JP3619800B2 - アンテナユニット、アンテナ装置および放送塔 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＵＨＦ帯で広帯域特性を有する２Ｎ（Ｎは自然数）個のループを形成する２Ｌアンテナ素子自体の広帯域特性を発揮させることができるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近い将来、地上波ディジタル放送がＵＨＦ帯において開始される。現在のアナログ放送におけるＵＨＦ帯の送信アンテナは、双ループアンテナが多用され、各周波数に合わせて設計されている。ＵＨＦ帯のディジタル化は、アナログ放送と違い同じ時間軸上でネットワークの整備が進められていると考えられる。このため、サテライト局では、各社共同でアンテナシステムを建設する傾向がある。したがって、アンテナコストを下げるためには、複数のチャネルをカバーできる広帯域アンテナが有効である。一方、このディジタル放送開始前の過渡期におけるアナログ／アナログ変換を考えると、広帯域アンテナは必須のものと考える。
【０００３】
図１６は、従来の双ループアンテナの平面図であり、図１７は、従来のループアンテナの右側面図である。ループアンテナ１００は、長手方向に沿う両縁部に略４５°に折り曲げて、主面を形成した平板状の反射器１０６上に、その周長が送信周波数の略波長λとなる円弧状のループアンテナ素子１０１〜１０４を有したループアンテナを、この主面に垂直な方向に、単一指向性を持たせて送信する。なお、このループアンテナ１００は、４つのループアンテナ素子１０１〜１０４が一つの給電線１０８から給電される４Ｌループアンテナである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ループアンテナは、広帯域特性を有するが、ループアンテナ素子１０１〜１０４は、平行線路であり、給電線側は、特性インピーダンスが５０Ωあるいは７５Ωの同軸線路が用いられため、図１８（ａ）に示すように、ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電線との間にバラン（ｂａｌａｎｃｅ−ｕｎｂａｌａｎｃｅ変換回路：ｂａｌｕｎ）回路２０２が設けられる。なお、通常のアンテナ素子と給電線との間には、このバラン回路２０２が設けられないが、ループアンテナ素子１０１〜１０４とが略平行線路を形成するため、ループアンテナ１００は、同軸線路である給電線との間にバラン回路２０２を設けなければならないという特殊性を有する。
【０００５】
このバラン回路２０２は、図１８（ｂ）に示すように不平衡線路（同軸線路）と平衡線路（平行線路）とを変換接続する整合回路である。これは、ループアンテナ素子１０１〜１０４によって形成される不平衡線路と、給電線が形成する平行線路とをそのまま接続すると、接続点で必ず電流の不平衡分が生じるからである。
【０００６】
図１９は、図１６に示したループアンテナのＣ−Ｃ線断面図であり、給電線１０８の内部導体３０１は、接続部３０４を介して外部導体３０２に平行に配置された外部導体３０３に接続される。外部導体３０２，３０３は、接続部３０４で接続されるとともに、略１／４λのところで短絡部３０５によって短絡されている。この外部導体３０２，３０３、接続部３０４、および短絡部３０５がバラン回路である。なお、バラン回路には、種々の形態のものがあり、たとえばＵバランやシュペルトッフ（阻止套管）などがある。
【０００７】
しかし、このバラン回路２０２を設けることによって、給電部を含めた双ループアンテナのインピーダンスの周波数特性は、バラン回路２０２自体が有する周波数特性を含んだものとなり、結果として狭帯域となってしまうという問題点があった。
【０００８】
一方、ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電線１０８とのインピーダンス整合をとるために、図１８（ａ）に示すインピーダンス整合回路２０１を、ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電側との間に形成しなければならない。図１６および図１７に示したループアンテナでは、内部導体の径を変えることで、長さを１／４λに変換するインピーダンス整合を行っている。なお、インピーダンス整合回路２０１としては、その他トラップなどのスタブを挿入するものが多い。
【０００９】
しかし、このインピーダンス整合回路２０１では、中心周波数において完全に整合するが、他の周波数に対しては整合せず、リターンロスが大きくなるという問題点があった。
【００１０】
この場合、複数のインピーダンス整合回路２０１を、たとえば３個ぐらい用いて、徐々にインピーダンスを変換すれば、その周波数特性は小さくなり、広帯域化を図ることができるが、給電部がいきおい長くなるという問題点を生じることになる。
【００１１】
したがって、従来のループアンテナでは、上述したバラン回路２０２およびインピーダンス整合回路２０１をループアンテナ素子１０１〜１０４の接続点に接続させることから、その周波数特性が劣化し、双ループアンテナ素子自体の広帯域性を十分に生かしきれていない。
【００１２】
一方、上述したループアンテナの指向性を崩すと、新たな受信不感地帯が発生し、この受信不感地帯をなくすために新たな放送塔などの適地を探し出し、建設する必要が生じるため、地上波ディジタル放送の実現に向けて、現在多用されているループアンテナの指向性を維持しつつ、その広帯域性を用いたアンテナの開発が強く要望されているのが現実である。
【００１３】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、現在多用されているループアンテナの指向性を維持しつつ、ループアンテナ素子自体の広帯域性を十分に発揮することができるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかるアンテナユニットは、それぞれ２Ｎ（Ｎは自然数）個のループを形成するとともに、各ループの中心から給電され、２Ｎ個のループが形成する長手方向に偏波面を形成する２のｍ乗（ｍは自然数）個のループアンテナ素子と、前記ループアンテナ素子に対する電力を伝送する第１の給電線と、前記各ループアンテナ素子と前記第１の給電線との間に配置され、前記第１の給電線に対して２分岐をｍ段繰り返し、前記第１の給電線の特性インピーダンスの２のｍ乗倍の特性インピーダンスであって前記各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しい特性インピーダンスを有する２のｍ乗個のアンテナ側端点を形成し、各アンテナ側端点が２のｍ乗個の前記各ループアンテナ素子の給電点に直接接続する第２の給電線と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスは、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整をなくし、バラン回路を設けなくても特性上の変化がないようにしている。また、２Ｎ個のループが形成する長手方向に偏波面を形成するため、この偏波面に直交する偏波面を形成するアンテナユニットとの交換時に設置形態を変えず、しかも水平および垂直アンテナ指向性を変化させずに交換することができる。
【００１６】
また、請求項２にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、前記各ループアンテナ素子と前記第２の給電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子のインピーダンスと略等しいインピーダンスをもつバランをさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスを、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整を容易にし、また、バランは、各ループアンテナ素子と前記第２の給電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子と前記第２の誘電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子のインピーダンスと略等しいインピーダンスをもたせるようにし、各ループアンテナ素子のインピーダンスに対応した給電を簡易に実現している。
【００１８】
