JP5511351B2 - ループアンテナおよびこれを含む多素子ループアンテナ - Google Patents
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Description
ループアンテナは、ケーブルの両端が対向されて、全体としてループ状に配されて構成されるものである。そして、ケーブルの両端に給電されると、たとえばループの全周長を1波長とした電磁波を発することにより、送信用のアンテナとして機能する。また、たとえばループの全周長を1波長とした電磁波を受けることにより、受信用のアンテナとして機能する。
また、多バンドで使用するためには、全周長の異なる複数のループアンテナを用意しなければならず、アンテナ全体が大型化してしまうという問題もある。
本発明は、ケーブルがループ状に配されたループアンテナであって、前記ケーブルのループの全周長が長く配される長配置と、前記長配置に配されたときよりも前記ループの全周長が短く配される短配置とで、前記ループの配置を変更することにより、前記ループの全周長を変化させる可変機構を備え、前記可変機構は、前記長配置に配されたループ内のケーブルの一部を、前記ループからオフセットされたオフセット位置に移動させることにより、前記長配置から前記短配置へと変更し、前記短配置において前記オフセット位置に配されたケーブルの一部を、前記ループ内に移動させることにより、前記短配置から前記長配置へと変更することを特徴とする。
これにより、一つのループアンテナだけで、複数の周波数に同調させることができ、多バンドでも簡便に使用することができる。
これにより、ケーブルの全周長を確実に変化させることができる。
これにより、長配置と短配置とで確実に変更することができるだけでなく、各配置を保持することができる。
これにより、短配置から長配置へと確実に変更することができる。
これにより、長配置と短配置とでスムーズに変更することができる。
これにより、長配置と短配置とで容易に変更することができる。
これにより、ループの全周長を迅速かつ高精度に変化させることができる
以下、本発明の第1の実施形態におけるループアンテナについて、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態としてのループアンテナを示したものである。
ループアンテナ1は、たとえばアルミなどの部材からなる円柱状の支柱2を備えている。
支柱2は、設置部2aを介して、地面Gに着脱可能に設置することができるようになっている。そして、支柱2は、地面Gに設置すると、地面Gから鉛直方向上方に向けて立てられるようになっている。
また、支柱2の上方部2cには、支柱2の中心線を挟んで対向配置された一対のプーリ(オフセット案内部材)6aが設けられている。プーリ6aは、図1に対して奥行方向に延ばされた回転軸6bを中心としてそれぞれ回転するようになっている。これらプーリ6aおよび回転軸6bは、金属などの導電性部材からなっている。また、これらプーリ6aは、導電性の連結板6c(図2に示す)によって連結されており、互いに導通している。
なお、上方部2cは、支柱2の長さ方向Hのうち、上端部(設置部2aとは反対側の端部)のことをいう。
さらに、図1に示すように、底辺3aは、長さ方向Hと直交する幅方向Wに延ばされている。すなわち、三角形の頂点部3cが、上方部2cに配され、三角形の残りの2点(他点部)3dが、上方部2cよりも下方であって、支柱2の中心線から互いに幅方向Wに対称に延ばされた位置に配されている。
また、ケーブル3の長さ方向の一部には、長尺状に延びる連結紐(連結部材)14が連結されている。連結紐14は、絶縁部材からなるものである。この連結紐14は、ケーブル3の長さ方向の中心部に取り付けられており、ケーブル3の全長がすべてループ上にあるときに、頂点部3cに配されたケーブル3から支柱2に沿って垂下するようになっている。
巻き取りドラム12は、円柱状のドラム本体部12aと、ハンドル12bとを備えている。
ドラム本体部12aは、ラチェット機構により、一方向(連結紐14を巻き取る方向)にのみ回転するようになっており、解放スイッチ(不図示)を駆動することにより、他方向(巻き取った連結紐14を送り出す方向)にも回転するようになっている。ハンドル12bは、ドラム本体部12aを回転させるものである。
長配置Lとは、図1に示すように、ケーブル3の全長がすべてアンテナのループ上に配される位置をいうものであり、短配置S(図3に示す)よりも、ループの全周長が長く配される位置をいうものである。
一方、短配置Sとは、図3に示すように、長配置Lよりも、ループの全周長が短く配される位置をいうものである。
