JP2004349853A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電構造が簡単で、しかも高利得、広帯域でインピーダンス調整が容易なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】３つのループ素子３１−１〜３１−３，３７−１〜３７−３を直列に接続してループアンテナ３５，３６を形成し、各ループアンテナ３５，３６に並列給電することで、給電構造が簡単になり、しかも高利得、広帯域となり、かつインピーダンス調整も容易となる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、６個のループ素子を同一反射板上に配列したアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄塔等の高所に設置され、放送に使用されるアンテナとして、二つのループ素子を有する双ループアンテナが知られている。この双ループアンテナは、ループ素子を二つ有することから２Ｌ双ループアンテナと呼ばれている。
【０００３】
放送サービスエリアを広くするか、あるいはサービスエリア内の放送品質を高めるために、アンテナの利得を制御する必要があるが、双ループアンテナの利得をあげるために、ループ素子数を増やすことが行われている。
【０００４】
その方法として、ループ素子を四つあるいは六つ直列に平衡給電線により接続し、その中央の平衡給電線に給電する、４Ｌ双ループアンテナや６Ｌ双ループアンテナが知られている。
【０００５】
図７は、非特許文献１に示された直列給電方式の６Ｌ双ループアンテナからなる従来のアンテナ装置の外観斜視図である。
【０００６】
図７に示すようにアンテナ装置は、導体の一箇所に開口部が形成された二つのループ素子２，３と導体の対向する二箇所に開口部が形成された四つのループ素子４，５，６，７とを同一平面上で各開口部同士が対向するように一列に配置すると共に各ループ素子２〜７の開口部間同士を平行な導体線路からなる平衡給電線８，９，１０，１１，１２により接続し、これを一個の反射板１４上に設けて６Ｌループアンテナ１で構成される。
【０００７】
この６Ｌループアンテナ１への給電は、反射板１４の給電点１５から、バルン１３を介して中央の平衡給電線１０に給電し、その平衡給電線１０から中央のループ素子６，７へ、さらに平衡給電線９，１１からその隣のループ素子４，７へ、またさらに平衡給電線８，１２から最外側のループ素子２，３に給電する直列給電方式となっている。
【０００８】
６Ｌ双ループアンテナには、図７で示した直列給電方式の６Ｌループアンテナの他に、２Ｌ双ループアンテナを同一の反射板上に三組配列し、並列に給電する、並列給電６Ｌ双ループアンテナも挙げられる。
【０００９】
図８は、特願２００１−３２５２６３号に示された、並列給電方式の６Ｌ双ループアンテナからなる従来のアンテナ装置の外観斜視図である。
【００１０】
図８に示すように、アンテナ装置は、導体の一箇所に開口部が形成された二つのループ素子１７−１〜１７−３，１８−１〜１８−３の開口部間同士を平行な導体線路からなる平衡給電線１９−１〜１９−３により接続した三組の２Ｌ双ループアンテナ２０−１〜２０−３を、同一平面上に一列に反射板２３上に配置した６Ｌループアンテナ１６で構成される。
【００１１】
この６Ｌループアンテナ１６への給電は、反射板２３上の給電点２４より、中央の双ループアンテナ２０−２へは、バルン２１−２、平衡給電線１９−２を介して、両側の双ループアンテナ２０−１、２０−３へは、マイクロストリップライン２２、バルン２１−１，２１−３、各平衡給電線１９−１，１９−３を介して給電する並列給電方式である。
【００１２】
並列給電線として図示のマイクロストリップラインの他に反射板の上或いは裏面（ループ素子が設けられていない面）に同軸給電線を設ける方法がある。
【００１３】
【非特許文献１】
遠藤敬二著「放送技術選書 ＴＶ・ＦＭ放送アンテナ」日本放送出版協会、１９６６年１１月１５日、ｐ．１１１〜１１２
