JP2009225262A

JP2009225262A - ヘリカルアンテナ

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Publication number: JP2009225262A
Application number: JP2008069355A
Authority: JP
Inventors: Haruhiro Horiuchi; 晴宏堀内
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えた広帯域のヘリカルアンテナを提供する。
【解決手段】幅Ｗ₁、Ｗ₂が異なる第１のベースブロック部２１及び第２のベースブロック部２２が長手方向に連なるように、ベースブロック２が設けられる。第１のベースブロック部２１に巻き付けられた第１のヘリカル導体部３１、及び、第２のベースブロック部２２に巻き付けられた第２のヘリカル導体部３２から構成されるように、ヘリカル導体３が設けられる。第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２は、互いにベースブロック２上の長さが異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘリカルアンテナに係り、特に、棒状のベースブロックと、前記ベースブロックに螺旋状に巻き付けられたヘリカル導体と、前記ヘリカル導体に設けられた給電点と、が備えられたヘリカルアンテナに関するものである。

上述したヘリカルアンテナとして、図７に示されたものが知られている（例えば特許文献１〜３）。このヘリカルアンテナ１は、例えば誘電体、磁性体材料などのベースブロック２に螺旋状に帯状のヘリカル導体３を巻き付けて構成されている。この従来のヘリカルアンテナ１の電圧定在波比（以下ＶＳＲＷ）−周波数特性を図８に示す。図８（Ａ）は、１つの共振周波数ｆ_Qを持つヘリカルカルアンテナ１のＶＳＲＷ−周波数特性である。同図に示すように、共振周波数ｆ_Qの周辺でＶＳＲＷを小さく抑えることができる。また、図８（Ｂ）は、２つの共振周波数ｆ_QH、ｆ_QLを持つデュアルタイプのヘリカルアンテナ１のＶＳＲＷ−周波数特性である。同図に示すように、２つの共振周波数の周辺でＶＳＷＲを小さく抑えることができる。
特開２００３−３２０２６号公報特開２００４−１５７９９号公報特開２００７−４３４３２号公報

しかしながら、上述したヘリカルアンテナでは、全体的にＶＳＲＷが大きく、広帯域でＶＳＷＲを小さく抑えることができない、という問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えた広帯域のヘリカルアンテナを提供することを課題とする。

本発明者は、広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えた広帯域のヘリカルアンテナを得るべく検討を重ねた結果、ヘリカル導体を巻き付けるベースブロックの断面積に応じてヘリカル導体の共振周波数が移動する。ヘリカル導体が２つの共振周波数を持つ場合は、高周波側の共振周波数が移動することを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、請求項１記載の発明は、棒状のベースブロックと、前記ベースブロックに螺旋状に巻き付けられたヘリカル導体と、前記ヘリカル導体に設けられた給電点と、が備えられたヘリカルアンテナにおいて、互いに断面積が異なる第１のベースブロック部及び第２のベースブロック部が長手方向に連なるように、前記ベースブロックが設けられ、前記第１のベースブロック部に巻き付けられた第１のヘリカル導体部、及び、前記第２のベースブロック部に巻き付けられた第２のヘリカル導体部から構成されるように、前記ヘリカル導体が設けられ、そして、前記第１のヘリカル導体部の前記第２のヘリカル導体部側の一端と前記第２のヘリカル導体の前記第１のヘリカル導体側の一端との接続点に、前記給電点が設けられたことを特徴とするヘリカルアンテナに存する。

