JP2014049818A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化しても、十分な動作利得を得ることができるＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置とする。
【解決手段】 アンテナ装置１は、略矩形状の反射板付平面アンテナ２の周囲を取り囲むように略矩形状のループアンテナ３が配置されて構成されている。反射板付平面アンテナ２は、折り返しダイポールからなる第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂと、第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂの間にそれぞれ配置された第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂと、第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂと、第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂとに対面して後方に配置された反射板１０とから構成されており、反射板１０の両側には切欠部１０ｃが形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＵＨＦ帯で動作するアンテナとＶＨＦ帯で動作するアンテナとを組み合わせたアンテナ装置に関する。

地上デジタル放送の受信用アンテナとしては、種々のアンテナが知られており、奥行きを短くできる小さい形状とされた地上デジタル放送受信用の反射板付平面アンテナが知られている（特許文献１参照）。従来の反射板付平面アンテナ１０２の構成を斜視図で図１１に示す。
図１１に示す従来の反射板付平面アンテナ１０２は、折り返しダイポールからなる第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂと、第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂの間にそれぞれ配置された第１無給電素子１１２ａおよび第２無給電素子１１２ｂと、第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂと、第１無給電素子１１２ａおよび第２無給電素子１１２ｂとに対面して後方に配置された反射板１１０とから構成されている。なお、第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂと、第１無給電素子１１２ａおよび第２無給電素子１１２ｂとは、同一面上に配置されている。

第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂは金属板を加工して横長の矩形状に作成されており、それぞれにＴ字状溝１１１ｅ，１１１ｆが形成された折り返しダイポールとされている。第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂには、ＵＨＦ帯の第１給電部１１３からそれぞれ給電ケーブルを介して給電されている。第１放射素子１１１ａと第２放射素子１１１ｂとは同形状とされて線対称に配置されていると共に、第１無給電素子１１２ａと第２無給電素子１１２ｂとは同形状とされて線対称に配置されている。
反射板１１０は矩形の金属板の両側を対向するようほぼ直角に屈曲して形成されており、第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂと、第１無給電素子１１２ａおよび第２無給電素子１１２ｂとに対面する平面部１１０ａと、平面部１１０ａの両側に第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂ側へ屈曲されて形成されている折曲部１１０ｂとから構成されている。反射板１１０の横方向の長さＬ２０および縦方向の長さＬ２１と折曲部１１０ｂの幅ｗ２０は、反射板付平面アンテナ１０２が４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの地上デジタル放送受信アンテナとされた場合に、例えば、長さＬ２０が約２４０ｍｍとされ、長さＬ２１が約３４０ｍｍとされ、幅ｗ２０が約４０ｍｍとされる。また、第１放射素子１１１ａ、第２放射素子１１１ｂ、第１無給電素子１１２ａおよび第２無給電素子１１２ｂが配置されている面と、反射板１１０の平面部１１０ａとの間隔ｄ２０は約５０ｍｍとされている。

従来の反射板付平面アンテナ１０２は立設して設置され、第１放射素子１１１ａ、第２放射素子１１１ｂ、第１無給電素子１１２ａ、第２無給電素子１１２ｂとが配置されている面であると共に反射板１１０の平面部１１０ａの面に対して、直交する水平方向の動作利得が増大するようになる。これは、第１無給電素子１１２ａおよび第２無給電素子１１２ｂが、第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂの間に対面するよう設けられていることから、垂直方向の利得が打ち消し合うと共に、反射板１１０で反射されることにより水平方向の利得が増大するものと考えられる。
なお、第１無給電素子１１２ａおよび第２無給電素子１１２ｂにおいて、第１放射素子１１１ａおよび第２放射素子１１１ｂ側の縁の両側の角をカットしており、これにより、低域および中域の良好な電気的特性を維持したまま高域の電気的特性を改善できる。

特開２００９−１７１１５号公報

現在においては、世界的にテレビ放送はデジタル化されており、ほとんどの場合、デジタルテレビ放送はＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯で放送されている。しかしながら、アメリカやヨーロッパなどでは、ＵＨＦ帯と共にＶＨＦ（Very High Frequency）帯も併せて用いられており、このような国においては、デジタルテレビ放送を受信するためにＵＨＦアンテナおよびＶＨＦアンテナが必要とされている。しかし、２台のアンテナを設置するのは煩雑であることから、ＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置が望まれている。さらに、日本での地上デジタル放送は、完全にＵＨＦ帯でカバーできているものの、ＶＨＦ帯用のアンテナを取り外した影響でＦＭ放送の受信が困難になり、結果的に地上デジタル放送とＦＭ放送とを受信出来る小型アンテナが要望されている。

ＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置には、小型化が要求されることから、図１１に示す反射板付平面アンテナ１０２とＶＨＦ帯で動作するアンテナとを組み合わせて小型化されたＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置とすることが考えられる。反射板付平面アンテナ１０２に組み合わせるのに適したＶＨＦ帯で動作するループアンテナの構成を図１２に示す。図１２に示すループアンテナ１０３は、金属製のワイヤーが矩形状に折曲されて形成されている。ループアンテナ１０３の上部は小型化するために折り返し屈曲されており、ループアンテナ１０３の下部のほぼ中央にＶＨＦ帯の第２給電部１０３ａが設けられている。ループアンテナ１０３の大きさは、反射板付平面アンテナ１０２の外周形状より少しだけ大きい矩形状になっている。具体的には、ループアンテナ１０３の全長は約１５００ｍｍとされ、横方向の長さＬ３０が約２５０ｍｍとされ、縦方向の長さＬ３１が約４１０ｍｍとされる。このような寸法条件とされたループアンテナ１０３の動作利得の周波数特性のグラフを図１３（ａ）（ｂ）に示す。図１３（ａ）（ｂ）において、横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は動作利得［ｄＢ］とされている。

