JP2997451B1 - 小型アンテナ - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 小型化すると共に、入力インピーダンスを高
く広帯域動作を可能とする。 【解決手段】 グランドプレーン１２に平行にスパイラ
ル状の第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂを配置し、
その巻き始め端の間に直線導体１１を接続する。直線導
体１１の中心点Ｂには他端が給電点Ｓfdとされる垂直素
子１５の一端が接続される。第１素子１０ａおよび第２
素子１０ｂの所定の位置とされる接合点Ｐ，Ｑにはそれ
ぞれ第１短絡導体１３および第２短絡導体１４が接続さ
れてグランドプレーン１２に短絡される。
く広帯域動作を可能とする。 【解決手段】 グランドプレーン１２に平行にスパイラ
ル状の第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂを配置し、
その巻き始め端の間に直線導体１１を接続する。直線導
体１１の中心点Ｂには他端が給電点Ｓfdとされる垂直素
子１５の一端が接続される。第１素子１０ａおよび第２
素子１０ｂの所定の位置とされる接合点Ｐ，Ｑにはそれ
ぞれ第１短絡導体１３および第２短絡導体１４が接続さ
れてグランドプレーン１２に短絡される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、伝送線路型アンテ
ナに関するものであり、特に移動体通信システムに好適
な小型かつ広帯域のアンテナに関するものである。
ナに関するものであり、特に移動体通信システムに好適
な小型かつ広帯域のアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】移動体通信システムに適した低姿勢とさ
れたアンテナとして、伝送線路型アンテナが知られてい
る。伝送線路型アンテナは、グランドプレーン上にスト
リップ導体を平行に配した伝送線路を利用したアンテナ
であり、Ｆ型アンテナ又は逆Ｆ型アンテナが伝送線路型
アンテナの代表的なアンテナとされている。逆Ｆ型アン
テナは、ストリップ導体を矩形の導体板で置き換え、こ
の導体板の中心線上ではグランドプレーンに対する電圧
がゼロとされることから、導体板の中心線上で折り曲げ
て導体板をグランドプレーンに短絡している。これによ
り、半波長で動作するアンテナの長さを１／４波長と半
分の長さにすることができる。
れたアンテナとして、伝送線路型アンテナが知られてい
る。伝送線路型アンテナは、グランドプレーン上にスト
リップ導体を平行に配した伝送線路を利用したアンテナ
であり、Ｆ型アンテナ又は逆Ｆ型アンテナが伝送線路型
アンテナの代表的なアンテナとされている。逆Ｆ型アン
テナは、ストリップ導体を矩形の導体板で置き換え、こ
の導体板の中心線上ではグランドプレーンに対する電圧
がゼロとされることから、導体板の中心線上で折り曲げ
て導体板をグランドプレーンに短絡している。これによ
り、半波長で動作するアンテナの長さを１／４波長と半
分の長さにすることができる。
【０００３】さらに、折り曲げられた導体板の先端とグ
ランドプレーンの間には強い電界が発生し、導体板には
静電容量が等価的に挿入されたことになる。そこで、こ
の静電容量を補正するために、折り曲げて構成した短絡
板を切り取り一側だけ残した細い導体線とする。する
と、導体線には大きな電流が流れて強い磁界が発生す
る。このことから、導体板には大きいインダクタンスが
等価的に挿入されたことになる。この結果、等価的に挿
入された静電容量とインダクタンスによるリアクタンス
が互いに打ち消すようになるため、導体板の長さを短く
しても整合をとることが可能となる。このように、逆Ｆ
型アンテナは小型・低姿勢のアンテナとされるため、飛
翔体のアンテナや携帯電話機のアンテナとして用いられ
ている。
ランドプレーンの間には強い電界が発生し、導体板には
静電容量が等価的に挿入されたことになる。そこで、こ
の静電容量を補正するために、折り曲げて構成した短絡
板を切り取り一側だけ残した細い導体線とする。する
と、導体線には大きな電流が流れて強い磁界が発生す
る。このことから、導体板には大きいインダクタンスが
等価的に挿入されたことになる。この結果、等価的に挿
入された静電容量とインダクタンスによるリアクタンス
が互いに打ち消すようになるため、導体板の長さを短く
しても整合をとることが可能となる。このように、逆Ｆ
型アンテナは小型・低姿勢のアンテナとされるため、飛
翔体のアンテナや携帯電話機のアンテナとして用いられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した逆Ｆアンテナ
でＶＨＦ帯のＦＭ放送（７６〜９０ＭＨｚ）または、Ｖ
ＨＦテレビ放送（９２〜２２２ＭＨｚ）の地上波を受信
するアンテナを実現しようとすると、短辺が８００ｍｍ
ないし１０００ｍｍ程度の長方形のアンテナとなり、車
両等の移動体に搭載することが困難になるという問題点
があった。こうした問題点を解決するための方法が、IE
EE Transactions on Antennas and Propagation,Vol.A
P-13,No.3,May 1965,pp.379-383,R.C.Fenwick“A new c
lass of electrically small antennas" に記載されて
いる。このアンテナは、スパイラル状素子をグランドプ
レーン上に平行に配置し、スパイラル状素子の長さを１
／２波長とし、その巻き始め部を給電点とすると共に、
その他端部を接地することにより小型化を図ったアンテ
ナとされている。
でＶＨＦ帯のＦＭ放送（７６〜９０ＭＨｚ）または、Ｖ
ＨＦテレビ放送（９２〜２２２ＭＨｚ）の地上波を受信
