(57)【要約】【課題】（１）カバレッジを広く、かつピーク利得を大きくする。（２）周波数依存性を小さくして、送信ビームと受信ビームを一致させてカバレッジを広くする。【解決手段】それぞれの給電点を１ｃ，２ｃの対向方向を相等しくし、上段素子１の下端は給電点の対向方向に平行な直線状の短絡ワイヤ１ｄで連結する。分配合成器５として同相分配のものを用いる。給電点１ｃと２ｃの対向方向を互いに直角になるようにすると共に分配合成器５を９０°位相の異なる分配出力を得るものに変更することもできる。素子１と２の間（アレイ間隔）を離して、合成指向性の周波数依存性が小さくなるように、素子１と２の巻数Ｎ１とＮ２，またはピッチＰ１とＰ２，または半径Ｒ１とＲ２に差を設ける。【選択図】　　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径Ｒ１，ピッチＰ１，巻数Ｎ１で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡導体で連結された第１の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第１アンテナ素子と言う）と、
半径Ｒ２，ピッチＰ２，巻数Ｎ２で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡導体で連結された第２の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第２アンテナ素子と言う）と、
送信信号を２分配して前記第１，第２アンテナ素子に供給すると共に、それら両アンテナ素子の受信信号を合成する分配合成器とを具備し、
第１，第２アンテナ素子は共通の垂直な軸線をもち、第１アンテナ素子の下方に第２アンテナ素子が第１アンテナ素子と接触しないように配されて成るヘリカルアンテナにおいて、
第１，第２アンテナ素子の給電点の対向方向が相等しく、
第１，第２アンテナ素子の前記短絡導体が、短絡リングで構成され、
第１アンテナ素子の下端より一方の線条が前記軸線に沿って下方に延長され、第２アンテナ素子の前記短絡リングの中心を通って前記分配合成器に接続され、
第１，第２アンテナ素子のそれぞれの送信ビームの合成指向特性と、受信ビームの合成指向特性とを殆ど一致させてアンテナのカバレッジを広くするように、各々の巻数Ｎ１とＮ２に差が付けられていることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、第１，第２アンテナ素子の半径及び巻数がそれぞれ相等しく（Ｒ１＝Ｒ２，Ｎ１＝Ｎ２）設定されていることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項３】
半径Ｒ１，ピッチＰ１，巻数Ｎ１で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡導体で連結された第１の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第１アンテナ素子と言う）と、
半径Ｒ２，ピッチＰ２，巻数Ｎ２で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡導体で連結された第２の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第２アンテナ素子と言う）と、
送信信号を２分配して前記第１，第２アンテナ素子に供給すると共に、それら両アンテナ素子の受信信号を合成する分配合成器とを具備し、
第１，第２アンテナ素子は共通の垂直な軸線をもち、第１アンテナ素子の下方に第２アンテナ素子が第１アンテナ素子と接触しないように配されて成るヘリカルアンテナにおいて、
第１，第２アンテナ素子の給電点の対向方向が相等しく、
第１，第２アンテナ素子の前記短絡導体が、短絡リングで構成され、
第１アンテナ素子の下端より一方の線条が前記軸線に沿って下方に延長され、第２アンテナ素子の前記短絡リングの中心を通って前記分配合成器に接続され、
