JPH0974310A

JPH0974310A - 指向性アンテナと中継システム用エリアコントロールアンテナと遠距離通信システムとセキュリティーシステム

Info

Publication number: JPH0974310A
Application number: JP22776895A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yamamoto; 清志山本
Original assignee: F II C KK; SOUDAI KK
Current assignee: F II C KK; SOUDAI KK
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1997-03-18
Also published as: TW318969B

Abstract

(57)【要約】【課題】高利得が得られ且つ指向性の先鋭度及び指向
性密度の可変性を有するアンテナの提供と、良質なＴＶ
受信用、遠距離通信用、中継システム用エリアコントロ
ールアンテナ並びに遠距離通信用システム及びセキュリ
ティーシステムの提供。【解決手段】短辺２Ｂと長辺２Ａの比率が１対２から
１対３で長辺２Ａが２分の１波長に設定された長方形ル
ープ状の給電素子を設け、該給電素子を中央に挟んで、
長辺４４が給電素子の長辺２Ａの約１倍長から２倍長で
短辺４５が給電素子の短辺２Ｂの約１倍長から３倍長の
方形状に設定された一対の反射板８，８をくの字状に配
したコーナーレフレクター９を設け、該給電素子の長辺
２Ａ上の片側より３分の１から４分の１の位置に給電点
４を取り、支柱６に給電素子とコーナーレフレクター９
相互の絶縁を確保した上で一体化した指向性アンテナ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信に利用す
る指向性アンテナとそれを利用したＴＶ受信用アンテ
ナ、遠距離通信用アンテナ、中継システム用エリアコン
トロールアンテナ並びに遠距離通信システム及びセキュ
リティーシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水平面内の指向性を有するアンテ
ナとしては、一般に広く用いられている八木アンテナ
と、コーナーレフレクターアンテナ等が知られている。

【０００３】コーナーレフレクターアンテナは、導体を
１０分の１波長以下に並べたすだれ状の金属網又は金属
板を折り曲げて反射板とし、折り曲げ角の２分の１の中
心線上に、４分の１波長から４分の３波長離して放射器
を配置したものである。そして、一般的に放射器として
は、半波長ダイポールアンテナが用いられ、反射板の折
り曲げ角度は６０度又は９０度に固定してある。

【０００４】ＴＶ受信用アンテナの分野にあっては、屋
外用として八木アンテナが多用されているが、通常は、
八木アンテナの本体素子以外に複数の導波器群を前方
に、後方には反射器（又は反射板）を置くことにより単
一の指向性を保証している。一方、屋内用としては、線
状の垂直アンテナを複数合成して利用しているのが実情
である。

【０００５】遠距離通信用アンテナの分野にあっては、
ＨＦ、ＶＨＦ波帯を利用する場合には、ダイポール、又
は八木アンテナを用い、移動体の進行方向を操作する
か、もしくはローテーターを用いて旋回させるのがふつ
うである。

【０００６】又、中継システム用エリアコントロールア
ンテナの分野にあっては、例えば、複数のＶＨＦまたは
ＵＨＦ波帯を使用する無線携帯電話機の中継システムを
構築する場合、中継局を一定間隔で格子状に配置するの
が通例であり、図１５の様に各中継局が必要最小限の有
効エリアをもってサービスエリアを漏れなくカバーして
いることにより、最も効率的で確実な中継機能が発揮さ
れることになる。

【０００７】屋内外における個人の施設内への無断侵入
を検知し通報する形態の無人セキュリティーシステムの
分野にあっては、電波或いは赤外線を利用したものが存
在する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来より八木アンテナ
は、一般に広く用いられているが、送信アンテナとして
は調整、設計が大変難しいこと、構造が弱くなりやす
く、風圧で破損しやすい問題が指摘されている。又、利
得の点を検討すれば、３素子八木アンテナは相対利得が
プラス６ｄＢであり、素子数を増やせば利得も上昇する
が、同時に指向性密度が極度に鋭敏となり、用途が限定
される。尚、長方形ループアンテナの相対利得は４素子
八木相当のプラス６ｄＢ以上であり、コーナーレフレク
ターアンテナの標準アンテナに対する相対利得はプラス
９ｄＢである。

【０００９】例えば送受信両面の無線業務を営む場合に
は、多素子の八木アンテナ、又はそのスタックを利用し
て特定方向の通信相手方に集中的に電波を放射または受
信することが通例であるが、八木アンテナは導波器を有
し、その為に相当な長さの複雑な無給電素子群を持たね
ばならない。この様な多素子八木アンテナは利得に優れ
ているものの半減角が極めて狭いという特性を有する。
２〜４素子の八木アンテナであれば半減角は適当である
が、その反面、充分な利得が得られないという欠点があ
る。しかも送信可能な周波数の範囲は通例周波数の２倍
を超えることはなく、完全な調整が困難で指向性密度の
変更も不可能である。

【００１０】又、従来のコーナーレフレクターアンテナ
は開閉自在な一対の反射板の間に放射器であるダイポー
ルアンテナを配し、容易に高利得が得られるようにした
ものであるが、サイドローブが出やすく調整が難しいこ
とに加えて水平面パターンと垂直面パターンに差異が生
じるという問題があった。

【００１１】一方、ＴＶ受信用アンテナの分野にあって
は、屋外用として用いる八木アンテナの場合、高利得の
受信性能は中心周波数より上下３倍以内に制限されるの
が普通であるために、ＶＨＦ波帯、ＵＨＦ波帯ではアン
テナを別々に設置しなければならず、しかも複数の導波
器群を持つ為に全長が２波長前後でなければ高利得性能
を得ることができないという制約がある。又、従来の屋
内用ＴＶ受信用アンテナでは、利得不足やゴーストを免
れることはできず、電波が強い地域以外では映像の鮮明
さの点で屋外アンテナに大きく劣るのが実情であった。

