JP2010050791A - 可変指向性アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】指向性を現場で容易に調整することが可能な可変指向性アンテナを提供する。
【解決手段】この可変指向性アンテナでは、放射素子を円筒状のレドーム１内に収容し、主反射素子２を支持部材５，８によってレドーム１に固定し、副反射素子３を支持部材１１，１７によってレドーム１の周方向に回動可能に支持し、副反射素子４を支持部材１８，１９によってレドーム１の周方向に回動可能に支持した。したがって、副反射素子３，４を回動させることにより、アンテナの指向性を現場で容易に調整できる。
【選択図】図４

Description

この発明は可変指向性アンテナに関し、特に、放射素子と主反射素子と複数の副反射素子とを備え、指向性の調整が可能な可変指向性アンテナに関する。

地上デジタル放送の電波は、放送局から見てビルの影になるような地域（不感地域と称す）には届かない。このような不感地域において地上デジタル放送の視聴を可能にするためには、放送局から送信された電波を受信して不感地域に再送信する再送信装置が必要となる。再送信装置は、たとえばビルの屋上や電柱の頂部に設置される。

再送信装置から送信された電波が不感地域でない地域に届くと、その電波と放送局から送信された電波とが重なって受信障害が発生する。したがって、再送信装置は不感地域のみに電波を再送信する必要があり、このためには不感地域に応じた指向性を持つ指向性アンテナを使用する必要がある。しかし、不感地域毎に異なる指向性アンテナを使用すると、多数の種類の指向性アンテナを用意する必要があり、コスト高になる。そこで、１本の指向性アンテナで種々の指向性を得ることが可能な可変指向性アンテナが提案された（たとえば、特許文献１参照）。

この可変指向性アンテナは、平行に配置された放射素子、主反射素子、および２本の副反射素子を備えている。放射素子と主反射素子は一定の間隔を開けて固定されており、２本の副反射素子は放射素子から見て主反射素子の両側に配置されている。２枚の角度調整板が上下に平行に配置されており、各副反射素子の上端部は上側の角度調整板の長孔に挿入されてボルトで固定され、各副反射素子の下端部は下側の角度調整板の長孔に挿入されてボルトで固定されている。各副反射素子の位置を角度調整板の長孔に沿って移動させることにより、可変指向性アンテナの指向性を変えることが可能となっている。
特開２００２−３３５１２０号公報

このような可変指向性アンテナを不感地域に設置する場合、現場で指向性を調整し、受信可能か否か、および受信障害が発生するか否かを検証する必要がある。しかし、従来の可変指向性アンテナでは、各副反射素子の上下のボルトを緩めて各副反射素子を長孔に沿って移動させ、再度、上下のボルトを締める必要があり、現場で指向性を調整することが容易でなかった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、指向性を現場で容易に調整することが可能な可変指向性アンテナを提供することである。

この発明に係る可変指向性アンテナは、放射素子と主反射素子と複数の副反射素子とを備え、指向性の調整が可能な可変指向性アンテナであって、放射素子を収納した円筒部材と、主反射素子を円筒部材に平行に支持する第１の支持部材と、各副反射素子に対応して設けられ、対応する副反射素子を円筒部材に平行に支持する第２の支持部材とを備えたものである。第１の支持部材は、その一方端が主反射素子の上端部に固定され、その他方端が円筒部材の上端部に固定された第１のアーム部と、その一方端が主反射素子の下端部に固定され、その他方端が円筒部材の下端部に固定された第２のアーム部とを含む。第２の支持部材は、それらの内周部に円筒部材が挿入され、各々が円筒部材の周方向に回動可能に設けられた第１および第２のリング部と、その一方端が対応する副反射素子の上端部に固定され、その他方端が第１のリング部に固定された第３のアーム部と、その一方端が対応する副反射素子の下端部に固定され、その他方端が第２のリング部に固定された第４のアーム部とを含む。

好ましくは、さらに、円筒部材の上端に設けられ、その表面に第１および第３のアーム部の間の角度を設定するための目盛が付けられた蓋部材を備える。

また好ましくは、第１〜第４のアーム部は絶縁材料で形成されている。
また好ましくは、さらに、円筒部材の下端部に設けられ、円筒部材の仰角を調整する仰角調整手段と、円筒部材の下端部に設けられ、円筒部材の方位角を調整する方位角調整手段とを備える。

