JP4634879B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は，主にテレビ放送の受信に利用されるアンテナに関し，詳しくはそのアンテナの給電方法，構造に関する。

従来のアンテナは，アンテナ素子はリード線やラグ板などの接続手段を介して給電されていたため，部品，工数を減らす構成とはなっていなかった。また，プリント基板とアンテナ素子は垂直な位置関係で取り付けられていたため，アンテナを薄くできなかった。
（例えば，特許文献１参照）

実公昭５３−３３４８４号公報

しかし，従来のアンテナによると，アンテナ素子とアンテナ素子接続端子の間にリード線やラグ板などの接続手段を介して給電していたため，この部分で高周波信号の損失が生じたり，部品，工数を減らすことができないといった問題があった。また，プリント基板とアンテナ素子は垂直な位置関係で取り付けられていたため，アンテナを薄くできないといった問題があった。
そこで本願においては，こうした問題点を解決するためになされたものであり，
その目的は，高周波信号の損失が少なく，部品点数及び工数を少なくして高性能で安価なアンテナを提供することを課題とする。
他の目的は，薄型でコンパクトなアンテナを提供することを課題とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載のアンテナは，
一対の板状のアンテナ素子と，
前記各アンテナ素子をそれぞれ接続するための一対の接続端子，前記各アンテナ素子に対する一対の給電端子，前記各接続端子と各給電端子との間に設けられた整合回路，前記各アンテナ素子からの受信信号を増幅する増幅回路，及び，前記各給電端子と前記増幅回路との間に設けられた平衡不平衡変換手段，が設けられたプリント基板と，
電波を透過させる材料にて箱状に形成され，前記一対のアンテナ素子及び前記プリント基板を収納するケースと，
を備え，
前記プリント基板は前記ケース内の略中央に固定され，
前記各アンテナ素子は，一端を折り曲げ，その先端を前記各接続端子の孔に差し込み，ハンダ付けすることにより，前記プリント基板と略平行になり，且つ，前記各接続端子を挟んで前記プリント基板の外側に広がるように，前記ケース内に配置され，
前記ケース内には，前記プリント基板の外に突出した各アンテナ素子をそれぞれ支持するための支持片が形成されていることを特徴とする。

また，請求項２に記載の発明は，請求項１に記載のアンテナにおいて，
当該アンテナは，ＵＨＦ帯のテレビ信号を受信するためのものであり，
前記一対のアンテナ素子の長さは，ＵＨＦ帯のテレビ信号帯域の上限周波数の波長に対し約１／２波長となるように設定されていることを特徴とする。

請求項１に記載のアンテナによれば，一対のアンテナ素子を備え，各アンテナ素子をプリント基板に設けられた接続端子に接続することで，一対のアンテナ素子を介して得られる受信信号を，整合回路，給電端子，及び平衡不平衡変換手段を介して，プリント基板上の増幅回路に入力するようにされている。このため，本発明のアンテナによれば，一対のアンテナ素子を介して得られた受信信号を，増幅回路で増幅して出力することができる。
また，各アンテナ素子は，アンテナ素子の一端を折り曲げ，その先端を，プリント基板に設けられた接続端子の孔に差し込み，ハンダ付けすることにより，プリント基板に固定されており，ケース内では，各アンテナ素子の板面がプリント基板と略平行になり，且つ，各接続端子を挟んで各アンテナ素子がプリント基板の外側に広がるように配置される。そして，各アンテナ素子において，ケース内でプリント基板の外に突出した部分は，ケース内に形成された支持片により支持される。
このため，各アンテナ素子は，従来のように，リード線やラグ板などの接続手段を介して接続端子に接続する必要がなく，接続端子に直接接続することができるようになる。よって，本発明のアンテナによれば，各アンテナ素子のプリント基板への接続部分で生じる高周波信号の損失を減らし，その接続のための部品点数及び工数を少なくすることができる。また，リード線のような可動部分が無いので，安定した受信ができる。また，アンテナ素子と接続端子とを最短で接続できるので，アンテナ素子の接続部分と増幅回路との間の不要な結合を少なくし，増幅回路の発振等，不安定な動作を防止できる。
また，本発明のアンテナによれば，ケース内では，各アンテナ素子とプリント基板とが略平行になるように配置されるので，アンテナ全体を薄くコンパクトにすることができ，例えば，アンテナをテレビジョン受像機やテーブルの上に置いて使用する場合に設置場所の制約を受け難くすることができる。

