JP2002076751A - Loaded spiral monopole antenna - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、伝送線路型アンテ
ナに関するものであり、特に移動体通信システムに好適
な低姿勢かつ広帯域のアンテナに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission line antenna, and more particularly to a low-profile and wide-band antenna suitable for a mobile communication system.
【0002】[0002]
【従来の技術】移動体通信システムに適した低姿勢とさ
れたアンテナとして、伝送線路型アンテナが知られてい
る。伝送線路型アンテナは、グランドプレーン上にスト
リップ導体を平行に配した伝送線路を利用したアンテナ
であり、F型アンテナ又は逆F型アンテナが伝送線路型
アンテナの代表的なアンテナとされている。逆F型アン
テナは、ストリップ導体を矩形の導体板で置き換えるよ
うにしたアンテナである。置き換えの際に、この導体板
の中心線上ではグランドプレーンに対する電圧がゼロと
されることから、導体板の中心線上で折り曲げてその導
体板の端縁をグランドプレーンに短絡している。これに
より、半波長で動作するアンテナの長さを1/4波長と
半分の長さに小型化することができる。2. Description of the Related Art A transmission line antenna is known as an antenna having a low attitude suitable for a mobile communication system. A transmission line type antenna is an antenna using a transmission line in which strip conductors are arranged in parallel on a ground plane, and an F type antenna or an inverted F type antenna is a typical antenna of the transmission line type antenna. The inverted-F antenna is an antenna in which a strip conductor is replaced with a rectangular conductor plate. At the time of replacement, since the voltage with respect to the ground plane is zero on the center line of the conductor plate, the end of the conductor plate is short-circuited to the ground plane by bending on the center line of the conductor plate. As a result, the length of the antenna operating at a half wavelength can be reduced to half of the length of a quarter wavelength.
【0003】さらに、折り曲げられた導体板の開放され
ている先端とグランドプレーンの間には強い電界が発生
し、導体板にはキャパシタンスが等価的に挿入されたこ
とになる。そこで、このキャパシタンスを補正するため
に、折り曲げて構成した短絡板を一側だけを残して切り
取り細い導体線状とする。すると、導体線には大きな電
流が流れて強い磁界が発生するようになる。このことか
ら、導体板には大きいインダクタンスが等価的に挿入さ
れたことになる。この結果、等価的に挿入されたキャパ
シタンスとインダクタンスとが互いに打ち消すようにな
るため、導体板の長さを短くしても整合をとることが可
能となる。このように、逆F型アンテナは小型・低姿勢
のアンテナとされるため、飛翔体のアンテナや携帯電話
機のアンテナとして用いられている。Further, a strong electric field is generated between the open end of the bent conductor plate and the ground plane, and a capacitance is equivalently inserted into the conductor plate. Therefore, in order to correct this capacitance, the bent short-circuiting plate is cut out except for one side to form a thin conductor line. Then, a large current flows through the conductor wire to generate a strong magnetic field. This means that a large inductance was equivalently inserted into the conductor plate. As a result, the equivalently inserted capacitance and inductance cancel each other out, so that matching can be achieved even if the length of the conductor plate is reduced. As described above, since the inverted-F antenna is a small-sized and low-profile antenna, it is used as an antenna of a flying object or an antenna of a mobile phone.
【0004】上記した逆F型アンテナでVHF帯のFM
放送(76〜90MHz)または、VHFテレビ放送
(92〜222MHz)の地上波を受信するアンテナを
実現しようとすると、短辺が800mmないし1000
mm程度の長方形のアンテナとなり、車両等の移動体に
搭載することが困難になるという問題点があった。こう
した問題点を解決するための方法が、IEEE Transaction
s on Antennas and Propagation,Vol.AP-13,No.3,May
1965,pp.379-383,R.C.Fenwick“A new class of electr
ically small antennas" に記載されている。このアン
テナは、スパイラル状素子をグランドプレーン上に平行
に配置し、スパイラル状素子の長さを1/2波長とし、
その巻き始め部を給電点とすると共に、その他端部を接
地することにより小型化を図ったアンテナとされてい
る。[0004] The above-mentioned inverted F-type antenna is used for FM in the VHF band.
In order to realize an antenna for receiving terrestrial broadcasting (76 to 90 MHz) or VHF television broadcasting (92 to 222 MHz), the short side is 800 mm to 1000 mm.
There is a problem that the antenna becomes a rectangular antenna of about mm and it is difficult to mount the antenna on a moving body such as a vehicle. The solution to these problems is IEEE Transaction
s on Antennas and Propagation, Vol.AP-13, No.3, May
1965, pp.379-383, RCFenwick “A new class of electr
In this antenna, spiral elements are arranged in parallel on a ground plane, and the length of the spiral elements is set to 波長 wavelength.
The antenna is designed to be miniaturized by setting the winding start portion as a feeding point and grounding the other end.
【0005】ただし、上記アンテナは小型化することは
できるが、入力インピーダンスが約4Ωと非常に小さ
く、一般に給電ケーブルの特性インピーダンスが50Ω
あるいは75Ωとされていることから効率の低いアンテ
ナになってしまうことになる。また、共振が鋭くVSW
Rが2以下の場合を使用可能周波数帯域とすると、その
周波数帯域が約0.2%と非常に狭く、移動体通信のよ
うに広い周波数帯域が割り当てられている通信システム
に適用することができなかった。[0005] However, although the above antenna can be miniaturized, the input impedance is very small at about 4Ω, and the characteristic impedance of the feed cable is generally 50Ω.
Alternatively, since it is set to 75Ω, the antenna becomes low in efficiency. In addition, VSW with sharp resonance
If the usable frequency band is the case where R is 2 or less, the frequency band is very narrow, about 0.2%, and can be applied to a communication system to which a wide frequency band is allocated such as mobile communication. Did not.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者らは
特許第2997451号として、入力インピーダンスを
高くすることができると共に、約7%の比帯域幅が得ら
れる小型アンテナを提案している。しかしながら、上記
小型アンテナは入力インピーダンスを高くすることがで
きるものの、近年の移動体通信においては比帯域幅が1
0パーセントを超えている通信システムもあり、このよ
うに広い周波数帯域の通信システムに上記小型アンテナ
を適用することが困難になるという問題点があった。Accordingly, the present inventors have proposed, as Japanese Patent No. 2997451, a small antenna capable of increasing the input impedance and obtaining a relative bandwidth of about 7%. However, although the above small antenna can increase the input impedance, in recent mobile communication, the fractional bandwidth is 1 unit.
Some communication systems exceed 0%, and there is a problem that it becomes difficult to apply the small antenna to a communication system having such a wide frequency band.
