JP2005277954A

JP2005277954A - 八木・宇田式アンテナ装置

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Publication number: JP2005277954A
Application number: JP2004090246A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Sugiura; 敏博杉浦
Original assignee: Maspro Denkoh Corp
Current assignee: Maspro Denkoh Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP4146378B2

Abstract

【課題】一つのアンテナでもって鋭い指向性を実現でき，妨害波信号の影響を軽減できる八木・宇田式アンテナ装置を提供する。

【解決手段】八木・宇田式アンテナ装置において，ＵＨＦ帯の電波を受信する第一〜第三のアンテナ素子と，第一の移相器８と，第二の移相器９とを備え，上記第二または第三のアンテナ素子は上記第一のアンテナ素子に対して第一の角度θ１，角度θ２を成すように配置し，上記移相器８，９は上記第一のアンテナ素子と上記第二または第三のアンテナ素子の間に備えると共に，上記移相器８，９は上記第一のアンテナ素子が受信する受信信号と上記第二または第三のアンテナ素子が受信する受信信号のうち希望波信号の到来方向とは異なる方向から到来する妨害波信号に対しては略逆位相となる値に設定したアンテナ素子を少なくとも放射器６または導波器７または反射器５のいずれかに用いた。
【選択図】図１

Description

本発明は，妨害波除去に適した八木・宇田式アンテナ装置に関する。

妨害波信号を除去するためのアンテナとして，従来，特性の等しい第１，第２のアンテナを電波到来方向に対し左右に配置し，これらの各アンテナ１，２から互いに逆相で取り出される出力の位相関係を移相器で調整した後，合成器で合成し，この合成器の出力端から見た指向性のヌル方向を移相器の調整によって変化させえるようにしている。この指向性のヌル方向を妨害波信号の電波到来方向に一致させることで，妨害波信号に対する感度を低くして，希望波信号だけを取り出すようにしている。（例えば，特許文献１参照）。
また，妨害波信号の影響を軽減する方法として，素子数の多いアンテナを使用して指向性を鋭くする方法がとられていた。（例えば，特許文献２参照）。

特開昭５７−６１３０６号公報特開昭５５−５６７０２号公報

しかし，上記特許文献１提案の技術では２台のアンテナをそれぞれ距離を隔てた状態で設置しなければならず，設置工事に時間がかかると共に，広い設置場所が必要であるという問題があった。また，合成器や移相器が必要なため，配線工事も複雑になるという問題があった。

また，近年，地上波テレビ放送もディジタル化が進みこれに伴い，受信アンテナの小型化が望まれるようになってきた。ところが，ディジタル放送は，その性格上受信レベルは所定値より高くてもマルチパスなどの影響により，希望波信号と妨害波信号のレベル差が所定値より大きな値でないと全く受信できなくなってしまうという問題がある。そこで，上記特許文献２提案の技術を用いれば，指向性を鋭くすることができ，希望波信号と妨害波信号のレベル差を大きくできるが，素子数の多いアンテナを使用しなければならず，電波到来方向にアンテナの長さが長くなってしまい受信アンテナの小型化を阻害する要因になってしまうという問題があった。さらに，アンテナの大型化に伴い美観が問題になる。

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，一つのアンテナでもって鋭い指向性を実現でき，妨害波信号の影響を軽減できる八木・宇田式アンテナ装置を提供することである。
他の目的は，一つのアンテナでもって複数の方向から到来する妨害波信号の影響を軽減できる八木・宇田式アンテナ装置を提供することである。
他の目的は，電波到来方向に対するアンテナの長さが短くでき小型化が可能な八木・宇田式アンテナ装置を提供することである。
他の目的は，広い設置場所を必要とせず，設置工事が容易な八木・宇田式アンテナ装置を提供することである。
他の目的は，配線工事が容易な八木・宇田式アンテナ装置を提供することである。

