JP3195010B2 - スパイラルヘリックスアンテナ - Google Patents

スパイラルヘリックスアンテナ

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JP3195010B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスパイラルヘリックスア
ンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】図1は従来技術である平面型2アームス
パイラルアンテナの概念的斜視図である。平面円板状の
誘電体基板Sの上に形成した2本のスパイラル状導体A
1,A2からなり、中心部の給電点C1,C2から給電
されるこの種の平面型2アームスパイラルアンテナは広
帯域動作をするアンテナとして広く知られている。しか
し、この型のアンテナは低い周波数で動作させようとす
る時、波長に比例してスパイラルアンテナの外径寸法を
大きくしなければならないという欠点がある。
【0003】図2は図1の2アームスパイラルアンテナ
を改良した従来技術による2アームスパイラルヘリック
スアンテナの概念的斜視図である。この2アームスパイ
ラルヘリックスアンテナは図1の平面型2アームスパイ
ラルアンテナとほぼ同一構造の平面部分Pと、平面部分
Pの円板の直径とほぼ同一の直径を有する誘電体からな
る円筒部分Sから成る。平面部分Pには、中心付近の給
電点C1,C2で給電される2本のスパイラル状導体A
1,A2が形成されている。スパイラル状導体A1,A
2は平面部分Pの外縁にまで達し、さらに円筒面の側面
Sの上に形成されているヘリックス状導体B1,B2に
接続されている。円筒側面部分Sの上に形成されている
ヘリックス状導体B1,B2は等傾ヘリックス曲線をな
す。すなわちその曲線上の一点Oを通る第1の接線であ
る母線をG、円筒部分Sのその点Oを通る接平面上で母
線Gに対して垂直な直線である第2の接線をX、ヘリッ
クス曲線の点Oを通る接線をTとするとき、ヘリックス
曲線の接線Tと円筒部分Sの第2の接線Xがなす角度τ
はヘリックス曲線上で一定となっている。
【0004】スパイラル状導体A1,A2、ヘリックス
状導体B1,B2は銅箔付誘電体基板をエッチングによ
り形成することが多い。なおヘリックス状導体B1,B
2は電波吸収体または終端器にて終端されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来技術によるスパイ
ラルヘリックスアンテナにあっては、アンテナの外径寸
法を変えずにさらに低域化を図ると、動作周波数帯域中
に性能の劣化する周波数帯域が生じるという欠点があ
る。次にこの理由を説明する。
【0006】半径がrの平面型スパイラルアンテナは、
光速をcとするとき、c/2πr<fである周波数帯域
で動作する。他方ヘリカルアンテナは、ヘリカルスパイ
ラル曲線の接線Tと円筒の第2の接線Xのなす角度を
τ、円筒表面の半径をrとするとき、(c/2πr)c
osτ≒fが動作中心周波数である。低域特性を改善す
るために例えばcosτ≒0.5程度にすると、ヘリカ
ルアンテナの動作周波数帯域と、スパイラルアンテナの
動作周波数帯域の中間帯域に性能が劣化する帯域が生じ
ることとなる。逆に例えばcosτ≒0.9程度にする
と、動作周波数帯域は連続であるが、アンテナの低域特
性の改善の効果は小さい。
【0007】本発明はスパイラルアンテナとヘリックス
アンテナを組合せたスパイラルヘリックスアンテナにお
いて、動作周波数帯域の連続性を保ちつつ低域特性を改
善することができるアンテナの構造を提案することを課
題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題は、誘電体円筒
の端面である平面状円板上にスパイラル曲線の形状に形
成されたスパイラル導体からなるスパイラルアンテナ部
分と、上記誘電体円筒の側面上にヘリックス曲線の形状
