JP2009038437A - パネル型扇形ビームアンテナユニット及び４面合成無指向性アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 支持体の幅が比較的大きい場合でも、４面合成によって指向性偏差の少ない水平面指向性を得ることが可能なパネル型扇形ビームアンテナユニットを提供する。また、このパネル型扇形ビームアンテナユニットを用いた４面合成無指向性アンテナ装置を提供する。
【解決手段】 パネル型扇形ビームアンテナユニット（１）は、相互に所定の開き角度（θ）をもって隣接配置した３以上の放射体（２）と、各放射体（２）の背部にそれぞれ配設した反射板（３）と、を備え、前記開き角は、水平面指向性が所定の扇状パターンを示すように設定される。４面合成無指向性アンテナ装置は、パネル型扇形ビームアンテナユニット（１）を支持体（１２０）の４面に配設することによって構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、４面合成無指向性アンテナ装置を構成するために支持体の４面に配設されるパネル型扇形ビームアンテナユニット及びこのパネル型扇形ビームアンテナユニットを用いた４面合成無指向性アンテナ装置に関するものである。

地上波のテレビ放送は、例えば、図８に示すように、鉄塔１００の上部に設置された無指向性アンテナ装置２００から放射される。この無指向性アンテナ装置２００は、パネル型アンテナユニット２１０を鉄塔上部の４面にそれぞれ配置（９０°開角）することによって４面合成無指向性アンテナ装置として構成され、通常、図示のように垂直方向に多段配列される（例えば、非特許文献１参照）。
なお、上記鉄塔１００は、鉄骨材を組上げたフレーム状の本体部１１０と、その上に設置されたポール部１２０とによって構成されている。また、上記パネル型アンテナユニット２１０は、平坦な反射板とこの反射板の前方に配した放射体とを備えている。

上記４面合成無指向性アンテナ装置は、水平面指向性偏差が３ｄＢ程度であることが望ましく、それを実現するためには、鉄塔１００の中心から上記パネル型アンテナユニット２１０の反射板に至る距離（突き出し距離）を使用電波の波長の概略１／２以下にする必要がある。これは、パネル型アンテナユニット２１０の取り付け部位における鉄塔の幅を上記使用電波の波長以下にする必要があることを意味している。一方、上記４面合成無指向性アンテナ装置２００は、できるだけ高い位置に設置することが望ましい。
そこで、上記４面合成無指向性アンテナ装置２００は、その各パネル型アンテナユニット２１０を、図示のように鉄塔１００のポール部１２０に取り付けるようにしている。

ところで、地上デジタル放送用のアンテナ装置の建設に際しては、新たに鉄塔を建設する費用や建設場所の確保が困難な場合に、既存アナログアンテナ装置に使用している鉄塔を利用することになる。
しかし、この既設鉄塔を利用する場合、スペース上の制限のために、上記デジタル放送用アンテナを上記ポール部１２０に取り付けることが困難であることが多い。そこで、上記デジタル放送用アンテナを上記鉄塔１００の本体部１１０へ取り付けることが求められるが、この本体部１１０の幅は上記使用電波の波長よりも大きいので、上述した構成の４面合成無指向性アンテナ装置２００を上記デジタル放送用アンテナ装置として上記本体部１１０へ取り付けた場合、望ましい水平面指向性偏差を実現することが困難になる。
「ＵＨＦテレビジョン送信と受信」、第３８５頁、昭和４５年１月２０日、電波新聞出版部発行

上記の問題を解決するために、図９及び図１０に示すように、パネル型アンテナユニット３１０を円環状に多数個（図示の例では９個）配列した多面合成無指向性アンテナ装置３００を使用することが考えられる。
なお、上記各パネル型アンテナユニット３１０は、図示していないが、反射板の前方にＮ個（Ｎは整数）の放射体を同一方向に向くように配置した構成を有する。
しかし、この多面合成無指向性アンテナ装置３００は、パネル型アンテナユニット３１０の配置個数が多いため、鉄塔に大きな荷重（風圧荷重を含む）負荷を与える。また、多数のパネル型アンテナユニット３１０を配置することに加えて、それらを同一円周上に配列固定するための円形架台（図示していない）を設ける必要があるため、建設コストが高くなるとともに、工事期間やメンテナンス時間も長くなる。

そこで、本発明は、支持体の幅が比較的大きい場合でも、４面合成によって指向性偏差の少ない水平面指向性を得ることが可能なパネル型扇形ビームアンテナユニットを提供することを目的とする。
また本発明は、上記パネル型扇形ビームアンテナユニットを用いて構成された４面合成無指向性アンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、４面合成無指向性アンテナ装置を構成するために支持体の４面に配設されるパネル型扇形ビームアンテナユニットであって、相互に所定の開き角度をもって隣接配置した３以上の放射体と、前記各放射体の背部にそれぞれ配設した反射板と、を備え、前記開き角は、水平面指向性が所定の扇状パターンを示すように設定されていることを特徴とするパネル型扇形ビームアンテナユニットが提供される。

