JP2005304001A - Bar antenna and electric wave relay device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電波を送信するバーアンテナ及び電波を中継する電波中継装置に関する。 The present invention relates to a bar antenna that transmits radio waves and a radio wave relay device that relays radio waves.
一般に、アンテナを用いて電波を受信し、この電波に重畳されている信号から時刻を得る場合は、長波標準電波に重畳された日本標準時刻信号が用いられている。この長波標準電波は、東日本では４０ｋＨｚの周波数が使用され、西日本では６０ｋＨｚの周波数が使用されている。長波標準電波の波長は、東日本では７．５ｋｍ、西日本では５ｋｍである。 In general, when a radio wave is received using an antenna and the time is obtained from a signal superimposed on the radio wave, a Japanese standard time signal superimposed on a long wave standard radio wave is used. This long wave standard radio wave has a frequency of 40 kHz in eastern Japan and a frequency of 60 kHz in west Japan. The wavelength of the long wave standard radio wave is 7.5 km in eastern Japan and 5 km in western Japan.
また、日本標準時刻信号は、日本国内の標準時を示すものであり、この日本国内の標準時は、東京小金井市にある通信総合研究所のセシウムビーム型原子周波数標準器を用いて決定されている。この日本標準時刻信号は、一旦国内の東西２箇所に設置されている送信所に伝えられ、この送信所において、長波帯の電波に重畳され、この長波帯の電波が垂直偏波で、これらの送信所から全国に送信されている。 The Japan standard time signal indicates the standard time in Japan. The standard time in Japan is determined using a cesium beam type atomic frequency standard of the Communications Research Laboratory in Koganei City, Tokyo. This Japanese standard time signal is once transmitted to the transmitting stations installed in two locations in the east and west of the country, where it is superimposed on the long wave radio waves, and these long wave radio waves are vertically polarized. It is sent nationwide from the sending station.
そして、この長波標準電波を利用して、時刻修正機能を備えた電波時計は、日本標準時刻信号に基づいた時刻情報を用いて、自体が刻む時刻を修正しているので精度が高い。また、長波標準電波は、電離層反射による影響が少ないので短波標準電波（４，８ＭＨｚ、２００１年終了）よりも信頼性が高いという特性がある。このため、近年、長波標準電波による時刻修正機能を用いた電波時計が各方面で用いられている。この電波時計の一例としては、公園などに設置されるソーラ電池と組み合わせた屋外大時計、腕時計などである。 A radio timepiece having a time correction function using this long wave standard radio wave has a high accuracy because it corrects the time that it engraves using the time information based on the Japan standard time signal. In addition, since the long wave standard radio wave is less affected by ionospheric reflection, it has a characteristic that it is more reliable than the short wave standard radio wave (4, 8 MHz, ended 2001). For this reason, in recent years, radio timepieces using a time correction function using long wave standard radio waves have been used in various directions. An example of the radio timepiece is an outdoor big clock or a wristwatch combined with a solar battery installed in a park or the like.
長波標準電波による時刻修正機能を用いた電波時計には、前記したように種々の利点がある。しかしながら、長波標準電波は、原理上波長が極めて長いという性質があるので、柱や梁などの縦横の部材に鉄骨を用いた建造物は、長波標準電波に対してはメッシュ構造となって電波通過を遮断する遮蔽部材として作用することになる。このため、電波時計は、長波標準電波を当該建造物内では受信できなくなり、このような建造物の内部に設置されている電波時計は時刻を修正することができないという問題がある。 The radio timepiece using the time correction function using the long wave standard radio wave has various advantages as described above. However, because the long wave standard radio wave has the property that the wavelength is extremely long in principle, a building using steel frames for vertical and horizontal members such as pillars and beams has a mesh structure with respect to the long wave standard radio wave. It will act as a shielding member for blocking out. For this reason, the radio timepiece cannot receive the long wave standard radio wave in the building, and there is a problem that the radio timepiece installed in such a building cannot correct the time.
そこで、このような建造物の内部に設置されている電波時計の時刻を修正する第１の方法として、前記した建造物の外部に長波標準電波の中継器を設置し、この中継器が長波標準電波を受信し、この中継器が、前記した建造物の内部に設置されている電波時計に対して、受信した長波標準電波を４２６．１２５０ＭＨｚのＵＨＦ帯の極超短波に変換して、この極超短波を送信して電波時計の時刻の修正を行う方法がある（例えば、非特許文献１）。 Therefore, as a first method for correcting the time of a radio clock installed inside such a building, a long wave standard radio wave repeater is installed outside the above-described building, and this repeater is a long wave standard. This relay receives the radio wave, converts the received long wave standard radio wave into a UHF band ultra high frequency of 426.1250 MHz for the radio timepiece installed inside the building, and this ultra high frequency wave There is a method of correcting the time of the radio timepiece by transmitting (for example, Non-Patent Document 1).
また、第２の方法として、前記した建造物の外部に受信アンテナを設置して、受信アンテナの直下に前置増幅器を設置して受信アンテナが受信した長波標準電波を増幅する。また、同軸ケーブルを介して更に出力増幅器で長波標準電波を増幅する。そして、ソリット型のフェライトバーアンテナが、この増幅した長波標準電波を、建造物の内部に設置されている電波時計に対して送信して電波時計の時刻の修正を行う方法も考えられる。 As a second method, a receiving antenna is installed outside the building, and a preamplifier is installed just below the receiving antenna to amplify long wave standard radio waves received by the receiving antenna. Further, the long wave standard radio wave is further amplified by the output amplifier via the coaxial cable. A method in which the solit type ferrite bar antenna transmits the amplified long wave standard radio wave to the radio timepiece installed inside the building to correct the time of the radio timepiece is also conceivable.
