JP2004128531A - N-line helical antenna - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工衛星からの電波(以下「衛星波」とも呼ぶ。)又は地上での電波(以下「地上波」とも呼ぶ。)を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機に関し、特に、デジタルラジオ受信機に用いられるアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、人工衛星からの電波(衛星波)又は地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。このデジタルラジオ受信機は、自動車等の移動局等に搭載され、周波数が約2.3GHzの電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。受信電波の周波数が約2.3GHzなので、そのときの受信波長(共振波長)λ2.3は約128mmである。
【0003】
尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。
【0004】
このような約2.3GHzの周波数の電波を受信するためには、自動車の車外にアンテナを設置する必要がある。種々の構造を持ついろいろなアンテナが提案されているが、平面型(平板型)よりもむしろ円筒(円柱)型のアンテナが一般的に使用される。その理由は、より広い指向性がアンテナを円筒(円柱)型に形成することによって達成されるからである。
【0005】
尚、この技術分野において周知のように、自由空間に放射される電磁波は、波の進行方向と直角な面内に振動する電界と磁界をもった横波である。そして、電界と磁界はその面内で強さが変化するが、これを偏波という。衛星波は円偏波であるのに対して、地上波は直線偏波である。
【0006】
以下では、衛星波(円偏波)を受信するためのアンテナについて主に説明する。円筒(円柱)型アンテナの1つとして、ヘリカルアンテナが知られている。ヘリカルアンテナは、グランド板(アース板)上に、円筒または円柱(以下「円筒」と呼ぶ。)状部材の周りに少なくとも1本のアンテナ導線をヘリックス状(螺旋状)に巻いた構造をしており、上述した円偏波を効率良く受信することができる。したがって、ヘリカルアンテナは、専ら衛星波を受信するために使用される。円筒状部材の材料としてはプラスチックなどの絶縁材料が使用される。また、アンテナ導線の本数としては、例えば、4本が使用される。一方、円筒状部材に複数本のアンテナ導線をヘリックス状に巻くのは実際には著しく困難である。したがって、その代りに、絶縁シートに複数本の導体パターンを印刷して構成されるアンテナパターンフィルムを、円筒状部材に巻きつけるようにしたヘリカルアンテナが、提案されている。
【0007】
このような構造を有するヘリカルアンテナは、種々提案されている。
【0008】
例えば、特許文献1は、ヘリカルアンテナの円筒状部材を改造して、構造の強度を図った「ヘリカルアンテナ構造」を開示している。すなわち、この特許文献1では、従来のヘリカルアンテナでは、円筒状部材が円筒の場合、その内部が中空であるため、強度が弱いという問題を解決するために、中空円筒状部材の部材の中心軸と内周面との間に、少なくとも3本のリブを対称に放射状に形成している。
【0009】
また、特許文献2は、ヘリカルアンテナの共振周波数を所望の共振周波数に容易に調整することができる「ヘリカルアンテナ」を開示している。すなわち、この特許文献2では、中空円筒状部材の上端部の内周壁に雌ネジが切られたネジ穴を設け、このネジ穴に比誘電率εrが10〜100のセラミックボルトを螺合するようにしている。セラミックボルトを中空円筒状部材のネジ穴に挿入すると、波長短縮効果により、等価的に中空円筒状部材の長さを短くすることができる。
【0010】
更に、本出願人の一人は、円筒状部材を使用せず、アンテナパターンフィルム自体を筒状に丸めて筒体とし、その筒体をその軸方向における一端で回路基板上に固定配置した「ヘリカルアンテナ」を提案している(特願2001年第225515号参照。)。
【0011】
尚、複数本のアンテナ導線をヘリックス状(螺旋状)に巻いた構造のヘリカルアンテナの場合、そのヘリカルアンテナで受信された衛星波(円偏波)は、移相器(位相変換回路)によって位相をシフトすることにより位相を一致させて(調整して)合成された後、低雑音増幅器(LNA)によって増幅され、受信機本体へ送られる。ここで、ヘリカルアンテナ(アンテナ)と移相器(位相変換回路)とLNAとの組合せは、アンテナ装置と呼ばれる。
【0012】
換言すれば、複数本のアンテナ導線を有するヘリカルアンテナでは、それを駆動させるために、各アンテナ導線に給電すると共に、複数本のアンテナ導線で受信された円偏波を移相器(位相変換回路)を用いて合成することが必要となる。尚、ヘリカルアンテナでは、各アンテナ導線の長さは0.8〜1.2λの範囲に選択される。
【0013】
また、本出願人らは、4線ヘリカル放射素子の周囲に導体壁を設け、導体壁の直径及び高さを適切に選ぶことにより、導体壁がない場合と比べ主ビーム幅を広げ、交差偏波を減少させるようにした「導体壁付き4線ヘリカルアンテナ」を提案している(例えば、非特許文献1、特願2002年第32288号参照。)。
【0014】
【特許文献1】
特開2001−326523号公報
【0015】
【特許文献2】
特開2001−339227号公報
【0016】
【非特許文献1】
池田正和、他2名,「導体壁付き4線ヘリカルアンテナ」,社団法人電子情報通信学会,2001年通信ソサイエティ大会,講演論文集1,2001年9月18日〜21日,B−1−70,p.76
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
上述した導体壁付き4線ヘリカルアンテナでは、4線ヘリカルアンテナ(Quadrifilar Helical Antenna)の周囲に導体壁を付けることで、放射特性を調整できる。しかしながら、更に放射を広げることが望まれている。また、特性インピーダンスも改善できることが望ましい。
【0018】
そこで本発明の目的は、放射を広げることができる、N線ヘリカルアンテナを提供することにある。
【0019】
