(57)【要約】【課題】アンテナ長を短縮したままインピーダンスの低下を補償でき、よって、小型で広帯域の周波数特性を実現し得る新たなアンテナ装置を提供する。【解決手段】変形性ワイヤーによってヘリカルエレメント１を形成し、その開放端を折り返しエレメント２によって電気的に接続する。開放端と折り返しエレメントの電気的接続は、たとえば開放端に段部３を形成しておき、これに折り返しエレメント２を巻き付けるようにして行うことができる。折り返しエレメントの接続により、ヘリカルアンテナのインピーダンスを増大させることができる。この際、折り返しエレメントの太さによって、インピーダンスの大きさを調整できる。【選択図】　　　　図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電線をヘリカル状に巻回させてなる２つのヘリカルエレメントと、前記２つのヘリカルエレメントの開放端を電気的に接続する線状エレメントとを有することを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項２】
導電線をヘリカル状に巻回させてなる２つのヘリカルエレメントと、前記２つのヘリカルエレメントのうち一方の開放端に電気的に接続されていると共に他方の開放端近傍に達するまで延伸された線状エレメントとを有することを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記線状エレメントは、前記２つのヘリカルエレメントのループ内を通るよう配置されていることを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項４】
導電線をヘリカル状に巻回させてなるヘリカルエレメントと、前記ヘリカルエレメントの開放端とアースとを電気的に接続する線状エレメントとを有することを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項５】
導電線をヘリカル状に巻回させてなるヘリカルエレメントと、前記ヘリカルエレメントの開放端に電気的に接続されていると共にアース近傍に達するまで延伸された線状エレメントとを有することを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記線状エレメントは、前記ヘリカルエレメントのループ内を通るよう配置されていることを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項７】
請求項４ないし６の何れかにおいて、
前記ヘリカルエレメントと線状エレメントが複数組配されていることを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかにおいて、
前記線状エレメントの太さを調整することによりアンテナ装置のインピーダンスを所定の値に調整したことを特徴とするヘリカルアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１ないし７の何れかに記載のヘリカルアンテナ装置の調整方法であって、前記線状エレメントの太さを調整することによりアンテナ装置のインピーダンスを調整することを特徴とするヘリカルアンテナ装置の調整方法。
【請求項１０】
導電線をヘリカル状に巻回させてなるヘリカルエレメントと、前記ヘリカルエレメントの開放端をヘリカルループ内に折り返してなる線状エレメントとを有するヘリカルアンテナ装置の調整方法であって、
前記線状エレメントの太さを調整することによりアンテナ装置のインピーダンスを調整することを特徴とするヘリカルアンテナ装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置およびその調整方法に関し、特に、アンテナ素子をヘリカル状に旋回させた所謂ヘリカルアンテナに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリカルアンテナの円周の長さが電波の波長に比べて十分小さい場合、たとえば図３に示すヘリカルアンテナによって、ダイポールアンテナと同様の特性を示したままアンテナ長を短縮させることができる。この場合、ヘリカルアンテナは、旋回されたヘリカルエレメントを直線状に引き伸ばした長さと同一のアンテナ長を有するダイポールアンテナとほぼ同様の特性を有する。よって、ヘリカルアンテナを用いれば、ダイポールアンテナを採用する場合に比べ、受信装置本体の形状を、アンテナ長方向に小型化できる。
