JPH0738326A

JPH0738326A - ヘリカルアンテナ

Info

Publication number: JPH0738326A
Application number: JP19915293A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Hasebe; 望長谷部; Takashi Kato; 隆加藤
Original assignee: Taiko Electric Works Ltd
Current assignee: Taiko Electric Works Ltd
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1995-02-07
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2911088B2

Abstract

(57)【要約】【目的】円偏波励振のための特別な給電回路を必要と
せず、小型で構成が簡単であり、水平面内無指向性に円
偏波を発生するヘリカルアンテナを提供する。【構成】ヘリカルアンテナにおいて、所定の巻回数Ｎ
hhとピッチ角αで、長さが約半波長の複数のアンテナ素
子（１２ａ＋２２ａ）〜（１２ｄ＋２２ｄ）を支持円筒
（１１＋２１）上に等しい角間隔で配設し、支持円筒の
内部に同軸に配設した同軸線路３４から複数のアンテナ
素子の各中点に並列に給電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば移動体通信に
好適な、ヘリカルアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信の発達に伴い、固定局
対移動局あるいは移動局間の無線通信に、水平面内無指
向性に円偏波を発生するアンテナの要求が高まってい
る。

【０００３】円偏波が建築物や海面などで反射した場
合、反射によるマルチパス波の旋回方向が逆転すること
により、円偏波アンテナではマルチパス波が受信され
ず、画像伝送時のゴースト、デジタル伝送時のビット誤
り率の増加などのマルチパス波による悪影響を抑圧する
ことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、水平
面内無指向性に円偏波を発生するアンテナとしては、
Ａ．λ／２ダイポールアンテナをλ／４離して直交さ
せ、同相給電するもの、Ｂ．４線式ヘリカルを９０゜ず
つ移相して、円偏波励振を行なうもの、Ｃ．同軸導波管
の周囲に複数のスロットを傾斜して切るもの、Ｄ．垂直
ダイポールの周囲に３対の直交した無給電素子を配置す
るもの、などが知られている。

【０００５】ところが、上述のような円偏波を発生する
アンテナには、ａ．給電構造は単純であるが、機械的強
度を保ち難い、ｂ．円偏波励振のための給電回路を別に
必要とし、構造が複雑となる、放射パターンが半球面状
となり、目的によっては天頂方向の放射は不必要な放射
となる、ｃ．周囲スロットの加工に精度が要求され、か
つ、機械的強度が低下する、ｄ．特別の給電回路を必要
とせず、構造が簡単であるが、寸法が（λ／２）×（λ
／２）となり、小型化されていないというような問題が
あった。

【０００６】一方、波長（λ）に比べて小さいノーマル
モードヘリカルアンテナのピッチ角を適当に選ぶと、水
平面内無指向性に円偏波を発生することが、次の文献な
どにより、知られている。参考文献： (1) H.A.Wheeler,"A Helical Antenna fore Circular P
olarization",Proc.I.R.E.,Dec.1947,pp1484-1488. (2) J.D.Kraus,"Anntennas",McGraw-Hill Book Co.,198
8,Chap.7. (3) クラウス著，谷村功訳，「空中線」，無線従事者
教育協会発行。

【０００７】この文献では、電流分布が一定とみなせる
微小なダイポールアンテナと微小なループアンテナとの
組み合わせで、垂直・水平成分の比が１となるような、
円偏波発生条件を満足する周囲長とピッチとが求められ
る。

【０００８】しかしながら、このアンテナに接続する給
電線が平衡線路を主体にして論じられ、整合のための具
体的寸法が示されていない。また、一般に、アンテナを
小型化すると放射インピーダンスが低下し、インピーダ
ンス整合のため付加する変成器の変成比が大きくなり、
アンテナのＱが大きく狭帯域になると共に、整合回路の
損失も無視できず効率も低くなるという問題があった。

【０００９】この発明の目的は、円偏波励振のための特
別な給電回路を必要とせず、小型で構成が簡単であり、
機械的強度に優れ、水平面内無指向性に円偏波を発生す
ることができるヘリカルアンテナを提供するところにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明によるヘリカルアンテナは、後述の実施例
の参照符号を対応させると、螺旋状の導体細条を放射素
子とするヘリカルアンテナにおいて、所定の巻回数Ｎhh
とピッチ角αとで螺旋状に形成された約半波長の長さの
複数の導体細条（１２ａ＋２２ａ）〜（１２ｄ＋２２
ｄ）を円筒状支持部材（１１＋２１）上に等しい角間隔
で配設すると共に、この支持部材の内部に同軸に配設し
た同軸線路３４から複数の導体細条の各中点に並列に給
電するようにしたものである。