【0007】そこで、本発明は、入力インピーダンスの
広帯域化を図ることのできるスパイラル装荷モノポール
アンテナを提供することを目的としている。Accordingly, an object of the present invention is to provide a spirally-loaded monopole antenna capable of widening the input impedance.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスパイラル装荷モノポールアンテナは、グ
ランドプレーン上にほぼ垂直に配置されたモノポール素
子と、該モノポール素子の先端に装荷されていると共
に、前記グランドプレーンにほぼ水平に展開されたスパ
イラル素子と、該スパイラル素子の外周にほぼ対称に配
置された一対のスパイラル無給電素子とを備え、前記ス
パイラル無給電素子の巻き始め端がL字状に折曲され
て、前記グランドプレーンに短絡されている。In order to achieve the above object, a spirally-loaded monopole antenna according to the present invention comprises a monopole element arranged substantially vertically on a ground plane, and a monopole element mounted on a tip of the monopole element. And a pair of spiral parasitic elements arranged substantially horizontally on the ground plane, and a pair of spiral parasitic elements arranged substantially symmetrically on the outer periphery of the spiral element, and a winding start end of the spiral parasitic element. Are bent in an L shape and short-circuited to the ground plane.
【0009】また、上記本発明のスパイラル装荷モノポ
ールアンテナにおいて、前記スパイラル素子は、一対の
スパイラルアームを回転対称に配置して構成されてお
り、該一対のスパイラルアームにおける点対称の所定の
位置に、グランドプレーンに短絡する短絡ピンが接続さ
れていてもよい。さらに、上記本発明のスパイラル装荷
モノポールアンテナにおいて、前記モノポール素子の給
電点と、前記短絡ピンとを結ぶ線上の近傍に、前記スパ
イラル無給電素子の巻き始め端が位置するようにしても
よい。[0009] In the spiral loaded monopole antenna according to the present invention, the spiral element is constituted by arranging a pair of spiral arms in a rotationally symmetric manner, and at a predetermined point-symmetric position in the pair of spiral arms. Alternatively, a short-circuit pin that short-circuits to the ground plane may be connected. Further, in the spirally-loaded monopole antenna according to the present invention, a winding start end of the spiral parasitic element may be located near a line connecting a feeding point of the monopole element and the short-circuit pin.
【0010】このような本発明によれば、モノポール素
子の先端に装荷されたスパイラル素子の外周に一対のス
パイラル無給電素子をほぼ対称に配置するようにしたの
で、インピーダンスの広帯域化を図ることができるよう
になった。特に、モノポール素子の給電点と、スパイラ
ル素子に設けられた短絡ピンの配置位置とを結ぶ線上の
近傍に、スパイラル無給電素子の巻き始め端を位置させ
ることにより、例えば約15%もの比帯域幅でインピー
ダンスの広帯域化を図ることができる。According to the present invention, a pair of spiral parasitic elements are arranged substantially symmetrically on the outer periphery of the spiral element loaded at the tip of the monopole element, so that the impedance can be broadened. Is now available. In particular, by positioning the winding start end of the spiral parasitic element near the line connecting the feeding point of the monopole element and the arrangement position of the short-circuit pin provided on the spiral element, for example, the relative bandwidth of about 15% The width of the impedance can be widened by the width.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】本発明のスパイラル装荷モノポー
ルアンテナの実施の形態の構成の一例を図1ないし図3
に示す。ただし、図1は本発明のスパイラル装荷モノポ
ールアンテナの平面図、図2はその正面図、図3はその
斜視図である。これらの図に示す本発明の実施の形態に
かかるスパイラル装荷モノポールアンテナ1は、設計周
波数の波長に対して無限大の面積とみなすことのできる
グランドプレーン18と、このグランドプレーン18上
にほぼ垂直に立設されているモノポール素子15と、モ
ノポール素子15の先端に回転対称に接続されている一
対の第1スパイラルアーム11,第2スパイラルアーム
12と、第1スパイラルアーム11と第2スパイラルア
ーム12の外側にそれぞれ配置された一対の無給電素子
13,14とを備えている。1 to 3 show an example of the configuration of an embodiment of a spirally-loaded monopole antenna according to the present invention.
Shown in 1 is a plan view of a spirally-loaded monopole antenna of the present invention, FIG. 2 is a front view thereof, and FIG. 3 is a perspective view thereof. The spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention shown in these figures has a ground plane 18 that can be regarded as having an infinite area with respect to the wavelength of the design frequency, and a substantially vertical plane on the ground plane 18. , A pair of first and second spiral arms 11, 12 connected to the tip of the monopole element 15 in a rotationally symmetric manner, a first spiral arm 11, and a second spiral A pair of parasitic elements 13 and 14 are respectively provided outside the arm 12.
【0012】すなわち、モノポール素子15の先端が中
心点Bに接続されており、この中心点Bには、第1スパ
イラルアーム11と第2スパイラルアーム12の始端が
接続されている。この第1スパイラルアーム11および
第2スパイラルアーム12は、グランドプレーン18に
ほぼ平行に展開されており、スパイラル関数に基づくス
パイラル曲線の形状とされている。また、第1スパイラ
ルアーム11の所定位置である接合点Pにはグランドプ
レーン18にほぼ垂直に配置されている第1短絡ピン1
6の一端が接続され、第1短絡ピン16の他端はグラン
ドプレーン18の点PGの位置に接続されている。さら
に、第2スパイラルアーム12の所定位置である接合点
Qにはグランドプレーン18にほぼ垂直に配置されてい
る第2短絡ピン17の一端が接続され、第2短絡ピン1
7の他端はグランドプレーン18の点QOの位置に接続
されている。なお、接合点Pと接合点Qは中心点Bに対
してほぼ点対称の位置とされている。モノポール素子1
5の高さはhとされており、モノポール素子15の他端
はグランドプレーン18のほぼ中央に形成された挿通孔
に挿通されて、グランドプレーン18の下面に固着され
ている同軸ケーブルとされた給電線19の中心導体に接
続されている。また、給電線19のシールド導体は、グ
ランドプレーン18の下面にハンダ付け等により電気的
かつ機械的に接続されている。この給電線19の中心導
体に接続された点がモノポール素子15への給電点Sfd
とされている。That is, the tip of the monopole element 15 is connected to a center point B, and the start points of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 are connected to the center point B. The first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 are developed almost in parallel with the ground plane 18 and have a spiral curve shape based on a spiral function. Further, a first short-circuit pin 1 disposed substantially perpendicular to the ground plane 18 is provided at a junction P, which is a predetermined position of the first spiral arm 11.
One end of the 6 is connected, the other end of the first shorting pin 16 is connected to the position of the point P G of the ground plane 18. Further, one end of a second short-circuit pin 17 arranged substantially perpendicular to the ground plane 18 is connected to a junction point Q, which is a predetermined position of the second spiral arm 12, and the second short-circuit pin 1
The other end of 7 is connected to the position of the point Q O on the ground plane 18. In addition, the joining point P and the joining point Q are substantially point-symmetric with respect to the center point B. Monopole element 1
5 has a height h, and the other end of the monopole element 15 is inserted into an insertion hole formed substantially in the center of the ground plane 18 to form a coaxial cable fixed to the lower surface of the ground plane 18. Connected to the center conductor of the feeding line 19. The shield conductor of the power supply line 19 is electrically and mechanically connected to the lower surface of the ground plane 18 by soldering or the like. A point connected to the center conductor of the feed line 19 is a feed point S fd to the monopole element 15.
It has been.