また、請求項３にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、反射板をさらに備え、前記ループアンテナ素子は、前記反射板上に所定の距離を置いて配置され、前記第２の給電線は、前記反射板の裏面あるいは表面に配設されることを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、反射板を用いて、一層効率的なアンテナ指向性を得ることができ、第２給電線の設置あるいはアンテナユニットの取り付けも容易に行うことができる。
【００２０】
また、請求項４にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、前記バランは、前記接合点から前記反射板までの間の第２の給電線に対して平行配置された平板によって形成され、該平板は、前記接合点と前記反射板との間を接続することを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、前記接合点から前記反射板までの間の第２の給電線に対して平行配置された平板によってバランを形成するようにし、これによって２Ｎループアンテナ素子あるいは各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しいインピーダンスをもったバランを容易に形成することができる。
【００２２】
また、請求項５にかかるアンテナ装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向の水平放射パターンを得ることを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載の複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向の水平放射パターンを得るようにしている。
【００２４】
また、請求項６にかかる放送塔は、請求項５に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置したことを特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、請求項５に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置し、これによって、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られる放送塔を実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図１において、このアンテナユニット１０は、２つのループアンテナ素子からなる２Ｌアンテナ素子１，２を２つ有している。すなわち、４つのループアンテナ素子を備える。各２Ｌアンテナ素子１，２は、各２Ｌアンテナ素子１，２の長手方向に直列に配置される。また、各２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスは、略１００Ωである。各ループアンテナ素子の周長は、送信周波数の波長λに設定される。
【００２８】
各２Ｌアンテナ素子１，２の給電点から各２Ｌアンテナ素子１，２の２つのループアンテナ素子の円心に向かって給電され、さらに各２つのループアンテナ素子の円心から長手方向（図上、上下方向）に延びて各ループアンテナ素子に接続される。この各ループアンテナ素子の円心において長手方向のダイポールが形成されたものとみなすことができ、偏波面は長手方向に沿って共振する。
【００２９】
各２Ｌアンテナ素子１，２の給電点には、それぞれ特性インピーダンス１００Ωの同軸管３が接続され、同軸管３の中央（中点）には、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４が接続され、同軸ケーブル４および同軸管３を介して各２Ｌアンテナ素子１，２に対して給電される。同軸管３の中点によって分岐された同軸管３ａは、２Ｌアンテナ素子１側に延び、同軸管３ａの内部導体１１ａが２Ｌアンテナ素子１の給電エレメント１ａ，１ｂのうちの一方の給電エレメント１ａに直接接続され、同軸管３ａの外部導体は、他方の給電エレメント１ｂに直接接続される。また、同軸管３の中点によって分岐された同軸管３ｂは、２Ｌアンテナ素子２側に延び、同軸管３ｂの内部導体１１ｂが２Ｌアンテナ素子２の一方の給電エレメントに直接接続され、同軸管３ｂの外部導体は、他方の給電エレメントに直接接続される。
【００３０】
なお、同軸ケーブル４には、同軸管３ａ，３ｂが２分岐して接続され、並列となった同軸管３ａ，３ｂの合成インピーダンスを考慮すると、１００Ωの特性インピーダンスをもつ同軸管３ａ，３ｂと同軸ケーブル４とは、単純にインピーダンス整合する。また、各２Ｌアンテナ素子１，２は、インピーダンスが略１００Ωであるため、特性インピーダンスが１００Ωの各同軸管３ａ，３ｂとも、容易にインピーダンス整合する。したがって、インピーダンス整合回路を設ける必要がない。また、複雑なインピーダンス調整も必要ない。
【００３１】
ここで、図２〜図４を参照して、アンテナユニット１０の構成について説明する。図２は、アンテナユニット１０の構成を示す正面図であり、図３は、アンテナユニット１０の構成を示す右側面図であり、図４は、アンテナユニット１０のＡ−Ａ線断面図である。
【００３２】
図２および図３において、２Ｌアンテナ素子１，２は、長手方向に沿う両縁部に略４５°に折り曲げて、主面を形成した平板状の反射板５上に、略波長λとなる円弧状のループアンテナ素子を有した双ループアンテナである。２Ｌアンテナ素子１，２は、反射板５の面に対して高さＬ３の位置に平行に設置される。各ループ間距離は「Ｌ１」であり、各２Ｌアンテナ素子１，２間距離は「Ｌ２」である。
【００３３】
同軸管３は、断面が矩形であり、各一端の内部導体１１ａ，１１ｂが各２Ｌアンテナ素子１，２の中央の一方の給電エレメントに直接接続される。同軸管３は、反射板５の裏面を通り、中央部において、同軸ケーブル４に接続される。なお、上述したように、同軸管３は、特性インピーダンスが１００Ωに設定されている。また、同軸管３は、反射板５の表面に配設するようにしてもよい。この場合、反射板５の裏面に凸部が形成されず、アンテナユニットの取り付けを容易かつ堅固に行うことができる。
【００３４】
図４において、内部導体１１ａは、２Ｌアンテナ素子１の中央部分の平行線路間を通り、その先端と給電エレメント１ａとの間は、導通部材１ｃによってＬ字型に橋渡され、導通される。一方、外部導体は、他方の給電エレメント１ｂに接続される。なお、内部導体１１ａには、リング部材１１ｃが環装され、２Ｌアンテナ素子１と同軸管３とのインピーダンス調整が行われる。
【００３５】
また、上述した各ループ間距離「Ｌ１」、各２Ｌアンテナ素子１，２間距離「Ｌ２」、反射板５に対する各２Ｌアンテナ素子１，２の高さ「Ｌ３」などは、さらに調整することによって、放射パターン、利得などをさらに向上させることができる。さらに、上述した同軸ケーブル４の特性インピーダンスは５０Ωであったが、給電線としての同軸ケーブルの特性インピーダンスが７５Ωである場合には、７５Ω→５０Ω変換を行えばよい。
【００３６】
さらに、上述した２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスは略１００Ωであるとしたが、たとえば、２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスが略１５０Ωである場合には、同軸ケーブル４の特性インピーダンスを７５Ωとし、同軸管３の特性インピーダンスを１５０Ωとすればよい。また、同様にして、２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスがたとえば２００Ωである場合には、同軸管３を多段接続すればよい。たとえば、図５に示すように、各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７のインピーダンスが２００Ωである場合、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４に１００Ωの同軸管２３を接続し、さらにこの１００Ωの同軸管２３に、特性インピーダンスが２００Ωの同軸管を接続し、この２００Ωの同軸管の内部導体を４つの各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７に直接接続すればよい。
【００３７】
なお、各アンテナユニットは、レドームを設け、風雨に対する強度を持たせるようにするのが好ましい。
【００３８】
