JP4249090B2 - ループアンテナ及びアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は，ループアンテナに関し，詳しくはそのループアンテナの広帯域特性を実現する構造に関し，特にテレビ受信用アンテナ装置として用いて好適なものである。

一般的にループアンテナは，簡単な構成である割には比較的帯域が広いアンテナである。しかし，ループアンテナの場合も共振周波数は１つなので単一ループでは所要の帯域特性を得ることができない場合がある。そこで，所要帯域内において異なる共振周波数を有する複数のループアンテナを並列に接続して広帯域化することが考えられる。ところが，複数のループアンテナを並列に接続すると，所要の帯域内にインピーダンスの劣化点が生じることがあり，必要な広帯域特性を得ることができなかった。この多重ループアンテナにおけるインピーダンス劣化を補償して広帯域の周波数特性が得られるようにするために，給電点に並列接続された複数のループアンテナと，各ループアンテナを上記並列接続以外の位置において短絡する短絡線を具備させることによって短絡させ，隣接するループアンテナ間に形成される閉ループを分断して，その高次共振点を使用帯域外に移動させることによって，インピーダンス特性を劣化させる共振電流が使用帯域内において発生するのが防止されるよう構成されたループアンテナが提供されている。
（例えば，特許文献１参照）

特許公報 第２８２４７９１号

しかし，従来の広帯域化を目指した多重ループアンテナによると，所要の広帯域特性を得るために異なる共振数波数を有するループアンテナを複数個並列に接続する必要があると共に，前記短絡線において所定位置を短絡させるといった構成が複雑化すると共に，延いては製品のコストアップとなるといった問題があった。
本発明は，こうした問題点を解決するためになされたものであり，その目的は，簡単な構造で広帯域特性を有するループアンテナ，及び，そのループアンテナを放射器として備えたアンテナ装置を提供することにある。
有る。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載のループアンテナは，
ループ状に形成され，ループの両端側の給電点には給電線への接続端子が接続されたアンテナ導体と，
前記アンテナ導体の前記給電点以外の位置において，前記アンテナ導体の少なくとも２点間を短絡する短絡線と，
前記アンテナ導体のループの中心部を中心として前記短絡線方向に延設され，前記短絡線及び前記短絡線と前記アンテナ導体との接続部を収納する短絡線収納部，及び，前記アンテナ導体のループの中心部を中心として前記給電点方向に延設され，前記給電点を収納する給電点収納部を有する本体ケースと，
を備え，
前記アンテナ導体のループの中心部に位置する前記本体ケースの中心部には，アンテナ支持杆を嵌着するための凹部が形成されていることを特徴とする。

また，請求項２に記載の発明は，請求項１に記載のループアンテナにおいて，前記短絡線は，当該短絡線の両端部と前記アンテナ導体との接続部が，前記給電点間の配列方向と平行位置に配設されたことを特徴とする。

次に，請求項３に記載の発明は，請求項１又は請求項２に記載のループアンテナにおいて，前記短絡線は，前記短絡線の両端部と前記アンテナ導体との接続部の配列方向の線上に前記ループの中心部が位置するように配設されたことを特徴とする。

また，請求項４に記載の発明は，請求項１〜請求項３の何れかに記載のループアンテナにおいて，本体ケースにおける短絡線収納部と給電点収納部とは，樹脂材料にて一体的に形成されていることを特徴とする。

一方，請求項５に記載の発明は，請求項１〜請求項４の何れかに記載のループアンテナを備えたアンテナ装置に関する発明であり，
当該ループアンテナの本体ケースの中心部に形成された凹部にアンテナ支持杆を嵌着することにより，当該ループアンテナが放射器としてアンテナ支持杆に固定されると共に，
前記アンテナ支持杆には，前記ループアンテナからなる放射器の前・後に，それぞれ，導波器及び反射器が固定されたことを特徴とする。

