JP2023092915A - antenna device - Google Patents

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Abstract

To enable transmission/reception in a wide angle range from a vertical direction to a low elevation angle direction.SOLUTION: An antenna device includes a ground plane, a first antenna portion having a plurality of first helical elements spirally wound at a first pitch angle with respect to the ground plane, and a second antenna portion having a plurality of second helical elements spirally wound at a second pitch angle with respect to the ground plane at a position surrounding the first antenna portion, and the winding direction of each first helical element of the first antenna portion and the winding direction of each second helical element of the second antenna portion are opposite to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ヘリカルアンテナを備えたアンテナ装置に関し、円偏波特性を有するアンテナ装置に適用できる。 The present invention relates to an antenna device having a helical antenna, and can be applied to an antenna device having circularly polarized wave characteristics.

近年、飛行体を通信基地局として利用する成層圏プラットフォームに関する技術が開発されている。 In recent years, technologies have been developed for stratospheric platforms that use flying objects as communication base stations.

成層圏プラットフォームは、飛行中継局(HAPS:High Altitude Platform Statison)を常時成層圏に飛行させて、飛行中継局が地上に設けた地上局と無線通信を行なう。これにより、これまで通信できなかった地域であっても、飛行中継局(HAPS)を介して通信可能となるので、衛星通信よりも低コストで、広範囲な通信網を構築することができる。 The stratospheric platform always flies a flight relay station (HAPS: High Altitude Platform Station) into the stratosphere, and performs wireless communication with a ground station provided on the ground by the flight relay station. As a result, even in areas where communication was not possible until now, communication is possible via the flight relay station (HAPS), so a wide-area communication network can be constructed at a lower cost than satellite communication.

成層圏プラットフォームでは、図2に例示するように、飛行中継局(HAPS)52が、例えばドローン等の無人飛行体51と、地上局53との間の無線通信を中継することも可能となる。このとき、ドローン等の飛行体51は、飛行時の姿勢が一定でなく、また飛行中継局52は、旋回飛行しているので、姿勢の変化の影響を受けにくい円偏波を使用した通信が検討されており、飛行体51のアンテナ装置511としてはヘリカルアンテナ装置が望ましい。 The stratospheric platform also enables a flight relay station (HAPS) 52 to relay wireless communications between an unmanned air vehicle 51, such as a drone, and a ground station 53, as illustrated in FIG. At this time, the flying object 51 such as a drone is not in a constant attitude during flight, and the flight relay station 52 is in a circular flight. A helical antenna device is desirable as the antenna device 511 of the aircraft 51.

特許文献1に記載されているヘリカルアンテナは、衛星通信用のアンテナ装置である。特許文献1には、4線巻きヘリカルアンテナが開示されており、各ヘリカルアンテナ素子の巻き数、ピッチ角、半径に応じて指向性が変化することが記載されている。 A helical antenna described in Patent Document 1 is an antenna device for satellite communication. Patent Document 1 discloses a four-wire helical antenna, and describes that the directivity changes according to the number of turns, pitch angle, and radius of each helical antenna element.

特開平10-75114号公報JP-A-10-75114

ところで、図3に例示するように、飛行中継局52が俯角αとして下向きの通信エリアをカバーするものとする。その場合、飛行中継局52と飛行体51との位置関係に応じて、アンテナ装置511は、水平面に対して垂直方向に円偏波で送受信できるようにすると共に、低仰角方向に円偏波で送受信できることが望まれる。つまり、垂直方向から低仰角方向までの広い角度範囲にわたり円偏波で送受信することができるアンテナ装置が求められている。 By the way, as illustrated in FIG. 3, it is assumed that the flight relay station 52 covers a downward communication area with a depression angle α. In that case, depending on the positional relationship between the flight repeater station 52 and the aircraft 51, the antenna device 511 can transmit and receive circularly polarized waves in the vertical direction with respect to the horizontal plane, and transmit and receive circularly polarized waves in the low elevation direction. It is desirable to be able to send and receive. In other words, there is a demand for an antenna device capable of transmitting and receiving circularly polarized waves over a wide angular range from the vertical direction to the low elevation angle direction.

かかる課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は、(1)地板と、(2)地板に対して第1のピッチ角で螺旋状に巻き上げた複数の第1のヘリカル素子を有する第1のアンテナ部と、(3)第1のアンテナ部を囲む位置に、地板に対して第2のピッチ角で螺旋状に巻き上げた複数の第2のヘリカル素子を有する第2のアンテナ部とを備え、(4)第1のアンテナ部の各第1のヘリカル素子の巻き方向と、第2のアンテナ部の各第2のヘリカル素子の巻き方向とは、互いに逆方向であることを特徴とする。 In order to solve such a problem, the antenna device of the present invention provides: (1) a base plate; and (3) a second antenna section having a plurality of second helical elements spirally wound at a second pitch angle with respect to the ground plane at a position surrounding the first antenna section. (4) The winding direction of each first helical element of the first antenna section and the winding direction of each second helical element of the second antenna section are opposite to each other.

本発明によれば、垂直方向から低仰角方向の広い角度範囲で円偏波の送受信が可能となる。 According to the present invention, circularly polarized waves can be transmitted and received in a wide angle range from the vertical direction to the low elevation angle direction.

実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing the configuration of an antenna device according to an embodiment; FIG. 成層圏プラットフォームにおける通信システムの構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing the configuration of a communication system in a stratosphere platform; FIG. 成層圏プラットフォームの飛行中継局と飛行体との通信を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating communication between a flight relay station of the stratospheric platform and an aircraft; 実施形態に係るアンテナ装置の送受信回路を示す回路構成図である。3 is a circuit configuration diagram showing a transmission/reception circuit of the antenna device according to the embodiment; FIG. 4線巻きヘリカルアンテナのモデル構成を示す構成図である(その1)。1 is a configuration diagram showing a model configuration of a four-wire helical antenna (No. 1); FIG. 4線巻きヘリカルアンテナの半径とピッチ角を変化させたときのアンテナ利得の変化を説明する説明図である(その1)。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating changes in antenna gain when the radius and pitch angle of the four-wire helical antenna are changed (Part 1); 4線巻きヘリカルアンテナのモデル構成を示す構成図である(その2)。FIG. 2 is a configuration diagram showing a model configuration of a four-wire helical antenna (No. 2); 4線巻きヘリカルアンテナの半径とピッチ角を変化させたときのアンテナ利得の変化を説明する説明図である(その2)。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating changes in antenna gain when the radius and pitch angle of the four-wire helical antenna are changed (No. 2); 4線巻きヘリカルアンテナのピッチ角を変化させたときの指向性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the directivity when changing the pitch angle of the four-wire helical antenna; 実施形態のアンテナ装置の動作モードを説明する説明図である。It is an explanatory view explaining an operation mode of an antenna device of an embodiment. 実施形態に係るアンテナ装置の動作モードを切り替えたときの指向性を示す図である。It is a figure which shows the directivity when the operation mode of the antenna apparatus which concerns on embodiment is switched. 実施形態に係るアンテナ装置の反射特性を示す図である。It is a figure which shows the reflection characteristic of the antenna device which concerns on embodiment. 実施形態に係るアンテナ装置の軸比特性を示す図である。It is a figure which shows the axial ratio characteristic of the antenna device which concerns on embodiment. 変形実施形態のアンテナ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the antenna device of deformation|transformation embodiment.

