(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基部と、
この基部に設けられ、この基部と平行な面内に基準指向性を有し、この基準指向性の方向の両側にそれぞれ約４５度の指向性の可変範囲を有し、その可変指向性が電気的に無段階に調整可能な可変指向性アンテナとを、
有し、前記基部は、前記指向性の可変範囲が存在する面内に前記基準指向性方向に対して約４５度の角度をなす第１の軸と、前記面内において前記基準指向性方向に対して約４５度の角度をなし、かつ第１の軸に対して約９０度の角度をなす第２の軸との回りに、回転可能であり、第１及び第２の軸それぞれの回りに非回転の第１の状態と、第１の軸の回りに約１８０度回転した第２の状態と、第２の軸の回りに約１８０度回転した第３の状態と、第１及び第２の軸の回りにそれぞれ約１８０度回転した第４の状態とのいずれかに選択されたアンテナ。
【請求項２】
前記指向性可変範囲が水平面内にある請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記基部は、裏返し可能であり、前記可変指向性アンテナは、前記基部の一面に、平面状に形成されたアンテナ素子を有する、請求項１記載のアンテナ。
【請求項４】
請求項３記載のアンテナにおいて、前記可変指向性アンテナは、前記基板の一平面に、前記基準指向性を同一の方向として形成され、位相差給電されている複数の平面状アンテナ素子と、前記位相差給電の位相差を調整する移相器とを、具備するアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに関し、特にその指向性を可変することができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家屋の美観上の観点から屋根の上にテレビジョン受信用のアンテナを建てることが好まれなくなっている。そのため、屋根の棟内にアンテナを設けることが提案されている。しかし、屋根棟の方向とテレビ電波の到来方向が一致することはまれであるので、屋根棟内のアンテナの指向性を可変できることが重要である。しかし、屋根棟内のスペースは小さいので、アンテナの指向性を機械的に変化させるためのスペースが存在しないことが多い。従って、電気的に指向性を変化させる必要がある。
【０００３】
電気的にアンテナの指向性を変化させる場合、複数のアンテナを位相差給電することがある。その場合、複数のアンテナとしては、図５（ａ）に示すような複数のアンテナの配列方向に直角な方向に指向性が生じるブロードサイドアレーまたは、同図（ｂ）に示すような複数のアンテナの配列方向に指向性が生じるエンドファイヤアレーが使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのブロードサイドアレーまたはエンドファイヤーアレーにおいて、位相差給電を行って、指向性を変化させる場合、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、位相差給電を行わない場合の指向性の方向（最大利得方向）に対して約±２０度乃至３０度の範囲でしか、テレビジョン放送信号を良好に受信できる利得が得られなかった。たとえ±４５度の範囲で、テレビジョン放送信号を良好に受信できたとしても、±９０度の方向（ブロードサイドアレーの場合、複数のアンテナの配列方向、エンドファイヤーアレーの場合、複数のアンテナの配列方向に直角な方向）から到来するテレビジョン放送信号を良好に受信することはできない。そこで、どのような方向から電波が到来しても良好に受信するためには、位相差給電を行わない場合の指向性の方向が９０度の角度をなすように配置したブローサイドアレーとエンドファイヤーアレーのような２組のアンテナを、棟内に配置しなければならなかった。
【０００５】
本発明は、１組のアンテナだけでどのような方向から電波が到来しても、良好に受信することができることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本第１の発明は、平板状の基部と、この基部に設けられた可変指向性アンテナとを備えている。この可変指向性アンテナは、基部と平行な面内に基準指向性を有し、この基準指向性方向の両側にそれぞれ約４５度の指向性の可変範囲を有し、その可変指向性が電気的に無段階に調整可能である。前記基部は、前記指向性の可変範囲が存在する面内において前記基準指向性方向に対して約４５度の角度をなす第１の軸と、前記面内において前記基準指向性方向に対して約４５度の角度をなし、かつ第１の軸に対して約９０度をなす第２の軸との回りに、回転可能である。第１及び第２の軸それぞれの回りに非回転の第１の状態と、第１の軸の回りに約１８０度回転した第２の状態と、第２の軸の回りに約１８０度回転した第３の状態と、第１及び第２の軸の回りにそれぞれ約１８０度回転した第４の状態とのいずれかに、前記基部は選択される。
【０００７】
