(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個（Ｎは１以上の整数）のアンテナ素子を備えるパネルアンテナをＭ面（Ｍは２以上の整数で偶数；Ｎ＝１かつＭ＝２の組み合わせを除く）用意して、円周上にほぼ等間隔で、かつ円の中心から広がる方向に外向きに配置するとともに、隣りのアンテナ素子に対して９０°ずつ進んでいく位相差又は９０°ずつ遅れていく位相差を付けて給電する給電手段を有することを特徴とする多面配置無指向性アンテナ。
【請求項２】
Ｎ＝２であり、前記給電手段は、２入力２出力形ハイブリッド回路を含むものであることを特徴とする請求項１記載の多面配置無指向性アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パネルアンテナを円周上に外向きに配置した無指向性アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パネルアンテナを円周上に一定間隔で、外向きに配置して、無指向性アンテナを実現することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように無指向性アンテナを構成した場合、使用する周波数では、設計上、なめらかな無指向性利得が得られる。
しかし、例えばテレビジョン放送用のアンテナで、１つのアンテナで複数の周波数の電波を共用したい場合がある。
この場合は、周波数が高い方または低い方に離れていくに従って、指向性の凹凸が顕著になるという問題がある。
【０００４】
また、周波数が高い方に離れていけば、指向性の山のできる方向が、周波数が低い方に離れていけば、逆に指向性の谷のできる方向になったり、周波数が高い方に離れていけば、指向性の谷のできる方向が、周波数が低い方に離れていけば、逆に指向性の山のできる方向になったりする、という問題もある。
そこで、本発明者は、パネルアンテナを円周上に一定間隔で、外向きに配置して、無指向性アンテナを実現する場合に、給電位相に差を付けることにより、前述の問題点が回避できるのではないかということに着目した。
【０００５】
本発明は、広い周波数範囲で、凹凸の少ない無指向性を実現でき、かつ、利得の山のできる方向と谷のできる方向とが入れ替わることのない多面配置無指向性アンテナを実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の多面配置無指向性アンテナは、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）のアンテナ素子を備えるパネルアンテナをＭ面（Ｍは２以上の整数で偶数；Ｎ＝１かつＭ＝２の組み合わせを除く）用意して、円周上にほぼ等間隔で、かつ円の中心から広がる方向に外向きに配置するとともに、隣りのアンテナ素子に対して９０°ずつ進んでいく位相差又は９０°ずつ遅れていく位相差を付けて給電する給電手段を有するものである（請求項１）。
前記の構成によれば、円周上にＮＭ個のアンテナ素子が並ぶことになる。隣り合うアンテナ素子ごとに９０°の位相差を付けて給電するので、一回りすると、９０ＮＭ°の位相差が生じる。
なお、Ｎ＝１かつＭ＝２の組み合わせを除いているので、それ以外のＮ，Ｍの組み合わせで、一回りで３６０°の整数倍の位相差が生じることになり、円周面内で無指向性を実現することができる。
【０００７】
前記Ｎが２であり、前記給電手段は、２入力２出力形ハイブリッド回路を含むものであれば（請求項２）、ハイブリッド回路に２つの信号を独立して供給することができる。従って、２つの信号をそれぞれ周波数の異なる信号とすれば、１つの多面配置無指向性アンテナで２つの周波数の電波を共用することができる。従来、２つの周波数の電波を１つのアンテナで共用しようとすれば、ハイブリッド回路とともに急峻なフィルタ回路を有する共用器が必要とされていたが、この発明の構成を使えば、このようなフィルタ回路が不要になるので、安価で、安定な多面配置無指向性アンテナとすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、既設の放送用アンテナ２を有する鉄塔１に、本発明の多面配置無指向性アンテナを装備した状態を示す斜視図である。多面配置無指向性アンテナは、２つのアンテナ素子３ａ，３ｂを備えるパネルアンテナ３を、１４面、水平面内円周上にほぼ等間隔に多面配置したものである。
【０００９】
１つのアンテナ素子３ａを図示したものが図２である。このアンテナ素子３ａは「４Ｌ双ループアンテナ」と言われるもので、ループ状のアンテナ導体を２つ折りにして、導体地板４の上に設置し、中央を給電端５，６にし、４つの小さなループを形成したものである。小さなループ一周の長さは約１波長、中央から内側のループの中心までの距離ａは約１／４波長、内側のループの中心から外側のループの中心までの距離ｂは約３／４波長である。
