JP5409498B2

JP5409498B2 - 縦長形状のｕｈｆ帯アンテナ

Info

Publication number: JP5409498B2
Application number: JP2010097250A
Authority: JP
Inventors: 敦金子
Original assignee: Hitachi Kokusai Yagi Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Yagi Solutions Inc
Priority date: 2010-04-20
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2030-04-20
Also published as: JP2011228954A

Description

本発明は、例えば地上デジタル放送や無線通信等に使用される縦長形状のＵＨＦ帯アンテナに関する。

地上デジタル（テレビジョン）放送（ISTB-T：Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting）は、２００３年１２月から関東、近畿及び中京広域圏で放送が開始され、２０１０年には普及の過渡期を迎えている。上記地上デジタル放送は、ＵＨＦ帯の電波が使用され、その周波数帯域は４７０〜７７０ＭＨｚ（１３〜６２チャンネル）が使用され、主に水平偏波が用いられている。このような背景の中、アンテナの多様化が進み、小型化の要求が高まってきており、特に水平偏波受信の設置状態における小型化が求められている。

このため従来では、放射素子と反射体とを所定の間隔を保って配置してなるＵＨＦ帯用のアンテナにおいて、上記放射素子は上下方向の外側部に直線状素子を水平に配置し、上記直線状素子間を結合線路により結合して該結合線路の中央に給電点を設けることにより、小型化を図った反射体付広帯域アンテナが考えられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１１３４０７号公報

しかし、上記従来のＵＨＦ帯受信アンテナは、小型化が充分でなく、横幅が約１／２波長に設定されていて受風面積が大きいという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、充分な利得を確保しながら小型化を図り、受風面積を小さくすることができる縦長形状のＵＨＦ帯アンテナを提供することを目的とする。

本発明に係る縦長形状のＵＨＦ帯アンテナは、放射素子の背面に所定の間隔を保って反射素子を対向配置してなるアンテナ本体と、前記アンテナ本体を収納するケースとからなるＵＨＦ帯アンテナにおいて、
前記放射素子は、板状の導電部材により同一平面内で上下方向に所定の間隔を保って配置される第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子との間を結合する結合線路と、前記結合線路の中央部に設けられて前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に給電する給電部と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子の少なくとも一方のアンテナ素子と前記給電部との間において前記結合線路に形成される第１の空隙部とを備え、
前記反射素子は、上下方向に所定の間隔を保って設けられる反射素子部と、左右の両側部に所定の幅で設けられ後方に略９０°折り曲げられた側部素子と、前記各側部素子の上部及び下部にそれぞれ形成された縦長のホールと、前記放射素子に設けられた第１の空隙部に対応する位置に形成される第２の空隙部とを備え、
前記アンテナ本体を収納するケースは、前記放射素子に形成された第１の空隙部及び前記反射素子に形成された第２の空隙部に対応する位置に窓を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、アンテナの横幅を狭くして受風面積を小さくでき、且つアンテナ本体を収納するケースに窓を設けて風を通過させることができ、受風面積を更に小さくすることができる。

本発明の実施の形態に係るＵＨＦ帯アンテナのアンテナ本体の外観構成を示し、（ａ）は正面方向から見た斜視図、（ｂ）は背面方向から見た斜視図である。（ａ）は同実施の形態に係るアンテナ本体の正面図、（ｂ）は同右側面図、（ｃ）は同上面図である。（ａ）は同実施の形態に係るアンテナ本体の背面図、（ｂ）は同右側面図である。同実施の形態における接栓取付板の接栓取付け状態を示し、（ａ）は接栓取付板を放射素子側から見た図、（ｂ）は側面図である。同実施の形態に係るアンテナ本体を樹脂ケースに収納する状態を示す分解斜視図である。同実施の形態に係るＵＨＦ帯アンテナの利得特性図である。同実施の形態に係るＵＨＦ帯アンテナのＶＳＷＲ特性図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

この実施の形態は、４７０〜７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯の電波を受信するＵＨＦ帯アンテナに実施した場合の例を示している。図１はこの実施の形態に係るアンテナ本体１０の外観構成を示し、（ａ）は正面方向から見た斜視図、（ｂ）は背面方向から見た斜視図である。図２（ａ）は同実施の形態に係るアンテナ本体１０の正面図、（ｂ）は同右側面図、（ｃ）は同上面図である。図３（ａ）は同実施の形態に係るアンテナ本体１０の背面図、（ｂ）は同右側面図である。

