JP2005102142A - デジタルテレビジョン放送受信アンテナ、及びデジタルテレビジョン放送受像機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケーブルで接続された外部アンテナや外部に突出した室内アンテナ、さらに放送波を受信して受像機に中継再送する外部機器等を必要とせず、室内での自由な配置にてデジタルテレビジョン放送が楽しめる薄型のデジタルテレビジョン放送受像機を低コストで提供する。
【解決手段】 金属板とプリント基板上の銅箔で導波管を構成し、該導波管の一対の開口面のうち、一方の開口面をふさぐように絶縁磁性体を装荷し、他方の開口を斜めカットして開口面積を拡張し、さらに他方の開口の中央部を挟んで両側に同調素子を設けたアンテナを用い、該アンテナを薄型テレビジョン受像機の両側端部に配置して、電子同調するとともに位相合成ダイバーシティ受信を行なう。
【選択図】 図６

Description

本発明は、デジタルテレビジョン放送受信アンテナ、及びデジタルテレビジョン放送受像機に関し、特に、室内で自由な配置にてデジタルテレビジョン放送を受信するためのデジタルテレビジョン放送受信アンテナ、及びデジタルテレビジョン放送受像機に関する。

従来、アナログテレビジョン放送では、弱電界の放送電波を受信する場合に数ｄＢの受信レベルの低下が画質に大きく影響したり、都市部で放送電波を受信する場合に建物からの反射波で不快なゴースト映像が発生したりすることから、到来電波の方向に利得が高く反射電波の方向に利得の低いアンテナを、できるだけ到来電波の強い位置に設置して用いる必要があった。よって、従来におけるアンテナ設置方法としては専ら、水平方向に指向性を有するアンテナを金属支柱で支持し、屋根の上の高い位置に設置する方法が採用されてきた。

また、前記アナログテレビジョン放送の放送電波を送信する送信側では、該放送電波の偏波の方向として、水平偏波を採用してきた。これは、受信側であるアンテナで水平偏波を受信したほうが、アンテナの金属支柱に誘起された電流が受信電界を乱すことによって生じる受信レベルの低下が少ないことに加え、送信側において、水平偏波で且つ水平方向に無指向な送信アンテナが実現されたからである。

そして、前記アナログテレビジョン放送電波の受信側であるアンテナとしては、風に対する抵抗が少ないこと、アンテナの等価受信面積が大きい、つまり受信帯域が広いこと、さらに容易に多素子化して利得を上げられることから、従来より専ら、電流誘起タイプのダイポールアンテナが用いられてきた。

なお、上述したような室外アンテナによらず、受像機に壁からのアンテナ配線が不要な室内アンテナによって前記アナログテレビジョン放送の放送電波を受信することも可能であり、このような室内アンテナについても、従来においては、受信帯域が広いこと、そして簡単な構成で低コストに実現できることから、電流誘起タイプのダイポールアンテナが専ら用いられている（例えば、特許文献１参照）。

これに対し、近年普及してきているデジタルテレビジョン放送では、都市部で比較的強電界の放送電波を受信する場合には、たとえ建物からの反射波があっても、前記アナログテレビジョン放送とは異なって、原理的にゴースト映像が発生しないことから、該デジタルテレビジョン放送の放送電波を受信するアンテナとして、壁からのアンテナ配線が不要となる前記室内アンテナの有用性が注目されている。

そしてユーザ側においても、デジタルテレビジョン放送には、電波の受信レベルが閾値以下とならない限り画質の劣化がないという特徴がある、ということが先行して広く知られ、また前記室内アンテナであれば受像機を室内に自由に配置できる利点があることから、アナログテレビジョン放送以上に、弱電界の放送電波を受信する場合においても、室内アンテナでデジタルテレビジョン放送の放送電波を受信することが要望され、その実現が期待されていた。

ここで、デジタルテレビジョン放送受信用アンテナを室内アンテナで実現することを考えた場合、前記デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナには、利得を無駄にしないという物理的メリットもあることから、特定の方向に指向性を有するとともに、電子制御により電波の到来方向に指向性を向けることのできるアンテナが要求される。

さらに、デジタルテレビジョン放送が、既に広く普及しているアナログテレビジョン放送用受信アンテナでもその電波を受信できるように水平偏波での放送が好適とされていることから、前記デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナには、水平偏波を受信できるものが好適である。

以上のことに鑑み、金属板や金属箱に設けられた開口部に誘起する磁流を放射源とするアンテナ（以下、「磁流誘起タイプのアンテナ」と称す。）が、従来の室内アンテナに使用されていた電流誘起タイプのアンテナと比べて、縦に細長い形状で水平偏波を受信できるので設置面積が小さくてすみ、指向性が水平方向にほぼ無指向でありアンテナを電波の到来方向に向ける必要がないという特性をもつことに注目すれば、この磁気誘起タイプのアンテナは、上記したようなデジタルテレビジョン放送用受信アンテナに対する要求に応じることのできる、デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナの単位アンテナ素子として有望である（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
実開平５−８００１４号公報（第２頁、第１図） 特開昭５８−１５３０３号公報（第７頁、第８図） 特開２００３−１２４７３８号公報（第６頁、第１−３図）

このように、デジタルテレビジョン放送用受信アンテナとして有望と考えられる前記磁流誘起タイプのアンテナは、デジタルテレビジョン放送受信アンテナとして好適と考えられるのであるが、このような磁流誘起タイプのアンテナを用いたデジタルテレビジョン放送用受信アンテナは、いままで実現されていなかった。

この理由は主に、電流誘起タイプのダイポールアンテナ同様、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子は、共振の強さＱ値が高く、デジタルテレビジョン放送で予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚに及ぶ広帯域の放送電波を受信できないことによるものと考えられる。

