JP5639097B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、漏洩同軸ケーブルを用いたアンテナに関する。

漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）は、通常の同軸ケーブルの外部導体に複数のスロットが設けられたものである。このようなスロットを通じて、ケーブル内部の電磁波信号を外部に放射したり、ケーブル外部の電磁波信号をケーブル内部に取り込むことができる。即ち、ＬＣＸはケーブル型アンテナであり、特殊な細長い送受信アンテナと言える。

ジグザグ配列のスロットを有するＬＣＸからの電磁波の放射モードには、電界が円周方向及び軸方向のＥφ偏波及びＥｚ偏波がある。Ｅφ偏波及びＥｚ偏波の放射角度は、使用周波数、スロットのピッチ、及び内部導体と外部導体間の絶縁体の比誘電率から定められる（非特許文献１参照）。

従来のＬＣＸでは、放射電磁波の強度の安定性を確保するため、Ｅφ偏波単一となる放射モードが採用される。この場合、Ｅφ偏波の放射角度がＬＣＸの終端部に向かう方向に対して負、即ち給電側に向くバックファイア型アンテナとして使用されることが多い。そのため、ＬＣＸ本体周辺のみに通信対象領域を限定でき、情報漏洩を防止して通信セキュリティを確保するためのアンテナとして使用されている。

岸本俊彦、佐々木伸著「ＬＣＸ通信システム」 電子通信学会、昭和５７年８月２０日出版

上述のように、バックファイア型ＬＣＸでは、Ｅφ偏波は終端部近傍には放射されない。しかし、ＬＣＸの終端部近傍を詳細に調査すると、実際にはＥｚ偏波の放射が存在していることが判明した。アンテナとして用いられるＬＣＸは、通常長さが数１００ｍであり、終端部付近のみに存在するＥｚ偏波は気付かれなかった。このようなＬＣＸ終端部近傍でのＥｚ偏波の放射は不要であり、通信セキュリティ確保のためには抑制する必要がある。

上記問題点を鑑み、本発明の目的は、終端部での通信セキュリティを確保することが可能なアンテナを提供することにある。

本発明の一態様によれば、信号が供給される一端から他端に向かう軸方向に延伸する中心導体、中心導体を覆う絶縁体、絶縁体を挟んで中心導体を覆う外部導体を有し、軸方向に沿って外部導体に一定のピッチで複数のスロットが設けられた漏洩同軸ケーブルと、他端に接続され、漏洩同軸ケーブルの特性インピーダンスで終端する終端器を含み、外部導体に接続された外装導体を有する終端部材と、終端部材を覆うように配置され、軸方向の電界成分からなる偏波を減衰させる減衰部材とを備えるアンテナが提供される。

本発明によれば、終端部での通信セキュリティを確保することが可能なアンテナ及び通信システムを提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るアンテナの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナに用いるＬＣＸの一例を示す概略図である。 図２に示したＬＣＸの終端部材の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナの放射強度分布の測定系の一例を示す概略図である。 図４に示した測定系の受信アンテナの配置の一例を示す概略図である。 比較例によるアンテナから得られたＥφ偏波及びＥｚ偏波の放射強度分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナから得られたＥｚ偏波の放射強度分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナの他の例を示す概略図である。 図８に示したアンテナにより得られたＥｚ偏波の放射強度分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナの他の例を示す概略断面図である。 図１０に示したアンテナにより得られたＥｚ偏波の放射強度分布の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナの他の例を示す概略断面図である。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナは、図１に示すように、ＬＣＸ１、終端部材３、及び減衰部材５を備える。アンテナを送信アンテナとして用いる場合、ＬＣＸ１の一端には、同軸ケーブル等のアプローチケーブル９を介して給電部７が接続される。ＬＣＸ１の他端には、終端部材３が接続される。減衰部材５は、終端部材３を覆うように配置される。

ＬＣＸ１の軸方向に平行な面において、ＬＣＸ１からの放射波Ｒの放射角をθとする。放射角θが正のとき、放射波Ｒは、ＬＣＸ１の法線に対して終端部材３側に放射される。放射角θが負のとき、放射波Ｒは、ＬＣＸ１の法線に対して終端部材３の反対側に放射される。