本第１の発明によれば、可変指向性アンテナは、第１乃至第４のいずれの状態においても、合計９０度の指向性可変範囲を有している。そして、第１及び第２の軸が存在する面内において、第１及び第２の軸の交点を原点として考えると、第２の状態は、可変指向性アンテナを第１の状態から９０度機械的に回転した位置にあり、第３の状態は第２の状態から９０度機械的に回転した位置にあり、第４の状態は、第３の状態から９０度機械的に回転した位置にある。従って、第１乃至第４の状態のいずれかを選択し、指向性を変化させることによっていずれの方向から到来する電波でも、良好に受信することができる。
【０００８】
本第１の発明では、前記指向性可変範囲を水平面内にできる。これによって、水平方向のいずれの方向から到来する電波でも良好に受信できる。
【０００９】
本第１の発明は、前記基部が、裏返し可能な平板状にできる。前記可変指向性アンテナは、前記平板状の基部の一面に、平面状に形成されたアンテナ素子を有するものとできる。
【００１０】
基部が裏返し可能な平板状であるので、第１乃至第４のいずれの状態にも容易に変更できる。また、アンテナが基部に形成された平面状のアンテナ素子を有するので、スペースをとらない。
【００１１】
前記可変指向性アンテナは、前記基板の一平面に、基準指向性を同一の方向として形成され、位相差給電されている複数の平面状アンテナ素子と、前記位相差給電の位相差を調整する移相器とを、具備するものとできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施の形態のアンテナ２は、図３に示すように一般家庭の屋根の棟４内に配置されるもので、例えば１３乃至６２チャンネルのＵＨＦ水平偏波の電波を受信するためのものである。
【００１８】
このアンテナ２は、図１（ａ）に示すように、基部、例えば矩形に形成された基板６を有している。この基板６の一方の面に、平面的に複数のアンテナ素子、例えば４つの八木アンテナ８１乃至８４が、基板６の長さ方向に沿って等間隔に形成されている。八木アンテナ８１乃至８４は、例えば一方の面に金属箔が被着されているプリント基板をエッチングすることによって形成されている。
【００１９】
これら八木アンテナ８１乃至８４は、いずれも放射器８ａと反射器８ｂとを有するものである。これら放射器８ａと反射器８ｂとは、基板の一辺、例えば長辺６ａに対して約４５度の角度をなすように配置されている。これら八木アンテナ８１乃至８４は、放射器８ａが基板６の長辺６ａに対して直角な短辺６ｂ側に位置し、反射器８ｂが、短辺６ｂと反対側の短辺６ｃ側に位置している。従って、各八木アンテナ８１乃至８４は、図１（ａ）に矢印で示すように、放射器８ａ、反射器８ｂの長さ方向に直角（矩形６の長辺６ａに対して４５度の角度をなす方向）で放射器８ａの配置方向側に、いずれも指向性（最大利得方向）を有している。
【００２０】
これら各八木アンテナ８１乃至８４は、図２に原理を示す位相差給電によって給電されている。図２において、各アンテナＡ１乃至Ａ４の間隔をｄとすると、これらアンテナＡ１乃至Ａ４の総合指向性を正面方向からθだけ傾ける場合、正面方向からθだけ傾いた方向から到来する電波は、各アンテナＡ１乃至Ａ４の配列方向に対してθだけ傾いた方向において同相である。これら同相の電波が同時に各アンテナＡ１乃至Ａ４に入射するようにすれば、指向性を正面方向からθだけ傾けることができる。
【００２１】
そのため、アンテナＡ４の給電線の電気長Ｌ４が、アンテナＡ１の給電線の電気長Ｌ１よりも３ｄｓｉｎθだけ短く、アンテナＡ３の給電線の電気長Ｌ３が、Ｌ１よりも２ｄｓｉｎθ短く、アンテナＡ２の給電線の電気長Ｌ２がＬ１よりもｄｓｉｎθ短くなるように、各電気長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を設定し、各アンテナＡ１乃至Ａ４の受信信号を、混合器、例えば４分配器１０によって混合すればよい。
【００２２】
即ち指向性をθだけ傾ける場合、Ｌ４を基準とすると、Ｌ１乃至Ｌ４は、数１のような長さとする。
【００２３】
【数１】
Ｌ１＝Ｌ＋３ΔＬ
Ｌ２＝Ｌ＋２ΔＬ
Ｌ３＝Ｌ＋ΔＬ
Ｌ４＝Ｌ
【００２４】
θを変更する場合には、ΔＬの長さを変更すればよい。実際には、電気長を変更する代わりに、各アンテナＡ１乃至Ａ４と４分配器１０との間に、それぞれ移相器を挿入して、数１と等価になるように各移相器を調整して、４分配器１０に供給される各アンテナＡ１乃至Ａ４からの信号が同相にする。このような位相差給電を図１（ａ）に示す八木アンテナ８１乃至８４に実施して、基準指向性、例えば正面方向の両側にそれぞれ４５度ずつ、合計９０度の範囲で、指向性を可変している。
【００２５】
図４は、受信周波数を４７０ＭＨｚとして、ΔＬの長さを変化させることによって指向性を図１（ａ）において変化させた場合を示し、同図（ａ）はΔＬが零の場合、同図（ｂ）はΔＬが８ｃｍ、同図（ｃ）はΔＬが１８ｃｍ、同図（ｄ）はΔＬが２０ｃｍの場合である。図４からΔＬの長さを長くすることによって、反時計方向に指向性が回転していることが分かる。逆にΔＬの長さを負にすると時計方向に指向性が回転する。
【００２６】
このアンテナ２は、基板６上に平面型の八木アンテナ８１乃至８４を形成したものであるので、このアンテナ２を容易に裏返すことができる。例えば、図１（ｂ）に示す第１の状態では、位相差給電を行っていないとき、その指向性は、符号ｄ１で示すように、放射器８ａの方向に長辺６ａに対して４５度をなす角度にある。
