JP4976533B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナに関し、より特定的には、平面型のスロットアンテナに関する。

従来の八木式アンテナを屋根の上に設置する場合、家屋の景観が悪くなる、および設置時に屋根を損傷する恐れがあることから、たとえば、壁面やベランダに取付可能な平面タイプのアンテナ等、より景観に配慮した簡易な構成のアンテナが求められている。

従来の平面タイプのアンテナとして、たとえば双ループタイプのアンテナが挙げられる。しかしながら、双ループタイプのアンテナでは、利得を上げるために双ループタイプの放射器を複数設ける必要があることから、給電方法および構造が複雑になるという欠点があった。

一方、平面タイプのアンテナとして、スロットアンテナが挙げられる。一般的なスロットアンテナは、たとえば長方形の平面導体の中央においてスリットすなわち細いスロット状の孔を設け、このスリットを挟んで対向する２つの位置に給電がなされる。スロットアンテナでは、給電部を１ヶ所のみ設ければよいため、双ループタイプのアンテナと比べて給電方法および構造を簡易にすることができる。

スロットアンテナの一例として、たとえば、特開２００２−８４１３０号公報（特許文献１）には、以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、電波放射面を構成する略四角形の放射導体と、該放射導体と略同一形状で放射導体の背部に平行に配置した反射導体とから成るＵＨＦアンテナであって、上記放射導体は、中央部に上下方向に伸びた開口窓を有し、該開口窓の中心部左右壁部に給電点を設けている。

また、特開２００３−３３２８３４号公報（特許文献２）には、以下のようなアンテナが開示されている。すなわち、正面板と、該正面板に対して略直交するよう両側に折曲されている側板からなる断面コ字状の導電板と、該導電板における上記正面板の一縁部から略垂直方向に形成されているスリットにより構成されている水平偏波用アンテナと、上記正面板と、該正面板の両側に形成されている側板とに略水平方向に形成されているスロットにより構成されている垂直偏波用アンテナとを備える。

特開２００２−８４１３０号公報 特開２００３−３３２８３４号公報

近年、地上波デジタル放送の開始により、アナログ放送に比べて比較的簡易な構成のアンテナでテレビジョン放送を良好に受信することが可能となっており、上記のような平面タイプのスロットアンテナを用いることが検討され、実用化されつつある。

平面タイプのスロットアンテナは、従来の八木式アンテナのように必ずしも屋根の上に設置する必要はなく、家屋の壁面やベランダの柵等に容易に設置することができるという利点があり、それに伴ってアンテナ本体の小型化，薄型化が要求されている。

一方で、アンテナの使用周波数帯域は、アンテナ本体の導体部の寸法に関連しており、アンテナを小型化することによって、使用周波数帯域におけるアンテナ特性が低下することが懸念される。そのため、アンテナ特性の低下を防止あるいはアンテナ特性を向上させつつ、アンテナの小型化を実現することが望まれている。

アンテナ特性の低下防止または向上のために、アンテナで受信する信号を増幅するためのブースターなどの電子機器がアンテナを収納する筐体内に備えられる場合がある。このような電子機器を有する平面アンテナでは、製造時または検査・点検の保守作業時において、この電子機器を取付けたり取外したりする際に、構造によっては、その他のアンテナ素子（放射器，反射器など）をすべて取外すことが必要となる場合があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電子機器を有する平面アンテナにおいて、アンテナ特性に影響を与えず、製造および保守作業を容易に実施できる構成を提供することである。

本発明によるアンテナは、放射器と、電子機器と、反射器と、下部筐体とを備え、電波の送信および受信の少なくとも一方を行なう。放射器は、給電部を有する略長方形状の導電体の本体部を含む。電子機器は、配線を介して給電部に接続される。反射器は、放射器に対向して配置されるとともに、電子機器が通過可能な開口部が形成される。下部筐体は、電子機器が設置される凹部が形成されるとともに、放射器および反射器を収納する。開口部は、反射器が下部筐体に収納された状態において、電子機器を凹部に設置可能な位置に形成される。そして、アンテナの使用周波数帯の中心波長がλである場合に、開口部の最大開口幅はλ／４以下に設定される。

