JP2005124030A - 球状ダイポールアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域での電磁界計測を確実且つ正確に行うための球状ダイポールアンテナを提供することを目的とする。
【解決手段】互いに対向して配置され、其々が中空部分を具備する半球状のアンテナエレメント２及び５と、アンテナエレメント２及び５の対向面其々に設けられ、テーパ部を具備する円盤部４及び７と、光信号を電気信号に変換し、電気信号をアンテナエレメント２及び５に印加するＯ／Ｅ（光／電気）変換器１２と、電気信号が印加された際に生じた反射波がＯ／Ｅ変換器１２に流入することを防止するためのアイソレータ１４とを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁界測定において、電磁波の放射、電磁波の受信を行う球状ダイポールアンテナに関する。

電子機器等から発生する不要電磁波がテレビ、ラジオ等の放送受信器に影響を与える現象、すなわちＥＭＩ（Electromagnetic Interference）を正確に測定するにあたっては、オープンサイト、電波暗室等の測定設備が必要であり、また、これらの特性を評価するために標準的な電磁波の放射・受信を行うことも必要である。

球状ダイポールアンテナは、上記の電磁波の放射又は受信若しくはこれらの両方を行うためのものであり、これは、２個の半球状のアンテナエレメントを有し、アンテナエレメント内に光／電気変換器（以下、適宜“Ｏ／Ｅ変換器”とする）、電気／光変換器（以下、適宜“Ｅ／Ｏ変換器”とする）と電源部、増幅器等を有する（例えば、非特許文献１参照）。
「光／電気変換器を用いた球状ダイポールアンテナ」村川、桑原、雨宮；電子情報通信学会論文誌 B-II Vol. J74-B-II No.12 pp.699-706（１９９１年、１２月）

上記の球状ダイポールアンテナは、例えば１０ＭＨｚから数十ＧＨｚ帯域にわたる高帯域において電磁波の放射又は受信若しくはこれらの両方を行うことを可能にするためのものであり、アンテナエレメントにテーパ部を設け、２個のアンテナエレメント間の距離を変化させることにより、広帯域に亘り電磁放射や計測を実現することができる。

しかしながら、アンテナエレメントへの印加電圧が給電点やアンテナエレメント自体で反射し、この反射成分により印加電圧が変動するなどの問題点があった。

また、これを抑制するため、Ｏ／Ｅ変換器に数ｄＢのアテネータを挿入することにより、反射電力を低減することが試みられているが、印加電圧自体を抑圧するなどの問題点があった。

また、アンテナエレメントにより電磁波が受信された際に、一旦受信された電磁波がアンテナ外部に漏出するなどの問題点もあった。

したがって、効率良く電磁波の放射又は受信若しくはこれらの両方を行うことが困難であった。

このような事情に鑑み本発明は、広帯域での電磁界計測を確実且つ正確に行うための球状ダイポールアンテナを提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、互いに対向して配置され、其々が中空部分を具備する半球状の第１及び第２のアンテナエレメントと、第１及び第２のアンテナエレメントの対向面其々に設けられたテーパ部と、光信号を電気信号に変換し、電気信号を第１及び第２のアンテナエレメントに印加する光／電気変換手段と、光／電気変換手段の出力側とアンテナエレメントとの間に接続され、電気信号が印加された際に生じた反射波が光／電気変換手段に流入することを防止するための反射波流入防止手段とを有することを要旨とする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の発明において、光／電気変換手段、反射波流入防止手段の全てを、第１のアンテナエレメント若しくは第２のアンテナエレメントの中空部分内に互いに接近した状態で配置したことを要旨とする。

請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の発明において、反射波流入防止手段は、サーキュレータ、アイソレータ及びアッテネータのうちのいずれかを含むことを要旨とする。