この発明に係る可変指向性アンテナでは、放射素子が円筒部材に収納され、主反射素子が第１および第２のアーム部によって円筒部材に固定され、各副反射素子が第１および第２のリング部および第３および第４のアーム部によって円筒部材の周方向に回動可能に支持されている。したがって、各副反射素子を円筒部材の周方向に回動させることにより、指向性を現場で容易に調整することができる。

図１は、この発明の一実施の形態による可変指向性アンテナの構成を示す側面図であり、図２はその要部の正面図であり、図３はその平面図である。また、図４は、この可変指向性アンテナの上部を斜め上方から見た斜視図である。さらに、図５（ａ）は図１のＶＡ−ＶＡ線断面図であり、同図（ｂ）は図１のＶＢ−ＶＢ線断面図であり、同図（ｃ）は図１のＶＣ−ＶＣ線断面図である。

図１〜図５（ｃ）において、この可変指向性アンテナは、放射素子（図示せず）と、放射素子を収納した円筒状のレドーム１と、主反射素子２と、２本の副反射素子３，４とを備える。放射素子は、垂直偏波無指向性アンテナ（同軸ダイポールアンテナ）である。放射素子の長さ方向の中心線とレドーム１の中心線は一致している。レドーム１は、たとえばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）により形成されている。反射素子２〜４の各々は、金属板を断面コの字形に板金加工したものでもよいし、金属棒でもよい。

主反射素子２の上端部は支持部材５によってレドーム１の上端部に固定され、主反射素子２の下端部は支持部材８によってレドーム１の下端部に固定されている。支持部材５は、円板状の上蓋部６と棒状のアーム部７とを含む。上蓋部６は、レドーム１の上端に固定されている。たとえば、上蓋部６の下面に円柱状の突起部を設け、その突起部をレドーム１の上端の開口部に挿嵌することにより、上蓋部６をレドーム１の上端に固定することができる。アーム部７は、上蓋部６の側面から水平方向に突出しており、可変指向性アンテナの正面（図１では右側）の反対側に配置される。

支持部材８は、円板状の底蓋部９と棒状のアーム部１０とを含む。底蓋部９は、レドーム１の下端に固定されている。たとえば、底蓋部９の上面に円柱状の突起部を設け、その突起部をレドーム１の下端の開口部に挿嵌することにより、底蓋部９をレドーム１の下端に固定することができる。アーム部１０は、底蓋部９の側面から水平方向に突出しており、可変指向性アンテナの正面の反対側に配置される。アーム部７と１０は、同じ長さに形成されている。

主放射素子２の上端部はアーム部７の先端に固定され、その下端部はアーム部１０の先端に固定される。これにより、主放射素子２とレドーム１を所定の間隔（たとえば、放射する電波の平均波長の４分の１の長さ）を開けて平行に配置することができる。

副反射素子３の上端部は支持部材１１によってレドーム１の上端部に支持され、副反射素子３の下端部は支持部材１７によってレドーム１の下端部に支持されている。副反射素子３は主反射素子２よりも短く形成されており、支持部材１１は支持部材５の下方に配置され、支持部材１７は支持部材８の上方に配置されている。

支持部材１１は、円環状のリング部１２と棒状のアーム部１３とを含む。リング部１２の内径は、レドーム１の外径と略同じ値に設定されている。リング部１２の内周部にはレドーム１が挿入されている。リング部１２の正面側には切欠き部が設けられており、切欠き部の両側に突起部１４，１５が設けられている。突起部１４，１５には貫通孔が形成されており、突起部１４，１５は、その貫通孔に挿入された樹脂製のネジ１６によって締結されている。アーム部１３は、リング部１２の後側の側面から水平方向に突出しており、可変指向性アンテナの正面側から見て左斜め側後方に配置される。支持部材１７は、支持部材１１と同じ構成である。

副放射素子３の上端部は支持部材１１のアーム部１３の先端に固定され、その下端部は支持部材１７のアーム部１３の先端に固定される。これにより、副放射素子３とレドーム１を所定の間隔（たとえば、放射する電波の平均波長の４分の１の長さ）を開けて平行に配置することができる。また、支持部材１１，１７のネジ１６を緩めることにより、副反射素子３をレドーム１の周方向に回動させることができる。また、支持部材１１，１７のネジ１６を締付けることにより、副反射素子３を所望の位置に固定することができる。