上記課題を解決するために，請求項１の発明は，八木・宇田式アンテナ装置において，ＵＨＦ帯の電波を受信する第一のアンテナ素子と，ＵＨＦ帯の電波を受信する第二のアンテナ素子と，ＵＨＦ帯の電波を受信する第三のアンテナ素子と，第一の移相器と，第二の移相器とを備え，上記第二のアンテナ素子は上記第一のアンテナ素子に対して第一の角度θ１を成すように配置し，上記第三のアンテナ素子は上記第一のアンテナ素子に対して第二の角度θ２を成すように配置し，上記第一の移相器は上記第一のアンテナ素子と上記第二のアンテナ素子の間に備え，上記第二の移相器は上記第一のアンテナ素子と上記第三のアンテナ素子の間に備えると共に，上記第一の移相器は上記第一のアンテナ素子が受信する受信信号と上記第二のアンテナ素子が受信する受信信号のうち希望波信号の到来方向とは異なる方向から到来する妨害波信号に対しては略逆位相となる値に設定し，上記第二の移相器は上記第一のアンテナ素子が受信する受信信号と上記第三のアンテナ素子が受信する受信信号のうち希望波信号の到来方向とは異なる方向から到来する妨害波信号に対しては略逆位相となる値に設定したアンテナ素子を少なくとも放射器または導波器または反射器のいずれかに用いるように構成される。

請求項１の発明によれば，八木・宇田式アンテナ装置において，ＵＨＦ帯の電波を受信する第一のアンテナ素子と，ＵＨＦ帯の電波を受信する第二のアンテナ素子と，ＵＨＦ帯の電波を受信する第三のアンテナ素子と，第一の移相器と，第二の移相器とを備え，上記第二のアンテナ素子は上記第一のアンテナ素子に対して第一の角度θ１を成すように配置し，上記第三のアンテナ素子は上記第一のアンテナ素子に対して第二の角度θ２を成すように配置し，上記第一の移相器は上記第一のアンテナ素子と上記第二のアンテナ素子の間に備え，上記第二の移相器は上記第一のアンテナ素子と上記第三のアンテナ素子の間に備えると共に，上記第一の移相器は上記第一のアンテナ素子が受信する受信信号と上記第二のアンテナ素子が受信する受信信号のうち希望波信号の到来方向とは異なる方向から到来する妨害波信号に対しては略逆位相となる値に設定し，上記第二の移相器は上記第一のアンテナ素子が受信する受信信号と上記第三のアンテナ素子が受信する受信信号のうち希望波信号の到来方向とは異なる方向から到来する妨害波信号に対しては略逆位相となる値に設定したアンテナ素子を少なくとも放射器または導波器または反射器のいずれかに用いるように構成したので，
一つのアンテナでもって鋭い指向性を実現でき，妨害波信号の影響を軽減できる八木・宇田式アンテナ装置を提供することができる。また，電波到来方向に対するアンテナの長さが短くでき小型化が可能となり，広い設置場所を必要とせず，設置工事が容易な八木・宇田式アンテナ装置を提供することができる。また，配線工事が容易な八木・宇田式アンテナ装置を提供することができる。

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は本発明を適用した八木・宇田式アンテナ装置の説明図を示している。図１(Ａ）はアンテナ全体の平面図を示している。図１(Ｂ）は図１(Ａ）から放射器６を抜き出した平面図を示している。図１(Ｃ）は図１(Ｂ）を右方向から見た説明図を示している。

八木・宇田式アンテナ装置１は，反射器５，放射器６，導波器７がそれぞれ所定の間隔でブーム４に固定されている。また，ブーム４には八木・宇田式アンテナ装置１をマスト等に固定するためのアンテナ支持金具３が備えられている。反射器５，放射器６，導波器７はそれぞれ第一のアンテナ素子５ａ・６ａ・７ａ，第二のアンテナ素子５ｂ・６ｂ・７ｂ，第三のアンテナ素子５ｃ・６ｃ・７ｃで構成されている。なお，８は第一の移相器，９は第二の移相器である。また，２は給電部である。

