JP2010251998A

JP2010251998A - アンテナ

Info

Publication number: JP2010251998A
Application number: JP2009098431A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Okano; 好伸岡野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】薄型しても特性劣化の少ないアンテナを実現する。
【解決手段】アンテナ素子１と反射板２とを備えるアンテナにおいて、アンテナ素子１は例えば銅箔で形成され、底辺、上辺、左側辺及び右側辺で囲まれた長方形をなしている。アンテナ素子１の長方形の長辺にあたる底辺に給電点３が設定されている。アンテナ素子１の背面に反射板２が配置されている。このようなアンテナのアンテナ素子１に切り欠き５を形成することにより、アンテナ素子１と反射板２との電磁結合が緩和されるので、アンテナ素子１と反射板２との距離を狭くしても、アンテナの特性劣化が少なくてすむ。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナに関する。

地上波テレビ放送の完全デジタル化が２０１１年に迫り、全国各地で、従来のＶＨＦ帯用テレビアンテナである八木式アンテナから、地上波デジタル放送用ＵＨＦ帯アンテナへの付け替えが進んでいる。

ＵＨＦ帯アンテナにも八木式アンテナは利用されるが、近年の住環境に対し、八木式アンテナは徐々に敬遠されつつある。具体的事由としては、例えば都市部の場合、カラスなどの鳥類が多くの水平導体棒からなる八木式アンテナを止まり木として使うことにより、アンテナの破損や糞害を誘発することがあげられる。また、温暖化に伴う台風の巨大化や、日本海側の降雪の湿潤化等の自然条件が、八木式アンテナの耐久性を著しく短縮させることもあげられる。

このため、近年、建造物壁面や軒下に設置可能なアンテナが求められている。この要求を満たすには、特許文献１或は特許文献２に示されるような平板状アンテナの電波到来方向の長さを長くしたものが適している。但し、建造物壁面に設置する場合、壁面の状態（木造、モルタル、鉄筋コンクリート等）によってアンテナ性能が変動する懸念がある。このため、平板状アンテナの裏面側に反射板を設置して指向性を付与することで、アンテナ性能が平板状アンテナの背面側の状況に依存して変動することを防ぐこと行なわれている。

特開２００２−２４６８２１号公報特開２００７−３１２１４１号公報

図１３は、アンテナ素子１の裏面側に反射板２が設置された従来のアンテナの概要を示す図である。

平板状アンテナとしてのアンテナ素子１は矩形の板状導体であり、一端がアンテナ素子１の外縁に達する直線状の切り欠きが形成されている。そのアンテナ素子１の外縁と切り欠きの交点が給電点３となっている。アンテナ素子１の裏面側に設置された反射板２も、矩形の板状導体で構成されている。

このようなアンテナでは、アンテナ素子１と反射板２との距離が、当該アンテナを使用可能な最高周波数に相当する波長、つまり、当該アンテナを使用可能な最低波長の１／４程度必要である。地上波デジタル放送を受信する場合には、使用可能な最高周波数はほぼ７５０ＭＨｚで最高周波数となるので、アンテナ素子１と反射板２との距離は最低でも、（波長）／４＝（光速／周波数）／４＝（３×１０８［ｍ／ｓ］／７５０×１０６［Ｈｚ］）／４＝１００ｍｍ程度必要となる。

図１３のアンテナの入力特性を調べると、図１４のようになる。
反射板２を設置しない状態でアンテナ素子１のみについて、入力特性としての電圧定在波比の周波数特性を調べると、図１４の特性曲線Ｃ１が得られ、電圧定在波比が低い値で安定しており、良好な入力特性を持つことが示されている。電圧定在波比は、給電点３の部分において、入射波と反射波の干渉によってできる“唸り”の最大波高値と最小波高値との比率であり、“１”に近いほど“唸り”が小さく、アンテナ受信された信号が効率よく給電点３に伝達されることを意味する。一般的には、電圧定在波比は３以下であることが望まれる。

アンテナ素子１と反射板２との距離を１００ｍｍにして、電圧定在波比の周波数特性を調べると、図１４の特性曲線Ｃ２が得られ、地上波デジタル放送用の周波数帯内において、電圧定在波比が３以下となる。

これに対し、アンテナ素子１と反射板２との距離を５０ｍｍにして電圧定在波比の周波数特性を調べると、図１４の特性曲線Ｃ３が得られる。特性曲線Ｃ３では、電圧定在波比が３以下となる帯域が、地上デジタル放送用の全周波数帯をカバーできなくなる。
即ち、図１３のアンテナ素子１と反射板２とを近接させると、アンテナ性能が劣化するという問題があり、アンテナの薄型化が困難であった。

