JP2007180696A - Ｄａｂ受信機用ｌバンドアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】受信感度を向上させながら、なおかつコンパクトでデザイン性にも優れ、どこにでも設置しやすい使い勝手の良さを兼ね備えたＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナを提供する。
【解決手段】金属製の地板１の垂直な面１ｂに固着された絶縁支持物２の貫通孔２ａをアンテナ素子３の一端３ａが貫通して固定され、アンテナ素子３の他端３ｂが、地板１の水平な面１ａに垂直に直立するように構成する。同軸ケーブルがアンテナ素子３と地板１に電気的に接続され、電波に影響を与えないプラスチックなどの非導電材料で箱型に形成されたキャビネット５内に固定され保護されていて矢印ｂ方向からの電波に利得を持たせている。
【選択図】図１

Description

本発明は、地上波デジタル音声放送用システムＥｕｒｅｋａ１４７（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ 以降、ＤＡＢと称す）の受信機に接続もしくは内蔵して使用する、ＤＡＢ受信機用Ｌバンド（１．５ＧＨｚ帯）アンテナに関するものである。

ＤＡＢシステムに関するその規格や仕様は、放送受信機技術委員会（ＣＥＮＥＬＥＣ）によって様々に取り決めがなされている。本件に関わるＤＡＢ放送電波信号についての規格においても送信所設備のアンテナから送出されている放送電波信号には２つの周波数帯が規定されており、その一つはＤＡＢではＢａｎｄＩＩＩと定義される１７４ＭＨｚ〜２４０ＭＨｚのＶＨＦ帯、もう一つの周波数帯はＤＡＢではＬバンドと定義される１．４５２〜１．４９２ＧＨｚである。

図7にＤＡＢ受信機の一般的な全体構成例のブロック図を示す。図７において、アンテナ２０は放送される２種類の周波数の電波を、それぞれの周波数専用アンテナもしくは２周波数とも一本で受信できる共用のアンテナをＤＡＢ受信機本体２１のアンテナ端子に接続するか，または受信機本体筐体に搭載し、アンテナ２０で受信した信号をＤＡＢ受信機本体２１のＬＳＩなどを用いたアナログ信号処理部２２およびデジタル信号処理部２３の内部電気回路にて所定のアナログ及びデジタル信号処理を行った後、音声及び文字データ出力部２４で音声もしくは文字情報、ディジタルデータとして外部出力するものである。

このＤＡＢ受信機に搭載しているアンテナにおいて、上記二つの周波数帯のうち後者のＬバンド（１．４５２〜１．４９２ＧＨｚ）電波を受信するＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナは、現在の市場では図８の斜視図に示した従来のモノポール型アンテナ２５が最もよく知られている。このモノポール型アンテナ２５の特徴は、その構造が簡単であり安価に作成できることと、水平方向に対して無指向性であり、水平方向のどの方向の電波に対しても均一に受信できるため、使用者はアンテナ方向の調整が不必要で簡単に使用できるという点であり、現在では最も一般的に普及している。ただしその一方、ＤＡＢ受信機にとって重要な受信感度の面から考えると、モノポール型アンテナを構成している底面の円盤部分の半径ａは理想的には無限大であるが、現実に理論的に安定した性能を得るためには、
ａ＞２λ（波長λ＝３×１０Ｅ８／ｆ）
Ｌバンドの場合、ａ＞０．４ｍ
が必要であるが、実際の商品としてはサイズを小型化せざるを得ない。また無指向性のアンテナは利得に上限があり、周辺妨害の影響もうけやすいという不利な面を持つ。さらにモノポール型は重心が高いために倒れやすく、底面に磁石などを埋め込み使用者が金属面に設置することを推奨するなどの措置が取られているが、アンテナ自体の高さもあるため設置する場所が非常に限定されるという課題がある。

また、受信感度を改善し安定した受信を確保することを目的とした図９のように導波素子２６、さらには図示しないが反射素子を持った従来の八木アンテナタイプのＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナ２７もある。八木型アンテナは、その特徴が利得をもつということから大小様々な利得のアンテナが商品化されており、受信感度において大変に優れた性能を得ることが可能であるが、形状が固定して使用するタイプとなるため、一般的にはテレビジョンの屋外アンテナなどに用いられ、ポータブル機器のアンテナとして用いるには適していない。

