JP3898101B2 - スパイラルアンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、直交偏波成分の少ない広角ビームのスパイラルアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在位置を測位するシステムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）が知られている。ＧＰＳとは、航空機・船舶等の航法支援用として開発されたシステムであり、上空約２万kmを周回する２４個のＧＰＳ衛星（６軌道面に４個ずつ配置）、ＧＰＳ衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の受信機で構成されている。航空機・船舶等では、４個以上のＧＰＳ衛星からの距離を同時に知ることにより、自分の位置等を測位することができる。ＧＰＳ衛星からの距離は、ＧＰＳ衛星から発信された電波が受信機に到達するまでに要した時間から求めている。また、衛星を用いる通信システムの一つとしてインマルサットサービスが知られている。インマルサットサービスは、インマルサット静止衛星を通じて、インマルサット設備と電話、ファックス、データ端末を結ぶ通信サービスである。インマルサット設備には、船舶用の設備や陸上で移動可能な可搬型の設備が用意されている。さらに、衛星デジタルラジオサービス（ＳＤＡＲＳ：Satellite Digital Audio Radio Service）が開始されている。このＳＤＡＲＳでは、デジタル放送により高品質な音質を実現していると共に、衛星を使用することにより広範囲において受信可能な放送とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような衛星を利用する通信システムにおける端末装置には、衛星から送信された円偏波を受信するためのアンテナが必要とされている。円偏波を受信可能なアンテナの一つにスパイラルアンテナが知られている。スパイラルアンテナは、指向性を広くすることが可能とされていると共に、構造が簡単な円偏波アンテナとされていることから、衛星を利用する通信システムには好適なアンテナとされている。ところで、グランドプレーン上にスパイラル素子を配置したスパイラルアンテナにおいては、ビーム幅が狭くなってしまうという問題点があった。これを解決するために、スパイラル素子とグランドプレーンとの間に電波吸収体を介在させることが行われている。しかしながら、電波吸収体を介在させると、スパイラルアンテナの構造が複雑になると共に、小型化することができないという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明はビーム幅を広くすることができると共に小型化することが可能な簡単な構造のスパイラルアンテナを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のスパイラルアンテナは、スパイラル素子を取り囲むように、導体壁をグランドプレーン上に立設させている。これにより、直交偏波成分を減少させることができると共に、広角ビームを得ることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させる必要がないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第１の構成例を図１および図３，図４に示す。ただし、図１は本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１の構成を示す斜視図であり、図３はその平面図であり、図４はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１は、矩形状の導電板からなるグランドプレーン１２上に、グランドプレーン１２の面から所定高さでほぼ並行に矩形状の基板１３が配置されている。基板１３は、プリント基板とされており、その一面に図１および図３に示すような４本のスパイラル素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが矩形スパイラル状に形成されている。このように、第１のスパイラルアンテナ１は、４線式矩形スパイラルアンテナとされており、基板１３を取り囲むように導体板からなる矩形状の導体壁１１がグランドプレーン１２上に立設されている。導体壁１１の高さは基板１３とほぼ同じ高さとされ、このこの場合、導体壁１１と基板１３との間には間隙が形成されている。
【０００７】
グランドプレーン１２の裏面には、整合回路基板１６が配置されており、この整合回路基板１６に、スパイラルアンテナ１において円偏波を送信／受信するための図２に示す位相遅延回路１６ａが形成されている。位相遅延回路１６ａは、図２に示すようにスパイラル素子１０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子１０ｂに２７０°位相の給電を、スパイラル素子１０ｃに１８０°位相の給電を、スパイラル素子１０ｄに９０°位相の給電を行っている。なお、位相遅延回路１６ａには信号源１７が接続されている。具体的には、信号源１７が接続されている同軸ケーブルが給電部１４を構成している接栓に接続され、給電部１４が整合回路基板１６に形成されている位相遅延回路１６ａに接続されている。
【０００８】
位相遅延回路１６ａからは、グランドプレーン１２上にほぼ垂直に配置されている４本の給電ライン１５により、４本のスパイラル素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにそれぞれ時計回りに９０°ずつ位相の進んだ給電が行われるようになる。そして、４本のスパイラル素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが図示する巻方向とされている場合は、スパイラルアンテナ１は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第１のスパイラルアンテナ１は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【０００９】
次に、本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第２の構成例を図５ないし図７に示す。ただし、図５は本発明にかかる第２のスパイラルアンテナ２の構成を示す斜視図であり、図６はその平面図であり、図７はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかるスパイラルアンテナ２は、矩形状の導電板からなるグランドプレーン２２上に、グランドプレーン２２の面から所定高さでほぼ並行に矩形状の基板２３が配置されている。基板２３は、プリント基板とされており、その一面に図５および図６に示すような４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが矩形スパイラル状に形成されている。このように、第２のスパイラルアンテナ２は、４線式矩形スパイラルアンテナとされており、基板３３の周縁に接するように導体板からなる矩形状の導体壁２１がグランドプレーン２２上に立設されている。導体壁２１の高さは基板２３とほぼ同じ高さとされ、この導体壁２１の上端に４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの最外周縁が接して短絡されている。
【００１０】
グランドプレーン２２の裏面には、整合回路基板２６が配置されており、この整合回路基板２６に、スパイラルアンテナ２において円偏波を送信／受信するための図２に示す位相遅延回路１６ａと同様の位相遅延回路が形成されている。この位相遅延回路も、図２に示すようにスパイラル素子２０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子２０ｂに２７０°位相の給電を、スパイラル素子２０ｃに１８０°位相の給電を、スパイラル素子２０ｄに９０°位相の給電を行っている。なお、給電部２４から整合回路基板２６に給電されており、整合回路基板２６に形成されている位相遅延回路からは、グランドプレーン２２上にほぼ垂直に配置されている４本の給電ライン２５により、４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに時計回りにそれぞれ９０°ずつ位相の進んだ給電が行われるようになる。そして、４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが図示する巻方向とされている場合は、第２のスパイラルアンテナ２は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第２のスパイラルアンテナ２は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【００１１】
