JPH03236612A - ヘリカルアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はヘリカルアンテナに関するものであり、例え
ば直線偏波の電波を無指向性で送受信する用途に通した
ヘリカルアンテナ、特に複数の作動周波数を有するノー
マルモードヘリカルアンテナの小形化に関するものであ
る。

［従来の技術］ ヘリカルアンテナは円偏波または直線偏波の電波の送受
信に用いられる。

ヘリカルアンテナでは、ヘリクスの周長が約１波長のと
きヘリクスの軸方向に電波が放射されるアキシャルモー
ドと、ヘリクスの局長が波長に比べて小さくその軸長が
１波長程度までのときヘリクス軸に対して垂直な面内に
電波が放射されるノーマルモードとの二種の動作モード
がある。

アキシャルモードのヘリカルアンテナでは、へリクスの
導線に沿ってほぼ進行波が乗り、各部分からの放射の位
相が一致して、はぼ円偏波に近い電波が軸方向に主ビー
ムとして放射される。従ってアキシャルモードのヘリカ
ルアンテナは指向性が要求される用途に専ら用いられて
おり、車載無線機器や携帯無線機器等の無指向性の要求
される用途には不向きである。

一方、ノーマルモードのヘリカルアンテナは、全体の寸
法が波長に比べて小さくなるほど微小ダイポールと等価
のものに近付き、螺旋軸に直角な方向に水平または垂直
偏波を放射する無指向性アンテナとして動作する。

ヘリカルアンテナに軸上に無給電のヘリクスを装荷する
ことによりアンテナ特性を制御することはアキシャルモ
ードヘリカルアンテナでは既に報告されている＋１１　
がノーマルモードヘリカルアンテナについての報告は見
当たらない。

参考文献： ＩＥＥＥ、＾Ｐ−３４．Ｎｏ、９．ｐｐ、１１４３−１
１４８Ｈ１９８Ｂ、９第５図は、従来の無給電ヘリクス
を有するアキシャルモートヘリカルアンテナの一例を示
す外形図であり、５２は金属材料よりなる反射板、５３
は給電コネクタ、５４はヘリクスを構成する導線が巻回
される円筒状の誘電体、５６はヘリカルアンテナとして
給電される駆動用ヘリクス、５８は無給電の寄生用ヘリ
クスである。

この従来の無給電ヘリクスを有するアキシャルモートヘ
リカルアンテナでは、先端にテーバが形成された円筒状
の誘電体５４の周面上に２つの導線５６．５８が互いに
平行して同一方向に螺旋状に巻回され（バイファイラ巻
キ〉、ヘリクスとして反射板５２の前面に配置されてい
る。一方の駆動用ヘリクス５６に給電コネクタ５３から
給電されると、無１１８Ｎの寄生用ヘリクス５８との相
互間に電磁結合が行われ、ヘリクスの軸方向に円偏波が
放射される。

即ち、アキシャルモードヘリカルアンテナにおいては、
駆動用ヘリクス５６の巻数を増加して全長を長くすると
アンテナ利得ならびに円偏波の軸比の改善が図れるが、
軸方向の寸法を変えなくても、駆動用ヘリクス５６に平
行に別の導線を巻回し、その装荷に供する無給電の寄生
用ヘリクス５８を設けることにより、小形のヘリカルア
ンテナでも所定のアンテナ利得が得られるようになる。

この種のアンテナの寸法は、一般に軸長に約１波長、直
径に約１７３長を必要とする。

一方、従来のノーマルモードヘリカルアンテナは、第６
図に示すサイドファイアヘリカルアンテナの場合につい
て説明すると、円筒状誘電体６４の長さ方向の略中央位
置から両側にそれぞれ半波長（λ／２）のピッチで駆動
用ヘリクス６６を互いに逆向きに等ピッチ角にて巻回し
てなり、中央位置に設けられた給電点６３から一両駆動
用ヘリクス６６．６６に同位相の給電を行うと、同一方
向に位置するへりラス上の番長の電流は同位相となり、
水平偏波無指向性の電波がヘリクス軸に対して垂直な方
向へ放射される。

