JP2004266419A - ヘリカルアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】入力インピーダンスを、一般的な給電線路の特性インピーダンスに整合させることが可能なヘリカルアンテナを提供する。
【解決手段】例えば、２線式のヘリカルアンテナなどのヘリカルアンテナにおいて、放射素子の給電点に接続される部分に誘導性リアクタンス部を有することを特徴とする。この誘導性リアクタンス部は、例えば、ミアンダラインなどの折り返しパターンを有する導電線であり、この折り返しパターンを有する導電線の１折り返しパターン（ミアンダラインの１セル）の長さ、並びに、折り返し回数は、ヘリカルアンテナの入力インピーダンスが、給電線路の特性インピーダンスに整合するように選択されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリカルアンテナに係わり、特に、衛星放送受信用移動アンテナ、移動通信システム、あるいは、無線ＬＡＮの天井取り付けアンテナに好適なヘリカルアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両や携帯端末などの移動体は、進行方向が不特定であるため、偏波面が交差して損失を招くことがないように円偏波を用いることがある。
この場合に、アンテナの指向性が円錐状であると、静止衛星の受信や、天井面にアンテナを設置する場合効率がよい。
このようなアンテナとして、第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナがある（例えば、下記非特許文献参照）。
図７は、従来の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナを示す斜視図である。
同図において、１_１，１_２は放射素子、２は接地導体、Ｆ_１，Ｆ_２は給電点である。
同図に示すように、従来の２線式ヘリカルアンテナは、接地導体２上に、螺旋状に配置される２本の放射素子（１_１，１_２）を有する。
ここで、各放射素子（１_１，１_２）の給電点（Ｆ_１，Ｆ_２）が、螺旋状に巻かれた放射素子（１_１，１_２）で構成される円の中心に点対象に配置される。また、給電点（Ｆ_１，Ｆ_２）には、同位相の励振電力が供給される。
【０００３】
図８は、従来の２線式ヘリカルアンテナの指向特性の一例を示すグラフである。
図８に示すグラフを測定した時の、２線式ヘリカルアンテナの各部の寸法は、以下の通りである。
（イ）周波数（ｆ）が２ＧＨｚ、波長（λ_２）が１５０ｍｍ
（ロ）各放射素子（１_１，１_２）の螺旋部の半径（ρ）が０．００３３３λ_２、円周（Ｃ）が２．０λ_２
（ハ）各放射素子（１_１，１_２）の全体の長さ（Ｓ_ＴＴＬ）が４．３７７９λ_２
（ニ）ピッチ角（図２に示すα）が３度
（ホ）アンテナの高さ（Ｈ）が０．２６７λ_２
図８（ａ）は、図１に示すＺ−Ｘ面の指向特性を示すグラフであり、図８（ａ）のグラフでは、最大放射方向が、θ＝３５度となっている。
このθ＝３５度における方位角（φ）特性を、図８（ｂ）に示す。この図８（ｂ）から分かるように、θ＝３５度における方位角（φ）特性は一様となっており、コニカルビームが形成されていることが分かる。なお、図８のグラフで、実線は円偏波の右回り成分の電界強度、波線は円偏波の左回りの電界強度を示す。
【０００４】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【非特許文献】
増井，三牧，山内，中野，“２線式円偏波第２モードヘリカルアンテナ”，信学ソサイエティ大会，Ｂ−１−６９，２００１．
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナは、入力インピーダンスが、一般的な給電線路の特性インピーダンスである５０Ωより高い。
そのため、給電回路において、２線式ヘリカルアンテナの入力インピーダンスと、給電線路の特性インピーダンスとの整合を取る必要があり、結果として、給電回路の回路構成が複雑になるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、入力インピーダンスを、一般的な給電線路の特性インピーダンスに整合させることが可能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】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、例えば、接地導体上に螺旋状に配置される放射素子を備える２線式ヘリカルアンテナなどのヘリカルアンテナにおいて、放射素子の給電点に接続される部分に誘導性リアクタンス部を有することを特徴とする。
