(57)【要約】【課題】  地上波デジタル放送受信には現在普及している八木アンテナが使用できるが、大型で視覚的にも安定感に欠け、デジタル放送ではゴースト障害を解消した方式でもありデジタル放送受信に相応しいコンパクトなアンテナが望まれる。【解決手段】  本発明はクワッドアンテナのコンパクトな形状を生かし、このアンテナの弱点とされる狭帯域特性Ｃを改良して、デジタル放送受信用に広帯域化Ａした。  即ち、クワッドアンテナの放射器側の周囲長は所望周波数帯域の上方に設定し、反射器側の周囲長は周波数帯域の下方に設定する。更に反射器側の垂直エレメント２の近くに垂直エレメント３を追加することで広帯域化を可能としたアンテナである。【選択図】    図１
2005260898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信に利用されているスイス・クワッド型アンテナにおいて、放射器側周囲長を所望周波数帯域の上方周波数に設定し、反射器側周囲長は周波数帯域の下方周波数に設定して、更に反射器側の垂直エレメント２に近接して垂直エレメント３を追加することで、所望周波数帯域の広帯域化を可能にしたアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、地上波デジタル放送の受信アンテナ技術に関するものである。
現在のテレビ放送受信はＶＨＦ帯とＵＨＦ帯それに衛星放送があり、更に平成１５年末からは待望の地上波デジタル放送が東名阪でスタートした。
新たに登場した地上波デジタル放送は、従来からのＵＨＦ周波数帯が割り当てられている。しかもデジタル放送の特長を生かして、大都市地域では１３チャンネルから２５チャンネル付近まで連続的に割り当てられ、周波数帯域幅は約８０Ｍｈｚとなった。
このデジタル放送受信には、現在普及している八木アンテナで受信可能であが、しかしこの八木アンテナは従来のアナログ放送でゴースト障害解消の観点から、指向特性の優れた多素子アンテナが多用され大型で視覚的にも不安定である。【０００２】新たに始まったデジタル放送はゴースト障害を解消した方式であり、八木アンテナに代わるデジタル放送受信に相応しいコンパクトなアンテナが望まれる。
本発明の広帯域クワッドアンテナは近距離受信用や室内アンテナ、それにデジタル放送の移動体向け放送にも対応しようとするコンパクトで安定感のあるスマートなアンテナである。
【背景技術】
【０００３】現在多用されている八木アンテナに代わるアンテナとして、コンパクトなアンテナが望ましい。クワッド型（スイスクワッド）アンテナが有力候補で、アマチュア無線技術として以前から一部の愛好家によって自作されてきたアンテナである。
しかし、構造的に若干複雑でしかも指向性特性が八木アンテナに比べて劣るのと、使用周波数帯域幅が狭いという弱点があり普及に至っていない。
本発明はこのコンパクトなクワッド型アンテナの良さを生かして、使用帯域幅を広帯域に改善したアンテナである。
【非特許文献１】  参考文献  作るＵＨＦアンテナ  ＣＱ出版  １９９５年
【非特許文献２】  参考文献  アンテナ・ハンドブック  ＣＱ出版  １９８５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】デジタル放送の特長を生かして、大都市地域では１３チャンネルから２５チャンネル付近まで連続的に割り当てられ、使用周波数帯域幅は約８０Ｍｈｚとなり、さらにデジタル放送はゴースト障害を解消した方式であることから、八木アンテナに代わるデジタル放送受信に相応しいコンパクトなアンテナが望まれる。
そこで、コンパクトなアンテナとしてスイスクワッド型アンテナに着目し、使用帯域幅が狭い弱点を改良すべく試行錯誤を重ねた。
スイスクワッド型アンテナの本来の利得特性は〔図４〕のＣカーブに示す通り、実用帯域幅としては４０Ｍｈｚでデジタル放送チャンネルをカバーするには不足である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】スイスクワッド型アンテナを使ってデジタル放送受信に対応するには、実用周波数帯域幅を約８０Ｍｈｚ確保しなければならない。
周波数的には４７０Ｍｈｚから５５０Ｍｈｚまでカバーする必要がある。
スイスクワッド型アンテナの設計資料によれば
反射器周囲長  ＝  設計波長  ×  １．１２×１．０２５
放射器周囲長  ＝  設計波長  ×  １．１２×０．９７５
とのデータがある。【０００６】このデータを元に帯域幅の狭い弱点を解決するため、反射器の周囲長と放射器の周囲長を可変して実験を重ねた結果、〔図４〕のＢカーブが得られ下方の周波数帯で改善傾向が認められた。
しかし、とても実用になるレベルではないので更に試行錯誤を重ねた結果、反射器側の垂直エレメント２の近くに垂直エレメント３を追加することにより、改善効果が認められ有効な手段であることが判明した。