図１３（ａ）はＶＨＦ帯のローバンドである５５ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚの周波数範囲における動作利得を示すグラフであり、約８３ＭＨｚにおいて約−１７ｄＢのピーク値が得られており、５５ＭＨｚ〜８３ＭＨｚの周波数範囲において約−２３．３ｄＢ〜約−１７ｄＢの動作利得が得られており、８３ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚの周波数範囲において約−２１．２ｄＢ〜約−１７ｄＢの動作利得が得られている。
また、図１３（ｂ）はＶＨＦ帯のハイバンドである１７０ＭＨｚ〜２３０ＭＨｚの周波数範囲における動作利得を示すグラフであり、約１９１ＭＨｚにおいて約−３．３ｄＢのピーク値が得られており、１７０ＭＨｚ〜１９１ＭＨｚの周波数範囲において約−５ｄＢ〜約−３．３ｄＢの良好な動作利得が得られており、１９１ＭＨｚ〜２３０ＭＨｚの周波数範囲においても約−４．７ｄＢ〜約−３．３ｄＢの良好な動作利得が得られている。このように、１７０ＭＨｚ〜２３０ＭＨｚの周波数範囲において良好な動作利得特性が得られているのは、ループアンテナ１０３の全長がＶＨＦ帯のハイバンドに共振する長さとされているからである。

次に、ループアンテナ１０３のｘ−ｚ面内（水平面内）の放射特性を図１４（ａ）（ｂ）に示す。図１４（ａ）（ｂ）において縦軸は放射のピーク値を０ｄＢとした際の電界比である。ただし、電界比の軸に付された数値は負数であるが負の記号を省略して示している。
図１４（ａ）はＶＨＦ帯のローバンドである５５ＭＨｚ、８３ＭＨｚ、１０８ＭＨｚの周波数における放射特性を示しており、実線で示す約５５ＭＨｚの放射特性では、約６３°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約２８８°〜約９８°の約１７０°とされた、ブロードな第１の放射パターンが得られている。また、約１７５°方向に約−２．９ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１５０°〜約２０２°の約５２°とされた、シャープな第２の放射パターンが得られている。
次に、長い破線で示す約８３ＭＨｚの放射特性では、約２８０°方向に約−５．６ｄＢのピーク値とされた放射パターンと、約８０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３３°〜１１９°の約８６°とされた放射パターンとからなる、ブロードな第１の放射パターンが得られている。また、約１８８°方向に約−１ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１６５°〜約２１７°の約５２°とされた、第２の放射パターンも得られている。
次に、短い破線で示す約１０８ＭＨｚの放射特性では、約３２８°方向に約−４．８ｄＢのピーク値とされた放射パターンと、約４０°方向に約−３．５ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約５°〜約８０°の約７５°とされた放射パターンとからなる、ブロードな第１の放射パターンが得られている。また、約１６２°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３７°〜約１８６°の約４９°とされた、第２の放射パターンも得られている。

図１４（ｂ）はＶＨＦ帯のハイバンドである１７０ＭＨｚ、２０１ＭＨｚ、２３０ＭＨｚの周波数における放射特性を示しており、いずれの放射特性も８の字特性となっている。実線で示す約１７０ＭＨｚの放射特性では、約３５８°方向に約−１．５ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２２°〜約４８°の約８６°とされた第１の放射パターンと、約１６７°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３７°〜約２３１°の約９４°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
次に、長い破線で示す約２０１ＭＨｚの放射特性では、約３５５°方向に約−２．０ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２１°〜約４３°の約８２°とされた第１の放射パターンと、約１８５°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１４３°〜約２２２°の約７９°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
次に、短い破線で示す約２３０ＭＨｚの放射特性では、約３°方向に約−１．０ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２７°〜約３９°の約７２°とされた第１の放射パターンと、約１８３°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１４５°〜約２１７°の約７２°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。

ここで、図１１に示す構成の反射板付平面アンテナ１０２に、図１２に示す構成のループアンテナ１０３を組み合わせて小型化したＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置１００の構成を示す斜視図を図１５に示す。
図１５に示すように、アンテナ装置１００は、反射板付平面アンテナ１０２の周囲を取り巻くようにループアンテナ１０３が配置されている。ループアンテナ１０３が配置される面は、第１放射素子１１１ａ、第２放射素子１１１ｂ、第１無給電素子１１２ａ、第２無給電素子１１２ｂとが配置されている面とほぼ同一の面とされている。すなわち、反射板１１０とループアンテナ１０３との間隔ｄ３０は、間隔ｄ２０と同様に約５０ｍｍとされている。反射板付き平面アンテナ１０２で受信されたＵＨＦ帯の信号は第１給電部１１３から取り出すことができ、ループアンテナ１０３で受信されたＶＨＦ帯の信号は第２給電部１０３ａから取り出すことができる。なお、反射板付平面アンテナ１０２およびループアンテナ１０３の構成は上記した通りであるので、その説明は省略する。