しかしながら、第１の方法では、中継器が受信した長波標準電波をそのまま各電波時計に送信するのではなく、受信した長波標準電波を極超短波に変換して、この極超短波を各電波時計に送信するものであった。
従って、第１の方法では、極超短波を受信可能な特定の電波時計を必要とし、市販の電波時計では、この中継器から送信される電波を受信して時刻を修正することはできなかった。
However, in the first method, the long wave standard radio wave received by the repeater is not transmitted to each radio clock as it is, but the received long wave standard radio wave is converted into a very high frequency wave, and this ultra high frequency wave is transmitted to each radio wave clock. It was something to do.
Therefore, the first method requires a specific radio timepiece capable of receiving ultra high frequency waves, and a commercially available radio timepiece cannot receive the radio wave transmitted from the repeater and correct the time.
一方、ソリット型のフェライトバーアンテナについては、フェライトコアの磁束を大きくする必要がある。しかし、フェライトコアの磁束を大きくすると、フェライトコア内の磁束が飽和し、同調用コイルのインダクタンスが極端に低下し、短絡（ショート）状態に近くなり、出力増幅器からの入力電力の大部分が熱となってしまうので、フェライトコアの断面積を大きくし、フェライトコアの単位面積当たりの磁束密度を少なくする必要がある。そのため、第２の方法で用いられるフェライトバーアンテナを大きくする必要があり、室内の天井などにフェライトバーアンテナを吊り下げることが困難であるという問題があった。 On the other hand, for the solit type ferrite bar antenna, it is necessary to increase the magnetic flux of the ferrite core. However, if the magnetic flux in the ferrite core is increased, the magnetic flux in the ferrite core is saturated, the inductance of the tuning coil is extremely reduced, and it becomes close to a short-circuit state, and most of the input power from the output amplifier is heated. Therefore, it is necessary to increase the cross-sectional area of the ferrite core and reduce the magnetic flux density per unit area of the ferrite core. Therefore, it is necessary to enlarge the ferrite bar antenna used in the second method, and there is a problem that it is difficult to suspend the ferrite bar antenna from an indoor ceiling or the like.
そこで、本発明は、前記した問題点に鑑み創作されたものであり、柱や梁などの縦横の部材に鉄骨を用いた建造物の内部のような長波標準電波が入ってくることができない場所に設置されている市販の電波時計の時刻の修正をすることができ、室内の天井などに容易に吊り下げることができる小型のアンテナ及び電波中継装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention was created in view of the above-mentioned problems, and a place where long-wave standard radio waves such as the inside of a building using steel frames as vertical and horizontal members such as columns and beams cannot enter. An object of the present invention is to provide a small antenna and a radio wave relay device that can correct the time of a commercially available radio wave clock installed in the room and can be easily hung on a ceiling or the like in a room.
請求項１に係る発明は、結晶軟磁性体と、この結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる駆動コイルと、この駆動コイルに隣り合う位置で、前記結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる同調用コイルと、この同調用コイルに接続された同調用コンデンサと、を備えるバーアンテナであって、前記結晶軟磁性体が筒状の中空体である。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a crystalline soft magnetic body, a driving coil in which an insulated wire is wound around the outer circumference of the crystalline soft magnetic body, and a position adjacent to the driving coil on the outer circumference of the crystalline soft magnetic body. A bar antenna including a tuning coil around which an insulated wire is wound and a tuning capacitor connected to the tuning coil, wherein the crystalline soft magnetic body is a cylindrical hollow body.
請求項１に係る発明によれば、交流電流を駆動コイルに流すことにより、結晶軟磁性体内に磁界が発生し、同調用コイルに交流電流が誘起され、そして、空中に電波を放射する。また、このバーアンテナから電波を放射する際に熱が発生し、この発生した熱は、空気の自然対流による自然空冷により、結晶軟磁性体の筒状の中空部から放熱される。 According to the first aspect of the present invention, when an alternating current is passed through the drive coil, a magnetic field is generated in the crystalline soft magnetic body, an alternating current is induced in the tuning coil, and radio waves are emitted into the air. Further, heat is generated when radio waves are radiated from the bar antenna, and the generated heat is radiated from the cylindrical hollow portion of the crystalline soft magnetic material by natural air cooling by natural convection of air.
ここで、結晶軟磁性体の外周に絶縁電線（駆動絶縁電線、同調用絶縁電線）を巻くことには、結晶軟磁性体の外周に直接絶縁電線（駆動絶縁電線、同調用絶縁電線）を巻くことだけではなく、結晶軟磁性体の外周にボビンを設け、ボビンに絶縁電線（駆動絶縁電線、同調用絶縁電線）を巻くことも含まれる。 Here, in order to wind an insulated wire (driving insulated wire, tuning insulated wire) around the outer periphery of the crystalline soft magnetic material, an insulated wire (driving insulated wire, tuning insulated wire) is directly wound around the outer periphery of the crystalline soft magnetic material. In addition to this, it is also possible to provide a bobbin on the outer periphery of the crystalline soft magnetic material and wind an insulated wire (drive insulated wire, tuning insulated wire) around the bobbin.
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバーアンテナにおいて、前記結晶軟磁性体が円筒状であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the bar antenna according to the first aspect, the crystalline soft magnetic material is cylindrical.
