KR20160085368A - 안테나 장치 - Google Patents

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KR20160085368A
KR20160085368A KR1020167017705A KR20167017705A KR20160085368A KR 20160085368 A KR20160085368 A KR 20160085368A KR 1020167017705 A KR1020167017705 A KR 1020167017705A KR 20167017705 A KR20167017705 A KR 20167017705A KR 20160085368 A KR20160085368 A KR 20160085368A
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심페이 아키모토
다카시 야나기
도루 후카사와
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

접지 도체(1)의 구멍(2a)의 지름과 일치하는 내경의 개구면(4a)을 갖는 제 1 단부가 구멍(2a)과 겹치는 위치에서, 접지 도체(1a)의 상면과 밀착되어 있고, 제 2 단부의 개구면(4b)이 상면 방향을 향하고, 또한, 제 1 단부와 제 2 단부의 사이의 중간 부분이 접지 도체(1)와 평행하게 배치되도록 굴곡되어 있는 도체 중공관(3)을 구비하고, 제 1 단부의 개구면(4a)으로부터 공급된 도전성 액체가 도체 중공관(3)의 내부를 통과하여, 제 2 단부의 개구면(4b)으로부터 외부로 방출되도록 구성한다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}
본 발명은, 도전성을 갖는 액체(이하, 「도전성 액체」라고 칭한다)를 방사 소자로서 이용하는 안테나 장치에 관한 것이다.
최근, 도전성 액체를 방사 소자로서 이용하는 안테나 장치가 주목을 받고 있다.
도전성 액체에 전류를 흘리는 것에 의해, 임의의 형상으로 안테나로서 동작시킬 수 있기 때문에, 효율적인 급전을 행할 수 있으면, 다양한 안테나로서 이용할 수 있다.
종래의 도전성 액체에 대한 급전 수법으로서는 다음에 예시하는 것이 있다.
이하의 특허 문헌 1에는, 링 형상의 자성체에 도선을 감고, 그 도선에 전류를 흘리는 것에 의해 자성체 내에 자속을 발생시키는 안테나 장치가 개시되어 있고, 이 안테나 장치에서는, 링 형상의 자성체의 구멍의 사이에 도전성 액체를 선 형상으로 분출하는 것에 의해, 자계 결합에 의해 도전성 액체에 급전하고 있다.
또, 도전성 액체가 분출되는 힘을 제어하는 것에 의해 동작 주파수를 조정할 수 있고, 대형 안테나를 설치하는 일 없이, 저주파에서의 통신이 가능하게 된다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) US 2012/539834호 공보
종래의 안테나 장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 도전성 액체의 급전용으로 자성체를 이용하고 있다. 그러나, 자성체에서의 손실이 크기 때문에, 방사 효율이 열화하여 버리는 과제가 있었다.
또한, 도전성 액체의 급수측에 불필요한 전류가 흐르지만, 이 불필요한 전류를 억제하는 수단이 구비되어 있지 않기 때문에, 급수측에서의 불필요 전류에 의한 손실이나 임피던스 부정합 등이 생겨 버리는 과제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 방사 효율의 열화를 방지할 수 있음과 아울러, 불필요한 전류를 억제할 수 있는 안테나 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명과 관련되는 안테나 장치는, 구멍이 마련되어 있는 접지 도체와, 그 접지 도체에 마련되어 있는 구멍의 지름과 일치하는 내경의 개구면을 갖는 제 1 단부가 상기 구멍과 겹치는 위치에서, 그 접지 도체의 표면과 밀착되어 있고, 제 1 단부와 반대쪽에 있는 제 2 단부의 개구면이 접지 도체의 표면과 반대 방향을 향하고, 또한, 제 1 단부와 제 2 단부의 사이의 중간 부분이 접지 도체와 평행하게 배치되도록 굴곡되어 있는 도체 중공관(hollow tube)과, 일단이 고주파 전원과 접속되고, 타단이 제 1 단부로부터의 거리가 동작 주파수에서 4분의 1 파장이 되는 위치에 있어서의 중간 부분의 측면과 접속되어 있는 급전 선로용 도체를 구비하고, 제 1 단부의 개구면으로부터 공급된 도전성 액체가 도체 중공관의 내부를 통과하여, 제 2 단부의 개구면으로부터 외부로 방출되도록 한 것이다.
본 발명에 의하면 이상과 같이 구성했으므로, 방사 효율의 열화를 방지할 수 있음과 아울러, 불필요한 전류를 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 고주파 전력의 공급점으로부터 단락측을 본 입력 임피던스 Zt의 주파수 의존성을 스미스 차트로 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치에 있어서의 입력 임피던스 Zin의 주파수 의존성을 스미스 차트로 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치에 있어서의 정재파비의 주파수 의존성을 나타내는 설명도이다.