本発明は、以上のような現状に鑑みてなされた発明であり、アンテナの特性の劣化を回避しつつ、薄型化が可能なアンテナを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係るアンテナは、
第１辺、該第１辺に対向する第２辺、該第１辺の一端と該第２辺の一端とを繋ぐ第３辺、及び該第３辺に対向して該第１辺の他端と該第２辺の他端とを繋ぐ第４辺を有する箔状導体で構成され、該第１辺を端部として開口した第１の切り欠きが形成され、該第３辺或は第４辺を端部として開口した第２の切り欠きが形成されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に設定され、該アンテナ素子で受信した信号を外部の電子機器へ出力する給電点と、
前記アンテナ素子の背面側に配置され、前記第１辺に対峙する第５辺、該第５辺に対向すると共に前記第２辺に対峙する第６辺、該第５辺の一端と該第６辺の一端とを繋ぐと共に前記第３辺に対峙する第７辺、及び該第７辺に対向して該第５辺の他端と該第６辺の他端とを繋ぐと共に前記第４辺に対峙する第８辺を有する板状導体で構成された反射板と、
を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るアンテナは、
第１辺、該第１辺に対向する第２辺、該第１辺の一端と該第２辺の一端とを繋ぐ第３辺、及び該第３辺に対向して該第１辺の他端と該第２辺の他端とを繋ぐ第４辺を有する箔状導体で構成され、該第１辺を端部として開口した第１の切り欠きが形成されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に設定され、該アンテナ素子で受信した信号を外部の電子機器へ出力する給電点と、
前記アンテナ素子の背面側に配置され、前記第１辺に対峙する第５辺、該第５辺に対向すると共に前記第２辺に対峙する第６辺、該第５辺の一端と該第６辺の一端とを繋ぐと共に前記第３辺に対峙する第７辺、及び該第７辺に対向して該第５辺の他端と該第６辺の他端とを繋ぐと共に前記第４辺に対峙する第８辺を有する板状導体で構成され、該第５辺または第６辺を端部として開口した第３の切り欠きが形成されている反射板と、
を備えることを特徴とする。

尚、本発明の第１の観点に係るアンテナにおいて、前記反射板には前記第５辺または第６辺を端部として開口した第３の切り欠きが形成されていてもよい。

また、本発明の第１及び第２の観点に係るアンテナにおいて、前記給電点は、前記アンテナ素子の第１辺の前記第１の切り欠きの端部が開口した場所に設定されてもよい。
或は、前記給電点は、前記アンテナ素子の前記端部から前記第２辺側に所定距離離れた前記第１の切り欠きの場所に設定されてもよい。
また、前記第１辺の長さと、該第１辺の近傍における前記第３辺と前記第４辺との間の距離は、前記第２辺の長さよりも長くてもよい。
また、前記第２辺の長さと、該第２辺の近傍における前記第３辺と前記第４辺との間の距離は、前記第１辺の長さよりも長くてもよい。

本発明によれば、アンテナの特性の劣化を回避しつつ、薄型化が可能なアンテナを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナを示す構成図である。図１のアンテナの入力特性を従来のアンテナの入力特性と比較する図である。本発明の第２の実施形態に係るアンテナを示す構成図である。図３のアンテナの入力特性を図１のアンテナの入力特性と比較する図である。本発明の第３の実施形態に係るアンテナを示す構成図である。図５のアンテナの入力特性を図３のアンテナの入力特性と比較する図である。本発明の第４の実施形態に係るアンテナのアンテナ素子１を示す図である。アンテナの受信利得の推移を示す図である。受信感度のパターンを示す図である。誘起電流の分布を示す図である。図７のアンテナの３つの周波数における受信感度のパターンを示す図である。図７のアンテナの入力特性を図５のアンテナの入力特性と比較する図である。アンテナ素子の裏面側に反射板が設置された従来のアンテナの概要を示す図である。図１３のアンテナの入力特性を示す図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナを示す構成図である。

このアンテナは、アンテナ素子１と反射板２とを備えている。
アンテナ素子１は例えば銅箔で形成され、第１辺である底辺、それと対向する第２辺である上辺、第３辺である左側辺及びそれに対向する第４辺である右側辺で囲まれた長方形をなしている。このアンテナ素子１は、誘電体基板上に金属をプリントして形成してもよい。

アンテナ素子１の長方形の長辺にあたる底辺に給電点３が設定されている。給電点３は図示しない電子回路に接続され、給電点３を介して信号が電子回路に与えられる。アンテナ素子１には、底辺の給電点３の位置を端部として開口した直線状に上方に向く第１の切り欠き４が形成されている。

