WO2000026990A1

WO2000026990A1 - Antenne helicoidale

Info

Publication number: WO2000026990A1
Application number: PCT/JP1999/005958
Authority: WO
Inventors: Akio Kuramoto
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2000-05-11
Also published as: US6433755B1; JP2000138523A; AU6366199A

Description

p几細書ヘリカルアンテナ技術分野

木発明はへリカルアンテナに関し、特に移動 ί本衛星通 ί言端末、衛虽を用いた携. 帯端末や衛星携帯電話のアンテナとして最適なヘリカルアンテナに関する。景技術

従来、この種のへリカルァンテナとしては、 4つのらせん状の放射素子を持つクオドリフィラリカルアンテナがあるが、このクオドリフィラリカルァンテナは構造が複雑となり、振動や衝撃に弱レ、という問題がある。

特に、移動体衛星通信端末、衛星を用いた携帯端末や衛星携带電話に川いられるアンテナでは、指向性が広いこと、衝撃や振動に強くかつ端末等への搭載に適した構造を持つことが要求されるので、上記のクオドリフィラリカルアンテナをこれらの通信端末ゃ携带電話に用いることは難しレ、。

そのため、特開平 5— 2 0 6 7 1 9号公報に記載されたへリカルアンテナでは、高周波信号を 4等分する平面構造の電力分配器と、この電力分配器の 4つの出力端に接続されかつ円筒状の誘電体部材の周面に螺旋状に配設された 4つの放射素子とを備え、簡舉な構造で放射素子を高レ、剛性をもつて支持するようにしている。この公報記載のへリカルアンテナでは電力分配器の出力端から各放射素子の励振点までの距離を短くすることができ、電力分配器を平面構造とし、インピーダンス特性を良くしているので、給電損失を低減することができる。

また、平面構造の電力分配器は電力分割比及び各分割電力の位相差を正碓に制御することができるので、指向性の歪みを抑制することができる。さらに、電力分配器と各放射素子との接続点に整合素子を設ければ、数パーセン卜の周波数範で良好なィンピーダンス特性を得ることができ、整合損失を低減することがでさる。

上述した従来のへリカルァンテナでは、上記の公報記載のへリカルァンテナの場合、指向性が広く、衝撃や振動に強く力端末等への搭載に適した構造となつているので、移動体衛星通信端末用のアンテナや、衛星を用いた携帯端末、衛星携帯電話のアンテナとして最適であるが、同じ大きさのままでさらに带域幅を広げることができない。

この同じょうな大きさの構造において帯域幅を広げる方法としては、近年、 2 極類のクオドリフイラ一ァンテナを 1組づつ、計 2組、計 8本の放射素子を同居させた構造とすることで、帯域幅を広げる方法が提案されている。しかしながら、この方法の場合、放射素子間隔が極端に狭くなり、互いの相互結合が増大するので、放射した電波が隣接の素子に結合し、放射効率が劣化したり、' 瞵接する放射素子の影響で入カインピーダンスの周波数特性の帯域が狭くなり、アンテナの利得や能率が劣化するという ^題がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、 2迎りの周波数で使用することができ、带域幅を広げることができるヘリカルァンテナを提供することにある。発明の開示

本発明によるへリカルアンテナは、放射素子が螺旋状に配設されたヘリカルァンテナであって、放射素子が、上述した誘電^部材の下端側に配設された第 1の放射素子と、誘電^部材の上端側に配設された第 2の放射素子と、第 1の放射素子と第 2の放射素子との接続及び切断を行うスィッチング素子と力らなる。

本発明による他のへリカルアンテナは、円筒状の誘電体部材の周面に螺旋状に配設された第 1の導体と、一端が第 1の導体の上部先端に接続されたスィッチング用ダイオードと、円筒状の誘電体部材の周面に螺旋状に配設されかつダイォードの他端に接続された第 2の導体とからなる N組（Nは正の整数）の放射素子を備え、 N組の放射素子が同一の円筒の周回方向に同一間隔で配置されるようにしている。