(A)主たる実施形態
以下では、本発明に係るアンテナ装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A) Main Embodiments Hereinafter, embodiments of an antenna device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

この実施形態は、例えば飛行中継局(HAPS)を使用した成層圏プラットフォームにおいて、ドローン等の飛行体に搭載するアンテナ装置に、本発明を適用する場合を例示する。一般に、成層圏は、地球大気の鉛直構造において約10km~50km程度に位置する層をいう。 This embodiment exemplifies a case where the present invention is applied to an antenna device mounted on a flying object such as a drone in a stratospheric platform using a flight relay station (HAPS), for example. In general, the stratosphere refers to a layer located approximately 10 to 50 km in the vertical structure of the earth's atmosphere.

また本発明のアンテナ装置は、垂直方向から低仰角方向にかけて広い角度範囲で円偏波を送受信することが要求されるものであれば、ドローン等の飛行体以外にも適用できる。 The antenna device of the present invention can also be applied to flying objects other than drones, as long as it is required to transmit and receive circularly polarized waves over a wide angle range from the vertical direction to the low elevation angle direction.

(A-1)実施形態の構成
図1は、実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す構成図である。図4は、実施形態に係るアンテナ装置の送受信回路を示す回路構成図である。
(A-1) Configuration of Embodiment FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of an antenna device according to an embodiment. FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a transmission/reception circuit of the antenna device according to the embodiment.

図1において、実施形態のアンテナ装置10は、板状の地板11と、第1のアンテナ部12と、第2のアンテナ部13とを有する。 In FIG. 1 , the antenna device 10 of the embodiment has a plate-shaped base plate 11 , a first antenna section 12 and a second antenna section 13 .

[地板11]
地板11は、円形板部材であり、グランド(接地)として機能する接地板である。例えば、飛行中継機(HAPS)を利用した成層圏プラットフォームでは、5030MHz~5091MHzの周波数の電波を使用することが検討されている。円形板部材の地板11の半径raは、使用する電波の波長をλとしたときに(1/2)×λとすることができる。例えば、使用する電波の周波数が5060MHz(すなわち、使用する電波の波長λが59mm程度)とするとき、地板11の半径raは30mm(=(1/2)×λ)程度とすることができる。
[Main plate 11]
The ground plate 11 is a circular plate member and is a ground plate that functions as a ground. For example, in a stratospheric platform using an airborne repeater (HAPS), use of radio waves with a frequency of 5030 MHz to 5091 MHz is under consideration. The radius ra of the base plate 11 of the circular plate member can be (1/2)×λ, where λ is the wavelength of the radio wave to be used. For example, when the frequency of the radio waves to be used is 5060 MHz (that is, the wavelength λ of the radio waves to be used is about 59 mm), the radius ra of the ground plane 11 can be about 30 mm (=(1/2)×λ).

[第1のアンテナ部12]
第1のアンテナ部12は、低仰角方向に指向性を有するものであり、4個のヘリカル素子12a~12dを有する4線巻きヘリカルアンテナである。言い換えると、第1のアンテナ部12は、4個のヘリカル素子12a~12dをアレー化したものである。第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dを「第1のヘリカル素子」とも呼ぶ。
[First antenna section 12]
The first antenna section 12 has directivity in a low elevation angle direction, and is a four-wire helical antenna having four helical elements 12a to 12d. In other words, the first antenna section 12 is an array of four helical elements 12a to 12d. The helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 are also called "first helical elements".

第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dは、例えば金属ワイヤ、導電ストリップ等の導体を適用することができ、この実施形態では、各ヘリカル素子12a~12dに、金属などの導体線材を用いる。各ヘリカル素子12a~12dの長さ(電気長)は、使用する電波の波長λに応じて決めることができ、例えば波長λとしたとき、各ヘリカル素子12a~12dの長さは((1/4)×λ×n;nは正の整数)程度とすることができる。この実施形態では、nが「3」である場合を例示する。なお、インピーダンス整合のため、各ヘリカル素子12a~12dの長さを調整することができる。 Conductors such as metal wires and conductive strips can be applied to the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12. In this embodiment, conductor wires such as metals are used for the helical elements 12a to 12d. use. The length (electrical length) of each of the helical elements 12a to 12d can be determined according to the wavelength λ of the radio wave to be used. 4) x λ x n; n is a positive integer). In this embodiment, the case where n is "3" is illustrated. For impedance matching, the length of each helical element 12a-12d can be adjusted.

第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dの下端部はそれぞれ、地板11に設けられた対応する各端子Port1~Port4に接続している。図4に例示するように、地板11のXY平面の下側の面(第2面)側には、無線装置134と、分配器/合成器133とが設けられている。分配器/合成器133の送受信端子1~4のそれぞれは、対応する各端子Port1~port4に接続している。 The lower ends of the helical elements 12a-12d of the first antenna section 12 are connected to corresponding terminals Port1-Port4 provided on the ground plane 11, respectively. As illustrated in FIG. 4, a wireless device 134 and a distributor/synthesizer 133 are provided on the lower surface (second surface) of the XY plane of the base plate 11 . Transmission/reception terminals 1 to 4 of the distributor/combiner 133 are connected to corresponding terminals Port1 to Port4, respectively.

図4において、例えば、端子Port1~Port4に付記している「φ」は、地板11のXY面上で、端子Port1~Port4の物理的な位置を、X軸に対する角度で示している。例えば、「Port1」は、XY面上のX軸上にあるため「φ=0deg(度)」と示している。また、端子Port1~Port4に付記している「位相」は、対応するヘリカル素子12a~12dが送信する信号の位相または受信する信号に対応付ける位相を示している。 In FIG. 4, for example, “φ” attached to the terminals Port1 to Port4 indicates the physical positions of the terminals Port1 to Port4 on the XY plane of the ground plane 11 as angles with respect to the X axis. For example, "Port 1" is indicated as "φ=0 deg (degrees)" because it is on the X axis on the XY plane. "Phase" attached to the terminals Port1 to Port4 indicates the phase of the signal transmitted or received by the corresponding helical element 12a to 12d.

