JP4361855B2 - 可変指向性アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、可変指向性アンテナに関し、特に３つのダイポールアンテナを使用したものに関する。

可変指向性アンテナの例が特許文献１、２に開示されている。

特許文献１、２では、八木形アンテナの放射器として使用するダイポールアンテナの長さ方向に直交する方向（前後方向）に沿って前記ダイポールアンテナの両側に、即ちダイポールアンテナの前後方向それぞれに所定の間隔をあけて、導波器として作用する無給電素子が設けられている。これら無給電素子の先端部に、全長で反射器として作用するようにした補助素子が絶縁して設けられている。補助素子と導波器の先端部との接続部を制御素子によって断続することによって、２つの無給電素子が設けられている２つの方向のうち選択された方向に指向性の方向が切り換わる。

特許第２６１４７８９号 特開２００４−１２８５５７号

特許文献１、２に開示されている可変指向性アンテナでは、指向性を可変するためには、合計４つもある制御素子を断続制御する必要がある。制御素子は、無給電素子と補助素子との間にある空間に実際に設置する必要がある。もし、制御素子を、例えば上記空間以外の位置に配置した場合、無給電素子の先端と制御素子との間、制御素子と補助素子との間、それぞれを伝送線路で接続する必要がある。無給電素子と制御素子との間の伝送線路が無給電素子と共に新たな無給電素子を構成し、共振周波数が変化し、導波器として機能しなくなる。同様に、補助素子と制御素子との間の伝送線路が補助素子と共に新たな補助素子を構成し、新たな補助素子を構成するので、新たな補助素子と新たな無給電素子との全長が長くなり、反射器として機能しなくなる。

このように制御素子は、無給電素子と補助素子との間にある空間に実際に設置する必要があるので、制御素子を断続するための制御線を上記空間まで配線する必要があり、その構成が複雑になる。

本発明は、構成が簡単な可変指向性アンテナを提供することを目的とする。

本発明の一態様の可変指向性アンテナは、第１乃至第３のダイポールアンテナを有している。ダイポールアンテナとの用語は、通常のダイポールアンテナ（２つの給電点からそれぞれ所定の長さの伝送線路がほぼ同一直線上を反対側に伸び、先端が開放されたアンテナ）の他に、折り返しダイポールアンテナ、ループ型ダイポールアンテナ、扇型ダイポールアンテナ、コニカルダイポールアンテナ等の種々のダイポールアンテナの総称として使用している。第１のダイポールアンテナは、基準線、例えば所望の電波の到来方向に、ほぼ直交して配置されている。第２のダイポールアンテナは、前記基準線にほぼ直交して配置され、かつ第１のダイポールアンテナと前記基準線の方向に沿って中心受信信号の約１／４波長の間隔を隔てて配置されている。第３のダイポールアンテナは、前記基準線にほぼ直交して配置され、第１のダイポールアンテナと前記基準線の方向に沿って前記約１／４波長の間隔を隔てて、第２のダイポールアンテナと反対側に配置されている。概略的に言えば、第１のダイポールアンテナの前後方向に１／４波長の間隔を隔てて第２及び第３のダイポールアンテナが配置されている。第１の遅延手段が前記第２のダイポールアンテナの給電点に入力側を接続し、前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に出力側が配置され、前記第２ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する。第２の遅延手段が前記第３のダイポールアンテナの給電点に入力側を接続し、前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に出力側が配置され、前記第３ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する。第１及び第２の遅延手段としては、例えば移相器を使用することができる。前記第２及び第３ダイポールアンテナの給電点の近傍に配置された切換手段が、第１ダイポールアンテナの受信信号と第１及び第２の遅延手段の出力信号を第１乃至第３の状態のいずれか選択された状態で合成する。第１の状態では、前記第２ダイポールアンテナの給電点を前記第１遅延手段の入力側にそのまま接続し、前記第３ダイポールアンテナの給電点を前記第２遅延手段の入力側に逆相で接続する。第２の状態では、前記第２ダイポールアンテナの給電点を前記第１遅延手段の入力側に逆相で接続し、前記第３ダイポールアンテナの給電点を前記第２遅延手段の入力側にそのまま接続する。また、切換手段は、第３の状態も有し、第１乃至第３の状態のうち選択されたものに切り換えられるものとすることができる。第３の状態では、前記第２ダイポールアンテナの給電点を前記第１遅延手段の入力側にそのまま接続し、前記第３ダイポールアンテナの給電点を前記第２遅延手段の入力側にそのまま接続する。切換手段としては、機械的切換スイッチを使用したり、半導体スイッチを使用したりすることができる。

