JP2008092396A - Antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナ装置に係り、特に、簡易な構造であっても電磁波の放射方向を広範囲かつ連続的に変更することの可能なアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device, and more particularly to an antenna device capable of continuously changing the radiation direction of electromagnetic waves over a wide range even with a simple structure.
放送局の番組制作で使用されるワイヤレスカメラシステムのカメラと受信装置間の映像信号の授受、無線LANによるデータの授受等大容量の無線伝送を行う場合、広い帯域を有するミリ波帯が適用される。 When performing large-capacity wireless transmission such as transmission / reception of video signals between cameras and receivers of wireless camera systems used in broadcast station program production, and transmission / reception of data via wireless LAN, a wide-band millimeter wave band is applied. The
送信アンテナと受信アンテナの相対的位置が大きく変化する使用環境に適用されるミリ波帯無線伝送システムに搭載されるアンテナは、使用環境に応じて電磁波の放射方向を広範囲に変更できるものであることが望ましい。 The antenna mounted on the millimeter-wave band wireless transmission system applied to the usage environment where the relative position of the transmitting antenna and the receiving antenna changes greatly shall be able to change the radiation direction of electromagnetic waves in a wide range according to the usage environment. Is desirable.
また、アンテナをミリ波帯無線伝送装置自体に取り付けるためには、スペースが限られている場合が一般的であるので、アンテナは小型かつ簡易な構成であることも必要である。 Further, in order to attach the antenna to the millimeter-wave band wireless transmission device itself, the space is generally limited, so the antenna needs to have a small and simple configuration.
小型かつ簡易な構成のミリ波帯用のアンテナとしては、表面波アンテナまたは漏れ波アンテナ等がある。代表的な表面波アンテナとしては、誘電体棒で構成される誘電体ロッドアンテナを挙げることができ、代表的な漏れ波アンテナとしては、周期構造を有する誘電体線路で構成される誘電体漏れ波アンテナを挙げることができる。 As a millimeter-wave band antenna having a small and simple configuration, there is a surface wave antenna or a leaky wave antenna. A typical surface wave antenna can be a dielectric rod antenna composed of a dielectric rod, and a typical leaky wave antenna is a dielectric leaky wave composed of a dielectric line having a periodic structure. An antenna can be mentioned.
誘電体ロッドアンテナは、誘電体ロッドアンテナの端部から誘電体ロッドアンテナの電波の伝播方向に電波を放射し、漏れ波アンテナは誘電体線路の電波の伝播方向と異なる方向に電波を放射する。 The dielectric rod antenna radiates a radio wave from the end of the dielectric rod antenna in the propagation direction of the radio wave of the dielectric rod antenna, and the leaky wave antenna radiates a radio wave in a direction different from the propagation direction of the radio wave on the dielectric line.
電波の放射方向を変更できる誘電体ロッドアンテナ装置および漏れ波アンテナ装置も既に提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。 Dielectric rod antenna devices and leaky wave antenna devices that can change the radiation direction of radio waves have already been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
特許文献1に示されている従来の誘電体ロッドアンテナ装置は、図4に示すように、誘電体ロッドアンテナ41に沿って反射部材42を設置することにより、電波の放射方向を誘電体ロッドアンテナ41の軸に対して約15度傾けることが可能となる。
As shown in FIG. 4, the conventional dielectric rod antenna device disclosed in Patent Document 1 is provided with a reflecting
また、特許文献2に示されている従来の漏れ波アンテナ装置は、図5に示すように、地板導体51と誘電体基板52とがスペーサ53を介して平行に配置された伝播路を備える。
The conventional leaky wave antenna device disclosed in Patent Document 2 includes a propagation path in which a
誘電体基板52の上面には複数の金属ストリップ54が所定間隔ごとに設置されている。さらに、誘電体基板52の上方には所定間隔を隔てて電波の伝播方向と直角に金属板55が配置されており、金属板55は電波の伝播方向と垂直な面内において所定角度内で回転可能となっている。
A plurality of
電波は金属板55から金属ストリップ54の方向に向かって伝播し、金属ストリップ54から漏洩して空中に放射される。そして、金属板55の傾きを変更することにより、電波の放射方向を制御することが可能となる。
多量の情報を安定に伝送するためには受信電力と雑音電力の比(CN比)を大きくすることが必要となるが、CN比を大きくするためには送信アンテナから受信アンテナの方向に放射される送信電力をできる限り大きくする、つまり、アンテナを高利得とすることが必要となる。 In order to transmit a large amount of information stably, it is necessary to increase the ratio of received power and noise power (CN ratio), but in order to increase the CN ratio, it is radiated from the transmitting antenna to the receiving antenna. It is necessary to increase the transmission power as much as possible, that is, to increase the antenna gain.