請求項１に記載のループアンテナによれば，当該ループアンテナを構成するアンテナ導体の給電点以外の位置において，アンテナ導体の少なくとも２点間を短絡する短絡線を設け，この短絡線によりアンテナ導体を短絡させるように構成したので，簡単な構成でインピーダンス変化の少ない広帯域特性の良いループアンテナを提供できる。
また，請求項１に記載のループアンテナにおいて，短絡線及び短絡線とアンテナ導体との接続部，並びに，アンテナ導体の両端側の給電点は，本体ケースの短絡線収納部及び給電点収納部に収納され，しかも，本体ケースの中心部には，アンテナ支持杆を嵌着するための凹部が形成されている。このため，本発明のループアンテナによれば，ループアンテナをアンテナ支持杆に装着する際，アンテナ支持杆を，アンテナ導体のループの中心位置に配置することができる。

次に，請求項２に記載のループアンテナによれば，短絡線は，当該短絡線の両端部とアンテナ導体との接続部が，アンテナ導体両端側の２つの給電点間の配列方向と平行位置に配設されるので，ループアンテナの特性の最適化が容易にできる。

また次に，請求項３に記載のループアンテナによれば，短絡線は，短絡線の両端部とアンテナ導体との接続部の配列方向の線上にアンテナ導体のループの中心部が位置するように配設されることから，ループアンテナの特性が最適化されると共に，デザイン的にも優れたループアンテナを提供することができる。

なお，本体ケースを構成する短絡線収納部と給電点収納部とは，請求項４に記載のように，樹脂材料にて一体的に形成するとよい。

一方，請求項５にアンテナ装置によれば，請求項１〜請求項４の何れかに記載のループアンテナを放射器とし，その前・後に導波器及び反射器を配置し，これらを一本のアンテナ支持杆に固定したので，簡単な構成で且つ特性の良いアンテナ装置を提供できる。

以下に，本発明を具体化した実施形態の例を，図面を基に詳細に説明する。
図１は本発明に係るアンテナ装置に具備した放射器であるループアンテナの構成を示す概略図である。図２はループアンテナの構成を異ならせた時の周波数特性である。図３は図２に示すループアンテナを放射器とした５素子アンテナの周波数特性である。図４は放射器の具体的な実施例を示す概略断面図と側面図である。図５は本発明に係るアンテナ装置の側面図である。図６は本願に係るアンテナ装置の正面図である。

図１において，２はループアンテナであって，アンテナ導体として例えばアルミパイプをループ状に押し曲げ加工した物である。ループアンテナの長さは，使用数波数帯の波長をλとした時にＬ＝１λが理論値として示されるのであるが，本願の実施例では使用周波数帯が４７０〜７７０ＭＨｚの広帯域に対応するために，ループアンテナの直径が略１８５ｍｍであり，長さは略５８１ｍｍであるように構成されている。この長さは上記使用周波数帯域において０．７〜１．６λの範囲において適宜最適な寸法に設定することも可能である。このループアンテナの両端部である２ａ，２ｂは給電点である。
尚，ループアンテナ２のアンテナ導体として，前述のアルミパイプばかりでなく，肉厚の薄い金属材料をプレス加工したものでも良いし，導電材料を備えたフレキシブル基板で形成しても良いし，導電性のある線材を加工して用いても良い事は言うまでもない。

３はループアンテナを短絡する短絡線であり，本願の実施例においては，短絡線３は前記給電点２ａ，２ｂ間を結ぶ配列方向に並行であって，前記ループアンテナ２のアンテナ導体２０と前記短絡線３との接続点を結んだ軸線が，前記ループアンテナの略中心を通過する位置に配設させてある。
本願の実施例によれば，この短絡線３は夫々の端部を前記ループアンテナ２のアンテナ導体２０と任意の方法でもって接続することによって，ループアンテナ２の左右の中央部相互間を短絡するようにしてある。
本願によれば，この短絡線３によって短絡する位置は，ループアンテナの左右の中央部を相互に短絡するように構成されているが，この接続位置は，アンテナ装置の特性が所定の規格を満足するのであれば上下方向にオフセットして配置しても良い。加えて前記短絡線３の形状は図１に示すように直線的に形成されてなくてもよく，後述するような略く字形状でもよく実施例に限定されるものではない。
この短絡線３は導電材料で形成されたものであり，本願の実施例のようにステンレス等の金属材料をプレス加工したものであっても良いし，線材を用いて接続してもよい。また，ループアンテナと同様にフレキシブルなプリント基板を用いて形成しても良い。

