JP2008288955A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成部品を用いてアンテナ利得の周波数特性を劣化させることなく、小型化および軽量化が可能なアンテナを提供する。
【解決手段】放射器１０は導体線よりなる折り返しダイポール形式の放射素子１１，１２を有する。放射素子１１，１２を接続する平行線路１３の中間部に同軸給電部１４が設けられている。反射器２０は、中央部に欠落部２１を有する楕円状または長円状の円環状導電板からなる。反射器２０の電界方向の長さＬは、動作周波数に対応する波長の１／２よりも短い。放射器１０および反射器２０は保持筐体３０により互いに動作周波数に対応する波長のほぼ１／４の距離に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波を受信するためのアンテナに関する。

従来より、ＵＨＦ（極超短波）帯の電波を受信するための小型のアンテナとして、板状の反射器を備えたアンテナがある。

図６は従来の板状広帯域アンテナを示す図である（特許文献１参照）。図６に示す板状広帯域アンテナ２００は、放射器２１０および反射器２２０を備える。放射器２１０は導電板からなり、導電板の中央部にはスリット２１１が設けられている。

放射器２１０の背面側には、所定の間隔をおいて反射器２２０が設けられている。反射器２２０の面積効率を上げることにより反射効率が高くなるので、反射器２２０の上下に反射導電棒２１３，２１４が設けられている。

放射器２１０は、到来方向からの電波を受信するとともに、反射器２２０により反射された電波を受信し、給電部２１２からアンテナ受信電波として出力する。

図７は従来の反射板付平面アンテナを示す図である（特許文献２参照）。図７に示す反射板付平面アンテナ３００は、三角双ループエレメントからなる放射素子３１０および反射板３２０により構成される。反射板３２０は、矩形の導電板の両側を対向するようにほぼ直角に屈曲させることにより形成されている。それにより、電界方向の幅が短くなり、小型化が実現される。

放射素子３１０は、到来方向からの電波を受信するとともに、反射板３２０により反射された電波を受信し、給電部３１１，３１２からアンテナ受信電波として出力する。
特開２００５−２７１１６公報 特開２００５−７３２２６公報

図６に示した板状広帯域アンテナ２００においては、アンテナ利得を大きくするために、反射器２２０の幅および反射導電棒２１３，２１４の長さを受信電波の下限周波数に対応する波長λ_Ｌの１／２以上にする必要がある。

反射導電棒２１３，２１４の長さが受信電波の下限周波数に対応する波長λ_Ｌの１／２より短い場合には、反射導電棒２１３，２１４は導波器として働く。それにより、アンテナ利得の前後比が悪くなる。なお、アンテナ利得の前後比は、アンテナの前方方向の利得とアンテナの後方方向の利得との差である。

一方、図７に示した反射板付平面アンテナ３００においては、折曲部分を含む反射板３２０の幅が受信電波の下限周波数の波長λ_Ｌの１／２以上に形成される。それにより、反射板３２０の大きさを受信電波の電界方向で短くすることができる。しかしながら、反射板３２０は、三角双ループエレメントからなる放射素子３１０よりは大きく、軽量化にも難点がある。

一般に、ループ状の放射素子を用いた従来のアンテナは、一辺が下限周波数に対応する波長λ_Ｌの１／２の長さを有する反射板からなる反射器を備える。また、多数のループ状の放射素子が並べられた八木式ループアンテナでは、ループ状の放射素子の径よりも大きい外周長さを１．２λ_Ｌ以上にする必要がある。それにより、反射器の寸法を大きくする必要があるので、室内で用いることができる小型アンテナを実現することが困難である。

本発明の目的は、簡素な構成部品を用いてアンテナ利得の周波数特性を劣化させることなく、小型化および軽量化が可能なアンテナを提供することである。

（１）第１の発明に係るアンテナは、電波を受信するアンテナであって、給電部を有する放射器と、放射器に対して所定間隔を隔てて配置された反射器とを備え、反射器は、中央部が欠落した楕円状または長円状の導体板を含むものである。