本発明の他の太陽の可変指向性アンテナは、上記態様と同様に第１乃至第３のダイポールアンテナを有している。第１の遅延手段は、前記第２のダイポールアンテナの給電点に入力側が接続され、前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に出力側が配置され、前記第２ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する。第２の遅延手段は、前記第３のダイポールアンテナの給電点に入力側が接続され、前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に出力側が配置され、前記第３ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する。前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に配置された切換手段が第１及び第２の状態のうち選択される他ものに切り換える。第１の状態では、前記第１遅延手段の出力をそのままで、第２の遅延手段の出力を逆相で、第１ダイポールアンテナの出力をそのままで合成する。第２の状態では、前記第１遅延手段の出力を逆相で、第２遅延手段及び第１ダイポールアンテナの出力をそのままで合成する。このように構成した場合、切換手段に例えば制御信号によって第１及び第２の状態のいずれかに切り換える構成を採用した場合でも、制御信号を１箇所のみに供給すればよいので、更に構成が簡略化される。また、給電点がある第１の受信アンテナの中央部に切換手段が設けられているので、高周波障害が少ない。

第１乃至第３のダイポールアンテナは、前記中心受信信号の周波数を含む受信周波数帯のほぼ下限周波数の約１／２波長の長さを有するものとすることができる。このように構成すると、広帯域で高利得の可変指向性アンテナが得られる。

第１及び第２の遅延手段は、伝送線路によって構成することができる。このように構成すると、第２及び第３のダイポールアンテナの受信信号の第１のダイポールアンテナまでへの伝送と遅延とを同時に行うことができ、さらに構成を簡略化することができる。

以上のように、本発明によれば、構成が簡単な可変指向性アンテナを得ることができる。また、ダイポールアンテナの長さ及び間隔を適切に設定することによって広帯域化も可能である。

本発明の１実施形態を説明する前に、図１を参照して、その基本原理を説明する。図１（ａ）に第１及び第２のダイポールアンテナ２、４からなる指向性アンテナを示す。第１及び第２のダイポールアンテナ２、４は、共に全長が受信しようとする電波の波長λの１／２の長さであり、中央に給電点２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂを有している。第１及び第２のダイポールアンテナ２、４は、互いに平行にかつλ／４の間隔を隔てて配置されている。第１及び第２のダイポールアンテナ２、４の両端の位置はそれぞれ一致している。第２のダイポールアンテナ４の給電点４ａ、４ｂは、それぞれ遅延手段、例えばλ／４の長さを有する例えば金属板や導体のような伝送線路６ａ、６ｂを介して第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに接続されている。

この指向性アンテナの指向性パターンの概略図を図１（ｂ）に示す。即ち、図１（ａ）において、第２のダイポールアンテナ４から第１のダイポールアンテナ２にこれらにほぼ直交して向かう第１の方向、例えば矢印Ａで示す前側からの方向に大きな受信レベルを示し、第１の方向と反対の第２の方向、例えば矢印Ｂで示す後側からの方向に小さな受信レベルを示し、全体として、第１の方向（前側）に指向性を示す。

例えば矢印Ａで示す前側から電波が到来し、第１及び第２のダイポールアンテナ２、４で受信されると、図１（ｃ）の（Ｉ）に示すように第２のダイポールアンテナ４に受信信号が生じ、図１（ｃ）の（ＩＩＩ）に示すように第１のダイポールアンテナ２に受信信号が生じる。両者の間隔λ／４に起因して、第１のダイポールアンテナ２の受信信号は、第２のダイポールアンテナ４の受信信号よりもλ／４だけ遅延している。第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、λ／４の長さを有する伝送線路６ａ、６ｂによって第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに伝送される間に、λ／４だけ遅延され、図１（ｃ）の（ＩＩ）に示すように第１のダイポールアンテナ２の受信信号と同相となっている。第１のダイポールアンテナ２の受信信号と、伝送線路６ａ、６ｂを介して伝送された第２のダイポールアンテナ４の受信信号とが合成されるので、即ち同相合成されるので、図１（ＩＶ）に示すように大きな受信レベルとなる。

一方、矢印Ｂで示す後側から電波が到来し、第１及び第２のダイポールアンテナ２、４で受信されると、図１（ｄ）の（Ｉ）に示すように第２のダイポールアンテナ４に受信信号が生じ、図１（ｄ）の（ＩＩＩ）に示すように第１のダイポールアンテナ２に受信信号が生じる。両者の間隔λ／４に起因して、第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、第１のダイポールアンテナ２の受信信号よりλ／４だけ遅延している。第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、λ／４の長さを有する伝送線路６ａ、６ｂによって第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに伝送される間に、λ／４だけ遅延され、図１（ｄ）の（ＩＩ）に示すように第１のダイポールアンテナ２の受信信号と逆相となる。ダイポールアンテナ２の受信信号と、伝送線路６ａ、６ｂを介して伝送された第２のダイポールアンテナ４の受信信号とが合成されるので、即ち逆相合成されるので、図１（ＩＶ）に示すように殆ど受信レベルが生じない。

