JP4117863B2

JP4117863B2 - Antenna characteristic switching mechanism

Info

Publication number: JP4117863B2
Application number: JP05457499A
Authority: JP
Inventors: 紀佳桜井
Original assignee: Icom Inc
Current assignee: Icom Inc
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: JP2000252736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信における複数の通信バンド（周波数帯域）に対応可能なアンテナに関するものであり、特には、アンテナエレメントに接続されたインピーダンス素子を有効／無効の二つの状態に切替える切替え手段を備え、制御装置から供給される作動信号によって前記切替え手段を作動させることによって、前記アンテナの高周波特性を切替えるように構成されたアンテナ特性切替機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、上述したような複数の通信バンドに対応可能なアンテナは、例えば、アンテナの基底部分にコイル又はコンデンサから構成されるインピーダンスマッチング手段を設け、使用する通信バンドに応じて前記マッチング手段を切替え、複数の通信バンドに対応できるように構成されている。
【０００３】
しかしながら、マッチング手段をアンテナエレメントの基底部に設けると、アンテナエレメントの途中もしくは先端にマッチング手段を設けた場合と比較して放射効率が悪くなる。
【０００４】
このため、これらマッチング手段をアンテナエレメントの基底部分ではなく、アンテナエレメントの先端もしくは途中に設けることが放射効率の点からは好ましい。
例えば図２に示す構成のアンテナでは、アンテナエレメント１００の先端もしくは途中にマッチング手段Ｌを直列に設けるとともに、マッチング手段Ｌに近接してマッチング手段Ｌの両端を短絡／非短絡状態の何れか一方に切り替えて、当該マッチング手段を有効／無効の何れかに切り替えるための切替え手段Ｓが接続されている。ここでこの切替え手段Ｓには、作動エネルギーを供給するための電源供給線１０１と、切替え手段Ｓの動作タイミングを指定するための制御信号を供給する信号線１０２とが接続されている。このように構成されたアンテナは、制御信号によって前記切替え手段Ｓを短絡／非短絡状態に切り替えることにより、マッチング手段を有効／無効に切替えて、アンテナエレメント１００の実効長を変化させることができる。このようにして、異なる周波数帯域であっても、それぞれの帯域に対するインピーダンスが適正に整合された状態を得ることができるのである。
しかしながら、上記構成のアンテナにおいては、切替え手段Ｓの作動を制御するための信号線１０２や電源供給線１０１にアンテナエレメント１００や同軸ケーブル１０３の高周波信号が影響を与えたり、逆に、信号線１０２や電源供給線１０１からアンテナエレメント１００や同軸ケーブル１０３へ影響を与えたりするという問題を有していた。
これらの問題は、信号線１０２や電源供給線１０１が金属製であることに問題がある。
【０００５】
そこで、特許第２６１４７８９号公報には、制御信号を光ファイバーで伝送する技術が開示されている。
即ち、図３に示すように、八木アンテナの素子１１０の両端部に補助素子１１１を制御回路１１２を介して断続できるように付設し、素子１２０の両端部に補助素子１２１を制御回路１２２を介して断続できるように付設したものが開示され、制御信号線１３０からの電圧の極性によって、これらの制御回路１１２と制御回路１２２とは互いの導通／遮断状態が逆に動作するように取り付けられている。
例えば前記制御信号線１３０を介して正電圧を印加すると、制御回路１１２が導通状態となって制御回路１２２は遮断状態となり、素子１１０には補助素子１１１が付加され反射器として動作し、他方の素子１２０には補助素子１２１が付加されないので導波器として動作する。
また、負電圧を印加すれば、制御回路の状態が逆になるので、素子１１０には補助素子１１１が付加されず導波器として動作し、他方の素子１２０には補助素子１２１が付加されるので反射器として動作する。
このように、各制御回路１１２，１２２に印加する電圧の極性を切り換えることによって、アンテナの指向性を１８０度反転させるようにしている。
【０００６】
そして、以上の構成において、制御回路を制御するエネルギー源として電池を内蔵するとともに、光信号を光ファイバを介して伝送し、制御回路１１２，１２２の接続状態を制御するという技術が記載されている。
