(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ２Ｎ(Ｎは自然数)個のループを形成する２のｍ乗（ｍは自然数）個のループアンテナ素子と、
前記ループアンテナ素子に対する電力を伝送する、不平衡線路によって構成された第1の給電線と、
前記各ループアンテナ素子と前記第1の給電線との間に配置され、前記第1の給電線に対して２分岐をｍ段繰り返すとともに、各段の特性インピーダンスを順次前段の特性インピーダンスの略２倍の特性インピーダンスとし、前記第1の給電線の特性インピーダンスの２のｍ乗倍の特性インピーダンスであって前記各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しい特性インピーダンスを有する２のｍ乗個のアンテナ側端点を形成し、各アンテナ側端点が２のｍ乗個の前記各ループアンテナ素子の給電点に直接接続する、不平衡線路によって構成された第2の給電線とを備え、
バラン回路及びインピーダンス整合回路を不要とすることを特徴とするアンテナユニット。
【請求項２】
反射板をさらに備え、
前記ループアンテナ素子は、前記反射板上に所定の距離を置いて配置され、
前記第２の給電線は、前記反射板の裏面あるいは表面に配設されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナユニット。
【請求項３】
前記第２の給電線は、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子のアンテナ側端点までの長さを異ならせたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナユニット。
【請求項４】
前記第２の給電点は、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のアンテナユニット。
【請求項５】
それぞれ２Ｎ(Ｎは自然数)個のループを形成する２のｍ乗（ｍは自然数）個のループアンテナ素子と、
前記ループアンテナ素子に対する電力を伝送する、不平衡線路によって構成された第1の給電線と、
前記各ループアンテナ素子と前記第1の給電線との間に配置され、前記第1の給電線にたいして２分岐をｍ段繰り返すとともに、各段の特性インピーダンスを順次前段の特性インピーダンスの略２倍の特性インピーダンスとし、前記第1の給電線の特性インピーダンスの２のｍ乗倍の特性インピーダンスであって前記各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しい特性インピーダンスを有する２のｍ乗個のアンテナ側端点を形成し、各アンテナ側端点が２のｍ乗個の前記各ループアンテナ素子の給電点に直接接続する、不平衡線路によって構成された第2の給電線と、所定の距離を置いて各ループアンテナ素子を配置する反射板と、
を備えた複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放出される電波を合成して略無指向放射パターンを得、
バラン回路及びインピーダンス整合回路を不要とすることを特徴とするアンテナユニット。
【請求項６】
前記第２の給電線は、前記第１の給電船の接続点から各ループアンテナ素子の給電点までの長さを異ならせたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第２の給電線は、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせたことを特徴とする請求項５または６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載のアンテナユニットまたはアンテナ装置を、所定の地上高に設置したことを特徴とする放送塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＵＨＦ帯で広帯域特性を有する２Ｎ（Ｎは自然数）個のループを形成する２Ｌアンテナ素子自体の広帯域特性を発揮させることができるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近い将来、地上波ディジタル放送がＵＨＦ帯において開始される。現在のアナログ放送におけるＵＨＦ帯の送信アンテナは、双ループアンテナが多用され、各周波数に合わせて設計されている。ＵＨＦ帯のディジタル化は、アナログ放送と違い同じ時間軸上でネットワークの整備が進められていると考えられる。このため、サテライト局では、各社共同でアンテナシステムを建設する傾向がある。したがって、アンテナコストを下げるためには、複数のチャネルをカバーできる広帯域アンテナが有効である。一方、このディジタル放送開始前の過渡期におけるアナログ／アナログ変換を考えると、広帯域アンテナは必須のものと考える。
【０００３】
図１８は、従来の双ループアンテナの平面図であり、図１９は、従来の双ループアンテナの右側面図である。双ループアンテナ１００は、長手方向に沿う両縁部に略４５°に折り曲げて、主面を形成した平板状の反射器１０６上に、その周長が送信周波数の略波長λとなる円弧状のループアンテナ素子１０１，１０２およびループアンテナ素子１０３，１０４を有した双ループアンテナを、この主面に垂直な方向に、単一指向性を持たせて送信する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、双ループアンテナは、広帯域特性を有するが、双ループアンテナ素子１０１，１０２および双ループアンテナ素子１０３，１０４は、平行線路であり、給電線側は、特性インピーダンスが５０Ωあるいは７５Ωの同軸線路が用いられため、図２０（ａ）に示すように、双ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電線との間にバラン（balance-unbalance変換回路：balun）回路２０２が設けられる。なお、通常のアンテナ素子と給電線との間には、このバラン回路２０２が設けられないが、双ループアンテナ素子１０１，１０３と双ループアンテナ素子１０２，１０４とが略平行線路を形成するため、双ループアンテナは、同軸線路である給電線との間にバラン回路２０２を設けなければならないという特殊性を有する。