次に放射器６について詳しく説明する。放射器６は図１(Ｂ）に示すように，給電部２を備えた第一のアンテナ素子６ａと，当該第一のアンテナ素子６ａの一方端に第一の移相器８ｂを介して第二のアンテナ素子６ｂを備えている。また，当該第一のアンテナ素子６ａの他方端に第二の移相器９ｂを介して第三のアンテナ素子６ｃを備えている。そして第一のアンテナ素子６ａは希望波信号Ｄの放射器として動作する。第一のアンテナ素子６ａは希望波信号Ｄの到来方向に対してほぼ直交する方向で希望波信号Ｄの偏波面と一致する状態で備えさせてあり，その長さＬ１は受信する電波の波長の約２分の１に短縮率を乗じた値に設定してある。

一方，第二のアンテナ素子６ｂは，希望波信号Ｄとほぼ同一平面を伝播してくる妨害波信号Ｕ１を受信するための放射器として動作する。第二のアンテナ素子６ｂは，妨害波信号Ｕ１の到来方向に対してほぼ直交する方向で妨害波信号Ｕ１の偏波面とほぼ一致する状態で備えさせてあり，その長さＬ２は受信する電波の波長の約２分の１に短縮率を乗じた値にさらに減衰係数を乗じた値に設定してある。減衰係数とは，第一のアンテナ素子６ａで受信した妨害波信号Ｕ１に対する受信電力と，上記第二のアンテナ素子６ｂの位置に上記第一のアンテナ素子６ａと同じ長さＬ１のアンテナ素子で受信した妨害波信号Ｕ１に対する受信電力との比を表したものである。換言すると，上記第一のアンテナ素子６ａで妨害波信号Ｕ１を受信する場合，上記第一のアンテナ素子６ａは希望波信号に対して直交する位置に設置されているため，妨害波信号に対しては最高感度で受信できなくなる。一方，上記第二のアンテナ素子６ｂは妨害波信号の到来方向に対して直交する位置に設置されているため最大感度で受信することになる。このレベル差を補正するために上記第二のアンテナ素子６ｂの長さＬ２は第一のアンテナ素子６ａの長さＬ１より短くなるように設定しているのである。θ１は希望波信号Ｄの到来方向に対する妨害波信号Ｕ１の到来方向を示す角度である。また，ほぼ同一平面とはマイナス２０度〜プラス２０度程度の範囲を指す。

同様に，第３のアンテナ素子６ｃは，希望波信号Ｄとほぼ同一平面を伝播してくる妨害波信号Ｕ２を受信するための放射器として動作する。第３のアンテナ素子６ｃは，妨害波信号Ｕ２の到来方向に対してほぼ直交する方向で妨害波信号Ｕ２の偏波面とほぼ一致する状態で備えさせてあり，その長さＬ３は受信する電波の波長の約２分の１に短縮率を乗じた値にさらに減衰係数を乗じた値に設定してある。減衰係数とは，第一のアンテナ素子６ａで受信した妨害波信号Ｕ２に対する受信電力と，上記第三のアンテナ素子６ｃの位置に上記第一のアンテナ素子６ａと同じ長さＬ１のアンテナ素子で受信した妨害波信号Ｕ２に対する受信電力との比を表したものである。換言すると，上記第一のアンテナ素子６ａで妨害波信号Ｕ２を受信する場合，上記第一のアンテナ素子６ａは希望波信号に対して直交する位置に設置されているため，妨害波信号に対しては最高感度で受信できなくなる。一方，上記第三のアンテナ素子６ｃは妨害波信号の到来方向に対して直交する位置に設置されているため最大感度で受信することになる。このレベル差を補正するために上記第三のアンテナ素子６ｃの長さＬ３は第一のアンテナ素子６ａの長さＬ１より短くなるように設定しているのである。θ２は希望波信号Ｄの到来方向に対する妨害波信号Ｕ２の到来方向を示す角度である。

