JPS5977705A - ヘリカルアンテナ装置 - Google Patents

ヘリカルアンテナ装置

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JPS5977705A
JPS5977705A JP18745882A JP18745882A JPS5977705A JP S5977705 A JPS5977705 A JP S5977705A JP 18745882 A JP18745882 A JP 18745882A JP 18745882 A JP18745882 A JP 18745882A JP S5977705 A JPS5977705 A JP S5977705A
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JP
Japan
Prior art keywords
helical
conductor
hole
center
receptacle
Prior art date
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Pending
Application number
JP18745882A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisao Iwasaki
久雄 岩崎
Kazutaka Hidaka
一孝 日高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS5977705A publication Critical patent/JPS5977705A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08Helical antennas

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ヘリカルアンテナ装置に係シ、特に良好な円
偏波特性の得られるヘリカルアンテナの改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点1 円−波特性の得られる線状アンテナとしては、ヘリカル
アンテナ、スパイラルアンテナ、クロスダイポールアン
テナ等が良く知られている。利得の比較的高い円偏波ア
ンテナの一つに、上記のヘリカルアンテナがしばしば実
用される。しかしながら、現状では、このヘリカルアン
テナが12GHz帯において良好な円偏波特性を持つた
めには、改良すべき問題点が残されている。特にその中
で問題となる主なものを列挙すると下記の項目があシ、
これらを出来るだけ簡単な技術的手段で解決することが
良質のアンテナを製作する立場から強く望まれている。
(1)指向性の軸対称性の歪みの改善 (2)交さ偏波特性、軸比の劣化の改善(3)上記指+
1iJ性の軸対称性、交さ偏波特性およひ軸比の周波数
特性の改善 (4)ヘリカル素子および接栓の構造の高性能化(5)
ヘリカル素子および接栓の構造の単純化。
高信頼性化 (6)着脱容易)r接栓構造の実現 一般に同軸給′屯線の特性インピーダンスは50Ωが用
いられる。この給電線路は100MHzで用いるもので
あっても、1G11z帯で使用するものであっても、あ
るいは10GHz帯で用いるものであっても、概ねその
外径はiom程度から2目程厩であシ、それらの比はほ
ぼ5倍程度の直径の違いしかない。しかし、波長は10
0MHzで800 Cm IGHzで30国、l QG
Htで3CrIKであるから、それらの波長の比は10
0倍も異なる。
そのため、例えば12GHzのヘリカルアンテナにおい
てはその直径が1創程度となるので、ヘリカルの直径に
対して同軸給電線の直径が無視できない大きさとなり、
従って同軸線路との接続構造は放射特性に影響を及ぼし
、種々の検討を必要とする。
上に列挙した項目中に記した軸対称な指向性とは、第1
図に示すヘリカルアンテナのヘリカル軸x −x’に対
して、一点鎖線のような指向性である。
他方、軸対称性が歪んだ指向性とは、同図の点線のよう
な指向性であり、x−x’軸に対して対称性がくずれた
指向性である。
ヘリカルアンテナを反射鏡アンテナの一次放射器として
用いる場合を考えると、サンドロープレベルを所定の大
きさ以内に抑える必要があるが、反射鏡のエツジに照射
する電界が軸対称性の歪みによって所定のペデスタル値
とならず、所望の値にならない欠点となる。
上に列挙した項目に関し、これらを同時に解決すること
が出来る技術的手段が存在すれば、良好な円偏波放射器
が出来るので、12GHz帯における衛星放送受信用反
射鏡アンテナの一次放射器にこれを採用することが可能
となる。また、アレーアンテナの良好な円偏波素子アン
テナとしても有効である。
〔発明の目的〕
本発明は、良好な円偏波特性を実現するため円偏波特性
を阻害する吹回を除去し、製作容易な円筒波ヘリカルア
ンテナ装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、ヘリカル軸の方向に主放射方向をもったヘリ
カル素子の導体の一端をヘリカル軸の中心に向けて曲げ
、更にこれをヘリカル中心軸に沿って延長して同軸中心
導体を先ず構成する。一方、これに直結される接栓の外
導体にヘリカル素子−最大直径以下の穴を設けこの穴に
連続させて給電線特性インピーダンスに等しいインピー
ダンスとなる穴を同心円筒状に設けて、これらの各穴の
