JP5948044B2

JP5948044B2 - 指向性アンテナ

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Publication number: JP5948044B2
Application number: JP2011257121A
Authority: JP
Inventors: 田中　健; 健田中; 村本　充; 充村本
Original assignee: Hitachi Kokusai Yagi Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Yagi Solutions Inc
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP2013115460A

Description

本発明は、通信用基地局や放送用送信等において使用する指向性アンテナに関する。

従来、各種通信用基地局では、一般にＶＨＦ（Very High Frequency）帯の電波が使用され、また、アンテナとしては特定の水平方向領域に対して通信サービスを行う指向性アンテナ（セクタアンテナ）が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。この指向性アンテナでは、放射素子と金属反射板を用いた基本構造により、特定方向への指向性を強めている。

図９は、ＶＨＦ帯で使用される従来の指向性アンテナ（セクタアンテナ）１０の構成を示す斜視図である。
図９において、１１は金属板により長方形状に形成された反射板で、その前面の略中央部に長方形の金属板１２が設けられる。この金属板１２には、上下両端部近傍に所定の高さの支持部材１３、１４が設けられ、この支持部材１３、１４の先端部に第１の放射素子１５及び第２の放射素子１６が装着される。上記放射素子１５、１６は、それぞれ例えばダイポール素子により構成され、反射板１１の前面中央部に長手方向に沿って直線状に位置するように相互に所定の間隔を保ち、且つ反射板１１と平行に設けられる。

上記金属板１２の中央位置には、該金属板１２及び上記反射板１１とは絶縁された状態で給電部１７が設けられる。この給電部１７に対応する反射板１１の背面中央には給電用接栓（図示せず）が設けられ、この給電用接栓の中心導体が反射板１１の背面中央及び金属板１２に設けられた透孔内に絶縁状態で挿入され、その先端が上記給電部１７に接続される。また、上記給電用接栓の外部導体は、反射板１１に接続される。

また、上記金属板１２上には、絶縁材を介して給電線路１８が設けられる。この給電線路１８は、給電部１７から放射素子１５、１６の給電点まで設けられる。上記給電線路１８の途中には、例えば１００Ωと５０Ωのインピーダンス変換を行うインピーダンス変換部１９が設けられる。また、金属板１２に設けられた給電線路１８は、支持部材１３、１４の側面に設けられた給電線路１８ａ、１８ｂを介して放射素子１５、１６の給電点に接続される。上記インピーダンス変換部１９は、給電線路の分岐及び給電部１７と放射素子１５、１６との間のインピーダンス整合を行っている。上記反射板１１の前面には、放射素子１５、１６や給電線路１８等を保護するカバー（図示せず）が設けられる。

そして、上記指向性アンテナ１０は、反射板１１の背面側において取付金具２１ａ、２１ｂにより支柱２２に取付けられて使用される。
上記従来の指向性アンテナ１０では、広帯域化を図る場合、例えば比帯域１６％以上確保するためには反射板１１と放射素子１５、１６との間を０．２５λ_Ｌ（λ_Ｌは使用周波数帯域の低域周波数における波長）以上離す必要がある。上記０．２５λ_Ｌの長さは、例えばＶＨＦ帯の１７２．５ＭＨｚの周波数では４４０ｍｍとなり、反射板１１と放射素子１５、１６との間隔が広くなって、アンテナが大型化してしまう。

また、上記指向性アンテナ１０において、例えば１２０°ビームを構成する場合、反射板１１と放射素子１５、１６との間隔を０．２５λ_Ｌとすると、半値幅との関係により反射板１１の幅は０．５２λ_Ｌ（１７２．５ＭＨｚでは９００ｍｍ）必要であり、この点からもアンテナが大型化する。

上記のように従来の指向性アンテナ１０では、比帯域１６％以上確保するためには反射板１１と放射素子１５、１６との間隔を０．２５λ_Ｌ以上離す必要があるが、小型化するために反射板１１と放射素子１５、１６との間隔を０．２５λ_Ｌより狭く設定すると、ＶＳＷＲ及び指向性が劣化してしまう。

