JP2013223073A - Composite antenna and composite antenna device - Google Patents
Composite antenna and composite antenna device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013223073A JP2013223073A JP2012092985A JP2012092985A JP2013223073A JP 2013223073 A JP2013223073 A JP 2013223073A JP 2012092985 A JP2012092985 A JP 2012092985A JP 2012092985 A JP2012092985 A JP 2012092985A JP 2013223073 A JP2013223073 A JP 2013223073A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- coupling
- coil
- composite antenna
- coupling coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
【課題】整合素子を不要とした複合アンテナと、該複合アンテナを搭載した水密性及び気密性の高い小型の複合アンテナ装置を提供する。
【解決手段】少なくとも第1及び第2の周波数帯域の無線信号を透過する気密容器11を介して、互いに対向して配置される第1及び第2の結合コイル14、15と、第1の結合コイル14から延伸し、第1の周波数帯域の無線信号を送信するための第1のアンテナ16と、気密容器11に対して第2の結合コイル15と同じ側に配置され、第1及び第2の結合コイル14、15の内周側を通して第2の周波数帯域の無線信号を受信するための第2のアンテナ17と、を備え、第1及び第2の結合コイル14、15のうち、少なくとも第1の結合コイル14が自己共振コイルであり、第2の結合コイル15に給電された第1の周波数帯域の無線信号を、気密容器11を介して第1のアンテナ16に伝送する。
【選択図】図2Provided are a composite antenna that does not require a matching element, and a small composite antenna device that is equipped with the composite antenna and has high watertightness and airtightness.
First and second coupling coils (14, 15) arranged opposite to each other via an airtight container (11) that transmits radio signals in at least first and second frequency bands, and a first coupling A first antenna 16 that extends from the coil 14 and transmits a radio signal in the first frequency band is disposed on the same side as the second coupling coil 15 with respect to the hermetic container 11, and the first and second A second antenna 17 for receiving a radio signal in the second frequency band through the inner peripheral side of the coupling coils 14, 15, and at least the first of the first and second coupling coils 14, 15. One coupling coil 14 is a self-resonant coil, and a radio signal in the first frequency band fed to the second coupling coil 15 is transmitted to the first antenna 16 via the hermetic container 11.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、複合アンテナ及び複合アンテナ装置に係り、特に、異なる周波数で作動する異種類のアンテナを一体化した複合アンテナ及び複合アンテナ装置に関する。 The present invention relates to a composite antenna and a composite antenna device, and more particularly to a composite antenna and a composite antenna device in which different types of antennas operating at different frequencies are integrated.
従来より、異なる周波数で作動する異種類のアンテナを一体化した複合アンテナが提案されている(例えば、特許文献1参照)。従来の複合アンテナは、例えば、船舶が遭難したときに自動的に海面に浮上し、受信したGPS信号から自己の位置を割り出し、その位置情報を乗せたビーコン信号を人工衛星に向けて送信する衛星系イパーブ(EPIRB:Emergency Position Indicate Radio Beacon)に搭載されていた。 Conventionally, a composite antenna in which different types of antennas operating at different frequencies are integrated has been proposed (see, for example, Patent Document 1). For example, a conventional composite antenna is a satellite that automatically rises to the sea surface when a ship is lost, determines its own position from the received GPS signal, and transmits a beacon signal carrying that position information to an artificial satellite It was installed in the system IPR (Emergency Position Indicate Radio Beacon).
