(57)【要約】【課題】ヘリカルアンテナ素子の他端部からの反射を防止して、小型化かつ所望の放射パターンを有するアンテナ装置を得る。【解決手段】所定ピッチの第１のヘリカルアンテナ素子及び前記所定ピッチ間に設けられた前記所定ピッチの第２のヘリカルアンテナ素子を有し、円偏波の電波を放射するヘリカルアンテナと、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の一端にそれぞれ接続され、高周波信号を供給する給電線路と、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の他端にそれぞれ接続されたアンテナ延長部と、これらのアンテナ延長部を覆うように前記アンテナ延長部に取り付けられた電波吸収体とを備えた。【選択図】        図１
2004356929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定ピッチの第１のヘリカルアンテナ素子及び前記所定ピッチ間に設けられた前記所定ピッチの第２のヘリカルアンテナ素子を有し、円偏波の電波を放射するヘリカルアンテナと、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の一端にそれぞれ接続され、高周波信号を供給する給電線路と、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の他端にそれぞれ接続されたアンテナ延長部と、これらのアンテナ延長部を覆うように前記アンテナ延長部に取り付けられた電波吸収体とを備えたアンテナ装置。
【請求項２】
棒状の支持部材と、この支持部材に所定ピッチで巻回された第１のヘリカルアンテナ素子及び前記所定ピッチの間に配置されるように前記支持部材に前記所定ピッチで巻回された第２のヘリカルアンテナ素子を有し、円偏波の電波を放射するヘリカルアンテナと、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の一端にそれぞれ接続され、高周波信号を供給する給電線路と、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の他端にそれぞれ接続され、前記支持部材に対する前記給電線路と反対側に延びるアンテナ延長部と、これらのアンテナ延長部を覆う電波吸収体とを備えたアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置を備えたトランスポンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、らせん状に構成されたヘリカルアンテナ素子を用いたアンテナ装置及びこれを用いたトランスポンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、らせん状の放射素子（以下、ヘリカルアンテナ素子という。）を用いたヘリカルアンテナの放射形態には、軸方向に電波が放射される軸モード、軸方向に対して垂直な面内に電波が放射される垂直モード、軸方向のみならず側方向にも電波が放射される多ローブモード等があり、このようなヘリカルアンテナ素子のらせん寸法、例えば、巻き付け直径、巻き線の間隔、ピッチ角等を調整することにより所望の放射形態を選択することができる。また、ヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）を調整することによって放射パターンのビーム幅も任意に設定することができる。
【０００３】
このようなヘリカルアンテナの構造としては、例えば、導体線を巻き付けるものあるいはヘリカルパターンを形成したフレキシブル基板を誘電体円筒等の壁面に貼り付けるもの等があり、その用途としては、例えば、移動体衛星通信や地上系通信等に用いられる携帯端末用のアンテナ装置等がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−２７４９０４号公報（第１図）
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−７８９４５号公報（図１、図２）
【０００６】
【特許文献３】
特開平１０−２５６８２４号公報（第２頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のヘリカルアンテナ素子を用いたアンテナ装置では、ヘリカルアンテナ素子の一端は給電線路と接続し、他端は開放又は短絡するという構成としているので、他端を開放しているものでは、そのヘリカルアンテナ素子の他端部からの反射により定在波が発生し、インピーダンスの乱れ、ひいては放射パターンの乱れが発生するという問題点があった。
【０００８】
例えば、ヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）をより長く構成すれば、ヘリカルアンテナ素子の他端部からの反射の影響を軽減することができ、これによって放射パターンの乱れを抑制することも可能であるが、ヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）は放射パターンのビーム幅に影響を及ぼすため、このようにヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）を長く構成にすると狭いビーム幅の放射パターンしか得ることができず、また、ヘリカルアンテナを小型化する場合の大きな支障となる。
