JP2005124030A - Spherical dipole antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁界測定において、電磁波の放射、電磁波の受信を行う球状ダイポールアンテナに関する。 The present invention relates to a spherical dipole antenna that emits electromagnetic waves and receives electromagnetic waves in electromagnetic field measurement.
電子機器等から発生する不要電磁波がテレビ、ラジオ等の放送受信器に影響を与える現象、すなわちEMI(Electromagnetic Interference)を正確に測定するにあたっては、オープンサイト、電波暗室等の測定設備が必要であり、また、これらの特性を評価するために標準的な電磁波の放射・受信を行うことも必要である。 In order to accurately measure EMI (Electromagnetic Interference), a phenomenon in which unwanted electromagnetic waves generated from electronic devices affect broadcast receivers such as televisions and radios, measurement equipment such as open sites and anechoic chambers is required. Also, in order to evaluate these characteristics, it is necessary to emit and receive standard electromagnetic waves.
球状ダイポールアンテナは、上記の電磁波の放射又は受信若しくはこれらの両方を行うためのものであり、これは、2個の半球状のアンテナエレメントを有し、アンテナエレメント内に光/電気変換器(以下、適宜“O/E変換器”とする)、電気/光変換器(以下、適宜“E/O変換器”とする)と電源部、増幅器等を有する(例えば、非特許文献1参照)。
上記の球状ダイポールアンテナは、例えば10MHzから数十GHz帯域にわたる高帯域において電磁波の放射又は受信若しくはこれらの両方を行うことを可能にするためのものであり、アンテナエレメントにテーパ部を設け、2個のアンテナエレメント間の距離を変化させることにより、広帯域に亘り電磁放射や計測を実現することができる。 The above-mentioned spherical dipole antenna is for making it possible to radiate and / or receive electromagnetic waves in a high band ranging from 10 MHz to several tens of GHz, for example, and to provide two antenna elements with a tapered portion. By changing the distance between the antenna elements, electromagnetic radiation and measurement can be realized over a wide band.
しかしながら、アンテナエレメントへの印加電圧が給電点やアンテナエレメント自体で反射し、この反射成分により印加電圧が変動するなどの問題点があった。 However, there is a problem that the applied voltage to the antenna element is reflected at the feeding point or the antenna element itself, and the applied voltage fluctuates due to the reflected component.
また、これを抑制するため、O/E変換器に数dBのアテネータを挿入することにより、反射電力を低減することが試みられているが、印加電圧自体を抑圧するなどの問題点があった。 In order to suppress this, an attempt has been made to reduce the reflected power by inserting an attenuator of several dB into the O / E converter, but there are problems such as suppressing the applied voltage itself. .
また、アンテナエレメントにより電磁波が受信された際に、一旦受信された電磁波がアンテナ外部に漏出するなどの問題点もあった。 In addition, when the electromagnetic wave is received by the antenna element, there is a problem that the electromagnetic wave once received leaks outside the antenna.
したがって、効率良く電磁波の放射又は受信若しくはこれらの両方を行うことが困難であった。 Therefore, it has been difficult to efficiently radiate and / or receive electromagnetic waves.
このような事情に鑑み本発明は、広帯域での電磁界計測を確実且つ正確に行うための球状ダイポールアンテナを提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a spherical dipole antenna for reliably and accurately performing electromagnetic field measurement in a wide band.
請求項1に記載の本発明は、互いに対向して配置され、其々が中空部分を具備する半球状の第1及び第2のアンテナエレメントと、第1及び第2のアンテナエレメントの対向面其々に設けられたテーパ部と、光信号を電気信号に変換し、電気信号を第1及び第2のアンテナエレメントに印加する光/電気変換手段と、光/電気変換手段の出力側とアンテナエレメントとの間に接続され、電気信号が印加された際に生じた反射波が光/電気変換手段に流入することを防止するための反射波流入防止手段とを有することを要旨とする。 The present invention according to claim 1 is a hemispherical first and second antenna element, each of which is disposed opposite to each other and having a hollow portion, and opposite surfaces of the first and second antenna elements. Tapered portions provided in various ways, optical / electrical conversion means for converting an optical signal into an electric signal and applying the electric signal to the first and second antenna elements, an output side of the optical / electrical conversion means, and an antenna element And a reflected wave inflow prevention means for preventing a reflected wave generated when an electric signal is applied from flowing into the optical / electrical conversion means.