図１０は上記指向性アンテナ１０において、反射板１１と放射素子１５、１６との間隔を０．０９λ_Ｌに設定した場合のＶＳＷＲ特性を示している。このＶＳＷＲ特性において、図中に示すマーカｍ１（１７２．５ＭＨｚ）、マーカｍ２（１８７．０ＭＨｚ）、マーカｍ３（２０２．５ＭＨｚ）におけるＶＳＷＲは、
ｍ１（１７２．５ＭＨｚ）：ＶＳＷＲ＝２．３
ｍ２（１８７．０ＭＨｚ）：ＶＳＷＲ＝３．０
ｍ３（２０２．５ＭＨｚ）：ＶＳＷＲ＝４．７
となっている。

上記のように反射板１１と放射素子１５、１６との間隔を０．０９λ_Ｌに設定した場合、１７２．５ＭＨｚ〜２０２．５ＭＨｚ（３０ＭＨｚ比帯域１６％）におけるＶＳＷＲは、最悪値で「４．７」と劣化している。
また、図１１は上記指向性アンテナ１０において、反射板１１と放射素子１５、１６との間隔を０．０９λ_Ｌに設定した場合の垂直偏波水平面指向性、図１２は同アンテナにおける垂直偏波垂直面指向性を示している。

図１１において、特性ａは１７２．５ＭＨｚにおける水平面指向性、特性ｂは１８７．５ＭＨｚにおける水平面指向性、特性ｃは２０２．５ＭＨｚにおける水平面指向性を示している。また、図中に示すマーカｍ１は２０２．５ＭＨｚにおけるＦ／Ｂ（front to back ratio）（１８０°）、マーカｍ２は１８７．５ＭＨｚにおけるＦ／Ｂ（１８０°）、マーカｍ３は１７２．５ＭＨｚにおけるＦ／Ｂ（１８０°）であり、その値は
ｍ１（２０２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（１８０°）＝−１１．２
ｍ２（１８７．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（１８０°）＝−９．６
ｍ３（１７２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（１８０°）＝−８．８
となっている。

図１２において、特性ａは１７２．５ＭＨｚにおける垂直面指向性、特性ｂは１８７．５ＭＨｚにおける垂直面指向性、特性ｃは２０２．５ＭＨｚにおける垂直面指向性を示している。また、図中に示すマーカｍ１は２０２．５ＭＨｚにおけるＦ／Ｂ（９０°）、マーカｍ２は１８７．５ＭＨｚにおけるＦ／Ｂ（９０°）、マーカｍ３は１７２．５ＭＨｚにおけるＦ／Ｂ（９０°）であり、その値は
ｍ１（２０２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（９０°）＝−１１．２
ｍ２（１８７．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（９０°）＝−９．８
ｍ３（１７２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（９０°）＝−８．８
となっている。

上記指向性アンテナ１０における垂直偏波水平面指向性は、図１１に示すように水平面半値幅は１２０°になるが、Ｆ／Ｂが最悪値「−８．８ｄＢ」と劣化している。
また、本発明に関連する公知技術として、２本のダイポール給電素子を平行して設けると共に、該２本のダイポール給電素子から放射された電波を主放射方向に反射させるリフレクタを前記２本のダイポール給電素子の背面側に設け、更に前記２本のダイポール給電素子よりもそれぞれ外側で、且つ該２本のダイポール給電素子よりも前方位置に２本の無給電素子を設けてなるセクタアンテナが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１１−１２４６５３号公報特開２０１０−２２６１９６号公報

上記のように従来の指向性アンテナは、広帯域化を図る場合に反射板とアンテナ素子との間の距離を大きく設定しなければならず、この結果、アンテナが大型化してしまい、既存鉄塔やビルの屋上等に設置するのが困難になる。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、反射板から放射素子までの距離を短く設定して小型化を図りながら広帯域化が可能な指向性アンテナを提供することを目的とする。

