JP2009147802A

JP2009147802A - 接地板付きアンテナ装置

Info

Publication number: JP2009147802A
Application number: JP2007324989A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ozawa; 正彦小沢; Tadayuki Miyauchi; 匡之宮内; Shizunori Fujita; 静憲藤田; Tomoharu Suzuki; 智晴鈴木; Takeshi Tanaka; 健田中; Yoshiichi Wakao; 伊市若生
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc; Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】アンテナを固定対象に容易に取付けることができ、且つ取付構造による電気性能への影響を軽減して信頼性の高い接地板付きアンテナ装置を提供する。
【解決手段】接地板１１の上面にアンテナ素子２１を複数の素子絶縁スペーサを介して所定の高さに配設すると共に、接地板１１の下面中央部に給電用の入出力接栓１５を設ける。アンテナ素子２１は、複数例えば４つの切欠き３１ａ〜３１ｄを設け、中心部を基準とした４つの放射素子３２ａ〜３２ｄを略等角度で放射状に形成する。接地板１１には、切欠き３１ａ〜３１ｄのほぼ中央に対応する位置において、接地板１１の上側から下側に突出するように外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄを設ける。上記外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄは、接地板１１に対してナット４６ａ〜４６ｄにより着脱可能に取付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信あるいは地上デジタル放送の中継装置等に使用される接地板付きアンテナ装置に関する。

地上デジタル（テレビジョン）放送（ＩＳＤＢ−Ｔ：Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial）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）が使用されている。また、近年では携帯電話などのモバイル機器に対するサービスが益々向上しており、既にモバイル機器向けの地上デジタル放送、所謂ワンセグ放送（１セグメント放送）が開始され、地上デジタル放送の番組が携帯電話などを使って、外出先・通勤途中で楽しめるようになってきている。

上記ＵＨＦ帯域を使用した一般的な地上デジタル放送やワンセグ放送は、ビルの陰や地下街等に不感地帯を生じるので、それらの場所には中継装置を設置して不感地帯を無くす必要がある。地上に設置する場合には、中継用アンテナが大きくても十分な設置場所を確保できるので問題はないが、ビル内や地下街等では設置場所や美観等の問題から小形軽量のアンテナが要求される。

上記ビル内や地下街等に設置される屋内用アンテナとしては、従来例えば図４に示すように接地板付きアンテナ５０が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

図４において、５１は例えば金属板を用いて形成された接地板で、この接地板５１の前面側に所定長さの複数のスペーサ５２ａ、５２ｂ、…により板状のアンテナ素子５３が保持される。また、接地板５１の背面側には、中央部に入出力接栓５４が装着され、この入出力接栓５４の中心導体５５が接地板５１に設けられた透孔５６より絶縁状態を保って前面側に導出される。そして、上記入出力接栓５４の中心導体５５は、導線５７を介して上記アンテナ素子５３の給電点５８に半田付け等により接続される。上記接地板付きアンテナ５０には、アンテナ素子５３を保護するためのアンテナカバー（図示せず）が設けられる。

上記のように構成された従来の接地板付きアンテナ５０は、入出力接栓５４の中心導体５５とアンテナ素子５３の給電点５８との間を導線５７により接続しているので、給電構造の寸法が不安定であり、アンテナ特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。

このような問題を解決するため、従来では図５に示すように上記入出力接栓５４として中心導体５５の長いものを使用し、その中心導体５５の先端をアンテナ素子５３の給電点５８に半田付け等により直接接続するようにしたものが考えられている。

上記のように中心導体５５の長い入出力接栓５４を使用し、中心導体５５の先端をアンテナ素子５３の給電点５８に直接接続することにより、給電構造の寸法を安定化してアンテナ特性を改善することができる。

しかし、上記中心導体５５の外径は入出力接栓５４の特性により決定されるもので、一般的には２．２〜２．３ｍｍ程度の寸法に設定されており、アンテナ特性から要求される寸法に比較してかなり小さい値となっている。このため入出力接栓５４の中心導体５５を給電構造として利用する給電方法では、所望のアンテナ特性を得ることが困難である。

また、上記接地板付きアンテナ５０をビル内や地下街等の天井に設置する場合、図６に示すように天井化粧板６１に設けた複数の穴６３から吊ボルト６４を挿入し、上端を天井６２に固定する。このとき吊ボルト６４は、下端部を天井化粧板６１の下側に所定長さ突出させておく。そして、接地板付きアンテナ５０は、予めアンテナカバー５９を取外しておき、接地板５１に設けた取付け穴を吊ボルト６４の下側先端部に挿入した後、吊ボルト６４にナット６５を螺着して固定する。その後、接地板付きアンテナ５０にアンテナカバー５９を取付けて取付け作業を完了する。

