JP7024605B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、モノポールアンテナとして動作する第１モードとクロスループアンテナとして動作する第２モードとを切り替え可能なアンテナ装置に関するものである。

従来、単一のループアンテナ素子をモノポールアンテナとしても動作させるアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１には、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）とＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）とをそれぞれループアンテナの給電点に接続することで、ＬＰＦとＨＰＦとのそれぞれの遮断周波数の間に該当する中域周波数ではループアンテナとして動作し、低域と高域周波数ではモノポールアンテナとして動作するものが開示されている。このようなアンテナ装置は、周波数に応じてアンテナの動作を選定でき、アンテナの動作を切り替えるためのスイッチが不要な特長がある。

特許文献２には、ループアンテナの給電点にスイッチによる切替回路を設けることで、ループアンテナからモノポールアンテナへ動作を切り替えるものが開示されている。このようなアンテナ装置は、スイッチを活用することから、アンテナの動作の選定に周波数による制約は生じない特長がある。

また、低背化、小型化、広帯域化を可能とし、可搬型アンテナにも寄与するモノポールアンテナの技術がある（例えば、特許文献３参照）。特許文献３には、モノポールアンテナのエレメントとなるメインマストが、非金属の支線により直立し、メインマストの頂部と下部に接続された金属線の一部を非金属支線に沿って固定することで、金属線は菱形状に形成されてメインマストの電気的な面積が大幅に拡大させたアンテナ装置が開示されている。このようなアンテナ装置は、低背化、小型化が容易で、アンテナ形状が自己補対形状に近いことから広帯域な特性を有する。また、金属線の菱形形状は容易に形成できるため可搬型のアンテナ装置に好適であるという特長がある。

特開２００６－２３７６６０号公報 特開２００８－２９４７４８号公報 特開２００９－１０５８０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたアンテナ装置は、アンテナの動作の選択をＬＰＦとＨＰＦで設定するため、同一周波数でループアンテナとモノポールアンテナの動作を切り替えできず、広帯域な特性を得ることが困難であるという課題がある。

また、特許文献２に開示されたアンテナ装置は、同一周波数であっても、ループアンテナとモノポールアンテナの動作を切り替えできるが、アンテナエレメントは単線であり広帯域なモノポールアンテナの動作を得ることが困難である。また、ループアンテナ２つを直交配置し円偏波を得るクロスループアンテナに適用する場合、２つのループアンテナが接触する部位、すなわち給電点からの対向部位であるアンテナ頂部にも切替回路が必要となり、コストが増加する。アンテナ頂部の切替回路を動作させるための電源線や制御線はアンテナエレメント内に配置されるため、アンテナ性能に影響して設計の自由度が損なわれるという課題がある。

特許文献３に開示されたアンテナ装置は、広帯域なモノポールアンテナの動作を得ることができ、クロスループアンテナの構成が容易なアンテナ形状であるものの、クロスループアンテナとモノポールアンテナの動作を切り替えるためには、給電部とアンテナ頂部の双方に切替回路が必要となる。

このように、広帯域なモノポールアンテナの動作と円偏波を得られるクロスループアンテナの動作を切り替えられるアンテナを従来技術で実現する場合、切替回路は給電部だけでなくアンテナの頂部にも必要となりコストが増加する。また、切替回路の電源線や制御線の影響からアンテナ設計の自由度が損なわれるという課題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、広帯域なモノポールアンテナの動作と円偏波を得られるクロスループアンテナの動作を切り替え可能なアンテナ装置において、給電部に接続された切り替え部のみであってもアンテナの動作を切り替えることができるアンテナ装置の提供を目的とするものである。

本発明に係るアンテナ装置は、モノポールアンテナとして動作する第１モードとクロスループアンテナとして動作する第２モードとを切り替え可能なアンテナ装置であって、マストと、第１モードと第２モードとを切り替える切り替え部と、切り替え部に接続された給電部と、切り替え部に接続された環状の第１エレメント部と、切り替え部に接続され、第１エレメント部と互い違いに交差する環状の第２エレメント部と、前記切り替え部に接続された地線と、マストに設けられた絶縁部と、絶縁部に設けられ、第１エレメント部の一部を支持する第１支持部と、絶縁部に設けられ、第２エレメント部の一部を支持する第２支持部とを備え、第１支持部と前記第２支持部とは、絶縁部によって絶縁されたものである。

