JPH08162842A - 広周波数帯域球状ダイポールアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置筐体等からの放射妨害波を放射し、ある
いは測定する球状ダイポールアンテナに関し、放射また
は受信できる周波数帯を高域まで拡大することを目的と
する。 【構成】 中空のほぼ半球状の２つのアンテナエレメン
トを球状に形成せしめて成り、アンテナ内部の回路と外
部回路とを光ファイバにより接続するように構成した球
状ダイポールアンテナにおいて、一方のアンテナエレメ
ント内に、発信素子である光／電気変換器または受信素
子である電気／光変換器と、電子回路等および電源とを
内蔵せしめ、他方のアンテナエレメントを多層構造とす
ることにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、装置筐体や建物の電磁
シールド効果の測定、あるいは、オープンサイトや電波
暗室等の試験サイトの特性評価に用いる放射（妨害）波
源あるいは測定用アンテナとして用いる球状アンテナに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子装置からの放射妨害波によ
り、周辺の装置や放送波受信機が誤動作したり、電波障
害が発生する等の問題が社会的に注目されている。この
ため、国内ではＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主
協議会）が装置の放射妨害波の規格値とその試験方法を
定め、自主的な規制を行っている。

【０００３】現在、放射妨害波に関する電磁障害を未然
に防ぐため、装置自体のシールド効果を高めたり、建物
に間仕切壁等を配置してシールド対策を行うなどの妨害
波対策が行われている。

【０００４】このような、装置筐体や建物等に行うシー
ルド対策の効果を、評価するためには、装置筺体等の内
部あるいは外部の一方に電磁波発生源を置き、他方に受
信アンテナを設けて、電磁波の漏洩を測定する方法が採
られる。

【０００５】例えば、電磁波を発生する発振器と、装置
筺体等の内部に仮設して、該発振器の出力を受け、これ
を電磁波として放出する放射妨害波源としての放射アン
テナ、および、装置筺体等の外部に仮設して、前記電磁
波を補足するアンテナと、その受信レベル等を測定する
測定系が用いられる。

【０００６】このとき、シールド効果を評価する際に気
を付けなければならないのは、放射妨害波源と発振器を
結ぶケーブルへの誘導やケーブルからの、電磁波の漏洩
である。特に、閉じられた空間である装置筐体等のシー
ルド効果を評価するには、放射妨害波源に接続されるケ
ーブルからの電磁波の漏洩や再放射をどのように低減す
るかが大きな問題になる。

【０００７】また、一方で、近年の電子装置で使用する
電子回路の、高速化、高機能化により装置から放射され
る妨害波の周波数帯域が拡大する傾向にある。現在で
は、電子レンジ等からの放射妨害波の問題が注目されて
おり、筐体のシールド効果を評価すべき周波数帯域が電
磁環境適合性（ＥＭＣ）の観点からも数１０ＧＨｚ帯に
及ぶようになってきている。

【０００８】現在、このような装置筐体や建物等のシー
ルド効果を測定するためのアンテナとして、球状ダイポ
ールアンテナが提案されている。従来の球状ダイポール
アンテナの例を図４に示す。同図は球状ダイポールアン
テナの断面図であって、その球心付近における垂直方向
の断面を示している。

【０００９】同図において、数字符号１は上部アンテナ
エレメント部、２はアンテナの発振または受信回路部、
３は電源部、４は光ファイバケーブルからなるケーブル
部、５は光／電気（または電気／光）変換部、６は数字
符号２〜５で示される各回路を内蔵するシールドケース
を構成するアンテナエレメント部、７はアンテナエレメ
ント１に給電する中心導体部、８はスペーサ、９は電気
／光（または光／電気）変換部、１０は発信器または受
信機を表わしている。

【００１０】図４に示す球状ダイポールアンテナの放射
妨害波の周波数特性を図５に示す。同図に示されるよう
に、アンテナエレメントの半径を大きくして行くと、共
振周波数は低下することが分かる。

【００１１】アンテナの共振周波数はアンテナエレメン
トの長さにほぼ反比例し、共振時に著しく放射効率や受
信効率が劣化する特徴がある。ここで、アンテナエレメ
ントで共振が発生する周波数はアンテナの実効長を考慮
し、“数１”のように近似的に与えることができる。

