JPH09116332A

JPH09116332A - 面界輻射型アンテナ

Info

Publication number: JPH09116332A
Application number: JP27433895A
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: 1995-10-23
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 1997-05-02
Also published as: TW356611B

Abstract

(57)【要約】【課題】広帯域使用時にあっても電波の放射中心が変
動しない高利得・広帯域性能を有する面界輻射型アンテ
ナの提供。【解決手段】短辺１と長辺２の長さの比率が１対２か
ら１対６で長辺２の長さが使用波長の約２分の１の長さ
乃至使用波長と等しい長さに設定された方形枠状のアン
テナ素子３を有し、各長辺２，２上の両端より全長の約
３分の１から８分の１の箇所に、各長辺２，２について
２個づつ都合２対の給電点４，４，４，４を設けた面界
輻射型アンテナと、前記アンテナ素子３を、各長辺２が
上下端部の外縁を成し、且つ短辺１と等しい高さを有す
る筒状に成形した面界輻射型アンテナ。

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
るアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無線通信に用いられるアンテナは、４分
の１波長設置アンテナと２分の１波長ダイポールアンテ
ナに代表される様に、大半が金属導線で１次元的に構成
された線状アンテナである。線状アンテナは、標準ダイ
ポールに代表されるように８の字状の水平な指向性パタ
ーンを有し、方向について利得の不均一があるので全方
向アンテナとしては不完全である。

【０００３】また、この線状アンテナについて実効開口
面積を増やし効率を高めるべく、八木アンテナのように
複数の無給電素子を直列に並べて指向性を強化し利得を
増加させるといった技術や、反射板を付設して指向性を
持たせる技術も存在するが、この様な手段では、利得性
能と有効通信範囲（角度）が反比例する結果となり、殊
に八木アンテナの様に指向性が鋭いアンテナにあって
は、一定の方向に電波を絞り込むために指向特性が狭い
範囲に限局され、通信相手方との位置関係が変動する移
動車両での使用には適さない。

【０００４】上記線状アンテナに対し長方形スロットア
ンテナは、平面的な形状により２次元的に電波の放射が
なされて一般的に利得が高く、その中でも、図３の如く
ループアンテナやそれに類似した形状であって長辺が２
分の１波長で短辺が６分の１から４分の１波長を基本と
する長方形枠型アンテナ素子を有し、各長辺上の同じ側
の端部より約４分の１の位置に一対の給電点を有する面
界輻射アンテナ（通称ヘンテナ）は、反射集中系を用い
ず単独で使用した場合、標準ダイポールに類似した８の
字状の緩い水平な指向性パターンを有し、標準ダイポー
ルアンテナと同様に方向について利得の不均一が生じ
る。ところが利得の数値に関しては標準ダイポール比で
＋６ｄＢ、１波長型では＋８ｄＢと優れ、しかも定在波
型アンテナと進行波型アンテナの機能を兼ね備えること
に加えて広帯域性に優れ、ある程度偏波ダイバーシティ
ー性能を有する等多くの長所を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように線状のアン
テナ素子と平面的なアンテナ素子とを比較すれば、平面
的なアンテナ素子を利用した方が利得の点で望ましいと
いえるが、前記従来のアンテナは、いずれを使用したと
しても周波数を中心周波数の２．５倍以上或いは２．５
分の１以下に広げて使用すると、電波の放射中心が変動
し指向性パターンが乱れるという欠点を有していた。

【０００６】本発明は、上記実情に鑑みて成されたもの
であって、広帯域使用時にあっても電波の放射中心が変
動しない高利得・広帯域性能を有する面界輻射型アンテ
ナの提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明による面界輻射型アンテナは、短辺と
長辺の長さの比率が１対２から１対６で長辺の長さが使
用波長の２分の１の長さ乃至使用波長と等しい長さに設
定された方形枠状のアンテナ素子を有し、各長辺上の両
端より全長の約３分の１から８分の１の箇所に、各長辺
について２個づつ都合２対の給電点を設けたことを特徴
とする。前記アンテナ素子を、各長辺が上下端部の外縁
を成し、且つ短辺と等しい高さを有する筒状に成形する
場合もある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明による面界輻射型ア
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、長辺２の長さを使用波長に等しく設定し、短辺１
を長辺２の長さに対して４対１から６対１前後に設定し
たアンテナ素子３を有し、長辺２上の両端より全長の４
分の１の点に、各長辺２，２について２個づつ都合２対
の給電点４，４，４，４を設け、その給電点４，４，
４，４より個々に給電経路５，５，５，５を引き出した
本発明による面界輻射型アンテナの第１の実施の形態を
示すものである。

