JP2008306441A - 多方向アンテナ及び組合せ多方向アンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】 簡単な構成によって指向特性を変化させて、異なる方向から到来する電波を受信可能とする。
【解決手段】 λ/4の長さを有するダイポールアンテナ素子4、6を一列に配置し、ダイポールアンテナ素子4、6の近接する端部間に給電部8で給電する。λ/4の長さの延長素子10a、10bが、ダイポールアンテナ素子4の外方側に一列に配置され、λ/4の長さの延長素子14a、14bが、ダイポールアンテナ素子6の外方側に一列に配置されている。延長素子10a、10bの間、ダイポールアンテナ素子4と延長素子10aとの間、延長素子14a、14bの間及びダイポールアンテナ素子6と延長素子14aとの間に、スイッチ12a、12b、16a、16bが設けられている。
【選択図】 図1
【解決手段】 λ/4の長さを有するダイポールアンテナ素子4、6を一列に配置し、ダイポールアンテナ素子4、6の近接する端部間に給電部8で給電する。λ/4の長さの延長素子10a、10bが、ダイポールアンテナ素子4の外方側に一列に配置され、λ/4の長さの延長素子14a、14bが、ダイポールアンテナ素子6の外方側に一列に配置されている。延長素子10a、10bの間、ダイポールアンテナ素子4と延長素子10aとの間、延長素子14a、14bの間及びダイポールアンテナ素子6と延長素子14aとの間に、スイッチ12a、12b、16a、16bが設けられている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、異なる方向から到来する複数の電波を受信することができる多方向アンテナ及びこのアンテナを組み合わせた組合せ多方向アンテナに関する。
従来、異なる方向から到来する電波を受信可能なアンテナとしては、例えば特許文献1、2に開示されているようなものがある。
特許文献1に開示されている技術では、放射器の両側に長さを変化させることが可能な第1及び第2のアンテナ素子を配置し、第1のアンテナ素子を放射器として使用すると共に、第2のアンテナ素子を導波器として使用する状態と、第1のアンテナ素子を導波器として使用すると共に、第2のアンテナ素子を反射器として使用する状態とに、第1及び第2のアンテナ素子の長さを切り換えることによって、切り換えるものである。これによって、第2のアンテナ素子から第1のアンテナ素子に向かう方向の電波を受信する状態と、反対に第1のアンテナ素子から第2のアンテナ素子に向かう方向の電波を受信する状態とに、切り換える。
特許文献2に開示されている技術では、2組のダイポールアンテナを交差するように配置し、これら2組のダイポールアンテナの出力を、演算して合成することによって、これら2組のダイポールアンテナの指向性を複数の方向のいずれかに切り換えるものである。
特許文献1の技術によれば、180度異なる2つの方向から到来する電波しか受信することができない。更に異なる方向からの電波も受信するためには、特許文献1のアンテナを複数、それぞれ異なる方向を向くように設置しなければならず、構成が複雑になる。特許文献2の技術によれば、多数の異なる方向からの電波を受信することは可能であるが、2組のダイポールアンテナを設置しなければならない上に、2組のダイポールアンテナの出力を処理して合成するための回路が必要であり、やはり構成が複雑になる。
本発明は、簡単な構成によって、指向特性を変化させて、異なる方向から到来する電波を受信可能な多方向アンテナ及び組合せ多方向アンテナを提供することを目的とする。
本発明の一態様の多方向アンテナは、ダイポールアンテナを有している。このダイポールアンテナは、第1及び第2のダイポールアンテナ素子からなり、第1及び第2のダイポールアンテナ素子は、λ/4(λは送信または受信しようとする周波数帯の電波の中心波長)の長さを有している。第1及び第2のダイポールアンテナ素子は、その長さ方向を揃えて一列に配置されている。第1及び第2のダイポールアンテナ素子の近接する端部間に給電部が設けられている。第1のダイポールアンテナ素子の外方側に、複数の第1の延長素子が、配置されている。第1の延長素子は、λ/4の整数倍の長さをそれぞれが有している。例えば第1の延長素子は、λ/4の長さ、λ/2の長さを有している。これら第1の延長素子は、第1のダイポールアンテナ素子の長さ方向に揃えて一列に配置されている。第2のダイポールアンテナ素子の外方側に、複数の第2の延長素子が配置されている。第2の延長素子も、λ/4の整数倍の長さをそれぞれが有している。これら第2の延長素子は、第2のダイポールアンテナ素子の長さ方向に揃えて一列に配置されている。第1の延長素子の間、第1のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第1の延長素子との間、第2の延長素子の間及び第2のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第2の延長素子との間に、それぞれスイッチが設けられている。各スイッチは、第1の延長素子の間、第1のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第1の延長素子との間、第2の延長素子の間及び第2のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第2の延長素子との間を、接続及び切断する。
