説明

無給電無指向性アンテナ

【課題】ダイポール給電素子と無給電素子との組み合わせにより、構造を簡素化し、かつ広帯域が望める無給電無指向性アンテナを提供する。
【解決手段】ダイポール給電素子と無給電素子とを組み合わせ、前記ダイポール給電素子の給受電部に前記無給電素子を電気的に絶縁して交差させ、前記ダイポール給電素子に前記無給電素子を電磁結合させている。この場合、前記ダイポール給電素子に対する前記無給電素子の長さの比と、前記ダイポール給電素子と前記無給電素子とのなす角度とに基づいて、前記ダイポール給電素子と前記無給電素子とにそれぞれ流れる電流の位相差を調整することが望ましいものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、テレビビジョン放送の送受信用アンテナなどに最適な無給電無指向性アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
位相器が不要な無指向性アンテナが特許文献1に開示されている。また、指向性を制御できるアンテナが特許文献2に開示されている。
【0003】
特許文献1に開示されたアンテナは、折り返しダイポールを円形に折曲させ、折り返された素子の中央部をコイルで接続して2周波で動作させている。さらに、無給電素子を用い、これをVHFアンテナ素子の先端部の近傍に配置し、前記無給電素子により水平面内での指向性を改善させている。
【0004】
特許文献2に開示されたアンテナは、2つのアンテナ素子を略V字状に配置して給電素子を構成し、2つのアンテナ素子のそれぞれの一端に近接するように給電部を設け、1つの給電部から2つのアンテナ素子に給電を行う構成になっている。
【特許文献1】特開平7−283651号公報
【特許文献2】特開2006−86885号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1に開示されたアンテナは、折り返しダイポールを円形に折曲させ、折り返された素子の中央部をコイルで接続して2周波で動作させているため、この構造が複雑になる。また、アンテナ構造が水平方向と垂直方向との2軸方向で構成されているため、その小型化には解決すべき問題が多々ある。
【0006】
特許文献2に開示されたアンテナは、2つのアンテナ素子を略V字状に配置して給電素子を構成するため、平面構造とすることは可能であるが、1つの給電部から2つのアンテナ素子にそれぞれ給電を行う構成であるため、所望の放射パターンを得るためには、給電部から2つのアンテナ素子への給電タイミングを配慮しなければならず、その給電に工夫を要する必要がある。
【0007】
本発明の目的は、ダイポール給電素子と無給電素子との組み合わせにより、構造を簡素化し、かつ広帯域が望める無給電無指向性アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記目的を達成するため、本発明に係る無給電無指向性アンテナは、ダイポール給電素子と無給電素子とを組み合わせ、前記ダイポール給電素子の給受電部に前記無給電素子を電気的に絶縁して交差させ、前記ダイポール給電素子に前記無給電素子を電磁結合させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ダイポール給電素子と無給電素子との組み合わせにより、構造を簡素化し、かつ広帯域の特性を確保できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【0011】
本発明の実施形態に係る無給電無指向性アンテナは図1に示すように基本的な構成として、ダイポール給電素子1と無給電素子2とを組み合わせ、前記ダイポール給電素子1の給受電部3に前記無給電素子2を電気的に絶縁して交差させ、前記ダイポール給電素子1に前記無給電素子2を電磁結合させたことを特徴とするものである。
【0012】
本発明の実施形態に係る無給電無指向性アンテナにおける前記給受電部3は、送信用アンテナとして作動させる場合にダイポール給電素子1に送信電力を給電し、受信用アンテナとして作動させる場合にダイポール給電素子1で受電した受信電力を受電するものであり、本発明の実施形態に係る無給電無指向性アンテナは送信用アンテナと受信用アンテナとに用いることができるものである。以下の説明では、本発明の実施形態に係る無給電無指向性アンテナを送信用アンテナとして用いる場合について説明する。したがって、給受電部3は、送信電力を給電する給電点として作用する。
【0013】
具体的に説明すると、ダイポール給電素子1は、使用波長(λ)の1/2波長(λ)の長さをもつ2本の給電素子1a,1bをその突き合わせ端間を電気的に絶縁して平面上で直線状に配置し、これらの給電素子1a,1bに給電点3を電気的に接続している。図1に示す実施形態では、給電点3として同軸ケーブル3を用い、その同軸ケーブル3の中心導体3aを一方の給電素子1a、その外皮導体3bを他方の給電素子1bにそれぞれ電気的に接続している。なお、給電点3として同軸ケーブル3を用いたが、それ以外の給電構造を用いてもよいものである。本発明の実施形態で注目すべき点は、給電素子1a,1bと給電点3との間に位相器を設けていないことである。
