JP6168517B2

JP6168517B2 - 探索用アンテナ

Info

Publication number: JP6168517B2
Application number: JP2013121909A
Authority: JP
Inventors: 秋人渡邊; 裕明伊藤
Original assignee: Sakase Adtech Co Ltd
Current assignee: Sakase Adtech Co Ltd
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-06-10
Also published as: JP2014239381A

Description

本発明は、動物生態調査、遭難者探索等に広く用いることができる探索用アンテナに関する。

従来から、動物生態調査に用いるアンテナとして、たとえば、特許文献１に記載のような探査用の八木アンテナが知られている。この特許文献１に記載の探索用アンテナは、互いに平行に配置された導波エレメントと、放射器エレメントの２エレメント構成となっている。
このアンテナは、エレメントが伸縮自在及び折り曲げ自在で、収納時の小型化が図られているが、拡げると大きく、草木が茂った山中では邪魔になり、扱い難いものであった。

特開２０１１−１１４４８９号公報

そこで、エレメント素子の長さ自体を短くすることが考えられるが、そうすると周波数特性に影響を生じてしまう。
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エレメントの長さが短くても、確実に電波の到来方向を探査可能とする探索用アンテナを提供することにある。

本発明は、ヌルが１８０°離れた方向に２箇所あるので、前後の区別さえできれば波源の方向が特定できる点に着目し、指向性よりもＦ／Ｂ比を高めて小型化を図ったものである。
すなわち、本発明は、支持ブームを介して放射器エレメントと反射器エレメントを互いに平行に連結した２素子構成の探索用アンテナにおいて、
支持ブームを介して放射器エレメントと反射器エレメントを互いに平行に連結した２素子構成の探索用アンテナにおいて、
前記放射器エレメントと反射器エレメントには、コイルが直列に挿入されており、前記
反射器エレメントはコイルの長さを調整するねじ機構を備えていることを特徴とする。

前記反射器エレメントは中央で２本のエレメントに分割され、前記２本のエレメントが前記支持ブームに固定されるコネクタケースを介して直線的に連結される構成で、
前記コネクタケースには前記コイルが配置され、前記コイルの端部と左右のエレメントの端部が、前記コネクタケースに固定されるコイルインターフェースを介して電気的に接続されており、前記コイルの端部は前記コイルインターフェースに前記ねじ機構を介して固定され、前記ねじ機構によって前記コイルの端部位置をインターフェースに対して移動させることにより、コイルの長さを調整する構成とすることができる。
使用周波数帯域は、１４２．９４ＭＨｚ〜１４２．９８ＭＨｚの帯域が対象である。

本発明によれば、エレメントの長さが短くても、確実に波源の方向を探査可能となる。
また、コイルの長さを調整するねじ機構を設けることにより、インダクタンスを精密に調整できる。
特に、１４２．９４ＭＨｚ〜１４２．９８ＭＨｚの帯域の電波であれば、尾根や起伏で遮られることなく回折伝播し、アンテナで受信することができる。この使用周波数帯域より高いと、谷や尾根の入り組んだ複雑な山岳地形では、電波が届き難くなる傾向がある。一方、この使用周波数帯域より低いと、アンテナ寸法が大きくなる傾向になる。

図１は本発明の実施の形態１に係る探索用アンテナを示すもので、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図である。図２は図１の探索用アンテナの分解斜視図である。図３は図１のアンテナの特性図である。図４は放射器エレメントのコネクタケース内部構造を示す斜視図。図５は反射器エレメントのコネクタケース内部構造を示す斜視図。

以下に、本発明の実施の形態に係る探索用アンテナについて、図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る探索用アンテナを示している。図において、１は、探索用アンテナ全体を示すもので、この探索用アンテナ１は、放射器エレメント１０と反射器エレメント２０の２素子による指向性アンテナである。
放射器エレメント１０と反射器エレメント２０は互いに平行で、その中点が支持ブーム３０によって互いに連結された構成となっている。

放射器エレメント１０は直線状の導体で構成され、中央で左エレメント１１と右エレメント１２に分割され、中央のＴ字形状のコネクタケース４０によって、左右エレメント１１、１２が直線的に連結されている。