本発明の他の目的は、特性インピーダンスを改善できる、N線ヘリカルアンテナを提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、さらに放射を広げるために、4線ヘリカルアンテナの改良を重ねた。その結果、4線ヘリカルアンテナを構成する4本のヘリカル放射素子の4点の頭頂部を十字に結合することより、放射を広げることができることを、本発明者らは発見(確認)した。また、このような構造では、アンテナの特性インピーダンスが極端に低くなってしまう。そこで、4本のヘリカル放射素子を、それぞれ、その頭頂部から折り返し、グランド板とショートさせることで、特性インピーダンスを改善(高く)できることを、本発明者らは発見(確認)した。
【0021】
尚、ヘリカル放射素子の本数は4本に限定されず、複数本であって良い。
【0022】
すなわち、本発明の第1の態様によれば、グランド板(GP)と、該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子(11〜14)と、該N本のヘリカル放射素子の周囲に前記グランド板上に設けられた導体壁(15)と、前記N本のヘリカル放射素子のN点の頭頂部を互いに電気的に結合する結合部(16)とを有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナが得られる。
【0023】
上記第1の態様によるN線ヘリカルアンテナにおいて、前記N本のヘリカル放射素子(11〜14)は、等角度間隔を空けて前記仮想円筒の外周面上に配置されていることが好ましい。また、前記Nが4の場合、前記結合部(16)は、4本のヘリカル放射素子の4点の頭頂部を十字に結合する。
【0024】
本発明の第2の態様によれば、グランド板(GP)と、該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子(11〜14)と、該N本のヘリカル放射素子の周囲に前記グランド板上に設けられた導体壁(15)と、前記N本のヘリカル放射素子のN点の頭頂部を互いに電気的に結合する結合部(16)と、前記N本のヘリカル放射素子を、それぞれ、その頭頂部から折り返し、グランド板とショートさせるN本の折り返し線(21〜24)とを有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナが得られる。
【0025】
上記第2の態様によるN線ヘリカルアンテナにおいて、前記N本のヘリカル放射素子(11〜14)は、等角度間隔を空けて前記仮想円筒の外周面上に配置され、前記N本の折り返し線(21〜24)は、隣接するヘリカル放射素子から所定の間隔を空けて配置されていることが好ましい。また、前記Nが4の場合、前記結合部(16)は、4本のヘリカル放射素子の4点の頭頂部を十字に結合する。
【0026】
本発明の第3の態様によれば、グランド板(GP)と、該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子(11〜14)と、前記N本のヘリカル放射素子のN点の頭頂部を互いに電気的に結合する結合部(16)とを有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナが得られる。
【0027】
上記第3の態様によるN線ヘリカルアンテナにおいて、前記N本のヘリカル放射素子(11〜14)は、等角度間隔を空けて前記仮想円筒の外周面上に配置されていることが好ましい。また、前記Nが4の場合、前記結合部(16)が、4本のヘリカル放射素子の4点の頭頂部を十字に結合する。
【0028】
本発明の第4の態様によれば、グランド板(GP)と、該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子(11〜14)と、前記N本のヘリカル放射素子を、それぞれ、その頭頂部から折り返し、グランド板とショートさせるN本の折り返し線(21〜24)とを有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナが得られる。
【0029】
上記第4の態様によるN線ヘリカルアンテナにおいて、前記N本のヘリカル放射素子(11〜14)は、等角度間隔を空けて前記仮想円筒の外周面上に配置され、前記N本の折り返し線(21〜24)は、隣接するヘリカル放射素子から所定の間隔を空けて配置されていることが好ましい。
【0030】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0032】
本発明の理解を容易するために、最初に従来の4線ヘリカルアンテナ(導体壁付き4線ヘリカルアンテナを含む)について図面を参照して説明する。
【0033】
図1乃至図3に、従来の4線ヘリカルアンテナの構造及び座標系を示す。図1は従来の4線ヘリカルアンテナを示す概略斜視図、図2は従来の4線ヘリカルアンテナを示す概略平面図、図3は従来の4線ヘリカルアンテナを示す概略正面図である。水平面内で互いに直交する縦方向及び横方向に、それぞれ、x軸及びy軸を取り、水平面に直交する(x軸とy軸とに直交する)垂直(鉛直)方向に、z軸を取っている。
【0034】
グランド板GP上に、高さhの第1乃至第4のヘリカル放射素子11,12,13,14を90度間隔で仮想円筒の外周面上に配置して右巻きの4線ヘリカルアンテナを構成する。第1乃至第4のヘリカル放射素子11〜14の第1乃至第4の給電点F1,F2,F3,F4へ(F1,F2,F3,F4)=(1,j,−1,−j)の位相で給電する。グランド板GP上に、第1乃至第4のヘリカル放射素子11〜14を取り囲む、直径DWL、高さhWLの導体壁15を設置する。尚、図示の例では、各ヘリカル放射素子11〜14は、グランド板GPから僅かの距離Δhだけ垂直に立設してから、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれている。
【0035】
ここでは、設計周波数を2.3GHz(波長λ2.3≒128mm)、アンテナの仮想円筒円周C=1.0λ2.3、導体壁15の直径DWL=0.38λ2.3、距離Δh=0.04λ2.3、グランド板GPの面積=∞と仮定して、FDTD(Finite Difference Time Domain Method)シミュレーションにより4線ヘリカルアンテナの特性を解析する。
【0036】