【０００５】
このバラン回路２０２は、図２０（ｂ）に示すように不平衡線路(同軸線路)と平衡線路(平行線路)とを変換接続する整合回路である。これは、双ループアンテナ素子１０１〜１０４によって形成される平衡線路と、給電線が形成する不平衡線路とをそのまま接続すると、接続点で必ず電流の不平衡成分が生じるからである。
【０００６】
図２１は、図１８に示した双ループアンテナのＣ−Ｃ線断面図であり、給電線１０８の内部導体３０１は、接続部３０４を介して外部導体３０２に平行に配置された外部導体３０３に接続される。外部導体３０２，３０３は、接続部３０４で接続されるとともに、略１／４λのところで短絡部３０５によって短絡されている。この外部導体３０２，３０３、接続部３０４、および短絡部３０５がバラン回路である。なお、バラン回路には、種々の形態のものがあり、たとえばＵバランやシュペルトッフ（阻止套管）などがある。
【０００７】
しかし、このバラン回路２０２を設けることによって、給電部を含めた双ループアンテナのインピーダンスの周波数特性は、バラン回路２０２自体が有する周波数特性を含んだものとなり、結果として狭帯域となってしまうという問題点があった。
【０００８】
一方、双ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電線１０８とのインピーダンス整合をとるために、図２０（ａ）に示すインピーダンス整合回路２０１を、双ループアンテナ素子１０１〜１０４と給電側との間に形成しなければならない。図１８および図１９に示した双ループアンテナでは、内部導体の径を変えることで、長さを１／４λに変換するインピーダンス整合を行っている。なお、インピーダンス整合回路２０１としては、その他トラップなどのスタブを挿入するものが多い。
【０００９】
しかし、このインピーダンス整合回路２０１では、中心周波数において完全に整合するが、他の周波数に対しては整合せず、リターンロスが大きくなるという問題点があった。
【００１０】
この場合、複数のインピーダンス整合回路２０１を、たとえば３個ぐらい用いて、徐々にインピーダンスを変換すれば、その周波数特性は小さくなり、広帯域化を図ることができるが、給電部がいきおい長くなるという問題点を生じることになる。
【００１１】
したがって、従来の双ループアンテナでは、上述したバラン回路２０２およびインピーダンス整合２０１を双ループアンテナ素子１０１〜１０４の接続点に接続させることから、その周波数特性が劣化し、双ループアンテナ素子自体の広帯域性を十分に生かしきれていない。
【００１２】
一方、上述した双ループアンテナの指向性を崩すと、新たな受信不感地帯が発生し、この受信不感地帯をなくすために新たな放送塔などの適地を探し出し、建設する必要が生じるため、地上波ディジタル放送の実現に向けて、現在多用されている双ループアンテナの指向性を維持しつつ、その広帯域性を用いたアンテナの開発が強く要望されているのが現実である。
【００１３】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、現在多用されている双ループアンテナの指向性を維持しつつ、双ループアンテナ素子自体の広帯域性を十分に発揮することができるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかるアンテナユニットは、それぞれ２Ｎ(Ｎは自然数)個のループを形成する２のｍ乗（ｍは自然数）個のループアンテナ素子と、前記ループアンテナ素子に対する電力を伝送する、不平衡線路によって構成された第1の給電線と、前記各ループアンテナ素子と前記第1の給電線との間に配置され、前記第1の給電線に対して２分岐をｍ段繰り返すとともに、各段の特性インピーダンスを順次前段の特性インピーダンスの略２倍の特性インピーダンスとし、前記第1の給電線の特性インピーダンスの２のｍ乗倍の特性インピーダンスであって前記各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しい特性インピーダンスを有する２のｍ乗個のアンテナ側端点を形成し、各アンテナ側端点が２のｍ乗個の前記各ループアンテナ素子の給電点に直接接続する、不平衡線路によって構成された第2の給電線とを備え、
前記各ループアンテナ素子と前記題１の給電線との間にバラン回路及びインピーダンス整合回路を不要とすることを特徴とする
【００１５】
この請求項１の発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスは、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整をなくし、バラン回路を設けなくても特性上の変化がないようにしている。
【００１６】
また、請求項２にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、反射板をさらに備え、前記ループアンテナ素子は、前記反射板上に所定の距離を置いて配置され、前記第２の給電線は、前記反射板の裏面あるいは表面に配設されることを特徴とする。
【００１７】
この請求項２の発明によれば、反射板を用いて、一層効率的なアンテナ指向性を得ることができ、第２給電線の設置あるいはアンテナユニットの取り付けも容易に行うことができる。
【００１８】
