JP7031988B2 - 円偏波アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナケース内に収納された円偏波アンテナに関する。

現在、様々な通信システムが開発及び使用されているが、円偏波モードの通信システムがある。このような通信システムにおける基地局や端末機器用のアンテナとしては円偏波アンテナが用いられる。

円偏波アンテナとしては、パッチアンテナやヘリカルアンテナが用いられる。ヘリカルアンテナを利用した従来の円偏波アンテナ５００の構成を図１２に示す。図１２は円偏波アンテナ５００の構成を示す斜視図である。
図１２に示す円偏波アンテナ５００は、４本の導体からなるヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６が天頂方向に向かってピッチ角が例えば３０乃至６０度の範囲内で螺旋状に延在している。４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６はプリント基板５４８上に同心円状に９０度間隔でそれぞれ配置されている。また、プリント基板５４８上には４個のスイッチモジュールが配置されており、４個のスイッチモジュールはプリント基板５４８上に配置された遅延線５３０，５３２，５３４，５３６との接続を制御している。

４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の螺旋の外径、長さ、ピッチ角などは、アンテナの放射パターンや利得などの特性に直接影響し、要求仕様に応じて適正に設定される。４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の材質としては、アルミニウムや銅合金などの良導体を用いることが出来る。またプリント基板５４８は、ヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の螺旋外径の３倍以下にすることが出来る。

第１遅延線５３０の電気長をＥＬ１とすると、第２遅延線５３２の電気長ＥＬ２は（ＥＬ１＋λ／４）、第３遅延線５３４の電気長ＥＬ３は（ＥＬ２＋λ／４）、第４遅延線５３６の電気長ＥＬ４は（ＥＬ３＋λ／４）にそれぞれ設定されている。この結果、それぞれの遅延線を経由して給電された４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６の給電位相は、９０度ずつ順次遅れる。
４個のスイッチモジュールを制御して、遅延線５３０，５３２，５３４，５３６を介することなく直接４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６に給電すると、４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６は全て同位相で給電されるので直線偏波を送受信できる。また、４個のスイッチモジュールを制御して、遅延線５３０，５３２，５３４，５３６をそれぞれ介して４本のヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６に給電すると、各ヘリカルアンテナエレメント５４０，５４２，５４４，５４６における給電の位相が９０度ずつずれるので、円偏波を送受信することができる。

特開２００７－１７３９３２号公報

従来の円偏波アンテナでは、軸方向に長い形状とされていることから、アンテナケースに内蔵する場合は、大きなアンテナケースが必要とされる。また、通信の相手が移動している際には、相手方から放射される電波が反射することがある。そして、円偏波は反射されると旋回方向が逆転することから、右旋と左旋の円偏波アンテナを設ける必要がある。すると、右旋と左旋の円偏波アンテナをアンテナケースに内蔵させるには、さらに大きなアンテナケースが必要になるという問題点があった。

そこで、本発明は、右旋円偏波と左旋円偏波とを送受信することができ、アンテナケースに内蔵しても小型化することができる円偏波アンテナを提供することを目的としている。

本発明の円偏波アンテナは、円筒形とされたアンテナケース内に左旋円偏波アンテナ部と右旋円偏波アンテナ部とが収納されている円偏波アンテナであって、前記左旋円偏波アンテナ部と前記右旋円偏波アンテナ部とは、周縁から複数の突部が突出して形成されている電波が透過する弾性を有する軟質材製の平板状の部材を複数個積層したヘリカル保持部材と、積層された該ヘリカル保持部材に巻回された４本のヘリカル素子とを少なくとも備え、前記ヘリカル保持部材における前記突部が前記アンテナケースの内周面に弾性的に圧接されることにより、前記左旋円偏波アンテナ部および前記右旋円偏波アンテナ部が前記アンテナケース内に保持されていることを最も主要な特徴としている。