つまり、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚに及ぶ広帯域の放送電波を受信するには、共振周波数の異なる複数の単位アンテナ素子を組合せるか、あるいは単位アンテナ素子の前記Ｑ値を下げるとともにこれを電子的に同調させるしかないが、前者は前記電流誘起タイプのダイポールアンテナ以上にアンテナが大型化してしまって実用性を欠き、後者は該単位アンテナ素子に設ける同調素子に要求されるリアクタンス変化範囲が大きくなることによりその実現が難しかった。

また、デジタルテレビジョン放送受像機については、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けることができ、且つアンテナを装着もしくは内蔵しながらそのアンテナ部が突出していないものを実現する手段は提供されていなかった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、薄型テレビジョン受像機に対して、その特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵でき、さらにデジタルテレビジョン放送で予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚに及ぶ広帯域の放送電波に同調可能である、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子を用いた低コストのデジタルテレビジョン放送受信アンテナ、及びアンテナを突出させないで装着あるいは内蔵することができ、且つ電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けることのできるデジタルテレビジョン放送受像機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のデジタルテレビジョン放送受信アンテナは、デジタルテレビジョン放送受像機に用いる磁流誘起タイプのデジタルテレビジョン放送受信アンテナであって、金属板と、プリント基板上の銅箔とで構成された、一対の開口面を有する導波管を備え、前記導波管内に、該導波管の一対の開口面のうちの一方の開口面をふさぐように絶縁磁性体を装荷するとともに、もう一方の開口面を斜めカットしてその開口面積を拡張したものとし、前記導波管内の、もう一方の開口面の中央部を挟んだ両側の位置に、前記導波管の共振周波数を変化させる同調素子を設けたものである。
さらに前記絶縁磁性体は、前記プリント基板面に平行な方向の誘電率よりも、垂直な方向の誘電率が小さい異方性誘電率を有するものとし、該異方性誘電率を得るため、前記絶縁磁性体は、磁性体と該磁性体より小さい誘電率を有する誘電体とを多層に積層する構造としたものである。

これにより、薄型テレビジョン受像機の特徴である薄さを大きく損なうことなく受像機に装着もしくは内蔵でき、且つ、前記デジタルテレビジョン放送の周波数帯域を、予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚに及ぶ広帯域にわたって同調できる、デジタルテレビジョン放送受信アンテナを、低コストで実現することができる。

さらに、本発明のデジタルテレビジョン放送受信アンテナは、前記導波管の導波管長が、管内波長の４分の１波長以下であるものである。

これにより、薄型テレビジョン受像機の特徴である薄さを大きく損なうことなく受像機に装着もしくは内蔵でき、且つ、デジタルテレビジョン放送の周波数帯域を、予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚに及ぶ広帯域にわたって同調できるデジタルテレビジョン放送受信アンテナを、より一層低コストで実現することができる。

さらに、本発明のデジタルテレビジョン放送受信アンテナは、前記もう一方の開口面の中央部を挟んだ両側の位置に設ける各同調素子を、前記導波管の金属側壁から４分の１以内にそれぞれ配置するものである。

これにより、前記導波管に設けられる同調素子として、従来と同じ汎用の同調素子を用いた場合でも、従来より広い同調周波数範囲を有するデジタルテレビジョン放送受信アンテナを実現することができる。

また、本発明のデジタルテレビジョン放送受像機は、プラズマ表示装置もしくは液晶表示装置もしくはエレクトロルミネッセンス表示装置を備えた、デジタルテレビジョン放送を受像する薄型のデジタルテレビジョン放送受像機であって、２つの電子的に同調可能な開口導波管アンテナが、その開口部に誘起される磁流が前記受像機の両側端部それぞれに位置するよう、当該受像機に内蔵もしくは装着され、該開口導波管アンテナは、受像時には、前記デジタルテレビジョン放送の受信チャンネルに同調させて用いるものである。

これにより、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けられ、且つアンテナを装着もしくは内蔵しながらアンテナ部が突出しないデジタルテレビジョン放送受像機を実現することができ、この結果、ケーブルで接続された外部アンテナや外部に突出した室内アンテナ、さらにデジタルテレビジョン放送を受信して前記受像機に中継再送する外部機器等を必要とせず、室内で自由な配置にてデジタルテレビジョン放送を楽しめるデジタルテレビジョン放送受像機を実現することが可能となる。

さらに、本発明のデジタルテレビジョン放送受像機は、前記電子的に同調可能な開口導波管アンテナは、金属板と、プリント基板上の銅箔とで構成された、一対の開口面を有する導波管を備え、前記導波管内に、該導波管の一対の開口面のうちの一方の開口面をふさぐように絶縁磁性体を装荷するとともに、もう一方の開口面を斜めカットしてその開口面積を拡張したものとし、前記導波管内の、もう一方の開口面の中央部を挟んだ両側の位置に、前記導波管の共振周波数を変化させる同調素子を設けてなる、磁流誘起タイプのアンテナとし、さらに、前記絶縁磁性体は、前記プリント基板面に平行な方向の誘電率よりも、垂直な方向の誘電率が小さい異方性誘電率を有するものとし、該異方性誘電率を得るため、前記絶縁磁性体は、磁性体と該磁性体より小さい誘電率を有する誘電体をを多層に積層する構造としたものである。

これにより、前記アンテナを装着もしくは内蔵してもアンテナ部が突出せず、薄型テレビジョン受像機の特徴である薄さを大きく損なうことないデジタルテレビジョン放送受像機を、低コストに実現することができる。

