JP6341839B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
この発明は、未使用時に電波との干渉を低減させるアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device that reduces interference with radio waves when not in use.
一般に、金属製のアンテナは、未使用時においても周辺に存在する電波と干渉し、電波の散乱を生じる。そのため、使用する電波の波長よりも短い領域に複数のアンテナを配置する場合、近接するアンテナ同士の干渉によってアンテナ特性が劣化する。このため、アンテナは、未使用時において電波との干渉が少ないことが望ましい。 In general, even when a metal antenna is not used, it interferes with radio waves existing in the vicinity, and scatters radio waves. For this reason, when a plurality of antennas are arranged in a region shorter than the wavelength of the radio wave to be used, the antenna characteristics deteriorate due to interference between adjacent antennas. For this reason, it is desirable that the antenna has little interference with radio waves when not used.
そこで、従来から、アンテナを金属で構成せず、未使用時のアンテナを電気的に透明にすることで、未使用時に電波との干渉を低減させるアンテナ装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に開示された従来のアンテナ装置では、地板に近接した一対の電極端子を有し、電極端子間には電離性ガスを含む誘電体チューブがあり、一対の電極端子に対して外部電源からの電力供給を行う。これにより、プラズマ状態となった電離性ガスは、高周波に対して導体として作用する。この状態で、一対の電極端子に高周波電源からの高周波電流を流すことで、誘電体チューブがアンテナとして動作する。この構成により、未使用時には誘電体チューブは単なる誘電体となるため、アンテナが周囲に近接配置されている場合でも、大きな干渉源とならない。 Therefore, conventionally, an antenna device has been proposed that reduces interference with radio waves when not in use by not making the antenna of metal and making the antenna when not in use electrically transparent (for example, Patent Document 1). reference). The conventional antenna device disclosed in Patent Document 1 has a pair of electrode terminals close to the ground plane, and there is a dielectric tube containing an ionizing gas between the electrode terminals. Supply power from. As a result, the ionizing gas in a plasma state acts as a conductor against high frequencies. In this state, the dielectric tube operates as an antenna by flowing a high-frequency current from a high-frequency power source to the pair of electrode terminals. With this configuration, the dielectric tube becomes a mere dielectric when not in use, and therefore does not become a large interference source even when the antenna is arranged close to the periphery.
一般に、アンテナは電波(高周波)の共振現象を利用するため、アンテナ長は電波の波長に依存する。そして、従来のアンテナ装置では、誘電体チューブ全体をアンテナとして利用するため、誘電体チューブの両端に設けられた電極端子もアンテナの一部を構成している。 In general, since an antenna uses a resonance phenomenon of radio waves (high frequency), the antenna length depends on the wavelength of the radio waves. In the conventional antenna device, since the entire dielectric tube is used as an antenna, the electrode terminals provided at both ends of the dielectric tube also constitute a part of the antenna.
そのため、上記アンテナ装置において、高周波数帯(例えばGHz帯)でのアンテナ動作を実現させるためには、電極端子を微細にする必要がある。一方、電極端子の単位表面積あたりに安定に流すことができる電流値には上限がある。そのため、この微細な電極端子に大きな電力を供給すると、電流密度が大きくなることで寿命が低下し、最悪の場合、誘電体チューブの破壊に至るという課題があった。 Therefore, in the above antenna device, in order to realize an antenna operation in a high frequency band (for example, a GHz band), it is necessary to make the electrode terminal fine. On the other hand, there is an upper limit to the current value that can be stably passed per unit surface area of the electrode terminal. For this reason, when a large amount of power is supplied to the fine electrode terminal, the life is reduced due to an increase in current density, and in the worst case, the dielectric tube is broken.
また、プラズマをアンテナとして動作させるためには、一定量の放電電流をプラズマに流す必要がある。そのため、電極端子に小さい電力を供給した場合には、プラズマの導体としての導電性が劣化する。そのため、高周波電源から誘電体チューブに高周波電流を流して、電波として放射される量は極めて小さくなるという課題があった。 In order to operate plasma as an antenna, a certain amount of discharge current needs to flow through the plasma. Therefore, when a small electric power is supplied to the electrode terminal, the conductivity as a plasma conductor deteriorates. For this reason, there has been a problem that the amount of radio waves radiated from the high frequency power supply through the dielectric tube is extremely small.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、未使用時に電波との干渉を低減させることができ、且つ、波長に合わせたプラズマ励振用の電極端子のサイズ変更が不要であり、高周波数帯でのアンテナ動作を実現することができるアンテナ装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, can reduce interference with radio waves when not in use, and does not require a size change of the electrode terminal for plasma excitation according to the wavelength. Therefore, an object of the present invention is to provide an antenna device capable of realizing an antenna operation in a high frequency band.
