5872018 偏波共用アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5872018

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】偏波共用アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/24 20060101AFI20160216BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20160216BHJP

   H01Q 19/10 20060101ALI20160216BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20160216BHJP

   H01Q 9/16 20060101ALI20160216BHJP

【ＦＩ】

   H01Q21/24

   H01Q21/08

   H01Q19/10

   H01Q1/38

   H01Q9/16

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-257557(P2014-257557)

(22)【出願日】2014年12月19日

【審査請求日】2014年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000217653

【氏名又は名称】電気興業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100154298

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(72)【発明者】

【氏名】天川 英二

【審査官】 緒方 寿彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２６７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９６８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３４９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０８６６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１４６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１６３４７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

Ｈ０１Ｑ １／３８

Ｈ０１Ｑ ９／１６

Ｈ０１Ｑ １９／１０

Ｈ０１Ｑ ２１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定径の円周の０°，９０°，１８０°，２７０°位置においてそれぞれの長手方向中心点が接するように配列する第１、第２、第３、第４の２線式折返しアンテナ素子と、
前記第１〜第４の２線式折返しアンテナ素子の給電点に先端がそれぞれ接続された第１〜第４の平衡２線路と、
前記第１の平衡２線路の一方の線路の基端と前記第２の平衡２線路の一方の線路の基端とが接続された第１の給電点と、
前記第２の平衡２線路の他方の線路の基端と前記第３の平衡２線路の一方の線路の基端とが接続された第２の給電点と、
前記第３の平衡２線路の他方の線路の基端と前記第４の平衡２線路の一方の線路の基端とが接続された第３の給電点と、
前記第４の平衡２線路の他方の線路の基端と前記第１の平衡２線路の他方の線路の基端とを接続した第４の給電点と、
第１、第２の平衡不平衡変換回路と、を備え、
前記第１の平衡不平衡変換回路を用いて前記第１、第３の給電点に平衡給電を行い、前記第２の平衡不平衡変換回路を用いて前記第２、第４の給電点に平衡給電を行い、
前記第１〜第４の２線式折返しアンテナは、それらの給電点を含む円周の直径が約０．４５λ（λは使用周波数帯域の中心周波数の波長）となるように配列されており、
前記第１〜第４の２線式折返しアンテナ素子は、相互の端部の干渉を回避するため、円弧状にかつ一端部と他端部が異径の円周上に位置するように形成されていることを特徴とする偏波共用アンテナ装置。

【請求項2】

前記第１〜第４の２線式折返しアンテナ素子、前記第１〜第４の平衡２線路、及び、前記第１〜第４の給電点を第１の誘電体基板にプリント形成したことを特徴とする請求項１に記載の偏波共用アンテナ装置。

【請求項3】

前記第１、第２の平衡不平衡変換回路をそれぞれ第２、第３の誘電体基板にプリント形成し、この第２、第３の誘電体基板を交差結合するとともに、この交差結合した第２、第３の誘電体基板を前記第１の誘電体基板に対して鉛直に結合することを特徴とする請求項２に記載の偏波共用アンテナ装置。

【請求項4】

前記第２の誘電体基板は、前記第１の誘電体基板への結合時に該第１の誘電体基板を貫通して前記第１、第３の給電点に前記第１の平衡不平衡変換回路を接続させる一対の第１の接続端子を備え、前記第３の誘電体基板は、前記第１の誘電体基板への結合時に該第１の誘電体基板を貫通して前記第２、第４の給電点に前記第２の平衡不平衡変換回路を接続させる一対の第２の接続端子を備えることを特徴とする請求項３に記載の偏波共用アンテナ装置。

【請求項5】

前記第１の誘電体基板を貫通した前記一対の第１の接続端子とこれらに対応する前記第１、第３の給電点との間、及び、前記第１の誘電体基板を貫通した前記一対の第２の接続端子とこれらに対応する前記第２、第４の給電点との間に補強用のＬ型金属片をそれぞれ介在させたことを特徴とする請求項４に記載の偏波共用アンテナ装置。