さらに、本発明のデジタルテレビジョン放送受像機は、前記２つの電子的に同調可能な開口導波管アンテナは、位相合成ダイバーシティ受信を行なうものである。

これにより、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けられ、且つ強い受信信号を得ることのできるデジタルテレビジョン放送受像機を実現することが可能となる。

本発明のデジタルテレビジョン放送受信アンテナによれば、導波管の内部に、該導波管の一対の開口面のうちの一方の開口面をふさぐように絶縁磁性体を設け、さらに前記一対の開口面のうちのもう一方の開口面に斜めカットを施して、該もう一方の開口面の開口面積を拡大するようにし、前記絶縁磁性体は、前記プリント基板面に平行な方向の誘電率よりも、垂直な方向の誘電率が小さい異方性誘電率を有し、さらに該異方性誘電率を得るために、前記絶縁磁性体は、磁性体と該磁性体より小さい誘電率を有する誘電体とを多層に積層する構造としたので、薄型テレビジョン受像機の特徴である薄さを大きく損なうことなく装着もしくは内蔵できるデジタルテレビジョン放送受信アンテナを、低コストに実現することができる。

さらに、前記導波管内の、前記もう一方の開口面の中央部を挟んだ両側の位置に、当該アンテナの共振周波数を変化させる同調素子を設けるようにしたので、デジタルテレビジョン放送の周波数帯域を、予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚに及ぶ広帯域にわたって同調することができるデジタルテレビジョン放送受信アンテナを、低コストに実現することができる。

また、本発明のデジタルテレビジョン放送受像機によれば、２つの電子的に同調可能な開口導波管アンテナが、該開口部に誘起される磁流が前記受像機の両側端部ぞれぞれに位置するよう、当該受像機に内蔵もしくは装着され、該開口導波管アンテナは、受像時には、前記デジタルテレビジョン放送の受信チャンネルに同調させて用いるようにしたので、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けることができ、且つ、アンテナを装着もしくは内蔵してもアンテナ部が突出することのないデジタルテレビジョン放送受像機を実現することができる。

以下に、本発明のデジタルテレビジョン放送受信アンテナ、及び受像機の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
以下、図１〜図４を用いて、本実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信アンテナについて説明する。

まず、図１及び図２により、本実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信アンテナの構成について説明する。
図１は、本実施の形態１に係るデジタルテレビジョン放送受信アンテナの構成を示す図であり、図２は、図１のデジタルテレビジョン放送受信アンテナの金属板を取り外した際の構成を示す図である。

図１において、本デジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００は、金属板１０１と、プリント基板１０２上の銅箔１０３とで構成された導波管１０４を有している。そして、該導波管１０４の前方にはメイン開口面１０７、後方には後方開口面１０５が設けられており、該メイン開口面１０７に斜めカット１０８を施すことで、メイン開口面１０７の開口面積を拡張している。そして、図２に示すように、前記導波管１０４の内部には、前記メイン開口面１０７と前記後方開口面１０５のうち、該後方開口面１０５をふさぐように、絶縁磁性体１０６が装荷されている。なお、図２において、１１６は、プリント基板の表面に平行な方向を示す矢印であり、１１７は、プリント基板に垂直な方向を示す矢印である。

そして、前記メイン開口面１０７の中央部には、給電点１０９が設けられるとともに、該中央部をはさんで両側の位置に、前記導波管１０４の共振周波数を変化させる電子同調素子１１０が設けられている。そして、前記給電点１０９は、給電線路１１５を経由して給電端子１１３にて外部と接続される構成となっている。なお、本実施の形態１においては、前記電子同調素子１１０として、印加電圧により容量値が変化するバラクタダイオードを用いる場合を例に挙げて説明するものとし、また、図１に示すように、本実施の形態１にかかるアンテナ１００には、同調制御用の電圧を印加するために、同調制御電圧端子１１４と、ＲＦチョークコイル１１１と、ＲＦバイパスコンデンサ１１２とが設けられている。

ここで、本願のような開口導波管は一般的に、該導波管の開口面に現れる電界に伴う磁流を放射源にすることで、アンテナとして利用される。そして、該導波管の開口幅は、使用周波数の１／２波長以上（なお、導波管内が誘電体で充填されている場合は、短縮された波長の１／２以上）、また導波管長は、片側の開口が短絡されている場合、管内波長の１／４波長、片側の開口が開放されている場合、管内波長の１／２波長にして共振させて用いられる。

そして、このような開口導波管の低コスト化を図るには、できる限り前記導波管長を短くして、導波管の構成部材量を少なくすればよいのだが、該開口導波管の導波管長を、共振のために最低限必要である管内波長の１／４波長より短くしてしまうと、前記導波管は管内波長方向で共振できないために著しく放射効率が低下し、もはやアンテナとして実用的に用いることができなくなる。

そこで、本発明の実施の形態１に係るデジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００では、さらなる低コスト化を図るために、上述したように導波管１０４内部に、後方開口面１０５に寄せて絶縁磁性体１０６を設けるようにすることで、前記導波管１０４の導波管長を管内波長の１／４波長より短くしても、該導波管１０４がアンテナとして実用的に用いることができるようにする。

以下、図３を用いて、本実施の形態１に係るアンテナ１００の原理について、詳細に説明する。なお、ジャイレータ（能動機能素子）等の方向性を有しない要素のみで構成したアンテナは、電波の送信と受信において、同一の動作原理、及び同一の特性を有するものであるため、ここでは、本アンテナ１００を電波の送信に用いた場合の動作を例に挙げて説明する。図３は、本実施の形態１に係るデジタルテレビジョン放送受信アンテナの、導波管の両開口面に現れる電界と磁流、及び該磁流から放射される電界の様子を示す図であり、３０１はメイン開口面に現れる磁流、３０２はメイン開口面に現れる管内電界、３０３は後方開口面に現れる磁流、３０４は後方開口面に現れる管内電界、３０５はメイン開口面に現れる磁流からの放射電界、３０６は後方開口面に現れる磁流からの放射電界、３０７は遠方合成電界である。

