(57)【要約】【課題】  単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）において放送されるデジタル放送信号を良好に受信することが可能な放送信号受信装置を提供する。【解決手段】  地上波デジタル放送信号受信用の受信装置は、５素子の主アンテナ１０と、主アンテナ１０よりもアンテナ素子数が少なく、主アンテナ１０と略同一平面状で主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０の左右に配置された４つの副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒと、各アンテナからの受信信号を合成して出力する合成器４０とを備える。副アンテナは、放射中心軸Ｚ１、Ｚ２が、放射方向前方で主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０と交差するように配置されており、外側の副アンテナから合成器４０に至る受信信号の伝送経路上には減衰器３２Ｌ、３２Ｒが設けられている。この結果、装置の指向特性は、単に半値角度が小さいだけでなく、サイドローブが充分抑制された、理想的な指向特性となる。【選択図】  図２
2007028068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波素子、放射素子及び反射素子からなる３素子以上のアンテナ素子を電波の放射方向に沿って配置してなるアンテナ装置を備え、
該アンテナ装置を介して、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）において放送されるデジタル放送信号を受信する放送信号受信装置であって、
前記アンテナ装置として、
前記アンテナ素子の数が最も多い主アンテナと、
該主アンテナよりもアンテナ素子の数が少なく、前記主アンテナと略同一平面状で前記主アンテナの放射中心軸の左右に所定間隔を空けて配置された複数の副アンテナと、
を備えると共に、
前記主アンテナ及び前記各副アンテナからの受信信号を合成して出力する合成手段を備えたことを特徴とする放送信号受信装置。
【請求項２】
前記副アンテナは、前記主アンテナの左右に各々複数配置されており、該副アンテナのアンテナ素子の数は、前記主アンテナから離れる程少なくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１に記載の放送信号受信装置。
【請求項３】
前記副アンテナは、電波の放射方向前方で放射中心軸が前記主アンテナの放射中心軸と交差し、しかも、該交差角度が、前記主アンテナから離れる程大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の放送信号受信装置。
【請求項４】
前記副アンテナは、主アンテナから離れる程、電波の放射方向先端側の導波素子が、前記主アンテナの放射中心軸に沿って後方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の放送信号受信装置。
【請求項５】
前記副アンテナから前記合成手段に至る受信信号の伝送経路上に位相調整用の移相器を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の放送信号受信装置。
【請求項６】
前記副アンテナから前記合成手段に至る受信信号の伝送経路上に受信信号を減衰させる減衰器を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の放送信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）において放送されるデジタル放送信号を受信するためのアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地上波デジタルテレビジョン放送では、変調方式として直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式が採用されている。
このＯＦＤＭ方式は、直交関係にある複数の搬送波を用いて情報を伝送する方式であり、建物からの反射等によって生じる遅延波の影響を除去するために、放送信号には、搬送波の変調により得られるシンボルの後半のコピーをシンボルの前半に貼り付けることで、ガードインターバルが設けられている。
【０００３】
このようなＯＦＤＭ方式では、受信装置にて希望波と遅延波とが受信されたとしても、遅延波の希望波に対する遅延量（遅延時間）が放送信号のガードインターバルよりも少なければ、放送信号を正常に復調することができる。また、ＯＦＤＭ方式においては、希望波と妨害波との間に所定レベル以上の差があれば、同一周波数帯の妨害波であっても、その妨害波の影響を受けず、適切な復調結果を得ることができるといった特徴がある。
【０００４】
そこで、地上波デジタル放送では、こうしたＯＦＤＭ方式の特徴を生かし、周波数資源を有効活用する目的で、親局や中継局といった隣接する送信所間で全て同一周波数の放送信号を送信する単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式が採用されている（例えば、非特許文献１等、参照）。
【非特許文献１】日本放送出版協会発行、「テレビ新時代  知っておきたい  地上デジタル放送  〜ＮＨＫ受信技術センター編〜」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、単一周波数ネットワークでは、一つの送信所から送信された希望波と他の送信所から送信された妨害波とが略同一レベルで届く地域において、これら各信号の時間差が小さい場合には、受信アンテナの指向特性（詳しくは半値角度）を鋭くして、受信アンテナで得られる希望波信号成分と妨害波信号成分とのレベル差を大きくする必要がある。