図4は、各ヘリカル放射素子11〜14のヘリカルの水平面からの傾き角αが24°である場合に、導体壁15の高さhWLを変化させたときの、電力半値幅HPBWと軸比AR<3dB以下のビーム幅BWAR < 3dBとを示す。導体壁15の高さhWLが0.14λ2.3以上になると、導体壁15が存在しない(hWL=0)場合に比較して、HPBWとBWAR < 3dBの両方とも広くなる傾向にあることが分かる。
【0037】
図5(a)は、導体壁15の高さhWLが、それぞれ、0、0.10λ2.3、0.12λ2.3、0.14λ2.3のときの放射パターンであり、鎖線は左旋円偏波ELの放射パターン、実線は右旋円偏波ERの放射パターンを示し、図5(b)は軸比パターンである。尚、本例では、各ヘリカル放射素子11〜14の直径(太さ)σが0.001λ2.3で、各ヘリカル放射素子11〜14のヘリカル部分(アーム)の長さSarmが約0.3λ2.3の場合を示している。
【0038】
図6乃至図8に、本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナの構造及び座標系を示す。図6は第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略斜視図、図7は第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略平面図、図8は第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略正面図である。水平面内で互いに直交する縦方向及び横方向に、それぞれ、x軸及びy軸を取り、水平面に直交する(x軸とy軸とに直交する)垂直(鉛直)方向に、z軸を取っている。
【0039】
図1乃至図4に図示した従来の4線ヘリカルアンテナとの相違点は、図示の4線ヘリカルアンテナが、第1乃至第4ヘリカル放射素子11〜14の4点の頭頂部を十字に結合する結合部16を更に備えていることである。従って、従来の4線ヘリカルアンテナと同一の機能を有するものには同一の参照符号を付し、それらの説明については省略する。設定したパラメータも従来のものと同一なので、それらの説明も省略する。
【0040】
図9乃至図11は、それぞれ、各ヘリカル放射素子11〜14のヘリカルの水平面からの傾き角αを、22°、24°、および26°とし、導体壁15の高さhWLを変化させたときの、電力半値幅HPBWと軸比AR<3dB以下のビーム幅BWAR < 3dBとを示す。いずれの場合も、導体壁15の高さhWLが0.10λ2.3以上になると、導体壁15が存在せず(hWL=0)かつ結合部16がない場合(図4)に比較して、HPBW及びBWAR < 3dBの両方とも広くなる傾向にあることが分かる。
【0041】
図12(a)は、導体壁15の高さhWLが、それぞれ、0、0.10λ2.3、0.12λ2.3、0.14λ2.3のときの放射パターンであり、鎖線は左旋円偏波ELの放射パターン、実線は右旋円偏波ERの放射パターンを示し、図12(b)は軸比パターンである。
図12(b)と図5(b)とを比較することにより明らかなように、導体壁15の高さhWLが0.10λ2.3以上のとき、本実施の形態による4線ヘリカルアンテナの方が、従来の4線ヘリカルアンテナに比べて、放射が広がっていることが分かる。
【0042】
また、図10及び図12(b)の最上欄の図と、図4及び図5(b)の最上欄の図との比較から明らかなように、導体壁15が無い場合(hWL=0)、本実施の形態による4線ヘリカルアンテナの方が、従来の4線ヘリカルアンテナに比べて、HPBWが狭いにも拘らず、BWAR < 3dBが広く、結果として、放射が広がっていることが分かる。すなわち、導体壁15が無くて、結合部16を設けただけでも、放射を広げる効果はある。
【0043】
図13乃至図15に、本発明の第2の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナの構造及び座標系を示す。図13は第2の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略斜視図、図14は第2の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略平面図、図15は第2の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略正面図である。水平面内で互いに直交する縦方向及び横方向に、それぞれ、x軸及びy軸を取り、水平面に直交する(x軸とy軸とに直交する)垂直(鉛直)方向に、z軸を取っている。
【0044】
図6乃至図8に図示した本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナとの相違点は、図示の4線ヘリカルアンテナが、それぞれ、第1乃至第4ヘリカル放射素子11〜14の4点の頭頂部から折り返されて、グランド板GPとショートされる、第1乃至第4の折り返し線21,22,23,24を更に備えていることである。従って、本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナと同一の機能を有するものには同一の参照符号を付し、それらの説明については省略する。設定したパラメータも本発明の第1の実施の形態のものと同一なので、それらの説明も省略する。
【0045】
図示の4線ヘリカルアンテナでは、第1乃至第4ヘリカル放射素子11〜14と対応する第1乃至第4の折り返し線21〜24との間隔ΔSが0.015λ2.3に設定してある。以下においては、本第2の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを「折り返し2線型4線ヘリカルアンテナ」と呼び、上述した第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを「1線型4線ヘリカルアンテナ」と呼ぶことにする。
【0046】
図16(a)は、折り返し2線型4線ヘリカルアンテナにおける、導体壁15の高さhWLが0.14λ2.3のときの放射パターンであり、鎖線は左旋円偏波ELの放射パターン、実線は右旋円偏波ERの放射パターンを示し、図16(b)は軸比パターンである。
【0047】
図17(a)は、1線型4線ヘリカルアンテナにおける、導体壁15の高さhWLが0.14λ2.3のときの放射パターンであり、鎖線は左旋円偏波ELの放射パターン、実線は右旋円偏波ERの放射パターンを示し、図17(b)は軸比パターンである。