図３に示すように、開口導波管の導波管長が管内波長の１／４波長より短い場合、上述した理由により、該開口導波管では、もはや管内波長方向には共振していない。よって、図３に示すように、前記メイン開口面１０７に現れる管内電界３０２と、前記後方開口面１０５に現れる管内電界３０４とは、同相であって、共に金属板１０１からプリント基板１０２の銅箔１０３へ向かう方向となり、また、該各開口面に現れる電界３０２，３０４により発生する、各開口面の磁流３０１，３０３は、同相で、反対向きとなる。そしてこの結果、各開口面に現れる磁流３０１，３０３からの放射電界３０５，３０６が遠方で合成された電界である遠方合成電界３０７は、それぞれの放射電界３０５，３０６成分が打ち消しあい、その放射効率は著しく低下してしまう。なお、開口導波管の導波管長が管内波長の１／４波長より短い場合であっても、幅方向の長さが使用周波数の１／２波長で、且つ該開口導波管の両開口面１０７，１０５が開放されている場合は、該開口導波管は幅方向に共振することができる。しかし、この場合においても、上述したように両開口面に現れる磁流３０１，３０３が、同相、且つ逆向きであるために、それぞれの放射電界３０５，３０６成分が打ち消しあって放射は大きく抑圧され、放射効率は低く留まってしまう。

そこで、本実施の形態１に係るアンテナ１００では、図２に示すように前記導波管１０４の内部に、該導波管１０４の両開口面１０７，１０５のうちの後方開口面１０５をふさぐように絶縁磁性体１０６を装荷する。なお、前記絶縁磁性体１０６は、内部に磁気双極子を有し、外部磁界に対して磁気双極子が追従して内部磁界を低下させる方向へ向きを変えるとともに、磁流を内部に集中させて導波管外への磁流の漏れ出しを抑制し、これにより、放射に寄与する磁流を抑制する能力を有するものである。

このように絶縁磁性体１０６を装荷した場合、該絶縁磁性体１０６により、後方開口面１０５に現れる放射に寄与する磁流３０３が抑制され、これにより、後方開口面１０５に現れる磁流３０３からの放射電界３０６が抑制され、この結果、各開口面１０７，１０５に現れる磁流からの放射電界３０５，３０６が遠方で合成された電界である遠方合成電界３０７が、高い放射効率を実現することが可能となる。
ここで絶縁磁性体１０６としては、比透磁率が１０以上の一般的なフェライト等が利用可能であるが、フェライト等の有する誘電率が小さくない場合には、誘電効果による電界集中と該集中した電界による磁流増加により、放射に寄与する磁流抑制効果が低下するため、かかる場合には、絶縁磁性体１０６として、プリント基板１０２の表面に平行な方向１１６の誘電率よりも、プリント基板１０２の表面に垂直な方向１１７の誘電率が小さい異方性誘電率材を用いることで、上記磁流抑制効果の低下を回避することができる。
また、プリント基板１０２の表面に平行な方向の誘電率よりも、プリント基板１０２の表面に垂直な方向の誘電率が小さい異方性誘電率を有する絶縁磁性体１０６は、図２に示すように、磁性体１１８と該磁性体１１８より小さい誘電率を有する誘電体１１９とを、プリント基板１０２の表面に平行な方向に、多層に積層する構造とすることで得ることができる。

さらに、前記絶縁磁性体１０６が、比透磁率が数１００以上になる絶縁磁性体である場合は、該絶縁磁性体１０６内部の磁界がほとんど無くなり、この結果、前記絶縁磁性体１０６表面では、材料表面に接する方向の磁界成分も無くなって、材料表面に垂直な方向の磁界成分しか存在しなくなる（磁気壁効果）。そしてこれにより、前記絶縁磁性体１０６を通過する電磁波エネルギーも無くなるため、前記導波管１０４には、メイン開口面１０７に現れる磁流３０２のみ存在することとなって、両開口面の放射電界成分が打ち消しあうことが無くなり、この結果、前記遠方合成電界３０７が、より高い放射効率を実現することができる。

また、前述したような開口導波管アンテナをデジタルテレビジョン放送受信に用いる場合、デジタルテレビジョン放送の１チャンネル当りの受信帯域は６ＭＨｚ以上と広いために、該開口導波管アンテナのアンテナ開口面積を広くして、アンテナで受信できる受信帯域を広げる必要がある。

ここで、導波管１０４の高さを高くすれば、導波管１０４の開口面積を容易に広げることが可能であるが、このようにした場合、導波管１０４の厚みが太くなってしまい、このような厚みのあるアンテナを、薄型デジタルテレビジョンに内蔵もしくは装着した場合、アンテナ部分が薄型デジタルテレビジョン受像機から突出してしまって、受像機の特徴である薄さを大きく損なうことになる。

そこで、本実施の形態１のアンテナ１００では、図１に示すように、導波管１０４のメイン開口面１０７に斜めカット１０８を施して、本アンテナ１００の導波管１０４を薄く保ったまま該メイン開口面１０７の開口面積を拡張することで、１チャンネル当りの受信帯域が６ＭＨｚ以上であるデジタルテレビジョン放送の広い受信帯域を受信でき、且つ、薄型テレビジョン受像機の特徴である薄さを大きく損なうことなく装着もしくは内蔵できるアンテナを実現できるようにする。