しかし、アンテナを高利得とするほどアンテナの指向性は鋭くなるので、ワイヤレスカメラで移動しながら撮影する場合には、送信アンテナが受信アンテナの方向に放射する送信電力が大きくなるように、送信アンテナの電波放射方向を連続的に変更できることが望ましい。 However, the higher the gain of the antenna, the sharper the directivity of the antenna. Therefore, when shooting while moving with a wireless camera, the transmitting antenna emits more power in the direction of the receiving antenna. It is desirable that the radio wave radiation direction can be continuously changed.
さらに、ワイヤレスカメラを屋内で使用するときには見通しを確保するためには受信アンテナをワイヤレスカメラの上方に設置し、屋外で使用するときには受信アンテナをワイヤレスカメラに対して水平に設置する場合が多いことを考慮すると、送信アンテナは電波放射方向を90度以上変更できることが望ましい。 In addition, when using the wireless camera indoors, it is often the case that the receiving antenna is installed above the wireless camera to ensure visibility, and when used outdoors, the receiving antenna is often installed horizontally with respect to the wireless camera. In consideration, it is desirable that the transmitting antenna can change the radio wave radiation direction by 90 degrees or more.
しかしながら、特許文献1に開示された誘電体ロッドアンテナには使用環境に応じて電波の放射方向を変更できないという課題があった。 However, the dielectric rod antenna disclosed in Patent Document 1 has a problem that the radiation direction of radio waves cannot be changed according to the use environment.
また、特許文献2に開示された誘電体漏れ波アンテナには使用環境に応じて電波放射方向を変更できるものの、変更範囲が限られているという課題があった。 The dielectric leaky wave antenna disclosed in Patent Document 2 has a problem that the range of change is limited, although the direction of radio wave radiation can be changed according to the usage environment.
表面波アンテナと漏れ波アンテナの両方を使用して電波放射範囲を拡大することも可能であるが、それぞれのアンテナに電波を供給する給電回路を切り替え可能な構成とする必要があり、構造が複雑化することは回避できない。 Although it is possible to expand the radio wave radiation range using both surface wave antennas and leaky wave antennas, it is necessary to have a configuration that can switch the feed circuit that supplies radio waves to each antenna, and the structure is complicated It cannot be avoided.
本発明は、上記の従来の課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で電磁波の放射方向を90度以上の広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できるアンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and the radiation direction of electromagnetic waves can be changed over a wide range of 90 degrees or more with a simple configuration, or the radiation direction of electromagnetic waves can be continuously changed. An object of the present invention is to provide an antenna device that can be used.
本発明に係るアンテナ装置は、電磁波を遅波モードで伝播する柱状の誘電体ロッドアンテナと、前記誘電体ロッドアンテナの周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材とを含む構成を有している。 The antenna device according to the present invention includes a columnar dielectric rod antenna that propagates electromagnetic waves in a slow wave mode, and a spiral member that spirally winds around the dielectric rod antenna.
この構成により、簡易な構成で電波の放射方向を広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できることとなる。 With this configuration, the radiation direction of radio waves can be changed in a wide range with a simple configuration, or the radiation direction of electromagnetic waves can be continuously changed.
本発明に係るアンテナ装置は、前記螺旋部材が、誘電体製であってもよい。 In the antenna device according to the present invention, the spiral member may be made of a dielectric.
本発明に係るアンテナ装置は、前記螺旋部材が、導電体製であってもよい。 In the antenna device according to the present invention, the spiral member may be made of a conductor.
本発明に係るアンテナ装置は、前記螺旋部材の一端を前記誘電体ロッドアンテナに固定する固定部と、中空部を前記誘電体ロッドアンテナが貫通し前記螺旋部材の他端が固定される中空部材とを含む。 The antenna device according to the present invention includes a fixing portion that fixes one end of the spiral member to the dielectric rod antenna, a hollow member that penetrates the hollow portion through the dielectric rod antenna, and the other end of the spiral member is fixed. including.
この構成により、螺旋部材の伸縮量を適宜に調節して、電波の放射方向を広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できることとなる。 With this configuration, the amount of expansion and contraction of the spiral member can be appropriately adjusted to change the radiation direction of the radio wave over a wide range, or the radiation direction of the electromagnetic wave can be continuously changed.