この実施の形態１では、２Ｌアンテナ素子１，２と、給電線としての同軸ケーブル４との間に接続され、２Ｌアンテナ素子１，２のインピーダンスに略等しく、同軸ケーブル４の特性インピーダンスの２倍の特性インピーダンスを有し、同軸ケーブル４を２分岐し、同軸管３の内部導体を直接２Ｌアンテナ素子１，２に接続した同軸管３を設けるようにしているので、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた２Ｌアンテナ素子１，２自体の広帯域性を得ることができる。また、バラン回路やインピーダンス回路を設けない場合であっても、アンテナ指向性が変化しないので、従来のアンテナユニットのもつアンテナ指向性をそのまま維持することができる。さらに、この２Ｌアンテナ素子１，２は、ループアンテナ素子が並ぶ長手方向に沿った偏波面（垂直偏波面）を輻射することができるので、従来の水平偏波面を輻射するアンテナユニット１０の配置を変えず、アンテナ指向性を維持したまま偏波面のみの変更が可能になる。
【００３９】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、２つの２Ｌアンテナ素子１，２をもつアンテナユニットであったが、この実施の形態２では、２つの４Ｌアンテナ素子３１，３２をもつアンテナユニットとしている。
【００４０】
図６は、この発明の実施の形態２であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図６において、２つの２Ｌアンテナ素子１，２に代えて２つの４Ｌアンテナ素子３１，３２を設けている。この４Ｌアンテナ素子３１，３２は、それぞれ４つのループアンテナ素子を有し、長手方向に４つのループが形成される。また、同軸管３に代えて同軸管３３を設けている。この同軸管３３は、同軸管３と同じく、特性インピーダンスが１００Ωである。ただし、４Ｌアンテナ素子３１，３２は、２Ｌアンテナ素子１，２に比してループアンテナ素子を多く有しているため、同軸管３３は、同軸管３に比して長い。なお、同軸管３３は、実施の形態１と同様に、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４に接続され、同軸管３３の内部導体は、それぞれ４Ｌアンテナ素子３１，３２に直接接続される。ここで、４Ｌアンテナ素子３１，３２のインピーダンスは、それぞれ略１００Ωであるため、実施の形態１と同様に、インピーダンス整合回路は不要となり、バラン回路も不要となる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態２では、４Ｌアンテナ素子３１，３２について説明したが、これに限らず、それぞれ６つのループアンテナ素子を有する６Ｌアンテナ素子に対しても適用することができる。すなわち、２の倍数のループアンテナ素子を有するものに、適用することができる。
【００４２】
この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた４Ｌアンテナ素子３１，３２自体の広帯域性を得ることができる。また、バラン回路やインピーダンス回路を設けない場合であっても、アンテナ指向性が変化しないので、従来のアンテナユニットのもつアンテナ指向性をそのまま維持することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１では、各２Ｌアンテナ素子１，２を長手方向に直列に配置したアンテナユニットとしていたが、この実施の形態３では、各２Ｌアンテナ素子１，２に対応する各２Ｌアンテナ素子４１，４２の長手方向に沿って並列に配置したアンテナユニットとしている。
【００４４】
図７は、この発明の実施の形態３であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図７において、２つの２Ｌアンテナ素子４１，４２は、長手方向に沿って並列に配置される。その他の構造は、実施の形態１と同じである。すなわち、特性インピーダンス５０Ωの給電線４から２分岐する特性インピーダンス１００Ωの同軸管４３は、インピーダンスが１００Ωの各２Ｌアンテナ素子４１，４２の一方の給電エレメントに直接接続される。
【００４５】
図８は、この発明の実施の形態３の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図８において、２つの４Ｌアンテナ素子５１，５２は、長手方向に沿って並列に配置される。その他の構造は、実施の形態１と同じである。すなわち、特性インピーダンス５０Ωの給電線４から２分岐する特性インピーダンス１００Ωの同軸管５３は、インピーダンスが１００Ωの各４Ｌアンテナ素子５１，５２の一方の給電エレメントに直接接続される。
【００４６】
この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた２Ｌアンテナ素子４１，４２自体の広帯域性を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、いずれもバラン回路を有しないものであったが、この実施の形態４ではバラン回路を持たせるようにしている。
【００４８】
図９は、この発明の実施の形態４であるアンテナユニットの構成を示す図である。図９において、このアンテナユニットは、２Ｌアンテナ素子１と反射板５との間に、同軸管３ａに平行な導体平板１２ａが設けられ、バランとして機能する。同様に、２Ｌアンテナ素子２と反射板５との間に、同軸管３ｂに平行な導体平板１２ｂが設けられ、バランとして機能する。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００４９】
これらバランの挿入によって、水平指向性が左右対称となる。すなわち、この２Ｌアンテナ素子１，２のアンテナユニットの水平指向性は、図１０に示すようになる。ここで、図１１に示した従来のアンテナユニットの水平指向性と比較すると、メインローブの傾きもなく、バックローブも左右対称となっている。これによって、アンテナユニットを備えた複数のアンテナ装置を用いて、放送塔などに円環状に配置した場合であっても、合成水平指向性は、容易に無指向性を得ることができる。
【００５０】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、上述した実施の形態１〜４で示したアンテナユニットを用いたアンテナ装置および放送塔を実現している。
【００５１】
図１２は、この発明の実施の形態５であるアンテナ装置を含む放送塔の概要構成を示す図である。図１２において、放送塔は、鉄骨材を組み上げたタワー状の骨格フレーム体７１と、その上端に垂直に設けたポール部７２とを有する。ポール部７２、および骨格フレーム体７１の比較的断面の小さい円筒部７５に、上述したアンテナユニット１０に対応するアンテナユニット７３，７４が取り付けられる。
【００５２】
このアンテナユニット７３，７４の取付は、ポール部７２あるいは円筒部７５の周囲に水平かつ均等に配置することによって実現される。ただし、アンテナユニット７３，７４の取付数は、ポール部７２あるいは円筒部７５の断面の大きさ、すなわち円周の長さによって決定され、水平方向に送信利得の落ち込みのある部分を形成しないように密に配置する。したがって、ポール部７２には、少ないアンテナユニット７３の数で済み、円筒部７５には、比較的多くの個数のアンテナユニット７４が必要となる。
【００５３】
ここで、図１３を参照して、放送塔に設置されるアンテナ装置の一例について説明する。図１３は、ポール部７２に設置されるアンテナ装置の構成を示す図であり、図１３（ａ）は、アンテナ装置の正面図であり、図１３（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。図１３において、４つのアンテナユニット７３−１〜７３−４は、ポール部７２の周縁であって同一周上に設けられ、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、９０°ずつ均等に配置される。なお、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、図２に示したアンテナユニットである。すなわち垂直偏波面で輻射するアンテナユニットである。
【００５４】
図１４は、図１３に示したアンテナ装置の水平指向性を示す図である。なお、アンテナユニット７３−４が配置される方向を０°とし、アンテナユニット７３−３が配置される方向を９０°としている。各アンテナユニット７３−１〜７３−４の間には、アンテナ指向性の高い部分が形成される。たとえば、アンテナユニット７３−３，７３−４間には、ピークＰ７１が形成される。このピークＰ７１は、アンテナユニット７３−３，７３−４のメインローブの裾部分で、左右４５°方向が強め合ってできたピークである。各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、２つの２Ｌアンテナ素子を合成した利得をもち、比較的鋭いアンテナ指向性をもつため、図１４に示すように、ピークＰ７１を極端に大きくすることはない。これによって、９０°毎、全周に配置した４つのアンテナユニット７３−１〜７３−４であっても、比較的無指向の水平指向性を得ることができる。
