JP2002076738A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
れた利得を得ることができるアンテナ装置を提供する。 【解決手段】無線機1に接続された空間アンテナ2の下
方の接地面9内にアース電極7を設け、無線機1とアー
ス電極7との間に整合器6を介在させて共振回路を形成
する。空間アンテナ2と、アース電極7を含む共振回路
とを整合させることにより、接地面9をアンテナの一部
である反射器として使用し、垂直方向に指向性を持つ高
性能アンテナとする。空間アンテナ2を接地面9と接近
させることができ、しかも高い利得が得られる。
Description
るアンテナ装置に関するものである。
周波数によって決定され、例えばフルサイズのダイポー
ルアンテナを1/2波長の高さに設置する場合、アマチュ
ア無線用の7MHz帯であると地上20mの高さに長さ20
mのアンテナを設置することとなり、3.5MHz帯であ
ると地上40mの高さに長さ40mのアンテナを設置するこ
ととなる。このように無線通信のためには巨大なアンテ
ナを使用することが好ましいのであるが、敷地や設置コ
ストの問題がある。そこで実際には、1/4波長のモノポ
ールアンテナの下端を接地した接地アンテナが用いられ
る場合が多いが、それでもなおかなりの高さが必要とな
っている。
(空間アンテナ)では、アンテナと地表面との間にキャ
パシティが形成され、アンテナから発射された電波がこ
のキャパシティを介して地面に誘導電流を生起させ、こ
の誘導電流により地面から電波が発生することにより反
射波が発生する。この結果、電波はアンテナからの放射
波と反射波との合成波となり、アンテナの利得を低下さ
せる。そこでアンテナの高さを十分に高くして上記のキ
ャパシティを小さくし、誘電電流を抑制することにより
地表面からの反射波を防止している。このような理由に
より、アンテナはかなりの高さが必要とされており、波
長λによっては非常に大型化して建設費や維持費が高く
なるという問題があった。
従来の問題点を解決し、アンテナの設置高さを低くする
ことができ、しかも優れた利得を得ることができる新規
なアンテナ装置を提供するためになされたものである。
めになされた請求項1の発明は、無線機に空間アンテナ
を接続するとともに、整合器を介してこの無線機に接続
されたアース電極を接地面内に設け、この整合器を含む
アース電極に共振回路を形成したことを特徴とするもの
である。また請求項2の発明は、請求項1の発明におけ
る空間アンテナと、アース電極を含む共振回路とを整合
させることにより、アース電極を含む接地面を反射器と
して利用することを特徴とするものである。
−ダンス可変チューニングを行う単数又は複数の整合器
からなるものであることが好ましく、また整合器が無線
機側よりC・Lの順で形成されている直列共振回路であ
ることが好ましい。さらに、アース電極が面状であるこ
とが好ましい。接地面は通常は地表面であるが、地面か
ら離れた空間内に設けられた仮想接地面とすることもで
きる。本発明のアンテナ装置は、打ち上げ角パターンが
接地面に対して、垂直方向の指向性を持つものとなる。
を介してアース電極を接続し、この整合器を含むアース
電極に共振回路を形成したことにより、地表面からの電
波の反射を低減させることができる。したがって空間ア
ンテナの高さを従来より低くしても、反射波による悪影
響が緩和され、空間アンテナの性能を向上させることが
できる。
ナの高さの調整を行うなどの方法により、無線機に接続
された空間アンテナと、同一の無線機に接続されたアー
ス電極を含む共振回路とを整合させる。これによりアー
ス電極を含む接地面をグランドアンテナとして利用し、
空間アンテナから放射される電波の反射器として積極的
に機能させることができる。
しからざる反射波を抑制するのみならず、アース電極を
含む接地面をグランドアンテナとして積極的に利用し、
空間アンテナから放射される電波の反射器として機能さ
せることができるので、空間アンテナの高さを従来のよ
うに高くする必要はなくなる。特に請求項2の発明のア
ンテナ装置によれば、垂直方向に指向性を持つ電波を強
く発射することができる。なお本発明においてアース電
極を水分が含まれる誘電体(地面)に埋設する場合には、
損失の少ない短波、長波、超長波等が適している。しか
し、接地面を地面から離した空中にあるようにした場合
には、超短波や極超短波にも適用することができる。
もに詳細に説明する。図1は本発明のアンテナ装置の説
明図であり、1は励振源となる無線機、2は無線機1の
アンテナ入出力端子に接続された空間アンテナである。
無線機1の種類は特に限定されるものではなく、周波数
についても特に限定されるものではない。空間アンテナ
2の種類も特に限定されるものではなく、中間部負荷
型、逆L型、T型、傾斜型、八木型、同調形ビーム型、
ダイポール型、コーリニア型、ヘリカル型、ループ型な
ど各種の種類のものを用いることができる。
必要に応じて設けられる空間アンテナ用の整合器3で整