するアンテナを実現しようとすると、短辺が８００ｍｍ
ないし１０００ｍｍ程度の長方形のアンテナとなり、車
両等の移動体に搭載することが困難になるという問題点
があった。こうした問題点を解決するための方法が、IE
EE Transactions on Antennas and Propagation,Vol.A
P-13,No.3,May 1965,pp.379-383,R.C.Fenwick“A new c
lass of electrically small antennas" に記載されて
いる。このアンテナは、スパイラル状素子をグランドプ
レーン上に平行に配置し、スパイラル状素子の長さを１
／２波長とし、その巻き始め部を給電点とすると共に、
その他端部を接地することにより小型化を図ったアンテ
ナとされている。
【０００５】しかしながら、スパイラル状素子を用いる
ことにより小型した上記アンテナは、入力インピーダン
スが約４Ωと非常に小さく、一般に給電ケーブルの特性
インピーダンスが５０Ωあるいは７５Ωとされているこ
とから効率の低いアンテナになるという問題点があっ
た。また、共振が鋭くＶＳＷＲが２以下の場合を使用可
能周波数帯域とすると、その周波数帯域が約０．２％と
非常に狭く、移動体通信のように広い周波数帯域が割り
当てられている通信システムに適用することができない
という問題点があった。そこで、本発明は小型化できる
と共に、広い周波数帯域で使用可能な小型アンテナを提
供することを目的としている。
ことにより小型した上記アンテナは、入力インピーダン
スが約４Ωと非常に小さく、一般に給電ケーブルの特性
インピーダンスが５０Ωあるいは７５Ωとされているこ
とから効率の低いアンテナになるという問題点があっ
た。また、共振が鋭くＶＳＷＲが２以下の場合を使用可
能周波数帯域とすると、その周波数帯域が約０．２％と
非常に狭く、移動体通信のように広い周波数帯域が割り
当てられている通信システムに適用することができない
という問題点があった。そこで、本発明は小型化できる
と共に、広い周波数帯域で使用可能な小型アンテナを提
供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の小型アンテナは、グランドプレーンにほぼ
平行に配置されるほぼ同心とされたスパイラル状の複数
本の素子と、互いに接続された前記スパイラル状の複数
本の素子の巻き始め端に一端が接続され、他端が給電点
とされたグランドプレーンにほぼ垂直に配置される垂直
素子と、前記スパイラル状の複数本の素子の所定の位置
をそれぞれグランドプレーンに接地する複数本の短絡導
体とを備えている。
に、本発明の小型アンテナは、グランドプレーンにほぼ
平行に配置されるほぼ同心とされたスパイラル状の複数
本の素子と、互いに接続された前記スパイラル状の複数
本の素子の巻き始め端に一端が接続され、他端が給電点
とされたグランドプレーンにほぼ垂直に配置される垂直
素子と、前記スパイラル状の複数本の素子の所定の位置
をそれぞれグランドプレーンに接地する複数本の短絡導
体とを備えている。
【０００７】また、上記小型アンテナにおいて、前記複
数本の短絡導体により接地される前記スパイラル状の複
数本の素子の位置が、目的とする周波数にほぼ共振する
位置とされている。さらに、上記小型アンテナにおい
て、前記スパイラル状の複数本の素子が、２π／ｎ（た
だし、ｎ＝２，３，４・・・）づつ角度をずらして配置
されたｎ本のスパイラル状の素子とされている。さら
に、上記小型アンテナにおいて、前記スパイラル状の複
数本の素子の巻き始め端と前記垂直素子とを接続する手
段が、直線導体とされている。
数本の短絡導体により接地される前記スパイラル状の複
数本の素子の位置が、目的とする周波数にほぼ共振する
位置とされている。さらに、上記小型アンテナにおい
て、前記スパイラル状の複数本の素子が、２π／ｎ（た
だし、ｎ＝２，３，４・・・）づつ角度をずらして配置
されたｎ本のスパイラル状の素子とされている。さら
に、上記小型アンテナにおいて、前記スパイラル状の複
数本の素子の巻き始め端と前記垂直素子とを接続する手
段が、直線導体とされている。
【０００８】このような本発明によれば、グランドプレ
ーンにほぼ平行に配置される複数本のほぼ同心とされた
スパイラル状の素子を設けて給電するようにしたので、
小型化することができると共に、入力インピーダンスが
高く広帯域で使用可能なアンテナとすることができる。
また、グランドプレーンに対する複数本のスパイラル状
の素子の高さを低くすることができるので、低姿勢のア
ンテナとすることができる。
ーンにほぼ平行に配置される複数本のほぼ同心とされた
スパイラル状の素子を設けて給電するようにしたので、
小型化することができると共に、入力インピーダンスが
高く広帯域で使用可能なアンテナとすることができる。
また、グランドプレーンに対する複数本のスパイラル状
の素子の高さを低くすることができるので、低姿勢のア
ンテナとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の小型アンテナの実施の形
態の構成の一例を図１および図２に示す。ただし、図１
は本発明の小型アンテナの斜視図、図２（ａ）はその平
面図、図２（ｂ）はその側面図である。これらの図に示
す本発明の小型アンテナ１は、２条のスパイラル状の素
子である第１素子１０ａと第２素子１０ｂと、第１素子
１０ａの巻き始め部と第２素子１０ｂの巻き始め部とを
接続する直線導体１１とを備えている。この第１素子１
０ａ、第２素子１０ｂおよび直線導体１１とは、円形の
グランドプレーン１２に所定高さでほぼ平行して配置さ
れている。また、直線導体１１のほぼ中央が中心点Ｂと
されて、中心点Ｂにはグランドプレーン１２にほぼ垂直
に配置されている垂直素子１５の先端が接続されてい