図4において、信号を送信する際、無線装置134は信号を分配器/合成器133に出力し、分配器/合成器133は、無線装置134からの入力信号の位相を変化させて送受信端子1~4に出力する。例えば、図4において、分配器/合成器133は、端子Port1に接続する送受信端子1には、入力した信号をそのまま出力する。また、端子Port2に接続する送受信端子2に、入力した信号の位相を-90度(-π/2rad)シフトした信号を出力し、端子Port3に接続する送受信端子3に、入力した信号の位相をー180度(-πrad)シフトした信号を出力し、端子Port4に接続する送受信端子4に、入力した信号の位相をー270度(-3π/2rad)シフトした信号を出力する。このように、分配器/合成器133は、入力した信号の位相を変化させて、各端子Port1~4に接続している各ヘリカル素子12a~12dに信号を与える。 In FIG. 4 , when transmitting a signal, radio equipment 134 outputs the signal to splitter/combiner 133 , and splitter/combiner 133 changes the phase of the input signal from radio equipment 134 to transmit/receive terminal 1 . Output to ~4. For example, in FIG. 4, the distributor/synthesizer 133 directly outputs the input signal to the transmission/reception terminal 1 connected to the terminal Port1. Further, a signal obtained by shifting the phase of the input signal by -90 degrees (-π/2 rad) is output to the transmission/reception terminal 2 connected to the terminal Port2, and the phase of the input signal is output to the transmission/reception terminal 3 connected to the terminal Port3. A signal shifted by -180 degrees (-π rad) is output, and a signal obtained by shifting the phase of the input signal by -270 degrees (-3π/2 rad) is output to the transmission/reception terminal 4 connected to the terminal Port4. In this way, the distributor/combiner 133 changes the phase of the input signal and gives the signal to each of the helical elements 12a-12d connected to each of the terminals Port1-4.

逆に信号を受信する際、各ヘリカル素子12a~12dは、受信した電波信号を、各端子Port1~4及び各送受信端子1~4を介して、分配器/合成器133に与える。分配器/合成器133は、各送受信端子1~4から入力した信号を合成した信号を、無線装置134に出力する。 Conversely, when receiving signals, each of the helical elements 12a-12d gives the received radio signal to the splitter/synthesizer 133 via each of terminals Port1-4 and each of transmission/reception terminals 1-4. Distributor/synthesizer 133 outputs a signal obtained by synthesizing signals input from transmission/reception terminals 1 to 4 to radio device 134 .

第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dは、地板11の第1面に対して所定のピッチ角だけ傾けて螺旋状に巻き上げられる。各ヘリカル素子12a~12dのピッチ角については後述するが、低仰角方向の利得を良好とする角度である。すなわち、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dのピッチ角は、第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dのピッチ角よりも大きい角度とする。例えば、各ヘリカル素子12a~12dのピッチ角は70度以下とすることができ、60度~65度程度が望ましい。 Each of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 is helically wound with a predetermined pitch angle with respect to the first surface of the base plate 11 . The pitch angles of the helical elements 12a to 12d, which will be described later, are angles that provide good gain in the direction of low elevation angles. That is, the pitch angles of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 are made larger than the pitch angles of the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13. FIG. For example, the pitch angle of each of the helical elements 12a-12d can be 70 degrees or less, preferably about 60-65 degrees.

[第2のアンテナ部13]
第2のアンテナ部13は、垂直方向に指向性を有するアンテナであり、4個のヘリカル素子13a~13dを有する4線巻きヘリカルアンテナである。言い換えると、第2のアンテナ部13も、4個のヘリカル素子13a~13dをアレー化したものである。第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dを「第2のヘリカル素子」とも呼ぶ。
[Second antenna section 13]
The second antenna section 13 is an antenna having directivity in the vertical direction, and is a four-wire helical antenna having four helical elements 13a to 13d. In other words, the second antenna section 13 is also an array of four helical elements 13a to 13d. The helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 are also called "second helical elements".

第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dも、例えば金属ワイヤ、導電ストリップ等の導体を適用することができ、この実施形態では、各ヘリカル素子13a~13dに、金属などの導体線材を用いる。各ヘリカル素子13a~13dの長さ(電気長)は、使用する電波の周波数の波長λに応じて決めることができ、例えば波長λとしたとき、各ヘリカル素子13a~13dの長さは((1/4)×λ×n;nは正の整数)程度とすることができる。この実施形態では、nが「3」である場合を例示する。なお、インピーダンス整合のため、各ヘリカル素子13a~13dの長さを調整することができる。 The helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 can also apply conductors such as metal wires and conductive strips. use. The length (electrical length) of each of the helical elements 13a to 13d can be determined according to the wavelength λ of the frequency of the radio wave to be used. 1/4)×λ×n; n is a positive integer). In this embodiment, the case where n is "3" is illustrated. For impedance matching, the length of each helical element 13a-13d can be adjusted.

第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dの下端部はそれぞれ、地板11上に設けられた対応する各終端部131と接続している。 The lower ends of the helical elements 13 a to 13 d of the second antenna section 13 are connected to corresponding end sections 131 provided on the ground plane 11 .

図4に例示するように、各終端部131は、グランドと終端負荷ZLとを切り替えるスイッチ部(終端負荷切替部)132と接続している。また、4個の終端部131は、地板11の第1面上で、地板11の中心点を中心として半径r2(r1<r2<ra)の円上に等間隔(図1では90度間隔)に設置されている。地板11の第1面上で、半径r1の内側円(「第1円」とも呼ぶ。)と半径r2の外側円(「第2円」とも呼ぶ。)とは同心円状に形成されており、地板11の中心点と、内側円上の各端子Port1~Port4とを通る線の延長線上に、対応する各終端部131が位置している。 As illustrated in FIG. 4, each termination unit 131 is connected to a switch unit (termination load switching unit) 132 that switches between the ground and the termination load ZL. The four end portions 131 are arranged on the first surface of the main plate 11 on a circle with a radius of r2 (r1<r2<ra) centered on the center point of the main plate 11 (90 degree intervals in FIG. 1). is installed in On the first surface of the ground plate 11, an inner circle with a radius of r1 (also referred to as a "first circle") and an outer circle with a radius of r2 (also referred to as a "second circle") are formed concentrically, The corresponding end portions 131 are located on extensions of lines passing through the center point of the ground plate 11 and the terminals Port1 to Port4 on the inner circle.

第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dは、地板11の第1面に対して所定のピッチ角だけ傾けて螺旋状に巻き上げられる。 Each of the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 is helically wound up at a predetermined pitch angle with respect to the first surface of the base plate 11 .

第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dのピッチ角については後述するが、垂直方向の利得を良好とする角度であり、第1のアンテナ部12のピッチ角よりも小さい角度とする。 The pitch angle of each of the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 will be described later.

また、第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dの巻き方向は、第1のアンテナ部12の各アンテナ素子12a~12dの巻き方向と逆方向とする。巻き方向を逆方向にすることの理由は後述するが、第1のアンテナ部12と、外側にある第2のアンテナ部13とが近接する場合であって、第1のアンテナ部12に給電したときに、第2のアンテナ部13に電流が誘起され、電波が打ち消されることも生じ得るが、巻き方向を逆方向とすることで、第1のアンテナ部12と第2のアンテナ部13に流れる電流方向をほぼ同一とすることができ、電波の打ち消しを回避できる。 The winding direction of each of the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 is opposite to the winding direction of each of the antenna elements 12a to 12d of the first antenna section 12. FIG. The reason why the winding direction is reversed will be described later. Sometimes, a current may be induced in the second antenna section 13 and radio waves may be canceled. The current directions can be made substantially the same, and cancellation of radio waves can be avoided.