第１，第２アンテナ素子のそれぞれの送信ビームの合成指向特性と、受信ビームの合成指向特性とを殆ど一致させてアンテナのカバレッジを広くするように、各々のピッチＰ１とＰ２に差が付けられていることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項４】
請求項３において、第１，第２アンテナ素子のピッチ及び巻数がそれぞれ相等しく（Ｐ１＝Ｐ２，Ｎ１＝Ｎ２）設定されていることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項５】
半径Ｒ１，ピッチＰ１，巻数Ｎ１で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡導体で連結された第１の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第１アンテナ素子と言う）と、
半径Ｒ２，ピッチＰ２，巻数Ｎ２で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡導体で連結された第２の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第２アンテナ素子と言う）と、
送信信号を２分配して前記第１，第２アンテナ素子に供給すると共に、それら両アンテナ素子の受信信号を合成する分配合成器とを具備し、
第１，第２アンテナ素子は共通の垂直な軸線をもち、第１アンテナ素子の下方に第２アンテナ素子が第１アンテナ素子と接触しないように配されて成るヘリカルアンテナにおいて、
第１，第２アンテナ素子の給電点の対向方向が相等しく、
第１，第２アンテナ素子の前記短絡導体が、短絡リングで構成され、
第１アンテナ素子の下端より一方の線条が前記軸線に沿って下方に延長され、第２アンテナ素子の前記短絡リングの中心を通って前記分配合成器に接続され、
第１，第２アンテナ素子のそれぞれの送信ビームの合成指向特性と、受信ビームの合成指向特性とを殆ど一致させてアンテナのカバレッジを広くするように、各々の半径Ｒ１とＲ２に差が付けられていることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項６】
請求項５において、第１，第２アンテナ素子のピッチ及び巻数がそれぞれ相等しく（Ｐ１＝Ｐ２，Ｎ１＝Ｎ２）設定されていることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６に記載のいずれかのヘリカルアンテナにおける第２アンテナ素子の給電点の対向方向を第１アンテナ素子の給電点の対向方向と直角になるように変更し、前記分配合成器を９０°位相の異なる分配出力を得る機能を有するものに変更して成るヘリカルアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体衛星通信用移動局に使用されるもので、移動局の移動方向に関わらず無追尾で送受信することが可能なヘリカルリニアアレイアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体衛星通信用移動局の棒状アンテナにおいては、ヘリカルアンテナが用いられてきた。このヘリカルアンテナは円錐ビームを有しており、図７に示すように、水平面内に全指向性であるため追尾機構を必要とせず、移動局の向きに関わらず通信が可能なアンテナであって、簡易で設置面積の狭いという特徴をもっている。
しかしながら、このヘリカルアンテナは周波数依存性が大きいため、図８に示すように、１本のヘリカルアンテナを送受信共用で使用すると所望の利得を満足するカバレッジ、つまり送信受信ともに所要の利得を満足する角度幅Δθは、送信ビームあるいは受信ビーム単独で有する角度幅に比べて著しく減少する。
【０００３】
従って、このヘリカルアンテナで送受信共用する場合、周波数依存性を小さくする必要があり、図９に示すように、多素子（図では２素子）のアレイ構成が有効であることが知られている。このようなアレイ構成において、所望のビームを得るためには任意のアレイ間隔Ｄを設定できることが要求される。
