JP6239372B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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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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