JP2008042396A

JP2008042396A - 反射鏡付きアンテナの一次放射器

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Publication number: JP2008042396A
Application number: JP2006212139A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tanaka; 健田中; Hiroshi Kasahara; 浩笠原; Hiroaki Ohata; 宏明大畑; Nobuhiko Kudo; 伸彦工藤; Tadayuki Miyauchi; 匡之宮内
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP4638845B2

Abstract

【課題】広い周波数帯域をカバーできる反射鏡付きアンテナの一次放射器を提供する。
【解決手段】一次放射器２０は、同軸給電管２５の始端側に結合端子２８、先端側に放射部３０を設ける。放射部３０は、シュペルトップ３５、放射素子３７ａ、３７ｂ、反射板３８を備え、放射素子３７ａ、３７ｂをパラボラ反射鏡の焦点位置に設ける。一方の放射素子３７ａは、同軸給電管２５と絶縁した状態で中心導体２５ａに接続し、他方の放射素子３７ｂは同軸給電管２５に接続する。放射素子３７ａ、３７ｂは、略半円状に形成し、途中からシュペルトップ３５方向に傾斜させ、更に先端部近傍に折返し部４２ａ、４２ｂを設けて反射板３８に短絡接続する。シュペルトップ３５は、放射素子３７ａ、３７ｂ側に開放端円板３６を装着してオープン状態に保持し、他方側を短絡状態に保持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばＵＨＦ帯の地上放送波、移動通信等に使用される反射鏡付きアンテナの一次放射器に関する。

現在行われている地上デジタル放送は、ＵＨＦ帯の電波が使用され、その周波数帯域は４７０〜７７０ＭＨｚ（１３〜６２チャンネル）となっている。

ＵＨＦ帯の放送波を中継局で送受信するアンテナとして、反射鏡付きアンテナが従来から使用されている。また反射鏡としてはパラボラ反射鏡を用いたアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

上記ＵＨＦ帯の放送波を中継する従来の反射鏡付きアンテナの一形態としてパラボラ反射鏡によるパラボラアンテナは、図１３及び図１４に示すように構成されている。図１３は従来のパラボラアンテナの斜視図、図１４は従来のパラボラアンテナにおける一次放射器の構成図である。

図１３において、１はパラボラ反射鏡で、その焦点位置に一次放射器２が配置され、支持柱を兼ねた同軸給電管３により支持される。

上記一次放射器２としては、従来、図１４に示すように棒状のダイポール素子４及び反射素子５と、有底円筒状のシュペルトップ６を組み合わせた構造のものが使用されている。上記シュペルトップ６は、底板に設けられた透孔内に同軸給電管３を挿通させ、ダイポール素子４に対向するように装着される。上記シュペルトップ６は、同軸給電管３の外側導体に流れる高周波電流を阻止するためのものである。
特開平７−２７３５４０号公報

上記のように従来の反射鏡付きアンテナは、一次放射器２として棒状のダイポール素子４及び反射素子５にシュペルトップ６を組み合わせた構造のものを使用しているが、その比帯域は約１０％程度であり、地上デジタル放送の４７０〜７７０ＭＨｚの周波数帯域をカバーすることができない。
また、上記地上デジタル放送に限らず、移動通信等においても広帯域特性を有するアンテナが要望されている。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、地上デジタル放送の周波数帯域等を確実にカバーできる広帯域特性の反射鏡付きアンテナの一次放射器を提供することを目的とする。

第１の発明は、反射鏡に装着される一次放射器において、中心導体を備えた同軸給電管と、前記同軸給電管の始端側に設けられる給電端子と、前記同軸給電管の先端側に設けられる一対の放射素子と、前記一方の放射素子を前記同軸給電管の中心導体に接続し、他方の放射素子を前記同軸給電管に接続して保持する保持手段と、前記同軸給電管の前記放射素子より先端側に該放射素子と所定の間隔を保って装着される円状の反射板とを具備し、前記一対の放射素子は、略半円状に形成し、途中から給電端方向に傾斜させると共に先端部近傍に折返し部を設けて前記反射板に短絡接続することを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の発明に係る反射鏡付きアンテナの一次放射器において、前記同軸給電管の前記放射素子より給電側に該放射素子と所定の間隔を保って装着される円筒状のシュペルトップと、前記シュペルトップの前記放射素子側の外周に設けられる開放端円板とを備え、前記シュペルトップは、前記開放端円板装着側を広帯域に開放状態に保持し、反対側を短絡状態に保持することを特徴とする。

