JPH08316725A

JPH08316725A - ヘリカルアンテナ

Info

Publication number: JPH08316725A
Application number: JP7118428A
Authority: JP
Inventors: Teruhisa Tsuru; 輝久鶴; Harufumi Bandai; 治文萬代; Koji Shiraki; 浩司白木; Kenji Asakura; 健二朝倉
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 1996-11-29
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: JP3277754B2

Abstract

(57)【要約】【目的】少なくとも導体の巻回軸方向及び巻回軸の垂
直方向に対する主偏波及び交差偏波に感度を有し、小形
で、感度の姿勢依存性が無いヘリカルアンテナを提供す
る。【構成】ヘリカルアンテナ１０は、銅、あるいは銅合
金よりなり、一端が給電部１１で、他端が自由端１２の
導体１３を、螺旋状に巻回して形成され、導体１３の巻
回軸Ｃと直交する導体１３の巻回断面１４の形状は、横
の長さｗ、縦の長さｌの長方形である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリカルアンテナに関
し、特に、移動体通信用及びローカルエリア（ＬＡＮ）
用のヘリカルアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信用及びローカルエリア用に用
いるアンテナは、小形であることが重要で、このような
要求を満たすアンテナの１つとして、ノーマルモードヘ
リカルアンテナがある。図１８乃至図２０に、ノーマル
モードヘリカルアンテナの構造を示す。

【０００３】図１９に示すノーマルモードヘリカルアン
テナ１００ａは、線状の導体１０１を、巻回軸Ｃと直交
する巻回断面１０２が略円形になるように巻回し、一端
に給電部１０３を設け、他端を自由端１０４としたもの
である。

【０００４】また、図２０に示すノーマルモードヘリカ
ルアンテナ１００ｂは、線状の導体１０１を、巻回軸Ｃ
と直交する巻回断面１０２が略円形になるように巻回
し、導体１０１の略中央位置に給電部１０３を設け、両
端を自由端１０４、１０４としたものである。

【０００５】さらに、図２１に示すノーマルモードヘリ
カルアンテナ１００ｃは、線状の導体１０１を、巻回軸
Ｃと直交する巻回断面１０２が略矩形になるように巻回
し、導体１０１の略中央位置に給電部１０３を設け、両
端を自由端１０４、１０４としたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ノーマルモ
ードヘリカルアンテナ１００ａ〜１００ｃは、導体１０
１の巻回軸Ｃの垂直方向（図中ＶＶ方向）からの主偏波
及び交差偏波に対して感度を有するが、導体１０１の巻
回軸Ｃ方向からの主偏波及び交差偏波に対しては感度を
有さない。

【０００７】従って、ノーマルモードヘリカルアンテナ
１００ａ〜１００ｃが９０°傾き、導体１０１の巻回軸
Ｃ方向から主偏波及び交差偏波が伝送されるようになっ
た場合には、送受信が不可能となり、感度の姿勢依存性
が生じるという問題点があった。

【０００８】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたものであり、少なくとも導体の巻回軸方向
及び巻回軸の垂直方向に対する主偏波及び交差偏波に感
度を有し、小形で、感度の姿勢依存性が生じないヘリカ
ルアンテナを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述する問題点を解決す
るため本発明は、一端が給電部で、他端が自由端の導体
を螺旋状に巻回し、少なくとも前記導体の巻回軸方向及
び巻回軸の垂直方向からの主偏波並びに交差偏波に対し
感応させたことを特徴とする。

【００１０】また、前記導体の巻回軸と直交する前記導
体の巻回断面の形状が、少なくとも一部に直線部を有す
ることを特徴とするまた、前記導体を誘電体基体表面、
あるいは誘電体基体内部に設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１のヘリカルアンテナによれば、主偏
波、交差偏波に対して感度を有し、送受信可能なレベル
の感度、すなわちダイポールアンテナとほぼ同等の感度
を得ることができる。

【００１２】請求項２のヘリカルアンテナによれば、巻
回軸と直交する導体の巻回断面の形状が、少なくとも一
部に直線部を有する略矩形状であるため、巻回断面の形
状が、略円形状あるいは、略楕円形状と比較して、同一
の断面積にした場合、アンテナの線路長が長くすること
が可能となる。

【００１３】請求項３のヘリカルアンテナによれば、誘
電体基体との組み合わせにより、伝搬速度が遅くなり、
波長短縮が生じるため、誘電体基体の比誘電率をεとす
ると、実効線路長は、ε^1/2倍になる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の各実施例を説
明する。なお、各実施例中において、第１の実施例と同
一もしくは同等の部分には同一番号を付し、詳細な説明
は省略する。