このように構成されたアンテナ装置１００の動作利得の周波数特性のグラフを図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は動作利得［ｄＢ］とされている。
図１６（ａ）はＶＨＦ帯のローバンドである５５ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚの周波数範囲におけるループアンテナ１０３の動作利得を示すグラフである。図１６（ａ）を参照すると、約８３ＭＨｚにおいて約−１６．７ｄＢのピーク値が得られており、５５ＭＨｚ〜８３ＭＨｚの周波数範囲において約−２４ｄＢ〜約−１６．７ｄＢの動作利得が得られ、８３ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚの周波数範囲において約−２３．５ｄＢ〜約−１６．７ｄＢの動作利得が得られている。図１３（ａ）に示すループアンテナ１０３単体の動作利得と対比すると、高域部において若干動作利得は減少しているものの、アンテナ装置１００では、ほぼ同様の周波数特性が得られている。

また、図１６（ｂ）はＶＨＦ帯のハイバンドである１７０ＭＨｚ〜２３０ＭＨｚの周波数範囲におけるループアンテナ１０３の動作利得を示すグラフである。図１６（ｂ）を参照すると、約１７０ＭＨｚにおいて約−１１ｄＢのピーク値が得られており、周波数が高くなるにつれて動作利得は劣化していき、２１３ＭＨｚにおける動作利得は約−１３．３ｄＢまで減少している。そして、２１３ＭＨｚを越えると動作利得は徐々に上昇していき２３０ＭＨｚにおいては約−１１．８ｄＢの動作利得が得られている。図１３（ｂ）に示すループアンテナ１０３単体の動作利得と対比すると、アンテナ装置１００では、ハイバンドの全帯域において動作利得が著しく劣化していることが分かる。これは、ループアンテナの中央部に金属板などを配置させると、その特性が劣化するようになり、アンテナ装置１００では、金属製の反射板付平面アンテナ１０２がループアンテナ１０３の中央に配置されることから、ＶＨＦ帯のハイバンドにおいて動作利得が著しく劣化したものと考えられる。
さらに、図１６（ｃ）はＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの周波数範囲における反射板付平面アンテナ１０２の動作利得を示すグラフである。図１６（ｃ）を参照すると、約６２０ＭＨｚにおいて約５．２ｄＢのピーク値が得られており、４７０ＭＨｚにおいて約４．５ｄＢの良好な動作利得が得られている。動作利得は，４７０ＭＨｚから徐々に上昇して約６２０ＭＨｚにおいてピーク値となり、６２０ＭＨｚを越えると徐々に減少して７１０ＭＨｚにおいて約４．５ｄＢの動作利得が得られている。このように、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの全周波数範囲において、４．５ｄＢ以上の良好な動作利得が得られている。

次に、アンテナ装置１００のｘ−ｚ面内（水平面内）の放射特性を図１７（ａ）（ｂ）および図１８に示す。図１７（ａ）（ｂ）および図１８において縦軸は放射のピーク値を０ｄＢとした際の電界比である。ただし、電界比の軸に付された数値は負数であるが負の記号を省略して示している。
図１７（ａ）はＶＨＦ帯のローバンドである５５ＭＨｚ、８３ＭＨｚ、１０８ＭＨｚの周波数におけるループアンテナ１０３の放射特性を示しており、実線で示す約５５ＭＨｚの放射特性では、約５５°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３０７°〜約９３°の約１４６°とされた、ブロードな第１の放射パターンが得られている。また、約１７５°方向に約−２．５ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１５０°〜約２０４°の約５４°とされた、シャープな第２の放射パターンが得られている。
次に、長い破線で示す約８３ＭＨｚの放射特性では、約２８０°方向に約−６．１ｄＢのピーク値とされた放射パターンと、約８０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約４１°〜約１１９°の約７８°とされた放射パターンとからなる、ブロードな第１の放射パターンが得られている。また、約１８５°方向に約−２．５ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１６４°〜約２１４°の約７０°とされた、第２の放射パターンも得られている。
次に、短い破線で示す約１０８ＭＨｚの放射特性では、約３２８°方向に約−４．５ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３１０°〜約３４６°の約３６°とされた、第１の放射パターンと、約４７°方向に約−３．９ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１５°〜約９０°の約７５°とされた、第２の放射パターンが得られている。また、約１６２°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３７°〜約１８４°の約４７°とされた、第３の放射パターンも得られている。
図１４（ａ）に示すループアンテナ１０３単体の放射特性と対比すると、アンテナ装置１００では、放射パターンは若干変化しているものの、ＶＨＦ帯のローバンドではほぼ同様の放射特性が得られている。

図１７（ｂ）はＶＨＦ帯のハイバンドである１７０ＭＨｚ、２０１ＭＨｚ、２３０ＭＨｚの周波数におけるループアンテナ１０３の放射特性を示しており、いずれの放射特性も８の字特性となっている。実線で示す約１７０ＭＨｚの放射特性では、約５°方向に約−１．５ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２３°〜約６５°の約１０２°とされた第１の放射パターンと、約１７２°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３３°〜約２１６°の約８３°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
次に、長い破線で示す約２０１ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に約−２．１ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２０°〜約５０°の約９０°とされた第１の放射パターンと、約１８５°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１４３°〜約２２５°の約８２°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
次に、短い破線で示す約２３０ＭＨｚの放射特性では、約１０°方向に約−２．０ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３３３°〜約３９°の約６６°とされた第１の放射パターンと、約１７０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３３°〜約２１４°の約８１°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
図１４（ｂ）に示すループアンテナ１０３単体の放射特性と対比すると、アンテナ装置１００では、放射パターンは若干変化しているものの、ＶＨＦ帯のハイバンドではほぼ同様の放射特性が得られている。