【０００６】
そして、このように、受信アンテナによる指向特性を改善して、受信アンテナにて希望波信号成分と妨害波信号成分とのレベル差を大きくする方法としては、同一特性の受信アンテナを所定間隔で水平又は垂直方向に複数配置し、各受信アンテナからの受信信号を合成することが考えられる。
【０００７】
しかし、こうした対策では、各受信アンテナのメインローブ成分だけでなく、サイドローブ成分をも合成（加算）してしまうことから、受信装置全体の指向特性の内、半値角度は改善できるものの、受信信号の合成によりサイドローブ成分も大きくなってしまい、このサイドローブ成分が大きくなる方向から到達する妨害波については、その信号レベルを充分抑制することができず、所望の受信特性を得ることができなくなることがあった。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであって、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）において放送されるデジタル放送信号を良好に受信することが可能な放送信号受信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】
【０００９】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、導波素子、放射素子及び反射素子からなる３素子以上のアンテナ素子を電波の放射方向に沿って配置してなるアンテナ装置を備え、該アンテナ装置を介して、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）において放送されるデジタル放送信号を受信する放送信号受信装置であって、
前記アンテナ装置として、
前記アンテナ素子の数が最も多い主アンテナと、
該主アンテナよりもアンテナ素子の数が少なく、前記主アンテナと略同一平面状で前記主アンテナの放射中心軸の左右に所定間隔を空けて配置された複数の副アンテナと、
を備えると共に、
前記主アンテナ及び前記各副アンテナからの受信信号を合成して出力する合成手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放送信号受信装置において、前記副アンテナは、前記主アンテナの左右に各々複数配置されており、該副アンテナのアンテナ素子の数は、前記主アンテナから離れる程少なくなるよう設定されていることを特徴とする。
【００１１】
また次に、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の放送信号受信装置において、前記副アンテナは、電波の放射方向前方で放射中心軸が前記主アンテナの放射中心軸と交差し、しかも、該交差角度が、前記主アンテナから離れる程大きくなるように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の放送信号受信装置において、前記副アンテナは、主アンテナから離れる程、電波の放射方向先端側の導波素子が、前記主アンテナの放射中心軸に沿って後方に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１３】
一方、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４の何れかに記載の放送信号受信装置において、前記副アンテナから前記合成手段に至る受信信号の伝送経路上に位相調整用の移相器を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れかに記載の放送信号受信装置において、前記副アンテナから前記合成手段に至る受信信号の伝送経路上に受信信号を減衰させる減衰器を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の放送信号受信装置においては、図１に示すように、主アンテナの左右に、主アンテナよりも素子の数が少なく、半値角度もメインローブ成分に対するサイドローブ成分の比率も主アンテナより大きくなる副アンテナを配置し、これら各アンテナからの受信信号を合成手段にて合成する。
【００１６】
このため、主アンテナに対する副アンテナの配置位置や副アンテナの向きを適宜設定することにより、最終的に得られる受信特性を、メインローブ成分のビーム幅（換言すれば半値角度）が狭く、メインローブ成分に対してサイドローブ成分が充分抑制された最適な受信特性にすることができる。
【００１７】
よって、本発明によれば、単一周波数ネットワークにおいて、デジタル放送信号の内、希望波のみを選択的に受信し得る受信装置を提供することができる。
ここで、副アンテナを主アンテナの左右に各々複数配置する場合には、請求項２に記載のように、副アンテナのアンテナ素子の数を、主アンテナから離れる程少なくなるように設定するとよい（図１参照）。
【００１８】
また、このように副アンテナを主アンテナの左右に各々複数配置する場合には、請求項３に記載のように、副アンテナは、電波の放射方向前方で放射中心軸が主アンテナの放射中心軸と交差し、しかも、その交差角度（図１に示すθ１，θ２参照）が、主アンテナから離れる程大きくなるように配置すると、サイドローブ成分をより良好に抑制することができる。
【００１９】
また、副アンテナを主アンテナの左右に各々複数配置する場合には、請求項４に記載のように、副アンテナは、主アンテナから離れる程、電波の放射方向先端側の導波素子が、主アンテナの放射中心軸に沿って後方に位置するように配置するようにしてもよい（図１に示すＤ１，Ｄ２参照）。
【００２０】
