JPH0746026A - ヘリカルアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小型かつ高性能で製造も容易な、ヘリカルアン
テナを提供すること。 【構成】反射板として作用する第一の導体板と、該導体
板上に設けた誘電体板と、該誘電体板上に設けた第二の
導体板と、円偏波を放射するヘリクス導体と、電磁波を
伝搬させる同軸線路を具備し、前記第一の導体板および
前記誘電体板には、それらを貫通する穴を設けておき、
前記同軸線路の中心導線を、前記第一の導体板と接触
しない状態で、前記第一の導体板および前記誘電体板に
設けた穴を通して前記第二の導体板に接続し、さらに、
前記ヘリクス導体の端点を前記第二の導体板に接続した
構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリカルアンテナの小
型化等の性能向上に関し、特に、ヘリカルアンテナへ
の、新たな給電技術の提供による当該アンテナの性能向
上に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘリカルアンテナは、円偏波を発生する
アンテナとして従来から実用に供されている。

【０００３】その構造は、例えば、図１（ａ）に示すよ
うに、反射板と、円偏波を発生させるヘリクス導体部
と、ヘリクス導体に接続される中心導体を有する同軸線
路を具備して構成される。

【０００４】ところで、ヘリカルアンテナの入力インピ
ーダンスは、ヘリクス導体部の長さ、すなわち、ヘリク
ス長が、送、受信する電波の波長の２倍程度をこえる
と、ほとんど一定になり、その値は、約１００から１５
０（オーム）程度になることが知られている。

【０００５】したがって、通常使用される同軸線路の特
性インピーダンスが５０（オーム）であることから、同
軸線路とヘリクス導体を接続する際には、両者のインピ
ーダンス間で整合をとる必要がある。

【０００６】かかる整合を取るための方法として、従来
から様々なものが提案されており、代表的なものを揚げ
ると以下のようなものがある。

【０００７】まず、図１（ｂ）に示すように、ヘリクス
導体の基底部にテーパ部を設けた構造とし、徐々にイン
ピーダンスを変化させ、インピーダンスの整合をとる方
法や、図２に示すように、給電線たる同軸線路と、ヘリ
クス導体の接続部の長さ（図２のｄで示す部分）を短く
して、ヘリクス導体を反射板に近づけてヘリカルアンテ
ナを構成する方法、さらには、図１（ａ）に示すよう
に、給電点たる同軸線路の中心導線を、ヘリクス導体の
中心軸上ではなく、ヘリクス導体の円周上の、ある点
の、反射板方向への延長線上に配置して構成する方法等
があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術においては、以下に示すような問題点が存在してい
た。 まず第一に、図１（ｂ）に示す、ヘリクス導体の
基底部にテーパ部を設ける方法では、円偏波の電磁波の
送受信には本来不要なテーパ部の長さが、長くなってし
まい、その結果、ヘリカルアンテナが全体として大型に
なってしまう問題点がある。

【０００９】また、第二に、給電線たる同軸線路とヘリ
クス導体との接続部の長さを短くして、ヘリクス導体を
反射板に近づける方法においては、接続部を全く設けな
いこと、すなわち、接続部の長さ（図２のｄで示す部
分）を、「０（ｍｍ）」にすることは、製造上不可能で
あり、仮に、接続部の長さを、極めて「０（ｍｍ）」に
近い値とすることが可能となっても、ヘリカルアンテナ
の入力インピーダンス、通常使用されている同軸線路の
インピーダンス「５０（オーム）」になるまで、前記接
続部の長さを短くすることはできない。

【００１０】さらに、給電点たる同軸線路の中心導線
を、ヘリクス導体の中心軸上ではなく、ヘリクス導体の
円周上の、ある点の、反射板方向への延長線上に配置す
る場合には、給電線路の中心軸と、ヘリクス導体の中心
軸の両軸の位置がずれ、ヘリカルアンテナ全体の重心点
が、反射板の中央部に存在しなくなくなり、ヘリカルア
ンテナを取り付ける際にバランスが悪く、取付け作業の
作業性の低下や、耐久性の低下を招くといった問題点が
あった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決するために、以下の手段が考えられる。

【００１２】すなわち、反射板として作用する第一の導
体板と、該導体板上に設けた誘電体板と、該誘電体板上
に設けた第二の導体板と、円偏波を放射するヘリクス導
体と、電磁波を伝搬させる同軸線路を具備した構成にす
る。

【００１３】そして、前記第一の導体板および前記誘電
体板には、それらを貫通する穴を設けておき、前記同軸
線路の中心導線を、前記第一の導体板と接触しない状態
で、前記第一の導体板および前記誘電体板に設けた穴を
通して前記第二の導体板に接続し、さらに、前記ヘリク
ス導体の端点を前記第二の導体板に接続した構成にすれ
ば良い。

【００１４】

【作用】上記手段で説明したように、ヘリカルアンテナ
の反射板として作用する導電性基板上、誘電体板を設
け、該誘電体板上に導電性基板を設けることにより、こ
の部分がマイクロストリップ線路を構成する。