도 6은 도 1의 안테나 장치에서의 xy면이 접지 도체(1)의 주면이 되는 xyz 좌표의 z-x면 및 x-y면의 방사 패턴의 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 안테나 장치를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 7의 안테나 장치에서의 xy면이 접지 도체(1)의 주면이 되는 xyz 좌표의 z-x면 및 x-y면의 방사 패턴의 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 안테나 장치를 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 10의 안테나 장치에서의 xy면이 접지 도체(1)의 주면이 되는 xyz 좌표의 z-x면 및 x-y면의 방사 패턴의 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 안테나 장치를 나타내는 표면도이다.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 5에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 첨부 도면에 따라 설명한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 접지 도체(1)에는 구멍(2a, 2b)이 마련되어 있다.
도체 중공관(3)은 접지 도체(1)에 마련되어 있는 구멍(2a)의 지름과 일치하는 내경의 개구면(4a)을 갖는 제 1 단부(도면 중, 좌측의 단부)가 구멍(2a)과 겹치는 위치에서, 접지 도체(1a)의 상면(표면)과 밀착되어 있다.
또한, 도체 중공관(3)은 제 1 단부와 반대쪽에 있는 제 2 단부(도면 중, 우측의 단부)의 개구면(4b)이 상면 방향(접지 도체(1)의 상면과 반대 방향)을 향하고, 또한, 제 1 단부와 제 2 단부의 사이의 중간 부분이 접지 도체(1)와 평행하게 배치되도록 굴곡되어 있다.
메시(mesh) 형상 도체(5a)는 도체 중공관(3)에 있어서의 제 1 단부의 개구면(4a)을 덮도록 배치된 도체이다.
메시 형상 도체(5b)는 도체 중공관(3)에 있어서의 제 2 단부의 개구면(4b)을 덮도록 배치된 도체이다.
메시 형상 도체(5a, 5b)에 있어서의 메시의 조도(coarseness)는 도전성 액체(8a, 8b)의 흐름을 방해하지 않는 정도로 성기고(coarse), 또한, 동작 주파수(사용하는 주파수)의 파장에 대하여 충분히 촘촘해지도록 선택하는 것이 바람직하다.
동축 선로 외부 도체(6)는 접지 도체(1)의 구멍(2b)의 지름과 일치하는 내경을 갖는 중공관의 도체이고, 일단이 구멍(2b)과 겹치는 위치에서, 접지 도체(1a)의 하면과 밀착되어 있다.
동축 선로 내부 도체(7)는 동축 선로 외부 도체(6)의 내경보다 작은 외경을 갖는 도체이고, 동축 선로 외부 도체(6)와 동축상에 배치되어 있다.
동축 선로 내부 도체(7)의 일단은 도시하지 않는 고주파 전원과 접속되고, 타단은 도체 중공관(3)의 제 1 단부로부터의 거리가 동작 주파수에서 4분의 1 파장이 되는 위치에 있어서의 도체 중공관(3)의 중간 부분의 측면과 접속되어 있다.
또, 동축 선로 외부 도체(6) 및 동축 선로 내부 도체(7)로 이루어지는 동축 선로 구조가 급전 선로용 도체를 구성하고 있다.
도전성 액체(8a)는 접지 도체(1)에 마련된 구멍(2a)의 아래쪽에서, 도체 중공관(3)의 개구면(4a)으로부터 도체 중공관(3)의 내부에 공급되는 도전성 액체이다.
도전성 액체(8b)는 도체 중공관(3)의 내부를 통과하여 제 2 단부의 개구면(4b)으로부터 외부로 분출된 도전성 액체이고, 안테나로서 동작한다.
또, 도전성 액체(8b)의 선단과 접지 도체(1) 사이의 거리는, 동작 주파수에서 4분의 1 파장에 상당하는 높이를 갖고 있다.
다음으로 동작에 대하여 설명한다.
동축 선로 내부 도체(7)의 일단과 접속되어 있는 도시하지 않는 고주파 전원이 고주파 전압을 발생시키면, 동축 선로 외부 도체(6) 및 동축 선로 내부 도체(7)가 급전 선로로서 동작하고, 동축 선로 내부 도체(7)의 타단과 접속되어 있는 도체 중공관(3)을 통해서, 안테나로서 동작하는 도전성 액체(8b)에 고주파 전력이 공급된다.
이때, 고주파 전력은, 안테나로서 동작하는 도전성 액체(8b)뿐만이 아니라, 급수측의 도전성 액체(8a)에도 전달되기 때문에, 안테나의 성능에 악영향을 미치는 것이 된다.
도 1 및 도 2의 안테나 장치에서는, 도체 중공관(3)이 제 1 단부의 개구면(4a)에서 접지 도체(1)와 단락되어 있기 때문에, 도체 중공관(3)과 접지 도체(1)가 평행하게 배치되어 있는 중간 부분에 의해 선단 단락의 전송 선로가 형성된다.
여기서, 고주파 전력의 공급점(동축 선로 내부 도체(7)가 도체 중공관(3)과 접속되어 있는 점)으로부터 단락측(제 1 단부의 개구면(4a)측)을 본 입력 임피던스 Zt는, 하기의 식 (1)과 같이 나타내어진다.