【０００９】
また、ヘリカルアンテナ素子の他端部を短絡する構成とした場合は、そのヘリカルアンテナ素子において他端部からの反射による定在波が発生しないように位相のマッチング、すなわち入力インピーダンスの整合をとる必要があり、この入力インピーダンスの調整によって放射パターンの乱れを抑制することが可能であるものの、使用する高周波信号の周波数との関係からヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）に制約を受け、ヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）を任意の長さに設定することができないと問題点があった。上述したように、ヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）が自由に調整できなければ、放射パターンのビーム幅を所望のビーム幅に設定することができない。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、ヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）を短く構成した場合にもヘリカルアンテナ素子の巻き終わり部（給電線路との接続部分を巻き始めとした場合）からの反射による定在波の発生を抑制することができ、小型かつ所望の放射パターンを形成することができる新規なアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１１】
また、このように小型化したアンテナ装置を用いることにより、装置の小型化が図れる一方、入力インピーダンスの整合をとる必要がなく、使用目的、用途等に応じた所望の放射パターンのビーム幅を自由に設定することができる新規なトランスポンダを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るアンテナ装置は、所定ピッチの第１のヘリカルアンテナ素子及び前記所定ピッチ間に設けられた前記所定ピッチの第２のヘリカルアンテナ素子を有し、円偏波の電波を放射するヘリカルアンテナと、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の一端にそれぞれ接続され、高周波信号を供給する給電線路と、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の他端にそれぞれ接続されたアンテナ延長部と、これらのアンテナ延長部を覆うように前記アンテナ延長部に取り付けられた電波吸収体とを備えたものである。
【００１３】
請求項２の発明に係るアンテナ装置は、棒状の支持部材と、この支持部材に所定ピッチで巻回された第１のヘリカルアンテナ素子及び前記所定ピッチの間に配置されるように前記支持部材に前記所定ピッチで巻回された第２のヘリカルアンテナ素子を有し、円偏波の電波を放射するヘリカルアンテナと、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の一端にそれぞれ接続され、高周波信号を供給する給電線路と、前記第１及び第２のヘリカルアンテナ素子の他端にそれぞれ接続され、前記支持部材に対する前記給電線路と反対側に延びるアンテナ延長部と、これらのアンテナ延長部を覆う電波吸収体とを備えたものである。
【００１４】
請求項３の発明に係るトランスポンダは、請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置を備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１及び図２を用いて説明する。図１は実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。図１において、１は同軸線路からなる給電線路、２は給電線路１の端部に設けられた棒状の支持部材、３ａ及び３ｂは給電線路１に一端部をそれぞれ接続し、この給電線路１の端部に設けられた支持部材２に対してらせん状に巻き付けられた一組の放射導体（以下、それぞれをヘリカルアンテナ素子という。）、４は給電線路１に設けられた切り欠き部であって、不平衡系である給電線路１と平衡系である一組のヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂとの間の整合回路を構成する平衡・不平衡変換回路（整合回路）、５ａ及び５ｂはヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの他端部側をそれぞれ給電線路１と反対側に延長させて構成したアンテナ延長部、６は各アンテナ延長部５ａ及び５ｂを覆うように取り付けた電波吸収体である。
【００１６】
