JP6239372B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置に関するものである。

特許文献１には、放送に使用する双ループアンテナが開示されている。特許文献１に開示された技術では、図１３に示すように、反射板１と、反射板１に対して垂直になるように一端が固定された直線状の分岐導体２と、給電外部導体３ａと反射板１とが接触するように反射板１を貫通するとともに分岐導体２と平行に固定された同軸給電線路３と、同軸給電線路３の給電外部導体３ａおよび分岐導体２の他端にそれぞれ接続され、反射板１と平行に配置された平行二線４（４ａ，４ｂ）と、同軸給電線路３の給電内部導体３ｂと分岐導体２の他端とを接続するジャンパー５と、平行二線４の両端にそれぞれ接続されたループアンテナ素子６ａ，６ｂと、ループアンテナ素子６ａ，６ｂからその先端部が遠ざかる方向であって、反射板１の長手方向端部から反射板１と鈍角をなす方向を有して配置される副反射板７とから構成される。

このような双ループアンテナを用いて、無指向特性を得ようとする場合、従来は、特許文献２に開示されるように、鉄塔上部の取り付け柱（ポール部分）を囲むように、ポールの外周の４面に配置していた。図１４は特許文献２に開示される放送塔に設置されるアンテナ装置の構成を示す図である。ここで、図１４（ａ）は、アンテナ装置の正面図であり、図１４（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。図１４において、４つのアンテナユニット７３−１〜７３−４は、ポール部７２の周縁であって同一周上に設けられ、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、９０°ずつずらした位置に均等に配置される。

特開２００４−０１５３８６号 特願２００２−２２３１１８号

ところで、従来技術では、無指向特性を得るためには、取り付け対象物（特許文献２ではポール部７２）の外周の４面に対して配置する必要があったことから、放射素子が４つ必要になり、構成が複雑化するとともに、重量が大きくなるという問題点がある。また、受風面積が大きくなることから、鉄塔に取り付ける場合には、風を受けたときの鉄塔への負担が大きくなるという問題点もある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、無指向性を確保するアンテナ装置であって、構成を簡略化するとともに、軽量化を図ることが可能なアンテナ装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、反射板と、前記反射板を介して面対称になるように対向配置され、それぞれが放射素子を有する一対のアンテナと、前記反射板の両側辺にそれぞれ設けられた副反射板と、を有し、前記副反射板は、一方の端部が前記反射板の前記両側辺にそれぞれ接続され、前記放射素子に向けて伸延する形状であるとともに、前記副反射板と前記反射板とのなす角度が鋭角であり、前記アンテナが前記副反射板の他方の端部の少なくとも一部を覆設するか、前記反射板から前記アンテナまでの距離と前記反射板から前記他方の端部までの距離とが略一致する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、反射板を介して対向配置された一対のアンテナと反射板の両側辺にそれぞれ設けられた副反射板により、一対のアンテナによる双指向性を、副反射板により無指向性に調整することができる。また、ポールの外周の４面にアンテナユニットを有していた従来技術と比較し、対向配置された一対のアンテナで構成することができるため、アンテナ数を削減して構成を簡略化するとともに、軽量化を図ることが可能となる。また、従来技術のような、４つのアンテナを取り付けるためのポールを必要とせず、ポール配置スペースを確保する必要がないことから、受風面積を小さくできるので、鉄塔にかかる負担を軽減することができる。

また、本発明は、前記副反射板は、断面が略「Ｖ」の字形状を有し、当該「Ｖ」の字形状の端部が前記放射素子の端部近傍にそれぞれ隙間を有して位置することを特徴とする。

また、本発明は、前記アンテナは、前記反射板の両側辺に沿って２つのループが配置された双ループアンテナであることを特徴とする。

また、本発明は、前記放射素子が送信する電波の波長をλとする場合に、前記副反射板の前記他方の端部から、前記副反射板と前記反射板が接触する部分までの長さが０．１１λ〜０．１９λであることを特徴とする。
このような構成によれば、良好な無指向特性を得ることができる。

また、本発明は、前記反射板は、２枚の板状部材と、これら２枚の板状部材の間にそれぞれの両側辺に沿うように配置された２本の角形部材とによって構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、構造的な強度を高めるとともに、角形部材によって囲まれた空間に電線を配置することができる。

