(57)【要約】【課題】ループアンテナを単純な構造で広帯域の周波数に渡りにケーブルインピーダンスに整合せしめ、放射効率の良いループアンテナを提供することを目的とする。【解決手段】ループアンテナエレメント１１の出力部にループアンテナエレメントのアンテナ放射インピーダンスと接続ケーブルインピーダンスとの中間インピーダンスを示す間隔が固定された平行線２１を接続し、前記平行線２１の長さを受信する周波数の概ね１／４波長にて、アンテナ出力インピーダンスを伝送ケーブルのインピーダンスに整合せしめる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を放射するループアンテナエレメントと、受信する周波数の概ね１／４波長の長さよりなる平行線路と、前記平行線路の間隔を伝送ケーブルインピーダンスとループアンテナエレメントの放射インピーダンスとの中間インピーダンスに固定せしめる支持具とより構成され、前記支持具がループアンテナエレメント出力部に接してなるアンテナ出力端子を備えたループアンテナ。
【請求項２】
ループアンテナエレメントの面と角度を持たせて平行線路に接続配置した請求項１に記載のループアンテナ。
【請求項３】
ケーブル保持部に１／２波長以上の長さの導電体よりなる反射エレメントと、伝送ケーブル接続端を配置させた請求項２に記載のループアンテナ。
【請求項４】
２つのループアンテナエレメントの面を直交配置しそれぞれのループアンテナエレメントに９０度位相差で２分配信号を給電した構成の請求項１に記載のループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＨＦ帯のテレビ電波を受信するのに用いられ、室内アンテナを広帯域で高利得に実現するループアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ループアンテナエレメントの形状寸法とその使用周波数での性能特性は、基本アンテナエレメントとして良く知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
ループアンテナエレメントの出力特性は平衡出力であるが、自動車電話の様に狭帯域周波数で使用される従来事例のループアンテナでは、直接同軸ケーブルを接続されていた（例えば、特許文献１参照。）。図７は前記特許文献１に記載されているループアンテナを示すものである。
【０００４】
図７において、ループアンテナエレメント１１はその出力端に給電コネクタ１２を設け、直接に伝送ケーブル１４の外部導体端と同軸中心導体１３に接続していた。
【０００５】
テレビ電波受信用として実現されている室内アンテナは、ループアンテナエレメントの出力特性が平衡出力であるので、平衡不平衡変換器を介してケーブル接続されていた。また、機器に直結して用いられるループアンテナの場合にも、平衡不平衡変換器を介して接続する必要があった（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
図８は前記特許文献２に記載されているループアンテナを示すものである。
【０００７】
図８（ａ）において、ループアンテナエレメント１１の平衡出力は、平衡不平衡変換器１５を介して不平衡出力としているループアンテナ例を示している。また図８（ｂ）は、前記平衡不平衡変換器１５の実現例で、伝送ケーブル１４の同軸端に同軸外皮の不要電流を阻止するシュベルトップ１７を備えアンテナ平衡出力に接続して用いる。また、図８（ｃ）は、インピーダンス変換器を兼ねた前記平衡不平衡変換器１５の機能をもち、平衡入力１８に接続された信号は不平衡出力端１９より取り出され、出力インピーダンスが接続されたインピーダンスの１／４に小さくなるタイプの実現例である。
【０００８】
【非特許文献１】
アンテナ工学ハンドブック、編者、電子通信学会、オーム社、昭和５５年、ＰＰ．５９〜６１、図２・８
【特許文献１】
特許第３１８１３２７号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特許第３３３４０７９号公報（第４頁、第６図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す前記従来の同軸ケーブルに直結したループアンテナの構成では、ループアンテナの平衡出力を直接外部導体が接地導体となる伝送ケーブルに接続すると、アンテナエレメントと前記接地導体間の電磁界作用のため、ループアンテナとして理想的特性として動作せず、アンテナの受信指向性と出力インピーダンスが不安定になっていた。
