JP2003264421A - ヌルレスアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 幅広い周波数範囲で垂直面内のヌルを埋める
ことができるヌルレスアンテナを提供する。 【解決手段】 ２つのアンテナ素子10と、両アンテナ素
子を支持する反射板40と、各アンテナ素子に共通する給
電部50と、各アンテナ素子10と給電部50との間に介在さ
れる分配回路60とを具える。この分配回路60は、給電部
の電力を各アンテナ素子へと非等分配する。この構成に
より、アンテナ垂直面内の指向性ヌルを減らすことがで
きる。分配回路の分配比は、多段トランスにより広帯域
に維持されるため、広い周波数帯域にわたってヌルを埋
めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域にわたって
ヌルを埋めることのできるヌルレスアンテナに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、VHFやUHFの送信用アンテナと
して、双ループアンテナが用いられている。これは、２
つの一波長ループアンテナ（ループ部）を互いに平行給
電線（直線部）で接続し、その中央から給電したもので
ある。通常、高電力利得にするため4個または6個の一波
長ループアンテナを平行給電線で接続して使用し、これ
らをループ数により4L型、6L型双ループアンテナと呼ん
でいる。例えば、4L型ループアンテナは、4つのループ
部を平行給電線で一体化したアンテナ素子を用い、その
中央の給電部から給電する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の4L双ル
ープアンテナでは、幅広い周波数範囲で垂直面内の指向
性ヌル（電波の放射が極小になるところ）を埋めること
ができないという問題があった。従来の4L双ループアン
テナは、各ループ部の配列間隔（給電位相）を適当に設
定することによって垂直面内の指向性ヌルを埋めること
ができる。しかし、このヌルを広帯域にわたって埋める
ことは非常に難しかった。

【０００４】従って、本発明の主目的は、幅広い周波数
範囲で垂直面内のヌルを埋めることができるヌルレスア
ンテナを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、各アンテナ素
子への給電を非等分配することで上記の目的を達成す
る。

【０００６】すなわち、本発明ヌルレスアンテナは、２
つのアンテナ素子と、両アンテナ素子を支持する反射板
と、各アンテナ素子に共通する給電部と、各アンテナ素
子と給電部との間に介在される分配回路とを具える。そ
して、この分配回路は、給電部の電力を各アンテナ素子
へと非等分配することを特徴とする。

【０００７】各アンテナ素子と給電部との間にトランス
機能を持つ分配回路を設け、この分配回路により各アン
テナ素子へ非等分に給電することで、アンテナ垂直面内
の指向性ヌルを減らすことができる。分配回路の分配比
は、多段トランスにより広帯域に維持されるため、広い
周波数帯域にわたってヌルを埋めることができる。

【０００８】分配回路は、特性インピーダンスの異なる
複数のパートから構成される同軸またはトリプレート線
路を有するものが挙げられる。各パートの長さは設計中
心周波数λの0.01λ〜0.3λ程度が好ましい。また、ト
リプレート回路の場合、各パートの幅は、5〜40mm程
度、特性インピーダンスで表すと30〜100Ω程度が目安
となる。分配回路の分配比は2：3〜1：6程度が好適であ
る。

【０００９】ここで用いられるアンテナ素子はダイポー
ルアンテナでも双ループアンテナでも構わない。特に、
アンテナ素子として同一構造の2L双ループアンテナ素子
を用いることで、この素子が1基の場合は2L双ループア
ンテナを、2基用いた場合は4L双ループアンテナを構成
することができる。

【００１０】アンテナ素子として双ループアンテナ素子
を用いる場合、一般に、このアンテナ素子は一対の直線
部と各直線部につながるループ部とを具える。その際、
ループ部における電圧最大点を、絶縁体を介して反射板
に支持することが好ましい。従来、例えば2L双ループア
ンテナでは、一対のループ部を直線部で連結し、この直
線部の中央に給電部を設け、直線部に沿った延長線と各
ループ部との交点および給電部の合計3箇所でアンテナ
素子を金属棒を介して反射板に支持している。しかし、
この場合、3個所の支持部が同一直線状に位置する上、
支持スパンが長いため、特に直線部に沿った延長線を回
転軸とする振動に対して弱く、共振を起こしやすい構造
になっていた。一方、各ループ部の中心を通り、かつ直
線部に沿った延長線と直交する線とループ部の交差位置
は電圧最大点に相当し、短絡を防止するには絶縁体によ
る支持が必要である。そこで、ループ部の電圧最大点を
絶縁体で支持すれば、支持スパンを短くし、支持部を複
数の直線上に分散して、直線部に沿った延長線を回転軸
とする振動に対しても十分な耐震性を具えたアンテナを
構成することができる。

