JP2005294892A - アンテナ装置及びギャップフィラーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】前後比の良いアンテナ装置を提供する。同一周波数を用いて中継する同一周波数中継システムにおいて，受信アンテナと送信アンテナとの間の回り込みによる発振を無くす。
【解決手段】少なくとも，基体３と，当該基体３の一方の面側に誘電体を介して装着された放射導体部材２とから構成されるアンテナ装置１において，前記基体３の他方の面には，当該基体より大きく形成された導体部材１０ａと，当該導体部材の端面に連設して前記アンテナ取付方向に突設させた導体壁１１とからなる導電性を有したフード１０が備えられており，前記フード１０は前記基体３に着脱自在に固着するように形成したアンテナ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は，アンテナ装置に関し，詳しくは前後比の良い構造を備えたアンテナ装置と，当該アンテナ装置を用いたギャップフィラーシステムに関する。

衛星を利用して，移動体向けに音声放送を中心とした衛星デジタル音声放送が開始される。衛星からはＳバンド（２．６ＧＨｚ帯）とＫｕバンド（１２ＧＨｚ帯）で同一内容の放送が送信される。これらの衛星放送波の内，衛星放送波を直接受信可能な場所ではＳバンドの放送波を受信するのであるが，都市部におけるビル影やトンネル等の直接受信できないような場所では，ギャップフィラーシステムを用いることでサービスの提供を行う。 このギャップフィラーシステムは，上記Ｋｕバンドの信号をビルの屋上等で受信して，当該受信信号をＳバンドに変換して，衛星波からの信号でサービスを得られない地域に再送信するシステムである。
ところが上述のＫｕバンドを受信してＳバンドに変換して再送信するギャップフィラーシステムでは，Ｋｕバンドは信号形式がＴＤＭ（時分割多重）方式であり，Ｓバンドは信号形式がＣＤＭ（符号分割荷重）方式であるので，ギャップフィラーシステムには，ＴＤＭ／ＣＤＭ変換部等が必要となる。
ギャップフィラーシステムは，中・広範囲の地域をカバーする中・広域ギャップフィラーと，当該ギャップフィラーでカバーできない地域をカバーする狭域ギャップフィラーがあり，何れのギャップフィラーシステムも送信電力の大小にかかわらず，上記ＴＭＤ／ＣＤＭ変換部等を備える必要があった。
このため，上記衛星デジタル音楽放送のシステムを簡単な構成で低コストにすることが望ましい。その為に，広域ギャップフィラーでカバーできない地域に対して，衛星から送信されたＳバンドの信号を直接受信して，当該受信信号を同一周波数のＳバンドで再送信する方法が考えられた。
また，同様に地上波デジタル放送におけるＳＦＮ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式においても，親局からの送信波と，中継局からの送信波が，同一周波数で中継するようシステムが構成されている。（例えば，特許文献１参照）

特開２０００−３２４０３３号公報

しかし，従来の同一周波数で中継する方法は，例えば上述のギャップフィラーシステムのように，衛星からの非常に弱いＳバンドの電波を受信して再送信するためには，きわめて大きな利得を有した増幅器が必要であった。このとき中継用のアンテナからも同一周波数であるＳバンドで信号が送信されることから，この信号が受信アンテナに回り込むことによって，このギャップフィラーシステムが発振するといった問題があった。
これに対して，上述の特許文献のように，中継局の受信用アンテナと送信アンテナをアレーアンテナ系で構成する素子アンテナの，振幅及び位相を調整して回り込みの受信レベルを低減する方法等が考えられたが，複雑な回路構成が必要となり，コスト低減が難しかった。また，調整が必要となるため設置の容易性にも問題があった。
そこで本発明においては，上記従来の技術の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，前後比の良いアンテナ装置を提供することにある。
他の目的は，マイクロストリップアンテナにおいて前後比の良いアンテナを提供することにある。
他の目的は，前後比特性を簡単な方法で可変可能なアンテナ構造を提供することにある。
他の目的は，水滴や埃，砂粒等に対して信頼性の高いアンテナ装置を提供することにある。
他の目的は，ギャップフィラーシステムにおいて，受信アンテナと送信アンテナとの間の回り込みによる発振障害を無くすシステムを提供することにある。
他の目的は，衛星からの信号を受信して，当該信号が直接受信できないビル影等の地域に同一周波数若しくは異なるで中継するギャップフィラーシステムにおいて，受信アンテナと送信アンテナとの間の回り込みによる発振障害を無くしたギャップフィラーシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために，請求項１の発明は，少なくとも，基体と，当該基体の一方の面側に誘電体を介して装着された放射導体部材とから構成されるアンテナとからなるアンテナ装置において，前記基体の他方の面には，当該基体より大きく形成された導体部材と，当該導体部材の端面に連設して前記アンテナ取付方向に突設させた導体壁とからなる導電性を有したフードが備えられており，前記フードは前記基体に着脱自在に固着するように構成される。

