(57)【要約】【課題】外部コイル状導体を細径化してもアンテナ利得を向上させることができるとともに剛性を高めることができ、アンテナの小型化が可能で、高周波帯域の電波を送受信するアンテナとしても好適なヘリカルアンテナを得る。【解決手段】真直ワイヤ状の内部導体１２と外部コイル状導体１３とから成るヘリカルアンテナ１１の外部コイル状導体１３を、高剛性金属（例えばステンレス鋼）の芯材１３ａの外周にメッキもしくはクラッドにより高導電性金属（例えば銅）の外周材１３ｂを一体化した２層構造のワイヤとし、表面に絶縁被覆１４を設けて密巻きコイル状に成型する。あるいは、絶縁被覆を設けず、微小なコイル間隙を持つスペース巻きでコイル状に成型する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真直ワイヤ状の内部導体と、該内部導体を中心として同軸に配置した外部コイル状導体とから成り、内部導体の一端部を給電線の給電側導体に接続自在とし、外部コイル状導体の一端部を無給電側導体に接続自在とするヘリカルアンテナであって、
前記外部コイル状導体が芯材と外周材との複層構造の導体ワイヤで形成され、前記外周材が前記芯材よりも高導電性の金属で、前記芯材が前記外周材よりも高剛性の金属であることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２】
前記複層構造の導体ワイヤは、前記芯材の外周に前記外周材をメッキしたものである請求項１記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３】
前記複層構造の導体ワイヤは、前記芯材の外周に前記外周材のパイプを被せたものである請求項１記載のヘリカルアンテナ。
【請求項４】
前記外部コイル状導体は、前記外周材の表面に絶縁被覆が設けられ、密巻きコイル状に成型されている請求項１、２または３記載のヘリカルアンテナ。
【請求項５】
前記外部コイル状導体は、前記外周材の表面に絶縁被覆が無く、コイル間に微小な間隙を設けたスペース巻きコイル状に成型されている請求項１、２または３記載のヘリカルアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば移動体通信端末局に適用するのが好適な小型アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信の発展に伴い、端末局（移動体通信端末局）におけるアンテナの小型化並びに高効率化への要求が高まっている。しかし、従来のアンテナは、小型化によって波長比寸法が減少すると、急激に放射効率が低下してアンテナ利得が減少し、また、移動体通信端末局において一般的な５０Ω給電線とのインピーダンス整合が取れなくなる。そのため、波長比寸法が１／２０以下の小型アンテナでは５０Ω給電系との整合のために変成器を必要とするのが一般的であった。そこで、変成器を必要とせず、給電構造が単純で、携帯電話等の小型通信機に装着して使用可能な小型アンテナとして、図３（ａ）に示すような、真直ワイヤ状の内部導体２と、該内部導体２を中心として同軸に配置した密巻きコイル状で表面が絶縁被覆された外部コイル状導体３とで構成し、５０Ω系コネクタ上に形成する小型の密巻きヘリカルアンテナ１が開発された（例えば、非特許文献１、特許文献１参照。）。この密巻きヘリカルアンテナ１は、内部導体２の一端部を５０Ω給電線の給電側導体に接続自在とし、外部コイル状導体３の一端部を無給電側導体に接続自在とする。この密巻きヘリカルアンテナ１の外部コイル状導体３は、図３（ｂ）に拡大断面で示すように、円形断面の導体ワイヤ３ａの表面に絶縁被覆４を設けたものである。絶縁被覆４としてエナメルを被覆するのが一般的である。そして、エナメル被覆する導体ワイヤは一般的に銅線である。
【０００３】