図１〜図３において、１１は放射素子で、この放射素子１１の背面側に所定の間隔を保って反射素子２１が設けられる。上記放射素子１１及び反射素子２１は、上下及び中央部にそれぞれ２本ずつ設けたサポート材３１ａ〜３１ｆによって間隔Ｄ１、例えば約０．０７８λａに設定される。上記λａは例えば使用周波数帯４７０〜７７０ＭＨｚにおける最低周波数４７０ＭＨｚにおける波長を示している。上記サポート材３１ａ〜３１ｆは、絶縁体で構成され、放射素子１１と反射素子２１との間を例えばネジ止め等によって固定する。

上記放射素子１１は、全長Ｈ１が０．８１５λａ、横幅が０．２０１λａの板状の導電部材を使用して、上下両側部に第１及び第２のアンテナ素子１２ａ、１２ｂを水平方向に形成し、上記アンテナ素子１２ａ、１２ｂ間を結合線路１３により結合している。この場合、放射素子１１は、中央位置と上下両端部との間に所定形状の空隙部１４ａ、１４ｂを設けることにより、アンテナ素子１２ａ、１２ｂ及び結合線路１３を形成している。上記第１のアンテナ素子１２ａと第２のアンテナ素子１２ｂは、上下及び左右対称に形成される。上記第１及び第２のアンテナ素子１２ａ、１２ｂは、上下２段にスタックされたアンテナとして動作し、水平偏波の電波を受信する。

上記結合線路１３は、放射素子１１の両側にＷ１（約０．０２２λａ）の幅で形成した線路１５ａ、１５ｂ及び放射素子１１の中央部に設けた略三角形状の給電部１６ａ、１６ｂにより構成される。この場合、給電部１６ａ、１６ｂは、三角形状の頂部が相対向するように所定の間隔で設けられ、両側に位置する底辺部分が線路１５ａ、１５ｂに接続される。この線路１５ａ、１５ｂは、中央部、すなわち給電部１６ａ、１６ｂと接続する部分において、Ｄ２（約０．０９４λａ）の長さだけ切除される。上記給電部１６ａ、１６ｂは、底辺部の幅Ｗ２が上記Ｄ２より大きい値、例えば約０．１８８λａに設定され、底辺部の両端において線路１５ａ、１５ｂに接続される。

また、上記アンテナ素子１２ａ、１２ｂは、上下方向の長さＨ２が約０．１０２λａに設定され、それぞれ外側の角部が斜めに切欠されると共に、内側中央（水平方向）が幅Ｗ３（約０．０９４λａ）だけ直線状に形成され、その両側が給電部１６ａ、１６ｂの方向に斜めに延長して形成される。上記アンテナ素子１２ａ、１２ｂは、内側位置と給電部１６ａ、１６ｂの水平方向の中心線との距離がＨ３（約０．３０６λａ）に設定され、延長先端部が給電部１６ａ、１６ｂの中心線との距離がＨ４（約０．２３５λａ）に設定される。

そして、上記放射素子１１は、両側に形成した線路１５ａ、１５ｂが反射素子２１の方向にθの角度、例えば約１３５°の角度で折り曲げられる。このとき放射素子１１は、中央部の幅Ｗ４が約０．１５７λａ、正面から見た全幅Ｗ５が約０．１８８λａに設定される。

また、上記給電部１６ａ、１６ｂは、相対向する先端部に給電点１７ａ、１７ｂが形成されており、その先端部の間隔がＤ３（約０．０４４λａ）となる位置で反射素子２１の方向に斜めに折り曲げられる。そして、一方の給電点１７ａに例えば特性インピーダンスが７５Ωの給電用同軸ケーブル３２の外導体３４が半田付け等により接続され、他方の給電点１７ｂに中心導体３３が接続される。上記給電部１６ａ、１６ｂは、結合線路１３によりアンテナ素子１２ａ、１２ｂに給電し、２段にスタックされたアンテナとして動作させる。