【００１１】

【作用】かかる構成によれば、複数の導体細条（１２ａ
＋２２ａ）〜（１２ｄ＋２２ｄ）が、自己共振型で、か
つ、円偏波発生条件を満足する放射素子となって、水平
面内無指向性に円偏波が放射される。

【００１２】

【実施例】この発明では、全長がλ／２となる自己共振
型アンテナ２本を軸対称に配置し、これを１対とした複
数対（この実施例では２対）アンテナを等角度間隔で円
筒上に設置し、この円筒上に各素子をヘリカル状に巻き
付け、その巻回数（巻付角）とピッチ角とを適当に選ぶ
ことにより、水平面内無指向性に円偏波を発生するヘリ
カルアンテナを実現している。

【００１３】以下、図１〜図６を参照しながら、この発
明によるヘリカルアンテナの一実施例について説明す
る。この発明の一実施例の全体の構成を図１に、その要
部の展開図を図２にそれぞれ示す。

【００１４】図１において、１０は上側放射部、２０は
下側放射部であって、低損失の誘電体（ポリエチレン、
セラミック等）からなる、上下の支持円筒１１，２１上
に、それぞれ４本の螺旋状の導体細条１２ａ〜１２ｄ，
２２ａ〜２２ｄが、９０゜の角間隔で配設されて構成さ
れる。

【００１５】各導体細条１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２
ｄは、例えば、円筒１１，２１に導線を巻き付ける、ま
たは、各円筒に貼着された銅箔をエッチングするなどに
より形成される。

【００１６】３０は給電部であって、低損失の誘電体か
らなる円盤３１の上下両面に、エッチングなどにより、
それぞれ十字状に形成された１対の導体片３２，３３
が、対向して積層配設されて、マイクロストリップ型の
４本の給電線路３０ａ〜３０ｄが構成される。この給電
部３０を介在させて、上側放射部１０と下側放射部２０
とが機械的に結合される。

【００１７】そして、給電線路３０ａ〜３０ｄの外側端
は、上側放射部１０の導体細条１２ａ〜１２ｄの下端
と、下側放射部２０の導体細条２２ａ〜２２ｄの上端と
にそれぞれ接続されて、上下の１対の導体細条（１２
ａ，２２ａ）〜（１２ｄ，２２ｄ）により、それぞれ中
央給電型のヘリカルアンテナ素子が構成され、給電面の
上下の空間での対称性が保たれる。

【００１８】また、給電部３０の導体片３２，３３の中
心部には、下側の支持円筒２１の内部に同軸に配設され
た同軸給電線３４の内部導体及び外部導体３４ｉ，３４
ｏがそれぞれ接続される。

【００１９】従って、４つのヘリカルアンテナ素子（１
２ａ＋２２ａ）〜（１２ｄ＋２２ｄ）は同軸給電線３４
からみて並列に給電されることになり、円偏波励振のた
めの特別な給電回路を必要とせず、構成が簡単になる。

【００２０】また、この同軸給電線３４の周囲が下側放
射部２０の導体細条２２ａ〜２２ｄにより覆われるた
め、平衡−不平衡変換効果、いわゆるバラン効果が期待
されると共に、同軸給電線３４からの２次放射の抑圧効
果も期待される。

【００２１】図２の展開図に示すように、この実施例で
は、各導体細条１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄの長さ
Ｌが約λ／４に、即ち、各ヘリカルアンテナ素子（１２
ａ＋２２ａ）〜（１２ｄ＋２２ｄ）の全長２Ｌが約λ／
２に設定されて自己共振型とされる。

【００２２】これにより、各アンテナ素子を共振状態で
使用するため、アンテナ素子自体リアクタンス分を持た
ず、複数本のアンテナ素子を並列給電することにより、
放射インピーダンスの増加を期待できると共に、適当な
本数を選択することにより、給電線との整合が可能とな
る。

【００２３】また、この実施例では、約λ／２のヘリカ
ルアンテナ素子の巻回数Ｎhhが１（巻付角３６０゜）
に、即ち、長さＬの導体細条１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜
２２ｄの巻回数Ｎhqが１／２（巻付角１８０゜）に設定
される。