次に、図２（ａ）に示すように第１のダイポールアンテナ２の後側に、第３のダイポールアンテナ８を、第１のダイポールアンテナ２と平行に、かつそれぞれの両端の位置が一致し、さらにλ／４の間隔を隔てて配置し、第３のダイポールアンテナ８の受信信号をλ／４の長さの伝送線路１０ａ、１０ｂを介して、第１のダイポールアンテナの給電点２ａ、２ｂに、逆相となるように供給する場合を考える。具体的には、第３のダイポールアンテナ８の給電点８ａを伝送線路１０ｂを介して第１のダイポールアンテナ２の給電点２ｂに接続し、第３のダイポールアンテナ８の給電点８ｂを伝送線路１０ｂを介して第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａに接続する場合を考える。この場合でも、第１及び第３のダイポールアンテナ２、８の全長はλ／２である。

この場合でも、図１の場合と同様に、この指向性アンテナの指向性パターンは図２（ｂ）に示すように、矢印Ａで示す前側に大きな受信レベルを示し、矢印Ｂで示す後側に小さな受信レベルを示し、全体として、前側に指向性を示す。

例えば矢印Ａで示す前側から電波が到来し、第１及び第３のダイポールアンテナ２、８で受信されると、図２（ｃ）の（Ｉ）に示すように第１のダイポールアンテナ２に受信信号が生じ、図２（ｃ）の（ＩＩ）に示すように第３のダイポールアンテナ８に受信信号が生じる。両者の間隔λ／４に起因して、第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、第１のダイポールアンテナ２の受信信号よりもλ／４だけ遅延している。第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、λ／４の長さを有する伝送線路１０ａ、１０ｂによって第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに伝送されて、λ／４だけ遅延され、さらに位相が反転されるので、図２（ｃ）の（ＩＩＩ）に示すように第１のダイポールアンテナ２の受信信号と同相となる。ダイポールアンテナ２の受信信号に対して、伝送線路１０ａ、１０ｂを介して伝送された第３のダイポールアンテナ８の受信信号が反転されて合成されるので、即ち同相合成されるので、図２（ＩＶ）に示すように大きな受信レベルとなる。

一方、矢印Ｂで示す後側からの電波が第１及び第３のダイポールアンテナ２、８で受信されると、図２（ｄ）の（Ｉ）に示すように第１のダイポールアンテナ２に受信信号が生じ、図２（ｄ）の（ＩＩ）に示すように第３のダイポールアンテナ８に受信信号が生じる。両者の間隔λ／４に起因して、第１のダイポールアンテナ２の受信信号は、第３のダイポールアンテナ８の受信信号よりλ／４だけ遅延している。第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、λ／４の長さを有する伝送線路１０ａ、１０ｂによって第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに伝送される間に、λ／４だけ遅延され、即ち第１のダイポールアンテナの受信信号と同相とされた上、図２（ｄ）の（ＩＩＩ）に示すように反転されて、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに供給されている。第１のダイポールアンテナ２の受信信号と、伝送線路１０ａ、１０ｂを介して伝送された第３のダイポールアンテナ８の受信信号とが合成されるので、即ち逆相合成されるので、図２（ＩＶ）に示すように殆ど受信レベルが生じない。

従って、図３（ａ）に示すように第１のダイポールアンテナ２の前側にλ／４の間隔をおいて第２のダイポールアンテナ４をそれらの両端が揃うように平行に配置し、第１のダイポールアンテナ２の後側に第３のダイポールアンテナ８をλ／４の間隔をおいてそれぞれの両端が揃うように平行に配置し、第２のダイポールアンテナ４の受信信号をλ／４の長さの伝送線路６ａ、６ｂを介して第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに供給し、第３のダイポールアンテナ８の受信信号をλ／４の長さの伝送線路１０ａ、１０ｂを介して遅延させた信号を反転させて、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに供給すると、同図（ｂ）に示すように前側に指向性を持たせることができる。

また、図１乃至図３の説明から類推できるので詳細な説明は省略するが、図４（ａ）に示すように第２のダイポールアンテナ４の受信信号を伝送線路６ａ、６ｂによって遅延させ、その遅延信号を反転させて、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに供給し、第３のダイポールアンテナ８の受信信号をλ／４の長さの伝送線路１０ａ、１０ｂを介して第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂにそのまま供給すると、同図（ｂ）に示すように後側に指向性を持たせることができる。

さらに、図５（ａ）に示すように第２及び第３のダイポールアンテナ４、８の受信信号を伝送線路６ａ、６ｂ、１０ａ、１０ｂを介してそのまま第１ダイポールアンテナ２の受信信号と合成すると、同図（ｂ）に示すように前後両方向に指向性を示す。

