JP2014171100A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットアンテナからなるアンテナ素子を一対備え、各アンテナ素子からの出力を合成するように構成されたアンテナ装置において、合成時の位相差により指向方向を調整した際に、低周波数領域でアンテナ特性（利得）が著しく低下するのを防止する。
【解決手段】アンテナ装置を構成する一対のアンテナ素子１０、２０における反射器１４、２４に、それぞれ、隣接するアンテナ素子２４、１４側の一辺から放射器１２、２２に向けて突出された板状の遮蔽部１８、２８を設ける。そして、この遮蔽部１８、２８の反射器板面からの高さｈを、送・受信対象となる電波の周波数領域の低周波数側で、アンテナ素子１０、２０間のアイソレーションが大きくなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スロットアンテナにて構成されるアンテナ素子を一対備え、各アンテナ素子からの出力を合成することで指向特性を調整可能なアンテナ装置に関する。

従来、導電性の金属板にスロットを形成したスロットアンテナを放射器、この放射器の板面に対し平行に配置される板面を有する導電性の金属板を反射器、として構成されるアンテナ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このアンテナ素子は、放射器及び反射器となる２枚の導電板を対向配置することで構成できることから、扁平なケース内に組み込むことで、建造物の壁面等に簡単に設置し得るアンテナ装置を実現できる。

特開２０１２−１０３２８号公報

ところで、上記アンテナ素子の指向特性は、放射器に設けられたスロットの開口面の向きによって決定される。
このため、アンテナ素子をケースに入れて建造物の壁面に設置した場合、アンテナ素子の指向方向は、概ね、建造物の壁面に直交する方向となり、その指向方向を調整するには、ケースを壁面に固定する固定部材を、壁面への取付角度を調整可能なものにする必要があった。

一方、アンテナ装置の取り付け角度を調整することなく、アンテナ装置の指向方向を調整し得る技術としては、２つのアンテナ装置を、間隔を開けて配置し、移相器にて各アンテナ素子からの出力を、その位相差が所定の位相差となるように位相調整した後、合成（混合）することが知られている。

従って、この技術を利用すれば、上記のような扁平なアンテナ素子を建造物の壁面に取り付けた際に、その取付角度を調整することなく、所望の指向特性が得られるようにすることができる。

しかしながら、上記のようにスロットアンテナからなる２つのアンテナ素子を、間隔を開けて配置し、移相器により各アンテナ素子からの出力を位相調整して混合することで、アンテナ装置全体の指向方向を、スロットの開口面の向きとは異なる向きに設定した場合、波長が長い低周波数領域で各アンテナ素子が互いに干渉しあい、その周波数領域で利得が著しく低下することがあった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、スロットアンテナからなるアンテナ素子を一対備え、各アンテナ素子からの出力を合成するように構成されたアンテナ装置において、合成時の位相差により指向方向を調整した際に、低周波数領域でアンテナ特性（利得）が著しく低下するのを防止すること、を目的とする。

かかる目的を達成するためになされた本発明のアンテナ装置は、
所定の間隔を開けて配置される一対のアンテナ素子と、
前記一対のアンテナ素子からの受信信号を混合するか、或いは、送信信号を分配して前記一対のアンテナ素子に出力する混合・分配器と、
前記混合・分配器と前記一対のアンテナ素子との間の信号経路の少なくとも一方に設けられ、前記一対のアンテナ素子に対し入・出力される送・受信信号に所定の位相差を設定する移相器と、
を備え、
前記一対のアンテナ素子は、放射器として、導電性を有する板状部材にスロットを形成してなるスロットアンテナを、反射器として、前記放射器の板面に対し平行に配置される導電性の板状部材を、それぞれ備え、
前記各アンテナ素子の反射器には、それぞれ、隣接するアンテナ素子側の一辺に、前記放射器側に向けて突出された板状の遮蔽部が設けられ、
該遮蔽部の前記反射器の板面からの高さが、送・受信対象となる電波の周波数領域の低周波数側で、前記一対のアンテナ素子間のアイソレーションが大きくなるように設定されていること、を特徴とする。

上記のように、本発明のアンテナ装置においては、当該アンテナ装置を構成する一対のアンテナ素子における反射器に、それぞれ、隣接するアンテナ素子側の一辺から放射器方向に向けて突出された板状の遮蔽部が設けられている。

そして、この遮蔽部の反射器板面からの高さは、送・受信対象となる電波の周波数領域の低周波数側で、一対のアンテナ素子間のアイソレーションが大きくなるように設定されている。

これは、上記一対のアンテナ素子を、間隔を開けて配置した場合、その間隔が短くなると、アンテナ素子同士のアイソレーションが悪くなり、しかも、そのアイソレーションの低下は、アンテナ素子が送・受信する電波の低周波数側で顕著に現れるからである。