る。なお、中心点Ｂはスパイラル状の第１素子１０ａお
よび第２素子１０ｂの中心点であり、スパイラル上の第
１素子１０ａと第２素子１０ｂとはほぼ同心に配置され
る。
態の構成の一例を図１および図２に示す。ただし、図１
は本発明の小型アンテナの斜視図、図２（ａ）はその平
面図、図２（ｂ）はその側面図である。これらの図に示
す本発明の小型アンテナ１は、２条のスパイラル状の素
子である第１素子１０ａと第２素子１０ｂと、第１素子
１０ａの巻き始め部と第２素子１０ｂの巻き始め部とを
接続する直線導体１１とを備えている。この第１素子１
０ａ、第２素子１０ｂおよび直線導体１１とは、円形の
グランドプレーン１２に所定高さでほぼ平行して配置さ
れている。また、直線導体１１のほぼ中央が中心点Ｂと
されて、中心点Ｂにはグランドプレーン１２にほぼ垂直
に配置されている垂直素子１５の先端が接続されてい
る。なお、中心点Ｂはスパイラル状の第１素子１０ａお
よび第２素子１０ｂの中心点であり、スパイラル上の第
１素子１０ａと第２素子１０ｂとはほぼ同心に配置され
る。
【００１０】また、第１素子１０ａの所定位置である接
合点Ｐにはグランドプレーン１２にほぼ垂直に配置され
ている第１短絡導体１３の一端が接続され、第１短絡導
体１３の他端はグランドプレーン１２の点ＰGの位置に
接続されている。さらに、第２素子１０ｂの所定位置で
ある接合点Ｑにはグランドプレーン１２にほぼ垂直に配
置されている第２短絡導体１４の一端が接続され、第２
短絡導体１４の他端はグランドプレーン１２の点ＱGの
位置に接続されている。なお、接合点Ｐと接合点Ｑは中
心点Ｂに対してほぼ点対称の位置とされている。垂直素
子１５の他端はグランドプレーン１２のほぼ中央に形成
された挿通孔１２ａに挿通されて、グランドプレーン１
２の下面に固着されている同軸ケーブル１６の中心導体
に接続される。また、同軸ケーブル１６のシールド導体
は、グランドプレーン１２の下面にハンダ付け等により
電気的かつ機械的に接続される。
合点Ｐにはグランドプレーン１２にほぼ垂直に配置され
ている第１短絡導体１３の一端が接続され、第１短絡導
体１３の他端はグランドプレーン１２の点ＰGの位置に
接続されている。さらに、第２素子１０ｂの所定位置で
ある接合点Ｑにはグランドプレーン１２にほぼ垂直に配
置されている第２短絡導体１４の一端が接続され、第２
短絡導体１４の他端はグランドプレーン１２の点ＱGの
位置に接続されている。なお、接合点Ｐと接合点Ｑは中
心点Ｂに対してほぼ点対称の位置とされている。垂直素
子１５の他端はグランドプレーン１２のほぼ中央に形成
された挿通孔１２ａに挿通されて、グランドプレーン１
２の下面に固着されている同軸ケーブル１６の中心導体
に接続される。また、同軸ケーブル１６のシールド導体
は、グランドプレーン１２の下面にハンダ付け等により
電気的かつ機械的に接続される。
【００１１】この垂直素子１５の他端が給電点Ｓfdとさ
れ、第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂの先端が終端
点Ｓendとされる。さらにまた、スパイラル状の第１素
子１０ａおよび第２素子１０ｂの巻き始め角はφstとさ
れると共に、その巻き終わり角がφendとされる。ただ
し、第２素子１０ｂの巻き始め角φstおよび巻き終わり
角φendの基準となる角は、第１素子１０ａの基準とな
る角よりπラジアンだけ異なっている。さらに、第１素
子１０ａ、第２素子１０ｂとグランドプレーン１２との
間隔である高さはＨとされる。また、直線導体１１の長
さは、中心点Ｂから第１素子１０ａの巻き始め端までが
長さｅsとされ、中心点Ｂから第２素子１０ｂの巻き始
め端までの長さが同様にｅsとされて、直線導体１１の
全長は２ｅsとされる。ところで、第１素子１０ａおよ
び第２素子１０ｂに巻き始め角をφstとして、直線導体
１１を設けているのは、第１素子１０ａおよび第２素子
１０ｂのワイヤー径がある程度の太さとされているの
で、巻き始め角を０°とすると、巻き始め部分の曲率が
大きく素子同士が接触してスパイラル状に巻回できない
からである。
れ、第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂの先端が終端
点Ｓendとされる。さらにまた、スパイラル状の第１素
子１０ａおよび第２素子１０ｂの巻き始め角はφstとさ
れると共に、その巻き終わり角がφendとされる。ただ
し、第２素子１０ｂの巻き始め角φstおよび巻き終わり
角φendの基準となる角は、第１素子１０ａの基準とな
る角よりπラジアンだけ異なっている。さらに、第１素
子１０ａ、第２素子１０ｂとグランドプレーン１２との
間隔である高さはＨとされる。また、直線導体１１の長
さは、中心点Ｂから第１素子１０ａの巻き始め端までが
長さｅsとされ、中心点Ｂから第２素子１０ｂの巻き始
め端までの長さが同様にｅsとされて、直線導体１１の
全長は２ｅsとされる。ところで、第１素子１０ａおよ
び第２素子１０ｂに巻き始め角をφstとして、直線導体
１１を設けているのは、第１素子１０ａおよび第２素子
１０ｂのワイヤー径がある程度の太さとされているの
で、巻き始め角を０°とすると、巻き始め部分の曲率が
大きく素子同士が接触してスパイラル状に巻回できない
からである。
【００１２】さらに、スパイラル状の第１素子１０ａに
おける接合点Ｐの位置は、図３（ａ）に示すようにＳfd
−Ｂ−Ｐ−ＰG−Ｐ’−Ｂ’−Ｓfdからなるグランドプ
レーン１２によって作られるイメージを含めた閉回路が
目的とする周波数でほぼ共振する位置とされる。同様
に、スパイラル状の第２素子１０ｂにおける接合点Ｑの
位置は、図３（ｂ）に示すようにＳfd−Ｂ−Ｑ−ＱG−
Ｑ’−Ｂ’−Ｓfdからなるグランドプレーン１２によっ