【００１２】

【数１】

【００１３】“数１”においてＲは球状ダイポールアン
テナの半径であり、ｎは共振周波数の高調波の次数を示
す。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような既存の
アンテナでは、アンテナエレメント内部に電子回路等を
内蔵させるため、アンテナ半径は１５ｃｍ程度必要であ
り、通常は、そのように固定的な寸法のものとしてい
る。そのため、光ファイバを信号線に用いていることに
よる測定の再現性が高い等の利点はあるものの、発信ま
たは受信可能な上限周波数は、１．４ＧＨｚ程度に限ら
れていた。

【００１５】一方、通常用いられている市販の同軸ケー
ブルを用いるアンテナでは、寸法が大きいため筐体内に
入らないことや、同軸ケーブルからの電磁漏洩が大きい
などの問題があるため、再現性の高いシールド効果の測
定が困難であった。

【００１６】前述したように、従来の球状タイポールア
ンテナは、使用できる周波数帯域が１．４ＧＨｚ程度と
低いため、準マイクロ波帯でのシールド効果測定が困難
であった。本発明は、アンテナの周波数特性を左右する
アンテナエレメントを従来の球状ダイポールアンテナと
異なるようにすることによって、アンテナより放射また
は受信できる周波数帯域を従来より拡大することを目的
としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば上述の目
的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成され
る。すなわち、請求項１の発明は、中空でほぼ半球形状
の２つのアンテナエレメントを球体を形成するように係
着せしめて成り、その内部に発信系あるいは受信系の回
路を内蔵せしめて、これと外部の回路とを光ファイバを
用いて接続するように構成した球状ダイポールアンテナ
において、

【００１８】一方のアンテナエレメント内に、発信素子
である光／電気変換器または受信素子である電気／光変
換器と、電子回路等および電源とを内蔵せしめ、他方の
アンテナエレメントを多層構造とした広周波数帯域球状
ダイポールアンテナである。

【００１９】請求項２の発明は、中空でほぼ半球形状の
２つのアンテナエレメントを、球体を形成するように係
着せしめて成り、その内部に発信系あるいは受信系の回
路を内蔵せしめて、これと外部の回路とを光ファイバを
用いて接続するように構成した球状ダイポールアンテナ
において、

【００２０】一方のアンテナエレメント内に、発信素子
である光／電気変換器または受信素子である電気／光変
換器と、電子回路等とを内蔵せしめ、他方のアンテナエ
レメント内に、電源を内蔵せしめて、球体内部で両アン
テナエレメント間に一方のアンテナエレメントの給電用
の管状の導体を架設し、前記光／電気変換器または電気
／光変換器と電子回路等への電源供給用の電線を上記管
状の導体内を通して、配線した構造である広周波数帯域
球状ダイポールアンテナである。

【００２１】請求項３の発明は、前記請求項２記載の広
周波数帯域球状ダイポールアンテナにおいて、電源供給
用の電線を管状の導体のほぼ中央部に内設し、該電線の
周囲と管状の導体内面との間に磁性材料あるいは導電性
材料を充填した構造としたものである広周波数帯域球状
ダイポールアンテナ。

【００２２】請求項４の発明は、前記請求項１〜請求項
３の発明において、電源を太陽電池として外部から光フ
ァイバによって該太陽電池に光線を送るように構成した
ものである。

【００２３】

【作用】請求項１の発明は、信号線に光ファイバを用
い、２つのアンテナエレメントから構成される球状ダイ
ポールアンテナにおいて、第１のアンテナエレメント内
に発信素子（または受信素子）である光／電気変換器
（または電気／光変換器）、電子回路および電源を内蔵
し、第２のアンテナエレメントを多層構造にしているの
で、一方のアンテナエレメントが共振状態になる周波数
では、他のアンテナエレメントは共振状態にならない。
このため、アンテナ全体として共振する周波数を高める
ことができる。

【００２４】請求項２の発明は、球状ダイポールアンテ
ナにおいて、第１のアンテナエレメント内に発信素子
（または受信素子）である光／電気変換器（または電気
／光変換器）、電子回路を内蔵し、第２のアンテナエレ
メント内に電源を内蔵し、電線を管状の導体内部を通し
て第１のアンテナエレメント内の電子回路等に電源を供
給する構造としているので、アンテナエレメントのスペ
ース効率を上げることが可能となり、アンテナ直径を小
さくできるから、先に示した“数１”からも分かるよう
に、アンテナエレメントが共振する周波数を高くするこ
とができる。

