JP4819012B2 - 無指向性アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、地上放送を受信するベランダ等に設置するアンテナに関し、特にＵＨＦ周波数帯を受信する無指向性アンテナに関する。

地上放送を受信するアンテナとしては種々のアンテナが実用化されており、アンテナの指向性の種類には特定の方向に指向性を有する指向性アンテナや指向性を有していない無指向性アンテナがある。無指向性アンテナは地上放送の放送局の方向にアンテナの指向性を合わせることなく設置できることから取り扱いを簡易化することができる。
従来の無指向性アンテナとしてターンスタイルアンテナが知られている。ターンスタイルアンテナの構成を図６に示す。図６に示すターンスタイルアンテナ１００は、直交して配置された第１ダイポール１１０と第２ダイポール１１１とから構成されて、第１ダイポール１１０および第２ダイポール１１１には中央から給電されている。第１ダイポール１１０と第２ダイポール１１１との長さはそれぞれ約λ／２とされている。ただし、λは使用周波数の波長である。なお、、第１ダイポール１１０および第２ダイポール１１１に互いに９０°の位相差を与えて給電すると円偏波が放射される。

図６に示すターンスタイルアンテナ１００の使用周波数帯を４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚとした際のＵＨＦ周波数帯における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図７に示す。図７を参照すると、ＶＳＷＲは中心周波数である６２０ＭＨｚにおいては良好なＶＳＷＲ値が得られているが、下限周波数である４７０ＭＨｚや上限周波数である７７０ＭＨｚではＶＳＷＲ値が約５に達しており広帯域のＵＨＦ周波数帯をカバーできてないことが分かる。
また、９０°の位相差給電を行っているターンスタイルアンテナ１００のＸ−Ｙ平面の指向特性を図８ないし図１０に示す。Ｘ−Ｙ平面は図６に示すＸ−Ｙ平面とされており、図８は周波数が４７０ＭＨｚの際のＸ−Ｙ平面の指向特性であり、８の字特性とされて約４５°と約２２５°の角度でヌル点が生じており、無指向性となっていないことが分かる。図９は周波数が６２０ＭＨｚの際のＸ−Ｙ平面の指向特性であり、最大電界強度と最小電界強度の差は約２ｄＢとほぼ無指向性となっている。図１０は周波数が７７０ＭＨｚの際のＸ−Ｙ平面の指向特性であり、８の字特性とされて約−４５°と約１３５°の角度でヌル点が生じており、無指向性となっていないことが分かる。図８，図１０において無指向性が得られていないのは、９０°位相差給電となる周波数帯域が狭いことによる。

上記したように従来の無指向性アンテナを代表するターンスタイルアンテナ１００においては、図７に示すように周波数帯域が狭くされており、周波数帯域を広帯域とするためには、エレメントの径を太くする必要がある。しかしながら、エレメントの径を太くすると第１ダイポール１１０および第２ダイポール１１１の長さがλ／２と長くされていることから、ターンスタイルアンテナ１００の占有面積が大きくなると共に、重いアンテナになってしまうという問題点があった。ここで、波長λを中心周波数６２０ＭＨｚの波長とすると波長λは約４８４ｍｍとなることから、ターンスタイルアンテナ１００は一辺が約２４２ｍｍとなり、テレビジョン受像器や机上に設置することが困難となる。
そこで、本発明は、小型で軽量の無指向性アンテナを提供することを目的としている。

本発明の無指向性アンテナは、基板の短辺の一つに沿って形成された第１エレメントと、該第１エレメントにほぼ直交すると共に隣接するよう基板の長辺に沿って形成されている第２エレメントとからなる第１ダイポールアンテナと、基板の他の短辺に沿って形成された第３エレメントと、該第３エレメントにほぼ直交すると共に隣接するよう基板の長辺に沿って形成されている第４エレメントとからなる第２ダイポールアンテナとから構成されていることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、基板の短辺の一つに沿って形成された第１エレメントと、該第１エレメントにほぼ直交すると共に隣接するよう基板の長辺に沿って形成されている第２エレメントとからなる第１ダイポールアンテナと、基板の他の短辺に沿って形成された第３エレメントと、該第３エレメントにほぼ直交すると共に隣接するよう基板の長辺に沿って形成されている第４エレメントとからなる第２ダイポールアンテナとから構成されていることから、小型で軽量の無指向性アンテナとすることができる。