これにより、金属製の信号線や電源供給線に起因する問題は解決される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示した前記アンテナにおいては、素子１１０，１２０の先端部に設けられた補助素子１１１，１２１の断続を制御回路１１２，１２２により制御して、アンテナの指向性の方向を前後に切り換えることができるが、複数の通信バンドに対してインピーダンスを適正に切り替えることはできない。
また、切替え制御に必要なエネルギー源として電池を要しているため、電池の重量の問題や、電池の交換が必要であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、アンテナや同軸ケーブル等との間での相互影響が無い状態で、複数の通信バンドに対応して切り替えることができるとともに、電池交換等の不要なアンテナ特性切替機構を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１では、
アンテナエレメントに接続された複数のインピーダンス素子をそれぞれ有効／無効の二つの状態に切替える複数の切替え手段と、前記切替え手段を作動させて前記複数のインピーダンス素子を切替えるタイミングを制御する制御手段とを備え、前記制御手段で前記切替え手段を制御して前記複数のインピーダンス素子を切替えることによって、前記アンテナの高周波特性を切替えるように構成されたアンテナ特性切替機構において、
前記制御手段と前記切替え手段とは非金属媒体にて構成された光ファイバーを介して光結合され、
前記制御手段は、
前記複数の切替え手段に対応して複数の発光ダイオードを備えるとともに、前記複数の切替え手段をそれぞれ有効／無効に切り替えるタイミングで、前記複数の切替え手段に対応する発光ダイオードを発光／非発光させるように制御し、
各切替え手段は、
前記発光ダイオードが発光したときに出力される光エネルギーが前記光ファイバーを介して照射されることによって光起電力を発生させ、この光起電力によって各切替え手段をそれぞれ有効／無効に切り替えるように構成されている。
【００１０】
そして、請求項２では、
前記各インピーダンス素子はそれぞれ前記アンテナエレメントに直列に接続され、
前記各切替え手段は、
それぞれ、前記インピーダンス素子の両端にソースとドレインが接続された電界効果トランジスタ、及びゲートに正極が接続されソースに負極が接続されて、光エネルギーが照射されることによって光起電力を発生させる太陽電池とから構成され、
前記光ファイバーは、
一端が前記各太陽電池の受光面に対向させて配置されていることによって、前記発光ダイオードが発光したときに出力される光エネルギーが、前記光ファイバーを介して対応する太陽電池に照射されて光起電力を発生させ、この光起電力によって各切替え手段をそれぞれ有効／無効に切り替えるように構成されている。
【００１１】
このとき、切替え手段が作動するに要する作動エネルギーも作動信号も光によってまかなうことができる。
しかも、光ファイバーは非金属媒体であるので、アンテナエレメントと近接させても、当該アンテナエレメントの高周波特性に対して影響を与えない。
従って、切替え機構によってアンテナの高周波特性に影響を与えることなく、ひとつのアンテナを複数の周波数帯域に対応させることができるのである。
インピーダンス素子としては、キャパシタンス素子やインダクタンス素子が用いられることが多い。例えば、インダクタンス素子の場合には、アンテナエレメントに直列に接続することによって当該アンテナの見かけ上の長さを長くしてマッチング周波数を低くできるので、前記素子の両端を短絡したり開放したりすることによって二つの異なる周波数帯域に対応させることができるのである。
従って、以上のような構成のアンテナ特性切替機構を複数組備えることによって、多数の周波数帯域にマッチングするアンテナが得られるのである。
なお、本明細書におけるインピーダンス素子を有効／無効状態に切り替えるという記載は、インピーダンスの接続状態を操作してアンテナエレメントを本来の周波数帯域とは異なる所定の周波数帯域に整合させる状態もしくはより整合状態に近づける操作を、有効状態に切り替えると記載し、インピーダンスの接続状態を操作してアンテナエレメントを本来の周波数帯域に整合させる状態もしくはより整合状態に近づける操作を、無効状態に切り替えると記載したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のアンテナ切替装置を、その実施の形態を示した図１を参照して説明する。
図１において、Ａはアンテナエレメント、Ｈは無線送受信機、Ｆは制御手段である。そして、１は本発明にかかるアンテナ特性切替機構であり、示すように、アンテナエレメントＡ、無線送受信機Ｈ及び制御手段Ｆとから構成されている。
【００１３】
まず始めに、アンテナエレメントＡの周りの構成を説明する。
