(57)【要約】【課題】より小さな反射係数となる適当なインピーダンスを有し並列共振アンテナの機能を十分に発揮することができる小型の輻射体構造、およびその輻射体を用いた並列共振アンテナ、アンテナシステムを提供する。【解決手段】輻射体（１１ａ，１１ｂ）は、スリーブ（１２）とヘリックス（１３）とを備える。スリーブは、円筒状の導体である。ヘリックスは、スリーブの半径より大きな半径を有し、スリーブを同軸状に取り囲むように配置された螺旋状導体からなり、一端がスリーブに電気的に接続される。そして、ヘリックスおよびスリーブが電気的に接続された一端を終端とし、該終端とは反対側の他端を給電端として給電を受ける。【選択図】図１
2016140051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の導体であるスリーブと、
前記スリーブの半径より大きな半径を有し、前記スリーブを同軸状に取り囲むように配置された螺旋状導体からなり、一端が前記スリーブに電気的に接続されるヘリックスと、
を備え、
前記ヘリックスおよび前記スリーブが電気的に接続された一端を終端とし、該終端とは反対側の他端を給電端として給電を受けることを特徴とする輻射体。
【請求項２】
前記ヘリックスまたは前記スリーブのうち少なくとも一方の給電端には、給電線に電気的に接続するための導体片であるジャンパーが設けられ、該ジャンパーを介して給電を受けることを特徴とする請求項１に記載の輻射体。
【請求項３】
前記終端には、短絡片、誘導性素子または容量性素子からなる終端部が設けられ、該終端部を介して、前記ヘリックスと前記スリーブとが接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の輻射体。
【請求項４】
前記ヘリックスには、一端が接地された誘導性素子または容量性素子からなる調整部が接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の輻射体。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の輻射体を二つ有する輻射部と、
前記輻射部を構成する一対の輻射体にそれぞれ接続される一対の分岐給電線、および前記一対の分岐給電線同士の接続点を分岐点として該分岐点への給電を行う主給電線を相互に接続するためのＴ分岐からなる給電部と、
を備え、前記各輻射体のインピーダンス、及び前記各分岐給電線の線路長が、予め設定された指定周波数の信号に対して、前記分岐点から前記各輻射体を見たインピーダンスが互いに共役となり、かつ前記Ｔ分岐と前記主給電線との接続点である給電点から見たインピーダンスが前記指定周波数において整合条件を満たすように設定されていることを特徴とする並列共振アンテナ。
【請求項６】
前記輻射部を構成する一対の輻射体に基づく各ベクトルポテンシャルが遠方界において加算され増大するように前記ヘリックスの巻き方向および前記ヘリックスを流れる電流の向きが設定されていることを特徴とする請求項５に記載の並列共振アンテナ。
【請求項７】
前記輻射部を構成する一対の輻射体は、前記スリーブの軸が同一直線上に位置するように配置され、且つ、前記ヘリックスを流れる電流の、前記スリーブの軸に沿った向きが前記スリーブの軸に対して互いに反対方向となるように前記分岐給電線が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の並列共振アンテナ。
【請求項８】
前記輻射部を構成する一対の輻射体は、前記スリーブの軸が互いに平行となるように配置され、且つ  前記ヘリックスを流れる電流の、前記スリーブの軸に沿った向きが前記スリーブの軸に対して互いに反対方向となるように前記分岐給電線が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の並列共振アンテナ。
【請求項９】
前記分岐給電線の少なくとも一部が、螺旋状のヘリカル内導体を有するヘリカル同軸線路からなることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の並列共振アンテナ。
【請求項１０】
前記一対の分岐給電線の少なくとも一方は、前記Ｔ分岐側または前記輻射体側のいずれか一端に、前記分岐給電線の長さを短縮するためのリアクタンス素子が直列に挿入されていることを特徴とする請求項５ないし請求項９のいずれか１項に記載の並列共振アンテナ。
【請求項１１】
前記一対の分岐給電線の少なくとも一方がリアクタンス素子からなることを特徴とする請求項５ないし請求項９のいずれか１項に記載の並列共振アンテナ。
【請求項１２】
請求項５ないし請求項１１のいずれか１項に記載の並列共振アンテナと、
前記主給電線の外導体の外側に沿って設けられ、前記給電点から使用波長の１／４離れた地点を短絡したショートスタブと、
を備えることを特徴とするアンテナシステム。
【請求項１３】
前記ショートスタブは、前記主給電線を包囲する筒状の形状を有することを特徴とする請求項１２に記載のアンテナシステム。
【請求項１４】
前記ショートスタブは、前記分岐給電線の余長を収納する形状を有することを特徴とする請求項１３に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を送受信するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンテナのサイズを、送受信する電波の波長に対して大幅に小型化すると、輻射の能率が急激に低下することが知られている。つまり、一定性能の要求条件下において、アンテナの小型化には限界があった。
【０００３】