地導体と、内部に電離性ガスを有し、折り返し部を有し、当該折り返し部と両端が地導体を境に配置されるよう当該地導体に貫通した誘電体チューブと、誘電体チューブの両端に設けられた電極端子と、電極端子に接続され、電離性ガスをプラズマ状態にするプラズマ励起電源と、地導体よりも誘電体チューブの両端側において、当該誘電体チューブに挿入された金属ピンと、金属ピンに高周波電力を供給する高周波電源と、低周波数帯を遮断するフィルタを有し、当該フィルタを介して金属ピンと高周波電源とを高周波で接続する給電線路と、金属ピンを覆い、地導体に接地した金属箱と、誘電体チューブを囲み、金属箱の底面に接地し、上端が金属ピンより誘電体チューブの両端側に位置する金属筒を備えたものである。 A ground conductor, a dielectric tube having an ionizing gas therein, a folded portion, and the folded portion and both ends of the dielectric tube penetrating the ground conductor so that the both ends are disposed on the ground conductor, and both ends of the dielectric tube An electrode terminal provided on the electrode terminal, a plasma excitation power source that is connected to the electrode terminal to bring the ionizing gas into a plasma state, and metal pins inserted into the dielectric tube at both ends of the dielectric tube from the ground conductor, A high-frequency power source that supplies high-frequency power to the metal pin, a filter that cuts off the low-frequency band, a feed line that connects the metal pin and the high-frequency power source at a high frequency via the filter , a metal pin that covers the ground pin, A grounded metal box and a dielectric tube are enclosed, grounded to the bottom surface of the metal box, and provided with metal cylinders whose upper ends are positioned on both ends of the dielectric tube from the metal pins .
この発明によれば、上記のように構成したので、未使用時に電波との干渉を低減させることができ、且つ、波長に合わせたプラズマ励振用の電極端子のサイズ変更が不要であり、高周波数帯でのアンテナ動作を実現することができる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to reduce interference with radio waves when not in use, and it is not necessary to change the size of the electrode terminal for plasma excitation according to the wavelength. Antenna operation in the band can be realized.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図2は断面図である。
実施の形態1に係るアンテナ装置には、図1,2に示すように、穴101を有する地導体1が設けられている。そして、地導体1の穴101には、内部に電離性ガスが漏れないように含まれた誘電体チューブ2が貫通している。この誘電体チューブ2は、少なくとも1箇所が折り返された折り返し部201を有する。そして、誘電体チューブ2の折り返し部201と両端とが地導体1を境に上下に配置されるように当該地導体1の穴101に貫通している。図1,2の例では、誘電体チューブ2はU字型(モノポールアンテナ形状)に構成され、折り返し部201が地導体1よりも鉛直方向上側に配置され、両端が地導体1よりも鉛直方向下側に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an antenna device according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view.
The antenna device according to Embodiment 1 is provided with a ground conductor 1 having a
また、誘電体チューブ2に封入される電離性ガスとして、希ガスを主成分とする不活性ガスが用いられる。希ガスとしては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)及びクリプトン(Kr)のうち少なくとも1種類が含まれていればよい。また、放電効率を向上するため、希ガスとともに水銀(Hg)を封入してもよい。電離性ガスの圧力は、安定的なグロー状の放電を維持できる圧力範囲であればよく、電離性ガスの圧力は10Pa〜15kPaとすることができる。特にマイクロ波、ミリ波帯(300MHz〜300GHz)においてプラズマアンテナとして使用するためには、高い電子密度が得ることができる100Pa〜7kPaの範囲であることが好ましい。
