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JP2008160818A - アンテナの放射器およびアンテナ - Google Patents

アンテナの放射器およびアンテナ Download PDF

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    • H01Q9/285Planar dipole

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

【課題】電気的特性を低下させることなく小型化できるアンテナを提供する。
【解決手段】導波器3と放射器10と反射器20とからなるアンテナ1において、放射器10を、所定間隔を空けて電波の放射方向に前後に配置した第1放射器11と第2放射器12とから構成する。各放射器11、12は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の放射素子11a、11b、12a、12bを、その長手方向の軸線を一致させ、且つ、その軸線に直交する中心軸に対し軸対象となるように配置した平衡型の放射器であり、前後の放射素子同士を位相調整手段にて接続することにより、放射器10を構成している。また、後方の放射器11を構成する放射素子11a、11bの板面には、その長手方向に沿って複数のスリットが穿設されている。また、反射器20は、平板状の導電材を断面略コ字状に折り曲げ加工することにより構成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、平衡型のアンテナの放射器、および、この放射器と反射器とを備えたアンテナに関する。
近年広がりつつある地上ディジタル放送は、一定レベル以上の電波を受信できれば、ディジタル放送の持つその優れた特性によって綺麗な画像を受信することが出来ることから、従来のアナログ放送受信用アンテナで一般的であった八木・宇多式アンテナばかりでなく、ベランダでも屋内であっても簡単に取り付けができ、しかも邪魔にならないような小型で軽量、且つデザイン性にも優れたアンテナが求められるようになった。
このようなアンテナの例として、たとえば、絶縁材と、この絶縁体に導電材によって薄膜状に形成された金属箔アンテナ素子を数枚貼着したアンテナが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
実開昭57−185207号公報
しかし、上記提案のアンテナは、一般的な八木・宇田式アンテナにおいて受信波長で決まる各素子の長さや形状等を、金属箔アンテナ素子に置き換えたものであることから、細長い導体棒を使用した従来のアンテナと同程度の電気的特性を得るためには、そのアンテナと同程度の大きさにする必要があり、例えば、放射器と反射器だけで構成することによりアンテナの小型化を図る、といったことはできなかった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、電気的特性を低下させることなく小型化でき、ベランダやアンテナ支柱だけでなく室内にも設置することのできるアンテナを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、平衡型のアンテナの放射器であって、
当該放射器は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第1放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、該軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるよう離隔して配置することにより構成されており、
前記各第1放射素子の板面には、それぞれ、1又は複数のスリットが穿設されていることを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、平衡型の放射器を、電波の放射方向に沿って前後に離隔して配置すると共に、該前後の放射器同士を位相調整手段を介して接続してなるアンテナの放射器であって、
後方側の放射器は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第1放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、該軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるように離隔して配置することにより構成されており、
前方側の放射器は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第2放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、該軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるように離隔して配置することにより構成され、しかも、前記後方側の放射器とは、前記中心軸同士を一致させることにより前記各放射素子同士が互いに平行となるように配置されており、
前記前後の放射器は、前記中心軸を挟んで同一方向に位置する前後の放射素子同士を、それぞれ、前記中心軸に近い元部を接続点として前記位相調整手段を介して互いに接続することにより、接続されており、
前記後方側の放射器を構成する第1放射素子の板面には、それぞれ、1又は複数のスリットが穿設されていることを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のアンテナの放射器において、後方側の放射器を構成する第1放射素子が前記中心軸に近い元部で前記位相調整手段に接続される接続点は、当該第1放射素子の四隅の内、最も内側の前方側に位置する隅部に形成されていることを特徴とする。
また次に、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のアンテナの放射器において、第1放射素子の各部の寸法を下記のように設定したことを特徴とする。
すなわち、前記第1放射素子において、前記スリットを形成することにより形成される、前記スリットよりも前方側の前方側細幅状導体、前記スリットよりも後方側の後方側細幅状導体、および、該スリットの側辺側で前方側細幅状導体と後方側細幅状導体とを連結する連結細幅状導体の内、前方側細幅状導体と後方側細幅状導体の線幅は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.016λ1より細く、前記連結細幅状導体を連結保持できる寸法であり、前記連結細幅状導体の線幅は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.1λ1より細く、前記第1放射素子の前方側細幅状導体と後方側細幅状導体とを連結保持できる寸法である。
