JPH11150412A - 小型アンテナ - Google Patents
小型アンテナInfo
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- JPH11150412A JPH11150412A JP9313405A JP31340597A JPH11150412A JP H11150412 A JPH11150412 A JP H11150412A JP 9313405 A JP9313405 A JP 9313405A JP 31340597 A JP31340597 A JP 31340597A JP H11150412 A JPH11150412 A JP H11150412A
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- Japan
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- radiation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長に比較して外寸法が小さく、構造が単純
で、しかも放射方向が多方向となる小型アンテナの実
現。 【解決手段】 長さＬの線状導体（あるいはリボン状導
体）１を半径ｓでｎ回巻きとし、これをさらに半径ａで
円形に構成した外寸法が波長の１／２π以下のものを主
放射素子とする。また、この主放射素子の一部にタップ
給電して、引きだした導線７と直列に挿入した容量装荷
３により給電線４との整合を可能とする。
で、しかも放射方向が多方向となる小型アンテナの実
現。 【解決手段】 長さＬの線状導体（あるいはリボン状導
体）１を半径ｓでｎ回巻きとし、これをさらに半径ａで
円形に構成した外寸法が波長の１／２π以下のものを主
放射素子とする。また、この主放射素子の一部にタップ
給電して、引きだした導線７と直列に挿入した容量装荷
３により給電線４との整合を可能とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体や工場内に
おける通信に適した線状またはリボン状導体をコイル状
に巻き付け、これをさらに円形に構成した小型アンテナ
に関するものである。
おける通信に適した線状またはリボン状導体をコイル状
に巻き付け、これをさらに円形に構成した小型アンテナ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば使用者が携帯できるようにするこ
とが求められる移動体通信機器においては、装着するア
ンテナも、より小型化することが求められる。即ち、波
長に比して小型のアンテナを実現することが、移動体通
信の分野において、その外径寸法の小ささから常に要求
対象とされている。
とが求められる移動体通信機器においては、装着するア
ンテナも、より小型化することが求められる。即ち、波
長に比して小型のアンテナを実現することが、移動体通
信の分野において、その外径寸法の小ささから常に要求
対象とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長に
比して小型のアンテナとして知られているダイポールア
ンテナ、ループアンテナ等は、それらの放射抵抗が低
く、かつ、大きなリアクタンス成分を有する。これらと
給電回路（通常Ｚ０ ＝５０Ω）との整合をとるための
回路を挿入すると、この回路の損失がアンテナの放射抵
抗に比して無視できない値となり、一般に放射効率が低
下するという問題がある。
比して小型のアンテナとして知られているダイポールア
ンテナ、ループアンテナ等は、それらの放射抵抗が低
く、かつ、大きなリアクタンス成分を有する。これらと
給電回路（通常Ｚ０ ＝５０Ω）との整合をとるための
回路を挿入すると、この回路の損失がアンテナの放射抵
抗に比して無視できない値となり、一般に放射効率が低
下するという問題がある。
【０００４】また、微小ダイポールアンテナは、アンテ
ナ軸と平行な偏波を放射し、この面と直交する方向に放
射のヌル（極小点）が存在する。これは通信目的によっ
ては難点となる。一方、周囲長が１波長のサイズとなる
ループアンテナは、そのループと直交する面内に放射が
起こり、その入力インピーダンスも１５０Ω程度である