すなわち、本発明のへリカルアンテナは、ヘリカルアンテナの持つ螺旋状の電磁波放射用導体の途中にダイォ一ド等のスィツチング素子を挿入し、スィッチング素子を切換えることによって、共振周波数を変化させ、 2つの周波数で^替え使用可能としている。 ' したがって、本発明のへリカルァンテナは送信及び受信を同時に行わないシステムにおいて、ダイォード等のスィツチングによって 2つの周波数で fclifflすることが可能となるため、同じ大きさのへリカルアンテナの構造においてさらに带域幅を広げることが可能となる。図面の節単な説明

図 l a は本明の一実施例によるへリカルアンテナの斜視図、図 l b は図

1 a のへリカルアンテナの側面断面図である。

図 2は図 1 a のヘリカルェレメン卜の構成を示す展^図である。

図 3 a は図 1 aの円板 5の上面部の詳細図、図 3 b は図 1 a の円板 5の下面部の詳細図、図 3 c は図 l a の円板 5の侧断面の詳細図である。

図 4 a は図 1 bの円板 9の上面部の詳細図、図 4 b は図 1 b の円扳 9の下面部の詳細図、図 4 c は図 l b の円板 9の側而断而の詳細図である。

図 5 a は図 1のへリカルエレメント 3と円板 5との接続部の詳細図、図 5 b は図 l a のヘリカルエレメント 1と図 1 b の円板 9との接続部の詳細図である。

図 6は図 1 a の給電回路 1 2の桃成 ί列を示す図である。

図 7は本究明の一実施例によるへリカルアンテナの応用例を示す図である。図 8は本発明の他の実施例によるへリカルアンテナの侧而断面図である。図 9は本発叨のへリカルァンテナのリターンロス特性の一例を示す図である。図 1 0は本発明のへリカルアンテナの仰角而内の放射パターンの一例を示す図である。

¾明を実施するための最良の形態

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図 1 ( a ) は本発叨の一実施例によるヘリカルァンテナの斜視図であり、図 1 ( b ) は図 1 aのへリカルアンテナの側而断面図である。

これらの図において、ヘリカルエレメント 1は螺旋.伏の導体で構成され、スィツチングの目的で具備されたダイォード 2を介してへリカルェレメント 3に接続されている。よって、ヘリカルエレメント 1とダイオード 2とヘリカルエレメント 3とは 1組の放射素子を構成している。この放射素子は誘? 1体で俯成される円筒 4の周りに卷付けられる桃造になっている。

本実施例ではこれらの放射素子が 4組存在し、いわゆる 4線式へリカルアンテナを構成している。誘電体の円筒 4の上部先端と下部先端とには、誘 ffi体 S板で構成される円板 5， 9がはめ込まれている。円筒 4の上部先端に配されている円板 5の上面と円筒 4の下部先端に配置されている円板 9の下面とには、それぞれ十字,伏の導体のバタ一ン 6， 1 0が形成されている。

ヘリカノレエレメント 1、 3の先端部の接続点と、パターン 6， 1 0の先端部との問に、インダクタ 7がそれぞれ接続された構造となっている。また、円板 5及びパターン 6の中心と、円板 9及びパターン 1 0の中心とにはそれぞれ穴がぁレ、ている。

下側の円板 9の底方向からは金属の導よりなる棒 8が貫迎しており、この棒 8は上側の円板 5の上部まで貫迎して到達し、パターン 6の中心にハンダ付けされている。棒 8の下端はインダクタ 1 5を介して入出力ポート 1 4に接続されている。また、ヘリカルェレメント 1の下端はそれぞれコンデンサ 1 1を介して給電回路 1 2に接続されるとともに、同時に、ィンダクタ 7を介して下側の円板 9 の下而に形成されたパターン 1 0の先端部にそれぞれ接続されている。給范回路 1 2はコンデンサ 1 3を介して入出力ポ一ト 1 4に接続される。

