(57)【要約】【課題】広帯域化を実現したアンテナを提供する。【解決手段】電波の送受信を行う給電素子と、前記給電素子に対向して後方に間隔Ｄをもって配置された反射素子とを有し、前記給電素子には前記反射素子方向に閉ループを形成し、一方、前記給電素子の前記反射素子方向とは逆の方向に、前記給電素子と相互に電磁結合する無給電素子を配した構造として構築している。そして、前記給電素子と前記無給電素子との相互電磁結合により低周波側から高周波側までの広帯域化を実現している。また、前記閉ループにより、前記給電素子と前記無給電素子とのインピーダンス整合を図っている。【選択図】図１
2011082630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の送受信を行う給電素子と、
前記給電素子に対向して後方に間隔Ｄをもって配置された反射素子とを有し、
前記給電素子には前記反射素子方向に閉ループを形成し、一方、前記給電素子の前記反射素子方向とは逆の方向に、前記給電素子と相互に電磁結合する無給電素子を配したことを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項２】
電波の送受信を行う放射素子と、
前記放射素子に対向して後方に間隔Ｄをもって配置された反射素子とを有し、
基準とする中心周波数をλとした場合、前記放射素子の放射に寄与しない辺と放射に寄与する辺との少なくとも一方の辺と前記反射素子の外縁との間隔ｄを、前記間隔Ｄとの関係において、
Ｄ＜ｄ（ただし、Ｄ＜λ／４）に設定したことを特徴とする指向性アンテナ。
【請求項３】
前記放射素子は、相互に電磁結合する給電素子及び無給電素子により構成したものである請求項２に記載の指向性アンテナ。
【請求項４】
前記給電素子は、給電辺を備えた双ループ形状に形成したものである請求項２に記載の指向性アンテナ。
【請求項５】
前記給電素子は、ダイポール素子の形状に形成したものである請求項２に記載の指向性アンテナ。
【請求項６】
前記無給電素子は、閉ループ形状に形成したものである請求項２に記載の指向性アンテナ。
【請求項７】
前記双ループ形状の給電素子は側面導体部を有するものである請求項４に記載の指向性アンテナ。
【請求項８】
前記ダイポール素子と、前記ダイポール素子の後方に配置した反射素子との間に、Ｈ型素子を配置したものである請求項５に記載の指向性アンテナ。
【請求項９】
前記反射素子は、前記放射素子と対向する面に１以上の開口を有するものである請求項２に記載の指向性アンテナ。
【請求項１０】
電波の送受信を行う放射素子を有し、
前記放射素子を、相互に電磁結合する給電素子及び無給電素子により構成したことを特徴とする指向性アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の送受信を行う指向性アンテナであって、特にＵＨＦ帯の電波を受信するのに最適な指向性アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
既設のアナログ放送がデジタル放送に切り替えられるのに伴って、ＵＨＦ帯の地上デジタル放送に最適なアンテナの開発が必須となっている。
【０００３】
アナログ放送を受信するアンテナとしては、放射素子と反射素子とを組み合わせた八木・宇田アンテナが開発されている。そして、前記八木・宇田アンテナの動作原理を応用した地上デジタル放送を受信するアンテナが開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７３２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放射素子と反射板との間隔を、基準とする中心周波数をλとした場合にλ／４に設定することにより、反射板による反射効率が最大値を示すことが知られている。特許文献１のアンテナは、放射素子と、その放射素子の平面に配置した平面状の反射板とからなり、特許文献１は、前記反射板の両側部を前記放射素子における放射に寄与しない放射素子側に屈曲させ、前記反射板における前記放射素子側に屈曲されている両側部の先端と前記放射素子との間隔ｄを、前記放射素子と前記反射板との間隔Ｄ以下に設定することにより、アンテナの奥行きでの小型化を実現している。
【０００６】