ことより給電線との整合も容易となり、このため広く実
用になっているが、小型のアンテナとはいえない。さら
にQuadrifilar Helix Antenna は、アンテナ高が約１／
４波長で比較的小型とされ、かつ、アンテナ軸方向へも
放射する特徴を有するが、その放射は一方向のみであ
り、給電構造は一般に複雑とならざるを得ない。
ナ軸と平行な偏波を放射し、この面と直交する方向に放
射のヌル（極小点）が存在する。これは通信目的によっ
ては難点となる。一方、周囲長が１波長のサイズとなる
ループアンテナは、そのループと直交する面内に放射が
起こり、その入力インピーダンスも１５０Ω程度である
ことより給電線との整合も容易となり、このため広く実
用になっているが、小型のアンテナとはいえない。さら
にQuadrifilar Helix Antenna は、アンテナ高が約１／
４波長で比較的小型とされ、かつ、アンテナ軸方向へも
放射する特徴を有するが、その放射は一方向のみであ
り、給電構造は一般に複雑とならざるを得ない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みて、波長に比較して外寸法が小さく、構造が単
純で、しかも放射方向が多方向となる小型アンテナを実
現することを目的とする。
点に鑑みて、波長に比較して外寸法が小さく、構造が単
純で、しかも放射方向が多方向となる小型アンテナを実
現することを目的とする。
【０００６】このために小型アンテナとして、長さＬの
線状導体あるいはリボン状導体を半径ｓでｎ回巻きと
し、これをさらに半径ａで円形に構成した外寸法が波長
の１／２π以下のものを主放射素子とする。また、この
主放射素子の一部にタップ給電して、引きだした導線と
直列に挿入した容量装荷により同軸給電線との整合を可
能とする。
線状導体あるいはリボン状導体を半径ｓでｎ回巻きと
し、これをさらに半径ａで円形に構成した外寸法が波長
の１／２π以下のものを主放射素子とする。また、この
主放射素子の一部にタップ給電して、引きだした導線と
直列に挿入した容量装荷により同軸給電線との整合を可
能とする。
【０００７】波長λ＝上記長さＬと設定することで、長
さＬの線状導体あるいはリボン状導体を半径ｓでｎ回巻
きとし、これを半径ａで円形に構成することで、波長に
比して小さい外形寸法を実現できる。さらにこの場合、
半径ａの円形となるリング面からみれば、リング面と直
交する放射成分と、リング面に平行な面内及びこれと直
交した軸上での放射成分を得ることができる。また、上
記容量装荷による給電線との整合をはかることで、２周
波以上で共振点を持つアンテナを実現できる。
さＬの線状導体あるいはリボン状導体を半径ｓでｎ回巻
きとし、これを半径ａで円形に構成することで、波長に
比して小さい外形寸法を実現できる。さらにこの場合、
半径ａの円形となるリング面からみれば、リング面と直
交する放射成分と、リング面に平行な面内及びこれと直
交した軸上での放射成分を得ることができる。また、上
記容量装荷による給電線との整合をはかることで、２周
波以上で共振点を持つアンテナを実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の小型アンテナの実
施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態としての
小型アンテナの主放射素子の構造を示すものである。図
１に示すように、主放射線１は長さＬの線状導体（リボ
ン状導体でもよい）とされる。そしてこの主放射線１
は、半径ｓでスパイラル状にｎ回巻き付けられ、これが
さらに半径ａの円形に構成される。２は発振器を示す。
このような主放射線１による主放射器は、使用周波数に
より、このままで同軸線路とほぼ整合が可能である。
施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態としての
小型アンテナの主放射素子の構造を示すものである。図
１に示すように、主放射線１は長さＬの線状導体（リボ
ン状導体でもよい）とされる。そしてこの主放射線１
は、半径ｓでスパイラル状にｎ回巻き付けられ、これが
さらに半径ａの円形に構成される。２は発振器を示す。
このような主放射線１による主放射器は、使用周波数に