しかし、上記従来のアンテナ取付方法では、吊ボルト６４の長さにより、アンテナ素子５３の近傍に吊ボルト６４の下側先端部が接近するため、アンテナの電気特性が劣化するという問題がある。また、吊ボルト６４の正確な管理が困難なため、設置場所に応じてアンテナの特性が変化するという問題がある。
特開平９−９３０１１号公報

上記図４に示すように入出力接栓５４の中心導体５５とアンテナ素子５３の給電点５８との間を導線５７により接続するように構成した従来の接地板付きアンテナ５０では、給電構造の寸法が不安定であり、アンテナ特性にばらつきが生じてしまうという問題がある。

また、図５に示すように中心導体５５の長い入出力接栓５４を使用し、中心導体５５の先端をアンテナ素子５３の給電点５８に直接接続するように従来の接地板付きアンテナ５０では、給電構造の寸法を安定化してアンテナ特性を改善することができるが、中心導体５５の外径が入出力接栓５４の特性により決定されるため、所要のアンテナ特性に合わせて変更することができず、所望のアンテナ特性を得ることが困難である。

また、図６に示したように、天井６２に吊ボルト６４を固定し、この吊ボルト６４に接地板付きアンテナ５０を取付けるようにした従来のアンテナ取付方法では、吊ボルト６４の長さにより、アンテナ素子５３の近傍に吊ボルト６４の下側先端部が接近するためアンテナの電気特性が劣化し、また、吊ボルト６４の正確な管理が困難なため設置場所に応じてアンテナの特性が変化するという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、アンテナを天井等の固定対象に容易に取付けることができ、且つ取付構造による電気性能への影響を軽減して信頼性の高い接地板付きアンテナ装置を提供することを目的とする。

また、給電構造の寸法を安定化し、且つ給電構造の寸法を所要のアンテナ特性に合わせて設定することができる接地板付きアンテナ装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る接地板付きアンテナ装置は、接地板と、前記接地板上に対向して設けられる複数の切欠きを有する平板状のアンテナ素子と、前記接地板に、前記アンテナ素子の複数の切欠き部分のほぼ中央に対応する位置に設けられるナットで固定された着脱可能な外部取付ボルトとを具備することを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の発明に係る接地板付きアンテナ装置において、前記接地板の背面側に設けられ、中心導体が前記接地板の上面に導出される入出力接栓と、前記接地板と前記アンテナ素子との間に設けられ、下端部が前記入出力接栓の中心導体に導通状態を保って装着されると共に上端部が前記アンテナ素子の給電点に接続される所要の電気特性となるように外径が設定された給電軸とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、アンテナの接地板に予め外部取付ボルトを着脱可能に設けることにより、アンテナを天井等の固定対象に取付ける場合に、固定対象に吊ボルトを装着する必要がなく、吊ボルトによるアンテナ電気性能への影響を防止できると共に、工場出荷時に同構造での特性確認が可能となるため高い信頼性を得ることができる。

また、入出力接栓の中心導体に給電軸を装着してアンテナ素子に給電することにより、給電軸の外径を所要のアンテナ特性に合わせて変更することができる。給電軸は、外径寸法を自由に設定でき且つ機械加工により精度良く加工できるので、所要の電気特性となるように調整でき、給電構造、回路寸法の安定化及び電気特性の安定化を図ることができる。

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は本発明の一実施形態に係る接地板付きアンテナ装置１０の構成図で、（ａ）はアンテナカバーを外した状態を示す平面図、（ｂ）は一部を断面して示す側面図である。図２は入出力接栓を含む給電機構部を拡大して示す側面図である。

図１において、１１はアルミニウム等の導体板を用いて例えば正方形状に形成された接地板で、その一辺の長さＷ１は電気特性上必要な展開寸法例えば約０．５λ_Ｌ（λ_Ｌは使用周波数帯における最低周波数の波長）に設定される。また、上記接地板１１は、例えば四隅の両側をそれぞれ他の部分より広げて形成し、この広げた部分を上方に約９０°折返して折返し部１２ａ〜１２ｈを形成する。上記折返し部１２ａ〜１２ｈの一辺の長さは、接地板１１の長さＷ１の約１５±５％に設定し、接地板１１としての電気特性上必要な展開寸法を確保すると共にアンテナの整合作用を持たせている。また、上記折返し部１２ａ〜１２ｈには、それぞれ略中央にアンテナカバー固定用のネジ穴１３を設け、アンテナ固定金具としての機能を持たせている。