ＬＣＸ１は、図２に示すように、中心導体１０、絶縁体１２、外部導体１４、及びシース１６を有する。中心導体１０は、給電部７から高周波信号が供給される一端から他端に向かう軸方向に延伸する。絶縁体１２は、中心導体１０を覆うように設けられる。外部導体１４は、絶縁体１２を挟んで中心導体１０を覆うように設けられる。シース１６は、外部導体１４の外周を覆うように設けられる。

また、図２に示すように、外部導体１４には、ＬＣＸ１の軸（ｚ軸）方向に沿って複数の第１スロット１８ａ及び複数の第２スロット１８ｂがジグザグ状に設けられる。第１及び第２スロット１８ａ、１８ｂは、それぞれ一定のピッチで設けられる。第２スロット１８ｂは、第１スロット１８ａに対してピッチの１／２の間隔で設けられる。第１及び第２スロット１８ａ、１８ｂはｚ軸方向に対して、それぞれ異なる傾斜角で傾けて配置される。第１及び第２スロット１８ａ、１８ｂそれぞれのｚ軸方向に対する傾斜角は互いに補角をなす。

図３に示すように、終端部材３は、ＬＣＸ１の他端部に取り付けられたコネクタ４４、及びコネクタ４４に接続された終端器４０を含む。終端器４０は、不要な反射が発生しないように、ＬＣＸ１の特性インピーダンスと同じ抵抗値の終端抵抗である。終端器４０の外装導体４２は、コネクタ４４の外装導体４６を通して、図２に示した外部導体１４に接続される。外装導体４２、４４には、減衰部材５が接触して設けられる。

例えば、ＬＣＸ１には、直径２ｍｍの銅製の中心導体１０、直径５ｍｍで比誘電率εｒが約１．５の発泡ポリエチレン製の絶縁体１２、銅製の外部導体１４、及び難燃ポリエチレン製のシース１６が用いられる。ＬＣＸ１の特性インピーダンスは５０Ωである。ＬＣＸ１の他端に５０Ωの終端抵抗を有する終端部材３を接続してアンテナとする。アンテナの長さは、約２ｍとする。

第１及び第２スロット１８ａ、１８ｂのピッチは４０ｍｍである。図１に示した給電部７から周波数が２．４ＧＨｚの高周波信号を供給すると、ＬＣＸ１に設けた第１及び第２スロット１８ａ、１８ｂから、放射角θが−２０度で、電界が円周方向のＥφ偏波が放射波Ｒとして放射される。即ち、アンテナは、バックファイア型アンテナとして動作する。なお、ＬＣＸ１からは、電界がｚ軸方向のＥｚ偏波は放射されない。また、アンテナから約１．５ｍ離れた位置での放射波Ｒの放射強度が約６０ｄＢとなるように第１及び第２スロット１８ａ、１８ｂの長さ、幅、及び傾斜角を設定する。

減衰部材５には、シリコンやウレタンなどのラバーシートが用いられる。ラバーシートには、鉄などの金属、及びグラファイトなどの導電性カーボンなどの導体粉末が含まれる。例えば、減衰部材５として、厚さが約０．８ｍｍの鉄粉を含んだシリコンラバーシートを、終端部材３の外装導体（４２、４６）に２〜３重に巻きつけて用いる。

図４に示すように、長さが約２ｍのアンテナを電波暗室３０の床面に設置して、放射強度分布の測定を実施した。電波暗室３０内において、ＬＣＸ１の軸方向をｚ、ＬＣＸ１の円周方向をφ、高さ方向をｘとする。アンテナの一端〜他端がｚ＝１ｍ〜３ｍに位置するように配置する。電波暗室３０の外に設けた給電部７が、アプローチケーブル９を介してアンテナの一端に接続される。受信アンテナ２０として、例えば半波長標準ダイポールアンテナをアンテナの真上に配置する。受信アンテナ２０はアプローチケーブル２２を介して、電波暗室３０の外に設けた受信部２４に接続される。

