JP2006029813A - Electric field sensor and electric field strength measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送信アンテナ周辺における電波の電界強度測定を行う電界強度測定装置に用いる電界センサに関し、特に広帯域(広い周波数範囲)で指向特性が等方性である電界センサおよび電界強度測定装置に関する。 The present invention relates to an electric field sensor used in an electric field intensity measuring apparatus that measures electric field intensity of a radio wave around a transmission antenna, and more particularly to an electric field sensor and an electric field intensity measuring apparatus having isotropic directivity characteristics in a wide band (wide frequency range).
送信アンテナ周辺の電界強度を測定するための電界センサとしては、図1に示すようなダイポールアンテナが使用される。また、電界強度測定装置においては指向特性を等方性とするために、3本のダイポールアンテナが使用され、それぞれのダイポールアンテナは、直交するx軸、y軸、z軸に平行に配置される。 A dipole antenna as shown in FIG. 1 is used as an electric field sensor for measuring the electric field intensity around the transmission antenna. In addition, in order to make the directivity characteristic isotropic in the electric field strength measuring apparatus, three dipole antennas are used, and each dipole antenna is arranged in parallel to the orthogonal x-axis, y-axis, and z-axis. .
電界強度測定装置において、各ダイポールアンテナの長さは、共振が発生しないように、使用する上限周波数の波長の1/2以下にされる。また、フィーダ線としては、同軸ケーブルが使用される。また、ダイポールを同軸に接続するために、平衡/不平衡変換器(バラン)が用いられる。この平衡/不平衡変換器としては、フェライトビーズが使用される。 In the electric field strength measuring apparatus, the length of each dipole antenna is set to ½ or less of the wavelength of the upper limit frequency used so that resonance does not occur. A coaxial cable is used as the feeder line. A balanced / unbalanced converter (balun) is used to connect the dipoles coaxially. Ferrite beads are used as the balance / unbalance converter.
尚、上述した背景技術のうち電界センサは、出願人が出願時点で知る限りにおいて文献公知ではない。 Of the background art described above, the electric field sensor is not known in the literature as far as the applicant knows at the time of filing.
また、出願人は出願時点までに本発明に関連する先行技術文献を発見することができなかった。よって、先行技術文献情報を開示していない。 Further, the applicant has not been able to find prior art documents related to the present invention by the time of filing. Therefore, prior art document information is not disclosed.
しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。 However, the background art described above has the following problems.
電界センサの感度は、周波数が低くなるほど低下する問題がある。 There is a problem that the sensitivity of the electric field sensor decreases as the frequency decreases.
この感度の低下を防ぐために、エレメント長の長いダイポールが使用される。しかし、エレメント長を長くすると、共振周波数は低くなる。このため、広帯域の測定をするためには、エレメント長の異なるダイポールを複数切り替えて使用しなくてはならないという問題がある。 In order to prevent this decrease in sensitivity, a dipole having a long element length is used. However, when the element length is increased, the resonance frequency is lowered. For this reason, there is a problem that a plurality of dipoles having different element lengths must be switched and used in order to perform a wide band measurement.
そこで、本発明の目的は、広帯域での電界強度測定が可能な電界センサおよび電界強度測定装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electric field sensor and an electric field strength measuring apparatus capable of measuring electric field strength in a wide band.
上記課題を解決するため、本発明の電界センサは、スリーブアンテナを備える電界センサにおいて、スリーブアンテナは、少なくとも1の抵抗素子と複数の線状金属とが直列接続された放射素子およびスリーブを備える。 In order to solve the above problems, an electric field sensor of the present invention is an electric field sensor including a sleeve antenna. The sleeve antenna includes a radiating element and a sleeve in which at least one resistance element and a plurality of linear metals are connected in series.
このように構成することにより、広帯域での共振の発生を低減することができる。 With this configuration, the occurrence of resonance in a wide band can be reduced.
また、本発明の電界強度測定装置は、電界センサを備える電界強度測定装置において、電界センサは、スリーブアンテナを備え、スリーブアンテナは、少なくとも1の抵抗素子と複数の線状金属とが直列接続された放射素子およびスリーブを備える。 The electric field strength measuring device of the present invention is an electric field strength measuring device including an electric field sensor. The electric field sensor includes a sleeve antenna, and the sleeve antenna includes at least one resistance element and a plurality of linear metals connected in series. A radiating element and a sleeve.
