(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向に対してそれぞれ所定長さに形成された基板と、
前記基板の第１の面上に設けられると共に、第１の基点から水平方向と垂直方向とに向かってそれぞれ延在し、かつ、受信周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さにそれぞれ形成された第１の水平エレメントと第１の垂直エレメントを備えた第１のアンテナ構成体と、
前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第１の基点から水平方向に前記受信周波数帯の中心周波数における波長の４分の１相当の距離離隔した第２の基点から水平方向に、かつ、前記第１の水平エレメントと背向するように延在し、かつ、前記受信周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第２の水平エレメントと、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第２の基点から垂直方向に、かつ、前記第２の垂直エレメントと同一方向に延在し、かつ、前記受信周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第２の垂直エレメントを備えた第２のアンテナ構成体と、
前記第１の基点及び前記第２の基点の近傍に配置された第１の導電線と、
前記第１のアンテナ構成体の前記第１の基点の部分と前記第１の導電線の第１の端部とを接続するように設けられた第２の導電線と、
前記第２のアンテナ構成体の前記第２の基点の部分と前記第１の導電線の第２の端部とを接続するように設けられると共に、前記第２の導電線と同じ長さに形成された第３の導電線と、
前記第１の導電線上にそれぞれ形成されると共に、前記第１の導電線に沿った互いの距離が前記受信周波数帯の中心周波数における波長の２４分の１以上、４分の１の長さ以下になるようにそれぞれ配置された第１の給電点及び第２の給電点と、
前記第１の導電線上に形成されると共に、前記第１の導電線に沿った距離において前記第１の給電点と前記第２の給電点との中間点に形成された第３の給電点を有することを特徴とするフェイズドアレイアンテナ装置。
【請求項２】
前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第１の基点から垂直下方に前記使用周波数帯の中心周波数における波長の４分の１相当の距離離隔した第３の基点から水平方向に、かつ、前記第１の水平エレメントと同一方向に延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第３の水平エレメントと、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第３の基点から垂直方向に、かつ、前記第１の垂直エレメントと背向するように延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第３の垂直エレメントを備えた第３のアンテナ構成体と、
前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第２の基点から垂直下方に前記使用周波数帯の中心周波数における波長の４分の１相当の距離離隔した第４の基点から水平方向に、かつ、前記第２の水平エレメントと同一方向に延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第４の水平エレメントと、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第３の基点から垂直方向に、かつ、前記第２の垂直エレメントと背向するように延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第４の垂直エレメントを備えた第４のアンテナ構成体と、
前記第３のアンテナ構成体の前記第３の基点の部分と前記第１の導電線の第１の端部とを接続するように設けられた第４の導電線と、
前記第４のアンテナ構成体の前記第４の基点の部分と前記第１の導電線の第２の端部とを接続するように設けられると共に、前記第４の導電線と同じ長さに形成された第５の導電線をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
【請求項３】
前記基板の第２の面上に形成されると共に、前記第１の基点、前記第２の基点、前記第３の基点及び前記第４の基点を頂点とする仮想的４角形に対応する部位に、該仮想的４角形と同じ形状で、かつ、同じ大きさに形成されたグランドプレーンをさらに有することを特徴とする請求項２に記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
【請求項４】
前記基板を収納したケースと、
前記ケースにそれぞれ設けられると共に、前記第１の給電点、前記第２の給電点及び前記第３の給電点にそれぞれ接続された第１の給電コネクタ、第２のコネクタ及び第３のコネクタと、
前記設けられると共に、建築構造物に固定可能な固定具をさらに有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
【請求項５】
前記固定具は、前記ケースと前記建築構造物との間に介在し、
