ヘリカルアンテナ、およびこれを用いた車載アンテナ
【課題】大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性が任意に制御されるヘリカルアンテナおよびこれを用いた車載アンテナを提供する。
【解決手段】ヘリカルアンテナ１０は、一周一波長相当の第一螺旋部１１、および第一螺旋部１１の径方向外側に位置しており一周二波長相当の第二螺旋部１２を備えている。この第一螺旋部１１から放射されるアンテナビームと第二螺旋部１２から放射されるアンテナビームとは、位相および最大利得方向に差が生じる。これにより、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波電力の位相および強度を変化させることにより、各アンテナビームから形成される主ビームの指向性が制御される。
【解決手段】ヘリカルアンテナ１０は、一周一波長相当の第一螺旋部１１、および第一螺旋部１１の径方向外側に位置しており一周二波長相当の第二螺旋部１２を備えている。この第一螺旋部１１から放射されるアンテナビームと第二螺旋部１２から放射されるアンテナビームとは、位相および最大利得方向に差が生じる。これにより、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波電力の位相および強度を変化させることにより、各アンテナビームから形成される主ビームの指向性が制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカルアンテナ、およびこれを用いた車載アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、良好な円偏波特性を有する線状アンテナとして、ヘリカルアンテナが広く利用されている。このようなヘリカルアンテナは、単一で用いるとアンテナビームの指向性の制御が困難である。そこで、特許文献１では、一周一波長のヘリカルアンテナの指向性を制御するために、平面状の地板に同一形状のビームを形成する複数のヘリカルアンテナを配置したアレー構造を採用している。そして、特許文献１では、アレー構造の複数のヘリカルアンテナで形成されるビームを相互に干渉させることにより、指向性の制御を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−７８９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のようにアレー構造のアンテナの場合、アンテナビームの形状を維持したまま指向性を制御するためには、各ヘリカルアンテナを波長λの１／２すなわちλ／２の間隔で配置する必要がある。その結果、最低でもヘリカルアンテナをλ／２ごとに配置する必要があり、ヘリカルアンテナ全体の小型化には限度がある。
そこで、本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性が任意に制御されるヘリカルアンテナおよびこれを用いた車載アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明では、一周ｎ波長相当の第一螺旋部と、一周ｍ波長（ｍ＞ｎ）相当の第二螺旋部とを備えている。第二螺旋部は、第一螺旋部の径方向外側に位置している。この第一螺旋部から放射されるアンテナビームと第二螺旋部から放射されるアンテナビームとは、位相および最大利得方向に差が生じる。これにより、第一螺旋部および第二螺旋部へ供給する高周波の電力の位相および強度を変化させることにより、指向性が変化する。このように一周ｍ波長相当の第二螺旋部の内側に一周ｎ波長相当の第一螺旋部を配置することにより、アレー化した従来のヘリカルアンテナに比較して小型化が図られる。したがって、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性を任意に制御することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明では、分配器はウィルキンソン分配器である。したがって、簡単な構造で第一螺旋部および第二螺旋部へ供給する高周波の電力の位相および強度を制御することができる。
請求項３記載の発明では、一周１波長相当の第一螺旋部と、一周２波長相当の第二螺旋部とを備えている。これにより、第一螺旋部および第二螺旋部へ供給する高周波の電力の位相および強度を変化させることにより、指向性が変化する。このように一周２波長相当の第二螺旋部の内側に一周１波長相当の第一螺旋部を配置することにより、アレー化した従来のヘリカルアンテナに比較して小型化が図られる。したがって、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性を任意に制御することができる。
【０００７】
請求項４記載の発明では、第二螺旋部の径方向外側には単数または複数の第Ｎ螺旋部（Ｎ≧３）を備えている。すなわち、螺旋部は、二重に限らず、三重または四重以上であってもよい。このように、複数の螺旋部を組み合わせることにより、指向性をより精密に制御することができる。
請求項５記載の発明では、第二螺旋部の高さと巻数との関係が設定されている。すなわち、第二螺旋部の高さは、第二螺旋部による指向性の標準偏差が０．６以下の円に近い形状となるように巻数が設定されている。これにより、例えば第二螺旋部の単体による指向性が最大となるθ＝３０°において、φ方向の全方向において指向性が均一に近似して安定化する。したがって、第二螺旋部の高さに応じて巻数を設定することにより、φ方向で制御される指向性の利得を安定して高めることができる。
【０００８】
請求項６記載の発明では、第一螺旋部と第二螺旋部との中心間の距離は、発信する高周波の波長をλとしたとき、０．０４λ以上離れて偏心している。第一螺旋部および第二螺旋部は、互いに中心を偏心することにより、最大利得と地板の正面方向における利得を調整可能である。これにより、第一螺旋部および第二螺旋部の偏心量を調整することにより、全体の設計を変更することなく利得が調整される。したがって、搭載する車種や車両ごとの個体差の影響を低減しつつ利得を高めることができる。
【０００９】
請求項７記載の発明では、請求項１から６のいずれか一項記載のヘリカルアンテナを備えている。そのため、小型化を図ることができる。また、車載アンテナは、搭載する車両の種類によって構造や搭載の対象となる部材が異なる。そのため、アンテナビームの指向性は、搭載する車両ごとに変化する。請求項１から４のいずれか一項記載のヘリカルアンテナを備えることにより、例えば第一螺旋部または第二螺旋部に供給する高周波の電力の位相などを制御することにより、ヘリカルアンテナ全体の指向性が制御される。したがって、車種ごとの再設計を必要とすることなく、搭載する車両に応じた指向性の微調整が容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナを示す概略斜視図
【図２】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナの第一螺旋部から放射されるアンテナビームを示す模式図
【図３】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナの第二螺旋部から放射されるアンテナビームを示す模式図
【図４】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナにおいて、θ＝３０°の位置における第一螺旋部および第二螺旋部へ供給される高周波の電力の位相差と主ビームの指向性との関係を示す模式図