請求項２の発明は，前記導体壁は，前記アンテナを取り囲むように，前記導体部材の端面全周に連設されよう構成される。

請求項３の発明は，請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置において，前記導体壁には，当該導体壁の先端部と前記導体部材に達する寸法の範囲内で連通させた切欠部を少なくとも１つ備えるよう構成される。

請求項４の発明は，請求項１乃至請求項３に何れかに記載のアンテナ装置において，前記アンテナの基本共振周波数の波長をλとすると，前記導体壁は，前記導体部材から波長λの０．２〜０．５倍の寸法となるように，前記導体部材からアンテナ取付方向に突出させるように構成される。

請求項５の発明は，衛星からの信号を受信して，当該衛星からの信号を受信不能なエリアを含む特定エリア向けに，前記衛星からの信号と同一の周波数若しくは異なる周波数でもって信号を中継するギャップフィラーシステムにおいて，
前記衛星からの信号の受信アンテナと，前記中継用のアンテナは，請求項１乃至請求項４に記載のアンテナ装置を用いてシステムを構成する。

請求項６の発明は，請求項５に記載のギャップフィラーシステムにおいて，前記衛星からの信号は２．６ＧＨｚ帯であり，再送信の信号は２．６ＧＨｚ帯であり，前記受信アンテナと前記中継用アンテナは，請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアンテナ装置を用いてシステムを構成する。

請求項７の発明は，請求項５に記載のギャップフィラーシステムにおいて，前記衛星からの信号は１２ＧＨｚ帯であり，再送信の信号は２．６ＧＨｚ帯であり，前記中継用アンテナは，請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアンテナ装置を用いてシステムを構成する。

請求項１の発明によれば，少なくとも，基体と，当該基体の一方の面側に誘電体を介して装着された放射導体部材とから構成されるアンテナとからなるアンテナ装置において，前記基体の他方の面には，当該基体より大きく形成された導体部材と，当該導体部材の端面に連設して前記アンテナ取付方向に突設させた導体壁とからなる導電性を有したフードが備えられており，前記フードは前記基体に着脱自在に固着するように形成したので，このフードによって，前後比の優れたアンテナ装置が提供できる。更に簡単に前記フードを着脱自在に取付可能であることで，必要ないときは取り外すことによってより軽量化が図れ，更に取付性がよくなる。

請求項２の発明によれば，前記導体壁は，前記アンテナを取り囲むように，前記導体部材の端面全周に連設されたので，フードが金型成形によって，例えば円形状にも成形できることからデザインの多様性を有すると共に，前後比特性の優れたアンテナ装置を提供できる。

請求項３の発明によれば，請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置において，前記導体壁には，当該導体壁の先端部から前記導体部材に達する寸法の範囲内で連通させた切欠部を少なくとも１つ備えるよう構成したので，例えば前記切欠部の配置が，アンテナ装置を取り付けたときの状態において，下方向になるようにすれば，前記フードとアンテナとの間に付着する水滴等を排水できることから信頼性の高いアンテナ装置を提供できる。また，アンテナに付着した埃や砂粒等を切欠部から落とすことができ，掃除が簡単になるといった優れた効果が得られる。また，例えばフードに前記アンテナを覆うためのカバーを取り付けて防滴構造とした場合を考えると，前記切欠部によって排水させることができ，信頼性の高いアンテナ装置を提供できる。

請求項４の発明によれば，請求項１乃至請求項３に何れかに記載のアンテナ装置において，前記アンテナの基本共振周波数の波長をλとすると，前記導体壁は，前記導体部材から波長λの０．２〜０．５倍の寸法となるように，前記導体部材からアンテナ取付方向に突出させるように構成したので，簡単な構成で，前後比が略１０ｄＢ改善したアンテナ装置が提供できる。