このように構成することにより、周波数帯域毎に多数の電界センサを用意することなく電界強度の測定が可能となる。 With this configuration, the electric field strength can be measured without preparing a large number of electric field sensors for each frequency band.
本発明の実施例によれば、広帯域での電界強度測定が可能な電界センサおよび電界強度測定装置を実現できる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to realize an electric field sensor and an electric field intensity measuring apparatus capable of measuring electric field intensity in a wide band.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, the same reference numerals are used for those having the same function, and repeated explanation is omitted.
本発明の第1の実施例にかかる電界センサについて、図2を参照して説明する。 An electric field sensor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例にかかる電界センサ100は、スリーブアンテナを基本とし、放射素子101と、スリーブ103と、同軸フィーダ102とから構成される。
The
放射素子101は、少なくとも1の抵抗素子105と複数の線状金属104との直列接続で構成される。例えば、3個の線状金属と2個の抵抗素子とを、線状金属104、抵抗素子105、線状金属104、抵抗素子105、線状金属104の順に直列に接続する。線状金属104の長さL0は、例えば、想定した測定周波数の上限に相当する波長λminに対して、式(1)のように設定される。
0<L0≦λmin/4 (1)
また、放射素子101全体の長さLは、想定した測定周波数の下限に相当する波長λmaxに対して、式(2)のように設定される。
L0<L≦λmax/4 (2)
スリーブ103は、放射素子101と同様の構造とする。すなわち、スリーブ103は、少なくとも1の抵抗素子106と複数の線状金属107との直列接続で構成される。例えば、3個の線状金属と2個の抵抗素子とを、線状金属107、抵抗素子106、線状金属107、抵抗素子106、線状金属107の順に直列に接続する。
The
0 <L 0 ≦ λ min / 4 (1)
Further, the entire length L of the
L 0 <L ≦ λ max / 4 (2)
The
このように、放射素子101およびスリーブ103に抵抗素子105を挿入して構成したことにより、共振の発生を防げることができ、電界強度測定における測定周波数範囲の広帯域化を図ることができる。
As described above, the resistance element 105 is inserted into the
次に、本発明の第2の実施例にかかる電界センサについて、図3を参照して説明する。 Next, an electric field sensor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例にかかる電界センサは、図2を参照して説明した電界センサにおいて、線状金属として筒状の形状を有する筒状金属を用いる。また、抵抗素子として筒状の形状の筒状抵抗素子を用いる。 The electric field sensor according to the present embodiment uses a cylindrical metal having a cylindrical shape as the linear metal in the electric field sensor described with reference to FIG. A cylindrical resistance element having a cylindrical shape is used as the resistance element.
本実施例にかかる電界センサ200は、放射素子201と、スリーブ203とから構成される。放射素子201は、少なくとも1の筒状抵抗素子205と複数の筒状金属204との直列接続で構成される。例えば、3本の筒状金属204と、2本の筒状抵抗素子205とを、筒状金属204、筒状抵抗素子205、筒状金属204、筒状抵抗素子205、筒状金属204の順に直列に接続する。
The
また、スリーブ203は、放射素子201と同様の構造とする。すなわち、スリーブ203は、少なくとも1の筒状抵抗素子207と、複数の筒状金属206との直列接続で構成される。例えば、3本の筒状金属206と、2本の筒状抵抗素子207とを、筒状金属206、筒状抵抗素子207、筒状金属206、筒状抵抗素子207、筒状金属206の順に直列に接続する。
The
