(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリカル状のアンテナ導体を有する小型アンテナにおいて、
仮想筒状部の一側壁面においてヘリカル状に配置された１側アンテナ導体を間隔を保持して複数個設けるとともに、仮想筒状部の他側壁面に配置され前記各１側アンテナ導体の巻き終わりとこれら１側アンテナ導体に隣る他の１側アンテナ導体の巻き初めとを接続する他側アンテナ導体を設け、切り離された１側アンテナ導体の巻き初めとこれに隣る１側アンテナ導体の巻き終わりから延びる他側アンテナ導体間を給電点として給電線と直接接続すると共に、この給電点間におけるアンテナ導体は、基本波長の整数倍に共振していることを特徴とする小型アンテナ。
【請求項２】
前記仮想筒状部は円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。
【請求項３】
前記仮想筒状部は多角形の筒状であることを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。
【請求項４】
前記仮想筒状部には絶縁物が満たされていることを特徴とする請求項１に記載の小型アンテナ。
【請求項５】
前記１側アンテナ導体と他側アンテナ導体の少なくとも一方は前記絶縁物にプリントにより形成されていることを特徴とする請求項４に記載の小型アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、外形寸法が波長の１/１０以下、かつ多偏波・多周波の放射を有する小型アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信の基地局、移動局に使用されるアンテナは小型、軽量、電気的には高利得が要求される。しかし、アンテナを小型にすると必然的に利得の減少、狭帯域化を生じる結果となる。また、波長に比してアンテナ高さを減じると垂直偏波のレベルが減少する。先に、波長に比して外形寸法が小さく、構造が単純な小型アンテナが提案されている（特開平１１−１５０４１２号）。このアンテナの放射指向性は１波長ループアンテナと同等で、ほぼ直線偏波を放射しアンテナを含む面内で８の字特性を有し、アンテナ給電部を含む直交した面内で無指向性となる。このアンテナを移動体に対して平らに装着すると水平偏波の放射が優勢となり、通常用いられている移動体通信の垂直偏波の送信・受信には適用出来ない。また、給電部を下側にして移動体や反射板上に設置すると水平偏波を放射する。このアンテナを垂直偏波通信に適用するには、アンテナ給電部を横向きにして移動体に対して垂直に設置する必要があり、構造上、機械強度に問題があり、かつ装着が困難となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は上記の要求を満足する低姿勢かつ多偏波発生の小型・計量、高利得アンテナを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決する手段】
上記の課題を達成するために、本願の請求項１に記載の発明は、ヘリカル状のアンテナ導体を有する小型アンテナにおいて、仮想筒状部の一側壁面においてヘリカル状に配置された１側アンテナ導体を間隔を保持して複数個設けるとともに、仮想筒状部の他側壁面に配置され前記各１側アンテナ導体の巻き終わりとこれら１側アンテナ導体に隣る他の１側アンテナ導体の巻き初めとを接続する他側アンテナ導体を設け、切り離された１側アンテナ導体の巻き初めとこれに隣る１側アンテナ導体の巻き終わりから延びる他側アンテナ導体間を給電点として給電線と直接接続すると共に、この給電点間におけるアンテナ導体は、基本波長の整数倍に共振していることを特徴とする小型アンテナを提供する。
本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記仮想筒状部は円筒形状であることを特徴とする小型アンテナを提供する。
本願の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記仮想筒状部は多角形の筒状であることを特徴とする小型アンテナを提供する。