本発明の目的は、アンテナ素子の組合せにより広帯域化を実現する指向性アンテナを提供することにある。また、本発明者は、特許文献１に示されたアンテナの前記間隔Ｄ＜前記間隔ｄの関係と真逆の位置関係を採用することにより、アンテナの小型化を実現することに成功したものであり、本発明の他の目的は、特許文献１で開示されたアンテナの小型化とは異なる方式によってアンテナの小型化を実現した指向性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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係る指向性アンテナは、電波の送受信を行う給電素子と、前記給電素子に対向して後方に間隔Ｄをもって配置された反射素子とを有し、前記給電素子には前記反射素子方向に閉ループを形成し、一方、前記給電素子の前記反射素子方向とは逆の方向に、前記給電素子と相互に電磁結合する無給電素子を配したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、給電素子と無給電素子との相互電磁結合により低周波側から高周波側までの広帯域化を実現することができ、閉ループにより、前記給電素子と前記無給電素子とのインピーダンス整合を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る指向性アンテナを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１における放射素子と反射素子との寸法関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る指向性アンテナを示す斜視図であって、図１と異なる方向から見た斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に用いる給電素子の変更例を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に用いる反射板の一例を示す正面図である。
【図６】本発明の実施形態１に用いる反射板を変更した例を示す側面図である。
【図７】本発明の実施形態１に用いる反射板を変更した例を示す正面図である。
【図８】本発明の実施形態１に用いる給電素子の機能を実証した特性図である。
【図９】本発明の実施形態１に用いる無給電素子の機能を実証した特性図である。
【図１０】本発明の実施形態１に用いる反射板の機能を実証した特性図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る指向性アンテナを示す斜視図である。
【図１２】図１０に示す指向性アンテナに反射素子を追加した例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態２における放射素子と反射素子との寸法関係を示す図である。
【図１４】図１１に示す指向性アンテナで地上デジタル波を受信した際に実測したＶＳＷＲを示す特性図である。
【図１５】図１２に示す指向性アンテナで地上デジタル波を受信した際に実測したＶＳＷＲを示す特性図である。
【図１６】図１２に示す指向性アンテナにさらに指向性を高める素子を追加した例を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）は、実施形態２における放射素子を示す斜視図、（ｂ）はＨ型素子を示す斜視図、（ｃ）は反射素子を示す斜視図である。
【図１８】図１６に示す指向性アンテナで地上デジタル波を受信した際に実測した指向性の改善を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る指向性アンテナは図１，図２，図１２及び図１３に示す様に、電波の送受信を行う放射素子Ａと、前記放射素子Ａに対向して後方に間隔Ｄをもって配置された反射素子３，５０とを有し、基準とする中心周波数をλとした場合、前記放射素子Ａの放射に寄与しない辺又は放射に寄与する辺の少なくともいずれか１辺と前記反射素子３，５０の外縁３ａ，５０ａとの間隔ｄを、前記間隔Ｄとの関係において、Ｄ＜ｄ（ただし、Ｄ＜λ／４）に設定している。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る指向性アンテナは図１に示す様に、電波の送受信を行う給電素子１と、前記給電素子１に対向して後方に間隔Ｄをもって配置された反射素子３とを有し、前記給電素子３には前記反射素子方向に閉ループ８ｃを形成し、一方、前記給電素子１の前記反射素子３の方向とは逆の方向に、前記給電素子１と相互に電磁結合する無給電素子２を配した構造に構築している。
【００１３】