第１の発明に係る指向性アンテナは、両側部を後方に折返してなる、縦方向の長さが１．１２波長で横幅が０．２５波長以下の折返し反射板と、前記折返し反射板上にスペーサを介して設けられる金属板と、前記金属板上に支持部材により所定高さに保持され、前記折返し反射板の前面中央に長手方向に沿って所定の間隔で一直線状に設けられる、長さが０．４１波長からなる第１の放射素子及び第２の放射素子と、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の両側方にそれぞれ所定の間隔で平行に設けられる、断面が略コの字型に形成された棒状をなす無給電の寄生素子と、前記金属板の略中央部に設けられる給電部と、前記金属板上に絶縁して設けられ、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子に前記給電部からの給電信号を供給する給電線路と、前記給電線路に設けられ、前記給電部と前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子との間のインピーダンスを整合するインピーダンス変換部とを具備し、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子は、ダイポール素子であって、前記折返し反射板と前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子との間隔を０．０９波長に設定し、前記寄生素子は、長さが前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子よりも短い０．３４波長に設定され、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子と略平行にかつ略同じ高さ位置に保持され、半値幅が１２０°の水平面指向性を形成すると共に、ＶＳＷＲが１．５以下となる比帯域を１６％以上としたことを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の各々の中心の間隔を０．５９波長に設定し、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の上下両端部に所定の間隔で前記金属板から直立させて設けられる、上部補助反射板、下部補助反射板及び２個の内側補助反射板をさらに具備し、前記上部補助反射板及び前記下部補助反射板は０．０８波長の高さと０．１４波長の横幅を有し、前記２個の内側補助反射板は０．０８波長の高さと０．０９波長の横幅を有し、前記上部補助反射板、前記下部補助反射板及び前記２個の内側補助反射板と前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の先端との間隔は０．０３〜０．０４波長の範囲に設定されることを特徴とする。
第３の発明は、前記インピーダンス変換部は、０．１８波長の高インピーダンス部と、前記第１の放射素子又は前記第２の放射素子に接続する０．１１波長の低インピーダンス部とが接続されてなることを特徴とする。

本発明によれば、ＶＨＦ帯で使用される指向性アンテナにおいて、反射板から放射素子までの距離を短くして小型化を図りながら広帯域化を可能とし、且つＦ／Ｂを改善することができる。

本発明の一実施形態に係る指向性アンテナの構成を示す斜視図である。同実施形態に係る指向性アンテナの給電系統の構成を示す斜視図である。同実施形態に係る指向性アンテナの側面図である。同実施形態に係る指向性アンテナにおいて、反射板上に放射素子のみを設けた場合と、放射素子及び寄生素子を設けた場合のＶＳＷＲ特性を比較して示す図である。同実施形態に係る指向性アンテナにおいて、放射素子に寄生素子のみを設けた場合と、更に上部補助反射板、下部補助反射板及び内側補助反射板を設けた場合の垂直偏波水平面指向性を比較して示す図である。同実施形態に係る指向性アンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。同実施形態に係る指向性アンテナの垂直偏波水平面指向性を示す図である。同実施形態に係る指向性アンテナの垂直偏波垂直面指向性を示す図である。従来の指向性アンテナの構成を示す斜視図である。従来の指向性アンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。従来の指向性アンテナの垂直偏波水平面指向性を示す図である。従来の指向性アンテナの垂直偏波垂直面指向性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る指向性アンテナの構成を示す斜視図、図２は図１における給電系統の構成を示す斜視図である。図３は同実施形態に係る指向性アンテナの側面図である。

この実施形態では、ＶＨＦ帯例えば１７２．５〜２０２．５ＭＨｚで使用される指向性アンテナ３０について示している。図１ないし図３において、３１は金属板により長方形状に形成された反射板で、左右両側部を後方に折返し、この折返し部を副反射板としている。上記反射板３１は、全長（上下方向の長さ）Ｒ_ｌｅが約１．１２λ_Ｌ、幅Ｒ_ｄが０．２５λ_Ｌ以下例えば約０．２３λ_Ｌ、折返し部の高さＲ_ｈが約０．０６λ_Ｌに設定される。上記λ_Ｌは例えば使用周波数帯域の低域周波数における波長で、この例では１７２．５ＭＨｚの周波数における波長を示している。

上記反射板３１には、前面の中央部に略長方形に形成された金属板３２が例えば棒状に形成された複数のスペーサ（図示せず）を介して設けられる。この場合、金属板３２は、上記スペーサにより反射板３１との間に所定の間隔を保って設けられ、反射板３１上に雨水が浸入した場合に、雨水が反射板３１と金属板３２との間隙を通って流れ、金属板３２の前面側が雨水の影響を受けないようになっている。また、金属板３２は、詳細を後述する給電線路を形成するため、反射板３１の前面中央よりも一方の側部に偏って設けられる。上記反射板３１と金属板３２とは、電気的に接続された状態に保持される。