Further, an inert gas containing a rare gas as a main component is used as the ionizing gas sealed in the
また、誘電体チューブ2の部材としては、例えば、石英、硼珪酸ガラスやアルミナ等のセラミックス、炭素強化プラスチック等の複合材料、又はそれらを組合せた材料等、電気絶縁性を有する材料が用いられる。
In addition, as the member of the
また、誘電体チューブ2の両端には、一対の電極端子3,4が設けられている。この電極端子3,4は、誘電体チューブ2の両端内部に設けられた放電電極301,401と、一端が放電電極301,401の底部と接続され、他端が誘電体チューブ2の外部に導出されたリード線302,402とから構成されている。
A pair of
放電電極301,401の部材としては、例えば、ニッケル(Ni)、タングステン(W)等の放電管の陰極に適用される材料を適用できる。放電電極301,401の形状は、板材の曲げ加工、射出成形、部材の溶接やカシメ等、公知の方法で作製した円柱、円筒、有底開口(カップ)、渦巻き、コイル、フィラメント等の形状を用いることができる。また、放電電極301,401を1〜5mmの間隙を持つ構造とすることで、ホローカソード効果を利用して放電効率を向上することができる。また、放電電極301,401の表面に図示しない電子放出性物質を塗布することで放電効率を向上できる。
As a member of the
また、放電電極301,401の表面積は、単位面積、単位ガス圧力当たりの放電電流が放電電極301,401の安定放電条件を満たす広さとする。例えば、放電電極301,401を冷陰極として使用する場合は、単位面積、単位ガス圧力当たりの放電電流が1E−7〜1E−5mA/cm2・Pa2となる表面積とすればよい。この広さの表面積とすることで、安定的にプラズマを生成することができる。これ以下の広さの表面積でも放電をすることは可能であるが、電極表面のスパッタやプラズマの熱化(アーク)によって放電電極301,401が損傷するため放電電極301,401の寿命が短くなる。
The surface area of the
また、リード線302,402の部材としては、誘電体チューブ2の端部の気密性を確保するために、誘電体チューブ2を構成する材料と熱膨張係数が近似する導電性の材料により構成される。例えば、誘電体チューブ2が硬質ガラスからなる場合には、モリブデン(Mo)やタングステン(W)等を用いることができる。なお、図1,2では、リード線302,402として誘電体チューブ2の各端部に1本のみを図示しているが、放電電極301,401を熱陰極として使用する場合等には複数本のリード線302,402を設けることができる。
The members of the
なお、誘電体チューブ2の両端は、放電電極301,401を誘電体チューブ2の内部に収容できる大きさに構成される。ここで、誘電体チューブ2の両端の内径は、それぞれ放電電極301,401を収容できればよく、各端の内径が異なっていてもよい。プラズマを直流電力によって生成する場合は、陰極側の放電電極301,401の寸法及び誘電体チューブ2の内径を大きくすることで、誘電体チューブ2の耐久性を向上することができる。
Note that both ends of the
また、リード線302,402には、誘電体チューブ2に含まれた電離性ガスをプラズマ状態にするためのプラズマ励起電源5が一対の配線を介して接続されている。そして、プラズマ励起電源5から、プラズマを励起するための低周波電力が供給される。低周波電力の周波数としては、直流から電波(高周波信号)の周波数までの周波数を使用することができる。また、低周波電力は、低周波電力の周波数よりも高い周波数で間欠的に給電してもよい。間欠的に低周波電力を給電することで、プラズマ維持に必要な低周波電力を減少させることができる。
Further, a plasma
また、誘電体チューブ2には、地導体1よりも当該誘電体チューブ2の両端側において、金属ピン6,7が当該誘電体チューブ2に対して垂直(略垂直の意味を含む)に挿入されている。なお、地導体1の下面から金属ピン6,7までの距離はそれぞれ等しく、使用する高周波の波長に対して短い距離にそれぞれ設定されている。また、金属ピン6,7の長さは、使用する高周波の波長よりも短い長さとする。
さらに、金属ピン6,7を誘電体チューブ2に挿入した位置から、地導体1より上側に出ている誘電体チューブ2の上端(折り返し部201)までの長さは、使用する高周波の波長の約1/4の長さとする。
In addition,
Furthermore, the length from the position where the
また、金属ピン6,7には、高周波電源8が給電線路9を介して高周波で接続されている。高周波電源8は、金属ピン6,7に高周波電力を供給するものである。給電線路9は、図3に示すように、誘電体基板901の両面に構成された、グランドパターン902を共平面にもつコプレーナ線路(第1,2の線路)903,904から成る。線路903は、誘電体基板901の一方の面(図3では下面)に構成され、高周波電源8側に繋がる線路である。また、線路904は、誘電体基板901の他方の面(図3では上面)に構成され、誘電体チューブ2側に繋がる線路である。そして、図4に示すように、誘電体基板901を挟んで、線路903と線路904とを高周波の管内波長に対して約1/4重ねることで、図1,2に示すフィルタ905を構成している。このフィルタ905は、低周波数帯を遮断する共振型のバンドパスフィルタであり、使用する高周波の管内波長の約1/4の長さがメインの動作周波数となる。
Further, a high
次に、図1,2に示した実施の形態1に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。
まず、プラズマ励起電源5がONの場合について説明する。ここでは、地導体1よりも上側の空間を放射領域とし、地導体1よりも下側の空間を放射領域外とする。
Next, the operation principle of the antenna device according to Embodiment 1 shown in FIGS.