【００１２】又、遠距離通信用アンテナは、他の用途に
比べて特に利得の高さが求められ、通信の相手方の位置
が捕捉できた後は、更に指向性密度を高め必要最小限度
の送信出力で通信し得ることが求められる。そして、通
信の相手方を捕捉した後に相手方との相対的位置関係が
変わっても、自動的に相手を追尾することも求められる
場合がある。

【００１３】従来の中継システム用エリアコントロール
アンテナでは、各中継局の有効エリア半径が中継局の間
隔に対して相対的に広すぎると、同一の携帯電話機の信
号電波を最初に捕らえる局数が３個以上になってしまう
場合があり、通話チャンネル数の減少が生じやすいばか
りか、転送が過度に頻繁となり、通話の中断事故を誘発
する結果となる。反対に各中継局のエリアが狭すぎる場
合にはサービス漏れの地域が発生したり、通話の中断や
感度不足といった動作エラーが発生し、いずれにしても
一般加入電話としての商業通信サービスとしての信頼性
を欠くことになってしまうという技術的問題が存在す
る。この問題は、単純な全方向アンテナの投入送信電力
を加減することである程度解決するものの、送信機出力
の加減に伴ってエリアの広さも同時に増大してしまうと
いう問題が生じる。

【００１４】又、携帯無線電話機器の普及と需要の拡大
に伴って、チャンネルの飽和が都市部を中心に発生する
事態に対しては、中継局間の間隔を接近させることで対
応しているが、これにも一定の限界がある。この解決策
として各中継局のアンテナが確実に一定領域にほぼ一定
の信号電界強度を与える中継サービスを可能とし、更に
は一定領域外には不要な電波を出さないという高度な技
術課題が提起されている。即ち、中継局の投射電波を一
定領域内にほぼ一定の強度で閉じ込める、言い換えれ
ば、正確にサービスエリアをコントロールできるアンテ
ナシステムが切に求められているのである。

【００１５】更に、セキュリティーシステムの分野にあ
っては、電波を利用しその周波数の変化を検出する方法
は誤動作が発生しやすく、赤外線を利用したものはコス
トが高くつくという問題が存在する。

【００１６】本発明は、上記先行技術に比べ一層の高利
得を得られ、且つ指向性の先鋭度を用途にしたがって加
減できる可変性を有し、更に指向性密度を自由に変更で
きるアンテナを提供すると共に、その特性を利用した従
来より良質なＴＶ受信用アンテナ、遠距離通信用アンテ
ナ、中継システム用エリアコントロールアンテナ並びに
遠距離通信用システム及びセキュリティーシステムの提
供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、２分の√２〜
１波長を長辺とし、３分の１〜２分の１波長を短辺とす
る一対の反射板で形成したコーナーレフレクターの開放
角を６０度〜１２０度の範囲で可変可能としたこと、開
放角の中心線上に、２分の１波長を長辺とし６分の１波
長を短辺とする長方形ループの長辺に給電点を持つ給電
素子を配置したことを特徴とするものである。

【００１８】また、前記指向性アンテナと共に、導電材
料を素材とし短辺と長辺の比率が１対２から１対３で長
辺の長さが２分の１波長に設定された長方形ループ状の
給電素子を設け、該給電素子を中央に挟んで、長辺の長
さが給電素子の長辺の約１倍長から２倍長で、短辺の長
さが給電素子の短辺の約１倍長から３倍長の方形状に設
定された一対の反射板をくの字状に配したコーナーレフ
レクターを設け、該給電素子の長辺上の片側より３分の
１から４分の１の位置に給電点を取り、支柱に前記給電
素子とコーナーレフレクターを相互の絶縁を確保した上
で一体的に支持した指向性アンテナでも良く。用途に応
じて反射板の形態やサイズ或いは給電素子のサイズや向
きを変えたり、アンテナを旋回させる回転駆動手段や、
反射板の開き加減を調整する開閉手段を設けても良い。
時にはアンテナを複数並設して全方向アンテナとして用
いる場合もある。

【００１９】長方形ループアンテナの放射電波はループ
と垂直な方向の両側に放射され、標準アンテナに近い８
の字型の方向特性を有するが、後方のコーナーレフレク
ターを介して前方に集中的に放射でき、コーナーレフレ
クターの開き角を可変することにより指向性を鋭くで
き、開き角の中心線上に配置した給電素子は高い利得が
得られる。

【００２０】したがって、相手方の位置が不明確な場合
は、コーナーレフレクターの開き角を加減することによ
って指向性を２分の１ダイポール程度にゆるめ、入感後
に方位を確かめつつ指向性を絞り、同時に送信出力を絞
って効果的に通信でき、又、相手方の電波の到来方向を
探査しつつ、相手方との通話を中断せずに位置を正確に
計測できる作用を奏するのである。

【００２１】短辺と長辺の比率が１対２から１対３で長
辺の長さが２分の１波長に設定された長方形ループ状の
面界輻射型アンテナ（図３）は、電波を反射する際の作
用にスロットアンテナと共通点が多く、給電点の位置を
ずらすことで容易にインピーダンスを調整することので
きる分布定数型アンテナであると同時に、使用波長と比
較して給電素子が小さくなった場合には９０度の方向転
換があるものの、広帯域受信性能を持ち、受信時のＳ／
Ｎ比率も良く、反射板を付設しない状態であっても４素
子八木アンテナ並のプラス６ｄＢの性能がある。また、
指向特性は、図１６に示すごとくダイポール同様、ルー
プ面に対して垂直方向への８の字型指向性を有し、ある
程度の偏波ダイバーシティー性能をも有する。