また、上記円偏波アンテナにおいて、前記４本のヘリカル素子は柔軟な材質製とされ、前記ヘリカル保持部材に巻回された際に、前記ヘリカル保持部材における前記突部同士の交差部である交点で前記ヘリカル素子のそれぞれが保持されている。
さらに、上記円偏波アンテナにおいて、前記ヘリカル素子部材は、周縁に突部がそれぞれ形成された４つの突出部からなる十字状の形状とされたＡ部材の２つの間に、周縁に複数の突部がほぼ等間隔で形成されたほぼ円板状の形状とされたＢ部材の２つを積層して構成されている。
さらにまた、上記円偏波アンテナにおいて、前記Ａ部材と前記Ｂ部材とには中心から偏心した２つの挿通孔が形成されており、前記ヘリカル保持部材の上下に配置された第１基板および第２基板に立設された支柱が、前記２つの挿通孔に挿通されることにより、前記Ａ部材の突部と前記Ｂ部材の突部とが位置決めされている。
さらにまた、上記円偏波アンテナにおいて、前記第１基板に設けられ前記アンテナケースの内側に固着されるスペーサＡと、前記第２基板に設けられ前記アンテナケースの内周面に弾性的に圧接される軟質材製のスペーサＢとが上下方向の対角に設けられている。
さらにまた、上記円偏波アンテナにおいて、前記左旋円偏波アンテナ部における前記ヘリカル保持部材は、前記右旋円偏波アンテナ部における前記ヘリカル保持部材の前記平板状の保持部材が裏返されて積層されている。
さらにまた、上記円偏波アンテナにおいて、前記４本のヘリカル素子は、巻き中心の軸が互いに偏心してほぼ等間隔になるよう前記ヘリカル保持部材に螺旋状に巻かれて、ホット素子とコールド素子との組を２組構成しており、前記ホット素子とコールド素子との一方の組に給電される位相を、前記ホット素子とコールド素子との他方の組に給電される位相と約９０°異ならせることにより、前記４本のヘリカル素子において隣り合うヘリカル素子との位相差が約９０°となるように給電を行う給電されている。

本発明の円偏波アンテナは、右旋円偏波アンテナ部と左旋円偏波アンテナ部とを備えていることから、右旋円偏波および左旋円偏波を送受信することができる。従って、本発明の円偏波アンテナは、円偏波が反射されて逆旋となっても送受信することができるようになる。
また、本発明の円偏波アンテナでは、４本のヘリカル素子が、巻き中心の軸が互いに偏心してほぼ等間隔になるよう螺旋状に巻かれていることから、低姿勢としても指向特性等の電気的特性がずれることがない。従って、本発明の円偏波アンテナをアンテナケースに内蔵されても小型することができるようになる。

本発明の実施例である円偏波アンテナをマストに取り付けた状態を示す斜視図である。 本発明の実施例である円偏波アンテナの構成をケースの一部を破断して示す斜視図である。 本発明の実施例である円偏波アンテナの構成を断面図で示す正面図である。 本発明の円偏波アンテナにおける右旋円偏波アンテナ部の構成を示す斜視図である。 本発明の円偏波アンテナにおける右旋円偏波アンテナ部の第１基板の構成を示す上面図である。 本発明の円偏波アンテナのヘリカル保持部材におけるＡ部材の構成を示す斜視図である。 本発明の円偏波アンテナのヘリカル保持部材におけるＢ部材の構成を示す斜視図である。 本発明の円偏波アンテナにおけるヘリカル保持部材の構成を示す斜視図、上面図および他の上面図である。 本発明の円偏波アンテナにおけるヘリカル保持部材の構成を示す分解図である。 本発明の円偏波アンテナにおけるヘリカル素子が巻回されたヘリカル保持部材の構成を示す上面図およびヘリカル素子の構成を示す上面図である。 本発明の円偏波アンテナにおけるヘリカル素子が巻回されたヘリカル保持部材の構成を示す側面図およびヘリカル素子の構成を示す側面図である。 従来の円偏波アンテナの構成を示す斜視図である。

＜実施例＞
本発明の実施例にかかる円偏波アンテナの構成を図１ないし図３に示す。図１は実施例にかかる円偏波アンテナ１をマストに取り付けた状態を示す斜視図であり、図２は実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成をアンテナケース１０の一部を破断して示す斜視図であり、図３は実施例にかかる円偏波アンテナ１の構成を断面図で示すＡ方向から見た正面図である。
これらの図に示す本発明の実施例にかかる円偏波アンテナ１は、円筒形とされた電波が透過する絶縁材製、例えばビニルパイプや他の樹脂製のパイプのアンテナケース１０を備えている。アンテナケース１０の右端は右蓋部１１が水密に嵌着されて閉塞され、アンテナケース１０の左端は左蓋部１２が水密に嵌着されて閉塞されている。右蓋部１１および左蓋部１２は一面が開口された高さの低い円筒状とされ、内径はアンテナケース１０の外径より僅か小さい径とされている。右蓋部１１および左蓋部１２は、電波が透過する絶縁材製、例えばビニルや他の樹脂製とされている。アンテナケース１０の内部には、後述する小型化された左旋円偏波アンテナ部２０および右旋円偏波アンテナ部３０が収納されている。第１ケーブル１７は左旋円偏波アンテナ部２０から引き出され、第２ケーブル１８は右旋円偏波アンテナ部３０から引き出されている。第１ケーブル１７および第２ケーブル１８は、共に同軸ケーブルとされている。

