(57)【要約】【課題】異なるエリアにサービスを提供するために１つの空中線を使用して複数の周波数に対応する放送波をそれぞれ異なるビームチルト角で放射することができ、加えて、省スペース化を実現し、コストを低減することが可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１は、放送機２に給電回路３を介して接続された分配器４と、分配器４に接続された給電回路５，６と、給電回路５，６に接続されたアンテナアレイ７とを備えている。アンテナアレイ７は、上段側のアンテナ素子８及び下段側のアンテナ素子９からなり、アンテナ素子８は給電回路５に、アンテナ素子９は給電回路６にそれぞれ接続されている。給電線６のケーブル長さＬ２は、給電線５のケーブル長さＬ１と比較して、２波のうち一方の周波数ｆ１の波長λ１のｎ倍長い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数に対応する放送波を、それぞれ異なるビームチルト角で放射するアンテナ装置であって、
上下に配置された一対のアンテナ素子で構成されるアンテナアレイと、
前記一対のアンテナ素子の一方に給電する第１給電線と、
前記一対のアンテナ素子の他方に給電する第２給電線とを備え、
一の周波数ｆａにおける前記第１給電線の電気長ｌ１ｆａと、前記第２給電線の電気長ｌ２ｆａとの差が、３６０°×ｎ＋α１（０°≦α１＜３６０°）であり、
他の周波数ｆｂにおける前記第１給電線の電気長ｌ１ｆｂと、前記第２給電線の電気長ｌ２ｆｂとの差が、３６０°×ｎ＋α２（０°≦α２≦３６０°）であること、
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
互いに異なる２つの周波数に対応する放送波を、それぞれ異なるビームチルト角で放射することを特徴とする、請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記２つの周波数のうち一方の周波数ｆ１における前記第１給電線の電気長をｌ１ｆ１、前記第２給電線の電気長をｌ２ｆ１とし、他方の周波数ｆ２における前記第１給電線の電気長をｌ１ｆ２、前記第２給電線の電気長をｌ２ｆ２としたとき、
電気長ｌ１ｆ１と電気長ｌ２ｆ１との差が３６０°×ｎであり、
電気長ｌ１ｆ２と電気長ｌ２ｆ２との差が３６０°×ｎ＋α（０°≦α＜３６０°）であること、
を特徴とする、請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第２給電線のケーブル長さＬ２が、前記第１給電線のケーブル長さＬ１と比較して、周波数ｆ１の波長λ１のｎ倍（ｎは自然数）長いことを特徴とする、請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナアレイが多段で設けられることを特徴とする、請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記アンテナ素子が、バットスタイルアンテナ素子、ループアンテナ素子及びダイポールアンテナ素子のいずれかで構成されることを特徴とする、請求項１記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に２波以上のメディアで共用するためのアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つのアンテナ装置で２波以上のメディアを共用し、且つ異なるエリアにサービスを提供したいという要望（例えば、東京タワー）がある。東京タワーでは、東京スカイツリーとの兼ね合いで、東京タワーのサービスエリアをある程度制限することが必要となってくる。この要望に応えるべく、以下のようなアンテナ装置が提案されている（特許文献１）。また、既存のアンテナ装置を置き換えることなくサービスを提供したいという要望もある。
【０００３】
図６に示すように、従来のアンテナ装置６１は、鉄塔等の支柱６２に取り付けられており、２つの異なる周波数ｆ１，ｆ２の放送波Ｗ１，Ｗ２を放射するパネルアンテナ素子６３ａ〜６３ｃと、周波数ｆ２の放送波Ｗ２を放射する残りのパネルアンテナ素子６３ｄとを備えている。
【０００４】
放送波Ｗ１，Ｗ２はパネルアンテナ素子６２ａ〜６２ｃの組合せから放射され、放送波Ｗ１はパネルアンテナ素子６１ａ〜６１ｄの組合せから放射される。周波数ｆ２の放送波Ｗ２をアンテナ装置６１から放射すると、特定の方向に水平面指向性が得られ、他方の周波数ｆ１の放送波Ｗ１をアンテナ装置６１から放射すると、略放射状の水平面指向性を得ることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８８５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、２波のメディアを共用し且つ異なるエリアにサービスを提供する技術として、上記のような２波の水平面指向性を異ならせる方法のほか、２波の垂直面指向性を異ならせる方法が知られている。この方法では、アンテナ装置の水平方向からサービスエリア端を見込んだ角度を俯角（ビームチルト角）としたとき、２波の主ビームのビームチルト角をそれぞれ異なるように設定することで、これら２波のサービスエリアの半径を異ならせている。