請求項２に係る発明によれば、結晶軟磁性体を円筒状に形成するので、中空部を設ける際に、加工がし易い。例えば、薄膜状の結晶軟磁性体をソリッド状に加工する場合には、この結晶軟磁性体を細かく切断して、結晶軟磁性体が棒状となるように、何枚も貼り付けていく必要があるが、薄膜状の結晶軟磁性体を円筒状に加工する場合には、この結晶軟磁性体を巻けばよいため、バーアンテナに使用する結晶軟磁性体の製造、ひいては、バーアンテナ自体の製造が容易となる。 According to the invention which concerns on Claim 2, since a crystalline soft magnetic body is formed in a cylindrical shape, when providing a hollow part, it is easy to process. For example, when processing a thin-film crystalline soft magnetic material into a solid shape, it is necessary to cut the crystalline soft magnetic material into small pieces and affix several pieces so that the crystalline soft magnetic material becomes a rod shape. However, when a thin-film crystalline soft magnetic material is processed into a cylindrical shape, the crystalline soft magnetic material only needs to be wound. Therefore, the crystalline soft magnetic material used for the bar antenna is manufactured, and hence the bar antenna itself is manufactured. Becomes easy.
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のバーアンテナにおいて、前記結晶軟磁性体がナノ結晶軟磁性体であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the bar antenna according to claim 1 or 2, wherein the crystalline soft magnetic material is a nanocrystalline soft magnetic material.
請求項３に係る発明によれば、バーアンテナの結晶軟磁性体がナノ結晶軟磁性体であるので、ナノ結晶軟磁性体を構成しているナノ結晶（ナノメータ（ｎｍ）の結晶）により、結晶軟磁性体よりも、磁気特性がさらに改善され、磁気飽和特性に優れており、電波を放射する際に発生する熱が抑制される。 According to the invention of claim 3, since the crystalline soft magnetic body of the bar antenna is a nanocrystalline soft magnetic body, the nanocrystal (nanometer (nm) crystal) constituting the nanocrystalline soft magnetic body is Compared with soft magnetic material, the magnetic properties are further improved, the magnetic saturation properties are excellent, and the heat generated when radio waves are emitted is suppressed.
請求項４に係る発明は、構造物の外部から到来した電波を当該構造物の内部に中継する電波中継装置であって、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバーアンテナと、受信用アンテナと、ケーブルと、増幅器と、を備える。 An invention according to claim 4 is a radio wave relay device that relays radio waves arriving from the outside of the structure to the inside of the structure, and the bar antenna according to any one of claims 1 to 3 A receiving antenna, a cable, and an amplifier.
請求項４に係る発明によれば、受信用アンテナが構造物の外部に設置され、電波を受信し、ケーブルにより、バーアンテナの駆動コイルと受信用アンテナとを接続している。そして、増幅器によって、バーアンテナの駆動コイルと受信用アンテナとの間において、受信用アンテナで受信した電波を増幅する。なお、ケーブルは、例えば、同軸ケーブルでよく、増幅器は、受信した電波の電力を所定の電力まで増幅するものである。 According to the fourth aspect of the present invention, the receiving antenna is installed outside the structure, receives radio waves, and connects the driving coil of the bar antenna and the receiving antenna with the cable. The amplifier amplifies the radio wave received by the receiving antenna between the bar antenna drive coil and the receiving antenna. The cable may be a coaxial cable, for example, and the amplifier amplifies the received radio wave power to a predetermined power.
請求項５に係る発明は、結晶軟磁性体と、この結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる駆動コイルと、この駆動コイルに隣り合う位置で、前記結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる同調用コイルと、この同調用コイルに接続された同調用コンデンサと、前記駆動コイルに接続された出力増幅器と、この出力増幅器に接続された同軸ケーブルと、この同軸ケーブルに接続された前置増幅器と、この前置増幅器に接続された受信用アンテナと、を備える電波中継装置であって、前記結晶軟磁性体が筒状の中空体である構成とした。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a crystalline soft magnetic body, a driving coil in which an insulated wire is wound around the outer circumference of the crystalline soft magnetic body, and an outer periphery of the crystalline soft magnetic body at a position adjacent to the driving coil. A tuning coil in which an insulated wire is wound, a tuning capacitor connected to the tuning coil, an output amplifier connected to the drive coil, a coaxial cable connected to the output amplifier, and the coaxial cable And a receiving antenna connected to the preamplifier, wherein the crystalline soft magnetic body is a cylindrical hollow body.
請求項５に係る発明によれば、受信用アンテナが受信した電波を交流電流に変換し、この変換した交流電流を前置増幅器が所定の電力（例えば、０．１ｍＷ）に増幅する。この増幅された交流電流を同軸ケーブルが出力増幅器に伝送し、この出力増幅器が所定の電力（例えば、３〜５Ｗ）に増幅する。この所定の電力に増幅された交流電流を駆動コイルに流すことにより、結晶軟磁性体内に磁界が発生し、同調用コイルに交流電流が誘起され、そして、空中に電波を放射する。また、この電波中継装置から電波を放射する際に熱が発生し、この発生した熱は、空気の自然対流による自然空冷により、結晶軟磁性体の中空部から放熱される。 According to the fifth aspect of the invention, the radio wave received by the receiving antenna is converted into an alternating current, and the preamplifier amplifies the converted alternating current to a predetermined power (for example, 0.1 mW). The amplified alternating current is transmitted to the output amplifier by the coaxial cable, and the output amplifier amplifies the power to a predetermined power (for example, 3 to 5 W). When an alternating current amplified to a predetermined power is passed through the drive coil, a magnetic field is generated in the crystalline soft magnetic body, an alternating current is induced in the tuning coil, and radio waves are radiated into the air. Further, heat is generated when radio waves are radiated from the radio wave relay device, and the generated heat is radiated from the hollow portion of the crystalline soft magnetic material by natural air cooling by natural convection of air.