利得特性の結果はＡカーブに示すように実用帯域として８０Ｍｈｚが確保でき、デジタル放送用の広帯域クワッドアンテナとして実用可能な先進的アンテナとして課題を解決した。【０００７】実験結果から広帯域クワッドアンテナの設計値として、下記の数値になった。
反射器周囲長  ＝  設計帯域下限周波数の波長  ×  １．１２
放射器周囲長  ＝  設計帯域上限周波数の波長  ×  １．１７
また、垂直エレメント３の追加による効果は、ガンママッチングバー６の設定位置と関係しているので、データを採取しながら最適な位置でクロスエレメント１に接続する必要がある。
【実施例】
【０００８】本発明の実施例として図面について説明する。
〔図１〕は外観図でデジタル放送の１３チャンネルから２５チャンネルくらいまでをカバーできる受信用広帯域クワッドアンテナである。
周波数では４７０Ｍｈｚから５５０Ｍｈｚで、中心周波数は５１０Ｍｈｚとして設計している。
反射器周囲長は設計周波数帯の下限で４７０Ｍｈｚとして、
波長を１．１２倍して７１．５ｃｍとした。
放射器周囲長は設計周波数帯の上限で５５０Ｍｈｚとして、
波長を１．１７倍して６３．８ｃｍとした。
放射器と反射器の間隔ｂは中心周波数の５１０Ｍｈｚとして、
波長を０．１倍して５．９ｃｍとした。
水平クロスエレメントの上段と下段の間隔ｄは中心周波数として、
波長を０．２７倍して１５．８ｃｍとした。【０００９】水平クロスエレメント１は直径６ｍｍの銅パイプを使って，それぞれ寸法ａ，ｂ，ｃに従ってパイプの途中を４５度の角度で加熱しながら曲げる。
この場合ａ，ｃの寸法は先端に垂直エレメント２を固定するために差し込むため５ｍｍくらい短くする。
中心のブーム４も直径１２ｍｍの銅パイプを使い、水平クロスエレメント１が正確にクロスするように差し込む６ｍｍの穴をブームにあける。更にこのブームには３Ｃケーブル給電線７のＦ型コネクター５取り付け用の穴をクロスエレメント用の穴の１つから１２ｍｍ下に８ｍｍ径くらいの穴をあけておく。
垂直エレメント２は直径５ｍｍ銅パイプを使いｄの寸法で、両端を１０ｍｍ長めにして水平クロスエレメント１の先端に差し込めるように加熱しながら９０度に曲げる。【００１０】以上の準備ができたら，完成した姿をイメージしながら各エレメントを組み上げる。それぞれの寸法を確認しながら接続部を半田付けする。
本発明で追加する垂直エレメント３は直径４ｍｍか又は５ｍｍの銅パイプで、反射器側のクロスエレメント１の先端から寸法ｅの位置で、組み上がった現物アンテナの長さに合わせて切断し半田付けする。
マッチングバー６は直径３ｍｍの銅パイプを使い、現物アンテナのクロスエレメント１やブーム４に沿って７ｍｍの間隔を保つように加熱しながら加工する。
給電線引き出し５は市販の３Ｃケーブル用Ｆ型コネクターの一部を加工して、ブーム４にコネクターの半分くらい埋め込めるようにすると共に、ケーブルの芯線がマッチングバー６と上手く接続できるようにコネクターを配置しながら、ブーム４の穴を加工して堅めに組み付ける。
マッチングバー６の両端は〔図１〕のように両端を折り曲げ、クロスエレメントと７ｍｍの間隔を保持するように切断しクロスエレメント１に半田付けする。
最後に、給電線引き出し５のケーブル芯線をマッチングバー６に半田付けすれば完成です。【００１１】以上の実施例により〔図４〕、〔図５〕の性能特性が得られると思われるが、加工精度によっては調整が必要になります。
計測器があれば、上限周波数は放射器側の水平クロスエレメント１と垂直エレメント２の接続部で放射器側周囲長を四角で均等に微調整する。
下限周波数は反射器側周囲長を同様に微調整する。
本発明で追加の垂直エレメント３は〔図４〕の利得特性Ａカーブが得られないときはｍｍ単位でクロスエレメント１との接続位置を微調整する。
この調整はガンママッチングとの関連があり、利得を大きくするか利得特性を平坦にすることを優先するかで妥協点を見つけます。
また、垂直エレメント３に、更に垂直エレメントを並べるように追加することでより改善可能である。この垂直エレメントには銅パイプの代わりに０．５ｍｍ厚の銅板を１０から１５ｍｍ幅の短冊状にして接続しても改善効果がある。
ガンママッチングのマッチングバー６の間隔調整は、実施例ではＶＳＷＲ特性が１．８から４．５くらいでしたがまだ改善の余地があります。
このアンテナの前後比特性は８から１５ｄｂくらいでした。
また指向特性は〔図５〕の通りでー３ｄｂの角度は６０度と広いのが特長である。【００１２】本発明の実施例は、アンテナエレメントの接続箇所が多いので銅パイプを使用して半田付けしているが、アルミ溶接ができれば全てアルミパイプで製作できるので、軽くて安価なデジタル放送受信アンテナとして普及が期待できる。
【発明の効果】
【００１３】新たに登場した地上波デジタル放送は、受信アンテナとしては４７０Ｍｈｚから５５０Ｍｈｚ迄の約８０Ｍｈｚをカバーできれば、実用可能である。
