(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第１の同軸線路からなる第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第２の同軸線路からなる第２の給電線と、
前記２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたそれぞれのインピーダンスに変換する複数のトランスフォーマと、
前記各ループアンテナ素子との間に所定の距離を置いて配置される反射板と、
を備えたことを特徴とするアンテナユニット。
【請求項２】
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第１の同軸線路からなる第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第２の同軸線路からなる第２の給電線と、
前記各ループアンテナ素子との間に所定の距離を置いて配置される反射板と、
を備え、前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置したことを特徴とするアンテナユニット。
【請求項３】
前記２分岐される分岐点は、該分岐点から前記ループアンテナ素子までの間の電気長を異ならせて接続したことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナユニット。
【請求項４】
前記２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたインピーダンスにそれぞれ変換する複数のトランスフォーマをさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナユニット。
【請求項５】
前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置したことを特徴とする請求項３に記載のアンテナユニット。
【請求項６】
前記分岐点は、分岐側の中心導体を摺動し、分岐元の中心導体に接合されるリング部材によって分岐接続され、該リング部材は、固定部材によって固定されることを特徴とする請求項３または５に記載のアンテナユニット。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の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の水平放射パターンを得ることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のアンテナ装置を、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ループアンテナ素子からのアンテナ指向性を自在に改善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る。双ループアンテナ１００は、長手方向に沿う両縁部を略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によって形成されるループＬＰ１０１およびループアンテナ素子１０３，１０４によって形成されるループＬＰ１０２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】
ところで、図１８に示された双ループアンテナは、放送塔などに多数配置されて使用される。各双ループアンテナの合成指向性にヌル点が存在すると、不感地帯が発生し、この不感地帯に対する改善のために合成指向性を変更設定する必要がある。一般に、複数アンテナの合成指向性は、各アンテナに供給される電力比に差を設けたり、給電位相に位相差を設けることによって変更することができる。
【０００５】
たとえば、図１９に示すように、給電線４００から供給される電力を、一端、電力分配器５００に入力し、この電力分配器５００によって、各双ループアンテナ２００，３００に電力を給電する給電線４００ａ，４００ｂへの電力分配比を適切に設定し、この電力分配によって各双ループアンテナ２００，３００の合成指向性を変更設定するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の双ループアンテナ２００，３００の合成指向性を変更設定する方式では、電力分配器５００を必要とし、アンテナ装置全体の小型軽量化を阻害するとともに、電力分配器５００を介するため、給電線の本数が多くなるという問題点があった。
【０００７】