そのアンテナにおいては、中央部が欠落した楕円状または長円状の導体板を含む反射器を用いることにより、受信電波の電界方向における寸法を増大させることなく、広い周波数帯域にわたって良好な反射性能が得られるとともに、低い周波数で高い反射性能が得られる。それにより、アンテナ利得が改善されるとともに、アンテナ利得の前後比が向上する。したがって、簡素な構成部品を用いてアンテナ利得の周波数特性を劣化させることなく、小型化および軽量化が可能なアンテナを実現することができる。

（２）反射器は、受信電波の電界方向において放射器よりも短い寸法を有してもよい。この場合、反射器が放射器よりも小さいので、アンテナがより小型化および軽量化される。

（３）反射器は、受信電波の電界方向において電波の波長の１／２より短い寸法を有してもよい。

この場合、反射器が受信電波の電界方向において電波の波長の１／２より短い寸法を有しても、十分に高いアンテナ利得を得ることができる。

（４）第２の発明に係るアンテナは、電波を受信するアンテナであって、放射器と、放射器に対して所定間隔を隔てて配置された反射器とを備え、反射器は、同一面上で互いに間隔を隔てて並べられた第１および第２の導電板を含み、第１および第２の導電板の対向する端部がインダクタにより互いに接続されるものである。

そのアンテナにおいては、第１および第２の導電板により反射面積が大きくなるとともに、第１および第２の導電板の対向する端部に接続されるインダクタに受信電波の電界方向の電流が集中する。それにより、電流が集中する領域と反射器の反射面とが分離されるので、反射器の反射性能を劣化させることなく、反射器の電界方向の寸法を短くすることができる。したがって、簡素な構成部品を用いてアンテナ利得の周波数特性を劣化させることなく、小型化および軽量化が可能なアンテナを実現することができる。

（５）放射器は、ループ状の放射素子を含み、反射器は、受信電波の電界方向において放射器の直径よりも短い寸法を有してもよい。

この場合、反射器は受信電波の電界方向において放射器よりも小さいので、アンテナがより小型化および軽量化される。

（６）反射器は、ループ状の放射素子の外周に包含されるように設けられてもよい。

この場合、反射器は放射器に包含される大きさを有するので、アンテナがより小型化および軽量化される。

本発明によれば、簡素な構成部品を用いてアンテナ利得の周波数特性を劣化させることなく、小型化および軽量化が可能なアンテナを実現することができる。

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。

（１）第１の実施の形態
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの構成を示す模式的正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のアンテナの模式的側面図である。

図１において、アンテナ１は、放射器１０、反射器２０および保持筐体３０を備える。

放射器１０は、導体線よりなる折り返しダイポール形式の放射素子１１，１２を有する。２つの放射素子１１，１２は、電波到来方向のアンテナ利得を高くするために、動作周波数（使用周波数）に対応する波長λの１／２に近い間隔を保ちつつ受信電波の電界方向に平行に保持されている。放射素子１１，１２は、平行線路１３により接続される。放射素子１１，１２を接続する平行線路１３の中間部に同軸給電部１４が設けられている。放射器１０の放射素子１１，１２には、同軸給電部１４から同位相で給電される。

このように、放射素子１１と放射素子１２との間隔が動作周波数に対応する波長λの１／２程度に設定されることにより、放射素子１１，１２のアンテナ開口面すなわち電波の捕捉面をそれぞれ独立させることができる。その結果、電波の捕捉量が大きくなる。

反射器２０は、中央部に円形の欠落部２１を有する楕円状または長円状の円環状導電板からなる。反射器２０の電界方向の長さＬは、動作周波数に対応する波長λの１／２よりも短い。なお、反射器２０の中央部の欠落部２１は矩形等の他の形状であってもよい。

保持筐体３０は誘電体よりなる。放射器１０および反射器２０は、保持筐体３０に固定されている。放射器１０および反射器２０は、保持筐体３０により互いに動作周波数に対応する波長λのほぼ１／４の距離に固定される。それにより、到来方向からの電波が反射器２０で反射されると、電波の位相が１８０度反転される。反射器２０で反射された電波は、放射器１０に到達すると、放射器１０に直接入射する電波と加算され合成される。

