(57)【要約】      （修正有）【課題】地上波デジタル放送受信用アンテナの性能（特にＶＳＷＲの周波数特性）を従来のアンテナ導体を太くしたり、複雑な構造とすることなく、非線形最小化手法により格段に改善する。【解決手段】約１波長の楕円状細線ループアンテナで形成されるアンテナ導体部と、新たに考案した平衡２線式給電腺と集中リアンタンス（インダクタンタンスとキャパシタンス各１）で構成される簡単なインピーダンス変換部を組み合わせ、さらに、地上波デジタル放送周波数帯全域における所望のＶＳＷＲ周波数特性を目的関数により定義して、該目的関数を非線形問題最適化手法を適用することにより、従来の室内用アンテナよりＶＳＷＲ特性を格段に改善している。【選択図】図６
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
円筒状または円形断面棒状導体を平面上で一周するループ状に形成したアンテナ素子と該アンテナ素子の左右対称点の片方を給電点としたアンテナ導体部と、平行２線給電線および集中インダクタンスと集中キャパシタンス各１個を並列接続した集中リアクタンスで構成されたインピーダンス変換部と、インピーダス変換比１：１の平衡−不平衡変換器で構成され、且つ、インピーダンス変換部の出力端における特性インピーダンス７５Ωに対する電圧定在波比の４７０ＭＨｚから７１０ＭＨｚに亘る周波数特性に関して定義された目的関数を所望の特性に最も近くなる如く、該目的関数に関与する上記アンテナ導体部アンテナ素子の形状、導体長、導体半径および上記インピーダンス変換部の平行２線給電線の長さ、特性インピーダンスおよび上記集中リアクタンスの集中インダクタンスと集中キャパシタンスの総ての諸元あるいは指定した諸元を選定したことを特徴とする地上波デジタル放送受信用アンテナ。
【請求項２】
アンテナ導体部のアンテナ素子を電気的等価半径が同等の薄板状導体で構成した、請求項１記載の地上波デジタル放送受信用アンテナ。
【請求項３】
アンテナ導体部のアンテナ素子を、その形状を楕円状または円形状とした場合において、該形状を直線状導体で細分された多角形状とした、請求項１記載の地上波デジタル放送受信用アンテナ。
【請求項４】
インピーダンス変換部の平行２線給電線を柔軟な銅線および柔軟な絶縁材により構成し、且つ、該平行２線給電線を屈曲して、該インピーダンス変換部の物理的寸法を縮小した、請求項１記載の地上波デジタル放送受信用アンテナ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本考案はＵＨＦ帯地上伝播電波によるデジタルテレビ放送受信用アンテナに関する。
当該分野では、大別して
・屋外設置用アンテナ
・室内用アンテナ
が使用されているが、本考案は後者の室内用アンテナに関してなされたものである。
【背景技術】
【０００２】昭和２８年以降、ＶＨＦ帯およびＶＨＦ帯において地上伝播電波によるアナログ放送が開始され，所謂強電界地域では、室内用アンテナも多種多様なものが実用されて来ている。【０００３】古くから現在でも使用されているＵＨＦ帯室内用アンテナは、その基本動作形態として、半波長折返しアンテナ、１波長正方形または円形ループアンテナを採用し、指向特性を変化させるような機能を付加したものが多く見られるが、使用周波数帯、即ちアナログ放送は４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ、デジタル放送は４７０〜７１０ＭＨｚ（注：比帯域はアナログ放送周波数帯で５０％、デジタル放送周波数帯で約４０％と広い）に対するＶＳＷＲ改善等の広帯域化手段を講じたものは殆どないようである。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】しかし、２００４年より、ＵＨＦ帯においてデジタル方式による放送が開始され、現在はアナロ方式も継続して放送が行われているが、２０１１年７月以降はデジタル方式に全面移行される予定である。  この方式移行により、これまでのアナログ方式では惹起しなかった、デジタル方式に起因する受像画面の消失現象（Ｃｌｉｆｆ−ｏｆｆ  Ｅｆｆｅｃｔと呼ばれる）が受像機入力信号レベル低下時に発生し、受信不能となる。【０００５】Ｃｌｉｆｆの傾斜は予想外に急峻で、受像機の機種にもよるが、入力レベルが僅か０．５ｄＢ程度低下しても良好な受信画面が突然消失し、受信不能になる場合が多いようである。