【００２２】このアンテナを、図６のごとく一定の調整
変更可能な開き角度で構成したコーナーレフレクターの
中央部の付け根付近に、反射板と給電素子間の絶縁を施
して配置することにより面界輻射型の可変指向性密度ア
ンテナが構成される。給電素子自体の指向特性は、先に
も記した通り標準ダイポールアンテナと類似した８の字
型である。該給電素子自体のダイポール相対利得が約６
ｄＢであるのに対し、１２０度角のコーナーレフレクタ
ー９を入れた場合は、図１７に示す分布で約１０ｄＢ。
９０度角のコーナーレフレクター９を入れた場合は図１
８に示す分布で１５ｄＢ。６０度角のものを用いる場合
には図１９に示す分布で２０ｄＢとなる。この様に、コ
ーナーレフレクターを形成する反射板は電波の集中度を
高めて指向性を強化すると共に、指定方向以外の電波を
カットして受信時のパターン変動の補正を行うことがで
きる。

【００２３】又、電波の放射中心点が、反射板の付け根
から約４分の１波長の位置にある場合、ダイポールをコ
ーナーレフレクター間に置く従来のコーナレフレクター
アンテナとは異なって前方サイドローブも発生せず、ア
ンテナの実効開口面積が大きいため利得が前記のごとく
１５ｄＢにも達する他、自在に水平面指向性密度を調節
できることで、反射板との連係効果によって立体的にも
整った指向性を持つアンテナとしての特徴が加わること
となる。尚、給電点の位置を反射板の付け根に近い側に
置くことを原則とするが、用途に応じて給電点の位置を
反射板の付け根とは反対側に置くことも可能である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による指向性アンテ
ナの実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は
本発明による第１の実施形態を示す側面図である。アン
テナの給電素子（以下アンテナ本体１と称する）は、２
分の１波長を長辺２Ａとし、６分の１波長を短辺２Ｂと
する長方形ループ３を本体素子（放射器）とし（図３参
照）、長辺の設定した支柱６に対し、先方に位置する給
電点４を可動接点とし、フィーダー線は反射板外の位置
より絶縁体のフィーダーのサポーター１５で保持され送
受信機へ導かれる。本アンテナは長方形ループ３より電
波が放出し、ショートセクション５でインピーダンス調
整機能を持ち、調整が容易かつ高利得で忠実な再生能力
とダイバーシティー性能を有し、又、本アンテナの偏波
特性は水平偏波を主体とする円偏波である。

【００２５】アンテナ本体１の設定した支柱６は、ロー
テーター７により旋回可能としてあり、支柱６には一対
の反射板８，８で形成したコーナーレフレクター９が設
定してある。コーナーレフレクター９を形成する反射板
８，８は、中間に前記アンテナ本体１を位置せしめて、
ヒンジ１３，１３により二枚の反射板８，８が形成する
角度を可変可能に支柱６に設けてある（図２参照）。

【００２６】反射板８，８で形成する角度の中心線上に
アンテナ本体１が常に位置すべく、反射板８，８の支柱
６から等距離に自在継手１４を介して等長リンク杆１
０，１０を連結し、この等長リンク杆１０，１０の他端
とアンテナ本体１の直下で支柱６に固定されたシリンダ
ー１１の垂直方向へ伸縮するシリンダーロッド１２を連
結している。したがって、シリンダーロッド１２の伸縮
によって二枚の反射板８，８で形成したコーナーレフレ
クター９は角度可変となり、アンテナ本体は常にその中
心線上に位置することとなる。

【００２７】又、コーナーレフレクター９の開き可変角
度は６０度乃至１２０度の範囲とすべく、等長リンク杆
１０の長さおよびシリンダーロッド１２の伸縮を調節し
てあり、この範囲内で鋭い指向性及び電界強度を充分に
得られる。更に、反射板８，８は金属板又は金属線を２
０分の１波長以内の間隔で格子状に並べた金属線格子を
用い、大きさは長辺を２分の√２〜１波長とし、短辺を
３分の１〜２分の１波長の長方形であり、アンテナ本体
１の大きさ及びコーナーレフレクターの可変角度範囲内
での鋭い指向性を確保している。

【００２８】本実施形態でのループアンテナの指向性
は、標準アンテナに類似した８の字型であり、緩い指向
性を有し、利得は４素子八木に匹敵し、相対利得は少な
くともプラス６ｄＢを得ることができる。そして、放射
電波は後方のコーナーレフレクターを介して前方に集中
的に放射され、３エレ八木を上回るループアンテナの電
波強度はコーナーレフレクター作用で倍化され、且つ適
度の先鋭度に調整され、プラス１５ｄＢ以上の相対利得
を得られた。又、受信専用とした場合でもループアンテ
ナ本体は最大感度方向に置かれ、反射板の集中効果も得
ることができる。

【００２９】図６は、上記アンテナを屋外用ＴＶ受信ア
ンテナとして構成した第２の実施形態である。この場
合、アンテナ本体１の長辺２Ａの長さを２分の１波長、
短辺２Ｂの長さを６分の１波長から４分の１波長の範囲
で定め、インピーダンスを調整すべく給電点４を長辺２
Ａの片側より４分の１から３分の１の範囲で移動可能に
設定し、反射板８は長辺４４の長さが前記アンテナ本体
１の長辺２Ａの１．４倍から１．５倍、短辺４５の長さ
がアンテナ本体１の短辺２Ｂの２倍に定める。この実施
形態では、ヒンジを用いず支柱６にアンテナ本体１や反
射板８，８等を絶縁支持具１５，１６を介してそれぞれ
揺動自在に支持する形態が採られている。反射板８は、
方形状とし、各金属格子線の間隔が長辺の１５分割以下
（一辺がおおむね４ｃｍ以内）の正方形格子を形成す
る。更に金属格子線を波状にウエーブさせておいても良
い。