【００１５】図１に本発明に係るヘリカルアンテナの第
１の実施例の斜視図を示す。ヘリカルアンテナ１０は、
銅あるいは銅合金によりなり、一端が給電部１１で、他
端が自由端１２の導体１３を、螺旋状に巻回することに
より形成される。このとき、導体１３の巻回軸Ｃと直交
する導体１３の巻回断面１４の形状は、横の長さｗ、縦
の長さｌの長方形である。

【００１６】ここで、本実施例のヘリカルアンテナ１０
の線路長と、巻回断面の形状が円形状の従来のノーマル
モードヘリカルアンテナ（半径：ａ）の線路長を比較す
る。

【００１７】巻回軸と直交する巻回断面の面積Ｓと巻回
数Ｎを一定にすると、長方形、円形の巻回断面の面積Ｓ
は、それぞれ、長方形の場合：Ｓ＝ｗ×ｌ円形の場合：Ｓ＝πａ² と表される。

【００１８】従って、線路長は、巻回断面の外周×Ｎで
あるため、長方形、円形の線路長ｌ₁、ｌ₂は、それぞ
れ、長方形の場合：ｌ₁＝２×（ｗ＋ｌ）×Ｎ円形の場合：ｌ₂＝２×（π×ｗ×ｌ）^1/2×Ｎとなり、巻回断面の形状が長方形である本実施例のヘリ
カルアンテナ１０の線路長ｌ₁の方が長くなることが立
証された。

【００１９】また、ヘリカルアンテナ１０の感度を、ｘ
軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向について測定した。

【００２０】このときのヘリカルアンテナ１０の感度を
図１２乃至図１７に示す。図１２乃至図１７は、それぞ
れｘ軸方向の主偏波に対する感度、ｘ軸方向の交差偏波
に対する感度、ｙ軸方向の主偏波に対する感度、ｙ軸方
向の交差偏波に対する感度、ｚ軸方向の主偏波に対する
感度、ｚ軸方向の交差偏波に対する感度を表したもので
ある。

【００２１】これらの感度の測定結果から、ヘリカルア
ンテナ１０が、巻回軸Ｃの垂直方向、すなわちｙ軸方向
及びｚ軸方向の主偏波及び交差偏波に対してのみなら
ず、巻回軸Ｃ方向、すなわちｘ軸方向の主偏波及び交差
偏波に対しても感度を有し、無指向性に近い形で機能し
ていることが立証された。

【００２２】以上のように、第１の実施例では、巻回軸
Ｃと直交する導体１３の巻回断面１４の形状が長方形で
あるため、円形あるいは楕円形と比較して、線路長を長
くすることが可能となる。従って、電流分布の領域がさ
らに増えるため、放射量する電波の量がさらに多くな
り、アンテナの利得をさらに向上させることができる。

【００２３】また、ヘリカルアンテナ１０が、ｘ軸方
向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３方向の主偏波、垂直偏波に
対して、無指向性に近い形で機能しているため、移動体
通信機をどのような位置に置いても、送受信が可能とな
り、感度の姿勢依存性が生じない。

【００２４】図２に本発明に係るヘリカルアンテナの第
２の実施例の斜視図を示す。ヘリカルアンテナ２０は、
セラミック、例えば酸化バリウム、酸化アルミニウム、
シリカを主成分とする混合体、樹脂、例えばテフロン樹
脂、または、セラミックと樹脂の組み合わせからなり、
複数に積層してなる直方体の誘電体基体２１表面に、銅
あるいは銅合金によりなり、一端が給電部２２で、他端
が自由端２３の導体２４を、印刷、蒸着、貼り合わせ、
あるいはメッキにより、螺旋状に巻回させることにより
形成される。このとき、導体２４は、誘電体基体２１の
高さ方向（図中矢印Ｈ方向）に巻回されている。

【００２５】誘電体基体２１の下面２１１には、導体２
４の給電部２２が接続される給電用端子２５が形成され
ている。この給電用端子２５は、ヘリカルアンテナ２０
を外部回路が設けられた実装基板（図示せず）等に固定
するための固定用端子を兼ねている。この実施例では、
誘電体基体２１は、複数の誘電体基体層を積層すること
によって形成されるが、例えば１枚の誘電体基体層のみ
で形成されてもよい。

【００２６】上記実施例では、導体２４を印刷、蒸着、
貼り合わせ、あるいはメッキで形成する場合を示した
が、誘電体基体２１に螺旋状の溝を設け、その溝に沿っ
て直接、メッキ線、あるいはエナメル線を巻回してもよ
い。

