【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円偏波電波の送受信に用いられるヘリカルアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリカルアンテナは、放射素子として螺旋状に延びるヘリックス導体を用いている円偏波アンテナであり、螺旋の口径やピッチを使用する電波の波長に応じて適切に設定したヘリックス導体に高周波信号を給電することにより、螺旋の軸方向に円偏波電波を放射させることができる。このような軸モード放射のヘリカルアンテナは、広帯域で高利得な円偏波アンテナであることから、衛星通信等において広く採用されている。
【０００３】
この種のヘリカルアンテナのヘリックス導体としては、通常、コイルのように巻き上げた導線が用いられ、このヘリックス導体の螺旋の軸方向は接地された反射板に対して直交させてある。例えば、誘電体基板の片面に設けた接地導体を反射板となし、この誘電体基板に対してヘリックス導体を起立させると共に、誘電体基板を貫通するヘリックス導体の一端部を給電線に接続するという構成のヘリカルアンテナが、従来より知られている。また、この種のヘリカルアンテナは、誘電体材料からなる外装ケースであるレドームに収納されることも多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のヘリカルアンテナでは、使用する電波の自由空間波長をλ０とすると、ヘリックス導体の螺旋の口径は約０．４λ０に設定され、螺旋のピッチは約０．１５λ０に設定される。また、ヘリックス導体の軸方向の長さは螺旋の巻き数を螺旋のピッチに乗じた値なので、螺旋の巻き数が４ターンであればヘリックス導体の軸方向の長さは約０．６λ０になる。したがって、このヘリカルアンテナを、例えば１．５ＧＨｚ帯の電波（λ０＝２０ｃｍ）を使用する移動通信機器に適用させると仮定した場合、ヘリックス導体の螺旋の口径は約８ｃｍ、螺旋のピッチは約３ｃｍとなり、螺旋の巻き数が４ターンであれば軸方向の長さは約１２ｃｍとなる。ヘリックス導体がこのサイズではアンテナの小型化は困難であり、このヘリックス導体をレドームに収納してなるヘリカルアンテナは実用化に不向きな大きさになってしまう。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化に好適なヘリカルアンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のヘリカルアンテナは、接地された反射板と、軸方向を前記反射板に対して直交させた螺旋に沿って延びるヘリックス導体と、このヘリックス導体の螺旋の内側に配置された柱状の誘電体部材とを備え、前記ヘリックス導体に高周波信号を給電して前記軸方向に円偏波電波を放射させるように構成した。
【０００７】
このようにヘリックス導体の螺旋の内側に柱状の誘電体部材が配置させてあると、給電時にヘリックス導体の周囲に発生する電界の多くが該誘電体部材を通過することになるので、誘電体による波長短縮効果が顕著となり、使用する電波の自由空間波長よりもかなり短い波長に基づいてヘリックス導体の大きさを設定することができる。その結果、動作周波数が同じで該誘電体部材を具備してしない通常のヘリカルアンテナに比べ、ヘリックス導体を小型化することができる。
【０００８】
また、前記柱状の誘電体部材を備えているヘリカルアンテナが、ヘリックス導体の螺旋の外側に配置されて該ヘリックス導体を包囲する肉厚な環状の誘電体部材を備えていれば、給電時にヘリックス導体の周囲に発生する電界の大部分が螺旋の内外の誘電体部材を通過することになるので、誘電体による波長短縮効果が一層顕著となって、さらに小型のヘリックス導体が使用できるようになる。この場合、前記柱状の誘電体部材および前記環状の誘電体部材をレドームと一体化し、このレドームの内部に前記反射板とヘリックス導体とを収納する構成にしておけば、事実上、レドームの形状を変更するだけでヘリカルアンテナが小型化できるため好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るヘリカルアンテナの概略断面図である。
【００１０】
図１に示すヘリカルアンテナは、導線を螺旋状に巻き上げたヘリックス導体１と、このヘリックス導体１の一端部（給電部）を貫通させている誘電体基板２と、この誘電体基板２の片面に設けられた接地導体３と、蓋体を兼ねた誘電体ブロック４を有するレドーム５とを備えており、ヘリックス導体１の給電部を図示せぬ給電線に接続して概略構成されている。ヘリックス導体１の螺旋の軸方向は接地導体３に対して直交させてあり、この接地導体３が反射板として機能する。レドーム５は誘電体材料の合成樹脂からなる成形品で、このレドーム５の内部にヘリックス導体１や誘電体基板２が収納されている。