アンテナ素子１には、左側辺及び右側辺を端部として開口した、それぞれ長方形の第２の切り欠き５が形成されている。この切り欠き５は、アンテナ素子１と反射板２との電磁結合を緩和するものであり、長方形に限定されず、曲線で囲まれる円形や、多角形等の任意の形状でよい。また、切り欠き５の位置も任意であるが、反射板２からアンテナ素子１に誘起される電流が少なく、且つアンテナ素子１自体の特性劣化の懸念が最も低い位置が選ばれる。

反射板２は銅箔で形成され、アンテナ素子１の裏面側に配置されてアンテナ素子１と対向している。反射板２は、アンテナ素子１と同様の長方形であり、第５辺である底辺、それと対向する第６辺である上辺、第７辺である左側辺及びそれに対向する第８辺である右側辺で囲まれている。反射板２の底辺、上辺、左側辺、右側辺が、アンテナ素子１の底辺、上辺、左側辺、右側辺とそれぞれ対峙している。アンテナ素子１と反射板２の距離は、５０ｍｍに設定されている。この反射板２も、誘電体基板上に金属をプリントして形成してもよい。

図２は、図１のアンテナの入力特性を従来のアンテナの入力特性と比較する図であり、図１のアンテナの特性曲線ＮＣと図１４の特性曲線Ｃ１〜Ｃ３とが示されている。

図１のアンテナの入力特性として電圧定在波比の周波数特性を調べると、図２の特性曲線ＮＣ１が得られる。特性曲線ＮＣ１は、従来のアンテナ素子１と反射板２の距離が５０ｍｍの場合の図１４の特性曲線Ｃ３に比べて、電圧定在波比が低くなり、特性が改善されていることが判る。これは、アンテナ素子１に切り欠き５を形成したことに起因する効果であり、切り欠き５を形成することにより、アンテナ素子１と反射板２の距離を短くしても、特性劣化を低減できることを示している。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナを示す構成図であり、図１中の要素と共通する要素には図１と共通する符合が付されている。

図３のアンテナは、長方形の反射板２の底辺と上辺とには、それぞれ底辺或は上辺を端部として開口した長方形の第３の切り欠き６が、２個ずつ形成されている。図３のアンテナの他の構成は、図１のアンテナと同様である。

前述の図１の第１の実施形態のアンテナでは、図２の特性曲線ＮＣ１の程度までは電圧定在波比を低下させることができる。しかしながら、地上デジタル放送用帯域は４７０ＭＨｚから開始されるのに対し、特性曲線ＮＣ１は、４７０〜５５０ＭＨｚの帯域では電圧定在波比は３以下になっておらず、地上デジタル放送用の電波を受信するには、不十分である。これを解消するために、本実施形態の図３のアンテナは、反射板２に切り欠き６を形成している。切り欠き６によって、アンテナ素子１と反射板２との電磁結合が緩和される。

通常、反射板２に切り欠きや開口部を形成すると、反射板２の効用が低下し、建造物の影響を受けやすくなる。そのため、５５０ＭＨｚ以下の帯域の電波のみを標的としてアンテナ素子１と反射板２の電磁結合を減じるために、切り欠き６の寸法を選択する必要がある。

反射板２に誘起した電流により切り欠き６から新たな電磁波放射が誘発されると、アンテナ素子１に悪影響があるばかりでなく、アンテナの背面の構造物による依存性が高まることが想定されるため、これらを抑制するように、切り欠き６の深さは、４７０ＭＨｚに対応する波長の１／１０を越えないようにすることが望ましい。切り欠き６の幅も４７０ＭＨｚに対応する波長の１／１０を越えないようにすることが望ましい。なお、切り欠き６の形状は、矩形である必要はない。

図３では、切り欠き６の形成位置は、アンテナ素子１の動作における誘起電流がアンテナ素子１の底辺及び上辺に集中することから、これと反射板２の電磁結合を減免する目的で、反射板２の底辺及び上辺に設定したが、この場所以外でもよい。また、切り欠き６の配置個数も増減可能である。

図４は、図３のアンテナの入力特性を図１のアンテナの入力特性と比較する図であり、図３のアンテナの特性曲線ＮＣ２と図２の特性曲線ＮＣ１とが示されている。

図３のアンテナの入力特性である電圧定在波比の周波数特性を調べると、図４の特性曲線ＮＣ２のようになり、図２の特性曲線ＮＣ１に対して低周波側が大きく改善され、４７０〜５５０ＭＨｚの帯域でも電圧定在波比が３以下になる。ここで、切り欠き６の深さ、もしくは個数を増加させると、電圧定在波比の周波数特性は、図４の特性曲線ＮＣ３のようになり、６００ＭＨｚ以下の帯域の特性は改善されるが、逆に６００ＭＨｚ以上の帯域の周波数特性は劣化する傾向となる。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナを示す構成図であり、図３中の要素と共通する要素には図３と共通する符合が付されている。