アンテナケース１０は、金属製の取付金具５により樹脂製パイプとされるマスト４に固着されている。取付金具５は、取付座金具２０１、押さえ金具２０２、Ｕボルト２０４および蝶ネジ２０５から構成されている。アンテナケース１０の背面側に断面形状がＭ字状の取付座金具２０１が、図３に示す１対の取付ネジ１５で固着されており、取付座金具２０１に対向すると共にマスト４をその間に挟むように断面形状がコ字状の押さえ金具２０２が配置される。そして、取付座金具２０１に遊動可能に設けられているＵボルト２０４の先端部を押さえ金具２０２に挿通して、Ｕボルト２０４の先端から１対の蝶ネジ２０５を螺合して締着する。これにより、取付座金具２０１と押さえ金具２０２との間にマスト４が挟持されて、アンテナケース１０をマスト４に取り付けることができる。すなわち、円偏波アンテナ１がマスト４に固着される。取付座金具２０１および押さえ金具２０２は平板状の板金を加工して作成されており、取付座金具２０１と押さえ金具２０２のマスト４に接する部位には鋸歯状の突起が複数形成されている。
なお、アンテナケース１０の前面側で取付ネジ１５に対面する位置に、それぞれ孔が形成されており、この孔にドライバを差し込むことで１対の取付ネジ１５により取付座金具２０１をアンテナケース１０の背面側に固着している。取付座金具２０１をアンテナケースに取り付けた後に、前面側のそれぞれの孔にゴム等の柔軟な材質のブッシュ１４が圧入されて、孔が閉塞されている。

アンテナケース１０に収納された左旋円偏波アンテナ部２０と右旋円偏波アンテナ部３０は低姿勢化されて高さが低く小型化されている。また、左旋円偏波アンテナ部２０と右旋円偏波アンテナ部３０は、ヘリカル保持部材に巻回された後述する４本のヘリカル素子の巻き方向が異なるだけで、他の構成はほぼ同様の構成とされている。
左旋円偏波アンテナ部２０は、所定間隔を空けて対面して配置された第１基板２１と第２基板２２とを備え、第１基板２１と第２基板２２との間に２組の同じ構成の左旋円偏波アンテナ２０ａが設けられている。第１基板２１と第２基板２２とは、高周波特性の良好なエポキシ基板やテフロン（登録商標）基板とするのが好適である。左旋円偏波アンテナ２０ａは、ヘリカル保持部材２４の外周面に沿って４本のヘリカル素子を左巻きに巻回して構成されている。ヘリカル保持部材２４は、発泡樹脂等の電波が透過する弾性を有する軟質材製、例えばエチレン発泡体製やウレタン発泡体製とされた後述する４つの部材を積層して構成されている。４本のヘリカル素子は、柔軟な材質、例えば細径の同軸ケーブル製とされ、ヘリカル保持部材２４の外周面に沿って巻回されると共に、ヘリカル保持部材２４の周縁から突出して形成されている突部同士の交差部である交点で保持されるようになる。また、第１基板２１の裏面において奥側に配置される端部に、発泡樹脂等の電波が透過する弾性を有する軟質材製、例えばエチレン発泡体製やウレタン発泡体製とされた細長い直方体状のスペーサＢが貼着されている。さらに、第２基板２２の表面において手前側の端部に一対のスペーサＡがネジ止めされている。スペーサＡは外周形状が六角形とされて、上端から所定の深さまで雌ねじが内部に形成されている。

左旋円偏波アンテナ部２０を円筒状のアンテナケース１０内に収納する時は、アンテナケース１０の開口面の一端から左旋円偏波アンテナ部２０をアンテナケース１０内に挿入して押し込んでいく。この際に、ヘリカル保持部材２４の外縁に形成されている突部がアンテナケース１０の内周面に押されて弾性的に圧接（変形）されながら挿入されていくと共に、スペーサＢの両側端部がアンテナケース１０の内周面に押されて弾性的に圧接されながら挿入されていく。そして、アンテナケース１０内の所定位置まで左旋円偏波アンテナ部２０を挿入してから、２本の第１ネジ１３ａをアンテナケース１０の端部に開けられた２つの孔にそれぞれ挿入してスペーサＡのそれぞれに螺着する。スペーサＡとスペーサＢとは左旋円偏波アンテナ部２０の上下方向の対角に設けられていることから、スペーサＡとスペーサＢとの２つにより、アンテナケース１０の内周面に対して第１基板２１および第２基板２２がほぼ平行になるよう左旋円偏波アンテナ部２０が固着されて収納されるようになる。そして、左旋円偏波アンテナ部２０は、ヘリカル保持部材２４に形成されている突部およびスペーサＢの機能によりアンテナケース１０内に弾性的に保持されるようになる。左旋円偏波アンテナ部２０がアンテナケース１０内に収納されたら開口面の一端に右蓋部１１を嵌合して開口面を閉塞する。

