JP7038634B2 - Antenna device and railroad vehicle - Google Patents
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本願明細書に開示される技術は、アンテナ装置、および、鉄道車両に関するものである。 The techniques disclosed herein relate to antenna devices and railroad vehicles.
架線電圧検知および無線通信の共用アンテナは、電車の屋根の上に搭載される。当該共用アンテナには、架線電圧検知システム向けの用途と無線通信システム向けの用途とがある。 The shared antenna for overhead line voltage detection and wireless communication is mounted on the roof of the train. The shared antenna has a use for an overhead line voltage detection system and a use for a wireless communication system.
架線電圧検知システムは、電車の上方に配線される架線の電圧が加圧状態であることを確認するためのシステムである。架線電圧検知システムは、交流電源を用いる場合に使用される。 The overhead wire voltage detection system is a system for confirming that the voltage of the overhead wire wired above the train is in a pressurized state. The overhead line voltage detection system is used when an AC power supply is used.
一方で、無線通信システムは、地上側の基地局と車両側の移動局との間の通信、または、緊急事態発生時の防護無線を、車両に搭載されたアンテナで受信する用途などに使用される。当該通信に使用される周波数帯は、たとえば、VHF帯またはUHF帯などである。 On the other hand, the wireless communication system is used for communication between a base station on the ground side and a mobile station on the vehicle side, or for receiving a protective radio in the event of an emergency with an antenna mounted on the vehicle. To. The frequency band used for the communication is, for example, a VHF band or a UHF band.
架線電圧検知および無線通信の共用アンテナは、平面導体と、柱状導体とを備える(たとえば、非特許文献1を参照)。 The shared antenna for overhead line voltage detection and wireless communication includes a planar conductor and a columnar conductor (see, for example, Non-Patent Document 1).
柱状導体および平面導体には、架線との間に発生する静電容量によって、架線電源周波数で交流電圧がそれぞれ誘起される。そして、平面導体は、無線周波数においてモノポールアンテナとして動作する。 AC voltage is induced in the columnar conductor and the planar conductor at the overhead wire power supply frequency due to the capacitance generated between the columnar conductor and the planar conductor. The planar conductor then operates as a monopole antenna at radio frequencies.
しかしながら、非特許文献1に示されるような構成では、柱状導体の長さLが0.25波長に相当しており、比較的長い。そのため、電車走行時の風切り音が大きいという課題があった。
However, in the configuration as shown in
さらに、上記のように柱状導体の長さLが比較的長いために、柱状導体は、無線周波数で平面導体と電磁界結合している。そうすると、柱状導体に高周波電流が流れる。 Further, since the length L of the columnar conductor is relatively long as described above, the columnar conductor is electromagnetically coupled to the planar conductor at a radio frequency. Then, a high frequency current flows through the columnar conductor.
このため、柱状導体に流れる高周波電流からの天頂方向への放射が大きくなり、水平方向の利得が低下するという課題があった。 Therefore, there is a problem that the radiation from the high frequency current flowing through the columnar conductor in the zenith direction becomes large and the gain in the horizontal direction decreases.
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、風切り音を抑え、かつ、水平方向利得を高める技術を提供することを目的とするものである。 The technique disclosed in the present specification has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a technique for suppressing wind noise and increasing horizontal gain. It is a thing.
本願明細書に開示される技術の第1の態様は、グランド導体板と、前記グランド導体板と連結される基板と、前記基板の第1の面に形成され、かつ、前記基板の前記グランド導体板と連結される端部とは反対側に位置する第1の平面導体と、前記基板の前記第1の面に形成され、前記第1の平面導体とは離間し、かつ、前記グランド導体板に接触する第2の平面導体と、前記基板の、前記グランド導体板と連結される端部とは反対側に配置される柱状導体と、前記基板の前記第1の面とは反対側の面である第2の面に形成され、第1の端部が無線端子を介して前記グランド導体板に接続され、かつ、前記第1の端部とは反対側の端部である第2の端部が平面視で前記第1の平面導体と重なる位置に配置される開放端である、第1の先端開放線路と、前記基板の前記第2の面に形成され、第3の端部が架線電圧検知端子を介して前記グランド導体板に接続され、かつ、前記第3の端部とは反対側の端部である第4の端部が前記第1の平面導体と短絡する短絡端である、第1の先端短絡線路と、前記基板の前記第2の面に形成され、第5の端部が接続導体を介して前記柱状導体に接続され、かつ、前記第5の端部とは反対側の端部である第6の端部が前記第1の平面導体と短絡する短絡端である、第2の先端短絡線路と、前記基板の前記第2の面に形成され、第7の端部が前記第2の平面導体と接続し、かつ、前記第7の端部とは反対側の端部である第8の端部が平面視で前記第1の平面導体と重なる位置に配置される開放端である、第2の先端開放線路とを備え、前記第1の平面導体と前記第2の平面導体とを離間する領域を離間領域とし、前記第1の平面導体には、前記離間領域から前記柱状導体に近づく方向に延びるスリットが形成され、前記スリットは、平面視で、前記第1の先端開放線路と前記第2の先端開放線路とに挟まれる位置に形成される。 The first aspect of the technique disclosed in the present specification is a ground conductor plate, a substrate connected to the ground conductor plate, and the ground conductor formed on the first surface of the substrate and the ground conductor of the substrate. A first flat conductor located on the side opposite to the end connected to the plate, and the ground conductor plate formed on the first surface of the substrate and separated from the first flat conductor. A second planar conductor in contact with, a columnar conductor arranged on the side of the substrate opposite to the end connected to the ground conductor plate, and a surface of the substrate opposite to the first surface. The second end is formed on the second surface, the first end is connected to the ground conductor plate via a radio terminal, and the end is opposite to the first end. The first open end line, which is an open end whose portion is arranged at a position overlapping the first plane conductor in a plan view, and the second surface of the substrate, the third end is an overhead wire. The fourth end, which is connected to the ground conductor plate via the voltage detection terminal and is the end opposite to the third end, is a short-circuit end short-circuited with the first flat conductor. , The first short-circuit line at the tip and the second surface of the substrate, the fifth end is connected to the columnar conductor via a connecting conductor, and is opposite to the fifth end. A sixth end, which is a side end, is a short-circuit end that short-circuits with the first flat conductor, a second tip short-circuit line, and a seventh end formed on the second surface of the substrate. The portion is connected to the second plane conductor, and the eighth end portion, which is the end portion opposite to the seventh end portion, is arranged at a position where it overlaps with the first plane conductor in a plan view. A region that is provided with a second open end line, which is an open end, and separates the first plane conductor from the second plane conductor is defined as a separation region, and the first plane conductor is separated from the first plane conductor. A slit extending from the region toward the columnar conductor is formed, and the slit is formed at a position sandwiched between the first open-ended line and the second open-ended line in a plan view.
また、本願明細書に開示される技術の第2の態様は、上記の態様に関するアンテナ装置を備える。 In addition, a second aspect of the technique disclosed in the present specification comprises an antenna device according to the above aspect.