以下の説明では、地上デジタル放送に用いられる４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚの周波数帯域の水平偏波による電波を受信する受信用アンテナに適用した例を説明する。なお、後述する寸法を基準とする中心周波数に応じて変更することにより、他の周波数帯の受信用アンテナにも適用できるものである。なお、アンテナの可逆性を利用することにより、送信用アンテナに適用してもよいものである。また、前記放射素子は水平偏波を送受信するものに限られるものではなく、アンテナの設置姿勢を９０°回転させることにより、垂直偏波を送受信するようにしてもよいものである。
【００１４】
（実施形態１）
図１に示す本発明の実施形態１は、前記放射素子Ａを相互に電磁結合する給電素子１及び無給電素子２により構成した例を示すものである。以下、図１〜図１０を用いて、本発明の実施形態１を詳細に説明する。
【００１５】
図３に示す様に、反射素子３はレドーム４との間に隙間を持たせて前記レドーム４上に設置されている。前記反射素子３は、前記レドーム４との間に隙間を有しているため、誘電体である前記レドーム４に直接接触する構造と比較して、誘電体（前記レドーム４）による損失を減らすことができる。なお、前記反射素子３を前記レドーム４から浮かせるには、非磁性材例えば誘電体などを介して前記レドーム４上に設置する。
【００１６】
前記給電素子１は、前記レドーム４に非磁性材（例え樹脂材）の支柱５によって前記反射素子３と平行に設置されている。前記無給電素子２は、前記レドーム４に非磁性材（例え樹脂材）の支柱６によって前記給電素子１と平行に、かつ前記給電素子１と電磁結合するように配置されている。なお、図１では、支柱５，６を省略している。また、前記給電素子１，前記無給電素子２及び前記反射素子３を前記レドーム４上に設置する構造は、前記給電素子１，前記無給電素子２及び前記反射素子３の相互間を平行に保持可能な構造であって、送受信の際に前記給電素子１及び前記無給電素子２上での電流分布に影響を与えないものであれば、いずれのものを用いてもよいものである。
【００１７】
前記給電素子１は図１及び図３に示す様に、給電辺１ａ，１ｂを共通にした双ループ形状に形成されている。前記２つの給電辺１ａと１ｂとは、電気的に切り離されており、前記給電辺１ａに同軸ケーブル７の内部導体７ａが、前記給電辺１ｂに同軸ケーブル７の外部導体７ｂとがそれぞれ電気的に接続されている。
【００１８】
前記給電素子１を形成するループ１ｃ，１ｄは給電辺１ａ，１ｂを基点として給電辺１ａ，１ｂの箇所で電気的に一体になって双ループ形状を形成している。前記給電辺１ａ，１ｂの幅は、前記給電素子１と前記同軸ケーブル７とのマッチングを取るために、前記ループ１ｃ，１ｄの幅よりも広く設定することが望ましい。なお、２つのループ１ｃ，１ｄが形成する給電素子１の形状は、図示した矩形形状に限られるものではなく、これ以外の形状に形成してもよいものでよい。また、水平偏波を効率よく受信するため、前記給電素子１を形成する２つのループ１ｃ，１ｄのうち、横方向端部の辺１ｃ１，１ｄ１が放射に寄与する辺をなしており、これらの対向する辺１ｃ１，１ｄ１が給電辺１ａ，１ｂと平行に配置されている。また、放射素子Ａのうち特に給電素子１の対向する辺１ｅ，１ｆが放射に寄与しない辺をなしている。ここで、前記放射に寄与しないとは、送信用アンテナの場合に送信用として電気的に機能せず、受信用アンテナの場合に受信用としても電気的に機能しない場合を意味している。
【００１９】
前記給電素子１の寸法の一例を説明する。４７０ＭＨｚを基準とした場合、その使用基準周波数をλとしたとき、図４に示す様に、給電素子１の放射に寄与する辺１ｃ１，１ｄ１の寸法Ｌ１が０．１９λ、内側寸法Ｌ２が０．１５λ、放射に寄与しない辺１ｅ，１ｆの寸法Ｌ３が０．５７λ、内側縦寸法Ｌ４が０．５４λに設定されている。
以上の寸法関係から明らかなように、本発明の実施形態１に用いる前記給電素子１は、使用基準周波数が４７０ＭＨｚである場合、給電素子１のループの全長が１．５２λとなり、前記給電素子１に相当する特許文献１での三角双ループエレメントの全長が２λである場合と比較して、アンテナの長さ方向（給電辺１ａ，１ｂに直交する左右方向）の寸法を０．４８λ分だけ短縮することができる。このことは、前記アンテナの長さ方向の寸法を短縮して、アンテナの小型化に貢献できるものである。
【００２０】
