JP2024076936A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型アンテナの良いところであるコンパクトさを保ちながら利得を向上したアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナを構成する反射素子１０や給電素子１１が樹脂１３で覆われた小型アンテナ１を備えた直線偏波用のアンテナ装置で、使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／２より長い金属導体で成る共振素子２が、樹脂１３で覆われた小型アンテナ１の内部素子１０、１１と平行になるように、小型アンテナ１の上下に一つ以上配置され、小型アンテナ１をマスト８に取り付けるマスト取付け金具本体４に固定された支持具３の先端部３０に共振素子２が固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、反射素子や給電素子を樹脂内部に収容するアンテナ装置に関し、さらに言えば、アパートや小型マンションなどの共同受信用アンテナとして使用する際、小型アンテナの利点であるコンパクトさを保ちながら利得を向上させるアンテナ装置の技術分野に属するものである。

近年、地上デジタルテレビ放送（４７０～７１０MHz）を受信するアンテナは、アンテナ素子がむき出しになった八木式アンテナからアンテナ素子が樹脂で覆われたデザインアンテナが主流になっている。
アンテナを構成する素子を樹脂ケースに収容するアンテナ装置としては下記特許文献１（特許第５３６０８０８号）に開示されたものがある。これは、従来方式の地上デジタルテレビ放送受信アンテナとして、コンパクトでベランダや屋根の側壁に取り付けられたマストに取り付けて使用できるようになっている。

特許第５３６０８０８号公報 特許第４５１９０３４号公報

前記特許文献１のアンテナは、比較的小型であるため受信性能において特に利得が低い。そのため、アパートや小型マンションなどの共同受信用アンテナとして使用するためには利得の向上が求められている。
一般的に利得の高いアンテナは大型になる。この大型になったアンテナ全体を樹脂で覆うとなるとそのケースは大きくなり大変高価なものになる。また、そのケースを成型する金型も大きなものとなり大変高額になる。表面積が大きくなると受風面積が大きくなり耐風速が低下するという問題もあった。さらに、利得を向上させるためには、特許文献２（特許第４５１９０３４号）で開示されているアンテナのように、樹脂ケース内部に導波素子、給電素子、反射素子で構成されるアンテナを二組用意して信号を合成して利得を向上させたものがあるが、構成部品が多くてコストが高く問題となっており、かかる点が解決すべき課題とされている。

したがって、本発明の目的は、小型アンテナの良いところであるコンパクトさを保ちながら利得を向上したアンテナ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明は、アンテナを構成する反射素子１０や給電素子１１が樹脂１３で覆われた小型アンテナ１を具備する直線偏波用のアンテナ装置において、
使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／２より長い金属導体で成る共振素子２が、前記樹脂１３で覆われた小型アンテナ１の内部素子１０、１１と平行になるように、小型アンテナ１の上下に一つ以上配置されていることを特徴とするアンテナ装置である。

請求項２に記載した発明は、前記樹脂１３で覆われた小型アンテナ１をマスト８に取り付けるマスト取付け金具本体４に固定された支持具３の先端部３０に、前記共振素子２が固定されて成ることを特徴とする、請求項１に記載したアンテナ装置である。

請求項３に記載した発明は、前記小型アンテナ１の上下に一つ以上配置される共振素子２は、円筒形状の金属導体２Ａで、直径が使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／５０より太く形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載したアンテナ装置である。

請求項４に記載した発明は、前記小型アンテナ１の上下に一つ以上配置される共振素子２は、平板形状の金属導体２Ｂで、短辺の長さが使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／５０より長く形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載したアンテナ装置である。

請求項５に記載した発明は、前記小型アンテナ１が取り付けられたマスト取付け金具本体４が前記支持具３に固定され、前記マスト取付け金具本体４に固定されるマスト取付け固定具５の背面部５１には溝部５０が十字状に形成されていると共に、前記マスト取付け固定具５に固定自在で正面開口の箱状のマスト取付け自在具６の四辺部６１に切欠部６０が形成されており、
前記マスト取付け固定具５と前記マスト取付け自在具６がマスト８を挟んで固定される際、前記マスト取付け固定具５の溝部５０と前記マスト取付け自在具６の切欠部６０と共に小型アンテナ１全体を９０°回転させてマスト８に固定自在で、前記小型アンテナ１が水平に配置される水平偏波受信タイプと、垂直に配置される垂直偏波受信タイプが選択使用可能に構成されていることを特徴とする、請求項２に記載したアンテナ装置である。

