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テレビアンテナ（イギリス英語ではテレビアンテナとも呼ばれる）は、テレビ受信機（TV）で使用して、テレビ局から地上波放送（OTA）のテレビ信号を受信するために特別に設計されたアンテナです。地上波テレビは、国によって、超短波帯（VHF）の約47～ 250MHz 、極超短波帯（UHF）の470～960MHzの周波数で放送されています。
テレビアンテナは、屋内アンテナと屋外アンテナの 2 種類で製造されています。屋内アンテナは、テレビの上または横に設置するように設計されていますが、最高の受信状態を得るには、部屋の窓の近くでできるだけ高い場所に設置するのが理想的です。[ 1 ]屋内アンテナで最も一般的なタイプは、VHF チャンネルに最適なダイポール[ 2 ] (「うさぎの耳」) と、UHF に最適なループアンテナです。 [ 3 ]一方、屋外アンテナは、所有者の家の屋根のマスト[ 4 ]または、乾燥した環境と高い位置が受信とアンテナの寿命に有利な屋根裏やロフトに設置するように設計されています。屋外アンテナは高価で設置が難しいですが、テレビ局から遠く離れた周辺地域で適切な受信状態を得るには必要です。これらの最も一般的なタイプは、八木アンテナ[ 2 ] 、ログ周期アンテナ[ 2 ]、および (UHF 用) マルチベイ反射アレイアンテナです。
アンテナの目的は、目的のテレビ局からの電波を受信し、それを微弱な無線周波数交流電流に変換してテレビのチューナーに供給し、テレビ信号を取り出すことです。[ 5 ]アンテナは、無線電流を伝送するように設計された特殊なケーブル（伝送線路 と呼ばれる）でテレビに接続されます。初期のアンテナは、300オームのツインリードと呼ばれる平らなケーブルを使用していました。今日の標準は、干渉を受けにくい75 オームの同軸ケーブルで、テレビの背面にあるF コネクタまたはBelling-Lee コネクタ(地域によって異なる) に接続します。 [ 6 ] ツインリード線路を使用するアンテナからの信号を最新の同軸ケーブル入力に変換するために、線路にはバランと呼ばれる小型の変圧器が使用されます。
ほとんどの国では、テレビ放送は、47～68 MHz の超高周波(VHF) 帯域 (ヨーロッパでは VHF ローバンドまたはバンド I と呼ばれる)、174～216 MHz (ヨーロッパでは VHF ハイバンドまたはバンド IIIと呼ばれる) 、および470～698 MHzの極超高周波(UHF) 帯域 (ヨーロッパではバンド IVおよびVと呼ばれる) で許可されています。[ 7 ] 各帯域の境界は国によって多少異なります。これらの帯域の電波は見通し線で伝搬し、丘や地平線によって遮られるため、地形によってテレビ局の受信範囲は65～95 km (40～60 マイル)に制限されます。
2006年以前に使用されていた従来のアナログテレビでは、VHF帯とUHF帯はテレビ受信機に別々のチューナーが必要で、それぞれに別々のアンテナ入力がありました。電波の波長は光速(c)を周波数で割った値に等しくなります。上記の周波数帯は15:1の波長比、つまりほぼ4オクターブをカバーしています。このような広い波長範囲を受信する単一のアンテナを設計するのは難しく、VHFとUHFの周波数の間には216～470MHzのオクターブギャップがあります。そのため、従来はVHFとUHFチャンネルを受信するために別々のアンテナ(単一の支持ブーム上に別々のエレメントセットを持つ屋外アンテナ)が使用されていました。[ 6 ]
2006 年以降、世界の多くの国が、古いアナログ テレビ規格を使用した放送から、新しいデジタル テレビ[ 8 ] (DTV) に切り替えました。しかし、一般的に同じ放送周波数が使用されるため、古いアナログ テレビで使用されていたアンテナでも新しい DTV 放送を受信できます。販売業者は、既存のアナログ テレビアンテナの代替として推奨される特別なデジタルまたは高精細テレビ(HDTV) アンテナを提供すると主張することがよくあります。これは、不要な機器の販売を促進するための誤った情報であるのがせいぜいです[ 9 ] [ 10 ]最悪の場合、一部のデジタル局が元の高 VHFまたは低 VHF周波数で放送されているローカル市場 (特に北米) では、視聴者は UHF 専用アンテナしか使用できない状態になる可能性があります。
オーストラリアでは、テレビ放送送信機が届かない場所はブラックスポットとして知られています。[ 11 ]東ドイツでは、西側のテレビ信号を受信できない地域はタル・デア・アヌングスローゼン、つまり「無知の谷」と呼ばれていました。
