JP2005006168A

JP2005006168A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2005006168A
Application number: JP2003169248A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kuwabara; 要一桑原
Original assignee: USC DIGIARK CORP
Current assignee: USC DIGIARK CORP
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】製造が容易であって、広範囲の周波数帯に対応すると共に安定した電磁波の送受信特性を有するアンテナ装置を提供する。
【解決手段】容量性を持たせた接地板３と、接地板状３に形成され、接地板３の一方の端部側にインピーダンス整合用コンデンサ５が設けられると共に、接地板３の他方の端部側が接地板３に接続された第１エレメント１と、第１エレメント１と共に接地板３上に１／２ループを形成し、第１エレメント１と平行に形成され、接地板３の一方の端部側が接地板３と接続されると共に、接地板３の他方の端部側に周波数同調用コンデンサ６が設けられた第２エレメント２とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば特定地区監視用、移動体作業地下埋設及び探査、調査用、既設埋設検知用、施設作業工事現場、データ通信用、地中調査等に利用可能なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、小型のアンテナ装置としては、チップ型、基板型、ＬＣ回路を用いたものが知られている。
【０００３】
従来のアンテナ装置としては、例えば、下記の特許文献１に記載されているように、１本のエレメントをループ状に形成しているループ形状アンテナ装置が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１５４９０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の種々のアンテナ装置においては、チップやＬＣ基板等を小型化すると、自ずと電界強度が限られた範囲となってしまい、用途が限定されてしまうという問題点がある。
【０００６】
また、従来のアンテナ装置においては、成型された形にてＱの高いセラミック等を使用したものでは、固定化された周波数帯で使用することに限られており、任意の周波数帯にシフトして使用することが困難であった。
【０００７】
さらに、上述の特許文献１に記載されたアンテナ装置では、給電位置を半田付けにより一点にて固定するに際して、当該給電位置を数ミリの範囲内とする必要があった。
【０００８】
また、特許文献１に記載されたアンテナ装置においては、電界パターンが一つの楕円環状であった。
【０００９】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、製造が容易であって、広範囲の周波数帯に対応すると共に安定した電磁波の送受信特性を有するアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は、容量性を持たせた接地板と、前記接地板状に１／２ループ状に形成され、前記接地板の一方の端部側にインピーダンス整合用コンデンサが設けられると共に、前記接地板の他方の端部側が前記接地板に接続された第１エレメントと、前記第１エレメントと共に前記接地板上に１／２ループ状に形成され、前記第１エレメントと平行に形成され、前記接地板の一方の端部側が前記接地板と接続されると共に、前記接地板の他方の端部側に周波数同調用コンデンサが設けられた第２エレメントとを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る本発明は、前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して直線状に形成され、その位置関係が平行に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る本発明は、前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して三角波状に形成され、その位置関係が少なくとも一部において平行に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る本発明は、前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して正弦波状に形成され、その位置関係が少なくとも一部において平行に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る本発明は、前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して矩形波状に形成され、その位置関係が少なくとも一部において平行に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る本発明は、前記インピーダンス整合用コンデンサ及び前記周波数同調用コンデンサは、半固定型コンデンサからなり、前記インピーダンス整合用コンデンサと前記周波数同調用コンデンサとの位置関係を相対位置としたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、例えば図１に平面図を示し、図２に側面図を示すように構成されたアンテナ装置に適用される。
