JP4705876B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＴＶ放送の送信等に使用される多面合成アンテナシステムに採用して好適なアンテナ装置に関するものである。

多面合成アンテナシステムは、ＴＶ放送の送信等に使用されている。この多面合成アンテナシステムは、例えば、図８に示すように、四角鉄塔Ｔの各側面にアンテナ装置１０を配設した構成を有する。各アンテナ装置１０は、同心円上に９０度間隔で配列されて４面合成アンテナを構成している。

上記各アンテナ装置１０は、図９に示すように、アンテナ素子２０と、その背部に設けられた平板からなる主反射板３０とを備えている。このアンテナ装置１０では、必要に応じて、主反射板３０の一側および他側に副反射板４０が設けられ、かつ、レドーム５０が覆着される。副反射板４０は、主反射板３０の両端延長部をアンテナ素子２０側に折り曲げることにより形成されている。

アンテナ素子２０は、主反射板３０の長手方向に所定の間隔をおいて複数個（この例では２個）配列されている。各アンテナ素子２０としては、例えば、図１０に示すような双ループアンテナ素子が使用される。各アンテナ素子２０は、それぞれ支持部材６０によって主反射板３０に支持されている。
上記構成のアンテナ装置１０は、主反射板３０の長手軸線が上下に向くように図８に示す鉄塔Ｔに実装され、アンテナ素子２０から水平偏波を放射する。

ところで、２面以上の面を有する多面合成アンテナシステムでは、設置場所の状況（鉄塔の強度や局舎の状態等）により鉄塔中心からの突き出し距離（図８参照）を大きくしなければならない場合がある。しかし、突き出し距離を大きくすると、後述する合成指向性における落ち込み量が大きくなって、サービスエリアに不感地帯が発生するという問題を生じる。

ここで、図８に例示したような４面合成アンテナシステムを構成した場合の振幅指向性と合成指向性について説明する。４面合成アンテナシステムにおいては、各アンテナ装置１０の設置方向の面における指向レベルと、その設置方向から約４５度相違した方向の合成面における指向レベルとに差を生じる。また、各アンテナ装置１０の設置方向から約２２．５度ずれた方向に合成指向性の落ち込みを生じる。
上記指向レベルの差は、副反射板４０の大きさの調整（振幅指向性による３ｄＢ半値幅等の調整）等によって少なくすることが可能である。
しかし、上記合成指向性の落ち込み量は、該アンテナ装置１０の上記突き出し距離に大きく依存するものであるため、上記振幅指向性のみの調整では改善することが困難である。

図１１および図１２は、アンテナ装置１０単体についての相対電界強度特性および位相特性をそれぞれ例示したものである。なお、各図においては、突き出し距離が０ｍｍのときの特性を実線で示し、また、突き出し距離が３３０ｍｍのときの特性を点線で示している。
図１１から明らかなように、振幅指向性は突き出し距離に依存しない。しかし、位相特性は突き出し距離に大きく依存し、これが上記合成指向性の落ち込みを生じさせる。

多面合成アンテナシステムを構成する場合、現実的には、前述した諸条件により前記突き出し距離を大きくとらなければならない場合が多い。そこで、図１３および図１４に示す改良された従来のアンテナ装置１０'においては、主反射板３０上に指向性制御板７０を設けて、上記合成指向性の落ち込み量を抑制するようにしている。

指向性制御板７０は、コの字状の断面を有するように方形状の金属板の両端部をそれぞれ折り曲げた構成を有する。この指向性制御板７０は、対向する各折り曲げ部がループアンテナ素子２０の偏波軸（図１３における左右方向の軸）に直交する面に沿うように配設され、かつ、各折り曲げ部の先端が主反射板３０に結合されている。
なお、この従来例では、上記指向性制御板７０が各双ループアンテナ素子２０における一方のループ部２０ａに対向して設けられている（例えば、特許文献１参照）。