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術は、アンテナであるループ素子を複数並べて給電することで双ループアンテナの長手方向の半値幅を狭くし、利得を高くするようにしているが、第１の方式である直列給電６Ｌ双ループアンテナ１では六つのループ素子２〜７を直列に給電するために、アンテナ装置１の周波数帯域が２Ｌ双ループアンテナに比べて狭くなり、一つのアンテナ装置で広い周波数帯域をカバーすることが難しくなる。また、広帯域化するために余分な労力が必要となり、コスト高、量産性の低下につながる。
【００１５】
また、第２の方式は、２Ｌ双ループアンテナ２０−１〜２０−３を複数配置し、並列に給電する方法であるので、２Ｌ双ループアンテナ２０−１〜２０−３の周波数帯域と同等の周波数帯域を保持したまま、利得を高くすることが可能である。その一方で、並列給電するため給電構造が複雑になる問題がある。
【００１６】
特に、アンテナ装置を高利得化するために図８に示すように２Ｌ双ループアンテナ２０−１〜２０−３を三つ並べ６Ｌ双ループアンテナとした場合には、並列給電するための給電線（マイクロストリップライン２２）の配置が複雑になってしまうという問題があった。
【００１７】
また、給電線路として、平衡給電線１９−１〜１９−３の代わりに同軸給電線を採用した場合、ループ素子１７−１〜１７−３，１８−１〜１８−３側から見て反射板２３の裏面に給電線を設けると、反射板２３の裏面に構造物が多くなり、アンテナ装置１６を鉄塔等の高所に設置するのが容易ではなくなる。さらに、同軸線路で、給電を行う場合には、インピーダンスの調整は、内部導体の内径と外径の比により行うため、製作コストが増大する。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な給電構造で、高利得、広帯域でインピーダンスの調整が容易なアンテナ装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、同一平面上に三つのループ素子を配置すると共にこれらループ素子を平衡給電線で直列接続したループアンテナを形成し、該ループアンテナをループ素子の配列方向に所定の間隔を隔て２個配置し、各ループアンテナのいずれかの平衡給電線の中点から垂直に延出された給電導入部を設け、その両給電導入部に電力分配回路を接続したアンテナ装置である。
【００２０】
請求項２の発明は、平衡給電線は、中央のループ素子とその両側に配置されるループ素子をそれぞれ接続する平行導体線路からなり、該平行導体線路のインピーダンスを異ならせた請求項１に記載のアンテナ装置である。
【００２１】
請求項３の発明は、平衡給電線を折り曲げた請求項１または２に記載のアンテナ装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
図１は本発明のアンテナ装置の一実施の形態を示す外観斜視図である。
【００２４】
反射板３０の一方の面には、三つのループ素子３１−１〜３１−３、３７−１〜３７−３からなる２個のループアンテナ（３Ｌループアンテナ）３５，３６が、そのループ素子３１−１〜３１−３，３７−１〜３７−３の配列方向に、所定の間隔を隔てて設けられる。
【００２５】
第１のループアンテナ３５は、具体的には、導体の一箇所に開口部が形成された二つのループ素子３１−１，３１−３と、導体の対向する二箇所に開口部が形成された一つのループ素子３１−２とが同一平面上に配置され、各ループ素子３１−１〜３１−３の開口部間同士が平行な導体線路からなる平衡給電線３４−１，３４−２により接続されて形成される。
【００２６】
同様に第２のループアンテナ３６は、三つのループ素子３７−１〜３７−３及び二組の平衡給電線３８−１，３８−２で構成されている。
【００２７】
第１のループアンテナ３５は、ループ素子３１−２とループ素子３１−３とを接続する平衡給電線３４−２の中点において、ループアンテナ３５のループ面と垂直な方向（図では下方）に延長した給電導入部としてのバルン３９−１によって反射板３０に、反射板３０と平行になるように支持されている。
【００２８】
第２のループアンテナ３６は、ループ素子３７−１とループ素子３７−２とを接続する平衡給電線３８−１の中点において、ループアンテナ３６のループ面と垂直な方向（図では下方）に延長した給電導入部としてのバルン３９−２によって反射板３０に、反射板３０と平行になるように支持されている。
【００２９】
