JP2011217190A - 指向性アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】電波の送受信を行う指向性アンテナであって、特にＵＨＦ帯の電波を受信するのに最適な指向性アンテナを提供する。
【解決手段】基本スリットと前記基本スリットの全長を延長した延長スリットとからなるＨ型形状のスリットと、前記Ｈ型形状のスリットの周囲に配置したループ状のスリットとを有している。更に、前記基本スリットと前記延長スリットとを同一の導体部材に形成している。したがって、導体部材にＨ型形状のスリットを形成し、かつその周囲にループ状のスリットを配置する構造であり、アンテナ構造を簡素化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波の送受信を行う指向性アンテナであって、特にＵＨＦ帯の電波を受信するのに最適な指向性アンテナに関する。

既設のアナログＴＶ放送がデジタルＴＶ放送に切り替えられるのに伴って、ＵＨＦ帯の地上デジタルＴＶ放送に最適なアンテナの開発が必須となっている。

アナログＴＶ放送を受信するアンテナとしては、放射素子と反射素子とを組み合わせた八木・宇田アンテナが開発されている。そして、前記八木・宇田アンテナの動作原理を応用した地上デジタルＴＶ放送を受信するアンテナが開発されている（特許文献１）。

特開２００５−７３２２６号公報

放射素子と反射板との間隔を、基準とする中心周波数の波長をλとした場合にλ／４に設定することにより、反射板による反射効率が最大値を示すことが知られている。特許文献１のアンテナは、放射素子と、その放射素子の平面に配置した平面状の反射板とからなり、特許文献１は、前記反射板の両側部を前記放射素子における放射に寄与しない放射素子側に屈曲させ、前記反射板における前記放射素子側に屈曲されている両側部の先端と前記放射素子との間隔ｄを、前記放射素子と前記反射板との間隔Ｄ以下に設定することにより、アンテナの奥行きでの小型化を実現している。

本発明の目的は、特許文献１に記載されたアンテナの構造を簡素化すると共に小型化・薄型化を実現した指向性アンテナを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る指向性アンテナは、基本スリットと前記基本スリットの全長を延長した延長スリットとからなるＨ型形状のスリットと、前記Ｈ型形状のスリットの周囲に配置した閉ループ状のスリットとを有し、前記基本スリットと前記延長スリットとを同一の導体部材に形成したことを特徴とする。

本発明によれば、特許文献１に記載されたアンテナと比較して、その構造を簡素化すると共に小型化・薄型化を実現できるものである。

（ａ）は、本発明の実施形態１に係る指向性アンテナを示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す指向性アンテナに追加する反射板を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態１に係る指向性アンテナの変形例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す指向性アンテナに追加する反射板を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態１に係る指向性アンテナのＶＳＷＲを実測した特性図、（ｂ）は、給電の整合を取る一例であるマッチング回路を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２に係る指向性アンテナを示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す指向性アンテナに追加する反射板を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）に示す反射板の変形例を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２に係る指向性アンテナに関するＶＳＷＲを実測した特性図、（ｂ）は、図５（ｃ）に示す変形例の反射板を用いたときの指向性アンテナに関するＶＳＷＲを実測した特性図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３に係る指向性アンテナを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す指向性アンテナに追加する反射板と導電部材との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３に係る指向性アンテナを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す指向性アンテナに追加する反射板と導電部材との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３に係る指向性アンテナを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す指向性アンテナに追加する反射板と導電部材との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施形態３に係る指向性アンテナを示す斜視図である。 アンテナのリアクタンスを微調整することを検証した特性図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る指向性アンテナへ直接給電を行う給電構造を示す斜視図、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る指向性アンテナを支える支柱を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る指向性アンテナに用いた給電基板を示す表面図、（ｂ）は同裏面図、（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る指向性アンテナは図１（ａ）に示す様に、基本スリット１ａ，１ｂと前記基本スリット１ａ，１ｂの全長を延長した延長スリット１ｃ，１ｄとからなるＨ型形状のスリット１と、前記Ｈ型形状のスリット１の周囲に配置したループ形状のスリット２とを有している。
そして、前記基本スリット１ａ，１ｂと前記延長スリット１ｃ，１ｄとを導体部材３上に形成している。

本実施形態１では、前記導体部材３を長方形状に形成している。すなわち、前記導体部材３は、前記基本スリット１ａ，１ｂに沿う辺を長辺とし、延長スリット１ｃ，１ｄに沿う辺を短辺とする長方形状に形成している。なお、導体部材３は、長方形状に形成しているが、これに限られるものではなく、前記Ｈ型形状のスリット１と前記ループ形状のスリット２とを盤面に形成できる面積を有するものであれば、特にその形状は長方形状に限られるものではない。また、図１に示す例では、前記導体部材３として一枚の金属板を用い、打ち抜き加工などにより前記金属板（３）に前記Ｈ型形状のスリット１と前記ループ形状のスリット２とを形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、前記導体部材３として誘電体上に導電層を形成した構造のものを用い、その導電層上に前記Ｈ型形状のスリット１と前記ループ形状のスリット２とを形成するようにしてもよいものであり、前記導体部材３としては、その導体部分に前記Ｈ型形状のスリット１と前記ループ形状のスリット２とを開口して形成できるものであれば、特に限定されるものではない。

前記基本スリット１ａ，１ｂは給電部４を中心として対称に形成している。図１（ａ）では、前記基本スリット１ａ，１ｂは給電部４を中心として上下に対称に形成してある。この場合、前記基本スリット１ａと前記基本スリット１ｂとの長さは同一であることが望ましいものであるが、±数％の範囲での誤差は許容範囲である。
前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ｃ，１ｄの開放端を中心として互いに逆向きで延長して形成している。前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂに対して直角に配置することが望ましいものであるが、必ずしも直角に配置する必要はない。
前記基本スリット１ａ，１ｂは、その開放端に向けて給電部４からテーパ状にスリットの幅寸法が拡張する構造として形成したが、これに限られるものではない。例えば、前記基本スリット１ａ，１ｂを、その開放端と給電部４とでのスリット幅寸法が同一である長方形状の基本スリット１ａ，１ｂとして形成してもよいものである。