請求項５の発明によれば，衛星からの信号を受信して，当該衛星からの信号を受信不能なエリアを含む特定エリア向けに，前記衛星からの信号と同一の周波数若しくは異なる周波数でもって信号を中継するギャップフィラーシステムにおいて，前記衛星からの信号の受信アンテナと，前記中継用のアンテナは，請求項１乃至請求項４に記載のアンテナ装置を用いてシステムを構成したので，例えば受信アンテナと送信アンテナとの間の回り込みの結合による発振が予想できたり，指向特性の制限をしたかったりする場合と言った設置場所の状況にあわせて，フードの着脱することによって前後比特性を対応させることができるし，従来のアンテナを使用する場合と比べて，設置場所の制限が少なくなるといった有効性の高いギャップフィラーシステムが提供できる。

請求項６の発明によれば，請求項５に記載のギャップフィラーシステムにおいて，前記衛星からの信号は２．６ＧＨｚ帯であり，再送信の信号は２．６ＧＨｚ帯であり，前記受信アンテナと前記中継用アンテナは，請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアンテナ装置を用いてシステムを構成したので，同一周波数の再送信にいても，受信アンテナと送信アンテナとの間の回り込みの結合による発振が防止できることから，従来のアンテナを使用する場合と比べて，設置場所の制限が少なくなるといった有効性の高いギャップフィラーシステムが提供できる。

請求項７の発明によれば，請求項５に記載のギャップフィラーシステムにおいて，前記衛星からの信号は１２ＧＨｚ帯であり，再送信の信号は２．６ＧＨｚ帯であり，前記中継用アンテナは，請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアンテナ装置を用いてシステムを構成したので，受信と送信の周波数が異なる再送信にいても，送信アンテナの指向性を制限したい場合や，外来のノイズの影響をなくしたいといった場合でも，従来のアンテナを使用する場合と比べて，設置場所の制限が少なくなるといった有効性の高いギャップフィラーシステムが提供できる。

以下に，本発明を具体化した実施形態の例を示し，図面を基に詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す斜視図である。図２は図１におけるＡ−Ａ線一部断面概略図を示す。図３は異なる実施例を示す。図４は本発明のアンテナ装置の特性を示す。図５は本発明の第２の実施例である。図６は本発明のその他の実施例を示す概略斜視図である。図７は本発明のアンテナ装置を用いたシステム図である。

図１，図２は本発明のアンテナ装置１を示し，この図において，２は放射導体部材であってマイクロストリップアンテナからなる放射素子である。この放射素子２は平面状の基体３の上方に，誘電体としての空気層６を介して，当該基体３と平行に設けられている。この基体３は例えばアルミダイカスト等の導電材料を用いて成型されたものである。
４は給電点であり，上記放射素子２に対して，基体３の裏面側から同軸コネクタ５を介して給電して，上記放射素子２から例えば２．６ＧＨｚ帯の電波を放射するように構成されている。１４は放射素子を覆うと共に，前記基体３とでもってアンテナの防水，防塵等を施すためのカバーであり，合成樹脂材を用いて金型で成形したものである。

次に，本発明の実施例では，基体３は略四角形をしており，この基体３の裏面側から１０に示すフードが着脱自在に固着されている。
このフード１０は金属等の導電材料をプレス成型したものであり，導体部材１０ａと導体壁１１とからなる。前記導体部材１０ａは前記基体３よりやや大きくなるように外形が形成されており，この導体部材１０ａと基体３とは任意の手段によって着脱自在に構成してある。この実施例における係止方法は螺子棒等の固着手段を用いており，基体３の裏面と導体部材１０ａとを固着させている。
この基体３の四方向の端部には，当該端部から連設させた導体壁１１が前記放射素子２を取り囲むように，前記基体３の上方に向けて突設されている。
この導体壁１１は，本発明のアンテナ装置１の特長とするところで，この導体壁１１を用いることで，放射素子２から基体３の裏面側への電界の回り込みをなくすことができ，これによって本発明によれば，指向特性，特に前後比の良いアンテナ装置１を実現することが可能となる。

