(57)【要約】  【課題】本発明はＳＷＲを最適化し、かつアンテナ利得を最適化することが可能なアンテナ利得整合装置を提供するものである。【解決手段】  導波器と輻射器と反射器とを備えたアンテナ利得整合装置であって、上記導波器と輻射器と反射器にそれぞれ設けられたエレメントの長さを変更するエレメント長変更手段と、このエレメント長変更手段によって変更された際のＳＷＲの変化を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された情報に基づいて可変インダクタンスを調整する調整手段と、この調整手段によって調整された可変インダクタンスによって給電点におけるインピーダンス整合を行う整合手段と、を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2014075718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波器と輻射器と反射器とを備えたアンテナ利得整合装置であって、
前記導波器と輻射器と反射器にそれぞれ設けられたエレメントの長さを変更するエレメント長変更手段と、
該エレメント長変更手段によって変更された際のＳＷＲ又はインピーダンスの変化を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された情報に基づいて可変インダクタンスを調整する調整手段と、
該調整手段によって調整された可変インダクタンスによって給電点におけるインピーダンス整合を行う整合手段と、
を有することを特徴とするアンテナ利得整合装置。
【請求項２】
導波器と輻射器とを備えたアンテナ利得整合装置であって、
前記導波器と輻射器にそれぞれ設けられたエレメントの長さを変更するエレメント長変更手段と、
該エレメント長変更手段によって変更された際のＳＷＲ又はインピーダンスの変化を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された情報に基づいて可変インダクタンスを調整する調整手段と、
該調整手段によって調整された可変インダクタンスによって給電点におけるインピーダンス整合を行う整合手段と、
を有することを特徴とするアンテナ利得整合装置。
【請求項３】
輻射器と反射器とを備えたアンテナ装置であって、
前記輻射器と反射器にそれぞれ設けられたエレメントの長さを変更するエレメント長変更手段と、
該エレメント長変更手段によって変更された際のＳＷＲ又はインピーダンスの変化を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された情報に基づいて可変インダクタンスを調整する調整手段と、
該調整手段によって調整された可変インダクタンスによって給電点におけるインピーダンス整合を行う整合手段と、
を有することを特徴とするアンテナ利得整合装置。
【請求項４】
少なくとも輻射器を備えたアンテナ装置であって、
前記輻射器に設けられたエレメントの長さを変更するエレメント長変更手段と、
該エレメント長変更手段によって変更された際のＳＷＲ又はインピーダンスの変化を検出する検出手段と、
該検出手段によって検出された情報に基づいて可変インダクタンスを調整する調整手段と、
該調整手段によって調整された可変インダクタンスによって給電点におけるインピーダンス整合を行う整合手段と、
を有することを特徴とするアンテナ利得整合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも輻射器を備えたアンテナ装置に関し、特にアンテナの利得を最適化するアンテナ利得整合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、テレビ放送やＦＭ放送等の受信用、又はアマチュア無線や業務用無線等の送信用に使用されるアンテナとして、例えば八木アンテナが広く利用される。その構造は導波器（ディレクタ）、輻射器（ラジエータ）、及び反射器（リフレクタ）を順に配設した構成である。導波器は棒状で輻射器よりも短く、反射器は同形状で輻射器より長く、各素子の長さがそのまま送受信可能な周波数に対応する。
【０００３】