給電部７から、アンテナの一端に周波数が２．４ＧＨｚで入力電力Ｐｔの信号が供給され、アンテナからの放射波が受信アンテナ２０で受信される。受信部２４で放射波の受信電力Ｐｒが検出される。放射強度Ｌｃは、次式で計算される。

Ｌｃ ＝ １０ｌｏｇ（Ｐｔ／Ｐｒ） （ｄＢ） ・・・（１）

上述のように、図４に示したアンテナは、Ｅφ偏波の放射角θが−２０度のバックファイア型アンテナである。例えば、図５に示すように、ＬＣＸ１の他端に終端部材３だけを接続する。ＬＣＸ１の円周方向に合わせ、Ｅφ偏波が受信可能な受信アンテナ２０ａ、及び軸方向に合わせ、Ｅｚ偏波が受信可能な受信アンテナ２０ｂを用いて、放射強度の測定を実施した。

図６に、受信アンテナ２０ａ、２０ｂの高さ（ｘ）を０．２５ｍ〜１．５ｍの範囲、位置（ｚ）を０〜５ｍの範囲で変化させて、放射強度Ｌｃの分布を測定した結果を示す。Ｅφ偏波に対して測定した放射強度Ｌｃφは、図６に示すように、ＬＣＸ１側に放射波Ｒφの放射角θで傾いた分布となり、終端部材３の上方ではＥφ偏波の放射は弱い。一方、Ｅｚ偏波に対して測定した放射強度Ｌｃｚは、図６に示すように、終端部材３の上方に偏在した分布となる。即ち、ＬＣＸ１側の領域ＣａではＥφ偏波が優勢であり、終端部材３側の領域ＣｂではＥｚ偏波が優勢である。Ｅｚ偏波の放射は、ＬＣＸ１の外部導体１４の外表面に沿って流れる高周波電流により導波される電磁波によるものである。放射強度ＬｃφとＬｃｚは、ほぼ同じ強度である。

ＬＣＸ１を終端部材３で終端した従来のアンテナでは、通信領域としては不要な領域ＣｂにもＥｚ偏波が放射され、情報漏洩が発生していることになる。したがって、通信セキュリティの確保が困難となる。

実施の形態に係るアンテナでは、終端部材３に接触して減衰部材５が巻きつけられている。減衰部材５として用いるシリコンラバーシートは鉄粉を含むため、誘電損失が増大する。そのため、ＬＣＸ１の外部導体１４から終端部材３の外装導体（４２、４６）の表面に流れる高周波電流を吸収して減少させることができる。その結果、図７に示すように、減衰部材５が設けられた終端部材３の近傍でのＥｚ偏波の放射強度Ｌｃｚを約５ｄＢ減衰させることができる。なお、Ｅφ偏波の放射強度に対しては影響がないことが確認されている。このように、実施の形態に係るアンテナでは、ＬＣＸ１の終端部での情報漏洩を防止して通信セキュリティを確保することができる。

また、終端部材３ａとして、図８に示すように、ＬＣＸ１の他端のコネクタ４４と終端器４０とを接続する汎用同軸ケーブル５０を含めてもよい。使用する汎用同軸ケーブル５０は、シース無しで、外部導体５２を露出させておく。減衰部材５は、終端器４０及びコネクタ４４の外装導体に加えて、汎用同軸ケーブル５０の外部導体５２にも接触させて設ける。そのため、減衰部材５が接触する導体面積を増加させることができ、導体表面を流れる高周波電流の吸収効率を増加させることができる。なお、汎用同軸ケーブルは安価であり、配設も簡便に行うことができる。

図９に、長さ１０ｃｍの汎用同軸ケーブル５０を接続して、図４に示した電波暗室３０で放射強度分布の測定を実施した結果を示す。図９に示すように、汎用同軸ケーブル５０で延長された終端部材３ａからのＥｚ偏波の放射強度Ｌｃｚを約１０ｄＢ減衰させることができる。このように、終端部材３ａを用いるアンテナでは、ＬＣＸ１の終端部でのＥｚ偏波の放射を更に抑制でき、通信セキュリティを確保することができる。