本発明によれば、ことが可能になる。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の水平指向特性を示す図である。 本発明の第１実施形態のＶＳＷＲ特性を示す図である。 副反射板を除外した場合の本発明の第１実施形態の水平指向特性を示す図である。 副反射板の長さを６０ｍｍとした場合の本発明の第１実施形態の水平指向特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す断面図である。 従来のアンテナ装置の例を示す図である。 従来のアンテナ装置の例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の第１実施形態の構成の説明
図１〜図４は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。より詳細には、図１は第１実施形態に係るアンテナ装置１の斜視図であり、図２はアンテナ装置１を図１に示す矢印Ａの方向から眺めた正面図であり、図３はアンテナ装置１を図１に示す矢印Ｂの方向から眺めた側面図であり、図４はアンテナ装置１を図３に示す矢印Ｃで切断した場合の断面図である。図１に示すように、アンテナ装置１は、円形形状を有する台座板１０、下板１１、上板１２、副反射板５５，５６、放射素子５１ａ〜５４ａおよび放射素子５１ｂ〜５４ｂ、ならびに、避雷針８０を有している。本発明に係るアンテナ装置１は、例えば、鉄塔の先端に設置される。なお、図１〜図４では、省略しているが、放射素子等の金属製の部材を雨による腐食から守るために、放射素子５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂ、副反射板５５，５６、および、給電ライン６４ａ，６５ａ，６４ｂ，６５ｂ等を樹脂製のレドーム内に収容することが望ましい。

台座板１０と上板１２の間には、図４に示すように、２本の角パイプ１３，１４が架設されている。角パイプ１３，１４は、例えば、６０×３０ｍｍの角形形状を有するアルミ製のパイプによって構成される。角パイプ１３，１４は、矩形形状を有する２枚の反射板１５，１６の両側辺である長辺（図１の上下方向に伸びる辺）に沿ってそれぞれ配置され、角パイプ１３，１４と反射板１５，１６はボルトおよびナット等によって相互に固定される。角パイプ１３，１４と反射板１５，１６が構造的に一体化されることによって風力等に対する強度が増強される。

反射板１５，１６の幅方向の両端（すなわち、反射板１５，１６の長辺）には、図４に示すように、断面が略Ｖ字形状を有する副反射板５５，５６が設けられている。より詳細には、反射板１５，１６の左側端部（角パイプ１３側の端部）には、略Ｖ字形状を有する副反射板５５がその底部を角パイプ１３の左側側面に接するように配置され、ボルトおよびナット等によって角パイプ１３に固定されている。反射板１５，１６の右側端部（角パイプ１４側の端部）には、略Ｖ字形状を有する副反射板５６がその底部を角パイプ１４の右側側面に接するように配置され、ボルトおよびナット等によって角パイプ１４に固定されている。副反射板５５および副反射板５６は同じサイズおよび形状を有している。この結果、副反射板５５，５６は、反射板１５，１６の端部からそれぞれの先端が内側に向けて屈曲した状態で取り付けられる。なお、反射板１５，１６および副反射板５５，５６は導電性を有する部材で構成され、これらは導電性を有する角パイプ１３，１４を介して相互に電気的に接続されることから、反射板１５，１６および副反射板５５，５６は同電位となる。

反射板１５，１６の表（おもて）面（角パイプ１３，１４が配置されている面の反対面）には、支柱３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂによって、放射素子５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂがそれぞれの面に一列に並べて配置されている。放射素子５１ａ〜５４ａはアンテナ５０ａを構成し、放射素子５１ｂ〜５４ｂはアンテナ５０ｂを構成し、これら２つのアンテナ５０ａ，５０ｂによって一対のアンテナが構成される。放射素子５１ａと放射素子５１ｂとは、反射板１５，１６を介して面対称になるように対向配置される。放射素子５２ａと放射素子５２ｂ、放射素子５３ａと放射素子５３ｂ、放射素子５４ａと放射素子５４ｂも同様に、反射板１５，１６を介してそれぞれ面対称になるように対向配置されている。

