JP2023114011A - インピーダンス整合装置及びアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のアンテナが接続可能であって、広帯域で性能が良好なインピーダンス整合装置を提供する。【解決手段】インピーダンス整合装置１は、複数のアンテナＡＮＴ１Ａ、ＡＮＴ１Ｂそれぞれに接続可能な複数の第１接続端Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂと、信号伝送線に接続可能な第２接続端Ｅ２と、複数の第１接続端Ｅ１Ａ、Ｅ１Ｂそれぞれと共通接続点ＣＣ１との間に設けられる複数の第１伝送線路Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂと、共通接続点ＣＣ１と第２接続端Ｅ２との間に設けられる第２伝送線路Ｌ２と、を備える。複数の第１伝送線路Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂの線路長と、第２伝送線路Ｌ２の線路長とは等しい。【選択図】図１３
Description
本発明は、複数のアンテナが接続可能なインピーダンス整合装置及び当該インピーダンス整合装置を備えるアンテナ装置に関する。
従来、複数のアンテナを備えるアンテナ装置が種々開発されている（例えば特許文献１参照）。複数のアンテナを備えるアンテナ装置は、電波を送信する送信アンテナ装置である場合には分配装置として機能するインピーダンス整合装置を備える。また、複数のアンテナを備えるアンテナ装置は、電波を受信する受信アンテナ装置である場合には合成装置として機能するインピーダンス整合装置を備える。また、複数のアンテナを備えるアンテナ装置は、電波を送受信する送受信アンテナ装置である場合には分配合成装置として機能するインピーダンス整合装置を備える。
複数のアンテナを備えるアンテナ装置では、たとえアンテナ自体の性能が同じであっても、インピーダンス整合装置の構成が異なれば、アンテナ装置全体の性能が大きく変わる。
図１は、後述する図３に示す第一の従来例に係るインピーダンス整合装置の一部であり、その信号伝送装置の概略構成を模式的に示す図である。図２は、図１に示す信号伝送装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
図１に示す信号伝送装置は、アンテナに接続可能な第１端Ｅ１１と、第２端Ｐ１と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの第１伝送線路Ｌ１１と、を備える。第１伝送線路Ｌ１１は、第１端Ｅ１１と、第２端Ｐ１との間に設けられる。例えば放送受信用アンテナのインピーダンスは一般的に７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。伝送線路の長さが波長の四分の一でその特性インピーダンスがＺ（Ω）の場合にその両端のインピーダンスをＺ１及びＺ２とするとＺ２＝Ｚ１×Ｚ２の関係があるので第１伝送線路Ｌ１１のインピーダンスは１０６Ωである。
図３は、第一の従来例に係るインピーダンス整合装置の概略構成を模式的に示す図である。図４は、図３に示すインピーダンス整合装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
図３に示すインピーダンス整合装置は、２つのアンテナそれぞれに接続可能な２つの第１端Ｅ１１Ａ及びＥ１１Ｂと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ１２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの２つの第１伝送線路Ｌ１１Ａ及びＬ１１Ｂと、を備える。第１伝送線路Ｌ１１Ａは、第１端Ｅ１１Ａと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１１Ｂは、第１端Ｅ１１Ｂと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。２つのアンテナそれぞれのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。２つの第１伝送線路Ｌ１１Ａ及びＬ１１Ｂそれぞれの特性インピーダンスは１０６Ωである。
図３に示すインピーダンス整合装置は、図１に示す信号伝送装置を用いることにより中心周波数で２倍の１５０Ωのインピーダンスに変換を行い、２つの第１伝送線路Ｌ１１Ａ及びＬ１１Ｂを並列合成して二分の一の７５Ωになりインピーダンス整合を行う。
図３に示す第一の従来例に係るインピーダンス整合装置は、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数では効率良くインピーダンス整合できる。
しかしながら、図３に示す第一の従来例に係るインピーダンス整合装置は、テレビ放送帯のような広帯域では帯域両端付近での整合性が悪く、広帯域性に劣るという欠点を有している。
図５は、第二の従来例に係るインピーダンス整合装置の概略構成を模式的に示す図である。図６は、図５に示すインピーダンス整合装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
図５に第二の従来例を示す。このインピーダンス整合装置は、２つのアンテナそれぞれに接続可能な２つの第１端Ｅ１１Ａ及びＥ１１Ｂと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ１２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの第２伝送線路Ｌ１２と、を備える。第２伝送線路Ｌ１２は、２つの第１端Ｅ１１Ａ及びＥ１１Ｂと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。２つのアンテナそれぞれのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。第２伝送線路Ｌ１２の特性インピーダンスは５３．０３（＝√（７５／２＊７５））Ωである。