また、電力分配のみならず、給電位相に位相差を設けて合成指向性を変更設定する場合では、異なる電気長すなわち異なる長さの給電線を複数設ける必要があり、このための労力と時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、簡易な構成で各双ループアンテナからの合成指向性を任意に変更設定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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、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第１の同軸線路からなる第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第２の同軸線路からなる第２の給電線と、前記２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたそれぞれのインピーダンスに変換する複数のトランスフォーマと、前記各ループアンテナ素子との間に所定の距離を置いて配置される反射板とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この請求項１の発明によれば、第２の給電線が、反射板上に所定距離を置いて配置される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し、複数のトランスフォーマが、前記２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたそれぞれのインピーダンスに変換して、各ループアンテナ素子に対する電力分配をインピーダンス整合しつつ行い、合成指
向性のヌル点をなくすようにしている。
【００１１】
また、請求項２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第１の同軸線路からなる第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第２の同軸線路からなる第２の給電線と、前記各ループアンテナ素子との間に所定の距離を置いて配置される反射板とを備え、前記２分岐される分岐点は、該分岐点から前記ループアンテナ素子までの間の電気長を異ならせて接続したことを特徴とする。
【００１２】
この請求項２の発明によれば、第２の給電線が、反射板上に所定距離を置いて配置される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し、前記２分岐される分岐点を、該分岐点から前記ループアンテナ素子までの間の電気長を異ならせて接続し、各ループアンテナ素子に対して位相差給電を行うことによって、合成指向性のヌル点を変更設定するようにしている。
【００１３】
また、請求項３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第１の同軸線路からなる第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第２の同軸線路からなる第２の給電線と、前記各ループアンテナ素子との間に所定の距離を置いて配置される反射板と、を備え、前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置したことを特徴とする。
【００１４】
この請求項３の発明によれば、第２の給電線が、反射板上に所定距離を置いて配置される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し、前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置し、合成指向性のヌル点をなくすようにしている。
【００１５】
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２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたインピーダンスにそれぞれ変換する複数のトランスフォーマをさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項４の発明によれば、複数のトランスフォーマによって、前記２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたインピーダンスにそれぞれ変換し、合成指向性のヌル点をなくすようにしている。
【００１７】
また、請求項５にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置したことを特徴とする。
【００１８】
この請求項５の発明によれば、前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置し、合成指向性のヌル点をなくすようにしている。
【００１９】
また、請求項６にかかるアンテナユニットは、上記の発明において、分岐側の中心導体を摺動し、分岐元の中心導体に接合されるリング部材によって分岐接続され、該リング部材は、固定部材によって固定されることを特徴とする。
【００２０】
この請求項６の発明によれば、リング部材によって、分岐側の中心導体に摺動可能に接合され、固定部材によって固定されるようにし、分岐点の位置を柔軟に設定できるようにしている。
【００２１】
また、請求項７にかかるアンテナ装置は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の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の水平放射パターンを得ることを特徴とする。
【００２２】
この請求項７の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載の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の水平放射パターンを得るようにしている。
