(57)【要約】【課題】逆Ｆ構造を設けてもアンテナサイズを小さくできるヘリカルアンテナを提供する。【解決手段】ヘリカル導体３が、螺旋状に巻回されたヘリカル部３１、及び、ヘリカル部３１の一端を導体板２に接続する接続部３２、から構成されている。逆Ｆ導体４が、その一端がヘリカル導体３に接続され他端が導体板２に接続されている。そして、逆Ｆ導体４が、ヘリカル導体３のヘリカル部３１と同軸上に螺旋状に巻回されて設けられている。【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、螺旋状に巻回されたヘリカル部、及び、前記ヘリカル部の一端を前記導体板に接続する接続部、から構成された線状のヘリカル導体と、一端が前記ヘリカル導体に接続され他端が前記導体板に接続された線状の逆Ｆ導体と、を備えたヘリカルアンテナにおいて、
前記逆Ｆ導体が、螺旋状に巻回されて設けられたことを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２】
前記逆Ｆ導体が、前記ヘリカル導体と同軸上に螺旋状に巻回されて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。
【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８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。上記導体板２は、平板状に形成されている。ヘリカル導体３は、ヘリカル部３１と、接続部３２と、で構成されている。ヘリカル部３１は、全長約λ／４の導線を導体板２と平行な軸回りに螺旋状に巻回して設けられている。接続部３２は、導体板２と直交する方向に沿って設けられていて、ヘリカル部３１の一端を導体板２に接続する。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。そこで、集中定数素子を用いないでインピーダンス整合を図るために上記ヘリカルアンテナ１に逆Ｆ構造を適用することが考えられる。この逆Ｆ構造を有するヘリカルアンテナ１を図９に示す。同図に示すように、ヘリカルアンテナ１は、上記導体板２と、ヘリカル導体３とに加えて、逆Ｆ導体４で構成されている。逆Ｆ導体４は、導線を導体板２と直交する方向に沿って設けている。逆Ｆ導体４は、その一端がヘリカル導体３のヘリカル部３１−接続部３２間に接続され他端が導体板２に接続されている。図９はＬ型のヘリカルアンテナ１に逆Ｆ構造を適用した例を示したが、例えば、図１０に示すように、直立型のヘリカルアンテナ１に逆Ｆ構造を適用することも考えられる。同図に示すように、Ｌ型ヘリカルアンテナ１ではヘリカル部３１が導体板２と平行な軸周りに螺旋状に巻回されるのに対して、直立型のヘリカルアンテナ１ではヘリカル部３１が導体板２と直交する軸周りに螺旋状に巻回されている。
【０００４】
次に、接続部３２−逆Ｆ導体４間の距離ｆがそれぞれ１０mm、２mm、１mmの図９に示す逆Ｆ構造のＬ型ヘリカルアンテナ１と、図８に示すヘリカルアンテナ１と、の各々について、周波数とＳ１１との関係をシミュレーションした結果を図１１に示すと共に、インピーダンス特性をシミュレーションした結果を図１２に示す。なお、上記図１１及び図１２においては、ヘリカル直径Ｒ＝１０mm、ヘリカル長Ｌ１＝１５０mm、接続部長Ｌ２＝３０mm、ヘリカルターン＝１２のヘリカル部３１を用いてシミュレーションを行っている。
【０００５】
また、距離ｆが２mmの図９に示す逆Ｆ構造のＬ型ヘリカルアンテナ１と、距離ｆが２mm、４mmの図１０に示す逆Ｆ構造の直立型ヘリカルアンテナ１と、の各々について、周波数とＳ１１との関係をシミュレーションした結果を図１３に示すと共に、インピーダンス特性をシミュレーションした結果を図１４に示す。なお、図１３及び図１４においては、ヘリカル直径Ｒ＝１０mm、ヘリカル長Ｌ１＝２５mm、接続部長Ｌ２＝１０mm、ヘリカルターン１２のヘリカル部３１を用いてシミュレーションを行っている。
【０００６】
図１１〜図１４からも明らかなように、上記図９、図１０に示す逆Ｆ構造のヘリカルアンテナ１は、図８に示す構成のヘリカルアンテナ１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。特に、図１２、図１４中の黒丸で示す共振周波数ｆQでは、Ｌ型においてはｆ＝２mmのときに、直立型においてはｆ＝４mmのときに、最も１（中央）に近づき最良のインピーダンス整合が取れている。ヘリカル直径Ｒ＝１０mm、ヘリカル長Ｌ１＝１５０mm、接続部長Ｌ２＝３０mm、ヘリカルターン＝１２のヘリカル部３１を用いたときのアンテナ利得も図８に示すヘリカルアンテナ１では−５．３ｄＢｉ、ｆ＝１０mmの図９に示すヘリカルアンテナ１では−０．４５ｄＢｉ、ｆ＝２mmの図９に示すヘリカルアンテナ１では＋２．３ｄＢｉ、ｆ＝１mmの図９に示すヘリカルアンテナ１では＋１．９ｄＢｉとなり、やはりｆ＝２mmで最大利得＋２．３ｄＢｉが得られる。
【０００７】
また、ヘリカル直径Ｒ＝１０mm、ヘリカル長Ｌ１＝２５mm、接続部長Ｌ２＝１０mm、ヘリカルターン１２のヘリカル部３１を用いたときのアンテナ利得はｆ＝２mmの図９に示すＬ型ヘリカルアンテナ１では−０．５ｄＢｉ、ｆ＝２mmの図１０に示す直立型ヘリカルアンテナ１では−０．５ｄＢｉ、ｆ＝４mmの図１０に示す直立型ヘリカルアンテナ１では＋２．９ｄＢｉとなり、Ｌ１＝２５mmと小型化を進めても利得が増加する。
【０００８】