図５に示す第二の従来例に係るインピーダンス整合装置は、２つの第１端Ｅ１１Ａ及びＥ１１Ｂを共通接続することで２つのアンテナのインピーダンスを合成してインピーダンスを二分の一の３７．５Ωに下げ、更に第２伝送線路Ｌ１２によってインピーダンスを２倍の７５Ωに上げることでインピーダンス整合を行うものである。
図５に示す第二の従来例に係るインピーダンス整合装置は、図３に示す第一の従来例に係るインピーダンス整合装置と全く同じインピーダンス特性を有する。つまり、図５に示す第二の従来例に係るインピーダンス整合装置も、図３に示す第一の従来例に係るインピーダンス整合装置と同様に、広帯域性に劣るという欠点を有している。
図７は、第一の従来例に係るインピーダンス整合装置の実施例の外観断面を示す図である。図８は、第二の従来例に係るインピーダンス整合装置の実施例の外観断面を示す図である。図７及び図８に示す実施例はインピーダンス整合装置単体である。当然の事ながら、インピーダンス整合装置は、インピーダンス整合装置一体型アンテナ装置に内蔵されることもある。
一般に通信分野では、テレビ放送帯のように広帯域でアンテナを使用することは少ないので、従来例のようなインピーダンス整合装置における整合性に問題は生じないことが多い。
一方、テレビ放送帯は広帯域であり、複数のアンテナを利用してアンテナ利得を上げる場合にインピーダンス整合装置の広帯域性が必要になる。
アンテナの不整合は不整合損失を招き、実質のアンテナ利得（動作利得）を下げてしまうことになる。アンテナ利得はアンテナの大きさに概ね比例する。このためアンテナの不整合損失が少しでもあると、同じ動作利得を稼ぐにはアンテナサイズを大きくしなければならず不合理である。
一般に広帯域アンテナは、インピーダンス特性が安定せず周波数により様々なインピーダンスを示すことが多い。このため複数のアンテナを利用する場合、インピーダンス整合装置単体の整合性を広帯域で良好にしておくことが望ましい。
本発明は、上記の状況に鑑み、複数のアンテナが接続可能であって、広帯域で整合性が良好なインピーダンス整合装置及び複数のアンテナを備え、広帯域で動作利得が良好なアンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明に係るインピーダンス整合装置は、複数のアンテナそれぞれに接続可能な複数の第１接続端と、信号伝送線に接続可能な第２接続端と、前記複数の第１接続端それぞれと共通接続点との間に設けられる複数の第１伝送線路と、前記共通接続点と前記第２接続端との間に設けられる第２伝送線路と、を備える。前記複数の第１伝送線路の線路長と、前記第２伝送線路の線路長とが例えば（電気的）波長の約四分の１で等しい。
また、前記複数のアンテナそれぞれ及び前記信号伝送線の基準インピーダンスがＺｏであり、前記複数のアンテナの数量がＮである場合に、前記複数の第１伝送線路それぞれの特性インピーダンスＺｎと前記第２伝送線路の特性インピーダンスＺｎが下記の式を満たすようにしてもよい。
Ｚｎ＝Ｚｏ＊４√Ｎ
Ｚｐ=Ｚｎ／√Ｎ
Ｚｎ＝Ｚｏ＊４√Ｎ
Ｚｐ=Ｚｎ／√Ｎ
また、前記第１伝送線路と、前記第２伝送線路とが同一種類の部材であるようにしてもよい。
本発明に係るインピーダンス整合装置は、上記いずれかの構成のインピーダンス整合装置と、前記複数のアンテナと、を備える。
本発明によれば、複数のアンテナが接続可能であって、広帯域で整合性が良好なインピーダンス整合装置及び複数のアンテナを備え、広帯域で動作利得が良好なアンテナ装置を実現することができる。
図９は、本発明の例（アンテナ数２）である図１３の一部であり信号伝送装置の概略構成を模式的に示す図である。図１０は、図９に示す信号伝送装置のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
図９に示す信号伝送装置は、アンテナに接続可能な第１端Ｅ１と、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの第１伝送線路Ｌ１と、を備える。第１伝送線路Ｌ１は、第１端Ｅ１と、第２端Ｅ２との間に設けられる。例えばアンテナのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。このときの第１伝送線路Ｌ１の特性インピーダンスは条件式より８９．１９Ωである。（アンテナ数２の場合）
図１０に示すインピーダンス特性は、第１端Ｅ１と反対側から第１伝送線路Ｌ１のインピーダンスを見たものであり、図２に示すインピーダンス特性と比較してインピーダンス変換比率（変位）が小さくインピーダンスの周波数による広がりも小さい。
図１１は、図１３の本発明に係るインピーダンス整合装置の右側半部の概略構成を模式的に示す図である。図１２は、図１１に示す共通接続点ＣＣ１から複数アンテナ側を見たインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