図10は、特許文献1に開示された従来の複合アンテナの構成を示す説明図である。図10に示すように、従来の複合アンテナは、筺体30(図10にはその上部のみが図示されている)内に配置されるGPS信号用のパッチアンテナ31と、筺体30を貫通するように配置されるビーコン信号用のモノポールアンテナ32と、を備えるものである。なお、筺体30の水密性は、筺体30の貫通孔における水密パッキン33により実現されている。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional composite antenna disclosed in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 10, the conventional composite antenna has a
パッチアンテナ31の中央部には、モノポールアンテナ32を貫通させるための貫通孔34が形成されている。即ち、高い周波数を受け持つアンテナ(パッチアンテナ31)と低い周波数を受け持つアンテナ(モノポールアンテナ32)の設置場所が共用となっている。さらに、モノポールアンテナ32の下部には、モノポールアンテナ32と無線機(ビーコン送信機35)とをインピーダンス整合させるための整合素子36が配置されている。
A through-
GPS衛星からのGPS信号は、パッチアンテナ31で受信されて、GPS受信機37へ送られる。GPS受信機37はこの信号によって自己の位置を算出する。算出された位置情報はビーコン送信機35へ送られて、所定の周波数の搬送波に乗せられてモノポールアンテナ32から空間へ放射される。ビーコン送信機35及びGPS受信機37には、電池38から必要な電力が供給されるようになっている。
A GPS signal from the GPS satellite is received by the
特許文献1に開示されたような従来の複合アンテナが、海中または海面上で使用される状況にあっては、アンテナ素子と内部の電子回路を保護するために防水構造とすることが必須である。GPS信号用のパッチアンテナは、平面構造であるため、電波を透過しやすい材質からなる防水ケース内に配置可能である。しかしながら、モノポールアンテナは、その形状により防水ケースを貫通させる必要があり、貫通部分の防水構造部分から浸水が起こりやすいという課題があった。 In a situation where a conventional composite antenna as disclosed in Patent Document 1 is used in the sea or on the sea surface, it is essential to have a waterproof structure in order to protect the antenna element and the internal electronic circuit. . Since the patch antenna for GPS signals has a planar structure, it can be placed in a waterproof case made of a material that easily transmits radio waves. However, the monopole antenna needs to penetrate the waterproof case depending on its shape, and there is a problem that water is likely to be flooded from the waterproof structure portion of the penetrating portion.
さらに、モノポールアンテナの下部には整合素子が必要な場合が多く、複合アンテナの構造が複雑になるとともに、複合アンテナが搭載される装置全体の大型化を招くという課題もあった。 In addition, a matching element is often required below the monopole antenna, which complicates the structure of the composite antenna and increases the overall size of the apparatus on which the composite antenna is mounted.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、整合素子を不要とした複合アンテナと、該複合アンテナを搭載した水密性及び気密性の高い小型の複合アンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and includes a composite antenna that does not require a matching element, and a small composite antenna device that is equipped with the composite antenna and has high watertightness and airtightness. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために、本発明の複合アンテナは、少なくとも第1及び第2の周波数帯域の無線信号を透過する誘電体材料を介して、互いに対向して配置される第1及び第2の結合コイルと、前記第1の結合コイルから延伸し、第1の周波数帯域の無線信号を送信するための第1のアンテナと、前記誘電体材料に対して前記第2の結合コイルと同じ側に配置され、前記第1及び第2の結合コイルの内周側を通して第2の周波数帯域の無線信号を受信するための第2のアンテナと、を備え、前記第1及び第2の結合コイルのうち、少なくとも前記第1の結合コイルが自己共振コイルであり、前記第2の結合コイルに給電された前記第1の周波数帯域の無線信号を、前記誘電体材料を介して前記第1のアンテナに伝送することを特徴とする構成を有している。 In order to solve the above-described problems, the composite antenna of the present invention includes a first and a second that are disposed to face each other via a dielectric material that transmits radio signals in at least the first and second frequency bands. A coupling coil, a first antenna extending from the first coupling coil and transmitting a radio signal in a first frequency band; and on the same side as the second coupling coil with respect to the dielectric material And a second antenna for receiving a radio signal in the second frequency band through the inner peripheral side of the first and second coupling coils, the first and second coupling coils , At least the first coupling coil is a self-resonant coil, and the radio signal in the first frequency band fed to the second coupling coil is transmitted to the first antenna via the dielectric material. A structure characterized by The has.
この構成により、本発明の複合アンテナは、第2の結合コイルに給電された第1の周波数帯域の無線信号を、自己共振コイルである第1の結合コイルに接続された第1のアンテナに伝送することができる。 With this configuration, the composite antenna of the present invention transmits the radio signal in the first frequency band fed to the second coupling coil to the first antenna connected to the first coupling coil that is a self-resonant coil. can do.
さらに、本発明の複合アンテナは、第1のアンテナと無線機とのインピーダンス整合を第1の結合コイルと第2の結合コイルで行うことにより、別途整合素子を設ける必要がないという利点を有する。これにより、従来と比較して、複合アンテナの信頼性が高くなり、構造も簡略化することが可能となる。さらに、複合アンテナ及びそれを備える装置の小型化、軽量化、及び低コスト化を図ることも可能となる。 Furthermore, the composite antenna of the present invention has an advantage that it is not necessary to provide a separate matching element by performing impedance matching between the first antenna and the radio device using the first coupling coil and the second coupling coil. As a result, the reliability of the composite antenna is increased and the structure can be simplified as compared with the conventional case. Furthermore, it is possible to reduce the size, weight, and cost of the composite antenna and the apparatus including the composite antenna.