この密巻きヘリカルアンテナ１は、密巻きコイル状の導体素子を外部導体（外部コイル状導体）として使用することでアンテナ軸方向の長さ（アンテナ高さ）を短縮（素子長が一定でアンテナ高最小）するとともに、給電する内部導体２（１次導体）を無給電の外部コイル状導体３（２次導体）の中心に同軸配置する構成により給電点インピーダンスをステップアップし、且つ、外部コイル状導体３（２次導体）を太くし、内部導体２（１次導体）の直径に対する外部コイル状導体３（２次導体）のコイル内径の比を大きくすることで変成比を高めて、整合器がなくても５０Ω給電線との整合が取れるようにしたものである。この場合、給電法としては、外部コイル状導体３と内部導体２の先端を短絡する方法と、先端を開放とする方法が可能で、先端を短絡した場合にはアンテナ高を約１／２６波長、先端を開放した場合にはアンテナ高を約１／８０波長と小型化できる。いずれの場合も、通常のモノポールアンテナ（ダイポール）と同様の指向性を有し、アンテナ利得はダイポール比で約−１５ｄＢｄに抑えることができ、また、地板を必要としない。
【０００４】
【非特許文献１】「電子情報通信学会論文誌」，２００４年４月、Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｂ、Ｎｏ．４、ｐ．５２４−５３４）
【特許文献１】特開２００３−１５２４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、真直ワイヤ状の内部導体を中心として密巻きコイル状で表面が絶縁被覆された外部導体を同軸配置して成る密巻きヘリカルアンテナは、小型化が可能で、変成器を必要とせず、給電構造が単純で、移動体通信端末局である携帯電話等の小型通信機に装着して使用する小型アンテナとして好適である。しかしながら、上記従来の密巻きヘリカルアンテナの技術は、例えば２００〜５００ＭＨｚというＶＨＦ帯近傍の電波を送受信するアンテナを想定したものであり、一般的にマイクロ波と呼ばれる１０００ＭＨｚを超える例えば２４００ＭＨｚといったＧＨｚオーダーの高周波帯域の電波を送受信するアンテナに適用し、アンテナ自体が一層小型化する場合には問題が生ずる。
【０００６】
つまり、マイクロ波帯の電波を送受信するアンテナの場合には、波長に応じてアンテナ高さを更に短縮するよう外部導体（外部コイル状導体）となる導体ワイヤを細径化することになるが、外部導体（外部コイル状導体）となる導体ワイヤを細径化すると、アンテナ利得が小さくなり、また、外部コイル状導体が銅線である従来の密巻きヘリカルアンテナでは、外部コイル状導体の機械的強度（剛性）を確保できなくなって、剛性不足で形状（例えば、コイル間隔）が変化し、共振周波数に偏差が生じて、所望の周波数における送受信ができなくなるなど、アンテナとしての有効性に問題が生ずる。
【０００７】
本発明はこうした問題を解消するもので、外部コイル状導体を細径化してもアンテナ利得を向上させることができるとともに、剛性を高めて共振周波数の偏差を小さくすることができ、アンテナの小型化が可能で、高周波帯域の電波を送受信するアンテナとしても好適なヘリカルアンテナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のへリカルアンテナは、真直ワイヤ状の内部導体と、内部導体を中心として同軸に配置した外部コイル状導体とから成り、内部導体の一端部を給電線の給電側導体に接続自在とし、外部コイル状導体の一端部を無給電側導体に接続自在とするヘリカルアンテナであって、外部コイル状導体が芯材と外周材との複層構造の導体ワイヤで形成され、外周材が芯材よりも高導電性の金属（例えば銅）で、芯材が外周材よりも高剛性の金属（例えばステンレス鋼）であることを特徴とする。
【０００９】
このヘリカルアンテナは、内部導体の他端部と外部コイル状導体の他端部とを導体で接続したもの（短絡型）であってよく、また、内部導体の他端部と外部導体の他端部とを接続しないもの（開放型）であってもよい。
【００１０】