本発明によれば、互い違いに交差する第１エレメント部と第２エレメント部とを備え、広帯域なモノポールアンテナの動作と円偏波を得られるクロスループアンテナの動作の切り替えを給電部に接続された切り替え部のみであっても行うことができるアンテナ装置を得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の全体斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の側面図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の側面図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の上部絶縁構造の構成図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の給電回路の構成図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の給電回路の詳細な構成図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の給電回路内の切り替え部の接続関係図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置をモノポールアンテナとして動作させる場合の切り替え部の接続先を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置をクロスループアンテナとして動作させる場合の切り替え部の接続先を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の上部絶縁構造の構成図である。 本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の上部絶縁構造の構成図である。 本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の側面図である。

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。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置１００の全体斜視図である。図２は、アンテナ装置１００の図１の方向Ａからの側面図である。図３は、アンテナ装置１００の図１の方向Ｂからの側面図である。図１～図３に示すように、アンテナ装置１００は、メインマスト１（マスト）と、フランジ２と、上部絶縁構造３と、下部絶縁構造４と、ベースプレート５と、地線６ａ～６ｄと、支線７ａ～支線７ｄと、第１エレメント部８１と、第２エレメント部８２と、給電回路９とを備えた構成である。

メインマスト１の上部には、上部絶縁構造３が設けられる。メインマスト１の上部絶縁構造が設けられた部分よりも下側に、下部絶縁構造４が設けられる。メインマスト１の上部には、上部絶縁構造３により第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とが設けられる。第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは、環状のエレメントである。第１エレメント部８１と第２エレメント部８２は、メインマスト１上で互い違いに交差するものである。図１～図３では、互い違いに交差する部分は直交する。

第１エレメント部８１は、２つのエレメント部材から構成されるものであり、エレメント８ａ（第１エレメント部材）とエレメント８ｂ（第２エレメント部材）とから構成される。なお、上部絶縁構造３の一部であり、２つのエレメント部材を接続する端子である第１支持部３ｂも、第１エレメント部８１の構成品に含む。第２エレメント部８２も同様に、２つのエレメント部材から構成されるものであり、エレメント８ｃ（第３エレメント部材）とエレメント８ｄ（第４エレメント部材）とから構成される。なお、上部絶縁構造３の一部であり、２つのエレメント部材を接続する端子である第２支持部３ｃも、第２エレメント部８２の構成品に含む。図１～図３では、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは、２つのエレメント部材から構成されるが、１つのエレメント部材から構成されるものとしてもよい。エレメント８ａ～エレメント８ｄはそれぞれ、導電性を有する線状の導体である。例えば、金属などの導線や、線状の絶縁性物質に形成された導体である。

メインマスト１の頂部には、金属製のフランジ２が設けられる。フランジ２は、十字状の板である。フランジ２の異なる４方向（十字方向）の端部に、４本の支線７ａ～支線７ｄの一端がそれぞれ設けられる。支線７ａ～支線７ｄの他端は、設置面に固定される。これにより、支線７ａ～支線７ｄが、メインマスト１を異なる４方向から引張して固定する構成となるため、メインマスト１が自立する。支線７ａ～支線７ｄは、それぞれ絶縁性を有するものであり、例えば樹脂が主体の構成品である。ここでは、支線は、エレメント８ａ～エレメント８ｄのそれぞれに対応して設けられている。つまり、支線の本数は４本である。しかし、メインマスト１を異なる複数の方向から引張して固定する構成であればよく、支線の本数は４本に限るものではない。

メインマスト１の下部には、金属製の板であるベースプレート５が設けられる。ベースプレート５とメインマスト１との間には、下部絶縁構造４が設けられる。メインマスト１は、下部絶縁構造４を介してベースプレート５に固定される。メインマスト１とベースプレート５とは、金属などの導電性を有する材質である。下部絶縁構造４は、樹脂が主体の絶縁性を有する部材であり、メインマスト１とベースプレート５とを絶縁するものである。

ベースプレート５には、地線６ａ～地線６ｄの一端がそれぞれ接続される。地線６ａ～地線６ｄは、金属などの導電性を有する導線であり、ベースプレート５と地線６ａ～地線６ｄとは電気的には１つの構造物である。地線６ａ～地線６ｄは、それぞれベースプレート５から、異なる４方向に向けて十字状に敷設される。ここでは、支線７ａ～支線７ｄが設けられた方向と同じ４方向（十字方向）に敷設される。

