JPH04365205A - 同軸ケーブル形アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定局と複数移動局と
が微弱電波無線により相互に無線通信を行うために固定
局側に接続配置されるアレーアンテナに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば約１００ＭＨｚ以上の周波数帯の
微弱電波を利用して固定局と複数移動局とがトンネル内
または構内などで相互通信を行う場合、固定局にアレー
アンテナの片端が接続されトンネル内または構内の通信
サービス範囲にわたって展張配置される。このようなア
レーアンテナは、同軸ケーブルを給電線として複数のア
ンテナ（例えばホイップアンテナ）が所定の間隔で挿入
配列される。この複数のアンテナはそれぞれ素子アンテ
ナと呼ばれ、各素子アンテナを中心とするほぼ円形の放
射電界領域（分散ゾーン）が互いに隣接するような間隔
で配列されてその全体の放射電界領域が通信のサービス
エリアとなる。このような構成の通信において、通信サ
ービスエリアを広げる場合に、従来はサービスエリア拡
張に必要とする数の素子アンテナを分散配置しそれを給
電線用同軸ケーブルによって接続することによってサー
ビスエリアの拡張を行っているのが実状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方式では分散配置する素子アンテナ（例えばホイッ
プアンテナ）ごとに接続する給電線用同軸ケーブルを必
要とする。即ち、素子アンテナの数と同軸ケーブルの数
の関係は〔１〕対〔１〕であるから、全体の通信サービ
スエリアの分散ゾーン数をＮとすれば、それぞれの数の
総合比は〔Ｎ〕対〔Ｎ〕となるため、同軸ケーブルの使
用本数はＮ倍となり、その設置工事に時間と費用がかか
るという問題がある。また、従来の素子アンテナは、例
えば室内に設置する場合、アンテナの外形が突起物状で
あるためアンテナの室内設置条件や美観上の制約を受け
る場合があり電波伝搬上の最適設置条件を満足すること
ができない等の実用上の困難が伴う。本発明が解決しよ
うとする課題は、従来の素子アンテナ（例えばホイップ
アンテナ）とほぼ同等のアンテナ利得ならびに線状アン
テナの電波放射機能を有し、且つ、全体が突起物のない
同軸ケーブル形状のアレーアンテナを実現し、従来技術
による〔Ｎ〕対〔Ｎ〕の欠点を改善した無線通信装置用
の同軸ケーブル形アレーアンテナを提供することにある
。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の同軸ケーブル形
アレーアンテナは、同軸ケーブルを給電線として複数の
素子アンテナが所定の間隔で直列接続配置され固定無線
通信装置に一端が接続されるように構成されたアレーア
ンテナにおいて、前記複数の素子アンテナのそれぞれは
、前記同軸ケーブルと同じ構造の同径の同軸ケーブルで
２分の１波長の長さを有し、片端から４分の１波長にわ
たり軸方向に外部導体が部分除去されて内部導体から電
波が放射されるように形成されて４分の１波長モノポー
ルアンテナとほぼ等価の電気的特性を有するアンテナ素
子が２つ直列に接続されたことを特徴とし、または、前
記同軸ケーブルと同径で４分の１波長の長さを有する同
じ構造の２つの同軸ケーブルと、該２つの同軸ケーブル
の内部導体と外部導体が交差接続されるように形成され
た同軸コネクタと、前記２つの同軸ケーブルが前記同軸
コネクタによって接続されて２分の１波長ダイポールア
ンテナとほぼ等価の電気的特性を有するアンテナ素子が
形成され、該アンテナ素子が２つ前記同軸コネクタによ
って接続されたことを特徴とするものである。

【０００５】

【実施例】以下図面により本発明を詳細に説明する。ま
ず、本発明の第１の実施例について説明する。図１は本
発明の第１の実施例を示す構成図である。図２は図１に
示した本発明の第１の実施例の構成要素である素子アン
テナの構成例図であり、「無交差式」同軸ケーブル形素
子アンテナの構造図である。図３は図２の断面図である
。

【０００６】図１において、８は給電線としての高周波
同軸ケーブル（例えば１０Ｄ２Ｖタイプ）であり、７は
所定の間隔で配置された複数の素子アンテナとしての「
無交差式」同軸ケーブル形アンテナ（Ｌチャネル，Ｈチ
ャネル組合せ）である。９は固定局、１０は終端器、２
１は双方向中継器（ｆ０　は下り回線，ｆ２　は上り回
線）である。終端器１０は「無交差式」同軸ケーブル形
素子アンテナ７の端末に接続してあり、同軸ケーブル８
の始端は固定局９（送信部，受信部を含む）に接続され
ている。図１においてＭ２　は携帯無線機（送信部（ｆ
２　），受信部（ｆ０　）を含む）の携行者であり、図
２においてＭ１　は携帯無線機（送信部（ｆ１　），受
信部（ｆ０　）を含む）の携行者である。１４は複数の
素子アンテナとして配列された「無交差式」同軸ケーブ
ル形アンテナ（Ｌチャネル，Ｈチャネル組合せ）７によ
る総合サービスエリア（Ｌ１　×ｄ１　）である。