本方法を実現するべく、従来のアンテナ装置では、図７に示すように、アンテナ素子８’，９’で構成されるアンテナアレイ７と、アンテナ素子１３’,１４’で構成されるアンテナアレイ１２’とが設けられており、２波に対応する放送波をそれぞれ異なるビームチルト角で放射させることで異なるエリアにサービスを提供していた。すなわち本従来の構成では、上記２つのアンテナアレイと、該２つのアンテナアレイに電力を供給する給電回路が２つ必要となり、コストが増大するという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、異なるエリアにサービスを提供するために１つの空中線を使用して複数の周波数に対応する放送波をそれぞれ異なるビームチルト角で放射することができ、加えて、省スペース化を実現し、コストを低減することが可能なアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、複数の周波数に対応する放送波を、それぞれ異なるビームチルト角で放射するアンテナ装置であって、上下に配置された一対のアンテナ素子で構成されるアンテナアレイと、前記一対のアンテナ素子の一方に給電する第１給電線と、前記一対のアンテナ素子の他方に給電する第２給電線とを備え、一の周波数ｆａにおける前記第１給電線の電気長ｌ１ｆａと、前記第２給電線の電気長ｌ２ｆａとの差が、３６０°×ｎ＋α１（０°≦α１＜３６０°）であり、他の周波数ｆｂにおける前記第１給電線の電気長ｌ１ｆｂと、前記第２給電線の電気長ｌ２ｆｂとの差が、３６０°×ｎ＋α２（０°≦α２≦３６０°）であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のアンテナ装置は、互いに異なる２つの周波数に対応する放送波を、それぞれ異なるビームチルト角で放射してもよい。
【００１０】
また好ましくは、前記２つの周波数のうち一方の周波数ｆ１における前記第１給電線の電気長をｌ１ｆ１、前記第２給電線の電気長をｌ２ｆ１とし、他方の周波数ｆ２における前記第１給電線の電気長をｌ１ｆ２、前記第２給電線の電気長をｌ２ｆ２としたとき、電気長ｌ１ｆ１と電気長ｌ２ｆ１との差が３６０°×ｎであり、電気長ｌ１ｆ２と電気長ｌ２ｆ２との差が３６０°×ｎ＋α（０°≦α＜３６０°）である。
【００１１】
また好ましくは、前記第２給電線のケーブル長さＬ２が、前記第１給電線のケーブル長さＬ１と比較して、周波数ｆ１の波長λ１のｎ倍（ｎは自然数）長い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、一対のアンテナ素子と、これらに給電する２つの給電線をそれぞれ所定長さで設けるだけで、２つの周波数をそれぞれ異なるビームチルト角で放射することが可能な構成となっている。したがって、周波数毎に異なるエリアにサービスを提供できるとともに、アンテナ素子の設置スペースを小さくすることで省スペース化を実現することができ、加えてコストを低減することができる。また、ビームチルト角を変更する際には２つの給電線のいずれかあるいは双方を交換すればよいため、変更作業時のコストを大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るアンテナ装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のアンテナ装置が設置されたアンテナ設備の構成を示す部分平面図である。
【図３】図２における一対のアンテナ素子の構成の一例を示す平面図である。
【図４】図１のアンテナ装置で使用される周波数ｆ１の位相差を説明するグラフであり、（ａ）はアンテナ素子８に送出される周波数ｆ１の位相、（ｂ）はアンテナ素子９に送出される周波数ｆ１の位相を示す。
【図５】図１のアンテナ装置で使用される周波数ｆ２の位相差を説明するグラフであり、（ａ）はアンテナ素子８に送出される周波数ｆ２の位相、（ｂ）はアンテナ素子９に送出される周波数ｆ２の位相を示す。
【図６】従来のアンテナ装置の給電回路を説明する図である。
【図７】従来の他のアンテナ装置が設置されたアンテナ設備の構成を示す部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の構成を概略的に示す図である。
【００１６】