【００１０】
一方、ループアンテナの出力インピーダンスは、非特許文献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同軸ケーブルインピーダンス７５Ωと大きくずれており、特許文献２に見られる図８に示す従来事例の平衡不平衡変換器を用いたループアンテナの場合、不整合特性による放射効率の悪いアンテナ特性を示していた。また、テレビ受信用室内アンテナでは図８（ｃ）に示す４：１のインピーダンス変換器を兼ねた平衡不平衡変換器を用いることもあるが、この場合は、出力インピーダンスが小さくなりすぎ、同様に不整合特性によるアンテナ効率の悪いものであった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、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、放射効率の良いループアンテナを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のループアンテナは、ループアンテナエレメントの出力部にループアンテナエレメントのアンテナ放射インピーダンスＺａと接続ケーブルインピーダンスとの中間インピーダンスを示す間隔に固定された平行線を接続し、前記平行線の長さを受信する周波数の概ね１／４波長にて、アンテナ出力インピーダンスを伝送ケーブルのインピーダンスに整合せしめることで、ループアンテナを実現している。
【００１３】
本構成によって、１／４波長の平衡線路はインピーダンス変換器と平衡不平衡変換器の作用をしており、接続ケーブルのインピーダンスである７５オームに整合させるとともにアンテナ部とケーブル外部導体の電磁界結合を打ち消すことができ、理想的なアンテナ放射指向性と放射効率の良いループアンテナが実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるダイポールアンテナの構成図である。図１において、図７および図８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。
【００１６】
図１において、ループアンテナ２０は、外周長が使用する周波数の波長λに近いループアンテナエレメント１１と長さＬが波長λの１／４なる平行線路２１とが前記ループアンテナエレメント１１の出力部２２でつながっており、さらに、前記平行線路２１を所要の間隔に保持する支持具２３が前記ループアンテナエレメント出力部２２に少なくとも一箇所接して配置し、平行線路２１のインピーダンスを一定値ＺＬに保った構造からなっている。
【００１７】
アンテナとしての電磁界放射は、図９のループアンテナエレメント１１の全長が１波長に近いループでは、非特許文献１に示されているように、ループ軸方向Ｚに最大放射指向性をもつアンテナとなる。また、ループアンテナエレメントの出力部でのアンテナインピーダンスＺａは全長が１波長に近いループでは約１００オームで共振しその出力は平衡出力となる。
【００１８】
実測例として、ＵＨＦテレビ帯域（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）のループアンテナエレメントの出力インピーダンス特性Ｚａを図２の７５Ω基準のスミスチャートに示す。共振周波数より離れた４７０ＭＨｚ及び７７０ＭＨｚの両端の周波数では、ＶＳＷＲ２の円より大きく離れている。通常使う７５Ωインピーダンスの伝送ケーブルに接続すると、インピーダンスが大きく異なるのでアンテナ効率が低下する。
【００１９】
アンテナエレメントの出力インピーダンスＺａを伝送ケーブルのインピーダンス７５オームに整合するには、１／４λ長の平行線路２１を接続し平行線路インピーダンスＺＬをＺＬ２＝７５×Ｚａの関係が成り立つ７５オームとＺａの中間値になるよう平行線路の間隔をｄに設定する。ここで、平行線路インピーダンスＺＬは線路間隔ｄとは平行線路２２の導体径ａとすると、
【００２０】
【数１】
2005027008.tif 000003
【００２１】
で理論値として求まる。
【００２２】
実施の形態１による構成のループアンテナをテレビＵＨＦ帯で実現し、出力インピーダンスの実測例を図２に特性値Ｚｒとして示す。平衡線路インピーダンスＺＬはテレビの帯域周波数の両端を考慮し１３０オームを選んでいる。
【００２３】
一方、伝送ケーブル２４は不平衡入力であるので図７の如くアンテナ放射電磁界とケーブル外皮の接地導体間で電磁界作用し、ループアンテナより不要放射が起こり理想的アンテナとして働かず、受信指向性と出力インピーダンスが不安定になる。
