JP3093712U - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小形で且つ半波長ホイップアンテナと同程度の
特性を備え、しかも、プラスチックの構体に対しても支
障なく使用できるアンテナ装置を提供する。 【解決手段】接栓基部１の上部に方形状の有限地板２を
装着する。接栓基部１には、内側に整合コイル４を設け
ると共に下側に接栓５を装着し、整合コイル４の下端部
を接栓５に電気的に接続する。接栓基部１の上側に碍子
６を設け、この碍子６の内側にエレメント基部７を介し
て半波長の放射素子８を装着する。放射素子８は、短縮
型ヘリカル構造のモノポールアンテナを構成しており、
素子の直径φを略０．００１λ、螺旋のピッチＰを略
０．００１〜０．００２λ、螺旋の中心径Ｄを略０．０
０１〜０．００４λ、高さＨを略λ／４〜λ／５に設定
する。上記放射素子８の外側を覆うように素子カバー９
を設け、その下端部をエレメント基部７及び碍子６の部
分で保持する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、有限地板を有するヘリカル構造のアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、携帯無線機や車載用無線機等の小型無線機用アンテナとして、１／４波 長ホイップアンテナが一般に知られている。この１／４波長ホイップアンテナを 携帯無線機と組み合わせて使用した場合、あまり高い効率が得られないという問 題がある。すなわち、１／４波長ホイップアンテナは十分広い接地面積があるこ とを前提として製作され、また、無線機は純抵抗終端で設計調整されることを前 提として製作され、それぞれ別々に製作されたものを組み合わせて使用するので 、小形携帯無線機が人体に保持された形で使用されることも重なってアンテナの インピーダンスが大幅に変化すると共に、アンテナの放射特性（垂直面指向性） が変わってしまい、その等価的な損失の上に無線機とアンテナ間のインピーダン スの不整合による損失が加わり極めて低い効率になっている。

【０００３】 一般に、携帯無線機を同軸ケーブル（５０Ω）経由で固定のアンテナに接続し た状態では、アンテナと無線機の整合がとれていると、その効率が良く、またア ンテナのインピーダンスも無線機近傍の周囲の影響を受けずに安定に動作する。 しかし、携帯無線機の筐体に直接アンテナを接続した場合は、アンテナのインピ ーダンスが周囲の環境、例えば地面よりの高さ、近接物の影響等に左右されて変 化し、その変化に伴ってアンテナの効率も低下する。

【０００４】 携帯無線機例えば携帯電話機では、上記したようにその持ち方とか近接物の影 響、地面からの高さの違いによって電波の送受信状態が不安定な状態となるが、 これは無線機筐体に高周波電流が流れているためである。そこで、携帯無線機筐 体もアンテナの一部を構成すると言う考え方でアンテナを見直し、無線機筐体に は高周波電流を流さないように設計したものが半波長ホイップアンテナであり、 ＳＮアンテナと呼ばれている。このＳＮアンテナは、従来の１／４波長ホイップ アンテナに較べて高い効率で且つ無線機の地上からの高さの変化や、近接物の影 響を受け難い安定性を有し、その結果、無線回線のＳ／Ｎを改善することができ た。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記のようにＳＮアンテナは、１／４波長ホイップアンテナに比較して優れた 特性を有している。しかし、上記ＳＮアンテナは、半波長アンテナ構造で素子自 体の長さが非常に長く、支障を生じる場合がある。

【０００６】 車両は、ガード下などの高さに制限がある場所を通過する場合があり、搭載す るアンテナの高さはなるべく低いことが望ましい。特に、救急車などは車高が高 いために、１／２波長のＳＮアンテナを使用すると、高さに制限がある場所、例 えばガード下を通行する際にアンテナがガードに当たって損傷するという問題が ある。なお、救急車は車体がプラスチックで構成されているために、１／４波長 ホイップアンテナはその特性上使用することができない。

【０００７】 本考案は上記の課題を解決するためになされたもので、小形で且つ半波長ホイ ップアンテナと同程度の特性を備え、しかも、プラスチックの構体に対しても支 障なく使用できるアンテナ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案に係るアンテナ装置は、有限地板と、前記有限地板上に設けた高さが略 １／４〜１／５波長の短縮型ヘリカル構造のモノポールアンテナ素子と、前記モ ノポールアンテナ素子に給電する給電端子とを具備したことを特徴とする。

【０００９】 上記の構成によれば、小形で、利得、指向性、定在波比等優れた特性を備え、 モノポールアンテナ素子の高さをλ／４〜λ／５程度に短くできることにより、 例えば車高の高い救急車などに搭載しても、ガード下などの高さに制限がある場 所を通過する場合にアンテナがガードに当たる恐れはなく、アンテナの損傷を確 実に防止することができる。また、無線機の筐体に高周波電流が流れない設計と なっているので、救急車の車体がプラスチックで構成されていても、支障なく使 用することができる。更に、構造が非常に簡単であり、無線機器への装着も容易 である。

【００１０】

【考案の実施の形態】

以下、図面を参照して本考案の一実施形態を説明する。 図１は、本考案の一実施形態に係るアンテナ装置の一部を断面して示す正面図 である。図１において、１は接栓基部で、この接栓基部１の上部に有限地板（有 限反射板）２が装着される。上記有限地板２は、例えば方形状に形成され、各辺 の長さは略λ（波長）／４〜λ／１０に設定される。上記有限地板２は、中央部 に穴３が形成され、この穴３内に上記接栓基部１の上部側の突部が挿入され、例 えばねじ止め等により固定される。

【００１１】 上記接栓基部１には、内側に整合コイル４が設けられると共に下側に給電端子 となる接栓５が装着され、整合コイル４の下端部が接栓５に電気的に接続される 。上記接栓５は、図示しないが、同軸ケーブルを介してあるいは直接無線機に接 続される。そして、上記接栓基部１の上側に絶縁部材例えば碍子６が設けられ、 この碍子６の内側に誘電体を用いて形成したエレメント基部７が装着され、この エレメント基部７に放射素子８が装着される。上記放射素子８は、例えば銅或い は真鍮等の導体により短縮型ヘリカル構造のモノポールアンテナを構成している 。上記放射素子８は、図２に示すように素子の直径φを略０．００１λ、螺旋の ピッチＰを略０．００１〜０．００２λ、螺旋の中心径Ｄを略０．００１〜０． ００４λ、高さＨを略λ／４〜λ／５に設定する。

【００１２】 上記放射素子８は、エレメント基部７への装着部分を弾性力ある部材により構 成すると共にピッチを細かく設定し、他の物体に当たるなど、外部から衝撃を受 けた場合でも支障なく正常位置に復帰できるようにしている。そして、上記放射 素子８の外側を覆うように素子カバー９を設ける。この素子カバー９は、誘電体 により円筒状に形成し、その下端部をエレメント基部７及び碍子６の部分で保持 する。

【００１３】 上記放射素子８は、下端部をリード線（図示せず）により上記整合コイル４に 電気的に接続する。この整合コイル４を設けることにより、アンテナインピーダ ンスを所定値、例えば５０Ωに設定することができる。

【００１４】 上記のように構成したアンテナ装置によれば、放射素子８の高さＨをλ／４以 下に短くでき、且つ従来の半波長ホイップアンテナと同程度の特性が得られ、し かも、プラスチックの構体に対しても支障なく使用することができる。

【００１５】 以下、上記アンテナ装置に対する解析結果について説明する。 図２は、上記アンテナ装置を解析するためのアンテナモデルである。 このアンテナモデルは、有限地板２として各辺の長さをλ／４に設定した方形 状のものを使用し、その中央部に短縮型ヘリカル構造のモノポールアンテナを放 射素子８として設け、その下端部から給電するようにしたものである。そして、 上記放射素子８は、中心周波数を２６５ＭＨｚ、素子の直径φを０．００１λ、 高さＨを２２０ｍｍ（約１／５波長）とし、螺旋のピッチＰ及び螺旋の中心径Ｄ を０．００１λ（λ／１０００）〜０．０１λ（λ／１００）の範囲で変化させ て、水平面（９０°）方向の利得（ｄＢｉ）を計算した。

【００１６】 図３は、上記の計算結果に基づく利得のマップを示したもので、横軸に螺旋の ピッチＰをとり、縦軸に螺旋の中心径Ｄをとって示した。また、上記図３では、 利得をＡ〜Ｅの５段階、すなわち、Ａ：２ｄＢｉ以上、Ｂ：１．５〜２ｄＢｉ、 Ｃ：１〜１．５ｄＢｉ、Ｄ：０．５〜１ｄＢｉ、Ｅ：０〜０．５ｄＢｉに分けて 示した。

【００１７】 上記図３に示した利得のマップから分かるように、螺旋のピッチＰが０．００ １〜０．００２λ、螺旋の中心径Ｄが０．００１〜０．００４λの範囲において 、２ｄＢｉ以上の利得、あるいは２ｄＢｉに近い利得を得ることができる。

【００１８】 図４は、上記アンテナモデルにおいて、可変パラメータである螺旋のピッチＰ を０．００１λ、螺旋の中心径Ｄを０．００２λに設定した場合の垂直面放射パ ターンを示したもので、水平面方向（正面方向）の利得が最大となっている。ま た、このアンテナモデルの水平面放射パターンは、図示しないが無指向性となっ ている。また、このアンテナモデルにおけるＶＳＷＲ（定在波比）は、使用周波 数帯域で２．０以下であった。

【００１９】 有限地板の場合には、指向性の主ビームを半波長ダイポールアンテナのように 正面方向に向けることが困難である。指向性を正面方向に向かせるための方法と して、アンテナ素子自体を半波長アンテナとして動作するようにしなければなら ない。そのためには、上記実施形態で示したように短縮型ヘリカル構造を有した モノポールアンテナを放射素子８として使用することにより、給電点の電流をち ょうど節点とすることができ、正面方向にビームを向けることができる。

【００２０】 上記実施形態で示したように有限地板２上に短縮型ヘリカル構造を有したモノ ポールアンテナを放射素子８として設けたアンテナ装置では、図４の垂直面放射 パターンに示したように最大放射方向の低仰角化と水平面内の利得増加を図るこ とができた。

【００２１】 以上の説明では、放射素子８の高さを２２０ｍｍ一定とした場合について説明 したが、その他の値、すなわち、２７８．５ｍｍ（λ／４）一定、２５０ｍｍ一 定とし、他の条件を上記の場合と同じに設定して水平面方向の利得（ｄＢｉ）を 計算した場合においても、上記図３に示したものと略同様の結果が得られた。ま た、このときの垂直面放射パターンは、上記図４に示したものと略同様であった 。

【００２２】 上記の解析結果から分かるように図１に示したアンテナ装置において、放射素 子８の直径φを略０．００１λ、螺旋のピッチＰを略０．００１〜０．００２λ 、螺旋の中心径Ｄを略０．００１〜０．００４λに設定することにより、高さＨ をλ／４〜λ／５程度に短くしても、２ｄＢｉあるいはそれ以上の利得が得られ 、従来の半波長ホイップアンテナと略同等の特性を得ることができる。なお、有 限地板２の各辺の長さは、略λ／４〜λ／１０の範囲で任意に設定することが可 能である。

【００２３】 また、上記したように放射素子８の高さをλ／４〜λ／５程度に短くできるの で、例えば車高の高い救急車などに搭載しても、ガード下などの高さに制限があ る場所を通過する場合にアンテナがガードに当たる恐れはなく、アンテナの損傷 を確実に防止することができる。また、無線機の筐体に高周波電流が流れない設 計となっているので、救急車の車体がプラスチックで構成されていても、支障な く使用することができる。また、構造が非常に簡単であり、無線機器への装着も 容易である。

【００２４】 なお、上記実施形態では、有限地板２を方形状に形成した場合について示した が、例えば多角形や円形状等、その他の形状に形成しても良い。

【００２５】

【考案の効果】

以上本考案によれば、有限地板上に高さが略１／４〜１／５波長の短縮型ヘリ カル構造のモノポールアンテナ素子を放射素子として使用することにより、小形 で、利得、指向性、定在波比等優れた特性を備え、しかも、プラスチックの構体 に対しても支障なく使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施形態に係るアンテナ装置の一部
を断面して示す正面図。

【図２】同実施例に係るアンテナ装置を解析するための
アンテナモデルの斜視図。

【図３】上記アンテナモデルのパラメータを変化した場
合の水平面方向の利得のマップを示す図。

【図４】上記アンテナモデルにおける垂直面放射パター
ンを示す図。

【符号の説明】

１…接栓基部 ２…有限地板 ３…有限地板に設けられた穴 ４…整合コイル ５…接栓 ６…碍子 ７…エレメント基部 ８…放射素子 ９…素子カバー

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 有限地板と、前記有限地板上に設けた高
   さが略１／４〜１／５波長の短縮型ヘリカル構造のモノ
   ポールアンテナ素子と、前記モノポールアンテナ素子に
   給電する給電端子とを具備したことを特徴とするアンテ
   ナ装置。
2. 【請求項２】 接栓基部と、前記接栓基部に装着された
   有限地板と、前記接栓基部の下側に設けられた接栓と、
   前記接栓基部の上側に設けられた絶縁部材と、前記絶縁
   部材に装着され、高さが略１／４〜１／５波長の短縮型
   ヘリカル構造のモノポールアンテナ素子と、前記絶縁部
   材に装着され、前記モノポールアンテナ素子を覆う素子
   カバーと、前記モノポールアンテナ素子と前記接栓とを
   接続し、インピーダンスを整合する整合コイルとを具備
   したことを特徴とするアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記モノポールアンテナ素子の螺旋のピ
   ッチＰを略０．００１〜０．００２λ、螺旋の中心径を
   略０．００１〜０．００４λに設定したことを特徴とす
   る請求項１又は２記載のアンテナ装置。