JP4774001B2 - ２周波共用通信用アンテナ - Google Patents

Description

本発明は，主にＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）に利用される通信用アンテナに関し，詳しくは２つ以上の通信システムに対応可能な２周波共用通信用アンテナの構成に関する。

一般的に垂直偏波を輻射若しくは垂直偏波を受信する無指向性のアンテナにおいて高利得を確保するための手段としては，輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてアンテナを構成する技術がある。
このようなアンテナを使って，２つ以上の通信システム（例えば１．９ＧＨｚ帯の電波と２．５ＧＨｚ帯の電波の２周波を使ったＰＨＳ）を構築しようとすると，それぞれの周波数に対応した通信用アンテナを設ける必要がある。
このような場合の簡単な方法として，それぞれ異なる周波数に対応した２つのアンテナを水平方向若しくは縦方向に並べて設置する方法が考えられる。しかしながら，このような２つのアンテナを並べて設置する方法では，それぞれのアンテナが干渉して指向特性等に影響がないように所定間隔以上だけ離して設置する必要があることから，設置場所に相当な広いスペースが必要となる。また，アンテナが一本のときと比べ，アンテナを２つ設置するための腕木のような取付具が余分に必要となることから，アンテナ取付用の取付金具の構造が複雑になるしコストも高くなる。更には，このようなアンテナは，見通しの良い高所に設置される場合が多いので，アンテナの強度を台風等による強風に対応させることが極めて重要であることを考慮すれば，取付金具の構造は非常に強固なものにする必要があり，設置性の面からも，コストの面からも問題があった。
また，一本のアンテナを広帯域化する方法もあるが，高利得のアンテナを得るためには形状を大きくする必要があるし，また，使用周波数ごとに指向特性がばらついてしまうといった問題もあり高性能なアンテナは期待できない。
それに対して従来例のように，積み重ねられた輻射エレメントの長さと複数の輻射エレメントの総和長さとにより異種の周波数に対して作動可能にしたアンテナが提案されている。
（例えば，特許文献１参照）

実公平７−５６９２号公報

しかし，従来の２周波共用通信用アンテナによると，異なる周波数に対応する２つのアンテナが，それぞれの軸線が同一線上になるように配設されていることによって，水平方向の寸法が大きくならないので，設置場所が広くなくてもよいし，アンテナの受風面積が小さくなり風などによる影響も低減できるといった特徴は有するものの，上下方向の寸法がどうしても長くなることによって，相変わらず風などによる影響を大きく受け，このためアンテナ取付金具等を強固にする必要があるといった問題が残される。
そこで本願においては，こうした問題点を解決するためになされたものであり，
その目的は，簡単な構成で高利得且つ指向性の良い２周波共用通信用アンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，安価で高性能な２周波共用通信用アンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，簡単な構成で耐久性の良い２周波共用通信用アンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，小型で高性能な２周波共用通信用アンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，設置スペースが狭くてもよい２周波共用通信用アンテナを提供することにある。
他の目的は，２つのアンテナの指向特性の偏差が小さい２周波共用通信用アンテナを提供することにある。
その他の目的も，以下に示す実施例やデータによって明確になるであろう。

上記課題を解決するために，請求項１の発明は，垂直偏波を輻射若しくは垂直偏波を受信する２周波共用通信用アンテナにおいて，
輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる第１の周波数に対応する第１の輻射器と，輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に対応する第２の輻射器とを，それぞれが略平行で且つ前記第１の輻射器と前記第２の輻射器が所定の寸法範囲内となる位置に垂設し，前記第１の輻射器の下端には第１の整合手段および第１のケーブル接続端子を備え，前記第２の輻射器の下端には第２の整合手段および第２のケーブル接続端子を備え，少なくとも，前記第１の輻射器，前記第２の輻射器および前記第１と第２の整合手段を筒状に形成された一つの保護部材に収納するように構成した。

請求項２の発明は，垂直偏波を輻射若しくは垂直偏波を受信する２周波共用通信用アンテナにおいて，
輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる第１の周波数に対応する第１の輻射器と，輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に対応する第２の輻射器とを，それぞれが略平行で且つ前記第１の輻射器と前記第２の輻射器が所定の寸法範囲内となる位置に垂設し，前記輻射器の下端に前記第１の輻射器と前記第２の輻射器の整合・合成手段およびケーブル接続端子を備え，少なくとも，前記第１の輻射器，前記第２の輻射器および前記整合・合成手段を筒状に形成された一つの保護部材に収納するように構成した。

請求項３の発明は，請求項１または請求項２の何れか１項に記載の２周波共用通信用アンテナにおいて，前記第１の輻射器および前記第２の輻射器は，それぞれ前記第１の周波数および前記第２の周波数の略２分の１波長の長さの輻射エレメントを多段に積み重ねてなるコリニアアンテナからなるように構成した。

請求項４の発明は，請求項３に記載の２周波共用通信アンテナにおいて，前記輻射エレメントは，中心導体と該中心導体と同心状に備えた誘電体と該誘電体の外側に配設された外部導体とから構成され，しかも前記第１の輻射器の輻射エレメントと前記第２の輻射器の輻射エレメントの長さが略等しくなるように，それぞれの輻射エレメントを構成する前記誘電体の誘電率を決めるように構成した。