前記第１の給電コネクタ、前記第２のコネクタ及び前記第３のコネクタは、前記ケースの前記建築構造物と対向する側の面に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１の導電線、第２の導電線、前記第３の導電線、前記第４の導電線及び前記第５の導電線のうち、少なくとも１つの導電線を電波シールド材で覆っていることを特長とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のフェイズドアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェイズドアレイアンテナ装置に関し、地上波デジタルテレビジョン放送を受信できるフェイズドアレイアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上デジタルテレビ放送などとも称されている地上波デジタル方式によるテレビジョン放送を受信するためのアンテナとして、地上波アナログ方式によるテレビジョン放送の受信用として普及している八木アンテナが使用できるが、各エレメントが大きく、設置に労力を要することから、コンパクトで設置がより容易なアンテナが提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００５−２６０８９８公報ではアマチュア無線家が移動局用などに利用していたスイスクワッド型アンテナを地上波デジタル方式によるテレビジョン放送に適した構造に改良したアンテナが開示されている。スイスクワッド型アンテナは、八木アンテナよりもコンパクトで設置がより容易になるという利点がある。
【０００４】
しかし、スイスクワッド型アンテナにおいても、電波が到来する方向とアンテナの指向性を勘案してアンテナの向きを調整する必要があり、この点は八木アンテナとほぼ同じ作業負担となる。また、民家などの場合には屋根の上で作業する必要があるので、作業時の危険性は軽減されないという問題点もある。さらに、台風などによってアンテナの方向が変わった場合、再度調整する必要がある点も八木アンテナと変わりがない。また、屋内に設置できるほどコンパクトとは言い難い大きさであり、屋内設置に適しているとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６０８９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、地上波デジタルテレビジョン放送を受信でき、コンパクトでアンテナの方向を調整する必要がないアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、水平方向及び垂直方向に対してそれぞれ所定長さに形成された基板と、前記基板の第１の面上に設けられると共に、第１の基点から水平方向と垂直方向とに向かってそれぞれ延在し、かつ、受信周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さにそれぞれ形成された第１の水平エレメントと第１の垂直エレメントを備えた第１のアンテナ構成体と、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第１の基点から水平方向に前記受信周波数帯の中心周波数における波長の４分の１相当の距離離隔した第２の基点から水平方向に、かつ、前記第１の水平エレメントと背向するように延在し、かつ、前記受信周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第２の水平エレメントと、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第２の基点から垂直方向に、かつ、前記第２の垂直エレメントと同一方向に延在し、かつ、前記受信周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第２の垂直エレメントを備えた第２のアンテナ構成体と、前記第１の基点及び前記第２の基点の近傍に配置された第１の導電線と、前記第１のアンテナ構成体の前記第１の基点の部分と前記第１の導電線の第１の端部とを接続するように設けられた第２の導電線と、前記第２のアンテナ構成体の前記第２の基点の部分と前記第１の導電線の第２の端部とを接続するように設けられると共に、前記第２の導電線と同じ長さに形成された第３の導電線と、前記第１の導電線上にそれぞれ形成されると共に、前記第１の導電線に沿った互いの距離が前記受信周波数帯の中心周波数における波長の２４分の１以上、４分の１の長さ以下になるようにそれぞれ配置された第１の給電点及び第２の給電点と、前記第１の導電線上に形成されると共に、前記第１の導電線に沿った距離において前記第１の給電点と前記第２の給電点との中間点に形成された第３の給電点を有することを特徴とするフェイズドアレイアンテナ装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第１の基点から垂直下方に前記使用周波数帯の中心周波数における波長の４分の１相当の距離離隔した第３の基点から水平方向に、かつ、前記第１の水平エレメントと同一方向に延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第３の水平エレメントと、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第３の基点から垂直方向に、かつ、前記第１の垂直エレメントと背向するように延