図１８はＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ、５９０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚの周波数における反射板付平面アンテナ１０２の放射特性を示しており、いずれの放射特性も反射板１１０の作用を受けて０°方向に強く放射する放射特性となっている。
実線で示す約４７０ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３１７°〜約４４°の約８７°とされた放射パターンが得られている。また、約１８０°方向に−２０ｄＢのピーク値とされた小さな放射パターンが生じている。
次に、長い破線で示す約５９０ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３２２°〜約３９°の約７７°とされた放射パターンが得られている。また、約１８０°方向に−２０ｄＢのピーク値とされた小さな放射パターンが生じている。
次に、短い破線で示す約７１０ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３２５°〜約３７°の約７２°とされた放射パターンが得られている。また、約１８０°方向に−２０ｄＢのピーク値とされた小さな放射パターンが生じている。
このように、アンテナ装置１００では、ＵＨＦ帯において良好な放射特性が得られている。

上記したように、反射板付平面アンテナ１０２とループアンテナ１０３とを組み合わせた小型化したＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置１００では、ＶＨＦ帯のローバンドおよびＵＨＦ帯においては十分な動作利得の周波数特性を示すが、ＶＨＦ帯のハイバンドでは動作利得が著しく劣化するという問題点があった。
そこで、本発明は、小型化しても、十分な動作利得を得ることができるＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、略矩形状とされたＵＨＦ帯で動作する反射板付平面アンテナと、該反射板付平面アンテナを囲むように配置されたＶＨＦ帯で動作する略矩形状のループアンテナとからなるアンテナ装置であって、前記反射板付平面アンテナは、同形状とされた平板状の第１放射素子および平板状の第２放射素子と、該第１放射素子と該第２放射素子との間であって、該第１放射素子と該第２放射素子とが含まれる面上に配置されると共に、該第１放射素子に近接して配置された平板状の第１無給電素子と、該第２放射素子に近接して配置された前記第１無給電素子と同形状の第２無給電素子と、前記第１放射素子と前記第２放射素子および前記第１無給電素子と前記第２無給電素子に所定間隔離隔して対面する平面部と、該平面部の両側部が前記第１放射素子および前記第２放射素子側に屈曲されている折曲部とからなり、断面コ字状とされていると共に、前記平面部および前記折曲部の両側に切欠部が形成されている反射板とを備えており、前記ループアンテナは、導電性のワイヤーを矩形状に折曲して構成されていることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、略矩形状とされたＵＨＦ帯で動作する反射板付平面アンテナと、該反射板付平面アンテナを囲むように配置されたＶＨＦ帯で動作する略矩形状のループアンテナとからなるアンテナ装置とされていることから、小型化したＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置とすることができる。また、反射板付平面アンテナの反射板における平面部および折曲部の両側に切欠部が形成されていることから、ループアンテナ内に反射板付平面アンテナが設けられていても、ＶＨＦ帯における電気的特性が極力劣化しないようになる。

本発明の実施例のアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本本発明の実施例のアンテナ装置の構成を示す正面図である。 本発明の実施例のアンテナ装置の構成を示す側面図である。 本発明にかかるアンテナ装置における反射板付平面アンテナの構成を示す正面図である。 本発明にかかるアンテナ装置における反射板付平面アンテナの第１放射素子の構成を示す平面図である。 本発明にかかるアンテナ装置における反射板付平面アンテナの第１無給電素子の構成を示す平面図である。 本発明にかかるアンテナ装置における反射板付平面アンテナの反射板の構成を示す平面図である。 本発明にかかるアンテナ装置の動作利得の周波数特性を示す図である。 本発明にかかるアンテナ装置の放射特性を示す図である。 本発明にかかるアンテナ装置の他の放射特性を示す図である。 従来の反射板付平面アンテナの構成を示す斜視図である。 従来の反射板付平面アンテナに組み合わせるループアンテナの構成を示す斜視図である。 従来の反射板付平面アンテナに組み合わせるループアンテナの動作利得の周波数特性を示す図である。 従来の反射板付平面アンテナに組み合わせるループアンテナの放射特性を示す図である。 従来の反射板付平面アンテナにループアンテナを組み合わせたアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 従来の反射板付平面アンテナにループアンテナを組み合わせたアンテナ装置の動作利得の周波数特性を示す図である。 従来の反射板付平面アンテナにループアンテナを組み合わせたアンテナ装置の放射特性を示す図である。 従来の反射板付平面アンテナにループアンテナを組み合わせたアンテナ装置の他の放射特性を示す図である。

本発明の実施例のアンテナ装置１の構成を図１ないし図３に示す。ただし、図１は本発明にかかるアンテナ装置１の構成を示す斜視図であり、図２は本発明にかかるアンテナ装置１の構成を示す正面図であり、図３は本発明にかかるアンテナ装置１の構成を示す側面図である。
これらの図に示す本発明にかかるアンテナ装置１は、ＵＨＦ帯の受信アンテナとされる反射板付平面アンテナ２とＶＨＦ帯の受信アンテナとされるループアンテナ３とを組み合わせて小型化したＵＨＦ・ＶＨＦ共用のアンテナ装置１とされている。このアンテナ装置１は、立設して設置される水平偏波を受信するアンテナとされている。アンテナ装置１では、略矩形状の反射板付平面アンテナ２の周囲を取り囲むように略矩形状のループアンテナ３が配置されている。ループアンテナ３が配置される面は、反射板付平面アンテナ２における第１放射素子１１ａ、第２放射素子１１ｂ、第１無給電素子１２ａ、第２無給電素子１２ｂとが配置されている面とほぼ同一の面とされている。