図１に示すように、この実施の形態１によるアンテナ装置では、各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂは略同径のものを使用しており、略同一のピッチ角、巻き線間隔となるように支持部材２に巻き付けている。また、一方のヘリカルアンテナ素子が他方のヘリカルアンテナ素子の間に配置されるように、給電線路１と各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの一端部との各接続点をほぼ対称な位置に配置し、各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂを同一方向（右方向）に巻き付けている。なお、各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの巻き数は略２回としているが、以下のとおり、要求されるビーム幅に応じて調整する。
【００１７】
ここで、図１に示すようなアンテナ装置の放射特性は、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂのらせん寸法（例えば、巻き付け直径、巻き線の間隔、ピッチ角）に応じて決まるので、例えば、垂直モードに設定したい場合には、そのような放射特性が得られる巻き付け直径、ピッチ角等によりヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂを支持部材２に巻き付ける。また、このような放射特性パターンのビーム幅（仰角方向のビーム幅）はヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの長さ（巻き数）に応じて決まるので、要求されるビーム幅に応じた所定の長さ（巻き数）となるようにヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂを支持部材２に巻き付ける。
【００１８】
このように、実施の形態１によるアンテナ装置の放射特性，ビーム幅は、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂのらせん寸法、長さ（巻き数）により設定されるものであり、各アンテナ延長部５ａ及び５ｂの長さ，形状等については、上述したようなアンテナ装置の放射特性，ビーム幅とは無関係に構成することができる。なお、図１に示すアンテナ装置では、各アンテナ延長部５ａ及び５ｂが非接触の状態でらせん軸１０に近接するように構成しており、電波吸収体６が小さく、かつ、取り付け易くなるように構成している。
【００１９】
また、支持部材２はヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂのらせん寸法、長さ（巻き数）を所望の寸法に構成するため便宜的に設けるものであり、例えば、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂを上述したような所定のらせん寸法等を維持できる素材により構成している場合には、支持部材２は不要にできる。支持部材２の素材としては、空気に近い発泡材等の誘電体を使用する。
【００２０】
また、電波吸収体６としては、一般に電波吸収体として用いられているものを使用することができ、例えば、ウレタン等のスポンジにカーボン（炭素）を混入したものを電波吸収体として使用する。この電波吸収体６は、各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂに接続されたアンテナ延長部５ａ及び５ｂを覆うように接着剤を用いて取り付けており、かつ、アンテナ延長部５ａ及び５ｂの間に電波吸収体６が介在するように設けられている。なお、図１に示すアンテナ装置では、各アンテナ延長部５ａ及び５ｂの先端部分に電波吸収体６が設けられていないが、アンテナ延長部５ａ及び５ｂに流れる高周波電流の反射を確実に防止するためには、望ましくは各アンテナ延長部５ａ及び５ｂの先端部分を覆うように電波吸収体６を取り付ける構成とする。
【００２１】
また、図１において、７は給電線路１に設けられたアンテナ装置側の接続コネクタ、８は高周波信号を供給する給電回路９に設けられた接続コネクタであり、これら接続コネクタ７及び８を介してアンテナ装置と給電回路９とが電気的に接続されている。これら接続コネクタ７及び８は着脱可能に構成している。なお、１０はヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂによって構成されたヘリカルアンテナ３の中心軸（らせん軸）を示している。
【００２２】
次に、動作について詳細に説明する。各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの一端部はそれぞれ給電線路１と電気的に接続されており、給電回路９から給電線路１に対して高周波信号が供給されると、この高周波信号に対応した高周波電流が整合回路４を介し各てヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂにそれぞれ給電される。ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂに給電された高周波電流は、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂとそのアンテナ延長部５ａ及び５ｂとを流れて進行波として伝送する。なお、アンテナ延長部５ａ及び５ｂの相互に接触せず、その先端部分が開放するように構成しているが、これら各アンテナ延長部５ａ及び５ｂの間に電波吸収体６が介在するように設けられているので、アンテナ延長部５ａ及び５ｂに流れた各高周波電流は、各アンテナ延長部５ａ及び５ｂにおいてそれぞれ反射されずに電波吸収体６により吸収される。電波吸収体６により吸収された高周波電流は熱に変換されて空間に放射される。