そして、このヘリカルアンテナの外部コイル状導体の複層構造の導体ワイヤは、芯材の外周に外周材をメッキしたものであってよく、あるいは、芯材の外周に外周材のパイプを被せ、伸線加工等で圧接させたものであってもよい。
【００１１】
また、このヘリカルアンテナの外部コイル状導体の複層構造の導体ワイヤは、外周材の表面に絶縁被覆が設けられ、密巻きコイル状に成型されているものであってよく、あるいは、外周材の表面に絶縁被覆が無く、コイル間に微小な間隙を設けたスペース巻きコイル状に成型されているものであってもよい。
【００１２】
このヘリカルアンテナは、外部コイル状導体の導体ワイヤが、高剛性金属の芯材と高導電性金属の外周材との複層構造で、外周材が芯材よりも高導電性の金属（例えば銅）で、芯材が外周材よりも高剛性の金属（例えばステンレス鋼）であって、高導電性と高剛性を兼ね備え、外部コイル状導体を単一金属（例えば、一定の導電性と一定の機械的強度が両立するベリリウム銅等）で構成するものに比べて、アンテナ利得が高くすることができ（外部コイル状導体を単一金属で構成する場合の導電性に比べて、表皮深さ以上の厚みを有する外周材の方が高い導電性を有するように外周材の材料を選定することで、導体表面に流れる電流を大きくすることができ、結果としてアンテナ利得が向上する。）、且つ、機械的強度（剛性）の高いアンテナとすることができ（外部コイル状導体のワイヤ径が同じ場合）、高周波帯域での送受信のためにアンテナ高さを短縮するよう外部コイル状導体の導体ワイヤを細径化しても、所要のアンテナ利得を確保できるとともに、機械的強度（剛性）を確保して共振周波数の偏差を小さくすることができ、高周波帯域での送受信のためのアンテナの小型化を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高周波帯域での送受信のためにアンテナ高さを短縮するよう外部コイル状導体の導体ワイヤを細径化しても、所要のアンテナ利得を確保できるとともに、機械的強度（剛性）を確保して共振周波数の偏差を小さくすることができ、高周波帯域での送受信のためのアンテナの小型化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明の実施形態の第１例のヘリカルアンテナを示している。（ａ）はアンテナ概略構成図、（ｂ）は外部コイル状導体のワイヤ断面図である。
【００１５】
図１（ａ）に符号１１で示すこの実施形態（第１例）のヘリカルアンテナは、真直ワイヤ状の内部導体１２と、該内部導体１２を中心として同軸に配置した密巻きコイル状の外部コイル状導体１３とで構成し、内部導体１２の一端部を５０Ω給電線の給電側導体（図示せず）に接続自在とし、外部コイル状導体１３の一端部を無給電側導体（図示せず）に接続自在とするものである。
【００１６】
内部導体１２は例えば銅線で形成する。また、外部コイル状導体１３は、図１（ｂ）に示すように、高剛性金属（外周材１３ｂよりも高剛性の金属、例えばステンレス鋼）を芯材１３ａとして、この芯材１３ａの外周に高導電性金属（芯材１３ａよりも高導電性の金属、例えば銅）の外周材１３ｂを一体化した２層構造のワイヤ（導体ワイヤ）とし、その外周材１３ｂの表面には、エナメル被覆等による絶縁被覆１４を設ける。図示の例では、内部導体１２の断面形状は円形である。また、外部コイル状導体１３のワイヤの断面形状も円形である。そして、この絶縁被覆された２層構造の導体ワイヤを、密巻きコイル状に成型する。すなわち、ワイヤ径をｄ1として、ｐ1＝ｄ1を満足するピッチｐでコイリングして外部コイル状導体１３とする。なお、外部コイル状導体１３の断面形状は、円形断面形状のワイヤをローラー圧延して成る平線状、あるいはその他の矩形に準じた略矩形の断面形状であってもよい。
【００１７】
外部コイル状導体１３とする２層構造の導体ワイヤは、高剛性金属（例えばステンレス鋼）のワイヤの外周に高導電性金属（例えば銅）をメッキすることにより、あるいは、高剛性金属（例えばステンレス鋼）のワイヤに高導電性金属（例えば銅）の管を被せた後、伸線加工により圧接しクラッドすることにより、あるいはその他の方法で製造することができる。