【0014】
前記無給電素子2には、直線状の導体を用いており、前記無給電素子2は、前記ダイポール給電素子1の給電部3に電気的に絶縁して交差させてある。その交差構造を具体的に説明すると、前記ダイポール給電素子1は、それを構成する2本の給電素子1a,1bの対峙する端部間が電気的に絶縁されているため、2本の給電素子1a,1b間にはスペースSが存在する。前記スペースSを利用して、前記無給電素子2をダイポール給電素子1のスペースSに通して前記ダイポール給電素子1と交差させている。前記無給電素子2を前記ダイポール給電素子1のスペースS内に通す際に、前記無給電素子2を前記ダイポール給電素子1に対して電気的に絶縁している。
【0015】
そして、前記ダイポール給電素子1に給電点3から給電を行うことにより、前記無給電素子1に前記無給電素子2を電磁結合させている。
【0016】
また、前記ダイポール給電素子1の長さに対する前記無給電素子2の長さの比と、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θとに基づいて、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とにそれぞれ流れる電流の位相差を調整している。シミュレーションした結果では、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θを40〜60度の範囲に設定することが最も望ましいものであり、この範囲を逸脱した場合でも、実用目的によっては特に問題がないことを確かめている。また、前記ダイポール給電素子1の長さをL1、前記無給電素子2の長さをL2とした場合、前記ダイポール給電素子1の長さL1に対する前記無給電素子2の長さL2の比は、95%程度に設定することが最も望ましいものであり、この範囲を逸脱しても、実用目的によっては特に問題がないことを確かめている。また、前記ダイポール給電素子1の長さL1と前記無給電素子2の長さL2との関係は、L2<L1の関係に設定する。
【0017】
本発明の実施形態において、給電点3からダイポール給電素子1に給電を行うと、ダイポール給電素子1と無給電素子2とが電磁結合し、ダイポール給電素子1に流れる電流によって発生する電界が、ダイポール給電素子1の給電素子1a→無給電素子2→ダイポール給電素子1の給電素子1b→無給電素子2の順に回転するため、X−Y面上で無指向性の放射パターンを示すこととなる。
【0018】
次に、前記ダイポール給電素子1の長さL1に対する前記無給電素子2の長さL2の比と、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θとに基づいて、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とにそれぞれ流れる電流の位相差を調整することについてシミュレーションした結果について説明する。なお、図2〜図4では、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θを54°に固定して、前記ダイポール給電素子1の長さL1に対する前記無給電素子2の長さL2の比を変化させた場合についてシミュレーションしているが、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θを40〜60の範囲内に設定して、前記ダイポール給電素子1の長さL1に対する前記無給電素子2の長さL2の比を変化させてシミュレーションした場合でも、同様の傾向を示していることを確かめている。
【0019】
図2は、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θを54°に固定して、前記ダイポール給電素子1の長さL1に対する前記無給電素子2の長さL2の比を0.92に設定してシミュレーションした場合での放射パターンを示している。
【0020】
図2から明らかなように、ダイポール給電素子1と無給電素子2とを配置した平面、すなわちX−Y面上で略角丸四角形状の放射パターンとなっており、X−Y面上で無指向性であることが分かる。
【0021】
図3は、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θを54°に固定して、前記ダイポール給電素子1の長さL1に対する前記無給電素子2の長さL2の比を0.94に設定してシミュレーションした場合での放射パターンを示している。
【0022】
図3から明らかなように、ダイポール給電素子1と無給電素子2とを配置した平面、すなわちX−Y面上で略角丸四角形状状の放射パターンとなっており、X−Y面上で無指向性であることが分かる。図3に示す放射パターンは図2に示す放射パターンと同様の傾向を示している。