コネクタケース４０は、左エレメント１１の中央側端部が差し込み固定される第１ジョイント部４１と、右エレメント１２の中央側端部が差し込み固定される第２ジョイント部４２と、支持ブーム３０の一端が固定される第３ジョイント部４３を備えている。第１ジョイント部４１と第２ジョイント部４２は１８０°互いに反対向きに位置し、第３ジョイント部４３が第１、第２ジョイント部４１、４２に対して直角方向に延びている。コネクタケース４０自体は、第1ジョイント部４１と第２ジョイント部４２を直線的に縦に分割
する分割面によって、第３ジョイント部４３と反対側のケース反対の第１ケース半体４０Ａと、第３ジョイント部４３を有する第２ケース半体４０Ｂとに分割された分割構造となっている。

左右のエレメント１１、１２のジョイント側の端末は、エレメントレセプタクル４４を介して、エレメント長を短縮するためのコイル１３、１４と電気的に接続されている。また、左右のエレメント１１，１２の先端には、誘電体よりなるエンドキャップ１５が装着されている。
コネクタケース４０は中空構造で、図４に詳細に示すように、コイル１３、１４およびエレメントレセプタクル４４はコネクタケース４０内部に装着されている。また、コネクタケース４０には、同軸ケーブルが接続されるＢＮＣレセプタクル６０が取り付けられている。
各コイル１３、１４の左右エレメント１１，１２側の端部は、コネクタケース４０内の収納凹部に位置決め固定されるコイルインターフェース４５、４５に差し込まれ、コイルインターフェース４５、４５に対して、調整ねじ４６、４６を介して固定されている。すなわち、コイル１３，１４の端部には微細なおねじが切られている。一方、調整ねじ４６，４６には円筒形状で、内周にコイル端部にねじ込まれるねじ穴が設けられ、外周がコイルインターフェース４５，４５に設けられた装着穴に差し込まれる。このコイルインターフェース４５，４５の装着穴の奥には調整ねじ４６，４６が突き当たる段部が設けられ、調整ねじ４６，４６の差込量は一定に位置決めされるようになっている。
コイルインターフェース４５、４５には、左右エレメント１１，１２の端部に固定されたエレメントレセプタクル４４、４４が差し込み固定されるようになっている。したがって、コイル１３、１４の長さは、調整ねじ４６、４６のねじ込み量によって精密に調整可
能である。また、各コイル１３，１４の他端は、ＢＮＣレセプタクル６０に接続されている。

反射器エレメント２０も直線状の導体で構成され、中央で左エレメント２１と右エレメント２２に分割され、中央のＴ字形状のコネクタケース５０によって左右エレメント２１、２２が直線的に連結されている。左右のエレメント２１，２２の先端には、誘電体よりなるエンドキャップ２５が装着されている。
コネクタケース５０は、図５に詳細に示すように、左エレメント２１の中央側端部が差し込み固定される第１ジョイント部５１と、右エレメント２２の中央側端部が差し込み固定される第２ジョイント部５２と、支持ブーム３０の他端が固定される第３ジョイント部５３を備えている。第１ジョイント部５１と第２ジョイント部５２は１８０°互いに反対向きに位置し、第３ジョイント部５３が第１、第２ジョイント部５１、５２に対して直角方向に延びている。コネクタケース５０自体は、第1ジョイント部５１と第２ジョイント
部５２を直線的に縦に分割する分割面によって、第３ジョイント部５３と反対側のケース反対の第１ケース半体５０Ａと、第３ジョイント部５３を有する第２ケース半体５０Ｂとに分割されている。
左右のエレメント２１、２２のジョイント側の端末は、エレメントレセプタクル５４、５４を介してエレメントの長さを短縮化するための一つのコイル２３が電気的に接続されている。コイル２３の両端は、コネクタケース５０内に収納凹部に位置決め固定されるコイルインターフェース５５、５５に差し込まれ、コイルインターフェース５５、５５に対して調整ねじ５６を介して固定されると共に、コイルインターフェース５５にエレメントレセプタクル５４が差し込み固定されるようになっている。
コイル２３の両端部には微細なおねじが切られている。一方、調整ねじ５６，５６は円筒形状で、内周にコイル端部にねじ込まれるねじ穴が設けられ、外周がコイルインターフェース５５，５５に設けられた装着穴に差し込まれる。このコイルインターフェース５５，５５の装着穴の奥には調整ねじ５６，５６が突き当たる段部が設けられ、調整ねじ５６，５６の差込量は一定に位置決めされるようになっている。
したがって、コイル２３の長さは、調整ねじ５６、５６のねじ込み量によって精密に調整可能である。

支持ブーム３０は断面正方形上の四角筒形状で、放射器エレメント１０と反射器エレメント２０のコネクタケース４０、５０の第３ジョイント部４３、５３に差込固定されている。このコネクタケース４０、５０との固定は、ねじとキャップボルト等の固定具７０で固定されている。

