説明

アンテナおよびアンテナ装置

【課題】前方に導波器を大きく伸ばすことなく利得を向上させることが可能なアンテナおよびこれを用いたアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ1Aは、エレメント11〜18と、給電部20とを備える。アンテナ1Aは、たとえば八木式アンテナの放射器として動作する。アンテナ1Aは、従来の放射器の給電部が積み重なった2段スタック構造にしたものである。各段の放射器は、ダイポール2本で構成された位相差給電式の放射器である。従来の放射器を縦方向に多段スタック構造にすることで、垂直面指向性の半値幅が絞られる。八木式アンテナの放射器を多段スタック構造にすることで、従来の八木式アンテナよりも全長が短くかつ高利得化することが可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、アンテナおよびこれを用いたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
図13は、従来の八木式アンテナの放射器100の構造を示した概略図である。
図13を参照して、放射器100は、エレメント111〜114と、給電部120とを備える。エレメント111,113およびエレメント112,114は、それぞれダイポールを構成する。放射器100は、ダイポール2本で構成された位相差給電方式の放射器である。放射器のみでもアンテナを構成する。
【0003】
特許文献1に記載されたUHF(Ultra High Frequency)帯テレビジョン放送受信用アンテナは、UHF帯テレビジョン放送の全周波数帯用の放射器の給電点と、同軸ケーブルの外部導体および中心導体に接続される固定金具との間に整合器が設けられ、放射器および同軸ケーブルのインピーダンス変換と、平衡および不平衡の変換とを行なう。整合器の放射器側の2本のリード線は、互いに接近させた分布容量線路部と、互いが離れた誘導性線路部とによって構成される。
【0004】
特許文献2に記載されたアンテナの放射器は、筐体内の回路要素収容空間と、筐体に設けられた放射素子の保持孔内とを、区画壁によって水密的に区画する。区画壁には、放射素子が縦向きとなる使用状態において下側となった放射素子内に溜まった水が氷結する場合に、氷結に伴う膨張によって区画壁と放射素子との間に生ずる斥力を逃すための逃がし手段が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−328019号公報
【特許文献2】特開平09−199916号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、従来の八木式アンテナは、たとえばダイポール2本で構成された位相差給電方式の放射器を備える。従来の八木式アンテナで利得を上げるには、導波器を前方に増やしていかなければならない。そのため、従来の高利得の八木式アンテナは、前方に長くなってしまうという問題があった。
【0007】
それゆえに、この発明の目的は、前方に導波器を大きく伸ばすことなく利得を向上させることが可能なアンテナおよびこれを用いたアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明のある局面によれば、アンテナであって、第1の放射素子および第1の給電部を含む第1の放射器と、第2の放射素子および第2の給電部を含む第2の放射器とを備え、第1および第2の放射器は、多段スタック構造を有する。
【0009】
好ましくは、第1および第2の放射素子の各々は、少なくとも1組のアンテナ素子を含む。
【0010】
好ましくは、第1および第2の放射素子の少なくとも1つは、互いに並列に配置された2組以上のアンテナ素子を含む。
【0011】
好ましくは、アンテナ素子は、1対のエレメントを含む。
好ましくは、アンテナ素子は、ダイポールアンテナである。
【0012】
好ましくは、アンテナ素子は、折り返しダイポールアンテナである。
好ましくは、第1および第2の給電部の少なくとも1つは、位相差給電方式である。
【0013】
好ましくは、第1および第2の放射素子の各々は、第1のエレメント対を含む第1のアンテナ素子と、第1のエレメント対と並列に配置された第2のエレメント対を含む第2のアンテナ素子とを含み、第1および第2の給電部の各々は、第1および第2のアンテナ素子に電力を供給する給電ラインを含み、アンテナは、第1の給電部の給電ラインと、対応する第2の給電部の給電ラインとを、第2のアンテナ素子側の接続点を結んで接続する給電合成ラインと、給電合成ラインに電力を供給する同軸ケーブルとをさらに備える。
【0014】
好ましくは、アンテナ素子は、スリーブを含むホイップアンテナである。
