説明

アンテナ装置

【課題】板状部材に複数の開口部を形成してなる反射器を備えたアンテナ装置において、反射器の全体形状を大きくすることなく使用周波数帯域の高域側の動作利得を改善する。
【解決手段】反射器を構成する反射板70A、Bは、導電材料からなる薄板にて構成されており、各反射板には、電波の偏波方向と同一方向となるよう間隔を空けて複数の開口部73を一列に配置してなる開口部群75が、電波の偏波方向と直交する方向に複数段配置されている。この複数段の開口部群75を構成する各開口部73は、それぞれ、略正方形に形成され、各反射板70AB、Bの板面を貫通している。また、各開口部73の一辺の長さは、その長さに開口部群75を構成する開口部75の数を乗じた長さと、反射板70Aの偏波方向と同一方向の長さとを加算した長さが、アンテナ装置の使用周波数帯域で最小周波数の電波の波長に対し、略2分の1波長となるように設定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、直線偏波の電波を放射する放射器と、放射器に対し間隔を空けて配置される放射器とを備えたアンテナ装置に関し、詳しくは、UHF帯のテレビ放送電波を受信するのに好適なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
地上デジタルテレビ放送では、一定レベル以上の電波を受信できれば、デジタル放送の持つ優れた特性によって、綺麗な画像を受信することができる。
このため、地上デジタルテレビ放送受信用のアンテナ装置には、従来のアナログテレビ放送で利用されていた八木・宇多式アンテナに比べ、小型・軽量で、デザイン性にも優れたアンテナ装置が求められている。
【0003】
そこで、本願出願人は、アンテナ装置において、放射器をスケルトンスロットアンテナにて構成し、放射器に対向するように配置される反射器を、放射器から放射される電波の偏波方向に直交する方向に長い長方形状の板状部材にて構成し、その板状部材には、板面を貫通するように、板状部材の長手方向に細長い開口部を、放射電波の偏波方向に間隔を空けて複数個配置し、しかも、その複数個の開口部の列からなる開口部群を、放射電波の偏波方向に直交する方向に複数段配置することを提案した(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2008−048004号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記提案のアンテナ装置は、特許文献1に、「動作利得においては高域ではわずかに利得が低下するものの、低域においては利得の改善が見られ、全帯域に亘って安定した動作利得が得られている」と説明されているように、概ね使用周波数の全帯域に亘って良好な特性が得られているものの、高域における動作利得が低いので、この周波数領域における更なる改善が望まれていた。
【0006】
そこで、本願発明者らが実験を繰り返し行なったところ、上記アンテナ装置の高域における動作利得を改善するには、反射器に形成する開口部群の段数を多くすればよいことが分かった。
【0007】
しかし、上記提案のアンテナ装置において、反射器は、開口部の形状が、反射器全体の形状と同様、放射電波の偏波方向に直交する方向に長くなっていることから、高域における動作利得を改善するために開口部群の段数を増加させると、反射器全体の長さ(偏波方向に直交する方向の長さ)が更に長くなってしまい、アンテナ装置の大型化を招くという問題があった。
【0008】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、板状部材に複数の開口部を形成することにより構成される反射器を備えたアンテナ装置において、反射器の全体形状を大きくすることなく、使用周波数帯域の高域側の動作利得を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載のアンテナ装置は、
直線偏波の電波を放射する放射器と、
導電性で略四角形状の板状部材からなり、当該板状部材の板面が前記放射器と対向するように配置される反射器と、
を備え、
前記反射器を構成する板状部材には、前記放射器から放射される電波の偏波方向と同一方向となるよう、間隔を空けて複数の開口部が一列に配置されると共に、該一列に配置された複数の開口部からなる開口部群が、前記偏波方向と直交する方向に複数段配置されており、
前記複数段の開口部群を構成する各開口部は、それぞれ、略正方形で、前記板状部材を貫通するように形成されており、
前記板状部材の前記偏波方向と同一方向の長さは、
前記放射器の使用周波数帯域で最大周波数の電波の波長に対応して、当該最大周波数の電波を反射可能な長さに設定され、
前記各開口部の一辺の長さは、
前記各開口部の一辺の長さに前記開口部群を一列構成する開口部の数を乗じた長さと、前記板状部材の前記偏波方向と同一方向の長さとを加算した長さが、前記放射器の使用周波数帯域で最小周波数の電波を反射可能な長さとなるよう、当該最小周波数の電波の波長に基づき設定されていることを特徴とする。
【0010】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のアンテナ装置において、
前記反射器を構成する板状部材において、前記偏波方向の両端側は、前記放射器方向に折り曲げられていることを特徴とする。
【0011】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置において、
前記反射器を構成する板状部材において、前記放射器方向に折り曲げられた板状部材の端縁には、前記放射器方向に突出された複数の突出片が間隔を空けて設けられていることを特徴とする。
【0012】
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1項に記載のアンテナ装置において、
前記反射器を構成する板状部材において、前記各列の開口部群にて夫々隣接する開口部の間に位置し、且つ、各開口部群の列を跨ぐように前記偏波方向と直交する方向に配置される複数の桟部の少なくとも一つは、前記各開口部群の間に前記偏波方向に沿って配置される桟部に段差を設けることで、前記放射器側に突出されていることを特徴とする。