【００２４】
しかし、平行線路２１によるインピーダンス変換を１／４波長の長さで実現することにより、アンテナの平衡出力は不平衡ケーブルに接続してもループアンテナエレメントの平衡度に影響を与えない。
【００２５】
この原理を図３で説明すると、分布定数回路の性質より、図３（ａ）の一本の線路の片側が短絡された地点より１／４波長離れた端子は開放端となる。また同様に、平行２線を両端子接続した図３（ｂ）の場合にも、短絡された地点より１／４波長離れた開放端には、不平衡モードの起電力Ｅ’による電流は流れない。また、片方を短絡した図３（ｃ）でも他方から見たインピーダンスは無限大とみなせる。さらに、図３（ｄ）では信号位相が反転するが、アンテナインピーダンスＺｒに平行線路側インピーダンスに整合しておれば、信号源Ｅｒからの電力は全て負荷Ｒへと伝達される。
【００２６】
すなわち、本発明の実施の形態１では、平行線路を１／４波長にしていることにより平衡不平衡変換機能をインピーダンス整合と同時に実現して、伝送ケーブル２４に接続できるアンテナ端子を持つループアンテナを構成している。
【００２７】
なお、ループアンテナエレメント出力部２２接して配置される支持具２３は、平行線路のインピーダンスを一定値の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場合にループ形状も含め強固に固定する重要な役割も持つ。
【００２８】
また、ループアンテナエレメント１１の線径Ｗと平行線路線径ａと同一にすることは、量産観点での加工の同時処理等で利点がある。
【００２９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるループアンテナの構成図である。図４において、図１および図７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。
【００３０】
図４において、アンテナエレメント１１は使用波長の１／４の長さよりなる平行線路２１とアンテナエレメント１１の面と角度θを持たせ接続されている。平行線路２１の出力端は伝送ケーブル２４の端子部に接続されケーブル保持部２６とカバー２５で覆われる構造になっている。アンテナ構造保持部２７は、アンテナ基台２８と勘合することにより、前記全周長が波長の長さとなるループアンテナエレメント１１の形状の固定と平行線路２１の線路間隔を一定寸法に保持せしめている。また、導電体よるなるアンテナの反射エレメント２９はアンテナ利得を改善する必要に応じケ−ブル接続保持部に近接して固定される。さらに伝送ケーブル２４の一方の端には接続コネクタ３０を設けることで、テレビセットに接続するテレビ受信用の室内アンテナとしてのループアンテナを構成している。
【００３１】
かかる構成によれば、平行線路２１をループアンテナエレメント面より折り返すことでループアンテナの全長が短くなり、さらに、アンテナ利得を大きくするための反射エレメント２９をケーブル保持部に容易に取り付けることができる。
【００３２】
ループアンテナから波長の１／４近く離れた位置に反射板を取り付けることでアンテナ利得が大きくなることは良く知られているが、反射板の取り付構造を含めた構造寸法が大きくなる欠点を持っていた。
【００３３】
本実施の形態２では、反射板の代わりに反射エレメント２１として導電棒を用いているが、ループアンテナエレメント面より使用周波数の波長の１／４近く離れた位置に、折り返した平行線路２１と接続する位置に伝送ケーブル保持部で容易に反射エレメント２１も保持できる。
【００３４】
なお、反射エレメント２１は使用下限周波数の波長の１／２よりやや長めに選ぶことで使用周波数全帯域で反射器として働き、最小寸法でアンテナの放射特性利得の前後比を８ｄＢ程度に広帯域に実現できる。また、反射エレメントの保持構造の強度を配慮し、反射エレメントを上下に複数本配置すればアンテナ利得と放射特性前後比はさらに向上する。
【００３５】
さらに、反射エレメント２９を、例えばパイプ構造による伸縮機能を持たせれば、受信電波の状況に応じ最適受信を調整することもできる。
【００３６】
すなわち、小型で可搬性の要求される高利得のテレビ室内アンテナに要望される構造を提供している。
【００３７】
なお、アンテナ構造保持部２７は実施の形態１の支持具２３と同様のアンテナ性能を確保維持する重要な機能役割を持っている。
【００３８】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるループアンテナの構成図である。図において、図１および図７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。