本願明細書に開示される技術の第1の態様は、グランド導体板と、前記グランド導体板と連結される基板と、前記基板の第1の面に形成され、かつ、前記基板の前記グランド導体板と連結される端部とは反対側に位置する第1の平面導体と、前記基板の前記第1の面に形成され、前記第1の平面導体とは離間し、かつ、前記グランド導体板に接触する第2の平面導体と、前記基板の、前記グランド導体板と連結される端部とは反対側に配置される柱状導体と、前記基板の前記第1の面とは反対側の面である第2の面に形成され、第1の端部が無線端子を介して前記グランド導体板に接続され、かつ、前記第1の端部とは反対側の端部である第2の端部が平面視で前記第1の平面導体と重なる位置に配置される開放端である、第1の先端開放線路と、前記基板の前記第2の面に形成され、第3の端部が架線電圧検知端子を介して前記グランド導体板に接続され、かつ、前記第3の端部とは反対側の端部である第4の端部が前記第1の平面導体と短絡する短絡端である、第1の先端短絡線路と、前記基板の前記第2の面に形成され、第5の端部が接続導体を介して前記柱状導体に接続され、かつ、前記第5の端部とは反対側の端部である第6の端部が前記第1の平面導体と短絡する短絡端である、第2の先端短絡線路と、前記基板の前記第2の面に形成され、第7の端部が前記第2の平面導体と接続し、かつ、前記第7の端部とは反対側の端部である第8の端部が平面視で前記第1の平面導体と重なる位置に配置される開放端である、第2の先端開放線路とを備え、前記第1の平面導体と前記第2の平面導体とを離間する領域を離間領域とし、前記第1の平面導体には、前記離間領域から前記柱状導体に近づく方向に延びるスリットが形成され、前記スリットは、平面視で、前記第1の先端開放線路と前記第2の先端開放線路とに挟まれる位置に形成される。このような構成によれば、スリットが、平面視で、第1の先端開放線路と第2の先端開放線路とに挟まれる位置に形成されることによって、風切り音を抑え、かつ、水平方向利得を高めるために柱状導体の長さを短くする場合であっても、適切にインピーダンスを整合させることができる。 The first aspect of the technique disclosed in the present specification is a ground conductor plate, a substrate connected to the ground conductor plate, and the ground conductor formed on the first surface of the substrate and the ground conductor of the substrate. A first flat conductor located on the side opposite to the end connected to the plate, and the ground conductor plate formed on the first surface of the substrate and separated from the first flat conductor. A second planar conductor in contact with, a columnar conductor arranged on the side of the substrate opposite to the end connected to the ground conductor plate, and a surface of the substrate opposite to the first surface. The second end is formed on the second surface, the first end is connected to the ground conductor plate via a radio terminal, and the end is opposite to the first end. The first open end line, which is an open end whose portion is arranged at a position overlapping the first plane conductor in a plan view, and the second surface of the substrate, the third end is an overhead wire. The fourth end, which is connected to the ground conductor plate via the voltage detection terminal and is the end opposite to the third end, is a short-circuit end short-circuited with the first flat conductor. , The first short-circuit line at the tip and the second surface of the substrate, the fifth end is connected to the columnar conductor via a connecting conductor, and is opposite to the fifth end. A sixth end, which is a side end, is a short-circuit end that short-circuits with the first flat conductor, a second tip short-circuit line, and a seventh end formed on the second surface of the substrate. The portion is connected to the second plane conductor, and the eighth end portion, which is the end portion opposite to the seventh end portion, is arranged at a position where it overlaps with the first plane conductor in a plan view. A region that is provided with a second open end line, which is an open end, and separates the first plane conductor from the second plane conductor is defined as a separation region, and the first plane conductor is separated from the first plane conductor. A slit extending from the region toward the columnar conductor is formed, and the slit is formed at a position sandwiched between the first open-ended line and the second open-ended line in a plan view. According to such a configuration, the slit is formed at a position sandwiched between the first open-ended line and the second open-ended line in a plan view, thereby suppressing wind noise and gaining in the horizontal direction. Even when the length of the columnar conductor is shortened in order to increase the impedance, the impedance can be properly matched.
また、本願明細書に開示される技術の第2の態様は、上記の態様に関するアンテナ装置を備える。このような構成によれば、風切り音を抑え、かつ、水平方向利得を高めるために柱状導体の長さを短くする場合であっても、適切にインピーダンスを整合させることができる。 In addition, a second aspect of the technique disclosed in the present specification comprises an antenna device according to the above aspect. According to such a configuration, even when the length of the columnar conductor is shortened in order to suppress the wind noise and increase the horizontal gain, the impedance can be appropriately matched.
また、本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。 Also, the objectives, features, aspects and advantages of the technology disclosed herein will be further clarified by the detailed description and accompanying drawings set forth below.
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the attached drawings.
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。 It should be noted that the drawings are shown schematically, and for convenience of explanation, the configuration is omitted or the configuration is simplified as appropriate. Further, the interrelationship between the sizes and positions of the configurations and the like shown in different drawings is not always accurately described and can be changed as appropriate. Further, even in a drawing such as a plan view which is not a cross-sectional view, hatching may be added to facilitate understanding of the contents of the embodiment.
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。 Further, in the description shown below, similar components are illustrated with the same reference numerals, and their names and functions are the same. Therefore, detailed description of them may be omitted to avoid duplication.
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。 Also, in the description described below, a specific position and direction such as "top", "bottom", "left", "right", "side", "bottom", "front" or "back". Even if terms that mean are used, these terms are used for convenience to facilitate understanding of the content of the embodiments and have nothing to do with the direction in which they are actually implemented. It doesn't.
また、以下に記載される説明において、「第1の」、または、「第2の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。 Also, even if ordinal numbers such as "first" or "second" may be used in the description described below, these terms should be used to understand the content of the embodiment. It is used for convenience for the sake of facilitation, and is not limited to the order that can occur due to these ordinal numbers.
<第1の実施の形態>
以下、本実施の形態に関するアンテナ装置、および、鉄道車両について説明する。説明の便宜上、まず、柱状導体の長さが比較的長いアンテナ装置の構成について説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the antenna device and the railroad vehicle according to the present embodiment will be described. For convenience of explanation, first, the configuration of an antenna device having a relatively long columnar conductor will be described.
<アンテナ装置の構成について>
図1は、架線電圧検知および無線通信の共用アンテナの構成の例を概略的に示す図である。図1に例が示されるように、共用アンテナは、平面導体12aと、柱状導体6とを備える。
<About the configuration of the antenna device>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a shared antenna for overhead line voltage detection and wireless communication. As an example is shown in FIG. 1, the shared antenna includes a
より具体的には、共用アンテナは、無線端子1と、架線電圧検知端子2と、柱状導体6と、基板11と、平面導体12aと、先端開放線路21と、先端短絡線路31a、先端短絡線路32と、短絡点41と、短絡点42と、グランド導体板51と、接続導体61とを備える。
More specifically, the shared antenna includes a
平面導体12aは、グランド導体板51に対して略垂直に設置された基板11の裏面(すなわち、紙面奥側の面)に形成されている。また、先端開放線路21と、先端短絡線路31aと、先端短絡線路32とは、基板11の表面(紙面手前側の面)に形成されている。
The
柱状導体6は、基板11の上方近傍において、基板11に略平行に設置される。通常、架線101が、柱状導体6の上方に間隔を空けて設置される。
The
先端開放線路21の一端は、無線端子1と接続される、また、先端短絡線路31aの短絡点41とは反対側の端部は、架線電圧検知端子2と接続される。
One end of the open-ended
架線電圧検知端子2は、先端短絡線路31aの一端とグランド導体板51との間に設置される。架線電圧検知端子2は、架線検知電圧を検出する。先端短絡線路32の一端は、接続導体61を介して、柱状導体6と接続される。
The overhead wire
先端短絡線路31aの他端は、短絡点41によって平面導体12aに短絡されている。また、先端短絡線路32の他端は、短絡点42によって平面導体12aに短絡されている。
The other end of the tip short-
先端開放線路21は、無線周波数で約1/4波長の電気長であり、無線端子1と平面導体12aとを、架線電源周波数で遮断させ、かつ、無線周波数で短絡させるために設置されている。
The open-ended
先端短絡線路31aは、無線周波数で約1/4波長の電気長であり、架線電圧検知端子2と平面導体12aとを、架線電源周波数で導通させ、かつ、無線周波数で遮断させるために設置されている。
The tip short-
先端短絡線路32は、無線周波数で約1/4波長の電気長であり、平面導体12aと柱状導体6とを、架線電源周波数で導通させ、かつ、無線周波数で遮断させるために設置されている。
The tip short-
柱状導体6は、架線電圧検知用の導体として動作する。一方で、平面導体12aは、無線通信用の放射素子としての機能と、架線電圧検知用の導体としての機能とを有する。
The
柱状導体6および平面導体12aには、架線101との間に発生する静電容量71によって、架線電源周波数で交流電圧がそれぞれ誘起される。そして、平面導体12aは、無線周波数においてモノポールアンテナとして動作する。
An AC voltage is induced in the
図2は、本実施の形態に関する、アンテナ装置の構成の例を概略的に示す図である。また、図3は、本実施の形態に関する、アンテナ装置の無線周波数における等価回路の例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the antenna device according to the present embodiment. Further, FIG. 3 is a diagram showing an example of an equivalent circuit at the radio frequency of the antenna device according to the present embodiment.