【図５】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナにおいて、φ＝９０°の位置における第一螺旋部および第二螺旋部へ供給される高周波の電力の強度比と主ビームの指向性との関係を示す模式図
【図６】比較例としてアレー化した四つのヘリカルアンテナを示す概略斜視図
【図７】図１に示すヘリカルアンテナをＥＴＣアンテナとして適用した統合アンテナを示す概略斜視図
【図８】第二螺旋部の高さおよび巻数と指向性との関係を示す模式図
【図９】第二螺旋部の高さおよび巻数とφ軸周りの利得の標準偏差との関係を示す模式図
【図１０】一実施形態において第一螺旋部と第二螺旋部とを偏心して配置した状態を示す模式図
【図１１】図１０に示す構成における利得の分布を三次元で示す模式図
【図１２】図１０に示す構成におけるφ＝−６７．５°におけるθ方向の指向性を示す模式図
【図１３】図１０に示す構成におけるθ方向の指向性を示す模式図
【図１４】図１３のθ＝−３０°から３０°の範囲を拡大した拡大図
【図１５】第一螺旋部と第二螺旋部との偏心量に対する平均利得差の関係を示す模式図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナおよびヘリカルアンテナを適用した車載アンテナを図面に基づいて説明する。
（ヘリカルアンテナ）
図１に示すように、本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナ１０は、第一螺旋部１１、第二螺旋部１２、地板１３および給電回路１４を備えている。地板１３は、例えば金属などの導電体により板状に形成されている。第一螺旋部１１は、地板１３に対して略垂直方向へ螺旋状に巻き上げられている。第一螺旋部１１は、一周がｎ波長相当で巻き上げられている。一方、第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１と同様に地板１３に対して略垂直方向へ螺旋状に巻き上げられている。第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１の径方向外側を包囲しており、一周がｍ波長相当で巻き上げられている。第二螺旋部１２は第一螺旋部１１の径方向外側を包囲しているため、第一螺旋部１１のｎ波長と第二螺旋部１２のｍ波長との関係はｍ＞ｎとなる。本実施形態の場合、第一螺旋部１１は一周一波長相当に設定され、第二螺旋部１２は一周二波長相当に設定されている。また、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とは、ほぼ同心円状に配置されている。図１において、地板１３の縦方向および横方向をそれぞれｘ方向およびｙ方向とし、地板１３の厚さ方向をｚ方向としている。そして、ｚ軸を中心とする回転方向をφ（Phi）方向とし、ｙ軸を中心とする回転方向θ（Theta）方向とする。
【００１２】
給電回路１４は、電気回路で構成され、発振器２１、分配器２２、第一位相器２３および第二位相器２４を有する。発振器２１は、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力を発振する。分配器２２は、ウィルキンソン分配器であり、発振器２１の出力側に接続し、発振器２１から発振された高周波を第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とに分配する。第一位相器２３は、分配器２２の出力側に接続しており、第一螺旋部１１の給電点２５と電気的に接続している。同様に、第二位相器２４は、分配器２２の出力側に接続しており、第二螺旋部１２の給電点２６と電気的に接続している。
【００１３】
図２に示すように、一周一波長相当の第一螺旋部１１から放射されるアンテナビーム３１の最大利得方向は、地板１３から垂直なｚ軸方向となる。すなわち、第一螺旋部１１から放射されるアンテナビーム３１は、図２において網掛けを付している部分で利得が大きくなる。アンテナビーム３１の利得が大きな位置を示している。また、第一螺旋部１１から放射されるアンテナビーム３１の位相は、φ方向へ一周で３６０°異なっている。
【００１４】
これに対し、図３に示すように、一周二波長相当の第二螺旋部１２から放射されるアンテナビーム３２の最大利得方向は、θ方向においてθ＝３０°であって、φ方向において一定となる。すなわち、第二螺旋部１２から放射されるアンテナビーム３２は、図３において網掛けを付している部分で利得が大きくなる。また、第二螺旋部１２から放射されるアンテナビーム３２の位相は、φ方向へ一周で７２０°異なっている。
【００１５】
上記の構成において、給電回路１４の第一位相器２３から第一螺旋部１１へ供給する高周波の位相と、第二位相器２４から第二螺旋部１２へ供給する高周波の位相との間の位相差を変化させることにより、第一螺旋部１１から放射されたアンテナビームと第二螺旋部１２から放射されたアンテナビームとの相互作用によって生じる主ビームの方向は図４に示すようにφ方向へ３６０°の範囲で制御される。すなわち、主ビームのφ方向の指向性は、３６０°の範囲で制御される。また、給電回路１４の分配器２２により第一螺旋部１１へ供給する高周波の給電強度と第二螺旋部１２へ供給する高周波の給電強度との間の強度比を変化させることにより、図５に示すように主ビームの方向はθ方向へ０°〜３０°の範囲で制御される。すなわち、主ビームのθ方向の指向性は、０°〜３０°の範囲で制御される。したがって、主ビームのφ方向およびθ方向の指向性は、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の位相および強度によって制御される。
【００１６】
本実施形態の場合、アンテナの寸法すなわち図１に示すように大径側の第二螺旋部１２の径Ｄは、発振する高周波の波長をλとしたとき、Ｄ＝２λ／πとなる。これに対し、図６に示す比較例は、本実施形態と同程度の指向性制御を確保するために四つのヘリカルアンテナ４１をアレー化している。このような比較例の場合、ヘリカルアンテナ４１の単体の外径ｄは、ｄ＝λ／πとなる。そして、隣接する二つのヘリカルアンテナ４１は、間隔ｄ１＝λ／２ごとに配置する必要がある。その結果、アレー化された四つのヘリカルアンテナ４１を配置するには、最低でも配置寸法Ｌ＝ｄ＋ｄ１＝（１／π＋１／２）λが必要となる。このように、本実施形態では図１に示すように最大径となる第二螺旋部１２の設置に必要な寸法がＤであるのに対し、比較例では配置寸法Ｌが必要となる。したがって、本実施形態のヘリカルアンテナ１０は、ヘリカルアンテナ４１をアレー化した比較例に対して小型化が図られる。
【００１７】
以上説明した本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナ１０は、一周一波長相当の第一螺旋部１１と、一周二波長相当の第二螺旋部１２とを備えている。第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１の径方向外側に位置している。この第一螺旋部１１から放射されるアンテナビームと第二螺旋部１２から放射されるアンテナビームとは、位相および最大利得方向に差が生じる。これにより、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波電力の位相および強度を変化させることにより、各アンテナビームから形成される主ビームの指向性が変化する。このように一周二波長相当の第二螺旋部１２の内側に一周一波長相当の第一螺旋部１１を配置することにより、アレー化した従来のヘリカルアンテナ４１に比較して小型化が図られる。したがって、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性を任意に制御することができる。