【００２３】
このように、実施の形態１によるヘリカルアンテナは、各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの他端部をそれぞれ延長させてアンテナ延長部５ａ及び５ｂを構成し、これらアンテナ延長部５ａ及び５ｂに電波吸収体６を設けるようにしたので、アンテナ延長部５ａ及び５ｂに流れた高周波電流は電波吸収体６により吸収され、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの長さ（巻き数）を短く構成した場合であっても、仮想的には無限長さのヘリカルアンテナ素子に高周波電流が流れている状態とすることができ、複雑な入力インピーダンスの調整等を行わなくともヘリカルアンテナ３における不要な反射波の発生を防止することができる。
【００２４】
図２は実施の形態１によるアンテナ装置の放射特性パターンについて説明するための放射パターン説明図である。図２（ａ）は図１に示すようなヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂに接続された各アンテナ延長部５ａ及び５ｂに電波吸収体６を取り付けた場合の放射パターンを示す放射パターン図、図２（ｂ）は図１に示すヘリカルアンテナと同様のらせん寸法に構成されたヘリカルアンテナであって、各アンテナ延長部５ａ及び５ｂに電波吸収体６を取り付けない（開放した）場合の放射パターンを示す放射パターン図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す放射パターン図はそれぞれヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂのらせん軸１０に対して垂直方向の水平面内における放射パターンを示している。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂに接続された各アンテナ延長部５ａ及び５ｂに電波吸収体６を取り付けたアンテナ装置の場合は、放射パターンが均一に形成されており、全ての方向に対して所望の利得が得られている。これに対し、図２（ｂ）に示すように、電波吸収体６を取り付けない（開放した）場合は、各アンテナ延長部５ａ及び５ｂにおける反射の影響により放射パターンに乱れ（リップル）が生じており、ある方向については十分な利得が得られていない状態となっている。
【００２６】
以上のように、実施の形態１によるアンテナ装置では、ヘリカルアンテナ３を構成するヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの他端部をそれぞれ延長させてアンテナ延長部５ａ及び５ｂを構成し、これらアンテナ延長部５ａ及び５ｂを覆うように電波吸収体６を設けるようにしたので、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの長さ（巻き数）を短く構成した場合においても、複雑な入力インピーダンスの調整等を行うことなく図２（ｂ）に示すような放射パターンの乱れを防止することができる。したがって、らせん軸１０と垂直方向の水平面内において図２（ａ）に示すような良好な放射パターンを得ることができる一方、小型化したヘリカルアンテナを得ることができる。
【００２７】
また、入力インピーダンスの整合等の煩わしい調整を行う必要がないので、使用する高周波信号の周波数による制約を受けず、要求される放射パターンのビーム幅に応じてヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの長さ（巻き数）を自由に設定することがでる。
【００２８】
なお、実施の形態１によるアンテナ装置では、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの他端部側を延長させてアンテナ延長部５ａ及び５ｂを構成しているが、上述したように、アンテナ延長部５ａ及び５ｂはアンテナ装置の放射特性，ビーム幅には影響しないものであるので、これらアンテナ延長部５ａ及び５ｂを各ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂとは別に形成してもよい。例えば、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂとは別に形成したアンテナ延長部５ａ及び５ｂを所定のらせん寸法、長さ（巻き数）に設定されたヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの他端部にそれぞれ接続し、そのアンテナ延長部５ａ及び５ｂを覆うように電波吸収体６を取り付けてアンテナ装置を構成することができる。
【００２９】
