテナ
塔側搭載型 4 群共用指向性基地局アンテナの外観と（a）外観

水平面内放射指向性を図 5.14 に示す 41）42）。円筒パラ
ボラの高さは 3 m、横幅は 3.1 m である。パラボラの焦点距離は 0.87 m である。円筒パラボラ面は風圧荷重低減のために、すだれ構造としており、両端に遮蔽板を取り付けている。すだれ構造による透過減衰量は
20 dB 以上を得ている。図 5.14 に示すように、4 群共用のために 4 本の角錐ホーン用いて給電している。角
錐ホーンの間隔は 30 cm としている。
塔側搭載型基地局アンテナとしては上記の他に、大都市システムと同様の簡易アンテナとして、従来技術である反射板付ダイポールアンテナを垂直方向に 4 あ
るいは 8 素子アレー化したもの、水平面のビーム幅が60°あるいは 90°であるコーナリフレクタアンテナを（b）水平面内放射指向性

多段化して所要利得を実現したものなどが用いられて
いた。

382

国立科学博物館技術の系統化調査報告

図 5.14Vol.32 2023. March

塔側搭載型 4 群共用指向性基地局アンテナ 41）

5.4.4大容量化のための自動車電話無線基地局アン

伴うビームチルト技術、ダイバーシチ送受信に伴うダイ

テナ

バーシチ技術、およびプリントアンテナを用いたアレー（1）大容量基地局アンテナに適用された新たな技術

技術の新たな開発が基地局アンテナに課せられた 43）。

初期の自動車電話方式に比べて、加入者容量の大幅

小ゾーン化は同一周波数を繰り返し用いるために用な増大およびサービスの充実を目標とした「800 MHz

いられており、そのゾーン半径を小さくする方法の一

帯大容量自動車電話方式」においては、小ゾーン化につに基地局アンテナの垂直面内放射指向性の主ローブ方向を下方向にビームチルティングさせる方法が用いられた。図 5.15 にビームチルティングの概念を示す。
前述の円筒パラボラを用いた場合、チルト角を 9°とすることにより、約 5 km のゾーン半径を半分以下に小ゾーン化出来ることが明らかにされている 44）。
ダイバーシチ送受信のために、図 5.16 に示すように、
空間ダイバーシチあるいは偏波ダイバーシチが用いられた。空間ダイバーシチアンテナとしては、2 方向に
各々 180°
ビームを持つアンテナをハイブリッド合成

図 5.15

基地局アンテナのビームチルティング技術 44）

し、上下に直交配置して、上下各々をダイバーシチブ
ランチとしている。一方、偏波ダイバーシチとしては、
主に、90°
ビームを持つ偏波共用アンテナを 4 方向に配置し、偏波毎にハイブリッド合成してダイバーシチ
ブランチとしている 45）。
アレー構成によるビーム形成技術が新たに適用された。図 5.17 に示すように、単一方向にビームを持つアンテナを背中合わせに 10 波長以上離れて配置する
ことにより、アレー効果により多くのサイドローブを発生させて、多重波環境において等価的に水平面内無図 5.16

基地局アンテナのダイバーシチ技術 45）

指向性の放射指向性が得られる。一方、図 5.18 に示
すように、水平方向に 2 素子配列し、ハイブリッドを用いた不等振幅給電を行うことにより、アレー効果に
より水平面内に扇形ビームが得られる。
（2）プリントアンテナ技術を用いた基地局アンテナ
従来のアンテナの放射素子が金属を用いて構成されていたのに対し、図 5.19 に示すようにプリント基板

図 5.17

アレー構成によるオムニビーム形成技術

図 5.18

アレー構成による扇形ビーム形成技術

図 5.19 基地局アンテナのためのプリントアンテナ技術 46）47）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

383

を用いて放射素子および給電回路を同一面内に構成すを持つ優角コーナリフレクタ 2 面をハイブリッドで背るプリントアンテナ技術を用いることにより、簡易で面合成している。このアンテナを多重波環境において低コストでかつ高性能な特性をもつアンテナの実現が用いたとき、等価的に水平面内無指向性の放射指向性可能となったが得られることが明らかとなっている 48）。

。

46）
47）

図 5.19 に基地局アンテナに用いたプリントアンテナを示す。また、図 5.19 の左図はマイクロストリッ

このアンテナを用いて、上下に多段設置することにより、スペースダイバーシチ効果を得ていた。

プ放射素子を利用した例を示しており、図 5.18 に示したアレー構成による水平面内に扇形ビームを得る機

5.4.5

自動車電話無線基地局アンテナの研究開発と実用化能を有する構成となっている。図 5.19 の右図はプリントダイポール素子を利用した例を示している。これ

自動車のトランクに取り付けられたオレンジトップのトについても、縦 2 列に素子を配置し、不等振幅給電を

ランクリッドアンテナが「ステイタスシンボル」と呼ばれ行うことにより、水平面内に扇形ビームが得られる。

た「自動車電話」の時代から「携帯電話」の時代に変わり、現在では「自動車電話」の言葉も死語と化している。

（3）オ ムニゾーンスペースダイバーシチ基地局アン
テナ

1967 年に技術開発を終了した「400 MHz 帯都市内
自動車電話方式」の技術は、1968 年の十勝沖地震を

図 5.17 に示したアレー構成によるオムニビーム形

契機に、「都市内災害対策用可搬無線方式」としての成の概念を図 5.20 に示す。水平面内に 180°のビーム開発が継続され、1974 年に首都圏に導入されている。
本節でまとめた「800 MHz 帯自動車電話方式」の輝
かしい技術は、第 2 世代以降の移動通信システムに大きな影響を与えているのは説明するまでもない。初期の自動車電話基地局アンテナについても、第 2 世代以降の小形化・簡易化・高機能化を図った新たな時代の基地局アンテナへと脱皮するために必要な技術であったと位置づけられる。

図 5.20

オムニゾーン基地局アンテナ 48）

日本の携帯電話が「IEEE Communications Magazine」の表紙を飾る
米国電気電子学会（IEEE：Institute of Electrical and Electronics Engineers）の通信ソサイエティマガ
ジンの 1986 年 2 月号の表紙に下記の図柄が掲載され、その説明には、｢ 表紙イラストは、安藤広重が江戸時代（約 200 年前）の日本の旅人を描いた浮世絵である。
当時の旅行には多くの時間がかかり、危険が伴うことも多かったため、旅行者は旅行中に家族や友人などと連絡が取れることを切望していた。携帯電話やファクシミリ
端末のような通信設備は、彼らには想像もでき無かった。
」と書かれている。その雑誌には、5 章の文献（28）が掲載されていた。その文献には、日本における自動車電話が大容量化を迎え、アナログ携帯電話が開発され、第 2 世
代移動通信に邁進しつつあった状況が書かれている。

384

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March表 5.11
システム名称

衛星航空機電話

周波数帯

偏波

指向性

利得

設置位置

アンテナ形式

800 MHz

垂直

水平面内
無指向性

11 dBd

鉄塔塔頂

直列給電
スリーブアンテナS円【4 章を参照】

N-STAR【4 章を参照】

その後、前述のアナログ航空機電話サービスと衛星

航空機電話サービスのための無線基地局アンテナ

電話ワイドスターを用いた衛星航空機電話サービス

航空機電話に適した無線基地局アンテナ

らのサービスに用いられていた航空機電話無線基地局

5.5
5.5.1

アナログ
航空機電話

航空機電話に用いた無線基地局アンテナ

航空機電話システムは、地上をサービスエリアとす

は、2004 年 3 月 31 日に終了した。これに伴い、これおよび基地局アンテナも撤去された。

る既存の自動車電話システムの交換・制御系を共用して開発されたが、無線基地局アンテナは、従来技術に5章の文献よる簡易なアンテナが採用された。

1）宮内一洋 , “移動通信技術の動向” , 電子通信学会誌 ,航空機電話サービスに用いた無線基地局アンテナを
表 5.11 に示す。なお、衛星航空機電話については、4 章を参照されたい。

vol.63, no.2, pp.104-110, Feb. 1980.
2）若井登［監修］, “無線百話- マルコーニから携帯電話まで -” , クリエイト・クルーズ , July 1997.
3）大井哲夫 , 武内正史 , “船舶電話方式” , 電子通信学

5.5.2

上空をサービスエリアとする航空機電話無線
基地局アンテナ

航空機電話無線基地局アンテナとして用いられたの会誌 , vol.63, no.2, pp.116-121, Feb. 1980.
4）伊藤末吉 , “港湾無線電話施設とその動向” , 電気通
信施設 , vol.5, no.6, pp.36-39, June 1953.

は、直列給電スリーブアンテナである。このアンテナ

5）田中正也 , 松江重隆 , “瀬戸内海沿岸サービスの概は水平面内無指向性のドーナツ形状の放射指向特性を要” , 電気通信施設 , vol.10, no.6, pp.127-131, Feb.

有しており、鉛直方向の電界は 0 であるが、小型・軽1958.

量の特徴からこのアンテナが用いられたと考えられ

6）山根信義 , 三野昇 , 青木昌司 , 橋本七郎 , “新しい内る。通信相手の移動体が高速で移動する飛行機である

航船舶電話サービス” , 電気通信施設 , vol.16, no.11,

ため、鉛直方向の放射電界が 0 であっても、特に問題とはならない。
なお、移動体（飛行機）側に設置された無線移動局
アンテナには、航空無線通信用として広く用いられている小型ブレードアンテナが採用され、飛行機下部に取り付けられていた。

pp.83-91, Nov. 1964.
7）桑 原守二 , 髙木慶三 , 高村充 , 吉田英一 , “内航船舶電話方式商用試験結果の概要” , 電気通信施設 ,vol.18, no.4, pp.129-133, Apr.1964.
8）西 邑省三 , 小山稔 , 片岡増美 , 辻村清行 , “本仕化された自動内航船舶電話方式” , 電気通信施設 ,vol.31, no.12, pp.95-103, Dec. 1979.

5.5.3

航空機電話無線基地局アンテナの研究開発と実用化ナの研究開発と実用化

航空機電話サービスは、
5.1.5 項（1）に示したように、

9）長津隆義 , 村田嘉利 , 熊高信治 , “移動体通信の現状と展望” , NTT 施設 , vol.40, no.12, pp.35-38, Dec.
1988.