次に、本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第３の構成例を図８および図１０，図１１に示す。ただし、図８は本発明にかかる第３のスパイラルアンテナ３の構成を示す斜視図であり、図１０はその平面図であり、図１１はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかる第３のスパイラルアンテナ３は、円形状の導電板からなるグランドプレーン３２上に、グランドプレーン３２の面から所定高さでほぼ並行に円形状の基板３３が配置されている。基板３３は、プリント基板とされており、その一面に図８および図１０に示すような２本のスパイラル素子３０ａ，３０ｂが円形スパイラル状に形成されている。このように、第３のスパイラルアンテナ３は、２線式円形スパイラルアンテナとされており、円形状の基板３３を取り囲むように導体板からなる短い円筒状の導体壁３１がグランドプレーン３２上に立設されている。この場合、導体壁３１の高さは基板３３とほぼ同じ高さとされ、この導体壁３１と基板３３との間には間隙が形成されている。
【００１２】
グランドプレーン３２の裏面には、整合回路基板３６が配置されており、この整合回路基板３６に、スパイラルアンテナ３において円偏波を送信／受信するための図９に示す位相遅延回路３６ａが形成されている。位相遅延回路３６ａは、図９に示すようにスパイラル素子３０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子３０ｂに１８０°位相の給電を行っている。なお、位相遅延回路３６ａには信号源３７が接続されている。具体的には、信号源３７が接続されている同軸ケーブルが給電部３４を構成している接栓に接続され、給電部３４が整合回路基板３６に形成されている位相遅延回路３６ａに接続されている。
【００１３】
位相遅延回路３６ａからは、グランドプレーン３２上にほぼ垂直に配置されている２本の給電ライン３５により、２本のスパイラル素子３０ａ，３０ｂに時計回りに１８０°位相の進んだ給電が行われるようになる。そして、２本のスパイラル素子３０ａ，３０ｂが図示する巻方向とされている場合は、スパイラルアンテナ３は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第３のスパイラルアンテナ３は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【００１４】
次に、本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第４の構成例を図１２ないし図１４に示す。ただし、図１２は本発明にかかる第４のスパイラルアンテナ４の構成を示す斜視図であり、図１３はその平面図であり、図１４はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかる第４のスパイラルアンテナ４は、円形状の導電板からなるグランドプレーン４２上に、グランドプレーン４２の面から所定高さでほぼ並行に円形状の基板４３が配置されている。基板４３は、プリント基板とされており、その一面に図１２および図１３に示すような２本のスパイラル素子４０ａ，４０ｂが円形スパイラル状に形成されている。このように、第４のスパイラルアンテナ４は、２線式円形スパイラルアンテナとされており、円形状の基板４３を取り囲むように導体板からなる短い円筒状の導体壁４１がグランドプレーン４２上に立設されている。導体壁４１の高さは基板４３とほぼ同じ高さとされ、この導体壁４１の上端に、２本のスパイラル素子４０ａ、４０ｂの最外周縁が接して短絡されている。
【００１５】
グランドプレーン４２の裏面には、整合回路基板４６が配置されており、この整合回路基板４６に、スパイラルアンテナ４において円偏波を送信／受信するための図１１に示す位相遅延回路３６ａと同様の位相遅延回路が形成されている。この位相遅延回路も、図９に示すようにスパイラル素子４０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子４０ｂに１８０°位相の給電を行っている。なお、給電部４４から整合回路基板４６に給電されており、整合回路基板４６に形成されている位相遅延回路からは、グランドプレーン４２上にほぼ垂直に配置されている２本の給電ライン４５により、２本のスパイラル素子４０ａ，４０ｂに時計回りにそれぞれ１８０°位相の進んだ給電が行われている。そして、２本のスパイラル素子４０ａ，４０ｂが図示する巻方向とされている場合は、スパイラルアンテナ４は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第４のスパイラルアンテナ４は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【００１６】
以上説明した本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４において、スパイラル素子が形成されている基板とグランドプレーンとの間に誘電材料を充填させるようにしてもよい。このようにすると、第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４をより小型化することが可能となる。なお、基板は高周波特性の良好なテフロン等の基板とされている。また、本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４において、スパイラル素子を基板にプリント形成することに替えて、金属板をプレス成形することにより形成したり、金属パイプや金属線を加工してスパイラル素子を形成するようにしてもよい。
【００１７】
次に、本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４の電気的特性を説明する。はじめに、本発明の実施の形態の第１のスパイラルアンテナ１および第２のスパイラルアンテナ２における垂直面内の指向特性を、導体壁１１（２１）の寸法およびグランドプレーン１２（２２）の寸法をパラメータとして図１５に示す。図１５におけるパラメータｇは、図１６に示すようにグランドプレーン１２（２２）の幅のパラメータであり、パラメータＬは図１６に示すように導体壁１１（２１）の幅のパラメータである。なお、パラメータｈはスパイラル素子１０（２０）および導体壁１１（２１）の高さのパラメータであり、θは天頂方向を０°、水平方向を９０°とする仰角である。さらに、図１５において、λ1.4は、周波数１．４ＧＨｚにおける波長を示しており、導体壁の幅Ｌ＝０．３６λ1.4の時に導体壁と基板との幅が一致する。すなわち、第２のスパイラルアンテナ２では、Ｌ＝０．３６λ1.4となる。
【００１８】
そこで、図１５に示す垂直面内の指向特性は動体壁の高さｈが約０．０８λ1.4とされた際の指向特性である。そして、最上段に示される導体壁の幅Ｌが約０．３６λ1.4とされた際の指向特性は、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２（Ｌ＝０．３６λ1.4）における指向特性とされている。この指向特性を参照すると、グランドプレーン２２の幅ｇが約０．６λ1.4とされた際に、実線で示されているメインの右旋円偏波ＥRに対して直交する不要偏波成分とされる破線で示されている左旋円偏波ＥL成分がきわめて小さくなる。また、２段目以降に示される導体壁の幅Ｌが０．４λ1.4〜０．９λ1.4とされた際の指向特性は、本発明の実施の形態の第１のスパイラルアンテナ１における指向特性とされている。この指向特性を参照すると、グランドプレーン２２の幅ｇが０．６λ1.4から狭くなるに従い直交する左旋円偏波ＥL成分が若干増加すると共に、グランドプレーン２２の幅ｇが０．６λ1.4から広くなるに従い直交する左旋円偏波ＥL成分が若干増加する。また、メインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとされている。
【００１９】
さらに、導体壁の幅Ｌが０．４λ1.4ないし０．９λ1.4とされている、本発明の実施の形態の第１のスパイラルアンテナ１における垂直面内の指向特性においては、導体壁１１の幅Ｌにグランドプレーン１２の幅ｇが近づくにつれて直交する左旋円偏波ＥL成分が若干増加するようになるが、直交する左旋円偏波ＥL成分は、メインの右旋円偏波ＥR成分に対して小さくされている。また、メインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとされている。このように、本発明にかかるスパイラルアンテナにおいては、直交偏波成分を小さくすることができると共に、メインの円偏波のビーム幅を広角ビームとすることができる。
【００２０】