前記給電素子１には、電磁結合する給電素子１と無給電素子２との相互のインピーダンスをマッチングさせる素子としての側面導体部８を有することにより、さらにＶＳＷＲ特性を向上させている。図１に示す様に側面導体部８は、前記２つのループ１ｃ，１ｄとほぼ同一の寸法をもつ閉塞ループ８ａと、前記閉塞ループ８ａと前記２つのループ１ｃ，１ｄとを電気的に短絡する１以上の短絡辺８ｂとから構成されている。前記側面導体部８は、前記給電素子１の背面側から前記反射素子３の方向に向けて伸びている。具体的には、前記側面導体部８は、前記短絡辺８ｂを前記給電素子１の２つのループ１ｃ，１ｄから前記反射素子３の方向に向けた状態で、前記閉塞ループ８ａを前記支柱５で前記レドーム４に固定して前記レドーム４上に設置されている。
【００２１】
前記側面導体部８がＶＳＷＲ特性を向上させることを実測値に基づいて説明する。前記側面導体部８を設けない場合、図８の特性線Ｂで示す様に、低周波（４７０ＭＨｚ）側でＶＳＷＲの値が高い値を示す。これに対して、前記側面導体部８を設けることにより、図８の特性線Ａで示す様に、低周波（４７０ＭＨｚ）側でＶＳＷＲの値が約４以下に改善される。
【００２２】
実際に地上デジタル放送を受信すると、前記側面導体部８を設けない場合であっても、地上デジタル放送を受信することは可能であるが、その受信した画像の画質をよりよく向上させるためには、前記給電素子１に前記側面導体部８を備えることが望ましいものである。
【００２３】
また、前記給電素子１に装備する前記側面導体部８は、図１に示す構造のものに限られるものではなく、図３及び図４に示す構造としてもよいものである。図３及び図４に示す前記側面導体部８は、前記２以上の短絡辺８ｂに代えて、ベタ板からなる短絡辺８ｂ´を用い、前記ベタ板の短絡辺８ｂ´により、前記給電素子１の双ループ１ｃ、１ｄのうち長辺側で双ループ１ｃ，１ｄと前記閉塞ループ８ａとを電気的に接続している。この場合、図１の例でも同様であるが、図３及び図４でも前記双ループ１ｃ，１ｄの短辺側Ｏを開放させている。
【００２４】
また、図４に示す様に、双ループ１ｃ，１ｄの長辺の幅Ｓを前記給電辺１ａ、１ｂに向かうにつれて広幅に設定することにより、前記給電素子１と前記無給電素子２との相互のインピーダンスをマッチングさせるようにしてもよいものである。
【００２５】
前記無給電素子２は、前記支柱６に支えられて前記給電素子１に対して平行に配置された閉ループ形状をなすものであり、前記給電素子１と電磁結合して帯域を広域化するものである。前記無給電素子２は、図示した矩形形状に限られるものではなく、これ以外の形状に形成してもよいものでよい。また、水平偏波を効率よく受信するため、前記無給電素子２は、放射に寄与する辺２ａ，２ｂが前記給電素子１の給電辺１ａ，１ｂと平行に配置することが望ましい。また、前記無給電素子２は、ループが閉じられた閉ループ形状に形成したが、これに限られるものではなく、ループを開放された開ループ形状として形成してもよいものである。
【００２６】
前記無給電素子２の寸法の一例を説明する。４７０ＭＨｚを基準とした場合、その使用基準周波数をλとしたとき、前記無給電素子２のループは、図１に示す短辺（放射に寄与する辺２ａ，２ｂ）の外側寸法は０．１６λ、放射に寄与しない長辺の外側寸法は０．４１λとなり、前記無給電素子２のループ全長は約１．０４λに設定する。
以上の寸法関係からすると、前記無給電素子２のループ全長が約１．０４λとなるため、ループ全長が１．５２λの前記給電素子１の設置スペース内に前記アンテナの長さ方向に突出することなく配置することができ、前記無給電素子２を設けたことにより、前記アンテナの長さ方向での寸法を拡大する事はなく、アンテナの小型化に貢献できるものである。
【００２７】
前記無給電素子２を前記給電素子１と電磁結合するように配置することにより受信帯域が広域化されることを実測値に基づいて説明する。前記無給電素子２を設けない場合、図９の特性線Ｄで示す様に、低周波（４７０ＭＨｚ）側ではＶＳＷＲの値に問題はないが、６４０ＭＨｚ付近でＶＳＷＲの値が“３”を超えてしまい、地上デジタル放送を良好に受信可能な周波数帯が４７０ＭＨｚから６４０ＭＨｚ以下となってしまい、狭帯域化されてしまう。
これに対して、前記無給電素子２を前記給電素子１と電磁結合するように配置した場合、図９の特性線Ｃで示す様に、低周波（４７０ＭＨｚ）から高周波（７７０ＭＨｚ）までＶＳＷＲの値が“３”以内に抑えることができ、帯域の広域化を実現できることが分かる。
【００２８】
前記反射素子３はベタ板を基本構成とし、ＶＳＷＲを向上させるために図５に示す様に前記給電素子１と対向する面に１以上の開口３０を有する素子としてもよいものである。
【００２９】
図５に示す反射素子３について説明する。図５に示す様に、前記反射素子３は前記給電素子１の給電辺１ａ，１ｂを基点として双ループ形状に形成して２以上の開口３０を有する素子として形成されている。具体的に説明する。