【請求項6】

前記前記第１の誘電体基板には、前記第１、第２の接続端子を貫通させるための孔が打ち抜き形成され、前記孔の縁端には、打ち抜き部に存在していた金属箔からなる補強用の立上げ片が形成され、前記第１の接続端子と前記第１、第３の給電点との間、及び、前記第２の接続端子と前記第２、第４の給電点との間にそれぞれ前記立上げ片を介在させたことを特徴とする請求項４に記載の偏波共用アンテナ装置。

【請求項7】

請求項１〜６に記載の偏波共用アンテナ装置を、垂直方向に複数個配列したことを特徴とするアレイ構成の偏波共用アンテナ装置。

【請求項8】

背面に反射板を配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の偏波共用アンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体通信基地局のアンテナ装置として好適な偏波共用アンテナ装置に関し、詳しくは２つの直交する偏波を独立して送受信することができる偏波ダイバーシチアンテナに関するものである。

【背景技術】

【0002】

移動通信システムの基地局では、偏波ダイバーシチ効果を得るために、独立した２つの偏波を共用するように構成された偏波共用アンテナ装置が使用されている。この偏波共用アンテナ装置には、垂直偏波及び水平偏波を用いる方式のものと、＋４５°偏波及び−４５°偏波を用いる方式のものがあり、特許文献１には後者の方式に係る偏波ダイバーシチアレイアンテナ装置が開示されている。

【0003】

特許文献１のアンテナ装置は、＋４５度偏波用の第１のダイポールアンテナ素子と−４５度偏波用の第２のダイポールアンテナ素子とを交差配置した偏波ダイバーシチアンテナユニットを複数備え、これらのアンテナユニットを垂直方向に所定の間隔をおいて配列させるとともに、それらのアンテナユニットの背部に反射板を配設した構成を有する。
この特許文献１のアンテナ装置によれば、第１、第２のダイポールアンテナ素子の素子導体に設けた調整用導体部により垂直偏波成分と水平偏波成分の差を低減して、偏波面のくずれを補正するようにしているので、交差偏波特性や偏波間結合量特性の劣化を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２６７０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、移動通信システムの基地局は、通信容量の向上等の目的でセクタ分割して構成する。従って、基地局アンテナ装置に求められる水平面内ビーム幅は、セクタ分割数やセクタ間での干渉回避等により異なることになる。すなわち、セクタ分割数が多い場合や、セクタ間での干渉を発生するおそれがある場合には、それに対応するために狭い水平面ビーム幅が要求される。
また、通信容量の確保や通信速度の向上などの観点から、基地局アンテナ装置には水平面内ビーム幅を狭くすることが要求される傾向にある。

【0006】

しかし、特許文献１のアンテナ装置を用いて狭い水平面内ビーム幅を得ようとすると、このアンテナ装置を水平方向に複数配列（アレイ化）する、反射板の面積を増大する、などの策を講じなければならないので、構成の複雑化、大型化、高コスト化を招くことになる。

【0007】

本発明は、このような状況に鑑み、小型かつ簡易な構造で狭い水平面内ビーム幅を実現することが可能な偏波共用アンテナ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するため、所定径の円周の０°，９０°，１８０°，２７０°位置においてそれぞれの長手方向中心点が接するように配列する第１、第２、第３、第４の２線式折返しアンテナ素子と、
前記第１〜第４の２線式折返しアンテナ素子の給電点に先端がそれぞれ接続された第１〜第４の平衡２線路と、
前記第１の平衡２線路の一方の線路の基端と前記第２の平衡２線路の一方の線路の基端とが接続された第１の給電点と、
前記第２の平衡２線路の他方の線路の基端と前記第３の平衡２線路の一方の線路の基端とが接続された第２の給電点と、
前記第３の平衡２線路の他方の線路の基端と前記第４の平衡２線路の一方の線路の基端とが接続された第３の給電点と、
前記第４の平衡２線路の他方の線路の基端と前記第１の平衡２線路の他方の線路の基端とを接続した第４の給電点と、
第１、第２の平衡不平衡変換回路と、を備え、
前記第１の平衡不平衡変換回路を用いて前記第１、第３の給電点に平衡給電を行い、前記第２の平衡不平衡変換回路を用いて前記第２、第４の給電点に平衡給電を行う。
さらに、前記第１〜第４の２線式折返しアンテナは、それらの給電点を含む円周の直径が約０．４５λ（λは使用周波数帯域の中心周波数の波長）となるように配列される。
前記第１〜第４の２線式折返しアンテナ素子は、相互の端部の干渉を回避するため、円弧状にかつ一端部と他端部が異径の円周上に位置するように形成される。