図９に示した前記アンテナ装置１０から放射される電波は、アンテナ素子２０から直接放射される電波と、主反射板３０および副反射板４０によって反射されてから放射される電波とを合成したものになる。そして、反射板３０，４０によって反射されてから放射される電波の位相は、該反射板３０，４０の形状に依存するので、その形状を変更することによってアンテナ装置１０全体としての位相特性を調整することができる。
一方、上記アンテナ装置１０'においては、上記指向性制御板７０が主反射板３０の形状を部分的に変化させることになるので、該指向性制御板７０によって位相特性を調整することが可能である。

図１５は、上記アンテナ装置１０'単体についての相対電界強度特性の一例を実線で示し、図９に示したアンテナ装置１０単体の同特性の一例を点線で示している。また、図１６は、上記アンテナ装置１０'単体についての位相特性の一例を実線で示し、図９に示したアンテナ装置１０単体の同特性の一例を点線で示している。

この図１５および図１６に示す特性は、いずれも前記突き出し距離を０ｍｍとしたときのものである。したがって、図１６に点線で示す位相特性は、図１２に実線で示す位相特性と一致している。
図１５における各特性曲線の比較から明らかなように、指向性制御板７０は振幅指向性にほとんど影響を与えない。しかし、図１６における各特性曲線の比較から明らかなように、指向性制御板７０は位相特性を上に凸の状態から下に凸の状態に変化させる機能を有する。

上記のように、指向性制御板７０を設ければ、振幅指向特性にほとんど影響を与えることなく、指向特性を変化させることができる。そこで、上記アンテナ装置１０'では、突き出し距離を大きくした場合の位相変化が少なくするように指向性制御板７０によって予め位相特性を調整している。このように、指向性制御板７０によって位相特性を調整することは、突き出し距離を等価的に短く見せることを意味する。この結果、指向性制御板７０を備えるアンテナ装置１０'によって多面合成アンテナシステム構成すれば、上記合成指向性の落ち込みが抑制されることになる。

特開平２００４-１０４６３８号公報

上記指向性制御板７０による位相調整効果を高めるには、該指向性制御板７０をアンテナ素子２０に近づける必要がある。しかし、指向性制御板７０をアンテナ素子２０に近づけると、この指向性制御板７０がアンテナ素子２０の特性インピーダンスに影響を与えることになる。
一方、上記指向性制御板７０による位相調整効果は、指向性制御板７０におけるアンテナ素子２０との対向面をアンテナ素子２０の水平偏波軸の方向（図１３の左右方向）に拡大することによっても高められる。しかし、上記対向面を拡大することも、アンテナ素子２０の特性インピーダンスに影響を与える。
上記特性インピーダンスへの影響は、アンテナ素子２０のＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性を劣化させ、かつ、アンテナ装置１０の振幅指向性を低下させる要因になる。

本発明は、このような状況に鑑み、Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性および振幅指向性への影響を軽減した状態で幅広い位相特性の調整を実現することができるアンテナ装置を提供することにある。

本発明は、双ループアンテナ素子と、この双ループアンテナ素子に平行する形態で該双ループアンテナ素子の背部に設けられた主反射板と、前記双ループアンテナ素子のループ部と前記主反射板との間に位相特性調整手段として設けた指向性調整体と、を備えるアンテナ装置である。前記指向性調整体は、前記主反射板に平行する副反射板と、この副反射板と前記主反射板との間に位置して、前記副反射板を前記主反射板に短絡する短絡板と、を備える。前記短絡板は、前記双ループアンテナ素子の水平偏波軸に直交する面に沿って配置され、かつ、前記主反射板における前記副反射板の投影域内において前記主反射板と結合している。

前記指向性調整体は、例えば、前記双ループアンテナ素子の偏波軸を含みかつ前記主反射板に鉛直な面による断面がπ形状を呈するように、あるいは、Ｔ形状を呈するように構成される。

前記副反射板の形状は、多角形、円形、楕円形を含むことができる。例えば、前記副反射板は長方形状に形成され、その場合、長辺が前記双ループアンテナ素子の偏波軸に沿う形態で配設される。また、副反射板を楕円形状に形成する場合には、その長径が前記双ループアンテナ素子の偏波軸に沿う形態で配設される。

