JP2823644B2 - Helical antenna - Google Patents
Helical antennaInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は円偏波円錐ビームを有するヘリカルアンテナ
の構成方法に関するものである。The present invention relates to a method for configuring a helical antenna having a circularly polarized conical beam.
［従来の技術］ 移動通信において衛星を用いることにより広い地域を
サービスエリアにすることができるために、近年、衛星
を用いた移動通信方式である移動体衛星通信方式が注目
を集めている。移動体衛星通信方式の経済化を図るため
には、自動車などの移動体に設置する移動局の小形化お
よび経済化が重要である。[Prior Art] In mobile communication, a mobile satellite communication system, which is a mobile communication system using a satellite, has recently attracted attention because a large area can be made a service area by using a satellite in mobile communication. In order to reduce the cost of the mobile satellite communication system, it is important to reduce the size and cost of a mobile station installed in a mobile body such as an automobile.
従来の移動局アンテナにおいて、その経済化・小型化
を妨げていたものは衛星方向に常に円偏波アンテナの主
ビーム方向を向けるための衛星追尾機構であった。Among conventional mobile station antennas, what has hindered economical and miniaturization is a satellite tracking mechanism for always directing the main beam direction of the circularly polarized antenna to the satellite direction.
この追尾機構を簡易化する方法の一つとして、円偏波
円錐ビームを実現する方法がある。円偏波円錐ビームは
第２図に示すように天頂軸に対して対称な放射指向性で
あって、その主放射方向を衛星10の抑角方向に設定する
ことで無追尾の移動局アンテナを構成することが可能で
ある。One method of simplifying the tracking mechanism is to realize a circularly polarized conical beam. The circularly polarized conical beam has a radiation directivity symmetrical with respect to the zenith axis as shown in FIG. 2, and the main radiation direction is set to the angle of suppression of the satellite 10 so that the mobile station antenna without tracking can be used. It is possible to configure.
［発明が解決しようとする課題］ この指向性を実現するアンテナの一つとして４線巻ヘ
リカルアンテナがあるが、これは、通常、同軸線より給
電するために、同軸線よりの不平衡電流を平衡電流に変
換するための回路であるバランを必要とするとともに、
インピーダンス整合をとるための整合回路を設けら必要
があった。そのため、給電回路が複雑なものとなると言
う問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] One of the antennas for realizing this directivity is a four-wire helical antenna, which usually supplies unbalanced current from a coaxial line to feed power from a coaxial line. It requires a balun, which is a circuit for converting to a balanced current,
It was necessary to provide a matching circuit for impedance matching. Therefore, there is a problem that the power supply circuit becomes complicated.
本発明は、このような従来の問題点を解決するため、
円偏波用アンテナであるヘリカルアンテナを適切に構成
することにより、給電回路の簡易化が可能なアンテナを
提供することを目的としている。The present invention solves such a conventional problem,
An object of the present invention is to provide an antenna capable of simplifying a feed circuit by appropriately configuring a helical antenna that is a circularly polarized antenna.
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば上述の目的は前記特許請求の範囲に記
載された手段により達成される。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, the above-mentioned object is achieved by the means described in the claims.
すなわち、本発明は、一組の２本の導体線よりなる放
射部を有するヘリカルアンテナであって、アンテナの一
端に給電点を持つとともに他端に給電同軸線による送受
信信号を取り出すことのできる端子をもち、アンテナの
放射部の１組の導体線の内の一方の導体線は同軸線より
なり、他のひとつの導体線は給電点において同軸線より
なる導体線の中心導体と電気的に接続されるとともに、
それぞれの導体線が同一のピッチで巻装されており、ヘ
リカルアンテナの給電端子側において一方の導体線と同
軸線よりなる導体線の外導体とが電気的に短絡されてい
る構造を有するヘリカルアンテナである。That is, the present invention relates to a helical antenna having a radiating portion composed of a pair of two conductor wires, a terminal having a feed point at one end of the antenna and capable of extracting a transmission / reception signal by a feed coaxial line at the other end. One of the conductor lines of the radiating portion of the antenna is formed of a coaxial line, and the other conductor line is electrically connected to the center conductor of the coaxial line at the feeding point. As well as
A helical antenna having a structure in which each conductor wire is wound at the same pitch and one of the conductor wires and the outer conductor of the coaxial conductor wire are electrically short-circuited on the feed terminal side of the helical antenna. It is.
［作 用］ 移動体衛星通信用のアンテナのなかで、コニカルスパ
イラルアンテナ等に代表されるヘリカルアンテナは、円
偏波の円錐ビームを発生することが可能である。このと
き、円偏波円錐ビームを発生するためのパラメータとし
ては、直径、ピッチなどの螺旋導体の形状パラメータが
大きく関係するが、その他の複数ある螺旋導体を適切な
位相差をもって給電する必要がある。[Operation] Among mobile satellite communication antennas, a helical antenna represented by a conical spiral antenna or the like can generate a circularly polarized conical beam. At this time, as parameters for generating a circularly polarized conical beam, shape parameters of the spiral conductor such as a diameter and a pitch are greatly related, but it is necessary to supply power to other plural spiral conductors with an appropriate phase difference. .
