JP4870496B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は，主にテレビ受信に利用されるアンテナに関し，詳しくはＵＨＦ帯のテレビ電波を受信するのに好適なアンテナの構成に関する。

従来，複数のループ状アンテナを同一平面上に重ならないように配置すると共に,それらループ状アンテナを電気的に並列接続されたアンテナが提案されている。
（例えば，特許文献１参照）

実開昭５９−１７４７０８号公報

ところで，近年広がりつつある地上ディジタル放送は，一定レベル以上の電波を受信できれば，ディジタル放送の持つその優れた特性によって綺麗な画像を受信することが出来ることから，従来のアナログ放送受信用アンテナで一般的であった八木・宇多式アンテナばかりでなく，ベランダでも屋内であっても簡単に取付ができ，しかも邪魔にならないような小型で軽量で且つデザイン性にも優れたアンテナが求められるようになった。
例えばアンテナの放射器を，八木・宇多式アンテナのように棒状エレメントで構成したダイポール素子の変わりに，上記従来例に示すループアンテナを用いて構成し，それに対向させて配置される反射器を前記放射器に合わせて最適化した反射板付平面アンテナを形成することが考えられる。
しかし，このように構成されたアンテナを地上ディジタル放送を含むＵＨＦ帯の信号の受信に使用する場合は，その使用周波数帯が４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの広帯域の，その全域において良好な電気的特性を有するように構成する必要がある。そのためには放射器であるループアンテナの設計が重要となるのであるが，従来のような構成のアンテナのままでは広帯域特性を備えさせる事は困難であると言った問題があった。
本発明は，こうした問題に鑑みなされたものであり，その目的は，広帯域に亘って特性のよいアンテナを提供することにある。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は，
少なくとも，放射器と反射器を備えるアンテナにおいて，
前記放射器は，
両端に給電点を有し，所定個所と所定個所を接続する少なくとも１つの第１のショートバーを備えた第１のループアンテナと，
前記第１のループアンテナと給電点が共通となるように，前記第１のループアンテナの内側に形成され，前記第１のループアンテナよりループ長が短い第２のループアンテナと，
を備え，
前記第１のループアンテナと前記第２のループアンテナとの間の所定位置を第２のショートバーで接続したことを特徴とする。

また，請求項２に記載の発明は，請求項１に記載のアンテナにおいて，前記放射器は，前記第１のループアンテナと前記第２のループアンテナとを，前記給電点を挟んで，同一平面上にそれぞれ一対形成することで，スケルトンスロットアンテナとして構成されていることを特徴とする。

請求項１に記載のアンテナによれば，放射器が，第２のループアンテナを第１のループアンテナの内側に配置し，これら各ループアンテナの給電点を共通にして多重化し，しかも，第１のループアンテナに第１のショートバーを設けることにより構成されているので，広帯域に亘って特性のよい放射器を有するアンテナが提供できる。

また，請求項１に記載のアンテナによれば，放射器を構成する第１のループアンテナと第２のループアンテナとの間の所定位置が第２のショートバーで接続されるので，多重化したアンテナ同士によって起こる干渉を防止して，広帯域に亘り良好な特性を有するアンテナを提供できる。

次に，請求項２に記載のアンテナによれば，放射器が，第１のループアンテナと第２のループアンテナとを，給電点を挟んで，同一平面上にそれぞれ一対形成することで，スケルトンスロットアンテナとして構成されているので，更なる広帯域化が実現できる。

以下に，本発明を具体化した実施形態の例を，図面を基に詳細に説明する。
図１は本発明に係るアンテナの実施形態を示す概略斜視図であり，（ａ）は正面側から見た斜視図であり，（ｂ）は背面側から見た斜視図である。図２は本発明に係るアンテナを構成する放射器の概略構成を示す正面図である。図３は本発明に係るアンテナを構成する反射器の拡大したものであり，（ａ）は正面図，（ｂ）は背面図，（ｃ）は右側面図，（ｄ）は上面図を示す。図４（ａ）は反射器の一部を破断した背面部分拡大図であり，（ｂ）は上面拡大図である。図５は本発明に係るアンテナの使用例を示す概略図である。