特許文献１は広い周波数範囲で使用できるアンテナシステムの発明であり、絶縁材料で構成されるガイドアームに沿って導電エレメントを水平の二方向に配設する構成であり、所望の送信又は受信周波数に対応して導電エレメントの長さを調整する。また、エレメントレシーバは、例えばファイバーグラス等の絶縁材料で構成され、パイプ状であり、このエレメントレシーバ内を導電エレメントが左右に移動し、送信周波数又は受信周波数に対応した長さに調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６７７９１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された様な可動式のエレメントを備えたアンテナでは、整合回路が固定である為、利得を基準にエレメントの長さを調整すると、定在波比（ＳＷＲ：Standing Wave Ratio）を最適化できない。一方、ＳＷＲを最適化すると、アンテナ利得を最適化することができず、従来ＳＷＲの最適化とアンテナ利得の最適化を両立することはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明はＳＷＲを最適化し、かつアンテナ利得を最適化することが可能なアンテナ利得整合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は本発明によれば、導波器と輻射器と反射器とを備えたアンテナ利得整合装置であって、上記導波器と輻射器と反射器にそれぞれ設けられたエレメントの長さを変更するエレメント長変更手段と、該エレメント長変更手段によって変更された際のＳＷＲ又はインピーダンスの変化を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された情報に基づいて可変インダクタンスを調整する調整手段と、該調整手段によって調整された可変インダクタンスによって給電点におけるインピーダンス整合を行う整合手段と、を有するアンテナ利得整合装置を提供することによって達成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可動式のエレメントを備えたアンテナにおいて、ＳＷＲを最適化し、かつアンテナ利得を最適化することが可能なアンテナ利得整合装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のアンテナ装置を説明する斜視図である。
【図２】エレメントの調整機構を説明する図であり、例えば輻射器の内部の構成を示す図である。
【図３】アンテナを含む受信部の回路図である。
【図４】整合回路の構成を説明する図である。
【図５】給電点における等価回路を示す図である。
【図６】アンテナの長さ（抵抗値変化）に対応した可変インダクタンスの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施形態のアンテナ利得整合装置を使用するアンテナ装置の斜視図である。アンテナ装置１は、アンテナ２、受信部３、及びアンテナ駆動制御部４で構成され、例えばアンテナ２によって受信した信号を受信部３に送信する。また、アンテナ駆動制御部４は後述するエレメントの伸縮を制御する。尚、本実施形態において、受信部３に代えて送信部を使用する構成であってもよく、また送受信部を使用する構成であってもよい。
【００１１】
アンテナ２は導波器５と輻射器６と反射器７で構成され、例えば水平偏波用アンテナとして機能する。例えばアンテナ２はテレビ放送やＦＭ放送の電波を受信し、棒状の固定部材８に取り付けられている。
【００１２】
導波器５は所定の長さを有する棒状の導電性部材であり、例えば受信電波の半波長に所定の値を乗じた長さに設定される。反射器７は入射した電波を反射し、輻射器６の位置で収束させる反射体として機能する。また、輻射器６には信号線１０、１１が接続され、例えば信号線１０は受信部３に接続され、輻射器６に収束させた受信信号を受信部３に送信する。また、信号線１１はアンテナ駆動制御部４から出力される駆動制御信号を後述するステッピングモータに送信する。
【００１３】
上記導波器５、輻射器６、及び反射器７は固定部材８上で所定間隔となるように取り付けられ、かつ同一平面上に配置されている。上記導波器５、輻射器６、及び反射器７が含まれる平面は、例えば大地に対して水平であり、水平偏波の電波を最も感度良く受信することができる。尚、アンテナ２を送信アンテナとして使用する場合には、不図示の送信器から送られた信号を、例えばこの信号線１０を介してアンテナ２に送り、電波を発信する。
【００１４】
上記構成のアンテナ装置１において、導波器５、輻射器６、及び反射器７には電波を受信し、反射し、輻射するエレメントが配設され、受信周波数によってその長さが調整される。図２はこのエレメントの調整機構を説明する図であり、例えば輻射器３の内部の構成を示す図である。同図において、輻射器６は絶縁ケース１７と絶縁ケース１７を中心として左右に伸びる絶縁パイプ１８ａ、１８ｂで構成されている。絶縁ケース１７内にはステッピングモータ１９や複数のプーリ２０が配設され、ステッピングモータ１９は前述のアンテナ駆動制御部４によって駆動制御される。
【００１５】
ステッピングモータ１９の回転軸１５、１６には、不図示のワンウェイラチェット介してプーリ２０が４個取り付けられている。具体的には、ステッピングモータ１９の回転軸１５、１６にそれぞれ２個ずつ取り付けられ、プーリ２０ａ、２０ｂがステッピングモータ１９の回転軸１５に取り付けられ、プーリ２０ｃ、２０ｄがステッピングモータ１９の回転軸１６に取り付けられている。