この場合、放射器１０と反射器２０との間隔が動作周波数に対応する波長λの約１／４であるので、放射器１０から反射器２０までの行程と反射器２０から放射器１０までの行程との合計は動作周波数に対応する波長λの約１／２となる。すなわち、反射器２０で反射される電波の位相は、放射器１０の位置から反射器２０の位置までの行程および反射器２０の位置から放射器１０の位置までの行程で１８０度遅延する。したがって、放射器１０に直接入射する電波と反射器２０で反射された電波とが同位相で合成される。その結果、高いアンテナ利得が得られる。

同軸給電部１４から同軸線１５を介してアンテナ出力コネクタ１６に受信電波が導かれる。このようにして、全体として小型のアンテナ１が構成される。

上記の構成によれば、反射器２０の両端部間の幅Ｌを折り返しダイポール形式の放射素子１１，１２の長さより短くすることが可能となる。したがって、反射器２０付きの小型のアンテナ１が実現される。

ここで、本実施の形態のアンテナ１に用いられる反射器２０の反射特性を各種の代表的な形状を有する反射器の反射特性と比較する。

以下の説明では、使用帯域の下限周波数をＦ_Ｌとする。また、下限周波数Ｆ_Ｌに対応する波長をλ_Ｌとする。

図２は本実施の形態のアンテナ１に用いられる反射器２０および各種の代表的な形状を有する反射器を示す図である。

図２（ａ）には、導電棒からなる反射器２０１が示される。反射器２０１は長さＬを有する。図２（ｂ）には、長方形の導電板からなる反射器２０２が示される。反射器２０２は長さＬの幅および長さＷの高さを有する。

図２（ｃ）には、楕円体の導電板からなる反射器２０３が示される。反射器２０３は長さＬの長軸および長さＷの短軸を有する。図３（ｄ）には、本実施の形態に係るアンテナ１に用いられる反射器２０が示される。反射器２０は長さＬの幅および長さＷの短軸を有する。

図３は図２の反射器２０１，２０２，２０３，２０の反射性能の周波数特性を示す図である。

図３の縦軸は反射減衰量を示し、横軸は周波数を示す。ここで、反射減衰量とは、到来する電波をダイポールアンテナで捕捉する場合に到来する電波側に反射器が存在する状態での利得と存在しない状態での利得との差を表し、数値が大きいほど良好な反射特性を表す。

図３では、図２の反射器２０１，２０２，２０３，２０の長さＬを２００ｍｍとし、長さＷを１００ｍｍとした場合のテレビ放送のＵＨＦ帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）における反射性能の周波数特性が比較して示される。

図２（ａ）の反射器２０１は、長さＬが１／２波長に相当する周波数Ｆ以上の電波を反射する反射器として働き、周波数Ｆ以下の電波を引き寄せる導波器として働くことが知られている。

そのため、反射器２０１を使用帯域で反射器として動作させるためには、反射器２０１の長さＬを下限周波数Ｆ_Ｌに対応する波長λ_Ｌの１／２以上にする必要がある。

なお、図６に示される従来のアンテナ２００の反射器２２０はこの原理に基づく。したがって、図６の反射器２２０の電界方向の長さはλ_Ｌ／２以上となる。

また、図２（ａ）の反射器２０１では、電波の１／２波長の長さＬを有する導電棒の共振特性を利用している。そのため、図３に示すように、反射器２０１を用いた場合には反射性能の周波数特性において良好な反射減衰量を有する帯域幅は狭い。

図２（ｂ）の反射器２０２を用いた場合には、図２（ａ）の反射器２０１を用いた場合に比べて、広帯域特性が得られる。すなわち、図３に示すように、図２（ｂ）の反射器２０２を用いた場合には、反射性能の周波数特性において広い帯域幅で良好な反射減衰量が得られる。しかしながら、図２（ｂ）の反射器２０２を用いた場合の反射減衰量の最大値は、図２（ａ）の反射器２０１を用いた場合に比べて劣っている。

