JP2002510443A - 高度に分離された多周波数帯域アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 １つのスパイラル(60)の帯域幅を通過させ、他のスパイラル(70)の帯域幅を阻止するフィルタ(88、90)を使用する多周波数帯域幅の多スパイラルアンテナ(50)である。付加的な分離が、反対の極性を有するように隣接してスパイラルを配置することによって達成される。全ての分離とフィルタ処理がアンテナ本体内で実現される。アンテナは２つの２アームスパイラル(60、70)を含んでいる。高い周波数のスパイラルが低い周波数のスパイラルの内部に存在する。２つのスパイラルは相互に同一の中心を有し、同一平面上に位置する。バランおよびフィルタ回路（80）は２つのスパイラルに接続され、アンテナ本体内に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 高度に分離された多周波数帯域アンテナ ［技術分野］ 本発明はマイクロ波アンテナ、特に帯域間で分離されている多周波数帯域アン テナに関する。 ［発明の技術的背景］ 多周波数帯域動作の能力を有するアンテナは技術的に知られている。多周波数 帯域間の分離を行うことが望ましい。一般的に、これはアンテナ本体外のフィル タによって帯域をフィルタ処理することによって行われ、これは付加的なハード ウェアとスペースを必要とする。 アンテナ本体内で帯域間の分離が行われている多周波数帯域アンテナを提供す ることが有効である。 ［発明の要約］ 多周波数の動作帯域間の分離を有する多周波数帯域アンテナシステムについて 説明する。システムは中心軸を中心に巻回された１対のスパイラルアームを具備 する内側のスパイラルアンテナを含んでいる。２つのスパイラルアームの等しい 半径の点は中心の反対側にあり、位相が１８０°離れている。本発明は２つのア ームスパイラルに限定されず、付加的なアームが適切なモード形成装置で使用５ れることができる。内側のまたはスパイラルアンテナは第１の周波数帯域で動作 するものである。外側のスパイラルアンテナは１８０°離れて位置する別の１対 の外側のスパイラルアームを含んでいる。各スパイラルアームはフィード端部と 終端部とを有する。外側のスパイラルアンテナは第１の周波数帯域よりも低い第 ２の周波数帯域で動作する。内側および外側のスパイラルアンテナは相互に同心 であり、共通の平面に配置されている。さらに多くの同心に配置されるスパイラ ルを付加することは空間の制限によってのみ限定される。 アンテナシステムはさらにバランおよびフィルタ回路とを含んでおり、第１の 周波数帯域の駆動信号を内側のスパイラルアンテナのアーム対に接続するための 第１の伝送線回路を含んでいる第１のバランを具備している。第２のバランは第 ２の周波数帯域の駆動信号を外側のスパイラルアンテナのアームへ供給する第２ の伝送線回路を含んでいる。 フィルタ回路は第１の周波数帯域と第２の周波数帯域の信号間の分離を行う。 好ましい実施形態では、第２の駆動信号を約７０ｄＢ阻止する第１の伝送線回路 を有する帯域通過フィルタを含んでいる。反対の円形偏波特性で内側および外側 のスパイラルを動作することによって付加的な分離が得られる。スパイラルのこ の動作方法は論理的に無限の分離を行うが、少なくとも２０ｄＢの付加的な分離 が実現される。したがって、１実施形態では、第１のスパイラルによって少なく とも９０ｄＢの第２の信号の阻止が行われる。付加的なスパイラルとフィルタが ２帯域を超える数の動作帯域に使用されたならば、付加的なスパイラルもまたそ れぞれの隣接アンテナが反対の偏波を有するように配置される。 内側および外側のスパイラルアンテナとバランおよびフィルタ回路はアンテナ 本体内に配置される。 ［図面の簡単な説明］ 本発明のこれらおよびその他の特徴と利点は、添付図面に示されている以下の 例示的な実施形態の詳細な説明から明白になるであろう。 図１は、本発明を実施した多周波数帯域アンテナの平面図である。 図２は、図１のアンテナのバランおよびフィルタレイアウトを示している。 図３は、本発明を実施した多帯域のスパイラルアンテナの例示的な構造の分解 図である。 図４は、図３のアンテナの側面から見た分解図である。 ［好ましい実施形態の説明］ 図１は本発明を実施した多周波数帯域アンテナ50の例示的な１実施形態を示し ている。アンテナ50は１つのスパイラルの帯域を通過させ、他のスパイラルの帯 域を阻止するためにフィルタを使用する多スパイラルアンテナである。付加的な 分離が、反対の極性（センス）を有するように隣接してスパイラルを配置するこ とによって達成される。