JP2006005860A - 小型アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの構成要素の反射素子を、単純な構造の反射素器を実現し、小型のアンテナを提供すること。
【解決手段】同軸給電部１２２を持つ放射器１２４と、反射器１２３と、前記放射器１２４と前記反射器１２３とを一定の距離を保つ保持筐体１２５とを備え、反射器１２３の電界方向の寸法を下限動作周波数の１／２波長より短くかつ両端が中央部より幅が大きい導体板とすることにより、反射器１２３を放射器１２４に比べ寸法が短く実現でき、アンテナが小型になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＨＦ帯のテレビ電波を受信するのに用いられる小型アンテナに関するものである。

従来、ＵＨＦ帯のテレビ電波受信のアンテナとして八木式アンテナが広く用いられている。（例えば、非特許文献１参照）。図６は、非特許文献１に記載された従来のテレビ電波受信用の八木式アンテナ１０１を示している。八木式アンテナ１０１は、給電部１０２を持つ放射器１０３と、動作周波数における１／２波長より短い金属棒の複数の導波器１０４と、動作周波数における１／２波長より少し長い金属棒の反射器１０５とで構成されている。また、前記導波器１０４と前記反射器１０５および前記放射器１０３を構成する金属棒は、広帯域特性を持たせる為、太いパイプや板状のものが用いられてきた。

また、従来のＵＨＦ帯域で使用されるアンテナには、小型化したものとして、例えば、特許文献２や特許文献３に記載されているようなものがあった。図７は、特許文献２に記載された２ダイポールアンテナで、２つのダイポール素子１０６,１０７と、動作周波数における１／２波長より長い複数の金属棒を並べた反射面とする反射器１０８とで構成され、片側のダイポール放射素子１０７に給電部１０９を有した小型アンテナである。

さらに、図８は、中央に給電部１１０をもつ折り返されたダイポール放射素子１１１,１１２と、動作周波数における１／２波長より長い辺を持つ平面導体の反射板１１３とで構成された小型アンテナである。

特許文献１および２に示されている小型アンテナは、いずれも放射素子から反射器を電波到来方向と反対側に、使用周波数の波長λの凡そ１／４の距離に配置し、到来方向からの電波と反射波を同相で合成して受信することで、必要なアンテナ利得を確保している。
電子通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック」、オーム社、１９８０年１０月３０日、ｐ．１１６−１１９ 特開平８−１３０４０８号公報 （第４頁、図１） 特開２００４−２３７９７号公報 （第１６頁、図１）

しかしながら、図６に示す前記従来の八木アンテナ１０１の構成では、反射素子１０５の寸法は、使用する下限周波数のλＬ／２波長以上の長さを必要とする。反射器の寸法がλＬ／２より短ければ、八木アンテナ１０１の導波器１０４と同様の働きをするので反射器として動作せず、利得の高いアンテナとして動作しないことになる。例えばテレビのＵＨＦ帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）であれば、４７０ＭＨｚの電波の１／２波長以上の長さとなる。また、八木アンテナ１０１に必要な導波器１０４を電波方向に多数並べることはアンテナを小型にすることを困難にしていた。

また、特許文献１に記載された図７に示す２ダイポールアンテナ１０９において、ダイポール素子１０７の背面に構成された複数の金属棒よりなる反射器１０８は、電界方向の長さを、動作周波数の下限波長のλＬ／２以上にする必要ある。

一方、特許文献２に記載された図８に示す放射素子１１４に折り返し型ダイポールを用いた小型アンテナでは、導体の反射板１１２を用いているが、必要なアンテナ利得を得る為には、図７の２ダイポールアンテナの反射器と同様に、動作周波数の下限波長のλＬ／２以上の寸法を必要とした。

すなわち、テレビジョン放送のＵＨＦ帯域（４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚ）の下限周波数４７０ＭＨｚより、最小反射器の寸法は、λＬ／２＝３２ｃｍ以上となり、前記寸法より小型にアンテナを実現することは困難であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、アンテナの構成要素である反射素子を単純な構造で広帯域の周波数に渡り、下限の動作周波数におけるλＬ／２波長より短い寸法で反射効率の良い反射素器を実現し小型のアンテナを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の小型アンテナは、同軸給電部を持つ放射器と、反射器と、前記放射器と前記反射器とを一定の距離を保つ保持筐体とを備え、前記反射器の電界方向の寸法を下限動作周波数の１／２波長より短く、かつ両端の幅が中央部の幅より大きい導体板とすることにより、放射器に比べ反射器の寸法を短くし、小型アンテナを構成している。