実施形態においては、前記主反射板を前記双ループアンテナ素子の偏波軸方向に延長し、その延長部によって別の副反射板を設けるようにしている。

本発明によれば、指向性調整体を低姿勢化することができるので、Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性および振幅指向性への影響を軽減した状態で幅広い位相特性の調整を実現することが可能である。したがって、多面合成アンテナシステムに適用することによって、合成指向性の改善を図ることが可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の最も好適な実施の形態について詳しく説明する。
図１および図２は、それぞれ本発明に係るアンテナ装置の実施形態を示す立面図および斜視図である。このアンテナ装置１は、複数（この例では２個）のアンテナ素子２と、その背部に設けられた平板からなる主反射板３と、該主反射板３上に配設した指向性調整体７と、主反射板３０の一側および他側に設けられた副反射板４と、主反射板３上に覆着したレドーム５とを備えている。
上記副反射板４は、主反射板３をアンテナ素子２の偏波軸方向（図１における左右方向）に延長し、その延長部を適宜角度だけアンテナ素子２側に折り曲げることにより形成されている。

本実施形態では、各アンテナ素子２として図示のような双ループアンテナ素子を適用している。各双ループアンテナ素子２は、そのループ部２ａが主反射板３に平行する形態で該主反射板３の長手方向に所定の間隔をおいて配列され、２Ｌ双ループアンテナを構成している。なお、各双ループアンテナ素子２は、支持部材６によって主反射板３に支持されている。

指向性調整体７は、主反射板３に平行する副反射板７ａと、この副反射板７ａと主反射板３との間に位置して、該副反射板７ａを主反射板３に短絡する一対の短絡板７ｂとを備えている。
副反射板７ａは、長方形状の金属板からなり、長辺がアンテナ素子２の水平偏波軸の方向に沿う形態で配設されている。この副反射板７ａの長辺の長さは、図９に示した前記指向性制御板７０の対応する辺の長さよりも大幅に大きく設定されている（ほぼ、アンテナ素子２のループ部２ａの径に等しい大きさに設定されている）。したがって、この副反射板７ａによれば、アンテナ素子２からの電波をアンテナ素子２の水平偏波軸の方向に延びる広い面で反射することができる。

各短絡板７ｂは、副反射板７ａの短辺の幅と同幅もしくはほぼ同幅の矩形状金属板からなり、上記水平偏波軸に直行する面に沿う形態で互いに対向して配設されている。この短絡板７ｂの高さは、指向性調整体７が低姿勢化されるように、すなわち、指向性調整体７の高さＨ１が図９に示した前記指向性制御板７０の高さＨ２よりも大幅に低くなるように設定されている。

一方の短絡板７ｂは、副反射板７ａの一方の短辺から他方の短辺側に距離Ｌだけ寄った部位において該副反射板７ａに結合している。他方の短絡板７ｂも同様である。したがって、両短絡板７ｂは、主反射板３への副反射板７ａの投影域内において該主反射板３と結合していることになる。
このような構成を有した指向性調整体７は、アンテナ素子２のループ部２ａの中心点を通って主反射板３と鉛直に交差するライン上に副反射板７ａの中心点が位置されている。そして、アンテナ素子２の水平偏波軸に沿いかつ主反射板３に鉛直な面による断面がπ形状を呈している。

指向性調整体７には、図１に点線で示す経路８を通って短絡電流が流れる。すなわち、この短絡電流は、副反射板７ａの中心点からその表面を通ってその端辺に至った後、該短辺から副反射板７ａの裏面および短絡板７ｂを通って主反射板３に達する。
図１には、図１３に示したアンテナ装置１０'の指向性制御板７０における短絡電流の経路が参照番号８０によって表わされている。
上記指向性調整体７における短絡板７ｂの高さおよび上記距離Ｌは、例えば上記電流経路８の長さが上記電流経路８０の長さにほぼ等しくなるように設定される。この場合、指向性調整体７は、上記指向性制御板７０に比して大きく低姿勢化されるものの、指向性制御板７０と同等な位相調整作用をなすことになる。

