JP4987769B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明はアンテナ装置に関し、特に、モノポールアンテナを備えたアンテナ装置に関する。

従来より、垂直偏波を受信または送信するための無指向性のアンテナ装置としてモノポールアンテナが知られている。このモノポールアンテナは、電波の波長の４分の１の長さの円柱導体を接地板上に立設したものである（たとえば、非特許文献１参照）。
アンテナ工学ハンドブック、５０頁、電子情報通信学会編、オーム社発行

しかし、モノポールアンテナを用いてＵＨＦ（Ultra High Frequency）テレビ放送の電波を受信または送信しようとすると、モノポールアンテナの周波数帯域が狭いという問題があった。また、たとえば４７０ＭＨｚの電波を基準とすると、アンテナの高さは約１５ｃｍとなり、装置寸法が大きくなるという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で広帯域のアンテナ装置を提供することである。

この発明に係るアンテナ装置は、円板状の接地板と、接地板の周縁部に等角度間隔で配置され、各々が接地板に略垂直に設けられた複数の副接地板と、接地板の中央部に立設されたモノポールアンテナと、モノポールアンテナの頂部に設けられた円板状の頂部容量体と、モノポールアンテナの周りに配置され、各々が棒状に形成されて頂部容量体と接地板を電気的に接続する複数の導電部材とを備えたものである。接地板および頂部容量体は、略同径であって互いに平行に配置される。モノポールアンテナは複数のアンテナ片を含み、各アンテナ片は、基端から先端に向かって幅広になるファン形に形成され、複数のアンテナ片の基端部は接地板の中央部で結合されて給電点を構成し、それらの先端部は上方に向かって開くように配置されて頂部容量体に接続されている。複数の導電部材はそれぞれ複数のアンテナ片に対応して設けられ、各導電部材は、接地板の表面に立設されて対応のアンテナ片と頂部容量体を支持している。
好ましくは、複数の副接地板は、それぞれ複数のアンテナ片に対向して設けられている。
また好ましくは、副接地板、導電部材、およびアンテナ片は４つずつ設けられている。

また、この発明に係る他のアンテナ装置は、円板状の接地板と、接地板の周縁部に等角度間隔で配置され、各々が接地板に略垂直に設けられた複数の副接地板と、接地板の中央部に立設されたモノポールアンテナと、モノポールアンテナの頂部に設けられた円板状の頂部容量体と、モノポールアンテナの周りに配置され、各々が棒状に形成されて頂部容量体と接地板を電気的に接続する複数の導電部材とを備えたものである。接地板および頂部容量体は、略同径であって互いに平行に配置される。モノポールアンテナは、円錐または多角錐状に形成され、その頂点部は接地板の中央部に配置されて給電点を構成し、その底面周縁部は頂部容量体に接続され、複数の導電部材の各々は接地板の表面に立設されて頂部容量体を支持している。

この発明に係るアンテナ装置では、モノポールアンテナに円板状の頂部容量体を設けたので、アンテナの頂部に多くの電荷を貯えることができ、アンテナ高さを低くすることができる。また、頂部容量体と接地板を電気的に接続する複数の導電部材を設けたので、頂部容量体の設置に伴って低下するアンテナの入力抵抗を上昇させることができる。また、モノポールアンテナは複数のアンテナ片を含み、各アンテナ片は、ファン形に形成されて上方に向かって開くように配置されているので、アンテナ高さを低くし、かつ周波数帯域を広げることができる。また、接地板を円板状に形成し、接地板の周縁部に略垂直に副接地板を設けたので、広帯域を維持しながら接地板を小さくすることができる。

また、この発明に係る他のアンテナ装置では、モノポールアンテナに円板状の頂部容量体を設けたので、アンテナの頂部に多くの電荷を貯えることができ、アンテナ高さを低くすることができる。また、頂部容量体と接地板を電気的に接続する複数の導電部材を設けたので、頂部容量体の設置に伴って低下するアンテナの入力抵抗を上昇させることができる。また、モノポールアンテナは、円錐または多角錐状に形成されて上方に向かって開くように配置されているので、アンテナ高さを低くし、かつ周波数帯域を広げることができる。また、接地板を円板状に形成し、接地板の周縁部に略垂直に副接地板を設けたので、広帯域を維持しながら接地板を小さくすることができる。