【００２３】
また、請求項８にかかる放送塔は、請求項７に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置したことを特徴とする。
【００２４】
この請求項８の発明によれば、請求項７に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置し、これによって、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られる放送塔を実現できる。
【００２５】
【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。
【００２６】
（実施の形態１）
図１および図２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図であり、図１は、このアンテナユニットの正面図を示し、図２は、このアンテナユニットの右側面図を示す。
【００２７】
図１および図２において、このアンテナユニットは、２つのアンテナエレメントからなる２Ｌアンテナ素子１，２を有する。すなわち、４つのアンテナエレメント１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを有する。２Ｌアンテナ素子１は、２つのアンテナエレメント１ａ，１ｂからなり、それぞれが対向して２つのループＬＰ１，ＬＰ２を形成する。また、２Ｌアンテナ素子２は、２つのアンテナエレメント２ａ，２ｂからなり、それぞれが対向して２つのループＬＰ３，ＬＰ４を形成する。各ループ長は、ほぼ送信信号の波長λにほぼ等しく設定される。各２Ｌアンテナ素子１，２は、それぞれ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。
【００２８】
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が１００Ωの給電線３（３ａ，３ｂ）が接続され、給電線３の中央（中点）には、特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブル４が接続され、同軸ケーブル４および給電線３を介して各２Ｌアンテナ素子１，２に対して給電される。給電線３の中点によって分岐された給電線３ａは、２Ｌアンテナ素子１側に延び、給電線３ａの内部導体１１ａが２Ｌアンテナ素子１の一方のアンテナエレメント１ａに直接接続される。また、給電線３の中点によって分岐された給電線３ｂは、２Ｌアンテナ素子２側に延び、給電線３ｂの内部導体１１ｂが２Ｌアンテナ素子２の他方のアンテナエレメント２ｂに直接接続される。なお、給電線３ａ，３ｂの外部導体は、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。
【００２９】
なお、同軸ケーブル４には、給電線３ａ，３ｂが２分岐して接続され、並列となった給電線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給電線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１００Ωの各給電線３ａ，３ｂとも、容易にインピーダンス整合する。したがって、複雑なインピーダンス整合を行わなくても済む。ただし、後述するように、各２Ｌアンテナ素子１，２に対する電力分配比を異ならせるために、同軸ケーブル４と給電線３ａ，３ｂとの接続点から、各２Ｌアンテナ素子１，２側にトランスフォーマを設けている。
【００３０】
上述したように、２Ｌアンテナ素子１，２は、長手方向に沿う両縁部を略４５°該２Ｌアンテナ素子１，２側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Ｌ５の位置に平行に設置される。ループＬＰ１，ＬＰ２間の距離は、「Ｌ１」であり、ループＬＰ３，ＬＰ４間の距離は、「Ｌ２」であり、距離Ｌ２は、たとえば距離Ｌ１と同じ０．７λである。なお、各２Ｌアンテナ素子１，２間の距離Ｌ３は、たとえば１．４λである。
【００３１】
給電線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。給電線３は、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、給電線３は、特性インピーダンスが１００Ωに設定されている。
【００３２】
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、Ｌ字型に橋渡され、導通される。一方、給電線３ａの外部導体は、他方のアンテナエレメント１ｂに接続される。同様にして、給電線３ｂと２Ｌアンテナ素子２とが接続される。
【００３３】
ここで、上述したトランスフォーマについて図３を参照して説明する。図３は、図１および図２に示したアンテナユニットのインピーダンス関係を示す模式図である。図３において、同軸ケーブル４の特性インピーダンスＺ0は５０Ωであり、電力Ｐが供給される。同軸ケーブル４は、給電線３ａ，３ｂに分岐するが、この分岐点には、トランスフォーマ１０ａ，１０ｂが設けられる。この分岐点から２Ｌアンテナ素子１側をみたインピーダンスをＺBとし、分岐点から２Ｌアンテナ素子２側をみたインピーダンスをＺAとし、２Ｌアンテナ素子１側に供給される電力をＰ2とし、２Ｌアンテナ素子２側に供給される電力をＰ1とすると、