また、本発明の複合アンテナは、第1及び第2の結合コイルが共に自己共振コイルであり、前記第1及び第2の結合コイルの磁界共鳴により、前記第2の結合コイルに給電された前記第1の周波数帯域の無線信号を、前記誘電体材料を介して前記第1のアンテナに伝送することを特徴とする構成を有していてもよい。 In the composite antenna of the present invention, the first and second coupling coils are both self-resonant coils, and the second coupling coil is fed by the magnetic field resonance of the first and second coupling coils. A radio frequency signal in the first frequency band may be transmitted to the first antenna through the dielectric material.
また、本発明の複合アンテナは、前記第1の結合コイルが、スパイラルコイルである構成を有していてもよい。
また、本発明の複合アンテナは、前記第1及び第2の結合コイルの内周の形状が円または楕円である構成を有していてもよい。
The composite antenna of the present invention may have a configuration in which the first coupling coil is a spiral coil.
In addition, the composite antenna of the present invention may have a configuration in which an inner circumference shape of the first and second coupling coils is a circle or an ellipse.
また、本発明の複合アンテナは、前記第1及び第2の結合コイルの内周の形状の直径または短径が、前記第2の周波数帯域の無線信号が前記第1及び第2の結合コイルの内周側を通過可能な長さである構成を有していてもよい。 In the composite antenna of the present invention, the inner and outer diameters of the first and second coupling coils have a diameter or a minor axis, and a radio signal in the second frequency band is transmitted from the first and second coupling coils. You may have the structure which is the length which can pass the inner peripheral side.
また、本発明の複合アンテナ装置は、上記のいずれかの複合アンテナと、少なくとも前記第1及び第2の周波数帯域の無線信号を透過する誘電体材料からなる気密容器と、を備え、前記気密容器の外部に前記第1の結合コイル及び前記第1のアンテナが配置され、前記気密容器の内部に前記第2の結合コイル及び前記第2のアンテナが配置されることを特徴とする構成を有している。 According to another aspect of the present invention, there is provided a composite antenna device comprising any one of the above composite antennas and an airtight container made of a dielectric material that transmits at least the radio signals in the first and second frequency bands. The first coupling coil and the first antenna are disposed outside the airtight container, and the second coupling coil and the second antenna are disposed inside the hermetic container. ing.
この構成により、本発明の複合アンテナ装置は、気密容器にアンテナを貫通させるための貫通孔を設ける必要がないため、気密容器内への浸水事故を防止することができる。 With this configuration, the composite antenna device of the present invention does not need to be provided with a through hole for allowing the antenna to pass through the hermetic container.
本発明は、整合素子を不要とした複合アンテナと、該複合アンテナを搭載した水密性及び気密性の高い小型の複合アンテナ装置を提供するものである。 The present invention provides a composite antenna that does not require a matching element, and a small composite antenna device that is equipped with the composite antenna and has high watertightness and airtightness.
本発明は、米国特許第7825543号明細書等に開示された、磁界共鳴を用いた無線電力伝送技術を応用して、気密容器に貫通孔を設けることなく、気密容器の内部の無線機から、気密容器の外部のアンテナに無線信号を伝送するものである。 The present invention applies a wireless power transmission technique using magnetic field resonance disclosed in US Pat. No. 7,825,543 and the like, without providing a through hole in the hermetic container, from a radio inside the hermetic container, A radio signal is transmitted to an antenna outside the hermetic container.
以下、図1を参照しながら、磁界共鳴を用いた無線電力伝送技術の概要を説明する。図1に示すように、米国特許第7825543号明細書等に開示された無線電力伝送技術は、電力送信側に配置される励振コイル40及び共振コイル41と、電力受信側に配置される共振コイル42及び励振コイル43と、を用いるものである。
Hereinafter, an outline of a wireless power transmission technique using magnetic field resonance will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the wireless power transmission technique disclosed in US Pat. No. 7,825,543 and the like includes an
共振コイル41及び42は、それらの持つインダクタンスLと、巻線の線間容量Cの調整により、高いQ値を有するとともに、両者が同一の共振周波数で自己共振する磁界共鳴関係となるように設計されている。
The
高周波電源44によって、巻数が1の励振コイル40に高周波電力が印加されると、電磁誘導により、巻数が1の励振コイル40から共振コイル41に高周波電力が供給される。共振コイル41に供給された高周波電力は、磁界共鳴により共振コイル41から所定距離だけ離れて配置された共振コイル42に伝送される。さらに、共振コイル42からの高周波電力は、電磁誘導により巻数が1の励振コイル43に伝送され、励振コイル43に接続された負荷45によって取り出される。
When high frequency power is applied to the
このようにして、磁界共鳴を用いることにより、一般的な電磁誘導による電力伝送と比較して、より長距離高効率の電力伝送が可能となる。 In this way, by using magnetic field resonance, it is possible to perform power transmission with higher efficiency over a longer distance compared to power transmission by general electromagnetic induction.