【0048】
図16と図17との比較から明らかなように、折り返し2線型4線ヘリカルアンテナと1線型4線ヘリカルアンテナとも放射パターンは余り相違がない。すなわち、折り返し2線型4線ヘリカルアンテナでは、HPBW=148°、BWAR < 3dB=134°であるのに対し、1線型4線ヘリカルアンテナでは、HPBW=150°、BWAR < 3dB=132°である。しかしながら、折り返し2線型4線ヘリカルアンテナでは、その特性インピーダンスZinが19.3+j7.4[Ω]であるのに対し、1線型4線ヘリカルアンテナでは、その特性インピーダンスZinが7.41+j2.7[Ω]である。すなわち、折り返し2線型4線ヘリカルアンテナの方が、1線型4線ヘリカルアンテナと比較して、特性インピーダンスZinを改善(高く)できることが分かる。
【0049】
尚、以上のことから、導体壁15や結合部16がなく、単に、折り返し線21〜24を設けただけでも、特性インピーダンスZinを改善(高く)できる効果があると類推される。
【0050】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上記実施の形態では、ヘリカル放射素子の本数が4本の場合の例について説明したが、ヘリカル放射素子の本数は4本に限定されず、複数本であっても良い。
【0051】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、N本のヘリカル放射素子のN点の頭頂部を互いに電気的に結合する結合部を設けることによって、放射を広げることができるという効果を奏する。また、本発明では、N本のヘリカル放射素子を、それぞれ、その頭頂部から折り返し、グランド板とショートさせるN本の折り返し線を設けることよって、特性インピーダンスを改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は従来の4線ヘリカルアンテナを示す概略斜視図である。
【図2】図1に示した従来の4線ヘリカルアンテナを示す概略平面図である。
【図3】図1に示した従来の4線ヘリカルアンテナを示す概略正面図である。
【図4】従来の4線ヘリカルアンテナにおける、各ヘリカル放射素子のヘリカルの水平面からの傾き角αが24°である場合に、導体壁の高さhWLを変化させたときの、電力半値幅HPBWと軸比AR<3dB以下のビーム幅BWAR < 3dBとを示すグラフである。
【図5】(a)は、従来の4線ヘリカルアンテナにおける、導体壁の高さhWLが、それぞれ、0、0.10λ2.3、0.12λ2.3、0.14λ2.3のときの放射パターンを示すグラフ、(b)は軸比パターンを示すグラフである。
【図6】本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略斜視図である。
【図7】図6に示した4線ヘリカルアンテナを示す概略平面図である。
【図8】図6に示した4線ヘリカルアンテナを示す概略正面図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナにおける、各ヘリカル放射素子のヘリカルの水平面からの傾き角αが22°である場合に、導体壁の高さhWLを変化させたときの、電力半値幅HPBWと軸比AR<3dB以下のビーム幅BWAR < 3dBとを示すグラフである。
【図10】本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナにおける、各ヘリカル放射素子のヘリカルの水平面からの傾き角αが24°である場合に、導体壁の高さhWLを変化させたときの、電力半値幅HPBWと軸比AR<3dB以下のビーム幅BWAR < 3dBとを示すグラフである。
【図11】本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナにおける、各ヘリカル放射素子のヘリカルの水平面からの傾き角αが26°である場合に、導体壁の高さhWLを変化させたときの、電力半値幅HPBWと軸比AR<3dB以下のビーム幅BWAR < 3dBとを示すグラフである。
【図12】(a)は、本発明の第1の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナにおける、導体壁の高さhWLが、それぞれ、0、0.10λ2.3、0.12λ2.3、0.14λ2.3のときの放射パターンを示すグラフ、(b)は軸比パターンを示すグラフである。
【図13】本発明の第2の実施の形態に係る4線ヘリカルアンテナを示す概略斜視図である。
【図14】図13に示した4線ヘリカルアンテナを示す概略平面図である。
【図15】図13に示した4線ヘリカルアンテナを示す概略正面図である。
【図16】(a)は、折り返し2線型4線ヘリカルアンテナにおける、導体壁の高さhWLが0.14λ2.3のときの放射パターンを示すグラフ、(b)は軸比パターンを示すグラフである。
【図17】(a)は、1線型4線ヘリカルアンテナにおける、導体壁の高さhWLが0.14λ2.3のときの放射パターンを示すグラフ、(b)は軸比パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
GP グランド板
11〜14 ヘリカル放射素子
15 導体壁
16 結合部
21〜24 折り返し線[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital radio capable of receiving a radio wave from an artificial satellite (hereinafter, also referred to as “satellite wave”) or a radio wave on the ground (hereinafter, also referred to as “terrestrial wave”) to listen to digital radio broadcasting. The present invention relates to a receiver, and particularly to an antenna used for a digital radio receiver.