図１１に示すインピーダンス変換部は、２つのアンテナそれぞれに接続可能な２つの第１端Ｅ１Ａ及びＥ１Ｂと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの２つの第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂと、を備える。第１伝送線路Ｌ１Ａは、第１端Ｅ１Ａと、第２端Ｅ２との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１Ｂは、第１端Ｅ１Ｂと、第２端Ｅ２との間に設けられる。２つのアンテナそれぞれのインピーダンスは例えば７５Ωである。２つの第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂそれぞれの特性インピーダンスは前式より８９．１９（＝７５＊√（√２））Ωである。
図１１に示すインピーダンス変換部は、四分の一波長の８９．１９Ω伝送線路により図１０に示す高いインピーダンスにインピーダンス変換を行い、２つの第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂを並列合成して図１２（図１４の点線Ａ－Ｂ）に示す二分の一の低インピーダンスにインピーダンス変換を行う。そして、図１３の第２伝送線路Ｌ２によりインピーダンスを上げて、図１４のＡ”、Ｂ”の状態に整合を行う。このときの第２伝送路Ｌ２の特性インピーダンスは６３．０７（＝８９．１９／√２）Ωである。
図１３は、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１の概略構成を模式的に示す図である。図１４は、インピーダンス整合装置１のインピーダンス特性を示すスミスチャートである。
本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置１１は、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１と、２つのアンテナＡＮＴ１Ａ及びＡＮＴ１Ｂと、を備える。
本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１は、２つのアンテナＡＮＴ１Ａ及びＡＮＴ１Ｂそれぞれに接続可能な２つの第１端Ｅ１Ａ及びＥ１Ｂと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの２つの第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂと、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの第２伝送線路Ｌ２と、を備える。第１伝送線路Ｌ１Ａは、第１端Ｅ１Ａと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１Ｂは、第１端Ｅ１Ｂと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第２伝送線路Ｌ２は、共通接続点ＣＣ１と、第２端Ｅ２との間に設けられる。２つのアンテナＡＮＴ１Ａ及びＡＮＴ１Ｂそれぞれのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。２つの第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂそれぞれのインピーダンスは８９．１９Ωである。第２伝送線路Ｌ２のインピーダンスは前述式より６３．０７Ωである。本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置１１は、地上デジタルテレビ放送の電波を処理するアンテナ装置である。したがって、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置１１によって処理される電波の周波数帯域は４７０ＭＨｚ～７１０ＭＨｚとなり、中心周波数ｆｃが５９０ＭＨｚとなる。その結果、第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂ、第２伝送線路Ｌ２を板金などで誘電体を用いない伝送線路で構成した場合には、第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂの線路長、第２伝送線路Ｌ２の線路長はそれぞれ１２７ｍｍ（＝５９０ＭＨｚのλ／４）となる。一方、第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂ、第２伝送線路Ｌ２をプリント基板などに配置されるストリップラインとグランド板で構成し、ストリップラインとグランド板の間に誘電体がある場合には、第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂの線路長、第２伝送線路Ｌ２の線路長はそれぞれ５９０ＭＨｚのλ／４に波長短縮率（１／√εｓ：εｓは誘電体の比誘電率）を掛けた長さとなる。
図１４の点線Ａ－Ｂは、図１２の実線Ａ－Ｂのインピーダンスであり図１４中のＡ点は、２つの第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂの合成後高域端すなわち共通接続点ＣＣ１における高域端のインピーダンスである。そして、第２伝送線路Ｌ２によってＡ点のインピーダンスは、Ａ”点に到達する。
図１４中のＢ点は、２つの第１伝送線路Ｌ１Ａ及びＬ１Ｂの合成後低域端すなわち共通接続点ＣＣ１における低域端のインピーダンスである。そして、第２伝送線路Ｌ２によってＢ点のインピーダンスは、Ｂ”点に到達する。
ここで重要となるのは、高い周波数ほど回転角が大きくなるため、共通接続点ＣＣ１で一度広がったインピーダンスが、第２伝送線路Ｌ２によって収束傾向になることである。この特徴により、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１は、図３及び図５に示す第一，二の従来例に係るインピーダンス整合装置よりも広帯域性が増すことになる。つまり、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１は、広帯域で整合性が良好になる。