例えば、円偏波の回転方向は右旋円偏波(RHCP)とする。地板11から見てZ軸方向を進行方向としたとき、Z軸方向に右巻きが、右旋円偏波の回転方向と同一方向とし、Z軸方向に左巻きが、右旋円偏波の回転方向と逆方向とする。図1において、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12は、Z軸方向に左巻きであり、第2アンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13はZ軸方向に右巻きであり、巻き方向は互いに逆方向としている。なお、巻き方向は第1のアンテナ部12と第2のアンテナ部13との間で互いに逆方向であればよく、第1のアンテナ部12が右巻きであり、第2のアンテナ部13が左巻きであってもよい。 For example, the direction of rotation of circularly polarized waves is assumed to be right-handed circularly polarized waves (RHCP). When the Z-axis direction as viewed from the ground plane 11 is the traveling direction, right-handed rotation in the Z-axis direction is the same as the rotation direction of the right-handed circularly polarized wave, and left-handed rotation in the Z-axis direction is the rotation of the right-handed circularly polarized wave. direction and the opposite direction. In FIG. 1, the helical elements 12a to 12 of the first antenna section 12 are left-handed in the Z-axis direction, and the helical elements 13a-13 of the second antenna section 13 are right-handed in the Z-axis direction. The directions are opposite to each other. The winding directions of the first antenna section 12 and the second antenna section 13 may be opposite to each other, and the first antenna section 12 is clockwise and the second antenna section 13 is counterclockwise. may be

(A-2)アンテナ部の指向性
次に、アンテナ装置10の第1アンテナ部12と第2アンテナ部13の指向性について図面を参照しながら説明する。
(A-2) Directivity of Antenna Section Next, the directivity of the first antenna section 12 and the second antenna section 13 of the antenna device 10 will be described with reference to the drawings.

ここでは、4線巻きヘリカルアンテナの一般的なモデルを用いて説明するため「アンテナ部20」と表現して説明する。 Here, in order to explain using a general model of a four-wire helical antenna, it will be described as an "antenna unit 20".

図5は、4個のヘリカル素子20a~20dのそれぞれの巻き数を0.75として、各ヘリカル素子20a~20dが、Z軸方向に対して左巻き(円偏波の回転方向と逆方向)としたときのアンテナ部20を示している。図6(A)~図6(C)は、図5のアンテナ部20の利得の変化を示す図である。 In FIG. 5, the number of turns of each of the four helical elements 20a to 20d is 0.75, and each helical element 20a to 20d is left-handed with respect to the Z-axis direction (in the direction opposite to the direction of rotation of the circularly polarized wave). 1 shows the antenna section 20 when 6A to 6C are diagrams showing changes in gain of the antenna section 20 of FIG.

図7は、4個のヘリカル素子20a~20dのそれぞれの巻き数を0.75として、各ヘリカル素子20a~20dが、Z軸方向に対して右巻き(円偏波の回転方向と同じ方向)としたときのアンテナ部20を示している。図8(A)~図8(C)は、図7のアンテナ部20の利得の変化を示す図である。 In FIG. 7, the number of turns of each of the four helical elements 20a to 20d is 0.75, and each helical element 20a to 20d is right-handed with respect to the Z-axis direction (the same direction as the rotation direction of circularly polarized waves). The antenna section 20 is shown when . 8A to 8C are diagrams showing changes in the gain of the antenna section 20 of FIG.

なお、図6及び図8において、横軸はZ軸に対する角度Θ[度]の値を示し、縦軸はアンテナ部20の利得[dB]を示す。 6 and 8, the horizontal axis indicates the value of the angle Θ [degrees] with respect to the Z-axis, and the vertical axis indicates the gain [dB] of the antenna section 20. FIG.

モデル条件について特別な断りがない限り、使用する電波の周波数が5060MHz(使用する電波の波長λが59mm程度)、地板11の半径raが30mm(=(1/2)×λ)、円偏波の回転方向が右旋円偏波(RHCP)とする。 Unless otherwise specified, the frequency of the radio wave used is 5060 MHz (the wavelength λ of the radio wave used is about 59 mm), the radius ra of the ground plane 11 is 30 mm (=(1/2)×λ), and the circularly polarized wave is right-hand circularly polarized (RHCP).

図5及び図7において、地板11上に、4個のヘリカル素子20a~20dを有するアンテナ部(4線巻きヘリカルアンテナ)20を設けた。使用する電波の波長をλとしたとき、各ヘリカル素子20a~20dの長さは((1/4)×λ×n;例えばn=3)とする。 5 and 7, an antenna section (four-wire helical antenna) 20 having four helical elements 20a to 20d is provided on the ground plane 11. As shown in FIG. When the wavelength of the radio wave to be used is λ, the length of each helical element 20a to 20d is ((1/4)×λ×n; for example, n=3).

このようなモデル条件において、円の半径rと、各ヘリカル素子20a~20dのピッチ角の値とを変化させたときのアンテナ部20の利得の変化を見る。 Under such model conditions, changes in the gain of the antenna section 20 are observed when the radius r of the circle and the values of the pitch angles of the helical elements 20a to 20d are changed.

図6(A)~図6(C)において、各ヘリカル素子20a~20dの巻き方向が円偏波の回転方向と逆方向である場合であって、ピッチ角が63.3度、48.1度、30度のときのアンテナ部20の各利得を比較する。そうすると、半径rを4mmとして、ピッチ角を63.3度としたとき、Z軸に対する角度Θが±60度付近で利得が大きくなっていることがわかる。このことから、アンテナ部20の各ヘリカル素子20a~20dの巻き方向が円偏波の回転方向と逆方向であって、ピッチ角を大きくするほど、アンテナ部20は低仰角方向に強い指向性を持つことがわかる。 6A to 6C, the winding direction of each helical element 20a to 20d is opposite to the rotation direction of the circularly polarized wave, and the pitch angles are 63.3 degrees and 48.1 degrees. The respective gains of the antenna section 20 at 30 degrees and 30 degrees are compared. Then, when the radius r is 4 mm and the pitch angle is 63.3 degrees, it can be seen that the gain increases when the angle Θ with respect to the Z axis is around ±60 degrees. For this reason, the winding direction of each helical element 20a to 20d of the antenna section 20 is opposite to the direction of rotation of the circularly polarized wave, and the greater the pitch angle, the stronger the directivity of the antenna section 20 in the low elevation angle direction. know to have

図1に示すアンテナ装置10の場合、アンテナ部12が、この特性を持つものであり、低仰角方向に円偏波で送受信するものとして機能する。 In the case of the antenna device 10 shown in FIG. 1, the antenna section 12 has this characteristic and functions as a device for transmitting and receiving a circularly polarized wave in a low elevation angle direction.