[0002]
[Prior art]
Recently, digital radio receivers that receive radio waves (satellite waves) or terrestrial waves from artificial satellites to enable digital radio broadcasting have been developed, and have been put to practical use in the United States. This digital radio receiver is mounted on a mobile station such as an automobile, and is capable of receiving radio waves having a frequency of about 2.3 GHz and listening to radio broadcasts. Since the frequency of the reception radio wave is about 2.3 GHz, the reception wavelength (resonance wavelength) λ 2.3 at that time is about 128 mm.
[0003]
The terrestrial wave is a signal obtained by receiving a satellite wave once at an earth station, shifting the frequency slightly, and retransmitting the signal with linear polarization.
[0004]
In order to receive such a radio wave having a frequency of about 2.3 GHz, it is necessary to install an antenna outside the vehicle. Various antennas having various structures have been proposed, but a cylindrical (cylindrical) antenna rather than a planar (flat) antenna is generally used. The reason is that wider directivity is achieved by forming the antenna in a cylindrical (cylindrical) shape.
[0005]
As is well known in this technical field, an electromagnetic wave radiated into free space is a transverse wave having an electric field and a magnetic field that oscillate in a plane perpendicular to the traveling direction of the wave. The electric and magnetic fields vary in intensity within the plane, and this is called polarization. Satellite waves are circularly polarized waves, whereas terrestrial waves are linearly polarized waves.
[0006]
Hereinafter, an antenna for receiving satellite waves (circularly polarized waves) will be mainly described. A helical antenna is known as one of cylindrical (cylindrical) antennas. A helical antenna has a structure in which at least one antenna conductor is wound in a helical shape (helical shape) around a cylindrical or cylindrical (hereinafter referred to as “cylindrical”) member on a ground plate (earth plate). Thus, the above-described circularly polarized wave can be efficiently received. Therefore, the helical antenna is used exclusively for receiving satellite waves. As the material of the cylindrical member, an insulating material such as plastic is used. Further, for example, four antenna conductors are used. On the other hand, it is actually extremely difficult to wind a plurality of antenna conductors in a helix around a cylindrical member. Therefore, instead, a helical antenna in which an antenna pattern film formed by printing a plurality of conductor patterns on an insulating sheet is wound around a cylindrical member has been proposed.
[0007]
Various helical antennas having such a structure have been proposed.
[0008]
For example, Patent Literature 1 discloses a “helical antenna structure” in which a cylindrical member of a helical antenna is modified to increase the strength of the structure. That is, according to Patent Document 1, in the conventional helical antenna, when the cylindrical member is a cylinder, since the inside is hollow, the center axis of the member of the hollow cylindrical member is used to solve the problem of low strength. At least three ribs are formed symmetrically and radially between the inner peripheral surface and the inner peripheral surface.
[0009]
[0010]
Furthermore, one of the applicants of the present invention did not use a cylindrical member, but instead formed a cylindrical body by rolling the antenna pattern film itself into a cylindrical body, and fixedly disposed the cylindrical body at one end in the axial direction on a circuit board. Antenna ”(see Japanese Patent Application No. 2001-225515).
[0011]
In the case of a helical antenna having a structure in which a plurality of antenna conductors are wound in a helix (helical shape), a satellite wave (circularly polarized wave) received by the helical antenna is phase-shifted by a phase shifter (phase conversion circuit). Are shifted so that the phases are matched (adjusted), then amplified by a low noise amplifier (LNA) and sent to the receiver body. Here, the combination of the helical antenna (antenna), the phase shifter (phase conversion circuit), and the LNA is called an antenna device.
[0012]
In other words, in a helical antenna having a plurality of antenna conductors, in order to drive the helical antenna, power is supplied to each antenna conductor and the circularly polarized wave received by the plurality of antenna conductors is shifted by a phase shifter (phase conversion circuit). ). In the helical antenna, the length of each antenna lead is selected in the range of 0.8 to 1.2λ.
[0013]
In addition, the present applicant provided a conductor wall around the four-wire helical radiating element, and by appropriately selecting the diameter and height of the conductor wall, widened the main beam width as compared with the case without the conductor wall and achieved cross polarization. A “4-wire helical antenna with a conductor wall” that reduces waves has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1, Japanese Patent Application No. 32288/2002).