【００３０】
図５に示す様に、前記反射素子３は、前記給電素子１の給電辺１ａ，１ｂに対応する位置に基軸辺３ａを配置し、前記基軸辺３ａを中心として左右に内外３重のループ３１１，３１２，３２１，３２２，３３１，３３２を形成し、最も外側のループ３１１，３１２の両端を前記基軸辺３ａに電気的に接続することにより、双ループ形状に形成することにより、前記給電素子１と対向する面に１以上の開口３０を形成している。
【００３１】
なお、前記反射素子３に１以上の開口３０を形成する個数は、図示したものに限られるものではなく、電磁結合した前記給電素子１と前記無給電素子２とによる送受信の際の利得等を応じて適宜変更されるものである。なお、前記開口３０の幾つかを使用することにより、反射素子３をレドーム４に取り付けるようにしてもよいものである。
【００３２】
前記反射素子３は、指向性やＶＳＷＲの値を改善するために、内外３重に配置した多重ループが前記給電素子１の給電辺１ａ，１ｂを基点とした左右位置で相互に短絡されているようにしてもよいものである。すなわち、基軸辺３ａの左側の位置では、閉塞ループ３２１は、最も外側のループ３１１に基軸辺３ａに接近した位置の短絡辺３４，３５で短絡され、最も内側の閉塞ループ３３１は、閉塞ループ３２１に短絡辺３６，３７で短絡されている。また、基軸辺３ａの右側の位置では、閉塞ループ３２２は、最も外側のループ３１２に基軸辺３ａに接近した位置の短絡辺３８，３９で短絡され、最も内側の閉塞ループ３３２は、閉塞ループ３２２に短絡辺３１３，３１４で短絡されている。
【００３３】
また、基軸辺３ａの左側の位置では、閉塞ループ３２１は、最も外側のループ３１１に短絡辺３１５，３１６で短絡され、基軸辺３ａの右側の位置では、閉塞ループ３２２は、最も外側のループ３１１に基軸辺３ａに接近した位置の短絡辺３１７，３１８で短絡されている。
【００３４】
上述した様に、前記多重ループによって形成される開口３０の面積の大小に応じて、前記反射素子３による反射効率が調整されて、ＶＳＷＲの値が調整されることとなる。
【００３５】
前記反射素子３がベタ板を基本構成とし、ＶＳＷＲを向上させるために図５に示すように１以上の開口３０を前記給電素子１と対向する面に形成した場合を図１０に示す実測値に基づいて説明する。
【００３６】
前記反射素子３を設けない場合、図１０の特性線Ｇで示す様に、低周波（４７０ＭＨｚ）側でＶＳＷＲの値が高い値を示す。これに対して、本発明の実施形態では図１０に示す様に、ベタ板の前記反射素子３を前記給電素子１の後方に設け、図２に示す様に前記反射素子３と給電素子１との間隔をＤ、前記給電素子１の放射に寄与しない対向する辺８ｃ，８ｄ（又は１ｅ，１ｆ）と前記反射素子３の外縁３ａとの間隔をｄとし、基準とする基準周波数をλとした場合、間隔Ｄと間隔ｄとの関係を、Ｄ＜ｄに設定している。但し、間隔Ｄ＜λ／４の関係に設定する。
前記間隔Ｄ及び前記間隔ｄの一例を記述すると、図２に示す様に、前記給電素子１とその後方に配置した前記反射素子３との間隔Ｄを０．０５８λに設定した場合、前記給電素子１の放射に寄与しない対向する辺８ｃ，８ｄと前記反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄをｄ＞０．１１λに設定している。なお、図２に示す例では、給電素子１が側面導体部８を有しているため、前記給電素子１の放射に寄与しない対向する辺を辺８ｃ，８ｄとしているが、側面導体部８を有していない場合、放射に寄与しない対向する辺１ｅ，１ｆと前記反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄ２（点線で示す間隔）をｄ２＞Ｄとして設定する。点線で示す間隔ｄ２は０．１５λであって、間隔ｄ２＞間隔Ｄの関係に設定している。この場合、反射素子３の外縁３ａに立てた１点鎖線で示す垂線との最短距離であっても、間隔ｄ１は０．０９６λであって、間隔ｄ（ｄ１，ｄ２を含む）＞間隔Ｄの関係に維持されている。なお、図２では、放射に寄与しない対向する辺１ｅ，１ｆ又は８ｃ，８ｄと反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄを、ｄ＞Ｄの関係に設定したが、これに限られるものではない。放射に寄与する対向した辺１ｃ１，１ｄ１と反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄを、ｄ＞Ｄの関係に設定してもよい。また、閉ループ８ａの放射に寄与する辺８ｅ、８８ｆと反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄを、ｄ＞Ｄの関係に設定してもよい。また、上述した放射に寄与しない辺及び放射に寄与する辺の双方の辺と反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄを、ｄ＞Ｄの関係に設定してもよいものである。これは、図１１〜図１８に示す実施形態においても同様である。
