JP4502790B2 - 放射器および放射器を備えるアンテナ - Google Patents

Description

この発明は放射器および放射器を備えるアンテナに関し、特に、従来の放射器よりも小型化された放射器、および、そのような放射器を備えるアンテナに関する。

一般的なアンテナは電波を送信したり受信したりするための装置である放射器を備える。たとえばテレビ放送信号の受信に一般的に用いられている八木アンテナの場合、アンテナは導波器、放射器、および反射器から構成される。

従来、アンテナに関する様々な技術が開示されている。たとえば特開昭４９−４０６５１号公報（特許文献１）には、導電性塗料を塗布してアンテナ形状の導電パターンを形成するための孔が設けられることにより、コニカルアンテナや八木アンテナなど各種のアンテナを簡単、かつ大量に作成するための治具が開示されている。

アンテナの種類は極めて多く、動作原理や特性、形状に応じて様々な名称がつけられている。そのようなアンテナの１つに「ファン形（扇形）ダイポールアンテナ」と称されるアンテナがある。ファン形ダイポールアンテナは動作可能な周波数範囲が広く、かつ、小型であるという特徴を有する。

ファン形ダイポールアンテナは、基本的には、等しい長さの円柱導体棒を扇状に並べた構造である。なお、ファン形ダイポールアンテナの変形には、複数の円柱導体棒に代えて扇形の金属板あるいは台形の金属板を含むものがある。

図２５は、ファン形ダイポールアンテナに用いられる放射器の一例を示す図である。

図２５を参照して、放射器１０３は板状の導電体であるダイポール素子１１０，１１２を備える。ダイポール素子１１０，１１２はＹ軸に対称に設けられ、給電点１１４，１１６において給電線（たとえばフィーダーや同軸ケーブルなど）にそれぞれ接続される。なお、ダイポール素子１１０，１１２のそれぞれの形状は台形であり、給電点から遠ざかるにつれてＹ軸方向の幅が広がるように形成される。

放射器１０３のＸ軸方向のサイズは２１０ｍｍであり、Ｙ軸方向のサイズは７６ｍｍである。一般的に、アンテナが受信できる電波の周波数範囲は放射器の長さや幅に依存する。放射器１０３はＵＨＦ（Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）テレビ放送の電波を受信するために用いられる。

図２６は、図２５の放射器１０３の特性を示すグラフである。

図２６を参照して、グラフの横軸は周波数を示し、縦軸は利得およびＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）を示す。

図２６において、周波数の範囲は４７０ＭＨｚ〜８０６ＭＨｚであるが、この範囲には日本および米国におけるＵＨＦテレビ放送の周波数範囲がともに含まれる。日本の場合、ＵＨＦテレビ放送における放送電波の周波数範囲は４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ（１３チャネル〜６２チャネル）である。特に、地上波デジタル放送の場合、周波数範囲は４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ（１３チャネル〜５２チャネル）である。また、米国におけるＵＨＦテレビ放送の場合、放送電波の周波数は４７０ＭＨｚ〜８０６ＭＨｚである。

図２６において曲線Ｇ１００は周波数に対する利得の変化を示し、曲線Ｖ１００は周波数に対するＶＳＷＲの変化を示す。利得は周波数が高いほど高くなり、７６１ＭＨｚ付近でピークに達する。一方、ＶＳＷＲは周波数が高くなるにつれて低下する。利得ができるだけ高くなり、かつ、ＶＳＷＲができるだけ低くなる周波数がアンテナの特性のピークである。図２６では７６１ＭＨｚ付近の周波数においてアンテナの特性がピークに達する。

図２７は、図２５の放射器１０３の別の特性を示すグラフである。

図２７を参照して、グラフの横軸は周波数を示し、縦軸は半値幅（図中、Ｈ．Ｐ．Ａと示す）および前後比（図中、Ｆ／Ｂと示す）を示す。半値幅とは、放射強度（放射電力）が最大値の１／２になる角度幅である。また、前後比とは基準点の方向（角度０°）の放射強度と、基準点の方向に対し１８０°±６０°の範囲の方向の放射強度との比である。なお、アンテナが電波を送信する場合の指向性と電波を受信する場合の指向性とは互いに等しくなる。

曲線Ｈ１００は周波数に対する半値幅の変化を示し、曲線Ｆ１００は周波数に対する前後比の変化を示す。曲線Ｈ１００に示されるように周波数が高くなるほど半値幅は小さくなる（ビーム幅が狭くなる）。一方、曲線Ｆ１００に示されるように前後比は周波数の変化によらず０ｄＢ付近である。
特開昭４９−４０６５１号公報

図２６では、アンテナの特性がピークに達するときの周波数が７６１ＭＨｚ付近であり、周波数範囲の中心（６５３ＭＨｚ付近）よりも大きく外れている。実用的な観点から、特性のピークを周波数範囲の中心付近に設定しようとすれば放射器１０３のＸ軸方向の長さを２１０ｍｍより長くしなければならない。

屋外に設置されるアンテナの場合、放射器が長くても設置スペースに余裕がある。これに対して室内アンテナの場合、設置スペースや設置場所などの制約がある。よって室内アンテナはできるだけ小型であることが求められる。よって、室内アンテナに用いられる放射器はできるだけ小型であることが好ましい。

放射器が小型であれば、屋外アンテナおよび室内アンテナの両方にその放射器を使用することができる。しかし従来の放射器の場合、よりよい特性を得るためには放射器を大型化しなければならず、小型化は困難であった。