即ち、前側方向から電波が到来する場合、第１乃至第３のダイポールアンテナ２、４、８にはそれぞれ受信信号が生じる。このとき、第１のダイポールアンテナの受信信号は、同図（ｃ）の（ＩＩＩ）に示すように、同図（ｃ）の（Ｉ）に示す第２のダイポールアンテナの受信信号よりもλ／４だけ位相が遅れている。また、第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、同図（ｃ）の（ＩＶ）に示すように、第１のダイポールアンテナ２の受信信号よりもλ／４だけ位相が遅れている。そして、第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、伝送線路６ａ、６ｂによって伝送され、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに到達したときには同図（ｃ）の（ＩＩ）に示すようにλ／４だけ更に遅延され、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と同相になっている。また、第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、伝送線路１０ａ、１０ｂによって伝送され、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに到達したときには同図（ｃ）の（Ｖ）に示すようにλ／４だけ更に遅延され、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と逆相になっている。これらが合成されるので、前側に対しては第１のダイポールアンテナ２で受信したのと同じ指向性を示す。

後側から電波が到来する場合、第１乃至第３のダイポールアンテナ２、４、８にはそれぞれ受信信号が生じる。このとき、第１のダイポールアンテナ２の受信信号は、同図（ｄ）の（ＩＩＩ）に示すように、同図（ｄ）の（ＩＶ）に示す第３のダイポールアンテナ８の受信信号よりもλ／４だけ位相が遅れている。また、第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、同図（ｄ）の（Ｉ）に示すように、第１のダイポールアンテナ２の受信信号よりもλ／４だけ位相が遅れている。そして、第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、伝送線路１０ａ、１０ｂによって伝送され、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに到達したときには同図（ｄ）の（Ｖ）に示すようにλ／４だけ更に遅延され、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と同相になっている。また、第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、伝送線路６ａ、６ｂによって伝送され、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂに到達したときには同図（ｄ）の（ＩＩ）に示すようにλ／４だけ更に遅延され、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と逆相になっている。これらが合成されるので、後側に対しては第１のダイポールアンテナ２で受信したのと同じ指向性を示す。

従って、伝送線路６ａ、６ｂ、１０ａ、１０ｂの第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂへの接続関係を変更することによって、前側に指向性を持たせたり、後側に指向性を持たせたり、或いは前後両側に指向性を持たせたりすることができる。

そのため、本願発明の第１実施形態の可変指向性アンテナは、図６に示すように構成されている。この可変指向性アンテナは、広帯域用のもので、例えば約４７０ＭＨｚ乃至約７７０ＭＨｚであるＵＨＦ帯テレビジョン放送周波数帯を使用周波数帯とする。

この可変指向性アンテナは、図５に示したように配置された第１乃至第３のダイポールアンテナ２、４、８を有している。但し、第１乃至第３のダイポールアンテナ２、４、８の全長は、上記使用周波数帯の下限周波数（４７０ＭＨｚ）の波長λ（Ｌ）の１／２の長さにほぼ等しい長さ、例えば３２０ｍｍに選択されている。また、第１及び第２のダイポールアンテナ２、４の間隔と、第１及び第３のダイポールアンテナ２、８の間隔は、上記使用周波数帯の中心周波数（６２０ＭＨｚ）の波長λ（Ｍ）の１／４の長さにほぼ等しい長さ、例えば１２０ｍｍに選択されている。上記のように長さ及び間隔を設定しているのは、広帯域化を計るためで、この点については後述する。

また、上述したように伝送線路６ａ、６ｂ、１０ａ、１０ｂがそれぞれ設けられている。これら伝送線路６ａ、６ｂ、１０ａ、１０ｂと第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂの接続を切り換えるために、切換手段、例えば切換スイッチ１４、１６、１８、２０が設けられている。これら切換スイッチ１４、１６、１８、２０は、例えば機械的切換スイッチである。

切換スイッチ１４は、接触子１４ａ、接点１４ｂ、１４ｃを有している。接触子１４ａは、接点１４ｂ、１４ｃのうち選択されたものに接触する。接触子１４ａは、伝送線路６ａの第２のダイポールアンテナ４側の端部に接続されている。接点１４ｂは、第２のダイポールアンテナ４の給電点４ａに接続されている。接点１４ｃは、第２のダイポールアンテナ４の給電点４ｂに接続されている。

切換スイッチ１６も、接触子１６ａ、接点１６ｂ、１６ｃを有している。接触子１６ａは、接点１６ｂ、１６ｃのうち選択されたものに接触する。接触子１６ａは、伝送線路６ｂの第２のダイポールアンテナ４側の端部に接続されている。接点１６ｂは、第２のダイポールアンテナ４の給電点４ｂに接続されている。接点１６ｃは、第２のダイポールアンテナ４の給電点４ａに接続されている。切換スイッチ１６の接触子１６ａは、切換スイッチ１４の接触子１４ａと連動するように構成され、例えば接触子１４ａが接点１４ｂに接触しているとき、接触子１６ａは接点１６ｂに接触する。同様に、接触子１４ａが接点１４ｃに接触しているとき、接触子１６ａは接点１６ｃに接触する。