1986 年に開始され、1993 年 6 月には、一般航空機を10）久 保 庄 二 , 栗 原 恒 之 , “ 船 舶 電 話 方 式 ” , NTT

対象に加入型航空機電話サービスも開始した。これら

DoCoMo テ ク ニ カ ル・ ジ ャ ー ナ ル , vol.1, no.3,の航空機電話無線基地局に用いられた基地局アンテナ

pp.44-47, Jan. 1994.

は、5.4.2 項で示したように、航空機電話用として新

11）上野晋 , 歌野孝法 , 山本浩治 , 西泰樹 , “N-STAR

しい技術を用いて特別に開発されたものではなく、特衛星通信システムの概要” , NTT DoCoMo テクニ

筆すべき新たな技術は採用されていない。

カル・ジャーナル , vol.4, no.2, pp.6-9, July 1996.

2001 年 7 月には N-STAR 衛星（衛星電話ワイドスター）を用いた衛星航空機電話サービスが開始され、サービスエリアは日本全土および沿岸から 200 海里（約 370 km）の区域に拡大された。

12）永村春一 , “ポケットベル・サービス” , 電気通信
施設 , vol.20, no.7, pp.19-26, July 1968.
13）木村正道 , 高木慶三 , 福住和夫 , 山田幸輝 , “新しい移動無線～ポケットベル方式～” , 電気通信

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査385

施設 , vol.20, no.3, pp.110-118, Mar. 1968.
14）木村正道 , 高沢徳次郎 , 萩平忠利 , 堀崎修宏 , “無線呼出方式 “ポケットベル方式” 商用試験結果” ,圭祐 , “大容量自動車電話方式” , 信学誌 , vol.71,
no.10, pp.1011-1022, Oct. 1988.

電気通信施設 , vol.21, no.1, pp.103-110, Jan. 1969.

30）菊 池敬昭 , “競争が本格化する移動体通信サービ

15）山 尾 泰 , 伊 藤 正 悟 , 横 田 博 道 , “ 高 度 無 線 呼 出ス” , NTT 技術ジャーナル , vol.1, no.1, pp.10-17,

シ ス テ ム（FLEX-TD） シ ス テ ム 概 要 ” , NTT
DoCoMo テ ク ニ カ ル ･ ジ ャ ー ナ ル , vol.4, no.1,

Apr. 1989.
31）三 石多門 , “航空機電話方式” , NTT DoCoMo テ
クニカル・ジャーナル , vol.1, no.2, pp.30-33, Oct.

pp.7-9, Apr. 1996.
16）伊藤正悟 , 水木貴教 , 大橋節也 , 西川信広 , “高度無線呼出システム（FLEX-TD） 基地局系装置” ,1993.
32）林邦宏 , 小野隆 , 神宮司誠 , 倉本昌和 , “衛星航空NTT DoCoMo テクニカル ･ ジャーナル , vol.4,

機電話特集

no.1, pp.10-14, Apr. 1996.

クニカル・ジャーナル , vol.9, no.2, pp.43-46, July17）和 田全浩 , “高度化・多様化するポケットベル” ,NTT 技術ジャーナル , vol.1, no.1, pp.27-35, Apr.

システム概要” , NTT DoCoMo テ

2001.
33）苅込正敞 , 進士昌明 , “技術のはなし

空中線〔1〕”,

電気通信施設 , vol.24, no.9, pp.112-117, Sept. 1972.

1989.
18）渡 辺正信 , 宮内一洋 , “自動車電話方式の研究実34）苅込正敞 , 進士昌明 , “技術のはなし

空中線〔2〕”,

用化” , 電気通信研究所 研究実用化報告 , vol.26,

電 気 通 信 施 設 , vol.24, no.10, pp.122-125, Oct.

no.7, pp.1813-1820, July 1977.

1972.

19）伊藤貞男 , “自動車における移動通信” , 電子通信
学会誌 , vol.57, no.4, pp.452-459, Apr. 1974.
20）伊 藤 貞 男 , 松 坂 泰 , “ 自 動 車 電 話 方 式 の 概 要 ” ,電 気 通 信 研 究 所 研 究 実 用 化 報 告 , vol.26, no.7,35）川上春夫 , “短波放送用アンテナ” , RF ワールド ,no.49, pp.30-34, Feb. 2020.
36）及 川将 , “KDDI 八俣送信所の思い出と見学記” ,RF ワールド , no.34, pp.112-123, May 2016.
37）渋谷茂一 , 中之堂信定 , 引地勉 , 田中正也 , 若麻pp.1821-1836, July 1977.
21）鎌田光帯 , 吉川憲昭 , 坂本正行 , “自動車電話無線

績達男 , “60MC 用すだれ反射器空中線

特にその方式” , 電気通信研究所 研究実用化報告 , vol.26,

整備結果について” , 電気通信施設 , vol.3, no.11,

no.7, pp.1837-1854, July 1977.

pp.44-53, Nov. 1951.

22）伊 藤貞男 , “自動車電話方式” , 電子通信学会誌 ,vol.63, no.2, pp.122-127, Feb. 1980.
23）宮内一洋 , “最近の自動車電話技術” , 電気通信研
究 所 研 究 実 用 化 報 告 , vol.31, no.1, pp.1-6, Jan.

38）西川信広 , 伊藤勝 , 大橋節也 , “FLEX-TD 用小形
基地局装置” , NTT DoCoMo テクニカル ･ ジャー
ナル , vol.6, no.1, pp.11-14, Apr. 1998.
39）三 島発 , 恵比根佳雄 , 渡辺邦夫 , “自動車電話方式用基地局アンテナ・共用系” , 電気通信研究所

1982.
24）泉 一雄 , 中林撰 , “中小都市用自動車電話方式の概要” , 電気通信研究所 研究実用化報告 , vol.31,

研究実用化報告 , vol.26, no.7, pp.2011-2035, July
1977.
40）三島発 , 斉藤隆彌 , 恵比根佳雄 , “扇形ビームアン

no.1, pp.7-19, Jan. 1982.
25）渡辺邦夫 , 長津隆義 , 歌野孝法 , 三石多門 , “中小
都市用自動者電話無線方式” , 電気通信研究所 研
究実用化報告 , vol.31, no.1, pp.21-34, Jan. 1982.

テナによる塔側形無指向性アンテナ” , 電子通信学会 技術研究報告 , CS73-85, Oct. 1973.
41）長津隆義 , 歌野孝法 , 恵比根佳雄 , 渡辺邦夫 , “中26）菊池敬昭 , 後藤俊邦 , “自動車電話の技術動向” , 電

小都市用自動者電話方式のアンテナ系装置 , 送

気通信施設 , vol.34, no.4, pp.37-45, Apr. 1982.

受信装置”, 電気通信研究所 研究実用化報告 ,27）倉本實 , “大容量移動通信方式の設計構想” , NTT国際シンポジウム - 大容量移動通信方式 -, pp.27-

vol.31, no.1, pp.59-71, Jan. 1982.
42）西垣内俊治 , 大軒民権 , 徳広清志 , 吉澤和広 , “自動車電話方式中小都市用基地局系諸装置の概要” ,43, July 1983.

38629）倉本実 , 渡辺邦夫 , 江口真人 , 結城主央巳 , 小川28）Kuramoto, M. and Shinji, M., “Second Generation

電気通信施設 , vol.34, no.6, pp.99-107, June 1982.

Mobile Radio Telephone System in Japan” ,43）堀川泉 , “大容量移動通信方式の主要技術 - アンテIEEE Communications Magazine, vol.24, no.2,

ナ・伝搬 -” ,pp.16-21, Feb. 1986.

動通信方式 -, pp.80-93, July 1983.

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. MarchNTT 国際シンポジウム - 大容量移44）恵比根佳雄 , 小園茂 , “陸上移動通信における基地
局ビームチルトアンテナの伝搬試験結果” , 電子

昭 58 年度電子通信学会 総合全国大会 , no.754,
Mar. 1983.

通信学会 技術研究報告 , A･P82-23, June 1982.

47）堀俊和 , 中嶋信生 , “扇形ビームを有するプリント45）山田吉英 , 恵比根佳雄 , 中嶋信生 , 奈良武治 , “大ダイポールアレーアンテナ” , 電子通信学会

容量移動通信方式用基地局／移動局アンテナ構成
技術” , 電気通信研究所 研究実用化報告 , vol.35,
no.10, pp.1023-1031, Oct. 1986.
46）堀 俊和 , 中嶋信生 , “マイクロストリップ素子を技

術研究報告 , A･P83-58, Aug. 1983.
48）奈 良武治 , 恵比根佳雄 , 中嶋信生 , “自動車電話用オムニゾーン基地局アンテナ” , 電子通信学会
技術研究報告 , A･P85-23, June 1985.

用いた自動車電話基地局用扇形ビームアンテナ” ,国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査387

6 パーソナル通信のための無線基地局アンテナ
6.1
6.1.1

電話（第 1 世代）にも新規電気通信事業者（NCC：

パーソナルアクセスシステムと無線基地局

New Common Carrier）が誕生した。この競争原理の導入と携帯電話の実現により、1992 年度末には加パーソナルアクセスシステム

入者数は約 170 万に達し、自動車電話 ･ 携帯電話は急（1）パーソナル通信時代の到来

激な需要拡大の時代に突入した。この需要に対応した1980 年代後半になって携帯電話が実現し、1990 年

容量拡大、各種新サービスの提供を目的として、800

代以降のディジタル端末を用いたパーソナル通信時代

MHz 帯と 1.5 GHz 帯を用いたディジタル移動通信方の到来が視野に入ってきた。第 2 世代携帯電話（PDC：

式の開発が進められ、第 2 世代移動通信システムの誕

Personal Digital Cellular）や PHS（Personal Handy-

生へ新たな道が開けた。
1989 年 4 月に郵政省を中心にシステムの技術的条

Phone System）端末を各人が持ち、自由にパーソナ件などの検討が開始され、1991 年 4 月には移動機とル通信を楽しむ時代になったのである。
本章では、パーソナル通信時代の実現に大きく寄与

基地局を接続するための「デジタル方式自動車電話シした第 2 世代移動通信の携帯電話（PDC）、PHS から、

ステム標準規格」が制定された。これを受けて、移動高速データ伝送を可能とした第 3 世代以降のシステム

通信事業者間で共通仕様化活動が開始され、標準化がを対象とする。なお、パーソナル通信としては、無線進められた。開発された第 2 世代移動通信システムは、LAN（Local Area Network）が大きく寄与しているが、1993 年 3 月に首都圏約 130 局に導入され、商用サー