Ｐ1：Ｐ2＝１／ＺA：１／ＺB
の関係を持たせる必要がある。
【００３４】
また、分岐点から先の、給電線３ａ，３ｂおよび各２Ｌアンテナ素子１，２の回路は、並列となっているので、
１／Ｚ0＝１／ＺA＋１／ＺB
を満足する必要がある。
【００３５】
この結果、各２Ｌアンテナ素子１，２側に供給される電力をＰ１：Ｐ２とするには、分岐点から各２Ｌアンテナ素子１，２側をみたインピーダンスＺA，ＺBを、
ＺA＝（Ｐ1＋Ｐ2）／Ｐ1・Ｚ0
ＺB＝（Ｐ1＋Ｐ2）／Ｐ2・Ｚ0
として設定すればよい。このために、上述したトランスフォーマ１０ａ，１０ｂを設けている。トランスフォーマ１０ａは、インピーダンスＸBを２Ｌアンテナ素子１のインピーダンスＺ1に変換し、トランスフォーマ１０ｂは、インピーダンスＸAを２Ｌアンテナ素子２のインピーダンスＺ1に変換し、これによって、分岐点と各２Ｌアンテナ素子１，２との間のインピーダンス整合がなされる。
【００３６】
たとえば、Ｐ1：Ｐ2＝１：２の電力分配に設定したい場合、インピーダンスＺＡを７５Ωに設定し、インピーダンスＺＢを１５０Ωに設定すればよいので、トランスフォーマ１０ａは、７５Ω→１００Ω変換を実現する１段もしくは多段のトランスフォーマとすればよい。また、トランスフォーマ１０ｂは、１５０Ω→１００Ω変換を実現する１段もしく多段のトランスフォーマとすればよい。
【００３７】
図４は、上述したトランスフォーマ１０ａ，１０ｂの挿入による電力分配を行った場合の２Ｌアンテナ素子１，２の垂直合成指向性を示す図である。図４において、パターンＬＮ１は、トランスフォーマ１０ａ，１０ｂを用いずに、Ｐ1：Ｐ2＝１：１の電力比とした場合を示し、俯角２１度でヌル点が生じている。これに対し、パターンＬＮ２は、トランスフォーマ１０ａ，１０ｂを用いて、Ｐ1：Ｐ2＝１：２の電力分配を行った場合を示し、ヌル点がなくした合成指向性を実現している。
【００３８】
ここで、図５を参照して、ヌル点が解消される理由について説明する。図５（ａ）は、電力分配がＰ1：Ｐ2＝１：１のときを示し、俯角θ方向、たとえば２１度のときに、距離ｄ＝（２ｎ＋１）λ／２（ｎは自然数）となった場合、各２Ｌアンテナ素子１，２から送信される電磁波の位相差は逆相となっているため、各２Ｌアンテナ素子１，２の合成電磁波の電界強度は「０」となる。
【００３９】
一方、図５（ｂ）に示すように、電力分配比を異ならせ、たとえば電力分配比Ｐ1：Ｐ2＝１：２とした場合、たとえ、位相差ｄ＝（２ｎ＋１）λ／２となる角度が生じても、各２Ｌアンテナ素子１，２からの各電界強度が異なるため、各２Ｌアンテナ素子１，２の合成電磁波の電界強度は、「０」とならず、合成指向性にヌル点は生じない。
【００４０】
なお、電力分配比については任意であり、単に、電力分配比に対応したインピーダンス変換を行うトランスフォーマ１０ａ，１０ｂを挿入すればよい。また、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、１つの反射板５に設ける場合について説明したが、これに限らず、反射板５上に、２のｍ乗個の２Ｌアンテナ素子を配列した場合でも、同様にして適用することができる。この場合、任意の分岐点にトランスフォーマを設ければよい。
【００４１】
さらに、上述した実施の形態１では、２Ｌアンテナ素子１，２を一例として説明したが、これに限らず、ループを４つ有する４Ｌアンテナ素子など、複数のループを有したアンテナ素子に対しても適用できる。
【００４２】
この実施の形態１では、電力分配比に対応したトランスフォーマ１０ａ，１０ｂを分岐点から２Ｌアンテナ素子１，２側に設け、インピーダンス整合をとり、各２Ｌアンテナ素子１，２に所望の電力分配を行うようにし、簡易な構成で、合成指向性のヌル点をなくすことができる。
【００４３】
（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、トランスフォーマを用いて各２Ｌアンテナ素子に対する電力分配を行って合成指向性のヌル点をなくす合成指向性を得るようにしていたが、この実施の形態２では、給電線３ａ，３ｂの電気長を異ならせて、各２Ｌアンテナ素子１，２に対して位相差給電を行い、これによって合成指向性のヌル点を移動させるようにしている。
【００４４】
図６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６において、２つの２Ｌアンテナ素子１，２の給電線３ａ，３ｂと、同軸ケーブル４との分岐点の位置を変え、各給電線３ａ，３ｂとの長さをＬ１０，Ｌ１１として、電気長を変化させるようにしている。なお、電気長を変化させて位相差給電を行うのであり、各給電線３ａ，３ｂの長さが異なっても、同相となる電気長であってはならない。その他の構成は、実施の形態１と同じあり、同一構成部分には同一符号を付している。ただし、トランスフォーマ１０ａ，１０ｂは設けられていない。したがって、各２Ｌアンテナ素子１，２に対する電力分配比も１：１である。
【００４５】
図７は、上述した給電線３ａ，３ｂの電気長を代えて位相差給電を行った場合の垂直合成指向性を示す図である。図７において、パターンＬＮ１は、位相差給電を行わない場合を示し、俯角２１度でヌル点が生じている。これに対し、パターンＬＮ２は、位相差を４５度つけた位相差給電を行った場合を示し、ヌル点が２６．５度にシフトした合成指向性に変更設定されている。なお、位相差Δφは、波長をλとすると、