また、ヘリカルアンテナ３を小型化し、かつ、電波吸収体６を取り付け易くする関係上、導体線等の放射導体を支持部材２に巻き付ける構造としているが、他の構造により構成してもよく、例えば、一対のヘリカルパターンを形成したフレキシブル基板を誘電体円筒等の壁面に貼り付け、これら一対のヘリカルパターンの巻き終わり部に吸収体５を取り付けるように構成することもできる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は実施の形態３によるトランスポンダであって、図１に示すようなアンテナ装置を用いたトランスポンダの概略構成図である。一般に、船舶用のトランスポンダは、垂直モードの放射形態が得られるようにヘリカルアンテナのヘリカルアンテナ素子のらせん寸法を設定しているが、使用目的、使用環境等に応じてさまざまなビーム幅に設定することが要求される。また、小型の船舶等にも搭載されることから小型化が要求されている。したがって、このようなトランスポンダに用いられるアンテナ装置としては、使用目的、使用環境等に応じてさまざまなビーム幅の設定ができ、かつ、ヘリカルアンテナ素子の長さ（巻き数）を短く構成できることが望ましく、図１に示すようなアンテナ装置を用いることがより有効である。
【００３１】
図３において、１１はアンテナ装置、１２は送受信モジュール（給電回路に相当）、１３はヘリカルアンテナ１１及び送受信モジュール１２等を内部に収容したレドームである。レドーム１３はヘリカルアンテナのアンテナ性能に影響を及ぼさない材質により構成されており、かつ、外部との気密性が十分保たれるように構成する。また、レドーム１３内に収容される電源部等、他の構成部分については図示及びその説明を省略する。なお、図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。なお、図３に示すようなトランスポンダは、例えば、Ａ−Ａ’線より下部が海面よりも下方に配置され、Ａ−Ａ’線より上部、すなわちヘリカルアンテナの部分が海面よりも上方に配置される。
【００３２】
次に動作について説明する。電源部から各回路に電源が供給され、送受信モジュール１２等が送受信動作を開始すると、送受信モジュール１２から供給される送信信号（所要周波数帯域のスイープ信号：以下、単に送信信号という。）が接続コネクタ７，８を介してヘリカルアンテナ１１の給電線路１に供給される。給電線路１に高周波信号が供給されるとその高周波信号に対応した高周波電流が整合回路４を介してヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂにそれぞれ給電される。図３に示すように、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの他端部にはアンテナ延長部５ａ及び５ｂがそれぞれ接続され、これらアンテナ延長部５ａ及び５ｂを覆うように電波吸収体５が設けられているので、放射パターンに乱れが生じることなく所望の円偏波がヘリカルアンテナ１１から空間に放射される。
【００３３】
以上のように、実施の形態２によるトランスポンダによれば、図１に示すようなヘリカルアンテナをトランスポンダのアンテナ装置として用いたので、トランスポンダを小型化することができる。また、使用する高周波信号の周波数によって制約を受けず、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの長さ（巻き数）を自由に設定することができ、使用目的、使用環境等に応じた所望のビーム幅の放射パターンを容易に形成することができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態１及び２においては、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂに接続されたアンテナ延長部５ａ及び５ｂに電波吸収体５を設けたが、ヘリカルアンテナ素子３ａ及び３ｂの特性インピーダンスに一致したチップ抵抗体等を取り付けてもよく、吸収体５を取り付けた場合と同様の効果を奏することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、らせん状に構成された放射素子の長さ（巻き数）を短く構成した場合にも、巻き終わり部からの反射による定在波の発生を防止することができる小型化したアンテナ装置を得ることができる。
【００３６】
また、入力インピーダンスの整合等の煩わしい調整を行うことな放射素子の巻き終わり部からの反射による定在波の発生を防止することができるので、使用する高周波信号の周波数による制約を受けず、このようならせん状に構成された放射素子の長さ（巻き数）を要求に応じて自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１によるヘリカルアンテナを示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１によるヘリカルアンテナの放射特性パターンについて説明するための放射パターン説明図である。
【図３】実施の形態２によるトランスポンダ装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  同軸給電線路（給電線路）、２  支持部材、
３，１１  ヘリカルアンテナ、３ａ，３ｂ  ヘリカルアンテナ素子、
４  平衡・不平衡変換回路（整合回路）、
５ａ，５ｂ  アンテナ延長部、６  吸収体、
７，８  接続コネクタ、９  給電回路、１０  らせん軸、
１２  送受信モジュール（給電回路）、１３  レドーム。
【図１】
2004356929.tif 000003
【図２】
2004356929.tif 000004
【図３】
2004356929.tif 000005