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の発明において、光/電気変換手段、反射波流入防止手段の全てを、第1のアンテナエレメント若しくは第2のアンテナエレメントの中空部分内に互いに接近した状態で配置したことを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, all of the optical / electrical conversion means and the reflected wave inflow prevention means are placed in the hollow portion of the first antenna element or the second antenna element. The gist is that they are arranged close to each other.
請求項3に記載の本発明は、請求項1又は2に記載の発明において、反射波流入防止手段は、サーキュレータ、アイソレータ及びアッテネータのうちのいずれかを含むことを要旨とする。
The gist of the present invention described in
請求項4に記載の本発明は、互いに対向して配置され、其々が中空部分を具備する半球状の第1及び第2のアンテナエレメントと、第1及び第2のアンテナエレメントが電磁波を受信した際に生じた電気信号を光信号に変換する電気/光変換手段と、アンテナエレメントと電気/光変換手段の入力側との間に接続され、電磁波が受信された際に、電磁波が外部に漏出することを防止するための電磁波漏出防止手段とを有することを要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, hemispherical first and second antenna elements, which are arranged opposite to each other and each have a hollow portion, and the first and second antenna elements receive electromagnetic waves. When the electromagnetic wave is received and connected between the antenna element and the input side of the electric / optical conversion means, the electric / optical conversion means for converting the electric signal generated when The gist is to have electromagnetic wave leakage prevention means for preventing leakage.
請求項5に記載の本発明は、請求項4に記載の発明において、電気/光変換手段、電磁波漏出防止手段の全てを、第1のアンテナエレメント若しくは第2のアンテナエレメントの中空部分内に互いに接近した状態で配置したことを要旨とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, all of the electrical / optical conversion means and the electromagnetic wave leakage prevention means are mutually connected in the hollow portion of the first antenna element or the second antenna element. The gist is that they are arranged close to each other.
請求項6に記載の本発明は、請求項4又は5に記載の発明において、電磁波漏出防止手段は、サーキュレータ、アイソレータ及びアッテネータのうちのいずれかを含むことを要旨とする。
The gist of the present invention described in
本発明の球状ダイポールアンテナは、電気信号が印加された際に生じた反射波が光/電気変換手段に流入することを防止するための反射波流入防止手段を有する。 The spherical dipole antenna of the present invention has reflected wave inflow prevention means for preventing a reflected wave generated when an electric signal is applied from flowing into the optical / electrical conversion means.
また、電磁波が受信された際に、電磁波が外部に漏出することを防止するための電磁波漏出防止手段とを有する。 Moreover, it has an electromagnetic wave leakage prevention means for preventing the electromagnetic wave from leaking outside when the electromagnetic wave is received.
したがって、本発明によれば、広帯域での電磁界計測を確実且つ正確に行うための球状ダイポールアンテナを提供することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a spherical dipole antenna for reliably and accurately performing electromagnetic field measurement in a wide band.
以下、図面を参照しつつ本発明の球状ダイポールアンテナについての説明を行う。
なお、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。
また、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。
The spherical dipole antenna of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The following examples are only for the purpose of explaining the present invention and do not limit the scope of the present invention. Accordingly, those skilled in the art can employ various embodiments including each or all of these elements, and these embodiments are also included in the scope of the present invention.
In all the drawings for explaining the embodiments, the same elements are given the same reference numerals, and the repeated explanation thereof is omitted.