【００１５】マイクロストリップ線路は、所定のインピ
ーダンスを有し、電磁波を伝搬する機能を有する。

【００１６】したがって同軸線路から電磁波が供給され
る場合には、電磁波は、マイクロストリップ線路を介し
て伝搬し、さらに、マイクロストリップ線路に接続され
たヘリクス導体を介して、自由空間へ円偏波の電磁波が
放射されることになる。

【００１７】逆に、自由空間を伝搬してきた円偏波の電
磁波は、ヘリクス導体にて受信され、受信された電磁波
は、マイクロストリップ線路を介して伝搬し、さらに、
同軸線路へと電磁波が伝搬する。

【００１８】以上のように、前記構成において、円偏波
の電磁波が総受信されるヘリカルアンテナが構成され
る。

【００１９】また、マイクロストリップ線路は、導電性
基板の幅、長さ、介在する誘電体の誘電率およびその厚
さ等にによって、インピーダンスが決定されるので、こ
れらのパラメータをインピーダンスが所望の値になるよ
うに決定して、同軸線路とヘリクス導体のインピーダン
スの整合をとればよい。

【００２０】また、マイクロストリップ線路のグランド
面を構成する導電性基板を、ヘリカルアンテナの反射板
として使用する構成としたため、ヘリクス導体と同軸線
路の中心導線との接続も、第二の導電性基板を介して行
えば良いため、従来より簡単に行える。すなわち、同軸
線路の中心導体と、グランド面を構成する導電性基板と
が、誘電体板を設けた構成にすることによって、完全に
絶縁されているからである。

【００２１】以上の構成により、小型かつ安価で、しか
も製造容易なヘリカルアンテナを提供することが可能に
なる。

【００２２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。

【００２３】図４は、本発明にかかる一実施例の外観
図、図５は、本発明にかかる一実施例の断面図である。

【００２４】両図面中、１は、ストリップ導体板、２
は、グランド基板、３は、同軸線路、４は、中心導線、
５は、ヘリクス導体、６は、誘電体板を示す。

【００２５】ストリップ導体板１、グランド基板２は、
導電性を有する材料で製造されていれば良く、例えば、
銅板等によって実現できる。

【００２６】同軸線路３は、その中心部に、中心導線４
を有している電磁波伝送手段であり、通常市販されてい
るものを使用すれば良い。なお、通常良く使用されてい
る同軸線路のインピーダンスは、５０（オーム）のもの
が多い。

【００２７】ヘリクス導体５は、導電性を有する材料、
例えば、銅線を必要な数だけ巻回して実現できる。

【００２８】誘電体板６は、誘電性材料を使用して製造
したものであれば、いかなるものでもよい。例えば、石
英ガラス、二オブ酸リチウム（「リチウムナイオべー
ト」とも称する）、各種合成樹脂等により実現できる。

【００２９】さて、図４を参照して構成について説明す
る。

【００３０】グランド基板２の上に、誘電体板６を設
け、さらに、誘電体板６の上に、ストリップ導体板１を
設けた構成にする。

【００３１】図を参照すると分かるように、グランド基
板２と、誘電体板６と、ストリップ導体板１とで、マイ
クロストリップ線路が構成されていることが分かる。

【００３２】なお、図３に示した実施例においては、ス
トリップ導体板１の線幅が一定であるが、線幅が徐々に
狭くなる、すなわち、ストリップ導体板１がテーパ状に
形成されるものも好ましい。

【００３３】また、円偏波を発生するためのヘリクス導
体５の一端は、ストリップ導体１に接続された構成とな
っており、また、同軸線路３の中心導線４は、グランド
基板２に設けられた開口部、さらに、誘電体板６を介し
て、ストリップ導体１に接続された構成となっている。

【００３４】なお、グランド基板２に設ける開口を同軸
線路３の断面形状より大きくして、同軸線路３の先端部
を、誘電体板６に直接接触させて接続する構成も可能で
ある。 また、同軸線路３の固着は、同軸線路３の外導
体を、グランド基板２に導通をもたせて固定すれば良
い。

【００３５】さて、本実施例におけるヘリカルアンテナ
による、円偏波の電磁波の送・受信について説明する。

【００３６】まず、円偏波の電磁波の送信について、図
４を参照して説明する。

【００３７】同軸線路３を伝搬してきた電磁波は、中心
導線４を介して、マイクロストリップ線路に入り、該線
路中（ストリップ導体板１、誘電体板６、およびグラン
ド基板２により構成されている）を伝搬する。

【００３８】マイクロストリップ線路中を伝搬し終えた
電磁波は、ヘリクス導体５を介して円偏波の電磁波とな
って、自由空間に放射される。

【００３９】次に、円偏波の電磁波の受信について説明
する。

【００４０】到来した円偏波は、ヘリクス導体５により
受信され、ヘリクス導体５を介して、前記マイクロスト
リップ線路に入り、該線路中を伝搬する。

【００４１】マイクロストリップ線路を伝搬し終えた電
磁波は、中心導線４を介して同軸線路３中を伝搬し、円
偏波の電磁波の受信が行われる。

【００４２】このように、ストリップ導体板１、誘電体
板６、およびグランド基板２により構成したマイクロス
トリップ線路を備えたヘリカルアンテナによって、円偏
波の電磁波の送、受信が行われることになる。

