導波管アンテナ
【課題】導波管アンテナの共振周波数を変化させ、ＵＨＦの低域チャンネルから高域チャンネルまでを安定して受信する事のできるデジタルテレビジョン放送受信用アンテナを低コストで提供する。
【解決手段】材料を同一の金属板１０１とし、容量実装基板１０２と、容量切換えスイッチ１０３と、給電線１０４とで構成された導波管１０５を有し、該導波管の前方にはメイン開口面１０６が設けられ、給電線と金属板の接続点である給電点１０７が五つ以上設けられ、容量実装基板と金属板の接続点である容量点１０８を備え、給電点の位置および容量点の容量を切り換えることにより、導波管のインピーダンスの整合度を向上させ、デジタルテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域チャンネルの個々に対し、最良の整合状態を実現することができる。
【解決手段】材料を同一の金属板１０１とし、容量実装基板１０２と、容量切換えスイッチ１０３と、給電線１０４とで構成された導波管１０５を有し、該導波管の前方にはメイン開口面１０６が設けられ、給電線と金属板の接続点である給電点１０７が五つ以上設けられ、容量実装基板と金属板の接続点である容量点１０８を備え、給電点の位置および容量点の容量を切り換えることにより、導波管のインピーダンスの整合度を向上させ、デジタルテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域チャンネルの個々に対し、最良の整合状態を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びデジタルテレビジョン放送受像機に関し、特に、室内で自由な配置にてデジタルテレビジョン放送を受信するためのデジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びデジタルテレビジョン放送受像機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からの、アナログテレビジョン放送は、２０１１年７月のアナログ放送停波までは、現行の１〜１２ｃｈのＶＨＦ放送帯域（〜２２２ＭＨｚ）およびＵＨＦ放送帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）において放送が継続されるが、弱電界の放送電波を受信する場合に数ｄＢの受信レベルの低下が画質に大きく影響したり、都市部で放送電波を受信する場合に建物からの反射波で不快なゴースト映像が発生したりすることから、到来電波の方向に利得が高く反射電波の方向に利得の低いアンテナを、できるだけ到来電波の強い位置に設置して用いる必要があった。よって、従来におけるアンテナ設置方法としては専ら、水平方向に指向性を有するアンテナを金属支柱で支持し、屋根の上の高い位置に設置する方法が採用されてきた。
【０００３】
また、前記アナログテレビジョン放送の放送電波を送信する送信側では、該放送電波の偏波の方向として、水平偏波を採用してきた。これは、受信側であるアンテナで水平偏波を受信したほうが、アンテナの金属支柱に誘起された電流が受信電界を乱すことによって生じる受信レベルの低下が少ないことに加え、送信側において、水平偏波で且つ水平方向に無指向な送信アンテナが実現されたからである。
【０００４】
そして、前記アナログテレビジョン放送電波の受信側であるアンテナとしては、風に対する抵抗が少ないこと、アンテナの等価受信面積が大きい、つまり受信帯域が広いこと、さらに容易に多素子化して利得を上げられることから、従来より専ら、電流誘起タイプのダイポールアンテナが用いられてきた。
【０００５】
なお、上述したような室外アンテナによらず、受像機に壁からのアンテナ配線が不要な室内アンテナによって前記アナログテレビジョン放送の放送電波を受信することも可能であり、このような室内アンテナについても、従来においては、受信帯域が広いこと、そして簡単な構成で低コストに実現できることから、電流誘起タイプのダイポールアンテナが専ら用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
これに対し、近年普及してきているデジタルテレビジョン放送では、都市部で比較的強電界の放送電波を受信する場合には、たとえ建物からの反射波があっても、前記アナログテレビジョン放送とは異なって、原理的にゴースト映像が発生しないことから、デジタルテレビジョン放送を受信するアンテナとして、壁からのアンテナ配線が不要となる前記室内アンテナの有用性が注目されている。
【０００７】
そしてデジタルテレビジョン放送には、電波の受信レベルが閾値以下とならない限り画質の劣化がないという特徴がある、ということが広く知られ、また前記室内アンテナであれば受像機を室内に自由に配置できる利点があることから、アナログテレビジョン放送以上に、弱電界の放送電波を受信する場合においても、室内アンテナでデジタルテレビジョン放送の放送電波を受信することが要望され、その実現が期待されてきた。
【０００８】
ここで、デジタルテレビジョン放送受信用アンテナを室内アンテナで実現することを考えた場合、前記デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナには、利得を無駄にしないという物理的メリットもあることから、特定の方向に指向性を有するとともに、電子制御により電波の到来方向に指向性を向けることのできるアンテナが要求される。
【０００９】
さらに、デジタルテレビジョン放送が、既に広く普及しているアナログテレビジョン放送受信用アンテナでもその電波を受信できるように水平偏波での放送が好適とされていることから、前記デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナには、水平偏波を受信できるものが好適である。
【００１０】