次に請求項２に記載のアンテナによれば，一対のアンテナ素子の長さが，ＵＨＦ帯のテレビ信号帯域の上限周波数の波長に対し約１／２波長となるように設定されていることから，一般的なＵＨＦアンテナに比べて，一対のアンテナ素子の長さを短くすることができる。
つまり，ＵＨＦ帯のテレビ信号受信用のアンテナは，通常，一対のアンテナ素子の長さが，受信対象となる信号の周波数帯域（４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚ）の中心周波数（６２０ＭＨｚ）で約１／２波長となるよう設計されるが，このようにすると，アンテナ１全体の寸法が大きくなってしまい，使用場所が限定されてしまう。
そこで，本発明では，一対のアンテナ素子の長さを，ＵＨＦ帯のテレビ信号帯域の上限周波数（７７０ＭＨｚ）で約１／２波長となるようにすることで，一対のアンテナ素子の長さを，受信周波数帯域の中心周波数（６２０ＭＨｚ）で設計する場合に比べて約８０％に抑え，使用場所が限定されるのを防止している。

以下に，本発明を具体化した実施形態の例を，図面を基に詳細に説明する。
図１，図２，は本発明に係るアンテナ１を示す。図３はアンテナ素子接続端子２１付近の断面図を示す。図４はアンテナ素子３から給電端子２２までの回路構成例を示す。図５は本発明に係るアンテナ１の動作説明図を示す。図６はアンテナ部分の利得の周波数特性を示す。

図１は本発明に係るアンテ１の分解斜視図であり，本実施例においてはＵＨＦ帯のテレビ信号を受信するアンテナの例を示す。
アンテナ１は，鉄板などの金属で作られた板状のアンテナ素子３と，コイル１０とコンデンサー７で構成される整合回路，トランジスターや集積回路などで構成される増幅回路９，信号出力端子５，前記増幅回路のための電源供給端子６などを備えたプリント基板４と，電波を透過させる材料で作られ，前記板状のアンテナ素子３，前記プリント基板を収容するスペースを有したケース２とで構成されている。尚，増幅回路９は必要に応じてシールドケースに収められる。

板状のアンテナ素子３は，狭いスペースでも周波数特性を広帯域にするためにその形状は略三角形形成され，前記板状のアンテナ素子３の面を前記プリント基板４に略平行に，プリント基板４に形成されたアンテナ素子接続端子２１付近で相互に重なるように，ハンダ付けなどの周知の接続手段により，前記アンテナ素子接続端子２１に接続されている。本発明における接続の方法は，アンテナ素子接続端子２１に設けた孔１６に，先端を折り曲げた板状のアンテナ素子３を差込み，プリント基板４のアンテナ素子接続端子２１の銅箔に直接ハンダ２０により接続している。

このように，アンテナ素子３とプリント基板４の間には，リード線やラグ板などのように高周波信号に影響を及ぼす部品を介していない。なお，アンテナ素子接続端子２１の銅箔の補強のために，先端を折り曲げた板状のアンテナ素子３を差込む孔１６はスルーホールにしている。アンテナ素子接続端子２１付近の断面図を図３（ａ）に示す。

それぞれのアンテナ素子接続端子２１はコンデンサー７を介して給電端子２２に接続される。更に給電端子２２間にはコイル１０が接続され，コンデンサー７とコイル１０とで整合回路を形成している。次に給電端子２２にはバルン８が接続され，平衡不平衡の変換を行い，増幅回路９に接続される。増幅回路９で必要な大きさに増幅された信号は信号出力コネクター１４から図には示されない同軸ケーブル等でテレビジョン受像機などに接続される。

このように組みつけられたアンテナ素子３は，ケース２の所定の位置に所定の方法で取り付けられている。本発明の実施例では，このケース２は例えば金型などで成形された合成樹脂材によるケース本体２ａとケースカバー２ｂとで構成されている。ケース本体２ａは収納空間を有するように１方を開口した箱体で構成される。収納空間の底部には，アンテナ素子３やプリント基板４を支持するための支持片１８を適宜に設けている。アンテナ素子３は支持片１８で支持されると共にビス１１によりケース本体２ａに固着されている。このように，合成樹脂材で作られたケース２に対して空間を設けて，アンテナ素子３を配置しているので，ケース２による電気的性能の影響を受けにくくしている。背面側には前記信号出力コネクター１４を突出させるように孔を設け，更には電源供給コネクター１３に電源供給器を接続するための孔を設けている。また，背面側には図２に示すように，アンテナ１をテレビジョン受像機やテーブルの上に置いて使用できるようにスタンド１５が設けられている。なお，アンテナ１の背面にはアンテナ１を壁面や支柱などにも取り付けたり，図２に示すスタンド１５の代わりに別のスタンドを取り付けたりするための図示されないアダプターを取り付けるための取り付け孔１７を設けている。
ケースカバー２ｂは前記ケース２ａ本体の開口部を周知の固着手段で閉塞するためのものである。

