JP4101514B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
技術分野
この発明は、ヘリカルアンテナに非接触で給電する手段に関するものであり、特に２線巻きおよび４線巻きヘリカルアンテナを対象とするものである。
背景技術
従来、この種のアンテナ装置として、例えば、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｄｅｃ．，１９７０，ｐ４９−５３に掲載された、”Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ Ｈｅｌｉｘ Ａｎｔｅｎｎａ”のＦｉｇ６ １／４ ｔｕｒｎ ｖｏｌｕｔｅ ｗｉｔｈ ｓｐｌｉｔ ｓｈｅａｔｈ ｂａｌｕｎや特開昭６３−３０００６号公報に開示されたものがある。図１３はＭｉｃｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌに掲載された１／４ ｔｕｒｎ ｖｏｌｕｔｅ ｗｉｔｈ ｓｐｌｉｔ ｓｈｅａｔｈ ｂａｌｕｎの概観図である。１０１は第１のヘリカルアンテナ放射素子対、１０２は第２のヘリカルアンテナ放射素子対、１０３は給電用の同軸ケーブル、１０４は同軸ケーブル２９の外導体に切られた１／４波長のスリット、１０５は同軸ケーブル１０３の内導体に設けられたインピーダンス変換部、１０６は第１、第２のヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２の給電点である。
第１、第２のヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２はともに動作状態から平行２線線路のように平衡形の線路とみなすことができる。従って、同軸ケーブル１０３のような不平衡形の線路を接続して給電する場合、ヘリカルアンテナ放射素子対と同軸ケーブルの間に平衡−不平衡変換器を必要とする。そこで、同軸ケーブル１０３、１／４波長のスリット１０４、インピーダンス変換部１０５からなるバランを設けている。
図１３に示す従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、第１、第２のヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２は、給電用の同軸ケーブル１０３の内導体に直接接続されるため、ヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２を可動形として移動させる場合には、同軸ケーブルも同時に移動させる必要があるため、移動がしずらく、また、移動を繰り返した場合には破損し易いという問題点があった。
携帯電話のアンテナは、挿入および引き出しが容易であることが必要であるので、図１１のアンテナは使いづらかった。
発明の開示
本発明の目的は、ヘリカルアンテナに非接触で給電することにより、ヘリカルアンテナの移動を容易とすることである。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｄ）の構成を備えたものに関する。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、スロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差するストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入されて前記スロットとストリップ導体によって励振されるヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナ放射素子とスロットが非接触状態で電磁的に結合し、スロットがストリップ導体と電磁的に結合しているので、ヘリカルアンテナに非接触で給電できる。
これにより、ヘリカルアンテナの移動が容易になる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｅ）の構成を備えたものであることが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも２本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差する少なくとも２本のストリップ導体
（ｄ）各ストリップ導体を伝搬する電磁波間に１８０°の位相差を与える位相差分配回路
（ｅ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットとストリップ導体によって１８０°の位相差で励振される少なくとも２個のヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
２個のヘリカルアンテナ放射素子が１８０°の位相差で励振されるので、円偏波を放射できる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｄ）の構成を備えていることが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも２本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し互に逆方向から交差する少なくとも２本のストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットと前記ストリップ導体によって１８０°の位相差で励振される少なくとも２個のヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
２個のヘリカルアンテナ放射素子が１８０°の位相差で励振されるので、円偏波を放射できる。
２本のストリップ導体をスロットに対し互に逆方向から交差させるようにしたので、１８０°位相器を設けなくとも、２個のヘリカルアンテナ放射素子を１８０°の位相差で励振できる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｅ）の構成を有することが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも４本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差する少なくとも４本のストリップ導体
（ｄ）隣り合うストリップ導体間に９０°の位相差を与える位相差分配回路
（ｅ）前記誘電体筒の内部の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットと前記ストリップ導体によって互に９０°の位相差を付けられて励振される少なくとも４個のヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
４個のヘリカルアンテナ放射素子が互に９０°の位相差で励振されるので、上半面方向に円偏波の電波を放射できる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｅ）の構成を有することが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも４本のスロットを有する導体と、
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し第１の方向から交差する第１および第２のストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し前記第１の方向とは逆方向から交差する第３および第４のストリップ導体
（ｅ）前記第１および第２のストリップ導体との間、前記第３および第４のストリップ導体との間に９０°の位相差を与える位分配回路