【００３０】使用の際は、一対の反射板８，８より成る
コーナーレフレクター９に対してアンテナ本体１を電波
到来方向に向け、反射板８，８の開放角を６０度から１
２０度の範囲で画像が最良となるよう調整すれば良い。
このように開放角を変更し電界の強度と指向性の密度を
自在に加減できるので各放送局との距離や方位に合わせ
た設置が可能となる。

【００３１】アンテナ本体１のみで反射板８，８を設け
ない状態での利得は６ｄＢ程度であるが、反射板８，８
を設けた場合には、最良時で１５ｄＢの利得増加があり
弱電界対応性能が見込まれる。又、サイドローブがほと
んど無くゴーストの発生も押さえられる。そして、反射
板８を格子状とすることにより乱反射効果が付加され、
更にその格子線を波型にウエーブさせれば金属格子線を
太くしたと同様の効果が生じ、受風率を上げることなく
反射効率を上げ、しかも、格子線が特定波長に共振する
ことを防止し、乱反射効果を充分に発揮することができ
る。反射板８は、電波の光学的集中のみならず、指定方
向以外の電波を排除し、ループアンテナ固有の空中線効
果を補正する作用を持つものである。

【００３２】図８は上記アンテナを屋内用ＴＶ受信アン
テナとして構成した第３の実施形態である。このアンテ
ナは、長方形ループ３を絶縁保護板１６の表面に薄膜状
に形成し、長辺２Ａの長さを２分の１波長、短辺２Ｂの
長さを４分の１波長に定め、インピーダンスを調整すべ
く給電点４を長辺２Ａの片側から４分の１の位置に取っ
て給電線１７を導くと共に、一対の反射板８，８を、ア
ンテナ本体１を成す長方形ループ３の長手方向の給電点
４が設けられていない側に、該長方形ループ３を中央に
挟み込む状態で、その短辺に沿った支柱６に６０度の開
放角をもって固着したものである。

【００３３】該反射板８，８は長方形状を成し、その長
辺４４の長さが、前記長方形ループ３の長辺２Ａとほぼ
等しく、短辺４５の長さが長方形ループ３の短辺２Ｂを
やや上回る大きさに設定されている。更に、該長方形ル
ープ３より成るアンテナ本体１を一対の反射板８，８と
共に旋回させるべく、絶縁保護板１６の下の長辺４４中
央に旋回軸１８を該絶縁保護板１６の短辺４５と平行に
固着し、充分な安定性を持ったアンテナ基台１９へ回転
自在に立設する。基台１９には、必要に応じて高周波増
幅回路等を内蔵する。

【００３４】このアンテナにおいて、反射板８は電波を
集中させる作用を奏し、指定方向以外の電波を排除し、
アンテナ本体１の固有中心周波数付近のループアンテナ
固有の欠点である空中線効果を補正し、絶えず前方の電
波を集中させることとなる。より反射板８の効率を上
げ、サイドローブを防止する為には、反射板８を単純な
平板構造とせず、前記の如くウエーブの入った格子状の
ものとして、反射板８に固有周波数を持たせることなく
結果的に格子線を太くしたことと同様の効果が生じるよ
うに構成することが有益である。しかしながら、この方
法を室内アンテナに適用するには問題があるので、同じ
様に効率を高めるべく導電材料より成る板体２０に、孔
２２をＸ字状に配列して１単位とするスリット２１を複
数設け（図９参照）、図１０のようにスリット２１の幅
に乱数的な相違をもたせると美観も付加されて効果も高
い。

【００３５】この実施形態は、高利得、高感度（１５ｄ
Ｂから２０ｄＢ）で、中心周波数前後で使用するときは
２０ｄＢを上回る。その上、指向性が立体的に完成され
ており、サイドローブがなく旋回方向の調整のみで必ず
電波到来中心方向の電波を集中的に入感し、指定方向以
外の不必要な電波が入らず、ゴーストが発生しない。
又、磁界波動エネルギーを有効に利用できるので、広帯
域使用ができ、この為にＶＨＦ，ＵＨＦ波帯の兼用が可
能である。また、このような高性能を有するにもかかわ
らずサイズが小さくて済み、設置時の調整が容易で水平
方向以外の調整が不要である。

【００３６】図１３は本発明による指向性アンテナの第
４の実施形態を示したものである。このアンテナは、ア
ンテナ本体１を、長辺２Ａの長さが２分の１波長で、ア
ンテナ本体１の短辺２Ｂの長さが６分の１波長の長方形
の枠型とし、長辺２Ａの端から４分の１の位置に一対の
給電点４，４を並べて取り、該アンテナ本体１を、開閉
自在に支持された一対の反射板８，８の中央に配し、該
アンテナ本体１の放射中心が反射板８，８の支持点２３
から４分の１波長隔てた位置にくるように固定したもの
である。尚、この時アンテナ本体１の放射中心は、給電
点４を設けた側と反対側の短辺２Ｂ近傍の内縁に集中す
る。