【００１８】
このアンテナ装置は、１／２ループ状に形成された２本の第１エレメント１、第２エレメント２が相対的な位置に取り付けられ、且つ、第１エレメント１と第２エレメント２とが接地面である接地板３に平行に取り付けられている。本例においては、第１エレメント１及び第２エレメント２は、ワイヤーであって直線材質の導体線又は板状である銅線または真鍮線であることが望ましい。
【００１９】
また、第１エレメント１及び第２エレメント２は、その直線性を維持するために、第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６または固定コンデンサの高さに合わせたＬ字形にまげて構成されている。これにより、第１エレメント１及び第２エレメント２は、１／２ループ状に形成されている。
【００２０】
さらに、第１エレメント１と第２エレメント２との間隔は、通信周波数にもよるが、０．０１〜０．０２５λとすることが望ましく、この間隔によって帯域幅の変化、すなわち電界パターンの変化をもたらす。
【００２１】
接地板３は、金属板や基板などからなり、第１エレメント１及び第２エレメント２の端部が半田付けにより取り付けられる。本例においては、接地板３は、その形状が１５×５０ｍｍ〜８×２０ｍｍ程度にて構成されている。
【００２２】
本例においては、給電側である第１エレメント１がインピーダンス整合用（ＶＳＷＲ（定在波比）整合用）のエレメントとなり、当該第１エレメント１と相対的な位置に設けられた第２エレメント２が周波数同調用のエレメントとなっている。
【００２３】
第１エレメント１は、接地板３に半田付けされていない一方の端部に同軸線４が取り付けられ、図示しない給電装置から給電を受ける。また、第１エレメント１は、接地板３に半田付けされていない他方の端部には、第１トリマーコンデンサ５が取り付けられ、第２エレメント２の接地板３に半田付けされていない他方の端部に、第２トリマーコンデンサ６が取り付けられる。
【００２４】
これにより、第１エレメント１の半田付けされている他方の端部と第２エレメント２の半田付けされている一方の端部とが相対的な位置関係となっており、更に、第１エレメント１の第１トリマーコンデンサ５の取り付け部分と第２エレメント２の第２トリマーコンデンサ６の取り付け部分とが相対的な位置関係となっている。
【００２５】
このような相対的な位置関係となっている第１エレメント１及び第２エレメント２では、第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６（キャパシタンス成分）による位相の反転で、誘起側（第１エレメント１側）との位相差が同調側（第２エレメント２側）に反映されて共振可能なアンテナ装置として機能する。
【００２６】
なお、接地板３の形状にも依存するが、２ｃｍ×６ｃｍ程度の接地板３を使用した場合において、アンテナ装置では、２５０〜５００ＭＨｚの約２倍程度の共振周波数を得ることができると共に、小型なうえに周波数を任意に選択可能となる。
【００２７】
また、同軸線４による給電点は、第１トリマーコンデンサ５または第２トリマーコンデンサ６のいずれかから引き込んでも同様の性能を得ることができるものであって、図１や図２のものに限定するものではない。すなわち、給電との反対側が周波数設定側となる。
【００２８】
さらに、給電点の位置は、第１トリマーコンデンサ５や第２トリマーコンデンサ６と接近していることが望ましい。
【００２９】
さらにまた、第１トリマーコンデンサ５や第２トリマーコンデンサ６を使用する場合のみならず、周波数及び定在波比が既知である場合には、第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６に代えて、同容量の半固定型コンデンサや固定型コンデンサを使用することが望ましい。この半固定型コンデンサを使用した場合、周波数同調用コンデンサを同調周波数範囲が約２倍の同調点があるものを使用し、インピーダンス整合用コンデンサを周波数同調用コンデンサに対して相対位置に配置する。
【００３０】
つぎに、上述の図１及び図２に示したアンテナ装置において、Ｌｏｗ−ＢａｎｄＶＨＦ帯のものについての構成を図３、図４及び図５に示す。この図３〜図５に示したアンテナ装置では、第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６として、円盤型のトリマーコンデンサを使用したものを示している。
【００３１】
このアンテナ装置では、接地板３を導体板とし、図３に示すように、長手方向における第１エレメント１及び第２エレメント２の長さを例えば３０ｃｍ〜１００ｃｍとし、第１エレメント１と第２エレメント２との幅方向における間隔を例えば５ｃｍ〜１５ｃｍとしたものである。また、このアンテナ装置では、第１エレメント１及び第２エレメント２の端部、及び、第１エレメント１及び第２エレメント２の略中間位置をねじ１１により接地板３に対して固定して取り付けている。