一般的に八木・宇田式アンテナにおいては放射器と反射器の間隔は使用周波数の中心周波数の略４分の１波長の間隔が必要とされており，反射器の大きさとしては放射器に誘起される電流の主要分布範囲と同程度又はそれ以上必要とされている。従ってアンテナを小型化するためには，一番大きくなる反射器の外形を小さくしたり，反射器と放射器の間隔を狭めたりする必要が生じ，それに合わせるように放射器を最適化していく必要がある。しかしながら，反射器を小型化するにしろ，放射器と反射器の間隔を狭めるにしろ，アンテナが所定の電気的特性を維持したまま小型化するには夫々の最適化にも限界が生じる。
それに対して，図１から図４に示される放射器５０と反射器６０によって構成されるアンテナは，発明人が最適化実験をすることによって得られた構成例を示すものである。尚，ここに示す例はＵＨＦ帯の信号を受信するように構成されたものの実施例を示すものであるが，特に実施例の周波数帯に限定されるものではない。

この実施例に示されるアンテナは，受信する電波の偏波方向に平行に短辺を有し，偏波方向に直交する方向に充分長い長辺を有する縦長の放射器５０と反射器６０とから構成されている。
図１および図２に示されるように，放射器５０は水平方向に直交する方向に略平行配置される側辺５１ｂ，５１ｃと，該側片の上下両端側に前記側片を挟むように配設される上辺５１ｄおよび下辺５１ｅからなる縦長形状に形成された第１の放射素子５１と，その第１の放射素子５１のループ内部にあって，水平方向に直交する方向に略平行配置される側辺５２ｂ，５２ｃと，該側片の上下両端側に前記側片を挟むように配設される上辺５２ｄおよび下辺５２ｅからなる縦長形状に形成された第２の放射素子５２とを備え，第１の放射素子と第２の放射素子は夫々の側辺の略中央から放射器５０の中心に向かって対向するように突設され，その先端部に給電点５０ａ，５０ａを備える共通の中辺５０ｆによって接続されており，この第１の放射素子５１と第２の放射素子５２はそれぞれスケルトンスロットアンテナを多重に配置した構成としている。

第１の放射素子５１の所定位置には放射素子の間を接続して短絡するための第１のショートバー５３が形成されている。
本実施例における第１ショートバー５３は中辺５０ｆと略平行に側辺５１ｂと側辺５１ｃとの間を接続するように構成されており，中辺５０ｆを挟んで放射器の上下対称となる位置にそれぞれ配設（５３ｄ，５３ｅ）されている。この第１のショートバー５３は第１の放射素子の広帯域化を実現するためのものである。
また，第１の放射素子５１と第２の放射素子５２との間の所定位置には，第１の放射素子５１と第２の放射素子５２を接続して短絡するための第２のショートバー５４が形成されている。この第２のショートバーは第１の放射素子５１と第２の放射素子５２とが相互に干渉して特性が悪くなるのを防止するためのものである。
尚，第１のショートバー５３と第２のショートバー５４は，放射器５０の構成に合わせて，必要とする電気的特性が得られる所定の位置に設ければよいのであるが，本実施例における第１のショートバー５３と第２のショートバー５４は，それぞれ第２の放射素子５２の上辺５２ｄ，下辺５２ｅと重合される位置に配設されており，図には上下にそれぞれ一本ずつのショートバーとして示されている。
これによれば放射器５０の第１の放射素子５１は，線幅１５ｍｍの金属導体で側片５１ｂ（５１ｃ）の長さ（図におけるＨ１１）が略５６０ｍｍ，上辺（下辺）の長さ（図におけるＷ１１）が略１００ｍｍの矩形となるように形成されている。第２の放射素子５２は，線幅５ｍｍの金属導体で側片５２ｂ（５２ｃ）の長さが略３００ｍｍ，上辺（下辺）の長さが略３０ｍｍの矩形となるように形成されている。第１の放射素子５１と第２の放射素子の左右方向の略２０ｍｍ離して配設されている。中辺５０ｆの突出寸法は略３０ｍｍ，幅略１０ｍｍであり，その先端部には給電点５０ａを有する。尚，この実施例に係る放射器は金属材料を金型等で打ち抜き加工したものから形成される。