前記Ｈ型形状のスリット１について説明する。本実施形態では、前記Ｈ型形状のスリット１は、受信周波数帯域における低周波数側をカバーする電気長に設定したＨ型形状のスリット１として形成している。
本実施形態では、受信周波数帯域として、地上デジタルＴＶ放送の電波を受信するために低周波数側を４７０ＭＨｚ且つ高周波数側を７１０ＭＨｚとした範囲に設定しており、その受信周波数帯域の中心周波数を５９０ＭＨｚに設定している。このため、前記Ｈ型形状のスリット１は、低周波数側の４７０ＭＨｚから高周波数側の７１０ＭＨｚに渡って高利得の下で地上デジタルＴＶ放送の受信が可能な広帯域特性を有することが要求される。
Ｈ型形状のスリット１に代えて、基本スリット１ａ，１ｂのみをアンテナ素子として用いた場合を考える。
この場合、前記アンテナ素子の基本スリット１ａ，１ｂの全長を例えば５９０ＭＨｚでの地上デジタルＴＶ放送の受信を可能な寸法に設定すると、基本スリット１ａ，１ｂのみのアンテナ素子では、低周波数側の４７０ＭＨｚの受信感度が劣化することになり、前記広帯域特性の要求に応えることができなくなる。
そこで、本実施形態におけるスリット１は、低周波数側の劣化を改善するために、前記基本スリット１ａ，１ｂと延長スリット１ｃ，１ｄとをＨ型に組み合わせ、前記基本スリット１ａ，１ｂの全長を延長スリット１ｃ，１ｄにより延長させることにより、受信周波数帯域の低周波数側から高周波数側までをカバーする電気長に設定したＨ型形状構造とし、インピーダンスの改善に寄与する構造としている。さらに前記延長スリット１ｃは、前記基本スリット１ａの開放端を中心として対称に配置し、前記延長スリット１ｄは、前記基本スリット１ｂの開放端を中心として対称に配置している。図１（ａ）では、前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂの開放端を中心として左右対称に配置している。
なお、図１（ａ）に示す様に前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂに対してそれぞれ直角に配置していることが望ましいが、９０°を基準として±数％の角度をもっていてもよいものである。また、図１（ａ）に示す様に前記延長スリット１ｃ，１ｄは、直線状に形成したが、その先端側を若干折り曲げる或いは湾曲させてもよいものである。また、図１（ａ）に示す様に前記延長スリット１ｃ，１ｄは、平行な縁部をもつ短冊状に形成したが、基本スリット１ａ，１ｂ側の辺を直線とし、その対向辺側を湾曲させた半月形状に形成してもよいものである。

前記Ｈ型形状のスリット１を寸法関係で説明すると、図２（ａ）（ｂ）に示す様に、地上デジタルＴＶ放送における受信周波数の中心周波数を５９０ＭＨｚに設定し、その中心周波数の波長をλとした場合、基本スリット１ａ，１ｂの全長を０．４４λに設定し、延長スリット１ｃ，１ｄのそれぞれの全長を０．３６λに設定している。これにより、前記Ｈ型形状のスリット１は、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域の低周波数側から高周波数側までをカバーする電気長に設定したＨ型形状スリット１の構造としている。
なお、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域は、現在低周波数側が４７０ＭＨｚであって高周波数側が７１０ＭＨｚに設定されているので、それに準拠して設定している。

前記ループ状のスリット２は、前記導体部材３の縁部に沿って開口形成することにより、前記Ｈ型形状のスリット１と前記ループ形状のスリット２との周囲を取り囲むように形成にしている。なお、前記ループ状スリット２は、その全周が開口したループ形状に形成しているが、これに限られるものではない。図２（ａ）（ｂ）に示す様に前記ループ状のスリット２は、基本スリット１ａ，１ｂの延長上で短絡（Ｓ）したループ状として形成してもよいものである。

さらに、本実施形態では図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示す様に、前記導体部材３に沿う反射板５を有している。前記反射板５は、地上デジタルＴＶ放送における受信周波数帯域の中心周波数の波長をλとした場合、１／４λ以下であって前記導体部材３に接触しない距離以上の範囲で前記導体部材３の後方に配置している。
次に前記反射板３の配置について説明する。前記導体部材３の後方位置に反射板５を配置することにより、利得を改善することができることは理論上に分かっている。したがって、前記反射板３を前記導体部材３に対して１／４λ以下の後方位置に配置した場合、前記導体部材３の後方の反射板５で反射した波が前記導体部材３での受信に影響を及ぼすこととなる。さらに、前記反射板５を前記導体部材３の後方に１／４λの距離を保って配置することは、前記反射板５と前記導体部材３との間隔を接近させてアンテナの小型化・薄型化を図るためには支障となるものである。
そこで、本実施形態では図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示す様に、前記反射板５に１以上の矩形状のスリット５ａを開口形成し、これらのスリット５ａをラダー状に配置することにより、前記反射板５を、１／４λ以下であって前記導体部材３に接触しない距離以上の範囲で前記導体部材３の後方に配置している。なお、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示す例では、前記矩形状のスリット５ａを前記反射板３に４個設けているが、この個数については４個に限られるものではない。

次に、１つのアンテナは送信アンテナと受信アンテナとの可逆性を備えているものであるから、本発明の実施形態１に係る指向性アンテナを送信アンテナとして用いた場合における動作を図１（ａ）に基づいて説明する。