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第３の垂直エレメントを備えた第３のアンテナ構成体と、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第２の基点から垂直下方に前記使用周波数帯の中心周波数における波長の４分の１相当の距離離隔した第４の基点から水平方向に、かつ、前記第２の水平エレメントと同一方向に延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第４の水平エレメントと、前記基板の第１の面上に形成されると共に、前記第３の基点から垂直方向に、かつ、前記第２の垂直エレメントと背向するように延在し、かつ、前記使用周波数帯の中心周波数における波長の約４分の１の長さに形成された第４の垂直エレメントを備えた第４のアンテナ構成体と、前記第３のアンテナ構成体の前記第３の基点の部分と前記第１の導電線の第１の端部とを接続するように設けられた第４の導電線と、前記第４のアンテナ構成体の前記第４の基点の部分と前記第１の導電線の第２の端部とを接続するように設けられると共に、前記第４の導電線と同じ長さに形成された第５の導電線をさらに有することを特徴とするフェイズドアレイアンテナ装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記基板の第２の面上に形成されると共に、前記第１の基点、前記第２の基点、前記第３の基点及び前記第４の基点を頂点とする仮想的４角形に対応する部位に、該仮想的４角形と同じ形状で、かつ、同じ大きさに形成されたグランドプレーンをさらに有することを特徴とするフェイズドアレイアンテナ装置である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記基板を収納したケースと、前記ケースにそれぞれ設けられると共に、前記第１の給電点、前記第２の給電点及び前記第３の給電点にそれぞれ接続された第１の給電コネクタ、第２のコネクタ及び第３のコネクタと、前記設けられると共に、建築構造物に固定可能な固定具をさらに有することを特徴とするフェイズドアレイアンテナ装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記固定具は、前記ケースと前記建築構造物との間に介在し、前記第１の給電コネクタ、前記第２のコネクタ及び前記第３のコネクタは、前記ケースの前記建築構造物と対向する側の面に設けられていることを特徴とするフェイズドアレイアンテナ装置である。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の導電線、第２の導電線、前記第３の導電線、前記第４の導電線及び前記第５の導電線のうち、少なくとも１つの導電線を電波シールド材で覆っていることを特長とするフェイズドアレイアンテナ装置。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、第１の導電線上に、互いの距離が受信周波数帯の中心周波数における波長の２４分の１以上、４分の１の長さ以下になるように配置している第１の給電点及び第２の給電点と、これらの中間点に第３の給電点を設けたので、第３の給電点に対しては第１のアンテナ構成体と第２のアンテナ構成体とは電気的に等距離になり、第１の給電点と第２の給電点とに対しては第１のアンテナ構成体と第２のアンテナ構成体とに波長の４分の１分の位相差ができる。したがって、第１の給電点と第２の給電点とのいずれかに給電ケーブルを接続したときには、第１のアンテナ構成体と第２のアンテナ構成体とのいずれかが受信する電波に対して波長の４分の１相当近い又は遠い配置となる。これは、受信する電波の到来方向に対してプラス・マイナス１０度以上９０度以下の範囲でフェイズドアレイアンテナ装置を回転させることに等しい。したがって、３つの給電点に対して給電ケーブルを選択的に接続することによってフェイズドアレイアンテナ装置の設置時にその向きを調整する必要がなくなる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、第１のアンテナ構成体及び第２のアンテナ構成体の電波の受信に干渉しないように第３のアンテナ構成体及び第４のアンテナ構成体を配置することができる。また、各導電線の配置なども比較的単純になるので、フェイズドアレイアンテナ装置の製造が容易になる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、各アンテナ構成体の電波の受信に影響しない範囲においてグランドプレーンの面積を最も大きく確保することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、フェイズドアレイアンテナ装置をビルディングや家屋などの建築構造物の壁面等に設置することが容易になる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、コネクタがケースと建築構造物との間に位置するので、強風に乗って飛来した物がコネクタに衝突することによってコネクタが破壊されることを防ぐことができる。また、強風時に強い雨が水平又は水平に近い方向から当たることによってコネクタ内に雨水が浸入することを低減できる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、５つの導電線のうち少なくとも１つの導電線を電波シールド材で覆うので、これらの導電線がアンテナエレメントの一部として設計上想定していない作用を発揮することを低減でき、フェイズドアレイアンテナ装置の特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置の受信周波数帯の中心周波数における波長との関係を示す正面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置の背面図である。