したがって、同じ放送塔から送信される電波であっても、周波数が離れたチャンネルの放送を受信する場合、広帯域化されていないアンテナでは、全チャンネルの聴視が出来なくなり、受信電波状況の良くない室内用アンテナの使用は、厳しい状況に変わりつつある。【０００６】周知のように、電圧定在波比（以下、ＶＳＷＲと略記）に起因する不整合損失は、ＶＳＷＲ３で約１．３ｄＢ、ＶＳＷＲ６で約３ｄＢであり、アナログ放送においては、画質の劣化は殆ど視認できないが、デジタル放送では上記のように状況は全く異なる。【０００７】また、古くから代表的な広帯域アンテナとして、アンテナの導体を立体円錐状としたコーンアンテナや板状扇形（蝶ネクタイ状）としたボウータイアンテナが良く知られており、これらのアンテナ導体を変形した室内用アンテナも使用されているが、原形の広帯域アンテナは、概ね導体長が０．７波長で生起する第１反共振周波数近傍以上の周波数帯で広帯域動作となるものであり、導体長が約半波長の第１共振近傍〜第１反共振の周波数領域でのＶＳＷＲは決して低くない。【０００８】アンテナ整合器に関しては、集中あるいは分布定数素子によるＴ形、格子形、π形等多種多様な整合回路が既に理論的に解明され、また実用されて来ているが、これらは基本的に単１周波数におけるインピーダンス完全整合用（元来送信機用）であり、比帯域約４０％の周波数範囲にはそのまま使用できない。また、２線分布定数線路を多段接続し、その線間間隔をテーパ状に変化させたり、各段の特性インピーダンスを２項展開係数的に選定する広帯域整合回路なども古くから知られてはいるが、製作が複雑、コスト高となるので、本考案の対象分野には到底採用できない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】本考案では、地上波デジタル放送受信用アンテナを、アンテナ導体部１、インピーダンス変換部２および平衡−不平衡変換器３で構成し（図１参照）、以下の手段により従来のアンテナより格段にＶＳＷＲ周波数特性を改善している。【００１０】まず，アンテナ導体部１は、広帯域化に適し、形態が複雑でなく製作が容易で、且つ、アンテナ素子１１の導体部材（主に銅材、アルミニューム材）の所要量の少ないアンテナ形式として、長さ約１波長（約６０ｃｍ）、半径０．７５ｍｍ程度以下の１ターンループアンテナを選択（図２参照）。【００１１】インピーダンス変換部２は、上記アンテナ導体部１に採用した約１波長ループアンテナ共通の入力インピーダンス周波数特性に見られる特徴、すなわち、動作周波数帯中央近傍の第１共振とその上下における入力抵抗の平坦性と、第１共振周波数の約６０％近傍に生起する急峻な第１反共振および第１共振周波数の約１．３倍の周波数に生起する第２反共振（注：アンテナ形状、導体の太さにより変化）と、地上波デジタルテレビ放送周波数帯の比帯域約４０％に着目することにより、新たに考案した、平行２線給電線２１と集中リアクタンス２２で構成される、簡単なインピーダンス変換回路を使用（図３参照）。【００１２】すでに、約１波長のループアンテナを約１／４波長の平行２線分布定数線路で給電する文献もあるが、本インピーダンス変換部２は、平行２線給電線（分布定数線路）２１と集中リアクタンス２２で構成される。【００１３】なお、本インピーダンス変換部２の負荷インピーダンスはテレビ受像機の入力インピーダンス７５Ω（不平衡）としているので、図５に示したようなインピーダンス変成比１：１の平衡−不平衡変換器３を挿入している。【００１４】さらに、本考案の要として、動作周波数帯内における所望のＶＳＷＲ周波数特性に関する目的関数（Ｃｏｓｔ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，Ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  Ｍｅｒｉｔ、等とも呼ばれる）を
目的関数＝ＶＳＷＲの平均値＋重み係数とＶＳＷＲ標準偏差との積
と定義し、上記アンテナ素子１１とインピーダンス変換部２の全ての諸元または選定した諸元を指定の範囲内で変化させて、該目的関数が最小となる如く、それぞれの諸元を最適値に選定している。【００１５】詳細な選定計算手法の説明は省略するが、この過程はいわゆる非線形最小化問題に帰着し、解析的に解けない場合に適用される一手法に拠っている。目的関数は上記諸元の個々の変化により非線形的に変化するが、各諸元に関する一次偏微分は最適化を行う状況下で連続であることを確認している。目的関数内のＶＳＷＲの標準偏差に対する重み係数値を大きくすれば、動作周波数帯内でのＶＳＷＲ平均値は若干増加するがＶＳＷＲ値は平坦になる。【００１６】後記の本考案実施例では、ＶＳＷＲはテレビ受像機の入力インピーダンス７５Ωに対する値とし、重み係数を採用アンテナ形状と動作周波数帯内の所望のＶＳＷＲ周波数特性により適当な値に予め選定している。【００１７】なお、上記目的関数の最小化過程においては、アンテナ導体部給電点１２における、個々の諸元の変化に対する多量の詳細な入力インピーダンス値が必要であるので、これらの数値は線状アンテナの解析に広く用いられているモーメント法により算出している。