本発明の実施形態１に係る指向性アンテナに給電部４から給電を行うと、指向性アンテナの導体部材３に電流が流れる。延長スリット１ｃ，１ｄは、基本スリット１ａ，１ｂの開放端で左右に分岐しており、基本スリット１ａ，１ｂを挟んで位置する延長スリット１ｃ，１ｄの部分で生じる電界の向きＶ１，Ｖ２は、互いに逆向きとなって互いに打ち消し合うこととなる。
したがって、指向性アンテナの正面側には水平偏波Ｈのみが放射されることとなる。

次に図２（ａ）（ｂ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナを受信アンテナとして用いることにより、地上デジタルＴＶ放送を受信した場合におけるＶＳＷＲを測定した結果について説明する。
図２（ａ）（ｂ）では、テーパ状の基本スリット１ａ，１ｂを用い、測定するにあたって、地上デジタルＴＶ放送における受信周波数帯域の中心周波数の波長をλとした場合、基本スリット１ａ，１ｂの全長Ｌ１を０．４４λ、延長スリット１ｃ，１ｄのそれぞれの全長Ｌ２を０．３６λ、給電部４に相当する基本スリット１ａ，１ｂの最小スリット幅Ｌ３を０．００６λ、基本スリット１ａ，１ｂの開放端の幅寸法Ｌ４を０．０４λに設定した。
さらに、前記ループ状のスリット２の幅寸法Ｌ５を０．０２λに設定し、前記ループ状のスリット２を前記基本スリット１ａ，１ｃの延長上で且つ幅０．０１λの幅Ｌ６で短絡させている。さらに、前記反射板５には、０．３６λ（Ｌ７）×０．１４λ（Ｌ８）の２個のスリット５ａと、０．３６λ（Ｌ７）×０．１６λ（Ｌ９）の２個のスリット５ａとを設けた。

図２（ａ）（ｂ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナを用い、給電部４での整合を行って地上デジタルＴＶ放送を受信した場合におけるＶＳＷＲを測定した結果を図３に示す。図３の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示している。前記給電部４における整合には、図３（ｂ）に示す様なコンデンサＣ１，Ｃ２とインダクタンスＩＤとをＴ型に接続した一般的なマッチング回路を用いた。なお、給電部４での整合を取るには、図３（ｂ）に示すマッチング回路以外のものを使ってもよいものである。
図３（ａ）から明らかなように、受信周波数帯域の低周波数側の４７０ＭＨｚでＶＳＷＲが約１．５を示し、中心周波数５９０ＭＨｚに向けてＶＳＷＲは小さくなり、中心周波数５９０ＭＨｚでＶＳＷＲが約１．３を示し、さらに高周波数側の７１０ＭＨｚでＶＳＷＲが約１．７を示ししており、地上デジタルＴＶ放送における受信周波数帯域の低周波数側４７０ＭＨｚから高周波数側７１０ＭＨｚに至る帯域でＶＳＷＲを２以下であった。
地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域におけるＶＳＷＲを検討すると、地上デジタルＴＶ放送を受信するには十分な数値であり、実用に供するものであることが分かった。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る指向性アンテナを図に基づいて説明する。
本発明の実施形態２に係る指向性アンテナは図４（ａ）（ｂ）に示す様に、基本スリット１ａ，１ｂと前記基本スリット１ａ，１ｂの全長を延長した延長スリット１ｃ，１ｄとからなるＨ型形状のスリット１を導体部材３上に形成している。

図４に示す本実施形態２では、前記導体部材３として一枚の金属板を用い、打ち抜き加工などにより前記金属板（３）に前記Ｈ型形状のスリット１を形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、前記導体部材３として誘電体上に導電層を形成した構造のものを用い、その導電層上に前記Ｈ型形状のスリット１を形成するようにしてもよいものであり、前記導体部材３としては、その導体部分に前記Ｈ型形状のスリット１を開口して形成できるものであれば、特に限定されるものではない。

前記基本スリット１ａ，１ｂは給電部４を中心として対称に形成している。図４（ａ）では、前記基本スリット１ａ，１ｂは給電部４を中心として上下に対称に形成してある。この場合、前記基本スリット１ａと前記基本スリット１ｂとの長さは同一であることが望ましいものであるが、±数％の範囲での誤差は許容範囲である。
前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ｃ，１ｄの開放端を中心として互いに逆向きで延長して形成している。前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂに対して直角に配置することが望ましいものであるが、必ずしも直角に配置する必要はない。
前記基本スリット１ａ，１ｂは、その開放端に向けて給電部４からテーパ状にスリットの幅寸法が拡張する構造として形成したが、これに限られるものではない。例えば、前記基本スリット１ａ，１ｂを、その開放端と給電部４とでのスリット幅寸法が同一である長方形状の基本スリット１ａ，１ｂとして形成してもよいものである。

前記Ｈ型形状のスリット１について説明する。本実施形態２では、前記Ｈ型形状のスリット１は、受信周波数帯域の低周波数側から高周波数側までをカバーする電気長に設定したＨ型形状のスリット１として形成している。
本実施形態２では、受信周波数帯域として、地上デジタルＴＶ放送の電波を受信するために低周波数側を４７０ＭＨｚ且つ高周波数側を７１０ＭＨｚとした範囲に設定しており、その受信周波数帯域の中心周波数を５９０ＭＨｚに設定している。このため、前記Ｈ型形状のスリット１は、低周波数側の４７０ＭＨｚから高周波数側の７１０ＭＨｚに渡って高利得の下で地上デジタルＴＶ放送の受信が可能な広帯域特性を有することが要求される。
Ｈ型形状のスリット１に代えて、基本スリット１ａ，１ｂのみをアンテナ素子として用いた場合を考える。
この場合、前記アンテナ素子の基本スリット１ａ，１ｂの全長を例えば５９０ＭＨｚでの地上デジタルＴＶ放送の受信を可能な寸法に設定すると、基本スリット１ａ，１ｂのみのアンテナ素子では、低周波数側の４７０ＭＨｚの受信感度が劣化することになり、前記広帯域特性の要求に応えることができなくなる。
そこで、本実施形態におけるスリット１は、低周波数側の劣化を改善するために、前記基本スリット１ａ，１ｂと延長スリット１ｃ，１ｄとをＨ型に組み合わせ、前記基本スリット１ａ，１ｂの全長を延長スリット１ｃ，１ｄにより延長させることにより、受信周波数帯域の低周波数側から高周波数側までをカバーする電気長に設定したＨ型形状構造とし、インピーダンスの改善に寄与する構造としている。さらに前記延長スリット１ｃは、前記基本スリット１ａの開放端を中心として対称に配置し、前記延長スリット１ｄは、前記基本スリット１ｂの開放端を中心として対称に配置している。図４（ａ）では、前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂの開放端を中心として左右対称に配置している。
なお、図４（ａ）に示す様に前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂに対してそれぞれ直角に配置していることが望ましいが、９０°を基準として±数％の角度をもっていてもよいものである。また、前記延長スリット１ｃ，１ｄは、直線状に形成したが、その先端側を若干折り曲げる或いは湾曲させてもよいものである。また、前記延長スリット１ｃ，１ｄは、平行な縁部をもつ短冊状に形成したが、基本スリット１ａ，１ｂ側の辺を直線とし、その対向辺側を湾曲させた半月形状に形成してもよいものである。
なお、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域は、現在低周波数側が４７０ＭＨｚであって高周波数側が７１０ＭＨｚに設定されているので、それに準拠して設定している。