筒状金属204の長さL0は、例えば、想定した測定周波数の上限に相当する波長λminに対して、式(1)のように設定され、放射素子201全体の長さLは、想定した測定周波数の下限に相当する波長λmaxに対して、式(2)のように設定される。また、放射素子201とスリーブ203の直径を変化させることにより、電界強度測定における測定周波数帯域幅を変化させることができる。例えば、放射素子201とスリーブ203の直径を大きくすることにより、電界強度測定における測定周波数帯域幅を増大させることができる。
For example, the length L 0 of the
次に、本発明の第3の実施例にかかる電界センサについて、図4を参照して説明する。 Next, an electric field sensor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例にかかる電界センサ300は、放射素子301と、スリーブ303と、同軸フィーダ302と、スリーブ303と同軸フィーダ302との接続点、すなわち給電部分に挿入されたインピーダンス変換器308とから構成される。
The
放射素子301は、少なくとも1の抵抗素子305と複数の線状金属304との直列接続で構成される。例えば、3個の線状金属304と2個の抵抗素子305とを、線状金属304、抵抗素子305、線状金属304、抵抗素子305、線状金属304の順に直列に接続する。
The
線状金属304の長さL0は、例えば、想定した測定周波数の上限に相当する波長λminに対して、式(1)のように設定される。
For example, the length L 0 of the
また、放射素子301全体の長さLは、想定した測定周波数の下限に相当する波長λmaxに対して、式(2)のように設定される。
Further, the entire length L of the
スリーブ303は、放射素子301と同様の構造である。すなわち、スリーブ303は、少なくとも1の抵抗素子306と複数の線状金属307との直列接続で構成される。例えば、3個の線状金属307と2個の抵抗素子306とを、線状金属307、抵抗素子306、線状金属307、抵抗素子306、線状金属307の順に直列に接続する。
The
同軸フィーダ302の特性インピーダンスは、50Ωから70Ω程度である。一方、放射素子301およびスリーブ303の線状金属304および307の長さは、「波長/4」より短い。このため、放射素子301とスリーブ303からなるアンテナの入力インピーダンスは70Ωより大きくなる。そこで、インピーダンス変換回路308を備えることにより、放射素子301とスリーブ303からなるアンテナ部と同軸フィーダ302とのインピーダンス整合を得る。
The characteristic impedance of the
次に、インピーダンス変換器308について、図5を参照して説明する。本実施例にかかるインピーダンス変換器308は、トランジスタなどのアクティブ素子を用いたものである。例として、FETを用いた場合について説明する。この回路は、ソース接地型増幅回路を基本とする。広帯域特性を得るために、ドレインと電源+VDSとの間には、抵抗負荷RDが用いられる。また、ドレインと同軸フィーダ302に接続する同軸フィーダ接続端子との間には、出力コンデンサCDが挿入される。
Next, the
ソースと接地端の間には、抵抗RSおよびバイパスコンデンサCSが並列に接続される。また、ゲートと放射素子301と接続する放射素子接続端子との間には、入力コンデンサCGが挿入される。また、スリーブ303に接続するスリーブ接続端子は接地される。
A resistor R S and a bypass capacitor C S are connected in parallel between the source and the ground terminal. An input capacitor CG is inserted between the gate and the radiating element connection terminal connected to the
ソースに挿入した抵抗RSは、ゲート電圧に負電圧のバイアスを印加するために設けられる。入力インピーダンスをより高くするためには、ドレイン接地型の増幅回路を用いることもできる。さらに、接合型トランジスタ増幅回路においても、コレクタ接地型とすることにより入力インピーダンスを高くでき、FETと同様の効果を得ることができる。 A resistor R S inserted in the source is provided to apply a negative voltage bias to the gate voltage. In order to further increase the input impedance, a common-drain amplifier circuit can be used. Furthermore, even in a junction transistor amplifier circuit, the input impedance can be increased by adopting a grounded collector type, and the same effect as an FET can be obtained.