また、第1放射素子の四隅の内、当該第1放射素子の長手方向の軸線に沿って前記接続点とは反対側に位置する隅部の特定点と、前記接続点とを結ぶ経路であって、前方側細幅状導体に沿った直線で形成される第1経路の寸法は、使用周波数の中心周波数の波長λ2の0.2λ2から0.4λ2であり、前記特定点と前記接続点とを結ぶ経路であって、前記接続点から内側の連結細幅状導体、後方側細幅状導体、外側の連結細幅状導体に沿って形成される第2経路の寸法は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の0.2λ1から0.4λ1である。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4の何れかに記載のアンテナの放射器において、前記放射素子の少なくとも一つには、当該放射素子の変形を防止する変形防止手段が設けられていることを特徴とする。
一方、請求項6に記載の発明は、少なくとも放射器と反射器とを備えるアンテナであって、前記放射器は、請求項1〜請求項5の何れかに記載のアンテナの放射器からなることを特徴する。
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載のアンテナにおいて、前記反射器は、電波の偏波方向に平行な方向が長手方向となり、電波の放射方向に直交する面に略平行となるよう配置された矩形形状の第1の反射器と、該第1の反射器の両長辺側をそれぞれ電波の放射方向に折り曲げることにより、反射面が電波の放射方向と略平行になるよう形成された第2の反射器と、からなることを特徴とする。
また次に、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のアンテナにおいて、シールド性を有する電子機器箱体に収容され、前記放射器を介して送受信する信号を処理する信号処理回路を備え、前記電子機器箱体は、前記第1の反射器の一部を利用して構成されていることを特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のアンテナにおいて、前記信号処理回路は、前記放射器からの受信信号を増幅する増幅回路であることを特徴とし、請求項10に記載の発明は、請求項8に記載のアンテナにおいて、前記信号処理回路は、前記放射器からの受信信号と、該受信信号とは周波数が異なる信号とを混合する混合回路であることを特徴とする。
また更に、請求項11に記載の発明は、請求項6〜請求項10の何れかに記載のアンテナにおいて、前記放射器にて送受信可能な信号の周波数はUHF帯であることを特徴とする。
請求項1に記載の放射器においては、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第1放射素子を、その長手方向の軸線を一致させ、しかも、その軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるように離隔して配置することにより構成されている。そして、各第1放射素子の板面には、それぞれ、1又は複数のスリットが穿設されている。
このため、後述する実験結果から明らかなように、各放射素子を単に薄板状の導電材にて形成した場合に比べて、低域側の周波数特性を改善して、放射器の広帯域化を図ることができる。また、各放射素子は、薄板状の導電材を金型等で打ち抜き形成するだけで簡単に製造することができることから、低コストで実現できる。
請求項2に記載の放射器は、平衡型の放射器を、電波の放射方向に沿って前後に離隔して配置し、その前後の放射器同士を位相調整手段を介して接続することにより構成されている。
すなわち、請求項2に記載の放射器において、後方側の放射器は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第1放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、その軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるように離隔して配置することにより構成されており、前方側の放射器も同様に、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第2放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、その軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるように離隔して配置することにより構成されている。
そして、前方側の放射器と後方側の放射器とは、中心軸同士を一致させることにより各放射素子同士が互いに平行となるように配置されており、前後の放射器は、その中心軸を挟んで同一方向に位置する前後の放射素子同士を、それぞれ、中心軸に近い元部を接続点として位相調整手段を介して互いに接続することにより、接続されている。
このため、請求項2に記載の放射器によれば、請求項1に記載の放射器のように、単に一対の放射素子だけで構成した場合に比べて、後方側の放射器から前方側の放射器の配列方向に最大の指向特性を有するアンテナを実現できる。
そして、請求項2に記載の放射器においても、請求項1に記載の第1放射素子と同様、後方側の放射器を構成する第1放射素子の板面に、1又は複数のスリットが穿設されている。従って、請求項2に記載の放射器においても、請求項1に記載のものと同様、第1放射素子をスリットのない薄板状の導電材にて形成した場合に比べて、低域側の周波数特性を改善して、放射器の広帯域化を図ることができる。
次に、請求項3に記載の放射器においては、後方側の放射器を構成する第1放射素子において、中心軸に近い元部に形成されて位相調整手段に接続される接続点は、第1放射素子の四隅の内、最も内側の前方側に位置する隅部に形成されている。
このため、その接続点と第1放射素子の外側端部までの経路を考えた場合、第1放射素子に形成されたスリットによって、複数の異なる線路長を有する経路が形成されることになり、この複数の経路によって低域側の周波数特性が改善されて、広帯域に亘って優れた周波数特性を有する放射器を実現できることになる。