次に、図４及び図５を用いて、本実施の形態１にかかるデジタルテレビション放送受信アンテナ１００が、特に日本国内で、デジタルテレビジョン放送に割り当てが予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚに及ぶ広帯域を、従来と同じリアクタンス変化範囲を有する同調素子を用いて同調する動作について説明する。

図４は、本実施の形態１に係るデジタルテレビション放送受信アンテナのメイン開口面における、導波管幅方向で共振する共振定在波電流の振幅を示す図であり、４０１は導波管１０４の金属側壁、４０２は電子同調素子１１０の装荷点、４０３はメイン開口面を横方向に流れるチャンネル１（ｃｈ１）の共振電流、４０４はメイン開口面を横方向に流れるチャンネル２（ｃｈ２）の開口中央部における共振電流、４０５はメイン開口面を横方向に流れるチャンネル２（ｃｈ２）の開口端部における共振電流であり、図５は、本実施の形態１に係るデジタルテレビジョン放送受信アンテナのメイン開口面におけるスミスチャート上での反射係数軌跡を示す図である。なお、ここでは（チャンネル１の周波数）＞（チャンネル２の周波数）としている。

図４に示すように、開口導波管１０４のメイン開口面１０７の２ヶ所の電子同調素子装荷点４０２には、それぞれ電子同調素子１１０と、ＲＦバイパスコンデンサ１１２とが接続され、さらに前記２ヶ所の電子同調素子装荷点４０２は、ＲＦチョークコイル１１１を介して同調制御電圧端子１１４に接続されている。

そして上述したように、本実施の形態１のアンテナ１００においては、導波管１０４の導波管長が管内波長の１／４波長より短いために、管内波長方向での共振は無く、さらに後方開口面１０５は絶縁磁性体１０６が装荷された開放状態となっていることから、前記導波管１０４の幅方向に共振する状態となっている。

このようなアンテナ１００において、前記チャンネル１（ｃｈ１）とチャンネル２（ｃｈ２）のデジタル放送を受信するとする。まず、チャンネル１（ｃｈ１）を受信する場合は、図４上グラフに実線で示したように、チャンネル１の波長の１／２波長（１／２λｇ）と導波管１０４の開口幅が同じであるため、開口導波管アンテナ１００の共振電流４０３は、チャンネル１（ｃｈ１）の周波数で共振することができる。一方、チャンネル２（ｃｈ２）のデジタル放送を受信する場合、図４下に点線で表しているように、チャンネル２の波長の１／２波長（１／２λｇ）と導波管１０４の開口幅が異なるため、そのままでは開口導波管アンテナ１００の共振電流４０４は、チャンネル２（ｃｈ２）の周波数で共振することはできない。そこで、本開口導波管アンテナ１００では、２つの電子同調素子１１０を装荷し、該電子同調素子１１０に対して同調制御電圧端子１１４に、受信する各チャンネル（ここではチャンネル２）に対応する予め設定しておいた電圧を印加して、図４下の実線で表しているように、該２ヶ所の電子同調素子装荷点４０２にて、共振電流の位相をステップ状にシフトさせる。このようにすれば、開口導波管アンテナ１００の共振電流は、導波管１０４のサイズと異なる周波数（チャンネル２）で共振することができる。

そして当然、導波管１０４に設けられた前記２ヶ所の電子同調素子装荷点４０２での位相のステップ量を多く可変できるほど、本開口導波管アンテナ１００を広い周波数範囲で共振させる、つまりアンテナ１００に広い同調周波数範囲を持たせることができることは言うまでもないが、前記電子同調素子１１０として、たとえ同じリアクタンス量を有する同調素子を用いる場合でも、２ヶ所の電子同調素子装荷点４０２の場所には、より効果的に同調周波数範囲を拡大できる場所の組合せが存在する。

この場所の組み合わせについては、一般的に伝送理論で説明することができるが、１／２波長にて共振する両端が短絡された伝送線路（本実施の形態１では、導波管１０４のメイン開口面１０７を横方向に流れる電流路に相当）に、線路と接地導体間（本実施の形態１では、導波管１０４のメイン開口の上下金属板に相当）に互いに同一な２つのリアクタンス素子を装荷する場合、両方の短絡面（本実施の形態１では、導波管１０４の両金属側壁）から１／４波長以内にそれぞれ１つずつ装荷するほうが、一方の短絡面から１／４波長以内に２つとも装荷するよりも、大きな共振周波数変化が得られる、というものである。

なお、この効果は、図５のスミスチャート上での反射係数軌跡に示すように、互いに同一な２つのリアクタンスを、短絡点から０〜１／４波長の位置に２つとも装荷した場合（図５中の、Θ１とΘ２の組合せに対応）よりも、短絡点から０〜１／４波長の位置と１／４波長〜１／２波長の位置にそれぞれ１つずつ装荷した場合（図５中の、Θ１とΘ３の組合せに対応）のほうが、２つのリアクタンス素子による反射係数の位相回りの合計の最大値が大きくとれる、ということからも理解できる。

以上のように、本実施の形態１によれば、導波管１０４の内部に、該導波管の一対の開口面１０７，１０５のうちの後方開口面１０５をふさぐように絶縁磁性体１０６を設け、さらにメイン開口面１０７に斜めカット１０８を施して、その開口面積を拡大するようにしたので、該導波管１０４の導波管長を管内波長の１／４波長より短くしてアンテナの低コスト化を図った場合であっても、高い放射効率が実現でき、且つ、薄型テレビジョン受像機の特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵することのできる、低コストなアンテナを得ることができる。また、前記導波管１０４内の、該メイン開口面の中央部を挟んだ両側の位置に、開口導波管アンテナ１００の共振周波数を変化させる電子同調素子１１０を設けるようにしたので、従来と同じ汎用の電子同調素子を用いた場合でも、より広い同調周波数範囲を有するデジタルテレビジョン放送受信アンテナを実現することができる。