【0013】
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のアンテナ装置において、当該アンテナ装置は、UHF帯のテレビ放送電波を受信する受信アンテナであり、前記放射器の使用周波数帯域はテレビ放送のUHF帯に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
請求項1に記載のアンテナ装置によれば、上述した従来のアンテナ装置と同様、反射器は、導電性で略四角形状の板状部材からなり、その板面を貫通するように複数の開口部が形成されているが、各開口部の形状は、略正方形である。
【0015】
そして、反射器を構成する板状部材には、放射器から放射される電波の偏波方向と同一方向となるように間隔を空けて複数の開口部が一列に配置され、しかも、その一列に配置された複数の開口部からなる開口部群が、電波の偏波方向と直交する方向に複数段配置されている。
【0016】
また、板状部材の偏波方向と同一方向の長さは、放射器の使用周波数帯域で最大周波数の電波の波長に対応して、当該最大周波数の電波を反射可能な長さに設定され、各開口部の一辺の長さは、各開口部の一辺の長さに開口部群を一列構成する開口部の数を乗じた長さと、板状部材の前記偏波方向と同一方向の長さとを加算した長さが、放射器の使用周波数帯域で最小周波数の電波を反射可能な長さとなるよう、その最小周波数の電波の波長に基づき設定されている。
【0017】
すなわち、本発明において、反射器は、板状部材の板面に、電波の偏波方向に沿って複数段の開口部群を形成することにより構成されることから、反射器は、複数段の開口部群によって分断された複数の反射エレメントを備えたものと等化となる。
【0018】
そして、こうした反射エレメントの長さとしては、従来より、放射器から放射させる電波の波長λの2分の1波長(λ/2)若しくはこれよりも若干長くするとよいことが知られている。例えば、放射器と反射器と導波器とで構成される八木・宇多式アンテナでは、放射器の長さをλ/2とし、反射器の長さをλ/2よりも若干長くし、導波器の長さをλ/2よりも若干短くしている。
【0019】
そこで、本発明では、放射器の使用周波数帯域で最も波長が短い最大周波数の電波を反射できるように、開口部群にて分断される反射エレメントの直線の長さを、その最大周波数の電波の波長λmaxに基づき(例えば、略λmax/2に)設定している。
【0020】
一方、放射器の使用周波数帯域で最も波長が長い最小周波数の電波については、反射器において、各開口部群を電波の放射方向に直交する方向の中心位置で分断したときの端縁を、反射エレメントとして反射することができる。
【0021】
そして、この場合、反射エレメントの長さは、板状部材の偏波方向と同一方向の長さ(略λmax/2)に、開口部群を構成する複数の開口部の一辺の長さ(一辺の長さ×開口部の数)を加算した長さとなるため、最小周波数の電波を反射するには、この部分の長さを、使用周波数帯域の最小周波数の波長λminに基づき、略λmin/2に設定すればよいことになる。
【0022】
そこで、本発明では、放射器の使用周波数帯域で最も波長が長い最小周波数の電波を反射できるように(換言すれば使用周波数帯域全域で電波を反射できるように)、開口部の各辺の長さを、その最小周波数の電波の波長に基づき設定している。
【0023】
具体的には、使用周波数帯域の最小周波数の電波の波長λminの2分の1の長さ(λmin/2)から、最大周波数の電波の波長λmaxの2分の1の長さ(λmax/2)を減じた長さ(λmin/2−λmax/2)を、開口部群一列を構成する開口部の数で割った値が、開口部の1辺の長さとなるように設定すればよい。
【0024】
従って、本発明のアンテナ装置によれば、反射器により、放射器の使用周波数帯域全域で電波を反射できるようになり、アンテナ装置の指向特性及びアンテナ利得を向上することができる。
【0025】
そして、本発明のアンテナ装置では、反射器において、各開口部群を構成する開口部が、略正方形に形成されることから、上述した従来のアンテナ装置に比べて、反射器の長さ(詳しくは、電波の放射方向に直交する方向の長さ)を短くすることができる。
【0026】
また、本発明のアンテナ装置によれば、上述した従来のアンテナ装置に比べて、反射器に開口部群を配列できる段数を多くすることができることから、各開口部群で分断されることにより形成される反射エレメントの数を増加させると共に、各反射エレメントの間隔を短くすることができる。
【0027】
よって、本発明のアンテナ装置によれば、上述した従来のアンテナ装置に比べて、使用周波数帯域の高域側の動作利得を高めることができる。
なお、本発明のアンテナ装置においては、反射器に形成する開口部の形状を略正方形にしているが、これは、開口部の形状を、電波の放射方向に長い長方形状にすると、反射器において、電波の放射方向に配列可能な開口部の数が少なくなり、放射器の使用周波数帯域で最も波長が長くなる最小周波数の電波を反射するのに要する長さを確保できなくなるためである。
【0028】
つまり、導電性の板状部材にて反射器を構成し、その板状部材に対しマトリクス状に開口部を形成する場合、本発明のように、各開口部の形状を略正方形状にすれば、反射器の反射特性を使用周波数帯域全域で確保し、且つ、アンテナ装置の指向特性及びアンテナ利得を向上することができるようになるのである。
【0029】
但し、開口部は、全ての辺が同一長さとなる真の正方形にする必要はなく、各辺の長さが若干異なっていてもよい。
次に、請求項2に記載のアンテナ装置によれば、反射器を構成する板状部材において、偏波方向の両端側が、放射器方向に折り曲げられていることから、上述した反射エレメントとしての長さを確保しつつ、反射器全体の偏波方向の長さを短くすることができ、反射器(延いてはアンテナ装置)の小型化を図ることができる。
【0030】
また、請求項3に記載のアンテナ装置によれば、反射器を構成する板状部材において、放射器方向に折り曲げられた板状部材の端縁には、放射器方向に突出された複数の突出片が間隔を空けて設けられている。
【0031】