Zt=jZ0tan{(2π/λ)L} (1)
Z0 : 도체 중공관(3)과 접지 도체(1)에 의해 구성되는 전송 선로의 특성 임피던스
L : 고주파 전력의 공급점으로부터 단락점까지의 거리
λ : 동작 주파수에 대한 파장
식 (1)로부터 분명하듯이, 거리 L을 1/4 파장 정도의 길이로 할 때, 고주파 전력의 공급점으로부터 단락측을 본 입력 임피던스 Zt는 무한대가 된다.
도 1 및 도 2의 안테나 장치에서는, 동축 선로 내부 도체(7)와 도체 중공관(3)의 접속 위치(고주파 전력의 공급점)가, 도체 중공관(3)의 제 1 단부(단락점)로부터의 거리가 1/4 파장이 되는 위치이기 때문에, 고주파 전력의 공급점으로부터 단락측을 본 입력 임피던스 Zt는 무한대가 되고, 고주파 전력이 단락측에는 공급되지 않는다. 이 때문에, 급수측의 도전성 액체(8a)에 의해 고주파 전력이 소비되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 3은 고주파 전력의 공급점으로부터 단락측을 본 입력 임피던스 Zt의 주파수 의존성을 스미스 차트로 나타내는 설명도이다.
도 3에 있어서, 가는 실선의 원 및 원호는 스미스 차트를 표시하는 선, 굵은 실선은 입력 임피던스 Zt의 특성 곡선, f1은 소망하는 동작 주파수에 대응하는 주파수이다.
이하의 수치 계산에서는, 도전성 액체(8a, 8b)로서 해수를 예로 들고, 비유전율이 81, 도전율이 4S/m로 하고 있다.
도 3에서, 소망하는 동작 주파수 f1에서 입력 임피던스 Zt가 대략 개방 상태가 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 동작 주파수 f1에서는 안테나측의 임피던스에 영향을 주는 일이 없다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치에 있어서의 입력 임피던스 Zin의 주파수 의존성을 스미스 차트로 나타내는 설명도이다.
도 4에 있어서, 점선의 원은 정재파비(전압 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio))=2에 대응하고, 원의 내부가, 정재파비가 2보다 작아지는 범위이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 의한 안테나 장치에 있어서의 정재파비의 주파수 의존성을 나타내는 설명도이다. 도 5의 특성 곡선은 도 4의 특성 곡선에 대응하고 있다.
도 5에 있어서, 가로축은 소망하는 동작 주파수로 정규화한 주파수, 세로축은 정재파비 VSWR을 나타내고 있다.
본 실시의 형태 1의 안테나 장치는, 도 4 및 도 5에서, 소망하는 동작 주파수에서 임피던스 정합 특성이 양호한 상태라고 생각할 수 있는 2 이하의 VSWR을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
이 경우, 분출된 도전성 액체(8b)의 선단으로부터 접지 도체(1)까지의 거리는, 동작 주파수에서 1/4 파장의 길이에 상당하고 있으므로, 도전성 액체(8b)가 공진 상태가 되고, 고주파를 방사한다.
도 6은 도 1의 안테나 장치에서의 xy면이 접지 도체(1)의 주면이 되는 xyz 좌표의 z-x면 및 x-y면의 방사 패턴의 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 주 편파인 수직 편파에 있어서, z-x면에서는 8자형의 패턴이 되고, x-y면에서는 거의 무지향의 패턴이 된다.
따라서, 접지 도체(1)상의 모노폴 안테나로서 충분히 동작하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 방사 효율은 약 70%이고, 30%가 손실이다. 단, 상술한 바와 같이, 급수측의 도전성 액체(8a)로의 불요 전류를 억제하고 있기 때문에, 손실의 대부분은, 분출된 도전성 액체(8b)에 의한 것이고, 급전부에서의 손실은 거의 제로이다.
이상에서 분명한 바와 같이, 본 실시의 형태 1에 의하면, 접지 도체(1)의 구멍(2a)의 지름과 일치하는 내경의 개구면(4a)을 갖는 제 1 단부가 구멍(2a)과 겹치는 위치에서, 접지 도체(1a)의 상면과 밀착되어 있고, 제 2 단부의 개구면(4b)이 상면 방향을 향하고, 또한, 제 1 단부와 제 2 단부의 사이의 중간 부분이 접지 도체(1)와 평행하게 배치되도록 굴곡되어 있는 도체 중공관(3)을 구비하고, 제 1 단부의 개구면(4a)으로부터 공급된 도전성 액체가 도체 중공관(3)의 내부를 통과하여, 제 2 단부의 개구면(4b)으로부터 외부로 방출되도록 구성했으므로, 방사 효율의 열화를 방지할 수 있음과 아울러, 불필요한 전류를 억제할 수 있는 효과를 초래한다.