【考案の効果】
【００１８】本考案は、２０１１年以降に全国規模で実施される地上波デジタル放送受信用アンテナの性能（特にＶＳＷＲの周波数特性）を従来のアンテナ導体を太くしたり、複雑な構造とすることなく、非線形最小化手法により格段に改善するものである。また、銅、アルミニューム部材等の省資源化にも有効である。
【実施例】
【００１９】以下、図面を参照して、本考案の実施形態を説明する。【００２０】まず、具体的な実施例を記す前に、本考案の各実施例で共通に使用する、インピーダンス変換部２と平衡−不平衡変換器３に関して説明する。【００２１】インピーダンス変換部２は、図３に示すように、平行２線給電線２１と集中リアクタンス２２で構成される。平行２線給電線２１は、長さ（以下ＴＬＬと略記）と特性インピーダンス（以下ＴＬＺ０と略記）がインピーダンス変換に関与し、前記目的関数の最適化において重要な要素となる。なお、平行２線給電線２１は図４に示したように、柔軟な銅線と絶縁材により構成し、さらに屈曲させれば、物理的寸法を小型に縮小できる。この場合、使用絶縁材の実効比誘電率に関係してＴＬＬ自体も短縮され、ポリエチレン系の絶縁材を使用すれば８０％程度に短縮される。【００２２】集中リアクタンス２２はインヅクタンス（以下Ｌｐと略記）とキャパシタンス（以下Ｃｐと略記）各１個を並列接続したもので構成され、インピーダンス変換部２の出力側端子２４に接続される。この集中リアクタンスはＬｐとＣｐの共振周波数の下側周波数で誘導性、上側周波数で容量性リアクタンスとなり、上記平行２線給電線２１のみのインピーダンス変換動作を補完するものであって、やはり、前記目的関数の最適化において重要な要素となる。さらに補足すれば、Ｌｐ／Ｃｐの平方根値（次元はΩ）はインピーダンス変換部２の出力インピーダンス７５Ωと前記ＴＬＺ０とも関連している。【００２３】テレビ受像機の不平衡入力インピーダンス７５Ωに対応するため、本考案ではインピーダンス変換比１：１の平衡−不平衡変換器３が必要である。その構成例を図５に示す。アンテナ素子１１として、導体全長が動作周波数帯中央周波数の約１波長を採用しているので、アンテナ自体が有する不平衡漏洩電流（注：同軸ケ−ブル外被導体に漏洩）抑圧作用により、平衡−不平衡変換器は不要とする見方もあるが、このような作用は狭帯域で生起するものであり、本考案のような広帯域動作アンテナには通用しない。
【実施例１】
【００２４】本考案で最も優れたＶＳＷＲ特性が得られる実施例１は、アンテナ素子１１を図１の（１）に示した楕円形状としたものである。【００２５】アンテナ素子１１の導体長を７５０ｍｍ以下に制限し、且つ、省資源のため導体の半径を従来のアンテナより比較的に細い０．５ｍｍに固定して、長径Ａおよび短径Ｂと、平行２線式給電線２１のＴＬＬ、ＴＬＺ０および集中リアクタンス２２のＬｐとＣｐを前記目的関数の重み係数値を１．２として最適化したものである。【００２６】各諸元の最適値は、Ａ＝１２６．４ｍｍ、Ｂ＝４９．１ｍｍ、ＴＬＬ＝１２８．４ｍｍ、ＴＬＺ０＝１５３．１Ω、Ｌｐ＝０．０４７７μＨ、Ｃｐ＝２．５６ｐＦとなる。アンテナ導体長は給電点間隔も含めて５７８．５ｍｍであり、動作周波数帯中央周波数５９０ＭＨｚの約１．１波長に相当し、ＬｐとＣｐの共振周波数は動作周波数帯下限近傍４９５ＭＨｚにある。【００２７】また、この場合のＶＳＷＲ周波数特性を図６に示す。インピーダンス変換部を付さない状態での特性も点線で示した（注：正規化インピーダンス１５０Ωとしている。７５Ωとすれば更に悪化する）。本実施例では後記、他の実施例のようにアンテナ導体の縦横寸法比を固定せず、個別に最適化させた場合であり、縦横比Ｂ／Ａ＝０．３９となっている。ＶＳＷＲの平均値は１．６８、標準偏差は０．１まで最適化されており、後記他の実施例も含めた本考案実施例の中では最も優れたＶＳＷＲ特性が得られている。【００２８】アンテナ素子１１を直線状導体で細分化した多角形状、例えば１６角形、に構成しても、殆ど上記と同様のＶＳＷＲ特性が得られる。