【００１１】
レドーム５の一部を構成している誘電体ブロック４には、ヘリックス導体１の螺旋の内側の空間に配置される柱状部４ａと、ヘリックス導体１の螺旋の外側の空間に配置されて該ヘリックス導体１を包囲する肉厚環状部４ｂとが形成されている。これにより、給電時にヘリックス導体１の周囲に発生する電界の大部分が、誘電体からなる柱状部４ａや肉厚環状部４ｂを通過することになるので、誘電体による波長短縮効果の影響が極めて大きくなる。すなわち、本実施形態例はヘリックス導体１の周囲の空間を誘電体で置換したような構成になっているため、波長短縮率を決定する実効比誘電率εｅが誘電体材料の比誘電率εｒと大差なく、比誘電率εｒの大きな誘電体材料を用いて誘電体ブロック４を成形することにより波長短縮率をかなり高めることが可能である。
【００１２】
例えば、εｒ＝３．５のとき、波長短縮率は（１／√εｅ）≒（１／１．８）＝０．５６となり、使用する電波の自由空間波長λ０の半分程度の波長λ１（＝０．５６λ０）に基づいてヘリックス導体１の大きさを設定すればよいことになる。この場合、ヘリックス導体１の螺旋の口径は約０．４λ１＝０．２２λ０、螺旋のピッチは約０．１５λ１＝０．０８λ０に設定されるので、使用する電波が１．５ＧＨｚ帯（λ０＝２０ｃｍ）のとき、ヘリックス導体１の螺旋の口径は約４ｃｍ、螺旋の巻き数が４ターンとして軸方向の長さは約６ｃｍとなる。つまり、上述したヘリカルアンテナは、動作周波数が同じで誘電体ブロック４を具備してしない従来のヘリカルアンテナに比べ、ヘリックス導体１を大幅に小型化することができる。
【００１３】
また、本実施形態例に係るヘリカルアンテナは、誘電体ブロック４が外装ケースであるレドーム５の一部を構成しているので、事実上、レドーム５の形状が従来品と異なるヘリカルアンテナとみなすことができる。したがって、部品点数や組立工数を増やすことなく、簡単かつ安価にヘリカルアンテナを小型化することができる。
【００１４】
図２は本発明の他の実施形態例に係るヘリカルアンテナの概略斜視図であり、このヘリカルアンテナでは、誘電体からなる円柱状ブロック１０の外周面に、導電材料をメッキ加工してなる螺旋状のヘリックス導体１１が形成してあると共に、この円柱状ブロック１０が立設される誘電体基板１２の裏面に、反射板として機能する図示せぬ接地導体が形成してある。円柱状ブロック１０は底面を半田付けするなどして誘電体基板１２に固定されており、この誘電体基板１２の表面に設けられたマイクロストリップライン１３がヘリックス導体１１の下端部に半田付けされている。
【００１５】
このように構成されたヘリカルアンテナは、ヘリックス導体１１の螺旋の内側が誘電体（円柱状ブロック１０）によって完全に満たされているため、ヘリックス導体１１の螺旋の外側に誘電体を配置させなくても顕著な波長短縮効果が期待できる。したがって、ヘリックス導体１１の大きさを規定する円柱状ブロック１０の口径や高さ寸法を小さく設定することができる。また、ヘリックス導体１１の寸法精度が高くて変形しにくいという利点もある。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１７】
ヘリックス導体の螺旋の内側に柱状の誘電体部材が配置させてあるので、誘電体による波長短縮効果が顕著となり、使用する電波の自由空間波長よりもかなり短い波長に基づく小型のヘリックス導体を採用でき、簡単にヘリカルアンテナの小型化が図れる。
【００１８】
また、これに加えて、ヘリックス導体の螺旋の外側に肉厚な環状の誘電体部材を配置させれば、誘電体による波長短縮効果が一層顕著となるため、ヘリカルアンテナの小型化が促進できる。
【００１９】
また、これらの誘電体部材をレドームと一体化しておけば、部品点数や組立工数を増やすことなくヘリカルアンテナの小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係るヘリカルアンテナの概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態例に係るヘリカルアンテナの概略斜視図である。
【符号の説明】
１，１１ ヘリックス導体
２，１２ 誘電体基板
３ 接地導体（反射板）
４ 誘電体ブロック
４ａ 柱状部（誘電体部材）
４ｂ 肉厚環状部（誘電体部材）
５ レドーム
１０ 円柱状ブロック（誘電体部材）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a helical antenna used for transmitting and receiving circularly polarized waves.
