JP4943280B2 - マルチビームアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、マルチビームアンテナに関し、特に同一周波数帯において異なる方向から到来する複数の電波を受信可能としたものに関する。

従来、マルチビームアンテナとしては、例えば特許文献１に開示されているものがある。特許文献１の技術によれば、ＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との異なる周波数帯の電波を受信することができ、かつＵＨＦ帯において指向性を可変させることができる。

特開２００５−１１７６０８号公報

近年、地上デジタル放送が開始された。地上デジタル放送では、ＵＨＦ帯の電波を利用して、放送が行われる。放送エリアによっては、全ての地上デジタル放送が同一位置にある送信アンテナから送信されず、異なる位置からそれぞれ地上デジタル放送が送信されることがある。このような場合、特許文献１のマルチビームアンテナでは、対応することができない。

本発明は、同一の周波数帯であって、異なる位置から送信されている各電波を受信することが可能なマルチビームアンテナを提供することを目的とする。

本発明の一態様のマルチビームアンテナでは、同一周波数帯、例えばＵＨＦ帯の複数、例えば２基の指向性アンテナが交差して配置されている。指向性アンテナとしては、受信中心波長の約１／４の長さの間隔をおいて２つのダイポールアンテナを配置し、それらの受信信号を逆相合成したものや、八木形アンテナを使用することができる。これら指向性アンテナのうち１つが指向性を固定させた固定指向性アンテナに構成され、この固定指向性アンテナは、その指向性の方向が、前記同一周波数帯の異なる位置から送信されている複数の電波のうちの１つの到来方向を向くように配置されている。残りの指向性アンテナは、指向性を変化させることができる可変指向性アンテナに構成されている。この可変指向性アンテナは、その指向性の方向が、前記複数の電波のうち残りの電波の到来方向を向くように調整可能に構成されている。前記固定指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段に供給され、前記可変指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段に供給され、前記各フィルタ手段の出力信号が合成されて出力される。

このように構成されたマルチビームアンテナでは、固定指向性アンテナによって、特定の方向から到来する電波を受信することができる。また、可変指向性アンテナは、その指向性の方向が、他の電波の到来する方向に向けることが可能であるので、他の電波を受信することができる。これら固定指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段を通過することによって、特定の方向からの電波に対応する受信信号のみを、このフィルタが生成する。また、可変指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段を通過することによって、残りの方向からの電波に対応する受信信号のみをこのフィルタ手段が出力する。これらフィルタ手段の出力が合成されて、出力されるので、固定可変指向性アンテナで受信すべき電波に対応する受信信号と、可変指向性アンテナで受信すべき電波に対応する受信信号とだけが合成手段から出力される。

前記可変指向性アンテナは、ダイポールアンテナを含むものとすることができる。この場合、このダイポールアンテナを非対称給電となるように長さを変化させて指向性を変化させる。例えばダイポールアンテナの両外側にそれぞれ延長エレメントを設け、一方の側の延長エレメントのみをダイポールアンテナに接続したり、他方の側の延長エレメントのみをダイポールアンテナに接続したりして、指向性を変化させる。

或いは、可変指向性アンテナは、八木形アンテナとすることができる。その場合、八木形アンテナの放射器を非対称給電するように長さを変化させて指向性を可変する。例えば放射器の両外側にそれぞれ延長エレメントを設け、一方の側の延長エレメントのみを放射器に接続したり、他方の側の延長エレメントのみを放射器に接続したりして、指向性を変化させる。

本発明の他の態様のマルチビームアンテナでは、同一周波数帯の複数の指向性アンテナが交差して配置されている。これら指向性アンテナのうち１つは、その指向性の方向が、前記同一周波数帯の異なる位置から送信されている複数の電波のうちの１つの到来方向を向くように配置されている。この指向性アンテナも含む全ての指向性アンテナの出力信号が合成手段によって合成される。この合成は、その合成指向性の方向を変化させることができるように行われる。例えば、複数の指向性アンテナが直交して配置された２基であるとすると、これら２基の受信信号を、レベル調整手段と位相調整手段とを介して合成することによって、所望の方向に合成指向性の方向を向けることができる。このように合成指向性の方向を変化させられるので、この合成指向性の方向を、前記複数の電波のうち残りの電波の到来方向を向くように調整可能である。１つの指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段に供給され、前記合成手段の信号は、この信号を通過させるフィルタ手段に供給され、前記各フィルタ手段の出力信号が合成されて出力される。