外形の具体的寸法にっレ、て、誘電体の円筒 4の直径は 0 . 0 7〜 0 . 2 5波長がよく用いらる。円筒 4の比誘電率は 3以下が望ましく、その厚さも 1 / 1 0 0波長以下が望ましい。円筒 4の高さについてはヘリカルエレメント 1， 3各々の長さの和によって決定される。この長さは概ね使用する最低の周波数の 1 / 4 波長の整数倍の長さとする。

例えば、 1 4波長であれば、へリカルェレメント 1、 3は円筒 4の軸方向に対して傾斜しているので、円筒 4の高さが 1 /4波長をこえることは無いはずである。インダクタ 7， 1 5ゃコンデンサ 1 1 , 1 3はチップィンダクタまたはチップコンデンサと呼ばれる 1辺が 1 mm〜 2 mm程度の直方体の部品が使用される場合が多い。入出力ポート 1 4は、例えば同軸ケープノレ 1 6等によって送受信部（図示せず）と接続されて使用される。図 2は図 1 aのヘリカノレエレメント 1， 3の構成を示す展^図である。図においては、ヘリカルエレメント 1， 3を薄いフィルム基板 2 1をエッチングして製作する場合の実施例を示している。本実施例によるへリカルアンテナはこのフィルム基板 2 1を円筒 4に卷付ければよいわけである。

へリカノレエレメント 1， 3の問にはダイォ一ド 2が接;^され、へリカルアンテナはこれらの組合わせが 4組、等間隔に並んだ構成となっている。これら 4組のへリカノレエレメント 1， 3同士は互いに平行に配置されており、円筒軸と直角方向の問隔 Sは円筒 4の直径を Dとすると、 S = 7t DZ4となる。

また、ヘリカノレエレメン卜 1， 3の傾斜 0 1 , 0 2は同じ場合もあるし、異なる場合もある。倾斜 0 1 , 0 2の値は直径13が0 . 0 8波長程度の時、 6 5度〜 7 5度程度の値が選ばれる。

ヘリカルエレメント 1， 3の幅 W l , W 2については同じ値の場合と、 ¾なる値の場合とがある。幅 W 1 , W 2は使用波長が 1◦ 0 mm以上の場合に、 1〜 3 mm程度が一般的である。へリカルェレメント 1各々は下端から、バイアス阻止及びインピーダンス整合用として動作しているコンデンサ 1 1を介して給電回路 1 2に接続される。給電回路 1 2は隣合うポ—トの励振位相がそれぞれ 9 0度づつ異なり、励振:!辰幅が等しい電力を給する給電回路である。

図 3 a、図 3 b および図 3 c は、それぞれ円板 5の上面部、下面部および側断面の詳細図である。

円板 5は誘電体の基板で構成され、その上面には図 3 a に示すように、十字状の導体のパターン 6が形成されている。また、円板 5の中央には穴 3 1があけられている。

図 3 b は円板 5の底面を示しており、下方から導の椋⁵8の先端部が穴 3 1に差し込まれる構造になっている。導体の棒 8は、図 3 c に示すように、ハンダ付け 3 2で固定されている。

図 4 a、図 4 bおよび図 4 cは、それぞれ円板 9の上面部、下面部および则断面の詳細図である。

円筒 4の下部にはめ込まれている円板 9は誘電 ί本の基板で構成され、その上面には、図 4 a に示すように、穴 4 1があけられている。この穴 4 1は導^:の棒 8 が電気的に接触しないような直径である。

図 4 b は円板 9の底面を示しており、下方から導体の棒 8が穴 4 1を貫通するようになつている。導体の棒 8は、図 4 c に示すように、下方から貫迎している。図 5 a はへリカルェレメント 3と円板 5との接続部の詳細図、図 5 b はヘリカルエレメント 1と円板 9との接続部の詳細図である。

円筒 4の上部にはめ込まれている円板 5上では、ィンダクタ 7がへリカクレエレメント 3とパターン 6の先端との問に接続されている。パターン 6の中心部には下方から貫通してきた棒 8がハンダ付け 3 2で固定されている。