図1は、本発明の第1の実施例(実施例1)に係る球状ダイポールアンテナ1aの斜視図である。
球状ダイポールアンテナ1aは、絶縁部8等を介して互いに対向して配置された導体製のアンテナエレメント2及び5を有し、これらの本実施例のアンテナエレメント2及び5により構成される球体部分の直径は約10cmから約20cmを想定しており、重量は約3kgを想定している。
FIG. 1 is a perspective view of a
The
アンテナエレメント2は、半球状、換言すればドーム型の半球部3及び円盤型の円盤部4からなり、アンテナエレメント5は、半球部3と同様の半球部6及び円盤部4と同様の円盤部7からなる。
The
なお、本図においては、アンテナエレメント5の下部が取付部9を介して支持ポール10に取り付けられている場合を示しているが、これに限定されず、様々な取り付け方法を採用可能である。
In addition, in this figure, although the case where the lower part of the
図2は、図1の球状ダイポールアンテナ1aの断面図である。なお、本図ならびに以降の図面においては、図1の取付部9及び支持ポール10の記載は省略している。
図示するとおり、アンテナエレメント2及び5の内部は中空であり、これらは、円盤部4及び7を貫通する中心導体部11と、これを包周する絶縁部8により対向して配置されている。なお、絶縁部8にはテフロン(登録商標)等が用いられる。また、円盤部4と中心導体部11は電気的に接続されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
As shown in the figure, the interiors of the
また、この球状ダイポールアンテナ1aは、電磁波の放射を目的としたものであり、このため、アンテナエレメント5の中空部内に互いに接近した状態で配置された光/電気変換器12(以下、適宜“O/E変換器12”とする)と、O/E変換器12に接続された電源部13と、アイソレータ14と、外部に設置された電気/光変換器16(以下、適宜“E/O変換器16”とする)と、O/E変換器12とE/O変換器16とを接続する光ファイバケーブル15と、E/O変換器16に接続された発振器17とを有する。
The
また、アイソレータ14は、O/E変換器12の出力側とアンテナエレメント5(円盤部7)及び中心導体部11との間に配置されており、O/E変換器12は、アイソレータ14を介してアンテナエレメント5及び中心導体部11と接続されている。
The
また、円盤部4及び7の其々は、その対抗面側に中心導体部11から外周方向にむかってテーパするテーパ部を有しており、さらに、その断面形状は、曲線構成されている。つまり、アンテナエレメント2とアンテナエレメント5との間の空間部分は、外周部に向けて広がった形状を有している。
Moreover, each of the
このテーパ部は、上記の形状を有するため、中心導体部11を介して円盤部7と円盤部4の間に電圧(電気信号)を印加した際の駆動点インピーダンスと空間の特性インピーダンスを緩やかに変化させ、O/E変換器12の出力インピーダンスと空間の特性インピーダンスとの整合を良くすることにより、アンテナエレメント2及び5での共振現象を抑制する。その結果、数十GHz帯域での電磁波の送信又は受信若しくはこれらの両方が可能となる。
Since this taper portion has the above-described shape, the drive point impedance and the spatial characteristic impedance when the voltage (electrical signal) is applied between the
次に上記の球状ダイポールアンテナ1aの作用について説明する。
Next, the operation of the
まず、発振器17に電気信号を発生させ、これをE/O変換器16に送信する。電気信号を受信したE/O変換器16は、これに比例する光強度変調信号を発生させる。この光信号は、光ファイバケーブル15を介してO/E変換器12に伝送される。O/E変換器12は、受信した光信号を電気信号に変換し、アイソレータ14を介して円盤部7と中心導体部11の間に印加する。印加された電気信号は、円盤部4と円盤部7の間を外周方向へ向かって伝播する際に、上記のテーパ部の作用により円盤部4及び7の特性インピーダンスが緩やかに変化するため、電磁波の反射や共振が抑制され、電磁界計測を行うにあたって、電磁波を効率良く且つ正確に放射することができる。
First, an electrical signal is generated in the
また、上記のアイソレータ14は、アンテナエレメント2及び5に電気信号が印加された際に生じた反射波が前記光/電気変換手段に流入することを防止する。
The
このアイソレータ14は、その入力側から出力側への挿入損失は概ね1dB以下であるが、出力側から入力側への挿入損失(アンテナエレメント2及び5等で発生した反射波の損失)は通常15dB以上である。この結果、アンテナエレメント2及び5等で生じた反射波がO/E変換器12に与える影響を極めて小さいものにすることができる。
In this
なお、上記のO/E変換器12は、請求項に記載の光/電気変換手段に含まれ、アイソレータ14は、請求項に記載の反射波流入防止手段に含まれる。
The O /
図3は、本発明の第2の実施例(実施例2)に係る球状ダイポールアンテナ1bの断面図である。
図3の球状ダイポールアンテナ1aは、O/E変換器12、電源部13及びアイソレータ14の全てが下側のアンテナエレメント5内に設けられている場合を示したが、球状ダイポールアンテナ1bは、O/E変換器12、電源部13及びアイソレータ14の全てを
上側のアンテナエレメント2内に接近した状態で配置したものである。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a
The
このような構成をとることにより、アンテナエレメント内の中空部分における光ファイバケーブル15の露出部分を非常に少なくすることが可能となり、例えば、電源部13内の電池等を交換する際や、O/E変換器の出力電圧を確認する際に光ファイバケーブル15が損傷することを防止可能となり、また、球状ダイポールアンテナ1b全体を図1の支持ポール10から取り外す必要なしに、半球部3を取り外すだけで上記の作業を実施することが可能となり、作業性の向上を図ることができる。
By adopting such a configuration, the exposed portion of the
図4は、本発明の第3の実施例(実施例3)に係る球状ダイポールアンテナ1cの断面図である。
球状ダイポールアンテナ1cは、前述の球状ダイポールアンテナ1b(図3)に変更を加えたものであり、電磁波の受信を目的としている。このため、アンテナエレメント5内にE/O変換器16と、アイソレータ14と、E/O変換器16に接続された電源部13とを有し、外部にO/E変換器12と、このO/E変換器12とE/O変換器16とを接続する光ファイバケーブル15と、O/E変換器12と接続された受信器18とを有する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a spherical dipole antenna 1c according to a third embodiment (third embodiment) of the present invention.
