テレビアンテナ

テレビアンテナは、テレビ局から地上波無線放送 (OTA) のテレビ信号を受信するためにテレビ受信機(TV)で使用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、さまざまな国で、超短波(VHF) 帯域の約 47 ～ 250 MHz、極超短波(UHF) 帯域の 470 ～ 960 MHzの周波数で放送されています 。

テレビアンテナには、屋内アンテナと屋外アンテナの2種類があります。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、受信状態を良くするためには、部屋の窓の近く、できるだけ高い位置に設置するのが理想的です。^[1]最も一般的なタイプの屋内アンテナは、VHFチャンネルに最適なダイポール^[2] （「ラビットイヤー」）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、乾燥した条件と高い標高が受信とアンテナの寿命に有利な、所有者の家屋の上のマストに取り付けるか、 ^[4]ロフトや屋根裏に取り付けるように設計されています。屋外アンテナはより高価で設置が難しいですが、テレビ局から遠く離れた辺境地域で適切に受信するために必要です。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、受信したいテレビ局からの電波を傍受し、それを微小な無線周波数の交流電流に変換し、テレビのチューナーに流してテレビ信号を取り出すことです。^{[5]アンテナは、}伝送線と 呼ばれる無線電流を運ぶために設計された特殊なケーブル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、干渉の影響を受けにくい75オームの同軸ケーブルで、テレビの背面にあるFコネクタまたはベリング・リー・コネクタ（地域によって異なります）に差し込みます。 ^[6] ツインリード線を使用するアンテナからの信号を現代の同軸ケーブル入力に変換するために、バランと呼ばれる小さな変圧器が線で使用されます。

ほとんどの国では、ヨーロッパでVHFローバンドまたはバンドIと呼ばれる47〜68MHzの超短波（VHF）帯域、ヨーロッパでVHFハイバンドまたはバンドIIIと呼ばれる174〜216MHz 、およびヨーロッパでバンドIVおよびVと呼ばれる470〜698MHzの極超短波（UHF）帯域でのテレビ放送が許可されています。^[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移動します。丘や視程によって遮られるため、テレビ局の受信エリアは地形に応じて65〜95km（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標準アナログテレビでは、VHF 帯と UHF 帯にはテレビ受信機内に別々のチューナーが必要で、それぞれに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ことは困難であり、VHF 周波数と UHF 周波数の間には 216 MHz から 470 MHz のオクターブのギャップがあります。そのため、従来は、VHF チャンネルと UHF チャンネルを受信するために別々のアンテナ (単一の支持ブームに別々の要素セットを備えた屋外アンテナ) 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。ただし、一般的には同じ放送周波数が使用されるため、古いアナログテレビに使用されていたアンテナで新しいDTV放送も受信できます。販売者は、既存のアナログテレビアンテナの交換品として、特別なデジタルまたは高精細テレビ(HDTV) アンテナを供給すると主張することがよくありますが、これは、よくても、不要な機器の販売を促進するための誤報であり、^{[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周波数のままである地域市場 (特に北米) で、視聴者がUHF専用のアンテナを受け取ることになる可能性があります。

テレビ放送の送信機が届かない場所はオーストラリアではブラックスポットとして知られている。^[11]東ドイツでは、西側のテレビ信号を受信できなかった地域は「無知の谷」、つまり「Tal der Ahnungslosen」と呼ばれていた。

屋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立てて短い給電線でテレビに接続することもできます。スペースの制約により、屋内アンテナは屋外アンテナほど大きくて複雑なものにすることはできず、屋外アンテナほど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ります。これらの理由から、屋内アンテナは一般に屋外アンテナほど良好な受信状態になりません。^[6]都市部や郊外では、地元のテレビ局の強い電波の範囲内であれば、屋内アンテナで十分です。それでも、田舎の受信エリアの外れでは、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屋内アンテナをいくつか説明しますが、デザインやタイプは多種多様です。多くのアンテナには、アンテナの受信パターンを変更するためのさまざまな設定ができるダイヤルが付いています。最良の画像が得られるまで、画面を見ながらダイヤルを回してください。

最も古く、最も広く使用されている（少なくとも米国では）屋内アンテナは、新しいテレビに付属していることが多いラビットイヤーまたはバニーイヤーです。 ^[6]これは、米国では54〜88 MHz（バンドI）および174〜216 MHz（バンドIII ）の波長5.5〜1.4 m（18〜5フィート）のVHFテレビバンドを受信するために使用される単純な半波長ダイポールアンテナです。これは、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1 m（3.3フィート）の長さ（54 MHzで約4分の1波長）まで伸び、使用していないときは折りたたむことができます。最良の受信のためには、ロッドを⁠より少し短く調整する必要があります。1/4⁠ 受信するテレビチャンネルの周波数での波長。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達成されることがよくあります。

