(57)【要約】【課題】双ループアンテナを単純な構造で広帯域の周波数でケーブルインピーダンスに整合せしめ、放射効率の良い小型の双ループアンテナを提供することを目的とする。【解決手段】互いに向き合わせた２つのループ素子１２０，１２１と、前記ループ素子のそれぞれの開口部に接続した平行線路１１４と前記平行線路の中央部にインダクタ素子１２２を接続し、さらに、前記ループ素子の面に対向させた反射板１１３を有することにより、アンテナ出力インピーダンスを出力コネクタに接続された同軸ケーブル１１９のインピーダンスに整合するので、双ループアンテナを簡素な構成部品で小型となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ曲線の開いた部分を互いに向き合わせた２つのループ素子と、前記２つのループ素子の開口部に接続された平行線路と、前記平行線路の中央部に接続したインダクタ素子と、前記２つのループ素子の面と対向して配置された反射板とを有する双ループアンテナ。
【請求項２】
前記インダクタ素子を、同軸ケーブル先端の中心導体より形成し、前記中心導体の先端部に接続端子をもち、さらに前記同軸ケーブルの外部導体に、挟み接続端子を接続し、前記接続端子と前記挟み接続端子のそれぞれが前記平行線路の中央で接続した請求項１に記載の双ループアンテナ。
【請求項３】
前記２つのループ素子と前記平行線路を、同一の導体線よりなるアンテナ素子に形成し、前記アンテナ素子を誘電体の支持体にて所定の形状に保持し、前記アンテナ素子端を接続すると共に、インダクタ素子を介して同軸ケーブルに接続した請求項１に記載の双ループアンテナ。
【請求項４】
前記反射板を、２つのループ素子の対向する中央でループ素子面に近接せしめて曲面化した請求項１に記載の双ループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＨＦ帯のテレビ電波を受信するのに用いられる双ループアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、双ループアンテナは、ＵＨＦ帯のテレビ送信用のアンテナとして広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。図１０は特許文献１に記載された従来の双ループアンテナ１０１を示している。１波長分の周囲長λを持つ一対のループ素子１０２、１０３を平行線路１０４に接続し、同軸線路１０６と平行な導体線１１２を配置してなる平衡−不平衡回路１０５を経由し、前記平行線路１０４の中央部にアンテナ給電部となる同軸線路１０６に接続してアンテナとしていた。なお、図１０（ａ）は双ループアンテナ１０１の正面図、図１０（ｂ）はその側面図である。
【０００３】
また、従来の双ループの形状を小型化したさせたものとして、例えば、特許文献２に記載されているようなものがあった。図１１は特許文献２に記載された双ループアンテナで、変形されたループ素子１０７、１０８の中央出力部にインピーダンス特性が変化する平衡線路１０９を接続し、前記平衡線路１０９の中央で給電させる双ループアンテナの実現例である。
【特許文献１】特開２００２−２２３１１８号公報（第１０頁、第１６−１７図）
【特許文献２】特開２０００−３０７３２７号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図１０に示す前記従来の双ループアンテナの構成では、双ループアンテナ出力インピーダンスを設定するショート板１１０を必要とし、アンテナ平衡出力を同軸線路に給電する為に、同軸線に平行に置かれた導体線１１２とショート板１１０からなる平衡−不平衡変換（特許文献１に記載のバランと同義語）回路１０５を必要とする複雑な構造である。また、双ループアンテナを構成する平行線路の中央部の出力インピーダンスは特許文献１に解説されているように、概ね１００〜２００Ωであり、一般的に使用される通常同軸ケーブルのインピーダンス７５オームから大きく離れている。したがって、テレビジョン放送のＵＨＦ帯域４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚまでを全てカバーすることは困難であった。
【０００５】
また、図１０に示す構造の双ループアンテナは、テレビ放送の送信アンテナに用いられており、寸法サイズを小型化することにあまり着目されず、平行線路長Ｌを使用する波長λの概ね１/２としていた。しかるに、テレビ受信アンテナとして用いるには寸法を小型にすることが必要であり、アンテナ性能である利得、ＶＳＷＲ等の性能特性を劣化させること無く平行線路Ｌを短くすることが重要である。
【０００６】
