(57)【要約】  【課題】  電波の送受波を行うアンテナの開口を対象に向けられて、アンテナの基端付近に設けられた取付フランジが被取付部に固定されるアンテナ取付構造において、簡単に延長パイプを取り付けることができる構造とする。  【解決手段】  延長パイプ３０の一端のフランジ３０ａがアンテナ１２の基端付近に設けられた取付フランジ１４に取り付けられ、他端側が、該取付フランジ１４から、アンテナ１２の周囲を包囲すると共にアンテナ１２を超えて液面２０ａの方へ延びており、アンテナ１２の外壁と延長パイプ３０の内壁との間に径方向の空間３２が存在し、取付フランジ１４と延長パイプ３０の一端３０ａとの間には、アンテナ１２と空間３２とが結合することによって発生する残響反射を放射させるための誘電体で充填された隙間３４が設けられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の送受波を行うアンテナの開口が対象に向けられて、アンテナの基端付近に設けられた取付フランジが被取付部に固定されるアンテナ取付構造において、
前記取付フランジに延長パイプの一端が取り付けられて、延長パイプの他端側が、該取付フランジから前記アンテナの周囲を包囲すると共にアンテナを超えて対象の方へ延びており、
前記アンテナの外壁と延長パイプの内壁との間に径方向の空間が存在しており、
前記取付フランジと延長パイプの一端との間には、前記アンテナと前記空間とが結合することによって発生する残響反射を放射させるための誘電体で充填された隙間が設けられることを特徴とするアンテナ取付構造。
【請求項２】
前記隙間は、取付フランジ及び延長パイプの一端との間での水密性または気密性を保持するスペーサ部材によって密封されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ取付構造。
【請求項３】
前記隙間の寸法は、該隙間の比誘電率をεとしたときに、送受波する電波の中心波長λ0に対して、０．１５λ0／√ε〜０．４λ0／√εの範囲にあることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の送受波を行うアンテナの開口を対象に向けて、アンテナの基端付近に設けられた取付フランジを被取付部に固定するアンテナ取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアンテナ取付構造として、例えば電波レベル計のアンテナ取付構造では、アンテナの基端付近に設けられた取付フランジを、測定対象である液面の上方に離間したタンク上面にある被取付部に固定している。このとき、被取付部から液面までが大きな自由空間となっている場合には測定に支障がないが、タンク上側がコンクリートスラブのような厚い壁面となっており、被取付部から液面までの間が厚い壁面に穿設された細い貫通孔になっている場合等には、電波が貫通孔の周面を構成するコンクリートスラブに吸収されてしまう、という問題があり、かかる問題を回避するために貫通孔の内側に金属製延長パイプを配設することが行われている。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、電波レベル計のコーンアンテナの先端に延長パイプを取り付けており、これによって、コーンアンテナから送信される電波が、延長パイプ内を通り、液面に向けて効率良く放射されるようにしている。
【０００４】
【非特許文献１】Saab Rosemount Tank Control ”Technical Description Saab TankRader Pro” [online]、２００３年５月、インターネット  ＜URL:http://www.saabrosemount.com/upload/downloads/Pro_techn_descr_Ed2_Eng.pdf＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コーンアンテナに一体的に延長パイプを取り付けるには、コーンアンテナの一端と延長パイプの端部との間を溶接などで隙間なく接合する必要があるが、コーンアンテナ及び延長パイプともに薄肉であり、接合作業が大変で費用がかかる、という問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、延長パイプを増設したアンテナとする場合に、簡単に延長パイプを取り付けることができるアンテナ取付構造を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電波の送受波を行うアンテナの開口が対象に向けられて、アンテナの基端付近に設けられた取付フランジが被取付部に固定されるアンテナ取付構造において、