なお、本発明のスパイラルアンテナにおいては、導体壁を備えていることが特徴とされており、その作用効果を示すために、図１に示す本発明の第１のスパイラルアンテナ１から導体壁１１を取り去ったスパイラルアンテナの垂直面内の指向特性を図４０ないし図４３に示す。図４０は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．５λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交する大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。また、図４１は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．６λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交する大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。また、図４２は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．７λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交するやや大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。また、図４３は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．８λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交するやや大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．５λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図１７に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図１８に示す。なお、ｆ＝１．２２８ＧＨｚはＧＰＳのＬ２バンドの周波数であり、ｆ＝１．５７５ＧＨｚはＧＰＳのＬ１バンドの周波数である。
図１７を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているもののわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。また、図１８を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているもののわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図１９を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．６λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２０に、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２１に、インピーダンスの周波数特性を図２２に示す。
図２０を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、ほんのわずか現出しているだけであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。また、図２１を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、わずか現出しているだけであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図２２を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．７λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２３に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２４に、インピーダンスの周波数特性を図２５に示す。
図２３を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、現出しておらず良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図２４を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているもののわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図２５を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．８λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２６に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２７に、インピーダンスの周波数特性を図２８に示す。
図２６を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、ほとんど現出しておらず良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図２７を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているものの、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図２８を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．９λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２９に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図３０に、インピーダンスの周波数特性を図３１に示す。
図２９を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているがわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図３０を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているものの、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図３１を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約１．０λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図３２に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図３３に、インピーダンスの周波数特性を図３４に示す。
図３２を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているがわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図３３を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、わずか現出しているだけであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図３４を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２７】
次に、本発明にかかるスパイラルアンテナを給電手段に整合させる際の整合手段の一例を本発明の第２のスパイラルアンテナ２を例に上げて図３５に示し、その一部拡大図を図３６に示し、１本のスパイラル素子に対する整合手段の構成の側面図を例示的に図３７に示す。
図３５および図３６に示すように、４本のスパイラル素子２０にはそれぞれ給電部２４から給電ライン２５を介して給電されている。そして、給電ライン２５には整合手段が設けられている。図示される整合手段はΓ型給電による整合手段とされており、図３６に示すように４本のスパイラル素子２０をグランドプレーン２２にそれぞれ短絡する短絡素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、短絡素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの中途に給電する整合素子２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを備えている。Γ型給電による整合手段における各部の長さは、例えば図３７に示すようになる。すなわち、スパイラル素子５０がグランドプレーン５２から高さｈで配置されて、短絡素子５６の長さがｈとされており、この際の整合素子５７における短絡素子５６への給電位置の高さとされる縦方向の長さがａ、その横方向の長さがｄ、グランドプレーン５２の幅をｇとされているとする。ここで、高さｈを約０．０８λ1.4、幅ｇを約０．７λ1.4とすると、長さａを約０．０６λ1.4、長さｄを約０．０２λ1.4とした際に整合がとれるようになる。
【００２８】