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
４個のヘリカルアンテナ放射素子が互に９０°位相差で励振されるので、円偏波を放射できる。
スロットに対し互に逆方向からストリップ導体を交差させ、更に９０°の位相差を分配器で与えているので、１８０°位相器を設けなくとも４個のヘリカルアンテナ素子を互に９０°の位相差で励振できる。
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明のアンテナ装置を図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明のアンテナ装置の一実施の形態を示す斜視図、図２は図１のアンテナ装置の誘電体筒の内側面と断面を示す図、図３は図１のアンテナ装置の等価回路図である。
１は四角形の断面形状の誘電体筒で、１ｃは第２の外側面、１ｄは第１の外側面である。第４の外側面は隠れて見えないが、第１の外側面１ｄと対称にストリップ導体４ａやハイブリッドが形成されている。第３の外側面も隠れて見えないが、第２の外側面１ｃと対称にストリップ導体４ｂが形成されている。
２は誘電体筒の内壁全面に導体膜を密着して形成された地導体である。３ａ、３ｂは地導体２の一部を切除して形成されたスロットである。４ｃ、４ｄ、および５は誘電体筒１の外壁面に導体膜を密着して形成されたストリップ導体である。６ａおよび６ｂは９０°ハイブリッドである。７ａおよび７ｂは９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂに接続された抵抗である。８は１８０°ハイブリッドである。９は１８０°ハイブリッド８に接続された抵抗である。１０は誘電体筒１を貫通するスルーホールである。１１は誘電体筒１と、地導体２と、４本のスロット３ａ〜３ｄと、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄおよび５と、９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂと、抵抗７ａおよび７ｂと、１８０°ハイブリッド８と、抵抗９と、スルーホール１０とから成るマイクロストリップ線路形の給電回路である。１２は誘電体円柱である。１３ａ〜１３ｄは誘電体円柱１２の表面に導体膜を密着して形成されたヘリカルアンテナ放射素子である。１４は短絡部である。１５は誘電体円柱１２と、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄと、短絡端１４とから成る４線巻きヘリカルアンテナである。Ｐ１は入出力端子である。４本のストリップ導体４ａ〜４ｄは一端がスルーホール１０により地導体２に接続され短絡されており、この短絡された付近では、誘電体筒１の中心軸と平行な向きに配置されている。４本のスロット３ａ〜３ｄは、スルーホール１０付近で、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄと誘電体筒１の肉厚分だけの間隔を隔てて交差するように配置され、両端部分がコの字形に折れ曲がった形状としている。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは誘電体円柱１の中心軸を中心として９０°づつ回転した位置に等間隔で配置され、一端が短絡部１４により相互に接続されている。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは、４本のスロット３ａ〜３ｄを介して４本のストリップ導体４ａ〜４ｄと対向するように配置されている。
図２（ａ）は、誘電体筒１の第１の外側面１ｄの裏にある第１の内側面に設けられたＵ字形のスロット３ｄを示す。他の内側面にも同様のスロット３ｃ〜３ｄが形成されている。
図２（ｂ）は、図１誘電体筒のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。ストリップ導体４ｄは、誘電体筒１を隔ててスロット３ｄと交差し、貫通孔であるスルーホール１０により地導体２に接続されている。
スロットとマイクロストリップ線路の結合は、スロット線路の長手方向の磁界とマイクロストリップ線路の横断面内の磁界との結合により生じます。スロット線路の長手方向の磁界はスロットの中央部で、一方、マイクロストリップ線路の横断面内の磁界は短絡部付近で最大となるので、このような位置同士で両線路を交差させると密結合が得られます。
スロットは給電線路とアンテナ放射素子間の電磁結合の仲立ちをするもので、長さが１／２波長の場合にはスロット自体が共振して電磁エネルギーを一旦蓄積し、再放射することで、両者の結合を助けます。１／２波長以外の場合にはサセプタンス素子としてインピーダンス整合を助けます。
磁力線がスロット３ａ〜３ｄを介してストリップ導体４ａ〜４ｄ、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄの両方を取り巻いて磁界結合に寄与します。
スロット形状をＵの字にしているのは専有面積を減らすためです。直線状など他の形状でも構いません。ただしストリップ導体４ａ〜４ｄとヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄが対向する位置はスロットの中央付近が望ましい位置です。
スロット３ａ〜３ｄはスロットアンテナとして機能し、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄと非接触で電磁結合する。
次に動作原理について説明する。今、入出力端子Ｐ１から電波が入力されると、この電波はまず１８０°ハイブリッド８で２分配され、２分配された電波のおのおのはストリップ導体５、５を伝搬し、９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂでさらに２分配され、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄ、４つのスロット３ａ〜３ｄを介してヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄに達する。
このとき、入出力端子Ｐ１から各スロット３ａ〜３ｄまでの間のストリップ導体４ａ〜４ｄおよび５の電気長を相互に等しく設定すると９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂと、１８０°ハイブリッド８の働きにより、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ、１３ｂ、１３Ｃ、１３ｄの順に順次位相が９０°づつ遅れるように電波が励振される。さらに、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄの長さを略１／４波長に設定すると、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄに励振された電波は円偏波の電波として空間に放射される。このため、ヘリカルアンテナ１５は円偏波を放射する４線巻きヘリカルアンテナとして動作する。
非接触給電のルートは、ストリップ導体４ａ〜４ｄ→スロット３ａ〜３ｄ→ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄです。スルーホール１０は結合部付近の磁界エネルギーを高めるために設けられています。
対向する２対のヘリカルアンテナ放電素子１３ａと１３ｃ、１３ｂと１３ｄは１８０°の位相差で励振される。
対向するアンテナ放射素子同士で平行２線を形成しており、これらの間に電界が生じる必要があります。この電界を積極的に励振するために１８０°位相差で励振します。
