JP2008042866A - 短縮アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】従来アンテナをコイル等を使用して短縮すると効率の劣化を招くことは避けられなかった。輻射インピーダンスは短縮率の自乗に比例して低下するため短縮手段であるコイル内での消費が短縮率が大きくなると飛躍的に増大する。本発明によればこの非効率性を劇的に改善させることが出来る。
【解決手段】コイル（１）の近傍に導体（２）を設置し二次電流を発生させ（１）に流れる電流による磁界と（２）に流れる二次電流による磁界との相互作用により大きな外向きのポインチング・ベクトルを発生させと同時に輻射インピーダンスの増加が見込めるために効率を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

この発明は主に短縮されたアンテナの利得向上を実現する技術に関する。

従来短縮アンテナに於いて、如何に利得向上を計るかということが研究実施されてきた。多くの場合短縮のためコイルを挿入するのが一般的手法であり相当研究されている。コイルの挿入位置や容量冠との組合せたもの等が実施されてきた。しかしながらアンテナ長を半波長の１０％程度にまで短くすると極度に輻射抵抗が小さくなり短縮用コイル内での消費電力の割合が飛躍的に増大し実用的でなくなる。

しかしながら短波帯及びそれより低い周波数を使用する通信では、依然アンの小型化に根強い要請がある。これらの周波数帯でのアンテナはやはり大型化しやすく持ち運びが困難か不可能な場合も珍しくない。その上設置さえ困難な場合も多々ある。

このような要請に応えるためには、全くことなる原理に基づくアンテナを開発する必要がある。
アンテナ設計法 ＣＱ出版社 ７９〜８６項

従来より短縮アンテナ利得向上法が考案されているが特に短縮率が大きいと利得の低下が著しく実用的でなくなる。この問題が本発明で解決しようとする課題である。

請求項１の共振コイル１を導体２の近くに位置し、１より発せられた磁束に交錯するように設置してあると２には二次電流が流れる。

この二次電流に比し１に流れる電流は非常に小さく出来１で消費される電力を少なく抑えることができる。その上アンテナ外部にはひじょうに強力な磁界を発生させることになり大きなポインチング・ベクトルを発生させ結果的に半波長の１０分の１以下短縮された小型アンテナにもかかわらず非常に効率の良いアンテナとなる。波長に関係無く短縮できるものである。

とりわけ短縮された小型アンテナの効率を向上させ短縮されていない大型アンテナと同等の性能に出来ること。

以下、本発明の第１実施の形態に係るアンテナ利得向上機構１を、図１及至図２より説明する。図１は実施例の典型である。導体２、コイル１、導体３は共振回路を構成する。

短縮されたアンテナの輻射インピーダンスは短縮されていないアンテナに比し非常に小さく効率の低下をまねくものである。なぜなら一般的にアンテナを短縮するにコイルを利用するがそのＱに限りがあるため供給電力のうち多くがコイルに消費されてしまうからである。

そこでコイル１の近傍に導体２を設置し、さらに２に間隔を設けて導体３を設置する。２と３との間に形成される静電容量と１は共振回路を形成することになる。

２は１による磁界が十分に交錯する位置に設置されているため、共振周波数付近の高周波電力を同軸ケーブル５と結合コンデンサ４を通して供給すると２に大きな二次電流を生じさせることになる。

この二次電流による磁界は１による磁界を相殺するように発生するためそれを補うために１にはさらに大きな電流を流すことになる。これは変圧器の二次側を短絡した場合と同様であるが、本発明の場合は高周波を対象にしていることから漏れインダクタンスのために所謂変圧器程一次側には大きな電流は流れないが、この効果は非常に大きく２に流れる二次電流はさらに大きな電流を供給出来ることになる。また相対的に１に流れる電流は小さくてすむ。このことは非常に重要で１で消費される電力は小さく効率が高いことを意味する。

