JPH0269004A - 全方向性アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は全方向性アンテナに関するものである。

このアンテナは、デシメートル波帯（いわゆるマイクロ
波帯）のラジオ放送信号またはテレビジョン放送信号の
送信にとくに用いられる。この場合にはとくに優れた利
点が得られる。

しかし、本発明はこの応用に限定されるものでも、それ
らの周波数帯に限定されるものでもなく、広い範囲の種
々の状況にも適するものである。

従来の技術 ラジオ放送用またはテレビジョン放送用のアンテナに対
しては、（例外を除き）できる限り全ｈ゛向性である線
図（「全方向線図」というのは３６０度にわたって３ｄ
Ｂより低いくぼみのない線図を指す）を有する放射装置
を設けねばならない。

この放射装置は小型、軽量で、支柱にかかる静荷重（放
射装置の固有の荷重）と動荷重（風の抵抗）をできるだ
け小さくして、支柱の頂部に取付けることができる機械
的な特性を持たねばならない。

そのために、反射器の前方に置かれ、希望の一波に応じ
て垂直方向または水平方向に向けられたダイポールでお
のおの構成された放射素子で構成された「パネルアンテ
ナ」と呼ばれるアンテナ装置を使用することが最も一般
的である。

それのような放射素子は利得をＨする素子、すなわち、
指向性素子であるから、希望の全方向線図を得るために
互いに９０の角度をおいて４個１組の素子で配置せねば
ならない。

許容電力を増大させるために、放射パネルを形成するよ
うにそれらの放射素子が複数個（最も一般的には２．４
または８個）を重畳せねばならない。最も一般的には反
射器は共通である。

各パネルへは給電装置により位相および値が他の全ての
パネルへの供給電力と同じである電力が別々に供給され
る（ただし、あるパネルが線図上で位相推移または電力
変化を導入することを求められる場合は別である）。

発明が解決しようとする課題 この構造は現在の多数の放送局において満足に動作する
が、いくつかの欠点もある。

第１に、支持自体の頂部に４つの放射面構造を形成する
重畳させられた放射素子の適切な配置を可能にする小型
のパイロンを設けねばならないことである。

この素子は下記のような互いに矛盾する２つの条件を満
さなければならない。

第１に、各パネルの設置を可能とし、かつ保守作業を行
えるように人が中心部を通ることができるように寸法を
十分に大きくしなければならない。

実際に、各放射素子にそれ自身の同軸給電線が設けられ
、かつ、その同軸給電線が反射パネルの動作を妨げない
ようにその同軸給電線を放射素子の背後に必ず設けねば
ならないから、同軸給電線のハーネスを小型のパイロン
の内部を通さなければならず、したがってそのパイロン
を十分に高くしなければならないことである（したがっ
て、重畳させられた放射素子が８個である面の場合には
その小型のバイロンの中に３２本の同軸給電線を通さな
ければならない）。

したがって、この種の構造の設置を容易にし、かつ機械
的な強度を十分に高くするためには、小型のバイロンの
構造をできるだけ広くすることが望ましい。

第２に、ラジオの電気的観点から、放射素子の位相中心
が離れるにつれて、および離れた時に線図中のくぼみが
大きくされることである。

したがって、可能な最も整然とした線図を得るためには
、各群の放射素子を互いにできるだけ接近させること、
したがって、できるだけ小型で（それと同時に反射器の
最小寸法により制限される）バイロン部を設けることが
望ましい。

前記静荷重および動荷重をできるだけ小さ（するために
は、小型のバイロンの断面を最小にすることが望ましく
、その上に、放射素子をレードームで遮へいしなければ
ならないから、放射素子の寸法が与えられると、バイロ
ンの風上側の面積が非常に大きくなり、したがって支柱
にますます人きな力が加えられることになる。

この種のアンテナの別の欠点はそれの給電装置の構造が
複雑であることである（先に述べたように、各放射素子
へはそれ自身の同軸給電線で給電せねばならない）。そ
のために多数の二次給電線および接続箱を設けんことが
必要になる。したがうて、このようなアンテナ装置の価
格は使用する放射素子の数が増すとともに急激に上昇す
る。

更に、接続箱の数が増加すること、および二次同軸給電
線が長くなるために損失も非常に急激に増大する。典型
的には、４７０〜８６０旧］Ｚ帯用に設計された、重畳
された放射素子を８個台するパネルを用いた放射装置の
場合には小型のバイロンの高さ、したがって最長の同軸
給電線の長さは１２ｍ台であるから、そのような周波波
帯における損失がかなり大きくなる。