ここで、同調用コイルに流れる交流電流の周波数が同調用コンデンサとの同調周波数になると結晶軟磁性体内の発生磁界は最大となる。また、空中に放射される電磁波も最大となる。
結晶軟磁性体内で発生した磁界によって、扱える周波数、電力が決定される。なお、この磁界は、結晶軟磁性体を通過する磁束の断面積（単面積当たりの磁力線の数）、結晶軟磁性体固有の磁気飽和特性やヒステリシス特性、結晶軟磁性体の周囲の温度である使用温度範囲によって変化する。例えば、結晶軟磁性体として、ソリッド状でない薄膜状のナノ結晶軟磁性体を使用することにより、長波、特に１００ｋＨｚ以下では、ナノ結晶軟磁性体を通過する磁束の断面積が小さく、扱える電力が大きくなり、また、ナノ結晶軟磁性体の磁気飽和特性が優れることとなる。
Here, when the frequency of the alternating current flowing through the tuning coil reaches the tuning frequency with the tuning capacitor, the generated magnetic field in the crystalline soft magnetic material becomes maximum. In addition, the electromagnetic wave radiated in the air becomes the maximum.
The frequency and power that can be handled are determined by the magnetic field generated in the crystalline soft magnetic body. This magnetic field is the cross-sectional area of the magnetic flux passing through the crystalline soft magnetic material (number of magnetic field lines per unit area), the magnetic saturation characteristics and hysteresis characteristics unique to the crystalline soft magnetic material, and the temperature around the crystalline soft magnetic material. Varies depending on the operating temperature range. For example, by using a thin-film nanocrystalline soft magnetic material that is not solid as the crystalline soft magnetic material, the cross-sectional area of the magnetic flux passing through the nanocrystalline soft magnetic material is small at long waves, particularly 100 kHz or less, and power that can be handled is low. In addition, the magnetic saturation characteristic of the nanocrystalline soft magnetic material is improved.
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の電波中継装置において、前記結晶軟磁性体が円筒状であることを特徴とする。
The invention according to
請求項６に係る発明によれば、結晶軟磁性体を円筒状に形成するので、中空部を設ける際に、加工がし易く、ひいては、電波中継装置自体の製造が容易となる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the crystalline soft magnetic material is formed in a cylindrical shape, it is easy to process when providing the hollow portion, and as a result, the radio wave relay device itself can be easily manufactured.
請求項７に係る発明は、請求項５または請求項６に記載の電波中継装置において、前記結晶軟磁性体がナノ結晶軟磁性体であることを特徴とする。
The invention according to
請求項７に係る発明によれば、電波中継装置を構成するバーアンテナの結晶軟磁性体がナノ結晶軟磁性体であるので、ナノ結晶軟磁性体を構成しているナノ結晶（ナノメータ（ｎｍ）の結晶）により、結晶軟磁性体よりも、磁気特性がさらに改善され、磁気飽和特性に優れており、電波を放射する際に発生する熱が抑制される。
According to the invention of
本発明によれば、柱や梁などの縦横の部材に鉄骨を用いた建造物の内部など長波標準電波が入ってくることができない場所に設置されている市販の電波時計における時刻の調整をすることができ、室内の天井などに容易に吊り下げることができる小型のバーアンテナ及び電波中継装置を得ることができる。 According to the present invention, the time is adjusted in a commercially available radio-controlled timepiece installed in a place where long-wave standard radio waves cannot enter, such as inside a building using steel frames for vertical and horizontal members such as columns and beams. Therefore, it is possible to obtain a small bar antenna and a radio wave relay device that can be easily hung on the ceiling of the room.
次に、本発明に係る実施形態について適宜図面を参照して説明する。
ここで参照する図１（ａ）は、バーアンテナを模式的に示す正面図、（ｂ）は、バーアンテナを図１（ａ）中のＸ方向から見た図、（ｃ）は、バーアンテナを図１（ａ）中のＹ方向から見た図である。また、図２は、バーアンテナの使用状態を説明するためのイメージ図である。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、バーアンテナ１は、駆動コイル１１、同調用コイル１２、同調用コンデンサ１３、結晶軟磁性体１４及びボビン１５を備えている。
Next, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1A referred to here is a front view schematically showing the bar antenna, FIG. 1B is a view of the bar antenna viewed from the X direction in FIG. 1A, and FIG. It is the figure which looked at from the Y direction in Fig.1 (a). Further, FIG. 2 is an image diagram for explaining the usage state of the bar antenna.
As shown in FIGS. 1A to 1C, the bar antenna 1 includes a drive coil 11, a tuning coil 12, a tuning capacitor 13, a crystalline soft magnetic material 14, and a bobbin 15.
駆動コイル１１は、ボビン１５の外周に駆動絶縁電線１１ａを巻いたものであり、後記する出力増幅器６に接続され、出力増幅器６が増幅した交流電流を流すものである。駆動絶縁電線１１ａとしては、銅、アルミニウム、鉄、またはそれらの合金などの金属線を、ゴム、紙、綿糸などの絶縁体で被覆したものやあるいは、銅、アルミニウム、鉄、またはそれらの合金などの金属線に、エナメル、合成樹脂などの絶縁体を塗って電気絶縁したものが使用される。例えば、ビニル絶縁電線などが挙げられる。
The drive coil 11 has a drive insulated wire 11a wound around the outer periphery of the bobbin 15, is connected to an
同調用コイル１２は、駆動コイル１１を巻いた位置から所定距離を隔てた位置（隣り合う位置）において、ボビン１５の外周に同調用絶縁電線１２ａを巻いたものである。また、同調用コイル１２は、同調用コンデンサ１３と並列に接続したものである。さらに、同調用絶縁電線１２ａは、同調用コイル１２と同調用コンデンサ１３を接続して構成される同調用回路が長波標準電波と同調する巻き数で巻かれている。ここで、同調用コイル１２のインダクタンスをＬ（Ｈ）、同調用コンデンサ１３の電気容量をＣ（Ｆ）とおくと、同調周波数Ｆ（Ｈｚ）は式（１）の関係を満たす。 The tuning coil 12 is obtained by winding a tuning insulated wire 12a around the outer periphery of the bobbin 15 at a position (adjacent position) spaced a predetermined distance from the position where the drive coil 11 is wound. The tuning coil 12 is connected in parallel with the tuning capacitor 13. Further, the tuning insulated wire 12a is wound with a number of turns that a tuning circuit configured by connecting the tuning coil 12 and the tuning capacitor 13 is tuned to the long wave standard radio wave. Here, assuming that the inductance of the tuning coil 12 is L (H) and the electric capacitance of the tuning capacitor 13 is C (F), the tuning frequency F (Hz) satisfies the relationship of the equation (1).