また、本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナ１０は、分配器２２がウィルキンソン分配器である。したがって、簡単な構造で第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度を制御することができる。
【００１８】
（車載アンテナ）
次に、上述のヘリカルアンテナを搭載した車載アンテナについて説明する。
図７は、統合車載アンテナ５０を示す概略図である。統合車載アンテナ５０は、図１に示す一実施形態によるヘリカルアンテナ１０をＥＴＣアンテナ５１として備えている。統合車載アンテナ５０は、ヘリカルアンテナ１０を適用したＥＴＣアンテナ５１、ケーシング５２およびＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３を備えている。ケーシング５２は、ＥＴＣアンテナ５１およびＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３を収容している。なお、ケーシング５２に収容されたＥＴＣアンテナ５１およびＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３を覆うカバーは図示を省略している。ＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３は、平面アンテナであり、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から発信される電波を受信するとともに、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）ビーコンから発信される電波を受信する。
【００１９】
ＥＴＣアンテナ５１は、アンテナビームを道路側の無線機が設置されている方向である仰角６７°に向ける必要がある。そのため、ＥＴＣアンテナ５１は、通常、ケーシング５２の水平面に対し約２３°傾斜させた状態で搭載されている。一方、本実施形態の場合、上述のヘリカルアンテナ１０をＥＴＣアンテナ５１として適用することにより、ヘリカルアンテナ１０の主ビームの指向性は上述のように第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度によって制御される。そのため、ヘリカルアンテナ１０を水平に搭載する場合でも、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度を制御することにより、主ビームを所望の仰角６７°に設定することができる。その結果、ヘリカルアンテナ１０を水平面に対して傾斜させる場合と比較して、設置に必要な空間が低減される。したがって、ヘリカルアンテナ１０を適用することにより、統合車載アンテナ５０の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、ＥＴＣアンテナ５１から放射される主ビームの方向および指向性は、統合車載アンテナ５０を搭載する車両の種類および搭載位置などによって異なる。これは、車両の種類ごとに、構造および搭載される部材が異なり、これらが主ビームの方向や指向性に影響を与えるからである。一方、本実施形態のヘリカルアンテナ１０をＥＴＣアンテナ５１として適用することにより、ヘリカルアンテナ１０の主ビームの指向性は上述のように第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度によって制御される。そのため、ヘリカルアンテナ１０および統合車載アンテナ５０の設計を変更することなく、車両の種類や搭載位置ごとに主ビームの方向および指向性の制御が可能となる。したがって、設計の共通化を図ることができる。
【００２１】
（第二螺旋部の高さと巻数との関係）
次に、第二螺旋部１２の高さと巻数との関係について詳細に説明する。
上述の一実施形態のヘリカルアンテナ１０においてφ方向に指向性を制御する場合、全方向へ均一な利得を維持するためには、第二螺旋部１２単体による指向性が最大となるθ＝３０°にあるとき、φ方向で全方位性すなわちφ方向へ均一である必要がある。この第二螺旋部１２のφ方向における利得の特性は、第二螺旋部１２の高さと巻数とに相関する。
【００２２】
そこで、第二螺旋部１２の高さと巻数との関係を説明する。図８は、第二螺旋部１２の高さと巻数との関係を示している。具体的には、図８（Ａ）は、第二螺旋部１２の高さを０．１λとし、第二螺旋部１２の巻数を１、２、３、４、５と変化させたときのφ方向における利得の指向性を示している。同様に、図８（Ｂ）は第二螺旋部１２の高さを０．２λとし、図８（Ｃ）は第二螺旋部１２の高さを０．３λとし、図８（Ｄ）は第二螺旋部１２の高さを０．４λとし、第二螺旋部１２の巻数を変化させたときのφ方向における利得の指向性を示している。
【００２３】
例えば図８（Ａ）のように第二螺旋部１２の高さを０．１λとし、第二螺旋部１２の巻数を１としたとき、φ＝３０°付近における利得は急激に低下している。これに対し、第二螺旋部１２の高さが０．１λであり、第二螺旋部１２の巻数が２〜５のとき、利得はφ方向の全方向においてほぼ均一となり、指向性が円に近似している。同様に、図８（Ｂ）に示すように第二螺旋部１２の高さを０．２λとすると、第二螺旋部１２の巻数が１のときφ＝３０°付近における利得は急激に低下している。これに対し、第二螺旋部１２の高さが０．１λであり、第二螺旋部１２の巻数が２〜５のとき、利得の指向性はφ方向の全方向においてほぼ均一となる。
【００２４】
さらに、図８（Ｃ）に示すように第二螺旋部１２の高さが０．３λの場合、巻数が１のとき、φ＝３０°の利得が減少するとともに、φ＝１２０°〜１５０°において利得が増大している。そのため、第二螺旋部１２の巻数が１のとき、φ方向における利得の指向性は円から遠いいびつな特性となる。また、巻数が４および巻数が５のとき、φ＝１２０°付近で利得が減少するとともに、φ＝０°〜−９０°において利得が増大している。そのため、第二螺旋部１２は、巻数が４および５のときも、φ方向における利得の指向性が円から遠いいびつな特性となる。これに対し、巻数が２および巻数が３のとき、第二螺旋部１２の利得はφ方向の全方向において比較的均一な円に近い指向性となる。
さらに、図８（Ｄ）に示すように第二螺旋部１２の高さが０．４λの場合、巻数が１、巻数が３、巻数が４および巻数が５のとき、いずれもφ方向における利得は、円から遠いいびつな指向性となる。これに対し、巻数が２のとき、第二螺旋部１２の利得は、φ方向の全方向において比較的均一な円に近い指向性となる。
【００２５】
これら、φ方向における利得の指向性のばらつきを標準偏差として算出し、巻数と高さとの関係を図示すると、図９に示すようになる。第二螺旋部１２の高さと巻数との関係は、φ方向における利得の指向性が真円に近い方が好ましい。そこで、第二螺旋部１２の高さに対して巻数を設定したとき、利得の指向性を示す標準偏差が０．６以下となるように設定することが望ましい。すなわち、標準偏差が０．６以下であれば、利得の指向性は真円に近い、つまりφ方向において全方向で均一に近くなる。その結果、この標準偏差が０．６以下となる巻数と高さとを選定することにより、第二螺旋部１２はφ方向へ指向性を暗転して制御可能となる。この場合、標準偏差が０．６以下となるのであれば、第二螺旋部１２の巻数は、整数の巻数に限らず任意の巻数とすることができる。
上記のように第二螺旋部１２の高さを設定する場合、第二螺旋部１２の高さｈは、０．１λ≦ｈ≦０．４λに設定される。これは、高さｈがｈ＜０．１λの場合、螺旋状に巻き上げた線材が互いに重なり合い、アンテナとして機能しないからである。また、高さｈが０．４λ＜ｈの場合、巻き上げられた線材の高さが過大となり、実用性が低いからである。