前記扇状パターンは、例えば±４５°方向において急激に減衰する水平面指向パターンである。
前記各反射板は、例えば、一枚の金属板を折り曲げ加工することによって一体形成されるが、個別の金属板によって形成してもよい。
本発明の実施形態では、前記放射体の配設個数を３とし、前記金属板を台形に折り曲げ加工することによって前記各反射板を形成している。

前記放射体としては、ダイポール放射素子や双ループ放射素子等を用いることができる。また、前記各放射体に分配給電する電力分配器をさらに備えてもよい。

上記目的を達成するため、本発明によれば、前記パネル型扇形ビームアンテナユニットを支持体の４面に配設してなる４面合成無指向性アンテナ装置が提供される。
また、本発明によれば、前記４面合成無指向性アンテナ装置を垂直方向に多段配列した無指向性アンテナ装置が提供される。

本発明に係るパネル型扇形ビームアンテナユニットによれば、相互に所定の開き角度をもって隣接配置した３以上の放射体と、これらの放射体の背部にそれぞれ配設した反射板と、を備えているので、例えば±４５°方向において急激に減衰する指向パターンを有する扇形ビームを得ることが可能である。
また、本発明に係る４面合成無指向性アンテナ装置によれば、上記パネル型扇形ビームアンテナユニットを鉄塔等の支持体の４面に配設した構成をもつので、支持体の中心からの距離が使用する電波の波長の１／２よりも大きくなる設置条件下においても、指向性偏差の少ない良好な水平面指向性を得ることが可能になる。すなわち、例えば、使用する電波の周波数が５００ＭＨｚ（ＵＨＦ地上テレ放送帯域の周波数である）の場合には、該周波数の波長である６０ｃｍよりも大きな幅を有する（例えば、１ｍ〜３ｍの幅を有する）鉄塔の部位に設置するという条件下においても、指向性偏差の少ない良好な水平面指向性を得ることができる。
この４面合成無指向性アンテナ装置は、多面合成無指向性アンテナ装置よりもアンテナユニットの配置面数が少なくて済むので、支持体に負荷される荷重（風圧荷重を含む）の低減及び工事期間やメンテナンス時間の短縮を図ることができる。また、多面合成無指向性アンテナ装置では、アンテナユニットを円環状に配列固定するための円形架台を設置しなければならないが、本発明に係る４面合成無指向性アンテナ装置では、該円形架台を必要としないので、建設コストや工事期間の低減を図ることができる。それゆえ、本発明に係る４面合成無指向性アンテナ装置は、既存の鉄塔に追設する地上デジタル放送用アンテナ装置等として最適である。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１及び図２は、それぞれ本発明の一実施形態に係るパネル型扇形ビームアンテナユニットの上面図及び正面図である。このアンテナユニット１は、相互に所定の開き角度θをもって隣接配置した３個の放射体２と、これらの放射素子の背部にそれぞれ配設した反射板３と、を備えている。

本実施形態において、各反射板３は、１枚の矩形金属板を台形状に折り曲げることによって一体形成されている。そして、図示していない支持部材によってフレーム７に支持されている。
本実施形態における放射体２は、４つのダイポール放射素子５を備えている。この放射素子５は、双方の素子導体５ａ、５ｂが金属板で形成され、これらの素子導体５ａ、５ｂの面が反射板３に対して平行となる形態で配設されている。各素子導体５ａ、５ｂは、電気絶縁性の支柱９を介して反射板３に支持されているので、この支柱９の長さに相当する距離だけ反射板３から離れている。

図２、図３に示すように、放射体２を構成する４個１組の放射素子５の内、上半分の２個の放射素子５の給電点は一方の平行給電線路導体１１ａに接続され、また下半分の２個の放射素子５の給電点は他方の平行給電線路導体１１ｂに接続されている。そして、上記平行給電線路導体１１ａ及び１１ｂは、図３に示す同軸給電管１３から立ち上がる平行給電線路導体１５ａ及び１５ｂにそれぞれ接続されている。したがって、上記４個１組の放射素子５及び給電線路導体１１ａ、１１ｂ、１５ａ、１５ｂは、放射体２としての４ダイポールアンテナを構成している。