【図４】フェイズドアレイアンテナ装置のケースを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図である。
【図５】フェイズドアレイアンテナ装置の指向性の原理を示す説明図である。
【図６】電波到来角度とアンテナ構成体間の位相差を示す説明図である。
【図７】第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置の設置状態を示す斜視図である。
【図８】ケースの変形例を示す図であり、（Ａ）は背面図、（Ｂ）は左側面図である。
【図９】第２の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置を図面に基づいて詳しく説明する。なお、第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては、事例として地上波デジタル方式によるテレビジョン放送の受信を前提としたアンテナ装置を示しているが、本発明は、例えば他の方式のテレビジョン放送や極超短波でのアマチュア無線など指向性のあるアンテナを必要とする各種通信にも利用できるものである。また、以下の説明では、３つの給電点のうち最も受信状態が良い給電点に対して給電ケーブルを選択的に接続することを前提として説明するが、本発明においては、マルチパスで受信した電波を合成する合成ダイバーシティに対応した受信回路を持つ装置を接続する、つまり３つの給電点を併用することも可能である。
【００２１】
図１は、第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図である。図１において、１０はフェイズドアレイアンテナ装置、１１は基板、１２は表面、１３は裏面、１４は上端面、１５は下端面、１９は第１アンテナ構成体、２０は第１基点、２１は第１水平エレメント、２２は第１垂直エレメント、２３は第２アンテナ構成体、２４は第２基点、２５は第２水平エレメント、２６は第２垂直エレメント、２７は第３アンテナ構成体、２８は第３基点、２９は第３水平エレメント、３０は第３垂直エレメント、３１は第４アンテナ構成体、３２は第４基点、３３は第４水平エレメント、３４は第４垂直エレメント、３５は第１導電線、３６は第２導電線、３７は第３導電線、３８は第４導電線、３９は第５導電線、４０は第１給電点、４１は第２給電点、４２は第３給電点である。また、図２は、第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置の受信周波数帯の中心周波数における波長との関係を示す正面図である。図２において用いた符号は、すべて図１と同じものを示す。
【００２２】
図１に示すように、この実施の形態のフェイズドアレイアンテナ装置１０は、基板１１上にエレメントなどのアンテナを構成するものを設けている。基板１１は、ほぼ正方形のガラスエポキシ基板であり、表面１２側にアンテナを構成するもののほとんどを設けている。なお、基板１１には、リジッド基板であればベークライト基板、ガラス基板など他の材質のものを用いてもよい。また、屋内に限定して使用する場合には、ポリイミドなどフレキシブル基板を用いることもできる。また、図１では、フェイズドアレイアンテナ装置１０の小型化を図るために、基板１１を必要最小限の面積を持つほぼ正方形板状のものとしているが、設置場所の状況に応じて、あるいは、建築物の装飾とすることを目的として６角形や円形など他の形状に形成してもよい。
【００２３】
また、この実施の形態のフェイズドアレイアンテナ装置１０は、第１アンテナ構成体１９、第２アンテナ構成体２３、第３アンテナ構成体２７及び第４アンテナ構成体３１の４つのアンテナ構成体において電波を受信する。これらのアンテナ構成体は、回路における配線パターンと同様に印刷によって銅合金やアルミ合金などの金属薄膜を形成したものである。また、それぞれ独立した受信機能を持っているが、給電点は共通しているので全体で１つのアンテナ装置として機能する。なお、これらのアンテナ構成体と後述する導電線とは、基板１１上に無電解メッキによって形成してもよく、蒸着によって形成してもよい。また、金属箔を基板１１に接着することによって形成してもよい。さらに、自動車や自動二輪車の電装品に用いるバスバーなどと同様に、金属板をプレス加工してアンテナ構成体及び導電線のパターンを形成し、これを基板１１にビス等で固定して作ることもできる。また、これらのアンテナ構成体は、保護のために第１給電点４０、第２給電点４１及び第３給電点４２を除いて樹脂等で被覆することが望ましい。
【００２４】