また、同調用コイル１２、同調用コンデンサ１３から構成される並列同調回路の良さを示す値である尖鋭度（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）をＰとおく。ここで、並列同調回路の良さとは、並列同調回路が同調している場合、または、同調用コイル１２に使用している結晶軟磁性体が磁性飽和を起こしていない場合について、バーアンテナ１から空中に放出される電波の強さを示し、出力増幅器６から入力される電力に対し空中に放出される電波が強いほど、並列同調回路の良さを示す値である尖鋭度Ｐの値が高くなる。また、尖鋭度Ｐは、式（２）を満たす。
Also, let P be a sharpness factor that is a value indicating the goodness of the parallel tuning circuit including the tuning coil 12 and the tuning capacitor 13. Here, the goodness of the parallel tuning circuit means that when the parallel tuning circuit is tuned or when the crystalline soft magnetic material used for the tuning coil 12 does not cause magnetic saturation, the bar antenna 1 This indicates the strength of the radio wave emitted into the air. The stronger the radio wave emitted into the air with respect to the power input from the
ただしＲは同調用コイル１２の内部直流抵抗で、同調用絶縁電線１２ａの巻く回数を増すと増加し、並列同調回路の尖鋭度Ｐは低下する。同調用絶縁電線１２ａを充分太い物を選択し内部直流抵抗を低減し、同調周波数Ｆの値を希望周波数（長波標準電波と同調可能な周波数の範囲）に保ちながら、同調用コイル１２のインダクタンスＬの値を大きく、同調用コンデンサ１３の電気容量Ｃの値を小さく設計すれば、この並列同調回路の尖鋭度Ｐを大きくできる。 However, R is an internal DC resistance of the tuning coil 12, and increases as the number of times of winding the insulated insulated wire 12a increases, and the sharpness P of the parallel tuning circuit decreases. Select a sufficiently thick insulated insulated wire 12a to reduce the internal DC resistance, and maintain the value of the tuning frequency F at the desired frequency (frequency range that can be tuned to the long wave standard radio wave), and the inductance L of the tuning coil 12 The sharpness P of the parallel tuning circuit can be increased by increasing the value of and designing the value of the electric capacitance C of the tuning capacitor 13 to be small.
しかし、単純に、尖鋭度Ｐを大きくすれば選択度が急峻となり（同調可能な周波数の範囲が狭くなり）、温度変化や、出力増幅器６に供給する電源電圧変動、またこの並列同調回路の周辺に別の電気導体や結晶軟磁性体が近づくと同調周波数Ｆが変動し希望周波数の同調動作が狂う。このため、経験的に同調用コイル１２のインダクタンスＬを決定することになる。例えば、この並列同調回路に手を近づけたり、ドライバーやペンチなどの金属製品を近づけたり、冷房、暖房を繰り返し切り替え、動作環境を調整することにより安定に動作する同調用コイル１２のインダクタンスＬを決定することができる。また、出力増幅器６に供給する電源は、電圧安定化回路内蔵型の電源（安定化電源）を使用することができる。
However, if the sharpness P is simply increased, the selectivity becomes steeper (the range of the frequency that can be tuned becomes narrower), temperature changes, power supply voltage fluctuations supplied to the
なお、同調用絶縁電線１２ａは、駆動絶縁電線１１ａと同様の構成である。
同調用コンデンサ１３は、誘導体をはさんで両面に金属板または金属箔を置いた構造のものであり、誘電体としてマイカ、ガラス、磁気、絶縁油、紙、空気などが使用される。
Note that the insulated insulated wire 12a has the same configuration as that of the drive insulated wire 11a.
The tuning capacitor 13 has a structure in which a metal plate or a metal foil is placed on both sides with a derivative interposed therebetween, and mica, glass, magnetism, insulating oil, paper, air, or the like is used as a dielectric.
結晶軟磁性体１４は、板状の結晶軟磁性体を巻いて筒状にして、結晶軟磁性体１４の外側面全体がボビン１５の内側面全体にわたって接するように挿入したものである。また、結晶軟磁性体１４は、飽和磁束密度および非透磁率が大きくバーアンテナ１に発生した磁界が効率良く（発熱せずに）輻射される必要がある。例えば、結晶軟磁性体１４の材料である板状の磁性体としては、ナノ結晶軟磁性体などが挙げられる。 The crystalline soft magnetic body 14 is formed by winding a plate-like crystalline soft magnetic body into a cylindrical shape and inserting the entire outer surface of the crystalline soft magnetic body 14 so as to contact the entire inner surface of the bobbin 15. The crystalline soft magnetic body 14 has a high saturation magnetic flux density and non-permeability, and it is necessary to efficiently radiate a magnetic field generated in the bar antenna 1 (without generating heat). For example, examples of the plate-like magnetic body that is the material of the crystalline soft magnetic body 14 include nanocrystalline soft magnetic bodies.