また、本発明者は、広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えた広帯域のヘリカルアンテナを得るべく検討を重ねた結果、ベースブロックに巻き付けられたヘリカル導体の長手方向の長さに応じてヘリカル導体の共振周波数が移動する。ヘリカル導体が２つの共振周波数を持つ場合は、低周波側の共振周波数が移動することを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、請求項２記載の発明は、棒状のベースブロックと、前記ベースブロックに螺旋状に巻き付けられたヘリカル導体と、前記ヘリカル導体に設けられた給電点と、が備えられたヘリカルアンテナにおいて、前記ベースブロックの長手方向に並べて巻き付けられた第１のヘリカル導体部及び第２のヘリカル導体部から構成されるように、前記ヘリカル導体が設けられ、前記ベースブロック上の長さが互いに異なるように、前記第１のヘリカル導体部及び前記第２のヘリカル部が前記ベースブロックに巻き付けられていて、そして、前記第１のヘリカル導体部の前記第２のヘリカル導体部側の一端と前記第２のヘリカル導体の前記第１のヘリカル導体側の一端との接続点に、前記給電点が設けられたことを特徴とするヘリカルアンテナに存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、互いに異なる断面積の第１のベースブロック部及び第２のベースブロック部にそれぞれ第１のヘリカル導体部及び第２のヘリカル導体部を巻き付けることにより、第１のヘリカル導体部及び第２のヘリカル導体部の共振周波数が互いにズレるため、広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えた広帯域のヘリカルアンテナを得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、ベースブロック上の長さが互いに異なるように、第１のヘリカル導体部及び前記第２のヘリカル部をベースブロックに巻き付けることにより、第１のヘリカル導体部及び第２のヘリカル導体部の共振周波数が互いにズレるため、広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えた広帯域のヘリカルアンテナを得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明の構成を説明する前に本発明の基本原理について説明する。本発明者は、従来の図７に示すベースブロック２のヘリカル導体３の長さＬが同一でベースブロック２の断面積Ｓが互いに異なる複数のヘリカルアンテナ１のＶＳＲＷ−周波数特性をシミュレーションによりそれぞれ求めた結果、ベースブロック２の断面積Ｓが大きくなるに従って高周波側の共振周波数ｆ_QHが低周波側に移動することが分かった。即ち、ベースブロック２の断面積Ｓと、高周波側の共振周波数ｆ_QHと、の間には強い相関関係があることが分かった。

また、本発明者は、従来の図７に示すベースブロック２の断面積Ｓが同一でヘリカル導体３の長さＬが互いに異なる複数のヘリカルアンテナ１のＶＳＲＷ−周波数特性をシミュレーションによりそれぞれ求めた結果、ヘリカル導体３の長さＬが変化すると低周波側の共振周波数ｆ_QLも変化することが分かった。即ち、ヘリカル導体３の長さＬと、低周波側の共振周波数ｆ_QLと、の間には強い相関関係があることが分かった。

次に、本発明の構成について説明する。図１〜図３に示すように、ヘリカルアンテナ１は、ベースブロック２と、ヘリカル導体３と、給電点４と、インピーダンス整合部５と、が設けられている。ベースブロック２は、誘電体及び磁性体材料の何れか一つを含んで棒状に形成されている。ベースブロック２には、後述するヘリカル導体３が収容される螺旋状の溝が設けられている。ベースブロック２は、互いに断面積が異なる第１のベースブロック部２１及び第２のベースブロック部２２が長手方向Ｙ１に連なるように設けられている。

第１、第２のベースブロック部２１、２２は各々、互いに平行な平面Ｓ₁と該平面Ｓ₁間の側面Ｓ₂とから構成された立方体に設けられている。第１、第２のベースブロック部２１、２２は各々、側面Ｓ₂の高さｈが等しく設けられている。第１のベースブロック部２１の平面Ｓ₁の幅Ｗ₁が第２のベースブロック部２２の平面Ｓ₁の幅Ｗ₂よりも小さくなるようにして、互いに断面積が異なるように第１のベースブロック部２１及び第２のベースブロック部２２が設けられている。

ヘリカル導体３は、金属材の導体から形成されている。ヘリカル導体３は、第１のベースブロック部２１に螺旋状に巻き付けられた第１のヘリカル導体部３１、及び、第２のベースブロック部２２に螺旋状に巻き付けられた第２のヘリカル導体部３２、から構成されている。即ち、第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２は、ベースブロック２に長手方向Ｙ１に並べて巻き付けられている。なお、互いの巻き方向が同一となるように第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２が設けられている。上記ヘリカル導体３は、上述したベースブロック２全体にメッキした後、凸部を削り取ることによって、ベースブロック２に設けた溝に収容されて形成される。そして、第１のヘリカル導体部３１の長手方向Ｙ１の長さＬ₁が第２のヘリカル導体部３２の長手方向Ｙ１の長さＬ₂よりも短くなるようにして、互いの長さＬ₁、Ｌ₂が異なるように第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２が設けられている。