【０００３】
かかるヘリカルアンテナの改良として、特開２００２−１１８４０８号公報に記載のアンテナ装置が公知である。このアンテナ装置は、ヘリカルエレメントに無給電ヘリカルエレメントを磁気的に結合し、２周波数帯の電波を送受信可能とするものである。また、無給電ヘリカルエレメントの一端を当該エレメント内に折り返し、この折り返し部の長さを変更することによって、無給電ヘリカルエレメントの周波数を調整するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、ヘリカルアンテナはアンテナ長を短縮できるとの利点を有するものであるが、その反面、アンテナ長が短くなるとアンテナのインピーダンスが低くなり、マッチングが取れる帯域幅が狭くなるとの新たな問題が生じる。上記特開２００２−１１８４０８号公報に記載のアンテナ装置は、２周波数帯の電波を送受信可能とすること、および、無給電ヘリカルエレメントの周波数を調整することを課題としており、ヘリカルアンテナのインピーダンス低下ないしインピーダンスマッチングを企図するものではない。よって、上記公報に記載の発明を採用しても、ヘリカルアンテナのインピーダンス低下は解消できず、上記新たな問題はそのまま残ることとなる。
【０００５】
そこで本発明は、アンテナ長を短縮したままインピーダンスの低下を補償でき、よって、小型で広帯域の周波数特性を実現し得る新たなアンテナ装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み本発明は、以下の特徴を有する。
【０００７】
請求項１の発明は、ヘリカルアンテナ装置に関するものであって、導電線をヘリカル状に巻回させてなる２つのヘリカルエレメントと、前記２つのヘリカルエレメントの開放端を電気的に接続する線状エレメントとを有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、ヘリカルアンテナ装置に関するものであって、導電線をヘリカル状に巻回させてなる２つのヘリカルエレメントと、前記２つのヘリカルエレメントのうち一方の開放端に電気的に接続されていると共に他方の開放端近傍に達するまで延伸された線状エレメントとを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のヘリカルアンテナ装置において、前記線状エレメントは、前記２つのヘリカルエレメントのループ内を通るよう配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、ヘリカルアンテナ装置に関するものであって、導電線をヘリカル状に巻回させてなるヘリカルエレメントと、前記ヘリカルエレメントの開放端とアースとを電気的に接続する線状エレメントとを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、ヘリカルアンテナ装置に関するものであって、導電線をヘリカル状に巻回させてなるヘリカルエレメントと、前記ヘリカルエレメントの開放端に電気的に接続されていると共にアース近傍に達するまで延伸された線状エレメントとを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４または５に記載のヘリカルアンテナ装置において、前記線状エレメントは、前記ヘリカルエレメントのループ内を通るよう配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項４ないし６の何れかに記載のヘリカルアンテナ装置において、前記ヘリカルエレメントと線状エレメントが複数組配されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１ないし７の何れかに記載のヘリカルアンテナ装置において、前記線状エレメントの太さを調整することによりアンテナ装置のインピーダンスを所定の値に調整したことを特徴とする。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項１ないし７の何れかに記載のヘリカルアンテナ装置の調整方法であって、前記線状エレメントの太さを調整することによりアンテナ装置のインピーダンスを調整することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０の発明は、導電線をヘリカル状に巻回させてなるヘリカルエレメントと、前記ヘリカルエレメントの開放端をヘリカルループ内に折り返してなる線状エレメントとを有するヘリカルアンテナ装置の調整方法であって、前記線状エレメントの太さを調整することによりアンテナ装置のインピーダンスを調整することを特徴とする。
