(57)【要約】【課題】  簡素な構成で、垂直面内の指向性を変更できる放送用アンテナを提供する。【解決手段】  ２つのループ素子からなる双ループアンテナ４が少なくとも３つ設けられ、これら双ループアンテナ４が水平面に対してループ面を垂直にした姿勢で水平面に対して垂直な方向に並べられ、これら双ループアンテナ４に電力を供給する給電手段８が少なくとも１つの双ループアンテナ４への電力と他の少なくとも１つの双ループアンテナ４への電力とで振幅・位相のいずれか又は両方を異ならせることで水平面に対する垂直面内の指向性を調節可能に構成されている。【選択図】      図１
2006025296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に放送電波を送信するために鉄塔等の地上構造物に取り付けられる放送用アンテナであって、２つのループ素子からなる双ループアンテナが少なくとも２つ設けられ、これら双ループアンテナが水平面に対してループ面を垂直にした姿勢で水平面に対して垂直な方向に並べられ、これら双ループアンテナに電力を供給する給電手段が少なくとも１つの双ループアンテナへの電力と他の少なくとも１つの双ループアンテナへの電力とで振幅・位相のいずれか又は両方を異ならせることで水平面に対する垂直面内の指向性を調節可能に構成されていることを特徴とする放送用アンテナ。
【請求項２】
上記地上構造物に上記放送電波と同じ周波数の中継電波を受信する受信アンテナが設置され、その受信アンテナが存在する角度における利得が小さくなるよう上記指向性が調節されることを特徴とする請求項１記載の放送用アンテナ。
【請求項３】
上記給電手段は、所定の給電点に接続され少なくとも１つの双ループアンテナへ電力を伝送するマイクロストリップラインと、このマイクロストリップラインに対して所望の距離を隔てて電気的に結合され他の少なくとも１つの双ループアンテナへ電力を伝送するマイクロストリップラインとを有することを特徴とする請求項１又は２記載の放送用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上に放送電波を送信する放送用アンテナに係り、簡素な構成で、垂直面内の指向性を変更できる放送用アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
地上に放送電波を送信するために鉄塔等の地上構造物に取り付けることで高所に設置される放送用アンテナとして、２つ以上のループ素子からなる双ループアンテナが知られている。２つのループ素子を有する双ループアンテナは２Ｌ双ループアンテナと呼ばれている。
【０００３】
放送サービスエリアを広くする、或いはサービスエリア内の放送品質を高めるために、アンテナの利得を制御する必要があるが、利得を高めるために素子を増やし、４Ｌ双ループアンテナや６Ｌ双ループアンテナが使用される場合がある。図１３に、６Ｌ双ループアンテナを示す。この６Ｌ双ループアンテナ１２１は、６つのループ素子１２２がループ面を一致させ、そのループ面に沿った方向に一列に配置され、かつ順次直列に接続されたものである。この６Ｌ双ループアンテナ１２１は、水平面に対して各ループ素子１２２のループ面を垂直にした姿勢で各ループ素子１２２が水平面に対して垂直な方向に並べられる。給電点１２３は６つのループ素子１２２の並びの中央の１箇所であり、この給電点１２３から順次隣接するループ素子１２２へ電力が伝送されるようになっている。この給電方式は各ループ素子１２２へ直列に給電する方式である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３３８４０号公報
【特許文献２】特開２００２−２８０８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放送用アンテナは、サービスエリア内に万遍なく電波を送信するために水平面における指向性を適切に持たせることは勿論であるが、水平面に対して垂直な面（以下、単に垂直とは水平面に対する垂直の意である）における指向性を制御したい場合がある。
【０００６】
例えば、中継局において、地上に放送電波を送信する放送用アンテナを鉄塔上部に設置し、上流局からの放送電波（以下、中継電波という）を受信する放送用アンテナ（以下、受信アンテナという）を鉄塔下部に設置して、同一周波数で送受信する場合がある。この中継局では、受信アンテナで受信した中継電波を中継増幅器で増幅し、その中継電波と同じ周波数で放送電波を放送用アンテナから送信する。この場合、放送用アンテナから送信した放送電波が回り込んで受信アンテナで受信されてしまうと、発振が起き、中継が不良になることが考えられる。このように放送用アンテナから受信アンテナに放送電波が回り込んで発振が起きるのを防ぐためには、回り込む放送電波の減衰率が中継増幅器の増幅率を上回る必要がある。つまり、放送電波が中継電波に干渉する可能性の高い特定の狭い方向だけに関して放送電波の電界強度を低下させることにより、放送用アンテナと受信アンテナ相互間の結合量を小さくすることができれば、同一周波数での送受信を支障なく行うことができる。