一方、図１１に示された２つのループ素子を近接させた構成では、中央部に給電する円環部構造のループ素子１０７、１０８と線路間隔が徐々に変化する平衡線路１０９の形状が、図１０に示された双ループアンテナ構造以上に複雑化しているばかりでなく、アンテナ構成要素である反射板１１３、平衡線路１０９、ループ素子１０７，１０８の３層立体構造のため、所定の位置にそれらを固定配置する支持構造が複雑になるなど普及型家庭用テレビ受信アンテナとして、量産性に問題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、双ループアンテナを単純な構造で広帯域の周波数に渡りケーブルインピーダンスに整合せしめ、放射効率の良い小型の双ループアンテナ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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の双ループルアンテナは、互いに向き合わせた２つのループ素子のアンテナエレメントと前記ループ素子のそれぞれの開口部に接続した平行線路と前記平行線路の中央部にインダクタ素子を接続し、さらに、前記ループ素子の面に対向させた反射板を有し、アンテナ出力インピーダンスを出力コネクターに接続している同軸ケーブルのインピーダンスに整合せしめて、小型化アンテナを実現している。
【０００９】
本構成によって、従来構成事例では１／２波長の長さの平行線路を１／５〜１／３波長程度に短くし、平衡―不平衡回路を具備せず、部品点数の少ない簡素な構造でアンテナ出力インピーダンスが同軸ケーブルの７５Ωに整合せしめ、アンテナ出力ＶＳＷＲを良好なものとしている。
【００１０】
また、アンテナ利得を低下させること無く、反射板の中央部を平行線路側に近づけることで、反射板を曲面化している。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明の双ループアンテナによれば、ショート板と複雑な構成の平衡―不平衡回路を必要とせず、簡素な構成部品よるなる構成でアンテナ寸法を小型化でき、アンテナ利得を低下させること無く、同軸ケーブルインピーダンスに整合したＶＳＷＲの良い広帯域周波数特性のアンテナを実現することができる。
【００１２】
また、反射板を曲面化することで、風圧荷重に耐ええるための強度を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における双ループアンテナの構成図である。図１において、図１０および図１１と同じ構成要素については、同じ符号を用い説明を省略する。
【００１４】
図１において、外周長が使用する周波数の波長λに近いループ素子１２０とループ素子１２１は、同一平面状でそれぞれの開口部が２本の導体よりなる平行線路１１４で結合されている。さらに、平行線路１１４の中央部の片側にインダクタンス素子１２２を介して同軸ケーブル１１９の中心導体に接続し、平行線路のもう一方の片側を同軸ケーブル１１９の外部導体に接続して双ループアンテナの出力コネクター１２３にアンテナ受信信号が導かれる。また、反射板１１３は、前記二つのループ素子の面に対向してループ素子の面より距離Ｄがλ／４に近くに配置され、アンテナの反射素子として構成している。なお、反射板の大きさは、幅を波長の２分の１よりやや長く、高さを１波長以上の２つのループ素子全体を覆い、最小面積で効率よく電波が反射される寸法とする。
【００１５】
ループ素子支持板１２４はループ素子１２０，１２１と平行線路１１４を固定し、支持体１２５は、ループ素子支持板１２４とで前記ループ素子を同一平面に保たせ、中空の支持母体１２６は支持体１２５と固定され、同軸ケーブル１１９の通り道となるとともに、支持金具１２７を介してループ素子の面を反射板１１３と平行に対向させている。さらに、支持金具１２７は、押さえ金具１２８と固定ネジ１２９によりアンテナ取付けマスト１３０に双ループアンテナを取り付ける構造となっている。なお、ループ素子支持板１２４と支持体１２５は誘電体材料よりなり、アンテナの電気的特性に影響を与えない材料を用いている。
【００１６】
かかる構成によれば、ループ素子１２０とループ素子１２１は、ループ軸方向に最大放射指向性をもつアンテナとなり、ループ素子の出力インピーダンスＺｒは、テレビ放送で使用される４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚのＵＨＦ帯域で１００〜３００Ωの平衡出力となる。
【００１７】
さらに、平行線路の中央部よりループ素子１２０側もしくはループ素子１２１を見たインピーダンスＺｂは、Ｚｒと平行線路１１４の特性インピーダンスＺ０と平行線路の長さにより決まり、図１で上下対称に配置されたループ素子と平行線路により平行線路中央部より見たアンテナ放射素子側のインピーダンスＺａは、前記インピーダンスＺｂの１／２となる。
【００１８】
図１０に示した従来構成の双ループアンテナでは、ループ素子開口部のインピーダンスＺｒをショート板１１０によりＺｒ＝２００Ωに設定し、平行線路１０４のλ／４長によるインピーダンス変換効果で同軸ケーブルのインピーダンスＺ０に整合させていた。例えば同軸ケーブルインピーダンス１００Ωであれば平行線路のインピーダンスＺＬはＺＬ２＝２ＺｒＺ０の関係で決めていた。
【００１９】
しかしながら図１に示す本発明による構成では、ショート板を削除し、平行線路の長さを短くしているので、この手法による設計を行わず、ショート板をなくすことによりループ素子インピーダンスを容量性にし、さらに平行線路長を短くすることを利用し、整合素子として単一のインダクタ素子１２２を平行線路１１４の中央に追加することで、アンテナ出力インピーダンスを通常使用する５０Ωもしくは７５Ωの同軸インピーダンスに整合させている。