さらに、本実施形態では図４（ａ）に示す様に、前記導体部材３の一部に切り欠き６を形成している。図４（ａ）に示す例では、前記導体部材３を長方形状に形成し、その四隅の角部を円弧状に切り欠くことにより、前記導電部材３の一部に切り欠き６を形成している。
なお、図４（ａ）の例では、前記導体部材３の四隅の角部を円弧状に切り欠くことにより、切り欠き６を形成したが、これに限られるものではない。前記導体部材３の一部に切り欠き６を形成するにあたっては、前記導電部材３の四隅の角部を斜め直線状に切り欠いてもよく、さらには山形形状に切り欠いてもよく、さらには、前記導体部材３の四隅における全ての角部を切り欠く必要もないものである。
要は、前記導体部材３の一部に切り欠き６を形成することにより、アンテナのリアクタンスを調整することができるものであれば、その切り欠き６の形状に左右されるものではない。

さらに、本実施形態では図４（ｂ）に示す様に、前記導体部材３に沿う矩形状の反射板５を有している。前記反射板５は、地上デジタルＴＶ放送における受信周波数帯域の中心周波数の波長をλとした場合、１／４λ以下であって前記導体部材３に接触しない距離以上の範囲で前記導体部材３の後方に配置している。
次に前記反射板３の配置について説明する。前記導体部材３の後方位置に反射板５を配置することにより、利得を改善することができることは理論的に分かっている。したがって、前記反射板３を前記導体部材３に対して１／４λ以下の後方位置に配置した場合、前記導体部材３の後方の反射板５で反射した波が前記導体部材３での受信に影響を及ぼすこととなる。さらに、前記反射板５を前記導体部材３の後方に１／４λの距離を保って配置することは、前記反射板５と前記導体部材３との間隔を接近させてアンテナの小型化・薄型化を図るためには支障となるものである。
そこで、本実施形態では、前記反射板５に１以上の矩形状のスリット５ａを開口形成し、これらのスリット５ａをラダー状に配置した構造にすることにより、前記反射板５を、１／４λ以下であって前記導体部材３に接触しない距離以上の範囲で前記導体部材３の後方に配置している。なお、図４（ｂ）に示す例では、前記矩形状のスリット５ａを前記反射板３に４個設けているが、この個数については４個に限られるものではない。
なお、図４（ｂ）に示す反射板５は矩形状に形成しているが、これに限られるものではない。図４（ｃ）に示す様に、前記反射板５を、角部に切り欠き６を形成した前記導体部材３の形状に一致させて角部に切り欠き６を有する形状に形成してもよいものである。この場合、反射板５の角部に隣接するスリット５ｂは、半月状に形成している。
図４（ｃ）に示す様に、前記反射板５の形状を前記切り欠き６をもつ前記導体部材３の形状に合わせて形成することにより、切り欠き６に相当するアンテナの寸法を小さくすることができ、アンテナの小型化・薄型化に貢献できるものである。

１つのアンテナは送信アンテナと受信アンテナとの可逆性を備えているものであるから、本発明の実施形態２に係る指向性アンテナは、送信アンテナと受信アンテナとに用いることができるものである。本発明の実施形態２に係る指向性アンテナを送信アンテナとして用いた場合における動作は、図１に示す実施形態１と同様であるので、その説明を省略する。
次に図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナを用いて地上デジタルＴＶ放送を受信した場合におけるＶＳＷＲを測定した結果を説明する。
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）では、テーパ状の基本スリット１ａ，１ｂを用い、前記導体部材３の四隅の角部を円弧状に切り欠くことにより、前記導体部材３の一部に切り欠き６を形成した。
さらに、図４（ｂ）に示す前記反射板３には、図２に示すと同様に４個の矩形状のスリット５ａを用いた。図４（ｃ）に示す前記反射板３には、２個のスリット５ａと、半月形状のスリット５ｂとを設けた。また、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）における基本スリット１ａ，１ｂ及び延長スリット１ｃ，１ｄなどの寸法は、図２に示す実施形態１の寸法に準拠させてある。