以下、本発明に係る複合アンテナ及び複合アンテナ装置の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図面上の各構成の寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。 Hereinafter, embodiments of a composite antenna and a composite antenna device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the dimensional ratio of each structure on each drawing does not necessarily correspond with the actual dimensional ratio.
図2は、本実施形態に係る複合アンテナ10を備えた複合アンテナ装置1の概略構成を示す説明図である。また、図3は、複合アンテナ10の概略構成を示す斜視図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the composite antenna device 1 including the
即ち、本実施形態の複合アンテナ装置1は、第1の周波数帯域の無線信号を送信し、第2の周波数帯域の無線信号を受信するための複合アンテナ10と、少なくとも第1及び第2の周波数帯域の無線信号を透過する誘電体材料からなる気密容器11と、複合アンテナ10を介して、第1の周波数帯域の無線信号を送信するとともに、第2の周波数帯域の無線信号を受信する無線通信装置12と、無線通信装置12に電力を供給する電池などの電源13と、を具備する。
That is, the composite antenna device 1 of the present embodiment transmits a radio signal in the first frequency band and receives a radio signal in the second frequency band, and at least the first and second frequencies. Radio communication that transmits a radio signal in the first frequency band and receives a radio signal in the second frequency band via the
気密容器11としては、海底や宇宙空間での使用に耐えられる程度に、水密性及び気密性が高いものを想定している。気密容器11の形状は、例えば球体状であり、直径は30cm程度である。
As the
無線通信装置12は、第1のアンテナ16を介して第1の周波数帯域の無線信号を送信する送信機18と、第2のアンテナ17を介して第2の周波数帯域の無線信号を受信する受信機19と、を有する。
The
複合アンテナ10は、少なくとも第1及び第2の周波数帯域の無線信号を透過する気密容器11の壁を介して、互いに対向して配置される第1の結合コイル14及び第2の結合コイル15と、第1の結合コイル14から延伸し、第1の周波数帯域の無線信号を送信するための第1のアンテナ16と、を備える。
The
また、複合アンテナ10は、気密容器11の壁に対して第2の結合コイル15と同じ側に配置され、第1及び第2の結合コイル14、15の内周側を通して第2の周波数帯域の無線信号を受信するための第2のアンテナ17と、を備える。
The
即ち、複合アンテナ装置1は、第1の結合コイル14及び第1のアンテナ16を気密容器11の外部に備え、第2の結合コイル15、第2のアンテナ17、無線通信装置12、及び電源13を気密容器11の内部に備える。
That is, the composite antenna device 1 includes the
第1の周波数帯域としては、VHF帯からUHF帯を想定している。また、第2の周波数帯域としては、UHF帯を想定しており、例えばGPS衛星から送信されるGPS信号の周波数帯域である1.5GHz帯が挙げられる。なお、第1及び第2の周波数帯域は上記の例に限定されるものではない。 As the first frequency band, a VHF band to a UHF band are assumed. In addition, the UHF band is assumed as the second frequency band, and for example, a 1.5 GHz band that is a frequency band of a GPS signal transmitted from a GPS satellite can be mentioned. The first and second frequency bands are not limited to the above example.