【００３７】本アンテナにおいてアンテナ本体１自体の
利得は約６ｄＢであるが、前述の如く、１２０度に開い
た反射板８，８を利用することで約１０ｄＢとなり、そ
の角度が９０度に狭まると１５ｄＢ、更に６０度に狭ま
ると２０ｄＢ以上に達する。しかも、反射板８，８の開
放角が６０度の時の通信相手を捕捉し得る有効角度範囲
は３０度であり、多素子八木スタックを上回る高利得性
を有するにもかかわらず、通信相手の捕捉角度範囲がパ
ラボラアンテナほど極端に狭くならないという特徴もあ
る

【００３８】図５は、本発明による指向性アンテナを複
数組合わせて全方向アンテナとして利用する場合を示す
第５の実施形態を示したもので、同一平面上に４個の互
いに直交する素子に９０度角の各々二枚の反射板８，８
の中間角度に４個のアンテナ本体１を配したものであ
る。ローテーターを用いない固定施設とした場合は、中
継局又は放送局としての利用も可能であり、全方向へ略
均等の高利得の電波送出が可能であり、又、多段化する
ことによりスーパーゲイン化も可能となる（図４参
照）。

【００３９】図１４は、前記第５の実施形態の類例であ
り、携帯用電話中継局のアンテナシステム用に設計した
中継システム用エリアコントロールアンテナ（第６の実
施形態）を示すものである。この実施形態においては、
前述の共振、非共振兼用特性を有する面界輻射型可変指
向性密度アンテナ（請求項３又は４記載の指向性アンテ
ナ）３０を、通常の使用状況とは異なる倒伏状態で４個
配し、これらを腕木２８を介して９０度間隔で配置し、
給電線１７を介して電気的整合措置をとった上で４分の
１周期間隔の位相差給電を行い、同時励振させて水平面
上の全方向アンテナとして利用するものである。

【００４０】本アンテナを正確なサービスエリアのコン
トロール機能を持たせて使用する場合は、一定領域（カ
バーエリア３１）内で電波を封じ、境界線上で明確に電
波を消失（空間への拡散）させる目的で、４個のアンテ
ナ３０に等しく水平面３４に対して下向きの下垂角βを
設定する必要がある。尚、この下垂角βは通常１０度か
ら３０度が実用範囲であるとされている。

【００４１】図２０に示す如く、電波放射の中心軸Ｏが
アンテナの設置された高所より下方に曲げられた場合、
等電界強度エリア（空間上で受ける電波の強度が等しい
点が連続するエリア）３３に対する地表近傍領域３２が
全カバーエリア３１の半分以上を占める事となり、動作
に必要な最低電界強度が得られる領域が大半となる。こ
の領域はアンテナの設置高度の３０倍から５０倍に相当
する半径範囲に及び、その地域内では電界強度の偏差が
ほとんど無く均一な電波の照射が可能となる。このアン
テナシステムを用いれば、主として送信電界出力とこの
下垂角度との相互的調節に従って非常に正確なカバーエ
リアのコントロールが可能と成る。

【００４２】但し、このアンテナシステム構築の際は、
面界輻射型可変指向性密度アンテナ３０単体としてのの
指向性パターンを念頭に置かなければならない。本発明
による指向性アンテナにおいては、開放角度が６０度か
ら１２０度の間で有効に作用するが、そのうち９０度か
ら１２０度の範囲でコーナーレフレクター９の開放角を
調節すれば、図２１の様に緩やかにのびるカーテン状の
広い等電界強度領域３５を持つこととなる（水平面と交
差する方向の等電界曲線はやや先鋭となる）。即ち、こ
の実施形態では、アンテナ群を水平面上に配列してある
ことに加え、とくにＵＨＦ波帯では電波が光に類似した
直進性を持つため、アンテナの設置高、下垂角度β、開
放角度、投入電力との相互関係の調節を適切に実施する
ことにより、カバーエリア３１の大半の領域で、端末機
器に対するほぼ一定の電波感度を保持でき、一方では、
カバーエリア３１以外では全く電波を入感させないとい
う理想的な支配領域設定が可能となる。

【００４３】この中継システム用エリアコントロールア
ンテナによれば、サービスエリアのコントロールが正確
且つ自在なアンテナシステムの構築が可能となる。この
技術的特徴は双方向的通信を要求される携帯、移動加入
電話の中継に限局されず、放送、狭い地域への情報伝達
において、或いは無線通信において正確な領域設定が必
要とされるあらゆる場合に適用可能である。しかも、中
継、放送、送信施設のアンテナとしては動作利得に余裕
があり、受信相手側に対して、信号音声を確実に伝達で
き、送信に関わる電力効率を向上できる。又、構造が比
較的単純で安価に製造できるし、受風率が４％以内とな
るように構成することもできるという利点もある。更
に、４個のアンテナが一体となる構成であるために、仮
に１個に破損が生じてもフェールセーフ性が生じる利点
があり、アンテナ自身のＳ／Ｎ比率が良く、良質な受信
音質を保証することもできる。

【００４４】図１１は本発明による指向性アンテナを利
用した遠距離通信システムの一例を示したものである。
このシステムに使用したアンテナは、アンテナ本体１の
長辺２Ａの長さを２分の１波長、短辺２Ｂの長さを６分
の１波長とし、長辺２Ａ上の片側から４分の１の位置に
給電点４を設け、開閉自在に支持された一対の反射板
８，８を、アンテナ本体１の放射中心が、該反射板８，
８の支持点２３から４分の１波長離れた位置になるよう
に取り付けたものである。前記アンテナ本体１と反射板
８，８は一本の支柱６に固定される一方、反射板８，８
は、アンテナ本体１を中央に配し、リンク機構２４によ
り６０度から１２０度の範囲で開閉自在となっている。
支柱６は建造物等の頂に旋回軸２５を介して回転可能に
支持され、該旋回軸２５をローテーター機構（図示省
略）に連結されることにより、アンテナ本体１と反射板
８，８を一体化して東西南北３６０度に亘る任意の方向
へ向ける事が可能となっている。