この発明は上述の課題を解決するものであって、その目的は、特性を向上させつつ小型化した放射器、およびそのような放射器を備えるアンテナを提供することである。

この発明は、要約すれば放射器であって、第１の軸上に各々の給電点が設けられるとともに、各々の給電点を結ぶ線分の中点で第１の軸と直交する第２の軸に対して互いに対称な形状の第１，第２のダイポール素子を備え、第１，第２のダイポール素子の各々は、第２の軸から第１の軸に沿って中点から遠ざかるにつれて少なくとも一部が第２の軸方向に広がるように形成される。

放射器は、第１の軸の両側に、第１，第２のダイポール素子を共に挟んで設けられ、各々の一端部が第１のダイポール素子の先端部に接続されるとともに、各々の他端部が第２のダイポール素子の先端部に接続される第１、第２の導線部をさらに備え、第１、第２の導線部は、第１、第２のダイポール素子の形状に沿うように形成される。

好ましくは、第１、第２のダイポール素子の各々は、第２の軸に平行な第１の辺と、第１の辺の両端にそれぞれの一端が接続され、第２の軸の向きに広がる第２、第３の辺と、第１の軸に平行であり、かつ、第２、第３の辺のそれぞれの他端に接続される第４、第５の辺と、両端がそれぞれ第４、第５の辺にそれぞれ接続される第６の辺とを含む。

好ましくは、第１、第２のダイポール素子と第１の導線部との間隔、および、第１、第２のダイポール素子と第２の導線部との間隔は、１ｍｍ以上、かつ、１０ｍｍ以下である。

好ましくは、放射器は、第１、第２のダイポール素子および第１、第２の導線部を同一平面上に保持するための表面を有する絶縁基板をさらに備える。

好ましくは、第１、第２のダイポール素子および第１、第２の導線部は、板状に一体成型される。

好ましくは、第１、第２のダイポール素子および第１、第２の導線部は、第１の軸から遠ざかるにつれ、第１、第２の軸を含む平面から遠ざかるように形成される。

好ましくは、放射器は、直方体の空間に沿って設けられ、第１、第２のダイポール素子の各々は、給電点を含む端部が直方体の第１の面に設けられ、先端部が第１の面に垂直、かつ、互いに向かい合う第２、第３の面に設けられるか、または第１の面に平行な第４の面に設けられるように形成され、第１、第２の導線部の各々は、中央部が第１の面に設けられるとともに、各々の一端部と各々の他端部とが、第２の面と第３の面とにそれぞれ設けられるかまたは第４の面に設けられるように形成される。

好ましくは、放射器は、第２の軸上に各々の給電点が設けられるとともに、第１の軸に対して互いに対称な形状であり、第１，第２のダイポール素子に対して第１、第２の導線部のさらに外側に設けられる第３，第４のダイポール素子と、第２の軸の両側に、第３、４のダイポール素子を共に挟んで設けられ、各々の一端部が第３のダイポール素子の先端部に接続されるとともに、各々の他端部が第４のダイポール素子の先端部に接続される第３、第４の導線部とをさらに備え、第３、第４の導線部は、第１のダイポール素子と第２のダイポール素子との間を通るように設けられる。

より好ましくは、放射器は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の電波を受信する。

より好ましくは、アンテナは、上述の放射器を備える。

この発明の放射器によれば、第１，第２のダイポール素子と、第１，第２のダイポール素子の両側に設けられ、各々の一端部が第１のダイポール素子の先端部に接続されるとともに、各々の他端部が第２のダイポール素子の先端部に接続される第１、第２の導線部とを備えることにより、従来の放射器に比較して特性を向上することが可能になるとともに小型化が可能になる。

また、この発明のアンテナによれば、従来の放射器より小型、かつ、特性が優れている放射器を備えることによって、アンテナを小型化することが可能になるとともに、特性を向上させることが可能になる。

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明のアンテナの構成例を示す図である。

図１を参照して、アンテナ１はＵＨＦテレビ放送の電波を受信するアンテナである。アンテナ１は、電波を後方に導く導波器２と、導波器２から送られる電波を取り込む放射器３と、電波を放射器３に送り返す反射器４とを備える。つまりアンテナ１は八木アンテナである。放射器３には、たとえば受信した電波を受信装置（図示せず）に伝送するためのケーブル５が接続される。アンテナ１はマスト６に固定され、たとえば屋外に設置される。

図２は、図１の放射器３を示す図である。

図２を参照して、放射器３は、板状の導電体であるダイポール素子１０，１２を備える。ダイポール素子１０，１２のそれぞれの給電点１４，１６は、Ｘ軸上に設けられる。また、ダイポール素子１０，１２は給電点１４，１６を結ぶ線分の中点でＸ軸と直交するＹ軸に対して互いに対称な形状であり、少なくとも一部がＹ軸からＸ軸に沿って、中点から遠ざかるにつれてＹ軸の向きに広がる形状である。なお、図２においてダイポール素子１０，１２の各形状は台形である。

放射器３は、さらに、Ｘ軸の両側に、ダイポール素子１０、１２を共に挟んで設けられ、各々の一端部がダイポール素子１０の先端部に接続されるとともに、各々の他端部がダイポール素子１２の先端部に接続される導線部１８、２０を備える。

なお、ここで「ダイポール素子の先端部」とは、給電点から見て、最も距離が遠くなるダイポール素子の端部を示すものとする。

導線部１８、２０の各々は、ダイポール素子１０、１２の形状に沿うように形成される。このような形状の導線部１８、２０がダイポール素子１０，１２に接続されることによって、従来の放射器より広い周波数範囲で良好な特性が得られ、かつ、小型化が可能になる。

具体的に示すと放射器３のＸ軸方向の長さは１９０ｍｍであり、Ｙ軸方向の長さは７６ｍｍである。図２５の放射器１０３とＸ軸方向の長さを比較すると、放射器３のほうが２０ｍｍ短くなる。