中心線に沿って軸対称に前記同軸中心導体を挿入する。
このようにして、給電点近傍からの望ましくない放射゛
電界を抑圧し、上記同軸外導体は接栓と一体構造とし、
これに反射板を取付けて所期の目的を達成している。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ヘリカル素子と同軸中心導体の一体化
並ひに接栓導体を外導体としていることにより、構造が
単純化され、製作が容易であシ、この単純化された構成
によシ安定した性能が再現性よく実現する大きな効果が
ある。
又、12OF(z帯等のマイクロ波において、指向性の
軸対称性の歪みが改善され、交さ偏波特性、軸比の劣化
が改善されるという優れた効果がある。
〔発明の実施例〕
本発明の実施例を第2図及び第3図に示す。第2図はこ
のアンテナ装置の側面図、第8図は上面図である。本ア
ンテナ装置は、基本的には、ヘリカル素子(1,接栓6
11反射板(4Gの組合せで構成されている。
接栓ttilの部分及びヘリカル素子(至)の端末部分
ODには円囲波特性の阻害安置を除去するべく、給電点
近傍からの不要な放射電界を少なくする構造を用いてい
る。
ヘリカル素子(至)の給電点側の端末部分01)は、第
2図のようにヘリカル中心軸A −A’に向ってなだら
かに曲げられ、ヘリカル中心軸を通って接栓6Iの外導
体(51)の中へ入シ、接栓6Iの中心導体02となっ
ている。
接栓の外導体(51)の構成は、列導体(51)の中央
にヘリカル素子の最大直径以下の大きさを有する穴(5
2)があけられている。この穴(52)は特性インピー
ダンス一定の数ミリメートルの区間長を経て、50Ωイ
ンピーダンスになる部分の穴(58)Kつながっている
。穴(52)、  穴″(53)はテフロンで充填して
あシ、そのテフロンによってヘリカル素子(至)の端末
部分6υを延長したOaの中心導体部分を支持している
。従って、この部分での支持によってヘリカル素子(至
)が支えられる構造としである。ヘリカル素子自体を誘
電体に巻きつけて支えると、12GHz等の高周波にお
いては指向性が変形したシ、アンブナ利得の低下の原因
となる。そのため、本アンテナの構造のように自由空間
にヘリカル素子を維持するような形態にした。ヘリカル
素子に用いる線は、例えばピアノ線を用いると強度も十
分とれ、ヘリカル形状が設計寸法から使用時に変形する
ことはない。また、表皮効果を考慮し、ピアノ線の表面
に鋼メッキを行うことによシ、高周波での損失は無視で
きる。
ヘリカル素子と接栓の構造が単純であシ、堅牢に作られ
ているので、信頼性が高く、電気性能も安定しており、
高性能化が実現できる。
第2図の(55)は、接栓1)1の外導体(51)を他
の接栓(ここでは図示されていない)に接続するための
ねじである。このねじ(55)は外導体(51)に対し
て自由に回転できる構造であるっリング(56)が、あ
るため、ねじ(55)を他の接栓に締めつけても、ねじ
(55)が外導体(51)からはずれることはない。と
の接栓にはパツキン(57)が設けであるので、他の接
1全と、本接栓の外導体(51)とは、パツキンを介し
て十分密着するので防水の上からも信頼性が考慮されて
いる。
穴(52)のヘリカル素子側であるB−)3’面からの
微小な放射電界を考えると第4図のようになる。。
矢印の線で示した電界の一部が外部に放射されるが、も
し、軸対称に放射されていればB−w面近傍からの望ま
しくない微小な放射電界がちっても、アンテナの指向性
の軸対称性はこれによってくずれることはないと考えて
良い。そこで第4図のB−13’面上の中心導体から外
導体(51)へ向かう電界が同図の矢印の線のように放
射状に軸対称となっているならば、180°方向の異な
る′電界が相殺し合い、B−1’面からの望ましくない
放射が非常に減少する。また、実験的に検討した結果、
穴(52)の直径はヘリカル素子の直径以下となるよう
にしてあれば B  BZ面から外へはみ出す電界が比
較的小さくなり放射する電界そのものも減少する。更に
、穴(52)がテフロンで充填しであると電界はその中
に集中するので外部への電界のもれが更に減少する。
本発明において、接栓、ヘリカル素子の部分を上述のよ
うな構成にした理由は、上に説明したようにアンテナの
放射指向性へ悪影響を及ばず程度が本アンテナ構造によ
って十分小さくでき、従って指向性の軸対称性の歪みが
なくなるからである。
上述の望ましくない放射成分は円偏波特性にも悪影響を
及ぼす。そのため、本構造のアンテナは、交さ偏波特性
および較比の劣化も改善される。
また、上述の軸対称性は、本発明の接栓と・\リカル素
子と反射板を組合せた構造に基づくものであるから、周
波数すなわち波長を変えても構造に起因するアンバラン
スが生じ゛ない。すなわち、周波数を変えたときの指向
性および交さ偏波特性が安定であるつ アンアナの放射電界は、給電線をJむあらゆる部分から
の放射′電界の重畳であるから、上記のように不要放射
直昇を抑圧し、更に相殺させるような接栓とヘリカルと
の一体構造とすることKよって、12GHz帯において
も軸対称な良好な円偏波放射指向性を持つヘリカルアン
テナを実現することができた。既に述べたように、軸対
称性は反射鏡に照射する一次放射器として用いるとき、
特に重要な特性である。
次に、ここで注意すべき点は、給電点端部からの放射は
、原]」上、完全に零にできないことを配慮しなければ
ならない点にある。すなわち、以上述べた不安放射の抑