つまり、副アンテナを請求項３、４に記載のように配置すれば、副アンテナから合成手段に入力される受信信号の位相を変化させて、サイドローブ成分をより良好に抑制することができるようになり、従来より一般的に行われているように、移相器を用いて副アンテナからの受信信号の位相を変化させることなく、最終的に得られる受信特性を、半値角度が小さくサイドローブ成分を充分抑制した最適な受信特性に設定することが可能となる。
【００２１】
なお、このように副アンテナから合成手段に入力される受信信号の位相を変化させてサイドローブ成分をより良好に抑制できるようにするには、請求項５に記載のように、副アンテナから合成手段に至る受信信号の伝送経路上に位相調整用の移相器（図１に示すＰＳ１、ＰＳ２参照）を設けるようにしてもよい。
【００２２】
また、不要なサイドローブ成分だけをより確実に抑制できるようにするには、請求項６に記載のように、副アンテナから合成手段に至る受信信号の伝送経路上に、受信信号を減衰させる減衰器（図１に示すＡＴ１、ＡＴ２参照）を設けるようにしてもよい。
【００２３】
なお、図１に示すように、主アンテナに隣接した副アンテナからの伝送系路上に減衰器ＡＴ１を設け、更に、その外側に配置された副アンテナからの伝送経路上に減衰器ＡＴ２を設ける場合、これら各減衰器ＡＴ１、ＡＴ２の減衰量は、減衰器ＡＴ１よりも減衰器ＡＴ２の方が大きく、例えばデシベル比で略１：２の関係となるように設定することが望ましい。具体的には、例えば、減衰器ＡＴ１の減衰量が３デシベルなら、減衰器ＡＴ２の減衰量を６デシベルに設定するとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明を実施するのに最適な実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の放送信号受信装置の構成を表す説明図である。
本実施形態の放送信号受信装置は、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ）において放送される地上波デジタル放送信号を受信するためのものであり、アンテナ装置として、３本の導波素子と放射素子と反射素子とからなる５素子の主アンテナ１０と、この主アンテナ１０よりもアンテナ素子数が少なく、主アンテナ１０と略同一平面状で且つ主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０の左右に所定間隔を空けて配置された合計４つの副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒとを備え、これら各アンテナ１０、２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒからの受信信号を合成器４０にて合成して出力するように構成されている。
【００２５】
また、主アンテナ１０及び副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒは、いずれも、テレビ放送受信用のＵＨＦアンテナ（八木・宇田アンテナ）であり、主アンテナ１０の左右に配置された副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒは、２本の導波素子と放射素子と反射素子とからなる４素子のＵＨＦアンテナからなり、この副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒの外側に配置された副アンテナ３０Ｌ、３０Ｒは、導波素子と放射素子と反射素子とからなる３素子のＵＨＦアンテナからなる。
【００２６】
そして、これら各アンテナ１０、２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒは、放射素子の給電部Ｐが主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０に対して直交する同一線上に位置し、且つ、各給電部Ｐ同士の間隔が所定の長さ（本実施形態では略３５ｃｍ）となるように、図示しない支柱に水平に取り付けられている。
【００２７】
また、副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒは、電波の放射方向前方で放射中心軸Ｚ１、Ｚ２が主アンテナの放射中心軸Ｚ０と交差するように配置されており、その交差角度は、副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒよりも副アンテナ３０Ｌ、３０Ｒの方が大きくなるように設置されている。具体的には、副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒの放射中心軸Ｚ１と主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０との交差角度は約１０°に設定され、副アンテナ３０Ｌ、３０Ｒの放射中心軸Ｚ２と主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０との交差角度は約２０°に設定されている。
【００２８】
また、４つの副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒの内、外側に配置された副アンテナ３０Ｌ、３０Ｒから合成器４０に至る受信信号の伝送経路上には、受信信号の信号レベル（電力）を３ｄＢ減衰させる減衰器（ＡＴＴ）３２Ｌ、３２Ｒが設けられている。
【００２９】
このように構成された本実施形態の放送信号受信装置によれば、図３（ａ）に示すように、主アンテナ１０単体では、半値角度が５１．５［ｄｅｇ］で、メインローブ成分に対してサイドローブ成分の信号レベルが約−１０．３ｄＢとなっていた指向特性を、図３（ｂ）に示すように、半値角度が１２．１［ｄｅｇ］、メインローブ成分に対してサイドローブ成分の信号レベルが略−２０ｄＢ以上となるように改善できた。