請求項４に記載の本発明は、互いに対向して配置され、其々が中空部分を具備する半球状の第１及び第２のアンテナエレメントと、第１及び第２のアンテナエレメントが電磁波を受信した際に生じた電気信号を光信号に変換する電気／光変換手段と、アンテナエレメントと電気／光変換手段の入力側との間に接続され、電磁波が受信された際に、電磁波が外部に漏出することを防止するための電磁波漏出防止手段とを有することを要旨とする。

請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の発明において、電気／光変換手段、電磁波漏出防止手段の全てを、第１のアンテナエレメント若しくは第２のアンテナエレメントの中空部分内に互いに接近した状態で配置したことを要旨とする。

請求項６に記載の本発明は、請求項４又は５に記載の発明において、電磁波漏出防止手段は、サーキュレータ、アイソレータ及びアッテネータのうちのいずれかを含むことを要旨とする。

本発明の球状ダイポールアンテナは、電気信号が印加された際に生じた反射波が光／電気変換手段に流入することを防止するための反射波流入防止手段を有する。

また、電磁波が受信された際に、電磁波が外部に漏出することを防止するための電磁波漏出防止手段とを有する。

したがって、本発明によれば、広帯域での電磁界計測を確実且つ正確に行うための球状ダイポールアンテナを提供することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の球状ダイポールアンテナについての説明を行う。
なお、以下の実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。
また、実施例を説明するための全図において、同一の要素には同一の符号を付与し、これに関する反復説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施例（実施例１）に係る球状ダイポールアンテナ１ａの斜視図である。
球状ダイポールアンテナ１ａは、絶縁部８等を介して互いに対向して配置された導体製のアンテナエレメント２及び５を有し、これらの本実施例のアンテナエレメント２及び５により構成される球体部分の直径は約１０ｃｍから約２０ｃｍを想定しており、重量は約３ｋｇを想定している。

アンテナエレメント２は、半球状、換言すればドーム型の半球部３及び円盤型の円盤部４からなり、アンテナエレメント５は、半球部３と同様の半球部６及び円盤部４と同様の円盤部７からなる。

なお、本図においては、アンテナエレメント５の下部が取付部９を介して支持ポール１０に取り付けられている場合を示しているが、これに限定されず、様々な取り付け方法を採用可能である。

図２は、図１の球状ダイポールアンテナ１ａの断面図である。なお、本図ならびに以降の図面においては、図１の取付部９及び支持ポール１０の記載は省略している。
図示するとおり、アンテナエレメント２及び５の内部は中空であり、これらは、円盤部４及び７を貫通する中心導体部１１と、これを包周する絶縁部８により対向して配置されている。なお、絶縁部８にはテフロン（登録商標）等が用いられる。また、円盤部４と中心導体部１１は電気的に接続されている。

また、この球状ダイポールアンテナ１ａは、電磁波の放射を目的としたものであり、このため、アンテナエレメント５の中空部内に互いに接近した状態で配置された光／電気変換器１２（以下、適宜“Ｏ／Ｅ変換器１２”とする）と、Ｏ／Ｅ変換器１２に接続された電源部１３と、アイソレータ１４と、外部に設置された電気／光変換器１６（以下、適宜“Ｅ／Ｏ変換器１６”とする）と、Ｏ／Ｅ変換器１２とＥ／Ｏ変換器１６とを接続する光ファイバケーブル１５と、Ｅ／Ｏ変換器１６に接続された発振器１７とを有する。

また、アイソレータ１４は、Ｏ／Ｅ変換器１２の出力側とアンテナエレメント５（円盤部７）及び中心導体部１１との間に配置されており、Ｏ／Ｅ変換器１２は、アイソレータ１４を介してアンテナエレメント５及び中心導体部１１と接続されている。

また、円盤部４及び７の其々は、その対抗面側に中心導体部１１から外周方向にむかってテーパするテーパ部を有しており、さらに、その断面形状は、曲線構成されている。つまり、アンテナエレメント２とアンテナエレメント５との間の空間部分は、外周部に向けて広がった形状を有している。

