(57)【要約】【課題】インピーダンス整合を容易に行えるヘリカルアンテナを安価に提供する。【解決手段】第１のヘリカル導体３は、一端が導体板２に接続された螺旋状に巻回されて設けられている。第２のヘリカル導体４が、第１のヘリカル導体３の他端から一端に向けて折り返されて第１のヘリカル導体に沿って螺旋状に巻回されて設けられている。第２のヘリカル導体４の太さを第１のヘリカル導体３の太さよりも大きくなるように、第１のヘリカル導体３及び第２のヘリカル導体４が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の導体板と、一端が前記導体板に接続された螺旋状に巻回された第１のヘリカル導体と、を備えたヘリカルアンテナにおいて、
前記第１のヘリカル導体の他端から一端に向けて折り返されて前記第１のヘリカル導体に沿って螺旋状に巻回された第２のヘリカル導体を備えた
ことを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２】
前記第２のヘリカル導体の太さを前記第１のヘリカル導体の太さよりも大きくなるように、前記第１のヘリカル導体及び前記第２のヘリカル導体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３】
前記第２のヘリカル導体が、前記第１のヘリカル導体の他端から複数に分岐されて設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘリカルアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカルアンテナに係り、特に、モノポール型のヘリカルアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
λ／４の直線状の導体から構成されたモノポールアンテナを小型化する手法として、図９に示すようなモノポール型のヘリカルアンテナ１が提案されている（例えば特許文献１、２）。同図に示すように、ヘリカルアンテナ１は、導体板２と、ヘリカル導体３と、で構成されている。導体板２は、平板状に形成されている。ヘリカル導体３は、一端が導体板２に接続され、他端が開放されている。ヘリカル導体３は、全長λ／４の導線を導体板２と平行な軸に沿って螺旋状に巻回して設けられている。このようにモノポール型のヘリカルアンテナ１は、ヘリカル導体３が螺旋状に設けられているため、λ／４の導線を直線状に設けたモノポールアンテナに比べて小型化を図ることができる。
【０００３】
しかしながら、上述したようにアンテナを小型化するとアンテナのインピーダンスが下がり、インピーダンス整合が取れなくなる。このため、従来では、集中定数素子などアンテナとは別の部材を用いてインピーダンス整合を行う必要があり、コスト的に問題があった。
【特許文献１】特開平４−２１１５２２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、インピーダンス整合を容易に行えるヘリカルアンテナを安価に提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、平板状の導体板と、一端が前記導体板に接続された螺旋状に巻回された第１のヘリカル導体と、を備えたヘリカルアンテナにおいて、前記第１のヘリカル導体の他端から一端に向けて折り返されて前記第１のヘリカル導体に沿って螺旋状に巻回された第２のヘリカル導体を備えたことを特徴とするヘリカルアンテナに存する。
【０００６】
請求項２記載の発明は、前記第２のヘリカル導体の太さを前記第１のヘリカル導体の太さよりも大きくなるように、前記第１のヘリカル導体及び前記第２のヘリカル導体が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヘリカルアンテナに存する。
【０００７】