好ましくは、電子機器および反射器が下部筐体に収納された状態において、電子機器は、反射器よりも下部筐体側になるように配置される。

好ましくは、最大開口幅は、約９０ｍｍ〜１０５ｍｍの範囲内に設定される。
好ましくは、電子機器は、外部機器と接続するためのケーブルが接続されるコネクタを有する。電子機器は、コネクタの接続方向が、放射器の長辺方向に対して放射器の短辺方向に傾斜するように配置される。

好ましくは、電子機器は、コネクタが、下部筐体の反射器に対向する面とは反対の背面側に傾斜を伴って突出するように配置される。

好ましくは、電子機器は、電子部品が配置された基板と、基板を収納するためのシールドケースと、基板に接続される配線を支持するための支持部を含む。そして、支持部は、基板の電子部品が配置された面から、反射器側へ向かう方向に傾斜するように配置される。

好ましくは、支持部は、シールドケースの一部を屈曲させることによって形成される。
好ましくは、電子機器は、ブースターとしての機能を有する。

好ましくは、電子機器は、混合器としての機能を有する。

本発明によれば、電子機器を有する平面アンテナにおいて、アンテナ特性に影響を与えず、製造および保守作業を容易に実施することができる。

本実施の形態に従う平面アンテナを組み立てた際の斜視図である。 図１の平面アンテナの分解図である。 本実施の形態に従う平面アンテナにおいて、反射器および電子機器が取付けられた状態の斜視図である。 図３の状態の平面アンテナにおいて、電子機器の配置の詳細を説明するための図であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）はＡ−Ａ断面図を示す。 電子機器の三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、および（ｃ）は側面図を示す。 電子機器における配線の接続状態を説明するための図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 比較例の電子機器における配線の接続状態を説明するための断面図である。 開口部の大きさを変化させたときの前後比の変化を示すグラフである。 変形例の平面アンテナを説明するための斜視図である。 図９の平面アンテナの分解図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に従う平面型スロットアンテナ１００の斜視図である。また、図２は図１で示した平面型スロットアンテナ１００の分解図である。本実施の形態においては、アンテナ１００は、ＵＨＦ（Ultrahigh Frequency）帯の電波を送信、あるいは受信するためのアンテナを例として説明するが、電波の周波数帯はこれに限られず、たとえば、ＶＨＦ（Very High Frequency）帯の電波であってもよい。

図１および図２を参照して、アンテナ１００は、給電素子である放射器１２０と、無給電素子である反射器１３０と、送信または受信信号に所定の処理を施すための電子機器１４０と、これらを収納する下部筐体１１０とを備える。なお、本実施の形態においては、無給電素子として反射器１３０のみを備える構成を例として説明するが、これに加えて導波器を備える構成であってもよい。

また、アンテナ１００は、全てが組み立てられた状態においては、アンテナ素子（放射器１２０および反射器１３０）および電子機器１４０等は筐体内部に配置されるために、これらの内部機器は外部からは見ることができない。そのため、図１においては、説明を容易にするために、上部筐体については図示されておらず、下部筐体１１０のみが図示されている。

放射器１２０は、本体部１２９と、屈曲部１２５，１２６，１２７，１２８と、サイドフィン１２３，１２４とを含む。

本体部１２９は、上面から見た形状が略長方形状の導電体であり、その長方形内部に長辺方向（図２のＹ方向）に延伸するスリット１２１が形成される。スリット１２１は、本体部１２９を長辺方向に二分する、すなわち本体部１２９の各短辺のほぼ中点を通る直線に沿って、本体部１２９の各辺から距離を隔てて矩形状に形成される。

また、本体部１２９には、長辺方向のほぼ中央付近のスリット１２１を挟んで対向する位置に、給電部１２２が設けられている。給電部１２２は、同軸ケーブル（後述する図６中の同軸ケーブル２００）を介して電子機器１４０と接続される。また、給電部１２２と同軸ケーブルとの間には、いずれも図示しないが、たとえば、インピーダンスを調整する
ためのコンデンサや整合器が設けられる場合がある。