図１において、Ａはアンテナエレメントであり、棒状の導体で構成されたモノポ−ルアンテナである。このアンテナエレメントＡには、複数の通信バンドに対してインピーダンスマッチングをとるためのインピーダンス素子を備えたマッチング手段Ｂ，Ｃ，ＤがそれぞれアンテナエレメントＡの途中部分に相互に離して設けられている。
前記インピーダンス素子を有効／無効状態に切替える切替え手段として、後述する電界効果トランジスタと太陽電池を備えている。
なお、マッチング手段Ｂのインピーダンス素子としてコイルＢ１がアンテナエレメントＡの上部に設けられ、マッチング手段Ｃのインピーダンス素子としてコイルＣ１が前記マッチング手段Ｃの下部に設けられ、マッチング手段Ｄのインピーダンス素子としてコンデンサＤ１が前記マッチング手段Ｄの下部に設けられている。
【００１４】
続いて、各マッチング手段の詳細を説明する。
マッチング手段Ｂにおいては、コイルＢ１の両端は電界効果トランジスタＢ２のドレイン端子とソ−ス端子に接続され、この電界効果トランジスタＢ２のゲ−ト端子は、太陽電池Ｂ３の正極側端子に接続され、この太陽電池Ｂ３の負極側端子は、前記電界効果トランジスタＢ２のソ−ス端子に接続されている。
【００１５】
マッチング手段Ｃにおいては、コイルＣ１の両端に電界効果トランジスタＣ２のドレイン端子とソ−ス端子がそれぞれ接続され、この電界効果トランジスタＣ２のゲ−ト端子は、太陽電池Ｃ３の正極側端子に接続され、太陽電池Ｃ３の負極側端子は、電界効果トランジスタＣ２のソ−ス端子が接続されている。
【００１６】
また、マッチング手段Ｄにおいては、コンデンサＤ１は、電界効果トランジスタＤ２のソ−ス端子とドレイン端子間に接続され、この電界効果トランジスタＤ２のゲ−ト端子は、太陽電池Ｄ３の正極側端子に接続され、太陽電池Ｄ３の負極側端子は、電界効果トランジスタＤ２のソ−ス端子が接続されている。
【００１７】
さらに続いて光ファイバーの接続関係を説明する。
太陽電池Ｂ３の受光面には光ファイバーＥ１の一端が対向させて配置され、この光ファイバーＥ１の他端は制御手段Ｆにおいて、発光ダイオードＦ１と対向させて配置されている。太陽電池Ｃ３の受光面には光ファイバーＥ２の一端が対向させて配置され、この光ファイバーＥ２の他端は制御手段Ｆにおいて、発光ダイオードＦ２と対向させて配置されている。太陽電池Ｄ３の受光面には光ファイバーＥ３の一端が対向させて配置され、この光ファイバーＥ３の他端は制御手段Ｆにおいて、発光ダイオードＦ３と対向させて配置されている。
【００１８】
前記コイルＢ１，Ｃ１，コンデンサＤ１は特許請求の範囲におけるインピーダンス素子に相当する構成である。
そして、前記電界効果トランジスタＢ２，Ｃ２，Ｄ２と太陽電池Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３とが特許請求の範囲における切替え手段を構成している。
【００１９】
続いて、無線送受信機側を中心として、送受信の切替えとバンドの切替えにかかる構成を説明する。
アンテナエレメントＡは、同軸ケ−ブルＧを介して無線送受信機Ｈに接続されている。すなわち、アンテナエレメントＡは、無線送受信機ＨのアンテナスイッチＨ１を介して送信部Ｈ２と受信部Ｈ３とに接続されている。
このアンテナスイッチＨ１は、公知技術と同様に、ＰＴＴスイッチ等の送受信切替え手段Ｈ５の操作に従って、アンテナエレメントＡを送信部Ｈ２側或いは受信部Ｈ３側のいずれか一方に切替える。
また、この無線送受信機Ｈには、公知技術と同様に、バンド切替えスイッチＨ４が設けられており、このバンド切替えスイッチＨ４の操作により、選択された複数の通信バンドに応じて送信部Ｈ２，受信部Ｈ３，及び制御手段Ｆにそれぞれバンド切替え制御用信号が出力されるように構成されている。
【００２０】
次に、制御手段Ｆ側の構成を説明する。
制御手段Ｆは、前記バンド切替え制御信号が入力される駆動回路Ｆ１１，Ｆ２１，Ｆ３１と、該駆動回路によって発光／非発光状態に制御される発光ダイオードＦ１，Ｆ２、Ｆ３とを備え、各発光ダイオードにはそれぞれ光ファイバーＥ１，Ｅ２，Ｅ３が対向して配置されている。
従って、前記各発光ダイオードＦ１，Ｆ２、Ｆ３と前記各太陽電池Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３とは、それぞれ光ファイバーＥ１，Ｅ２，Ｅ３を介して光結合された状態となっている。
なお、各発光ダイオードと各光ファイバー及び各光ファイバーと各太陽電池との結合部分は、外部からの外乱光の影響を避けるために、それぞれ遮光機能を備えたコネクタを用いて結合するとよい。コネクタを用いることによって、長さの異なる光ファイバーとの交換作業等が容易になる。
【００２１】
なお、バンド切替え信号と発光ダイオードのオン（発光）／オフ（非発光），電界効果トランジスタのオン／オフ，及び各インピーダンス素子の有効／無効状態の関係は表１のように設定されているものとして説明する。
【表１】