好ましくは、第1の放射素子は、第1のスリーブを含む第1のホイップアンテナと、第1のホイップアンテナと縦列に配置された第2のスリーブを含む第2のホイップアンテナとを含み、第2の放射素子は、第3のスリーブを含む第3のホイップアンテナと、第3のホイップアンテナと縦列に配置された第4のスリーブを含む第4のホイップアンテナとを含み、第1および第2の給電部は、第1のホイップアンテナと第2のホイップアンテナとを接続する第1の給電ラインと、第3のホイップアンテナと第4のホイップアンテナとを接続する第2の給電ラインとを含み、アンテナは、第1の給電ラインと第2の給電ラインとを接続する給電合成ラインと、給電合成ラインに第3および第4のホイップアンテナ側の接続点から電力を供給する同軸ケーブルとをさらに備える。
【0015】
この発明の他の局面によれば、アンテナ装置であって、第1の放射素子および第1の給電部を含む第1の放射器と、第2の放射素子および第2の給電部を含む第2の放射器と、第1および第2の放射器に対して一方側に配置された1以上の導波器と、第1および第2の放射器に対して他方側に配置された1以上の反射器とを備え、第1および第2の放射器は、多段スタック構造を有する。
【発明の効果】
【0016】
この発明の実施の形態によれば、アンテナにおいて前方に導波器を大きく伸ばすことなく利得を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】この発明の実施の形態1によるアンテナ1Aの構造を示した概略図である。
【図2】この発明の実施の形態1によるアンテナ1Aの構造を示した概略図である。
【図3】従来の放射器100と比較した図1,2のアンテナ1Aの各種特性を示した図である。
【図4】この発明の実施の形態1によるアンテナ30の構造を示した概略図である。
【図5】この発明の実施の形態1によるアンテナ1Aのより具体的な構造を示した模式図である。
【図6】この発明の実施の形態1によるアンテナ1Aの位相差給電構造を説明するための部分図である。
【図7】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置1Bの具体的な構造を示した模式図である。
【図8】この発明の実施の形態2によるアンテナ50の構造を示した概略図である。
【図9】この発明の実施の形態2によるアンテナ50の給電構造の一例を説明するための構成図である。
【図10】この発明の実施の形態2によるアンテナ60Aの構造を示した概略図である。
【図11】この発明の実施の形態2によるアンテナ60Aの位相差給電構造を説明するための構成図である。
【図12】この発明の実施の形態2によるアンテナ装置60Bの具体的な構造を示した模式図である。
【図13】従来の八木式アンテナの放射器100の構造を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0019】
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1によるアンテナ1Aの構造を示した概略図である。図2は、図1のアンテナ1Aの斜視角を変えて図示したものである。
【0020】
図1,2を参照して、アンテナ1Aは、エレメント11〜18と、給電部20とを備える。アンテナ1Aは、たとえば八木式アンテナの放射器として動作する。図1,2に示すように、アンテナ1Aは、図10の従来の放射器100の給電部が積み重なった2段スタック構造である。各段の放射器は、ダイポール2本で構成された位相差給電方式である。各段の放射器の間の距離は、約0.2λ(λは波長)である。換言すると、エレメント11〜14とエレメント15〜18との間の距離は、約8〜10cmである。従来の放射器100を縦方向に2段スタック構造にすることで、垂直面指向性の半値幅が絞られる。
【0021】
図3は、従来の放射器100と比較した図1,2のアンテナ1Aの各種特性を示した図である。
【0022】
図3を参照して、横軸は周波数(MHz)、左縦軸は利得(dB)、右縦軸は電圧定在波比(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)を示す。図1,2のアンテナ1Aの電圧定在波比VSRW2は、480MHz〜845MHzにおいて、従来の放射器100の電圧定在波比VSRW1より高くなっている。なお、電圧定在波比は低い方が望ましい。
【0023】
一方、図1,2のアンテナ1Aの利得G2は、ほとんどの周波数において従来の放射器100の利得G1より高くなっている。特に、470MHz〜680MHzにおいて、アンテナ1Aの利得G2は、従来の放射器100の利得G1より約1dB高くなっている。これは、図4に示すように従来の放射器を横方向に多段スタック構造にした場合も、同様である。
【0024】
図4は、この発明の実施の形態1によるアンテナ30の構造を示した概略図である。
図4を参照して、アンテナ30は、従来の放射器10A,10Bのエレメントが縦列に配置された2段スタック構造である。アンテナ30は、たとえば八木式アンテナの放射器として動作する。放射器10Aは、エレメント11A〜14Aと、給電部20Aとを備える。放射器10Bは、エレメント11B〜14Bと、給電部20Bとを備える。放射器10A,10Bは、ダイポール2本で構成された位相差給電方式の放射器である。放射器10A、10B間の距離は、約1λ(λは波長)である。換言すると、給電部20Aと給電部20Bとの中心間の距離は、約50cmである。従来の放射器10A,10Bを横方向に2段スタック構造にすることで、水平面指向性の半値幅が絞られる。