また、請求項３にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、前記第２の給電線は、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の給電点までの長さを異ならせたことを特徴とする。
【００１９】
この請求項３の発明によれば、第２の給電線において、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子のアンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナに対する給電に位相差をもたせ、合成アンテナ指向性をシフトさせることによってヌル点を所望の方向に移動させることができる。
【００２０】
また、請求項４にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、前記第２の給電線は、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項４の発明によれば、前記第２の給電線において、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナ素子に対する給電に位相差をもたせ、たとえ、２つのループアンテナ素子によるヌル点が生じる場合であっても、他のループアンテナ素子による電界強度の存在によってヌル点をなくすようにしている。
【００２２】
また、請求項５にかかるアンテナ装置は、それぞれ２Ｎ(Ｎは自然数)個のループを形成する２のｍ乗（ｍは自然数）個のループアンテナ素子と、前記ループアンテナ素子に対する電力を伝送する、不平衡線路によって構成された第1の給電線と、前記各ループアンテナ素子と前記第1の給電線との間に配置され、前記第1の給電線にたいして２分岐をｍ段繰り返すとともに、各段の特性インピーダンスを順次前段の特性インピーダンスの略２倍の特性インピーダンスとし、前記第1の給電線の特性インピーダンスの２のｍ乗倍の特性インピーダンスであって前記各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しい特性インピーダンスを有する２のｍ乗個のアンテナ側端点を形成し、各アンテナ側端点が２のｍ乗個の前記各ループアンテナ素子の給電点に直接接続する、不平衡線路によって構成された第2の給電線と、所定の距離を置いて各ループアンテナ素子を配置する反射板と、を備えた複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放出される電波を合成して略無指向放射パターンを得、バラン回路及びインピーダンス整合回路を不要とすることを特徴とする。
【００２３】
この請求項５の発明によれば、複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向放射パターンを得るようにしている。
【００２４】
また、請求項６にかかるアンテナ装置は、上記の発明において、前記第２の給電線は、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の給電点までの長さを異ならせたことを特徴とする。
【００２５】
この請求項６の発明によれば、第２の給電線において、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子のアンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナに対する給電に位相差をもたせ、合成アンテナ指向性をシフトさせることによってヌル点を所望の方向に移動させることができる。
【００２６】
また、請求項７にかかるアンテナ装置は、上記の発明において、前記第２の給電線は、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせたことを特徴とする。
【００２７】
この請求項７の発明によれば、前記第２の給電線において、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナ素子に対する給電に位相差をもたせ、たとえ、２つのループアンテナ素子によるヌル点が生じる場合であっても、他のループアンテナ素子による電界強度の存在によってヌル点をなくすようにしている。
【００２８】
また、請求項８にかかる放送塔は、上記の発明において、請求項１〜７のいずれか一つに記載のアンテナユニットまたはアンテナ装置を、所定の地上高に設置したことを特徴とする。
【００２９】
この請求項８の発明によれば、上述した請求項１〜７のアンテナユニットまたはアンテナ装置を、所定の地上高に設置して、広帯域性をもち、かつ従来のアンテナ指向性を少なくとも維持した電波を放射することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるアンテナユニット、アンテナ装置および放送塔の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図１において、このアンテナユニット１０は、２つのループアンテナ素子からなる２Ｌアンテナ素子１，２を２つ有している。すなわち、４つのループアンテナ素子を備える。各２Ｌアンテナ素子１，２は、各２Ｌアンテナ素子１，２の長手方向に直列に配置される。また、各２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスは、略１００Ωである。各ループアンテナ素子の周長は、送信周波数の波長λに設定される。
【００３２】