【００２７】以上のように、第２の実施例では、誘電体
基体２１で伝搬速度が遅くなり、波長短縮が生じるた
め、誘電体基体２１の比誘電率をεとすると、実効線路
長はε^1/2倍になり、従来のヘリカルアンテナの実行線
路長と比較して長くなる。従って、電流分布の領域が増
えるため、放射量する電波の量が多くなり、アンテナの
利得を向上させることができる。

【００２８】また、逆に、従来のヘリカルアンテナと同
様の特性にした場合、線路長はε^1/2分の１になるた
め、ヘリカルアンテナ１０を小型化することが可能とな
る。

【００２９】さらに、導体２４が、誘電体基体２１の高
さ方向に巻回されているため、巻回軸と直交する巻回断
面の面積を大きくすることにより、巻回数を減らすこと
ができる。従って、ヘリカルアンテナ１０の高さを低く
することが可能となる。

【００３０】図３に本発明に係るヘリカルアンテナの第
３の実施例の斜視図を示す。このヘリカルアンテナ３０
は、セラミック、樹脂、または、セラミックと樹脂の組
み合わせからなる誘電体基体３１内部に空洞３２を設
け、導体２４を、空洞３２の内表面に沿って螺旋上に巻
回するように、印刷、蒸着、貼り合わせ、あるいはメッ
キにより形成したものである。このとき、導体２４は、
第２の実施例と同様に、誘電体基体３１の高さ方向に巻
回されている。

【００３１】以上のように、第３の実施例では、導体２
４が誘電体基体３１表面に露出していないため、第２の
実施例のヘリカルアンテナ２０と同様の効果が得られる
ことに加え、取り扱いが簡単となる。

【００３２】図４に本発明に係るヘリカルアンテナの第
４の実施例の斜視図を示す。このヘリカルアンテナ４０
は、第１の実施例のように、誘電体基体２１表面に導体
２４を螺旋状に巻回した後、セラミック、樹脂、また
は、セラミックと樹脂の組み合わせからなる誘電体基体
４１で封止することにより、誘電体基体４１内部に導体
２４を封止して形成したものである。このとき、導体２
４は、第１の実施例と同様に、誘電体基体２１の高さ方
向に巻回されている。

【００３３】以上のように、第４の実施例では、誘電体
基体４１内部に導体２４を封止して形成しているため、
第２の実施例と比較して、波長がさらに短縮でき、ヘリ
カルアンテナ４０の実行線路長がさらに長くなる。従っ
て、電流分布の領域がさらに増えるため、放射する電波
の量がさらに多くなり、アンテナの利得をさらに向上さ
せることが可能となる。

【００３４】図５及び図６に本発明に係るヘリカルアン
テナの第５の実施例の斜視図を示す。ヘリカルアンテナ
５０は、セラミック、樹脂、または、セラミックと樹脂
の組み合わせからなり、複数に積層してなる直方体の誘
電体基体５１中に、銅あるいは銅合金によりなり、一端
が給電部５２で、他端が自由端５３の導体５４を螺旋状
に巻回することにより形成される。このとき、導体５４
は、第１の実施例と同様に、誘電体基体５１の高さ方向
（図中矢印Ｈ方向）に巻回されている。

【００３５】導体５２は、印刷、蒸着、貼り合わせ、あ
るいはメッキにより、誘電体基体５１を構成する複数の
誘電体基体層５１ｂ〜５１ｆ表面に導体パターン５５を
設けた後、誘電体基体層５１ａ〜５１ｆを積層し、導体
パターン５５をビアホール５６で接続することにより螺
旋状に形成される。

【００３６】以上のように、第５の実施例では、積層構
造によりヘリカルアンテナ５０を形成しているため、第
４の実施例のヘリカルアンテナ４０と同様の効果が得ら
れることに加え、小形で安価な表面実装型のヘリカルア
ンテナを形成することができる。

【００３７】図７に本発明に係るヘリカルアンテナの第
６の実施例の斜視図を示す。ヘリカルアンテナ６０は、
セラミック、樹脂、または、セラミックと樹脂の組み合
わせからなり、複数に積層してなる直方体の誘電体基体
６１表面に、導体２４を螺旋状に巻回するように、印
刷、蒸着、貼り合わせ、あるいはメッキすることにより
形成される。このとき、導体２４は、誘電体基体６１の
長手方向（図中矢印Ｌ方向）に巻回されている。