なお、第1放射素子をこのように構成する場合には、請求項4に記載のように、第1放射素子においてスリットよりも前方側に形成される前方側細幅状導体、および、スリットよりも後方側に形成される後方側細幅状導体の線幅は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.016λ1より細く、連結細幅状導体を連結保持できる寸法に設定するとよく、第1放射素子においてスリットの側辺側に形成され、前方側細幅状導体と後方側細幅状導体とを連結する連結細幅状導体の線幅は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.1λ1より細く、前記第1放射素子の前方側細幅状導体と後方側細幅状導体とを連結保持できる寸法に設定するとよい。
またこの場合、第1放射素子の四隅の内、第1放射素子の長手方向の軸線に沿って前記接続点とは反対側に位置する隅部の特定点と、前記接続点とを結ぶ経路であって、前方側細幅状導体に沿った直線で形成される第1経路の寸法は、使用周波数の中心周波数の波長λ2の0.2λ2から0.4λ2に設定し、同じく上記接続点と特定点とを結ぶ経路であって、接続点から内側の連結細幅状導体、後方側細幅状導体、外側の連結細幅状導体に沿って形成される第2経路の寸法は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の0.2λ1から0.4λ1に設定するとよい。
つまり、第1放射素子の各部の寸法をこのように設定すれば、後述する実験結果から明らかなように、スリット、第1経路および第2経路によって、放射器全体の特性を整えながら、低域側の周波数特性を改善することができ、広帯域に亘り周波数特性の良い放射器を簡単且つ安価に実現できることになる。
次に、請求項5に記載の放射器においては、放射素子の少なくとも一つに、当該放射素子の変形を防止する変形防止手段が設けられている。このため、放射素子を薄板状の導電材にて形成することによって、放射素子単体では強度を確保できないような場合であっても、補強板等からなる変形防止手段を介して放射素子の変形を防止することができるようになる。
よって、請求項5に記載の放射器によれば、放射器の移動時や組み立て時に放射素子が変形するのを防止でき、また組み立て後の変形も防止できることから、組み立て工数を削減できると共に、放射特性の安定化を図ることができる。
一方、請求項6に記載の発明は、少なくとも放射器と反射器とを備えるアンテナに関する発明であり、放射器には、上述した請求項1〜請求項5の何れかに記載の放射器が使用される。
このため、請求項6に記載のアンテナによれば、広帯域にわたって周波数特性がよいアンテナを実現できる。そして、特に、放射器として、請求項2〜請求項5の何れかに記載の放射器を使用するようにすれば、指向特性が鋭く、ゲインの高いアンテナを実現できる。
次に、請求項7に記載のアンテナにおいては、反射器が、電波の偏波方向に平行な方向が長手方向となり、電波の放射方向に直交する面に略平行となるよう配置された矩形形状の第1の反射器と、この第1の反射器の両長辺側をそれぞれ電波の放射方向に折り曲げることにより、反射面が電波の放射方向と略平行になるよう形成された第2の反射器と、から構成される。
このため、請求項7に記載のアンテナによれば、従来のアンテナに比べ、電気的特性を劣化させることなく、反射器の寸法(詳しくは電波の偏波方向に直交する方向の寸法)を短くすることができる。
また、このように反射器の寸法を短くすることができるので、アンテナ全体を薄型にすることができ、取り扱いが容易で、その設置作業も簡単・安全にできる汎用性の高いアンテナを提供できる。
また次に、請求項8に記載のアンテナにおいては、放射器を介して送受信する信号を処理する信号処理回路が収容された電子機器箱体を備え、この箱体は第1の反射器の一部を利用して構成される。
このため、請求項8に記載のアンテナによれば、アンテナと信号処理回路とを一体化できるだけでなく、信号処理回路を収容する箱体を別途設ける必要がないので、アンテナの小型・軽量化を図ることができる。
なお、電子機器箱体に収納する信号処理回路としては、請求項9に記載のように、放射器からの受信信号を増幅する増幅回路や、請求項10に記載のように、放射器からの受信信号と、その受信信号とは周波数が異なる信号(例えば、他のアンテナからの受信信号)とを混合する混合回路を挙げることができる。
そして、特に信号処理回路として混合回路を設けた場合、アンテナからの受信信号を受信端末側へ引き込む引込線を一本にすることができるので、その配線作業を簡単にすることができる。
また次に、本発明のアンテナは、請求項10に記載のように、UHF帯の信号を送受信できるように構成すれば、UHF帯を使って行われている地上ディジタル放送を受信するのに好適なUHFアンテナを実現できる。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明が適用された第1実施形態のアンテナを電波の放射方向斜め前方側から見た概略斜視図であり、図2はそのアンテナに用いられる放射器の平面図である。
図1に示すように、本実施形態のアンテナ1は、導波器3と、放射器10と、反射器20とから構成されている。
図1、図2に示すように放射器10は、第1放射器11と第2放射器12とを備え、電波の放射方向前方側(図1に示す矢印F方向、以下に、方向を示す場合は特に明示しない限り矢印Fを基準とする。)には第2放射器12が配置され、後方側には、第2放射器12とは所定の間隔を空けて第1放射器11が配置されている。
第1放射器11は、外径形状に比べて極めて薄い板状の導電材を矩形に形成した一対の第1放射素子11a、11bを、その長手方向の軸線を一致させて、その軸線と直交する中心軸を挟んで軸対称となるように間隔を空けて配置することにより構成されている。
また、第2放射器12は外径形状に比べて極めて薄い板状の導電材を矩形に形成した一対の第2放射素子12a、12bを、その長手方向の軸線を一致させて、その軸線と直交する中心軸を挟んで軸対称となるように間隔を空けて配置することにより構成されている。
そして、第1放射器11と第2放射器12とは、互いに中心軸が一致し、第1放射素子11a、11bと、第2放射素子12a、12bとが互いに平行となるように配置されている。なお、各放射器11、12において、中心軸は電波の放射方向に沿った軸となるため、各放射器11、12の中心軸を一致させることにより、各放射器11、12の電波の放射方向も一致することになる。
そして、第1放射器11の第1放射素子11a、11bの四隅の内、中心軸に最も近い内側で、且つ、第2の放射器に近い前方側の隅部に形成された接続点Aa、Abと、第2放射器12の第2放射素子12a、12bにおいて中心軸に最も近い元部(内側)に形成された接続点Ca、Cbとの間であって、第1放射器11と第2放射器12の配列方向に相対向する接続点AaとCaおよび接続点AbとCbとの間には、それぞれ、位相調整用の位相調整手段15a、15bが設けられている。