メインマスト１の上部のフランジ２の近傍には、上部絶縁構造３が設けられる。図４の（ａ）は、上部絶縁構造３の構成図である。図４の（ｂ）は、上部絶縁構造３近傍の拡大図である。上部絶縁構造３は、絶縁部３ａと第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとから構成されるものである。絶縁部３ａは、樹脂が主体の絶縁性を有する部材である。第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、導電性を有する板状の金属からなる端子である。絶縁部３ａは、メインマスト１に取り付けられる。第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、絶縁部３ａに互いに接触せずに取り付けられる。つまり、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、絶縁部３ａを介してメインマスト１に設けられることになる。よって、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとメインマスト１とは絶縁材３ａによって絶縁されるため、相互に非導通である。

上部絶縁構造３の詳細な構成を説明する。第１支持部３ｂは、第１エレメント部８１の一部を支持する。具体的には、第１支持部３ｂにエレメント８ａの一端とエレメント８ｂの一端とがそれぞれ接続される。第１支持部３ｂは導電性を有する端子であるため、エレメント８ａの一端とエレメント８ｂの一端とは、第１支持部３ｂを介して相互に導通する。また、第２支持部３ｃは、第２エレメント部８２の一部を支持する。具体的には、第２支持部３ｃにエレメント８ｃの一端とエレメント８ｄの一端とがそれぞれ接続される。第２支持部３ｃは導電性を有する端子であるため、エレメント８ｃの一端とエレメント８ｄの一端とは、第２支持部３ｃを介して相互に導通する。つまり、第１エレメント部８１は、第１支持部３ｂと、第１支持部３ｂを介して電気的に接続されたエレメント８ａとエレメント８ｂとから構成される。第２エレメント部８２は、第２支持部３ｃと、第２支持部３ｃを介して電気的に接続されたエレメント８ｃとエレメント８ｄとから構成される。

また、上記の通り、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、絶縁部３ａによって絶縁されるため、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは、メインマスト１に接続される部分である上部絶縁構造３において、絶縁される。つまり上部絶縁構造３によって、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とメインマスト１とは、絶縁された構成となる。

エレメント８ａ～エレメント８ｄは、対応して設けられた支線７ａ～支線７ｄに一部が支持される。図１に示すように、エレメント８ａは支線７ａに一部が支持される。エレメント８ｂは、支線７ｂに一部が支持される。エレメント８ｃは、支線７ｃに一部が支持される。エレメント８ｄは、支線７ｄに一部が支持される。ここでは、エレメント８ａ～エレメント８ｄはメインマスト１の概ね半分の高さまで支線７ａ～支線７ｄに沿って固定される。これにより、第１エレメント部８１は、支線７ａと支線７ｂとに沿うように配置された菱形形状となる。第２エレメント部８２は、支線７ｃと支線７ｄとに沿うように配置された菱形形状となる。

支線７ａ～支線７ｄの他端を設置する位置を変えることでメインマスト１を引張する方向を変更することができる。エレメント８ａ～エレメント８ｄは、支線７ａ～支線７ｄに一部が支持されているので、支線７ａ～支線７ｄのメインマスト１を引張する方向を変更すると、それによってエレメント８ａ～エレメント８ｄのメインマスト１からの方向と角度を変えることができる。

メインマスト１の下部には、給電回路９が設けられる。ここでは、給電回路９は、ベースプレート５上に固定される。図５は給電回路９の構成図である。図５に示すように、給電回路９は、切り替え部１０と給電部１１とを有するものである。切り替え部１０は、給電部１１に接続される。さらに切り替え部１０には、第１エレメント部８１の両端と第２エレメント部８２の両端とベースプレート５とがそれぞれ接続される。切り替え部１０は、給電部１１の接続先を切り替えることでアンテナ装置１００の動作モードを切り替えるものである。

具体的には、給電部１１と、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とベースプレート５との接続を切り替えることで、モノポールアンテナとして動作する第１モードとクロスループアンテナとして動作する第２モードとを切り替える。切り替え部１０は、第１モードでは、第１エレメント部８１の両端と第２エレメント部８２の両端とに給電部１１の一方を接続し、ベースプレート５（地線６ａ～地線６ｄ）に給電部１１の他方を接続する。第２モードでは、第１エレメント部８１の一端と第２エレメント部８２の一端とに給電部１１の一方を接続し、第１エレメント部８１の他端と第２エレメント部８２の他端とに給電部１１の他方を接続する。