[0002]
[Prior art]
A helical antenna is a circularly polarized antenna that uses a helically extending helical conductor as a radiating element, and supplies a high-frequency signal to a helical conductor that is appropriately set according to the wavelength of the radio wave using the diameter and pitch of the helix. Thus, a circularly polarized radio wave can be emitted in the axial direction of the helix. Such a helical antenna with axial mode radiation is a widely used circularly polarized antenna with high gain and is widely used in satellite communication and the like.
[0003]
As the helical conductor of this type of helical antenna, a conductive wire wound up like a coil is usually used, and the helix axis of this helical conductor is orthogonal to the grounded reflector. For example, a ground conductor provided on one surface of a dielectric substrate is used as a reflector, a helical conductor is erected on the dielectric substrate, and one end of the helical conductor penetrating the dielectric substrate is connected to a feeder line. A helical antenna having a configuration is conventionally known. Further, this type of helical antenna is often housed in a radome, which is an exterior case made of a dielectric material.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned conventional helical antenna, when the free space wavelength of the radio wave to be used is λ 0 , the diameter of the helix of the helix conductor is set to about 0.4λ 0, and the pitch of the helix is set to about 0.15λ 0. . Moreover, since the axial length of the helix conductor is a value obtained by multiplying the number of turns of the helix pitch of the helix, the axial length of the long Invite helix conductors number of turns of the helix 4 turns about 0.6Ramuda 0 Become. Therefore, assuming that this helical antenna is applied to a mobile communication device using, for example, a 1.5 GHz band radio wave (λ 0 = 20 cm), the helix conductor has a spiral diameter of about 8 cm and a spiral pitch of about 3 cm. If the number of turns of the spiral is 4 turns, the axial length is about 12 cm. If the helical conductor is of this size, it is difficult to reduce the size of the antenna, and a helical antenna in which this helical conductor is housed in a radome will be unsuitable for practical use.
[0005]
The present invention has been made in view of such a situation of the related art, and an object of the present invention is to provide a helical antenna suitable for downsizing.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, a helical antenna according to the present invention includes a grounded reflector, a helix conductor extending along a helix whose axial direction is perpendicular to the reflector, and a helix inside the helix of the helix conductor. And a high-frequency signal is supplied to the helix conductor to emit a circularly polarized radio wave in the axial direction.
[0007]
If the columnar dielectric member is arranged inside the helix of the helix conductor in this way, most of the electric field generated around the helix conductor during power feeding passes through the dielectric member, so that the dielectric The wavelength shortening effect becomes remarkable, and the size of the helical conductor can be set based on a wavelength considerably shorter than the free space wavelength of the radio wave used. As a result, the helical conductor can be reduced in size as compared with a normal helical antenna having the same operating frequency and not having the dielectric member.
[0008]
Further, if the helical antenna having the columnar dielectric member is provided with a thick annular dielectric member that is arranged outside the helix of the helix conductor and surrounds the helix conductor, the helical conductor can be supplied at the time of power supply. Most of the electric field generated around the periphery of the spiral passes through the dielectric members inside and outside the helix, so that the effect of shortening the wavelength by the dielectric becomes more remarkable and a smaller helical conductor can be used. In this case, if the columnar dielectric member and the annular dielectric member are integrated with a radome and the reflector and the helical conductor are housed inside the radome, the shape of the radome is effectively reduced. It is preferable that the helical antenna can be reduced in size only by changing.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of a helical antenna according to an embodiment of the present invention.
[0010]
The helical antenna shown in FIG. 1 includes a helical conductor 1 in which a conductive wire is spirally wound, a dielectric substrate 2 penetrating one end (feeding portion) of the helical conductor 1, and one surface of the dielectric substrate 2. The helical conductor 1 is provided with a ground conductor 3 and a radome 5 having a dielectric block 4 also serving as a lid. The power supply section of the helical conductor 1 is connected to a power supply line (not shown). The helix axial direction of the helix conductor 1 is orthogonal to the ground conductor 3, and the ground conductor 3 functions as a reflector. The radome 5 is a molded product made of a synthetic resin of a dielectric material, and the helix conductor 1 and the dielectric substrate 2 are housed inside the radome 5.