一方、図２（ｃ）の反射器２０３を用いた場合には、反射減衰量の最大値は図２（ｂ）の反射器２０２を用いた場合に比べて改善され、かつ図２（ａ）の反射器２０１を用いた場合に比べて広帯域特性が得られる。

しかしながら、図２（ｃ）の反射器２０３を用いた場合には、図２（ｂ）の反射器２０２を用いた場合に比べて低い周波数での反射減衰量が小さい。そのため、低い周波数で反射減衰量を大きくするために、電界方向の長さＬをより長くする傾向にある。

さらに、図２（ｄ）の反射器２０を用いた場合には、図２（ｃ）の反射器２０３を用いた場合に比べて低い周波数で反射減衰量が大きくなる。

なお、下限周波数Ｆ_Ｌ（＝４７０ＭＨｚ）に対応する波長λ_Ｌの１／２は３２０ｍｍである。そのため、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の反射器２０１，２０２，２０３では、４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚの全帯域で動作させるためには３２０ｍｍ以上の長さＬが必要なる。

したがって、図３の例では、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の反射器２０１，２０２，２０３で必要となる長さの２／３の長さで反射性能の周波数特性の比較を行っている。そのため、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の反射器２０１，２０２，２０３を用いた場合には、当然、良好な反射性能が得られていない。

これに対して、図２（ｄ）の反射器２０では、４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚの帯域の下限周波数Ｆ_Ｌ（＝４７０ＭＨｚ）で５ｄＢ以上の良好な反射減衰量が得られている。

なお、通常、折り返しダイポール形式のアンテナ素子の長さは使用波長の１／２に設定され、ＵＨＦ帯域の中心周波数である６２０ＭＨｚで設計すれば２４０ｍｍとなる。

図４は本実施の形態に係るアンテナ１についてのアンテナ利得およびアンテナ利得の前後比の周波数特性の実測結果を示す図である。図４の縦軸はアンテナ利得およびアンテナ利得の前後比を表し、横軸は周波数を表す。

ここで、アンテナ利得の前後比は、アンテナの前方方向の利得とアンテナの後方方向の利得との差である。アンテナ利得およびアンテナ利得の前後比はテレビアンテナ特性として重要な要素である。

従来の小型アンテナの実用例である室内テレビアンテナは、反射器により大型化しないように、放射器のみで構成されている。そのため、アンテナ利得およびアンテナ利得の前後比はともに０付近である。

これに対して、図４に示すように、本実施の形態に係るアンテナ１においては、アンテナ利得が５ｄＢ程度と大きくなり、アンテナ利得の前後比も５ｄＢ以上と大きくなっている。このように、本実施の形態に係るアンテナ１の周波数特性では、利得が大幅に改善されることがわかる。

なお、本実施の形態では、放射器１０が２つの折り返しダイポール形式の放射素子１１，１２よりなる例が示されるが、放射器１０が単一のダイポール素子またはループ状の放射素子により構成されてもよい。

（２）第２の実施の形態
図５（ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの構成を示す模式的正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のアンテナの模式的側面図である。

図５において、アンテナ１００は、放射器１１０、反射器１２０および平衡不平衡変換器１１１を備える。

図５（ａ）に示すように、放射器１１０は、導体線よりなるループ状の放射素子（ループアンテナ）からなる。放射器１１０の外周長さは、動作周波数（使用周波数）に対応する波長λに設定される。放射器１１０の放射素子の一端は平衡不平衡変換器１１１を介して出力端子１１２に接続されている。放射器１１０の放射素子の他端は平衡不平衡変換器１１１を介して接地されている。放射器１１０による受信電波は、平衡不平衡変換器１１１に導かれ、出力端子１１２から出力される。

反射器１２０は、矩形状の導電板１２１，１２２およびインダクタ１２３，１２４を含む。導電板１２１，１２２は、受信電波の電界方向に平行にかつ電界方向に垂直な線に対して対称な位置に配置されている。導電板１２１，１２２の対向する端部はインダクタ１２３，１２４により互いに接続されている。放射器１１０および反射器１２０は保持筐体（図示せず）に固定される。