バルン３９−１，３９−２は、給電信号のモードを変換するための部品であり、同軸給電線（図示せず）と、各平衡給電線３４−１，３４−２，３８−１，３８−２とを接続するためのものである。バルン３９−１は、ループアンテナ３５を支持するバルン側支持部材３９−１ａ，３９−１ｂと、バルン側支持部材３９−１ａ，３９−１ｂの近傍に配置され、かつ外部に接続される給電線路３９−１ｃとで構成されている。
【００３０】
両バルン３９−１，３９−２の給電線路３９−１ｃ，３９−２ｃは、反射板３０の上に配置された複数（図では四つ示されているが限定されない）の碍子４０によって支持された電力分配回路としてのマイクロストリップライン４１−１に接続されている。
【００３１】
尚、図１においてバルン３９−２とマイクロストリップライン４１−１の接続構造を分かりやすくするため、平衡給電線３８−１の一部を破断して示している。
【００３２】
マイクロストリップライン４１−１の中央には給電点４２が設けられている。このマイクロストリップライン４１−１と給電点４２とでＴ型電力分配回路が構成されている。
【００３３】
これら反射板３０、ループアンテナ３５，３６、バルン３９−１，３９−２、マイクロストリップライン４１−１及び給電点４２でアンテナ装置４３が構成されている。
【００３４】
反射板３０、ループアンテナ３５，３６、バルン３９−１，３９−２の給電線路３９−１ｃ，３９−２ｃ及びマイクロストリップライン４１−１には、金めっき銅板、銀めっき銅板、銅板等の導電性の金属板が用いられる。
【００３５】
本アンテナ装置４３への外部からの給電は、例えば、同軸給電線路を反射板３０の裏面（ループアンテナ３５，３６から見て反射板３０の反対側）から反射板３０を貫通させ、同軸給電線路の中心導体を反射板３０上のマイクロストリップライン４１−１に給電点４２で接続することで可能となる。
【００３６】
次に本アンテナ装置の作用について説明する。
【００３７】
給電信号は、図示しない同軸線路から給電点４２、マイクロストリップライン４１−１を介して両バルン３９−１，３９−２にそれぞれ給電される。バルン３９−１により給電された給電信号は、平衡給電線３４−２で二方向（図では左右）に分かれ、第１のループアンテナ３５に入力される。バルン３９−２により給電された給電信号は、平衡給電線３８−１で二方向（この場合、左右）に分かれ、第２のループアンテナ３６に入力される。
【００３８】
このように３つのループ素子３１−１〜３１−３、３７−１〜３７−３で、６Ｌのループアンテナ３５，３６を形成し、その両ループアンテナ３５，３６に並列給電することで、６Ｌ双ループアンテナと同等の利得を得ることが可能となると共に給電構造が簡単となり、かつループアンテナ３５，３６の各ループ素子３１，３７は直列給電のため指向性の調整も容易となる。
【００３９】
また、ループ素子３１−１〜３１−３、３７−１〜３７−３を接続する平衡給電線３４−１，３４−２，３８−１，３８−２を折り曲げることが可能となるため、ループ素子３１，３７の間隔を変えずに励振位相を制御することができる。
【００４０】
以下、この理由を説明する。
【００４１】
第１のループアンテナ３５の一方（この場合、右側）のループ素子３１−３に入力された給電信号は電波として放射され、他方（この場合、左側）のループ素子３１−２に入力された給電信号は一部が電波として放射され、残りの一部はループ素子３１−２とループ素子３１−１とを接続している平衡給電線３４−１によりループ素子３１−１に入力されて電波として放射される。
【００４２】
同様に、第２のループアンテナ３６の一方（この場合、左側）のループ素子３７−１に入力された給電信号は電波として放射され、他方（この場合、右側）のループ素子３７−２に入力された給電信号は一部が電波として放射され、残りの一部はループ素子３７−２とループ素子３７−３とを接続している平衡給電線３８−２によりループ素子３７−３に入力されて電波として放射される。
【００４３】
この際、各平衡給電線３４−１，３４−２，３８−１，３８−２のインピーダンスが最適になるように設計することにより、各ループ素子３１−１〜３１−３，３７−１〜３７−３への給電信号の強度を変更することが可能となる。例えば、ループ素子３１−１，３７−３に入力される信号強度を他のループ素子３１−２，３１−３，３７−１，３７−２に入力される信号強度に比べて小さくすることにより、指向性を調整することができる。
【００４４】