例えば、第３図に示す４本の導体線１よりなるヘリカ
ルアンテナにおいては、それぞれの導体線360゜/4であ
る90゜の位相差で給電する必要があるが、このとき、ア
ンテナは図の電流が逆方向に流れる平衡系の２組の放射
部に分けることができ、それぞれの放射部の不平衡系で
ある給電線を直接接続すると、同軸線２の外導体に電流
が流れてしまうためにバランが必要となっていた。For example, in a helical antenna composed of four conductor wires 1 shown in FIG. 3, it is necessary to feed power with a phase difference of 90 ° which is 360 ° / 4 of each conductor wire. The current can be divided into two sets of radiating parts of a balanced system in which the current flows in the opposite direction. If the feed lines, which are unbalanced systems of the respective radiating parts, are directly connected, the current will flow through the outer conductor of the coaxial line 2. Needed a balun.
本発明においては、第１図に示すように１組の導体線
の一方を同軸線６で構成し、他の導体線５を同軸線と対
称な構造とすることにより、同軸線から供給され、中心
導体を流れてきた高周波電流は、給電点４においてその
ままもう一方の導体５に流れ、外導体の内側を流れてき
た大きさの等しい逆方向の電流は同軸線６の外側を流れ
る。このとき、ヘリカルの巻き終わりにおいて一方の導
体線と同軸線よりなる導体線の外導体との両方を接続す
ればそれぞれの電流は大きさが等しく逆方向であるた
め、それ以降導体上を流れることなく終端されるから、
高周波電流は必要な放射部のみを流れることとなる。In the present invention, as shown in FIG. 1, one of a set of conductor wires is constituted by a coaxial line 6, and the other conductor line 5 is provided with a structure symmetrical to the coaxial line, so that the conductor line 5 is supplied from the coaxial line. The high-frequency current flowing through the center conductor flows through the other conductor 5 as it is at the feeding point 4, and the current of the same magnitude in the opposite direction flowing inside the outer conductor flows outside the coaxial line 6. At this time, if both the conductor and the outer conductor of the coaxial conductor are connected at the end of the winding of the helical, the currents are equal in magnitude and opposite to each other, and then flow on the conductor thereafter. Is terminated without
The high-frequency current flows only through the necessary radiating section.
ただし、ヘリカルの巻数およびピッチなどによって第
４図に示すヘリカル上の電圧および電流分布の定在波分
布が決まるために、給電点においてインピーダンスの整
合が十分でない場合がある。このような場合には、一方
の導体線と同軸線よりなる導体線との両方にそれぞれ適
切なインピーダンス素子を装荷して電圧電流の定在波分
布を変化させ、これにより整合をとることができる。ま
た、巻き終わりにおいて適切なインピーダンス素子を介
して両方の導体を接続することでも電圧電流分布を変化
することができるため入力特性の改善をすることができ
る。However, since the standing wave distribution of the voltage and current distribution on the helical shown in FIG. 4 is determined by the number of turns and pitch of the helical, impedance matching may not be sufficient at the feeding point. In such a case, an appropriate impedance element is loaded on both one of the conductor lines and the conductor line formed of a coaxial line to change the standing wave distribution of the voltage and current, thereby achieving matching. . Also, by connecting both conductors via an appropriate impedance element at the end of winding, the voltage / current distribution can be changed, so that the input characteristics can be improved.
［実施例］ 第５図は、本発明の第１の実施例を示す図であって、
給電点４の近傍において導体線をコイル状に巻くことで
誘電性のインピーダンス７を付加した例である。また、
第６図は本発明の第２の実施例を示す図であって、金属
円筒８を給電点付近に配置することで容量性のインピー
ダンスを付加した例である。さらに、第７図は本発明の
第３の実施例を示す図であって、ヘリカルの巻き終わり
の部分にインピーダンス素子９を挿入した例を示してい
る。ここに適当なスタブなどを挿入することでインピー
ダンス特性の改善が可能である。Embodiment FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the present invention,
This is an example in which a conductor impedance is added by winding a conductor wire in a coil shape in the vicinity of a feeding point 4. Also,
FIG. 6 is a view showing a second embodiment of the present invention, in which a metal cylinder 8 is arranged near a feeding point to add a capacitive impedance. FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the present invention, in which an impedance element 9 is inserted at the end of the helical winding. The impedance characteristics can be improved by inserting an appropriate stub or the like here.