導線部１８と導線部２０とは金属製の接続部２２によって接続される。接続部２２は放射器３の強度を増すために設けられるものであり、放射器３の強度が十分であれば接続部２２はなくてもよい。

導線部１８、２０がダイポール素子１０、１２と所定の距離を隔てて設けられた結果、ダイポール素子１０と導線部１８との間、およびダイポール素子１０と導線部２０との間にはスリット２４が設けられる。同様に、ダイポール素子１２と導線部１８との間、およびダイポール素子１２と導線部２０との間にはスリット２６が設けられる。スリット２４あるいはスリット２６の幅は２．５ｍｍである。

なお、図２においてダイポール素子１０、１２と導線部１８、２０とは板状に一体成型されている。このように放射器３を形成するには、たとえば金型を用いて板金をプレス加工すればよい。ただし、ダイポール素子１０、１２とそれぞれ同じ形状の金属板と、導線部１８、２０および接続部２２と同じ形状の金属棒とをはんだ等で接続することによって同一形状の放射器が形成されてもよい。

図３は、図１の放射器３の特性を示すグラフである。

図３を参照して、横軸は周波数範囲を示し、縦軸は利得およびＶＳＷＲを示す。周波数範囲は図２６と同様に４７０〜８０６ＭＨｚである。曲線Ｇ１は周波数に対する利得の変化を示し、曲線Ｖ１は周波数に対するＶＳＷＲの変化を示す。

図３と図２６とを比較しながら放射器３の特性について説明する。周波数に対して利得の変化が少なく、かつ、ＶＳＷＲが低いほど（ＶＳＷＲの値が２．５以下であればなおよい）アンテナの特性としては良好である。従来の放射器の場合、図２６の曲線Ｇ１００に示されるように、周波数が高くなるにつれて利得が高くなり、利得は−４ｄＢから０ｄＢの間で変化する。また、曲線Ｖ１００に示されるように、周波数が４７０ＭＨｚ付近ではＶＳＷＲが５以上の値となり、周波数が高くなるにつれてＶＳＷＲの値は小さくなる。

一方、図３では、曲線Ｇ１に示されるように、利得はほぼ０ｄＢ〜−１ｄＢの間で変化し、曲線Ｇ１００よりも周波数に対する変化が小さい。また、曲線Ｖ１に示されるように、ＶＳＷＲは周波数が高くなると上昇するが、その値の範囲は１〜３程度である。以上のように、放射器３は広い周波数範囲で利得およびＶＳＷＲの変化が少なく、従来の放射器よりも特性が優れている。

図４は、図１の放射器３の別の特性を示すグラフである。

図４を参照して、グラフの横軸は周波数を示し、縦軸は半値幅および前後比を示す。曲線Ｈ１は周波数に対する半値幅の変化を示し、曲線Ｆ１は周波数に対する前後比の変化を示す。周波数に対して前後比がほぼ０ｄＢ付近であるので、前後および上下の指向性は対称である。

また、周波数に対する半値幅の変化について図４の曲線Ｈ１と図２６の曲線Ｈ１００とを比較すると、曲線Ｈ１のほうが曲線Ｈ１００よりも変化が緩やかであるので、たとえば直交する２つの放射器を用いて９０°異なる方向の２つのビームを合成する場合、４５°方向に生じる受信電力の強度の低下を抑えることが可能になる。

図５は、実施の形態１の放射器の変形例を示す図である。

図５を参照して、放射器３Ａは絶縁基板２８をさらに備える点で図２の放射器３と相違する。放射器３Ａのその他の部分は放射器３と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。放射器３Ａでは、絶縁基板２８の表面にダイポール素子１０、１２と導線部１８、２０と接続部２２とが接着されることによって同一平面上にダイポール素子１０、１２と導線部１８、２０とが保持される。このようにすれば放射器の強度を増すことができる。

なお、放射器３Ａは、図２の放射器３の形状に成型された金属板を絶縁基板に接着するだけでなく、たとえば絶縁基板の表面に金属膜およびレジスト膜を重ね、レジスト膜にマスクパターンを形成し、金属膜をエッチングすることによって製造されてもよい。

図６は、実施の形態１の放射器の別の変形例を示す図である。

図６を参照して、放射器３Ｂはスリット２４Ｂ，２６Ｂの幅がそれぞれ５ｍｍである点において、スリット幅が２．５ｍｍである図２の放射器３と相違するが、その他の部分は放射器３と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

屋外に放射器３Ｂが設置された場合、スリット幅が広いため、雨や雪の付着を防ぐことができる。なお、スリットの幅は、１．０ｍｍから１０ｍｍの間であればよく、より好ましくは２．５ｍｍから５ｍｍの間であればよい。

図７は、図６の放射器３Ｂの特性を示すグラフである。

図７を参照して、横軸は周波数を示し、縦軸は利得およびＶＳＷＲを示す。曲線Ｇ２は周波数に対する利得の変化を示し、曲線Ｖ２は周波数に対するＶＳＷＲの変化を示す。

図７と図３とを比較しながら説明する。利得について、曲線Ｇ１と曲線Ｇ２とを比較すると周波数に対する変化はほぼ同様である。また、ＶＳＷＲについて曲線Ｖ１と曲線Ｖ２とを比較すると周波数に対する変化はほぼ同様である。つまり、放射器のスリット幅を２．５ｍｍから５ｍｍに広げても放射器の特性に大きな影響は生じない。

図８は、実施の形態１の放射器のさらに別の変形例を示す図である。

図８を参照して、放射器３Ｃは、ダイポール素子１０，１２を貫通する穴３０が設けられている点において図２の放射器３と相違するが、その他の部分については同様であるので以後の説明は繰り返さない。