従って、切換スイッチ１４、１６の接触子１４ａ、１６ａが接点１４ｂ、１６ｂに接触している状態では、第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、伝送線路６ａ、６ｂで遅延されたそのままの位相で第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。一方、切換スイッチ１４、１６の接触子１４ａ、１６ａが接点１４ｃ、１６ｃに接触している状態では、第２のダイポールアンテナ４の受信信号は、逆相で伝送線路６ａ、６ｂに供給され、その逆相の受信信号が遅延されて、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。

切換スイッチ１８も、接触子１８ａ、接点１８ｂ、１８ｃを有している。接触子１８ａは、接点１８ｂ、１８ｃのうち選択されたものに接触する。接触子１８ａは、伝送線路１０ａの第３のダイポールアンテナ８側の端部に接続されている。接点１８ｂは、第３のダイポールアンテナ８の給電点８ａに接続されている。接点１８ｃは、第２のダイポールアンテナ８の給電点８ｂに接続されている。

切換スイッチ２０も、接触子２０ａ、接点２０ｂ、２０ｃを有している。接触子２０ａは、接点２０ｂ、２０ｃのうち選択されたものに接触する。接触子２０ａは、伝送線路１０ｂの第３のダイポールアンテナ８側の端部に接続されている。接点２０ｂは、第３のダイポールアンテナ８の給電点８ｂに接続されている。接点２０ｃは、第３のダイポールアンテナ８の給電点８ａに接続されている。切換スイッチ２０の接触子２０ａは、切換スイッチ１８の接触子１８ａと連動するように構成され、例えば接触子１８ａが接点１８ｂに接触しているとき、接触子２０ａは接点２０ｂに接触する。同様に、接触子１８ａが接点１８ｃに接触しているとき、接触子２０ａは接点２０ｃに接触する。

従って、切換スイッチ１８、２０の接触子１８ａ、２０ａが接点１８ｂ、２０ｂに接触している状態では、第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、伝送線路１０ａ、１０ｂで遅延されたそのままの位相で第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。一方、切換スイッチ１８、２０の接触子１８ａ、２０ａが接点１８ｃ、２０ｃに接触している状態では、第３のダイポールアンテナ８の受信信号は、その位相が反転されて伝送線路１０ａ、１０ｂに供給され、その反転された受信信号が遅延されて、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。

切換スイッチ１４、１６の接触子１４ａ、１６ａが接点１４ｂ、１６ｂに接触し、切換スイッチ１８、２０の接触子１８ａ、２０ａが接点１８ｃ、２０ｃに接触する第１の状態と、切換スイッチ１４、１６の接触子１４ａ、１６ａが接点１４ｃ、１６ｃに接触し、切換スイッチ１８、２０の接触子１８ａ、２０ａが接点１８ｂ、２０ｂに接触している第２の状態と、切換スイッチ１４、１６の接触子１４ａ、１６ａが接点１４ｂ、１６ｂに接触し、切換スイッチ１８、２０の接触子１８ａ、２０ａが接点１８ｂ、２０ｂに接触する第３の状態とのうち、いずれか所望のものに、切換スイッチ１４、１６、１８、２０を切り換えることができる。

第１の状態では、第２のダイポールアンテナ４の受信信号が伝送線路６ａ、６ｂによってλ（Ｍ）／４遅延されて、そのまま第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成され、かつ第３のダイポールアンテナ８の受信信号の位相が反転された後、伝送線路１０ａ、１０ｂでλ（Ｍ）／４遅延され、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成されるので、上述したように前側（第２ダイポールアンテナ４側から第１ダイポールアンテナ２に向かう方向）の受信レベルが大きくなる指向性を、この可変指向性アンテナが示す。

第２の状態では、第２のダイポールアンテナ４の受信信号の位相が反転され、さらに伝送線路６ａ、６ｂによってλ（Ｍ）／４遅延され、第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成され、かつ第３のダイポールアンテナ８の受信信号が伝送線路１０ａ、１０ｂでλ（Ｍ）／４遅延され、そのまま第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。従って、上述したように後側（第３ダイポールアンテナ８側から第１のダイポールアンテナ２へ向かう方向）の受信レベルが大きくなる指向性を、この可変指向性アンテナが示す。

第３の状態では、第２のダイポールアンテナ４の受信信号が伝送線路６ａ、６ｂによってλ（Ｍ）／４遅延されて、そのまま第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成され、かつ第３のダイポールアンテナ８の受信信号が伝送線路１０ａ、１０ｂでλ（Ｍ）／４遅延され、そのまま第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。従って、上述したように前後両方向の受信レベルが大きくなる指向性を、この可変指向性アンテナが示す。