[0014]
[Patent Document 1]
JP 2001-326523 A
[Patent Document 2]
JP 2001-339227 A
[Non-patent document 1]
Masakazu Ikeda and 2 others, "4-wire helical antenna with conductor wall", The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 2001 Communication Society Conference, Proceedings 1, September 21-21, 2001, B-1-70 , P. 76
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described four-wire helical antenna with a conductor wall, the radiation characteristics can be adjusted by attaching a conductor wall around the quadrilateral helical antenna. However, it is desired to further spread the radiation. It is also desirable that the characteristic impedance can be improved.
[0018]
Therefore, an object of the present invention is to provide an N-ray helical antenna that can spread radiation.
[0019]
Another object of the present invention is to provide an N-ray helical antenna capable of improving characteristic impedance.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have continued to improve the 4-wire helical antenna to further increase the radiation. As a result, the present inventors have discovered (confirmed) that the radiation can be expanded by connecting the four crowns of the four helical radiating elements constituting the four-wire helical antenna in a cross. Further, in such a structure, the characteristic impedance of the antenna becomes extremely low. Therefore, the present inventors have found (confirmed) that the characteristic impedance can be improved (increased) by folding each of the four helical radiation elements from the top and short-circuiting the ground plate.
[0021]
The number of helical radiating elements is not limited to four, but may be plural.
[0022]
That is, according to the first aspect of the present invention, the ground plate (GP) and N (N is an integer of 2 or more) erected on the outer peripheral surface of the virtual cylinder and erected on the ground plate. ) Helical radiating elements (11 to 14), a conductor wall (15) provided on the ground plate around the N helical radiating elements, and a head of N points of the N helical radiating elements An N-ray helical antenna characterized by having a coupling portion (16) for electrically coupling the tops to each other is obtained.
[0023]
In the N-line helical antenna according to the first aspect, it is preferable that the N helical radiating elements (11 to 14) are arranged on the outer peripheral surface of the virtual cylinder at equal angular intervals. When N is 4, the connecting portion (16) connects the tops of the four points of the four helical radiating elements in a cross shape.
[0024]
According to the second aspect of the present invention, a ground plate (GP) and N (N is an integer of 2 or more) helically wound on the outer peripheral surface of the virtual cylinder standing on the ground plate. Helical radiating elements (11 to 14), a conductor wall (15) provided on the ground plate around the N helical radiating elements, and a top of N points of the N helical radiating elements. A coupling portion (16) electrically coupled to each other, and N helical radiating elements each having N folding lines (21 to 24) for folding back from the top and short-circuiting to a ground plate. A characteristic N-ray helical antenna is obtained.
[0025]
In the N-line helical antenna according to the second aspect, the N helical radiating elements (11 to 14) are arranged on the outer peripheral surface of the virtual cylinder at equal angular intervals, and the N folded lines ( 21 to 24) are preferably arranged at a predetermined distance from an adjacent helical radiating element. When N is 4, the connecting portion (16) connects the tops of the four points of the four helical radiating elements in a cross shape.
[0026]
According to the third aspect of the present invention, a ground plate (GP) and N (N is an integer of 2 or more) helically wound on the outer peripheral surface of the virtual cylinder standing on the ground plate. Helical radiating elements (11 to 14) and a coupling portion (16) for electrically coupling the N tops of N points of the N helical radiating elements to each other. Can be
[0027]
In the N-line helical antenna according to the third aspect, it is preferable that the N helical radiating elements (11 to 14) are arranged on the outer peripheral surface of the virtual cylinder at equal angular intervals. When N is 4, the connecting portion (16) connects the tops of the four helical radiating elements at four points in a cross shape.
[0028]
According to the fourth aspect of the present invention, a ground plate (GP) and N (N is an integer of 2 or more) helically wound on the outer peripheral surface of the virtual cylinder standing on the ground plate. Helical radiating elements (11 to 14), and N helical radiating elements are respectively folded from the top of the helical radiating element, and have N folded lines (21 to 24) for short-circuiting to a ground plate. Helical antenna is obtained.
[0029]
In the N-line helical antenna according to the fourth aspect, the N helical radiating elements (11 to 14) are arranged on the outer peripheral surface of the virtual cylinder at equal angular intervals, and the N folded lines ( 21 to 24) are preferably arranged at a predetermined distance from an adjacent helical radiating element.
[0030]
It is to be noted that the reference numerals in the parentheses are provided for facilitating the understanding of the present invention, are merely examples, and are not limited thereto.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0032]
First, a conventional four-wire helical antenna (including a four-wire helical antenna with a conductor wall) will be described with reference to the drawings for easy understanding of the present invention.
[0033]
1 to 3 show the structure and coordinate system of a conventional four-wire helical antenna. FIG. 1 is a schematic perspective view showing a conventional 4-wire helical antenna, FIG. 2 is a schematic plan view showing a conventional 4-wire helical antenna, and FIG. 3 is a schematic front view showing a conventional 4-wire helical antenna. The x-axis and the y-axis are respectively taken in the vertical direction and the horizontal direction which are orthogonal to each other in the horizontal plane. I have.
