u.D.C.る21.39る.る77.5.029.る3:る21.397.72
UHF一丁V放送用デンヽイドレス形双ループアンテナ
Non Dehydrate TypeStacked
Loop Antenna for竹
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Kazuo Takeval(i UHF-TV Broadcasting山
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Mitsl】nObu Yamaura 土方
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Hisao Hijikata要
旨
難視聴地域解消のため各地にテレビ中継局が建設されているが,年々そのサービスエリヤは小さくなり,山間僻地(へきち)が主になってきた｡そのため工事保守点検の容易なことに加えて,経済性が要求されるに
至った｡そこで従来のアンテナ系を基礎に,上記要求を満たすため検討を重ねた結果,小電力用として満足
できるデハイドレス形双ルーフ0アンテナ系を開発することができた｡本報告はデハイドレス形双ループアン テナの構造,特性を中心に,給電系に使用される部品について紹介する｡ 表1 変更点の比較l.緒
官難視聴地域解消のためのテレビ中継局は,その数が増すととも
に山間僻地が多くなり,サービスエリヤレトさくなってきた｡そ
のため地形に合わせたアンテナ承が要望され,特に小電九
大き いビームチルト,任意の送信パターンなどの電気的特性のほかに 工事保守点検が容易であるとともに,信頼性,経済性が特に要求 きれるに至った｡このことはサービスエリヤのパターンに最も近 い送信パターンを作り,機動力が期待できない僻地の山頂などで工事を行なう関係から,扱いやすく工事が簡単なアンテナ系が必
要になったことを意味している｡またこれらのテレビ中継局は無
人局なので信頼性が高いと同時に保守点検が容易なこと,雪,氷
などにより,その特性の変化が少ないことなども考慮に入れなけ
ればならない｡従来からテレビ中継局には主として双ループアン
テナを使用してきたが,これは機械的なビームチルトがかけやす いこと,任意の送信パターンが得られること,特性が良いことなどから,最近ますます増加する傾向にある｡筆者らは日本全国の
テレビ中継局のアンテナ系の設計製造および工事を担当し,上記 要求を満たすデハイドレス形双ループアンテナ系について開発を 行なうと同時に,数多くのテレビ中継局の建設を行なってきた｡ 本報告はデハイドレス形双ルーフ0アンテナの構造と特性を中心に, 本アンテナ系の給電部品についても解説する｡2.おもな変更点
本アンテナの変更点を従来形と比較したのが表1である｡おもなところ【ち給電点インピーダンスを送信機および給電系インピー
ダンスの50記と一致させたこと,デハイドレータなどの空気充填(てん)装置を不要にしたこと,重量を軽くして工事が容易に行な
われるようにしたことなどである｡ただし,最大入力電力および速度庄は実情に合うよう100W,210kg/m2とした｡
3.構造
と特性
3.1バ ンド 区分従来テレビ中継局用のチャンネルは33cも∼62chが割り当てられ