本調査では公衆移動通信の立場から敢えて対象外としビスを開始した 1）。その後、首都圏での拡大、およびている。

全国展開が図られた。

（2）パーソナル通信で用いた周波数と伝送速度（2）携帯電話基地局とマクロセル

携帯電話、PHS および高速データ伝送をサービス

ディジタル方式（第 2 世代移動通信）のサービスエ

提供するシステムで用いた周波数と伝送速度を表 6.1

リアは、首都圏においては既存の 800 MHz 帯のアナに示す。いずれのシステムにおいても、使用周波数帯

ログ方式（第 1 世代移動通信）の上にオーバレイするは時代とともに多くなり、伝送速度も格段に高速化さ形で構築されていた。その後、全国拡大に伴い、都市れていることが分かる。

部ではシステム容量から小さなセル（3 セクタ、セル
半径 1.5 km 〜 3 km）とし、地方都市では経済性を重

6.1.2

携帯電話システムと無線基地局

視して大きなセル（3 セクタあるいはオムニ、セル半（1）携帯電話システムの開発

径 3 km 以上）としていた。第 1 世代の大都市システ

通 信 の 自 由 化 の 波 を 受 け て、1988 年 に は 自 動 車
表 6.1
用途
携帯電話
PHS

高速データ伝送

パーソナル通信で用いた周波数と伝送速度

移動通信
第 2 世代ムのゾーンに比べると約 1/3 程度に小さくなってい周波数帯

伝送速度＊1）800 MHz, 1.5 GHz

9.6 kbps ⇒ 42 kbps

1.9 GHz32 kbps ⇒ 128 kbps

第 3 世代

700 MHz, 800 MHz,
1.5 GHz, 1.7 GHz, 2 GHz

下り

384 kbps ⇒ 100 Mbps

上り384 kbps ⇒ 37.5 Mbps

第 4 世代

700 MHz, 800 MHz,
1.5 GHz, 1.7 GHz,
2 GHz, 3.5 GHz

下り187.5 Mbps ⇒ 1.7 Gbps

上り37.5 ⇒ 112.5 Mbps

第 5 世代3.7 GHz, 4.5 GHz, 28 GHz

下り

3.4 Gbps

上り

182 Mbps＊1）伝送速度の「下り」は「基地局から端末」の回線を、「上り」は「端末から基地局」の回線を意味している。
通常、上り回線に比べて下り回線の方が多くの情報を伝送することが多いため、伝送速度が速く設定され
ている。

388

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. Marchる。さらに、大都市圏では更なる需要の拡大に伴い、を採用している。PHS のマイクロセルの半径は、従セル分割による小ゾーン化により周波数効率向上を図

来の携帯電話のマクロセルの半径の約 10 分の 1 の約り、収容能力を拡大した。

100 m である。従って、PHS では電波の繰り返し利用効率が高くなるものの、基地局数は従来の 100 倍と6.1.3

PHS システムと無線基地局（1）コードレス電話と PHS システム
1970 年の大阪万博で初登場したコードレス電話は、なる。しかし、PHS 基地局の送信出力は従来の自動車・
携帯電話システムの 100 分の 1 の 10 mW と小さくでき、簡易な基地局構成で十分である利点がある。

1987 年にアナログコードレス電話としてサービスがマクロセルを形成する従来の基地局アンテナが、電開始されている。これは、固定電話網に接続された家話局の鉄塔上、高いビルの屋上等の高い位置に設置さ庭や事業所の電話端末（親機）に加えて、親機からのれたのに対し、マイクロセルを形成する基地局アンテ

電波を用いた無線通信を介して接続された端末（子ナには低アンテナ高が要求され、通常、基地局アンテ機）からも同時通信可能としたサービスで、子機間通

ナは地上高 3 〜 10 m 程度の高さに置かれる。PHS 基話を含めて通信の利便性の向上を意図したサービスで

地局アンテナの場合は、通常、ディジタル公衆電話ボッ

ある。

クス、電信柱、専用ポール、低層ビルの屋上、地下街

PHS は、このアナログコードレス電話をディジタ
ル化したディジタルコードレス技術を用いて開発したあるいは屋内の天井等に設置され、マイクロセルを形成する 3）。

日本発の技術である 2）。PHS は、1995 年 7 月 1 日に
1.9 GHz 帯の電波を用いて、東京・北海道地区でサー6.1.4

ビス開始された。PHS 端末は、図 6.1 に示すように、（1）高速データ伝送システムの開発

高速データ伝送システムと無線基地局

家庭や事業所ではディジタルコードレス電話端末とし1985 年 11 月 に 開 催 さ れ た ITU（Internationalての機能を有し、屋外ではディジタル携帯端末として

Telecommunication Union： 国 際 電 気 通 信 連 合 ） の簡易基地局を介して公衆固定電話網に直接接続出来るCCIR（International Radio Consultive Committee：機能を有している。このように、PHS は、コードレ

国際無線通信諮問委員会）の第 8 研究委員会会合におス電話技術の拡張技術を用いているため、PHS 網はいて次世代移動通信の国際標準化の必要性が合意さ

従来の自動車・携帯電話のための移動通信網とは異れ、標準化作業が開始された 4）5）。これは、第 1 およ

なり、ディジタル公衆固定電話網を活用した網であび第 2 世代移動通信において、各国独自の方式を用いるていた反省をもとに、次世代においては、世界統一標。

＊2）

準規格および各国ネットワークのローミングによる世界中のどこでも使える移動通信の国際標準化の必要性を求めた結果であった。
そ の 後、1991 年 5 月に 組 織 再 編 さ れ て 誕 生 し た
ITU-R（International Telecommunication UnionRadiocommunication Sector：国際電気通信連合無線
通信セクタ）の TG8/1（Task Group 8/1）で、2000
年の導入を目途に次世代移動通信の標準化作業が進められた。当初、次世代移動通信は FPLMTS（Future
図 6.1

PHS の概念（2）PHS 基地局とマイクロセル

Public Land Mobile Telecommunication Systems）と 呼 ば れ た が、1997 年 に IMT-2000（International
Mobile Telecommunication-2000）と改称されて標準

従来の自動車・携帯電話のための移動通信網と異化が進められた。困難な標準化作業の結果、第 3 世代

なり、PHS 網ではマイクロセルと呼ばれるセル方式

移動通信においては、
日本提案の W-CDMA（Wideband＊2）PHS 網の網構成には 2 通りある。ひとつは、PHS 基地局から PHS 接続装置を介して NTT が提供している ISDN 公衆網の市内交換機に接続する「NTT 網活用型」の網構成であり、もう一つは、独自のネットワー
クである地域系 NCC の公衆網を用いた PHS 網と NTT の ISDN 公衆網を関門交換機を介して網接続する「NTT 網接続型」の網構成である。
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査389

図 6.2

高速データ伝送における伝送速度の変遷

Code Division Multiple Access） 方 式 と 米 国 提 案 の数を束ねて用いるキャリアアグリゲーション（CA、CDMA 2000（Code Division Multiple Access 2000）

Carrier Aggregation）が初めて採用されている 10）。

方式が混在することになった。

なお、MIMO が同じ周波数帯域を用いて高速化を図

日本では、2001 年 10 月に第 3 世代移動通信として
W-CDMA 方式を用いた商用サービスが開始され、映るのに対して、CA は複数の異なる周波数帯域を用いて高速化を図っているのが特徴である。

像通信などの本格的なマルチメディアサービスの進展が期待された。しかし、1999 年に i-mode サービスが（3）高速データ伝送における使用周波数帯の拡大開始されており、携帯端末を介したデータ通信が盛ん

2001 年 10 月の第 3 世代移動通信の導入以降、トラになるに伴い、384 kbps という伝送速度に対してのフィックの増大に対応して、使用周波数の見直しおよ

新たな高速化の要求が起こってきた。

び高周波数領域への拡大が図られて来ている。高速

その後、更なる伝送速度の高速化が検討され、第 4

データ伝送のための使用周波数帯の変遷を図 6.3 に示

世代移動通信および第 5 世代移動通信の実現に向けす。図 6.3 に示すように、高速データ伝送のための使て、国際標準化が進められた用周波数帯は、第 3 世代移動通信の導入時の 2 GHz。

6）7）8）

帯に加えて、800 MHz 帯、1.7 GHz 帯、1.5 GHz 帯、（2）高速データ伝送における伝送速度の高速化
第 3 世代移動通信から第 5 世代移動通信に至る高5 周波数帯の基地局装置が混在することになった。

速データ伝送システムの伝送速度の変遷を図 6.2 に示

一方、高周波数領域への拡大については、第 4 世代

す。図 6.2 に示すように、2001 年 10 月の第 3 世代移移動通信で 3.5 GHz 帯が、第 5 世代移動通信で Sub6

動通信の導入以降、マルチメディアの普及に伴うトラ帯と呼ばれる 3.7 GHz 帯および 4.5 GHz 帯と、ミリ波フィックの増大に対応するために、伝送速度の高速化

帯の 28 GHz 帯が新たに用いられた。もちろん、第 3が図られて来ている。

世代および第 4 世代移動通信システムは共存している

この高速データ伝送システムの実現のために、次項で述べる使用周波数の見直しおよび高周波数領域へのため、無線基地局にはシステム共用における基地局装置の経済化が求められている。

拡大が図られ、同時に、新たな変調方式の採用、さらなお、電波伝搬特性の観点からは、従来の移動通信には空間情報を考慮してマルチストリーム伝送を可能で用いられてきた 800 MHz 帯に比べて高周波数になとする MIMO（Multiple-input Multiple-output）伝送

るにつれて電波の伝搬損失が増大し、また電波の直進の導入が進められてきている 。また、第 4 世代移動性による回折損失の増大にも繋がる。従って、基地局

通信では、更なる高速化を図るために、複数の周波構成の観点からは、各基地局のサービスエリアが小さ

9）

390

700 MHz 帯の順で増え、第 4 世代移動通信において、

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March図 6.3高速データ伝送における使用周波数帯の変遷