各２Ｌアンテナ素子１，２の給電点には、それぞれ特性インピーダンス１００Ωの同軸管３が接続され、同軸管３の中央（中点）には、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４が接続され、同軸ケーブル４および同軸管３を介して各２Ｌアンテナ素子１，２に対して給電される。同軸管３の中点によって分岐された同軸管３ａは、２Ｌアンテナ素子１側に延び、同軸管３ａの内部導体１１ａが２Ｌアンテナ素子１の一方のエレメントに直接接続される。また、同軸管３の中点によって分岐された同軸管３ｂは、２Ｌアンテナ素子２側に延び、同軸管３ｂの内部導体１１ｂが２Ｌアンテナ素子２の一方のエレメントに直接接続される。なお、同軸管３ａ，３ｂの外部導体は、図４に示す反射板５を介して各２Ｌアンテナ素子１，２のアンテナ端部に接続される。
【００３３】
なお、同軸ケーブル４には、同軸管３ａ，３ｂが２分岐して接続され、並列となった同軸管３ａ，３ｂの合成インピーダンスを考慮すると、１００Ωの特性インピーダンスをもつ同軸管３ａ，３ｂと同軸ケーブル４とは、単純にインピーダンス整合する。また、各２Ｌアンテナ素子１，２は、インピーダンスが略１００Ωであるため、特性インピーダンスが１００Ωの各同軸管３ａ，３ｂとも、容易にインピーダンス整合する。したがって、インピーダンス整合回路を設ける必要がない。また、複雑なインピーダンス調整も必要ない。
【００３４】
ここで、図２は、図１に示した同軸管３を直接取り付けた各２Ｌアンテナ素子１，２のインピーダンスの周波数特性を示した図である。図２に示すように、抵抗成分の特性Ｌ１１およびリアクタンス成分の特性Ｌ１２は、ともに４５０ＭＨｚ〜８５０ＭＨｚの帯域において、平坦な特性を示しているとともに、抵抗成分の特性Ｌ１１が、ほぼ１００Ωであり、リアクタンス成分の特性がほぼ零であり、良好なインピーダンス特性を呈している。このように、同軸管３を直接取り付けた場合には、バラン回路の取り付けによる周波数特性が全く影響されないため、広帯域の平坦な特性を得ることができる。
【００３５】
また、図１に示したアンテナユニット１０の各２Ｌアンテナ素子１，２のアンテナ指向性は、図３に示す特性Ｌ２１，Ｌ２２を示す。図３（ａ）は、周波数が６００ＭＨｚの時の水平指向性を示し、図３（ｂ）は、周波数が６００ＭＨｚの時の垂直指向性を示している。ここで、図３に示す特性（破線）Ｌ３１，Ｌ３２は、図１８に示したアンテナユニット１００によるバラン回路を取り付けた場合における２Ｌアンテナ素子の水平指向性および垂直指向性を示している。図３に示すように、図１に示したアンテナユニット１０の各２Ｌアンテナ素子１，２のアンテナ指向性は、バラン回路を取り付けた場合におけるアンテナ指向性と比較して、殆ど変化がないことがわかる。
【００３６】
ここで、図４〜図６を参照して、アンテナユニット１０の構成について説明する。図４は、アンテナユニット１０の構成を示す正面図であり、図５は、アンテナユニット１０の構成を示す右側面図であり、図６は、アンテナユニット１０のＡ−Ａ線断面図である。
【００３７】
図４および図５において、２Ｌアンテナ素子１，２は、長手方向に沿う両縁部に略４５°に折り曲げて、主面を形成した平板状の反射板５上に、略波長λとなる円弧状のループアンテナ素子を有した双ループアンテナである。２Ｌアンテナ素子１，２は、反射板５の面に対して高さＬ３の位置に平行に設置される。各ループ間距離は「Ｌ１」であり、各２Ｌアンテナ素子１，２間距離は「Ｌ２」である。
【００３８】
同軸管３は、断面が矩形であり、各一端の内部導体１１ａ，１１ｂが各２Ｌアンテナ素子１，２の中央の一方に直接接続される。同軸管３は、反射板５の裏面を通り、中央部において、同軸ケーブル４に接続される。なお、上述したように、同軸管３は、特性インピーダンスが１００Ωに設定されている。また、同軸管３は、反射板５の表面に配設するようにしてもよい。この場合、反射板５の裏面に凸部が形成されず、アンテナユニットの取り付けを容易かつ堅固に行うことができる。
【００３９】
図６において、内部導体１１ａは、２Ｌアンテナ素子１の中央部分の平行線路間を通り、その先端とアンテナエレメント１ａとの間は、導通部材１ｃによってＬ字型に橋渡され、導通される。一方、外部導体は、他方のアンテナエレメント１ｂに接続される。なお、内部導体１１ａには、リング部材１１ｃが環装され、２Ｌアンテナ素子１と同軸管３とのインピーダンス調整が行われる。
【００４０】
また、上述した各ループ間距離「Ｌ１」、各２Ｌアンテナ素子１，２間距離「Ｌ２」、反射板５に対する各２Ｌアンテナ素子１，２の高さ「Ｌ３」などは、さらに調整することによって、放射パターン、利得などをさらに向上させることができる。さらに、上述した同軸ケーブル４の特性インピーダンスは５０Ωであったが、給電線としての同軸ケーブルの特性インピーダンスが７５Ωである場合には、７５Ω→５０Ω変換を行えばよい。
【００４１】
さらに、上述した２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスは略１００Ωであるとしたが、たとえば、２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスが略１５０Ωである場合には、同軸ケーブル４の特性インピーダンスを７５Ωとし、同軸管３の特性インピーダンスを１５０Ωとすればよい。また、同様にして、２Ｌアンテナ素子１，２自体のインピーダンスがたとえば２００Ωである場合には、同軸管３を多段接続すればよい。たとえば、図７に示すように、各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７のインピーダンスが２００Ωである場合、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４に１００Ωの同軸管２３を接続し、さらにこの１００Ωの同軸管２３に、特性インピーダンスが２００Ωの同軸管を接続し、この２００Ωの同軸管の内部導体を４つの各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７に直接接続すればよい。
【００４２】
