JP2553391B2 - ヘリカル円偏波アンテナ - Google Patents
ヘリカル円偏波アンテナInfo
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- JP2553391B2 JP2553391B2 JP1125180A JP12518089A JP2553391B2 JP 2553391 B2 JP2553391 B2 JP 2553391B2 JP 1125180 A JP1125180 A JP 1125180A JP 12518089 A JP12518089 A JP 12518089A JP 2553391 B2 JP2553391 B2 JP 2553391B2
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- Japan
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- helical
- helical element
- ground plate
- turns
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電波通信に用いるヘリカル円偏波アンテナに
関する。
関する。
従来、上記目的に使用するヘリカル円偏波アンテナは
第８図（ａ），（ｂ）に示すように、同軸ケーブル１の
外部導体1aが結線された円盤状のグランド板２と、同軸
ケーブル１の内部導体1bが結線され、グランド板２上に
立上らせた螺旋状のヘリカル素子３とを備えている。こ
の構造のアンテナはビームが図に示すＺ方向に形成さ
れ、その偏波は放射電界が回転する円偏波になることが
知られている（Antennas,J.D.Kraus,McGrow Hill社）。
第８図（ａ），（ｂ）に示すように、同軸ケーブル１の
外部導体1aが結線された円盤状のグランド板２と、同軸
ケーブル１の内部導体1bが結線され、グランド板２上に
立上らせた螺旋状のヘリカル素子３とを備えている。こ
の構造のアンテナはビームが図に示すＺ方向に形成さ
れ、その偏波は放射電界が回転する円偏波になることが
知られている（Antennas,J.D.Kraus,McGrow Hill社）。
ところで、衛星通信等に使用されるこの種のヘリカル
円偏波アンテナはその使用目的から、グランド板２に対
するヘリカル素子３の軸方向（Ｚ軸）の立上り高さを
可及的減少させて小型化を図る必要がある。
円偏波アンテナはその使用目的から、グランド板２に対
するヘリカル素子３の軸方向（Ｚ軸）の立上り高さを
可及的減少させて小型化を図る必要がある。
ところで、前記アンテナの小型化を実現するにはヘリ
カル素子３の巻数ｎを減らすとともに、そのピッチ角α
を小さく設定することが考えられる。
カル素子３の巻数ｎを減らすとともに、そのピッチ角α
を小さく設定することが考えられる。
第９図に巻数ｎ＝10に固定してピッチ角αを変化させ
た場合のＺ軸上での軸比を示す。ここで、軸比は、 で表わされ、理想的な円偏波はOdBであるが、実用上、
円偏波とみなせる軸比の範囲は3dB以下である。
た場合のＺ軸上での軸比を示す。ここで、軸比は、 で表わされ、理想的な円偏波はOdBであるが、実用上、
円偏波とみなせる軸比の範囲は3dB以下である。
しかし、第９図から明らかなようにピッチ角αが小さ
くなると、放射電界は楕円偏波となり、アンテナから円
偏波が発生せず、円偏波通信の能率が低下する。
くなると、放射電界は楕円偏波となり、アンテナから円
偏波が発生せず、円偏波通信の能率が低下する。
一方、軸比ARは、ヘリカル素子の巻数をｎとすると の式で表せることが分かっている（前掲Antennas）。こ
の式から明らかなように、ｎが大きいほど軸比が良くな
り、ｎを小さくすると、軸比が悪くなる。軸比が悪くな
るということは発生波が楕円偏波になることを意味する
ため、ヘリカル素子の巻数を減らすことには限界があ
る。
の式から明らかなように、ｎが大きいほど軸比が良くな
り、ｎを小さくすると、軸比が悪くなる。軸比が悪くな
るということは発生波が楕円偏波になることを意味する
ため、ヘリカル素子の巻数を減らすことには限界があ
る。
このことから、ヘリカル円偏波アンテナの小型化と円
偏波通信の能率とは相反することとなり、従来はアンテ
ナの小型化に限度があると考えられていた。
偏波通信の能率とは相反することとなり、従来はアンテ
ナの小型化に限度があると考えられていた。
本発明の目的は前記課題を解決したヘリカル円偏波ア
ンテナを提供することにある。
ンテナを提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係るヘリカル円偏
波アンテナは、グランド板とヘリカル素子とを有するヘ
リカル円偏波アンテナであって、 グランド板は、ヘリカル素子の放射方向とは反対方向
に放射される無効電波をヘリカル素子の放射方向に向け
て反射させるものであり、 ヘリカル素子は、前記グランド板から微小高をもって
立上り、螺旋状に巻回形成され、 前記グランド板に対するヘリカル素子の軸方向の立上
り長さは、ヘリカル素子を小型化するため、減衰後に再
び振幅が復活する表面波領域を避けて、給電点から滑ら