【００２６】
（第一螺旋部の中心と第二螺旋部の中心との偏心量と利得の関係）
上述の一実施形態では、一周一波長相当の第一螺旋部１１と一周二波長相当の第二螺旋部１２とを同心円状に配置する例について説明した。しかし、第一螺旋部１１の中心と第二螺旋部１２の中心とをずらしてもよい。このように第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の中心をずらす、すなわち偏心して配置することにより、主ビームの指向性が変化する。そのため、供給する高周波の電力の位相および強度に加え、第一螺旋部１１の中心と第二螺旋部１２の中心との位置関係も調整することにより、主ビームの指向性をより精密に制御することができる。以下、具体的な例に基づいて説明する。
【００２７】
図１０に示すように、一周一波長の第一螺旋部１１の中心と一周二波長の第二螺旋部１２の中心とを偏心させて配置し、第二螺旋部１２へ電力を供給すると、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とが最も接近する部分（φ＝０°）では誘導結合が生じる。そのため、第二螺旋部１２を流れる電流によって、第一螺旋部１１には第二螺旋部１２とは逆位相の誘導電流が生じる。第一螺旋部１１は一周一波長であり、第二螺旋部１２は一周二波長であるため、φ＝−９０°〜−４５°の範囲において、第一螺旋部１１を流れる電流と第二螺旋部１２を流れる電流とは、同方向へ流れ、互いに強め合う。これにより、第二螺旋部１２の指向性は、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とが同心円状に配置された場合と比較して、φ＝−９０°〜−４５°の範囲で利得が増加する。これとともに、図１１および図１２に示すように、第二螺旋部１２の指向性は、地板１３の正面すなわちθ＝０°近傍において生じる急激な利得低下部分（ＮＵＬＬ）がφ＝９０°〜１３５°側へ移動する。ここで、図１１は利得を三次元で示す模式図であり、図１２はφ＝−６７．５°におけるθ方向の指向性を示す模式図である。
【００２８】
第一螺旋部１１および第二螺旋部１２に電力を供給した際の指向性を合成した場合、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とを偏心させたとき、これらを偏心させない場合と比較して、図１３および図１４に示すように最大利得が１ｄＢ程度増加する。特に、地板１３の正面付近であるθ＝−３０°〜３０°の範囲では利得が最大で３ｄＢ、平均で２ｄＢ程度増加する。すなわち、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２を偏心させることにより、最大利得と地板１３の正面付近における利得を調整することができる。
【００２９】
また、図１５は、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の偏心量ｓと平均利得差との関係を示している。ここで、利得差とは、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２との偏心量ｓがｓ＝０であるときに第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の指向性を合成した利得と、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とを偏心させたときの指向性を合成した利得との差を意味する。図１５では、平均利得差を示している。平均利得差は、θ軸を中心とする３６０°の範囲における利得差の平均値である。図１５に示すように、平均利得差は、偏心量ｓとともに変化し、０．０４λ以上になると、部分的な利得差は１ｄＢ以上となる。
【００３０】
以上のように、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の偏心量ｓを調整することにより、ヘリカルアンテナ１０は全体の再設計を必要とすることなく全体の利得が調整される。したがって、複数の車種や車両に適用する場合、車両や車種ごとの影響を低減することができる。
上記のように第一螺旋部１１と第二螺旋部１２との間の偏心量ｓを設定する場合、偏心量ｓは、０．０４λ≦ｓ≦０．１２λに設定される。偏心量ｓをｓ＜０．０４λと設定するのは上述の理由によるものである。これに対し、偏心量ｓがｓ＜０．１２λの場合、第一螺旋部１１と、この外側に設けられている第二螺旋部１２とが互いに接触してしまうからである。
【００３１】
（その他の実施形態）
第一螺旋部１１を一周一波長相当、第二螺旋部１２を一周二波長相当にするだけでなく、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２をそれぞれ一周あたり任意の波長相当としてもよい。但し、第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１の径方向外側を包囲するため、第一螺旋部１１を一周ｎ波長相当、第二螺旋部１２を一周ｍ波長相当としたとき、ｍ＞ｎとなる。このように、供給する高周波の電力の位相および強度に加え、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２をそれぞれ一周当たり任意の整数倍の波長相当とすることにより、主ビームの指向性をより精密に制御することができる。
さらに、第二螺旋部１２の径方向外側には、第三螺旋部、第四螺旋部、・・・、第Ｎ螺旋部（Ｎ≧３）として単数または複数の螺旋部を配置してもよい。このように、供給する高周波の電力の位相および強度に加え、第二螺旋部１２の径方向外側に単数または複数の螺旋部を配置することにより、指向性をより精密に制御することができる。
【００３２】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
図面中、１０はヘリカルアンテナ、１１は第一螺旋部、１２は第二螺旋部、１３は地板、１４は給電回路、２１は発振器、２２は分配器、２３は第一位相器、２４は第二位相器、２５は給電点、２６は給電点、５０は統合車載アンテナを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカルアンテナ、およびこれを用いた車載アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、良好な円偏波特性を有する線状アンテナとして、ヘリカルアンテナが広く利用されている。このようなヘリカルアンテナは、単一で用いるとアンテナビームの指向性の制御が困難である。そこで、特許文献１では、一周一波長のヘリカルアンテナの指向性を制御するために、平面状の地板に同一形状のビームを形成する複数のヘリカルアンテナを配置したアレー構造を採用している。そして、特許文献１では、アレー構造の複数のヘリカルアンテナで形成されるビームを相互に干渉させることにより、指向性の制御を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−７８９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のようにアレー構造のアンテナの場合、アンテナビームの形状を維持したまま指向性を制御するためには、各ヘリカルアンテナを波長λの１／２すなわちλ／２の間隔で配置する必要がある。その結果、最低でもヘリカルアンテナをλ／２ごとに配置する必要があり、ヘリカルアンテナ全体の小型化には限度がある。