くなり、セル繰り返しが増えることから基地局数の増タを用いた 6 セクタ化がゾーン分割の手法として採用

大に繋がる。このように、高周波数化の得失は高速伝された。ディジタル方式においても、多重波伝搬によ送化を進める上で無視出来ない課題である。

る受信波の変動に対処するためのダイバーシチ受信は必要であり、引き続いて開発が求められた。
800 MHz 帯と 1.5 GHz 帯の周波数共用化、電波のオー

携帯電話に適した無線基地局アンテナのための 120°
ビームおよび 60°
ビームを持つ扇形ビー

6.2
6.2.1

上記の通り、携帯電話無線基地局アンテナには、携帯電話サービスのための無線基地局アンテナ

1993 年 3 月に首都圏に導入され商用サービスを開バーリーチを低減するビームチルト機能、セクタ化
ム、ダイバーシチ受信機能が求められた。

始した携帯電話サービス（第 2 世代移動通信、2G）では、800 MHz 帯（送信：810 〜 826 MHz、受信：940 〜

6.2.2

周波数共用を可能とする無線基地局アンテナ

956 MHz）と 1.5 GHz 帯（送信：1,477 〜 1,489 MHz,

周波数共用化を図った携帯電話サービスのための無1,501 〜 1,513 MHz、受信：1,429 〜 1,441 MHz, 1,453

線基地局アンテナの構成および鉄塔に搭載されたアン〜 1,465 MHz）の電波を採用した。これにより、従来

テナの構成と外観を図 6.4 に示す 11）12）。図 6.4 に示す無線の 800 MHz 帯アナログシステムを含めて、3 つのシ基地局アンテナは、6.2.1 項に示したように、800 MHz 帯

ステムが共存することとなった。当然、無線基地局はアナログシステム、800 MHz 帯と 1.5 GHz 帯のディ

これら 3 つのシステムに対応する必要があり、設置場

ジタルシステムの 3 システムに対応している。また、所および設置コストの観点から、周波数共用を可能と民間ビルへの設置等、設置場所の多様化に対応するたする無線基地局アンテナが望まれた。

めに、アンテナを直径 160 mm（従来の 1/3）の円筒

また、6.1.2 項（2）に示したように、第 2 世代移動
通信サービスにおいては、需要の拡大に伴う小ゾーン

レドームの中に構成できるように小形化設計を行い、軽量化および風圧荷重低減を図っている。

化が図られた。各無線基地局のゾーン半径は小さくな

無線基地局アンテナとしては、800 MHz 帯と 1.5 GHzり、ゾーン半径が小さくなったことにより、無線基地帯を共用しており、800 MHz 帯では 810 〜 956 MHz、局からの電波のオーバーリーチを低減するためのビー

1.5 GHz 帯では 1,429 〜 1,513 MHz の帯域をカバーす

ムチルトの必要性がさらに高まった。ビームチルト角る必要がある。各々の比帯域は 16.5 % および 5.7 %は、800 MHz において 0 〜 5°、1500 MHz において 3

である。

〜 11°
が要求された。

800 MHz 帯と 1.5 GHz 帯の共用については、各々

同時に、第 1 世代移動通信の大容量システムで導入の周波数帯で共振する 2 周波数帯共用素子を用いるこされた 120°
セクタを用いた 3 セクタ化および 60°
セクとにより、2 周波数帯共用化を図っている。しかし、国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査391

（a）アンテナ構成（b）鉄塔搭載時の外観
図 6.4

周波数共用無線基地局アンテナ 11）12）

通常の平面アンテナでは 800 MHz 帯の比帯域を満た

各々 60°のビームを放射する。すなわち、アンテナ 1

さないため、800 MHz 帯については、無給電素子を面で 2 ビームを有していることから、このアンテナを用いた 2 層構造とするとともに、素子の分割および複鉄塔のプラットホーム上に 120°おきに 3 方向に設置

数共振化により 16.5 % の比帯域を実現している。

することにより、無線基地局としては 60°
ビームが 6方向に放射され、6 セクタを実現していた。

6.2.3 セル繰り返しを可能とする無線基地局アンテナ
6.1.2 項に示したように、需要の拡大に伴う小ゾーン化により、
各無線基地局のゾーン半径は小さくなり、
無線基地局アンテナには第 1 世代の大容量システムと同様にビームチルトが要求された。
無線基地局アンテナには、アンテナ素子へ電力分配するための給電部が設けられており、上下に隣接する
アンテナ素子への給電位相に傾斜を設けることにより、放射ビームの方向を下方向にビームをチルトできる構造としている。ビームチルト角は、800 MHz 帯
で 0 〜 5°、1500 MHz 帯で 3 〜 11°としており、周波数毎にまた設置場所毎に調整出来る構造としている。
一方、従来のオムニゾーンに対して、ゾーン分割のためのセクタ化も採用されている。セクタ数が 3 およ

図 6.5

 0°
6
ビームを持つ 6 セクタ用 2 ビーム無線基地局
アンテナ 13）6.2.4

携帯電話無線基地局アンテナの研究開発と実び 6 に対して、無線基地局アンテナとしては、120°
ビームおよび 60°
ビームを持つ扇形ビームアンテナが開発用化されている。

392

3 セクタ用の 120°ビームを持つ扇形ビームアンテナ

第 1 世代移動通信のアナログシステムに続いて、は、第 1 世代の大容量システムで開発された技術が用

1993 年 3 月にディジタルシステムが第 2 世代としていられている。一方、6 セクタ用の 60°ビームを持つ導入されて以来、無線基地局アンテナとしては、800

扇形ビームアンテナが新たに開発されている。図 6.5

MHz 帯アナログシステム、800 MHz 帯と 1.5 GHz 帯にそのアンテナの概念を示す。このアンテナはハのディジタルシステムの 3 システムに対応するアンテ

イブリッドを用いた給電位相制御により、各々 A 端ナが用いられた。基地局アンテナへの新たな要求は、子および B 端子に対応する 60°
離れた 2 つの方向に

周波数共用化、ビームチルト機能、セクタビーム化で

国立科学博物館技術の系統化調査報告

13）Vol.32 2023. March

あり、各々に対してユニークな研究開発が行われた。

不一致により受信レベルの低下を招くことが分かってこれらの技術は、第 3 世代以降にも引き継がれ、更ないる。

る発展を遂げている。
1993 年に 3 システム対応として開発し導入された 3
システム共用基地局アンテナも、1999 年 3 月の第 1 世
代の大容量システムの終了に伴って不要となった。さらに 2001 年の第 3 世代の導入に伴い、第 2 世代のシス
テムも 2012 年 3 月に NTT DoCoMo がサービスを終了
し、第 2 世代向けの無線基地局アンテナも撤去された。

6.3 PHSサービスのための無線基地局アンテナ
6.3.1

図 6.6

PHS に適した無線基地局アンテナ 14）

空間給電円筒コリニアアンテナ 3）

通常、基地局を中心とした円形セルを構成するためには、水平面内無指向性のアンテナを用いるのが一般

6.3.2

照射エリアに対応した無線基地局アンテナ的である。PHS では、公衆電話ボックス等の屋外基（1）照射エリア

地局には垂直方向に 2 段配置したハイトダイバーシチ

PHS 基地局アンテナは、マイクロセルを照射する

構成のコリニアアンテナが用いられ、地下街等の基地

ため、様々な場所への設置を考慮する必要がある。基局には平行に配置してスペースダイバーシチ構成とし

地局アンテナは、高いビルの屋上や鉄塔のような周りた 2 本の垂直モノポールアンテナが用いられた 。

に何も無い自由空間、都市内のビルに囲まれた道路脇、

3）

図 6.6 に、公衆電話ボックス等の屋外基地局に設置

坂道や崖っ縁等、無線基地局が置かれる位置に応じてする空間給電円筒コリニアアンテナを示す 。図 6.6

最適な指向性を有するアンテナを用いた照射が望まれに示す空間給電円筒コリニアアンテナは、外形は黒いる。以下、ストリートセル、坂道・崖っぷち設置、開棒状のアンテナであるが、黒いパイプの中は複数の円放地に適した指向性を持つアンテナについて、その具

筒パイプ状の円筒無給電素子とこれらに空間給電する体的な指向性を実現したアンテナについて述べる。

3）

ためのマイクロストリップ線路給電パッチ素子から構成されており、ハイトダイバーシチのために上下 2 段
構成となっている。
図 6.6 に示す水平面内無指向性アンテナを PHS 基
地局アンテナとして用いた場合、ビルが林立する都市（2）ストリートセル用基地局アンテナ
道路に沿ったストリートセル用基地局アンテナとして、水平面内無指向性では無く、道路方向に双指向性を持つアンテナが適していると考えられる 15）16）。

内においては、ビルの高さよりも低い位置に設置され

図 6.7 に示す双指向性ロッドアンテナはその一例でた基地局アンテナから放射された PHS 電波は、ビル

ある 17）。図 6.7 に示す双指向性ロッドアンテナの黒いによって反射および回折の影響を受け、直接波、反射

パイプの中には、細幅の平行平板形の励振素子、励振

波および回折波が重なった多重波となって道路を伝搬素子の周りに設けた地板、および励振素子に平行に設する。このとき、ストリートセルと呼ばれる道路形状

けた無給電素子が構成されている。双指向性を得るたのセルが形成され、円形のセルとはならない。従っめに、平行平板形の細幅の励振素子には平衡線路を用て、道路に沿ったストリートセル用基地局アンテナといて給電しており、さらに高い放射効率を得るためにして、水平面内無指向性では無く、道路方向に双指向励振素子の回りに地板と無給電素子を設けた構造とし性を持つアンテナが適していると考えられる。

ている。このアンテナの利得は、水平面内無指向性をまた、PHS で用いる偏波は垂直偏波としており、有する空間給電円筒コリニアアンテナに比べて、3 dB

端末の傾き等による送受の偏波の不一致は偏波損失と高い 11 dBi の利得が得られている。このアンテナをして考慮されている。また、ストリートセルにおいて

ストリートセルで用いた場合、利得差とビームを絞っ

垂直偏波送信時の受信点における偏波は実測の結果、た効果が重なって、ストリートセルの大きさを 1.3 〜

角度広がりを持つことが明らかになっている。スト

1.4 倍に拡大できることが明らかになっている。

リートセルにおいては、偏波の保存性が低く、偏波の国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

393

（a）構造
図 6.7（b）外観
双指向性ロッドアンテナ16）

示す 18）19）。図 6.9 に示すように、隣り合う素子への給電位相を調整して所望の方向に放射させるとともに、地板の前後の素子を独立に位相調整することにより、所望の指向性を得ている。図 6.9（b）に示す放射指向性を持つ坂道用アンテナを用いて実伝搬路における伝搬試験を行った結果、坂道の傾斜角が 5°
および 10.5°の時、水平方向にビームを有するアンテナに比べて、各々 4 dB および 7.5 dB のレベル改善効果がることが図 6.8

