JP2017143401A

JP2017143401A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2017143401A
Application number: JP2016023268A
Authority: JP
Inventors: 寛明坂本; Hiroaki Sakamoto; 深沢　徹; Toru Fukazawa; 徹深沢; 崇 ▲柳▼; Takashi Yanagi; 晋平秋元; Shimpei Akimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-17

Abstract

【課題】放射効率を制御することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。【解決手段】導電性液体１００を外部に噴出させる開口面に給電点１０５が設けられている導体中空管１０３と、導体中空管１０３と接続し、導電性液体１００を供給する液体噴出制御部１０８と、導電性液体１００の導電率を調整し、液体噴出制御部１０８へ導電性液体１００を供給する導電率調整部１１０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、導電性のある液体（以下、「導電性液体」と称する）を放射素子として用いるアンテナ装置に関するものである。

導電性液体を放射素子として用いるアンテナ装置は、導電性液体に電流を流すことで任意の形状のアンテナを形成することができるため、近年、注目が高まっている。

以下の特許文献１には、海水を導電性液体として用い、線状に噴出し、この海水に磁界を用いて電流を発生することで、モノポールアンテナもしくはダイポールアンテナとして動作させるアンテナ装置が開示されている。
このアンテナ装置では、海水の噴出する勢いを制御することで動作周波数を調整している。

米国特許第８，３６８，６０５号

従来の導電性液体を用いたアンテナ装置では、導電性液体の噴出する勢いを制御することしか行っていないため、使用する導電性液体によっては、アンテナとしての放射効率が低くなること言う課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、放射効率の制御が可能なアンテナ装置を得ることを目的とする。

本発明に係るアンテナ装置は、導電性液体を外部に噴出させる開口面に給電点が設けられている導体中空管と、前記導体中空管と接続し、導電性液体を供給する液体噴出制御部と、前記導電性液体の導電率を調整し、前記液体噴出制御部へ導電性液体を供給する導電率調整部とを有する。

本発明によれば、導電性液体を放射素子として用いたアンテナの放射効率を制御することが可能となると言う効果がある。

実施の形態１におけるアンテナ装置を示す構成図である。実施の形態１におけるイオン交換装置の原理を示す図である。実施の形態２におけるアンテナ装置を示す構成図である。実施の形態２における逆浸透圧の原理を示す図である。実施の形態３におけるアンテナ装置を示す構成図である。実施の形態４におけるアンテナ装置を示す構成図である。実施の形態５におけるアンテナ装置を示す構成図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。

図１において、１００は導電性液体、１０１は地導体、１０２は穴、１０３は地導体１０１に設けられた穴１０２より細い外径を有する導体中空管であり、穴１０２と同軸上に配置されている。なお、本実施の形態では、導電性液体１００として海水を用いた例について説明を行うが、導電性のある液体であれば何でもよく、海水に特定するものではない。

ここでの穴１０２と導体中空管１０３は、アンテナとして動作する際の径であるためより太い方が効率は良くなり、導体中空管１０３は地導体１０１と同じ媒質の金属であることが望ましい。また、導体中空管１０３の開口面１０４には給電点１０５が設けられている。本実施の形態では、導電性液体１００として海水を用いた場合について説明する。よって地導体１０１は本実施の形態では海面と考えても良い。例えば、地導体１０１が海水面であるならば、穴１０２は、土管のような筒状のもので、海水と区切られた空間のことである。

図１では、アンテナ装置から放射される電磁波の元となる高周波電圧が印加される位置を示すために、模式的に給電点１０５を描画しているが、実装において、給電点１０５が物理的な構成要素として形成されるわけではない。
また、実際の高周波電圧の印加方法として、各種の方法があるが、例えば、電圧源（信号源、図示せず）から出力された高周波電圧を伝送する同軸ケーブル（図示せず）の内部導体を導体中空管１０３に接続するとともに、その同軸ケーブルの外部導体を地導体１０１に接続することで、高周波電圧を印加する方法などが考えられる。

