JP5014905B2 - 可変指向性アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、指向性を変化させることができる可変指向性アンテナ装置に関し、特に、指向性を固定することもできるものに関する。

可変指向性アンテナ装置としては、例えば特許文献１の図８乃至図１２に示されているようなものがある。この可変指向性アンテナ装置は、直交するように２つのＵＨＦ帯アンテナ素子を配置し、これらアンテナ素子での受信信号のレベルをそれぞれ可変減衰器によって調整して合成して出力するもので、可変減衰器における減衰量を変化させることによって指向性を変化させ、ＵＨＦ帯のテレビジョン放送電波の到来方向に指向性を向けるものである。この可変減衰器での減衰量を変化させるための制御信号は、このアンテナ装置の出力端子に伝送線路を介してテレビジョン受信装置から供給されている。このテレビジョン受信装置は、この制御信号を発生する専用のものである。

国際公開番号ＷＯ２００４／０９１０４３号

このように構成された可変指向性アンテナ装置では、専用の受信装置を使用しなければならず、汎用の受信装置と共に使用することができない。従って、複数のテレビジョン放送の電波の到来方向が一定であり、アンテナ装置の指向性を可変させる必要がないエリアで、既に使用されている汎用の受信装置では、上述した可変指向性アンテナ装置は使用することができない。

本発明は、汎用の受信装置とも使用することが可能な可変指向性アンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の可変指向性アンテナ装置は、複数のアンテナ素子を有している。指向性可変手段が、これらアンテナ素子の受信信号を電気的に処理して合成し、合成された前記受信信号である合成受信信号の指向性を変化させる。前記合成受信信号が出力端子に供給され、前記合成受信信号を、出力端子に接続された伝送線路を介して伝送する。前記伝送線路を介して前記出力端子に指向性可変制御信号が供給されたとき、この指向性可変制御信号に応じて制御手段が前記指向性可変手段を制御する。指向性可変制御信号は、前記合成受信信号の指向性の方向を指示し、その値が変化可能なものである。前記出力端子に前記伝送線路を介して動作電源が接続されたとき、その動作電源が電源部に供給される。
前記電源部は、前記可変指向性アンテナ装置を動作させるためのものである。前記合成受信信号の指向性の方向を指示し、その値が操作によって決定される指向性固定制御信号を、前記制御手段に設定手段が供給する。電源端子用動作電源が電源端子に接続されると、前記電源部に前記電源端子用動作電源が供給される。前記電源端子に前記電源端子用動作電源が接続されているとき、切換信号発生手段が切換信号を発生する。前記切換信号が発生したとき、前記制御手段は、前記指向性可変制御信号に代えて使用した前記指向性固定制御信号に応じて前記指向性可変手段を制御する。

前記切換信号発生手段は、前記電源端子に動作用電源が供給されたことを検知して、その検知に応じて前記切換信号を発生する検知手段とすることもできるし、前記電源端子に動作用電源が挿入されたことを検知して、その検知に応じて前記切換信号を発生する検知手段とすることもできる。

上記の態様の可変指向性アンテナ装置は、前記受信信号を増幅して前記出力端子に供給する増幅手段を有するものとできる。この増幅手段は、前記出力端子または前記電源端子に動作電源が供給されたときに動作する。

このように構成すると、専用の受信装置と共に使用する場合でも、汎用の受信装置と共に使用する場合でも、受信信号を増幅して出力することができる。

以上のように、本発明による可変指向性アンテナ装置は、指向性を可変することもできるし、特定の固定された方向の指向性とすることもでき、この固定された指向性とした場合には、汎用の受信装置と共に使用することができる。

本発明の１実施形態の可変指向性アンテナ装置１は、図１に示すように、複数、例えば２基のダイポールアンテナ２、４を有している。これらダイポールアンテナ２、４は、例えばＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号を受信することが可能な同じ長さのもので、例えば水平面内において直交するように配置されている。これらダイポールアンテナ２、４は、８の字の指向性パターンを有している。