【００１０】
パネルアンテナ３は、図３に示すように、前記アンテナ素子３ａと同じものを２つ（アンテナ素子３ａ及び３ｂという）用意して、導体地板４の上に並べて設置している。７は、アンテナ素子３ａ，３ｂを保護するためのカバーである。
図４は、円周上に配置されたパネルアンテナ３を示す平面図である。図４では、簡単のため、パネルアンテナ３を２つのみ示している。円の中心からアンテナ素子３ａ，３ｂの付け根までの距離（これを「張り出し」という）をｒ、アンテナ素子３ａ，３ｂどうしの距離（これを「素子距離」という）をｋで表している。また隣り合うパネルアンテナ３間の角度をθとしている。パネルアンテナ３を１４面取り付ける場合は、θ＝３６０°／１４＝約２５．７°となる。
【００１１】
図５は、１４面並べたパネルアンテナ３に給電する給電手段の一例を示すブロック構成図である。この構成は、２入力２出力形ハイブリッド回路（以下「ハイブリッド回路」という）７と１８０°移相器（以下「移相器」という）８，９とを含むものである。
具体的に説明すると、ハイブリッド回路７は、３ｄＢ方向性結合器（２つの対向する金属平行平板で構成したもの）、ブリッジダイプレクサー、ラットレース回路、ハイブリッドリング、ショートスロットなどで実現される。
【００１２】
ハイブリッド回路７は、入力端子７ａ，７ｂと出力端子７ｃ，７ｄを有している。
ハイブリッド回路７は、端子７ａから入力される信号Ａの位相を４５度進ませて信号Ａ１として端子７ｃに出力し、信号Ａの位相を４５度遅らせて信号Ａ２として端子７ｄに出力する。
したがって、信号Ａ1，Ａ2は、
Ａ1＝2-1/2Ａexp(＋j45°)       (1)
Ａ2＝2-1/2Ａexp(−j45°)       (2)
となる。移相器８は、信号Ａ１の位相を１８０°遅らせて信号Ａ３として出力し、移相器９は、信号Ａ２の位相を１８０°遅らせて信号Ａ４として出力するものである。
【００１３】
したがって、信号Ａ３，Ａ４は、
Ａ３＝2-1/2Ａexp(−j135°)       (3)
Ａ４＝2-1/2Ａexp(−j225°)       (4)
となる。このように、信号Ａの隣り合う４つのアンテナ素子から放射される電波の位相は、９０°ずつずれてくる。
また、ハイブリッド回路７の端子７ｂから入力される、周波数の異なる信号Ｂについても、同じことがいえる。すなわち、信号Ｂの位相を４５度遅らせて信号Ｂ１として端子７ｃに出力し、信号Ｂの位相を４５度進ませて信号Ｂ２として端子７ｄに出力する。
【００１４】
したがって、信号Ｂ1，Ｂ2は、
Ｂ1＝2-1/2Ｂexp(−j45°)       (5)
Ｂ2＝2-1/2Ｂexp(＋j45°)       (6)
となる。移相器８は、信号Ｂ１の位相を１８０°遅らせて信号Ｂ３として出力し、移相器９は、信号Ｂ２の位相を１８０°遅らせて信号Ｂ４として出力する。したがって、信号Ｂ３，Ｂ４は、
Ｂ３＝2-1/2Ｂexp(−j225°) ＝2-1/2Ｂexp(＋j135°)       (7)
Ｂ４＝2-1/2Ｂexp(−j135°) ＝2-1/2Ｂexp(＋j225°)       (8)
となる。このように、信号Ｂについても、隣り合う４つのアンテナ素子から放射される電波の位相は、信号Ａとは反対の回転方向に９０°ずつずれてくる（従って、信号Ｂの指向性と信号Ａの指向性とは左右対称形となる）。
【００１５】
以上の給電方法は、次の４つのアンテナ素子についても同様に繰り返され、最後の４つのアンテナ素子まで同様である。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、以上の形態に限られるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。例えば、アンテナ素子として４Ｌ双ループアンテナを例示したが、これ以外にどのような利得、どのような指向性、どのような偏波特性のアンテナを用いても本発明は実施できる。例えばダイポールアンテナを使ってもよい。
【００１６】
また、本発明ではパネルアンテナのアンテナ素子数は２に限られず、１以上の整数ならばいくらでもよい。多面配置するパネルアンテナの数も２以上の偶数ならばいくらでもよい。アンテナ素子ごとに位相差を付けて給電する給電手段も、ハイブリッド回路を有する回路に限らず、移相器のみを用いて構成した回路であってもよい。
【００１７】
【実施例】
以下の図６−図１２では、電解強度比をｄＢに換算するためには、20logとする必要がある。
２素子パネルアンテナを１４面設け、張り出しｒを１５００ｍｍ、素子距離ｋを３２０ｍｍにして、素子間に９０°の位相差を付けて、４７３ＭＨｚ，５５１ＭＨｚ，６０５ＭＨｚで給電した場合のアンテナ利得指向性を算出した。なお、素子距離ｋは、真中の５５１ＭＨｚで最もなめらかな無指向性が得られるように調整して決めたものである。
【００１８】