図２に示すように、放射素子５１ａと放射素子５２ａは、相互に接続されている。放射素子５３ａと放射素子５４ａも同様に、相互に接続されている。なお、図示は省略しているが、放射素子５１ｂと放射素子５２ｂも相互に接続され、放射素子５３ｂと放射素子５４ｂも相互に接続されている。放射素子５１ａ〜５４ａによって１つのアンテナが構成され、また、放射素子５１ｂ〜５４ｂによって１つのアンテナが構成され、これら一対のアンテナによってアンテナ装置が構成される。

図４に示すように、放射素子５４ａ，５４ｂは、副反射板５５，５６の先端部よりも外側に配置されている。すなわち、図４の例では、放射素子５４ｂは、副反射板５５，５６の先端部よりも距離ｄだけ外側に配置されている。放射素子５４ａと副反射板５５，５６も同様の位置関係となるように配置されている。なお、放射素子５１ａ〜５３ａ，５１ｂ〜５３ｂと副反射板５５，５６の位置関係も放射素子５４ａ，５４ｂと副反射板５５，５６の位置関係と同様の関係とされている。

図２に示すように、台座板１０と下板１１の間には、２分配器６０が配置され、この２分配器６０に入力された高周波信号は、分配路６１によって２分配され、給電ケーブル６２，６３に供給される。給電ケーブル６２に供給された高周波信号は、給電部３５ａを介して給電点３７ａに給電される。給電点３７ａに供給された高周波信号は、給電ライン６４ａ，６５ａに供給される。給電ライン６４ａ，６５ａの一方の端部は、放射素子５１ａ，５２ａに接続され、他方の端部は放射素子５３ａ，５４ａに接続されているので、高周波信号は、給電ライン６４ａ，６５ａを介して放射素子５１ａ，５２ａおよび放射素子５３ａ，５４ａに供給される。放射素子５１ａ，５２ａは双ループアンテナを構成し、給電ライン６４ａ，６５ａから供給された高周波信号を電波として放射する。放射素子５３ａ，５４ａも同様に双ループアンテナを構成し、給電ライン６４ａ，６５ａから供給された高周波信号を電波として放射する。

図示は省略しているが、給電ケーブル６３に分配された高周波信号は、給電部３５ｂを介して給電点３７ｂに給電される。給電点３７ｂに供給された高周波信号は、給電ライン６４ｂ，６５ｂに供給される。給電ライン６４ｂ，６５ｂの一方の端部は、放射素子５１ｂ，５２ｂに接続され、他方の端部は放射素子５３ｂ，５４ｂに接続されているので、高周波信号は、給電ライン６４ｂ，６５ｂを介して放射素子５１ｂ，５２ｂおよび放射素子５３ｂ，５４ｂに供給される。放射素子５１ｂ，５２ｂは双ループアンテナを構成し、給電ライン６４ｂ，６５ｂから供給された高周波信号を電波として放射する。放射素子５３ｂ，５４ｂも同様に双ループアンテナを構成し、給電ライン６４ｂ，６５ｂから供給された高周波信号を電波として放射する。

上板１２の天面には、アンテナ装置１の設置時に、クレーン等によってアンテナ装置１を吊り上げるためのフック１２ａ，１２ｂが設けられている。また、落雷時にアンテナ装置１が損傷することを防ぐための避雷針８０が設けられている。

（Ｂ）本発明の第１実施形態の動作の説明
つぎに、第１実施形態の動作について説明する。図５は、第１実施形態の水平指向特性を示す図である。この図５では、放射素子５１ａ〜５４ａの法線方向を０度とし、放射素子５１ｂ〜５４ｂの法線方向を１８０度とした場合における、６０８ＭＨｚと、４７０ＭＨｚの水平指向特性の測定結果を示している。なお、図５の結果は、図４に示す副反射板５５，５６の先端部から、副反射板５５，５６と反射板１５，１６が接触する部分までの長さＬを９０ｍｍとし、また、副反射板５５，５６と反射板１５，１６のなす角度θを３５度としている。このような設定によれば、図５に示すように、６０８ＭＨｚおよび４７０ＭＨｚの双方において、落ち込みが３ｄＢ以下である水平指向特性を得ることができる。