右旋円偏波アンテナ部３０は左旋円偏波アンテナ部２０とほぼ同様の構成とされ、右旋円偏波アンテナ部３０は、所定間隔を空けて対面して配置された第１基板３１と第２基板３２とを備え、第１基板３１と第２基板３２との間に２組の同じ構成の右旋円偏波アンテナ３０ａが設けられている。第１基板３１と第２基板３２とは、高周波特性の良好なエポキシ基板やテフロン（登録商標）基板とするのが好適である。右旋円偏波アンテナ３０ａは、ヘリカル保持部材３４の外周面に沿って４本のヘリカル素子を右巻きに巻回して構成されている。ヘリカル保持部材３４は、発泡樹脂等の電波が透過する弾性を有する軟質材製、例えばエチレン発泡体製やウレタン発泡体製とされた後述する４つの部材を積層して構成されている。４本のヘリカル素子は、柔軟な材質、例えば細径の同軸ケーブル製とされ、ヘリカル保持部材３４の外周面に沿って巻回されると共に、ヘリカル保持部材３４の周縁から突出して形成されている突部同士の交差部である交点で保持されるようになる。また、第１基板３１の裏面において奥側に配置される端部に、発泡樹脂等の電波が透過する弾性を有する軟質材製、例えばエチレン発泡体製やウレタン発泡体製とされた細長い直方体状のスペーサＢが貼着されている。さらに、第２基板３２の表面において手前側の端部に一対のスペーサＡがネジ止めされている。スペーサＡは外周形状が六角形とされて、上端から所定の深さまで雌ねじが内部に形成されている。

右旋円偏波アンテナ部３０を円筒状のアンテナケース１０内に収納する時は、アンテナケース１０の開口面の他端から右旋円偏波アンテナ部３０をアンテナケース１０内に挿入して押し込んでいく。この際に、ヘリカル保持部材３４に形成されている突部がアンテナケース１０の内周面に押されて弾性的に圧接（変形）されながら挿入されていくと共に、スペーサＢの両側端部がアンテナケース１０の内周面に押されて弾性的に圧接されながら挿入されていく。そして、アンテナケース１０内の所定位置まで右旋円偏波アンテナ部３０を挿入してから、２本の第４ネジ１３ｂをアンテナケース１０の端部に開けられた２つの孔にそれぞれ挿入してスペーサＡのそれぞれに螺着する。スペーサＡとスペーサＢとは右旋円偏波アンテナ部３０の上下方向の対角に設けられていることから、スペーサＡとスペーサＢとの２つにより、アンテナケース１０の内周面に対して第１基板３１および第２基板３２がほぼ平行になるよう右旋円偏波アンテナ部３０が固着されて収納されるようになる。そして、右旋円偏波アンテナ部３０は、ヘリカル保持部材３４に形成されている突部およびスペーサＢの機能によりアンテナケース１０内に弾性的に保持されるようになる。右旋円偏波アンテナ部３０がアンテナケース１０内に収納されたら開口面の他端に左蓋部１２を嵌合して開口面を閉塞する。
なお、第１基板３１は第１基板２１と、第２基板３２は第２基板２２とほぼ同一面内に配置されて、左旋円偏波アンテナ部２０と右旋円偏波アンテナ部３０とはほぼ平行に設置され ほぼ同じ指向方向を向くようになる。

次に、左旋円偏波アンテナ部２０と右旋円偏波アンテナ部３０との詳細な構成を説明するが、左旋円偏波アンテナ部２０と右旋円偏波アンテナ部３０とはほぼ同様の構成とされているから、右旋円偏波アンテナ部３０の構成のみを図４ないし図１１を参照して説明する。図４は右旋円偏波アンテナ部３０の構成を示す斜視図、図５は右旋円偏波アンテナ部３０の第１基板３１の構成を示す上面図、図６はヘリカル保持部材３４のＡ部材の構成を示す斜視図、図７はヘリカル保持部材３４のＢ部材の構成を示す斜視図、図８（ａ）はヘリカル保持部材３４の構成を示す斜視図、図８（ｂ）は上面図、図８（ｃ）は他の上面図、図９はヘリカル保持部材の構成を示す分解図、図１０（ａ）はヘリカル素子が巻回されたヘリカル保持部材３４の構成を示す上面図、図１０（ｂ）はヘリカル素子の構成を示す上面図、図１１（ａ）はヘリカル素子が巻回されたヘリカル保持部材３４の構成を示す側面図、図１１（ｂ）はヘリカル素子の構成を示す側面図である。