給電点４は、第１のヘリカル導体部３１の第２のヘリカル導体部３２側の一端と第２のヘリカル導体部３２の第１のヘリカル導体部３１側の一端との接続点に設けられている。この給電点４には、ヘリカルアンテナ１に電源を給電する給電部６が接続されている。

インピーダンス整合部５は、ヘリカル導体３の給電点４から分岐して設けられている。そして、インピーダンス整合部５のヘリカル導体３との分岐点とは離れた側の端部がグランドに接続される。インピーダンス整合部５は、ヘリカルアンテナ１のインピーダンスと給電線路のインピーダンスとの整合が取れるように設けられている。

上述した第１のベースブロック部２１の幅Ｗ₁、第１のヘリカル導体部３１の長さＬ₁の設定の詳細について図４を参照に説明する。図４中一点鎖線は、第１のヘリカル導体部３１のＶＳＲＷ−周波数特性をシミュレーションした結果である。同図に示すように、第１のヘリカル導体部３１の低周波側の共振周波数ｆ_QL1が約２．３ＧＨｚになるように、第１のベースブロック部２１の幅Ｗ₁が調整されて設定されている。また、第１のヘリカル導体部３１の高周波側の共振周波数ｆ_QH1が約５．９ＧＨｚになるように、第１のヘリカル導体部３１の長さＬ₁が調整されて設定されている。この第１のヘリカル導体部３１のＶＳＲＷ＜２となる範囲は低周波側で約０．０５ＧＨｚ、高周波側で約０．４ＧＨｚとなっている。

なお、第１のヘリカル導体部３１の長さＬ₁は、下記の式（１）で表される。
Ｌ₁＝Ｎ₁｛Ｗ₁／ＣＯＳφ＋２ｈ＋Ｗ₁／ＳＩＮτ｝ …（１）
Ｎ₁は第１のヘリカル導体部３１の巻き線数である。また、図２（Ａ）に示すように、φは、第１のベースブロック部２１の平面Ｓ₁上の第１のヘリカル導体部３１、及び、長手方向Ｙ１と直交する方向、の成す角度である。τは、第１のベースブロック部２１の平面Ｓ₁上の第１のヘリカル導体部３１、及び、長手方向Ｙ１、の成す角度である。よって、Ｎ₁、φ、τを調整することにより長さＬ₁を調整する。

次に、上述した第１のベースブロック部２１の幅Ｗ₂、第２のヘリカル導体部３２の長さＬ₂の設定の詳細について説明する。図４中二点鎖線は、第２のヘリカル導体部３２のＶＳＲＷ−周波数特性をシミュレーションした結果である。同図に示すように、第１のヘリカル導体部３１の低周波側の共振周波数ｆ_QL2が共振周波数ｆ_QL1からわずかにズレた約２．４ＧＨｚになるように、第２のベースブロック部２１の幅Ｗ₂が調整されて設定されている。また、第２のヘリカル導体部３２の高周波側の共振周波数ｆ_QH2が共振周波数ｆ_QH1からわずかにズレた約５．３５ＧＨｚになるように、第２のヘリカル導体部３２の長さＬ₂が調整されて設定されている。この第２のヘリカル導体部３２のＶＳＲＷ＜２となる範囲は低周波側で約０．０５ＧＨｚ、高周波側で約０．９５ＧＨｚとなっている。

なお、第２のヘリカル導体部３２の長さＬ₂は、下記の式（２）で表される。
Ｌ₂＝Ｎ₂｛Ｗ₂／ＣＯＳθ＋２ｈ＋Ｗ₂／ＳＩＮξ｝ …（２）
Ｎ₂は第２のヘリカル導体部３２の巻き線数である。また、図２（Ａ）に示すように、θは、第２のベースブロック部２２の平面Ｓ₁上の第２のヘリカル導体部３２、及び、長手方向Ｙ１と直交する方向、の成す角度である。ξは、第２のベースブロック部２２の平面Ｓ₁上の第１のヘリカル導体部３２、及び、長手方向Ｙ１、の成す角度である。よって、Ｎ₂、θ、ξを調整することにより長さＬ₂を調整する。

