(57)【要約】【課題】ＱＦＨアンテナのインピーダンスを所望値近傍に設定でき、同軸ケーブル等に対して容易にインピーダンス整合する。【解決手段】ＱＦＨアンテナ１０は、アンテナエレメント２１，２２を備えている。アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２は、送受信信号の波長の略整数倍の長さを有する線状導体によって構成されるループアンテナからなる。アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２のループは複数巻きされている。複数巻きのループアンテナのインピーダンスは単層巻きよりも高くなる。アンテナエレメント２１，２２の長さ方向の両端２１１，２１２，２２１，２２２は給電点に接続されている。アンテナエレメント２１，２２は、離間する二点で交差し、当該交差する二点間の線状導体が略同じ形状でヘリカル状に巻回されている。【選択図】  図１
2017108328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信信号の波長の略整数倍の長さを有する線状導体をねじれたループ状にすることによってそれぞれに形成された第１のアンテナエレメントおよび第２のアンテナエレメントを備え、前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントが二点で交差するように配置されたＱＦＨアンテナであって、
前記第１のアンテナエレメントと前記第２のアンテナエレメントは、ループが複数巻きされている、
ＱＦＨアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のＱＦＨアンテナであって、
前記ループは２重巻きである、
ＱＦＨアンテナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＱＦＨアンテナと、
前記第１のアンテナエレメントの前記長さ方向の第１端および第２端と、同軸ケーブルとに接続し、該同軸ケーブル側と前記第１のアンテナエレメント側との間で不平衡平衡変換を行うバラン回路と、
前記第２のアンテナエレメントの前記長さ方向の第１端と、前記第１のアンテナエレメントの第１端との間に接続された第１の９０°移相回路と、
前記第２のアンテナエレメントの前記長さ方向の第２端と、前記第１のアンテナエレメントの第２端との間に接続された第２の９０°移相回路と、
を備えた、アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のＱＦＨアンテナと、
前記第１のアンテナエレメントの前記長さ方向の第１端および第２端と、前記第２のアンテナエレメントの前記長さ方向の第１端および第２端と、同軸ケーブルとに接続し、前記同軸ケーブルを伝送する不平衡信号の位相を９０°ずつシフトして、前記第１のアンテナエレメントの第１端および第２端と、前記第２のアンテナエレメントの第１端および第２端に出力する４分割ハイブリッド回路と、
を備えた、アンテナ装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のＱＦＨアンテナと、
前記第１のアンテナエレメントの前記長さ方向の第１端および第２端と、同軸ケーブルとに接続し、該同軸ケーブル側と前記第１のアンテナエレメント側との間で９０°移相回路と、
前記第１のアンテナエレメントの前記長さ方向の第１端と、前記第１のアンテナエレメントの第２端との間に接続された第１の片方の位相を反転させる２分配を行う第１のバラン回路と、
前記第２のアンテナエレメントの前記長さ方向の第１端と、前記第２のアンテナエレメントの第２端との間に接続された第２の片方の位相を反転させる２分配を行う第２のバラン回路と、
を備えた、アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏波の電波を送信または受信するＱＦＨアンテナおよびアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円偏波の電波を送信または受信するアンテナとして、特許文献１に示すように、ＱＦＨアンテナ（Ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ  Ｈｅｌｉｘ  Ａｎｔｅｎｎａ）がある。
【０００３】
ＱＦＨアンテナは、球冠状の指向特性を有するので、ＧＮＳＳ（Ｇｒｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の測位信号（例えば、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）信号）の受信アンテナ等として有効に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２６６４６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＱＦＨアンテナの特性インピーダンスは、共振周波数において２５［Ω］から３０［Ω］程度（平衡型）である。
【０００６】
一方、現在、高周波用として一般的に使用頻度が高い同軸ケーブルのインピーダンスは、５０［Ω］（不平衡型）である。