１０６は、導電性液体１００を導体中空管１０３に供給するためのポンプである。
１０７は、ポンプ１０６から導体中空管１０３に供給される導電性液体１００の供給量を制御するポンプ駆動装置である。なお、ポンプ１０６及びポンプ駆動装置１０７を合わせた物を液体噴出制御部１０８と呼ぶ。
１１０は、液体噴出制御部１０８に供給される導電性液体１００の導電率を高くするための導電率調整部である。
１０９は、導電率調整部１１０により（導電率が）調整された、導電性液体１００’を貯蔵する貯蔵部である。

１１１は、導電性液体１００を汲み上げ、導電率調整部１１０へ送るための給水部である。
なお、本実施の形態では、導電性液体１００として海水を、導電率調整部１１０の導電率を調整する方法として、イオン交換装置１１４を用いた場合について説明する。

図２は本実施形態における導電率調整部１１０として使用するイオン交換膜を用いたイオン交換装置１１４の原理を示す図である。
２０１はプラスの電極、２０２はマイナスの電極、２０３’と２０３”は陰イオンのみを通す膜、２０４’と２０４”は陽イオンのみを通す膜である。プラスの電極２０１とマイナスの電極２０２は、電圧を印加する電源装置（図示せず）に接続されている。陰イオンのみを通す膜２０３’、２０３”として第四アンモニウム基等を用いてもよく、陽イオンのみを通す膜２０４’、２０４”としてスルホン酸基等を用いてもよい。
本実施の形態では、陰イオンのみを通す膜２０３’、２０３”と陽イオンのみを通す膜２０４’、２０４”をあわせてイオン交換膜と呼ぶ。

次に動作について説明する。
給水部１１１は、ポンプ等を用いることで導電性液体１００を汲み上げ、イオン交換装置１１４へ送る。
イオン交換装置１１４は、図２のようにプラスの電極２０１とマイナスの電極２０２に電圧を印加することで導電性液体１００をナトリウムイオンと塩化物イオンに電気分解するものである。

発生したそれぞれのイオンは、プラスの電極２０１とマイナスの電極２０２に引き付けられ移動する。陰イオンのみを通す膜２０３’、２０３”と陽イオンのみを通す膜２０４’、２０４”を互い違いに二組使用すると、塩化物イオンとナトリウムイオンはそれぞれ陰イオンのみを通す膜２０３’、２０３”と陽イオンのみを通す膜２０４’、２０４”を透過する。
これにより、図２に示すように中央に配置した陰イオンのみを通す膜２０３”と陽イオンのみを通す膜２０４”の間に両イオンが集まり、その範囲のみ塩分濃度を濃くすることが可能となる。また、中央に配置した陰イオンのみを通す膜２０３”と陽イオンのみを通す膜２０４”の間以外では両イオンが少なくなるため塩分濃度が薄くなる。

塩分濃度と導電率との間は、比例関係にあるため、陰イオンのみを通す膜２０３“と陽イオンのみを通す膜２０４”の間の液体を集めることにより、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００よりも導電率が高い導電性液体１００’を貯蔵することが可能となる。また、陰イオンのみを通す膜２０３“と陽イオンのみを通す膜２０４”の間以外の液体を集めることにより、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００よりも導電率が低い、導電性液体１００’を貯蔵することが可能となる。

また、貯蔵部１０９により、所望の導電率を有する、導電性液体１００’を供給することが可能となる。
液体噴出制御部１０８は、貯蔵部１０９に貯蔵された所望の導電率を有する導電性液体１００’を、ポンプ１０６で駆動することで導体中空管１０３に所望の導電率を有する導電性液体１００’を供給し、外部に放水させる。

このとき、給電点１０５から地導体１０１と導体中空管１０３の間には高周波電圧が印加されているため、放射素子として動作する所望の導電率を有する導電性液体１００’に高周波電力が供給される。
また、ポンプ駆動装置１０７は、ポンプ１０６から導体中空管１０３に供給される所望の導電率を有する導電性液体１００’の供給量を制御することで、導体中空管１０３の開口面１０４から放水させる所望の導電率を有する導電性液体１００’の噴出高を放射対象の電磁波の周波数ｆで４分の１波長の高さに調整する。