より、このままで同軸線路とほぼ整合が可能である。
【０００９】スパイラルリング状の主放射線１上の定在
波の分布としては、全長１波長のループアンテナと同じ
く、一周でｃｏｓφに比例した電流分布が生じると期待
できる。またこのとき、波長に比して直径の小さいスパ
イラルは、円周方向に流れる電流成分と、一巻きループ
で生じる磁流に分解して考えることができる。例えば、
長さＬ＝λ（λ：波長）に設定したとき、主放射器の上
には定在波が生じ、半径ａの円周に沿って、図２に示す
ような周方向の電流分布Ｊと、スパイラル状の電流によ
る磁流分布ＪM が現れる。なおこの図２において、主放
射器の円形のリング面をｘ−ｙ平面上に示している。ｚ
軸方向はリング面と直交する方向となる。
波の分布としては、全長１波長のループアンテナと同じ
く、一周でｃｏｓφに比例した電流分布が生じると期待
できる。またこのとき、波長に比して直径の小さいスパ
イラルは、円周方向に流れる電流成分と、一巻きループ
で生じる磁流に分解して考えることができる。例えば、
長さＬ＝λ（λ：波長）に設定したとき、主放射器の上
には定在波が生じ、半径ａの円周に沿って、図２に示す
ような周方向の電流分布Ｊと、スパイラル状の電流によ
る磁流分布ＪM が現れる。なおこの図２において、主放
射器の円形のリング面をｘ−ｙ平面上に示している。ｚ
軸方向はリング面と直交する方向となる。
【００１０】この導体上の電流成分を、半径ｓの一周の
スパイラルに注目してみると、図３に示すように、一周
が２πｓのループ電流ＩL と、一周が２πａの１／ｎの
長さの周方向電流ＩD に分解して考えることができる。
電流ＩL はリング面と直交した放射電界成分Ｅθを発生
し、電流ＩD はリング面に平行な放射電界成分Ｅφを発
生する。電流ＩL による放射電界Ｅθは、一周２πｓの
磁流によるものであるため、その位相は放射電界Ｅφに
対して９０度進んでいる。
スパイラルに注目してみると、図３に示すように、一周
が２πｓのループ電流ＩL と、一周が２πａの１／ｎの
長さの周方向電流ＩD に分解して考えることができる。
電流ＩL はリング面と直交した放射電界成分Ｅθを発生
し、電流ＩD はリング面に平行な放射電界成分Ｅφを発
生する。電流ＩL による放射電界Ｅθは、一周２πｓの
磁流によるものであるため、その位相は放射電界Ｅφに
対して９０度進んでいる。
【００１１】これら２つの放射電界成分は、その円周に
沿った方向がリング面と直交した軸上で見たとき、給電
点側とその反対側では逆転するが、生じる定在波の位相
が逆転するため、同位相となる。この結果、両放射電界
（Ｅθ、Ｅφ）は、同相で加算されてリング面と直交し
た方向（ｚ軸方向）の放射が発生する。リング面に平行
な面内（ｘ−ｙ平面）で観測すると、これと平行な成分
および直交した成分が給電点側およびその反対側で観測
できる。したがって、本例の小型アンテナは、その主放
射器のリング面に平行な面内及びこれと直交した軸上で
の放射を有するアンテナであることが理解できる。
沿った方向がリング面と直交した軸上で見たとき、給電
点側とその反対側では逆転するが、生じる定在波の位相
が逆転するため、同位相となる。この結果、両放射電界
（Ｅθ、Ｅφ）は、同相で加算されてリング面と直交し
た方向（ｚ軸方向）の放射が発生する。リング面に平行
な面内（ｘ−ｙ平面）で観測すると、これと平行な成分
および直交した成分が給電点側およびその反対側で観測
できる。したがって、本例の小型アンテナは、その主放
射器のリング面に平行な面内及びこれと直交した軸上で
の放射を有するアンテナであることが理解できる。
【００１２】ただし、リング面に平行な面内で給電点と
直交した方向（θ＝π／２、φ＝π／２）の放射は原理
上からは低いレベルとなる。しかし、通常用いられる同
軸給電線と本アンテナを直結すると、その不平衡成分が
給電線外部導体に流出するため、この給電線を流れる電
流成分よりの放射が、リング面に平行な面内で給電点と
直交した方向の放射のレベル低下をある程度回復させる
ことができる。
直交した方向（θ＝π／２、φ＝π／２）の放射は原理
上からは低いレベルとなる。しかし、通常用いられる同
軸給電線と本アンテナを直結すると、その不平衡成分が
給電線外部導体に流出するため、この給電線を流れる電