この結果、突出片によって、反射器の電波の偏波方向の長さを長くすることができ、アンテナ装置の動作利得やVSWR特性に影響を与えることなく、使用周波数帯域の低域側の反射特性を改善して、アンテナ装置の指向特性(前後比)を向上することができる。
【0032】
一方、請求項4に記載のアンテナ装置によれば、板状部材に形成される各開口部群において夫々隣接して配置される開口部の間に位置し、且つ、各開口部群の列を跨ぐように電波の偏波方向と直交する方向に配置される複数の桟部の少なくとも一つは、各開口部群の間に偏波方向に沿って配置される桟部に段差を設けることで、放射器側に突出されている。
【0033】
この結果、請求項4に記載のアンテナ装置によれば、請求項2に記載のものと同様、各開口部群で分断されることにより形成される反射エレメントの長さを確保しつつ、反射器全体の偏波方向の長さを短くすることができ、反射器(延いてはアンテナ装置)の小型化を図ることができる。
【0034】
また、このように、反射器において、電波の偏波方向に直交する方向に形成される桟部の一部を、放射器側に突出させれば、その突出された桟部を、反射器を支持する支持部材若しくはアンテナ装置全体を収納する筐体への取付部として利用することができる。
【0035】
次に、請求項5に記載のアンテナ装置によれば、放射器の使用周波数帯域がテレビ放送のUHF帯に設定されていることから、UHF帯の電波を使って放送されているデジタルテレビ放送の電波を、従来よりも小型のアンテナ装置を用いて受信できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】実施形態のアンテナ装置の外観を表す説明図であり、(a)は水平偏波受信時のアンテナ装置を背面から見た斜視図、(b)は垂直偏波受信時のアンテナ装置を背面から見た斜視図である。
【図2】実施形態のアンテナ装置におけるアンテナ本体と出力端子の組付け状態を表す説明図である。
【図3】実施形態のアンテナ装置を構成する放射器及び反射器の構成を表す分解斜視図である。
【図4】実施形態の反射器の形状及び寸法を説明する説明図であり、(a)は反射器の一部を拡大して表す正面図、(b)は(a)におけるA−A線から見た反射器の上面図、(c)は(a)におけるB−B線から見た反射器の断面図である。
【図5】開口部群の段数によるアンテナ特性の違いを調べるのに用いた反射器を表し、(a)は従来技術の開口部群を備えた比較用反射器の正面図であり、(b)は本発明を適用した評価用反射器の正面図である。
【図6】比較用反射器及び評価用反射器を用いて構成した2種類のアンテナ装置の電気的特性を測定した測定データを表すグラフである。
【図7】反射器に突出片を設けたアンテナ装置及び反射器に突出片を設けていないアンテナ装置の電気的特性を夫々測定した測定データを表すグラフである。
【図8】変形例のアンテナ装置を構成する放射器及び反射器の構成を表す分解斜視図である。
【図9】変形例の反射器の形状を説明する説明図であり、(a)は反射器の一部を拡大して表す正面図、(b)は(a)におけるA−A線から見た反射器の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下に本発明のアンテナ装置の一実施形態について説明する。
図1は実施形態のアンテナ装置1の外観を表す説明図であり、(a)は水平偏波受信時のアンテナ装置1を背面から見た斜視図、(b)は垂直偏波受信時のアンテナ装置1を背面から見た斜視図である。
【0038】
尚、本実施形態のアンテナ装置1は、テレビ放送電波受信用のUHFアンテナであるが、本発明のアンテナ装置は、特にUHFアンテナに限定されるものではない。
また、以下の説明で方向を示す場合は、特に明記しない限り、アンテナ装置1の設置方向を基準とし、アンテナ装置1の正面側が前側、若しくは前面と記載し、アンテナ装置1の後面側が後側、若しくは背面と記載する。つまり、図3に示すアンテナ素子の配置では、斜め左下側(手前側)が前側、若しくは前面であり、斜め右上側(奥行き側)が後側、若しくは背面である。
【0039】
図1に示すように、本実施形態のアンテナ装置1は、後述するアンテナ素子を収容したアンテナ素子筐体部5からなるアンテナ本体2と、アンテナ本体2の背面5aに設けられた出力端子10と、アンテナ素子筐体部5の背面5aに形成された取付金具装着部8a若しくは8bに着脱自在に装着されるアンテナ取付金具8と、を備える。
【0040】
ここで、アンテナ素子筐体部5は、非導電性の合成樹脂にて矩形の箱状に形成されている。
また、出力端子10は、図2に示すように、中心導体11bと該中心導体11bと同心的に設けられた外部導体11cとを有する円筒状接栓座であって、一端側に同軸ケーブルの端子が着脱される着脱端11aを備えた出力端子部11と、アンテナ素子筐体部5の背面5aに沿うように設けられ、出力端子部11の着脱端11aを外方向に突出するように支持する端子筐体部12とから構成されている。なお、端子筐体部12は、非導電性の合成樹脂にて構成されている。
【0041】
そして、出力端子部11の中心導体11b及び外部導体11は、筐体部5、12内に形成された空間内で、アンテナ素子に備えられた給電点と電気的に接続されており、アンテナ素子で受信した信号は、出力端子部11から出力される。
【0042】
次に、アンテナ取付金具8は、アンテナマストやベランダ等への取り付けができるばかりでなく、壁面の取り付けにも対応するなど、多様な設置場所に取り付けができるように構成されている。
【0043】
そして、本実施形態のアンテナ装置1は、図1(a)に示すように、アンテナ取付金具8を取付金具装着部8aに取り付ければ、水平偏波受信用のアンテナ装置として使用でき、図1(b)のように、アンテナ取付金具8を取付金具装着部8bに取り付ければ、垂直偏波受信用のアンテナ装置として使用できるように構成されている。
【0044】
また、図1(a)に矢印Rで示すように、出力端子10は、アンテナ装置1の前後方向の中心線と平行な軸線を回転軸として、少なくとも90°以上の範囲内で回動自在となるよう、ボルト体9を介してアンテナ本体2の背面5aに固定されている。
【0045】