このように構成されたマルチビームアンテナでは、１つの指向性アンテナを固定指向性のアンテナのように使用して、１つの到来方向から到来する電波を受信し、全ての指向性アンテナの受信信号を合成することによって、他の電波が到来方向から到来する方向に合成指向性の方向を向けて、当該他の電波も良好に受信する。

以上のように、本発明によれば、同一の周波数帯であって、異なる位置から送信されている各電波を受信することができる。

本発明の第１の実施形態のマルチビームアンテナは、図１に示すように、複数、例えば２基の指向性アンテナ２、４を有している。これら指向性アンテナ２、４は、同一の周波数帯、例えばＵＨＦ帯の地上デジタル放送受信用のものである。

指向性アンテナ２は、平行に配置された２本のダイポールアンテナ６、８を有している。これらダイポールアンテナ６、８は、それらの全長が、受信しようとするＵＨＦ帯テレビジョン放送の中心波長λの１／２の長さを有し、両者の間には約λ／４の間隔が設けられている。ダイポールアンテナ６の受信信号は、給電手段、例えばバラン１０に供給され、ダイポールアンテナ８の受信信号もバラン１０に供給されている。但し、ダイポールアンテナ８の受信信号が、ダイポールアンテナ６の受信信号と逆相となるように、ダイポールアンテナ８の受信信号は、バラン１０に供給されている。その結果、これらダイポールアンテナ６、８の合成指向性の方向は、図１に矢印Ａで示すようにダイポールアンテナ６からダイポールアンテナ８と反対側に、ダイポールアンテナ６、８に対して垂直な方向となり、その合成指向性の方向は、変化しない。

指向性アンテナ４も、平行に配置された２本のダイポーアルアンテナ１２、１４を有している。これらダイポールアンテナ１２、１４は、それらの全長が、λ／２の長さを有し、両者の間には約λ／４の間隔が設けられている。そして、ダイポールアンテナ１２、１４と非接触状態で直交するように配置されている。又、ダイポール１２、１４の受信信号は、バラン１６に供給されているが、ダイポール１２の受信信号に対してダイポールアンテナ１４の受信信号が逆相となるようにダイポールアンテナ１４の受信信号がバラン１６に供給されている。従って、ダイポールアンテナ１２、１４の合成指向性の方向は、図１に矢印Ｂで示すようにダイポールアンテナ１２からダイポールアンテナ１４と反対側にダイポールアンテナ１２、１４に対して垂直な方向となる。

これらダイポールアンテナ１２、１４の一方の外方端部には、それぞれ延長エレメント１８、２０が開閉スイッチ２２、２４を介して接続されている。また、他方の外方端部にも、延長エレメント２６、２８が開閉スイッチ３０、３２を介して接続されている。従って、例えば開閉スイッチ２２、２４を閉じた状態では、ダイポールアンテナ１２、１４には延長エレメント１８、２０がそれぞれ接続され、ダイポールアンテナ１２、１４は非対称給電装荷ダイポールアンテナとなり、その合成指向性の方向は、例えば矢印Ｃの方向を向く。また、開閉スイッチ３０、３２を閉じた状態では、延長エレメント２６、２８がダイポールアンテナ１２、１４に接続され、ダイポールアンテナ１２、１４は非対称給電装荷ダイポールアンテナとなり、その合成指向性の方向は、例えば矢印Ｄの方向を向く。即ち、ダイポールアンテナ１２、１４によって可変指向性アンテナが構成されている。なお、どの程度ダイポールアンテナ１２、１４の合成指向性の方向が矢印Ｂの方向からどの程度変化するかは、延長エレメント１８、２０、２６、２８の長さを適切に選択することによって調整可能である。

従って、ＵＨＦ帯の地上デジタル放送の放送が異なる複数の方向、例えば２方向から送信されている場合、その一方の方向に矢印Ａで示したダイポールアンテナ６、８の合成指向性の方向が向くように、ダイポールアンテナ６、８、１２、１４を設置する。この場合、ダイポールアンテナ１２、１４の合成指向性の方向が、もう１つの地上デジタル放送の送信方向側を向くようにも、ダイポールアンテナ６、８、１２、１４を設置する。