【０００７】
上記のように特定の狭い方向だけ電界強度を低下させる方法として、例えば、放送用アンテナを設置した鉄塔とは別の場所に受信アンテナを設置する鉄塔を建設し、両アンテナ間の距離を大きくして結合量を小さくする方法が考えられる。しかし、２つの鉄塔を別の場所に建設する方法は、建設するための場所を複数箇所或いは広い範囲で確保する必要があり、また、鉄塔材料も多く必要であり、放送用アンテナ及び受信アンテナのコストを増大させることになる。従って、放送用アンテナと受信アンテナは同じ鉄塔に取り付けるのが好ましい。
【０００８】
即ち、放送用アンテナと受信アンテナを同じ鉄塔に取り付けても放送用アンテナと受信アンテナ相互間の結合量を小さくできることが望まれる。
【０００９】
また、放送用アンテナは、山頂等の高所に建設された鉄塔に取り付けて設置されることが多い。この場合、低所に広がるサービスエリアに対して、より効率的に放送電波を届けるために、放送用アンテナを垂直線に対して傾斜させて設置することがある。これにより、水平面よりやや傾斜した方向での電界強度を強くさせることができる。この方法を機械的チルトという。
【００１０】
しかし、機械的チルトは、放送用アンテナを鉄塔に取り付けるための取付金具を設置場所毎の状況に応じたチルト角に合わせて設計・製造する必要があると共に、チルト角を変更する必要が生じたときに、再設計・再製造する必要があるので、そのための時間やコストがかかることになる。
【００１１】
即ち、機械的チルトを使わずに水平面より傾斜した方向での電界強度を強くできることが望まれる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な構成で、垂直面内の指向性を変更できる放送用アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、地上に放送電波を送信するために鉄塔等の地上構造物に取り付けられる放送用アンテナであって、２つのループ素子からなる双ループアンテナが少なくとも２つ設けられ、これら双ループアンテナが水平面に対してループ面を垂直にした姿勢で水平面に対して垂直な方向に並べられ、これら双ループアンテナに電力を供給する給電手段が少なくとも１つの双ループアンテナへの電力と他の少なくとも１つの双ループアンテナへの電力とで振幅・位相のいずれか又は両方を異ならせることで水平面に対する垂直面内の指向性を調節可能に構成されているものである。
【００１４】
上記地上構造物に上記放送電波と同じ周波数の中継電波を受信する受信アンテナが設置され、その受信アンテナが存在する角度における利得が小さくなるよう上記指向性が調節されてもよい。
【００１５】
上記給電手段は、所定の給電点に接続され少なくとも１つの双ループアンテナへ電力を伝送するマイクロストリップラインと、このマイクロストリップラインに対して所望の距離を隔てて電気的に結合され他の少なくとも１つの双ループアンテナへ電力を伝送するマイクロストリップラインとを有してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１７】
（１）簡素な構成で、垂直面内の指向性を変更できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１に示されるように、本発明に係る放送用アンテナ１は、同じ大きさの２つのループ素子２，３からなる双ループアンテナ（２Ｌ双ループアンテナ）４が３つ設けられたものである。勿論、２つの双ループアンテナ４を設けても、４つ以上の双ループアンテナ４を設けても本発明は実施可能である。これら３つの双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃが各々ループ面を垂直（矢印Ａが垂直方向を表す。上下はどちらでも良い）にした姿勢で垂直な方向に等間隔で並べられている。各双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃは、共通の反射板５に、それぞれバルン６を介して反射板５から所定の距離に支持されている。
【００２０】
これら双ループアンテナに電力を供給するための給電点７は、反射板５上の一箇所に設けられている。給電点７は、図示しない給電源から反射板５の裏側まで配線された図示しない同軸線に繋がっている。この給電点７から各双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃへ電力を供給する給電手段８は、２つのマイクロストリップライン９，１０によって構成されている。一方のマイクロストリップライン９は、双ループアンテナ４ａのバルン６から双ループアンテナ４ｂのバルン６まで設けられる。