金属円筒を付加時の入力インピーダンスの改善特性の
実測例を第８図に示す。同図において、入力特性の改善
がなされていることがわかる。このとき、金属円筒を付
加しないときのアンテナ軸を含む面での放射指向性の実
測値を第９図に、また金属円筒を付加したときのアンテ
ナ軸を含む面での放射指向性の実測値を第10図に示す。
同図からわかるように金属円筒の付加により放射指向性
はほとんど変化しておらず、入力特性の改善がなされて
いることがわかる。FIG. 8 shows an actual measurement example of the improvement characteristic of the input impedance when the metal cylinder is added. In the figure, it can be seen that the input characteristics have been improved. At this time, the measured values of the radiation directivity on the plane including the antenna axis when the metal cylinder is not added are shown in FIG. 9, and the measured values of the radiation directivity on the plane including the antenna axis when the metal cylinder is added are shown in FIG. Is shown in FIG.
As can be seen from the figure, the radiation directivity hardly changes due to the addition of the metal cylinder, indicating that the input characteristics have been improved.
ここでは、円筒上に巻かれたヘリカルアンテナについ
て述べたが、多角柱や円錐上に巻かれたものについても
同様なことがいえることはいうまでもない。Here, a helical antenna wound on a cylinder has been described, but it goes without saying that the same can be said for an antenna wound on a polygonal prism or a cone.
［発明の効果］ 本発明によれば、円偏波ヘリカルアンテナにおいて、
平衡不平衡変換回路が不要であり、簡易な給電系を実現
することができると共に、アンテナ給電回路が小型とな
ることで従来より短いアンテナ長で同等な特性が実現で
きる利点がある。According to the present invention, in a circularly polarized helical antenna,
There is an advantage that a balanced / unbalanced conversion circuit is not required, a simple power supply system can be realized, and the same characteristics can be realized with a shorter antenna length than the conventional one by reducing the size of the antenna power supply circuit.
第１図は本発明の構成を説明する図、第２図は円錐ビー
ムを説明する図、第３図は従来の４線巻ヘリカルアンテ
ナの給電方法を説明する図、第４図はヘリカル上の電圧
および電流分布を説明する図、第５図は本発明の第１の
実施例を示す図、第６図は本発明の第２の実施例を示す
図、第７図は本発明の第３の実施例を示す図、第８図は
本発明の実施例における入力特性の実測例を示す図、第
９図，第10図は実施例の円偏波アンテナの放射指向性の
実測値を示す図である。 １……ヘリカルアンテナ、２……同軸線、３……整合回
路、４……給電点、５……本発明におけるヘリカル放射
部導体、６……本発明におけるヘリカル放射部となる同
軸線、７……給電点付近に挿入したインダクタンス、８
……給電点近傍に配置した金属円筒、９……ヘリカルの
巻終わりに挿入したインピーダンス、10……衛星、11…
…バランFIG. 1 is a view for explaining the configuration of the present invention, FIG. 2 is a view for explaining a conical beam, FIG. 3 is a view for explaining a power supply method of a conventional 4-wire helical antenna, and FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining voltage and current distribution, FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a diagram showing an actual measurement example of input characteristics in the embodiment of the present invention, and FIGS. 9 and 10 show actual measurement values of the radiation directivity of the circularly polarized antenna of the embodiment. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Helical antenna, 2 ... Coaxial line, 3 ... Matching circuit, 4 ... Feeding point, 5 ... Helical radiation part conductor in the present invention, 6 ... Coaxial line serving as helical radiation part in the present invention, 7 …… Inductance inserted near the feeding point, 8
…… a metal cylinder placed near the feeding point, 9 …… impedance inserted at the end of the helical winding, 10 …… satellite,
... Balun
Claims (1)
るヘリカルアンテナであって、 アンテナの一端に給電点を持つとともに他端に給電同軸
線による送受信信号を取り出すことのできる端子をも
ち、 アンテナの放射部の１組の導体線の内の一方の導体線は
同軸線よりなり、 他のひとつの導体線は給電点において同軸線よりなる導
体線の中心導体と電気的に接続されるとともに、それぞ
れの導体線が同一のピッチで巻装されており、ヘリカル
アンテナの給電端子側において一方の導体線と同軸線よ
りなる導体線の外導体とが電気的に短絡されている構造
を有することを特徴とするヘリカルアンテナ。1. A helical antenna having a radiating portion composed of a pair of two conductor wires, comprising a feed point at one end of the antenna and a terminal capable of extracting a transmission / reception signal by a feed coaxial line at the other end. One of the conductor lines of the radiating portion of the antenna is composed of a coaxial line, and the other conductor line is electrically connected to a center conductor of the coaxial line at a feeding point. The conductor wires are wound at the same pitch, and one of the conductor wires and the outer conductor of the coaxial conductor wire are electrically short-circuited on the feed terminal side of the helical antenna. A helical antenna, comprising:
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