流成分よりの放射が、リング面に平行な面内で給電点と
直交した方向の放射のレベル低下をある程度回復させる
ことができる。
【００１３】次に図４で第２の実施の形態としての小型
アンテナの主放射器を説明する。図４の主放射線器は、
図１の例と同じく、長さＬの線状導体（リボン状導体で
もよい）の主放射線１が、半径ｓでスパイラル状にｎ回
巻き付けられ、これがさらに半径ａの円形に構成され
る。そしてさらに、主放射線１の一部より導線７が引き
出され、これと直列に容量３が装荷される。４は給電線
路（コネクタとして示している）、５は給電線中心導
体、６は給電線の外部導体を示し、容量３が装荷された
導線７は給電線中心導体５に接続される。また主放射線
１は、その巻線両端が外部導体６に接続される。
アンテナの主放射器を説明する。図４の主放射線器は、
図１の例と同じく、長さＬの線状導体（リボン状導体で
もよい）の主放射線１が、半径ｓでスパイラル状にｎ回
巻き付けられ、これがさらに半径ａの円形に構成され
る。そしてさらに、主放射線１の一部より導線７が引き
出され、これと直列に容量３が装荷される。４は給電線
路（コネクタとして示している）、５は給電線中心導
体、６は給電線の外部導体を示し、容量３が装荷された
導線７は給電線中心導体５に接続される。また主放射線
１は、その巻線両端が外部導体６に接続される。
【００１４】このような構成をとる場合、容量３はアン
テナと給電線路の整合器として働くことになる。このア
ンテナは整合回路としての容量３を用いて５０Ω線路と
の整合をとったとき、約２倍の周波数でも共振している
のが認められ、整合もとれているため、２周波数共用の
アンテナを実現できる。
テナと給電線路の整合器として働くことになる。このア
ンテナは整合回路としての容量３を用いて５０Ω線路と
の整合をとったとき、約２倍の周波数でも共振している
のが認められ、整合もとれているため、２周波数共用の
アンテナを実現できる。
【００１５】例えば、周波数ｆ＝３００ＭＨｚ、波長λ
＝１ｍで、巻き付け数ｎ＝２０、図４に示すスパイラル
一巻分の角度ｐ＝１４度、スパイラル直径２ｓ＝０、０
１５４λ、リング直径２ａ＝０、０７７λ、タップ位置
５ターン、装荷容量ｃ＝約１ｐＦとして測定したリター
ンロス特性を図５に示す。即ちこのアンテナの外径寸法
（２ａ＋２ｓ）は約λ／１１となっている。
＝１ｍで、巻き付け数ｎ＝２０、図４に示すスパイラル
一巻分の角度ｐ＝１４度、スパイラル直径２ｓ＝０、０
１５４λ、リング直径２ａ＝０、０７７λ、タップ位置
５ターン、装荷容量ｃ＝約１ｐＦとして測定したリター
ンロス特性を図５に示す。即ちこのアンテナの外径寸法
（２ａ＋２ｓ）は約λ／１１となっている。
【００１６】この測定結果からわかるように、で示
す、目的とする周波数３００ＭＨｚでアンテナから電力
が放出されることにより、リターンロスが約−２０ｄＢ
となり、かなり満足できる特性が得られている。また、
で示すように、約２倍の周波数６１７ＭＨｚでも同様
にリターンロスがほぼ−２０ｄＢとなり、電波を放射す
る良い整合が得られている。さらに、で示すように約
３／４の周波数である２２０ＭＨｚでも共振が認められ
る。このことから、小型で、かつ多周波数共用のアンテ
ナを実現できることが理解される。
す、目的とする周波数３００ＭＨｚでアンテナから電力
が放出されることにより、リターンロスが約−２０ｄＢ
となり、かなり満足できる特性が得られている。また、
で示すように、約２倍の周波数６１７ＭＨｚでも同様
にリターンロスがほぼ−２０ｄＢとなり、電波を放射す
る良い整合が得られている。さらに、で示すように約
３／４の周波数である２２０ＭＨｚでも共振が認められ
る。このことから、小型で、かつ多周波数共用のアンテ
ナを実現できることが理解される。
【００１７】次に、第１、第２の実施の形態の主放射器
を持つアンテナによる指向性について述べておく。まず
数値計算法であるモーメント法による垂直面内の指向性
の解析結果を図６、図７に示す。これは全周長Ｌ＝６９
０ｎｍ（４３５ＭＨｚでの１波長）で固定し、巻き付け
数ｎ＝２０として構成した主放射器での解析結果であ
る。また条件として線径を２ｍｍ、分割数を１８０とし
た。
を持つアンテナによる指向性について述べておく。まず
数値計算法であるモーメント法による垂直面内の指向性