〔図４〕は本アンテナの利得特性の実験データで、太線のＡカーブに示すように約８０Ｍｈｚの実用帯域幅を確保できた。
本発明はデジタル放送波帯をカバーできることが確認でき、コンパクトでスマートな先進性のあるデジタル放送受信用アンテナが実現できた。
【００１４】本発明の広帯域クワッドアンテナは近距離受信用や、指向特性も広いのでデジタル放送の移動体向け放送にも対応し得るので、デジタル放送時代に相応しいアンテナとして普及が期待できる。
また、デジタル放送波はゴースト障害に強い放送であることからシャープな指向特性の必要性はない。〔図５〕は本発明の指向特性を示しアンテナ利得ー３ｄｂ以内で６０度と広く、殊に室内用アンテナとして使いやすい特性である。
今後デジタル放送が全国的に普及するに伴い、高層化マンションでの受信拡大も予想されることから、手軽でスマートな室内用アンテナとして普及拡大が期待できる。
【００１５】また、ＩＴ化の進展に伴いパソコンでもデジタル放送受信が普及しつつあります。よって好きな時に好きな部屋に簡単に移動して受信できるアンテナが望ましく、本発明の屋内用アンテナは最適である。
更にこのアンテナの形状から、小型で安定感があり転倒しても怪我の危険性も少なく、色々の装飾品を施すことができ、マンションの窓際に置いてもインテリアとして違和感のない室内アンテナが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明アンテナの外観図である。
【図２】アンテナの上面図である。
【図３】アンテナの正面図である。
【図４】デジタル放送周波数帯において、本発明アンテナの利得特性を太線Ａで示したアンテナ利得特性図である。
【図５】本発明アンテナの中心周波数での指向性特性図である。
【符号の説明】
【００１７】１  アンテナの水平クロスエレメントを示す。
２  垂直エレメントを示す。
３  本発明で追加した垂直エレメントを示す。
４  アンテナのブームを示す。
５  アンテナで受信した信号を、マッチングバーを介して給電線に取り込む接続を示す。
６  ガンママッチング方式によるマッチングバーを示す。
７  ブーム管の内部を通して引き出された給電線を示す。
Ａ  本アンテナの利得特性を示す。
Ｂ  本アンテナの垂直エレメント３がない場合の利得特性を示す。
Ｃ  スイスクワッド本来の利得特性を示す。
【図１】
2005260898.tif 000003
【図２】
2005260898.tif 000004
【図３】
2005260898.tif 000005
【図４】
2005260898.tif 000006
【図５】
2005260898.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月8日(2005.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】技術分野
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、地上波デジタル放送の受信アンテナ技術に関するものである。
現在のテレビ放送受信はＶＨＦ帯とＵＨＦ帯それに衛星放送があり、更に平成１５年末からは待望の地上波デジタル放送が東名阪でスタートした。
新たに登場した地上波デジタル放送は、従来からのＵＨＦ周波数帯が割り当てられている。しかもデジタル放送の特長を生かして、関東広域では２０チャンネルから２８チャンネルと、中京と近畿広域では１３チャンネルから２５チャンネル付近までと連続的に割り当てられ、その周波数帯域幅は約８０Ｍｈｚとなった。
このデジタル放送受信には、現在普及している八木アンテナで受信可能であるが、しかしこの八木アンテナは従来のアナログ放送でゴースト障害解消の観点から、指向特性の優れた多素子アンテナが多用され大型で視覚的にも不安定である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明が解決しようとする課題
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
デジタル放送の特長を生かして、大都市地域では２０から２８チャンネルと１３から２５チャンネル付近まで連続的に割り当てられ、使用周波数帯域幅は約８０Ｍｈｚとなり、さらにデジタル放送はゴースト障害を解消した方式であることから、八木アンテナに代わるデジタル放送受信に相応しいコンパクトなアンテナが望まれる。
そこで、コンパクトなアンテナとしてスイスクワッド型アンテナに着目し、使用帯域幅が狭い弱点を改良すべく試行錯誤を重ねた。
スイスクワッド型アンテナの本来の利得特性は【図４】のＣカーブに示す通り、実用帯域幅としては４０Ｍｈｚでデジタル放送チャンネルをカバーするには不足である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】課題を解決するための手段