【０００７】次に、本発明の第１の実施例の素子アンテ
ナ７の詳細を示す構造図である図２及び図３について説
明する。本発明の素子アンテナ７は、同一構造の「無交
差式」同軸ケーブル形アンテナ５と６とをアンテナ素子
として同軸コネクタ１３によって接続されて構成され、
一方の「無交差式」同軸ケーブル形アンテナ５をＬチャ
ネル用とし、他方の「無交差式」同軸ケーブル形アンテ
ナ６をＨチャネル用として用いる。図３（Ａ）は「無交
差式」同軸ケーブル形アンテナ５及び６の右半分のＡー
Ａ断面を示し、（Ｂ）は「無交差式」同軸ケーブル形ア
ンテナ５及び６の左半分のＢーＢ断面を示す。図３にお
いて、１は内部導体、２，３は外部導体であり、特にア
ンテナ５及び６の右半分はＡーＡ断面に示すように外部
導体２が図示（１２０度）の如く軸方向に外部導体が削
除された部分構造となっている。４はケーブル外部被覆
絶縁体（例えばビニールシース）である。また、１１は
素子アンテナ７におけるアンテナ放射電波の基になる励
振波電流分布を示し、１２はその励振波源を示す。この
ような構造の２つのアンテナ素子５，６は、それぞれ４
分の１波長モノポールアンテナに相当する。図示の如く
アンテナ素子５，６および同軸ケーブル８は同軸コネク
タ１３によってそれぞれ直列接続されたいるので、全体
として突起物のない同軸ケーブル状のアレーアンテナが
構成される。

【０００８】次に、本発明の第１の実施例の作用につい
て説明する。図２において、アンテナ素子５，６はそれ
ぞれ同軸ケーブルの外部導体を先端から４分の１波長（
λ／４）にわたり軸方向に部分的に取り除き、図示（１
２０度）の如き部分構造の外部導体２としてあるので、
２の部位にある内部導体１から外部に電波が放射され（
λ／４）のモノポールアンテナに類似の働きをするので
、５，６にそれぞれ無線周波（ｆ０　又はｆ１　）が印
加された場合は、図示の励振波電流分布１１及び励振波
源１２が存在するものと考えられ、５，６の周辺空間に
放射電界（線状アンテナによる電界）が形成されること
になる。図２において、無線機（図示略，送信部（ｆ１
　），受信部（ｆ０　））携行者Ｍ１　が送出した送信
波（ｆ１　）は近傍のＨチャネル用の「無交差式」同軸
ケーブル形アンテナ６にて受信され、アンテナ５，同軸
ケーブル８を経て固定局９の受信部（ｆ１　）（図示略
）にて受信される。

【０００９】又、固定局９の送信部（ｆ０　）（図示略
）より送出された送信波（ｆ０　）は、同軸ケーブル８
を経てＬチャネル用の「無交差式」同軸ケーブル形アン
テナ５より周辺空間へ放射（線状アンテナによる電界）
されるので、近傍の無線機（図示略，送信部（ｆ１　）
，受信部（ｆ０　））携行者Ｍ１　にて受信されるので
、５及び６の占有するサービスエリア内にＭ１　が存在
する場合には、固定局９側と無線機携行者Ｍ１　の相互
移動通信が確保される。図２に示した無線回線の状況に
おいて、５及び６は前述したように、それぞれ４分の１
波長（λ）モノポールアンテナに類似のアンテナ機能を
有する同軸ケーブル形アンテナであることを確認する実
験測定において、５及び６の有するアンテナ利得は４分
の１波長（λ）ホイップアンテナ（図示略）とほぼ同等
のアンテナ利得を有することが確認された。このことは
従来の漏れ同軸ケーブルの有するアンテナ利得に較べて
大幅のアンテナ利得向上を示すものである。