坂道や崖っ縁に置かれた基地局アンテナ

18）（4）開放地用基地局アンテナ（3）坂道・崖っ縁設置用基地局アンテナ
基地局アンテナは、通常、水平方向に主ビームを持

ビルや家屋の少ない開放地では、反射波や回折波のつ。今、図 6.8 に示すように、坂道や崖っ縁に置かれない非多重波伝搬環境となる。直接波のみが伝搬する

た基地局アンテナの主ビーム方向は、坂道や崖っ縁の環境においては、図 6.10 に示すように垂直面内放射

地面に平行な方向に主ビームを持つのが望ましい。

指向性がナルとなる方向で受信レベルの低下が生じそこで、アンテナの指向性合成技術を用いて、前後る。この受信レベル低下の改善の方法として、従来のの指向性が異なる非軸対称指向性アンテナを実現してハイトダイバーシチ機能に加えて、指向性ダイバーシいる。プリント素子を用いて実現した棒状非軸対称指チ機能を併せ持つアンテナが適している。

向性アンテナの構造と垂直面内放射指向性を図 6.9 に

図 6.9

国立科学博物館技術の系統化調査報告

垂直面内に指向性ダイバーシチ機能を持つアンテナ（b）坂道用アンテナの指向性

（a）構造

394

明らかになっている。

坂道・崖っ縁設置用基地局アンテナ

Vol.32 2023. March（c）崖っ縁用アンテナの指向性

の構造を図 6.11 に示す 20）。ハイトダイバーシチ構成

れ、セル内では指向性ダイバーシチ効果により、受信の上下のアレーアンテナの素子間隔を最適化することレベル低下を改善している。

により、両アンテナの主ビーム方向をセルエッジ方向にビームチルトし、かつ片方アンテナの第 1 ナルの方

6.3.3

偏波の傾きを補償する無線基地局アンテナ

向にもう一方のアンテナの第 1 サイドローブを重ね

ストリートセルにおける垂直偏波の角度広がりによて、垂直面内放射指向性のナルを補完している。実伝

り、ストリートセルにおいては、偏波の保存性が低く搬路における伝搬試験を行った結果、セルエッジで従受信レベルの低下を招いている。これに対して、偏波

来のアンテナと同じハイトダイバーシチ効果が得ら

共用アンテナを用いた偏波ダイバーシチが有効であると考えられる。
図 6.12 に示す偏波共用双指向性ロッドアンテナは、
ストリートセルにおける偏波広がりおよび携帯端末の傾きによる偏波不一致の改善のための偏波共用アンテ
ナの一例である 21）22）。
図 6.12 に示すように、先に示した双指向性ロッド
アンテナの細幅パッチ素子を垂直偏波素子として用い、スロット素子を水平偏波素子として交互に配置し（a）従来のチルトアンテナ （b）指向性ダイバーシチアンテナ
図 6.10垂直面内指向性ダイバーシチアンテナの概念たことにより、簡単な構造で偏波共用を可能としている。この偏波共用アンテナの効果を実伝搬路において確認した結果、水平面内無指向性を有する空間給電円
筒コリニアアンテナに比べて、偏波広がりおよび携帯端末の傾きに関係なくセルサイズが等しくなる結果が得られた。さらに、ハイトダイバーシチも併用することにより、4 ブランチ（偏波ダイバーシチ＋ハイトダ
イバーシチ）が構成でき、偏波特性が無く、大きなセ
ルサイズが得られる基地局アンテナが実現されてい
る。
6.3.4

ダイナミック指向性制御を可能とする無線基地局アンテナ

伝搬環境を含む周囲環境の変化に適応してダイナ
図 6.11

垂直面内指向性ダイバーシチアンテナ 20）

図 6.12

ミックに指向性を制御可能なアダプティブアンテナの偏波共用双指向性ロッドアンテナ 21）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査395

適用が望まれた。PHS サービス開始時点から、DDI

開始時の料金の約 1/2 にまで低下し、PHS との料金

ポケットの PHS 基地局の一部には、周波数有効利用格差が縮小したことから、PHS は 1997 年 9 月の 707を目的として、アメリカの Array Comm 社が開発し万加入をピークに減少に転じることとなった。その翌

た簡易な制御のアダプティブアンテナが導入されてい年の 1998 年 12 月 1 日には NTT パーソナル通信網グた。当時、日本の研究開発レベルも実用の域に達して

ループ 9 社が NTT ドコモグループ 9 社に営業譲渡さいたが、PHS への実用導入はされず、第 3 世代移動

れ、開発要求のあった新規の基地局アンテナは、新会

通信以降の基地局アンテナとしての実現を待つことと社のもとでの全国導入が見送られてお蔵入りの運命を

なった

たどった。

。

23）

NTT ドコモグループによる活用型 PHS は 2008 年
6.3.5 PHS 無線基地局アンテナの研究開発と実用化

1 月 7 日にサービスを終了し、2006 年 12 月 20 日には1995 年 7 月の PHS サービス開始以来、当時の携帯アステルグループが電力系子会社への事業譲渡を完了

電話（PDC：第 2 世代）に比べて、32 kbps ディジタ

した。DDI グループは吸収合併を繰り返した後、ソル方式による高音質・高速データ伝送、低廉な料金、フトバンク・ウィルコム沖縄が、2021 年 1 月 31 日に電池の長持ち等の特徴により、「簡易携帯端末」とし

法人向けサービスを除くすべての音声電話・データ通ての人気を得て急激に加入者数は伸び、2 年間で約信サービスを終了した。2023 年 3 月 31 日には残って

700 万加入に達した。その間、基地局数の増加に伴い、いた法人向けサービスが終了し、すべての PHS サー

基地局が置かれる様々な周囲環境に適した基地局アンビスが終了の予定である。

テナの開発要求が増え、前記のアンテナをはじめとす

また、PHS 技術の基盤となったディジタルコード

る各種の基地局アンテナが開発された。新規開発されレス技術は、第 2 世代ディジタルコードレス電話（自た基地局アンテナは開発要求のあった地域の PHS 網

営 PHS）として残り、自営 PHS としての使用は電気に試験導入され実用に供された。

通信事業に当たらないため、PHS サービス終了後もその後、携帯電話の月額基本料金が PHS サービス

利用されている。

1990 年代後半におけるマイナーな優れもの
Mac、BETA、PHS、これらは言うまでも無く、パソコン、ビデオレコーダ、携帯端末の商標である。人によって受取り方が異なるのは敢えて承知で、「My Information Tool 3 種の神器」と呼ぶ。その時代に巷で流行していたのは、Windows、VHS、PDC（第 2 世代携帯電話）であった。それに抵抗するかのように、「My Information Tool 3 種の神器」が、限られた利用者の間で根強く細々と人気を保っていた時代があった。
その人気の理由やこだわりについては読者の判断にお任せしてここでは説明を省略する。その後の今日に到る変遷はご承知の通りであり、PHS が無くなった一方で、Mac は iPhone との結びつきを得て利用者も増え、存在価値を高めてきた。

6.4
6.4.1

高速データ伝送サービスのための無線基地局アンテナ

帯への対応、多周波数帯共用化によるアンテナのコン
パクト化および経済化が要求され、新たな無線基地局
アンテナの設計技術が求められている。また、第 1 世

高速データ伝送に適した無線基地局アンテナ

代および第 2 世代移動通信の基地局アンテナと同様

6.1.4 項で述べたように、2001 年 10 月の第 3 世代移に、第 3 世代以降の無線基地局アンテナにも、セクタ

動通信の導入以降、高速データ伝送システムの実現の化による扇形ビームアンテナ、ビームチルト機能等のために、使用周波数の見直しおよび高周波数領域への技術が求められている。

拡大が図られて来ている。2020 年 3 月に第 5 世代移動通信が導入されて以降も、第 3 世代および第 4 世代
移動通信システムは共存しているため、無線基地局にはシステム共用による経済化が求められる。
従って、無線基地局アンテナに対しても、新周波数396

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

6.4.2

多周波数共用を図った無線基地局アンテナ

6.2.2 項に示した携帯電話サービスのための無線基地局アンテナにおいては、800 MHz 帯と 1.5 GHz 帯の周波数共用アンテナが用いられた。その後、図 6.3

に示したように、2001 年の W-CDMA（第 3 世代移している。これらの素子間の結合による指向性劣化の動通信）サービスの 2 GHz 帯を皮切りに、急増する改善のために、金属板を挿入して不要電流の抑制を図

トラフィックへの対応に応じて、第 3.5 世代移動通信

ることにより良好な放射指向性を得ている。

（HSPA：High Speed Packet Access）においては、3

その後、2012 年 11 月には 1.5 GHz 帯サービスが加つの周波数帯が用いられ、第 4 世代（LTE-A：Long

わり、4 周波数帯の共用化が図られることとなった。

Term Evolution-Advanced、PREMIUM 4G）においては 5 つの周波数帯が用いられることとなった。

（2）第 4 世代のための 5 周波数帯共用基地局アンテナ（1）第 3.5 世代のための 3 周波数帯共用

さらに加わり、従来の 4 つの周波数（800 MHz 帯、1.5

2015 年 1 月には、700 MHz 帯を用いたサービスが基地局アンテナ

GHz 帯、1.7 GHz 帯、2 GHz 帯）に加えて、合計 5 つ2006 年 6 月の 1.7 GHz 帯サービスの開始により、の周波数帯の共用化が望まれた。開発された 5 周波数

800 MHz 帯、1.7 GHz 帯、2 GHz 帯の 3 周波数帯の共帯共用基地局アンテナの構造を図 6.14 に示す 25）。図

用化が望まれた。開発された 3 周波数帯共用基地局ア6.14 に示すように、垂直／水平偏波共用の反射板付ダ

ンテナの放射素子の構造を図 6.13 に示す

イポールアンテナで構成されている。

。図 6.1324）に示すように、800 MHz 帯のダイポール素子と、1.7共用する 5 周波数帯の 700 MHz 帯から 2 GHz 帯まGHz 帯と 2 GHz 帯を共用するダイポール素子が反射での全帯域の比帯域幅は 98.9 % であり、通常の広帯板の上に構成されている。また、偏波共用のために、域化の手法での周波数共用は不可能である。このア

垂直および水平偏波共用のための直交して素子を配置

ンテナでは、周波数帯を（A）700 MHz 帯 /800 MHz
帯と（B）1.5 GHz 帯 /1.7 GHz 帯 /2 GHz 帯の 2 つに分け、A および B 各々に対応する 2 種の広帯域ダイ
ポールを用いて各々の周波数帯を共用している。従ってアンテナの入出力端は、A および B の周波数帯の各々 2 偏波の 4 端子である。
この 5 周波数帯共用基地局アンテナと平行して、2
ブランチ MIMO 対応の 3 周波数帯共用屋内基地局アンテナを開発している 26）。共用周波数帯は、1.5 GHz
帯、1.7 GHz 帯、2 GHz 帯の 3 周波数帯である。しかし、詳細なアンテナ構成は、公知文献においては殆ど明ら