これに対して、一対の輻射体を並列共振させた状態で使用することによって、小型化を実現する並列共振アンテナが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５２３４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、並列共振アンテナでは、並列共振を用いない従来のアンテナと比較して輻射体に大きな電流を流すことができるため、その分、輻射体の小型化を実現することができる。この並列共振アンテナによる小型化の原理は、輻射体のインピーダンスの如何に関わらず、一定の小型化を可能とするものであるが、その能率低下の軽減効果は、輻射体のインピーダンスに依存する。つまり、能率低下を完全に回避するものではない。このため、更なる小型化を考えた場合、反射係数の絶対値がより小さい輻射体を用いることが重要な要件となる。
【０００６】
現状では、輻射体の代表的な候補として、モノポール形のヘリカルアンテナやループ形のアンテナが挙げられる。しかし、いずれの場合も、送受信する電波の波長をλとして、λ／４より極端に小型化すると、反射係数の絶対値が１に近づき、それに伴って能率低下の軽減効果も鈍化する。その結果、これら従来技術の輻射体では、小型化ができるという並列共振アンテナの特徴を十分に発揮することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、より小さな反射係数となるインピーダンスを有し並列共振アンテナの特徴を十分に発揮することができる小型の輻射体構造、およびその輻射体を用いた並列共振アンテナ、アンテナシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の輻射体は、スリーブとヘリックスとを備える。スリーブは、円筒状の導体である。ヘリックスは、スリーブの半径より大きな半径を有し、スリーブを同軸状に取り囲むように配置された螺旋状導体からなり、一端がスリーブに電気的に接続される。そして、ヘリックスおよびスリーブが電気的に接続された一端を終端とし、該終端とは反対側の他端を給電端として給電を受けるように構成されている。
【０００９】
このような構成によれば、輻射体のサイズを使用波長の１／４より大幅に小型化しても反射係数の絶対値を１に近い値より小さな値とすることができる。その結果、並列共振アンテナを構成する輻射体として好適となり、能率低下の軽減効果が十分に発揮されるため、並列共振アンテナの一層の小型化を可能とすることができる。
【００１０】
本発明の並列共振アンテナは、輻射部と給電部とを備える。輻射部は、上述の輻射体を二つ有する。給電部は、輻射部を構成する一対の輻射体にそれぞれ接続される一対の分岐給電線、および一対の分岐給電線同士の接続点を分岐点として該分岐点への給電を行う主給電線を相互に接続するためのＴ分岐からなる。そして、各輻射体のインピーダンス、及び各分岐給電線の線路長が、予め設定された指定周波数の信号に対して、分岐点から各輻射体を見たインピーダンスが互いに共役となり、かつＴ分岐と主給電線との接続点である給電点から見たインピーダンスが指定周波数において整合条件を満たすように設定されている。
【００１１】
このような構成によれば、共振によって得られる大きな電流を輻射体に流すことができるだけでなく、輻射体のサイズのわりには、その電流を電波の輻射に効率良く寄与させることができる。その結果、輻射体のサイズが使用波長の１／４より大幅に小さくなるような小型化を行っても、それらの輻射体で構成する並列共振アンテナは、アンテナとして十分な輻射を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の並列共振アンテナでは、輻射部を構成する一対の輻射体に基づく各ベクトルポテンシャルが遠方界において加算され増大するようにヘリックスの巻き方向およびヘリックスを流れる電流の向きが設定される。この場合、より輻射の効率を向上させることができ、並列共振アンテナをより一層小型化することができる。
【００１３】
本発明のアンテナシステムは、上述の並列共振アンテナとショートスタブとを備える。ショートスタブは、主給電線の外導体の外側に沿って設けられ、給電点から使用波長の１／４離れた地点を短絡するように構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、各輻射体から主給電線外導体の外側に、不要な不平衡電流が流れることを抑止することができる。その結果、不平衡電流が流れることによるアンテナ特性の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態のアンテナシステムの全体構成図である。
【図２】輻射体の給電端の構成を示す説明図である。
【図３】輻射体の原理の説明に必要なパラメータを明示する説明図である。
【図４】ヘリックスとスリーブの半径比ｋと、相対的電界強度Ｆ（ｋ）との関係を示すグラフである。
【図５】輻射体の構造，給電方法のバリエーションおよび組み合わせ可能なパターンを示す説明図である。
【図６】第２実施形態のアンテナシステムの全体構成図である。
【図７】輻射体の組み合わせ可能なパターンを示す説明図である。
【図８】第３実施形態のアンテナシステムの全体構成図である。
【図９】調整片の取付位置を示す説明図である。
【図１０】並列共振アンテナの整合を説明するスミスチャートであり、（ａ）が各輻射体単体のインピーダンス、および分岐点から見た各輻射体のインピーダンス、ならびに分岐給電線長を０からλ／２未満の長さに可変した場合における輻射体単体のインピーダンスの軌跡、（ｂ）は各輻射体単体のインピーダンスの周波数特性、ならびに給電点から見た両輻射体の合成インピーダンスの実施例を示す。