【００３９】
図５において、ループアンテナエレメント１１ａとループアンテナエレメント１１ｂを直交して配置し、それぞれの出力端子に使用周波数長の１／４の長さの整合させるに必要インピーダンス特性を持つ平行ラインケーブル３１ａ、３１ｂを接続し、さらに同軸ケーブル３２ａと長さの異なる同軸ケーブル３２ｂにより、９０度位相差を持たせて信号合成させて混合器として動作する分配器３３の出力端子１６にて信号を取り出す構造を持つループアンテナである。
【００４０】
平行ラインケーブル３１ａ、３１ｂは、実施の形態１の平行線路２１と同一の電気的機能のがあるが、本実施の形態３ではループアンテナエレメント出力部の接続構造に自由度を持たせる為に機械的柔軟性を備えている。
【００４１】
かかる構成によれば、２つのアンテナのループ軸方向の水平面に無指向性のアンテナが実現できる。
【００４２】
図６は、従来クロスダイポールアンテナとして知られる水平面に無指向性の放射特性を持つアンテナで、ケーブル長の異なる伝送ケーブル３７と伝送ケーブル３８により９０度の位相差で給電される２つの直交したダイポールアンテナエレメント３４ａと３４ｂと平衡不平衡変換器３６よりなるダイポールアンテナとダイポールアンテナエレメント３５ａと３５ｂと平衡不平衡変換器３６よりなるダイポールアンテナからなる。前記クロスダイポールアンテナの放射指向性は、直交した８の字放射電磁界の合成として指向性が求められる。本発明の実施の形態３では、図６に示されたダイポールアンテナ部がループアンテナに置き換わった動作特性を持ち、ループ軸方向の水平面にクロスダイポールと同じ指向性を示す。
【００４３】
一方、ダイポールアンテナとループアンテナと指向性と利得を比較した場合、ループアンテナは、図９のＺ―Ｙ面ではダイポールアンテナと同じ８の字特性であるが、Ｚ−Ｘ面ではＸの上下方向で抑圧された特性となる。ダイポールアンテナの長手方向をＹ軸に置くと、Ｚ−Ｘ面では円形の無指向特性であり、ループアンテナの方がＺ−Ｙ面で利得が高くなる。すなわち、ダイポールアンテナより利得の高いループアンテナを用いた本発明による実施の形態３のループアンテナによる無指向性アンテナは、従来クロスダイポールより利得の高い無指向性のアンテナが実現できる。
【００４４】
なお、ループ頂点部に設けられた絶縁体４０は２つのループアンテナエレメントの電気的分離とループ形状の機構的形状固定の働きを持つ。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、複雑な整合回路なしに、アンテナの受信指向性が安定で、同軸ケーブルインピーダンスに整合した放射効率の良い広帯域周波数特性のアンテナが構成部材の少ない簡単な構成で実現することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【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の特性例図
【図３】１／４波長の長さの平行線路の特性説明図
【図４】本発明の実施の形態２におけるループアンテナの構成図
【図５】本発明の実施の形態３におけるループアンテナの構成図
【図６】クロスダイポールアンテナの構成図
【図７】従来のループアンテナの構成図
【図８】従来のループアンテナの構成図
【図９】ループアンテナエレメント動作原理の説明図
【符号の説明】
１１  ループアンテナエレメント
１２  給電コネクタ
１３  同軸中心導体
１４  伝送ケーブル
１５  平衡不平衡変換
１６  出力端子
１７  シュベルトップ
１８  平衡入力
１９  不平衡出力端子
２０  ループアンテナ
２１  平行線路
２２  ループアンテナエレメント出力部
２３  支持具
２４  伝送ケーブル
２５  カバー
２６  ケーブル保持部
２７  アンテナ構造保持部
２８  アンテナ基台
２９  反射エレメント
３０  接続コネクタ
３１ａ、３１ｂ  平行ラインケーブル
３２ａ、３２ｂ伝送ケーブル
３３  分配器
３４ａ、３４ｂ  ダイポールアンテナエレメント
３５ａ、３５ｂ  ダイポールアンテナエレメント
３６  平衡不平衡変換器
３７  伝送ケーブル
３８  伝送ケーブル
３９  分配器
４０  絶縁体
【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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