図２に示すように、ダイポールアンテナ２からの受信信号は、増幅器６によって増幅された後、切換手段、例えば切換スイッチ８の接点８ａに供給されている。切換スイッチ８は、接点８ｂも有し、接点８ｂと基準電位、例えば接地電位との間にダミー抵抗器１０が接続されている。これら接点８ａ、８ｂのいずれか一方に接触する接触子８ｃを、切換スイッチ８は有している。接触子８ｃは、切換スイッチ１２の接触子１２ｃに接続されている。切換スイッチ１２は、接点１２ａ、１２ｂを有し、接点１２ａは、切換スイッチ１４の接点１４ａに接続されている。また、接点１２ｂは、位相反転回路１６を介して切換スイッチ１４の接点１４ｂに接続されている。接点１４ａ、１４ｂのいずれかに接触する切換スイッチ１４の接触子１４ｃは、合成手段、例えば合成器１８の一方の入力端子に接続されている。

切換スイッチ８、１２、１４の接触子８ｃ、１２ｃ、１４ｃを接点８ａ、１２ａ、１４ａにそれぞれ接触させると、合成器１８の一方の入力端子には、ダイポールアンテナ２の受信信号がそのまま入力される。切換スイッチ８の接触子８ｃを接点８ａに接触させ、切換スイッチ１２、１４の接触子１２ｃ、１４ｃを接点１２ｂ、１４ｂにそれぞれ接触させると、ダイポールアンテナ２での受信信号の位相を反転させた信号が合成器１８の一方の入力端子に供給される。切換スイッチ８の接触子８ｃを接点８ｂに接触させると、切換スイッチ１２、１４がどのように切り換えられていても、合成器１８の入力側にはダイポールアンテナ２の受信信号は供給されない。

ダイポールアンテナ４からの受信信号は、増幅器２０によって増幅された後、切換スイッチ２２の接点２２ａに供給されている。切換スイッチ２２は接点２２ｂも有し、これはダミー抵抗器２４を介して接地電位に接続されている。接点２２ａ、２２ｂのいずれかに接触する切換スイッチ２２の接触子２２ｃは、合成器１８の他方の入力端子に接続されている。

切換スイッチ２２の接触子２２ｃを接点２２ａ側に接触させていると、合成器１８の他方の入力側には、ダイポールアンテナ４の受信信号がそのまま供給される。また接触子２２ｃを接点２２ｂに接触させると、合成器１８の他方の入力側には、ダイポールアンテナ４の受信信号は供給されない。

例えば切換スイッチ８、１２、１４の接触子８ｃ、１２ｃ、１４ｃを接点８ａ、１２ａ、１４ａにそれぞれ接触させ、切換スイッチ２２の接触子２２ｃを接点２２ｂに接触させると、合成器１８の出力端子側には、ダイポールアンテナ２の受信信号のみが出力され、図３（ａ）に示すような指向性パターンを示す。

この状態において、切換スイッチ２２の接触子２２ｃを接点２２ａに接触させると、合成器１８には、ダイポールアンテナ２、４の受信信号がそれぞれ供給され、両者が合成される。その合成指向性パターンは、図３（ｂ）に示すように図３（ａ）の指向性パターンよりも時計方向に約４５度回転したものとなる。

切換スイッチ８の接触子８ｃを接点８ｂに接触させ、切換スイッチ２２の接触子２２ｃを接点２２ａに接触させると、合成器１８にはダイポールアンテナ４の受信信号のみが供給され、その指向性パターンは図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）よりも４５度時計方向に回転したものとなる。

切換スイッチ８の接触子８ｃを接点８ａに接触させ、切換スイッチ１２、１４の接触子１２ｃ、１４ｃを接点１２ｂ、１４ｂにそれぞれ接触させ、切換スイッチ２２の接触子２２ｃを接点２２ａに接触させると、合成器１８には、ダイポールアンテナ２の受信信号の位相を反転させた信号とダイポールアンテナ４の受信信号とが供給され、合成器１８は両者を合成した信号を出力する。その合成指向性パターンは、図３（ｄ）に示すように図３（ｃ）よりも４５度時計方向に回転したものとなる。