上記金属板３２には、中央部に給電部４２が設けられるが、その上部及び下部に切欠き３２ａ、３２ｂが形成される。この切欠き３２ａ、３２ｂは、後述する内側補助反射板４８、４９を反射板３１に取付けるために設けられる。
上記金属板３２上には、長手方向の端部近傍において放射素子３５ａ、３５ｂからなる第１の放射素子３５及び放射素子３６ａ、３６ｂからなる第２の放射素子３６が所定の高さに設けられる。この場合、第１の放射素子３５及び第２の放射素子３６を構成する一方の放射素子３５ａ、３６ａは、高さｈの金属からなる板状の支持部材３３、３４を介して設けられる。また、第１の放射素子３５及び第２の放射素子３６を構成する他方の放射素子３５ｂ、３６ｂは、詳細を後述するように支持部材３３、３４の側面に絶縁して設けられる給電線路４５ａ、４５ｂ（図２参照）を介して所定の高さｈ、すなわち放射素子３５ａ、３６ａと同じ高さに保持される。
上記第１の放射素子３５及び第２の放射素子３６は、それぞれ例えば長さＤ_ｌｅ、幅Ｄ_ｄの平板状のダイポール素子により構成され、反射板３１の前面中央部に長手方向に沿って直線状に位置するように相互に所定の間隔（中心間隔）Ｌａを保ち、且つ反射板３１と平行に設けられる。上記第１の放射素子３５と第２の放射素子３６との間隔Ｌａは、約０．５９λ_Ｌに設定される。上記放射素子３５、３６の長さＤ_ｌｅは約０．４１λ_Ｌ、幅Ｄ_ｄは約０．０４λ_Ｌに設定される。また、放射素子３５、３６の高さ、すなわち、支持部材３３、３４の高さｈは、約０．０９λ_Ｌに設定される。

上記第１の放射素子３５には、両側に平行して無給電の寄生素子３７ａ、３７ｂが設けられると共に、第２の放射素子３６の両側に平行して無給電の寄生素子３８ａ、３８ｂが設けられる。すなわち、第１の放射素子３５の上部及び下部近傍の背面側に所定長さのスペーサ３９ａ、３９ｂが水平に取付けられ、その先端部に寄生素子３７ａ、３７ｂが放射素子３５と平行するように装着される。同様に第２の放射素子３６の上部及び下部近傍の背面側に所定長さのスペーサ４０ａ、４０ｂが水平に取付けられ、その先端部に寄生素子３８ａ、３８ｂが放射素子３６と平行するように装着される。上記寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂは、例えば長方形状の金属板の両側を後方に折返して略コの字形に形成され、全長Ｄｗ_ｌｅが約０．３４λ_Ｌ、横幅Ｄｗ_ｄが約０．０２λ_Ｌ、折返し高さＤｗ_ｈが０．０１λ_Ｌに設定される。

そして、金属板３２の中央位置に上記給電部４２が設けられる。この給電部４２に対応する反射板３１の背面中央には給電用接栓（図示せず）が設けられ、この給電用接栓の中心導体が反射板３１の背面中央及び金属板３２に設けられた透孔内に絶縁状態で挿入されて、その先端が上記給電部４２に接続される。また、上記給電用接栓の外部導体は、反射板１１に接続される。上記給電部４２における給電インピーダンスは、例えば５０Ωに設定される。

上記給電部４２は、図２に示すように給電線路４３によりインピーダンス変換部４４ａ、４４ｂに接続されて２分岐され、それぞれ給電線路４３ａ、４３ｂ及び給電線路４５ａ、４５ｂを介して放射素子３５ｂ、３６ｂの給電点に接続される。上記給電線路４３、インピーダンス変換部４４ａ、４４ｂ及び給電線路４３ａ、４３ｂは、複数の絶縁ピン（図示せず）により金属板３２上に所定の高さに設けられる。また、給電線路４５ａ、４５ｂは、支持部材３３、３４の側面に絶縁して設けられる。