次にループアンテナについて実験的に得られたデータに基づいて説明する。図２はループアンテナの構成を変更した時の入力反射の周波数変化を測定したものであり，この図において，Ａは従来のループアンテナの入力反射の周波数変化を示したものである。Ｂは外側のループアンテナと内側のループアンテナとで二重ループにしたときの入力反射の周波数変化を示したものである。Ｃは二重ループを短絡線で短絡したときの入力反射の周波数特性を示す。Ｄは本願に係るループアンテナの入力反射の周波数特性を示すものである。

図２−Ａは，ループアンテナが１つから構成される場合の入力反射の周波数特性を示しており，この結果からは５００ＭＨｚ近傍でＶＳＷＲが２を僅かに越えるものの，４７０〜７７０ＭＨｚの範囲において，ＶＳＷＲは１．６〜２．１が得られた。

次に図２−Ｂは，ループアンテナを２つ用いて二重ループアンテナを構成した場合の入力反射の周波数特性を示しており，この結果からは５００ＭＨｚ近傍のＶＳＷＲ特性は僅かに改善され，更には例えば７７０ＭＨｚのＶＳＷＲが１．８から１．４に改善するように高域側のＶＳＷＲ特性の改善がなされている。しかしながら６００ＭＨｚ近傍において，ＶＳＷＲが急激に劣化するポイントがあり，外側のループアンテナと内側のループアンテナとが結合することにより共振して，特性の悪いアンテナとなっている。

図２−Ｃは前記図２−Ｂに示す二重ループアンテナの特性を改善したものであり，外側のループアンテナと内側のループアンテナとを短絡線で接続した時のものであり，この結果によると，５００ＭＨｚ近傍のＶＳＷＲ特性は上記実施例と殆ど同じであるのに対して，例えば７７０ＭＨｚのＶＳＷＲ特性が１．３となったように，高域側の特性の改善が見られる。

次に本願に実施例であるループアンテナの特性を図２−Ｄに示す。この実施例によれば，周波数帯域の全帯域に渡ってＶＳＷＲが改善され，４７０〜７７０ＭＨｚの範囲において１．２〜１．８程度の２以下となり優れた特性のループアンテナが構成されている。
このように本願のループアンテナによれば，１つのループアンテナを用い，当該ループアンテナを短絡線で短絡するといった簡単な構成で，二重ループアンテナより特性の良いループアンテナが提供できるのである。

次に本願のループアンテナ２を用いて多素子のアンテナ装置を構成した例について，図４，５，６を参照して説明する。尚，以下の説明では，上述のループアンテナ２と同様の構成要素については同一符号を付与し，特に明記しない限り詳細な説明は省略する。

図４はループアンテナ２の具体的な実施例について説明されたものである。アンテナ導体２０には，給電点２ａと２ｂとの配列方向に平行位置であって，ループアンテナ２の左右の中心部に接続部３ｃ，３ｃを有した短絡線３が備えられている。この実施例では，短絡線３は例えばステンレスの板材をプレス加工したものであり，中央部を湾曲させた形状に形成されていると共に，この短絡線３に形成された湾曲部３ａ両側の短絡部３ｂ，３ｂの軸線が同一直線上に配置するように形成されている。更に短絡線３の両端部とアンテナ導体２０との接続部３ｃ，３ｃを配列方向の線上中央が，ループアンテナ２の中央を通過するように配設されている。

アンテナ導体２０の両端部２ａ，２ｂは給電部であり，螺子棒やリベット等でもってプリント基板２１と接続されている。このプリント基板２１は剛性のある導電材料で形成されたケース２２に任意の方法で固着されている。このケース２２にはＦ型コネクター２３が取付けられており，前記プリント基板２１を介して，前記アンテナ導体２０と前記Ｆ型コネクター２３とが接続されることになって給電部を構成している。
前記短絡線３と給電部は，１０に示す本体ケースに収納されている。この本体ケース１０はループアンテナの中心部を中心として短絡線方向に延設した短絡線収納部１１，１１と，給電点２ａ，２ｂ方向に延設した給電点収納部１２とからなる。この本体ケース１０は樹脂材料を用いて前記短絡線収納部１１，１１と給電点収納部１２とを一体的に成形したものである。