図６は給電回路９の詳細な構成図である。給電回路９は、好ましくは、図６に示すような構成である。給電部１１が、２つの同軸コネクタ（第１同軸コネクタ１２、第２同軸コネクタ１３）と、第１バラントランス１４と、第２バラントランス１５と、第３バラントランス１６と、９０度ハイブリッド１７とから構成される。切り替え部１０は、端子Ａ～端子Ｋを備え、端子同士の接続先を切り替えることができるものである。

給電部１１の第１同軸コネクタ１２は、第１バラントランス１４に接続される。第１バラントランス１４の一端と他端は、それぞれ切り替え部１０の端子Ａと端子Ｂとに接続される。第２同軸コネクタ１３は、９０度ハイブリッド１７に接続される。９０度ハイブリッド１７は、第２バラントランス１５と第３バラントランス１６とに接続される。第２バラントランス１５の一端と他端は、それぞれ切り替え部１０の端子Ｃと端子Ｄとに接続される。第３バラントランス１６の一端と他端は、それぞれ切り替え部１０の端子Ｅと端子Ｆとに接続される。

第１エレメント部８１のエレメント８ａは、切り替え部１０の端子Ｇに接続される。第１エレメント部８１のエレメント８ｂは、切り替え部１０の端子Ｈに接続される。第２エレメント部８２のエレメント８ｃは、切り替え部１０の端子Ｉに接続される。第２エレメント部８２のエレメント８ｄは、切り替え部１０の端子Ｊに接続される。ベースプレート５は、切り替え部１０の端子Ｋに接続される。ベースプレート５には、地線６ａ～地線６ｄの一端が接続されているため、地線６ａ～地線６ｄは、一端が、ベースプレート５を介して切り替え部１０の端子Ｋに接続される。

給電部１１の部品について説明する。給電部１１内の第１バラントランス１４は、第１同軸コネクタ１２のインピーダンスとアンテナとのインピーダンスとを概略的に整合させるためのインピーダンス変成機能を有する。第２バラントランス１５と第３バラントランス１６とは、第２同軸コネクタ１３のインピーダンスとアンテナとのインピーダンスとを概略的に整合させるためのインピーダンス変成機能を有する。さらに、第１バラントランス１４と、第２バラントランス１５と、第３バラントランス１６とは、第１同軸コネクタ１２及び第２同軸コネクタ１３の不平衡モードと、アンテナ側の平衡モードをモード整合させるバラン機能とを有する。一般的には、トロイダルコアに金属線を巻きつけて構成する。９０度ハイブリッド１７は、入出力電力を位相が９０度ずれた状態で合成、あるいは分配されるものであり、第１同軸コネクタ１２及び第２同軸コネクタ１３と同じ不平衡モードである。

次に、アンテナ装置１００の詳細な動作について説明する。図７は給電回路９内の切り替え部１０の接続関係図である。アンテナ装置１００をモノポールアンテナとして動作させる第１モードの場合とクロスループアンテナとして動作させる第２モードの場合とでの切り替え部１０の端子Ａ～端子Ｋの接続先は図７のとおりである。

図８に、アンテナ装置１００をモノポールアンテナとして動作させる場合（第１モード）の切り替え部１０の端子の接続先を示した給電回路９の構成図を示す。図８に示すように、給電部１１と、第１エレメント部８１（エレメント８ａ、エレメント８ｂ）と第２エレメント部８２（エレメント８ｃ、エレメント８ｄ）とベースプレート５とが接続される。具体的には、端子Ｇ～端子Ｊは全て端子Ａに接続される。つまり、エレメント８ａ～エレメント８ｄ（第１エレメント部８１の両端と第２エレメント部８２の両端）は、全て第１バラントランス１４の一端に接続される。端子Ｋは、端子Ｂに接続される。つまり、ベースプレート５（地線６ａ～地線６ｄ）は、第１バラントランス１４の他端に接続される。第２バラントランス１５と、第３バラントランス１６と９０度ハイブリッド１７と第２同軸コネクタ１３とはモノポールアンテナの動作に不要なため、端子Ｃ～端子Ｆは他の端子に接続しない。