【００３０】
つまり、従来より指向特性の改善のために用いられているスタックアンテナのように、主アンテナ１０を所定間隔で並行に２列に配置した場合には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、受信信号を合成することにより、主アンテナ１０のメインローブ成分だけでなく、サイドローブ成分も合成（加算）されてしまい、メインローブに対するサイドローブ成分が大きくなってしまうのに対し、本実施形態のように、主アンテナ１０の左右に、主アンテナ１０よりも素子の数が少なく、半値角度もメインローブ成分に対するサイドローブ成分の比率も主アンテナ１０より大きくなる副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒを配置した場合には、主アンテナ１０単体で得られるメインローブ及びサイドローブの不要な部分が、各アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒのメインローブ及びサイドローブで相殺されて、メインローブの半値角度が小さく、メインローブに対してサイドローブ成分が充分抑制された、理想的な指向特性が得られるようになるのである。
【００３１】
なお、図３及び図４は、上述した各受信装置（アンテナ）を使って、チャンネル５３のＵＨＦデジタルテレビ放送を受信したときの指向特性を測定した測定結果を表している。また、図４において、（ａ）は主アンテナ１０の間隔を４００ｍｍにしたときのスタックアンテナの指向特性を表し、（ｂ）は主アンテナ１０の間隔を６００ｍｍにしたときのスタックアンテナの指向特性を表している。
【００３２】
そして、この図４から、２つの主アンテナ１０を並行に配置したスタックアンテナでは、半値角度が２６．２［ｄｅｇ］、１８．３［ｄｅｇ］となり、主アンテナ１０単体のときに比べて半値角度を改善できているものの、サイドローブ成分、特に、メインローブの左右のサイドローブ成分が著しく大きくなり、希望波と略同レベルの妨害波がこのサイドローブ方向から入射した場合には、希望波と妨害波とのレベル差を充分確保することができず、受信信号からテレビ放送信号を復調することができなくなってしまうことがわかる。
【００３３】
これに対して、本実施形態の受信装置によれば、上述したように、半値角度を改善できるだけでなく、メインローブに対するサイドローブ成分の信号レベルを充分抑制することができることから、単一周波数ネットワークにより、異なる放送局から送信された複数の放送電波が略同一レベルで届く地域において、特定の放送局から送信された希望波のみを選択的に受信し、その受信信号からテレビ放送信号を復調することができるようになる。
【００３４】
ここで、本実施形態では、主アンテナ１０及び副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒの間隔は、それぞれ略３５ｃｍであり、副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒは、その放射中心軸Ｚ１、Ｚ２が主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０と交差するように配置されており、しかも、副アンテナ３０Ｌ、３０Ｒから合成器４０に至る受信信号の伝送経路上には減衰器（ＡＴＴ）３２Ｌ、３２Ｒが設けられるものとして説明したが、受信アンテナとして用いるアンテナの個数やそのアンテナ間隔、副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒの放射中心軸Ｚ１、Ｚ２と主アンテナ１０の放射中心軸Ｚ０との交差角度、減衰器３２Ｌ、３２Ｒの有無等は、合成器４０を介して最終的に得られる受信信号の指向特性に応じて適宜設定すればよい。
【００３５】
つまり、これら各パラメータを適宜設定すれば、各副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒから合成器４０に入力される受信信号の位相を変化させて、サイドローブ成分をより良好に抑制することができるようになり、従来より一般的に行われているように、移相器を用いて副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒからの受信信号の位相を変化させることなく、最終的に得られる受信信号の指向特性を、半値角度が小さくサイドローブ成分を充分抑制した最適な指向特性に設定することが可能となる。
【００３６】
但し、本発明は、副アンテナ２０Ｌ、２０Ｒ、３０Ｌ、３０Ｒからの受信信号の位相を調整するために移相器を用いることを妨げるものではなく、最適な指向特性が得られるようにするために移相器を設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の各請求項に記載された放送信号受信装置の構成を表す説明図である。
【図２】実施形態の放送信号受信装置の構成を表す説明図である。
【図３】実施形態の主アンテナ単体の指向特性と受信装置全体の指向特性とを対比して表す説明図である。
【図４】実施形態の主アンテナを２列に配置した一般的なスタックアンテナの指向特性を表す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…主アンテナ、２０Ｌ，２０Ｒ，３０Ｌ，３０Ｒ…副アンテナ、３２Ｌ、３２Ｒ…減衰器、４０…合成器、Ｐ…給電部、Ｚ０、Ｚ１、Ｚ２…放射中心軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007028068.tif 000006