本発明の重要な特徴は、全ての分離とフィルタ処理がア ンテナ本体内で達成されることである。 アンテナ50はこの例示的な構造では２つのアームスパイラル60および70を含ん でいる。高い周波数のスパイラル60は低い周波数のスパイラル70の内部に 位置する。内測のスパイラル60は２つのスパイラルの巻回アーム62、64を含んで おり、例示された構造では、それぞれ銅クラッドの印刷回路板上にエッチングさ れた導体パターンにより形成されている。内側のスパイラル60は、スパイラルア ーム62、64の内端部で接続されるマイクロストリッブパッド62Ａ、64Ａに入力さ れる信号が中心で与えられている。アームは、マイクロストリップパッド62Ｂ、 64Ｂによりスパイラルの外端部で終端され、それらのパッドは終端抵抗を取り付 けるために使用される。 外側のスパイラル70は導電性通路により形成された２つのスパイラルの巻回ア ーム72、74を含んでおり、それぞれマイクロストリップパッド72Ａ、74Ａで入力 される信号が外側がら与えられている。アーム72、74は終端抵抗のためマイクロ ストリップパッド72Ｂ、74Ｂで終端する。 抵抗は、アンテナ本体を通って来る同軸ケーブルによって、図１の紙面により 表されたスパイラル平面と、システム接地部との間に接続されている。抵抗の使 用またはその他の終端方法は本発明に対して重要ではない。システムは抵抗なし で機能するが同じではない。抵抗は放射しないエネルギを減衰し、そうでなけれ ばエネルギはスパイラルアームの端部に到達し、入射エネルギと干渉するように 反射して戻される。放射領域がスパイラルアームの端部に近く、エネルギが入来 する信号に跳ね返る前に、短い長さの通路を有するとき、抵抗がない影響は最も 顕著に生じる。 外側のスパイラルが代わりにスパイラルアームの内側端部から給電されること もできることに留意すべきである。 スパイラルアンテナ60、70の両者は、アンテナ本体内のストリップラインボー ド上に含まれているバラン（整合用変成器）にスパイラルを接合する同軸ケーブ ルによって給電される。同軸ケーブルの使用は限定的なものではなく、ストリッ プラインまたはその他の適切な伝送線が使用されることができる。 図２は、アンテナ50のバランおよびフィルタレイアウト80を示している。３個 の大きいパッド82Ａ、82Ｂ、82Ｃを有する導体線82は低周波数アンテナ70用のバ ランである。パッド82Ａはアーム72のパッド72Ａに同軸ケーブルによって接続さ れている。パッド82Ｂはアーム74のパッド74Ａに同軸ケーブルによっ て接続されている。パッド82Ｃは送信駆動ソースに接続されている。中心周波数 で、アーム72、74のアームの長さ間に１８０°の位相差が存在する。スパイラル アーム72、74の２つの端部は１８０°の位相差で駆動される。この例示的な実施 形態では、中心パッドと２つの端部パッドとの間の電気的な長さの差が外側のス パイラルの中心周波数でのみ１８０°であるので、パッド82Ｃはパッド82Ａと82 Ｂとの間で等距離の位置に設けられていないことに留意する。これは狭い帯域の バランであり、動作の帯域の上端部および下端部に幾らかの位相エラーが存在す る。動作の周波数帯域が広帯域幅であるならば、広帯域幅のバランが代わりに使 用される。このような広帯域幅のバランはマジックＴ結合器または１８０°ハイ ブリッドタイプの設計を使用する。 ２つの小さいパッド86Ａ、86Ｂと１つの大きいパッド86Ｃを有する導体線84は 高周波数アンテナ60用のフィルタとバランである。小さいパッド86Ａ、86Ｂは同 軸ケーブルの取り付け点であり、それらの同軸ケーブルは内側のスパイラル60に 給電するパッド62Ａ、64Ａに取り付けられている。細い導体線84Ａ、84Ｂは太い 導体供給線84Ｃに変化し、これらのパッド86Ａ、86Ｂに取り付けられている。細 い線84Ａ、84Ｂはバランであり、再度これらの通路間に１８０°の位相長を有す る。 突起上のリブのような給電線84Ｃに取り付けられた４つの開回路導体線スタブ 88Ａ、88Ｂ、90Ａ、90Ｂが存在する。これらのスタブはフィルタを構成する。フ ィルタは伝送線の（１／２）λだけ分離される一連の（１／４）λ開回路スタブ である。（１／４）λおよび（１／２）λの電気的な長さは外側のスパイラルの 低周波数帯域幅の中心周波数にある。スタブを伝播するエネルギは（１／４）λ を伝播し、位相変化なく反射し、１８０°の位相シフトでスタブの開始点に戻る 。この反射されたエネルギは伝送線の入射エネルギを消去する。線上にスタブが 多いほど、消去効果は大きくなる。さらに、スタブはともにグループ化されるこ とができる。この構造は、個々のスタブが端部で分離しているが伝送線の同一点 に集中している扇のように見える。