【0010】

一態様として、前記第１〜第４の２線式折返しアンテナ素子、前記第１〜第４の平衡２線路、及び、前記第１〜第４の給電点は第１の誘電体基板にプリント形成される。
また、一態様として、前記第１、第２の平衡不平衡変換回路をそれぞれ第２、第３の誘電体基板にプリント形成し、この第２、第３の誘電体基板を交差結合するとともに、この交差結合した第２、第３の誘電体基板を前記第１の誘電体基板に対して鉛直に結合する。

【0011】

一態様として、前記第２の誘電体基板は、前記第１の誘電体基板への結合時に該第１の誘電体基板を貫通して前記第１、第３の給電点に前記第１の平衡不平衡変換回路を接続させる一対の第１の接続端子を備え、前記第３の誘電体基板は、前記第１の誘電体基板への結合時に該第１の誘電体基板を貫通して前記第２、第４の給電点に前記第２の平衡不平衡変換回路を接続させる一対の第２の接続端子を備える。

【0012】

一態様として、前記第１の誘電体基板を貫通した前記一対の第１の接続端子とこれらに対応する前記第１、第３の給電点との間、及び、前記第１の誘電体基板を貫通した前記一対の第２の接続端子とこれらに対応する前記第２、第４の給電点との間に補強用のＬ型金属片がそれぞれ介在される。
また、一態様として、前記第１の誘電体基板には、前記第１、第２の接続端子を貫通させるための孔が打ち抜き形成される。前記孔の縁端には、打ち抜き部に存在していた金属箔からなる補強用の立上げ片が形成され、前記第１の接続端子と前記第１、第３の給電点との間、及び、前記第２の接続端子と前記第２、第４の給電点との間にそれぞれ前記立上げ片が介在される。

【0013】

一態様として、前記偏波共用アンテナ装置を垂直方向に複数個配列してアレイアンテナとしての機能を持たせることができる。
また、一態様として、背面に反射板を配置することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明にによれば、水平方向へのアレイ化や反射板の面積増大等の手段を講じることなく、つまり、構造の大型化、複雑化を伴うことなく水平面内ビーム幅を狭くすることが可能である。従って、移動通信システムの基地局で使用する水平面ビーム幅の狭い偏波共用アンテナ装置を小型かつ簡易な構造で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る偏波共用アンテナ装置の一実施形態を示す斜視図である

【図2】平衡不平衡変換回路を形成した誘電体基板の一方の面を示す図である。

【図3】平衡不平衡変換回路を形成した誘電体基板の他方の面を示す図である。

【図4】図２、図３の誘電体基板を結合させた状態を示す斜視図である。

【図5】補強用のＬ型金属片とその取付け部を示す斜視図である。

【図6】誘電体基板に形成した金属箔からなる補強用立上げ片を示す斜視図である。

【図7】図１に示す偏波共用アンテナ装置を反射板上で垂直方向に２個配列させた状態を示す斜視図である。

【図8】第１の給電点に平衡給電した場合の零相系動作説明図である。

【図9】第２の給電点に平衡給電した場合の零相系動作説明図である。

【図10】第１の給電点に平衡給電した場合の正相系動作説明図である。

【図11】第２の給電点に平衡給電した場合の正相系動作説明図である。

【図12】各平衡２線路の先端接続点を含む円の半径が０．４５波長である場合の水平面指向性を示すグラフである。

【図13】各平衡２線路の先端接続点を含む円の半径が０．５０波長である場合の水平面指向性を示すグラフである。

【図14】各平衡２線路の先端接続点を含む円の半径が０．５５波長である場合の水平面指向性を示すグラフである。

【図15】＋４５°偏波のリターンロス特性を示すグラフである。

【図16】−４５°偏波のリターンロス特性を示すグラフである。

【図17】結合量特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において用いる上下、左右等の語句は、該当図面上での方向を示すものであって、実装状態下での方向とは必ずしも一致しない。
図１に本発明に係る偏波共用アンテナ装置の一実施形態を示す。図１において、円形の誘電体基板１の上面には、２線式折返しダイポールアンテナ素子２〜５、平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）及び接続導体１０〜１３が形成されている。これらは金属箔（例えば銅箔）からなり、プリント配線パターンの作成手法を用いてプリント形成されている。