図１（ａ）は、この発明の一実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図であり、図１（ｃ）はアンテナ装置の平面図であり、図１（ｄ）はアンテナ装置の寸法を模式的に示す図である。

図１（ａ）〜（ｄ）において、このアンテナ装置は、水平に配置される円形の接地板１を備える。接地板１の直径は、たとえば２５０ｍｍである。接地板１の周縁部には、４つの副接地板２が等角度間隔で立設されている。副接地板２は、接地板１の外周に沿って湾曲して設けられ、その周方向の長さはたとえば５０ｍｍであり、その高さはたとえば２０ｍｍである。接地板１と４つの副接地板２は、たとえば１枚の銅薄板を加工することにより形成される。副接地板２を設けることにより、広い周波数帯域を維持しながら、接地板１の小型化を図ることが可能となっている。

接地板１の下面の中心部には、下側から同軸ケーブルを接続するためのコネクタ３が固定されている。コネクタ３は、同軸ケーブルの外部導体が接続される外部コンタクト部３ａと、同軸ケーブルの内部導体が接続される内部コンタクト部３ｂとを含む。外部コンタクト部３ａは、接地板１の下面に機械的および電気的に結合されている。内部コンタクト部３ｂの上端部は、接地板１の中心に開けられた貫通孔（図示せず）を介して接地板１の上に突出している。

接地板１の中央部には、モノポールアンテナ４が立設されている。モノポールアンテナ４は、４つのアンテナ片４ａを含む。各アンテナ片４ａは、基端から先端に向かって徐々に幅広になるファン形に形成されている。４つのアンテナ片４ａの基端部は一体に形成されて給電点Ｐを構成し、給電点Ｐは内部コンタクト部３ｂの上端に結合される。上方から見ると、４つのアンテナ片４ａは、給電点Ｐの周りに等角度間隔で配置され、それらの先端部はそれぞれ４つの副接地板２に対向して配置される。また、横方向から見ると、各アンテナ片４ａは、接地板１に対して斜めに配置され、その先端部は接地板１に平行になるように折り曲げられている。

アンテナ片４ａの先端の幅はたとえば７８ｍｍであり、その高さはたとえば５０ｍｍである。また、対向して配置されている２つのアンテナ片４ａの先端の間隔はたとえば１８０ｍｍである。モノポールアンテナ４は、たとえば１枚の銅薄板を加工することにより形成される。このような形状のモノポールアンテナ４を採用することにより、周波数帯域を広げ、かつ高さを低くすることができる。

モノポールアンテナ４の頂部には、円板状の頂部容量体５が設けられている。頂部容量体５は接地板１に対して平行に配置され、頂部容量体５の下面は４つのアンテナ片４ａの先端部に固定される。頂部容量体５は、たとえば直径２５０ｍｍの円形の銅薄板で構成される。モノポールアンテナ４の頂部には、多くの電荷が存在するので、その電荷を蓄積する頂部容量体５を設けることにより、アンテナの高さを低くすることができる。

また、接地板１の上面と各アンテナ片４ａの先端部の下面との間に、棒状の導電部材６が設けられる。導電部材６は、接地板１とアンテナ片４ａと頂部容量体５とを電気的に接続するとともに、アンテナ片４ａと頂部容量体５を支持している。導電部材６は、たとえば長さが５０ｍｍの銅棒で形成される。頂部容量体５を設けると、アンテナ装置の入力抵抗値が小さくなるが、導電部材６を設けることにより、入力抵抗値を高めることができる。複数の導電部材６を設けることにより、アンテナ装置の入力抵抗値を所望の値に設定することができる。

図２は、このアンテナ装置の利得およびＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の周波数特性を示す図である。図２から、このアンテナ装置は、ＵＨＦテレビ放送の周波数帯域（４７０〜７７０ＭＨｚ）において十分に高い利得を有し、かつ十分に低いＶＳＷＲを有することが分かる。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、このアンテナ装置の指向性の周波数特性を示す図である。図３（ａ）〜（ｃ）から、このアンテナ装置は４７０〜７７０ＭＨｚにおいて良好な無指向性を示すことが分かる。

この実施の形態では、接地板１の周縁部に４つの副接地板２を立設し、上方に向かって開くように配置された４つのファン形のアンテナ片４ａでモノポールアンテナ４を構成し、モノポールアンテナ４の頂部に円板状の頂部容量体５を設け、頂部容量体５と接地板１の間を導電部材６で接続したので、広帯域で小型のアンテナ装置を実現できた。