本発明によれば、略半円状に形成した放射素子に傾きを設け、且つ先端部近傍に折返し部を設けて反射板に短絡することにより、ＶＳＷＲ、指向性を広帯域化することができる。また、放射素子に対向配置した円筒状のシュペルトップに開放端円板を設けることにより、同軸給電管の外導体に流れる高周波電流を広帯域に阻止でき、ＶＳＷＲ、指向性の広帯域化に寄与させることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る反射鏡付きアンテナの構成を示す正面図、同図（ｂ）は側断面図である。この実施形態では、グリッドパラボラアンテナに対して一次放射器を装着した場合を例として示している。

図１において、１１はパラボラ反射鏡で、リング状の支持管１２ａ、１２ｂが同心円状に配置され、この支持管１２ａ、１２ｂに対して複数の支持板１３が所定の間隔で垂直方向に装着される。上記支持板１３に例えば水平方向に所定の間隔で複数のグリッド１４を装着し、放物面状のパラボラ反射面１５を構成している。このパラボラ反射面１５は、背面支持管１６によって支持される。上記パラボラ反射鏡１１としては、例えば直径が２〜３ｍのものが使用される。

そして、上記パラボラ反射鏡１１には、一次放射器２０の支持柱２１が放射器取付金具２２により取付けられる。一次放射器２０は、詳細を後述するように支持柱２１の始端側に放射器取付金具２２が固着して設けられ、先端側に放射部が設けられる。この放射部は、例えば合成樹脂製の防雪カバー２３により保護される。一次放射器２０の取付に際しては、支持柱２１をパラボラ反射鏡１１の中心軸に沿って位置させると共に放射器取付金具２２をパラボラ反射鏡１１の内側に位置させ、支持管にボルト、ナット等により固定する。このとき一次放射器２０は、放射素子がパラボラ反射鏡１１の焦点に位置するように設定されている。

次に上記一次放射器２０の詳細について図２ないし図５を参照して説明する。
図２は一次放射器２０の全体構成を示す図で、防雪カバー２３部分を断面して示している。図３（ａ）は防雪カバー２３内に設けられる放射部３０を拡大して示す側面図、同図（ｂ）は放射部３０の上面図である。図４（ａ）は図３（ａ）に示す放射部３０を先端側から見た図、同図（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図５（ａ）、（ｂ）は放射素子３７ａ、３７ｂの詳細を示す正面図である。

図２に示すように支持柱２１内に同軸給電管２５が挿入され、その両端部がそれぞれ支持柱２１から所定長さ突出して設けられる。この場合、同軸給電管２５は、支持柱２１の両端部に保持金具２６、２７により固定される。上記同軸給電管２５の始端側には、結合端子２８が設けられ、この結合端子２８に給電用コネクタ（図示せず）が結合され、同軸ケーブルを介して例えば中継用増幅器に接続される。上記結合端子２８と放射器取付金具２２との距離Ａは例えば約２８０ｍｍに設定される。

また、同軸給電管２５の先端側には放射部３０が設けられ、その外側に防雪カバー２３が設けられる。この防雪カバー２３は、断面がＵ字状に形成され、その基部が支持柱２１に上記保持金具２７を利用してボルト３１により取付けられる。また、防雪カバー２３は、前端が開口しており、この開口部に円板状の蓋体３２がボルト３３により取付けられる。更に蓋体３２の中心部には、同軸給電管２５の先端が保持金具３４により固定される。

上記放射部３０は、シュペルトップ３５、放射素子３７ａ、３７ｂ、反射板３８等により構成される。
放射素子３７ａ、３７ｂは、同軸給電管２５に取付けた保持金具４０により保持される。この場合、一方の放射素子３７ａは、同軸給電管２５と絶縁した状態で保持金具４０により保持され、同軸給電管２５内の中心導体２５ａに接続される。また、他方の放射素子３７ｂは、保持金具４０に保持されることにより、同軸給電管２５の外導体に接続される。すなわち、一方の放射素子３７ａは＋給電され、他方の放射素子３７ｂは−給電される。上記放射素子３７ａ、３７ｂは、パラボラ反射鏡１１の焦点距離Ｆに位置するように設定される。上記パラボラ反射鏡１１の焦点距離Ｆは、例えば９００ｍｍである。上記放射素子３７ａ、３７ｂについては、更に詳細を後述する。

上記シュペルトップ３５は、放射素子３７ａ、３７ｂより始端側、すなわちパラボラ反射鏡１１側に所定の距離Ｌｃを保って同軸給電管２５に装着される。上記距離Ｌｃは、約０．０５６λ_０に設定される。上記λ_０は、使用周波数帯の中心周波数における波長である。例えば使用周波数帯が４７０〜７７０ＭＨｚの場合、中心周波数は６２０ＭＨｚであり、その波長λ_０は約４８４ｍｍである。