First, the case where the plasma
プラズマ励起電源5がONの場合、当該プラズマ励起電源5からのプラズマを励起するための電力(低周波電力)が、リード線302,402を介して放電電極301,401に供給される。そして、誘電体チューブ2内の電離性ガスがプラズマ状態となり、当該誘電体チューブ2が高周波的に導体となる。これをプラズマ導体と呼ぶ。
When the plasma
一方、高周波電源8からの高周波電力は、給電線路9により2分配される。そして、高周波電力は、フィルタ905を介して金属ピン6,7から、プラズマ導体となった誘電体チューブ2のプラズマに供給される。
On the other hand, the high frequency power from the high
ここで、フィルタ905は共振型のバンドパスフィルタであり、使用する高周波の管内波長の約1/4の長さで動作するため、所望の周波数帯では導通し、電気的に接続しているとみなせる。当然、低周波的にはオープンとなっており、プラズマ励起電源5から供給される電力(20kHz程度の周波数成分を有する)は遮断される。
Here, the
例えばフィルタ905を設けずにプラズマ励起電源5をONにした場合には、プラズマ励起電源5からの高電圧が高周波電源8に印加されるため、高周波電源8が故障する可能性がある。つまり、フィルタ905は、プラズマ励起電源5からの高電圧が高周波電源8に印加するのを防ぐ役目がある。
For example, when the plasma
また、フィルタ905を設けない場合、プラズマが生成される誘電体チューブ2の途中で短絡となる経路ができ、プラズマが安定的に生成できなくなるため、高周波で導体として振る舞わなくなる。よって、フィルタ905を用いずに、プラズマ導体によるアンテナ動作を実現することは困難である。
Further, when the
アンテナ装置の動作説明に戻り、プラズマに供給された高周波電力は、誘電体チューブ2の上側及び下側にそれぞれ伝搬する。ここで、2本平行に並ぶ誘電体チューブ2に流れる高周波電流は同位相となるため、これらは1本のプラズマ導体とみなすことができる。よって、プラズマ導体に流れる高周波電流は、電波を放射しながら誘電体チューブ2を伝搬する。そして、金属ピン6,7よりも上側に伸びる誘電体チューブ2は、地導体1よりも上側において、折り返しモノポールアンテナとして動作し、放射領域にモノポールアンテナの指向性パターンを与える。
Returning to the explanation of the operation of the antenna device, the high-frequency power supplied to the plasma propagates to the upper side and the lower side of the
次に、プラズマ励起電源5がOFFの場合について説明する。
プラズマ励起電源5がOFFの場合には、誘電体チューブ2は導体ではなく単に誘電体として振る舞う。そのため、給電線路9を介して供給された高周波電力のほとんどが金属ピン6,7の先端で反射し、アンテナの整合が取れない状態となる。よって、放射領域での電波の放射量は極めて小さくなる。
Next, the case where the plasma
When the plasma
なお上記では、モノポールアンテナ形状の誘電体チューブ2を示したが、誘電体チューブ2は、両端が地導体1の下側に位置するように折り曲げられた形状であればよい。そのため、例えばループ構造、ヘリカル構造、折り返し曲がった構造等、アンテナとしての動作に適した任意の構造とすることができる。また、広帯域の周波数特性を持たせるために、コニカルアンテナやテーパーアンテナのように誘電体チューブ2の管径を変化させることもできる。
In the above description, the monopole antenna-shaped
また上記では、誘電体チューブ2の周囲について図示していないが、誘電体チューブ2の周囲は電気絶縁性材料で包囲されていればよい。ここで、電気絶縁性材料としては、0.1mPa以下の高真空又は1気圧以上の希ガス、空気やSF6等の不活性ガス、石英、硼珪酸ガラスやアルミナ等のセラミックス、アクリル樹脂などのプラスチック、炭素強化プラスチック等の複合材料、又はそれらを組合せた材料等、電気絶縁性を有する材料が用いられる。未使用時の隣接アンテナとの干渉低減を実現するためには、比誘電率が真空と近い不活性ガスや、比誘電率が低いフッ素樹脂や炭素強化プラスチック等を使用することが好ましい。また、プラスチックや複合材料を使用することで、外部からの衝撃に対する耐性を向上できる。
In the above description, the periphery of the
以上のように、この実施の形態1によれば、プラズマ励振用の電極端子3,4と、高周波給電用の電極端子(金属ピン6,7)とを分離し、且つ金属ピン6,7と高周波電源8とを高周波で接続する給電線路9に低周波数帯を遮断するフィルタ905を設けたので、未使用時に電波との干渉を低減させることができ、且つ、波長に合わせたプラズマ励振用の電極端子3,4のサイズ変更が不要であり、高周波数帯(例えばマイクロ波帯)でのアンテナ動作を実現することができる。
As described above, according to the first embodiment, the plasma
すなわち、本発明では、プラズマ励起電源5がONの場合にはアンテナとして動作し、プラズマ励起電源5がOFFの場合には、放射領域で電気的に透明として振る舞う。そのため、近接したアンテナの干渉源とならない。
That is, in the present invention, when the plasma
また、従来技術では周波数が高くなるに応じてプラズマ励振用の電極端子が微細になり、耐久性を考慮すると、プラズマを励起するために小さい放電電力しか供給できなかった。そのため、プラズマ導体の損失が大きくなり、放射領域でのプラズマ導体からの放射量が低下していた。それに対して、本発明では、プラズマ励振用の電極端子3,4のサイズは周波数に依存せず一定の大きさにできるため、プラズマを励振するために高い放電電力を供給可能となる。よって、プラズマ導体の損失も小さく、放射領域での放射量の低下を招くことなく、アンテナとしての動作が可能となる。
