(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約１／４波長の長さを有する導体を素子として，下部に給電回路を有する１／４波長４線巻ヘリカルアンテナにおいて，  上記４線巻ヘリカルアンテナの各素子は、長さ方向で中間点を境にして下部が上部に比べ素子幅を太くしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約１／４波長の長さを有する導体を素子として，下部に給電回路を有する１／４波長４線巻ヘリカルアンテナにおいて，  各素子の幅を下部から上部にかけて漸次細くしたこと特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約半波長の長さを有する導体を素子とし，上部で各素子を電気的に接続し，下部に給電回路を有する半波長４線巻ヘリカルアンテナについて，  上記半波長４線巻ヘリカルアンテナの各素子の長さ方向で，下部から第１の中間点までの第１の領域の素子幅を太く，上記第１の中間点から第２の中間点までの第２の領域の素子幅を第１の領域よりも細くし，上記第２の中間点から上部の位置までの第３の領域の素子幅を第２の領域の素子幅よりも太くしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約半波長の長さを有する導体を素子とし，上部で各素子を電気的に接続し，下部に給電回路を有する半波長４線巻ヘリカルアンテナにおいて，  各素子の長さ方向で，下部から中間点にかけて素子幅を漸次細くし，中間点から上部までは漸次太くしたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，多線巻ヘリカルアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来，この種のアンテナ装置として，例えば，Microwave Journal,  Dec．,1970,pp49-53に掲載された，  C．  Kilgus，”Resonant Quadrifilar Helix Design”のFig6 1/4 turn volute with split sheath balunに開示されたものがある。図１５は，Microwave Journalに掲載された1/4 turn volute with split sheath balunの概観図である。１０１は素子長が半波長の第１のヘリカルアンテナ，１０２は素子長が半波長の第２のヘリカルアンテナ，１０３は給電用の同軸ケーブル，１０４は同軸ケーブル１０３の外導体に切られた1/4波長のスリット，１０５は同軸ケーブル１０３の内導体に設けられたインピーダンス変換部，１０６は第１，第２のヘリカルアンテナ１０１，１０２の給電点である。
【０００３】
このような素子長が波長程度の４線巻ヘリカルアンテナは一般に入力インピーダンスは低インピーダンスであり,前述の文献にも素子長が半波長で最低で２５Ω程度，１／４波長のときは５Ω程度であると記されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなアンテナが接続される無線機の端子は50Ωになっており，アンテナを接続するためにはインピーダンス変成器等を設けてインピーダンス整合をとる必要があり，アンテナ側のインピーダンスが5Ωというように極端に低い場合は，整合回路の損失が無視できなくなるという問題がある。
この発明は、多巻き線ヘリカルアンテナのインピーダンス特性を改善しインピーダンス整合を容易にすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明におけるアンテナ装置は，円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約１／４波長の長さを有する導体を素子として，下部に給電点を有する１／４波長４線巻ヘリカルアンテナにおいて，上記４線巻ヘリカルアンテナの各素子は、長さ方向で中間点を境にして下部が上部に比べ素子幅を太くしたものである。
【０００７】
また，円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約１／４波長の長さを有する導体を素子として，下部に給電点を有する１／４波長４線巻ヘリカルアンテナにおいて，その素子幅が下部から上部にかけて漸次細くしたものである。
【０００８】
また，円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約半波長の長さを有する導体を素子とし，上部で各素子を電気的に接続し，下部に給電点を有する半波長４線巻ヘリカルアンテナについて，上記半波長４線巻ヘリカルアンテナの各素子の長さ方向で，下部から第１の中間点までの第１の領域の素子幅を太く，上記第１の中間点から第２の中間点までの第２の領域の素子幅を第１の領域よりも細くし，上記第２の中間点上部の位置までの第３の領域の素子幅を第２の領域の素子幅よりも太くしたものである。
【０００９】