本発明のアンテナ装置によれば、従来の樹脂で覆われた小型なアンテナの上下に共振素子を追加するだけで高利得にできるため、特別大きな樹脂ケースを用意する必要はなく、耐風速の低下を防ぐことができる。また、利得を大きく向上させているにも拘らず、八木式アンテナのように給電部の前方に複数の導波器や後方に大きな反射器を設ける方式ではないため、壁際に設置した場合壁から前方に大きく飛び出すことはなくコンパクトで取り付けやすく、共振素子を上下に配置しただけの構成であるためコスト低減にも寄与する。

本発明のアンテナ装置を示した斜視図である。 小型アンテナの内部構造を示した斜視図である。 図１に示した共振素子が円筒形状の金属導体であるアンテナ装置の側面図である。 共振素子が平板形状の金属導体であるアンテナ装置を示した斜視図である。 図４に示した共振素子が平板形状の金属導体であるアンテナ装置の側面図である。 支持具へのマスト取付け金具本体とマスト取付け固定具の取付け要領と、更にマスト取付け固定具へのマスト取付け自在具の取付け要領を示した斜視図である。 マスト取付け自在具を背面方向から示した斜視図（Ａ）と、同マスト取付け自在具を正面方向から示した斜視図（Ｂ）と、異なるマスト取付け自在具を正面方向から示した斜視図（Ｃ）である。 水平偏波受信用に適用した場合のアンテナ装置がマストに取付けられた状態を後方から示した斜視図である。 垂直偏波受信用に適用した場合のアンテナ装置がマストに取付けられた状態を後方から示した斜視図である。 利得比較図を示したグラフである。

本発明のアンテナ装置の好適な実施形態を、以下図面にしたがって説明する。
このアンテナ装置は、樹脂１３で覆われた小型アンテナ１であるが、そのアンテナの上下に共振素子２を設けることにより大幅に利得を向上させることができるものである。
本実施形態のアンテナ装置の基本構成は、アンテナを構成する反射素子１０や給電素子１１が樹脂１３で覆われた小型アンテナ１を備えた直線偏波用のアンテナ装置であって、受風面積が小さく台風などの強風を受けにくい構造になっている。小型アンテナ１の内部素子は、図２に示すように、反射素子１０、給電素子１１及び導波素子１２で構成する形態で好適に実施される。
使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／２より長い金属導体で成る共振素子２が、樹脂１３で覆われた小型アンテナ１の内部素子１０、１１と平行になるように、小型アンテナ１の上下にそれぞれ一つずつ（計２つ）配置されている。すなわち、図８に示したように、小型アンテナ１をマスト８に取り付けるマスト取付け金具本体４に固定された支持具３の上下の各先端部３０に、前記共振素子２が小型アンテナ１の内部素子に対して平行配置になるように固定されている。
但し、共振素子２の数、配置はこれに限らず、一つ又は複数を所望位置に配置する実施形態も採用可能である。

本実施形態のアンテナ装置を、地上デジタルテレビ放送受信アンテナとした場合の具体例を説明する。使用周波数帯域は４７０MHｚから７１０MHzで、中心周波数は５９０MHz、その波長の１／２は２５４mmである。
図１に示した中央にある小型アンテナ１は、外形寸法２７０×１２０×７０mmの樹脂製ケース１３の中に、アンテナをなす反射素子１０、給電素子１１、導波素子１２が所定の間隔で組み込まれ（図２）、給電素子１１は出力コネクタ（図示省略）につながっており、この小型アンテナ部分だけでアンテナとして機能するようになっている。前記コンパクトな小型アンテナ１が、マスト取付け金具本体４とマスト取付け固定具５とから成るマスト取付け金具に取り付けられている（図１、図２）。
支持具３は、Ｃ字形に形成されるが、金属製のアルミなどの角パイプで作製してもよいし樹脂などで作製してもよい。当該支持具３を縦長に配置した状態の中央部分に前記小型アンテナ１のマスト取付け金具本体４が固定され、長さが使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／２以上となる共振素子２の中央が、Ｃ字形支持具３の上下の各先端部３０に固定されている。