【００２５】請求項３の発明は、上記請求項２の広周波
数帯域球状ダイポールアンテナにおいて、管状の導体内
部の電線の周囲に、フェライトなどの磁性材料や導電性
の材料を充填しているので、電線に誘起した電磁波を熱
損失によって低減せしめ得るから、より精度の高い測定
を行なうことのできる球状アンテナを得ることができ
る。

【００２６】請求項４の発明は、上記請求項１〜請求項
３の発明において電源を太陽電池と成し、これに光ファ
イバを用いて光線を与える構成としている。これによ
り、内部スペースを更に圧縮し得るから、球の直径を小
さくしてより共振周波数の高いアンテナを実現すること
ができる。また、内部の電池の消耗などを生じないか
ら、長時間にわたって安定な測定を行なうことができ
る。

【００２７】

【実施例】図１は本発明の第一の実施例を示す図であっ
て前述した図４の場合と同様に本発明の球状ダイポール
アンテナを、その球心付近における垂直方向の断面を示
している。同図に示すように本実施例は２層のアンテナ
エレメントを有する広周波数帯域球状ダイポールアンテ
ナである。

【００２８】同図において、数字符号１，１ａは多層か
らなる上部アンテナエレメント部、２はアンテナの発信
または受信回路部、３は電源部、４は光ファイバケーブ
ルからなるケーブル部、５は光／電気（または電気／
光）変換部、６は２〜５を内蔵するシールドケースを構
成するアンテナエレメント部、７はアンテナエレメント
１に給電する中心導体部、８はスペーサ、９は電気／光
（または光／電気）変換部、１０は発振器または受信器
を表わされている。

【００２９】ここで、１層目のアンテナエレメント１の
半径をＲ１とし、２層目のアンテナエレメント１ａの半
径Ｒ２をＲ１／ｓとした場合、各々の共振周波数は前記
“数１”より、“数２”，“数３”のように与えられ
る。

【００３０】

【数２】

【００３１】

【数３】

【００３２】上式においてｎとｍは各共振周波数の高調
波の次数である。このとき、ｓを整数ではない実数とす
ると、各アンテナエレメントの半径で発生する周波数が
重なることが殆どないため、共振現象を抑圧することが
できる。

【００３３】ここで、１層目のアンテナエレメント１の
半径を７．５ｃｍ、２層目のアンテナエレメント１ａの
半径を３ｃｍとした場合（ｓ＝２．５の場合に相当す
る）、各々の第１次の共振周波数は１．４ＧＨｚと３．
５ＧＨｚとなる。このとき、各共振周波数の高周波の周
波数の偏差は、原理的に３５ＧＨｚまでは、３００ＭＨ
ｚ程度である。このため、あるアンテナエレメントが共
振しても他方のアンテナエレメントが共振状態ではな
い。

【００３４】また、各共振周波数が３００ＭＨｚ程度離
れているため、アンテナ全体として共振周波数を数１０
ＧＨｚまで上げることができる。さらに、相互の共振周
波数が大きくずれているのでアンテナの放射効率及び受
信効率の周波数特性が周波数によって大きく変動するこ
とがない。

【００３５】図２は本発明の第２の実施例を示す図であ
って、図１と同じ部分は、同一の数字符号で示してい
る。使用する周波数帯域を限定して、アンテナからの放
射（妨害）波を大きくするためには、アンテナ内部の電
源電圧を高くする必要がある。このため、アンテナエレ
メント１ｂのスペースを、有効に利用することが必要に
なる。

【００３６】そのため、電源と他の回路とを分けて、そ
れぞれ異なるアンテナエレメント内に球状ダイポールア
ンテナの構造を同図に示すようにした。このとき、電源
線は中心導体７ａの中央を通すことにより、アンテナエ
レメント６の内部の電子回路等に電力を供給するように
している。