즉, 본 실시의 형태 1에 의하면, 도전성 액체(8b)에 고주파 전력을 직접 공급하는 것에 의해 급전부에서의 손실을 거의 없애는 것이 가능하기 때문에, 방사 효율의 열화를 억제할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전력 공급점으로부터 1/4 파장 정도 떨어진 도체 중공관(3)을 접지 도체(1)와 단락시키는 것에 의해, 도전성 액체(8a)에 흐르는 불필요한 전류를 억제할 수 있다고 하는 효과가 있다.
실시의 형태 2.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 안테나 장치를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8에 있어서, 도 1 및 도 2와 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내므로 설명을 생략한다.
접지 도체(1)에는 구멍(2c)이 마련되어 있다.
도체 중공관(11)은 접지 도체(1)의 이면측에 배치되는 제 1 단부(도면 중, 좌측의 단부)와, 접지 도체(1)에 마련되어 있는 구멍(2c)의 지름보다 가는 외경의 개구면(12b)을 갖는 제 2 단부(도면 중, 우측의 단부)의 사이의 거리가 동작 주파수에서 4분의 1 파장의 길이이다.
또한, 도체 중공관(11)은 제 2 단부의 높이가 접지 도체(1)의 상면(표면)과 동일한 높이이고, 제 2 단부의 개구면(12b)의 중심축이 구멍(2c)의 중심축과 겹치도록 배치되고, 또한, 제 1 단부와 제 2 단부의 사이의 중간 부분이 접지 도체(1)와 평행하게 배치되도록 굴곡되어 있다.
메시 형상 도체(13a)는 도체 중공관(11)에 있어서의 제 1 단부의 개구면(12a)을 덮도록 배치된 도체이다.
메시 형상 도체(13b)는 도체 중공관(11)에 있어서의 제 2 단부의 개구면(12b)을 덮도록 배치된 도체이다.
메시 형상 도체(13a, 13b)에 있어서의 메시의 조도는 도전성 액체(8a, 8b)의 흐름을 방해하지 않을 정도로 성기고, 또한, 동작 주파수에서 파장에 대하여 충분히 촘촘해지도록 선택하는 것이 바람직하다.
동축 선로 외부 도체(14)는 측면이 접지 도체(1)의 상면과 밀착하도록 배치되어 있는 중공관의 도체이다. 도 7 및 도 8에서는, 동축 선로 외부 도체(14)의 측면이 접지 도체(1)의 상면과 밀착하도록 배치되어 있지만, 동축 선로 외부 도체(14)의 측면이 접지 도체(1)의 하면과 밀착하도록 배치되어 있더라도 좋다.
동축 선로 내부 도체(15)는 동축 선로 외부 도체(14)의 내경보다 작은 외경을 갖는 원기둥 형상의 도체이고, 동축 선로 외부 도체(14)와 동축상에 배치되어 있다.
동축 선로 내부 도체(15)의 일단은 도시하지 않는 고주파 전원과 접속되고, 타단은 도체 중공관(11)의 제 2 단부의 외주와 접속되어 있다.
또, 동축 선로 외부 도체(14) 및 동축 선로 내부 도체(15)로 이루어지는 동축 선로 구조가 급전 선로용 도체를 구성하고 있다.
단락용 도체(16)는 일단이 접지 도체(1)와 접속되고, 타단이 도체 중공관(11)에 있어서의 제 1 단부의 외주와 접속되어 있다.
여기서는, 단락용 도체(16)가, 접지 도체(1)와 도체 중공관(11) 사이를 단락시키고 있지만, 접지 도체(1)와 도체 중공관(11)이 직접 접촉하도록 하더라도 좋다.
다음으로 동작에 대하여 설명한다.
동축 선로 내부 도체(15)의 일단과 접속되어 있는 도시하지 않는 고주파 전원이 고주파 전압을 발생시키면, 동축 선로 외부 도체(14) 및 동축 선로 내부 도체(15)가 급전 선로로서 동작하고, 동축 선로 내부 도체(15)의 타단과 접속되어 있는 도체 중공관(11)을 거쳐서, 안테나로서 동작하는 도전성 액체(8b)에 고주파 전력이 공급된다.
이때, 고주파 전력은, 안테나로서 동작하는 도전성 액체(8b)뿐만이 아니라, 급수측의 도전성 액체(8a)에도 전달되기 때문에, 안테나의 성능에 악영향을 미치는 것이 된다.
도 7 및 도 8의 안테나 장치에서는, 도체 중공관(11)이 단락용 도체(16)를 통하여 접지 도체(1)와 단락되어 있기 때문에, 도체 중공관(11)과 접지 도체(1)가 평행하게 배치되어 있는 부분에 의해 선단 단락의 전송 선로가 형성된다.