そこで、本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性が任意に制御されるヘリカルアンテナおよびこれを用いた車載アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明では、一周ｎ波長相当の第一螺旋部と、一周ｍ波長（ｍ＞ｎ）相当の第二螺旋部とを備えている。第二螺旋部は、第一螺旋部の径方向外側に位置している。この第一螺旋部から放射されるアンテナビームと第二螺旋部から放射されるアンテナビームとは、位相および最大利得方向に差が生じる。これにより、第一螺旋部および第二螺旋部へ供給する高周波の電力の位相および強度を変化させることにより、指向性が変化する。このように一周ｍ波長相当の第二螺旋部の内側に一周ｎ波長相当の第一螺旋部を配置することにより、アレー化した従来のヘリカルアンテナに比較して小型化が図られる。したがって、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性を任意に制御することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明では、分配器はウィルキンソン分配器である。したがって、簡単な構造で第一螺旋部および第二螺旋部へ供給する高周波の電力の位相および強度を制御することができる。
請求項３記載の発明では、一周１波長相当の第一螺旋部と、一周２波長相当の第二螺旋部とを備えている。これにより、第一螺旋部および第二螺旋部へ供給する高周波の電力の位相および強度を変化させることにより、指向性が変化する。このように一周２波長相当の第二螺旋部の内側に一周１波長相当の第一螺旋部を配置することにより、アレー化した従来のヘリカルアンテナに比較して小型化が図られる。したがって、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性を任意に制御することができる。
【０００７】
請求項４記載の発明では、第二螺旋部の径方向外側には単数または複数の第Ｎ螺旋部（Ｎ≧３）を備えている。すなわち、螺旋部は、二重に限らず、三重または四重以上であってもよい。このように、複数の螺旋部を組み合わせることにより、指向性をより精密に制御することができる。
請求項５記載の発明では、第二螺旋部の高さと巻数との関係が設定されている。すなわち、第二螺旋部の高さは、第二螺旋部による指向性の標準偏差が０．６以下の円に近い形状となるように巻数が設定されている。これにより、例えば第二螺旋部の単体による指向性が最大となるθ＝３０°において、φ方向の全方向において指向性が均一に近似して安定化する。したがって、第二螺旋部の高さに応じて巻数を設定することにより、φ方向で制御される指向性の利得を安定して高めることができる。
【０００８】
請求項６記載の発明では、第一螺旋部と第二螺旋部との中心間の距離は、発信する高周波の波長をλとしたとき、０．０４λ以上離れて偏心している。第一螺旋部および第二螺旋部は、互いに中心を偏心することにより、最大利得と地板の正面方向における利得を調整可能である。これにより、第一螺旋部および第二螺旋部の偏心量を調整することにより、全体の設計を変更することなく利得が調整される。したがって、搭載する車種や車両ごとの個体差の影響を低減しつつ利得を高めることができる。
【０００９】
請求項７記載の発明では、請求項１から６のいずれか一項記載のヘリカルアンテナを備えている。そのため、小型化を図ることができる。また、車載アンテナは、搭載する車両の種類によって構造や搭載の対象となる部材が異なる。そのため、アンテナビームの指向性は、搭載する車両ごとに変化する。請求項１から４のいずれか一項記載のヘリカルアンテナを備えることにより、例えば第一螺旋部または第二螺旋部に供給する高周波の電力の位相などを制御することにより、ヘリカルアンテナ全体の指向性が制御される。したがって、車種ごとの再設計を必要とすることなく、搭載する車両に応じた指向性の微調整が容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナを示す概略斜視図
【図２】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナの第一螺旋部から放射されるアンテナビームを示す模式図
【図３】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナの第二螺旋部から放射されるアンテナビームを示す模式図
【図４】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナにおいて、θ＝３０°の位置における第一螺旋部および第二螺旋部へ供給される高周波の電力の位相差と主ビームの指向性との関係を示す模式図
【図５】本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナにおいて、φ＝９０°の位置における第一螺旋部および第二螺旋部へ供給される高周波の電力の強度比と主ビームの指向性との関係を示す模式図
【図６】比較例としてアレー化した四つのヘリカルアンテナを示す概略斜視図
【図７】図１に示すヘリカルアンテナをＥＴＣアンテナとして適用した統合アンテナを示す概略斜視図
【図８】第二螺旋部の高さおよび巻数と指向性との関係を示す模式図
【図９】第二螺旋部の高さおよび巻数とφ軸周りの利得の標準偏差との関係を示す模式図
【図１０】一実施形態において第一螺旋部と第二螺旋部とを偏心して配置した状態を示す模式図
【図１１】図１０に示す構成における利得の分布を三次元で示す模式図
【図１２】図１０に示す構成におけるφ＝−６７．５°におけるθ方向の指向性を示す模式図
【図１３】図１０に示す構成におけるθ方向の指向性を示す模式図
【図１４】図１３のθ＝−３０°から３０°の範囲を拡大した拡大図
【図１５】第一螺旋部と第二螺旋部との偏心量に対する平均利得差の関係を示す模式図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナおよびヘリカルアンテナを適用した車載アンテナを図面に基づいて説明する。
（ヘリカルアンテナ）
図１に示すように、本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナ１０は、第一螺旋部１１、第二螺旋部１２、地板１３および給電回路１４を備えている。地板１３は、例えば金属などの導電体により板状に形成されている。第一螺旋部１１は、地板１３に対して略垂直方向へ螺旋状に巻き上げられている。第一螺旋部１１は、一周がｎ波長相当で巻き上げられている。一方、第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１と同様に地板１３に対して略垂直方向へ螺旋状に巻き上げられている。第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１の径方向外側を包囲しており、一周がｍ波長相当で巻き上げられている。第二螺旋部１２は第一螺旋部１１の径方向外側を包囲しているため、第一螺旋部１１のｎ波長と第二螺旋部１２のｍ波長との関係はｍ＞ｎとなる。本実施形態の場合、第一螺旋部１１は一周一波長相当に設定され、第二螺旋部１２は一周二波長相当に設定されている。また、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とは、ほぼ同心円状に配置されている。図１において、地板１３の縦方向および横方向をそれぞれｘ方向およびｙ方向とし、地板１３の厚さ方向をｚ方向としている。そして、ｚ軸を中心とする回転方向をφ（Phi）方向とし、ｙ軸を中心とする回転方向θ（Theta）方向とする。
【００１２】