例えば、図１０に示すように、カバレッジΔθは狭くしてピーク利得Ｇｍａｘ　を高くするには給電間隔Ｗ（アレイ間隔Ｄ）を大きくすることにより実現できる。逆に、カバレッジΔθは広くしてピーク利得を低くするには給電間隔Ｗ（アレイ間隔Ｄ）を小さくすることにより実現できる。
一般に、ヘリカルアンテナにおいてピーク利得も高くするには、各素子の巻数Ｎ１，Ｎ２を増加することにより実現できる。そこで、カバレッジΔθも広くかつピーク利得も高くするには、比較的給電間隔Ｗを狭くしてかつ各素子の巻数Ｎ１，Ｎ２を増加する、つまり素子長Ｌ１，Ｌ２を増加することが必要になる。
しかしながら、図９において、素子長Ｌ１＝Ｌ２が設定したい給電間隔Ｗよりも大きい場合、素子１，２どうしがぶつかってしまい、所望の特性を得ることは困難になる。
【０００４】
これを解決するひとつの方法として、図１１に示すように、各素子の中心軸Ｚ１，Ｚ２をずらしたアレイ構成が考えられる。しかしながら、水平面内及び垂直面内でのパターンが非対称になってしまい特性は劣化する。
このため、同一軸上で任意の給電間隔Ｗを設定できる構成が望ましい。
また図９に示すようなアレイ構成においては、各素子アンテナ１，２は同一スペックのものが用いられ、その巻数Ｎ，ピッチＰ，半径Ｒを調整して所望のビームを得ることができる。しかしながら、同一素子のアレイ構成では、素子の周波数依存性が十分には小さくならないことが多かった。つまり、図１２に示すようにアレイアンテナの合成パターン（図１２Ｃ）は、素子パターン（図１２Ａ）にアレイパターン（図１２Ｂ）が掛け合わされたものと解釈することができ、結局素子パターンの周波数依存性が残ってしまい、送信ビームＳＢと受信ビームＲＢのピークの方向がずれて、カバレッジΔθが狭くなる問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の第１の目的は、ヘリカルアレイアンテナの周波数依存性を小さくして、送信ビームＳＢと受信ビームＲＢとをほぼ一致するようにして、カバレッジΔθを広くすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、半径Ｒ１，ピッチＰ１，巻数Ｎ１で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡導体で連結された第１の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第１アンテナ素子と言う）と、半径Ｒ２，ピッチＰ２，巻数Ｎ２で、上端に一対の給電点をもち、下端が短絡リングで連結された第２の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子（以下第２アンテナ素子と言う）と、送信信号を２分配して前記第１，第２アンテナ素子に供給すると共に、それら両アンテナ素子の受信信号を合成する分配合成器とを具備し、第１，第２アンテナ素子は共通の垂直な軸線をもち、第１アンテナ素子の下方に第２アンテナ素子が第１アンテナ素子と接触しないように配され、第１アンテナ素子の下端より一方の線条が軸線に沿って下方に延長され、第２アンテナ素子の短絡リングの中心を通って分配合成器に接続されている。
（２）そして、第１，第２アンテナ素子の給電点の対向方向が相等しく、第１，第２アンテナ素子の前記短絡導体が、短絡リングで構成され、第１，第２アンテナ素子は合成指向性の周波数依存性が小さくなるように、各々の巻数Ｎ１とＮ２に差が付けられている。
【０００７】
（３）請求項２の発明では、前記（２）において、第１，第２アンテナ素子の半径及びピッチがそれぞれ相等しく（Ｒ１＝Ｒ２，Ｐ１＝Ｐ２）設定されている。
（４）請求項３のヘリカルアンテナも、前記（２）及び（３）のアンテナに類似しているが、第１，第２アンテナ素子は、合成指向性の周波数依存性が小さくなるように、各々のピッチＰ１とＰ２に差が付けられているものである。
（５）請求項４の発明では、前記（４）において、第１，第２アンテナ素子の半径及び巻数がそれぞれ相等しく（Ｒ１＝Ｒ２，Ｎ１＝Ｎ２）設定されているものである。
