JP2000138511A - アンテナの発射電波を利用した充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アンテナエレメントの共振回路又は給電回路
に、送信時のその共振電流又は給電電流による誘起電圧
を得る手段を挿入し、該誘起電圧を得る手段から得られ
た電圧を整流し平滑して充電池に供給し充電に用いる。 【構成】アンテナと送信機のマッチング調整の為、アン
テナに設けた長さ可変延長制御部又は可変コンデンサの
容量を可変する制御部の電源の充電池を太陽光発電で充
電するがその補助充電装置として、アンテナの共振回路
又は給電回路に、送信時のそのアンテナの共振電流又は
給電電流による誘起電圧を得る手段を挿入し、誘起電圧
を得る手段から得られた電圧を整流し平滑して充電池に
供給する装置とその電源供給先の制御部に赤外線リモー
トコントロール方式を用いてアンテナのマッチング調整
を遠隔で行う事が出来る装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［産業上の利用分野］本発明は主にアマチ
ュア無線の電波の送受信に使用するアンテナエレメント
に付けて、アンテナより離れた個所からワイヤレスでそ
のアンテナのマッチングを調整するための装置の、アン
テナエレメント側に付ける制御装置を駆動する電源の補
助充電装置とアンテナ調整装置に関する。

【０００２】［従来の技術］従来のアンテナエレメント
に付けてアンテナのマッチング調整をワイヤレスで調整
をする技術は、特開平８−１７２３１０「アンテナの長
さ調整装置」、特開平８−１８１５１７「アンテナの長
さ調整器具」、特開平９−１９９９２９「アンテナの長
さ遠隔調整装置」、特願平８−２６６５２７「ループ・
アンテナの周波数遠隔調整装置」、特願平９−３２０２
７２「アンテナの遠隔給電調整装置」を出願してある。
これらのアンテナエレメントに取付けた制御装置の駆動
電源はその側に設置した太陽電池により発電した電気に
より充電される充電池により賄っている。

【０００３】［発明が解決しょうとする課題］先に述べ
た従来のアンテナエレメントに取付けた制御装置の駆動
電源の充電池はニッケル・カドニューム電池等が用いら
れる、これを充電するために太陽電池を使用しているが
太陽光発電能力は天候に左右される事と夜間には全く発
電しない重大な欠点がある、しかし制御装置は未使用で
も常に待機電流を必要とし、僅かではあるが充電池を消
費するので、天候が曇りや雨が長期間続くと太陽電池か
らの充電が無く充電池は放電してしまい制御装置が使え
無くなる。

【０００４】［課題を解決する為の手段］前述の要因の
天候不良と夜間は自然現象の為にこれを解消する事は出
来ない。しかしアンテナの使用電波に対する調整はその
都度行いたいわけである。それには天候に左右される太
陽電池以外からも充電池への充電が出来れば解決するわ
けである。そこで実施例をアマチュア無線についての電
波に見れば必ず電波の送受信を繰返して使用している、
この時のアンテナへの到来する電波の受信電波は微弱で
この目的には役に立たないが、交信時自らのアンテナか
ら送信する電波は強いのでその時に発射電波のエネルギ
ーの数百分の一程度を頂戴し充電電圧に変換して充電池
を浮動充電してやることにより、曇りや雨で太陽光発電
が低い時の補助充電の電源になるわけである。

【０００５】［作用］本発明の目的の遠隔アンテナマッ
チング制御装置は常にアンテナエレメントに取付けて置
き、電波を使用するときにアンテナと送信機間のとマッ
チングを最適に調整を行うものであるが、このアンテナ
マッチング制御装置の駆動電源の確保は充電池に頼らざ
るを得ない、その源である太陽電池は天候に左右され
る。その時の天候により太陽光発電が低い時、夜間で機
能しない時の補助として本発明の自己発射電波を利用し
た充電装置は、電波による交信が増加すればするほど機
能するところの有効な手段である。