【００４５】本システムはこれらの構成により、指向性
を調整しつつ電波到来方向へアンテナ全体を旋回させ、
通信相手に対してアンテナを正確に向ける作業を行いつ
つ指向性を先鋭化することができ、鋭い指向性と高利得
を要求される遠距離通信に適したシステムとなるもので
ある。尚、この反射板８のサイズは、長辺４４の長さが
アンテナ本体１の長辺２Ａの１．４倍から２倍の長さ
で、短辺４５の長さはアンテナ本体１の短辺２Ｂの２倍
から３倍に設定する。反射板８の構造としては、２０分
の１波長以下の間隔をもって配設された金属格子線によ
る網状にすることが望ましい。

【００４６】本アンテナの向き及び反射板８，８の開放
角度は、ローテーターやリンク機構２４を遠隔制御する
ことにより調整される。その為の管理装置はコンピュー
タシステムなど様々な形で構築できるが、例えば図１２
に示すような３６０度に亘る方位置角と反射板８，８の
開放角をくの字状に表し、同時に指向性密度を表示した
遠隔操作表示板２６を設け、それに基いて通信の相手方
との相対方位に応じアンテナの向きや反射板８，８の開
放角度を調節すれば良い。また、通信の相手方を補足し
た後、自動的に相手を追尾する自動追尾装置を設けても
良く、海上における用途の場合は、船体の進路変化を補
正する自動方位維持装置を設けるなど、様々な処理を自
動的に行える自動制御装置を構築しても良い。更に、前
記アンテナの上部に長方形の枠型ループアンテナを４個
水平に９０度間隔で配置して成る全方向アンテナを予備
アンテナ２７として付設しても良い。

【００４７】上記構造の遠距離通信システムをアマチュ
ア無線や海上航行業務に用いれば、ＨＦ、ＶＨＦ帯で用
いた場合にあっては、高利得性と方位指向性に優れ、遠
距離対象に向けて正確に電波を投射できるし、通信の相
手方の位置関係に最適な通信モードで最小限の出力によ
る通信を維持できる。また、国際ＶＨＦ波帯で用いれ
ば、早期に入出国管理通知が可能となり、予備アンテナ
の付設により悪天候時や氷結時においても予備的な通信
が可能となる。

【００４８】図２２は、本発明による指向性アンテナを
用いたセキュリティーシステムの一例を示すものであ
る。本システムは基本的に、図１３の如く、長辺２Ａと
短辺２Ｂとの比率が１対３の長方形ループ３の各長辺２
Ａにおける片側から４分の１の点より一対の給電点４，
４を取り、そこから給電線１７を取る形式の面界輻射型
のアンテナ本体１を用いたもので、該アンテナ本体１を
中央に、２枚の格子状反射板８，８を６０度の開放角を
もって対称的に配し、アンテナ本体１と反射板８とを一
体化せしめた指向性アンテナを各々具備する送信ユニッ
ト３７と受信ユニット３８とで構成される。送信ユニッ
ト３７のアンテナ本体１については、サイズ縮小を図る
べく図２３の様に両長辺にセンターローディングコイル
３９を設ける場合もある。

【００４９】このセキュリティーシステムの原理は、送
信ユニット３７からビーム状の微弱電波を受信ユニット
３８に向けて出力し、送信ユニット３７と受信ユニット
３８間に電波伝送経路４０を形成することによる。受信
ユニット３８は、送信ユニットより送られる無変調搬送
波の定常利得電位を計測しながら、例えば人が電波伝送
経路４０を横切った場合、人体通過に伴って電波伝送経
路４０が閉塞された際の電位の大幅な低下を電気的に検
出し、例えば、電波伝搬経路４０が平常である状態と比
較して相対的に１０ｄＢから１５ｄＢ以上の大幅な低下
が発生した場合に警報信号４１を送出して報知手段等を
作動させる管理装置４２を起動するといったものであ
る。受信ユニット３８には、警報信号４１を例えばＶ，
ＵＨＦ波帯のＦＭ信号として発振する発振手段を設け、
そして、管理装置４２等に、Ｖ，ＵＨＦ波帯のＦＭ受信
手段を設けておくことにより、複数の検出経路の無線的
且つ一元的な管理を行うことができる。

【００５０】実施にあたっては送受信ユニット３７，３
８に適当な覆いを被せることが必要となる場合もある。
又、電波伝送経路４０中に電波ミラーを設置し、電波伝
送経路４０を屈折させることにより、ビーム状の電波に
よる警戒包囲網を敷設することも可能である。更に、前
記警報信号４１を前記管理装置４２の起動信号とすのみ
ならず、管理装置４２を介して或いは直接的に、防犯カ
メラ４３の起動信号、或いは警備会社等との電話回線を
接続するスイッチとして利用することも可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明はループアンテナ
の長所を最大限実用の通信に活用するものであって、か
つ八木アンテナの高性能をも引き継ぐものであり、請求
項１及び２記載の指向性アンテナは、第一に高利得性に
優れ、受信機としては高感度となり、送信機としては遠
距離性能を与える効果を有する。

【００５２】第二には、ループアンテナの本来持つ高忠
実度再生能力で、ＨＦ帯ではフェージング減少性が在
り、Ｖ、ＵＨＦ帯ではダイバーシティー性に優れ、通信
のＳ／Ｎ比を上げる効果を有し、第三には、垂直偏波を
含む高指向性の電波は遠距離通達能力を高めるため通信
到達能力を高め、ＨＦでは電波の投射角が低くなりＶ、
ＵＨＦでは通信圏を高める効果を有する。