この誘導性リアクタンス部は、例えば、ミアンダラインなどの折り返しパターンを有する導電線であり、この折り返しパターンを有する導電線の１折り返しパターン（ミアンダラインの１セル）の長さ、並びに、折り返し回数は、ヘリカルアンテナの入力インピーダンスが、給電線路の特性インピーダンスに整合するように選択されている。
【０００７】
ミアンダライン等の誘導性リアクタンス部は、アンテナの入力インピーダンスを変化させることができる。
したがって、２線式のヘリカルアンテナなどのヘリカルアンテナにおいて、放射素子の給電点に接続される部分に誘導性リアクタンス部を設けることにより、ヘリカルアンテナの入力インピーダンスを、一般的な給電線路の特性インピーダンスである５０Ωに整合させることが可能となる。
【０００８】
【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を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施の形態の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナを示す斜視図である。
同図において、１_１，１_２は放射素子、２は接地導体、Ｆ_１，Ｆ_２は給電点、１０はミアンダライン部である。
本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナも、接地導体２上に、螺旋状に配置される２本の放射素子（１_１，１_２）を有する。
また、各放射素子（１_１，１_２）の給電点（Ｆ_１，Ｆ_２）が、螺旋状に巻かれた放射素子（１_１，１_２）で構成される円の中心に点対象に配置される。
本実施の形態では、各放射素子（１_１，１_２）は、給電点（Ｆ_１，Ｆ_２）に接続する部分にミアンダライン部１０を有する。なお、給電点（Ｆ_１，Ｆ_２）には、同位相の励振電力が供給される。
【０００９】
図２は、本実施の形態の各放射素子（１_１，１_２）の構成を示す図である。
同図（ｂ）に示すように、各放射素子（１_１，１_２）のミアンダライン部１０は、同図（ａ）に示すパターン形状（以下、セルという。）を、Ｎセル有する。
ミアンダラインは、直線状導体に比べて誘導性のリアクタンス分布をするため、２線式ヘリカルアンテナの入力インピーダンスを変化させることができる。
この変化量は、ミアンダラインの１セルの長さ（図２では、ΔＡ＋ΔＬ＋２ΔＡ＋ΔＬ＋ΔＡ）と、ミアンダラインの長さ（即ち、全体のセル数）で調整することができる。
したがって、１セルの長さ、および１セルの繰り返し回数（全体のセル数）を適宜調整することにより、２線式ヘリカルアンテナの入力インピーダンスを、一般的な給電線路の特性インピーダンスである５０Ωに整合させることが可能となる。
【００１０】
これにより、本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナでは、従来のように、給電回路において、２線式ヘリカルアンテナの入力インピーダンスと、給電線路の特性インピーダンスとの整合を取る必要が無くなるので、給電回路の回路構成を簡略することが可能となる。
また、この誘導性のリアクタンス分布により、放射素子の全体の長さが短縮できるので、２線式ヘリカルアンテナの高さを低姿勢することが可能となる。
なお、前述の説明では、２線式ヘリカルアンテナの各放射素子（１_１，１_２）の給電点（Ｆ_１，Ｆ_２）に接続される誘導性リアクタンス部として、ミアンダラインを使用した場合について説明したが、前述の説明から明らかなように、ミアンダラインに代えて、折り返しパターンを有する導電線などを使用することも可能である。
この折り返しパターンを有する導電線としては、例えば、図６（ａ）に示すような、三角形形状の折り返しパターンを有する導電線、あるいは、図６（ｂ）に示すような、サインカーブ形状の折り返しパターンを有する導電線が使用可能である。
さらに、本発明は、単一の放射素子から成るヘリカルアンテナにも適用可能であることはいうまでもない。
【００１１】
図３は、本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナの指向特性の一例を示すグラフである。
図４は、本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナのＶＳＷＲの周波数特性の一例を示すグラフである。
図５は、本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナの利得の周波数特性の一例を示すグラフである。
図３ないし図５に示すグラフを測定した時の、２線式ヘリカルアンテナの各部の寸法は、以下の通りである。
（イ）周波数（ｆ）が２ＧＨｚ、波長（λ_２）が１５０ｍｍ
（ロ）各放射素子（１_１，１_２）の螺旋部の半径（ρ）が０．００３３３λ_２、円周（Ｃ）が２．０λ_２
（ハ）各放射素子（１_１，１_２）の全体の長さ（Ｓ_ＴＴＬ）が４．３７７９λ_２、ミアンダラインの後に続くなだらかな部分の長さ（Ｓ_ＨＸ）が２．２７０λ_２