前記取付フランジに延長パイプの一端が取り付けられて、延長パイプの他端側が、該取付フランジから前記アンテナの周囲を包囲すると共にアンテナを超えて対象の方へ延びており、
前記アンテナの外壁と延長パイプの内壁との間に径方向の空間が存在しており、
前記取付フランジと延長パイプの一端との間には、前記アンテナと前記空間とが結合することによって発生する残響反射を放射させるための誘電体で充填された隙間が設けられることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記隙間が、取付フランジ及び延長パイプの一端との間での水密性または気密性を保持するスペーサ部材によって密封されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の前記隙間の寸法が、該隙間の比誘電率をεとしたときに、送受波する電波の中心波長λ0  に対して、０．１５λ0／√ε〜０．４λ0／√εの範囲にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、延長パイプをアンテナの先端等に取り付けるのではなく、アンテナの基端付近に設けられた取付フランジに取り付け、アンテナの外壁と延長パイプの内壁との間に径方向の空間を残しておくために、延長パイプの取付作業を簡単に行なうことができる。その一方で、該径方向の空間が存在しているためにアンテナと該空間とが結合することによる残響反射が発生するが、取付フランジと延長パイプの一端との間に隙間を設けることによって、かかる残響反射を隙間を通して逃がすことができ、残響反射の影響を低減させることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、隙間をスペーサ部材によって密封することにより、水密性または気密性を保ち、隙間を通した外部からの浸水等を防ぐことができる。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、隙間の寸法を所定の範囲にすることによって、効果的に残響反射の影響を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は本発明のアンテナ取付構造が適用されるアンテナを有する電波レベル計の概略図である。図において、電波レベル計１０は、その先端にアンテナとしてのコーンアンテナ１２を備えている。コーンアンテナ１２は、下方に向って開口が漸次大きくなる円錐形状をなしており、その開口が液面レベルの測定対象である液体２０に向いている。そして、コーンアンテナ１２の基部付近には、コーンアンテナ１２から一体的に外径方向に広がる金属製の取付フランジ１４が設けられており、取付フランジ１４は、液体２０を貯留するタンク２２の上面に設けられた被取付部である取付フランジ２４にボルト等によって固定される。
【００１４】
この例では、タンク２２の上壁にコンクリートスタブの厚壁２６が形成されており、この厚壁２６に形成された小さな貫通孔２６ａを通して、電波レベル計１０のコーンアンテナ１２と液面２０ａとの間の電波の往復所要時間を測定して、対象である液面２０ａまでの距離を測定するようになっている。
【００１５】
貫通孔２６ａの影響を受けないようにするために、貫通孔２６ａの内側に金属製の延長パイプ３０が配設される。延長パイプ３０には、その一端にフランジ３０ａが形成されており、フランジ３０ａは取付フランジ１４に取り付けられる。また、延長パイプ３０の他端側はコーンアンテナ１２の周囲を包囲して液面２０ａの方へと延びており、延長パイプ３０の他端３０ｂはコーンアンテナ１２及び貫通孔２６ａのそれぞれの下端よりも下方に位置づけられている。
【００１６】
