(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなり、円環状に形成された円環部を有する一対のループアンテナと、
該一対のループアンテナへの給電を行う２線式の並行給電線と
を備え、偏波面が前記一対のループアンテナの配列方向と直交した直線偏波を送受信する双ループアンテナであって、
前記各ループアンテナは、前記円環部の中心点から見て前記直線偏波の偏波面に沿った方向に位置する該円環部上の一対の地点を接続点とし、該接続点から前記中心点に向けて延設された一対の給電導入部を備え、
前記並行給電線の両端部は、前記一対のループアンテナに設けられた各一対の給電導入部にそれぞれ接続され、且つ前記並行給電線は、前記両端部から等距離の地点が給電点にされ、
前記ループアンテナのインピーダンスは、前記円環部の線路幅Ｂと前記給電導入部の線路幅Ａとの比である線路幅比Ａ／Ｂを変化させることで、前記並行給電線のインピーダンスと整合するように調整されていることを特徴とする双ループアンテナ。
【請求項２】
前記線路幅比Ａ／Ｂは、１≦Ａ／Ｂ≦３となる範囲で設定されていることを特徴とする請求項１記載の双ループアンテナ。
【請求項３】
前記ループアンテナの周囲長Ｌｃは、送受する目標周波数の中心波長をλとして、１．１λ≦Ｌｃ≦１．４λに設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の双ループアンテナ。
【請求項４】
前記ループアンテナの背面側に反射板を配置し、
前記並行給電線が、前記ループアンテナと前記反射板との間に配線されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の双ループアンテナ。
【請求項５】
前記並行給電線の両端部は、前記円環部と接触することなく前記給電導入部に接続されるように、前記ループアンテナの配置面に対して傾斜して配線されていることを特徴とする請求項４記載の双ループアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＨＦ帯の電波を送受する双ループアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＵＨＦ帯の放送電波の送信に用いられている水平偏波用の双ループアンテナとして、図１１に示すように、受波しようとする信号成分の１波長分の周囲長を有する一対のループアンテナ１０４，１０６を、平行に配設された一対の給電線（以下、平行給電線という）１０８にて接続し、この平行給電線１０８の中心に給電点Ｐを設けた双ループアンテナ１０２が知られてる。なお、図１１（ａ）は双ループアンテナ１０２の正面図，（ｂ）はその側面図である。
【０００３】
即ち、この水平偏波用双ループアンテナ１０２は、一対のループアンテナ１０４，１０６の配列方向が上下方向と一致するように配置される。そして、各ループアンテナ１０４，１０６では、その上辺と下辺とで電流が同方向に流れることにより、配列方向（上下方向）に沿った偏波面を有する垂直偏波成分が相殺され、配列方向に対して直交する方向に沿った偏波面を有する水平偏波成分のみが送受されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように構成された双ループアンテナ１０２においては、ループアンテナ１０４，１０６の配置間隔に応じて指向性が変化し、具体的には、配置間隔が大きくなるほど、垂直面内でのサイドローブレベルが高くなる。そして、サイドローブレベルが高いと、例えば電波を受信する場合に、所望方向以外から入射する雑音（例えば地上からの反射波等）が増大し、また電波を送信する場合に、所望方向以外に不要な放射が行われることになり、送受信品質が劣化してしまうため、これを抑えることが望ましい。
【０００５】
しかし、ループアンテナ１０４，１０６への給電を効率良く行うためには、給電点Ｐからループアンテナ１０４，１０６の接続端に到る平行給電線１０８の長さを、目標周波数となる信号成分の線路内波長をλL としてλL ／４＋ｎ・λL ／２付近に設定する必要がある。つまり、両ループアンテナ１０４，１０８の配置間隔をλL ／２より小さくすることができないため、サイドローブを十分に低減できないという問題があった。
【０００６】