この状態では、ダイポールアンテナ１２、１４の合成指向性の方向は、もう１つの地上デジタル放送の送信方向とずれている可能性がある。そこで、開閉スイッチ２２、２４を閉じるか、開閉スイッチ３０、３２を閉じるかして、ダイポールアンテナ１２、１４の合成指向性の方向をもう１つの地上デジタル放送の送信方向に近づける。なお、受信しようとしているのが地上デジタル放送の電波であるので、ダイポールアンテナ１２、１４の合成指向性の方向が完全に地上デジタル放送の送信方向と完全に一致していなくても、地上デジタル放送を良好に受信することができる。

なお、ダイポールアンテナ６、８で受信する地上デジタル放送の周波数は、ダイポールアンテナ１２、１４で受信する地上デジタル放送の周波数よりも高いとする。

ダイポールアンテナ６、８で受信された地上デジタル放送の信号は、この信号のみを通過させるように遮断周波数が選択されたフィルタ、例えばハイパスフィルタ３４を介して出力される。同様に、ダイポールアンテナ１２、１４で受信された地上デジタル放送の信号は、この信号のみを通過させるように遮断周波数が選択されたフィルタ、例えばローパスフィルタ３６を介して出力される。これらハイパスフィルタ３４、ローパスフィルタ３６の出力信号は合成されて、出力端子３８から出力される。ダイポールアンテナ６、８の受信信号がハイパスフィルタ３４を介して、ダイポールアンテナ１２、１４の受信信号がローパスフィルタ３６を介して、合成されている。従って、ダイポールアンテナ６、８やダイポールアンテナ１２、１４で受信された不要な信号が抑圧されているので、必要とする地上デジタル放送の信号のみを良好に出力することができる。また、ダイポールアンテナ６、８やダイポールアンテナ１２、１４を約λ／４だけ離して配置し、逆相合成しているので、比較的広帯域な前後比を得ることができる。なお、これらダイポールアンテナ４、６、１２、１４、延長エレメント１８、２０、２６、２８、開閉スイッチ２２、２４、３０、３２及びバラン１０、１６は、例えば合成樹脂製の筐体に収容されている。

第２の実施形態のマルチビームアンテナを図２に示す。第２の実施形態のマルチビームアンテナでは、指向性アンテナ２ａ、４ａが、それぞれ八木形アンテナによって構成されている。他の点は、第１の実施形態と同様に構成されている。同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。

指向性アンテナ２ａは、放射器４０を有し、これと平行に反射器４２が所定の間隔、例えば約λ／４の間隔を隔てて配置されている。放射器４０を挟んで反射器４２と反対側に所定の間隔、例えば約λ／４の間隔を隔てて導波器４４が配置されている。これによって、指向性アンテナ２ａの指向性の方向は、矢印Ａ方向となる。

指向性アンテナ４ａも、放射器４６、反射器４８、導波器５０を有し、この指向性アンテナ４ａは、指向性アンテナ２ａと直交するように配置されている。従って、この指向性アンテナ４ａの指向性の方向は矢印Ｂで示すように、指向性アンテナ２ａの指向性の方向と直交する。

放射器４６の両端にそれぞれ延長エレメント５２、５４が開閉スイッチ５６、５８を介して接続されている。開閉スイッチ５６を閉じ、開閉スイッチ５８を開くことによって指向性アンテナ４ａは非対称給電装荷され、その指向性の方向が矢印Ｃ方向となる。また、開閉スイッチ５８を閉じ、開閉スイッチ５６を開くことによって、指向性アンテナ４ａは非対称給電装荷され、その指向性の方向が矢印Ｄ方向となる。以下、第１の実施形態と同様にして、異なる２つの方向から到来する地上デジタル放送の電波をそれぞれ良好に受信することができる。この実施形態では、八木形アンテナを使用しているので、アンテナ利得を比較的大きくすることができる。

第３の実施形態のマルチビームアンテナを図３に示す。この実施形態のマルチビームアンテナでは、第１の実施形態と同様に、ダイポールアンテナ６、８が約λ／４だけ隔てて配置され、ダイポールアンテナ１２、１４が約λ／４だけ隔てて配置されている。無論、ダイポールアンテナ６、８とダイポールアンテナ１２、１４とは直交するように配置されている。但し、ダイポールアンテナ８、１４にも、それぞれバラン１０ａ、１６ａが設けられている。