なお、各アンテナユニットは、レドームを設け、風雨に対する強度を持たせるようにするのが好ましい。
【００４３】
この実施の形態１では、２Ｌアンテナ素子１，２と、給電線としての同軸ケーブル４との間に接続され、２Ｌアンテナ素子１，２のインピーダンスに略等しく、同軸ケーブル４の特性インピーダンスの２倍の特性インピーダンスを有し、同軸ケーブル４を２分岐し、同軸管３の内部導体を直接２Ｌアンテナ素子１，２に接続した同軸管３を設けるようにしているので、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた２Ｌアンテナ素子１，２自体の広帯域性を得ることができる。また、バラン回路やインピーダンス回路を設けない場合であっても、アンテナ指向性が変化しないので、従来のアンテナユニットのもつアンテナ指向性をそのまま維持することができる。
【００４４】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、２つの２Ｌアンテナ素子１，２をもつアンテナユニットであったが、この実施の形態２では、２つの４Ｌアンテナ素子３１，３２をもつアンテナユニットとしている。
【００４５】
図８は、この発明の実施の形態２であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図８において、２つの２Ｌアンテナ素子１，２に代えて２つの４Ｌアンテナ素子３１，３２を設けている。この４Ｌアンテナ素子３１，３２は、それぞれ４つのループアンテナ素子を有し、長手方向に４つのループが形成される。また、同軸管３に代えて同軸管３３を設けている。この同軸管３３は、同軸管３と同じく、特性インピーダンスが１００Ωである。ただし、４Ｌアンテナ素子３１，３２は、２Ｌアンテナ素子１，２に比してループアンテナ素子を多く有しているため、同軸管３３は、同軸管３に比して長い。なお、同軸管３３は、実施の形態１と同様に、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４に接続され、同軸管３３の内部導体は、それぞれ４Ｌアンテナ素子３１，３２に直接接続される。ここで、４Ｌアンテナ素子３１，３２のインピーダンスは、それぞれ略１００Ωであるため、実施の形態１と同様に、インピーダンス整合回路は不要となり、バラン回路も不要となる。
【００４６】
なお、上述した実施の形態２では、４Ｌアンテナ素子３１，３２について説明したが、これに限らず、それぞれ６つのループアンテナ素子を有する６ｌアンテナ素子に対しても適用することができる。すなわち、２の倍数のループアンテナ素子を有するものに、適用することができる。
【００４７】
この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた４Ｌアンテナ素子３１，３２自体の広帯域性を得ることができる。また、バラン回路やインピーダンス回路を設けない場合であっても、アンテナ指向性が変化しないので、従来のアンテナユニットのもつアンテナ指向性をそのまま維持することができる。
【００４８】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１では、各２Ｌアンテナ素子１，２を長手方向に直列に配置したアンテナユニットとしていたが、この実施の形態３では、各２Ｌアンテナ素子１，２に対応する各２Ｌアンテナ素子４１，４２の長手方向に沿って並列に配置したアンテナユニットとしている。
【００４９】
図９は、この発明の実施の形態３であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図９において、２つの２Ｌアンテナ素子４１，４２は、長手方向に沿って並列に配置される。その他の構造は、実施の形態１と同じである。すなわち、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４から２分岐する特性インピーダンス１００の同軸管４３は、インピーダンスが１００Ωの各２Ｌアンテナ素子４１，４２の一方のアンテナエレメントに直接接続される。
【００５０】
図１０は、この発明の実施の形態３の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図１０において、２つの４Ｌアンテナ素子５１，５２は、長手方向に沿って並列に配置される。その他の構造は、実施の形態１と同じである。すなわち、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル４から２分岐する特性インピーダンス１００の同軸管５３は、インピーダンスが１００Ωの各２Ｌアンテナ素子５１，５２の一方のアンテナエレメントに直接接続される。
【００５１】
この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、バラン回路やインピーダンス整合回路を必要とせず、これが存在しないことによって、バラン回路やインピーダンス整合回路によって制限されていた２Ｌアンテナ素子４１，４２自体の広帯域性を得ることができる。また、バラン回路やインピーダンス回路を設けない場合であっても、アンテナ指向性が変化しないので、従来のアンテナユニットのもつアンテナ指向性をそのまま維持することができる。特に、この実施の形態３によれば、後述するように、水平面における各２Ｌアンテナ素子４１，４２のアンテナ指向性を合成することができ、水平方向におけるアンテナ利得を上げることができるとともに、水平指向性を鋭くすることができる。