また、双ループアンテナ１０２は、平面的な構成を有しているため、建築材料などに組み込むことが可能であり、家庭用アンテナへの適用も考えられているが、上述のように平行給電線１０８の長さが規定されてしまうため、十分に小型化できない。また更に、帯域幅が３００ＭＨｚにも及ぶ全ＵＨＦ帯（４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）の全領域をカバーするには、一般に広帯域（７００ＭＨｚ帯で１００ＭＨｚ以上）であることが知られている双ループアンテナ１０２であっても、全帯域を低域，中域，高域に３分割して、各領域毎に適合させた３種類の双ループアンテナを用いなければならず、構成が大型化してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を解決するために、サイドローブの低減及び小型化が可能な双ループアンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、導体からなり、円環状に形成された円環部を有する一対のループアンテナと、該一対のループアンテナへの給電を行う２線式の並行給電線とを備え、偏波面が前記一対のループアンテナの配列方向と直交した直線偏波を送受信する双ループアンテナであって、前記各ループアンテナは、前記円環部の中心点から見て前記直線偏波の偏波面に沿った方向に位置する該円環部上の一対の地点を接続点とし、該接続点から前記中心点に向けて延設された一対の給電導入部を備え、前記並行給電線の両端部は、前記一対のループアンテナに設けられた各一対の給電導入部にそれぞれ接続され、且つ前記並列給電線は、前記両端部から等距離の地点が給電点にされ、前記ループアンテナのインピーダンスは、前記円環部の線路幅Ｂと前記給電導入部の線路幅Ａとの比である線路幅比Ａ／Ｂを変化させることで、前記並行給電線のインピーダンスと整合するように調整されていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成された本発明の双ループアンテナによれば、並行給電線が従来の双ループアンテナと同じ長さであっても、ループアンテナの配列方向（以下、単に配列方向という）に沿った全長を、ループアンテナの半径２個分だけ短縮することができる。また、ループアンテナ間の間隔が狭くなり、これに伴って垂直面内でのサイドローブが低減されるため、当該アンテナを受信用とした時には、所望方向（メインローブの指向）外から受信される雑音の低減を、また送信用とした時には、所望方向外へ放射される不要電波の低減を図ることができ、送受信品質を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明者らは、各種実験を重ねた結果、図１０に示すように、ループアンテナのインピーダンスを、ループアンテナの円環部分の線路幅Ｂと、給電導入部の線路幅Ａとの比Ａ／Ｂを変化させることにより調整できることを見いだした。
【００１１】
なお、図１０に示すグラフは、目標周波数を５８５ＭＨｚ（４４０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚの位相変化を考えた場合の中心周波数）として、ループアンテナの周囲長を、目標周波数となる信号の波長をλとして、１．２６λに設定し、給電導入部の先端に、入力端子のインピーダンスが７５Ωである測定装置を、１：４バルンを介して取り付けて、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を測定した結果を表したものである。ループアンテナのインピーダンスが、３００（＝７５×４）Ωの純抵抗に近づくほど、ＶＳＷＲ＝１（即ちインピーダンスが完全に整合した状態）に近づくことになる。
【００１２】
つまり、本発明の双ループアンテナによれば、給電導入部の線路幅を調整する等して、ループアンテナの線路幅比Ａ／Ｂを変化させるだけでループアンテナのインピーダンスを調整できるため、ループアンテナと並行給電線とのインピーダンス整合がとれた双ループアンテナを簡単に設計できる。
【００１３】
しかも、従来の水平偏波用双ループアンテナでは、図１１（ｂ）に示すように、ループアンテナ１０４，１０６の配列方向両端部に、受端短絡回路ＳＣを設けることにループアンテナのインピーダンスを調整していたが、本発明の双ループアンテナでは、この受端短絡回路ＳＣを省略することができ、装置構成をより簡易なものとすることができる。
【００１４】
なお、前記線路幅比Ａ／Ｂは、請求項２に記載のように、１≦Ａ／Ｂ≦３となる範囲で設定されていることが望ましい。
【００１５】
また、このように給電導入部を介してループアンテナに給電を行う場合（以下、中央給電タイプという）、請求項３記載のように、ループアンテナの周囲長Ｌｃを、送受する目標周波数の中心波長をλとして、１．１λ≦Ｌｃ≦１．４λに設定することが望ましい。
【００１６】