上記のように折返し部１２ａ〜１２ｈは、接地板１１としての電気特性上必要な展開寸法を確保すると共にアンテナ整合作用を有し、且つアンテナ固定金具としての機能を有している。

上記接地板１１の背面側の中央部には、給電用端子として例えばＮＪ型の入出力接栓１５が装着される。この入出力接栓１５には、図示しないが無線装置のアンテナ入出力回路からの給電用同軸ケーブルが接続される。

上記入出力接栓１５は、図２に示すように外導体１６及び中心導体１７を備え、外導体１６が接地板１１に電気的に接続される。また、中心導体１７は、接地板１１の中央部に設けられた透孔内を通り、接地板１１と絶縁した状態で上方に所定長さ突出して設けられる。上記中心導体１７の直径は、入出力接栓１５の特性により決定されるもので、２．２〜２．３ｍｍ程度の値に設定されている。

上記入出力接栓１５の中心導体１７には、図２に示すように外側に予め雄ネジを形成している。上記入出力接栓１５の中心導体１７に合成樹脂に形成したリング状の給電スペーサ１８を挿入した後、例えば黄銅等の金属部材により形成した所定長さの給電軸１９を導通状態を保って装着する。この場合、給電軸１９は、図２、図３に示すように予め上下両端にネジ穴２０ａ、２０ｂを形成すると共に所要の電気特性となるように外径Ｄを設定しており、下端側のネジ穴２０ｂを入出力接栓１５の中心導体１７に螺着して固定する。上記給電軸１９の外径Ｄは、例えば約９〜１１ｍｍの範囲で設定される。また、給電軸１９の上端のネジ穴２０ａには、アンテナ素子２１の給電点２２部分をネジ２３により固定する。上記給電スペーサ１８及び給電軸１９の合計の高さは、アンテナ素子２１の高さＨと同じであり、約λ_Ｌ／１６に設定される。また、上記給電軸１９の周囲には、接地板１１とアンテナ素子２１との間に整合用の無給電素子４１ａ〜４１ｄが設けられる。この無給電素子４１ａ〜４１ｄについては、詳細を後述する。

上記アンテナ素子２１は、例えばアルミニウム等の金属板を用いて円板状に形成され、上記接地板１１上に複数例えば４個の素子絶縁スペーサ２４ａ〜２４ｄにより所定の高さＨにネジ２５ａ〜２５ｄにより固定される。

上記アンテナ素子２１は、直径Ｗ２が約０．３８λ_Ｌの大きさに設定され、例えば扇状の４つの切欠き３１ａ〜３１ｄによって中心部を基準とする４つの放射素子３２ａ〜３２ｄが設けられる。すなわち、アンテナ素子２１は、４つの切欠き３１ａ〜３１ｄを設けることによって、中心部を基準とした４つの放射素子３２ａ〜３２ｄを等角度または略等角度で放射状に形成すると共に外周縁に沿ってリング形素子３３を形成し、中心部すなわち放射素子３２ａ〜３２ｄの始端側を給電点２２としている。上記４つの放射素子３２ａ〜３２ｄは、例えば接地板１１の四隅方向に一致するように設けられる。

上記のように４本の放射素子３２ａ〜３２ｄを形成した場合、各素子の配置角度は９０°となり、十字形状となる。上記放射素子３２ａ〜３２ｄの幅Ｗ３は約０．０５５λ_Ｌに設定され、リング形素子３３の幅Ｗ４は放射素子３２ａ〜３２ｄの幅Ｗ３と略同じ値に設定される。

また、上記リング形素子３３の外側には、放射素子３２ａ〜３２ｄの延長線上において、短絡素子としてショート板（スタブ）３４ａ〜３４ｄが接地板１１との間に設けられる。上記ショート板３４ａ〜３４ｄは、リング形素子３３と接地板１１との間にネジ止めあるいは溶着等によって固定される。

上記のように放射素子３２ａ〜３２ｄの各先端側にリング形素子３３を形成することによって給電点２２におけるインピーダンスの値を大きくすることができ、例えば給電インピーダンスを略５０Ωに整合させることができる。