の解析結果を図６、図７に示す。これは全周長Ｌ＝６９
０ｎｍ（４３５ＭＨｚでの１波長）で固定し、巻き付け
数ｎ＝２０として構成した主放射器での解析結果であ
る。また条件として線径を２ｍｍ、分割数を１８０とし
た。
【００１８】このときの周波数変化による入力インピー
ダンスを図７に、また放射特性を図６に示している。こ
れらの図からわかるように、θ＝９０度で約９ｄＢのレ
ベル低下で収まっている。
ダンスを図７に、また放射特性を図６に示している。こ
れらの図からわかるように、θ＝９０度で約９ｄＢのレ
ベル低下で収まっている。
【００１９】また図８、図９、図１０は、３００ＭＨｚ
における放射指向性を示している。図８は水平面内（ｘ
−ｙ平面）、図９はφ＝０度での垂直面内（ｘ−ｚ平
面）、図１０はφ＝９０度での垂直面内（ｙ−ｚ平面）
での、それぞれの垂直・水平偏波の測定結果である。
における放射指向性を示している。図８は水平面内（ｘ
−ｙ平面）、図９はφ＝０度での垂直面内（ｘ−ｚ平
面）、図１０はφ＝９０度での垂直面内（ｙ−ｚ平面）
での、それぞれの垂直・水平偏波の測定結果である。
【００２０】まず図８においては、水平偏波に対しては
ヌルの深さが−１２ｄＢ程度の８の字特性を示し、垂直
偏波に対しては、ほぼ無指向性となり、特に、給電点側
のφ＝０度、１８０度では垂直、水平偏波の振幅が一致
し、原理的にも円偏波を発生していると解釈できる。ま
た図９、図１０においては、水平偏波に対しては、測定
面の設定条件より８の字に近い指向性を示し、垂直偏波
に対しては、円に近い指向性を示している。このときの
実測利得はＧ＝−４ｄＢｉと得られている。
ヌルの深さが−１２ｄＢ程度の８の字特性を示し、垂直
偏波に対しては、ほぼ無指向性となり、特に、給電点側
のφ＝０度、１８０度では垂直、水平偏波の振幅が一致
し、原理的にも円偏波を発生していると解釈できる。ま
た図９、図１０においては、水平偏波に対しては、測定
面の設定条件より８の字に近い指向性を示し、垂直偏波
に対しては、円に近い指向性を示している。このときの
実測利得はＧ＝−４ｄＢｉと得られている。
【００２１】以上のことから本例のアンテナは、その指
向性が、周囲長１波長ループアンテナと同様な８の字特
性を示すことがわかり、またダイポールアンテナに比較
しても利得の低下が極端に大きくない小型アンテナが実
現できることが理解される。
向性が、周囲長１波長ループアンテナと同様な８の字特
性を示すことがわかり、またダイポールアンテナに比較
しても利得の低下が極端に大きくない小型アンテナが実
現できることが理解される。
【００２２】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明の小型ア
ンテナは、構造が単純で、かつ、波長比で１／２π以下
の寸法となる小型のものとなり、さらにリング面と平行
な偏波およびこれと直交する偏波を放射するとともにリ
ング面と直交する方向にも放射する。この結果、移動体
通信に適し、その放射機構が磁流励振（小型ループ）で
あることより、工場内のように金属構造物の多い空間
（電界のヌル、磁界の腹）での使用に適したものであ
る。また、この小型アンテナをアレイ化することによ
り、指向性の制御、尖鋭化が可能である。
ンテナは、構造が単純で、かつ、波長比で１／２π以下
の寸法となる小型のものとなり、さらにリング面と平行
な偏波およびこれと直交する偏波を放射するとともにリ
ング面と直交する方向にも放射する。この結果、移動体
通信に適し、その放射機構が磁流励振（小型ループ）で
あることより、工場内のように金属構造物の多い空間
（電界のヌル、磁界の腹）での使用に適したものであ
る。また、この小型アンテナをアレイ化することによ
り、指向性の制御、尖鋭化が可能である。
【００２３】また、主放射素子の一部にタップ給電し
て、引きだした導線と直列に挿入した容量装荷により給
電線との整合をとることで、複数の周波数で共振してい
るのが認められ、整合もとれているため、多周波数共用
のアンテナを実現できるという効果もある。
て、引きだした導線と直列に挿入した容量装荷により給
電線との整合をとることで、複数の周波数で共振してい
るのが認められ、整合もとれているため、多周波数共用
のアンテナを実現できるという効果もある。