図６は、第１実施形態の電圧定在波比（ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio））特性を示す図である。なお、図６において横軸は周波数を示し、縦軸はＶＳＷＲを示している。この図６に示すように、第１実施形態では、４７３ＭＨｚおよび６０５ＭＨｚにおいて、ＶＳＷＲの値は、１．１００程度となっており、入力した高周波信号の反射が少ない特性を有している。

図７は、副反射板５５，５６を設けない場合の水平指向特性を示している。この図に示すように、副反射板５５，５６を設けない場合には、放射素子５１ａ〜５４ａの法線方向である０度の方向と、放射素子５１ｂ〜５４ｂの法線方向である１８０度の方向に強い指向性を備える双指向性を有している。この結果から、副反射板５５，５６を設けることにより、双指向性を無指向性に調整することができる。

図８は、副反射板５５，５６の先端部から、副反射板５５，５６と反射板１５，１６が接触する部分までの長さＬを図１に示す９０ｍｍから６０ｍｍに変更した場合の水平指向特性を示している。この図８の例では、９０度と２７０度の方向が３ｄＢ以上低下した特性となっている。このことから、前述した長さＬを適切に設定する必要があることが理解できる。一般的に、前述した長さＬは、送信しようとする電波の波長をλとした場合に、０．１１λ〜０．１９λ程度とすることが望ましい。なお、副反射板５５，５６と反射板１５，１６のなす角度θも適切な角度が存在し、実験結果によると、例えば、３０〜４０度程度の鋭角とすることが望ましい。

以上に説明したように、第１実施形態によれば、一対のアンテナ（アンテナ５０ａおよびアンテナ５０ｂ）によって無指向性を有するアンテナ装置を得ることができる。このため、従来のように、４面にアンテナを配置する必要がなくなることから、構造を単純化するとともに、重量を軽量化することができる。また、受風面積を小さくすることができるので、鉄塔に取り付ける場合において、風を受けたときの鉄塔への負担を軽減することができる。

また、第１実施形態では、反射板１５，１６の間に角パイプ１３，１４を配置するようにしたので、軽量化を図るとともに、構造的な強度を高めることができる。また、角パイプ１３，１４を反射板１５，１６の幅方向の両端部に配置するようにしたので、角パイプ１３，１４によって強度を高めるとともに、これらの間に分配路６１および給電ケーブル６２，６３等を配置するためのスペースを確保することができる。

（Ｃ）本発明の第２実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置について説明する。図９〜図１２は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置１０１の構成例を示す図である。図９は第２実施形態に係るアンテナ装置１０１の斜視図であり、図１０はアンテナ装置１０１を図９に示す矢印Ａの方向から眺めた正面図であり、図１１はアンテナ装置１０１を図９に示す矢印Ｂの方向から眺めた側面図であり、図１２はアンテナ装置１０１を図１１に示す矢印Ｃで切断した場合の断面図である。なお、これらの図９〜図１２において、図１〜図４に示す第１実施形態と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。第２実施形態では、第１実施形態と比較すると、放射素子１５１ａ〜１５４ａ，１５１ｂ〜１５４ｂの構造と、副反射板１５５，１５６の構造、および、これらの位置関係が異なっている。これら以外は、第１実施形態の場合と同様である。

第１実施形態では、図４に示すように、副反射板５５，５６の端部よりも、放射素子５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂが外側に位置する構成（ｄ＞０の構成）となっているが、第２実施形態では、図１２に示すように、放射素子１５１ａ〜１５４ａ，１５１ｂ〜１５４ｂと副反射板１５５，１５６の先端部とが同じ位置となる構成（ｄ≒０）となっている。また、副反射板１５５，１５６の底部が、反射板１５，１６の端部に応じて屈曲されたコの字形状を有している。また、放射素子１５１ａ〜１５４ａ，１５１ｂ〜１５４ｂの形状が、図２に示す放射素子５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂの形状とは異なっている。これら以外の構成は、第１実施形態の場合と同様である。

第２実施形態においても、副反射板１５５，１５６の先端部から、副反射板１５５，１５６と反射板１５，１６が接触する部分までの長さＬを、送信しようとする電波の波長λの０．１１λ〜０．１９λ程度とすることが望ましい。また、副反射板１５５，１５６と反射板１５，１６のなす角度θを４５〜５５度程度の鋭角とすることが望ましい。このような設定により、図５に示すような無指向特性を得ることができるとともに、図６に示すようなＶＳＷＲ特性を得ることができる。

