JP3382900B2 - ヘリカルアンテナ - Google Patents
ヘリカルアンテナInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はヘリカルアンテナに
係り、特に、円偏波指向性アンテナとして用いられるヘ
リカルアンテナに関する。 【０００２】 【従来の技術】図２には一般的なヘリカルアンテナを示
す。ヘリカルアンテナは、線状の導体がらせん状に巻回
されて成りらせん軸Ｃがアース板の中央を通るように配
置されたアンテナ素子（ヘリックス）を備え、アース板
の中央に設けられた給電点とアンテナ素子の一端が給電
線によって接続されて構成されている。 【０００３】ヘリカルアンテナは、電磁波の波長がアン
テナ素子の直径Ｄよりも長くなる周波数帯域ではダイポ
ールアンテナと等価になり、アンテナ素子かららせん軸
に垂直な方向へ電磁波が放射される。一方、電磁波の波
長がアンテナ素子の１周囲長（≒πＤ）と同程度の周波
数帯域では、アンテナ素子を流れる高周波電流が進行波
となり、アンテナ素子かららせん軸方向へ円偏波の電磁
波が放射される。このように、アンテナ素子の１周囲長
が整合すべき波長と同程度とされたヘリカルアンテナ
は、円偏波指向性アンテナとして多用されている。 【０００４】ところで、上記構成のヘリカルアンテナは
給電点とアンテナ素子とを接続している給電線からも電
磁波が放射されるが、この給電線の延びる方向はアンテ
ナ素子を構成する線状導体の延びる方向と異なってお
り、給電線と線状導体は給電点で角度をもって接続され
ているため、この給電線から放射される電磁波の影響に
よりヘリカルアンテナの指向特性に乱れが生ずる、とい
う問題がある。 【０００５】このため特開平３−１２８５０７号公報に
は、ヘリカル素子のらせんにより形成される仮想円筒と
アース板とが交差する円周上の一点（アース板上）に給
電点を設けた構成が開示されている（例として図３参
照：上記構成のヘリカルアンテナを本明細書では「オフ
セット給電ヘリカルアンテナ」という）。オフセット給
電ヘリカルアンテナは一般的なヘリカルアンテナのよう
な給電線を設けていないので、アンテナ素子から放射さ
れる電磁波を乱す不要な電磁波が放射されることはな
く、ヘリカルアンテナの指向特性を改善することができ
る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の技術ではヘリカルアンテナの指向特性は改善
できるものの、ヘリカルアンテナの入力インピーダンス
特性の改善は望めない。すなわち、ヘリカルアンテナ等
の進行波型のアンテナは、電流の反射が生じない（又は
非常に小さい）ため基本的に広い周波数帯域に亘って同
調可能な特性を有しているが、ヘリカルアンテナの入力
インピーダンスはリアクタンス成分を含んでいるため、
実際に使用するにあたってはヘリカルアンテナと送／受
信機の間に整合器を設け、送／受信機、及びヘリカルア
ンテナと送／受信機との間を接続する給電線とのインピ
ーダンスの整合をとる必要がある。 【０００７】しかし、上記のように整合器を設けると、
特定の狭い周波数帯域ではインピーダンスの整合がとれ
て前記周波数帯域でのＶＳＷＲ（電力反射係数）を良好
にすることができるものの、整合器に内蔵されているＬ
やＣ（リアクタンス分）の影響により、特定の周波数帯
域以外の帯域でのＶＳＷＲが悪化する。従って、広い周
波数帯域に亘って同調する必要がある等の場合には、同
調する周波数が互いに異なる複数のヘリカルアンテナを
設ける必要があった。 【０００８】図９にアンテナのＶＳＷＲとアンテナの電
力伝送率との関係を示すが、例えばＶＳＷＲ＝1.9のと
きの電力伝送率は90％であり、電力の10％は損失にな
る。このように、ＶＳＷＲはアンテナの効率に関連する
重要な電気的特性であり、電力を有効に利用するために
は、アンテナのＶＳＷＲをなるべく１に近づける（電力
伝送率を100％に近づける）ことが望ましい。 【０００９】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、指向特性の乱れが生ずることなく広い帯域に亘って
良好なＶＳＷＲ特性を示すヘリカルアンテナを得ること
が目的である。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本願発明者は、ヘリカル
アンテナの性能向上に関連するパラメータを確認するた
めに以下のような実験を行った。すなわち、基準となる
ヘリカルアンテナの標準仕様を、中心周波数ｆ0＝１．
２ＧＨｚ（波長λ＝０．２５ｍ）、巻数Ｔ＝８、アンテ
ナ素子の直径Ｄ＝0.0775ｍ（0.31λ）、アンテナ素子の
ピッチ間隔Ｓ＝0.06ｍ（0.24λ）、アース板からアンテ
ナ素子迄の距離ｇ＝0.0325ｍ（0.13λ）、アンテナ素子
の線状導体の半径ｒ＝0.000625ｍ（0.0025λ）、アース
板の直径Ｗ＝0.2ｍ（0.8λ）とし、一般的なヘリカルア