したがって、４７０〜８６０旧ＩＺ帯の信号を伝送する
ためには、小型バイロンの寸法が０，８ＸＯ１８ｍとな
り、レードームの直径が１ｍのオーダーとなり、レード
ームを備えた４枚１組のパネルの重畳が３５０〜４００
ｋｇ、風上側の表面積が１．３平方ｍ台である。

上記の用途に適する別の種類のアンテナは、使用される
ことは少いが、いわゆるスーパーターンスタイルアンテ
ナである。

この種のアンテナにおいては、希望の全方向性線図を得
るために回転電磁界の原理が用いられる。

そうすると、放射素子は、中心部で交差し、位相が互い
に９０度異なる、平らで、相互に垂直な鉛直の２つの「
こうもりの翼」で構成される。

したがって、多数の放射素子が重畳させられ、各放射素
子へは共通分配装置を介して別々に給電され、各放射素
子の「こうもりの翼」で形成された２本のダイポールへ
３ｄＢの結合器により直角位相で非周期的に給電される
。

この種のアンテナは反射器を有しないから、アンテナパ
ネルを用いるアンテナ装置よりはかるに小型で、小型バ
イロンの寸法をかなり小さくすることが可能あるが、い
くつかの欠点がある。

第１に、ダイポールの間で直角位相の電力を非周期的に
供給する必要があるために３ｄＢ結合器を放射電磁界中
に置いて使用する必要が生じ、その結合器の平衡電荷を
放射電力の関数として定めねばならない。

次に、ダイポールの同軸給電線がアンテナの放射電磁界
内に配置されるから、線図内にくぼみを生じてそれの放
射を乱す。

更に、利得を等しくするために、アンテナの全高は放射
素子を有するアンテナの全高より高いから、多数の放射
素子を有するアンテナの高さに対して線図補償するとい
う相関的な問題がひき起される。

最後に、この種のアンテナは機械的に複雑で、３ｄＢ結
合器を用い、かつ多数の同軸給電線を使用するために非
常に高価である。

したがって、デシメートル波帯で使用されるラジオ放送
およびテレビジョン放送用に現在まで使用されてきたそ
れら２種類のアンテナは、機械的な性能（風上側の表面
積を制限するため、重工を軽くするために小型で、製造
を容易にするための構造を持つ）と、無線−電気的特性
（線図の全方向性および大電力を受けることかできるこ
と）の両方を達成するために両方の種類のアンテナを同
時に使用できないから、必ずしも全面的に満足できるも
のではない。

課題を解決するための手段 本発明はそれらの欠点を解消し、無線−電気的特性が優
れており、小型・軽量で、機械的構造が簡単である（と
くに小型パイロンが無い）ために製造コストが低く、同
軸給電線の使用数が最少である新規な種類のアンテナを
提供するものである。

そのために、本発明のアンテナは、垂直の中央支持管と
、この中央支持管の周囲に一様に分布され、おのおの垂
直バイファイラ線で構成される複数の同一の放射ネット
ワークと、同位相の等しい電力を１本の同軸給電線を介
して放射ネットワークへ等しくかつ同時に供給する分配
装置と、を有するものである。

本発明のいくつかの利点に従って、３つの放射ネットワ
ークが存在し、各放射ネットワークは４つの水平ダイポ
ールを有し、ダイポールは、約０．９の短縮係数でアン
テナの中心動作周波数について計算された短縮係数半波
型であり、重畳された２つの連続するダイポールの間の
距離は、短縮周波数係数が約０．８５で、アンテナの中
心動作周波数について計算された１つの短縮された半波
であり、ダイポールから中心軸系までの距離は、アンテ
ナの中心動作周波数について計算された非短縮４分の１
波であり、電力分配装置は中央支持管の内部に完全に納
められ、バイファイラ線は上半分の線と上半分の線を存
し、各半分の線は、中間点に設けられている点において
バイロン線の導体の１本の内側へ入る同軸線により励振
され、その線自体は、各バイファイラ線の２つの半分の
間の接続のレベル附近において中央支持管内に配置され
ている電力分配装置へ接続され、ダイポールの各分岐は
ほぼ円形の曲率を有し、それの曲率中心はアンテナのほ
ぼ中心軸にある。

実施例、。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のアンテナを形成する放射セットの全体
的な構造を示す。この放射セットは鉛直の中央支持管１
００を有する。全放射電力を増大するために、その中央
支持管の下部と上部に、何本かの重畳させられる中央支
持管の突き合わせ連結を可能にし、したがって複数の同
一の放射セットを構成するための固定板１１０．１２０
がそれぞれ設けられる。