【０００６】［実施例］図１に本発明の自己発射電波を
利用した充電装置を示しこれを説明する。まず電波エネ
ルギーからの受電は図１に示す受電トランス法によるも
のであり、リングコァーに巻いたコイルに高周波エレメ
ント（アンテナ）を図の様に１ターン以上を通したトラ
ンス結合により得る。受電トランスで得られた高周波電
圧はＤ１のダイオードで整流し、Ｃ１のセラミックコン
デンサとＣ２の電解コンデンサで平滑して直流に変換
し、逆流防止目的のＤ２のダイオードを通して充電池に
供給する。また充電池には発光ダイオードＬＥＤとツェ
ナーダイオードＺＤを直列に接続した電圧リミッター回
路を設けて、受電超過の過電圧をここで吸収させる、こ
の電圧リミッターにＬＥＤとＺＤを直列に用いたのは、
ある電圧（発光ダイオードが点灯するまではこの回路に
電流は流れない）以下は全て充電池への充電に使う為で
ある、そしてこの最高電圧はＬＥＤ＋ＺＤの電圧で定め
るが具体的にはニッケルカドニューム電池４本でそこか
ら供給する制御回路を壊さない５．５Ｖ位以上は制限す
る様にすれば良く、この近くのツェナー電圧のダイオー
ドを選択することで機能する。以上が自己発射電波を利
用した充電装置であるが、図１の右側の太陽電池からの
発電電圧は逆流防止目的のＤ３のダイオードを通して充
電池に供給する、この構成により充電池は自己発射電波
を利用した充電装置の電圧が太陽電池の発電電圧よりも
高ければ、即ち曇りや雨や夜間等の太陽光発電の機能が
低い場合にのみ充電池をしかも電波を発射しているとき
だけ充電する。以上の充電池の電源にアンテナのマッチ
ング装置の赤外線リモートコントロール装置を内蔵した
受光制御装置を接続して遠隔個所からの指令を受けて最
適調整を行うわけである。図１の構成をもう少し詳細に
述べると、受電トランスはリング状のフェライトコァー
で商品型式番号ＦＴ−５０−６１を用いた、このコアー
に直径０．３ｍｍの銅線を５６回ほど巻いたものであ
る。尚この型番のフェライトコァーは種々の材質をテス
トして見て一番効率の良いものを選んだものでこれに限
定するものではなく線径や巻数も同様である。図４に静
的に上記受電トランスの性能をテストした回路及びその
結果を示す。テスト回路は送信周波数と送信出力が変え
られる送信機にダミー負荷５０Ωを接続し、その回路内
に受電トランスを挿入し、受電トランスのコイルに得ら
れる電圧を整流し平滑した出力に別法で充電済の充電池
として単三型ニッケルカドニューム電池４本を接続し、
電波形式ＣＷモードの連続波の送信機出力とその時の発
信周波数を変えた時の充電池への充電電流を測定しグラ
フにしたものである。尚アマチュア無線で多く使用され
ている電波形式はＳＳＢモードであるがその定格送信出
力の平均約１／２出力がＣＷ波の出力と見て良いので、
図４のグラフがほぼ適用出来る。そして図４の理想回路
で有ればＳＳＢ波使用局の多い５０Ｗから１００Ｗ出力
で周波数２１ＭＨｚ以下の交信をすることよって、容量
０．７から０．８Ａのニッケルカドニューム電池４本に
１０ｍＡ以上の充電電流が得られることが解る。この時
に発射電波出力からこの発明の充電装置に回す電力は四
百数十分の一で、実際の送信時の交信効率にはほぼ関係
しない値である。次に図１に示した本発明の自己発射電
波を利用した充電装置を実際のアンテナへの実施例を示
