JP2001168630A - ヘリカルアンテナ - Google Patents

ヘリカルアンテナ

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JP2001168630A
JP2001168630A JP35439099A JP35439099A JP2001168630A JP 2001168630 A JP2001168630 A JP 2001168630A JP 35439099 A JP35439099 A JP 35439099A JP 35439099 A JP35439099 A JP 35439099A JP 2001168630 A JP2001168630 A JP 2001168630A
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JP
Japan
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helical
power supply
helical antenna
antenna
parasitic element
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JP35439099A
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English (en)
Inventor
Motoki Oshima
元樹 大嶋
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Nippon Antenna Co Ltd
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Nippon Antenna Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低仰角における利得を軸比を劣化させること
なく向上する。 【解決手段】 円筒状絶縁体10の外周面にヘリカル状
に4条のヘリカル素子13が形成されている。円筒状絶
縁体10の先端に固着された4条のヘリカル素子13に
それぞれ給電するための給電基板11の裏面には、円形
の無給電素子11aが形成されている。この無給電素子
11aの作用によりヘリカルアンテナ1の低仰角の利得
を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、衛星通信機器に搭
載して好適なヘリカルアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】移動体通信を目的とした衛星通信システ
ムが種々提案されているが、衛星通信システムには静止
衛星を利用する静止移動体衛星通信システムと、非静止
衛星を用いる非静止移動体衛星通信システムがある。非
静止移動体衛星通信システムには、低・中高度軌道の衛
星を用いるシステム、長楕円軌道の衛星を用いるシステ
ム、傾斜同期軌道を用いるシステムがある。このうちの
低・中高度軌道の非静止衛星を用いるシステムには、L
EO(Low Earth Orbit)通信システムがある。このL
EO通信システムは伝搬遅延時間が小さいシステムとさ
れており、また、伝搬損失が小さくされているため、端
末の送信電力を低減でき端末の小型化・軽量化を容易と
できる長所を有している。
【0003】さらに、LEO通信システムには、データ
伝送のみを扱う小規模LEO(Little LEO)
と、音声伝送が可能な大規模LEO(Big LEO)
がある。大規模LEOの中にはイリジウム・システムや
ICO(Intermediate Circular Orbit)システム(プ
ロジェクト21)がある。イリジウム・システムは、通
信方式が1.6GHz帯の周波数を用いたTDMA(Ti
me Division MultipleAccess)方式とされており、地球
全体をカバーするよう780kmの高度に打ち上げられ
た(66+6)個の非静止衛星を用いて通信するように
されている。この非静止衛星は、経度30度間隔で配置
されて周回軌道を回っている。また、ICOシステムは
10390kmの直交傾斜軌道にそれぞれ6基の周回衛
星を配置しており、携帯端末は衛星を利用する衛星系ネ
ットワークと既存の地上系携帯電話システムとの共用が
可能なデュアル端末とされている。
【0004】このような衛星移動通信システムでは、多
くの衛星が必要ではあるものの通信の遅延時間が無視で
きるので、リアルタイムで音声やデータ等の通信が行え