次に、本実施形態において、第1放射器11を構成する第1放射素子11a、11bには、放射器11a、11bの形成と同時に金型等で打ち抜き形成されるスリット5が形成されている。以下、このスリット5について、図2〜図4を用いて詳しく説明する。
なお、図3は、本実施形態の第1放射器11を構成する第1放射素子11a、11bの板面に穿設されたスリットの例を示す概略図であり、(a)は第1放射素子11aの長手方向に沿ってスリットを2つ配列した場合、(b)は同じくスリットを4つ配列した場合、(c)は同じくスリットを6つ配列した場合、を表し、(d)、(e)、(f)は、スリットの大きさ或いは配置を変更した例を示す。また、図4はスリットの個数と470MHzにおけるアンテナ1の利得の変化を示すグラフである。
また、以下の説明では、スリット5の説明を簡単にするために、特に明示しない限り第1放射器11を構成する一方の第1放射素子11aについて説明し、第1放射素子11bについては、その中心軸を中心として軸対称となるようにスリットが形成されることから、詳しい説明は省略する。
図2に示すように、本実施形態では第1放射器11を構成する後方側の第1放射素子11aには、夫々、金型等によって打ち抜き形成されたスリット5(図では、内側スリット5a、中間スリット5b、外側スリット5cに区分している。)が、第1放射素子11aの長手方向に6つ並ぶように備えられている。
ここで、図3と図4を用いて、この放射器10を用いたアンテナ1の使用周波数(本実施形態では、UHF帯を使ったテレビ信号)の最小周波数(470MHz)における利得に着目して、所定の大きさの外形を有する第1放射素子11aに対して、スリット5が無い場合とスリット6を形成した場合の利得変化を実験的に確認し、第1放射素子11aに形成したスリット5の効果について説明する。
図3には、第1放射素子11aに対して、スリット5を第1放射素子11aの接続点Aa側(内側)から先端部(外側)に向かって順に増やしていく例を示しており、図3(a)では2つのスリット5が、図3(b)では4つのスリットが、図3(c)では6つのスリット5が、それぞれ形成された例が示されている。
そして、このようなスリット5の配設条件において、スリット5の形成数の違いに対する利得の変化の様子を調べた実験結果が、図4に実線で示されるグラフとなる。
このグラフによれば、第1放射素子11aにスリット5が無い(スリット5が0)場合のアンテナ1の利得は略4dB、第1放射素子11a、11bにスリット5が2つ形成された場合のアンテナ1の利得は略4.2dB、第1放射素子11a、11bにスリット5が4つ、6つ、そして8つ形成された場合の夫々のアンテナ利得は略4.4dBとなり、第1放射器11a、11bの所定位置に所定数のスリット5を形成することによって、アンテナ利得が略0.4dB改善されることが実験的に確認できた。
そして、この実験データからわかるように、スリット5による利得の改善が期待できるのは、スリット5を4つ以上備えさせておればよく、図4に示されるようにスリット5を8つ備えても、そして、図3(d)に示されるように複数のスリット5を連続的に連結した1つの長いスリット5を備えても、その効果は同じであることがわかる。
また、図3(e)に示されるように、スリット5の形成位置を、図3(a)、(b)、(c)に示す例とは逆に、第1放射素子11aの長手方向の外側から内側に向かって等間隔に順に増やすように配設したときの利得の変化を調べてみると、図4のグラフの一点鎖線で示されるような変化を示し、また、図3(f)に示されるように、スリット5の形成位置を、第1放射素子11a、11bの中心部から外側、内側方向に等間隔に順に増やして配設したときの利得の変化を調べてみると、図4に破線で示すグラフのように変化する。
すなわち、これらの実験データによれば、第1放射素子11a、11bに、所定の大きさで所定数のスリット5を所定の位置に配設すれば、この第1放射素子11a、11bを用いて構成した放射器10、延いては、アンテナ1は、その使用周波数帯の最小周波数における利得を改善できることがわかる。
なお、図4には示されていないが、スリット5の形成によって使用周波数の広域側の周波数特性が影響を受けることは無い。
ここで、上記実験に用いた第1放射素子11aの大きさ、スリット5の配設数、その配設位置等について図3および図5を用いて説明する。
図3(a)においては、放射素子11aの接続端子Aa側から内側スリット5a、外側スリット5cが形成されている。このように第1放射素子11aにスリット5を形成することによって、内側スリット5a、外側スリット5cの前方側には前方細幅状導体F11aが、後方側には後方細幅状導体R11aが形成される。
そして、一番内側にある内側スリット5aの図における下側側辺には、前方側細幅状導体F11aの内側端部と後方側細幅状導体R11aの内側端部を接続するための線幅W6aを有する内側連結細幅状導体6aが形成され、隣り合う内側スリット5aと外側スリット5cとの間には、前方側細幅状導体F11aと後方側細幅状導体R11aの中間部を接続するための線幅W6bを有する中間連結細幅状導体6bが形成され、外側スリット5cの図における上側側辺と第1放射素子11aの先端部との間には、前方側細幅状導体F11aの先端部側と後方側細幅状導体R11aの先端部側を接続する線幅W6cを有する外側連結細幅状導体6c−1が形成される。
同様に、図3(b)においては、内側スリット5a、2つの中間スリット5b、および外側スリット5cにより、内側連結細幅状導体6aと3つの中間連結細幅状導体6bと外側連結細幅状導体6c−2とが形成され、図3(c)においては、内側スリット5a、4つの中間スリット5b、および外側スリット5cにより、内側連結細幅状導体6aと5つの中間連結細幅状導体6bと外側連結細幅状導体6cとが形成される。
また、図3(d)においては、内側連結細幅状導体6aと外側連結細幅状導体6cに挟まれるようにスリット5が1つ備えられている。
なお、図3(a)、(b)、(c)に示すスリットの例では、内側連結細幅状導体6aの線幅W6aと中間連結細幅状導体6bの線幅W6bは略同一の線幅となるように形成されており、この結果として、スリット5の形成数によって、前記外側連結細幅状導体の線幅W6cは夫々、6c−1、6c−2、6cのように夫々異なる線幅を有するものとなっている。
また、図3(e)の例では、外側連結細幅状導体6cの線幅W6cと中間連結細幅状導体6bの線幅W6bは略同一の線幅となるように形成されており、この結果、スリット5の形成数によって、前記内側連結細幅状導体6a−2の線幅W6aは外側連結細幅状導体6cの線幅W6cと中間連結細幅状導体6bの線幅W6bに比べて広くなり、図3(f)の例では、中間連結細幅状導体6bの線幅W6bに比べて外側連結細幅状導体6c−3の線幅W6cと内側連結細幅状導体6a−3の線幅W6aは幅広に形成されることになる。