即ち、従来の水平偏波用双ループアンテナのように一方の端部から給電を行う端部給電タイプのものは、ループアンテナの周囲長を、目標周波数となる信号成分の１波長とほぼ等しい長さに設定した場合に、インピーダンスのリアクタンス成分がほぼ零となりインピーダンス整合の取り易い純抵抗に近くなることが知られている。つまり、本発明に用いる中央給電タイプのループアンテナは、半円環状をした端部給電タイプのループアンテナが並列接続されているものとして見なすこともできるため、この半円環状部分の周囲長が１波長となる近傍で優れた特性が得られるのである。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれか記載の双ループアンテナにおいて、前記ループアンテナの背面側に反射板を配置し、前記並行給電線が、前記ループアンテナと前記反射板との間に配線されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の双ループアンテナにおいて、前記並行給電線の両端部は、前記円環部と接触することなく前記給電導入部に接続されるように、前記ループアンテナの配置面に対して傾斜して配線されていることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１（ａ）は、本実施例のＵＨＦ帯の電波を送受する双ループアンテナの全体構成を表す平面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施例の双ループアンテナ２は、円環状に形成された一対のループアンテナ４，６を備えており、各ループアンテナ４，６には、ループアンテナの中心点を挟んで対向する円環部４ａ，６ａ上の一対の接続点から前記中心点に向けて、一対の給電導入部４ｂ，６ｂがそれぞれ延設されている。
【００２３】
そして、各ループアンテナ４，６は、給電導入部４ｂ，６ｂの配線方向（図中Ｘ方向）とループアンテナ４，６の配列方向（図中Ｙ方向）とが直交するように配置され、両ループアンテナの給電導入部４ｂ，６ｂは、２線式の並行給電線８により互いに接続されている。
【００２４】
また、ループアンテナ４，６の背面側には、反射板１０が配置されており、並行給電線８は、ループアンテナ４，６と反射板１０との間に配線されている。また、並行給電線８は、その中心に給電点Ｐが設けられている。
なお、本実施例の双ループアンテナ２において、各部の寸法は、送受信すべきＵＨＦ帯の電波の中心周波数６２０［ＭＨｚ］を目標周波数として以下のように設定されている。
【００２５】
即ち、並行給電線８は、この目標周波数におけるインピーダンスが、給電用の同軸ケーブル（特性インピーダンス：７５［Ω］）が接続される給電点Ｐでは１５０［Ω］となり、ループアンテナ４，６が接続される両端部では３００［Ω］となると共に、その間のインピーダンスが連続的に変化するようにされている。
【００２６】
具体的には、並行給電線８を構成する一対の給電線として、線路幅が１０［ｍｍ］のものを用い、両給電線の給電点Ｐでの線路間隔がＷｐ＝２［ｍｍ］，両端部でので線路間隔がＷｔ＝１５［ｍｍ］となり、給電点Ｐから両端部に向けて徐々に広くなるように傾斜して配線されている。なお、並行給電線８の全長は、給電点Ｐから両端部までの長さＬpt＝１６［ｃｍ］、即ち両ループアンテナ４，６の中心点間の間隔が３２［ｃｍ］となるように設定されている。この中心点間の間隔３２［ｃｍ］は、利得，サイドローブ特性から設定されている。
【００２７】
また、各ループアンテナの円環部４ａ，６ａの周囲長Ｌｃは、目標周波数となる信号成分の波長（以下、目標波長という）λの１．２６倍となるように、Ｌｃ＝６１［ｃｍ］（直径１９．４［ｃｍ］）に設定され、更に、ループアンテナの給電導入部４ｂ，６ｂの線路幅（以下、導入線路幅という）Ａ及び円環部４ａ，６ａの線路幅（以下、エレメント幅という）Ｂは、上記並行給電線８の両端部におけるインピーダンスと整合するように、Ａ＝３０［ｍｍ］，Ｂ＝１０［ｍｍ］（従って、Ａ／Ｂ＝３）に設定されている。
【００２８】
更に、ループアンテナ４，６の形成面と反射板１０との間隔はＷｈ＝λ／４（＝１２．１［ｃｍ］）、またループアンテナ４，６の形成面と並行給電線８との間隔はＷｇ＝λ／５０（＝９．７［ｍｍ］）以下に設定されている。
次に、このように構成された本実施例の双ループアンテナ２の特性を測定した結果について説明する。
【００２９】
なお、比較例として、図２（ｂ）に示すように、ループアンテナ３４，３６の周囲長が１λ（＝４８．４［ｃｍ］）に設定された端部給電タイプの双ループアンテナ３２についても同様の測定を行った。但し、比較例の双ループアンテナ３２でも、給電点Ｐでのインピーダンス整合を容易にするため、本実施例と同様に、並行給電線３８として、給電点Ｐから両端部に向けて線路間隔が除々に広がるように設定したものを用いた。
【００３０】