右旋円偏波アンテナ部３０において、第１基板３１と第２基板３２との間に２組の右旋円偏波アンテナ３０ａが設けられている。第１基板３１には支柱３３がそれぞれの組の右旋円偏波アンテナ３０ａ用として２本ずつ立設されており、第１基板３１と第２基板３２とは４本の支柱３３により互いに平行になるよう固着されている。図４に示す支柱３３の両端部には所定深さの雌ねじが形成されており、１組の右旋円偏波アンテナ３０ａで２本の支柱３３が設けられている。図３に示すように、２本の支柱３３の上端の雌ねじに第１基板３１に形成された挿通孔に表面から挿通された２本の第６ネジ３７がそれぞれ螺着され、２本の支柱３３の下端の雌ねじに第２基板３２に形成された挿通孔に裏面から挿通された２本の第５ネジ３６がそれぞれ螺着されて、第１基板３１と第２基板３２とが互いに平行になるよう固着されている。支柱３３の外形形状は六角形とされ、ヘリカル保持部材３４を構成する２つのＡ部材４５と２つのＢ部材４６とに形成された挿通孔に２本の支柱３３が弾性的に嵌挿されている。４段積層されて構成されたヘリカル保持部材３４は、最上段と最下段がＡ部材４５とされ、２，３段目がＢ部材４６とされている。Ａ部材４５およびＢ部材４６は、上記したように発泡樹脂等の電波が透過する弾性を有する軟質材製、例えばエチレン発泡体製やウレタン発泡体製とされている。なお、図４では右側に配置される右旋円偏波アンテナ３０ａは省略して示されている。

Ａ部材４５は図６に示すように、所定の厚みを有し四方向に突出部が突出している平板状の十字状本体部４５ａから構成されている。十字状本体部４５ａの４つの突出部の先端部には、先の尖った突部とされる先鋭部４５ｂが片側に寄って形成され、対向する二方向の突出部に中心から偏心した位置に円形の挿通孔４５ｃがそれぞれ形成されている。
Ｂ部材４６は図７に示すように、所定の厚みを有しほぼ丸い平板状（円板状）とされた円形状本体部４６ａから構成されている。円形状本体部４６ａの周縁には４つの突部４６ｂがほぼ等間隔で形成されており、円形状本体部４６ａには中心から偏心した位置に２つの挿通孔４５ｃが形成されている。突部４６ｂはほぼ矩形状とされているが、一側面は斜面とされ対向する他側面の角部は面取りされている。そして、円形状本体部４６ａの中心線を２つの挿通孔４５ｃの中心を結ぶように通した際に、中心線が突部４６ｂの斜面の付け根にぶつかるように、４つの突部４６ｂは２つの挿通孔４５ｃの中心を結んだ中心線からずれて形成されている。

ヘリカル保持部材３４は、図８（ａ）および図９に示すようにＡ部材４５－Ｂ部材４６－Ｂ部材４６－Ａ部材４５の４段の順で挿通孔４５ｃまたは挿通孔４６ｃに支柱３３を嵌入することで積層されて構成されている。ただし、一番下のＡ部材４５とその上のＢ部材４６は裏返されて積層され先鋭部４５ｂおよび突部４６ｂの位置が逆方向にずれて積層されている。突部である先鋭部４５ｂと突部４６ｂとは、支柱３３に嵌入されることにより位置決めされて、図８（ｂ）に示すように、突部である先鋭部４５ｂの斜面と突部４６ｂの斜面との間に交点４７が等間隔で４カ所ずつ形成される。すなわち、斜面同士の間に交点４７が生じるようになる。

第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の４本は、柔軟な材質、例えば細径の同軸ケーブル製とされ、図１０（ａ）および図１１（ａ）に示すように、ヘリカル保持部材３４の外周面に沿って右回りに巻回された際に４カ所の交点４７のそれぞれにおいて保持されると共に、２段目と３段目のＢ部材４６の円形状本体部４６ａの外周面に沿って巻回されるようになる。上記したように斜面同士の間に交点４７が生じているが、図１０（ａ）および図１１（ａ）に示すように、最下段の突部である先鋭部４５ｂの斜面よりその上の段の突部４６ｂの斜面が右巻きの第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の巻き始め側（右側）に位置するようになる。これにより、交点４７を通過した第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４は、先鋭部４５ｂの上面側に位置するようになる。また、最上段の突部である先鋭部４５ｂの斜面よりその下の段の突部４６ｂの斜面が右巻きの第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の巻き終わり側（左側）に位置するようになって、交点４７を通過した第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４は、突部４６ｂの上面側に位置するようになる。なお、図１０（ａ）および図１１（ａ）では、第１基板３１および第２基板３２を省略して示している。