このように構成された多方向アンテナでは、例えば全てのスイッチを切断状態とすると、第1及び第2のダイポールアンテナ素子のみで多方向アンテナは構成され、これらの長さ方向に対して直角な方向に8の字指向性を示す。例えば第1のダイポールアンテナ素子と第1の延長素子との合計の長さが3λ/4の長さとなり、第2のダイポールアンテナ素子の長さはλ/4を維持するようにスイッチを切り換えると、全長がλの高調波アンテナとして多方向アンテナは動作する。また、第1のダイポールアンテナ素子と第1の延長素子との合計の長さが3λ/4の長さとなり、第2のダイポールアンテナ素子と第2の延長素子との合計の長さも3λ/4の長さとなるようにスイッチを切り換えると、全長が3λ/2の高調波アンテナとなる。このようにすると、最大放射の生じる方向は、第1及び第2のアンテナ素子の片側で複数生じ、しかも長さが第1及び第2のダイポールアンテナの長さが長くなるに従って、第1及び第2のダイポールアンテナに近づいていく。従って、スイッチによって、第1及び第2の延長素子の接続及び切断を切り換えることによって、最大放射の生じる方向(指向性)を調整することができ、切換という簡単な構成によって異なる方向から到来する電波を受信することが可能となる。
前記スイッチは、前記接続、前記切断に加えて、第1の延長素子の間、第1のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第1の延長素子との間、第2の延長素子の間及び第2のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第2の延長素子との間に、λ/4の折り返し部分の接続も可能に構成することもできる。即ち、スイッチは、切換スイッチに構成することもできる。
このように構成すると、第1の延長素子の間、第1のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第1の延長素子との間、第2の延長素子の間及び第2のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第2の延長素子との間に、λ/4の折り返し部分を接続した状態では、この多方向アンテナは、コリニアアレイアンテナとして動作し、指向性の鋭いアンテナとして使用することができる。
上述したいずれかの多方向アンテナを、複数設けることもできる。この場合、前記各多方向アンテナの第1及び第2のダイポールアンテナ素子がほぼ同一平面内において交差するように配置する。複数の多方向アンテナの給電部からの出力は、特段処理することなく、合成する。
第1及び第2のダイポールアンテナ素子に対して所定の角度をなすようにモノポールアンテナ素子を配置することができる。この配置は、モノポールアンテナ素子の一端部が第1及び第2のダイポールアンテナ素子の内方端部の近傍に位置するように行われ、この一端部に給電される。モノポールアンテナ素子は、前記λ/4の長さを有している。前記モノポールアンテナ素子の他端側に、複数の第3の延長素子が、前記モノポールアンテナ素子の長さ方向に揃えて一列に配置されている。第3の延長素子も、前記λ/4の整数倍の長さをそれぞれが有している。第3の延長素子の間、前記モノポールアンテナ素子とこれに近接する第3の延長素子との間にも、前記スイッチが設けられている。モノポールアンテナ素子の給電部からの出力も、第1及び第2のダイポールアンテナ素子の給電部からの出力と、なんら演算処理されることなく、合成される。
これらのように構成することによって、スイッチの接続、切断を様々に行うことによって、各給電部からの出力の合成出力は、単独の多方向アンテナの場合の指向性とは異なる指向性を示すので、更に様々な方向から到来する電波を受信することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、ダイポールアンテナ素子の長さを調整するという簡単な構成によって、指向性を調整することができ、異なる方向から到来する電波を受信することが可能である。
本発明の第1の実施形態の多方向アンテナは、図1に示すように、ダイポールアンテナ2を有している。ダイポールアンテナ2は、第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6を有している。これら第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6は、λ/4(λは、受信しようとする周波数帯、例えばUHF帯のテレビジョン放送帯の中心波長)の長さをそれぞれ有し、それぞれの一方の端部を接近させた状態で一列に配置されている。これら第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6の接近させた端部、即ち内方端部に、給電部8が接続されている。
第1のダイポールアンテナ素子4の外方端部(給電部8が接続されている端部と反対側の端部)側には、複数、例えば2つの第1の延長素子10a、10bが配置されている。第1の延長素子10a、10bも、その長さがλ/4のもので、第1のダイポールアンテナ素子4と一列をなすように、長さ方向を第1のダイポールアンテナ素子4と揃えて配置されている。第1の延長素子10a、10bは接近して配置され、第1の延長素子10aは、第1のダイポールアンテナ素子4と接近して配置されている。