また、アンテナ素子１２ａ、１２ｂには、詳細を後述するように樹脂ケースに固定するためのネジ穴１８ａ、１８ｂが設けられる。

一方、反射素子２１は、板状の導電部材を使用して全長Ｈ１１が約０．８３１λａ、横幅が約０．２３５λａの枠状に形成され、上側及び下側に縦の長さがＨ１２（約０．０３１λａ）の第１の反射素子部２２ａ及び第２の反射素子部２２ｂが形成されると共に、左右の両側に横幅がＤ１１（約０．０３１λａ）の側部素子２３ａ、２３ｂが形成される。すなわち、反射素子２１は、放射素子１１に形成された空隙部１４ａ、１４ｂに対向する位置に空隙部が設けられた構成となっている。また、上記下側に位置する第２の反射素子部２２ｂには、背面側の中央部に位置決め用突起２０が設けられる。

上記反射素子２１は、側部素子２３ａ、２３ｂが後方、すなわち放射素子１１と反対の方向に９０°の角度で折り曲げられ、折り曲げ後の横幅Ｗ１０が約０．１７２λａに設定される。上記側部素子２３ａ、２３ｂは、各角部が斜めに切欠される。また、側部素子２３ａ、２３ｂには、上部及び下部に例えば高さＨ１３、横幅Ｗ１１の角形に形成したホール２４ａ〜２４ｄがそれぞれ設けられる。上記ホール２４ａ〜２４ｄは、高さＨ１３が約０．２６６λａ、横幅Ｗ１１が約０．０１６λａ、反射素子２１の上下端部からの距離Ｈ１４が約０．０３１λａに設定される。

また、反射素子２１は、一方の側部素子２３ｂ、すなわち放射素子１１の給電部１６ａ、１６ｂのうち同軸ケーブル３２の中心導体３３が接続されている給電部１６ｂに対応する側の側部素子２３ｂの中央部をＬ１１（約０．２５１λａ）の長さで所定長さ延長し、インピーダンス調整部２５を構成している。すなわち、このインピーダンス調整部２５は、側部素子２３ｂの中央部をＬ１１の長さで反射素子２１の前面からＤ１２の長さ延長し、この延長した位置から更に内側方向に９０°の角度で折り曲げている。上記インピーダンス調整部２５のＤ１２の値は約０．０６３λａ、折曲げた先端部部の幅Ｄ１３は約０．０３１λａに設定される。

上記のようにインピーダンス調整部２５を折り曲げて形成することで、アンテナ本体１０の奥行きＤ１４、すなわち放射素子１１の前面から接栓取付板２６の背面までの奥行きＤ１４は約０．１１λａとなる。

また、反射素子２１には、背面側の中央位置において、側部素子２３ａ、２３ｂ間に接栓取付板２６が取付けられる。この接栓取付板２６は、両側を折り曲げて側部素子２３ａ、２３ｂの内側に位置させ、例えばリベットやネジ等により側部素子２３ａ、２３ｂに取付けている。上記接栓取付板２６の縦の長さＨ１５は、約０．１２５λａに設定される。

上記接栓取付板２６には、中央部に給電用接栓４１が取付けられる。図４は接栓取付板２６における接栓取付け状態を示したもので、（ａ）は接栓取付板２６を放射素子１１側から見た図、（ｂ）は同側面図である。接栓取付板２６は、中央部を外側方向にθａの角度例えば約１３５°の角度で切り起こし、その切り起こし片２７の中央部を内側方向に９０°の角度で折り曲げている。また、接栓取付板２６には、切り起こし片２７を設けた部分に接栓４１を配置するための穴２８が形成される。そして、上記切り起こし片２７の先端側に接栓４１が斜め４５°下を向くように取付けられる。上記接栓４１の中心導体及び外部導体は、図２に示したように同軸ケーブル３２により給電部１６ａ、１６ｂの給電点１７ａ、１７ｂに接続される。

上記のように切り起こし片２７の先端側に接栓４１を斜めに取付けることにより、接栓４１に外部接続される同軸ケーブル（図示せず）が自然と下方向に配線されるようになり、取扱い性が向上する。

そして、上記のように構成されたアンテナ本体１０は、図５に示すようにして樹脂ケース５１に収納される。図５はアンテナ本体１０を樹脂ケース５１に収納する状態を示す分解斜視図である。