る。さらに、端末の送信電力を低減できるため端末を携
帯型とすることが可能である。したがって、衛星移動通
信システム用の携帯無線機を携帯していれば、全世界の
電話や携帯電話とリアルタイムで通話やデータ伝送を行
うことが可能となる。なお、衛星移動通信システムでは
携帯無線機に好適なように円偏波が用いられている。
【0005】ところで、衛星移動通信システム用の携帯
無線機においては、円偏波を受信する必要があることか
ら円偏波を送受信可能なヘリカルアンテナやマイクロス
トリップアンテナが用いられている。ここで、円偏波を
送受信可能な従来のヘリカルアンテナの構成を図4およ
び図5に示す。図4は、ヘリカルアンテナ100の全体
構成を示す半断面図であり、図5はヘリカルアンテナ1
00の上面図と給電基板の裏面図である。図4に示すヘ
リカルアンテナ100は、円筒状絶縁体110の外周面
に4条のヘリカル素子113が形成されている。円筒状
絶縁体110の先端には円盤状の給電基板111が固着
されており、給電基板111から4条のヘリカル素子1
13a〜113dにそれぞれ給電されている。
【0006】円筒状絶縁体110の下端には円盤状の位
相回路基板114が固着されており、位相回路基板11
4には4条のヘリカル素子113a〜113dのそれぞ
れに90°ずつ位相を遅延して給電する位相回路が組み
込まれている。位相回路基板114から出力される90
°ずつ位相が遅延された4つの給電出力は、4本の同軸
ケーブル112を介して給電基板111に給電されてい
る。これにより、4条のヘリカル素子113a〜113
dのそれぞれが90°ずつ位相が遅延された4つの給電
出力により励振されて、ヘリカル素子113の軸方向に
円偏波が放射されるようになる。
【0007】なお、給電基板111には図5(a)に示
すように、4条のヘリカル素子113a〜113dに給
電するための給電ライン111bのパターンが90°ず
つずれて4本形成されている。この給電ライン111b
の一端には、給電基板111を貫通して形成された芯線
接続孔111cに挿通されている同軸ケーブル112の
芯線112aのそれぞれが接続されている。そして、給
電ライン111bの他端は4条のヘリカル素子113a
〜113dにそれぞれ接続されている。このような、4
条のヘリカル素子113a〜113dに90°づつ位相
を遅延して給電することにより、ヘリカルアンテナ10
0から右旋円偏波あるいは左旋円偏波が放射されるよう
になる。偏波の回転方向は、ヘリカル素子113の巻き
方向および位相回路の位相関係により決定される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記したヘリカルアン
テナ100の垂直面内の指向特性を図6に示す。図6に
示すように、従来のヘリカルアンテナ100は天頂方向
において高利得が得られ、低仰角では低い利得のアンテ
ナとなっている。しかしながら、イリジウム・システム
やICOシステムでは、衛星が静止しておらず仰角が高
い位置における見かけ上の衛星の移動速度が大きくなる
ため、天頂方向を0°とした場合約70°〜90°の低
仰角において衛星の存在確率が高いことになる。従っ
て、従来のヘリカルアンテナ100は衛星の存在確率が
高い低仰角における利得が小さいという問題点があっ
た。
【0009】そこで、本発明は低仰角における利得を軸
比を劣化させることなく向上することのできるヘリカル
アンテナを提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のヘリカルアンテナは、円筒状絶縁体の外周
面に所定の巻き角でヘリカル状に設けられた複数条のヘ
リカル素子と、前記円筒状絶縁体の先端部に固着された
絶縁性の給電基板と、前記ヘリカル素子の内側に配置さ
れた無給電素子とを備え、前記給電基板から複数条の前
記ヘリカル素子のそれぞれに、所定の位相で給電されて
いる。
【0011】また、上記本発明のヘリカルアンテナにお
いて、前記無給電素子が、前記給電基板の一面のプリン
トパターンにより形成されていてもよい。
【0012】このような本発明によれば、ヘリカル素子
の内側に無給電素子を設けることにより、軸比を劣化さ
せることなく低仰角における利得を向上することができ
る。無給電素子は、例えば給電基板の一面に形成された
パターンにより構成することができるため、ヘリカルア
ンテナの構成が複雑になることはない。したがって、衛
星移動通信システムに好適なヘリカルアンテナとするこ
とができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明のヘリカルアンテナの実施