また、図4は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、無線周波数での動作の例を示す図である。また、図5は、スリットおよび先端開放線路を有さない、通常のモノポール構造の例を示す図である。 Further, FIG. 4 is a diagram showing an example of the operation of the antenna device according to the present embodiment at a radio frequency. Further, FIG. 5 is a diagram showing an example of a normal monopole structure having no slit and an open-ended line.
また、図6は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、無線端子から見た入力インピーダンスの計算結果を示す図である。また、図7は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、flにおける垂直偏波の水平面での放射パターンの計算結果を示す図である。また、図8は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、fhにおける垂直偏波の水平面での放射パターンの計算結果を示す図である。 Further, FIG. 6 is a diagram showing a calculation result of the input impedance seen from the wireless terminal of the antenna device according to the present embodiment. Further, FIG. 7 is a diagram showing the calculation result of the radiation pattern of the antenna device according to the present embodiment in the horizontal plane of vertically polarized waves in f. Further, FIG. 8 is a diagram showing the calculation result of the radiation pattern of the antenna device according to the present embodiment in the horizontal plane of vertical polarization at fh .
図2に例が示されるように、本実施の形態に関するアンテナ装置は、無線端子1と、架線電圧検知端子2と、柱状導体6と、基板11と、平面導体12、平面導体13と、スリット16と、先端開放線路21と、先端開放線路22と、先端短絡線路31と、先端短絡線路32と、短絡点41と、短絡点42と、接続点46と、グランド導体板51と、接続導体61とを備える。
As an example shown in FIG. 2, the antenna device according to the present embodiment includes a
本実施の形態に関するアンテナ装置は、架線電圧検知および無線通信の共用アンテナである。架線電源の周波数は、50Hzまたは60Hzなどが用いられる。無線信号の周波数としては、VHF帯またはUHF帯などが用いられる。ここで、使用される無線信号の周波数帯域の中心周波数をf0、下限周波数をfl、上限周波数をfhとする。 The antenna device according to this embodiment is a shared antenna for overhead line voltage detection and wireless communication. The frequency of the overhead wire power supply is 50 Hz, 60 Hz, or the like. As the frequency of the radio signal, a VHF band, a UHF band, or the like is used. Here, the center frequency of the frequency band of the radio signal used is f 0 , the lower limit frequency is f l , and the upper limit frequency is f h .
グランド導体板51は板状の導体であり、たとえば、電車の屋根をグランド導体板51として使用することが考えられる。ここでは、グランド導体板51は、水平面(すなわち、図2のxy平面)に略平行であるものとする。
The
基板11は、グランド導体板51に略垂直に連結される。そして、平面導体12および平面導体13は、それぞれ基板11の裏面(すなわち、図2の紙面奥側の面)に形成されている。
The
平面導体12は、基板11の裏面における+z側、すなわち、グランド導体板51と連結される端部とは反対側に位置する。
The
柱状導体6は、基板11の上方近傍において、基板11に略平行に設置される。すなわち、柱状導体6は、基板11の、グランド導体板51と連結される端部とは反対側に配置される。柱状導体6の長さLは、f0において0.2波長以下の長さとする。
The
平面導体13は、基板11の下部、すなわち、基板11のグランド導体板51に近接する部分に配置される。そして、平面導体13は、グランド導体板51に接触している。
The
平面導体12は、平面導体13の上部において平面導体12の近傍に設置されているが、平面導体13と接続されてはいない。すなわち、平面導体12と平面導体13とは、離間領域100を隔てて離間して配置される。
The
また、平面導体12の下辺からは、スリット16が上方に向けて形成されている。すなわち、平面導体12には、離間領域100から柱状導体6に近づく方向に延びるスリット16が形成される。
Further, a
スリット16の長さは、f0で約1/4波長の電気長(すなわち、基板11による波長短縮を考慮した実効波長で約1/4波長)である。
The length of the
先端開放線路21と、先端開放線路22と、先端短絡線路31と、先端短絡線路32とは、基板11の表面(すなわち、図2の紙面手前側の面)に形成されている。
The tip
無線端子1は、先端開放線路21の一端とグランド導体板51との間に設置される。無線端子1によって、無線信号が送受信される。
The
先端開放線路22の一端は、接続点46において平面導体13と接続される。先端開放線路21の他端、および、先端開放線路22の他端は平面視で平面導体12と重なる位置に配置される開放端である。先端開放線路22は、平面導体12において、スリット16から見て先端開放線路21が位置する側とは反対側に設置される。
One end of the open-ended
架線電圧検知端子2は、先端短絡線路31の一端とグランド導体板51との間に設置される。そして、架線電圧検知端子2によって、架線電圧が検出される。先端短絡線路32の一端は、接続導体61を介して、柱状導体6と接続される。
The overhead wire
先端短絡線路31の他端は、短絡点41によって平面導体12に短絡されている。先端短絡線路32の他端は、短絡点42によって平面導体12に短絡されている。
The other end of the tip short-
先端開放線路21および先端短絡線路31は、その一端においては平面導体13をグランドとする伝送線路であり、かつ、その他端においては平面導体12をグランドとする伝送線路である。
The open-ended
一方で、先端開放線路22および先端短絡線路32は、平面導体12をグランドとする伝送線路である。
On the other hand, the tip
先端開放線路21は、無線端子1と平面導体12とを、架線電源周波数で遮断させるために設置されている。
The open-ended
先端開放線路22は、f0で約1/4波長の電気長(すなわち、基板11による波長短縮を考慮した実効波長で約1/4波長)であり、平面導体12と平面導体13とを、架線電源周波数で遮断させ、かつ、無線周波数で短絡させるために設置されている。
The open-ended
先端短絡線路31は、f0で約1/4波長の電気長であり、架線電圧検知端子2と平面導体12とを、架線電源周波数で導通させ、かつ、無線周波数で遮断させるために設置されている。
The tip short-
先端短絡線路32は、f0で約1/4波長の電気長であり、平面導体12と柱状導体6とを、架線電源周波数で導通させ、かつ、無線周波数で遮断させるために設置されている。
The tip short-
<アンテナ装置の動作について>
次に、図2から図8を参照しつつ、本実施の形態に関するアンテナ装置の動作について説明する。
<About the operation of the antenna device>
Next, the operation of the antenna device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 8.