図４（ａ）（ｂ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナを用いて地上デジタルＴＶ放送を受信した場合におけるＶＳＷＲを測定した結果を図５（ａ）に、図４（ａ）（ｃ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナを用い用い、給電部４での整合を行って地上デジタルＴＶ放送を受信した場合におけるＶＳＷＲを測定した結果を図５（ｂ）に示す。図５の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示している。前記給電部４における整合には、図３（ｂ）に示す様なコンデンサＣ１，Ｃ２とインダクタンスＩＤとをＴ型に接続した一般的なマッチング回路を用いた。なお、給電部４での整合を取るには、図３（ｂ）に示すマッチング回路以外のものを使ってもよいものである。
図５（ａ）から明らかなように、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域における低周波数側の４７０ＭＨｚでＶＳＷＲが約１．９を示し、中心周波数５９０ＭＨｚに向けてＶＳＷＲは小さくなり、中心周波数５９０ＭＨｚでＶＳＷＲが約１．６を示し、さらに高周波数側の７１０ＭＨｚでＶＳＷＲが約１．８を示した。
図４（ａ）（ｂ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナは、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域におけるＶＳＷＲを検討すると、地上デジタルＴＶ放送を受信するには十分な数値であり、実用に供するものであることが分かった。
図４（ａ）（ｃ）による指向性アンテナについても、同様に給電部４での整合を行って地上デジタルＴＶ放送を受信した場合におけるＶＳＷＲを測定した結果を図５（ｂ）に示す。図５の横軸は周波数、縦軸はＶＳＷＲを示している。前記給電部４における整合には、図３（ｂ）に示す様なコンデンサＣ１，Ｃ２とインダクタンスＩＤとをＴ型に接続した一般的なマッチング回路を用いた。なお、給電部４での整合を取るには、図３（ｂ）に示すマッチング回路以外のものを使ってもよいものである。
図５（ｂ）から明らかなように、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域における低周波数側の４７０ＭＨｚでＶＳＷＲが約３．８を示し、中心周波数５９０ＭＨｚに向けてＶＳＷＲは小さくなり、中心周波数５９０ＭＨｚでＶＳＷＲが約３．０を示し、さらに高周波数側の７１０ＭＨｚでＶＳＷＲが約１．６を示した。
図４（ａ）（ｃ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナは、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域におけるＶＳＷＲを検討すると、地上デジタルＴＶ放送を受信するには十分な数値であり、実用に供するものであることが分かった。

（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３に係る指向性アンテナを図に基づいて説明する。
本発明の実施形態３に係る指向性アンテナは、広帯域化に加えてアンテナ自体のリアクタンスの調整を可能にしたものである。図６（ａ）（ｂ）に示す本実施形態３に係る指向性アンテナは、基本スリット１ａ，１ｂと前記基本スリット１ａ，１ｂの全長を延長した延長スリット１ｃ，１ｄとからなるＨ型形状のスリット１を導体部材３上に形成している。また、図６（ａ）（ｂ）では、前記Ｈ型形状のスリット１の周囲にループ状のスリット２を設けている。前記ループ状スリット２の構造は図２（ａ）に示す実施形態と同様である。

図６（ａ）（ｂ）に示す本実施形態３では、前記導体部材３を長方形状に形成している。すなわち、前記導体部材３は、前記基本スリット１ａ，１ｂに沿う辺を長辺とし、延長スリット１ｃ，１ｄに沿う辺を短辺とする長方形状に形成している。なお、導体部材３は、長方形状に形成しているが、これに限られるものではなく、前記Ｈ型形状のスリット１を盤面に形成できる面積を有するものであれば、特にその形状は長方形状に限られるものではない。また、図６に示す例では、前記導体部材３として一枚の金属板を用い、打ち抜き加工などにより前記金属板（３）に前記Ｈ型形状のスリット１と前記ループ形状のスリット２とを形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、前記導体部材３として誘電体上に導電層を形成した構造のものを用い、その導電層上に前記Ｈ型形状のスリット１を形成するようにしてもよいものであり、前記導体部材３としては、その導体部分に前記Ｈ型形状のスリット１を開口して形成できるものであれば、特に限定されるものではない。

前記基本スリット１ａ，１ｂは給電部４を中心として対称に形成している。図６（ａ）では、前記基本スリット１ａ，１ｂは給電部４を中心として上下に対称に形成してある。この場合、前記基本スリット１ａと前記基本スリット１ｂとの長さは同一であることが望ましいものであるが、±数％の範囲での誤差は許容範囲である。
前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ｃ，１ｄの開放端を中心として互いに逆向きで延長して形成している。前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂに対して直角に配置することが望ましいものであるが、必ずしも直角に配置する必要はない。
前記基本スリット１ａ，１ｂは、その開放端に向けて給電部４からテーパ状にスリットの幅寸法が拡張する構造として形成したが、これに限られるものではない。例えば、前記基本スリット１ａ，１ｂを、その開放端と給電部４とでのスリット幅寸法が同一である長方形状の基本スリット１ａ，１ｂとして形成してもよいものである。