上記シュペルトップ３５は、高さが約λ_０／４、直径が約０．１２λ_０の有底円筒状に形成され、放射素子３７ａ、３７ｂ側の外側に直径が約０．１９λ_０の開放端円板３６が装着される。シュペルトップ３５は、始端側がショート金具３５ａにより同軸給電管２５に取付けられてショート状態（短絡状態）となっていると共に、開放端円板３６側の同軸給電管２５との間に絶縁材が設けられてオープン状態（開放状態）となっている。

また、反射板３８は、直径が約０．６６λ_０で、放射素子３７ａ、３７ｂから距離Ｌａの位置において取付金具３９により同軸給電管２５に取付けられる。上記距離Ｌａは約０．２７λ_０に設定される。また、同軸給電管２５の中心導体２５ａは、同軸給電管２５の先端に設けられた保持金具３４からＬｓ（約０．３３λ_０）の距離において、短絡素子４１により同軸給電管２５の外導体に短絡接続される。

上記放射素子３７ａ、３７ｂは、図３〜図５に詳細を示すように略半円状（扇状）に形成し、且つ、折線４５の位置でシュペルトップ３５方向に約１９°折り曲げている。すなわち、放射素子３７ａ、３７ｂは、図５に示すようにＡ_０点から半径Ｒ_０で半円を形成し、半円の両側近傍ではＡ_１点から半径Ｒ_１で円弧を形成している。上記Ａ_０点は放射素子３７ａ、３７ｂの中心線上で、直線部から高さＨ_０の位置に設定される。また、上記Ａ_１点は直線部の延長線上で、直線部の中心から距離Ｌ_１の位置に設定される。また、折線４５は、放射素子３７ａ、３７ｂの直線部から高さＨ_１の位置に設定される。上記放射素子３７ａ、３７ｂの各部の寸法例としては、設定周波数帯の中心周波数が６２０ＭＨｚの場合、半径Ｒ_０は約０．１４λ_０、半径Ｒ_１は約０．３９λ_０、Ｈ_０は約０．０８λ_０、Ｈ_１は約約０．１７λ_０、Ｌ_１は約０．２λ_０に設定される。

そして、上記放射素子３７ａ、３７ｂには、円弧状の中心に保持金具４０の形状に合わせて切欠き４３ａ、４３ｂが設けられる。この場合、放射素子３７ａの切欠き４３ａと放射素子３７ｂの切欠き４３ｂとは異なった形状となっている。また、放射素子３７ａ、３７ｂは、直線部の両側に反射板３８の外径寸法に合わせて切欠き４４ａ、４４ｂが設けられる。

更に、放射素子３７ａ、３７ｂは、先端部近傍、例えば先端から距離Ｌｅ（約０．０２６λ_０）離れた位置において、反射板３８方向に折返し部４２ａ、４２ｂを設け、反射板３８に短絡接続する。上記折返し部４２ａ、４２ｂは、ボルト及びナット等により、放射素子３７ａ、３７ｂ及び反射板３８に固定される。上記折返し部４２ａ、４２ｂの折返し長さＬｄは、約０．３１λ_０に設定される。

上記実施形態で示したように、放射素子３７ａ、３７ｂに傾きを設け、且つ折返し部４２ａ、４２ｂを設けて反射板３８に短絡することにより、ＶＳＷＲ、指向性を広帯域化することができる。この場合、折返し部４２ａ、４２ｂは低域側の広帯域化に作用し、放射素子３７ａ、３７ｂの先端部、すなわち折返し部４２ａ、４２ｂより外方に突出した部分は高域側の広帯域化に作用する。

また、シュペルトップ３５に開放端円板３６を設けることにより、同軸給電管２５の外導体に流れる高周波電流を広帯域に阻止でき、ＶＳＷＲ、指向性の広帯域化に寄与させることができる。

図６は直径が３ｍ、焦点距離Ｆが９００ｍｍのパラボラ反射鏡１１に上記一次放射器２０を装着してＵＨＦ帯受信用パラボラアンテナを構成した場合のＶＳＷＲ特性であり、横軸に周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸にＶＳＷＲをとって示した。図６に示すマーク１〜７は、周波数４７０〜７７０ＭＨｚ（５０ＭＨｚ間隔）におけるＶＳＷＲ値で、
マーク１：周波数４７０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ≒１．１７
マーク２：周波数５２０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ≒１．２２
マーク３：周波数５７０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ≒１．１９
マーク４：周波数６２０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ≒１．３４
マーク５：周波数６７０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ≒１．１８
マーク６：周波数７２０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ≒１．３２
マーク７：周波数７７０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ≒１．１７
を示している。

上記実施形態に係る一次放射器２０を使用してパラボラアンテナを構成することにより、上記図６からも明らかなようにＶＳＷＲ１．４以下で比帯域４８％以上を確保することができた。