【００３２】
なお、Ｌｏｗ−ＢａｎｄＶＨＦ帯のアンテナ装置においては、第１エレメント１及び第２エレメント２としては、板金である接地板３に対して平面が維持でき、且つ直線性のある棒またはパイプ状のものを使用する。また、このアンテナ装置では、第１エレメント１と第２エレメント２との間隔を例えば０．０１〜０．０２５λ程度とするが、放射パターンを加味して、第１エレメント１と第２エレメント２との間隔を変化させて作成してもよい。
【００３３】
第２エレメント２の第２トリマーコンデンサ６の取り付け部分は、図４に示すように、ねじ１１に対して接地板３の裏面側にねじ１２を取り付け、ねじ１１及びねじ１２により接地板３から垂直に延びた取り付け部材１３を固定する。そして、取り付け部材１３の側面部に第２エレメント２を接続するようにして第２トリマーコンデンサ６を設けると共に、取り付け部材１３の上端部に第２エレメント２を取り付ける。
【００３４】
また、第１エレメント１の第１トリマーコンデンサ５取り付け部分は、図５に示すように、シリンダー型コンデンサ１４をねじ１５により固定し、シリンダー型コンデンサ１４の上端部に第１エレメント１と接続する。さらに第１エレメント１と接続するようにして同軸線４を取り付ける。
【００３５】
なお、シリンダー型コンデンサ１４としては、強度や安定度を維持するために、ガラス製やセラミック製のものを使用する。また、固定コンデンサを取り付けるスペース的な余裕がある場合には、固定コンデンサを複数個使用して目的周波数を得てもよい。
【００３６】
つぎに、トリマーコンデンサとして、シリンダー型のものを使用した場合のアンテナ装置について説明する。なお、このシリンダー型のトリマーコンデンサは、上述したように接地板３、第１エレメント１及び第２エレメント２に対して第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６と同一の位置関係として設けられるものである。
【００３７】
このトリマーコンデンサは、その断面図を図６に示すように、図中Ａ方向に移動可能とされた容量用金属柱２１を、ガラス又はセラミック材からなる収容部材２２に収容して構成されている。
【００３８】
この収容部材２２の一方端には、第１エレメント１又は第２エレメント２をはんだ付けした金属部２３が設けられると共に、収容部材２２の他方端には、容量用金属柱２１を図中Ａ方向に移動可能とするための第１可動用ねじ２４及び第２可動用ねじ２５を取り付ける取付用ねじ金具２６が設けられている。
【００３９】
また、このトリマーコンデンサは、容量用金属柱２１と第１可動用ねじ２４が接続されると共に、第２可動用ねじ２５が回転することにより第１可動用ねじ２４が回転するように、第１可動用ねじ２４と第２可動用ねじ２５とが設けられている。
【００４０】
このようなトリマーコンデンサでは、例えばユーザにより、第２可動用ねじ２５を回転させる固定用ナット２７が第２可動用ねじ２５に取り付けられて回転されると、第２可動用ねじ２５の回転に応じて第１可動用ねじ２４が回転する。これにより、容量用金属柱２１は、図中Ａの矢印にて示す範囲内で移動することになる。したがって、このトリマーコンデンサでは、ユーザの作業に応じてトリマーコンデンサの容量を変化させることができる。
【００４１】
また、第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６の具体的な一例としては、図７（Ａ）に平面図を示し、図７（Ｂ）に側面図を示すように、セラミック・トリマー型コンデンサを使用しても良い。このコンデンサは、接地板３上に、取付用ねじ穴３１ａが設けられた固定板３１を取り付け、当該固定板３１に回転板３２を取り付けて構成されている。このコンデンサでは、例えばユーザにより回転板３２が回転されることにより、その容量が可変とされる。
【００４２】
このようなセラミック・トリマー型コンデンサは、セラミック材にて構成したものや、プラスチック材にて構成されたものの２種類が存在し、何れであっても良い。このセラミック・トリマー型コンデンサは、図１と同様に接地板３に取り付けた場合には、その平面図が図８に示すようになり、その側面図は図９に示すようになる。このように構成することにより、図１及び図２に示したアンテナ装置と同様の作用及び効果を発揮させることができる。
【００４３】
さらに、このアンテナ装置においては、図３におけるＡＡ−ＢＢ断面図を図１０に示すように、第１エレメント１及び第２エレメント２の長手方向の長さが長く、複数の接地板３を組み合わせた場合に、第１エレメント１及び第２エレメント２の補強構造を有する。図６によれば、接地板３の長手方向における略中央部分に、第１エレメント１及び第２エレメント２を支持する支持部材４１を接地板３上に取り付け、当該支持部材４１をねじ１１及びねじ１２により固定する。
【００４４】
そして、アンテナ装置では、第１エレメント１を支持する支持部材４１の上端部と、第２エレメント２を支持する支持部材４１の上端部とを接続するように、導電部材又は編線材等で振動を緩衝用として用い、接続部材４２を接地する。また、支持部材４１としては、第１エレメント１及び第２エレメント２の支持のみならず、絶縁も兼ねてデルリン又はジュラコン材（ＰＯＭ材）を使用することが望ましい。