【００５２】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、いずれも同軸ケーブル４から２Ｌアンテナ素子１，２、２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７、４Ｌアンテナ素子３１，３２、２Ｌアンテナ素子４１，４２、あるいは４Ｌアンテナ素子５１，５２の接続点までの長さが等しく、同位相によって各２Ｌアンテナ素子１，２、２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７、４Ｌアンテナ素子３１，３２、２Ｌアンテナ素子４１，４２、あるいは４Ｌアンテナ素子５１，５２を給電していたが、この実施の形態３では、各２Ｌアンテナ素子１，２、２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７、４Ｌアンテナ素子３１，３２、２Ｌアンテナ素子４１，４２、あるいは４Ｌアンテナ素子５１，５２に対して異なる位相で給電するようにしている。
【００５３】
図１１は、この発明の実施の形態４であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。図１１において、同軸ケーブル４から２分岐する同軸管６３ａの長さＬ６１と同軸管６３ｂの長さＬ６２とは異なる。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５４】
このようにして同軸管６３ａの長さＬ６１と、同軸管６３ｂの長さＬ６２とを異ならせると、各２Ｌアンテナ素子１，２に給電される位相が異なることになる。この結果、各２Ｌアンテナ素子１，２のアンテナ指向性は、同相の場合におけるアンテナ指向性を傾けた特性をもつ。図１２は、各２Ｌアンテナ素子１，２に対する給電が同相の場合と位相が異なる場合との合成垂直指向性を示した図である。なお、図１２に示した周波数は、６００ＭＨｚである。
【００５５】
図１２において、アンテナ指向性Ｌ５１は、各２Ｌアンテナ素子１，２に対する給電を同相した場合における合成垂直指向性を示し、アンテナ指向性Ｌ５２は、各２Ｌアンテナ素子１，２に対する給電の位相を異ならせた場合の合成垂直指向性を示す。各アンテナ指向性Ｌ５１，Ｌ５２は、２Ｌアンテナ素子１，２間の距離を０．８４ｍとしている。また、アンテナ指向性Ｌ５２は、２Ｌアンテナ素子１，２間に４５度の位相差を与えている。図１２において、アンテナ指向性Ｌ５２は、アンテナ指向性Ｌ５１を約５度シフトした特性を示し、合成垂直指向性が下に傾いた（チルト）した形状となっている。したがって、ヌル点Ｐ５１もヌル点Ｐ５２にシフトし、メインローブの最大値もシフトしている。このようなシフトが生じるのは、各２Ｌアンテナ素子１，２が形成する同一方向における電磁波の波面が干渉し、１／２波長差の距離をもつ場合に各電磁波の強度が零となるからである。このように各２Ｌアンテナ素子１，２間に位相差を持たせることによって、ヌル点が生じる一定の俯角の方向、すなわち不感地帯を変更することができ、受信地域に合わせた柔軟なアンテナ指向性を形成することができる。
【００５６】
ところで、２つの２Ｌアンテナ素子１，２の場合には、電磁波の発生源を各２つのループによる２点としてとらえることができるが、２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７、４Ｌアンテナ素子３１，３２などの場合には、電磁波の発生源を各２つのループによる４点としてとらえることができる。この場合、各２つのループに対する位相差を少なくとも３つの各２つのループに対して与えると、たとえ２つの各２つのループの位相差が１／２波長となるヌル点（角度）が存在しても、他の１つ以上の各２つのループの位相差が異なるため、ヌル点を形成することがなくなる。すなわち、３つ以上の各２つのループ、換言すれば、３以上の最終の給電点を形成する場合、各最終の給電点に対する位相差を異ならせるように同軸管の長さを設定すればよい。
【００５７】
たとえば、図７に示した２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７に対する同軸管の長さを、２Ｌアンテナ素子２６に対する位相を基準として、２Ｌアンテナ素子２１，２２，２７の位相差が−１５度、４５度、−１５度となるように設定すると、図１３に示したアンテナ指向性を得ることができる。図１３において、アンテナ指向性Ｌ６１は、各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７に対する位相差が零となるように、同軸管の長さを同じにした場合のアンテナ指向性であり、ヌル点Ｐ６１，Ｐ６２などのヌル点を形成するが、アンテナ指向性Ｌ６２は、上述したように、各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７に対して位相差を与えるような同軸管の長さに設定するため、ヌル点が生じない。なお、図１３に示した各アンテナ指向性は、周波数が５００ＭＨｚであり、各２Ｌアンテナ素子２１，２２，２６，２７間の間隔は、１．２ｍとしている。
【００５８】
したがって、２Ｌアンテナ素子に対する最終の給電点に対する位相差が３つ以上異ならせるように同軸管の長さを設定することによって、ヌル点がなくなり、しかもアンテナ指向性全体をシフトすることができるので、柔軟かつ確実にヌル点が生じる一定の俯角の方向における不感地帯をなくすことができる。なお、２Ｌアンテナ素子が２つの場合に位相差を与える場合、各２Ｌアンテナ素子を形成する各２つのループ間の距離が、ヌル点が生じる角度に対して周波数的に無視できない程度である場合、各ループが３つ以上生成されることになるため、実質的にヌル点ななくなる。
【００５９】
この実施の形態４によれば、同軸管の長さを調整して、給電の位相を容易に変化させることができ、この位相の変化によって各２Ｌアンテナ素子のアンテナ指向性をシフトすることができ、さらに３つ以上の２Ｌアンテナ素子に対する最終の給電点に対する位相差を異ならせることによって、ヌル点をなくすことができるため、従来のアンテナ指向性に比して一層、柔軟かつ確実に不感地帯をなくすことができるアンテナ指向性を得ることができる。