請求項５の発明は，請求項４に記載の２周波共用通信用アンテナにおいて，前記第１の輻射器と前記第２の輻射器は，最も下側に位置する輻射エレメントの上下方向の位置が略等しくなるように配設してなるように構成した。

請求項６の発明は，請求項５に記載の２周波共用通信用アンテナにおいて，前記第１の輻射器の上下方向の寸法と，前記第２の輻射器の上下方向の寸法とが略等しくなるように構成した。

請求項７の発明は，請求項３から請求項６の何れか一項に記載の２周波共用通信アンテナにおいて，前記第１の輻射器の輻射エレメントの外部導体と前記第２の輻射器の輻射エレメントの外部導体とを所定の位置において電気的に導通する状態に接続するように構成した。

請求項１の発明によれば，垂直偏波を輻射若しくは垂直偏波を受信する２周波共用通信用アンテナにおいて，
輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる第１の周波数に対応する第１の輻射器と，輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に対応する第２の輻射器とを，それぞれが略平行で且つ前記第１の輻射器と前記第２の輻射器が所定の寸法範囲内となる位置に垂設し，前記第１の輻射器の下端には第１の整合手段および第１のケーブル接続端子を備え，前記第２の輻射器の下端には第２の整合手段および第２のケーブル接続端子を備え，少なくとも，前記第１の輻射器，前記第２の輻射器および前記第１と第２の整合手段を筒状に形成された一つの保護部材に収納するように構成したので，
２つの異なる周波数に対応するアンテナの電気的特性の最適化をそれぞれ個別に行うことができ，アンテナの設計が容易となる。また，２つのアンテナの間隔を所定範囲内の最適寸法になるように近接させて配設したことによって，２つのアンテナが並設した場合に起こる相互干渉による水平面指向性の乱れを小さなものとすることができ，２つのアンテナの水平面指向特性の偏差が小さいアンテナを提供できる。
また，２つのアンテナの間隔を近接するように配設したことにより，アンテナの外形寸法（直径）を小さくできるし，これらのアンテナを１つの筒体からなる保護部材（レドーム）に収納できることから，コストを安くすることができる。
また，請求項２の発明によれば，ケーブルの接続を２つの異なるアンテナに対して別々に行う必要が無く，１つのケーブル接続端子だけですむので，ケーブル接続端子への接続工事の手間が削減できる。

請求項３の発明によれば，請求項１または請求項２の何れか一向に記載の２周波共用通信用アンテナにおいて，前記第１の輻射器および前記第２の輻射器は，それぞれ前記第１の周波数および前記第２の周波数の略２分の１波長の長さの輻射エレメントを多段に積み重ねてなるコリニアアンテナからなるように構成したので，
簡単な構成で，高利得で指向特性の良い２周波共用通信用アンテナを提供できる。

請求項４の発明によれば，請求項３に記載の２周波共用通信アンテナにおいて，前記輻射エレメントは，中心導体と該中心導体と同心状に備えた誘電体と該誘電体の外側に配設された外部導体とから構成され，しかも前記第１の輻射器の輻射エレメントと前記第２の輻射器の輻射エレメントの長さが略等しくなるように，それぞれの輻射エレメントを構成する前記誘電体の誘電率を決めるように構成したので，
輻射エレメントを多段に積み重ねてなる２つの異なる第１および第２のアンテナの構成が同じピッチで構成されることになり，例えば生産治具等が１つあれば何れのアンテナの組立にも使え生産性が良くなるばかりでなく，組付けにおける不良品の低減ができる。
更には，２つのアンテナの構成部品が同じ部品で構成されることにより，部品の種類が少なくなることから，部品の管理が容易となるし量産効果によるコストの低減も可能になる。

請求項５の発明によれば，請求項４に記載の２周波共用通信用アンテナにおいて，前記第１の輻射器と前記第２の輻射器は，最も下側に位置する輻射エレメントの上下方向の位置が略等しくなるように配設してなるように構成したので，
輻射エレメント，即ち外部導体が，両方の周波数に対して最適に形成された同じ寸法であることにより，互いにアンテナの指向性等の電気的特性に干渉することが無く，アンテナの特性（特に水平面指向性）を劣化させることもないし，しかも偏差を小さくすることができる。

請求項６の発明によれば，請求項５に記載の２周波共用通信用アンテナにおいて，前記第１の輻射器の上下方向の寸法と，前記第２の輻射器の上下方向の寸法とが略等しくなるように構成したので，
アンテナが対称位置に配設され，例えばアンテナを保護部材（レドーム）内に安定的に保持するための緩衝材用の部品を複数種類作る必要がなく，部品の種類を少なくすることができ，延いてはコストダウンとなる。