【図１１】各輻射体のサイズをλ／１２として構成した並列共振アンテナにおける両輻射体の合成インピーダンスおよび電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の算出結果であり、（ａ）が算出値の一覧表、（ｂ）がＶＳＷＲの周波数特性を示す実施例である。
【図１２】並列共振アンテナとしてのインピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートの実測値であり、（ａ）が全体を示したもの、（ｂ）が整合点付近を拡大したものである。
【図１３】（ａ）が図１１（ｂ）と同じＶＳＷＲの周波数特性をシミュレーションによって求めた結果であり、（ｂ）が図１１（ｂ）の実施例を、周波数範囲を広げて示したものである。
【図１４】各輻射体単体のインピーダンスの実施例（太線実線）、および給電点から見たインピーダンスの周波数特性をシミュレーションによって求めた結果（細線破線）を示すスミスチャートである。
【図１５】第４実施形態の並列共振アンテナの全体構成図である。
【図１６】並列共振アンテナの整合を説明するスミスチャートであり、各輻射体単体のインピーダンス、および分岐点から見た各輻射体のインピーダンス、リアクタンス素子を可変した場合における輻射体単体のインピーダンスの軌跡を示す。
【図１７】並列共振アンテナの整合の取り方のバリエーションを例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１．１．構成］
図１に示すように、アンテナシステム１は、並列共振アンテナ２と、ショートスタブ３とを備える。
【００１７】
並列共振アンテナ２は、輻射部１０と給電部２０とを備え、所定周波数ｆ（波長λ）で能率良く電波を輻射するように設計されている。
輻射部１０は、一対の輻射体１１ａ，１１ｂを備える。輻射体１１ａ，１１ｂは同様の構成を有しているため、特に区別しない場合は輻射体１１と記す。
【００１８】
輻射体１１は、スリーブ１２とヘリックス１３を備える。スリーブ１２は円筒状の導体からなる。ヘリックス１３は、スリーブ１２の半径より大きな半径を有し、スリーブ１２を取り囲むように同軸状に配置された螺旋状導体からなる。なお、スリーブ１２とヘリックス１３との間には、両者が不用意に接触することがないように絶縁体からなるスペーサを介在させてもよい。ヘリックス１３の一端は、短絡片１４によってスリーブ１２に短絡されている。以下では、輻射体１１において、このヘリックス１３が短絡された側の端部を終端とよび、他方の端部を給電端とよぶ。ヘリックス１３には、螺旋の巻方向によって、給電端から見て右ネジ（ＲＨ）型と左ネジ（ＬＨ）型とが存在するが、ここではいずれの輻射体１１ａ，１１ｂもＲＨ型のヘリックス１３を用いている。また、輻射体１１の全長は、λ／４より十分に短く、ここではλ／１０以下に設定されている。
【００１９】
給電部２０は、主給電線２１から各輻射体１１ａ，１１ｂに給電するための部分であり、Ｔ分岐２２と、分岐給電線２３，２４とを備える。分岐給電線２３は同軸線路からなり、他方の分岐給電線２４は螺旋状のヘリカル内導体を有するヘリカル同軸線路からなる。両分岐給電線２３，２４の一端は、それぞれＴ分岐２２に接続されている。分岐給電線２３は、輻射体１１ａのスリーブ１２の空洞部分を貫通するように配置され、Ｔ分岐２２との接続端に対する反対側端が、輻射体１１ａの給電端と電気的に接続されている。同様に、分岐給電線２４は、輻射体１１ｂのスリーブ１２の空洞部分を貫通するように配置され、Ｔ分岐２２との接続端に対する反対側端が、輻射体１１ｂの給電端と電気的に接続されている。なお、分岐給電線２３，２４と輻射体１１ａ，１１ｂとの電気的な接続の仕方には、ポジティブ給電（ＰＦ）型とネガティブ給電（ＮＦ）型が存在する。ＰＦ型は、分岐給電線２３，２４の外導体をスリーブ１２，芯線（内導体）をヘリックス１３に接続する。ＮＦ型は芯線をスリーブ１２，外導体をヘリックス１３に接続する。ここでは、いずれの輻射体１１ａ，１１ｂもＰＦ型を採用している。
【００２０】
なお、図２に示すように、分岐給電線２３，２４の芯線とヘリックス１３とは、これらとは別体に形成された導体片であるジャンパー１５を介して接続されている。但し、ヘリックス１３に対するジャンパー１５の接続位置は、変更可能に構成されている。
【００２１】
図１に戻り、主給電線２１は、同軸線路からなり、一端がＴ分岐２２に接続され、他端が予め設定された所定周波数帯の信号（指定周波数ｆ，波長λ）を発生させる図示しない発振器に接続される。
【００２２】
Ｔ分岐２２は、主給電線２１および分岐給電線２３，２４の芯線同士および外導体同士を相互に接続する。この接続点を以下では分岐点Ｑ、Ｔ分岐２２における主給電線２１との接続端を給電点Ｐと呼ぶ。
【００２３】
ショートスタブ３は、主給電線２１の外周を覆う円筒形状に形成され、上述の給電点Ｐからλ／４離れた地点が短絡、即ち、主給電線２１の外導体に導通している。このような形状のショートスタブ３は、バルンとも呼ばれる。
【００２４】
このように構成されたアンテナシステム１において、分岐給電線２３，２４の線路長（ヘリカル同軸線路の場合はヘリカル内導体の線路長）は、分岐点Ｑから各輻射体１１ａ，１１ｂを見たインピーダンスが、送信信号の周波数ｆにおいて互いに共役かつ給電点Ｐから分岐点Ｑ側を見たインピーダンスＺｃが整合条件を満たすように設定する。なお、整合条件を満たすとは、給電インピーダンス（即ち、主給電線２１の特性インピーダンス）をＺｏとして、Ｚｃ＝Ｚｏとなることを意味する。以下では、その具体的な設定方法を、図１０を用いて説明する。