【００１７】
なお、請求項３または請求項６の発明のように、線状エレメントを、ヘリカルエレメントのループ内を通るように配すれば、ヘリカルエレメント外に線状エレメントを配するためのスペースを採る必要がなくなる。よって、かかる発明によれば、線状エレメントを配しない従来のヘリカルアンテナとほぼ同一の外形寸法にて、インピーダンスの増大を図ることができるようになる。
【００１８】
その他、本発明の特徴は、以下に示す実施の形態の説明にて明らかとなろう。
【００１９】
ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１および図２に実施の形態に係るヘリカルアンテナの構成およびその特性（実測結果）を示す。
【００２１】
当該実施の形態に係るヘリカルアンテナは、ヘリカルエレメントと折り返しエレメントから構成されている。ヘリカルエレメントは、太さ１ｍｍ、長さ４０ｃｍの導電性ワイヤーを、直径８ｍｍのヘリカル状に同一ピッチで巻き、アンテナ長８ｃｍとしたものである。かかるヘリカルエレメントを同一軸上に２つ並べ、その開放端を、ヘリカルループの内側を通るようにして、太さ０．３ｍｍの折り返しエレメントにて電気的に接続する。これにより、ヘリカルアンテナが形成される。
【００２２】
図２は、かかるヘリカルアンテナの給電端に所定周波数の送電信号を供給した際のＶＳＷＲ（給電側５０Ωの電圧定在波比）を実測したものである。図２の実測結果から分かるように、図１のヘリカルアンテナによって、４１０ＭＨｚ〜７５０ＭＨｚの帯域にてＶＳＷＲ＝３以下を実現できた。
【００２３】
上記実測結果の比較として、折り返しエレメントを配しない従来のヘリカルアンテについて実測を行った。図３は実測に用いたヘリカルアンテナである。当該ヘリカルアンテナのヘリカルエレメントは、上記図１のヘリカルアンテナにて採用したものと同一である。図１と比べると、ヘリカルエレメントの開放端を折り返しエレメントにて電気的に接続していない点のみ、構成が相違している。
【００２４】
当該ヘリカルアンテナの実測結果を図４に示す。同図に示す如く、当該ヘリカルアンテナでは、複数の共振点（３００ＭＨｚ、５００ＭＨｚ、７５０ＭＨｚ、９２０ＭＨｚ）が測定され、ダイポールアンテナの特性に類似したものとなった。実測結果が示す如く、当該ヘリカルアンテナでは、３００ＭＨｚと９２０ＭＨｚの共振点付近でのみＶＳＷＲ＝３以下を実現できる。
【００２５】
さらに、上記図１および図２の実測結果の比較として、折り返しエレメントを給電端子付近で切断したヘリカルアンテナについて実測を行った。図５は実測に用いたヘリカルアンテナである。当該ヘリカルアンテナのヘリカルエレメントおよび折り返しエレメントは、上記図１のヘリカルアンテナにて採用したものと同一である。図１と比べると、折り返しエレメントが中間点付近で切り離されている点のみ、構成が相違している。
【００２６】
当該ヘリカルアンテナの実測結果を図６に示す。同図に示す如く、当該ヘリカルアンテナでは、上記図３のヘリカルアンテナに比べ、ＶＳＷＲを全体的に改善できたが、上記図１のヘリカルアンテナの如く、広帯域（４１０ＭＨｚ〜７５０ＭＨｚの帯域）にてＶＳＷＲ＝３以下を実現することはできない。
【００２７】
以上の実測結果から、以下が検証できる。
（１）　ヘリカルエレメントの開放端を折り返しエレメントにて電気的に接続したヘリカルアンテナにおいては、従来のヘリカルアンテナに比べ、アンテナのインピーダンスを増大せしめることができ、これにより、インピーダンスマッチングが取れる帯域幅を広げることができる。
（２）　開放端に接続した折り返しエレメントが中間点付近で切り離されている場合にも、インピーダンスの増大効果は得られるが、広帯域にて、十分なＶＳＷＲを実現することはできない。