請求項３記載の発明は、前記第２のヘリカル導体が、前記第１のヘリカル導体の他端から複数に分岐されて設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘリカルアンテナに存する。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、第１のヘリカル導体の他端から一端に向けて折り返されて第１のヘリカル導体に沿って螺旋状に巻回された第２のヘリカル導体を設けることにより、インピーダンス整合を容易に行え、またアンテナ利得の向上を図ったヘリカルアンテナを安価に提供することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、第２のヘリカル導体の太さを第１のヘリカル導体の太さよりも大きく設けるので、より一層、インピーダンス整合を容易に行え、またアンテナ利得の向上を図ったヘリカルアンテナを安価に提供することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、第２のヘリカル導体が第１のヘリカル導体の他端から複数に分岐されて設けられているので、より一層、インピーダンス整合を容易に行え、またアンテナ利得の向上を図ったヘリカルアンテナを安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１及び図２に示すように、ヘリカルアンテナ１は、導体板２と、第１のヘリカル導体３と、第２のヘリカル導体４と、から構成されている。上記導体板２は、平板状に形成されていて、水平に配置される。第１のヘリカル導体３は、線状に設けられていると共にその一端から他端に向かって接続部３１、ヘリカル部３２、の順に設けられている。接続部３１は、直線状に形成されていて、導体板２に垂直に配置される。接続部３１は、一端が給電点になっていて導体板２に接続されている。ヘリカル部３２は、導体板２と水平な軸周りを螺旋状に巻回されて設けられている。
【００１２】
第２のヘリカル導体４は、線状に設けられていると共にその他端から一端に向かってヘリカル部４２、接続部４１、の順に設けられている。ヘリカル部４２は、第１のヘリカル導体３の他端から一端に向けて折り返されて第１のヘリカル導体３に沿って螺旋状に巻回されて設けられている。接続部４１は、直線状に形成されていて、接続部３１に沿って導体板２に垂直に配置される。接続部４１は、一端が導体板２に接続されている。
【００１３】
上記第１、第２のヘリカル導体３、４は、全長Ｌ1が使用波長λの１／４程度の長さに設けられている。なお、図１及び図２では、第２のヘリカル導体４の太さが第１のヘリカル導体３の太さよりも大きくなるように設けられているが、第１のヘリカル導体３と第２のヘリカル導体４との太さを等しくしてもよい。
【００１４】
本発明者らは、第１のヘリカル導体３の直径Ｒ1＝０．５ｍｍ、第２のヘリカル導体４の直径Ｒ2＝２．０ｍｍの前述した図１に示す本発明品Ａと、Ｒ1＝０．５ｍｍ、Ｒ2＝１．０ｍｍの前述した図１に示す本発明品Ｂと、Ｒ1＝０．５ｍｍ、Ｒ2＝０．５ｍｍの前述した図１に示す本発明品Ｃと、図９に示す従来品Ｄと、について、周波数とＳ１１との関係をシミュレーションした。結果を図３に示す。同図に示すように、本発明品Ａ〜Ｃ及び従来品Ｄの共振周波数は２４０ＭＨｚ〜２８０ＭＨｚ付近であり、若干の変化はあるものの大きな変化はない。
【００１５】
また、本発明者らは、上記本発明品Ａ〜Ｃと、従来品Ｄと、について、インピーダンス特性をシミュレーションした。結果を図４に示す。図４に示すインピーダンス特性（スミスチャート）において、中央は基準特性インピーダンス、右端がインピーダンス無限大、左がインピーダンス０である。本発明品Ａのヘリカルアンテナ１のインピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）は、周波数を２００ＭＨｚから４００ＭＨｚまで上昇させていったとき、図４の実線で示すような軌跡をたどる。同様に、本発明品Ｂ、Ｃ、従来品Ｄのヘリカルアンテナ１のインピーダンスは各々、周波数を２００ＭＨｚから４００ＭＨｚまで上昇させていったとき、図４の一点鎖線、二点鎖線、点線で示すような軌跡をたどる。
【００１６】
図４中の黒丸で示す共振周波数ｆQでは、本発明品Ａ、Ｂ、Ｃは、従来品Ｄよりも図４の中央に近づき良好なインピーダンス整合が取れていることが分かった。即ち、第１のヘリカル導体３の他端から折り返された第２のヘリカル導体４を設ける本発明品Ａ、Ｂ、Ｃは、第２のヘリカル導体４を設けていない従来品Ｄに比べてインピーダンス整合が良好になることが分かった。
【００１７】
また、同図に示すように、共振周波数ｆQでは、Ｒ1＞Ｒ2に設けられた本発明品Ａ、Ｂは、Ｒ1＝Ｒ2に設けられた本発明品Ｃよりも図４の中央に近づきより一層良好なインピーダンス整合が取れていることがわかった。さらに、同図に示すように、共振周波数ｆQ付近では、本発明品Ａは、本発明品Ｂよりも図４の中央に近づきより一層良好なインピーダンス整合が取れていることが分かった。即ち、第２のヘリカル導体４の太さを第１のヘリカル導体３の太さよりも太くするに従って、インピーダンス整合がより良好になることが分かった。