ここで、図３５に示すようにΓ型給電により整合した場合の垂直面内の指向特性を図３８に、整合を行うことなく直接給電した場合の垂直面内の指向特性を図３９に示す。図３８を参照すると、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、現出しておらず良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっている。また、図３９を参照すると、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分が、わずかに現出している。このように、Γ型給電を行うことにより不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分を抑圧することができる。なお、Γ型給電は４線式スパイラルアンテナだけでなく本発明にかかる第３のスパイラルアンテナ３および第４のスパイラルアンテナ４である２線式円形スパイラルアンテナにも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、スパイラル素子を取り囲むように、導体壁をグランドプレーン上に立設させている。これにより、直交偏波成分を減少させることができると共に、広角ビームを得ることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させる必要がないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。従って、コストダウンすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの給電手段の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる第２のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる第２のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる第２のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの給電手段の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる第４のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態にかかる第４のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態にかかる第４のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図１５】本発明にかかるスパイラルアンテナにおいて、パラメータを変化させた際の垂直面内指向特性の変化を示す図である。
【図１６】本発明にかかるスパイラルアンテナのパラメータを示す図である。
【図１７】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図１８】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図１９】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２０】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２１】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２２】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２３】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２４】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２５】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２６】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２７】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２８】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２９】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．９λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３０】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．９λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３１】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．９λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図３２】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝１．０λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３３】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝１．０λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３４】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝１．０λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図３５】本発明の実施の形態のスパイラルアンテナにかかる整合手段の構成例を示す側面図である。
【図３６】本発明の実施の形態のスパイラルアンテナにかかる整合手段の構成例の一部拡大図である。
【図３７】本発明の実施の形態のスパイラルアンテナにかかる整合手段における１本のスパイラル素子に対する構成を示す側面図である。
【図３８】本発明にかかるスパイラルアンテナにおいて、Γ型給電により整合した際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３９】本発明にかかるスパイラルアンテナにおいて、整合を行うことなく直接給電した際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４０】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４１】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４２】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４３】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【符号の説明】
１ スパイラルアンテナ、２ スパイラルアンテナ、３ スパイラルアンテナ、４ スパイラルアンテナ、１０ スパイラル素子、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ スパイラル素子、１１ 導体壁、１２ グランドプレーン、１３ 基板、１４ 給電部、１５ 給電ライン、１６ 整合回路基板、１６ａ 位相遅延回路、１７ 信号源、２０ スパイラル素子、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ スパイラル素子、２１ 導体壁、２２ グランドプレーン、２３ 基板、２４ 給電部、２５ 給電ライン、２６ 整合回路基板、２６ａ 短絡素子、２７ａ 整合素子、３０ａ，３０ｂ スパイラル素子、３１ 導体壁、３２ グランドプレーン、３３ 基板、３４ 給電部、３５ 給電ライン、３６ａ 位相遅延回路、３６ 整合回路基板、３７ 信号源、４０ａ，４０ｂ スパイラル素子、４１ 導体壁、４２ グランドプレーン、４３ 基板、４４ 給電部、４５ 給電ライン、４６ 整合回路基板、５０ スパイラル素子、５２ グランドプレーン、５６ 短絡素子、５７ 整合素子
【発明が属する技術分野】