図１において、アンテナ装置１は、放送機２に給電回路３を介して接続された分配器４と、分配器４に接続された給電線５，６と、給電線５，６に接続されたアンテナアレイ７とを備えている。アンテナアレイ７は、上段側のアンテナ素子８及び下段側のアンテナ素子９からなり、アンテナ素子８は給電線５（第１給電線）に、アンテナ素子９は給電線６（第２給電線）にそれぞれ接続されている。給電線５は周波数ｆ１，ｆ２に対応する信号をアンテナ素子８に送出し、給電線６も同様に、周波数ｆ１，ｆ２に対応する信号をアンテナ素子９に送出する。
【００１７】
図２は、図１のアンテナ装置１が設置されたアンテナ設備の構成を示す部分平面図である。
【００１８】
図２に示すように、アンテナ設備１０では、トラス構造体１１の上方に、一対の同種のアンテナアレイ７が上下方向に並べて配置されている。アンテナ素子８，９は、バットスタイルアンテナ素子や、双ループアンテナ素子、ダイポールアンテナ素子など、各種アンテナを用いることができる。なお、アンテナアレイは、同種に限らず、異種のアンテナで構成されてもよい。
【００１９】
本発明では、１つのアンテナ装置（空中線）に１つのアンテナアレイを設けて、当該アンテナアレイを２波で共用する構成となっている。そして、アンテナ素子８，９に接続された給電線５，６は、互いに異なる長さを有しており（図１）、本実施形態では、給電線５，６のケーブル長さの差が、２波のうちの一方の波長で規定されている。
【００２０】
例えば、給電線５のケーブル長さをＬ１、給電線６のケーブル長さをＬ２、周波数ｆ１の波長をλ１、周波数ｆ２（＞ｆ１）の波長λ２とすると、給電線５，６の長さの差は以下の式（１）で表される。
【００２１】
Ｌ２−Ｌ１＝λ１×ｎ（ｎは自然数）・・・（１）
このとき、給電線５における周波数ｆ１の電気長ｌ１ｆ１と、給電線６における周波数ｆ１の電気長ｌ２ｆ１の差は、上記式より３６０°×ｎ（deg）となるから、周波数ｆ１については、同位相となる。一方、給電線５における周波数ｆ２の電気長ｌ１ｆ２と、給電線６における周波数ｆ２の電気長ｌ２ｆ２との差は、３６０°×ｎ＋α（０°≦α＜３６０°）（deg）以上となり、周波数ｆ２については同位相とはならず、位相差αを有することとなる。本実施形態では、この位相差αを利用して、後述の原理により、周波数ｆ１に対応する放送波をチルトさせず、周波数ｆ２に対応する放送波を所定の角度θだけチルトさせるよう構成されている。
【００２２】
図３は、図２におけるアンテナアレイ７の構成の一例を示す平面図である。
【００２３】
図３に示すように、アンテナ素子８，９は、トラス構造体１０の上部に配置された支持柱１５に、それぞれ固定部材１６，１７を介して取り付けられており、支持柱１５の長手方向に関して間隔Ａで配置されている。
【００２４】
ここで、２波（ｆ１,ｆ２）のうちの一方に対応する放送波の主ビームのビームチルト角をθとするためには、アンテナ素子８，９から放射される一方の放送波の位相が、ビームチルト角θ方向において同位相となるように、アンテナ素子８，９に給電すればよい。図３において、一方の放送波のビームチルト角をθと仮定したとき、アンテナ素子８，９から放射される放送波には距離差Ｂに相当する位相差が生じ、アンテナ素子９から放射される放送波の位相は、アンテナ素子８から放射される放送波の位相よりも、距離差Ｂに相当する位相差だけ進むことになる。よって、アンテナ素子９から放射される放送波の位相が距離差Ｂに相当する位相差だけ遅らせるように、アンテナ素子９に給電すればよい。
【００２５】
上述のように、周波数ｆ２については、電気長ｌ１ｆ２と電気長ｌ２ｆ２との差を３６０°×ｎ＋α（deg）以上とすることで、位相差αを生じさせている。この位相差αにより、周波数ｆ２についてはビームチルト角θ方向に同位相となり、周波数ｆ２に対応する放送波の主ビームが角度θだけチルトすることとなる。
【００２６】
図４は、図１のアンテナ装置１で使用される周波数ｆ１の位相差を説明するグラフであり、（ａ）はアンテナ素子８に送出される周波数ｆ１の位相、（ｂ）はアンテナ素子９に送出される周波数ｆ１の位相を示す。
【００２７】
上記（１）式において、例えばｎ＝１の場合、給電線５のケーブル長さＬ１と、給電線６のケーブル長さＬ２との差はλ１となる。よって、給電線６を介してアンテナ素子９に伝達される信号（ｆ１）の位相は、給電線５を介してアンテナ素子９に伝達される信号（ｆ１）の位相に対して、λ１だけ遅れる（図４（ａ）,（ｂ））。すなわち、電気長ｌ１ｆ１と電気長ｌ２ｆ１の差は３６０°となり、周波数ｆ１の位相差は０となる。
【００２８】
一方、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、給電線６を介してアンテナ素子９に伝達される信号（ｆ２）の位相は、給電線５を介してアンテナ素子９に伝達される信号（ｆ２）の位相に対して、３６０°＋α（deg）遅れる。したがって、周波数ｆ２の電気長ｌ１ｆ２と、給電線６における周波数ｆ２の電気長ｌ２ｆ２の差は３６０°＋αとなり、周波数ｆ２の位相差はαとなる。