【００１８】
また、上述したように従来品Ｄ、本発明品Ｃ、本発明品Ｂ、本発明品Ａの順でインピーダンス整合が良好になっているため、図３に示すように、共振周波数である２４０ＭＨｚ〜２８０ＭＨｚ付近において、従来品Ｄ、本発明品Ｃ、本発明品Ｂ、本発明品Ａの順にＳ１１が小さくなり、反射が小さくなる。
【００１９】
さらに、本発明者らは、上述した本発明品Ａ〜Ｃと、従来品Ｄと、についてアンテナ利得をシミュレーションした。結果、共振周波数におけるヘリカルアンテナ１の利得は、従来品Ｄが−５．３ｄＢｉ、本発明品Ｃが＋０．３ｄＢｉ、本発明品Ｂが＋１．５ｄＢｉ、本発明品Ａか＋２．９ｄＢｉとなり、従来品Ｄ、本発明品Ｃ、本発明品Ｂ、本発明品Ａの順で大きくなることが分かった。
【００２０】
上述したヘリカルアンテナ１によれば、従来品Ｄと同様にλ／４の長さのモノポールアンテナに比べて小型化を図ることができる。即ち、例えば共振周波数２５０ＭＨｚにおいて波長λ＝１２００ｍであり、モノポールアンテナの長さは１２００／４＝３００ｍｍである。これに対して、本発明は、第１、第２のヘリカル導体３、４の全長Ｌ1をモノポールアンテナと同じ長さ３００ｍｍに設けても、接続部３１、４１の全長Ｌ11＝３０ｍｍ、ヘリカル長Ｌ12を１５０ｍｍとすることができるため、本発明のヘリカルアンテナ１の長さは１８０ｍｍ（３０ｍｍ＋１５０ｍｍ）となり、モノポールアンテナに比べて小型化を図ることができる。
【００２１】
また、上述したヘリカルアンテナ１によれば、第１のヘリカル導体３の他端から一端に向けて折り返されて第１のヘリカル導体３に沿って螺旋状に巻回された第２のヘリカル導体４を設けることにより、インピーダンス整合を容易に行え、またアンテナ利得の向上を図ったヘリカルアンテナ１を安価に提供することができる。
【００２２】
また、上述したヘリカルアンテナ１によれば、第２のヘリカル導体４の太さを第１のヘリカル導体３の太さよりも大きく設けているので、より一層、インピーダンス整合を容易に行え、またアンテナ利得の向上を図ることができる。
【００２３】
第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態を図５及び図６に基づいて説明する。図５及び図６において、図１及び図２について上述した第１実施形態で既に説明したヘリカルアンテナ１と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。同図に示すように、ヘリカルアンテナ１は、導体板２と、第１のヘリカル導体３と、２本の第２のヘリカル導体４と、から構成されている。上記導体板２及び第１のヘリカル導体３については、上述した第１実施形態と同様のためここでは詳細な説明は省略する。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、第２のヘリカル導体４の構成である。２本の第２のヘリカル導体４は、図６に示すように、第１のヘリカル導体３の他端から２つに分岐されて設けられている。
【００２４】
２本の第２のヘリカル導体４は各々、第１実施形態と同様に、線状に設けられていると共にその他端から一端に向かってヘリカル部４２、接続部４１の順に設けられている。ヘリカル部４２は各々、第１のヘリカル導体３の他端から一端に向けて折り返されて第１のヘリカル導体３に沿って螺旋状に巻回されて設けられている。接続部４１は、直線状に形成されていて、接続部３１に沿って導体板２に垂直に配置される。接続部４１は、一端が導体板２に接続されている。
【００２５】
本発明者らは、Ｒ1＝Ｒ2の図５に示す本発明品Ｅと、第２のヘリカル導体４が１本でＲ1＝Ｒ2の上記本発明品Ｃと、図９に示す従来品Ｄと、について周波数とＳ１１との関係をシミュレーションした。結果を図７に示す。同図に示すように、本発明品Ｅ、Ｃ及び従来品Ｄの共振周波数は２４０ＭＨｚ〜２８０ＭＨｚ付近であり、若干の変化はあるものの大きな変化はない。
【００２６】
また、本発明者らは、上述した本発明品Ｅ、Ｃと、従来品Ｄと、について、インピーダンス特性をシミュレーションした。結果を図８に示す。図８に示すインピーダンス特性（スミスチャート）において、本発明品Ｅのヘリカルアンテナ１のインピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）は、周波数を２００ＭＨｚから４００ＭＨｚに上昇させていったとき、図８の実線で示すような軌跡をたどる。同様に、本発明品Ｃ、従来品Ｄのヘリカルアンテナ１のインピーダンスは各々、周波数を２００ＭＨｚから４００ＭＨｚから上昇させていったとき、図８の二点鎖線、点線で示すような軌跡をたどる。
【００２７】
図８中の黒丸で示す共振周波数ｆQでは、本発明品Ｅ、Ｃは、従来品Ｄよりも図８の中央に近づき良好なインピーダンス整合が取れていることが分かった。即ち、第１のヘリカル導体３の他端から折り返された第２のヘリカル導体４を設ける本発明品Ｅ、Ｃは、第２のヘリカル導体４を設けていない従来品Ｄに比べてインピーダンス整合が良好になることが分かった。
【００２８】
また、同図に示すように、共振周波数ｆQでは、２本の第２のヘリカル導体４が設けられた本発明品Ｅは、１本の第２のヘリカル導体４が設けられた本発明品Ｃよりも図８の中央に近づきより一層良好なインピーダンス整合が取れていることがわかった。即ち、第２のヘリカル導体４の本数を多くするに従って、インピーダンス整合がより良好になることが分かった。
【００２９】
また、上述したように従来品Ｄ、本発明品Ｃ、本発明品Ｅの順でインピーダンス整合が良好になっているため、図７に示すように、共振周波数である２４０ＭＨｚ〜２８０ＭＨｚ付近において、従来品Ｄ、本発明品Ｃ、本発明品Ｅの順にＳ１１が小さくなり、反射が小さくなる。
【００３０】
さらに、本発明者らは、上述した本発明品Ｅ、Ｃ、従来品Ｄと、についてアンテナ利得をシミュレーションした。結果、共振周波数におけるヘリカルアンテナ１の利得は、従来品Ｄが−５．３ｄＢｉ、本発明品Ｃが＋０．３ｄＢｉ、本発明品Ｅが＋３．４ｄＢｉとなり、従来品Ｄ、本発明品Ｃ、本発明品Ｅの順で大きくなることが分かった。
【００３１】
上述したヘリカルアンテナ１によれば、第２のヘリカル導体４が、第１のヘリカル導体３の他端から複数に分岐されて設けられているので、より一層、インピーダンス整合を容易に行え、またアンテナ利得の向上を図ったヘリカルアンテナ１を安価に提供することができる。
【００３２】
なお、上述した第２実施形態では、第２のヘリカル導体４を２本しか設けていなかったが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、第２のヘリカル導体４を３本以上も受けるようにしてもよい。
【００３３】
また、上述した第２実施形態では、第２のヘリカル導体４の太さと、第１のヘリカル導体３の太さとを等しく設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。第１実施形態と同様に、第２のヘリカル導体４の太さを第１のヘリカル導体３の太さよりも太くなるように設けてもよい。
【００３４】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のヘリカルアンテナの第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す第１のヘリカル導体と第２のヘリカル導体との展開図である。
【図３】図１に示す本発明品及び従来品についてシミュレーションした周波数−リターンロス特性を示すグラフである。
【図４】図１に示す本発明品及び従来品についてシミュレーションしたインピーダンス特性を示すグラフである。
【図５】本発明のヘリカルアンテナの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５に示す第１のヘリカル導体と第２のヘリカル導体との展開図である。
【図７】図５に示す本発明品及び従来品についてシミュレーションした周波数−リターンロス特性を示すグラフである。
【図８】図５に示す本発明品及び従来品についてシミュレーションしたインピーダンス特性を示すグラフである。
【図９】従来のモノポール型のヘリカルアンテナの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ヘリカルアンテナ
２  導体板
３  第１のヘリカル導体
４  第２のヘリカル導体
【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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