たとえばデザインの点からこのような穴が放射器に設けられることがあるが、このような穴が設けられてあっても放射器の特性に大きな影響は生じない。なお、図８において穴の個数はダイポール素子１０，１２に各１つずつ設けられるよう示されるが、このように限定されるものではない。穴の個数や形状、大きさなどは必要に応じて適切に定められる。

図９は、実施の形態１の放射器のさらに別の変形例を示す図である。

図９を参照して、放射器３Ｄはダイポール素子１０，１２に代えてダイポール素子１０Ｄ，１２Ｄを備える点において図２の放射器３と相違する。その他の部分については放射器３と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

ダイポール素子１０Ｄ，１２ＤはＸ軸に非対称な形状である点で、Ｘ軸に対称な形状であるダイポール素子１０，１２と相違する。なお、放射器３Ｄの特性は放射器３の特性と同様である。よって、ダイポール素子の形状はＸ軸に非対象であってもよい。

以上のように実施の形態１によれば、給電点からみてＹ軸方向に広がる２つのダイポール素子およびダイポール素子の外周に沿って設けられ、端部が折り曲げられてダイポール素子に接続される２つの導線部を備えることによって、従来の放射器よりも小型化が可能になるとともに、広い周波数範囲で利得の変化を小さくすることが可能になる。

［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２の放射器を示す図である。

図１０を参照して、放射器３Ｅはダイポール素子１０Ｅ，１２Ｅを備える点において図２の放射器３と相違する。

ダイポール素子１０Ｅ，１２Ｅのそれぞれの形状は６角形であり、Ｘ軸に対称である。ダイポール素子１０Ｅについて代表的に説明すると、ダイポール素子１０ＥはＹ軸に平行な辺２９Ａと、辺２９Ａの両端に各々接続され、Ｙ軸の向きに広がる辺２９Ｂ，２９Ｃと、Ｘ軸に平行であり、かつ、辺２９Ｂ，２９Ｃにそれぞれ接続される辺２９Ｄ，２９Ｅと、両端がそれぞれ辺２９Ｄ，２９Ｅに接続される辺２９Ｆとを含む。

ダイポール素子１０Ｅ，１２Ｅがこのような形状を有することにより、放射器３Ｅは図２の放射器３よりもＹ軸方向の長さが短くなる。放射器３の場合、Ｙ軸方向の長さは７６ｍｍであるが放射器３Ｅにおいて、Ｙ軸方向の長さは６０ｍｍになる。なお、Ｘ軸方向の長さは、放射器３，３Ｅともに１９０ｍｍである。

なお、放射器３Ｅを備えるアンテナの構成は、図１に示されるアンテナ１の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

図１１は、図１０の放射器３Ｅの特性を示すグラフである。

図１１を参照して、横軸は周波数を示し、縦軸は利得およびＶＳＷＲを示す。曲線Ｇ３は周波数に対する利得の変化を示し、曲線Ｖ３は周波数に対するＶＳＷＲの変化を示す。

図１１と図３とを比較しながら説明する。利得について曲線Ｇ３と曲線Ｇ１とを比較すると、利得は曲線Ｇ３のほうが高い。一方、ＶＳＷＲについて曲線Ｖ３と曲線Ｖ１とを比較するとＶＳＷＲの値は曲線Ｖ３のほうが小さい。よって、放射器３Ｅは放射器３よりも小型であり、かつ、特性がより優れている。

なお、実施の形態１と同様に放射器３Ｅは、プレス加工された板金であってもよいし、絶縁基板上に金属膜を重ねて形成されてもよい。

また、ダイポール素子１０Ｅ，１２Ｅには穴が設けられてもよいし、ダイポール素子１０Ｅ，１２Ｅの形状は、Ｘ軸に非対称な形状であってもよい。

以上のように実施の形態２によれば、ダイポール素子の形状を実施の形態１よりも小型化することによって放射器全体を小型化することが可能であるとともに、実施の形態１の放射器よりも利得が高くなり、かつＶＳＷＲを低下することが可能になる。

［実施の形態３］
図１２は、実施の形態３の放射器を示す図である。

図１２を参照して、放射器３Ｆは、Ｘ軸とＹ軸とを含む平面に対し、Ｘ軸から遠ざかるにつれて平面との距離が大きくなるようにダイポール素子１０、１２が形成される点において図２の放射器３と相違する。言い換えると、放射器３Ｆは、Ｘ軸方向から見て円弧あるいはＵ字状に形成される点において図２の放射器３と相違する。放射器３Ｆのその他の部分については、放射器３と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

放射器３Ｆの場合、放射器３よりもＹ軸方向の長さを短くすることが可能になる。放射器３ＦにおけるＹ軸方向の長さは２５ｍｍであり、放射器３の場合（７６ｍｍ）と比較してＹ軸方向の長さは大幅に短くなる。

なお、アンテナの特性については図２の放射器３と同様であるので以後の説明は繰り返さない。また、放射器３Ｆを備えるアンテナの構成は、図１に示されるアンテナ１の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

放射器３Ｆは放射器３よりも室内アンテナに収納される場合に、特に有利である。室内アンテナは設置スペースの制約から小型であることが必要であり、収納される放射器も屋外で用いられる放射器より小型でなければならない。実施の形態３はこのような課題を解決することができる。

図１３は、実施の形態３の放射器の変形例を示す図である。

図１３を参照して、放射器３Ｇは、Ｘ軸方向から見てＶ字状に形成される点において図１２と相違する。その他の部分については図１２と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