このように切換スイッチ８、１２、１４、２２を切り換えることによって、ダイポールアンテナ２、４の合成指向性が向く方向を変化させることができる。なお、合成器１８の２つの入力端子それぞれにレベル調整手段、例えば可変減衰器を設け、合成器１８に入力されるダイポールアンテナ２、４からの受信信号のレベルを調整すれば、更に細かく指向性パターンが向く方向を変化させることができる。

合成器１８の出力信号は、ハイパスフィルタ２６に供給されている。ハイパスフィルタ２６は、ダイポールアンテナ２、４の受信信号であるＵＨＦ帯のテレビジョン信号を通過させるように遮断周波数が設定されている。

この可変指向性アンテナ装置１は、図４に示すように、ＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号を受信するＶＨＦ帯用の受信アンテナ２８も有している。この受信アンテナ２８の受信信号は、図２に示すようにバンドパスフィルタ３０に供給されている。このバンドパスフィルタ３０は、ＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号を通過させるように通過帯域が設定されている。

ハイパスフィルタ２６の出力信号は、切換スイッチ３２の接点３２ａに供給され、バンドパスフィルタ３０の出力信号は、切換スイッチ３２の接点３２ｂに供給されている。切換スイッチ３２は、接点３２ａ、３２ｂのいずれかに接触する接触子３２ｃを有している。接触子３２ｃを接点３２ａに接触させた状態では、接触子３２ｃには、上述したハイパスフィルタ２６の出力信号（ＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号）が生じ、接触子３２ｃを接点３２ｂに接触させた状態では、接触子３２ｃにはバンドパスフィルタ３０の出力信号（ＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号）が生じる。

切換スイッチ３２の接触子３２ｃは、切換スイッチ３４の接触子３４ｃに接続されている。接触子３４ｃが接触する切換スイッチ３４の接点３４ａは、増幅器３６の入力側に接続されている。増幅器３６の出力側は、切換スイッチ３８の接点３８ａに接続されている。切換スイッチ３８は、接点３８ｂと接触子３８ｃとを有し、接点３８ｂは、切換スイッチ３４の接点３４ｂに接続されている。接触子３８ｃは、接点３８ａ、３８ｂのいずれかに接触し、出力端子４０に接続されている。

従って、切換スイッチ３４、３８の接触子３４ｃ、３８ｃを接点３４ａ、３８ａにそれぞれ接触させると、切換スイッチ３２によって選択されたハイパスフィルタ２６の出力信号であるＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号またはバンドパスフィルタ３０の出力信号であるＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号が増幅器３６で増幅されて、出力端子４０に供給される。切換スイッチ３４、３８の接触子３４ｃ、３８ｃを接点３４ｂ、３８ｂにそれぞれ接触させると、切換スイッチ３２によって選択されたハイパスフィルタ２６の出力信号またはバンドパスフィルタ３０の出力信号が、増幅されずに、そのまま出力端子４０に供給される。

出力端子４０は、図５（ａ）に示すように同軸ケーブル４２を介してコントロールボックス４４に接続され、コントロールボックス４４はテレビジョン受信機４６に接続されている。従って、出力端子４０に生じたハイパスフィルタ２６またはバンドパスフィルタ３０からのＵＨＦ帯またはＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号はテレビジョン受信機４６に供給される。