本構成によって、短い寸法で広帯域の反射特性を持つ反射器を実現でき、放射器からでき、簡素な構造でアンテナ利得の高い小型アンテナを構成することができる。

以上のように、従来構成事例のアンテナでは下限動作周波数の１／２波長以上の長さを持つ大型反射器を必要としたが、本発明の小型アンテナによれば、短い寸法の反射器の実現で容易に放射器と近接した所定の距離に配置組み合わせることができ、簡素な部品よりなる構成でアンテナ寸法を小型化でき、アンテナ利得を低下させること無く、広帯域の周波数で良好なアンテナ利得特性を得ることができ、小型化を必要とするテレビ室内アンテナの実現も容易である。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における小型アンテナの構成図である。図１において、従来例の図６と同じ構成要素については、同じ符号を用い説明を省略する。

図１において、放射素子１２０と放射素子１２１は導体線よりなる折り返し型ダイポールであり、２つの放射素子１２０,１２１は、電波到来方向のアンテナ利得を高くするのに動作周波数における１／２波長近くの間隔を離し、電界方向に保持されている。また、放射素子１２０,１２１間を接続する平衡線路の中間部に同軸給電部１２２を持たせ、前記放射素子１２０および１２１を同相で給電する放射器１２４として構成している。

反射器１２３は、電界方向の長さＬが動作周波数の下限波長λＬより短く、中央部１２８の幅が両端部の幅Ｗより狭くなったことを特徴とする導板である。

さらに、前記放射器１２４と前記反射器１２３とを誘電体材料よりなる保持筐体１２５により、使用電波波長λの概ね１／４の距離の位置に固定させ、給電部１２２から同軸線１２６を介してアンテナ出力コネクタ１２７に受信電波を導かれ、全体として小型アンテナを構成している。

かかる構成によれば、反射器１２３の形状において前期反射器の両端部幅Ｗより中央部１２８の幅Ｖを狭くすることにより、長方形の導体板よりなる反射器より電界方向の長さＬが短くすることができ、折り返しダイポール形状の放射素子１２０,１２１の寸法よりもさらに短くすることも可能で、反射器付のアンテナとして小型に構成することができる。

本発明の構成要素である特徴ある形状の反射器１２３は、図２に示す代表的な形状の反射器の反射特性を比較すると、その原理と効果が良くわかる。

図２（ａ）形状の反射器は、長さＬ幅Ｗよりなる長方形の導体板からなり、電波を反射する周波数特性は、長さＬが１／２波長以下に相当する周波数では電波を良好に反射する特性を示し、特に波長の１／２に近い周波数領域で一番良く反射する。一方、長さがＬ／２波長以上の周波数の電波では、逆に、導波器として働き放射器のアンテナ利得を高める方向に働き、反射器として動作しなくなる。

また、導体棒１１５の途中にコイル１１６を装荷した図２（ｂ）の形状の反射器は、寸法長さＬに相当する１／２波長以上の周波数の電波に対しても反射器として動作することが知られているが、反射する周波数帯域は狭く共振特性を示すので広帯域アンテナの反射器としては、あまり使われなかった。

一方、図２（ｃ）の形状の場合、長さＬは電波波長の１／２以下の寸法で反射器として働き、中央部Ｖ寸法が両端部の幅Ｗに比べて狭いので等価的にコイルを装荷した効果が生じる。また、図２（ｄ）の導体板の中央部を削除した構造でも、反射器を短くすることができ、とくに、長さＬと幅Ｗの合計が動作周波数における１／２波長以上の寸法でその効果が顕著である。

図３は、前述の形状の異なる反射器を長さＬ＝２０ｃｍ、Ｗ＝１０ｃｍとした場合のテレビ放送のＵＨＦ帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）での特性比較例を示している。ここで、反射減衰量とは、ダイポールアンテナで到来電波を補足するのに、ダイポールアンテナの到来電波側に反射器がある場合と無い場合の差を表し、数値が大きいほど良好な反射特性である。なお、下限動作周波数（４７０ＭＨｚ）のλＬ／２波長は３２ｃｍであるので、従来例より２／３の寸法での効果比較を行っている。

従来例の図２（ａ）の形状の例の反射器では、４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚの全帯域では、Ｌ＝３２ｃｍ以上の長さを必要としていたので、当然、良好な反射特性が得られていないが、図２（ｃ）と図２（ｄ）の形状の例では５ｄＢ以上の良好な反射減衰量が得られている。