て作られるイメージを含めた閉回路が目的とする周波数
でほぼ共振する位置とされる。ここで、スパイラル状の
第１素子１０ａと第２素子１０ｂとは同様の構成とされ
ているため、接合点Ｐと接合点Ｑとは中心点Ｂに対して
点対称の位置とされる。
おける接合点Ｐの位置は、図３（ａ）に示すようにＳfd
−Ｂ−Ｐ−ＰG−Ｐ’−Ｂ’−Ｓfdからなるグランドプ
レーン１２によって作られるイメージを含めた閉回路が
目的とする周波数でほぼ共振する位置とされる。同様
に、スパイラル状の第２素子１０ｂにおける接合点Ｑの
位置は、図３（ｂ）に示すようにＳfd−Ｂ−Ｑ−ＱG−
Ｑ’−Ｂ’−Ｓfdからなるグランドプレーン１２によっ
て作られるイメージを含めた閉回路が目的とする周波数
でほぼ共振する位置とされる。ここで、スパイラル状の
第１素子１０ａと第２素子１０ｂとは同様の構成とされ
ているため、接合点Ｐと接合点Ｑとは中心点Ｂに対して
点対称の位置とされる。
【００１３】このように構成された本発明の小型アンテ
ナ１においては、第１素子１０ａと第２素子１０ｂが中
心点Ｂに対して対称に配置されたスパイラル状の素子と
されており、第１素子１０ａとそのグランドプレーン１
２に対するイメージが作る放射界は、第１素子１０ａの
高さＨが低い場合ほぼ逆位相になる。そのため、第１素
子１０ａが作る放射界と、そのイメージが作る放射界と
が打ち消し合い放射パターンは形成されない。また、第
２素子１０ｂも同様に作用するため、第２素子１０ｂに
よる放射パターンは形成されない。結局のところ、垂直
素子１５を流れる大きな電流および第１短絡導体１３、
第２短絡導体１４を流れる電流によって小型アンテナ１
の放射パターンが形成されるようになる。このため、本
発明の小型アンテナ１からはグランドプレーン１２に対
して垂直な直線偏波が放射されるようになる。また、本
発明の小型アンテナ１の水平面内（図２に示すＸ−Ｙ
面）の放射パターンはほぼ無指向性とされ、全方位に放
射されるようになる。さらに、本発明の小型アンテナ１
における使用可能な周波数帯域幅は中心周波数の約７パ
ーセントもの広帯域となる。
ナ１においては、第１素子１０ａと第２素子１０ｂが中
心点Ｂに対して対称に配置されたスパイラル状の素子と
されており、第１素子１０ａとそのグランドプレーン１
２に対するイメージが作る放射界は、第１素子１０ａの
高さＨが低い場合ほぼ逆位相になる。そのため、第１素
子１０ａが作る放射界と、そのイメージが作る放射界と
が打ち消し合い放射パターンは形成されない。また、第
２素子１０ｂも同様に作用するため、第２素子１０ｂに
よる放射パターンは形成されない。結局のところ、垂直
素子１５を流れる大きな電流および第１短絡導体１３、
第２短絡導体１４を流れる電流によって小型アンテナ１
の放射パターンが形成されるようになる。このため、本
発明の小型アンテナ１からはグランドプレーン１２に対
して垂直な直線偏波が放射されるようになる。また、本
発明の小型アンテナ１の水平面内（図２に示すＸ−Ｙ
面）の放射パターンはほぼ無指向性とされ、全方位に放
射されるようになる。さらに、本発明の小型アンテナ１
における使用可能な周波数帯域幅は中心周波数の約７パ
ーセントもの広帯域となる。
【００１４】次に、図１および図２に示す構成の本発明
の小型アンテナ１において、各部の寸法の一例を示す
が、中心点Ｂからスパイラル状の第１素子１０ａあるい
は第２素子１０ｂまでの半径ｒは、Archimedian スパイ
ラル関数により次式のように表される。 ｒ＝ａs・φw ・・・（１） ただし、（１）式においてａsはスパイラル定数であ
り、φwは巻き始め角φstから巻き終わり角φendまでの
巻き角度を示している。
の小型アンテナ１において、各部の寸法の一例を示す
が、中心点Ｂからスパイラル状の第１素子１０ａあるい
は第２素子１０ｂまでの半径ｒは、Archimedian スパイ
ラル関数により次式のように表される。 ｒ＝ａs・φw ・・・（１） ただし、（１）式においてａsはスパイラル定数であ
り、φwは巻き始め角φstから巻き終わり角φendまでの
巻き角度を示している。
【００１５】設計周波数の自由空間波長をλｏとした時
に各部の寸法は、例えば、第１素子１０ａ、第２素子１
０ｂとグランドプレーン１２との間隔である高さＨは、
約０．０６１３λｏであり、第１素子１０ａおよび第２
素子１０ｂのスパイラル定数ａsは約０．００６４λｏ
〔/rad〕であり、第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂ
の巻き始め角φstは約１．３４１３π〔rad〕であり、
その巻き終わり角φendは約５．４５３π〔rad〕であ
る。また、第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂのワイ
ヤー半径ρは、約０．００３３５４λｏであり、直線導
体１１の全長２ｅ sは約０．０５３９５λｏである。さ
らに、第１素子１０ａの巻き終わり端Ｓendと第２素子
１０ｂの巻き終わり端Ｓend間の距離であるスパイラル
の直径は約０．２１３９λｏとなり、給電点Ｓfdから第
１素子１０ａの巻き終わり端Ｓendあるいは第２素子１
０ｂの巻き終わり端Ｓendまでのアンテナ素子長は約
０．９４８λｏとなる。このような寸法とした本発明の
小型アンテナ１の入力インピーダンスは約５０Ωとな
り、高い入力インピーダンスを得ることができる。
に各部の寸法は、例えば、第１素子１０ａ、第２素子１
０ｂとグランドプレーン１２との間隔である高さＨは、
約０．０６１３λｏであり、第１素子１０ａおよび第２
素子１０ｂのスパイラル定数ａsは約０．００６４λｏ
〔/rad〕であり、第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂ
の巻き始め角φstは約１．３４１３π〔rad〕であり、
その巻き終わり角φendは約５．４５３π〔rad〕であ
る。また、第１素子１０ａおよび第２素子１０ｂのワイ
ヤー半径ρは、約０．００３３５４λｏであり、直線導
体１１の全長２ｅ sは約０．０５３９５λｏである。さ
らに、第１素子１０ａの巻き終わり端Ｓendと第２素子
１０ｂの巻き終わり端Ｓend間の距離であるスパイラル
の直径は約０．２１３９λｏとなり、給電点Ｓfdから第
１素子１０ａの巻き終わり端Ｓendあるいは第２素子１
０ｂの巻き終わり端Ｓendまでのアンテナ素子長は約
０．９４８λｏとなる。このような寸法とした本発明の
小型アンテナ１の入力インピーダンスは約５０Ωとな
り、高い入力インピーダンスを得ることができる。
【００１６】上記寸法とした際の本発明の小型アンテナ
１をモーメント法を用いて、任意の形状の導体を流れる
電流を積分方程式を使用して解析した結果を図４ないし
図８に示す。図４には、給電点Ｓfdより中心点Ｂを経て
接合点Ｐまでの第１素子１０ａの素子長Ｓfd−Ｂ−Ｐの
変化に対する５０Ω系のＶＳＷＲ特性を示している。こ
こでいう５０Ω系とは同軸ケーブル１６による給電系を
指している。図４を参照すると、素子長Ｓfd−Ｂ−Ｐが
０．６８３４λｏのときにＶＳＷＲが最良値となる。こ
の際に、中心点Ｂから接合点Ｐまでの長さは、第１素子
１０ａとグランドプレーン１２との間隔である高さＨが
約０．０６１３λｏとされていることから約０．６２２
１λｏとなる。なお、給電点Ｓfdより中心点Ｂを経て接
合点Ｑまでの第２素子１０ｂの素子長Ｓfd−Ｂ−Ｑも素
子長Ｓfd−Ｂ−Ｐと同様となる。
１をモーメント法を用いて、任意の形状の導体を流れる
電流を積分方程式を使用して解析した結果を図４ないし
図８に示す。図４には、給電点Ｓfdより中心点Ｂを経て
接合点Ｐまでの第１素子１０ａの素子長Ｓfd−Ｂ−Ｐの
変化に対する５０Ω系のＶＳＷＲ特性を示している。こ
こでいう５０Ω系とは同軸ケーブル１６による給電系を
指している。図４を参照すると、素子長Ｓfd−Ｂ−Ｐが
０．６８３４λｏのときにＶＳＷＲが最良値となる。こ
の際に、中心点Ｂから接合点Ｐまでの長さは、第１素子
１０ａとグランドプレーン１２との間隔である高さＨが
約０．０６１３λｏとされていることから約０．６２２
１λｏとなる。なお、給電点Ｓfdより中心点Ｂを経て接
合点Ｑまでの第２素子１０ｂの素子長Ｓfd−Ｂ−Ｑも素
子長Ｓfd−Ｂ−Ｐと同様となる。
【００１７】次に、素子長Ｓfd−Ｂ−Ｐが最適値である
０．６８３４λｏとされた場合の第１素子１０ａ上の電
流分布を図５に示す。第１素子１０ａと第２素子１０ｂ
との電流分布は対称とされるため、図５には給電点Ｓfd
から接合点ｐを経て第１素子１０ａの終端点であるＳ
endまでの電流分布だけを示している。図５において電
流Ｉｒは電流Ｉの実部成分であり、電流Ｉｉは電流Ｉの
虚部成分である。図５に示すように電流Ｉｒは転換点Ｔ
tpで位相が反転している。また、接合点Ｐから第１素子
１０ａの終端点Ｓendまでの第１素子１０ａに流れる電
流はわずかであり、終端点Ｓendにおいて電流Ｉはゼロ
となる。これにより、第１素子１０ａは整合がとれた状
態となる。さらに、第１素子１０ａと第２素子１０ｂに
流れる電流の源になる垂直素子１５には大きな電流が流
れている。なお、中心点Ｂから転換点Ｔtpまでの長さは
約０．２７１９λｏであり、給電点Ｓfdから転換点Ｔtp
までの長さは約０．３３３２λｏとなる。
０．６８３４λｏとされた場合の第１素子１０ａ上の電
流分布を図５に示す。第１素子１０ａと第２素子１０ｂ
との電流分布は対称とされるため、図５には給電点Ｓfd
から接合点ｐを経て第１素子１０ａの終端点であるＳ
endまでの電流分布だけを示している。図５において電
流Ｉｒは電流Ｉの実部成分であり、電流Ｉｉは電流Ｉの
虚部成分である。図５に示すように電流Ｉｒは転換点Ｔ
tpで位相が反転している。また、接合点Ｐから第１素子
１０ａの終端点Ｓendまでの第１素子１０ａに流れる電
流はわずかであり、終端点Ｓendにおいて電流Ｉはゼロ
となる。これにより、第１素子１０ａは整合がとれた状
態となる。さらに、第１素子１０ａと第２素子１０ｂに
流れる電流の源になる垂直素子１５には大きな電流が流
れている。なお、中心点Ｂから転換点Ｔtpまでの長さは
約０．２７１９λｏであり、給電点Ｓfdから転換点Ｔtp
までの長さは約０．３３３２λｏとなる。
【００１８】次に、素子長Ｓfd−Ｂ−Ｐおよび素子長Ｓ
fd−Ｂ−Ｑが最適値である０．６８３４λｏとされた場
合の本発明の小型アンテナ１におけるＶＳＷＲの周波数
特性を図６に示す。図６を参照すると、ＶＳＷＲが２．
０以下とされる周波数帯域幅は中心周波数ｆｏに対して
約７％になる。この周波数帯域幅は、従来のアンテナが
０．２％であることから極めて広帯域であることがわか
る。また、この周波数帯域内においてＸ方向（θ＝９０
°、φ＝０°）の利得は約５ｄＢとなる。
fd−Ｂ−Ｑが最適値である０．６８３４λｏとされた場
合の本発明の小型アンテナ１におけるＶＳＷＲの周波数
特性を図６に示す。図６を参照すると、ＶＳＷＲが２．
０以下とされる周波数帯域幅は中心周波数ｆｏに対して
約７％になる。この周波数帯域幅は、従来のアンテナが
０．２％であることから極めて広帯域であることがわか
る。また、この周波数帯域内においてＸ方向（θ＝９０
°、φ＝０°）の利得は約５ｄＢとなる。
【００１９】次に、素子長Ｓfd−Ｂ−Ｐおよび素子長Ｓ
fd−Ｂ−Ｑが最適値である０．６８３４λｏとされた場
合の本発明の小型アンテナ１における放射パターンを図
７および図８（ａ）（ｂ）に示す。図７は、φ角度に対
するθ＝９０°面（水平Ｘ−Ｙ面）の放射パターンであ
り、グランドプレーン１２に対して水平面の放射パター
ンとされる。この場合、垂直素子１５および第１短絡導