また、従来のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナとしては、フィルムタイプの樹脂の表面上にストリップ状薄膜導体を形成し、その導体の形状を工夫してアンテナとしたものがあり、構造が簡単、かつ小型軽量で安価なことを特徴とする（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２９５０２３号公報

このような従来のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの課題は、高感度で安定した受信性能を得られ、かつコンパクトで設置する場所を選ばない使い勝手がよいものを提供することが困難な点である。また、周波数が、Ｌバンドで用いられている１．５ＧＨｚ帯などの高周波信号の場合には、その電波の性質から空間伝搬距離による減衰量が大きい。一般に無線システムにおけるその送受信電波（搬送波）信号の空間伝搬ロスLfは具体的には下式に示されるように、周波数fと伝搬距離ｄに大きく依存する。

伝搬ロスLf(dB)＝20log(4πd/λ)
波長λ＝3×10E8／f f：受信周波数 d：伝搬距離
さらに電波は空間伝搬において直進する性質をもっており、その性質は周波数が高いほど著しく、更に言えば電波の伝搬途中に、障害物があってもその反対側に電波の一部がまわり込むいわゆる回折の性質は周波数が高いほど減少する。このことから１．５ＧＨｚ帯などの高い周波数帯の送信電波の受信において、送信アンテナと受信機のアンテナの間に遮蔽する壁や障害物などがあるとその信号レベルは著しく劣化し、任意の場所で安定した受信性能を確保することは困難である。

本発明は、このような性質を持つ高い周波数のＬバンド受信において、その受信感度を向上させながら、なおかつコンパクトでデザイン性にも優れ、どこにでも設置しやすい使い勝手の良さを兼ね備えたＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナを提供することを目的としてなされたものである。

上記の課題に対処するために、本発明のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナは、基本の構成として、導電性材料で形成され使用状態で水平に置かれる第１の面と前記第１の面に垂直に折り曲げられた第２の面とを有する板状の地板と、前記地板の第２の面に固着され貫通孔を有する絶縁支持物と、導電性材料で形成され互いに直角な第１の部分と第２の部分とを有し前記第１の部分を前記絶縁支持物の貫通孔を通して前記地板の第２の面に垂直に前記第２の部分が前記地板の第１の面に垂直に固定された給電アンテナ素子と、前記地板と前記給電アンテナ素子とに電気的に接続された同軸ケーブルと、電波の通過に影響を与えない非導電材料で形成され前記各構成部分を内部に固定し保護するキャビネットとを備えるように構成したことを特徴とする。

また、この構成の前記キャビネット内部において前記給電アンテナ素子の第２の部分に平行に少なくとも１つの非給電アンテナ素子を配した構成とすることができる。

また上記の、非給電素子を追加した構成において、前記非給電アンテナ素子は前記給電アンテナ素子との並行性を保ったまま相互に相対位置を可変できるように構成することができる。

さらに上記各構成において、給電アンテナ素子と同軸ケーブルとの間に増幅器を挿入してアンテナ素子で受信したＤＡＢの信号を増幅して受信機本体にケーブルで供給する構成とすることができる。

本発明のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナは、基本の構成によって、Ｌバンドの場合には、ほぼ５０ｍｍ立方の立方体サイズに収めることが可能となり、簡単な構造で部品点数も少なく低コストで小型軽量にでき、設置場所が限定される従来の使い勝手の悪さが大きく改善され、ポータブル性にも優れる。

また非給電アンテナを追加した構成によれば利得が上がることにより所定の方角からの電波に対してより受信できる可能性が高まり受信の妨げとなる周辺の雑音を受けにくくなり、使いやすくて性能面でも優れたアンテナを実現できる。

また、非給電アンテナ素子を給電アンテナ素子との並行性を保ったまま相互に相対位置を可変できるようにした構成によれば、使用者が自分自身でアンテナの指向性や利得、耐妨害性能、受信方向などを調整できるという特徴が得られる。

さらに、上記各構成において、給電アンテナ素子と同軸ケーブルとの間に増幅器を挿入することにより、受信周波数が高いことによる周辺環境による受信感度や安定度の低下、ケーブル・コネクタ等での損失等を補い、より受信信号が小さい場所でも受信可能にできる。