上記給電線路４３は、給電部４２とインピーダンス変換部４４ａ、４４ｂとの間に設けられ、長さＬ_１が約０．０７λ_Ｌ、幅が約２０ｍｍに設定され、インピーダンスが約５０Ωとなっている。上記インピーダンス変換部４４ａ、４４ｂは、給電線路４３と放射素子３５、３６との間のインピーダン整合を行うもので、金属板３２の一方の側縁に沿って設けられ、高インピーダンス（１００Ω）側の長さＬ_２が約０．１８λ_Ｌ、線路幅が約１７ｍｍに設定され、低インピーダンス（５０Ω）側の長さＬ_３が約０．１１λ_Ｌ、線路幅が約２４ｍｍに設定される。また、インピーダンス変換部４４ａ、４４ｂに接続されている給電線路４３ａ、４３ｂは、長さＬ_４が約０．０７λ_Ｌ、線路幅が約２４ｍｍに設定される。

また、上記反射板３１の前面には、図１及び図３に示すように第１の放射素子３５の上方位置に上部補助反射板４６が設けられると共に、放射素子３６の下方位置に下部補助反射板４７が設けられる。上部補助反射板４６及び下部補助反射板４７は、高さＲｓ１_ｈが約０．０８λ_Ｌ、横幅Ｒｓ１_ｄが約０．１４λ_Ｌに設定される。

更に、反射板３１の前面には、放射素子３５の下端と給電部４２との間に内側補助反射板４８が設けられると共に、放射素子３６の上端と給電部４２との間に内側補助反射板４９が設けられる。内側補助反射板４８、４９の高さＲｓ２_ｈは約０．０８λ_Ｌ、横幅Ｒｓ２_ｄは約０．０９λ_Ｌに設定される。上記放射素子３５、３６と、上部補助反射板４６、下部補助反射板４７及び内側補助反射板４８、４９との間隔Ｌｈは、Ｆ／Ｂが目標仕様を満足するように例えば約０．０３〜０．０４λ_Ｌの範囲で調整する。

上記指向性アンテナ３０には、反射板３１の前面に設けられたアンテナ素子全体を覆うように例えば樹脂製の保護カバー（図示せず）が設けられる。
そして、上記指向性アンテナ３０は、反射板３１の背面側において取付金具５１ａ、５１ｂにより例えば直径ｒが約０．０８λ_Ｌの支柱５２に取付けられる。

以下に示す各素子の値は、上記指向性アンテナ３０における主要素子の寸法例をまとめて示したものである。
反射板３１の全長Ｒ_ｌｅ：約１．１２λ_Ｌ
反射板３１の幅Ｒ_ｄ：約０．２３λ_Ｌ
反射板３１の折返し部の高さＲ_ｈ：約０．０６λ_Ｌ
放射素子３５、３６の長さＤ_ｌｅ：約０．４１λ_Ｌ
放射素子３５、３６の幅Ｄ_ｄ：約０．０４λ_Ｌ
放射素子３５、３６の高さｈ：約０．０９λ_Ｌ
寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂの全長Ｄｗ_ｌｅ：約０．３４λ_Ｌ
寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂの横幅Ｄｗ_ｄ：約０．０２λ_Ｌ
寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂの折返し高さＤｗ_ｈ：約０．０１λ_Ｌ
上部補助反射板４６及び下部補助反射板４７の高さＲｓ１_ｈ：約０．０８λ_Ｌ
上部補助反射板４６及び下部補助反射板４７の横幅Ｒｓ１_ｄ：約０．１４λ_Ｌ
内側補助反射板４８、４９の高さＲｓ２_ｈ：約０．０８λ_Ｌ
内側補助反射板４８、４９の横幅Ｒｓ２_ｄ：約０．０９λ_Ｌ
放射素子３５、３６と補助反射板４６〜４９との間隔
Ｌｈ：約０．０３〜０．０４λ_Ｌ
支柱５２の直径ｒ：約０．０８λ_Ｌ
なお、以上は指向性アンテナ３０の各部の設定寸法の一例を示したものであり、その他の値に設定することも可能である。

図４は上記実施形態に係る指向性アンテナ３０において、反射板３１上に放射素子３５、３６のみを設けた場合のＶＳＷＲ特性と、放射素子３５、３６に対して寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けた場合のＶＳＷＲ特性を比較して示したものである。図４において、特性ａは反射板３１上に放射素子３５、３６のみを設けた場合のＶＳＷＲ特性、特性ｂは放射素子３５、３６に対して寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けた場合におけるＶＳＷＲ特性、特性ｃは放射素子３５、３６に対して寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けると共に給電線路４３のインピーダンス調整を行った場合のＶＳＷＲ特性を示している。