以上のことに鑑み、金属板や金属箱に設けられた開口部に誘起する磁流を放射源とするアンテナ（以下、「磁流誘起タイプのアンテナ」と称す。 ）が、従来の室内アンテナに使用されていた電流誘起タイプのアンテナと比べて、縦に細長い形状で水平偏波を受信できるので設置面積が小さくてすみ、指向性が水平方向にほぼ無指向でありアンテナを電波の到来方向に向ける必要がないという特性をもつことに注目すれば、この磁流誘起タイプのアンテナは、上記したようなデジタルテレビジョン放送受信用アンテナに対する要求に応じることのできる、デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナの単位アンテナ素子として有望である（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【００１１】
また、薄型テレビジョン受像機に対して、その特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵できるデジタルテレビジョン放送受信用の導波管アンテナが提案されている。（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】実開平５−８００１４号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開昭５８−１５３０３号公報（第７頁、第８図）
【特許文献３】特開２００３−１２４７３８号公報（第６頁、第１−３図）
【特許文献４】特開２００５−１０２１４２号公報（第１７頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成であるデジタルテレビジョン放送受信用アンテナとして有望と考えられる前記磁流誘起タイプのアンテナは、デジタルテレビジョン放送受信用アンテナとして好適と考えられるのであるが、このような磁流誘起タイプのアンテナを用いたデジタルテレビジョン放送受信用アンテナは、いままで実現されていなかった。
【００１３】
この理由は主に、電流誘起タイプのダイポールアンテナ同様、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子は、共振の強さＱ値が高く、デジタルテレビジョン放送で予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に及ぶ広帯域の放送電波を受信できないことによるものと考えられる。
【００１４】
つまり、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に及ぶ広帯域の放送電波を受信するには、共振周波数の異なる複数の単位アンテナ素子を組合せるか、あるいは単位アンテナ素子の前記Ｑ値を下げるとともにこれを電子的に同調させるしかないが、前者は前記電流誘起タイプのダイポールアンテナ以上にアンテナが大型化してしまって実用性を欠き、後者は単位アンテナ素子に設ける同調素子に要求されるリアクタンス変化範囲が大きくなることによりその実現が難しかった。
【００１５】
また、デジタルテレビジョン放送受像機については、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けることができ、且つアンテナを装着もしくは内蔵しながらそのアンテナ部が突出していないものを実現する手段は提供されていなかった。
【００１６】
そこで、前記課題を解決するために磁流誘起タイプの導波管アンテナを内蔵することで薄型テレビジョン受像機を実現させるべく、特開２００５−１０２１４２等が既に提案されているが、より低価格化が要求されることから、誘電体や磁性体等を用いずに、全て板金加工された金属板で製作可能な導波管アンテナが要求されている。
【００１７】
加えて放送局の送信アンテナ直下等の極めて強電界地域で使用される場合には、アンテナの同調周波数を可変するのにバラクタダイオードでは、非線形性が強いためにバラクタダイオードの中で発生した受信電力の高調波がフィルター等を介せずに空間中に再放射されるために、他の無線機器に妨害を与える可能性があり、バラクタダイオードを用いない導波管アンテナが要求されている。
【００１８】
磁流誘起タイプの導波管アンテナにおける上記２つの課題を解決するために、一端を短絡し他端を開口した開口導波管構造を有し、該導波管の共振周波数を変化させるために導波管に付加する容量を切替える構成を採用した場合、共振周波数を変えると周波数ごとにチューナの入力インピーダンスに整合する給電位置が異なり、全帯域で整合を取ることができないという問題点があった。
【００１９】
さらに、薄型テレビジョン受像機に内蔵するのに好適な導波管厚さは一般的に２０ｍｍから５０ｍｍ程度になる。そしてこの場合に開口導波管アンテナの−６ｄＢ以下に整合している動作帯域は一般に５０ＭＨｚ程度になることが経験的に判っているが、この特性を有する導波管を用いてテレビジョン放送の全ＵＨＦ帯域をカバーする構成が必要という課題を有していた。もちろんアナログ放送が停波されるまでの期間は、デジタル放送に加えアナログＵＨＦ放送も混在しているため、アナログＵＨＦ放送帯域である４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの周波数範囲もカバーする構成が望まれる。
【００２０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、薄型テレビジョン受像機に対して、その特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵でき、さらにデジタルテレビジョン放送で使用中もしくは予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に加え４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚのアナログＵＨＦ放送帯域に及ぶ広帯域の放送電波に同調可能である、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子を用いた低コストのデジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びアンテナを突出させないで装着あるいは内蔵することができる事としたデジタルテレビジョン放送受像機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の導波管アンテナは、一端を短絡し他端を開口した導波管であり、前記導波管の共振周波数を少なくとも２つ以上に変化させるための容量実装部と、前記容量実装部により変化した共振周波数を受信するための少なくとも２つ以上の給電点と、前記共振周波数および、前記給電点の位置を切り替える切り替えスイッチを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、本発明の導波管アンテナにおいて、４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの第１の周波数範囲、もしくは４７０ＭＨｚから８１０ＭＨｚの第２の周波数範囲、もしくは前記第１および第２の周波数範囲を拡大したテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域を、少なくとも２つ以上の帯域に分割して切り換えることを特徴とするものである。