本発明は、直交偏波成分の少ない広角ビームのスパイラルアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在位置を測位するシステムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）が知られている。ＧＰＳとは、航空機・船舶等の航法支援用として開発されたシステムであり、上空約２万kmを周回する２４個のＧＰＳ衛星（６軌道面に４個ずつ配置）、ＧＰＳ衛星の追跡と管制を行う管制局、測位を行うための利用者の受信機で構成されている。航空機・船舶等では、４個以上のＧＰＳ衛星からの距離を同時に知ることにより、自分の位置等を測位することができる。ＧＰＳ衛星からの距離は、ＧＰＳ衛星から発信された電波が受信機に到達するまでに要した時間から求めている。また、衛星を用いる通信システムの一つとしてインマルサットサービスが知られている。インマルサットサービスは、インマルサット静止衛星を通じて、インマルサット設備と電話、ファックス、データ端末を結ぶ通信サービスである。インマルサット設備には、船舶用の設備や陸上で移動可能な可搬型の設備が用意されている。さらに、衛星デジタルラジオサービス（ＳＤＡＲＳ：Satellite Digital Audio Radio Service）が開始されている。このＳＤＡＲＳでは、デジタル放送により高品質な音質を実現していると共に、衛星を使用することにより広範囲において受信可能な放送とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような衛星を利用する通信システムにおける端末装置には、衛星から送信された円偏波を受信するためのアンテナが必要とされている。円偏波を受信可能なアンテナの一つにスパイラルアンテナが知られている。スパイラルアンテナは、指向性を広くすることが可能とされていると共に、構造が簡単な円偏波アンテナとされていることから、衛星を利用する通信システムには好適なアンテナとされている。ところで、グランドプレーン上にスパイラル素子を配置したスパイラルアンテナにおいては、ビーム幅が狭くなってしまうという問題点があった。これを解決するために、スパイラル素子とグランドプレーンとの間に電波吸収体を介在させることが行われている。しかしながら、電波吸収体を介在させると、スパイラルアンテナの構造が複雑になると共に、小型化することができないという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明はビーム幅を広くすることができると共に小型化することが可能な簡単な構造のスパイラルアンテナを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のスパイラルアンテナは、スパイラル素子を取り囲むように、導体壁をグランドプレーン上に立設させている。これにより、直交偏波成分を減少させることができると共に、広角ビームを得ることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させる必要がないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第１の構成例を図１および図３，図４に示す。ただし、図１は本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１の構成を示す斜視図であり、図３はその平面図であり、図４はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１は、矩形状の導電板からなるグランドプレーン１２上に、グランドプレーン１２の面から所定高さでほぼ並行に矩形状の基板１３が配置されている。基板１３は、プリント基板とされており、その一面に図１および図３に示すような４本のスパイラル素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが矩形スパイラル状に形成されている。このように、第１のスパイラルアンテナ１は、４線式矩形スパイラルアンテナとされており、基板１３を取り囲むように導体板からなる矩形状の導体壁１１がグランドプレーン１２上に立設されている。導体壁１１の高さは基板１３とほぼ同じ高さとされ、このこの場合、導体壁１１と基板１３との間には間隙が形成されている。
【０００７】
グランドプレーン１２の裏面には、整合回路基板１６が配置されており、この整合回路基板１６に、スパイラルアンテナ１において円偏波を送信／受信するための図２に示す位相遅延回路１６ａが形成されている。位相遅延回路１６ａは、図２に示すようにスパイラル素子１０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子１０ｂに２７０°位相の給電を、スパイラル素子１０ｃに１８０°位相の給電を、スパイラル素子１０ｄに９０°位相の給電を行っている。なお、位相遅延回路１６ａには信号源１７が接続されている。具体的には、信号源１７が接続されている同軸ケーブルが給電部１４を構成している接栓に接続され、給電部１４が整合回路基板１６に形成されている位相遅延回路１６ａに接続されている。
【０００８】
位相遅延回路１６ａからは、グランドプレーン１２上にほぼ垂直に配置されている４本の給電ライン１５により、４本のスパイラル素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにそれぞれ時計回りに９０°ずつ位相の進んだ給電が行われるようになる。そして、４本のスパイラル素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが図示する巻方向とされている場合は、スパイラルアンテナ１は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第１のスパイラルアンテナ１は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【０００９】
次に、本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第２の構成例を図５ないし図７に示す。ただし、図５は本発明にかかる第２のスパイラルアンテナ２の構成を示す斜視図であり、図６はその平面図であり、図７はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかるスパイラルアンテナ２は、矩形状の導電板からなるグランドプレーン２２上に、グランドプレーン２２の面から所定高さでほぼ並行に矩形状の基板２３が配置されている。基板２３は、プリント基板とされており、その一面に図５および図６に示すような４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが矩形スパイラル状に形成されている。このように、第２のスパイラルアンテナ２は、４線式矩形スパイラルアンテナとされており、基板３３の周縁に接するように導体板からなる矩形状の導体壁２１がグランドプレーン２２上に立設されている。導体壁２１の高さは基板２３とほぼ同じ高さとされ、この導体壁２１の上端に４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの最外周縁が接して短絡されている。
【００１０】
グランドプレーン２２の裏面には、整合回路基板２６が配置されており、この整合回路基板２６に、スパイラルアンテナ２において円偏波を送信／受信するための図２に示す位相遅延回路１６ａと同様の位相遅延回路が形成されている。この位相遅延回路も、図２に示すようにスパイラル素子２０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子２０ｂに２７０°位相の給電を、スパイラル素子２０ｃに１８０°位相の給電を、スパイラル素子２０ｄに９０°位相の給電を行っている。なお、給電部２４から整合回路基板２６に給電されており、整合回路基板２６に形成されている位相遅延回路からは、グランドプレーン２２上にほぼ垂直に配置されている４本の給電ライン２５により、４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに時計回りにそれぞれ９０°ずつ位相の進んだ給電が行われるようになる。そして、４本のスパイラル素子２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが図示する巻方向とされている場合は、第２のスパイラルアンテナ２は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第２のスパイラルアンテナ２は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【００１１】
次に、本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第３の構成例を図８および図１０，図１１に示す。ただし、図８は本発明にかかる第３のスパイラルアンテナ３の構成を示す斜視図であり、図１０はその平面図であり、図１１はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかる第３のスパイラルアンテナ３は、円形状の導電板からなるグランドプレーン３２上に、グランドプレーン３２の面から所定高さでほぼ並行に円形状の基板３３が配置されている。基板３３は、プリント基板とされており、その一面に図８および図１０に示すような２本のスパイラル素子３０ａ，３０ｂが円形スパイラル状に形成されている。このように、第３のスパイラルアンテナ３は、２線式円形スパイラルアンテナとされており、円形状の基板３３を取り囲むように導体板からなる短い円筒状の導体壁３１がグランドプレーン３２上に立設されている。この場合、導体壁３１の高さは基板３３とほぼ同じ高さとされ、この導体壁３１と基板３３との間には間隙が形成されている。
【００１２】
グランドプレーン３２の裏面には、整合回路基板３６が配置されており、この整合回路基板３６に、スパイラルアンテナ３において円偏波を送信／受信するための図９に示す位相遅延回路３６ａが形成されている。位相遅延回路３６ａは、図９に示すようにスパイラル素子３０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子３０ｂに１８０°位相の給電を行っている。なお、位相遅延回路３６ａには信号源３７が接続されている。具体的には、信号源３７が接続されている同軸ケーブルが給電部３４を構成している接栓に接続され、給電部３４が整合回路基板３６に形成されている位相遅延回路３６ａに接続されている。