前記Ｈ型形状のスリット１について説明する。本実施形態２では、前記Ｈ型形状のスリット１は、受信周波数帯域の低周波数側から高周波数側までをカバーする電気長に設定したＨ型形状のスリット１として形成している。
本実施形態２では、受信周波数帯域として、地上デジタルＴＶ放送の電波を受信するために低周波数側を４７０ＭＨｚ且つ高周波数側を７１０ＭＨｚとした範囲に設定しており、その受信周波数帯域の中心周波数を５９０ＭＨｚに設定している。このため、前記Ｈ型形状のスリット１は、低周波数側の４７０ＭＨｚから高周波数側の７１０ＭＨｚに渡って高利得の下で地上デジタルＴＶ放送の受信が可能な広帯域特性を有することが要求される。
Ｈ型形状のスリット１に代えて、基本スリット１ａ，１ｂのみをアンテナ素子として用いた場合を考える。
この場合、前記アンテナ素子の基本スリット１ａ，１ｂの全長を例えば５９０ＭＨｚでの地上デジタルＴＶ放送の受信を可能な寸法に設定すると、基本スリット１ａ，１ｂのみのアンテナ素子では、低周波数側の４７０ＭＨｚの受信感度が劣化することになり、前記広帯域特性の要求に応えることができなくなる。
そこで、本実施形態におけるスリット１は、低周波数側の劣化を改善するために、前記基本スリット１ａ，１ｂと延長スリット１ｃ，１ｄとをＨ型に組み合わせ、前記基本スリット１ａ，１ｂの全長を延長スリット１ｃ，１ｄにより延長させることにより、受信周波数帯域の低周波数側から高周波数側までをカバーする電気長に設定したＨ型形状構造とし、インピーダンスの改善に寄与する構造としている。さらに前記延長スリット１ｃは、前記基本スリット１ａの開放端を中心として対称に配置し、前記延長スリット１ｄは、前記基本スリット１ｂの開放端を中心として対称に配置している。図６（ａ）では、前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂの開放端を中心として左右対称に配置している。
なお、図６（ａ）に示す様に前記延長スリット１ｃ，１ｄは、前記基本スリット１ａ，１ｂに対してそれぞれ直角に配置していることが望ましいが、９０°を基準として±数％の角度をもっていてもよいものである。また、前記延長スリット１ｃ，１ｄは、直線状に形成したが、その先端側を若干折り曲げる或いは湾曲させてもよいものである。また、前記延長スリット１ｃ，１ｄは、平行な縁部をもつ短冊状に形成したが、基本スリット１ａ，１ｂ側の辺を直線とし、その対向辺側を湾曲させた半月形状に形成してもよいものである。
なお、地上デジタルＴＶ放送の受信周波数帯域は、現在低周波数側が４７０ＭＨｚであって高周波数側が７１０ＭＨｚに設定されているので、それに準拠して設定している。

さらに、本実施形態では図６（ａ）（ｂ），図７（ａ）（ｂ），図８（ａ）（ｂ）及び図９に示す様に、前記導体部材３の一部に補助板７を設けている。
図６（ａ）（ｂ）に示す例では、前記補助板７は、前記基本スリット１ａ，１ｂを形成した導体部材３の対向する辺３ａ，３ｂの全長に渡って設けている。
図７（ａ）（ｂ）に示す例では、前記補助板７は、前記基本スリット１ａ，１ｂを形成した導体部材３の対向する辺３ａ，３ｂの中央部分のみに設けている。
図８（ａ）（ｂ）に示す例では、前記補助板７は、前記基本スリット１ａ，１ｂを形成した導体部材３の対向する辺３ａ，３ｂの全長に渡って設けているとともに、前記基本スリット１ａ，１ｂを挟んだ前記ループ状スロット２の辺２ａ，２ｂの全長に渡って設けている。
図９に示す例では、前記補助板７は、前記基本スリット１ａ，１ｂを形成した導体部材３の対向する辺３ａ，３ｂに設けている。また、導体部材３の角部を切り欠いて切り欠き６を形成している。前記切り欠き６の構成は図５（ａ）に示す例と同様である。
なお、図６（ａ）（ｂ），図７（ａ）（ｂ），図８（ａ）（ｂ）及び図９に示す補助板７は、導体部材３を折り曲げることにより形成する、或いは別体の補助板７を前記導体部材３に結合させてよいものである。

さらに、本実施形態では図６（ｂ），図７（ｂ），図８（ｂ）及び図９に示す様に、前記導体部材３に沿う反射板５を有している。前記反射板５は、地上デジタルＴＶ放送における受信周波数帯域の中心周波数の波長をλとした場合、１／４λ以下であって前記導体部材３に接触しない距離以上の範囲で前記導体部材３の後方に配置している。
次に前記反射板３の配置について説明する。前記導体部材３の後方位置に反射板５を配置することにより、利得を改善することができることは理論上に分かっている。したがって、前記反射板３を前記導体部材３に対して１／４λ以下の後方位置に配置した場合、前記導体部材３の後方の反射板５で反射した電波が前記導体部材３での受信に影響を及ぼすこととなる。さらに、前記反射板５を前記導体部材３の後方に１／４λの距離を保って配置することは、前記反射板５と前記導体部材３との間隔を接近させてアンテナの小型化・薄型化を図るためには支障となるものである。
そこで、本実施形態では図６（ｂ），図７（ｂ），図８（ｂ）及び図９に示す様に、前記反射板５に１以上の矩形状のスリット５ａを開口形成し、これらのスリット５ａをラダー状に配置した構造にすることにより、前記反射板５を、１／４λ以下であって前記導体部材３に接触しない距離以上の範囲で前記導体部材３の後方に配置している。なお、図６（ｂ），図７（ｂ），図８（ｂ）及び図９に示す例では、前記矩形状のスリット５ａを前記反射板３に４個設けているが、この個数については４個に限られるものではない。
なお、図６（ｂ），図７（ｂ）及び図８（ｂ）に示す反射板５は矩形状に形成しているが、これに限られるものではない。図９に示す様に、前記反射板５を、角部に切り欠き６を形成した前記導体部材３の形状に一致させて角部に切り欠き６を有する形状に形成してもよいものである。この場合、反射板５の角部に隣接するスリット５ｂは、半月状に形成している。前記切り欠き６の構成は図４（ｃ）に示す例と同様である。
図９に示す様に、前記反射板５の形状を前記切り欠き６をもつ前記導体部材３の形状に合わせて形成することにより、切り欠き６に相当するアンテナの寸法を小さくすることができ、アンテナの小型化・薄型化に貢献できるものである。

１つのアンテナは送信アンテナと受信アンテナとの可逆性を備えているものであるから、本発明の実施形態３に係る指向性アンテナは、送信アンテナと受信アンテナとに用いることができるものである。本発明の実施形態３に係る指向性アンテナを送信アンテナとして用いた場合における動作は、図１に示す実施形態１と同様であるので、その説明を省略する。
次に図６（ａ）（ｂ）に示す本実施形態に係る指向性アンテナにおける補助板７により、アンテナのリアクタンスが微調整することができるか否かを検証した。図６（ａ）（ｂ）での寸法は図２と同様に設定している。