図１５は、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１のインピーダンス特性と図３及び図５に示す第一，二の従来例に係るインピーダンス整合装置のインピーダンスの比較特性を示すスミスチャートである。図１５中のインピーダンス特性ＩＭＰ１はアンテナ装置１のインピーダンス特性を示しており、図１５中のインピーダンス特性ＩＭＰ１１は図３及び図５に示す第一，二の従来例に係るインピーダンス整合装置のインピーダンス特性を示している。これより従来例に比較して本発明のインピーダンス特性の広がりが大変小さくなっていることが分る。
図１６は、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１の第２端子Ｔ２でのリターンロスと図３及び図５に示す第一，二の従来例に係るインピーダンス整合装置の第２端子Ｔ１２でのリターンロスを示す図である。図１６中のリターンロスＲＬ１は、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１の第２端子Ｅ２でのリターンロスを示している。図１６中のリターンロスＲＬ１１は、図３及び図５に示す第一，二の従来例に係るインピーダンス整合装置の第２端子Ｅ１２でのリターンロスを示している。
図１６から分かるように、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１の第２端子Ｔ２でのリターンロスは、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の低域端及び高域端それぞれで１０ｄＢ程度改善されている。つまり、本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置１は、図３及び図５に示す第一，二の従来例に係るインピーダンス整合装置と比較して第２端子Ｔ１２でのリターンロスが大幅に良好である。つまりＶＳＷＲが大幅に改善されたことになる。
図１７は、第三の従来例に係るインピーダンス整合装置の概略構成を模式的に示す図である。
図１７に示すインピーダンス整合装置は、３つのアンテナそれぞれに接続可能な３つの第１端Ｅ１１Ａ～Ｅ１１Ｃと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ１２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの３つの第１伝送線路Ｌ１１Ａ～Ｌ１１Ｃと、を備える。第１伝送線路Ｌ１１Ａは、第１端Ｅ１１Ａと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１１Ｂは、第１端Ｅ１１Ｂと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１１Ｃは、第１端Ｅ１１Ｃと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。３つのアンテナそれぞれのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。３つの第１伝送線路Ｌ１１Ａ～Ｌ１１Ｃそれぞれの特性インピーダンスは１２９．９（＝√（７５×３×７５））Ωである。
図１８は、本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置２の概略構成を模式的に示す図である。
本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置１２は、本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置２と、３つのアンテナＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｃと、を備える。
本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置２は、３つのアンテナＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｃそれぞれに接続可能な３つの第１端Ｅ１Ａ～Ｅ１Ｃと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの３つの第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｃと、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの第２伝送線路Ｌ２と、を備える。第１伝送線路Ｌ１Ａは、第１端Ｅ１Ａと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１Ｂは、第１端Ｅ１Ｂと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１Ｃは、第１端Ｅ１Ｂと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第２伝送線路Ｌ２は、共通接続点ＣＣ１と、第２端Ｅ２との間に設けられる。３つのアンテナＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｃそれぞれのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。３つの第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｃそれぞれの特性インピーダンスは９８．７（＝７５＊√√３）Ωである。第２伝送線路Ｌ２の特性インピーダンスは５７（＝９８．７／（√√３））Ωである。
