WO1997033341A1 - Antenne en spirale monofilaire - Google Patents

Description

明 細 書 単線スパイラルアンテナ 技術分野

本発明は、 単線で構成されるスパイラルアンテナに関するものであり、 特にチルトしたビームを形成できるスパイラルアンテナに関するもので ある。 背景技術

移動体通信や、 衛星通信分野においては円偏波を使用した通信が多く 行われている。 この円偏波を使用した通信には、 円偏波の送受信を行う ことのできるヘリカルアンテナやスパイラルアンテナが多用されている。 ヘリカルアンテナは、 らせん巻き軸方向に最大指向性を有しており、 1次モードのスパイラルアンテナは、 アンテナ面に対し鉛直方向に最大 指向性を有している。 また、 2次モードのスパイラルアンテナは双方向 放射特性を有している。

しかしながら、 通信分野においては、 衛星通信のように所望の通信方 向を必要とする場合がある。 このように特定の通信方向を有している場 合は、 アンテナのビームをその仰角および方位角に一致するよう設定し なければならない。

このため、 従来はアンテナ自身を傾斜させることにより、 アンテナビ ームの仰角を通信方向の仰角に一致させると共に、 アンテナ全体を回転 可能にして移動体に搭載された場合にも通信方向の方位角に一致できる ようにしている。

しかしながら、 アンテナから放射されるビームが所定角度の仰角とな るようにアンテナ自身を傾斜させると、 アンテナが受ける受風面積が増 加することになり、 アンテナ固着手段を強固にする必要が生じる。 さら に、 アンテナの高さが高くなり、 移動体に搭載した場合に制限高を越え てしまう恐れが生じてしまう。

そこで、 本発明は受風面積が減少できると共に、 設置高を低くできる ように、 円偏波の放射ビームをチルトできる単線スパイラルアンテナを 提供することを目的としている。 発明の開示

上記目的を達成するために、 本発明の単線スパイラルアンテナは、 グ ランドプレーン上に所定間隔離隔して配置されるスパイラルアンテナが 単線で構成されており、 使用される波長を λとした時に、 該スパイラル アンテナのスパイラル周囲長が 2 λを越えて 3 λまでの長さとされてい る。

また、 使用される波長を λとした時に、 単線で構成されたスパイラル アンテナ素子のスパイラル周囲長が 2 λを越えて 3 λまでの長さとされ ており、 該スパイラルアンテナ素子を反射板上に所定間隔離隔して複数 配置するようにしている。

このような本発明の単線スパイラルアンテナおいては、 アンテナ面の 鉛直軸に対してビームをチルトすることができ、 ビームの仰角方向を通 信方向に一致させることにより、 スパイラルアンテナを水平面に設置す ることができるようになる。 このため、 所望の仰角方向にビームを放射 できるスパイラルアンテナの設置高さを低くすることができ、 受風面積 を小さくすることができると共に、 移動体に搭載しても制限高さを越え ることを防止することができる。

また、 このような単線スパイラルアンテナをアレー化しても水平方向 に複数配列すればよく、 スパイラルアンテナの設置高さが高くなること はない。 図面の簡単な説明

第 1図 aは、 本発明の単線スパイラルアンテナの実施の形態の構成を 示す上面図、 第 1図 bはその側面図である。

第 2図は、 本発明の単線スパイラルアンテナの Y— Z面の放射パター ンを示す図である。

第 3図は、 本発明の単線スパイラルアンテナの X— Y面の放射パ夕一 ンを示す図である。

第 4図は、 本発明の単線スパイラルアンテナの X— Z ' 面の放射パ夕 ーンを示す図である。

第 5図は、 本発明の単線スパイラルアンテナの放射パターンを 3次元 的に示す図である。

第 6図は、 本発明のアレー化された単線スパイラルアンテナを説明す るための図である。

第 7図は、 本発明のアレー化された単線スパイラルアンテナの構成を 示す図である。

第 8図 aは、 本発明のアレー化された単線スパイラルアンテナの Y— Z面の放射パターンであり、 第 8図 bは、 その X— Z ' 面の放射パター ンを示す図である。

第 9図は、 本発明のアレー化された単線スパイラルアンテナの周波数 に対する軸比特性、 および利得特性を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

本発明の単線スパイラルアンテナの実施の形態の構成を第 1図 aおよ び第 1図 bに示す。 なお、 第 1図 aは単線スパイラルアンテナの上面図 であり、 第 1図 bは側面図である。