図１０（ａ）（ｂ）の横軸は周波数（ＭＨｚ）を示す、縦軸は抵抗値（Ω）を示している。図１０（ａ）（ｂ）において、実線はアンテナのリアクタンスの実数部での抵抗値、一点鎖線はアンテナのリアクタンスの虚数部での抵抗値を示している。
図１０（ａ）に示す様に、図１に示す指向性アンテナでは、例えば４７０ＭＨｚにおける実数部での抵抗値が約１８Ωであったが、図６に示す様に補助板７を付加することにより、４７０ＭＨｚにおける実数部での抵抗値が約２０Ωに改善されており、アンテナ自体のリアクタンスの調整が可能であることが確認できた。
また、図６に示す指向性アンテナは、補助板７を付加したが、地上デジタルＴＶ放送を受信した際にＶＳＷＲは図５（ａ）と同様の特性を示した。
また、図６（ａ）（ｂ），図７（ａ）（ｂ），図８（ａ）（ｂ）及び図１０に示す本実施形態３では、補助板７の寸法を変更することにより、広帯域化するのに加えて、アンテナ自体のリアクタンスの調整を可能であることが確認できた。

以上の様に本発明の実施形態１によれば、導体部材にＨ型形状のスリットを形成し、かつその周囲にループ状のスリットを配置する構造であり、アンテナ構造を簡素化することができる。
さらに、Ｈ型形状のスリットとループ状のスリットとを同一の導体部材上に形成するため、アンテナの構造が平面構造となるため、アンテナの高さ方向の寸法を極限まで低くすることができ、アンテナの小型化・薄型化を図ることができる。
さらに、前記Ｈ型形状スリットの周囲にループ状スリットを配置することにより、受信周波数帯域に対応した広帯域特性を付与することができる。

さらに、本発明の実施形態２によれば、導体部材にＨ型形状スリットを形成し、前記導体部材の少なくとも一部に切り欠きを形成した構造であり、アンテナ構造を簡素化することができる。
さらに、Ｈ型形状スリットと前記切り欠きとを同一の導体部材上に形成するため、アンテナの構造が平面構造となるため、アンテナの高さ方向の寸法を極限まで低くすることができ、アンテナの小型化・薄型化を図ることができる。
さらに、前記導体部材の少なくとも一部に切り欠きを設けることにより、Ｈ型形状のスリットの周囲にループ状のスリットを配置する場合と同様に、受信周波数帯域に対応した広帯域特性を付与することができる。

さらに、本発明の実施形態３によれば、導体部材にＨ型形状スリットを形成し、前記導体部材の一部に補助板を形成した構造であり、アンテナ構造を簡素化することができる。
さらに、Ｈ型形状のスリットと前記補助板とを同一の導体部材に形成するため、アンテナの構造が平面構造となるため、アンテナの高さ方向の寸法を極限まで低くすることができ、アンテナの小型化・薄型化を図ることができる。
さらに、前記導体部材の少なくとも一部に補助板を形成することにより、アンテナ自体のリアクタンスを調整することができる。

また、反射板を設ける場合には、中心周波数の波長λの１／４程度の距離を保つ必要があるが、本発明の実施形態では、反射板にスリットを形成することにより、１／４λ以下での距離をもって反射板を導体部材に接近させて配置することができる。したがって、反射板を設けるに場合でも、アンテナの高さ方向の寸法を低くすることができ、アンテナの小型化・薄型化を図ることができる。

次に、図１１及び図１２を用いて、本発明の実施形態における直接給電構造について説明する。図１１（ａ）において、給電基板に関係する部品を実線で示し、指向性アンテナに関する部品を一点鎖線で示している。

本発明の実施形態に係る指向性アンテナを収納するケースには、アンテナを支える複数の支柱８がケースと一体に樹脂成形されており、これらの支柱８を使って導体部材３を支えている。図１１は、指向性アンテナの導体部材３を支える支柱８のうちの１本の支柱８を使って給電構造を構築した場合を示している。
前記支柱８の頂部８ａは平坦になっており、その平坦な頂部８ａのネジ孔９に図示しないビスをねじ込むことにより、給電基板１０と導体部材３とをとも締めによって前記支柱８の頂部８ａに固定している。
さらに、前記導体部材３に沿わせる反射板５は、前記支柱８にスリット５ａを通してケースの内底に固定し、前記複数の支柱８により、前記導体部材３と前記反射板５との間の距離を設計値に保持している。この設計値の距離は、上述した様に、１／４λ以下であって前記反射板５が前記導体部材３に接触しない距離以上の範囲の距離を意味している。
従って、図１１に示す様に、前記反射板５は、そのスリット５ａが複数の支柱８に通した状態で設置されるため、水平面での動きが支柱８に規制されることとなり、導体部材３に対する反射板３の位置決めが固定され、反射特性に影響を与えることがない。
さらに、複数の支柱８により、導体部材３と反射板５との間の距離を設計値に保持することができ、アンテナの特性を安定に維持することができる。

次に、図１１及び図１２に基づいて給電基板１０の構造について説明する。本発明の実施形態に係る指向性アンテナは、直接給電により動作するものである。同軸ケーブルを直接導体部材３に接続することも考えられるが、製品化に当たっては給電部４での整合を図る必要があるからである。

本実施形態では図１１及び図１２に示す給電基板１０を用いることにより直接給電を行っている。すなわち、図１１及び図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す様に、給電基板１０は、矩形状の絶縁基板１１と、前記絶縁基板１１の表面と裏面とに成型した銅箔１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄと、表裏面の銅箔１２ａ，１２ｂと１２ｃ，１２ｄとを電気的に接続する多数のスルーホール１３とを有している。

図１２（ａ）に示す様に、前記絶縁基板１１の表面には、給電部４が設けられた前記導体部材３の形状に合わせて銅箔１２ａ，１２ｂが形成されている。すなわち、前記導電部材３の基本スリット１ａ，１ｂが形成された前記導体部材３の形状に合わせて銅箔１２ａ，１２ｂを左右対称に形成し、左右対称な一方の銅箔１２ａが給電面をなし、他方の銅箔１２ｂがグランド面をなしている。また、左右対称の銅箔１２ａ，１２ｂには、前記支柱８のネジ孔９に一致させてネジ孔９ａがそれぞれ開口されている。