所望の導電率を有する導電性液体１００’の噴出高を周波数ｆで４分の１波長の高さに調整することで、所望の導電率を有する導電性液体１００’が共振状態となるため、所望の導電率を有する導電性液体１００’から周波数ｆの電磁波が放射される。

以上で明らかなように、本実施の形態によれば、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００を受け取った導電率調整部１１０が、イオン交換装置１１４に電圧を印加し、塩分濃度を高くまたは低く変化させることで導電性液体１００’の導電率を調整することが可能となる。これにより、高効率化だけでなくアンテナ装置の放射特性を調整することができると言う効果を奏する。
また、貯蔵部１０９を有することにより、導電率調整部１１０が一度に調整を行える導電性液体１００’の量が少なかった場合でも、液体噴出制御部１０８が導電性液体１００’を継続して噴出することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、導電率調整部１１０にイオン交換装置１１４を用いることで導電性液体の導電率を調整する例を示したが、本実施の形態では、導電率調整部１１０に逆浸透膜を用いることで導電性液体の導電率を調整する例について説明する。

図３は本実施の形態によるアンテナ装置を示す構成図であり、図３において図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施の形態は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、導電率調整部１１０として逆浸透圧の原理を使用する。
このため、本実施の形態における導電率調整部１１０は、圧力印加装置１１６と、濾過膜の一種である逆浸透膜１１７で構成されている。逆浸透膜１１７の材料として酢酸セルロースや芳香族ポリアミドなどが挙げられる。

次に動作について説明する。
図４は本実施形態における導電率調整部１１０として使用する逆浸透圧の原理を示す図である。
逆浸透膜１１７を中央に配置した容器に導電性液体１００と真水１２０を注入し、圧力印加装置１１６で導電性液体１００にのみ浸透圧以上の圧力をかける。これにより、導電性液体１００から水だけを逆浸透膜１１７を通して真水１２０側に押し出すことができるため、塩分濃度を上昇することができる。

実施の形態１と同様、導電性液体１００を海水とした場合、本実施の形態では、圧力印加装置１１６が、導電性液体１００に圧力をかけ、逆浸透膜１１７を通すことで、導電性液体１００の塩分濃度を調整することが可能となる。
逆浸透膜１１７を通過した導電性液体１００の塩分濃度は低くなり、逆浸透膜１１７を通過しなかった導電性液体１００の塩分濃度は高くなる。

逆浸透膜１１７を通過しなかった導電性液体１００を集めることにより、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００よりも導電率が高い導電性液体１００’を貯蔵することが可能となる。また、逆浸透膜１１７を通過した導電性液体１００を集めることにより、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００よりも導電率が低い、導電性液体１００’を貯蔵することが可能となる。

以上で明らかなように、本実施の形態によれば、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００を受け取った導電率調整部１１０が、圧力印加装置１１６によって、導電性液体１００に圧力をかけ、逆浸透膜１１７と呼ばれる濾過膜を通すことで導電性液体１００’の導電率を調整することが可能となる。これにより、アンテナ装置の放射特性を調整することができると言う効果を奏する。

実施の形態３．
本実施の形態では、導電率調整部１１０に不純物添加部を用いることで導電性液体の導電率を調整する例について説明する。
図５は本実施の形態によるアンテナ装置を示す構成図であり、図５において図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
本実施の形態は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、導電率調整部１１０として不純物１１９を添加する不純物添加部１１８を使用する。

不純物添加部１１８は、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００に対し、不純物１１９を加える装置であり、これにより導電性液体１００の導電率を高くする。
実施の形態１と同様、導電性液体１００を海水とし、不純物１１９を塩とした場合、不純物添加部１１８は、給水部１１１が汲み上げた導電性液体（海水）１００に対し、不純物（塩）１１９を加える。塩が加えられた海水は、塩分の濃度が上昇する。塩分濃度と導電率との間は、比例関係にあるため、塩が加えられるにつれて導電性液体１００の導電率を高くすることが可能となる。