図１に示すように、第１アンテナ構成体１９は、第１基点２０を起点として水平左方向に延在する第１水平エレメント２１と、第１基点２０を起点として垂直上方向に延在する第１垂直エレメント２２とを備えている。また、第２アンテナ構成体２３は、第２基点２４を起点として水平右方向に延在する第２水平エレメント２５と、第２基点２４を起点として垂直上方向に延在する第２垂直エレメント２６とを備えている。さらに、第３アンテナ構成体２７は、第３基点２８を起点として水平左方向に延在する第３水平エレメント２９と、第３基点２８を起点として垂直下方向に延在する第３垂直エレメント３０とを備えている。くわえて、第４アンテナ構成体３１は、第４基点３２を起点として水平右方向に延在する第４水平エレメント３３と、第４基点３２を起点として垂直下方向に延在する第４垂直エレメント３４とを備えている。第１水平エレメント２１、第２水平エレメント２５、第３水平エレメント２９及び第４水平エレメント３３は水平偏波に対応するエレメントであり、第１垂直エレメント２２、第２垂直エレメント２６、第３垂直エレメント３０及び第４垂直エレメント３４は垂直偏波に対応するエレメントである。
【００２５】
また、図２に示すように、これらの水平エレメント及び垂直エレメントは、地上波デジタル方式によるテレビジョン放送の受信周波数帯の中心周波数における波長をλとしたときに、それぞれの基点から先端までの長さがλ／４の長さとなるように形成されている。さらに、第３給電点４２を中心として点対称となるように、つまり第１基点２０、第２基点２４、第３基点２８及び第４基点３２から第３給電点４２に背を向けるように放射状に形成されている。また、互いに平行となる第１水平エレメント２１と第３水平エレメント２９、第２水平エレメント２５と第４水平エレメント３３、第１垂直エレメント２２と第２垂直エレメント２６、第３垂直エレメント３０と第４垂直エレメント３４とは、それぞれλ／４の間隔で配置されている。したがって、４つの基点は、互いにλ／４の間隔で配置されている。
【００２６】
さらに、図１に示すように、第１基点２０と第３基点２８との中間点と、第２基点２４と第４基点３２との中間点とに両端部が位置するように第１導電線３５が配置されている。くわえて、第１基点２と第１導電線３５の左端部とを接続する第２導電線３６、第２基点２４と第１導電線３５の右端部とを接続する第３導電線３７、第３基点２８と第１導電線３５の左端部とを接続する第４導電線３８、第４基点３２と第１導電線３５の右端部とを接続する第５導電線３９とをそれぞれ設けている。さらに、第１導電線３５の左端近傍に第１給電点４０、右端近傍に第２給電点４１を設けており、第１導電線３５と第２給電点４１との中間点に第３給電点４２を設けている。また、第１導電線３５、第２導電線３６、第３基点２８、第４導電線３８及び第５導電線３９の表面には、３つの給電点の部分を除いてこれらの輪郭に沿った形状の電磁波シールドシートを貼り付けている。これは、これらの導電線が反射エレメントとして作用してアンテナ構成体の利得を低くするので、この作用を低減させるために設けている。なお、電磁波シールドシートは、これらの導電線のすべてに貼り付けることが好ましいが、一部に対して貼り付けても低減させることが可能である。また、基板１１の表面に導電線を形成し、さらにその表面に電磁波シールドシートを貼り付けることに代えて、同軸ケーブル又はその他の電磁波シールドケーブルを用いてもよい。なお、いずれのケーブルを用いる場合でも、３つの給電点を設けられることが条件となる
【００２７】
前述のように、第１基点２０と第３基点２８との間隔はλ／４の長さであり、第２基点２４と第４基点３２との間隔もλ／４の長さであるので、第２導電線３６と第４導電線３８とを合わせた長さと、第３導電線３７と第５導電線３９とを合わせた長さとはλ／４となる。また、図２に示すように、この実施の形態では、第１導電線３５の長さはλ／４よりも若干短い長さに形成されている。したがって、第１給電点４０と第３給電点４２との間隔と、第２給電点４１と第３給電点４２との間隔とは、それぞれλ／８の長さよりも若干短くなる。したがって、第１基点２０及び第３基点２８と第３給電点４２との電気的距離、つまり各導電線に沿った距離と、第２基点２４及び第４基点３２と第３給電点４２との電気的距離とは等しくなる。一方、第１基点２０及び第３基点２８と第１給電点４０との電気的距離と、第２基点２４及び第４基点３２と第１給電点４０との電気的距離とは、第１基点２０及び第３基点２８と第１給電点４０との電気的距離の方がλ／４よりも若干短くなる。同様に、第１基点２０及び第３基点２８と第２給電点４１との電気的距離と、第２基点２４及び第４基点３２と第２給電点４１との電気的距離とは、第２基点２４及び第４基点３２と第２給電点４１との電気的距離の方がλ／４よりも若干短くなる。
【００２８】
ここで、第１給電点４０と第２給電点４１とにλ／４よりも若干短い電気的距離の差を設けた理由について説明する。図５は、フェイズドアレイアンテナ装置の指向性の原理を示す説明図である。また、図６は、電波到来角度とアンテナ構成体間の位相差を示す説明図である。基板１１が受信する電波の電波到達面に対して正対している場合、各エレメントには同時に電波が到達するので、各エレメントにおける電波には位相差がない。基板１１が受信する電波の電波到達面に対して正対していない場合、図５に示すように、電波到来角度θの方向からの到達する電波が最初にアンテナＴ１に到着し、伝搬差Δｌ通過した後、つまりつまり空間距離の差だけ遅れてアンテナＴ２に到着する。Δｌは、図５から分かるように、
【数１】
0004629159.tif 000002
となる。そこで、伝搬差ΔｌからアンテナＴ１とアンテナＴ２間の電波の位相差ΔΦを求めると、
【数２】
0004629159.tif 000003
となる。したがって、数式１及び数式２から、
【数３】
0004629159.tif 000004
となる。
【００２９】