以上のように実施の形態３によれば、Ｘ軸を中心に放射器が曲げられるよう形成されることによって、実施の形態１、２の放射器よりもさらに小型化を可能にする。

［実施の形態４］
図１４は、実施の形態４の放射器の斜視図である。

図１４を参照して、放射器３Ｈは、形状が直方体である絶縁体３１を備える点において図２の放射器３と相違する。放射器３Ｈは、さらに、給電点１４，１６を含むダイポール素子１０、１２のそれぞれの端部が絶縁体３１の面３２に設けられるとともに、先端部が、面３２に垂直、かつ、互いに向かい合う面３３，３４にそれぞれ設けられる点において放射器３と相違する。放射器３Ｈは、さらに、導線部１８，２０の各々の中央部が面３２に設けられるとともに、導線部１８，２０の各々の一端部と他端部とが、面３３と面３４にそれぞれ設けられる点において放射器３と相違する。放射器３Ｈのその他の部分は放射器３と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

図１４において、絶縁体３１の大きさはＸ軸方向の長さが１１０ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが４０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さが３０ｍｍである。図２に示される放射器３の場合、Ｘ軸方向の長さが１９０ｍｍであり、Ｙ軸方向の長さが７６ｍｍである。よって実施の形態４の放射器は実施の形態１の放射器よりもＸ軸方向およびＹ軸方向の長さをより短くすることが可能になる。

なお、放射器３Ｈの場合、ダイポール素子１０，１２の各々と、導線部２０の一端部と他端部とが面３３においてそれぞれ接続される。一方、ダイポール素子１０，１２の各々と、導線部１８の一端部と他端部とは面３３と反対側の面３４において接続される。面３４におけるダイポール素子１０，１２の各々の形状および導線部１８の形状は面３３におけるダイポール素子１０，１２の各々の形状および導線部２０の形状と同様である。

また、放射器３Ｈを備えるアンテナの構成は、たとえば図１に示されるアンテナ１の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。

図１５は、図１４の放射器３Ｈの特性を示すグラフである。

図１５を参照して、横軸は周波数を示し、縦軸は利得およびＶＳＷＲを示す。曲線Ｇ４は周波数に対する利得の変化を示し、曲線Ｖ４は周波数に対するＶＳＷＲの変化を示す。

図１５と図３とを比較しながら説明する。曲線Ｇ４に示されるように−２ｄＢ〜−１ｄＢ程度で変化する。図３の曲線Ｇ１と比較すると、放射器３Ｈの利得は低いが周波数に対する変化は同じ程度である。なお、曲線Ｖ４に示されるようにＶＳＷＲの値は図３の曲線Ｖ１よりも高くなる。

実施の形態３と同様に、実施の形態４の放射器は、実施の形態１の放射器よりも小型化されるため、特に室内アンテナに放射器が収納される場合において有利になる。

図１６は、実施の形態４の放射器の変形例の斜視図である。

図１６を参照して、放射器３Ｉは、絶縁体３１の面３２および面３５に沿ってダイポール素子１０および導線部１８，２０が形成される点において図２の放射器３と異なる。放射器３Ｉは、さらに、面３２と垂直な面３６に沿ってダイポール素子１２および導線部１８，２０が形成される点において図２の放射器３と異なる。

面３２および面３５において、ダイポール素子１０と導線部１８，２０との間にはスリット２４が設けられ、面３２および面３６において、ダイポール素子１２と導線部１８，２０との間にはスリット２６が設けられる。なお、面３５におけるダイポール素子１０と導線部１８，２０との形状は面３６におけるダイポール素子１２と導線部１８，２０との形状と同様である。放射器３Ｉのその他の部分については放射器３と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

なお、導線部１８，２０の各々の端部とダイポール素子１０，１２とは、絶縁体３１の底面、つまり、面３２に対して平行な面において接続される。

図１７は、図１６の絶縁体３１の底面を示す図である。

図１７を参照して、面３７において、ダイポール素子１０に導線部１８，２０の各々の一端部が接続され、ダイポール素子１２に導線部１８，２０の各々の他端部が接続される。なお、図１６の面３２、面３５、面３６と同様に、ダイポール素子１０と導線部１８との間、およびダイポール素子１０と導線部２０との間にはスリット２４が設けられる。同様に、ダイポール素子１２と導線部１８との間、およびダイポール素子１２と導線部２０との間にはスリット２６が設けられる。

図１８は、実施の形態４の放射器の別の変形例の斜視図である。

図１８を参照して、放射器３Ｊは、絶縁体３１に溝３８が形成されている点において図１６の放射器３Ｉと相違する。放射器３Ｊは、さらに溝３８の表面に沿ってダイポール素子１０，１２および導線部１８，２０が形成される点において放射器３Ｉと相違する。なお、放射器３Ｊのその他の部分については放射器３Ｉと同様であるので以後の説明は繰り返さない。

なお、放射器３Ｈ〜３Ｊの説明において、ダイポール素子１０，１２の形状は図２のダイポール素子１０，１２とそれぞれ同様であるとしたが、このような形状に限定されるものではなく、図８のダイポール素子１０Ｃ，１２Ｃ、または図９のダイポール素子１０Ｄ，１２Ｄ、あるいは図１０のダイポール素子１０Ｅ，１２Ｅの形状とそれぞれ同様であってもよい。

また、放射器は絶縁体３１に代えて直方体形状の誘電体を含んでもよい。さらに、剛性の金属板で構成された放射器が直方体の空間に沿って形成され、絶縁体あるいは誘電体が放射器に含まれなくてもよい。