次に，第一の移相器８ｂ，第二の移相器９ｂについて詳しく説明する。
まず，第一の移相器８ｂは上記第二のアンテナ素子６ｂで受信した妨害波信号Ｕ１に対する受信電力の位相を調整するためのものであり，上記第一のアンテナ素子６ａで受信した妨害波信号Ｕ１に対する受信電力の位相と逆位相すなわち位相差が１８０度になるように調整している。
また，第二の移相器９ｂは上記第三のアンテナ素子６ｃで受信した妨害波信号Ｕ２に対する受信電力の位相を調整するためのものであり，上記第一のアンテナ素子６ａで受信した妨害波信号Ｕ２に対する受信電力の位相と逆位相すなわち位相差が１８０度になるように調整している。

次に，反射器５および導波器７について詳しく説明する。なお，反射器５および導波器７は上記放射器５と同様な構成になっているので，重複した説明を避けるために放射器６との相違点について説明する。まず，反射器５および導波器７の第一のアンテナ素子５ａ・７ａには給電部２を備えていない。また，反射器５の第一のアンテナ素子５ａは放射器６の第一のアンテナ素子６ａより長さが長くなるように設定されている。また，導波器７の第一のアンテナ素子７ａ１〜７ａ３は放射器６の第一のアンテナ素子６ａより長さが短くなるように設定されている。さらに，複数の妨害波信号に対しても対応できるように上記角度θ１・θ２の値を放射器６から離れるほど大きくしてある。

なお，本実施例では第一のアンテナ素子６ａ，第二のアンテナ素子６ｂ，第三のアンテナ素子６ｃは図１(Ｂ），図１(Ｃ）からわかるように同一平面に配置している。このように構成したので，ほぼ同一平面を伝播してくる妨害波信号成分を効率よく除去できる。

次に，八木・宇田式アンテナ装置の動作について説明する。
八木・宇田式アンテナ装置１の給電部２には八木・宇田式アンテナ装置１で受信したテレビ信号を端末機器としてのテレビ受像機まで伝送するための伝送線（本実施例では同軸ケーブル）が接続されている。
希望波信号Ｄは第一のアンテナ素子７ａ１・７ａ２・７ａ３で第一のアンテナ素子６ａに導波されると共に，第一のアンテナ素子５ａで第一のアンテナ素子６ａに反射され，第一のアンテナ素子６ａで受信する。受信した希望波信号Ｄは第一のアンテナ素子６ａに備えた給電部２を介して，上記テレビ受像機まで伝送され，当該テレビ受像機から映像及び音声が出力される。

一方妨害波信号Ｕ１は，第一のアンテナ素子７ａで受信されると共に，第二のアンテナ素子７ｂでも受信され，第一のアンテナ素子７ａと第二のアンテナ素子７ｂの間に設けた移相器８（詳しくは８ｃ〜８ｅ）の働きにより相互に合成されて，妨害波信号は除去され放射器には導波されないようになっている。また，放射器６・反射器５も同様に構成されているので，妨害波信号Ｕ１は放射器６に設けた給電部２からは出力されないようになっている。
また，妨害波信号Ｕ２は，第一のアンテナ素子７ａで受信されると共に，第三のアンテナ素子７ｃでも受信され，第一のアンテナ素子７ａと第三のアンテナ素子７ｃの間に設けた移相器９（詳しくは９ｃ〜９ｅ）の働きにより相互に合成されて，妨害波信号は除去され放射器には導波されないようになっている。また，放射器６・反射器５も同様に構成されているので，妨害波信号Ｕ２は放射器６に設けた給電部２からは出力されないようになっている。