これは、アンテナ装置1の設置状態に応じて出力端子部11の突出方向を変化させ、水平偏波受信時でも、垂直偏波受信時でも、出力端子部11を下方に向けて突出させることができるようにするためである。
【0046】
次に、アンテナ本体2と出力端子10の具体的な組付け手順について説明する。
図2は本実施形態のアンテナ装置1におけるアンテナ本体2と出力端子10の具体的な組付け状態を説明するための図である。
【0047】
図2に示されているように、端子筐体部12に着脱端11aが外方向に突出するように支持された出力端子部11には、端子筐体部12の内部空間18に位置する着脱端11aの他端側における中心導体11bと外部導体11cに、所定の長さに切断された同軸ケーブル3の一方側の中心導体と外部導体が半田付け等によって接続されている。
【0048】
そして、同軸ケーブル3が接続された出力端子10のアンテナ本体2への取り付けは、同軸ケーブル3の他端側を、アンテナ素子筐体部5の背面5aに設けられた支持受部6に形成された長孔7に挿通してから、ボルト体9を支持受部6の中心位置に形成された固着部9aに螺合することによって行なわれる。
【0049】
次に、支持受部6に出力端子10を取り付けたなら、同軸ケーブル3の一方側から所定の寸法だけ離れた中間位置を、アンテナ素子筐体部5の背面5aの内面に突出するように形成された支持腕部3aにおいて支持固定する。
【0050】
この時、出力端子部11との接続部と中間位置との間に存置する同軸ケーブル3が緩やかに撓むように中間位置を決める。
更に、同軸ケーブル3の他端側は、図には示されていない整合回路に接続されており、当該整合回路と後述するアンテナ素子の給電点とを接続すれば組付けが完了する。
【0051】
つまり、アンテナ装置1の出力端子10は、ボルト体9を固着部9aに螺合する構成としたことによって、当該ボルト体9を回転軸として、少なくとも90°の範囲で回動させることが出来るし、出力端子10の配置を決めたなら、ボルト体9を固着部9aに対して緊締すれば、出力端子11の配置は確りと維持されるようになる。尚、出力端子10を回転させた際、同軸ケーブル3は、その回動に伴って長孔7に沿うように(図2の矢印rのように)揺動する。
【0052】
次に、本実施形態のアンテナ装置1を構成するアンテナ素子について、図3を用いて詳しく説明する。なお、図3は、水平偏波受信時のアンテナ素子100の配置を示す分解斜視図である。
【0053】
図3に示すように、本実施形態のアンテナ素子100は、放射器50と反射器70とから構成されている。
放射器50は、金属体等からなる導電材料の薄板を、例えば金型を使って打ち抜き成形した2つのスケルトンスロットアンテナ50A、50Bと、この2つのスケルトンスロットアンテナ50A、50Bの給電部52、53を相互に接続する平衡線路50Cからなる。
【0054】
そして、放射器50は、電波の偏波方向に対し平行な方向に短辺を有し、電波の偏波方向に対して直交する方向に充分に長い長辺を有する全体略四角形状となるように、スケルトンスロットアンテナ50A、50Bを相互に所定間隔(図3のD2)だけ離し、上下に対称に向かい合わせに配置した構成となっている。
【0055】
また、放射器50は、このように配置されたスケルトンスロットアンテナ50A、50Bの略中央部にそれぞれ形成された給電部52、53同士を、平衡線路50Cでもって接続することで構成されている。
【0056】
平衡線路50Cは、スケルトンスロットアンテナ50A、50Bと同様に、金属体等からなる導電材料の薄板を、例えば金型を使って打ち抜き成形した一対の伝送線路51a、51bから構成されている。
【0057】
この内一方の伝送線路51aの両端部には、スケルトンスロットアンテナ50A・50Bに形成された給電部52、53と対向する位置に、当該給電部52、53と接続するための接続孔52a、53aが形成されており、この接続孔52aと接続孔53aを、伝送部材54aを介して接続することで伝送線路51aが構成されている。
【0058】
同様に他方の伝送線路51bの両端部には、スケルトンスロットアンテナ50A、50Bに形成された給電部53、52と対向する位置に、当該給電部53、52と接続するための接続孔53b、52bが形成されており、この接続孔53bと接続孔52bを、伝送部材54bを介して接続することで伝送線路51bが構成されている。
【0059】
そして、2本の伝送線路51a、51bとスケルトンスロットアンテナ50A、50Bの組み付けは、給電部52、53及び53、52と伝送線路51a、51bの接続孔52a、53a及び53b、52bを位置合わせすると共に、例えば半田付け等の周知の手段で接続し固着することにより行われる。
【0060】
なお、この時、2本の伝送線路51a、51bからなる平衡線路50Cのインピーダンスが略200Ωとなるように、伝送部材54a、54bの幅や、伝送線路51a、51bの間隔が決められている。
【0061】
また、伝送線路51a、51bの中央位置には、放射器50の給電点55a、55bが形成されており、当該給電点55a、55bと図には示されていない整合回路とを、平衡ケーブルを用いて接続することによって、放射器50で受信した信号は、給電点55a、55bから図には示されていない平衡ケーブル、整合回路、同軸ケーブル3を介して出力端子部11から出力される。
【0062】
尚、本実施形態のスケルトンスロットアンテナ50A、50Bの寸法は、図の側片間の寸法(図3におけるW2)=190mm、側辺の寸法(図3におけるH2)=260mmであり、相互に所定の寸法(図3におけるD2)=110mmだけ離して配置していることから、放射器50の外形寸法{図3の横幅W2×高さ(H2+D2+H2)}は190×630mmの大きさの全体略四角形状となる。そして、この条件において、スケルトンスロットアンテナ50Aとスケルトンスロットアンテナ50Bに形成された給電部52、53の間隔は、320mm(言い換えれば、伝送線路51a、51bの長さ)である。
【0063】
次に、本実施形態の反射器70について説明する。
反射器70は、例えば金属体等からなる導電材料の薄板(換言すれば導電性の板状部材)を、金型を使って所定の形状に打ち抜き成形した2つの反射板70A、70Bからなる。
【0064】