ていたが,今回さらに13ch∼32chが追加され13ch∼62chが使用で きるようになった｡そのためデハイドレス形双ルーフ0アンテナも 仝チャンネルをカバーできるよう,バンド区分を行ない標準化を 図った｡表2はそのバンド区分を示したものである｡ * 日本放送協会 ** 日立電線株式会社 44 項 目 デハ イド レ ス形 従 来 形 備 考 双ループアンテナ 双ルーフqアンテナ 入力インピーダンス 50記 72Q 入 力 電 力 100W以下 500W以下 分岐給電線 *8D-BTXE 5γ8Al被ケーブル *日本放送協会仕様 CX-8D デハイドレータ 不 要 要 速度圧 反射板 210kg/m2 300l【g/皿2 耐食アルミ合金 亜鉛メッキ鉄板 防雪 カ バー ◆● 耐候性プラスチック FRP 叫AAS 重 量 13kg 35kg 4L双ルーフ0アンチ ナ(4LAl形) 表2 デハイドレス形双ループアンテナのバンド区分 2L双ル【プアンテナ 4L双ルーフ0アンテナ 6L双ループアンテナ 形 名 適用チャンネル 形 名 適用チャンネル 形 名 適用チャンネル 2LDl 2LD2 2LD3 2LD4 2LCl 2LC2 2LC3 2LBl 2LB2 2LB3 2LAl 2LA2 2LA3 13∼17 15-19 17∼22 20-25 23-28 26∼31 29∼35 33∼39 37-43 41-47 44-51 49-56 54∼62 4LDl 4LD2 4LD3 4LD4 4LCl 4LC2 4LC3 4LBl 4LIi2 4LB3 4LAl 4LA2 4LA3 13∼17 15∼19 17∼22 20∼25 23-28 26-31 29-35 33-39 37-43 41-47 44∼51 49-56 54-62 6LDl 6LD2 6LD3 6LD4 6LD5 6LD6 6LCl 6LC2 6LC3 6LC4 6LC5 6LBl 6LIi2 6LB3 6LB4 6LB5 6LAl 6LA2 6LA3 6LA4 6LA5 13∼-15 14∼17 16∼19 18-21 20-23 22∼25 23-27 25∼29 27-31 29∼33 31∼35 33-37 35-39 37-41 39-44 42∼47 44∼49 47∼52 50-55 53∼58 56∼62 注:2L:2素子形,4L:4素子形,6L:6素子形を示す｡3.2 構 造 双ループアンテナは周知のようにループを直列に並べてタイポ ールアレイを形成したものであるが,デハイドレス形双ループア ンテナは従来形に比べて次のような特長を持っている｡ 1 2 3 反射板に耐食アルミ合金を使い,モノコック構造である｡ 給電点は50Rで,8D-BTXEが使用できる｡
デハイドレータが不要なように,内部空隙(げき)容積をで
きるだけ小さく した｡(4)防雪カバーには耐候性70ラスチック(AAS)を使用した｡
など取扱工事保守点検を容易にし,かつデハイドレスなど経済 的な構造にした点があげられる｡図1はデハイドレス形4LA形 双ルーフ0アンテナの構造を,図2はヂハイドレス形双ルーフ0アン テナの外観を示したものである｡ 14-8穴 M6六角ポ/しト 210 250 250---一十-25 250 210 シ"トバ･′キ㊦去表￣
ま_亡
20D ､匂, (l〇 純板 害㊤ --1,45(ト ーーー ー1,460-附モカパー j__ヒ⊃i 訓ぇ射駁ヤ
;反射板 寸 亡h ラッ7ショートパー ツシャ 9六 億考 l.塗装;シル′く-?扶 ただLジャンパー防雪カバ お.土び電シ掴堀態茄分i絹 2.約寸法:まチルト角三:よ1 蜜化十る 図1 デハイドレス形双ループアンテナの構造(4LA形) 6L及ル叩プアンテナ 4L双ループアンテナ 2L双ル【プアンテナ 図2 デハイドレス形双ループアンテナの外観 0リ 30: ノり ⊥J 60: 90q ロコ 1.￠--3.ロー1 5.叫 6.恥-＼jO勺:トニ＼
60D/
/′ 2LAl形 0 9 0 9 900 9げ 0 亡U ′/ ′/ UHF-TV放送用デハイドレス形双ルーフ0アンテナ 3.3 単体の電気特性 3.3.1水平指向性と垂直指向性 双ループアンテナの水平指向性は,次の式で示される｡ 水平指向性(1)か(￠)=か｡(￠)･Sin(号cos￠)…･･(1)
β｡(￠)=〔ム(si叫)十J2(si叫)〕cos￠