【００２５】
ここでは、理解を容易にするため、二つの輻射体１１ａ，１１ｂとして、同一形状、同一インピーダンス（Ｚａ＝Ｚｂ）のものを使用する場合について説明する。図１０（ａ）に示すように、二つの輻射体インピーダンスＺａ，Ｚｂは、それぞれ異なる長さの分岐給電線２３，２４により、分岐点Ｑから輻射体１１ａ，１１ｂを見たインピーダンスが、互いに共役関係にあるインピーダンスＺａｃ，Ｚｂｃに変換される。このときのインピーダンスＺａｃ，Ｚｂｃの並列合成インピーダンスＺｃは（１）式で表され、このＺｃが整合条件を満たすように設定する。
【００２６】
【数１】
2016140051.tif 000003
【００２７】
但し、図中の太線破線で示した円、即ち、インピーダンスが０となる点と２．０となる点を直径とする円は、上記整合条件を図式的に示したものである。この太線破線円上にあり、且つ、図中の上下対称な位置にある２点が、整合条件を満たし、且つ、共役関係にあるインピーダンスとなる。図中太線実線で示した円は、分岐給電線２３，２４の線路長を変化させることによって、分岐点Ｑからみた輻射体１１ａ，１１ｂのインピーダンスが変化する軌跡を示したものである。ここでは、線路長を長くすると、インピーダンスは太線実線の円に沿って右回りに変化する。つまり、これら太線破線の円と太線実線の円とが交差する２点がＺａｃ，Ｚｂｃとなるように分岐給電線２３，２４の線路長を設定する。
【００２８】
図からわかるように、輻射体１１ｂ（Ｚｂ→Ｚｂｃ）側の分岐給電線２４の長さは、輻射体１１ａ（Ｚａ→Ｚａｃ）側の分岐給電線２３の長さより長くなる。このため、ヘリカル同軸線路からなる分岐給電線２４を用いることによって、分岐給電線２４の物理的な経路長に関わらず、インピーダンスＺｂｃを実現するのに必要な電気長が得られるようにしている。
【００２９】
このように、分岐給電線２３の線路長（正確には電気長）を適切に設定することにより、分岐点Ｑから輻射体１１ａ，１１ｂを見たインピーダンスＺａｃ，Ｚｂｃを、共役かつ整合条件を満たす値に変換することができ、設計された周波数において整合をとることができる。
【００３０】
この時、輻射体単体のインピーダンスの周波数特性を図１０（ｂ）のＺａ，Ｚｂを通る太線実線であるとすると、分岐点Ｑから見た両輻射体１１ａ，１１ｂによる合成インピーダンス（給電点Ｐから分岐点Ｑ側を見たインピーダンス）の周波数特性は、図１０（ｂ）に細線破線で示すように、右回転しながらスミスチャートの中心点である給電インピーダンスを通過する。換言すれば、各輻射体１１ａ，１１ｂのインピーダンスはＺａ，Ｚｂであり、輻射体単体の特性は、それ自体を単体でアンテナとするには甚だ好ましいものではないと言える。しかし、このような特性を有する輻射体であっても、二つの輻射体１１ａ，１１ｂを合理的に組み合わせて並列共振状態となるように設計すること、即ち、並列共振アンテナ２として設計することによって、アンテナとして好ましい特性に導くことができる。
【００３１】
しかも、上述した共役かつ整合条件を満たす設計条件の有無は、反射係数の絶対値が１／３以上（ＶＳＷＲが２以上）であれば輻射体のインピーダンスＲ±ｊＸに依存せず、ＲおよびＸがどのような値であっても存在し、（１）式を満たすように設計することができる。
【００３２】
ところで、このような設定をした場合、輻射体１１ａ，１１ｂ、Ｔ分岐２２、分岐給電線２３，２４により構成される共振回路において、両輻射体１１ａ，１１ｂには、ほぼ逆位相の電流が流れる。また、アンテナとして有効に機能させるためには、両輻射体１１ａ，１１ｂからの輻射に基づいて遠方で観測されるベクトルポテンシャルが、できるだけ加算増大し合う関係である必要がある。このことから、輻射体１１ａ，１１ｂの各ヘリックス１３を流れる電流の物理的な向きは、互いに逆向き（互いに接近する方向、あるいは互いに離れる方向）となるように、各輻射体１１ａ，１１ｂを形成し配置する。
【００３３】
また、アンテナの設置時等に、並列共振アンテナ２の特性を調整する必要が生じた場合、分岐給電線２３，２４の長さを直接変化させることは困難である。このため、長さやインダクタンスが異なる複数種類のジャンパー１５を用意しておき、使用するジャンパー１５の種類や、ジャンパー１５のヘリックス１３への取付位置を適宜変更することによって、分岐給電線２３，２４の電気長、ひいては上記共振回路のインピーダンスを調整する。
【００３４】
［１．２．輻射体の原理］
ここで、輻射体１１単体を見た場合、ヘリックス１３とスリーブ１２には、互いに逆向きの電流が流れるため、遠方におけるベクトルポテンシャルが殆ど相殺されてしまうかのように見える。しかし、このような構成であっても、輻射体として機能する理由を、図３、図４を参照して説明する。
【００３５】
まず、ヘリックス１３−スリーブ１２間に生じる電磁界は、ヘリックス１３とスリーブ１２に生じるヘリックス１３の電気影像との間に生ずべき電磁界分布と同等となる。従って、図３に示すように、スリーブ１２の半径をａ、ヘリックス１３の半径をｂとすると、ヘリックス１３の電気影像の半径ｃは、（２）式で表される。
【００３６】
【数２】
2016140051.tif 000004
【００３７】
ここで、ヘリックス１３とスリーブ１２の半径比をｋ（＝ｂ／ａ）、遠方から見えるヘリックス１３の範囲を−θｖ〜θｖ、ヘリックス１３の電流片素による電流・寸法積をｄＡｈ（θ，ｋ）、電気影像の電流片素による電流・寸法積をｄＡｉ（θ，ｋ）として、（３）式を用いて、範囲−θｖ〜θｖにおける両電流・寸法積の差の絶対値をＥｏ（ｋ）として求める。但し、θｖは（４）式で表される。
【００３８】
【数３】
2016140051.tif 000005