以下、本発明のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの一実施形態について、図１から図６を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図1は本発明の実施の形態１におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの基本構成を示す斜視図、図２は同じくその一部断面を示す側面図、図３は同じく外観形状を示す斜視図である。

図１及び図２において、１は金属などの導電性材料で形成された板状の地板であり、Ｌ字状に折り曲げられ、使用状態においてほぼ水平に置かれる第１の面１ａと、その面１ａと垂直な第２の面１ｂとを有する。ここで、地板1は１枚の金属板を折り曲げた形態として説明したが、互いに電気的に接続された２個の導電体の板体であってもよく、互いに図示の様に直角に配置されておればよい。地板1の垂直な第２の面１ｂの下方に中央に貫通孔２ａを有する絶縁支持物２が固着されている。３は給電アンテナ素子（給電素子）であり、棒状、パイプ状または細長い板状の導電性材料、好ましくは金属で作られ、途中でＬ字形に直角に折り曲げられていており、第１の部分３ａの一端が絶縁支持物２の貫通孔２ａを貫通し地板１の第２の面１ｂに垂直に保持され、かつ当該アンテナ素子３の第２の部分３ｂは地板１の垂直な第２の面１ｂに平行に、すなわち第１の面１ａに垂直に直立するようになっている。４は同軸ケーブル４であり、その芯線４ａはアンテナ素子３の一端３ａにはんだ付けなどで電気的に接続され、同軸ケーブル４の外皮４ｂは地板１にはんだ付けなどで電気的に接続され、地板１をグランド電位としている。

以上の構成部分を、電波の通過に影響を与えない素材、たとえばプラスチックなどの非導電材料で例えば箱型に形成されたキャビネット５内に固定し保護している。キャビネット５は、デザイン性を考慮して５ｃｍ角程度の小型立方体のサイコロ型にするなど特徴を持たせ、その箱中は空洞になっている。アンテナ素子３で図中の矢印ｂで示す方向からの電波を受信する場合の利得が高くなるような指向性を有し、図３に示すように受信信号はケーブル４及びコネクタ６を通して受信機本体に伝達される。

ここで、給電素子であるアンテナ素子3は、基本的に図８の周知のモノポール形アンテナの理論によるもので、アンテナ素子３の全長は受信電波の周波数ｆから導き出される波長λ、
λ＝３×１０Ｅ８／ｆ
の１／４波長で共振するため、ＤＡＢのＬバンドの場合には１．５ＧＨｚに対して、上式より共振するアンテナ素子の長さはほぼ５０ｍｍとなる。

アンテナ素子３は途中で直角に折れ曲がっており、地板１を反射素子として利用するので地板１との間にアンテナ理論に基づく所定の間隔が必要であるが、この間隔を大にすると垂直になる部分３ｂが小となるため、利得と指向性を兼ね合わせながら、所定の全長を保ちながら、理論計算とカットアンドトライで最適な寸法を決定する。

本実施形態においては、上記のように構成したので、少ない部品で簡単な構成で小型高性能なＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナを提供することができる。

（実施の形態２）
図４は実施の形態２におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの構成を示す側面図である。図４において、図１、図２のアンテナ素子３と平行に第２のアンテナ素子７と、同じく第３のアンテナ素子８を第１のアンテナ素子3に対して地板1と反対位置に設けた場合の例を示し、地板１上に固定した絶縁支持物９上にアンテナ素子７、８を、例えば固定部９ａで接着剤により接着して固定する。または、絶縁支持物９に穴を設けた上で圧入したりして取りつける。この構成における第２、第３のアンテナ素子７、８は、外部に接続されず無給電素子と呼ばれるもので、この場合第１のアンテナ素子3に対してある間隔を持たせ、第１のアンテナ素子3の全長に対して、ある短縮率を持たせることで矢印ｂ方向の利得をさらに高め，かつ指向性をより鋭くする導波素子の役割をになう。この無給電素子も、棒状または板状の導電体、通常は金属で形成し、キャビネット５のサイズに収めるよう形状、サイズ、材質等を考慮してある。

以上のように本実施形態によれば、簡単な構造で利得や指向性がさらに優れ、受信の妨げとなる周辺の雑音を受けにくくしたＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナを構成できることとなる。