更に、図5に示されるように、第1放射素子11aにスリット5が形成されることによって、第1放射素子11aには少なくとも2つの信号経路が形成される。
すなわち、その経路は、第1放射素子11aの四隅の内、第1放射素子11aの長手方向の軸線に沿って接続点Aaとは反対側に位置する隅部の特定点Baと、接続点Aaとを結ぶ経路であって、前方側細幅状導体F11aに沿った直線で形成される第1経路7と、接続点Aaから内側の連結細幅状導体6a、後方側細幅状導体R11a、外側の連結細幅状導体6cに沿って形成される第2経路8である。
そして、上記実験データによれば、上述のように少なくとも2つの経路を備えるように略矩形に形成された同じ大きさの放射素子であっても、図3(a)の外側連結細幅状導体6c−1のように、線幅W6cが所定を超えて広くなるとスリット5の効果は得られず、図3(b)、(c)、(d)の例のように、外側の連結細幅状導体6c−2、6cの線幅W6cが所定寸法と同じかそれより狭まければスリット5の効果が得られることが判った。
また、上記実験データによれば、すでに述べたように、スリット5が所定の大きさで所定の位置に配設されているならば、スリット5を第1放射素子11aの内側から配設しても、第1放射素子11aの先端部側から内側に向かって配設していても良いし、第1放射素子11aの中心部から図における上下方向に配設していてもその効果は認められる。
このため、内側の連結細幅状導体6a、中間部に備えさせる連結細幅状導体6b、外側の連結細幅状導体6cの線幅W6a、W6b、W6cの何れもが、所定の寸法より狭くなるように形成されておれば、スリット5が1つであっても複数であっても良いことが判る。
つまり、スリット5の形成によって、適宜な線路長の経路が形成されなければならないのである。
なお、本実施形態では、スリット5が四角形をした例を示したが、上述のように連結細幅状導体の幅が所定寸法以下になるのであれば、特にこの形状に限定されるものではなく、その他の多角形状でも良いし、円状、楕円状等でも良い。
そして、上記実験結果から、第1放射素子11aの各部の寸法は、次のようにすればよいことが判った。
すなわち、内側、中間、外側の各連結細幅状導体6の線幅W6a、W6b、W6cは、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.1λ1より細く、前記第1放射素子11aの前方側細幅状導体F11aと後方側細幅状導体R11aとを連結保持できる寸法にする。
また、接続点Aaと特定点Baとを結ぶ第1経路7の寸法は、使用周波数の中心周波数の波長λ2の0.2λ2から0.4λ2に設定し、同じく第2経路8の寸法は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の0.2λ1から0.4λ1に設定する。
また、前方側細幅状導体F11aと後方側細幅状導体R11aの線幅は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.016λ1より細く、連結細幅状導体6を連結保持できる寸法にする。
なお、第1放射器11と第2放射器12の相互の間隔は、使用周波数における中心周波数に対応する波長λ2の略0.05から0.2倍であるように構成されていればよい。
ここで、上記実験に使用した放射器10の具体的な寸法を図6に示す。なお、図6は本実施形態のアンテナ各部の配置を示す説明図である。
本実施形態では、第1放射器11は、長さW11=150mm、幅WW1=25mmの矩形の板に、前後方向の寸法が15mmで、左右方向の寸法が10mmの略4角形のスリット5が6つ形成されており、それによって形成される連結細幅状導体6の最も幅広の線幅は15mmであり、前方側細幅状導体F11aと後方側細幅状導体R11aの線幅は5mmであるような第1放射素子11aと、この第1放射素子11aと同じ構成で形成された第1放射素子11bを、両端の長さW1=315mmとなるように、第1放射素子の長手方向の軸線を一致させて、その軸線に直交する中心軸に対し軸対称となるように離隔して配置されている。
また、第2放射器12は、長さW22=130mm、幅WW2=25mmの第2放射素子12a、12bを、両端の長さW2=275mmとなるように、第2放射素子12a、12bの長手方向の軸線を一致させて、その軸線に直交する中心軸に対し軸対称となるように離隔して配置されている。
そして、第1放射器11と第2放射器12の間隔L2=60mmである。
このように構成された放射器10は、第1放射器11、第2放射器12の配列方向に最大の指向特性を有するようになり、また、使用周波数の低域側の周波数において利得の優れた特性を有するようになる。
なお、本実施形態において、第1放射器11および第2放射器12を構成する各放射素子は、板圧t=0.2mmの金属板を所定長に打ち抜き加工したものであるが、導電材をプレス加工したものでもよいし、薄い導電材を樹脂で一体成形した物でもよいなど、導電材料であれば本実施形態に限定されるものではない。
以上、本実施形態の放射器10によれば、後方側の放射器11から前方側の放射器12の配列方向に最大の指向特性を有するものとなり、鋭い指向特性を有し、放送局からの送信電波(UHF帯のテレビ放送電波)を高利得で受信可能なアンテナ1を提供できる。
また、後方側の放射器11を構成する第1放射素子11a、11bに、1もしくは複数のスリット5を金型等で打ち抜き形成するだけで、低域側の周波数特性を改善して、アンテナ1の広帯域化を実現できることから、広帯域なアンテナ1を簡単且つ低コストで実現できる。
また、スリット5の形成によって第1放射素子11a、11bの一部を欠損させることになるため、放射器10、延いてはアンテナ1自体の軽量化を図ることもできる。
そして、この放射器10を使ったアンテナ1は、高性能な指向特性を有するばかりでなく、送受信可能な信号の広帯域化を図ることができるので、UHF帯のテレビ放送信号を受信するUHFアンテナとして構成すれば、地上ディジタル放送を受信するのに好適なアンテナを提供できる。
ところで、放射器10を構成する放射素子11a、11b、12a、12bは、外径寸法に比べて極めて肉厚の薄い板状の金属材から構成されているので、組み立て等において変形することが考えられる。
この場合は、放射素子11a、11b、12a、12bの変形防止手段として、図7(a)に示すように、放射素子11a、11b、12a、12b(図には11b、12bのみ記載)の長手方向の軸線に沿って、リブ42b、41bを形成したり、図7(b)に示すように、各放射素子11a、11b、12a、12b(図には11b、12bのみ記載)を長手方向の軸線に沿ってわずかに折り曲げた折曲部42c、41cを形成するようにすれば、放射素子11a、11b、12a、12bの移動や組み立てにおいて、放射素子11a、11b、12a、12bが湾曲するなどによって変形することもないし、組み立て後の変形も防止できることから、組み立て工数の削減、特性の安定化などが達成できる。