Δφ＝２π／λ・｜Ｌ１０−Ｌ１１｜
である。
【００４６】
なお、上述した実施の形態２では、同軸ケーブル４と、各給電線３ａ，３ｂとの分岐点を固定接続するようにしていたが、図８に示すように分岐点を任意の位置に接続できる構成としてもよい。図８は、図６に示した分岐点近傍Ａの詳細構成を示す図である。図８において、摺動部材２１は、給電線３の中心導体２３を貫通させる貫通孔を有し、給電線３と接続され、中心導体２３に沿って摺動自在となっている。
【００４７】
摺動部材２１の下部は、同軸ケーブル４の中心導体に接続される。同軸ケーブル４の外部導体は、接続平板に接続され、接続平板を介して給電線３の外部導体に接続される。この場合、同軸ケーブル４の外部導体下部には、中心導体２３に沿ってガイド２２が設けられ、同軸ケーブル４と摺動部材２１とが一体になって移動できるようにしている。ここで、各２Ｌアンテナ素子１，２に対して所望の位相差を与える分岐点の位置が決定されると、この位置において、接続治具２５によって接続平板を、給電線３の外部導体下部に締め付け、その位置を固定する。このような構成とすることによって、ヌル点を所望の位置にシフトさせる位相差給電を柔軟に行うことができる。
【００４８】
この実施の形態２では、各２Ｌアンテナ素子１，２に対して任意の位相差を設けた位相差給電を行うようにしているので、ヌル点を任意にシフトした合成指向性を得ることができる。このヌル点のシフトによって、不感帯を解消することができる。また、分岐点の位置を任意に変更できる構成としているので、汎用性のあるアンテナユニットを実現できる。
【００４９】
（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に対して電力分配を行ってヌル点をなくした合成指向性に変更設定し、実施の形態２では、各２Ｌアンテナ素子１，２に対する電気長を代えて位相差給電を行って合成指向性のヌル点をシフトさせるようにしていたが、この実施の形態３では、各２Ｌアンテナ素子１，２のループ間位置を異ならせることによって、各２Ｌアンテナ素子の合成指向性のヌル点をなくすようにしている。
【００５０】
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３１，３２は、上述した実施の形態１，２における２Ｌアンテナ素子１，２に対応するが、ループＬＰ１，ＬＰ２間の距離Ｌ１と、ループＬＰ３，ＬＰ４間の距離Ｌ２とが異なるようにしている。すなわち、距離Ｌ１は、０．７λであるが、距離Ｌ２は、０．５λと短くしている。なお、各２Ｌアンテナ素子３１，３２間の距離Ｌ３は、１．４λとしている。このように図９に示したアンテナユニットでは、各距離Ｌ１〜Ｌ３が異なる距離になるようにしている。その他の構成は、実施の形態１におけるトランスフォーマ１０ａ，１０ｂを設けない構成あるいは実施の形態２における給電線３ａ，３ｂの電気長を同じにした構成と同じである。なお、図９に示したアンテナユニットの構成の比較のため、実施の形態１，２と同じループ配置にした場合、すなわち距離Ｌ１，Ｌ２を０．７λとし、距離Ｌ３を１．４λとした構成を図１０に示している。また、図１１は、距離Ｌ１，Ｌ２を０．５λとし、距離Ｌ３を１．４λとしたアンテナユニットの構成を示している。
【００５１】
また、図１２は、図１０および図１１に示したアンテナユニットに対する垂直合成指向性を示している。パターンＬ１２は、図１０に示したアンテナユニットに対する垂直合成指向性、すなわち距離Ｌ１，Ｌ２を０．７λとした場合を示し、角度２３度でヌル点が発生している。また、パターンＬ１１は、図１１に示したアンテナユニットに対する垂直合成指向性、すなわち距離Ｌ１，Ｌ２を０．５λとした場合を示し、角度２３度および角度５２度の２点でヌル点が発生している。
【００５２】
これに対し、図１３は、図９に示したアンテナユニットに対する垂直合成指向性を示しており、２３度近傍で、相対電界強度が落ち込むものの、ヌル点とはなっておらず、角度０度から９０度までの間にヌル点は全く発生していない。
【００５３】
このループ配置によってヌル点が発生しない理由について、図１４を参照して説明する。図１４において、各２Ｌアンテナ素子３１，３２のループＬＰ１〜ＬＰ４は、それぞれ独自のアンテナとして機能し、２つの２Ｌアンテナ素子３１，３２は、ループＬＰ１〜ＬＰ４による各アンテナが線上に配置された構成となる。ここで、ループＬＰ１，ＬＰ２間の距離Ｌ１と、ループＬＰ３，ＬＰ４間の距離Ｌ２とは、上述したように異なる。また、ループＬＰ２，ＬＰ３間の距離Ｌ４は、
Ｌ４＝Ｌ３−１／２（Ｌ１＋Ｌ２）
である。この距離Ｌ４は、距離Ｌ１，Ｌ２と異なる距離に設定される。これによって、各ループＬＰ１〜ＬＰ４間の距離は、すべて異なることになる。
【００５４】
この場合、たとえ、２つのループ間の位相差が逆相となる角度θが生じても、他のループとの位相差は逆相とならないため、これらループＬＰ１〜ＬＰ４から発生する電磁波の角度θにおける合成電界強度は、「０」とならず、どの角度においてもヌル点は発生しない。すなわち、少なくとも３つのループ間の距離を異ならせることによって、ヌル点は発生しない。図１４に示した例では、２Ｌアンテナ素子３１，３２がそれぞれループを２つ形成しているため、４つのループ間距離を異ならせていることになる。
【００５５】