このようにして構成されたアンテナ１は，板状のアンテナ素子３がプリント基板４上のアンテナ素子接続端子２１に直接接続されているので，リード線やラグ板などによる損失や不整合などの影響を無くすることができ，しかも，リード線やラグ板などの部品点数と工数を減らしている。また，リード線のような可動部分が無いので，安定な受信ができる。更に，アンテナ素子３とアンテナ素子接続端子２１とを最短で接続できるので，前記増幅回路９は，アンテナ素子３の接続部分と増幅回路との間の不要な結合を少なくし，発振や不安定な動作を防止できる。

更に，前記板状のアンテナ素子３の面を前記プリント基板４に略平行に，アンテナ素子接続端子２１付近で相互に重なるように，直接接続しているのでアンテナ１を薄くコンパクトにすることができ，アンテナ１をテレビジョン受像機やテーブルの上に置いて使用する場合に設置場所の制約を受けにくくしている。

次にアンテナ素子３を含む回路の動作について，ＵＨＦ帯のテレビ信号受信用のアンテナを例に説明する。ＵＨＦ帯のテレビ信号受信用のアンテナは４７０ＭＨｚから７７０ＭＨｚの広帯域信号を受信することが要求される。
上述したようにアンテナ１をテレビジョン受像機やテーブルの上に置いて使用するためにはアンテナ１をコンパクトにする必要がある。そのためには，限られた大きさのケース２の中に収容されるアンテナ素子３も大きさが限られる。一般的にアンテナ素子３の長さは受信周波数帯域の中心周波数の約１／２波長に設計されるが，このようにすると，アンテナ１全体の寸法が大きくなってしまい，使用場所が限定されてしまう。

本発明に係るアンテナ１では，一対のアンテナ素子３の長さは，使用する周波数帯域の上限周波数で共振するように構成している。即ち，一対のアンテナ素子３の長さは，ＵＨＦ帯のテレビ信号帯域の上限周波数である７７０ＭＨｚで約１／２波長となる長さにしている。
本発明に係るアンテナ１では，一対のアンテナ素子３の長さを，受信周波数帯域の中心周波数である６２０ＭＨｚで設計する場合に比べて約８０％に抑えられている。

次に，整合回路の説明をする。図４にアンテナ素子３から給電端子２２までの回路構成例を示す。一対のアンテナ素子３はそれぞれコンデンサー７を介してそれぞれの給電端子２２に接続すると共に，給電端子２２間にはコイル１０を接続している。
このような構成にすることにより，ＵＨＦ帯のテレビ信号の周波数の上限付近の周波数帯域では，アンテナ素子３と直列に接続したコンデンサー７はリアクタンス値が小さく，コンデンサー７はショートに近い状態となる。また，給電端子２２間に接続したコイル１０はリアクタンス値が大きく，コイル１０はオープンに近い状態となる。このため，アンテナ素子３だけが直接給電端子２２に接続された状態とみなすことができる。図５は，この場合の動作を説明するための，アンテナ素子３から給電端子２２までの等価回路である。

一方，ＵＨＦ帯のテレビ信号の周波数の下限付近の周波数帯域では，アンテナ素子３と直列に接続したコンデンサー７と，給電端子２２間に接続したコイル１０はそれぞれインピーダンスの整合回路として動作する。
上述したように，一対のアンテナ素子３の長さは，ＵＨＦ帯のテレビ信号帯域の上限周波数である７７０ＭＨｚで約１／２波長となる長さにしているので，ＵＨＦ帯のテレビ信号の下限付近の周波数帯域では，一対のアンテナ素子３の長さは１／２波長より短くなる。その結果，アンテナ素子３のみのインピーダンスは，４０オーム程度となる。一方，給電端子２２側のインピーダンスは約７５オームなので，アンテナ素子３と直列に接続したコンデンサー７と，給電端子２２と並列に接続したコイル１０によりインピーダンスの整合をしている。このようにして周波数帯域の広いＵＨＦ帯のテレビ信号を効率良く受信している。