まず、アンテナ装置１を構成している反射板付平面アンテナ２について説明する。反射板付平面アンテナ２の構成を示す正面図を図４に示し、反射板付平面アンテナ２における第１放射素子１１ａの構成を示す平面図を図５に示し、反射板付平面アンテナ２における第１無給電素子１２ａの構成を示す平面図を図６に示し、反射板付平面アンテナ２における反射板１０の構成を図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
これらの図を参照しながら反射板付平面アンテナ２の構成を説明すると、反射板付平面アンテナ２は、折り返しダイポールからなる第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂと、第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂの間にそれぞれ配置された第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂと、第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂと、第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂとに対面して後方に配置された反射板１０とから構成されている。

なお、第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂと、第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂとは、同一面上に配置されている。また、第１放射素子１１ａと第２放射素子１１ｂとは同形状とされて線対称に配置されていると共に、第１無給電素子１２ａと第２無給電素子１２ｂとも同形状とされて線対称に配置されている。この場合、第１放射素子１１ａの下縁と第２放射素子１１ｂの上縁との間隔がＬ２とされ、第１無給電素子の下縁と第２無給電素子１２ｂの下縁との間隔がＬ３とされる。反射板付平面アンテナ２が地上デジタル放送（４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）のＵＨＦ帯の受信アンテナとされた場合には、中心周波数（５９０ＭＨｚ）の自由空間波長（約５０８ｍｍ）をλ１とすると、間隔Ｌ２は約０．３９４λ１（約２００ｍｍ）とされ、間隔Ｌ３は約０．１５７λ１（約８０ｍｍ）とされる。そして、第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂには、ＵＨＦ帯の給電部１３から第１給電ケーブル１３ａと第２給電ケーブル１３ｂをそれぞれ介して給電されている。すなわち、反射板付平面アンテナ２で受信されたＵＨＦ帯の信号は、第１給電部１３から取り出すことができる。なお、第１放射素子１１ａ、第２放射素子１１ｂ、第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂが配置されている面と、反射板１０の平面部１０ａとの間隔は約０．０９８λ１（約５０ｍｍ）とされている。

図５に示すように、第１放射素子１１ａは金属板を加工して横方向の長さがＬ６で幅がｗ１とされた横長の矩形状に作成されており、幅が（ｈ２−ｈ３）で長さがＬ７の横方向の溝と、この横方向の溝のほぼ中央から下方へ連通して延伸され、幅がｇ１で長さが（ｗ１−ｈ２）の縦方向の溝とからなるＴ字状溝１１ｅが形成された折り返しダイポールとされている。第１放射素子１１ａのＴ字状溝１１ｅにおける縦方向の溝の下端の両側に形成された給電点１１ｃには、第１給電ケーブル１３ａが接続されており、第１給電部１３から第１給電ケーブル１３ａを介して給電されている。第１放射素子１１ａには所定間隔をおいて第１無給電素子１２ａがほぼ平行に配置されている。第１放射素子１１ａの寸法の一例について説明すると、反射板付平面アンテナ２が地上デジタル放送（４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）の受信アンテナとされた場合には、第１放射素子１１ａの横方向の長さＬ６が約０．４４３λ１（約２２５ｍｍ）とされ、幅Ｗ１が約０．１１８λ１（約６０ｍｍ）とされ、Ｔ字状溝１１ｅの横方向の長さＬ７は約０．３８４λ１（約１９５ｍｍ）とされ、Ｔ字状溝１１ｅの下縁と第１放射素子１１ａの上縁との高さｈ２は約０．０３９λ１（約２０ｍｍ）とされ、Ｔ字状溝１１ｅの上縁と第１放射素子１１ａの上縁との高さｈ３は約０．０１９λ１（約１０ｍｍ）とされ、Ｔ字状溝１１ｅの縦方向の溝の幅ｇ１は約０．００４λ１（約２ｍｍ）とされている。また、第１放射素子１１ａの厚さｔは約０．５ｍｍとされている。
なお、第２放射素子１１ｂは第１放射素子１１ａと寸法も含めて同じ構成とされているので、上記した第１放射素子１１ａの説明の通りの構成とされている。ただし、上記説明においてＴ字状溝１１ｅはＴ字状溝１１ｆに読み替え、給電点１１ｃと同じ構成の給電点１１ｄが第２放射素子１１ｂに形成されている。すなわち、第２放射素子１１ｂの給電点１１ｄに第２給電ケーブル１３ｂが接続されて、第１給電部１３から第２給電ケーブル１３ｂを介して給電されている。