また、結晶軟磁性体１４の外周の直径は、ボビン１５の内周の直径より若干短い構成となっており、結晶軟磁性体１４の長手方向の長さは、ボビン１５の長手方向の長さと略同一の長さとなっている。
また、ボビン１５は、筒状体であって、駆動絶縁電線１１ａと同調用絶縁電線１２ａを巻くものであり、プラスチック、紙などからなる。ここで、結晶軟磁性体１４に直接、駆動絶縁電線１１ａと同調用絶縁電線１２ａを巻くのではなく、ボビン１５に巻くのは、結晶軟磁性体１４は、薄い板状の磁性体を巻いたものであるため、駆動絶縁電線１１ａと同調用絶縁電線１２ａを直接、結晶軟磁性体１４に巻くと、結晶軟磁性体１４が損傷を受けやすいからである。
The diameter of the outer circumference of the crystalline soft magnetic body 14 is slightly shorter than the diameter of the inner circumference of the bobbin 15, and the longitudinal length of the crystalline soft magnetic body 14 is equal to the longitudinal length of the bobbin 15. The length is almost the same.
Further, the bobbin 15 is a cylindrical body and is wound around the drive insulated wire 11a and the tuning insulated wire 12a, and is made of plastic, paper, or the like. Here, instead of directly winding the drive insulated wire 11a and the tuning insulated wire 12a around the crystalline soft magnetic body 14, the crystalline soft magnetic body 14 is wound around a thin plate-like magnetic body. This is because if the drive insulated wire 11a and the tuning insulated wire 12a are directly wound around the crystalline soft magnetic body 14, the crystalline soft magnetic body 14 is easily damaged.
また、図２に示すように、柱や梁などの縦横の部材に鉄骨を用いた建造物８の屋外に設置された受信用アンテナ３は、送信所から送信される長波標準電波を受信して、受信した長波標準電波を交流電流に変換するものであり、前置増幅器５に接続されている。この受信用アンテナ３としては、フェライトバーアンテナ、ロングワイヤーアンテナ、ループコイルアンテナ、電力会社の配電線を利用し、コンデンサ、高周波トランスにより長波を抽出するアンテナ（いわゆる電灯線アンテナ）などが挙げられる。 In addition, as shown in FIG. 2, the receiving antenna 3 installed outside the building 8 using steel frames for vertical and horizontal members such as columns and beams receives long-wave standard radio waves transmitted from a transmitting station. The received long wave standard radio wave is converted into an alternating current and is connected to the preamplifier 5. Examples of the receiving antenna 3 include a ferrite bar antenna, a long wire antenna, a loop coil antenna, an antenna that extracts a long wave using a capacitor and a high frequency transformer (so-called power line antenna), and the like.
前置増幅器５は、受信用アンテナ３が変換した交流電流を所定の電力（例えば、０．１ｍＷ）に増幅するものであり、一端は受信用アンテナ３に接続され、他端は同軸ケーブル７に接続されている。
また、同軸ケーブル７は、中心導体と外部導体で構成される不平衡形の広帯域ケーブルである。
The preamplifier 5 amplifies the alternating current converted by the receiving antenna 3 to a predetermined power (for example, 0.1 mW), one end is connected to the receiving antenna 3, and the other end is connected to the
The
出力増幅器６は、同軸ケーブル７を介して、前置増幅器５で増幅された交流電流を所要な電力（例えば、３〜５Ｗ）に増幅するものであり、一端は、同軸ケーブル７に接続され、他端はバーアンテナ１に接続されている。
バーアンテナ１は、長手方向が水平になるように建造物８の天井に吊されている。これは、市販の電波時計９ａ、９ｂが、垂直偏波の長波標準電波を受信するように構成されているからである。
ここで、バーアンテナ１、受信用アンテナ３、前置増幅器５、出力増幅器６及び同軸ケーブル７が電波中継装置に相当する。
The
The bar antenna 1 is suspended from the ceiling of the building 8 so that the longitudinal direction is horizontal. This is because the commercially
Here, the bar antenna 1, the receiving antenna 3, the preamplifier 5, the
次に、バーアンテナ１の動作について説明する。
前置増幅器５で増幅された交流電流を、同軸ケーブル７を介して出力増幅器６に導き、所要の電力（例えば、３〜５Ｗ）に増幅した後、駆動コイル１１に流すと、同調用コイル１２に結晶軟磁性体１４を介して、長波標準電波の周波数と同じ周波数の高周波の電波が加えられ、同調用コイル１２と同調用コンデンサ１３に交流電流が流れる。
Next, the operation of the bar antenna 1 will be described.
When the alternating current amplified by the preamplifier 5 is guided to the
このとき、同調用コイル１２と同調用コンデンサ１３が、長波標準電波の周波数で同調し、同調用コイル１２と同調用コンデンサ１３のインピーダンスは最大となり、Ｚ＝Ｒとなる。ここで、Ｚは、アンテナの入力インピーダンス、Ｒは、入力抵抗である。
このとき、駆動コイル１１のインピーダンスは、ｋ×（駆動コイル１１の巻き数）×Ｒとなる（ｋは定数）。
At this time, the tuning coil 12 and the tuning capacitor 13 are tuned at the frequency of the long wave standard radio wave, and the impedances of the tuning coil 12 and the tuning capacitor 13 are maximized and Z = R. Here, Z is the input impedance of the antenna, and R is the input resistance.
At this time, the impedance of the drive coil 11 is k × (the number of turns of the drive coil 11) × R (k is a constant).