また、ループの全周長とは、三角形の三辺(底辺3aと一対の他辺3b)の長さの合計をいうものである。
このような構成のもと、長配置Lからハンドル12bを一方向に回転させると、連結紐14が巻き取られることにより、頂点部3cにおいてケーブル3が下方に引っ張られ、図3に示すように、ケーブル3が、長配置Lから短配置Sに配されるようになっている。
ループアンテナ1を送信用アンテナとして使用する場合、送信機から同軸ケーブル(不図示)を介して給電点15に給電する。これにより、ループの全周長を1波長とした電磁波が発せられる。
一方、ループアンテナ1を受信用アンテナとして使用する場合、ループの全周長を1波長とした電磁波を受けることにより、起電力を発生させ、受信用のアンテナとして機能する。
このループアンテナ1は、ループの形状自体を保持(相似形に保持)したまま、ループの全周長を漸次変更することができるものである。以下、ループの全周長の変更動作について説明する。
なお、図1に示すように、ケーブル3は長配置Lにあるものとする。
使用する電磁波によっては、より小さな波長に同調させる必要がある。
この場合、ハンドル12bを介してドラム本体部12aを一方向に回転させると、ドラム本体部12aによって連結紐14が巻き取られる。これにより、上方部2cにおいて、連結紐14を介して、ケーブル3が下方に引っ張られる。そのため、図3に示すように、ケーブル3の一部は、弾性支持部4の付勢力に抗して、プーリ6aに案内されて下方に移動し、オフセット位置OFに配される。すなわち、ケーブル3は、底辺3aからプーリ4aを介して他辺3bへと移動し、他辺3bからプーリ6aを介してオフセット位置OFに移動する。
このとき、ケーブル3の一部が下方に引っ張られることにより、弾性支持部4の両端は、プーリ4aを介して上方に引っ張られる。そして、弾性支持部4は、曲率半径がさらに小さくなるように弾性変形する。
なお、短配置Sに配されているときでも、プーリ6a、回転軸6bおよび連結板6cが導電性部材からできているので、頂点部3cにおける他辺3b同士の導通状態は維持される。
また、ケーブル3をオフセット位置OFに配することにより、ループの全周長の変化に応じて、余剰のケーブル3を吸収することができる。
また、弾性支持部4と巻き取りドラム12とにより、巻き取りドラム12の巻き取りと解放という簡易な動作だけで、ループの全周長を容易に変化させることができる。
また、弾性支持部4により、ケーブル3に付勢力を与えることができ、長配置Lと短配置Sとで容易に変更することができる。
また、弾性支持部4にプーリ4aが設けられていることにより、底辺3aと他辺3bとの間でケーブル3を容易に移動させることができ、ループの全周長を容易に変化させることができる。
また、ケーブル3が長配置Lに配されたときに、ケーブル3の全長がすべてループ上に配されることから、弾性支持部4からの付勢力による負荷を、ケーブル3全体によって受けることができ、ループアンテナ1を設置したときの保持力を増大させることができる。すなわち、弾性支持部4からの付勢力による負荷が巻き取りドラム12に集中することを防止することができ、耐久性や安定性を向上させることができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態としてのループアンテナ1Aを示したものである。
図4において、図1から図3に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは主として異なる点について説明する。
巻き取りドラム12Aは、ドラム本体部12aと、このドラム本体部12aから延ばされた回転軸12dと、この回転軸12dに設けられたギア12cとを備えている。そして、ギア12cを回転させると、回転軸12dを介して、ドラム本体部12aが回転するようになっている。
なお、巻き取りドラム12Aには、ラチェット機構は設けられておらず、回転フリーな状態になっている。
ギア20cは、ギア12cと噛み合わされており、モータ本体部20aを駆動することにより、これらギア20c,12cを介して、ドラム本体部12aを一方向および他方向に回転させるようになっている。
制御装置21は、全体の動作を制御する制御部21dと、この制御部21dに接続された複数の入力ボタン(入力部)21a,21b,21cとを備えている。
入力ボタン21a,21b,21cは、操作者によって押下されると、それぞれのボタンに対応した指示信号を出力する。
制御部21dは、入力ボタン21a,21b,21cから出力された指示信号を読み出し、それぞれの指示信号に対応した駆動信号を出力してステッピングモーター20を駆動する。これにより、ドラム本体部12aがあらかじめ設定された所定の回転位置で停止するようになっている。