室内アンテナは、テレビ本体に取り付けることも、テレビの横のテーブルに置き、短い給電線でテレビに接続することもできます。スペースの制約から、室内アンテナは屋外アンテナほど大きく複雑なものにすることはできず、高い位置に設置することもできず、建物の壁が電波の一部を遮ってしまうため、一般的に室内アンテナは屋外アンテナほど受信状態が良くありません。[ 6 ]都市部や郊外では、通常、地元のテレビ局の強い電波範囲内にあるため、室内アンテナでも十分です。しかし、農村部の受信不良地域では、屋外アンテナでしか十分な受信状態が得られない場合があります。以下に最もシンプルな室内アンテナをいくつか紹介しますが、デザインや種類は非常に多岐にわたります。多くのアンテナには、受信パターンを変更するためのさまざまな設定を備えたダイヤルが付いています。テレビの電源を入れたまま、画面を見ながらダイヤルを回して、最適な画像が得られるまで調整してください。
最も古く、最も広く使われている（少なくとも米国では）屋内アンテナは、ウサギの耳またはうさぎの耳と呼ばれるもので、新しいテレビに付属していることが多い。[ 6 ]これは、米国では54～88MHz （バンドI）と174～216MHz （バンドIII ）からなるVHFテレビ帯域を受信するためのシンプルな半波長ダイポールアンテナで、波長は5.5～1.4m （18～5フィート）である。ベースに取り付けられた2本の伸縮ロッドで構成されており、約1m（3.3フィート）の長さ（54MHzで約1/4波長）まで伸び、使用しないときは折りたたむことができる。最適な受信のためには、ロッドを、受信するテレビチャンネルの周波数で1/4波長より少し短く調整する必要がある。ただし、ダイポールは帯域幅が広いため、長さを調整しなくても十分な受信が得られることが多い。
ウサギの耳の測定された利得は低く、約 -2 dBi、または 半波長ダイポールに対して -4 dB です。[ 6 ] これは、大型の屋上アンテナほど指向性が高くなく、遠方の局に対して感度が低いことを意味します。それでも、広角の受信パターンにより、チャネルが変更されたときに再調整を必要とせずに、異なる方向にある複数の局を受信できる可能性があります。ダイポールアンテナは双方向性です。つまり、反対方向に 2 つのメインローブがあり、180° 離れています。他のアンテナのように位置が固定されているのではなく、エレメントはボールアンドソケットジョイントに取り付けられています。V 字型にさまざまな角度に調整できるため、混雑した場所で邪魔にならないように移動できます。V 字型のもう 1 つの理由は、ロッドを完全に伸ばした状態でバンドの上限のチャネルを受信すると、アンテナエレメントは通常、第 3 次高調波で共振するためです。このモードでは、最大利得の方向 (メインローブ) はもはやロッドに垂直ではありません。とはいえ、放射線パターンには棒状電極に対してある角度でローブが生じるため、様々な角度に調整できることが有利となる。
ポータブルテレビの中には、ホイップアンテナを使用するものがあります。[ 6 ]これは、テレビに取り付けられた長さ約1メートル（3.3フィート）の伸縮式ロッド1本で構成されており、使用しないときは巻き取ることができます。これは、 1/4波長モノポールアンテナとして機能します。給電線のもう一方の端は、テレビの回路基板上のグランドプレーンに接続されており、グランドとして機能します。ホイップアンテナは一般的に無指向性の受信パターンを持ち、アンテナ軸に垂直な方向で最大の感度を持ち、利得はウサギの耳アンテナに似ています。
UHFチャンネルは、多くの場合、シングルターンループアンテナで受信されます。[ 6 ]ラビットイヤーアンテナはVHF帯のみをカバーするため、すべてのテレビチャンネルをカバーするために、同じベースに取り付けられたUHFループと組み合わせられることがよくあります。もちろん、これは国や地域によっても異なります。たとえば、英国とアイルランドでは、地上波テレビ放送はUHF帯のみで行われているため、ループアンテナが必要となり、ラビットイヤーはFMラジオの受信にのみ役立ちます。[ 12 ] [ 13 ]
屋内アンテナの最近の現象としては、軽量で薄く、通常は正方形の形状をしたフラットアンテナがあり、より全方向の受信が可能であると謳われています。また、現代のミニマルな住宅デザインにより合致しているとして販売されています。[ 14 ]フラットアンテナにはスタンドが付いている場合もあれば、壁や窓に掛けることもできます。[ 15 ]内部的には、薄くて平らな正方形は、導電性プラスチックに円形の金属配線が埋め込まれたループアンテナです。