そして、反射器70は、電波の偏波方向に対して平行な方向に短辺を有し、電波の偏波方向に対して直交する方向に充分に長い長辺を有した全体略四角形状となるように、これら2つの反射板70A、70Bを、相互に所定間隔(図3のD22)だけ離し、上下に対称に向かい合わせに配置した構成となっている。
【0065】
尚、本実施形態の反射器70は、2つの反射板70A、70Bを組み合わせることで構成されているが、反射板70A、70Bを一体成型しても良い。
ここで、反射器70を構成する反射板について詳しく説明する。
【0066】
尚、以下の説明は反射板70Aについて行うが、反射板70Bも同じ構成であるので詳細な説明は省略する。
反射板70Aは、スケルトンスロットアンテナ50Aと対向するように配置されており、電波の偏波方向に直交する方向に長手方向を有する外径略四角形状の第1の反射板71と、当該第1の反射板71を挟んで両長辺側を、それぞれ放射器50方向に折曲部70b、70cにおいて折り曲げ形成した第2の反射板72、72と、第1の反射板71を貫通するように形成された複数の開口部73とからなる。
【0067】
そして、本実施形態では、電波の偏波方向に対して平行な線上に中心点が一列に並ぶように所定間隔で配置された複数の開口部(本実施形態では、3つの開口部73a、73b、73c)を一組として開口部群75が構成されている。そして、この開口部群75は、電波の偏波方向に対し直交する方向に、複数段(本実施形態では5段)、略等間隔で形成されている。
【0068】
また、第2の反射板72、72には、その先端(換言すれば端縁)から前方に向かって突出するように備えられた所定の大きさの片であって、第2の反射板72、72の先端部に沿って所定間隔を有するように配置された複数の突出片72a・・・が一体的に備えられている。
【0069】
なお、第1の反射板71の寸法は、反射板の側片間の寸法(図3におけるW22)=220mm、側辺の寸法(図3におけるH22)=302.5mmである。そして、第1の反射板71は、相互に所定の寸法(図3におけるD22)=5mmだけ離して配置していることから、第2の反射板72、72を除いた反射器70全体の外形寸法{図3の横幅W22×高さ(H22+D22+H22)}は220×610mmとなる。
【0070】
また、第1の反射板71に、板面を貫通するように形成される複数の開口部73の形状は、全て同一形状であり、略正方形になっている。
次に、本実施形態の反射器70について、図4を用いて更に詳しく説明する。
【0071】
図4は本実施形態の反射器70を詳しく説明するための概略図であり、(a)は図3における上側の反射板70Aの一部を拡大した正面図、(b)は(a)におけるA−A線から見た上面図、(c)は(a)におけるB−B線から見た断面図である。
【0072】
尚、図4(a)で示されている反射板70Aの第2の反射板72は、以降の説明を明確にするために、第1の反射板71と同一平面上になるように、図4(b)で示されている矢印方向に両側に開いた状態(即ち、折り曲げ形成する前の状態)を、破線を使って示している。
【0073】
第1の反射板71の短辺寸法は図4のW22で示されているが、ここでは第1の反射板71の両側片側において折り曲げ成型されている第2の反射板72を含めた短辺寸法、即ち、反射板70Aの短辺寸法について説明する。
【0074】
本実施形態における反射板70Aの短辺寸法は、次の2つの条件に当てはまるように形成されている。
第1の条件は、第1の反射板71の短辺寸法(図4のW22)と第2の反射板72の短辺寸法(図4のL16)の合計寸法である第2反射幅(図4に示す経路R2=W22+L16+L16)が、アンテナ装置1の使用周波数帯域における最大周波数の電波の波長λmaxに基づき、その電波を反射可能な略λmax/2になるように構成されていることである。
【0075】
第2の条件は、電波の偏波方向に対して平行な線上に一列に配置された複数の開口部73a、73b、73cを一組とする開口部群75における開口部73の配列方向の寸法であって、第2の反射板72の短辺寸法(図4のL16)の合計と、折曲部70b、70cと開口部群75を構成する開口部73の内の最も外側に配置された開口部(図4における73a、73c)の折曲部70b、70c側に位置する辺との間の寸法(図4におけるL13)の合計と、隣り合う開口部の相対向する辺と辺の間の寸法(図におけるL14)の合計と、横幅L12×高さL11の大きさに形成された開口部の全周の合計{(L12+L11)×2×3}の2分の1の寸法{(L12+L11)×3}と、の総合計寸法である第1反射幅(図4に示す経路R1の寸法)が、使用周波数帯域における最小周波数の電波の波長λminに対し、その最小周波数の電波を反射可能な略λmin/2となるように、開口部73の開口寸法(L12×L11)が設定されていることである。
【0076】
なお、ここでは第1反射幅の寸法(経路R1)をより具体的に説明できるよう、その寸法が{L16×2+L13×2+L14×2+(L12+L11)×3}であることを示したが、(L16×2+L13×2+L14×2+L12×3)が経路R2の寸法であり、各開口部73は略正方形(つまり、L11=L12)であることから、第1反射幅の寸法(経路R1)は、経路R2と、開口部73の1辺の長さL11(=L12)に開口部73の数「3」を乗じた長さ(L11×3)とを加算したものとなる。
【0077】
そして、本実施形態によれば、反射器70を構成する反射板70A、70Bは、それぞれ第1の反射板71の短辺寸法W22=220mmであり、第2の反射板72の短辺寸法L16は20mmであることから、第2反射幅の寸法、即ち経路R2(W22+L16+L16)は260mmとなる。
【0078】
この第2反射幅の寸法260mmは、アンテナ装置1の使用周波数帯域を、例えばUHF帯の470〜770MHzとすると、最大周波数(770MHz)における波長λmax≒0.39mに対して略0.67λmaxとなり、最大周波数の電波を反射可能な長さ(略λmax/2)という第1の条件を満足している。
【0079】