【００３８】誘電体基体６１の一方の端面６１１には、
導体２４の給電部２２が接続される給電用端子２５が形
成され、他方の端面６１２には、ヘリカルアンテナ６０
を外部回路が設けられた実装基板（図示せず）等に固定
するための固定用端子６２が形成されている。

【００３９】上記実施例では、導体２４を印刷、蒸着、
貼り合わせ、あるいはメッキで形成する場合を示した
が、第２の実施例と同様に、誘電体基体６１に螺旋状の
溝を設け、その溝に沿ってメッキ線、あるいはエナメル
線を直接、誘電体基体６１に巻回してもよい。

【００４０】以上のように、第６の実施例では、導体２
４は、誘電体基体６１の長手方向に巻回されているた
め、巻回ピッチＰを大きくすることができる。従って、
ヘリカルアンテナ６０のインダクタンスが小さくなり、
１ＧＨｚ以上の高周波に対応すること可能となる。

【００４１】また、固定用端子６２を設けているため、
表面実装時に安定して実装することができる。

【００４２】図８に本発明に係るヘリカルアンテナの第
７の実施例の斜視図を示す。このヘリカルアンテナ７０
は、セラミック、樹脂、または、セラミックと樹脂の組
み合わせからなる誘電体基体７１内部に空洞７２を設
け、導体２４を、空洞７２の内表面に沿って螺旋状に巻
回するように、印刷、蒸着、貼り合わせ、あるいはメッ
キにより形成したものである。このとき、導体２４は、
第６の実施例と同様に、誘電体基体７１の長手方向に巻
回されている。

【００４３】以上のように、第７の実施例では、導体２
４が誘電体基体７１表面に露出していないため、第６の
実施例のヘリカルアンテナ６０と同様の効果が得られる
ことに加え、取り扱いが簡単となる。

【００４４】図９に本発明に係るヘリカルアンテナの第
８の実施例の斜視図を示す。このヘリカルアンテナ８０
は、第６の実施例のように、誘電体基体６１表面に導体
２４を螺旋状に巻回した後、セラミック、樹脂、また
は、セラミックと樹脂の組み合わせからなる誘電体基体
８１で封止することにより、誘電体基体８１内部に導体
２４を封止して形成したものである。このとき、導体２
４は、第６の実施例と同様に、誘電体基体６１の長手方
向に巻回されている。

【００４５】以上のように、第８の実施例では、誘電体
基体８１内部に導体２４を封止して形成しているため、
第６の実施例と比較して、波長がさらに短縮でき、ヘリ
カルアンテナ８０の実行線路長がさらに長くなる。従っ
て、電流分布の領域がさらに増えるため、放射する電波
の量がさらに多くなり、アンテナの利得をさらに向上さ
せることが可能となる。

【００４６】図１０及び図１１に本発明に係るヘリカル
アンテナの第９の実施例の斜視図を示す。ヘリカルアン
テナ９０は、セラミック、樹脂、または、セラミックと
樹脂の組み合わせからなり、複数に積層してなる直方体
の誘電体基体９１中に、銅あるいは銅合金によりなり、
一端が給電部９２で、他端が自由端９３の導体９４を螺
旋状に巻回することにより形成される。このとき、導体
９４は、第６の実施例と同様に、誘電体基体９１の長手
方向に巻回されている。

【００４７】導体９４は、印刷、蒸着、貼り合わせ、あ
るいはメッキにより、誘電体基体９１を構成する複数の
誘電体基体層９１ｂ及び９１ｃ表面に導体パターン９５
を設けた後、誘電体基体層９１ａ〜９１ｃを積層し、導
体パターン９５をビアホール９６で接続することにより
螺旋状に形成される。

【００４８】以上のように、第９の実施例では、積層構
造によりヘリカルアンテナ９０を形成しているため、第
８の実施例のヘリカルアンテナ８０と同様の効果が得ら
れることに加え、小形で安価な表面実装型のヘリカルア
ンテナを形成することができる。

【００４９】なお、各実施例では、導体の巻回断面の形
状が長方形の場合を示したが、図１８（ａ）及び図１８
（ｂ）に示すように、２つの直線部と２つの曲線部を有
する略トラック形状、あるいは、１つの直線部と１つの
曲線部を有する略カマボコ形状等、少なくとも一部に直
線部を有する形状であればどのような形状でもよい。

【００５０】また、螺旋形状として、導体の各巻回断面
の形状がほぼ同一の長方形を組み合わせた場合を示した
が、少なくとも一部に直線部を有する異なる形状を組み
合わせた場合でもよい。

【００５１】例えば、導体の各巻回断面の形状が、給電
部から自由端に向かうに従い、漸次大きくなるように構
成しても、あるいは、逆に漸次小さくなるように構成し
てもよい。