Jo,J2:ベッセル関数(1)式は反射板に副反射板がない場
合の双ルーフ0アンテナの水平指向性で あるが,デハイドレス形双ルーフ0アンテナの場合,反射板幅を特に狭く
し副0
♂ ---Y-入/4 ￣†え射枇 339反射板を付けているので,パターンは
両サイドでしばられて(1)式に等価な指向性が得られるようにして
いる｡これは合成した場合,受風面積を小さくするとともに,合 成面の落込みを少なくすることを目標にしたためである｡ 垂直指向性(2) 垂直指向性は1波長ループアンテナのアレイとして計算される｡ 図1に示す構造で4素子双ループアンテナの場合を例にとって示 すと次式のようになる｡か(β)=〔1.06cosj
方＋22β｡(β)
sin桝十cos子旦害旦sin郎･
･(2)
β8(β)=〔Jo(sin♂トム(sinβ)〕･Sim(言cosβ)
図3はデハイドレス形双ルーフ0アンテナの水平垂直指向性を示 したものである｡ 図4は4LAl形双ループアンテナの水平指向性の電力半値角 45度方向レベルを,図5は同じく垂直指向性の電力半値角,第1 ヌルレベル,第1サブロープレベルの周波数特性を示したもので ある｡これより第1ヌルレベル,第1サブロープレベルは周波数 が高くなれば高くなることがわかる｡これは相対的なスタック間 隔が広くなるためであると考えられる｡ 3.3.2 利 得 一般にアンテナの利得G(3)はβ;(￠)
βご(β)
G=4打■f編
▲ノZ＼γノJ汀榊)s舶∫β
‥……‥=‥…･･(3)
で表わされ,パターンの半値角および形状に影響される｡すなわ ちパターンの半値角,サイドローブ,ヌルレベルは小さいほど利 得は高くなることを示している｡ 図6は2LAl,4LAl,6LAl形双ルーフ0アンテナの相対利得周波数特性である｡4L,6L双ループアンテナは周波数が高
ハU ′慧一 ニ≡智磨 ＼′ト / ＼ ∵ 誠＼/ぺ γ <=> 6 0 9 0 9 //√￣￣￣￣二≡1 . 三1 ′ノータ喜 ′′′′･尊】 日た 0し .外† ,り 30凸J
90D 900 /′八′ / 4LAl形 図3 デハイドレス形及ループアンテナの水平垂直指向性(6別)MHz) 6LAl形340 日 立
評
論
5 0 5 ∧U 7 7 6 6 (軸) も ぜ車外キ紳 5 5 5一 [q 手￣6 _ゝ l_n ｢寸l -7 270b 3dBdown@
180ロ 656 662 668 674 680 686 692 6g8 704 周波数(MHz) 年50方向 レ/ヾル 900 図4 4LAl形の水平指向性の電力半値角, 45度方向レベル一周波数特性 (榊二 屯母型升荷田 (血弓)ミてユ上､こ鯨 (出弓) ⇒て上ト1Dトキ【綜 (U ■.〇 〇 5 1 1 2 2 一 一 一 一 図5 (爪勺) 監｢一件 2700卓
トー4LAl形→
27げ孝
トー4LAl形---+
Bdov¶ 90一 第1jZルレベル 第1サブロープレべ八 900 656 662 668 674 680 686 692 698 704 掛皮数(MHz) 4LAl形の垂直指向性の電力半値角,第1 ヌルレベル,第1サブロープレペルー馬渡数特性 15 14 13トー6LAl形----+
些旦j些 2LAl形 6L鼠ループアンテ十 (6LAl聖J) 4L双ループ■アンテナ (4LAl型) 2L叔ループアンテナ (2LAl型) 656662668674680686692698704 周波数(MHz) 図6 デハイドレス形双ループアンテナの相対利 得一周波数特性 くなれば利得は若干下がることがわかるが,これは図5に示すように 電力半値角は若干小さ〈なるが,第1ヌルレベル,第1サブロー プレベルが相当大きくなるためである｡また2L双ループアン テナについては第1ヌルレベル,第1サブロープレベルの増大よr)半値角が小さくなる割合が大きくなるため,利得としては上が