給電端子２２と増幅回路９はバルン８を介して接続されている。バルン８は，アンテナ素子３側の平衡線路を増幅器側の不平衡線路に変換するためのものである。

図６に本発明のアンテナ素子３だけを使用した場合と，本発明に係る整合回路を用いたアンテナ１を使用した場合の利得の周波数特性を示す。なお，図６は増幅回路９を使用しない条件で測定した結果を示したものである。
図６に示すように，本発明に係るアンテナ１を使用した場合は，アンテナ素子３だけを使用した場合に比べて，ＵＨＦ帯のテレビ信号の周波数の下限付近の周波数で利得を約４ｄＢ上げることができる。電波の弱い場所では，アンテナの利得が，信号のＣ／Ｎに直接影響を及ぼすため，利得の周波数特性を広帯域化することは信号のＣ／Ｎを劣化させないために大きな効果がある。

尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，以下に例示するように，本発明の趣旨を逸脱しない範囲でアンテナ素子３の形状並びにアンテナ素子３とプリント基板４上のアンテナ素子接続端子２１との接続方法を適宜に変更して実施することも可能である。

例えば，アンテナ素子３の形状は図１に示す形状に限るものではなく，他の形状であっても良い。なお，指向性を整えるためにアンテナ素子３は曲げ加工を施して角度をつけても良い。またアンテナ素子３の材料は導電材料であれば鉄板に限らず導電性の樹脂材料や，網状に形成したものを使用しても良い。アンテナ素子３と，プリント基板４上のアンテナ素子接続端子２１との接続方法は図３（ａ），（ｂ）に示すように，プリント基板のどちらの面でハンダ付けをしても良い。さらにプリント基板に孔１６を設けて差し込まずにハンダ付けしても良い。アンテナ素３とプリント基板４上のアンテナ素子接続端子２１との接続方法はハンダ付けに限らず，例えばアンテナ素子３をプリント基板４にかしめても良い。アンテナ素子接続端子２１の銅箔を補強するために，先端を折り曲げた板状のアンテナ素子３を差込む孔１６にはハトメを用いても良い。
図１に示す例では増幅回路９を備えたプリント基板４を用いているが，電波の強い場所では，増幅回路９を設けなくても良い。

また，ケース２の内部にＶＨＦ帯域のアンテナ素子を設け，ケース内部で混合して出力しても良い。更に，必要に応じて周波数帯域を制限するフィルターを用いても良い。また，実施例１ではアンテナ素子３全体をケース２に収容した例を示したが，アンテナ素子３の一部がケース２の外に露出するような構成にしても良い。

本発明に係るアンテナの分解斜視図を示す。 本発明に係るアンテナの背面側を示す。 アンテナ素子接続端子付近の断面図を示す アンテナ素子から給電端子までの回路構成を示す。 アンテナの動作説明図を示す。 アンテナ利得の周波数特性を示す。

符号の説明

１…アンテナ，２…ケース，２ａ…ケース本体，２ｂ…ケースカバー，３…アンテナ素子，４…プリント基板，５…信号出力端子，６…電源供給端子，７…コンデンサー，８…バルン，９…増幅回路，１０…コイル，１１…ビス，１３…電源供給コネクター，１４…信号出力コネクター，１５…スタンド，１６…孔，１７…取り付け孔，１８…支持片，２０…ハンダ，２１…アンテナ素子接続端子，２２…給電端子，

Claims (2)

1. 一対の板状のアンテナ素子と，
   前記各アンテナ素子をそれぞれ接続するための一対の接続端子，前記各アンテナ素子に対する一対の給電端子，前記各接続端子と各給電端子との間に設けられた整合回路，前記各アンテナ素子からの受信信号を増幅する増幅回路，及び，前記各給電端子と前記増幅回路との間に設けられた平衡不平衡変換手段，が設けられたプリント基板と，
   電波を透過させる材料にて箱状に形成され，前記一対のアンテナ素子及び前記プリント基板を収納するケースと，
   を備え，
   前記プリント基板は前記ケース内の略中央に固定され，
   前記各アンテナ素子は，一端を折り曲げ，その先端を前記各接続端子の孔に差し込み，ハンダ付けすることにより，前記プリント基板と略平行になり，且つ，前記各接続端子を挟んで前記プリント基板の外側に広がるように，前記ケース内に配置され，
   前記ケース内には，前記プリント基板の外に突出した各アンテナ素子をそれぞれ支持するための支持片が形成されていることを特徴とするアンテナ。
2. 当該アンテナは，ＵＨＦ帯のテレビ信号を受信するためのものであり，
   前記一対のアンテナ素子の長さは，ＵＨＦ帯のテレビ信号帯域の上限周波数の波長に対し約１／２波長となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。

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