また、本アンテナ装置４３は、ループ素子３１−２（３７−１）とループ素子３１−３（３７−２）とを接続する平衡給電線３４−２（３８−１）の中点にバルン３９−１（３９−２）が接続されているので、ループ素子３１−２，３１−３（３７−１，３７−２）に比較してループ素子３１−１（３７−３）からの電波の放射は減衰して小さくなり、サイドローブの小さい良好な放射パターンが得られる。
【００４５】
従って、本アンテナ装置４３は、マイクロストリップライン４１−１を用いた並列給電が行われるので、六つのループ素子２〜７に直列給電を行う従来の第１の方法を適用した６Ｌ双ループアンテナ１（図７参照）と比較して、周波数帯域を広くすることができる。
【００４６】
また、三つの２Ｌ双ループアンテナ２０−１〜２０−３に並列給電を行う従来の第２の方法を適用した６Ｌ双ループアンテナ１６（図８参照）と比較して、並列給電するための給電線の配置を簡素にすることができる。
【００４７】
また、マイクロストリップライン４１−１は導電性を有する帯状の線路で構成されており、反射板３０との間隔、あるいは帯の幅、帯の厚さを調整することにより、インピーダンスの調整を容易に行うことができる。
【００４８】
図２は本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【００４９】
以下、図１に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００５０】
図２に示したアンテナ装置５０と図１に示したアンテナ装置４３との相違点は、図１に示したアンテナ装置４３の両バルン３９−１，３９−２が、第１のループアンテナ３５及び第２のループアンテナ３６の反射板３０の中央寄りの平衡給電線３４−２，３８−１にそれぞれ接続されているのに対し、図２に示したアンテナ装置５０の両バルン３９−１，３９−２が最も離れた位置にある平衡給電線３４−１，３８−２に接続されている点である。尚、４１−２はマイクロストリップラインである。
【００５１】
図２に示したアンテナ装置５０は、ループ素子３１−１（３７−２）とループ素子３１−２（３７−３）とを接続する平衡給電線３４−１（３８−２）の中央にバルン３９−１（３９−２）が接続されているので、両端のループ素子３１−１，３７−３から放射される電波の減衰量が小さくてすむので、実質的にアンテナ開口面積を大きくすることができ、より高利得な放射パターンが得られる。
【００５２】
図３は本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【００５３】
図３に示したアンテナ装置６０と図１に示したアンテナ装置４３との相違点は、一方（図では左側）のバルン３９−１が第１のループアンテナ３５の第２のループアンテナ３６寄りの平衡給電線３４−２に接続され、他方（この場合、右側）のバルン３９−２が第２のループアンテナ３６の第１のループアンテナ３５から遠い方の平衡給電線３８−２に接続されている点である。尚、４１−３はマイクロストリップラインである。
【００５４】
図３に示したアンテナ装置６０は、一方（この場合、左側）のバルン３９−１がループ素子３１−２とループ素子３１−３とを接続する平衡給電線３４−２の中央に接続され、他方（この場合、右側）のバルン３９−２がループ素子３７−２とループ素子３７−３とを接続する平衡給電線３８−２の中央に接続されているので、バルン３９−１，３９−２から遠い方のループ素子３１−１，３７−１への給電信号の位相が遅れ、六つのループ素子３１−１〜３１−３，３７−１〜３７−３から放射される電波の方向が変化する。このため、本アンテナ装置６０は反射板３０の設置角度を変更することなくビーム方向を変更することが可能である。
【００５５】
図４は本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【００５６】
図４に示したアンテナ装置７０と図１に示したアンテナ装置４３との相違点は、電力分配回路のマイクロストリップライン４１−４の両側に遮蔽板７１−１が設けられている点である。
【００５７】
図４に示したアンテナ装置７０は、マイクロストリップライン４２−４の両側に遮蔽板７１−１が設けられているので、マイクロストリップライン４２−４からの不要放射が抑圧され、指向性への影響が小さくなる。
【００５８】