本発明は、誘電体ロッドアンテナの周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材の伸縮量を変更することにより、簡易な構成で電波の放射方向を広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できるという効果を有するアンテナ装置を提供することができるものである。 The present invention can change the radiation direction of radio waves in a wide range with a simple configuration by changing the amount of expansion and contraction of the spiral member that spirally winds around the dielectric rod antenna, or the radiation direction of electromagnetic waves is continuous. It is possible to provide an antenna device having an effect that it can be changed automatically.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る実施形態のアンテナ装置1の斜視図であって、電磁波を遅波モードで伝播する柱状の誘電体ロッドアンテナ11と、誘電体ロッドアンテナ11の周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材12とを含む。
FIG. 1 is a perspective view of an antenna device 1 according to an embodiment of the present invention, in which a columnar
なお、螺旋部材12は、誘電体製であっても、導電体製であってもよい。
The
誘電体ロッドアンテナ11の根元に設置される給電部13は、図2(a)の拡大斜視図に示すように、矩形断面形状の導波管14が周壁に取り付けられる第1の導波管131と、テーパ部132と、誘電体ロッドアンテナ11が差し込まれる第2の導波管133とから構成される。
As shown in the enlarged perspective view of FIG. 2A, the
螺旋部材12の一端、例えば下端12Dは給電部13に固定され、他端、例えば上端12Uは中空部分を誘電体ロッドアンテナ11が貫通する中空部材15に固定されている。
One end, for example, the
なお、中空部材15は、誘電体製であっても、導電体製であってもよい。
The
中空部材15には少なくとも1個のネジ穴が穿たれ、このネジ穴には尖端を有するボルト16が嵌合している。この結果、ボルト16の尖端を誘電体ロッドアンテナ11に圧接させて中空部材15をロッドアンテナに固定することにより、螺旋部材12を任意の長さに調節できることとなる。
The
以下に、実施形態のアンテナ装置の動作を説明するが、誘電体ロッドアンテナ11および給電部13の断面形状は円形であるものとする。
Hereinafter, the operation of the antenna device according to the embodiment will be described. The cross-sectional shapes of the
導波管14をTE10モードで伝播する電波は、まず第1の導波管131に供給されTM01モードに変換される。なお、TE10モードはY軸方向に電界成分を持たず磁界分布のみを有するモードであり、TM01モードは磁力線が第1の導波管131の断面内で同心円状に分布し、磁界の振幅および位相は第1の導波管131の中心軸(Z軸方向)に対して軸対称分布するモードである。
A radio wave propagating through the
矩形導波管14から第1の円形導波管131に給電されてTM01モードに変換された電波は、第1の導波管131をZ軸方向に伝播し、テーパ部132を介して第2の導波管133に伝播する。なお、テーパ部132は、第1の導波管131の直径を誘電体ロッドアンテナ11の直径まで拡張するために設置される。
The radio wave fed from the
第2の導波管133を伝播する電波は、誘電体ロッドアンテナ11に給電される。ここで、誘電体ロッドアンテナ11の第2の導波管133への差し込み端部は、電波の反射を抑制するためにテーパ状に形成することが望ましい。
A radio wave propagating through the
なお、第2の導波管133は、図2(b)に示すように、誘電体ロッドアンテナ11の軸方向(Z軸方向)に開口するロート部134を有していてもよい。ロート部134を設けることにより、第2の導波管133をTM01モードで伝播する電波を効率よく誘電体ロッドアンテナ11に伝達することが可能となる。
The
図3は、本発明に係るアンテナ装置1の斜視図であって、螺旋部材12を圧縮して螺旋部材を密着させた状態(a)と、中空部材15を誘電体ロッドアンテナ11の上端に固定し螺旋部材12を最大長に伸長させた状態(b)を示す。
FIG. 3 is a perspective view of the antenna device 1 according to the present invention, in a state (a) in which the
螺旋部材12を密着させた状態(図3(a))では、螺旋部材12は周期構造体として機能しないので、電波は摂動を受けることはなく、誘電体ロッドアンテナ11をTM01モードのままで伝播し、誘電体ロッドアンテナ11の上端からZ方向にヌルを有するコニカルビームとして放射される。コニカルビームの放射方向(Q)は、Z軸を中心として20度程度となる。
In the state where the
図1に示すように中空部材15を誘電体ロッドアンテナ11のほぼ中間で固定し、螺旋部材12を中間長に伸長させた場合は、螺旋部材12は第1の周期の周期構造体として機能し、誘電体ロッドアンテナ11を遅波モードで伝播する電波に対して摂動を与える。その結果、誘電体ロッドアンテナ11を遅波モードで伝播する電波は、速波モードに変換され、コニカルビームの放射方向(Q)と異なる第1の方向(Q’)にZ軸に関し無指向に放射される。
As shown in FIG. 1, when the
螺旋部材12を最大長に伸長させた状態(図3(b))では、螺旋部材12は第2の周期の周期構造体として機能し、誘電体ロッドアンテナ11を伝播する電波に対して摂動を与える。この結果、電波は速波モードに変換され、コニカルビームの放射方向(Q)および第1の方向(Q’)と異なる第2の方向(Q”)にZ軸に関し無指向に放射される。
In the state in which the
以上説明したように、本発明に係る実施形態のアンテナ装置1にあっては、柱状の誘電体ロッドアンテナ11に巻回する螺旋部材12の伸縮状態を変更することにより、電波の放射方向を変更することが可能となる。