図３は、本実施形態に係るアンテナ装置１単体についての相対電界強度特性を実線で示し、図１３の従来のアンテナ装置１０'単体についての同特性を点線で示している。また、図４は、上記アンテナ装置１単体についての位相特性を実線で示し、上記アンテナ装置１０'単体についての同特性を点線で示している。
図４に示す各特性曲線の対比から明らかなように、本実施形態に係るアンテナ装置１によれば、低姿勢化された指向性調整体７を使用するにもかかわらず、従来のアンテナ装置１０'と同等な位相特性を得ることができる。

そして、上記指向性調整体７を備える本実施形態に係るアンテナ装置によれば、指向性調整体７の副反射板７ａをアンテナ素子２から大きく離すことができ、かつ、アンテナ素子２からの電波を上記副反射板７ａの広い面で反射することが可能であるから、Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性の劣化ならびに振幅指向性への影響を軽減した状態で所望の位相特性を実現することができる。

なお、副反射板７ａへの短絡板７ｂの結合位置を規定する前記距離Ｌを変化させることは、指向性調整体７の高さを変化させることと等価な作用をもたらすので、上記距離Ｌを変更することによって位相特性を変化させることができる。これは、指向性調整体７の低姿勢化を図りながら、所望の位相特性を実現することが可能であることを意味している。

本実施形態に係るアンテナ装置１は上記のように作用するので、図８に示すような多面合成アンテナシステムのアンテナ装置として適用した場合に、Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性の劣化ならびに振幅指向性への影響を軽減した状態で合成指向性の改善を図ることが可能になる。

図５は、図９に示す従来のアンテナ装置を使用した４面合成アンテナシステムの水平面内合成指向性を短点線で、図１３に示す従来のアンテナ装置を使用した同アンテナシステムの同指向性を長点線で、図１に示す本発明に係るアンテナ装置を使用した同アンテナシステムの同指向性を実線でそれぞれ例示したものである。この水平面内合成指向性の計測条件は以下のとおりである。

（１）図９に示すアンテナ装置１０と図１３に示すアンテナ装置１０'は、後者が指向性制御板７０を備えている点のみにおいて相違し、また、図１３に示すアンテナ装置１０'と図１に示すアンテナ装置1、前者の指向性制御板７０と後者の指向性調整体７の構成のみにおいて相違している。
（２）図１３に示すアンテナ装置１０'においては、指向性制御板７０の高さＨ２を１１０ｍｍに、幅（アンテナ素子２０の偏波軸方向に沿う幅）を１００ｍｍにそれぞれ設定し、また、図１に示すアンテナ装置1おいては、指向性調整体７の高さ（短絡板７ｂの高さ）Ｈ１を７０ｍｍに、副反射板７ａの幅（アンテナ素子２の偏波軸方向に沿う幅）を１６８ｍｍに、両短絡板７ｂの間隔を１００ｍｍにそれぞれ設定している。
（３）指向性制御板７０は、図１４に示す形態で２個配置する。また、指向性調整体７は、図２に示す形態で２個配置する。
（４）使用周波数は、６８０ＭＨｚである。各アンテナ装置１０，１０'および１の突き出し距離は３３０ｍｍである。
（５）４面の各アンテナ装置は等振幅動作させる。

４面合成アンテナシステムにおいては、３６０度方向のエリアをカバーするために、円形に近い無指向性が求められる。
図５から明らかなように、本実施形態に係るアンテナ装置１を適用した場合には、アンテナ装置１の設置方向から約２２．５度ずれた方向の落ち込み量が顕著に改善される。すなわち、反射体を設けない図９に示す従来のアンテナ装置１０を適用した場合に比して、落ち込み量が約１．４ｄＢ改善され、また、図１３に示す従来のアンテナ装置１０'を適用した場合に比して、該落ち込み量が約０．５ｄＢ改善されている。