Further, in the prior art, as the frequency increases, the electrode terminal for plasma excitation becomes finer, and considering the durability, only a small discharge power can be supplied to excite the plasma. For this reason, the loss of the plasma conductor is increased, and the amount of radiation from the plasma conductor in the radiation region is reduced. On the other hand, in the present invention, since the size of the
加えて、高周波の給電線路9にフィルタ905を設けることで、高周波電源8への高電圧の印加を防ぎ、且つ安定的にプラズマ状態を維持可能にすることができる。
In addition, by providing the
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図5はこの発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図6は断面図である。この図5,6に示す実施の形態2に係るアンテナ装置は、図1,2に示す実施の形態1に係るアンテナ装置に金属箱10を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
In the second embodiment, an antenna device capable of increasing the radiation amount in the radiation region as compared with the first embodiment will be described.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an antenna device according to
実施の形態2に係るアンテナ装置では、図5,6に示すように、金属ピン6,7を覆う金属箱10が設けられている。この金属箱10は、上面が開口した箱型部材であり、上端が地導体1の下面(下面)に接地されている。すなわち、金属箱10と地導体1は電気的に接続され、高周波電力の接地電位に保持される。金属箱10と地導体1との接続方法としては、例えば、はんだ付け、溶接、ねじ止めによる接触等、一般的な接続方法を用いることができる。金属箱10の部材としては、高周波電力に対して低抵抗であればよく、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の材料を適用することができる。また、金属箱10の底面には、誘電体チューブ2の両端を通す穴1001が設けられている。また、金属箱10の側面には、給電線路9を通す切欠き溝(穴でもよい)1002が設けられている。なお、穴1001及び切欠き溝1002のサイズは可能な限り小さいものとする。
In the antenna device according to
次に、図5,6に示した実施の形態2に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、プラズマ励起電源5がOFFの場合の動作は実施の形態1の構成と同様であり、以下ではプラズマ励起電源5がONの場合についてのみ述べる。
Next, the operation principle of the antenna device according to
実施の形態1で示したアンテナ装置では、金属ピン6,7が誘電体チューブ2に接続され、この接続位置から誘電体チューブ2の両端側(下側)に流れる電流は、放射領域外に電波を放射する。そのため、この放射は放射領域での放射効率を劣化させる。そこで、実施の形態2では、この放射効率劣化を改善するために、金属箱10を設ける。
In the antenna device shown in the first embodiment, the
金属箱10内の誘電体チューブ2又は金属ピン6,7から放射した電波は、金属箱10により内部に留められ、誘電体チューブ2を通すために設けた地導体1の穴101から漏れて放射領域に放射される。また、この電波は、プラズマ導体を励振させ、プラズマ導体からの放射量を増加させる。
The radio wave radiated from the
以上のように、この実施の形態2によれば、金属ピン6,7を覆い、地導体1に接地した金属箱10を設けたので、実施の形態1に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, since the
実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態2よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図7はこの発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図7に示す実施の形態3に係るアンテナ装置は、図5,6に示す実施の形態2に係るアンテナ装置に金属筒11を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
In the third embodiment, an antenna device capable of increasing the radiation amount in the radiation region as compared with the second embodiment will be described.