まず、架線電圧検知機能について説明する。通常、架線101は、柱状導体6の上方に間隔を空けて設置される。そして、架線101と柱状導体6との間、および、架線101と平面導体12との間には、静電容量が発生する。
First, the overhead wire voltage detection function will be described. Normally, the
ここで、柱状導体6と平面導体12との間は、架線電源周波数において先端短絡線路32によって導通している。また、平面導体12は、架線電源周波数において、無線端子1、グランド導体板51、および、平面導体13とは遮断されており、かつ、先端短絡線路31によって架線電圧検知端子2とは導通している。
Here, the
一方で、無線端子1と平面導体12との間は、架線電源周波数において先端開放線路21によって遮断されている。また、平面導体12と平面導体13との間も、架線電源周波数において先端開放線路22によって遮断されている。
On the other hand, the
したがって、柱状導体6および平面導体12には、架線101との間に発生する静電容量によって、架線電源周波数で交流電圧が誘起される。そして、この交流電圧は、架線電圧検知端子2によって検出することができる。
Therefore, an AC voltage is induced in the
架線検知電圧を高くするためには、架線101と柱状導体6との間、および、架線101と平面導体12との間に発生する静電容量を大きくする必要がある。
In order to increase the overhead wire detection voltage, it is necessary to increase the capacitance generated between the
静電容量は、柱状導体6の長さを長くする、または、平面導体12のサイズを大きくすることによって、大きくすることができる。
The capacitance can be increased by increasing the length of the
次に、無線通信機能について説明する。無線端子1によって無線周波数において電気信号が入力されると、先端開放線路21に高周波電流が流れる。
Next, the wireless communication function will be described. When an electric signal is input at a radio frequency by the
先端開放線路21は、無線端子1と平面導体12との間に直列に接続されたリアクタンスと見なすことができる。そのため、先端開放線路21を介して、平面導体12に主として図2のz軸方向に高周波電流が流れ、平面導体12がモノポールとして共振することによって、平面導体12から電磁波が放射される。
The open-ended
ここで、平面導体12と架線電圧検知端子2との間は、無線周波数において、先端短絡線路31によって遮断されている。また、平面導体12と柱状導体6との間は、無線周波数において、先端短絡線路32によって遮断されている。
Here, the
図3は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、無線周波数における等価回路の例を示す図である。平面導体12の共振は、図3におけるキャパシタンス202、インダクタンス203、および、抵抗204からなる直列共振回路201と見なすことができる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an equivalent circuit at a radio frequency of the antenna device according to the present embodiment. The resonance of the
先端開放線路21の電気長が約1/4波長であれば、無線端子1と平面導体12とが短絡していると見なすことができる。
If the electrical length of the open-ended
また、先端開放線路21の電気長が1/4波長以下であれば、先端開放線路21を、無線端子1と平面導体12との間に直列に接続されたキャパシタンスと見なすことができる。
Further, if the electric length of the open-ended
また、先端開放線路21の電気長が1/4波長以上であれば、先端開放線路21を、無線端子1と平面導体12との間に直列に接続されたインダクタンスと見なすことができる。
Further, if the electric length of the open-ended
したがって、先端開放線路21の長さを変化させることによって、アンテナの入力インピーダンスの虚部がf0においておおむね0となるように調整することができる。
Therefore, by changing the length of the open-ended
また、本実施の形態に関するアンテナ装置では、柱状導体6の長さLをf0で0.2波長以下と短くすることによって、平面導体12と柱状導体6との電磁界結合量を抑制する。そうすることによって、柱状導体6に流れる高周波電流を低減させることができる。
Further, in the antenna device according to the present embodiment, the length L of the
したがって、柱状導体6に流れる高周波電流からの天頂方向(すなわち、図2の+z方向)への放射を抑制することができるため、結果として、平面導体12に流れる高周波電流からの放射が大きくなり、水平方向(すなわち、図2のxy面)の利得を向上させることができる。
Therefore, the radiation from the high frequency current flowing through the
一方、柱状導体6の長さLがf0で0.25波長よりも短くなると、アンテナ装置の入力インピーダンスの実部が低くなる。そのため、インピーダンス整合を維持することが困難となる。
On the other hand, when the length L of the
ここで、柱状導体6の長さLがf0で0.25波長程度であった場合には、平面導体12がモノポールとして共振するモードの他に、平面導体12と柱状導体6とが電磁界結合し、柱状導体6と平面導体12の上部とがダイポールとして共振するモードが存在する。
Here, when the length L of the
この2つの共振モードによって、2共振特性となるため、アンテナ装置の入力インピーダンス実部を高くして、インピーダンス整合を実現することができていた。 Since these two resonance modes have two resonance characteristics, it was possible to increase the input impedance real part of the antenna device and realize impedance matching.
しかしながら、柱状導体6の長さLがf0で0.2波長以下であり短い場合には、平面導体12と柱状導体6との電磁界結合量が小さい。そのため、平面導体12がモノポールとして共振するモードのみとなる。これによって、アンテナ装置の入力インピーダンスの実部が低くなり、インピーダンス整合を維持することが困難となる。
However, when the length L of the
また、一方で、柱状導体6の長さLを短くしてアンテナ装置を小型化する場合、架線電圧検知性能を確保するためには、平面導体12のサイズを大きくすることが望ましい。
On the other hand, when the length L of the
そこで、平面導体12にスリット16を形成して、平面導体12の、スリット16から見て先端開放線路21が位置する側とは反対側に先端開放線路22を配置する。
Therefore, a
図4は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、無線周波数での動作の例を示す図である。この場合、図2における先端開放線路22が、無線周波数で平面導体12と平面導体13とを短絡させることによって、平面導体12と平面導体13とが短絡点143で短絡されていると見なすことができる(図4においては、短絡している状態の先端開放線路22は図示が省略されている)。なお、図5は、スリットおよび先端開放線路を有さない、通常のモノポール構造の例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of operation of the antenna device according to the present embodiment at a radio frequency. In this case, it can be considered that the open-ended
したがって、本実施の形態に関するアンテナ装置は、等価的に折り返しモノポール構造と見なすことができる。 Therefore, the antenna device according to the present embodiment can be equivalently regarded as a folded monopole structure.
折り返しモノポール構造とすると、図5に例が示される通常のモノポール構造と比較して、アンテナの入力インピーダンス実部を高くすることができる。これは、無線端子1の電流が短絡点143に分散され、給電電流が小さくなることによる。
When the folded monopole structure is used, the input impedance real part of the antenna can be made higher than that of the normal monopole structure shown in FIG. 5 as an example. This is because the current of the
また、図2のアンテナ装置において、スリット16の位置を左右方向(すなわち、図2の±x方向)に変化させることによって、アンテナの入力インピーダンス実部を制御することが可能である。
Further, in the antenna device of FIG. 2, the actual input impedance portion of the antenna can be controlled by changing the position of the
スリット16を左方向(すなわち、図2の+x方向)に動かすとインピーダンス実部が高くなり、また、右方向(すなわち、図2の-x方向)に動かすとインピーダンス実部が低くなる。したがって、スリット16の位置を調整すれば、インピーダンス整合を実現することができる。
When the
以下に計算結果の例を示す。本実施の形態に関するアンテナ装置において、f0でH=0.17波長とし、L=0.17波長とした場合に、有限要素法を用いて計算を行う。ここで、平面導体12の横幅はf0でLa=0.25波長とする。
An example of the calculation result is shown below. In the antenna device according to the present embodiment, when H = 0.17 wavelength and L = 0.17 wavelength at f 0 , the calculation is performed using the finite element method. Here, the width of the
図6は、実施の形態に関するアンテナ装置の、無線端子1から見た入力インピーダンスの計算結果を示す図である。ここで、規格化インピーダンスは50Ωである。
FIG. 6 is a diagram showing a calculation result of the input impedance seen from the
図6を参照すれば、使用周波数帯域(すなわち、fl、f0およびfhを含む帯域)において、voltage standing wave ratio(VSWR)は2以下となっている。すなわち、インピーダンス整合が取れていることを確認することができる。 Referring to FIG. 6, the volume standing wave ratio (VSWR) is 2 or less in the frequency band used (that is, the band including f l , f 0 , and f h ). That is, it can be confirmed that impedance matching is achieved.