この中央支持管の周囲に３つの同一の放射ネットワーク
２００が互いに１２０度の角度をおいて設けられる。各
放射ネットワークは２本の平行導体２１０，２１０’を
含むバイファイラ垂直線を有する。それらの平行導体２
１０，２１０’はそのバイファイラ線に沿って一様に分
布された次数の（図示の例では４）水平ダイポールを支
持する。

アンテナのベース（したがって放射線図をほとんど乱さ
ない領域）へ達する同軸線により同軸線３１０へ送られ
る高周波電力は（同軸モードを保ちながら）支持管１２
０の内部に入り、それから３つの放射ネットワークのお
のおのへ（同軸モードを依然として保って）分配され、
中央支持管１００の中間の高さに水平管３４０の内部に
入る。

その水平管は上部と下部における支持アーム１３０．１
４０に組合わされてそれらの放射ネットワークの機械的
支持も行う。

以上の説明かられかるように、高周波電力の供給と分配
はアンテナの内部のみで行われるから、放射電磁界中に
給電線が物理的に存在するために線図が乱される従来の
アンテナとは異なって、線図が乱される可能性が無くな
る。

特徴的なことに、このアンテナは反射パネルを有しない
。

放射電力を増大させるためには、第１図に示されている
ものに類似する放射セット１１′によりおのおの構成さ
れた複数のモジュール１０を複数個重畳させ（第２図）
、アンテナの下部で分配装置へ接続される同軸線１２に
より高周波電力を供給することが可能である。この構造
を同行形の遮へいレードーム１３の内部に納める。この
モジュールは支柱１４の頂部に取付けられ、上側のモジ
ュ−ルはふた１５により閉じられ、かつ必要があれば避
雷針（図示せず）を設ける。

レードーム１３（第２図、第３図）は強化ポリエステル
で製作された円筒であって、型光された種々のモジュー
ルを連結するために用いられる環１６．１７がそれの各
端部に設けられる。これによりアンテナの機械的構造が
大幅に簡単になる。

装置全体はもちろん防滴型である。

第４〜６図は本発明の放射セットの構造、とくに３つの
ダイポールネットワークへの電力供給のための構造を詳
しく示す。

同軸線３１０へ接続される高周波電力供給装置中央支持
管１００の中間の高さまで、その中央支持管の内部を、
直径がしだいに大きくなるいくつかの部分３２１〜３２
５を含む同軸線３２０により導かれ、ストラップ３２６
．３２７により支持管１００の中心部に保持されて、４
分の１波長インピーダンス変換器を形成する。同軸線３
２０の戻り導体は支持管の壁で構成される。

それから電力は同軸リンクにより同一の電力が同位相で
３つの放射ネットワークの間に分配される。

各放射ネットワークへ高周波電力を供給する同軸リンク
３３０，３４０は、管３４１の内部にストラップ３３３
により保持される導体３３２により形成される。それら
のストラップの一端３３１が同軸線３２０へ接続される
。

管３４１は同軸線の戻り導体であるとともに、放射ネッ
トワークを中央支持管へ連結する機械的支持体でもある
。そのために、管３４１の一端にリンク３４２が設けら
れる。そのリンクは部分１５０を中央支持管へ強固に連
結する。管３４１の他端部に、バイファイラ線の２本の
導体２１０゜２１０′を支持する部分３４３が設けられ
る。そのバイファイラ線はその部分３４３の両側に沿っ
て延長しく第７図）、導電物質で製作された中空管によ
り形成され、たとえばろうづけにより固定される。

同軸線の中心導体３３２は分配素子３３４へ接続される
。その分配素子はバイファイラ線の一方の導体（この図
では導体２１０’）の上側と下側の分岐へ電力を対称的
に供給する。他の導体２１０は共通に接地される。

そのために、同軸線の中心導体が導体２１０の内部を、
上側アームと下側アームのほぼ中間の高さの点３３９ま
で延長する（その点３３９はバイファイラ線の励振点で
あって、第４図と第５図には記号Ｐで示されている。

そのために、その点３３９と分配装置３３４の間に２５
の部分３３５と３３６で構成された導体が設けられる。

それらの導体部分がインピーダンス変換器として機能す
るようにそれらの導体部分は直径がしだいに大きくなる
。それらの部分３３５と３３６はストラップ３３７によ
り導体２１０の内部に保持される。それから給電線の端
部は導体２１０，２１１の内部を通って延長し、導体２
１０′を位置３３９において横方向接続部分３３８によ
り励振する。