し説明する。図２にモノダイポール（逆Ｖ）型へ実施し
た例を示す、このアンテナは出願済の特開平８−１８１
５１７「アンテナの長さ調整器具」と特願平８−３５７
４８０「アンテナ遠隔整合調整装置」を用いて構成した
ものである。実施例図２は逆Ｖ型１／２λのダイポール
アンテナの両側のアンテナエレメントの端にアンテナの
長さを延長出来る延長棒とその延長棒を制御する赤外線
リモートコントロール装置を内蔵した受光制御部を設け
てロープで支柱に図の様に空中に張ったものである。そ
してアンテナ延長棒は図示無いが図２の受光制御部に制
御されるモーターに接続され、アンテナの延長棒は全長
ネジを切った構造としてモーターの回転によってアンテ
ナ延長棒が図２の左右方向にモーターと共に移動するこ
とによってアンテナの長さを変える事が出来る様になっ
ている。そしてモーターの回転は受光制御部の光信号受
信部で受信した光信号を解読してモーターに加える電圧
を変えて制御する方式である。図２のアンテナの全体の
システム詳細構成を説明すると、１／２λのダイポール
アンテナの中心には不平衡型回路の同軸ケーブルと平衡
型回路のアンテナのマッチングを行う目的のアンテナ整
合用のバランを付け、ここから同軸ケーブルで１７のＳ
ＷＲ計に接続し１６のトランシーバーに接続する。一方
室内のコントローラーの図示ないが光信号指令部で発生
させたアンテナの延長棒の可変信号は信号ケーブル（同
軸ケーブルで良い）で光信号を発光する発光部に伝送さ
れ、そこの図示ないがＬＥＤ（発光ダイオード）で光信
号に変換され、予め方向をを向けたアンテナの延長棒の
受光制御部に赤外線光信号として到達する様に構成され
ていて、図の室内から１６のトランシーバーで小電力の
電波を発信し、１７のＳＷＲ計の指示が最小となるよう
にコントローラーから指示して延長棒の長さを変える事
でアンテナと送信機のインピーダンスマッチングが最適
とすることが出来る。この図２のシステムのアンテナエ
レメントに受電コイルを挿入しアンテナの共振電流から
少しの充電エネルギーを頂戴し、図１の様に構成した受
光制御回路の充電池に供給し、太陽電池の補助充電装置
とする訳である。次に図３に示した磁界型のループアン
テナに本発明の自己発射電波を利用した充電装置を実施
した例を示し説明する。このアンテナは出願済の特願平
８−２６６５２７「ループ・アンテナの周波数遠隔調整
装置」と特願平９−３２０２７２「アンテナ遠隔給電調
整装置」を用いて構成したものである。まず図３のルー
プ・アンテナのブロック図を示しこれで説明する。図３
の１０がループ・アンテナの本体でそのルーブ内に１の
周波数調整バリコンを挿入してこの静電容量Ｃとループ
・アンテナの持つインダクタンスＬとで定まる共振周波
数を使用目的周波数に一致させる、そして１６のトラン
シーバーからの送信電波の給電は１０のループ・アンテ
ナに片側接続した２０の給電部リングのアース側と他の
端を２の給電調整バリコンを通して１９のコネクターに
接続し、１８の同軸ケーブルにて１６のトランシーバー
に接続する。即ち２０の給電部リングと同軸ケーブル間
のインピーダンスマッチングを２の給電調整バリコンで
調整して１０のループ・アンテナに電波を最適に供給す
る方式のガンマーマッチと呼んでいるものである。そし
て実際の調整時には１８の同軸ケーブルを１６の送受信