この本体ケース１０について詳細に説明する。短絡線収納部１１，１１の端部には，前記アンテナ導体２０と短絡線３との接続部３ｃ，３ｃの近傍を収納すると共に，アンテナ導体２０と短絡線３を保持するように構成されている。
また，本体ケース１１の中心部には凹部１３が形成されている。この凹部１３の下方向に形成された曲面を形成している中心位置は，ループ状の前記アンテナ導体２０の中心と同じ位置になるように構成されている。この凹部１３は図５，６に示すようにループアンテナ２を放射器として導波器３０と反射器４０を備えた多素子アンテナ装置１を構成するときに，前記放射器２，導波器３０，反射器４０を支持するアンテナ支持杆１ａを嵌着するためのものであり，その内周面は，アンテナ支持杆１ａの外周面の一部に当接するような形状になっている。
尚，この凹部１３は，アンテナ支持杆１ａ形状に合わせて形成されるものであり，本願の実施例においては，断面が円形のアンテナ支持杆に対応させてあるが，例えば断面が４角形状のアンテナ支持杆に対応するように形成しても良いことは言うまでもない。

この凹部１３の底部には挿通孔が備えられており，この挿通孔の同一軸線上であって本体ケース内部にはナット１４が取付けられている。このナット１４はループアンテナからなる放射器２を前記アンテナ支持杆１ａに取付ける為のものであり，アンテナ支持杆１ａに設けられ，前記ナット１４の軸線に対向する位置に形成した貫通孔（図示されていない。）に螺子棒１６を挿通し，当該螺子棒１６を前記ナット１４に螺合させることによってループアンテナ２をアンテナ支持杆１ａに着脱自在に固着するのである。これによってアンテナ支持杆１ａはループ状のアンテナ導体２０の中心位置となるように固着される。尚，この凹部１３，ナット１４等で請求項に記載の固着部１５を構成している。

更に，この固着部１５の下方には給電点収納部１２が形成されている。この給電点収納部１２には挿着孔１２ａ，１２ｂが形成されており，当該挿着孔に前記アンテナ導体２０の両端部を挿入することによって，前記アンテナ導体２０を給電点収納部に取付けている。
更にこのアンテナ導体２０の両端部は螺子棒，リベット当の固着手段によって給電点収納部１２に固着されており，夫々給電部２ａ，２ｂを構成している。
これらの給電点２ａ，２ｂと給電線とを接続する方法として，本願においては，プリント配線板２１介して接続する方法が取られている。このプリント配線板２１と前記給電点２ａ，２ｂとの接続は，前記固着手段を用いて行っても良いし，給電点２ａ，２ｂとプリント配線板２１との間を線材や，金属材料をプレス加工して成形した接続棒を用いて接続するように構成しても良い。

前記プリント配線板２１は，例えば金属材料のような剛性を有する材料で形成されたケース２２に任意の方法で固着されている。またケース２２の底面にはＦ型コネクター２３が固着されており，本願のループアンテナ２の給電点２ａ，２ｂとはプリント配線板２１を介して接続端子２３と接続された構成になっている。
尚，本願の実施例ではプリント基板を用いた例を示したが，特にこの実施例に限定されるものではなく，給電点と出力端子との間を線材等で接続しても良い。
更にこのケース２２は任意の方法で給電点収納部１２の内部に収納されるのであるが，このときケース本体１０の底面には，挿通孔が形成されており当該挿通孔から前記Ｆ型コネクターの他方側の端部が突設するように取付けられている。またこの挿通孔の近傍には水抜き孔２４が少なくとも１つ形成されている。