【０００８】
（６）請求項５のヘリカルアンテナも、前記（２）及び（３）のアンテナに類似しているが、第１，第２アンテナ素子は合成指向性の周波数依存性が小さくなるように、各々の半径Ｒ１とＲ２に差が付けられているものである。
（７）請求項６の発明では、前記（６）において、第１，第２アンテナ素子のピッチ及び巻数がそれぞれ相等しく（Ｐ１＝Ｐ２，Ｎ１＝Ｎ２）設定されている。
（８）請求項７の発明では、第２アンテナ素子の給電点の対向方向を第１アンテナ素子の給電点の対向方向と直角になるように変更し、前記分配合成器を９０°位相の異なる分配出力を得る機能を有するものに変更する。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態の説明に先立ち参考例を図１，図２を用いて説明する。このヘリカルアンテナＨＡは上段及び下段の２線条ヘリカルリニアアンテナ素子によりアレイ構成となっている。
本ヘリカルアンテナＨＡは上段素子１の短絡部分を１本の直線導体の短絡ワイヤ１ｄとし、下段素子２の巻線２ａ，２ｂ素子と接触しない構造で、素子１と２がオーバラップしている。オーバラップ部分の拡大図を図２に示す。この部分では、４線巻と同様の構造である。下段素子２の給電点２ｃの位置は給電位相の合成条件上、図１の矢印に示すような離散的な点に限られている。この場合、給電点１ｃ，２ｃの極性は同相である。分配合成器５には同相で分配するものが用いられる。所定のビーム方向を得ることができるように、分配合成器と各素子１，２との間の給電線路長を調整している。
【００１０】
本ヘリカルアンテナを使用すると、素子長Ｌ１が設定したい給電間隔Ｗよりも大きい場合においても、離散的な給電間隔ではあるが、同一軸上にアレイ構成することができ、所望の放射特性を得ることができる。
第１，第２アンテナ素子１，２の半径をＲ１，Ｒ２，ピッチ（ピッチ間隔）をＰ１，Ｐ２，巻数をＮ１，Ｎ２とすると、図１の例では、Ｒ１＝Ｒ２，Ｐ１＝Ｐ２，Ｎ１＝Ｎ２に設定されている。従って、Ｌ１＝Ｌ２となっている。また給電点１ｃ，２ｃにおける一対の線条（巻線）の端面の対向方向が相等しくされている。短絡ワイヤ１ｄの方向は給電点１ｃの対向方向に平行とされる。
図３，図４に示すように、第２アンテナ素子２の給電点２ｃの対向方向が第１アンテナ素子１の給電点１ｃの対向方向と直角になっている点と、分配合成器５が９０°位相の異なる分配出力を得る機能（例えば９０°ハイブリッド回路のように）を有するようにしてもよい。
【００１１】
〔実施例１〕
以下にこの発明の実施例を説明する。
請求項１及び２の実施例を図５Ａに示す。給電点１ｃ，２ｃの対向方向が相等しく、第１アンテナ素子１の短絡導体として短絡リング１ｄが用いられる。
本ヘリカルアンテナは、上段素子１の巻数Ｎ１を２とし、下段素子２の巻数Ｎ２を３としている。図５Ａの例では、各素子１，２の半径がＲ１＝Ｒ２，ピッチがＰ１＝Ｐ２である場合が示されている。上段素子１の放射特性を図６Ａに、下段素子２の放射特性を図６Ｂに示す。カバレッジ両端において、上段素子１の天頂角θ１の送信ビームＳＢ（Ｐ点）は、θ２の受信ビームＲＢ（Ｑ点）より若干高利得である。一方、下段素子２のθ１の送信ビームＳＢ（Ｐ点）は、θ２の受信ビームＲＢ（Ｑ点）より若干低利得である。このように２つの素子１，２において各カバレッジ端で利得を相補う特性を持たせるように巻数　Ｎ１とＮ２を調整してアレイ合成を行う。所定のビーム方向を得ることができるように給電線路長を調整している。
本ヘリカルアンテナを使用すると、図６Ｃに示すように、合成後に殆ど周波数依存性を持たない放射特性を得ることができ、送信ビームＳＢと受信ビームＲＢとが殆ど一致する。従ってカバレッジΔθが広くなる。
【００１２】
〔実施例２〕
請求項３及び４の実施例を図５Ｂに示す。
本ヘリカルアンテナは、上段素子１のピッチＰ１を下段素子２のピッチＰ２より短く設定している。上段素子１の放射特性は図６Ａ，下段素子２の放射特性は図６Ｂ，合成特性は図６Ｃと同じであり、図５Ｂのアンテナは図６Ａのアンテナと同じ特性をもっている。