また、第１放射素子１１ａと第２放射素子１１ｂとの間であって、第１放射素子１１ａに近接して第１無給電素子１２ａが配置されている。第１無給電素子１２ａは，図６に示すように、金属板を加工して横方向の長さがＬ８で幅がｗ２とされた横長の矩形状に作成されている。第１無給電素子１２ａにおける第１放射素子１１ａ側の縁の両側の角をカットした切欠１２ｃが形成されている。切欠１２ｃを設けることで、反射板付平面アンテナ２の低域および中域の良好な電気的特性を維持したまま高域の電気的特性が改善される。第１無給電素子１２ａの寸法の一例について説明すると、反射板付平面アンテナ２が地上デジタル放送（４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）の受信アンテナとされた場合には、第１無給電素子１２ａの横方向の長さＬ８は約０．２４６λ１（約１２５ｍｍ）とされ、幅ｗ２は約０．０７９λ１（約４０ｍｍ）とされ、切欠１２ｃの高さｈ４は約０．０２９λ１（約１５ｍｍ）とされ、切欠１２ｃを設けた辺の横方向の長さＬ９は約０．２１６λ１（約１１０ｍｍ）とされる。また、第１無給電素子１２ａの厚さｔは約０．５ｍｍとされている。
なお、第２無給電素子１２ｂは第１無給電素子１２ａと寸法も含めて同じ構成とされているので、上記した第１無給電素子１２ａの説明の通りの構成とされている。ただし、切欠１２ｃと同じ構成の切欠１２ｄが第２無給電素子１２ｂに形成されている。

第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂと、第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂとに対面して後方に配置された反射板１０の構成を示す正面図を図７（ａ）に、反射板１０の構成を示す側面図を図７（ｂ）に、反射板１０の構成を示す下面図を図７（ｃ）に示す。
これらの図に示すように、反射板１０は矩形の金属板の両側を対向するようほぼ直角に屈曲して横方向の長さがＬ１２で縦方向の長さがＬ１０になるよう形成されており、第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂと、第１無給電素子１２ａおよび第２無給電素子１２ｂとに対面する平面部１０ａと、平面部１０ａの両側に第１放射素子１１ａおよび第２放射素子１１ｂ側へ屈曲されて形成されている高さｈ５の折曲部１０ｂとから構成されている。また、反射板１０の特徴的な構成は、反射板１０の両側に切欠部１０ｃを形成した構成とされている。切欠部１０ｃは、両側の折曲部１０ｂの中央部分を縦方向の長さＬ１１で切り欠くと共に、平面部１０ａの両側の中央部分を縦方向の長さＬ１１で切り欠いて形成されている。切欠部１０ｃが設けられた平面部１０ａの横方向の長さはＬ１３とされる。反射板１０の寸法の一例について説明すると、反射板付平面アンテナ２が地上デジタル放送（４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）の受信アンテナとされた場合は、反射板１０の横方向の長さＬ１２は約０．４７２λ１（約２４０ｍｍ）とされ、縦方向の長さＬ１０は約０．６６９λ１（約３４０ｍｍ）とされ、折曲部１０ｂの高さｈ５は約０．０７９λ１（約４０ｍｍ）とされ、切欠部１０ｃの縦方向の長さＬ１１は約０．３９４λ１（約２００ｍｍ）とされ、切欠部１０ｃが設けられた平面部１０ａの横方向の長さはＬ１３は約０．２７５λ１（約１４０ｍｍ）とされる。このように、切欠部１０ｃが形成された平面部１０ａの幅Ｌ１３は、元の平面部１０ａの幅Ｌ１２の約６割の幅とされる。

次に、ＶＨＦ帯の受信アンテナとされるループアンテナ３の構成を説明する。ループアンテナ３は、図１２に示すＶＨＦ帯の受信アンテナとされるループアンテナ１０３と同様の構成とされており、図１ないし図３に示すように、ループアンテナ３は、金属製のワイヤーが矩形状に折曲されて形成されている。ループアンテナ３の上部に折り返し屈曲された屈曲部３ｂが形成されて小型化されており、ループアンテナ３の下部のほぼ中央にＶＨＦ帯の第２給電部３ａが設けられている。すなわち、ループアンテナ３で受信されたＶＨＦ帯の信号は、第２給電部３ａから取り出すことができる。
ループアンテナ３の大きさは、反射板付平面アンテナ２の外周形状より少しだけ大きい矩形状になっている。具体的には、ＶＨＦ帯のハイバンドである１７０ＭＨｚ〜２３０ＭＨｚの中心周波数（２００ＭＨｚ）の波長（約１５００ｍｍ）をλ２とすると、ループアンテナ３の全長は約１λ２（約１５００ｍｍ）とされ、横方向の長さＬ４が０．１６７λ２（約２５０ｍｍ）とされ、縦方向の長さＬ１が約０．２７３λ２（約４１０ｍｍ）とされる。このような寸法条件とされたループアンテナ３の単体の動作利得の周波数特性および放射特性は、図１３（ａ）（ｂ）および図１４（ａ）（ｂ）に示すループアンテナ１０３の動作利得の周波数特性および放射特性と同様になる。なお、ループアンテナ３が配置されている面と、反射板１０の平面部１０ａとの間隔Ｌ５は約０．０３３λ２（＝約０．０９８λ１：約５０ｍｍ）とされている。