次に反射器６０について説明する。本実施例の反射器６０は図１および図３に示されるように，前記放射器５０がなす平面の投影面の外形と同じか僅かに大きく形成した縦長の外形略四角形状に形成された第１の反射板６１と，該第１の反射器６１を挟んで両長辺側を夫々前記放射器５０方向に折曲部６０ｂ，６０ｃにおいて折り曲げ形成した第２の反射器６２，６２と，前記第１の反射器６１に複数形成された受信する電波の偏波方向に直交する方向（本発明の実施例では水平偏波の信号を受信するように構成されているので図に示される上下方向）に長手方向を有する開口窓６３（６３ａ，６３ｂ，・・・）から構成されている。本発明における開口窓６３は反射板の水平方向に７個平行配置したものを１組として，第１の反射器６１の上下方向に５組配列するように形成されている。

次にこの例に示される反射器６０の寸法について図４を用いて詳しく説明する。尚，図４（ａ）における第２の反射器６２は，以降の寸法の説明が明確になるように，第１の反射器６１と同一平面上になるように両側に開いた（折り曲げ成形する前の）状態で示されている。
第１の反射器６１は上述のように放射器５０がなす平面の投影面の外形と同じか僅かに大きく形成されているのであるが，第２の反射器６２，６２を含めた寸法は次の条件に当てはまるように形成されている。即ち，第１の反射器６１の短辺（図４（ｂ）に示されるＷ２２）と第２の反射器６２の短辺（図４（ｂ）に示されるＬ１５）の合計寸法（図に示す経路Ｒ２０の長さであり，第２の反射器６２の先端から先端までのコ字状に形成された反射器の寸法）が使用周波数における最大周波数の波長λ２の０．４５から１．２倍であるように構成されると共に，平行配置された１組の開口窓６３の配列方向の寸法であって，前記第２の反射器の短辺寸法（図におけるＬ１５）の合計と，前記折曲部６０ｂ，６０ｃと前記開口窓の内の最も外側に配置された前記開口窓（図における６２ａ，６２ｇ）の折曲部側に位置する長辺との間の寸法（図におけるＬ１３）の合計と，隣り合う開口窓の相対向する長辺の間の寸法（図におけるＬ１４）の合計と，全開口窓の全周の合計｛７×（２×Ｌ１＋２×Ｌ２）｝の略２分の１の寸法（７×Ｌ１＋７×Ｌ２）と，の総合計寸法（即ち，図における経路Ｒ１０の長さ）が使用周波数における最小周波数の波長λ１の０．４５から１．２倍となるように，前記開口窓６３の開口寸法が形成されている。
これによれば反射器６０は第１の反射器５１の大きさが略５６０×１００ｍｍであり，開口窓の開口寸法は９５×７ｍｍである。また第２の反射器６２の短辺の寸法は略４５ｍｍであり，この実施例に係る放射器と同様に金属材料を金型等で打ち抜き加工したものから形成される。
尚，開口窓の開口寸法，開口窓の形成数は一例を示すものであり，必要とする電気的特性が得られるのであれば，特に実施例に示されるものに限定されるものではない。

このように構成された放射器５０と反射器６０は図５（ａ）に示すように化粧ケース９９の内部に所定の間隔を保持して収納されてアンテナ１００が形成される。尚，アンテナ出力端子１０１は前記化粧ケース９９の底部から下方に突設するように構成すればすっきりとした配線が可能になる。そして，このアンテナを屋内で使用する場合は図５（ｂ）に示されるようにアンテナ下部を支えるアンテナ支持台１０２を備えることで自立させることができる。尚，図に示される１０３は同軸ケーブルである。また図５（ｃ）に示されるように屋外に取付ける場合は，アンテナ方向調整機構付のアンテナ取付金具１０４を備えさせればよい。つまり，このアンテナ構成によれば断面形状が略正方形となるから，アンテナの前後に何も突出する部分がなくなり，屋内に設置しても場所を取らないし，ベランダに設置しても場所を取らずに簡単に取付けができる。また，特に壁面１０５に取付ければ突設寸法が極めて小さいことから目立たずスッキリと設置ができ壁面取付用として好適なアンテナとなる。
尚，本発明の実施例では放射器５０と反射器６０を構成する第２の反射器６２の先端との間隔は略３０ｍｍである。