図７〜図９は上記ＵＨＦ帯受信用パラボラアンテナの周波数４７０ＭＨｚ、６２０ＭＨｚ、７７０ＭＨｚにおけるＥ面の放射特性であり、横軸に放射角度（Angle）［°］をとり、縦軸に放射電力［ｄＢ］をとって示した。

図１０〜図１２は上記ＵＨＦ帯受信用パラボラアンテナの周波数４７０ＭＨｚ、６２０ＭＨｚ、７７０ＭＨｚにおけるＨ面の放射特性であり、横軸に放射角度（Angle）［°］をとり、縦軸に放射電力［ｄＢ］をとって示した。

上記実施形態に係る一次放射器２０を使用することにより、上記図７〜図９及び図１０〜図１２から明らかなように、Ｅ面及びＨ面の何れにおいても４７０ＭＨｚ、６２０ＭＨｚ、７７０ＭＨｚにおいて略同等の放射特性が得られており、地上デジタル放送が使用する４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域の全てをカバーすることができる。

上記一次放射器２０を使用したパラボラアンテナは、垂直偏波または水平偏波のアンテナとして地上放送波あるいは移動通信等に使用することができる。

なお、上記実施形態では、グリッド型のパラボラ反射鏡１１に一次放射器２０を取付けた場合について示したが、上記実施形態以外の反射鏡であっても上記一次放射器２０を取付けて使用し得るものである。

また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るパラボラアンテナの構成を示す正面図、（ｂ）は側断面図である。同実施形態における一次放射器の全体構成を一部断面して示す図である。（ａ）は同実施形態における一次放射器の放射部を拡大して示す側面図、（ｂ）は同放射部の上面図である。（ａ）は同実施形態における放射部を先端側から見た図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。同実施形態における放射素子の詳細を示す正面図である。同実施形態における一次放射器をパラボラ反射鏡に装着して構成したパラボラアンテナのＶＳＷＲ特性図である。同実施形態に係るパラボラアンテナの周波数４７０ＭＨｚにおけるＥ面の放射特性を示す図である。同実施形態に係るパラボラアンテナの周波数６２０ＭＨｚにおけるＥ面の放射特性を示す図である。同実施形態に係るパラボラアンテナの周波数７７０ＭＨｚにおけるＥ面の放射特性を示す図である。同実施形態に係るパラボラアンテナの周波数４７０ＭＨｚにおけるＨ面の放射特性を示す図である。同実施形態に係るパラボラアンテナの周波数６２０ＭＨｚにおけるＨ面の放射特性を示す図である。同実施形態に係るパラボラアンテナの周波数７７０ＭＨｚにおけるＨ面の放射特性を示す図である。従来のパラボラアンテナの斜視図である。従来のパラボラアンテナにおける一次放射器の構成図である。

符号の説明

１１…パラボラ反射鏡、１２ａ、１２ｂ…支持管、１３…支持板、１４…グリッド、１５…パラボラ反射面、１６…背面支持管、２０…一次放射器、２１…支持柱、２２…放射器取付金具、２３…防雪カバー、２５…同軸給電管、２５ａ…中心導体、２６、２７…保持金具、２８…結合端子、３０…放射部、３１…ボルト、３２…蓋体、３３…ボルト、３４…保持金具、３５…シュペルトップ、３５ａ…ショート金具、３６…開放端円板、３７ａ、３７ｂ…放射素子、３８…反射板、３９…取付金具、４０…保持金具、４１…短絡素子、４２ａ、４２ｂ…折返し部、４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ…切欠き、４５…折線

Claims

反射鏡に装着される一次放射器において、
中心導体を備えた同軸給電管と、前記同軸給電管の始端側に設けられる給電端子と、前記同軸給電管の先端側に設けられる一対の放射素子と、前記一方の放射素子を前記同軸給電管の中心導体に接続し、他方の放射素子を前記同軸給電管に接続して保持する保持手段と、前記同軸給電管の前記放射素子より先端側に該放射素子と所定の間隔を保って装着される円状の反射板とを具備し、
前記一対の放射素子は、略半円状に形成し、途中から給電端方向に傾斜させると共に先端部近傍に折返し部を設けて前記反射板に短絡接続することを特徴とする反射鏡付きアンテナの一次放射器。
請求項１に記載のアンテナの一次放射器において、
前記同軸給電管の前記放射素子より給電側に該放射素子と所定の間隔を保って装着される円筒状のシュペルトップと、前記シュペルトップの前記放射素子側の外周に設けられる開放端円板とを備え、前記シュペルトップは、前記開放端円板装着側を広帯域に開放状態に保持し、反対側を短絡状態に保持することを特徴とする反射鏡付きアンテナの一次放射器。