図１９は、本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置２の第２端子Ｔ２でのリターンロスと図１７に示す第三の従来例に係るインピーダンス整合装置の第２端子Ｅ１２でのリターンロスを示す図である。図１９中のリターンロスＲＬ２は、本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置２の第２端子Ｅ２でのリターンロスを示している。図１９中のリターンロスＲＬ１２は、図１７に示す第三の従来例に係るインピーダンス整合装置の第２端子Ｅ１２でのリターンロスを示している。
図１９から分かるように、本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置２の第２端子Ｅ２でのリターンロスは、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の低域端及び高域端それぞれで１０ｄＢ程度改善されている。つまり、インピーダンス整合装置２は、図１７に示す第三の従来例に係るインピーダンス整合装置と比較して第２端子Ｅ１２でのリターンロスが大幅に良好である。
図２０は、第四の従来例に係るインピーダンス整合装置の概略構成を模式的に示す図である。
図２０に示す第四の従来例に係るインピーダンス整合装置は、４つのアンテナそれぞれに接続可能な４つの第１端Ｅ１１Ａ～Ｅ１１Ｄと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ１２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの４つの第１伝送線路Ｌ１１Ａ～Ｌ１１Ｄと、を備える。第１伝送線路Ｌ１１Ａは、第１端Ｅ１１Ａと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１１Ｂは、第１端Ｅ１１Ｂと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１１Ｃは、第１端Ｅ１１Ｃと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１１Ｄは、第１端Ｅ１１Ｄと、第２端Ｅ１２との間に設けられる。４つのアンテナそれぞれのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。４つの第１伝送線路Ｌ１１Ａ～Ｌ１１Ｄそれぞれの特性インピーダンスは１５０（＝√（７５×４×７５））Ωである。
図２１は、本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置３の概略構成を模式的に示す図である。
本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置１３は、本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置３と、４つのアンテナＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｄと、を備える。
本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置３は、４つのアンテナＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｄそれぞれに接続可能な４つの第１端Ｅ１Ａ～Ｅ１Ｄと、同軸ケーブル等の信号伝送線に接続可能な第２端Ｅ２と、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの４つの第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄと、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数での四分の一波長と同じ長さの第２伝送線路Ｌ２と、を備える。第１伝送線路Ｌ１Ａは、第１端Ｅ１Ａと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１Ｂは、第１端Ｅ１Ｂと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１Ｃは、第１端Ｅ１Ｂと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第１伝送線路Ｌ１Ｄは、第１端Ｅ１Ｂと、共通接続点ＣＣ１との間に設けられる。第２伝送線路Ｌ２は、共通接続点ＣＣ１と、第２端Ｅ２との間に設けられる。４つのアンテナＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｄそれぞれのインピーダンスは７５Ωであり、信号伝送線のインピーダンスは７５Ωである。４つの第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄそれぞれの特性インピーダンスは１０６．０７（＝７５×√√４）Ωである。第２伝送線路Ｌ２の特性インピーダンスは５３．０３（＝１０６．７／√４）Ωである。
図２２は、本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置３の第２端子Ｅ２でのリターンロスと図２０に示す第四の従来例に係るインピーダンス整合装置の第２端子Ｔ１２でのリターンロスを示す図である。図２２中のリターンロスＲＬ３は、本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置３の第２端子Ｅ２でのリターンロスを示している。図２２中のリターンロスＲＬ１３は、図２０に示す第四の従来例に係るインピーダンス整合装置の第２端子Ｅ１２でのリターンロスを示している。