（ニ）ピッチ角（図２に示すα）が３度
（ホ）図２に示すΔＡが０．０２２λ_２、ΔＬが０．０２０λ_２、繰り返し回数（Ｎ）が１６
（へ）図２に示すΔｈが０．０４０λ_２、アンテナの高さ（Ｈ）が０．０２０λ_２
【００１２】
図３（ａ）は、図１に示すＺ−Ｘ面の指向特性を示すグラフであり、図３（ａ）のグラフでは、最大放射方向が、θ＝３５度となっている。
このθ＝３５度における方位角（φ）特性を、図３（ｂ）に示す。
図３（ｂ）から分かるように、θ＝３５度における方位角（φ）特性は一様となっており、コニカルビームが形成されていることが分かる。なお、図３のグラフで、実線は円偏波の右回り成分の電界強度、波線は円偏波の左回りの電界強度を示す。
また、周波数（ｆ）を２ＧＨｚ、各放射素子（１_１，１_２）の螺旋部の半径（ρ）を０．００３３３λ_２、円周（Ｃ）を２．０λ_２として、各放射素子全体がなめらかな螺旋で構成される場合、アンテナの高さ（Ｈ）は０．２６７０λ_２となるが、前述した構造値によれば、アンテナの高さ（Ｈ）は０．２０λ_２となり、各放射素子全体がなめらかな螺旋で構成される場合に比して、ミアンダラインにより、アンテナの高さ（Ｈ）が、約７７％低姿勢化されている。
【００１３】
図４に示すように、前述した構造値を有する本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナにおいて、ＶＳＷＲが２以下と成る比帯域（ＶＳＷＲが２以下の帯域中心周波数に対する比帯域幅）は５％である。
図５は、図３（ａ）に示すθが３５度の時の、利得の周波数特性を示すグラフであり、図４に示すＶＳＷＲが２以下と成る比帯域において、利得（Ｇ_Ｒ）は約６ｄＢ（Ｇ_Ｒ＝６ｄＢ）である。
以上説明したように、本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナによれば、給電点に接続される部分にミアンダラインを設けることにより、入力インピーダンスを、給電線路の特性インピーダンス（例えば、５０Ω）に整合させることが可能となる。
また、本実施の形態の２線式ヘリカルアンテナによれば、従来の２線式ヘリカルアンテナよりも、低姿勢化が可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明のヘリカルアンテナによれば、入力インピーダンスを、給電線路の特性インピーダンスに整合させることが可能となる。
（２）本発明のヘリカルアンテナによれば、低姿勢化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の各放射素子（１_１，１_２）の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナの指向特性の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナのＶＳＷＲの周波数特性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナの利得の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナにおいて、ミアンダラインに代えて使用可能な折り返しパターンを有する導電線を示す図である。
【図７】従来の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナを示す斜視図である。
【図８】従来の第２モードで動作する２線式ヘリカルアンテナの指向特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１_１，１_２…放射素子、２…接地導体、１０…ミアンダライン部、Ｆ_１，Ｆ_２…給電点。

Claims (4)

1. 接地導体上に螺旋状に配置される放射素子を備えるヘリカルアンテナにおいて、
   前記放射素子の給電点に接続される部分に、誘導性リアクタンス部を有することを特徴とするヘリカルアンテナ。
2. 前記誘導性リアクタンス部は、折り返しパターンを有する導電線であり、
   前記折り返しパターンを有する導電線の１折り返しパターンの長さ、および、折り返し回数は、ヘリカルアンテナの入力インピーダンスが、給電線路の特性インピーダンスに整合するように選択されていることを特徴とする請求項１に記載のヘリカルアンテナ。
3. 前記折り返しパターンを有する導電線は、ミアンダラインであることを特徴とする請求項２に記載のヘリカルアンテナ。
4. 前記ヘリカルアンテナは、２線式のヘリカルアンテナであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のヘリカルアンテナ。

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