次に、図8(A)~図8(C)に示すように、各ヘリカル素子20a~20dの巻き方向が円偏波の回転方向と同一方向である場合であって、ピッチ角が63.3度、48.1度、30度のときのアンテナ部20の各利得を比較する。そうすると、半径rを8mmとして、ピッチ角を30度としたとき、垂直方向(Z軸に対する角度Θが0度付近)で利得が大きくなっていることがわかる。このことから、アンテナ部20の各ヘリカル素子20a~20dの巻き方向が円偏波の回転方向と同一方向であって、ピッチ角を小さくするほど、アンテナ部20は垂直方向に強い指向性を持つことがわかる。 Next, as shown in FIGS. 8A to 8C, the winding direction of each of the helical elements 20a to 20d is the same as the direction of rotation of the circularly polarized wave, and the pitch angle is 63.5. Each gain of the antenna section 20 at 3 degrees, 48.1 degrees, and 30 degrees is compared. Then, when the radius r is 8 mm and the pitch angle is 30 degrees, it can be seen that the gain is large in the vertical direction (the angle Θ with respect to the Z axis is near 0 degrees). Therefore, the winding direction of each of the helical elements 20a to 20d of the antenna section 20 is the same as the direction of rotation of the circularly polarized wave, and the smaller the pitch angle, the stronger the directivity of the antenna section 20 in the vertical direction. I understand.

図1に示すアンテナ装置10の場合、アンテナ部13が、この特性を持つものであり、垂直方向に円偏波で送受信するものとして機能する。 In the case of the antenna device 10 shown in FIG. 1, the antenna section 13 has this characteristic and functions as a device for transmitting/receiving circularly polarized waves in the vertical direction.

このように、図1のアンテナ装置10は、低仰角方向に強い指向性を有する第1のアンテナ部12と、垂直方向に強い指向性を有する第2のアンテナ部13とを備えることにより、広い角度範囲にわたり円偏波で送受信することができる。 As described above, the antenna device 10 of FIG. 1 includes the first antenna section 12 having strong directivity in the low elevation direction and the second antenna section 13 having strong directivity in the vertical direction. It can transmit and receive with circular polarization over a range of angles.

図9は、4線巻きヘリカルアンテナのピッチ角を変化させたときの利得の変化を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing changes in gain when the pitch angle of the four-wire helical antenna is changed.

図9において、横軸はZ軸に対する角度Θ[度]の値を示し、縦軸はアンテナ部20の利得[dB]を示す。 In FIG. 9 , the horizontal axis indicates the angle Θ [degrees] with respect to the Z-axis, and the vertical axis indicates the gain [dB] of the antenna section 20 .

図9では、各ヘリカル素子20a~20dの巻き方向が円偏波の回転方向と逆方向とし、巻き数Nが0.5とする。さらに、ピッチ角度を、28.5度、42.2度、53.1度、63.3度、72.6度、81.5度と変えたときの利得を示している。 In FIG. 9, the winding direction of each of the helical elements 20a to 20d is opposite to the direction of rotation of the circularly polarized wave, and the number of turns N is 0.5. Furthermore, the gain is shown when the pitch angle is changed to 28.5 degrees, 42.2 degrees, 53.1 degrees, 63.3 degrees, 72.6 degrees and 81.5 degrees.

図9において、ピッチ角度が28.5度のとき、アンテナ部20の利得が最大となる方向は垂直方向(Z軸に対する角度Θが0度)であることがわかる。ピッチ角度が徐々に大きくなっていくと、最大利得となる方向が低仰角方向へシフトしていく。しかし、ピッチ角度が72.6度、81.5度となると、最大利得となる方向は変わらず、利得の値が低下することがわかる。つまり例えば、ピッチ角度が53.1度~63.3度のとき、Z軸に対する角度Θが±60度~±80度付近で大きな利得を発揮している。換言すると、アンテナ部20は、各ヘリカル素子20a~20dのピッチ角度が70度以下で、低仰角方向の利得が高くなるという特性があるといえる。 In FIG. 9, when the pitch angle is 28.5 degrees, the direction in which the gain of the antenna section 20 is maximized is the vertical direction (the angle .THETA. with respect to the Z-axis is 0 degrees). As the pitch angle gradually increases, the direction of maximum gain shifts to the low elevation angle direction. However, when the pitch angles are 72.6 degrees and 81.5 degrees, the direction of the maximum gain does not change, and the gain value decreases. That is, for example, when the pitch angle is 53.1 degrees to 63.3 degrees, a large gain is exhibited when the angle Θ with respect to the Z axis is around ±60 degrees to ±80 degrees. In other words, it can be said that the antenna section 20 has the characteristic that the pitch angle of each of the helical elements 20a to 20d is 70 degrees or less, and the gain in the low elevation angle direction is high.

(A-3)実施形態の動作
次に、実施形態に係るアンテナ装置10における動作を、図面を参照しながら説明する。
(A-3) Operation of Embodiment Next, the operation of the antenna device 10 according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

以下の動作説明では、アンテナ装置10が電波を送信する場合を中心に説明するが、アンテナ装置10が電波を受信する場合は、電波送信時の動作と逆の動作を行なうことで同様の効果を得る。 In the following explanation of the operation, the case where the antenna device 10 transmits radio waves will be mainly described. obtain.

ここでのモデル条件は、次の通りである。使用する電波の周波数は5060MHz(すなわち使用する電波の波長λが59mm程度)であり、地板11の半径raを30mm(=(1/2)×λ)程度とする。 The model conditions here are as follows. The frequency of the radio waves used is 5060 MHz (that is, the wavelength λ of the radio waves used is about 59 mm), and the radius ra of the ground plane 11 is about 30 mm (=(1/2)×λ).

また、アンテナ装置10は、図1に示すように、半径4mmの内側円上に第1のアンテナ部12を設け、半径12mmの外側円上に第2のアンテナ部13を設ける。また、使用する電波の波長をλとしたとき、第1のアンテナ部12のヘリカル素子12a~12dの長さ及び第2のアンテナ部13のヘリカル素子13a~13dの長さを、約((1/4)×λ×n)とする。第1のアンテナ部12のヘリカル素子12a~12dの巻き数を0.75とし、第2のアンテナ部13のヘリカル素子13a~13dの巻き数を0.5とする。 Also, as shown in FIG. 1, the antenna device 10 has a first antenna section 12 on an inner circle with a radius of 4 mm and a second antenna section 13 on an outer circle with a radius of 12 mm. Further, when the wavelength of the radio wave to be used is λ, the lengths of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 and the lengths of the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 are approximately ((1 /4)×λ×n). The number of turns of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 is set to 0.75, and the number of turns of the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 is set to 0.5.

図10は、実施形態のアンテナ装置10の動作モードを説明する説明図である。図11は、実施形態に係るアンテナ装置10の動作モードを切り替えたときの指向性を示す図である。 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating operation modes of the antenna device 10 of the embodiment. FIG. 11 is a diagram showing directivity when the operation mode of the antenna device 10 according to the embodiment is switched.

図10(A)は、アンテナ装置10が低仰角方向に円偏波を放射する動作モードを示しており、図10(B)は、アンテナ装置10が垂直方向に円偏波を放射する動作モードを示している。 FIG. 10A shows an operation mode in which the antenna device 10 radiates circularly polarized waves in the low elevation direction, and FIG. 10B shows an operation mode in which the antenna device 10 radiates circularly polarized waves in the vertical direction. is shown.