なお、図7(a)、(b)は本発明の変形防止手段の例を示す側面図である。そして、図7(a)、(b)においては、放射器10の前方側に配置される導波器3に対しても、リブ4b又は折曲部4cが形成されている。
次に反射器20について説明する。
図1、図6に示すように、反射器20は、電波の偏波方向(換言すれば偏波面)に平行な方向が長手方向となり、電波の放射方向(換言すれば到来方向)に直交する面に略平行となるよう配置された矩形形状の第1反射器21と、第1反射器21の両長辺側をそれぞれ電波の放射方向(換言すれば放射器10側)に折り曲げることにより、反射面が電波の放射方向と略平行になるよう形成された第2反射器22a、22bとからなる。
この反射器20は、320×100mmの大きさの板体を断面コ字状に折り曲げ形成することにより作製されており、本実施形態では、各部の寸法が下記のように設定されている。
すなわち、第1反射器21は、長さW4=320mm、高さH4=55mmであり、第2反射器22は、第1放射器21の両長辺側を折曲部14において放射器10の方向に幅WW4=22.5mm(長さはW4と同じ寸法の320mm)だけ折り返した構成となっている。
また、第1放射器11と反射器20の間隔L3=55mmである。
ここで、反射器20を断面コ字状としたのは、上述した放射器10と320×100mmの大きさの板体からなる反射器20とを用いて最適化した場合に、アンテナ1の良好な周波数特性を維持しつつ、反射器20の短手方向の寸法(図6(a)に示す上下方向の寸法)を短くしてアンテナ1を薄型にするためであり、上記各寸法は実験的に得られた値である。
以下、この実験について説明する。
図8は、反射器20の形状を変化させたときの電気的特性の変化を表すデータである。
図8において反射器Aで示されるのは、寸法(W4×H4)=320×100mmの反射器を平板状(つまり、第2の反射器22が第1の反射器21と同一平面上になるように両側に開いた状態(折り曲げ形成する前の状態))に形成したときのデータである。(すなわち、反射器A=平板状。)
図8において反射器Bで示されるデータは、反射器Aと同様の平板状であるが、反射器Aに対し高さH4を約半分にした、寸法(W4×H4)=320×55mmの反射器を用いたときのデータである。(すなわち、反射器B=高さが反射器Aの略半分。)
図8において反射器Cで示されるデータは、本実施形態の反射器20、つまり、反射器Aと同寸法(W4×H4)=320×100mmの板材を断面略コ字状に折り曲げ形成した反射器、を用いたときのデータである。
本発明の主たる目的は、電気的特性を低下させることなくアンテナを小型化することであるが、反射器はアンテナを構成するエレメントの中でも最も大きくなるため、その反射器の形状を小型化することは、アンテナを小型化する上で極めて重要である。
そして、反射器Aのデータと反射器Bのデータとから明らかなように、反射器を平板状にした場合、その高さ(詳しくは電波の放射面に直交する短手方向の長さ)が小さくなると、アンテナ1の利得がほぼ全帯域に亘って低下する。
しかし、高さは反射器Bと同じで、反射器Bの両長辺を折曲部14として放射器10方向に第2反射器22を突設させた形状の反射器Cを用いると、動作利得においては反射器Aの場合と比較して僅かに低下するものの、そのほかは、ほぼ同程度の特性が得られる。
つまり、本実施形態のように、反射器20を断面略コ字状に折り曲げ形成すれば、アンテナ1の電気的特性を劣化させることなく、反射器の高さH4(すなわち、第1の反射器61の高さ)を短くすることができ、延いてはアンテナ1を薄型でスリムに構成できるようになる。
なお、本実施形態では、反射器20は320×110mmの大きさで板圧t=0.2mmの金属板を折り曲げ加工したものであるが、金属板でなくても金属線を網目状に形成した網体を折り曲げ加工してもよい。また、薄い導電材を樹脂で一体成形したフィルム状の板体でもよい。つまり、反射器20は、導電材料であればよく、これらに限定されるものではない。
また、反射器20は、必ずしも断面コ字状に折り曲げ形成する必要は無く、そのまま平面に形成されたものでも、上下が放射器方向に傾いた略く字状に折り返し形成したものでも良い。つまり、反射器20の形状についても、これらに限定されるものではない。
次に導波器3について説明する。
図1に示すように、導波器3は、放射器10の第1放射素子11a、11bと同様に薄板状の金属材を金型等で抜き打ち加工したものであり、その長さW3=160、幅WW3=10mmである。そして、放射器12と導波器3との間隔L1=52mmであるに放射器10の前方に配設されている。
この導波器3はアンテナ1の高域の特性改善用に備えられたものであり、必要に応じて備えさせてもよいし、なくてもよい。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図9〜図11を用いて説明する。
なお、図9は第2実施形態のアンテナを前方側から見た概略斜視図であり、図10は第2実施形態のアンテナを後方側から見た概略斜視図であり、図11は第2実施形態のアンテナを化粧ケースに収納し、その一部を切断した概略断面図である。
本実施形態のアンテナ1の構成は、基本的には第1実施形態のものと同じであり、第1実施形態と異なる点は、アンテナ1の放射器10から出力される受信信号を処理する信号処理回路30を備えた点である。
この信号処理回路30は、増幅回路等が組み付けられたプリント基板をシールド性に優れた電子機器箱体(以下、シールドケースと記載する)31に収納した構成となっている。
シールドケース31は、金属材等の導電材からなり、前後を開口した筒状の枠体32と、この枠体32の一方の開口を閉塞する蓋体33とを備える。
そして、枠体32は、内部にプリント基板等を収納した後、前方側の開口部を、反射器20の第1反射器21におけるアンテナの電気的特性に影響しない部分(本実施形態では反射器20の後方側)に固定される。
また、枠体32の後方側の開口部は、金属材等の導電材からなる蓋体33で閉塞される。この結果、シールドケース31は、反射器20と、枠体32と、蓋体33とで形成され、その内部は、これら各部によって密閉され、シールドされることになる。
なお、シールドケース31内に収納する信号処理回路30は、アンテナ1の用途に応じて設定すればよく、例えば、アンテナ1からの受信信号を増幅する信号増幅回路であっても、アンテナ1からの受信信号と外部アンテナからの受信信号とを混合する混合回路であっても、或いは、信号増幅回路と混合回路との両方であってもよい。