【００１６】
また、各プーリ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄには、それぞれ不図示のワンウェイラチェットが内装されている。ステッピングモータ１９は前述のアンテナ駆動制御部４の駆動制御によって正逆両方向への回転が可能であり、アンテナ駆動制御部４の制御によって回転方向の切換えが行なわれる。例えば、プーリ２０ａ、２０ｂに配設されたワンウェイラチェットによってステッピングモータ１９の回転力を一方のプーリ２０ａ又は２０ｂのみに伝達することができる。同様に、プーリ２０ｃ、２０ｄに配設されたワンウェイラチェットによってステッピングモータ１９の回転力を一方のプーリ２０ｃ又は２０ｄのみに伝達することができる。
【００１７】
また、プーリ２０ａ、２０ｂには金属テープ２３と絶縁テープ２４が貼着されたエレメントが巻装される。例えば、金属テープ２３はリン青銅等の薄膜で構成され、絶縁テープ２４には絶縁材が塗布されている。また、金属テープ２３の先端はプーリ２０ａに取り付けられ、絶縁テープ２４の先端はリール２０ｂに取り付けられ、中継プーリ２５に掛け渡されている。同様に、プーリ２０ｃ、２０ｄも、金属テープ２３と絶縁テープ２４が貼着されたエレメントが巻装され、金属テープ２３の先端はプーリ２０ｃに取り付けられ、絶縁テープ２４の先端はリール２０ｄに取り付けられ、中継プーリ２６に掛け渡されている。
【００１８】
上記構成において、例えばオペレータが周波数ｆの電波を受信する場合、前述のアンテナ駆動制御部４に設けられた不図示のキーボードを操作し、情報を入力する。アンテナ駆動制御部４は上記情報に基づいて、ステッピングモータ１９に駆動信号を出力し、ステッピングモータ１９を回転駆動させる。この処理によって、例えばプーリ２０ａ、２０ｃに回転力を伝達し、金属テープ２３を巻き取り、絶縁パイプ１８ａ、１８ｂ内の金属テープ２３を所定長に設定する。また、アンテナ駆動制御部４は上記情報に基づいて、ステッピングモータ１９に駆動信号を出力し、例えばプーリ２０ｂ、２０ｄに回転力を伝達し、絶縁テープ２４を巻き取り、絶縁パイプ１８ａ、１８ｂ内の金属テープ２３を所定長に設定する。
【００１９】
一方、上記処理によってエレメント（金属テープ２３）の長さが変更され、最適なアンテナ利得を得ることが困難ともなる。すなわち、従来整合回路が固定である為、利得を基準にエレメントの長さを調整すると、ＳＷＲが最適化できず、ＳＷＲを最適化すると、アンテナ利得を最適化することができない。そこで、本実施形態では以下の回路を使用し、上記問題を解決する。
【００２０】
図３はアンテナ２を含む受信部３の基本回路であり、アンテナ２で受信した信号は整合器１２によってインピーダンス整合が行われ、信号線１０を介して増幅器１３に送信される。増幅器に送信された受信信号は所定レベルに増幅され、受信器１４に供給される。ここで、整合回路１２が行うインピーダンス整合は、同軸ケーブルで構成される上記信号線１０の特性インピーダンスとアンテナ側の給電点インピーダンスの整合を図るものである。
【００２１】
図４は上記整合回路１２の構成を説明する図である。尚、同図にはアンテナ側の導波器５、輻射器６、反射器７の模式図も示しており、それぞれにモータユニット２９が配設されている。このモータユニット２９には前述のステッピングモータ１９等が内蔵されている。
【００２２】
整合回路１２は平衡-不平衡変換器（バラン：Balun）３０、可変キャパシタンス３１、調整モータ３２、ＳＷＲ検出器３３、及び駆動回路３４で構成されている。尚、ＳＷＲ検出器３３は駆動回路３４と共に、アンテナ駆動制御部４内に収納することもできる。平衡-不平衡変換器３０は平衡型アンテナを同軸ケーブルに接続する際使用され、例えばフェライトコアとコイル等で構成されている。また、可変キャパシタンス３１は、例えば可変コンデンサであり、同軸ケーブルの特性インピーダンスとアンテナ側の給電点インピーダンスの整合に使用される。また、調整モータ３２は、例えば駆動回路３４からの駆動信号によって駆動し、駆動回路３４はＳＷＲ検出器３３からの検出信号に従って制御され、可変キャパシタンス３１の調整を行う。
【００２３】
尚、整合回路１２（平衡-不平衡変換器３０）の一端は輻射器６の平衡位置（電気的に対称な位置）に接続され、他端は信号線１０である同軸ケーブルに接続されている。尚、本例の説明では同軸ケーブルの特性インピーダンスを５０Ωとして説明する。
【００２４】
前述のようにアンテナ側のエレメントの長さが送信周波数、又は受信周波数によって調整される場合、ＳＷＲが変化する。図５はこの関係を説明する等価回路であり、同図のＡ−Ａラインより左側が同軸ケーブル側のインピーダンスであり、右側がアンテナ側のインピーダンスであり、同軸ケーブルの特性インピーダンス（５０Ω）に並行に上記可変インダクタンス３１が位置する。この等価回路によって、図５中のアンテナインピーダンスＲ＋ＪＸをＲ（純抵抗）のみとし、かつ給電点インピーダンスと同じとし、インピーダンス整合を行う。