以上説明した、ＵＨＦ帯の受信アンテナとされる反射板付平面アンテナ２とＶＨＦ帯の受信アンテナとされるループアンテナ３とを組み合わせて小型化したＵＨＦ・ＶＨＦ共用の本発明にかかるアンテナ装置１の動作利得の周波数特性のグラフを図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図８（ａ）（ｂ）（ｃ）において、横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸は動作利得［ｄＢ］とされている。
図８（ａ）はＶＨＦ帯のローバンドである５５ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚの周波数範囲におけるループアンテナ３の動作利得を示すグラフである。図８（ａ）を参照すると、約８３ＭＨｚにおいて約−１６．７ｄＢのピーク値が得られており、５５ＭＨｚ〜８３ＭＨｚの周波数範囲において約−２３．８ｄＢ〜約−１６．７ｄＢの動作利得が得られ、８３ＭＨｚ〜１０８ＭＨｚの周波数範囲において約−２２．８ｄＢ〜約−１６．７ｄＢの動作利得が得られている。図１６（ａ）に示す従来のアンテナ装置１００の動作利得と対比すると、高域部において若干動作利得は向上していることが分かる。

また、図８（ｂ）はＶＨＦ帯のハイバンドである１７０ＭＨｚ〜２３０ＭＨｚの周波数範囲におけるループアンテナ３の動作利得を示すグラフである。図８（ｂ）を参照すると、約２３０ＭＨｚにおいて約−７．３ｄＢのピーク値が得られており、２２２ＭＨｚにおいて約−８．１ｄＢの動作利得が得られている。また、１７０ＭＨｚ〜２１９ＭＨｚの周波数範囲においては、−９ｄＢ前後の動作利得が確保されている。図１６（ｂ）に示すアンテナ装置１００の動作利得と対比すると、全帯域において約３ｄＢ〜５ｄＢ動作利得が向上しており、全帯域においてほぼ−９ｄＢ以上の動作利得が確保されていることが分かる。これは、反射板１０に切欠部１０ｃを形成したことにより、ＶＨＦ帯のハイバンドの動作利得が向上したものと考えられる。
さらに、図８（ｃ）はＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの周波数範囲における反射板付平面アンテナ２の動作利得を示すグラフである。図８（ｃ）を参照すると、約５３０ＭＨｚにおいて約６．２ｄＢのピーク値が得られており、７１０ＭＨｚにおいて約４．４ｄＢの最小値が得られている。動作利得は、４７０ＭＨｚから徐々に上昇して約５３０ＭＨｚにおいてピーク値となり、６５０ＭＨｚを越えると徐々に減少して７１０ＭＨｚにおいて約４．５ｄＢの動作利得が得られている。このように、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの全周波数範囲において、ほぼ５ｄＢを越える良好な動作利得が得られている。図１６（ｃ）に示すアンテナ装置１００の動作利得と対比すると、中域を除く帯域において動作利得が若干向上していることが分かる。

次に、アンテナ装置１のｘ−ｚ面内（水平面内）の放射特性を図９（ａ）（ｂ）および図１０に示す。図９（ａ）（ｂ）および図１０において縦軸は放射のピーク値を０ｄＢとした際の電界比である。ただし、電界比の軸に付された数値は負数であるが負の記号を省略して示している。
図９（ａ）はＶＨＦ帯のローバンドである５５ＭＨｚ、８３ＭＨｚ、１０８ＭＨｚの周波数におけるループアンテナ３の放射特性を示しており、実線で示す約５５ＭＨｚの放射特性では、約５６°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３０１°〜約９４°の約１５３°とされた、ブロードな第１の放射パターンが得られている。また、約１７５°方向に約−２．５ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１５０°〜約２０３°の約５３°とされた、シャープな第２の放射パターンが得られている。
次に、長い破線で示す約８３ＭＨｚの放射特性では、約２８０°方向に約−５．８ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約２６２°〜約３１０°の約４８°とされた、第１の放射パターンと、約８０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約４２°〜約１１９°の約７７°とされた、ブロードな第２の放射パターンが得られている。また、約１８８°方向に約−１．９ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１６４°〜約２１６°の約５２°とされた、第３の放射パターンも得られている。
次に、短い破線で示す約１０８ＭＨｚの放射特性では、約３２８°方向に約−５．０ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３０９°〜約３４７°の約３８°とされた、第１の放射パターンと、約４５°方向に約−４．０ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約１３°〜約８７°の約７４°とされた、ブロードな第２の放射パターンが得られている。また、約１６２°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３７°〜約１８４°の約４７°とされた、第３の放射パターンも得られている。
図１７（ａ）に示す従来のアンテナ装置１００の放射特性と対比すると、放射パターンは若干変化しているものの、ＶＨＦ帯のローバンドではほぼ同様の放射特性が得られている。

図９（ｂ）はＶＨＦ帯のハイバンドである１７０ＭＨｚ、２０１ＭＨｚ、２３０ＭＨｚの周波数におけるループアンテナ３の放射特性を示しており、いずれの放射特性も８の字特性となっている。実線で示す約１７０ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に約−１．６ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２３°〜約５２°の約８９°とされた第１の放射パターンと、約１６７°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３６°〜約２２７°の約９１°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
次に、長い破線で示す約２０１ＭＨｚの放射特性では、約３５５°方向に約−２．１ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２６°〜約５６°の約９０°とされた第１の放射パターンと、約１８５°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１３６°〜約２２０°の約８４°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
次に、短い破線で示す約２３０ＭＨｚの放射特性では、約７°方向に約−１．６ｄＢのピーク値とされ、そこから３ｄＢ減衰した角度が約３２６°〜約３８°の約７２°とされた第１の放射パターンと、約１７５°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約１４１°〜約２１２°の約７１°とされた、ブロードな第２の放射パターンとが得られている。
図１７（ｂ）に示す従来のアンテナ装置１００の放射特性と対比すると、放射パターンは若干変化しているものの、ＶＨＦ帯のハイバンドではほぼ同様の放射特性が得られている。