【００３７】
図２に示す本発明の実施形態は、給電素子１及び無給電素子２から構成した放射素子Ａに対向する反射素子３を配置し、放射素子Ａと反射素子３との間隔Ｄと、放射素子Ａの放射に寄与しない辺と反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄとを、Ｄ＜ｄの関係に設定することにより、図１０の特性線Ｅで示す様に、低周波（４７０ＭＨｚ）側でのＶＳＷＲの値が反射素子３を設けない場合よりも改善することができる。
さらに、前記反射素子３として、図５に示すように１以上の開口３０を前記給電素子１と対向する面に形成した構造のものを用いることにより、図１０の特性線Ｆで示す様に、低周波側（４７０ＭＨｚ）のＶＳＷＲが更に改善され、低周波側から高周波側までＶＳＷＲの値を“４”以下に抑えることができる。
【００３８】
また、図１及び図２に示す例では、図２に示す様に反射素子３を水平方向に配置したが、これに限られるものではない。図６に示す様に、反射素子３の外縁３ａをレドーム４に対して上方に曲げることにより、レドーム４の横幅寸法Ｓ１を短縮することができ、アンテナを長さ方向に加えて幅方向でも短縮して小型化を図ることができるものである。この場合であっても、図６に示す様に、前記間隔Ｄと前記間隔ｄとの関係を、Ｄ＜ｄの関係に設定している。前記間隔Ｄ及び前記間隔ｄの一例を記述すると、前記給電素子１とその後方に配置した前記反射素子３との間隔Ｄを０．０５８λに設定した場合、前記給電素子１の放射に寄与しない対向する辺８ｃ，８ｄと、前記反射素子３の外縁３ａとなる折り曲げ先端部３ａ１との間隔ｄをｄ＞０．０７λに設定している。この場合、反射素子３の外縁３ａに立てた垂線との最短距離であっても、間隔ｄ１は０．０６λであり、間隔ｄ１＞間隔Ｄの関係に維持されている。
【００３９】
また、前記反射素子３は図５のものに限られるものではない。図７に示す様に、前記双ループ素子１に装備した側面導体部８の閉ループ８ａを利用して前記反射素子３に開口３０を形成する構造としてもよいものである。具体的に説明すると、図７に示す様に、前記側面導体部８の閉ループ８ａに１以上の縦桟８ｇを配置することにより、前記給電素子１と対向する面に１以上の開口３０を形成した反射素子３を形成してもよいものである。更には、図７に一点鎖線で示す様に、前記縦桟８ｇに交差させて横桟８ｈを配置することにより、反射素子３に形成する開口３０の個数を増やした反射素子３として形成してもよいものである。
上述した様に、前記閉ループ８ａと前記縦桟８ｇ、或いは前記閉ループ８ａと前記縦桟８ｇ及び横桟８ｈによって形成される反射素子３の開口３０の面積の大小に応じて、前記反射素子３による反射効率が調整されて、ＶＳＷＲの値が調整されることとなる。この場合にも、前記間隔ｄ＞前記間隔Ｄの関係に維持されている。
【００４０】
また、前記反射素子３は、図１，図３及び図５に示す反射素子、或いは図７に示す反射素子をそれぞれ単体として用いてもよく、さらには、図１，図３及び図５に示す反射素子３と図７に示す反射素子３とを組み合わせて用いてもよいものである。
【００４１】
図７に示す反射素子３のみを単体として用いた場合、図１，図３及び図５に示す反射素子３を設置するスペース分を短縮してアンテナの小型化を図ることができる。更に、図１，図３及び図５に示す反射素子３と図７に示す反射素子３とを組み合わせて用いた場合、低周波側から高周波側までＶＳＷＲの値を４以下に抑えることができる。
【００４２】
次に、本発明の実施形態に係る指向性アンテナを用いて、地上デジタル放送のアンテナを受信した際における電流分布をシミュレーションした結果を記述する。
【００４３】
前記指向性アンテナでは、給電素子素子１の給電辺１ａ，１ｂ及び前記給電辺１ａ，１ｂと平行な辺１ｃ１，１ｄ１と、及び前記給電素子１と電磁結合している無給電素子２の辺２ａ，２ｂに受信電流が適宜流れることにより、低周波側（４７０ＭＨｚ）から高周波側（７７０ＭＨｚ）に亘る周波数帯域で地上デジタル放送の信号を受信できることが分かった。
【００４４】