通常のヘリカルアンテナは１素子ですが、きれいな円偏波を放射するためには円筒面をｎ周するだけの長さが必要です。今回のように４個のヘリカルアンテナ放射素子で９０°づつ位相差をつけて励振すると素子の長さが短い場合でもきれいな円偏波が放射されます。
１８０°ハイブリッド８としてはラットレース形ハイブリッド、９０°ハイブリッド６ａ、６ｂとしてはブランチラインカップラや結合線路形ハイブリッドを使います。
１８０°ハイブリッド８に代えて電気長１８０°のストリップ導体を使うことができる。
図３の等価回路でアンテナへの給電路を説明する。
入出力端子Ｐ１からの電磁波は１８０°ハイブリッド８で互に１８０°の位相差が付けられて２本のストリップ導体５、５へ分配され、９０°ハイブリッド６ａ、６ｂによって互に９０°の位相差が付けられ、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄに分配される。ストリップ導体４ａ〜４ｄはスロット３ａ〜３ｄと交差し電磁的に結合している。スロット３ａ〜３ｄはヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄと非接触で電磁的に結合している。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄの相隣れる素子は互に９０°の位相差で励振され、円偏波を放射する。
図１は、ヘリカルアンテナ１５を引き出した状態を示す。
図４は、ヘリカルアンテナ１５を誘電体筒１の内側のスロットに対向する空間に挿入した状態を示す。
ヘリカルアンテナ素子の伸張／収納手段は取り付け場所に依存する部分が多く、また、可能性も無数に考えられ、特定が難しいため省略する。
ヘリカルアンテナ放射素子は１個であっても良い。この場合は、通常のダイポールアンテナ（携帯電話などに使われている）が１本で放射するのと同様に放射します。この場合は、給電部については誘電体筒の一面のみを使用すればよいことになります。
誘電体筒１の形状は円筒であっても良い。
図１に示すアンテナ装置は以上のように構成されているので、図１および図４に示すようにヘリカルアンテナ１５を誘電体筒１に挿入して誘電体筒１に非接触で伸長および収納させることが可能であり、ヘリカルアンテナ１５の可動化が容易であるという利点を有する。
実施の形態２．
図５はこの発明のアンテナ装置の実施の形態２を示す斜視図であり、ヘリカルアンテナ１５を除くマイクロストリップ線路形の給電回路を図示している。図５（ａ）は第１面１ｄ、第２面１ｃを、図５（ｂ）は第３面１ｂ、第４面１ａを示す。また、図６はヘリカルアンテナ１５を含む実施の形態２の等価回路を図示している。
図において、１〜１１、およびＰ１は図１の場合と同じもの、１６ａおよび１６ｂは短絡端側の端部がＵ字形に折り曲げられた形状のストリップ導体である。ストリップ導体１６ａおよび１６ｂは端部がＵ字形に折り曲げられているため、スロット３ａおよび３ｂを挟んで入出力端子側で地導体２にスルーホール１０を介して接続され短絡される。これに対してストリップ導体４ｃおよび４ｄはスロット３ｃおよび３ｄを挟んで入出力端子側と逆側で地導体２にスルーホール１０を介して接続され短絡される。このため、スロット３ａおよび３ｂと、スロット３ｃおよび３ｄとでは、逆位相の電波が励振される。
ストリップ導体を流れる電流がスロットを横切る方向が、ストリップ導体１６ａ、１６ｂはスロット３ａ、３ｂの上側から下側、ストリップ導体４ｃ、４ｄはスロット３ｃ、３ｄの下側から上側となります。これに伴いスロットに励振される電磁界の向きも反対となります。すなわちスロットに電磁界が逆相励振されることとなります。
図５に示す実施の形態２は以上のように構成されているので、実施の形態１の場合と同様の動作および利点を有する他、１８０°ハイブリッド８が不要になる利点を有する。
図６は図５の等価回路図である。
入出力端子Ｐ１からのマイクロ波は、２本のストリップ導体５、５に同位相で分配される。次いで、９０°ハイブリッド６ａ、６ｂで９０°の位相差を付けられて４本のストリップ導体４ｃ、４ｄ、１６ａ、１６ｂに分配される。
ストリップ導体１６ａ、１６ｂがスロット３ａ、３ｂと交差する方向は、ストリップ導体４ｃ、４ｄがスロット３ｃ、３ｄと交差する方向とは逆なので、これにより１８０°の位相差が生ずる。従って、スロット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのマイクロ波は、相隣れるものの間に９０°の位相差が付く。
ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは互に９０°の位相差で励振される。
実施の形態３．
図７はこの発明のアンテナ装置の実施の形態３を示す斜視図であり、ヘリカルアンテナ１５を除くマイクロストリップ線路形の給電回路を図示している。図７（ａ）は誘電体筒の第１面１ｄ、第２面１ｃを、図７（ｂ）は誘電体筒１の第３面１ｂ、第４面１ａを示す。また、図８はヘリカルアンテナ１５を含む実施の形態３の等価回路を図示している。図において、１〜１１、１６ａ、１６ｂ、およびＰ１は図５の場合と同じもの、１７は電気長９０°の位相調整用ストリップ導体である。
この実施の形態は、図５、図６の９０°ハイブリッド６ａ、６ｂに代えて電気長９０°の位相調整用ストリップ導体１７を用いたものである。それ以外は、図５、図６と同一の構成である。
図８の等価回路図で説明する。
入出力端子Ｐ１からのマイクロ波は、２本のストリップ導体５、５に同位相で分配される。次いで電気長９０°のストリップ導体１７、１７で９０°の位相差を付けられてストリップ導体１６ａ〜１６ｄに分配される。ストリップ導体１６ａ、１６ｂがスロット３ａ、３ｂと交差する方向は、ストリップ導体１６ｃ、１６ｄがスロット３ｃ、３ｄと交差する方向とは逆なので、スロット３ａ、３ｂのマイクロ波は、スロット３ｃ、３ｄのマイクロ波と１８０°の位相差となる。
従って、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは相隣れるものが９０°の位相差で励振される。
図７および図８に示す実施の形態３は以上のように構成されているので、実施の形態２の場合と同様の動作および利点を有する他、９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂが不要になり、給電回路をマイクロストリップ線路のみで構成できる。
実施の形態４．
図９はこの発明のアンテナ装置の実施の形態４を示す構成概略図であり、ヘリカルアンテナ１５を除くマイクロストリップ線路形の給電回路を図示している。図９（ａ）は誘電体筒１の第１面１ｄと第２面１ｃを、図９（ｂ）は誘電体筒１の第３面１ｂと第４面１ａを示す。また、図１０はヘリカルアンテナ１５を含む実施の形態４の等価回路を図示している。図において、１〜１１、１６ａ、１６ｂ、およびＰ１は図５の場合と同じもの、１８ａ〜１８ｄはヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄのインピーダンス整合を得るためのチップコンデンサである。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄのインピーダンス整合は、主としてヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄとスロット３ａ〜３ｄとの相対位置、ストリップ導体４ｃ、４ｄ、１６ａ、１６ｂの短絡端（貫通孔１０）からスロット３ａ〜３ｄまでの距離、およびスロット３ａ〜３ｄの長さなどの調整でインピーダンス整合を得るが、これにチップコンデンサ１８ａ〜１８ｄを装荷することでインピーダンス整合の得る上での自由度が拡大される。
チップコンデンサの容量値を変化させることで、インピーダンス整合を得られるアンテナ放射素子の形状の範囲が拡大します。
チップコンデンサ１８ａ〜１８ｄはストリップ導体４ｃ、４ｄ、１６ａ、１６ｂのギャップ上に直列に挿入される。