【００２２】
以上のように、制御手段Ｆと各マッチング手段Ｂ、Ｃ及びＤとはそれぞれ光ファイバーＥ１、Ｅ２及びＥ３を介して接続されているので、発光ダイオ−ドＦ１、Ｆ２及びＦ３を発光／非発光のいずれかに制御することによって、各マッチング手段のインピーダンス素子を有効／無効のいずれかに切替えることができる。従って、バンド切替え制御信号に基づいて、各マッチング手段を切替えて、アンテナエレメントＡを各バンドに適したインピーダンスに整合させることができるのである。
しかも、各光ファイバーは非金属媒体の光伝送手段であるため、アンテナエレメントや同軸ケーブルＧと近接させて配置しても、同軸ケーブルＧに対して電磁的な影響を与えないと共に、同軸ケーブルＧからの電磁的な影響も受けない。
従って、同軸ケーブルＧと各光ファイバーとを並行して敷設しても問題がないため、敷設工事等の自由度が増すという効果も得られる。
さらに、非金属媒体である光ファイバーは軽量であるため、アンテナエレメントに対する機械的な負荷が少ないという効果も得られる。
【００２３】
以下に、上記構成において、バンド切替え操作に連動した各切替え手段の動作を、図１と前記表１を用いて説明する。
【００２４】
まず、バンド切替えスイッチＨ４を第１の通信バンド１に切替えると第１バンド切替え制御信号Ｓ１が出力される。
この第１バンド切替え制御信号Ｓ１に基づいて無線送受信機Ｈのバンドが切替えられるとともに、表１の設定に従って、制御手段Ｆの３つの発光ダイオ−ドＦ１，Ｆ２，Ｆ３が発光し、光エネルギ−は光ファイバーＥ１，Ｅ２，Ｅ３を介して太陽電池Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３の受光面に照射され、太陽電池Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３に光起電力が発生する。この光起電力は電界効果トランジスタＢ２，Ｃ２，Ｄ２のゲ−ト端子とソ−ス端子に印加されているので所定のしきい値を越えると、電界効果トランジスタＢ２，Ｃ２，Ｄ２がオン状態になる。従って、コイルＢ１とコイルＣ１とコンデンサＤ１の両端は短絡されて無効状態となる。
その結果、アンテナエレメントＡの実効長は実際の長さと同じＬ１となる。
【００２５】
次に、バンド切替えスイッチＨ４を第２の通信バンド２に切替えると第２バンド切替え制御信号Ｓ２が出力される。
この第２バンド切替え制御信号Ｓ２に基づいて無線送受信機Ｈのバンドが切替えられるとともに、制御手段Ｆの発光ダイオ−ドＦ１が消灯し、それ以外の二つの発光ダイオードＦ２，Ｆ３が発光する。従って、太陽電池Ｂ３には光起電力は発生せず、電界効果トランジスタＢ２はオフ状態となる。
なお、光エネルギ−は光ファイバーＥ２，Ｅ３を介して太陽電池Ｃ３，Ｄ３の受光面にのみ照射されているので、太陽電池Ｃ３，Ｄ３には光起電力が発生し、電界効果トランジスタＣ２，Ｄ２はオン状態になる。
従って、コイルＢ１のみが有効状態になる。
その結果、アンテナエレメントＡの実効長は、実際の長さよりコイルＢ１のインダクタンスに相当する分だけ長くなり、見かけ上は選択されたバンド２の周波数帯域に整合する長さとなるのである。
【００２６】
次に、バンド切替えスイッチＨ４を第３の通信バンド３に切替えると第３バンド切替え制御信号Ｓ３が出力される。
この第３バンド切替え制御信号Ｓ３に基づいて無線送受信機Ｈのバンドが切替えられるとともに、制御手段Ｆの発光ダイオ−ドＦ２が消灯し、それ以外の二つの発光ダイオードＦ１，Ｆ３が発光する。従って、太陽電池Ｃ３には光起電力は発生せず、電界効果トランジスタＣ２はオフ状態となる。
なお、光エネルギ−は光ファイバーＥ１，Ｅ３を介して太陽電池Ｂ３，Ｄ３の受光面にのみ照射されているので、太陽電池Ｂ３，Ｄ３には光起電力が発生し、電界効果トランジスタＢ２，Ｄ２はオン状態になる。
従って、コイルＣ１のみが有効状態になる。
その結果、アンテナエレメントＡの実効長は、実際の長さよりコイルＣ１のインダクタンスに相当する分だけ長くなり、見かけ上は選択されたバンド３の周波数帯域に整合する長さとなるのである。
【００２７】
次に、バンド切替えスイッチＨ４を第４の通信バンド４に切替えると第４バンド切替え制御信号Ｓ４が出力される。
この第４バンド切替え制御信号Ｓ４に基づいて無線送受信機Ｈのバンドが切替えられるとともに、制御手段Ｆの発光ダイオ−ドＦ３が消灯し、それ以外の二つの発光ダイオードＦ１，Ｆ２が発光する。従って、太陽電池Ｄ３には光起電力は発生せず、電界効果トランジスタＤ２はオフ状態となる。
なお、光エネルギ−は光ファイバーＥ１，Ｅ２を介して太陽電池Ｂ３，Ｃ３の受光面にのみ照射されているので、太陽電池Ｂ３，Ｃ３には光起電力が発生し、電界効果トランジスタＢ２，Ｃ２はオン状態になる。
従って、コンデンサＤ１のみが有効状態になる。
その結果、アンテナエレメントＡの実効長は、実際の長さよりコンデンサＤ１のキャパシタンスに相当する分だけ短くなり、見かけ上は選択されたバンド４の周波数帯域に整合する長さとなるのである。
【００２８】
上述したように、バンド切替えスイッチＨ４の操作に従って、各マッチング手段Ｂ、Ｃ、Ｄの電界効果トランジスタをそれぞれオン／オフ状態に切替えることによって各インピーダンス素子を無効／有効状態に切替え、アンテナエレメントＡの実効長を変化させれば、各通信バンド毎に確実に、且つ効率よくマッチングさせることができる。
【００２９】
また、本実施例においては、アンテナエレメントＡの途中に各マッチング手段Ｂ、Ｃ、Ｄを設けているため、マッチング手段を基底部に設けている場合と比較して放射効率を良くすることができ、さらにマッチング手段Ｂ、Ｃ、Ｄの切替え手段へ作動エネルギーと作動信号とを伝送手段として、非金属媒体である光ファイバーを利用しているために、アンテナエレメントや同軸ケーブルに供給されている高周波信号が伝送手段に影響を与えることもなく、逆に伝送手段に供給される作動エネルギーや作動信号がアンテナ特性や同軸ケーブルに影響を与えることもない。
【００３０】
さらにまた、光ファイバーは金属ケ−ブルよりも軽量であるため、アンテナエレメントＡへの重量負担を軽減することができる。
【００３１】
なお、前記各インピーダンス素子の仕様は、アンテナエレメントの実際の長さと運用するバンドの周波数帯域に応じて適宜決定するものとする。
そして、各切替え手段を構成する電界効果トランジスタの代わりに、高周波用の小信号リレ−を用いてもよい。
また、光ファイバーの本数は、太陽電池の起電力と電界効果トランジスタの特性に応じて複数本として光量を増やすことができる。また、光ファイバーの光入射端や光放射端には集光レンズや光拡散手段を使用することもできる。
さらには、光ファイバーに代えて反射鏡やプリズム等を組合わせて光伝送手段を構成することも可能である。また、レーザー光やマイクロ波を用いて、切替え手段の作動エネルギーと作動信号を伝送してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の請求項１では、制御手段と切替え手段とは非金属媒体にて構成された光ファイバーを介して光結合され、前記制御手段は、前記複数の切替え手段に対応して複数の発光ダイオードを備えるとともに、前記複数の切替え手段をそれぞれ有効／無効に切り替えるタイミングで、前記複数の切替え手段に対応する発光ダイオードを発光／非発光させるように制御し、各切替え手段は、前記発光ダイオードが発光したときに出力される光エネルギーが前記光ファイバーを介して照射されることによって光起電力を発生させ、この光起電力によって各切替え手段をそれぞれ有効／無効に切り替えるように構成されているので、アンテナの高周波特性に影響を与えることなく、ひとつのアンテナを複数の周波数帯域に対応させることができるのである。また、電池交換等の作業が不要である。
【００３３】
そして、請求項２では、発光ダイオードが発光したときに出力される光エネルギーが、前記光ファイバーを介して対応する太陽電池に照射されて光起電力を発生させ、この光起電力によって各切替え手段をそれぞれ有効／無効に切り替えるように構成されているので、電池交換等の作業が不要である。また、電界効果トランジスタを使用することで、制御電圧が小さくて済むので、太陽電池の起電力で十分である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナ特性切替機構の実施の形態を組み込んだ多バンド送受信システムのブロック図である。
【図２】一般的な複数バンド用のアンテナの構成例を示す図である。
【図３】アンテナ素子の長さを長短切り替えるように構成された従来のアンテナの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１アンテナ特性切替機構
Ａアンテナエレメント
Ｂマッチング手段（切替え手段）
Ｂ１コイル（インピーダンス素子）
Ｂ２電界効果トランジスタ（切替え手段）
Ｂ３太陽電池（切替え手段）
Ｃマッチング手段（切替え手段）
Ｃ１コイル（インピーダンス素子）
Ｃ２電界効果トランジスタ（切替え手段）
Ｃ３太陽電池（切替え手段）
Ｄマッチング手段（切替え手段）
Ｄ１コンデンサ（インピーダンス素子）
Ｄ２電界効果トランジスタ（切替え手段）
Ｄ３太陽電池（切替え手段）
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３光ファイバー
Ｆ制御手段