또한, 도체 중공관(11)의 제 1 단부(접지 도체(1)에 대한 단락점)와, 도체 중공관(11)의 제 2 단부(고주파 전력의 공급점)의 사이의 거리가 동작 주파수에서 1/4 파장의 길이에 상당하기 때문에, 고주파 전력의 공급점으로부터 단락측을 본 입력 임피던스 Zt가 무한대가 되고, 고주파 전력이 단락측에는 공급되지 않는다. 이 때문에, 급수측의 도전성 액체(8a)에 의해 고주파 전력이 소비되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 7 및 도 8의 안테나 장치에서는, 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로, 도체 중공관(11)에 있어서의 제 2 단부의 개구면(12b)으로부터 분출되는 도전성 액체(8b)의 선단으로부터 접지 도체(1)까지의 거리가, 동작 주파수에서 1/4 파장의 길이에 상당하고 있으므로, 도전성 액체(8b)가 공진 상태가 되고, 고주파를 방사한다.
또한, 도 7 및 도 8의 안테나 장치에서는, 도체 중공관(11)을 접지 도체(1)의 하면(이면)에 배치시키고 있으므로, 상기 실시의 형태 1과 달리, 접지 도체(1)의 상면 방향으로의 교차 편파(도 6에 나타내는 수평 편파)를 억제할 수 있다.
도 9는 도 7의 안테나 장치에서의 xy면이 접지 도체(1)의 주면이 되는 xyz 좌표의 z-x면 및 x-y면의 방사 패턴의 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 주 편파인 수직 편파에 있어서, z-x면에서는 8자형의 패턴이 되고, x-y면에서는 거의 무지향의 패턴이 된다.
도 9에서, 접지 도체(1)의 상면 방향으로의 수평 편파가 억제되고 있는 것을 알 수 있다.
이상에서 분명한 바와 같이, 본 실시의 형태 2에 의하면, 상기 실시의 형태 1과 동일한 효과를 갖는 것 외에, 도체 중공관(11)을 접지 도체(1)의 하면(이면)에 배치시키고 있으므로, 접지 도체(1)의 상면 방향으로의 교차 편파를 억제할 수 있는 효과가 있다.
실시의 형태 3.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 안테나 장치를 나타내는 사시도이고, 도 11은 본 발명의 실시의 형태 3에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이다.
도 10 및 도 11에 있어서, 도 1 및 도 2와 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내므로 설명을 생략한다.
접지 도체(1)에는 구멍(2d)이 마련되어 있다.
제 1 도체 중공관인 도체 중공관(21)은 접지 도체(1)에 마련되어 있는 구멍(2d)의 지름과 일치하는 내경의 개구면(22a)을 갖는 제 1 단부(도면 중, 위쪽의 단부)와, 구멍(2d)의 지름과 일치하는 내경의 개구면(22b)을 갖는 제 2 단부(도면 중, 아래쪽의 단부)의 사이의 거리가 동작 주파수에서 4분의 1 파장의 길이이다.
또한, 도체 중공관(21)은 제 1 단부가 구멍(2d)과 겹치는 위치에서, 접지 도체(1)의 하면(이면)과 밀착하도록, 접지 도체(1)와 수직으로 배치되어 있다.
제 2 도체 중공관인 도체 중공관(23)은 도체 중공관(21)의 내경보다 가는 외경의 개구면(24a)을 갖는 제 1 단부와, 도체 중공관(21)의 내경보다 가는 외경의 개구면(24b)을 갖는 제 2 단부의 사이의 거리가 동작 주파수에서 4분의 1 파장의 길이이다.
또한, 도체 중공관(23)은 제 1 단부의 높이가 접지 도체(1)의 상면(표면)과 동일한 높이이고, 도체 중공관(21)과 동축상에 배치되어 있다.
메시 형상 도체(25a)는 도체 중공관(23)에 있어서의 제 1 단부의 개구면(24a)을 덮도록 배치된 도체이다.
메시 형상 도체(25b)는 도체 중공관(23)에 있어서의 제 2 단부의 개구면(24b)을 덮도록 배치된 도체이다.
메시 형상 도체(25a, 25b)에 있어서의 메시의 조도는 도전성 액체(8a, 8b)의 흐름을 방해하지 않을 정도로 성기고, 또한, 동작 주파수에서 파장에 대하여 충분히 촘촘해지도록 선택하는 것이 바람직하다.
동축 선로 외부 도체(26)는 측면이 접지 도체(1)의 상면과 밀착하도록 배치되어 있는 중공관의 도체이다. 도 10 및 도 11에서는, 동축 선로 외부 도체(26)의 측면이 접지 도체(1)의 상면과 밀착하도록 배치되어 있지만, 동축 선로 외부 도체(26)의 측면이 접지 도체(1)의 하면과 밀착하도록 배치되어 있더라도 좋다.
동축 선로 내부 도체(27)는 동축 선로 외부 도체(26)의 내경보다 작은 외경을 갖는 원기둥 형상의 도체이고, 동축 선로 외부 도체(26)와 동축상에 배치되어 있다.