よって、電波到来角度θと位相差ΔΦの関係は、
【数４】
0004629159.tif 000005
で表すことができる。なお、以上の説明は、基板１１の表面１２側における電波到来方向に関する説明であるが、裏面１３側から到来する電波についても同様のことが言える。
【００３０】
数式４から、具体的な電波到来角度を計算した結果をまとめたものが図６である。例えば、アンテナＴ１とアンテナＴ２との間隔ｄがλ／４で位相差ΔΦがλ／４の場合は、電波到来角度θは９０度、つまり基板１１の真横から到来する。アンテナＴ１とアンテナＴ２との間隔ｄがλ／４で位相差ΔΦがλ／５．６２５の場合には、電波到来角度θは、４５度（斜め前方）になる。さらに、アンテナＴ１とアンテナＴ２との間隔ｄがλ／４で位相差ΔΦがλ／２４の場合には、電波到来角度θは、１０度（斜め前方）になる。
【００３１】
前述のように、第１基点２０と第３基点２８との間隔、及び、第２基点２４と第４基点３２との間隔はそれぞれλ／４である。また、第１給電点４０と第２給電点４１とは、第１基点２０及び第３基点２８と、第２基点２４及び第４基点３２とに対してλ／４よりも若干短い電気的距離を設定している。したがって、電波到来角度θがプラス・マイナス９０度かこれに近い斜め前方から電波が到達している場合には、第１給電点４０と第２給電点４１とのうち、基板１１の設置方向に起因する位相差を打ち消すような位相差を第１導電線３５上に生成する方に給電ケーブルを接続することによって、給電ケーブルに導波したときにアンテナ構成体間の位相差は０またはこれに近くなる。したがって、このような構成は、フェイズドアレイアンテナ装置１０に接続されるテレビジョン受像器などに対して、基板１１を回転させて、電波到達面に対して正対している、又は、電波到達面に正対しているのに近い状態を実質的に作り出していると言える。なお、現実に基板１１が電波到達面に対して正対している、又は、電波到達面に正対しているのに近い状態にあるときには、第３給電点４２に給電ケーブルを接続すればよい。
【００３２】
以上の知見を得た本件発明者は、前述の計算結果を実際に確認するために以下の実験を行った。すなわち、アンテナＴ１とアンテナＴ２との間隔ｄをλ／４で固定し、第１基点と第２基点との間隔λ／ｎにおけるｎを４から２８まで１ずつ増加させて２５段階の範囲で調整し、テレビジョン受像器における画質を主観的に評価した。その結果、λ／２４からλ／２８の範囲では、視認できる程度の画質の差を生じないことが分かった。これは、図６に示したように、第１基点と第２基点との間隔がλ／２４以下では、電波到来角度θがプラス・マイナス１０度以下となり、基板の表面又は裏面に正対する方向と電波到達方向とにあまり差がないことによると推測される。したがって、第１基点と第２基点との間隔は、λ／２４からλ／４の範囲が好ましいと言える。くわえて、λ／５．６２５又はその近傍であれば、さらに効果を発揮する。これらは、λ／５．６２５又はその近傍であれば、電波到来角度θが実質的にプラス・マイナス４５度となり、電波到来角度の全範囲、つまり１８０度を３つの給電点で４５度ずつ等分しているのに等しくなることによるもので、実用上さらに好ましいと言える。なお、アンテナＴ１とアンテナＴ２との間隔ｄをλ／４に設定し、給電点を５箇所または７箇所など、さらに多くの給電点を設ければ、基板１１に対する電波到来角度θをより０に近づけることができるが、給電点を３カ所設けるだけでも実用上全く問題ないアンテナ装置となる。また、第１給電点４０と第２給電点４１とをλ／２で配置しても、電波の受信については理論的に同様の作用効果が得られるが、基板１０の大きさが縦横両方向にλ／４以上大きくなるので、本発明の課題に鑑みると好ましい構成ではない。
【００３３】
さらに、図３は、第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置の背面図である。図３において、４３はグランドプレーン、４４は第１グランド接続線、４５は第２グランド接続線、４６は第３グランド接続線であり、その他の符号は図１と同じものを示す。フェイズドアレイアンテナ装置１０は、グランドプレーンを設けたアンテナ装置であり、図３に示すように、基板１１の裏面１３の中央にグランドプレーン４３を設けている。グランドプレーン４３は、表面１２の第１基点２０、第２基点２４、第３基点２８及び第４基点３２を頂点とする仮想的４角形に対応する裏面１３側の部位に、この仮想的４角形と同じ形状で、かつ、同じ大きさに形成されている。この大きさ及び形状は、裏面１３側から到来する電波を反射して受信を妨げないように、第１アンテナ構成体１９、第２アンテナ構成体２３、第３アンテナ構成体２７及び第４アンテナ構成体３１の各エレメント３３に影響のない範囲で、グランドプレーン４３の面積をできる限り確保することを考慮した結果によるものである。また、第１グランド接続線４４、第２グランド接続線４５及び第３グランド接続線４６は、グランドプレーン４３に接続されると共に、基板１１を貫通して、第１給電点４０、第２給電点４１及び第３給電点４２にそれぞれ接続されている。
【００３４】