このような八木アンテナでは、一般的には、指向性を上げるようにエレメント長を調整しているが、本発明は、ヌルが１８０°離れた方向に２箇所あるので、前後の区別さえできれば波源の方向が特定できる点に着目し、指向性よりもＦ／Ｂ比を高めて小型化を図ったものである。
種々検討した結果、モーメント法を用いて解析した解析解において、後方利得の一番小さくなる周波数のピーク値Ｐｂ（ＢａｃｋＵｎｄｅｒＰｅａｋ）が、使用周波数帯域よりも低周波数側に存在していることがわかった（図３中、Ｐｂ′参照）。
この後方利得の最小ピーク値を、使用周波数帯域に移動させることができれば、前方利得との差であるＦＢ比が大きくなるので、この後方利得の最小ピーク値に関係するパラメータを探ったところ、次のパラメータによって大きく変化した。

１）反射器エレメント長Ｌ２０を短くする。
ただし、反射器エレメント長Ｌ２０を短くすると、前方利得（ＦｒｏｎｔＴｏｐＰｅａｋのＧａ）が小さくなるので、限界がある。
２）放射器エレメント１０と反射器エレメント２０の間隔Ｈを短くする。
放射器エレメント１０と反射エレメント２０の間隔Ｈは、基本的には使用周波数の波長（λ）の４分の１程度に設定されるが、この長さより短くする。
３）放射器エレメント１０、反射器エレメント２０の短縮用のコイル１３，１４；２３のインダクタンスを小さくする。
インダクタンスを小さくするには、コイル２３の単位長さ辺りの巻き数を少なくする。ただし、インダクタンスを小さくしすぎると、小型化が阻害される。

本発明は、これらのパラメータを種々検討した結果、放射器エレメント１０の長さと、放射器エレメント１０と反射器エレメント２０の間隔Ｈが最も影響が大きいことを見出し、放射器エレメント１０の長さを基準にして、反射器エレメント２０の長さＬ２０を放射器エレメント１０の長さＬ１０より短く、かつ反射器エレメント２０と放射器エレメント１０との間隔Ｈを、使用周波数の波長λの１／４より短くしたものである。これにより、概ね最小ピーク値を使用周波数帯域に合わせることができる。さらに、コイルのインダクタンスを調整することで、後方利得の最小ピーク値を使用周波数帯域に完全に合せ込み、ＦＢ比を大きくしたものである。
本実施例では、放射器エレメント１０のエレメント長Ｌ１０は肩幅以内とし、このエレメント長Ｌ１を基準にして、反射器エレメント２０のエレメント長を設定し、反射器エレメント２０及び放射器エレメント１０のコイル１３，１４；２４のインダクタンスを調整することで、微妙なチューニングを行っている。

コイルのインダクタンスの調整方法は、次の通りである。
３−１）放射器用コイル１３,１４、反射器用コイル２３の長さを調整する。
３−２）共通部品であるコイルインターフェース部品（C-IF）４５，５５に、コイル端
にねじ込まれた調整ねじ４６，５６を介して、差込固定する。
３−３）放射器用コネクタケース４０、反射器用コネクタケース５０に上記コイル１３
、１４とインターフェース部品４５，５５を納める。インターフェース部材４５、５５はコネクタケース４０，５０内の収納凹所に位置決め固定されるので、この過程で、コイル間隔が引き伸ばされたり、縮められたりする。すなわち、インターフェース部品４５、４５に対するコイル１３，１４，２３の差し込み量が大きいと、引き伸ばされ、差し込み量が小さいと縮められることになる。
３−４）インダクタンスの測定を行う。）
３−５）所定のインダクタンス値が得られる迄、３−１）〜３−４）の手順を繰り返す
。

次に本発明の探索用アンテナを使用して、波源からの電波を受信する方法について説明する。
探索は、探索用アンテナ１を水平に向けて左右に振ってヌルを探す。１８０°離れた左右２箇所にゼロとなる方向を特定すれば、その中間方向がアンテナと波源を結ぶ方向であることがわかる。

次いで、波源方向について、前後の出力を測定し、出力の高い方が、波源の到来方向である。この前後の区別をするためには、Ｆ／Ｂ比を１０ｄＢ程度が必要である。放射器エレメント１０と反射器エレメント２０については、アンテナ１を水平に持った場合、放射器エレメント長Ｌ１０及び反射器エレメント長Ｌ２０（先端から先端まで）が、肩幅以内のものと胸幅以内のものを、２種類用意している。特に、エレメント長が肩幅以内に設定されているので、使用者が自身の体の幅内で扱うことができ、木の枝等の障害物等について、感覚的に避けることができ、使い勝手に優れている。