また両部動用ヘリクス６６．８６に逆位相の給電を行う
と、同様に垂直偏波無指向性の電波がへリクス軸に対し
て垂直な方向へ放射される。

即ち、ヘリクス軸に対して垂直な方向において直線偏波
の電波の送受イεによるノーマルモートの動作が行われ
る。

この種のサイトファイアヘリカルアンテナの寸法は、軸
長が数波長、周長が約１波長となる。

第７図は従来の別のヘリカルアンテナの例を示しており
、円筒状の誘電体７４上に導線を螺旋状に巻回してなる
駆動用ヘリクス７６が反射板７２の前面に配置され、給
電点７３から給電を行なうようになっている。この場合
、ヘリクス周長が波長に比べて小さく、その全長が１波
長程度以下のときは、電波はヘリクス軸に垂直な面内に
全方位に亙って放射され、即ちノーマルモードにて動作
が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ 前述したような従来のヘリカルアンテナにおいて、例え
ば第５図に示す無給電ヘリクス付きのアキシャルモード
ヘリカルアンテナでは、駆動用へリクス５６と寄生用ヘ
リクス５８は共にテーパ付き円筒状の誘電体５４上に平
行して巻回され、無給電の寄生用ヘリクス５８はアキシ
ャルモードにて円偏波を放射する駆動用ヘリクス５６に
装荷の作用をするので、小形化されたヘリカルアンテナ
を用いても所定のアンテナ利得が得られるが、使用電波
は単一周波数の円偏波に制限され、放射の主ビーム方向
が軸方向に限定されてしまい、且つそのアンテナ寸７去
、特に軸長は一般のアキシャルモードヘリカルアンテナ
と同様に波長程度を必要とするので、小形化に限界があ
る。

また第６図に示すサイドファイアヘリカルアンテナは、
導体円管柱６４の略中央位置から両側に逆向きに巻回さ
れた一対の駆動用ヘリクス６６゜６６へ中央位置の給電
点より同位相または逆位相の給電を行うことにより、ノ
ーマルモードで全方位に亙り直線偏波の電波を用いた送
受信が行えるが、両部動用へり□ラス６６．６６は、円
管柱６４の略中央位置から両側に巻回され、通常その一
巻の導体長さは２波長、ピッチはλ／２程度であるので
、ヘリカルアンテナとしての寸法は軸長が長大になると
共に、作動周波数は一周波でしかも使用周波数に制限が
ある。従って、トランシーバやコードレス電話などの専
有スペースをできる限り小さくしたい要求のアンテナと
しては不向きである。

更に′ｆＳ７図に示すヘリカルアンテナは所謂エンドフ
ァイヤへりカルアンテナとよばれるタイプのもので、全
体の寸法が波長に比べて十分小さい場合は放射電波がヘ
リクス軸に対して垂直な面内に全方位Ｃ亙って放射され
るノーマルモードにて作動可能であるが、作動周波数は
一周波に限られるという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、全方位に亙り電波の送受信が行えると共に、周波数
間隔が可調整的設定できる複数の作動周波数を備えた小
形形状のヘリカルアンテナを得ることを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の発明に係るヘリカルアンテナは、使用
すべき波長に比べて小さい周長で螺旋状に巻回された第
１ヘリクスを螺旋軸と直交する電波反射面の前面に配置
し、前記第１ヘリクスに給電手段を接続したヘリカルア
ンテナにおいて、前記第１ヘリクスによる第１のアンテ
ナ共振周波数とは異なる第２のアンテナ共振周波数を生
じる無給電の螺旋状の第２ヘリクスを、前記第１ヘリク
スに対して同心状に装荷したものである。この場合、第
１ヘリクスと第２ヘリクスは、給電線の接続位置さえ所
望の給電高さに選べるなら、何ずれが内側または外側で
あってもよい。

また請求項２に記載の発明に係るヘリカルアテナでは、
前記第２ヘリクスを、前記嵩１ヘリクスより大きい周長
および小さい螺旋軸方向寸法を有するものとしたもので
ある。

更に請求項３に記載の発明に係るヘリカルアンテナでは
、第２ヘリクスの螺旋ピッチを含む構造パラメータを、
前記第２のアンテナ共振周波数の目標値に応じて予め定
めてなるものである。

［作　用］ この発明のヘリカルアンテナは、波長に比べて周長の小
さい螺旋状に巻回された３４１ヘリクスを駆動ヘリクス
とし、この駆動ヘリクスに対してそれと同心状に螺旋状
に巻回された無給電の第２ヘリクスを装荷したものであ
るので、第２ヘリクスの装荷の効果により、小形寸法に
てノーマルモードにおける電波の送受信が可能である。