第1のアンテナ16としては、例えば、上記VHF帯からUHF帯の無線信号を送信可能なモノポールアンテナ(ホイップアンテナ)を想定している。また、第2のアンテナ17としては、GPS信号受信用のパッチアンテナを想定している。なお、第1及び第2のアンテナの種類は上記の例に限定されるものではない。
As the
第1及び第2の結合コイル14、15の内周の形状は、円、楕円、または多角形などであるとよい。また、内周の形状の直径または短径は、第2の周波数帯域の無線信号が、第1及び第2の結合コイル14、15に妨げられることなく、それらの内周側を通過して第2のアンテナ17に受信される長さである必要がある。例えば、上記の長さは、第2の周波数帯域の無線信号の波長の1/2以上であることが望ましい。
The inner peripheral shape of the first and second coupling coils 14 and 15 may be a circle, an ellipse, or a polygon. In addition, the diameter or short diameter of the inner peripheral shape is such that the radio signal in the second frequency band passes through the inner peripheral side without being obstructed by the first and second coupling coils 14 and 15. The length must be received by the
図4は、気密容器11の外側に設置される第1の結合コイル14の構成例を示す説明図である。第1の結合コイル14としては、中央部に巻線のないスパイラルコイルが好適に用いられる。第1の結合コイル14の内端部14bはオープンとなっており、外端部14aは第1のアンテナ16と接続可能となっている。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration example of the
第1の結合コイル14は、巻線の線間容量CとインダクタンスLにより、所定の共振周波数で自己共振する自己共振コイルである。以下、高いQ値を有する第1の結合コイル14の設計手法について説明する。
The
第1の結合コイル14のQ値は、巻線の抵抗値R、インダクタンスL、及び線間容量Cにより、[数1]で表される。また、第1の結合コイル14の自己共振周波数f0は[数2]で表される。
[数1]より、高いQ値を実現するためには、巻線の抵抗値R及び線間容量Cを小さくすればよいことが分かる。抵抗値Rを小さくするためには、導電率が高く、太い線材を用いればよい。さらに、線間容量Cを小さくするためには、第1の結合コイル14の平均径(直径)を大きくして、巻線の線間を広くすればよい。
From [Equation 1], it can be seen that in order to realize a high Q value, the resistance value R of the winding and the capacitance C between the lines may be reduced. In order to reduce the resistance value R, a thick wire having high conductivity may be used. Furthermore, in order to reduce the line capacitance C, the average diameter (diameter) of the
また、スパイラルコイルのインダクタンスL[H]は、次式から求めることができる。ここで、rはコイルの平均半径[m]、Nは巻数、dはコイルの厚さ(外径と内径の差)[m]である。
また、平行線間に生じる単位長さ当たりの線間容量Cは次式で表される。ここでは、aを巻線の半径[m]、bを隣り合う巻線の線間距離の1/2の値[m]、εを真空の誘電率[F/m]として得られるCをスパイラルコイルの線間容量Cと見なしている。
また次式より、巻線の表皮深さδ[m]を求めることができる。ここで、fは第1の周波数帯域の無線信号の周波数[Hz]、ωは角速度[rad/s]、μは透磁率[H/m]、σは導電率[S/m]である。
さらに次式により、表皮効果を考慮に入れた巻線の抵抗値Ra[Ω]を求めることができる。ここで、l(エル)は巻線の長さ[m]、cは巻線の周長[m]である。
従って、まず、[数2]で求まる自己共振周波数f0が第1の周波数帯域の無線信号の周波数fに等しくなるように、L×Cの値を決定する。そして、[数1]のR、L、及びCに、それぞれ[数6]のRa、[数3]のL、及び、[数4]のCを代入することにより、スパイラルコイルとしての第1の結合コイル14のQ値を求めることができる。
Therefore, first, the value of L × C is determined so that the self-resonant frequency f 0 obtained by [Equation 2] is equal to the frequency f of the radio signal in the first frequency band. Then, by substituting Ra in [Equation 6], L in [Equation 3], and C in [Equation 4] into R, L, and C in [Equation 1], respectively, the first as a spiral coil is obtained. Q value of the
上記の[数4]から、抵抗値Rを小さくするために巻線の半径aを大きくすると、線間容量Cが大きくなり、結果として[数1]に示したQ値の低下をもたらすことが分かる。また、[数2]及び[数3]から、所望の自己共振周波数f0を得るためには、コイルの平均半径rと巻数Nの関係に制約が生じることが分かる。従って、巻線の半径a、コイルの平均半径r(内径及び外径)、並びに、巻数Nの兼ね合いで、Q値の最大値が求まることが推察される。 From the above [Equation 4], when the radius a of the winding is increased in order to reduce the resistance value R, the capacitance C between the lines is increased, and as a result, the Q value shown in [Equation 1] is lowered. I understand. Further, from Expression 2 and Equation 3, in order to obtain the desired self-resonant frequency f 0, it can be seen that constraints on the relationship of the average radius r and the number of turns N of the coil occurs. Therefore, it is presumed that the maximum Q value is obtained in consideration of the radius a of the winding, the average radius r (inner diameter and outer diameter) of the coil, and the number N of turns.
ここで一例として、[数1]〜[数6]に基づいて、内径100mm、線径1mm、導電率σが銅の約半分であり、自己共振周波数f0が10MHzとなる第1の結合コイル14を設計する場合を考察する。即ち、ここでは、巻線の半径aとコイルの平均半径rを一定とし、巻数Nを調整する例について説明する。 Here, as an example, based on [Equation 1] to [Equation 6], the first coupling coil having an inner diameter of 100 mm, a wire diameter of 1 mm, a conductivity σ of about half that of copper, and a self-resonant frequency f 0 of 10 MHz. Consider the case of designing 14. That is, here, an example in which the winding radius a and the average radius r of the coil are constant and the number of turns N is adjusted will be described.