給電回路１４は、電気回路で構成され、発振器２１、分配器２２、第一位相器２３および第二位相器２４を有する。発振器２１は、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力を発振する。分配器２２は、ウィルキンソン分配器であり、発振器２１の出力側に接続し、発振器２１から発振された高周波を第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とに分配する。第一位相器２３は、分配器２２の出力側に接続しており、第一螺旋部１１の給電点２５と電気的に接続している。同様に、第二位相器２４は、分配器２２の出力側に接続しており、第二螺旋部１２の給電点２６と電気的に接続している。
【００１３】
図２に示すように、一周一波長相当の第一螺旋部１１から放射されるアンテナビーム３１の最大利得方向は、地板１３から垂直なｚ軸方向となる。すなわち、第一螺旋部１１から放射されるアンテナビーム３１は、図２において網掛けを付している部分で利得が大きくなる。アンテナビーム３１の利得が大きな位置を示している。また、第一螺旋部１１から放射されるアンテナビーム３１の位相は、φ方向へ一周で３６０°異なっている。
【００１４】
これに対し、図３に示すように、一周二波長相当の第二螺旋部１２から放射されるアンテナビーム３２の最大利得方向は、θ方向においてθ＝３０°であって、φ方向において一定となる。すなわち、第二螺旋部１２から放射されるアンテナビーム３２は、図３において網掛けを付している部分で利得が大きくなる。また、第二螺旋部１２から放射されるアンテナビーム３２の位相は、φ方向へ一周で７２０°異なっている。
【００１５】
上記の構成において、給電回路１４の第一位相器２３から第一螺旋部１１へ供給する高周波の位相と、第二位相器２４から第二螺旋部１２へ供給する高周波の位相との間の位相差を変化させることにより、第一螺旋部１１から放射されたアンテナビームと第二螺旋部１２から放射されたアンテナビームとの相互作用によって生じる主ビームの方向は図４に示すようにφ方向へ３６０°の範囲で制御される。すなわち、主ビームのφ方向の指向性は、３６０°の範囲で制御される。また、給電回路１４の分配器２２により第一螺旋部１１へ供給する高周波の給電強度と第二螺旋部１２へ供給する高周波の給電強度との間の強度比を変化させることにより、図５に示すように主ビームの方向はθ方向へ０°〜３０°の範囲で制御される。すなわち、主ビームのθ方向の指向性は、０°〜３０°の範囲で制御される。したがって、主ビームのφ方向およびθ方向の指向性は、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の位相および強度によって制御される。
【００１６】
本実施形態の場合、アンテナの寸法すなわち図１に示すように大径側の第二螺旋部１２の径Ｄは、発振する高周波の波長をλとしたとき、Ｄ＝２λ／πとなる。これに対し、図６に示す比較例は、本実施形態と同程度の指向性制御を確保するために四つのヘリカルアンテナ４１をアレー化している。このような比較例の場合、ヘリカルアンテナ４１の単体の外径ｄは、ｄ＝λ／πとなる。そして、隣接する二つのヘリカルアンテナ４１は、間隔ｄ１＝λ／２ごとに配置する必要がある。その結果、アレー化された四つのヘリカルアンテナ４１を配置するには、最低でも配置寸法Ｌ＝ｄ＋ｄ１＝（１／π＋１／２）λが必要となる。このように、本実施形態では図１に示すように最大径となる第二螺旋部１２の設置に必要な寸法がＤであるのに対し、比較例では配置寸法Ｌが必要となる。したがって、本実施形態のヘリカルアンテナ１０は、ヘリカルアンテナ４１をアレー化した比較例に対して小型化が図られる。
【００１７】
以上説明した本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナ１０は、一周一波長相当の第一螺旋部１１と、一周二波長相当の第二螺旋部１２とを備えている。第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１の径方向外側に位置している。この第一螺旋部１１から放射されるアンテナビームと第二螺旋部１２から放射されるアンテナビームとは、位相および最大利得方向に差が生じる。これにより、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波電力の位相および強度を変化させることにより、各アンテナビームから形成される主ビームの指向性が変化する。このように一周二波長相当の第二螺旋部１２の内側に一周一波長相当の第一螺旋部１１を配置することにより、アレー化した従来のヘリカルアンテナ４１に比較して小型化が図られる。したがって、大型化を招くことなく限られた搭載範囲で指向性を任意に制御することができる。
また、本発明の一実施形態によるヘリカルアンテナ１０は、分配器２２がウィルキンソン分配器である。したがって、簡単な構造で第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度を制御することができる。
【００１８】
（車載アンテナ）
次に、上述のヘリカルアンテナを搭載した車載アンテナについて説明する。
図７は、統合車載アンテナ５０を示す概略図である。統合車載アンテナ５０は、図１に示す一実施形態によるヘリカルアンテナ１０をＥＴＣアンテナ５１として備えている。統合車載アンテナ５０は、ヘリカルアンテナ１０を適用したＥＴＣアンテナ５１、ケーシング５２およびＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３を備えている。ケーシング５２は、ＥＴＣアンテナ５１およびＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３を収容している。なお、ケーシング５２に収容されたＥＴＣアンテナ５１およびＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３を覆うカバーは図示を省略している。ＧＰＳ／ＶＩＣＳアンテナ５３は、平面アンテナであり、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から発信される電波を受信するとともに、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）ビーコンから発信される電波を受信する。
【００１９】
ＥＴＣアンテナ５１は、アンテナビームを道路側の無線機が設置されている方向である仰角６７°に向ける必要がある。そのため、ＥＴＣアンテナ５１は、通常、ケーシング５２の水平面に対し約２３°傾斜させた状態で搭載されている。一方、本実施形態の場合、上述のヘリカルアンテナ１０をＥＴＣアンテナ５１として適用することにより、ヘリカルアンテナ１０の主ビームの指向性は上述のように第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度によって制御される。そのため、ヘリカルアンテナ１０を水平に搭載する場合でも、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度を制御することにより、主ビームを所望の仰角６７°に設定することができる。その結果、ヘリカルアンテナ１０を水平面に対して傾斜させる場合と比較して、設置に必要な空間が低減される。したがって、ヘリカルアンテナ１０を適用することにより、統合車載アンテナ５０の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、ＥＴＣアンテナ５１から放射される主ビームの方向および指向性は、統合車載アンテナ５０を搭載する車両の種類および搭載位置などによって異なる。これは、車両の種類ごとに、構造および搭載される部材が異なり、これらが主ビームの方向や指向性に影響を与えるからである。一方、本実施形態のヘリカルアンテナ１０をＥＴＣアンテナ５１として適用することにより、ヘリカルアンテナ１０の主ビームの指向性は上述のように第一螺旋部１１および第二螺旋部１２へ供給する高周波の電力の位相および強度によって制御される。そのため、ヘリカルアンテナ１０および統合車載アンテナ５０の設計を変更することなく、車両の種類や搭載位置ごとに主ビームの方向および指向性の制御が可能となる。したがって、設計の共通化を図ることができる。