図１０（ｂ）および図１１（ｂ）に示すように、第１ヘリカル素子４１、第２ヘリカル素子４２、第３ヘリカル素子４３、第４ヘリカル素子４４は、互いにほぼ等間隔になるようほぼ９０°間隔でそれぞれ配置されて右巻きの螺旋状で巻かれて構成されているが、その巻き中心は互いに偏心している。そして、ピッチ角が小さくされて高さが低くされている。一般に、ピッチを小さくすると指向特性等の電気的特性がずれてしまうようになるが、本発明にかかる右旋円偏波アンテナ部３０では、第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の巻き中心の軸が互いに偏心していることから、ピッチを小さくしても指向特性等の電気的特性がずれないようになる。すなわち、従来の複数のヘリカル素子を備える円偏波アンテナに比べ低い高さで動作させることが可能となり、本発明にかかる右旋円偏波アンテナ部３０を低姿勢化することができ、小型化することができる。

第１基板３１および第２基板３２はプリント基板からなる横長とされた矩形のほぼ同形状とされている。第１基板の裏面はほぼ全面アースとされ、表面に図５に示す給電用のプリントパターンが形成されている。プリントパターンはマイクロストリップラインとされ、給電点３１ａには第２ケーブル１８が接続されている。給電点３１ａからのラインは２分配器３１ｂで２分配されて、２つの右旋円偏波アンテナ部３０にそれぞれ給電される。２分配器３１ｂで分配された２つのラインは左右に延伸されている。それぞれのラインの端部に第２ヘリカル素子４２と第４ヘリカル素子４４を構成する同軸ケーブルの中心線が接続点が形成されている。第４ヘリカル素子４４は一方のラインでは９０°遅延線３１ｃのラインを介した接続点、他方のラインでは９０°遅延線３１ｄのラインを介した接続点に接続される。第２ヘリカル素子４２と第４ヘリカル素子４４を構成する同軸ケーブルの外被導体は第１基板３１の裏面のアースに接続されている。また、第１ヘリカル素子４１と第３ヘリカル素子４３を構成する同軸ケーブルの外被導体も第１基板３１の裏面のアースに接続されている。

第２基板３２の表面には図４に示すように菱形で一方の先端に向かって伸びるよう変形されたパターンとされ、このパターンが９０°ずつ回転されて、パターンＡないしパターンＤの４つのプリントパターンが形成されている。第２基板３２の裏面にはパターンは形成されていない。第２ヘリカル素子４２を構成する同軸ケーブルの外被導体はパターンＢにハンダ付けされて接続され、その中心線はパターンＡにハンダ付けされて接続される。パターンＡには第１ヘリカル素子４１の外被導体が接続されることから、第１ヘリカル素子４１がホット素子となり、第２ヘリカル素子４２がコールド素子となる。また、第４ヘリカル素子４４を構成する同軸ケーブルの外被導体はパターンＤにハンダ付けされて接続され、その中心線はパターンＣにハンダ付けされて接続される。パターンＣには第３ヘリカル素子４３の外被導体が接続されることから、第３ヘリカル素子４３がホット素子となり、第４ヘリカル素子４４がコールド素子となる。このように、第１ヘリカル素子４１と第２ヘリカル素子４２とのホット素子とコールド素子の第１の組と、第３ヘリカル素子４３と第４ヘリカル素子４４とのホット素子とコールド素子の第２の組との２組が構成される。そして、９０°遅延線３１ｃ（９０°遅延線３１ｄ）により第３ヘリカル素子４３および第４ヘリカル素子４４への給電は９０°遅れるようになるから、第１の組に給電される位相と第２の組に給電される位相との位相差が約９０°となり、右巻きの第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４を備える右旋円偏波アンテナ３０ａは、右旋円偏波を放射あるいは受信するようになる。なお、第２基板３２にはパターンＡないしパターンＤの外方に向かう延伸方向に沿って斜めの溝がそれぞれ形成されている。この溝には、第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４を構成する同軸ケーブルの先端部が嵌入されて位置決めされ、第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の端部がそれぞれパターンＡないしパターンＤに接続されるようになる。