ンテナ（図２に示すヘリカルアンテナ）、オフセット給
電ヘリカルアンテナ（図３参照）、及び線上給電オフセ
ットヘリカルアンテナ（オフセット給電ヘリカルアンテ
ナに対し給電点をアース板上からアンテナ素子の途中に
ずらしたもの：図１参照）について、各パラメータの値
を以下の条件で変化させてＶＳＷＲ、入力インピーダン
ス、指向性の各特性をモーメント法及び実験により解析
した。 【００１１】・ヘリカルアンテナの条件：巻数Ｔ＝１〜
８、ピッチ間隔Ｓ＝標準仕様における値の70〜100％、
距離ｇ＝標準仕様における値の５〜150％、半径ｒ＝標
準仕様における値の１〜10倍（他のパラメータの値につ
いては標準仕様のままとした） ・オフセット給電ヘリカルアンテナの条件：距離ｇ＝０
ｍ（他のパラメータの値についてはヘリカルアンテナと
同一の条件とした） ・線上給電オフセットヘリカルアンテナの条件：アンテ
ナ素子に沿ったアース板と給電点との間隔Ｌ＝1.25〜５
mm（他のパラメータの値についてはヘリカルアンテナと
同一の条件とした） 上記実験の結果、図４にも示すように、ヘリカルアンテ
ナ、オフセット給電ヘリカルアンテナ、及び線上給電オ
フセットヘリカルアンテナの何れについても、中心周波
数ｆ0におけるＶＳＷＲがアンテナ素子の線状導体の半
径ｒと強い相関を示す（半径ｒ＝７倍のときが最良）と
共に、特に線上給電オフセットヘリカルアンテナは、ヘ
リカルアンテナ及びオフセット給電ヘリカルアンテナよ
りも良好なＶＳＷＲ値を示すことが明らかとなった。 【００１２】また、ヘリカルアンテナ、オフセット給電
ヘリカルアンテナ及び線上給電オフセットヘリカルアン
テナは、「佐藤太一・藤岡丈志・川名子文弥『オフセッ
トヘリカルアンテナの解析』小山工業高等専門学校研究
紀要第３１号、１９９９年３月」の図１３（１）及び図
１８（１）にも示されているように、中心周波数ｆ0の
前後の周波数範囲において、周波数の変化に対する入力
インピーダンスの変化の軌跡がスミスチャート上で小円
を描く。 【００１３】このため、図５は前記小円の中心をアンテ
ナの入力インピーダンスの代表値とし、半径ｒの値の変
化に対するヘリカルアンテナ、オフセット給電ヘリカル
アンテナ、及び線上給電オフセットヘリカルアンテナ
（Ｌ＝1.25mm，2.50mm，5.00mm）の入力インピーダンス
（詳しくは代表値）の変化の軌跡をスミスチャート上で
示している。図５からも明らかなように、ヘリカルアン
テナ及びオフセット給電ヘリカルアンテナは入力インピ
ーダンスの変化の軌跡がスミスチャートの実軸を通過し
ておらず、インピーダンスを整合させるためには整合器
が必要となる。 【００１４】一方、線上給電オフセットヘリカルアンテ
ナについては、間隔Ｌが何れの値の場合にも入力インピ
ーダンスの変化の軌跡がスミスチャートの実軸を通過し
ていると共に、実軸の通過位置が互いに異なっているの
で（Ｌ＝5.00mmの場合についても、半径ｒの値を更に大
きくすれば入力インピーダンスの変化の軌跡が実軸を通
過するものと推定される）、半径ｒや間隔Ｌの値を調整
することにより、中心周波数ｆ0における入力インピー
ダンスをスミスチャートの中心に一致させる（すなわち
整合器を設けることなく整合させる）ことが可能である
ことが明らかである。 【００１５】更に図６には、オフセット給電ヘリカルア
ンテナと線上給電オフセットヘリカルアンテナ（何れも
半径ｒ＝７倍）の各々の、周波数とＶＳＷＲとの関係が
示されている。図６からも明らかなように、線上給電オ
フセットヘリカルアンテナは、オフセット給電ヘリカル
アンテナと比較し、1000〜2000ＭＨｚもの広い周波数帯
域に亘ってＶＳＷＲ＝１．５以下の非常に良好な値を示
しており、整合器を設けることなく広い周波数帯域に亘
って良好なＶＳＷＲ特性が得られることが明らかとなっ
た。 【００１６】また、図７には中心周波数における線上給
電オフセットヘリカルアンテナの指向特性（測定値及び
解析値）を示す。図７からも明らかなように、線上給電
オフセットヘリカルアンテナは、水平偏波及び垂直偏波
の何れの場合にも、オフセット給電ヘリカルアンテナと
同様の良好な指向特性が得られる。 【００１７】上記に基づき本発明に係るヘリカルアンテ
ナは、長尺状の導体と、内部導体が前記導体に接続され
た同軸給電線から成り、らせん状に巻回され、らせん軸
が板状導体と略垂直となるように配置されたアンテナ素
子を備え、前記アンテナ素子の前記同軸給電線側の一端
が、前記アンテナ素子のらせんによって形成される仮想
円筒面と前記板状導体との交差位置で板状導体に接し、
前記導体と前記内部導体との接続点が、アンテナ素子に
沿って前記板状導体から離れた位置に位置していること
を特徴としている。 【００１８】本発明に係るヘリカルアンテナは、アンテ
ナ素子が、長尺状の導体と、内部導体が前記導体に接続
された同軸給電線から成り、アンテナ素子の同軸給電線
側の一端が、アンテナ素子のらせんによって形成される
仮想円筒面と板状導体との交差位置で板状導体に接して
おり、導体と内部導体との接続点、すなわち給電点が、
アンテナ素子に沿って板状導体から離れた位置に位置し
ているので、先にも説明したように、指向特性の乱れが
生ずることなく広い帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性を
得ることができる。 【００１９】なお、本願発明者が行った実験によれば、
線上給電オフセットヘリカルアンテナを規定する各種の
パラメータのうち、アンテナの入力インピーダンスに顕
著な影響を及ぼすと共に明確な相関を示すパラメータ
は、間隔Ｌ（すなわちアンテナ素子に沿った板状導体と
給電点との間隔）、及び半径ｒ（すなわちアンテナ素子
の太さ）であることが確認されている。 【００２０】このため、本発明に係るヘリカルアンテナ
の設計にあたっては、所定の周波数範囲における入力イ
ンピーダンスが所定値に一致するように、アンテナ素子
に沿った板状導体と給電点との間隔、及びアンテナ素子
の太さを調整することが好ましい。前記間隔及び前記太
さを調整することにより、所定の周波数範囲における入
力インピーダンスを所定値に一致させることを容易に実
現できる。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態の一例を詳細に説明する。図８には本実施形態に
係るヘリカルアンテナ１０が示されている。 【００２２】ヘリカルアンテナ１０は、導電性材料から
成る円板状のアース板（板状導体）１２と、らせん状に
巻回されたアンテナ素子１４を備えている。アンテナ素
子１４は中空のパイプ状導体１６を含んで構成されてお
り、該パイプ状導体１６の端部には、図８において拡大
図で示すように同軸給電線１８の内部導体１８Ａが接続
されている。同軸給電線１８は、パイプ状導体１６と接
続されている側の端部が、パイプ状導体１６が設けられ
ている側へアース板１２から所定長さＬだけ突出するよ
うにアース板１２を貫通しており、同軸給電線１８のう
ちアース板１２から突出している部分は、パイプ状導体
１６と共に一定の曲率でらせん状に巻回されてアンテナ
素子１４を構成している。 【００２３】アンテナ素子１４はらせん軸（図８に一点
鎖線で示す）がアース板１２の中心と略垂直に交差する
ように配置されており、同軸給電線１８は、詳しくはア
ンテナ素子１４のらせんによって形成される仮想円筒面
（図８に破線で示す）とアース板１２との交差によって
アース板１２上に形成される仮想円（図８では破線で示
す）の円周上の所定位置でアース板１２を貫通してい
る。同軸給電線１８のうちアース板１２から突出してい
る部分は、ビニール等から成る被覆体が除去されて外部
導体１８Ｂが露出しており、外部導体１８Ｂは同軸給電
線１８がアース板１２を貫通している位置においてアー
ス板１２と接続されている。 【００２４】従って、アンテナ素子１４のパイプ状導体
１６と同軸給電線１８との接続点（すなわち給電点）
は、アンテナ素子１４（詳しくは同軸給電線１８）に沿
ってアース板１２から所定長さＬだけ隔てた位置に設け
られており、線上給電オフセットヘリカルアンテナを形
成している。また、同軸給電線１８のパイプ状導体１６
と接続されている側と反対側の端部には同軸コネクタ２
０が取付けられている。ヘリカルアンテナ１０は、同軸
コネクタ２０を介して図示しない送／受信機と接続され
る。 【００２５】本実施形態に係るヘリカルアンテナ１０
は、整合すべき所定の周波数範囲における入力インピー
ダンスが同軸給電線１８及び図示しない送／受信機と整
合するように、アンテナ素子１４（詳しくはパイプ状導
体１６）の太さ（半径ｒ）及びアンテナ素子１４に沿っ
たアース板１２と給電点との間隔Ｌが調整されており、
更にアンテナ素子１４の巻数Ｔ、アンテナ素子１４の直
径Ｄ、アンテナ素子１４のピッチ間隔Ｓ、及びアース板
１２の直径Ｗの各パラメータが、前記整合すべき所定の
周波数範囲に応じて調整されている。 【００２６】先にも説明したように、線上給電オフセッ
トヘリカルアンテナは、アンテナ素子の太さ（半径ｒ）
及びアンテナ素子に沿ったアース板と給電点との間隔Ｌ
を調整することで、整合すべき所定の周波数範囲におい
て入力インピーダンスにリアクタンス成分が含まれない
ように調整することができるので、本実施形態に係るヘ
リカルアンテナ１０についても、所定の周波数範囲にお
いて同軸給電線１８及び送／受信機とインピーダンスを
整合させることを、整合器を設けることなく実現でき
る。従って、本実施形態に係るヘリカルアンテナ１０に
ついても、指向特性の乱れが生ずることなく、所定周波
数を中心として広い周波数帯域に亘って良好なＶＳＷＲ
特性を得ることができる。 【００２７】なお、上記では中空のパイプ状導体１６を
含んでアンテナ素子１４を構成していたが、長尺状の導
体であればアンテナ素子１４に適用可能であり、例えば
帯状の導体等を用いてもよい。この場合、アンテナ素子
の太さについては、帯状導体の幅から、等価半径の定理
（「超短波空中線」内田英成、虫明康人著、コロナ社、
昭和３０年、p99〜100）を用いて求めることができる。 【００２８】また、上記では同軸給電線として同軸ケー
ブルを用いていたが、これに代えて同軸管を用いてもよ
い。 【００２９】また、上記では板状導体として円形のアー
ス板１２を用いていたが、板状導体の形状は上記に限定
されるものではなく、任意の形状の導体を板状導体とし
て使用可能であることは言うまでもない。 【００３０】以上、本発明の実施形態について説明した
が、上記の実施形態は、特許請求の範囲に記載した事項
の実施態様以外に、以下に記載した事項の実施態様を含
んでいる。 【００３１】（１）所定の周波数範囲における入力イン
ピーダンスが所定値に略一致するように、前記アンテナ
素子に沿った前記板状導体と前記給電点との間隔、及び
アンテナ素子の太さが調整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。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したように本発明に係るヘリカ
ルアンテナは、アンテナ素子が、長尺状の導体と、内部
導体が前記導体に接続された同軸給電線から成り、らせ
ん状に巻回されたアンテナ素子の同軸給電線側の一端が
アンテナ素子のらせんによって形成される仮想円筒面と
板状導体との交差位置で板状導体に接し、導体と内部導
体との接続点が、アンテナ素子に沿って板状導体から離
れた位置に位置しているので、指向特性の乱れが生ずる
ことなく広い帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られ
る、という優れた効果を有する。
係り、特に、円偏波指向性アンテナとして用いられるヘ
リカルアンテナに関する。 【０００２】 【従来の技術】図２には一般的なヘリカルアンテナを示
す。ヘリカルアンテナは、線状の導体がらせん状に巻回
されて成りらせん軸Ｃがアース板の中央を通るように配
置されたアンテナ素子（ヘリックス）を備え、アース板
の中央に設けられた給電点とアンテナ素子の一端が給電
線によって接続されて構成されている。 【０００３】ヘリカルアンテナは、電磁波の波長がアン
テナ素子の直径Ｄよりも長くなる周波数帯域ではダイポ
ールアンテナと等価になり、アンテナ素子かららせん軸
に垂直な方向へ電磁波が放射される。一方、電磁波の波
長がアンテナ素子の１周囲長（≒πＤ）と同程度の周波
数帯域では、アンテナ素子を流れる高周波電流が進行波
となり、アンテナ素子かららせん軸方向へ円偏波の電磁
波が放射される。このように、アンテナ素子の１周囲長
が整合すべき波長と同程度とされたヘリカルアンテナ
は、円偏波指向性アンテナとして多用されている。 【０００４】ところで、上記構成のヘリカルアンテナは
給電点とアンテナ素子とを接続している給電線からも電
磁波が放射されるが、この給電線の延びる方向はアンテ
ナ素子を構成する線状導体の延びる方向と異なってお
り、給電線と線状導体は給電点で角度をもって接続され
ているため、この給電線から放射される電磁波の影響に
よりヘリカルアンテナの指向特性に乱れが生ずる、とい
う問題がある。 【０００５】このため特開平３−１２８５０７号公報に
は、ヘリカル素子のらせんにより形成される仮想円筒と
アース板とが交差する円周上の一点（アース板上）に給
電点を設けた構成が開示されている（例として図３参
照：上記構成のヘリカルアンテナを本明細書では「オフ
セット給電ヘリカルアンテナ」という）。オフセット給
電ヘリカルアンテナは一般的なヘリカルアンテナのよう
な給電線を設けていないので、アンテナ素子から放射さ
れる電磁波を乱す不要な電磁波が放射されることはな
く、ヘリカルアンテナの指向特性を改善することができ
る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の技術ではヘリカルアンテナの指向特性は改善
できるものの、ヘリカルアンテナの入力インピーダンス
特性の改善は望めない。すなわち、ヘリカルアンテナ等
の進行波型のアンテナは、電流の反射が生じない（又は
非常に小さい）ため基本的に広い周波数帯域に亘って同
調可能な特性を有しているが、ヘリカルアンテナの入力
インピーダンスはリアクタンス成分を含んでいるため、
実際に使用するにあたってはヘリカルアンテナと送／受
信機の間に整合器を設け、送／受信機、及びヘリカルア
ンテナと送／受信機との間を接続する給電線とのインピ
ーダンスの整合をとる必要がある。 【０００７】しかし、上記のように整合器を設けると、
特定の狭い周波数帯域ではインピーダンスの整合がとれ
て前記周波数帯域でのＶＳＷＲ（電力反射係数）を良好
にすることができるものの、整合器に内蔵されているＬ
やＣ（リアクタンス分）の影響により、特定の周波数帯
域以外の帯域でのＶＳＷＲが悪化する。従って、広い周
波数帯域に亘って同調する必要がある等の場合には、同
調する周波数が互いに異なる複数のヘリカルアンテナを
設ける必要があった。 【０００８】図９にアンテナのＶＳＷＲとアンテナの電
力伝送率との関係を示すが、例えばＶＳＷＲ＝1.9のと
きの電力伝送率は90％であり、電力の10％は損失にな
る。このように、ＶＳＷＲはアンテナの効率に関連する
重要な電気的特性であり、電力を有効に利用するために
は、アンテナのＶＳＷＲをなるべく１に近づける（電力
伝送率を100％に近づける）ことが望ましい。 【０００９】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、指向特性の乱れが生ずることなく広い帯域に亘って
良好なＶＳＷＲ特性を示すヘリカルアンテナを得ること
が目的である。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本願発明者は、ヘリカル
アンテナの性能向上に関連するパラメータを確認するた
めに以下のような実験を行った。すなわち、基準となる
ヘリカルアンテナの標準仕様を、中心周波数ｆ0＝１．
２ＧＨｚ（波長λ＝０．２５ｍ）、巻数Ｔ＝８、アンテ
ナ素子の直径Ｄ＝0.0775ｍ（0.31λ）、アンテナ素子の
ピッチ間隔Ｓ＝0.06ｍ（0.24λ）、アース板からアンテ
ナ素子迄の距離ｇ＝0.0325ｍ（0.13λ）、アンテナ素子
の線状導体の半径ｒ＝0.000625ｍ（0.0025λ）、アース
板の直径Ｗ＝0.2ｍ（0.8λ）とし、一般的なヘリカルア
ンテナ（図２に示すヘリカルアンテナ）、オフセット給
電ヘリカルアンテナ（図３参照）、及び線上給電オフセ
ットヘリカルアンテナ（オフセット給電ヘリカルアンテ
ナに対し給電点をアース板上からアンテナ素子の途中に
ずらしたもの：図１参照）について、各パラメータの値
を以下の条件で変化させてＶＳＷＲ、入力インピーダン
ス、指向性の各特性をモーメント法及び実験により解析
した。 【００１１】・ヘリカルアンテナの条件：巻数Ｔ＝１〜
８、ピッチ間隔Ｓ＝標準仕様における値の70〜100％、
距離ｇ＝標準仕様における値の５〜150％、半径ｒ＝標
準仕様における値の１〜10倍（他のパラメータの値につ
いては標準仕様のままとした） ・オフセット給電ヘリカルアンテナの条件：距離ｇ＝０
ｍ（他のパラメータの値についてはヘリカルアンテナと
同一の条件とした） ・線上給電オフセットヘリカルアンテナの条件：アンテ
ナ素子に沿ったアース板と給電点との間隔Ｌ＝1.25〜５
mm（他のパラメータの値についてはヘリカルアンテナと
同一の条件とした） 上記実験の結果、図４にも示すように、ヘリカルアンテ
ナ、オフセット給電ヘリカルアンテナ、及び線上給電オ
フセットヘリカルアンテナの何れについても、中心周波
数ｆ0におけるＶＳＷＲがアンテナ素子の線状導体の半
径ｒと強い相関を示す（半径ｒ＝７倍のときが最良）と
共に、特に線上給電オフセットヘリカルアンテナは、ヘ
リカルアンテナ及びオフセット給電ヘリカルアンテナよ
りも良好なＶＳＷＲ値を示すことが明らかとなった。 【００１２】また、ヘリカルアンテナ、オフセット給電
ヘリカルアンテナ及び線上給電オフセットヘリカルアン
テナは、「佐藤太一・藤岡丈志・川名子文弥『オフセッ
トヘリカルアンテナの解析』小山工業高等専門学校研究
紀要第３１号、１９９９年３月」の図１３（１）及び図
１８（１）にも示されているように、中心周波数ｆ0の
前後の周波数範囲において、周波数の変化に対する入力
インピーダンスの変化の軌跡がスミスチャート上で小円
を描く。 【００１３】このため、図５は前記小円の中心をアンテ
ナの入力インピーダンスの代表値とし、半径ｒの値の変
化に対するヘリカルアンテナ、オフセット給電ヘリカル
アンテナ、及び線上給電オフセットヘリカルアンテナ
（Ｌ＝1.25mm，2.50mm，5.00mm）の入力インピーダンス
（詳しくは代表値）の変化の軌跡をスミスチャート上で
示している。図５からも明らかなように、ヘリカルアン
テナ及びオフセット給電ヘリカルアンテナは入力インピ
ーダンスの変化の軌跡がスミスチャートの実軸を通過し
ておらず、インピーダンスを整合させるためには整合器
が必要となる。 【００１４】一方、線上給電オフセットヘリカルアンテ
ナについては、間隔Ｌが何れの値の場合にも入力インピ
ーダンスの変化の軌跡がスミスチャートの実軸を通過し
ていると共に、実軸の通過位置が互いに異なっているの
で（Ｌ＝5.00mmの場合についても、半径ｒの値を更に大
きくすれば入力インピーダンスの変化の軌跡が実軸を通
過するものと推定される）、半径ｒや間隔Ｌの値を調整
することにより、中心周波数ｆ0における入力インピー
ダンスをスミスチャートの中心に一致させる（すなわち
整合器を設けることなく整合させる）ことが可能である
ことが明らかである。 【００１５】更に図６には、オフセット給電ヘリカルア
ンテナと線上給電オフセットヘリカルアンテナ（何れも
半径ｒ＝７倍）の各々の、周波数とＶＳＷＲとの関係が
示されている。図６からも明らかなように、線上給電オ
フセットヘリカルアンテナは、オフセット給電ヘリカル
アンテナと比較し、1000〜2000ＭＨｚもの広い周波数帯
域に亘ってＶＳＷＲ＝１．５以下の非常に良好な値を示
しており、整合器を設けることなく広い周波数帯域に亘
って良好なＶＳＷＲ特性が得られることが明らかとなっ
た。 【００１６】また、図７には中心周波数における線上給
電オフセットヘリカルアンテナの指向特性（測定値及び
解析値）を示す。図７からも明らかなように、線上給電
オフセットヘリカルアンテナは、水平偏波及び垂直偏波
の何れの場合にも、オフセット給電ヘリカルアンテナと
同様の良好な指向特性が得られる。 【００１７】上記に基づき本発明に係るヘリカルアンテ
ナは、長尺状の導体と、内部導体が前記導体に接続され
た同軸給電線から成り、らせん状に巻回され、らせん軸
が板状導体と略垂直となるように配置されたアンテナ素
子を備え、前記アンテナ素子の前記同軸給電線側の一端
が、前記アンテナ素子のらせんによって形成される仮想
円筒面と前記板状導体との交差位置で板状導体に接し、
前記導体と前記内部導体との接続点が、アンテナ素子に
沿って前記板状導体から離れた位置に位置していること
を特徴としている。 【００１８】本発明に係るヘリカルアンテナは、アンテ
ナ素子が、長尺状の導体と、内部導体が前記導体に接続
された同軸給電線から成り、アンテナ素子の同軸給電線
側の一端が、アンテナ素子のらせんによって形成される
仮想円筒面と板状導体との交差位置で板状導体に接して
おり、導体と内部導体との接続点、すなわち給電点が、
アンテナ素子に沿って板状導体から離れた位置に位置し
ているので、先にも説明したように、指向特性の乱れが
生ずることなく広い帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性を
得ることができる。 【００１９】なお、本願発明者が行った実験によれば、
線上給電オフセットヘリカルアンテナを規定する各種の
パラメータのうち、アンテナの入力インピーダンスに顕
著な影響を及ぼすと共に明確な相関を示すパラメータ
は、間隔Ｌ（すなわちアンテナ素子に沿った板状導体と
給電点との間隔）、及び半径ｒ（すなわちアンテナ素子
の太さ）であることが確認されている。 【００２０】このため、本発明に係るヘリカルアンテナ
の設計にあたっては、所定の周波数範囲における入力イ
ンピーダンスが所定値に一致するように、アンテナ素子
に沿った板状導体と給電点との間隔、及びアンテナ素子
の太さを調整することが好ましい。前記間隔及び前記太
さを調整することにより、所定の周波数範囲における入
力インピーダンスを所定値に一致させることを容易に実
現できる。 【００２１】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態の一例を詳細に説明する。図８には本実施形態に
係るヘリカルアンテナ１０が示されている。 【００２２】ヘリカルアンテナ１０は、導電性材料から
成る円板状のアース板（板状導体）１２と、らせん状に
巻回されたアンテナ素子１４を備えている。アンテナ素
子１４は中空のパイプ状導体１６を含んで構成されてお
り、該パイプ状導体１６の端部には、図８において拡大
図で示すように同軸給電線１８の内部導体１８Ａが接続
されている。同軸給電線１８は、パイプ状導体１６と接
続されている側の端部が、パイプ状導体１６が設けられ
ている側へアース板１２から所定長さＬだけ突出するよ
うにアース板１２を貫通しており、同軸給電線１８のう
ちアース板１２から突出している部分は、パイプ状導体
１６と共に一定の曲率でらせん状に巻回されてアンテナ
素子１４を構成している。 【００２３】アンテナ素子１４はらせん軸（図８に一点
鎖線で示す）がアース板１２の中心と略垂直に交差する
ように配置されており、同軸給電線１８は、詳しくはア
ンテナ素子１４のらせんによって形成される仮想円筒面
（図８に破線で示す）とアース板１２との交差によって
アース板１２上に形成される仮想円（図８では破線で示
す）の円周上の所定位置でアース板１２を貫通してい
る。同軸給電線１８のうちアース板１２から突出してい
る部分は、ビニール等から成る被覆体が除去されて外部
導体１８Ｂが露出しており、外部導体１８Ｂは同軸給電
線１８がアース板１２を貫通している位置においてアー
ス板１２と接続されている。 【００２４】従って、アンテナ素子１４のパイプ状導体
１６と同軸給電線１８との接続点（すなわち給電点）
は、アンテナ素子１４（詳しくは同軸給電線１８）に沿
ってアース板１２から所定長さＬだけ隔てた位置に設け
られており、線上給電オフセットヘリカルアンテナを形
成している。また、同軸給電線１８のパイプ状導体１６
と接続されている側と反対側の端部には同軸コネクタ２
０が取付けられている。ヘリカルアンテナ１０は、同軸
コネクタ２０を介して図示しない送／受信機と接続され
る。 【００２５】本実施形態に係るヘリカルアンテナ１０
は、整合すべき所定の周波数範囲における入力インピー
ダンスが同軸給電線１８及び図示しない送／受信機と整
合するように、アンテナ素子１４（詳しくはパイプ状導
体１６）の太さ（半径ｒ）及びアンテナ素子１４に沿っ
たアース板１２と給電点との間隔Ｌが調整されており、
更にアンテナ素子１４の巻数Ｔ、アンテナ素子１４の直
径Ｄ、アンテナ素子１４のピッチ間隔Ｓ、及びアース板
１２の直径Ｗの各パラメータが、前記整合すべき所定の
周波数範囲に応じて調整されている。 【００２６】先にも説明したように、線上給電オフセッ
トヘリカルアンテナは、アンテナ素子の太さ（半径ｒ）
及びアンテナ素子に沿ったアース板と給電点との間隔Ｌ
を調整することで、整合すべき所定の周波数範囲におい
て入力インピーダンスにリアクタンス成分が含まれない
ように調整することができるので、本実施形態に係るヘ
リカルアンテナ１０についても、所定の周波数範囲にお
いて同軸給電線１８及び送／受信機とインピーダンスを
整合させることを、整合器を設けることなく実現でき
る。従って、本実施形態に係るヘリカルアンテナ１０に
ついても、指向特性の乱れが生ずることなく、所定周波
数を中心として広い周波数帯域に亘って良好なＶＳＷＲ
特性を得ることができる。 【００２７】なお、上記では中空のパイプ状導体１６を
含んでアンテナ素子１４を構成していたが、長尺状の導
体であればアンテナ素子１４に適用可能であり、例えば
帯状の導体等を用いてもよい。この場合、アンテナ素子
の太さについては、帯状導体の幅から、等価半径の定理
（「超短波空中線」内田英成、虫明康人著、コロナ社、
昭和３０年、p99〜100）を用いて求めることができる。 【００２８】また、上記では同軸給電線として同軸ケー
ブルを用いていたが、これに代えて同軸管を用いてもよ
い。 【００２９】また、上記では板状導体として円形のアー
ス板１２を用いていたが、板状導体の形状は上記に限定
されるものではなく、任意の形状の導体を板状導体とし
て使用可能であることは言うまでもない。 【００３０】以上、本発明の実施形態について説明した
が、上記の実施形態は、特許請求の範囲に記載した事項
の実施態様以外に、以下に記載した事項の実施態様を含
んでいる。 【００３１】（１）所定の周波数範囲における入力イン
ピーダンスが所定値に略一致するように、前記アンテナ
素子に沿った前記板状導体と前記給電点との間隔、及び
アンテナ素子の太さが調整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。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したように本発明に係るヘリカ
ルアンテナは、アンテナ素子が、長尺状の導体と、内部
導体が前記導体に接続された同軸給電線から成り、らせ
ん状に巻回されたアンテナ素子の同軸給電線側の一端が
アンテナ素子のらせんによって形成される仮想円筒面と
板状導体との交差位置で板状導体に接し、導体と内部導
体との接続点が、アンテナ素子に沿って板状導体から離
れた位置に位置しているので、指向特性の乱れが生ずる
ことなく広い帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られ
る、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明者が実施した実験を説明するため
の、本発明に係る線上給電オフセットヘリカルアンテナ
を示す斜視図である。 【図２】 本願発明者が実施した実験を説明するため
の、従来のヘリカルアンテナを示す斜視図である。 【図３】 本願発明者が実施した実験を説明するため
の、オフセット給電ヘリカルアンテナを示す斜視図であ
る。 【図４】 ヘリカルアンテナ、オフセット給電ヘリカル
アンテナ及び線上給電オフセットヘリカルアンテナ（距
離Ｌ＝2.50mm）の、線状導体の半径ｒとＶＳＷＲとの関
係を示す線図である。 【図５】 ヘリカルアンテナ、オフセット給電ヘリカル
アンテナ及び線上給電オフセットヘリカルアンテナ（Ｌ
＝1.25mm，2.50mm，5.00mm）の、半径ｒと中心周波数ｆ
0における入力インピーダンスと関係を示すスミスチャ
ートである。 【図６】 オフセット給電ヘリカルアンテナ及び線上給
電オフセットヘリカルアンテナの周波数とＶＳＷＲとの
関係を示す線図である。 【図７】 線上給電オフセットヘリカルアンテナの指向
特性（測定値及び解析値）を示す線図である。 【図８】 本実施形態に係るヘリカルアンテナの斜視図
である。 【図９】 アンテナのＶＳＷＲとアンテナの電力伝送率
との関係を示す線図である。 【符号の説明】 １０ ヘリカルアンテナ １２ アース板 １４ アンテナ素子 １６ パイプ状導体 １８ 同軸給電線 ２０ 同軸コネクタ
の、本発明に係る線上給電オフセットヘリカルアンテナ
を示す斜視図である。 【図２】 本願発明者が実施した実験を説明するため
の、従来のヘリカルアンテナを示す斜視図である。 【図３】 本願発明者が実施した実験を説明するため
の、オフセット給電ヘリカルアンテナを示す斜視図であ
る。 【図４】 ヘリカルアンテナ、オフセット給電ヘリカル
アンテナ及び線上給電オフセットヘリカルアンテナ（距
離Ｌ＝2.50mm）の、線状導体の半径ｒとＶＳＷＲとの関
係を示す線図である。 【図５】 ヘリカルアンテナ、オフセット給電ヘリカル
アンテナ及び線上給電オフセットヘリカルアンテナ（Ｌ
＝1.25mm，2.50mm，5.00mm）の、半径ｒと中心周波数ｆ
0における入力インピーダンスと関係を示すスミスチャ
ートである。 【図６】 オフセット給電ヘリカルアンテナ及び線上給
電オフセットヘリカルアンテナの周波数とＶＳＷＲとの
関係を示す線図である。 【図７】 線上給電オフセットヘリカルアンテナの指向
特性（測定値及び解析値）を示す線図である。 【図８】 本実施形態に係るヘリカルアンテナの斜視図
である。 【図９】 アンテナのＶＳＷＲとアンテナの電力伝送率
との関係を示す線図である。 【符号の説明】 １０ ヘリカルアンテナ １２ アース板 １４ アンテナ素子 １６ パイプ状導体 １８ 同軸給電線 ２０ 同軸コネクタ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−128507（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−41734（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−294013（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−46026（ＪＰ，Ａ)
実開 平５−39016（ＪＰ，Ｕ)
特公 平２−27609（ＪＰ，Ｂ２)
特公 昭35−4067（ＪＰ，Ｂ１)
特公 昭35−2810（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01Q 11/08
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 長尺状の導体と、内部導体が前記導体に
接続された同軸給電線から成り、らせん状に巻回され、
らせん軸が板状導体と略垂直となるように配置されたア
ンテナ素子を備え、 前記アンテナ素子の前記同軸給電線側の一端が、前記ア
ンテナ素子のらせんによって形成される仮想円筒面と前
記板状導体との交差位置で板状導体に接し、前記導体と
前記内部導体との接続点が、アンテナ素子に沿って前記
板状導体から離れた位置に位置していることを特徴とす
るヘリカルアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26719099A JP3382900B2 (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | ヘリカルアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26719099A JP3382900B2 (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | ヘリカルアンテナ |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2001094333A JP2001094333A (ja) | 2001-04-06 |
| JP3382900B2 true JP3382900B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=17441376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26719099A Expired - Fee Related JP3382900B2 (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | ヘリカルアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| CN102709670B (zh) * | 2012-06-24 | 2015-04-15 | 电子科技大学 | 一种增强电磁波在等离子体中穿透性的磁体天线 |
| CN111883911B (zh) * | 2020-06-11 | 2023-03-21 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 用于iot设备的圆极化天线和具有其的iot设备 |
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1999
- 1999-09-21 JP JP26719099A patent/JP3382900B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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