【００２９】
次に、上記アンテナ装置１で実現される主ビームのチルティングを、具体的な２つの周波数を用いて説明する。
【００３０】
例えば、ｆ１＝４７３ＭＨｚ（１３ｃｈ）、ｆ２＝５７５ＭＨｚ（３０ｃｈ）とする。一般に、周波数ｆと波長λの関係式は、
λ＝Ｃ／ｆ・・・（２）
Ｃ：光の速度[ｍ／ｓ]
であるから、上記（２）式にｆ１＝４７３ＭＨｚ、ｆ２＝５７５ＭＨｚ、Ｃ≒３．０×１０８［ｍ／ｓ］を用いると、波長λ１，λ２はそれぞれ以下のように算出される。
【００３１】
λ１＝３．０×１０８［ｍ／ｓ］／４７３×１０６
＝３００／４７３＝６３４［ｍｍ］
λ２＝３．０×１０８［ｍ／ｓ］／５７５×１０６
＝３００／５７５＝５２１［ｍｍ］
λ１／λ２＝６３４［ｍｍ］／５２１［ｍｍ］＝１．２２
よって、距離差Ｂは、
１．２２×λ２×３６０−３６０＝４３９．２−３６０＝７９．２＝０．２２×λ２
＝１１５［ｍｍ］
そして、アンテナ素子８，９の間隔Ａを例えば１．５ｍとした場合、図４の関係から、
Sinθ＝Ｂ／Ａ＝１１５［ｍｍ］／１５００［ｍｍ］
∴θ＝４．４
したがって、ｆ２の主ビームのビームチルト角θは４．４°となる。
【００３２】
また、別の例として、ｆ１＝４７３ＭＨｚ（１３ｃｈ）、ｆ２’＝５１５ＭＨｚ（２０ｃｈ）とした場合、間隔Ａを上記の場合と同様に１．５ｍとすれば、ｆ２’の主ビームのビームチルト角θは約２°となる。
【００３３】
このように、本実施形態では、電気長ｌ１ｆ１と電気長ｌ２ｆ１との差を３６０°×ｎ（deg)とし、電気長ｌ１ｆ２と電気長ｌ２ｆ２との差を３６０°×ｎ＋α（deg)とするために、給電線６のケーブル長さＬ２が、給電線５のケーブル長さＬ１と比較して、周波数ｆ１の波長λ１のｎ倍長く構成される。すなわち、一対のアンテナ素子８，９と、これらに給電する給電線５，６をそれぞれ所定長さで設けるだけで、２つの周波数ｆ１，ｆ２の一方をビームチルト角θで放射することが可能な構成となっている。この結果、１つのアンテナ装置で２波以上のメディアを共用し、且つ周波数毎に異なるエリアにサービスを提供できるとともに、アンテナ素子の設置スペースを小さくすることができ、省スペース化を実現することができる。また、従来と比較してアンテナ素子が半分で済み、給電回路に移相器等を設ける必要がないため、コストを低減することが可能となる。さらに、ビームチルト角θを変更する際には、給電線５，６のいずれかあるいは双方を所望の長さの給電線に交換すればよいため、変更作業時のコストを大幅に低減することができる。
【００３４】
なお、本実施形態ではアンテナ装置１は１つのアンテナアレイ７を備えるが、多段のアンテナアレイを備えていてもよい。これにより、３つ以上の異なるサービスエリアを容易に構築することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、アンテナ素子８，９の間隔Ａを１．５ｍとしたが、これに限るものではなく、仕様に応じて間隔Ａの値を変更することが可能である。
【００３６】
また、本実施形態では２波の一方に対応する放送波のビームチルト角を０°、他方に対応する放送波のビームチルト角を所定角度θとしたが、これに限るものではなく、２波に対応する放送波の主ビームの双方を、互いに異なる角度でチルティングさせてもよい。
【００３７】
この場合、一方の周波数ｆ１における給電線５の電気長ｌ１ｆ１と給電線６の電気長ｌ２ｆ１との差が、３６０°×ｎ＋α１（０°≦α１＜３６０°）であり、他方の周波数ｆ２における給電線５の電気長ｌ１ｆ２と給電線６の電気長ｌ２ｆ２との差が、３６０°×ｎ＋α２（０°≦α２≦３６０°）となるように構成される。すなわち、周波数ｆ１について同位相とならず且つ周波数ｆ２についても同位相とならないように、ケーブル長さの差Ｌ２−Ｌ１を決定すればよい。本構成により、２波に対応する放送波の双方を容易にチルティングさせることができ、サービスエリアの選択肢を広げることが可能となる。
【００３８】
以上、本実施形態に係るアンテナ装置について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  アンテナ装置
２  放送機
３  給電回路
４  分配器
５，６  給電線
７  アンテナアレイ
８，９  アンテナ素子
１０  アンテナ設備
１１  トラス構造体
８’，９’  アンテナ素子
７’  アンテナアレイ
１２’  アンテナアレイ
１３’，１４’  アンテナ素子
１５  支持柱
１６，１７  固定部材
【図１】
2013179470.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】
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