なお、本実施の形態１においては、本アンテナ１００をデジタルテレビジョン放送を受信するものとして説明したが、将来の周波数再編による電波有効利用の見直しにより、従来のテレビジョン放送帯域が移動体通信等の他用途に用いられた場合においても、その移動体通信機器が水平偏波を利用する機器であれば、本アンテナをにこれに適用することができる。

さらに、本アンテナ１００の導波管１０４をＲＦスイッチにて分割して、受信バンドを切替えることも可能であり、これにより、さらに広い周波数範囲を同調する必要がある機器に対しても、本アンテナを利用可能なことは言うまでもない。

（実施の形態２）
以下、図６及び図７を用いて、本実施の形態２にかかるデジタルテレビジョン放送受像機について説明する。

まず、図６を用いて、本実施の形態２にかかるデジタルテレビジョン放送受像機の構成について説明する。図６は、本実施の形態２に係るデジタルテレビジョン放送受像機を、後面側から見たときの様子を示す図である。

図６において、本実施の形態２に係る、スタンド５０９を有するデジタルテレビジョン放送受像機５００は、筐体５１０内に表示装置５０１を備えている。ここで表示装置５０１として、プラズマ表示装置もしくは液晶表示装置もしくはエレクトロルミネッセンス表示装置を専ら用いることで、デジタルテレビジョン放送受像機５００は、薄型に実現される。

さらに、本デジタルテレビジョン放送受像機５００には、前記実施の形態１において説明した、電子的に同調可能な開口導波管アンテナ１００ａ，１００ｂのメイン開口面に誘起される磁流３０１ａ，３０１ｂが、デジタルテレビジョン放送受像機５００の両側端部に位置するように、内蔵されている。そして、前記各開口導波管アンテナ１００ａ，１００ｂの給電端子１１３ａ，１１３ｂと、位相合成器５０４とをＲＦケーブルで接続し、また、前記アンテナ１００ａ，１００ｂの同調制御端子１１４ａ，１１４ｂと、前記位相合成器５０４とを同調制御線５０５により接続している。

ここで、一般的に開口導波管アンテナは受信帯域が狭いために、単体では、日本国内で予定されているデジタルテレビジョン放送の４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの広い周波数範囲を受信することはできない。しかし、本実施の形態２の受像機５００においては、電子的に同調可能な、前記実施の形態１において説明した開口導波管アンテナ１００を用い、さらに、受像時には受信チャンネルに同調させて用いることにより、本受像機５００は、デジタルテレビジョン放送の広い周波数帯域範囲（４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）を実用的に受信することが可能となる。

また、開口導波管アンテナ１００ａ，１００ｂには、前記実施の形態１において既に説明したように、そのメイン開口面に誘起される磁流３０１ａ，３０１ｂにより放射されて遠方で合成された電界である遠方放射電界３０７ａ，３０７ｂが発生し、該遠方放射電界３０７ａ，３０７ｂは、図６に示すように、主に金属体である表示装置５０１の表面に入射角度５０８が示すように垂直に入射されている。このように、該放射電界３０７ａ，３０７ｂは、デジタルテレビジョン放送で好適に用いられるのと同じ水平偏波であるため、本受像器５００は、デジタルテレビジョン放送を効率良く受信することが可能となっている。

さらに、前記放射電界３０７ａ，３０７ｂの入射角度５０８は、前記表示装置５０１の有る無しに関係なく、磁流３０１ａ，３０１ｂに対応する、もとからの電界分布と形状が近いことから、開口導波管アンテナ１００ａ，１００ｂの指向特性が劣化することはない。従って、磁流誘起タイプのアンテナのメリットである、水平偏波でありながら水平方向に無指向に近い特性が保たれるので、本実施の形態２にかかる薄型の受像機５００に、磁流誘起タイプのアンテナである開口導波管アンテナ１００ａ，１１０ｂを、放射効率を劣化させないで内蔵あるいは装着することができる。

また、本受像機５００に内蔵あるいは装着する、開口導波管アンテナ１００ａ，１００ｂは、その導波管のメイン開口面に接近して配置しない限り、その周囲に表示装置５０１等の金属部を接近して配置しても、放射効率は影響されないという特性を有しているので、図６に示すように、デジタルテレビジョン放送受信機５００の筐体５１０内に突出部なく、これを内蔵させることができ、これにより、アンテナ部が突出しないアンテナ内蔵デジタルテレビジョン放送受像機を実現することが可能となる。

さらに、本実施の形態のデジタルテレビジョン放送受像機５００には、上述したようにＲＦケーブル５０７と位相合成器５０４とが設けられており、２つの開口導波管アンテナ５０２で受信されたデジタルテレビジョン放送波は、位相合成ダイバーシティ受信されてから、受像機５００内の受像回路（図示せず）に取り込まれる。なお、図６には、本受像機５００に搭載されている受像回路や電源回路等を省略しているが、これらは他のデジタルテレビジョン放送受像機で一般的に用いられているものと同様のものである。

ここで図７を用いて、本実施の形態２のデジタルテレビジョン放送受像機５００における、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向ける動作について説明する。