【００２３】
さらに、本発明の導波管アンテナにおいて、前記切り替えスイッチは、分割する共振周波数及び、給電点を無段階に切り換えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の導波管アンテナによれば、薄型テレビジョン受像機に対して、その特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵でき、さらにデジタルテレビジョン放送で使用中もしくは予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に加え４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚのアナログＵＨＦ放送帯域に及ぶ広帯域の放送電波に同調可能で、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子を用いた低コストのデジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びアンテナを突出させないで装着あるいは内蔵することができるデジタルテレビジョン放送受像機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の導波管アンテナの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
以下、図１から図６を用いて、本実施の形態１における導波管アンテナについて説明する。
【００２７】
まず、図１から図３により、本実施の形態１における導波管アンテナの構成について説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態１における導波管アンテナのケーブルと容量実装基板が実装された斜視図を示す。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における導波管アンテナの導波管のみの斜視図を示す。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１における導波管アンテナの三面図を示す。
【００３１】
図１において、デジタルテレビ放送受信用導波管アンテナ１００は、金属板１０１と、容量実装部の例として示した容量実装基板１０２と、容量切換えスイッチ１０３と、給電線１０４とで構成された導波管１０５を有している。そして、該導波管１０５の前方にはメイン開口面１０６が設けられ、給電線１０４と金属板１０１の接続点である給電点１０７が５つ設けられ、容量実装基板１０２と金属板１０１の接続点である容量点１０８が設けられている。
【００３２】
そして、図２に示すように、前記導波管１０５の形状の特徴は凹凸部のある導波管上面１０９と平らな導波管下面１１０の二つに分けることができ、導波管上面１０９には給電点１０７に給電点端子取出し穴１１１、容量点１０８に容量点端子取出し穴１１２を設けている。給電点１０７における導波管下面１１０の金属板１０１に切り目を入れ、さらに上向きに折り曲げることにより給電点端子取出し穴１１１から給電点下面端子１１３を取出す。
【００３３】
容量点１０８おける導波管下面１１０の金属板１０１に切り目を入れ、さらに上向きに折り曲げることにより容量点端子取出し穴１１２から容量点下面端子１１４を取出す。
給電点１０７における導波管上面１０９の金属板１０１に切り目を入れ、給電点上面端子１１５を取出す。
【００３４】
容量点１０８における導波管上面１０９の金属板１０１に切り目を入れ、容量点上面端子１１６を取出す。
【００３５】
図３に示すように、導波管上面１０９の詳細構成は、導波管上面凸部１０９ａと導波管上面凹部１０９ｂに分けられ、給電点端子取出し穴１１１および容量点端子取出し穴１１２は導波管上面凹部１０９ｂに開けられている。メイン開口面１０６から導波管１０５を見たとき、開口面が長方形となるように開口斜め折り曲げ部１１７を設けている。
【００３６】
ここで本願のような開口導波管は一般的に、導波管の開口面に現れる電界に伴う磁流を放射源にすることで、アンテナとして利用される。そして、導波管の開口幅は、使用周波数の１／２波長以上、また導波管長は、片側の開口が短絡されている場合、管内波長の１／４波長、片側の開口が開放されている場合、管内波長の１／２波長に共振させて用いられる。
【００３７】
そして、このような開口導波管の低コスト化を図るために、本願の開口導波管は材料を同一の金属板としている。
【００３８】
次に本実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信用導波管アンテナ１００の導波管アンテナ１２０としての簡略図である図４から図６により、入力端子位置１２６すなわち図１でいう給電点端子位置１０７と入力インピーダンスおよび共振周波数の関係について説明する。
【００３９】
図４において、導波管アンテナ１２０の入力インピーダンスについて説明する。長さＬ１３０が半波長以下の導波管アンテナ１２０は、開口に発生する磁流Ｍ１２３を巻くように発生する電界Ｅ１２４が導波管外壁に垂直に入るため、導波管外壁により放射電界が乱されず、よって電界Ｅ１２４と磁界Ｈを入れ換えただけの電気的ダイポールアンテナ１２５とほぼ同じ放射パターンを示す。
【００４０】