ラビットイヤーの測定利得は低く、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、大きな屋上アンテナほど指向性がなく、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、広角受信パターンにより、チャン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、180°離れた反対方向に 2 つのメインローブがあります。他のアンテナのように位置を固定するのではなく、エレメントはボールソケットジョイントに取り付けられています。V 字型のさまざまな角度に調整できるため、混雑した場所では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部でチャンネルを受信すると、アンテナエレメントが通常、3 次高調波で共振するためです。このモードでは、最大ゲインの方向 (メインローブ) はロッドに垂直ではなくなります。それでも、放射パターンはロッドに対して角度をなしたローブを持つため、さまざまな角度に調整できるという利点があります。

ポータブルテレビの中には、ホイップアンテナを使用しているものもあります。^[6]これは、テレビに取り付けられた約1メートル（3.3フィート）の伸縮ロッド1本で構成されており、使用していないときは格納できます。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側は、テレビの回路基板上のグランドプレーンに接続され、グランドとして機能します。ホイップアンテナは一般に全方向性の受信パターンを持ち、アンテナ軸に垂直な方向に最大感度を持ち、ラビットイヤーと同様のゲインを持ちます。

UHFチャンネルは、多くの場合、1回転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帯域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ループアンテナ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帯域のみであるため、ループアンテナが必要であり、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は、軽量で薄く、通常は四角形であり、より全方向の受信が可能であると主張されているフラットアンテナです。また、現代のミニマルな住宅デザインに合うもの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があり、壁や窓に掛けることもできます。^[15]内部的には、薄く平らな四角形はループアンテナであり、円形の金属配線が導電性プラスチックに埋め込まれています。^[要出典]

郊外や郊外の受信エリアで十分な受信を実現するために高利得アンテナが必要な場合は、通常、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を持っていますが、有効な利得の方向は非常に広いです。対照的に、指向性アンテナはほぼ一方向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。アンテナ設計により利得が高くなると (ダイポールと比較して)、放射パターンのメインローブは狭くなります。屋外アンテナは、信号強度が最大 15 dB 増加し、アナログテレビのゴースト信号を 15～20 dB 除去します。 ^[6] 高さによる 14 dB の信号増加と建物の壁の減衰不足による 11 dB の増加と相まって、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が支持ブーム上に一列に取り付けられた構造になっています。これらは共振器として機能し、入ってくる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在波を作り出します。アンテナには、より少ないまたはより多い棒素子を持つことができます。一般に、素子の数が多いほど、ゲインが高く、指向性が高くなります。主に UHF 受信に使用される別の設計は、反射アレイアンテナで、複数のダイポール素子が前面に取り付けられた垂直の金属スクリーンで構成されています。

テレビ放送帯域は周波数が広すぎて単一のアンテナでカバーできないため、2つの選択肢は、VHF帯域とUHF帯域に使用される別々のアンテナ、または組み合わせた（コンボ）VHF/UHFアンテナです。^{[6] VHF/UHFアンテナは、同じ支持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要素はブームの後部にあり、多くの場合、対数周期アンテナとして機能します。UHF局を受信するより短い要素はブームの前部にあり、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る必要があるため、受信するテレビ局が異なる方向にある場合は問題になります。この場合、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が同じマストに取り付けられ、1 つの受信機に接続されることがよくあります。最良のパフォーマンスを得るために、各アンテナが同じ伝送線に接続されている他のアンテナのパフォーマンスを低下させないように、フィルターまたはマッチング回路が使用されます。別の方法としては、テレビの横にあるダイヤルを回すとアンテナが新しい方向に回転するリモートサーボ システムであるローテーターに取り付けられた単一のアンテナを使用することです。

テレビ送信機は、特定の地域の受信機がUHFテレビスペクトルの比較的狭い帯域で同じ方向からの送信のみを受信するように意図的に設置されることがある。これにより、より高い利得のグループ化されたアンテナを使用できる。^[18]

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  UHFテレビアンテナ
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  屋外に設置された耐候性屋内用ラビットイヤーアンテナ

アンテナは一般的に屋上や屋根裏に設置されます。屋内にアンテナを設置すると、受信可能な信号のレベルが大幅に減衰します。^{[19] [20]指向性アンテナは、受信する}送信機に向ける必要がありますが、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、1つのアンテナですべてに対応できるほど狭い間隔で周波数を使用するように設定されている場合があります。1つの送信機の場所から複数のチャンネルの信号が送信される場合があります。^[21] CABD（共同アンテナ放送配信）は、建物内に設置され、無線周波数を介して送信される無料のテレビ/ FM信号を受信し、視聴者に配信するシステムです。^[22]