図 6.13 3 周波数帯共用基地局アンテナの放射素子の構造 24）（a）外観
図 6.14かにされていない。

（b）放射素子の構造
5 周波数帯共用基地局アンテナ 25）

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査397

表 6.2高周波数を用いた高速データ伝送サービス用無線基地局アンテナ

周波数帯

3.5 GHz 帯

偏波

垂直
水平

用途
スモールセル

単指向性

アンテナ形式

備考

ロッドアンテナ
平面アンテナ

扇形ビーム

マクロセル

セクタアンテナ

単指向性

屋内

平面アンテナ

3.5 GHz 帯（1.5, 1.7, 2 GHz 帯共用）

6.4.3

指向性
水平面内
無指向性

MIMO 対応

高周波数化を図った無線基地局アンテナ

一方、ミリ波の 28 GHz 帯については、利用形態と（1）高周波数帯電波の採用とアンテナへの課題

ともに、新たな機能を持つ無線基地局アンテナ構成

6.1.4 項に示したように、第 4 世代移動通信（LTE-のためのアンテナ技術の開発が要求される。従来のAdvanced） で 3.5 GHz 帯 が、 第 5 世 代 移 動 通 信 で

無線基地局アンテナが水平面内オムニビームやセクタ

Sub 6 と呼ばれる 3.7 GHz 帯および 4.5 GHz 帯と、ミビームを対象としていたのに対し、新しくスポット

リ波の 28 GHz 帯が新たに用いられている。この高周ビームを形成して特定方向の端末へのアクセスを可能

波数領域への拡大は、周波数共用の問題とともに新たとする無線基地局アンテナが開発されている 30）。こなアンテナ設計技術の開発が要求される。

のアンテナは 256 素子の平面アンテナを用いて構成さ

2.3 節で述べたように、これらの周波数帯の電波はれ、Massive MIMO 技術を用いて高度なビーム制御

直進性が強く、ビル等による回折効果は期待できない。

を行っている。しかし、現用のアンテナであること

また、当初から用いられてきた UHF 帯の電波に比べと、殆どの公知文献では詳細が明らかにされていないて伝搬損失は格段に大きくなり、1 つの無線基地局のため、ここでは文献引用に留め、別の系統化調査に期

セルの大きさは小さくならざるを得ない。

待したい。

一方、高周波数化に伴い、アンテナの小形化や多くの素子を用いた高機能化が期待でき、新たなアンテナ技術の開発とともに高機能無線基地局アンテナの実現が要求される。

6.4.4

高速データ伝送無線基地局アンテナの研究開発と実用化

第 3 世代移動通信システムは、2001 年 10 月のサービス開始時点で、すでに i-mode のサービスが 1999 年（2）3.5 GHz 帯で用いる無線基地局アンテナに開始されているなどの動画像をやりとりする利用形

2016 年 6 月にサービスが開始された 3.5 GHz 帯を態が一般に普及し始めており、開始当初の 384 kbps

用いた高速データ伝送サービスにおいては、表 6.2 にの伝送速度では十分でない状態にあった。その後も、示す無線基地局アンテナが用いられている。いず

マルチメディアの普及に伴うトラフィックの増大に対れも、詳細なアンテナ構成は、公知文献では殆ど明ら応するために、伝送速度の高速化が図られて来た。そかにされていないが、既存のアンテナ技術に基づいての結果、第 5 世代移動通信システムの導入時点での下設計していると思われる。なお、屋内用の 3.5 GHz 帯り（無線基地局⇒携帯端末）回線における伝送速度は、

アンテナは 4 ブランチの MIMO 対応となっている。

第 3 世代の約 10,000 倍にも達している。

27）

この伝送速度の高速化のために、新たな変調方式の（3）Sub 6 および 28 GHz 帯で用いる
無線基地局アンテナ能とする MIMO 伝送の導入、キャリアアグリゲーショ

2020 年 3 月にサービス開始された第 5 世代移動通信では、Sub 6 帯とミリ波帯の無線基地局アンテナがンの採用により、それに伴い、使用周波数の見直しおよび高周波数領域への拡大が図られた。
無線基地局アンテナには、使用周波数の見直しおよ

用いられている。

398

採用、空間情報を考慮してマルチストリーム伝送を可Sub 6 帯は上記の 3.5 GHz 帯とほぼ同様に扱えるたび高周波数領域への拡大のために、周波数帯共用ため

め、無線基地局アンテナの開発も従来技術の延長で考の新たな技術開発、新周波数帯への対応が求められ、えられる。Sub 6 帯で用いる無線基地局アンテナとし

5 周波数帯共用という従来では予想だにしなかった多て、各種のセクタアンテナ、平面アンテナ、ビーム幅

周波数共用のアンテナまでが開発された。今後も、新可変アンテナ、不感地対策アンテナ等が開発されていたな周波数の追加に伴う同様の技術開発が求められるることは十分に考えられる。

。

28）
29）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March

一方、MIMO 伝送技術の急激な進歩に伴い、第 4

帯 域 化 を 実 現 す る Carrier Aggregation” , NTT

世代以降の移動通信システムに MIMO が導入され、DoCoMo テクニカル ･ ジャーナル , vol.18, no.2,

第 5 世代では massive MIMO が導入されている

pp.12-21, July 2010.

。

31）

MIMO に用いるアンテナは、ダイポールやパッチ等

11）上林真司 , 大野公士 , 野島俊雄 , 村田充 , 山田吉英 ,の簡単な素子アンテナを複数用いて構成され、各素子“ディジタル移動通信の基地局系装置技術” , NTT

アンテナからの出力に対して信号処理を行う「アンテR&D, vol.40, no.10, pp.1309-1318, Oct. 1991.

ナ系システム」である。さらに、massive MIMO は12）斉藤茂樹 , 恵比根佳雄 , 田守俊宏 , 北川真清 , 新アンテナ素子を多数（通常、数 10 から数 100 素子）

宅正芳 , “無線基地局系装置” , NTT DoCoMo テ

用いており、信号処理までを一体化したアンテナ装置

クニカル ･ ジャーナル , vol.1, no.1, pp.33-38, Julyとして構成されるのが一般的である。MIMO の実用1993.

化により、アンテナはハードウェアであるという固定

13）山田吉英 , 寺田矩芳 , 常川光一 , 板倉仁嗣 , “移動概念から抜け出さねばならない時代に入ってきたと言通信用アンテナ技術” , NTT DoCoMo テクニカル

えよう。

･ ジャーナル , vol.1, no.3, pp.37-43, Jan. 1994.
14）堀俊和 , “PHS 用アンテナの技術革新” , エレクト

6章の文献

ロニクス , vol.44, no.2, pp.20-23, Feb. 1999.

1）佐々木秋穂 , 中島昭久 , 歌野孝法 , 村瀬淳 , “デジタ15）堀俊和 , 長敬三 , 兎澤一 , 木屋伸二 , “ストリート

方式概要” , NTT DoCoMo

マイクロセルに適した基地局アンテナの構成法” ,テ ク ニ カ ル ･ ジ ャ ー ナ ル , vol.1, no.1, pp.16-19,

電子情報通信学会 技術研究報告 , A･P94-62, Oct.

July 1993.

1994.

ル移動通信システム2）立川敬二 , 小檜山賢二 , 徳永幸生 , “パーソナル通
信のすべて , ” NTT 出版 , June 1995.

16）Hori, T., Cho, K. and Kagoshima, K., “Bidirectional
Base Station Antenna Illuminating a Street3）蘇田明彦 , 中村修 , 生越重章 , 堀俊和 , 高原幸一 ,Microcell for Personal Communication“PHS 用 基 地 局 の 構 成 ” , NTT R&D, vol.44, no.9,

System” , IEE Conf. Publication, no.407, ICAP95,

pp.759-768, Sept. 1995.

Edinburgh, UK, pp.419-422, Apr. 1995.

4）羽鳥光俊 , “移動通信の変遷と展望” , 電子情報通信
学会誌 , vol.82, no.2, pp.102-107, Feb. 1999.
5）秦正治 , 佐藤孝平 , “第 3 世代移動通信システムの国際標準化への取組み” , 電子情報通信学会 通信ソサイエティマガジン , no.30, pp.91-94, Sept. 2014.
6）大 津徹 , 梅田成視 , 蓑毛正洋 , “第 4 世代移動通信システムの概要” , NTT DoCoMo テクニカル ･ジャーナル , vol.11, no.2, pp.7-11, July 2003.

17）Cho, K., Hori, T. and Kagoshima, K., “Bidirectional
Rod Antennas Comprising a Narrow Patch andParasitic Elements” , IEICE Trans. Commun.,vol.E84-B, no.9, pp.2482-2489, Sept. 2001.
18）堀俊和 , 駒井知央 , 長敬三 , “傾斜地に適したマイクロセル基地局用棒状アンテナ” , 電子情報通信学会 技術研究報告 , A･P2001-55, July 2001.
19）H ori, T., Kiya, S., Cho, K. and Kagoshima,7）中村武宏 , 阿部田貞行 , 岩村幹生 , 阿部哲士 , 丹野

K., “Pattern Synthesis of Rod Antennas for

元博 , “LTE-Advanced の概要および標準化動向” ,Microcell Base Station” , IEE Conf. Publication,

NTT DoCoMo テクニカル・ジャーナル , vol.18,

No.436, ICAP’ 97, Edinburgh, UK, pp.1.43-1.46,

no.2, pp.6-11, July 2010.

Apr. 1997.

8）I TU-R M.2083-0, “IMT Vision-Framework and20）木屋伸二 , 兎澤一 , 堀俊和 , 長敬三 , “垂直面内指Overall Objectives of the Future Development of

向性ダイバーシチチルトアンテナ” , 1996 年電子

IMT for 2020 and Beyond” , Sept. 2015.

情報通信学会総合大会 , B-149, Mar. 1996.

9）田岡秀和 , 永田聡 , 武田和晃 , 柿島佑一 , 余小明 ,21）堀俊和 , 長敬三 , 兎澤一 , 木屋伸二 , “偏波共用双楠目勝利 , “LTE-Advanced における MIMO およ

指向性アンテナのマイクロセル基地局への適用” ,び セ ル 間 協 調 送 受 信 技 術 ” , NTT DoCoMo テ ク

電子情報通信学会 技術研究報告 , A･P95-94, Jan.