図7は、実施の形態に関するアンテナ装置の、flにおける垂直偏波の水平面(すなわち、図2のxy平面)での放射パターンの計算結果を示す図である。また、図8は、実施の形態に関するアンテナ装置の、fhにおける垂直偏波の水平面(すなわち、図2のxy平面)での放射パターンの計算結果を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the calculation result of the radiation pattern of the antenna device according to the embodiment in the horizontal plane of vertically polarized waves (that is, the xy plane of FIG. 2). Further, FIG. 8 is a diagram showing the calculation result of the radiation pattern of the antenna device according to the embodiment in the horizontal plane of vertical polarization in fh (that is, the xy plane of FIG. 2).
図1におけるアンテナ装置は、図1においてf0でH=0.18波長、L=0.25波長とした場合の計算結果が示されている。 The calculation result of the antenna device in FIG. 1 is shown in FIG. 1 when H = 0.18 wavelength and L = 0.25 wavelength at f0 .
図7および図8を参照すれば、図2における本実施の形態に関するアンテナ装置の構成によって、flおよびfhにおける水平面内の利得が、図1におけるアンテナ装置における場合よりも向上していることを確認することができる。 Referring to FIGS. 7 and 8, the configuration of the antenna device according to the present embodiment in FIG. 2 has improved the gain in the horizontal plane at f and f as compared with the case of the antenna device in FIG. Can be confirmed.
なお、平面導体12の形状は、本実施の形態において示された形状に限定されるものではない。ただし、平面導体12のサイズを大きくした場合には、架線101との間の静電容量が大きくなるため、架線検知電圧を高くすることができる。
The shape of the
また、平面導体13の形状も、本実施の形態において示された形状に限定されるものではない。平面導体13は、接続点46が設けられる程度の高さを有していればよい。たとえば、平面導体13は、f0で0.01波長の高さがあればよい。
Further, the shape of the
基板11の形状は、平面導体12および平面導体13が基板11の裏面において形成することができる形状であればよい。ただし、基板11の形状は、風切り音の音量が所望の値以下となる形状である必要がある。
The shape of the
また、通常のモノポール構造では、アンテナの高さHが低くなるにつれて、アンテナの入力インピーダンスの実部が低くなる。そのため、インピーダンス整合が困難となる。 Further, in a normal monopole structure, as the height H of the antenna decreases, the actual part of the input impedance of the antenna decreases. Therefore, impedance matching becomes difficult.
したがって、本実施の形態に関するアンテナ装置の構成は、アンテナの高さHがf0で0.2波長より低い場合、特に有効となる。 Therefore, the configuration of the antenna device according to the present embodiment is particularly effective when the height H of the antenna is f 0 and is lower than 0.2 wavelength.
先端開放線路21の幅、先端開放線路22の幅、先端短絡線路31の幅、および、先端短絡線路32の幅は、本実施の形態に示される態様に限定されるものではない。しかしながら、たとえば、線路の特性インピーダンスが50Ωとなる幅とすることができる。
The width of the open-ended
また、先端開放線路21、先端開放線路22、先端短絡線路31および先端短絡線路32の這い回し経路は、本実施の形態に示される態様に限定されるものではない。しかしながら、たとえば、基板11の表面に形成することができるように、経路が途中で折り曲げられてもよい。
Further, the crawling path of the tip
以上のように、アンテナ装置を、柱状導体6と、基板11と、平面導体12、平面導体13と、スリット16と、先端開放線路21と、先端開放線路22と、先端短絡線路31と、先端短絡線路32とを備える構成とすることによって、風切り音が小さく、水平方向利得が高く、かつ、小型の、架線電圧検知および無線通信の共用アンテナを得ることができる。
As described above, the antenna device includes the
<第2の実施の形態>
本実施の形態に関するアンテナ装置、および、鉄道車両について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Second embodiment>
An antenna device and a railroad vehicle according to the present embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiments will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..
<アンテナ装置の構成について>
本実施の形態では、第1の実施の形態に関するアンテナ装置に、さらに、先端開放線路23および先端短絡線路33が追加された場合の構成について説明する。
<About the configuration of the antenna device>
In the present embodiment, the configuration when the tip
図9は、本実施の形態に関する、アンテナ装置の構成の例を概略的に示す図である。また、図10は、本実施の形態に関する、アンテナ装置の無線周波数における等価回路の例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the antenna device according to the present embodiment. Further, FIG. 10 is a diagram showing an example of an equivalent circuit at the radio frequency of the antenna device according to the present embodiment.
また、図11は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、無線端子から見た入力インピーダンスの計算結果を示す図である。 Further, FIG. 11 is a diagram showing a calculation result of the input impedance seen from the wireless terminal of the antenna device according to the present embodiment.
図9に例が示されるように、本実施の形態に関するアンテナ装置は、無線端子1と、架線電圧検知端子2と、柱状導体6と、基板11と、平面導体12、平面導体13と、スリット16と、先端開放線路21と、先端開放線路22と、先端開放線路23と、先端短絡線路31と、先端短絡線路32と、先端短絡線路33と、短絡点41と、短絡点42と、短絡点43と、接続点46と、グランド導体板51と、接続導体61とを備える。
As an example shown in FIG. 9, the antenna device according to the present embodiment includes a
先端開放線路23および先端短絡線路33は、基板11の表面(すなわち、図9の紙面手前側の面)に形成されている。
The tip
先端開放線路23および先端短絡線路33は、平面視において平面導体13に対応する位置に配置される。先端開放線路23および先端短絡線路33は、平面導体13をグランドとする伝送線路である。
The tip
先端開放線路23の一端は先端開放線路21と接続され、先端短絡線路33の一端は先端開放線路21と接続されている。
One end of the open-ended
一方で、先端開放線路23の他端は平面視で平面導体13と重なる位置に配置される開放端である。また、先端短絡線路33の他端は、短絡点43によって平面導体13に短絡されている。
On the other hand, the other end of the open-ended
図10は、本実施の形態に関するアンテナ装置の、無線周波数における等価回路の例を示す図である。平面導体12の共振は、図10におけるキャパシタンス202、インダクタンス203、および、抵抗204からなる直列共振回路201と見なすことができる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of an equivalent circuit at a radio frequency of the antenna device according to the present embodiment. The resonance of the
先端開放線路23の電気長が1/4波長以下である場合には、先端開放線路23は、先端開放線路21に並列に接続されたキャパシタンス212として動作する。
When the electrical length of the open-ended
先端短絡線路33の電気長が1/4波長以下の場合には、先端短絡線路33は、先端開放線路21に並列に接続されたインダクタンス213として動作する。
When the electrical length of the tip short-
したがって、先端開放線路23および先端短絡線路33は、先端開放線路21に並列に接続された並列共振回路211と見なすことができる。
Therefore, the open-ended
図10の等価回路において、並列共振回路211の共振周波数をf0とし、キャパシタンス212をCrとし、インダクタンス213をLrとすれば、f0は以下のように示すことができる。
In the equivalent circuit of FIG. 10, if the resonance frequency of the parallel
上記の式において、f0はあらかじめ定められているため、Crを決定すれば、Lrを求めることができる。Crを調整すれば、並列共振回路211のQ値が変化し、アンテナの入力インピーダンスを2重共振として広帯域化することができる。
In the above equation, since f 0 is predetermined, L r can be obtained by determining C r . If Cr is adjusted, the Q value of the
また、先端開放線路23の長さおよび先端開放線路23の幅(すなわち、特性インピーダンス)を調整することによって、無線周波数において所望のキャパシタンス212を実現することができる。
Further, by adjusting the length of the open-ended
同様に、先端短絡線路33の長さおよび先端短絡線路33の幅(すなわち、特性インピーダンス)を調整することによって、無線周波数において所望のインダクタンス213を実現することができる。
Similarly, by adjusting the length of the tip
図11は、無線端子1から見た入力インピーダンスの計算結果を示す図である。図9に例が示されたアンテナ装置において、f0でH=0.17波長とし、L=0.17波長とし、La=0.25波長とし、規格化インピーダンスは50Ωとする。
FIG. 11 is a diagram showing a calculation result of the input impedance seen from the
図11を参照すれば、インピーダンス軌跡にキンク(すなわち、結び目状の軌跡)があり、入力インピーダンスが広帯域化されていることを確認することができる。 With reference to FIG. 11, it can be confirmed that the impedance locus has a kink (that is, a knot-shaped locus) and the input impedance is widened.