またこのヘリカルアンテナでは、第１ヘリクスの共振周
波数近傍の第１周波数と第゛２ヘリクスの構成パラメー
タで定まる第２周波数との少なくとも２周波で動作可能
であり、これは′ｓ２ヘリクスの螺旋ピッチを含む構成
パラメータの変更によりその共振周波数を調整して、そ
の近傍の第２周波数での作動を可能とするものである。

更に、本発明のヘリカルアンテナはノーマルモード・で
作動し、水平面内においては全方位に亙り電波の送受信
が行えるので、複数周波で動作する移動用通信機器に好
適である。

前記第２ヘリクスが、前記第１ヘリクスより大きい局長
および小さい螺旋軸方向寸法を有するものである場合、
第２ヘリクスによって定まる第２の作動周波数は第１ヘ
リクスによって定まる第１の作動周波数より低い周波数
となる。

［実施例］ この発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例を示す側面図、第２図は′
ｓ１図の上面図であり、図において、反射板３と給電端
子（同軸コネクタ）４は、前記従来のエンドファイヤへ
りカルアンテナと同様であるので詳しい説明は省略する
。反射板３の前面には駆動ヘリクスを構成する螺旋状に
導線を巻回した第１ヘリクス１が取り付けられ、その螺
旋軸は反射板３に直交している。この第１ヘリクス１に
は給電端子４からの給電線５が所定の給電点位置で接続
されている。また第１ヘリクス１の先端部において、そ
の外側には寄生ヘリクスを構成する螺旋状に導体を巻回
した無給電の第２ヘリクス２が例えば発泡スチロール等
の電波に影響を与えない材料で作られた図示しない支持
手段によって同軸状に配置されている。これら第１と第
２のヘリクス１．２はいずれも空芯コイルであるので小
型に構成できる。

尚、図中において、Ｈは第１ヘリクス１のアンテナ高、
Ｈ′は第２ヘリクス２のアンテナ高、Ｄは第１ヘリクス
１の直径、Ｄ゛は第２ヘリクス２の直径、Ｐは第１ヘリ
クス１のピッチ角、Ｐ′は第２ヘリクス２のピッチ角を
示している。

上記のように構成されたヘリカルアンテナにおいては、
第１ヘリクス１が電波を反射する反射板３の前面に配置
され、第１ヘリクス１の給電点には給電コネクタ４から
の給電線５が接続されて給電か行われる。また、この場
合、第１ヘリクス１の外側の第２ヘリクス２は、そのア
ンテナ高Ｈ′が第１ヘリクス１のアンテナ高Ｈより小さ
く、ピッチ角Ｐ°も第１ヘリクスのピッチ角Ｐより小さ
い＃第１ヘリクス１と第２へり、クス２は相互に電磁結
合し、第１ヘリクス１に第２ヘリクス２が装荷された状
態となっている。螺旋状に巻回された周長が使用波長に
比べて小さく且つ螺旋導体の全長りが１／２波長程度を
なす第１ヘリクス１は、電波をヘリクス軸に対して垂直
な面内に放射する動作モード、即ちノーマルモードで作
動する。

また第１ヘリクス１への給電位置によりアンテナ効率が
変わるので、通常リターンロス特性などを考慮して反射
板からアンテナ高Ｈの７０〜８０％位置を給電長とする
。このように無給電の第２ヘリクスを装荷した状態で反
射板３の前面に配置されたｉｔヘリクス１を駆動ヘリク
スとするヘリカルアンテナでは、寸法が小形化されても
所定の性能が得られる。

３ｉ３１ｆｆｉは、ヘリクス全長りと共振周波数Ｆとの
関係を実測した結果を示しており、ヘリクスの導線の線
径φｗ　１　ｔ＋ｓの場合の例である。ヘリクス直径り
を一定としたとき、第１ヘリクスｌの導線の全長しが増
加するか、またはピッチ角Ｐが大きくなると共振周波数
か低下する。第１ヘリクス１の共振周波数は、アンテナ
高Ｈ１ヘリクス直径Ｄピッチ角Ｐに依存し、これらの構
造パラメータが変わると共振周波数が変化する。第１ヘ
リクス】と、これに装荷される無給電の第２ヘリクス２
との間では電磁結合が行われるが、第２ヘリクス２は、
そのアンテナ高Ｈ°、ヘリクスの直径り。