延長パイプ３０の内壁とコーンアンテナ１２の外壁との間には、径方向に隙間が形成されて、両者の間に空間３２が存在している。この空間３２は、可能な限り小さい方が好ましいが、延長パイプ３０の内径とコーンアンテナ１２の下端縁の外径とを完全に一致させることが困難であるために、生じることになる。
【００１７】
また、延長パイプ３０の一端のフランジ３０ａと取付フランジ１４との間には、取付フランジ１４のフランジ面に直交する方向に隙間３４が形成される。この隙間３４は以下で説明する目的により積極的に設定する隙間であり、前記空間３２と外部空間とを繋ぐものである。そして、この隙間３４にはリング状の誘電体からなるスペーサ部材３６が設けられて、スペーサ部材３６が隙間３４を密封している。
【００１８】
隙間３４は、空気（比誘電率１）を含む任意の誘電体で充填することができるが、スペーサ部材３６として水密性または気密性を保持する部材とすることにより、スペーサ部材３６に、隙間３４を密封する機能も兼用させることができる。具体的にはＰＴＦＥ（比誘電率２．１）を用いると、湿度の高い環境下においても耐環境性に優れ、耐久性、気密性、水密性も良好にすることができる。
【００１９】
この実施形態においては、延長パイプ３０のフランジ３０ａと取付フランジ１４とを取り付けるだけで、延長パイプとコーンアンテナとの間の溶接といった作業は一切不要であるので、取付作業は非常に簡単になっている。取付作業は、取付フランジ１４及びフランジ３０ａを取付フランジ２４に対して共締めすることで行なうこともできる。そして、延長パイプ３０の内壁とコーンアンテナ１２の外壁との間に形成される空間３２によって発生する残響反射の影響を、隙間３４の寸法を調整することによって低減させている。この隙間３４の作用について以下説明する。
【００２０】
延長パイプ３０の内周面とコーンアンテナ１２の下端縁との間に形成される空間３２がコーンアンテナ１２に結合し、高いＱの共振器として動作することにより、不要な残響が残る。結合する共振器のＱが高いほど残響の残る時間は長くなる。
【００２１】
即ち、時間的に短いパルスが帯域幅Δｆに帯域制限されると、パルスの長さΔｔは、Δｔ＝１／Δｆとなる。共振器のＱと周波数ｆ及び帯域幅Δｆの関係は、Ｑ＝ｆ／Δｆであるから、残響の長さΔｔは、Δｔ＝Ｑ／ｆとなる。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、コーンアンテナ１２と延長パイプ３０とに囲まれた空間３２を、特性インピーダンスＺ0、長さＬの伝送線路と見なす。また、上記空間３２とアンテナ１２との結合部の特性インピーダンスをＺ１、取付フランジ１４と延長フランジ３０のフランジ３０ａとの間の隙間３４の特性インピーダンスをＺ2とする。このとき、この共振回路は図３（ｂ）のように表される。
【００２３】
ここで、通常のコーンアンテナ１２で使用される長さＬに対して、電波パルスの周波数の広がりの中には、Ｌ＝（ｎλr／２）（ｎは整数）を満足する共振周波数ｆr＝ｃ／λr（ｃは電波の速度）が通常存在する。また、Ｚ1、Ｚ2≪Ｚ0であるから、共振器は図４に示す等価回路で表すことができる。
【００２４】
図３（ｂ）の回路は、概ねショートスタブとみなすことができるので、その入力インピーダンスＺiは、ショートスタブの場合の
Ｚi＝ｊＺ0tanθ                                （１）
で表される。ここで、θ＝２πＬ／λである。
【００２５】
Ｌ＝ｎλr／２とすると、θ＝πｎλr／λ＝πｎｆ／ｆrとなる。
【００２６】
ｆ＝ｆr＋δｆとおくと、θ＝πｎ＋πｎδｆ／ｆrとなり、上記（１）式に入力すると、
Ｚｉ＝ｊＺ0tan（πｎ＋πｎδｆ／ｆr）＝ｊＺ0tan（πｎδｆ／ｆr）
となる。Ｚ1＋Ｚ2＝Ｚ0tan（πｎδｆ／ｆr）のとき、Δｆ＝２δｆとなる。
【００２７】
Ｚ1≪Ｚ2とすれば、
Ｚ2＝Ｚ0tan（πｎΔｆ／２ｆr）
であり、Ｚ2≪Ｚ0であるから、
Ｚ2＝Ｚ0πｎΔｆ／２ｆr
となり、よって、
Δｆ＝（Ｚ2／ｎπＺ0）×２ｆr
となる。
【００２８】
隙間３４の寸法をｂとし、取付フランジの内半径をｄとすると、
Ｚ2＝１２０πｂ／（２πｄ）＝６０ｂ／ｄ
であるから、残響の長さΔｔは、
Δｔ＝１／Δｆ＝ｎπＺ0／２ｆrＺ2＝ｎπＺ0ｄ／１２０ｂｆr