第２の実施形態の可変指向性アンテナを図７に示す。この可変指向性アンテナは、第１の実施の形態の可変指向性アンテナと切換手段の構成が異なる以外、同一の構成である。同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

この可変指向性アンテナでは、切換手段としての切換スイッチは、切換スイッチ２２、２４の２台のみが使用されている。しかも、これら切換スイッチ２２、２４は、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂの近傍にそれぞれ配置されている。

切換スイッチ２２は、接触子２２ａ、接点２２ｂ、２２ｃを有している。接触子２２ａは、接点２２ｂまたは接点２２ｃのいずれか選択された方に接触する。接触子２２ａは、伝送線路６ａの第１のダイポールアンテナ２側の端部に接続され、かつ伝送線路１０ｂの第１のダイポールアンテナ２側の端部に接続されている。接点２２ｂは、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａに接続されている。接点２２ｃは、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ｂに接続されている。

切換スイッチ２４も、接触子２４ａ、接点２４ｂ、２４ｃを有している。接触子２４ａは、接点２４ｂまたは接点２４ｃのいずれか選択された方に接触する。接触子２４ａは、伝送線路６ｂの第１のダイポールアンテナ２側の端部に接続され、かつ伝送線路１０ａの第１のダイポールアンテナ２側の端部に接続されている。接点２４ｂは、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ｂに接続されている。接点２４ｃは、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａに接続されている。

切換スイッチ２２、２４は、連動するように構成され、切換スイッチ２２の接触子２２ａが接点２２ｂに接触しているとき、切換スイッチ２４の接触子２４ａが接点２４ｂに接触し、第１の状態となる。また、切換スイッチ２２の接触子２２ａが接点２２ｃに接触しているとき、切換スイッチ２４の接触子２４ａが接点２４ｃに接触する第２の状態となる。

第１の状態では、第２のダイポールアンテナ４の受信信号が伝送線路６ａ、６ｂによって遅延され、その遅延された状態そのままで第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成され、かつ第３のダイポールアンテナ８の受信信号が伝送線路１０ａ、１０ｂに逆相で供給され、かつ遅延されて第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。従って、この可変指向性アンテナは、前側に指向性を持つ。

第２の状態では、第２のダイポールアンテナ４の受信信号が伝送線路６ａ、６ｂで遅延された後に、逆相にされて第１のダイポールアンテナの受信信号と合成され、かつ第３のダイポールアンテナ８の受信信号が伝送線路８ａ、８ｂで遅延され、そのまま第１のダイポールアンテナ２の受信信号と合成される。従って、この可変指向性アンテナは、後側に指向性を持つ。

この実施形態では、切換スイッチ２２、２４は、第１乃至第３のダイポールアンテナ２、４、８のうち真ん中に設置されている第１のダイポールアンテナ２の中央にある給電点２ａ、２ｂの近傍に設けられているので、高周波の障害が少ない。

なお、上記の２つの実施の形態では、切換スイッチ１４、１６、１８、２０、２２、２４は機械的切換スイッチとしたが、例えばＰＩＮダイオードのような半導体スイッチング素子を用いた電子切換スイッチとすることもできる。この電子切換スイッチとした場合、第１の実施の形態では、第１の状態、第２の状態及び第３の状態のいずれか１つに、第２の実施の形態では、第１または第２の状態に、切り換えるための制御信号を適切な制御部から電子切換スイッチに供給する。制御部を例えばこの可変指向性アンテナの出力信号が供給される受信機に設け、制御信号を受信機から、受信機とこの可変指向性アンテナを接続する伝送線路を介して供給することもできる。その場合、例えば可変指向性アンテナの前側から到来する電波を受信するように受信機を同調させるのに同期して、この可変指向性アンテナの指向性が前側を向くように制御部が制御信号を発生し、この可変指向性アンテナの後側から到来する電波を受信するように受信機を同調させるのに同期して、可変指向性アンテナの指向性が後側を向くように制御信号を発生するように構成すればよい。これに加えて、第１の実施の形態では、前側及び後側いずれから電波が到来するかわからない電波を受信するように受信機を同調させるのに同期して、この可変指向性アンテナの指向性が前後双方を向くように制御信号を発生するように構成する。

次に、第１及び第２の実施形態のように第１乃至第３のダイポールアンテナ２、４、８の長さ及び間隔を設定することによって、広帯域化が図れる点について説明する。図８は、図１（ａ）に示す指向性アンテナを、第１及び第２の実施形態の第１及び第２のダイポールアンテナ２、４と同じ長さ、同じ間隔で構成した場合の周波数対利得特性を示している。この場合、７１０ＭＨｚで約４ｄＢと最大利得となり、使用周波数帯の比較的高域において高い利得を示している。