体１３および第２短絡導体１４に流れる電流は同位相と
されて垂直素子１５，第１短絡導体１３，第２短絡導体
１４からは放射されるが、スパイラル状の第１素子１０
ａと第２素子１０ｂからの放射は−３０ｄＢ以下と無視
できるほど小さくなる。
fd−Ｂ−Ｑが最適値である０．６８３４λｏとされた場
合の本発明の小型アンテナ１における放射パターンを図
７および図８（ａ）（ｂ）に示す。図７は、φ角度に対
するθ＝９０°面（水平Ｘ−Ｙ面）の放射パターンであ
り、グランドプレーン１２に対して水平面の放射パター
ンとされる。この場合、垂直素子１５および第１短絡導
体１３および第２短絡導体１４に流れる電流は同位相と
されて垂直素子１５，第１短絡導体１３，第２短絡導体
１４からは放射されるが、スパイラル状の第１素子１０
ａと第２素子１０ｂからの放射は−３０ｄＢ以下と無視
できるほど小さくなる。
【００２０】すなわち、実線で図示される放射パターン
は垂直素子１５，第１短絡導体１３，第２短絡導体１４
から放射されるＥθ成分であり、Ｅθ成分は水平Ｘ−Ｙ
面の全方位にほぼ均等の強さで放射される。しかし、ス
パイラル状の第１素子１０ａと第２素子１０ｂから放射
されるＥφ成分は−３０ｄＢ以下となるためヌル点近傍
の放射パターンとされ図示されていない。ここで、Ｅθ
成分はグランドプレーン１２に対して垂直な成分である
から、グランドプレーン１２が地表に対して水平に位置
される場合は垂直偏波となる。また、Ｅφ成分はグラン
ドプレーン１２に対して水平な成分であるから、グラン
ドプレーン１２が地表に対して水平に位置される場合は
水平偏波となる。このように、本発明の小型アンテナ１
におけるグランドプレーン１２が地表に対して水平に位
置される場合は、本発明の小型アンテナ１は垂直偏波用
のアンテナとなり、グランドプレーン１２が地表に対し
て垂直に位置される場合は、本発明の小型アンテナ１は
水平偏波用のアンテナとなる。
は垂直素子１５，第１短絡導体１３，第２短絡導体１４
から放射されるＥθ成分であり、Ｅθ成分は水平Ｘ−Ｙ
面の全方位にほぼ均等の強さで放射される。しかし、ス
パイラル状の第１素子１０ａと第２素子１０ｂから放射
されるＥφ成分は−３０ｄＢ以下となるためヌル点近傍
の放射パターンとされ図示されていない。ここで、Ｅθ
成分はグランドプレーン１２に対して垂直な成分である
から、グランドプレーン１２が地表に対して水平に位置
される場合は垂直偏波となる。また、Ｅφ成分はグラン
ドプレーン１２に対して水平な成分であるから、グラン
ドプレーン１２が地表に対して水平に位置される場合は
水平偏波となる。このように、本発明の小型アンテナ１
におけるグランドプレーン１２が地表に対して水平に位
置される場合は、本発明の小型アンテナ１は垂直偏波用
のアンテナとなり、グランドプレーン１２が地表に対し
て垂直に位置される場合は、本発明の小型アンテナ１は
水平偏波用のアンテナとなる。
【００２１】また、図８（ａ）はθ角度に対するφ＝０
°面（水平Ｘ−Ｚ面）の放射パターンであり、グランド
プレーン１２に対して垂直面の放射パターンとされる。
ただし、上述したように実線で図示される放射パターン
はＥθ成分であり、Ｅφ成分は−３０ｄＢ以下となりヌ
ル点近傍の放射パターンとされるため図示されていな
い。図８（ａ）を参照すると、グランドプレーン１２の
水平方向（θ＝９０°）の放射が最も大きくなってお
り、垂直方向（θ＝０°）にはほとんど放射されていな
いことがわかる。さらに、図８（ｂ）はθ角度に対する
φ＝９０°面（水平Ｙ−Ｚ面）の放射パターンであり、
グランドプレーン１２に対して垂直面の放射パターンと
される。ただし、上述したように実線で図示される放射
パターンはＥθ成分であり、Ｅφ成分は−３０ｄＢ以下
となりヌル点近傍の放射パターンとなるので図示されて
いない。図８（ｂ）を参照すると、グランドプレーン１
２の水平方向（θ＝９０°）の放射が最も大きくされて
おり、垂直方向（θ＝０°）にはほとんど放射されてい
ないことがわかる。
°面（水平Ｘ−Ｚ面）の放射パターンであり、グランド
プレーン１２に対して垂直面の放射パターンとされる。
ただし、上述したように実線で図示される放射パターン
はＥθ成分であり、Ｅφ成分は−３０ｄＢ以下となりヌ
ル点近傍の放射パターンとされるため図示されていな
い。図８（ａ）を参照すると、グランドプレーン１２の
水平方向（θ＝９０°）の放射が最も大きくなってお
り、垂直方向（θ＝０°）にはほとんど放射されていな
いことがわかる。さらに、図８（ｂ）はθ角度に対する
φ＝９０°面（水平Ｙ−Ｚ面）の放射パターンであり、
グランドプレーン１２に対して垂直面の放射パターンと
される。ただし、上述したように実線で図示される放射
パターンはＥθ成分であり、Ｅφ成分は−３０ｄＢ以下
となりヌル点近傍の放射パターンとなるので図示されて
いない。図８（ｂ）を参照すると、グランドプレーン１
２の水平方向（θ＝９０°）の放射が最も大きくされて
おり、垂直方向（θ＝０°）にはほとんど放射されてい
ないことがわかる。
【００２２】以上の解析結果から見て、本発明の小型ア
ンテナ１において、放射パターンは垂直素子１５および
第１短絡導体１３および第２短絡導体１４に流れる電流
によって形成されており、スパイラル状の第１素子１０
ａと第２素子１０ｂを流れる電流は放射パターンの形成
にはほとんど寄与していないことがわかる。また、本発
明の小型アンテナ１の水平Ｘ−Ｙ面の放射パターンはほ
ぼ全方位に均等とされており、５０Ω系のＶＳＷＲが
２．０以下の周波数帯域幅は、中心周波数ｆｏに対して
約７％もの広帯域とされる。さらに、この７％の周波数
帯域における利得は約５ｄＢと高利得とされる。
ンテナ１において、放射パターンは垂直素子１５および
第１短絡導体１３および第２短絡導体１４に流れる電流