また、図6に示された先端開放線路23と先端短絡線路33とを有さないアンテナ装置の場合と比較して、使用周波数帯域(すなわち、fl、f0およびfhを含む帯域)において、VSWRが改善していることが分かる。
Further, as compared with the case of the antenna device having no tip
先端開放線路23および先端短絡線路33の這い回し経路は、本実施の形態に示される態様に限定されるものではない。すなわち、たとえば、基板11の表面に形成することができるように、経路が途中で折り曲げられてもよい。
The crawling path of the tip
また、平面導体13の形状も、本実施の形態において示された形状に限定されるものではない。平面導体13は、先端開放線路23、先端短絡線路33および接続点46が設けられる程度の高さを有していればよい。たとえば、平面導体13は、f0で0.01波長の高さがあればよい。
Further, the shape of the
以上のように、アンテナ装置を、柱状導体6と、基板11と、平面導体12、平面導体13と、スリット16と、先端開放線路21と、先端開放線路22と、先端開放線路23と、先端短絡線路31と、先端短絡線路32と、先端短絡線路33とを備える構成とすることによって、風切り音が小さく、水平方向利得が高く、広帯域に対応し、かつ、小型の、架線電圧検知および無線通信の共用アンテナを得ることができる。
As described above, the antenna device includes the
<第3の実施の形態>
本実施の形態に関するアンテナ装置、および、鉄道車両について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Third embodiment>
An antenna device and a railroad vehicle according to the present embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiments will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..
<アンテナ装置の構成について>
本実施の形態では、第2の実施の形態に関するアンテナ装置において、先端短絡線路31および先端短絡線路32を削除し、代わりに、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82を備える構成について説明する。
<About the configuration of the antenna device>
In the present embodiment, in the antenna device according to the second embodiment, the configuration in which the tip short-
図12は、本実施の形態に関する、アンテナ装置の構成の例を概略的に示す図である。 FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the antenna device according to the present embodiment.
図12に例が示されるように、本実施の形態に関するアンテナ装置は、無線端子1と、架線電圧検知端子2と、柱状導体6と、基板11と、平面導体12、平面導体13と、スリット16と、先端開放線路21と、先端開放線路22と、先端開放線路23と、先端短絡線路33と、短絡点43と、接続点46と、グランド導体板51と、接続導体61と、平面視で渦巻き形状の導体であるスパイラル状導体81と、平面視で渦巻き形状の導体であるスパイラル状導体82とを備える。
As an example shown in FIG. 12, the antenna device according to the present embodiment includes a
スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82は、基板11の表面(すなわち、図12の紙面手前側の面)に形成されている。
The
スパイラル状導体81は、架線電圧検知端子2の近傍に形成される。架線電圧検知端子2は、スパイラル状導体81の一端とグランド導体板51との間に配置されている。スパイラル状導体81の他端は、平面導体12に接続される。
The
スパイラル状導体82は、柱状導体6の近傍に形成される。スパイラル状導体82の一端は、接続導体61を介して柱状導体6と接続される。スパイラル状導体82の他端は、平面導体12に接続される。
The
スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82は、インダクタンスとして動作する。スパイラル状導体81は、架線電圧検知端子2と平面導体12とを架線電源周波数で導通させ、かつ、無線周波数で遮断させる。スパイラル状導体82は、平面導体12と柱状導体6とを架線電源周波数で導通させ、かつ、無線周波数で遮断させる。
The
たとえば、図9において、基板11の表面における先端短絡線路31および先端短絡線路32と、基板11の背面における平面導体12とには、逆相の電流だけではなく同相の電流も少し流れる。そのため、無線周波数における電流の遮断性能が十分ではない。
For example, in FIG. 9, not only a reverse-phase current but also a small amount of in-phase current flows through the tip-short-
一方で、本実施の形態においては、先端短絡線路31および先端短絡線路32の代わりに、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82が備えられている。
On the other hand, in the present embodiment, the
たとえば、スパイラル状導体81のサイズおよびスパイラル状導体82のサイズを20.4mm×20.4mm、巻き数を14とする場合、インダクタンスは2.4μHとなる。
For example, when the size of the
架線電源の周波数を60Hz、無線周波数帯域の中心周波数を160MHzとする場合、スパイラル状導体81のリアクタンス、および、スパイラル状導体82のリアクタンスはそれぞれ、60Hzで0.9mΩとなり、160MHzで2.4kΩとなる。
When the frequency of the overhead wire power supply is 60 Hz and the center frequency of the radio frequency band is 160 MHz, the reactance of the
したがって、60Hzにおいては、スパイラル状導体81のリアクタンスおよびスパイラル状導体82のリアクタンスは無視することができるほど小さく、一方で、160MHzにおいては、ほぼ開放と見なすことができる。
Therefore, at 60 Hz, the reactance of the
このように、先端短絡線路31および先端短絡線路32の代わりに、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82を備えることによって、無線周波数における電流の遮断性能を向上させることができる。
As described above, by providing the
これによって、平面導体12から架線電圧検知端子2と柱状導体6とに流れる高周波電流を十分に遮断することができるので、無線周波数における水平方向の利得を改善させることができる。
As a result, the high-frequency current flowing from the
なお、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82は、基板11の表面(すなわち、図12の紙面手前側の面)、および裏面(すなわち、図12の紙面奥側の面)のどちらに形成されてもよく、さらには、基板11の両面に形成されてもよい。
The
また、スパイラル状導体81の形状およびスパイラル状導体82の形状は、本実施の形態で示された態様に限定されるものではなく、たとえば、その外形として方形または円形などが想定される。
Further, the shape of the
また、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82それぞれのサイズおよび巻き数は、そのリアクタンスが、架線電源周波数では無視することができるほど小さく、かつ、無線周波数ではほぼ開放と見なせるように調整する。
Further, the size and the number of turns of each of the
また、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82を基板11の表面に形成した場合には、基板11の裏面には平面視でスパイラル状導体81およびスパイラル状導体82のある部分に導体を形成しないことが望ましい。同様に、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82を基板11の裏面に形成した場合には、基板11の表面には平面視でスパイラル状導体81およびスパイラル状導体82のある部分に導体を形成しないことが望ましい。これは、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82に他の導体が近接すると、インダクタンスが低下するためである。
Further, when the
以上のように、アンテナ装置を、柱状導体6と、基板11と、平面導体12、平面導体13と、スリット16と、先端開放線路21と、先端開放線路22と、先端開放線路23と、先端短絡線路33と、スパイラル状導体81と、スパイラル状導体82とを備える構成とすることによって、風切り音が小さく、水平方向利得が高く、広帯域に対応し、かつ、小型の、架線電圧検知および無線通信の共用アンテナを得ることができる。
As described above, the antenna device includes the
なお、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82は、たとえば、図2において先端短絡線路31および先端短絡線路32の代わりに備えられてもよい。
The
<以上に記載された実施の形態によって生じる効果について>
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
<Effects caused by the above-described embodiments>
Next, an example of the effect caused by the above-described embodiment will be shown. In the following description, the effect is described based on the specific configuration shown in the embodiment described above, but to the extent that the same effect occurs, the examples are described in the present specification. May be replaced with other specific configurations indicated by.
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。 Further, the replacement may be made across a plurality of embodiments. That is, it may be the case that the respective configurations shown in the examples in different embodiments are combined to produce the same effect.