第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとの間には、スイッチ、例えば開閉スイッチ12aが配置されている。この開閉スイッチ12aは、例えばPINダイオードを用いたもので、制御信号、例えば接続信号が供給されたとき、第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとを接続し、接続信号が非供給の時、第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとを切断する。同様に第1の延長素子10a、10b間にも開閉スイッチ12bが設けられ、接続信号の供給によって第1の延長素子10a、10b間を接続し、接続信号の非供給によって第1の延長素子10a、10b間を切断する。
同様に、第2のダイポールアンテナ素子の外方端部側にも、第2の延長素子14a、14bが設けられている。第2の延長素子14a、14bも、その長さがλ/4のもので、第1の延長素子10a、10bと第1のダイポール素子8との関係と同様な関係を、第2のダイポールアンテナ素子6と維持して配列されている。更に、第2のダイポールアンテナ素子6と第2の延長素子14aとの間、第2の延長素子14a、14b間にも、スイッチ16a、16bが設けられている。スイッチ16a、16bも、スイッチ12a、12bと同様に動作する。
これらスイッチ12a、12b、16a、16bを接続する接続信号は、制御部18が発生する。
このように構成された多方向アンテナでは、図2(a)に示すように、全てのスイッチ12a、12b、16a、16bを切断状態としていると、同図に斜線を付して示すように第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6のみで、全長がλ/2で、中央で電流給電されたダイポールアンテナが構成される。その結果、水平面指向性は、図3(a)に示すように、ダイポールアンテナ2の長さ方向に対して垂直な方向に8の字指向性を示す。即ち、最大放射方向は、ダイポールアンテナ2に対して垂直な方向にある。
図2(b)に示すように、スイッチ16a、16bを接続状態とし、スイッチ12a、12bを切断状態に切り換えると、同図に斜線を付して示すように、第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6及び第2の延長素子14a、14bによって、全長がλで、一端からλ/4の位置で電流給電されたダイポールアンテナが構成される。この場合の指向特性は、図3(b)に示すように、ダイポールアンテナ2の両側にそれぞれ2つのメインローブを持つものとなる。これら2つのメインローブは、ダイポールアンテナ2の長さ方向に対して垂直な方向の両側に接近して位置している。
図2(c)に示すように、スイッチ12a、12b、16a、16bを全て接続状態とすると、第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6、第1の延長素子10a、10b、第2の延長素子14a、14bによって、全長が3λ/2で、中央で電流給電されたダイポールアンテナが構成される。この場合の指向性は、図3(c)に示すように、図3(b)と同様に、ダイポールアンテナ2の両側において、それぞれダイポールアンテナの長さ方向に対して垂直な方向の両側に2つのメインローブを有するが、これらメインローブが、図3(b)の場合よりもダイポールアンテナ2側に傾いている。
このようにスイッチ12a、12b、16a、16bを切り換えることによって、このダイポールアンテナの指向性を変化させることができ、異なる方向から到来する電波を受信可能となる。
上記の実施形態では、電流給電を行ったが、第2の延長素子をもう1つ、第2の延長素子14bの外側に設け、もう1つの第2の延長素子と第2の延長素子14bとの間にもスイッチを設け、例えばスイッチ16aのみを接続状態とした状態、スイッチ12a、16aを接続状態とした状態、スイッチ12a、スイッチ16a、16b、追加したスイッチを接続した状態に切り換えることによって、電圧給電の状態で指向性を変化させることもできる。この場合、第1の延長素子10bとスイッチ12bとは不要であるし、指向性のパターンは、電流給電の場合のものと異なったものとなる。
また、第1の延長素子10bとスイッチ12bを設けた状態で、上述したもう1つの第2の延長素子ともう1つのスイッチとを設けておき、電圧給電と電流給電とを適宜切り換えることによって、更に指向特性を細かく変化させることができる。
また、上記の実施形態のように電流給電を行う場合には、第1の延長素子、第2の延長素子をそれぞれλ/2の長さとして1つずつ、第1のダイポールアンテナ素子4、第2のダイポールアンテナ素子6の外方に設けることもできる。この場合、スイッチの数を減少させることができ、制御も容易になる。
上記の実施形態では、電流給電する場合、第1及び第2の延長素子は、それぞれ2つずつ設けたが、さらに多くの第1及び第2の延長素子を設けることもできる。その場合、各第1及び第2の延長素子をそれぞれλ/4の長さとするなら、第1及び第2の延長素子は、共に2の倍数の個数とする。また、電圧給電する場合には、第1及び第2の延長素子をそれぞれλ/4の長さとするなら、スイッチを奇数ずつ設ける。