この実施の形態３によれば、各２Ｌアンテナ素子３１，３２を形成するループＬＰ１〜ＬＰ４間の距離を異ならせる配置とするという簡易な構成によって、各２Ｌアンテナ素子３１，３２の合成指向性にヌル点が発生しないようにすることができる。
【００５６】
なお、上述した実施の形態１〜３は、適宜組み合わせが可能であり、これによって、柔軟な合成指向性に変更設定することができる。
【００５７】
また、上述した実施の形態１〜３では、２Ｌアンテナ素子１，２の各ループＬＰ１〜ＬＰ４が鉛直線上に一列に並ぶ構成とし、合成垂直指向性を設定変更できることを示したが、これに限らず、たとえば、２Ｌアンテナ素子１，２の各ループ対が鉛直線上に並び、各２Ｌアンテナ素子１，２が水平配置された「Ｈ」形状のアンテナユニットである場合にも適用できる。この場合、実施の形態１，２を適用すると合成水平指向性の設定変更が可能となり、実施の形態３を適用すると、垂直、水平の合成指向性に限らず、あらゆる面の合成指向性を設定変更することができる。
【００５８】
（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。この実施の形態４では、上述した実施の形態１〜３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。
【００５９】
図１５は、この発明の実施の形態４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、上述した実施の形態１〜３で示したアンテナユニットに対応するアンテナユニット７３，７４が取り付けられる。
【００６０】
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。
【００６１】
ここで、図１６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１６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１６（ａ）は、アンテナ装置の正面図であり、図１６（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線断面図である。図１６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１に示したアンテナユニットである。
【００６２】
図１７は、図１４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１７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、上述した実施の形態１〜３に示した垂直合成指向性を維持しつつ、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
この実施の形態４によれば、上述した実施の形態１〜３に示したヌル点のない、あるいはヌル点がシフトした垂直合成指向性が得られるとともに、水平指向性に関しても、向上したアンテナ指向性を得ることができる。
【００６６】
【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２の給電線が、反射板上に所定距離を置いて配置される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し、複数のトランスフォーマが、前記２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたそれぞれのインピーダンスに変換して、各ループアンテナ素子に対する電力分配をインピーダンス整合しつつ行い、合成指向性のヌル点をなくすようにしているので、電力分配器を独立して設ける必要がないので、簡易な構成のアンテナユニットを実現できるという効果を奏する。
【００６７】
また、請求項２にかかる発明によれば、第２の給電線が、反射板上に所定距離を置いて配置される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し、前記２分岐される分岐点を、該分岐点から前記ループアンテナ素子までの間の電気長を異ならせて接続し、各ループアンテナ素子に対して位相差給電を行うことによって、合成指向性のヌル点を変更設定するようにしているので、簡易な構成によって合成指向性のヌル点変更を行うことができるという効果を奏する。
【００６８】
また、請求項３にかかる発明によれば、第２の給電線が、反射板上に所定距離を置いて配置される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し、前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置し、合成指向性のヌル点をなくすようにしているので、簡易な構成によって合成指向性を変更設定することができるという効果を奏する。
【００６９】
また、請求項４にかかる発明によれば、複数のトランスフォーマによって、前記２分岐される分岐点から前記ループアンテナ素子側をみたそれぞれのインピーダンスを異ならせ、次段の分岐点あるいは前記アンテナ側端点をみたインピーダンスにそれぞれ変換し、合成指向性のヌル点をなくすようにしているので、ヌル点の解消およびシフトを含めた所望のパターンをもつ合成指向性に、柔軟に設定変更することができるという効果を奏する。