図９は、図２（ａ）に示す指向性アンテナを、第１及び第２の実施形態の第１及び第２のダイポールアンテナ２、４と同じ長さ、同じ間隔で構成した場合の周波数対利得特性を示している。この場合、約５２５ＭＨｚで約３．８ｄＢと最大利得となり、使用周波数帯の比較的低域において高い利得を示している。

第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナは、図１（ａ）、図２（ａ）に示す指向性アンテナを組み合わせたものに相当するもので、図１０に示す周波数対利得特性から明らかなように使用周波数帯において最低でも２ｄＢ、最大で約４ｄＢで、その変化の幅が約２ｄＢと比較的変化の少ない周波数対利得特性を示しており、広帯域化が図れている。

図１１は、第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナにおける周波数対前後比及び半値幅特性を示したもので、前後比は最低でも５．９ｄＢ、最大で約９．５ｄＢあり、その変化範囲は３．６ｄＢと、前後比は使用周波数が変化しても余り大きな変化を示さない。また半値幅も最大で約７２度、最低で約５７度で、その変化範囲は約１５度と、使用周波数が変化しても余り大きな変化を示さない。

図１２は、第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナの４７０ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図、図１３は、同可変指向性アンテナの５８１ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図、図１４は、同可変指向性アンテナの６８９ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図、図１５は、同可変指向性アンテナの８０６ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図である。図１２の場合、前後比は６．７ｄＢ、半値幅は７３度、図１３の場合、前後比は９．４ｄＢ、半値幅は６３度、図１４の場合、前後比は８．１ｄＢ、半値幅は５７度、図１５の場合、前後比は５．９ｄＢ、半値幅は５８度である。

これらの図から明らかなように使用周波数帯において充分に実用となる指向性パターンをこの可変指向性アンテナは示している。

図１６は、上述した特許文献１、２に対応するように反射器と放射器との間隔と、放射器と反射器との間隔をそれぞれ１／４波長に揃えた使用周波数帯をＵＨＦ帯テレビジョン放送帯域とした３素子八木形アンテナの周波数対利得特性である。放射器、反射器には全長が約２６０ｍｍのものを、導波器には全長が約１３０ｍｍのものを使用し、上記間隔は１２０ｍｍとした。この場合、４７０ＭＨｚから５４５ＭＨｚの低域、７２５ＭＨｚから８０６ＭＨｚの高域において利得が低下しており、広帯域化には不向きである。上記の使用周波数帯では、放射器と反射器との間隔を、低い周波数の０．２３波長程度、放射器と導波器との間隔を高い周波数の０．１３波長程度と、放射器と反射器との間隔、放射器と導波器との間隔を異ならせることによって、広帯域化を図っていた。そのため、特許文献１、２に示すような反射器と放射器との間隔、放射器と導波器との間隔を同一にする必要のある八木形アンテナでは、広帯域化は困難であった。これに対し、第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナでは、第１及び第２のダイポールアンテナ２、４の間隔、第１及び第３のダイポールアンテナ２、８の間隔を同一の間隔としても、広帯域が図れている。

上記の両実施形態では、通常のダイポールアンテナを、第１乃至第３のダイポールアンテナとして使用したが、これに限ったものではなく、例えば折り返しダイポールアンテナ等も第１乃至第３のダイポールアンテナとして使用することができる。図６の第１の実施形態では、切換スイッチ１４、１６を第２のダイポールアンテナ４の給電点４ａ、４ｂの近傍に、切換スイッチ１８、２０を第３のダイポールアンテナ８の給電点８ａ、８ｂの近傍に配置したが、第１のダイポールアンテナ２の給電点２ａ、２ｂの近傍に切換スイッチ１４、１６、１８、２０を配置することもできる。上記の両実施形態では、通常のダイポールアンテナを使用したが、これ以外に公知の種々のダイポールアンテナ、例えばループ型ダイポールアンテナ、扇型ダイポールアンテナ、コニカルダイポールアンテナ等も使用できる。