第2の実施形態の多方向アンテナを図4乃至図6に示す。この実施形態では、スイッチ12a、12b、16a、16bに代えて、図4に示すように切換スイッチ部18a、18b、20a、20bを設けてある。そして、例えば第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとで言えば、両者の間を接続、切断状態のいずれかの状態とするだけでなく、図5に示すように両者の間に2つのλ/4の長さのスタブ22a、22bを有する折り返し部分(フェージングスタブ)22を接続した状態にも切り換えられるように構成してある。第1の延長素子10a、10b間、第2のダイポールアンテナ素子6、第2の延長素子14a間、第2の延長素子14a、14b間も同様に、切換スイッチ部18b、20a、20bによって、折り返し部分22を接続した状態にすることができる。
切換スイッチ部18aは、図5に示すように2つの切換スイッチ24、26を有している。切換スイッチ24は、接触子24aと3つの接点24b、24c、24dを有している。切換スイッチ26も、同様に接触子26aと3つの接点26b、26c、26dを有している。
切換スイッチ24の接触子24aは、ダイポールアンテナ素子4の端部に接続され、接点24bは、折り返し部分のスタブ22bに接続され、接点24cは、切換スイッチ26の接点26cに接続され、接点24dは空き接点とされている。切換スイッチ26の接触子26aは、第1の延長素子10aの端部に接続され、接点26bは、折り返し部分22のスタブ22aに接続され、接点26cは上述したように接点24cに接続され、接点24dは空き接点とされている。
従って、接触子24a、26aが、接点24d、26dに接触しているときには、第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとは切断状態にあり、接点24b、26bに接触しているときには、第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとは接続状態にある。そして、接触子24a、26aが接点24b、26bに接触している状態では、第1のダイポールアンテナ素子4と、第1の延長素子10aとの間に、折り返し部分22が接続されている。
他の切換スイッチ部18b、20a、20bも同一の構成であるので、詳細な説明は省略する。切換スイッチ部18a、18b、20a、20bとしては、PINダイオードを用いたものを使用することもできるし、市販されているIC型の高周波切換スイッチを使用することもできる。
切換スイッチ部18a、18b、20a、20bを接続状態または切断状態とすることによって、第1の実施形態に関連して説明したように、指向性を変化させることができる。また、切換スイッチ部18a、18b、20a、20bによって、折り返し部分22を、第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとの間、第2のダイポールアンテナ素子6と第2の延長素子14aとの間にそれぞれ接続し、第1の延長素子10a、10b間を接続し、第2の延長素子14a、14間を接続した場合、コリニアアレイアンテナが構成される。
即ち、第1のダイポールアンテナ素子4と第1の延長素子10aとの間、第2のダイポールアンテナ素子6と第2の延長素子14aとの間にそれぞれ全長がλ/2の折り返し部分22が設けられたことにより、第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6、第1の延長素子10a、10b、第2の延長素子14a、14bには、同相の電流が流れ、第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6に直角な方向に、これらからの放射が加え合わされ、図6に示すような鋭い指向性を示す。従って、ダイポールアンテナ2の長さ方向に対して垂直な方向からの電波を妨害波を受信することなく、良好に受信することが可能となる。
この実施形態において、第1及び第2の延長素子の長さをそれぞれλ/2として、切換スイッチ部を第1の延長素子側及び第2の延長素子側にそれぞれ1個ずつ設けた構成とすることもできる。また、第1の実施形態の変形例で説明したように電圧給電する場合には、第1の延長素子10aと第1のダイポールアンテナ素子4との間に設けた折り返し部分22、第2の延長素子14aと第2のダイポールアンテナ素子6との間に設けた折り返し部分22を、それぞれ使用する。第1の実施形態に関連して説明した変形例は、第2の実施形態にも適用可能である。
第3の実施形態を図7及び図8に示す。この実施形態は、図7に示すように、第1の実施形態で示した多方向アンテナを2組備えている。1組目のダイポールアンテナを符号2−1で示し、もう1組のダイポールアンテナを符号2−2で示してある。それらの各構成要素には、第1の実施形態において付した符号の末尾に1または2を付して、示して詳細な説明は省略する。なお、図7では、スイッチ18a、18b、20a、20bに相当するものは省略してある。ダイポールアンテナ2−1、2−2は、互いに90度の角度を成すように交差してほぼ同一面内に配置されている。その交点は、第1ダイポールアンテナ素子4−1と第2ダイポールアンテナ素子6−1との中間と、第1ダイポールアンテナ素子4−2と第2ダイポールアンテナ素子6−2との中間とである。