【００６０】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、上述した実施の形態１〜４で示したアンテナユニットを用いたアンテナ装置および放送塔を実現している。
【００６１】
図１４は、この発明の実施の形態５であるアンテナ装置を含む放送塔の概要構成を示す図である。図１４において、放送塔は、鉄骨材を組み上げたタワー状の骨格フレーム体７１と、その上端に垂直に設けたポール部７２とを有する。ポール部７２、および骨格フレーム体７１の比較的断面の小さい円筒部７５に、上述したアンテナユニット１０に対応するアンテナユニット７３，７４が取り付けられる。
【００６２】
このアンテナユニット７３，７４の取付は、ポール部７２あるいは円筒部７５の周囲に水平かつ均等に配置することによって実現される。ただし、アンテナユニット７３，７４の取付数は、ポール部７２あるいは円筒部７５の断面の大きさ、すなわち円周の長さによって決定され、水平方向に送信利得の落ち込みのある部分を形成しないように密に配置する。したがって、ポール部７２には、少ないアンテナユニット７３の数で済み、円筒部７５には、比較的多くの個数のアンテナユニット７４が必要となる。
【００６３】
ここで、図１５を参照して、放送塔に設置されるアンテナ装置の一例について説明する。図１５は、ポール部７２に設置されるアンテナ装置の構成を示す図であり、図１５（ａ）は、アンテナ装置の正面図であり、図１５（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。図１５において、４つのアンテナユニット７３−１〜７３−４は、ポール部７２の周縁であって同一周上に設けられ、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、９０°ずつ均等に配置される。なお、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、図４に示したアンテナユニットである。
【００６４】
図１６は、図１５に示したアンテナ装置の水平指向性を示す図である。なお、アンテナユニット７３−４が配置される方向を０度とし、アンテナユニット７３−３が配置される方向を９０度としている。各アンテナユニット７３−１〜７３−４の間には、アンテナ指向性の高い部分が形成される。たとえば、アンテナユニット７３−３，７３−４間には、ピークＰ７１が形成される。このピークＰ７１は、アンテナユニット７３−３，７３−４のメインローブの裾部分で、左右４５度方向が強め合ってできたピークである。各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、２つの２Ｌアンテナ素子を合成した利得をもち、比較的鋭いアンテナ指向性をもつため、図１６に示すように、ピークＰ７１を極端に大きくすることはない。これによって、９０度毎、全周に配置した４つのアンテナユニット７３−１〜７３−４であっても、比較的無指向の水平指向性を得ることができる。
【００６５】
なお、各アンテナユニット７３−１〜７３−４は、ポール部の内縁部に配置された給電装置７６によって一括して給電される。なお、ポール部７２の設置されるその他のアンテナ装置および円筒部７５に配置されるアンテナ装置も、給電装置７６によって、一括して給電するようにしてもよい。
【００６６】
また、上述したアンテナ装置は、図１４に示した親局の放送塔に限らず、図１７に示す中継機能をもった子局の放送塔にも適用することができる。図１７に示した放送塔では、図１７に示した親局の放送塔あるいは上位の子局である放送塔からの電波を受信する受信アンテナ装置８１と、上述したアンテナ装置である送信アンテナ装置８２とが設置され、放送塔の下部に受信アンテナ装置８１が設けられ、放送塔の上部に送信アンテナ装置８２が設けられ、互いに干渉しないようにしている。
【００６７】
なお、各アンテナユニットは、レドームを設け、風雨に対する強度を持たせるようにするのが好ましい。
【００６８】
この実施の形態５によれば、現用の双ループアンテナのアンテナ指向性を少なくとも維持し、さらには向上したアンテナ指向性を得ることができ、しかも実施の形態１〜４で述べたように広帯域性をもったアンテナ装置および放送塔を実現することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、第１の給電線から伝送された電力は、第２の給電線によって２分岐が繰り返され、各ループアンテナ素子の給電点に供給される。この際、第２の給電線の最終段の特性インピーダンスは、各ループアンテナ素子のインピーダンスに略等しくして、インピーダンス整合調整をなくし、バラン回路を設けなくても特性上の変化がないようにしている。この結果、バラン回路およびインピーダンス整合回路を取り除くことができ、しかも、バラン回路およびインピーダンス整合回路によって制限されていた広帯域性も確保することができ、現在多様されている双ループアンテナによってカバーされている受信地域を変化させずに、しかも広帯域性をもったアンテナユニットを実現することができるという効果を奏する。
【００７０】
また、請求項２にかかる発明によれば、反射板を用いて、一層効率的なアンテナ指向性を得ることができ、第２給電線の設置あるいはアンテナユニットの取り付けも容易に行うことができるという効果を奏する。
【００７１】