【００２０】
インピーダンスの調整のショート板をもたないループ素子のインピーダンスＺｒはループ長と導体径Ｗにより決まり、テレビ放送帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）で１００から３００Ωとなるが少し容量性を示す。
【００２１】
実測例として、ＵＨＦテレビ帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）のループ素子の出力インピーダンス特性Ｚｒを図２の７５Ω基準のスミスチャートに、中心周波数６００ＭＨｚ、λ＝５００ｍｍでループ長を５００ｍｍ、導体径３ｍｍの寸法事例で示す。
【００２２】
平行線路のインピーダンスＺＬを３００Ω程度に大きくし、平行線路長を１／５〜１／３λに選ぶことによる短い平行線路の長さで、使用下限周波数の４７０ＭＨｚで平行線路中央部のインピーダンスＺａをスミスチャート上の定７５Ω円上に近接設定が実現できる。図２のスミスチャート上に示したＺｂはループ素子のインピーダンスＺｒが平行線路インピーダンスＺＬを中心として回転した値にあり、さらにＺａはＺｂの２分の１の関係にある。
【００２３】
ここで示されたＺａは、下限使用周波数がほぼスミスチャートの７５Ω定円上にあるので、単一のインダクタ素子１２２を直列に接続することにより、使用周波数全帯域（４７０−７７０ＭＨｚ）がスミスチャートの中心円に近づくことになる。すなわちアンテナのＶＳＷＲが小さくなることで、伝送ケーブルとの接続に損失が生じない理想的な特性となる。
【００２４】
図３にインダクタ素子１２２が無い場合と、ある場合のＶＳＷＲの前記説明実施例での実測例を示す。とくに、低域周波数４７０ＭＨｚでの性能改善効果が顕著である。  また、平行線路中央部のインピーダンスＺａが同軸インピーダンスに近いことにより、インダクタ素子１２２の値が小さく、平行線路が電磁波を放射しない平衡線路であるのでアンテナとして動作せず、その結果、受信アンテナとして求められるＶＳＷＲ性能値は、平衡−不平衡変換回路を必要とせず良好な値を達成できている。
【００２５】
なお、本実施の形態は、インダクタ素子１２２を介して同軸ケーブル１１９の中心導体１３５を平行線路１１４に接続したが、インダクタ素子１２２を同軸ケーブルの中心導体を変形させることで実現しても良い。
【００２６】
図４は、同軸ケーブル１１９と平行線路１１４との接続部の構造例で、同軸ケーブルの中心導体を変形してなるインダクタ素子１２２を実現している。すなわち、インダクタ素子１２２は、同軸ケーブルの中心導体１３５の延長部分で構成しており、同軸ケーブルの中心導体よりなるインダクタ素子の先端部は、折り曲げた接続端子１３２に圧着接続されている。
【００２７】
また、接続金具１３３は平行線路１１４の中央部で挟み込むことで接続され、前記接続端子１３２とネジ１３１により接続されている。一方、同軸ケーブル１１９の外部導体１３７は、挟み接続端子１３４により同軸の外部導体１３７を圧着接続し前記接続金具と同一形状の接続金具１３８とネジ１３１により平行線路１１４のもう一方に中央部に接続されている。また、インダクタ素子１２２はコイル状の形状で示しているが、必要とするインダクタンス値であれば形状を変形することもできる。
【００２８】
かかる構成によれば、同軸ケーブルと平行線路を電気的に接続するのに、少ない部品構成で容易に組み立てでき、量産性に効果ある。
【００２９】
なお、ループ素子と平行線路を一体導体より構成した図５に示すアンテナ素子１３９の場合、接続金具１３３、１３８を用いて、平行線路部で接続する役割を持たせることもできる。また、ループ素子の線径Ｗと平行線路の導体線径と同一にしたアンテナ素子１３９は、量産観点での加工の同時処理等で利点がある。
【００３０】
ループ素子１２０と平行線路１１４を固定している誘電体のループ素子支持部１２４は、平行線路のインピーダンスを一定値に保持する作用ばかりでなく、特に、ループ形状と平行線路を導体線で一体構造にした図５に示すアンテナ素子１３９の場合にループ形状も含め強固に固定し、ループ面を平面に保持する重要な役割も持つ。
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における双ループアンテナの構成図である。図６において、図１および図１０と同じ構成要素については、同じ符号を用い説明を省略する。
【００３１】
図６において、反射板１４０は２つのループ素子が対向する中央部でループ素子面に近接せしめ曲面化している。さらに、ループ素子の中央に近い反射板の平面部は、ループ素子面よりλ／４の位置に配置することにより、本実施形態の双ループアンテナは高利得のアンテナ性能を有している。
【００３２】
かかる構成によれば、反射板の曲面化により風圧に対する強度が増加するばかりでなく、アンテナ特性のＶＳＷＲが劣化することも無く、反射板が平面板に比べわずかばかりのアンテナ利得性能が上昇する効果が生じる。
【００３３】