【００５５】
なお、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、ポール部の内縁部に配置された給電装置７６によって一括して給電される。なお、ポール部７２の設置されるその他のアンテナ装置および円筒部７５に配置されるアンテナ装置も、給電装置７６によって、一括して給電するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述したアンテナ装置は、図１２に示した親局の放送塔に限らず、図１５に示す中継機能をもった子局の放送塔にも適用することができる。図１５に示した放送塔では、図１５に示した親局の放送塔あるいは上位の子局である放送塔からの電波を受信する受信アンテナ装置８１と、上述したアンテナ装置である送信アンテナ装置８２とが設置され、放送塔の下部に受信アンテナ装置８１が設けられ、放送塔の上部に送信アンテナ装置８２が設けられ、互いに干渉しないようにしている。
【００５７】
なお、各アンテナユニットは、レドームを設け、風雨に対する強度を持たせるようにするのが好ましい。
【００５８】
この実施の形態５によれば、現用の双ループアンテナのアンテナ指向性を少なくとも維持し、さらには向上したアンテナ指向性を得ることができ、しかも実施の形態１〜４で述べたように広帯域性をもったアンテナ装置および放送塔を実現することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスは、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整をなくし、バラン回路を設けなくても特性上の変化がないようにしている。また、２Ｎ個のループが形成する長手方向に偏波面を形成するため、この偏波面に直交する偏波面を形成するアンテナユニットとの交換時に設置形態を変えず、しかも水平および垂直アンテナ指向性を変化させずに交換することができる。この結果、バラン回路およびインピーダンス整合回路を取り除くことができ、しかも、バラン回路およびインピーダンス整合回路によって制限されていた広帯域性も確保することができ、現在多様されている双ループアンテナによってカバーされている受信地域を変化させずに、しかも広帯域性をもったアンテナユニットを実現することができるとともに、水平偏波と垂直偏波との切替も容易に行うことができるという効果を奏する。
【００６０】
また、請求項２の発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスを、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整を容易にし、また、バランは、各ループアンテナ素子と前記第２の給電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子と前記第２の誘電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子のインピーダンスと略等しいインピーダンスをもたせるようにし、各ループアンテナ素子のインピーダンスに対応した給電を簡易に実現している。これによって、広帯域性と左右対称のアンテナ指向性を得ることができるという効果を奏する。
【００６１】
また、請求項３の発明によれば、反射板を用いて、一層効率的なアンテナ指向性を得ることができ、第２給電線の設置あるいはアンテナユニットの取り付けも容易に行うことができるという効果を奏する。
【００６２】
また、請求項４の発明によれば、前記接合点から前記反射板までの間の第２の給電線に対して平行配置された平板によってバランを形成するようにし、これによって２Ｎループアンテナ素子あるいは各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しいインピーダンスをもったバランを容易に形成することができるという効果を奏する。
【００６３】
また、請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載の複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向の水平放射パターンを得るようにしているので、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られるアンテナ装置を実現できるという効果を奏する。
【００６４】
また、請求項６の発明によれば、請求項５に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置し、これによって、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られる放送塔を実現できるので、簡易な構成によって、設置場所に対応した不感帯をなくすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図２】図１に示したアンテナユニットの正面図である。
【図３】図１に示したアンテナユニットの右側面図である。
【図４】図１に示したアンテナユニットのＡ−Ａ線断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態２であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態３であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態３の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態４であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図１０】図９に示したアンテナユニットの水平指向性を示す図である。
【図１１】従来のアンテナユニットの水平指向性を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態５であるアンテナ装置を含む放送塔の概要構成を示す図である。
【図１３】図１２に示したアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１４】図１３に示したアンテナ装置の水平指向性を示す図である。
【図１５】子局の放送塔に適用したアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１６】従来のアンテナユニットの構成を示す正面図である。
【図１７】図１６に示したアンテナユニットの構成を示す右側面図である。
【図１８】図１６に示したアンテナユニットの概要回路構成を示す図である。
【図１９】図１６に示したアンテナユニットの給電接続点近傍を示すＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１，２，２１，２２，２６，２７，４１，４２，６６〜６９ ２Ｌアンテナ素子
１ａ，１ｂ 給電エレメント
３，３ａ，３ｂ，２３，２４，３３，３３ａ，３３ｂ，４３，４３ａ，４３ｂ，５３，６３ａ，６３ｂ 同軸管
４ 同軸ケーブル（給電線）
５ 反射板
１０，７３，７３−１〜７３−４，７４ アンテナユニット
１１ａ，１１ｂ 内部導体
１２ａ 導体平板
３１，３２，５１，５２ ４Ｌアンテナ素子
７１ 骨格フレーム体
７２ ポール部
７５ 円筒部
７６ 給電装置
８１ 受信アンテナ装置
８２ 送信アンテナ装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＵＨＦ帯で広帯域特性を有する２Ｎ（Ｎは自然数）個のループを形成する２Ｌアンテナ素子自体の広帯域特性を発揮させることができるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近い将来、地上波ディジタル放送がＵＨＦ帯において開始される。現在のアナログ放送におけるＵＨＦ帯の送信アンテナは、双ループアンテナが多用され、各周波数に合わせて設計されている。ＵＨＦ帯のディジタル化は、アナログ放送と違い同じ時間軸上でネットワークの整備が進められていると考えられる。このため、サテライト局では、各社共同でアンテナシステムを建設する傾向がある。したがって、アンテナコストを下げるためには、複数のチャネルをカバーできる広帯域アンテナが有効である。一方、このディジタル放送開始前の過渡期におけるアナログ／アナログ変換を考えると、広帯域アンテナは必須のものと考える。