[0034]
The first to fourth
[0035]
Here, a design frequency 2.3GHz (wavelength lambda 2.3 ≒ 128mm), the antenna theoretical cylinder circumference C = 1.0λ 2.3, the diameter D WL = 0.38λ 2.3
[0036]
FIG. 4 shows the half power width HPBW and the axial ratio when the height h WL of the
[0037]
FIG. 5A is a radiation pattern when the height h WL of the
[0038]
6 to 8 show a structure and a coordinate system of the four-wire helical antenna according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic perspective view showing the four-wire helical antenna according to the first embodiment, FIG. 7 is a schematic plan view showing the four-wire helical antenna according to the first embodiment, and FIG. 8 is the first embodiment. FIG. 2 is a schematic front view showing a four-wire helical antenna according to an embodiment. The x-axis and the y-axis are respectively taken in the vertical direction and the horizontal direction which are orthogonal to each other in the horizontal plane. I have.
[0039]
The difference from the conventional four-wire helical antenna illustrated in FIGS. 1 to 4 is that the illustrated four-wire helical antenna couples the tops of four points of the first to fourth
[0040]
9 to 11 show the
[0041]
FIG. 12A is a radiation pattern when the height h WL of the
Figure 12 (b) and FIG. 5 (b) and as evidenced by comparing the, when the height h WL conductor wall 15 is 0.10Ramuda 2.3 or more, four-wire helical antenna according to this embodiment It can be seen that the radiation spreads more than the conventional four-wire helical antenna.
[0042]
Also, as is clear from the comparison between the diagrams in the uppermost column in FIGS. 10 and 12B and the diagrams in the uppermost column in FIGS. 4 and 5B, the case where the
[0043]
FIGS. 13 to 15 show a structure and a coordinate system of a 4-wire helical antenna according to the second embodiment of the present invention. FIG. 13 is a schematic perspective view showing a four-wire helical antenna according to the second embodiment, FIG. 14 is a schematic plan view showing a four-wire helical antenna according to the second embodiment, and FIG. FIG. 2 is a schematic front view showing a four-wire helical antenna according to an embodiment. The x-axis and the y-axis are respectively taken in the vertical direction and the horizontal direction which are orthogonal to each other in the horizontal plane. I have.
[0044]
The difference from the four-wire helical antenna according to the first embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 6 to 8 is that the illustrated four-wire helical antenna includes first to fourth
[0045]
The four-wire helical antenna illustrated, first through distance ΔS between the fourth folding line 21 to 24 corresponding to the first to fourth
[0046]
16 (a) is in the folded 2 linear four-wire helical antenna, the height h WL conductor wall 15 is the radiation pattern when the 0.14Ramuda 2.3, dashed line radiation pattern of left hand circular polarization E L , the solid line indicates the radiation pattern of right-handed circularly polarized wave E R, FIG. 16 (b) is a axial ratio patterns.
[0047]
FIG. 17 (a), in one linear four-wire helical antenna, a radiation pattern when the height h WL conductor wall 15 0.14Ramuda 2.3, dashed line radiation pattern of left hand circular polarization E L, the solid line indicates the radiation pattern of right-handed circularly polarized wave E R, FIG. 17 (b) is a axial ratio patterns.
[0048]
As is clear from the comparison between FIG. 16 and FIG. 17, there is little difference in the radiation pattern between the folded two-wire type four-wire helical antenna and the one-wire type four-wire helical antenna. That is, in the folded 2 linear four-wire helical antenna, HPBW = 148 °, whereas a BW AR <3dB = 134 °, in one linear four-wire helical antenna, HPBW = 150 °, BW AR < at 3 dB = 132 ° is there. However, the characteristic impedance Zin of the folded two-wire four-wire helical antenna is 19.3 + j7.4 [Ω], whereas the characteristic impedance Zin of the single-wire four-wire helical antenna is 7.41 + j2.7 [Ω]. ]. That is, it is understood that the folded two-wire type four-wire helical antenna can improve (increase) the characteristic impedance Zin as compared with the one-wire type four-wire helical antenna.
[0049]
From the above, it is presumed that there is an effect that the characteristic impedance Zin can be improved (increased) simply by providing the folded lines 21 to 24 without the
[0050]
As described above, the present invention has been described by the preferred embodiments, but it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, an example in which the number of helical radiating elements is four has been described. However, the number of helical radiating elements is not limited to four, and may be plural.
[0051]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the present invention, by providing a coupling portion that electrically couples the tops of the N points of the N helical radiation elements to each other, it is possible to obtain an effect that radiation can be spread. Further, according to the present invention, the characteristic impedance can be improved by providing N helical radiating elements from the top of the helical radiating elements and providing N fold lines for short-circuiting to the ground plate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a conventional four-wire helical antenna.
FIG. 2 is a schematic plan view showing the conventional four-wire helical antenna shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic front view showing the conventional four-wire helical antenna shown in FIG.