次に，指向性について図３を用いて説明する。図３は水平面の指向特性を示したものである。図３（Ａ）は第二のアンテナ素子５ｂ・６ｂ・７ｂ，第三のアンテナ素子５ｃ・６ｃ・７ｃを設けていない従来の八木・宇田式アンテナ装置の指向特性を示している。図からわかるように，半値角度θ５（最高感度の２分の１になる角度）は本実施例では７３度であった。
図３（Ｂ）は図３（Ａ）と同一の素子数における本発明の八木・宇田式アンテナ装置１の指向特性を示している。図からわかるように，半値角度θ６は本実施例では４０度であった。また，ヌル点が複数存在しているのは，導波器７の第二のアンテナ素子７ｂおよび第三のアンテナ素子７ｃの上記角度θ１およびθ２をそれぞれ異なる値に設定したためである。このように，上記角度θ１およびθ２をそれぞれ異なる値に設定することにより，複数の妨害波信号を効果的に除去できる。
このようにアンテナの全長を長くすることなく指向特性を急峻にすることが可能となる。換言すると，同一の指向特性を得る場合，アンテナの素子数を減らすことが可能となり，電波到来方向のアンテナの長さを短くできる。

本実施例では第二のアンテナ素子と第三のアンテナ素子は，第一のアンテナ素子と同一平面で，かつ，妨害波信号Ｕ１，Ｕ２の到来方向に対して直交するように備えさせたが，場合によっては，指向性が大きく割れてしまう可能性がある。そこで，本実施例では，上記角度θ１およびθ２を２０度〜４０度に設定している。このように設定することにより，急峻なメインローブに対してサイドローブが小さくなるので，八木・宇田式アンテナ装置としては好適である。

なお，本実施例では妨害波信号と希望波信号は同一の平面の場合について説明したが，必ずしも同一平面でなくてもよい。この場合は，第二のアンテナ素子または第三のアンテナ素子を妨害波の偏波面と略一致するように配置すればよい。

次に，本発明の異なる実施例として，図２を用いて説明する。上記実施例では第一のアンテナ素子と第二・第三のアンテナ素子でそれぞれ妨害波信号Ｕ１・Ｕ２を受信した場合の受信レベルの差を補正するため減衰係数を求め，上記第二・第三のアンテナ素子の長さで補正したが，第一のアンテナ素子と第二・第三のアンテナ素子の間に第二・第三のアンテナ素子で受信した受信電力を，第一のアンテナ素子が受信する妨害波信号Ｕ１・Ｕ２と同じレベルになるように減衰させるための第一の減衰器１０ｂ，第二の減衰器１１ｂを備えさせてもよい。このような構成することにより，上記第一のアンテナ素子の長さＬ１，第二のアンテナ素子の長さＬ２，第三のアンテナ素子の長さＬ３は全て同じ長さＬ１でよくなり，同じ部品を使用できるので部品の管理が容易になるしコストが軽減できる。

なお，本実施例では第一のアンテナ素子６ａ，第二のアンテナ素子６ｂ，第三のアンテナ素子６ｃは，それぞれ導電材料で形成されており，本実施例ではアルミパイプが使用されている。また，第一の移相器８ｂ，第二の移相器９ｂは導電材料で形成したスプリング状のコイルであり，機械的強度を向上するために絶縁材料である合成樹脂材料で形成したケースに実装されている。なお，ケースの代わりに合成樹脂材料でもってモールドしてもよい。また，給電部２は絶縁材料である合成樹脂材料を用いた防滴ケース内に収納されている。給電部２には整合器と出力端子が備えられている。またケースの表面には出力端子の一部が露出させてあり，伝送線と接続できるようになっている。

ところで，受信周波数がＶＨＦ帯域より低くなると，波長が長くなるため第一〜第三アンテナ素子の長さが長くなり，本発明の構成をするためには，機械的強度を大きくしなければならず，そのために補強ブームなどが必要になる。このため，アンテナ装置は大型になるし，製造コストのアップになる。また，美観の問題にもなる。一方，受信周波数がＳＨＦ帯より高くなると波長が短くなり，八木宇田式アンテナでは効率よく受信できなくなってしまう。そこで，本発明の八木宇田式アンテナはＵＨＦ帯で最も効果を発揮することができる。また，ＵＨＦ帯で放送されている地上波ディジタル放送受信用の小型アンテナとして好適であり，マルチパスなどの妨害波信号があっても良好な受信が可能になるという優れた効果を奏する。

尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，以下に例示するように，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部を適宜に変更して実施することも可能である。
たとえば，上記実施例では第一のアンテナ素子としてダイポールアンテナを使用した例を示したが，これに限定されるものではなく，たとえばループアンテナや双ループアンテナを使用してもよい。この場合，ダイポールアンテナを使用した放射器６より高いアンテナゲインを得ることができる。

また，本実施例では第一の移相器８，第二の移相器９，第一の減衰器１０，第二の減衰器１１の各値を固定したため，たとえば，受信環境等の変化により妨害波信号の到来方向が変化した場合，八木・宇田式アンテナ装置を変更する必要が生じる可能性がある。このような場合には外部から位相や信号の減衰量を制御可能な制御装置を設け遠隔操作または自動制御するようにしてもよい。
また，本実施例では第二アンテナ素子及び第三アンテナ素子の両方を用いて構成したが妨害波信号が単一方向から到来する場合は当該妨害波信号を除去できる一方のアンテナ素子のみ備えさせてもよい。
また，本実施例では，導波器，放射器，反射器のすべてに第二アンテナ素子，第三アンテナ素子を備えさせた例を説明したが，少なくとも導波器・放射器・反射器のうち，いずれか１つに備えさせてもよい。

本発明を適用した八木・宇田式アンテナ装置の説明図である。 (Ａ）はアンテナ全体の平面図である。(Ｂ）は放射器６を抜き出した平面図である。(Ｃ）は(Ｂ）を右方向から見た説明図である。異なる実施例の放射器６の平面図である。八木・宇田式アンテナ装置の指向特性を示す説明図である。 (Ａ）は従来の八木・宇田式アンテナ装置の指向特性を示す説明図である。(Ｂ）は本発明を適用した八木・宇田式アンテナ装置の指向特性を示す説明図である。

符号の説明

１…八木・宇田式アンテナ装置，２…給電部，３…アンテナ支持金具，４…ブーム，５…反射器，６…放射器，７…導波器，５ａ・６ａ・７ａ…第一のアンテナ素子，５ｂ・６ｂ・７ｂ…第二のアンテナ素子，５ｃ・６ｃ・７ｃ…第三のアンテナ素子，８…第一の移相器，９…第二の移相器，１０…第一の減衰器，１１…第二の減衰器，θ１…第一の角度，θ２…第二の角度。

Claims

八木・宇田式アンテナ装置において，
ＵＨＦ帯の電波を受信する第一のアンテナ素子と，
ＵＨＦ帯の電波を受信する第二のアンテナ素子と，
ＵＨＦ帯の電波を受信する第三のアンテナ素子と，
第一の移相器と，
第二の移相器と，
を備え，上記第二のアンテナ素子は上記第一のアンテナ素子に対して第一の角度θ１を成すように配置し，
上記第三のアンテナ素子は上記第一のアンテナ素子に対して第二の角度θ２を成すように配置し，
上記第一の移相器は上記第一のアンテナ素子と上記第二のアンテナ素子の間に備え，
上記第二の移相器は上記第一のアンテナ素子と上記第三のアンテナ素子の間に備えると共に，
上記第一の移相器は上記第一のアンテナ素子が受信する受信信号と上記第二のアンテナ素子が受信する受信信号のうち希望波信号の到来方向とは異なる方向から到来する妨害波信号に対しては略逆位相となる値に設定し，
上記第二の移相器は上記第一のアンテナ素子が受信する受信信号と上記第三のアンテナ素子が受信する受信信号のうち希望波信号の到来方向とは異なる方向から到来する妨害波信号に対しては略逆位相となる値に設定したアンテナ素子を少なくとも放射器または導波器または反射器のいずれかに用いたことを特徴とした八木・宇田式アンテナ装置。