円筒 4の下部にはめ込まれている円板 9においても、インダクタ 7がヘリカル · エレメント 1とパターン 1 0の先端との問に接続されている。この接続部において、ヘリカノレエレメント 1はコンデンサ 1 1を介して給電回路 1 2にも並列に接続されている。パターン 1 0の中心部には下方から棒 8が貫通するようになっている。

図 1 a におレ、て、ヘリカルェレメン卜 1はダイォード 2を介してへリカルェレメント 3に接続されている。このヘリカルエレメント 1、ダイオード 2、ヘリ力ルェレメント 3から構成される 4組の放射素子が、誘電阼で桃成される円简 4の周りに巻付けられ、 4線式のへリカルァンテナとして動作する。

入出力ポート 1 4から入力された高周波電力は給電回路 1 2によって、振幅が等しく、位相が 9 0度づっ異なる 4つの電力に分配され、それぞれへリカノレエレメント 1の下端にコンデンサ 1 1を介して給進される。

へリカルェレメント 1、ダイオード 2、ヘリカルェレメント 3からなる放射素子はダイォ一ド 2がオフ状態の時に、ヘリカルエレメント 1， 3が高周波的に絶縁されるので、へリカルェレメント 1のみが放射素子として動作することになる。このとき、ヘリカルェレメント 1の長さは周波数の 1 / 4波長の整数倍または奇数倍が用いられる。

また、ヘリカルエレメント 1、ダイオード 2、ヘリカルエレメント 3からなる放射素子はダイォ—ド 2がオン状態の時に、へリカルェレメント 1， 3が高周波的に導通されるので、ヘリカルエレメント 1， 3がつながっているものとして動作することになる。このとき、放射素子としてのトータルの長さはヘリカルエレメント 1， 3各々の長さの和となるので、 L 1 +L 2となり、高周波信号は L 1 + L2が 1 /4波長の整数倍または奇数倍となる周波数で共振することになる。例えば、 2つの周波数 F 1 = 2. 2 GHz, F 2 = 2. OGH zで使用する場合、それぞれの周波数 F 1， F 2での波長え 1，え 2は約 136 mm及び約 1 5 0 mmになり、放射素子として 3 Z4波長で高周波信号を共振させるように設計すると、それぞれの 3 4波長は 102 mm及び 1 12. 5mmとなる。

その差は 10. 5 mmとなり、結局、ヘリカルエレメント 1， 3各々の長さ L 1，！^？は夫々。？!!^!、 10. 5 mmにすればよいことになる。実際の場合には、導 ί本の波長短縮率や誘電体の円筒 4の影響、ダイォード 2のもつキャパシタンス成分等を考慮して設計する必要があることはレ、うまでもなレ、。

次に、ダイォ一ド 2にバイアスを与える方法について説明する。ダイォ—ド 2 にバイアスを与える場合には、へリカルェレメント 1， 3の高周波的な動作に影響を与えないようにする必要がある。

まず、ダイオード 2を駆動するための負のバイアス電圧（直流）は入出力ポート 14とアースとの問に加えられる。この時、負のバイアス電流が給 ¾回路 1 2 の方向に流れるが、直流阻止用のコンデンサ 13があるため、給? 回路 1 2内には流れ込まず、ィンダクタ 1 5を介して導体の棒 8を通り、円筒 4の上部にはめ込まれている円板 5上のパタ一ン 6に到達する。

その後、負のバイアス電流はパターン 6上の 4つインダクタ 7を介して、夫々 4つのヘリカルエレメント 3を通り、 4つのダイオード 2を迎電し、オン状態とする。さらに、負のバイアス電流はへリカルェレメント 1を通り、下端のィンダクタ 7を介して円筒の下部の円板 9の下面のパターン 10を通ってアースに落ちていく。この時、バイアス電流はコンデンサ 1 1に阻止されて給電回路 12には流れ込まない。