次に、フェイズドアレイアンテナ装置のケースについて説明する。図４は、フェイズドアレイアンテナ装置のケースを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図である。図４において、４７はケース、４８、４９、５０及び５１は固定具、５２、５３及び５４は同軸ケーブル、５５は第１コネクタ、５６は第２コネクタ、５７は第３コネクタであり、その他の符号は図１と同じものを示す。ケース４７は、基板１１を収納するのに適した内部空間を持っており、四隅の近傍に設けた固定具４８、４９、５０及び５１によって建築構造物に設置する。また、ケース４７の外部から第１給電点４０、第２給電点４１及び第３給電点４２に対する電気的接続を確保するために、ケース４７の側面側に第１コネクタ５５、第２コネクタ５６及び第３コネクタ５７を設け、同軸ケーブル５２、５３及び５４によってこれらのコネクタと３つの給電点を接続している。
【００３５】
さらに、ケースの設置例について説明する。図７は、第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置の設置状態を示す斜視図である。図７において、５８、５９、６０及び６１はボルト、６５は建築構造物、６６はパラペット、６７は笠木であり、その他の符号は図４と同じものを示す。図７の例では、ケース４７は、建築構造物６５のパラペット６６の外周側で笠木６７の近く、すなわち建築構造物６５の壁面の中で最も高い部分の近くに、固定具４８、４９、５０及び５１をボルト５８、５９、６０及び６１で固定することによって設置されている。なお、受信する電波が到来する方向よっては、パラペット６６の内周側に設置してもよい。また、パラペットがない一般的な住宅などでは、受信する電波が到来する側の壁面に固定すればよい。さらに、車庫の壁面などに設置することもでき、さらに壁面以外の構造物、例えば搭屋の構造材や、給水タンクの支持脚、看板の枠などに設置してもよい。なお、前述のように、３つの給電点のいずれかに給電ケーブルを接続することによって基板１１の方向を調整するのと同じ効果が得られるので、設置する壁面等の方向は問わない。
【００３６】
つぎに、ケースの変形例について説明する。図８は、ケースの変形例を示す図であり、（Ａ）は背面図、（Ｂ）は左側面図である。図８において、６２は第１コネクタ、６３は第２コネクタ、６４は第３コネクタであり、その他の符号は図７と同じものを示す。ケースに取り付けるコネクタは、ケースの上下左右の端面あるいは正面、平面のいずれの位置にも設けることができる。図８に示したケース４７はその例であり、第１コネクタ６２、第２コネクタ６３及び第３コネクタ６４を基板１１の裏面１３側、つまりケースの背面側に設けている。したがって、図８に示したケース４７を壁面等に設置した場合には、第１コネクタ６２、第２コネクタ６３及び第３コネクタ６４は、ケース４７と建築構造物との間に位置することになる。このように構成すれば、図７に示したケース４７のように、例えば強風に乗って飛来した物や、強風で変形した屋上の構造物などがコネクタに衝突することによってコネクタが破壊されることがほとんどない。また、図７に示したケース４７では、強風時に強い雨が水平又は水平に近い方向から当たることによってコネクタ内に雨水が浸入しやすくなるが、図８に示したケース４７ではこのようなことを低減することが可能となる。
【００３７】
なお、フェイズドアレイアンテナ装置１０は、屋内に設置することも可能である。その場合は、ケース４７のような強固な構造の筐体を設けず、軽量で簡便なケースに収納して、又はケースを設けずに吊り下げ可能な係止具を取り付けていわゆるつっぱり棒に吊り下げることもできる。あるいは、基板１１の複数箇所に開口部を設けて間仕切壁にピンで貼り付ける、基板１１の上端面１４及び下端面１５をブラケットで支持するなどの手段で設置することも可能である。または、基板１１をフレキシブルな材料で形成し、間仕切壁や窓ガラスに粘着テープで貼り付けてもよい。さらには、大型の額縁や壁掛けテレビ、各種家具の背面側に取り付けてもよい。結局のところ、フェイズドアレイアンテナ装置１０は、薄型のもので、かつ、設置時に方向を調整することが不要な構成となっているので、受信対象となる電波をある程度の強度で受信可能な場所であれば屋内外の様々なところに設置することが可能である。
【００３８】
さらに、本発明の第２の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置について説明する。図９は、第２の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は背面図である。図９において、１６は基板、１７は表面、１８は裏面、６８はグランドプレーンであり、その他の符号は図１及び図３と同じものを示す。なお、以下の説明において、第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置と同一の構成となる部分については説明を省略する。
【００３９】
この実施の形態のフェイズドアレイアンテナ装置１０は、第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置１０から第３アンテナ構成体２７、第４アンテナ構成体３１、第４導電線３８及び第５導電線３９を除外し、基板１６をこれに応じた横長長方形板状のものとしている。この実施の形態のフェイズドアレイアンテナ装置１０は、アンテナ構成体が２つであるので、アンテナ装置としての利得は第１の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置１０よりも低くなるが、設置に必要な面積が大幅に小さくなるので、屋内に設置する場合に特に好適と言える。さらに、大型の額縁や壁掛けテレビ、小型の家具などの背面側に完全に隠して取り付けることが可能となる利点もある。
【００４０】