【００１３】
位相遅延回路３６ａからは、グランドプレーン３２上にほぼ垂直に配置されている２本の給電ライン３５により、２本のスパイラル素子３０ａ，３０ｂに時計回りに１８０°位相の進んだ給電が行われるようになる。そして、２本のスパイラル素子３０ａ，３０ｂが図示する巻方向とされている場合は、スパイラルアンテナ３は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第３のスパイラルアンテナ３は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【００１４】
次に、本発明のスパイラルアンテナの実施の形態の第４の構成例を図１２ないし図１４に示す。ただし、図１２は本発明にかかる第４のスパイラルアンテナ４の構成を示す斜視図であり、図１３はその平面図であり、図１４はその側断面図である。
これらの図に示す本発明にかかる第４のスパイラルアンテナ４は、円形状の導電板からなるグランドプレーン４２上に、グランドプレーン４２の面から所定高さでほぼ並行に円形状の基板４３が配置されている。基板４３は、プリント基板とされており、その一面に図１２および図１３に示すような２本のスパイラル素子４０ａ，４０ｂが円形スパイラル状に形成されている。このように、第４のスパイラルアンテナ４は、２線式円形スパイラルアンテナとされており、円形状の基板４３を取り囲むように導体板からなる短い円筒状の導体壁４１がグランドプレーン４２上に立設されている。導体壁４１の高さは基板４３とほぼ同じ高さとされ、この導体壁４１の上端に、２本のスパイラル素子４０ａ、４０ｂの最外周縁が接して短絡されている。
【００１５】
グランドプレーン４２の裏面には、整合回路基板４６が配置されており、この整合回路基板４６に、スパイラルアンテナ４において円偏波を送信／受信するための図１１に示す位相遅延回路３６ａと同様の位相遅延回路が形成されている。この位相遅延回路も、図９に示すようにスパイラル素子４０ａに０°位相の給電を、スパイラル素子４０ｂに１８０°位相の給電を行っている。なお、給電部４４から整合回路基板４６に給電されており、整合回路基板４６に形成されている位相遅延回路からは、グランドプレーン４２上にほぼ垂直に配置されている２本の給電ライン４５により、２本のスパイラル素子４０ａ，４０ｂに時計回りにそれぞれ１８０°位相の進んだ給電が行われている。そして、２本のスパイラル素子４０ａ，４０ｂが図示する巻方向とされている場合は、スパイラルアンテナ４は右旋円偏波を送信／受信することができるようになる。このような構成とされた第４のスパイラルアンテナ４は、右旋円偏波に直交する左旋円偏波成分が減少するようになると共に、広角ビームとすることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させていないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。
【００１６】
以上説明した本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４において、スパイラル素子が形成されている基板とグランドプレーンとの間に誘電材料を充填させるようにしてもよい。このようにすると、第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４をより小型化することが可能となる。なお、基板は高周波特性の良好なテフロン等の基板とされている。また、本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４において、スパイラル素子を基板にプリント形成することに替えて、金属板をプレス成形することにより形成したり、金属パイプや金属線を加工してスパイラル素子を形成するようにしてもよい。
【００１７】
次に、本発明にかかる第１のスパイラルアンテナ１ないし第４のスパイラルアンテナ４の電気的特性を説明する。はじめに、本発明の実施の形態の第１のスパイラルアンテナ１および第２のスパイラルアンテナ２における垂直面内の指向特性を、導体壁１１（２１）の寸法およびグランドプレーン１２（２２）の寸法をパラメータとして図１５に示す。図１５におけるパラメータｇは、図１６に示すようにグランドプレーン１２（２２）の幅のパラメータであり、パラメータＬは図１６に示すように導体壁１１（２１）の幅のパラメータである。なお、パラメータｈはスパイラル素子１０（２０）および導体壁１１（２１）の高さのパラメータであり、θは天頂方向を０°、水平方向を９０°とする仰角である。さらに、図１５において、λ1.4は、周波数１．４ＧＨｚにおける波長を示しており、導体壁の幅Ｌ＝０．３６λ1.4の時に導体壁と基板との幅が一致する。すなわち、第２のスパイラルアンテナ２では、Ｌ＝０．３６λ1.4となる。
【００１８】
そこで、図１５に示す垂直面内の指向特性は動体壁の高さｈが約０．０８λ1.4とされた際の指向特性である。そして、最上段に示される導体壁の幅Ｌが約０．３６λ1.4とされた際の指向特性は、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２（Ｌ＝０．３６λ1.4）における指向特性とされている。この指向特性を参照すると、グランドプレーン２２の幅ｇが約０．６λ1.4とされた際に、実線で示されているメインの右旋円偏波ＥRに対して直交する不要偏波成分とされる破線で示されている左旋円偏波ＥL成分がきわめて小さくなる。また、２段目以降に示される導体壁の幅Ｌが０．４λ1.4〜０．９λ1.4とされた際の指向特性は、本発明の実施の形態の第１のスパイラルアンテナ１における指向特性とされている。この指向特性を参照すると、グランドプレーン２２の幅ｇが０．６λ1.4から狭くなるに従い直交する左旋円偏波ＥL成分が若干増加すると共に、グランドプレーン２２の幅ｇが０．６λ1.4から広くなるに従い直交する左旋円偏波ＥL成分が若干増加する。また、メインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとされている。
【００１９】
さらに、導体壁の幅Ｌが０．４λ1.4ないし０．９λ1.4とされている、本発明の実施の形態の第１のスパイラルアンテナ１における垂直面内の指向特性においては、導体壁１１の幅Ｌにグランドプレーン１２の幅ｇが近づくにつれて直交する左旋円偏波ＥL成分が若干増加するようになるが、直交する左旋円偏波ＥL成分は、メインの右旋円偏波ＥR成分に対して小さくされている。また、メインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとされている。このように、本発明にかかるスパイラルアンテナにおいては、直交偏波成分を小さくすることができると共に、メインの円偏波のビーム幅を広角ビームとすることができる。
【００２０】
なお、本発明のスパイラルアンテナにおいては、導体壁を備えていることが特徴とされており、その作用効果を示すために、図１に示す本発明の第１のスパイラルアンテナ１から導体壁１１を取り去ったスパイラルアンテナの垂直面内の指向特性を図４０ないし図４３に示す。図４０は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．５λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交する大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。また、図４１は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．６λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交する大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。また、図４２は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．７λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交するやや大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。また、図４３は、導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいてグランドプレーンの幅ｇを０．８λ1.4とした際の垂直面内の指向特性である。不要偏波成分である直交するやや大きな左旋円偏波ＥL成分が現出していると共に、メインの右旋円偏波ＥRのビーム角度が狭くされていることがわかる。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．５λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図１７に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図１８に示す。なお、ｆ＝１．２２８ＧＨｚはＧＰＳのＬ２バンドの周波数であり、ｆ＝１．５７５ＧＨｚはＧＰＳのＬ１バンドの周波数である。