図１に示すように、上記各反射板３の背面側に形成された空間には、３分配構成の電力分配器１７が配設されている。この電力分配器１７は、入力電力を所定の電力比で３分配し、その３つの分配出力を各放射体２に対応して設けられた上記同軸給電管１３にそれぞれ同軸ケーブル１９を介して供給する。これによって、各放射体２の放射素子５は、同時に励振されることになる。
なお、上記各放射体２に給電される電力の位相は、上記ケーブル１９の長さを代えることにより調整することができる。また、上記ケーブル１９は、コネクタ等の接続具１３ａを介して反射板３の背面側から上記同軸給電管１３の長手方向中央部に電気的に接続される。
図１に鎖線で示した保護カバー２１は、雨風、雪、粉塵等からアンテナユニット１の構成要素を保護するために設けられている。

本実施形態に係るパネル型扇形ビームアンテナユニット１は、上記放射体２の４個の放射素子５が垂直方向に配列する形態で後記する鉄塔等の支柱に取り付けられる。そして、このパネル型扇形ビームアンテナユニット１は、上記各放射体２の開き角度θを適宜に設定し、かつ、該各４ダイポールアンテナに給電される電力の分配比及び位相を調整することによって、正対方向に扇形ビームを形成することができる。すなわち、この扇形ビームアンテナユニット１によれば、図４にその単体での水平面指向性を例示したように、±４５°方向で急激に減衰（その減衰量は概略６ｄＢである）する扇形ビームを形成することが可能である。従って、本実施形態に係るパネル型扇形ビームアンテナユニット１は、略±４５°の範囲にのみの放射を必要とする用途に使用することができる。
なお、上記開き角度θ、電力の分配比、放射体２と反射板３間の距離、各放射体２相互の配列間隔等は、パネル型扇形ビームアンテナユニット１を取り付ける鉄塔の幅や使用周波数に応じて調整される。

図５は、前記パネル型扇形ビームアンテナユニット１を用いて構成した本発明に係る４面合成無指向性アンテナ装置の実施形態を示す側面図である。また、図６は、図５のＡ−Ａ線による断面図である。
本実施形態に係る４面合成無指向性アンテナ装置２３は、既存のアナログ放送用鉄塔に地上デジタル放送用のアンテナ装置として追設されている。すなわち、既存のアナログ放送用鉄塔の最上部に位置したポール部２５の４面には、アナログ放送用の４面合成無指向性アンテナ装置２７を構成するアンテナユニット２９が既に取り付けられている。そこで、本実施形態に係る４面合成無指向性アンテナ装置２３は、ポール部２５の下方に位置した鉄塔本体部の頂部部位３１の４面にそれぞれ取り付けたパネル型扇形ビームアンテナユニット１によって構成されている。

この４面合成無指向性アンテナ装置２３は、各扇形ビームアンテナユニット１が図４に例示したような指向性を有することから、上記頂部部位３１の幅が発射する電波の波長よりも大きいという条件下でも、換言すれば、鉄塔中心から取付け部位に至る距離が発射する電波の波長の１／２よりも大きい場合という条件下でも、図７に例示するような合成指向性、すなわち、指向性偏差が３ｄＢ以内の無指向性を得ることが可能である。
なお、図７に示す合成指向性は、以下の条件下において得たものである。
・ 図１に示す左側、中央、右側の放射体２に供給する電力の分配比が４：３：４
・ 開き角θが１５°
・ 放射体２の配列間隔が５１０ｍｍ
・ 各扇形ビームアンテナユニット１の鉄塔中心からの距離が１．２ｍ

従来の地上テレビ放送用の４面合成無指向性アンテナ装置に使用されている各アンテナユニットは、単体での指向性がその正対面からの角度が増すごとに緩やかに減衰するパターンを示すので、上記のような扇形ビームを形成することができない。したがって、この従来の４面合成無指向性アンテナ装置を鉄塔幅が発射電波の波長よりも大きいという条件下で使用した場合、水平面指向性偏差が大きくなって、良好な無指向性を形成することができなくなる。

また、上記条件下で図７に例示するような水平面指向性を得ようとする場合、従来の技術常識では、前述した多面（６面以上）合成無指向性アンテナ装置を用いることになるが、この場合、アンテナユニットの配置個数が多いことに加えて、該各アンテナユニットを円環状に配列固定するための円形架台を設ける必要があるため、鉄塔に与える荷重負荷が大きくなるとともに、建設コストも嵩むことになる。

これに対して、本実施形態に係る４面合成無指向性アンテナ装置２３によれば、鉄塔幅が発射電波の波長よりも大きいという上記条件下でも良好な合成指向性（無指向性）を得ることができ、しかも、扇形ビームアンテナユニット１を鉄塔の４面に直接配設することによって構成することができるので、上記多面合成無指向性アンテナ装置のもつ問題点を解消することができる。したがって、本実施形態に係る４面合成無指向性アンテナ装置２３は、特に上記既存のアナログ放送用鉄塔に追設する無指向性アンテナ装置として最適である。