図５のアンテナは、給電点３が切り欠き４の端部、つまりアンテナ素子１の底辺上にない。給電点３は、アンテナ素子１の底辺から僅かに、例えば地上デジタル放送開始周波数の４７０ＭＨｚに対応する波長の１／３０程度、上方へ移動した位置に設定されている。

図６は、図５のアンテナの入力特性を図３のアンテナの入力特性と比較する図であり、図５のアンテナの特性曲線ＮＣ４と図４の特性曲線ＮＣ３とが示されている。
給電点３の位置を周波数４７０ＭＨｚに対応する波長の１／３０程度、上方へ移動した図５のアンテナの電圧定在波比の周波数特性を調べると、図６の特性曲線ＮＣ４が得られる。特性曲線ＮＣ４は、第２の実施形態のアンテナの特性曲線ＮＣ３に対して、６００ＭＨｚ以上の周波数帯域が改善されている。即ち、給電点３の位置によって、電圧定在波比の周波数特性を変化させことができることになり、アンテナの入力特性を微調整することができる。

［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナのアンテナ素子１を示す図である。

本実施形態のアンテナのアンテナ素子１は、図５のアンテナのアンテナ素子１の上辺近傍の長さを底辺近傍の長さに比べて僅かに短くしたものであり、他の構成は図５のアンテナと同様である。

前述の第３の実施形態の図５のアンテナは、薄型化したアンテナにおいてアンテナ素子１に切り欠き５を形成し、反射板２に切り欠き６を形成し、さらに、給電点４の位置を底辺の位置から上辺の方向に移動させることにより、地上デジタル放送用帯域における電圧定在波比を低下させたものである。第３の実施形態のアンテナの受信利得の推移を調べると、図８の特性曲線ＧＣ１が得られる。

図８は、アンテナの受信利得の推移を示す図である。
図８のアンテナの受信利得は、標準的な半波長ダイポールアンテナの受信電力に対して当該アンテナの特定方向からの受信電力がどの程度卓越しているかをデシベルで表示しており、単位は［ｄＢｄ］である。

特性曲線ＧＣ１に着目すると、５９０ＭＨｚ付近で受信利得が急激に劣化している。これはアンテナ素子１や反射板２に切り欠き５，６を開設することで、入力特性劣化は回避できたが、電磁結合が残存しており、５９０ＭＨｚ近傍でその影響が顕在化したものである。５９０ＭＨｚ付近で、図６の特性曲線ＮＣ３が極端に良好な値を示したのもこの影響である。

図５のアンテナにおいて、紙面に垂直な面内、即ち、アンテナ素子１に垂直でアンテナ素子１の底辺及び上辺に垂直な平面（Ｘ−Ｚ平面）内での受信感度のパターンを代表的な３つの周波数について観測すると、図９のパターンが得られた。

図９は、受信感度のパターンを示す図である。
図９のパターンでは、明らかに５９０ＭＨｚの周波数の受信感度最大点が上辺の方向（Ｚ軸）にずれ、アンテナ素子１の面に垂直な方向（Ｘ軸）の受信感度が劣化していることが判る。

本来、アンテナ素子１の底辺と上辺には、図１０に示すように、誘起電流が集中して流れる。この誘起電流は使用周波数によって分布が変動し、周波数によって、アンテナ素子１の底辺近辺と上辺近辺とでアンバランスになることがある。
アンテナ素子１の上辺の近傍に流れる電流が、底辺の近傍に流れる電流よりも多い場合には、上辺側が受信感度が高くなる。上辺側の受信感度が高い場合には、アンテナ素子１の上辺側の両端の長さを、図７のように僅かに短くすることにより、解消することが可能である。

逆に、アンテナ素子１の上辺の近傍に流れる電流が、底辺の近傍に流れる電流よりも少ない場合には、底辺側が受信感度が高くなる。底辺側の受信感度が高いい場合には、アンテナ素子１の底辺側の両端の長さを、僅かに短くすることにより、解消することが可能である。