本実施形態では、この信号処理回路30を、信号増幅回路と信号混合回路とから構成しており、図10、図11に示すように、シールドケース31(詳しくは枠体32)には、外部アンテナからの受信信号を入力する入力端子35と、アンテナ1からの受信信号を増幅した信号と入力端子35から入力された受信信号とを混合した信号を出力するための出力端子37が設けられている。なお、これら各端子は、同軸ケーブル介して信号を入出力するためのF型端子にて構成されている。
また、信号処理回路30には、放射器10の給電点16a、16bから、平衡線路17、平衡不平衡変換回路18、不平衡線路19を介して、受信信号が供給されている。
また、シールドケース31が組み付けられる反射器20(詳しくは第1反射器21)には、不平衡線路19を挿通するための挿通孔23が穿設されており、この挿通孔23の大きさは、アンテナの電気的特性に影響のないように設定されている。
なお、本実施形態において、信号処理回路30は、第1反射器21の後方側に取り付けるものとしているが、アンテナ1の電気的特性に影響が出ない領域であればどこでもよい。つまり、本実施形態のように、反射器20の一部を信号処理回路30のシールドケース31の一部として使用する場合、アンテナ1の電気的特性に影響を与えなければ、反射器20の前方側であってもよいし、反射器20を挟み込むようにしてもよい。
次に、図11に示すように、本実施形態のアンテナ1は、化粧ケース40に収納される。
この化粧ケース40は、上側に向かって開口部を有し、内側には放射器10や反射器等20を収納するための空間が形成され、この内面からは前記第1放射器11、第2放射器12、導波器3、平衡不平衡変換部18等を取り付けるためのボスが一体的に突設してある化粧ケース本体45と、該化粧ケース本体45の開口部を閉塞するように構成された化粧ケースカバー46とからなる。
この化粧ケース40はアンテナの電気的特性に影響のないように材料や肉厚等を最適化した合成樹脂材等にて構成されている。
化粧ケース本体45に形成されたボス41は、前記第1放射器11(図には、第1放射素子11bが示されている)を取り付けるためのボスであり、このボス41には例えばビス51によって第1放射器11が固着されている。
同様にボス42には第2放射器12(図には、第2放射素子12bが示されている)がビス52によって固着されており、ボス43には導波器3がビス53によって固着されている。
このとき、位相調整手段15(図には、位相調整手段15bが示されている)の一端側を第2放射器12の元部(この図には示されていない接続点Ca、Cb)と重合させて配設することによって、ビス52で第2放射器12と位相調整手段15の一端側の固着が完了する。
そして、位相調整手段15の他端側を第1放射器11の元部(この図には示されていない接続点Aa、Ab)において、例えばビス55等によって接続固着することによって位相調整手段15の取り付けが完了する。
なお、図には示されていないが導波器3や放射器10を支持するためのボス等を化粧ケース本体45内部に複数設けることによって導波器3や放射器10は更に安定的に化粧ケース本体40内に収納することができる。
反射器20も、図示されていない周知の保持手段等で化粧ケース本体45に取り付け固着されており、このとき、反射器20に取り付けられた、反射器20と筐体の一部を共通にして構成された信号処理回路30に備えられた入力端子35や出力端子37は、化粧ケース本体45の底部に形成された同心円状の二重に水切りスカートを有する端子部39からアンテナ1下部に突設するように構成されている。
なお、アンテナ1を屋外で使用する場合、この端子部39のスカート部分に図には示されていない防水ブーツを取り付けることによって防水性を優れたものにすることができる。
化粧ケース本体45に形成されたボス44には、平衡不平衡変換部18がビス54によって取り付けられており、位相調整手段15の所定位置に設けられた給電点(図11には示されていない16a、16b)と平衡不平衡変換部18との間は平衡線路17を介して接続されている。そして、平衡不平後変換部18と信号処理回路30との間には、不平衡線路19が接続されている。
このようにして、導波器3と放射器10と反射器20は、化粧ケース本体45内部に相互に所定位置に平行配列された後、化粧ケース本体45に化粧ケースカバー46を被せることでアンテナ1が完成する。
このように本実施形態のアンテナ1は、小型で且つ薄型でも高性能な周波数特性を有するので、図12(a)に示すように、化粧ケース40後方側に、アンテナマスト50やベランダ等にこのアンテナ1を取り付けるためのマスト取付手段60を着脱自在に固着できるようにすればアンテナマスト等にも簡単に取り付けができる。
また、図12(b)に示すように、化粧ケース40の下面側にスタンド取付手段49を設けておいて、そのスタンド取付手段49に対応する取付スタンド61がとりつけられるようにすれば室内アンテナとしても使用できる。
このとき、図12(b)の上面図に示すように、スタンド取付手段49が取付スタンド61に対してアンテナの方向調整が自在となるように構成しておけば受信感度の調整が簡単にできるので利便性が良い。
加えて、取付スタンド61を設置対象物に固着できるように構成すれば、図12(c)に示すように軒下や(d)に示す壁面にも取り付けができる等、設置場所を選ばない汎用性を有したアンテナを提供できる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
第1実施形態のアンテナを斜め前方側から見た概略斜視図である。 放射器の構成を表す平面図である。 第1放射素子の板面に穿設されたスリットの例を示す概略図である。 スリットの形成個数と470MHzにおける利得の変化を示すグラフである。 第1経路と第2経路を説明するための第1放射素子の拡大図である。 アンテナ各部の配置を示す説明図である。 変形防止手段の構成例を示す側面図である。 反射器の形状を変化させたときの電気的特性の変化を表すデータである。 第2実施形態のアンテナを後方側から見た概略斜視図である。 第2実施形態のアンテナを前方側から見た概略斜視図である。 第2実施形態のアンテナを化粧ケースに収納した状態を表す概略断面図である。 実施形態のアンテナの具体的な使用例であり、(a)はアンテナマスト、(b)は室内、(c)は軒下、(d)は壁面に取り付けたときの概略説明図である。
符号の説明