また、円筒側面上に等間隔かつ同傾斜角で配置された４つの約半波長の長さを有する導体を素子とし，上部で各素子を電気的に接続し，下部に給電点を有する半波長４線巻ヘリカルアンテナにおいて，各素子の長さ方向で，下部から中間点にかけて素子幅を漸次細くし，中間点から上部までは漸次太くしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図1はこの発明の実施の形態１を示す構成概略図であり，図において，１は誘電体からなる円筒であり，上記円筒１の外壁側面上に約１／４波長の長さを有する導体２−a、２−ｂ、２−ｃ、２−dの４本を，同間隔，同傾斜角で素子として配置し,給電回路部３を円筒１の最下部に持つ４線巻ヘリカルアンテナの構造を成す。給電回路部３は円筒側面の最下部または円筒底面に設けられる。給電回路３は外部からの励振電力を受ける給電点および４本の素子を互いに９０°位相差で励振するための位相回路を含んでいる。導体はストリップ導体である。
【００１２】
円筒１の側面の展開図を図２に示す。各導体２−a、２−ｂ、２−ｃ、２−dは長さ方向のほぼ中間点４−４’，すなわち約１／８波長の位置を境にして，アンテナ素子の下部６が，アンテナ素子の上部５に対し素子幅が広くなっている。中間点は、１／８波長の位置に限られずアンテナ素子の長さ方向で最下部から１／４〜３／４の範囲内、好ましくは７／１６〜９／１６の範囲内に設けられる。
【００１３】
次に動作原理について説明する。アンテナ素子の電流分布が大きい範囲の素子幅をより太くすることで、電流分布の大きい部分での素子間の磁界結合を強め、と同時に電流分布の小さい範囲での素子間の電界結合を強めて、相殺して結果として素子間結合を弱め、インピーダンス特性を改善する。
図３は素子幅が等しいいときの，図４は素子幅が異なるときの，それぞれアンテナ動作時の隣り合う素子の電流分布と素子周辺の電界，磁界の様子を平面に展開して示している。 図中で電流分布は７，磁界分布は８，電界分布は９で示されている。
【００１４】
図３のときに比べ，図４のときの方が，素子の下部に電流が集中し，下部では磁界分布が，上部では電界分布がより大きくなっている。従って，図４のときの方が，磁界，電界のそれぞれの結合が大きくなるのであるが，両者は相対する結合で，結局相殺されて，結合度は小さくなることになる。結果，アンテナの入力インピーダンスの実部が大きくなる。
入力インピーダンスの実測値を従来例については図５に，本発明については図６にスミスチャートで示す。それぞれの図中の周波数ポイントf1〜f4までの測定値を表１に示す。
【００１５】
【表１】
0003654094.tif 000002
【００１６】
なお，このとき細いほうの素子幅は0.04波長，太い方の素子幅が0.06波長である。表１からもわかるように下部の素子幅を広くした方がインピーダンスの実部が大きくなっている。それに対応して従来例（図５）に比べ本発明（図６）の場合、図中の曲線の半径が小さくなっている。アンテナが接続される送受信機の端子は50Ωでインピーダンスが設定されているので，アンテナのインピーダンスの実部が大きく，50Ωに近いほどインピーダンス変成器等によるインピーダンス整合が容易になる。
円筒１は中が充填された円柱であっても良い。
【００１７】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２を示す構成概略図であり，図において，１は円筒であり，上記円筒１の外壁側面上に約１／４波長の長さを有する導体１０−a１０−ｂ、１０−ｃ、１０−ｄの４本を，同間隔，同傾斜角で配置し,給電回路部３を円筒１の最下部に持つ４線巻ヘリカルアンテナの構造を成す。
その側面の展開図を図８に示す。各導体１０−a〜１０−dは長さ方向の下部から上部にかけてアンテナ素子幅が狭くなっている。
【００１８】
次に動作原理を説明する。動作原理は実施の形態１と同様で，素子の下部に電流が集中して，下部では磁界の結合が，上部では電界の結合が強く，相殺して素子間結合を弱めインピーダンス特性が改善できる。
【００１９】
実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３を示す構成概略図であり，図において，１は円筒であり，上記円筒１の外壁側面上に約半波長の長さを有する導体１１−a〜１１−dの４本を，同間隔，同傾斜角で配置し, 最上部で各素子を電気的に接続し，給電回路部３を円筒１の最下部に持つ４線巻ヘリカルアンテナの構造を成す。その側面の展開図を図１０に示す。各導体１１−a〜１１−dは，最下部から長さ方向のほぼ約１／４の位置１２−１２’，すなわち約１／８波長の位置の第１の中間点までの第１の領域１３と，第１の中間点１２−１２’から長さ方向でほぼ３／４の位置の第２の中間点１４−１４’までの第２の領域１５，そして第２の中間点１４−１４’から最上部までの第３の領域１６に分けられ，第２の領域１５が他の領域１３，１６に比べて素子幅が細くなっている。
第１の中間点は、長手方向に最下部から１／８〜３／８の範囲内、好ましくは３／１６〜５／１６の範囲内に設けられる。第２の中間点は、最下部から５／８〜７／８の範囲内、好ましくは１１／１６〜１３／１６の範囲内に設けられる。
【００２０】
次に動作原理を説明する。図１１は素子幅が等しいいときの，図１２は素子幅が異なるときの，それぞれアンテナ動作時の隣り合う素子の電流分布と素子周辺の電界，磁界の様子を平面に展開して示している。 図中で電流分布は１７，磁界分布は１８，電界分布は１９で示されている。