これらの図に示すように単線スパイラルアンテナ 1は、 グランドプレ ーン 2から間隔 h離隔されて、 アンテナ面がグランドプレーン 2と平行 になるよう配置されている。 この単線スパイラルアンテナ 1のスパイラ ル周囲長 Cは、 例えば約 2 . 3 λ ( λは使用周波数の波長である。 ） と されており、 グランドプレーン 2と単線スパイラルアンテナ 1との間隔 hは約 1 / 4 λとされている。

また、 単線スパイラルアンテナ 1には同軸線 3から波長 λの高周波信 号が給電されている。 なお、 同軸線 3のアース部はグランドプレーン 2 に接続され、 芯線が単線スパイラルアンテナ 1に接続されている。

このように構成された単線スパイラルアンテナ 1のアンテナ面を X—

Υ平面とし、 アンテナ面の鉛直方向を Ζ軸とした時の単線スパイラルァ ンテナ 1の Υ— Ζ面の放射パターンを第 2図に示す。 この放射パターン は、 第 1図 aに示す角度 φが 2 3 2度の面の放射パターンであり、 ビ一 ムチル卜角 0が約 2 8度とされたファンビームが形成されていることが わかる。 すなわち、 単線スパイラルアンテナ 1の最大放射方向は、 φ =

2 3 2 ° ， 0 = 2 8 ° の方向とされる。 この時の軸比は 1 . 9 d Bと良 好であり、 利得は 8 . 2 d Bとなる。

このように、 本発明の単線スパイラルアンテナ 1はアンテナ面の鉛直 方向からチル卜したファンビームを形成することができる。

また、 単線スパイラルアンテナ 1の X— Y平面の放射パターンを第 3 図に示すが、 Z軸をビームチルト角 （0 = 2 8 ° ) だけ傾けて示してい る。 この放射パターンからも最大放射方向の角度 *が (ί> = 2 3 2 ° であ ることがわかる。 さらに、 単線スパイラルアンテナ 1の Χ _ Ζ ' 面の放 射パターンを第 4図に示す。 この Z ' 軸は Ζ軸をビームチルト角 （0 = 2 8 ° ) だけ傾けた軸である。

さらにまた、 単線スパイラルアンテナ 1の放射パターンを第 5図に 3 次元的に示している。

なお、 本発明の単線スパイラルアンテナ 1のスパイラル周囲長 Cは、 2 λを越えて 3 λ以内であれば、 形成されるビームをチル卜することが できる。 この場合、 スパイラル周囲長 Cを変更させると、 ビームチルト 角 Θが変化するようになる。 そこで、 スパイラル周囲長 Cを変更するこ とにより、 単線スパイラルアンテナ 1のビームを通信方向に一致させる ことができる。 また、 グランドプレーン 2と単線スパイラルアンテナ 1 の間隔 hは 1 Ζ 4 λに限られるものではなく、 ΐ Ζ 4 λの近傍であれば よい。

さらに、 単線スパイラルアンテナ 1はワイヤ一により形成することが できるが、 絶縁製のフィルム上に単線スパイラルアンテナ 1を形成して、 グランドプレーン 2と単線スパイラルアンテナ 1とを発泡体等の誘電材 を介在させて固着するようにしてもよい。

次に、 第 1図 aおよび第 1図 bに示す単線スパイラルアンテナを 4素 子用いた 4素子アレーアンテナの構成を第 7図に示す。

この図において、 1— 1〜 1 一 4は単線スパイラルアンテナ素子であ り、 リフレクタ 4から間隔 h離隔されて配列されている。 この場合、 単 線スパイラルアンテナ素子 1 一 1〜 1—4の間隔 dは約 0 . 8 λとされ ており、 アレーアンテナの最大放射方向が、 Υ—Ζ面となるように単線 スパイラルアンテナ素子 1— 1〜 1— 4は、 第 6図に示すように φ方向 に 2 1 8度回転されている。 また、 単線スパイラルアンテナ素子 1— 1 〜 1— 4とリフレクタ 4との間隔 hは約 1 Z 4 λとされている。

また、 単線スパイラルアンテナ素子 1 _ 1〜 1 一 4は、 図示しない同 軸線により給電されており、 各単線スパイラルアンテナ素子 1— 1〜 1 - 4は互いに同相となるように給電されている。