請求項７の発明によれば，請求項３から請求項６の何れか一項に記載の２周波共用通信アンテナにおいて，前記前記第１の輻射器の輻射エレメントの外部導体と前記第２の輻射器の輻射エレメントの外部導体とを所定の位置において電気的に導通する状態で接続するように構成したので，
輻射エレメント，即ち外部導体が，両方の周波数に対して最適に形成された同じ寸法であることにより，互いにアンテナの指向性等の電気的特性に干渉することが無く，アンテナの特性（特に水平面指向性）を劣化させることもないし，しかも２つのアンテナの水平面指向性の偏差が極めて小さいアンテナを提供できる。また，アンテナ自体の外形（直径）は更に小さなものとすることができる。そして，外形がスリムになることによって，アンテナが風などによって受ける影響を低減でき，アンテナや保護部材（レドーム）の設計も簡単になリ，延いてはアンテナのコストダウンが実現できる。

以下に，本発明を具体化した実施形態の例を，図面を基に詳細に説明する。
図１は本発明に係る２周波共用通信用アンテナの第１実施例を示す正面図であり，（ａ）は概略構成図を示し，（ｂ）は輻射エレメントの構成および配置を示すための図１（ａ）に示すＡ−Ａ線から見た拡大断面図を示し，（Ｃ）は輻射エレメントのその他の構成および配置を示す拡大断面図である。図２は第１実施例の異なる実施例の概略構成を示す正面図である。図３は本発明に係る２周波共用通信用アンテナの第２実施例を示す正面図であり，（ａ）は概略構成図を示し，（ｂ）は輻射エレメントの構成および配置を示すための図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線から見た拡大断面図である。図４は本発明に係る２周波共用通信用アンテナの第３実施例を示す正面図であり，（ａ）は概略構成図を示し，（ｂ）は輻射エレメントの構成および配置を示すための図４（ａ）に示すＣ−Ｃ線から見た拡大断面図である。図５は第３実施例の輻射エレメントの詳細を示す要部拡大図であり，（ａ）は図４（ａ）に示すＤ−Ｄ線から見た側面図を示し，（ｂ）は図４（ｂ）に示すＥ−Ｅ線から見た輻射エレメントの断面図である。図６および図７は第１実施例の２周波共用通信用アンテナの水平面指向特性を示し，図８および図９は第２実施例の２周波共用通信用アンテナの水平面指向特性を示し，図１０および図１１は第３実施例の２周波共用通信用アンテナの水平面指向特性を示す。尚，以下の説明において方向を示す場合は特に明記しない限り，アンテナが使用状態（鉛直）にあるときを基準として図の上下方向を上側，下側とする。図の左右方向を水平方向若しくは右側，左側とする。

（第１実施例）
本発明に係る２周波共用通信用アンテナを，コリニアアンテナにおいて実施した一例を図面に基づいて説明する。図１において，１は２周波共用通信用アンテナであり，２で示される第１の周波数帯の電波に対応した第１の輻射器と，３で示される第１の周波数とは異なる第２の周波数帯の電波に対応する第２の輻射器とからなる。これらは互いに所定の距離をおいて略平行且つ垂直に配設されるように下端部において支持されている。

第１の輻射器２は，第１の周波数の一例である１．９ＧＨｚ帯の略１／２波長（以下，波長はλと記載する。）に相当する長さ（図におけるＬ１）の輻射エレメント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ・・・２ｍが，下から順に輻射エレメント２ａの上に積み重ねるように多段に構成されている。同様に第２の輻射器３は，第２の周波数の一例である２．５ＧＨｚ帯の略１／２λに相当する長さ（図におけるＬ２）の輻射エレメント３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・・３ｎが，下から順に輻射エレメント３ａの上に積み重ねるように多段に構成されている。これらのアンテナの段数ｍ，段数ｎはアンテナが必要とする利得等に応じて決めても良いし，アンテナの長手方向の寸法が決められているのならばその長さに収まる寸法において最大の段数になるように決めればよく，それぞれの段数が同じであっても良いし，異なっても良い。

この例に示されるコリニアアンテナは，１つの輻射エレメントとその下側および上側に位置する輻射エレメントの中心導体と外部導体，外部導体と中心導体のようにそれぞれを交互に接続するように多段にわたって配設されている。この接続の状態を図１（ａ）および図１（ｂ）に示す。この図において図１（ａ）は概略構成を示す正面図を示し，図１（ｂ）は図１（ａ）に示されるＡ−Ａ線から上方を見た接続の状態を示すための拡大図を示し，第１の輻射器２を構成する輻射エレメント２ｃの断面構造と，第２の輻射器３を構成する輻射エレメント３ｃ，３ｄの中心導体の断面を示している。図に良く示されるように，第１の輻射器２においては輻射エレメント２ｃの外部導体２３ｃの上端部に対して，上側に位置する輻射エレメント２ｄの下側に突設した中心導体２１ｄが半田付け等の周知の接続手段で接続されており，輻射エレメント２ｃの中心導体２１ｃは，上側に位置する輻射エレメント２ｄの外部導体２３ｄの下端部に接続手段で接続されている。
同様に，第２の輻射器３においては，輻射エレメント３ｃの上側に突設した中心導体３１ｃが，上側に位置する輻射エレメント３ｄの外部導体３３ｄの下端部に半田付け等の周知の手段で接続され，前記輻射エレメント３ｄの下側から突設した中心導体３１ｄが，下側に位置する輻射エレメント３ｃの外部導体（３３ｃ）の上端側に接続されている。そして，このように構成された輻射器は，第１の輻射器２の輻射エレメントの配列方向（図における左右方向に交互に接続されている。）と，第２の輻射器３の輻射エレメントの配列方向（図における左右方向に交互に接続されている。）が略同一軸線上となる位置に並設するように構成されている。
尚，第１の輻射器２と第２の輻射器３の配置状態の異なる例を図１（ｂ）に示す。この図によれば，第１の輻射器２の輻射エレメントの配列方向（図における上下方向）と，第２の輻射器３の輻射エレメントの配列方向が９０°異なるように構成されている例が示されているが，特に輻射エレメントの配列方向は実施例に限定されるものではなく，第１の輻射器２と第２の輻射器３との間隔を所定範囲内における最適な寸法に配設されておればよい。
最上段の輻射エレメント２ｍおよび３ｎの上端部の処理は，輻射エレメントの長さに応じて中心導体と外部導体を短絡させるか開放状態のままにするか，整合が取れれば何れでもよい。