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３発光ダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna capable of supporting a plurality of communication bands (frequency bands) in wireless communication, and in particular, includes a switching unit that switches an impedance element connected to an antenna element between two states of valid / invalid. The present invention relates to an antenna characteristic switching mechanism configured to switch the high frequency characteristics of the antenna by operating the switching means according to an operation signal supplied from a control device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an antenna capable of supporting a plurality of communication bands as described above is provided with impedance matching means composed of a coil or a capacitor at the base portion of the antenna, for example, and the matching means is switched according to the communication band to be used. It is configured to be compatible with a plurality of communication bands.
[0003]
However, if the matching means is provided at the base portion of the antenna element, the radiation efficiency is deteriorated as compared with the case where the matching means is provided in the middle or at the tip of the antenna element.
[0004]
For this reason, it is preferable from the viewpoint of radiation efficiency that these matching means are provided not at the base portion of the antenna element but at the tip or in the middle of the antenna element.
For example, in the antenna having the configuration shown in FIG. 2, the matching means L is provided in series at the tip or midway of the antenna element 100, and both ends of the matching means L are short-circuited / non-short-circuited in proximity to the matching means L. Switching means S is connected to switch the matching means to either valid / invalid. Here, a power supply line 101 for supplying operating energy and a signal line 102 for supplying a control signal for designating operation timing of the switching means S are connected to the switching means S. The antenna configured as described above can change the effective length of the antenna element 100 by switching the matching unit between valid / invalid by switching the switching unit S to a short circuit / non-short circuit state by a control signal. In this way, even in different frequency bands, it is possible to obtain a state in which the impedances for the respective bands are appropriately matched.
However, in the antenna configured as described above, the signal line 102 for controlling the operation of the switching means S and the power supply line 101 are affected by the high-frequency signals of the antenna element 100 and the coaxial cable 103, and conversely, the signal line 102 In other words, the antenna element 100 and the coaxial cable 103 are affected from the power supply line 101.
These problems are that the signal line 102 and the power supply line 101 are made of metal.
[0005]
Therefore, Japanese Patent No. 2614789 discloses a technique for transmitting a control signal through an optical fiber.
That is, as shown in FIG. 3, the auxiliary element 111 is attached to both ends of the element 110 of the Yagi antenna so that it can be intermittently connected via the control circuit 112, and the auxiliary element 121 is connected to both ends of the element 120 via the control circuit 122. The control circuit 112 and the control circuit 122 are attached so that the conduction / cutoff state of each other is reversed depending on the polarity of the voltage from the control signal line 130. Yes.
For example, when a positive voltage is applied via the control signal line 130, the control circuit 112 is turned on and the control circuit 122 is turned off, and the auxiliary element 111 is added to the element 110 to operate as a reflector, Since the auxiliary element 121 is not added to the element 120, it operates as a director.
If a negative voltage is applied, the state of the control circuit is reversed, so that the auxiliary element 111 is not added to the element 110 but operates as a waveguide, and the auxiliary element 121 is added to the other element 120. So it works as a reflector.
In this way, the directivity of the antenna is inverted by 180 degrees by switching the polarity of the voltage applied to each control circuit 112,122.
[0006]
In the above configuration, a technique is described in which a battery is incorporated as an energy source for controlling the control circuit, and an optical signal is transmitted through an optical fiber to control a connection state of the