FIG. 4 shows a half-power width when a height h WL of a conductor wall is changed when a tilt angle α of a helical of each helical radiation element from a horizontal plane in a conventional four-wire helical antenna is 24 °. HPBW and the axial ratio AR <3 dB below the beam width BW AR <is a graph showing the 3 dB.
FIG. 5 (a) shows a conventional four-wire helical antenna in which the height h WL of the conductor wall is 0, 0.10λ 2.3 , 0.12λ 2.3 , and 0.14λ 2.3 , respectively. FIG. 7B is a graph showing a radiation pattern at the time of FIG.
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a four-wire helical antenna according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic plan view showing the four-wire helical antenna shown in FIG.
FIG. 8 is a schematic front view showing the four-wire helical antenna shown in FIG.
FIG. 9 shows the height h WL of the conductor wall when the inclination angle α of the helical of each helical radiation element from the horizontal plane is 22 ° in the four-wire helical antenna according to the first embodiment of the present invention. when changing a graph showing the half-power width HPBW and the axial ratio AR <3 dB below the beam width BW AR <3 dB.
FIG. 10 is a diagram illustrating the height h WL of the conductor wall when the inclination angle α of the helical of each helical radiation element from the horizontal plane is 24 ° in the four-wire helical antenna according to the first embodiment of the present invention. when changing a graph showing the half-power width HPBW and the axial ratio AR <3 dB below the beam width BW AR <3 dB.
FIG. 11 shows the height h WL of the conductor wall when the inclination angle α of the helical of each helical radiation element from the horizontal plane is 26 ° in the four-wire helical antenna according to the first embodiment of the present invention. when changing a graph showing the half-power width HPBW and the axial ratio AR <3 dB below the beam width BW AR <3 dB.
FIG. 12A is a diagram illustrating the height h WL of the conductor wall in the four-wire helical antenna according to the first embodiment of the present invention, which is 0, 0.10λ 2.3 , and 0.12λ 2 , respectively. 3 is a graph showing a radiation pattern at 0.14λ 2.3 , and (b) is a graph showing an axial ratio pattern.
FIG. 13 is a schematic perspective view showing a four-wire helical antenna according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic plan view showing the four-wire helical antenna shown in FIG.
15 is a schematic front view showing the four-wire helical antenna shown in FIG.
16A is a graph showing a radiation pattern when the height h WL of the conductor wall is 0.14λ 2.3 in the folded two-wire type four-wire helical antenna, and FIG. 16B shows an axial ratio pattern. It is a graph.
17A is a graph showing a radiation pattern when the height h WL of the conductor wall is 0.14λ 2.3 in the one-wire type four-wire helical antenna, and FIG. 17B is a graph showing an axial ratio pattern. It is.
[Explanation of symbols]
Claims (11)
該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子と、
該N本のヘリカル放射素子の周囲に前記グランド板上に設けられた導体壁と、
前記N本のヘリカル放射素子のN点の頭頂部を互いに電気的に結合する結合部と
を有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナ。Ground plate,
N (N is an integer of 2 or more) helical radiating elements erected on the ground plate and wound helically on the outer peripheral surface of the virtual cylinder;
A conductor wall provided on the ground plate around the N helical radiation elements;
An N-line helical antenna, comprising: a coupling portion that electrically couples N tops of the N points of the N helical radiation elements to each other.
該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子と、
該N本のヘリカル放射素子の周囲に前記グランド板上に設けられた導体壁と、
前記N本のヘリカル放射素子のN点の頭頂部を互いに電気的に結合する結合部と、
前記N本のヘリカル放射素子を、それぞれ、その頭頂部から折り返し、グランド板とショートさせるN本の折り返し線と
を有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナ。Ground plate,
N (N is an integer of 2 or more) helical radiating elements erected on the ground plate and wound helically on the outer peripheral surface of the virtual cylinder;
A conductor wall provided on the ground plate around the N helical radiation elements;
A coupling part that electrically couples the N crowns of the N helical radiating elements to each other;
An N-ray helical antenna, wherein each of the N helical radiating elements is folded from the top of the head and has a ground plate and N folded lines for short-circuiting.
該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子と、
前記N本のヘリカル放射素子のN点の頭頂部を互いに電気的に結合する結合部と
を有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナ。Ground plate,
N (N is an integer of 2 or more) helical radiating elements erected on the ground plate and wound helically on the outer peripheral surface of the virtual cylinder;
An N-line helical antenna, comprising: a coupling portion that electrically couples N tops of the N points of the N helical radiation elements to each other.
該グランド板上に立設し、仮想円筒の外周面上にヘリカル状に巻かれたN(Nは2以上の整数)本のヘリカル放射素子と、
前記N本のヘリカル放射素子を、それぞれ、その頭頂部から折り返し、グランド板とショートさせるN本の折り返し線と
を有することを特徴とするN線ヘリカルアンテナ。Ground plate,
N (N is an integer of 2 or more) helical radiating elements erected on the ground plate and wound helically on the outer peripheral surface of the virtual cylinder;
An N-ray helical antenna, wherein each of the N helical radiating elements is folded from the top of the head and has a ground plate and N folded lines for short-circuiting.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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