【００３９】
上式を用いて、Ｅｏ（ｋ）が最大となるｋ（＝ｋｍ）を求め、更に、その最大値を基準として（５）式によって相対的電界強度Ｆ（ｋ）を求めた結果を、グラフ化したものが図４である。なお、図４の算出に当たっては、スリーブの半径ａを、一般的な同軸線路の外導体外形を想定して４０ｍｍとし、信号の周波数ｆを１００ＭＨｚとした。この場合、ｋｍ＝２９が得られた。
【００４０】
【数４】
2016140051.tif 000006
【００４１】
図４からわかるように、ヘリックス１３とスリーブ１２の半径比ｋが、Ｆ（ｋ）＝１に近づくほど、輻射体１１からの輻射による遠方のベクトルポテンシャルは、ヘリックス１３を流れる電流によるベクトルポテンシャルの方が、その逆相となる電気影像電流によるベクトルポテンシャルと比較して、より優位となる。このことを考慮して、ヘリックス１３の半径ｂおよびスリーブ１２の半径ａを設定することにより、有効に機能する輻射体１１が得られる。
【００４２】
このように輻射体１１は、いわゆるダイポール型のアンテナとみなされる従来のヘリカルアンテナとは異なり、ヘリックス１３とスリーブ１２によって形成される電気影像とが対をなす同軸の双ヘリカル型のアンテナ構造であると言える。
【００４３】
［１．３．効果］
以上説明したように、アンテナシステム１では、並列共振アンテナ２の輻射体１１として、ヘリックス１３をスリーブ１２の周囲に同軸上に配置した構造を有するものを用いている。このような構成によれば、輻射体１１の全長をλ／４より小型化しても、反射係数の絶対値を１に近い値より、より小さな値とすることができる。その結果、並列共振アンテナを構成する輻射体として十分な輻射能率を得ることができる。その結果、一層の小型化が可能となる。
【００４４】
また、アンテナシステム１では、各分岐給電線２３，２４の線路長（電気長）が、使用周波数ｆの信号に対して、分岐点Ｑから各輻射体１１ａ，１１ｂを見たインピーダンスが、整合条件を満たし且つ互いに共役となるように設定されている。これにより、輻射体１１ａ，１１ｂには、共振によって得られる大きな電流を流すことができる。
【００４５】
更に、アンテナシステム１では、輻射体１１ａ，１１ｂの構造（ヘリックスの巻き方）や配置、分岐給電線２３，２４の線路長、分岐給電線２３，２４と輻射体１１ａ，１１ｂとの接続の仕方（給電タイプ）などが、輻射体１１ａ，１１ｂを流れる電流の位相が、両
者に基づくベクトルポテンシャルが遠方において互いに加算増大し合う関係となるように設定されている。その結果、λ／４より大幅に小型化しても、アンテナとして必要な出力を得ることができる。
【００４６】
なお、図１０を用いて説明した設計手法は、各輻射体のインピーダンスには左右されないため、原理的には各輻射体を望みのままに小さくすることが可能である。しかし、従来のヘリカルアンテナやループアンテナを輻射体として使用した場合に、輻射体を過度にまたは必要以上に小さくすることは、放射能率軽減効果の鈍化を招き、一定性能の要求条件下における小型化の限界を縮めることになる。これに対して、アンテナシステム１では、上述した構成を有する輻射体１１ａ，１１ｂを用いることによって、輻射能率の低下を軽減し、実用的な特性を実現しているのである。
【００４７】
ここで、図１１，図１２は、個々の輻射体１１ａ，１１ｂのサイズをλ／１２とし、即ち、両輻射体の合計サイズをλ／６強とした場合のＶＳＷＲ特性およびインピーダンス特性の実測値を示したものである。図からわかるように、アンテナとして機能する十分な特性が得られている。このように、並列共振アンテナ２は、二つの輻射体の合計サイズ（λ／６）が、通常のアンテナ輻射体のサイズ（λ／２）と比較して１／３程度であっても、問題なく機能することがわかる。
【００４８】
また、図１３に示すように、アンテナのＶＳＷＲ特性は、シミュレーション結果（（ａ）参照）と実測値（（ｂ）参照）とでほぼ同じ結果を示しており、上述の説明を根拠づける結果といえる。図１４は、図中の太線実線が各輻射体単体のインピーダンスの実施例であり、図中の細線波線が給電点Ｐから両輻射体の合成インピーダンスの周波数特性をシミュレーションによって求めた結果である。なお、図中の太線破線は整合条件を示し、二つの×印は整合条件を満足するインピーダンスの共役点、即ち、図１０におけるＺａｃ、Ｚｂｃに相当する点を示す。この図からも、シミュレーションによって、図１０（ｂ）に示した実施例と同様の結果が得られることがわかる。
【００４９】
アンテナシステム１によれば、輻射体１１を構成するヘリックス１３と給電部２０を構成する給電線の芯線とをジャンパー１５を介して接続しており、しかも、ヘリックス１３との接続点を適宜選択できるように構成されている。このため、ジャンパー１５の種類や取付位置を適宜変更することによって、並列共振アンテナ２の特性を簡単に調整することができる。
【００５０】
アンテナシステム１によれば、ショートスタブ３が、主給電線２１の外被表面に不平衡電流が流れることを抑止するため、並列共振アンテナ２の特性劣化を防止することができる。
【００５１】
［１．４．変形例］
上記実施形態では、輻射体１１として、右ネジ（ＲＨ）型かつポジティブ給電（ＰＦ）であり、輻射体１１の給電端が分岐点Ｑから見て遠端側（Ｔ）に位置するＰＨＰＦ＿Ｔ型のものを用いているが、これに限るものではない。図５に示すように、両輻射体１１ａ，１１ｂで、ヘリックス１３の巻き方が同じであり、スリーブ１２の軸に沿った電流の流れる物理的な向きが互いに逆向きとなる組み合わせであればよい。なお、輻射体１１の給電端が分岐点Ｑから見て近端側に位置するものを＿Ｂで表すものとする。つまり、ＲＨＰＦ＿Ｔ型は、ＲＨＰＦ＿Ｔ型またはＲＨＮＦ＿Ｂ型との組み合わせが可能であり、ＬＨＰＦ＿Ｔ型は、ＬＨＰＦ＿Ｔ型またはＬＨＮＦ＿Ｂ型との組み合わせが可能であり、ＲＨＮＦ＿Ｔ型は、ＲＨＮＦ＿Ｔ型またはＲＨＰＦ＿Ｂ型との組み合わせが可能であり、ＬＨＮＦ＿Ｔ型は、ＬＨＮＦ＿Ｔ型またはＬＨＰＦ＿Ｂ型との組み合わせが可能である。