以上に記載された実施の形態によれば、アンテナ装置は、グランド導体板51と、基板11と、第1の平面導体と、第2の平面導体と、柱状導体6と、第1の先端開放線路と、第1の先端短絡線路と、第2の先端短絡線路と、第2の先端開放線路とを備える。ここで、第1の平面導体は、たとえば、平面導体12に対応するものである。また、第2の平面導体は、たとえば、平面導体13に対応するものである。また、第1の先端開放線路は、たとえば、先端開放線路21に対応するものである。また、第1の先端短絡線路は、たとえば、先端短絡線路31およびスパイラル状導体81のうちの少なくとも1つに対応するものである。また、第2の先端短絡線路は、たとえば、先端短絡線路32およびスパイラル状導体82のうちの少なくとも1つに対応するものである。また、第2の先端開放線路は、たとえば、先端開放線路22に対応するものである。基板11は、グランド導体板51と連結される。平面導体12は、基板11の第1の面(たとえば、基板11の裏面)に形成される。また、平面導体12は、基板11のグランド導体板51と連結される端部とは反対側に位置する。平面導体13は、基板11の第1の面(たとえば、基板11の裏面)に形成される。また、平面導体13は、平面導体12とは離間し、かつ、グランド導体板51に接触する。柱状導体6は、基板11の、グランド導体板51と連結される端部とは反対側に配置される。先端開放線路21は、基板11の第1の面とは反対側の面である第2の面(たとえば、基板11の表面)に形成される。また、先端開放線路21は、第1の端部が無線端子1を介してグランド導体板51に接続され、かつ、第1の端部とは反対側の端部である第2の端部が平面視で平面導体12と重なる位置に配置される開放端である。先端短絡線路31は、基板11の第2の面(たとえば、基板11の表面)に形成される。また、先端短絡線路31は、第3の端部が架線電圧検知端子2を介してグランド導体板51に接続され、かつ、第3の端部とは反対側の端部である第4の端部が平面導体12と短絡する短絡端である。ここで、第4の端部は、たとえば、短絡点41に対応するものである。先端短絡線路32は、基板11の第2の面(たとえば、基板11の表面)に形成される。また、先端短絡線路32は、第5の端部が接続導体61を介して柱状導体6に接続され、かつ、第5の端部とは反対側の端部である第6の端部が平面導体12と短絡する短絡端である。ここで、第6の端部は、たとえば、短絡点42に対応するものである。先端開放線路22は、基板11の第2の面(たとえば、基板11の表面)に形成される。また、先端開放線路22は、第7の端部が平面導体13と接続し、かつ、第7の端部とは反対側の端部である第8の端部が平面視で平面導体12と重なる位置に配置される開放端である。ここで、第7の端部は、たとえば、接続点46に対応するものである。そして、平面導体12と平面導体13とを離間する領域と離間領域100とする場合、平面導体12には、離間領域100から柱状導体6に近づく方向に延びるスリット16が形成される。そして、スリット16は、平面視で、先端開放線路21と先端開放線路22とに挟まれる位置に形成される。
According to the embodiment described above, the antenna device includes the
このような構成によれば、スリット16が、平面視で、先端開放線路21と先端開放線路22とに挟まれる位置に形成されることによって、柱状導体6の長さが短く、かつ、小型のアンテナ装置であっても、風切り音を抑え、かつ、水平方向利得を高めることができる。
According to such a configuration, the
なお、これらの構成以外の本願明細書に例が示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。 In addition to these configurations, other configurations shown in the present specification may be omitted as appropriate. That is, at least if these configurations are provided, the effects described above can be produced.
しかしながら、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも1つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。 However, the present specification is not mentioned when at least one of the other configurations shown in the present specification is appropriately added to the above-described configuration, that is, as the above-described configuration. Similar effects can be produced even if other configurations, for example, are added as appropriate.
また、以上に記載された実施の形態によれば、第1の周波数(たとえば、架線電源周波数)の信号が入力された場合、先端開放線路21、および、先端開放線路22が遮断され、かつ、先端短絡線路31、および、先端短絡線路32が導通する。また、第1の周波数よりも高い周波数である第2の周波数(たとえば、無線周波数)の信号が入力された場合、先端開放線路21、および、先端開放線路22が導通し、かつ、先端短絡線路31、および、先端短絡線路32が遮断される。このような構成によれば、架線電源の周波数の信号が入力された場合には、架線電圧を検知することができる。また、無線信号の周波数の信号が入力された場合には、無線通信を行うことができる。
Further, according to the embodiment described above, when the signal of the first frequency (for example, the overhead wire power supply frequency) is input, the open-ended
また、以上に記載された実施の形態によれば、スパイラル状導体81およびスパイラル状導体82は、平面視で渦巻き形状である。そして、スパイラル状導体81は、架線電圧検知端子2の近傍に位置する。また、スパイラル状導体82は、接続導体61の近傍に位置する。このような構成によれば、無線周波数における電流の遮断性能を向上させることができる。これによって、平面導体12から架線電圧検知端子2と柱状導体6とに流れる高周波電流を十分に遮断することができるので、無線周波数における水平方向の利得を改善させることができる。
Further, according to the embodiment described above, the
また、以上に記載された実施の形態によれば、アンテナ装置は、第3の先端短絡線路と、第3の先端開放線路とを備える。ここで、第3の先端短絡線路は、たとえば、先端短絡線路33に対応するものである。また、第3の先端開放線路は、たとえば、先端開放線路23に対応するものである。先端短絡線路33は、基板11の第2の面(たとえば、基板11の表面)に形成される。また、先端短絡線路33は、第9の端部が先端開放線路21に接続され、かつ、第9の端部とは反対側の端部である第10の端部が平面導体13と短絡する短絡端である。ここで、第10の端部は、たとえば、短絡点43に対応するものである。先端開放線路23は、基板11の第2の面(たとえば、基板11の表面)に形成される。また、先端開放線路23は、第11の端部が先端開放線路21に接続され、かつ、第11の端部とは反対側の端部である第12の端部が平面視で平面導体13と重なる位置に配置される開放端である。このような構成によれば、特に、直列共振回路201と並列共振回路211とを用いて2重共振となるように調整すれば、アンテナの入力インピーダンスを広帯域化することができる。
Further, according to the embodiment described above, the antenna device includes a third tip short-circuit line and a third tip open line. Here, the third tip short-circuit line corresponds to, for example, the tip short-
また、以上に記載された実施の形態によれば、柱状導体6の長さが、第2の周波数において0.2波長以下である。このような構成によれば、平面導体12と柱状導体6との電磁界結合量を抑制することができる。そうすることによって、柱状導体6に流れる高周波電流を低減させることができる。
Further, according to the embodiment described above, the length of the
また、以上に記載された実施の形態によれば、柱状導体6とグランド導体板51との間の距離が、第2の周波数において0.2波長以下である。このような構成によれば、アンテナ装置を小型化しつつ、インピーダンス整合を実現することができる。
Further, according to the embodiment described above, the distance between the
また、以上に記載された実施の形態によれば、鉄道車両は、上記のアンテナ装置を備える。このような構成によれば、風切り音を抑え、かつ、水平方向利得を高めるために柱状導体の長さを短くする場合であっても、適切にインピーダンスを整合させることができる。 Further, according to the embodiment described above, the railroad vehicle includes the above-mentioned antenna device. According to such a configuration, even when the length of the columnar conductor is shortened in order to suppress the wind noise and increase the horizontal gain, the impedance can be appropriately matched.
<以上に記載された実施の形態における変形例について>
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
<About the modified example in the embodiment described above>
In the embodiments described above, the materials, materials, dimensions, shapes, relative arrangement relationships, implementation conditions, etc. of each component may also be described, but these are one example in all aspects. However, it is not limited to those described in the present specification.
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの実施の形態における少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Therefore, innumerable variations and equivalents for which examples are not shown are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, transforming, adding or omitting at least one component, or extracting at least one component in at least one embodiment and combining it with the components of another embodiment. Shall be included.