の形態の構成例を図1および図2に示す。図1は、本発
明の実施の形態のヘリカルアンテナ1の全体構成を示す
半断面図であり、図2はその上面図と給電基板の裏面図
である。図1に示すヘリカルアンテナ1においては、円
筒状絶縁体10の外周面に4条のヘリカル素子13a〜
13dが形成されている。この場合、円筒状絶縁体10
の外周面にはヘリカル状溝部10aが形成されており、
このヘリカル状溝部10a内に導電材が被着されること
によりヘリカル素子13が形成されている。ただし、ヘ
リカル素子13はこれに限らず、線材を円筒状絶縁体1
0に巻回することにより構成するようにしてもよい。
【0014】ヘリカル素子13が形成された円筒状絶縁
体10の先端には、円盤状の給電基板11が固着されて
おり、給電基板11から4条のヘリカル素子13a〜1
3dのそれぞれに給電されている。また、給電基板11
の裏面には、本発明において特徴を有する無給電素子1
1aが形成されている。給電基板11はプリント基板と
されていることから、無給電素子11aは給電基板11
の裏面のパターンにより形成される。無給電素子11a
は、ヘリカルアンテナ1の低仰角における利得を向上す
るために設けられる。また、給電基板11の表面には4
条のヘリカル素子13a〜13dのそれぞれに給電する
ための給電ライン11bがパターンにより形成されてい
る。
【0015】また、円筒状絶縁体10の下端には円盤状
の位相回路基板14が固着されており、位相回路基板1
4には4条のヘリカル素子13a〜13dのそれぞれに
略90°ずつ位相を遅延して給電する位相回路が組み込
まれている。位相回路基板14から出力される90°ず
つ位相が遅延された4つの給電出力は、位相回路基板1
4の一面から導出された4本の同軸ケーブル12を介し
て給電基板11に給電されている。4本の同軸ケーブル
12は円筒状絶縁体10内に配置される。これにより、
4条のヘリカル素子13a〜13dのそれぞれが略90
°ずつ位相が遅延された4つの給電出力により励振され
て、ヘリカル素子13の軸方向に円偏波が放射されるよ
うになる。また、位相回路基板14の一面は全面アース
とされたプリント面とされており、このプリント面によ
りヘリカルアンテナ1はバックファイアヘリカルアンテ
ナとされる。すなわち、ヘリカルアンテナ1は軸姿態モ
ードのバックファイアヘリカルアンテナとされる。ま
た、位相回路基板14の他面には給電コネクタ15が設
けられて、給電コネクタ15からヘリカルアンテナ1に
給電されている。
【0016】なお、給電基板11には図2(a)に示す
ように、4条のヘリカル素子13a〜13dのそれぞれ
に給電するための給電ライン11bのパターンが約90
度ずつの角度で4本形成されている。この給電ライン1
1bの一端には、給電基板11を貫通して形成された芯
線接続孔11cに挿通されている4本の同軸ケーブル1
2の芯線12aのそれぞれが接続されている。そして、
給電ライン11bの他端は4条のヘリカル素子13a〜
13dにそれぞれ接続されている。また、給電基板11
の裏面には無給電素子11aを構成する略円形のパター
ンが形成されている。このパターンは芯線接続孔11c
の周囲が切り取られて芯線12aと無給電素子11aと
が短絡しないようにされている。
【0017】このように、4条のヘリカル素子13a〜
13dに略90°づつ位相を遅延して給電することによ
り、ヘリカルアンテナ1から右旋円偏波あるいは左旋円
偏波が放射されるようになる。偏波の回転方向は、ヘリ
カル素子13の巻き方向および位相回路の位相関係によ
り決定される。また、本発明にかかるヘリカルアンテナ
1におけるヘリクス仮想円筒の円周囲長は、使用周波数
の波長をλとした際に約1λとされ、巻ピッチ角は約3
0°とされている。
【0018】図1および図2に示すヘリカルアンテナ1
において、ヘリクス仮想円筒の円周囲長を1λとし、4
条のヘリカル素子13a〜13dの巻ピッチ角を約30
°、そのターン数を2.5ターンとした場合の垂直面内
の指向特性を図3に示す。図3を参照すると、無給電素
子11aの作用により本発明にかかるヘリカルアンテナ
1の低仰角における利得が向上しており、低仰角におけ
る利得を約3dB〜4dB改善することができる。この
ように、衛星の存在確率が高い低仰角におけるアンテナ
利得を高くすることができることから、衛星通信システ
ムの回線マージンを大きくすることができ、送信出力を
大きくすることなく高品質の通信を可能とすることがで
きるようになる。また、軸比は図3に示す指向特性にお
ける細かく振動する振動幅で表されるが、図6に示す軸