図5は、上記の設計値で設計された第1の結合コイル14のQ値を[数1]〜[数6]より算出した結果を示すグラフである。また、図6は、第1の結合コイル14の構成を模式的に示す断面図である。
FIG. 5 is a graph showing the results of calculating the Q value of the
図5のグラフは、隣り合う巻線の隙間(=隣り合う巻線の線間距離2b−巻線の線径2a)と線径の比率に対するQ値の変化を示している。ここでは、平均半径r、及び、巻線の線径を一定としているため、自己共振周波数f0が一定となるように、巻数Nを3.9〜5.2回の範囲でそれぞれ調整している。
The graph of FIG. 5 shows a change in Q value with respect to the ratio between the gap between adjacent windings (= the
図5のグラフから分かるように、高いQ値を得るという目的においては、隣り合う巻線の隙間の大きさには最適値(グラフに示した例では0.8付近の値)が存在することが確認された。本実施形態においては、第1の結合コイル14は、コイルの性能指数であるQ値を最大とする設計指針に従って設計されている。
As can be seen from the graph of FIG. 5, for the purpose of obtaining a high Q value, there is an optimum value (a value around 0.8 in the example shown in the graph) for the size of the gap between adjacent windings. Was confirmed. In the present embodiment, the
ところで、図3に示したように、第1の結合コイル14の外端部14aには第1のアンテナ16の根元が接続される。ここで、第1の周波数帯域の無線信号の周波数が、ビーコン信号の周波数43MHzであるとすると、その波長は約7mとなる。これは、一般的な1/4波長のモノポールアンテナではその長さが約1.7mとなる波長であり、直径が30cm程度の気密容器11に対しては長すぎるものとなる。
By the way, as shown in FIG. 3, the root of the
そこで、図7に示すように、モノポールアンテナとしての第1のアンテナ16と第1の結合コイル14の外端部14aとの間に、送信機18とのインピーダンス整合を取りつつ、第1のアンテナ16の長さを短縮するための整合コイル20を挿入する構成が考えられる。これは、モノポールアンテナの長さを短縮する際に従来から用いられてきた手法である。
Therefore, as shown in FIG. 7, the impedance matching with the
これに対して、本発明に係る複合アンテナ10では、第1の結合コイル14と第2の結合コイル15とで、第1のアンテナ16と送信機18とのインピーダンス整合を取ることにより、整合コイル20を省略して、第1のアンテナ16の長さを45cmに短縮することを可能とした。
On the other hand, in the
図8は、気密容器11の内側に設置される第2の結合コイル15の構成例を示す説明図である。第2の結合コイル15としては、例えば巻数が1以上のループコイルを採用する。第2の結合コイル15の端部15a及び15bは、送信機18の端子(不図示)に接続可能となっている。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration example of the
本発明者らは、図2及び3に示した複合アンテナ10の構成のうち、第1の結合コイル14、第2の結合コイル15、及び第1のアンテナ16に関して、その反射損失S11をシミュレーションした(図9)。図9に示したシミュレーション結果から、第1の結合コイル14、第2の結合コイル15、及び長さ45cmの第1のアンテナ16の組み合わせにより、整合コイル20を省略した構成において、所望の共振周波数(ここでは43MHz)のモノポールアンテナを実現できることが確認された。
The inventors simulate the reflection loss S 11 of the
この第2の結合コイル15は、気密容器11の外部に設置された第1の結合コイル14を励振するようになっている。第1及び第2の結合コイル14、15により、第2の結合コイル15に給電された第1の周波数帯域の無線信号を、気密容器11の壁を介して第1のアンテナ16に伝送することが可能になる。
The
即ち、本発明に係る複合アンテナ10は、図1の構成における送信側の励振コイル40及び共振コイル41を第2の結合コイル15に置き換え、図1の構成における受信側の共振コイル42及び励振コイル43を、それぞれ第1の結合コイル14及び第1のアンテナ16に置き換えた構成となっている。
That is, in the
なお、第2の結合コイル15が、第1の結合コイル14と自己共振周波数が等しい自己共振コイルである場合には、第1及び第2の結合コイル14、15の磁界共鳴により、第2の結合コイル15に給電された第1の周波数帯域の無線信号を、気密容器11の壁を介して、より高い効率で第1のアンテナ16に伝送することが可能になる。
When the
以上説明したように、本発明に係る複合アンテナ10及び複合アンテナ装置1は、第1及び第2の結合コイル14、15の内側を通して、高い周波数を受け持つ第2のアンテナ17により空間から第2の周波数帯域の無線信号を受信し、無線通信装置12へ無線信号を伝送することができる。
As described above, the