ニ カ ル ･ ジ ャ ー ナ ル , vol.18, no.2, pp.22-30, July

1996.

2010.

22）Hori, T.,Cho, K. and Kagoshima, K.,“Dual-Polarized10）三 木 信 彦 , 岩 村 幹 生 , 岸 山 祥 久 , ウ メ シ ュ ア

Bidirectional Rod Antenna for Diversity

ニール , 石井啓之 , “LTE-Advanced における広Reception at Street Microcell Base Station” ,国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

399

PIMRC ‘96, Taipei, Taiwan, vol.2, pp.526-530,

帯導入に向けた基地局アンテナの開発” , NTT

Oct. 1996.

DoCoMo テクニカル・ジャーナル , vol.24, no.2,23）堀 俊和 , 長敬三 , “高速ワイヤレスアクセスを実現するスマートアンテナ” , NTT 技術ジャーナル ,vol.11, no.5, pp.63-68, May 1999.
24）水 村慎 , “周波数共用偏波ダイバーシチアンテナ
における指向性の改善” , 2008 年電子情報通信学会 ソサイエティ大会 , B-1-108, Sept. 2008.
25）吉原龍彦 , 川合裕之 , 井原泰介 , “700 MHz 帯導入

28）“移動体通信携帯基地局アンテナ” , 日本電業工作（ 株 ）WEB, https://www.den-gyo.com/product/
product01_001.html#a, Dec. 2022.
29）“ 移動通信 5G Sub6 帯アンテナ” , 電気興業（株）
WEB, https://denkikogyo.co.jp/elec/product/
mobile/l5g/, Dec. 2022.

に向けた 5 周波数帯共用基地局アンテナの開発” ,30）渡辺光 , 宇賀晋介 , 中溝英之 , 堤恒次 , 新庄真太

NTT DoCoMo テクニカル・ジャーナル , vol.22,

郎 , 栗山侑 , “第 5 世代移動通信基地局向けミリ波

no.1, pp.26-31, Apr. 2014.

アンテナ・RF フロントエンド技術” , vol.14, no.3,

26）伊藤悌 , 武田康宏 , 吉原龍彦 , 松村直樹 , 福家裕 ,pp.222-231, Dec. 2020.

“マルチバンド対応 RoF 装置および屋内アンテ31）西 森健太郎 , “アンテナ技術のこれからの 50 年

ナ の 開 発 実 用 化 ” , NTT DoCoMo テ ク ニ カ ル・

−将来の信号処理アンテナについて－” , 電子情ジャーナル , vol.22, no.1, pp.32-36, Apr. 2014.

報通信学会誌 , vol.99, no.8, pp.838-845, Aug. 2016.

27）吉原龍彦 , 川井裕之 , 吉田翔 , 川村輝雄 , “3.5 GHz

400

pp.14-17, July 2016.

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March7 あとがき
本系統化調査においては、国内公衆無線通信用とし公衆移動通信には、線状アンテナから始まり、平面アて用いられた各種の通信用アンテナに着目し、使用さンテナを素子とするアレーアンテナが用いられてきてれている周波数の観点から、国内公衆無線通信の変遷いる。

と通信用アンテナの高性能化技術との関わりをまとめた。

開口面アンテナは、それが持つ広帯域性を活かして
多周波数帯共用アンテナとして利用され、高利得化の

国内公衆無線通信は、1908 年の銚子無線局によるための鏡面修整技術はもちろんのこと、他の回線との船舶無線電報サービス、1923 年の神戸港内での船舶干渉低減のための広角放射指向性改善、2 衛星同時ア

無線電話サービス、および 1940 年の石崎（青森）−

クセスのためのデュアルビーム化等、高性能化および当別（北海道）間を結ぶ超短波無線多重電話回線とし高機能化のための技術の確立が図られた。一方、線状て始まった。その後 1950 年代の超短波移動通信およアンテナや平面アンテナは、その狭帯域性を克服する

びマイクロ波多重通信回線の実現により、本格的なために新たな周波数共用技術の確立が図られ、さらに「国内公衆無線通信の時代」が到来した。本格的な国内

これらのアンテナを素子として用いたアレーアンテナ

公衆無線通信の時代を支えた固定無線通信、国内衛星が、所望の放射指向性を持つ高機能アンテナとして研通信および公衆移動通信の変遷は以下の通りである。

究開発された。

固定無線通信は、1950 年代以降のマイクロ波を用

近年、高速データ伝送を用いた公衆移動通信のためいた市外電話および放送テレビの中継回線網の構築にに、新たな変調方式の採用、空間情報を考慮してマル伴い、1980 年代から 1990 年代にかけてマイクロ波固チストリーム伝送を可能とする MIMO 伝送の導入、定無線中継回線の最盛期を迎えた。その後、光ファイ

キャリアアグリゲーションの利用が行われ、あわせてバを用いた有線中継回線の台頭により、2006 年に無使用周波数の見直しおよび高周波数領域への拡大が図線中継系のサービスを終了した。

られてきている。さらに第 5 世代移動通信においては

国内衛星通信は、1977 年打上げの通信衛星 CS（さmassive MIMO が導入されている。MIMO 伝送に用

くら）を用いて、非常災害時の通信および離島通信のいるアンテナは、簡単な素子アンテナを複数用いて構確保を目的としてサービス開始され、1988 年打上げ成され、各素子アンテナからの出力に対して空間情報の実用通信衛星 CS-3 を用いた「あふれ呼」救済のたを用いた信号処理を行う「アンテナ系システム」としめの迂回中継を目的とした DYANET 中継網、それて考えられる。MIMO アンテナを開発する上で、｢ アに続く国内衛星通信サービスの展開により、1980 年

ンテナは金物である」と言う古い時代の固定概念が通代後半から 1990 年代後半にかけて国内衛星通信の時

用しない時代になったと言える。

代の到来を見た。その後、2002 年の N-STAR 衛星資本系統化調査で対象とした国内公衆無線通信用アン

産の JSAT（株）への譲渡に伴い、NTT としての準テナは、各サービスの終了とともに撤去され、殆どのミリ波帯を用いた商用衛星サービスは終了した。現在

アンテナは現存していない。現在では、S 帯を用いたは S 帯を用いた船舶向けの衛星通信サービスを継続

船舶向けの衛星通信サービス、および高速データ伝送している。

を用いた公衆移動通信サービスのためのアンテナのみ

公衆移動通信は、1953 年の内航船舶電話サービス、が活用され続けている。

1964 年の列車電話サービス、1968 年の無線呼出（ポ本系統化調査で紹介した無線通信システムとそのたケットベル）サービス、
1979 年の自動車電話サービス、

めのアンテナの研究開発 ･ 実用化を行ってきた NTT

1986 年の航空機電話サービスと展開され、ワイヤレの無線部隊は、現在もなお国内公衆無線通信の今後のスの時代を象徴する 1990 年代前半以降のディジタル

あるべき姿を追求し続けており、来たるべき IOWN

携帯電話・携帯端末の時代を迎えた。その後はパーソ（Innovative Optical and Wireless Network） や 第 6ナル通信全盛の時代となり、高速データ伝送を可能と

世代移動通信（6G）に向けた革新的なアクセスネッする技術開発が続けられている。

トワーク技術の研究開発を精力的に行っている 1）2）3）。

これらの国内公衆無線通信には、各種の通信用アンテナが用いられた。固定無線通信および国内衛星通信

今後の更なる研究開発成果の創出を期待して、本報告書のまとめとする。

には、主として開口面アンテナが用いられた。一方、
国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

401アンテナ利得と実効面積
本報告では、アンテナ利得としていくつかの表記を用いている。やや専門的にはなるが、誤解を無くすために、アンテナ利得と実効面積についての説明を加える。
一般に定義されているアンテナ利得は、指向性利得、絶対利得、動作利得である。
指向性利得 Gd は、放射指向性 E（θ,φ）から求められ、下図中の式および指向性図に示すように、放射電力 Pr が等方散乱した電力レベル（0 dBi）
に対する最大放射方向の電力レベル Gd [dBi] として定義されていλ2る。このときの実効面積 Ae は、指向性利得 Gd に等方性アンテナの実効面積 ―（λ: 波長）を乗算すること4πにより求められる。ここで、等方性アンテナの指向性利得 Gd は 1 であり、等方性アンテナを基準としたdB 表示は 0 dBi である。なお、等方性アンテナの実効面積を求める方法はいくつかあるが、ここでは省略する。
絶対利得 Ga は、アンテナへの入力電力 Pin の等方散乱電力レベルに対する最大放射方向の電力レベルとして定義されている。これは、指向性利得 Gd にアンテナ内の損失による放射効率ηを乗算することにより求められる。通常、アンテナ利得を示す場合にはこの絶対利得 Ga を用いることが多い。このときの実効面
積 Aea も同じく実効面積 Ae に放射効率ηを乗算することにより求められる。
動作利得 Gw は、アンテナに給電回路を接続したときのアンテナへの供給電力 P0 の等方散乱電力レベルに対する最大放射方向の電力レベルとして定義されている。これは、絶対利得 Ga にインピーダンス整合効率ηm を乗算することにより求められる。このときの実効面積 Aew も同じく実効面積 Aea に放射効率ηm を乗算することにより求められる。

実効面積 Aew

実効面積 Aea

実効面積 Ae

Aew

Aea

Ae

インピーダンス

整合効率 ηm（アンテナ内の損失）（給電回路とアンテナ間）

Aew = ηm Aea
ηm = 1 − 𝛤𝛤 !

（ 𝛤𝛤 ：反射係数）

動作利得 𝐺𝐺!

放射効率 η

実開口面積 A

開口能率 ηa（開口面分布による）

Aea = η Ae

Ae = ηa A

絶対利得 𝐺𝐺"

指向性利得 𝐺𝐺#"!

Ae = #$ 𝐺𝐺%（不整合損失を含む） （アンテナ損失を含む） （指向性のみで決定される）

𝐺𝐺& =

/!

𝑬𝑬 &,( !
)*
+*
-.

𝐺𝐺) =

𝑬𝑬 &,( !
)*+/0-.

（𝑃𝑃"# ：入力電力）（𝑃𝑃! ：供給電力）

𝐺𝐺& = ηm 𝐺𝐺)

/!