• このようにして、ダイオード 2がオン状態の時はへリカルエレメント 1， 3力；電気的につながった状態となり、 L 1+L2の長さとしてふるまう。また、ノくィァス電圧を与えない場合、あるいは正のバイアス電圧を加えた場合には、ダイォ —ド 2がオフ状態となる。

バイァス電圧を加えなレ、時、ダイォード 2にはバイアス電流が流れなレ、ので、オンとはならない。正のバイアス電圧を加えた時も、ダイオード 2にとつでは逆方向のバイァスとなるので、電流が流れることはなく、ダイォ一ド 2がオン状態とはならなレ、。この時にはダイォード 2がオフ状態なので、ヘリカルエレメン卜 3はへリカルェレメント 1に電気的に接続されたことにならず、長さが L 1のみの力女射素子としてふるまうことになる。

したがって、アンテナに共給される高周波信号と同時に、入出力ポート 14にバイアス電圧を重畳させて加え、ダイォ一ド 2をオンオフすることによって、ヘリカルエレメントの電気長を L 1 + L 2と L 1とに切替えることができる。これは共振周波数を 2通り選べることを意味している。

例えば、ヘリカルエレメントの長さを 3ノ4波長として用いる場合では、 L 1 で共振する周波数 F 1が、光速を Cとすれば、 F 1 =CZ (L 1 ÷0. 75) となり、し 1 +し 2で共振する周波数1^ 2カ;、 F 2 = C/ ( (L 1 +L 2) ÷0.

75) となる。

本実施例のような 4線式のへリカルァンテナを給電する場合には隣合うへリカルエレメントに、順次、位相が 90度づっ進みまたは遅れ、かつ振幅が等しい信号を給電する給電回路 1 2が必要になる。図 6はこの給霜回路 1 2の構成例を示している。給電回路 1 2は 2つの 90度ノ、イブリツド 5 1と、 1つの 1 80度のハイブリッド 52とから怫成されている。ハイプリッド 5 1， 52各々のダミーポ一トには終端抵抗 53が接続されている。このような構成にすることで、入出力ポー卜 14から入力される高周波信号はポート 54〜 57から同振幅で、位相が 90度づっ興なる信号として出力される。

送信の場合を例として説叨すれば、人力ポート 14から入った高周波信号は 1

80度のハイプリッド 52によって、位相が 1 80度異なり、振幅の等しい高周波信号に分配され、それぞれ 2つの 90度のハイプリッド 5 1に入力される。

その後に、これらの高周波信号はさらにハイプリッド 5 1によって、位相が 9 0度異なり、振幅の等しレ、 2つ高周波信号に分配され、ポ—ト 54〜 57に出力される。このようにして、分配された高周波信号は振幅が等しいが、位相が順次 90度ずつ進んでレ、る高周波信号として取り出される。 ' 図 7は本実施例によるへリカルァンテナの応用例を示す図である。図にぉレ、ては本実施例のへリカルァンテナを有効に用いるための高周波回路（送受信機の R F入力部）の一 ί列を示しており、ヘリカルアンテナの入出力ポート 1 4に、例えば同籼ケーブル 1 6を介して用いられる場合を示している。

この高周波回路の受信系については、受信 ί言号は同軸ケープノレ 1 6の下端で、スィツチ 6 1とコンデンサ 6 2とを介してローノイズアンプ 6 3に入力される。一方、高周波回路の送信系については、電力増幅器 6 4の出力がそのまま同軸ケ一ブル 1 6の下端に接続される。

上記の受信系において、スィツチ 6 1とコンデンサ 6 2との問にはインダクタ 6 5及び抵抗 6 7を介して D C電源 6 8のマイナス端子が接続されている。 D C 電源 6 8のプラス端子はアースされている。同時に、インダクタ 6 5の D C電源侧はコンデンサ 6 6によって高周波信号に対してはアースされている。