【0025】
図1,2,4は、放射器を2段スタック構造にした場合であったが、3段,4段のスタック構造にすることも可能である。放射器を3段,4段のスタック構造にすることで、アンテナの開口面積が広がる。これにより、八木式アンテナのさらなる高利得化が可能となる。また、放射器を縦方向および横方向に同時に多段スタック構造にすることも可能である。また、ダイポールアンテナは、折り返しダイポールアンテナであってもよい。
【0026】
図5は、この発明の実施の形態1によるアンテナ1Aのより具体的な構造を示した模式図である。
【0027】
図5を参照して、アンテナ1Aは、エレメント11〜18と、同軸ケーブル21と、網線22と、給電ライン23,24,27,28と、給電合成ライン25,29と、芯線26とを備える。アンテナ1Aは、たとえば八木式アンテナの放射器として動作する。同軸ケーブル21は、75Ωの特性インピーダンスを有する。同軸ケーブル21は、給電合成ライン25,29に対して電力を供給する。給電ライン23,24,27,28は、150Ωの特性インピーダンスを有する。給電合成ライン25,29は、75Ωの特性インピーダンスを有する。
【0028】
図5のアンテナ1Aは、図13の従来の放射器100を縦方向に2段スタック構造にし、給電合成ライン25,29で上下の放射器を合成して出力インピーダンスを75Ωにしたものである。各段の放射器は、ダイポール2本で構成された位相差給電方式の放射器である。
【0029】
図6は、この発明の実施の形態1によるアンテナ1Aの位相差給電構造を説明するための部分図である。
【0030】
図6を参照して、アンテナ1Aは、給電点13aを有するエレメント13と、給電点14aを有するエレメント14と、給電点17aを有するエレメント17と、給電点18aを有するエレメント18と、中心点O1および接続点27aを有する給電ライン27と、中心点O2および接続点28aを有する給電ライン28と、接続点29aを有する給電合成ライン29とを少なくとも備える。
【0031】
給電ライン27の接続点27aは、中心点O1よりエレメント14側に寄っている。同様に、給電ライン28の接続点28aも、中心点O2よりエレメント18側に寄っている。給電点13aと接続点27aとの距離L1は、たとえば45mmである。給電点14aと接続点27aとの距離L2は、たとえば5mmである。また、接続点27aと接続点28aとの間の給電合成ライン29の距離L3は、たとえば80〜100mmである。
【0032】
上記のように、給電合成ライン29は、アンテナ14,18側に寄っている。これにより、エレメント13,14およびエレメント17,18では、それぞれ位相差給電が行なわれる。これは、エレメント11,12およびエレメント15,16の側についても同様である。さらに、図5に示すように、給電合成ライン29は、中心辺りの接続点29aに同軸ケーブル21の芯線26が接続されている。給電合成ライン25は、中心辺りの接続点25aに同軸ケーブル21の網線22が接続されている。これらの構成より、位相差給電方式に起因した利得の向上が得られる。
【0033】
図7は、この発明の実施の形態1によるアンテナ装置1Bの具体的な構造を示した模式図である。
【0034】
図7を参照して、アンテナ装置1Bは、エレメント11〜18と、同軸ケーブル21と、網線22と、給電ライン23,24,27,28と、給電合成ライン25,29と、芯線26と、反射器31,32と、導波器41〜44とを備える。アンテナ装置1Bは、たとえば八木式アンテナとして動作する。アンテナ装置1Bは、図13の従来の放射器100を縦方向に2段スタック構造にし、反射器31,32および導波器41〜44を付加したものである。
【0035】
放射器100を用いた従来の八木式アンテナは、利得を上げるために導波器を前方方向に増やしていた。これに対し、図7に記載したアンテナ装置1Bは、図3に示したように、従来の八木式アンテナと比べて、前方方向に導波器を大きく伸ばすことなく利得を向上させることができる。これにより、アンテナ装置の性能が向上するとともに、小型化も可能となる。
【0036】
以上のように、実施の形態1によれば、放射器を多段スタック構造にして各放射器に導波器を設けることにより、従来の八木式アンテナよりも全長が短くかつ高利得化することが可能となる。
【0037】
[実施の形態2]
図8は、この発明の実施の形態2によるアンテナ50の構造を示した概略図である。
【0038】