かに減衰する減衰領域内に縮小した長さとして設定した
ものであり、 その縮小した長さは、ヘリカル素子の巻数を1.25ター
ン付近以上３ターン未満とし、かつピッチ角を４゜付近
から12゜未満の範囲とすることにより得られるものであ
る。
波アンテナは、グランド板とヘリカル素子とを有するヘ
リカル円偏波アンテナであって、 グランド板は、ヘリカル素子の放射方向とは反対方向
に放射される無効電波をヘリカル素子の放射方向に向け
て反射させるものであり、 ヘリカル素子は、前記グランド板から微小高をもって
立上り、螺旋状に巻回形成され、 前記グランド板に対するヘリカル素子の軸方向の立上
り長さは、ヘリカル素子を小型化するため、減衰後に再
び振幅が復活する表面波領域を避けて、給電点から滑ら
かに減衰する減衰領域内に縮小した長さとして設定した
ものであり、 その縮小した長さは、ヘリカル素子の巻数を1.25ター
ン付近以上３ターン未満とし、かつピッチ角を４゜付近
から12゜未満の範囲とすることにより得られるものであ
る。
本発明者等は軸比AR,ピッチ角α，巻数ｎとの相関関
係についてピッチ角α，巻数ｎを小さくした際に、何故
軸比が悪くなるのかについてその理由を考察した。第８
図（ａ）に示すように、ヘリカル素子３に沿ってグラン
ド板２側からＺ軸方向に向かって進行した電流がその終
端3aで反射し、給電端3bの方向へもどることになるが、
これを上から見ると、電流の方向が互いに逆になり、合
成電界の軌跡が楕円を描くことによるものであることが
分かった。したがって、このような反射波を除去するこ
とにより軸比を改善できる。
係についてピッチ角α，巻数ｎを小さくした際に、何故
軸比が悪くなるのかについてその理由を考察した。第８
図（ａ）に示すように、ヘリカル素子３に沿ってグラン
ド板２側からＺ軸方向に向かって進行した電流がその終
端3aで反射し、給電端3bの方向へもどることになるが、
これを上から見ると、電流の方向が互いに逆になり、合
成電界の軌跡が楕円を描くことによるものであることが
分かった。したがって、このような反射波を除去するこ
とにより軸比を改善できる。
その対策の一つとして、ヘリカル素子の終端3aをテー
パ状に巻回することが考えられるが、この方法ではテー
パ状に巻回する部分を必要とし、ヘリカル素子の巻数を
減らすという根本的な解決策になり得ない。
パ状に巻回することが考えられるが、この方法ではテー
パ状に巻回する部分を必要とし、ヘリカル素子の巻数を
減らすという根本的な解決策になり得ない。
一方、ヘリカルアンテナの電流分布について着目する
と、ヘリカルアンテナの電流分布には第３図に示すよう
に２つの領域がある。その１つは給電点からなめらかに
減衰する減衰領域S1であり、もう一つは減衰後に再び振
幅が復活する表面波領域S2である。この２つの領域はヘ
リカル素子の螺旋形状に沿って測った長さの範囲で区別
される。
と、ヘリカルアンテナの電流分布には第３図に示すよう
に２つの領域がある。その１つは給電点からなめらかに
減衰する減衰領域S1であり、もう一つは減衰後に再び振
幅が復活する表面波領域S2である。この２つの領域はヘ
リカル素子の螺旋形状に沿って測った長さの範囲で区別
される。
本発明は減衰領域S1だけでヘリカルアンテナを構成す
るもので、これによって反射波が少なく、許容円偏波
（AR＜3dB）を取り出すことができる。
るもので、これによって反射波が少なく、許容円偏波
（AR＜3dB）を取り出すことができる。
減衰領域S1の理論的な考察については、モーメント法
を使用してヘリカルアンテナ上にのる電流の状態を計算
する方法が知られている（参考文献:Helical and Spira
l Antennas,H.NAKANO Reseach Studies Press社）。
を使用してヘリカルアンテナ上にのる電流の状態を計算
する方法が知られている（参考文献:Helical and Spira
l Antennas,H.NAKANO Reseach Studies Press社）。
以下、本発明の一実施例を図により説明する。
（実施例１） 第１図は本発明の実施例１を示す構成図、第２図は同
側面図である。
側面図である。
図において、本発明は同軸ケーブル１の外部導体1aが
結線されたグランド板２と、同軸ケーブル１の内部導体
1bが結線され、グランド板２に対し軸方向に立上った螺
旋状ヘリカル素子３とを有し、ヘリカル素子３の螺旋ピ
ッチの円周長Ｃを、 （λ：使用波長）の範囲に設定し、かつグランド板２に
対するヘリカル素子３のＺ軸方向の長さを電流におけ
る減衰領域（第３図におけるS1）内に限定したものであ
る。
結線されたグランド板２と、同軸ケーブル１の内部導体
1bが結線され、グランド板２に対し軸方向に立上った螺
旋状ヘリカル素子３とを有し、ヘリカル素子３の螺旋ピ
ッチの円周長Ｃを、 （λ：使用波長）の範囲に設定し、かつグランド板２に
対するヘリカル素子３のＺ軸方向の長さを電流におけ
る減衰領域（第３図におけるS1）内に限定したものであ
る。
本実施例において、第２図に示すように、螺旋状のヘ
リカル素子３の螺旋ピッチの円周長Ｃ（２πｒ）を約１
λ（λ：使用波長）、立上りの微小高ｈを0.05λ、ピッ