図７は、本実施の形態２にかかるデジタルテレビジョン放送受像機における位相合成ダイバーシティー動作の模式図であり、６００は位相合成ダイバーシティアンテナ、６０１ａ，６０１ｂは単位アンテナ素子、６０２は可変移相器、６０３は合成器、６０４はアンテナ入力線、６０５はアンテナ素子間隔、６０６は合成メインビーム、６０７はメインビーム方向からの到来電波、６０８は空間中での移相量、６０９ａ，６０９ｂはそれぞれ、前記単位アンテナ素子６０１ａと６０１ｂで受信された信号が、アンテナ入力線６０４に到達するまでの移相量である。ここで、図７における単位アンテナ素子６０１ａ，６０１ｂは、図６における開口導波管アンテナ１００ａ，１１０ｂに相当し、図７における可変移相器６０２と合成器６０３は、図６における位相合成器５０４に相当し、図７における位相合成された受信信号が出力されるアンテナ入力線６０４は、図６における受像機５００内の位相合成器５０４と図示していない受像回路とを接続する接続線（図示せず）に相当する。

そして、前記可変移相器６０２は、例えば、長さの異なる線路をＰＩＮダイオードで切り替える方法を用いたり、または線路に直列接続したバラクタダイオードで移相させるとともに移相により発生した整合ずれを線路に並列接続したコイルとバラクタダイオードの直列共振回路で再整合させる方法等を用いることで、容易に実現されるものである。

なお、単位アンテナ素子６０１ａ，６０１ｂからアンテナ入力線６０４までの線路上での移相量は、位相合成ダイバーシティの動作説明では不要なので無視することとする。

以上のように構成された、本実施の形態２のデジタルテレビジョン放送受像機５００において、メインビーム方向からの到来電波６０７が到来すると、単位アンテナ素子６０１ａで受信された受信信号は、空間中での移相量６０８に対応するφの移相量を受けて合成器６０３に達する。

一方、単位アンテナ素子６０１ｂで受信された受信信号は、空間中で移相されることはないが、可変移相器６０２によるφの移相量を受けて合成器６０３に達する。

したがって、両受信信号は同相で合成されるので、アンテナ入力線６０４には強い受信信号が出力される。つまり本実施の形態のデジタルテレビジョン放送受像機は、６０７に示す方向に合成メインビーム６０６を有することになる。

ここで図に示すように、合成メインビーム６０６の方向Θは、
Θ＝ｃｏｓ^-1（φ／ｄ）
で表されるので、可変移相器６０２内での移相量φを電子的に変化させることで、合成メインビーム６０６の方向Θも電子的に変化させることが可能となる。

以上のように、本実施の形態２によれば、２つの開口導波管アンテナ１００ａ，１００ｂと位相合成器５０４とを設けるようにしたので、位相合成ダイバーシティ受信が行なえ、これにより、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けられるデジタルテレビジョン放送受像機を実現することができる。そしてこのことにより、ケーブルで接続された外部アンテナや外部に突出した室内アンテナ、さらに放送電波を受信して受像機に中継再送する外部機器等を必要とせず、室内での自由な配置にてデジタルテレビジョン放送が楽しめる薄型のデジタルテレビジョン放送受像機を実現することが可能になる。

なお、本実施の形態２では、受像機５００に内蔵あるいは装着するデジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００ａ，１００ｂとして、導波管１０４の後方開口面を金属板で塞がない形態を示したが、前記実施の形態１において既に述べたように、該導波管１０４内部に設ける絶縁磁性体１０６として透磁率の高い絶縁磁性体を用いた場合には、後方開口面に現れる磁流が十分に抑圧されるので、前記デジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００ａ，１００ｂとして、該導波管１０４の後方開口面を金属板で塞いだものを用いてもよい。

また、本実施の形態２では、デジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００ａ，１００ｂを、デジタルテレビジョン放送受像機５００に内蔵する形態を示したが、該デジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００ａ，１００ｂを専用の樹脂筐体に入った個別部品として提供し、受像機の背面に装着して用いる形態としてもよい。

さらに、本実施の形態２では、磁流誘起タイプのデジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００ａ，１００ｂを受像機５００の各側端部に各１つ配置する方法を示したが、前記アンテナ１００ａ，１００ｂを、受像機５００の各側端部に２つ以上縦列に配置して電力合成することで、等価開口面積をさらに拡張することが可能なことは言うまでもない。

また、前記実施の形態１，２では、電子同調素子１１０とバイアス用素子１１１，１１２とが、導波管１０４内に向き出しに装荷されたデジタルテレビジョン放送受信アンテナ１００を示したが、これらの素子を別途設けた金属カバーで覆うようにすれば、アンテナ１００の導波管１０４内の電界と、該アンテナ１００を配置する機器内の回路との結合が緩和され、安定な同調動作が可能なアンテナを実現できることは言うまでもない。

また、本実施の形態２の受像機５００では、表示装置５０１のみを備えたものを示したが、前記表示装置５０１以外に光ディスク装置やハードディスク装置を備えたものであってもあってもよいことは言うまでもない。

さらに、本実施の形態２では、デジタルテレビジョン放送受像機を例に挙げて説明したが、本発明は、デジタルテレビジョン放送を受信する全ての機器に応用することが可能であり、例えば、デジタルテレビジョン放送を受信する光ディスクやハードディスクを内蔵したセットトップボックスの外部アンテナといった用途にも適用できる。

本発明は、ケーブルで接続された外部アンテナや外部に突出した室内アンテナ、さらに放送波を受信して受像機に中継再送する外部機器等を必要とせず、室内での自由な配置にてデジタルテレビジョン放送が楽しめる薄型のデジタルテレビジョン放送受像機を低コストで実現するのに有用である。

本発明の実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信アンテナを示す図である。 本発明の実施の形態１における、導波管の金属板を取り除いたデジタルテレビジョン放送受信アンテナを示す図である。 本発明の実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信アンテナに生ずる磁流と電界を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信アンテナのメイン開口面の電流の模式図である。 本発明の実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信アンテナの、メイン開口面におけるスミスチャート上での反射係数軌跡を示す図である。 本発明の実施の形態２におけるデジタルテレビジョン放送受像機を示す図である。 本発明の実施の形態２における位相合成ダイバーシティ動作の模式図である。