図２２から分かるように、本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置３の第２端子Ｅ２でのリターンロスは、地上デジタルテレビ放送の周波数帯域の低域端及び高域端それぞれで１０ｄＢ程度改善されている。つまり、本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置３は、図２０に示す第四の従来例に係るインピーダンス整合装置と比較して第２端子Ｅ１２でのリターンロスが大幅に良好である。
上述した本発明に係るインピーダンス整合装置１～３では、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数で完全整合できる条件で第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄのインピーダンス及び第２伝送線路Ｌ２のインピーダンスが設定されている。
伝送される信号の周波数帯域の中心周波数で完全整合できる条件は、次のように求めることができる。
第１伝送線路のインピーダンスをＺｎとし、第２伝送線路のインピーダンスをＺｐとし、複数のアンテナそれぞれ及び信号伝送線の基準インピーダンスをＺｏとする。また並列にした複数アンテナの数量をＮ個とする。
アンテナに接続された第１伝送線路のアンテナと反対側から見た（昇圧した）インピーダンスをＺｕｐとする。
第１伝送線路の長さを波長の四分の一（電気長）とすると、ＺｕｐとＺｎとＺｏとの間には下記式（１）の関係が成立する。
Ｚｎ２＝Ｚｕｐ＊Ｚｏ …（１）
Ｚｎ２＝Ｚｕｐ＊Ｚｏ …（１）
上記式（１）を変形すると、下記式（２）となる。
Ｚｕｐ＝Ｚｎ２／Ｚｏ …（２）
Ｚｕｐ＝Ｚｎ２／Ｚｏ …（２）
また、共通接続点の合成インピーダンスＺｇは、Ｎ個の並列接続のため下記式（３）で表される。
Ｚｇ＝Ｚｕｐ／Ｎ …（３）
Ｚｇ＝Ｚｕｐ／Ｎ …（３）
上記式（２）及び上記式（３）により、下記式（４）が導出される。
Ｚｇ＝Ｚｎ２／（Ｚｏ＊Ｎ） …（４）
Ｚｇ＝Ｚｎ２／（Ｚｏ＊Ｎ） …（４）
一方、信号伝送線と第２伝送線路との合成点の合成インピーダンスＺｇの間には、第２伝送線路の長さを波長の四分の一（電気長）とすると、下記式（５）の関係が成立する。
Ｚｐ２＝Ｚｏ＊Ｚｇ＝Ｚｎ２／Ｎ …（５）
Ｚｐ２＝Ｚｏ＊Ｚｇ＝Ｚｎ２／Ｎ …（５）
従って、伝送される信号の周波数帯域の中心周波数において第２端ら見たインピーダンスが完全整合するためには、下記式（６）の関係が成立すればよい。
Ｚｐ＝Ｚｎ／√Ｎ …（６）
Ｚｐ＝Ｚｎ／√Ｎ …（６）
しかしながら、リターンロスに換算できるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を広帯域で下げるためには、上記式（６）の関係だけで不十分であり、最適なＺｎを選定する必要がある。
リターンロスに換算できるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を極力広帯域化するには、第１伝送線路のインピーダンス変換率及び第２伝送線路のインピーダンス変換率を極力下げることが最も良いと考えられる。すなわち、第１伝送線路ではインピーダンスをＺｏより高くする。そして、第１伝送線路の並列合成で合成インピーダンスはZoより低くなるため、第２伝送線路で再度インピーダンスを高くしている。
各ステップでのインピーダンス変換率を同じにすることで、第１伝送線路のインピーダンス変換率及び第２伝送線路のインピーダンス変換率を最も小さくすることができる。従って、下記式（７）の関係が成立すると、第１伝送線路のインピーダンス変換率及び第２伝送線路のインピーダンス変換率が最も小さくなる。
Ｚｕｐ／Ｚｏ＝Ｚｏ／Ｚｇ …（７）
Ｚｕｐ／Ｚｏ＝Ｚｏ／Ｚｇ …（７）
上記式（７）の変形により、下記式（８）が導出される。
Ｚｕｐ＊Ｚｇ＝Ｚｏ２ …（８）
Ｚｕｐ＊Ｚｇ＝Ｚｏ２ …（８）
上記式（３）及び上記式（８）により、下記式（９）が導出される。
Ｚｕｐ２＝Ｎ＊Ｚｏ２ …（９）
Ｚｕｐ２＝Ｎ＊Ｚｏ２ …（９）
上記式（１）及び上記式（９）により、下記式（１０）が導出される。
Ｚｎ＝Ｚｏ＊４√Ｎ …（１０）
上記式（１０）の関係を満たすことにより、リターンロスに換算できるＶＳＷＲ（電圧定在波比）を広帯域で下げることができる。
以上まとめると、上記式（６）及び上記式（１０）の関係を満たすことが望ましい。
上述した第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄ及び第２伝送線路Ｌ２は、例えば板金によって構成されてもよく、また例えばプリント基板に設けられる導体配線によって構成されてもよい。材料調達、製造工程等の簡単化を図る観点から、上述した第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄ及び第２伝送線路Ｌ２は同一種類の部材であることが望ましい。上述した第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄ及び第２伝送線路Ｌ２は、例えばグランド板に対してストリップラインを対面に配置して構成することもでき、また例えばグランド板に対してストリップラインを垂直に配置して構成することもできる。特にグランド板に対してストリップラインを垂直に配置すると、同じ幅でも伝送線路のインピーダンスを高くすることができるため、ハイインピーダンスの伝送線路が必要な場合に機構設計上有利になる。また、垂直配置型は、対面配置型に比べて、グランド板からストリップラインまでの高さを低くすることができるため放射損も低くできる。