図６は５５１ＭＨｚでの指向性を表すグラフ、図７は４７３ＭＨｚでの指向性を表すグラフ、図８は６０５ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
一方、２素子パネルアンテナを１４面設け、張り出しｒを１５００ｍｍ、素子距離ｋを３３３ｍｍにして、素子間に位相差を付けずに、４７３ＭＨｚ，５５１ＭＨｚ，６０５ＭＨｚで給電した場合のアンテナ利得指向性を算出した。なお、素子距離ｋは、真中の５５１ＭＨｚで最もなめらかな無指向性が得られるように調整して決めたものである。
【００１９】
図９は５５１ＭＨｚでの指向性を表すグラフ、図１０は４７３ＭＨｚでの指向性を表すグラフ、図１１は６０５ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
図６と図９とを比べると、位相差を付けて給電した図６の方が、同相給電した図９よりも、指向性の凹凸が１〜２ｄＢ劣っているが、実用には支障ない程度に収まっている。
図７と図１０とを比べると、位相差を付けて給電した図７の方が、同相給電した図１０よりも、指向性の凹凸が少なくなっている。
【００２０】
ともに位相差を付けて給電した図７と図８とを比べると、例えば６０°、２４０°において、ともに指向性の谷ができている。０°、３０°９０°、１２０°、１８０°２１０°、２７０°、３００°においても、ともに指向性の肩の部分に相当しており、利得はほぼ同じである。ただし１５０°と３３０°においては、例外的に、一方の指向性の山が他方の指向性の谷になっている。
ともに同相給電の図１０と図１１とを比べると、すべての角度範囲で、指向性のパターンは反転していて、一方の指向性の山が他方の指向性の谷になっている。
【００２１】
以上の分析から、本発明の多面配置無指向性アンテナによれば、広い周波数範囲で、凹凸の少ない無指向性を実現でき、かつ周波数を変えても、利得の山のできる方向と谷のできる方向とをほぼ固定することができている、といえる。
なお、この２素子パネルアンテナ単独の、周波数４７９ＭＨｚで算出した指向性のグラフを図１２に掲げる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明の多面配置無指向性アンテナによれば、広い周波数範囲で、凹凸の少ない無指向性を実現でき、かつ周波数を変えても、利得の山のできる方向と谷のできる方向とをほぼ固定することができる多面配置無指向性アンテナを実現することができる。
特に、請求項２記載の発明によれば、簡単な構成で２入力形の多面配置無指向性アンテナを実現でき、テレビジョン放送用の２チャンネル共用に最適な多面配置無指向性アンテナとすることができる。また、同一周波数の信号を用いることを前提として、２入力を現用と予備に使えば、一方の系統を保守点検するときは、他方の系統に無停波で切り換えることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】既設の放送用アンテナ２を有する鉄塔１に、本発明の多面配置無指向性アンテナを装備した状態を示す斜視図である。
【図２】１つのアンテナ素子３ａを図示した平面図(a)と側面図(b)である。
【図３】パネルアンテナを示す正面図(a)と側面図(b)である。
【図４】円周上に配置されたパネルアンテナ３を示す平面図である。
【図５】１４面並べたパネルアンテナ３に給電する給電手段の一例を示すブロック構成図である。
【図６】本発明のアンテナにおいて５５１ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
【図７】本発明のアンテナにおいて４７３ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
【図８】本発明のアンテナにおいて６０５ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
【図９】従来の同相給電したアンテナにおいて５５１ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
【図１０】従来の同相給電したアンテナにおいて４７３ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
【図１１】従来の同相給電したアンテナにおいて６０５ＭＨｚでの指向性を表すグラフである。
【図１２】２素子パネルアンテナ単独の指向性を算出したグラフである。
【符号の説明】
１  鉄塔
２  放送用アンテナ
３  パネルアンテナ
３ａ，３ｂ  アンテナ素子
４  導体地板
５，６給電端
７  保護カバー
【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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