本実施形態に係る４面合成無指向性アンテナ装置２３では、図示していない電力分配器を介して各扇形ビームアンテナユニット１に電力が分配供給される。その場合、基本的には、各扇形ビームアンテナユニット１に対して電力を等分配する電力分配器が使用される。しかし、水平面の合成指向性を調整するために、各扇形ビームアンテナユニット１への電力の分配比を代えることが可能な電力分配器を使用してもよい。

本実施形態に係る４面合成無指向性アンテナ装置２３は、必要に応じて、図５に示すように垂直方向に多段配列される。この図５に示すアレイ構成の４面合成無指向性アンテナ装置は、４面合成無指向性アンテナ装置２３を６段配列した構成を有するが、その配列段数は任意である。
このアレイ構成の４面合成無指向性アンテナ装置では、図示していない電力分配器を介して各段の４面合成無指向性アンテナ装置２３に電力が分配供給される。その場合、基本的には、各段の４面合成無指向性アンテナ装置２３に電力を等分配する電力分配器が使用される。しかし、垂直面の指向性を調整するために（ヌル・フィル・インを行うために）、各段の４面合成無指向性アンテナ装置２３への電力の分配比を代えることが可能な電力分配器を使用してもよい。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形態様を含むものである。すなわち、図１に示したパネル型扇形ビームアンテナユニット１においては、金属板を台形状に折り曲げることによって各反射板３を形成しているが、これらの反射板３を個別の金属板で形成してもよい。また、放射体２の配設個数は４以上であってもよく、この場合、各放射体２相互が所定の開き角度をもって隣接配置され、かつ、個々の各放射体２に対応する反射板が配設される。
さらに、図１に示したパネル型扇形ビームアンテナユニット１においては、放射体２を構成する放射素子５としてダイポール放射素子を用いているが、双ループ放射素子等の他の形式の放射素子を用いてもよい。

本発明の一実施形態に係るパネル型扇形ビームアンテナユニットの側面図である。 図１に示すパネル型扇形ビームアンテナユニットの平面図である。 放射体の構成の一例を示す斜視図である。 図１に示すパネル型扇形ビームアンテナユニット単体の指向性を例示したグラフである。 図１に示すパネル型扇形ビームアンテナユニットを用いて構成した本発明に係る４面合成無指向性アンテナ装置の側面図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る４面合成無指向性アンテナ装置の水平面指向性を例示したグラフである。 鉄塔のポール部に従来の４面合成無指向性アンテナ装置を鉄塔に取り付けた状態を示す側面図である。 従来の多面合成無指向性アンテナ装置の構成の一例を概略的に示した平面図である。 従来の多面合成無指向性アンテナ装置の側面図である。

符号の説明

１ アンテナユニット
２ 放射体
３ 反射板
５ 放射素子
７ フレーム
９ 支柱５
１３ 同軸給電管
２１ 保護カバー
２３ ４面合成無指向性アンテナ装置
２５ ポール部
３１ 鉄塔頂部部位
θ 開き角度

Claims (8)

1. ４面合成無指向性アンテナ装置を構成するために支持体の４面に配設されるパネル型扇形ビームアンテナユニットであって、
   相互に所定の開き角度をもって隣接配置した３以上の放射体と、
   前記各放射体の背部にそれぞれ配設した反射板と、を備え、
   前記開き角は、水平面指向性が所定の扇状パターンを示すように設定されていることを特徴とするパネル型扇形ビームアンテナユニット。
2. 前記扇状パターンは、±４５°方向において急激に減衰する指向パターンであることを特徴とする請求項１に記載のパネル型扇形ビームアンテナユニット。
3. 前記各反射板は、一枚の金属板を折り曲げ加工することによって一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパネル型扇形ビームアンテナユニット。
4. 前記放射体の配設個数が３であり、前記各反射板は、前記金属板を台形に折り曲げ加工することによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパネル型扇形ビームアンテナユニット。
5. 前記放射体がダイポール放射素子または双ループ放射体素子によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパネル型扇形ビームアンテナユニット。
6. 前記各放射体に分配給電する電力分配器をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパネル型扇形ビームアンテナユニット。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のパネル型扇形ビームアンテナユニットを支持体の４面に配設してなることを特徴とする４面合成無指向性アンテナ装置。
8. 請求項７に記載の４面合成無指向性アンテナ装置を垂直方向に多段配列したことを特徴とする４面合成無指向性アンテナ装置。

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