동축 선로 내부 도체(27)의 일단은 도시하지 않는 고주파 전원과 접속되고, 타단은 도체 중공관(23)의 제 1 단부의 외주와 접속되어 있다.
또, 동축 선로 외부 도체(26) 및 동축 선로 내부 도체(27)로 이루어지는 동축 선로 구조가 급전 선로용 도체를 구성하고 있다.
단락용 도체(28)는 도체 중공관(21)의 제 2 단부와, 도체 중공관(23)의 제 2 단부를 단락하는 도체이다.
다음으로 동작에 대하여 설명한다.
동축 선로 내부 도체(27)의 일단과 접속되어 있는 도시하지 않는 고주파 전원이 고주파 전압을 발생시키면, 동축 선로 외부 도체(26) 및 동축 선로 내부 도체(27)가 급전 선로로서 동작하고, 동축 선로 내부 도체(27)의 타단과 접속되어 있는 도체 중공관(23)을 거쳐서, 안테나로서 동작하는 도전성 액체(8b)에 고주파 전력이 공급된다.
이때, 고주파 전력은, 안테나로서 동작하는 도전성 액체(8b)뿐만이 아니라, 급수측의 도전성 액체(8a)에도 전달되기 때문에, 안테나의 성능에 악영향을 미치는 것이 된다.
도 10 및 도 11의 안테나 장치에서는, 도체 중공관(21)의 제 1 단부가 전기적으로 접지 도체(1)와 접속되고, 도체 중공관(21)의 제 2 단부와 도체 중공관(23)의 제 2 단부가 단락용 도체(28)에 의해 단락되어 있기 때문에, 도체 중공관(21)과 도체 중공관(23)이 동축 선로로서 동작하고, 그 동축 선로가 선단 단락의 전송 선로가 된다.
또한, 도체 중공관(23)의 제 1 단부(고주파 전력의 공급점)로부터, 도체 중공관(23)의 선단인 제 2 단부(단락점)까지의 거리가 동작 주파수에서 1/4 파장의 길이에 상당하기 때문에, 고주파 전력의 공급점으로부터 단락측을 본 입력 임피던스 Zt가 무한대가 되고, 고주파 전력이 단락측에는 공급되지 않는다. 이 때문에, 급수측의 도전성 액체(8a)에 의해 고주파 전력이 소비되는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도체 중공관(21)과 도체 중공관(23)이, 동축 선로로서 동작하기 때문에, 도체 중공관(21) 또는 도체 중공관(23)의 지름을 변경하는 것에 의해, 소망하는 임피던스로 정합을 취하는 것이 가능하다.
도 12는 도 10의 안테나 장치에서의 xy면이 접지 도체(1)의 주면이 되는 xyz 좌표의 z-x면 및 x-y면의 방사 패턴의 계산 결과를 나타내는 설명도이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 주 편파인 수직 편파에 있어서, z-x면에서는 8자형의 패턴이 되고, x-y면에서는 거의 무지향의 패턴이 된다.
도 12에서, 수평 편파는 30㏈ 이하이고, 교차 편파가 전체 방향에서 억제되고 있는 것을 알 수 있다.
이상에서 분명한 바와 같이, 본 실시의 형태 3에 의하면, 상기 실시의 형태 1과 동일한 효과를 갖는 것 외에, 도체 중공관(21)과 도체 중공관(23)으로 이루어지는 동축 선로가 선단 단락의 전송 선로를 형성하고, 그 동축 선로의 길이가 동작 주파수에서 1/4 파장의 길이에 상당하고 있기 때문에, 임피던스 정합의 조정이 가능하게 됨과 아울러, 본 안테나 장치로부터 방사되는 교차 편파를 전체 방향에서 억제할 수 있는 효과가 있다.
실시의 형태 4.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 안테나 장치를 나타내는 사시도이고, 도 14는 본 발명의 실시의 형태 4에 의한 안테나 장치를 나타내는 상면도이다.
도 13 및 도 14에 있어서, 도 1 및 도 2와 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내므로 설명을 생략한다.
긴 구멍(31)은 도체 중공관(3)의 중간 부분을 따르도록, 접지 도체(1)에 마련된 선 형상의 구멍이다.
단락용 도체(32)는 접지 도체(1)에 마련된 긴 구멍(31)에 대하여 이동이 자유롭게 삽입된 상태에서, 접지 도체(1)와 도체 중공관(3)을 도통시키는 도체이다.
즉, 단락용 도체(32)는 긴 구멍(31)의 굵기와 동등한 지름을 갖는 원기둥 형상(또는 각기둥 형상)의 도체이고, 접지 도체(1)와 도체 중공관(3)이 전기적으로 단락되도록 배치되어 있다.
본 실시의 형태 4에서는, 구멍(2a)으로부터 급수되는 도전성 액체(8a)의 수량을 조절하는 것에 의해, 도전성 액체(8b)의 선단과 접지 도체(1)의 거리를 소망하는 동작 주파수에 대응하는 1/4 파장 정도의 높이로 제어하는 것이 가능하다.