【００２９】また、アンテナ素子１１を導体断面が円筒または円棒状でない導体で構成しても、その等価半径が等しければ、理論的には特性は変わらないので、上記半径０．５ｍｍの導体は幅２ｍｍの薄板状導体に置き換えてもよい。【００３０】なお、本実施例１および後記の他の実施例も含めた本考案の全ての諸元は、目的関数が最適化された状態においてクリチカルではなく、３％程度値が違ってもＶＳＷＲ特性の劣化は、平均値で０．２程度、標準偏差で０．０４程度である。したがって、実際の製品製作においては、ＴＬＺ０、Ｃｐなどは入手容易な値、たとえばＴＬＺ０値を１５０Ω、Ｃｐ値を２．７ｐＦとしても良い。ただし、ＬｐとＣｐに関して付言すれば、両者の並列共振周波数は本考案インピーダンス変換部２の主要動作ファクタであるので、Ｌｐの値も併せて修正するのが好ましい。
【実施例２】
【００３１】実施例２は、上記実施例１において、アンテナ素子１１を図２の（２）に示したような細長い矩形状、すなわち、２線式折返しアンテナに置き換えたものである。【００３２】アンテナ素子１１各部の導体半径を実施例１と同様０．５ｍｍに固定し、平行導体間隔Ｓを４ｍｍ〜１０ｍｍに制限して（注：Ｓの上限を制限しないと折返しアンテナとは言えなくなる為）、長さＬとインピーダンス変換部２の全諸元を目的関数の重み値１．６として最適化した結果を示すと，Ｌ＝１２３．９ｍｍ，Ｓ＝１０ｍｍ、ＴＬＬ＝１１６．６ｍｍ、ＴＬＺ０＝１８４．４Ω、Ｌｐ＝０．０２１６μＨ、Ｃｐ＝３．３２ｐＦとなる。【００３３】この場合のＶＳＷＲ周波数特性を図７に示す。整合部を付さない状態での特性も点線で示した。間隔Ｓは制限範囲の上限値となっており、最適化は制限されているがＶＳＷＲの平均値は２．０５、標準偏差は第１の実施例よりも小さい０．０２４となって、普通の折返しアンテナより格段に優れた平坦なＶＳＷＲ特性が得られる。アンテナ長（２Ｌ）２３７．８ｍｍは、動作周波数帯の中央５９０ＭＨＺの０．４６８波長に相当し、ＬｐとＣｐの共振周波数は動作周波数帯の中央近傍５９４ＭＨｚにある。
【実施例３】
【００３４】実施例３は、前記実施例１において、アンテナ素子１１を図１の（３）に示した円形ループ状としたものである。やはり導体半径を細い０．５ｍｍに固定し、ループ半径Ｒとインピーダンス変換部の全諸元を、実施例１と同じ重み係数値１．２として最適化した結果は、Ｒ＝９４．９ｍｍ、ＴＬＬ＝１３６．８ｍｍ、ＴＬＺ０＝１４０．８Ω、Ｌｐ＝０．０４９５μＨ、Ｃｐ＝２．９７ｐＦとなる。【００３５】この場合のＶＳＷＲ周波数特性を図８に示す。整合部を付さない状態での特性も点線で示した（注：正規化インピーダンス１１５Ωとしている。７５Ωとすれば更に悪化する）。本実施例のＶＳＷＲＲ平均値は２．６１、標準偏差値は０．２となり、前記実施例１および実施例２よりＶＳＷＲ特性は若干劣化しているが、動作周波数帯全域で３以下となり、インピーダンス変換部を付さない状態より格段にＶＳＷＲ特性は改善されている。
【産業上の利用可能性】
【００３６】本考案は、２０１１以降に全国規模で実施される地上波デジタル放送受信用アンテナの性能改善と銅、アルミニューム部材等の省資源化に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本考案アンテナを構成するアンテナ導体部１、インピーダンス変換部２および平衡−不平衡変換器３との接続系統を示す図。
【図２】アンテナ導体部１におけるアンテナ素子１１の形状と寸法諸元を示す図。
【図３】インピーダンス変換部２における平行２線給電線線２１と集中リアクタンス２２の構成を示す図。
【図４】平行２線給電線線２１の物理的寸法短縮例を示す図。
【図５】本考案の中で使用される平衡−不平衡変換器３の構成例を示す図。
【図６】本考案実施例１のＶＳＷＲ周波数特性を示す図。
【図７】本考案実施例２のＶＳＷＲ周波数特性を示す図。
【図８】本考案実施例３のＶＳＷＲ周波数特性を示す図。
【符号の説明】
【００３８】１    アンテナ導体部
１１  アンテナ素子
１２  給電点
２    インピーダンス変換部
２１  平行２線給電線
２２  集中リアクタンス
２３  アンテナ給電点との接続端子
２４  平衡−不平衡変換器との接続端子
３    平衡−不平衡変換器
３１ａ，３１ｂ  インピーダンス変換部との接続端子
３２  不平衡７５Ω同軸ケーブルとの接続端子
【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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