次に、本発明の第4の実施例にかかる電界センサについて、図6を参照して説明する。本実施例にかかる電界センサ300は、インピーダンス変換器の動作に必要なバイアス電源を同軸フィーダから供給するものである。
Next, an electric field sensor according to a fourth example of the present invention will be described with reference to FIG. The
本実施例にかかる電界センサ300は、図6(a)に示すように、図4を参照して説明した電界センサにおいて、同軸フィーダ302の一端にバイアス重畳回路309、他端にバイアス分離回路311を含むインピーダンス変換器310を備える。バイアス重畳回路309とバイアス分離回路311とは、電源供給部を構成し、インピーダンス変換部308に電源を供給する。
As shown in FIG. 6A, the
次に、同軸フィーダ302、バイアス重畳回路309、バイアス分離回路311の構成について、図6(b)を参照して説明する。
Next, the configuration of the
バイアス重畳回路309は、一端が同軸フィーダ302と接続された広帯域のチョークコイルL1を備え、バイアス分離回路311は電源+VDSと出力コンデンサCDとの間に挿入された広帯域のチョークコイルL2を備える。チョークコイルL1の他端はバイアス端子を構成する。各チョークコイルL1およびL2のインピーダンスは、同軸フィーダの特性インピーダンスに比べて十分に高くする。このように構成することにより、バイアス重畳回路309にバイアス端子からインピーダンス変換器308の必要とする電源を供給できる。
次に、本発明の第5の実施例にかかる電界センサについて、図7を参照して説明する。 Next, an electric field sensor according to a fifth example of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例にかかる電界センサは、等方性を得るために、図6を参照して説明した電界センサを3個組み合わせたものである。 The electric field sensor according to this example is a combination of three electric field sensors described with reference to FIG. 6 in order to obtain isotropic properties.
本実施例にかかる電界センサにおいて、3つの放射素子3011、3012および3013の長手方向は、図7(a)に示すように、それぞれ直交するx軸、y軸、z軸に平行に配置される。
In the electric field sensor according to the present embodiment, the longitudinal directions of the three radiating
また、出力側は、図7(b)に示すように、各軸に対応する信号が出力される。バイアス重畳回路3091、3092および3093は、そのバイアス端子からバイアス分離回路付きインピーダンス変換器3101、3102および3103に電源を供給できるように配置される。
On the output side, as shown in FIG. 7B, signals corresponding to the respective axes are output. The
このように配置することにより、3つの電界センサ3001、3002および3003で受信した信号振幅を合成することができ、全体として等方性を得ることができる。
By arranging in this way, the signal amplitudes received by the three
次に、本発明の第6の実施例にかかる電界強度測定装置について、図8を参照して説明する。 Next, an electric field strength measuring apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明における電界強度測定装置400は、図7を参照して説明した電界センサと、電界センサの出力端子と接続される電界センサの検波回路3121、3122および3123と、各検波回路と接続された電圧加算回路313とを備える。
The electric field
検波器3121、3122および3123は、例えばダイオードで構成され、x軸に対応したx軸用検波器3121、y軸に対応したy軸用検波器3122およびz軸に対応したz軸用検波器3123を備える。
電圧加算回路313は、例えば、演算増幅器を用いて構成される。電圧加算回路313は、オペアンプ314と、オペアンプ314の負相入力端子とx軸用検波器3121、y軸用検波器3122およびz軸用検波器3123と接続された抵抗R1、R2およびR3と、オペアンプ314の負相入力端子と出力端子とを接続する抵抗R4と、オペアンプ314の正相入力端子と接地端との間に接続された抵抗R5とを備える。
The
各検波器3121、3122および3123は、受信電力に比例した電圧を出力する。したがって、電圧加算回路313の出力は、3軸で受信した信号の電力合成値に比例する。このように構成することにより、広帯域で共振の発生を防げることができ、測定周波数帯域を改善できる。
Each
上述した実施例では、電界センサの問題点を解決するため、ダイポールとして、抵抗素子と線状金属とから構成されるスリーブアンテナを使用する。また、トランジスタ回路などのアクティブ素子を基本としたインピーダンス変換器を用いる。このように構成することにより、広帯域で共振の発生を防げることができ、測定周波数帯域を改善できる等方性電界センサを実現できる。今後、屋内での無線利用は、MHz帯からGHz帯まで極めて広い周波数範囲となることが予測される。そのような無線利用環境において、周波数帯域毎に多数の電界センサを用意することなく電界強度分布の測定が可能となる。 In the embodiment described above, in order to solve the problem of the electric field sensor, a sleeve antenna composed of a resistance element and a linear metal is used as a dipole. Further, an impedance converter based on an active element such as a transistor circuit is used. With this configuration, an isotropic electric field sensor that can prevent resonance in a wide band and can improve the measurement frequency band can be realized. In the future, indoor wireless use is expected to have a very wide frequency range from the MHz band to the GHz band. In such a wireless usage environment, it is possible to measure the electric field intensity distribution without preparing a large number of electric field sensors for each frequency band.