上記の高周波回路にぉレ、ては同軸ケーブル 1 6の上端が、図 1 に示すへリ力ルアンテナの入出力ポート 1 4に接続されている。このへリカルアンテナのダイォード 2に加えられる負の直流バイアス電源 6 8はプラス側がアースされ、マイナス側に? 1流制限川の抵抗 6 7及びインダクタ 6 5を介して、受信川の低雒音増幅器である口一ノイズアンプ 6 3の入力部に加えられる。

この時、ィンダクタ 6 5及びコンデンサ 6 6は高周波信号がバイアス D。電源側に流れ込んでレ、かなレ、ように付加されたものである。また、コンデンサ 6 2はバイァス電流が口一ノイズアンプ 6 3の入力側に流れ込んでレ、かないにように収付けた直流阻止川である。高周波電力増幅器である電力増幅器 6 4の出力侧に接続されているコンデンサ 6 2も、電力増幅器 6 4にバイァスが流入しないように取付けた直流阻止用である。

このへリカルアンテナで信号を受信する場合には送信用高周波電力増幅器の動作が停止した後、スィッチ 6 1を閉じる。すると、バイアス電流は閉じら; たスイッチ 6 1を通り、同軸ケーブル 1 6を通って入出力ポ一ト 1 4に達する。この後、上記の説明のように、図 1のィンダクタ 1 5、棒 8、パターン 6、ィンダクタ ₇、ヘリカルエレメント 3を介してダイオード 2に達する。すると、ダィォード 2はオン状態となり、 L 1 + L 2の長さで共振する周波数での受信信号がへリカルェレメント 1、ダイオード 2及ぴへリカルェレメント 3から稱成される放射素子で受信され、コンデンサ 1 1を通過し、給電回路 1 2によつて合成され、コンデンサ 1 3、入出力ポ一ト 1 4、同軸ケープノレ 1 6、スィッチ 6 1、コンデンサ 6 2を迎つて口一ノイズアンプ 6 3の入力に達する。

この時、ィンダクタ 7， 1 5， 6 5は受信信号が流入しないように、受信信号周波数に対して充分大きなィンピ一ダンスを示すように選んでおく。同様に、コンデンサ 1 1， 1 3， 6 2， 6 6は受信信号が減衰することなく迎過できるように、受信信号周波数に対して充分小さなィンピーダンスを示すように選んでおく。但し、コンデンサ 1 1についてはへリカノレエレメント 1 とのィンピ一ダンス整合の役割を持たせる場合に、適当な値に選ぶ必要がある。

また、このへリカルアンテナで信号を送信する場合にはスィッチ 6 1をオフにし、高周波電力増幅器である電力増幅器 6 4を動作させる。電力増幅器 6 4からの高周波電力はスィツチ 6 1が開いているため、ローノイズアンプ 6 3に流入して口一ノイズアンプ 6 3を壊すこともなく、同軸ケ一ブル 1 6を迎り、入出力ポ -ト 1 4に到達する。

その後に、高周波電力はコンデンサ 1 3、給電回路 1 2、コンデンサ 1 1を迎り、ヘリカノレエレメント 1に給電される。この時、スィッチ 6 1が開いた状態のため、バイアス電流はダイォ一ド 2に流れず、ダイォード 2はオフ状態のままである。したがって、ヘリカルエレメント 3は高周波電力に対してヘリカルエレメント 1と絶縁された状態となっており、ヘリカルエレメントへ流入する電力増幅器 6 4からの高周波！;力はへリカルェレメント 1の長さである L 1の共振周波数で効率よく放射される。

送信動作の場合にぉレ、ても、ィンダクタ 7， 1 5， 6 5は送信信号が流入しないように、送信信号周波数に対して充分大きなィンピーダンスを示すように選んでおくと共に、コンデンサ 1 1 ， 1 3， 6 2， 6 6は送信信号が減衰することなく通過できるように、送信信号周波数に対して充分小さなインピーダンスを示すように選んでおく。但し、コンデンサ 1 1につレ、てはへリカルエレメント 1とのィンピ—ダンス整合の役割を持たせる場合に、適当な値に選ぶ必要がある。