〔実施例３〕
請求項５及び６の実施例を図５Ｃに示す。
本ヘリカルアンテナは、上段素子１の半径Ｒ１を下段素子の半径Ｒ２より小さく設定している。
上段素子の放射特性は図６Ａ，下段素子２の放射特性は図６Ｂ，合成特性は図６Ｃと同じであり、図５Ｃのアンテナは図６Ａのアンテナと同じ特性を持っている。
【００１３】
〔その他〕
巻線Ｎ１とＮ２に差を付ける図５Ａの構成と、ピッチＰ１とＰ２に差を付ける図５Ｂの構成と、半径Ｒ１とＲ２に差を付ける図５Ｃの構成とを適宜組み合わせることも可能である。
また、アンテナ素子が上下２段構成の場合を述べたが、２段以上の場合に拡張できることは明らかである。
各アンテナ素子が２線条（２巻線）で構成されるものとしたが、２線条以上のもの、例えば４線条、６線条の場合に拡張することも考えられる。
給電の極性が同相の場合（例えば図１）と９０°の場合（例えば図３）を述べたが、分配合成器５に任意（例えば４５°）の位相差をもたせて、給電の極性を任意（例えば前記４５°）にすることも出来る。
【００１４】
【発明の効果】
（１）上述した参考例によれば、上段アンテナ素子１の下端の短絡導体を直線状の短絡ワイヤで形成することによって、アンテナ素子１と２が接触することなく、下段アンテナ素子２の上端を上段アンテナ素子の下端より上位置に配置し、両素子の一部がオーバラップする構造が可能となった。この構造によれば、給電間隔Ｗより素子長Ｌ１，Ｌ２を大きくすることができるので、巻線Ｎ１，Ｎ２を大きくして高利得にすることができると共に、給電間隔Ｗを小さくしてカバレッジΔθを広くとることができる。
【００１５】
（２）請求項１〜６の発明によれば、合成指向性の周波数依存性が小さくなるように、上段素子１と下段素子２との巻数Ｎ１とＮ２，またはピッチＰ１とＰ２，または半径Ｒ１とＲ２に差を設けたので、ヘルカルアンテナの送信ビームＳＢと受信ビームＲＢがほぼ一致し、従ってカバレッジΔθを従来より可なり広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは参考例のヘリカルアンテナの正面図、ＢはＡの放射特性を示す図。
【図２】Ａ及びＢはそれぞれ図１のアンテナ素子１及び２を上方より見た平面図，Ｃは図１Ａのアンテナ素子１と２がオーバラップする付近を拡大して示した斜視図。
【図３】Ａは参考例のヘルカルアンテナの正面図、ＢはＡの放射ビームを示す図。
【図４】Ａ及びＢはそれぞれ図３のアンテナ素子１及び２を上方より見た平面図、Ｃは図３Ａのアンテナ素子１と２がオーバラップする付近を拡大して示した斜視図。
【図５】Ａは請求項１及び２の実施例を示す正面図、Ｂは請求項３及び４の実施例を示す正面図、Ｃは請求項５及び６の実施例を示す正面図。
【図６】Ａ及びＢはそれぞれ図５Ａのアンテナの上段素子１及び下段素子２の放射特性を示す図、Ｃは図５Ａのヘリカルアンテナの放射特性（Ａ及びＢの合成指向性）を示す図。
【図７】ヘリカルアンテナとその放射ビームを説明するための斜視図。
【図８】Ａは従来の１素子の２線条ヘリカルリニアアンテナの正面図、ＢはＡの放射特性を示す図。
【図９】Ａは従来の２素子の２線条ヘリカルリニアアレイアンテナの正面図、ＢはＡの放射特性を示す図。
【図１０】Ａは給電間隔Ｗを広げて、カバレッジΔθを狭くし、ピーク利得Ｇｍａｘ　を高くした従来の２素子の２線条ヘリカルリニアアレイアンテナの正面図、ＢはＡの放射特性を示す図。
【図１１】Ａは素子長Ｌ１，Ｌ２を給電間隔Ｗより大きくして、カバレッジΔθを広く、ピーク利得Ｇｍａｘ　を高くするために、各素子の中心軸をずらせた従来の２素子の２線条ヘリカルアレイアンテナの正面図、ＢはＡの放射特性を示す斜視図。
【図１２】Ａ及びＢはそれぞれ図９のヘリカルアンテナの放射特性を構成する素子パターンとアレイパターンを示す図、ＣはＡ及びＢの合成特性（図９Ｂと同じ）を示す図。
【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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