【0013】また、第1スパイラルアーム11および第
2スパイラルアーム12の巻き始め角はφstと表されて
いると共に、その巻き終わり角がφendと表されてい
る。巻き始め角φstおよび巻き終わり角φendの基準は
x軸とされているが、第2スパイラルアーム12の巻き
始め角φstおよび巻き終わり角φendの基準は、πラジ
アンだけ回転されている。さらに、第1スパイラルアー
ム11、第2スパイラルアーム12とグランドプレーン
18との間隔である高さはhとされる。なお、第1スパ
イラルアーム11および第2スパイラルアーム12は、
中央が中心点Bに接続されている所定長の直線導体の端
部から巻き始められている。すなわち、この直線導体と
x軸とのなす角が巻き始め角φstとされている。ところ
で、第1スパイラルアーム11および第2スパイラルア
ーム12に巻き始め角をφstとして、直線導体を設けて
いるのは、第1スパイラルアーム11および第2スパイ
ラルアーム12のワイヤー径が、強度等を満足させるた
めにある程度の太さとされているためである。すなわ
ち、巻き始め角を0°とすると巻き始め部分の曲率が大
きくなり、太いワイヤー径のワイヤーではワイヤー同士
が接触してスパイラル状に巻回できないからである。The winding start angle of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is represented by φst, and the winding end angle is represented by φend . Criteria winding start angle phi st and the winding end angle phi end The Although there is a x-axis, the reference of the winding start angle phi st and the winding end angle phi end The second spiral arms 12 are rotated by π radians . Further, the height, which is the distance between the first spiral arm 11, the second spiral arm 12, and the ground plane 18, is h. Note that the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12
The center is started to be wound from the end of the linear conductor having a predetermined length connected to the center point B. That is, the angle between the straight conductor and the x-axis is the winding start angle φ st . By the way, the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 are provided with a straight conductor with a winding start angle of φ st , because the wire diameter of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 depends on the strength and the like. This is because the thickness is set to a certain level to satisfy the user. That is, when the winding start angle is set to 0 °, the curvature of the winding start portion becomes large, and the wires having a large wire diameter come into contact with each other and cannot be spirally wound.
【0014】さらに、第1スパイラルアーム11におけ
る接合点Pの位置は、Sfd−B−P−PGからなる回路
と、グランドプレーン18によって作られるSfd−B−
P−PGのイメージ回路とからなる閉回路が目的とする
周波数でほぼ共振する位置とされる。同様に、第2スパ
イラルアーム12における接合点Qの位置は、Sfd−B
−Q−QOからなる回路と、グランドプレーン18によ
って作られるSfd−B−Q−QOのイメージ回路とから
なる閉回路が目的とする周波数でほぼ共振する位置とさ
れる。ここで、第1スパイラルアーム11と第2スパイ
ラルアーム12とは同様の構成とされているため、接合
点Pと接合点Qとは中心点Bに対してほぼ点対称の位置
となるのである。Further, the position of the junction point P on the first spiral arm 11 is determined by the circuit consisting of S fd -B-P-P G and the S fd -B- formed by the ground plane 18.
Closed circuit consisting of an image circuit of the P-P G is a position that is substantially resonant at the frequency of interest. Similarly, the position of the joint point Q on the second spiral arm 12 is S fd -B
A circuit consisting of -Q-Q O, closed circuit comprising the S fd -B-Q-Q O image circuit created by the ground plane 18 is a position substantially resonant at the frequency of interest. Here, since the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 have the same configuration, the joint points P and Q are substantially point-symmetric with respect to the center point B.
【0015】このように構成された本発明の実施の形態
にかかるスパイラル装荷モノポールアンテナ1において
は、第1スパイラルアーム11と第2スパイラルアーム
12が中心点Bに対して回転対称に配置されたスパイラ
ル状の素子とされており、第1スパイラルアーム11と
そのグランドプレーン18に対するイメージが作る放射
界は、第1スパイラルアーム11の高さhが低い場合ほ
ぼ逆位相になる。そのため、第1スパイラルアーム11
が作る放射界と、そのイメージが作る放射界とが打ち消
し合い放射パターンは形成されない。また、第2スパイ
ラルアーム12も同様に作用するため、第2スパイラル
アーム12による放射パターンも形成されない。結局の
ところ、モノポール素子15を流れる大きな電流および
第1短絡ピン16、第2短絡ピン17を流れる電流によ
ってスパイラル装荷モノポールアンテナ1の放射パター
ンが形成されるようになる。このため、本発明のスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1からはグランドプレーン
18に対して垂直な直線偏波が放射されるようになる。
また、本発明のスパイラル装荷モノポールアンテナ1の
水平面内(図1に示すx−y面)の放射パターンはほぼ
無指向性とされ、全方位に放射されるようになる。In the thus configured spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 are arranged rotationally symmetrically with respect to the center point B. It is a spiral element, and the radiation field created by the image on the first spiral arm 11 and its ground plane 18 has almost the opposite phase when the height h of the first spiral arm 11 is low. Therefore, the first spiral arm 11
The radiation field created by the image and the radiation field created by the image cancel each other out, and no radiation pattern is formed. Further, since the second spiral arm 12 operates in the same manner, no radiation pattern is formed by the second spiral arm 12. After all, the large current flowing through the monopole element 15 and the current flowing through the first short-circuit pin 16 and the second short-circuit pin 17 form the radiation pattern of the spirally loaded monopole antenna 1. For this reason, linearly polarized waves perpendicular to the ground plane 18 are radiated from the spirally-loaded monopole antenna 1 of the present invention.
Further, the radiation pattern of the spirally-loaded monopole antenna 1 of the present invention in the horizontal plane (the xy plane shown in FIG. 1) is made almost non-directional, and is radiated in all directions.
【0016】本発明の実施の形態にかかるスパイラル装
荷モノポールアンテナ1において特徴的な構成は、第1
スパイラルアーム11および第2スパイラルアーム12
の外側に、それぞれ第1無給電素子13および第2無給
電素子14を設けるようにした構成である。第1無給電
素子13および第2無給電素子14は、L字状に折曲さ
れて構成されており、グランドプレーン18に対して垂
直になるように折曲された端部はグランドプレーン18
に短絡されている。また、グランドプレーン18にほぼ
平行とされている部分は、スパイラル関数に基づく曲線
の形状とされている。このような第1無給電素子13お
よび第2無給電素子14を設けることにより、後述する
ように本発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷モノ
ポールアンテナ1におけるインピーダンスの周波数帯域
幅は、約15パーセントもの広帯域な比帯域幅とするこ
とができる。なお、第1無給電素子13および第2無給
電素子14の巻き始め角はφLstと表されると共に、そ
の巻き終わり角がφLendと表される。巻き始め角φstお
よび巻き終わり角φendの基準はx軸とされているが、
第2無給電素子14の巻き始め角φLstおよび巻き終わ
り角φLendの基準は、πラジアンだけ回転されている。
さらに、第1無給電素子13および第2無給電素子14
とグランドプレーン18との間隔である高さはhとされ
ている。The characteristic configuration of the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention is as follows.
Spiral arm 11 and second spiral arm 12
, A first parasitic element 13 and a second parasitic element 14 are provided respectively. The first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 are configured to be bent in an L shape, and the ends bent so as to be perpendicular to the ground plane 18 are connected to the ground plane 18.