本願の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記仮想筒状部には絶縁物が満たされていることを特徴とする小型アンテナを提供する。
本願の請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明に加えて、前記１側アンテナ導体と他側アンテナ導体の少なくとも一方は前記絶縁物にプリントにより形成されていることを特徴とする小型アンテナを提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を、図面を用いて詳細に説明する。本発明は、本質的にボビンとなる巻き枠は必要ないが、これを用いることができる。次に絶縁物からなる円筒状の巻き枠を用いた実施の形態についてまず説明する。
図１は、本発明に係る小型アンテナの斜視図である。図１に示すように、本発明の小型アンテナは、厚みを有する絶縁物からなる円筒状の巻き枠１の外側（一側壁面）に、導線またはリボン状導体からなる１側アンテナ導体２を巻き枠１下部を始点３としてその長さ方向にスパイラル状に巻き枠１上端点４まで１ターンで巻き上げる。
【０００６】
ここで１側アンテナ導体２を巻き枠１の内側（他側壁面）に上部折り曲げ部分５として折り曲げ、巻き枠１の内壁に沿って巻き枠内周の１／８だけ巻き初めの始点１からずれた点まで斜めに内側折り曲げ部（他側アンテナ導体）６として下端へ引き下ろし、巻き枠下部で再び下部折り曲げ部分７として折り曲げ、巻き枠１の一側壁面へ向けて引き出し、さらにこの始点８から上記と同様巻き枠１の外周（一側壁面）に沿ってもう１つの１側アンテナ導体９をスパイラル状に巻き上げるという巻き方を繰り返し、結果的に全周で８回のスパイラル状アンテナ導体を有する小型アンテナを構成する。そして、１側アンテナ導体２の始点３と最後の他側アンテナ導体１０の巻き終わり端１１間は切り離されていて、この間をアンテナの給電点とすることができ、例えば、同軸ケーブル１２を接続することができる。
【０００７】
本発明において、アンテナ導体２の１回巻きに注目すると、これは波長に比して小さい直径のノーマルモードヘリカルアンテナと見なすことが出来る。ノーマルモードヘリカルアンテナは、その直径とピッチ角を適当に選ぶことにより、円偏波を放射することが知られている。すなわち、本発明のアンテナはこのノーマルモードヘリカルアンテナを８本縦続接続したアンテナと解釈出来る。したがって、このアンテナ全長が１波長あるいは波長の整数倍に近いとき、共振が起こる。このとき、アンテナ導体上の電流分布は定在波状となって、それらの電流素子からの合成で放射が起こる。これらの共振点においてアンテナ寸法は波長に比して小さいため、通常の波長程度のアンテナとは異なり、放射指向性は単純なものとなり、全方向性に近いものとなる。本発明のアンテナはピッチ角が大きいことにより、垂直偏波が優勢となる。また、このアンテナを金属製移動体に装着したときその構造の軸対称性のゆえに機械強度を取りやすく、電気的には金属が反射板の効果を生じ、アンテナから放射される垂直偏波成分は映像効果で倍加される。すなわち、比較的低姿勢でありながら垂直放射の期待出来るアンテナが実現出来る。
【０００８】
【実施例】
(実施例１)
上述のごとく、本発明のアンテナは複数の周波数で共振を起こす。その基本周波数であるアンテナ導体全長約１波長の場合につき説明する。図１に示す構造のアンテナを全長L=２メートルの導線で試作した。アンテナの巻き枠１は発泡スチロール製で、その高さ：７５ｍｍ、巻き枠外径：４０ｍｍ、巻き枠内径：２０ｍｍである。このときの基本共振周波数は、
ｆreso＝Ｃ ／Ｌ＝３ｘ１０8／２ｍ＝１５０ＭＨz
である。
【０００９】
図２は基本周波数でのリターンロス特性を示し、１１８ＭＨＺで−１０ｄＢｉ以下の整合がとれている。このアンテナ単体の放射指向性は図３に示す水平面内で最大放射（実線、垂直から１０度傾いた偏波）がほぼ無指向性を示し、垂直面内で給電点を含む面内（図４）、および給電点と直行する面内（図５）はともにほぼ無指向性を示す。また、この周波数における実測利得は−７ｄＢi であった。このときのアンテナ外形寸法は波長の約１/３３と非常に小型でありながら、高い利得を示した。金属移動体に取り付けて使用すると、その映像効果でさらなる利得の増加を期待出来る。