反射板３１上に放射素子３５、３６のみを設けた場合のＶＳＷＲ特性ａは、ＶＳＷＲが２．２以上であり、また帯域幅も非常に狭くなっている。これに対し、放射素子３５、３６に対して寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けた場合のＶＳＷＲ特性ｂは、ＶＳＷＲ１．５以下の帯域幅が約２２ＭＨｚであり、ＶＳＷＲが改善されて広帯域となっている。更に、放射素子３５、３６に対して寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けると共に給電線路４３のインピーダンス調整を行った場合のＶＳＷＲ特性ｃは、ＶＳＷＲ１．５以下の帯域幅が約３２ＭＨｚで、比帯域は約１６％以上となっている。

上記のように放射素子３５、３６に対して寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けることで、ＶＳＷＲを改善して広帯域化を図ることができる。
図５は上記実施形態に係る指向性アンテナ３０において、放射素子３５、３６に寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けた場合と、更にＦ／Ｂを改善する上部補助反射板４６、下部補助反射板４７及び内側補助反射板４８、４９を設けた場合の垂直偏波水平面指向性を比較して示したものである。図５において、特性ａは反射板３１上に放射素子３５、３６及び寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けた場合の垂直偏波水平面指向性、特性ｂは更に放射素子３５、３６の上下両側に上部補助反射板４６、下部補助反射板４７及び内側補助反射板４８、４９を設けた場合の垂直偏波水平面指向性を示している。反射板３１に放射素子３５、３６と寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けた場合のＦ／Ｂは、「−１０．５ｄＢ」であるが、更に放射素子３５、３６の上下両側に上部補助反射板４６、下部補助反射板４７及び内側補助反射板４８、４９を設けた場合のＦ／Ｂは、「−１３．２ｄＢ」となり、Ｆ／Ｂを改善することができる。

図６は、上記実施形態に係る指向性アンテナ３０、すなわち、反射板３１上に放射素子３５、３６及び寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂを設けると共に、放射素子３５、３６に対して上部補助反射板４６、下部補助反射板４７及び内側補助反射板４８、４９を設け、給電線路４３のインピーダンス調整を行った場合のＶＳＷＲ特性を示している。図６において、マーカｍ１（１７２．５ＭＨｚ）、マーカｍ２（１８７．０ＭＨｚ）、マーカｍ３（２０２．５ＭＨｚ）におけるＶＳＷＲは、
ｍ１（１７２．５ＭＨｚ）：ＶＳＷＲ＝１．５
ｍ２（１８７．０ＭＨｚ）：ＶＳＷＲ＝１．４
ｍ３（２０２．５ＭＨｚ）：ＶＳＷＲ＝１．５
となっており、１７２．５ＭＨｚ〜２０２．５ＭＨｚの所望の帯域（３０ＭＨｚ比帯域１６％）において、ＶＳＷＲを１．５以下に改善することができる。

図７は上記実施形態に係る指向性アンテナ３０の垂直偏波水平面指向性を示したもので、特性ａは１７２．５ＭＨｚの周波数における水平面指向性、特性ｂは１８７．５ＭＨｚの周波数における水平面指向性、特性ｃは２０２．５ＭＨｚおける水平面指向性を示しており、水平面半値幅は約１２０°となっている。また、図中に示すマーカｍ１は２０２．５ＭＨｚ（特性ｃ）におけるＦ／Ｂ（１８０°）、マーカｍ２は１８７．５ＭＨｚ（特性ｂ）におけるＦ／Ｂ（１８０°）、マーカｍ３は１７２．５ＭＨｚ（特性ａ）におけるＦ／Ｂ（１８０°）であり、その値は
ｍ１（２０２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（１８０°）＝−１３．１
ｍ２（１８７．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（１８０°）＝−１３．０
ｍ３（１７２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（１８０°）＝−１２．５
となっている。