器に接続する前に１７のＳＷＲ計（Ｓｔａｎｄｉｎｇ
Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ 計の略）を接続し、１６のトラ
ンシーバーより目的周波数の低出力電波を発信した時に
ＳＷＲ計の指示が最小（１．０）に近ずく様に１のバリ
コンで周波数を調節し、次に２のバリコンで最適給電調
整をして１７のＳＷＲ計が最小を示した時がこのループ
・アンテナの共振周波数であると共に１６の送受信器よ
り１８の同軸ケーブルで送った電波のこのアンテナとの
最適マッチング状態となった事を示す。この実施例の具
体的な調整は、図３の様に赤外線リモートコントロール
装置を内蔵した図１の７の周波数用受信制御部と８の給
電用受信制御部（以下受信制御部と言う）とそれらに共
通に光信号を送る１１の光信号発生部を設け、更に１の
周波数調整バリコンと２の給電調整バリコン（以下バリ
コンと言う）に調節命令を出す１３の指令信号発生部を
設ける。そして７周波数用と８の給電用の受信制御部内
には赤外線信号を受光して電気信号に変換する６の受光
部とこの変換された電気信号を解読して信号に対応した
操作信号を出しリレー等を操作して４のモーターを回転
させこの回転を３の減速ギァーで減速してから１と２の
バリコンに伝えてコンデンサ容量を可変制御する構成と
しその目的の５の受信制御回路を用意する。そして赤外
線信号を発生する１１の光信号発生部では１３の指令信
号発生部の２１のキー入力部よりの４のモーター回転制
御命令を図示無いが２２の光送信機ＩＣでエンコードし
て電気信号のコード信号に変換しキャリァ信号を変調し
て、２３の出力増幅回路で信号増幅し、１２の伝送ケー
ブルで１１の光信号発生部の９のＬＥＤ（９４０ｎｍ程
度の赤外線発光ダイオード）に電送して９のＬＥＤから
赤外線を発光させて１４の光信号として７と８の別チャ
ンネルで構成した受信制御部に送るる様に構成する訳で
ある。一方７周波数用と８の給電用の受信制御部は６の
受光部で１４の光信号を受け図示無いが、６の受光部は
まずフォトダイオードで光のパルス変調されたパルス列
を電気信号に変換し、別のトランジスタで増幅し３８な
いし４０ＫＨＺの中心のバンドパスフイルター回路を通
して余計な信号を除去し、検波回路で検波し、信号の幅
毎に矩形波に成形しパルス幅列信号として出力する。こ
のパルス幅列信号を図示無いが光受信機ＩＣに入力しパ
ルス列を解読し出力して対応したリレー操作回路のリレ
ーを動作させて４のモーターの回転方向を決める方向制
御回路を経由して駆動電源を４のモーターに伝える様に
構成する、そして４のモーターを回転させ、３の減速ギ
ァーで減速した回転をそれぞれの指示に従って１及び２
のバリコンに伝えてコンデンサ容量を変化させる訳であ
る。本発明の７の周波数用と８の給電用の受信制御部は
アンテナの一部として常には空中に架設されて使用する
ので受信制御部の駆動エネルギーを適切に確保する必要
が有り、駆動エネルギーの供給としては太陽電池を使用
して７と８の受信制御部のそれぞれの駆動電源に４本直
列のニッケルカドニュウム電池を設け、これを浮動充電
して賄う方法としている。実際には図示無いが太陽電池
は定格３Ｖ、２００ｍＡ出力のを使い昇圧回路としてチ
ャージポンプ式ＩＣ（例えばマキシムジャパン社の型名