Is short-circuited. The portion substantially parallel to the ground plane 18 has a curved shape based on a spiral function. By providing the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 as described later, the frequency bandwidth of the impedance of the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention is about 15%. A wide bandwidth can be achieved. The winding start angle of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 is represented by φ Lst, and the winding end angle is represented by φ Lend . Although the standard of the winding start angle φ st and the winding end angle φ end is the x-axis,
The reference of the winding start angle φ Lst and the winding end angle φ Lend of the second parasitic element 14 is rotated by π radians.
Further, the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14
The height, which is the distance between the ground plane 18 and the ground plane 18, is h.
【0017】次に、図1ないしび図3に示す構成とされ
ている本発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷モノ
ポールアンテナ1において、各部の寸法の一例を示す
が、第1スパイラルアーム11あるいは第2スパイラル
アーム12における動径関数r、および、第1無給電素
子13あるいは第2無給電素子14における動径関数r
は、Archimedian スパイラル関数により次式のように表
される。 r=as・φw ・・・(1) ただし、(1)式においてasはスパイラル定数であ
り、φwは巻き始め角φstから巻き終わり角φendまでの
巻き角度、あるいは巻き始め角φLstから巻き終わり角
φLendまでの巻き角度を示している。Next, an example of the dimensions of each part in the spirally loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention having the structure shown in FIGS. 1 to 3 will be described. Radial function r in the second spiral arm 12 and radial function r in the first parasitic element 13 or the second parasitic element 14
Is represented by an Archimian spiral function as follows: r = a s · φ w ··· (1) However, (1) a s is a spiral constant in the equation, φ w is the winding angle of up to a winding start angle φ corner end of winding from st φ end or winding start, The winding angle from the angle φ Lst to the winding end angle φ Lend is shown.
【0018】設計周波数foの自由空間波長をλoとし
た時の各部の寸法の一例は次のようになる。第1スパイ
ラルアーム11、第2スパイラルアーム12とグランド
プレーン18との間隔である高さhは約0.0613λ
oと、第1スパイラルアーム11と第2スパイラルアー
ム12、および、第1無給電素子13と第2無給電素子
14のスパイラル定数asは約0.0064λo〔/ra
d〕と設定される。また、第1スパイラルアーム11お
よび第2スパイラルアーム12の巻き始め角φstは約
1.3413π〔rad〕と、その巻き終わり角φendは可
変可能であるが、例えば約7.153π〔rad〕と設定
される。さらに、第1無給電素子13と第2無給電素子
14の巻き始め角φLstは約7.5292π〔rad〕と、
その巻き終わり角φLendは約7.981π〔rad〕と設
定される。さらにまた、第1スパイラルアーム11と第
2スパイラルアーム12、および、第1無給電素子13
と第2無給電素子14のワイヤー半径ρは、約0.00
3354λoと、スパイラルアームの中央に位置する直
線導体の全長は約0.05395λoと設定される。An example of the dimensions of each part when the free space wavelength of the design frequency fo is λo is as follows. The height h, which is the distance between the first spiral arm 11, the second spiral arm 12, and the ground plane 18, is about 0.0613λ.
o and, the first spiral arm 11 second spiral arms 12, and a first parasitic element 13 is spiral constants a s of the second parasitic element 14 about 0.0064λo [/ ra
d] is set. Further, the winding start angle φ st of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is about 1.3413π [rad], and the winding end angle φ end is variable, for example, about 7.153π [rad]. Is set. Furthermore, the first parasitic element 13 winding start angle phi Lst of the second parasitic element 14 is approximately 7.5292π [rad],
The winding end angle φ Lend is set to about 7.981π [rad]. Furthermore, the first spiral arm 11, the second spiral arm 12, and the first parasitic element 13
And the wire radius ρ of the second parasitic element 14 is about 0.00
3354λo, and the total length of the linear conductor located at the center of the spiral arm is set to about 0.05395λo.
【0019】本発明の実施の形態にかかるスパイラル装
荷モノポールアンテナ1の入力インピーダンスは、上記
のような寸法に設定した際に設計周波数foにおいて約
50Ωとなり、高い入力インピーダンスを得ることがで
きる。さらに、周波数に対する電圧定在波比(VSW
R)特性の一例は図4に示すようになる。このVSWR
特性を参照すると、第1無給電素子13および第2無給
電素子14を設けることにより、図4の「本発明(φ
end=7.153π)」として示すようにVSWRが2.
0以下となる比帯域幅が、約15%もの広帯域となるこ
とがわかる。比較のために、無給電素子を備えていない
従来のスパイラル装荷モノポールアンテナの周波数に対
するVSWR特性を合わせて図4に示している。従来の
例では、スパイラルアームの巻き終わり角φendを3種
類替えて例示しているが、いずれの比帯域幅も約7%程
度であり、これらのVSWR特性と比べて無給電素子1
3,14を備えている本発明のスパイラル装荷モノポー
ルアンテナ1の比帯域幅が約2倍とされていることがわ
かる。The input impedance of the spirally loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention is about 50Ω at the design frequency fo when the dimensions are set as described above, so that a high input impedance can be obtained. Furthermore, the voltage standing wave ratio to the frequency (VSW
An example of the R) characteristic is as shown in FIG. This VSWR
Referring to the characteristics, by providing the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14, the “present invention (φ
end = 7.153π) ”.
It can be seen that the fractional bandwidth of 0 or less is a wide band of about 15%. For comparison, FIG. 4 also shows the VSWR characteristics with respect to the frequency of a conventional spirally-loaded monopole antenna having no parasitic element. In the conventional example, although the winding end angle φ end of the spiral arm is changed by three types, the specific bandwidth is about 7%, and the parasitic element 1 is compared with these VSWR characteristics.
It can be seen that the fractional bandwidth of the spirally-loaded monopole antenna 1 of the present invention including 3 and 14 is approximately doubled.
【0020】また、本発明の実施の形態にかかるスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1において、上記のような
寸法に設定すると共に、下限周波数fL(f/fo=
0.887)におけるスパイラル装荷モノポールアンテ
ナ1の放射パターンを図5(a)(b)に示す。図5
(a)はθ角度に対するφ=0°面(x−z面)内の放
射パターンであり、グランドプレーン18に対して垂直
面内の放射パターンとされている。本発明のスパイラル
装荷モノポールアンテナ1では、前述したようにモノポ
ール素子15および第1短絡ピン16および第2短絡ピ
ン17に流れる電流が同位相とされて、モノポール素子
15,第1短絡ピン16,第2短絡ピン17からは放射
されるが、第1スパイラルアーム11と第2スパイラル
アーム12からの放射は小さくされている。In the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the dimensions are set as described above, and the lower limit frequency f L (f / fo =
The radiation pattern of the spirally-loaded monopole antenna 1 at 0.887) is shown in FIGS. FIG.
(A) is a radiation pattern in a φ = 0 ° plane (xz plane) with respect to the θ angle, which is a radiation pattern in a plane perpendicular to the ground plane 18. In the spirally-loaded monopole antenna 1 of the present invention, the currents flowing through the monopole element 15, the first short-circuit pin 16 and the second short-circuit pin 17 are in phase as described above, and the monopole element 15, the first short-circuit pin 16 and the second short-circuit pin 17, but the radiation from the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is reduced.