図10(A)の場合、スイッチ部132を負荷ZLに切り替えて、第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dが負荷ZL(例えば、1MΩ)に接続する(終端条件:Open)と共に、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dには分配器/合成器133から信号が入力される。すなわち、分配器/合成器133から第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dの先端(上端部)に向けて電流を流す。この場合、第2のアンテナ部13は、負荷ZL(例えば、1MΩ)に接続しているため、第2のアンテナ部13には電流が誘起されない。したがって、第1のアンテナ部12のみが動作して、図11(A)に示すように、アンテナ装置10は、低仰角方向に強い放射指向性を持つ。 In the case of FIG. 10A, the switch section 132 is switched to the load ZL, and the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 are connected to the load ZL (for example, 1 MΩ) (termination condition: Open), A signal is input from the distributor/combiner 133 to each of the helical elements 12 a to 12 d of the first antenna section 12 . That is, the current flows from the distributor/combiner 133 toward the tips (upper ends) of the helical elements 12 a to 12 d of the first antenna section 12 . In this case, since the second antenna section 13 is connected to the load ZL (for example, 1 MΩ), no current is induced in the second antenna section 13 . Therefore, only the first antenna section 12 operates, and as shown in FIG. 11A, the antenna device 10 has strong radiation directivity in the low elevation angle direction.

図10(B)の場合、スイッチ部132をグランドに切り替えて、第2のアンテナ部13のヘリカル素子13a~13dがグランド(例えば、0Ω)に接続する(終端条件:Short)と共に、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dには分配器/合成器133から信号が入力される。 In the case of FIG. 10B, the switch section 132 is switched to the ground to connect the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 to the ground (for example, 0Ω) (termination condition: short), and the first A signal is input to each of the helical elements 12 a to 12 d of the antenna section 12 from the distributor/combiner 133 .

ここで、分配器/合成器133から第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dの先端(上端部)に向けて電流を流すと、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dの軸を中心に回転しながら電流が流れる。 Here, when a current is caused to flow from the distributor/synthesizer 133 toward the tips (upper ends) of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12, the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 Current flows while rotating around the axis of

第1のアンテナ部12と第2のアンテナ部13とが近接して配置されているとき、第1のアンテナ部12に給電すると、第2のアンテナ部13にも電流が誘起され得る。このとき、第1のアンテナ部12と第2のアンテナ部13に流れる電流の方向は、Z軸方向を中心に回転する成分の方向が互いに略逆方向となる。 When the first antenna section 12 and the second antenna section 13 are arranged close to each other, when power is supplied to the first antenna section 12 , a current may also be induced in the second antenna section 13 . At this time, in the directions of the currents flowing through the first antenna section 12 and the second antenna section 13, the directions of the components rotating about the Z-axis direction are substantially opposite to each other.

そのため、仮に、第1のアンテナ部12と第2のアンテナ部13との巻き方向を互いに同じ方向とすると、分配器/合成器133からヘリカル素子の先端へ流れる電流の方向についても互いにほぼ逆方向となるため、第1のアンテナ部12と第2のアンテナ部13からの放射が互いに打ち消し合ってしまう。 Therefore, if the winding directions of the first antenna section 12 and the second antenna section 13 are the same, the directions of the currents flowing from the distributor/combiner 133 to the tip of the helical element are also substantially opposite to each other. Therefore, the radiation from the first antenna section 12 and the radiation from the second antenna section 13 cancel each other out.

そこで、この実施形態では、第1のアンテナ部12のヘリカル素子12a~12dと、第2のアンテナ部13のヘリカル素子13a~13dの巻き方向を互いに逆方向としている。 Therefore, in this embodiment, the winding directions of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 and the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 are opposite to each other.

これにより、分配器/合成器133からヘリカル素子12a~12dの先端へ電流が流れる際、電流が流れる方向を互いに略同じ方向とすることができ、第1のアンテナ部12と第2のアンテナ部13の放射が互いに打ち消し合うことを回避できる。その結果、図11(B)に示すように、アンテナ装置10は、垂直方向に強い放射指向性を持つ。 As a result, when the current flows from the distributor/combiner 133 to the tips of the helical elements 12a to 12d, the directions of current flow can be substantially the same, and the first antenna section 12 and the second antenna section 13 radiation canceling each other can be avoided. As a result, as shown in FIG. 11B, the antenna device 10 has strong radiation directivity in the vertical direction.

図12は、実施形態に係るアンテナ装置10の反射特性を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing reflection characteristics of the antenna device 10 according to the embodiment.

ここでは、無給電アンテナとしての第2のアンテナ部13の終端条件を変化させたときの反射特性を考察する。例えば、SパラメータのS11(入力端子に入力した信号に対して入力端子で反射される信号の割合を示す入力反射係数)を考察する。 Here, reflection characteristics are considered when the termination condition of the second antenna section 13 as a parasitic antenna is changed. For example, consider the S parameter S11 (input reflection coefficient indicating the ratio of the signal reflected at the input terminal to the signal input to the input terminal).

図12(A)及び図12(B)において、縦軸はSパラメータのS11[dB]であり、横軸は使用周波数[GHz]である。 In FIGS. 12A and 12B, the vertical axis is S11 [dB] of the S parameter, and the horizontal axis is the operating frequency [GHz].

使用周波数が5060MHzである場合、第2のアンテナ部13の終端条件をOpenにしたとき、図12(A)に示すように、反射量をー10dB以下とすることができる。また、第2のアンテナ部13の終端条件をShortにしたときも、図12(B)に示すように、反射量をー10dB以下とすることができる。このように、終端負荷の条件が変わっても反射量を低く抑えることができる。 When the used frequency is 5060 MHz and the termination condition of the second antenna section 13 is set to open, the amount of reflection can be reduced to -10 dB or less as shown in FIG. 12(A). Also, when the termination condition of the second antenna section 13 is short, the amount of reflection can be reduced to -10 dB or less as shown in FIG. 12(B). In this way, the amount of reflection can be kept low even if the terminal load condition changes.

図13は、実施形態に係るアンテナ装置10の軸比特性を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing axial ratio characteristics of the antenna device 10 according to the embodiment.

図13(A)及び図13(B)において、縦軸は、軸比AR(円偏波が楕円形に歪んだ電波(楕円偏波)の長軸と短軸の比)[dB]であり、横軸は、Z軸に対する角度Θ[度]である。ここでは、楕円偏波の軸比(AR)が3dB以下のとき、円偏波を放射するアンテナ装置10の性能が良好であるとする。 13(A) and 13(B), the vertical axis represents the axial ratio AR (the ratio of the major axis to the minor axis of the electric wave in which the circularly polarized wave is elliptically distorted (elliptical polarized wave)) [dB]. , the horizontal axis is the angle Θ [degrees] with respect to the Z-axis. Here, it is assumed that the performance of the antenna device 10 that radiates circularly polarized waves is good when the axial ratio (AR) of elliptically polarized waves is 3 dB or less.