ここで，本発明の実施例における輻射エレメント２ａ・・・，３ａ・・・の具体的な構成例を説明する。輻射エレメントは，それぞれ銅単線からなる第１の輻射器の中心導体２１，第２の輻射器の中心導体３１と，該中心導体２１，３１に同心上に配設された発砲ポリエチレンやポリエチレン等からなる内部絶縁体である第１の輻射器の誘電体２２，第２の輻射器の３２と，該誘電体２２，３２の外周に備えられた導電性の高い黄銅製の細いパイプで形成された第１の輻射器の外部導体２３，第２の輻射器の３３とで構成されている。尚，この実施例における輻射エレメントは，金属パイプを用いて同軸線路を構成したが，特にこの実施例に限定されるものではなく，例えばプリント配線板を利用して輻射エレメントを構成してもよいし，他の手段によって構成しても良いことは言うまでも無い。

そして，輻射エレメント２ａおよび輻射エレメント３ａの下端には，外部導体に不要な電流が流れるのを防止するために，輻射エレメントに接続された給電線路２５および３６の外部導体の先端を開放した状態で略１／４λだけ折り返した整合回路としてのスリーブが備えられており，それぞれ第１の輻射器２には１．９ＧＨｚに対応するスリーブ５が，第２の輻射器３には２．５ＧＨｚに対応するスリーブ６が接続されており，アンテナの特性を安定させている。尚，本発明の実施例では整合回路としてスリーブを設けた例を示したが，例えば，給電線路２５，３６の線路長を最適化したもの等で整合回路を構成してもよく，特に実施例に限定されるものではない。
更には，第１の輻射器２の給電線路２５にはローパスフィルタ７（ＬＰＦ）が，第２の輻射器３の給電線路３６にはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）８が挿設されており，これらのフィルタを介してから２つのアンテナを合成する合成回路を形成している。そしてその先には同軸ケーブルを接続するためのケーブル接続端子９が設けられている。尚，少なくとも前記スリーブ５・６，ＬＰＦ７およびＨＰＦ８で請求項に記載の整合・合成手段４を構成している。尚，ＬＰＦ７およびＨＰＦ８は必要に応じて設ければよく，アンテナの特性が所定の仕様を満足するならば無くても良い。
また，前記給電線路２５，３６およびスリーブ５，６等の整合回路は，前記輻射エレメントと同様にプリント配線板を用いて構成しても良いくその実施例は限定されるものではない。
これらの整合回路及び合成回路の構成は，以下に詳述する第２及び第３実施例においても同様な構成である。

前記第１の輻射器２および前記第２の輻射器３は所定の寸法範囲内の寸法（本発明の第１実施例ではｄ＝略１０ｍｍ）となる位置に互いに略平行且つ垂直に配設されるように下端部において支持されている。そしてこれらのアンテナは，誘電体損失の少ない例えばグラスファイバー製筒体２０内に収納されている。前記整合・合成手段４は前記筒体の下端部に収められ，その下にケーブル接続端子９が固着されている。この前記グラスファイバー製筒体２０が請求項に記載の保護部材である。また，前記筒体２０の下端部外周は，例えばアルミニウム製からなる防水筒１０で覆われており，整合・合成手段４やケーブル接続端子９を，風などによって吹き付けたり吹き上げたりする雨水などから保護する。これら整合・合成手段４，ケーブル接続端子９の外部導体は電気的に接続されている。

尚，本発明の実施例では整合・合成手段４を備えてケーブル接続端子９が１つであるような構成のアンテナの例を示したが，図２に示すように第１の輻射器２と第２の輻射器３を独立したアンテナとして，それぞれにケーブル接続端子９−１，９−２を備えさせるように構成しても良いことは言うまでもない。この場合はそれぞれの輻射器に上述のような整合回路若しくは整合回路に相当する手段を備えていれば合成回路は必要としない。
そして，これらの実施例ではケーブル接続端子９がアンテナの下部に固着されている例を示したが，前記給電線路として所定の長さを有した同軸ケーブルを用い，該同軸ケーブルの下方端をアンテナ下方に突設するように設け，その同軸ケーブルの下方端先端部には接続端子を備えるように構成しても良いことは言うまでもない。