【0021】すなわち、実線で図示される放射パターン
はモノポール素子15,第1短絡ピン16,第2短絡ピ
ン17から放射されるEθ成分であり、Eθ成分はグラ
ンドプレーン18の水平方向(θ=90°)の放射が最
も大きくされており、垂直方向(θ=0°)にはほとん
ど放射されていないことがわかる。また、第1スパイラ
ルアーム11と第2スパイラルアーム12から放射され
るEφ成分は破線で示されるように、θ=45°方向に
約−20dB以下のわずかなレベルで放射が行われてい
るだけである。ここで、Eθ成分はグランドプレーン1
8に対して垂直な成分であるから、グランドプレーン1
8が地表に対して水平に位置される場合は垂直偏波とな
る。また、Eφ成分はグランドプレーン18に対して水
平な成分であるから、グランドプレーン18が地表に対
して水平に位置される場合は水平偏波となる。このよう
に、グランドプレーン18が地表に対して水平に配置さ
れる場合は、本発明の実施の形態にかかるスパイラル装
荷モノポールアンテナ1は垂直偏波用のアンテナとな
り、グランドプレーン18が地表に対して垂直に位置さ
れる場合は、本発明のスパイラル装荷モノポールアンテ
ナ1は水平偏波用のアンテナとして動作するようにな
る。[0021] That is, the radiation pattern monopole element 15 illustrated in solid lines, the first shorting pin 16, a E theta component emitted from the second shorting pin 17, E theta component horizontal ground plane 18 ( (θ = 90 °) is maximized, and is hardly emitted in the vertical direction (θ = 0 °). Further, the E φ component radiated from the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is radiated only at a slight level of about −20 dB or less in the θ = 45 ° direction as shown by the broken line. It is. Here, the Eθ component is the ground plane 1
8, the ground plane 1
If 8 is positioned horizontally with respect to the ground, it will be vertically polarized. In addition, since the Eφ component is a component horizontal to the ground plane 18, when the ground plane 18 is positioned horizontally with respect to the ground surface, horizontal polarization occurs. As described above, when the ground plane 18 is arranged horizontally with respect to the ground, the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention becomes an antenna for vertical polarization, and the ground plane 18 is positioned with respect to the ground. When it is positioned vertically, the spirally-loaded monopole antenna 1 of the present invention operates as an antenna for horizontal polarization.
【0022】さらに、図5(b)はφ角度に対するθ=
90°面(x−y面)内の放射パターンであり、グラン
ドプレーン18に対して水平面の放射パターンとされ
る。この場合に、実線で図示される放射パターンは前述
したようにモノポール素子15,第1短絡ピン16,第
2短絡ピン17から放射されるEθ成分であり、Eθ成
分はx−y面の全方位にほぼ均等の強さで放射される。
Eθ成分のx−y面内の偏差は、約4dBとされてい
る。しかし、第1スパイラルアーム11と第2スパイラ
ルアーム12から放射されるEφ成分は、わずかなレベ
ルでしか放射されないため図示されていない。FIG. 5B is a graph showing θ = θ with respect to the φ angle.
This is a radiation pattern in a 90 ° plane (xy plane), which is a radiation pattern in a horizontal plane with respect to the ground plane 18. In this case, the radiation pattern shown by the solid line is the Eθ component radiated from the monopole element 15, the first short-circuit pin 16, and the second short-circuit pin 17, as described above, and the Eθ component is the xy plane. Is emitted with almost equal intensity in all directions.
Deviations in the x-y plane of the E theta component is approximately 4dB. However, the Eφ component radiated from the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is not illustrated because it is radiated only at a small level.
【0023】次に、本発明の実施の形態にかかるスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1において、上記のような
寸法に設定されていると共に、上限周波数fH(f/f
o=1.0261)におけるスパイラル装荷モノポール
アンテナ1の放射パターンを図6(a)(b)に示す。
図6(a)はθ角度に対するφ=0°面(x−z面)内
の放射パターンであり、グランドプレーン18に対して
垂直面の放射パターンとされている。この場合に、実線
で図示される放射パターンはモノポール素子15,第1
短絡ピン16,第2短絡ピン17から放射されるEθ成
分であり、Eθ成分はグランドプレーン18の水平方向
(θ=90°)の放射が最も大きくされており、垂直方
向(θ=0°)にはほとんど放射されていないことがわ
かる。また、第1スパイラルアーム11と第2スパイラ
ルアーム12から放射されるEφ成分は、わずかなレベ
ルでしか放射されないため図示されていない。Next, in the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the dimensions are set as described above, and the upper limit frequency f H (f / f) is set.
6 (a) and 6 (b) show the radiation pattern of the spirally loaded monopole antenna 1 when o = 1.0261).
FIG. 6A shows a radiation pattern in a φ = 0 ° plane (xz plane) with respect to the θ angle, which is a radiation pattern perpendicular to the ground plane 18. In this case, the radiation pattern shown by the solid line is the monopole element 15, the first
The E θ component radiated from the short-circuit pin 16 and the second short-circuit pin 17 is the E θ component, and the radiation in the horizontal direction (θ = 90 °) of the ground plane 18 is maximized , and the E θ component is °) shows that it is hardly radiated. The Eφ component radiated from the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is not shown because it is radiated only at a small level.
【0024】さらに、図6(b)はφ角度に対するθ=
90°面(x−y面)内の放射パターンであり、グラン
ドプレーン18に対して水平面の放射パターンとされ
る。この場合に、実線で図示される放射パターンは前述
したようにモノポール素子15,第1短絡ピン16,第
2短絡ピン17から放射されるEθ成分であり、Eθ成
分はx−y面の全方位にほぼ均等の強さで放射される。
Eθ成分のx−y面内の偏差は、約1.6dBとわずか
な偏差とされている。しかし、第1スパイラルアーム1
1と第2スパイラルアーム12から放射されるEφ成分
は、わずかなレベルでしか放射されないため図示されて
いない。なお、VSWR=2以下でかつ水平面(x−y
面)内の放射パターンにおける偏差が3dB以下となる
比帯域幅は、約12.6%となる。Further, FIG. 6B shows that θ = θ with respect to the φ angle.
This is a radiation pattern in a 90 ° plane (xy plane), which is a radiation pattern in a horizontal plane with respect to the ground plane 18. In this case, the radiation pattern shown by the solid line is the Eθ component radiated from the monopole element 15, the first short-circuit pin 16, and the second short-circuit pin 17, as described above, and the Eθ component is the xy plane. Is emitted with almost equal intensity in all directions.
The deviation of the E θ component in the xy plane is a small deviation of about 1.6 dB. However, the first spiral arm 1
The Eφ components radiated from the first and second spiral arms 12 are not shown because they are radiated only at a small level. Note that VSWR = 2 or less and a horizontal plane (xy)
The fractional bandwidth in which the deviation in the radiation pattern in the plane is 3 dB or less is about 12.6%.
【0025】次に、本発明の実施の形態にかかるスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1において、第1無給電素
子13と第2無給電素子14の巻き始め角φLstを変化
させた際のVSWR特性を図7に示す。第1無給電素子
13と第2無給電素子14の巻き始め角φLstを約5.