上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本明細書に開示されている発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
また、本発明に係るアンテナ装置の各パラメータは、設計値に対して誤差を有してもよい。つまり、例えば上述した第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄの線路長と、上述した第２伝送線路Ｌ２の線路長とが等しくなるように設計した場合でも、第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄの線路長と、第２伝送線路Ｌ２の線路長とが完全に一致していなくてもよい。換言すると、例えば第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄの線路長と、第２伝送線路Ｌ２の線路長とが等しくなるように設計した場合には、第１伝送線路Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄの線路長と、第２伝送線路Ｌ２の線路長とが略一致していればよい。
１ 本発明の第１実施形態に係るインピーダンス整合装置
２ 本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置
３ 本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置
１１ 本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置
１２ 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置
１３ 本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置
ＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｄ アンテナ
ＣＣ１ 共通接続点
Ｅ１、Ｅ１Ａ～Ｅ１Ｄ、Ｅ１１、Ｅ１１Ａ～Ｅ１１Ｄ 第１端
Ｅ２、Ｅ１２、Ｐ１ 第２端
ＩＭＰ１、ＩＭＰ１１ インピーダンス特性
Ｌ１、Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄ、Ｌ１１、Ｌ１１Ａ～Ｌ１１Ｄ 第１伝送線路
Ｌ２、Ｌ１２ 第２伝送線路
ＲＬ１～ＲＬ３、ＲＬ１１～ＲＬ１３ リターンロス
２ 本発明の第２実施形態に係るインピーダンス整合装置
３ 本発明の第３実施形態に係るインピーダンス整合装置
１１ 本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置
１２ 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置
１３ 本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置
ＡＮＴ１Ａ～ＡＮＴ１Ｄ アンテナ
ＣＣ１ 共通接続点
Ｅ１、Ｅ１Ａ～Ｅ１Ｄ、Ｅ１１、Ｅ１１Ａ～Ｅ１１Ｄ 第１端
Ｅ２、Ｅ１２、Ｐ１ 第２端
ＩＭＰ１、ＩＭＰ１１ インピーダンス特性
Ｌ１、Ｌ１Ａ～Ｌ１Ｄ、Ｌ１１、Ｌ１１Ａ～Ｌ１１Ｄ 第１伝送線路
Ｌ２、Ｌ１２ 第２伝送線路
ＲＬ１～ＲＬ３、ＲＬ１１～ＲＬ１３ リターンロス
Claims (4)
- 複数のアンテナそれぞれに接続可能な複数の第１接続端と、
信号伝送線に接続可能な第２接続端と、
前記複数の第１接続端それぞれと共通接続点との間に設けられる複数の第１伝送線路と、
前記共通接続点と前記第２接続端との間に設けられる第２伝送線路と、
を備え、
前記複数の第１伝送線路の線路長と、前記第２伝送線路の線路長とが等しい、インピーダンス整合装置。 - 前記複数のアンテナそれぞれ及び前記信号伝送線の基準インピーダンスがＺｏであり、前記複数のアンテナの数量がＮである場合に、前記複数の第１伝送線路それぞれのインピーダンスＺｎと前記第２伝送線路のインピーダンスＺｐが下記の式を満たす、請求項１に記載のインピーダンス整合装置。
Ｚｎ＝Ｚｏ＊４√Ｎ
Ｚｐ=Ｚｎ／√Ｎ - 前記第１伝送線路と、前記第２伝送線路とが同一種類の部材である、請求項１又は請求項２に記載のインピーダンス整合装置。
- 請求項１～３のいずれか一項に記載のインピーダンス整合装置と、
前記複数のアンテナと、
を備える、アンテナ装置。
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| JPH06104614A (ja) * | 1992-09-22 | 1994-04-15 | Nec Corp | 高周波電力合成分配回路 |
-
2022
- 2022-02-04 JP JP2022016048A patent/JP7293420B1/ja active Active
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| JPS62236201A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-16 | Matsushita Electric Works Ltd | 平面アンテナ |
| JPH06104614A (ja) * | 1992-09-22 | 1994-04-15 | Nec Corp | 高周波電力合成分配回路 |
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