端子Ｇ～端子Ｊは、全て切り替え部１０の端子Ａで短絡するため、エレメント８ａ～エレメント８ｄは電気的には１つの構造物となる。地線６ａ～地線６ｄは全てベースプレート５で短絡されているため電気的には１つの構造物である。これにより、両電気的な構造物であるエレメント８ａ～エレメント８ｄと地線６ａ～地線６ｄとは、切り替え部１０の端子Ａと端子Ｂとの間が給電点となり、高周波電圧が印加されてモノポールアンテナとして動作する。端子Ａと端子Ｂとは第１バラントランス１４を介して第１同軸コネクタ１２と接続され、第１同軸コネクタ１２が高周波電力の入出力インターフェースとなる。

図９に、アンテナ装置１００をクロスループアンテナとして動作させる場合（第２モード）の切り替え部１０の端子の接続先を示した給電回路９の構成図を示す。図９示すように給電部１１と、第１エレメント部８１（エレメント８ａ、エレメント８ｂ）と第２エレメント部８２（エレメント８ｃ、エレメント８ｄ）とが接続される。具体的には、端子Ｇと端子Ｈは、それぞれ端子Ｃと端子Ｄとに接続される。つまり、エレメント８ａ（第１エレメント部８１の一端）は、第２バラントランス１５の一端に接続される。エレメント８ｂ（第１エレメント部８１の他端）は、第２バラントランス１５の他端に接続される。切り替え部１０の端子Ｉと端子Ｊは、それぞれ端子Ｅと端子Ｆとに接続される。つまり、エレメント８ｃ（第２エレメント部８２の一端）は、第３バラントランス１６の一端に接続される。エレメント８ｄ（第２エレメント部８２の他端）は、第３バラントランス１６の他端に接続される。ベースプレート５（地線６ａ～地線６ｄ）は、ループアンテナの動作に不要なため、端子Ｋは、他の端子に接続しない。つまり地線６ａ～地線６ｄの一端は、開放される。第１バラントランス１４と第１同軸コネクタ１２も、ループアンテナの動作に不要なため、端子Ａ及び端子Ｂとは他の端子に接続しない。

これにより、エレメント８ａとエレメント８ｂとは切り替え部１０の端子Ｃと端子Ｄとを給電点とするループアンテナとなり、エレメント８ｃとエレメント８ｄとは切り替え部１０の端子Ｅと端子Ｆとを給電点とするループアンテナとなる。両ループアンテナ（エレメント８ａとエレメント８ｂ及びエレメント８ｃとエレメント８ｄ）は直交する構造であることと、両ループアンテナの入出力電力は９０度ハイブリッド１７により位相が９０度ずれた状態で合成、あるいは分配されることから、円偏波励振するクロスループアンテナとして動作する。

なお、ここでは給電回路９内の第１バラントランス１４にモード整合機能を持たせたが、地線６ａ～地線６ｄが２波長以上などの長い場合には、モード整合機能は無くても良い。

このように、実施の形態１に係るアンテナ装置１００は、メインマスト１と、第１エレメント部８１（エレメント８ａとエレメント８ｂ）と、第２エレメント部８２（エレメント８ｃと８ｄ）とは、上部絶縁構造３によりメインマスト１の上部で相互に非導通である。これにより、クロスループアンテナの動作を阻害する第１エレメント部８１と第２エレメント部８２との接続関係がアンテナ装置１００の上部に存在しないため、アンテナ装置１００の動作モードの切り替えは給電回路９のみで実現できる。また、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは広帯域な特性を得やすい菱形形状を保っているため、広帯域なモノポールアンテナの特性も得ることが可能である。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置２００の上部絶縁構造３１の構成図である。図１０（ａ）は、上部絶縁構造３１の構造図である。図１０（ｂ）は、上部絶縁構造３１近傍の拡大図である。アンテナ装置２００は、アンテナ装置１００の上部絶縁構造３の構成が異なるものである。アンテナ装置１００の上部絶縁構造３は１つの構造物であったが、アンテナ装置２００の上部絶縁構造３１は、絶縁部３ａが分割された構造である。