図３は、給電導入部４ｂ，６ｂの配線方向に沿った水平面，及びループアンテナ４，６の配列方向に沿った垂直面での指向性を測定した結果を表すグラフ、また、図４は、ＵＨＦ帯の全領域について動作利得，定在波比，前後比，半値角度を測定した結果を表すグラフである。
【００３１】
図３に示すように、水平面内での指向性は、本実施例と比較例とでほぼ同じであるのに対し、垂直面内での指向性は、比較例に対して本実施例の双ループアンテナ２では、サイドローブの強度が最大（７７０ＭＨｚの場合）で−３ｄＢから−１０ｄＢへ、即ち７ｄＢ低減されている。
【００３２】
また、図４に示すように、比較例に対して本実施例の双ループアンテナ２では、低域（４７０〜５６０ＭＨｚ）にて、動作利得及び定在波比が改善されており、ＵＨＦ帯の全領域に渡ってほぼ均一な特性が得られている。
次に、本実施例の双ループアンテナ２、及び図５に示す本実施例の変形例の双ループアンテナ２ａ，２ｂ，２ｃについて、定在波比の周波数特性をシミュレーションにて求めた結果を、図６，図７に示す。
【００３３】
なお、変形例としては、図５に示すように、一対の給電線の線路間隔が実施例の並行給電線８と同様に設定された並行給電線８ａを、ループアンテナ４，６を挟んで反射板１０とは反対側に設けた双ループアンテナ２ａ（変形例１）、並行給電線８ａが１５０［Ω］の均一なインピーダンスを有するように、一対の給電線を２［ｍｍ］の一定な線路間隔で平行に配線した双ループアンテナ２ｂ（変形例２）、更に並行給電線８ｃが３００［Ω］の均一なインピーダンスを有するように、一対の給電線を１５［ｍｍ］の一定な線路間隔で平行に配線した双ループアンテナ２ｃ（変形例３）を用いた。
【００３４】
但し、並行給電線８ａ，８ｂ，８ｃを構成する一対の給電線の線路幅を１０［ｍｍ］とし、各双ループアンテナ２ａ，２ｂ，２ｃにおいて、並行給電線８ａ，８ｂ，８ｃの両端とループアンテナ４，６とは、インピーダンスが整合しているものとして求めた。
【００３５】
本実施例の双ループアンテナ２では、図６（ａ）に示すように、並行給電線を傾斜配線し、線路のインピーダンスを連続的に変化させた場合には、ＵＨＦ帯の全領域に渡って定在波比が２以下となり、優れた特性を示している。
また、並行給電線をループアンテナ４，６の前面側に配線した変形例１の双ループアンテナ２ａでは、図６（ｂ）に示すように、高域側の特性がわずかに劣化しているが、実施例の双ループアンテナ２と同様に、ＵＨＦ帯の全領域に渡って定在波比が２以下となり、優れた特性を示している。
【００３６】
一方、一対の給電線が平行に配線された並行給電線８ｂ，８ｃを有する変形例２及び変形例３の双ループアンテナ２ｂ，２ｃでは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、いずれも、高域側の特性が劣化している。つまり、図７，図８に示すシミュレーション結果から、インピーダンスが連続的に変化する並行給電線を用いることにより、双ループアンテナの特性が広帯域化されることがわかる。
【００３７】
以上説明したように、本実施例の双ループアンテナ２では、中央給電タイプのループアンテナ４，６を用いているため、端部給電タイプのループアンテナを用いた従来の双ループアンテナと比較して、ループアンテナ４，６の配置間隔を狭くすることができる。
【００３８】
その結果、本実施例の双ループアンテナ２では、ループアンテナ４，６の配列方向に沿った全長を小さくできるだけでなく、垂直面内での指向性におけるサイドローブレベルが低くなり、受信時には、地上からの反射波等、所望方向以外からの不要な信号成分（即ち雑音）の受信を低減できると共に、送信時には、投入した電力を効率よく所望方向に放射できるため、送受信品質を向上させることができる。なお、この効果は、各変形例の双ループアンテナ２ａ〜２ｃでも、同様に得ることができる。
【００３９】
また、本実施例の双ループアンテナ２では、給電点Ｐにて外部給電線と、両端にてループアンテナ４，６とそれぞれインピーダンスが整合し、しかも、給電点Ｐから両端（ループアンテナ４，６）に到る間のインピーダンスが連続的に変化するように設定された並行給電線８を用いているため、並行給電線８の周波数特性が広帯域化し、単一の双ループアンテナ２にて、ＵＨＦ帯の全領域の電波や、現在計画中の地上波デジタル放送の電波を送受信することができる。なお、この効果は、変形例１の双ループアンテナ２ａでも、同様に得ることができる。
【００４０】
このため、本実施例の双ループアンテナ２によれば、例えば、小型化が強く要求される家庭用のテレビ放送電波の受信アンテナとして好適に用いることができる。
なお、本実施例では、並行給電線８の給電点Ｐからループアンテナ４，６が接続された両端に到る長さをＬpt＝１６［ｍｍ］としたが、給電点Ｐ及び両端でのインピーダンスが、それぞれ外部給電線及びループアンテナ４，６のインピーダンスと整合するように設定されていれば、どのような長さにも設定可能である。