また、本実施形態の開口部73の開口寸法は50×50mm(L12=L11)であり、開口部(図4における73a、73c)の折曲部70b、70c側に位置する辺との間の寸法L13は20mm、隣り合う開口部の相対向する辺と辺の間の寸法L14は15mmであることから、第1反射幅の寸法、即ち経路R1{経路R2+(L11×3)}は410mmとなる。
【0080】
この第1反射幅の寸法410mmは、アンテナ装置1の使用周波数帯域を、例えばUHF帯の470〜770MHzとすると、最小周波数(470MHz)の波長λmin≒0.64mに対して略0.64λminとなり、最小周波数の電波を反射可能な長さ(略λmin/2)という第2条件を満足している。
【0081】
なお、上述した具体例は、本発明の一実施形態を示すものであり、必要とする電気的特性が得られるのであれば、開口部73の開口寸法、開口部73の形成数や反射板71、72の大きさ等は、特に実施形態に示されたものに限定されるものではない。
【0082】
また、第2の反射板72の先端から前方に向かって突出するように備えられた突出片72aの寸法は、それぞれ第2の反射板72の先端からの突出寸法(図4のL15−L16)は略21mm、幅(図4のL17)は13mmであるように形成されている。
【0083】
そして、図3の上側に位置する第2の反射板72には、当該第2の反射板72の上端71d側から、使用周波数帯域における最小周波数(470MHz)の波長λmin≒0.64mに対して、相互に所定の間隔(図4のL18)0.08λmin〜1.02λminを有するように4つの突出片が備えられている。同様に、図3の下側に位置する第2の反射板72には、当該第2の反射板72の下端71e側から、上記と同様な間隔となるように備えられている。
【0084】
そして、本実施形態の反射器70を構成する反射板70A、70Bは、上述したように形成された第1の反射板71と第2の反射板72に対して、第1の反射板71の横幅がW22となり、しかも、一方の突出片72aと他方の突出片の72aの間隔が図4(b)で示されているW24となるように、第2の反射板72、72を折曲部70b、70cにおいて放射器50方向に折り曲げ形成している。
【0085】
従って、本実施形態の反射器70の外形寸法(投影面の寸法)は、短辺寸法(第1の反射板71部分の横幅W22+第2の反射板72部分の投影面の横幅)×長辺寸法(H22+D22+H22)となる。
【0086】
具体的には、本実施形態では、一方の突出片72aと他方の突出片の72aの間隔W24=240mmとなるように折り曲げ形成していることから、第1の反射板71及び第2の反射板72を含めた反射器70の大きさ(投影面の大きさ)は240mm×610mmとなる。また、この時、第1の反射板71と突出片72aの先端との寸法(図4のD24)は略40mmとなる。
【0087】
ここで、特許文献1に記載の反射器60と本実施形態の反射器70について比較検討する。
特許文献1に記載の反射器60を構成する第1の反射器61の寸法(短辺寸法×長辺寸法)は略100×560mm(第2の反射器62を含む寸法は略190×560mm)であり、当該第1の反射器61には、電波の偏波方向に直交する方向に長手方向を有するように開口寸法(短辺寸法×長辺寸法)7×95mmの大きさに形成された開口部63が複数形成されている。
【0088】
そして、開口部63について、電波の偏波方向に対して平行な線上に、当該開口部63の中心点を夫々一致させるように平行配置された複数の開口部(実施形態では7つの開口部63a・・・63g)を一組としたものを開口部群として考えると、従来技術では、第1の反射器61において、電波の偏波方向に対して直交する軸線上に、開口部群が所定間隔を有するように5段備えられた構成となっている。
【0089】
仮に第1の反射器61の長辺寸法560mmを、本実施形態の反射器70と同じ610mmとすると、開口部群は、計算上更に一段増やすことができ、全部で6段とすることができる。
【0090】
一方、本実施形態では、第1の反射板71の寸法(短辺寸法×長辺寸法)は全体で220×610mmであり、開口部73を50×50mmの大きさの正方形に形成したことによって、第1の反射板71には、3つの開口部73a、73b、73cを一組とする開口部群75が10段備えられた構成となり、開口部群の段積み数に着目すれば、本実施形態の開口部73からなる開口部群75の方が、従来技術の構成に比べ、開口部群が4段多く配置できることが分かる。
【0091】
ここで、開口部群の段積み数と電気的特性の関係について、出願人が行なった実験とその結果を図5及び図6を用いて説明する。
図5は開口部群の段積み数と電気的特性の関係を調べる実験に用いた反射器を説明するための概略図であり、図5(a)は従来技術の開口部からなる開口部群を備えさせた比較用の反射器であり、図5(b)は本実施形態の開口部からなる開口部群を備えさせた評価用の反射器である。
【0092】
図6は図5(a)の反射器を備えたアンテナ装置の特性(破線)と図5(b)の反射器を備えたアンテナ装置の特性(実線)を比較したものである。
この実験に用いた反射器は、図5(a)も図5(b)も同じ250×660mmの大きさとなるように形成された平面状(この実験に用いた反射器は第2の反射板72に相当する折返し部分は無い。)の反射器80、90であり、この短辺寸法250mm(第2反射幅、即ち経路200の長さ)に関しては、使用周波数帯域における最大周波数(770MHz)における波長λmax≒0.39mに対して略0.64λmaxとなり、図5(a)、図5(b)の何れの反射器80、90も、上記第1の条件を満足している。
【0093】
また、図5(a)に示すように、従来技術の縦長に形成された比較用開口部(10×90mm)を備えさせた比較用反射器80には、3つの比較用開口部(83a、83b、83c)を一組とする比較用開口部群85が5段積みされている。
【0094】
この比較用反射器80によれば、第1反射幅の寸法、即ち図に示す経路R100は{経路R200+(L11×3)}(但し、L11は、電波の偏波方向に直交する辺の寸法)より250+90×3=520mmとなり、使用周波数帯域における最小周波数(470MHz)の波長λmin≒0.64mに対して略0.81λminとなり、上記第2の条件を満足している。
【0095】