【００１８】
この外部コイル状導体１３の導体ワイヤのメッキあるいはクラッドによる外周材１３ｂの厚みは、アンテナの使用周波数における表皮効果から算出した表皮深さ以上とすることが望ましい。例えば、使用周波数を１．５７５ＧＨｚとすると、外周材１３ｂとして銅を用いた場合の表皮深さは３〜５μｍ程度となる。
【００１９】
また、この２層構造の導線ワイヤは、少なくとも芯材１３ａ（例えばステンレス鋼）に対し伸線加工による加工硬化を得て高剛性化することが望ましい。このため、この導体ワイヤの製造に際しては、最終的に導線ワイヤが所望の直径となり高導電性金属の外周材１３ｂが所望の厚みとなるよう、所定の直径まで伸線加工した芯材１３ａに、高導電性金属の外周材１３ｂを所望の厚みメッキあるいはクラッドするか、あるいは、芯材１３ａに所定の加工硬化を得るために必要な直径まで伸線加工した段階で、高導電性金属の外周材１３ｂを、その後の伸線を見込んで適切な厚みでメッキあるいはクラッドしておき、その後、所定の直径まで伸線加工する方法を採る。そして、特に後者の方法、すなわち所定の加工硬化を得るために必要な直径まで伸線加工した段階で高導電性金属の外周材１３ｂをメッキあるいはクラッドし、その後、所定の直径まで伸線加工する方法では、高導電性金属の外周材１３ｂにも加工硬化が及んで導電性が劣化する場合があるため、メッキあるいはクラッド後に、高導電性金属だけが焼鈍される温度で焼鈍処理を施すことが好適である。例えば、ステンレス鋼の芯材１３ａに外周材１３ｂとして銅をクラッドした場合、４５０℃付近で焼鈍するのが好適である。
【００２０】
このヘリカルアンテナ１１は、５０Ω系コネクタ（図示せず）上に直接形成してもよく、また、内部導体１２と外部コイル状導体１３を別途手段で固定し、一端側（下端側）をプリント基板上の伝送線路およびグラウンド（ＧＮＤ）に接続してもよい。
【００２１】
また、このヘリカルアンテナ１１は、内部導体１２の他端部と外部コイル状導体１３の他端部とを導体で接続したもの（短絡型）であってよく、また、内部導体１２の他端部と外部コイル状導体１３の他端部とを接続しないもの（開放型）であってもよい。また、内部導体１２と外部コイル状導体１３の間に、ＰＴＦＥ、スチレン等の合成樹脂絶縁物を介在させてもよい。
【００２２】
図２は本発明の実施形態の第２例のヘリカルアンテナを示している。（ａ）はアンテナ概略構成図、（ｂ）は外部コイル状導体のワイヤ断面図である。
【００２３】
図２（ａ）に符号２１で示すこの実施形態（第２例）のヘリカルアンテナは、真直ワイヤ状の内部導体２２と、該内部導体２２を中心として同軸に配置した微小なコイル間隙を持つスペース巻きの外部コイル状導体２３とで構成し、内部導体２２の一端部を５０Ω給電線の給電側導体（図示せず）に接続自在とし、外部コイル状導体２３の一端部を無給電側導体（図示せず）に接続自在とするものである。
【００２４】
内部導体２２は例えば銅線で形成する。また、外部コイル状導体２３は、図２（ｂ）に示すように、高剛性金属（外周材２３ｂよりも高剛性の金属、例えばステンレス鋼）を芯材２３ａとして、この芯材２３ａの外周に高導電性金属（芯材２３ａよりも高導電性の金属、例えば銅）の外周材２３ｂを一体化した２層構造のワイヤ（導体ワイヤ）とする。この場合、外周材２３ｂの表面に絶縁被覆は設けない。図示の例では、内部導体２２の断面形状は円形である。また、外部コイル状導体２３のワイヤの断面形状も円形である。そして、この２層構造の導体ワイヤを、微小なコイル間隙を持つスペース巻きでコイル状に成型する。すなわち、ワイヤ径をｄ2とし、コイル間隙をｓとして、ｓ＝ｐ2−ｄ2を満足するピッチｐ2でコイリングして外部コイル状導体２３とする。なお、外部コイル状導体２３の断面形状は、円形断面形状のワイヤをローラー圧延して成る平線状、あるいはその他の矩形に準じた略矩形の断面形状であってもよい。