合されたうえ、給電線4を通じて空間アンテナ2に供給
される。整合器3はインピ−ダンス可変チューニングを
行うことができるものであり、無線機1と空間アンテナ
2とのインピーダンスの整合を取り、無線機1からの高
周波エネルギーを効率よく空間アンテナ2に送るための
ものである。なお、整合器内蔵型の無線機1を用いても
よいことは言うまでもない。
面内にアース電極7を設け、その周辺の土壌を含むグラ
ンドアンテナ9を形成している。このアース電極7と無
線機1との間には、グランド用の整合器6が設置されて
いる。金属電極7としては、図示のように多数枚の金属
板を平行に打ち込んだもの、金属棒を放射状に埋設した
もの、金属ネットを埋設したものなど各種のものを用い
ることができるが、アース電極7を広い面積にわたり埋
設し、グランドアンテナ9を面状アンテナとして機能さ
せることが好ましい。接地面内にあるアース電極7はそ
の近傍の土砂、水等の誘電材料とともに固有インピーダ
ンスを持ち、整合器6によってあたかもアンテナと同じ
ようにチューニングすることができる。なお図1では無
線機1を接地線10により保安接地11と接続してあ
る。
され、接地電位端子が高周波電圧最大になるよう同調さ
せる。整合器6の出力端子とアース電極7とは接地線8
を介して接続されている。整合器6も整合器3と同様に
インピ−ダンス可変チューニングを行うことができるも
のである。なお整合器6は単数であっても、複数の整合
器からなるものであってもよい。請求項1の発明では、
このように無線機1とアース電極7の間に接地用の整合
器6を介在させて共振回路を形成する。この結果、グラ
ンドアンテナ9の性能を最大に発揮させ、地表面からの
電波の反射を低減させることができる。
テナ2の高さを変えるなどの方法により、空間アンテナ
2とアース電極7を含む共振回路とを整合させる。その
結果、アース電極7とその近傍の誘電体を含む接地面を
グランドアンテナ9とし、空間アンテナ2の反射器とし
て積極的に使用することが可能となり、大きな利得を得
ることができる。換言すれば、本発明のアンテナ装置
は、従来は好ましくない反射波を発生していた接地面
(地表面)をグランドアンテナ9として空間アンテナ2と
の整合を取った反射器とし、積極的にアンテナの一部と
して機能させたものである。すなわち、空間アンテナ2
は放射器として機能し、グランドアンテナ9は反射器と
して機能するため、空間アンテナ2を接地面に接近させ
ても支障がないばかりか、むしろ両者を接近させること
によって上方に強い電波を放射することができる。この
ためアンテナ装置全体を、小さな設備で済ませることが
可能となる。
いられている整合器は、無線機側よりL・Cの順に接続
された直列共振回路構成である。従来のグランド用整合
器の主たる目的は、無線機より結線したリード線で接地
電極を取り付けたとき、無線機の送信時に高周波電圧が
高くなる点とリード線との間に整合器のL・Cで高周波
電圧の位相を変化させることにより電圧を下げ、高周波
電圧を低くする目的のものである。このように、グラン
ドチューナーは無線機と整合器間の高周波電圧を下げる
ことが主な目的である。
側よりC・Lの順で形成されている直列共振回路構成と
なっている。従って、無線機接地側高周波電圧はそのま
まで、整合器6によりキャパシタンス、インダクタンス
を合わせ、目的周波数に同調させることができる。この
とき、接地電位側端子整合器C・Lで直列共振回路で同
調させるため、高周波電圧は従来より更に高くなるよう
に、高周波電圧最大に同調させる。
示す。図2はキャパシタンスCを与えるコンデンサとイ
ンダクタンスLを与えるコイルとを直列接続したもので
あり、図3はコンデンサとコイルとの間にスイッチ12
を介在させたものである。図4は可変コンデンサ13と
コイルとからなるものである。図5はコイルよりタップ
14を取り、ロータリースイッチ15によりインダクタ
ンスを可変としたものである。図6はこのロータリース
イッチ15を切り替え用スイッチ16に置き換えたもの
である。図7はローラーインダクター17をコイル上で
動かしてインダクタンスを可変としたものである。更に
図8は方向性結合型高周波検出メーター回路18を組み
込み、整合器6の整合状態を検出できるようにしたもの
である。メーター回路18は高周波電圧検出メーターで
も高周波電流検出メーターでもよいが、後者の方が合わ
せやすい利点がある。
極7はその周辺の通常地盤等を含む面状のグランドアン
テナ9を構成する。一般に面状アンテナは開口面アンテ
ナやパラボラアンテナにおいて反射器として使用されて
おり、放射器から発射された電波を反射して大きな高周
波利得を得ることができる。これと同様に本発明ではグ
ランドアンテナ9を反射器とすることにより、指向性の
強い高利得のアンテナ装置が得られる。
の一部として利用し、空間アンテナ2から発射される電
波と干渉するような反射波を発生させない。したがって
空間アンテナ2を地表面に近接させて設置することがで
き、アンテナ装置全体を小型化できる。前記したよう
に、従来のアンテナは非常に高い地上高を必要としてい