によって形成されており、スパイラル状の第１素子１０
ａと第２素子１０ｂを流れる電流は放射パターンの形成
にはほとんど寄与していないことがわかる。また、本発
明の小型アンテナ１の水平Ｘ−Ｙ面の放射パターンはほ
ぼ全方位に均等とされており、５０Ω系のＶＳＷＲが
２．０以下の周波数帯域幅は、中心周波数ｆｏに対して
約７％もの広帯域とされる。さらに、この７％の周波数
帯域における利得は約５ｄＢと高利得とされる。
【００２３】なお、本発明の小型アンテナにおける素子
数は２条のスパイラル状の素子数に限らず、２条以上の
複数の素子数とすることができる。この場合にも中心点
Ｂに対して対称になるよう複数状のスパイラル状の素子
を配置するようにすればよい。すなわち、素子数をｎ
（ｎ＝２，３，４・・・）とした時に、各素子を２π／
ｎづつ角度をずらせてほぼ同心として配置すればよい。
また、本発明の小型アンテナにおける上記で示した各部
の長さ等の数値は一例であり、本発明の小型アンテナは
この数値に限るものではない。すなわち、Ｓfd−Ｂ−Ｐ
−ＰG−Ｐ’−Ｂ’−Ｓfdからなるグランドプレーン１
２によって作られるイメージを含めた閉回路、および、
Ｓfd−Ｂ−Ｑ−ＱG−Ｑ’−Ｂ’−Ｓfdからなるランド
プレーン１２によって作られるイメージを含めた閉回路
が、目的とする周波数でほぼ共振する長さとされればよ
い。さらに、スパイラル状の第１素子および第２素子の
グランドプレーンに対する高さＨは高い方がアンテナ特
性は向上するが、低姿勢とするために約０．０６λｏ程
度の高さが必要となる。ただし、第１素子および第２素
子とグランドプレーンとを所定の厚さの誘電体のそれぞ
れの面に形成するようにすると、より低姿勢とすること
が可能となる。
数は２条のスパイラル状の素子数に限らず、２条以上の
複数の素子数とすることができる。この場合にも中心点
Ｂに対して対称になるよう複数状のスパイラル状の素子
を配置するようにすればよい。すなわち、素子数をｎ
（ｎ＝２，３，４・・・）とした時に、各素子を２π／
ｎづつ角度をずらせてほぼ同心として配置すればよい。
また、本発明の小型アンテナにおける上記で示した各部
の長さ等の数値は一例であり、本発明の小型アンテナは
この数値に限るものではない。すなわち、Ｓfd−Ｂ−Ｐ
−ＰG−Ｐ’−Ｂ’−Ｓfdからなるグランドプレーン１
２によって作られるイメージを含めた閉回路、および、
Ｓfd−Ｂ−Ｑ−ＱG−Ｑ’−Ｂ’−Ｓfdからなるランド
プレーン１２によって作られるイメージを含めた閉回路
が、目的とする周波数でほぼ共振する長さとされればよ
い。さらに、スパイラル状の第１素子および第２素子の
グランドプレーンに対する高さＨは高い方がアンテナ特
性は向上するが、低姿勢とするために約０．０６λｏ程
度の高さが必要となる。ただし、第１素子および第２素
子とグランドプレーンとを所定の厚さの誘電体のそれぞ
れの面に形成するようにすると、より低姿勢とすること
が可能となる。
【００２４】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、グランド
プレーンにほぼ平行に配置される複数本のほぼ同心とさ
れたスパイラル状の素子を設けて給電するようにしたの
で、小型化することができると共に、入力インピーダン
スが高く広帯域で使用可能なアンテナとすることができ
る。また、グランドプレーンに対する複数本のスパイラ
ル状の素子の高さを低くすることができるので、低姿勢
のアンテナとすることができる。
プレーンにほぼ平行に配置される複数本のほぼ同心とさ
れたスパイラル状の素子を設けて給電するようにしたの
で、小型化することができると共に、入力インピーダン
スが高く広帯域で使用可能なアンテナとすることができ
る。また、グランドプレーンに対する複数本のスパイラ
ル状の素子の高さを低くすることができるので、低姿勢
のアンテナとすることができる。
【図１】本発明の小型アンテナの実施の形態における一
構成例を示す斜視図である。
構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の小型アンテナの実施の形態における一
構成例を示す平面図及び側面図である。
構成例を示す平面図及び側面図である。
【図３】本発明の小型アンテナの実施の形態における接
合点の決め方を説明するための図である。
合点の決め方を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態における小型アンテナの素
子長の変化に対するＶＳＷＲ特性を示す図である。
子長の変化に対するＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における小型アンテナの電
流分布を示す図である。
流分布を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における小型アンテナの周
波数に対するＶＳＷＲ特性を示す図である。
波数に対するＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における小型アンテナの水
平Ｘ−Ｙ面の放射パターンを示す図である。
平Ｘ−Ｙ面の放射パターンを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における小型アンテナのＸ
−Ｚ面およびＹ−Ｚ面の放射パターンを示す図である。
−Ｚ面およびＹ−Ｚ面の放射パターンを示す図である。