【００３７】そして、この電源ケーブルを介してアンテ
ナエレメント１ｂへ妨害波が伝導することを抑えるた
め、中心導体部にはフェライトコアや導電性材料１１を
充填することによって、この部分での熱損失により妨害
波がアンテナエレメント１ｂへ漏洩することを防いでい
る。このような構造を採ることにより、アンテナエレメ
ントの半径をより小さくすることができるから、これに
伴いアンテナの周波数帯域を拡大することができ、さら
に、放射（妨害）波の出力を高めることが可能となる。

【００３８】図３は本発明の第３の実施例を示す図であ
る。同図において、先の図１あるいは図２と同じ部分
は、同一の数字符号で示している。本実施例は、アンテ
ナ内部に電池などの電源を持たず、外部の光源１２から
光線を光ファイバ１４でアンテナ内に送り込み、これで
太陽電池部１３を照射して起電せしめ、これによって、
各電気回路を動作させるようにしている。

【００３９】外部からの電源供給用として電線を用いて
いないので電磁誘導による不都合を生ずることはない。
また、電源用の電力を外部から（光として）送り込むも
のであるから、電池の消耗による精度の変化を生ずるこ
とがない。また、測定に際して電池の充電や交換をする
必要がないので、測定作業を効率的に行なうことができ
る。

【００４０】本実施例では、太陽電池部１３の出力を直
接回路に印加するように示しているが、実際には、その
出力電圧の安定化等の回路が含まれるものであることは
言う迄もない。また、内部に電池を設け、これを太陽電
池部の出力で充電したり、浮動状態で使用する方法を採
ることもできる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の広周波数
帯域ダイポールアンテナは、使用可能な周波数帯域を準
マイクロ波にまで拡大することができる利点がある。そ
して、アンテナ内部の電子回路等と外部の回路との接続
を光ファイバを用いて行なうようにしていることと相俟
って、高周波数帯域の妨害波に係る測定を安定に行なう
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図４】球状ダイポールアンテナの例を示す図である。

【図５】球状ダイポールアンテナからの放射波の周波数
特性を示す図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，６ アンテナエレメント ２ 電子回路部 ３ 電源部 ４，１４ 光ファイバケーブル ５ 光／電気変換部または電気／光変換部 ７，７ａ 中心導体部 ８ スペーサ ９ 電源線 １０ 発信器または受信器 １１ 磁性材料または導電材料 １２ 外部光源 １３ 太陽電池部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空でほぼ半球形状の２つのアンテナエ
   レメントを球体を形成するように係着せしめて成り、そ
   の内部に発信系あるいは受信系の回路を内蔵せしめて、
   これと外部の回路とを光ファイバを用いて接続するよう
   に構成した球状ダイポールアンテナにおいて、 一方のアンテナエレメント内に、発信素子である光／電
   気変換器または受信素子である電気／光変換器と、電子
   回路等および電源とを内蔵せしめ、 他方のアンテナエレメントを多層構造としたことを特徴
   とする広周波数帯域球状ダイポールアンテナ。
2. 【請求項２】 中空でほぼ半球形状の２つのアンテナエ
   レメントを、球体を形成するように係着せしめて成り、
   その内部に発信系あるいは受信系の回路を内蔵せしめ
   て、これと外部の回路とを光ファイバを用いて接続する
   ように構成した球状ダイポールアンテナにおいて、 一方のアンテナエレメント内に、発信素子である光／電
   気変換器または受信素子である電気／光変換器と、電子
   回路等とを内蔵せしめ、 他方のアンテナエレメント内に、電源を内蔵せしめて、 球体内部で両アンテナエレメント間に一方のアンテナエ
   レメントの給電用の管状の導体を架設し、 前記光／電気変換器または電気／光変換器と電子回路等
   への電源供給用の電線を上記管状の導体内を通して、配
   線した構造であることを特徴とする広周波数帯域球状ダ
   イポールアンテナ。
3. 【請求項３】 電源供給用の電線を管状の導体のほぼ中
   央部に内設し、 該電線の周囲と管状の導体内面との間に磁性材料あるい
   は導電性材料を充填した請求項２記載の広周波数帯域球
   状ダイポールアンテナ。
4. 【請求項４】 電源は太陽電池であり、外部から光ファ
   イバによって該太陽電池に光線を送るように構成した請
   求項１〜請求項３記載の広周波数帯域球状ダイポールア
   ンテナ。