るものである｡ 46 一 (軸) 収歴世亡拇 ⅤOL.54 NO.4 β=0凸 ＼-ダ 十町 / l † 給 電 4L夜ループアンテ十 (4LA川ラ683MHz) 6L双ル【プアンテ｢ (6LAl形674MIl‡) 1972 -100-80-60-40-20 0十20＋40＋60＋8り十100 方位角♂(度) 図7 デハイドレス形双ループアンテナの位相指向性 3.3.3 位相指向性 図7は位相指向性を示したものであるが,正面より離れるに従 い､位相が遅れることを示している｡ 3.3.ヰインピーダンス特性
双ルーフ0アンテナの帯域は指向性パターン帯域よりインピーダ
ンス帯域で表わすのが普通である｡図8はデハイドレス形双ルー
プアンテナのVSWR一周波数特性を示したものであり,VSWR l.1以下に2Lアンテナで約別)MHz,4Lアンテナで約70MHz,6 Lアンテナで約50MHzの帯域となっている｡ 【ヒ 喜: ∽ >･ l.15 1.1 1.05芸ヒ急i覧榊
6LAl形帯域 ′---/ ′′′//
2L双ループアンテナ2LAl形 4L双ループアンテナ4LAl形 6L叔ループアンテナ6LAl形 620 640 660 680 7α) 720 740 760 周波数(MHz) 図8 デハイドレス形双ループアンテナのVSWR 周波数特性 3.4 合成水平指向性 サービスエリヤにマッチした指向性パターンを得るためにアン テナ単体を組合せ合成し,かつ送信場所によってはチルトをかけることがテレビ中継局において普通に行なわれている｡最も一般
的な組合せは配置角が90度,120度であるが,複雑な地形の場合は
配置角を次の合成指向性パターン計算式により求めている｡
E㈱=蓋ノ元二刀g(≠g)e叩パ警s㌦｡賊＋♂∬(≠∬)‡,
駐1(足=1,2,3…Ⅳ)
･…･(4)
図9は4L双ループアンテナの90度,120度配置,チルト0度の 合成パターンである｡ 図10は4LAl形3面90度配置でチルトが変化した場合の指向 性パターンである｡機械的にチルトをかけた場合の合成指向性パターンの計算はチルトなしの場合の合成計算式で,座標変換を行
なえば容易に求めることができる｡チルトが大きくなると合成面の
落ち込みも大き〈なるのが特徴である｡図‖は4LAl形アンテナ配置角100度,チルト各面0度,電力分配比A面:B面=2:1,
A面2段スタック,B面1段の場合の合成指向性パターンである｡UHF-TV放送用デハイドレス形双ループアンテナ
341 OQ 90度配置 120度配置 270 270 270 2700 2 300 1 300 ノ､∞ 撃 300一書
軸 蒜 騎田;;窪､6｡｡
芸変/‡
/￣/ 40q 2100l六＼￣こ藍￣一二
マ￣￣､､
5:-一一･く＼J120 3.0一ヤ l･01508 1808 00 3300 1･叫-___ 30d/:ノ＼_一上慧
■､..:岩こ J ノ -一卜lし-＼
2400 /＼＼-ノーーー
＼ 120 3.トト†ノノ＼＼､ノく / ､し/一キ 210q ､､7￣--l･0一十ノ￣￣￣1150d 90D 270 900 270 00 00 330勺 ､/-′￣†￣￣ γ十)1_--一遇 ■､+早ま 3000′ヾ＼､メ､/十妄 ､∨て￣菅､/＼＼＼､＼､＼キ､.､試警
￣､-､-/_---f--一二手_去;還･
1≠1､----_上300 /転三‡ウニニ＼′Aノ/60｡
l一二搬/シソ′･･′
-￣十￣￣_ラ軍;雫
/′/′十J-/∴粁土
2400二㌔ノ′＼ナーーー_;__
考＼＼■･＼ ＼120 ＼ 2100 ＼ 仙￣ノ 1500 90d 270 3300 トー′ 1,ト_ _ 300 ､.塩 し勺 3.トノー____′′￣￣￣＼300ロノ′/ノヾ､ぺご■ゝキー二塁
/､＼､･･.巷メ ′､■､､政一.十/子¥箋･≧､.