【0017】

折返しダイポールアンテナ素子２，３，４，５は円弧形状を有し、円形誘電体基板１の中心点を中心とする円周の０°，９０°，１８０°，２７０°位置にそれぞれの長手方向中心点が接するように配列されている。各折り返しアンテナ素子２〜５は、一端部と他端部が異径の円周上に位置するように形成されている。このように形成すれば、折り返しアンテナ素子２〜５の隣接する端部相互を互い違いに位置させることができるので、該アンテナ素子２〜５を近接配置してそれらの給電点を含む円周の直径を小さくしても、それらの端部相互の干渉を回避することが可能となる。
なお、折り返しアンテナ素子２〜５の全長は約０．５λ（λは使用周波数帯域の中心周波数の波長）に設定されている。

【0018】

平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）は、折返しダイポールアンテナ素子２〜５の給電点にそれぞれの先端が接続され、それらの給電点から誘電体基板１の中心側に向かって延びている。
接続導体１０，１１，１２及び１３は、誘電体基板１の中心部に位置し、平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）における線路６ａ，７ｂの基端間、線路７ａ，８ｂの基端間、線路８ａ，９ｂの基端間、線路９ａ，６ｂの基端間にそれぞれ介在している。

【0019】

誘電体基板１には、別の誘電体基板１４，１５が組み合わされている。図２に示すように、誘電体基板１４は、一方の面に接地導体１４１，１４２が形成され、他方の面に給電導体１４３が形成されている。なお、接地導体１４１，１４２及び給電導体１４３も金属箔によってプリント形成されている。
接地導体１４１，１４２は、誘電体基板１４の上下方向中心軸線に対して対称に形成されている。給電導体１４３は、接地導体１４１の背部において誘電体基板１４の下端から上方に延びた後、横に折り曲げられて接地導体１４２の背部まで延びている。この給電導体１４３は、接地導体１４１，１４２と共に平衡不平衡変換回路（バラン）を構成している。

【0020】

また、誘電体基板１４には、上端から突出する一対の接続端子１４４，１４５と、下端から突出する一対の接続端子１４６，１４７とが形成されている。図示のように、接地導体１４１は接続端子１４４，１４７の面上まで延在し、接地導体１４２は接続端子１４５，１４７の面上まで延在している。
また、誘電体基板１４には、直線状の切り欠き溝１４８が形成されている。この切り欠き溝１４８は、誘電体基板１４の上下中心軸線上に位置し、該誘電体基板１４の下端から給電導体１４３の直前位置まで延びている。

【0021】

図３に示すように、他方の誘電体基板１５には、接地導体１５１，１５２、給電導体１５３、接続端子１５４，１５５、１５６，１５７及び切り欠き溝１５８がそれぞれ形成されている。これらは、図２に示す接地導体１４１，１４２、給電導体１４３、接続端子１４４，１４５、１４６，１４７及び切り欠き溝１４８にそれぞれ対応している。
給電導体１５３は、接地導体１５１の背部において誘電体基板１５の下端から上方に延びた後、横に折り曲げられて接地導体１５２の背部まで延びている。この線給電導体１５３は、接地導体１５１，１５２と共に平衡不平衡変換回路を構成している。また、切り欠き溝１５８は、誘電体基板１５の上下中心軸線上に位置し、該誘電体基板１５の上端から給電導体１５３の直前位置まで延びている。

【0022】

上記誘電体基板１４，１５は、切り欠き溝１４８、１５８を介して互いの面が直交するように一体結合される（図４参照）。この一体化された誘電体基板１４，１５の上部には、接続端子１４４，１４５，１５４，１５５が突出している。一方、誘電体基板１には、接続導体１０，１１，１２，１３の中央部を貫通する孔１６，１７，１８，１９がそれぞれ形成されている。そこで、一体化された誘電体基板１４，１５の接続端子１４４，１４５，１５４，１５５を誘電体基板１の孔１６，１８，１９，１７にそれぞれ挿入する。この結果、図１に示すように、誘電体基板１４，１５が誘電体基板１に対し鉛直に組み合わされる。