[0011]
The dielectric block 4 which constitutes a part of the radome 5 includes a columnar portion 4a arranged in a space inside the helix of the helix conductor 1 and a columnar portion 4a arranged in a space outside the helix of the helix conductor 1. A thick annular portion 4b surrounding the conductor 1 is formed. As a result, most of the electric field generated around the helix conductor 1 at the time of power feeding passes through the columnar portion 4a and the thick annular portion 4b made of a dielectric material, so that the effect of the wavelength shortening effect by the dielectric material is extremely large. growing. That is, since the present embodiment is configured such that the space around the helix conductor 1 is replaced with a dielectric, the effective relative permittivity εe that determines the wavelength reduction rate is equal to the relative permittivity εr of the dielectric material. By making the dielectric block 4 using a dielectric material having a large relative dielectric constant εr without much difference, it is possible to considerably increase the wavelength shortening rate.
[0012]
For example, when εr = 3.5, the wavelength shortening ratio is (1 / √εe) ≒ (1 / 1.8) = 0.56, and the wavelength λ 1 which is about half of the free space wavelength λ 0 of the radio wave to be used. The size of the helix conductor 1 may be set based on (= 0.56λ 0 ). In this case, approximately the diameter of the spiral-helix conductor 1 0.4λ 1 = 0.22λ 0, the pitch of the helix is set to about 0.15λ 1 = 0.08λ 0, radio waves used by the 1.5GHz band When (λ0 = 20 cm), the diameter of the helix of the helix conductor 1 is approximately 4 cm, and the number of turns of the helix is 4 turns, and the axial length is approximately 6 cm. In other words, the helical antenna described above can greatly reduce the size of the helical conductor 1 as compared with a conventional helical antenna having the same operating frequency and not having the dielectric block 4.
[0013]
Further, in the helical antenna according to the present embodiment, since the dielectric block 4 constitutes a part of the radome 5 which is an outer case, the shape of the radome 5 can be considered as a helical antenna which is different from the conventional one. Can be. Therefore, the helical antenna can be easily and inexpensively reduced in size without increasing the number of parts and the number of assembly steps.
[0014]
FIG. 2 is a schematic perspective view of a helical antenna according to another embodiment of the present invention. In this helical antenna, a helical antenna formed by plating a conductive material on the outer peripheral surface of a cylindrical block 10 made of a dielectric material. And a ground conductor (not shown) functioning as a reflector is formed on the back surface of the dielectric substrate 12 on which the cylindrical block 10 is erected. The cylindrical block 10 is fixed to the dielectric substrate 12 by soldering the bottom surface or the like. The microstrip line 13 provided on the surface of the dielectric substrate 12 is soldered to the lower end of the helical conductor 11. I have.
[0015]
In the helical antenna thus configured, since the inside of the helix of the helix conductor 11 is completely filled with the dielectric (the cylindrical block 10), the dielectric is not disposed outside the helix of the helix conductor 11. Also, a remarkable wavelength shortening effect can be expected. Therefore, the diameter and height of the cylindrical block 10 that defines the size of the helix conductor 11 can be set small. There is also an advantage that the helical conductor 11 has high dimensional accuracy and is hardly deformed.
[0016]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0017]
Since a columnar dielectric member is arranged inside the helix of the helix conductor, the effect of shortening the wavelength by the dielectric becomes remarkable, and a small helix conductor based on a wavelength that is considerably shorter than the free space wavelength of the radio wave used can be adopted. The size of the helical antenna can be easily reduced.
[0018]
In addition, if a thick annular dielectric member is arranged outside the helix of the helical conductor, the effect of shortening the wavelength by the dielectric material becomes more conspicuous, and the miniaturization of the helical antenna can be promoted.
[0019]
If these dielectric members are integrated with the radome, the helical antenna can be reduced in size without increasing the number of parts and the number of assembly steps.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a helical antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of a helical antenna according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,11 Helix conductor 2,12 Dielectric substrate 3 Ground conductor (reflector)
4 Dielectric block 4a Column (dielectric member)
4b Thick annular part (dielectric member)
5 Radome 10 Cylindrical block (dielectric material)