【００１１】さらに、一対の直線部は非平行に構成する
ことが好ましい。例えば、ループ部側端部の間隔が広
く、他端側の間隔が狭いテーパー状に配置されることが
好適である。2L双ループアンテナの直線部を非平行に配
置することで、平行配置の場合に比べてインピーダンス
の調整範囲が広く、アンテナの放射インピーダンスを所
望の入力インピーダンスに整合させることが容易であ
る。

【００１２】本発明ループアンテナの使用周波数帯域
は、周波数帯が90〜108，170〜222MHzのVHFや周波数帯
が470〜770MHzのUHFにおける放送・通信用に好適であ
る。もちろん、本発明アンテナの適用範囲が、この周波
数帯域に限定されるわけではない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 〔実施例１〕図1は本発明反射板付きループアンテナの
平面図、図2は同正面図、図3は右側面図、図4は給電部
の縦断面図、図5は分配回路の説明図である。

【００１４】（全体構成）このループアンテナは、一対
の2L双ループアンテナ素子10を反射板40の上に所定の間
隔を空けて配置した構成である（図1、2）。各アンテナ
素子10は、環状のループ部11と、両ループ部を連結する
一対の直線部12とを具える。直線部12の中央は反射板40
の裏側に到達する給電トランス20で支持されている。給
電トランス20の下端部にはトランス機能を有する分配回
路60が設けられ、入力となる給電部50につながってい
る。以下、まず先にトランス機能を有する分配回路に関
連する構成を説明し、その後にループアンテナの残部の
構成を説明する。

【００１５】（分配回路）分配回路60にはトランス機能
を持つトリプレート線路を用いた。反射板の下面には面
状のトリプレート外導体62が間隔を空けて固定され、こ
のトリプレート外導体62と反射板40との間にトリプレー
ト内導体61が配置されている。トリプレート内導体61の
両端部は給電トランスの内導体22に接続され、中央部は
入力となる給電部50に接続される。このトリプレート内
導体61は幅の異なる複数のパートが一体化された平板で
ある。トリプレート内導体の一例を図5に示す。分配回
路内のトリプレート内導体は6つのパートから構成され
る左右非対称のプレートで、各パートの幅または長さが
異なっており、給電部50に入力された電力を非等分配し
て各アンテナ素子に供給する。給電部50は、このトリプ
レート内導体のほぼ中央部に接続される。

【００１６】（給電トランス）この分配回路60の両端部
には反射板40の下面から上面に伸びる棒状の給電トラン
ス20が設けられ、一対の2L双ループアンテナ素子10の中
央部を支持している（図2、3、5）。給電トランス20は
平行に配置された一対のパイプ21の各々に内導体22を同
軸状に収納した構成である。給電トランス20の上端部
は、一対のパイプをジャンパーで接続している。

【００１７】（アンテナ素子）アンテナ素子10は、ルー
プ部11と、ループ部同士をつなぐ直線部12とを具えてい
る。

【００１８】＜ループ部＞ループ部11は、角度の異なる
複数の円錐面で円環状に形成された金属板で、内周の取
付面11Aと、中間の出力面11Bと、外周の折り返し面11C
との３つの部分が一体に構成されている。各ループ部11
はその一部に切欠が設けられ、この切欠から導入した直
線部12を取付面11Aと一体化している。

【００１９】このようなアンテナ素子10は、型を用いた
鋳造により製造した。本例では、アルミニウム合金を用
いてアンテナ素子10を構成した。

【００２０】｛取付面｝取付面11Aは、後述する直線部1
2とアンテナ素子10とを連結するための取付片で、電波
を出力するための部材ではない。ここでは、反射板40に
対してほぼ直角方向の円筒面で取付面11Aを構成した。