【００２１】
ここで、２つの双ループアンテナ４ａ，４ｂへ互いに同位相で電力を伝送したいときはマイクロストリップライン９の中点に給電点７を設ければよく、双ループアンテナ４ａと双ループアンテナ４ｂとに異なる位相で電力を伝送したいときはマイクロストリップライン９の中点からずれたところに給電点７を設ければよい。２つの双ループアンテナ４ａ，４ｂは４Ｌ双ループアンテナと見なすことができる。
【００２２】
もう一つのマイクロストリップライン１０は、マイクロストリップライン９に対して所定の近接した間隔を隔てて平行に延びた部分を有し、一端が開放され多端が残りの１つの双ループアンテナ４ｃのバルン６に繋がっている。両マイクロストリップライン９，１０が近接している部分は、方向性結合器１１を構成している。この方向性結合器１１は、両マイクロストリップライン９，１０の電気的に結合によりマイクロストリップライン９からマイクロストリップライン１０へ電力を取り出すもので、間隔により結合度が異なるため、間隔を調節することにより取り出す電力比を調節することができる。また、両マイクロストリップライン９，１０の幅を異ならせるとインピーダンスを異ならせることができ、これによっても電力分配比を変えることができる。また、給電点７から双ループアンテナ４ａに向けて流れる電力は双ループアンテナ４ａのみへ給電されるのに対し、給電点７から双ループアンテナ４ｂに向けて流れる電力は方向性結合器１１で分岐されて双ループアンテナ４ｂ，４ｃへ分配されるので、結局、各双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃへの電力分配比を互いに異ならせることができる。
【００２３】
給電点７から各双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃまでのマイクロストリップラインの長さの違いにより、各双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃが受け取る電力の位相を異ならせることができる。
【００２４】
従って、給電点７の位置と方向性結合器１１の寸法要素を適宜選択することにより、双ループアンテナ４ａ，４ｂへの電力と双ループアンテナ４ｃへの電力とで振幅・位相のいずれか又は両方を異ならせることができる。なお、方向性結合器１１やマイクロストリップライン９，１０は公知の技術を用いて種々の形態とすることができる。
【００２５】
図１の放送用アンテナ１の設置の一例を図２に示す。ここでは、放送用アンテナ１は、山頂２１に建設された鉄塔２２に取り付けて設置されている。放送用アンテナ１は、鉄塔２２の垂直部分に対してループ面が平行になるよう取り付けられている。サービスエリアは、山頂２１よりも低所に広がっているものとする。ここでは、代表的に受信局２３を１つだけ示した。
【００２６】
図２の設置形態において、仮に背景技術（図１２）のアンテナを設置すると、垂直指向性の最も利得が高い方向は、水平方向（破線矢印Ｂ）である。受信局２３は、山頂２１よりも低所にあるため、放送電波が効率的に届く状況ではない。これに対し、本発明の放送用アンテナ１では、図１のように給電手段８が方向性結合器１１を備えているので、双ループアンテナ４ａ，４ｂへの電力と双ループアンテナ４ｃへの電力とで振幅・位相のいずれか又は両方を異ならせることができる。振幅や位相の変化により、垂直面内の所望の角度方向の電波放射レベル（利得）を強く或いは弱くすることができる。つまり、放送用アンテナ１は、垂直面内の指向性を調節可能に構成されている。従って、図２の設置形態において、振幅や位相を調節すれば、水平方向よりも下を向いた方向（実線矢印Ｃ）の利得を高くすることができ、受信局２３に放送電波が効率的に届くようになる。
【００２７】
次に、受信アンテナを併設する場合を説明する。
【００２８】
図３に示されるように、鉄塔２２の頂部に放送用アンテナ１が取り付けられ、その直下、即ち鉄塔２２の中腹部に受信アンテナ３１が取り付けられている。受信アンテナ３１は、図示しない上流局から来る放送電波と同じ周波数の中継電波を受信するものである。
【００２９】
中継電波は、放送用アンテナ１から送信する放送電波と同じ周波数の電波であり、図示しない中継増幅器で増幅されて放送電波として放送用アンテナ１に給電される。このとき、放送用アンテナ１と受信アンテナ３１相互間の結合量を小さくすることが重要なことは既に述べた。本発明では、放送用アンテナ１が垂直面内の指向性を調節可能に構成されているので、下方向（矢印Ｄ）の利得が小さくなるよう指向性を調節すればよい。
【００３０】
次に、指向性の調節の様子を説明する。
【００３１】