The spherical dipole antenna 1c is a modification of the above-described
また、アイソレータ14は、E/O変換器16の入力側とアンテナエレメント5(円盤部7)及び中心導体部11との間に配置されており、E/O変換器16は、アイソレータ14を介してアンテナエレメント5及び中心導体部11と接続されている。
The
なお、その他の要素の機能、構成等に変更はなく、第1の実施に形態において示したものと同様である。また、上記のE/O変換器16は、請求項に記載の電気/光変換手段に含まれる。
It should be noted that the functions, configurations, etc. of other elements are not changed and are the same as those shown in the first embodiment. The E /
次に、上記の球状ダイポールアンテナ1aの作用について説明する。
Next, the operation of the
アンテナエレメント2及び5に到来する電磁波はこれらの間のテーパ状の部分に進入し、受信される。この結果、円盤部4と中心導体部11の間に電圧(電気信号)が発生する。発生した電圧は、E/O変換器16により光強度変調信号に変換される。この光信号は、光ファイバケーブル15を介して外部のO/E変換器12に伝送される。O/E変換器12は、受信した光信号を電気信号に変換する。この電気信号のレベルは電磁波強度に比例することから、この電気信号を受信器18で受信することで、アンテナエレメント2及び5により受信された電磁波を測定することができる。
The electromagnetic waves arriving at the
また、上記のテーパ部の作用により円盤部4及び7の特性インピーダンスが緩やかに変化するため、電磁波の反射や共振が抑制され、電磁界計測を行うにあたって、電磁波を効率良く且つ正確に受信することができる。
In addition, since the characteristic impedance of the
また、上記のアイソレータ14は、アンテナエレメント2及び5により電磁波が受信された際にこの電磁波が球状ダイポールアンテナ1cの外部に漏出すること防止する。
The
このアイソレータ14は、その入力側から出力側への挿入損失は概ね1dB以下であるが、出力側から入力側への挿入損失(アンテナエレメント2及び5等で発生した反射波の損失)は通常15dB以上である。この結果、アンテナエレメント2及び5で受信された電磁波が球状ダイポールアンテナ1cの外部に漏出することを防止できる。
In this
なお、上記のE/O変換器16は、請求項に記載の電気/光変換手段に含まれ、アイソレータ14は、請求項に記載の電磁波漏出防止手段に含まれる。
The E /
図5は、本発明の第4の実施例(実施例4)に係る球状ダイポールアンテナ1dの断面図である。
球状ダイポールアンテナ1dは、前述の球状ダイポールアンテナ1b(図3)及び1c(図4)に変更を加えたものであり、電磁波の放射と受信の両方を目的としている。このため、電磁波の放射のためのO/E変換器12a、アイソレータ14、光ファイバケーブル15a、E/O変換器16a及び発振器17と、さらに電磁波の受信のためのE/O変換器16b、アイソレータ14、光ファイバケーブル15b及びO/E変換器12b及び受信器18と、O/E変換器12a及びE/O変換器16bに接続されるとともに、前記の2個のアイソレータ14を介して円盤部4及び中心導体部11に接続された方向性結合器19と、O/E変換器12a及びE/O変換器16bの其々に接続された電源部13とを有する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a spherical dipole antenna 1d according to a fourth example (Example 4) of the present invention.