【００２１】｛出力面｝出力面11Bは電波を出力する個
所である。この出力面11Bは、取付面11Aの外周に連続し
て、内周から外周に向かうに従って反射板からの距離が
遠くなる円錐面で構成した。出力面11Bの内周縁および
外周縁の周長は設計中心周波数に対応するように設計す
る。ここでは、600MHzを設計中心周波数λとし、これに
対応する設計中心周波数λに対して内周縁および外周縁
の周長を1.0λとなるように設計した。

【００２２】また、出力面11Bと反射板40との距離は、
設計中心周波数λに対して0.22λとなるように設計し
た。このような構成により、反射板40に対して共振波長
に比例した自己相似形状を得ることができる。

【００２３】さらに、各出力面11Bは、一対の絶縁支持
棒70を介して反射板40に固定されている。ここでは、出
力面11Bをねじで貫通し、このねじを絶縁支持棒70の上
端部にねじ込むことで固定を行った。絶縁支持棒70は、
出力面11Bとの固定を行う上端部のみ絶縁体で構成さ
れ、他の部分は金属パイプで構成されている。

【００２４】絶縁支持棒70は出力面11Bにおける電圧最
大点に相当する位置にて出力面11Bと連結した。すなわ
ち、各ループ部11の中心を通り、かつ直線部12に沿った
延長線と直交する線と出力面11Bの交差位置で両者の連
結を行っている。これによりループ部11が一対の絶縁支
持棒70で支持され、しかも各絶縁支持棒70は直線部12と
直交する軸に沿って並んでいるため、外力による振動に
共振し難い構造とできる。

【００２５】｛折り返し面｝折り返し面11Cは、電波の
背面への回り込み（バックローブ）を低減するための円
錐面である。この折り返し面11Cは、出力面11Bの外周縁
に連続して反射板方向に折り返された円錐面に構成され
ている。バックローブを抑制するには、出力面11Bの外
周縁よりも反射板側に折り返し面を形成することが必要
である。ただし、折り返し面11Cの角度は、反射板40と
直角方向までの間とする。

【００２６】ここでの設計中心周波数を考慮すれば、折
り返し面11Cの内周縁（ループ部の外周縁）と折り返し
面11Cの外周縁との垂直距離（反射板と直交する向きの
距離）は設計中心周波数λに対して0.03〜0.1λ程度（U
HFでは20〜40mm程度）が好適である。折り返し面11Cが
広くなるとバックローブは小さくできるが、アンテナの
出力特性が横方向に広がる指向性を持つためである。本
例では、この垂直距離を30mmとし、出力面11Bとの角度
をほぼ90°とした。

【００２７】＜直線部＞直線部12には、一対の細長い金
属平板を平行に配置したものを用いた。直線部12の一端
はループ部の取付面11Aにボルトの締付により固定さ
れ、他端は給電トランス20の上端に連結されている。本
例では、反射板40に対する角度は26°となるように直線
部12を設けている。

【００２８】（反射板）反射板40はループアンテナの出
力をループ部11の軸方向の一方に出力するための矩形の
金属板である。ここでは、340×1550mmの鋼板を用い
た。

【００２９】（試験例1）図5に示す形状のトリプレート
内導体を用いた。各パートの寸法と特性インピーダンス
は次の通りである。ここで、設計中心周波数λ＝530MH
z、分配回路の分配比＝1：2、トリプレート外導体と反
射板との高さｄは30mmである。 パート 特性インヒ゜ータ゛ンス（Ω） 幅W(mm) 長さL(mm) (1) 50 35 118 (2) 65.8 22.9 141 (3) 113.9 7 141 (4) 67.8 21.8 141 (5) 55.3 30.2 141 (6) 50 35 118

【００３０】このような分配回路を用いた4L双ループア
ンテナについて垂直指向性を調べてみた。ここでは、水
平面に対する角度を変えた場合の電界強度を測定するこ
とでヌルの発生状況を調べてみた。その結果を図6のグ
ラフに示す。

【００３１】図6のグラフを比較して明らかなように、
従来の4L双ループアンテナでは20°あたりでヌルが生じ
ているが、本発明4Lループアンテナでは、幅広い範囲に
わたってヌルを埋められることが確認された。

【００３２】なお、以上の説明は、複数の円錐面を組み
合わせたループ部を持つアンテナを例としたが、従来同
様にパイプ材でループ部を構成した双ループアンテナで
も同様の効果を得ることができる。