なお、図９では、フェイズドアレイアンテナ装置１０を第１アンテナ構成体１９と第２アンテナ構成体２３で構成しているが、基板１６を縦長長方形板状のものとし、第１アンテナ構成体１９と第３アンテナ構成体２７で構成するものとしてもよい。さらに、第１導電線３５を基板１６の縁辺に配置し、フラットケーブルコネクタのような構造のコネクタに基板１６を差し込むことによって、第１給電点４０、第２給電点４１と第３給電点４２とのいずれかと給電ケーブルとの接続を確保できるようにしてよい。
【００４１】
以上のように、第１及び第２の実施の形態に係るフェイズドアレイアンテナ装置１０は、第１導電線３５上に、第１給電点４０及び第２給電点４１と、これらの中間点に第３給電点４２を設けたので、第３給電点４２に対しては第１アンテナ構成体１９と第２アンテナ構成体２３とは電気的に等距離になり（第１の実施の形態ではさらに第３アンテナ構成体２７と第４アンテナ構成体３１も電気的に等距離になり）、第１給電点４０と第２給電点４１とに対しては第１アンテナ構成体１９と第２アンテナ構成体２３とに波長の２４分の１以上、４分の１分以下の位相差ができる。したがって、第１給電点４０と第２給電点４１とのいずれかに給電ケーブルを接続したときには、第１アンテナ構成体１９と第２アンテナ構成体２３とのいずれかが受信する電波に対して波長の２４分の１以上で４分の１分以下に相当する分近い又は遠い配置となる。これは、受信する電波の到来方向に対してプラス・マイナス１０度以上、９０度以下の範囲でフェイズドアレイアンテナ装置１０を回転させることに等しい。したがって、３つの給電点に対して給電ケーブルを選択的に接続することによってフェイズドアレイアンテナ装置１０の設置時にその向きを調整する必要がなくなる。
【００４２】
以上、本発明の２つの実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、各構成品の材料は、それぞれの構成品の作用効果の発揮に好ましくない影響がなければ、記載した材料以外のものに変更可能である。また、ケースの形状や構造などは、基板１１を内部に収納して保持し、３つの給電点に対して給電ケーブルを接続可能な範囲において適宜変更することが可能である。さらに、フェイズドアレイアンテナ装置を屋内に設置する場合にはケースに変えて基板を保持する枠を設けることもできる。また、説明した変形例や、２つの実施の形態の説明において記載した各種の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  フェイズドアレイアンテナ装置
１１  基板
１２  表面
１３  裏面
１４  上端面
１５  下端面
１６  基板
１７  表面
１８  裏面
１９  第１アンテナ構成体
２０  第１基点
２１  第１水平エレメント
２２  第１垂直エレメント
２３  第２アンテナ構成体
２４  第２基点
２５  第２水平エレメント
２６  第２垂直エレメント
２７  第３アンテナ構成体
２８  第３基点
２９  第３水平エレメント
３０  第３垂直エレメント
３１  第４アンテナ構成体
３２  第４基点
３３  第４水平エレメント
３４  第４垂直エレメント
３５  第１導電線
３６  第２導電線
３７  第３導電線
３８  第４導電線
３９  第５導電線
４０  第１給電点
４１  第２給電点
４２  第３給電点
４３  グランドプレーン
４４  第１グランド接続線
４５  第２グランド接続線
４６  第３グランド接続線
４７  ケース
４８  固定具
４９  固定具
５０  固定具
５１  固定具
５２  同軸ケーブル
５３  同軸ケーブル
５４  同軸ケーブル
５５  第１コネクタ
５６  第２コネクタ
５７  第３コネクタ
５８  ボルト
５９  ボルト
６０  ボルト
６１  ボルト
６２  第１コネクタ
６３  第２コネクタ
６４  第３コネクタ
６５  建築構造物
６６  パラペット
６７  笠木
６８  グランドプレーン
【要約】
【課題】  地上波デジタルテレビジョン放送を受信でき、コンパクトでアンテナの方向を調整する必要がないアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】  第１給電点４０及び第２給電点４１とこれらの中間点に第３給電点４２を設けたので、第３給電点４２に対しては第１アンテナ構成体１９と第２アンテナ構成体２３と、第３アンテナ構成体２７と第４アンテナ構成体３１とは電気的に等距離になり、第１給電点４０と第２給電点４１とに対してはこれらのペアのアンテナ構成体に波長の２４〜４分の１分の位相差ができる。よって、第１給電点４０及び第２給電点４１とのいずれかに給電ケーブルを接続すると、受信電波の到来方向に対して＋−１０度以上、９０度以下の範囲でフェイズドアレイアンテナ装置１０を回転させることに等しくなるので、３つの給電点に給電ケーブルを選択的に接続することで設置時にその向きを調整する必要がなくなる。
【選択図】  図１【図１】
0004629159.tif 000006
【図２】
0004629159.tif 000007
【図３】
0004629159.tif 000008
【図４】
0004629159.tif 000009
【図５】
0004629159.tif 000010
【図６】
0004629159.tif 000011
【図７】
0004629159.tif 000012
【図８】
0004629159.tif 000013
【図９】
0004629159.tif 000014