副反射素子４の上端部は支持部材１８によってレドーム１の上端部に支持され、副反射素子４の下端部は支持部材１９によってレドーム１の下端部に支持されている。副反射素子４は副反射素子３よりも短く形成されており、支持部材１８は支持部材１１の下方に配置され、支持部材１９は支持部材１７の上方に配置されている。支持部材１８，１９の各々は、支持部材１１と同じ構成である。ただし、支持部材１８，１９のアーム部１３は、可変指向性アンテナの正面側から見て右斜め側後方に配置される。

副放射素子４の上端部は支持部材１８のアーム部１３の先端に固定され、その下端部は支持部材１９のアーム部１３の先端に固定される。これにより、副放射素子４とレドーム１を所定の間隔（たとえば、放射する電波の平均波長の４分の１の長さ）を開けて平行に配置することができる。また、支持部材１８，１９のネジ１６を緩めることにより、副反射素子４をレドーム１の周方向に回動させることができる。また、支持部材１８，１９のネジ１６を締付けることにより、副反射素子４を所望の位置に固定することができる。

なお、支持部材５，８，１１，１７〜１９の各々は、たとえば樹脂成型品であり、絶縁材料で形成されている。これにより、支持部材５，８，１１，１７〜１９を金属材料で形成した場合に比べ、アーム部７，１０，１３の長さを短くすることができ、装置寸法の小型化を図ることができる。支持部材５，８，１１，１７〜１９を金属材料で形成すると、支持部材１１，１７〜１９も反射素子２〜４の一部を構成するので、反射素子２〜４とレドーム１内の放射素子の距離を大きくする必要がある。

また、図３に示すように、支持部材５の上蓋部６の上面には、支持部材５のアーム部７と支持部材１１のアーム部１３との間の角度θ１と、支持部材５のアーム部７と支持部材１８のアーム部１３との間の角度θ２とを設定するための目盛が付けられている。また、各アーム部１３の上面のレドーム１側の端部には、アーム部１３の中心を示すマークＭが付けられている。

作業者は、支持部材１１，１７〜１９の各ネジ１６を緩め、上蓋部６の目盛と各アーム部１３のマークＭを見ながら、副反射素子３，４をレドーム１の周方向に回動させることにより、副反射素子３，４を所望の位置に移動させることができる。支持部材５のアーム部７と支持部材１１のアーム部１３との間の角度θ１と、支持部材５のアーム部７と支持部材１８のアーム部１３との間の角度θ２とは、同じ角度に設定される（θ１＝θ２）。支持部材１１，１７〜１９の各ネジ１６を締めることにより、副反射素子３，４の位置を固定することができる。

また、図１および図２に示すように、この可変指向性アンテナは、支持台２０と取付け具２４を備える。支持台２０は、断面がコの字形の３つの金具２１〜２３を含む。金具２１は、２本の脚部を下向きにして配置されており、その中央部には貫通孔が形成されている。支持部材８の底蓋部９の下面には円柱状の突起部が形成されており、その突起部は金具２１の貫通孔に挿入される。また、その突起部の外周部にはネジ溝が形成されており、その突起部にナット２５が螺合されて底蓋部９が金具２１に固定されている。

また、金具２２は２本の脚部を上向きにして配置されており、金具２２の２本の脚部は金具２１の２本の脚部を挟むように配置されている。金具２１の下端部の４つの角の各々には貫通孔が形成されている。金具２１の４つの貫通孔に対応して、金具２２にも４つの貫通孔が形成されている。金具２２の各端部の２つの貫通孔のうちの一方側（図１中の右側）の貫通孔は長孔２２ａにされている。長孔２２ａは、金具２２の他方側（図１中の左側）の貫通孔を中心とする円弧状に形成されている。金具２１，２２の４対の貫通孔の各々にボルト３１が挿入され、各ボルト３１にナット３２が螺合される。

各ボルト３１およびナット３２を緩めることにより、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、可変指向性アンテナの仰角θ３を−３０度から＋３０度までの任意の角度に調整することが可能となっている。長孔２２ａに挿入されたボルト３１が長孔２２ａの中央に位置する場合は、図６（ａ）に示すように、仰角θ３は０度となる。そのボルト３１が長孔２２ａの上端に位置する場合は、図６（ｂ）に示すように、仰角θ３は＋３０度となる。そのボルト３１が長孔２２ａの下端に位置する場合は、図６（ｃ）に示すように、仰角θ３は−３０度となる。各ボルト３１およびナット３２を締めると、金具２１と２２は固定される。