この実施の形態は、図５、図６（実施の形態２）のストリップ導体１６ａ、１６ｂ、４ｃ、４ｄにチップコンデンサ１８ａ〜１８ｄを設けたもので、それ以外は図５、図６と同一の構成である。
図１０の等価回路で本実施の形態における無接触給電を説明する。
入出力端子Ｐ１からのマイクロ波は、２本のストリップ導体５、５に同位相で分配される。次いで９０°ハイブリッド６ａ、６ｂで９０°の位相差を付けられて４本のストリップ導体１６ａ、１６ｂ、４ｃ、４ｄに分配される。
ストリップ導体１６ａ、１６ｂがスロット３ａ、３ｂと交差する方向は、ストリップ導体４ｃ、４ｄがスロット３ｃ、３ｄと交差する方向とは逆方向であるので、これにより１８０°の位相差が生ずる。
スロット３ａ〜３ｄのマイクロ波は相隣れるものの間に９０°の位相差が出来る。従って、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは相隣れるものの間に９０°の位相差が付けられて励振される。
チップコンデンサに代えてくし形のインターディジテッド形コンデンサをストリップ導体パターンで形成しても良い。
整合回路として、１／４波長変成器、並列容量としての先端開放スタブ、並列インダクタンスとしての先端短絡スタブまたはチップコイルを用いることも出来る。
１／４波長変成器はインピーダンスの異なる２つの線路を反射無く接続する機能を有しています。線路長を１／４波長とすると、１／４波長線路の両端の線路幅の不連続による反射が相互に打ち消しあう（往復で１／２波長となり逆相となる）ので、線路幅を調整して各不連続での反射の振幅を同じにすれば全体としての反射が０になります。
１／４波長以下、あるいは１／４波長以下＋ｎ／２波長の先端開放伝送線路は、開放端と逆側の端部から見た入力インピーダンスが並列の容量性となります。これが先端開放スタブです。また、１／４波長以下、あるいは１／４波長以下＋ｎ／２波長の先端短絡伝送線路は、短絡端と逆側の端部から見た入力インピーダンスが並列の誘導性となります。これが先端短絡スタブです。
整合回路を設ける理由は、インピーダンス整合が得られ反射の小さくなる周波数範囲を広げる、反射特性をさらに改善する、あるいは寸法誤差による反射特性の劣化量を低減するためです。
整合回路は好ましくはスロットの近くのストリップ導体に設ける。
図９および図１０に示す実施の形態４は以上のように構成されているので、実施の形態２の場合と同様の動作および利点を有する他、インピーダンス整合の得られる条件の範囲が拡大されるという利点を有する。
実施の形態５．
実施の形態１〜４のストリップ導体４ａ〜４ｃの端部はスルーホール１０を経て地導体２に短絡されているが、ストリップ導体の端部を開放することもできる。
図１１は、この発明のアンテナ装置の実施の形態５の誘電体筒の一面の上部だけを示す図である。
誘電体筒１上に設けられるストリップ導体４は誘電体筒１を隔ててスロット３と交差し、交差点から１／４波長延びて開放端にて終端する。誘電体筒１にはスルーホールは設けられない。
図１のスロット３ａ〜３ｄとストリップ導体４ａ〜４ｄの上部を図１１のスロット３、ストリップ導体４で置き換えることが出来、図１と同様に機能する。その場合の等価回路は図３と同一である。
実施の形態６．
端部を開放させたストリップ導体においても、スロットと交差する方向を逆にすることによって１８０°の位相差を付けることが出来る。これにより１８０°ハイブリッドを省略できる。
図１２は、この発明のアンテナ装置の実施の形態６の誘電体筒の一面の上部だけを示す図である。
ストリップ導体４の端はＵ字型に曲げられて、誘電体筒１を隔ててスロット３に図１１とは逆方向から交差している。ストリップ導体４はスロット３との交差点から１／４波長延びて開放した状態で終端する。これにより図１２のスロット３のマイクロ波の位相は、図１１のスロット３のマイクロ波と１８０°の位相差を持つようになる。
図５（ａ）の誘電体筒の第１面１ｄ、第２面１ｃのストリップ導体４ｄ、４ｃの上部とスロット３ｄ、３ｃを図１１のストリップ導体４とスロット３で置き換え、図５（ｂ）の第３面１ｂ、第４面１ａのストリップ導体１ｂ、１ａの上部とスロット３ｂ、３ａを図１２のストリップ導体４とスロット３で置き換えることができる。その場合、図５のアンテナ装置と同一に機能し、その等価回路は図６と同一となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のアンテナ装置の一実施の形態を示す斜視図である。
図２は、図１の誘電体筒１の説明図で、（ａ）は内側面を示す図、（ｂ）は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
図３は、図１のアンテナ装置の等価回路図である。
図４は、図１のアンテナ装置において、ヘリカルアンテナ１５が誘電体筒１に挿入された状態を示す斜視図である。
図５は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す斜視図である。（ａ）は第１面および第２面を、（ｂ）は第３面および第４面を示す。
図６は、図５のアンテナ装置の等価回路図である。
図７は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す斜視図である。（ａ）は第１面および第２面を、（ｂ）は第３面および第４面を示す。
図８は、図７のアンテナ装置の等価回路図である。
図９は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す斜視図である。（ａ）は第１面および第２面を、（ｂ）は第３面および第４面を示す。
図１０は、図９のアンテナ装置の等価回路図である。
図１１は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態のストリップ導体を示す図である。
図１２は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態のストリップ導体を示す図である。
図１３は、従来のアンテナ装置の一例を示す図である。
この発明は、ヘリカルアンテナに非接触で給電する手段に関するものであり、特に２線巻きおよび４線巻きヘリカルアンテナを対象とするものである。
背景技術
従来、この種のアンテナ装置として、例えば、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｄｅｃ．，１９７０，ｐ４９−５３に掲載された、”Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ Ｈｅｌｉｘ Ａｎｔｅｎｎａ”のＦｉｇ６ １／４ ｔｕｒｎ ｖｏｌｕｔｅ ｗｉｔｈ ｓｐｌｉｔ ｓｈｅａｔｈ ｂａｌｕｎや特開昭６３−３０００６号公報に開示されたものがある。図１３はＭｉｃｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌに掲載された１／４ ｔｕｒｎ ｖｏｌｕｔｅ ｗｉｔｈ ｓｐｌｉｔ ｓｈｅａｔｈ ｂａｌｕｎの概観図である。１０１は第１のヘリカルアンテナ放射素子対、１０２は第２のヘリカルアンテナ放射素子対、１０３は給電用の同軸ケーブル、１０４は同軸ケーブル２９の外導体に切られた１／４波長のスリット、１０５は同軸ケーブル１０３の内導体に設けられたインピーダンス変換部、１０６は第１、第２のヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２の給電点である。
第１、第２のヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２はともに動作状態から平行２線線路のように平衡形の線路とみなすことができる。従って、同軸ケーブル１０３のような不平衡形の線路を接続して給電する場合、ヘリカルアンテナ放射素子対と同軸ケーブルの間に平衡−不平衡変換器を必要とする。そこで、同軸ケーブル１０３、１／４波長のスリット１０４、インピーダンス変換部１０５からなるバランを設けている。