このテーパ部は、上記の形状を有するため、中心導体部１１を介して円盤部７と円盤部４の間に電圧（電気信号）を印加した際の駆動点インピーダンスと空間の特性インピーダンスを緩やかに変化させ、Ｏ／Ｅ変換器１２の出力インピーダンスと空間の特性インピーダンスとの整合を良くすることにより、アンテナエレメント２及び５での共振現象を抑制する。その結果、数十ＧＨｚ帯域での電磁波の送信又は受信若しくはこれらの両方が可能となる。

次に上記の球状ダイポールアンテナ１ａの作用について説明する。

まず、発振器１７に電気信号を発生させ、これをＥ／Ｏ変換器１６に送信する。電気信号を受信したＥ／Ｏ変換器１６は、これに比例する光強度変調信号を発生させる。この光信号は、光ファイバケーブル１５を介してＯ／Ｅ変換器１２に伝送される。Ｏ／Ｅ変換器１２は、受信した光信号を電気信号に変換し、アイソレータ１４を介して円盤部７と中心導体部１１の間に印加する。印加された電気信号は、円盤部４と円盤部７の間を外周方向へ向かって伝播する際に、上記のテーパ部の作用により円盤部４及び７の特性インピーダンスが緩やかに変化するため、電磁波の反射や共振が抑制され、電磁界計測を行うにあたって、電磁波を効率良く且つ正確に放射することができる。

また、上記のアイソレータ１４は、アンテナエレメント２及び５に電気信号が印加された際に生じた反射波が前記光／電気変換手段に流入することを防止する。

このアイソレータ１４は、その入力側から出力側への挿入損失は概ね１ｄＢ以下であるが、出力側から入力側への挿入損失（アンテナエレメント２及び５等で発生した反射波の損失）は通常１５ｄＢ以上である。この結果、アンテナエレメント２及び５等で生じた反射波がＯ／Ｅ変換器１２に与える影響を極めて小さいものにすることができる。

なお、上記のＯ／Ｅ変換器１２は、請求項に記載の光／電気変換手段に含まれ、アイソレータ１４は、請求項に記載の反射波流入防止手段に含まれる。

図３は、本発明の第２の実施例（実施例２）に係る球状ダイポールアンテナ１ｂの断面図である。
図３の球状ダイポールアンテナ１ａは、Ｏ／Ｅ変換器１２、電源部１３及びアイソレータ１４の全てが下側のアンテナエレメント５内に設けられている場合を示したが、球状ダイポールアンテナ１ｂは、Ｏ／Ｅ変換器１２、電源部１３及びアイソレータ１４の全てを
上側のアンテナエレメント２内に接近した状態で配置したものである。

このような構成をとることにより、アンテナエレメント内の中空部分における光ファイバケーブル１５の露出部分を非常に少なくすることが可能となり、例えば、電源部１３内の電池等を交換する際や、Ｏ／Ｅ変換器の出力電圧を確認する際に光ファイバケーブル１５が損傷することを防止可能となり、また、球状ダイポールアンテナ１ｂ全体を図１の支持ポール１０から取り外す必要なしに、半球部３を取り外すだけで上記の作業を実施することが可能となり、作業性の向上を図ることができる。

図４は、本発明の第３の実施例（実施例３）に係る球状ダイポールアンテナ１ｃの断面図である。
球状ダイポールアンテナ１ｃは、前述の球状ダイポールアンテナ１ｂ（図３）に変更を加えたものであり、電磁波の受信を目的としている。このため、アンテナエレメント５内にＥ／Ｏ変換器１６と、アイソレータ１４と、Ｅ／Ｏ変換器１６に接続された電源部１３とを有し、外部にＯ／Ｅ変換器１２と、このＯ／Ｅ変換器１２とＥ／Ｏ変換器１６とを接続する光ファイバケーブル１５と、Ｏ／Ｅ変換器１２と接続された受信器１８とを有する。

また、アイソレータ１４は、Ｅ／Ｏ変換器１６の入力側とアンテナエレメント５（円盤部７）及び中心導体部１１との間に配置されており、Ｅ／Ｏ変換器１６は、アイソレータ１４を介してアンテナエレメント５及び中心導体部１１と接続されている。