本発明者は、上述した第１のヘリカル導体部３１と第２のヘリカル導体部３２とから構成されたヘリカル導体３のＶＳＷＲ−周波数特性をシミュレーションした。結果を図４中の実線で示す。同図に示すように、ヘリカル導体３のＶＳＲＷ−周波数特性は、第１のヘリカル導体部３１のＶＳＲＷ−周波数特性と、第２のヘリカル導体部３２のＶＳＲＷ−周波数特性と、を合成した特性となる。このヘリカル導体３のＶＳＲＷ＜２となる範囲は低周波側で約０．１ＧＨｚ、高周波側で約１．１ＧＨｚとなり、第１、第２のヘリカル導体部３１、３２の各々よりも広帯域になっている。

即ち、第１のヘリカル導体部３１、第２のヘリカル導体部３２の各々よりも第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２の両方を有するヘリカル導体３のＶＳＲＷ−周波数特性が広帯域になるように、第１のベースブロック部２１及び第２のベースブロック部２２の幅Ｗ₁、Ｗ₂を互いに異ならせて構成している。また、第１のヘリカル導体部３１、第２のヘリカル導体部３２の各々よりもヘリカル導体３のＶＳＲＷ−周波数特性が広帯域になるように、第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２の長さＬ₁、Ｌ₂を互いに異ならせて構成している。

上述したヘリカルアンテナによれば、互いに異なる断面積の第１のベースブロック部２１及び第２のベースブロック部２２にそれぞれ第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２を巻き付けることにより、第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２の共振周波数ｆ_QL1、ｆ_QL2が互いにズレるため、広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えることができ、広帯域化できる。また、ベースブロック２の長手方向Ｙ１の長さが互いに異なるように、第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル部３２をベースブロック２に巻き付けることにより、第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２の共振周波数ｆ_QH1、ｆ_QH2が互いにズレるため、広い範囲でＶＳＲＷを小さく抑えることができ、広帯域化できる。

なお、上述した実施形態では、長さＬ₁、Ｌ₂が互いに異なるように、第１のヘリカル導体部３１と第２のヘリカル導体部３２をベースブロック２に巻き付けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、低周波側については広帯域化を図る必要がなければ、長さＬ₁、Ｌ₂を等しくして、ベースブロック２の幅Ｗ₁、Ｗ₂のみを異ならせることも考えられる。このときの第１のヘリカル導体部３１、第２のヘリカル導体部３２、及び、ヘリカル導体３のＶＳＲＷ−周波数特性をシミュレーションした結果を図６に示す。同図に示すように、長さＬ₁、Ｌ₂（Ｌ₁＝Ｌ₂）が等しければ、第１のヘリカル導体部３１、第２のヘリカル導体部３２、及び、ヘリカル導体部３の低周波側の共振周波数が等しくなる。また、幅Ｗ₁、Ｗ₂は上述した実施形態と同様に互いに異ならせているので、第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２の高周波側の共振周波数が互いにズレて高周波側を広帯域化することができる。

また、高周波側については広帯域化を図る必要がなければ、第１、第２のベースブロック部２１、２２の断面積を等しくして、長さＬ₁、Ｌ₂のみ異ならせることも考えられる。この場合、第１、第２のベースブロック部２１、２２の断面積が等しければ、第１のヘリカル導体部３１、第２のヘリカル導体部３２、及び、ヘリカル導体部３の高周波側の共振周波数が等しくなる。また、長さＬ₁、Ｌ₂は上述した実施形態と同様に互いに異ならせているので、第１のヘリカル導体部３１及び第２のヘリカル導体部３２の低周波側の共振周波数が互いにズレて低周波側を広帯域化することができる。