【０００９】給電点４は、アンテナ素子３の両長辺２，
２に渡し掛けた給電部材１４，１４の両端部に設ければ
良く、該両端部のみ導電材で形成し、両端部を絶縁材よ
り成る中間部１５を介して連結し強度を高める。給電部
材１４，１４の両端部はアンテナ素子３を成す導電材の
断面形状に合わせて成形し、容易に位置ずれを起こさな
い程度の程良い抵抗を伴って摺動し得るようにすること
が望ましい。尚、アンテナ素子３の長辺２と短辺１との
比率を６対１とすればインピーダンスの調整が容易とな
り、４対１とすれば受信専用の用途に好適である。

【００１０】このアンテナは、アンテナ素子３の給電経
路５，５，５，５を選択使用することにより、１個の面
界輻射型アンテナとして機能させたり、図３に示す面界
輻射型アンテナが２個、給電点４，４の位置を変え得る
状態で同一空間に存在する如く機能させたりすることが
できる。即ち、２対の給電点４，４，４，４を給電経路
５，５，５，５を経て並列接続し統合給電経路６，６と
することによって、同一のアンテナ素子３をもって利得
の高い１個の面界輻射型アンテナとして利用することも
できる。その際、給電経路５，５，５，５を並列接続し
た際に給電点４，４，４，４の位置を変えてインピーダ
ンスの調整を行えば、ダイバーシティー作用が生じてア
ンテナのＳ／Ｎ比率を向上させることも可能である。こ
れらの効果は映像受信用として用いる場合に特に顕著と
なる。また、２対の給電点４，４，４，４を、アンテナ
素子３の長辺２の長手方向に２分割して一対づつ選択使
用すると、個々のアンテナは＋８ｄＢ程度の相対利得を
持つこととなり、放射の中心の位置を状況に応じて選択
することができる。いずれの場合もインピーダンス調整
部分と放射部分とが一体となっており、給電点４の位置
をアンテナ素子３の長辺２に沿って調節することにより
インピーダンスを整合させることができる。

【００１１】アンテナ素子３は、線状、管状、平面（薄
膜）状など多様な導電材から構成できるが、図２の如く
平面状の導電材から構成する場合には、導電材の幅を拡
大することによって広帯域性能を得ることができ、ある
程度の幅を持つ導電材で構成した場合には、使用周波数
が中心周波数の３分の１程度から３倍程度に亘る広い帯
域に設定された場合でも、その全域に亘って電波の放射
中心が安定し良好に動作する。殊に、アンテナ素子３の
長辺の内づらの長さが、使用中心周波数による１波長の
長さと等しくしてあれば完全な定在波型アンテナとして
スロットアンテナと同様の作用をする。

【００１２】以下本発明による面界輻射型アンテナに付
加価値をつけたアンテナを図面に基づき説明する。図４
は、前記面界輻射型アンテナを格子状の平面反射板７の
中央部に絶縁材１６を介して固定し指向性を持たせたも
のである。こうすることによってアンテナは単向性の指
向性アンテナとして機能することとなり、相対利得が１
０ｄＢ乃至１５ｄＢに向上する。しかも、前記の如く本
発明による面界輻射型アンテナは、使用周波数を比較的
広く変更しても放射中心が絶えずアンテナ素子の中心に
安定してあるので指向性パターンの乱れが極めて少ない
という利点がある。

【００１３】図５及び図６は、前記面界輻射型アンテナ
を格子状のコーナーレフレクター８（必要に応じて開放
角度を変更可能とする）に絶縁材１６を介して固定する
ことによって、指向性を付加すると共に、高利得を実現
すべく構成したものである。こうすることによって、指
向性パターンが安定し好適に使用し得る周波数が、中心
周波数の約１０分の１から１０倍近くに亘る超広帯域ア
ンテナとして機能することとなる。また、図５の如くア
ンテナ素子３の長辺２がコーナーレフレクター８の向き
に沿うようにアンテナを配設すれば、給電点４，４，
４，４を選択使用することによって、１個のアンテナを
近距離受信に適したアンテナ（ＴＶ受信用アンテナ等）
として機能させることもできるし、遠距離通信に適した
アンテナとして機能させることもできる。尚、図５及び
図６は，ほぼ等しい長さの給電経路５，５，５，５を介
して統合ボックス１７へ接続され、更に、統合給電経路
６を経て通信装置へ接続することにより、比較的近距離
の通信に適した構造とされている。