【図１】本発明の第１の実施の形態の小型アンテナの主
放射器の説明図である。
放射器の説明図である。
【図２】実施の形態の主放射器の電流及び磁流分布の説
明図である。
明図である。
【図３】実施の形態の主放射器の放射電界の説明図であ
る。
る。
【図４】本発明の第２の実施の形態の小型アンテナの主
放射器の説明図である。
放射器の説明図である。
【図５】第２の実施の形態のリターンロス特性の説明図
である。
である。
【図６】実施の形態でのモーメント法で計算した指向性
の説明図である。
の説明図である。
【図７】実施の形態でのモーメント法で計算したインプ
ットインピーダンスの説明図である。
ットインピーダンスの説明図である。
【図８】実施の形態の水平面内の指向性の説明図であ
る。
る。
【図９】実施の形態の垂直面内（φ＝０度）の指向性の
説明図である。
説明図である。
【図１０】実施の形態の垂直面内（φ＝９０度）の指向
性の説明図である。
性の説明図である。
１ 主放射線 ２ 給電回路 ３ 容量 ４ 給電線路 ５ 給電線中心導体、 ６ 外部導体 ７ 導線
Claims (2)
- 【請求項１】 長さＬの線状導体あるいはリボン状導体
を半径ｓでｎ回巻きとし、これをさらに半径ａで円形に
構成した外寸法が波長の１／２π以下のものを主放射素
子として成る小型アンテナ。 - 【請求項２】 前記主放射素子の一部にタップ給電し
て、引きだした導線と直列に挿入した容量装荷により給
電線との整合を可能としたことを特徴とする請求項１に
記載の小型アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9313405A JPH11150412A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 小型アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9313405A JPH11150412A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 小型アンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11150412A true JPH11150412A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18040887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9313405A Pending JPH11150412A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | 小型アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11150412A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002047202A1 (fr) * | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif d'antenne et systeme de communication |
-
1997
- 1997-11-14 JP JP9313405A patent/JPH11150412A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002047202A1 (fr) * | 2000-12-08 | 2002-06-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif d'antenne et systeme de communication |
| US6859174B2 (en) | 2000-12-08 | 2005-02-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Antenna device and communications system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021015 |