つまり、本発明のアンテナ装置を小型化するには、一対のアンテナ素子の間隔を短くすれば良いが、間隔を短くすると、その間隔に応じて、２つのアンテナ素子間のアイソレーションが悪くなる。

そして、このように２つのアンテナ素子間のアイソレーションが悪くなっても、各アンテナ素子からの出力を位相差「０」で混合するような場合（つまり、アンテナ装置の指向方向を、各アンテナ素子の放射器の開口面に直交する基準角度（０）にする場合）には、問題はない。

しかし、本発明のアンテナ装置のように、移相器により、各アンテナ素子に入出力する信号に位相差を付けることで、アンテナ装置の指向方向を、基準角度（０度）からアンテナ素子の配列方向に傾けるようにすると、２つのアンテナ素子間のアイソレーションの低下によって、各アンテナ素子により送・受信される電波が干渉しあい、アンテナ装置全体の利得が低下する。

そして、この利得低下は、アイソレーションの低下に対応して、アンテナ素子が送・受信する電波の低周波数側で顕著に現れる。
そこで、本発明では、反射器において、隣接するアンテナ素子側の一辺に遮蔽部を設け、その遮蔽部の高さを、送・受信対象となる電波の周波数領域の低周波数側でアンテナ素子間のアイソレーションが大きくなるように設定することで、移相器を介してアンテナ装置の放射方向を調整した際に生じるアンテナ素子間の電波の干渉を抑えるようにしているのである。

このため、本発明によれば、移相器を利用して各アンテナ素子に入・出力される送・受信信号の位相差を調整することで、アンテナ装置の指向方向を任意に設定できるだけでなく、送受信対象となる全周波数領域で所望の利得を確保し得るアンテナ装置を実現することができる。

実施形態のアンテナ装置の構成を表す概略構成図である。 アンテナ装置を構成する一対のアンテナ素子の構成を表す斜視図である。 反射器に設けた遮蔽部の高さとアイソレーションとの関係を表す特性図である。 反射器に設けた遮蔽部の高さと利得との関係を表す特性図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施形態のアンテナ装置２は、例えば、住宅等の所定の建造物の壁面に設置されて、ＵＨＦ帯のテレビ放送信号を受信するのに用いられるものであり、所定の間隔を開けて配置される一対のアンテナ素子１０、２０を備える。

そして、これら各アンテナ素子１０、２０からの受信信号は、同軸ケーブル等からなる伝送経路４、６を介して混合器３０に入力され、混合器３０にて混合された後、建造物内のテレビ受信装置等に出力される。

また、混合器３０と各アンテナ素子１０、２０との間の伝送経路４、６には、それぞれ、各アンテナ素子１０、２０から出力される受信信号の位相を調整することで、混合器３０に入力される受信信号に所定の位相差を設ける移相器４０、５０が設けられている。

従って、本実施形態のアンテナ装置２によれば、移相器４０、５０を用いて受信信号の位相を調整することで、アンテナ装置２全体の指向方向を、アンテナ素子１０、２０の配列方向に直交する基準角度（０度）方向から、その配列方向に沿って左右方向に傾いた所定角度方向に変化させることができる。

次に、アンテナ素子１０、２０は、それぞれ、放射器１２、２２と、反射器１４、２４とを備え、これらを合成樹脂製の防水ケース１６、２６内に収納することにより構成されている。

図２に示すように、放射器１２、２２は、導電性を有する矩形の金属板に上下一対のスロットＳを形成し、その中間部分に給電点Ｄを設けた周知のスロットアンテナにて構成されている。

また、反射器１４、２４は、導電性を有する矩形の金属板からなり、板面が放射器１２、２２よりも若干大きくなるように形成されている。そして、各反射器１４、２４は、放射器１２、２４に対し、電波の到来方向とは反対側に、間隔を開けて配置されている。

また、反射器１４、２４の板面には、網目状にスリットが形成されている。なお、このスリットは、放射器１２、２２に向けて反射する電波の帯域幅をテレビ放送信号の全帯域幅に設定するためのものであるが、この点については、特許文献１に詳細に説明されているので、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、反射器１４、２４周囲の四辺のうち、隣接する反射器２４、１４側の一辺には、対応する放射器１２、１４に向けて突出された板状の遮蔽部１８、２８が設けられている。

この遮蔽部１８、２８は、反射器１４、２４を構成する金属板を折り曲げることにより形成されており、遮蔽部１８、２８の反射器１４、２４の板面からの高さｈは、受信対象となるテレビ放送信号の周波数帯域（４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）の低周波数側（４７０ＭＨｚ）で、アンテナ素子１０、２０間のアイソレーションが大きくなって、所望の利得が得られる高さ（具体的には約４０ｍｍ）に設定されている。

この結果、本実施形態のアンテナ装置２によれば、移相器４０、５０を利用して各アンテナ素子１０、２０から出力される受信信号の位相差を調整することで、アンテナ装置２の指向方向を任意に設定できるだけでなく、受信対象となるテレビ放送信号の全周波数帯域で所望のアンテナ特性（利得）を得ることができるようになる。