左旋円偏波アンテナ部２０は、ヘリカル保持部材２４におけるＡ部材４５とＢ部材４６の積層態様が異なると共に、第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の巻き方向が右巻きから左巻きになる構成を除いて、右旋円偏波アンテナ部３０と同様の構成とされている。
そこで、ヘリカル保持部材２４の構成を説明する。
ヘリカル保持部材２４は、Ａ部材４５－Ｂ部材４６－Ｂ部材４６－Ａ部材４５の４段の順で挿通孔４５ｃまたは挿通孔４６ｃに支柱３３を嵌入することで積層されて構成されている。ただし、図８（ｃ）に示すようにヘリカル保持部材３４を構成する２つのＡ部材４５および２つのＢ部材４６を全て裏返して積層するようにしている。この場合も、図８（ｃ）に示すように、突部である先鋭部４５ｂの斜面と突部４６ｂの斜面との間に交点４７が等間隔で４カ所ずつ形成されるようになる。そして、最上段の突部である先鋭部４５ｂの斜面よりその下の段の突部４６ｂの斜面が左巻きの第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の巻き終わり側（右側）に位置するようになって、交点４７を通過した第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４は、突部４６ｂの上面側に位置するようになる。また、最下段の突部である先鋭部４５ｂの斜面よりその上の段の突部４６ｂの斜面が左巻きの第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の巻き始め側（左側）に位置するようになる。これにより、交点４７を通過した第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４は、先鋭部４５ｂの上面側に位置するようになる。なお、図８（ｃ）では、第１基板３１および第２基板３２を省略して示している。

上記したヘリカル保持部材２４に左巻きの螺旋状に第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４が巻回された左旋円偏波アンテナ部２０では、９０°遅延線３１ｃ（９０°遅延線３１ｄ）により第３ヘリカル素子４３および第４ヘリカル素子４４への給電が９０°遅れるようになるから、第１の組に給電される位相と第２の組に給電される位相との位相差が約９０°となり、左巻きの第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４を備える左旋円偏波アンテナ２０ａは、左旋円偏波を放射あるいは受信するようになる。
また、第１ヘリカル素子４１、第２ヘリカル素子４２、第３ヘリカル素子４３、第４ヘリカル素子４４は、互いにほぼ等間隔になるようほぼ９０°間隔でそれぞれ配置されて左巻きの螺旋状で巻かれて構成されているが、その巻き中心は互いに偏心している。そして、ピッチ角が小さくされて高さが低くされている。本発明にかかる左旋円偏波アンテナ部２０では、第１ヘリカル素子４１ないし第４ヘリカル素子４４の巻き中心の軸が互いに偏心しており、ピッチが小さくされていることから、本発明にかかる左旋円偏波アンテナ部２０を指向特性等の電気的特性がずれることなく低姿勢化することができ、小型化することができる。

上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナは、第１ヘリカル素子ないし第４ヘリカル素子がヘリカル保持部材に巻回されている。これらの４本のヘリカル素子には、例えば外被導体の内径が約１．６ｍｍの同軸ケーブルが使用され、給電用の同軸ケーブルである第１ケーブルおよび第２ケーブルと共用されている。この同軸ケーブルは径が細いことから柔軟に屈曲され、巻回された際にヘリカル保持部材で保持されるようになる。そして、巻方向を左巻きから右巻きとすることにより、円偏波の旋回方向を逆転させることができる。この場合、ヘリカル保持部材を構成する２つのＡ部材と２つのＢ部材をそれぞれ裏返して積層することにより、左旋用から右旋用とすることができ、ヘリカル保持部材は円偏波の旋回方向によらず共通して使用することができる。
また、上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナは、互いにほぼ等間隔になるようほぼ９０°間隔でそれぞれ配置されて螺旋状にヘリカル保持部材に巻かれた第１ヘリカル素子ないし第４ヘリカル素子の巻き中心の軸が互いに偏心していることから、高さを低くしても良好な電気的特性を得ることができる。また、巻き中心の軸が互いに偏心していると、同一巻き数の間に通る経路長が長くなり、その結果ピッチが短くなったことと同様の効果が得られ、さらに高さを低くすることができる。これにより、左旋円偏波アンテナ部および右旋円偏波アンテナ部を低姿勢化することができ、アンテナケースを備える本発明の円偏波アンテナを小型化することができる。例えば、第１基板から第２基板までの高さは約６０ｍｍ弱とされヘリカル保持部材の外径は約８０ｍｍとされて、アンテナケースの外径を約９０ｍｍ、内径を約８４ｍｍ、中心軸方向の長さを約５６０ｍｍとすることができる。
さらに、上記説明した本発明の実施例の円偏波アンテナは、蓋部を含むアンテナケースやヘリカル保持部材等のほとんどの部品が合成樹脂製とされて軽量化されている。このため、本発明の実施例の円偏波アンテナを取り付ける取付金具の強度、および、本発明の実施例の円偏波アンテナを支持するマストの強度として高い強度を必要としなくなる。
そして、４本のヘリカル素子は第１ケーブルおよび第２ケーブルと同じ同軸ケーブルが使用されて、本発明の実施例の円偏波アンテナは特別な素材の部品を使用していないことから低コスト化されている。

