らせん構造が生み出す円偏波の魔法 - 物理的直感から設計手法まで
ヘリカルアンテナは、導体をらせん（螺旋）状に巻いて作られるアンテナです。この特殊な形状により、円偏波を効率的に放射・受信できる特徴があります。
DNA構造を思い浮かべてください。らせん構造には、直線的な動きを回転運動に変換する性質があります。ヘリカルアンテナでは、この性質を利用して：
ヘリカルアンテナの核心は「螺旋による位相遅延」です。これを身近な例で理解しましょう。
お風呂の栓を抜いたときの水の渦を思い浮かべてください：
螺旋構造により、電界ベクトルが時間と共に回転します：
$\vec{E}(t) = E_0[\cos(\omega t)\hat{x} + \cos(\omega t + \phi)\hat{y}]$
位相差 $\phi = \pm 90°$ のとき、円偏波が実現
螺旋の各部分から放射される電磁波が、軸方向で同位相になるように構成されています。
$S = n\lambda \quad (n = 1, 2, 3, ...)$
ここで、$S$：ピッチ、$\lambda$：波長
最適直径： $D = \frac{\lambda}{\pi}$ （約 $0.32\lambda$）
最適ピッチ： $S = \frac{\lambda}{4}$ （1/4波長）
巻数： $N = 3 \sim 15$ （用途に応じて）
| パラメータ | 増加させると | 利得への影響 | 帯域幅への影響 |
|---|---|---|---|
| 直径 D | 指向性向上 | 増加 | 狭帯域化 |
| ピッチ S | 軸比悪化 | 軸方向で最大 | 変化小 |
| 巻数 N | 利得向上 | 増加 | 狭帯域化 |
| 線径 | 帯域幅向上 | やや減少 | 増加 |
| 特性 | ダイポール | モノポール | ヘリカル |
|---|---|---|---|
| 偏波 | 直線偏波 | 直線偏波 | 円偏波 |
| 指向性 | 8の字型 | ドーナツ型 | 軸方向ビーム |
| 利得 | 2.15 dBi | 5.15 dBi | 10～15 dBi |
| 帯域幅 | 狭帯域 | 中程度 | 広帯域 |
| 構造 | シンプル | シンプル | やや複雑 |
ヘリカルアンテナの最も重要な応用分野です：
設計仕様：周波数 2.4GHz、利得 12dBi、円偏波
Step 1: 波長計算
$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \times 10^8}{2.4 \times 10^9} = 0.125$ m = 125 mm
Step 2: 基本寸法決定
直径：$D = 0.32\lambda = 0.32 \times 125 = 40$ mm
ピッチ：$S = 0.25\lambda = 0.25 \times 125 = 31.25$ mm
Step 3: 巻数計算
利得12dBiを得るため：$N = 7$ ターン
全長：$L = N \times S = 7 \times 31.25 = 219$ mm
ヘリカルアンテナは、螺旋構造という巧妙な幾何学を利用して円偏波を生成する優秀なアンテナです。設計の要点をまとめると：
ヘリカルアンテナを理解するには、まず「螺旋が作る3次元的な電磁界分布」をイメージすることが重要です。平面的な直線偏波から立体的な円偏波への拡張として捉えると、理解が深まります。