以上の結果を検討すると、本発明の実施形態に係る指向性アンテナは、電波の送受信を行う放射素子Ａと、前記放射素子Ａに対向して後方に間隔Ｄをもって配置された反射素子３とを有し、基準とする基準周波数をλとした場合、前記放射素子Ａの放射に寄与しない辺と前記反射素子３の外縁３ａとの間隔ｄを、前記間隔Ｄとの関係において、Ｄ＜ｄに設定することにより、前記間隔Ｄをλ／４以下に短縮することができ、アンテナの奥行きを小型化することができる。
【００４５】
さらに、本発明の実施形態では、前記放射素子を相互に電磁結合する給電素子及び無給電素子により構成することにより、低周波側から高周波側までの広帯域を実現することができ、アンテナの奥行きの小型化に加えて、アンテナの長さ方向の小型化を実現することができるものである。
【００４６】
さらに、地上デジタル放送を受信する場合、指向性とＶＳＷＲとが要求されるものである。本発明の実施形態では、放射素子を構成する給電素子に側面導体部を備えることによって、指向性及びＶＳＷＲを向上させている。また、本発明の実施形態では、反射素子に１以上の開口を設け、その開口の個数及び開口面積などを適宜選択することにより、前記間隔Ｄを短縮したことによって低下する反射効率を向上させて、前記指向性及びＶＳＷＲの向上を実現している。
【００４７】
また、本発明の実施形態１によれば、給電素子と無給電素子とを電磁結合させ、前記２つの素子がそれぞれカバーする周波数帯域を重ね合わせることにより、アンテナの広帯域化を実現することができる。
【００４８】
また、本発明の実施形態１によれば、送受信する際に電磁結合する前記２つのアンテナ素子１，２の送受信に寄与する辺１ａ，１ｂ、辺１ｃ１，１ｄ１及び辺２ａ，２ｂを平行に配置することにより、それらの辺に流れる電流を重ね合わせることができ、送受信の利得を向上させることができる。
【００４９】
また、電磁結合する前記給電素子と前記無給電素子とのインピーダンスを側面導大部でマッチングさせることにより、前記２つのアンテナ素子相互間を最適に電磁結合することができ、前記給電素子と前記無給電素子とがそれぞれカバーする周波数帯域を有効に重ね合わせることにより、アンテナの広帯域化を実現することができる。
【００５０】
また、本発明の実施形態１によれば、２つのアンテナ素子の一方をループ形状に形成する事により、そのループ全長を約１λ（λ：使用基準周波数）以内に短縮することができ、アンテナの小型化を実現できる。
【００５１】
（実施形態２）
図１１及び図１２に示す本発明の実施形態２は、給電素子１としてダイポール素子の形状に形成した素子（以下、ダイポール素子３０という）を用い、このダイポール素子３０と閉ループ形状の無給電素子４０とを相互に電磁結合する位置関係に組み合わせた例である。
【００５２】
図１に示す例では、給電辺１ａ，１ｂを備えた双ループ形状の給電素子１として構成したが、図１１及び図１２に示す実施形態２では、給電素子としてダイポール素子３０を用いている。３０ｃは、ダイポール素子３０への給電点であり、この給電点３０ｃの箇所で図１に示す同軸ケーブル７がダイポール素子３０に接続される。さらに、図１１及び図１２に示す無給電素子４０は矩形形状の閉ループとして形成してある。そして、前記ダイポール素子３０は、閉ループ形状の前記無給電素子４０の内側でその両端３０ａ，３０ｂを前記無給電素子４０の内辺に接近させて配置され、前記無給電素子４０と前記ダイポール素子３０とを電磁結合されるように配置させている。なお、図１１及び図１２に示す例では、前記無給電素子４０を正方形状に形成しているが、長方形状に変更してもよいものである。
【００５３】
また、前記ダイポール素子３０と前記無給電素子４０とは基本的には同一面に配置しているが、前記ダイポール素子３０と前記無給電素子４０とを異なる面内に配置するようにしてもよい。この場合であっても、前記ダイポール素子３０の両端３０ａ，３０ｂは前記無給電素子４０の内辺に接近して配置されるため、その両者は相互に電磁結合する位置関係に維持される。なお、ダイポール素子３０の形状を三角形状に設定しているが、矩形形状であってもよく、その形状はいずれのものであってもよい。
【００５４】
図１１に示す放射素子Ａの寸法の一例を記述する。４７０ＭＨｚを基準とする基準周波数λとすると、ダイポール素子３０の全長Ｌ１が０．２５λ、無給電素子４０の辺Ｌｘ，Ｌｙが０．３λ、幅Ｗが０．０１５λに設定している。