各ダイポールアンテナ６、８、１２、１４の受信信号は増幅器６０、６２、６４、６６によって増幅された後、分配手段、例えば２分配器６８、７０、７２、７４によって２分配される。

２分配器７２からのダイポールアンテナ８の受信信号は遅延回路７６によって逆相とされ、２分配器６８からのダイポールアンテナ６の受信信号の分配信号と合成され、ハイパスフィルタ３４に供給される。これによって、第１の実施形態のマルチビームアンテナと同様にダイポールアンテナ６、８の合成指向特性の方向が矢印Ａの方向となる。

各２分配器６８、７０、７２、７４の分配出力信号は、レベル及び位相調整回路７８に供給される。レベル及び位相調整回路７８では、分配器６８、７２から供給されるダイポールアンテナ６、８の受信信号の位相を調整して合成し、例えば同相または逆相に調整して合成し、矢印Ａで示す方向に合成指向性の方向を向けたり、逆の方向に合成指向性の方向を向ける。同様に分配器７０、７４から供給されるダイポールアンテナ１２、１４の受信信号の位相を調整して合成し、例えば同相または逆相に調整して合成し、矢印Ａと直交する矢印Ｂで示す方向に合成指向性を向けたり、矢印Ｂと反対の方向に合成指向性の方向を向ける。そして、これら２つの合成信号のレベルを調整してさらに合成して、例えば符号Ｅで示す１６の方向のいずれかに合成指向性の方向を向ける。

例えば、矢印Ａで示す方向にダイポールアンテナ６、８の受信信号の合成信号の指向性の方向を向け、かつ矢印Ｂで示す方向にダイポールアンテナ１２、１４の受信信号の合成信号の指向性の方向を向けた状態で、両者のレベルを２^−１／２に調整して合成すると、矢印Ａ、Ｂの間で両者に対してそれぞれ４５度をなす方向にダイポールアンテナ６、８、１２、１４の合成指向性の方向が向く。また、この状態で、ダイポールアンテナ６、８の受信信号の合成信号のレベルは、そのままとし、ダイポールアンテナ１２、１４の受信信号の合成信号のレベルをｔａｎ^−１２２．５°とし、両者を合成すると、その合成指向性は矢印Ａから約２２．５度矢印Ｂ方向に傾いたものとなる。以下、同様にして、例えば２２．５度ずつ異なる合計１６の方向のいずれかに合成指向性の方向を向けることができる。この指向性の切換は、指向性切換スイッチ８０からの指示に従って行われる。

従って、ハイパスフィルタ３４に生じているダイポールアンテナ６、８の合成信号の指向性の方向（矢印Ａで示す方向）が、ＵＨＦ帯の異なる位置から送信されている複数の地上デジタル放送の１つの到来方向を向くように各ダイポールアンテナ６、８、１２、１４を配置すれば、ローパスフィルタ３６に生じる各ダイポールアンテナ６、８、１２、１４の受信信号の合成信号の指向性の方向は、他の地上デジタル放送の電波がどのような方向から到来しても、他の地上デジタル放送の電波の到来方向に向けることができる。このように構成すると、また良好なＣ／Ｎ比が得られる。

なお、２分配器７０、７４のおいて使用されていない分配端子には、ダミー抵抗器８２、８２が接続されている。

第４の実施形態のマルチビームアンテナを図４に示す。この実施形態では、第１の実施形態と同様にダイポールアンテナ６、８、１２、１４が配置され、かつバラン１０、１６が接続されている。バラン１６の出力信号が、９０度位相線路８４に供給されている。この９０度位相線路８４の出力信号とバラン１０の出力信号とが合成器８６によって合成され、出力端子８８に供給されている。このように合成すると、合成信号の指向特性はカージオイド特性となり、異なる２つの位置から送信されているＵＨＦ帯の地上デジタル放送をそれぞれ受信することができる。

なお、第１の実施形態と第４の実施形態とでは、その構成が非常に近いので、第１の実施形態に９０°位相線路８４と合成器８６とを追加し、切換スイッチによってバラン１０の出力をハイパスフィルタ３４と合成器８４とに切換供給するように、また別の切換スイッチによってバラン１６の出力をローパスフィルタ３６と９０°位相線路８４とに切換供給するように構成し、電波の受信状況に応じて第１の実施形態としてまたは第４の実施形態として使用することもできる。