たのであるが、本発明では地表面等の接地面をアンテナ
装置の一部として利用することから、むしろ空間アンテ
ナ2を地表面に近接させる方が好ましいとも言える。具
体的には、長波や中波の場合、空間アンテナの地上高を
0.5〜6mとすることができる。
る場合、グランドアンテナ9を構成するアース電極7の
形状はアンテナ面に平行な平面であることが好ましい。
反射面9が平面であっても空間アンテナ2のアンテナ面
に平行になっていないと、空間アンテナ2からの電波と
反射波との有効な合成が得られないからである。空間ア
ンテナ2が垂直アンテナである場合には、アース電極7
の中央に設置することが好ましい。アース電極7は、空
間アンテナ2から見た投影面積が最大になるように設置
することが望ましい。
示すとおりであるが、図9から図12にその変形例を示
す。図9では整合器3の接地線5が無線機1の接地線2
2Rに接続されている。図1のように、この接地線5は
省略できることはいうまでもない。図10では、整合器
6の接地端子がスイッチ20を介して接地電極21に接
続されている。図11では整合器3の接地端子と整合器
6の接地端子とが結合ケーブル22で結合され、スイッ
チ20を介して接地電極21に接続されている。図12
は無線機1を整合器内蔵型とするとともに、スイッチ2
0を整合器6に内蔵させた例を示す。これらのスイッチ
20は、受信時にノイズが発生することがある場合、入
投することにより接地側の電位の安定を図り、受信ノイ
ズを軽減するためのものである。なお、整合器3の接地
は、空間アンテナ2から給電線4に戻ってくる反射波を
大地に逃がしてノイズを防止する目的と、安全確保の目
的で行われる。
表面であったが、携帯電話などの移動体通信機において
は図13に示すように無線機の筐体や基板等を接地面と
して利用することができる。この場合にはアース電極7
と接地面とが一体化されてグランドアンテナ9となり、
地面から離れた位置に設けられて仮想接地面を構成して
いるが、人体を介して接地されている。この場合にも空
間アンテナ2とアース電極7を含む共振回路とを整合さ
せることにより、アンテナの利得を高め、強い電波をグ
ランドアンテナ9の垂直方向に放射することが可能とな
る。またアンテナの小型化と高性能化とを同時に達成す
ることができるので、無線機の小型化が可能になる。
アンテナ装置は小型高性能の垂直指向性アンテナとな
る。本発明のアンテナ装置から垂直方向に発射された高
出力の電波は図14に示すように電離層で乱反射され、
大気の影響を受けることが少なく長距離まで伝送させる
ことができる。遠距離への伝送を目的とした場合、従来
は図15に示すようにできるだけ高い位置にアンテナを
設置して水平方向に電波を発射し、電離層での反射回数
を減らすようにしていた。しかし、水平方向に発射され
た電波は大気中を長距離にわたり進行するため、空気中
の浮遊物や水分による散乱・吸収による損失が大きくな
る。垂直方向へ高出力の電波を発射するアンテナは非常
に大型となるため軍事用や衛星通信用などの特殊な分野
を除き現実的ではなかったが、本発明によれば、大型の
アンテナ装置を用いることなく高品質の長距離通信が可
能となる。
ンテナである特徴により、移動体通信機においても望ま
しいものと言える。すなわち、従来の移動体通信機付属
のアンテナ装置から放射される電磁波の打ち上げ角パタ
ーンは、図16に示すように接地面に対して平行に左
右、円形であった。しかし、本発明のグランドアンテナ
の打ち上げ角パターンは図17に示すように、接地面に
対して、上方、垂直方向となる。近年、携帯電話等の移
動体通信機から放射される電磁波により、体温上昇、神
経系の刺激等人体への悪影響が指摘されている。本発明
によれば、携帯電話等移動体通信機から放射された電磁
波は、人体への影響の少ないアンテナ上方に打ち上げら
れ、使用者の健康への悪影響を軽減することが可能とな
る。
た本発明のアンテナ装置を用いて、世界各国のアマチュ
ア無線局との交信を行い、交信リポートにより相手方と
当方の了解度R及び信号強度Sを確認した。使用した空
間アンテナは整合器を備えた短縮ダイポールアンテナで
あり、その全長は10.8m、地上高は3mである。無線機
の出力は50W、V.S.W.R(定在波比)は1.1、使用周波数
は表中に記したとおりである。またアース電極は図9に
示すとおりのものを深掘り設置し,整合器により共振さ
せた。交信結果を表1に示す。2桁の数字はR(5段
階)とS(9段階)であり、59がベストである。
いれば無線機の出力が50Wであり、かつアンテナの地
上高を3mとした場合にも、世界各国との間で良好な通
信が可能であった。これに対して従来のように空間アン
テナのみを使用する場合には、同時刻に、無線機出力を
100Wとし、かつ2〜5エレメントのアンテナを高さ
10m、15m、20mに設置したが交信が不可能であ
った。また5エレメントのアンテナを30mの高さに設
置することによりようやく交信が可能となったが、RS
は41あるいは51であり、信号強度はかろうじて受信