The spherical dipole antenna 1d is a modification of the
O/E変換器12a及び12bは、前述のO/E変換器12(図2から図4)と同様のものであり、E/O変換器16a及び16bは、前述のE/O変換器16(図2から図4)と同様のものである。
The O /
方向性結合器19は、O/E変換器12aから出力された電気信号をそのまま通過させるため、アンテナエレメント2及び5から電磁波を放射することができ、さらに電磁波を受信した場合に発生する電気信号のみを分波させ、この電気信号をE/O変換器16bに伝送する。
Since the
なお、その他の要素の機能、構成等に変更はなく、第1から第3の実施例において示したものと同様である。また、電源部13を1個のみ設け、この電源部からO/E変換器12aとE/O変換器16bの両方に電源を供給する構成としても良い。
The functions, configurations, etc. of other elements are not changed and are the same as those shown in the first to third embodiments. Alternatively, only one
また、上記の全ての実施例においては、円盤部4及び7の其々がテーパ部と一体的に形成されている場合を示したが、これに限定されず、円盤部とテーパ部を別の部材として作製しておき、後に接合する構成としても良い。
Further, in all the embodiments described above, the case where each of the
また、上記の全ての実施例においては、半球部3と円盤部4、半球部6と円盤部7とが別個に形成されている場合を示したが、上記の半球部と円盤部を一体的に形成しても良い。
In all the above embodiments, the
また、上記の全ての実施例においては、必要に応じて増幅器等を設けることもできる。 In all of the above embodiments, an amplifier or the like can be provided as necessary.
また、上記の全ての実施例においては、反射波流入防止手段及び電磁波漏出防止手段がアイソレータである場合を示したが、これに限定されず、上記の各手段として、サーキュレータ、アッテネータ等を有する構成とすることもできる。 Moreover, in all the embodiments described above, the case where the reflected wave inflow prevention means and the electromagnetic wave leakage prevention means are isolators is shown, but the present invention is not limited thereto, and each of the above means includes a circulator, an attenuator, and the like. It can also be.
また、上記の構成をとることにより、光信号同士の干渉、電気信号同士の干渉を防止することもできる。 Further, by adopting the above configuration, interference between optical signals and interference between electrical signals can be prevented.
1a、1b、1c、1d 球状ダイポールアンテナ
2、5 アンテナエレメント
3、6 半球部
4、7 円盤部
8 絶縁部
9 取付部
10 支持ポール
11 中心導体部
12、12a、12b 光/電気(O/E)変換器
13 電源部
14 アイソレータ
15、15a、15b 光ファイバケーブル
16、16a、16b 電気/光(E/O)変換器
17 発振器
18 受信器
19 方向性結合器
1a, 1b, 1c, 1d
Claims (6)
前記第1及び第2のアンテナエレメントの対向面其々に設けられたテーパ部と、
光信号を電気信号に変換し、該電気信号を前記第1及び第2のアンテナエレメントに印加する光/電気変換手段と、
前記光/電気変換手段の出力側と前記アンテナエレメントとの間に接続され、前記電気信号が印加された際に生じた反射波が前記光/電気変換手段に流入することを防止するための反射波流入防止手段と
を有することを特徴とする球状ダイポールアンテナ。 Hemispherical first and second antenna elements arranged opposite each other, each having a hollow portion;
A tapered portion provided on each of the opposing surfaces of the first and second antenna elements;
Optical / electrical conversion means for converting an optical signal into an electrical signal and applying the electrical signal to the first and second antenna elements;
Reflection connected between the output side of the optical / electrical conversion means and the antenna element to prevent a reflected wave generated when the electrical signal is applied from flowing into the optical / electrical conversion means A spherical dipole antenna comprising: a wave inflow prevention means.
前記第1及び第2のアンテナエレメントが電磁波を受信した際に生じた電気信号を光信号に変換する電気/光変換手段と、
前記アンテナエレメントと前記電気/光変換手段の入力側との間に接続され、前記電磁波が受信された際に、該電磁波が外部に漏出することを防止するための電磁波漏出防止手段と
を有することを特徴とする球状ダイポールアンテナ。 Hemispherical first and second antenna elements arranged opposite each other, each having a hollow portion;
An electrical / optical conversion means for converting an electrical signal generated when the first and second antenna elements receive electromagnetic waves into an optical signal;
Electromagnetic wave leakage prevention means connected between the antenna element and the input side of the electrical / optical conversion means for preventing leakage of the electromagnetic wave to the outside when the electromagnetic wave is received. Spherical dipole antenna characterized by
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Cited By (2)
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JP2010522498A (en) * | 2007-03-23 | 2010-07-01 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | An antenna including first and second radiating elements having substantially the same characteristics |
CN110600855A (en) * | 2019-08-12 | 2019-12-20 | 南京天之谱科技有限公司 | Broadband ball cone monitoring antenna |
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2003
- 2003-10-20 JP JP2003358949A patent/JP2005124030A/en active Pending
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