As described above, in the antenna device 1 according to the embodiment of the present invention, the radiation direction of the radio wave is changed by changing the expansion / contraction state of the
なお、螺旋部材12を誘電体ロッドアンテナ11に対して着脱可能として、誘電体ロッドアンテナ11に螺旋部材12を装着したときと、誘電体ロッドアンテナ11から螺旋部材12を取り外したときとで、電波の放射方向を変更してもよい。
The
以上説明した実施形態においては、導波管14を伝播してきた電波は第1の導波管131でTM01モードに変換されるものとしたが、TE01モードあるいはTE11モードに変換されるものとしてもよい。ただし、TE11モードに変換された場合には、電波の放射方向は誘電体ロッドアンテナ11の軸方向(Z軸方向)に対して無指向性とはならない。
In the embodiment described above, the radio wave propagating through the
また、誘電体ロッドアンテナ11への給電モードがTM01モードであれば誘電体ロッドアンテナ11から誘電体ロッドアンテナ11の軸方向(Z軸方向)に垂直な平面方向に放射される電波は垂直偏波となり、誘電体ロッドアンテナ11への給電モードがTE01モードまたはTE11モードであれば水平偏波となる。
If the feeding mode to the
また、上記実施形態において電磁波はミリ波帯の電波であるとしたが、ミリ波帯以外の電磁波に対しても本発明を適用することができる。特に、ミリ波帯の電波にあっては、従来はアンテナの指向性を制御するためには移相器が必要となりアンテナ構造が複雑となるだけでなく給電損失も増大していたが、本発明に係るアンテナ装置を適用すれば簡易な構造かつ小型であるだけでなく低損失なアンテナを使用して指向性を制御できることとなる。 In the above embodiment, the electromagnetic wave is a millimeter wave band radio wave, but the present invention can be applied to an electromagnetic wave other than the millimeter wave band. In particular, in the case of millimeter wave radio waves, a phase shifter is conventionally required to control the antenna directivity, which not only complicates the antenna structure but also increases the power loss. If the antenna device according to the above is applied, the directivity can be controlled by using a low-loss antenna as well as a simple structure and a small size.
また、上記では本発明に係るアンテナ装置が送信アンテナである場合について説明したが、本発明に係るアンテナ装置を受信アンテナとしても適用することができることは明らかである。 Moreover, although the case where the antenna device according to the present invention is a transmission antenna has been described above, it is obvious that the antenna device according to the present invention can also be applied as a reception antenna.
以上のように、本発明に係るアンテナ装置は、簡易な構成で電磁波の放射方向を90度以上の広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できるという効果を有し、アンテナ装置等として有効である。 As described above, the antenna device according to the present invention has an effect that the radiation direction of electromagnetic waves can be changed over a wide range of 90 degrees or more with a simple configuration, or the radiation direction of electromagnetic waves can be continuously changed. It is effective as a device.
11 誘電体ロッドアンテナ
12 螺旋部材
13 給電部
14 導波管
15 中空部材
16 ボルト
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記誘電体ロッドアンテナの周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材とを含むアンテナ装置。 A columnar dielectric rod antenna that propagates electromagnetic waves in slow wave mode;
An antenna device including a spiral member that spirally winds around the dielectric rod antenna.
中空部を前記誘電体ロッドアンテナが貫通し前記螺旋部材の他端が固定される中空部材とを含む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のアンテナ装置。 A fixing portion for fixing one end of the spiral member to the dielectric rod antenna;
The antenna device according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a hollow member through which the dielectric rod antenna passes and a second end of the spiral member is fixed.
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- 2006-10-04 JP JP2006272574A patent/JP2008092396A/en active Pending
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