図8を参照して、アンテナ50は、スリーブ51を含むホイップアンテナ56と、スリーブ52を含むホイップアンテナ57と、給電ライン53とを備える。アンテナ50は、たとえば八木式アンテナの放射器として動作する。アンテナ50は、ホイップアンテナ56,57を左右に並べて、横方向に2段スタック構造にしたものである。アンテナ50は、ホイップアンテナ56,57の2素子で1組のアンテナを構成している。ホイップアンテナ56,57を左右に並べて合成することで、水平面指向性の半値幅が絞られる。ホイップアンテナを上下に合成した場合には、垂直面指向性の半値幅が絞られる。
【0039】
図9は、この発明の実施の形態2によるアンテナ50の給電構造の一例を説明するための構成図である。
【0040】
図9を参照して、アンテナ50は、ホイップアンテナ56,57と、給電ライン53とを備える。給電ライン53は、同軸ケーブル200と、外部導体201,532,536と、絶縁部204,533,535と、芯線205,534と、シース531,537とを含む。ホイップアンテナ56,57は、スリーブ52,51をそれぞれ有し、いずれもλ/2(λは波長)の長さを有する。同軸ケーブル200の芯線205は、ホイップアンテナ56,57の芯線534に接続される。同軸ケーブル200の外部導体201は、編組された外部導体532,536の一方または両方に接続される。このような給電構造により、アンテナ50は、同軸ダイポールとして動作する。
【0041】
図10は、この発明の実施の形態2によるアンテナ60Aの構造を示した概略図である。
【0042】
図10を参照して、アンテナ60Aは、スリーブ61,62,64,65と、給電ライン63,66と、位相差給電ライン67とを備える。アンテナ60Aは、たとえば八木式アンテナの放射器として動作する。アンテナ60Aは、図8のアンテナ2組を位相差給電ライン67により接続したものであり、位相差給電構造となっている。アンテナ60Aは、図8のアンテナ2組を横方向に2段スタック構造にしたものである。アンテナ60Aは、図1,2のように、図8のアンテナ2組が縦方向に積み重なった2段スタック構造であってもよい。
【0043】
図11は、この発明の実施の形態2によるアンテナ60Aの位相差給電構造を説明するための構成図である。
【0044】
図10,11を参照して、アンテナ60Aは、ホイップアンテナ610,620,640,650と、給電ライン63,66と、位相差給電ライン67とを備える。給電ライン63は、シース611,621と、外部導体612,622と、絶縁部613,623と、芯線614,624,631とを含む。芯線631は、接続点631aを有する。給電ライン66は、シース641,651と、外部導体642,652と、絶縁部643,653と、芯線644,654,661とを含む。芯線661は、接続点661aを有する。ホイップアンテナ610,620,640,650は、スリーブ61,62,64,65をそれぞれ有し、いずれもλ/2(λは波長)の長さを有する。
【0045】
位相差給電ライン67は、同軸ケーブル300と、外部導体301と、絶縁部302と、芯線303,304と、網線305と、給電合成ライン671,672とを含む。給電ライン63,66は、いずれも300Ωの特性インピーダンスを有する。給電合成ライン671は、接続点661aと接続点631aとの間に接続され、中心点O10および接続点671aを有する。給電合成ライン671は、150Ωの特性インピーダンスを有する。給電合成ライン672は、接続点662aと接続点672aとの間に接続される。同軸ケーブル300は、75Ωの特性インピーダンスを有する。
【0046】
芯線304は、給電合成ライン671において、中心点O10よりホイップアンテナ610,620側に寄った接続点671aに接続される。同様に、網線305も、給電合成ライン672において、ホイップアンテナ610,620側に寄った接続点672aに接続される。当該構成より、位相差給電方式に起因した利得の向上が得られる。
【0047】
図12は、この発明の実施の形態2によるアンテナ装置60Bの具体的な構造を示した模式図である。
【0048】
図12を参照して、アンテナ装置60Bは、スリーブ61,62,64,65と、給電ライン63,66と、位相差給電ライン67と、反射器71と、導波器81〜86とを備える。アンテナ装置60Bは、たとえば八木式アンテナとして動作する。アンテナ装置60Bは、図8のアンテナ2組を位相差給電ライン67により接続し、反射器71および導波器81〜86を付加したものである。
【0049】
放射器100を用いた従来の八木式アンテナは、利得を上げるために導波器を前方方向に増やしていた。これに対し、図12に記載したアンテナ装置60Bは、図3に示したのと同様に、従来の八木式アンテナと比べて、前方方向に導波器を大きく伸ばすことなく利得を向上させることができる。これにより、アンテナ装置の性能が向上するとともに、小型化も可能となる。
【0050】
以上のように、実施の形態2によれば、ホイップアンテナを含む放射器を多段スタック構造にして各放射器に導波器を設けることにより、従来の八木式アンテナよりも全長が短くかつ高利得化することが可能となる。