上部絶縁構造３１では、絶縁部３ａは、第１絶縁部材と第２絶縁部材とから構成される。第１絶縁部材と第２絶縁部材とは、それぞれメインマスト１に取り付けられる。第１支持部３ｂは、第１絶縁部材に取り付けられる。第２支持部３ｃは、第２絶縁部材に取り付けられる。つまり、第１支持部３ｂは、第１絶縁部材を介してメインマスト１に設けられる。また。第２支持部３ｃは、第２絶縁部材を介してメインマスト１に設けられる。第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、互いに接触しないように設けられる。第１支持部３ｂとメインマスト１とは第１絶縁部材によって絶縁されるため、相互に非導通である。第２支持部３ｃとメインマスト１とは、第２絶縁部材によって絶縁されるため、相互に非導通である。また、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは接触しないため、メインマスト１と第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、相互に絶縁される。

上部絶縁構造３１の詳細な構成を説明する。第１支持部３ｂに、エレメント８ａの一端とエレメント８ｂの一端とがそれぞれ接続される。第１支持部３ｂは導電性を有する端子であるため、エレメント８ａの一端とエレメント８ｂの一端とは、第１支持部３ｂを介して相互に導通する。また、第２支持部３ｃに、エレメント８ｃの一端とエレメント８ｄの一端とがそれぞれ接続される。第２支持部３ｃは導電性を有する端子であるため、エレメント８ｃの一端とエレメント８ｄの一端とは、第２支持部３ｃを介して相互に導通する。つまり、第１エレメント部８１は、第１支持部３ｂを介して電気的に接続されたエレメント８ａとエレメント８ｂとから構成される。第２エレメント部８２は、第２支持部３ｃを介して電気的に接続されたエレメント８ｃとエレメント８ｄとから構成される。

また、上記の通り、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、絶縁部３ａによって絶縁されるため、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは、メインマスト１に接続される部分である上部絶縁構造３１において、絶縁される。つまり上部絶縁構造３１によって、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とメインマスト１とは、絶縁された構成となる。その他の構成は、アンテナ装置１００と実質的に同様の構成のため、ここでは説明を省略する。

このように構成されたアンテナ装置２００であっても、メインマスト１と、第１エレメント部８１（エレメント８ａとエレメント８ｂ）と、第２エレメント部８２（エレメント８ｃと８ｄ）とは、上部絶縁構造３１によりメインマスト１の上部で相互に非導通である。これによりクロスループアンテナの動作を阻害する第１エレメント部８１と第２エレメント部８２との接続関係がアンテナ装置２００の上部に存在しないため、アンテナ装置２００の動作モードの切り替えは給電回路９のみで実現できる。また、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは広帯域な特性を得やすい菱形形状を保っているため、広帯域なモノポールアンテナの特性も得ることが可能である。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置３００の上部絶縁構造３２の構成図である。図１１（ａ）は、上部絶縁構造３２の構造図である。図１１（ｂ）は、上部絶縁構造３２近傍の拡大図である。アンテナ装置３００は、アンテナ装置１００の上部絶縁構造３の構成が異なるものである。

アンテナ装置１００の上部絶縁構造３及びアンテナ装置２００の上部絶縁構造３１では第１支持部材３ｂ、第２支持部材３ｃは板状の金属で構成していたが、アンテナ装置３００の上部絶縁構造３２では第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、図３に示すように、メインマスト１の形状に沿った筒状の金属である。ここでは、円筒状の金属に、金属性の２つのフランジ状の板が設けられたものである。第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、メインマスト１を締め付けるクランプでもよい。クランプは、１つまたは複数が組み合わされたＣ状またはコの字状の金属から成る金具である。また、絶縁部３ａは、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとメインマスト１との間に設けられ、メインマスト１の形状に沿った筒状の絶縁性を有する部材である。ここでは、絶縁部３ａは一体であるが、アンテナ装置２００と同様に、分割された構造でもよい。

絶縁部３ａは、メインマスト１に取り付けられる。第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、絶縁部３ａに互いに接触せずに取り付けられる。つまり、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、メインマスト１に絶縁部３ａを介して設けられることになり、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとメインマスト１とは絶縁材３ａによって絶縁されるため、相互に非導通である。