１ 小型アンテナ １０ａ 第１素子 １０ｂ 第２素子 １１ 直線導体 １２ グランドプレーン １２ａ 挿通孔 １３，１４ 短絡導体 １５ 垂直素子 １６ 同軸ケーブル Ｐ，Ｑ 接合点 Ｓｅｎｄ 終端点 Ｓｆｄ 給電点 φｅｎｄ 巻き終わり角 φｓｔ 巻き始め角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平７−29916（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭59−34001（ＪＰ，Ｂ２) ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎ ａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ．，Ｖｏｌ. 45，ｐｐ．1506−1511，1997 1998信学総大Ｂ１−１−97「外励振角 形スパイラルアンテナ」 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 9/27 H01Q 11/04
Claims (4)
- 【請求項１】 グランドプレーンにほぼ平行に配置され
るほぼ同心とされたスパイラル状の複数本の素子と、 互いに接続された前記スパイラル状の複数本の素子の巻
き始め端に一端が接続され、他端が給電点とされたグラ
ンドプレーンにほぼ垂直に配置される垂直素子と、 前記スパイラル状の複数本の素子の所定の位置をそれぞ
れグランドプレーンに接地する複数本の短絡導体と、 を備えることを特徴とする小型アンテナ。 - 【請求項２】 前記複数本の短絡導体により接地される
前記スパイラル状の複数本の素子の位置が、目的とする
周波数にほぼ共振する位置とされていることを特徴とす
る請求項１記載の小型アンテナ。 - 【請求項３】 前記スパイラル状の複数本の素子が、２
π／ｎ（ただし、ｎ＝２，３，４・・・）づつ角度をず
らして配置されたｎ本のスパイラル状の素子とされてい
ることを特徴とする請求項１記載の小型アンテナ。 - 【請求項４】 前記スパイラル状の複数本の素子の巻き
始め端と前記垂直素子とを接続する手段が、直線導体と
されていることを特徴とする請求項１記載の小型アンテ
ナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21542298A JP2997451B1 (ja) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | 小型アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21542298A JP2997451B1 (ja) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | 小型アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2997451B1 true JP2997451B1 (ja) | 2000-01-11 |
| JP2000049525A JP2000049525A (ja) | 2000-02-18 |
Family
ID=16672082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21542298A Expired - Fee Related JP2997451B1 (ja) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | 小型アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2997451B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002047202A1 (fr) * | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif d'antenne et systeme de communication |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3869799B2 (ja) * | 2003-01-15 | 2007-01-17 | 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 | アレーアンテナの制御方法及び制御装置 |
| AU2004304423B2 (en) * | 2003-12-24 | 2010-02-11 | Wivenhoe Technology Limited | An antenna having controllable direction of radiation |
-
1998
- 1998-07-30 JP JP21542298A patent/JP2997451B1/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９９８信学総大Ｂ１−１−９７「外励振角形スパイラルアンテナ」 |
| ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ．，Ｖｏｌ．４５，ｐｐ．１５０６−１５１１，１９９７ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002047202A1 (fr) * | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif d'antenne et systeme de communication |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000049525A (ja) | 2000-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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