なお、図４（ａ）（ｂ）に示すように、モノポールアンテナ４を円錐形のモノポールアンテナ１０で置換してもよいし、図５（ａ）（ｂ）に示すように、モノポールアンテナ４を多角錐形（図では８角錐形）のモノポールアンテナ１１で置換してもよい。アンテナ１０，１１の各々の中心線は、接地板１に対して垂直に配置される。アンテナ１０，１１の各々は、頂点部を下にして上方に向かって開くように配置される。アンテナ１０，１１の各々の頂点部は給電点Ｐを構成してコネクタ３の内部コンタクト部３ｂの上端に接続され、その底面周縁部は頂部容量体５に接続される。これらの変更例でも、実施の形態と同じ効果が得られる。

また、図６（ａ）に示すように、頂部容量体５を円環状の頂部容量体１２で置換してもよいし、図６（ｂ）に示すように、頂部容量体５を十字形の頂部容量体１３で置換してもよいし、図６（ｃ）に示すように、頂部容量体５を円板と十字形を重ねた形状の頂部容量体１４で置換してもよい。頂部容量体１２〜１４の各々は、頂部容量体５と同様に、複数の導電部材６を介して接地板１に接続される。これらの変更例でも、実施の形態と同じ効果が得られる。

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。

この発明の一実施の形態によるアンテナ装置の構成を示す図である。 図１に示したアンテナ装置の利得およびＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。 図１に示したアンテナ装置の指向性の周波数特性を示す図である。 実施の形態の変更例を示す図である。 実施の形態の他の変更例を示す図である。 実施の形態のさらに他の変更例を示す図である。

符号の説明

１ 接地板、２ 副接地板、３ コネクタ、３ａ 外部コンタクト部、３ｂ 内部コンタクト部、４，１０，１１ モノポールアンテナ、４ａ アンテナ片、５，１２〜１４ 頂部容量体、６ 導電部材、Ｐ 給電点。

Claims (4)

1. 円板状の接地板と、
   前記接地板の周縁部に等角度間隔で配置され、各々が前記接地板に略垂直に設けられた複数の副接地板と、
   前記接地板の中央部に立設されたモノポールアンテナと、
   前記モノポールアンテナの頂部に設けられた円板状の頂部容量体と、
   前記モノポールアンテナの周りに配置され、各々が棒状に形成されて前記頂部容量体と前記接地板を電気的に接続する複数の導電部材とを備え、
   前記接地板および前記頂部容量体は、略同径であって互いに平行に配置され、
   前記モノポールアンテナは複数のアンテナ片を含み、
   各アンテナ片は、基端から先端に向かって幅広になるファン形に形成され、
   前記複数のアンテナ片の基端部は前記接地板の中央部で結合されて給電点を構成し、それらの先端部は上方に向かって開くように配置されて前記頂部容量体に接続され、
   前記複数の導電部材はそれぞれ前記複数のアンテナ片に対応して設けられ、各導電部材は、前記接地板の表面に立設されて対応のアンテナ片と前記頂部容量体を支持していることを特徴とする、アンテナ装置。
2. 前記複数の副接地板は、それぞれ前記複数のアンテナ片に対向して設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記副接地板、前記導電部材、および前記アンテナ片は４つずつ設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 円板状の接地板と、
   前記接地板の周縁部に等角度間隔で配置され、各々が前記接地板に略垂直に設けられた複数の副接地板と、
   前記接地板の中央部に立設されたモノポールアンテナと、
   前記モノポールアンテナの頂部に設けられた円板状の頂部容量体と、
   前記モノポールアンテナの周りに配置され、各々が棒状に形成されて前記頂部容量体と前記接地板を電気的に接続する複数の導電部材とを備え、
   前記接地板および前記頂部容量体は、略同径であって互いに平行に配置され、
   前記モノポールアンテナは、円錐または多角錐状に形成され、その頂点部は前記接地板の中央部に配置されて給電点を構成し、その底面周縁部は前記頂部容量体に接続され、
   前記複数の導電部材の各々は前記接地板の表面に立設されて前記頂部容量体を支持していることを特徴とする、アンテナ装置。

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