【００５３】第四には、構造が簡易で高度を有すると共
に全長が短くなる効果があり、具体的には占有面積が八
木アンテナの１０分の１になる。加えて、風圧耐久力も
大きく向上する。そして、先鋭部がないこと及び小型化
は取り付けも容易となる効果もある。第五に、指向性を
与えることによって近隣妨害と混信を防止する効果をも
有するのである。

【００５４】すなわち、本願発明はＴＶ・ＦＭ放送の中
継・受信、使用電力に制限がある遠隔無線操作、山岳・
海上でのＶＨＦ通信に於いて、到達距離を増大し、送信
機の出力負担を大幅に減少させ、無線通信に伴う近隣妨
害と混信を防止することとなり、更にＨＦに利用した場
合はＳＳＢ、ＣＷによってグローバルな通信を可能とす
るものである。

【００５５】殊に、請求項４記載の構造とした指向性ア
ンテナを使用すれば、高利得を得ることが可能で、反射
機構を通じて指定方向の電波が集中されると同時に指定
方向以外の電波をカットし、送信時に必要以外の方向へ
電波を投射せず、これらの特性により通信エリアが拡大
する。また、若干有するダイバーシティー性能が相俟っ
て特にＨＦ帯で遠距離通信性能の高さが顕著となるの
で、ＵＨＦからＨＦまで僅かな電気的整合措置を施すこ
とで広く利用できる。しかも、本アンテナは、ほぼ完全
なペンシルビーム性能を持ち、ＦＢ比が大きくサイドロ
ーブが発生しないので、受信時において忠実度の高い再
生が可能となる。従って、従来のコーナーレフレクター
アンテナのような前方サイドローブによる問題が克服さ
れ連続的に指向性密度を変化させることができる。これ
らの結果、通信相手もこの指向性アンテナを使用してい
る場合にあっては、回線確保時に通信の秘密を保護する
ことも可能となる。

【００５６】一方、請求項３記載の指向性アンテナは、
基本的には同様の効果を奏するが、遠距離通信での有効
性については、請求項４記載の指向性アンテナと比べて
やや劣る。しかしながら、比較的近距離をカバーする用
途に使用する場合、例えばＴＶ受信に用いれば、受信状
態と非受信状態との切れが良く、容易にアンテナの設置
状態を調節することができる点で都合が良い。

【００５７】そして、請求項５又は６記載の指向性アン
テナを屋内用ＴＶアンテナとして使用すれば、前記長所
が相俟って室内条件という厳しい電波条件下でも弱、中
電界対応力を発揮して、高忠実度で鮮明な画像再生が可
能となる。以上のごとく本発明による指向性アンテナを
ＴＶ受信用として使用すれば、ＵＨＦ多局化時代に対応
して、低出力のＴＶ放送局の電波エリア内において確実
に受信することができ、また視聴者の量的拡大を図るこ
とができる。

【００５８】請求項７の中継システム用エリアコントロ
ールアンテナを、例えば移動無線加入電話機の中継施設
に利用すれば、カバーエリア内でのチャンネル処理能力
を飛躍的に高め、動作のエラー、サービス漏れを大幅に
減少することが可能である。いわゆるＰＨＳサービスを
両と質の両面から改善することが可能である。また、中
継局間の通信、結合、伝送にあたっては定点的な方法で
一対の面界輻射型アンテナを利用することが可能であ
る。

【００５９】又、例えば、本アンテナを、ＶＨＦ波帯で
使用した場合、主として発展途上国での地域的多目的通
信施設として、一定間隔（１５キロメートルから５０キ
ロメートル）で線状、格子状に配列して、多目的な行政
サービス（警察、公安、救急、治水、防災）に活用で
き、広大な原野（未開地、砂漠等）の管理を容易にし、
緊急事態の対処のみならず、放送、電信、電話事業等様
々な公益事業に貢献することができる。

【００６０】又、請求項３記載の指向性アンテナや請求
項８記載の遠距離通信システムを使用すれば、アマチュ
ア無線、航行業務無線、軍用、公共用途において、通信
に必要な送信電力を最小限に絞りつつ、お互いに混信、
妨害を避けつつ、希少資源である電波を有効に活用させ
遠距離、近距離両面の電波通信を、量と質の両面から発
展させることができる。

【００６１】請求項９記載のセキュリティーシステム
は、全方向アンテナを利用した各受信装置との連係によ
り、無線的な方法による全面的管理が可能で、建造物に
損害を及ぼすことなく低コストで機器システムを構築、
撤去できる利点がある。また、周波数検知方式と比べて
小さな外乱（小動物の通過や樹木の揺れ）による誤動作
が少なく、微小な電波を使用するので人畜無害である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による指向性アンテナの第１の実施形態
を示す側面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】本発明による指向性アンテナのアンテナ本体の
側面図である。

【図４】図３のアンテナ本体を多段化した一例を示す一
部側面図である。

【図５】本発明による指向性アンテナを用いて全方向ア
ンテナとした場合の一例を示す斜視図である。

【図６】本発明による指向性アンテナを屋外用ＴＶアン
テナとして構成した第２の実施形態を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明による第２の実施形態のアンテナ本体を
示す概略図である。