【００２１】
図１１のときに比べ，図１２のときの方が，素子の第１の領域１３及び，第３の領域１６に電流が集中し，第１の領域１３及び，第３の領域１６では磁界分布が，第２の領域１５では電界分布がより大きくなっている。従って，図１２のときの方が，磁界，電界のそれぞれの結合が大きくなるのであるが，両者は相対する結合で，結局相殺されて，結合度は小さくなることになる。その結果，実施の形態１と同様な原理で，アンテナの入力インピーダンスの実部が大きくなる。
【００２２】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４を示す構成概略図であり，図において，１は円筒であり，上記円筒１の外壁側面上に約半波長の長さを有する導体２０−a〜２０−dの４本を，同間隔，同傾斜角で配置し, 最上部で各素子を電気的に接続し，給電回路部３を円筒１の最下部に持つ４線巻ヘリカルアンテナの構造を成す．その展開図を図１４に示す．各導体２０−a〜２０−dは長さ方向の最下部から中間点にかけて漸次，アンテナの素子幅が狭くなっていき，中間点から最上部にかけて広くなっている。
【００２３】
次に動作原理を説明する．動作原理は実施の形態３と同様で，最上部と最下部の磁界の結合と中間点の電界の結合が相殺されて結合度が小さくなり，その結果，実施の形態１と同様な原理で，アンテナの入力インピーダンスの実部が大きくなる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のアンテナ装置では，アンテナ素子導体の幅を長手方向で変化させることにより、隣合う素子間の結合度を抑え，インピーダンス特性を改善しインピーダンス整合を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態１を示す構成概略図である。
【図２】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態１における導体の展開図である。
【図３】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態１における動作原理説明の図である。
【図４】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態１における動作原理説明の図である。
【図５】  従来のアンテナ装置の動作原理説明のためのスミスチャートである。
【図６】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態１を示す動作原理説明のためのスミスチャートである。
【図７】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態２を示す構成概略図である。
【図８】  この発明に係るアンテナ装置に係るアンテナ装置の実施の形態２における導体の展開図である。
【図９】  この発明に係るアンテナ装置に係るアンテナ装置の実施の形態３を示す構成概略図である。
【図１０】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態３における導体の展開図である。
【図１１】  この発明の実施に係るアンテナ装置の形態３における動作原理説明の図である。
【図１２】  この発明の実施に係るアンテナ装置の形態３における動作原理説明の図である。
【図１３】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態４を示す構成概略図である。
【図１４】  この発明に係るアンテナ装置の実施の形態４を示す構成概略図である。
【図１５】  従来のアンテナ装置の構成図である。
【符号の説明】
１  円筒
２−a〜２−d  １／４波長導体
３  給電回路
４，４’  中間点
５  アンテナ素子の上部
６  アンテナ素子の下部
７  電流分布
８  電界分布
９  磁界分布
１０−a〜１０−d   １／４波長導体
１１―a〜１１−d  半波長導体
１２，１２’  第１の中間点
１３  第１の領域
１４，１４’  第２の中間点
１５  第２の領域
１６  第３の領域
１７  電流分布
１８  磁界分布
１９  電界分布
２０−a〜２０−d   半波長導体
【図１】
0003654094.tif 000003
【図２】
0003654094.tif 000004
【図３】
0003654094.tif 000005
【図４】
0003654094.tif 000006
【図５】
0003654094.tif 000007
【図６】
0003654094.tif 000008
【図７】
0003654094.tif 000009
【図８】
0003654094.tif 000010
【図９】
0003654094.tif 000011
【図１０】
0003654094.tif 000012
【図１１】
0003654094.tif 000013
【図１２】
0003654094.tif 000014
【図１３】
0003654094.tif 000015
【図１４】
0003654094.tif 000016
【図１５】
0003654094.tif 000017