郊外や受信エリアの端で十分な受信を得るために高利得アンテナが必要な場合、通常は屋外指向性アンテナが使用されます。ほとんどの単純なアンテナは応答がゼロになるヌル方向がありますが、有効な利得の方向は非常に広くなっています。対照的に、指向性アンテナはほぼ一方向性の放射パターンを持つことができるため、アンテナの正しい端をテレビ局に向ける必要があります。アンテナ設計が（ダイポールと比較して）より高い利得を提供すると、放射パターンの主ローブは狭くなります。屋外アンテナは、アナログテレビで信号強度を最大 15 dB 増加させ、ゴースト信号を 15～20 dB 多く除去します。[ 6 ]高さによる 14 dB の信号増加と、減衰する建物の壁がないことによる 11 dB の信号増加と組み合わせると、屋外アンテナはテレビ受信機で最大 40 dB の信号強度増加をもたらす可能性があります。[ 6 ]
屋外アンテナの設計は、多くの場合、八木・宇田アンテナ[ 16 ] または対数周期ダイポールアレイ（LPDA）[ 17 ]に基づいています。これらは、テレビ信号の波長の約半分の金属棒からなる複数の半波長ダイポール素子で構成され、支持ブーム上に一列に取り付けられています。これらは共振器として機能し、入射電波の電界が棒内の電子を前後に押し、棒内に振動電圧の定常波を生成します。アンテナは、棒素子の数を少なくすることも多くすることもできます。一般的に、素子の数が多いほど、利得が高く、指向性が高くなります。主にUHF受信に使用されるもう1つの設計は、反射アレイアンテナで、垂直金属スクリーンの前面に複数のダイポール素子が取り付けられています。
テレビ放送帯域は周波数が広すぎて単一のアンテナではカバーできないため、VHF 帯域と UHF 帯域用に別々のアンテナを使用するか、VHF/UHF 複合アンテナを使用するかの 2 つの選択肢があります。[ 6 ] VHF/UHF アンテナは、同じサポート ブームに取り付けられた同じ給電線に給電する 2 つのアンテナを組み合わせたものです。VHF 周波数を受信するより長いエレメントはブームの後部に配置され、多くの場合、対数周期アンテナとして機能します。UHF 局を受信する短いエレメントはブームの前部に配置され、多くの場合、八木アンテナとして機能します。
指向性アンテナは送信アンテナに向けなければならないため、受信するテレビ局が異なる方向にある場合は問題となります。このような場合、異なる送信機に向けられた2つ以上の指向性屋上アンテナを同じマストに取り付け、1つの受信機に接続することがよくあります。最適なパフォーマンスを得るために、フィルタまたは整合回路を使用して、各アンテナが同じ伝送線路に接続された他のアンテナの性能を低下させないようにします。別の方法として、回転装置に取り付けられた単一のアンテナを使用する方法もあります。回転装置とは、テレビの横にあるダイヤルを回すとアンテナを新しい方向に回転させるリモートサーボシステムです。
テレビ送信機は、特定の地域の受信機がUHFテレビの全スペクトルの比較的狭い帯域の送信を同じ方向から受信するだけで済むように意図的に配置される場合があり、それによって高利得のグループアンテナの使用が可能になる。
アンテナは一般的に屋上や屋根裏に設置されます。アンテナを屋内に設置すると、受信できる信号のレベルが大幅に減衰します。[ 18 ] [ 19 ]指向性アンテナは受信する送信機に向けなければなりませんが、ほとんどの場合、高い精度は必要ありません。特定の地域では、すべてのテレビ送信機がほぼ同じ方向に配置され、周波数が十分に近接しているため、1つのアンテナですべてを受信できる場合があります。1つの送信所から複数のチャンネルの信号が送信されることがあります。CABD （communal antenna broadcast distribution）は、無線周波数で送信される無料のTV/FM信号を受信し、視聴者に配信するために建物内に設置されるシステムです。[ 20 ]
アナログテレビ信号は、画像にゴーストが発生しやすく、画像内のエッジがぼやけて繰り返されているように見える、間隔の狭い複数の画像が映り込みます。これは、信号が近くの物体（建物、木、山）から反射されるためです。信号は強度や遅延の異なる複数のコピーとして受信されます。これは他の伝送とは異なります。アンテナを慎重に配置することで、さまざまなチャンネルのゴーストを最小限に抑える妥協点を見つけることができます。ゴーストは、同じ受信機に接続された複数のアンテナが同じ放送局を受信した場合にも発生する可能性があります。特に、それらをスプリッター/マージャーに接続するケーブルの長さが異なる場合や、アンテナ同士が近すぎる場合に発生します。[ 21 ]アナログテレビは、ゴーストが発生しないデジタルに置き換えられつつあります。アナログ信号でゴーストを引き起こす同じ反射信号は、デジタルでは視聴可能なコンテンツをまったく生成しません。ただし、この場合、干渉により画質が著しく劣化します。