アナログテレビ信号は、画像にゴーストが発生しやすい。ゴーストとは、間隔の狭い複数の画像が、画像の端のぼやけた繰り返しの画像の印象を与える現象である。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ある。異なる強度で異なる遅延の信号のコピーが複数拾われる。これは他の送信では異なる。アンテナを慎重に配置することで、異なるチャンネルのゴーストを最小限に抑える妥協点を生み出せる。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局を拾う場合にも発生する可能性があり、特に、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っていたり、アンテナ同士が近すぎたりする場合に発生する。^[23]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る。アナログ信号でゴーストを引き起こす同じ反射信号は、デジタルではまったく視聴可能なコンテンツを生成しない。しかし、この場合、干渉によって画質が大幅に低下する。

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、通常はポールに取り付けられて屋根より高く持ち上げられます。ほとんどの地域ではこれで十分です。ただし、深い谷や高い建物の近くなど、場所によっては、支柱やマスト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。屋内でアンテナを接続するワイヤは、ダウンリードまたはドロップがあり、ダウンリードが長いほど、ワイヤ内の信号劣化が大きくなります。特定のケーブルを使用すると、この傾向を軽減できる場合があります。

アンテナは高い位置に設置するほど、性能は向上します。利得の高いアンテナは、優先方向からの弱い信号も受信できます。建物、地形 (山)、密林が介在すると信号が弱くなりますが、多くの場合、信号は反射されるため、使用可能な信号がまだ利用できます。高所や複雑なアンテナには、構造物が倒れたり、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などを制限したり制限したりするさまざまな地方条例もあります。たとえば、米国では、1996 年の電気通信法により、どの住宅所有者も「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」を設置することができますが、「屋根から 12 フィート (3.5 m) を超えるマストは、地方の許可要件の対象となる場合があります」。^[24]

前述のように、アンテナは、信号がアンテナの欠点を克服できるほど強い屋内に設置できます。アンテナはテレビ受信機に差し込むだけで、受信機の上部 (「セットトップ」) など、便利な場所に設置できます。最良の画像を得るために、位置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、一般に TV ブースターと呼ばれる RF 増幅の恩恵を受けることもできます。屋内アンテナからの受信は、信号が弱い地域では問題になることがあります。^{[引用が必要]}

場合によっては、屋根の上にアンテナを設置しない方が望ましいことがあります。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利用できます。アンテナを屋内に設置すると、地面からの標高が低く、壁があるためにパフォーマンスが大幅に低下しますが、信号が強い地域では受信が満足できる場合があります。^[20]アスファルト シングル、ルーフフェルト、合板の 屋根デッキの1層は、信号を約半分に減衰させると考えられています。^[25]

時には、同じ方向ではない送信機からの信号を受信することが望まれることがあります。これは、一度に 1 つのステーションに対して、電気モーターで操作される回転子を使用してアンテナを希望どおりに回転させることによって実現できます。または、それぞれが希望する送信機に向けられ、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ます。アンテナが互いに干渉しないようにするには、ブーム間の垂直間隔が、受信する最低周波数の波長の少なくとも半分である必要があります (距離 = ⁠λ/2⁠）。^[23] 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）離して設置する必要があります。また、アンテナを信号スプリッター/マージャーに接続するケーブルが正確に同じ長さであることも重要です。これは、アナログ受信でゴーストの原因となる位相の問題を防ぐためです。つまり、両方のアンテナが同じ局を受信する可能性があります。ケーブルが短い方のアンテナからの信号がわずかに早く受信機に到達し、受信機にわずかにずれた2つの画像が提供されます。ダウンリードケーブルの長さが同じであっても、位相の問題が発生する場合があります。バンドパスフィルターまたは信号トラップを使用すると、この問題を軽減できます。

屋根裏部屋など高さが制限された空間ではよくあることですが、複数のアンテナを並べて配置する場合、アンテナは、最も近い地点で受信できるように、最低周波数の少なくとも 1 波長分離す必要があります。

複数のアンテナが使用される場合、1 つは同じ場所にある複数のステーション用であり、もう 1 つは異なる方向にある単一の送信機用です。

• テレビアンテナは電気をよく通すので、雷を引き寄せ、避雷針として機能します。これを防ぐために、通常は避雷器が使用されます。アンテナとマストまたはポールの両方に接続された大きな接地棒が必要です。^[26]
• 適切に設置されたマスト、特に背の高いマストは、亜鉛メッキされたケーブルで支えられており、絶縁体は必要ありません。マストは、その地域の最悪の気象条件に耐えられるように設計されており、倒れても電力線に干渉しないよう配置されています。
• テレビアンテナの設置や調整のために家の屋上に上がるのは、本質的に危険を伴います。

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