#$'
#$'
𝐺𝐺& = "!"# = "!"$ ηm𝐺𝐺) = η 𝐺𝐺%#$'#$'
𝐺𝐺) = "!"$ = "! " η

𝐺𝐺% =

𝐺𝐺% =

/!

A

100 % 指向性利得 𝐺𝐺$%%（均一分布の場合）

𝑬𝑬 &,( !
#$')*𝐺𝐺+** = ! =+,"：放射電力）（𝑃𝑃-.
$

𝐸𝐸 𝜃𝜃, 𝜙𝜙

1 !$ $
4𝜋𝜋 ∫* ∫* 𝐸𝐸 𝜃𝜃, 𝜙𝜙
𝐺𝐺% = ηa 𝐺𝐺+**

4𝜋𝜋𝐴𝐴( 4𝜋𝜋𝐴𝐴
𝐺𝐺% = ! = ! ηa
𝜆𝜆
𝜆𝜆

!

! sin𝜃𝜃𝜃𝜃𝜃𝜃𝜃𝜃𝜃𝜃

$, !
"（D：開口径）0(dBi)

𝐺𝐺!

本報告で対象とした固定無線通信および国内衛星通信で用いられている開口面アンテナの場合、通常はアンテナ内部の損失は無視できるため、特殊な場合を除いて放射効率η≈ 1 であることから、絶対利得 Gaと指向性利得 Gd は同じく扱われることが多い。なお、特殊な場合とは、アンテナ内部に損失性誘電体などが用いられている場合を意味する。
また、開口面アンテナでは実開口面積 A が明らかであり、この開口面上の電界振幅が均一分布であるときの開口能率を 100 % として、便宜上、指向性利得 G100 を考える。100 % 指向性利得 G100 は実開口面積λ2

A と等方性アンテナの実効面積 ―との比で定義される。この 100 % 指向性利得 G100 に開口能率ηa を乗算4πした値が指向性利得 Gd となり、同じく実開口面積 A に開口能率ηa を乗算した値が実効面積 Ae となる。

402

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.32 2023. March開口面振幅分布と放射指向性はフーリエ変換の関係にあり、例えば、振幅分布が均一の時の放射電界指向性は sinc 関数で与えられる。この関係から開口面振幅分布が均一でないときの開口能率の低下量が求まる。開口能率ηa には、開口面振幅分布の他に、ブロッキング、スピルオーバ、鏡面精度等による能率低下も含まれる。
一方、公衆移動通信で用いる線状アンテナや平面アンテナにおいては、アンテナ内部の損失を無視できないため、絶対利得 Ga をアンテナ利得として扱うことが一般的である。また、線状アンテナや平面アンテ
ナでは、
開口面アンテナのように実開口面積 A が定義されないため、開口能率ηa は一意的には決定されない。
アレーアンテナの場合は、便宜上、A ＝ [（素子数）×（素子間隔）] 2 として定義する方法があるが、これも厳密ではない。
上記の各利得に加えて、アンテナに関する専門書には、相対利得が紹介されていることが多い。線状アンテナが主として用いられた時代には、標準アンテナとしてダイポールアンテナが用いられていた。ダイ
ポールアンテナの指向性利得は 2.15 dBi である。相対利得は、このダイポールアンテナの利得を基準としたときの利得であり、dBd で表示している。従って、ダイポールアンテナを基準とした相対利得（ dBd 表示）は、等方性アンテナを基準とした絶対利得（ dBi 表示）から 2.15 dB を引いた値となる。初期の公衆移動通信システムに用いられたアンテナの利得表示には、この相対利得（ dBd 表示）が用いられていることが多い。

7章の文献

心より深く感謝する。

1）鷹 取泰司 , “ユーザやサービスに合わせるネット◇個人：板倉仁嗣氏、大津徹氏、鹿子嶋憲一氏、苅込

ワークの実現に向けたワイヤレス技術への取り組

正敞氏、熊澤弘之氏、島貫義太郎氏、鷹取泰司氏、み” , NTT 技術ジャーナル , vol.34, no.7, pp.14-18,

長敬三氏、中嶋信生氏、奈良武治氏、林邦宏氏、July 2022.

堀江孝氏、牧野滋氏、宮下裕章氏（50 音順）

2）増 野淳 , 藤野洋輔 , 工藤理一 , “6G 時代の多様な◇関連組織：NTT アクセスサービスシステム研究所、

無線アクセスを支える先端無線技術の研究開発” ,NTT 未来ねっと研究所、NTT 横須賀研究開発

NTT 技術ジャーナル , vol.34, no.5, pp.20-24, May

センタ 図書館、（株）NTT ドコモ、電気興業（株）
、

2022.

日本電業工作（株）、三菱電機（株）、（株）東芝、

3）“5G の高度化と 6G” , NTT ドコモ , ホワイトペー
パー（5.0 版）, Nov. 2022.

KDDI（株）八俣送信所
なお、本調査が可能となったのも、電電公社およびNTT に所属していた時代にご指導頂いた進士昌明氏

謝辞（故人）をはじめとする先輩諸氏ならびに関連組織の本系統化調査を進めるにあたり、大変多くの方々の方々のご支援の賜物であり、その卓越したご指導、ごご支援、ご協力を頂いた。また、本調査のもととなっ支援に対して感謝の意を表する。さらに、本調査に当た過去の発表資料作成時においても、多くの関連組織

たっては、多くの文献を参照させて頂いた。著者の方々の方々のご協力を頂いた。
ご支援、ご協力を頂いた方々に感謝を申し上げる。

の氏名および組織名を記すとともに、すべての方々に

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査

403

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統図
電気通信ネットワーク
初期の公衆移動通信ネットワーク
無線通信（船舶電話･列車電話･無線呼出･自動車電話（1G）･航空機電話）
ネットワーク

電話･放送TV中継

ニュー

基幹系無線通信ネットワーク（固定無線通信･国内衛星通信）

固定無線通信
放送TV中継
市外電話中継固固定マイクロ波中継
無線多重通信（VHF 帯）
石﨑-当別間1954
1940（6 GHz 帯）（4 GHz 帯）

長距離中継

1954

放送 TV中継
市外電話中継長距離中継
短距離中継
長距離海上中継1961

パスレングスレンズ（5 GHz 帯）

1972

パラボラ

カセグレン

ホーンリフレクタ

1976（2 GHz 帯）（11 GHz 帯）（15 GHz 帯）

短距離中継

1957

1961

長距離海上中継 1961
山岳回折伝搬1967
パラボラ（2 GHz 帯）（2, 11, 1

カセグレン

19

国内衛星通信システム

国内衛星通信システム
衛星
地球局

Ka 帯：局間中継
衛星中継網
専用回線
臨時回線
Ku 帯：放送TV中継網
専用回線
加入者回線
C 帯： 離島通信
孤立防止
臨時回線
S 帯： 移動体通信

衛星

CS（Ka/C 帯）
1977
成形ビーム

地球局

1908

オフセット

銚子無線局

国立科学博物館技術の系統化調査報告

内航

コーナ

列車電話（400 MHz 帯）
1960

無線呼出（150 MHz 帯）
コーナレフ

自動車･携帯電話

1978

航空機

大都市

大都市 中

1G19794面合成

Vol.32 2023. March

1983

楕

無線呼出 1968

船舶電話
列車電話
無線呼出
航空機電話
自動車電話
携帯電話

404

列車電話

CS19831983

大口径

港湾･沿岸･船舶電話
無線電話
内航船舶電話（150 MHz 帯）
1964
1923（長波・中波）1953
1979
コーナレフ

船舶電話

CS（Ka

衛星通信実験
1972

無線電報

公衆移動通信

オフセッ

バックネット

固定アクセス

国内衛星通信

（

1983

ビーム

情報通信ネットワーク
ニューメディア

電話）

⇒

ーク

ブロードバンド

ディジタル化･ブロードバンド化･光ファイバ化

1985

通信）

マルチメディア

アクセス系無線通信ネットワーク（携帯･PHS･高速データ,2G〜 5G ）固定マイクロ波中継Hz 帯）（4, 5, 6 GHz 帯）

セグレン

オフセット

76

カセグレン

形ビーム

短距離中継

2006
光ファイバ化（山間地・離島）

オフセット

1984

Ka/C 帯）1977

放送 TV中継
市外電話中継長距離中継（20 GHz 帯）（2, 11, 15 GHz 帯）

グレン

2006

パーソナル通信（4, 6 GHz 帯）
1987（26 GHz 帯）

長距離海上中継

対流圏伝搬

2006

カセグレン

90°扇形ビーム

固定アクセスJCSAT-1/2（Ku 帯）
CS（Ka/C 帯）
衛星
2002
2002
1985 1989
N-STAR a/b（Ka/Ku/C/S 帯）
CS-2（Ka/C 帯）
衛星資産をJSATに譲渡
1995
2003
1983 成形ビーム 1990
マルチビームN-STAR c/d（C/S 帯）
CS-3（Ka/C 帯）
2002 2006 アクティブフェーズドアレー
1988
1996
成形ビーム

中継網･専用回線･加入者回線

通信実験

フセット

1983

1988

1983

1988

離島通信･孤立防止
小口径

楕円ビーム

Hz 帯）
1979

1G1979

面合成

2023

移動体通信
2010

内航船舶電話（250 MHz 帯）
コーナレフ・反射板付ダイポール

1999
列車電話（800 MHz 帯）

1993
無線呼出（250 MHz 帯）

Hz 帯）

大都市

地球局

デュアルビーム

1996

帯）

1978

2002

航空機電話

ビームチルト2007

航空機電話（800 MHz 帯）

1986
大都市 中小都市 大容量（800 MHz 帯）
1983

2012

1988

2004

LTE-A
プリントアンテナ
4G
1999
ダイバーシチ2014
周波数共⽤化･MIMO 技術
PDC（800 MHz･1.5 GHz 帯）
2G1993
5G
セクタビーム 2012
2020
ミリ波技術
PHS（1.9 GHz 帯）
Massive MIMO
1995 双指向性
2006
IMT-2000 HSPA
LTE（5 周波数帯）
ディジタル化
3G 2001
2010
2026
2006

国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査405

「国内公衆無線通信におけるアンテナ技術の系統化調査」
報告書冊子との相違点（正誤表）

ページ

段落

行

第 32 集冊子版
2023 年 3 月

全文 PDF 版
2023 年 8 月
（正）

392

図 6.4（a）（a）アンテナ構成変遷（a）アンテナ構成392

図 6.4（b）（b）鉄塔搭載時の外観変遷（b）鉄塔搭載時の外観