できるレベルに過ぎなかった。
ば、従来型のアンテナを用い送信出力を500Wとした
場合と、本発明のアンテナを用い送信出力を50Wとし
た場合とで、信号強度が同等であった。
異なるため、大多数の無線局が通信できない時間帯に於
いても通信可能となる。
のアンテナ装置は無線機とアース電極との間に整合器を
介在させて共振回路を形成したものであり、反射波の影
響を抑制できるので、従来よりもアンテナ高さを低くす
ることができる。また請求項2の発明のアンテナ装置は
空間アンテナとアース電極を含む共振回路とを整合させ
ることにより、接地面をアンテナの一部である反射器と
して使用したものであり、小型高性能の垂直指向性アン
テナとして機能するものである。このため、従来よりも
アンテナ高さを低くすることができるとともに、アンテ
ナの大幅な利得向上を図ることが可能となる。
である。
である。
図である。
図である。
図である。
図である。
示す説明図である。
される電波を示す説明図である。
される電波の指向性を示す説明図である。
指向性を示す説明図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 無線機に空間アンテナを接続するととも
に、整合器を介してこの無線機に接続されたアース電極
を接地面内に設け、この整合器を含むアース電極に共振
回路を形成したことを特徴とするアンテナ装置。 - 【請求項2】 空間アンテナと、アース電極を含む共振
回路とを整合させることにより、アース電極を含む接地
面を反射器として利用することを特徴とする請求項1記
載のアンテナ装置。 - 【請求項3】 整合器がインピ−ダンス可変チューニン
グを行う単数又は複数の整合器からなる請求項1または
2記載のアンテナ装置。 - 【請求項4】 整合器が無線機側よりC・Lの順で形成
されている直列共振回路である請求項1〜3の何れか記
載のアンテナ装置。 - 【請求項5】 アース電極が面状である請求項1〜4の
何れか記載のアンテナ装置。 - 【請求項6】 接地面が地面から離れた空間に設けられ
た仮想接地面である請求項1〜5の何れか記載のアンテ
ナ装置。 - 【請求項7】 打ち上げ角パターンが接地面に対して、
垂直方向の指向性を持つ請求項1〜6の何れか記載のア
ンテナ装置。
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Publications (2)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101122851B1 (ko) * | 2003-01-21 | 2012-03-21 | 소니 주식회사 | 방송 수신 단말 장치 |
JP2014138289A (ja) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Murata Mfg Co Ltd | アンテナ装置及びアンテナ装置用整合回路モジュール |
KR20160017704A (ko) * | 2014-08-01 | 2016-02-17 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 전자파 인체 흡수율 저감형 단일 안테나를 통한 스마트 빔 조향장치 및 방법 |
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- 2000-08-28 JP JP2000256825A patent/JP4127596B2/ja not_active Expired - Fee Related
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KR101122851B1 (ko) * | 2003-01-21 | 2012-03-21 | 소니 주식회사 | 방송 수신 단말 장치 |
JP2014138289A (ja) * | 2013-01-17 | 2014-07-28 | Murata Mfg Co Ltd | アンテナ装置及びアンテナ装置用整合回路モジュール |
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KR20160017704A (ko) * | 2014-08-01 | 2016-02-17 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 전자파 인체 흡수율 저감형 단일 안테나를 통한 스마트 빔 조향장치 및 방법 |
KR102133216B1 (ko) * | 2014-08-01 | 2020-07-14 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 전자파 인체 흡수율 저감형 단일 안테나를 통한 스마트 빔 조향장치 및 방법 |
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