樹脂ケース５１は、前面ケース５２及び背面ケース５３からなり、前面ケース５２及び背面ケース５３には、上記放射素子１１に設けた上部側の空隙部１４ａに対向する位置に例えば縦長の楕円形の窓５４ａ、５４ｂが設けられる。また、背面ケース５３の内側には、放射素子１１の第１のアンテナ素子１２ａ及び第２のアンテナ素子１２ｂに設けたネジ穴１８ａ、１８ｂに対応する位置にアンテナ取付用の取付基部（ボス）５５ａ、５５ｂが所定の高さに設けられる。

また、背面ケース５３の内側には、中央より少し下側位置に前面ケース５２を取付けるための前面ケース取付用基部５６が所定の高さに設けられる。この前面ケース取付用基部５６には、中心軸に沿ってネジ挿通用の透孔が設けられている。前面ケース５２の内側には、前面ケース取付用基部５６に対応する位置に取付基部（図示せず）が設けられており、上記前面ケース取付用基部５６のネジ挿通用の透孔に背面ケース５３の背面から取付ネジを挿入し、その先端を前面ケース５２側の取付基部に螺着して前面ケース５２と背面ケース５３との間を固定するように構成される。

また、背面ケース５３には、中央部、すなわち反射素子２１の接栓取付板２６に取付けた接栓４１に対応する位置に接栓挿通孔５７が設けられる。

更に、背面ケース５３の下部には、半円形の溝状の支柱取付部５８が設けられる。この支柱取付部５８には、上下方向に所定の間隔を保って支柱取付用基部５９ａ、５９ｂが設けられる。この支柱取付用基部５９ａ、５９ｂには、中心軸に沿って透孔が設けられると共に、この透孔内にナットが装着される。また、上記支柱取付部５８に取付けるアンテナ支柱６２には、上端部に上記支柱取付用基部５９ａ、５９ｂに対応する位置に取付穴（図示せず）が設けられる。上記アンテナ支柱６２は、上端部を支柱取付部５８に位置させ、上記取付穴にネジを挿入して支柱取付用基部５９ａ、５９ｂに設けたナットに螺合させ、締め付けることによって支柱取付部５８に固定する。

また、上記支柱取付部５８の内側には、支柱取付用基部５９ｂより少し上側に位置決め用基部６３が設けられる。この位置決め用基部６３は、上記反射素子２１の第２の反射素子部２２ｂに設けられた位置決め用突起２０に対応する位置に設けられ、上端に位置決め用の穴が設けられている。この位置決め用の穴内に第２の反射素子部２２ｂの位置決め用突起２０が挿入されてアンテナの位置決めが行われる。

上記の構成において、アンテナ本体１０を樹脂ケース５１に収納する場合、先ず、図５に示すようにアンテナ本体１０を背面ケース５３に取付ける。このときアンテナ本体１０は、反射素子２１の第２の反射素子部２２ｂに設けられた位置決め用突起２０を背面ケース５３の位置決め用基部６３に設けられた位置決め穴に挿入して位置決めを行い、その後、放射素子１１のアンテナ素子１２ａ、１２ｂに設けられたネジ穴１８ａ、１８ｂにネジ１９ａ、１９ｂを挿入し、背面ケース５３に設けられた取付基部５５ａ、５５ｂのネジ穴に螺合し、締め付けて固定する。このとき反射素子２１の接栓取付板２６に取付けられた接栓４１は、背面ケース５３に設けられた接栓挿通孔５７内に挿入される。

次いで、アンテナ本体１０の前面側に前面ケース５２を位置させ、背面ケース５３に設けた前面ケース取付用基部５６の透孔内に背面側からネジを挿入し、その先端を前面ケース５２側に設けられた取付用基部のネジ穴に螺着して前面ケース５２と背面ケース５３との間を固定する。

そして、上記のアンテナをアンテナ支柱６２に取付ける場合には、背面ケース５３に設けられた支柱取付部５８にアンテナ支柱６２の上端部を位置させ、アンテナ支柱６２に設けた取付穴にネジを挿入して支柱取付用基部５９ａ、５９ｂに設けたナットに螺合させ、締め付けることによって樹脂ケース５１をアンテナ本体１０と共にアンテナ支柱６２に取付ける。上記アンテナ支柱６２を使用することにより、アンテナをベランダ等、家屋の外部に取付けることが可能である。