また，給電点収納部１２の内部には，前記給電部を覆うように逆Ｕ字形に下方を開放するように形成された隔壁２５が形成されている。この隔壁２５の左右にある側壁２５ａ，２５ａの下端部には，外側が前記側壁の外径寸法よりやや大きく，内側が前記開口部の内寸よりやや大きくなるように階段状に突設形成した水切り部２６，２６が形成されており，例えば本体ケースに例えば水が浸入した場合であっても，水は前記隔壁２５の上面にそって側壁２５ａ方向に流れ落ちる。ケース２２と水切り部２５との間には，所定の間隔が形成されることとなるので，水は隔壁の先端部を伝ってケース２２方向にいくことなく，前記水切り部２６から給電点収納部の内壁へ落ちる。更には給電部の底面には前記水抜き孔２４が形成されているので，本体ケースに進入した水分はケースの外部に排水されるのである。
尚，本体ケース１０は少なくとも本体１０ａと蓋体１０ｂとからなるように形成されており，前記ナット１４の収納部や前記隔壁２５等は相対向する位置に夫々形成されており，蓋体１０ｂを本体１０ａに被せることによって夫々密着して嵌合するように形成されている。

次に図５，図６を用いて本願に係るアンテナ装置の実施例について説明する。この図においてアンテナ支持杆１ａには導波器３０ａ，３０ｂ，３０ｃと放射器２と反射器４０が取付けられており，本願のアンテナ装置１を構成している。
導波器３０は，前記アンテナ支持杆１ａの上下方向からアンテナ支持杆１ａを挟み込むように，図示されていない螺子棒とナットで持って取付けられたエレメントホルダー３１，３２と，各エレメントホルダーに夫々２つずつ取付けられた４つのエレメント３１，３１，３１，３１とからなる４段構成の導波器を３組配設して構成されている。
尚，本願の実施例によれば前記エレメントホルダー３２は合成樹脂材で形成されたものである。また，エレメントはアルミパイプを所定寸法に成型したものであり，夫々圧入する等の方法で固着されている。
また，本願の実施例は，小型で且つ広帯域にわたって特性の良好なアンテナ装置を得るために，導波器を３つ備えた構成例を示したが，特に外形寸法を問わないのであれば，導波器を更に増やしてもよいことは言うまでもない。

放射器２は，当該放射器であるループアンテナ２を前記アンテナ支持杆１ａに挿通させる。その後アンテナ支持杆１ａを本体ケース１０に形成した固着部１５に取付けるのであるが，このときアンテナ支持杆１ａに形成された図示されていない放射器２の取付用の貫通孔を，前記固着部１５に備えた挿通孔１３と嵌合させてから，螺子棒１６を羅合させるのである。

反射器４０は，本願の実施例では，反射器エレメント４３を反射器エレメント支持杆４１，４２とからなる。反射器エレメントは金属性の棒状線材を加工したものであり，当該反射器エレメントの中央部を，例えば前記反射器エレメント支持杆４２に圧入等の方法によって固着すると共に，両端部には反射エレメント支持杆４１を溶接等の方法で固着してある。
尚，本願の実施例では，反射エレメント支持杆４２は，例えば金属材料をプレス等によって折り曲げ加工したものであり，反射器エレメント支持杆４１は金属性の棒状線材を加工したものを用いたが，この実施例に限定されるものでなく，反射エレメント支持杆は合成樹脂材料を用いても良い。

５０はアンテナ取付金具を示しており，アンテナ支持杆１ａはアンテナ支持杆取付金具５１に形成した取付孔５２に螺子棒５３とナット５４とで固着されている。この取付金具５１は，前記反射器エレメント支持杆４２に固着されると共に，アンテナマスト６０に当接させる固定金具５５にとも固着する構成となっている。
アンテナマスト６０には，前記固定金具５５と断面略コ字状に形成された当付金具５６を挟み込むように当付け，Ｕ字ボルト５７とナット５８とでもって挟持する構成となっている。
尚，本願のアンテナ装置取付金具は１実施例であり，本願の構成に限定されるものではない。

このように本願に示した実施例のアンテナ装置１における周波数特性について図３に示す実験結果に基づいて説明する。この図において，Ａは従来のループアンテナを放射器として用いた５素子アンテナの入力反射の周波数変化を示したものである。Ｂは外側のループアンテナと内側のループアンテナとで二重ループにした放射器を用いた５素子アンテナの入力反射の周波数変化を示したものである。Ｃは二重ループを短絡線で短絡した放射器を用いた５素子アンテナの入力反射の周波数特性を示す。Ｄは本願に係るループアンテナを放射器に用いた５素子アンテナの入力反射の周波数特性を示すものである。