第 7図に示すように構成されたアレーアンテナの放射パターンを図 8 に示す。 第 8図 aは Y— Z面の放射パターンであり、 最大放射方向のビ ームチルト角 0は単線スパイラルアンテナ素子単体のものから約 4度ず れて約 24度となされる。 また、 第 8図 bは X— Z ' 面の放射パターン であり、 単線スパイラルアンテナ素子 1一 1〜 1 _ 4を水平方向に並べ てアレーアンテナを構成しているため、 方位角方向のビームがペンシル ビームとされている。 この Z ' 軸は Z軸をビームチルト角 = 24° ) だけ傾けた軸である。

さらに、 第 7図のように構成されたアレーアンテナの周波数に対する 軸比特性および利得特性を第 9図に示す。 この図に示すように、 軸比は 約 5. 7 GH zから約 7 GH zの広い周波数帯域にわたって 3 d B以下 と良好な軸比とすることができる。 さらにまた、 利得も最大利得が 14. 7 d Bと高利得となり、 広い周波数帯域にわたって高利得を得ることが できる。 特に、 使用周波数帯域を 5. 5 GH z〜 7. 0 GH zとした時 に、 その中心周波数に対する 3 d B以下の軸比の周波数帯域幅を約 2 2 %と広帯域とすることができる。

なお、 アレーアンテナを構成する各単線スパイラルアンテナ素子 1一 1〜 1— 4のスパイラル周囲長 Cは、 2 λを越えて 3 λ以内とされてい る。 この場合、 スパイラル周囲長 Cを変更させると、 ビームチルト角 0 が変化するようになる。 そこで、 スパイラル周囲長 Cを変更することに より、 単線スパイラルアンテナ 1のビームを通信方向に一致させること ができる。

また、 リフレクタ 4と単線スパイラルアンテナ素子 1一 1〜 1— 4の 間隔 hは 1 Ζ4 λに限られるものではなく、 1ノ 4 λの近傍であればよ い。 また、 単線スパイラルアンテナ素子 1一 1〜 1一 4の間隔 dは約 0, 8 λに限らず、 アレーアンテナのサイドロ一ブが最適化できる間隔とす ればよい。

さらに、 第 7図に示すようにリフレクタ 4と単線スパイラルアンテナ 素子 1— 1 1 一 4との間は非誘電率 ε , 1 (真空） とされた空間と されている力 リフレクタ 4と単線スパイラルアンテナ素子 1 一 1 1 一 4とを発泡体等の誘電材を介在させて固着するようにしてもよい。 こ の場合、 絶縁製のフィルム上に単線スパイラルアンテナ素子 1 一 1 1 - 4を形成することが好適である。

以上のように、 本発明の単線スパイラルアンテナはビームをチルトす ることができるので、 移動体に搭載した時には低姿勢のアンテナとする ことができる。 したがって、 アンテナの取付を簡易に行うことができる と共に、 その構造も簡易化することができる。 また、 本発明の単線スパ イラルアンテナはアンテナの中心に給電点が存在するので、 アンテナを 水平面内で回転させても回転むらの生じることがない。

さらに、 本発明のアンテナをアレー化した場合、 アンテナシステムの 大きさは水平方向へ広がるだけであるので、 高さ方向に制限があっても 十分使用することができるようになる。

なお、 以上の説明中で取り上げた周波数は、 本発明の単線スパイラル アンテナにおける使用周波数の一例であって、 この周波数に限られるも のではない。 産業上の利用可能性

本発明は以上のように構成されているので、 仰角方向にビームをチル トさせることができるため、 ビームの仰角方向を通信方向にさせること ができ、 スパイラルアンテナを水平面に設置することができるようにな る。 このため、 所望の方向にビームを向けたスパイラルアンテナの設置 高さを低くすることができ、 受風面積を小さくすることができると共に、 移動体に搭載しても制限高さを越えることを防止することができる。 また、 このような単線スパイラルアンテナをアレー化しても水平方向 に複数配列すればよく、 スパイラルアンテナの設置高さが高くなること はない。 したがって、 制限高さを越えることを防止することができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . グランドプレーン上に所定間隔離隔して配置されるスパイラルアン テナが単線で構成されており、 使用される波長を λとした時に、 該スパ イラルアンテナのスパイラル周囲長が 2 λを越えて 3 λまでの長さとさ れていることを特徴する単線スパイラルアンテナ。

2 . 使用される波長を λとした時に、 単線で構成されたスパイラルアン テナ素子のスパイラル周囲長が 2 λを越えて 3 λまでの長さとされてお り、 該スパイラルアンテナ素子を反射板上に所定間隔離隔して複数配置 するようにしたことを特徴と単線スパイラルアンテナ。