図４は、テレビアンテナ特性として重要なアンテナ利得と利得の前後比との周波数特性を、本発明実施の形態１で実現した小型アンテナの実測例を示したものである。従来の小型アンテナの実用例の室内テレビアンテナでは、反射器が大きくなるので、放射器のみでアンテナを構成されていたため、アンテナ利得および前後比は共に０ｄＢ付近であったが、本発明によるアンテナでは大幅に改善された特性を持つことがわかる。

なお、本実施の形態として、放射器を二つの折り返しダイポール素子よりなる放射器１２４の例で示したが、放射器１２４は単一のダイポール素子もしくはループ素子で実現しても良い。

また、本発明の特徴ある反射器１２３を凡そ使用周波数の波長の１／３〜１／２の間隔で複数個並べたものを反射器とすることで、電界方向に幅が狭い寸法でも良好な特性を実現できる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における小型アンテナの構成図である。

図５において、放射器１３０は、外周囲が動作周波数における波長λを持つ導体よりなるループ状の放射素子に平衡不平衡変換器１３１を接続し、電波をアンテナ同軸出力端子１３２に導く構造よりなる。反射器１３３は、外周囲が放射器１３０のループ径より小さく、少なくともループの一部がループ中央部に凹ませた導体部を持ち、前記放射器１３０と使用する波長の凡そ１／４の距離を離してお互いの面を対抗させている。

従来、ループ放射素子を持つアンテナでは、一辺が下限動作周波数におけるλＬ／２波長以上の長さをもつ反射板からなる反射器を備えているか、ループを多数並べた八木式ループアンテナのループ反射器では、放射素子のループ径より大きく外周を１．２λ以上にする必要があった。

かかる構成によれば、反射器１３３のループ導体の一部が凹んでいることによりループの一部にインダクターが装荷された特性を示し、単純なループ形状では外形寸法を放射器１３０より大きくする必要があったが、放射器１３０の外形より小型で従来と同じ反射特性が得ることができる。

このような特性を示すのは、ループの一部にインダクターが装荷された場合、ループ外周径を一波長として共振していた反射器の共振周波数が小さくなるため、インダクターを装荷した場合にも同一周波数で共振させるのはループ外周が小さくなるからである。

そして、本実施の形態２によって、反射器１３３配置と逆方向のループ軸方向に、最大アンテナ利得方向を持つ特性の小型アンテナを実現することができる。

なお、本実施の反射器の実施例として図５に単純な凹み形状１３４を設けたが、反射器をさらに小型にする場合は凹み形状１３４を複雑な形状で実現できる。しかしながら、小型形状にすることは、高いアンテナ利得と良好な前後比が得られる帯域幅は狭くなる傾向にある。

また、図５の反射器の例では、典型的な４箇所の位置を均等に凹みませているが、凹み位置と大きさにより、アンテナ出力インピーダンスへ影響するので、放射器１３０と反射器１３３との距離も考慮し最適形状が選ばれる。

なお、本実施の形態として放射器をループ素子よりなる放射器１３０と特徴あるループ形状の反射器１３３に組合せの小型アンテナの例を示したが、放射器１３３をダイポール素子に置き換えて実現しても良い。

本発明にかかる小型アンテナは、簡素な構成部品により寸法の短いアンテナの反射器と放射器とを組み合わせることで、室内における程度のアンテナを実現することができ、テレビ放送の受信アンテナ等として有用である。

本発明の実施の形態１における小型アンテナの構成図 本発明の実施の形態１の特性説明図 本発明の実施の形態１の特性説明図 本発明の実施の形態１の特性例図 本発明の実施の形態２における小型アンテナの構成図 従来のアンテナの構成図 従来の小型アンテナの構成図 従来の小型アンテナの構成図

符号の説明

１１５ 導体棒
１１６ コイル
１２０ 放射素子
１２１ 放射素子
１２２ 給電部
１２３ 反射器
１２４ 放射器
１２５ 保持筐体
１２６ 同軸線
１２７ 出力コネクタ
１２８ 中央部
１３０ 放射器
１３１ 平衡不平衡変換器
１３２ 同軸出力端子
１３３ 反射器
１３４ 凹み形状

Claims (2)

1. 同軸給電部を持つ放射器と、電界方向の寸法が使用する波長の１／２波長より短くかつ両端の幅が中央部幅より大きい板状の導体よりなる反射器と、前記放射器と前記反射器を一定の距離を保つ手段とを備えた小型アンテナ。
2. 前記反射器を、ループ形状の一部が前記ループ中央部へ折れ曲げて凹み形状を持つ導体より形成した、請求項１に記載の小型アンテナ。

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