図13(A)に示すように、第2のアンテナ部13の終端条件をOpenにしたとき、±65度の範囲で、軸比(AR)が3dB以下であった。また、図13(B)に示すように、第2のアンテナ部13の終端条件をShortにしたとき、±30度の範囲で、軸比(AR)が3dB以下であった。 As shown in FIG. 13A, when the termination condition of the second antenna section 13 was set to Open, the axial ratio (AR) was 3 dB or less in the range of ±65 degrees. Further, as shown in FIG. 13B, when the termination condition of the second antenna section 13 was short, the axial ratio (AR) was 3 dB or less in the range of ±30 degrees.

低仰角方向へ放射する第1のアンテナ部12は、広い角度範囲で低い軸比であることが要求されるが、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dは、巻き数を大きくすることにより、第1のアンテナ部12の軸比を下げることができる。 The first antenna section 12 that radiates in a low elevation angle direction is required to have a low axial ratio over a wide angle range, and each of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 has a large number of turns. Thereby, the axial ratio of the first antenna section 12 can be lowered.

(A-4)実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、地板上に、4線巻きヘリカルアンテナの第1のアンテナ部と、第1のアンテナ部の外側を囲むように、4線巻きヘリカルアンテナの第2のアンテナ部とを備え、第1のアンテナ部のヘリカル素子と第2のアンテナ部とヘリカル素子の巻き方向を互いに逆方向とすることにより、第1のアンテナ部に給電したときに、第1のアンテナ部と第2のアンテナ部に流れる電流の方向をほぼ同一方向とすることができるので、互いに放射の打ち消しを回避できる。
(A-4) Effect of Embodiment As described above, according to this embodiment, the first antenna section of the four-wire helical antenna and the first antenna section are surrounded on the ground plane, and a second antenna section of a four-wire helical antenna, wherein the winding directions of the helical element of the first antenna section and the second antenna section and the helical element are opposite to each other, so that the first antenna section Since the directions of currents flowing through the first antenna section and the second antenna section can be substantially the same when power is supplied, cancellation of radiation can be avoided.

また、この実施形態では、第1のアンテナ部のピッチ角を、第2のアンテナ部のピッチ角より大きくすることで、第1のアンテナ部で低仰角方向への放射が可能となり、第2のアンテナ部で垂直方向への放射が可能となる。 Further, in this embodiment, by making the pitch angle of the first antenna section larger than the pitch angle of the second antenna section, the first antenna section can radiate in a low elevation angle direction, and the second antenna section can radiate. The antenna part can radiate in the vertical direction.

さらに、この実施形態によれば、第1のアンテナ部のピッチ角を70度以下とすることにより、第1のアンテナ部の利得低下を抑えることができる。 Furthermore, according to this embodiment, by setting the pitch angle of the first antenna section to 70 degrees or less, it is possible to suppress a decrease in the gain of the first antenna section.

さらにまた、この実施形態によれば、低仰角方向への放射を行なう第1のアンテナ部の巻き数が、第2のアンテナの巻き数よりも大きくすることにより、第1のアンテナ部は、広い角度範囲で軸比を低くすることができる。 Furthermore, according to this embodiment, the number of turns of the first antenna section that radiates in the low elevation direction is made larger than the number of turns of the second antenna, so that the first antenna section is wide. Axial ratio can be low in the angular range.

(B)他の実施形態
上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の実施形態にも適用できる。
(B) Other Embodiments Although various modified embodiments have been mentioned in the embodiments described above, the present invention can also be applied to the following embodiments.

(B-1)上述した実施形態では、第1のアンテナ部12及び第2のアンテナ部13がそれぞれ、4線巻きヘリカルアンテナである場合を例示したが、ヘリカル素子の本数は3本でもよい。また、可能であれば、5本以上であってもよい。 (B-1) In the above-described embodiment, each of the first antenna section 12 and the second antenna section 13 is a four-wire helical antenna, but the number of helical elements may be three. In addition, if possible, the number may be five or more.

(B-2)上述した実施形態では、内側円上にある第1のアンテナ部12の各端子Port1~Port4と、外側円上にある第2のアンテナ部13の各終端部131とが、互いに、例えばXY面上でφ=0度の直線(ここでは「始線」と呼ぶ。)に対してなす角度が同じである場合を例示したが、始線に対してなす角度が同じでなく、各端子Port1~Port4と各終端部131と互いにズレた位置であってもよい。すなわち、例えば、各終端部131は始線に対してなす角度が端子Port1~Port4の角度と異なり、4個の終端部131は外側円上に等間隔で配置されてもよい。 (B-2) In the above-described embodiment, the terminals Port1 to Port4 of the first antenna section 12 on the inner circle and the terminal ends 131 of the second antenna section 13 on the outer circle are connected to each other. , for example, the case where the angles formed with respect to a straight line of φ=0 degrees on the XY plane (here, referred to as “initial line”) are the same, but the angles formed with respect to the initial line are not the same, The positions of the terminals Port1 to Port4 and the end portions 131 may be shifted from each other. That is, for example, the angle formed by each end portion 131 with respect to the starting line may be different from the angles of the terminals Port1 to Port4, and the four end portions 131 may be arranged at equal intervals on the outer circle.

また、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dは、例えば、円筒形又は円柱形のコア材の外形に沿って巻き上げられ、第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dは、半径(又は直径)が異なるコア材の外形に沿って巻き上げられるようにしてもよい。この場合、各ヘリカル素子12a~12d及び13a~13dは、金属等の導体を用いたパターンで、円筒形又は円柱形のコアの外周面に形成されるようにしてもよい。また、コア材は、円筒形又は円柱形に限らず、多角柱又は中空の多角柱であってもよい。 The helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 are, for example, wound up along the outer shape of a cylindrical or columnar core material, and the helical elements 13a to 13d of the second antenna section 13 are It may be rolled up along the contour of the core material with different radii (or diameters). In this case, each of the helical elements 12a-12d and 13a-13d may be formed on the outer peripheral surface of a cylindrical or columnar core in a pattern using a conductor such as metal. Further, the core material is not limited to a cylindrical shape or columnar shape, and may be a polygonal prism or a hollow polygonal prism.

さらに、特許請求の範囲に記載の「螺旋状に巻き上げ」は、1個の導体が連続的に螺旋状に巻き上げられること、複数の導体が繋ぎ合わされて(すなわち複数の導体を接続させて)巻き上げられることを含む。後者は、基板表面にパターンでヘリカル素子を形成した基板をZ軸方向に積層し、ある基板のヘリカル素子と、その上下方向にある基板のヘリカル素子とを接続させたアンテナ装置にも適用できることを意味する。つまり、複数基板のそれぞれの表面にヘリカル素子を形成して、各基板のヘリカル素子を導体で接続してパッケージ化したアンテナ装置にも適用できる。 Furthermore, the “spiral winding” described in the claims means that one conductor is continuously spirally wound, or that a plurality of conductors are connected together (that is, a plurality of conductors are connected) and wound up. including being The latter can be applied to an antenna device in which substrates having helical elements formed in a pattern on the surface of the substrate are stacked in the Z-axis direction, and the helical element of one substrate is connected to the helical element of the substrate in the vertical direction. means. In other words, the present invention can also be applied to an antenna device in which a helical element is formed on each surface of a plurality of substrates and the helical elements of each substrate are connected by conductors to form a package.