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
スイスクワッド型アンテナを使ってデジタル放送受信に対応するには、実用周波数帯域幅を約８０Ｍｈｚ確保しなければならない。
１３チャンネルから２５チャンネルを例にとれば、周波数的には４７０Ｍｈｚから５５０Ｍｈｚまでカバーする必要がある。
スイスクワッド型アンテナの設計資料によれば
反射器周囲長  ＝  設計波長  ×  １．１２×１．０２５
放射器周囲長  ＝  設計波長  ×  １．１２×０．９７５
とのデータがある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の効果
【補正方法】追加
【補正の内容】
【００１５】
従来は、クワッド型アンテナの狭帯域特性のためにテレビ放送などの広帯域受信には適さず、省みられることはなかったアンテナである。
本発明は実験的に広帯域化を実現したもので、理論的には全く想定できない効果であって、他方式のアンテナでも本発明の様な広帯域効果を実現したものはない。
本発明はこのクワッド型アンテナのコンパクトな形状を活かし、弱点である狭帯域を独創的な手段で広帯域特性に改善し、デジタル放送受信に適合させたアンテナで新規性があり特許に価するものと考えます。
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月17日(2005.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】本発明は、地上波デジタル放送の受信アンテナ技術に関するものである。
現在のテレビ放送受信はＶＨＦ帯とＵＨＦ帯それに衛星放送があり、更に平成１５年末からは待望の地上波デジタル放送が東名阪でスタートした。
新たに登場した地上波デジタル放送は、従来からのＵＨＦ周波数帯が割り当てられている。しかもデジタル放送の特長を生かして、関東広域では２０チャンネルから２８チャンネルと、中京と近畿広域では１３チャンネルから２５チャンネル付近までと連続的に割り当てられ、その周波数帯域幅は約８０Ｍｈｚとなった。
このデジタル放送受信には、現在普及している八木アンテナで受信可能であるが、しかしこの八木アンテナは従来のアナログ放送でゴースト障害解消の観点から、指向特性の優れた多素子アンテナが多用され大型で視覚的にも不安定である。


【手続補正２】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】デジタル放送の特長を生かして、大都市地域では２０から２８チャンネルと１３から２５チャンネル付近まで連続的に割り当てられ、使用周波数帯域幅は約８０Ｍｈｚとなり、さらにデジタル放送はゴースト障害を解消した方式であることから、八木アンテナに代わるデジタル放送受信に相応しいコンパクトなアンテナが望まれる。
そこで、コンパクトなアンテナとしてスイスクワッド型アンテナに着目し、使用帯域幅が狭い弱点を改良すべく試行錯誤を重ねた。
スイスクワッド型アンテナの本来の利得特性は図４のＣカーブに示す通り、実用帯域幅としては４０Ｍｈｚでデジタル放送チャンネルをカバーするには不足である。


【手続補正３】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】スイスクワッド型アンテナを使ってデジタル放送受信に対応するには、実用周波数帯域幅を約８０Ｍｈｚ確保しなければならない。
１３チャンネルから２５チャンネルを例にとれば、周波数的には４７０Ｍｈｚから５５０Ｍｈｚまでカバーする必要がある。
スイスクワッド型アンテナの設計資料によれば
反射器周囲長  ＝  設計波長  ×  １．１２×１．０２５
放射器周囲長  ＝  設計波長  ×  １．１２×０．９７５
とのデータがある。


【手続補正４】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】また、ＩＴ化の進展に伴いパソコンでもデジタル放送受信が普及しつつあります。よって好きな時に好きな部屋に簡単に移動して受信できるアンテナが望ましく、本発明の屋内用アンテナは最適である。
更にこのアンテナの形状から、小型で安定感があり転倒しても怪我の危険性も少なく、色々の装飾品を施すことができ、マンションの窓際に置いてもインテリアとして違和感のない室内アンテナが可能である。
従来は、クワッド型アンテナの狭帯域特性のためにテレビ放送などの広帯域受信には適さず、省みられることはなかったアンテナである。
本発明は実験的に広帯域化を実現したもので、理論的には全く想定できない効果であって、他方式のアンテナでも本発明の様な広帯域効果を実現したものはない。
本発明はこのクワッド型アンテナのコンパクトな形状を活かし、弱点である狭帯域を独創的な手段で広帯域特性に改善し、デジタル放送受信に適合させたアンテナで新規性があり特許に価するものと考えます。