図８は上記実施形態に係る指向性アンテナ３０の垂直偏波垂直面指向性を示したもので、特性ａは１７２．５ＭＨｚの周波数における垂直面指向性、特性ｂは１８７．５ＭＨｚの周波数における垂直面指向性、特性ｃは２０２．５ＭＨｚおける垂直面指向性を示している。また、図中に示すマーカｍ１は２０２．５ＭＨｚ（特性ｃ）におけるＦ／Ｂ（−９０°）、マーカｍ２は１８７．５ＭＨｚ（特性ｂ）におけるＦ／Ｂ（−９０°）、マーカｍ３は１７２．５ＭＨｚ（特性ａ）におけるＦ／Ｂ（−９０°）であり、その値は
ｍ１（２０２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（−９０°）＝−１３．１
ｍ２（１８７．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（−９０°）＝−１３．０
ｍ３（１７２．５ＭＨｚ）：Ｆ／Ｂ（−９０°）＝−１２．５
となっている。

上記実施形態に係る指向性アンテナ３０によれば、放射素子３５、３６を反射板３１から約０．０９λ_Ｌの間隔で配置することが可能となり、１２０°ビームを維持しながら小型化を図ることができる。また、放射素子３５、３６に対して寄生素子３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、上部補助反射板４６、下部補助反射板４７、内側補助反射板４８、４９を設け、給電線路４３、４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂ及びインピーダンス変換部４４ａ、４４ｂの最適化により、比帯域１６％（１７２．５〜２０２．５ＭＨｚ）でＶＳＷＲ１．５以下、水平面半値幅１２０°、Ｆ／Ｂ「−１２ｄＢ」以下とすることができる。

なお、上記実施形態では、反射板３１上に第１の放射素子３５及び第２の放射素子３６を設けた１段構成の指向性アンテナ３０について説明したが、この指向性アンテナ３０を多段に設けて構成しても良いことは勿論である。
また、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

３０…指向性アンテナ、３１…反射板、３２…金属板、３２ａ、３２ｂ…切欠き、３３、３４…支持部材、３５…第１の放射素子、３６…第２の放射素子、３７ａ、３７ｂ、３８ａ．３８ｂ…寄生素子、３９ａ、３９ｂ、４０ａ、４０ｂ…スペーサ、４２…給電部、４３、４３ａ、４３ｂ、４５ａ、４５ｂ…給電線路、４４ａ、４４ｂ…インピーダンス変換部、４６…上部補助反射板、４７…下部補助反射板、４８、４９…内側補助反射板、５１ａ、５１ｂ…取付金具、５２…支柱。

Claims

両側部を後方に折返してなる、縦方向の長さが１．１２波長で横幅が０．２５波長以下の折返し反射板と、
前記折返し反射板上にスペーサを介して設けられる金属板と、
前記金属板上に支持部材により所定高さに保持され、前記折返し反射板の前面中央に長手方向に沿って所定の間隔で一直線状に設けられる、長さが０．４１波長からなる第１の放射素子及び第２の放射素子と、
前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の両側方にそれぞれ所定の間隔で平行に配置される、断面が略コの字型に形成された棒状をなす無給電の寄生素子と、
前記金属板の略中央部に設けられる給電部と、
前記金属板上に絶縁して設けられ、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子に前記給電部からの給電信号を供給する給電線路と、
前記給電線路に設けられ、前記給電部と前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子との間のインピーダンスを整合するインピーダンス変換部と
を具備し、
前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子は、ダイポール素子であって、前記折返し反射板と前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子との間隔を０．０９波長に設定し、
前記寄生素子は、長さが前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子よりも短い０．３４波長に設定され、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子と略平行にかつ略同じ高さ位置に保持され、
半値幅が１２０°の水平面指向性を形成すると共に、ＶＳＷＲが１．５以下となる比帯域を１６％以上とするように構成したことを特徴とする指向性アンテナ。
前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の各々の中心の間隔を０．５９波長に設定し、
前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の上下両端部に所定の間隔で前記金属板から直立させて設けられる、上部補助反射板、下部補助反射板及び２個の内側補助反射板をさらに具備し、
前記上部補助反射板及び前記下部補助反射板は０．０８波長の高さと０．１４波長の横幅を有し、前記２個の内側補助反射板は０．０８波長の高さと０．０９波長の横幅を有し、前記上部補助反射板、前記下部補助反射板及び前記２個の内側補助反射板と前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子の先端との間隔は０．０３〜０．０４波長の範囲に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の指向性アンテナ。
前記インピーダンス変換部は、０．１８波長の高インピーダンス部と、前記第１の放射素子又は前記第２の放射素子に接続する０．１１波長の低インピーダンス部とが接続されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の指向性アンテナ。