切換スイッチ８、１２、１４、２２、３２、３４、３８の切換制御は、図２に示す制御手段、例えば制御部４８が行う。制御部４８は、外部からの指示に従って切換スイッチ８、１２、１４、２２、３２、３４、３８の切換制御を行う。この外部からの指示は、例えばテレビジョン受信機４６における操作に従ってコントロールボックス４４が出力し、同軸ケーブル４２を介して出力端子４０に供給される。この外部からの指示は、例えばＡＳＫ信号によって構成され、このＡＳＫ信号は出力端子４０から検波部５０に供給され、検波部５０において検波され、制御部４８に供給される。このＡＳＫ信号の指示に従って、図３（ａ）乃至（ｄ）のいずれかの方向に指向性が向くように切換スイッチ８、１２、１４、２２、３２、３４、３８の切換制御が行われる。従って、この可変指向性アンテナ装置１の設置位置においてＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号の到来方向を指向性が向くようにテレビジョン受信機４６において操作することによってＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号を良好に受信することができるし、またＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号を受信することもできる。更に、増幅器３６によるＶＨＦ帯またはＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号の増幅が必要な場合には、ＡＳＫ信号の指示によって増幅を行うこともできる。

また、この可変指向性アンテナ装置１を動作させるための動作電源、例えば＋１２Ｖの直流電圧もテレビジョン受信機４６において生成され、コントロールボックス４４から同軸ケーブル４２を介して出力端子４０に供給され、逆流防止ダイオード５２を介して電源部５４に供給され、増幅器６、２０、３６等に供給される。

この可変指向性アンテナ装置１のダイポールアンテナ２、４及び図２に示す回路は、図４に示す円板状体５６内に収容され、ＶＨＦ帯用の受信アンテナ２８及び出力端子４０は、円板状体５６を支持する基体５８に設けられている。

この可変指向性アンテナ装置１において、アンテナの指向性を可変させるためには、図５（ａ）に示すようにテレビジョン受信機４６とコントロールボックス４４とが必要である。テレビジョン受信機４６とコントロールボックス４４とは、可変指向性アンテナ装置１専用に設けられたものであり、指向性を可変するためのＡＳＫ信号をコントロールボックス４４が発生するように構成されている。

しかし、この可変指向性アンテナ装置１を図５（ｂ）に示すように、可変指向性アンテナ装置１専用で無い汎用型のテレビジョン受信機６０と使用したい場合がある。この場合、可変指向性アンテナ装置１において、指向性を変化させる必要が無いことが条件である。但し、可変指向性アンテナ装置１に動作電源を供給する必要がある。そこで、図５に示すように基体５８に電源端子６２を設け、この電源端子６２に図５（ｂ）に示すように＋１２Ｖの直流電圧を発生する電源アダプタ６４を接続する。出力端子４０はテレビジョン受信機６０に同軸ケーブル６６を介して接続される。

図２に示すように電源端子６２は、逆流防止用ダイオード６８を介して電源部５４に接続されており、電源端子６２に供給された＋１２Ｖの直流電圧が電源部５４に供給される。また、電源端子６２に＋１２Ｖの電圧が供給されている否かが、電圧検出部７０によって検出される。電圧検出部７０が電圧を検出した旨を制御部４８に指示すると、制御部４８は、上述したようなＡＳＫ信号に基づく切換制御を行う状態から、制御部４８に付属する設定スイッチ７２によって設定された図６に示すような特定の方向に指向性を向けた状態となるように、また増幅器３６による増幅を必要とする場合には、増幅するように各切換スイッチ８、１２、１４、２２、３２、３４、３８を制御する。なお、設定スイッチ７０による設定は、変更可能とすることもできる。なお、電圧検出部７０によって電圧が検出されない場合には、制御部４８は、上述したＡＳＫ信号に基づく制御を行う。なお、設定スイッチ７２は、例えばスライドスイッチや回転式スイッチとし、図４に示していないが、基体５８の表面やアンテナ本体正面に設けることができる。

このように構成することによって、可変指向性アンテナ装置１を専用のテレビジョン受信機４６やコントロールボックス４４と共に指向性を変化させられるアンテナ装置として使用することもできるし、汎用のテレビジョン受信機６０と電源アダプタ６４と共に特定の方向に指向性を持つアンテナ装置としても使用することができ、可変指向性アンテナ装置１の利用性を高めることができる。