【０００３】
図１６は、従来の双ループアンテナの平面図であり、図１７は、従来のループアンテナの右側面図である。ループアンテナ１００は、長手方向に沿う両縁部に略４５°に折り曲げて、主面を形成した平板状の反射器１０６上に、その周長が送信周波数の略波長λとなる円弧状のループアンテナ素子１０１〜１０４を有したループアンテナを、この主面に垂直な方向に、単一指向性を持たせて送信する。なお、このループアンテナ１００は、４つのループアンテナ素子１０１〜１０４が一つの給電線１０８から給電される４Ｌループアンテナである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ループアンテナは、広帯域特性を有するが、ループアンテナ素子１０１〜１０４は、平行線路であり、給電線側は、特性インピーダンスが５０Ωあるいは７５Ωの同軸線路が用いられため、図１８（ａ）に示すように、ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電線との間にバラン（ｂａｌａｎｃｅ−ｕｎｂａｌａｎｃｅ変換回路：ｂａｌｕｎ）回路２０２が設けられる。なお、通常のアンテナ素子と給電線との間には、このバラン回路２０２が設けられないが、ループアンテナ素子１０１〜１０４とが略平行線路を形成するため、ループアンテナ１００は、同軸線路である給電線との間にバラン回路２０２を設けなければならないという特殊性を有する。
【０００５】
このバラン回路２０２は、図１８（ｂ）に示すように不平衡線路（同軸線路）と平衡線路（平行線路）とを変換接続する整合回路である。これは、ループアンテナ素子１０１〜１０４によって形成される不平衡線路と、給電線が形成する平行線路とをそのまま接続すると、接続点で必ず電流の不平衡分が生じるからである。
【０００６】
図１９は、図１６に示したループアンテナのＣ−Ｃ線断面図であり、給電線１０８の内部導体３０１は、接続部３０４を介して外部導体３０２に平行に配置された外部導体３０３に接続される。外部導体３０２，３０３は、接続部３０４で接続されるとともに、略１／４λのところで短絡部３０５によって短絡されている。この外部導体３０２，３０３、接続部３０４、および短絡部３０５がバラン回路である。なお、バラン回路には、種々の形態のものがあり、たとえばＵバランやシュペルトッフ（阻止套管）などがある。
【０００７】
しかし、このバラン回路２０２を設けることによって、給電部を含めた双ループアンテナのインピーダンスの周波数特性は、バラン回路２０２自体が有する周波数特性を含んだものとなり、結果として狭帯域となってしまうという問題点があった。
【０００８】
一方、ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電線１０８とのインピーダンス整合をとるために、図１８（ａ）に示すインピーダンス整合回路２０１を、ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電側との間に形成しなければならない。図１６および図１７に示したループアンテナでは、内部導体の径を変えることで、長さを１／４λに変換するインピーダンス整合を行っている。なお、インピーダンス整合回路２０１としては、その他トラップなどのスタブを挿入するものが多い。
【０００９】
しかし、このインピーダンス整合回路２０１では、中心周波数において完全に整合するが、他の周波数に対しては整合せず、リターンロスが大きくなるという問題点があった。
【００１０】
この場合、複数のインピーダンス整合回路２０１を、たとえば３個ぐらい用いて、徐々にインピーダンスを変換すれば、その周波数特性は小さくなり、広帯域化を図ることができるが、給電部がいきおい長くなるという問題点を生じることになる。
【００１１】
したがって、従来のループアンテナでは、上述したバラン回路２０２およびインピーダンス整合回路２０１をループアンテナ素子１０１〜１０４の接続点に接続させることから、その周波数特性が劣化し、双ループアンテナ素子自体の広帯域性を十分に生かしきれていない。
【００１２】
一方、上述したループアンテナの指向性を崩すと、新たな受信不感地帯が発生し、この受信不感地帯をなくすために新たな放送塔などの適地を探し出し、建設する必要が生じるため、地上波ディジタル放送の実現に向けて、現在多用されているループアンテナの指向性を維持しつつ、その広帯域性を用いたアンテナの開発が強く要望されているのが現実である。
【００１３】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、現在多用されているループアンテナの指向性を維持しつつ、ループアンテナ素子自体の広帯域性を十分に発揮することができるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかるアンテナユニットは、それぞれ２Ｎ（Ｎは自然数）個のループを形成するとともに、各ループの中心から給電され、２Ｎ個のループが形成する長手方向に偏波面を形成する２のｍ乗（ｍは自然数）個のループアンテナ素子と、前記ループアンテナ素子に対する電力を伝送する第１の給電線と、前記各ループアンテナ素子と前記第１の給電線との間に配置され、前記第１の給電線に対して２分岐をｍ段繰り返し、前記第１の給電線の特性インピーダンスの２のｍ乗倍の特性インピーダンスであって前記各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しい特性インピーダンスを有する２のｍ乗個のアンテナ側端点を形成し、各アンテナ側端点が２のｍ乗個の前記各ループアンテナ素子の給電点に直接接続する第２の給電線と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項１の発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスは、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整をなくし、バラン回路を設けなくても特性上の変化がないようにしている。また、２Ｎ個のループが形成する長手方向に偏波面を形成するため、この偏波面に直交する偏波面を形成するアンテナユニットとの交換時に設置形態を変えず、しかも水平および垂直アンテナ指向性を変化させずに交換することができる。
【００１６】
また、請求項２にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、前記各ループアンテナ素子と前記第２の給電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子のインピーダンスと略等しいインピーダンスをもつバランをさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスを、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整を容易にし、また、バランは、各ループアンテナ素子と前記第２の給電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子と前記第２の誘電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子のインピーダンスと略等しいインピーダンスをもたせるようにし、各ループアンテナ素子のインピーダンスに対応した給電を簡易に実現している。
【００１８】
また、請求項３にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、反射板をさらに備え、前記ループアンテナ素子は、前記反射板上に所定の距離を置いて配置され、前記第２の給電線は、前記反射板の裏面あるいは表面に配設されることを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、反射板を用いて、一層効率的なアンテナ指向性を得ることができ、第２給電線の設置あるいはアンテナユニットの取り付けも容易に行うことができる。
【００２０】
また、請求項４にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、前記バランは、前記接合点から前記反射板までの間の第２の給電線に対して平行配置された平板によって形成され、該平板は、前記接合点と前記反射板との間を接続することを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、前記接合点から前記反射板までの間の第２の給電線に対して平行配置された平板によってバランを形成するようにし、これによって２Ｎループアンテナ素子あるいは各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しいインピーダンスをもったバランを容易に形成することができる。