このように構成された２周波共用通信用アンテナによれば，２つの異なる周波数に対して，それぞれに対応するアンテナを独立させ構成したので，アンテナの電気的特性の最適化をそれぞれ個別に行うことができアンテナの設計が容易となる。そして，アンテナの間隔を所定範囲内の寸法になるように近接するように配設したことによって，２つのアンテナが並設した場合に起こる水平面指向性の乱れを逆に小さなものとすることができ，２つのアンテナの指向特性のばらつきが少ないアンテナを提供できる。
また，アンテナ間隔が狭いので，２つのアンテナを１つの筒体２０からなる保護部材に収納できるので，アンテナの外形寸法（直径）を小さくできるし，コストを安くすることができる。
図６および図７に本発明の第１実施例である，第１の輻射器２を１．９ＧＨｚに，第２の輻射器３を２．５ＧＨｚに対応させた２周波共用通信用アンテナによって実験的に得られた水平面指向性の特性の一例を示す。図６は第１の輻射器２（１．９ＧＨｚ）の水平面指向性であり，図７は第２の輻射器３（２．５ＧＨｚ）の水平面指向性である。これらのデータによれば２つのアンテナを近接させても水平面指向性の偏差が１．６ｄＢから１．８ｄＢと良いことから，２つの通信システムを構築するために好適な２周波共用通信用アンテナが提供できるのである。

（第２実施例）
次に図３を用いて本発明の第２実施例について説明する。尚，以下の説明においても上記第１実施例と同様に，第１の周波数はその一例として１．９ＧＨｚ帯の周波数であり，第２の周波数帯はその一例として２．５ＧＨｚの周波数帯である場合の例を示す。
本発明に係る第２実施例におけるアンテナの構成は，上記実施例と同様にコリニアアンテナからなるのであるが，本実施例の特徴は，アンテナを構成する第１輻射器２の輻射エレメントの長さ（Ｌ１）と第２輻射器３を構成する輻射エレメントの長さ（Ｌ２）を略等しいものになるように構成したことにある。以下に詳しく説明する。
第１の周波数帯の一例である１．９ＧＨｚ帯（詳しくは，１９０２．２５ＭＨｚ）用の輻射エレメントは，例えば，該輻射エレメントの内部絶縁体が誘電率ε＝１．８３である誘電体を用いて構成する。この周波数における１／２λは，光の速度と周波数の関係から１／２λ＝（３００／１９０２．２５）／２＝０．０７８８ｍとなる。更に，誘電率から求められる波長短縮率が略０．７４であるから，第１の輻射器２の１つの輻射エレメントの長さＬ１は，Ｌ１＝０．０７８８×１０００×０．７４＝５８．３ｍｍとなる。
また，第２の周波数帯の一例である２．５ＧＨｚ帯（詳しくは，２５７０ＭＨｚ）用の輻射エレメントは，該輻射エレメント長を短縮させないように誘電体を挿入させない（即ち，空気が誘電体となる。）ように構成する。この周波数における１／２λは，光の速度と周波数の関係からＬ２＝１／２λ＝（３００／２５７５）／２＝０．０５８３ｍ＝５８．３ｍｍとなリ，第１の輻射エレメントの寸法Ｌ１と第２の輻射エレメントＬ２の計算上の寸法は略同じ寸法となる。尚，上記第２の輻射器３を構成する輻射エレメントは空気を誘電体とするためには，例えば，中心導体の所定位置を誘電体損失が無視できるほど小さな形状に形成された誘電体からなる図５（ｂ）に示される保持部材１６によって，外部導体の中心部に保持するように構成すればよい。

尚，輻射エレメントの実際の寸法は，アンテナに求められるチルト角，ＶＳＷＲ（電圧定在波比）および指向性などの諾特性に応じて実験的に最適化をすればよい。そして，このように構成された第１の輻射器２および第３の輻射器３はそれぞれ所定の範囲内の最適な寸法となる位置に略平行で且つ垂直に配設されることによって２周波共用通信用アンテナが構成されている。
また，この第２実施例によれば，第１の輻射器２の輻射エレメントの配列方向（図２（ｂ）における上下方向）と，第２の輻射器３の輻射エレメントの配列方向（図２（ｂ）における上下方向）が略平行となるように構成されている例が示されているが，特に実施例の配列方向に限定されるものではなく，第１の輻射器２と第２の輻射器３との間隔が所定範囲内における最適な寸法となる位置（例えば，ｄ＝１０ｍｍ）に配設されておればよい。
また，この第２実施例の図３（ａ）には，第１の輻射器２と第２の輻射器３とが同じ段数の輻射エレメントによって構成された例が示されているが，それぞれ必要に応じて段数が異なるように構成しても良い。更には，最下方に位置する輻射エレメント２ａおよび３ａのように，隣り合う輻射エレメントの上下方向の位置が略等しい位置に対向するように構成した例を示したが，アンテナの相互の間隔が所定範囲内の最適寸法であって，電気的特性が満足しているのであれば，上下方向に互いにずらして配設しても良い。