小型アンテナ１の内部素子１０、１１、１２とその上下に設けられる共振素子２との間隔は、使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／２あたりが利得最大となるが、それよりも狭くしても広くしてもよい（図３、図５参照）。この共振素子２は、直径が太いほど若しくは導体の短辺の幅が広いほど広帯域にわたり利得が向上する傾向にある。これを使用周波数帯域の中心周波数の波長で表すと、共振素子２が円筒形状の場合には、波長の１／５０ぐらいから顕著になり、１／１２以上ではあまり上昇しない傾向にある。最適な寸法としては波長の１／１５付近である。共振素子２が平板形状の場合の短辺の幅は、波長の１／５付近が最適である。

共振素子２は、図１に示すように円筒形状（パイプ状）の金属導体２Ａでもよいし、図４に示すように平板でできた長方形形状（平板形状）の金属導体２Ｂでもよい。図１と図３に示した円筒形状の共振素子２の場合、アルミ製で直径３０mm、長さ３００mm（使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／２より長い）になっている。この円筒形状の共振素子２を直接支持具３に取り付けてもよいし、デザインの関係で樹脂ケースの中に装着してもよい（図示は省略）。樹脂ケース内に装着する場合は、共振素子２をアルミ箔で円筒形状にして作製してもよい。或いは、アルミ板を１００mm×３００mmの平板形状の共振素子２として樹脂ケースで覆って装着してもよい。共振素子２と小型アンテナ１との離隔距離は、上下とも２５０mmの間隔になっている。

次に、前記マスト取付け金具本体４とマスト取付け固定具５の前記支持具３への取付け要領について説明する。
マスト取付け金具本体４は、図６に示したように、垂直部をなす正面部４０の左右に側面部４１が各々形成され、その側面部４１にはボルト孔４２が２箇所ずつ穿設されている。また、前記正面部４０の上下にＬ字形上面部４３とＬ字形下面部４４が各々形成され、その各垂直部がボルト４５を介して正面部４０が支持具３の略中央部に位置するように固定されている。
一方、マスト取付け固定具５は、垂直部をなす背面部５１の左右に側面部５３が各々形成され、その側面部５３にはボルト孔５４が２箇所ずつ穿設されている。前記背面部５１は後述するＶ溝の溝部５０が十字形に形成されている。よって、このマスト取付け固定具５の側面部５３と、前記マスト取付け金具本体４の側面部４１とが重なって合致された各ボルト孔５４、４２にボルト７が側方から締め付けられて両者が固定される。
かくして、小型アンテナ１が取り付けられた支持具３は、マスト８の前後で前記マスト取付け固定具５とマスト取付け自在具６とでマスト８を挟むようにしてボルト７で固定される（図６、図８）。

マスト取付け金具本体４は、どの太さのマスト８に取り付けるかにより金具の大きさが変化する。例えばマスト８の直径を４８．５mmとすると、マスト取付け固定具５の背面部５１（２つのボルト孔５２あり）において、奥行き方向にＶ溝が十字状に形成される溝部５０は、８５×８５mm程度の大きさで、厚さ１．６mmの鋼鈑をプレス曲げ加工で作製される。
マスト取付け自在具６は、前記マスト取付け固定具５の溝部５０に対応して、同じく８５×８５mmの正四角形で鋼板をプレス曲げ加工により作製され、四辺部６１は、垂直配置の背面部６２（２つのボルト孔６３あり）から１５mmほど突き出した状態で正面開口の箱状に加工される。四辺部６１の各辺の中央にはＶ字形に切り欠かれた切欠部６０が形成されている。切欠部６０は、図７Ａ、Ｂに図示したように、マスト８への固定力を高めるべく端面をギザギザのＶ字形で形成するほか、図７Ｃのように、ギザギザのないフラット端面のＶ字形の切欠部６０’で実施してもよい。
よって、マスト取付け固定具５のＶ字溝部５０とマスト取付け自在具６のＶ字形切欠部６０が相向き合う形でマスト８を挟み、両者５、６は合致したボルト孔５２、６３に背面からねじ込んだ２本のボルト７で固定される。また、Ｖ字溝部５０とＶ字形切欠部６０は９０°毎にマスト８に当接可能な十字形になっているため、水平偏波と垂直偏波のどちらにでも簡単にマスト８を挟み込んで選択使用することができる。