또한, 도체 중공관(3)이 단락용 도체(32)를 통하여 접지 도체(1)와 단락되어 있고, 도체 중공관(3)과 접지 도체(1)가 평행하게 배치되어 있는 중간 부분에 의해 선단 단락의 전송 선로가 형성된다.
이때, 단락용 도체(32)를 긴 구멍(31) 내에서 이동시키는 것에 의해, 고주파 전력의 공급점으로부터, 도체 중공관(3)과 접지 도체(1)의 단락점(단락용 도체(32)가 존재하는 위치의 점)까지의 거리를 소망하는 동작 주파수에 대응하는 1/4 파장 정도의 길이로 제어하는 것이 가능하게 된다.
이상에서 분명한 바와 같이, 본 실시의 형태 4에 의하면, 상기 실시의 형태 1과 동일한 효과를 갖는 것 외에, 도전성 액체(8b)가 분출되는 힘을 제어하면서, 단락용 도체(32)의 위치를 조정하는 것에 의해, 동작 주파수를 가변으로 하는 것이 가능한 안테나 장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
실시의 형태 5.
도 15는 본 발명의 실시의 형태 5에 의한 안테나 장치를 나타내는 단면도이고, 도 15에 있어서, 도 11과 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내므로 설명을 생략한다.
구멍(40)은 도체 중공관(21)의 아래쪽(제 2 단부측)에 마련된 급수용의 구멍이다.
도전성 액체(8c)는 구멍(40)으로부터 공급되고, 도체 중공관(21, 23) 및 단락용 도체(28)로 구성되는 동축 선로 구조의 내부에 모이는 제 2 도전성 액체이다.
본 실시의 형태 5의 안테나 장치에서는, 개구면(24b)으로부터 급수되는 도전성 액체(8a)의 수량을 조절하는 것에 의해, 도전성 액체(8b)의 선단과 접지 도체(1)의 거리를 소망하는 동작 주파수에 대응하는 1/4 파장 정도의 높이로 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도체 중공관(21)과 도체 중공관(23)이 도전성 액체(8c)의 수면의 위치에서 단락되기 때문에, 선단 단락의 전송 선로가 형성된다.
구멍(40)으로부터 급수되는 도전성 액체(8c)의 수량을 조절하는 것에 의해, 고주파 전력의 공급점으로부터 도전성 액체(8c)의 수면의 위치(단락점)까지의 거리를 소망하는 동작 주파수에 대응하는 1/4 파장 정도로 제어하는 것이 가능하게 된다.
이상에서 분명한 바와 같이, 본 실시의 형태 5에 의하면, 상기 실시의 형태 3과 동일한 효과를 갖는 것 외에, 도전성 액체(8b)가 분출되는 힘을 제어하고, 도전성 액체(8c)의 급수량을 조절하는 것에 의해, 동작 주파수를 가변으로 할 수 있는 안테나 장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또, 본원 발명은 그 발명의 범위 내에 있어서, 각 실시의 형태의 자유로운 조합, 혹은 각 실시의 형태의 임의의 구성 요소의 변형, 또는 각 실시의 형태에 있어서 임의의 구성 요소의 생략이 가능하다.
(산업상이용가능성)
본 발명과 관련되는 안테나 장치는, 접지 도체에 마련된 구멍과 동일한 내경의 개구면을 갖고, 개구면과 구멍이 겹치는 위치에서 접지 도체의 표면과 밀착하는 제 1 단부와, 제 1 단부와 반대쪽에 있고, 개구면이 접지 도체와 반대 방향에 있는 제 2 단부를 갖고, 제 1 단부와 제 2 단부의 중간 부분이 접지 도체와 평행하게 되도록 굴곡된 도체 중공관을 구비하고, 제 1 단부의 개구면으로부터 공급된 도전성 액체가 도체 중공관의 내부를 통과하여, 제 2 단부의 개구면으로부터 외부로 방출되도록 구성했으므로, 방사 효율의 열화의 방지, 및, 불필요한 전류의 억제를 할 수 있고, 도전성 액체를 방사 소자에 이용하는 경우에 적합하다.