本体部１２９の２つの長辺の端部には、長辺方向に延伸するとともに短辺方向（図２のＸ方向）に突出した、導電体の屈曲部１２５，１２６が設けられる。屈曲部１２５，１２６は反射器１３０側に折り曲げられる。また、屈曲部１２５，１２６には、屈曲部１２５，１２６における本体部１２９の長辺方向の中央部から短辺方向に突出した導電体のサイドフィン１２３，１２４がそれぞれ設けられる。サイドフィン１２３，１２４の形状は、たとえば矩形状に形成される。このサイドフィン１２３，１２４は、特に使用周波数帯域の中域周波数の利得を改善する効果がある。

本体部１２９の２つの短辺の端部には、短辺方向に延伸するとともに長辺方向に突出した、導電体の屈曲部１２７，１２８が設けられる。屈曲部１２７，１２８は反射器１３０側に折り曲げられる。なお、屈曲部１２８については、図２においては、本体部１２９に隠れているため、見えていない。

これらの屈曲部１２５〜１２８は、放射器１２０の長辺方向および短辺方向に延伸する全体の長さを確保しつつ、実質的な長辺方向および短辺方向の長さを短くすることができ、アンテナ１００を下部筐体１１０に収納した場合のアンテナ全体の小型化、薄型化に寄与する。

反射器１３０は、放射器１２０と対向するように、放射器１２０と下部筐体１１０との間に配置される導電体である。反射器１３０の長辺方向の端部の各々は、放射器１２０側に折り曲げられた形状となっている。このような構成とすることによって、反射器１３０の短辺方向の長さを短くすることができ、アンテナ１００の全体の大きさを小さくすることができる。

また、反射器１３０には、反射器１３０が下部筐体１１０に取付けられた状態において、下部筐体１１０に形成される凹部１１１の上方となる位置に開口部１３１が形成される。

凹部１１１は、下部筐体１１０において電子機器１４０を設置するための部分である。図３に下部筐体１１０に反射器１３０および電子機器１４０が取付けられた状態が示されるが、反射器１３０に形成される開口部１３１は、電子機器１４０が通過可能な大きさに形成され、反射器１３０が下部筐体１１０に取付けられた状態のままで、電子機器１４０の取付け、取外しが可能である。

図４は、図３の状態の平面アンテナにおいて、電子機器の配置の詳細を説明するための図である。図４（ａ）は上面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａの線における断面図を示す。

図４を参照して、上述のように、反射器１３０の開口部１３１は、電子機器１４０が通過可能な大きさに形成されるが、開口部１３１の大きさが大きすぎると、逆に反射器１３０としての機能を損ないアンテナ特性に影響を与えるおそれがある。たとえば、後述するように、前後比が悪化する場合がある。そのため、開口部１３１の大きさは、電子機器１４０の大きさおよびアンテナ特性を考慮して決定する必要がある。開口部１３１の大きさは、たとえば、電子機器１４０が垂直または斜め方向から凹部１１１に挿入できる最低限の大きさとするようにしてもよい。

たとえば、開口部１３１の大きさは、アンテナ１００の使用周波数帯の中心波長がλである場合には、その最大開口幅Ｄ１はλ／４に設定される。また、特定の実施形態においては、最大開口幅Ｄ１は約９０ｍｍ〜１０５ｍｍに設定される。

本実施の形態においては、開口部１３１の形状は略半円形状に形成されているが、開口部１３１の形状はこれに限定されるものではなく、たとえば、円形、楕円形、長方形およびその他の多角形に形成されてもよい。

また、この開口部１３１の下部に位置する下部筐体１１０における凹部１１１には、その内部に電子機器１４０が配置される。そして、電子機器１４０は、外部機器（たとえば、テレビ受信器）に受信信号を供給するための同軸ケーブルと接続されるコネクタが、下部筐体１１０の長辺方向（図４（ａ）のＹ方向）から、短辺方向（図４（ａ）のＸ方向）に傾斜するように、凹部１１１に取付けられる。

また、電子機器１４０は、図４（ｂ）のように、コネクタが反射器１３０の面から傾斜し、かつ下部筐体１１０の背面側に突出するように、反射器１３０と下部筐体１１０との間に配置される。

電子機器１４０がこのような位置に配置されることによって、アンテナ１００の本体が、長辺方向が鉛直方向となるような縦方向に設置された場合、および長辺方向が水平方向となるような横方向に設置された場合のいずれにおいても、同軸ケーブルの接続を容易とすることができる。