また、操作者が入力ボタン21b,21cを押下すると、上記と同様にして、ループの全周長がそれぞれ5.0MHz,7.0MHzに対して1λとなるように調整される。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図5は、本発明の第3の実施形態としてのループアンテナ1Bを示したものである。
図5において、図1から図4に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第1の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは主として異なる点について説明する。
また、プーリ4aおよび回転軸4bは、コイルバネ(付勢手段)31を介して、板状に延びる支持部33に取り付けられている。すなわち、プーリ4aおよび回転軸4bは、幅方向Wにスライド可能な状態で支持部33に取り付けられている。コイルバネ31は、プーリ4aおよび回転軸4bを、それぞれ幅方向(ループの外方)W1,W2に付勢している。すなわち、ケーブル3は、コイルバネ30,31により、長配置Lになるように付勢されている。
なお、支持部33は、たとえばアルミなどの部材からなり、取り付け部32を介して支柱2に取り付けられている。
また、ケーブル3の両端は、不図示の絶縁連結部材によって連結されている。
一方、短配置Sから、長配置Lに戻すためには、巻き取りドラム12の解放スイッチ(不図示)を駆動し、上記と逆に動作させればよい。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
図6は、本発明の第4の実施形態としてのループアンテナ1Cを示したものである。
図6において、図1から図5に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施形態と上記第3の実施形態とは基本的構成は同一であり、ここでは主として異なる点について説明する。
本実施形態においては、支柱2の下方に、絶縁部材からなるプーリ36aおよび回転軸36bが設けられている。そして、プーリ36aおよび回転軸36bは、コイルバネ(付勢手段)35を介して、長さ方向Hにスライド可能な状態で支柱2に取り付けられている。コイルバネ35は、プーリ36aおよび回転軸36bを、下方(ループの外方)H2に付勢している。すなわち、ケーブル3は、コイルバネ30,31,35により、長配置Lになるように付勢されている。
そして、プーリ6a,4a,36aにケーブル3が通されることにより、ループの形状が四角形状に保持されている。
なお、ケーブル3の両端は、不図示の絶縁連結部材によって連結されている。
一方、短配置Sから、長配置Lに戻すためには、巻き取りドラム12の解放スイッチ(不図示)を駆動し、上記と逆に動作させればよい。
補助機構43は、巻き取りドラム12と連結リング5とを繋ぐ補助連結線41と、補助プーリ42aと、回転軸42bとを備えている。
補助連結線41の一端は、巻き取りドラム12に巻き取られ、他端は、連結リング5に固定されている。
補助プーリ42aは、補助連結線41を巻き取りドラム12および連結リング5へと案内するものである。
このような構成のもと、ドラム本体部12aを一方向に回転させると、補助連結線41が巻き取られ、補助プーリ42aの案内により、連結リング5が上昇する。すなわち、ドラム本体部12aの一方向の回転に合わせて(同期して)、連結リング5が上昇する。
これにより、ドラム本体部12aを巻き取ることによる力を、ケーブル3を介することなく連結リング5に直接伝えることができ、連結リング5の昇降を容易に行うことができる。
また、図10に示すように、プーリ6aに代えて、円柱状の金属柱(オフセット案内部材)45を設けてもよい。
このような変形例によれば、より簡易な構成によって、ケーブル3を案内することができる。
ロック機構50は、一対のロック片51aが支点部54によって回転可能に連結されたロック本体部51を備えている。ロック片51aは、なだらかなクランク状に形成されている。ロック片51aの下端部内方には、互いの下端部を幅方向Wの外方に付勢するコイルバネ53か設けられている。ロック片51aの外方には、押圧部52がそれぞれ設けられている。押圧部52は、不図示のスイッチにより、支柱2の径方向内方に延ばされ、コイルバネ53の付勢力に抗してロック片51aを径方向内方に押圧するようになっている。
なお、ロック片51aの上端部の外壁と支柱2の内壁との間には、ケーブル3が配されるようになっている。
不図示のスイッチを駆動すると、押圧部52が支柱2の径方向内方に延ばされ、コイルバネ53の付勢力に抗してロック片51aを径方向内方に押圧する。そのため、ロック片51aの下端部は、互いに近づく方向に移動し、支点部54を介して、上端部が互いに離れる方向に移動する。そして、上端部の外壁が、支柱2の内壁と接触し、さらに支柱2の内壁を径方向外方に押圧する。このとき、上端部の外壁と支柱2の内壁との間にケーブル3が配されていることから、ケーブル3は、その移動がロックされ、ループが強固に保持される。
一方、不図示のスイッチを解除すると、押圧部52が径方向外方に戻される。そして、コイルバネ53の付勢力により、ロック片51aの下端部が径方向外方に移動し、支点部54を介して、上端部が径方向内方に移動する。そのため、上端部の外壁と支柱2の内壁とが離され、ケーブル3のロックが解除される。
これにより、ケーブル3のループを強固に保持することができるだけでなく、保持による負荷を巻き取りドラム12やステッピングモーター20以外に分散させることができる。
このような構成のもと、図12に示すように、ケーブル3の一部がオフセット位置OFに配されているときには、プーリ6a、回転軸6bおよび連結板6cを介して、ループの他辺3b同士が導通する。一方、図13に示すように、ケーブル3の全長すべてがループ上に配されているときには、絶縁連結部65が、対をなすプーリ6aにまたがって配される。このとき、ケーブル3が絶縁連結部65によって絶縁されており、かつ、ケーブル3が絶縁連結部65を介してプーリ6aからも絶縁されることから、頂点部3cにおいて、ケーブル3が絶縁される。
これにより、長配置Lに配されたときのみ、エクスパンディッド・クワッドとして使用することができる。
なお、絶縁によるインピーダンスの変化には、整合器により調整すればよい。
金属製の支柱61に、同じく金属製の支持柱62が直交方向に設けられ、この支持柱62に、ループアンテナ1,1a,1b,1cが設けられている。
具体的には、ループアンテナ1は、第2導波器として機能し、ループアンテナ1aは第1導波器、ループアンテナ1bは輻射器、ループアンテナ1cは反射器として機能するものである。
なお、それぞれのループアンテナ1,1a,1b,1cは、長配置Lのときのループの全周長が異なるのみで、その他の構成は同一である。
また、支持柱62は、円筒状に形成されており、径の異なる複数の部材が互いにスライド可能な状態で連結されている。そのため、ループアンテナ1,1a,1b,1c同士の互いの距離が変更できるようになっている。
これにより、一つのループアンテナだけでなく、多素子ループアンテナ60として使用することができ、利便性を向上させることができる。また、支柱61が地面に設けられていることから、落雷などがあっても各アンテナ1,1a,1b,1cから支持柱62、支柱62を介して、雷サージを地面Gに逃がすことができる。
なお、図14に示す多素子ループアンテナ60は、四つのループアンテナからなるものとしているが、これに限ることはなく、ループアンテナの数は適宜変更可能(たとえば、2つ、3つ、5つ、6つなど)である。
また、それぞれのループアンテナ同士の間隔なども適宜変更可能である。さらに、それぞれのループアンテナ同士が互いに平行に配されていなくてもよい。たとえば、2つのループアンテナからなり、それら2つのループアンテナの頂点部3c同士が、底辺3a同士よりも近づけられて配されていてもよい。
また、オフセット位置OFがループの内方に設けられるとしたが、これに限ることはなく、ループの外方に設けてもよい。
また、オフセット位置OFを設けることなく、余剰のケーブル3をループ上に沿って移動させることにより、ループの全周長を変更するようにしてもよい。
また、弾性支持部4やコイルバネ30,31,35,40が設けられるとしたが、これに限ることはなく、磁石やソレノイドなどの電磁気的機構によって付勢してもよい。
また、ケーブル3は、導線が絶縁材によって被覆されたものや、導線が露出したもの(ワイヤー)などであってもよい。
また、三角形の頂点部3cが、上方部2cに配されるとしたが、これに限ることはなく、たとえば図1から図7の紙面上における三角形の回転位置は適宜変更可能である。たとえば、図1から図7の紙面上において、90度または180度回転させた位置に三角形を配することもできる。
また、給電点15が、三角形の底辺3aに設けられるとしたが、これに限ることはなく、その位置は適宜変更可能である。たとえば、他辺3b、頂点部3cまたは他点部3dなどに設けられてもよい。
また、上記第1から第4の実施形態および種々の変形例は、それぞれ自由に組み合わせることができることは言うまでもない。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
2 支柱
2c 上方部
3 ケーブル
4 弾性支持部(付勢手段、弾性部材)
4a プーリ(ループ案内部材)
6a プーリ(オフセット案内部材)
12 巻き取りドラム(移動手段、保持・解除手段、巻き取り手段)
14 連結紐(連結部材)
20 ステッピングモーター(駆動部)
21 制御装置(制御部)
30 コイルバネ(付勢手段)
31 コイルバネ(付勢手段)
35 コイルバネ(付勢手段)
40 コイルバネ(付勢手段)
43 補助機構
50 ロック機構(負荷手段)
60 多素子ループアンテナ
66 絶縁機構
L 長配置
OF オフセット位置
S 短配置
Claims (12)
- ケーブルがループ状に配されたループアンテナであって、
前記ケーブルのループの全周長が長く配される長配置と、前記長配置に配されたときよりも前記ループの全周長が短く配される短配置とで、前記ループの配置を変更することにより、前記ループの全周長を変化させる可変機構を備え、
前記可変機構は、
前記長配置に配されたループ内のケーブルの一部を、前記ループからオフセットされたオフセット位置に移動させることにより、前記長配置から前記短配置へと変更し、
前記短配置において前記オフセット位置に配されたケーブルの一部を、前記ループ内に移動させることにより、前記短配置から前記長配置へと変更することを特徴とするループアンテナ。 - 前記可変機構は、
前記ループが前記長配置に配されるように付勢する付勢手段と、
前記長配置に配されたループ内のケーブルの一部を、前記付勢手段の付勢力に抗して引っ張り、前記オフセット位置に移動させて前記短配置へと変更する移動手段と、
前記移動手段によって前記オフセット位置に移動されたケーブルを保持し、前記長配置に変更するときには前記保持を解除する保持・解除手段と
を備えることを特徴とする請求項1に記載のループアンテナ。 - 前記ループを支持する支柱を有し、
前記付勢手段が、前記支柱に設けられ、かつ前記ループ内のケーブルを付勢する弓状の弾性部材であることを特徴とする請求項2に記載のループアンテナ。 - 前記ループが三角形状に配されており、
前記三角形状の頂点が、前記支柱の長さ方向の上方部に設置され、
前記三角形状の残りの2点が、前記上方部よりも下方であって、前記支柱の長さ方向に交差する方向に設置されていることを特徴とする請求項3に記載のループアンテナ。 - 前記弾性部材が、前記三角形状の一辺に対向して設置されており、
前記弾性部材の弾性変形に応じて、前記三角形状の前記一辺からそれぞれの他辺へと前記ケーブルを案内するループ案内部材が前記弾性部材の両端部に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のループアンテナ。 - 前記移動手段による前記ケーブルの移動に合わせて、前記三角形状の前記一辺を前記ループの内方に引っ張る補助機構を備えることを特徴とする請求項5に記載のループアンテナ。
- 前記ループから前記オフセット位置へと前記ケーブルを案内するオフセット案内部材が設けられ、
前記オフセット案内部材に案内されて前記オフセット位置に配されたケーブルまたは前記ケーブルに連結された連結部材を巻き取る巻き取り手段が設けられていることを特徴とする請求項4から請求項6のいずれか一つに記載のループアンテナ。 - 前記巻き取り手段を駆動する駆動部と、
前記駆動部の駆動を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項7に記載のループアンテナ。 - 前記ケーブルの移動の際に前記ケーブルに負荷を加える負荷手段が設けられていることを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか一つに記載のループアンテナ。
- 前記長配置のときに、前記ケーブルの全長が前記ループの全周に配されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一つに記載のループアンテナ。
- 前記短配置のときに導通している前記ケーブルの一部が、前記長配置のときには絶縁される絶縁機構を備えることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一つに記載のループアンテナ。
- 請求項1から請求項11のいずれか一つに記載のループアンテナを備えることを特徴とする多素子ループアンテナ。
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