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「1つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「1つ以上」備えられていてもよいものとする。 Further, as long as there is no contradiction, the components described as being provided with "one" in the above-described embodiment may be provided with "one or more".
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、1つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、1つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が1つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。 Furthermore, each component in the embodiments described above is a conceptual unit, and within the scope of the technique disclosed herein, one component comprises a plurality of structures. It is assumed that one component corresponds to a part of a structure, and further, a case where a plurality of components are provided in one structure is included.
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。 In addition, each component in the above-described embodiment shall include a structure having another structure or shape as long as it exhibits the same function.
また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。 In addition, the description in the present specification is referred to for all purposes relating to the present technology, and none of them is recognized as a prior art.
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。 Further, in the above-described embodiment, when the material name or the like is described without being specified, the material contains other additives, for example, an alloy or the like, as long as there is no contradiction. It shall be included.
1 無線端子、2 架線電圧検知端子、6 柱状導体、11 基板、12,12a,13 平面導体、16 スリット、21,22,23 先端開放線路、31,31a,32,33 先端短絡線路、41,42,43,143 短絡点、46 接続点、51 グランド導体板、61 接続導体、71 静電容量、81,82 スパイラル状導体、100 離間領域、101 架線、201 直列共振回路、202,212 キャパシタンス、203,213 インダクタンス、204 抵抗、211 並列共振回路。 1 Wireless terminal, 2 Overhead voltage detection terminal, 6 Columnar conductor, 11 Substrate, 12, 12a, 13 Flat conductor, 16 Slit, 21, 22, 23 Tip open line, 31, 31a, 32, 33 Tip short circuit line, 41, 42,43,143 Short circuit point, 46 connection point, 51 ground conductor plate, 61 connection conductor, 71 capacitance, 81,82 spiral conductor, 100 separation region, 101 overhead wire, 201 series resonance circuit, 202,212 capacitance, 203, 213 inductance, 204 resistance, 211 parallel resonance circuit.
Claims (7)
前記グランド導体板と連結される基板と、
前記基板の第1の面に形成され、かつ、前記基板の前記グランド導体板と連結される端部とは反対側に位置する第1の平面導体と、
前記基板の前記第1の面に形成され、前記第1の平面導体とは離間し、かつ、前記グランド導体板に接触する第2の平面導体と、
前記基板の、前記グランド導体板と連結される端部とは反対側に配置される柱状導体と、
前記基板の前記第1の面とは反対側の面である第2の面に形成され、第1の端部が無線端子を介して前記グランド導体板に接続され、かつ、前記第1の端部とは反対側の端部である第2の端部が平面視で前記第1の平面導体と重なる位置に配置される開放端である、第1の先端開放線路と、
前記基板の前記第2の面に形成され、第3の端部が架線電圧検知端子を介して前記グランド導体板に接続され、かつ、前記第3の端部とは反対側の端部である第4の端部が前記第1の平面導体と短絡する短絡端である、第1の先端短絡線路と、
前記基板の前記第2の面に形成され、第5の端部が接続導体を介して前記柱状導体に接続され、かつ、前記第5の端部とは反対側の端部である第6の端部が前記第1の平面導体と短絡する短絡端である、第2の先端短絡線路と、
前記基板の前記第2の面に形成され、第7の端部が前記第2の平面導体と接続し、かつ、前記第7の端部とは反対側の端部である第8の端部が平面視で前記第1の平面導体と重なる位置に配置される開放端である、第2の先端開放線路とを備え、
前記第1の平面導体と前記第2の平面導体とを離間する領域を離間領域とし、
前記第1の平面導体には、前記離間領域から前記柱状導体に近づく方向に延びるスリットが形成され、
前記スリットは、平面視で、前記第1の先端開放線路と前記第2の先端開放線路とに挟まれる位置に形成される、
アンテナ装置。 With a ground conductor plate,
A substrate connected to the ground conductor plate and
A first planar conductor formed on the first surface of the substrate and located on the side opposite to the end connected to the ground conductor plate of the substrate.
A second planar conductor formed on the first surface of the substrate, separated from the first planar conductor, and in contact with the ground conductor plate.
A columnar conductor arranged on the side of the substrate opposite to the end connected to the ground conductor plate,
It is formed on a second surface of the substrate opposite to the first surface, the first end is connected to the ground conductor plate via a wireless terminal, and the first end. A first open end line, which is an open end in which the second end, which is the end opposite to the portion, is arranged at a position where it overlaps with the first planar conductor in a plan view.
It is formed on the second surface of the substrate, the third end is connected to the ground conductor plate via the overhead wire voltage detection terminal, and the end is opposite to the third end. A first tip short-circuit line, the fourth end of which is a short-circuit end short-circuited with the first planar conductor.
A sixth, which is formed on the second surface of the substrate, has a fifth end connected to the columnar conductor via a connecting conductor, and is an end opposite to the fifth end. A second tip short-circuit line, the end of which is a short-circuit end that short-circuits with the first planar conductor.
An eighth end formed on the second surface of the substrate, the seventh end of which is connected to the second planar conductor, and the end opposite to the seventh end. Is provided with a second tip open line, which is an open end arranged at a position overlapping the first planar conductor in a plan view.
The region that separates the first planar conductor and the second planar conductor is defined as a separation region.
The first planar conductor is formed with a slit extending from the separated region toward the columnar conductor.
The slit is formed at a position sandwiched between the first open-ended line and the second open-ended line in a plan view.
Antenna device.
前記第1の周波数よりも高い周波数である第2の周波数の信号が入力された場合、前記第1の先端開放線路、および、前記第2の先端開放線路が導通し、かつ、前記第1の先端短絡線路、および、前記第2の先端短絡線路が遮断される、
請求項1に記載のアンテナ装置。 When a signal of the first frequency is input, the first open-ended line and the second open-ended line are cut off, and the first short-circuited line and the second tip are cut off. The short circuit line is conducting,
When a signal of a second frequency, which is a frequency higher than the first frequency, is input, the first open-ended line and the second open-ended line are conductive and the first open line is connected. The tip short-circuit line and the second tip short-circuit line are cut off.
The antenna device according to claim 1.
前記第1の先端短絡線路は、前記架線電圧検知端子の近傍に位置し、
前記第2の先端短絡線路は、前記接続導体の近傍に位置する、
請求項1または請求項2に記載のアンテナ装置。 The first tip short-circuit line and the second tip short-circuit line have a spiral shape in a plan view.
The first short-circuit line at the tip is located in the vicinity of the overhead line voltage detection terminal.
The second short-circuit line at the tip is located in the vicinity of the connecting conductor.
The antenna device according to claim 1 or 2.
前記基板の前記第2の面に形成され、第11の端部が前記第1の先端開放線路に接続され、かつ、前記第11の端部とは反対側の端部である第12の端部が平面視で前記第2の平面導体と重なる位置に配置される開放端である、第3の先端開放線路とをさらに備える、
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載のアンテナ装置。 A tenth end formed on the second surface of the substrate, the ninth end being connected to the first open-circuit line, and the end opposite to the ninth end. A third tip short-circuit line, the portion of which is a short-circuit end short-circuited with the second flat conductor,
A twelfth end formed on the second surface of the substrate, the eleventh end being connected to the first open-ended line, and the end opposite to the eleventh end. A third open end line, which is an open end arranged at a position where the portion overlaps with the second planar conductor in a plan view, is further provided.
The antenna device according to any one of claims 1 to 3.
請求項2に記載のアンテナ装置。 The length of the columnar conductor is 0.2 wavelength or less at the second frequency.
The antenna device according to claim 2.
請求項2または請求項5に記載のアンテナ装置。 The distance between the columnar conductor and the ground conductor plate is 0.2 wavelength or less at the second frequency.
The antenna device according to claim 2 or 5.
鉄道車両。 The antenna device according to any one of claims 1 to 6 is provided.
Railroad vehicle.
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