圧の効果を一層高めるために、一つは第2図のテフロン
(60)の挿入によって電界をテフロン内に集中させ穴
(52)の端面から外部へ放射しないようにしている。
第2に、給電点近傍からの不要放射がVSWRの増加に
応じて増加することを考慮し、第2図の穴(52)の部
分の長さを調整することによってVSWRを1.8以下
に入れ得る構造を用いている。
従来から用いられているインピーダンス整合の方法の一
つに、ヘリカル素子の給電部Iに第5図に示すようなス
トリップ導体(l邊を付ける方法があるが、この方法は
スl−リップ導体αりによる不要放射が大きく、円偏波
の軸比が劣化する。また、この方法はストリップ導体か
らの放射のため指向性の軸対称性をもくずすという欠点
がある。更に、量産性が良くないことと製作鞘匿も良く
ないことが挙げられる。
これに対比し、第2図の穴(52)の部分によって特性
インピーダンス50Ωに対するVSWRを1.8以下に
するのは比較的容易である すなわちアンテナの給電点
インピーダンスをZantとすると、穴(52)の部分
の特性インピーダンスZo=V’50・antにすれば
よい。穴(52)の長さは、我々の実験によると使用波
長の0.20〜0.88に選べばよいことがわかった。
回路理論では1/4波長が用いられるが、ヘリカルアン
テナと組合せた場合は、ヘリカル素子のインピーダンス
も周波数特性を有しておシ、実験的に0.20−0.8
8波長という比較的広い帯域で良好なVSWRを得るこ
とが確認できた。具体例として、周波数11.8 GH
zで、ピッチ角12′、円周1波長のヘリカル素子のZ
antは144.50で、そのときの穴(52)の特性
インピーダンスは85Ωとなる。テフロン(60)の誘
電率は2.4であるから、直径0.92 mの導線を用
いたヘリカル素子(至)を使用したので穴(52)の内
径は8.8flになった。穴(62)の長さは4.5 
flとした。50Ωに対するVSWRが1.8以下で、
700M1−1 z以−ヒの帯域を得ることができた。
以上のように、本発明の構成のヘリカルアンテナ装置は
、指向性の軸対称性が改善され、交さ偏波特性および軸
比が改善される構成であると共に、ヘリカル素子および
接栓機構の単純化、高信頼性化が図られている。そのた
め、安定した良好な円偏波性能が得られるものである。
構造の単純化は性能のバラツキが少なく、−また量産性
に適している。
それ故、本発明の装置は、円偏波−次放射等に用いる産
業上極めて有益なヘリカルアンテナ装置を提供するもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は指向性の軸対称性を説明する為の図、第2図は
本発明の一実施例の断面図、第8図は、第2図の実施例
の上面図、第4図は給電点近傍からの不要放射を説明す
る為の図、第5図はストリップ導体によp vsw几を
改善する技術の説明図である。 80・・・ヘリカル素子 31・・・給電点側の端末部 32・・・中心導体 10・・・反射板 41・・・反射板の円形の穴 50・・・同軸給電線 51・・・外導体 52・・・テフロンで充填した外導体の穴53・・・テ
フロンで充填した外導体の穴54・・・回転線路部分 55・・・接栓 60・・・テフロン 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (tiか1名)第1
図 X X′ 第5図 (α)              (ムノ第3図 シ 第4図 ! A′

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主軸方向に主放射方向を有するヘリカル素子と、
    このヘリカル素子導体の一端をヘリカル中心軸に向けて
    曲げ且つこれをヘリカル中心軸に沿って延長して接栓の
    同軸中心導体を構成し、これに直結する接栓の外導体に
    穴を設けその穴と同心円筒状に給電線特性インピーダン
    スとなる穴を縦続して設はヘリカル素子が支持されるよ
    うに前記中心導体を誘電体を介在させて中心軸に沿い挿
    入し、反射板を接栓外導体に取付けて構成したことを特
    徴とするヘリカルアンテナ装置。
  2. (2) ヘリカル素子を延長した中心導体が挿入される
    同心同筒状に設けられた穴を有する外導体は、接栓と一
    体的に構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のヘリカルアンテナ装置。
JP18745882A 1982-10-27 1982-10-27 ヘリカルアンテナ装置 Pending JPS5977705A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4935747A (en) * 1986-09-10 1990-06-19 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Axial mode helical antenna
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JPS5378752A (en) * 1976-12-23 1978-07-12 Tokyo Keiki Kk Spiral antenna unit

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