図４に示されるように、放送用アンテナ１のループ面に沿った垂直線をｚ、ループ面に直交する水平線をｘ、ループ面に沿った水平線をｙとする。水平面内で水平線ｘに対して角度α（つまり放送用アンテナ１の正面に対する方位角α）を有する垂直面Ｓにおける指向性を考える。この垂直面Ｓ内で垂直線ｚに対して角度βの方向における電界強度（利得）を角度βの大きさを変えて調べると、垂直指向性のプロファイルが得られる。
【００３２】
図５〜図８は、角度β−９０°を横軸に取り、電界の最大振幅に対する各角度の電界の振幅比を縦軸にとった指向性特性図である。つまり、このグラフの角度０°は垂直面Ｓ内の水平方向を表し、角度９０°は垂直線ｚの−方向（下向き）を表す。
【００３３】
ここで、図５は、図１の放送用アンテナ１の３つの双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃに振幅も位相も等しく給電した場合、即ち、本発明の給電手段８の振幅・位相調節機能がない場合の特性を示している。図示のように、水平方向に最大のピークがあり、約２０°，約３５°に小さなピークがある。また、約６０°から９０°にかけて緩やかな盛り上がりがある。このうち９０°に近い部分に値があることは、図３の受信アンテナ３１への回り込みが少なからず存在することを意味する。
【００３４】
図６は、図１の放送用アンテナ１の３つの双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃに位相を等しく給電し、２つの双ループアンテナ４ａ，４ｃに対して他の双ループアンテナ４ｂの振幅を１／２にして給電した場合の特性を示している。図示のように、最大のピークは０°、すなわち水平方向のままであるが、９０°における電界は図５に比べて小さいことがわかる。つまり、図３の受信アンテナ３１への回り込みが少なくなったことになる。
【００３５】
図７は、図１の放送用アンテナ１の３つの双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃに位相を等しく給電し、３つの双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃへの給電振幅比が３：２：１となるように給電した場合の特性を示している。図示のように、最大のピークは水平方向のままであるが、ピーク間の落ち込みが図５に比べて小さい。このように、本発明では斜め下方向の幅広い方向の振幅比を高めることができる。
【００３６】
図８は、図１の放送用アンテナ１の３つの双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃに振幅を等しく給電し、２つの双ループアンテナ４ａ，４ｃに対して他の双ループアンテナ４ｂの位相を９０°遅らせて給電した場合の特性を示している。図示のように、約５°に最大のピークがあり、約２０°にある第２のピークの振幅比も図５の第２のピークの振幅比より大きい。また、これら２つのピーク間でも振幅比は大きい。このように、本発明では、最大振幅が得られるピークを水平方向より下に向けたり、斜め下の幅広い方向の振幅比を高めることができる。
【００３７】
なお、水平指向性については、各双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃが垂直に配列されていることから、振幅や位相を調節しても影響されることはない。
【００３８】
図９は、図１の放送用アンテナ１の等価回路である。図示のように、給電点７からの電力はマイクロストリップライン９を介して２つの双ループアンテナ４ａ，４ｂに振幅も位相も等しく給電され、方向性結合器１１からの電力がマイクロストリップライン１０を介して１つの双ループアンテナ４ｃ振幅或いは位相或いはその両方を変えて給電される。なお、給電点７における２分岐では、双ループアンテナ４ｃへ伝送される電力も考慮した上で双ループアンテナ４ａ，４ｂが同電力となる比率で電力が分配される。
【００３９】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００４０】
図１０は、等価回路で示した他の実施の形態である。この放送用アンテナ９１では、図９の構成に加えて、マイクロストリップライン１０中にバンドパスフィルタ９２が挿入されている。マイクロストリップライン１０中にバンドパスフィルタ９２やバンドカットフィルタを形成することは容易である。このように、方向性結合器１１の後段にフィルタを設けると、双ループアンテナ４ｃへの給電電力について任意の周波数を通過させたり阻止したりすることができる。すると、周波数によって垂直指向性を異ならせることができる。
【００４１】