【0023】

この状態においては、接続導体１０，１１，１２，１３の面上に接続端子１４４，１５５，１４５，１５４が突出している。接続端子１４４，１５５，１４５，１５４には、接地導体１４１，１５２，１４２，１５１が延在しているので、これらの接地導体１４１，１５２，１４２，１５１をハンダ付け等の手段により１０，１１，１２，１３の面に接続する。

【0024】

このとき、接続部の機械的強度を増すために、図５に示すＬ型金属片２０をあてがった状態で上記ハンダ付け等の接続処理を施すことも可能である。
また、図４に示す孔１６，１７，１８，１９の打ち抜き加工は、その加工場所にもともと存在していた金属箔を残すように実施することが可能であるので、そのような打ち抜き加工によって、図６に示すような金属箔からなる立上げ片１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａを孔１６，１７，１８，１９の縁端に形成し、この立上げ片１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａをあてがった状態で上記ハンダ付け等の接続処理を施せば、給電点接続部の機械的強度を向上することができる。
基地局用のアンテナ装置には、設置後、風等による鉄塔の振動が繰り返し伝達されることから、上記に例示したような対策を講じて、給電点接続部の機械的強度を高くすることが望ましい。。

【0025】

上記構成の偏波共用アンテナ装置ＡＮは、図１に示すように、給電用誘電体基板２１に立設される。すなわち、図２に示す誘電体基板１４の接続端子１４６，１４７及び図３に示す誘電体基板１５の接続端子１５６，１５７を上記誘電体基板２１に貫通形成された図示していない孔に挿入することによって該誘電体基板２１に立設される。
このとき、接続端子１４６，１４７に形成された接地導体１４１，１４２及び接続端子１５６，１５７に形成された接地導体１５１，１５２が誘電体基板２１の下面全域に形成された金属箔からなる接地導体（図示せず）にハンダ付け等の手段を用いて接続され、また、図２に示す給電導体１４３の下端及び図３に示す給電導体１５３の下端が誘電体基板２１の表面にプリント形成された金属箔からなる＋４５°偏波用給電線路導体及び−４５°偏波用給電線路導体（共に図示せず）にハンダ付け等の手段を用いて接続される。

【0026】

本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮは、必要に応じて背部に反射板２２が配設される。この反射板２２は、誘電体基板２１の背面側に位置され、その長手方向に沿った両端部に指向性成形のための立上げ部２２ａがそれぞれ形成される。
また、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮは、必要に応じて垂直方向Ｖに所定の間隔をおいて複数個配列される。図示の例では、図面の簡素化を図るために配列段数を２としているが、一般的には配列段数（アレイ数）を３以上に設定することが多い。

【0027】

次に、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮの動作について説明する。本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置は、図７に示すように、誘電体基板１の面が垂直に向くように、かつ、折返しダイポールアンテナ素子２，４が上、下に位置され、ダイポールアンテナ素子５，３が左右に位置されるように配置される。
図１において、接続導体１０，１２の中央部は第１の給電点を構成し（図８の黒丸Ｐ１，Ｐ２参照）、接続導体１１，１３の中央部は第２の給電点を構成している（図９
の黒丸Ｐ３，Ｐ４参照）。

【0028】

ここで、図７に示す給電用誘電体基板２１に形成された＋４５°偏波用給電線路導体と接地導体間に同軸ケーブル等を介して高周波信号を不平衡給電すると、この高周波信号は図４に示す誘電体基板１４に形成された平衡不平衡変換回路を介して上記第１の給電点Ｐ１，Ｐ２に平衡給電される。
この給電により線路６ａ，７ｂに図８に示す方向の電流が流れるとともに、その電流とは逆向きの電流が線路６ｂ，７ａに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子２が９０°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子３が０°方向に励振される。一方、線路６ｂ，７ａに生起された電流はそれぞれ線路９ａ，８ｂを進み、それに伴ってその電流とは逆向きの電流が線路９ｂ，８ａに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子５が０°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子４が９０°方向に励振される。
上記のように折返しダイポールアンテナ素子２〜５が励振されると、それらの励振方向の合成によって＋４５°偏波が発生することになる。

【0029】

ところで、給電される高周波信号の周波数が使用周波数帯域の中心周波数である場合には、線路８ａからの電流と線路９ｂからの電流が給電点Ｐ２において互いに逆相になって打ち消し合うことになる。これに対して、給電される高周波信号の周波数が使用周波数帯域の中心周波数から離れている場合には、上記両電流の逆相関係が成立しなくなるが、この場合、誘電体基板１４に形成された平衡不平衡変換回路がこの逆相関係のずれを補正するように作用するので、このずれに起因したリターンロス特性の悪化を抑制して広帯域化を図ることができる。

【0030】

次に、図７に示す給電用誘電体基板２１に形成された−４５°偏波用給電線路導体と接地導体間に高周波信号を給電した場合について説明する。この場合、給電された高周波信号は、図４に示す誘電体基板１５に形成された平衡不平衡変換回路を介して上記第２の給電点Ｐ３，Ｐ４に平衡給電される。
この給電により線路６ｂ，９ａに図９に示す方向の電流が流れるとともに、その電流とは逆向きの電流が線路６ａ，９ｂに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子２が２７０°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子５が０°方向に励振される。一方、線路６ａ，９ｂに生起された電流はそれぞれ線路７ｂ，８ａを進み、それに伴ってその電流とは逆向きの電流が線路７ａ，８ｂに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子３が０°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子４が２７０°方向に励振される。
上記のように折返しダイポールアンテナ素子２〜５が励振されると、それらの励振方向の合成によって３１５°偏波（−４５°偏波）が発生することになる。

【0031】

ここで、給電される高周波信号の周波数が使用周波数帯域の中心周波数である場合には、線路７ａからの電流と線路８ｂからの電流が給電点Ｐ４において互いに逆相になって打ち消し合うことになる。一方、給電される高周波信号の周波数が使用周波数帯域の中心周波数から離れている場合には、上記両電流の逆相関係が成立しなくなるが、この場合、誘電体基板１５に形成された平衡不平衡変換回路がこの逆相関係のずれを補正するように作用するので、このずれに起因したリターンロス特性の悪化を抑制して広帯域化を図ることができる。
以上のように、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮによれば、＋４５°偏波と−４５°偏波を共用することができる。もちろん、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮによって水平偏波と垂直偏波を共用することも可能である。すなわち、図７においてアンテナ装置ＡＮを垂直面内で４５°回転して配置すれば、水平偏波と垂直偏波を共用することが可能になる。

【0032】

本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮにおいては、どちらの偏波についても、折返しダイポールアンテナ素子２，４相互の励振方向及び折返しダイポールアンテナ素子３，５相互の励振方向が同じであるので、平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）の各先端接続点（折返しダイポールアンテナ素子２〜５の各給電点）を含む円の直径が約０．４５λに近づくにつれて、垂直偏波成分と水平偏波成分の差が小さくなるという効果が得られる。

【0033】

ところで、２線式折返しダイポールアンテナ素子２〜５において、給電点を含む線導体を一次導体とし、この一次導体に接続される他の線導体を二次導体とすると、この２線式折返しダイポールアンテナ素子２〜５の等価回路は零相系と正相系に分けられる（例えば、電気通信学界雑誌 第４８巻４号 昭和４０年４月 「第８章 折返空中線」参照）。

【0034】

零相系では、上記一次導体と二次導体が一括されてそれらの導体に同方向の電流が流れることから、それらの導体が共に放射に関与することになる。つまり、それらの導体が二線一括の単一ダイポールアンテナとして動作する。前記した図８、図９の動作は、この零相系での動作を示している。

【0035】

一方、正相系では、上記一次導体と二次導体が給電点より左右に二分された終端短絡の平衡線路を構成することになるため、それらの導体に往復電流が流れ、その結果、各導体は放射に寄与しないことになる。図１０、図１１の動作は、この正相系での動作を示している。
平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）を含めて説明すると、２線式折返しダイポールアンテナ素子２と平衡２線路（６ａ，６ｂ）、２線式折返しダイポールアンテナ素子３と平衡２線路（７ａ，７ｂ）、２線式折返しダイポールアンテナ素子４と平衡２線路（８ａ，８ｂ）、２線式折返しダイポールアンテナ素子５と平衡２線路（９ａ，９ｂ）は、それぞれ終端短絡の平衡回路として動作する。