【００５２】さらに、導体として銅あるいは銅合金を用
いたが、金、銀、白金、あるいは、パラジウム等、低抵
抗導体であればどのような材料でもよい。

【００５３】また、誘電体基体が直方体の場合を示した
が、球体、立方体、円柱、円錐、あるいは、角錐でもよ
い。

【００５４】

【発明の効果】請求項１のヘリカルアンテナによれば、
ヘリカルアンテナが、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の
３方向の主偏波、垂直偏波に対して、無指向性に近い形
で機能しているため、移動体通信機をどのような位置に
置いても、送受信が可能となり、感度の姿勢依存性が生
じない。

【００５５】請求項２のヘリカルアンテナによれば、巻
回軸と直交する導体の巻回断面の形状が少なくとも一部
に直線部を有する略矩形状であるため、巻回断面の形状
が略円形状あるいは略楕円形状と比較して、同一の断面
積にした場合、線路長を長くすることが可能となる。従
って、電流分布の領域がさらに増えるため、放射量する
電波の量がさらに多くなり、アンテナの利得をさらに向
上させることができる。

【００５６】請求項３のヘリカルアンテナによれば、誘
電体基体を用いているため、伝搬速度が遅くなり、波長
短縮が生じ、その結果、誘電体基体の比誘電率をεとす
ると、実効線路長はε^1/2倍になり、従来のヘリカルア
ンテナの実効線路長と比較して長くなる。従って、電流
分布の領域が増えるため、放射量する電波の量が多くな
り、アンテナの利得を向上させることができる。

【００５７】また、逆に、従来のヘリカルアンテナと同
様の特性にした場合、線路長はε^1/2分の１になるた
め、ヘリカルアンテナを小型化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヘリカルアンテナの第１の実施例
の斜視図である。

【図２】本発明に係るヘリカルアンテナの第２の実施例
の斜視図である。

【図３】本発明に係るヘリカルアンテナの第３の実施例
の斜視図である。

【図４】本発明に係るヘリカルアンテナの第４の実施例
の斜視図である。

【図５】本発明に係るヘリカルアンテナの第５の実施例
の斜視図である。

【図６】図５のヘリカルアンテナの分解斜視図である。

【図７】本発明に係るヘリカルアンテナの第６の実施例
の斜視図である。

【図８】本発明に係るヘリカルアンテナの第７の実施例
の斜視図である。

【図９】本発明に係るヘリカルアンテナの第８の実施例
の斜視図である。

【図１０】本発明に係るヘリカルアンテナの第９の実施
例の斜視図である。

【図１１】図１０のヘリカルアンテナの分解斜視図であ
る。

【図１２】図１のヘリカルアンテナのｘ軸方向の主偏波
に対する感度である。

【図１３】図１のヘリカルアンテナのｘ軸方向の交差偏
波に対する感度である。

【図１４】図１のヘリカルアンテナのｙ軸方向の主偏波
に対する感度である。

【図１５】図１のヘリカルアンテナのｙ軸方向の交差偏
波に対する感度である。

【図１６】図１のヘリカルアンテナのｚ軸方向の主偏波
に対する感度である。

【図１７】図１のヘリカルアンテナのｚ軸方向の交差偏
波に対する感度である。

【図１８】本発明に係るヘリカルアンテナの導体の巻回
断面の別の実施例であり、（ａ）は、略トラック形状、
（ｂ）は、略カマボコ形状である。

【図１９】従来のヘリカルアンテナの斜視図である。

【図２０】別の従来のヘリカルアンテナの斜視図であ
る。

【図２１】さらに別の従来のヘリカルアンテナの斜視図
である。

【符号の説明】

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９
０ヘリカルアンテナ１１、２２、５２、９２給電部１２、２３、５３、９３自由端１３、２４、５４、９４導体１４巻回断面２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１
誘電体基体

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【手続補正書】

【提出日】平成７年６月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者朝倉健二京都府長岡京市天神二丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端が給電部で、他端が自由端の導体を
螺旋状に巻回し、少なくとも前記導体の巻回軸方向及び
巻回軸の垂直方向からの主偏波並びに交差偏波に対し感
応させたことを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２】前記導体の巻回軸と直交する前記導体の
巻回断面の形状が、少なくとも一部に直線部を有するこ
とを特徴とする請求項１に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３】前記導体を誘電体基体表面、あるいは誘
電体基体内部に設けたことを特徴とする請求項１あるい
は請求項２のいずれかに記載のヘリカルアンテナ。