【００５２】
また、ヘリックス１３の巻き方は、両輻射体１１ａ，１１ｂで、必ずしも一致している必要はなく、電流の流れる方向が互いに逆向きとなっていれば、異なる巻き方のものを組み合わせてもよい。但し、巻き方の向きの組み合わせで、輻射される偏波が異なったものとなる。
【００５３】
［２．第２実施形態］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００５４】
前述した第１実施形態では、輻射体１１ａ，１１ｂを同一軸上に配置している。これに対し、第２実施形態では、輻射体１１ａ，１１ｂを平行に配置する点で第１実施形態とは相違する。
【００５５】
［２．１．構成］
図６に示すように、本実施形態のアンテナシステム１ａは、並列共振アンテナ２ａの構成が第１実施形態とは異なる。
【００５６】
並列共振アンテナ２ａの輻射部１０は、第１実施形態のものと同様に構成された一対の輻射１１ａ，１１ｂを備える。即ち、ＲＨ型のものを用いている。
給電部２０ａは、主給電線２１とＴ分岐線２２と分岐給電線２５，２６を備える。分岐給電線２５は、Ｌ字屈曲部２５１および直線部２５２を備え、分岐給電線２６は、直線部２６１およびＬ字屈曲部２６２を備える。これらはいずれも同軸線路によって構成されている。分岐給電線２５の直線部２５２は、輻射体１１ａを構成するスリーブ１２の空洞部分を貫通するように配線され、一端がＬ字屈曲部２５１に接続され、他端が輻射体１１ａの給電端と電気的に接続されている。Ｌ字屈曲部２５１は、一端が直線部２５２に接続され、他端がＴ分岐２２に接続されている。Ｌ字屈部２５１は、配線方向を９０°屈曲させるものであり、ここでは、主給電線２１の配線方向とは反対方向に屈曲させている。分岐給電線２６の直線部２６１は、一端がＴ分岐２２に接続され他端がＬ字屈曲部２６２に接続されている。Ｌ字屈部２６２は、一端が直線部２６１に接続され、他端が輻射体１１ｂの給電端と電気的に接続されている。Ｌ字屈曲部２６２は、配線方向を９０°屈曲させるものであり、ここでは、分岐給電線２５のＬ字屈曲部２５１による屈曲方向と同じ方向に屈曲させている。これにより、輻射体１１ａ，１１ｂは、主給電線２１の配線方向に沿って平行に配置される。なお、必要に応じ、Ｌ字屈曲部２５１とＴ分岐２２の間に、適当な長さの分岐給電線を挿入してもよい。
【００５７】
輻射体１１ａと分岐給電線２５の直線部２５１とは、輻射体１１ａの先端側（分岐点Ｑに対して遠端側）でポジティブ給電されるように、即ち、ヘリックスの巻き方も含めてＲＨＰＦ＿Ｔ型で接続されている。一方、輻射体１１ｂと分岐給電線２６のＬ字屈曲部２６２とは、輻射体１１ｂの付け根側（分岐点Ｑに対して近端側）でネガティブ給電されるように、即ち、ヘリックスの巻き方も含めてＲＨＮＦ＿Ｂ型で接続されている。つまり、輻射体１１ａ，１１ｂのヘリックス１３を流れる電流の物理的な向きは、輻射体１１ａでは図中上から下方向に、輻射体１１ｂでは図中下から上方向になり、互いに逆方向となる。
【００５８】
［２．２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、輻射体１１ａ，１１ｂの配置の違いに基づいて輻射される電波の回転偏波成分が異なったものとなる以外は、前述した第１実施形態の効果と同様の効果が得られる。
【００５９】
［２．３．変形例］
第２実施形態では、輻射体１１ａ，１１ｂは、ＲＨＰＦ＿Ｔ型とＲＨＮＦ＿Ｂ型とを組
み合わせているが、これに限るものではない。図７に示すように、両輻射体１１ａ，１１ｂで、ヘリックス１３の巻き方が同じであり、スリーブ１２の軸に沿った電流の流れる方向が互いに逆向きとなる組み合わせであればよい。つまり、ＲＨＰＦ＿Ｔ型またはＲＨＮＦ＿Ｂ型は、ＲＨＮＦ＿Ｔ型またはＲＨＰＦ＿Ｂ型との組み合わせが可能であり、ＬＨＰＦ＿Ｔ型またはＬＨＮＦ＿Ｂ型は、ＬＨＮＦ＿Ｔ型またはＬＨＰＦ＿Ｂ型との組み合わせが可能である。
【００６０】
また、ヘリックス１３の巻き方は、両輻射体１１ａ，１１ｂで、必ずしも一致している必要はなく、電流の流れる方向が互いに逆向きとなっていれば、逆の巻き方のものを組み合わせてもよい。但し、巻き方の向きの組み合わせで、輻射される電波の回転偏波成分が異なったものとなる。具体的には、両輻射体１１ａ，１１ｂの巻き方が同じ場合（ＲＨ型同士またはＬＨ型同士の組み合わせ）は楕円偏波となり、巻き方が逆の場合（ＲＨ型とＬＨ型の組み合わせ）は円偏波成分が打ち消し合うため直線偏波となる。
【００６１】
［３．第３実施形態］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００６２】
［３．１．構成］
図８に示すように、本実施形態のアンテナシステム１ｂは、並列共振アンテナ２ｂとバルン３ｂを備える。
【００６３】
並列共振アンテナ２ｂは、輻射部１０の構成は第１実施形態と同様であり、給電部２０ｂの構成が異なる。
給電部２０ｂは、主給電線２１と、Ｔ分岐２２と、分岐給電線２３，２７とを備える。分岐給電線２７は、Ｕ字屈曲部２７１および直線部２７２を備える。給電部２０ｂを構成する各部は、いずれも同軸線路によって構成されている。分岐給電線２７の直線部２７２は、輻射体１１ｂを構成するスリーブ１２の空洞部分を貫通するように配線され、一端がＵ字屈曲部２７１に接続され、他端が輻射体１１ｂの給電端と電気的に接続されている。Ｕ字屈曲部２７１は、一端が直線部２７２に接続され、他端がＴ分岐２２に接続されている。Ｕ字屈曲部２７１は、配線経路をＵ字状に屈曲させるものであり、主給電線２１の配線方向と同方向に突出するように配線されている。