に形成されたヘリックス導体からなるヘリックスアンテ
ナ部分を有し、上記スパイラルアンテナ部分と上記ヘリ
ックスアンテナ部分が連続するスパイラルヘリックス
アンテナにおいて、上記ヘリックス曲線上の一点Oを通
上記誘電体円筒の側面の母線をG、点Oを通る上記
円筒側面の接平面内で母線Gに直交する直線である第2
の接線をX、上記ヘリックス曲線の接線をTとすると
き、上記ヘリックス曲線の上記接線Tと上記第2の接線
Xのなす角度が、上記点Oが上記スパイラルアンテナ部
分に近づくに従って徐々に小さくなることを特徴とする
スパイラルヘリックスアンテナによって解決された。
【0009】
【作用】既に説明したように、円筒の端面に設けられた
平面型スパイラルアンテナは、光速をcとするとき、c
/2π<fである周波数帯域で動作する。他方、円筒
面に設けられたヘリックスアンテナ部分のヘリックス曲
線の接線Tが第2の接線Xとなす角度をスパイラルアン
テナに近い部分ではτ1、遠い部分ではτ2、光速を
c、円筒面の半径をrとすると、ヘリックスアンテナ部
分の動作周波数帯域は次の不等式で表わされる。 (c/2πr)cosτ2<f<(c/2πr)cos
τ1 τ1を略ゼロ度とし、τ2を約60°すると、 0.5・(c/2πr)<f<(c/2πr)となる。
このようにヘリックスアンテナ部分の動作周波数特性を
スパイラルアンテナ部分と連続させながら、低域におけ
る特性を改善することができる。
【0010】
【実施例】図3は本発明に係るスパイラルヘリックスア
ンテナを2アームスパイラルヘリックスアンテナとして
実施した時の概念的斜視図である。円筒の半径をr、円
筒の中心線をz軸、z軸を中心とする動径角をφ、円筒
の端面の中心を原点、円筒の端面の円板の各点と原点の
距離をρとするとき、この実施例では、スパイラルアン
テナ部分A1,A2は次の不等式で表現される領域に形
成されている。 ・(ρ−r・exp(−aφ))・(ρ−r・exp−a(φ+π/2))・( ρ−r・exp−a(φ+π))・(ρ−r・exp(−a(φ+3π/2)) >0 ただしρ>ρ0 であり、ρ0 はスパイラルアンテナA
1,A2の給電点C1,C2までの原点からの距離であ
る。なおaはアンテナ設計上適宜選ばれる定数である。
またヘリックスアンテナ部分B1,B2は次の不等式で
表現される領域に形成されている。 (φ−Az2 )・(φ−Az2 −π/2)・(φ−Az2 −π)・(φ−Az2 −3π/2z)>0 なおAはアンテナ設計上適宜選ばれる定数である。ヘリ
ックスアンテナ部分の形状は、この不等式で定義される
形状に限られず、図3に示すようにヘリックス曲線と接
線Tと円筒面の母線Gに垂直な第2の接線Xのなす角度
が、スパイラルアンテナ部分に近い位置における値τ1
より遠い位置における値τ2の方へ漸増する形状であれ
ば実現することができる。ヘリックスアンテナ部分の終
端Eは従来技術と同様に電波吸収体または終端器にて終
端されている。
【0011】図4は本発明に係るスパイラルヘリックス
アンテナを4アームスパイラルヘリックスアンテナとし
て実施した時の概念的斜視図である。円筒の半径をr、
円筒の中心線をz軸、z軸を中心とする動径角をφ、円
筒の端面の中心を原点、円筒の端面の円板の各点と原点
の距離をρとするとき、この実施例では、スパイラルア
ンテナ部分A1,A2,A3,A4は次の不等式で表現
される領域に形成されている。 (ρ−rexp(−aφ))・(ρ−rexp−a(φ+π/4))・(ρ− rexp(−a(φ+π/2))・(ρ−rexp−a(φ+3π/4))・( ρ(−rexp1−a(φ+π))・(ρ−rexp−a(φ+5π/4))・ (ρ−rexp1−a(φ+3π/2))・(ρ−rexp−a(φ+7π/4 ))>0 ただしρ>ρ0 であり、ρ0 はスパイラルアンテナA
1,A2,A3,A4の給電点C1,C2,C3,C4
までの原点からの距離である。なおaはアンテナ設計上
適宜選ばれる定数である。ヘリックスアンテナ部分B
1,B2,B3,B4は次の不等式で表現される領域に
形成されている。 (φ−Az2 )・(φ−Az2 −π/4)・(φ−Az2 −π/2)・(φ− Az2 −3π/4)・(φ−Az2 −π)・(φ−Az2 −5π/4)・(φ− Az2 −3π/2)・(φ−Az2 −7π/4)>0 なおAはアンテナ設計上適宜選ばれる定数である。ヘリ
ックスアンテナ部分の形状は、この不等式で定義される
形状に限られず、図3に示すようにヘリックス曲線の接
線Tと円筒面の第2の接線Xのなす角度が、スパイラル
アンテナ部分に近い位置における値τ1より遠い位置に
おける値τ2の方へ漸増する形状であれば実現すること
ができる。
【0012】
【発明の効果】スパイラルヘリックスアンテナの寸法を
大きくすることなく、かつ動作周波数帯域中に性能の劣
化する周波数帯域をともなうことなく、アンテナの低域
特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術である平面型2アームスパイラルアン
テナの概念的斜視図である。
【図2】図1の2アームスパイラルアンテナを改良した
従来技術に係る2アームスパイラルヘリックスアンテナ
の概念的斜視図である。
【図3】本発明に係るスパイラルヘリックスアンテナを
2アームスパイラルヘリックスアンテナとして実施した
時の概念的斜視図である。
【図4】本発明に係るスパイラルヘリックスアンテナを
4アームスパイラルヘリックスアンテナとして実施した
時の概念的斜視図である。
【符号の説明】
A1,A2,A3,A4 スパイラルアンテナ部分 B1,B2,B3,B4 ヘリックスアンテナ部分 C1,C2,C3,C4 給電点 E ヘリックスアンテナ部分の終端 G 円筒面の母線 O 円筒面上のヘリックス曲線の一点 P 円筒の端面である平面状円板 S 円筒面の側面 T ヘリックスアンテナ部分のヘリックス曲線の接線 X 円筒面の側面S上の一点Oを通る接平面上で母線G
に対して垂直な直線である円筒面の第2の接線 z 円筒の中心軸 τ 第2の接線Xと接線Tのなす角度 φ 円筒の端面および側面上の点の軸zに関する動径角
度 r 円筒の半径 ρ 円筒の端面上の点の軸zからの距離 ρ0 給電点の軸zからの距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡戸 広則 東京都大田区南蒲田2丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 実開 昭56−83116(JP,U) 実公 昭41−22248(JP,Y1) 米国特許4012744(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 5/00 - 11/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体円筒の端面である平面状円板上に
    スパイラル曲線の形状に形成されたスパイラル導体から
    なるスパイラルアンテナ部分と、上記誘電体円筒の側面
    上にヘリックス曲線の形状に形成されたヘリックス導体
    からなるヘリックスアンテナ部分を有し、上記スパイラ
    ルアンテナ部分と上記ヘリックスアンテナ部分が連続
    するスパイラルヘリックスアンテナにおいて、上記 ヘリックス曲線上の一点Oを通る上記誘電体円筒の
    側面の母線をG、点Oを通る上記円筒側面の接平面内
    で母線Gに直交する直線である第2の接線をX、上記
    リックス曲線の接線をTとするとき、上記ヘリックス曲
    線の上記接線Tと上記第2の接線Xのなす角度が、上記
    点Oが上記スパイラルアンテナ部分に近づくに従って
    々に小さくなることを特徴とするスパイラルヘリックス
    アンテナ。
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