図１１は、図１の放送用アンテナ１の給電手段を異ならせた形態である。図１と符号の同じものは同一の部材である。この放送用アンテナ１０１は、図１からマイクロストリップライン１０を無くし、双ループアンテナ４ｃのための給電点１０２を加えたものである。この給電点１０２は、図示しない給電源から反射板５の裏側まで配線された図示しない同軸線（給電点７への同軸線とは別）に繋がっている。給電点１０２からバルン６を介して双ループアンテナ４ｃへ給電される。
【００４２】
この放送用アンテナ１０１に対しては、給電点７と給電点１１２へ振幅・位相のいずれか又は両方を異ならせて給電する。例えば、中継増幅器から各給電点７、給電点１１２までの同軸線の長さを互いに異ならせることで、位相を変化させることができる。また、中継増幅器から各同軸線に電力を分配する分配器においてね分配比を２：１から異ならせることで振幅を変化させることができる。
【００４３】
図１２は、３つの双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃを全て互いに独立給電する形態である。この放送用アンテナ１１１は、図１に比べると、マイクロストリップライン９，１０がなく、３つの個別の給電点１１２，１１３，１１４が加わっている。これらの給電点１１２，１１３，１１４は、図示しない給電源から反射板５の裏側まで配線された図示しない各々の同軸線に繋がっている。各給電点１１２，１１３，１１４からそれぞれバルン６を介して双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃへ給電される。
【００４４】
この放送用アンテナ１１１に対しては、各給電点１１２，１１３，１１４のそれぞれに対して振幅・位相のいずれか又は両方を異ならせて給電する。各双ループアンテナ４ａ，４ｂ，４ｃが独立給電であるため、振幅や位相の組み合わせを多様に変えることができるので、所望した指向性を得るのに適している。
【００４５】
これに対し、図１１のものは給電点が少ないので、同軸線の本数を少なくすることができる。さらに、図１のものは給電点が１つなので同軸線の本数も１本でよい。また、図１のものは分配器を省略でき、同軸線の長さ調節が不要である。
【００４６】
また、図１、図１１、図１２の各放送用アンテナ１、１０１、１１１は、複数の２Ｌ双ループアンテナ（或いは４Ｌ以上双ループアンテナ）をそれぞれ独立な振幅・位相で並列に給電するようにしたので、機械的チルトを用いることなく、電気的なチルトを与えて所望の垂直指向性を得ることができるので、サービスエリアに向けて任意の角度における利得を高めたり、受信アンテナの存在する角度に対して利得を小さくしたりすることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態を示す放送用アンテナの斜視図である。
【図２】図１の放送用アンテナの設置形態を示す概念図である。
【図３】図１の放送用アンテナと受信アンテナを取り付けた鉄塔の側面図である。
【図４】垂直指向性を定義するための立体図である。
【図５】図１の放送用アンテナの垂直指向性を示す特性図である。
【図６】図１の放送用アンテナの垂直指向性を示す特性図である。
【図７】図１の放送用アンテナの垂直指向性を示す特性図である。
【図８】図１の放送用アンテナの垂直指向性を示す特性図である。
【図９】図１の放送用アンテナの等価回路図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す放送用アンテナの等価回路図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す放送用アンテナの斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す放送用アンテナの斜視図である。
【図１３】背景技術の放送用アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  放送用アンテナ
２，３  ループ素子
４，４ａ，４ｂ，４ｃ  双ループアンテナ
７  給電点
８  給電手段
９，１０  マイクロストリップライン
１１  方向性結合器
２２  鉄塔
３１  受信アンテナ
【図１】
2006025296.tif 000003
【図２】
2006025296.tif 000004
【図３】
2006025296.tif 000005
【図４】
2006025296.tif 000006
【図５】
2006025296.tif 000007
【図６】
2006025296.tif 000008
【図７】
2006025296.tif 000009
【図８】
2006025296.tif 000010
【図９】
2006025296.tif 000011
【図１０】
2006025296.tif 000012
【図１１】
2006025296.tif 000013
【図１２】
2006025296.tif 000014
【図１３】
2006025296.tif 000015