上述したようにヘリカルアンテナ１に逆Ｆ構造を適用するとインピーダンス整合が取れるが、逆Ｆ導体の長さが長い場合、図８及び図９に示す構成のアンテナではアンテナサイズが大きくなるという問題があった。
【特許文献１】特開２００７−６７７５５公報
【特許文献２】特開平１０−２１５１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、逆Ｆ構造を設けてもアンテナサイズを小さくできるヘリカルアンテナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、螺旋状に巻回されたヘリカル部、及び、前記ヘリカル部の一端を前記導体板に接続する接続部、から構成された線状のヘリカル導体と、一端が前記ヘリカル導体に接続され他端が前記導体板に接続された線状の逆Ｆ導体と、を備えたヘリカルアンテナにおいて、前記逆Ｆ導体が、螺旋状に巻回されて設けられたことを特徴とするヘリカルアンテナに存する。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記逆Ｆ導体が、前記ヘリカル導体と同軸上に螺旋状に巻回されて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。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、逆Ｆ導体が、螺旋状に巻回されて設けられているので、逆Ｆ構造を設けてもアンテナサイズを小さくできる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、逆Ｆ導体が、ヘリカル導体と同軸上に螺旋状に巻回されて設けられているので、より一層アンテナサイズを小さくできると共に螺旋状の逆Ｆ導体を設けることが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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、ヘリカル導体３と、逆Ｆ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。ヘリカル導体３は、導線から構成されている。ヘリカル導体３は、ヘリカル部３１と、接続部３２と、から構成されている。ヘリカル部３１は、全長λ（使用波長）／４の導線を導体板２と平行な軸周りに螺旋状に巻回されて設けられている。ヘリカル部３１は、柱（円柱）の外周に沿って螺旋状に巻回されたような形状に設けられている。接続部３２は、導体板２と直交する方向に沿って設けられていて、ヘリカル部３１の一端を導体板２に接続する。
【００１５】
逆Ｆ導体４は、導線から構成されている。逆Ｆ導体４は、一端がヘリカル導体３のヘリカル部３１−接続部３２間に接続され他端が導体板２に接続されている。逆Ｆ導体４は、ヘリカル部４１と、接続部４２と、から構成されている。ヘリカル部４１は、ヘリカル部３１と同軸回りを螺旋状に巻回されて設けられている。そして、ヘリカル部４１は、その一端が後述する接続部４２に接続され他端がヘリカル導体３のヘリカル部３１−接続部３２間に接続されている。また、接続部４２は、導体板２と直交する方向に沿って設けられていて、ヘリカル部４１の一端を導体板２に接続する。
【００１６】
次に、本発明者らは、前述した図１及び図２に示す本発明品と、図８に示す従来品と、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、従来品は１２０ＭＨｚ〜１８０ＭＨｚの範囲においてＳ１１＝１となり、インピーダンス整合が取れていない。これに対して、本発明品は、１７０ＭＨｚ付近においてＳ１１が０に近づいてインピーダンス整合が取れていることが分かった。
【００１７】
また、本発明者らは、上記本発明品と、従来品と、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。本発明品のヘリカルアンテナ１の反射係数は、周波数を１２０ＭＨｚから１８０ＭＨｚ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、従来品のヘリカルアンテナ１の反射係数は、周波数を１２０ＭＨｚから１８０ＭＨｚまで上昇させていったとき、図４の点線で示すような軌跡をたどる。同図からも明らかなように、本発明品は、従来品に比べて反射係数０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、逆Ｆ導体４を螺旋状に設けて逆Ｆ導体４の小型化を図ったとしてもインピーダンス整合は良好になることが分かった。
【００１８】
上述したヘリカルアンテナ１によれば、逆Ｆ導体４が、螺旋状に巻回されて設けられているので、逆Ｆ構造を設けてもアンテナサイズを小さくできる。
【００１９】
また、上述したヘリカルアンテナ１によれば、逆Ｆ導体４が、ヘリカル導体３と同軸上に螺旋状に巻回されて設けられているので、より一層アンテナサイズを小さくできると共に螺旋状の逆Ｆ導体４を設けることが容易となる。
【００２０】
第２実施形態
上述した第１実施形態では、Ｌ型ヘリカルアンテナ１の逆Ｆ導体４を螺旋状に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図５に示すように直立型のヘリカルアンテナ１の逆Ｆ導体４を螺旋状に設けることも考えられる。なお、図５において、図１及び図２について第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。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、ヘリカル導体３及び逆Ｆ導体４の構成である。
【００２１】
同図に示すように、ヘリカル導体３は、第１実施形態と同様に、ヘリカル部３１と、接続部３２と、から構成されている。ヘリカル部３１は、導体板２と直交する軸周りを螺旋状に巻回されて設けられている。ヘリカル部３１は、四角柱の外周に沿って螺旋状に巻回されたような形状に設けられている。接続部３２は、導体板２と直交する方向に沿って設けられていて、ヘリカル部３１の一端を導体板２に接続する。
【００２２】
逆Ｆ導体４は、導線から構成されている。逆Ｆ導体４は、一端がヘリカル導体３のヘリカル部３１−接続部３２間に接続され他端が導体板２に接続されている。逆Ｆ導体４は、ヘリカル部４１と、接続部４２と、から構成されている。ヘリカル部４１は、ヘリカル部３１と同軸回りに螺旋状に巻回されて設けられている。ヘリカル部４１も、ヘリカル部３１と同じ四角柱の外周に沿って螺旋状に巻回されたような形状に設けられている。また、接続部４２は、導体板２と直交する方向に沿って設けられていて、ヘリカル部４１の一端を導体板２に接続する。なお、逆Ｆ導体４としては、長さが短ければ、図５に示すように、四角柱の外周や軸に沿って一周以上巻回されていなくてもよい。
【００２３】
上述した第２実施形態のヘリカルアンテナ１によれば、第１実施形態と同様に、逆Ｆ導体４が、螺旋状に巻回されて設けられているので、逆Ｆ構造を設けてもアンテナサイズを小さくできる、という効果を得ることができる。
【００２４】
第３実施形態
なお、上述した第２実施形態では、螺旋状のヘリカル導体３の内部は中空になっていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図６に示すように、四角柱状の誘電体５の外側面に沿ってヘリカル導体３及び逆Ｆ導体４を設けることも考えられる。本発明は、図５に示す本発明品Ａと、図６に示す本発明品Ｂと、について、ＶＳＷＲと周波数との特性をシミュレーションした。結果を図７に示す。なお、上記シミュレーションは、図５に示すヘリカルアンテナ１と図６に示すヘリカルアンテナ１とを同一寸法とした。図７に示すように、図６に示す本発明品Ｂの共振周波数は、図５に示す本発明品Ａの共振周波数よりも低いことが分かった。これは波長に対してアンテナを小さくできることを示している。
【００２５】
なお、上述した第１〜第３実施形態では、逆Ｆ導体４は一端がヘリカル部３１−接続部３２間に接続され他端が導体板２に接続されていたが、本発明はこれに限ったものではない。逆Ｆ導体４の一端は、ヘリカル導体３に接続されていればよく、例えば、ヘリカル部３１の中間や接続部３２に接続されていてもよい。
【００２６】
また、上述した第１〜第３実施形態では、ヘリカル導体３のヘリカル部３１と逆Ｆ導体４のヘリカル部４１とを同一軸上に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。ヘリカル導体３のヘリカル部３１と逆Ｆ導体４のヘリカル部４１とが同一軸上になくてもよい。
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】本発明のヘリカルアンテナの第１実施形態を示す概略図である。
【図２】図１に示すヘリカルアンテナの斜視図である。
【図３】図１及び図２に示す本発明品と、図８に示す従来品と、について、シミュレーションした周波数−Ｓ１１特性を示すグラフである。
【図４】図１及び図２に示す本発明品と、図８に示す従来品と、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実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明のヘリカルアンテナの第３実施形態を示す概略図である。
【図７】図５に示す本発明品Ａと、図６に示す本発明品Ｂと、の各々について、シミュレーションしたＶＳＲＷ−周波数特性を示すグラフである。
【図８】従来のモノポール型のヘリカルアンテナの一例を示す概略図である。
【図９】逆Ｆ構造を適用したＬ型のヘリカルアンテナを示す概略図である。
【図１０】逆Ｆ構造を適用した直立型のヘリカルアンテナを示す概略図である。
【図１１】図９に示すヘリカルアンテナと、図８に示すヘリカルアンテナと、の各々について、シミュレーションした周波数−Ｓ１１特性を示すグラフである。
【図１２】図９に示すヘリカルアンテナと、図８に示すヘリカルアンテナと、の各々について、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１３】図９に示すヘリカルアンテナと、図１０に示すヘリカルアンテナと、の各々について、シミュレーションした周波数−Ｓ１１特性を示すグラフである。
【図１４】図９に示すヘリカルアンテナと、図１０に示すヘリカルアンテナと、の各々について、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。
【符号の説明】
【００２９】
１    ヘリカルアンテナ
２    導体板
３    ヘリカル導体
４    逆Ｆ導体
３１  ヘリカル部
３２  接続部
【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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