1 : 접지 도체
2a, 2b, 2c, 2d : 구멍
3 : 도체 중공관
4a : 제 1 단부에 있어서의 개구면
4b : 제 2 단부에 있어서의 개구면
5a, 5b : 메시 형상 도체
6 : 동축 선로 외부 도체(급전 선로용 도체)
7 : 동축 선로 내부 도체(급전 선로용 도체)
8a, 8b : 도전성 액체
8c : 도전성 액체(제 2 도전성 액체)
11 : 도체 중공관
12a : 제 1 단부에 있어서의 개구면
12b : 제 2 단부에 있어서의 개구면
13a, 13b : 메시 형상 도체
14 : 동축 선로 외부 도체(급전 선로용 도체)
15 : 동축 선로 내부 도체(급전 선로용 도체)
16 : 단락용 도체
21 : 도체 중공관(제 1 도체 중공관)
22a : 제 1 단부에 있어서의 개구면
22b : 제 2 단부에 있어서의 개구면
23 : 도체 중공관(제 2 도체 중공관)
24a : 제 1 단부에 있어서의 개구면
24b : 제 2 단부에 있어서의 개구면
25a, 25b : 메시 형상 도체
26 : 동축 선로 외부 도체(급전 선로용 도체)
27 : 동축 선로 내부 도체(급전 선로용 도체)
28 : 단락용 도체
31 : 긴 구멍
32 : 단락용 도체
40 : 구멍

Claims (5)

  1. 구멍이 마련되어 있는 접지 도체와,
    상기 접지 도체에 마련되어 있는 구멍의 지름과 일치하는 내경의 개구면을 갖는 제 1 단부가 상기 구멍과 겹치는 위치에서, 상기 접지 도체의 표면과 밀착되어 있고, 상기 제 1 단부와 반대쪽에 있는 제 2 단부의 개구면이 상기 접지 도체의 표면과 반대 방향을 향하고, 또한, 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 사이의 중간 부분이 상기 접지 도체와 평행하게 배치되도록 굴곡되어 있는 도체 중공관(hollow tube)과,
    일단이 고주파 전원과 접속되고, 타단이 상기 제 1 단부로부터의 거리가 동작 주파수에서 4분의 1 파장이 되는 위치에 있어서의 상기 중간 부분의 측면과 접속되어 있는 급전 선로용 도체
    를 구비하고,
    상기 제 1 단부의 개구면으로부터 공급된 도전성 액체가 상기 도체 중공관의 내부를 통과하여, 상기 제 2 단부의 개구면으로부터 외부로 방출되는
    것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 구멍이 마련되어 있는 접지 도체와,
    상기 접지 도체의 이면측에 배치되는 제 1 단부와, 상기 접지 도체에 마련되어 있는 구멍의 지름보다 가는 외경의 개구면을 갖는 제 2 단부의 사이의 거리가 동작 주파수에서 4분의 1 파장의 길이이고, 상기 제 2 단부의 높이가 상기 접지 도체의 표면과 동일한 높이이고, 상기 제 2 단부의 개구면의 중심축이 상기 구멍의 중심축과 겹치도록 배치되고, 또한, 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부의 사이의 중간 부분이 상기 접지 도체와 평행하게 배치되도록 굴곡되어 있는 도체 중공관과,
    일단이 고주파 전원과 접속되고, 타단이 상기 제 2 단부와 접속되어 있는 급전 선로용 도체와,
    일단이 상기 접지 도체와 접속되고, 타단이 상기 제 1 단부와 접속되는 단락용 도체
    를 구비하고,
    상기 제 1 단부의 개구면으로부터 공급된 도전성 액체가 상기 도체 중공관의 내부를 통과하여, 상기 제 2 단부의 개구면으로부터 외부로 방출되는
    것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 구멍이 마련되어 있는 접지 도체와,
    상기 접지 도체에 마련되어 있는 구멍의 지름과 일치하는 내경의 개구면을 갖는 제 1 단부가 상기 구멍과 겹치는 위치에서, 상기 접지 도체의 이면과 밀착하도록, 상기 접지 도체와 수직으로 배치되어 있고, 동작 주파수에서 4분의 1 파장의 길이를 갖는 제 1 도체 중공관과,
    상기 제 1 도체 중공관의 내경보다 가는 외경의 개구면을 갖는 제 1 단부의 높이가 상기 접지 도체의 표면과 동일한 높이이고, 상기 제 1 도체 중공관과 동축상에 배치되어 있고, 동작 주파수에서 4분의 1 파장의 길이를 갖는 제 2 도체 중공관과,
    일단이 고주파 전원과 접속되고, 타단이 상기 제 2 도체 중공관의 제 1 단부와 접속되어 있는 급전 선로용 도체와,
    상기 제 1 도체 중공관의 제 1 단부와 반대쪽에 있는 제 2 단부와, 상기 제 2 도체 중공관의 제 1 단부와 반대쪽에 있는 제 2 단부를 단락하고 있는 단락용 도체
    를 구비하고,
    상기 제 2 도체 중공관의 제 2 단부의 개구면으로부터 공급된 도전성 액체가 상기 제 2 도체 중공관의 내부를 통과하여, 상기 제 2 도체 중공관의 제 1 단부의 개구면으로부터 외부로 방출되는
    것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체 중공관의 중간 부분을 따르도록, 상기 접지 도체에 마련된 선 형상의 긴 구멍과,
    상기 긴 구멍에 대하여 이동이 자유롭게 삽입된 상태에서, 상기 접지 도체와 상기 도체 중공관을 도통시키는 단락용 도체
    를 구비한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 도체 중공관의 제 2 단부측에 급수용의 구멍이 마련되고, 상기 급수용의 구멍으로부터 제 2 도전성 액체가 공급되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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