control circuits

112 and 122. .
As a result, problems caused by metal signal lines and power supply lines are solved.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the antenna shown in FIG. 3, the

control circuits

112 and 122 control the on / off state of the

auxiliary elements

111 and 121 provided at the front ends of the

elements

110 and 120 so that the directionality of the antenna is changed back and forth. Although it can be switched, the impedance cannot be switched appropriately for a plurality of communication bands.
In addition, since a battery is required as an energy source necessary for switching control, there are problems with the weight of the battery and the need to replace the battery.
[0008]
The present invention has been made to solve the above problems, and can be switched corresponding to a plurality of communication bands in a state where there is no mutual influence between the antenna and the coaxial cable, etc. An object of the present invention is to provide an unnecessary antenna characteristic switching mechanism such as replacement.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In claim 1 of the present invention,
A plurality of switching means for switching each of the plurality of impedance elements connected to the antenna element between two valid / invalid states; and a control means for controlling the timing of switching the plurality of impedance elements by operating the switching means. In the antenna characteristic switching mechanism configured to switch the high frequency characteristics of the antenna by switching the plurality of impedance elements by controlling the switching means by the control means ,
The control means and the switching means are optically coupled via an optical fiber composed of a non-metallic medium,
The control means includes
A plurality of light emitting diodes are provided corresponding to the plurality of switching means, and the light emitting diodes corresponding to the plurality of switching means are caused to emit / non-emit at the timing of switching the plurality of switching means to valid / invalid. Control
Each switching means
Light energy output when the light emitting diode emits light is irradiated through the optical fiber to generate a photovoltaic power, and each switching means is switched to enable / disable by this photovoltaic power. ing.
[0010]
And in claim 2,
Wherein each impedance element is connected in series to each of the antenna elements,
Each of the switching means is
Each field effect transistor having a source and a drain on both ends are connected to said impedance element, and the gate to be positive electrode is connected to a negative electrode connected to the source, solar cells for generating photovoltaic by the light energy is irradiated And consists of
The optical fiber is
Since one end is arranged to face the light receiving surface of each solar cell, the light energy output when the light emitting diode emits light is applied to the corresponding solar cell via the optical fiber and is Electric power is generated, and each switching means is switched between valid and invalid by this photovoltaic power .
[0011]
At this time, the operating energy and the operating signal required for operating the switching means can be provided by light.
Moreover, since the optical fiber is a non-metallic medium, also in proximity to the antenna element, no effect on the frequency characteristics of the antenna element.
Therefore, one antenna can correspond to a plurality of frequency bands without affecting the high frequency characteristics of the antenna by the switching mechanism.
As the impedance element, a capacitance element or an inductance element is often used. For example, in the case of an inductance element, by connecting the antenna element in series, the apparent length of the antenna can be increased to lower the matching frequency, so that both ends of the element can be short-circuited or opened. Can be adapted to two different frequency bands.
Therefore, by providing a plurality of sets of antenna characteristic switching mechanisms having the above configuration, an antenna that matches a large number of frequency bands can be obtained.
In the present specification, the description of switching the impedance element to the valid / invalid state means that the impedance element is operated to match the antenna element to a predetermined frequency band different from the original frequency band or to a more matched state. The operation to move closer is described as switching to the valid state, and the state of operating the impedance connection state to match the antenna element to the original frequency band or the operation of moving closer to the matching state is described to switch to the invalid state. .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an antenna switching device of the present invention will be described with reference to FIG. 1 showing an embodiment thereof.
In FIG. 1, A is an antenna element, H is a radio transceiver, and F is a control means. Reference numeral 1 denotes an antenna characteristic switching mechanism according to the present invention, which comprises an antenna element A, a radio transceiver H, and a control means F as shown.
[0013]
First, the configuration around the antenna element A will be described.
In FIG. 1, A is an antenna element, which is a monopole antenna composed of a rod-shaped conductor. The antenna element A is provided with matching means B, C, and D provided with impedance elements for impedance matching with respect to a plurality of communication bands.
A field effect transistor and a solar cell, which will be described later, are provided as switching means for switching the impedance element to the valid / invalid state.
Note that a coil B1 is provided above the antenna element A as an impedance element of the matching means B, a coil C1 is provided below the matching means C as an impedance element of the matching means C, and a capacitor D1 as an impedance element of the matching means D Is provided below the matching means D.
[0014]
Next, details of each matching means will be described.
In the matching means B, both ends of the coil B1 are connected to the drain terminal and the source terminal of the field effect transistor B2, and the gate terminal of the field effect transistor B2 is connected to the positive terminal of the solar cell B3. The negative terminal of the solar cell B3 is connected to the source terminal of the field effect transistor B2.
[0015]
In the matching means C, the drain terminal and the source terminal of the field effect transistor C2 are connected to both ends of the coil C1, respectively, and the gate terminal of the field effect transistor C2 is connected to the positive terminal of the solar cell C3. The negative terminal of the solar cell C3 is connected to the source terminal of the field effect transistor C2.
[0016]
In the matching means D, the capacitor D1 is connected between the source terminal and the drain terminal of the field effect transistor D2, and the gate terminal of the field effect transistor D2 is connected to the positive terminal of the solar cell D3. The source terminal of the field effect transistor D2 is connected to the negative electrode side terminal of the solar cell D3.
[0017]
Next, the optical fiber connection relationship will be described.
One end of the optical fiber E1 is arranged to face the light receiving surface of the solar cell B3, and the other end of the optical fiber E1 is arranged to face the light emitting diode F1 in the control means F. One end of the optical fiber E2 is disposed opposite to the light receiving surface of the solar cell C3, and the other end of the optical fiber E2 is disposed opposite to the light emitting diode F2 in the control means F. One end of the optical fiber E3 is arranged to face the light receiving surface of the solar cell D3, and the other end of the optical fiber E3 is arranged to face the light emitting diode F3 in the control means F.
[0018]
The coils B1, C1 and the capacitor D1 have a configuration corresponding to the impedance element in the claims.
Then, said field effect transistor B2, C2, D2 and the solar cell B3, C3, D3 is that make up the switching means in the claims.
[0019]
Next, a configuration related to transmission / reception switching and band switching will be described with a focus on the wireless transceiver side.
The antenna element A is connected to the radio transceiver H via a coaxial cable G. That is, the antenna element A is connected to the transmission unit H2 and the reception unit H3 via the antenna switch H1 of the radio transceiver H.
The antenna switch H1 switches the antenna element A to either the transmission unit H2 side or the reception unit H3 side according to the operation of the transmission / reception switching unit H5 such as a PTT switch, as in the known technology.
In addition, the wireless transceiver H is provided with a band changeover switch H4 as in the known technique. By operating the band changeover switch H4, the transmission unit H2 and the reception are received according to a plurality of selected communication bands. Band switching control signals are output to the parts H3 and the control means F, respectively.
[0020]
Next, the configuration on the control means F side will be described.
The control means F includes drive circuits F11, F21, and F31 to which the band switching control signal is input, and light emitting diodes F1, F2, and F3 that are controlled to be in a light emission / non-light emission state by the drive circuit. Optical fibers E1, E2, and E3 are arranged opposite to each other.
Accordingly, the light emitting diodes F1, F2, and F3 and the solar cells B3, C3, and D3 are optically coupled through the optical fibers E1, E2, and E3, respectively.
In addition, in order to avoid the influence of the disturbance light from the outside, it is good to couple | bond the coupling | bond part of each light emitting diode, each optical fiber, and each optical fiber, and each solar cell using the connector each provided with the light-shielding function. By using the connector, it becomes easy to exchange with an optical fiber having a different length.
[0021]
The relationship between the band switching signal and the on / off (light emission) of the light emitting diode, the on / off of the field effect transistor, and the valid / invalid state of each impedance element is set as shown in Table 1. Will be described.
[Table 1]