次に、上記無給電素子４１ａ〜４１ｄの詳細について図２及び図３を参照して説明する。図３は給電軸１９及び無給電素子４１ａ〜４１ｄ部分を示す斜視図である。

上記整合用の無給電素子４１ａ〜４１ｄは、入出力接栓１５の中心導体１７に装着した給電軸１９を中心として同心円上にほぼ等間隔で設けられ、下端部がネジ止め等によって接地板１１上に固定される。無給電素子４１ａ〜４１ｄは、例えば金属板を使用して上部を外側方向、すなわち、給電軸１９とは反対方向に約９０°折返して逆Ｌ字状に形成したもので、折返し部４２ａ〜４２ｄを備えている。この無給電素子４１ａ〜４１ｄは、例えば中心からの間隔ＳＤが約０．０２６λ_Ｌ、幅ＳＷが０．０１９λ_Ｌ、高さＳＨが約０．０５５λ_Ｌ、折返し部４２ａ〜４２ｄの長さＳＬが約０．０２３λ_Ｌに設定される。

上記のように給電軸１９を中心として同心円上にほぼ等間隔で設けられた無給電素子４１ａ〜４１ｄは、ショート板として作用し、インピーダンス特性を広帯域に亘って安定した状態に保持することができる。

上記無給電素子４１ａ〜４１ｄは、同心円上であれば回転した位置に設置しても問題はなく、任意の位置に設置することができ、その設置位置によって特性を微調整することが可能である。従って、例えば無給電素子４１ａ〜４１ｄの幅ＳＷを狭くしたり、高さＳＨを変えたりしたときは、設置位置を調整することで元の特性を再現することができる。なお、図１ないし図３では、無給電素子４１ａ〜４１ｄの下側部も９０°折返し、この折返し部分をネジ止めにより接地板１１に固定している。

また、上記接地板１１には、図１に示すように複数例えば４つの外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄが着脱可能に設けられる。上記外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄは、アンテナ素子２１に設けた切欠き３１ａ〜３１ｄ部分の略中央に対応する位置において、接地板１１の上側から下側に突出して設けられ、ナット４６ａ〜４６ｄにより固定される。

上記のように接地板１１に外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄを組込むことにより、アンテナを例えばビル内や地下街の天井等の固定対象に容易に取付けることができる。

また、接地板１１には、四隅に設けた折返し部１２ａ〜１２ｈにアンテナ素子２１を保護するためのアンテナカバー４７が装着される。このアンテナカバー４７は、接地板１１の折返し部１２ａ〜１２ｈに設けられたネジ穴１３にネジ止めされて固定される。

上記のように構成されたアンテナ装置は、例えば地下街の天井に設置する場合には、アンテナカバー４７を下側、接地板１１を上側にし、接地板１１に設けた外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄを利用して天井に取付ける。

そして、地上に例えばワンセグ放送受信用の大型の屋外アンテナを設置し、この屋外アンテナで受信したワンセグ放送を中継用受信装置で受信・増幅し、同軸ケーブルにより上記アンテナ装置の入出力接栓１５を介して給電点２２に給電する。アンテナ装置は、給電点２２に給電されると、給電点２２からショート板３４ａ〜３４ｄの方向に給電電流が流れ、各放射素子３２ａ〜３２ｄから下方に向けて垂直偏波のＴＶ電波が放射される。

従って、ＴＶ放送アンテナからの直接波が届かない地下街等においても、上記地下街に設置されたアンテナ装置から再送信されるワンセグ放送を、ワンセグ機能を備えた携帯電話等のモバイル機器により受信することが可能となる。

上記実施形態に示したアンテナ装置は、接地板１１の四隅の両側をそれぞれ他の部分より広げて形成し、この広げた部分を上方に約９０°折返して折返し部１２ａ〜１２ｈを形成し、この折返し部１２ａ〜１２ｈをアンテナカバー固定用の金具として併用する構成としているので、接地板１１としての電気特性上必要な展開寸法を確保しながらアンテナ平面寸法（平面面積）の低減化を図り、アンテナの小形化が可能なる。また、接地板１１について折曲げ加工が必要になるが、これに比較して非常に高価なアンテナカバー４７の成型金型を小形化することかでき、コストの低減を図ることができる。