【００１０】即ち本発明の素子アンテナ７は、外観は図
示の如く同軸ケーブル状であるが、従来の漏れ同軸ケー
ブルに較べて電波の放射原理を根本的に異にすることに
より、５及び６のアンテナ利得を４分の１波長（λ）ホ
イップアンテナ（図示略）のアンテナ利得とほぼ同等と
し、且つ、サービスエリアの大幅拡張改善を可能にした
。又、本発明の素子アンテナ７の２つのアンテナ素子と
しての「無交差式」同軸ケーブル形アンテナ５及び６は
、図示より明らかなように同軸ケーブル形状であるので
、前述したアンテナとしての機能は勿論のこと、直流電
源給電線及び無線周波（ｆ０　，ｆ１　）中継伝送線と
しての機能も合わせ具備する。図１における双方向中継
増幅器２１を図示の如く接続した場合に、双方向中継増
幅器２１の電源供給は、固定局９の内蔵する直流電源（
図示略）を同軸ケーブル８および素子アンテナ７を経て
固定局９側から一括供給できる利点が得られる。又、図
１に図示した各素子アンテナ７による分散ゾーン２２−
１，２２−２，２２−３及び２２−ｎにて構成されるサ
ービスエリア１４を確保する場合に、サービスエリア１
４を構成する分散ゾーン数を〔Ｎ〕とすれば、同軸ケー
ブル形アレーアンテナ回線線条数は〔１〕となることは
明白であり、サービスエリアの長さＬ１　，幅ｄ１　の
大幅拡張改善と相まって現場の据付調整工事は容易とな
る。又同軸ケーブル類似の布設線条数も簡略化されるこ
とになり、通信設備費の総合的低減化に大いに役立つも
のである。

【００１１】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４は本発明の第２の実施例を示す構成図である
。図５は図４に示した本発明の第２の実施例の構成要素
である素子アンテナの詳細を示す構成例図であり、２つ
の「交差式」同軸ケーブル形アンテナをアンテナ素子と
する素子アンテナの構造図である。図６は図５の断面図
である。本発明の第２の実施例を示す図４において、８
は高周波同軸ケーブル（例えば１０Ｄ２Ｖタイプ）であ
り、１９は所定の間隔で複数配置された素子アンテナと
しての「交差式」同軸ケーブル形アンテナ（Ｌチャネル
用，Ｈチャネル用の２つの組合せ）である。９は固定局
（送信部，受信部を含む）、１０は終端器、２１は双方
向中継器（ｆ０　は下り回線，ｆ２　は上り回線）であ
る。図４の２つの「交差式」同軸ケーブル形アンテナか
らなる素子アンテナ１９は、図５に示すように、４分の
１波長の長さを有する２つの同軸ケーブル１５を「交差
式」同軸コネクタ１８で接続したＬチャネル用同軸ケー
ブル形アンテナ素子１６と、同じく４分の１波長の長さ
を有する２つの同軸ケーブル１５を「交差式」同軸コネ
クタ１８で接続したＨチャネル用同軸ケーブル形アンテ
ナ素子１７とを、さらに「交差式」同軸コネクタ１８で
接続して構成されている。図６において、１は内部導体
であり、３は外部導体、４はケーブル外部被覆絶縁体（
例えばビニールシース）である。１５は４分の１波長の
長さを有する同軸ケーブルである。１８は「交差式」同
軸コネクタであり、隣接する同軸ケーブル１５を直列接
続する場合、一方の内部導体１が他方の外部導体３に接
続され、一方の外部導体３が他方の内部導体１に接続さ
れるように交差接続する構造を有している。１３は同軸
コネクタ、１１は２つのアンテナ素子Ｌチャネル用，Ｈ
チャネル用同軸ケーブル形アンテナ１６，１７で構成さ
れる素子アンテナ１９のアンテナ放射電波の基になる励
振波電流分布を示し、１２はその励振波源を示す。 尚、２つの同軸ケーブル形のアンテナ素子１６，１７は
それぞれ２分の１波長ダイポールアンテナに相当する構
造である。この２つのアンテナ素子１６，１７はさらに
「交差式」同軸コネクタ１８で直列接続されて素子アン
テナ１９が形成され、さらに給電用同軸ケーブル８と同
軸コネクタ１３でそれぞれ直列接続されているので、全
体として突起物のない同軸ケーブル状アレーアンテナが
構成される。

【００１２】２０は複数の素子アンテナ１９による総合
通信サービスエリアである。１０は終端器であり、１９
の端末に接続してある。同軸ケーブル８の始端は固定局
９（送信部，受信部を含む）に接続されている。図４に
おいてＭ２　は携帯無線機（送信部（ｆ２　），受信部
（ｆ０　）を含む）の携行者であり、図５においてＭ１
　は携帯無線機（送信部（ｆ１　），受信部（ｆ０　）
を含む）の携行者である。Ｌ２　，ｄ２　は本発明によ
って拡張されたサービスエリアの範囲を示す長さ及び幅
である。