本発明の可変指向性アンテナにおける１本のダイポールアンテナの前方に他のダイポールアンテナを配置することによって前側に指向性を向ける原理の説明図である。 本発明の可変指向性アンテナにおける１本のダイポールアンテナの後方に別のダイポールアンテナを配置することによって前側に指向性を向ける原理の説明図である。 本発明の可変指向性アンテナにおける１本のダイポールアンテナの前後にそれぞれダイポールアンテナを配置することによって前側に指向性を向ける原理の説明図である。 本発明の可変指向性アンテナにおける１本のダイポールアンテナの前後にそれぞれダイポールアンテナを配置することによって後側に指向性を向ける原理の説明図である。 本発明の可変指向性アンテナにおける１本のダイポールアンテナの前後にそれぞれダイポールアンテナを配置することによって前後それぞれに指向性を向ける原理の説明図である。 本発明の第１の実施形態の可変指向性アンテナの概略平面図である。 本発明の第２の実施形態の可変指向性アンテナの概略平面図である。 図１の指向性アンテナを、第１及び第２の実施形態の第１及び第２のダイポールアンテナ２、４と同じ長さ、同じ間隔で構成した場合の周波数対利得特性図である。 図２に示す指向性アンテナを、第１及び第２の実施形態の第１及び第２のダイポールアンテナ２、４と同じ長さ、同じ間隔で構成した場合の周波数対利得特性図である。 第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナの周波数対利得特性図である。 第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナにおける周波数対前後比及び半値幅特性図である。 第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナの４７０ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図である。 第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナの５８１ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図である。 第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナの６８９ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図である。 第１及び第２の実施形態の可変指向性アンテナの８０６ＭＨｚにおける前側に指向性を向けた場合の指向性パターン図である。 反射器と放射器との間隔と、放射器と反射器との間隔をそれぞれ１／４波長に揃えた３素子八木形アンテナの周波数対利得特性図である。

符号の説明

２ 第１のダイポールアンテナ
４ 第２のダイポールアンテナ
６ａ ６ｂ 伝送線路（第１の遅延手段）
８ 第３のダイポールアンテナ
１０ａ １０ｂ 伝送線路（第２の遅延手段）
１４ １６ １８ ２０ ２２ ２４ 切換スイッチ（切換手段）

Claims (5)

1. 基準線にほぼ直交して配置された第１のダイポールアンテナと、
   前記基準線にほぼ直交して配置され、前記第１のダイポールアンテナと前記基準線の方向に沿って中心受信信号の約１／４波長の間隔を隔てて配置された第２のダイポールアンテナと、
   前記第１のダイポールアンテナの給電点に出力側が接続され、前記第２ダイポールアンテナの給電点の近傍に入力側が配置され、前記第２ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する第１の遅延手段と、
   前記第１のダイポールアンテナの給電点に出力側が接続され、前記第３ダイポールアンテナの給電点の近傍に入力側が配置され、前記第３ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する第２の遅延手段と、
   前記第２及び第３ダイポールアンテナの給電点の近傍に配置され、前記第２ダイポールアンテナの給電点を前記第１遅延手段の入力側にそのまま接続し、前記第３ダイポールアンテナの給電点を前記第２遅延手段の入力側に逆相で接続する第１の状態と、前記第２ダイポールアンテナの給電点を前記第１遅延手段の入力側に逆相で接続し、前記第３ダイポールアンテナの給電点を前記第２遅延手段の入力側にそのまま接続する第２の状態とのうち、いずれか選択されたものに切り換えられる切換手段とを、
   具備する可変指向性アンテナ。
2. 請求項１記載の可変指向性アンテナにおいて、前記切換手段は、前記第２ダイポールアンテナの給電点を前記第１遅延手段の入力側にそのまま接続し、前記第３ダイポールアンテナの給電点を前記第２遅延手段の入力側にそのまま接続する第３の状態も有し、第１乃至第３の状態のうち選択されたものに切り換えられる可変指向性アンテナ。
3. 基準線にほぼ直交して配置された第１のダイポールアンテナと、
   前記基準線にほぼ直交して配置され、前記第１のダイポールアンテナと前記基準線の方向に沿って中心受信信号の約１／４波長の間隔を隔てて配置された第２のダイポールアンテナと、
   前記第２のダイポールアンテナの給電点に入力側が接続され、前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に出力側が配置され、前記第２ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する第１の遅延手段と、
   前記第３のダイポールアンテナの給電点に入力側が接続され、前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に出力側が配置され、前記第３ダイポールアンテナの前記中心受信信号をほぼ前記１/４波長遅延させて、出力する第２の遅延手段と、
   前記第１ダイポールアンテナの給電点の近傍に配置され、前記第１遅延手段の出力をそのままで、第２の遅延手段の出力を逆相で、第１ダイポールアンテナの出力をそのままで合成する第１の状態と、前記第１遅延手段の出力を逆相で、第２遅延手段及び第１ダイポールアンテナの出力をそのままで合成する第２の状態とのうち、選択されたものに切り換える切換手段とを、
   具備する可変指向性アンテナ。
4. 請求項１乃至３いずれか記載の可変指向性アンテナにおいて、第１乃至第３のダイポールアンテナは、前記中心受信信号の周波数を含む受信周波数帯のほぼ下限周波数の約１／２波長の長さを有する可変指向性アンテナ。
5. 請求項１乃至４いずれか記載の可変指向性アンテナにおいて、第１及び第２の遅延手段は、伝送線路によって構成されている可変指向性アンテナ。

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