また、請求項３にかかる発明によれば、第２の給電線において、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子のアンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナに対する給電に位相差をもたせ、合成アンテナ指向性をシフトさせることによってヌル点を所望の方向に移動させることができるので、不感地帯をなくすことができるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項４にかかる発明によれば、前記第２の給電線において、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナ素子に対する給電に位相差をもたせ、たとえ、２つのループアンテナ素子によるヌル点が生じる場合であっても、他のループアンテナ素子による電界強度の存在によってヌル点をなくすようにしているので、常にヌル点をなくし、しかもヌル点を所望の方向にシフトさせることができ、確実かつ柔軟に不感地帯をなくし、受信地域の拡大を図ることができるという効果を奏する。
【００７３】
また、請求項５にかかる発明によれば、複数のアンテナユニットを円環状に均等に配列し、各アンテナユニットから放射される電波を合成して略無指向放射パターンを得るようにしているので、従来のアンテナユニットでは実現できなかった広帯域性を現状のアンテナ指向性を維持したまま得ることができるという効果を奏する。
【００７４】
また、請求項６にかかる発明によれば、第２の給電線において、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子のアンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナに対する給電に位相差をもたせ、合成アンテナ指向性をシフトさせることによってヌル点を所望の方向に移動させることができるので、不感地帯をなくすことができるという効果を奏する。
【００７５】
また、請求項７にかかる発明によれば、前記第２の給電線において、前記アンテナ側端点が３つ以上ある場合に、少なくとも３つ以上、前記第１の給電線の接続点から各ループアンテナ素子の前記アンテナ側端点までの長さを異ならせ、これによって各ループアンテナ素子に対する給電に位相差をもたせ、たとえ、２つのループアンテナ素子によるヌル点が生じる場合であっても、他のループアンテナ素子による電界強度の存在によってヌル点をなくすようにしているので、常にヌル点をなくし、しかもヌル点を所望の方向にシフトさせることができ、確実かつ柔軟に不感地帯をなくし、受信地域の拡大を図ることができるという効果を奏する。
【００７６】
また、請求項８にかかる発明によれば、上述した請求項１〜７のアンテナユニットまたはアンテナ装置を、所定の地上高に設置して、広帯域性をもち、かつ従来のアンテナ指向性を少なくとも維持した電波を放射することができるので、新たな放送塔の設置場所を探し、さらに建設する必要がなく、既存の施設を有効利用することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図２】図１に示したアンテナユニットの周波数特性を示す図である。
【図３】図１に示したアンテナユニットの各２Ｌアンテナ素子のアンテナ指向性を示す図である。
【図４】図１に示したアンテナユニットの正面図である。
【図５】図１に示したアンテナユニットの右側面図である。
【図６】図１に示したアンテナユニットのＡ−Ａ線断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態２であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態３であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態３の応用例であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態４であるアンテナユニットの概要構成を示す模式図である。
【図１２】図１１に示したアンテナユニットによる垂直指向性を示す図である。
【図１３】図７に示したアンテナユニットにこの発明の実施の形態４を適用した場合の垂直指向性を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態５であるアンテナ装置を含む放送塔の概要構成を示す図である。
【図１５】図１４に示したアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１６】図１５に示したアンテナ装置の水平指向性を示す図である。
【図１７】子局の放送塔に適用したアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１８】従来のアンテナユニットの構成を示す正面図である。
【図１９】図１８に示したアンテナユニットの構成を示す右側面図である。
【図２０】図１８に示したアンテナユニットの概要回路構成を示す図である。
【図２１】図１８に示したアンテナユニットの給電接続点近傍を示すＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１，２，２１，２２，２６，２７，４１，４２  ２Ｌアンテナ素子
３，３ａ，３ｂ，２３，２４，３３，３３ａ，３３ｂ，４３，４３ａ，４３ｂ，５３，６３ａ，６３ｂ  同軸管
４  同軸ケーブル
５  反射板
１０，７３，７３−１〜７３−４，７４  アンテナユニット
１１ａ，１１ｂ  内部導体
３１，３２，５１，５２  ４Ｌアンテナ素子
Ｌ５１，Ｌ５２，Ｌ６１，Ｌ６２  アンテナ指向性
７１  骨格フレーム体
７２  ポール部
７５  円筒部
７６  給電装置
８１  受信アンテナ装置
８２  送信アンテナ装置
Ｌ１１，Ｌ１２  インピーダンスの周波数特性
Ｌ６１，Ｌ６２  長さ
Ｐ５１，Ｐ５２，Ｐ６１，Ｐ６２  ヌル点
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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