つまり導波管アンテナ１２０は電気的ダイポールアンテナ１２５と互いに補対の関係にあるスロットアンテナとみなせるので、Ｂａｂｉｎｅｔの原理より、導波管アンテナの開口部１２１での入力インピーダンスＺｍと電気的ダイポールアンテナ１２５の入力インピーダンスＺｊとの間には
Ｚｍ・Ｚｊ＝（６０π）２
の関係がある。
【００４１】
また、電気的ダイポールアンテナ１２５の入力インピーダンスは、長さＬ１３０がλo／２より短くなると、急激に負のリアクタンス成分が増えるが、レジスタンス成分の変化は緩やかであり、負のリアクタンス成分を整合素子により打ち消して共振させた場合の入力インピーダンスはほぼ７０から５０Ωの範囲にある。よって、長さＬ１３０の共振導波管アンテナの開口部１２１での入力インピーダンスＢａｂｉｎｅｔの式より、
Ｚｍ＝（６０π）２／Ｚｊ＝（６０π）２／（７０〜５０）＝５０８〜７１０Ω
近くとなる。
【００４２】
図５において、導波管アンテナの入力端子位置について説明する。長さＬ１３０、奥行きが共振周波数における管内波長λｇの１／４の導波管アンテナにおいて、開口部１２１から入力端子までの距離Ａ１３１を変化させると、入力インピーダンスは
０（距離Ａ１３１＝[λｇ／４ １３２]）：短絡部１２２） ＜ 入力インピーダンス ＜ Ｚｍ（距離Ａ１３１＝０：開口部１２１でのインピーダンス）
の範囲の純抵抗値となる。つまり、０Ωから（５００〜７００）Ωの間となる。よって適当な距離Ａ１３１を選ぶことによりチューナ入力インピーダンスである７５Ωに整合させることができる。
【００４３】
図６において、導波管アンテナの共振周波数と入力インピーダンスについて説明する。図５と同じ長さＬ１３０、奥行きＤ１３３でも導波管内壁間に容量Ｃ１２７を付けることで、より低い周波数で共振させることができる。ここで容量Ｃ１２７は開口部１２１に近い程効果が大きく、すなわち小さい容量値で共振周波数を大きく変化させることができる。よって、短絡部に近いほど効果が小さいことになる。
【００４４】
しかし、共振周波数によって管内の共振電界分布が変化するため、導波管アンテナ１２０を良好な整合状態で使用するためには、バンド分けしてバンドごとに入力端子の位置を切り換えるのが良い。また、容量Ｃ１２７により共振周波数を変化させた場合、低い周波数バンドで距離Ａ１３１を短く、すなわち開口部１２１に近くすることによって整合度を改善することができる。
【００４５】
以上の説明により、デジタルテレビ放送受信用導波管アンテナ１００を導波管アンテナ１２０の如く良好な整合状態で使用するために図７に重要項目をまとめると、容量Ｃ１２７を開口部１２１に近い部分で任意の値に切り換えられる任意容量切換えスイッチ１４０によって、開口部１２１からの入力端子位置１２６までの距離Ａ１３１を切換え、周波数範囲のバンド分けを行う事が望ましい。
【００４６】
また、図７で示すように、１０７をスライダー式の接点無段階切り換え装置１４１を用いることにより可動式給電点１４２を実現することにより、テレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域チャンネルの個々に対し、最良の整合状態を実現することが可能となる。
【００４７】
ただし、コストと性能のバランスを取ることを目的とした場合、図１〜図３のように、固定された給電点１０７を５つ以上目安に構成する方法が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、ケーブルで接続された外部アンテナや外部に突出した室内アンテナ、さらには放送波を受信して受像機に中継再送する外部機器等を必要とせず、室内での自由な配置にてデジタルテレビジョン放送が楽しめる薄型のデジタルテレビジョン放送受像機を低コストで実現するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における導波管アンテナを示す図
【図２】本発明の実施の形態1における、容量実装基板と給電線を取り除いた導波管アンテナを示す図
【図３】本発明の実施の形態1における、容量実装基板と給電線を取り除き且つ三方向から垂直に見た時の導波管アンテナを示す図
【図４】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナの入力インピーダンスについての説明図
【図５】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナの入力端子位置についての説明図
【図６】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナの共振周波数と入力インピーダンスについての説明図
【図７】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナによるテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域チャンネルの個々に対し、最良の整合状態を実現する構成図
【符号の説明】
【００５０】
１００ デジタルテレビ放送受信用導波管アンテナ
１０１ 金属板
１０２ 容量実装基板
１０３ 容量切換えスイッチ
１０４ 給電線
１０５ 導波管
１０６ メイン開口面
１０７ 給電点
１０８ 容量点
１０９ 導波管上面
１１０ 導波管下面
１１１ 給電点端子取出し穴
１１２ 容量点端子取出し穴
１１３ 給電点下面端子
１１４ 容量点下面端子
１１５ 給電点上面端子
１１６ 容量点上面端子
１１７ 開口斜め折り曲げ部
１２０ 導波管アンテナ
１２１ 開口部
１２２ 短絡部
１２３ 磁流Ｍ
１２４ 電界Ｅ
１２５ 電気的ダイポールアンテナ
１２６ 入力端子位置
１２７ 容量Ｃ
１３０ 長さＬ
１３１ 距離Ａ
１３２ λｇ／４
１３３ 奥行きＤ
１４０ 任意容量切換えスイッチ
１４１ スライダー式の接点無段階切り換え装置