【００１４】図７は、衛星放送受信等の用途に用いるこ
とを目的として、前記面界輻射型アンテナ９を絶縁板１
１上に複数並べて固定し、各アンテナ９の給電経路５を
電気的に統合することによって高い利得とスペースダイ
バーシティー効果を得ることができるように構成したア
ンテナである。

【００１５】図８は本発明による面界輻射型アンテナの
第２の実施の形態である。このアンテナは、先に説明し
た第１の実施の形態（平面形状の面界輻射型アンテナ）
の長辺２を４分の１ごとに９０度に折り曲げ、平面から
立方体または直方体を形成するのと同様な方法で３次元
的に均等な指向特性を有するアンテナとして構成したも
のである。

【００１６】このアンテナは、アンテナ素子３の各長辺
２，２を上下の横枠、短辺１を縦枠として構成され、各
長辺２，２の給電点４，４，４，４を対角線的に結ぶ補
強部材を兼ねた給電経路５，５を、アンテナの中央に立
設した導電材より成る支柱１０で支持し且つ電気的に統
合したものである。而して、アンテナ素子３から給電経
路５，５を経て導かれる高周波電流は、統合給電経路た
る支柱１０を介して通信装置（図示省略）へ導かれるこ
ととなる。

【００１７】この様に２対の給電点４，４，４，４を統
合することにより、利得と忠実度が向上し、３次元的な
立方体に構成されたことによって、アンテナ素子３に囲
まれた空間の中央が放射中心となり、広帯域に亘って放
射中心の位置並びに指向性パターンが安定し好適に使用
できることとなるのみならず、ほぼ全方向に亘る指向性
を有することとなり、利得についても中心周波数付近で
８ｄＢの相対利得を得ることができる。

【００１８】尚、上記構造に組上げた結果、アンテナ素
子３の両短辺１，１が平行に近接することとなるが、両
短辺１，１を離隔した状態で支持すべく、両短辺１，１
の間に絶縁素材より成る連結具１２を介在し、その角部
を補強しておくことが望ましい。このアンテナは、ＰＨ
Ｓ中継アンテナやＴＶ受信用アンテナなど多くの用途に
ついて利用できるが、ＴＶ受信用の室内アンテナとして
利用する際は、例えば幅３ｃｍの導電材を用いて外形寸
法が１２．５ｃｍ×５０．０ｃｍ前後のアンテナ素子３
を形成し、前記支柱１０を絶縁素材より成る支持基台１
３で支持すれば良く、屋外ＴＶアンテナとして使用する
場合はアンテナ素子３の寸法を適宜設定し、支柱１０を
絶縁性の取り付け部材を介して家屋等に固定すれば良
い。本発明による立体形状の面界輻射型アンテナは、立
方体、直方体に限定されるものではなく、例えば図１０
の様に平面状の面界輻射型アンテナの平面形状がサーク
ル状（環状）となる円筒状に成形すれば、ほぼ完全な全
方向アンテナとして構成することができる。

【００１９】図９は、本発明による面界輻射型アンテナ
９を多重に配設し、放送用アンテナとして構成したもの
である。このアンテナでは、４個のアンテナ９を使用し
ており、各アンテナ９のアンテナ素子３の短辺１が、支
柱１０に対して水平方向に、各々９０度異なる側に位置
する状態で配設されている。

【００２０】この様な立体形状の面界輻射型アンテナ
は、２次元形状の面界輻射型アンテナと同様に高利得、
高感度性を有すると共に、（１）全方向性能を有する。
（２）方向や相手方との位置関係による利得の変動がな
い。（３）広帯域に使用可能。（４）放射パターンが安
定している。（５）占有面積が小さく設置に当たっての
スペースが節約できる。（６）制作費が安く組み立て運
搬が容易である。（７）強度的に優れ屋外の設置に適し
ている。等の利点がある。

【００２１】

【発明の効果】以上の如く、本発明による請求項１記載
の面界輻射型アンテナを使用すれば、広帯域に亘って電
波の放射の中心が安定する主要効果と共に、以下に示す
効果がある。ＴＶ受信用アンテナに用いた場合には、高
い広帯域性能や遠距離受信能力やゴースト防止性能並び
にＳ／Ｎ比の良さが、受信映像、受信音の忠実な再生に
効を奏し、衛星放送（ＢＳ、ＣＳ）の受信に用いた場合
には、面積辺りの受信効率の高さにより、偏波面の種別
変更に対し自在に対応できるという効果がある。ＦＭ放
送の受信にあっても、ＴＶ受信と同様に極小さな平面状
のアンテナで忠実な再生ができるという効果がある。