FIG. 7 is a sectional view showing a configuration of an antenna apparatus according to
実施の形態3に係るアンテナ装置では、図7に示すように、金属箱10内に誘電体チューブ2を囲む金属筒11が設けられている。この金属筒11の底面は、金属箱10内の底面に接地されている。すなわち、金属筒11と金属箱10は電気的に接続され、高周波電力の接地電位に保持される。金属筒11と金属箱10との接続方法としては、例えば、はんだ付け、溶接、はめ合わせ、ねじ止め等、一般的な接続方法を用いることができる。金属筒11の部材としては、高周波電力に対して低抵抗であればよく、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の材料を適用することができる。また、削り出し加工等により、金属箱10と金属筒11を一体成型することもできる。また、金属筒11の上端は、金属ピン6,7よりも誘電体チューブ2の両端側(下側)に位置されている。また、金属筒11の高さは、高周波の波長の約1/4よりも短く構成されている。
In the antenna device according to the third embodiment, as shown in FIG. 7, a metal cylinder 11 surrounding the
次に、図7に示した実施の形態3に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、プラズマ励起電源5がOFFの場合の動作は実施の形態1の構成と同様であり、以下ではプラズマ励起電源5がONの場合についてのみ述べる。
Next, the operation principle of the antenna device according to
実施の形態3に係るアンテナ装置では、金属ピン6,7又は誘電体チューブ2から放射した電波の一部が金属箱10内に溜まり、金属筒11の内側を通って下側に伝搬し、放射領域外に放射する。このとき、誘電体チューブ2と金属筒11との間が伝送路となるため、金属筒11の高さを高周波の波長の1/4程度にした場合には、金属筒11の下端(金属箱10に設けた穴1001)で伝送線路が途切れるため解放となり、上端では短絡になる。よって、高周波的には金属筒11の上端には短絡壁がある構造とみなすことができ、金属箱10内の電波が金属筒11内を伝搬して放射領域外へ放射する量は小さくなる。放射領域外での放射量を小さくすることで、地導体1に設けた穴101から漏れる電波が増加する、又は、プラズマ導体を励振させる電磁波(波源)が増加する。したがって、放射領域での放射量も増える。
In the antenna device according to the third embodiment, a part of the radio waves radiated from the
以上のように、この実施の形態3によれば、金属箱10内で誘電体チューブ2を囲み、当該金属箱10内の底面と接地し、上端が金属ピン6,7より当該誘電体チューブ2の両端側に位置する金属筒11を設けたので、実施の形態2に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
As described above, according to the third embodiment, the
なお図7では、金属箱10の底面に金属筒11の下端を接地させ、上側に金属筒11の高さを持たせた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、金属箱10の底面に金属筒11の上端を接地させ、下側に金属筒11の高さを持たせた構成としてもよく、同様の効果を得ることができる。
FIG. 7 shows the case where the lower end of the metal cylinder 11 is grounded to the bottom surface of the
実施の形態4.
実施の形態4では、実施の形態2よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図8はこの発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図8に示す実施の形態4に係るアンテナ装置は、図5,6に示す実施の形態2に係るアンテナ装置にキャパシタ12を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
In the fourth embodiment, an antenna device capable of increasing the radiation amount in the radiation region as compared with the second embodiment will be described.
FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of an antenna apparatus according to
実施の形態4に係るアンテナ装置では、図8に示すように、金属箱10の底面と誘電体チューブ2を高周波で短絡するキャパシタ12が設けられている。このとき、キャパシタ12を設けた位置から、金属ピン6,7が誘電体チューブ2に挿入されている位置までの距離は、高周波の波長の約1/4とする。
このキャパシタ12の設置では、例えば、まず、誘電体チューブ2の、金属箱10の底面に近接した位置に、新たな金属ピンを挿入する。そして、図4と同様のフィルタを介して、金属箱10の底面と誘電体チューブ2とを高周波的に導通させることで構成する。なお、この場合のフィルタは、誘電体基板の両面の線路が重なる部分の長さを、使用する高周波の管内波長の約1/4とする。
In the antenna device according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, a
In installing the
次に、図8に示した実施の形態4に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、プラズマ励起電源5がOFFの場合の動作は実施の形態1の構成と同様であり、以下ではプラズマ励起電源5がONの場合についてのみ述べる。
Next, the operating principle of the antenna device according to
実施の形態4に係るアンテナ装置では、高周波的に導通させるキャパシタ12により、プラズマ導体となる誘電体チューブ2が地導体1と短絡する。そのため、短絡した位置から、高周波の波長の約1/4離れた位置では、理想的なインピーダンスが無限大となる。よって、金属ピン6,7が誘電体チューブ2に挿入される位置から誘電体チューブ2の両端側(下側)に分岐する電流は、誘電体チューブ2にほとんど伝搬しない。よって、放射領域外で放射する量が低下し、放射領域での放射量が増える。
In the antenna device according to the fourth embodiment, the
以上のように、この実施の形態4によれば、金属箱10の底面と誘電体チューブ2を高周波で短絡するキャパシタ12を設けたので、実施の形態2に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
As described above, according to the fourth embodiment, the
実施の形態5.