【図８】本発明による指向性アンテナを屋内用ＴＶアン
テナとして構成した第３の実施形態を示す斜視図であ
る。

【図９】本発明による第３の実施形態に用いる反射板の
一例を示す概略図である。

【図１０】本発明による第３の実施形態の反射板に設け
るスリットの一例を示す平面図である。

【図１１】本発明による指向性アンテナを用いた遠距離
通信システムの一例を示す外観図である。

【図１２】本発明による指向性アンテナにおける遠隔操
作表示板の一例を示す概略図である。

【図１３】本発明による指向性アンテナを送受信型可変
指向性密度アンテナとして構成した第４の実施形態を示
す斜視図である。

【図１４】本発明による中継システム用エリアコントロ
ールアンテナの一例を示す斜視図である。

【図１５】携帯用電話中継局のアンテナシステムの一例
を示す概略図である。

【図１６】方形ループ状面界輻射型アンテナの指向特性
を示す説明図である。

【図１７】面界輻射型可変指向性アンテナの指向特性及
び利得を示す説明図である。

【図１８】面界輻射型可変指向性アンテナの指向特性及
び利得を示す説明図である。

【図１９】面界輻射型可変指向性アンテナの指向特性及
び利得を示す説明図である。

【図２０】中継システム用エリアコントロールアンテナ
の下垂角と等電界強度エリアとの関係を示す説明図であ
る。

【図２１】面界輻射型可変指向性アンテナの指向特性を
示す説明図である。

【図２２】本発明によるセキュリティーシステムの一例
を示す構成図である。

【図２３】受信ユニットに用いたアンテナ本体の側面図
である。

【符号の説明】

２Ａ長辺２Ｂ短辺３長方形ループ４給電点６支柱８反射板９コーナーレフレクター４４長辺４５短辺１９基台２１スリット２２孔２７予備アンテナ２９支持柱３７送信ユニット３８受信ユニット４１警報信号４２管理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２分の√２〜１波長を長辺とし、３分の
１〜２分の１波長を短辺とする一対の反射板（８，８）
で形成したコーナーレフレクター（９）の開放角を６０
度〜１２０度の範囲で可変可能としたこと、開放角の中
心線上に、２分の１波長を長辺（２Ａ）とし６分の１波
長を短辺（２Ｂ）とする長方形ループ（３）の長辺（２
Ａ）に給電点（４）を持つ給電素子を配置したことを特
徴とする指向性アンテナ。
【請求項２】導電材料を素材とし短辺（２Ｂ）と長辺
（２Ａ）の比率が１対２から１対３で長辺（２Ａ）の長
さが２分の１波長に設定された長方形ループ状の給電素
子を設け、該給電素子を中央に挟んで、長辺（４４）の
長さが給電素子の長辺（２Ａ）の約１倍長から２倍長で
短辺（４５）の長さが給電素子の短辺（２Ｂ）の約１倍
長から３倍長の方形状に設定された一対の反射板（８，
８）をくの字状に配したコーナーレフレクター（９）を
設け、該給電素子の長辺（２Ａ）上の片側より３分の１
から４分の１の位置に給電点（４）を取り、基体に支持
された支柱（６）に前記給電素子とコーナーレフレクタ
ー（９）を相互の絶縁を確保した上で一体的に支持した
ことを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項３】前記給電素子の長手方向における給電点
（４）のある側の反対の端部近傍にコーナーレフレクタ
ー（９）の角を位置せしめたことを特徴とする請求項２
記載の指向性アンテナ。
【請求項４】前記給電素子の放射中心をコーナーレフ
レクター（９）の角から４分の１波長離れた位置に設定
すべく給電素子の長手方向における給電点（４）のある
側の端部近傍にコーナーレフレクター（９）の角を位置
せしめたことを特徴とする請求項２記載の指向性アンテ
ナ。
【請求項５】前記コーナーレフレクター（９）を構成
する反射板（８）を６０度の開放角をもって固定し、安
定載置可能な基台（１９）へ旋回自在に立設したことを
特徴とする請求項３記載の指向性アンテナ。
【請求項６】前記反射板（８，８）に、複数の孔（２
２）をＸ字状に配して１単位とするスリット（２１）を
複数穿設し、該スリット（２１）を構成する孔（２２）
の幅を乱数的に異ならせたことを特徴とする請求項５記
載の指向性アンテナ。
【請求項７】前記コーナーレフレクター（９）を構成
する一対の反射板（８，８）を開放角が少なくとも６０
度から１２０度の範囲で設定し得るように配した請求項
３又は４記載の指向性アンテナの集合体であって、基体
に支持された支持柱（２９）の回りに前記指向性アンテ
ナを９０度間隔で平面的に４個配設し、隣合う指向性ア
ンテナは水平方向について相互に９０度異なる方向を向
き、且つ各々が水平より１０度から３０度下方を向いて
いることを特徴とする中継システム用エリアコントロー
ルアンテナ。
【請求項８】前記コーナーレフレクター（９）を構成
する一対の反射板（８，８）を開放角が少なくとも６０
度から１２０度の範囲で設定し得るように配した請求項
４記載の指向性アンテナを回転駆動手段で旋回自在に立
設すると共に、コーナーレフレクター（９）の開放角を
変化させる開閉手段を設け、これらを遠隔制御する管理
装置と、長方形ループ状を呈する４個のアンテナ素子を
９０度間隔で平面的に配して成る全方向予備アンテナ
（２７）を具備することを特徴とする遠距離通信システ
ム。
【請求項９】コーナーレフレクター（９）を構成する
反射板（８）を６０度の開放角をもって固定した請求項
４記載の指向性アンテナを有する送信ユニット（３７）
及び受信ユニット（３８）と、受信ユニット（３８）か
らの警報信号（４１）を受けて所定の防災処理を行う管
理装置（４２）より構成され、受信ユニット（３８）に
警報信号（４１）を電波として送出する全方向アンテナ
素子を具備した発信手段を設け、管理装置に警報信号を
受信する全方向アンテナ素子を具備した受信手段を設け
たことを特徴とするセキュリティーシステム。