【００２２】携帯電話機（ワイヤレステレホンを含む）
に用いた場合には、感度の良さ（利得の高さ）が発揮さ
れ、サイズの小ささにより内蔵化が容易となる。また、
本アンテナをトンネル内の放送、携帯電話中継用アンテ
ナとして使用した場合には、スペースを取ることなく広
い範囲と方向にサービスエリアが得られ、トンネル内で
の放送電波の中断を解消することができる。同様に、本
アンテナを公衆電話ボックスの上部の硝子面に装着し、
無線（親子）電話の中継用アンテナとして用いることも
できる。

【００２３】自動車から航空機などの移動体への利用に
あっては、ＴＶ受信、アマチュア無線、業務無線等で、
小サイズにもかかわらず高利得でＶＨＦ、ＵＨＦ波帯な
ど複数バンドを利用することができ、その際、開口部の
面積を減らすことができるので、例えば、自動車の窓に
取り付けても視界を多く遮ることが無い。しかも、通信
の相手方との位置関係の変動に伴う利得変動が少ないと
いう長所がある。又、対航空機用地上アンテナとして利
用した場合は、緩やかな指向特性を利用して広い角度か
らくる電波を補足することができる。

【００２４】更に、本発明による請求項２記載の面界輻
射型アンテナを使用すれば、以下に示すの効果がある。
ＴＶアンテナに用いる場合は、室内、屋外を問わず広帯
域に亘って同時に多方向に電波を発し、また、多方向の
電波を受信することができるので、複数の局の放送を１
個のアンテナで明瞭に受信できる。即ち、固定局であり
ながら、ＦＭ放送を含むＶＨＦ、ＵＨＦの放送、通信に
ついて通信の相手方の位置の変化に利得の変動なく対応
できる。

【００２５】陸上、海上、空中の移動、輸送機器に搭載
する場合は、通信の相手方との相対関係や、都市部に特
有な無線通信の障害など厳しい条件下でも明瞭な無線通
信が可能となり、航行および公共業務に用いれば従来と
比べてその到達距離が拡大されるし、特に海上において
ＨＦ、ＶＨＦを利用した場合は、高い利得が得られ遠距
離通信能力が高いのみならず、構造的強度に優れるため
に風雪などにも強い。また、自動車に搭載する場合は、
窓際に置くだけでＴＶ放送の受信が好適に行い得る。

【００２６】又、放送用アンテナシステムに利用した場
合は、エリア内に均等な強度で電波を与えることができ
る。従って、遠隔操作、データ伝送を含む産業用途に用
いてもその効果は高い。

【００２７】この様に、放送、無線通信業務の量的質的
拡大を行うことができ、特にＴＶ放送の拡張、電気通信
業務、マルチメディアシステム構成要素といった幅広い
用途に活用して、無線機器の利用上重要な構成要素とし
てのアンテナの役割を高める事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による面界輻射型アンテナの第１の実施
の形態の１例を示す正面図である。

【図２】本発明による面界輻射型アンテナの第１の実施
の形態の別の例を示す正面図である。

【図３】従来の面界輻射型アンテナの基本概念図であ
る。

【図４】本発明による面界輻射型アンテナに平面反射板
を設けた１例を示す正面図である。

【図５】本発明による面界輻射型アンテナにコーナーレ
フレクターを設けた１例を示す正面図である。

【図６】本発明による面界輻射型アンテナにコーナーレ
フレクターを設けた別の例を示す正面図である。

【図７】本発明による面界輻射型アンテナを絶縁板上に
複数並設した例を示す正面図である。

【図８】本発明による面界輻射型アンテナの第２の実施
の形態の１例を示す斜視図である。

【図９】本発明による面界輻射型アンテナの第２の実施
の形態を多重構造としたアンテナの１例を示す斜視図で
ある。

【図１０】本発明による面界輻射型アンテナの第２の実
施の形態の別の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１短辺２長辺３アンテナ素子４給電点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】短辺（１）と長辺（２）の長さの比率が
１対２から１対６で長辺（２）の長さが使用波長の約２
分の１の長さ乃至使用波長と等しい長さに設定された方
形枠状のアンテナ素子（３）を有し、各長辺（２，２）
上の両端より全長の約３分の１から８分の１の箇所に、
各長辺（２，２）について２個づつ都合２対の給電点
（４，４，４，４）を設けたことを特徴とする面界輻射
型アンテナ。
【請求項２】前記アンテナ素子（３）を、各長辺
（２）が上下端部の外縁を成し且つ短辺（１）と等しい
高さを有する筒状に成形したことを特徴とする請求項１
記載の面界輻射型アンテナ。