本発明にかかる電界センサは、送信アンテナ周辺における電波の電界強度測定を行う電界強度測定装置に適用できる。 The electric field sensor according to the present invention can be applied to an electric field strength measuring apparatus that measures the electric field strength of radio waves around a transmission antenna.
100、200、300 電界センサ
400 電界強度測定装置
100, 200, 300
Claims (10)
前記スリーブアンテナは、
少なくとも1の抵抗素子と複数の線状金属とが直列接続された放射素子およびスリーブ;
を備えることを特徴とする電界センサ。 In an electric field sensor with a sleeve antenna:
The sleeve antenna is
A radiating element and a sleeve in which at least one resistance element and a plurality of linear metals are connected in series;
An electric field sensor comprising:
前記抵抗素子は、筒状の形状を有する筒状抵抗素子
を備え、
前記線状素子は、筒状の形状を有する筒状金属
を備えることを特徴とする電界センサ。 The electric field sensor according to claim 1:
The resistance element includes a cylindrical resistance element having a cylindrical shape,
The electric field sensor, wherein the linear element includes a cylindrical metal having a cylindrical shape.
前記線状金属は、
前記線状金属の長さをL0、想定した測定周波数の上限に相当する波長をλminとした場合に0<L0≦λmin/4を満たすことを特徴とする電界センサ。 The electric field sensor according to claim 1 or 2, wherein:
The linear metal is
An electric field sensor satisfying 0 <L 0 ≦ λ min / 4, where L 0 is a length of the linear metal and λ min is a wavelength corresponding to an upper limit of an assumed measurement frequency.
前記放射素子は、
前記放射素子の長さをL、想定した測定周波数の下限に相当する波長をλmaxとした場合にL0<L≦λmax/4を満たすことを特徴とする電界センサ。 The electric field sensor according to claim 3:
The radiating element is:
An electric field sensor satisfying L 0 <L ≦ λ max / 4, where L is a length of the radiating element and λ max is a wavelength corresponding to a lower limit of an assumed measurement frequency.
前記放射素子および前記スリーブと同軸フィーダとのインピーダンス整合を行うインピーダンス変換手段;
を備えることを特徴とする電界センサ。 5. The electric field sensor according to claim 1, wherein:
Impedance conversion means for performing impedance matching between the radiating element and the sleeve and the coaxial feeder;
An electric field sensor comprising:
前記インピーダンス変換手段は、アクティブ素子を備えることを特徴とする電界センサ。 The electric field sensor according to claim 5, wherein:
The electric field sensor, wherein the impedance conversion means includes an active element.
前記インピーダンス変換手段に電源を供給する電源供給手段;
を備えることを特徴とする電界センサ。 The electric field sensor according to claim 5 or 6, wherein:
Power supply means for supplying power to the impedance conversion means;
An electric field sensor comprising:
互いに直交したx軸、y軸、z軸に並行に配置された3個の電界センサを備えることを特徴とする電界センサ。 The electric field sensor according to claim 7:
An electric field sensor comprising three electric field sensors arranged in parallel to an x axis, a y axis, and a z axis orthogonal to each other.
各軸に対応する電界センサの出力を検波する検波手段;
前記検波器の出力を加算する電圧加算手段;
を備えることを特徴とする電界センサ。 The electric field sensor according to claim 8, wherein:
Detection means for detecting the output of the electric field sensor corresponding to each axis;
Voltage adding means for adding the outputs of the detector;
An electric field sensor comprising:
前記電界センサは、スリーブアンテナ;
を備え、
前記スリーブアンテナは、少なくとも1の抵抗素子と複数の線状金属とが直列接続された放射素子およびスリーブ;
を備えることを特徴とする電界強度測定装置。 In an electric field strength measuring device equipped with an electric field sensor:
The electric field sensor comprises a sleeve antenna;
With
The sleeve antenna includes a radiating element and a sleeve in which at least one resistance element and a plurality of linear metals are connected in series;
An electric field strength measuring device comprising:
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