【００２８】
上記図１の変形例として、折り返しエレメントを、ヘリカルエレメントの一方の開放端付近で切り離したヘリカルアンテナを形成した。図７に当該ヘリカルアンテナの構成を示す。当該ヘリカルアンテナのヘリカルエレメントおよび折り返しエレメントは、上記図１のヘリカルアンテナにて採用したものと同一である。図１と比べると、折り返しエレメントが一方の開放端付近で切り離されている点のみ、構成が相違している。
【００２９】
図８は、かかるヘリカルアンテナの給電端に所定周波数の送電信号を供給した際のＶＳＷＲ（給電側５０Ωの電圧定在波比）を実測したものである。図８の実測結果から分かるように、当該ヘリカルアンテナは図１のヘリカルアンテナとほぼ同様の特性を有する。かかるヘリカルアンテナでは、４１０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚの帯域にてＶＳＷＲ＝３以下を実現できる。かかる構成のヘリカルアンテナにおいても、上記（１）の効果を奏することができる。
【００３０】
さらに、上記図１の変形例として、折り返しエレメントを、ヘリカルエレメントのループの外側を通るように形成した。図９に当該ヘリカルアンテナの構成を示す。当該ヘリカルアンテナのヘリカルエレメントおよび折り返しエレメントは、上記図１のヘリカルアンテナにて採用したものと同一である。図１と比べると、折り返しエレメントがヘリカルエレメントの外側を通っている点のみ、構成が相違している。
【００３１】
図１０は、かかるヘリカルアンテナの給電端に所定周波数の送電信号を供給した際のＶＳＷＲ（給電側５０Ωの電圧定在波比）を実測したものである。図８の実測結果から分かるように、当該ヘリカルアンテナは図１のヘリカルアンテナに類似した特性を有する。かかるヘリカルアンテナでは、５２０ＭＨｚ〜８５０ＭＨｚの帯域にてＶＳＷＲ＝３以下を実現できる。かかる構成のヘリカルアンテナにおいても、上記（１）の効果を奏することができる。
【００３２】
なお、かかる変形例によれば、折り返しエレメントがヘリカルエレメントの外側を通るように配されているので、図１の構成に比べ、アンテナ装置全体の横方向寸法（図９の左右方向の寸法）がやや大きくなってしまう。アンテナ装置の寸法を小型化するには、図１のように、折り返しエレメントをヘリカルエレメントのループ内を通すよう構成するのが好ましい。
【００３３】
次に、上記において、折り返しエレメントの径を変化させた際のループアンテナのインピーダンス変化を測定した。図１１に、測定結果を示す。▲１▼▲２▼は図１の構成（寸法）のアンテナを用いて行った測定結果である。
【００３４】
この測定結果から、折り返しエレメントの径を大きくするほど、インピーダンスが増大することが確認できる。よって、折り返しエレメントの径を変更することによって、アンテナインピーダンスを適宜所望の値に調整できる。
【００３５】
図１２に、ヘリカルアンテナの具体的構成例を示す。
【００３６】
同図（ａ）は、上記図１の如く、変形性ワイヤーによってヘリカルエレメント１を形成し、その開放端を折り返しエレメント２によって接続したものである。開放端と折り返しエレメントの電気的接続は、たとえば同図（ａ）に示す如く、開放端に段部３を形成しておき、これに折り返しエレメント２を巻き付けるようにして行うことができる。
【００３７】
同図（ｂ）は、筒状誘電体を媒介としてヘリカルエレメントと折り返しエレメントを配設するものである。筒状誘電体４はセラミック等によって構成されており、その周面に、２本のヘリカル状の溝５が、筒状誘電体の中央から上下面まで、同一のピッチにて形成されている。ヘリカル状の溝５の始端と終端は、旋回部分よりも幅広（幅広部５ａ、５ｂ）に形成されている。
【００３８】
かかる溝５には、導電性材料が蒸着される。これにより、ヘリカルエレメントが筒状誘電体４に配置される。しかる後、エナメル線等の折り返しエレメントを筒状誘電体の中空軸に挿入し、その端部を、筒状誘電体の上下面に臨むヘリカルエレメントの幅広部５ｂ側に折り曲げる。そして、折り曲げた折り返しエレメントを上記幅広部５ｂに半田付けする。これにより、ヘリカルエレメントの開放端と折り返しエレメントとが電気的に接続され、図１と同様の構成のヘリカルアンテナが形成される。
【００３９】