また、複合アンテナ10及び複合アンテナ装置1は、無線通信装置12から送信した第1の周波数帯域の無線信号を、第1及び第2の結合コイル14、15を介して、気密容器11の外側の第1のアンテナ16へ供給することで、第1の周波数帯域の無線信号を空間へ送り出すことができる。
Further, the
本発明に係る複合アンテナ及び複合アンテナ装置は、水密構造が要求される海底地震計や衛星系イパーブのような計測・通信機器用の複合アンテナ及び複合アンテナ装置として有用である。また、本発明に係る複合アンテナ及び複合アンテナ装置は、気密構造が要求される高高度飛行装置や人工衛星などの計測・通信機器用の複合アンテナ及び複合アンテナ装置としても有用である。 The composite antenna and the composite antenna device according to the present invention are useful as a composite antenna and a composite antenna device for measurement / communication equipment such as a submarine seismometer and a satellite system probe that require a watertight structure. The composite antenna and the composite antenna device according to the present invention are also useful as a composite antenna and a composite antenna device for measurement / communication equipment such as a high-altitude flying device and an artificial satellite that require an airtight structure.
さらに、本発明は、気密容器の内部及び外部に複合アンテナが設けられる構成に限られるものではなく、ガラスなどの誘電体板を挟んで複合アンテナが設けられる構成であってもよく、住宅や自動車への適用も可能である。 Further, the present invention is not limited to the configuration in which the composite antenna is provided inside and outside the hermetic container, and may be a configuration in which the composite antenna is provided with a dielectric plate such as glass interposed therebetween. Application to is also possible.
1 複合アンテナ装置
10 複合アンテナ
11 気密容器
12 無線通信装置
13 電源
14 第1の結合コイル
14a 外端部
14b 内端部
15 第2の結合コイル
15a、15b 端部
16 第1のアンテナ
17 第2のアンテナ
18 送信機
19 受信機
20 整合コイル
40、43 励振コイル
41、42 共振コイル
44 高周波電源
45 負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記第1の結合コイルから延伸し、第1の周波数帯域の無線信号を送信するための第1のアンテナと、
前記誘電体材料に対して前記第2の結合コイルと同じ側に配置され、前記第1及び第2の結合コイルの内周側を通して第2の周波数帯域の無線信号を受信するための第2のアンテナと、を備え、
前記第1及び第2の結合コイルのうち、少なくとも前記第1の結合コイルが自己共振コイルであり、前記第2の結合コイルに給電された前記第1の周波数帯域の無線信号を、前記誘電体材料を介して前記第1のアンテナに伝送することを特徴とする複合アンテナ。 First and second coupling coils disposed opposite to each other via a dielectric material that transmits radio signals of at least first and second frequency bands;
A first antenna extending from the first coupling coil and transmitting a radio signal in a first frequency band;
A second material is disposed on the same side as the second coupling coil with respect to the dielectric material, and receives a radio signal in a second frequency band through the inner circumferential side of the first and second coupling coils. An antenna, and
Of the first and second coupling coils, at least the first coupling coil is a self-resonant coil, and the radio signal in the first frequency band fed to the second coupling coil is converted into the dielectric. A composite antenna transmitting to the first antenna through a material.