このように構成された２周波共用通信用アンテナによれば，上記第１実施例の効果を備えると共に，２つのアンテナを構成する輻射エレメント，即ち外部導体が，両方の周波数に対して最適な寸法となるように形成されていることにより，輻射エレメントが互いにアンテナの指向性等の電気的特性に干渉すること更に改善されるので，アンテナの特性（特に水平面指向性）を劣化させることもなく，水平面指向性の偏差の小さいアンテナを提供できる。
加えて，２つのアンテナを構成する輻射エレメントが同じ寸法となるように形成されていることにより，この輻射エレメントを多段に積み重ねてなる２つの異なる第１および第２のアンテナの構成が同じピッチで構成されることになり，例えば生産治具等が１つあれば何れのアンテナの組立にも使え生産性が良くなるばかりでなく，組付けにおける不良品の低減ができる。
更には，２つのアンテナの構成部品が同じ部品で構成されることにより，部品の種類が少なくなることから，部品の管理が容易となるし部品の量産効果によるコストの低減も可能になる。
図８および図９に本発明の第２実施例である，第１の輻射器２を１．９ＧＨｚに，第２の輻射器３を２．５ＧＨｚに対応させた２周波共用通信用アンテナによって実験的に得られた水平面指向性の特性の一例を示す。図８は第１の輻射器２（１．９ＧＨｚ）の水平面指向性であり，図９は第２の輻射器３（２．５ＧＨｚ）の水平面指向性である。このデータによれば２つのアンテナを近接させても，水平面指向性の偏差が０．９ｄＢから１ｄＢと，前記第１実施例と比べても良いことから，２つの通信システムを構築するために好適な２周波共用通信用アンテナが提供できるのである。

（第３実施例）
次に，本発明の第３実施例について説明する。前記第１および第２実施例はそれぞれの輻射器が所定範囲以下の最適寸法の間隔を隔てて垂設するように構成された例を示したものであるが，以下に示す第３実施例では図４および図５に良く示されるように，第１の輻射器２と第２の輻射器３を当接（ｄ＝０ｍｍ）させると共に，それぞれの輻射エレメントの外部導体の所定位置を，半田付け等の周知の手段によって電気的に導通した状態で接続するように構成したものである。
先ずこの第３実施例を用いて，多段に積み重ねられた輻射エレメントの詳細構造および組付方法について詳しく説明する。この図５（ａ）は図４（ａ）に示されるＤ−Ｄ線から見た輻射エレメントを拡大した側面図であり，図５（ｂ）は図４（ｂ）に示されるＥ−Ｅ線における輻射エレメントの構成を示す断面図である。尚，以下の説明では，説明を簡単にするために第１の輻射器２を構成する輻射エレメント２ｃに着目し，その上下の輻射エレメントについては同様な構成であるので説明は省略する。また第２の輻射器３を構成する輻射エレメントも同様な構成をしており，以下説明を簡単にするために第２の輻射器３を構成する輻射エレメントの詳細な説明は省略する。

輻射エレメント２ｃは第１の周波数の一例である１．９ＧＨｚ帯の略１／２λに相当する長さに形成された外部導体２３ｃと中心部に中心導体２１ｃを挿通する挿通孔を備えた内部絶縁体である誘電体２２ｃと，上下に突設するような長さに形成された中心導体２１ｃとから構成されている。
先ず，内部絶縁体２２ｃに中心導体２１ｃを挿通する。（尚，予め中心導体の外周に誘電体を備えたケーブルがあれば，これを所定寸法に切断すると共に，両端に所定の寸法の加工を施して使用しても良い）。そして，中心導体２１ｃを備えた内部絶縁体２２ｃを外部導体２３ｃに挿通することによって輻射エレメント２ｃの組付けが完了する。

このように組付けが完了した輻射エレメント２ｃと輻射エレメント３ｃを一組とし，外部導体同士の所定の位置を半田付け等の接続手段１８（図を分かりやすくするために図４には接続手段１８の存在を省略してある。）で接続する。この接続位置はアンテナの電気的特性を維持すると共に、振動や衝撃に対してその接続状態を維持できるように適宜に決めればよい。そしてこの一対の輻射エレメントの下方に突出した中心導体２１ｃ，３１ｃが，輻射エレメント２ｂと輻射エレメント３ｂの外部導体２３ｂ，３３ｂの上端側に半田付け等の接続手段によって接続されると共に，輻射エレメント２ｂと輻射エレメント３ｂの上方に突出した中心導体２１ｂと図には示されていない３１ｂが，輻射エレメント２ｃと輻射エレメント３ｃの外部導体２３ｃ，３３ｃの下端側に半田付け等の接続手段によって接続するように，中心導体と外部導体とが交互に接続されている。同様に，輻射エレメント２ｃと輻射エレメント３ｃの上側には，輻射エレメント２ｄと輻射エレメント３ｄが中心導体と外部導体とが交互になるように配設されることによって，輻射エレメントが多段に積み重ねられるようにアンテナが構成されているのである。

このとき上下に隣り合う輻射エレメントの間には，上下に位置する輻射エレメントの外部導体や前後左右に位置する中心導体が接触してしまわないように，例えば中心導体を挿通するための４つの貫通孔１２ａ，１２ｂ，図には示されていない１２ｃ，１２ｄを備えたスペーサ−１２がそれぞれの接続部に介挿させれば更に良い（図１から図４では図面を簡単にするためにスペーサ−１２の存在を省略してある）。