１４２ 可動式給電点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びデジタルテレビジョン放送受像機に関し、特に、室内で自由な配置にてデジタルテレビジョン放送を受信するためのデジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びデジタルテレビジョン放送受像機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からの、アナログテレビジョン放送は、２０１１年７月のアナログ放送停波までは、現行の１〜１２ｃｈのＶＨＦ放送帯域（〜２２２ＭＨｚ）およびＵＨＦ放送帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）において放送が継続されるが、弱電界の放送電波を受信する場合に数ｄＢの受信レベルの低下が画質に大きく影響したり、都市部で放送電波を受信する場合に建物からの反射波で不快なゴースト映像が発生したりすることから、到来電波の方向に利得が高く反射電波の方向に利得の低いアンテナを、できるだけ到来電波の強い位置に設置して用いる必要があった。よって、従来におけるアンテナ設置方法としては専ら、水平方向に指向性を有するアンテナを金属支柱で支持し、屋根の上の高い位置に設置する方法が採用されてきた。
【０００３】
また、前記アナログテレビジョン放送の放送電波を送信する送信側では、該放送電波の偏波の方向として、水平偏波を採用してきた。これは、受信側であるアンテナで水平偏波を受信したほうが、アンテナの金属支柱に誘起された電流が受信電界を乱すことによって生じる受信レベルの低下が少ないことに加え、送信側において、水平偏波で且つ水平方向に無指向な送信アンテナが実現されたからである。
【０００４】
そして、前記アナログテレビジョン放送電波の受信側であるアンテナとしては、風に対する抵抗が少ないこと、アンテナの等価受信面積が大きい、つまり受信帯域が広いこと、さらに容易に多素子化して利得を上げられることから、従来より専ら、電流誘起タイプのダイポールアンテナが用いられてきた。
【０００５】
なお、上述したような室外アンテナによらず、受像機に壁からのアンテナ配線が不要な室内アンテナによって前記アナログテレビジョン放送の放送電波を受信することも可能であり、このような室内アンテナについても、従来においては、受信帯域が広いこと、そして簡単な構成で低コストに実現できることから、電流誘起タイプのダイポールアンテナが専ら用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
これに対し、近年普及してきているデジタルテレビジョン放送では、都市部で比較的強電界の放送電波を受信する場合には、たとえ建物からの反射波があっても、前記アナログテレビジョン放送とは異なって、原理的にゴースト映像が発生しないことから、デジタルテレビジョン放送を受信するアンテナとして、壁からのアンテナ配線が不要となる前記室内アンテナの有用性が注目されている。
【０００７】
そしてデジタルテレビジョン放送には、電波の受信レベルが閾値以下とならない限り画質の劣化がないという特徴がある、ということが広く知られ、また前記室内アンテナであれば受像機を室内に自由に配置できる利点があることから、アナログテレビジョン放送以上に、弱電界の放送電波を受信する場合においても、室内アンテナでデジタルテレビジョン放送の放送電波を受信することが要望され、その実現が期待されてきた。
【０００８】
ここで、デジタルテレビジョン放送受信用アンテナを室内アンテナで実現することを考えた場合、前記デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナには、利得を無駄にしないという物理的メリットもあることから、特定の方向に指向性を有するとともに、電子制御により電波の到来方向に指向性を向けることのできるアンテナが要求される。
【０００９】
さらに、デジタルテレビジョン放送が、既に広く普及しているアナログテレビジョン放送受信用アンテナでもその電波を受信できるように水平偏波での放送が好適とされていることから、前記デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナには、水平偏波を受信できるものが好適である。
【００１０】
以上のことに鑑み、金属板や金属箱に設けられた開口部に誘起する磁流を放射源とするアンテナ（以下、「磁流誘起タイプのアンテナ」と称す。 ）が、従来の室内アンテナに使用されていた電流誘起タイプのアンテナと比べて、縦に細長い形状で水平偏波を受信できるので設置面積が小さくてすみ、指向性が水平方向にほぼ無指向でありアンテナを電波の到来方向に向ける必要がないという特性をもつことに注目すれば、この磁流誘起タイプのアンテナは、上記したようなデジタルテレビジョン放送受信用アンテナに対する要求に応じることのできる、デジタルテレビジョン放送受信用の室内アンテナの単位アンテナ素子として有望である（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【００１１】
また、薄型テレビジョン受像機に対して、その特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵できるデジタルテレビジョン放送受信用の導波管アンテナが提案されている。（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】実開平５−８００１４号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開昭５８−１５３０３号公報（第７頁、第８図）
【特許文献３】特開２００３−１２４７３８号公報（第６頁、第１−３図）
【特許文献４】特開２００５−１０２１４２号公報（第１７頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来の構成であるデジタルテレビジョン放送受信用アンテナとして有望と考えられる前記磁流誘起タイプのアンテナは、デジタルテレビジョン放送受信用アンテナとして好適と考えられるのであるが、このような磁流誘起タイプのアンテナを用いたデジタルテレビジョン放送受信用アンテナは、いままで実現されていなかった。
【００１３】
この理由は主に、電流誘起タイプのダイポールアンテナ同様、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子は、共振の強さＱ値が高く、デジタルテレビジョン放送で予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に及ぶ広帯域の放送電波を受信できないことによるものと考えられる。