以上のように、実施の形態４の放射器によれば、ダイポール素子および導線部が絶縁体の表面に沿って形成されることによって、実施の形態３よりもさらに小型化が可能になる。

［実施の形態５］
図１９は、実施の形態５の放射器を示す図である。

図１９を参照して、放射器３Ｋは、Ｙ軸上に各々の給電点１４Ｋ，１６Ｋが設けられるとともに、Ｘ軸に対して互いに対称な形状であり、ダイポール素子１０、１２に対して導線部１８、２０のさらに外側に設けられるダイポール素子１０Ｋ，１２Ｋと、Ｙ軸の両側に、ダイポール素子１０Ｋ，１２Ｋを共に挟んで設けられ、各々の一端部がダイポール素子１０Ｋの先端部に接続されるとともに、各々の他端部がダイポール素子１２Ｋの先端部に接続される導線部１８Ｋ，２０Ｋとをさらに備える点において、図２の放射器３と相違する。なお、導線部１８Ｋ，２０Ｋは、ダイポール素子１０とダイポール素子１２との間を通るように設けられる。また、ダイポール素子１０Ｋと導線部１８Ｋとの間、およびダイポール素子１０Ｋと導線部２０Ｋとの間にはスリット２４Ｋが設けられる。同様に、ダイポール素子１２Ｋと導線部１８Ｋとの間、およびダイポール素子１２Ｋと導線部２０Ｋとの間にはスリット２６Ｋが設けられる。その他の部分については放射器３と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

なお、放射器３Ｋは図２の放射器３を２つ備え、一方の放射器を他方の放射器に対し、Ｘ軸とＹ軸との交点を中心に９０°回転させ、それぞれの放射器を組み合わせた形状に等しい。よって、放射器３Ｋに備えられるこれら２つの放射器の各特性は図３あるいは図４に示される特性と同様であるので以後の説明は繰り返さない。

放射器３Ｋは、たとえば指向性を切換えることが可能な受信アンテナに含まれる。受信アンテナが八木アンテナの場合、指向性が送信アンテナの方向と一致するように家屋の屋根等に固定して設置されるので、一旦設置されてしまうと、その指向性を変更することは容易ではない。そのため、複数の送信アンテナが分散する場合、受信アンテナは指向性に応じた方向の送信アンテナから送られる放送信号のみを受信することになる。

日本において、たとえば２つの受信エリアにまたがる地域ではアンテナの指向性を切換えなければならない場合がある。また、米国では放送局ごとに送信アンテナが設置されている場合が多く、チャネルを切換えるごとにアンテナの指向性も切換える必要がある。

図２０は、図１９の放射器３Ｋを備えるアンテナシステムの構成例を示す図である。

図２０を参照して、アンテナシステム４０は、同一形状の放射器３ＫＡ，３ＫＢを備える。放射器３ＫＡ，３ＫＢのそれぞれは図１９の放射器３Ｋの一部分であり、図２の放射器３と同じ形状である。以下では説明の便宜上、放射器３Ｋを独立した２つの放射器として示す。なお、放射器３ＫＡ，３ＫＢとは各々の指向性が互いに直交するように設けられる。

アンテナシステム４０は、さらに、放射器３ＫＡに接続されるフィーダー４１Ａと、フィーダー４１Ａに接続され、インピーダンス整合を行なう整合器４１Ｂと、整合器４１Ｂに接続される同軸ケーブル４１Ｃと、放射器３ＫＡから同軸ケーブル４１Ｃに伝送された電波の出力を切換えるためのスイッチＳＷ１とを含む。

アンテナシステム４０は、さらに、放射器３ＫＢに接続されるフィーダー４２Ａと、フィーダー４２Ａに接続され、インピーダンス整合を行なう整合器４２Ｂと、整合器４２Ｂに接続される同軸ケーブル４２Ｃと、放射器３ＫＢから同軸ケーブル４２Ｃに伝送された電波の出力を切換えるためのスイッチＳＷ２とを含む。

スイッチＳＷ１は摺動子Ｃ１によって端子Ａ１と端子Ｂ１との間で出力を切換える。同様にスイッチＳＷ２は摺動子Ｃ２によって端子Ａ２と端子Ｂ２との間で出力を切換える。

アンテナシステム４０は、さらに、端子Ａ２に接続され、放射器３ＫＢで受信された電波の極性を反転あるいは非反転させて出力する極性反転器４４と、スイッチＳＷ１の端子Ｂ１の出力と極性反転器４４との出力とを合成する合成器４６と、出力をスイッチＳＷ１の端子Ａ１、合成器４６、スイッチＳＷ２の端子Ｂ２との間で切換えるスイッチＳＷ３とを備える。スイッチＳＷ３は摺動子Ｄ３によって出力を切換える。

図２１は、図２０のアンテナシステム４０による指向特性を表形式で示す図である。

図２１を参照して、４つの指向特性パターンが示される。各パターンはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の各摺動子が接触する端子、極性反転器４４が入力される電波に対し極性を反転させたか否かが示される。また、図２１には、各パターンに対応して、放射器３ＫＡの指向特性と、極性反転器４４から出力された電波またはスイッチＳＷ２の端子Ｂ２から出力される電波に応じて求められる指向特性（図中では放射器３ＫＡの指向特性と示す）および、スイッチＳＷ３から出力される電波に応じて求められる指向特性（図中では合成後の指向特性と示す）が示される。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は連動する。

パターン１の場合、スイッチＳＷ１の摺動子Ｃ１が端子Ａ１側に切換わり、スイッチＳＷ３の摺動子Ｄ３が端子Ａ３側に切換わる。スイッチＳＷ２の摺動子Ｃ２は端子Ａ２、Ｂ２のいずれであってもよい。また、端子Ａ２から放射器３ＫＢで受信した電波が出力される場合、極性反転器４４は入力される電波の極性を反転させてもよいし反転させなくてもよい。パターン１の場合、合成後の指向特性は放射器３ＫＡの指向特性そのものとなり、利得の最大方向（受信電力が最大になる方向）は０°の方向になる。

パターン２の場合、スイッチＳＷ１の摺動子Ｃ１が端子Ｂ１側に切換わり、スイッチＳＷ２の摺動子Ｃ２が端子Ａ２側に切換わり、スイッチＳＷ３の摺動子Ｄ３が端子Ｂ３側に切換わる。また、極性反転器４４は入力される電波の極性を反転させずに出力する。この場合、合成後の指向特性においては、利得の最大方向は４５°の方向になる。