第１の実施形態において、ダイポールアンテナ６を挟んでダイポールアンテナ８と反対側に導波器を設けたり、ダイポールアンテナ１２を挟んでダイポールアンテナ１４と反対側に導波器を設けることができる。この場合、これら導波器と線対称の位置にダミーの導波器を設けることもできる。また、第２の実施形態においても導波器４４、５０と線対称の位置に図２に破線で示すようにダミーの導波器を設けることもできる。第１及び第２の実施形態で使用した開閉スイッチは、機械的スイッチとすることもできるし、例えばＰＩＮダイオードを用いた電子的スイッチとすることもできる。電子的スイッチとすることによって遠隔制御によって指向性を切り換えることができる。

第３の実施形態では、１６方向に指向性の方向を変化させるようにしたが、これに限ったものではなく、例えば８方向とすることもできる。また、指向性切換スイッチ８０を屋内のテレビジョン受信機等の側に設置し、指向性を遠隔制御によって変化させることもできる。第４の実施形態では、ダイポールアンテナ６、８、１２、１４を使用したが、これらに代えて、八木形アンテナを使用することもできる。

上記の第１乃至第３の実施形態において、一方の指向性アンテナの受信信号をハイパスフィルタ３４に供給し、他方の指向性アンテナの受信信号をローパスフィルタ３６に供給したが、受信しようとする地上デジタル放送の周波数に応じてハイパスフィルタ３４とローパスフィルタ３６とを入れ替えることもある。また、ハイパスフィルタ３４、ローパスフィルタ３６に代えてバンドパスフィルタを使用することもできる。

本発明の第１の実施形態のマルチビームアンテナの配置図である。 本発明の第２の実施形態のマルチビームアンテナの配置図である。 本発明の第３の実施形態のマルチビームアンテナの配置図である。 本発明の第４の実施形態のマルチビームアンテナの配置図である。

符号の説明

２ ２ａ ４ ４ａ 指向性アンテナ
４ ４ａ ６ ６ａ １２ １２ａ １４ １４ａ ダイポールアンテナ
３４ ハイパスフィルタ（フィルタ手段）
３６ ローパスフィルタ（フィルタ手段）

Claims (4)

1. 同一周波数帯の複数の指向性アンテナが交差して配置され、
   これら指向性アンテナのうち１つが指向性を固定させた固定指向性アンテナに構成され、この固定指向性アンテナは、その指向性の方向が、前記同一周波数帯の異なる位置から送信されている複数の電波のうちの１つの到来方向を向くように配置され、
   残りの指向性アンテナは、指向性を変化させることができる可変指向性アンテナに構成され、この可変指向性アンテナは、その指向性の方向が、前記複数の電波のうち残りの電波の到来方向を向くように調整可能に構成され、
   前記固定指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段に供給され、
   前記可変指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段に供給され、
   前記各フィルタ手段の出力信号が合成されて出力される
   マルチビームアンテナ。
2. 請求項１記載のマルチビームアンテナにおいて、
   前記可変指向性アンテナは、ダイポールアンテナを含み、このダイポールアンテナを非対称給電となるように長さを変化させて指向性を変化させるマルチビームアンテナ。
3. 請求項１記載のマルチビームアンテナにおいて、
   前記可変指向性アンテナは、八木形アンテナであり、その放射器を非対称給電するように長さを変化させて指向性を可変するマルチビームアンテナ。
4. 同一周波数帯の複数の指向性アンテナが交差して配置され、
   これら指向性アンテナのうち１つは、その指向性の方向が、前記同一周波数帯の異なる位置から送信されている複数の電波のうちの１つの到来方向を向くように配置され、
   前記複数の指向性アンテナの出力信号は、その合成指向性の方向を変化させることができるように、合成手段によって合成されて、前記複数の電波のうち残りの電波の到来方向を向くように調整可能に構成され、
   前記１つの指向性アンテナの受信信号は、この受信信号を通過させるフィルタ手段に供給され、
   前記合成手段の信号は、この信号を通過させるフィルタ手段に供給され、
   前記各フィルタ手段の出力信号が合成されて出力される
   マルチビームアンテナ。

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