本発明の実施例の無指向性アンテナの構成を図１に示す。
図１に示す無指向性アンテナ１は、長方形とされたプリント基板１０に形成された第１ダイポールアンテナ１１および第２ダイポールアンテナ１２により構成されている。プリント基板１０の長辺の長さはＬとされ、短辺の長さはＨとされ、厚さはｔとされている。プリント基板１０は、Ｘ−Ｙ平面の面に平行に配置されておりＸ方向は紙面における左右方向とされ、Ｙ方向は紙面の上下方向とされている。プリント基板１０の短辺の一つに沿って第１ダイポールアンテナ１１を構成する幅Ｗの第１エレメント１１ａがプリントされている。また、プリント基板１０の紙面の左側の長辺の上部に沿って第１ダイポールアンテナ１１を構成する幅Ｗの第２エレメント１１ｂが第１エレメント１１ａにほぼ直交して隣り合うようプリントされている。さらに、プリント基板１０の残る他の短辺に沿って第２ダイポールアンテナ１２を構成する幅Ｗの第３エレメント１２ａがプリントされており、プリント基板１０の上記長辺の下部に沿って第２ダイポールアンテナ１２を構成する幅Ｗの第４エレメント１２ｂが第３エレメント１２ａにほぼ直交して隣り合うようプリントされている。このように、左側の長辺に沿って形成されている第２エレメント１１ｂと第４エレメント１２ｂとは直列に形成されており、長辺のほぼ中央部に位置するその先端間の間隔がＤとされている。

第１ダイポールアンテナ１１において、ほぼ直交して形成されている第１エレメント１１ａと第２エレメント１１ｂとが隣り合っているエレメント端から平行給電線１１ｃがプリント基板１０に設けられている接栓１４まで延伸するようプリントされて、接栓１４に接続されている。この場合、第１エレメント１１ａは接栓１４のコールド側であるアース部に接続されており、第２エレメント１１ｂは接栓１４のホット側である中心導体に接続されている。また、第２ダイポールアンテナ１２において、ほぼ直交して形成されている第３エレメント１２ａと第４エレメント１２ｂとが隣り合っているエレメント端から平行給電線１２ｃがプリント基板１０に設けられている接栓１４まで延伸するようプリントされて、接栓１４に接続されている。この場合、第３エレメント１２ａは接栓１４のホット側である中心導体に接続されており、第４エレメント１２ｂは接栓１４のコールド側であるアース部に接続されている。接栓１４は、第２エレメント１１ｂおよび第４エレメント１２ｂが形成されている長辺に対面する長辺側のほぼ中央に設けられており、無指向性アンテナ１の給電点１３を構成している。接栓１４から第１ダイポールアンテナ１１と第２ダイポールアンテナ１２には、同相給電されている。接栓１４は、例えばＦ型接栓とされて特性インピーダンスは７５Ωとされており、平行給電線１１ｃおよび平行給電線１２ｃは、特性インピーダンスが約１５０Ωとなるように幅や間隔が形成されている。なお、平行給電線１１ｃ，１２ｃは並列接続されることでインピーダンスが約７５Ωとされて、約７５Ωの接栓１４にインピーダンス整合されて接続されている。

この場合、本発明にかかる無指向性アンテナ１は、第１エレメント１１ａと第３エレメント１２ａによりＹ方向に放射するダイポールアンテナが実質的に構成され、第２エレメント１１ｂと第４エレメント１２ｂによりＸ方向に放射するダイポールアンテナが実質的に構成される。
また、本発明にかかる無指向性アンテナ１において、使用周波数帯域の中心周波数の波長をλとした際に、長辺の長さＬは約０．３５λ〜約０．５７λとされ、短辺の長さＨは約０．２０λ〜約０．３３λとされる。すなわち、第２エレメント１１ｂおよび第４エレメント１２ｂのエレメント長は長さＬの約半分となり、第１エレメント１１ａおよび第３エレメント１１ｂのエレメント長は長さＨにほぼ等しくなる。第１エレメント１１ａ、第２エレメント１１ｂ、第３エレメント１２ａ、第４エレメント１２ｂの幅Ｗは約０．０３λ〜約０．０４λとされる。また、第２エレメント１１ｂと第４エレメント１２ｂの先端間の間隔Ｄは約０．００２λ〜約０．００３λとされる。

次に、本発明にかかる無指向性アンテナ１のＶＳＷＲの周波数特性を図２に示す。この場合の測定条件は、無指向性アンテナ１の使用周波数帯域が４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚとされ、プリント基板１０は厚さｔが約１．６ｍｍで比誘電率が約４．５のガラスエポキシ基板とされている。また、中心周波数６２０ＭＨｚの波長をλとした際に、長さＬは約０．４５６λ（約２２１ｍｍ）、長さＨは約０．２６８λ（約１３０ｍｍ）、幅Ｗは約０．０３５１λ（約１７ｍｍ）とされ、間隔Ｄは約０．００２λ（約１ｍｍ）とされている。さらに、平行給電線１１ｃ，１２ｃの２本の線路の間隔は約１ｍｍとされ、平行給電線全体の幅は約４ｍｍとされている。
図２を参照すると、ＶＳＷＲは中心周波数である６２０ＭＨｚにおいて良好なＶＳＷＲ値が得られており、下限周波数である４７０ＭＨｚおよび上限周波数である７７０ＭＨｚでもＶＳＷＲ値は約３とされて広帯域において動作していることが分かる。