以下、小型アンテナ１が水平に配置される水平偏波受信タイプ（図８）と、垂直に配置される垂直偏波受信タイプ（図９）の選択使用について説明する。
アンテナは到来する電波の偏波面に合わせる必要があり、直線偏波では水平偏波と垂直偏波がある。受信アンテナは図８、図９に示すように、この偏波面に合わせて設置する必要があり、従来ではマストへの取り付け金具をアンテナ本体から一旦取り外して、例えば水平偏波受信から垂直偏波受信用に取り付ける位置を変更する必要があった。若しくは、水平偏波受信と垂直偏波受信が可動式になっている金具の八木式アンテナにおいては、この可動部分を移動させる必要があった。

この点、本実施形態のアンテナ装置は、前記のようにマスト取付け金具本体４に固定されるマスト取付け固定具５の背面部５１に十字状に形成されたＶ字状溝部５０と共に、それに対応するマスト取付け自在具６の四辺部６１には、各々Ｖ字形に切り欠かれた切欠部６０が各辺に形成されている。そのため、金具の取り付け位置を変更したり、可動部分を移動させる等の操作を行うことなく、水平偏波受信（図８）若しくは垂直偏波受信（図９）に即座に対応することができる。
つまり、前記固定具５と自在具６をボルト７で締め付けることによりマスト８に固定されているが（図８、図９）、水平偏波受信時も垂直偏波受信時もマスト取付け金具本体４をアンテナ本体から取り外すことなく、ボルト７を緩めて、固定具５の溝部５０と自在具６の切欠部６０と共に小型アンテナ１全体を９０°回転させるだけでマスト８の上部から本アンテナ装置を差し込み、どちらかの偏波面に合わせて難なく固定することができる。なお、この意味で、マスト取付け固定具５とマスト取付け自在具６の両者は、水平・垂直対応具ともいえる。

上述した本アンテナ装置の各周波数に対する利得の特性を図１０に示した。破線は従来の小型アンテナの利得特性を示し、実線は本案アンテナの利得特性を示している。全周波数において１．５dB～３dBほど上昇している。
この利得向上は、従来の小型アンテナでは上方や下方に到来する受信電波の電界がそのまま通り過ぎていたのを、本実施形態の小型アンテナ１の上方・下方に１／２波長離れた位置に共振素子２を配置することにより通過する電界を留まらせ、中央にある小型アンテナ部分の電界と協調させることにより受信感度を向上させているためである。

以上、実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

１ 小型アンテナ
１０ 反射素子
１１ 給電素子
１２ 導波素子
１３ 樹脂（ケース）
２ 共振素子
２Ａ 円筒形状の金属導体
２Ｂ 平板形状の金属導体
３ 支持具
３０ 先端部
４ マスト取付け金具本体
５ マスト取付け固定具
５０ 溝部
５１ 背面部
６ マスト取付け自在具
６０ 切欠部
６１ 四辺部
７ ボルト
８ マスト

Claims (5)

1. アンテナを構成する反射素子や給電素子が樹脂で覆われた小型アンテナを具備する直線偏波用のアンテナ装置において、
   使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／２より長い金属導体で成る共振素子が、前記樹脂で覆われた小型アンテナの内部素子と平行になるように、小型アンテナの上下に一つ以上配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記樹脂で覆われた小型アンテナをマストに取り付けるマスト取付け金具本体に固定された支持具の端部に、前記共振素子が固定されて成ることを特徴とする、請求項１に記載したアンテナ装置。
3. 前記小型アンテナの上下に一つ以上配置される共振素子は、円筒形状の金属導体で、直径が使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／５０より太く形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載したアンテナ装置。
4. 前記小型アンテナの上下に一つ以上配置される共振素子は、平板形状の金属導体で、短辺の長さが使用周波数帯域の中心周波数の波長の１／５０より長く形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載したアンテナ装置。
5. 前記小型アンテナが取り付けられたマスト取付け金具本体が前記支持具に固定され、前記マスト取付け金具本体に固定されるマスト取付け固定具の背面部には溝部が十字状に形成されていると共に、前記マスト取付け固定具に固定自在で正面開口の箱状のマスト取付け自在具の四辺部に切欠部が形成されており、
   前記マスト取付け固定具と前記マスト取付け自在具がマストを挟んで固定される際、前記マスト取付け固定具の溝部と前記マスト取付け自在具の切欠部と共に小型アンテナ全体を９０°回転させてマストに固定自在で、前記小型アンテナが水平に配置される水平偏波受信タイプと、垂直に配置される垂直偏波受信タイプが選択使用可能に構成されていることを特徴とする、請求項２に記載したアンテナ装置。

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