実施の形態5では、実施の形態1〜4よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図9はこの発明の実施の形態5に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図9に示す実施の形態5に係るアンテナ装置は、図1に示す実施の形態1に係るアンテナ装置に金属箱10、金属筒11及びキャパシタ12を追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
In the fifth embodiment, an antenna device capable of increasing the radiation amount in the radiation region as compared with the first to fourth embodiments will be described.
FIG. 9 is a sectional view showing a configuration of an antenna apparatus according to
このように、実施の形態1の構成に対して、実施の形態2の構成のポイントである金属箱10、実施の形態3の構成のポイントである金属筒11、及び、実施の形態4の構成のポイントであるキャパシタ12を併用することで、実施の形態1〜4に対し、放射領域外への放射量をより低下させ、放射領域の放射効率をより向上させることが可能となる。
Thus, with respect to the configuration of the first embodiment, the
実施の形態6.
実施の形態6では、実施の形態2よりも放射領域での放射量を増やすことが可能となるアンテナ装置について示す。
図10はこの発明の実施の形態6に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。この図10に示す実施の形態6に係るアンテナ装置は、図1に示す実施の形態1に係るアンテナ装置に金属箱10bを追加したものである。その他の基本的な構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
In the sixth embodiment, an antenna device capable of increasing the radiation amount in the radiation region as compared with the second embodiment will be described.
FIG. 10 is a sectional view showing a configuration of an antenna apparatus according to
実施の形態6に係るアンテナ装置では、図10に示すように、誘電体チューブ2の地導体1より両端側(下側)、金属ピン6,7及び電極端子3,4を覆う金属箱10bが設けられている。この金属箱10bは、上面が開口した箱型部材であり、上端が地導体1の下面(下面)に接地されている。また、金属箱10bの底面には、リード線302,402とプラズマ励起電源5とを結ぶ配線を通す穴1003が設けられている。また、金属箱10bの側面には、給電線路9を通す切欠き溝(穴でもよい)1002が設けられている。なお、穴1003及び切欠き溝1002のサイズは可能な限り小さいものとする。
In the antenna device according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 10, the
次に、図10に示した実施の形態6に係るアンテナ装置の動作原理について説明する。ここで、アンテナとしての動作原理は実施の形態2と同様のため、前述と異なる部分についてのみ説明する。以下では、プラズマ励起電源5がONの場合についてのみ述べる。
Next, the operation principle of the antenna device according to
実施の形態2で示したアンテナ装置では、金属箱10よりも下側に伸びる誘電体チューブ2からの放射が、放射領域での放射効率を劣化させていた。それに対して、実施の形態6では、図10に示すように、誘電体チューブ2が金属箱10b内に収まる構成としている。そのため、誘電体チューブ2が放射領域外に電波を放射する量はなくなる。そして、誘電体チューブ2からの電波は金属箱10b内に放射され、金属箱10b内に留められる。そして、金属箱10b内に溜められた電波は、地導体1に設けた穴101から放射領域に漏れ、また、プラズマ導体を励起させる。よって、放射領域での放射効率向上に寄与する。
In the antenna device shown in the second embodiment, the radiation from the
以上のように、この実施の形態6によれば、誘電体チューブ2の地導体1より両端側及び金属ピン6,7を覆い、地導体1に接地した金属箱10bを設けたので、実施の形態2に対し、放射領域での放射量をより増加させることが可能となる。
As described above, according to the sixth embodiment, the
以上、全ての実施の形態で、プラズマ励起電源5がONの場合はアンテナとして動作し、プラズマ励起電源5がOFFの場合は整合が困難であるためアンテナとしての放射量は極めて小さくなり、且つ周囲に配置されたアンテナとの干渉を低減可能とするアンテナ装置になる。
As described above, in all the embodiments, when the plasma
また、従来技術では周波数が高くなるに応じてプラズマ励振用の電極端子が微細になり、プラズマを励起するために小さい電力しか供給できず、プラズマ導体の損失が大きかった。それに対し、本発明の全ての実施の形態では、プラズマ励振用の電極端子3,4のサイズは周波数に依存しないため、プラズマを励振するために高い電力を供給可能となる。よって、プラズマ導体の損失も小さく、放射領域での放射量の低下を招くことなく、アンテナとしての動作が可能となる。
Further, in the prior art, as the frequency increases, the electrode terminal for plasma excitation becomes finer, and only a small electric power can be supplied to excite the plasma, and the loss of the plasma conductor is large. On the other hand, in all the embodiments of the present invention, since the size of the
加えて、高周波の給電線路にフィルタ905を設けることで、高周波電源8への高電圧の印加を防ぎ、かつ、安定的なプラズマ生成を可能にする。
In addition, by providing the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 地導体、2 誘電体チューブ、3,4 電極端子、5 プラズマ励起電源、6,7 金属ピン、8 高周波電源、9 給電線路、10,10b 金属箱、11 金属筒、12 キャパシタ、101 穴、201 折り返し部、301,401 放電電極、302,402 リード線、901 誘電体基板、902 グランドパターン、903 線路(第1の線路)、904 線路(第2の線路)、905 フィルタ、1001,1003 穴、1002 切欠き溝。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ground conductor, 2 Dielectric tube, 3, 4 Electrode terminal, 5 Plasma excitation power supply, 6, 7 Metal pin, 8 High frequency power supply, 9