【００４５】
更にまた、このＬｏｗ−ＢａｎｄＶＨＦ帯のアンテナ装置においては、給電部分にＬ型金具を取り付けて、同軸線４と第１エレメント１とをコネクタを介して取り付けることにより、第１エレメント１と同軸線４との接続部分における強度及び安定度を保持することができる。
【００４６】
つぎに、上述したアンテナ装置の収納機構について説明する。
【００４７】
アンテナ装置の収納機構は、図１１に示すように、その断面が四角状となっている四角筒型収容機構５１となっており、当該四角筒型収容機構５１の底面部に接地板３を固定する。また、四角筒型収容機構５１には、同軸線４を外部と接続するための同軸線貫通穴５１Ａが設けられている。ここで、四角筒型収容機構５１は、例えばプラスチックケースなどからなる。なお、この図１１では、シリンダー型のコンデンサを使用した場合を示している。
【００４８】
また、アンテナ装置の他の収納機構としては、図１２に示すように、その断面が円状となっている円筒型収容機構５２であってもよい。また、円筒型収容機構５２には、同軸線４を外部と接続するための同軸線貫通穴５２Ａが設けられている。この場合、接地板３は、円筒型収容機構５２の内壁とねじ５３により固定される。この円筒型収容機構５２も、四角筒型収容機構５１と同様に、プラスチックケースなどからなる。
【００４９】
更に、アンテナ装置は、例えば円筒型収容機構５２を使用した場合、図１３に示すように取り付け部材５２ａを使用して円筒型収容機構５２を平面上に設置したり、図１４に示すように取り付け部材５２ｂを使用して円筒型収容機構５２の側面を用いて設置したり、更には、四角筒型収容機構５１を使用した場合、図１５に示すように取り付け穴５１ａを設けて壁面に設置したりしても良い。
【００５０】
このような収納機構や取り付け部材を使用することにより、アンテナ装置を容易に設備化することができる。
【００５１】
なお、送信用のアンテナ装置と受信用のアンテナ装置とから構成し、同一基板上に搭載した内蔵組み込み型としてもよい。さらに、試作基板上にて容量が決定された場合、トリマーコンデンサに代えて、厚膜面実層型コンデンサを使用してもよい。
【００５２】
上述したようなアンテナ装置により形成する放射パターン及び電界面は、図１６及び図１７に示すようになる。すなわち、接地板３の幅方向から見た場合、アンテナ装置の放射パターンは、図１６に示すように、繭型となっており、既知のＪ型及びループ型と称される形状となっている。これにより、このアンテナ装置は、電界面が線状に高い強度で発生させることができる。
【００５３】
また、このアンテナ装置では、第１エレメント１及び第２エレメント２により、１本のエレメントよりも大きな電界面が発生し、特定の方向においてはより安定した電界域を発生させる。
【００５４】
したがって、このアンテナ装置では、狭帯域を有するが、小型に拘わらず、電波送信時における定在波比の確保ができ、さらに、受信時における先鋭な感度を得ることができる。なお、給電部に２〜１０Ω程度のコンデンサを入れることによって帯域幅を広げることも可能である。
【００５５】
以上説明したように本発明を適用したアンテナ装置によれば、第１エレメント１と第２エレメント２とを平行関係となるように配置することにより、小型化であるにも拘わらず、高い電界特性を任意の周波数帯にて得ることができ、更に定在波比の設定ができる。すなわち、このアンテナ装置によれば、第１エレメント１及び第２エレメント２を平行に配置することにより、当該第１エレメント１及び第２エレメント２上に主たる電界面が現れ、当該電界面を双楕円環状として、大きな電界面を形成することができる。
【００５６】
また、このアンテナ装置によれば、広帯性周波数選択範囲を持ち任意の周波数帯が設定できる第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６を使用して周波数帯を設定した後に、固定型コンデンサに置き換えることにより、安定した形のアンテナ装置を実現することができる。
【００５７】
更に、このアンテナ装置によれば、平行関係にある第１エレメント１及び第２エレメント２を利用することにより、位相反転型によって電界面の平均化を図ることができる。この場合、接地板３としては、基板上の導体面を使用することにより、通信機器内部に第１エレメント１及び第２エレメント２を形成して、送信機及び受信機と一体化することができる。
【００５８】
更にまた、このアンテナ装置によれば、接地板３としてプリント基板を使用し、当該プリント基板に直接Ｌ字型成形した第１エレメント１及び第２エレメント２を組み立てることができ、構成をより簡素化することができ、部品の省力化を図ることができる。したがって、このアンテナ装置によって、基板上での加工作業を行うのみで、同軸線４やコネクタを不要とすることができ、同軸線４やコネクタによる損失などを低減することができる。
【００５９】
なお、本例では、図１に示すように、第１エレメント１及び第２エレメント２として直線型のものを使用した場合について説明したが、これに限らず、図１８に示すように、第１エレメント１及び第２エレメント２を三角波状に形成した場合、図１９に示すように第１エレメント１及び第２エレメント２を正弦波状に形成した場合、図２０に示すように矩形波状に形成した場合であっても良い。このようなアンテナ装置では、第１エレメント１及び第２エレメント２との位置関係を少なくとも一部にて平行関係とすることができ、上述と同様の効果を発揮することができる。