２に流れる二次電流と１に流れる電流の相互作用による磁界は１及び２の境界部分に非常に強力に発生することになる。この磁界の方向は１、２の位置関係に対して垂直方向に生じており、次第に上下に曲げられてゆく。アンテナの外側に向かって大きなポインチング・ベクトルを生じている。このことが電磁波の発生を極めて容易にしており輻射インピーダンスを大きくしている。この事も本発明によるアンテナの効率が高い一因である。

従来のアンテナは長い導線上に共振電流を流しその電磁界によって動作するものであったが、本発明では共振コイルと共振容量と二次電流発生機構によるもので本質的な相違がある。

この動作について図４及び図５で説明する。コイル１０に高周波電源を接続すると１０に電流が流れ磁界１１が発生する。

次に導体２を１０の近傍に設置すると２には１４の二次電流が流れる。この二次電流による磁束は１１を相殺する方向に発生するので、これを補うために９はさらに大きな電流を供給することになる。この時の磁束の様子が１２と１３である。

１０に流れる電流は１４に比し非常に小さくすむために１０で消費される電力もまた小さくてすむことになり高効率といえる。

１０と２との空隙部分では強力な磁場が発生しこのまわりに大きな変位電流が生成されることになる。１０と２の設置方向に対して垂直方向にポインチング・ベクトルが発生し電磁波を生み出す。

導体２及び３は円筒状のアルミニュームや銅を使用する。空隙を設けて静電容量を形成させることが目的である。

１から３に至るまで直線上に配列させるのがつくりやすい。これらの支持には塩化ビニール製パイプ等の樹脂製をつかう。

コンデンサ４は高周波電力用コンデンサを使う。マイカコンデンサやチタンコンデンサが適当である。４は必ずしも必要ではない。

コイルは直径２ｍｍ程度の太さのエナメル線を捲いた物を使う。

図２は第２実施例である。２と３で形成される静電容量の代わりに固定コンデンサ６を付加したものである。３が無い分より小型化が可能である。またこの場合には１と２は電気的に接続する必要はない。１の捲き数が十分に多く線間容量による自己共振周波数を利用出来る場合は６を省くことが出来る。

図３は第３実施例である。導体２の代わりに別のコイル７とコンデンサ８とで形成される共振回路を１と出来る限り強力な磁気的結合が出来る位置に設置する。両者の共振周波数がほぼ同一か同一付近の時実施例１及び２と同様な磁界を発生させることが出来るものである。

７と８による共振効果により１で発生した磁束を７が捕捉しやすくなり二次電流の発生を促すことになる。この場合の二次電流の大きさは１に流れる電流値と大差ないが磁束はほぼコイル捲き数倍となるため実施例１及び２と同様の効果がある。

実施例１を示す構成図 実施例２を示す構成図 実施例３を示す構成図 原理図 原理図

符号の説明

１ 共振コイル
２ 二次電流発生用導体
３ 共振容量形成導体
４ 結合コンデンサ
５ 給電用同軸ケーブル
６ 共振用固定コンデンサ
７ 二次側共振コイル
８ 二次側共振用コンデンサ
９ 高周波電源
１０ コイル
１１ コイル１０により発生した磁界の様子
１２ コイル１０により発生した磁界の様子
１３ 導体２に流れる二次電流１４により発生した磁界の様子
１４ 導体２に流れる二次電流

Claims (3)

1. 短縮アンテナの利得向上を目的とする技術に於いて、共振用コイル１の近傍に導体２を設置しこの１から発せられる磁界により導体２に二次電流を発生させ、結果的により強力な磁界を発生させることになり高効率なる短縮アンテナを実現出来ることを特徴とする。
2. 導体２及び３は静電容量を形成し共振容量として働く。この代わりに通常の固定コンデンサを６を付加したもの。６は線間容量も含むもので１の自己共振周波数で動作すするようにしたものもでもよい。
3. さらに導体２、３の代わりにコイル７とコンデンサ８とで構成される別の共振回路を設置しこの共振回路に二次電流が流れるようにしたもの。

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