ＭＡＸ６６０）を使用して２倍にし図１のＤ３の逆流防
止用のダイオードを通して駆動電源（受光制御回路）の
充電池を充電する方式である。また実施例の１０のルー
プ・アンテナの大きさは材質アルミの輻２ｃｍ、厚さ２
ｍｍの市販の長尺平板をリングに加工して、直径１．１
ｍのリングに１の周波数調整バリコンに５０ＰＦのバリ
コンを用い、２０の給電部リングには２ｍｍの銅線の直
径２０ｃｍのリングに２の給電調整バリコンに２５０Ｐ
Ｆのバリコンを用いて１４ＭＨＺ、１８ＭＨＺ、２１Ｍ
ＨＺの各周波数に完全にＳＷＲ計値をほぼ１．０にマッ
チング調整をする事が出来る。尚以上のアンテナの直径
や材質、形状、コンデンサ容量、使用周波数等の値の組
合せは自由でありこれを特に限定するものでは無い。実
際のアンテナの架設例は図示は無いが、架設するボール
は非金属の例えばグラスファイバー等が適し、７の周波
数用と８の給電用の受信制御部の６の受光部を例えば下
部と成るように配置し、１の周波数調整バリコン部を上
部に、２の給電調整バリコン部が下部に成る様に垂直に
ポールに固定してアンテナを垂直に架設し、１１の光信
号発生部からの１４の光信号が７の周波数用と８の給電
用の受信制御部の両者に同時に送信出来る位置に配置す
る方法が一番適し扱いが簡単である。この時に１１の光
信号発生部からの１４の光信号を７の周波数用と８の給
電用の受信制御部の両者に同時に送信出来る位置に配置
出来ない場合には複数の１１の光信号発生部を設けて図
示無いが操作者の手元で１１の光信号発生部を選択する
構成すれば良い。そして図１のアンテナの８の給電用受
信制御部の１９のコネクターに接続した１８の同軸ケー
ブルを操作者の居る例えば室内の機器の所まで施設す
る、そして１７のＳＷＲ計に接続し次に１６の送受信器
に接続する。そして１６の送受信器で目的周波数を受信
しながら１３の指令信号発生部から１の周波数調整バリ
コンに回転指令を出し、１１の光信号発生部から光信号
を７の周波数用受信制御部に送り１の周波数調整バリコ
ンを動かして１６の送受信器の受信ノイズが最大となる
様に調整する。次に１６の送受信器を送信状態として小
電力の目的周波数の電波を発信し１７のＳＷＲ計が最小
値となる様に更に１の周波数調整バリコンで微調整を行
う。次に１３の指令信号発生部から２の給電調整バリコ
ンに回転指令を出し、１１の光信号発生部から光信号を
８の給電用受信制御部に送り、２の給電調整バリコンを
動かして１７のＳＷＲ計が更に最小値となる様に２の給
電調整バリコンで調整を行う事によりアンテナ部と送受
信器とのインピーダンスの整合が取れた事になる。又本
発明のこの遠隔給電方式によるアンテナのマッチング方
式は他の八木系等のアンテナにも適用出来る事は言うま
でも無い。この図３のシステムのアンテナエレメントの
２４に共振部受電トランスを挿入しアンテナの共振電流
から少しの充電エネルギーを頂戴し、図１の様に構成し
た７の周波数用受信制御部の受光制御回路の充電池に供
給し、太陽電池の補助充電装置とする訳である。また図
３の２０の給電部リングの給電部の２５に給電部受電ト
ランスを挿入して図４での説明と同様に送信出力電流か
ら少しの充電エネルギーを頂戴し、図１の様に構成した
８の給電用受信制御部の受光制御回路の充電池に供給
し、太陽電池の補助充電装置とする訳である。