図３−Ａでは，４７０〜７７０ＭＨｚの全帯域にわたってＶＳＷＲが１．８〜２．８程度であり，良好な周波数特性は得られていない。次に放射器を二重ループにしたときの周波数特性である図３−Ｂについてみると，上記に示した通り，実験に使用した二重ループアンテナの特性の劣化点である６００ＭＨｚ近傍が，やはり特性が一番劣化していることが分かる。次にこの対策として二重ループアンテナに短絡線を接続すると，低域においてＶＳＷＲが２．３以下となったが，中域〜高域にかけてＶＳＷＲが２以下となりほぼ良好な特性が得られている。更に図３−Ｄに示す，本願の放射器を用いた５素子アンテナの周波数特性では，全帯域に渡ってＶＳＷＲが２以下である，１．１〜１．８となり，他の実施例に比べて良好な周波数特性が得られていることが分かる。

本発明に係るループアンテナの放射器の構成を示す概略図である。 ループアンテナの構成の違いによる入力反射の周波数変化を測定したものである。 図２におけるループアンテナを放射器として用いた５素子のアンテナ装置における入力反射の周波数変化を測定したものである。 放射器の具体的な実施例を示す概略断面図である。 本願に係るアンテナ装置の放射器の側面図である。 本願に係るアンテナ装置の正面図である。

符号の説明

１…アンテナ装置，２…ループアンテナ，３…短絡線，３ａ…湾曲部，３ｂ…短絡部，３ｃ…接続部，１０…本体ケース，１０ａ…本体，１０ｂ…蓋体，１１…短絡線収納部，１２…給電点収納部，１２ａ，１２ｂ…挿着孔，１３…凹部，１４…ナット，１５…固着部，１６…螺子棒，２０…アンテナ導体，２１…プリント配線板，２２…ケース，２３…接続端子，２４…水抜き孔，２５…隔壁，２５ａ…側壁，２６…水切り部，３０…導波器，３１…エレメント，３２…エレメントホルダー，４０…反射器，４１，４２…反射エレメント支持杆，５０…アンテナ取付金具，５１…アンテナ支持杆取付金具，５２取付孔，５３…螺子棒，５４ナット，５５…固定金具，５６…当付金具，５７…Ｕ字ボルト，５８…ナット，６０…アンテナマスト

Claims (5)

1. ループ状に形成され，ループの両端側の給電点には給電線への接続端子が接続されたアンテナ導体と，
   前記アンテナ導体の前記給電点以外の位置において，前記アンテナ導体の少なくとも２点間を短絡する短絡線と，
   前記アンテナ導体のループの中心部を中心として前記短絡線方向に延設され，前記短絡線及び前記短絡線と前記アンテナ導体との接続部を収納する短絡線収納部，及び，前記アンテナ導体のループの中心部を中心として前記給電点方向に延設され，前記給電点を収納する給電点収納部を有する本体ケースと，
   を備え，
   前記アンテナ導体のループの中心部に位置する前記本体ケースの中心部には，アンテナ支持杆を嵌着するための凹部が形成されていることを特徴とするループアンテナ。
2. 前記短絡線は，当該短絡線の両端部と前記アンテナ導体との接続部が，前記給電点間の配列方向と平行位置に配設されたことを特徴とする請求項１に記載のループアンテナ。
3. 前記短絡線は，前記短絡線の両端部と前記アンテナ導体との接続部の配列方向の線上に前記ループの中心部が位置するように配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のループアンテナ。
4. 前記本体ケースにおいて，前記短絡線収納部と前記給電点収納部とは，樹脂材料にて一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のループアンテナ。
5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載のループアンテナを備え，
   当該ループアンテナの本体ケースの中心部に形成された凹部にアンテナ支持杆を嵌着することにより，当該ループアンテナが放射器としてアンテナ支持杆に固定されると共に，
   前記アンテナ支持杆には，前記ループアンテナからなる放射器の前・後に，それぞれ，導波器及び反射器が固定されたことを特徴とするアンテナ装置。

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