529π〔rad〕とした際のスパイラル装荷モノポール
アンテナ1の概略構成が図7(a)に示されており、そ
の巻き始め角φLstを約6.529π〔rad〕とした際の
スパイラル装荷モノポールアンテナ1の概略構成が図7
(b)に示されており、その巻き始め角φLstを約7.
529π〔rad〕とした際のスパイラル装荷モノポール
アンテナ1の概略構成が図7(c)に示されている。こ
のように、巻き始め角φLstに応じて第1無給電素子1
3と第2無給電素子14の巻き始め端がx軸に対して左
巻き方向に回転していくと共に、中心点Bから次第に離
隔していくようになる。図7(d)に示すVSWR特性
を参照すると、第1無給電素子13と第2無給電素子1
4の巻き始め角φLstを約5.529π〔rad〕、約6.
529π〔rad〕および約7.529π〔rad〕とπだけ
回転する毎にVSWRが良好な値となることがわかる。
このような巻き始め角φLstは、接合点P,Qと中心点
Bとを結ぶ線の延長線の近傍に存在していることがわか
る。すなわち、接合点P,Qと中心点Bとを結ぶ線の延
長線の近傍にくるように第1無給電素子13と第2無給
電素子14の巻き始め角φLstを設定することにより、
良好なVSWRのスパイラル装荷モノポールアンテナ1
とすることができる。Next, in the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the VSWR characteristic when the winding start angle φ Lst of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 is changed will be described. As shown in FIG. The winding start angle φ Lst of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 is set to about 5.
A schematic configuration of a spiral loaded monopole antenna 1 at the time of the 529π [rad] is shown in FIG. 7 (a), a spiral loaded mono upon the winding start angle phi Lst about 6.529π [rad] The schematic configuration of the pole antenna 1 is shown in FIG.
(B), the winding start angle φ Lst is about 7.
FIG. 7 (c) shows a schematic configuration of the spirally-loaded monopole antenna 1 at 529π [rad]. As described above, the first parasitic element 1 according to the winding start angle φ Lst
The winding start ends of the third and second parasitic elements 14 rotate counterclockwise with respect to the x-axis, and gradually move away from the center point B. Referring to the VSWR characteristics shown in FIG. 7D, the first parasitic element 13 and the second parasitic element 1
The fourth winding start angle phi Lst about 5.529π (rad), about 6.
It can be seen that the VSWR becomes a good value every time the rotation is π, ie, 529π [rad] and about 7.529π [rad].
It can be seen that such a winding start angle φ Lst exists near an extension of a line connecting the joining points P and Q and the center point B. That is, by setting the winding start angle φ Lst of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 near the extension of the line connecting the junction points P and Q and the center point B,
Good VSWR spiral loaded monopole antenna 1
It can be.
【0026】次に、本発明の実施の形態にかかるスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1において、VSWR特性
が良好となるように第1無給電素子13と第2無給電素
子14の巻き始め角φLstを設定した際の周波数に対す
るVSWR特性を図8に示す。図8(a)は、第1無給
電素子13と第2無給電素子14の巻き始め角φLstを
5.529π〔rad〕とした場合であり、VSWR=2
以下の比帯域幅はあまり拡大されていない。また、図8
(b)は、第1無給電素子13と第2無給電素子14の
巻き始め角φLstを6.529π〔rad〕とした場合であ
り、VSWR=2以下の比帯域幅は2つに分割されてお
り少し拡大されている。さらに、図8(c)は、第1無
給電素子13と第2無給電素子14の巻き始め角φLst
を7.529π〔rad〕とした場合であり、VSWR=
2以下の比帯域幅は2つに分割されており若干拡大され
ていることがわかる。このように、第1無給電素子13
と第2無給電素子14の巻き始め角φLstを大きくする
につれて、VSWR=2以下の比帯域幅は拡大される傾
向となることがわかる。Next, in the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the winding start angle φ Lst of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 is set so that the VSWR characteristics are improved . FIG. 8 shows the VSWR characteristics with respect to the frequency when set. FIG. 8A shows a case where the winding start angle φ Lst of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 is set to 5.529π [rad], and VSWR = 2
The following fractional bandwidths are not significantly expanded. FIG.
(B) is divided into a first parasitic element 13 the winding start angle phi Lst of the second parasitic element 14 is a case of the 6.529π (rad), VSWR = 2 or less fractional bandwidth is two It has been slightly expanded. FIG. 8C shows the winding start angle φ Lst of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14.
Is set to 7.529π [rad], and VSWR =
It can be seen that the fractional bandwidth of 2 or less is divided into two and slightly expanded. Thus, the first parasitic element 13
It can be seen that as the winding start angle φ Lst of the second parasitic element 14 increases, the fractional bandwidth of VSWR = 2 or less tends to increase.
【0027】次に、本発明の実施の形態にかかるスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1において、第1スパイラ
ルアーム11および第2スパイラルアーム12の巻き終
わり角φendを約5.453π〔rad〕とすると共に、第
1無給電素子13と第2無給電素子14の巻き始め角φ
Lstを約7.529π〔rad〕、その巻き終わり角φLe nd
を約7.981π〔rad〕と設定した際の周波数に対す
るVSWR特性を図9に示す。比較のために、無給電素
子を備えていない従来のスパイラル装荷モノポールアン
テナの周波数に対するVSWR特性を合わせて図9に示
している。従来の例では、スパイラルアームの巻き終わ
り角φendを5.453π〔rad〕としているが、このV
SWR特性と比べて無給電素子13,14を備えている
本発明のスパイラル装荷モノポールアンテナ1の比帯域
幅が拡大されていることがわかる。Next, in the spirally loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the winding end angle φ end of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is set to about 5.453π [rad]. , The winding start angle φ of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14
About the Lst 7.529π (rad), the winding end angle φ Le nd
FIG. 9 shows the VSWR characteristics with respect to the frequency when is set to about 7.981π [rad]. For comparison, FIG. 9 also shows the VSWR characteristics with respect to the frequency of a conventional spirally-loaded monopole antenna having no parasitic element. In the conventional example, the winding end angle φ end of the spiral arm is set to 5.453π [rad].
It can be seen that the fractional bandwidth of the spirally loaded monopole antenna 1 of the present invention including the parasitic elements 13 and 14 is expanded as compared with the SWR characteristic.