【００３３】〔実施例２〕次に、直線部をテーパ状に配
置した実施例について説明する。図7は2L双ループアン
テナ素子の模式平面図である。この素子も、一対の環状
ループ部11を直線部12で接続した構成である。ここで、
直線部12の間隔を、給電トランス側を広く、ループ部側
を狭くする。この構成により、インピーダンス特性の改
善が可能である。特に、この改善効果は、帯域内で1.1
や1.05といったより低いVSWR特性を得るのに有効であ
る。

【００３４】ループ部と直線部との接合はビス止めによ
り行っている。その際、ループ部または直線部のビス孔
を長孔としておくことが好ましい。この構成により、テ
ーパーの度合いを変化することができ、VSWR特性の微調
整、アンテナの製造・組立誤差の吸収も容易に行うこと
ができる。

【００３５】（試験例２）このようなアンテナ素子を用
いて給電トランス側の直線部12の間隔をa、ループ部側
の間隔をbとして、VSWR特性をシミュレーションした。
ここではa＝6mm、b＝5.5mmである。その結果を図8に示
す。

【００３６】図8から明らかなように、非平行のテーパ
状に直線部を配置した方がより低いVSWR特性を得られる
ことがわかる。従って、このような2L双ループアンテナ
素子を2つ用いて4L双ループアンテナを構成すれば、低
いVSWR特性のヌルレスアンテナを構成することができ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明アンテナに
よれば、2つのアンテナ素子を用い、両素子に共通する
給電部との間にトランス機能を有する分配回路を介在し
て、分配比を比等分とすることで広帯域にわたってヌル
を効果的に埋めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明反射板付きループアンテナの平面図であ
る。

【図２】図１のアンテナの正面図である。

【図３】図１のアンテナの右側面図である。

【図４】図１のアンテナにおける給電部の縦断面図であ
る。

【図５】本発明実施例に用いたトリプレート線路の平面
図である。

【図６】垂直面内での電界強度特性を示すグラフであ
る。

【図７】直線部をテーパ状に配置した2L双ループアンテ
ナ素子の模式平面図である。

【図８】図７のアンテナと従来のアンテナにおけるVSWR
の周波数特性を示すグラフである。

【符号の説明】

10 双ループアンテナ素子 11 ループ部 11A 取付面 11B 出力面 11C 折り返し面 12 直線部 20 給電トランス 21 パイプ 22 内導体 30 金属支持部 40 反射板 50 給電部 60 分配回路 61 トリプレート内導体 62 トリプレート外導体 70 絶縁支持棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野上 一三 東京都渋谷区神南２丁目２番１号 日本放 送協会放送センター内 (72)発明者 藤田 浩 東京都渋谷区神南２丁目２番１号 日本放 送協会放送センター内 Ｆターム(参考） 5J021 AA07 AB04 BA01 FA32 GA08 HA05 JA02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つのアンテナ素子と、 前記両アンテナ素子を支持する反射板と、 前記各アンテナ素子に共通する給電部と、 前記各アンテナ素子と前記給電部との間に介在される分
   配回路とを具え、 前記分配回路は、前記給電部の電力を各アンテナ素子へ
   と非等分配することを特徴とするヌルレスアンテナ。
2. 【請求項２】 前記分配回路は、特性インピーダンスの
   異なる複数のパートから構成される同軸またはトリプレ
   ート線路を有することを特徴とする請求項1に記載のヌ
   ルレスアンテナ。
3. 【請求項３】 前記分配回路における各アンテナ素子へ
   の分配比が2：3〜1：6であることを特徴とする請求項１
   に記載のヌルレスアンテナ。
4. 【請求項４】 前記各アンテナ素子が2L双ループアンテ
   ナであることを特徴とする請求項1に記載のヌルレスア
   ンテナ。
5. 【請求項５】 前記両アンテナ素子が同一構造であるこ
   とを特徴とする請求項3に記載のヌルレスアンテナ。
6. 【請求項６】 前記アンテナ素子が一対の直線部と各直
   線部につながるループ部とから構成され、 このループ部における電圧最大点を、絶縁体を介して反
   射板に支持したことを特徴とする請求項４に記載のヌル
   レスアンテナ。
7. 【請求項７】 前記アンテナ素子が一対の直線部と各直
   線部につながるループ部とから構成され、 この直線部は非平行であることを特徴とする請求項３に
   記載のヌルレスアンテナ。