また、図１に示すように、金具２３は２本の脚部を下向きにして配置されており、その上面の一方側（図１中の右側）の端部の上に金具２２が搭載される。図５（ｃ）に示すように、金具２２と２３が重なる領域において金具２２に４つの円弧状の長孔２２ｂ〜２２ｅが形成され、金具２３に５個の貫通孔２３ａ〜２３ｅが形成されている。長孔２２ｂ〜２２ｅは所定の大きさの円に沿って等角度間隔で形成され、貫通孔２３ａはその円の中心に形成され、貫通孔２３ｂ〜２３ｅはそれぞれ長孔２２ｂ〜２２ｅの中央に形成されている。貫通孔２３ａ〜２３ｅの各々にボルトが挿入され、各ボルトにナットが螺合されて金具２２と２３が締結される。

各ボルトおよびナットを緩めることにより、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、可変指向性アンテナの方位角θ４を−１５度から＋１５度までの任意の角度に調整することが可能となっている。長孔２２ｂ〜２２ｅに挿入されたボルトが長孔２２ｂ〜２２ｅの中央に位置する場合は、図７（ａ）に示すように、方位角θ４は０度となる。そのボルトが図５（ｃ）の貫通孔２３ａの位置から見て長孔２２ｂ〜２２ｅの右端に位置する場合は、図７（ｂ）に示すように、方位角θ４は＋１５度となる。そのボルトが長孔２２ｂ〜２２ｅの左端に位置する場合は、図７（ｃ）に示すように、方位角θ４は−１５度となる。各ボルトおよびナットを締めると、金具２２と２３は固定される。

取付け具２４は、金属板を断面Ｍ字形に板金加工したものである。取付け具２４の２本の脚部は横側から金具２３の２本の脚部の間に挿入されており、取付け具２４と金具２３は複数組のボルトおよびナットで固定されている。これにより、取付け具２４の頂部の断面３角形の溝２４ａは、支持台２０の後側（図１の左側）において垂直方向に延びるように配置される。また、取付け具２４の各肩部には、２つの貫通孔２４ｂ，２４ｃが開けられている。

図１に示すように、取付け具２４の溝２４ａを電柱２６の上端部の側面に当接させ、両肩部の２つの貫通孔２４ｂに１本のベルト部材２７を通し、両肩部の２つの貫通孔２４ｃにもう１本のベルト部材２７を通し、電柱２６を介して各ベルト部材２７の端部同士を固着することにより、可変指向性アンテナを電柱２６の上端部に固定することができる。

図８（ａ）（ｂ）および図９（ａ）（ｂ）は、この可変指向性アンテナの指向性を示す図である。指向性の測定には、５９０ＭＨｚの電波を使用した。図８（ａ）は、支持部材５のアーム部７と支持部材１１のアーム部１３との間の角度θ１を９０度に設定するとともに、支持部材５のアーム部７と支持部材１８のアーム部１３との間の角度θ２を９０度に設定した場合の指向性を示している。図８（ａ）の０度方向は、可変指向性アンテナの正面方向（図３の右方向）を示している。この場合、半値角は約１２０度であった。

図８（ｂ）はθ１＝θ２＝５０度の場合の指向性を示しており、この場合の半値角は約１５０度であった。図９（ａ）はθ１＝θ２＝２５度の場合の指向性を示しており、この場合の半値角は約１８０度であった。図９（ｂ）はθ１＝θ２＝０度の場合の指向性を示しており、この場合の半値角は約１９５度であった。θ１＝θ２＝０度の場合、実際には副放射素子３，４を取り外して測定した。このように、θ１，θ２を調整することにより、指向性を調整することができた。

また、図１０は、この可変指向性アンテナの利得の周波数特性を示す図である。図１０において、周波数の範囲は４７０〜７７０ＭＨｚである。日本では、ＵＨＦテレビ放送における放送電波の周波数範囲は４７０〜７７０ＭＨｚ（１３〜６２チャンネル）である。特に、地上波デジタル放送の場合、周波数範囲は４７０〜７１０ＭＨｚである。アンテナの利得は、上記の角度θ１＝θ２が９０度の場合、５０度の場合、２５度の場合、０度の場合で測定した。図１０から、このアンテナはいずれの場合も、広い周波数範囲において十分に高い利得を有することが分かる。