【0028】次に、本発明の実施の形態にかかるスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1において、第1スパイラ
ルアーム11および第2スパイラルアーム12の巻き終
わり角φendを約7.153π〔rad〕とすると共に、第
1無給電素子13と第2無給電素子14の巻き始め角φ
Lstを約7.529π〔rad〕、巻き終わり角φLendを約
7.981π〔rad〕と設定した際の周波数に対するV
SWR特性を本発明Aとして示すと共に、第1スパイラ
ルアーム11および第2スパイラルアーム12の巻き終
わり角φendを約5.453π〔rad〕とすると共に、第
1無給電素子13と第2無給電素子14の巻き始め角φ
Lstを約7.529π〔rad〕、巻き終わり角φLendを約
7.981π〔rad〕と設定した際の周波数に対するV
SWR特性を本発明Bとして図10に示す。比較のため
に、無給電素子を備えていない従来のスパイラル装荷モ
ノポールアンテナの周波数に対するVSWR特性を合わ
せて図10に示している。従来の例では、スパイラルア
ームの巻き終わり角φendを5.453π〔rad〕として
いる。図10に示すVSWR特性から、スパイラルアー
ム11,12の巻き終わり角φendを大きくすると、V
SWR=2以下の比帯域幅が拡大する傾向にあることが
わかる。そして、第1スパイラルアーム11および第2
スパイラルアーム12の巻き終わり角φendを約7.1
53π〔rad〕とすると、VSWR=2以下の比帯域幅
として最大の約15%の比帯域幅が得られる。Next, in the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the winding end angle φ end of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is set to about 7.153π [rad]. , The winding start angle φ of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14
V with respect to the frequency when Lst is set to about 7.529π [rad] and winding end angle φ Lend is set to about 7.981π [rad]
The SWR characteristic is shown as the present invention A, the winding end angle φ end of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is set to about 5.453π [rad], and the first parasitic element 13 and the second parasitic element Element 14 winding start angle φ
V with respect to the frequency when Lst is set to about 7.529π [rad] and winding end angle φ Lend is set to about 7.981π [rad]
The SWR characteristic is shown in FIG. 10 as the present invention B. For comparison, FIG. 10 also shows the VSWR characteristics with respect to the frequency of a conventional spirally-loaded monopole antenna having no parasitic element. In the conventional example, the winding end angle φ end of the spiral arm is set to 5.453π [rad]. From the VSWR characteristics shown in FIG. 10, when the winding end angle φ end of the spiral arms 11 and 12 is increased, V
It can be seen that the fractional bandwidth of SWR = 2 or less tends to increase. Then, the first spiral arm 11 and the second spiral arm 11
The winding end angle φ end of the spiral arm 12 is about 7.1
Assuming 53π [rad], a maximum fractional bandwidth of about 15% is obtained as a fractional bandwidth of VSWR = 2 or less.
【0029】次に、本発明の実施の形態にかかるスパイ
ラル装荷モノポールアンテナ1において、第1無給電素
子13と第2無給電素子14の巻き終わり角φLendを約
6.529π〔rad〕に固定して、第1スパイラルアー
ム11および第2スパイラルアーム12の巻き終わり角
φendを約5.703π〔rad〕、約5.933π〔ra
d〕、約6.203π〔rad〕の3種類とした際の周波数
に対するVSWR特性を図11、図12、図13に示
す。図11、図12、図13に示すVSWR特性を参照
すると、第1スパイラルアーム11および第2スパイラ
ルアーム12の巻き終わり角φendを大きくするほどV
SWRの比帯域幅は拡大するのではなく、ある値の時に
最も比帯域幅が拡大することがわかる。Next, in the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the winding end angle φ Lend of the first parasitic element 13 and the second parasitic element 14 is set to about 6.529π [rad]. When fixed, the winding end angle φ end of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 is set to about 5.703π [rad] and about 5.933π [ra].
d] and about 6.203π [rad] are shown in FIG. 11, FIG. 12, and FIG. Referring to the VSWR characteristics shown in FIGS. 11, 12, and 13, as the winding end angle φ end of the first spiral arm 11 and the second spiral arm 12 increases, V
It can be seen that the fractional bandwidth of the SWR does not increase but increases at a certain value.
【0030】以上の解析結果から見ると、本発明の実施
の形態にかかるスパイラル装荷モノポールアンテナ1に
おいて、放射パターンはモノポール素子15および第1
短絡ピン16および第2短絡ピン17に流れる電流によ
って形成されており、第1スパイラルアーム11と第2
スパイラルアーム12を流れる電流は放射パターンの形
成にはほとんど寄与していないことがわかる。また、本
発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷モノポールア
ンテナ1の水平面(x−y面)内の放射パターンはほぼ
全方位に均等とされており、50Ω系のVSWRが2.
0以下の比帯域幅は、最大15%に達するようになる。According to the above analysis results, in the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the radiation pattern is the monopole element 15 and the first
The first spiral arm 11 and the second spiral arm 11 are formed by a current flowing through the short-circuit pin 16 and the second short-circuit pin 17.
It can be seen that the current flowing through the spiral arm 12 hardly contributes to the formation of the radiation pattern. Further, the radiation pattern in the horizontal plane (xy plane) of the spirally-loaded monopole antenna 1 according to the embodiment of the present invention is substantially uniform in all directions, and the 50Ω-based VSWR is 2.
Fractional bandwidths below 0 will reach up to 15%.
【0031】なお、本発明のスパイラル装荷モノポール
アンテナにおけるスパイラルアームは2条に限るもので
はなく、2条以上の複数のスパイラルアーム数とするこ
とができる。この場合にも中心点Bに対して対称になる
よう複数条のスパイラルアームを配置するようにすれば
よい。すなわち、スパイラルアーム数をn(n=2,
3,4・・・)とした時に、各スパイラルアームを2π
/nづつ角度をずらせてほぼ同心として配置すればよ
い。また、本発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷
モノポールアンテナ1における上記で示した各部の長さ
等の寸法は一例であり、本発明のスパイラル装荷モノポ
ールアンテナはこの数値に限るものではない。すなわ
ち、Sfd−B−P−P G回路とグランドプレーン18に
よって作られるイメージ回路からなる閉回路、および、
Sfd−B−Q−QG回路とグランドプレーン18によっ
て作られるイメージ回路からなる閉回路が、目的とする
周波数でほぼ共振する長さとされればよい。さらに、第
1スパイラルアームおよび第2スパイラルアームのグラ
ンドプレーンに対する高さhは高い方がアンテナ特性は
向上するが、低姿勢とするために約0.06λo程度の
高さとするのが好適である。また、第1スパイラルアー
ムおよび第2スパイラルアームとグランドプレーンとを
所定の厚さの誘電体のそれぞれの面に形成するようにす
ると、より低姿勢とすることが可能となる。The spiral-loaded monopole of the present invention
The spiral arm in the antenna is limited to two
Not two or more spiral arms
Can be. Also in this case, it becomes symmetric with respect to the center point B.
If you try to arrange multiple spiral arms
Good. That is, the number of spiral arms is n (n = 2,
3, 4 ...), each spiral arm is 2π
The angle should be shifted by / n and placed almost concentrically
No. Further, the spiral loading according to the embodiment of the present invention.
Length of each part shown above in monopole antenna 1
Dimensions are an example, and the spirally loaded
The antenna is not limited to this value. Sand
Chi, Sfd-B-P-P GCircuit and ground plane 18
A closed circuit consisting of an image circuit created by the
Sfd-BQQQGCircuit and ground plane 18
A closed circuit consisting of an image circuit made by
What is necessary is just to set it as the length which resonates substantially at a frequency. In addition,
The graph of the first spiral arm and the second spiral arm
The higher the height h with respect to the ground plane, the better the antenna characteristics
Although it is improved, about 0.06λo
Preferably, it is height. Also, the first spiral lure
And the second spiral arm and the ground plane
Be sure to form them on each side of a dielectric
Then, it becomes possible to lower the posture.