【００１４】
つまり、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に及ぶ広帯域の放送電波を受信するには、共振周波数の異なる複数の単位アンテナ素子を組合せるか、あるいは単位アンテナ素子の前記Ｑ値を下げるとともにこれを電子的に同調させるしかないが、前者は前記電流誘起タイプのダイポールアンテナ以上にアンテナが大型化してしまって実用性を欠き、後者は単位アンテナ素子に設ける同調素子に要求されるリアクタンス変化範囲が大きくなることによりその実現が難しかった。
【００１５】
また、デジタルテレビジョン放送受像機については、電子制御により放送電波の到来方向にアンテナ指向性を向けることができ、且つアンテナを装着もしくは内蔵しながらそのアンテナ部が突出していないものを実現する手段は提供されていなかった。
【００１６】
そこで、前記課題を解決するために磁流誘起タイプの導波管アンテナを内蔵することで薄型テレビジョン受像機を実現させるべく、特開２００５−１０２１４２等が既に提案されているが、より低価格化が要求されることから、誘電体や磁性体等を用いずに、全て板金加工された金属板で製作可能な導波管アンテナが要求されている。
【００１７】
加えて放送局の送信アンテナ直下等の極めて強電界地域で使用される場合には、アンテナの同調周波数を可変するのにバラクタダイオードでは、非線形性が強いためにバラクタダイオードの中で発生した受信電力の高調波がフィルター等を介せずに空間中に再放射されるために、他の無線機器に妨害を与える可能性があり、バラクタダイオードを用いない導波管アンテナが要求されている。
【００１８】
磁流誘起タイプの導波管アンテナにおける上記２つの課題を解決するために、一端を短絡し他端を開口した開口導波管構造を有し、該導波管の共振周波数を変化させるために導波管に付加する容量を切替える構成を採用した場合、共振周波数を変えると周波数ごとにチューナの入力インピーダンスに整合する給電位置が異なり、全帯域で整合を取ることができないという問題点があった。
【００１９】
さらに、薄型テレビジョン受像機に内蔵するのに好適な導波管厚さは一般的に２０ｍｍから５０ｍｍ程度になる。そしてこの場合に開口導波管アンテナの−６ｄＢ以下に整合している動作帯域は一般に５０ＭＨｚ程度になることが経験的に判っているが、この特性を有する導波管を用いてテレビジョン放送の全ＵＨＦ帯域をカバーする構成が必要という課題を有していた。もちろんアナログ放送が停波されるまでの期間は、デジタル放送に加えアナログＵＨＦ放送も混在しているため、アナログＵＨＦ放送帯域である４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの周波数範囲もカバーする構成が望まれる。
【００２０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、薄型テレビジョン受像機に対して、その特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵でき、さらにデジタルテレビジョン放送で使用中もしくは予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に加え４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚのアナログＵＨＦ放送帯域に及ぶ広帯域の放送電波に同調可能である、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子を用いた低コストのデジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びアンテナを突出させないで装着あるいは内蔵することができる事としたデジタルテレビジョン放送受像機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の導波管アンテナは、一端を短絡し他端を開口した導波管であり、前記導波管の共振周波数を少なくとも２つ以上に変化させるための容量実装部と、前記容量実装部により変化した共振周波数を受信するための少なくとも２つ以上の給電点と、前記共振周波数および、前記給電点の位置を切り替える切り替えスイッチを備えることを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、本発明の導波管アンテナにおいて、４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの第１の周波数範囲、もしくは４７０ＭＨｚから８１０ＭＨｚの第２の周波数範囲、もしくは前記第１および第２の周波数範囲を拡大したテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域を、少なくとも２つ以上の帯域に分割して切り換えることを特徴とするものである。
【００２３】
さらに、本発明の導波管アンテナにおいて、前記切り替えスイッチは、分割する共振周波数及び、給電点を無段階に切り換えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の導波管アンテナによれば、薄型テレビジョン受像機に対して、その特徴である薄さを大きく損なわずに装着もしくは内蔵でき、さらにデジタルテレビジョン放送で使用中もしくは予定されている４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（ＵＳＡは４７０ＭＨｚ〜８１０ＭＨｚ）に加え４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚのアナログＵＨＦ放送帯域に及ぶ広帯域の放送電波に同調可能で、磁流誘起タイプの単位アンテナ素子を用いた低コストのデジタルテレビジョン放送受信用アンテナ、及びアンテナを突出させないで装着あるいは内蔵することができるデジタルテレビジョン放送受像機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の導波管アンテナの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