図５は本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【００５９】
図５に示したアンテナ装置８０と図１に示したアンテナ装置４３との相違点は、電力分配回路のマイクロストリップライン４１−５の両側のバルン３９−１，３９−２近傍にのみ遮蔽板７１−２が設けられている点である。
【００６０】
図５に示したアンテナ装置８０は、遮蔽板７１−２がマイクロストリップライン４１−５の両側のバルン３９−１，３９−２の近傍にのみ設けられているので、アンテナ装置８０の製造時における取付作業性が向上し、コストを削減することができる。
【００６１】
図６は本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【００６２】
図６に示したアンテナ装置９０と図１に示したアンテナ装置４３との相違点は、遮蔽板７１−３が電力分配回路のマイクロストリップライン４２−６の全長にわたり断続的に設けられている点である。
【００６３】
図６に示したアンテナ装置９０は、遮蔽板７１−３が電力分配回路のマイクロストリップライン４１−６の全長にわたり断続的に設けられているので、マイクロストリップライン４１−６の長さが長くなったり、曲線状であっても効率的に遮蔽板７１−３を設けることができ、作業性が向上するので、その分だけコストを削減することができる。
【００６４】
ここで、図４から図６に示したアンテナ装置７０，８０，９０の遮蔽板７１−１〜７１−３の上部は覆う必要はないが、塵芥がマイクロストリップライン４１−４〜４１−６と反射板３０との間に入り込むのを防止するため、マイクロストリップライン４１−４〜４１−６を図示しない蓋等で覆ってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、給電構造が簡単で、しかも高利得、広帯域でインピーダンスの調整が容易なアンテナ装置の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナ装置の一実施の形態を示す外観斜視図である。
【図２】本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図３】本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図４】本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図５】本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図６】本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【図７】アンテナ装置の従来例を示す外観斜視図である。
【図８】アンテナ装置の他の従来例を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
３０ 反射板
３１−１〜３１−３，３７−１〜３７−３ ループ素子
３４−１，３４−２，３８−１，３８−２ 平衡給電線
３５ 第１のループアンテナ
３６ 第２のループアンテナ
３９−１，３９−２ バルン（給電導入部）
４０ 碍子
４１−１ マイクロストリップライン（電力分配回路）
４２ 給電点
４３ アンテナ装置

Claims (3)

1. 同一平面上に三つのループ素子を配置すると共にこれらループ素子を平衡給電線で直列接続したループアンテナを形成し、該ループアンテナをループ素子の配列方向に所定の間隔を隔て２個配置し、各ループアンテナのいずれかの平衡給電線の中点から垂直に延出された給電導入部を設け、その両給電導入部に電力分配回路を接続したことを特徴とするアンテナ装置。
2. 平衡給電線は、中央のループ素子とその両側に配置されるループ素子をそれぞれ接続する平行導体線路からなり、該平行導体線路のインピーダンスを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 平衡給電線を折り曲げたことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。

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