図１２（ｂ）に示す様に、前記絶縁基板１１の裏面には、前記給電面用の銅箔１２ａとグランド面用の銅箔１２ｂとに対応させて、給電面用の銅箔１２ｃと、グランド面用の銅箔１２ｄとが形成されている。さらに、前記給電面用の銅箔１２ｃとグランド面用の銅箔１２ｄとの間には、給電部４での整合を図る整合構造１４が設けてある。
前記整合構造１４を具体的に説明すると、前記給電面用の銅箔１２ｃとグランド面用の銅箔１２ｄとの間には、中間接続用の銅箔１２ｅ，１２ｆを形成している。そして、前記銅箔１２ｅと前記給電用銅箔１２ｃとの間には図３（ｂ）に示すコンデンサＣ２を接続し、前記銅箔１２ｅと前記グランド用銅箔１２ｄとの間には図３（ｂ）に示すインダクタＩＤを接続し、前記銅箔１２ｅと前記銅箔１２ｆとの間には図３（ｂ）に示すコンデンサＣ１を接続している。これにより、整合回路１４の一例である図３（ｂ）に示すマッチング回路が構築される。なお、前記整合構造１４としては、上述した様に図３（ｂ）に示すマッチング回路以外のものを用いても良いものである。
さらに、前記銅箔１２ｆには同軸ケーブル１５の給電芯線１５ａを半田付けし、前記銅箔１２ｄには前記同軸ケーブル１５の編組線１５ｂを半田付けしている。

また、前記整合構造１４及び前記同軸ケーブル１５は、給電基板１０の盤面から立ち上がって取り付けられるものであり、これらはアンテナの高さを低くする上で支障となるものである。
そこで、本実施形態では、前記支柱８の頂部８ａに、前記整合構造１４及び前記同軸ケーブル１５の先端部を収納するに十分な大きさの凹部８ｂを形成し、前記支柱の凹部８ｂ内に前記整合構造１４及び前記同軸ケーブル１５の先端部を収納している。

したがって、本実施形態によれば、前記整合構造１４及び前記同軸ケーブル１５の先端部の高さを前記支柱８の凹部８ｂにより吸収することができ、アンテナの高さ方向での寸法を低くすることができる。

本実施形態において、前記給電基板１０を使って指向性アンテナの導体部材３と同軸ケーブル１５とを接続する場合について説明する。
前記給電基板１０の裏面に設けた給電構造１４及び同軸ケーブル１５の先端部を前記支柱８の凹部８ｂ内に収納し、前記給電基板１０の孔９ａを前記支柱８の頂部８ａのネジ孔９に一致させる。
次に、前記導体部材３の基本スリット１ａ，１ｂを前記給電基板１０の左右対称な銅箔１２ａ、１２ｂ間に形成されたテーパ状の切り抜きに一致させ、前記導体部材３の基本スリット１ａ，１ｂに隣接した領域を前記給電基板１０の左右対称な銅箔１２ａ、１２ｂに接触させる。
次に、前記給電基板１０のネジ孔９ａから前記支柱８のネジ孔９にビスを通してネジ止めすることにより、前記導体部材３と前記給電基板１０とをとも締めして、前記導体部材３を前記給電基板１０に圧着してこれらを前記支柱８に固定する。

本実施形態によれば、給電基板１０を矩形状に形成することにより、その表面に設けた銅箔１２ａ，１２ｂと導体部材３との接触面積が大きくなり、少ない本数のネジで締め付けても給電基板１０と導体部材３とを確実に接続することができる。このことは部品点数を少なくすることができ、組立工数を単純化することができる。

さらに、前記支柱８の凹部８ｂ内に前記整合構造１４及び前記同軸ケーブル１５の先端部を収納して、これらが給電基板１０及び支柱８から外部に飛び出して露出することはないため、前記整合構造１４及び前記同軸ケーブル１５の先端部が外力によって損傷することを回避することができる。

本発明によれば、電波の送受信を行う指向性アンテナであって、特にＵＨＦ帯の電波を受信するのに最適な指向性アンテナの提供に貢献するものである。

１ Ｈ型形状のスリット
１ａ，１ｂ 基本スリット
１ｃ，１ｄ 延長スリット
２ ループ状のスリット
３ 導体部材
４ 給電部
５ 反射板
６ 切り欠き
７ 補助板
８ 支柱
１０ 給電板
１５ 同軸ケーブル

Claims (5)

1. 基本スリットと前記基本スリットの全長を延長した延長スリットとからなるＨ型形状のスリットと、
   前記Ｈ型形状のスリットの周囲に配置したループ状のスリットとを有し、
   前記基本スリットと前記延長スリットとを同一の導体部材に形成したことを特徴とする指向性アンテナ。
2. 基本スリットと前記基本スリットの全長を延長した延長スリットとからなるＨ型形状のスリットを導体部材に形成し、
   前記導体部材の少なくとも一部に切り欠きを設けたことを特徴とする指向性アンテナ。
3. 基本スリットと前記基本スリットの全長を延長した延長スリットとからなるＨ型形状のスリットを導体部材に形成し、
   前記導体部材の一部に補助板を設けたことを特徴とする指向性アンテナ。
4. 前記導体部材に沿う反射板を有する請求項１、２又は３のいずれか一項に記載の指向性アンテナ。
5. 前記導体部材の基本スリットの給電部に面接触する給電面とグランド面を設けた給電基板を有し、
   前記給電基板の給電面とグランド面とに同軸ケーブルが半田付けされており、
   前記導体部材を前記給電基板に圧着してこれらを固定した請求項１，２，３又は4のいずれか一項に記載の指向性アンテナ。

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