本実施の形態では、導電性液体１００として海水を、不純物１１９として塩を用いた場合について説明したが、一般的に液体へ不純物を加えると、導電性が高くなるため、不純物としてどのような材料を使っても良い。

以上で明らかなように、本実施の形態によれば、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００を受け取った導電率調整部１１０が、不純物１１９を添加することにより、導電性液体１００の導電率が高くなる。これにより、アンテナ装置の放射特性を調整することができると言う効果を奏する。

実施の形態４．
本実施の形態では、導電率調整部１１０に加熱装置１２１を用いることで導電性液体の導電率を調整する例について説明する。
図６は本実施の形態によるアンテナ装置を示す構成図であり、図６において図１と同一符号は、同一または相当部分を示している。
本実施の形態は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、導電率調整部１１０として加熱装置１２１を使用する。加熱装置１２１は、火力を用いるボイラー、電熱器を用いたヒーターや、太陽光の熱を利用した加熱器であってもよい。

加熱装置１２１は、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００に対し、加熱処理を行うことで水分を蒸発させる。
実施の形態１と同様、導電性液体１００を海水とした場合、加熱装置１２１は、加熱処理を行うことで海水の水分を蒸発させ、海水の塩分濃度を上昇させる。塩分濃度と導電率との間は、比例関係にあるため、海水の水分が蒸発するにつれて導電性液体１００の導電率を高くすることが可能となる。

以上で明らかなように、本実施の形態によれば、給水部１１１が汲み上げた導電性液体１００を受け取った導電率調整部１１０が、加熱処理を行うことにより、導電性液体１００の導電率が高くなる。これにより、アンテナ装置の放射特性を調整することができるという効果を奏する。

実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、導体中空管１０３にポンプ１０６が接続されているものを示したが、図７のように開度を調整することが可能なバルブを導体中空管１０３とポンプ１０６の間に接続してもよい。この場合、液体噴出制御部１０８が、ポンプ１０６からの海水の供給量を制御すると同時に、バルブの開度を調整することで、上記実施の形態１〜３と同様に外部に放水するための海水の供給量を制御することができる。これにより、外部に放水する導電性液体１００’の径を変化することができるため、貯蔵部１０９に蓄えられた導電性液体１００’の濃度が仮に低い場合には放水の径を太くすることで放射効率を常に一定に保つことができる。

１００導電性液体、１００’ 導電率の高い導電性液体、１０１地導体、１０２穴、１０３導体中空管、１０４開口面、１０５給電点、１０６ポンプ、１０７ポンプ駆動装置、１０８液体噴出制御部、１０９貯蔵部、１１０導電率調整部、１１１給水部、１１４イオン交換装置、１１６圧力印加装置、１１７逆浸透膜、１１８不純物添加部、１１９不純物、１２０真水、１２１加熱装置、２０１プラスの電極、２０２マイナスの電極、２０３’、２０３” 陰イオンのみ通す膜、２０４’、２０４” 陽イオンのみ通す膜。

Claims

導電性液体を外部に噴出させる開口面に給電点が設けられている導体中空管と、
前記導体中空管と接続し、導電性液体を供給する液体噴出制御部と、
前記導電性液体の導電率を調整し、前記液体噴出制御部へ導電性液体を供給する導電率調整部と
を備えたアンテナ装置。
前記導電率調整部は、イオン交換膜を用いて導電率を調整することを特徴とする請求項１に記載アンテナ装置。
前記導電率調整部は、逆浸透膜を用いて導電率を調整することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記導電率調整部は、不純物を添加する不純物添加部を用いて導電率を調整することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記導電率調整部は、前記導電性液体を加熱する加熱装置を用いて導電率を調整することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記導電率調整部が導電率を調整した前記導電性液体を貯蔵し、貯蔵した前記導電性液体を前記液体噴出制御部に供給する貯蔵部
を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。