【０００７】
このため、従来のＱＦＨアンテナと汎用の同軸ケーブルとのインピーダンス整合は困難であった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、アンテナインピーダンスを５０［Ω］（不平衡型）近傍の値に設定でき、同軸ケーブル等に対して容易にインピーダンス整合することができるアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のＱＦＨアンテナは、送受信信号の波長の略整数倍の長さを有する線状導体をねじれたループ状にすることによってそれぞれに形成された第１のアンテナエレメントおよび第２のアンテナエレメントを備える。第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントは、ループが複数巻きされている。
【００１０】
この構成では、各アンテナエレメントのインピーダンスが単層のループよりも高くなり、さらに、アンテナエレメントの巻き数を増加することによってＱＦＨアンテナのインピーダンスがさらに高くなる。したがって、高いインピーダンスにも対応が可能になり、巻回数、アンテナエレメント数によって、アンテナインピーダンスを所望値近傍のインピーダンスに設定することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、アンテナインピーダンスを理想値の近傍に設定できる。これにより、同軸ケーブル等の外部の伝送線路や回路に対して容易にインピーダンス整合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態に係るアンテナの外観斜視図、（Ｂ）は本発明の実施形態に係るアンテナの平面図
【図２】本発明の実施形態に係るアンテナエレメントの平面図
【図３】本発明の実施形態に係るアンテナ装置の給電回路を示す回路ブロック図
【図４】本発明の実施形態に係るアンテナ装置の第２の給電回路を示す回路ブロック図
【図５】本発明の実施形態に係るアンテナ装置の第３の給電回路を示す回路ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係るアンテナおよびアンテナ装置について、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係るアンテナの外観斜視図であり、図１（Ｂ）は本発明の実施形態に係るアンテナの平面図である。図１（Ｂ）は、アンテナを天頂側から視た平面図である。
【００１４】
図１に示すように、アンテナ１０は、アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２とを備える。アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２は、それぞれ線状導体からなる。アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２は、同一形状である。アンテナエレメント２１およびアンテナエレメント２２が、本発明の「第１のアンテナエレメント」および「第２のアンテナエレメント」に対応する。
【００１５】
図２に示すように、平面視して、アンテナエレメント２１は、線状導体を略二重巻きにした形状である。線状導体の第１端２１１と第２端２１２は給電点であり、給電回路ＦＣに接続される。同様に、アンテナエレメント２２を形成する線状導体の第１端２２１と第２端２２２は、給電点である。
【００１６】
アンテナエレメント２１を形成する線状導体の長さは、アンテナエレメント２１の共振周波数に基づく波長の整数倍である。したがって、アンテナエレメント２１で共振周波数の高周波信号を受信すると、アンテナエレメント２１の第１端と第２端とには、半波長（１８０°）の位相差を有する平衡信号が出力される。一方、アンテナエレメント２１の第１端と第２端とに、平衡信号（１８０°の位相差を有する共振周波数の信号）が入力されると、アンテナエレメント２１は、この共振周波数を有する高周波信号を放射する。
【００１７】
また、アンテナエレメント２１の長さが上述の長さであることから、アンテナエレメント２１における第１端２１１と第２端２１２との中間点は、グランド電位可能点２１３である。同様に、アンテナエレメント２２における第１端２２１と第２端２２２との中間点は、グランド電位可能点２２３である。
【００１８】
このように、アンテナエレメント２１（およびアンテナエレメント２２）は、多重巻きループアンテナ（Ｍｕｌｔｉ  Ｔｕｒｎ  Ｌｏｏｐ  Ａｎｔｅｎｎａ）として機能する。
【００１９】
各ループの長さは、線状導体長を巻き数で除算したものとなる。このような多重巻きループアンテナは、単層巻きのループアンテナよりもインピーダンスが高くなる。例えば、ｎ層巻きの多重巻きループアンテナのインピーダンスは、単層巻きのループアンテナのインピーダンスのｎ２倍となる。
【００２０】
図１に示すように、アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２は、ヘリカル状に巻く形状で配置されている。言い換えれば、アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２は、図１の二点鎖線に示す仮想円筒１００の外面に巻き付けるように配置されている。