なお、図７のヘリカルアンテナを構成する場合には、図１２（ｂ）の筒状誘電体を用いてアンテナを構成するに際し、折り返しエレメントの一端のみを、筒状誘電体の上面または下面の何れかの幅広部５ｂ側に半田付けするようにすれば良い。
【００４０】
また、図９のヘリカルアンテナを構成する場合には、図１２（ａ）のヘリカルエレメント１の開放端をループの外側にまで延伸し、これに折り返しエレメント２を巻付けるようにすればよい。かかる場合には、折り返しエレメント２がヘリカルエレメント１に接触しない程度に、ヘリカルエレメント１の開放端をループの外側に延伸しておく必要がある。
【００４１】
なお、上記では、２つのヘリカルエレメントを用いて測定・検証を行ったが、上記検証結果から、１つのヘリカルエレメントを用いた場合にも同様に、折り返しエレメントによってインピーダンスの増大・調整を図れることが容易に推測できる。
【００４２】
図１３に、一つのヘリカルエレメントを用いた場合の構成例を示す。同図（ａ）は折り返しエレメントをアースに接続した例、（ｂ）は折り返しエレメントをヘリカルエレメントの下まで延伸させ、その先端とアースとを離間させた例である。かかる構成例では、ヘリカルエレメントのみによりヘリカルアンテナを構成した場合に比べ、折り返しエレメントによるインピーダンスの増大ないしＶＳＷＲの改善効果を実現できる。すなわち、同図（ａ）では、図１と同様の改善効果を実現でき、同図（ｂ）では、図５と同様の改善効果を実現できる。
【００４３】
さらに、図１３の構成を発展させて、図１４に示す如く、ヘリカルエレメントと折り返しエレメントの組を複数配するようにすることもできる。かかる場合、それぞれのヘリカルエレメントの径と巻きピッチ、および折り返しエレメントの太さを調整することにより、ＶＳＷＲが閾値以下となる周波数帯域を、適宜変更・設定することができる。
【００４４】
以上、本発明にかかる実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではなく、他に種々の変更が可能である。
【００４５】
たとえば、上記ヘリカルエレメントを板状導線とし、板面がヘリカル軸に平行となるように板状導線を旋回させるようにしても良い。また、ヘリカルエレメントの巻き方向は、単旋巻き、両旋巻きの何れでも良い。さらに、上記図１〜図１２の実施形態では、２つのヘリカルエレメントを直線状に並ぶように配置したが、一方のヘリカルエレメントの軸が他方のヘリカルエレメントの軸に対し一定の角度だけ傾くようにして、両ヘリカルエレメントを配置するようにしても良い。その他、ヘリカルエレメントや折り返しエレメントの径、長さ、ループ径等は必要に応じて、適宜変更可能である。
【００４６】
本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、アンテナ長を短縮したままインピーダンスの低下を補償でき、よって、小型で広帯域のアンテナ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るヘリカルアンテナの構成例を示す図
【図２】当該実施形態のヘリカルアンテナの測定結果を示す図
【図３】比較対象とされるヘリカルアンテナの構成例を示す図
【図４】当該比較対象のヘリカルアンテナの測定結果を示す図
【図５】比較対象とされるヘリカルアンテナの構成例を示す図
【図６】当該比較対象のヘリカルアンテナの測定結果を示す図
【図７】他の実施の形態に係るヘリカルアンテナの構成例を示す図
【図８】当該実施形態のヘリカルアンテナの測定結果を示す図
【図９】他の実施の形態に係るヘリカルアンテナの構成例を示す図
【図１０】当該実施形態のヘリカルアンテナの測定結果を示す図
【図１１】折り返しエレメントの太さとインピーダンスの関係を示す図
【図１２】実施形態に係るヘリカルアンテナの具体的構成例を示す図
【図１３】さらに他の実施の形態に係るヘリカルアンテナの構成例を示す図
【図１４】さらに他の実施の形態に係るヘリカルアンテナの構成例を示す図
【符号の説明】
１　ヘリカルエレメント
２　折り返しエレメント
３　段部
４　筒状誘電体
５　ヘリカル溝
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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