【００６４】
ショートスタブ３ｂは、Ｕ字屈部２７１を収納可能な大きさを有し、実際に収納するように配置されていること以外は、第１実施形態のショートスタブ３と同様に構成されている。
【００６５】
［３．２．効果］
アンテナシステム１ｂによれば、輻射体１１ａ，１１ｂを共振させるために輻射体１１ａ，１１ｂの配置間隔より長い線路長が必要であるため、Ｕ字屈部２７１を設けることによって必要な線路長を確保することができる。しかも、このＵ字屈曲部２７１がバルン３ｂに収納されるため、外見を良好なものとすることができる。
【００６６】
［４．第４実施形態］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。但し、本実施形態では、スタブを省略した並列共振アンテナについて説明する。もちろんスタブを備えた構成であってもよい。
【００６７】
［４．１．前提］
第１実施形態では、分岐給電線２３，２４の線路長は、分岐点Ｑから各輻射体１１ａ，１１ｂを見たインピーダンスが、送信信号の周波数ｆにおいて互いに共役となり、かつ、給電点Ｐから分岐点Ｑを見たインピーダンスＺｃが主給電線２１の特性インピーダンスＺｏと整合する（Ｚｃ＝Ｚｏとなる）よう、即ち、（１）式を満たすように、分岐給電線２３，２４の線路長を設定している。このような条件を満たす輻射体インピーダンスＺａ，Ｚｂに、特別な制約はない。
【００６８】
ところで、分岐給電線２３，２４の線路長を増加させることは、スミスチャート上では、輻射体インピーダンスを表す点を、スミスチャートの中心（１．０の点）を中心とする円周に沿って時計回りに移動させることに相当し、その移動の軌跡が長いほど線路長は長くなる。例えば、図１０（ａ）の場合は、ＺａからＺａｃに至る軌跡より、ＺｂからＺｂｃに至る軌跡が長いため、分岐給電線２４の方が分岐給電線２３より線路長は長くなる。
【００６９】
また、スミスチャート上において、輻射体インピーダンスＺａ，Ｚｂは、一般的には、輻射体を小形化するほど、整合インピーダンスであるスミスチャートの中心から外れ、反時計方向に回転する螺旋を描きながら全反射を意味する外周円、すなわち反射係数の絶対値（スミスチャートの中心からの距離）｜Γ｜は１．０に限りなく近づく。つまり、反射係数の絶対値｜Γ｜とその位相（スミスチャートの中心からみた角度）が如何なる値になるかは、輻射体１１ａ，１１ｂを構成するアンテナの形式・構造ならびに小形化の度合いに依存して決まる。
【００７０】
このため、輻射体インピーダンスＺａ，Ｚｂの値によっては、線路長が非常に長くなる場合がある。例えば、図１６に示すように、Ｚａｃから右回りにＺｂｃに至る軌跡の途中にＺａ，Ｚｂが存在する場合、輻射体１１ａ（インピーダンスＺａ）に至る分岐給電線２３は、輻射体１１ｂ（インピーダンスＺｂ）に至る分岐給電線２４よりも、λ・θ／４πだけ長くする必要がある。なお、λは周波数ｆにおける波長、θはＺｂｃから右回りにＺａｃに至る角度である。このような分岐給電線２３，２４の線路長の増大は、並列共振アンテナの小形化を物理的に困難にするだけでなく、分岐給電線２３，２４での損失も増大するという問題が生じる。つまり、小形化、低損失化の観点からすると、輻射体インピーダンスＺａ，Ｚｂには、実質的な制約が存在することになる。
【００７１】
本実施形態は、このような第１〜第３実施形態を実現する上で生じた新たな課題を解決するためのものである。
［４．２．構成］
図１５に示すように、並列共振アンテナ２ｃ、輻射部１０と給電部２０ｃを備える。輻射部１０を構成する輻射体１１ａ，１１ｂの構成は、第１実施形態と同様であり、給電部２０への取付状態は、縦でも横でもよい。ここでは、第２、第３実施形態と同様に、縦に取り付けた場合を示している。
【００７２】
給電部２０ｃは、主給電線２１と、Ｔ分岐２２と、分岐給電線２３，２４と、リアクタンス素子２８とを備える。分岐給電線２３，２４は、同軸線路によって構成され、それぞれ一端が輻射体１１ａ，１１ｂに接続されている。リアクタンス素子２８はコンデンサからなり、分岐給電線２３の輻射体１１ａ接続端とＴ分岐２２との間に直列に接続されている。Ｔ分岐２２は、リアクタンス素子２８の他、主給電線２１の一端、分岐給電線２４の輻射体１１ｂ接続端とは反対側端が接続されている。
【００７３】
［４．３設計方法］
ここでリアクタンス素子２８であるコンデンサの容量および分岐給電線２３，２４の線路長の設計方法について説明する。
【００７４】
ここでは、二つの輻射体１１ａ，１１ｂのインピーダンスＺａ，Ｚｂは同一（Ｚａ＝Ｚｂ）であるものとする。
まず、図１６に示すように、スミスチャートの中心を中心点として輻射体インピーダンスＺａ，Ｚｂを通過する円、すなわち分岐給電線の線路長を変化させたときの軌跡（図中の中太破線）と、スミスチャートの０，２．０の点を直径とする円、すなわち（１）式に示す整合条件を満たす円（図中の太破線）との交点を、目標とするインピーダンスＺａｃ，Ｚｂｃに設定する。
【００７５】
次に、分岐給電線による軌跡に沿って、Ｚａ，Ｚｂから時計回りにＺｂｃに至る軌跡の長さに応じて分岐給電線２２，２３の線路長（同じ長さ）を設定する。
次に、スミスチャートの∞に接し且つＺａｃ，Ｚｂｃを通過する円、すなわち分岐給電線に直列接続したリアクタンス素子を変化させたときの軌跡（図中の一点鎖線）に沿って、Ｚｂｃから反時計回りにＺａｃに至る軌跡の長さに応じてリアクタンス素子であるコンデンサの容量を設定する。
【００７６】