また，本発明のフード１０の導体壁１１には，当該導体壁１１の先端から前記基体３の達する範囲内の寸法で切欠部１２が形成されている。この切欠部１２は本発明のフード１０の成形を容易にすると共に，例えばアンテナ装置１を設置した状態において，前記切欠部１２の配置が適切な位置となるように形成すればと，フード１０とアンテナとがなすの空間に入った水分が排水可能になるし，埃・砂等が入ったとしても容易に取り除くことができるといった効果を持つものである。
尚，この例には切欠部１２を四隅に設ける例を示したがこれに限定されるものではなく，切欠部１２を設けず導体壁１１を連設させて設けてもよい。

本発明のアンテナ装置１について更に詳細に説明する。この例において放射素子２は金属材料をプレス成形したものであり，当該放射素子２の略中心点において，前記基体３と固定手段７で組みつけられている。固定手段７はこの例ではビスやスペーサー等で構成されている。
尚，上述の実施例では，放射素子２には金属材料をプレス成形したものを，誘電体としての空気層介して配設したアンテナの例を示したが，この実施例の変わりに，図３に示す如く，両面に導電材を備えた誘電体基板８を用いて，一方の側に放射素子２を形成する方法でもよい。

次に本願の実施例につ入れさらに詳しく説明する。図４は上記に説明したごとく構成されたアンテナ装置１において，導体壁１１の高さｈを異ならせたときの前後比の変化を示す実験結果を示している。尚，実験に用いたアンテナ装置は，２．６ＧＨｚ帯の直線偏波であり，放射素子２が５１．６×５１．６ｍｍの大きさで，空気層からなる誘電体の厚みは３ｍｍである。そして導体壁１０の寸法ｈが０ｍｍ（導体壁を取り外した状態。），２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍのものに対して測定を行った。
この実験結果からも分かるように，導体壁１１がない場合（ｈ＝０ｍｍ）においては，前後比は水平面が１６ｄＢ，垂直面が１４．５ｄＢであるが，導体壁１１を取付けた場合（例えばｈ＝３６．５ｍｍ）においては，水平面，垂直面夫々２４．５ｄＢとなり，この導体壁１１によって，本発明のアンテナ装置１の前後比が８．５〜１０ｄＢ改善されることが確認できた。本実施例では直線偏波で実験したが，円偏波でも同様の効果が得られる。
また，導体壁１１は，上記基体３から波長λの０．２〜０．５倍の寸法となるように説明したが，この寸法に４分の１波長の奇数倍の寸法を加えてもよい。

図５に示す実施例では，アンテナを複数個備えたアンテナ装置を示す。尚，前記実施例と同様な構成を示すものは同一番号を付し，詳細な説明は省略する。この実施例では基体３の裏面に，夫々の放射素子部材を合成するための合成回路９を備えている。この合成回路９は例えばプリント配線板等で構成されており，同軸コネクタ５によって外部との信号の接続を行う。また，この基体３の裏面には，前記合成回路９等を覆うための蓋体１５が備えられており，前記フード１０を取り外した状態においても，このアンテナ装置１を屋外で使用できるように構成されている。

次に本発明のアンテナ装置１を用いて行う，ギャップフィラーシステムについて図７を用いて説明する。
このシステム１００は，衛星１０１からの信号を受信する衛星放送システムである。この実施例のシステムでは，衛星からの信号はＳバンドである２．６ＧＨｚ帯を用い，この信号を直接，移動体１０５や携帯端末において受信して，音楽放送等を受信するものである。
ところが，都市部のビル１０６の影やトンネル等により，電波が直接届かずに，直接受信できない地域において，上記サービスを受けるために，衛星からの信号を見通しの良い場所で受信し，改めて，直接電波がとどかない地域に中継する必要がある。
この中継方式には，広い地域をカバーする中・広域用と，狭い地域をカバーする狭域用があり，いずれも，上記衛星からＳバンドと放送内容が同じであるが，送信周波数がＫｕバンドで送信された信号を受信して，更にこの信号をＳバンドに変換して，直接受信できない地域に中継する方法があった。しかしながらこのシステムにおいては，変調方式がＫｕバンドはＴＤＭ方式であり，ＳバンドはＣＤＭ方式と変調方式が異なり，中継装置において変換する必要があった。