したがって、図かられかるように、給電線は人力同軸線
３１０から励振点Ｐまで完全に同軸状である。この同軸
給電装置はアンテナの支持構造体の内部に完全に納めら
れる（したがって、それは機械的機能と電気的機能の二
重の機能を果す）。

バイファイラ線は複数のダイポール２２０゜２２０′を
有する。したがって、それらのダイポールへは高周波電
力が対称的に供給され、アンテナの放射素子のみを構成
する。

使用されるダイポール２２０，２２０’　は、アンテナ
の中心動作周波数に対して計算された１つの短縮された
半波型であって、短縮係数は約０．９である。

連続する２つの重畳されたダイポールの間の距離は、ア
ンテナの中心動作周波数に対して計算された１つの短縮
された半波であって、短縮係数は約０．８５である。

ダイポールから装置の中心軸までの距離は、アンテナの
中心動作周波数に対して計算された、短縮されない４分
の１波長である。

励振点Ｐ１すなわち、ダイポールへ高周波電力を供給す
るバイファイラ線の接続点におけるインビーダンスは５
０オームであり、電力供給は同軸線により行われる。前
記４分の１波長のインピーダンス変換器を介して同軸線
のインピーダンスは５０オームの一定値に保たれる。

バイファイラ線の端部は強さの点に対応し、ストラップ
１３０，１４０により直接接地できて、放射セットを更
に機械的に保持することに気がつくであろう。

放射セットは銅または銅合金の管で製作でき、ろうづけ
により連結して機械的構造を非常に簡単にする。

電気的な観点からは、このようにして製作されたアンテ
ナは正三角形の三辺に相互に１２０度の角度をおいて水
平に置かれた３つのダイポールによりおのおの形成され
、重畳された４つの璋（第３図に示されているような環
）で構成され、等しい電力が供給される。

このような構造は、反射器なしに、第８図に示すような
ほぼ全方向性の線図を与える。第８図は、第４〜７図に
示されているような素子で構成されたアンテナについて
、５２０　Ｍ　Ｈｚの中心動作周波数について計算して
描かれた方位線図を示すものである。この図かられかる
ように、この線図は０、　９ｄＢ以内で全方向性である
。

第９図は鉛直方向の放射電力線図を示す。この線図はラ
ジオ放送またはテレビジョン放送用のアンテナに絶対的
に適する。

電気的特性に関しては、損傷を受けることなしに５〜７
ＫＷのオーダーの電力を放射するためにこのアンテナを
使用できることが注目されてきた。

この電力は、同一の放射セットをいくつか重畳すること
により大幅に増大できることはもちろんである。

このアンテナのインピーダンスは先に述べたように５０
オームであり、利得は５　ｄＢ、平均定在波比は１．１
５である。

４６０〜８６０ＭＨｚ帯で動作するアンテナの機械的性
能については、この放射セットは直径が０．５４ｍで、
高さが１．１６ｍ、風上側の表面積が０．６３平方ｍで
あるレードームの内部に納められる。レードームと放射
セットを含めた完全なモジュールの重量は約４０ｋｇで
ある。この明細書の初めの部分において述べた、アンテ
ナパネルで構成され、同じ動作周波数帯で動作するアン
テナの風上側の表面積が１．３５平方ｍ１および重量が
３７５ｋｇであるのと比較すると、このアンテナはかな
り小型、軽量であることがわかる。

ダイポールのネットワークを３つの群にまとめることは
本発明を限定するものではなく、とくに有利である。

その理由は、ネットワークの数が増加すると、同じ１つ
の環のダイポールの隣接する端部が互いにしだいに接近
して、それらの間の相互結合を増大し、線図中のくぼみ
を強調する。

第１０図はこの現象を示すものであって、本発明の目的
である３ネツトワーク装置の線図Ｄ３とネットワーク装
置に対して描いた方位線図Ｄ４を比較して示すものであ
る。そうすると、最大のくぼみは、他の場合の０．　９
ｄＢではなくて少くとも２ｄＢであることに注目された
い。

したがって、３つのネットワークを用いる技術は最も−
様な線図を与えるものである。

最後に、変更例として、ダイポールの形を変更すること
によりダイポールを最適にできる。ダイポールを直線状
に製作したり、正三角形の三辺を３本のバイファイラ線
の中心を中心とする円の外部にすることにより（第３図
の形状）、ダイポールをその円の輪郭（第３図に破線で
示されている形）に近くするように、あるいはダイポー
ルをその輪郭と同じにするように、ダイポールを変形す
なわちわん曲させることができる。