【0051】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0052】
1A,10A,10B,30,50,60A アンテナ、100 放射器、1B,60B アンテナ装置、11〜18,11A〜14A,11B〜14B,111〜114 エレメント、13a,14a,17a,18a 給電点、20,20A,20B,120 給電部、21,200,300 同軸ケーブル、22,305 網線、23,24,27,28,53,63,66 給電ライン、25,29,671,672 給電合成ライン、25a,27a,28a,29a,631a,661a,662a,671a,672a 接続点、26,205,303,304,534,614,624,631,644,654,661 芯線、31,32,71 反射器、41〜44,81〜86 導波器、51,52,61,62,64,65 スリーブ、56,57,610,620,640,650 ホイップアンテナ、67 位相差給電ライン、201,301,532,536,612,622,642,652 外部導体、204,302,533,535,613,623,643,653 絶縁部、531,537,611,621,641,651 シース、G1,G2 利得、VSRW1,VSRW2 定在波比、L1,L2,L3 距離、O1,O2,O10 中心点。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の放射素子および第1の給電部を含む第1の放射器と、
第2の放射素子および第2の給電部を含む第2の放射器とを備え、
前記第1および第2の放射器は、多段スタック構造を有する、アンテナ。
【請求項2】
前記第1および第2の放射素子の各々は、少なくとも1組のアンテナ素子を含む、請求項1に記載のアンテナ。
【請求項3】
前記第1および第2の放射素子の少なくとも1つは、互いに並列に配置された2組以上のアンテナ素子を含む、請求項1に記載のアンテナ。
【請求項4】
前記アンテナ素子は、1対のエレメントを含む、請求項2または3に記載のアンテナ。
【請求項5】
前記アンテナ素子は、ダイポールアンテナである、請求項4に記載のアンテナ。
【請求項6】
前記アンテナ素子は、折り返しダイポールアンテナである、請求項4に記載のアンテナ。
【請求項7】
前記第1および第2の給電部の少なくとも1つは、位相差給電方式である、請求項3に記載のアンテナ。
【請求項8】
前記第1および第2の放射素子の各々は、
第1のエレメント対を含む第1のアンテナ素子と、
前記第1のエレメント対と並列に配置された第2のエレメント対を含む第2のアンテナ素子とを含み、
前記第1および第2の給電部の各々は、前記第1および第2のアンテナ素子に電力を供給する給電ラインを含み、
前記アンテナは、
前記第1の給電部の前記給電ラインと、対応する前記第2の給電部の前記給電ラインとを、前記第2のアンテナ素子側の接続点を結んで接続する給電合成ラインと、
前記給電合成ラインに電力を供給する同軸ケーブルとをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ。
【請求項9】
前記アンテナ素子は、スリーブを含むホイップアンテナである、請求項1に記載のアンテナ。
【請求項10】
前記第1の放射素子は、
第1のスリーブを含む第1のホイップアンテナと、
前記第1のホイップアンテナと縦列に配置された第2のスリーブを含む第2のホイップアンテナとを含み、
前記第2の放射素子は、
第3のスリーブを含む第3のホイップアンテナと、
前記第3のホイップアンテナと縦列に配置された第4のスリーブを含む第4のホイップアンテナとを含み、
前記第1および第2の給電部は、
前記第1のホイップアンテナと前記第2のホイップアンテナとを接続する第1の給電ラインと、
前記第3のホイップアンテナと前記第4のホイップアンテナとを接続する第2の給電ラインとを含み、
前記アンテナは、
前記第1の給電ラインと前記第2の給電ラインとを接続する給電合成ラインと、
前記給電合成ラインに前記第3および第4のホイップアンテナ側の接続点から電力を供給する同軸ケーブルとをさらに備える、請求項1に記載のアンテナ。
【請求項11】
請求項1〜10のいずれかに記載のアンテナと、
前記第1および第2の放射器に対して一方側に配置された1以上の導波器と、
前記第1および第2の放射器に対して他方側に配置された1以上の反射器とを備える、アンテナ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【公開番号】特開2012−235199(P2012−235199A)
【公開日】平成24年11月29日(2012.11.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−100782(P2011−100782)
【出願日】平成23年4月28日(2011.4.28)
【出願人】(000109668)DXアンテナ株式会社 (394)
【Fターム(参考)】