JP2006054505A

JP2006054505A - 八木・宇田式アンテナ装置

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Publication number: JP2006054505A
Application number: JP2004232629A
Authority: JP
Inventors: Toru Sakamoto; 徹坂本
Original assignee: Maspro Denkoh Corp
Current assignee: Maspro Denkoh Corp
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-08-09
Also published as: JP4188888B2

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，広い設置場所を必要とせず，設置工事が容易で，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，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。
他の目的は，電波到来方向に対するアンテナの長さを短くできる八木・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，第一のアンテナ素子と，第二のアンテナ素子と，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，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のいずれかに用いると共に，導波器と反射器に給電するように構成される。

また，請求項２の発明は，請求項１に記載の八木・宇田式アンテナ装置において，前記第二のアンテナ素子および前記第三のアンテナ素子は当該アンテナ素子の自由端部が反射器側を向くように，設置す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，第一のアンテナ素子と，第二のアンテナ素子と，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，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のいずれかに用いると共に，導波器と反射器に給電す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と共に，小型で，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。

請求項２の発明によれば，請求項１に記載の八木・宇田式アンテナ装置において，前記第二のアンテナ素子および前記第三のアンテナ素子は当該アンテナ素子の自由端部が反射器側を向くように，設置するように構成したので，
請求項１の効果に加えて，電波到来方向に対するアンテナの長さを短くできる八木・宇田式アンテナ装置を提供することができる。

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。

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・７０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。
放射器６，導波器７はそれぞれ第一のアンテナ素子６ａ・７ａ，第二のアンテナ素子６ｂ・７ｂ，第三のアンテナ素子６ｃ・７ｃで構成されている。なお，７０は導波器であり第一のアンテナ素子７０ａのみで構成されている。
８は第一の移相器，９は第二の移相器である。また，６０は第一の給電部，５０は第二の給電部である。

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，第一の給電部６０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ようにその長さＬ１は受信する電波の波長の約２分の１に設定してある。また，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ように，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ように，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８ａ，第二の移相器９ａについて詳しく説明する。
まず，第一の移相器８ａ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９ａ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，導波器７について詳しく説明する。なお，導波器７は上記放射器６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，導波器７の第一のアンテナ素子７ａには第一の給電部６０を備えていない。導波器７の第一のアンテナ素子７ａ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。

次に，反射器５について詳しく説明する。反射器５は上記放射器６の第１のアンテナ素子と同様に第二の給電部５０を備えている。そして，反射器５のアンテナ素子の長さは前記導波器６の第１のアンテナ素子６ａの長さより長くなる寸法に設定してある。

次に，放射器６と反射器５の電気的接続方法について図２を用いて説明する。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように放射器６と反射器５は電気的に接続されている。このように，反射器５にも給電し，放射器６と反射器５間の距離Ｌ４（Ｌ５）を最適化することにより，アンテナ装置の後方から到来する妨害電波に対する受信感度を低減できる。また，前記アンテナ装置の後方から到来する妨害電波に対する受信感度が従来のアンテナ装置相当でよい場合には，反射器５の長さまたは放射器６と反射器５間の距離Ｌ４・Ｌ５を短くすることが可能となり，この場合，アンテナ装置の小型化が可能となる。

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の第一の給電部６０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７ａ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に備えた第一の給電部６０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８ｂ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に設けた第一の給電部６０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９ｂ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に設けた第一の給電部６０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６ｂ・７ｂ，第三のアンテナ素子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θ３（最高感度の２分の１になる角度）は本実施例では８０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θ４は本実施例では４５度であった。
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。
また，放射器６と反射器５を電気的に接続し，反射器５にも給電するようにしたので，アンテナ装置１の前後比（アンテナ装置の前方から到来する電波を受信するメインビームの感度と，メインビームとは逆方向，すなわち，後方から到来する妨害電波を受信する感度の比を示したもので，この値は大きいほど良いアンテナといえる。）が改善されている。
本実施例のアンテナ装置1では図３（Ｂ）に示すように，図３（Ａ）の従来のアンテナ装置の前後比（Ｆ１／Ｂ１）に比べて，本発明のアンテナ装置１の前後比（Ｆ２／Ｂ２）の方が大きくなっていることがわかる。

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，妨害波の到来方向が複数ある場合や，特定できない場合には上記角度θ１およびθ２を１４０度〜１６０度または，２００度〜２２０度に設定しておくとよい。このように設定することにより，急峻なメインローブを絞ることができさらに，サイドローブが小さくできるので，八木・宇田式アンテナ装置としては好適である。
さらに，上記角度θ１およびθ２が１４０度〜１６０度（すなわち，前記第二のアンテナ素子および前記第三のアンテナ素子の自由端部が反射器側を向くように設置する）の場合は，導波器のすべてに第２，第３のアンテナ素子を設置した場合であっても，アンテナ装置の電波到来方向のアンテナ装置の長さが長くなることがなく，アンテナ装置の小型化が可能となる。

なお，本実施例では妨害波信号と希望波信号は略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。

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，第一の給電部６０，第一の給電部５０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。またケースの表面には第１の給電部と第２の給電部を電気的に接続するための接続部が備えられている。また，第一の給電部６０のケース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。なお，給電点６０ａ・６０ｂと前記出力端子間には整合器が介在されている。

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。導波器と反射器の電気的接続を示す説明図である。（Ａ）は逆位相で給電した場合の説明図である。（Ｂ）は同位相で給電した場合の説明図である。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，３…アンテナ支持金具，４…ブーム，５…反射器，６…放射器，７・７０…導波器，６ａ・７ａ・７０ａ…第一のアンテナ素子，６ｂ・７ｂ…第二のアンテナ素子，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，θ１…第一の角度，θ２…第二の角度，５０…第二の給電部，６０…第一の給電部。

Claims

八木・宇田式アンテナ装置において，
第一のアンテナ素子と，
第二のアンテナ素子と，
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，
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のいずれかに用いると共に，導波器と反射器に給電することを特徴とした八木・宇田式アンテナ装置。
前記第二のアンテナ素子および前記第三のアンテナ素子は当該アンテナ素子の自由端部が反射器側を向くように，設置されていることを特徴とした請求項１に記載の八木・宇田式アンテナ装置。