外周囲がλ長のループ素子は図７（ａ）に示すようにループ素子面の垂直のＺ方向に最大の電磁界の放射特性をもつ。このアンテナ放射特性パターンは、間隔λ／４で並べられたλ／２の長さからなる二つのダイポール素子が、同相で励振された特性に近いことが知られている。
【００３４】
図７（ｂ）はループ素子１２０と等価な二つのダイポール素子１４２からなるアンテナを表している。ダイポールアンテナに反射板を用いて利得性能を大きくするには、電磁波の到来方向の波と反射波が同一位相になることがよく、図８（ａ）に示すように、ダイポールの軸を焦点とする反射曲面を反射板１４３の形状とし、焦点距離をλ／４にすればよい。
【００３５】
図８（ｂ）のループ素子と等価な二つのダイポール素子の場合では、焦点位置が二つになり破線で示された曲面部分は反射効率が低下するので、反射板を従来通りの平面とした反射板１４４の形状としている。
【００３６】
一方、双ループアンテナでは、ループ素子が二つあるので、四つのダイポール素子が図８（ｃ）に示す位置に配置されたことに等価である。従って、アンテナ利得性能を大きくするには、図８（ｂ）の構造の反射板を上下に配置し、中央部を反射板の曲面の延長線上にある反射板１４５の形状であれば、反射波は最大効率でダイポール素子に到達する。
【００３７】
すなわち、双ループアンテナの反射板を曲面化することで、アンテナ利得性能が上昇させることができる。
【００３８】
なお、反射板は通常金属板が用いられるが、テレビ放送周波数では波長λは５００ｍｍ前後であるので、数本の導体棒もしくは金網状の導体を用いてもよい。図９は反射板と同一役割を、導体棒を用いて実現している双ループアンテナの実施例を示している。導体棒１４６は、λ／２より長く曲面よりなる反射板位置に少なくともλ／４以下の間隔で配置することで本数を少なくすることができる。
【００３９】
なお、反射板の位置は、ループ素子面からλ／４の位置でアンテナ利得がほぼ最大となるが、アンテナＶＳＷＲはλ／４の位置より反射板をループ面より遠ざけても大きく変化しない。一方、反射板を近づけると、アンテナを小型にできるが、ループ素子のインピーダンスが大きく変化し、狭帯域の双ループアンテナとなる。
【００４０】
反射板とループ面が近接した小型の狭帯域の双ループアンテナを実現するには、平行線路の間隔を広げることで、特性インピーダンスを大きくし、さらに、インダクタ素子の値を小さくすることで容易に実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかる双ループアンテナは、簡素な構成部品によりアンテナ寸法を小型化でき、同軸ケーブルインピーダンスに整合したＶＳＷＲの良い広帯域周波数特性のアンテナを実現することができ、また、風圧荷重に耐えるための強度を増加させることが可能になるので、テレビ放送の受信アンテナ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるループアンテナの構成図
【図２】本発明の実施の形態１の特性説明図
【図３】本発明の実施の形態１の特性例を示す図
【図４】平行線路と同軸線路の接続例を示す図
【図５】ループ素子を含むアンテナエレメントを示す図
【図６】本発明の実施の形態２における双ループアンテナの構成図
【図７】ループアンテナ特性の説明図
【図８】反射板の形状の説明図
【図９】反射板を導体棒に置き換えた実施構成図
【図１０】従来の双ループアンテナの構成図
【図１１】従来の双ループアンテナの構成図
【符号の説明】
【００４３】
１０１    双ループアンテナ
１０２    ループ素子
１０３    ループ素子
１０４    平行線路
１０５    平衡−不平衡変換回路
１０６    同軸線路
１０７    ループ素子
１０８    ループ素子
１０９    平衡線路
１１０    ショート板
１１２    導体線
１１３    反射板
１１４    平行線路
１１９    同軸ケーブル
１２０    ループ素子
１２１    ループ素子
１２２    インダクタ素子
１２３    出力コネクター
１２４    ループ素子支持板
１２５    支持体
１２６    支持母体
１２７    支持金具
１２８    押さえ金具
１２９    固定ネジ
１３０    マスト
１３１    ネジ
１３２    接続端子
１３３    接続金具
１３４    挟み接続端子
１３５    中心導体
１３７    外部導体
１３８    接続金具
１３９    アンテナ素子
１４０    反射板
１４２    ダイポール素子
１４３    反射板
１４４    反射板
１４５    反射板
１４６    導体棒
１４７    保持材
【図１】
2005210251.tif 000003
【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】
2005210251.tif 000009
【図８】
2005210251.tif 000010
【図９】
2005210251.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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