図１３に示す従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、第１、第２のヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２は、給電用の同軸ケーブル１０３の内導体に直接接続されるため、ヘリカルアンテナ放射素子対１０１、１０２を可動形として移動させる場合には、同軸ケーブルも同時に移動させる必要があるため、移動がしずらく、また、移動を繰り返した場合には破損し易いという問題点があった。
携帯電話のアンテナは、挿入および引き出しが容易であることが必要であるので、図１１のアンテナは使いづらかった。
発明の開示
本発明の目的は、ヘリカルアンテナに非接触で給電することにより、ヘリカルアンテナの移動を容易とすることである。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｄ）の構成を備えたものに関する。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、スロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差するストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入されて前記スロットとストリップ導体によって励振されるヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナ放射素子とスロットが非接触状態で電磁的に結合し、スロットがストリップ導体と電磁的に結合しているので、ヘリカルアンテナに非接触で給電できる。
これにより、ヘリカルアンテナの移動が容易になる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｅ）の構成を備えたものであることが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも２本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差する少なくとも２本のストリップ導体
（ｄ）各ストリップ導体を伝搬する電磁波間に１８０°の位相差を与える位相差分配回路
（ｅ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットとストリップ導体によって１８０°の位相差で励振される少なくとも２個のヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
２個のヘリカルアンテナ放射素子が１８０°の位相差で励振されるので、円偏波を放射できる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｄ）の構成を備えていることが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも２本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し互に逆方向から交差する少なくとも２本のストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットと前記ストリップ導体によって１８０°の位相差で励振される少なくとも２個のヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
２個のヘリカルアンテナ放射素子が１８０°の位相差で励振されるので、円偏波を放射できる。
２本のストリップ導体をスロットに対し互に逆方向から交差させるようにしたので、１８０°位相器を設けなくとも、２個のヘリカルアンテナ放射素子を１８０°の位相差で励振できる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｅ）の構成を有することが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも４本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差する少なくとも４本のストリップ導体
（ｄ）隣り合うストリップ導体間に９０°の位相差を与える位相差分配回路
（ｅ）前記誘電体筒の内部の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットと前記ストリップ導体によって互に９０°の位相差を付けられて励振される少なくとも４個のヘリカルアンテナ放射素子
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
４個のヘリカルアンテナ放射素子が互に９０°の位相差で励振されるので、上半面方向に円偏波の電波を放射できる。
本発明のアンテナ装置は、以下の（ａ）ないし（ｅ）の構成を有することが好ましい。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも４本のスロットを有する導体と、
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し第１の方向から交差する第１および第２のストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し前記第１の方向とは逆方向から交差する第３および第４のストリップ導体
（ｅ）前記第１および第２のストリップ導体との間、前記第３および第４のストリップ導体との間に９０°の位相差を与える位分配回路
ヘリカルアンテナに非接触で給電できるのでアンテナの移動が容易になる。
４個のヘリカルアンテナ放射素子が互に９０°位相差で励振されるので、円偏波を放射できる。
スロットに対し互に逆方向からストリップ導体を交差させ、更に９０°の位相差を分配器で与えているので、１８０°位相器を設けなくとも４個のヘリカルアンテナ素子を互に９０°の位相差で励振できる。
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明のアンテナ装置を図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明のアンテナ装置の一実施の形態を示す斜視図、図２は図１のアンテナ装置の誘電体筒の内側面と断面を示す図、図３は図１のアンテナ装置の等価回路図である。
１は四角形の断面形状の誘電体筒で、１ｃは第２の外側面、１ｄは第１の外側面である。第４の外側面は隠れて見えないが、第１の外側面１ｄと対称にストリップ導体４ａやハイブリッドが形成されている。第３の外側面も隠れて見えないが、第２の外側面１ｃと対称にストリップ導体４ｂが形成されている。