また、入出力接栓１５の中心導体１７にネジを形成し、このネジ部分に給電軸１９を装着することにより、給電軸１９の外径を所要のアンテナ特性に合わせて変更することができる。すなわち、給電軸１９は、ネジ穴２０ａ、２０ｂの加工が可能な範囲で外径寸法を自由に設定できるので、所要の電気特性となるように調整することができる。また、給電スペーサ１８及び給電軸１９は、機械加工により精度良く加工できることから、給電構造、回路寸法の安定化及び電気特性の安定化が可能となる。従って、給電軸１９の寸法決定後は、再調整を行う必要がなく、無調整化によるコスト低減を図ることができる。

また、アンテナ素子２１に切欠き３１ａ〜３１ｄを設け、この切欠き３１ａ〜３１ｄの中央部分に対応する接地板１１上に外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄを取付けるようにしているので、接地板１１上にアンテナ素子２１を取付けた後でも、上記切欠き３１ａ〜３１ｄを利用して外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄの取付け及び取外しが可能であり、作業性を向上することができる。

アンテナ素子２１に切欠き３１ａ〜３１ｄが設けられていない場合、接地板１１に対する外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄの着脱は、アンテナ素子２１を取外した状態で行わなければならず、時間が掛かると共に作業性が悪いという問題がある。しかし、本実施形態では、上記したようにアンテナ素子２１の組込みの有無に関わらず、外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄの取付け及び取外しが可能であり、作業性を向上して作業時間及びコストを低減することができる。

また、接地板１１に予め外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄを取付けておくことにより、接地板付きアンテナ装置１０を天井に設置する場合は、外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄを設置場所の天井化粧板に挿入し、その挿入先端側をワッシャーとナットにより固定することでアンテナの取付けを完了することができる。

従って、アンテナ素子２１側には、どのような設置場所においても外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄの頭部のみが位置している状態となり、電気性能への影響を軽減すると共に、工場出荷時に同構造での特性確認が可能となるため高い信頼性を得ることができる。また、外部取付ボルト４５ａ〜４５ｄは、頭部の寸法形状が安定しているため正確な管理が可能となり、電気性能変動を抑制すると共に電気特性面の品質管理も容易となる。更にアンテナ取付け時にアンテナカバー４７を取外す必要が無く、工事コスト低減が可能であると共に、工事現場でのアンテナ組立作業がなくなることから信頼性を向上することができる。

なお、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。

本発明の一実施形態に係る接地板付きアンテナ装置の構成図で、（ａ）はアンテナカバーを外した状態を示す平面図、（ｂ）は一部を断面して示す側面図である。同実施形態における入出力接栓を含む給電機構部を拡大して示す側面図である。同実施形態における給電軸及び無給電素子部分を示す斜視図である。従来の接地板付きアンテナ装置の構成例を示す側面図である。従来の接地板付きアンテナ装置の他の構成例を示す側面図である。従来の接地板付きアンテナ装置を天井に設置する場合の説明図である。

符号の説明

１０…接地板付きアンテナ装置、１１…接地板、１２ａ〜１２ｈ…折返し部、１３…ネジ穴、１５…入出力接栓、１６…外導体、１７…中心導体、１８…給電スペーサ、１９…給電軸、２０ａ、２０ｂ…ネジ穴、２１…アンテナ素子、２２…給電点、２３…ネジ、２４ａ〜２４ｄ…素子絶縁スペーサ、２５ａ〜２５ｄ…ネジ、３１ａ〜３１ｄ…切欠き、３２ａ〜３２ｄ…放射素子、３３…リング形素子、３４ａ〜３４ｄ…ショート板、４１ａ〜４１ｄ…無給電素子、４２ａ〜４２ｄ…折返し部、４５ａ〜４５ｄ…外部取付ボルト、４６ａ〜４６ｄ…ナット、４７…アンテナカバー。

Claims

接地板と、前記接地板上に対向して設けられる複数の切欠きを有する平板状のアンテナ素子と、前記接地板に、前記アンテナ素子の複数の切欠き部分のほぼ中央に対応する位置に設けられるナットで固定された着脱可能な外部取付ボルトとを具備することを特徴とする接地板付きアンテナ装置。
前記接地板の背面側に設けられ、中心導体が前記接地板の上面に導出される入出力接栓と、前記接地板と前記アンテナ素子との間に設けられ、下端部が前記入出力接栓の中心導体に導通状態を保って装着されると共に上端部が前記アンテナ素子の給電点に接続される所要の電気特性となるように外径が設定された給電軸とを具備することを特徴とする請求項１に記載の接地板付きアンテナ装置。