また，輻射エレメントの略中央部には，輻射エレメントを包み込むように形成された，誘電体損失の少ない例えばポリウレタン等のプラスチックを発砲成型した緩衝部材１５が備えられている（図１から図４では図面を簡単にするために緩衝材１５の存在を省略してある）。この緩衝部材１５はアンテナをレドーム２０に収納するときは内方に向かって縮径させることでアンテナの収納の邪魔をしないし，アンテナをレドーム２０に収納した後は，緩衝部材１５が拡径しようとする付勢力によってアンテナをレドーム２０の所定位置に維持したり，第１の輻射器２と第２の輻射器３との間を所定範囲内の最適間隔となるように維持したりするための位置決め材であり，更にはアンテナの運搬時や設置後に風などにとって発生する振動や衝撃等によって，輻射エレメントやその接続部に負荷が加わることで，輻射エレメントやその接続部が破損したり劣化を起こしたりするのを防止するための緩衝材としての役割を持つ。尚，この緩衝部材１５は輻射エレメントのそれぞれに備えられていていも良いし，アンテナの必要な個所に選択的に備えるように構成しても良い。
以上のようにこのアンテナは組付けられるのである。尚，この実施例に用いられているスペーサ−１２と緩衝部材１５は，上記第１および第２実施例にも適用してもよいことは言うまでもない。

尚，本発明の第３実施例では，第１の輻射器２の輻射エレメントと第２の輻射器３の輻射エレメントを当接させ，更には輻射エレメントの外部導体同士の所定位置を半田付け等の接続手段によって接続した構成を示したが，第３実施例のような外部導体同士の所定位置を接続する構成は，上記第１実施例もしくは第２実施例のような，第１の輻射器２と第２の輻射器３が所定範囲内における所定寸法となるよう並設した構成のアンテナに適用しても良い。この場合の接続手段は導電材でできた棒体や板体であっても良いし，リード線やスズメッキ線等であっても良い。
つまり，本発明の２周波共用通信用アンテナにおける前記第１の輻射器２と前記第２の輻射器３が配設される所定の寸法範囲内とは，上記実施例からも分かるように，０（即ち，２つのアンテナが当接した状態）から所定寸法の範囲であり，また，２つのアンテナの間は，アンテナの間隔が０の場合は接続手段によって接続すればすこぶる良好な特性が得られるし，アンテナ同士が僅かでも離れて並設されていれば接続手段による接続はしても良いししなくても相互に影響の少ない特性が得られるので，２周波共用通信用アンテナにおいて求められる特性やコストに応じでアンテナの間隔および接続手段の要不要を決めればよい。

この第３実施例のアンテナによれば，上記第１実施例および第２実施例のように第１の輻射器２および第２の輻射器３とを所定範囲内における所定寸法だけ離して垂設したアンテナ構成に比べ，更に水平面指向性の偏差の小さなアンテナとなることが実験的に確認できた。また，２つの輻射器の外部導体を当接させたことによってアンテナの水平方向の寸法を更に小さくできるのでアンテナの直径を細くできる。加えて，保護部材２０（レドーム）も細くすることができるので，これに伴いアンテナの受風面積が小さくなることから構造を簡単にすることができ，延いてはコストを安価にすることができる。
図１０および図１１に本発明の第３実施例である，第１の輻射器２を１．９ＧＨｚに，第２の輻射器３を２．５ＧＨｚに対応させた２周波共用通信用アンテナによって実験的に得られた水平面指向性の特性の一例を示す。図１０は第１の輻射器２（１．９ＧＨｚ）の水平面指向性であり，図１１は第２の輻射器３（２．５ＧＨｚ）の水平面指向性である。このデータによれば上記第１および第２実施例に比べて外部導体の接続のための組立の工数は増えるものの、水平面指向性の偏差が略０ｄＢと，互いの輻射器の影響をほとんど受けることなのないすこぶる良好な特性が得られることから，更なる高性能なアンテナが必要とされる２つの通信システムを構築するために最適な２周波共用通信用アンテナが提供できるのである。
尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。

本発明に係る２周波共用通信用アンテナの第１実施例を示す正面図であり，（ａ）は概略構成を示し，（ｂ）は輻射エレメントの構成および配置を示すための図１（ａ）に示すＡ−Ａ線から見た拡大断面図を示し，（ｃ）は輻射エレメントのその他の構成および配置を示す拡大断面図である。 第１実施例の異なる実施例を示す概略構成を示す正面図である。 本発明に係る２周波共用通信用アンテナの第２実施例を示す正面図であり，（ａ）は概略構成図を示し，（ｂ）は輻射エレメントの構成および配置を示すための図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線から見た拡大断面図である。 本発明に係る２周波共用通信用アンテナの第３実施例を示す正面図であり，（ａ）は概略構成図を示し，（ｂ）は輻射エレメントの構成および配置を示すための図４（ａ）に示すＣ−Ｃ線から見た拡大断面図である。 第３実施例の輻射エレメントの詳細を示す要部拡大図であり，（ａ）は図４（ａ）に示すＤ−Ｄ線から見た側面図を示し，（ｂ）は図４（ｂ）に示すＥ−Ｅ線から見た輻射エレメントの断面図である。 第１実施例の第１の輻射器（第１の周波数＝１．９ＧＨｚ）の水平面指向特性を示す。 第１実施例の第２の輻射器（第２の周波数＝２．５ＧＨｚ）の水平面指向特性を示す。 第２実施例の第１の輻射器（第１の周波数＝１．９ＧＨｚ）の水平面指向特性を示す。 第２実施例の第２の輻射器（第２の周波数＝２．５ＧＨｚ）の水平向指向特性を示す。 第３実施例の第１の輻射器（第１の周波数＝１．９ＧＨｚ）の水平面指向特性を示す。 第３実施例の第２の輻射器（第２の周波数＝２．５ＧＨｚ）の水平面指向特性を示す。