このように構成することによりダイポールの種々の点の
間の放射の位相推移が減少し、したがって鉛直方向の放
射線図を一層全方向性にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアンテナを形成する放射セットの斜視
図、第２図は放射電力を増大させるように重畳させられ
、結合され、外部レードームの内部に遮へいされている
複数の放射セットの概略側面図、第３図は本発明の放射
セットを上側から見た、第２図の■−■線に沿う断面図
、第４図は第１図に示されている放射セットの一部断面
側面図、第５図はこの放射セットに含まれている３つの
放射ネットワークの１つの第４図のＶ−Ｖの向きに見た
面図、第６図は放射ネットワークの同軸給電線の第１の
部分を詳しく示す第４図のＶ［−Ｖｌ線に沿う一部断面
上面図、第７図はこの同軸給電線の第２の部分を形成す
る２本のアームの一方を詳しく示す第５図に■で示され
ている領域に対応する正面図、第８図は線図の全方向性
を示す本発明のアンテナの方位方向の放射電力線図、第
９図は同じアンテナに対応する鉛直方向の放射電力線図
、第１０図はある角度において配置されている２つの放
射ネットワークを有するアンテナと、等しい角度をおい
て配置されている４つの放射ネットワークを有する類似
のアンテナとについての方位方向の放射電力線図を比較
して示す線図である。 １０・・・モジュール、１１・・・放射セット、１２゜
３１０．３２０・・・同軸線、１３・−・レードーム、
１４・・・支柱、１５・・・ふた、１００・・・中央支
持管、１１０．１２０・・・固定板、２１０，２１０’
３３２・・・導体、３２０・・・中心共通線、３３０゜
３４０・・・同軸リンク、３３４・・・分配装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、とくに、デシメートル波帯におけるテレビジョンま
   たはラジオ放送信号用の全方向性アンテナにおいて、 垂直の中央支持管と、 この中央支持管の周囲に一様に分布され、おのおの垂直
   バイファイラ線で構成される複数の同一の放射ネットワ
   ークと、 同位相の等しい電力を１本の同軸給電線を介して放射ネ
   ットワークへ等しくかつ同時に供給する分配装置と、 を備えることを特徴とする全方向性アンテナ。 ２、請求項１記載のアンテナにおいて、３つの放射ネッ
   トワークが存在することを特徴とするアンテナ。 ３、請求項１記載のアンテナにおいて、各放射ネットワ
   ークは４つの水平ダイポールを有することを特徴とする
   アンテナ。 ４、請求項１記載のアンテナにおいて、ダイポールは、
   約０．９の短縮係数でアンテナの中心動作周波数につい
   て計算された短縮係数半波型であることを特徴とするア
   ンテナ。 ５、請求項１記載のアンテナにおいて、重畳された２つ
   の連続するダイポールの間の距離は、短縮周波数係数が
   約０．８５で、アンテナの中心動作周波数について計算
   された１つの短縮された半波であることを特徴とするア
   ンテナ。 ６、請求項１記載のアンテナにおいて、ダイポールから
   中心軸系までの距離は、アンテナの中心動作周波数につ
   いて計算された非短縮４分の１波長であることを特徴と
   するアンテナ。 ７、請求項１記載のアンテナにおいて、電力分配装置は
   中央支持管の内部に完全に納められることを特徴とする
   アンテナ。 ８、請求項１記載のアンテナにおいて、バイファイラ線
   は下半分の線と上半分の線を有し、各半分の線は、中間
   点に設けられている点においてバイファイラ線の導体の
   １本の内側へ入る同軸線により励振され、その線自体は
   、各バイファイラ線の２つの半分の間の接続のレベル附
   近において中央支持管内に配置されている電力分配装置
   へ接続されることを特徴とするアンテナ。 ９、請求項１記載のアンテナにおいて、ダイポールの各
   分岐はほぼ円形の曲率を有し、それの曲率中心はアンテ
   ナのほぼ中心軸にあることを特徴とするアンテナ。 １０、重畳させられ、共通分配装置へ接続されている固
   有の同軸ケーブルにより明白に給電される請求項１記載
   のアンテナ複数個により構成されることを特徴とする放
   射装置。 １１、請求項１０記載の放射装置において、各アンテナ
   は、ほぼ自己支持し、かつ重畳可能であるレードーム内
   に納められることを特徴とする放射装置。