[0022]
As described above, since the control means F and the matching means B, C and D are connected via the optical fibers E1, E2 and E3, respectively, the light emitting diodes F1, F2 and F3 are made to emit / not emit light. By controlling to either, the impedance element of each matching means can be switched to either valid / invalid. Therefore, each matching means can be switched based on the band switching control signal to match the antenna element A to the impedance suitable for each band.
Moreover, since each optical fiber is a non-metallic medium optical transmission means, even if it is arranged close to the antenna element or the coaxial cable G, it does not have an electromagnetic effect on the coaxial cable G, and from the coaxial cable G. It is not affected by electromagnetic waves.
Therefore, there is no problem even if the coaxial cable G and each optical fiber are laid in parallel, and the effect of increasing the degree of freedom in laying work and the like is also obtained.
Furthermore, since the optical fiber that is a non-metallic medium is lightweight, an effect that the mechanical load on the antenna element is small can be obtained.
[0023]
The operation of each switching means in conjunction with the band switching operation in the above configuration will be described below with reference to FIG.
[0024]
First, when the band changeover switch H4 is switched to the first communication band 1, the first band changeover control signal S1 is output.
The band of the radio transceiver H is switched based on the first band switching control signal S1, and the three light emitting diodes F1, F2, and F3 of the control means F emit light according to the setting of Table 1, and the light energy Is irradiated to the light receiving surfaces of the solar cells B3, C3, and D3 through the optical fibers E1, E2, and E3, and photovoltaic power is generated in the solar cells B3, C3, and D3. Since this photovoltaic power is applied to the gate terminals and source terminals of the field effect transistors B2, C2, and D2, if the predetermined threshold value is exceeded, the field effect transistors B2, C2, and D2 are turned on. Become. Accordingly, both ends of the coil B1, the coil C1, and the capacitor D1 are short-circuited and become invalid.
As a result, the effective length of the antenna element A is L1 which is the same as the actual length.
[0025]
Next, when the band changeover switch H4 is switched to the second communication band 2, the second band changeover control signal S2 is output.
The band of the radio transceiver H is switched based on the second band switching control signal S2, the light emitting diode F1 of the control means F is turned off, and the other two light emitting diodes F2 and F3 emit light. Therefore, no photovoltaic force is generated in the solar cell B3, and the field effect transistor B2 is turned off.
Since the light energy is irradiated only on the light receiving surfaces of the solar cells C3 and D3 via the optical fibers E2 and E3, photovoltaic power is generated in the solar cells C3 and D3, and the field effect transistors C2 and D2 Turns on.
Accordingly, only the coil B1 is enabled.
As a result, the effective length of the antenna element A is longer than the actual length by an amount corresponding to the inductance of the coil B1, and apparently becomes a length that matches the frequency band of the selected band 2.
[0026]
Next, when the band switch H4 is switched to the third communication band 3, a third band switching control signal S3 is output.
The band of the radio transceiver H is switched based on the third band switching control signal S3, the light emitting diode F2 of the control means F is turned off, and the other two light emitting diodes F1 and F3 emit light. Therefore, no photovoltaic force is generated in the solar cell C3, and the field effect transistor C2 is turned off.
Since the light energy is irradiated only on the light receiving surfaces of the solar cells B3 and D3 via the optical fibers E1 and E3, photovoltaic power is generated in the solar cells B3 and D3, and the field effect transistors B2 and D2 Turns on.
Accordingly, only the coil C1 is enabled.
As a result, the effective length of the antenna element A is longer than the actual length by an amount corresponding to the inductance of the coil C1, and apparently becomes a length that matches the frequency band of the selected band 3.
[0027]
Next, when the band changeover switch H4 is switched to the fourth communication band 4, a fourth band changeover control signal S4 is output.
The band of the radio transceiver H is switched based on the fourth band switching control signal S4, the light emitting diode F3 of the control means F is turned off, and the other two light emitting diodes F1 and F2 emit light. Therefore, no photovoltaic force is generated in the solar cell D3, and the field effect transistor D2 is turned off.
Since the light energy is irradiated only on the light receiving surfaces of the solar cells B3 and C3 through the optical fibers E1 and E2, photovoltaic power is generated in the solar cells B3 and C3, and the field effect transistors B2 and C2 Turns on.
Accordingly, only the capacitor D1 is enabled.
As a result, the effective length of the antenna element A is shorter than the actual length by an amount corresponding to the capacitance of the capacitor D1, and apparently becomes a length that matches the frequency band of the selected band 4.
[0028]
As described above, according to the operation of the band changeover switch H4, the impedance elements are switched to the invalid / valid state by switching the field effect transistors of the matching means B, C, D to the on / off states, respectively. If the effective length is changed, matching can be performed reliably and efficiently for each communication band.
[0029]
In this embodiment, since each matching means B, C, D is provided in the middle of the antenna element A, the radiation efficiency can be improved as compared with the case where the matching means is provided at the base. Further, since the operation energy and the operation signal are transmitted to the matching means B, C, D switching means as a transmission means, an optical fiber which is a non-metallic medium is used, so that the high frequency signal supplied to the antenna element or the coaxial cable is used. Does not affect the transmission means, and conversely, the operating energy and the operation signal supplied to the transmission means do not affect the antenna characteristics and the coaxial cable.
[0030]
Furthermore, since the optical fiber is lighter than the metal cable, the weight burden on the antenna element A can be reduced.
[0031]
The specifications of each impedance element are appropriately determined according to the actual length of the antenna element and the frequency band of the band to be used.
Then, instead of the field effect transistors constituting each switching means, a high-frequency small signal relay may be used.
Further, the number of optical fibers can be increased as a plurality of optical fibers according to the electromotive force of the solar cell and the characteristics of the field effect transistor. In addition, a condensing lens and a light diffusing means can be used at the light incident end and the light emitting end of the optical fiber.
Furthermore, it is also possible to configure the light transmission means by combining a reflecting mirror or a prism in place of the optical fiber. Moreover, you may transmit the operation energy and operation signal of a switching means using a laser beam or a microwave.
[0032]
【The invention's effect】
In the first aspect of the present invention, the control means and the switching means are optically coupled via an optical fiber composed of a non-metallic medium , and the control means includes a plurality of light emitting diodes corresponding to the plurality of switching means. And controlling the light emitting diodes corresponding to the plurality of switching means to emit light / no light at the timing of switching each of the plurality of switching means to valid / invalid, and each switching means emits light from the light emitting diode. When the optical energy output from time to time is irradiated through the optical fiber, a photovoltaic power is generated, and each switching means is switched to enable / disable by this photovoltaic power. Since one antenna can correspond to multiple frequency bands without affecting the high frequency characteristics That. Further, work such as battery replacement is unnecessary.
[0033]
And in Claim 2, the light energy output when the light emitting diode emits light is applied to the corresponding solar cell via the optical fiber to generate a photovoltaic power, and each switching means is controlled by this photovoltaic power. Since each is configured to be switched between valid / invalid, work such as battery replacement is unnecessary . In addition, since the control voltage can be reduced by using the field effect transistor, the electromotive force of the solar cell is sufficient.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a multi-band transmission / reception system incorporating an embodiment of an antenna characteristic switching mechanism of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a general antenna for a plurality of bands.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a conventional antenna configured to switch the length of an antenna element.
[Explanation of symbols]
1 Antenna characteristic switching mechanism A Antenna element B Matching means (switching means)
B1 coil (impedance element)
B2 Field effect transistor (switching means)
B3 Solar cell (switching means)
C matching means (switching means)
C1 coil (impedance element)
C2 Field effect transistor (switching means)
C3 Solar cell (switching means)
D Matching means (switching means)
D1 capacitor (impedance element)
D2 Field effect transistor (switching means)
D3 Solar cell (switching means)
E1, E2, E3 optical Fiber <br/> F control means F1, F2, F3 emitting diode