そして、第1ダイポールアンテナ2−1と第2ダイポールアンテナ2−2との給電部から得られる出力を合成することによって、例えば図8(a)乃至(c)に示すような指向性を得ることができる。なお、第2の実施形態で使用した折り返し部分22を、この実施形態においても使用することができるし、第1の実施形態に関連して説明した変形例を、第2の実施形態において適用することも可能である。
第4の実施形態を図9及び図10に示す。この実施形態は、第1の実施形態のダイポールアンテナ2に、モノポールアンテナ素子24、第3の延長素子26a、26bを設けたものである。即ち、ダイポールアンテナ2に対して同一面内において直交するようにモノポールアンテナ素子24が配置されている。モノポールアンテナ素子24の一端部は、第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6の内方端部の中点付近に位置し、λ/4の長さを有している。このモノポールアンテナ素子24の他方の端部の延長線上に、これと長さ方向を揃えて、1列に延長素子26a、26bが配置されている。図示していないが、モノポールアンテナ素子24と第3の延長素子26aとの間には、第1の実施形態で示したスイッチ12aに相当するスイッチが、第3の延長素子26a、26b間にはスイッチ12bに相当するスイッチが、それぞれ設けられている。また、図示していないが、第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6におけるモノポールアンテナ素子24とは反対側に反射素子が設けられている。この反射素子は第1及び第2のダイポールアンテナ素子4、6とほぼ平行に約λ/4だけ隔てて配置されている。
そして、図示していない給電部によってダイポールアンテナ2とモノポールアンテナ素子24の出力とが合成され、出力される。第1の実施形態と同様に、スイッチを種々に切り換えることによって、例えば図10(a)乃至(c)に示すように、指向性を変化させることができる。
この実施形態においても、第2の実施形態のように折り返し部分22をダイポールアンテナ2に設けることができるし、第1の実施形態に関連して説明した変形例を、この実施形態にも適用可能である。
上記の各実施形態は、受信アンテナの例であるが、本発明は、無論、送信アンテナとしても使用することができる。
4 第1のダイポールアンテナ素子
6 第2のダイポールアンテナ素子
8 給電部
10 第1の延長素子
12 スイッチ
14 第2の延長素子
16 スイッチ
6 第2のダイポールアンテナ素子
8 給電部
10 第1の延長素子
12 スイッチ
14 第2の延長素子
16 スイッチ
Claims (4)
- λ/4(λは送信または受信しようとする周波数帯の電波の中心波長)の長さを有する第1及び第2のダイポールアンテナ素子を、その長さ方向を揃えて一列に配置したダイポールアンテナと、
第1及び第2のダイポールアンテナ素子の近接する端部間に給電する給電部と、
前記λ/4の整数倍の長さをそれぞれが有し、第1のダイポールアンテナ素子の外方側に、第1のダイポールアンテナ素子の長さ方向に揃えて一列に配置された複数の第1の延長素子と、
前記λ/4の整数倍の長さをそれぞれが有し、第2のダイポールアンテナ素子の外方側に、第2のダイポールアンテナ素子の長さ方向に揃えて一列に配置された複数の第2の延長素子と、
第1の延長素子の間、第1のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第1の延長素子との間、第2の延長素子の間及び第2のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第2の延長素子との間に、それぞれ設けられ、これらの間を接続及び切断するスイッチとを、
有する多方向アンテナ。 - 請求項1記載の多方向アンテナにおいて、前記スイッチは、前記接続、前記切断に加えて、第1の延長素子の間、第1のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第1の延長素子との間、第2の延長素子の間及び第2のダイポールアンテナ素子とこれに近接する第2の延長素子との間への、λ/4の折り返し部分の接続も可能である多方向アンテナ。
- 請求項1または2記載の多方向アンテナを、複数設け、前記各多方向アンテナの第1及び第2のダイポールアンテナ素子がほぼ同一平面内において交差するように配置した組合せ多方向アンテナ。
- 請求項1または2記載の多方向アンテナにおいて、
第1及び第2のダイポールアンテナの素子に対して所定の角度をなすように配置され、かつその一端部が第1及び第2のダイポールアンテナ素子の内方端部の近傍に位置し、かつ給電される前記λ/4の長さを有するモノポールアンテナ素子と、
前記λ/4の整数倍の長さをそれぞれが有し、前記モノポールアンテナ素子の他端側に、前記モノポールアンテナ素子の長さ方向に揃えて一列に配置された複数の第3の延長素子とを、
具備し、第3の延長素子の間、前記モノポールアンテナ素子とこれに近接する第3の延長素子との間にも、前記スイッチが設けられている多方向アンテナ。
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