２は誘電体筒の内壁全面に導体膜を密着して形成された地導体である。３ａ、３ｂは地導体２の一部を切除して形成されたスロットである。４ｃ、４ｄ、および５は誘電体筒１の外壁面に導体膜を密着して形成されたストリップ導体である。６ａおよび６ｂは９０°ハイブリッドである。７ａおよび７ｂは９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂに接続された抵抗である。８は１８０°ハイブリッドである。９は１８０°ハイブリッド８に接続された抵抗である。１０は誘電体筒１を貫通するスルーホールである。１１は誘電体筒１と、地導体２と、４本のスロット３ａ〜３ｄと、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄおよび５と、９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂと、抵抗７ａおよび７ｂと、１８０°ハイブリッド８と、抵抗９と、スルーホール１０とから成るマイクロストリップ線路形の給電回路である。１２は誘電体円柱である。１３ａ〜１３ｄは誘電体円柱１２の表面に導体膜を密着して形成されたヘリカルアンテナ放射素子である。１４は短絡部である。１５は誘電体円柱１２と、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄと、短絡端１４とから成る４線巻きヘリカルアンテナである。Ｐ１は入出力端子である。４本のストリップ導体４ａ〜４ｄは一端がスルーホール１０により地導体２に接続され短絡されており、この短絡された付近では、誘電体筒１の中心軸と平行な向きに配置されている。４本のスロット３ａ〜３ｄは、スルーホール１０付近で、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄと誘電体筒１の肉厚分だけの間隔を隔てて交差するように配置され、両端部分がコの字形に折れ曲がった形状としている。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは誘電体円柱１の中心軸を中心として９０°づつ回転した位置に等間隔で配置され、一端が短絡部１４により相互に接続されている。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは、４本のスロット３ａ〜３ｄを介して４本のストリップ導体４ａ〜４ｄと対向するように配置されている。
図２（ａ）は、誘電体筒１の第１の外側面１ｄの裏にある第１の内側面に設けられたＵ字形のスロット３ｄを示す。他の内側面にも同様のスロット３ｃ〜３ｄが形成されている。
図２（ｂ）は、図１誘電体筒のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。ストリップ導体４ｄは、誘電体筒１を隔ててスロット３ｄと交差し、貫通孔であるスルーホール１０により地導体２に接続されている。
スロットとマイクロストリップ線路の結合は、スロット線路の長手方向の磁界とマイクロストリップ線路の横断面内の磁界との結合により生じます。スロット線路の長手方向の磁界はスロットの中央部で、一方、マイクロストリップ線路の横断面内の磁界は短絡部付近で最大となるので、このような位置同士で両線路を交差させると密結合が得られます。
スロットは給電線路とアンテナ放射素子間の電磁結合の仲立ちをするもので、長さが１／２波長の場合にはスロット自体が共振して電磁エネルギーを一旦蓄積し、再放射することで、両者の結合を助けます。１／２波長以外の場合にはサセプタンス素子としてインピーダンス整合を助けます。
磁力線がスロット３ａ〜３ｄを介してストリップ導体４ａ〜４ｄ、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄの両方を取り巻いて磁界結合に寄与します。
スロット形状をＵの字にしているのは専有面積を減らすためです。直線状など他の形状でも構いません。ただしストリップ導体４ａ〜４ｄとヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄが対向する位置はスロットの中央付近が望ましい位置です。
スロット３ａ〜３ｄはスロットアンテナとして機能し、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄと非接触で電磁結合する。
次に動作原理について説明する。今、入出力端子Ｐ１から電波が入力されると、この電波はまず１８０°ハイブリッド８で２分配され、２分配された電波のおのおのはストリップ導体５、５を伝搬し、９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂでさらに２分配され、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄ、４つのスロット３ａ〜３ｄを介してヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄに達する。
このとき、入出力端子Ｐ１から各スロット３ａ〜３ｄまでの間のストリップ導体４ａ〜４ｄおよび５の電気長を相互に等しく設定すると９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂと、１８０°ハイブリッド８の働きにより、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ、１３ｂ、１３Ｃ、１３ｄの順に順次位相が９０°づつ遅れるように電波が励振される。さらに、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄの長さを略１／４波長に設定すると、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄに励振された電波は円偏波の電波として空間に放射される。このため、ヘリカルアンテナ１５は円偏波を放射する４線巻きヘリカルアンテナとして動作する。
非接触給電のルートは、ストリップ導体４ａ〜４ｄ→スロット３ａ〜３ｄ→ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄです。スルーホール１０は結合部付近の磁界エネルギーを高めるために設けられています。
対向する２対のヘリカルアンテナ放電素子１３ａと１３ｃ、１３ｂと１３ｄは１８０°の位相差で励振される。
対向するアンテナ放射素子同士で平行２線を形成しており、これらの間に電界が生じる必要があります。この電界を積極的に励振するために１８０°位相差で励振します。
通常のヘリカルアンテナは１素子ですが、きれいな円偏波を放射するためには円筒面をｎ周するだけの長さが必要です。今回のように４個のヘリカルアンテナ放射素子で９０°づつ位相差をつけて励振すると素子の長さが短い場合でもきれいな円偏波が放射されます。
１８０°ハイブリッド８としてはラットレース形ハイブリッド、９０°ハイブリッド６ａ、６ｂとしてはブランチラインカップラや結合線路形ハイブリッドを使います。
１８０°ハイブリッド８に代えて電気長１８０°のストリップ導体を使うことができる。
図３の等価回路でアンテナへの給電路を説明する。
入出力端子Ｐ１からの電磁波は１８０°ハイブリッド８で互に１８０°の位相差が付けられて２本のストリップ導体５、５へ分配され、９０°ハイブリッド６ａ、６ｂによって互に９０°の位相差が付けられ、４本のストリップ導体４ａ〜４ｄに分配される。ストリップ導体４ａ〜４ｄはスロット３ａ〜３ｄと交差し電磁的に結合している。スロット３ａ〜３ｄはヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄと非接触で電磁的に結合している。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄの相隣れる素子は互に９０°の位相差で励振され、円偏波を放射する。
図１は、ヘリカルアンテナ１５を引き出した状態を示す。
図４は、ヘリカルアンテナ１５を誘電体筒１の内側のスロットに対向する空間に挿入した状態を示す。
ヘリカルアンテナ素子の伸張／収納手段は取り付け場所に依存する部分が多く、また、可能性も無数に考えられ、特定が難しいため省略する。
ヘリカルアンテナ放射素子は１個であっても良い。この場合は、通常のダイポールアンテナ（携帯電話などに使われている）が１本で放射するのと同様に放射します。この場合は、給電部については誘電体筒の一面のみを使用すればよいことになります。
誘電体筒１の形状は円筒であっても良い。
図１に示すアンテナ装置は以上のように構成されているので、図１および図４に示すようにヘリカルアンテナ１５を誘電体筒１に挿入して誘電体筒１に非接触で伸長および収納させることが可能であり、ヘリカルアンテナ１５の可動化が容易であるという利点を有する。