スタブによるフィルタ処理をさらに強化する ため、スタブ（またはスタブ群）が（１／２）λだけ分離される。スタブ端部の 開回路はスタブの開始点で短絡回路になるように反射される。（１／２）λ離れ て、 短絡回路は、開回路に反射される。両端部に（１／４）λのスタブを有する（１ ／２）λの長さの伝送線である３ポート構造について考察する。一方が阻止しよ うとしている入力エネルギは最も近接するスタブの通路の短絡を観察する。第２ のスタブはエネルギに対する開回路として通路方向に反射して戻す。したがって 、スタブの使用によって不所望なエネルギは短絡回路のスタブに対して伝送線を 離れるように引き寄せられ、第２のスタブにより生成された開回路によって伝送 線を進みつづけることにより阻止される。多数の３つのポートを有する装置を直 列にすることによって、所望されるものを全てのフィルタ処理（分離）値を実現 することができる。 より多くのスパイラルが多数の周波数帯域に必要とされるならば、より多数の フィルタとバランが付加的なストリップライン層に付加されることができる。 図３、４は本発明を実施したスパイラルアンテナ100の例示的な１構造を示し ている。図３はアンテナハウジング構造102とラドーム104との間に挟まれたアン テナ素子の展開図である。図４はアンテナ100の素子の側面から見た分解図であ る。スパイラル60、70は絶縁体基体106上の銅層からエッチングされた銅の導体 パターンとして形成されている。この実施形態では、基体はフィルム108を別の 絶縁体基体110の露出された表面に結合することによって結合される。接地リン グ112は基体110の反対側の表面上で形成されている。 発泡体116は結合フィルム114によって接地リングと基体110に結合されている 。導電性分離リング120がスラブを包囲している。絶縁体の吸収体スラブ構造128 の表面は結合フィルム118によって発泡体116に結合されている。吸収体128の反 対側の表面は結合フィルム130によって、基体134の表面上に形成されている接地 平面132に結合されている。バランおよびフィルタ回路80は基体134の反対側の表 面上に形成されている。絶縁体基体138の露出された表面は結合フィルム136によ って回路80の表面に結合されている。接地平面140は基体138の反対側の平面上に 形成されている。 スパイラルアームに接続された終端パッドと接地平面140との間の接続のため の例示的な同軸ケーブルと終端抵抗回路122が図４で示されている。素子126Ａは フィルタ／バラン回路80へ接続するための同軸フィードコネクタを示してい る。同軸線126Ｃおよびコネクタ126Ａ（図３）は低い周波数のスパイラル70を給 電するためのものである。同軸線126Ｄとコネクタ126Ｂ（図３）は内側のスパイ ラル60を給電するためのものである。 アンテナ100の種々の素子がともに組み立てられるとき、結果としてコンパク トで、高度に分離された多帯域幅のアンテナシステムが生成され、ここで動作帯 域間の分離がアンテナ本体内に位置する素子によって実現され、アンテナ本体は ハウジング102とラドーム104により限定されている。 多数の帯域幅の多スパイラルアンテナについて説明し、これは一方のスパイラ ルの帯域を通過させ、他の帯域を拒否するフィルタを使用する。付加的な分離が 、反対の極性を有するように近接してスパイラルを配置することにより実現され る。アンテナ本体内に配置されるフィルタおよびバラン回路によって分離が実現 される。これはアンテナに必要とされる空間を最小にする。異なった帯域のスパ イラルが相互に同心で、共通の平面に配置されていても、アンテナは70ｄＢを越 える帯域間に分離を実現することができる。この分離を、例示によって説明する と１実施形態では１つのスパイラルの周波数帯域幅は２００ＭＨｚであり、第２ のスパイラルの帯域幅は５００ＭＨｚであり、２つの帯域幅の分離は３００ＭＨ ｚである。 前述の実施形態は本発明の原理を表している可能な特別な実施形態の単なる例 示である。他の装置も本発明の技術的範囲を逸脱することなく、当業者によりこ れらの原理にしたがって容易に行われよう。