このように構成された本発明のアンテナによれば，放射器は，ループアンテナ若しくはこのループアンテナを同一平面上で相対向するように配設したスケルトンスロットアンテナで構成し，しかも，各ループアンテナには，ループアンテナの所定個所と所定個所を接続する少なくとも１つの第１のショートバーを備えることによって，広帯域に亘って特性のよい放射器を有するアンテナを提供できる。
また，このループアンテナ若しくはスケルトンスロットアンテナに加えて，ループ内により長さの短いループアンテナ若しくはスケルトンスロットアンテナを備えさせることによってアンテナを多重化すれば，更なる広帯域化が実現できる。
そして，多重化したループアンテナ若しくはスケルトンスロットアンテナの相互間を接続する第２のショートバーを備えることによって，多重化したアンテナ同士が近接する事いよって起こる干渉を防止して，広帯域に亘り良好な特性を得ることができる。

更に，反射器を放射器の外形と同じか僅かに大きい形状で構成し，加えてこの反射器には，受信する信号の偏波に直交する方向に長手方向を有する開口窓を所定場所に所定数形成することによって，反射器の外形寸法が放射器と同じか僅かに大きい大きさであっても前後比を劣化させることがないのでアンテナの形状を小さくできる。また，反射器に複数の開口窓が形成されることによって反射器自体の重量が軽くなると言った効果も有することとなり，この反射器を用いたアンテナは高性能な特性を維持しつつ小型化および軽量化が実現できる。
また，放射器と反射器を偏波の方向に対して平行する方向に短辺を有し偏波面の方向に対して直交する方向に充分に長い長辺を有する外形略四角形状に構成したのでスリムであっても電気的特性の優れたアンテナを提供できる。しかも，スリム化によりアンテナの周囲に突設する部分が殆どなくなるので，小型軽量化に加えて，更に設置の省スペース化が可能となる。
そしてこのアンテナをＵＨＦ帯に対応するようにすれば，屋内であってもアンテナ支柱への取付けであっても，壁面やベランダ等への取付けであっても簡単に取付けができる地上ディジタル放送受信用に適したＵＨＦアンテナを提供することができる。

尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，化粧ケース内部に増幅器を内蔵するなど，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。

実施形態のアンテナを示す概略斜視図であり，（ａ）は正面側から見た斜視図であり，（ｂ）は背面側から見た斜視図である。 実施形態のアンテナを構成する放射器の概略構成を示す正面図である。 実施形態のアンテナを構成する反射器を表す説明図であり，（ａ）は正面図，（ｂ）は背面図，（ｃ）は右側面図，（ｄ）は上面図である。 （ａ）は反射器の一部を破断した背面部分拡大図であり，（ｂ）は上面拡大図である。 実施形態のアンテナの具体的な使用例を示す説明図である。

符号の説明

５０…放射器，５０ａ…給電点，５０ｆ…中辺，５１…第１の放射器，５１ｂ・５１ｃ…側辺，５１ｄ…上辺，５１ｅ…下辺，５２…第２の放射器，５２ｂ・５２ｃ…側辺，５２ｄ…上辺，５２ｅ…下辺，５３…第１のショートバー，５４…第２のショートバー，６０…反射器，６０ｂ，６０ｃ…折曲部，６１…第１の反射器，６２…第２の反射器，６３…開口窓，９９…化粧ケース，１００…アンテナ，１０１…アンテナ出力端子，１０２…アンテナ支持台，１０３…同軸ケーブル，１０９…アンテナ取付金具。

Claims (2)

1. 少なくとも，放射器と反射器を備えるアンテナにおいて，
   前記放射器は，
   両端に給電点を有し，所定個所と所定個所を接続する少なくとも１つの第１のショートバーを備えた第１のループアンテナと，
   前記第１のループアンテナと給電点が共通となるように，前記第１のループアンテナの内側に形成され，前記第１のループアンテナよりループ長が短い第２のループアンテナと，
   を備え，
   前記第１のループアンテナと前記第２のループアンテナとの間の所定位置を第２のショートバーで接続したことを特徴とするアンテナ。
2. 前記放射器は，前記第１のループアンテナと前記第２のループアンテナとを，前記給電点を挟んで，同一平面上にそれぞれ一対形成することで，スケルトンスロットアンテナとして構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。

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