また、図5(b)に示すように、本実施形態の正方形に形成された評価用開口部(50×50mm)を備えさせた評価用反射器90には、3つの評価用開口部(93a、93b、93c)を一組とする評価用開口部群95が10段積みされるように構成されている。
【0096】
この評価用反射器90によれば、第1反射幅の寸法、即ち経路R110は250+50×3=400mmとなり、使用周波数帯域における最小周波数(470MHz)の波長λmin≒0.64mに対して略0.63λminとなり、上記第2の条件を満足している。
【0097】
そして図6には、この実験に用いた図5(a)の構成の比較用反射器80と既に詳述した放射器50からなるアンテナ装置の実験データ(破線)と、この実験に用いた図5(b)の構成の評価用反射器90と放射器50からなるアンテナ装置の実験データ(実線)が示されている。
【0098】
この実験データの動作利得に着目すれば、図5(b)の構成の評価用反射器90を備えさせたアンテナ装置は、図5(a)の構成の比較用反射器80を備えさせたアンテナ装置比べ、使用周波数帯域の中域から広域にかけての動作利得が、最大で2dB程度改善していることが分かる。
【0099】
即ち、実験データによれば、少なくとも平面状に形成された反射器の短辺(図では横幅)が上記第1の条件に対応する寸法に形成されており、しかも、当該反射器には、上記第2の条件を満たすように、開口部の開口寸法を形成すると共に、複数形成された開口部が、電波の偏波方向に対し平行な線上に、開口部の中心点を夫々一致させるように平行配置された複数の開口部(この実験では、3つの開口部)を一組とする開口部群を形成した構成であれば、当該開口部群の段済み数を増やすことによって、使用周波数帯域の中域から広域にかけて、動作利得が改善することが分かる。
【0100】
また、比較用反射器80も評価用反射器90も、上述した第1の条件と第2の条件を満たすように構成されていて、しかも、本実施形態の正方形に形成された評価用開口部93(50×50mm)と、従来技術の電波の偏波方向に直交する方向に長手方向を有する比較用開口部83(10×90mm)は、それぞれの開口部の全周が同じ寸法(100mm)で形成されていても、図5(b)の評価用反射器90では、第1及び第2の条件に加え、開口部93の形状を「電波の偏波方向に対して直交する辺の寸法に対して、電波の偏波方向に平行な辺の寸法が同じ、略正方形にする」と言う制限を加えたことによって、反射器に配置できる評価用開口部群95の段数は、従来技術の長方形に形成された比較用開口部83からなる比較用開口部群85より段積み数を増やすことができるようになり、その結果、使用周波数帯域の中域から広域にかけて、動作利得を改善することができたと考えられるのである。
【0101】
引き続き、突出片72aについての評価とその結果について図7を用いて説明する。
この評価に用いたのは、放射器50と突出片72aを備えた反射器70とからなる上記実施形態のアンテナ装置1と、放射器50と反射器70から突出片72aを取り外した反射器からなる比較用のアンテナ装置である。
【0102】
つまり、この評価に用いたアンテナ装置の反射器は、突出片72aの有無の違いはあるものの、既に実施形態で詳述した反射器70であり、放射器50に対向配置される第1の反射板71と、当該第1の反射板71において、電波の偏波方向に対して直交する軸線上に、開口部群75を10段積みした構成に加え、当該第1の反射板71を挟んで両長辺側を夫々放射器50方向に折曲部において折り曲げ形成した第2の反射板72を備えることによって、放射器50と合わせて、アンテナ装置として所定の電気的特性が得られるように最適化したものであり、突出片72aの評価は、この最適化された反射器70を用いて行なっている。
【0103】
その為、図6の実験データ(平面状の反射器を備えたアンテナ装置)と図7の実験データ(平面状の第1の反射板71と折り曲げ形成した第2の反射板72からなる最適化された反射器70を備えたアンテナ装置)の比較から良く分かるように、本実施形態のアンテナ装置1、言い換えれば最適化された反射器70を備えたアンテナ装置1は、突出片72aの有無に関係なく、使用周波数帯域の中域から広域にかけて、動作利得が改善するばかりで無く、使用周波数帯域の全帯域に渡ってVSWRが良好になり、アンテナ装置の外形を大きくすることなく、簡単且つ安価に電気的特性の更なる改善が図れることが分かる。
【0104】
尚、本実施形態において、突出片72aを細長い長尺状に形成し、それぞれ所定の間隔を有するように備えさせたのは、突出片72aの先端部が放射器50に近づくことによって、突出片72aの存在が動作利得やVSWR特性に影響を与えることが無いようにするためであり、所定の性能が得られるなら突出片72aの大きさや配置は上記実施形態に限定されるものではない。
【0105】
次に、このように最適化された反射器70に備えられた突出片72aの有無の評価について説明する。
図7に示されたデータの内、破線で示されているのは突出片72aが無い場合の電気的特性であり、実線で示されているのは突出片72aがある場合の電気的特性である。
【0106】
これらのデータによれば、突出片72aの有無は、動作利得やVSWRには大きく影響していないことが分かる。
ところが、前後比に着目すると、突出片72aがある場合のほうが無い場合より、使用周波数帯域の低域側において数dB(2〜5dB)程度改善していることが分かる。
【0107】
即ち、既に詳述したように、長さ21mm、幅13mmの細長い長尺状に形成した突出片72aを、それぞれ所定の間隔を有するように第2の反射板72、72の先端部に沿って備えさせれば、動作利得やVSWR特性に影響を与えること無く、使用周波数帯域の低域側における前後比の更なる特性改善が達成できる。
【0108】
そして、このように構成された反射器70を備えたアンテナ装置1を、UHF帯を使って行なわれる地上デジタルテレビ放送受信用のアンテナ装置に適応させれば、アンテナ装置1の外形を大きくすることなく、簡単且つ安価に電気的特性の改善が図れ、地上デジタルテレビ放送を良好に受信することができる。