図６は上記実施の形態に係るＵＨＦ帯アンテナの利得特性であり、横軸に周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸に動作利得（ｄＢｄ）をとって示した。上記実施の形態に係るＵＨＦ帯アンテナは、４７０〜７７ＭＨｚの全帯域に亘って６．２〜８ｄＢｄの高利得を得ることができる。

図７は上記実施の形態に係るＵＨＦ帯アンテナのＶＳＷＲ特性であり、横軸に周波数（ＭＨｚ）をとり、縦軸にＶＳＷＲをとって示した。上記実施の形態に係るＵＨＦ帯アンテナは、４７０〜６３０ＭＨｚの低い周波数帯域ではＶＳＷＲを「２」以下、６３０〜７７０ＭＨｚの高い周波数帯域においてもＶＳＷＲを「２．４」以下にでき、良好なＶＳＷＲ特性とすることができる。

上記実施の形態によれば、放射素子１１は両側を後方に約１３５°の角度で折り曲げ、反射素子２１は両側の側部素子２３ａ、２３ｂを後方に折り曲げると共に、この側部素子２３ａ、２３ｂにホール２４ａ〜２４ｄを設けることにより、アンテナ本体１０の横幅Ｗ５を約０．１８８λａにでき、従来のアンテナの横幅である０．５λａに比較して１／２以下に狭くすることができる。この結果、受風面積を大幅に小さくすることができる。

また、樹脂ケース５１に窓５４ａ、５４ｂを設けて前面及び背面間に風を通過させることができるので、受風面積を更に小さくすることができる。

なお、上記実施の形態では、反射素子２１の側部素子２３ａ、２３ｂに角形に形成したホール２４ａ〜２４ｄを設けた場合について示したが、ホール２４ａ〜２４ｄの形状は角形に限らず、その他の形状に形成しても良い。

また、上記ＵＨＦ帯アンテナの各部の寸法は、上記実施の形態に示した値に限定されるものではなく、要望されるアンテナの特性等に応じて任意の値に設定し得るものである。

更に、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

１０…アンテナ本体、１１…放射素子、１２ａ…第１のアンテナ素子、１２ｂ…第２のアンテナ素子、１３…結合線路、１４ａ、１４ｂ…空隙部、１５ａ、１５ｂ…線路、１６ａ、１６ｂ…給電部、１７ａ、１７ｂ…給電点、１８ａ、１８ｂ…ネジ穴、１９ａ、１９ｂ…ネジ、２０…位置決め用突起、２１…反射素子、２２ａ…第１の反射素子部、２２ｂ…第２の反射素子部、２３ａ、２３ｂ…側部素子、２４ａ〜２４ｄ…ホール、２５…インピーダンス調整部、２６…接栓取付板、２７…切り起こし片、２８…接栓を配置するための穴、３１ａ〜３１ｆ…サポート材、３２…給電用同軸ケーブル、３３…同軸ケーブルの中心導体、３４…同軸ケーブルの外導体、４１…給電用接栓、５１…樹脂ケース、５２…前面ケース、５３…背面ケース、５４ａ、５４ｂ…窓、５５ａ、５５ｂ…取付基部、５６…前面ケース取付用基部、５７…接栓挿通孔、５８…支柱取付部、５９ａ、５９ｂ…支柱取付用基部、６２…アンテナ支柱、６３…位置決め用基部。

Claims

放射素子の背面に所定の間隔を保って反射素子を対向配置してなるアンテナ本体と、前記アンテナ本体を収納するケースとからなるＵＨＦ帯アンテナにおいて、
前記放射素子は、板状の導電部材により同一平面内で上下方向に所定の間隔を保って配置される第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子との間を結合する結合線路と、前記結合線路の中央部に設けられて前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子に給電する給電部と、前記第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子の少なくとも一方のアンテナ素子と前記給電部との間において前記結合線路に形成される第１の空隙部とを備え、
前記反射素子は、上下方向に所定の間隔を保って設けられる反射素子部と、左右の両側部に所定の幅で設けられ後方に略９０°折り曲げられた側部素子と、前記各側部素子の上部及び下部にそれぞれ形成された縦長のホールと、前記放射素子に設けられた第１の空隙部に対応する位置に形成される第２の空隙部とを備え、
前記アンテナ本体を収納するケースは、前記放射素子に形成された第１の空隙部及び前記反射素子に形成された第２の空隙部に対応する位置に窓を備えたことを特徴とする縦長形状のＵＨＦ帯アンテナ。