【００４３】次に、本発明の主要部である、インピーダ
ンスの整合手法について説明する。

【００４４】図４において、同軸線路３のインピーダン
スは、５０（オーム）であり、また、ヘリクス導体のイ
ンピーダンスは、約１００から１５０（オーム）程度で
ある。 このままでは、インピーダンスの不整合によ
り、電磁波の反射が発生し、損失の大きなヘリカルアン
テナとなってしまう。

【００４５】そこで、電磁波が伝搬するマイクロストリ
ップ線路を構成する、誘電体の厚さや、材質を適宜選択
して、マイクロストリップ線路のインピーダンスの値
が、所望の値となるようにすればよい。本実施例におい
ては、マイクロストリップ線路のインピーダンスの値
が、５０〜１００（オーム）程度となるように、誘電体
の厚さや、誘電体の材質を選択することによって、イン
ピーダンスの整合をとることが、まず第一に考えられ
る。

【００４６】なお、誘電体の厚さや、材質の選択によ
り、マイクロストリップ線路のインピーダンスを所定の
値にすること自体は、公知公用の技術であり、これを適
用すれば良い。

【００４７】次に第二に、ストリップ導体板１の幅を、
図３に示すように一定にした場合、マイクロストリップ
線路のインピーダンスも一定値になるため、ストリップ
導体板１の幅を徐々に変わるような、テーパ状に設けた
構成により、インピーダンスの整合をとることも考えら
れる。このようなテーパ状のストリップ導体板１を有す
るマイクロストリップ線路のインピーダンスは、徐々に
変化することが知られている。

【００４８】したがって、中心導体との接続部では、マ
イクロストリップ線路のインピーダンスが５０（オー
ム）、ヘリクス導体５との接続部では、マイクロストリ
ップ線路のインピーダンスが１００（オーム）程度とな
るように、ストリップ導体板１の幅を徐々に変化させる
構成が好ましい。なお、ストリップ導体板１の幅に対応
して、マイクロストリップ線路のインピーダンスが一義
的に決定することは、公知の技術であり、この技術を使
用して、ストリップ導体板１の幅を決定すれば良い。

【００４９】このように誘電体板の厚さ、材料の選択
や、ストリップ導体板１の幅の設定によりインピーダン
ス整合が行われた、小型のヘリカルアンテナを提供でき
る。もちろん、かかる整合のとれたアンテナを使用する
ことにより、送受信時の電磁波の反射損失が少なくな
り、微弱電磁波の送受信も可能となる。

【００５０】ヘリクス基底部にテーパ部２ターン設けた
ヘリカルアンテナの長さが５５（ｍｍ）であるものに対
して、本発明にかかるヘリカルアンテナの試作品におい
ては、その長さが４０（ｍｍ）となり、全体で１５（ｍ
ｍ）も短くなった。

【００５１】また、本発明による構成では、製造上の都
合により、送、受心周波数の上限および下限が制限され
ることがなく、下は、０（Ｈｚ）より大きな値から、上
は、数十ギガヘルツに至るまで（もちろん、必要とあら
ばそれ以上高い周波数でも可能である）、所望の周波数
帯に合わせた設計が可能である。

【００５２】さらに、製造されたヘリカルアンテナは、
ＢＳ放送アンテナ等の円偏波を使用するシステムに備え
られ、使用される。もちろん、円偏波を使用するシステ
ムであれば、ＢＳ放送アンテナのみならず、いかなるシ
ステムにも適用可能である。

【００５３】以上のように、ヘリクス導体への給電を、
マイクロストリップ線路を使用して行う構成にすること
によって、ヘリクス導体と同軸線路とのインピーダンス
の整合を行え、反射損失が大幅に低減でき、さらに、小
型化も可能なヘリカルアンテナの実現が可能である。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、小型かつ高性能で、製
造も容易なヘリカルアンテナを提供することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のヘリカルアンテナの説明図である。

【図２】従来のヘリカルアンテナの説明図である。

【図３】本発明にかかるヘリカルアンテナの外観図であ
る。

【図４】本発明にかかるヘリカルアンテナの断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ストリップ導体板、２…グランド基板、３…同軸線
路、４…中心導線、５…ヘリクス導体、６…誘電体板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射板として作用する第一の導体板と、該
   導体板上に設けた誘電体板と、該誘電体板上に設けた第
   二の導体板と、円偏波を放射するヘリクス導体と、電磁
   波を伝搬させる同軸線路を具備し、 前記第一の導体板および前記誘電体板には、それらを貫
   通する穴を設けておき、 前記同軸線路の中心導線を、
   前記第一の導体板と接触しない状態で、前記第一の導体
   板および前記誘電体板に設けた穴を通して前記第二の導
   体板に接続し、 さらに、前記ヘリクス導体の端点を前記第二の導体板に
   接続したことを特徴とするヘリカルアンテナ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第二の導体板は、
   前記中心導線との接続側でその幅が広く、前記ヘリクス
   導体との接続側でその幅が狭くなるテーパ形状を有する
   ことを特徴とするヘリカルアンテナ。