1…アンテナ、3…導波器、4b,42b,41b…リブ、4c,42c,41c…折曲部、5…スリット、5a…内側スリット、5b…中間スリット、5c…外側スリット、6…連結細幅状導体、6a…内側連結細幅状導体、6b…中間連結細幅状導体、6c…外側連結細幅状導体、7…第1経路、8…第2経路、10…放射器、11…第1放射器、11a,11b…放射素子、F11a,F11b…前方側細幅状導体、R11a,R11b…後方側細幅状導体、12…第2放射器、12a,12b…放射素子、14…折曲部、15a,15b…位相調整手段、16a,16b…給電点、17…平衡線路、18…平衡不平衡変換回路、19…不平衡線路、20…反射器、21…第1反射器、22a,22b…第2反射器、23…挿通孔、30…信号処理回路、31…シールドケース、32…枠体、33…蓋体、35…入力端子、37…出力端子、39…端子部、40…化粧ケース、41,42,43,44…ボス、45…化粧ケース本体、46…化粧ケースカバー、49…スタンド取付手段、50…アンテナマスト、51,52,53,54,55…ビス、60…マスト取付手段、61…室内スタンド、Aa,Ab…第1放射素子の接続点、Ca,Cb…第2放射素子の接続点、Ba,Bb…第1放射素子の対称点、W6a…内側連結細幅状導体の線幅、W6b…中間連結細幅状導体の線幅、W6c……外側連結細幅状導体の線幅。

Claims (11)

  1. 平衡型のアンテナの放射器であって、
    当該放射器は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第1放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、該軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるよう離隔して配置することにより構成されており、
    前記各第1放射素子の板面には、それぞれ、1又は複数のスリットが穿設されていることを特徴とするアンテナの放射器。
  2. 平衡型の放射器を、電波の放射方向に沿って前後に離隔して配置すると共に、該前後の放射器同士を位相調整手段を介して接続してなるアンテナの放射器であって、
    後方側の放射器は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第1放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、該軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるように離隔して配置することにより構成されており、
    前方側の放射器は、薄板状の導電材を矩形に形成した一対の第2放射素子を、その長手方向の軸線を一致させると共に、該軸線に直交する中心軸を中心として軸対称となるように離隔して配置することにより構成され、しかも、前記後方側の放射器とは、前記中心軸同士を一致させることにより前記各放射素子同士が互いに平行となるように配置されており、
    前記前後の放射器は、前記中心軸を挟んで同一方向に位置する前後の放射素子同士を、それぞれ、前記中心軸に近い元部を接続点として前記位相調整手段を介して互いに接続することにより、接続されており、
    前記後方側の放射器を構成する第1放射素子の板面には、それぞれ、1又は複数のスリットが穿設されていることを特徴とするアンテナの放射器。
  3. 前記後方側の放射器を構成する第1放射素子において、前記中心軸に近い元部で前記位相調整手段に接続される接続点は、当該第1放射素子の四隅の内、最も内側の前方側に位置する隅部に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のアンテナの放射器。
  4. 前記第1放射素子において、
    前記スリットを形成することにより形成される、前記スリットよりも前方側の前方側細幅状導体、前記スリットよりも後方側の後方側細幅状導体、および、該スリットの側辺側で前方側細幅状導体と後方側細幅状導体とを連結する連結細幅状導体の内、
    前方側細幅状導体と後方側細幅状導体の線幅は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.016λ1より細く、前記連結細幅状導体を連結保持できる寸法であり、
    前記連結細幅状導体の線幅は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の略0.1λ1より細く、前記第1放射素子の前方側細幅状導体と後方側細幅状導体とを連結保持できる寸法であり、
    更に、当該第1放射素子の四隅の内、当該第1放射素子の長手方向の軸線に沿って前記接続点とは反対側に位置する隅部の特定点と、前記接続点とを結ぶ経路であって、前方側細幅状導体に沿った直線で形成される第1経路の寸法は、使用周波数の中心周波数の波長λ2の0.2λ2から0.4λ2であり、
    前記特定点と前記接続点とを結ぶ経路であって、前記接続点から内側の連結細幅状導体、後方側細幅状導体、外側の連結細幅状導体に沿って形成される第2経路の寸法は、使用周波数の最小周波数の波長λ1の0.2λ1から0.4λ1である、
    ことを特徴とする請求項3に記載のアンテナの放射器。
  5. 前記放射素子の少なくとも一つには、当該放射素子の変形を防止する変形防止手段が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れかに記載のアンテナの放射器。
  6. 少なくとも放射器と反射器とを備えるアンテナであって、前記放射器は、請求項1〜請求項5の何れかに記載のアンテナの放射器からなることを特徴するアンテナ。
  7. 前記反射器は、
    電波の偏波方向に平行な方向が長手方向となり、電波の放射方向に直交する面に略平行となるよう配置された矩形形状の第1の反射器と、
    該第1の反射器の両長辺側をそれぞれ電波の放射方向に折り曲げることにより、反射面が電波の放射方向と略平行になるよう形成された第2の反射器と、
    からなることを特徴とする請求項6に記載のアンテナ。
  8. シールド性を有する電子機器箱体に収容され、前記放射器を介して送受信する信号を処理する信号処理回路を備え、
    前記電子機器箱体は、前記第1の反射器の一部を利用して構成されていることを特徴とする請求項7に記載のアンテナ。
  9. 前記信号処理回路は、前記放射器からの受信信号を増幅する増幅回路であることを特徴とする請求項8に記載のアンテナ。
  10. 前記信号処理回路は、前記放射器からの受信信号と、該受信信号とは周波数が異なる信号とを混合する混合回路であることを特徴とする請求項8に記載のアンテナ。
  11. 前記放射器にて送受信可能な信号の周波数はUHF帯であることを特徴とする請求項6〜請求項10の何れかに記載のアンテナ。
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