上部絶縁構造３２の詳細な構成を説明する。第１支持部３ｂのフランジ状の板の部分に、エレメント８ａの一端とエレメント８ｂの一端とがそれぞれ接続される。第１支持部３ｂは導電性を有する端子であるため、エレメント８ａの一端とエレメント８ｂの一端とは、第１支持部３ｂを介して相互に導通する。また、第２支持部３ｃのフランジ状の板の部分に、エレメント８ｃの一端とエレメント８ｄの一端とがそれぞれ接続される。第２支持部３ｃは導電性を有する端子であるため、エレメント８ｃの一端とエレメント８ｄの一端とは、第２支持部３ｃを介して相互に導通する。つまり、第１エレメント部８１は、第１支持部３ｂを介して電気的に接続されたエレメント８ａとエレメント８ｂとから構成される。第２エレメント部８２は、第２支持部３ｃを介して電気的に接続されたエレメント８ｃとエレメント８ｄとから構成される。

また、上記の通り、第１支持部３ｂと第２支持部３ｃとは、絶縁部３ａによって絶縁されるため、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは、メインマスト１に接続される部分である上部絶縁構造３２において、絶縁される。つまり上部絶縁構造３２によって、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とメインマスト１とは、絶縁された構成となる。その他の構成は、アンテナ装置１００と実質的に同様の構成のため、ここでは説明を省略する。

このように構成されたアンテナ装置３００であっても、メインマスト１と、第１エレメント部８１（エレメント８ａとエレメント８ｂ）と、第２エレメント部８２（エレメント８ｃと８ｄ）とは、上部絶縁構造３２によりメインマスト１の上部で相互に非導通である。これによりクロスループアンテナの動作を阻害する第１エレメント部８１と第２エレメント部８２との接続関係がアンテナ装置３００の上部に存在しないため、アンテナ装置３００の動作モードの切り替えは給電回路９のみで実現できる。また、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは広帯域な特性を得やすい菱形形状を保っているため、広帯域なモノポールアンテナの特性も得ることが可能である。

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置４００の側面図である。図１２は、図２を基準とした図である。アンテナ装置４００は、アンテナ装置１００に、避雷突針部１８と、導電部材１９とをさらに備えたものである。避雷突針部１８は、メインマスト１の頂部に設けられる。避雷突針部１８は、少なくとも一部がメインマストの上部から突出する。メインマスト１の下部に導電部材１９が設けられる。導電部材１９は、一端がメインマスト１の下部に接続され、他端が接地極に接続される。つまり、メインマスト１は、導電部材１９を介して接地される。また、メインマスト１と給電回路９とは、絶縁される。なお、ここでは、アンテナ装置４００は、アンテナ装置１００に、避雷突針部１８と、導電部材１９とをさらに備えたものとしたが、アンテナ装置２００またはアンテナ装置３００に避雷突針部１８と、導電部材１９とをさらに備えたものとしても良い。その他の構成は、アンテナ装置１００と実質的に同様の構成のため、ここでは説明を省略する。

次に動作原理について説明する。アンテナとしての動作は実施の形態１と変わらないため割愛する。メインマスト１はアンテナの動作に使用しておらず、その他の構成品と絶縁され電気的に浮遊した状態である。よって、メインマスト１を避雷針として機能させることが可能である。つまり、独立した避雷系を備えることができるため、避雷系を別途用意する必要がなくなる。

このように構成されたアンテナ装置４００であっても、メインマスト１と、第１エレメント部８１（エレメント８ａとエレメント８ｂ）と、第２エレメント部８２（エレメント８ｃと８ｄ）とは、上部絶縁構造３によりメインマスト１の上部で相互に非導通である。これによりクロスループアンテナの動作を阻害する第１エレメント部８１と第２エレメント部８２との接続関係がアンテナ装置４００の上部に存在しないため、アンテナ装置４００の動作モードの切り替えは給電回路９のみで実現できる。また、第１エレメント部８１と第２エレメント部８２とは広帯域な特性を得やすい菱形形状を保っているため、広帯域なモノポールアンテナの特性も得ることが可能である。また、避雷性能に優れたアンテナ装置を提供することができる。