比より向上しており、無給電素子11aを設けるように
した本発明のヘリカルアンテナ1の軸比は、利得を改善
できる無給電素子11aを設けるようにしても劣化され
ず良好な軸比とすることができる。
【0019】なお、無給電素子11aはヘリカル素子1
3a〜13dの先端部に位置させるのが好適であり、無
給電素子11aを給電基板11の裏面に形成したが、給
電基板11の表面に無給電素子11aを形成し、裏面に
給電ライン11bを形成するようにしてもよい。また、
4条のヘリカル素子13a〜13dは、円筒状絶縁体1
0の外周面に導電薄膜を貼着することにより形成された
り、ヘリカル状溝部10aを有する円筒状絶縁体10の
外周面の全面に導電薄膜を形成し、外周面を切削するこ
とによりヘリカル状溝部10a内に残る導電薄膜により
ヘリカル素子13a〜13dを形成するようにしてもよ
い。さらにまた、ヘリカル素子13の条数は4条に限る
ものではなく1条あるいは2条としてもよい。さらにま
た、本発明のヘリカルアンテナ1は、衛星移動通信シス
テム用の携帯端末用アンテナに限らず、車載用アンテ
ナ、船舶用アンテナに適用することができるものであ
る。
【0020】
【発明の効果】上記説明したように本発明のヘリカルア
ンテナは、ヘリカル素子の内側に無給電素子を設けるよ
うにしたので、軸比を劣化させることなく低仰角におけ
る利得を向上することができる。無給電素子は、例えば
給電基板の一面に形成されたパターンにより構成するこ
とができるため、ヘリカルアンテナの構成が複雑になる
ことはない。したがって、衛星移動通信システムに好適
なヘリカルアンテナとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヘリカルアンテナの実施の形態の構成
例を示す半断面図である。
【図2】本発明の実施の形態のヘリカルアンテナにおけ
る上面図および給電基板の裏面図である。
【図3】本発明の実施の形態のヘリカルアンテナにおけ
る垂直面内の指向性を示す図である。
【図4】従来のヘリカルアンテナの構成例を示す図であ
る。
【図5】従来のヘリカルアンテナにおける上面図および
給電基板の裏面図である。
【図6】従来のヘリカルアンテナにおける垂直面内の指
向性を示す図である。
【符号の説明】
1,100 ヘリカルアンテナ 10,110 円筒状絶縁体 10a,110a ヘリカル状溝部 11,111 給電基板 11a 無給電素子 11b,111b 給電ライン 11c,111c 芯線接続孔 12,112 同軸ケーブル 12a,112a 芯線 13,13a〜13d,113,113a〜113d
ヘリカル素子 14,114 位相回路基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状絶縁体の外周面に所定の巻き角で
    ヘリカル状に設けられた複数条のヘリカル素子と、 前記円筒状絶縁体の先端部に固着された絶縁性の給電基
    板と、 前記ヘリカル素子の内側に配置された無給電素子とを備
    え、 前記給電基板から複数条の前記ヘリカル素子のそれぞれ
    に、所定の位相で給電されていることを特徴とするヘリ
    カルアンテナ。
  2. 【請求項2】 前記無給電素子が、前記給電基板の一面
    のプリントパターンにより形成されていることを特徴と
    する請求項1記載のヘリカルアンテナ。
JP35439099A 1999-12-14 1999-12-14 ヘリカルアンテナ Pending JP2001168630A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7474272B2 (en) * 2006-06-28 2009-01-06 Macdonald, Dettwiler And Associates Corporation Parasitic element for helical antenna
JP2009117948A (ja) * 2007-11-02 2009-05-28 Nippon Antenna Co Ltd ヘリカルアンテナ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7474272B2 (en) * 2006-06-28 2009-01-06 Macdonald, Dettwiler And Associates Corporation Parasitic element for helical antenna
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20021217