【００２５】
上記等価回路において、アンテナ側の抵抗Ｒが変化した場合、即ち輻射器６のエレメントの長さが変化した場合、両側のインピーダンスが不一致となり、調整する必要が生じる。そこで、本実施形態においては、可変キャパシタンス３１を可変し、エレメントの長さに対応したインピーダンスに調整する。すなわち、輻射器６の長さが調整され、ＳＷＲが変化すると、ＳＷＲ検出器３３が上記変化を検出し、検出信号を駆動回路３４に出力する。駆動回路は検出信号に対応したモータの駆動信号を調整モータ３２に出力し、調整モータ３２を駆動して可変キャパシタンス３１の調整を行う。
【００２６】
すなわち、上記のようにアンテナ側の抵抗Ｒが変化した場合（輻射器６のエレメントの長さが変化した場合）、両側のインピーダンスが不一致となり、調整する必要が生じ、本実施形態においては、エレメント長を共振点より長くし、誘導性にすることによって、可変キャパシタンス３１を可変し、エレメントの長さに対応したインピーダンスに調整しているが、エレメント長を共振点より短くし、容量性にすることによって、可変キャパシタンス３１可変は可変インダクタンスに代える構成としてもよい。
したがって、上記処理によって送信周波数、又は受信周波数が変更され、輻射器６のエレメントの長さが変更された場合でも、可変キャパシタンス３１のキャパシタンスが自動的に調整され、給電点におけるインピーダンス整合を確実に行うことができる。
【００２７】
尚、上記説明では輻射器６のエレメントの長さが変化することを説明したが、導波器５及び反射器７にも同様の構成のモータユニット２９（ステッピングモータ１９）が設けられており、輻射器６のエレメントの変更と同時に導波器５や反射器７のエレメントの長さも変更される。
【００２８】
また、上記説明ではアンテナの長さが調整され、ＳＷＲ検出器３３が変化を検出し、調整モータ３２を駆動して可変キャパシタンス３１の調整を行うように説明したが、例えば受信部３に送信周波数、又は受信周波数に対応した、即ちアンテナの長さに対応したモータ駆動信号（モータ駆動パルス）のテーブルを設け、変更されたアンテナの長さに対応したモータ駆動信号（モータ駆動パルス）をテーブルから読み出して調整モータ３３に送信するようにしてもよい。
【００２９】
図６は、例えばアンテナの長さ（抵抗値変化）に対応した可変インダクタンスの変化を示し、このようなデータに基づくインダクタンスの変化を行う為のモータ駆動パルスを上記テーブルに設定し、変更されたアンテナの長さに対応したモータ駆動信号（モータ駆動パルス）をテーブルから読み出し調整モータ３３に送信することによって、上記と同様、エレメント長の変化に応じた可変キャパシタンス３１の調整を行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態の説明では導波器５と輻射器６と反射器７を備えたアンテナ装置１について説明したが、導波器５と輻射器６で構成されるアンテナ装置や、輻射器６と反射器７で構成されるアンテナ装置についても同様に実施することができ、更に少なくとも輻射器６を備えたアンテナ装置であれば同様に実施することができる。
【００３１】
また、上記実施形態の説明では、受信器について説明したが、送信器についても同様に実施することができる。また、上記説明では５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸ケーブルについて説明したが、例えば７５Ωの特性インピーダンスを有する同軸ケーブルを使用する場合でも同様に実施することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・アンテナ装置
２・・・アンテナ
３・・・受信部
４・・・アンテナ制御部
５・・・導波器
６・・・輻射器
７・・・反射器
８・・・固定部材
１０、１１・・信号線
１２・・整合回路
１３・・増幅器
１４・・受信器
１５、１６・・回転軸
１７・・絶縁ケース
１８ａ、１８ｂ・・絶縁パイプ
１９・・ステッピングモータ
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・プーリ
２３・・金属テープ
２４・・絶縁テープ
２５・・中継プーリ
２９・・モータユニット
３０・・平衡-不平衡変換器
３１・・可変インダクタンス
３２・・調整モータ
３３・・ＳＷＲ検出器
３４・・駆動回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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