本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形例を含むものである。
すなわち、前記指向性調整体７は、断面π型に限定されず、例えば、図６に示す断面Ｔ型や、図７に示す断面逆台形型に形成しても良い。また、断面π型の指向性調整体７における各短絡板７ｂを、断面ハの字状もしくは断面逆ハの字状に設けても良い。
さらに、指向性調整体７の副反射板７ａの平面形状は、長方形に限定されず、正方形を含む他の多角形、あるいは円形、楕円形等であっても良い。なお、楕円形の場合には、その長径がアンテナ素子２の偏波軸に沿うように設けることが望ましい。

また、実施形態においては、レイアウトの容易化等を図るために、指向性調整体７をアンテナ素子（双ループアンテナ素子）２の一方のループ部２ａの背部にのみ配設しているが、双方のループ部２ａの背部に指向性調整体７を設けることも当然可能である。そして、アンテナ素子２は双ループアンテナ素子に限定されず、例えば、ダイポールアンテナ素子等の他のアンテナ素子であっても良い。

本発明に係るアンテナ装置の実施形態を示す立面図である。 図１に示すアンテナ装置の斜視図である。 本発明に係るアンテナ装置と従来のアンテナ装置の相対電界強度特性をそれぞれ例示したグラフである。 本発明に係るアンテナ装置と従来のアンテナ装置の位相特性をそれぞれ例示したグラフである。 本発明に係るアンテナ装置を適用した４面合成アンテナシステムと従来のアンテナ装置を適用した４面合成アンテナシステムの水平面内合成指向性をそれぞれ例示したグラフである。 指向性調整体の別の構成例を示す概略図である。 指向性調整体のさらに別の構成例を示す概略図である。 ４面合成アンテナシステムの概略平面図である。 従来のアンテナ装置の一例を示す立面図である。 図９に示すアンテナ装置の斜視図である。 図９に示すアンテナ装置の相対電界強度特性を突き出し距離別に例示したグラフである。 図９に示すアンテナ装置の位相特性を突き出し距離別に例示したグラフである。 従来のアンテナ装置の他の例を示す立面図である。 図１３に示すアンテナ装置の斜視図である。 図９に示すアンテナ装置と図１３に示すアンテナ装置の相対電界強度特性をそれぞれ例示したグラフである。 図９に示すアンテナ装置と図１３に示すアンテナ装置の位相特性をそれぞれ例示したグラフである。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ アンテナ素子
２ａ ループ部
３ 主反射板
４ 副反射板
５ レドーム
７ 指向性調整体
７ａ 副反射板
７ｂ 短絡板
８ 電流経路

Claims (6)

1. 双ループアンテナ素子と、この双ループアンテナ素子に平行する形態で該双ループアンテナ素子の背部に設けられた主反射板と、前記双ループアンテナ素子のループ部と前記主反射板との間に位相特性調整手段として設けた指向性調整体と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記指向性調整体は、
   前記主反射板に平行する副反射板と、
   この副反射板と前記主反射板との間に位置して、前記副反射板を前記主反射板に短絡する短絡板と、を備え、
   前記短絡板は、前記双ループアンテナ素子の水平偏波軸に直交する面に沿って配置され、かつ、前記主反射板における前記副反射板の投影域の内側において前記主反射板と結合していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記指向性調整体は、前記双ループアンテナ素子の偏波軸を含みかつ前記主反射板に鉛直な面による断面がπ形状を呈するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記指向性調整体は、前記双ループアンテナ素子の偏波軸を含みかつ前記主反射板に鉛直な面による断面がＴ形状を呈するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記副反射板の形状は、多角形、円形、楕円形を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記副反射板は、長方形状を有し、長辺が前記双ループアンテナ素子の偏波軸に沿う形態で配設されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記主反射板を前記双ループアンテナ素子の偏波軸方向に延長し、その延長部によって別の副反射板を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかにに記載のアンテナ装置。

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