なお、その他の要素の機能、構成等に変更はなく、第１の実施に形態において示したものと同様である。また、上記のＥ／Ｏ変換器１６は、請求項に記載の電気／光変換手段に含まれる。

次に、上記の球状ダイポールアンテナ１ａの作用について説明する。

アンテナエレメント２及び５に到来する電磁波はこれらの間のテーパ状の部分に進入し、受信される。この結果、円盤部４と中心導体部１１の間に電圧（電気信号）が発生する。発生した電圧は、Ｅ／Ｏ変換器１６により光強度変調信号に変換される。この光信号は、光ファイバケーブル１５を介して外部のＯ／Ｅ変換器１２に伝送される。Ｏ／Ｅ変換器１２は、受信した光信号を電気信号に変換する。この電気信号のレベルは電磁波強度に比例することから、この電気信号を受信器１８で受信することで、アンテナエレメント２及び５により受信された電磁波を測定することができる。

また、上記のテーパ部の作用により円盤部４及び７の特性インピーダンスが緩やかに変化するため、電磁波の反射や共振が抑制され、電磁界計測を行うにあたって、電磁波を効率良く且つ正確に受信することができる。

また、上記のアイソレータ１４は、アンテナエレメント２及び５により電磁波が受信された際にこの電磁波が球状ダイポールアンテナ１ｃの外部に漏出すること防止する。

このアイソレータ１４は、その入力側から出力側への挿入損失は概ね１ｄＢ以下であるが、出力側から入力側への挿入損失（アンテナエレメント２及び５等で発生した反射波の損失）は通常１５ｄＢ以上である。この結果、アンテナエレメント２及び５で受信された電磁波が球状ダイポールアンテナ１ｃの外部に漏出することを防止できる。

なお、上記のＥ／Ｏ変換器１６は、請求項に記載の電気／光変換手段に含まれ、アイソレータ１４は、請求項に記載の電磁波漏出防止手段に含まれる。

図５は、本発明の第４の実施例（実施例４）に係る球状ダイポールアンテナ１ｄの断面図である。
球状ダイポールアンテナ１ｄは、前述の球状ダイポールアンテナ１ｂ（図３）及び１ｃ（図４）に変更を加えたものであり、電磁波の放射と受信の両方を目的としている。このため、電磁波の放射のためのＯ／Ｅ変換器１２ａ、アイソレータ１４、光ファイバケーブル１５ａ、Ｅ／Ｏ変換器１６ａ及び発振器１７と、さらに電磁波の受信のためのＥ／Ｏ変換器１６ｂ、アイソレータ１４、光ファイバケーブル１５ｂ及びＯ／Ｅ変換器１２ｂ及び受信器１８と、Ｏ／Ｅ変換器１２ａ及びＥ／Ｏ変換器１６ｂに接続されるとともに、前記の２個のアイソレータ１４を介して円盤部４及び中心導体部１１に接続された方向性結合器１９と、Ｏ／Ｅ変換器１２ａ及びＥ／Ｏ変換器１６ｂの其々に接続された電源部１３とを有する。

Ｏ／Ｅ変換器１２ａ及び１２ｂは、前述のＯ／Ｅ変換器１２（図２から図４）と同様のものであり、Ｅ／Ｏ変換器１６ａ及び１６ｂは、前述のＥ／Ｏ変換器１６（図２から図４）と同様のものである。

方向性結合器１９は、Ｏ／Ｅ変換器１２ａから出力された電気信号をそのまま通過させるため、アンテナエレメント２及び５から電磁波を放射することができ、さらに電磁波を受信した場合に発生する電気信号のみを分波させ、この電気信号をＥ／Ｏ変換器１６ｂに伝送する。