【0023】
図4は、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θを54°に固定して、前記ダイポール給電素子1の長さL1に対する前記無給電素子2の長さL2の比を0.96に設定してシミュレーションした場合での放射パターンを示している。
【0024】
図5から明らかなように、ダイポール給電素子1と無給電素子2とを配置した平面、すなわちX−Y面上で略角丸四角形状状の放射パターンとなっており、X−Y面上で無指向性であることが分かる。図4に示す放射パターンは図2に示す放射パターンと同様の傾向を示している。
【0025】
以上に示したシミュレーションの結果から明らかなように、本発明の実施形態に係る無給電無指向性アンテナは、アンテナとして作動することが明らかであり、前記ダイポール給電素子1の長さに対する前記無給電素子2の長さの比と、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とのなす角度θとに基づいて、前記ダイポール給電素子1と前記無給電素子2とにそれぞれ流れる電流の位相差を調整することが可能であることが分かった。
【0026】
以上のように本発明の実施形態によれば、ダイポール給電素子と無給電素子との組み合わせにより、構造を簡素化し、かつ広帯域の特性を確保できるものである。
【0027】
さらに、本発明の実施形態によれば、ダイポール給電素子の長さに対する無給電素子の長さの比と、ダイポール給電素子と無給電素子とのなす角度とに基づいて、前記ダイポール給電素子と前記無給電素子とにそれぞれ流れる電流の位相差を調整することができるものである。さらに、ダイポール給電素子と無給電素子とを平面上に配置しているため、その平面に対する高さ方向の寸法を極めて小さくすることができる。
【0028】
さらに、平面に対する高さ方向での寸法を極めて小さくすることができるため、本発明の実施形態に係る複数のアンテナを平面に対する高さ方向に重ねたとしても、その高さ方向の寸法を必要以上に拡大することはないばかりでなく、その高さ方向に複数のアンテナを積み重ねることにより、その高さ方向での指向性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【0029】
本発明によれば、例えばテレビジョン放送の送信アンテナ或いは受信用アンテナなどに応用することができ、ダイポールアンテナの利点をさらに増加させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の一実施形態に係る無給電無指向性アンテナを示す構成図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る無給電無指向性アンテナにおいて、ダイポール給電素子と無給電素子とのなす角度とその長さの比との関係をシミュレーションした特性図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る無給電無指向性アンテナにおいて、ダイポール給電素子と無給電素子とのなす角度とその長さの比との関係をシミュレーションした特性図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る無給電無指向性アンテナにおいて、ダイポール給電素子と無給電素子とのなす角度とその長さの比との関係をシミュレーションした特性図である。
【符号の説明】
【0031】
1 ダイポール給電素子
2 無給電素子
3 給受電部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ダイポール給電素子と無給電素子とを組み合わせ、
前記ダイポール給電素子の給受電部に前記無給電素子を電気的に絶縁して交差させ、
前記ダイポール給電素子に前記無給電素子を電磁結合させたことを特徴とする無給電無指向性アンテナ。
【請求項2】
前記ダイポール給電素子に対する前記無給電素子の長さの比と、前記ダイポール給電素子と前記無給電素子とのなす角度とに基づいて、前記ダイポール給電素子と前記無給電素子とにそれぞれ流れる電流の位相差を調整した請求項1に記載の無給電無指向性アンテナ。
【請求項3】
前記ダイポール給電素子の長さを使用波長の1/2波長に設定して請求項1に記載の無給電無指向性アンテナ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−154081(P2010−154081A)
【公開日】平成22年7月8日(2010.7.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−328253(P2008−328253)
【出願日】平成20年12月24日(2008.12.24)
【出願人】(801000027)学校法人明治大学 (161)
【Fターム(参考)】