Claims (4)
内部に電離性ガスを有し、折り返し部を有し、当該折り返し部と両端が前記地導体を境に配置されるよう当該地導体に貫通した誘電体チューブと、
前記誘電体チューブの両端に設けられた電極端子と、
前記電極端子に接続され、前記電離性ガスをプラズマ状態にするプラズマ励起電源と、
前記地導体よりも前記誘電体チューブの両端側において、当該誘電体チューブに挿入された金属ピンと、
前記金属ピンに高周波電力を供給する高周波電源と、
低周波数帯を遮断するフィルタを有し、当該フィルタを介して前記金属ピンと前記高周波電源とを高周波で接続する給電線路と、
前記金属ピンを覆い、前記地導体に接地した金属箱と、
前記誘電体チューブを囲み、当該金属箱の底面に接地し、上端が前記金属ピンより当該誘電体チューブの両端側に位置する金属筒と
を備えたアンテナ装置。 With ground conductors,
A dielectric tube having an ionizing gas inside, having a folded portion, and penetrating the ground conductor so that the folded portion and both ends are arranged with the ground conductor as a boundary,
Electrode terminals provided at both ends of the dielectric tube;
A plasma excitation power source connected to the electrode terminal to bring the ionizable gas into a plasma state;
At the both ends of the dielectric tube from the ground conductor, metal pins inserted into the dielectric tube,
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the metal pin;
A feed line that has a filter that cuts off a low frequency band, and connects the metal pin and the high-frequency power source at a high frequency through the filter;
A metal box covering the metal pin and grounded to the ground conductor;
An antenna device comprising: a metal tube that surrounds the dielectric tube, is grounded to a bottom surface of the metal box, and has an upper end positioned on both ends of the dielectric tube with respect to the metal pin.
ことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, further comprising a capacitor for short-circuiting the bottom and the dielectric tube of the metal box in a high frequency.
内部に電離性ガスを有し、折り返し部を有し、当該折り返し部と両端が前記地導体を境に配置されるよう当該地導体に貫通した誘電体チューブと、
前記誘電体チューブの両端に設けられた電極端子と、
前記電極端子に接続され、前記電離性ガスをプラズマ状態にするプラズマ励起電源と、
前記地導体よりも前記誘電体チューブの両端側において、当該誘電体チューブに挿入された金属ピンと、
前記金属ピンに高周波電力を供給する高周波電源と、
低周波数帯を遮断するフィルタを有し、当該フィルタを介して前記金属ピンと前記高周波電源とを高周波で接続する給電線路と、
前記金属ピンを覆い、前記地導体に接地した金属箱と、
前記金属箱の底面と前記誘電体チューブを高周波で短絡するキャパシタと
を備えたアンテナ装置。 With ground conductors,
A dielectric tube having an ionizing gas inside, having a folded portion, and penetrating the ground conductor so that the folded portion and both ends are arranged with the ground conductor as a boundary,
Electrode terminals provided at both ends of the dielectric tube;
A plasma excitation power source connected to the electrode terminal to bring the ionizable gas into a plasma state;
At the both ends of the dielectric tube from the ground conductor, metal pins inserted into the dielectric tube,
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the metal pin;
A feed line that has a filter that cuts off a low frequency band, and connects the metal pin and the high-frequency power source at a high frequency through the filter;
A metal box covering the metal pin and grounded to the ground conductor;
The antenna apparatus provided with the capacitor which short-circuits the bottom face of the said metal box, and the said dielectric material tube at high frequency.
前記フィルタは、前記第1、2の線路が前記誘電体基板を挟んで重ねられることで構成された
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。 The feeder line is composed of first and second lines formed on both surfaces of the dielectric substrate,
The filter, an antenna device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said first and second line is configured by being overlapped across the dielectric substrate.
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