【００２１】
より具体的には、図１（Ｂ）に示すように、仮想円筒の１００の天面１０１の中心において、アンテナエレメント２１の長さ方向の第１点とアンテナエレメント２２の長さ方向の第１点とが交差している。この交差位置において、アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２は、９０°の角度を成すように配置されている。アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２との間には、絶縁体が介在しており、アンテナエレメント２１とアンテナエレメント２２は導通していない。
【００２２】
アンテナエレメント２１における第１点に対して線状導体の長さの半分の位置にある第２点はグランド電位可能点２１３であり、アンテナエレメント２２における第１点に対して線状導体の長さの半分の位置にある第２点はグランド電位可能点２２３である。これらのグランド電位可能点２１３，２２３は、仮想円筒１００の底面１０２の中心において重なっており、このグランド電位可能点２１３，２２３においてアンテナエレメント２１，２２は９０°の角度を成して交差している。
【００２３】
アンテナエレメント２１，２２におけるグランド電位可能点２１３，２２３は、電位が０の点である。したがって、このグランド電位可能点２１３，２２３を用いて、アンテナの帯電防止や落雷対策を目的としたアンテナ支持金具への固定やグランド電位への接地を行うことができる。そして、このように、グランド電位可能点２１３，２２３が重なっていることによって、このような固定および接地を容易に行うことができる。
【００２４】
アンテナエレメント２１における第１点と第２点とを結ぶ線状導体は、仮想円筒１００の側面（円周面）１０３に沿ってヘリカル状に配置されている。アンテナエレメント２２における第１点と第２点を結ぶ線状導体は、仮想円筒１００の側面（円周面）に沿ってヘリカル状に配置されている。側面１０３においては、アンテナエレメント２１を構成する線状導体とアンテナエレメント２２を構成する線状導体は、長さ方向に直交する方向において、長さ方向の位置によることなく、一定の間隔を空けて配置されている。
【００２５】
アンテナエレメント２１の長さ方向の第１端２１１および第２端２１２と、アンテナエレメント２２の長さ方向の第１端２２１および第２端２２２とは、アンテナエレメント２１およびアンテナエレメント２２の第２点の近傍に配置されている。
【００２６】
この構成により、アンテナ１０は、２本のアンテナエレメント２１，２２によって構成されたＱＦＨアンテナとなる。そして、アンテナ１０は、上述の構成によって、仮想円筒１００の軸方向を天頂方向に沿った軸として、球冠状の指向特性で円偏波の電波を送受信することができる。
【００２７】
さらに、上述のように、アンテナエレメント２２はそれぞれに二層巻きであり、単層巻きと比較してインピーダンスは高くなる。これにより、単層の線状導体をヘリカル状に巻回したＱＦＨアンテナと比較して、アンテナ１０のインピーダンスを高くすることができる。これにより、従来の構成では対応できない高インピーダンスの回路や伝送線路に対して、簡単なマッチング回路で低損失に接続することができる。
【００２８】
例えば、一般的な同軸ケーブルのインピーダンスは５０［Ω］（不平衡型）であるが、従来の構成のＱＦＨアンテナでは、インピーダンスは２５［Ω］から３０［Ω］程度（平衡型）でしかなく、同軸ケーブルとＱＦＨアンテナとの間に、インピーダンス整合回路を接続しなければならなかった。しかしながら、本実施形態のアンテナ１０では、二層巻きにすることによって、アンテナ１０のインピーダンスを１００［Ω］程度（平衡型）とすることができ、インピーダンス整合回路を接続しなくても、位相が１８０°異なりインピーダンスが５０［Ω］の同軸ケーブル２本にて接続することが可能になる。
【００２９】
このような構成のアンテナ１０に対して、次に示す給電回路を用いるとよい。図３は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の給電回路を示す回路ブロック図である。
【００３０】
給電回路３０は、バラン回路３１、９０°移相回路３２１，３２２を備える。本来、バラン回路３１は、不平衡信号と平衡信号とを変換する回路であるが、本発明では片方の位相を反転させる２分配回路として活用する。バラン回路３１の不平衡側接続端子には、同軸ケーブル９０が接続されている。バラン回路３１の平衡側第１端子（図３における０°の端子）には、９０°移相回路３２１が接続されている。バラン回路３１の平衡側第２端子（図３における１８０°の端子）には、９０°移相回路３２２が接続されている。
【００３１】
９０°移相回路３２１，３２２は、伝送信号の位相、本実施形態では、アンテナ１０で送受信する通信信号の位相を９０°シフトさせる回路である。９０°移相回路３２１におけるバラン回路３１側の端子は、アンテナエレメント２１の第１端２１１への接続端子である。９０°移相回路３２１におけるバラン回路３１側と反対側の端子は、アンテナエレメント２２の第１端子２２１への接続端子である。９０°移相回路３２２におけるバラン回路３１側の端子は、アンテナエレメント２１の第２端子２１２への接続端子である。９０°移相回路３２２におけるバラン回路３１側と反対側の端子は、アンテナエレメント２２の第２端子２２２への接続端子である。
【００３２】
このような給電回路３０を用いることによって、簡素な構成で効率的にアンテナ１０へ給電を行うことができる。
【００３３】
給電回路は、次の構成であってもよい。図４は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の第２の給電回路を示す回路ブロック図である。図５は、本発明の実施形態に係るアンテナ装置の第３の給電回路を示す回路ブロック図である。
【００３４】
図４に示すように、給電回路３０Ａは、４分割ハイブリッド回路３３からなる。４分割ハイブリッド回路３３は、第１信号入力端子から入力された高周波信号を、それぞれに９０°の位相差を有する４個の高周波信号に分ける回路である。４分割ハイブリッド回路３３の第１信号入力端子には、同軸ケーブル９０が接続されている。４分割ハイブリッド回路３３の０°端子は、アンテナエレメント２１の第１端子２１１への接続端子である。４分割ハイブリッド回路３３の−９０°端子は、アンテナエレメント２２の第１端子２２１への接続端子である。４分割ハイブリッド回路３３の−１８０°端子は、アンテナエレメント２１の第２端子２１２への接続端子である。４分割ハイブリッド回路３３の−２７０°端子は、アンテナエレメント２２の第２端子２２２への接続端子である。
【００３５】
このような構成であっても、簡素な構成で効率的にアンテナ１０へ給電を行うことができる。また、図４に示す４分割ハイブリッド回路は、市販品の入手、あるいは作成するにはＳａｌｅｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｖｉｄｅｒや４等分配器と遅延回路の組合せにより、給電回路３０Ａを容易に作成することができる。
【００３６】
図５に示すように、給電回路３０Ｂは、９０°移相回路３４、および、バラン回路３５１，３５２を備える。バラン回路３５１，３５２は、片方の位相を反転させる２分配回路である。バラン３５１の不平衡側接続端子には、９０°移相回路３４の第１端子（図５における０°の端子）が接続されている。バラン回路３５２の不平衡側接続端子には、９０°移相回路３４の第２端子（図５における−９０°の端子）が接続されている。９０°移相回路３４の入力端子には、同軸ケーブル９０が接続されている。
【００３７】
バラン回路３５１の０°端子は、アンテナエレメント２１の第１端２１１への接続端子である。バラン３５１の−１８０°端子は、アンテナエレメント２１の第２端子２１２への接続端子である。バラン回路３５２の−９０°端子は、アンテナエレメント２２の第１端子２２１への接続端子である。バラン回路３５２の−２７０°端子は、アンテナエレメント２２の第２端子２２２への接続端子である。
【００３８】
このような構成であっても、簡素な構成で効率的にアンテナ１０へ給電を行うことができる。
【００３９】
なお、上述の実施形態では、巻きの層数を２とする態様を示したが、上述のように、所望とするインピーダンスに応じて、巻きの層数は適宜調整すればよい。また、ヘリカル形状の縦横比を調整することによって、インピーダンスを調整することも可能である。これにより、アンテナインピーダンスを所望のインピーダンスにさらに正確に近づけることができる。
【００４０】
また、上述の実施形態では、巻きの層数が偶数である場合を示したが、奇数であってもよい。巻きの層数が奇数の場合、グランド電位可能点は、ループ上の給電点と反対側となる。例えば、図１の構成に対応させれば、底面１０２側に給電点があるので、天面１０１側にグランド電位可能点がある。この場合、この天面側でアンテナ支持金具への固定やグランド電位への接地を行えばよい。
【００４１】
なお、上述の図１に示したＱＦＨアンテナは、右旋円偏波用であるが、ループの形状および給電点を図１と鏡面対称に配置することによって、左旋円偏波用のＱＦＨアンテナを実現することができる。
【００４２】
また、上述の図１の第１端２２１と第２端２２２を入れ替えることによって、所謂、トップローディングヘリカルアンテナやバックファイヤーヘリカルアンテナと呼称されるアンテナを実現でき、給電点を上側に配置するＱＦＨアンテナを実現することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：ＱＦＨアンテナ
２１，２２：アンテナエレメント
３０，３０Ａ，３０Ｂ：給電回路
３１，３５１，３５２：バラン回路
３３：４分割ハイブリッド回路
９０：同軸ケーブル
３２１，３２２，３４：９０°移相回路
【図１】
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【図２】
2017108328.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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