ピッチ角Ｐ°によって決められる固有の共振周波数を備
えている。

第４図はこのヘリカルアンテナのリターンロス特性の実
測結果を示し、第２ヘリクス２が装荷されたヘリカルア
ンテナは、導線の線径φ＝１ｍｍ一定とし、第２ヘリク
ス２の装荷位置やヘリクス直径Ｄ°を変えても、第１ヘ
リクス１のみによる本来のヘリカルアンテナの共振周波
数ｆ、と近接した第１周波数ｆ、にて共振現象を呈し、
このときのリターンロスは一２０ｄＢと小さい。従って
第１周波数ｆ、は第２ヘリクス２の影響を実質的に殆ど
受けない。

また第２ヘリクス２の構造パラメータによって決められ
る第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ、より周波数が低く
、へりロス直径Ｄ°の影響を受けるので、その寸法が小
さくなると周波数は高くなる。

またリターンロスは、特に第２周波数ｆ２で第２へりロ
ス２の装荷位置により整合のとれる位置が大きく変わる
ので、予め最適位置に配置する。

従ってノーマルモードにおいては、第１と第２の複数の
周波数において共振するヘリカルアンテナが得られる。

またピッチ角Ｐ°を大きくするか又は全長り。

を短くすると第２周波数ｆ２が変わり、２つの周波数間
隔を例えば　（Ｌ−ｆ２）／ｆ＋与１０〜５０％の範囲
で調節できるようにすることが可能である。

また周波数間隔を小さくすると周波数特性が広帯域化で
きる。

この実施例のヘリカルアンテナは、５００　ＭＨｚ近傍
にて使用するとき、アンテナ高は波長の１７１０に小形
化できる。

更に全方位に亙る指向性を有するので、専有スペースに
制限を受けるコードレス電話、自動車電話ならびにトラ
ンシーバなどの移動用通信機器への利用に適する。

［発明の効果］ 以上に説明した通り、本発明によれば、ヘリカルアンテ
ナを構成する第１へりロスと同心状に無給電の第２へり
ロスを配設する簡単な構造によって無給電の第２へりロ
スにて装荷されたヘリカルアンテナの寸法が小形化され
、第２へりロスの構造パラメータを変えると相互の周波
数間隔が調節でき、従って可調整的に設定できる複数の
作動周波数を有する小形ヘリカルアンテナが得られる。

更に周波数間隔を小さくすると周波数特性が広帯域化で
き、ノーマルモートでの全方位に亙る２周波の送受信が
行えるので移動用通信機器への利用が図れる。

またその給電は１点のみで行えるため、複数周波数に対
して特別の励振回路を必要としないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す側面図、第２図は第
１図の上面図、第３図はへりロスの全長と共振周波数と
の関係を示す線図、第４図はヘリカルアンテナのリター
ンロス特性を示す線図、第５図は従来の無給電へりロス
を有するアキシャルモードヘリカルアンテナの一例を示
す外形図、第６図は従来のノーマルモードサイドファイ
アヘリカルアンテナの一例を示す外形図、第７図は従来
のエンドファイアヘリカルアンテナの一例を示す外形図
である。 （主要部分の符号の説明） １・・・第１へりロス、２・・・第２へりロス、３・・
・反射板、４・・・給電端子、５・・・給電線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、使用すべき波長に比べて小さい周長で螺旋状に巻回
   された第１ヘリクスを螺旋軸と直交する電波反射面の前
   面に配置し、前記第１ヘリクスに給電手段を接続したヘ
   リカルアンテナにおいて、前記第１ヘリクスによる第１
   のアンテナ共振周波数とは異なる第２のアンテナ共振周
   波数を生じる無給電の螺旋状の第２ヘリクスが前記第１
   ヘリクスに対して同心状に装荷されていることを特徴と
   するヘリカルアテナ。 ２、前記第２ヘリクスが前記第１ヘリクスより大きい周
   長および小さい螺旋軸方向寸法を有することを特徴とす
   る請求項１に記載のヘリカルアンテナ。 ３、第２ヘリクスの螺旋ピッチを含む構造パラメータが
   前記第２のアンテナ共振周波数の目標値に応じて予め定
   められていることを特徴とする請求項１に記載のヘリカ
   ルアンテナ。