実施の形態２．
図５はこの発明のアンテナ装置の実施の形態２を示す斜視図であり、ヘリカルアンテナ１５を除くマイクロストリップ線路形の給電回路を図示している。図５（ａ）は第１面１ｄ、第２面１ｃを、図５（ｂ）は第３面１ｂ、第４面１ａを示す。また、図６はヘリカルアンテナ１５を含む実施の形態２の等価回路を図示している。
図において、１〜１１、およびＰ１は図１の場合と同じもの、１６ａおよび１６ｂは短絡端側の端部がＵ字形に折り曲げられた形状のストリップ導体である。ストリップ導体１６ａおよび１６ｂは端部がＵ字形に折り曲げられているため、スロット３ａおよび３ｂを挟んで入出力端子側で地導体２にスルーホール１０を介して接続され短絡される。これに対してストリップ導体４ｃおよび４ｄはスロット３ｃおよび３ｄを挟んで入出力端子側と逆側で地導体２にスルーホール１０を介して接続され短絡される。このため、スロット３ａおよび３ｂと、スロット３ｃおよび３ｄとでは、逆位相の電波が励振される。
ストリップ導体を流れる電流がスロットを横切る方向が、ストリップ導体１６ａ、１６ｂはスロット３ａ、３ｂの上側から下側、ストリップ導体４ｃ、４ｄはスロット３ｃ、３ｄの下側から上側となります。これに伴いスロットに励振される電磁界の向きも反対となります。すなわちスロットに電磁界が逆相励振されることとなります。
図５に示す実施の形態２は以上のように構成されているので、実施の形態１の場合と同様の動作および利点を有する他、１８０°ハイブリッド８が不要になる利点を有する。
図６は図５の等価回路図である。
入出力端子Ｐ１からのマイクロ波は、２本のストリップ導体５、５に同位相で分配される。次いで、９０°ハイブリッド６ａ、６ｂで９０°の位相差を付けられて４本のストリップ導体４ｃ、４ｄ、１６ａ、１６ｂに分配される。
ストリップ導体１６ａ、１６ｂがスロット３ａ、３ｂと交差する方向は、ストリップ導体４ｃ、４ｄがスロット３ｃ、３ｄと交差する方向とは逆なので、これにより１８０°の位相差が生ずる。従って、スロット３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのマイクロ波は、相隣れるものの間に９０°の位相差が付く。
ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは互に９０°の位相差で励振される。
実施の形態３．
図７はこの発明のアンテナ装置の実施の形態３を示す斜視図であり、ヘリカルアンテナ１５を除くマイクロストリップ線路形の給電回路を図示している。図７（ａ）は誘電体筒の第１面１ｄ、第２面１ｃを、図７（ｂ）は誘電体筒１の第３面１ｂ、第４面１ａを示す。また、図８はヘリカルアンテナ１５を含む実施の形態３の等価回路を図示している。図において、１〜１１、１６ａ、１６ｂ、およびＰ１は図５の場合と同じもの、１７は電気長９０°の位相調整用ストリップ導体である。
この実施の形態は、図５、図６の９０°ハイブリッド６ａ、６ｂに代えて電気長９０°の位相調整用ストリップ導体１７を用いたものである。それ以外は、図５、図６と同一の構成である。
図８の等価回路図で説明する。
入出力端子Ｐ１からのマイクロ波は、２本のストリップ導体５、５に同位相で分配される。次いで電気長９０°のストリップ導体１７、１７で９０°の位相差を付けられてストリップ導体１６ａ〜１６ｄに分配される。ストリップ導体１６ａ、１６ｂがスロット３ａ、３ｂと交差する方向は、ストリップ導体１６ｃ、１６ｄがスロット３ｃ、３ｄと交差する方向とは逆なので、スロット３ａ、３ｂのマイクロ波は、スロット３ｃ、３ｄのマイクロ波と１８０°の位相差となる。
従って、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは相隣れるものが９０°の位相差で励振される。
図７および図８に示す実施の形態３は以上のように構成されているので、実施の形態２の場合と同様の動作および利点を有する他、９０°ハイブリッド６ａおよび６ｂが不要になり、給電回路をマイクロストリップ線路のみで構成できる。
実施の形態４．
図９はこの発明のアンテナ装置の実施の形態４を示す構成概略図であり、ヘリカルアンテナ１５を除くマイクロストリップ線路形の給電回路を図示している。図９（ａ）は誘電体筒１の第１面１ｄと第２面１ｃを、図９（ｂ）は誘電体筒１の第３面１ｂと第４面１ａを示す。また、図１０はヘリカルアンテナ１５を含む実施の形態４の等価回路を図示している。図において、１〜１１、１６ａ、１６ｂ、およびＰ１は図５の場合と同じもの、１８ａ〜１８ｄはヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄのインピーダンス整合を得るためのチップコンデンサである。ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄのインピーダンス整合は、主としてヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄとスロット３ａ〜３ｄとの相対位置、ストリップ導体４ｃ、４ｄ、１６ａ、１６ｂの短絡端（貫通孔１０）からスロット３ａ〜３ｄまでの距離、およびスロット３ａ〜３ｄの長さなどの調整でインピーダンス整合を得るが、これにチップコンデンサ１８ａ〜１８ｄを装荷することでインピーダンス整合の得る上での自由度が拡大される。
チップコンデンサの容量値を変化させることで、インピーダンス整合を得られるアンテナ放射素子の形状の範囲が拡大します。
チップコンデンサ１８ａ〜１８ｄはストリップ導体４ｃ、４ｄ、１６ａ、１６ｂのギャップ上に直列に挿入される。
この実施の形態は、図５、図６（実施の形態２）のストリップ導体１６ａ、１６ｂ、４ｃ、４ｄにチップコンデンサ１８ａ〜１８ｄを設けたもので、それ以外は図５、図６と同一の構成である。
図１０の等価回路で本実施の形態における無接触給電を説明する。
入出力端子Ｐ１からのマイクロ波は、２本のストリップ導体５、５に同位相で分配される。次いで９０°ハイブリッド６ａ、６ｂで９０°の位相差を付けられて４本のストリップ導体１６ａ、１６ｂ、４ｃ、４ｄに分配される。
ストリップ導体１６ａ、１６ｂがスロット３ａ、３ｂと交差する方向は、ストリップ導体４ｃ、４ｄがスロット３ｃ、３ｄと交差する方向とは逆方向であるので、これにより１８０°の位相差が生ずる。
スロット３ａ〜３ｄのマイクロ波は相隣れるものの間に９０°の位相差が出来る。従って、ヘリカルアンテナ放射素子１３ａ〜１３ｄは相隣れるものの間に９０°の位相差が付けられて励振される。
チップコンデンサに代えてくし形のインターディジテッド形コンデンサをストリップ導体パターンで形成しても良い。
整合回路として、１／４波長変成器、並列容量としての先端開放スタブ、並列インダクタンスとしての先端短絡スタブまたはチップコイルを用いることも出来る。
１／４波長変成器はインピーダンスの異なる２つの線路を反射無く接続する機能を有しています。線路長を１／４波長とすると、１／４波長線路の両端の線路幅の不連続による反射が相互に打ち消しあう（往復で１／２波長となり逆相となる）ので、線路幅を調整して各不連続での反射の振幅を同じにすれば全体としての反射が０になります。
１／４波長以下、あるいは１／４波長以下＋ｎ／２波長の先端開放伝送線路は、開放端と逆側の端部から見た入力インピーダンスが並列の容量性となります。これが先端開放スタブです。また、１／４波長以下、あるいは１／４波長以下＋ｎ／２波長の先端短絡伝送線路は、短絡端と逆側の端部から見た入力インピーダンスが並列の誘導性となります。これが先端短絡スタブです。
整合回路を設ける理由は、インピーダンス整合が得られ反射の小さくなる周波数範囲を広げる、反射特性をさらに改善する、あるいは寸法誤差による反射特性の劣化量を低減するためです。
整合回路は好ましくはスロットの近くのストリップ導体に設ける。