【００２１】
（第二螺旋部の高さと巻数との関係）
次に、第二螺旋部１２の高さと巻数との関係について詳細に説明する。
上述の一実施形態のヘリカルアンテナ１０においてφ方向に指向性を制御する場合、全方向へ均一な利得を維持するためには、第二螺旋部１２単体による指向性が最大となるθ＝３０°にあるとき、φ方向で全方位性すなわちφ方向へ均一である必要がある。この第二螺旋部１２のφ方向における利得の特性は、第二螺旋部１２の高さと巻数とに相関する。
【００２２】
そこで、第二螺旋部１２の高さと巻数との関係を説明する。図８は、第二螺旋部１２の高さと巻数との関係を示している。具体的には、図８（Ａ）は、第二螺旋部１２の高さを０．１λとし、第二螺旋部１２の巻数を１、２、３、４、５と変化させたときのφ方向における利得の指向性を示している。同様に、図８（Ｂ）は第二螺旋部１２の高さを０．２λとし、図８（Ｃ）は第二螺旋部１２の高さを０．３λとし、図８（Ｄ）は第二螺旋部１２の高さを０．４λとし、第二螺旋部１２の巻数を変化させたときのφ方向における利得の指向性を示している。
【００２３】
例えば図８（Ａ）のように第二螺旋部１２の高さを０．１λとし、第二螺旋部１２の巻数を１としたとき、φ＝３０°付近における利得は急激に低下している。これに対し、第二螺旋部１２の高さが０．１λであり、第二螺旋部１２の巻数が２〜５のとき、利得はφ方向の全方向においてほぼ均一となり、指向性が円に近似している。同様に、図８（Ｂ）に示すように第二螺旋部１２の高さを０．２λとすると、第二螺旋部１２の巻数が１のときφ＝３０°付近における利得は急激に低下している。これに対し、第二螺旋部１２の高さが０．１λであり、第二螺旋部１２の巻数が２〜５のとき、利得の指向性はφ方向の全方向においてほぼ均一となる。
【００２４】
さらに、図８（Ｃ）に示すように第二螺旋部１２の高さが０．３λの場合、巻数が１のとき、φ＝３０°の利得が減少するとともに、φ＝１２０°〜１５０°において利得が増大している。そのため、第二螺旋部１２の巻数が１のとき、φ方向における利得の指向性は円から遠いいびつな特性となる。また、巻数が４および巻数が５のとき、φ＝１２０°付近で利得が減少するとともに、φ＝０°〜−９０°において利得が増大している。そのため、第二螺旋部１２は、巻数が４および５のときも、φ方向における利得の指向性が円から遠いいびつな特性となる。これに対し、巻数が２および巻数が３のとき、第二螺旋部１２の利得はφ方向の全方向において比較的均一な円に近い指向性となる。
さらに、図８（Ｄ）に示すように第二螺旋部１２の高さが０．４λの場合、巻数が１、巻数が３、巻数が４および巻数が５のとき、いずれもφ方向における利得は、円から遠いいびつな指向性となる。これに対し、巻数が２のとき、第二螺旋部１２の利得は、φ方向の全方向において比較的均一な円に近い指向性となる。
【００２５】
これら、φ方向における利得の指向性のばらつきを標準偏差として算出し、巻数と高さとの関係を図示すると、図９に示すようになる。第二螺旋部１２の高さと巻数との関係は、φ方向における利得の指向性が真円に近い方が好ましい。そこで、第二螺旋部１２の高さに対して巻数を設定したとき、利得の指向性を示す標準偏差が０．６以下となるように設定することが望ましい。すなわち、標準偏差が０．６以下であれば、利得の指向性は真円に近い、つまりφ方向において全方向で均一に近くなる。その結果、この標準偏差が０．６以下となる巻数と高さとを選定することにより、第二螺旋部１２はφ方向へ指向性を暗転して制御可能となる。この場合、標準偏差が０．６以下となるのであれば、第二螺旋部１２の巻数は、整数の巻数に限らず任意の巻数とすることができる。
上記のように第二螺旋部１２の高さを設定する場合、第二螺旋部１２の高さｈは、０．１λ≦ｈ≦０．４λに設定される。これは、高さｈがｈ＜０．１λの場合、螺旋状に巻き上げた線材が互いに重なり合い、アンテナとして機能しないからである。また、高さｈが０．４λ＜ｈの場合、巻き上げられた線材の高さが過大となり、実用性が低いからである。
【００２６】
（第一螺旋部の中心と第二螺旋部の中心との偏心量と利得の関係）
上述の一実施形態では、一周一波長相当の第一螺旋部１１と一周二波長相当の第二螺旋部１２とを同心円状に配置する例について説明した。しかし、第一螺旋部１１の中心と第二螺旋部１２の中心とをずらしてもよい。このように第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の中心をずらす、すなわち偏心して配置することにより、主ビームの指向性が変化する。そのため、供給する高周波の電力の位相および強度に加え、第一螺旋部１１の中心と第二螺旋部１２の中心との位置関係も調整することにより、主ビームの指向性をより精密に制御することができる。以下、具体的な例に基づいて説明する。
【００２７】
図１０に示すように、一周一波長の第一螺旋部１１の中心と一周二波長の第二螺旋部１２の中心とを偏心させて配置し、第二螺旋部１２へ電力を供給すると、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とが最も接近する部分（φ＝０°）では誘導結合が生じる。そのため、第二螺旋部１２を流れる電流によって、第一螺旋部１１には第二螺旋部１２とは逆位相の誘導電流が生じる。第一螺旋部１１は一周一波長であり、第二螺旋部１２は一周二波長であるため、φ＝−９０°〜−４５°の範囲において、第一螺旋部１１を流れる電流と第二螺旋部１２を流れる電流とは、同方向へ流れ、互いに強め合う。これにより、第二螺旋部１２の指向性は、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とが同心円状に配置された場合と比較して、φ＝−９０°〜−４５°の範囲で利得が増加する。これとともに、図１１および図１２に示すように、第二螺旋部１２の指向性は、地板１３の正面すなわちθ＝０°近傍において生じる急激な利得低下部分（ＮＵＬＬ）がφ＝９０°〜１３５°側へ移動する。ここで、図１１は利得を三次元で示す模式図であり、図１２はφ＝−６７．５°におけるθ方向の指向性を示す模式図である。
【００２８】
第一螺旋部１１および第二螺旋部１２に電力を供給した際の指向性を合成した場合、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とを偏心させたとき、これらを偏心させない場合と比較して、図１３および図１４に示すように最大利得が１ｄＢ程度増加する。特に、地板１３の正面付近であるθ＝−３０°〜３０°の範囲では利得が最大で３ｄＢ、平均で２ｄＢ程度増加する。すなわち、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２を偏心させることにより、最大利得と地板１３の正面付近における利得を調整することができる。
【００２９】