【００２２】
また、請求項５にかかるアンテナ装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向の水平放射パターンを得ることを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載の複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向の水平放射パターンを得るようにしている。
【００２４】
また、請求項６にかかる放送塔は、請求項５に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置したことを特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、請求項５に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置し、これによって、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られる放送塔を実現できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図１において、このアンテナユニット１０は、２つのループアンテナ素子からなる２Ｌアンテナ素子１，２を２つ有している。すなわち、４つのループアンテナ素子を備える。各２Ｌアンテナ素子１，２は、各２Ｌアンテナ素子１，２の長手方向に直列に配置される。また、各２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスは、略１００Ωである。各ループアンテナ素子の周長は、送信周波数の波長λに設定される。
【００２８】
各２Ｌアンテナ素子１，２の給電点から各２Ｌアンテナ素子１，２の２つのループアンテナ素子の円心に向かって給電され、さらに各２つのループアンテナ素子の円心から長手方向（図上、上下方向）に延びて各ループアンテナ素子に接続される。この各ループアンテナ素子の円心において長手方向のダイポールが形成されたものとみなすことができ、偏波面は長手方向に沿って共振する。
【００２９】
各２Ｌアンテナ素子１，２の給電点には、それぞれ特性インピーダンス１００Ωの同軸管３が接続され、同軸管３の中央（中点）には、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４が接続され、同軸ケーブル４および同軸管３を介して各２Ｌアンテナ素子１，２に対して給電される。同軸管３の中点によって分岐された同軸管３ａは、２Ｌアンテナ素子１側に延び、同軸管３ａの内部導体１１ａが２Ｌアンテナ素子１の給電エレメント１ａ，１ｂのうちの一方の給電エレメント１ａに直接接続され、同軸管３ａの外部導体は、他方の給電エレメント１ｂに直接接続される。また、同軸管３の中点によって分岐された同軸管３ｂは、２Ｌアンテナ素子２側に延び、同軸管３ｂの内部導体１１ｂが２Ｌアンテナ素子２の一方の給電エレメントに直接接続され、同軸管３ｂの外部導体は、他方の給電エレメントに直接接続される。
【００３０】
なお、同軸ケーブル４には、同軸管３ａ，３ｂが２分岐して接続され、並列となった同軸管３ａ，３ｂの合成インピーダンスを考慮すると、１００Ωの特性インピーダンスをもつ同軸管３ａ，３ｂと同軸ケーブル４とは、単純にインピーダンス整合する。また、各２Ｌアンテナ素子１，２は、インピーダンスが略１００Ωであるため、特性インピーダンスが１００Ωの各同軸管３ａ，３ｂとも、容易にインピーダンス整合する。したがって、インピーダンス整合回路を設ける必要がない。また、複雑なインピーダンス調整も必要ない。
【００３１】
ここで、図２〜図４を参照して、アンテナユニット１０の構成について説明する。図２は、アンテナユニット１０の構成を示す正面図であり、図３は、アンテナユニット１０の構成を示す右側面図であり、図４は、アンテナユニット１０のＡ−Ａ線断面図である。
【００３２】
図２および図３において、２Ｌアンテナ素子１，２は、長手方向に沿う両縁部に略４５°に折り曲げて、主面を形成した平板状の反射板５上に、略波長λとなる円弧状のループアンテナ素子を有した双ループアンテナである。２Ｌアンテナ素子１，２は、反射板５の面に対して高さＬ３の位置に平行に設置される。各ループ間距離は「Ｌ１」であり、各２Ｌアンテナ素子１，２間距離は「Ｌ２」である。
【００３３】
同軸管３は、断面が矩形であり、各一端の内部導体１１ａ，１１ｂが各２Ｌアンテナ素子１，２の中央の一方の給電エレメントに直接接続される。同軸管３は、反射板５の裏面を通り、中央部において、同軸ケーブル４に接続される。なお、上述したように、同軸管３は、特性インピーダンスが１００Ωに設定されている。また、同軸管３は、反射板５の表面に配設するようにしてもよい。この場合、反射板５の裏面に凸部が形成されず、アンテナユニットの取り付けを容易かつ堅固に行うことができる。
【００３４】
図４において、内部導体１１ａは、２Ｌアンテナ素子１の中央部分の平行線路間を通り、その先端と給電エレメント１ａとの間は、導通部材１ｃによってＬ字型に橋渡され、導通される。一方、外部導体は、他方の給電エレメント１ｂに接続される。なお、内部導体１１ａには、リング部材１１ｃが環装され、２Ｌアンテナ素子１と同軸管３とのインピーダンス調整が行われる。
【００３５】
また、上述した各ループ間距離「Ｌ１」、各２Ｌアンテナ素子１，２間距離「Ｌ２」、反射板５に対する各２Ｌアンテナ素子１，２の高さ「Ｌ３」などは、さらに調整することによって、放射パターン、利得などをさらに向上させることができる。さらに、上述した同軸ケーブル４の特性インピーダンスは５０Ωであったが、給電線としての同軸ケーブルの特性インピーダンスが７５Ωである場合には、７５Ω→５０Ω変換を行えばよい。
【００３６】
さらに、上述した２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスは略１００Ωであるとしたが、たとえば、２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスが略１５０Ωである場合には、同軸ケーブル４の特性インピーダンスを７５Ωとし、同軸管３の特性インピーダンスを１５０Ωとすればよい。また、同様にして、２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスがたとえば２００Ωである場合には、同軸管３を多段接続すればよい。たとえば、図５に示すように、各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７のインピーダンスが２００Ωである場合、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４に１００Ωの同軸管２３を接続し、さらにこの１００Ωの同軸管２３に、特性インピーダンスが２００Ωの同軸管を接続し、この２００Ωの同軸管の内部導体を４つの各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７に直接接続すればよい。
【００３７】
なお、各アンテナユニットは、レドームを設け、風雨に対する強度を持たせるようにするのが好ましい。
【００３８】
この実施の形態１では、２Ｌアンテナ素子１，２と、給電線としての同軸ケーブル４との間に接続され、２Ｌアンテナ素子１，２のインピーダンスに略等しく、同軸ケーブル４の特性インピーダンスの２倍の特性インピーダンスを有し、同軸ケーブル４を２分岐し、同軸管３の内部導体を直接２Ｌアンテナ素子１，２に接続した同軸管３を設けるようにしているので、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた２Ｌアンテナ素子１，２自体の広帯域性を得ることができる。また、バラン回路やインピーダンス回路を設けない場合であっても、アンテナ指向性が変化しないので、従来のアンテナユニットのもつアンテナ指向性をそのまま維持することができる。さらに、この２Ｌアンテナ素子１，２は、ループアンテナ素子が並ぶ長手方向に沿った偏波面（垂直偏波面）を輻射することができるので、従来の水平偏波面を輻射するアンテナユニット１０の配置を変えず、アンテナ指向性を維持したまま偏波面のみの変更が可能になる。