【００１３】図５において、各１５は４分の１波長（λ
）の長さを有する同軸ケーブルであり、各１５を直列接
続する同軸コネクタ１８は「交差式」同軸コネクタであ
るので、１６及び１７は各１５の外部導体（４分の１波
長（λ）の長さ）をアンテナ素子とするそれぞれの２分
の１波長ダイポールアンテナに類似の働きをすることに
なり、１６，１７にそれぞれ無線周波（ｆ０　又はｆ１
　）が印加された場合は図示の励振波電流分布１１及び
励振波源１２が存在するものと考えられ、１６，１７の
周辺空間に放射電界（線状アンテナによる電界）が形成
されることになる。図５において、無線機（図示略，送
信部（ｆ１　），受信部（ｆ０　））携行者Ｍ１　が送
出した送信波（ｆ１　）は、近傍のアンテナ素子（交差
式，Ｈチャネル用）１７にて受信され、アンテナ１６，
同軸ケーブル８を経て固定局９の受信部（ｆ１　）（図
示略）にて受信される。又固定局９の送信部（ｆ０　）
（図示略）より送出された送信波（ｆ０　）は、同軸ケ
ーブル８を経てアンテナ素子（Ｌチャネル用）１６より
周辺空間へ放射（線状アンテナによる電界）され、近傍
の無線機（図示略，送信部（ｆ１　），受信部（ｆ０　
））携行者Ｍ１　にて受信されるので、１６，１７の占
有するサービスエリア内にＭ１　が存在する場合におい
て、固定局９側と無線機携行者Ｍ１　の相互移動通信が
確保される。

【００１４】図５に示した無線回線の状況において、ア
ンテナ素子１６及び１７は前述したように、各１５の外
部導体（４分の１波長（λ））をアンテナ素子とする２
分の１波長（λ）ダイポールアンテナに類似のアンテナ
機能を有する同軸ケーブル形アンテナであることを確認
する実験測定において、１６及び１７の有するアンテナ
利得は、それぞれ４分の１波長（λ）ホイップアンテナ
（図示略）とほぼ同等のアンテナ利得を有することが確
認された。このことは前述の第１の実施例と同様に従来
の漏れ同軸ケーブルに較べ、電波の放射原理を根本的に
異にすることによるものである。尚、本発明のアレーア
ンテナは、サービスエリアの大幅拡張（図４，Ｌ２　，
ｄ２　）改善し、更にアンテナ機能の他に直流電源給電
線機能及び無線周波（ｆ０　，ｆ２　）中継伝送線機能
を合わせ有することについては、前述した本発明の第１
の実施例の場合と全く同様である。図４における双方向
中継増幅器２１を図示の如く接続した場合に、２１の電
源供給は、固定局９の内蔵する直流電源（図示略）を図
４に図示してある如く８，１９を経て固定局９側より一
括供給できる利点が得られる。又図４に図示した各素子
アンテナによる分散ゾーン２２−１，２２−２，２２−
３及び２２−ｎにて構成されたサービスエリア２０の確
保において、前記サービスエリアの分散ゾーン数を〔Ｎ
〕とすれば、同軸ケーブル形アレーアンテナ回線線条数
は〔１〕となることは明白であり、サービスエリアの長
さＬ２　、幅ｄ２　の大幅拡張改善と相まって現場の据
付調整工事は容易となる。又同軸ケーブル類の布設線条
数も簡略化されることになり、通信設備費の総合的低減
化に大いに役立つものである。

【００１５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の「
無交差式」同軸ケーブル形の素子アンテナ７又は「交差
式」同軸ケーブル形の素子アンテナ１９を同軸ケーブル
８にて直列に分散配置して接続した同軸ケーブル形直線
アレーアンテナを実施することにより次のような効果が
ある。 （イ）全体が１線条の同軸ケーブル状であるため突起物
がない。 （ロ）分散ゾーン数〔Ｎ〕に対する同軸ケーブル形アレ
ーアンテナ回線条の数は〔１〕となる。 （ハ）アンテナ利得は、４分の１波長（λ）ホイップア
ンテナにほぼ同等であるばかりでなく漏れ同軸ケーブル
に較べて大幅に向上した。 （ニ）アレーアンテナを構成する複雑な付属器具類を要
しないので、現場工事は極めて容易である。 （ホ）アレー化を工夫することにより、アンテナ指向特
性を改善することができる。 このような諸々の改善を一挙に具現できるので、サービ
スエリア（Ｌ１　×ｄ１　），（Ｌ２　×ｄ２　）の領
域確保のための現場据付調整工事は極めて容易となり、
移動無線通信の総合安定化確保のために多大の効果があ
る。