.送籍‡三､一事芋蔓_…げ
1-__■■㌧ミ′Jトニ三.讃･き
､､v ㌧/ゝ′＼∴/1ぺ+_ 2400/八､.′-ト ゝ//メ′/ _J5･01･｢て･二､Jノr∴120
､-+ ､/ 30｢/＼＼ ､､1 / 2100 川一＼ 150｡ 9げ 180■ 0心 33げ＼____十- 1一打-→-_＼･ 30b ､･.､■麿 ′/十￣￣￣￣些300り-ぅ′′∴ぷ∴や羞
/什--ノ･′■￣一縦:悪
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鞍吏メ､/.′
ノノキ￣￣￣ lllト∴確, 二＼.-＼-/ 2400ノ＼ノ＼ノ′-コニ■苧賢妻≡軌〔ブ
1い5去壬/12｡
210勺 3.ひ十′￣ 】･け--/150D 900 18げ 18げ 180d 2 面 3 面 4 面 図9 デハイドレス形4L双ループアンテナの合成水平指向性実測値(チルト0度,鵬3MHz,等電力分配) 00 330 1.8 ＼ 300 / ロコ3二7/紺
虚妄/_______/′
▲也 300 -ノ妄 冨! 潜■ 蛤 侭ぜ . ￣￣￣十十､-＼こ㌍､＼鞋＼-､
＼:二拉12｡8
3. l･150d / 2400 2100 18げ チルト0度 90- 270 00 00 3300 /亡q 】一恥 300 3. 300□ 芸 / 荒 ￣￣ナ＼ 潔 5･ 600 1 田く=こ 甘好. l / 2400 2100 1 6･120｡ 3. l･1500 900 270 3308雪.
1.D 30q 3･､/ 308｡喜
6帖こノ/㌔′ノ60D
､一十柑箋
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-ノン/ /′/// .寸 // 240一門二
ノ′､￣￣十-/よ襲享ミJけ----`
5二媒ネ､ニそ:/二､■丁712｡
3･01//
210D l･0 ￣/ 1500 1800 1800 チルト7度 チルト15度 図10 4LAl形アンテナ3面90度配置でチルトが変化した場合の合成水平パターン(等電力分配) 4LAl形 周波敦700M月丑 0□ A面 師 330b 段 数 2段 1段 1.小 電力分配比 2 1 ゝ′一/￣石 ⊥一三3･3000-＼ナ/＼､′′〕芸【
う､′′＼世■ ￣J､､､潜ミ 0●0▲治■段/旨完㌫1るA佃噛位相
≡幣/話芸這…貰冒こ｡
一計算値ぎ叫 l ＼ 1 ＼ 図11サービスエリヤに合わせた水平指向 性パターンの例 ∈はB面に対するA面の進み位相差であり,この号を変えること により合成面のパターンを若干変化させることができる｡以上のようにアンテナ単体,チルト,配置角,電力分配などを適当に組
み合わせることにより,きめの細かい経済的なサービスを行なう ことができるのが双ループアンテナの特長である｡ 9084.給
電
部
品 デハイドレス形双ループアンテナに使用される給電部品としては,アンテナの性能をフルに発揮できるようWX-20D形を採用し,
デハイドレス形として完全を期した｡給電部品としてはジャンク ションボックス,T形電力分配器,アダプタ,8D-BTXE分岐 給電線,1分配アダプタなどがあるが,アダプタ,.8D-BTXE分岐給電線,1分配アダフ0タはUHF帯全域にわたってVSWRl.05
以下,ジャンクションボックスとT形電力分配器は表3に示すよ 表3 給電部品のバンド区分 形 名 通用チャンネル D 13-25 C 23∼35 B 33-47 A 44∼62342 日 立