【００３９】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、２つの２Ｌアンテナ素子１，２をもつアンテナユニットであったが、この実施の形態２では、２つの４Ｌアンテナ素子３１，３２をもつアンテナユニットとしている。
【００４０】
図６は、この発明の実施の形態２であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図６において、２つの２Ｌアンテナ素子１，２に代えて２つの４Ｌアンテナ素子３１，３２を設けている。この４Ｌアンテナ素子３１，３２は、それぞれ４つのループアンテナ素子を有し、長手方向に４つのループが形成される。また、同軸管３に代えて同軸管３３を設けている。この同軸管３３は、同軸管３と同じく、特性インピーダンスが１００Ωである。ただし、４Ｌアンテナ素子３１，３２は、２Ｌアンテナ素子１，２に比してループアンテナ素子を多く有しているため、同軸管３３は、同軸管３に比して長い。なお、同軸管３３は、実施の形態１と同様に、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４に接続され、同軸管３３の内部導体は、それぞれ４Ｌアンテナ素子３１，３２に直接接続される。ここで、４Ｌアンテナ素子３１，３２のインピーダンスは、それぞれ略１００Ωであるため、実施の形態１と同様に、インピーダンス整合回路は不要となり、バラン回路も不要となる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態２では、４Ｌアンテナ素子３１，３２について説明したが、これに限らず、それぞれ６つのループアンテナ素子を有する６Ｌアンテナ素子に対しても適用することができる。すなわち、２の倍数のループアンテナ素子を有するものに、適用することができる。
【００４２】
この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた４Ｌアンテナ素子３１，３２自体の広帯域性を得ることができる。また、バラン回路やインピーダンス回路を設けない場合であっても、アンテナ指向性が変化しないので、従来のアンテナユニットのもつアンテナ指向性をそのまま維持することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１では、各２Ｌアンテナ素子１，２を長手方向に直列に配置したアンテナユニットとしていたが、この実施の形態３では、各２Ｌアンテナ素子１，２に対応する各２Ｌアンテナ素子４１，４２の長手方向に沿って並列に配置したアンテナユニットとしている。
【００４４】
図７は、この発明の実施の形態３であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図７において、２つの２Ｌアンテナ素子４１，４２は、長手方向に沿って並列に配置される。その他の構造は、実施の形態１と同じである。すなわち、特性インピーダンス５０Ωの給電線４から２分岐する特性インピーダンス１００Ωの同軸管４３は、インピーダンスが１００Ωの各２Ｌアンテナ素子４１，４２の一方の給電エレメントに直接接続される。
【００４５】
図８は、この発明の実施の形態３の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図８において、２つの４Ｌアンテナ素子５１，５２は、長手方向に沿って並列に配置される。その他の構造は、実施の形態１と同じである。すなわち、特性インピーダンス５０Ωの給電線４から２分岐する特性インピーダンス１００Ωの同軸管５３は、インピーダンスが１００Ωの各４Ｌアンテナ素子５１，５２の一方の給電エレメントに直接接続される。
【００４６】
この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた２Ｌアンテナ素子４１，４２自体の広帯域性を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、いずれもバラン回路を有しないものであったが、この実施の形態４ではバラン回路を持たせるようにしている。
【００４８】
図９は、この発明の実施の形態４であるアンテナユニットの構成を示す図である。図９において、このアンテナユニットは、２Ｌアンテナ素子１と反射板５との間に、同軸管３ａに平行な導体平板１２ａが設けられ、バランとして機能する。同様に、２Ｌアンテナ素子２と反射板５との間に、同軸管３ｂに平行な導体平板１２ｂが設けられ、バランとして機能する。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００４９】
これらバランの挿入によって、水平指向性が左右対称となる。すなわち、この２Ｌアンテナ素子１，２のアンテナユニットの水平指向性は、図１０に示すようになる。ここで、図１１に示した従来のアンテナユニットの水平指向性と比較すると、メインローブの傾きもなく、バックローブも左右対称となっている。これによって、アンテナユニットを備えた複数のアンテナ装置を用いて、放送塔などに円環状に配置した場合であっても、合成水平指向性は、容易に無指向性を得ることができる。
【００５０】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、上述した実施の形態１〜４で示したアンテナユニットを用いたアンテナ装置および放送塔を実現している。
【００５１】
図１２は、この発明の実施の形態５であるアンテナ装置を含む放送塔の概要構成を示す図である。図１２において、放送塔は、鉄骨材を組み上げたタワー状の骨格フレーム体７１と、その上端に垂直に設けたポール部７２とを有する。ポール部７２、および骨格フレーム体７１の比較的断面の小さい円筒部７５に、上述したアンテナユニット１０に対応するアンテナユニット７３，７４が取り付けられる。
【００５２】
このアンテナユニット７３，７４の取付は、ポール部７２あるいは円筒部７５の周囲に水平かつ均等に配置することによって実現される。ただし、アンテナユニット７３，７４の取付数は、ポール部７２あるいは円筒部７５の断面の大きさ、すなわち円周の長さによって決定され、水平方向に送信利得の落ち込みのある部分を形成しないように密に配置する。したがって、ポール部７２には、少ないアンテナユニット７３の数で済み、円筒部７５には、比較的多くの個数のアンテナユニット７４が必要となる。
【００５３】
ここで、図１３を参照して、放送塔に設置されるアンテナ装置の一例について説明する。図１３は、ポール部７２に設置されるアンテナ装置の構成を示す図であり、図１３（ａ）は、アンテナ装置の正面図であり、図１３（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。図１３において、４つのアンテナユニット７３−１〜７３−４は、ポール部７２の周縁であって同一周上に設けられ、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、９０°ずつ均等に配置される。なお、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、図２に示したアンテナユニットである。すなわち垂直偏波面で輻射するアンテナユニットである。
【００５４】
図１４は、図１３に示したアンテナ装置の水平指向性を示す図である。なお、アンテナユニット７３−４が配置される方向を０°とし、アンテナユニット７３−３が配置される方向を９０°としている。各アンテナユニット７３−１〜７３−４の間には、アンテナ指向性の高い部分が形成される。たとえば、アンテナユニット７３−３，７３−４間には、ピークＰ７１が形成される。このピークＰ７１は、アンテナユニット７３−３，７３−４のメインローブの裾部分で、左右４５°方向が強め合ってできたピークである。各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、２つの２Ｌアンテナ素子を合成した利得をもち、比較的鋭いアンテナ指向性をもつため、図１４に示すように、ピークＰ７１を極端に大きくすることはない。これによって、９０°毎、全周に配置した４つのアンテナユニット７３−１〜７３−４であっても、比較的無指向の水平指向性を得ることができる。
【００５５】
なお、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、ポール部の内縁部に配置された給電装置７６によって一括して給電される。なお、ポール部７２の設置されるその他のアンテナ装置および円筒部７５に配置されるアンテナ装置も、給電装置７６によって、一括して給電するようにしてもよい。
【００５６】