すなわち、本発明のアンテナは、波長に比して十分小型でありながら、波長あるいは波長以上の寸法を有する移動体その他に装着することにより、移動体自体をアンテナとして励振する一種の寄生アンテナとも解釈出来る。
【００１０】
前述のごとく、本発明のアンテナは基本周波数の整数倍に近い周波数で共振する。このときもその外形寸法は波長に比して小さいことより、小型アンテナとして実用に適す。
【００１１】
図６は基本周波数の約２倍、および４倍に近い周波数でのリターンロス特性を示す。図６から周波数：ｆ2 ＝２９０ＭＨｚ、ｆ4 ＝４３０ＭＨｚでともにリターンロスが−１０ｄＢｉ以下を示し、何ら整合回路を付加することなく５０Ω給電線と整合が得られる。また、この周波数における実測利得はともに約−６ｄＢｉと十分実用に供しうる値を示した。
【００１２】
図７はｆ2 における水平面内での垂直偏波(実線)および給電点と直行した垂直面内指向性(点線)を示した。本アンテナは、先の基本周波数におけると同じく垂直偏波の放射が優勢であるが、水平偏波との差は約６ｄＢと比較的少なく、図では水平偏波の指向性は省略した。結果より、水平面内無指向性、垂直面内は水平面より多少傾いた方向に最大放射が認められるが、無指向性に近いものが得られている。給電点を含む面内の指向性も同様の結果が得られている。
【００１３】
図８はｆ4 における水平面内での垂直偏波(実線)および給電点と直行した面内(点線)の指向性を示す。水平面内では無指向性、垂直面内では、水平面に最大放射を有する繭型の放射が認められ、ｆ2 とほぼ同様の全方向性を確保しており、この時の外形寸法は波長の約１/９と小型アンテナの部類に入る。
【００１４】
以上、本発明を上述の実施の形態により説明したが、本発明は本質的にボビンとなる巻き枠は必要なく、アンテナ導体が特許請求の範囲に定義された形状を保持している限り本発明の範囲である。
また、本発明の小型アンテナは、円筒形状でなくともよく、３角形、４角形、５角形等の多角形の筒状を呈していても良い。
更に、１側アンテナ導体は他側アンテナ導体の外側に位置していなくともよく、その内側に位置していても良い。
このほか、アンテナ導体は、巻き枠の内面或いは外面にプリント配線技術により形成しても良い。
このように、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除するものではない。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の小型アレイアンテナは基本周波数において外形寸法が１/３３波長と非常に小型でありながら、利得：−７ｄＢｉと高い利得を有することより、移動局小型アンテナとして広い適用分野を有する。また、本発明のアンテナは、その基本周波数の約整数倍に共振点を有し、アンテナとして良好に動作することより、移動体通信における２ないし３周波数共用アンテナとしての利用にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の小型アンテナ構造図である。
【図２】図２は、基本周波数近傍のリターンロス特性を示す特性図である。
【図３】図３は、本発明の小型アンテナ放射指向性を示す特性図で、その水平面内指向性（Ｘ−Ｙ面）を示す特性図ある。
【図４】図４は、本発明の小型アンテナ放射指向性を示す特性図で、その水平面内指向性（Ｘ−Ｚ面）を示す特性図である。
【図５】図５は、本発明の小型アンテナ放射指向性を示す特性図で、その水平面内指向性（Ｙ−Ｚ面）を示す特性図である。
【図６】図６は、高次共振周波数リターンロス特性を示す特性図である。
【図７】図７は、ｆ2 ＝２９０ＭＨｚでの放射指向性を示す特性図である。
【図８】図８は、ｆ4 ＝４３０ＭＨｚでの放射指向性を示す特性図である。
【符号の説明】
１・・・・・巻き枠
２・・・・・アンテナ導体
３・・・・・始点
４・・・・・上端点
５・・・・・上部折り曲げ部分
６・・・・・内側折り曲げ部
７・・・・・下部折り曲げ部分
８・・・・・始点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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