【0109】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、反射器70は、一対のスケルトンスロットアンテナ50A、50Bに対向して配置される2つの反射板70A、70Bからなるものとして説明したが、アンテナ装置がスケルトンスロットアンテナ等からなる一つの放射器を備えたものであれば、その放射器に対する反射器として、一つの反射板70A又は70Bを設けるようにすればよい。
【0110】
また、例えば、反射板70A、70Bを構成する第1の反射板71において、各開口部群75を構成する開口部73の間に位置し、各開口部群75の列を跨ぐように電波の偏波方向と直交する方向に配置される、複数の桟部76の少なくとも一つ(図では2つの棧部76a、76b)を、各開口部群75の間に偏波方向に沿って配置される桟部77に段差部78を設けることで、放射器側(詳しくはスケルトンスロットアンテナ50A、50B側)に突出させるようにしてもよい。
【0111】
そして、このようにすれば、第1の反射板71の側片間の電気的寸法を変化させることなく、物理的寸法(図8におけるW22)を短くすることができるようになり、反射器70(延いてはアンテナ装置1)の小型化を図ることができる。
【0112】
また、このように、第1の反射板71において電波の偏波方向に直交する方向に形成される桟部76の一部を放射器側に突出させれば、その突出された桟部76を、アンテナ素子筐体部5への固定部として利用することができる。
【0113】
なお、この場合、図9に示すように、放射器側に突出される棧部76a、76bに、アンテナ素子筐体部5の支持部へねじ止めするための孔部79aを有する取付片79を一体形成するか、或いは、棧部76a、76bにアンテナ素子筐体部5の支持部へねじ止めするための孔部79aを直接形成すればよい。
【符号の説明】
【0114】
1…アンテナ装置、2…アンテナ本体、3…同軸ケーブル、3a…支持腕部、5…アンテナ素子筐体部、5a…背面、6…支持受部、7…長孔、8…アンテナ取付金具、8a…取付金具装着部(水平偏波受信用)、8b…取付金具装着部(垂直偏波受信用)、9…ボルト体、9a…固着部、10…出力端子、11…出力端子部、11a…着脱端、11b…中心導体、11c…外部導体、12…端子筐体部、18…内部空間、50…放射器、50A,50B…スケルトンスロットアンテナ、50C…平衡線路、51a,51b…伝送線路、52,53…給電部、52a,53a,52b,53b…接続孔、54a,54b…伝送部材、55a,55b…給電点、70…反射器、70A,70B…反射板、70b,70c…折曲部、70d…上側辺、70e…下側辺、71…第1の反射板、72…第2の反射板、72a…突出片、73…開口部、75…開口部群、76,76a,76b,77…棧部、78…段差部、79…取付片、79a…孔部、80…比較用反射器、83…比較用開口部、85…比較用開口部群、90…評価用反射器、93…評価用開口部、95…評価用開口部群、100…アンテナ素子。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
直線偏波の電波を放射する放射器と、
導電性で略四角形状の板状部材からなり、当該板状部材の板面が前記放射器と対向するように配置される反射器と、
を備え、
前記反射器を構成する板状部材には、前記放射器から放射される電波の偏波方向と同一方向となるよう、間隔を空けて複数の開口部が一列に配置されると共に、該一列に配置された複数の開口部からなる開口部群が、前記偏波方向と直交する方向に複数段配置されており、
前記複数段の開口部群を構成する各開口部は、それぞれ、略正方形で、前記板状部材を貫通するように形成されており、
前記板状部材の前記偏波方向と同一方向の長さは、
前記放射器の使用周波数帯域で最大周波数の電波の波長に対応して、当該最大周波数の電波を反射可能な長さに設定され、
前記各開口部の一辺の長さは、
前記各開口部の一辺の長さに前記開口部群を一列構成する開口部の数を乗じた長さと、前記板状部材の前記偏波方向と同一方向の長さとを加算した長さが、前記放射器の使用周波数帯域で最小周波数の電波を反射可能な長さとなるよう、当該最小周波数の電波の波長に基づき設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項2】
前記反射器を構成する板状部材において、前記偏波方向の両端側は、前記放射器方向に折り曲げら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。
【請求項3】
前記反射器を構成する板状部材において、前記放射器方向に折り曲げられた板状部材の端縁には、前記放射器方向に突出された複数の突出片が間隔を空けて設けられていることを特徴とする請求項2に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記反射器を構成する板状部材において、
前記各列の開口部群にて夫々隣接する開口部の間に位置し、且つ、各開口部群の列を跨ぐように前記偏波方向と直交する方向に配置される複数の桟部の少なくとも一つは、前記各開口部群の間に前記偏波方向に沿って配置される桟部に段差を設けることで、前記放射器側に突出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1項に記載のアンテナ装置。
【請求項5】
当該アンテナ装置は、UHF帯のテレビ放送電波を受信する受信アンテナであり、前記放射器の使用周波数帯域はテレビ放送のUHF帯に設定されていることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のアンテナ装置。

【図6】
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【図7】
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【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8】
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【図9】
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