【００６０】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明に係るアンテナ装置によれば、１／２ループ状に形成された第１エレメント及び第２エレメントを平行に配置することにより、小型化であるにも拘わらず、高い電界特性を任意の周波数帯にて得ることができ、更に定在波比の設定ができる。すなわち、このアンテナ装置によれば、第１エレメント及び第２エレメントを平行に配置することにより、当該第１エレメント及び第２エレメント上に主たる電界面が現れ、当該電界面を双楕円環状として、大きな電界面を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したアンテナ装置の平面図である。
【図２】本発明を適用したアンテナ装置の側面図である。
【図３】本発明を適用したＬｏｗ−ＢａｎｄＶＨＦ帯アンテナ装置の平面図である。
【図４】本発明を適用したＬｏｗ−ＢａｎｄＶＨＦ帯アンテナ装置において、第２トリマーコンデンサの取り付け部分を示す側面図である。
【図５】本発明を適用したＬｏｗ−ＢａｎｄＶＨＦ帯アンテナ装置において、第１トリマーコンデンサの取り付け部分を示す側面図である。
【図６】シリンダー型のトリマーコンデンサの断面図である。
【図７】第１トリマーコンデンサ５及び第２トリマーコンデンサ６の具体的な一例を示す図である。
【図８】シリンダー型のトリマーコンデンサを使用した場合のアンテナ装置の平面図である。
【図９】シリンダー型のトリマーコンデンサを使用した場合のアンテナ装置の側面図である。
【図１０】本発明を適用したＬｏｗ−ＢａｎｄＶＨＦ帯アンテナ装置において、図３におけるＡＡ−ＢＢ断面図である。
【図１１】本発明を適用したアンテナ装置の四角筒型収容機構を示す図である。
【図１２】本発明を適用したアンテナ装置の円筒型収容機構を示す図である。
【図１３】円筒型収容機構にアンテナ装置を収容した場合の平面取り付け図である。
【図１４】円筒型収容機構にアンテナ装置を収容した場合の側面取り付け図である。
【図１５】四角筒型収容機構にアンテナ装置を収容した場合の壁面取り付け図である。
【図１６】本発明を適用したアンテナ装置における放射パターンを説明するための側面図である。
【図１７】本発明を適用したアンテナ装置における放射パターンを説明するための平面図である。
【図１８】本発明を適用したアンテナ装置において、第１エレメント及び第２エレメントを三角波状にした場合の平面図である。
【図１９】本発明を適用したアンテナ装置において、第１エレメント及び第２エレメントを正弦波状にした場合の平面図である。
【図２０】本発明を適用したアンテナ装置において、第１エレメント及び第２エレメントを矩形波状にした場合の平面図である。
【符号の説明】
１第１エレメント
２第２エレメント
３接地板
４同軸線
５第１トリマーコンデンサ
６第２トリマーコンデンサ
１１，１２，１５，２３ねじ
１３，１４取り付け部材
１６支持部材
１７補強部材
２１容量用金属柱
２２収容部材
２３金属部
２４第１可動用ねじ
２５第２可動用ねじ
２６取付用ねじ金具
２７固定用ナット
３１固定板
３２回転板
４１支持部材
４２接続部材
５１四角筒型収容機構
５２円筒型収容機構

Claims

容量性を持たせた接地板と、
前記接地板上に１／２ループ状に形成され、前記接地板の一方の端部側にインピーダンス整合用コンデンサが設けられると共に、前記接地板の他方の端部側が前記接地板に接続された第１エレメントと、
前記第１エレメントと共に前記接地板上に１／２ループ状に形成され、前記第１エレメントと平行に形成され、前記接地板の一方の端部側が前記接地板と接続されると共に、前記接地板の他方の端部側に周波数同調用コンデンサが設けられた第２エレメントと
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して直線状に形成され、その位置関係が平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して三角波状に形成され、その位置関係が少なくとも一部において平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して正弦波状に形成され、その位置関係が少なくとも一部において平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１エレメントと前記第２エレメントとは、前記接地板から離間して矩形波状に形成され、その位置関係が少なくとも一部において平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記インピーダンス整合用コンデンサ及び前記周波数同調用コンデンサは、半固定型コンデンサからなり、前記インピーダンス整合用コンデンサと前記周波数同調用コンデンサとの位置関係を相対位置としたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。