【0036】

この動作は、各２線式折返しダイポールアンテナ素子２〜５の給電インピーダンスが折返し構造を有さない通常のダイポールアンテナのそれに比べて高くなることを意味している。
この結果、本実施形態によれば、給電点Ｐ１〜Ｐ４から２分岐されて高くなった平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）のインピーダンスと２線式折返しダイポールアンテナ素子２〜５のインピーダンスとが良好に整合されることになり、これは広帯域化に寄与する。

【0037】

上記のように動作する本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮは、スタックアンテナとしての機能を持つことになるので、水平方向（図７のＨ方向）にアレイ化することなく、かつ、反射板２２の面積を大きくすることなく水平面内ビーム幅を狭くすることが可能である。
また、給電点が４か所（Ｐ１〜Ｐ４）でかつそれらが放射方向側に位置されるので、給電点における接続作業も容易になる。

【0038】

図１２、図１３及び図１４は、平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）の各先端接続点を含む円の直径を０．４５λ、０．５０λ及び０．５５λに設定した場合の水平面指向性をそれぞれ示す。これらの図において、実線は主偏差成分に係る指向性、太い点線は垂直偏波成分に係る指向性、細い点線は水平偏波成分に係る指向性、一点鎖線は交差偏波成分に係る指向性である。
各図から明らかなように、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮによれば、垂直偏波成分と水平偏波成分の差を少なくしかつ良好な交差偏波特性を維持しながら水平面内ビーム幅を狭くすることができる。そして、平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）の各先端接続点を含む円の直径を大きく設定するほど、水平面内ビーム幅が狭くなることが認識される。

【0039】

図１５及び図１６は、＋４５°偏波及び−４５°偏波についてのリターンロス特性それぞれ示す。これらの図において，ｆｃは使用周波数帯域の中心周波数を示している。これらの図から明らかなように、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮによれば、高い周波数においても広帯域特性を実現することが可能である。
また、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ＡＮによれば、図１７に示す結合量特性から明らかなように、良好な偏波間特性を得ることができる。

【0040】

本発明は上記実施形態に限定されず、他の種々の変形態様を含み得るものである。例えば、実施形態に示す円弧状の２線式折返しダイポールアンテナ素子２〜５を直線状に形成しても本発明は実施可能である。また、２線式折返しアンテナ素子２〜５、平衡２線路（６ａ，６ｂ）〜（９ａ，９ｂ）、及び、前記第１〜第４の平衡２線路及び平衡不平衡変換回路は、誘電体基板を用いないで形成することも可能である。

【0041】

１ 誘電体基板
２〜５ ２線式折返しダイポールアンテナ素子
６ａ，６ｂ〜９ａ，９ｂ 平衡２線路
１０〜１３ 接続導体
１０ａ〜１３ａ 立上げ片
１４ 誘電体基板
１４１，１４２ 接地導体
１４３ 給電導体
１４４〜１４７ 接続端子
１４８ 切り欠き溝
１５ 誘電体基板
１５１，１５２ 接地導体
１５３ 給電導体
１５４〜１５７ 接続端子
１５８ 切り欠き溝
１６〜１９ 孔
２０ Ｌ型金属片
２１ 給電用誘電体基板
２２ 反射板
２２ａ 立上げ部

【要約】

【課題】小型かつ簡易な構造で狭い水平面内ビーム幅を実現する。
【解決手段】所定径の円周の０°，９０°，１８０°，２７０°位置においてそれぞれの長手方向中心点が接するように配列する第１、第２、第３、第４の２線式折返しアンテナ素子（２〜５）と、アンテナ素子（２〜５）の給電点に先端がそれぞれ接続された第１〜第４の平衡２線路（６ａ，６ｂ〜９ａ，９ｂ）を備える。線路（６ａ）の基端と線路（７ｂ）の基端とが接続された給電点と、線路（８ａ）の基端と線路（９ｂ）の基端とが接続された給電点との間に一方の偏波に係る給電がなされ、線路（７ａ）の基端と線路（８ｂ）の基端とが接続された給電点と、線路（９ａ）の基端と線路（９ｂ）の基端とが接続された給電点との間に他方の偏波に係る給電がなされる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】