なお、その他の要素の機能、構成等に変更はなく、第１から第３の実施例において示したものと同様である。また、電源部１３を１個のみ設け、この電源部からＯ／Ｅ変換器１２ａとＥ／Ｏ変換器１６ｂの両方に電源を供給する構成としても良い。

また、上記の全ての実施例においては、円盤部４及び７の其々がテーパ部と一体的に形成されている場合を示したが、これに限定されず、円盤部とテーパ部を別の部材として作製しておき、後に接合する構成としても良い。

また、上記の全ての実施例においては、半球部３と円盤部４、半球部６と円盤部７とが別個に形成されている場合を示したが、上記の半球部と円盤部を一体的に形成しても良い。

また、上記の全ての実施例においては、必要に応じて増幅器等を設けることもできる。

また、上記の全ての実施例においては、反射波流入防止手段及び電磁波漏出防止手段がアイソレータである場合を示したが、これに限定されず、上記の各手段として、サーキュレータ、アッテネータ等を有する構成とすることもできる。

また、上記の構成をとることにより、光信号同士の干渉、電気信号同士の干渉を防止することもできる。

本発明の実施例１に係る球状ダイポールアンテナ１ａの斜視図である。 図１の球状ダイポールアンテナ１ａの断面図である。 本発明の実施例２に係る球状ダイポールアンテナ１ｂの断面図である。 本発明の実施例３に係る球状ダイポールアンテナ１ｃの断面図である。 本発明の実施例４に係る球状ダイポールアンテナ１ｄの断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 球状ダイポールアンテナ
２、５ アンテナエレメント
３、６ 半球部
４、７ 円盤部
８ 絶縁部
９ 取付部
１０ 支持ポール
１１ 中心導体部
１２、１２ａ、１２ｂ 光／電気（Ｏ／Ｅ）変換器
１３ 電源部
１４ アイソレータ
１５、１５ａ、１５ｂ 光ファイバケーブル
１６、１６ａ、１６ｂ 電気／光（Ｅ／Ｏ）変換器
１７ 発振器
１８ 受信器
１９ 方向性結合器

Claims (6)

1. 互いに対向して配置され、其々が中空部分を具備する半球状の第１及び第２のアンテナエレメントと、
   前記第１及び第２のアンテナエレメントの対向面其々に設けられたテーパ部と、
   光信号を電気信号に変換し、該電気信号を前記第１及び第２のアンテナエレメントに印加する光／電気変換手段と、
   前記光／電気変換手段の出力側と前記アンテナエレメントとの間に接続され、前記電気信号が印加された際に生じた反射波が前記光／電気変換手段に流入することを防止するための反射波流入防止手段と
   を有することを特徴とする球状ダイポールアンテナ。
2. 前記光／電気変換手段、前記反射波流入防止手段の全てを、前記第１のアンテナエレメント若しくは前記第２のアンテナエレメントの中空部分内に互いに接近した状態で配置したことを特徴とする請求項１に記載の球状ダイポールアンテナ。
3. 前記反射波流入防止手段は、サーキュレータ、アイソレータ及びアッテネータのうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の球状ダイポールアンテナ。
4. 互いに対向して配置され、其々が中空部分を具備する半球状の第１及び第２のアンテナエレメントと、
   前記第１及び第２のアンテナエレメントが電磁波を受信した際に生じた電気信号を光信号に変換する電気／光変換手段と、
   前記アンテナエレメントと前記電気／光変換手段の入力側との間に接続され、前記電磁波が受信された際に、該電磁波が外部に漏出することを防止するための電磁波漏出防止手段と
   を有することを特徴とする球状ダイポールアンテナ。
5. 前記電気／光変換手段、前記電磁波漏出防止手段の全てを、前記第１のアンテナエレメント若しくは前記第２のアンテナエレメントの中空部分内に互いに接近した状態で配置したことを特徴とする請求項４に記載の球状ダイポールアンテナ。
6. 前記電磁波漏出防止手段は、サーキュレータ、アイソレータ及びアッテネータのうちのいずれかを含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の球状ダイポールアンテナ。

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