【００２５】
外部コイル状導体２３とする２層構造の導体ワイヤは、高剛性金属（例えばステンレス鋼）のワイヤの外周に高導電性金属（例えば銅）をメッキすることにより、あるいは、高剛性金属（例えばステンレス鋼）のワイヤに高導電性金属（例えば銅）の管を被せた後、伸線加工により圧接しクラッドすることにより、あるいはその他の方法で製造することができる。
【００２６】
この外部コイル状導体２３の導体ワイヤのメッキあるいはクラッドによる外周材２３ｂの厚みは、アンテナの使用周波数における表皮効果から算出した表皮深さ以上とすることが望ましい。例えば、使用周波数を１．５７５ＧＨｚとすると、外周材２３ｂとして銅を用いた場合の表皮深さは３〜５μｍ程度となる。
【００２７】
また、この２層構造の導線ワイヤは、少なくとも芯材２３ａ（例えばステンレス鋼）に対し伸線加工による加工硬化を得て高剛性化することが望ましい。このため、この導体ワイヤの製造に際しては、最終的に導線ワイヤが所望の直径となり高導電性金属の外周材１３ｂが所望の厚みとなるよう、所定の直径まで伸線加工した芯材２３ａに、高導電性金属の外周材２３ｂを所望の厚みメッキあるいはクラッドするか、あるいは、芯材２３ａに所定の加工硬化を得るために必要な直径まで伸線加工した段階で、高導電性金属の外周材１３ｂを、その後の伸線を見込んで適切な厚みでメッキあるいはクラッドしておき、その後、所定の直径まで伸線加工する方法を採る。そして、特に後者の方法、すなわち所定の加工硬化を得るために必要な直径まで伸線加工した段階で高導電性金属の外周材２３ｂをメッキあるいはクラッドし、その後、所定の直径まで伸線加工する方法では、高導電性金属の外周材２３ｂにも加工硬化が及んで導電性が劣化する場合があるため、メッキあるいはクラッド後に、高導電性金属だけが焼鈍される温度で焼鈍処理を施すことが好適である。例えば、ステンレス鋼の芯材２３ａに外周材２３ｂとして銅をクラッドした場合、４５０℃付近で焼鈍するのが好適である。
【００２８】
このヘリカルアンテナ２１は、５０Ω系コネクタ（図示せず）上に直接形成してもよく、また、内部導体２２と外部コイル状導体２３を別途手段で固定し、一端側（下端側）をプリント基板上の伝送線路およびグラウンド（ＧＮＤ）に接続してもよい。
【００２９】
また、このヘリカルアンテナ２１は、内部導体２２の他端部と外部コイル状導体２３の他端部とを導体で接続したもの（短絡型）であってよく、また、内部導体２２の他端部と外部コイル状導体２３の他端部とを接続しないもの（開放型）であってもよい。また、内部導体２２と外部コイル状導体２３の間に、ＰＴＦＥ、スチレン等の合成樹脂絶縁物を介在させてもよい。
【００３０】
以上、実施形態を図示の例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他様々な形態で実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態のヘリカルアンテナの第１例を示すもので、（ａ）はアンテナ概略構成図、（ｂ）は外部コイル状導体のワイヤ断面図である。
【図２】本発明の実施形態のヘリカルアンテナの第２例を示すもので、（ａ）はアンテナ概略構成図、（ｂ）は外部コイル状導体のワイヤ断面図である。
【図３】従来のヘリカルアンテナを示すもので、（ａ）はアンテナ概略構成図、（ｂ）は外部コイル状導体のワイヤ断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１、２１  ヘリカルアンテナ
１２、２２  内部導体
１３、２３  外部コイル状導体
１３ａ、２３ａ  芯材
１３ｂ、２３ｂ  外周材
１４  絶縁皮膜
ｄ1、ｄ2  ワイヤ径
ｐ1、ｐ2  ピッチ
ｓ  コイル間隙
【図１】
2008141651.tif 000003
【図２】
2008141651.tif 000004
【図３】
2008141651.tif 000005