と表され、間隔ｂが大きくなるほど、長さΔｔは短くなることが分かる。
【００２９】
一方、隙間ｂが広くなりλ／２になると、隙間３４に導波管モードが発生する。導波管モードのカットオフであるｂ＝λ／２付近では、隙間に残響が残り、コーンアンテナ１２に戻ってくると考えられる。従って、上限としては、λ／２程度となると考えられる。
【００３０】
電波パルスの周波数成分は、中心周波数ｆ0に対してｆ＝０．７ｆ0〜１．３ｆ0程度存在する。従って、電波パルスの有する最短波長λminは、λmin＝λ0／１．３である。
従って、間隔ｂの上限ｂmaxは、
ｂmax＝λ0／（１．３×２）＝０．３８λ0 ≒０．４λ0
となる。
【００３１】
また、コーンアンテナ１２の取付フランジ１４と延長パイプ３０のフランジ３０ａとの間の隙間３４に装着されたスペーサ部材３６の比誘電率をεとすると、波長は、１／√εに圧縮されるため、
ｂmax≒０．４λ0／√ε
となる。
【００３２】
隙間３４の寸法を様々に変化させたときの実験結果を図５及び図６に示す。図３（ａ）に示すコーンアンテナ１２を上向きにして、スペーサ部材３６として発泡材（比誘電率＝１）とし、周波数４．３〜７．３（ＧＨｚ）、中心周波数５．８ＧＨｚ（中心波長約５２ｍｍ）、とし、ベクトルネットワークアナライザを用いて、隙間３４の寸法を０ｍｍから３０ｍｍまで２ｍｍまたは３ｍｍきざみで変化させたときの反射の時間軸特性を調べた。偏波は延長パイプ３０の他端３０ｂの斜めカット面に対して４５度とした。また、コーンアンテナ１２の長さはＬ＝１５０ｍｍ、最大外径は９２ｍｍ、延長パイプ３０の内径は１００ｍｍである。
【００３３】
図５は、代表として隙間３４の寸法を０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍとした場合の反射強度の時間軸特性を表している。延長パイプ３０と実験室天井からの反射があり、これらの反射に対応する反射ピークが６ｎｓと１３ｎｓ当たりに現れる。このため、残響反射電力として、これらの２つの反射ピークの間にある８〜１２ｎｓでの平均反射電力を求めた。図６は、間隔ｂと該平均反射電力との関係を示したグラフである。図６から明らかなように、間隔８ｍｍ＝０．１５λ0（より好ましくは間隔１０ｍｍ）から２０ｍｍ＝約０．４０λ0程度で反射電力が小さくなっている。これらの範囲では、Ｓ／Ｎ比が高く実用上十分なものとなっていた。
【００３４】
以上のことから、間隔ｂを０．１５λ0／√ε〜０．４λ0／√εの範囲に設定することにより、効果的に残響の影響を排除することができることが分かった。
【００３５】
こうして、隙間３４の寸法を上記範囲に設定することにより、延長パイプ３０を簡単に取り付けることができ、延長パイプ３０を取り付けることにより発生する残響の影響を効果的に排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるアンテナ取付構造を表す概略側面図（部分断面図）である。
【図２】図１のアンテナの斜視図である。
【図３】（ａ）コーンアンテナと延長パイプとに囲まれた空間を模式的に表した図であり、（ｂ）はその等価回路である。
【図４】コーンアンテナと延長パイプとに囲まれた空間によって構成される共振器の等価回路である。
【図５】取付フランジと延長パイプとの間の隙間の寸法を０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍとした場合の反射強度の時間軸特性を表すグラフである。
【図６】取付フランジと延長パイプとの間の隙間と、図５における８〜１２ｎｓの平均反射電力との関係を表すグラフである（縦軸の値は反射／入力に対するｄＢを表す）。
【符号の説明】
【００３７】
１２  コーンアンテナ（アンテナ）
１４  取付フランジ
２０ａ  液面（対象）
２４  取付フランジ（被取付部）
３０  延長パイプ
３０ａ  フランジ（一端）
３０ｂ  他端
３２  空間
３４  隙間
３６  スペーサ部材
【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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