また、図１５は、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の偏心量ｓと平均利得差との関係を示している。ここで、利得差とは、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２との偏心量ｓがｓ＝０であるときに第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の指向性を合成した利得と、第一螺旋部１１と第二螺旋部１２とを偏心させたときの指向性を合成した利得との差を意味する。図１５では、平均利得差を示している。平均利得差は、θ軸を中心とする３６０°の範囲における利得差の平均値である。図１５に示すように、平均利得差は、偏心量ｓとともに変化し、０．０４λ以上になると、部分的な利得差は１ｄＢ以上となる。
【００３０】
以上のように、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２の偏心量ｓを調整することにより、ヘリカルアンテナ１０は全体の再設計を必要とすることなく全体の利得が調整される。したがって、複数の車種や車両に適用する場合、車両や車種ごとの影響を低減することができる。
上記のように第一螺旋部１１と第二螺旋部１２との間の偏心量ｓを設定する場合、偏心量ｓは、０．０４λ≦ｓ≦０．１２λに設定される。偏心量ｓをｓ＜０．０４λと設定するのは上述の理由によるものである。これに対し、偏心量ｓがｓ＜０．１２λの場合、第一螺旋部１１と、この外側に設けられている第二螺旋部１２とが互いに接触してしまうからである。
【００３１】
（その他の実施形態）
第一螺旋部１１を一周一波長相当、第二螺旋部１２を一周二波長相当にするだけでなく、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２をそれぞれ一周あたり任意の波長相当としてもよい。但し、第二螺旋部１２は、第一螺旋部１１の径方向外側を包囲するため、第一螺旋部１１を一周ｎ波長相当、第二螺旋部１２を一周ｍ波長相当としたとき、ｍ＞ｎとなる。このように、供給する高周波の電力の位相および強度に加え、第一螺旋部１１および第二螺旋部１２をそれぞれ一周当たり任意の整数倍の波長相当とすることにより、主ビームの指向性をより精密に制御することができる。
さらに、第二螺旋部１２の径方向外側には、第三螺旋部、第四螺旋部、・・・、第Ｎ螺旋部（Ｎ≧３）として単数または複数の螺旋部を配置してもよい。このように、供給する高周波の電力の位相および強度に加え、第二螺旋部１２の径方向外側に単数または複数の螺旋部を配置することにより、指向性をより精密に制御することができる。
【００３２】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
図面中、１０はヘリカルアンテナ、１１は第一螺旋部、１２は第二螺旋部、１３は地板、１４は給電回路、２１は発振器、２２は分配器、２３は第一位相器、２４は第二位相器、２５は給電点、２６は給電点、５０は統合車載アンテナを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の地板と、
前記地板に対して略垂直方向へ一周ｎ波長相当で螺旋状に巻き上げられている第一螺旋部と、
前記第一螺旋部の径方向外側に前記第一螺旋部を包囲して前記地板に対して略垂直方向へ一周ｍ（ｍ＞ｎ）波長相当で螺旋状に巻き上げられている第二螺旋部と、
発振器、前記発振器に接続する分配器、前記分配器の出力側に接続し前記第一螺旋部の給電点に接続する第一位相器、および前記分配器の出力側に接続し前記第二螺旋部の給電点に接続する第二位相器を有する給電回路と、
を備えることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２】
前記分配器は、ウィルキンソン分配器であることを特徴とする請求項１記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３】
前記第一螺旋部は一周一波長（ｎ＝１）相当であり、前記第二螺旋部は一周二波長（ｍ＝２）相当であることを特徴とする請求項１または２記載のヘリカルアンテナ。
【請求項４】
前記第二螺旋部の径方向外側に前記地板に対して略垂直方向へ螺旋状に巻き上げられている単数または複数の第Ｎ螺旋部（Ｎ≧３）をさらに備えることを特徴とする請求項１、２または３記載のヘリカルアンテナ。
【請求項５】
前記第二螺旋部の高さは、前記第二螺旋部による指向性の標準偏差が０．６以下の円に近い形状となるように巻数が設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のヘリカルアンテナ。
【請求項６】
前記第一螺旋部と前記第二螺旋部とは、発信する高周波の波長をλとしたとき、中心が０．０４λ以上離れて偏心していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のヘリカルアンテナ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項記載の前記ヘリカルアンテナを備えることを特徴とする車載アンテナ。
【請求項１】
板状の地板と、
前記地板に対して略垂直方向へ一周ｎ波長相当で螺旋状に巻き上げられている第一螺旋部と、
前記第一螺旋部の径方向外側に前記第一螺旋部を包囲して前記地板に対して略垂直方向へ一周ｍ（ｍ＞ｎ）波長相当で螺旋状に巻き上げられている第二螺旋部と、
発振器、前記発振器に接続する分配器、前記分配器の出力側に接続し前記第一螺旋部の給電点に接続する第一位相器、および前記分配器の出力側に接続し前記第二螺旋部の給電点に接続する第二位相器を有する給電回路と、
を備えることを特徴とするヘリカルアンテナ。
【請求項２】
前記分配器は、ウィルキンソン分配器であることを特徴とする請求項１記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３】
前記第一螺旋部は一周一波長（ｎ＝１）相当であり、前記第二螺旋部は一周二波長（ｍ＝２）相当であることを特徴とする請求項１または２記載のヘリカルアンテナ。
【請求項４】
前記第二螺旋部の径方向外側に前記地板に対して略垂直方向へ螺旋状に巻き上げられている単数または複数の第Ｎ螺旋部（Ｎ≧３）をさらに備えることを特徴とする請求項１、２または３記載のヘリカルアンテナ。
【請求項５】
前記第二螺旋部の高さは、前記第二螺旋部による指向性の標準偏差が０．６以下の円に近い形状となるように巻数が設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のヘリカルアンテナ。
【請求項６】
前記第一螺旋部と前記第二螺旋部とは、発信する高周波の波長をλとしたとき、中心が０．０４λ以上離れて偏心していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のヘリカルアンテナ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項記載の前記ヘリカルアンテナを備えることを特徴とする車載アンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１８７３５８（Ｐ２０１０−１８７３５８Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８０５８０（Ｐ２００９−１８０５８０）
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３日（２００９．８．３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＩＣＳ
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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