図１７を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているもののわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。また、図１８を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているもののわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図１９を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．６λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２０に、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２１に、インピーダンスの周波数特性を図２２に示す。
図２０を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、ほんのわずか現出しているだけであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。また、図２１を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、わずか現出しているだけであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図２２を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．７λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２３に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２４に、インピーダンスの周波数特性を図２５に示す。
図２３を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、現出しておらず良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図２４を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているもののわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図２５を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２４】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．８λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２６に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２７に、インピーダンスの周波数特性を図２８に示す。
図２６を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、ほとんど現出しておらず良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図２７を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているものの、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図２８を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約０．９λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図２９に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図３０に、インピーダンスの周波数特性を図３１に示す。
図２９を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているがわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図３０を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているものの、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図３１を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態の第２のスパイラルアンテナ２において、導体壁２１の幅Ｌを約０．３６λ1.4、導体壁２１の高さｈを約０．０８λ1.4、グランドプレーン２２の幅ｇを約１．０λ1.4とし、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図３２に、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を図３３に、インピーダンスの周波数特性を図３４に示す。
図３２を参照すると、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際には、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、若干現出しているがわずかであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。また、図３３を参照すると、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際にも、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、わずか現出しているだけであり、良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は、広角ビームとなっていることがわかる。さらに、図３４を参照するとハッチングを施したＧＰＳにおけるＬ１バンドおよびＬ２バンドにおいてインピーダンスの抵抗分がほぼ５０Ωとなっており、給電手段である同軸ケーブルに整合が可能であることがわかる。
【００２７】
次に、本発明にかかるスパイラルアンテナを給電手段に整合させる際の整合手段の一例を本発明の第２のスパイラルアンテナ２を例に上げて図３５に示し、その一部拡大図を図３６に示し、１本のスパイラル素子に対する整合手段の構成の側面図を例示的に図３７に示す。
図３５および図３６に示すように、４本のスパイラル素子２０にはそれぞれ給電部２４から給電ライン２５を介して給電されている。そして、給電ライン２５には整合手段が設けられている。図示される整合手段はΓ型給電による整合手段とされており、図３６に示すように４本のスパイラル素子２０をグランドプレーン２２にそれぞれ短絡する短絡素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、短絡素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの中途に給電する整合素子２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを備えている。Γ型給電による整合手段における各部の長さは、例えば図３７に示すようになる。すなわち、スパイラル素子５０がグランドプレーン５２から高さｈで配置されて、短絡素子５６の長さがｈとされており、この際の整合素子５７における短絡素子５６への給電位置の高さとされる縦方向の長さがａ、その横方向の長さがｄ、グランドプレーン５２の幅をｇとされているとする。ここで、高さｈを約０．０８λ1.4、幅ｇを約０．７λ1.4とすると、長さａを約０．０６λ1.4、長さｄを約０．０２λ1.4とした際に整合がとれるようになる。
【００２８】