図８の特性曲線ＧＣ２は、図５のアンテナの上辺側を左右それぞれ５９０ＭＨｚに対応する波長の１／１００程度短くした図７のアンテナの場合の受信利得である。図８の特性曲線ＧＣ２は、図５のアンテナの上辺側を左右それぞれ５９０ＭＨｚに対応する波長の２／１００程度短くした図７のアンテナの場合の受信利得である。特性曲線ＧＣ２，ＧＣ３のいずれも、５９０ＭＨｚ近傍での利得の低下は、大幅に改善されている。

図５のアンテナの上辺側を左右それぞれ５９０ＭＨｚに対応する波長の２／１００程度短くした図７のアンテナの３つの周波数における受信感度のパターンを調べると、図１１のようになり、３つの周波数の全てにおいて、受信感度の最大点がアンテナ素子１の正面方向（Ｘ軸方向）に向き、受信利得及び受信感度の劣化が改善されていることが判る。

図１２は、図７のアンテナの入力特性を図５のアンテナの入力特性と比較する図であり、図５のアンテナの特性曲線ＮＣ４と図７のアンテナの特性曲線ＮＣ５とが示されている。

図５のアンテナの上辺側を左右それぞれ５９０ＭＨｚに対応する波長の２／１００程度短くした図７のアンテナの電圧定在波比の周波数と特性は、図１１の特性曲線ＮＣ５となり、図５のアンテナの特性曲線ＮＣ４と比較しても、遜色なく、良好な入力特性を示している。
以上のように、本願の第１〜第４の実施形態のアンテナでは、薄型が可能であると共に、特性劣化の小さいアンテナになっている。
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第２の実施形態では、切り欠き５を持つアンテナ素子１の背面側に切り欠き６を持つ反射板２を配置したが、切り欠き５の形成されていないアンテナ素子１の背面側に切り欠き６を持つ反射板２を配置してもよい。反射板２の切り欠き６はアンテナ素子１との電磁結合を緩和する作用があるので、このような切り欠き５を持たない構成にしても、薄型で特性劣化の少ないアンテナになると考えられる。
また、受信する電波は、地上デジタル放送用の電波である必要はない。他の帯域の狭い電波を受信するアンテナであってもよい。

１アンテナ素子
２反射板
３給電点
４切り欠き
５切り欠き
６切り欠き

Claims

第１辺、該第１辺に対向する第２辺、該第１辺の一端と該第２辺の一端とを繋ぐ第３辺、及び該第３辺に対向して該第１辺の他端と該第２辺の他端とを繋ぐ第４辺を有する箔状導体で構成され、該第１辺を端部として開口した第１の切り欠きが形成され、該第３辺或は第４辺を端部として開口した第２の切り欠きが形成されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に設定され、該アンテナ素子で受信した信号を外部の電子機器へ出力する給電点と、
前記アンテナ素子の背面側に配置され、前記第１辺に対峙する第５辺、該第５辺に対向すると共に前記第２辺に対峙する第６辺、該第５辺の一端と該第６辺の一端とを繋ぐと共に前記第３辺に対峙する第７辺、及び該第７辺に対向して該第５辺の他端と該第６辺の他端とを繋ぐと共に前記第４辺に対峙する第８辺を有する板状導体で構成された反射板と、
を備えることを特徴とするアンテナ。
第１辺、該第１辺に対向する第２辺、該第１辺の一端と該第２辺の一端とを繋ぐ第３辺、及び該第３辺に対向して該第１辺の他端と該第２辺の他端とを繋ぐ第４辺を有する箔状導体で構成され、該第１辺を端部として開口した第１の切り欠きが形成されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子に設定され、該アンテナ素子で受信した信号を外部の電子機器へ出力する給電点と、
前記アンテナ素子の背面側に配置され、前記第１辺に対峙する第５辺、該第５辺に対向すると共に前記第２辺に対峙する第６辺、該第５辺の一端と該第６辺の一端とを繋ぐと共に前記第３辺に対峙する第７辺、及び該第７辺に対向して該第５辺の他端と該第６辺の他端とを繋ぐと共に前記第４辺に対峙する第８辺を有する板状導体で構成され、該第５辺または第６辺を端部として開口した第３の切り欠きが形成されている反射板と、
を備えることを特徴とするアンテナ。
前記反射板には前記第５辺または第６辺を端部として開口した第３の切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記給電点は、前記アンテナ素子の第１辺の前記第１の切り欠きの端部が開口した場所に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ。
前記給電点は、前記アンテナ素子の前記端部から前記第２辺側に所定距離離れた前記第１の切り欠きの場所に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ。
前記第１辺の長さと、該第１辺の近傍における前記第３辺と前記第４辺との間の距離は、前記第２辺の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ。
前記第２辺の長さと、該第２辺の近傍における前記第３辺と前記第４辺との間の距離は、前記第１辺の長さよりも長いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ。