JP3047896B2

JP3047896B2 - ヘリカルアンテナ及びその製造方法

Info

Publication number: JP3047896B2
Application number: JP10315740A
Authority: JP
Inventors: 浩介田邊
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: JPH11225015A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衛星を用いた移動
体通信などの端末用アンテナに用いられるヘリカルアン
テナ及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】衛星を用いた移動体通信においては、一
般に、送信周波数に１．９８５〜２．０１５ＧＨｚ帯の
周波数を使用し、受信周波数に２．１７〜２．２ＧＨｚ
帯の周波数が使用している。このため、衛星と移動体間
の送受信に際しては、約３０ＭＨｚの周波数帯域に対し
て低リターンロスで有効に送受信できる周波数特性のア
ンテナが必要になる。また、端末用アンテナとしては、
小型、軽量なアンテナが必要となる。このため、ヘリカ
ルアンテナが用いられるが、このようなヘリカルアンテ
ナの軸長や直径を小型化した場合には、伝送周波数帯域
が狭くなってしまう。

【０００３】例えば、軸長が１／４から５／４波長前
後、直径が約０．１波長の４線巻ヘリカルアンテナの場
合、使用周波数帯域は非常に狭く、使用される周波数帯
域の１〜２％しかカバーできない。このため、衛星を使
用する移動体通信のように異なる周波数帯域の２つの周
波数、例えば１．９８５〜２．０１５ＧＨｚの周波数
帯、及び２．１７〜２．２ＧＨｚの周波数帯を使用する
アンテナには不向きである。

【０００４】図１４は、１．９８５〜２．０１５ＧＨｚ
の周波数帯域に調整したヘリカルアンテナを１．９８５
〜２．０１５ＧＨｚの周波数帯と、２．１７〜２．２Ｇ
Ｈｚの周波数に使用した場合の周波数とリターンロスと
の関係を示す特性図である。

【０００５】図１４において、△印９６は周波数が１．
９８５ＧＨｚのリターンロスであり、△印９７は周波数
が２．０１５ＧＨｚのリターンロスである。また、△印
９８は周波数が２．１７ＧＨｚのリターンロスであり、
△印９９は周波数が２．２ＧＨｚのリターンロスであ
る。

【０００６】この図１４から明らかなように、１．９８
５〜２．０１５ＧＨｚの周波数帯域に対しては送受信を
カバーすることができるが、２．１７〜２．２ＧＨｚの
周波数帯に対してはカバーすることができない。

【０００７】図１５は、上記２つの周波数帯域をカバー
できるようにした従来におけるヘリカルアンテナ及びそ
の給電回路の構成図である。同図において、ヘリカルア
ンテナを構成する８線巻のアンテナ体９０は平面状に展
開して示されている。このアンテナ体９０を、図示省略
したポリカーボネイト等の誘電体からなる円筒体の外周
に巻き付けることにより、２つの周波数帯域をカバーで
きる８線巻のヘリカルアンテナを構成する。

【０００８】上記アンテナ体９０は、ポリイミド等の誘
電体シートから平行四辺形に成形されたフィルム９０２
と、このフィルム９０２の一方の面に該フィルム９０２
の長辺方向に所定のピッチ角で延在し、かつフィルム９
０２の短辺方向に一定のピッチで平行に配設した導線か
らなる第１のアンテナエレメント９０４及び該第１のア
ンテナエレメント９０４より短い第２のアンテナエレメ
ント９０６とから構成され、この第１のアンテナエレメ
ント９０４と第２のアンテナエレメント９０６は下端側
が一線上に揃えられた状態でフィルム９０２の短辺方向
に交互に配列されている。

【０００９】なお、第１のアンテナエレメント９０４の
長さは、１．９８５〜２．０１５ＧＨｚの周波数帯域に
調整され、第２のアンテナエレメント９０６の長さは、
２．１７〜２．２ＧＨｚの周波数帯域に調整されてい
る。

【００１０】給電回路９２は、第１の周波数Ｆ１（１．
９８５〜２．０１５ＧＨｚ帯）の給電系９４と、第２の
周波数Ｆ２（２．１７〜２．２ＧＨｚ帯）の給電系９６
から構成される。

【００１１】第１の周波数Ｆ１の給電系９４は、高周波
電力を１８０度の位相差を有する２つの高周波電力に分
配し、または１８０度の位相を有する高周波電力を合成
する分岐／合成回路９４１と、この分岐／合成回路９４
１で分配された一方の高周波電力を９０度の位相差を有
する２つの高周波電力（０度、−９０度）に分配してア
ンテナ体９０に供給し、またはアンテナ体９０からの９
０度の位相差を有する２つの高周波電力（０度、−９０
度）を合成する分岐／合成回路９４２と、分岐／合成回
路９４１で分配された他方の高周波電力を９０度の位相
差を有する２つの高周波電力（−１８０度、−２７０
度）に分配してアンテナ体９０に供給し、またはアンテ
ナ体９０からの９０度の位相差を有する２つの高周波電
力（−１８０度、−２７０度）を合成する分岐／合成回
路９４３とから構成される。この分岐／合成回路９４２
及び分岐／合成回路９４３の各入出力端はアンテナ体９
０の各第１のアンテナエレメント９０４に結合線９４４
を介して接続されている。９４５は第１の周波数Ｆ１の
給電系９４の送受信系への接続端子である。

【００１２】第２の周波数Ｆ２の給電系９６は、高周波
電力を１８０度の位相差を有する２つの高周波電力に分
配し、または１８０度の位相を有する高周波電力を合成
する分岐／合成回路９６１と、この分岐／合成回路９６
１で分配された一方の高周波電力を９０度の位相差を有
する２つの高周波電力（０度、−９０度）に分配してア
ンテナ体９０に供給し、またはアンテナ体９０からの９
０度の位相差を有する２つの高周波電力（０度、−９０
度）を合成する分岐／合成回路９６２と、分岐／合成回
路９６１で分配された他方の高周波電力を９０度の位相
差を有する２つの高周波電力（−１８０度、−２７０
度）に分配してアンテナ体９０に供給し、またはアンテ
ナ体９０からの９０度の位相差を有する２つの高周波電
力（−１８０度、−２７０度）を合成する分岐／合成回
路９６３とから構成される。この分岐／合成回路９６２
及び分岐／合成回路９６３の各入出力端はアンテナ体９
０の各第２のアンテナエレメント９０６に結合線９６４
を介して接続されている。９６５は第２の周波数Ｆ２の
給電系９６の送受信系への接続端子である。

【００１３】上記のように構成された従来のヘリカルア
ンテナにおいて、送信に際し、給電系９４の端子９４５
に送信系から第１の周波数Ｆ１の高周波電力が供給され
ると、この高周波電力は分岐／合成回路９４１、９４
２、９４３により、０度、−９０度、−１８０度、−２
７０度の位相差を有する４つの高周波電力に分配されて
アンテナ体９０の各第１のアンテナエレメント９０４に
供給され、電波として放射される。

【００１４】また、給電系９６の端子９６５に送信系か
ら第２の周波数Ｆ２の高周波電力が供給されると、この
高周波電力は分岐／合成回路９６１、９６２、９６３に
より、０度、−９０度、−１８０度、−２７０度の位相
差を有する４つの高周波電力に分配されてアンテナ体９
０の各第２のアンテナエレメント９０５に供給され、電
波として放射される。

【００１５】一方、ヘリカルアンテナに到来する電波の
うち、第１の周波数Ｆ１の電波はアンテナ体９０の第１
のアンテナエレメント９０４で捕らえられ、この各第１
のアンテナエレメント９０４に誘起される高周波電力は
分岐／合成回路９４３、９４２、９４１により順次合成
され、端子９４５から受信系に供給される。

【００１６】また、ヘリカルアンテナに到来する電波の
うち、第２の周波数Ｆ２の電波はアンテナ体９０の第２
のアンテナエレメント９０５で捕らえられ、この各第２
のアンテナエレメント９０６に誘起される高周波電力は
分岐／合成回路９６３、９６２、９６１により順次合成
され、端子９６５から受信系に供給される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のヘリカルアンテナでは、２つの周波数帯域
のそれぞれに対応する長さに調整した４本ずつの導線か
らなる２組のアンテナエレメントを組み合わせ、この各
アンテナエレメントに対して別々の給電系を設ける構成
になっているため、２つの周波数帯域をカバーできるよ
うにすると、図１２からも明らかなように、給電系数に
対応した２つの給電コネクタ及びヘリカルアンテナの各
導線に対する８つの接続箇所が必要になるほか、６つの
分岐／合成回路を必要とする。

【００１８】従って、このような給電回路をプリント基
板に実装しようとすると平面的にしか構成できないた
め、プリント基板が大きくなり、給電回路部分が大型化
し複雑かつ高価になってしまう。また、ヘリカルアンテ
ナの各導線と分岐／合成回路間を接続する８本の接続ピ
ンなどをヘリカルアンテナの支持基板に近接して配置す
ることも非常に困難である。

【００１９】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、複数の周波数帯域をカバーできる
とともに、各周波数帯域に調整したアンテナエレメント
に対する給電系を共用化できるヘリカルアンテナ及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の周波数帯域
をカバーするヘリカルアンテナであって、1個の入出力
ポートとＮ（Ｎは２以上の整数）個の結合線路を接続
し、前記各結合線路に各々異なる位相の信号を給電する
給電手段と、前記各結合線路毎に前記各結合線路から所
定の間隙をおいて配置された前記Ｍ個の周波数帯域の波
長に対応した長さのＭ個のアンテナエレメントと電磁的
に結合する結合手段と、前記Ｎ個の結合線路に電磁的に
結合されたＮ・Ｍ個のアンテナエレメントと、前記Ｎ個
の結合線路と前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントがヘリ
カル状に所定のピッチ角で取り付けられ、前記Ｍ個の周
波数帯域の波長よりも小さい直径を有する細径の円筒体
とを備えることを特徴とする。

【００２１】本発明によれば、複数の周波数帯域をカバ
ーできるとともに、各周波数帯域に調整したアンテナエ
レメントに対する給電系を共用化できる。

【００２２】また、本発明は、Ｍ（Ｍは２以上の整
数）個の周波数帯域をカバーするヘリカルアンテナの製
造方法であって、前記Ｍ個の周波数帯域の波長よりも小
さい直径を有する細径の円筒体を設け、前記円筒体の円
周上を覆うに足りる大きさの誘電体シートを設け、前記
誘電体シートに、1個の入出力ポートと接続されて各々
異なる位相の信号を伝送するＮ（Ｎは２以上の整数）個
の結合線路と、前記各結合線路毎に前記各結合線路から
所定の間隙をおいて配置して電磁的に結合された前記Ｍ
個の周波数帯域の波長に対応した長さのＮ・Ｍ個のアン
テナエレメントとを形成し、前記Ｎ個の結合線路と前記
Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントが形成された誘電体シー
トを前記円筒体に取り付けることを特徴とする。

【００２３】本発明によれば、複数のアンテナエレメン
トと結合線路を同一の工程で形成でき、上記のヘリカル
アンテナを簡単に製造できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のヘリカルアンテナ
をその製造方法と共に図１〜図１３を参照して説明す
る。

【００２５】図１は本発明の実施の形態におけるヘリカ
ルアンテナの分解斜視図、図２はアンテナ体を平面状に
展開した状態及び該アンテナ体に接続される給電回路の
構成図である。

【００２６】図１及び図２において、ヘリカルアンテナ
４０は、第１の周波数Ｆ１（１．９８５〜２．０１５Ｇ
Ｈｚ帯）と第２の周波数Ｆ２（２．１７〜２．２ＧＨｚ
帯）の２つの周波数帯域をカバーできるように構成され
たアンテナ体５０と、このアンテナ体５０に共用される
給電回路６０を備える。

【００２７】上記アンテナ体５０は、図１及び図２に示
すように、第１の周波数Ｆ１または第２の周波数Ｆ２の
波長の約８％の直径及び所定の長さを有するポリカーボ
ネイトやＦＲＰ等の誘電体からなる円筒体５０２と、こ
の円筒体５０２の外周に巻き付けたポリイミド等からな
る平行四辺形の誘電体シート５０４を備える。

【００２８】誘電体シート５０４の一方の面には、図２
に示すように、誘電体シート５０２の長辺方向に延在す
るピッチ角が約６９度の４本の第１のアンテナエレメン
ト５０６と該第１のアンテナエレメント５０６より短い
４本の第２のアンテナエレメント５０８が誘電体シート
５０４の短辺方向に一定の間隔で平行に、かつ交互に配
列され、この第１のアンテナエレメント５０６と第２の
アンテナエレメント５０８の下端側は一線上に揃えられ
ている。

【００２９】上記第１のアンテナエレメント５０６の長
さは、第１の周波数Ｆ１の波長の約３／４であり、第２
のアンテナエレメント５０８の長さは、第２の周波数Ｆ
２の波長の約３／４である。

【００３０】また、第１のアンテナエレメント５０６と
第２のアンテナエレメント５０８の下端側に対応する誘
電体シート５０４の箇所には、互いに隣接する第１のア
ンテナエレメント５０６と第２のアンテナエレメント５
０８と電磁的に結合する４個の結合線路５１０が形成さ
れている。

【００３１】上記結合線路５１０の長さは、第１の周波
数Ｆ１または第２の周波数Ｆ２の波長の約１４％であ
る。また、結合線路５１０と第１のアンテナエレメント
５０６及び第２のアンテナエレメント５０８との間隙
は、第１の周波数Ｆ１または第２の周波数Ｆ２の波長の
約１％である。

【００３２】上記のように第１及び第２のアンテナエレ
メント５０６、５０８の長さ、及び結合線路５１０の長
さ等を上述する値に設定する理由は、第１、第２の周波
数Ｆ１、Ｆ２等に対してヘリカルアンテナの整合性を得
るため、及びヘリカルアンテナの天頂方向に幅の広い放
射パターン特性（指向特性）を得るためである。

【００３３】なお、上記第１のアンテナエレメント５０
６、第２のアンテナエレメント５０８及び結合線路５１
０は、誘電体シート５０４の表面に銅箔層を予め形成し
ておき、この銅箔層を図２に示すアンテナのエレメント
パターンにエッチングすることにより同一の工程で同時
に形成される。

【００３４】図１において、給電回路６０は、円盤部６
０２Ａ及び円盤部６０２Ａの上面に鉛直に設けた平板部
６０２Ｂを有するアルミ製のベース６０２と、開いた部
６０２Ｂの両面に取り付けた、マイクロストリップ線路
などから構成される分岐／合成回路６０１等を実装する
プリント基板６０４及び６０６と、ベース６０２の円盤
部６０２Ａの下面に結合されプリント基板６０４及び６
０６に接続される給電用の同軸ケーブル６０８、同軸ケ
ーブル６０８の先端に設けられ、図示省略した送受信系
に結合するコネクタ６１０とを有する。さらに、アンテ
ナ体５０を支持するとともにアンテナ体６０の結合線路
５１０とプリント基板６０４及び６０６間を接続する４
本の接続ピン６１２を有する電気的絶縁材料でできた支
持板６１４を備える。

【００３５】各接続ピン６１２は支持板６１４を貫通し
て上下に突出され、この接続ピン６１２の突出端はアン
テナ体６０の各結合線路５１０、及びプリント基板６０
４、６０６の給電用端子に半田付けにより接続される。

【００３６】図２において、給電回路６０は、第１の周
波数Ｆ１（１．９８５〜２．０１５ＧＨｚ帯）及び第２
の周波数Ｆ２（２．１７〜２．２ＧＨｚ帯）の高周波電
力を１８０度の位相差を有する２つの高周波電力に分配
し、または１８０度の位相を有する高周波電力を合成す
る分岐／合成回路６１６と、この分岐／合成回路６１６
で分配された一方の高周波電力を９０度の位相差を有す
る２つの高周波電力（０度、−９０度）に分配してアン
テナ体５０に供給し、またはアンテナ体５０からの９０
度の位相差を有する２つの高周波電力（０度、−９０
度）を合成する分岐／合成回路６１８と、分岐／合成回
路６１６で分配された他方の高周波電力を９０度の位相
差を有する２つの高周波電力（−１８０度、−２７０
度）に分配してアンテナ体５０に供給し、またはアンテ
ナ体５０からの９０度の位相差を有する２つの高周波電
力（−１８０度、−２７０度）を合成する分岐／合成回
路６２０を更に備える。

【００３７】次に、上記のように構成されたヘリカルア
ンテナの動作について、図２を参照して説明する。

【００３８】コネクタ６１０から第１の周波数Ｆ１
（１．９８５〜２．０１５ＧＨｚ帯）または第２の周波
数Ｆ2 （２．１７〜２．２ＧＨｚ帯）の高周波電力が給
電されると、この高周波電力はケーブル６０８を伝わ
り、プリント基板６０４、６０６に実装された分岐／合
成回路６１６、６１８、６２０により４つの接続ピン６
１２に分配される。この時、４つの接続ピン６１２に対
する高周波電力は振幅は等しく、その位相は０度、−９
０度、−１８０度、−２７０度と９０度ずつずれて分配
されている。

【００３９】４つに分配された高周波電力は４つの電磁
結合線路５１０から第１及び第２のアンテナエレメント
５０６、５０８に給電される。ここで第１の周波数Ｆ１
および第２の周波数Ｆ２における高周波電力は異なる動
作をする。即ち、低い方の第１の周波数Ｆ１に対する高
周波電力は長い方の第１のアンテナエレメント５０６に
伝わり、その伝わる過程において高周波電力を放射す
る。この種の４線式ヘリカルアンテナでは、リターンロ
スの周波数特性が非常に狭帯域であるため、短い方の第
２のアンテナエレメント５０８に対してはインピーダン
スが整合せず高周波電力はほとんど伝わらない。従っ
て、低い方の第１の周波数Ｆ１に対しては長い方の第１
のアンテナエレメント５０６のみが接続されている動作
をする。

【００４０】同様にして、高い方の第２の周波数Ｆ２に
対する高周波電力は短い方の第２のアンテナエレメント
５０８のみに伝わり、第１のアンテナエレメント５０６
にはほとんど伝わらない。

【００４１】一方、ヘリカルアンテナ４０に到来する電
波のうち、第１の周波数Ｆ１の電波はアンテナ体５０の
第１のアンテナエレメント５０６で捕らえられ、この各
第１のアンテナエレメント５０６に誘起される高周波電
力は分岐／合成回路６１６、６２０、６１８により順次
合成され、ケーブル６０８及びコネクタ６１０から受信
系に供給される。

【００４２】また、ヘリカルアンテナ４０に到来する電
波のうち、第２の周波数Ｆ２の電波はアンテナ体５０の
第２のアンテナエレメント５０８で捕らえられ、この各
第２のアンテナエレメント５０８に誘起される高周波電
力は分岐／合成回路６１６、６２０、６１８により順次
合成され、ケーブル６０８及びコネクタ６１０から受信
系に供給される。

【００４３】図３は、電磁結合線路５１０から第１及び
第２のアンテナエレメント５０８、５０８側を見込んだ
リターンロス特性を示す図である。

【００４４】図３において、△印３０は周波数が１．９
８５ＧＨｚのリターンロスであり、△印３２は周波数が
２．０１５ＧＨｚのリターンロスである。また、△印３
４は周波数が２．１７ＧＨｚのリターンロスであり、△
印３６は周波数が２．２ＧＨｚのリターンロスである。

【００４５】この図３から明らかなように、１．９８５
〜２．０１５ＧＨｚの周波数帯域に対して送受信をカバ
ーすることができるとともに、２．１７〜２．２ＧＨｚ
の周波数帯に対してもカバーすることができる。

【００４６】図４は、コネクタ６１０から第１及び第２
のアンテナエレメント５０６、５０８側を見込んだリタ
ーンロス特性を示す図である。

【００４７】図４において、△印４０は周波数が１．９
８５ＧＨｚのリターンロスであり、△印４２は周波数が
２．０１５ＧＨｚのリターンロスである。また、△印４
４は周波数が２．１７ＧＨｚのリターンロスであり、△
印４６は周波数が２．２ＧＨｚのリターンロスである。

【００４８】図５は、横軸に水平からの角度（仰角）
を、縦軸に電波の強さをとって表わした本実施の形態に
おけるヘリカルアンテナから放射された高周波電力の放
射パターン特性を示す図である。

【００４９】同図において、曲線１００は第１の周波数
Ｆ１の放射パターン特性を示し、曲線１０２は第２の周
波数Ｆ２の放射パターン特性を示している。この図５か
ら明らかなように、本実施の形態のヘリカルアンテナが
第１の周波数Ｆ１と第２の周波数Ｆ２の周波数帯域をカ
バーできることが分かる。

【００５０】このように本実施の形態によれば、第１の
周波数Ｆ１と第２の周波数Ｆ２の周波数帯域をカバーで
きるとともに、第１及び第２アンテナエレメント５０６
と５０８の各組の互いに隣接する一端を結合線路５１０
で電磁的に結合することにより、各周波数帯域に調整し
た第１及び第２アンテナエレメント５０６と５０８に対
する給電回路６０を共用化することができる。これによ
り、給電回路６０が１組で済み、ケーブル及びコネクタ
も１つで済み、給電回路部分を小型化できる。

【００５１】また、本発明の実施の形態によれば、第１
及び第２アンテナエレメント５０６、５０８と共に結合
線路５１０を誘電体シート５０４の表面に銅箔のエッチ
ングで同時に形成できるから、上記構成のヘリカルアン
テナを容易に製造することができる。

【００５２】図６は、本発明における第１アンテナエレ
メント及び第２アンテナエレメントに給電回路６０を結
合する結合線路５１０の構造の他の形態例を示す説明図
である。

【００５３】図６（Ａ）は、第１アンテナエレメント５
０６と第２アンテナエレメント５０８を給電回路に結合
する結合線路５１０を、第１アンテナエレメント５０６
と第２アンテナエレメント５０８間の間隔より小さい間
隔を有するコ字状に形成し、このコ字状結合線路５１０
の一方を第１アンテナエレメント５０６の一端部と隙間
をおいて電磁的に結合させ、他方を第２アンテナエレメ
ント５０８の一端部と隙間をおいて電磁的に結合させた
ものである。

【００５４】図６（Ｂ）は、第１アンテナエレメント５
０６及び第２アンテナエレメント５０８を給電回路に結
合する結合線路５１０を、第１アンテナエレメント５０
６と第２アンテナエレメント５０８の間隔に等しい間隔
を有するコ字状に形成し、このコ字状結合線路５１０の
一方を第１アンテナエレメント５０６一端部に隙間をお
いて電磁的に結合させ、他方を第２アンテナエレメント
５０８一端部に隙間をおいて電磁的に結合させたもので
ある。

【００５５】図６（Ｃ）は、第１アンテナエレメント５
０６及び第２アンテナエレメント５０８を給電回路に結
合する結合線路５１０をＬ字状に形成し、この結合線路
５１０の一端を第２アンテナエレメント５０８の一端に
直結し、結合線路５１０の他端を第１アンテナエレメン
ト５０６一端部に隙間をおいて電磁的に結合させたもの
である。

【００５６】図６（Ｄ）は、第１アンテナエレメント５
０６及び第２アンテナエレメント５０８を給電回路に結
合する結合線路５１０を、第１アンテナエレメント５０
６と第２アンテナエレメント５０８の一端間と電気的に
直結する構造にしたものである。

【００５７】図６（Ｅ）は、図６（Ｄ）の結合線路５１
０を長くし、その分だけ第１、第２アンテナエレメント
５０６、５０８の長さを短くした構造を有する。

【００５８】図６（Ａ）〜（Ｅ）は、第１、第２アンテ
ナエレメント５０６、５０８と結合線路５１０が同一平
面上にあるため、パターンカットなど周波数調整が容易
にできる効果がある。

【００５９】図７は、本発明における第１アンテナエレ
メント及び第２アンテナエレメントに給電回路６０を結
合する結合線路５１０の構造の更に他の形態例を示す説
明図である。

【００６０】図７（Ａ）は、第１アンテナエレメント５
０６と第２アンテナエレメント５０８を給電回路に結合
する結合線路５１０を、破線に示すように、第１及び第
２アンテナエレメント５０６、５０８が形成される誘電
体シートの裏面に第１及び第２アンテナエレメント５０
６、５０８と相対向して形成し、第１及び第２アンテナ
エレメント５０６及び５０８と電磁的に結合させたもの
である。

【００６１】図７（Ｂ）は、第１アンテナエレメント５
０６と第２アンテナエレメント５０８の一端間を直結し
た構造にし、この第１及び第２アンテナエレメント５０
６、５０８を給電回路に結合する結合線路５１０を、破
線に示すように、第１アンテナエレメント５０６と第２
アンテナエレメント５０８の間隔に等しい間隔を有する
コ字状にして、第１及び第２アンテナエレメント５０
６、５０８が形成される誘電体シートの裏面に第１及び
第２アンテナエレメント５０６及び５０８と相対向して
形成し、第１及び第２アンテナエレメント５０６及び５
０８と電磁的に結合させたものである。

【００６２】図７（Ｃ）は、第１アンテナエレメント５
０６及び第２アンテナエレメント５０８を給電回路に結
合する結合線路５１０を、破線に示すように、第１及び
第２アンテナエレメント５０６と５０８の間の間隔に等
しい間隔を有するコ字状にして、第１及び第２アンテナ
エレメント５０６、５０８が形成される誘電体シートの
裏面に第１アンテナエレメント５０６及び第２アンテナ
エレメント５０８と相対向して形成し、第１アンテナエ
レメント５０６及び第２アンテナエレメント５０８と電
磁的に結合させたものである。

【００６３】図７（Ｄ）は、第２アンテナエレメント５
０８の一端部５０６ＡをＬ字状に形成して、その一端を
第１アンテナエレメント５０６の一端に近接させ、そし
て、第１及び第２アンテナエレメント５０６及び５０８
を給電回路に結合する結合線路５１０を、破線に示すよ
うに、第１及び第２アンテナエレメント５０６、５０８
が形成される誘電体シートの裏面に第１アンテナエレメ
ント５０６の一端部及びＬ字状一端部５０８Ａと相対向
して形成し、第１及び第２アンテナエレメント５０６及
び５０８と電磁的に結合させたものである。

【００６４】図７（Ｅ）は、結合線路５１０を第１、第
２のアンテナエレメントの間に配置したものである。

【００６５】図８は、本発明の他の実施の形態のヘリカ
ルアンテナの分解斜視図を示す図である。

【００６６】本図は、図７（Ａ）〜（Ｅ）に示した第
１、第２アンテナエレメント５０６、５０８と結合線路
５１０とを誘電体シートの異なる面に配置する場合の構
成を示したものである。本図においては、一例として図
７（Ｅ）に対応するヘリカルアンテナの構成を示してい
るが、図７（Ａ）〜（Ｄ）についても同様の構成とな
る。

【００６７】図９は、本発明のさらに別の実施の形態の
ヘリカルアンテナの分解斜視図を示している。

【００６８】図８では、第１、第２アンテナエレメント
５０６、５０８が誘電体シートの表面に、結合線路５１
０が裏面に配置された構成を示している。

【００６９】これに対して、本図では、逆に、誘電体シ
ートの表面に結合線路５１０を配置し、誘電体シートの
裏面に第１、第２アンテナエレメント５０６、５０８を
配置する構成を示している。

【００７０】図１０は、本発明の第１、第２アンテナエ
レメント５０６、５０８の他の実施の形態を示した図で
ある。図１〜図９においては、第１、第２のアンテナエ
レメント５０６、５０８は平行に配置されていた。これ
に対して、本発明のアンテナエレメント５０６、５０８
は、それぞれ誘電体シート端からの角度（水平面からの
角度）がθ1 、θ2 を有する。

【００７１】ここで、各エレメントの長さと角度θ1 、
θ2 は、各エレメント同士がクロスしない値とする。

【００７２】本図のように角度θ1 、θ2を変えること
により円筒に巻いたときのピッチを変えることができ
る。この結果、平行巻きのときにわずかに生ずるビーム
チルトによるパターンのずれを補正することができる。

【００７３】図１１は、本発明における給電回路６０の
実施形態を示す構成図である。

【００７４】図１１（Ａ）において、給電回路６０を構
成する分岐／合成回路８０は、給電端８０１に接続され
る第１の３ｄＢハイブリット回路８０２と、このハイブ
リット回路８０２の一方の出力端に接続され、２つの高
周波電力（０度、−９０度）に分離または合成する第２
の３ｄＢハイブリット回路８０４と、第１の３ｄＢハイ
ブリット回路８０２の他方の出力端にインピーダンスＺ
Oの４分の１波長線路８０６を介して接続され、２つの
高周波電力（−１８０度、−２７０度）に分離または合
成する第３の３ｄＢハイブリット回路８０８とから構成
される。

【００７５】図１１（Ａ）において、給電回路６０を構
成する分岐／合成回路８２は、給電端８２０に接続さ
れ、高周波電力を−９０度の位相の高周波電力に分離
し、または合成するインピーダンスＺO の４分の１波長
線路８２２と、給電端８２０に接続され、高周波電力を
−１８０度の位相の高周波電力に分離し、または合成す
るインピーダンスＺOで波長λｇの２分の１波長線路８
２４と、２分の１波長線路８２４からの高周波電力を−
２７０度の位相の高周波電力に分離し、または合成する
インピーダンスＺOで波長λｇの４分の１波長線路８２
６とから構成される。

【００７６】このような分岐／合成回路８０又は８２を
ヘリカルアンテナ４０に組み込んだ場合においても、上
記図２に示す場合と同様な作用効果が得られる。

【００７７】次に、図１２及び図１３により、給電回路
６０をヘリカルアンテナの支持板に形成した場合の本発
明の他の実施の形態について説明する。

【００７８】図１２及び図１３において、ヘリカルアン
テナの支持板６１４の表面には、使用周波数帯域の波長
の数分の１のマイクロストリップ線路６３０を複数組み
合わせることにより構成された給電回路６０が形成され
ている。そして、この給電回路６０のマイクロストリッ
プ線路６３０は、図１に示すように、アンテナ体５０の
各結合線路５１０と対向する支持板６１４の箇所に突設
した複数の接続ピン６１２に接続されている。

【００７９】また、支持板６１４の裏面中央には、給電
回路６０に給電するコネクタ６３２が固着されており、
このコネクタ６３２から支持板６１４を貫通して支持板
６１４の表面に突出する接続ピン６３４は給電回路６０
のマイクロストリップ線路６３０に接続されている。

【００８０】なお、上記給電回路６０のマイクロストリ
ップ線路６３０を支持板６１４に形成する方法として
は、支持板６１４の表面に予め銅箔を形成しておき、こ
の銅箔をエッチングすることにより、図１２に示すパタ
ーンのマイクロストリップ線路６３０を形成する。

【００８１】また、他の方法としては、支持板６１４の
表面に図１２に示すパターンのマイクロストリップ線路
６３０を印刷により形成することも可能である。

【００８２】このような構成のヘリカルアンテナにおい
ては、図１に示すベース６０２、プリント基板６０４、
６０６及びケーブル６０８を省略でき、ヘリカルアンテ
ナ全体の長さを短くできるとともに、ヘリカルアンテナ
の省部品化が可能になり、ヘリカルアンテナの小型化及
び低コスト化が容易になる。

【００８３】なお、上記実施の形態では、衛星を利用し
た移動体通信における周波数Ｆ１と第２の周波数Ｆ２の
２つの周波数帯域をカバーするヘリカルアンテナについ
て説明したが、本発明はこれに限らず、３つの使用周波
数帯域あるいは３つ以上の周波数帯域をカバーする場合
についても、使用周波数の波長に応じて長さの異なるア
ンテナエレメントの種類が増えるものの、上記２つの周
波数に適用した場合と同様にできる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のヘリカルア
ンテナによれば、複数の周波数帯域をカバーできるとと
もに、各周波数帯域の波長に対応する長さの各アンテナ
エレメントを１組として結合線路で電磁的に結合するこ
とにより、各周波数帯域に対応するアンテナエレメント
に対する給電回路を共用化することができる。これによ
り、給電回路が１組で済み、ケーブル及びコネクタも１
つで済み、給電回路部分を小型化できる。

【００８５】また、本発明のヘリカルアンテナによれ
ば、ヘリカルアンテナの支持板に給電回路を形成するこ
とにより、ヘリカルアンテナの省部品化、小型化及び低
コスト化が容易になる。

【００８６】また、本発明のヘリカルアンテナの製造方
法によれば、上記のヘリカルアンテナを容易に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるヘリカルアンテナ
の分解斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態におけるアンテナ体を平面
状に展開した状態及び該アンテナ体に接続される給電回
路の構成図である。

【図３】本発明の実施の形態における電磁結合線路から
アンテナエレメント側を見込んだリターンロス特性を示
す図である。

【図４】本発明の実施の形態におけるコネクタからアン
テナエレメント側を見込んだリターンロス特性を示す図
である。

【図５】本発明の実施の形態におけるヘリカルアンテナ
から放射された高周波電力の放射パターン特性を示す図
である。

【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明におけるアンテナエレ
メントに給電回路を結合する結合線路構造の他の形態例
を示す説明図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は本発明におけるアンテナエレ
メントに給電回路を結合する結合線路構造の更に他の形
態例を示す説明図である。

【図８】本発明の他の実施の形態のヘリカルアンテナの
分解斜視図である。

【図９】本発明の別の実施の形態のヘリカルアンテナの
分解斜視図である。

【図１０】本発明のアンテナエレメントの他の実施の形
態を示す図である。

【図１１】（Ａ）と（Ｂ）は本発明における給電回路の
他の実施形態を示す構成図である。

【図１２】本発明にかかる給電回路をヘリカルアンテナ
の支持板に形成した場合の例を示す支持板の斜視図であ
る。

【図１３】図９の側面図である。

【図１４】従来におけるヘリカルアンテナの周波数とリ
ターンロスとの関係を示す特性図である。

【図１５】従来におけるヘリカルアンテナ及びその給電
回路の構成図である。

【符号の説明】４０ヘリカルアンテナ５０アンテナ体５０２円筒体５０４誘電体シート５０６第１のアンテナエレメント５０８第２のアンテナエレメント５１０結合線路６０給電回路６０２ベース６０４、６０６プリント基板６０８ケーブル６１０コネクタ６１２接続ピン６１４支持板８０、８２、６０１、６１６、６１８、６２０分岐
／合成回路８０２、８０４、８０８ハイブリット回路８０６４分の１波長線路８２２、８２６４分の１波長線路８２４２分の１波長線路６３０マイクロストリップ線路６３２コネクタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の周波数帯域
をカバーするヘリカルアンテナであって、1個の入出力ポートとＮ（Ｎは２以上の整数）個の結合
線路を接続し、前記各結合線路に各々異なる位相の信号
を給電する給電手段と、前記各結合線路毎に前記各結合線路から所定の間隙をお
いて配置された前記Ｍ個の周波数帯域の波長に対応した
長さのＭ個のアンテナエレメントと電磁的に結合する結
合手段と、前記Ｎ個の結合線路に電磁的に結合されたＮ・Ｍ個のア
ンテナエレメントと、前記Ｎ個の結合線路と前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメン
トがヘリカル状に所定のピッチ角で取り付けられ、前記
Ｍ個の周波数帯域の波長よりも小さい直径を有する細径
の円筒体とを備えることを特徴とするヘリカルアンテ
ナ。
【請求項２】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントのピ
ッチ角が、前記異なる周波数帯域に応じて異なる角度で
配列されている請求項１記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３】前記円筒体の円周上に誘電体シートが巻
き付けられており、前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメント
と前記Ｎ個の結合線路は前記誘電体シートに形成されて
いる請求項１記載のヘリカルアンテナ。
【請求項４】前記Ｎ個の結合線路の長さは、前記Ｍ個
の周波数帯域の１つの波長に応じて設定されている請求
項１乃至３に何れか１項記載のヘリカルアンテナ。
【請求項５】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントが形
成される誘電体シートの面と同一の面に前記各結合線路
が形成されている請求項１乃至４に何れか１項記載のヘ
リカルアンテナ。
【請求項６】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントが形
成される誘電体シートの面と反対の面に前記各結合線路
が形成されている請求項１乃至４に何れか１項記載のヘ
リカルアンテナ。
【請求項７】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントを含
む円筒体は支持板で支持され、前記給電手段と前記各結
合線路間は、前記支持板に設けた接続ピンを介して接続
されていることを特徴とする請求項１記載のヘリカルア
ンテナ。
【請求項８】前記支持板は前記円筒体の長手方向の端
部に配置される請求項７記載のヘリカルアンテナ。
【請求項９】前記支持板が円筒体に臨む面とは反対の
面にプリント基板が配置され、前記給電手段は前記プリ
ント基板に実装されている請求項８記載のヘリカルアン
テナ。
【請求項１０】前記接続ピンは前記支持板を貫通して
円筒体とプリント基板間にわたって設けられている請求
項９記載のヘリカルアンテナ。
【請求項１１】前記プリント基板はベースで支持され
ている請求項９記載のヘリカルアンテナ。
【請求項１２】前記ベースに前記給電手段に給電する
ケーブルが設けられている請求項１１記載のヘリカルア
ンテナ。
【請求項１３】前記ケーブルにコネクタが設けられて
いる請求項１２記載のヘリカルアンテナ。
【請求項１４】前記給電手段は、高周波電力を、前記
アンテナエレメントを構成する導線の数に応じて所定の
位相の高周波電力に分配しまたは合成する複数の分岐／
合成回路から構成される請求項１記載のヘリカルアンテ
ナ。
【請求項１５】前記分岐／合成回路は、ハイブリット
回路と使用周波数帯域の波長の数分の１のマイクロスト
リップ線路を組み合わせることにより構成される請求項
１４記載のヘリカルアンテナ。
【請求項１６】前記分岐／合成回路は、使用周波数帯
域の波長の数分の１のマイクロストリップを複数組み合
わせることにより構成される請求項１４記載のヘリカル
アンテナ。
【請求項１７】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントを
含む円筒体は支持板で支持され、前記給電手段は前記支
持板に形成され、該給電手段と前記各結合線路間は前記
支持板に設けた接続ピンを介して接続されていることを
特徴とする請求項１記載のヘリカルアンテナ。
【請求項１８】前記支持板に前記給電手段に給電する
コネクタが設けられている請求項１７記載のヘリカルア
ンテナ。
【請求項１９】前記給電手段は、使用周波数帯域の波
長の数分の１の波長線路を複数組み合わせることにより
構成される請求項１７記載のヘリカルアンテナ。
【請求項２０】Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の周波数帯
域をカバーするヘリカルアンテナの製造方法であって、前記Ｍ個の周波数帯域の波長よりも小さい直径を有する
細径の円筒体を設け、前記円筒体の円周上を覆うに足りる大きさの誘電体シー
トを設け、前記誘電体シートに、1個の入出力ポートと接続されて
各々異なる位相の信号を伝送するＮ（Ｎは２以上の整
数）個の結合線路と、前記各結合線路毎に前記各結合線
路から所定の間隙をおいて配置して電磁的に結合された
前記Ｍ個の周波数帯域の波長に対応した長さのＮ・Ｍ個
のアンテナエレメントとを形成し、前記Ｎ個の結合線路と前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメン
トが形成された誘電体シートを前記円筒体に取り付ける
ことを特徴とするヘリカルアンテナの製造方法。
【請求項２１】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントと
Ｎ個の結合線路は、前記誘電体シートが平面的に展開さ
れた状態で前記誘電体シートの表面に形成されている請
求項２０記載のヘリカルアンテナの製造方法。
【請求項２２】前記所定のピッチ角で誘電体シートが
前記円筒体に巻き付けられるように、前記誘電体シート
は平面的に展開された状態で平行四辺形で形成されてい
る請求項２０または２１記載のヘリカルアンテナの製造
方法。
【請求項２３】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントは
前記平行四辺形の長辺に平行し、かつ、互いに間隔をお
いて直線状に形成されている請求項２２記載のヘリカル
アンテナの製造方法。
【請求項２４】前記誘電体シートはその表面に銅箔を
有し、前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントとＮ個の結合
線路は、前記銅箔をエッチングすることで形成される請
求項２０乃至２３の何れか１項記載のヘリカルアンテナ
の製造方法。
【請求項２５】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントと
Ｎ個の結合線路は、前記誘電体シートの表面に印刷によ
り形成される請求項２０記載のヘリカルアンテナの製造
方法。
【請求項２６】Ｍ（Ｍは2以上の整数）個の周波数帯
域をカバーするヘリカルアンテナであって、１個の入出力ポートとＮ（Ｎは2以上の整数）個の結合
線路を接続し、前記各結合線路に各々異なる位相の信号
を給電する給電手段と、前記各結合線路毎に前記各結合線路の先端を分岐して前
記Ｍ個の周波数帯域の波長に対応した長さのＭ個のアン
テナエレメントに電気的に接続する結合手段と、前記Ｎ
個の結合線路に接続されたＮ・Ｍ個のアンテナエレメン
トと、前記結合線路と前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントがヘ
リカル状に所定のピッチ角で取り付けられ、前記Ｍ個の
周波数帯域の波長よりも小さい直径を有する細径の円筒
体とを備えることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２７】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメントの
ピッチ角は、前記Ｍ個の周波数帯域に基づく異なる角度
である請求項２６記載のヘリカルアンテナ。
【請求項２８】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメント
は、前記円筒体の周囲に同一のピッチ角で配列されてい
る請求項２６記載のヘリカルアンテナ。
【請求項２９】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメント
は、前記円筒体の周囲に異なるピッチ角で配列されてい
る請求項２６記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３０】前記給電手段は、高周波電力を３６０
°／Ｎの位相差を有するＮ個の高周波電力に分配または
合成する手段を有する請求項２６記載のヘリカルアンテ
ナ。
【請求項３１】前記Ｎ・Ｍ個のアンテナエレメント
は、前記円筒体の円周上に巻き付けられた誘電体シート
に形成された請求項２６項記載のヘリカルアンテナ。