このような調整が可能となるのは、輻射体インピーダンスの反射係数の絶対値｜Γ｜が１に近い場合、スミスチャートにおける分岐給電線による軌跡と、Ｚａｃ、Ｚｂｃを通過するリアクタンス素子による軌跡とで、スミスチャートの０側に位置するＺａｃとＺｂｃとの間の円弧部分の形状が近似していることによる。
【００７７】
なお、本実施形態では、リアクタンス素子２８を、分岐給電線２３とＴ分岐２２との間に挿入しているが、分岐給電線２３と輻射体１１ａの間に挿入してもよい。また、リアクタンス素子２８を分岐給電線２３の代わりに分岐給電線２４に挿入したり、分岐給電線２３，２４の両方に挿入したりしてもよい。また、分岐給電線２３，２４のいずれか一方または両方を、リアクタンス素子によって構成してもよい（分岐給電線を省略してリアクタンス素子２８のみを挿入しているとも言える）。更に、リアクタンス素子２８としてコンデンサ（負のリアクタンス）を使用しているが、インダクタンス（正のリアクタンス）を使用してもよい。
【００７８】
また、上述の説明では、図１７（ａ）に示すように、分岐給電線２３，２４の線路長によりＺａ，Ｚｂ→Ｚｂｃ、分岐給電線２３側へのコンデンサの挿入によりＺｂｃ→Ｚａｃとする設計をしているが、例えば、図１７（ｂ）に示すように、両分岐給電線２３，２４へのコンデンサの挿入によりＺａ，Ｚｂ→Ｚａｃ、分岐給電線２４の線路長によりＺａｃ→Ｚｂｃとしてもよい。また、Ｚａ，ＺｂがＺｂｃを挟んでＺａｃとは反対側に存在する場合は、図１７（ｃ）に示すように、両分岐給電線２３，２４へのコンデンサ挿入によりＺａ，Ｚｂ→Ｚａｃ、分岐給電線２４の線路長によりＺａｃ→Ｚｂｃとしてもよい。更に、Ｚａ，ＺｂがＺａｃを挟んでＺｂｃとは反対側に存在する場合、図１７（ｄ）に示すように、分岐給電線２３，２４の線路長によりＺａ，Ｚｂ→Ｚａｃ、分岐給電線２４へのインダクタの挿入によりＺａｃ→Ｚｂｃとしてもよい。
【００７９】
［４．４．効果］
以上説明したように、本実施形態では、分岐給電線２３，２４の線路長の調整だけでは、時計回りにしか調整することができなかった輻射体インピーダンスの位相を、分岐給電線２３と直列にリアクタンス素子２８（ここではコンデンサ）を挿入することによって、反時計回りにも調整できるようにしている。すなわち、分岐給電線２３，２４の線路長とリアクタンス素子２８とによって輻射体インピーダンスの虚数部を任意に調整できるようにしている。
【００８０】
これにより、スミスチャートの給電線による軌跡上でＺｂｃ付近、またはＺａｃから右回りにＺｂｃに至る経路にＺａ，Ｚｂが存在する場合（図１７（ａ）〜（ｃ）参照）でも、Ｚｂｃから右回りでＺａｃに至る角度に相当する長い線路長を必要とすることなく、最大でもＺａｃから右回りでＺａｃに至る角度に相当する線路長で、並列共振アンテナの整合条件を満たすように給電点Ｐからみた輻射体インピーダンスを調整することができる。その結果、新たな課題であった、輻射体の形式・構造および小形化の程度がもたらす輻射体インピーダンスＺａ，Ｚｂに対する実質的な制約を解消することができる、設計の自由度を広げることができる。
【００８１】
［５．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。
【００８２】
（１）上記第１実施形態の分岐給電線２４をヘリカル同軸線路で構成したが、給電部２０を構成する他の部分もヘリカル同軸線路で構成してもよい。
（２）上記実施形態では、給電線の電気長、ひいてはインピーダンスの調整にジャンパー１５を使用しているが、これに限定されるものではない。例えば、誘導性素子や容量性素子からなる調整片１６を、図９（ａ）に示すように、ジャンパー１５の代わりに、あるいはジャンパー１５とヘリックス１３の間に挿入したり、図９（ｂ）に示すように、ヘリックス１３の途中に挿入したりしてもよい。また、これらの位置に、一端がスリーブ１２に接地された調整片１６を接続するようにしてもよい。これらの場合、輻射体１１には、調整片１６を取り付けるための端子を設けてもよい。
【００８３】
（３）上記実施形態では、ショートスタブ３，３ｂとして、筒状に形成されたいわゆるバルンを用いているが、スタブとして機能すれば筒状以外の形状のものを用いてもよい。
（４）上記実施形態では、輻射体１１の終端にて、短絡片１４を用いて、ヘリックス１３をスリーブ１２に接続しているが、短絡片１４の代わりに、インピーダンス調整のための誘導性素子または容量性素子からなる終端部を介して接続するように構成してもよい。
【００８４】
（５）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００８５】
（６）本発明は、上述したアンテナシステム１，１ａ，１ｂの他、当該当該アンテナシステム１，１ａ，１ｂあるいは並列共振アンテナ２，２ａ，２ｂを構成要素とするシステム、輻射体１１を構成要素とするアンテナなど、種々の形態で実現することもできる。
【符号の説明】
【００８６】
１，１ａ，１ｂ…アンテナシステム  ２，２ａ，２ｂ，２ｃ…並列共振アンテナ  ３，３ｂ…ショートスタブ  １０…輻射部  １１ａ，１１ｂ…輻射体  １２…スリーブ  １３…ヘリックス  １４…短絡片  １５…ジャンパー  １６…調整片  ２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…給電部  ２１…主給電線  ２２…Ｔ分岐  ２３，２４，２５，２６，２７…分岐給電線  ２８…リアクタンス素子
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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