図１０はＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ、５９０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚの周波数における反射板付平面アンテナ２の放射特性を示しており、いずれの放射特性も反射板１０の作用を受けて０°方向に強く放射する放射特性となっている。実線で示す約４７０ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３２１°〜約４３°の約８２°とされた放射パターンが得られている。また、約１８０°方向に−１３．５ｄＢのピーク値とされた小さな放射パターンが生じている。
次に、長い破線で示す約５９０ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３２２°〜約３７°の約７５°とされた放射パターンが得られている。また、約１８０°方向に−１７ｄＢのピーク値とされた小さな放射パターンが生じている。
次に、短い破線で示す約７１０ＭＨｚの放射特性では、約０°方向に０ｄＢのピーク値とされ、３ｄＢ減衰した角度（半値角）が約３２５°〜約４１°の約７６°とされた放射パターンが得られている。また、約１８０°方向に−２０ｄＢ以下のピーク値とされた小さな放射パターンが生じている。
図１８に示す従来のアンテナ装置１００の放射特性と対比すると、１８０°方向に最も大きいピーク値として−１３．５ｄＢを有する小さな放射パターンが生じているが、０°方向の放射パターンはほぼ同様とされている。１８０°方向に小さな放射パターンが生じているのは、反射板１０の両側に切欠部１０ｃを設けたことにより小さな放射パターンが生じたものと考えられるが、その影響は微少であり、ＵＨＦ帯ではほぼ同様の放射特性が得られている。

以上説明した本発明の実施例のアンテナ装置は、ＵＨＦ帯の受信アンテナとされる略矩形状の反射板付平面アンテナの周囲を取り巻くように、ＶＨＦ帯の受信アンテナとされる矩形状のループアンテナ３が配置されて小型化されているが、反射板の両側に切欠部を形成するようにしたことにより、ループアンテナの中央に配置されている金属製の反射板付平面アンテナから受ける悪影響を軽減することができ、ＶＨＦ帯のハイバンドの動作利得を向上することができるようになる。また、反射板の両側に切欠部を形成しても、ＶＨＦ帯のローバンドおよびＵＨＦ帯の動作利得特性および放射特性は、反射板の両側に切欠部を形成しないアンテナ装置とほぼ同様の特性を得ることができる。
以上の説明においては、アンテナ装置の各部の寸法についても示したが、その寸法や寸法範囲は一例でありその寸法に限るものではなく所定の範囲内の寸法としても十分アンテナ装置として動作する。ただし、電気的特性は若干劣化するようになる。本発明においては、反射板１０の両側に切欠部１０ｃを設ける構成を最も主要な特徴としているのであり、各部の寸法を主要な特徴としているものではない。

１ アンテナ装置、２ 反射板付平面アンテナ、３ ループアンテナ、３ａ 第２給電部、３ｂ 屈曲部、１０ 反射板、１０ａ 平面部、１０ｂ 折曲部、１０ｃ 切欠部、１１ａ 第１放射素子、１１ｂ 第２放射素子、１１ｃ 給電点、１１ｄ 給電点、１１ｅ Ｔ字状溝、１１ｆ Ｔ字状溝、１２ａ 第１無給電素子、１２ｂ 第２無給電素子、１２ｃ 切欠、１２ｄ 切欠、１３ 第１給電部、１３ａ 第１給電ケーブル、１３ｂ 第２給電ケーブル、１３ｄ 給電ケーブル、１００ アンテナ装置、１０２ 反射板付平面アンテナ、１０２ 平面アンテナ、１０３ ループアンテナ、１０３ａ 第２給電部、１１０ 反射板、１１０ａ 平面部、１１０ｂ 折曲部、１１１ａ 第１放射素子、１１１ｂ 第２放射素子、１１１ｅ，１１１ｆ Ｔ字状溝、１１２ａ 第１無給電素子、１１２ｂ 第２無給電素子、１１３ 第１給電部

Claims (2)

1. 略矩形状とされたＵＨＦ帯で動作する反射板付平面アンテナと、該反射板付平面アンテナを囲むように配置されたＶＨＦ帯で動作する略矩形状のループアンテナとからなるアンテナ装置であって、
   前記反射板付平面アンテナは、
   同形状とされた平板状の第１放射素子および平板状の第２放射素子と、
   該第１放射素子と該第２放射素子との間であって、該第１放射素子と該第２放射素子とが含まれる面上に配置されると共に、該第１放射素子に近接して配置された平板状の第１無給電素子と、該第２放射素子に近接して配置された前記第１無給電素子と同形状の第２無給電素子と、
   前記第１放射素子と前記第２放射素子および前記第１無給電素子と前記第２無給電素子に所定間隔離隔して対面する平面部と、該平面部の両側部が前記第１放射素子および前記第２放射素子側に屈曲されている折曲部とからなり、断面コ字状とされていると共に、前記平面部および前記折曲部の両側に切欠部が形成されている反射板とを備えており、
   前記ループアンテナは、導電性のワイヤーを矩形状に折曲して構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記切欠部が形成されている前記平面部の幅が、元の前記平面部の幅の約６割の幅とされていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。

Images