図 8は本発明の他の実施例によるへリカルアンテナの側面断面図である。本実施例によるへリカルアンテナでは、図 1 a に示す実施例に比べて、図 1 a の円板 9にあたるものがなく、その代わりに、ィンダクタ 8 1〜 8 4がヘリカルェレメント 1の下端に接続され、ィンダクタ 8 1〜 8 4各々の他端がアースに接続された構造になっている。

また、ヘリカルアンテナの入出力ポート 1 4に接続されているィンダクタ 8 6 は他端でコンデンサ 8 5を介してアースに接続されるとともに、棒 8の下端にも接続されている。

本実施例によるへリカルアンテナはダイォ一ド 2にバイアス電圧を加えてスィツチングすることによって、 2つの周波数で共振させて使用することが可能である。すなわち、ダイォ一ド 2にバイアスを加えることによってダイォ一ド 2がォン /オフ動作し、ヘリ力ノレエレメント 1， 3が L 1 + L 2の長さと L 1の長さとに刘応した 2種類の共振周波数で使用できる点については図 1 a の実施 ί列と同じである。

図 8ではバイアスの処现の仕方が少し ¾なる。すなわち、図 8に示す実施例では図 1 a の円板 9に相当するものがなく、代わりにィンダクタ 8 1〜 8 4が川レヽられている。図 1 a では入出力ポ一ト 1 4に重畳されたバイアス電流がィンダクタ 1 5、棒 8、パターン 6、インダクタ 7、ヘリ力ノレエレメント 3、ダイオード 2を介してへリカルェレメント 1に到達し、その後にィンダクタ 7、パターン 1 0を通ってアースに接続されている。

しかしながら、図 8に示す実施例では入出力ポート 1 4に逾畳されたバイアス電流がィンダクタ 8 6、棒 8、パターン 6、ィンダクタ 7、ヘリカルェレメント 3、ダイオード 2を介してヘリカルエレメント 1に到達し、その後にインダクタ 8 1〜8 4をそれぞれ迎つてアースに接続されている。

本実施例では図 1 a に示す実施 ί列に比べて、円板 9が必要ない代わりに、インダクタ 8 1〜8 4が必要になる。いずれの方法も、ダイォ一ド 2をオンオフさせて 2種類の周波数で用いることができるという点では同じで、製品の実現に際して、容易な方または性能が良好な方を選べばよい。

図 9は本発明のへリカルアンテナのリターンロス特性の一例を示す図である。図においてはダイォード 2をオン/オフさせた時、 L 1で共振する周波数 F 1及びし 1 + L 2で共振する周波数 F 2におけるリターンロス特性の一例を示している。実! ¾がダイォード 2がオフ状態の時のもの、点,線がダイォ一ド 2がオン状態の時のものである。

図 1 0は本究明のへリカルァンテナの仰角而内の放射パタ一ンの一例を示す図である。図においては図 1 a に示すヘリカルアンテナの上部を天頂方向に向けた時の仰角面内の放射パタ一ンの一例を示している。

本発明のへリカルアンテナは衛星系を用いた携带端末装置のアンテナとして用いることを主な目的としているため、放射パターンとしては図 1 0に示すような上部の半球でほぼ一様なアンテナ利得が得られるような放射パターンが有効である。また、衛星系のシステムの場合には送信周波数と受信周波数とが大きく離れていることが多く、そのよう場合に本発明の技術が必要不可欠となる。