バーアンテナ１から長波標準電波が送信され、建造物８の内部に存在する電波時計９ａ、９ｂは、バーアンテナ１から送信された長波標準電波を受信用アンテナ９ａ1、９ｂ1で受信して、時刻を修正する。
A long wave standard radio wave is transmitted from the bar antenna 1, and the
次に、本発明の実施例について実施例１、比較例１及び比較例２を用いて説明する。
実施例１は、バーアンテナの直径は、３０ｍｍ、バーアンテナの長さは、３００ｍｍ、同調用コイルの巻き数は、５０回、同調用コンデンサは、マイラーフィルム０．０１μＦ、駆動コイルの巻き数は、３回、駆動絶縁電線及び同調用絶縁電線は、ビニル絶縁電線、断面積０．５ｍｍ2である。また、結晶軟磁性体は、重量１５０ｇ、厚さ０．５ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ６００ｍｍのナノ結晶軟磁性体を５回、長手方向に巻いたものを使用した。また、電力を与える前の実施例１の温度は、約２５℃である。
Next, examples of the present invention will be described using Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
In Example 1, the diameter of the bar antenna is 30 mm, the length of the bar antenna is 300 mm, the number of turns of the tuning coil is 50 times, the tuning capacitor is Mylar film 0.01 μF, and the number of turns of the drive coil is Three times, the drive insulated wire and the insulated insulated wire are vinyl insulated wires and have a cross-sectional area of 0.5 mm 2 . The crystalline soft magnetic material used was a nanocrystalline soft magnetic material having a weight of 150 g, a thickness of 0.5 mm, a width of 300 mm, and a length of 600 mm, wound five times in the longitudinal direction. Moreover, the temperature of Example 1 before supplying electric power is about 25 degreeC.
比較例１は、実施例１の結晶軟磁性体を、１５０ｇの重量のフェライト（通常の磁性体）にした。
比較例２は、比較例１の磁性体の重量を３０００ｇにした。
実施例１、比較例１及び比較例２のバーアンテナに３Ｗの電力を与えたところ、表１に示すように、実施例１は、約２７℃になり、比較例２は、約２７℃になり、比較例１では、約４５℃になった。従って、実施例１と比較例２での発熱はわずかであり、比較例１は、かなりの発熱があった。このことから、実施例１は、比較例２と同等の電力に耐えることがわかる。
In Comparative Example 1, the crystalline soft magnetic material of Example 1 was changed to 150 g of ferrite (ordinary magnetic material).
In Comparative Example 2, the weight of the magnetic material of Comparative Example 1 was 3000 g.
When power of 3 W was applied to the bar antennas of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, as shown in Table 1, Example 1 was about 27 ° C., and Comparative Example 2 was about 27 ° C. Thus, in Comparative Example 1, the temperature was about 45 ° C. Therefore, the heat generation in Example 1 and Comparative Example 2 was slight, and Comparative Example 1 had a considerable heat generation. From this, it can be seen that Example 1 can withstand the same electric power as Comparative Example 2.
この実施例１では、結晶軟磁性体として、ナノ結晶軟磁性体を使用しているが、このナノ結晶軟磁性体の組成は、例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂからなる薄膜等が挙げられる。これらのナノ結晶軟磁性体や結晶磁性体は、通常の磁性体に比べ、磁気特性に、低い磁心損失を備えており、これによって、与えられる電力による発熱を低減することができる。 In Example 1, a nanocrystalline soft magnetic material is used as the crystalline soft magnetic material. Examples of the composition of the nanocrystalline soft magnetic material include a thin film made of Fe, Si, and B. These nanocrystalline soft magnetic materials and crystalline magnetic materials have a lower magnetic core loss in magnetic properties than ordinary magnetic materials, and this can reduce heat generation due to applied power.
ちなみに、この実施例１で使用しているナノ結晶軟磁性体は、Ｆｅ（鉄）を主成分に、Ｓｉ（シリコン：ケイ素）とＢ（ボロン）および微量のＣｕ（銅）とＮｂ（ニオブ）を添加して組成したものである。 Incidentally, the nanocrystalline soft magnetic material used in Example 1 is composed mainly of Fe (iron), Si (silicon: silicon) and B (boron), and trace amounts of Cu (copper) and Nb (niobium). Is added to the composition.
本実施の形態に係るバーアンテナ１によれば、柱や梁などの縦横の部材に鉄骨を用いた建造物内部など長波標準電波が入ってくることができない場所に存在する市販の電波時計の時刻の調整をすることができる。
また、結晶軟磁性体にナノ結晶軟磁性体を使用すれば、従来のように、磁性体にフェライトを使用したものと比較して、非常に小型でかつ軽いバーアンテナを得ることができる。
According to the bar antenna 1 according to the present embodiment, the time of a commercially available radio-controlled timepiece that exists in a place where a long-wave standard radio wave cannot enter, such as inside a building using steel frames for vertical and horizontal members such as columns and beams. Can be adjusted.
In addition, if a nanocrystalline soft magnetic material is used for the crystalline soft magnetic material, a bar antenna that is very small and light can be obtained as compared with a conventional magnetic material using ferrite.
なお、本発明は、本実施の形態に限定されず、技術的思想として同一である限り種々の
変形が可能である。
例えば、本発明に係るバーアンテナは、長波標準電波を放射するものに限定されず、それ以外の超長波、長波、中波などを送信するものにも応用可能である。
同様に、本発明に係る電波中継装置は、長波標準電波を中継するものに限定されず、それ以外の超長波、長波、中波などを中継するものにも応用可能である。
The present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are possible as long as the technical idea is the same.
For example, the bar antenna according to the present invention is not limited to one that radiates a long-wave standard radio wave, and can be applied to other antennas that transmit super-long waves, long waves, medium waves, and the like.
Similarly, the radio wave relay device according to the present invention is not limited to the one that relays the long wave standard radio wave, but can be applied to other devices that relay super long waves, long waves, medium waves, and the like.