チ角αを４゜とし、ヘリカル素子３の巻数ｎを３ターン
未満で変化させた場合の軸比とへリカル素子３の巻数と
の関係を第４図に示してある。
リカル素子３の螺旋ピッチの円周長Ｃ（２πｒ）を約１
λ（λ：使用波長）、立上りの微小高ｈを0.05λ、ピッ
チ角αを４゜とし、ヘリカル素子３の巻数ｎを３ターン
未満で変化させた場合の軸比とへリカル素子３の巻数と
の関係を第４図に示してある。
図から明らかなように、ヘリカル素子３の巻数が２タ
ーンの場合に軸比が最小値を示し、その値は許容される
円偏波の3dB範囲にあり、反射波による影響がないこと
が分かる。また、ピッチ角αは12゜未満の範囲内で円偏
波が生じていることが確かめられた。
ーンの場合に軸比が最小値を示し、その値は許容される
円偏波の3dB範囲にあり、反射波による影響がないこと
が分かる。また、ピッチ角αは12゜未満の範囲内で円偏
波が生じていることが確かめられた。
したがって、本発明によれば、ヘリカル素子３の巻数
を３ターン未満にし、かつピッチ角を12゜未満にするこ
とができ、ヘリカル素子３の軸方向の長さを、減衰後
に再び振幅が復活する表面波領域S2を避けて、給電点か
ら滑らかに減衰する減衰領域S1内に縮小することが可能
となる。
を３ターン未満にし、かつピッチ角を12゜未満にするこ
とができ、ヘリカル素子３の軸方向の長さを、減衰後
に再び振幅が復活する表面波領域S2を避けて、給電点か
ら滑らかに減衰する減衰領域S1内に縮小することが可能
となる。
尚、実施例では、ヘリカル素子３をグランド板２に対
して垂直に立上らせたが、傾斜姿勢で立上らせてもよ
い。また、グランド板２は円盤状ばかりでなく、短形の
ものでもよい。また、ヘリカル素子３がグランド板２に
対する立上り微小高ｈを有しており、この立上り長さｈ
により同軸ケーブル１とヘリカル素子３とのインピーダ
ンス整合をとることができる。
して垂直に立上らせたが、傾斜姿勢で立上らせてもよ
い。また、グランド板２は円盤状ばかりでなく、短形の
ものでもよい。また、ヘリカル素子３がグランド板２に
対する立上り微小高ｈを有しており、この立上り長さｈ
により同軸ケーブル１とヘリカル素子３とのインピーダ
ンス整合をとることができる。
（実施例２） 第５図〜第７図は本発明の他の実施例を示す図であ
る。すなわち、前実施例ではグランド板２及び螺旋状ヘ
リカル素子３からなるヘリカル円偏波アンテナに対する
給電方式として同軸ケーブル１を用いたが、導波管方
式，マイクロストリップライン方式，トリプレート方式
を用いてもよく、各方式について以下説明する。
る。すなわち、前実施例ではグランド板２及び螺旋状ヘ
リカル素子３からなるヘリカル円偏波アンテナに対する
給電方式として同軸ケーブル１を用いたが、導波管方
式，マイクロストリップライン方式，トリプレート方式
を用いてもよく、各方式について以下説明する。
導波管による給電方式は第５図に示すように導波管４
の広面壁4aをヘリカルアンテナの電波反射用グランド板
２として用い、螺旋状ヘリカル素子３をグランド板とし
ての広面壁4aより立ち上らせ、かつヘリカル素子３の一
端を導波管４内に臨ませ、導波管内への供給電力をヘリ
カル素子３に給電する方式である。
の広面壁4aをヘリカルアンテナの電波反射用グランド板
２として用い、螺旋状ヘリカル素子３をグランド板とし
ての広面壁4aより立ち上らせ、かつヘリカル素子３の一
端を導波管４内に臨ませ、導波管内への供給電力をヘリ
カル素子３に給電する方式である。
マイクロストリップライン方式は第６図（ａ），
（ｂ）に示すようにグランド板２の裏面に誘電体５を添
設し、該誘電体５にマイクロストリップライン６を付設
し、該ライン６の先端を螺旋状ヘリカル素子３に結線
し、マイクロストリップライン６とグランド板２との間
に供給電力を給電する方式である。
（ｂ）に示すようにグランド板２の裏面に誘電体５を添
設し、該誘電体５にマイクロストリップライン６を付設
し、該ライン６の先端を螺旋状ヘリカル素子３に結線
し、マイクロストリップライン６とグランド板２との間
に供給電力を給電する方式である。
トリプレート方式はマイクロストリップライン方式に
おける伝送損失、誘電体損及び外部への放射損を減少さ
せた構造のものであり、第７図（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、ヘリカル素子３に結線したマイクロストリップラ
イン６の両側に空気又は低誘電率をもつ誘電体７を介し
てグランド板２と対向するもう一つのグランド板８とで
覆う構造のものである。
おける伝送損失、誘電体損及び外部への放射損を減少さ
せた構造のものであり、第７図（ａ），（ｂ）に示すよ
うに、ヘリカル素子３に結線したマイクロストリップラ
イン６の両側に空気又は低誘電率をもつ誘電体７を介し
てグランド板２と対向するもう一つのグランド板８とで
覆う構造のものである。
以上説明したように本発明によれば、ヘリカル素子の
巻数を減らすとともにピッチ角を小さく設定することが
でき、ヘリカル円偏波アンテナを短縮し、小型化を実現
できる効果を有する。
巻数を減らすとともにピッチ角を小さく設定することが
でき、ヘリカル円偏波アンテナを短縮し、小型化を実現
できる効果を有する。
第１図は本発明の実施例１を示す構成図、第２図は同側