図５（ｂ）に示すように、放射器１１０と反射器１２０の一面とは、動作周波数に対応する波長λの約１／４の距離を隔てて互いに対向している。

反射器１２０の導電板１２１，１２２は受信電波の電界方向に垂直な幅Ｗを有する。それにより、反射面積が大きくなる。また、インダクタ１２３，１２４は、受信電波の電界方向の電流が集中する位置に存在する。それにより、電流が集中する領域と導電板１２１，１２２の反射面とを分離することができるので、反射器１２０の反射性能を劣化させることなく反射器１２０の電界方向の寸法を短くすることができる。その結果、反射器１２０は、小型でかつ広帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨz）の反射性能を示す。

ループ状の放射素子（ループアンテナ）の電界方向の寸法は外周長さの約１／３となるので、折り返しダイポール形式の放射素子の長さ（動作周波数に対応する波長の１／２の長さ）に比べてさらに小さくなる。したがって、ループアンテナに使用される反射器の寸法もさらに小型化が必要となる。

本実施の形態に係るアンテナ１００によれば、反射器１２０は放射器１１０より小さな寸法を有し、放射器１１０に近接した位置に配置される。したがって、上記の構成により簡素な構成部品を用いて室内用のテレビアンテナ等の小型アンテナを実現することができる。

本発明は、室内等で使用することができるテレビ放送の受信アンテナ等の小型アンテナとして有用である。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの構成を示す模式的正面図、（ｂ）は（ａ）のアンテナの模式的側面図 本実施の形態のアンテナに用いられる反射器および各種の代表的な形状を有する反射器を示す図 図２の反射器の反射性能の周波数特性を示す図 本実施の形態に係るアンテナについてのアンテナ利得およびアンテナ利得の前後比の周波数特性の実測結果を示す図 （ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの構成を示す模式的正面図、（ｂ）は（ａ）のアンテナの模式的側面図 従来の板状広帯域アンテナを示す図 従来の反射板付平面アンテナを示す図

符号の説明

１ アンテナ
１０ 放射器
１１，１２ 放射素子
１３ 平行線路
１４ 同軸給電部
１５ 同軸線
２０ 反射器
２１ 欠落部
３０ 保持筐体
１００ アンテナ
１１０ 放射器
１１１ 平衡不平衡変換器
１１２ 出力端子
１２０ 反射器
１２１，１２２ 導電板
１２３，１２４ インダクタ
２００ 板状広帯域アンテナ
２１０ 放射器
２２０ 反射器
２１１ スリット
２１２ 給電部
２１３，２１４ 反射導電棒
３００ 反射板付平面アンテナ
３１０ 放射素子
３１１，３１２ 給電部
３２０ 反射板

Claims (6)

1. 電波を受信するアンテナであって、
   給電部を有する放射器と、
   前記放射器に対して所定間隔を隔てて配置された反射器とを備え、
   前記反射器は、中央部が欠落した楕円状または長円状の導体板を含むことを特徴とするアンテナ。
2. 前記反射器は、受信電波の電界方向において前記放射器よりも短い寸法を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. 前記反射器は、受信電波の電界方向において前記電波の波長の１／２より短い寸法を有することを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ。
4. 電波を受信するアンテナであって、
   放射器と、
   前記放射器に対して所定間隔を隔てて配置された反射器とを備え、
   前記反射器は、同一面上で互いに間隔を隔てて並べられた第１および第２の導電板を含み、前記第１および第２の導電板の対向する端部がインダクタにより互いに接続されることを特徴とするアンテナ。
5. 前記放射器は、ループ状の放射素子を含み、
   前記反射器は、受信電波の電界方向において前記放射器の直径よりも短い寸法を有することを特徴とする請求項４記載のアンテナ。
6. 前記反射器は、前記ループ状の放射素子の外周に包含されるように設けられたことを特徴とする請求項５記載のアンテナ。

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