１ 円偏波アンテナ、１０ アンテナケース、１１ 右蓋部、１２ 左蓋部、１３ａ 第１ネジ、１３ｂ 第４ネジ、１４ ブッシュ、１５ 取付ネジ、１７ 第１ケーブル、１８ 第２ケーブル、２０ 左旋円偏波アンテナ部、２０ａ 左旋円偏波アンテナ、２１ 第１基板、２２ 第２基板、２４ ヘリカル保持部材、２６ 第２ネジ、２７ 第３ネジ、３０ 右旋円偏波アンテナ部、３０ａ 右旋円偏波アンテナ、３１ 第１基板、３１ａ 給電点、３１ｂ ２分配器、３１ｃ ９０°遅延線、３１ｄ ９０°遅延線、３２ 第２基板、３３ 支柱、３４ ヘリカル保持部材、３６ 第５ネジ、３７ 第６ネジ、４１ 第１ヘリカル素子、４２ 第２ヘリカル素子、４３ 第３ヘリカル素子、４４ 第４ヘリカル素子、４５ Ａ部材、４５ａ 十字状本体部、４５ｂ 先鋭部、４５ｃ 挿通孔、４６ Ｂ部材、４６ａ 円形状本体部、４６ｂ 突部、４６ｃ 挿通孔、４７ 交点、２０１ 取付座金具、２０２ 金具、２０４ ボルト、２０５ 蝶ネジ、５００ 円偏波アンテナ、５３０，５３２，５３４，５３６ 遅延線、５４０，５４２，５４４，５４６ ヘリカルアンテナエレメント、５４８ プリント基板

Claims (7)

1. 円筒形とされたアンテナケース内に左旋円偏波アンテナ部と右旋円偏波アンテナ部とが収納されている円偏波アンテナであって、
   前記左旋円偏波アンテナ部と前記右旋円偏波アンテナ部とは、
   周縁から複数の突部が突出して形成されている電波が透過する弾性を有する軟質材製の平板状の部材を複数個積層したヘリカル保持部材と、
   積層された該ヘリカル保持部材に巻回された４本のヘリカル素子と、
   を少なくとも備え、前記ヘリカル保持部材における前記突部が前記アンテナケースの内周面に弾性的に圧接されることにより、前記左旋円偏波アンテナ部および前記右旋円偏波アンテナ部が前記アンテナケース内に保持されていることを特徴とする円偏波アンテナ。
2. 前記４本のヘリカル素子は柔軟な材質製とされ、前記ヘリカル保持部材に巻回された際に、前記ヘリカル保持部材における前記突部同士の交差部である交点で前記ヘリカル素子のそれぞれが保持されていることを特徴とする請求項１に記載の円偏波アンテナ。
3. 前記ヘリカル素子部材は、周縁に突部がそれぞれ形成された４つの突出部からなる十字状の形状とされたＡ部材の２つの間に、周縁に複数の突部がほぼ等間隔で形成されたほぼ円板状の形状とされたＢ部材の２つを積層して構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の円偏波アンテナ。
4. 前記Ａ部材と前記Ｂ部材とには中心から偏心した２つの挿通孔が形成されており、
   前記ヘリカル保持部材の上下に配置された第１基板および第２基板に立設された支柱が、前記２つの挿通孔に挿通されることにより、前記Ａ部材の突部と前記Ｂ部材の突部とが位置決めされることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
5. 前記第１基板に設けられ前記アンテナケースの内側に固着されるスペーサＡと、前記第２基板に設けられ前記アンテナケースの内周面に弾性的に圧接される軟質材製のスペーサＢとが上下方向の対角に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
6. 前記左旋円偏波アンテナ部における前記ヘリカル保持部材は、前記右旋円偏波アンテナ部における前記ヘリカル保持部材の前記平板状の保持部材が裏返されて積層されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の円偏波アンテナ。
7. 前記４本のヘリカル素子は、巻き中心の軸が互いに偏心してほぼ等間隔になるよう前記ヘリカル保持部材に螺旋状に巻かれて、ホット素子とコールド素子との組を２組構成しており、
   前記ホット素子とコールド素子との一方の組に給電される位相を、前記ホット素子とコールド素子との他方の組に給電される位相と約９０°異ならせることにより、前記４本のヘリカル素子において隣り合うヘリカル素子との位相差が約９０°となるように給電を行う給電されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の円偏波アンテナ。

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