また、本発明にかかる無指向性アンテナ１のＸ−Ｙ平面の指向特性を図３ないし図５に示す。Ｘ−Ｙ平面は図１に示すように無指向性アンテナ１が配置されているＸ−Ｙ平面とされており、図３は周波数が４７０ＭＨｚの際のＸ−Ｙ平面の指向特性であり、約−２０°の方向が最大電界強度の方向とされ、短辺の方向（Ｙ方向）の電界強度が最大で約３ｄＢ減衰した楕円状の指向特性とされているが、ほぼ無指向性となっていることが分かる。また、図４は周波数が６２０ＭＨｚの際のＸ−Ｙ平面の指向特性であり、約−４５°の方向が最大電界強度の方向とされているが、最大電界強度と最小電界強度の差が約２ｄＢ程度とされた良好な無指向性となっていることが分かる。さらに、図５は周波数が７７０ＭＨｚの際のＸ−Ｙ平面の指向特性であり、約２４０°の方向が最大電界強度の方向とされているが、最大電界強度と最小電界強度の差が約２ｄＢ程度とされた良好な無指向性となっていることが分かる。

上記したように、本発明にかかる無指向性アンテナ１は、プリント基板１０上にほぼ直交する第１エレメント１１ａと第２エレメント１１ｂからなる第１ダイポールアンテナ１１が形成されていると共に、ほぼ直交する第３エレメント１２ａと第４エレメント１２ｂとからなる第２ダイポールアンテナ１２が形成されて、小型で軽量の無指向性アンテナ１とすることができるにもかかわらず、広帯域とすることができると共に良好な無指向性のアンテナを得ることができるようになる。
以上説明した本発明にかかる無指向性アンテナ１は、ＵＨＦ周波数帯の地上放送受信用のアンテナとしたが、これに限るものではなく種々の周波数帯域で動作する無指向性アンテナに適用することができる。

本発明の実施例の無指向性アンテナの構成を示す図である。 本発明にかかる無指向性アンテナのＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 本発明にかかる無指向性アンテナにおいて、４７０ＭＨｚとした際のＸ−Ｙ平面の指向特性を示す図である。 本発明にかかる無指向性アンテナにおいて、６２０ＭＨｚとした際のＸ−Ｙ平面の指向特性を示す図である。 本発明にかかる無指向性アンテナにおいて、７７０ＭＨｚとした際のＸ−Ｙ平面の指向特性を示す図である。 従来のターンスタイルアンテナの構成を示す図である。 従来のターンスタイルアンテナのＶＳＷＲの周波数特性をを示す図である。 従来のターンスタイルアンテナにおいて、４７０ＭＨｚとした際のＸ−Ｙ平面の指向特性を示す図である。 従来のターンスタイルアンテナにおいて、６２０ＭＨｚとした際のＸ−Ｙ平面の指向特性を示す図である。 従来のターンスタイルアンテナにおいて、７７０ＭＨｚとした際のＸ−Ｙ平面の指向特性を示す図である。

符号の説明

１ 無指向性アンテナ、１０ プリント基板、１１ 第１ダイポールアンテナ、１１ａ 第１エレメント、１１ｂ 第２エレメント、１１ｃ 平行給電線、１２ 第２ダイポールアンテナ、１２ａ 第３エレメント、１２ｂ 第４エレメント、１２ｃ 平行給電線、１３ 給電点、１４ 接栓、１００ ターンスタイルアンテナ、１１０ 第１ダイポール、１１１ 第２ダイポール

Claims (2)

1. 長方形状の絶縁性の基板の短辺の一つに沿って形成された第１エレメントと、該第１エレメントにほぼ直交すると共に隣接するよう前記基板の長辺に沿って形成されている第２エレメントとからなる第１ダイポールアンテナと、
   前記基板の他の短辺に沿って形成された第３エレメントと、該第３エレメントにほぼ直交すると共に隣接するよう前記基板の前記長辺に沿って形成されている第４エレメントとからなる第２ダイポールアンテナと、
   前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナに共通に給電する給電手段とを備え、
   ホット側とコールド側とを有する前記給電手段の一方に前記第２エレメントおよび前記第３エレメントが接続されると共に、前記給電手段の他方に前記第１エレメントおよび前記第４エレメントが接続されて、前記給電手段から前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナに同相給電されていることを特徴とする無指向性アンテナ。
2. 前記基板上に設けられた接栓と、該接栓から前記第１ダイポールアンテナに給電する前記基板上に形成された第１平行線と、該接栓から前記第２ダイポールアンテナに給電する前記基板上に形成された第２平行線とから、前記給電手段が構成されていることを特徴とする請求項１記載の無指向性アンテナ。

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