この寸法関係からも明らかなように、図１に示す実施形態１における実施形態２の辺Ｌｙに相当する辺の寸法Ｌ３が０．５７λであるのに対して、実施形態２の辺Ｌｙの寸法が０．３λであり、実施形態２の放射素子Ａの構造では、実施形態１よりもさらに短縮することができる。このように、実施形態２によれば、アンテナを極めて小さくすることができる。さらに、図１４に示す様に、相互に電磁結合するダイポール素子３０及び無給電素子４０により、低周波側（４７０ＭＨｚ）から高周波側（７７０ＭＨｚ）までの広帯域での受信がＶＳＷＲ“３”以下で可能となる。
図１及び図１１に示す実施形態において、給電素子１，３０と無給電素子２，４０との相互電磁結合させる構造は、送受信可能な周波数の帯域を広帯域化する手段として有効であることが分かった。
【００５５】
次に、図１１に示す実施形態２の放射素子Ａに反射素子５０を組み合わせた例を説明する。図１２及び図１３に示す様に、本発明の実施形態２は前記反射素子５０を前記ダイポール素子３０の後方（図１２のＺ方向）に設け、図１２及び図１３に示す様に前記反射素子５０とダイポール素子３０との間隔をＤ、前記ダイポール素子３０の放射に寄与しない対向する辺３０ａ，３０ｂ又は放射に寄与する対向した辺３０ｄ，３０ｅの少なくとも一方の辺と前記反射素子５０の外縁５０ａとの間隔をｄとし、基準とする基準周波数をλとした場合、間隔Ｄと間隔ｄとの関係を、Ｄ＜ｄに設定している。但し、間隔Ｄ＜λ／４の関係に設定する。
前記間隔Ｄ及び前記間隔ｄの一例を記述すると、図１３に示す様に、前記ダイポール素子３０とその後方に配置した前記反射素子５０との間隔Ｄを０．０７８λに設定した場合、前記ダイポール素子３０の放射に寄与しない対向する辺３０ａ，３０ｂと前記反射素子５０の外縁５０ａとの間隔ｄをｄ＞０．１１λに設定することにより、間隔ｄ＞間隔Ｄの関係に設定している。この場合、反射素子５０の外縁５０ａに立てた１点鎖線で示す垂線との最短距離であっても、間隔ｄ１は０．０８６λであって、間隔ｄ（ｄ１を含む）＞間隔Ｄの関係に維持されている。この寸法関係は、放射に寄与する対向した辺３０ｄ，３０ｅと反射素子５０の外縁５０ａとの関係において同様である。
【００５６】
図１３に示す本発明の実施形態２は、ダイポール素子３０及び無給電素子４０から構成した放射素子Ａに対向する反射素子５０を配置し、放射素子Ａと反射素子５０との間隔Ｄと、放射素子Ａの放射に寄与しない対向する辺３０ａ、３０ｂと反射素子５０の外縁５０ａとの間隔ｄとを、Ｄ＜ｄの関係に設定することにより、図１５に示す様に、低周波側（４７０ＭＨｚ）から高周波側（７７０ＭＨｚ）までの広帯域化をＶＳＷＲ“４”以下で実現することができる。
【００５７】
図１６及び図１７は、図１２に示す指向性アンテナの指向性を向上させたものである。具体的に説明すると、放射素子Ａ（ダイポール素子３０及び無給電素子４０）と反射素子５０との間にＨ型素子６０を配置している。前記Ｈ型素子６０は、その縦梁６０ａ，６０ｂがダイポール素子３０の放射に寄与しない辺３０ａ，３０ｂと平行に配置されており、２本の縦梁６０ａ，６０ｂを連結している桟６０ｃがダイポール素子３０の上方にあって、ダイポール素子３０と平行に配置されている。
【００５８】
図１６及び図１７に、寸法の一例を示す。Ｈ型素子６０の縦梁６０ａ，６０ｂの幅Ｗｘを０．０４７λ、桟６０ｃの幅Ｗｙを０．００８λにそれぞれ設定している。また、ダイポール素子３０と反射素子５０との間隔Ｈ１を０．０７８λ、ダイポール素子３０とＨ型素子６０との間隔Ｈ２を０．００６２λにそれぞれ設定している。
【００５９】
図１２に示す実施形態の指向性アンテナでは図１８（ａ）に示す様に、Ｚ方向における前方向での放射パターンＰ１と後ろ方向での放射パターンＰ２とが略等しいものとなり、その指向性に難がある。これに対して、図１６及び図１７に示す実施形態では図１２に示す放射素子Ａと反射素子５０との間に前後比を異ならせてＨ型素子６０を配置してあるために、図１８（ｂ）に示す様に、Ｚ方向における後ろ方向での放射パターンＰ２が圧縮されて、Ｚ方向における前方向への指向性が改善されていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、特に地上デジタル放送の受信に最適なアンテナを提供できるものである。
【符号の説明】
【００６１】
１  給電素子
１ａ，１ｂ  給電辺
１ｃ１，１ｄ１，１ｅ，１ｆ  辺
２，４０  無給電素子
２ａ，２ｂ  辺
３，５０  反射板
８  側面導体部
８ａ  閉塞ループ
８ｃ，８ｄ，８ｅ、８ｆ  辺
３０  ダイポール素子
６０  Ｈ型素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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