また、上記の角度θ１＝θ２が大きいほど利得が高くなることが分かった。これは、図８（ａ）（ｂ）および図９（ａ）（ｂ）で示したように、上記の角度θ１＝θ２が大きいほどアンテナの半値角が小さくなり、アンテナから放射されるビーム幅が狭くなることに対応している。

この実施の形態では、放射素子を円筒状のレドーム１に収容し、主反射素子２を支持部材５，８によってレドーム１に固定し、副反射素子３を支持部材１１，１７によってレドーム１の周方向に回動可能に支持し、副反射素子４を支持部材１８，１９によってレドーム１の周方向に回動可能に支持した。したがって、可変指向性アンテナを現場に設置した後においても、副反射素子３，４の各々をレドーム１の周方向に回動させることにより、指向性を容易に調整することができる。

また、支持部材５の上蓋部６の上面にアーム部７，１３間の角度θ１，θ２を設定するための目盛を設けるとともに、各アーム部１３の上面にアーム部１３の中心を示すマークＭを設けたので、アーム部７，１３間の角度θ１，θ２を容易かつ正確に設定することができる。

また、支持台２０の金具２２に長孔２２ａ〜２２ｅを設け、アンテナの仰角θ３および方位角θ４を調整可能にしたので、可変指向性アンテナを現場に設置した後においても、仰角θ３および方位角θ４を容易に調整することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の一実施の形態による可変指向性アンテナの構成を示す側面図である。 図１に示した可変指向性アンテナの要部を示す正面図である。 図１に示した可変指向性アンテナを示す平面図である。 図１に示した可変指向性アンテナの上端部を斜め上方から見た斜視図である。 図１に示した可変指向性アンテナの断面図である。 図１に示した支持台の動作を示す図である。 図１に示した支持台の他の動作を示す図である。 図１に示した可変指向性アンテナの指向性を示す図である。 図１に示した可変指向性アンテナの指向性を示す他の図である。 図１に示した可変指向性アンテナの利得の周波数特性を示す図である。

符号の説明

１ レドーム、２ 主反射素子、３，４ 副反射素子、５，８，１１，１７〜１９ 支持部材、６ 上蓋部、７，１０，１３ アーム部、９ 底蓋部、１２ リング部、１４，１５ 突起部、１６ ネジ、２０ 支持台、２１〜２３ 金具、２２ａ〜２２ｅ 長孔、２３ａ〜２３ｅ，２４ｂ，２４ｃ 貫通孔、２４ 取付け具、２４ａ 溝、２５，３２ ナット、２６ 電柱、２７ ベルト部材、３１ ボルト、Ｍ マーク。

Claims (4)

1. 放射素子と主反射素子と複数の副反射素子とを備え、指向性の調整が可能な可変指向性アンテナであって、
   前記放射素子を収納した円筒部材と、
   前記主反射素子を前記円筒部材に平行に支持する第１の支持部材と、
   各副反射素子に対応して設けられ、対応する副反射素子を前記円筒部材に平行に支持する第２の支持部材とを備え、
   前記第１の支持部材は、
   その一方端が前記主反射素子の上端部に固定され、その他方端が前記円筒部材の上端部に固定された第１のアーム部と、
   その一方端が前記主反射素子の下端部に固定され、その他方端が前記円筒部材の下端部に固定された第２のアーム部とを含み、
   前記第２の支持部材は、
   それらの内周部に前記円筒部材が挿入され、各々が前記円筒部材の周方向に回動可能に設けられた第１および第２のリング部と、
   その一方端が対応する副反射素子の上端部に固定され、その他方端が前記第１のリング部に固定された第３のアーム部と、
   その一方端が対応する副反射素子の下端部に固定され、その他方端が前記第２のリング部に固定された第４のアーム部とを含む、可変指向性アンテナ。
2. さらに、前記円筒部材の上端に設けられ、その表面に前記第１および第３のアーム部の間の角度を設定するための目盛が付けられた蓋部材を備える、請求項１に記載の可変指向性アンテナ。
3. 前記第１〜第４のアーム部は絶縁材料で形成されている、請求項１または請求項２に記載の可変指向性アンテナ。
4. さらに、前記円筒部材の下端部に設けられ、前記円筒部材の仰角を調整する仰角調整手段と、
   前記円筒部材の下端部に設けられ、前記円筒部材の方位角を調整する方位角調整手段とを備える、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の可変指向性アンテナ。

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