符号の説明

１００，１００ａ，１００ｂ デジタルテレビジョン放送受信アンテナ
１０１ 金属板
１０２ プリント基板
１０３ プリント基板の銅箔
１０４ 導波管
１０５ 後方開口面
１０６ 絶縁磁性体
１０７ メイン開口面
１０８ 斜めカット
１０９ 給電点
１１０ 電子同調素子
１１１ ＲＦチョークコイル
１１２ ＲＦバイパスコンデンサ
１１３，１１３ａ，１１３ｂ 給電端子
１１４，１１４ａ，１１４ｂ 同調制御電圧端子
１１５ 給電線路
１１６ プリント基板の表面に平行な方向を示す矢印
１１７ プリント基板の表面に垂直な方向を示す矢印
１１８ 磁性体
１１９ 誘電体
３０１，３０１ａ，３０１ｂ メイン開口面に現れる磁流
３０２ メイン開口面に現れる管内電界
３０３ 後方開口面に現れる磁流
３０４ 後方開口面に現れる管内電界
３０５ メイン開口面に現れる磁流からの放射電界
３０６ 後方開口面に現れる磁流からの放射電界
３０７，３０７ａ，３０７ｂ 遠方合成電界
４０１ 導波管の金属側壁
４０２ 電子同調素子装荷点
４０３ 開口面を横方向に流れるチャンネル１の共振電流
４０４ 開口面を横方向に流れるチャンネル２の開口中央部における共振電流
４０５ 開口面を横方向に流れるチャンネル２の開口端部における共振電流
５００ デジタルテレビジョン放送受像機
５０１ 表示装置
５０４ 位相合成器
５０５ 同調制御線
５０７ ＲＦケーブル
５０８ 入射角度
６００ 位相合成ダイバーシティアンテナ
６０１ａ，６０１ｂ 単位アンテナ素子
６０２ 可変移相器
６０３ 合成器
６０４ アンテナ入力線
６０５ アンテナ素子間隔
６０６ 合成メインビーム
６０７ メインビーム方向からの到来電波
６０８ 空間中での移相量
６０９ 移相量

Claims (10)

1. デジタルテレビジョン放送受像機に用いる磁流誘起タイプのデジタルテレビジョン放送受信アンテナであって、
   金属板と、プリント基板上の銅箔とで構成された、一対の開口面を有する導波管を備え、
   前記導波管内に、該導波管の一対の開口面のうちの一方の開口面をふさぐように絶縁磁性体を装荷するとともに、もう一方の開口面を斜めカットしてその開口面積を拡張したものとし、
   前記導波管内の、もう一方の開口面の中央部を挟んだ両側の位置に、前記導波管の共振周波数を変化させる同調素子を設けた、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受信アンテナ。
2. 請求項１に記載のデジタルテレビジョン放送受信アンテナにおいて、
   前記絶縁磁性体は、前記プリント基板面に平行な方向の誘電率よりも、前記プリント基板面に垂直な方向の誘電率が小さい異方性誘電率を有するものである、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受信アンテナ。
3. 請求項２に記載のデジタルテレビジョン放送受信アンテナにおいて、
   前記絶縁磁性体は、磁性体と該磁性体より小さい誘電率を有する誘電体とが多層に積層されたものである、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受信アンテナ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のデジタルテレビジョン放送受信アンテナにおいて、
   前記導波管の導波管長が、管内波長の４分の１波長以下である、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受信アンテナ。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のデジタルテレビジョン放送受信アンテナにおいて、
   前記もう一方の開口面の中央部を挟んだ両側の位置に設ける各同調素子を、前記導波管の金属側壁から４分の１以内にそれぞれ配置する、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受信アンテナ。
6. プラズマ表示装置もしくは液晶表示装置もしくはエレクトロルミネッセンス表示装置を備えた、デジタルテレビジョン放送を受像する薄型のデジタルテレビジョン放送受像機であって、
   ２つの電子的に同調可能な開口導波管アンテナが、その開口部に誘起される磁流が前記受像機の両側端部それぞれに位置するよう、当該受像機に内蔵もしくは装着され、
   該開口導波管アンテナは、受像時には、前記デジタルテレビジョン放送の受信チャンネルに同調させて用いる、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受像機。
7. 請求項６に記載のデジタルテレビジョン放送受像機において、
   前記電子的に同調可能な開口導波管アンテナは、
   金属板と、プリント基板上の銅箔とで構成された、一対の開口面を有する導波管を備え、
   前記導波管内に、該導波管の一対の開口面のうちの一方の開口面をふさぐように絶縁磁性体を装荷するとともに、もう一方の開口面を斜めカットしてその開口面積を拡張したものとし、
   前記導波管内の、もう一方の開口面の中央部を挟んだ両側の位置に、前記導波管の共振周波数を変化させる同調素子を設けてなる、磁流誘起タイプのアンテナである、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受像機。
8. 請求項７に記載のデジタルテレビジョン放送受像機において、
   前記絶縁磁性体は、前記プリント基板面に平行な方向の誘電率よりも、前記プリント基板面に垂直な方向の誘電率が小さい異方性誘電率を有するものである、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受像機。
9. 請求項８に記載のデジタルテレビジョン放送受像機において、
   前記絶縁磁性体は、磁性体と該磁性体より小さい誘電率を有する誘電体とが多層に積層されたものである、
   ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受像機。
10. 請求項６ないし請求項９のいずれかに記載のデジタルテレビジョン放送受像機において、
    前記２つの電子的に同調可能な開口導波管アンテナは、位相合成ダイバーシティ受信を行なう、
    ことを特徴とするデジタルテレビジョン放送受像機。

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