長さの違いに応じて、コイル１３、１４；２３のインピーダンスを変えているが、コネクタケース４０、５０は同一のものが用いられている。
短縮コイル１３、１４、２３は、インダクタンスが大きいほどエレメント長を短くできるが、あまり大きいとＦ／Ｂ比が得られなくなるので、８５０ｎＨ程度が限界であり、８５０ｎＨ以下に設定される。
５５ｃｍ以内の場合、短縮コイル１３、１４、２３のインダクタンスは５００ｎＨ程度となる。３０ｃｍ以内の場合、短縮コイル１３、１４、２３のインダクタンスは８５０ｎＨ程度となる。

波源の使用周波数帯域は、１４２．９４ＭＨｚ〜１４２．９８ＭＨｚである。
山中での、谷にいるような場合でも、この周波数帯の電波であれば、尾根や起伏で遮られることなく回折伝播し、アンテナで受信することができる。
この使用周波数帯域より高いと、谷や尾根の入り組んだ複雑な山岳地形では、電波が届き難くなる傾向がある。一方、この使用周波数帯域より低いと、アンテナ寸法が大きくなる傾向になり、また、Ｆ／Ｂ比がはっきりしなくなる。

以下に、探索用アンテナを実際に製作した実施例について説明する。
探索用アンテナとして、高動作利得タイプと、低動作利得タイプの２種類製作した。
周波数帯域は、１４２．９４ＭＨｚ〜１４２．９８ＭＨｚとし、各エレメントのパラメータは次の通りである。
高動作利得タイプ
エレメント径：４ｍｍ
放射器エレメント長Ｌ１：５５１ｍｍ
反射器エレメント長Ｌ２：５３３ｍｍ
エレメント間隔（Ｈ）：２３２ｍｍ
短縮コイルインダクタンス：放射器５１６ｎＨ
：反射器５１６ｎＨ
重量：１０５ｇ
動作利得：２ｄＢｉ
Ｆ／Ｂ比：２３ｄＢ
低動作利得タイプ
エレメント径：４ｍｍ
放射器エレメント長Ｌ１：３３０ｍｍ
反射器エレメント長Ｌ２：２８５ｍｍ
短縮コイルインダクタンス：放射器１０００ｎＨ
：反射器８８５ｎＨ
エレメント間隔（Ｈ）：１８８ｍｍ
重量：９５ｇ
動作利得：−１５ｄＢｉ
Ｆ／Ｂ比：１４ｄＢ
このようにコンパクトで、しかもＦ／Ｂ比の大きな（１０ｄＢ以上）の探索用アンテナが実現できた。

１探索用アンテナ
１０放射器エレメント
１１，１２左，右エレメント、１３、１４短縮コイル、１５エンドキャップ
２０反射器エレメント
２１，２２左，右エレメント、２３短縮コイル、２５エンドキャップ
３０支持ブーム
４０コネクタケース
４１第１ジョイント部、４２第２ジョイント部、４３第３ジョイント部
５０コネクタケース
５１第１ジョイント部、５２第２ジョイント部、５３第３ジョイント部

Claims

支持ブームを介して放射器エレメントと反射器エレメントを互いに平行に連結した２素子構成の探索用アンテナにおいて、
前記放射器エレメントと反射器エレメントには、コイルが直列に挿入されており、前記反射器エレメントはコイルの長さを調整するねじ機構を備えていることを特徴とする探索用アンテナ。
前記反射器エレメントは中央で２本のエレメントに分割され、前記２本のエレメントが前記支持ブームに固定されるコネクタケースを介して直線的に連結される構成で、
前記コネクタケースには前記コイルが配置され、前記コイルの端部と左右のエレメントの端部が、前記コネクタケースに固定されるコイルインターフェースを介して電気的に接続されており、前記コイルの端部は前記コイルインターフェースに前記ねじ機構を介して固定され、前記ねじ機構によって前記コイルの端部位置をインターフェースに対して移動させることにより、コイルの長さを調整する構成となっている請求項１に記載の探索用アンテナ。
使用周波数は、１４２．９４ＭＨｚ〜１４２．９８ＭＨｚの帯域である請求項１または２に記載の探索用アンテナ。