上記の実施形態では、８の字指向性のダイポールアンテナ素子２、４を直交するように配置したが、これに限ったものではなく、例えば２基の八木形アンテナのような指向性アンテナを直交するように配置することもできる。但し、この場合には、両八木アンテナにそれぞれ位相反転回路を設け、八木アンテナの受信信号をそのまま出力する状態と、位相反転回路によって位相反転して出力する状態とに、切り換えられるように構成する。また、４基の指向性アンテナを直交するように配置することもできる。また、上記の実施形態では、切換スイッチ８、１２、１４、２２、３２、３４、３８を使用したが、これらは機械的な切換スイッチを使用することもできるし、ＰＩＮダイオードのような半導体素子を用いた電子的な切換スイッチを使用することもできる。上記の実施形態では、電源アダプタ６４が電源端子６２に接続されたことを検出して、固定の指向性となるように制御を行ったが、これに限ったものではなく、例えば図４に示す円板状体５６または基体５８の適所に手動によって操作される切換スイッチを設け、このスイッチが操作されたとき、固定の指向性とする制御信号を制御部４８に供給するように構成することもできる。更に、電圧検出部７０による電圧検出以外にも、電源端子６２に電源アダプタ６４が挿入されたことを検出する機能を設け、この検出信号を制御部４８に供給するようにしてもよい。

本発明の１実施形態の可変指向性アンテナ装置において使用する２基のダイポールアンテナの配置を示す図である。 同実施形態の可変指向性アンテナ装置のブロック図である。 同実施形態の可変指向性アンテナ装置における指向性パターンの変化を示す図である。 同実施形態の可変指向性アンテナ装置の斜視図である。 同実施形態の可変指向性アンテナ装置の２つの異なる使用状態を示すブロック図である。 同実施形態の可変指向性アンテナ装置において指向性パターンを固定した状態を示す図である。

符号の説明

１ 可変指向性アンテナ
２ ４ ダイポールアンテナ
８、１２、１４、２２、３２、３４、３８ 切換スイッチ（切換手段）
４０ 出力端子

Claims (4)

1. 複数のアンテナ素子と、
   これらアンテナ素子の受信信号を電気的に処理して合成し、合成された前記受信信号である合成受信信号の指向性を変化させる指向性可変手段と、
   前記合成受信信号が供給され、前記合成受信信号を、接続された伝送線路を介して伝送する出力端子と、
   前記伝送線路を介して前記出力端子に、前記合成受信信号の指向性の方向を指示し、その値が変化可能である指向性可変制御信号が供給されたとき、この指向性可変制御信号に応じて前記指向性可変手段を制御する制御手段と、
   前記出力端子に前記伝送線路を介して動作電源が接続されたとき、その動作電源が供給される電源部とを、
   具備する可変指向性アンテナ装置において、
   前記電源部は、前記可変指向性アンテナ装置を動作させるためのものであり、
   前記合成受信信号の指向性の方向を指示し、その値が操作によって決定される指向性固定制御信号を、前記制御手段に供給する設定手段と、
   電源端子用動作電源が接続されると、前記電源部に前記電源端子用動作電源が供給される電源端子と、
   前記電源端子に前記電源端子用動作電源が接続されているとき、切換信号を発生する切換信号発生手段とを、
   設け、前記切換信号が発生したとき、前記制御手段は、前記指向性可変制御信号に代えて使用した前記指向性固定制御信号に応じて前記指向性可変手段を制御する
   可変指向性アンテナ装置。
2. 請求項１記載の可変指向性アンテナ装置において、前記切換信号発生手段は、前記電源端子に動作用電源が供給されたことを検知して、その検知に応じて前記切換信号を発生する検知手段である可変指向性アンテナ装置。
3. 請求項１記載の可変指向性アンテナ装置において、前記切換信号発生手段は、前記電源端子に動作用電源が挿入されたことを検知して、その検知に応じて前記切換信号を発生する検知手段である可変指向性アンテナ装置。
4. 請求項１乃至３いずれか記載の可変指向性アンテナ装置において、前記受信信号を増幅して前記出力端子に供給する増幅手段が設けられ、前記増幅手段は、前記電源部によって動作する可変指向性アンテナ装置。

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