以下、図１から図６を用いて、本実施の形態１における導波管アンテナについて説明する。
【００２７】
まず、図１から図３により、本実施の形態１における導波管アンテナの構成について説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態１における導波管アンテナのケーブルと容量実装基板が実装された斜視図を示す。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における導波管アンテナの導波管のみの斜視図を示す。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１における導波管アンテナの三面図を示す。
【００３１】
図１において、デジタルテレビ放送受信用導波管アンテナ１００は、金属板１０１と、容量実装部の例として示した容量実装基板１０２と、容量切換えスイッチ１０３と、給電線１０４とで構成された導波管１０５を有している。そして、該導波管１０５の前方にはメイン開口面１０６が設けられ、給電線１０４と金属板１０１の接続点である給電点１０７が５つ設けられ、容量実装基板１０２と金属板１０１の接続点である容量点１０８が設けられている。
【００３２】
そして、図２に示すように、前記導波管１０５の形状の特徴は凹凸部のある導波管上面１０９と平らな導波管下面１１０の二つに分けることができ、導波管上面１０９には給電点１０７に給電点端子取出し穴１１１、容量点１０８に容量点端子取出し穴１１２を設けている。給電点１０７における導波管下面１１０の金属板１０１に切り目を入れ、さらに上向きに折り曲げることにより給電点端子取出し穴１１１から給電点下面端子１１３を取出す。
【００３３】
容量点１０８おける導波管下面１１０の金属板１０１に切り目を入れ、さらに上向きに折り曲げることにより容量点端子取出し穴１１２から容量点下面端子１１４を取出す。
給電点１０７における導波管上面１０９の金属板１０１に切り目を入れ、給電点上面端子１１５を取出す。
【００３４】
容量点１０８における導波管上面１０９の金属板１０１に切り目を入れ、容量点上面端子１１６を取出す。
【００３５】
図３に示すように、導波管上面１０９の詳細構成は、導波管上面凸部１０９ａと導波管上面凹部１０９ｂに分けられ、給電点端子取出し穴１１１および容量点端子取出し穴１１２は導波管上面凹部１０９ｂに開けられている。メイン開口面１０６から導波管１０５を見たとき、開口面が長方形となるように開口斜め折り曲げ部１１７を設けている。
【００３６】
ここで本願のような開口導波管は一般的に、導波管の開口面に現れる電界に伴う磁流を放射源にすることで、アンテナとして利用される。そして、導波管の開口幅は、使用周波数の１／２波長以上、また導波管長は、片側の開口が短絡されている場合、管内波長の１／４波長、片側の開口が開放されている場合、管内波長の１／２波長に共振させて用いられる。
【００３７】
そして、このような開口導波管の低コスト化を図るために、本願の開口導波管は材料を同一の金属板としている。
【００３８】
次に本実施の形態１におけるデジタルテレビジョン放送受信用導波管アンテナ１００の導波管アンテナ１２０としての簡略図である図４から図６により、入力端子位置１２６すなわち図１でいう給電点端子位置１０７と入力インピーダンスおよび共振周波数の関係について説明する。
【００３９】
図４において、導波管アンテナ１２０の入力インピーダンスについて説明する。長さＬ１３０が半波長以下の導波管アンテナ１２０は、開口に発生する磁流Ｍ１２３を巻くように発生する電界Ｅ１２４が導波管外壁に垂直に入るため、導波管外壁により放射電界が乱されず、よって電界Ｅ１２４と磁界Ｈを入れ換えただけの電気的ダイポールアンテナ１２５とほぼ同じ放射パターンを示す。
【００４０】
つまり導波管アンテナ１２０は電気的ダイポールアンテナ１２５と互いに補対の関係にあるスロットアンテナとみなせるので、Ｂａｂｉｎｅｔの原理より、導波管アンテナの開口部１２１での入力インピーダンスＺｍと電気的ダイポールアンテナ１２５の入力インピーダンスＺｊとの間には
Ｚｍ・Ｚｊ＝（６０π）２
の関係がある。
【００４１】
また、電気的ダイポールアンテナ１２５の入力インピーダンスは、長さＬ１３０がλo／２より短くなると、急激に負のリアクタンス成分が増えるが、レジスタンス成分の変化は緩やかであり、負のリアクタンス成分を整合素子により打ち消して共振させた場合の入力インピーダンスはほぼ７０から５０Ωの範囲にある。よって、長さＬ１３０の共振導波管アンテナの開口部１２１での入力インピーダンスＢａｂｉｎｅｔの式より、
Ｚｍ＝（６０π）２／Ｚｊ＝（６０π）２／（７０〜５０）＝５０８〜７１０Ω
近くとなる。
【００４２】
図５において、導波管アンテナの入力端子位置について説明する。長さＬ１３０、奥行きが共振周波数における管内波長λｇの１／４の導波管アンテナにおいて、開口部１２１から入力端子までの距離Ａ１３１を変化させると、入力インピーダンスは
０（距離Ａ１３１＝[λｇ／４ １３２]）：短絡部１２２） ＜ 入力インピーダンス ＜ Ｚｍ（距離Ａ１３１＝０：開口部１２１でのインピーダンス）
の範囲の純抵抗値となる。つまり、０Ωから（５００〜７００）Ωの間となる。よって適当な距離Ａ１３１を選ぶことによりチューナ入力インピーダンスである７５Ωに整合させることができる。
【００４３】
図６において、導波管アンテナの共振周波数と入力インピーダンスについて説明する。図５と同じ長さＬ１３０、奥行きＤ１３３でも導波管内壁間に容量Ｃ１２７を付けることで、より低い周波数で共振させることができる。ここで容量Ｃ１２７は開口部１２１に近い程効果が大きく、すなわち小さい容量値で共振周波数を大きく変化させることができる。よって、短絡部に近いほど効果が小さいことになる。
【００４４】
しかし、共振周波数によって管内の共振電界分布が変化するため、導波管アンテナ１２０を良好な整合状態で使用するためには、バンド分けしてバンドごとに入力端子の位置を切り換えるのが良い。また、容量Ｃ１２７により共振周波数を変化させた場合、低い周波数バンドで距離Ａ１３１を短く、すなわち開口部１２１に近くすることによって整合度を改善することができる。
【００４５】