パターン３の場合、スイッチＳＷ１の摺動子Ｃ１は端子Ａ１か端子Ｂ１かのいずれであってもよい。スイッチＳＷ２の摺動子Ｃ２が端子Ｂ２側に切換わり、スイッチＳＷ３の摺動子Ｄ３が端子Ｃ３側に切換わる。この場合、合成後の指向特性は放射器３ＫＢの指向特性そのものであり、利得の最大方向は９０°の方向になる。

パターン４の場合、スイッチＳＷ１の摺動子Ｃ１が端子Ｂ１側に切換わり、スイッチＳＷ２の摺動子Ｃ２が端子Ａ２側に切換わり、スイッチＳＷ３の摺動子Ｄ３が端子Ｂ３側に切換わる。また、極性反転器４４は入力される電波の極性を反転させる。合成後の指向特性において、利得の最大方向は−４５°方向になる。このようにしてアンテナの指向特性を切換えることが可能になる。

図２２は、半値幅の大小によるアンテナの指向性の違いを模式的に示す図である。

図２２を参照して、半値幅が小さい場合と大きい場合の各場合について、互いに９０°異なる指向性曲線および、これらの指向性曲線を合成した結果を示す。曲線Ｐ１は、互いに９０°異なる指向特性を示す曲線Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂを合成して得られる指向特性を示す。同様に、曲線Ｐ２は互いに９０°異なる指向特性を示す曲線Ｐ２ＡとＰ２Ｂとを合成して得られる指向特性を示す。なお曲線Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂの半値幅（ビーム幅）は曲線Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂよりも小さい。合成後の曲線Ｐ１とＰ２とについて、ともに４５°方向にくぼんだ形状となる。４５°方向のくぼみは曲線Ｐ１のほうがより大きくなる。

図２０の放射器３ＫＡ，３ＫＢのそれぞれについて、周波数に対する半値幅の変化は図４の曲線Ｈ１である。一方、放射器３ＫＡ，３ＫＢの各々を図２５の放射器１０３に置き換えた場合、周波数に対する半値幅の変化は図２７の曲線Ｈ１００である。上述のように、曲線Ｈ１のほうが周波数の変化に対する半値幅の減少が緩やかである。よって、周波数が高くなるほど放射器３ＫＡ，３ＫＢを備えるアンテナ（つまり、図１９の放射器３Ｋを備えるアンテナ）のほうが従来の放射器を組み合わせて構成されるアンテナよりも、合成後の指向特性に４５°方向の谷が生じにくくなるので、指向性可変アンテナとして使いやすい。

図２３は、実施の形態５の放射器の変形例を示す図である。

図２３を参照して、放射器３Ｌは、さらに絶縁基板２８を含む点において図１９の放射器３Ｋと相違するがその他の部分については放射器３Ｋと同様であるので以後の説明は繰り返さない。絶縁基板２８を含む理由は、屋外に設置された場合に十分な強度を確保するためである。特に、絶縁基板２８を含むことによって放射器３Ｌの中央付近の強度を高くすることが可能になる。

図２４は、実施の形態５の放射器の別の変形例を示す図である。

図２４を参照して、放射器３Ｍはダイポール素子１０，１２に代えて図１０のダイポール素子１０Ｅ，１２Ｅを含み、ダイポール素子１０Ｋ，１２Ｋに代えてダイポール素子１０Ｍ，１２Ｍを含む点において放射器３Ｋと相違する。なお、ダイポール素子１０Ｍ，１２Ｍはダイポール素子１０Ｅ，１２ＥをＸ軸とＹ軸との交点を中心に９０°回転させた形状とそれぞれ同様の形状である。ダイポール素子をこのような形状にすることにより、放射器３Ｋよりも小型化することが可能になる。

放射器３Ｍは、さらに絶縁基板２８を含む点において図１９の放射器３Ｋと相違する。絶縁基板２８を含む理由は放射器３Ｌの場合と同様に、強度を確保するためである。なお、放射器３Ｌのその他の部分については放射器３Ｍと同様であるので以後の説明は繰り返さない。

なお、実施の形態５のさらに別の変形例として、たとえば放射器３Ｋのダイポール素子１０，１２およびダイポール素子１０Ｋ，１２Ｋのそれぞれを図８のダイポール素子１０Ｃ，１２Ｃあるいは図９のダイポール素子１０Ｄ，１２Ｄと同一形状のダイポール素子に置き換えてもよい。

以上のように実施の形態５によれば、実施の形態１あるいは形態２に示される２つの放射器を互いに直交するように組み合わせた形状の放射器を構成することによって、指向性を切換えても従来のアンテナより受信特性のよりアンテナを構成することが可能になる。

今回開示された実施の形態はすべ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る。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明のアンテナの構成例を示す図である。 図１の放射器３を示す図である。 図１の放射器３の特性を示すグラフである。 図１の放射器３の別の特性を示すグラフである。 実施の形態１の放射器の変形例を示す図である。 実施の形態１の放射器の別の変形例を示す図である。 図６の放射器３Ｂの特性を示すグラフである。 実施の形態１の放射器のさらに別の変形例を示す図である。 実施の形態１の放射器のさらに別の変形例を示す図である。 実施の形態２の放射器を示す図である。 図１０の放射器３Ｅの特性を示すグラフである。 実施の形態３の放射器を示す図である。 実施の形態３の放射器の変形例を示す図である。 実施の形態４の放射器の斜視図である。 図１４の放射器３Ｈの特性を示すグラフである。 実施の形態４の放射器の変形例の斜視図である。 図１６の絶縁体３１の底面を示す図である。 実施の形態４の放射器の別の変形例の斜視図である。 実施の形態５の放射器を示す図である。 図１９の放射器３Ｋを備えるアンテナシステムの構成例を示す図である。 図２０のアンテナシステム４０による指向特性を表形式で示す図である。 半値幅の大小によるアンテナの指向性の違いを模式的に示す図である。 実施の形態５の放射器の変形例を示す図である。 実施の形態５の放射器の別の変形例を示す図である。 ファン形ダイポールアンテナに用いられる放射器の一例を示す図である。 図２５の放射器１０３の特性を示すグラフである。 図２５の放射器１０３の別の特性を示すグラフである。