また、上述した実施形態では、第１のベースブロック部２１及び第２のベースブロック部２２の幅Ｗ₁、Ｗ₂を異ならせて互いに断面積を異ならせていたが、本発明はこれに限ったものではない。本発明は第１のベースブロック部２１及び第２のベースブロック部２２の断面積が互いに異なるようにベースブロック２が構成されていればよい。

また、上述した実施形態では、ベースブロック２の形状としては図１に示したものに限定されるものではない。例えば、図６（Ａ）に示すような形状であってもよい。また、上述した実施形態では、第１、第２のベースブロック部２１、２２の断面積は一定であったが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図６（Ｂ）に示すように、ベースブロック２の側面をテーパに設けて長手方向に沿って断面積が異なるようにしてもよい。また、高さが一定の多角柱であってもよい。

また、上述した実施形態では、図８（Ｂ）に示すように、第１、第２のヘリカル導体部３１、３２が各々２つの共振周波数ｆ_QH、ｆ_QLを持つように構成していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、第１、第２のヘリカル導体部３１、３２として図８（Ａ）に示すように１つの共振周波数ｆ_Qを持つように構成してもよい。この場合も同様に第１、第２のヘリカル導体部３１、３２単体に比べて広帯域化を図ることができる。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明のヘリカルアンテナの一実施の形態を示す斜視図である。（Ａ）〜（Ｃ）は各々、図１に示すヘリカルアンテナの上面図、下面図、側面図である。図１に示すヘリカルアンテナの電気構成図である。シミュレーションにより求めた第１のヘリカル導体部、第２のヘリカル導体部、及び、ヘリカル導体、各々のＶＳＲＷ−周波数特性を示すグラフである。他の実施形態におけるシミュレーションにより求めた第１のヘリカル導体部、第２のヘリカル導体部、及び、ヘリカル導体、各々のＶＳＲＷ−周波数特性を示すグラフである。他の実施形態におけるベースブロックを示す上面図である。従来のヘリカルアンテナの一例を示す斜視図である。（Ａ）は１つの共振周波数を持つヘリカルアンテナのＶＳＲＷ−周波数特性を示すグラフであり、（Ｂ）は２つの共振周波数を持つヘリカルアンテナのＶＳＲＷ−周波数特性を示すグラフである。

符号の説明

１ヘリカルアンテナ
２ベースブロック
３ヘリカル導体
４給電点
２１第１のベースブロック部
２２第２のベースブロック部
３１第１のヘリカル導体部
３２第２のヘリカル導体部
Ｙ１長手方向

Claims

棒状のベースブロックと、前記ベースブロックに螺旋状に巻き付けられたヘリカル導体と、前記ヘリカル導体に設けられた給電点と、が備えられたヘリカルアンテナにおいて、
互いに断面積が異なる第１のベースブロック部及び第２のベースブロック部が長手方向に連なるように、前記ベースブロックが設けられ、
前記第１のベースブロック部に巻き付けられた第１のヘリカル導体部、及び、前記第２のベースブロック部に巻き付けられた第２のヘリカル導体部から構成されるように、前記ヘリカル導体が設けられ、そして、
前記第１のヘリカル導体部の前記第２のヘリカル導体部側の一端と前記第２のヘリカル導体の前記第１のヘリカル導体側の一端との接続点に、前記給電点が設けられた
ことを特徴とするヘリカルアンテナ。
棒状のベースブロックと、前記ベースブロックに螺旋状に巻き付けられたヘリカル導体と、前記ヘリカル導体に設けられた給電点と、が備えられたヘリカルアンテナにおいて、
前記ベースブロックの長手方向に並べて巻き付けられた第１のヘリカル導体部及び第２のヘリカル導体部から構成されるように、前記ヘリカル導体が設けられ、
前記ベースブロック上の長さが互いに異なるように、前記第１のヘリカル導体部及び前記第２のヘリカル部が前記ベースブロックに巻き付けられていて、そして、
前記第１のヘリカル導体部の前記第２のヘリカル導体部側の一端と前記第２のヘリカル導体の前記第１のヘリカル導体側の一端との接続点に、前記給電点が設けられた
ことを特徴とするヘリカルアンテナ。