以上の説明により、デジタルテレビ放送受信用導波管アンテナ１００を導波管アンテナ１２０の如く良好な整合状態で使用するために図７に重要項目をまとめると、容量Ｃ１２７を開口部１２１に近い部分で任意の値に切り換えられる任意容量切換えスイッチ１４０によって、開口部１２１からの入力端子位置１２６までの距離Ａ１３１を切換え、周波数範囲のバンド分けを行う事が望ましい。
【００４６】
また、図７で示すように、１０７をスライダー式の接点無段階切り換え装置１４１を用いることにより可動式給電点１４２を実現することにより、テレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域チャンネルの個々に対し、最良の整合状態を実現することが可能となる。
【００４７】
ただし、コストと性能のバランスを取ることを目的とした場合、図１〜図３のように、固定された給電点１０７を５つ以上目安に構成する方法が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、ケーブルで接続された外部アンテナや外部に突出した室内アンテナ、さらには放送波を受信して受像機に中継再送する外部機器等を必要とせず、室内での自由な配置にてデジタルテレビジョン放送が楽しめる薄型のデジタルテレビジョン放送受像機を低コストで実現するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における導波管アンテナを示す図
【図２】本発明の実施の形態1における、容量実装基板と給電線を取り除いた導波管アンテナを示す図
【図３】本発明の実施の形態1における、容量実装基板と給電線を取り除き且つ三方向から垂直に見た時の導波管アンテナを示す図
【図４】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナの入力インピーダンスについての説明図
【図５】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナの入力端子位置についての説明図
【図６】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナの共振周波数と入力インピーダンスについての説明図
【図７】本発明の実施の形態1における、導波管アンテナによるテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域チャンネルの個々に対し、最良の整合状態を実現する構成図
【符号の説明】
【００５０】
１００ デジタルテレビ放送受信用導波管アンテナ
１０１ 金属板
１０２ 容量実装基板
１０３ 容量切換えスイッチ
１０４ 給電線
１０５ 導波管
１０６ メイン開口面
１０７ 給電点
１０８ 容量点
１０９ 導波管上面
１１０ 導波管下面
１１１ 給電点端子取出し穴
１１２ 容量点端子取出し穴
１１３ 給電点下面端子
１１４ 容量点下面端子
１１５ 給電点上面端子
１１６ 容量点上面端子
１１７ 開口斜め折り曲げ部
１２０ 導波管アンテナ
１２１ 開口部
１２２ 短絡部
１２３ 磁流Ｍ
１２４ 電界Ｅ
１２５ 電気的ダイポールアンテナ
１２６ 入力端子位置
１２７ 容量Ｃ
１３０ 長さＬ
１３１ 距離Ａ
１３２ λｇ／４
１３３ 奥行きＤ
１４０ 任意容量切換えスイッチ
１４１ スライダー式の接点無段階切り換え装置
１４２ 可動式給電点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を短絡し他端を開口した導波管であり、
前記導波管の共振周波数を少なくとも２つ以上に変化させるための容量実装部と、
前記容量実装部により変化した共振周波数を受信するための少なくとも２つ以上の給電点と、前記共振周波数および、前記給電点の位置を切り替える切り替えスイッチを備えることを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項２】
４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの第１の周波数範囲、もしくは４７０ＭＨｚから８１０ＭＨｚの第２の周波数範囲、もしくは前記第１および第２の周波数範囲を拡大したテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域を、少なくとも２つ以上の帯域に分割して切り換えることを特徴とする請求項１記載の導波管アンテナ。
【請求項３】
前記切り替えスイッチは、分割する共振周波数及び、給電点を無段階に切り換える
ことを特徴とする請求項１に記載の導波管アンテナ。
【請求項１】
一端を短絡し他端を開口した導波管であり、
前記導波管の共振周波数を少なくとも２つ以上に変化させるための容量実装部と、
前記容量実装部により変化した共振周波数を受信するための少なくとも２つ以上の給電点と、前記共振周波数および、前記給電点の位置を切り替える切り替えスイッチを備えることを特徴とする導波管アンテナ。
【請求項２】
４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの第１の周波数範囲、もしくは４７０ＭＨｚから８１０ＭＨｚの第２の周波数範囲、もしくは前記第１および第２の周波数範囲を拡大したテレビジョン放送に用いられるＵＨＦ帯域を、少なくとも２つ以上の帯域に分割して切り換えることを特徴とする請求項１記載の導波管アンテナ。
【請求項３】
前記切り替えスイッチは、分割する共振周波数及び、給電点を無段階に切り換える
ことを特徴とする請求項１に記載の導波管アンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２８８９３６（Ｐ２００８−２８８９３６Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３２５１４（Ｐ２００７−１３２５１４）
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１８日（２００７．５．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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