(B-3)上述した実施形態では、第1のアンテナ部12が分配器/合成器133に接続し、第2のアンテナ部13が終端負荷切替部132に接続している場合を例示した。しかし、第1のアンテナ部12及び第2のアンテナ部13が接続する回路構成は、これに限らず、例えば、第2のアンテナ部13が各ヘリカル素子13a~13dに電気信号を給電又は受電する分配器/合成器に接続し、第1のアンテナ部12が終端負荷切替部132に接続する回路でもよい。 (B-3) In the above-described embodiment, the first antenna section 12 is connected to the divider/combiner 133 and the second antenna section 13 is connected to the terminal load switching section 132 as an example. However, the circuit configuration in which the first antenna unit 12 and the second antenna unit 13 are connected is not limited to this. A circuit connected to a distributor/combiner and having the first antenna section 12 connected to the terminal load switching section 132 may be used.

(B-4)図14は、変形実施形態のアンテナ装置10Aの構成を示す構成図である。 (B-4) FIG. 14 is a configuration diagram showing the configuration of an antenna device 10A according to a modified embodiment.

図14に示すように、アンテナ部10Aは、第1のアンテナ部12の各ヘリカル素子12a~12dの先端を導電性環状部材52で連結させるようにしてもよい。同様に、第2のアンテナ部13の各ヘリカル素子13a~13dの先端を導電性環状部材53で連結させてもよい。 As shown in FIG. 14, the antenna section 10A may connect the tips of the helical elements 12a to 12d of the first antenna section 12 with a conductive ring member 52. FIG. Similarly, the tips of the helical elements 13 a to 13 d of the second antenna section 13 may be connected by a conductive annular member 53 .

第1のアンテナ部12における各ヘリカル素子12a~12dの先端を導電性環状部材52で連結させることにより、導電性環状部材52の長さだけヘリカル素子12a~12dの長さ(電気長)が長くなるが、インピーダンス整合を行なうことで調整することができる。なお、第2のアンテナ部13についても同様である。 By connecting the tips of the helical elements 12a to 12d in the first antenna section 12 with the conductive ring member 52, the length (electrical length) of the helical elements 12a to 12d is increased by the length of the conductive ring member 52. However, it can be adjusted by performing impedance matching. The same applies to the second antenna section 13 as well.

10…アンテナ装置、11…地板、12…第1のアンテナ部、12a~12d…ヘリカル素子、13…第2のアンテナ部、13a~13d…ヘリカル素子、Port1~Port4…端子、131…終端部、132…スイッチ部(終端負荷切替部)、133…分配器/合成器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Antenna apparatus, 11... Base plate, 12... 1st antenna part, 12a-12d... Helical element, 13... Second antenna part, 13a-13d... Helical element, Port1-Port4... Terminal, 131... Terminal part, 132...Switch unit (terminal load switching unit), 133...Distributor/synthesizer.

Claims (10)

地板と、
前記地板に対して第1のピッチ角で螺旋状に巻き上げた複数の第1のヘリカル素子を有する第1のアンテナ部と、
前記第1のアンテナ部を囲む位置に、前記地板に対して第2のピッチ角で螺旋状に巻き上げた複数の第2のヘリカル素子を有する第2のアンテナ部と
を備え、
前記第1のアンテナ部の前記各第1のヘリカル素子の巻き方向と、前記第2のアンテナ部の前記各第2のヘリカル素子の巻き方向とは、互いに逆方向である
ことを特徴とするアンテナ装置。
a baseplate;
a first antenna section having a plurality of first helical elements spirally wound at a first pitch angle with respect to the ground plane;
a second antenna section having a plurality of second helical elements spirally wound at a second pitch angle with respect to the base plate at a position surrounding the first antenna section,
The winding direction of each of the first helical elements of the first antenna section and the winding direction of each of the second helical elements of the second antenna section are opposite to each other. Device.
前記各第1のヘリカル素子及び前記各第2のヘリカル素子の軸方向は、前記各第1のヘリカル素子及び前記各第2のヘリカル素子が設けられている前記地板の第1面に対して垂直に形成されており、
前記各第1のヘリカル素子の巻き方向は又は前記各第2のヘリカル素子の巻き方向が、送受信する円偏波の回転方向の逆方向である
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
Axial directions of the first helical elements and the second helical elements are perpendicular to the first surface of the ground plane on which the first helical elements and the second helical elements are provided. is formed in
2. The antenna device according to claim 1, wherein the winding direction of each of the first helical elements or the winding direction of each of the second helical elements is opposite to the direction of rotation of circularly polarized waves to be transmitted and received. .
前記各第1のヘリカル素子の前記第1のピッチ角が、前記各第2のヘリカル素子の前記第2のピッチ角よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載のアンテナ装置。 3. The antenna device according to claim 1, wherein the first pitch angle of each first helical element is larger than the second pitch angle of each second helical element. 前記第1のピッチ角が、70度以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のアンテナ装置。 4. The antenna device according to claim 1, wherein said first pitch angle is 70 degrees or less. 前記各第1のヘリカル素子及び前記各第2のヘリカル素子の電気長が、使用する電波の波長λとしたときに(1/4)×λ×n(nは正の整数)とすることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のアンテナ装置。 The electrical length of each of the first helical elements and each of the second helical elements is (1/4)×λ×n (where n is a positive integer), where λ is the wavelength of radio waves to be used. The antenna device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that. 前記各第1のヘリカル素子の巻き数が、前記各第2のヘリカル素子の巻き数よりも大きいことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のアンテナ装置。 6. The antenna device according to claim 1, wherein the number of turns of each of said first helical elements is greater than the number of turns of each of said second helical elements. 前記各第1のヘリカル素子又は前記各第2のヘリカル素子に信号を分配又は合成する分配合成器と、
前記各第2のヘリカル素子又は前記各第1のヘリカル素子に接続させる終端負荷を制御する終端負荷制御部と
を備えることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載のアンテナ装置。
a divider combiner that divides or combines signals to each of the first helical elements or each of the second helical elements;
7. The antenna device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: a termination load control section that controls a termination load connected to each of the second helical elements or each of the first helical elements.
前記地板が、円形平板であることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載のアンテナ装置。 8. The antenna device according to claim 1, wherein said ground plane is a circular flat plate. 前記各第1のヘリカル素子と前記各第2のヘリカル素子の最大利得となる方向が異なることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載のアンテナ装置。 9. The antenna device according to claim 1, wherein directions of maximum gain of each of said first helical elements and each of said second helical elements are different. 前記終端負荷制御部が、負荷の値を可変とすることを特徴とする請求項7~9に記載のアンテナ装置。 10. The antenna device according to claim 7, wherein the terminal load control section makes the value of the load variable.
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