Claims

A plurality of switching means for switching each of the plurality of impedance elements connected to the antenna element between two valid / invalid states; and a control means for controlling the timing of switching the plurality of impedance elements by operating the switching means. In the antenna characteristic switching mechanism configured to switch the high frequency characteristics of the antenna by switching the plurality of impedance elements by controlling the switching means by the control means ,
The control means and the switching means are optically coupled via an optical fiber composed of a non-metallic medium,
The control means includes
A plurality of light emitting diodes are provided corresponding to the plurality of switching means, and the light emitting diodes corresponding to the plurality of switching means are caused to emit / non-emit at the timing of switching the plurality of switching means to valid / invalid. Control
Each switching means
Light energy output when the light emitting diode emits light is irradiated through the optical fiber to generate a photovoltaic power, and each switching means is switched to enable / disable by this photovoltaic power. An antenna characteristic switching mechanism characterized by that.

Wherein each impedance element is connected in series to each of the antenna elements,
Each of the switching means is
Each field effect transistor having a source and a drain on both ends are connected to said impedance element, and the gate to be positive electrode is connected to a negative electrode connected to the source, solar cells for generating photovoltaic by the light energy is irradiated And consists of
The optical fiber is
Since one end is arranged to face the light receiving surface of each solar cell, the light energy output when the light emitting diode emits light is applied to the corresponding solar cell via the optical fiber and is 2. The antenna characteristic switching mechanism according to claim 1, wherein the antenna characteristic switching mechanism is configured to generate electric power and to switch each switching means between valid and invalid by the photovoltaic power .