面図、第３図はヘリカルアンテナ上の電流分布を示す特
性図、第４図は本発明におけるヘリカル素子の巻数と軸
比との関係を示す図、第５図は導波管による給電方式を
示す構造図、第６図（ａ）はマイクロストリップライン
による給電方式を示す構造断面図、（ｂ）は同斜視図、
第７図（ａ）はトリプレートによる給電方式を示す構造
断面図、（ｂ）は同斜視図、第８図（ａ），（ｂ）は従
来例を示す構成図、第９図は従来例におけるピッチ角と
軸比との関係を示す図である。 １……同軸ケーブル、２……グランド板 ３……ヘリカル素子 ……ヘリカル素子の軸方向の長さ
面図、第３図はヘリカルアンテナ上の電流分布を示す特
性図、第４図は本発明におけるヘリカル素子の巻数と軸
比との関係を示す図、第５図は導波管による給電方式を
示す構造図、第６図（ａ）はマイクロストリップライン
による給電方式を示す構造断面図、（ｂ）は同斜視図、
第７図（ａ）はトリプレートによる給電方式を示す構造
断面図、（ｂ）は同斜視図、第８図（ａ），（ｂ）は従
来例を示す構成図、第９図は従来例におけるピッチ角と
軸比との関係を示す図である。 １……同軸ケーブル、２……グランド板 ３……ヘリカル素子 ……ヘリカル素子の軸方向の長さ
Claims (1)
- 【請求項１】グランド板とヘリカル素子とを有するヘリ
カル円偏波アンテナであって、 グランド板は、ヘリカル素子の放射方向とは反対方向に
放射される無効電波をヘリカル素子の放射方向に向けて
反射させるものであり、 ヘリカル素子は、前記グランド板から微小高をもって立
上り、螺旋状に巻回形成され、 前記グランド板に対するヘリカル素子の軸方向の立上り
長さは、ヘリカル素子を小型化するため、減衰後に再び
振幅が復活する表面波領域を避けて、給電点から滑らか
に減衰する減衰領域内に縮小した長さとして設定したも
のであり、 その縮小した長さは、ヘリカル素子の巻数を1.25ターン
付近以上３ターン未満とし、かつピッチ角を４゜付近か
ら12゜未満の範囲とすることにより得られるものであ
る。ことを特徴とするヘリカル円偏波アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1125180A JP2553391B2 (ja) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | ヘリカル円偏波アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1125180A JP2553391B2 (ja) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | ヘリカル円偏波アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02305001A JPH02305001A (ja) | 1990-12-18 |
| JP2553391B2 true JP2553391B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=14903879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1125180A Expired - Lifetime JP2553391B2 (ja) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | ヘリカル円偏波アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2553391B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015130575A (ja) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | 高橋 康文 | アンテナ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6074314U (ja) * | 1983-10-28 | 1985-05-24 | 日本電気株式会社 | 螺旋形アンテナ |
| JPS61187106U (ja) * | 1985-05-10 | 1986-11-21 |
-
1989
- 1989-05-18 JP JP1125180A patent/JP2553391B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015130575A (ja) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | 高橋 康文 | アンテナ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02305001A (ja) | 1990-12-18 |
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Legal Events
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