少なくとも前記第1及び第2の周波数帯域の無線信号を透過する誘電体材料からなる気密容器と、を備え、
前記気密容器の外部に前記第1の結合コイル及び前記第1のアンテナが配置され、前記気密容器の内部に前記第2の結合コイル及び前記第2のアンテナが配置されることを特徴とする複合アンテナ装置。
The composite antenna according to any one of claims 1 to 5,
An airtight container made of a dielectric material that transmits radio signals of at least the first and second frequency bands, and
The first coupling coil and the first antenna are arranged outside the hermetic container, and the second coupling coil and the second antenna are arranged inside the hermetic container. Antenna device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012092985A JP5944726B2 (en) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Composite antenna and composite antenna device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012092985A JP5944726B2 (en) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Composite antenna and composite antenna device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013223073A true JP2013223073A (en) | 2013-10-28 |
| JP5944726B2 JP5944726B2 (en) | 2016-07-05 |
Family
ID=49593766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012092985A Expired - Fee Related JP5944726B2 (en) | 2012-04-16 | 2012-04-16 | Composite antenna and composite antenna device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5944726B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105242126A (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-13 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | High-orbit satellite electrostatic discharge monitoring device |
| JP2021501543A (en) * | 2017-10-30 | 2021-01-14 | ビーエイイー・システムズ・インフォメーション・アンド・エレクトロニック・システムズ・インテグレイション・インコーポレーテッド | Dual band GPS / IFF antenna |
| CN116184033A (en) * | 2023-01-31 | 2023-05-30 | 武汉大学 | Air conductivity measuring device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0334704A (en) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Harada Ind Co Ltd | Glass-through antenna for car radio |
| JPH04172788A (en) * | 1990-11-07 | 1992-06-19 | Toho Denki Kogyo Kk | Intermediate frequency signal repeater for satellite broadcast reception |
| JPH10247815A (en) * | 1997-03-05 | 1998-09-14 | Tatsuyoshi Koshio | Multiple-frequency composite antenna |
| JP2002543555A (en) * | 1999-02-11 | 2002-12-17 | エリクソン インコーポレイテッド | Apparatus and method for coaxially coupling an antenna through an insulator to amplify signals near the insulator |
| JP2010063245A (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Sony Corp | Non-contact feeder system |
-
2012
- 2012-04-16 JP JP2012092985A patent/JP5944726B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0334704A (en) * | 1989-06-30 | 1991-02-14 | Harada Ind Co Ltd | Glass-through antenna for car radio |
| JPH04172788A (en) * | 1990-11-07 | 1992-06-19 | Toho Denki Kogyo Kk | Intermediate frequency signal repeater for satellite broadcast reception |
| JPH10247815A (en) * | 1997-03-05 | 1998-09-14 | Tatsuyoshi Koshio | Multiple-frequency composite antenna |
| JP2002543555A (en) * | 1999-02-11 | 2002-12-17 | エリクソン インコーポレイテッド | Apparatus and method for coaxially coupling an antenna through an insulator to amplify signals near the insulator |
| JP2010063245A (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Sony Corp | Non-contact feeder system |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105242126A (en) * | 2014-07-07 | 2016-01-13 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | High-orbit satellite electrostatic discharge monitoring device |
| JP2021501543A (en) * | 2017-10-30 | 2021-01-14 | ビーエイイー・システムズ・インフォメーション・アンド・エレクトロニック・システムズ・インテグレイション・インコーポレーテッド | Dual band GPS / IFF antenna |
| CN116184033A (en) * | 2023-01-31 | 2023-05-30 | 武汉大学 | Air conductivity measuring device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5944726B2 (en) | 2016-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2562401C2 (en) | Low-frequency antenna | |
| JP6467919B2 (en) | Power transmission device and power transmission method | |
| JP6471382B2 (en) | Magnetic wave antenna and magnetic wave communication apparatus using the same | |
| US20180226187A1 (en) | Signal and power transmission system | |
| JP2013090183A (en) | Patch antenna | |
| JP5944726B2 (en) | Composite antenna and composite antenna device | |
| US10074897B2 (en) | Underwater radio frequency antenna | |
| US3372395A (en) | Vlf antenna | |
| JP2009302963A (en) | Magnetic wave communication device | |
| AU2017201928B2 (en) | Bi-loop antenna for an underwater vehicle | |
| US11411303B2 (en) | Antenna assembly for a wrist worn device | |
| CN112203875B (en) | Casing equipped with a measuring system and communication method for such an assembly | |
| KR102299422B1 (en) | Triple-mode antenna with UWB radio receiver | |
| JP2012253695A (en) | Telecommunication operation utilizing magnetic wave propagation | |
| EP3584883A1 (en) | Eloran receiver with ferromagnetic body and related antennas and methods | |
| Manteghi | An electrically small antenna for underwater applications | |
| US8842051B1 (en) | Omnidirectional buoyant cable antenna for high frequency communications | |
| KR101462138B1 (en) | Underwater wireless power transmission system using the electromagnetic coupled resonance method | |
| CN111566871B (en) | Parameter measurement system for installation components | |
| RU238723U1 (en) | Electromagnetic well logging device | |
| KR101572251B1 (en) | Submarine | |
| US20030090428A1 (en) | Method for decoupling antennae within a system of co-localized antennae, and corresponding sensor and application | |
| US6218994B1 (en) | Small antennas for communication over sea ice | |
| FI129642B (en) | Antenna assembly for a wrist worn device | |
| Zhou | Design of Autonomous Underwater Vehicle’s (AUV) Antenna System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150401 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160119 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160120 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160229 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160517 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160526 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5944726 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |