JP3481537B2 - 二周波共用ヘリカルアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、導体線をらせん状
に巻いて放射素子とした二周波共用単一型ヘリカルアン
テナに関し、特に、小型の無線機器に使用すると好都合
なものである。 【０００２】 【従来の技術、発明が解決しようとする課題】例えば、
デュープレックス通信において送・受周波数が接近して
いる場合にあっては、通常の小型アンテナでは使用可能
な周波数帯域が狭くなるため、いずれかの周波数に同調
させざるを得ず、両方の周波数をカバーし切れない。 【０００３】このような異なる二つの周波数帯に対応で
きる様にするためには、例えば図４に示す様に、複雑な
マッチング回路４´をアンテナ回路中に組み込まなけれ
ばならない。これに代わるものとして、通常のアンテナ
の下部、すなわち、アンテナ給電部に並列共振回路Ｂ´
を入れたり（図５参照）、あるいは、アンテナエレメン
ト１´の途中に並列共振回路Ｂ´を入れたものがある
（図６参照）。 【０００４】これらの場合に用いられる並列共振回路Ｂ
´は、コイル２´とコンデンサ３´とを並列に接続して
アンテナエレメント１´の共振周波数ｆ_１´とほぼ同じ
周波数に共振させることができるようにしたもので、こ
の並列共振回路Ｂ´により第一の周波数ｆ_１´帯と第二
の周波数ｆ_２´帯の間に共振周波数を有するものとする
ことができ、それによって異なる二つの周波数ｆ_１´、
ｆ_２´帯でアンテナの使用を可能ならしめたものであ
る。 【０００５】ところが、図５に示すアンテナの場合に
は、ＶＨＦ帯とＵＨＦ帯で使用可能なアンテナの様に、
使用可能な二つの周波数ｆ_１´、ｆ_２´の間隔が、例え
ば、１５０ＭＨｚ帯と４００ＭＨｚ帯という様に大きく
離れてしまう。 【０００６】一方、図６に示すアンテナの場合には、並
列共振回路Ｂ´より上側にもアンテナエレメント１¨を
配置しなければならない。このアンテナエレメント１¨
を配置することにより、一つの周波数ｆ_１´帯では接合
部のインピーダンスが無限大となり、それより上側の並
列共振回路Ｂ´とアンテナエレメント１¨は電気的に切
り離され、また、一つの周波数ｆ_１´帯よりも低い周波
数ｆ_２´帯では、並列共振回路Ｂ´が短縮コイルとして
作用し、異なる二つの周波数ｆ_１´、ｆ_２´帯での使用
が可能となる。 【０００７】 【課題を解決するための手段】このように、従来の場合
には、二周波共用アンテナとするために複雑な構造とせ
ざるを得なかったり、使用可能な二つの周波数の間隔が
大きく離れているなどの欠点を有しており、それらの改
善が望まれていた。そこで、本発明では、導体線をらせ
ん状に巻いて放射素子としたヘリカルアンテナを取り入
れ、図１に示すように、このヘリカルエレメント１の先
端に、その共振周波数ｆ_１に接近した共振周波数Φｆ_１
を有する並列共振回路Ｂを備えたものとする。 【０００８】この並列共振回路Ｂはコイル２とコンデン
サ３とを並列に接続したもので、前記ヘリカルエレメン
ト１の巻き方向とこの並列共振回路Ｂのコイル２の巻き
方向とを逆向きとする。 【０００９】このようにすることにより、第一の周波数
ｆ_１帯と第二の周波数ｆ_２帯の間に共振周波数Φｆ_１を
有するものとすることができ、それによって使用可能な
二つの周波数の間隔を従来の場合における使用可能な周
波数ｆ_１とｆ_２の間隔より接近させることができる。 【００１０】その理由としては、以下のことが考えられ
る。すなわち、ある共振周波数を持つヘリカルエレメン
ト１の先端に、そのヘリカルエレメント１の共振周波数
に近い共振周波数を持つ並列共振回路Ｂを配置すると、
相互インダクタンスの影響によってそれぞれの共振周波
数は変化するが、相互インダクタンスの影響を考慮して
ヘリカルエレメント１と並列共振回路Ｂを設計すれば、
ヘリカルエレメント１と並列共振回路Ｂの接合部付近に
インピーダンスが無限大になる部分が生じる。これによ
り、先端に並列共振回路Ｂを設けたヘリカルアンテナも
図６に示すアンテナの場合と同様に、インピーダンスが
無限大となる部分から上側が電気的に切り離された共振
周波数ｆ_１と、ヘリカルエレメント１＋並列共振回路Ｂ
のインダクタンス＋相互インダクタンスにより、ｆ_１の
共振周波数より低い所にｆ_２の共振周波数を持つ二波共
用アンテナになると考えられる。 【００１１】ヘリカルエレメント１の巻き方向と並列共
振回路Ｂのコイル２の巻き方向とを同じ向きにして実験
したところ、図３（ａ）のグラフに示す様に、１４０Ｍ
Ｈｚ帯で１２７．５ＭＨｚ（点１）と１４９．３ＭＨｚ
（点２）という２０ＭＨｚ近くにまで接近した二つの周
波数を持つアンテナとして動作することを確認できた。
なお、図３（ａ）はこの場合のＳＷＲ（Ｓｔａｎｄｉｎ
ｇＷａｖｅＲａｔｉｏ）特性を示すグラフである。 【００１２】これに対して、図１（ｂ）に示すように、
ヘリカルエレメント１の巻き方向と並列共振回路Ｂのコ
イル２の巻き方向とを逆向きにすると、使用可能な二つ
の周波数の間隔を図１（ａ）に示す構成とした場合より
さらに接近させることができる。すなわち、ヘリカルエ
レメント１の巻き方向と並列共振回路Ｂのコイル２の巻
き方向とを逆向きにした方が、二つの共振周波数の差が
小さくなる。 【００１３】その理由としては、以下のことが考えられ
る。すなわち、ヘリカルエレメント１と並列共振回路Ｂ
のコイル２とを同一線上に直列に接続したとき、両者の
巻き方向が同じ場合と逆の場合のそれぞれの合成インダ
クタンスＬ、Ｌ´は、以下の様になる。 （ａ）両者の巻き方向が同じ場合 Ｌ＝Ｌ_１＋Ｌ_２＋２Ｍ （ｂ）両者の巻き方向が逆の場合 Ｌ´＝Ｌ_１＋Ｌ_２−２Ｍ ここに、 Ｌ_１：ヘリカルエレメント１の自己インダクタンス Ｌ_２：コイル２の自己インダクタンス ２Ｍ：相互インダクタンス 【００１４】両式から明らかな様に、ヘリカルエレメン
ト１の巻き方向とコイル２の巻き方向とを逆向きにした
場合の方が同じ向きとした場合より合成インダクタンス
は小さい。この場合において、並列共振回路Ｂの共振周
波数以下では、ヘリカルエレメント１の巻き方向とコイ
ル２の巻き方向とが逆向きとなるため、互いに合成され
る（打ち消し合う）ことで共振周波数ｆ２の共振点がで
き、また、並列共振回路Ｂの共振周波数以上になると、
並列共振回路 Ｂの特徴として共振点を越えると位相が１
８０°反転するため、ヘリカルエレメント１の先端にヘ
リカルエレメントと同相のコイルを取り付けたように働
いて、互いの合成で共振周波数ｆ１の共振点ができ、そ
の結果として、共振周波数ｆ１と共振周波数ｆ２との差
は小さくなる。すなわち、上述した第一の共振周波数ｆ
_１とそれより低い所に現れる第二の共振周波数ｆ_２との
差は、両者の巻き方向を逆にした場合（図１（ｂ）に示
す構成とした場合）の方が同じ向きにした場合（図１
（ａ）に示す構成とした場合）よりも小さくなる。 【００１５】ヘリカルエレメント１の巻き方向と並列共
振回路Ｂのコイル２の巻き方向とを逆向きにして実験し
た結果、図３（ｂ）のグラフに示す様に、１４０ＭＨｚ
帯で１３７．５ＭＨｚ（点１）と１４９．３ＭＨｚ（点
２）という１０ＭＨｚ程度にまで極めて接近した二つの
周波数を持つアンテナとして動作することを確認でき
た。なお、図３（ｂ）はこの場合のＳＷＲ（Ｓｔａｎｄ
ｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ）特性を示すグラフである。 【００１６】 【発明の実施の形態】本発明によるヘリカルアンテナの
好ましい実施の形態を、図１に示す。図１において、図
面符号４はケーブルなどからなる導体線で、この導体線
４にヘリカルエレメント１が直列に接続され、さらに、
その先端に並列共振回路Ｂが直列に接続されている。こ
の並列共振回路Ｂはコイル２とコンデンサ３とを並列に
接続したもので、ヘリカルエレメント１の共振周波数ｆ
_１に接近した共振周波数Φｆ_１を有し、前記共振周波数
ｆ_１に接近した周波数に共振させることができるもので
ある。 【００１７】図１に示すように、この並列共振回路Ｂは
ヘリカルエレメント１と同一線上に配置することがで
き、それによってヘリカルアンテナＡを通常のヘリカル
アンテナとほぼ同じ形状とすることができる。ヘリカル
エレメント１と並列共振回路Ｂのコイル２は、例えば、
銅線からなるものとすることができる。なお、図１にお
いて、図面符号５は前記導体線４に接続されているコン
デンサである。 【００１８】図１（ａ）に示す場合にあっては、ヘリカ
ルエレメント１の巻き方向と並列共振回路Ｂのコイル２
の巻き方向とを同じ向きとし、図１（ｂ）に示す場合に
あっては、ヘリカルエレメント１の巻き方向と並列共振
回路Ｂのコイル２の巻き方向とを逆向きとしてある。両
図に示す場合とも、使用可能な二つの周波数の間隔を少
なくとも従来の場合より接近させることができるが、特
に、図１（ｂ）に示すように、ヘリカルエレメント１の
巻き方向と並列共振回路Ｂのコイル２の巻き方向とを逆
向きとした場合には、上述したように、使用可能な二つ
の周波数の間隔を両者の巻き方向を同じ向きとした（図
１（ａ）に示す）場合よりさらに接近させることができ
る。なお、ヘリカルエレメント１の巻き方向は右巻き、
左巻きのいずれでも良く、それと同じ向きにするか、逆
向きにするかによって並列共振回路Ｂのコイル２の巻き
方向が自ずと決まる。 【００１９】本発明によるヘリカルアンテナは、使用可
能な二つの周波数とも１／４波長のアンテナとして動作
するものである。従って、従来の場合のように、複雑な
マッチング回路を必要とせず、低コストのアンテナとす
ることができる。また、本発明によるヘリカルアンテナ
は小型化が可能であるから、小型化・デザイン化された
無線機器に対しても違和感がない。 【００２０】 【実施例】本発明によるヘリカルアンテナの最も好まし
い一例を図２に示す。なお、図２において、図１に示す
品名と同じものについては同じ図面符号で示す。図２に
おいて、図面符号６は、ＡＢＳ（アクリルニトリル−ブ
タジエン−スチレン）樹脂などからなるカバーであり、
ナット７によりシャーシー８に取り付けられている。カ
バー６は黒色その他の色に着色することができる。な
お、カバー６の実際の寸法は大径部分の外径が１８ｍ
ｍ、それより先側の小径部分の外径が１５ｍｍ、長さは
１１４ｍｍで、全体として極めて小さいものである。 【００２１】そして、このカバー６内には絶縁体９を介
してらせん状のヘリカルエレメント１が配置されてい
る。このヘリカルエレメント１の先端には、このヘリカ
ルエレメント１の巻き方向と逆方向に巻かれているコイ
ル２とコンデンサ３とが接続されている。コイル２とコ
ンデンサ３とは並列に接続されており、これが図１にお
いて図面符号Ｂで示す並列共振回路である。この並列共
振回路Ｂはヘリカルエレメント１と同一線上に配置する
ことができ、それによってヘリカルアンテナＡを通常の
ヘリカルアンテナとほぼ同じ形状とすることができる。 【００２２】ヘリカルエレメント１と並列共振回路Ｂの
コイル２は、ともに直径１ｍｍ程度の銅線からなってい
る。前記ヘリカルエレメント１の下端は、上部金具１０
を介して同軸ケーブル１１（図１の導体線４がこれに相
当する）に接続されており、また、この同軸ケーブル１
１にはコンデンサ５が接続されている。その他図面にお
いて、１２はケーブルクランプ、１３は基部金具、１４
は歯付座金、１５はスポンジテープである。 【００２３】 【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、使用可能
な二つの周波数の間隔がより接近した二つの周波数を持
つアンテナとすることができる。 【００２４】また、請求項１記載のアンテナは、使用可
能な二つの周波数とも１／４波長のアンテナとして動作
するから、従来の場合のように、複雑なマッチング回路
を必要とせず、低コストのアンテナとすることができ
る。 【００２５】さらに、請求項１記載の発明によれば、小
型のアンテナとすることができるから、小型化・デザイ
ン化された無線機器に対し違和感のないアンテナを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】ヘリカルエレメントの先端に並列共振回路を接
続した二周波共用ヘリカルアンテナの回路図の一例を示
すもので、（ａ）はヘリカルエレメントの巻き方向と並
列共振回路のコイルの巻き方向とを同じ向きとした場合
（従来例）を、（ｂ）はヘリカルエレメントの巻き方向
と並列共振回路のコイルの巻き方向とを逆向きとした場
合（本発明）を示す。 【図２】本発明によるヘリカルアンテナの最も好ましい
一例を示す縦断面図である。 【図３】ヘリカルアンテナのＳＷＲ特性を示すグラフ
で、（ａ）はヘリカルエレメントの巻き方向と並列共振
回路のコイルの巻き方向とを同じ向きとした場合（従来
例）のＳＷＲ特性を、（ｂ）はヘリカルエレメントの巻
き方向と並列共振回路のコイルの巻き方向とを逆向きと
した場合（本発明）のＳＷＲ特性を示す。 【図４】マッチング回路を備えた従来の二周波共用アン
テナの一例を示す概略図である。 【図５】アンテナの下部、すなわち、アンテナ給電部に
並列共振回路を入れた通常の二周波共用アンテナの一例
を示す概略図である。 【図６】アンテナの途中に、並列共振回路を入れた通常
の二周波共用アンテナの一例を示す概略図である。 【符号の説明】 Ａ…ヘリカルアンテナ、Ｂ…並列共振回路、１…ヘリカ
ルエレメント、２…コイル、３…コンデンサ、４…導体
線、６…カバー、８…シャーシー、１１…同軸ケーブ
ル。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】ヘリカルエレメント１の先端に、その共振
   周波数ｆ_１に接近した共振周波数Φｆ_１を有する並列共
   振回路Ｂを備えるとともに、前記ヘリカルエレメント１
   の巻き方向と前記並列共振回路Ｂのコイル２の巻き方向
   とを逆向きとしたことを特徴とする二周波共用ヘリカル
   アンテナ。