このように、ヘリカルァンテナの持つ螺旋状の電磁波放射川導体の途中にダイォード 2を iifi入し、ダイォ一ド 2にバイアスを加えてスィツチングすることによつて、共振周波数を変化させ、 2つの周波数で切替えて使川することができる。したがって、本発明のへリカルアンテナは送信及び受信を同時に行わないシステムにぉレ、て、ダイォード 2のスィツチングによつて 2つの周波数で ^川することができるため、同じような大きさのヘリカルァンテナの構造にぉレ、てもさらに域幅を広げることができる。尚、上記の説明では 4 ¾1の放射素子を川いる場合について説明しているが、放射素子が 1組の場合、 2 ^；且の場合、 8組の場合等にも本究明を適用することができる。また、上記の説明では放射素子は誘 fll^で構成される円筒の周りに卷付けられる構造について述べたが、放射素子が ·に螺旋状に配設されているような構造にも適用可能である。産業上の利用可能性

以上説明したように本発明によれば、放射素子が螺旋状に配設されたへリカルアンテナにおいて、この放射素子を、誘電体部材の下端側に配設された第 1の放射素子と、誘電体部材の上端側に配設された第 2の放射素子と、第 1の放射素子と第 2の放射素子との接続及び则折を行ぅスィツチング素子とから構成することによって、装置の大形化を伴うことなく 2通りの周波数で使用することができ、容易に帯域幅を広げることができるァンテナを得ることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 放射素子が螺旋状に配設されたヘリカルアンテナであって、前記放射素子が、前記誘電体部材の下端側に配設された第 1の放射素子と、前記誘 f 体部材の上端側に配設された第 2の放射素子と、前記第 1の放射素子と前記第 2の放射素子との接続及び切断を行うスィツチング素子とからなるヘリカルアンテナ。

2 . 前記放射素子は、円筒状の誘電体部材の周面に螺旋状に配設されている請求項 1記載のへリカルァンテナ。 '

3 . 前記スィツチング素子による前記第 1の放射素子と前記第 2の放射素子との接続及び切断のスィツチング動作を制御する手段を含む謂求項 1記載のへ

4 . 前記スィツチング素子による前記第 1の放射素子と前記第 2の放射素子との接続及び则祈のスイッチング動作を制御する手段を含む請求項 2記救のへ

5 . 前記スイッチング素子は、スイッチング川のダイオードからなる請求項 1記載のへリカルァンテナ。

6 . 前記スィツチング素子は、スィツチング川のダイォ一ドからなる請求 2記載のへリカルァンテナ。

7 . 前記スィツチング素子は、スィツチング用のダイォ一ドからなる請 * 項 3記載のへリカルァンテナ。

8 . 前記スィツチング素子は、スィツチング用のダイォ一ドからなる請求項 4記載のへリカルァンテナ。

9 . 前記ダイォードにバイアス電流を印加して前記第 1の放射素子と前記第 2の放射素子との接続及び则祈のスィツチング動作を行わせる請求項 5記載のヘリ

1 0 . 前記ダイォードにバイアス龍流を印加して前記第 1の放射素子と前記第 2の放射素子との接続及び断のスィツチング動 ί乍を行わせる請求项 (記戰の

1 1 . 前記ダイォードにバイァス電流を印加して前記第 1の放射素子と前記第 2の放射素子との接続及び切断のスィツチング動作を行わせる請求 ¾ 7記載のヘリカルアンテナ。

1 3 . 円筒状の誘電 ί本部材の周面に螺旋状に配設された第 1の導と、一端が前記第 1の導体の上部先端に接続されたスィツチング用ダイォードと、前記円筒状の誘電体部材の周面に螺旋状に配設されかつ前記ダイォードの端に接続された第 2の導体とからなる Ν組（Νは正の整数）の放射素子を有し、前記 Ν組の放射素子が同一の円筒の周回方向に同一間隔で配置されるへリカルアンテナ。

1 4 . 前記第 1の導体は、振幅が等しくかつ位相が 3 6 0 ° ΖΝ毎に順次興なるように給電される請求項 1 3記載のへリカルァンテナ。

1 5 . 前記ダイォ—ドをスィツチングする手段を含む請求項 1 3記載のヘリカルアンテナ。

1 6 . 前記ダイォ—ドをスィツチングする平段を含む請求項 1 4記載のへリ力ノレアンテナ。