【００２７】
第１の状態から、第１の軸、例えば長辺６ａに平行な軸の回りに基板６を回転させた第２の状態とすると、位相差給電を行っていないとき、指向性は同図（ｄ）に示すように、基板６の平面上においてｄ１方向から９０度だけ反時計方向に回転したｄ２方向となる。
【００２８】
第１の状態から、第２の軸、例えば短辺６ｃに平行な軸の回りに１８０度だけ回転させた第３の状態では、位相差給電を行っていないと、指向性は同図（ｃ）に示すように、基板６の平面上においてｄ１方向から９０度時計方向に回転したｄ３方向となる。
【００２９】
第１の状態から、長辺６ａに平行な軸の回りに１８０度だけ回転させ、短辺６ｃに平行な軸の回りに１８０度だけ回転させた第４の状態では、位相差給電を行っていないと、指向性は、同図（ｅ）に示すように、基板６の平面上においてｄ１方向から時計方向または反時計方向に１８０度だけ回転したｄ４方向となる。
【００３０】
これら第１乃至第４のいずれの状態においても、位相差給電を行うことによって指向性を、各指向性の方向ｄ１乃至ｄ４の両側にそれぞれ４５度ずつ回転させることができる。従って、長辺６ａと短辺６ｃの頂点を原点として基板６に平行な面内においてアンテナ２の指向性は任意の方向に向けることができる。
【００３１】
従って、図３に示すような屋根の棟４内に、基板６を水平に配置した場合、ＵＨＦの電波がどの方向から到来する場合でも、図１（ｂ）乃至（ｄ）に示す第１乃至第４の状態のうち、その到来する電波が指向性の可変範囲内に含まれるものとなるように基板６を回転させ、位相差給電を調整することによって、到来電波の方向に指向性を向けることができる。
【００３２】
このように１つのアンテナ２によって、どの方向からの電波でも良好に受信することができ、複数のアンテナを使用する必要はない。さらに、アンテナ２自体は基板６上に八木アンテナ８１乃至８４を平面的に設けたものであるので、この基板６の回転も、スペースの小さい棟４内においても容易に行える。
【００３３】
また、長辺６ａまたは短辺６ｃに平行な各軸の回りに基板６を回転させ、位相差給電することによって、いずれの方向からの電波でも良好に受信できるので、調整が非常に簡単である。これは、八木アンテナ８１乃至８４を長辺６ａに対して４５度の角度をなすように配置し、かつ位相差給電していない状態の指向性の両側にそれぞれ４５度ずつ指向性を可変できる範囲を有しているからである。
【００３４】
仮に、八木アンテナ８１乃至８４が長辺６ｃに対して４５度以外の角度をなして配置されていると、長辺６ａまたは短辺６ｃの回り、または長辺６ａ及び短辺６ａの回りに１８０度回転させた場合、指向性を９０度の範囲内で回転させても、カバーできない領域がかならずでき、この領域の方から到来する電波を良好に受信できなくなる。しかし、このアンテナ２では、上述したように、いずれの方向から到来した電波でも、良好に受信できる。
【００３５】
上記のアンテナ２では、八木アンテナとして、放射器８ａと反射器８ｂとを備えるものを用いたが、放射器と導波器とを備えるもの、放射器と反射器と１本以上の導波器とを備えたものを使用することもできる。
【００３６】
また、八木アンテナ以外にも、ダイポールアンテナを使用することもできる。ダイポールアンテナを使用した場合、アンテナエレメントの長さ方向の両側にそれぞれ指向性を持つので、アンテナエレメントを長辺６ａの長さ方向に対して４５度の角度をなすように配置しておけば、例えば短辺６ｃの回りに１８０度だけ基板を回転させるだけでよく、長辺６ａの回りに回転させる必要はない。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、１つのアンテナでありながら、広い範囲内のいずれの方向から到来する電波であっても良好に受信することができる。特に、指向性をその基準指向性の両側に４５度ずつ可変可能とし、この基準指向性と同一面内において基準指向性とそれぞれ約４５度の角度をなし、かつ互いに９０度をなす２つの軸の回りに、それぞれ１８０度ずつ回転可能とすると、どの方向から到来する電波でも、１つのアンテナによって良好に受信することができる。また、平面的なアンテナであるので、その設置にスペースをとらない。従って、このアンテナは、家屋の棟内に使用するのに適したアンテナである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態のアンテナの平面図と、その使用状態を示す図である。
【図２】図１のアンテナで使用されている位相差給電の説明図である。
【図３】図１のアンテナを家屋の棟に設置した状態の平面図である。
【図４】図１のアンテナの指向性を可変させた状態を示す図である。
【図５】家屋の棟に従来取り付けられていたアンテナを示す平面図である。
【符号の説明】
２  アンテナ
６  基板（基部）
６ａ  長辺（第１の軸）
６ｃ  短辺（第２の軸）
８１乃至８４  八木アンテナ（可変指向性アンテナ）
【図１】
0003929598.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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