【０００７】［発明の効果］以上説明した様に本発明
は、アンテナのマッチング調整を遠隔個所から行う目的
の受光制御回路を空中に架設したアンテナに常設し、こ
の制御回路の駆動電源の充電池を太陽電池で充電するシ
ステムに対して、曇りや雨や夜間で太陽光発電が低下又
は停止した時でも電波による発信（交信）によって充電
池の充電が可能になり、交信すればするほどその後のア
ンテナのマッチング調整の駆動電源の確保に貢献するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自己発射電波を利用した充電装置の原
理図を示す。

【図２】本発明のモノダイポール（逆Ｖ）アンテナへの
応用実施例を示す。

【図３】本発明の磁界型ループ・アンテナへの応用実施
例を示す。

【図４】本発明のアンテナより受電する受電トランスと
受電回路の性能をダミー抵抗によるテスト回路とそれに
よる実測テストの結果グラフを示す。

【符合の説明】

１ 周波数調整バリコン ２ 給電調整バリコン ３ 減速ギァー ４ モーター ５ 受信制御回路 ６ 受光部 ７ 周波数用受信制御部 ８ 給電用受信制御部 ９ ＬＥＤ １０ ループ・アンテナ １１ 光信号発生部 １２ 伝送ケーブル １３ 指令信号発生部 １４ 光信号 １６ トランシーバー １７ ＳＷＲ計 １８ 同軸ケーブル １９ コネクター ２０ 給電部リング ２１ キー入力部 ２２ 光送信機ＩＣ ２３ 出力増幅回路 ２４ 共振部受電トランス ２５ 給電部受電トランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 17/00 Ｈ０２Ｊ 17/00 Ａ Ｈ０４Ｂ 1/18 Ｈ０４Ｂ 1/18 Ｂ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンテナエレメント又は給電回路に、送
   信時に流れる共振電流又は給電電流による誘起電圧を得
   る手段を挿入し、該誘起電圧を得る手段から得られた電
   圧を整流し平滑する手段と、該整流平滑された電圧の最
   高値を制限する電圧リミッター手段を設けて充電池に供
   給し充電に用いる充電装置。
2. 【請求項２】 ダイポールアンテナのエレメントに遠隔
   より長さを可変出来るエレメントの可変延長手段と、該
   エレメントの可変延長手段を制御する手段を設け、該エ
   レメントの可変延長手段を制御する手段に太陽電池で充
   電される充電池を含む手段で駆動電源とする手段と、更
   にアンテナエレメントに送信時のその共振電流よる誘起
   電圧を得る手段を挿入し、該誘起電圧を得る手段から得
   られた電圧を該駆動電源の充電池を充電可能な電圧に変
   換する手段と、該電圧を駆動電源の充電池に供給する手
   段を有し、該エレメントの可変延長手段を制御する手段
   に赤外線リモートコントロール方式を用いる手段と、該
   赤外線リモートコントロール方式を用いて遠隔よりアン
   テナのインピーダンスマッチング調整を行う事を具備し
   てなるアンテナの調整装置。
3. 【請求項３】ループ・アンテナ内に設けて容量を変えて
   目的の使用周波数に調整をする可変コンデンサと、該可
   変コンデンサの容量を可変制御する手段と、該コンデン
   サ容量の可変制御手段に太陽電池で充電される充電池を
   含む手段でその駆動電源とする手段と、更にループ・ア
   ンテナエレメントに送信時の共振電流よる誘起電圧を得
   る手段を挿入し、該誘起電圧を得る手段から得られた電
   圧を該駆動電源の充電池を充電可能な電圧に変換する手
   段と、該電圧を駆動電源の充電池に供給する手段を有
   し、該可変コンデンサの容量を可変制御する手段に赤外
   線リモートコントロール方式を用いる手段と、該赤外線
   リモートコントロール方式を用いて遠隔よりループ・ア
   ンテナの周波数調整を行う事を具備してなるアンテナの
   調整装置。
4. 【請求項４】アンテナ給電部に設けてインピーダンス・
   マッチング調整をする可変コンデンサと、該コンデンサ
   容量を可変制御する手段と、該コンデンサ容量の可変制
   御手段に太陽電池で充電される充電池を含む手段でその
   駆動電源とする手段と、更に該コンデンサと接続する同
   軸ケーブル間に送信時に流れる給電電流よる誘起電圧を
   得る手段を挿入し、該誘起電圧を得る手段から得られた
   電圧を該駆動電源の充電池を充電可能な電圧に変換する
   手段と、該電圧を駆動電源の充電池に供給する手段を有
   し、該コンデンサの容量を可変制御する手段に赤外線リ
   モートコントロール方式を用いる手段と、該赤外線リモ
   ートコントロール方式を用いて遠隔よりアンテナの給電
   インピーダンス・マッチング調整を行う事を具備してな
   るアンテナの調整装置。