【0032】[0032]
【発明の効果】本発明は以上説明したように、モノポー
ル素子の先端に装荷されたスパイラル素子の外周に一対
のスパイラル無給電素子をほぼ対称に配置するようにし
たので、インピーダンスの広帯域化を図ることができる
ようになった。特に、モノポール素子の給電点と、スパ
イラル素子に設けられた短絡ピンの配置位置とを結ぶ線
上の近傍に、スパイラル無給電素子の巻き始め端を位置
させることにより、例えば約15%もの比帯域幅でイン
ピーダンスの広帯域化を図ることができる。As described above, according to the present invention, a pair of spiral parasitic elements are arranged substantially symmetrically on the outer periphery of the spiral element loaded at the tip of the monopole element, so that the impedance can be broadened. You can now plan. In particular, by positioning the winding start end of the spiral parasitic element near the line connecting the feeding point of the monopole element and the arrangement position of the short-circuit pin provided on the spiral element, for example, the relative bandwidth of about 15% The width of the impedance can be widened by the width.
【図1】本発明のスパイラル装荷モノポールアンテナの
実施の形態における一構成例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a spirally loaded monopole antenna according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明のスパイラル装荷モノポールアンテナの
実施の形態における一構成例を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a configuration example of a spirally loaded monopole antenna according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明のスパイラル装荷モノポールアンテナの
実施の形態における一構成例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a spirally loaded monopole antenna according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態におけるスパイラル装荷モ
ノポールアンテナの周波数に対するVSWR特性を、従
来の例と対比して示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a VSWR characteristic with respect to a frequency of a spirally-loaded monopole antenna according to an embodiment of the present invention in comparison with a conventional example.
【図5】本発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷モ
ノポールアンテナの下限周波数における垂直面(x−z
面)内、水平面(x−y面)内の放射パターンを示す図
である。FIG. 5 is a vertical plane (xz) at the lower limit frequency of the spirally loaded monopole antenna according to the embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a radiation pattern in a horizontal plane (xy plane).
【図6】本発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷モ
ノポールアンテナの上限周波数における垂直面(x−z
面)内、水平面(x−y面)内の放射パターンを示す図
である。FIG. 6 shows a vertical plane (xz) at the upper limit frequency of the spirally-loaded monopole antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a radiation pattern in a horizontal plane (xy plane).
【図7】本発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷モ
ノポールアンテナにおいて、無給電素子の巻き始め角φ
Lstを変化させた際のVSWR特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a spiral starting monopole antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating VSWR characteristics when Lst is changed.
【図8】本発明の実施の形態にかかるスパイラル装荷モ
ノポールアンテナにおいて、VSWR特性が良好となる
ように無給電素子の巻き始め角φLstを設定した際の周
波数に対するVSWR特性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the VSWR characteristic with respect to the frequency when the winding start angle φ Lst of the parasitic element is set so that the VSWR characteristic is good in the spirally-loaded monopole antenna according to the embodiment of the present invention. .
【図9】本発明の実施の形態におけるスパイラル装荷モ
ノポールアンテナの一構成例の周波数に対するVSWR
特性を、従来の例と対比して示す図である。FIG. 9 shows a VSWR with respect to the frequency of one configuration example of the spirally loaded monopole antenna in the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing characteristics in comparison with a conventional example.
【図10】本発明の実施の形態におけるスパイラル装荷
モノポールアンテナの2つの構成例の周波数に対するV
SWR特性を、従来の例と対比して示す図である。FIG. 10 shows V with respect to the frequency of two configuration examples of the spirally loaded monopole antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing SWR characteristics in comparison with a conventional example.
【図11】本発明の実施の形態におけるスパイラル装荷
モノポールアンテナのスパイラルアームの巻き終わり角
φendを約5.703π〔rad〕とした際の周波数に対す
るVSWR特性を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing VSWR characteristics with respect to frequency when the winding end angle φ end of the spiral arm of the spirally loaded monopole antenna according to the embodiment of the present invention is set to about 5.703π [rad].
【図12】本発明の実施の形態におけるスパイラル装荷
モノポールアンテナのスパイラルアームの巻き終わり角
φendを約5.933π〔rad〕とした際の周波数に対す
るVSWR特性を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating VSWR characteristics with respect to frequency when the winding end angle φ end of the spiral arm of the spirally loaded monopole antenna according to the embodiment of the present invention is set to about 5.933π [rad].
【図13】本発明の実施の形態におけるスパイラル装荷
モノポールアンテナのスパイラルアームの巻き終わり角
φendを約6.203π〔rad〕とした際の周波数に対す
るVSWR特性を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating VSWR characteristics with respect to frequency when the winding end angle φ end of the spiral arm of the spirally loaded monopole antenna according to the embodiment of the present invention is set to about 6.203π [rad].
1 スパイラル装荷モノポールアンテナ、11 第1ス
パイラルアーム、12第2スパイラルアーム、13 第
1無給電素子、14 第2無給電素子、15モノポール
素子、16 第1短絡ピン、17 第2短絡ピン、18
グランドプレーン、19 給電線、B 中心点、P
接合点、Q 接合点、Sfd 給電点Reference Signs List 1 spiral loaded monopole antenna, 11 first spiral arm, 12 second spiral arm, 13 first parasitic element, 14 second parasitic element, 15 monopole element, 16 first short circuit pin, 17 second short circuit pin, 18
Ground plane, 19 feeder, B center point, P
Junction point, Q junction point, S fd feed point
Claims (3)
れたモノポール素子と、 該モノポール素子の先端に装荷されていると共に、前記
グランドプレーンにほぼ水平に展開されたスパイラル素
子と、 該スパイラル素子の外周にほぼ対称に配置された一対の
スパイラル無給電素子とを備え、 前記スパイラル無給電素子の巻き始め端がL字状に折曲
されて、前記グランドプレーンに短絡されていることを
特徴するスパイラル装荷モノポールアンテナ。1. A monopole element disposed substantially vertically on a ground plane, a spiral element loaded on a tip of the monopole element and deployed substantially horizontally on the ground plane, and the spiral element And a pair of spiral parasitic elements arranged substantially symmetrically on the outer periphery of the spiral parasitic element, and the winding start end of the spiral parasitic element is bent into an L shape and short-circuited to the ground plane. Spiral loaded monopole antenna.
ルアームを回転対称に配置して構成されており、該一対
のスパイラルアームにおける点対称の所定の位置に、グ
ランドプレーンに短絡する短絡ピンが接続されているこ
とを特徴する請求項1記載のスパイラル装荷モノポール
アンテナ。2. The spiral element comprises a pair of spiral arms arranged rotationally symmetrically, and a short-circuit pin for short-circuiting to a ground plane is connected to a predetermined point-symmetric position of the pair of spiral arms. The spirally-loaded monopole antenna according to claim 1, wherein:
絡ピンとを結ぶ線上の近傍に、前記スパイラル無給電素
子の巻き始め端が位置していることを特徴とする請求項
1記載のスパイラル装荷モノポールアンテナ。3. The spiral loading according to claim 1, wherein a winding start end of the spiral parasitic element is located near a line connecting a feeding point of the monopole element and the short-circuit pin. Monopole antenna.
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KR101142083B1 (en) | 2011-02-01 | 2012-05-03 | 엘에스엠트론 주식회사 | Spiral slot antenna |
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