なお、図１、図２に示すように、反射器１４、２４において、隣接する反射器２４、１４とは反対側の一辺にも遮蔽部があるが、この遮蔽部は、防水ケース１６、２６内に反射器１４、２４を位置決め固定するためのものであり、アンテナ装置２の受信特性を調整するためのものではない。

次に、図３は、本実施形態のアンテナ装置２において、反射器１４、２４に設ける遮蔽部１８、２８の高さｈと、アンテナ素子１０、２０間のアイソレーションとの関係を、受信対象となるテレビ放送信号の周波数帯の低・中・高の各周波数（４７０ＭＨｚ、５９０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚ）で測定した測定結果を表す。

図３から明らかなように、アンテナ素子１０、２０間のアイソレーションは、テレビ放送信号の周波数帯の中・高の周波数（５９０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚ）では、遮蔽部１８、２８の高さｈに応じて変化する（遮蔽部１８、２８を高くすればアイソレーションが大きくなる）。

これに対し、テレビ放送信号の周波数帯の最低周波数（４７０ＭＨｚ）では、周波数が低い分、他の周波数領域に比べアイソレーションが悪くなる（小さくなる）ものの、遮蔽部１８、２８を設けて、その高さｈを調整することにより、その高さｈを約４５ｍｍにしたときにアイソレーションが最も大きくなることがわかる。

一方、図４は、本実施形態のアンテナ装置２において、反射器１４、２４に設ける遮蔽部１８、２８の高さｈと、アンテナ装置２の利得との関係を、アンテナ装置２の指向方向：基準角度（０度）のときと、指向方向：４５度のときとで測定した測定結果を表す。

図４から明らかなように、アンテナ装置２の指向方向を４５度にした場合、基準角度（０度）のときに比べて、利得は低下するものの、反射器１４、２４に遮蔽部１８、２８を設けて、その高さを調整すれば、テレビ放送信号の低周波数（４７０ＭＨｚ）側で生じる利得低下を改善できることがわかる。

また、その利得改善効果は、アイソレーションが最も大きくなる高さｈ：４５ｍｍから、高さｈ：３５ｍｍ付近までの領域で得られることがわかった。
従って、本実施形態のように、スロットアンテナからなる放射器１２と、これに対向配置される反射器１４とで構成されるアンテナ素子１０、２０を、間隔を開けて配置し、各アンテナ素子１０、１２からの受信信号に位相差を付けて混合することで、アンテナ装置２全体の指向方向を調整する場合、アンテナ素子１０、２０間のアイソレーションを確保し、且つ、所望の利得が得られるように、反射器１４、２４に設ける遮蔽部１８、２８の高さｈを設定すれば、アンテナ素子１０、２０の設置間隔を狭くできることがわかる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、移相器４０、５０は、アンテナ素子１０、２０と混合器３０との間の２つの伝送経路４、６にそれぞれ設けるものとして説明したが、移相器４０、５０は、混合器３０に入力される受信信号の位相差を調整（設定）できればよいので、２つの伝送経路４、６の一方にだけ設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、アンテナ装置２はテレビ放送信号を受信する受信アンテナであるものとして説明したが、本発明は、テレビ放送信号以外の電波を受信する受信アンテナであっても、或いは、所望周波数帯の電波を送信する送信アンテナであっても、上記実施形態と同様に構成して、同様の効果を得ることができる。

２…アンテナ装置、４，６…伝送経路、１０，２０…アンテナ素子、１２，２２…放射器、１４，２４…反射器、１６，２６…防水ケース、１８，２８…遮蔽部、３０…混合器、４０，５０…移相器。

Claims (1)

1. 所定の間隔を開けて配置される一対のアンテナ素子と、
   前記一対のアンテナ素子からの受信信号を混合するか、或いは、送信信号を分配して前記一対のアンテナ素子に出力する混合・分配器と、
   前記混合・分配器と前記一対のアンテナ素子との間の信号経路の少なくとも一方に設けられ、前記一対のアンテナ素子に対し入・出力される送・受信信号に所定の位相差を設定する移相器と、
   を備え、
   前記一対のアンテナ素子は、放射器として、導電性を有する板状部材にスロットを形成してなるスロットアンテナを、反射器として、前記放射器の板面に対し平行に配置される導電性の板状部材を、それぞれ備え、
   前記各アンテナ素子の反射器には、それぞれ、隣接するアンテナ素子側の一辺に、前記放射器側に向けて突出された板状の遮蔽部が設けられ、
   該遮蔽部の前記反射器の板面からの高さが、送・受信対象となる電波の周波数領域の低周波数側で、前記一対のアンテナ素子間のアイソレーションが大きくなるように設定されていること、
   を特徴とするアンテナ装置。

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