図９および図１０に示す実施の形態４は以上のように構成されているので、実施の形態２の場合と同様の動作および利点を有する他、インピーダンス整合の得られる条件の範囲が拡大されるという利点を有する。
実施の形態５．
実施の形態１〜４のストリップ導体４ａ〜４ｃの端部はスルーホール１０を経て地導体２に短絡されているが、ストリップ導体の端部を開放することもできる。
図１１は、この発明のアンテナ装置の実施の形態５の誘電体筒の一面の上部だけを示す図である。
誘電体筒１上に設けられるストリップ導体４は誘電体筒１を隔ててスロット３と交差し、交差点から１／４波長延びて開放端にて終端する。誘電体筒１にはスルーホールは設けられない。
図１のスロット３ａ〜３ｄとストリップ導体４ａ〜４ｄの上部を図１１のスロット３、ストリップ導体４で置き換えることが出来、図１と同様に機能する。その場合の等価回路は図３と同一である。
実施の形態６．
端部を開放させたストリップ導体においても、スロットと交差する方向を逆にすることによって１８０°の位相差を付けることが出来る。これにより１８０°ハイブリッドを省略できる。
図１２は、この発明のアンテナ装置の実施の形態６の誘電体筒の一面の上部だけを示す図である。
ストリップ導体４の端はＵ字型に曲げられて、誘電体筒１を隔ててスロット３に図１１とは逆方向から交差している。ストリップ導体４はスロット３との交差点から１／４波長延びて開放した状態で終端する。これにより図１２のスロット３のマイクロ波の位相は、図１１のスロット３のマイクロ波と１８０°の位相差を持つようになる。
図５（ａ）の誘電体筒の第１面１ｄ、第２面１ｃのストリップ導体４ｄ、４ｃの上部とスロット３ｄ、３ｃを図１１のストリップ導体４とスロット３で置き換え、図５（ｂ）の第３面１ｂ、第４面１ａのストリップ導体１ｂ、１ａの上部とスロット３ｂ、３ａを図１２のストリップ導体４とスロット３で置き換えることができる。その場合、図５のアンテナ装置と同一に機能し、その等価回路は図６と同一となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のアンテナ装置の一実施の形態を示す斜視図である。
図２は、図１の誘電体筒１の説明図で、（ａ）は内側面を示す図、（ｂ）は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
図３は、図１のアンテナ装置の等価回路図である。
図４は、図１のアンテナ装置において、ヘリカルアンテナ１５が誘電体筒１に挿入された状態を示す斜視図である。
図５は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す斜視図である。（ａ）は第１面および第２面を、（ｂ）は第３面および第４面を示す。
図６は、図５のアンテナ装置の等価回路図である。
図７は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す斜視図である。（ａ）は第１面および第２面を、（ｂ）は第３面および第４面を示す。
図８は、図７のアンテナ装置の等価回路図である。
図９は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態を示す斜視図である。（ａ）は第１面および第２面を、（ｂ）は第３面および第４面を示す。
図１０は、図９のアンテナ装置の等価回路図である。
図１１は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態のストリップ導体を示す図である。
図１２は、本発明のアンテナ装置の他の実施の形態のストリップ導体を示す図である。
図１３は、従来のアンテナ装置の一例を示す図である。
Claims (12)
- 以下の（ａ）ないし（ｄ）の構成を有するアンテナ装置。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、スロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差するストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入されて前記スロットとストリップ導体によって励振されるヘリカルアンテナ放射素子 - 以下の（ａ）ないし（ｅ）の構成を有するアンテナ装置。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも２本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差する少なくとも２本のストリップ導体
（ｄ）各ストリップ導体を伝搬する電磁波間に１８０°の位相差を与える位相差分配回路
（ｅ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットとストリップ導体によって１８０°の位相差で励振される少なくとも２個のヘリカルアンテナ放射素子 - 位相差分配回路が１８０°ハイブリッドである請求項２記載のアンテナ装置。
- 下記の（ａ）ないし（ｄ）の構成を備えたアンテナ装置。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも２本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し互に逆方向から交差する少なくとも２本のストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の内側の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットと前記ストリップ導体によって１８０°の位相差で励振される少なくとも２個のヘリカルアンテナ放射素子 - 下記の（ａ）ないし（ｅ）の構成を備えたアンテナ装置。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）前記誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも４本のスロットを有する導体
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットと交差する少なくとも４本のストリップ導体
（ｄ）隣り合うストリップ導体間に９０°の位相差を与える位相差分配回路
（ｅ）前記誘電体筒の内部の前記スロットに対向する空間に挿入される円柱の対称位置に設けられ、前記スロットと前記ストリップ導体によって互に９０°の位相差を付けられて励振される少なくとも４個のヘリカルアンテナ放射素子 - 位相差分配回路が１個の１８０°ハイブリッドと２個の９０°ハイブリッドで構成される請求項５記載のアンテナ装置。
- 下記の（ａ）ないし（ｅ）の構成を備えたアンテナ装置。
（ａ）誘電体筒
（ｂ）誘電体筒の内側面上に設けられ、少なくとも４本のスロットを有する導体と、
（ｃ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し第１の方向から交差する第１および第２のストリップ導体
（ｄ）前記誘電体筒の外側面上に設けられ、前記スロットに対し前記第１の方向とは逆方向から交差する第３および第４のストリップ導体
（ｅ）前記第１および第２のストリップ導体との間、前記第３および第４のストリップ導体との間に９０°の位相差を与える位相差分配回路 - 位相差分配回路が９０°ハイブリッドである請求項７記載のアンテナ装置。
- 位相差分配回路が電気長９０°の伝送線路である請求項７記載のアンテナ装置。
- スロットがＵ字形である請求項１記載のアンテナ装置。
- ストリップ導体に整合回路を設けた請求項１記載のアンテナ装置。
- 整合回路がコンデンサである請求項１１記載のアンテナ装置。
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