（Ｍ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、副反射板５５，５６，１５５，１５６の反射板１５，１６に接する部分から先端部までは直線形状としたが、この部分が曲線状に湾曲した形状を有するようにしてもよい。例えば、図４において、副反射板１５５，１５６が内側（反射板１５，１６側）に向かって湾曲する形状としてもよい。

また、以上の各実施形態では、副反射板５５，５６，１５５，１５６は１枚の板を折り曲げて形成するようにしたが、例えば、それぞれ２枚の板から構成されるようにしてもよい。具体的には、副反射板１５５を例に挙げると、反射板１５に取り付けられている部分と、反射板１６に取り付けられている部分とを別の部材によって構成し、それぞれを反射板１５，１６に取り付けるようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、副反射板５５，５６，１５５，１５６は、導電性の板状部材によって構成するようにしたが、例えば、樹脂の表面に導電性の部材を塗布または蒸着した部材を使用し、導電性の部材と反射板１５，１６が電気的に接続するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、ループアンテナを構成する１組の放射素子をそれぞれの面において２組ずつ用いるようにしたが、それぞれの面において１組だけ用いるようにしたり、３組以上用いたりしてもよい。また、図２および図１０に示す放射素子の形状は一例であって、これ以外の形状を有するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、２枚の反射板１５，１６を用いるようにしたが、例えば、１枚の反射板を用いるようにしてもよい。その場合、構造的な強度が低くなることを防ぐために、例えば、反射板を厚くしたり、強度を増加させるためにハニカム構造を有するようにしたりしてもよい。

また、以上の各実施形態では、２枚の反射板１５，１６の長辺に沿って２本の角パイプ１３，１４を配置するようにしたが、２枚の反射板１５，１６の中央に１本の角パイプを配置したり、３本以上の角パイプを配置するようにしたりしてもよい。

また、以上の各実施形態では、副反射板５５，５６，１５５，１５６が反射板１５，１６の長辺に直接設けられるように構成するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、副反射板が角パイプを介して反射板の両側辺に設けられるもの等、副反射板が反射板の両側辺に間接的に設けられるものであってもよい。

１，１０１ アンテナ装置
１０ 台座板
１１ 下板
１２ 上板
１３，１４ 角パイプ
１５，１６ 反射板
３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ 支柱
３５ａ，３６ａ，３５ｂ，３６ｂ 給電部
３７ａ，３７ｂ 給電点
５０ａ，５０ｂ アンテナ
５１ａ〜５４ａ，５１ｂ〜５４ｂ 放射素子
６０ ２分配器
６１ 分配路
６２，６３ 給電ケーブル
６４ａ，６５ａ，６４ｂ，６５ｂ 給電ライン
８０ 避雷針
１５１ａ〜１５４ａ，１５１ｂ〜１５４ｂ 放射素子
１５５，１５６ 副反射板

Claims (5)

1. 反射板と、
   前記反射板を介して面対称になるように対向配置され、それぞれが放射素子を有する一対のアンテナと、
   前記反射板の両側辺にそれぞれ設けられた副反射板と、を有し、
   前記副反射板は、一方の端部が前記反射板の前記両側辺にそれぞれ接続され、前記放射素子に向けて伸延する形状であるとともに、
   前記副反射板と前記反射板とのなす角度が鋭角であり、
   前記アンテナが前記副反射板の他方の端部の少なくとも一部を覆設するか、前記反射板から前記アンテナまでの距離と前記反射板から前記他方の端部までの距離とが略一致する、
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記副反射板は、断面が略「Ｖ」の字形状を有し、当該「Ｖ」の字形状の端部が前記放射素子の端部近傍にそれぞれ隙間を有して位置することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナは、前記反射板の両側辺に沿って２つのループが配置された双ループアンテナであることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記放射素子が送信する電波の波長をλとする場合に、前記副反射板の前記他方の端部から、前記副反射板と前記反射板が接触する部分までの長さが０．１１λ〜０．１９λであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記反射板は、２枚の板状部材と、これら２枚の板状部材の間にそれぞれの両側辺に沿うように配置された２本の角形部材とによって構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
   

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