アンテナはさまざまな方法で屋根に取り付けられますが、通常は屋根より上に持ち上げるためにポールに取り付けられます。これはほとんどの地域では十分です。しかし、深い谷や高い建物の近くなど、場所によっては、支線付きマストや支柱を使用してアンテナをかなり高い位置に設置する必要がある場合があります。アンテナを屋内に接続するワイヤーは、ダウンリード線（またはドロップケーブル）の長さが長くなるほど、ケーブル内の信号劣化は大きくなります。特定のケーブルを使用することで、この傾向を軽減できる場合があります。
アンテナを高く設置するほど、性能は向上します。ゲインの高いアンテナは、受信したい方向からの弱い信号も受信できます。途中の建物、地形（山など）、密林などは信号を弱めますが、多くの場合、信号が反射されるため、使用可能な信号が残ります。高所に設置された複雑なアンテナには、構造物が倒壊したり、天候によって破壊されたりするなど、物理的な危険が伴います。また、許可を得ずに構造物の高さを制限するなど、さまざまな地方条例が存在します。例えば、米国では、1996年の電気通信法（無線受信装置OTARD規則）により、「所有者または賃借人」[ 22 ]は、「所有する、または排他的に使用もしくは管理する不動産」 [ 22 ]に「ローカルテレビ放送信号を受信するように設計されたアンテナ」を設置する権利を有するが、 「屋根線から12フィート[3.5m ]を超える高さのマストは、地域の許可要件の対象となる場合がある」[ 23 ] 。
前述の通り、アンテナの欠点を補うのに十分な信号強度がある屋内では、アンテナを設置できます。アンテナはテレビ受信機に差し込み、受信機の上部（セットトップボックス）など、都合の良い場所に設置します。最適な画像を得るためには、設置場所を試行錯誤する必要がある場合もあります。屋内アンテナは、一般的にTVブースターと呼ばれるRF増幅器によってさらに性能を向上させることができます。屋内アンテナの受信は、信号が弱い地域では問題となる場合があります。
屋根にアンテナを設置しないことが望ましい場合もあります。このような場合、屋外用に設計されたアンテナは屋根裏やロフトに設置されることが多いですが、屋根裏用に設計されたアンテナも入手可能です。アンテナを屋内に設置すると、地上からの高さが低く、間に壁があるため、性能が著しく低下します。ただし、信号が強い地域では、受信は満足できる場合があります。[ 19 ]アスファルトシングル、屋根フェルト、合板の屋根デッキの1層で、信号は約半分に減衰すると考えられています。[ 24 ]
異なる方向にある送信機からの信号を受信したい場合がある。これは、電動モーターで駆動する回転装置を使用してアンテナを目的の方向に回転させることで、一度に 1 つの局に対して実現できる。あるいは、目的の送信機にそれぞれ向けられ、適切な回路で結合された 2 つ以上のアンテナを使用することもできる。アンテナ同士が干渉しないようにするには、ブーム間の垂直間隔は、受信する最低周波数の波長の少なくとも半分でなければならない (距離 = λ / 2)。[21 ] 54 MHz (チャンネル2 )の波長は5.5 m (18 フィート) (λ × f = c ) なので、アンテナは最低2.25 m (90 インチ)離れている必要がある。また、アナログ受信でゴーストを引き起こす位相の問題を防ぐために、アンテナを信号スプリッタ/マージャーに接続するケーブルの長さが正確に同じであることも重要である。つまり、両方のアンテナが同じ局を受信してしまう可能性がある。ケーブルが短い方の信号は受信機にわずかに早く到達するため、受信機にはわずかにずれた2つの画像が送られます。ダウンリードケーブルの長さが同じ場合でも、位相の問題が発生する可能性があります。バンドパスフィルタや信号トラップを使用することで、この問題を軽減できる場合があります。
屋根裏部屋など高さが限られた空間でよく見られるように、複数のアンテナを並べて設置する場合、アンテナ同士の間隔は、最も近い地点で受信する最低周波数の波長分以上離す必要がある。
複数のアンテナが使用される場合、1つは同じ場所に設置された複数の局を対象とし、もう1つは異なる方向にある単一の送信機を対象としていることが多い。