図５は、電子機器１４０の一例の三面図であり、図５（ａ）は上面図を示し、図５（ｂ）は正面図を示し、図５（ｃ）は側面図を示す。電子機器１４０としては、たとえば、ブースターとしての機能や、混合器としての機能、あるいは混合器付きのブースターの機能を有するものが含まれる。また、これらの機能を有しておらず、単に同軸ケーブルとの接続器としての機能を有する場合もある。

図５を参照して、電子機器１４０は、シールドケース１４１と、コネクタ１４２，１４３，１４４と、支持部１４５，１４６とを含む。

シールドケース１４１は、電子機器が配置された基板（図示せず）を収納するための筐体であり、アンテナ素子から送信または受信する電波への基板上の回路からの電磁波の影響を防止するとともに、基板上の回路への送信または受信された電波からの影響を防止する。

コネクタ１４２，１４３，１４４は、同軸ケーブルを接続するために設けられる。図５においては、電子機器１４０がコネクタを３つ備える例を示すが、コネクタの数はこれに限定されず、少なくとも１つのコネクタが備えられる構成であればよい。

支持部１４５，１４６は、放射器１２０の給電部１２２と基板とを接続する内部配線である同軸ケーブルを支持するためのものである。支持部１４５，１４６は、シールドケース１４１の、コネクタ１４２，１４３，１４４が取付けられる面とは逆側の面に設けられる。本実施の形態においては、支持部１４５，１４６は、シールドケース１４１の一部を切り欠き、かつ屈曲させることによって形成される。支持部１４５，１４６はシールドケース１４１と別体で製作されて取付けられてもよいが、製作時の作業の容易性および支持部の強度上の観点から、本実施の形態のようにシールドケース１４１の一部を屈曲させて形成するほうが好ましい。

支持部１４５，１４６は、図５（ｃ）のように、コネクタ１４２，１４３，１４４に同軸ケーブルを接続する方向に対して、上方へ傾斜するように配置される。このような傾斜を有する理由を、図６および図７を用いて説明する。

図６は、電子機器１４０の、図５（ａ）の上面図におけるＢ−Ｂでの断面図を示す。電子機器１４０は、上述のように、電子部品１４８が配置された基板１４７を内部に収納している。そして、この基板１４７上に、内部配線である同軸ケーブル２００が、たとえばはんだ付けによって接続される。そして、同軸ケーブル２００は、支持部１４５によって支持される。上述のように、この支持部１４５はコネクタ１４２，１４３，１４４に同軸ケーブルを接続する方向、すなわち基板の面に対して、上方にθの傾斜角を有するように配置されているので、同軸ケーブル２００もその傾斜角θで支持される。そうすると、同軸ケーブル２００内の芯線が直線のままに近い状態で、基板上に接続することができる。

一方、比較例として示す図７の電子機器１４０Ａにおいては、支持部１４５Ａは基板の面と平行、すなわち図６の傾斜角が０°であるように配置される。そうすると、同軸ケーブル２００の芯線を基板上に接続する場合には、同軸ケーブル２００の芯線を屈曲させることが必要となり、芯線の強度および接続部の信頼性などの点で図６の場合に比べて弱くなる可能性があり得る。そのため、本実施の形態のように、支持部が傾斜角を有するように形成されることが好ましい。

次に、図８を用いて、反射器１３０の開口部１３１の大きさとアンテナ性能との関係についての説明する。図８は開口部１３１の大きさを変化させたときの前後比の変化の測定データを示す図である。図８においては、開口部１３１の大きさ（最大開口幅Ｄ１）が、０ｍｍ（曲線Ｗ１）、９０ｍｍ（曲線Ｗ２）、１０５ｍｍ（曲線Ｗ３）、１１０ｍｍ（曲線Ｗ４）のときについてのグラフを示す。なお、本測定においては、使用周波数帯（４７０〜７１０ＭＨｚ）の中心波長λが４２０ｍｍであるので、λ／４＝１０５ｍｍである。