更に、図１０に示すように、減衰部材５に加えて、減衰部材５ａを設けてもよい。減衰部材５ａは、シリコンゴムなどの電波吸収シート５６及びアルミニウム箔などの金属膜５８を備える。電波吸収シート５６は、減衰部材５に面し、減衰部材５とは離間して設けられる。電波吸収シート５６と減衰部材５との間の距離ｄは、使用周波数の１波長以上である。金属膜５８は、減衰部材５の反対側の電波吸収シート５６の表面に設けられる。

図１１に、電波吸収シート５６の厚さが約１．８ｍｍ、長さが約０．３ｍの減衰部材５ａを設置して、図４に示した電波暗室３０で放射強度分布の測定を実施した結果を示す。図１１に示すように、減衰部材５ａを設置すると、Ｅｚ偏波の放射強度Ｌｃｚは２０ｄＢ以上減衰していることが確認できる。このように、減衰部材５に加えて、減衰部材５ａをＬＣＸ１の終端部を覆うように設置することで、更に、ＬＣＸ１の終端部でのＥｚ偏波の放射を抑制でき、通信セキュリティを確保することができる。

なお、図１２に示すように、減衰部材５を用いずに、減衰部材５ａだけ用いてもよい。減衰部材５ａをＬＣＸ１の終端部材３を覆うように設置することにより、Ｅｚ偏波の放射強度Ｌｃｚを１０ｄＢ程度減衰させることができる。その結果、ＬＣＸ１の終端部でのＥｚ偏波の放射を抑制でき、通信セキュリティを確保することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）
３、３ａ…終端部材
５、５ａ…減衰部材
１０…中心導体
１２…絶縁体
１４…外部導体
１６…シース
１８ａ…第１スロット
１８ｂ…第２スロット
４０…終端器
４２、４６…外装導体
４４…コネクタ
５０…汎用同軸ケーブル
５６…電波吸収シート
５８…金属膜

Claims (4)

1. 信号が供給される一端から他端に向かう軸方向に延伸する中心導体、前記中心導体を覆う絶縁体、前記絶縁体を挟んで前記中心導体を覆う外部導体を有し、前記軸方向に沿って前記外部導体に一定のピッチで複数のスロットが設けられた漏洩同軸ケーブルと、前記他端に接続され、前記漏洩同軸ケーブルの特性インピーダンスで終端する終端器を含み、前記外部導体に接続された外装導体を有する終端部材と、前記終端部材を覆うように配置され、前記終端部材から放出される前記軸方向の電界成分からなる偏波を減衰させる減衰部材とを備え、前記減衰部材は、導体粉末を含むラバーシートからなり、前記外装導体に接触して設けられることを特徴とするアンテナ。
2. 前記終端部材が、前記漏洩同軸ケーブルと前記終端器とを接続する、外部導体が露出した汎用同軸ケーブルを含み、前記ラバーシートが、前記外装導体及び前記汎用同軸ケーブルの外部導体に接触して設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記減衰部材に面して設けられた電波吸収シートと、前記減衰部材の反対側の前記電波
   吸収シートの表面に設けられた金属膜とを有し、前記減衰部材と離間して設けられた他の
   減衰部材を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. 信号が供給される一端から他端に向かう軸方向に延伸する中心導体、前記中心導体を覆う絶縁体、前記絶縁体を挟んで前記中心導体を覆う外部導体を有し、前記軸方向に沿って前記外部導体に一定のピッチで複数のスロットが設けられた漏洩同軸ケーブルと、前記他端に接続され、前記漏洩同軸ケーブルの特性インピーダンスで終端する終端器を含み、前記外部導体に接続された外装導体を有する終端部材と、前記終端部材を覆うように配置され、前記終端部材から放出される前記軸方向の電界成分からなる偏波を減衰させる減衰部材とを備え、前記減衰部材は、前記終端部材に面して設けられた電波吸収シートと、前記終端部材の反対側の前記電波吸収シートの表面に設けられた金属膜とを有し、前記電波吸収シートが前記外装導体と離間して設けられたことを特徴とするアンテナ。

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