【００２４】そして、この巻回数で、単素子のヘリカル
アンテナが円偏波発生条件を満足するピッチ角α（α4
1）を、次の数式１

【００２５】

【数１】に示すような、前出文献にある単一素子に対する条件を
用いて求めると、 α41＝１３．５゜となる。

【００２６】また、共振型の電流を考慮し、４本同位相
励振した際の円偏波放射条件は、次の数式２

【００２７】

【数２】に示すような条件を用いて求められて、 α41＝１４゜となる。

【００２８】なお、上述のようにして、各導体細条１２
ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄの長さＬと、ピッチ角αと
が決まれば、図２からも明らかなように、螺旋のピッチ
と巻き径、即ち、支持円筒１１，２１の直径Ｄと高さＨ
とは、Ｄ＝（２Ｌｃｏｓα）／π Ｈ＝Ｌｓｉｎα の両式によって一義的に定まる。

【００２９】例えば、１．５ＧＨｚ（λ＝２００ｍｍ）
の周波数帯において、４素子ヘリカルアンテナの各導体
細条１２ａ〜１２ｄ，２２ａ〜２２ｄの長さ及び幅Ｌ，
Ｗと、各支持円筒１１，２１の直径Ｄと高さＨとは、そ
れぞれ、Ｌ＝３９．０ｍｍ，Ｗ＝１．２ｍｍＤ＝２４．０ｍｍ，Ｈ＝９．０ｍｍと設定される。

【００３０】この例では、小型化による利得の低下、狭
帯域化を抑える意味で、円周を約λ／２、高さを約λ／
１０とした。この結果、外形寸法が概ね（λ／８）×
（λ／１０）と小型化される。

【００３１】また、給電部３０の各給電線路３０ａ〜３
０ｄの導体の幅と、誘電体層３１の厚さｔ31及び誘電率
εr は、Ｗ30＝１．５ｍｍ，ｔ31＝０．８ｍｍ； εr ＝２．５５に設定されて、約λ／１６の長さのマイクロストリップ
型の給電線路３０ａ〜３０ｄの特性インピーダンスは約
８０Ωとなった。この値は、５０Ωの特性インピーダン
スの同軸給電線３４と各アンテナ素子との間のインピー
ダンス整合のため、実験により求めたものである。

【００３２】この実施例では、図３及び図４に示すよう
に、周波数１．５３ＧＨｚにおいて、軸比が０．８ｄ
Ｂ、リターンロスが約−３３ｄＢを得ている。そして、
利得は約０ｄＢｉとなる。また、放射パターンは、図
５，図６に示すように、水平面内では無指向性であり、
垂直面内では、鎖線で示したダイポールアンテナと同様
に「８」字状指向性となる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、長さが約半波長で自己共振型の複数のアンテナ素子
を、所定の巻回数とピッチ角とで螺旋状に形成して、支
持円筒上に等しい角間隔で配設し、支持円筒の内部に同
軸に配設した同軸線路から複数のアンテナ素子の各中点
に並列に給電するようにしたので、円偏波励振のための
特別な給電回路を必要とせず、小型で構成が簡単であ
り、機械的強度に優れ、水平面内無指向性に円偏波を発
生することができるヘリカルアンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるヘリカルアンテナの一実施例の
構成を示す分解斜視図である。

【図２】この発明の一実施例の要部の構成を示す展開図
である。

【図３】この発明の一実施例の偏波特性を示す図であ
る。

【図４】この発明の一実施例の整合性を示す図である。

【図５】この発明の一実施例の水平指向性を示す図であ
る。

【図６】この発明の一実施例の垂直指向性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０上側放射部１１支持円筒１２ａ〜１２ｄ導体細条２０下側放射部２１支持円筒２２ａ〜２２ｄ導体細条３０給電部３４同軸給電線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】螺旋状の導体細条を放射素子とするヘリ
カルアンテナにおいて、所定の巻回数とピッチ角とで螺旋状に形成された約半波
長の長さの複数の導体細条を円筒状支持部材上に等しい
角間隔で配設すると共に、この支持部材の内部に同軸に配設した同軸線路から上記
複数の導体細条の各中点に並列に給電するようにしたこ
とを特徴とするヘリカルアンテナ。