（実施の形態３）
次に、図５は実施の形態３におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの構成を示す側面図で、図５において、無給電素子１０を外部より操作できる構造としたものである。キャビネット５内部に絶縁支持物１１を固定し、キャビネット５の外部に操作つまみ１２を設け、つまみ１２と無給電素子１０を接続する接続部１２ａを介してユーザーが無給電素子１０の位置をアンテナ素子３に対する並行性を保ったまま相互に相対位置を可変することでアンテナの利得や受信方向をマッチングさせて、最適の受信状態に調整する。つまみ１２を図５における左右のＣ方向、すなわち第１のアンテナ素子３との距離を大小させる方向に、絶縁支持物１１に設けた貫通孔１１ａの範囲で移動可能であり、そのアンテナの利得や耐妨害性能を調整でき、またキャビネット５を回転移動すれば受信方向などの性能を可変できるという特徴を持つ。

（実施の形態４）
図６は実施の形態４におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの構成を示す側面図であり、この実施形態では、上記各実施形態に増幅器を付加した例を示す。図６において、キャビネット５内部にアンテナ素子３に直結する低雑音増幅器１３を構成し、ケーブルを介して受信機本体に接続する。アンテナ素子から外部に信号を伝達するケーブルとの間に低雑音増幅器を挿入することにより、アンテナ素子で受信した微弱信号を増幅し、より安定した受信感度を得ることが可能となる。

以上、各実施形態において、アンテナ素子の給電素子や無給電素子には、金属製の棒やパイプや細長い板を例示したが、プラスチック等の非導電材料に金属のめっきを施したもの等も考えられる。

さらに、キャビネットは、たとえばプラスチックを例示したが、電波を阻害しない素材であれば、たとえばガラスや木材などを用いてもよく、より自由なデザインを可能にする。

以上説明した様に、本発明によれば、簡単な構造で部品点数も少なく低コストで小型軽量にＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナを実現できる産業上の利用可能性高いものである。

本発明の実施の形態１におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの基本構成を示す斜視図 同じくその一部断面を示す側面図 同じく外観形状を示す斜視図 実施の形態２におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの構成を示す側面図 実施の形態３におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの構成を示す側面図 実施の形態４におけるＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの構成を示す側面図 ＤＡＢ受信機の一般的な全体構成例のブロック図 従来のモノポール型アンテナの斜視図 従来の八木アンテナタイプのＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナの斜視図

符号の説明

１ 地板
１ａ 第１の面
１ｂ 第２の面
２ 絶縁支持物
２ａ 貫通孔
３ 給電アンテナ素子
３ａ 第１の部分
３ｂ 第２の部分
４ 同軸ケーブル
５ キャビネット
６ コネクタ
７ 第２のアンテナ素子（無給電素子）
８ 第３のアンテナ素子（無給電素子）
９ 絶縁支持物
１０ 無給電素子
１１ 絶縁支持物
１２ つまみ
１２ａ 接続部
１３ 低雑音増幅器

Claims (4)

1. 導電性材料で形成され使用状態で水平に置かれる第１の面と前記第１の面に垂直に折り曲げられた第２の面とを有する板状の地板と、
   前記地板の第２の面に固着され貫通孔を有する絶縁支持物と、
   導電性材料で形成され互いに直角な第１の部分と第２の部分とを有し前記第１の部分を前記絶縁支持物の貫通孔を通して前記地板の第２の面に垂直に前記第２の部分が前記地板の第１の面に垂直に固定された給電アンテナ素子と、
   前記地板と前記給電アンテナ素子とに電気的に接続された同軸ケーブルと、
   電波の通過に影響を与えない非導電材料で形成され前記各構成部分を内部に固定し保護するキャビネットとを備えたＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナ。
2. 前記キャビネット内部において前記給電アンテナ素子の第２の部分に平行に少なくとも１つの非給電アンテナ素子を配した請求項１記載のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナ。
3. 前記非給電アンテナ素子は前記給電アンテナ素子との並行性を保ったまま相互に相対位置を可変できるように構成した請求項２記載のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナ。
4. 前記給電アンテナ素子と前記同軸ケーブルとの間に増幅器を挿入した請求項１から３のいずれかに記載のＤＡＢ受信機用Ｌバンドアンテナ。

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