そこで，例えば狭い地域をカバーする中継方式において，上記衛星からの信号である，Ｓバンドの信号を直接受信して，同一周波数でもって，ビル影等の直接受信できない地域に中継する方法が考えられたが，衛星からのＳバンドの信号は微弱であるために，受信した信号を増幅度の大きい増幅器（例えば１００ｄＢ）を必要とした。ところが中継用のアンテナから出力される信号の周波数が，衛星からの信号と同一であるため，中継装置１０３の受信アンテナ１０２と送信アンテナ１０４との間で，回り込みによる結合を起こして，中継システムが発振する問題があった。

本発明のギャップフィラーシステムにおいては，上記実施例で述べた，指向特性の優れた，特に，簡単な構成で，しかも安価に作成できる，前後比の優れたアンテナ装置を送信アンテナと受信アンテナに用いることで，回り込みによる結合量を低減することができ，結果として中継システムの設置場所等の制限がより少なくなると共に，このシステムの発振防止が可能となるのである。
更に，本発明のアンテナ装置はこの例に示すように同一周波数中継に使用するばかりでなく，ＫｕバンドからＳバンドに変換して行う中継システムにも利用できる事は言うまでもない。
尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，例えば図６（ａ）に示すように円形状のアンテナに対応させてもよい。また，（ｂ）に示すように一対の導体壁を基体の端部対向させて備えさせたアンテナ装置でもよい等，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施可能である。

本発明に係る第１の実施例のアンテナ装置の斜視図を示す。 図１におけるＡ−Ａ線断面図を示す。 第１の実施例の他の実施例を示す。 図１に示す実施例において，導体壁の寸法を変化させたときの前後比の特性変化。 本発明の第２の実施例を示す。 本発明のアンテナ装置のその他の形状を示す概略斜視図である。 本発明のアンテナ装置を用いた同一周波数中継システムを示す。

符号の説明

１…アンテナ装置，２…放射導体部材（放射素子），３…接地導体部材，４…給電点，５…同軸コネクタ，６…誘電体部材（空気層），７…固定手段，２０…棒状アンテナ，１００…同一周波数中継システム，１０１…衛星，１０２…受信アンテナ，１０３…増幅器，１０４…送信アンテナ，１０５…移動体，１０６…ビル。

Claims (7)

1. 少なくとも，基体と，
   当該基体の一方の面側に誘電体を介して装着された放射導体部材とから構成されるアンテナと，
   からなるアンテナ装置において，
   前記基体の他方の面には，当該基体より大きく形成された導体部材と，当該導体部材の端面に連設して前記アンテナ取付方向に突設させた導体壁と，からなる導電性を有したフードが備えられており，
   前記フードは前記基体に着脱自在に固着するように形成したことを特徴としたアンテナ装置。
   
2. 前記導体壁は，前記アンテナを取り囲むように，前記導体部材の端面全周に連設されたことを特徴とした請求項１に記載のアンテナ装置。
   
3. 前記導体壁には，当該導体壁の先端部と前記導体部材に達する寸法の範囲内で連通させた切欠部を少なくとも１つ備えたことを特徴とした請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
   
4. 前記アンテナの基本共振周波数の波長をλとすると，前記導体壁は，前記導体部材から波長λの０．２〜０．５倍の寸法となるように，前記導体部材からアンテナ取付方向に突出させるように設けたことを特徴とした請求項１乃至請求項３の何れかに記載のアンテナ装置。
5. 衛星からの信号を受信して，当該衛星からの信号を受信不能なエリアを含む特定エリア向けに，前記衛星からの信号と同一の周波数若しくは異なる周波数でもって信号を中継するギャップフィラーシステムにおいて，
   前記衛星からの信号の受信アンテナと，前記中継用のアンテナは，請求項１乃至請求項４に記載のアンテナ装置を用いたことを特徴としたギャップフィラーシステム。
   
6. 前記衛星からの信号は２．６ＧＨｚ帯であり，再送信の信号は２．６ＧＨｚ帯であるギャップフィラーシステムにおいて，前記受信アンテナと前記中継用アンテナは，請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアンテナ装置を用いたことを特徴とした請求項５に記載のギャップフィラーシステム。
   
7. 前記衛星からの信号は１２ＧＨｚ帯であり，再送信の信号は２．６ＧＨｚ帯であるギャップフィラーシステムにおいて，前記中継用アンテナは，請求項１乃至請求項４の何れかに記載のアンテナ装置を用いたことを特徴とした請求項５に記載のギャップフィラーシステム。
   

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