また、本発明に係るバーアンテナは、板状の結晶軟磁性体を巻いて筒状の結晶軟磁性体としたが、円柱の結晶軟磁性体の中心を刳り貫くなどして筒状の結晶軟磁性体を製造してもよい。また、中空である円柱（筒状）に限らず、中空である三角柱、四角柱、五角柱、六角柱などの多角柱であってもよい。さらに、結晶軟磁性体の中空部が一様である必要もなく、結晶軟磁性体の内面に凹部や凸部があってもよく、また、結晶軟磁性体の内面がテーパ状であってもよい。 The bar antenna according to the present invention is a cylindrical crystalline soft magnetic material by winding a plate-shaped crystalline soft magnetic material. However, the cylindrical crystalline soft magnetic material is wound around the center of the cylindrical crystalline soft magnetic material. A magnetic material may be manufactured. Moreover, it is not limited to a hollow cylinder (cylindrical shape), but may be a polygonal column such as a hollow triangular column, a quadrangular column, a pentagonal column, or a hexagonal column. Further, the hollow portion of the crystalline soft magnetic material does not need to be uniform, the inner surface of the crystalline soft magnetic material may have recesses or protrusions, and the inner surface of the crystalline soft magnetic material may be tapered. Good.
さらに、本発明に係るバーアンテナは、誘導電界のみを放射する誘導線を、筒状のナノ結晶軟磁性体に巻いたものであってもよい。なお、誘導線とは、１０ｋＨｚ以上の高周波電流を流すことにより発生する誘導電波を使用して、通信を行う際に供される線路のことである。誘導線の例として、トンネル内で使用されるアンテナ等が挙げられる。 Furthermore, the bar antenna according to the present invention may be one in which an induction wire that radiates only an induction electric field is wound around a cylindrical nanocrystalline soft magnetic material. The induction wire is a line provided when communication is performed using an induction radio wave generated by flowing a high-frequency current of 10 kHz or more. An example of the guide wire is an antenna used in a tunnel.
更に、本発明に係るバーアンテナを垂直に設置すれば、水平偏波を送信することができる。また、複数のバーアンテナを種々の方向に設置するアンテナとすれば、無指向性の送信用のアンテナを得ることができる。 Further, if the bar antenna according to the present invention is installed vertically, horizontal polarization can be transmitted. Further, if a plurality of bar antennas are installed in various directions, an omnidirectional transmission antenna can be obtained.
１ バーアンテナ
３ 受信用アンテナ
５ 前置増幅器
６ 出力増幅器
７ 同軸ケーブル
１１ 駆動コイル
１１ａ 駆動絶縁電線
１２ 同調用コイル
１２ａ 同調用絶縁電線
１３ 同調用コンデンサ
１４ 結晶軟磁性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bar antenna 3 Receiving antenna 5
Claims (7)
この結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる駆動コイルと、
この駆動コイルに隣り合う位置で、前記結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる同調用コイルと、
この同調用コイルに接続された同調用コンデンサと、
を備えるバーアンテナであって、
前記結晶軟磁性体が筒状の中空体であることを特徴とするバーアンテナ。 A crystalline soft magnetic material;
A drive coil in which an insulated wire is wound around the outer periphery of the crystalline soft magnetic material;
A tuning coil in which an insulated wire is wound around the outer periphery of the crystalline soft magnetic material at a position adjacent to the drive coil;
A tuning capacitor connected to the tuning coil;
A bar antenna comprising:
The bar antenna characterized in that the crystalline soft magnetic material is a cylindrical hollow body.
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバーアンテナと、
前記構造物の外部に設置され、前記電波を受信する受信用アンテナと、
前記バーアンテナの駆動コイルと前記受信用アンテナとを接続するケーブルと、
前記バーアンテナの駆動コイルと前記受信用アンテナとの間において、前記受信用アンテナで受信した電波を増幅する増幅器と、
を備えることを特徴とする電波中継装置。 A radio wave relay device that relays radio waves arriving from outside the structure to the inside of the structure,
A bar antenna according to any one of claims 1 to 3,
A receiving antenna that is installed outside the structure and receives the radio waves;
A cable connecting the drive coil of the bar antenna and the receiving antenna;
An amplifier for amplifying radio waves received by the receiving antenna between the driving coil of the bar antenna and the receiving antenna;
A radio wave relay device comprising:
この結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる駆動コイルと、
この駆動コイルに隣り合う位置で、前記結晶軟磁性体の外周に絶縁電線が巻かれてなる同調用コイルと、
この同調用コイルに接続された同調用コンデンサと、
前記駆動コイルに接続された出力増幅器と、
この出力増幅器に接続された同軸ケーブルと、
この同軸ケーブルに接続された前置増幅器と、
この前置増幅器に接続された受信用アンテナと、
を備える電波中継装置であって、
前記結晶軟磁性体が筒状の中空体であることを特徴とする電波中継装置。 A crystalline soft magnetic material;
A drive coil in which an insulated wire is wound around the outer periphery of the crystalline soft magnetic material;
A tuning coil in which an insulated wire is wound around the outer periphery of the crystalline soft magnetic material at a position adjacent to the drive coil;
A tuning capacitor connected to the tuning coil;
An output amplifier connected to the drive coil;
A coaxial cable connected to this output amplifier;
A preamplifier connected to this coaxial cable;
A receiving antenna connected to the preamplifier;
A radio wave relay device comprising:
The radio wave repeater characterized in that the crystalline soft magnetic body is a cylindrical hollow body.
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2008050541A1 (en) * | 2006-10-27 | 2008-05-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Antenna device |
| JP2009055302A (en) * | 2007-08-27 | 2009-03-12 | Nippon Antenna Co Ltd | Antenna device |
| JP2021028610A (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-25 | シチズン時計株式会社 | Standard radio wave distribution device |
-
2005
- 2005-03-11 JP JP2005068549A patent/JP2005304001A/en active Pending
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| JP7271363B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-05-11 | シチズン時計株式会社 | Standard radio wave distribution device |
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