符号の説明

１…２周波共用通信用アンテナ，２…第１の輻射器，２ａ・２ｂ・・・２ｍ…第１の輻射器の輻射エレメント，３…第２の輻射器，３ａ・３ｂ・・・３ｎ…第２の輻射器の輻射エレメント，４…整合・合成手段，５…第１の輻射器のスリーブ，６…第２の輻射器のスリーブ，７…ローパスフィルタ（ＬＰＦ），８…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ），９・９−１・９−２…ケーブル接続端子，１０…防水筒，１２…スペーサー、１５…緩衝部材，１６…保持部材，１８…接続手段，２０…保護部材（筒体，レドーム），２１ａ・２１ｂ・・・２１ｍ…第１の輻射器の中心導体，２２ａ・２２ｂ・・・２２ｍ…第１の輻射器の内部絶縁体（誘電体），２３ａ・２３ｂ・・・２３ｍ…第１の輻射器の外部導体，２５…第１の輻射器の給電線路，３１ａ・３１ｂ・・・３１ｎ…第２の輻射器の中心導体，３２ａ，３２ｂ・・・３２ｎ…第２の輻射器の内部絶縁体（誘電体），３３ａ・３３ｂ・・・３３ｎ…第２の輻射器の外部導体，３６…第２の輻射器の給電線路。

Claims (7)

1. 垂直偏波を輻射若しくは垂直偏波を受信する２周波共用通信用アンテナにおいて，
   輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる第１の周波数に対応する第１の輻射器と，輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に対応する第２の輻射器とを，それぞれが略平行で且つ前記第１の輻射器と前記第２の輻射器が所定の寸法範囲内となる位置に垂設し，前記第１の輻射器の下端には第１の整合手段および第１のケーブル接続端子を備え，前記第２の輻射器の下端には第２の整合手段および第２のケーブル接続端子を備え，少なくとも，前記第１の輻射器，前記第２の輻射器および前記第１と第２の整合手段を筒状に形成された一つの保護部材に収納した，ことを特徴とした２周波共用通信用アンテナ。
2. 垂直偏波を輻射若しくは垂直偏波を受信する２周波共用通信用アンテナにおいて，
   輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる第１の周波数に対応する第１の輻射器と，輻射エレメントを上下方向へ多段に積み重ねてなる前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に対応する第２の輻射器とを，それぞれが略平行で且つ前記第１の輻射器と前記第２の輻射器が所定の寸法範囲内となる位置に垂設し，前記輻射器の下端には前記第１の輻射器と前記第２の輻射器の整合・合成手段およびケーブル接続端子を備え，少なくとも，前記第１の輻射器，前記第２の輻射器および前記整合・合成手段を筒状に形成された一つの保護部材に収納した，ことを特徴とした２周波共用通信用アンテナ。
3. 前記第１の輻射器および前記第２の輻射器は，それぞれ前記第１の周波数および前記第２の周波数の略２分の１波長の長さの輻射エレメントを多段に積み重ねてなるコリニアアンテナからなることを特徴とした請求項１または請求項２の何れか一項に記載の２周波共用通信用アンテナ。
4. 前記輻射エレメントは，中心導体と該中心導体と同心状に備えた誘電体と該誘電体の外側に配設された外部導体とから構成され，しかも前記第１の輻射器の輻射エレメントと前記第２の輻射器の輻射エレメントの長さが略等しくなるように，それぞれの輻射エレメントを構成する前記誘電体の誘電率を決めたことを特徴とした請求項３に記載の２周波共用通信アンテナ。
5. 前記第１の輻射器と前記第２の輻射器は，最も下側に位置する輻射エレメントの上下方向の位置が略等しくなるように配設してなることを特徴とした請求項４に記載の２周波共用通信用アンテナ。
6. 前記第１の輻射器の上下方向の寸法と，前記第２の輻射器の上下方向の寸法とが略等しくなるように構成したことを特徴とした請求項５に記載の２周波共用通信用アンテナ。
7. 前記第１の輻射器の輻射エレメントの外部導体と前記第２の輻射器の輻射エレメントの外部導体とを所定の位置において電気的に導通する状態で接続したことを特徴とした請求項３から請求項６の何れか一項に記載の２周波共用通信アンテナ。

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