【００７０】
また、請求項５にかかる発明によれば、前記各ループアンテナ素子を形成する２Ｎ個のループを形成する２のｍ乗個のループアンテナ素子内に存在するループのうち、少なくとも３つのループ間距離を異ならせて前記反射板上に配置し、合成指向性のヌル点をなくすようにしているので、ヌル点の解消およびシフトを含めた所望のパターンをもつ合成指向性に、柔軟に設定変更することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、請求項６にかかる発明によれば、リング部材によって、分岐側の中心導体に摺動可能に接合され、固定部材によって固定されるようにし、分岐点の位置を柔軟に設定できるようにしているので、アンテナユニットが設置される場所に適合した合成指向性を柔軟かつ汎用的に変更設定することができるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項７にかかる発明によれば、請求項１〜６のいずれか一つに記載の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の水平放射パターンを得るようにしているので、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られるアンテナ装置を実現できるという効果を奏する。
【００７３】
また、請求項８にかかる発明によれば、請求項７に記載のアンテナ装置を、所定の地上高に設置し、これによって、任意の垂直合成指向性に変更設定できるとともに、略無指向の水平指向性が得られる放送塔を実現できるので、簡易な構成によって、設置場所に対応した不感帯をなくす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正面図である。
【図２】  図１に示したアンテナユニットの右側面図である。
【図３】  図１に示したアンテナユニットに設けられるトランスフォーマおよびインピーダンス関係を示す模式図である。
【図４】  図１に示したアンテナユニットの垂直合成指向性を示す図である。
【図５】  図１に示したアンテナユニットによる垂直合成指向性にヌル点が生じない理由を説明する図である。
【図６】  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７】  図７に示したアンテナユニットによる垂直合成指向性を示す図である。
【図８】  図７に示したアンテナユニットの分岐点近傍の詳細構成を示す破断図である。
【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】  ループ間距離が等しいアンテナユニットの一例を示す模式図である。
【図１１】  ループ間距離が等しいアンテナユニットの他の一例を示す模式図である。
【図１２】  図１０および図１１に示したアンテナユニットの垂直合成指向性を示す図である。
【図１３】  図９に示したアンテナユニットの垂直合成指向性を示す図である。
【図１４】  図９に示したアンテナユニットによる垂直合成指向性にヌル点が発生しない理由を説明する図である。
【図１５】  この発明の実施の形態４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１６】  図１５に示したアンテナ装置の一例を示す図である。
【図１７】  図１６に示したアンテナ装置の水平指向性を示す図である。
【図１８】  従来のアンテナユニットの構成を示す図である。
【図１９】  電力分配を行う従来のアンテナユニットの構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３１，３２  ２Ｌアンテナ素子
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ  アンテナエレメント
３，３ａ，３ｂ  給電線
４  同軸ケーブル
５  反射板
１０ａ，１０ｂ  トランスフォーマ
１１ａ，１１ｂ  内部導体
２１  摺動部材
７１  骨格フレーム体
７２  ポール部
７３，７３−１〜７３−４，７４  アンテナユニット
７５  円筒部
７６  給電装置
ＬＰ１〜ＬＰ４  ループ
【図１】
0004014812.tif 000002
【図２】
0004014812.tif 000003
【図３】
0004014812.tif 000004
【図４】
0004014812.tif 000005
【図５】
0004014812.tif 000006
【図６】
0004014812.tif 000007
【図７】
0004014812.tif 000008
【図８】
0004014812.tif 000009
【図９】
0004014812.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004014812.tif 000014
【図１４】
0004014812.tif 000015
【図１５】
0004014812.tif 000016
【図１６】
0004014812.tif 000017
【図１７】
0004014812.tif 000018
【図１８】
0004014812.tif 000019
【図１９】
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