１ メインマスト（マスト）、
２ フランジ、
３、３１、３２ 上部絶縁構造、
３ａ 絶縁部、
３ｂ 第１支持部
３ｃ 第２支持部
４ 下部絶縁構造、
５ ベースプレート、
６ａ～６ｄ 地線、
７ａ～７ｄ 支線、
８ａ エレメント（第１エレメント部材）、
８ｂ エレメント（第２エレメント部材）、
８ｃ エレメント（第３エレメント部材）、
８ｄ エレメント（第４エレメント部材）、
８１ 第１エレメント部
８２ 第２エレメント部
９ 給電回路
１０ 切り替え部
１１ 給電部
１２ 第１同軸コネクタ
１３ 第２同軸コネクタ
１４ 第１バラントランス
１５ 第２バラントランス
１６ 第３バラントランス
１７ ９０度ハイブリッド
１８ 避雷突針部
１９ 導電部材
１００、２００、３００、４００ アンテナ装置。

Claims (7)

1. モノポールアンテナとして動作する第１モードとクロスループアンテナとして動作する第２モードとを切り替え可能なアンテナ装置であって、
   マストと、前記第１モードと前記第２モードとを切り替える切り替え部と、前記切り替え部に接続された給電部と、前記切り替え部に接続された環状の第１エレメント部と、前記切り替え部に接続され、前記第１エレメント部と互い違いに交差する環状の第２エレメント部と、前記切り替え部に接続された地線と、前記マストに設けられた絶縁部と、前記絶縁部に設けられ、前記第１エレメント部の一部を支持する第１支持部と、前記絶縁部に設けられ、前記第２エレメント部の一部を支持する第２支持部とを備え、
   前記第１支持部と前記第２支持部とは、前記絶縁部によって絶縁されたアンテナ装置。
2. 前記切り替え部は、
   前記第１モードでは、前記第１エレメント部の両端と前記第２エレメント部の両端とに前記給電部の一方を接続し、前記地線に前記給電部の他方を接続し、
   前記第２モードでは、前記第１エレメント部の一端と前記第２エレメント部の一端とに前記給電部の一方を接続し、前記第１エレメント部の他端と前記第２エレメント部の他端とに前記給電部の他方を接続する請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電部は、第１同軸コネクタと第２同軸コネクタと、第１バラントランスと第２バラントランスと第３バラントランスと、入出力電力の位相を９０度ずらして合成または分配する９０度ハイブリッドとから構成され、
   前記第１同軸コネクタは、前記第１バラントランスに接続され、前記第１バラントランスは前記切り替え部に接続され、
   前記第２同軸コネクタは、前記９０度ハイブリッドに接続され、前記９０度ハイブリッドは、前記第２バラントランスと前記第３バラントランスとに接続され、前記第２バラントランスと前記第３バラントランスとは前記切り替え部に接続され、
   前記切り替え部は、
   前記第１モードでは、前記第１エレメント部の両端と前記第２エレメント部の両端とに前記第１バラントランスの一端を接続し、前記地線に前記第１バラントランスの他端を接続し、
   前記第２モードでは、前記第１エレメント部の一端に前記第２バラントランスの一端を接続し、前記第１エレメント部の他端に前記第２バラントランスの他端を接続し、前記第２エレメント部の一端に前記第３バラントランスの一端を接続し、前記第２エレメント部の他端に前記第３バラントランスの他端を接続する請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記マストを引張して固定する複数の絶縁性の支線を備え、
   前記第１支持部と前記第２支持部とは導電性を有し、
   前記第１エレメント部は、前記第１支持部を介して接続された第１エレメント部材と第２エレメント部材とから構成され、
   前記第２エレメント部は、前記第２支持部を介して接続された第３エレメント部材と第４エレメント部材とから構成され、
   前記支線は、前記第１エレメント部材と前記第２エレメント部材と前記第３エレメント部材と前記第４エレメント部材とのそれぞれに対応して設けられ、
   前記第１エレメント部材と前記第２エレメント部材と前記第３エレメント部材と前記第４エレメント部材とは、それぞれ対応して設けられた前記支線に一部が支持された請求項１から請求項３の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記マストに設けられた避雷突針部と、前記マストに設けられた導電部材とを備え、
   前記マストは、前記導電部材を介して接地され、
   前記避雷突針部は、少なくとも一部が前記マストの上部から突出し、
   前記マストと前記給電部とは絶縁されたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１エレメント部と前記第２エレメント部とは、互い違いに交差する部分が直交する請求項１から請求項５の何れか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記絶縁部は、第１絶縁部材と第２絶縁部材とから構成され、
   前記第１支持部は、前記第１絶縁部材に設けられ、
   前記第２支持部は、前記第２絶縁部材に設けられた請求項１から請求項６の何れか１項に記載のアンテナ装置。

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