また、上述したアンテナ装置は、図１２に示した親局の放送塔に限らず、図１５に示す中継機能をもった子局の放送塔にも適用することができる。図１５に示した放送塔では、図１５に示した親局の放送塔あるいは上位の子局である放送塔からの電波を受信する受信アンテナ装置８１と、上述したアンテナ装置である送信アンテナ装置８２とが設置され、放送塔の下部に受信アンテナ装置８１が設けられ、放送塔の上部に送信アンテナ装置８２が設けられ、互いに干渉しないようにしている。
【００５７】
なお、各アンテナユニットは、レドームを設け、風雨に対する強度を持たせるようにするのが好ましい。
【００５８】
この実施の形態５によれば、現用の双ループアンテナのアンテナ指向性を少なくとも維持し、さらには向上したアンテナ指向性を得ることができ、しかも実施の形態１〜４で述べたように広帯域性をもったアンテナ装置および放送塔を実現することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスは、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整をなくし、バラン回路を設けなくても特性上の変化がないようにしている。また、２Ｎ個のループが形成する長手方向に偏波面を形成するため、この偏波面に直交する偏波面を形成するアンテナユニットとの交換時に設置形態を変えず、しかも水平および垂直アンテナ指向性を変化させずに交換することができる。この結果、バラン回路およびインピーダンス整合回路を取り除くことができ、しかも、バラン回路およびインピーダンス整合回路によって制限されていた広帯域性も確保することができ、現在多様されている双ループアンテナによってカバーされている受信地域を変化させずに、しかも広帯域性をもったアンテナユニットを実現することができるとともに、水平偏波と垂直偏波との切替も容易に行うことができるという効果を奏する。
【００６０】
また、請求項２の発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスを、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整を容易にし、また、バランは、各ループアンテナ素子と前記第２の給電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子と前記第２の誘電線との接合点近傍に設けられ、前記各ループアンテナ素子のインピーダンスと略等しいインピーダンスをもたせるようにし、各ループアンテナ素子のインピーダンスに対応した給電を簡易に実現している。これによって、広帯域性と左右対称のアンテナ指向性を得ることができるという効果を奏する。
【００６１】
また、請求項３の発明によれば、反射板を用いて、一層効率的なアンテナ指向性を得ることができ、第２給電線の設置あるいはアンテナユニットの取り付けも容易に行うことができるという効果を奏する。
【００６２】
また、請求項４の発明によれば、前記接合点から前記反射板までの間の第２の給電線に対して平行配置された平板によってバランを形成するようにし、これによって２Ｎループアンテナ素子あるいは各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しいインピーダンスをもったバランを容易に形成することができるという効果を奏する。
【００６３】
また、請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一つに記載の複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向の水平放射パターンを得るようにしているので、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られるアンテナ装置を実現できるという効果を奏する。
【００６４】
また、請求項６の発明によれば、請求項５に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置し、これによって、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られる放送塔を実現できるので、簡易な構成によって、設置場所に対応した不感帯をなくすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図２】図１に示したアンテナユニットの正面図である。
【図３】図１に示したアンテナユニットの右側面図である。
【図４】図１に示したアンテナユニットのＡ−Ａ線断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図６】この発明の実施の形態２であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図７】この発明の実施の形態３であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態３の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態４であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図１０】図９に示したアンテナユニットの水平指向性を示す図である。
【図１１】従来のアンテナユニットの水平指向性を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態５であるアンテナ装置を含む放送塔の概要構成を示す図である。
【図１３】図１２に示したアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１４】図１３に示したアンテナ装置の水平指向性を示す図である。
【図１５】子局の放送塔に適用したアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１６】従来のアンテナユニットの構成を示す正面図である。
【図１７】図１６に示したアンテナユニットの構成を示す右側面図である。
【図１８】図１６に示したアンテナユニットの概要回路構成を示す図である。
【図１９】図１６に示したアンテナユニットの給電接続点近傍を示すＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１，２，２１，２２，２６，２７，４１，４２，６６〜６９ ２Ｌアンテナ素子
１ａ，１ｂ 給電エレメント
３，３ａ，３ｂ，２３，２４，３３，３３ａ，３３ｂ，４３，４３ａ，４３ｂ，５３，６３ａ，６３ｂ 同軸管
４ 同軸ケーブル（給電線）
５ 反射板
１０，７３，７３−１〜７３−４，７４ アンテナユニット
１１ａ，１１ｂ 内部導体
１２ａ 導体平板
３１，３２，５１，５２ ４Ｌアンテナ素子
７１ 骨格フレーム体
７２ ポール部
７５ 円筒部
７６ 給電装置
８１ 受信アンテナ装置
８２ 送信アンテナ装置
Claims (4)
- それぞれ２Ｎ（Ｎは自然数）個のループを形成するとともに、各ループの中心から給電され、２Ｎ個のループが形成する長手方向に偏波面を形成する２のｍ乗（ｍは自然数）個のループアンテナ素子と、
前記ループアンテナ素子に対する電力を伝送する第１の給電線と、
前記各ループアンテナ素子と前記第１の給電線との間に配置され、前記第１の給電線に対して２分岐をｍ段繰り返し、前記第１の給電線の特性インピーダンスの２のｍ乗倍の特性インピーダンスであって前記各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しい特性インピーダンスを有する２のｍ乗個のアンテナ側端点を形成し、各アンテナ側端点が２のｍ乗個の前記各ループアンテナ素子の給電点に直接接続する第２の給電線と、
を備えたことを特徴とするアンテナユニット。 - 反射板をさらに備え、
前記ループアンテナ素子は、前記反射板上に所定の距離を置いて配置され、
前記第２の給電線は、前記反射板の裏面あるいは表面に配設されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナユニット。 - 請求項１または２に記載の複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向の水平放射パターンを得ることを特徴とするアンテナ装置。
- 請求項３に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置したことを特徴とする放送塔。
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