符号の説明

１ アンテナ、２ 導波器、３，３Ａ〜３Ｍ，３ＫＡ，３ＫＢ，１０３ 放射器、４ 反射器、５ ケーブル、６ マスト、１０，１２，１０Ｃ，１２Ｃ，１０Ｄ，１２Ｄ，１０Ｅ，１２Ｅ，１０Ｋ，１２Ｋ，１０Ｍ，１２Ｍ，１１０，１１２ ダイポール素子、１４，１６，１４Ｋ，１６Ｋ，１１４，１１６ 給電点、１８，２０，１８Ｋ，２０Ｋ 導線部、２２ 接続部、２４，２６，２４Ｂ，２６Ｂ，２４Ｋ，２６Ｋ スリット、２８ 絶縁基板、２９Ａ〜２９Ｆ 辺、３０ 穴、３１ 絶縁体、３２〜３７ 面、３８ 溝、４０ アンテナシステム、４１Ａ，４２Ａ フィーダー、４１Ｂ，４２Ｂ 整合器、４１Ｃ，４２Ｃ 同軸ケーブル、４４ 極性反転器、４６ 合成器、Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３，Ｃ３ 端子、Ｃ１，Ｃ２，Ｄ３ 摺動子、Ｆ１，Ｆ１００，Ｇ１〜Ｇ４，Ｇ１００，Ｈ１，Ｈ１００，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ａ，Ｐ２Ｂ，Ｖ１〜Ｖ４，Ｖ１００ 曲線、ＳＷ１-ＳＷ３ スイッチ。

Claims (9)

1. 第１の軸上に各々の給電点が設けられるとともに、前記各々の給電点を結ぶ線分の中点で前記第１の軸と直交する第２の軸に対して互いに対称な形状の第１，第２のダイポール素子を備え、
   前記第１，第２のダイポール素子の各々は、前記第２の軸から前記第１の軸に沿って前記中点から遠ざかるにつれて少なくとも一部が前記第２の軸方向に広がるように形成され、
   前記第１の軸の両側に、前記第１，第２のダイポール素子を共に挟んで設けられ、各々の一端部が前記第１のダイポール素子の先端部に接続されるとともに、各々の他端部が前記第２のダイポール素子の先端部に接続される第１、第２の導線部をさらに備え、
   前記第１、第２の導線部は、前記第１、第２のダイポール素子の形状に沿うように形成され、
   前記第１、第２のダイポール素子と前記第１の導線部との間隔、および、前記第１、第２のダイポール素子と前記第２の導線部との間隔は、２．５ｍｍ以上、かつ、５ｍｍ以下である、放射器。
2. 前記第１、第２のダイポール素子の各々は、
   前記第２の軸に平行な第１の辺と、
   前記第１の辺の両端にそれぞれの一端が接続され、前記第２の軸の向きに広がる第２、第３の辺と、
   前記第１の軸に平行であり、かつ、前記第２、第３の辺のそれぞれの他端に接続される第４、第５の辺と、
   両端がそれぞれ第４、第５の辺にそれぞれ接続される第６の辺とを含む、請求項１に記載の放射器。
3. 前記第１、第２のダイポール素子および前記第１、第２の導線部を同一平面上に保持するための表面を有する絶縁基板をさらに備える、請求項１に記載の放射器。
4. 前記第１、第２のダイポール素子および前記第１、第２の導線部は、板状に一体成型される、請求項１に記載の放射器。
5. 前記第１、第２のダイポール素子および前記第１、第２の導線部は、前記第１の軸から遠ざかるにつれ、前記第１、第２の軸を含む平面から遠ざかるように形成される、請求項１に記載の放射器。
6. 前記放射器は、直方体の空間に沿って設けられ、
   前記第１、第２のダイポール素子の各々は、前記給電点を含む端部が前記直方体の第１の面に設けられ、前記先端部が前記第１の面に垂直、かつ、互いに向かい合う第２、第３の面に設けられるか、または前記第１の面に平行な第４の面に設けられるように形成され、
   前記第１、第２の導線部の各々は、中央部が前記第１の面に設けられるとともに、前記各々の一端部と前記各々の他端部とが、前記第２の面と第３の面とにそれぞれ設けられるかまたは前記第４の面に設けられるように形成される、請求項１に記載の放射器。
7. 前記放射器は、
   前記第２の軸上に各々の給電点が設けられるとともに、前記第１の軸に対して互いに対称な形状であり、前記第１，第２のダイポール素子に対して前記第１、第２の導線部のさらに外側に設けられる第３，第４のダイポール素子と、
   前記第２の軸の両側に、前記第３、４のダイポール素子を共に挟んで設けられ、各々の一端部が前記第３のダイポール素子の先端部に接続されるとともに、各々の他端部が前記第４のダイポール素子の先端部に接続される第３、第４の導線部とをさらに備え、
   第３、第４の導線部は、前記第１のダイポール素子と前記第２のダイポール素子との間を通るように設けられる、請求項１に記載の放射器。
8. 前記放射器は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の電波を受信する、請求項１から７のいずれか１項に記載の放射器。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の放射器を備える、アンテナ。

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