【００４１】
ここで、図８は、中央給電タイプのループアンテナを用いた双ループアンテナ（図２（ａ）参照）及び端部給電タイプのループアンテナを用いた双ループアンテナ（図２（ｂ）参照）の各並行給電線８，３８の長さを変化させ、両者の動作利得を測定した結果を表すグラフである。なお、パラメータとしては、給電点Ｐからループアンテナの中心点までの距離ｄを用いた。
【００４２】
図示されているように、いずれのタイプのループアンテナを用いた場合も、距離ｄ（ループ間隔）を狭くするに従って動作利得が低下するが、中央給電タイプの双ループアンテナは、端部給電タイプの双ループアンテナより、利得が低下する割合が小さい。
【００４３】
つまり、本実施例のように中央給電タイプのループアンテナ４，６を用い、且つインピーダンスが連続的に変化する並行給電線８を用いた場合、ループ間隔を任意に設定できるため、設計の自由度が大きくなるだけでなく、サイドローブを低減させるためにループ間隔を接近させた時には、端部給電タイプのループアンテナ３４，３６を用いた場合より大きな動作利得を得ることができ、よりバランスのよい特性を得ることができる。
【００４４】
なお、上記実施例では、配列方向を上下方向に一致させることにより、水平偏波からなる電波を送受する双ループアンテナとして構成したが、配列方向を水平方向に一致させることにより、即ち、図１（ａ）に示す双ループアンテナ２を９０°回転させた状態で用いることにより、垂直偏波からなる電波を送受する双ループアンテナとしてもよい。
【００４５】
また、上記実施例では、並行給電線８のインピーダンスを変化させるために、並行給電線８を構成する一対の給電線の線路間隔を変化させているが、線路間隔を一定として、一対の給電線の線路幅を変化させるようにしてもよい。
この場合、並行給電線は、インピーダンスが高いほど線路幅を細くすればよく、このような並行給電線路を上記実施例に適用した場合には、図９に示すような形状のものを用いればよい。
【００４６】
更に、上記実施例では、ループアンテナの導入線路幅Ａとエレメント幅Ｂとの線路幅比が、Ａ／Ｂ＝３となるように設定されているが、この線路幅比Ａ／Ｂは、適宜、並行給電線８の両端部におけるインピーダンスと整合するように設定すればよい。
【００４７】
なお、家庭用受信アンテナ等に適用する場合、装置を薄型化するために、反射板１０をよりループアンテナ４，６に接近させ、即ち、両者の間隔をＷｈ＜λ／４に配置することが考えられる。但し、ループアンテナ４，６のインピーダンスは、間隔Ｗｈに応じて変化するため、両者のインピーダンスを整合させるには、両者を接近させるほど、線路幅比Ａ／Ｂを低めに設定する必要がある。このように、反射板１０とループアンテナ４，６との間隔を接近させた場合も考慮すると、ループアンテナの線路幅比Ａ／Ｂは、１≦Ａ／Ｂ≦３の範囲内となるように設定することが好ましい。
【００４８】
また更に、上記実施例では、ループアンテナ４，６の形成面と並行給電線８との間隔をＷｇ＝λ／５０以下に設定しているが、Ｗｇ＞λ／５０に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の双ループアンテナの全体構成を表す正面図，側面図、及び各部の拡大図である。
【図２】  特性の測定に用いた実施例及び比較例の双ループアンテナの概略構成を表す説明図である。
【図３】  実施例及び比較例について指向性を測定した結果を表すグラフである。
【図４】  実施例及び比較例について各種周波数特性を測定した結果を表すグラフである。
【図５】  実施例の変形例の概略構成を表す説明図である。
【図６】  実施例及び変形例について定在波比の周波数特性を測定した結果を表すグラフである。
【図７】  変形例について定在波比の周波数特性を測定した結果を表すグラフである。
【図８】  ループ間隔に対する動作利得の特性を測定した結果を表すグラフである。
【図９】  並行給電線の変形例を示す説明図である。
【図１０】  ループアンテナの線路幅比に対する定在波比の特性を測定した結果を表すグラフである。
【図１１】  従来の水平偏波用双ループアンテナの全体構成を表す正面図，及び側面図である。
【符号の説明】
２，２ａ〜２ｃ…双ループアンテナ    ４，６…ループアンテナ
４ａ，６ａ…円環部                  ４ｂ，６ｂ…給電導入部
８，８ａ〜８ｃ…並行給電線          １０…反射板
【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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