【００１６】また、技術的な観点からの利点を挙げると
、 （１）本発明の同軸ケーブル形アレーアンテナによれば
、導線の線状アンテナ（励振タイプ）を同軸ケーブル状
に構成したので、線状アンテナによる電波放射の機能と
給電線機能の両機能を有し、例えば、従来の漏れ同軸ケ
ーブルに較べ、その電波の放射原理を根本的に異にし、
且つ、そのアンテナ利得の大幅改善を可能にしたので、
サービスエリア拡張を確保するための現場調整工事は、
従来の漏れ同軸ケーブル等の場合に較べて、その電気的
，機械的制限条件が緩和されるので多大の効果がある。 （２）更に、本発明において、微弱電波無線を利用する
ことにより、例えば、小電力無線に較べて使い勝手の優
れた総合通信システムを構築する場合に、同軸ケーブル
形アレーアンテナはその外観形状が一線条であり、且つ
、その電波放射の原理は線状アンテナによるものに改善
されているので、例えば一般室内，工場建屋内，ビル内
等の天井，壁面は勿論のこと、その床面等にも展張する
等により、いわゆる立体的空間を有効に活用して構成さ
れた無線ゾーン構築が現場工事を含めて容易に可能であ
るのでその効果は極めて大きい。因みに、例えば、４分
の１波長（λ）ホイップアンテナは突起物形状のため、
又漏れ同軸ケーブルはアンテナ利得不足のために、いず
れも床面展張等は不適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例（無交差式）を示す構成
図である。

【図２】本発明の第１の実施例の要部をなす「無交差式
」同軸ケーブル形素子アンテナの構成図である。

【図３】図２の「無交差式」素子アンテナの断面図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例（交差式）を示す構成図
である。

【図５】本発明の第２の実施例の要部をなす「交差式」
同軸ケーブル形素子アンテナの構成図である。

【図６】図５の「交差式」素子アンテナの断面図である
。

【符号の説明】

１　　内部導体 ２，３　　外部導体 ４　　ケーブル外部被覆（絶縁体） ５　　Ｌチャネル用「無交差式」同軸ケーブル形アンテ
ナ素子 ６　　Ｈチャネル用「無交差式」同軸ケーブル形アンテ
ナ素子 ７　　「無交差式」同軸ケーブル形アンテナ（素子アン
テナ） ８　　高周波同軸ケーブル ９　　固定局 １０　　終端器 １１　　励振波電流分布 １２　　励振波源 １３　　同軸コネクタ １４，２０　　通信サービスエリア １５　　高周波同軸ケーブル（４分の１波長）１６　　
Ｌチャネル用「交差式」同軸ケーブル形アンテナ素子 １７　　Ｈチャネル用「交差式」同軸ケーブル形アンテ
ナ素子 １８　　「交差式」同軸コネクタ １９　　「交差式」同軸ケーブル形アンテナ（素子アン
テナ） ２１　　双方向中継増幅器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同軸ケーブルを給電線として複数の素
   子アンテナが所定の間隔で直列接続配置され固定無線通
   信装置に一端が接続されるように構成されたアレーアン
   テナにおいて、前記複数の素子アンテナのそれぞれは、
   前記同軸ケーブルと同じ構造の同径の同軸ケーブルで２
   分の１波長の長さを有し、片端から４分の１波長にわた
   り軸方向に外部導体が部分除去されて内部導体から電波
   が放射されるように形成されて４分の１波長モノポール
   アンテナとほぼ等価の電気的特性を有するアンテナ素子
   が２つ直列に接続されたことを特徴とする同軸ケーブル
   形アレーアンテナ。
2. 【請求項２】　　同軸ケーブルを給電線として複数の素
   子アンテナが所定の間隔で直列接続配置され固定無線通
   信装置に一端が接続されるように構成されたアレーアン
   テナにおいて、前記複数の素子アンテナのそれぞれは、
   前記同軸ケーブルと同径で４分の１波長の長さを有する
   同じ構造の２つの同軸ケーブルと、該２つの同軸ケーブ
   ルの内部導体と外部導体が交差接続されるように形成さ
   れた同軸コネクタと、前記２つの同軸ケーブルが前記同
   軸コネクタによって接続されて２分の１波長ダイポール
   アンテナとほぼ等価の電気的特性を有するアンテナ素子
   が形成され、該アンテナ素子が２つ前記同軸コネクタに
   よって接続されたことを特徴とする同軸ケーブル形アレ
   ーアンテナ。