ここで、図３５に示すようにΓ型給電により整合した場合の垂直面内の指向特性を図３８に、整合を行うことなく直接給電した場合の垂直面内の指向特性を図３９に示す。図３８を参照すると、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分は、現出しておらず良好なメインの右旋円偏波ＥRが得られている。このメインの右旋円偏波ＥRのビーム幅は広角ビームとなっている。また、図３９を参照すると、不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分が、わずかに現出している。このように、Γ型給電を行うことにより不要偏波成分である直交する左旋円偏波ＥL成分を抑圧することができる。なお、Γ型給電は４線式スパイラルアンテナだけでなく本発明にかかる第３のスパイラルアンテナ３および第４のスパイラルアンテナ４である２線式円形スパイラルアンテナにも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、スパイラル素子を取り囲むように、導体壁をグランドプレーン上に立設させている。これにより、直交偏波成分を減少させることができると共に、広角ビームを得ることができるようになる。また、電波吸収体等を介在させる必要がないことから構造を簡単化することができると共に、小型化することができる。従って、コストダウンすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの給電手段の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる第１のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる第２のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる第２のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる第２のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの給電手段の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態にかかる第３のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態にかかる第４のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態にかかる第４のスパイラルアンテナの構成を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態にかかる第４のスパイラルアンテナの構成を示す側断面図である。
【図１５】本発明にかかるスパイラルアンテナにおいて、パラメータを変化させた際の垂直面内指向特性の変化を示す図である。
【図１６】本発明にかかるスパイラルアンテナのパラメータを示す図である。
【図１７】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図１８】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図１９】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２０】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２１】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２２】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２３】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２４】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２５】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２６】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２７】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図２８】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２９】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．９λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３０】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．９λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３１】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．９λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図３２】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝１．０λ1.4、周波数ｆ＝１．２２８ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３３】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝１．０λ1.4、周波数ｆ＝１．５７５ＧＨｚとした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３４】本発明にかかる第２のスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝１．０λ1.4とした際のインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図３５】本発明の実施の形態のスパイラルアンテナにかかる整合手段の構成例を示す側面図である。
【図３６】本発明の実施の形態のスパイラルアンテナにかかる整合手段の構成例の一部拡大図である。
【図３７】本発明の実施の形態のスパイラルアンテナにかかる整合手段における１本のスパイラル素子に対する構成を示す側面図である。
【図３８】本発明にかかるスパイラルアンテナにおいて、Γ型給電により整合した際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図３９】本発明にかかるスパイラルアンテナにおいて、整合を行うことなく直接給電した際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４０】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．５λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４１】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．６λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４２】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．７λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【図４３】導体壁を備えていないスパイラルアンテナにおいて、ｇ＝０．８λ1.4とした際の垂直面内の指向特性を示す図である。
【符号の説明】
１ スパイラルアンテナ、２ スパイラルアンテナ、３ スパイラルアンテナ、４ スパイラルアンテナ、１０ スパイラル素子、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ スパイラル素子、１１ 導体壁、１２ グランドプレーン、１３ 基板、１４ 給電部、１５ 給電ライン、１６ 整合回路基板、１６ａ 位相遅延回路、１７ 信号源、２０ スパイラル素子、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ スパイラル素子、２１ 導体壁、２２ グランドプレーン、２３ 基板、２４ 給電部、２５ 給電ライン、２６ 整合回路基板、２６ａ 短絡素子、２７ａ 整合素子、３０ａ，３０ｂ スパイラル素子、３１ 導体壁、３２ グランドプレーン、３３ 基板、３４ 給電部、３５ 給電ライン、３６ａ 位相遅延回路、３６ 整合回路基板、３７ 信号源、４０ａ，４０ｂ スパイラル素子、４１ 導体壁、４２ グランドプレーン、４３ 基板、４４ 給電部、４５ 給電ライン、４６ 整合回路基板、５０ スパイラル素子、５２ グランドプレーン、５６ 短絡素子、５７ 整合素子
Claims (4)
- グランドプレーンから所定の高さで対面するように形成されている複数本のスパイラル素子と、
該スパイラル素子とほぼ同じ高さをしており、該スパイラル素子を取り囲むように、前記グランドプレーン上に立設されている導体壁を備え、
前記複数本のスパイラル素子の最外周縁が前記導体壁に接触する大きさに前記導体壁が形成されていることを特徴とするスパイラルアンテナ。 - プリント基板上に前記スパイラル素子が形成されていることを特徴とする請求項１記載のスパイラルアンテナ。
- 複数本の前記スパイラル素子のそれぞれに給電する移相遅延給電回路が、前記グランドプレーンの一面に配置されている第２のプリント基板に形成されていることを特徴とする請求項１記載のスパイラルアンテナ。
- 複数本の前記スパイラル素子のそれぞれが、ガンマ型給電により給電されていることを特徴とする請求項１記載のスパイラルアンテナ。
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