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多周波数の動作帯域間の分離を有する多周波数帯域アンテナシステム（50） において、 中心軸を中心に巻回され、フィード端部(62Ａ、64Ａ)と終端部（62Ｂ、64Ｂ） とをそれぞれ有する第１および第２のスパイラルアーム(62、64)を具備し、第１ の周波数帯域で動作するための内測のスパイラルアンテナ(60)と、 前記中心軸を中心に、前記内側のスパイラルアンテナに関して前記軸から外側 方向において巻回され、フィード端部(72Ａ、72Ａ)と終端部（72Ｂ、74Ｂ）とを それぞれ有する第３および第４のスパイラルアーム(72、74)を具備し、第１の周 波数帯域の対応する周波数範囲よりも低い周波数範囲である第２の周波数帯域で 動作するための外側のスパイラルアンテナ(70)とを具備し、 前記内側および外側のスパイラルアンテナは相互に同一の中心を有し、共通の 平面状に配置されており、さらに、 第１の周波数帯域の駆動信号を前記内側のスパイラルアンテナに接続するため に、前記第１の駆動信号を内側のスパイラルアンテナの前記第１および第２のス パイラルアームの前記それぞれのフィード端部に接続する第１の伝送線回路（84 Ａ、84Ｂ、84Ｃ）を含んでいる第１のバラン(84)と、第２の周波数帯域の駆動信 号を前記外側のスパイラルアンテナに接続するために、前記第２の駆動信号を外 側のスパイラルアンテナの前記第１および第２のスパイラルアームの前記それぞ れのフィード端部に接続する第２の伝送線回路を含んだ第２のバラン(82)と、前 記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の信号間の分離を行うフィルタ回路 （88、90）を具備しているバランおよびフィルタ回路(80)とを具備していること を特徴とする多周波数帯域アンテナシステム。 ２．前記内側アンテナの前記スパイラルアーム(62、64)の前記フィード端部(62 Ａ、64Ａ)が前記スパイラルアームの内側の端部に位置され、前記内側アンテナ は前記第１のバラン(84)により中心で給電されることをさらに特徴とする請求項 １記載のアンテナシステム。 ３．前記第１のバラン(84)が、前記内側アンテナの前記スパイラルアームの前記 それぞれの内部端部に逆位相の信号を与えるように構成されていることをさらに 特徴とする請求項１または２記載のアンテナシステム。 ４．前記第１のバランの伝送線回路(84)が、前記内側のスパイラルアンテナの動 作の中心周波数で（1／2）波長だけ実効的な電気的長さにおいて異なっている伝 送線セグメント(84Ａ、84Ｂ)を含んでいることをさらに特徴とする請求項３記載 のアンテナシステム。 ５．前記外側アンテナの前記スパイラルアーム(72Ａ、74Ａ)の前記フィード端部 (72Ａ、74Ａ)が前記スパイラルアームの外側の端部に位置されており、前記外側 アンテナは前記第２のバラン(82)によって前記外側アンテナの外側から給電され ることをさらに特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のアンテナシステ ム。 ６．前記第２のバラン(82)が、前記外側アンテナの前記スパイラルアームの前記 それぞれのフィード端部(72Ａ、74Ａ)に逆位相の信号を与えるように構成されて いることをさらに特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のアンテナシス テム。 ７．前記第２のバランの伝送線回路(82)が、前記外側のスパイラルアンテナの動 作の中心周波数で（1／2）波長だけ実効的な電気的長さにおいて異なっている伝 送線セグメントを含んでいることをさらに特徴とする請求項６記載のアンテナシ ステム。 ８．前記フィルタ回路(88、90)は、前記第１の伝送線回路の伝送線セグメントか ら延在する第１の伝送線スタブ(88A)を含んでおり、前記スタブは前記第２の周 波数帯域幅の動作周波数の（1／4）波長に等しい実効的な電気的長さを有するこ とをさらに特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のアンテナシステム。 ９．前記フィルタ回路(88、90)は、前記第２の周波数帯域幅の前記動作周波数で （1／2）波長の実効的な電気的長さに等しい距離だけ、前記第１のスタブから離 れた点で前記第１の伝送線の前記伝送線セグメントがら延在する前記第２の伝送 線スタブ（90Ａ）を含んでいることをさらに特徴とする請求項８記載のアンテナ システム。 １０．前記第１および第２のバラン（82、84）と前記フィルタ回路（88、90）と は平面のストリップライン回路板（134）上に形成され、前記回路板はアンテ ナシステムのアンテナ本体内に位置されていることをさらに特徴とする請求項１ 乃至９のいずれか１項記載のアンテナシステム。 １１．前記第１および第２のバラン（82、84）は同軸ケーブル(122)により前記 内側および外側のスパイラルアンテナの前記スパイラルアームのそれぞれのフィ ード端部に接続されていることをさらに特徴とする請求項10記載のアンテナシス テム。