図８を参照して、前後比については、６２０ＭＨｚより低い周波数帯域においては、開口幅の影響はあまり見られないが、６２０ＭＨｚ以上の周波数帯域においては、開口幅が大きくなるにつれて前後比が低下している。すなわち、開口幅が大きくなるにつれて、アンテナ後方（背面側）からの影響を受けやすくなる。

また、図８中の曲線Ｗ４の開口幅が１１０ｍｍ（＞λ／４）の場合においては、６８０ＭＨｚより大きい周波数帯域での前後比の低下が、他の場合と比べて大きくなっている。この結果より、開口部の大きさはλ／４以下であることが好ましい。

アンテナの構造については、上述のような構造には限定されず、さまざまなバリエーションが含まれ得る。

図９は、上述の実施の形態の変形例として、形状の異なるアンテナ１００Ａの例を示す。図９においては、説明を容易にするために、上部筐体および放射器が取外され、下部筐体１１０Ａに反射器１３０Ａのみが取付けられた状態を示したものである。また、図１０は、図９の状態の分解図である。

図９および図１０を参照して、アンテナ１００Ａは、アンテナ１００と比較して、反射器１３０Ａの底面部に複数のスリットが形成されている。そして、下部筐体１１０Ａにおいて、長辺方向のほぼ中央付近に電子機器が取付けられるための凹部１１１Ａが設けられる。

そして、反射器１３０Ａにおいては、下部筐体１１０Ａの凹部１１１Ａの上方に、電子機器が通過可能な開口部１３１Ａが形成される。

このように、形状が異なるアンテナ構造においても、下部筐体において電子機器を収納する凹部の上方に、当該電子機器が通過可能な開口部を配置することによって、反射器を下部筐体に取付けたままの状態で、電子機器の取付けおよび取外しを行なうことが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００，１００Ａ アンテナ、１１０，１００Ａ 筐体、１１１，１００Ａ 凹部、１２０ 放射器、１２１ スリット、１２２ 給電部、１２３，１２４ サイドフィン、１２５，１２６，１２７，１２８ 屈曲部、１２９ 本体部、１３０，１３０Ａ 反射器、１３１，１３１Ａ 開口部、１４０，１４０Ａ 電子機器、１４１ シールドケース、１４２，１４３，１４４ コネクタ、１４５，１４５Ａ，１４６ 支持部、１４７ 基板、１４８ 電子部品、２００ 同軸ケーブル。

Claims (9)

1. 電波の送信および受信の少なくとも一方を行なうためのアンテナであって、
   給電部を有する略長方形状の導電体の本体部を含む放射器と、
   配線を介して前記給電部に接続される電子機器と、
   前記放射器に対向して配置されるとともに、前記電子機器が通過可能な開口部が形成された反射器と、
   前記電子機器が設置される凹部が形成されるとともに、前記放射器および前記反射器を収納するための下部筐体とを備え、
   前記開口部は、前記反射器が前記下部筐体に収納された状態において、前記電子機器を前記凹部に設置可能な位置に形成され、
   前記アンテナの使用周波数帯の中心波長がλである場合に、前記開口部の最大開口幅はλ／４以下に設定される、アンテナ。
2. 前記電子機器および前記反射器が前記下部筐体に収納された状態において、前記電子機器は、前記反射器よりも前記下部筐体側になるように配置される、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記最大開口幅は、約９０ｍｍ〜１０５ｍｍの範囲内に設定される、請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記電子機器は、外部機器と接続するためのケーブルが接続されるコネクタを有し、
   前記電子機器は、前記コネクタの接続方向が、前記放射器の長辺方向に対して前記放射器の短辺方向に傾斜するように配置される、請求項２に記載のアンテナ。
5. 前記電子機器は、前記コネクタが、前記下部筐体の前記反射器に対向する面とは反対の背面側に傾斜を伴って突出するように配置される、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記電子機器は、
   電子部品が配置された基板と、
   前記基板を収納するためのシールドケースと、
   前記基板に接続される前記配線を支持するための支持部を含み、
   前記支持部は、前記基板の前記電子部品が配置された面から、前記反射器側へ向かう方向に傾斜するように配置される、請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
7. 前記支持部は、前記シールドケースの一部を屈曲させることによって形成される、請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記電子機器は、ブースターとしての機能を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナ。
9. 前記電子機器は、混合器としての機能を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のアンテナ。

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