JP2004072562A - Spiral antenna - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spiral antenna whose beam width is made larger and which is made small. <P>SOLUTION: On this spiral antenna, a conductor wall 11 is erected on a ground plane 12 so as to surround spiral elements 10a, 10b, 10c, and 10d arranged almost parallelly on the ground plane 12. This can reduce cross polarization components and obtain wide angle beams. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wide-angle beam spiral antenna having a small orthogonal polarization component.
[0002]
[Prior art]
GPS (Global Positioning System) is known as a system for measuring the current position. GPS is a system developed for navigation support of aircraft and ships, etc., 24 GPS satellites orbiting about 20,000 km above the sky (four in each orbit plane), tracking and control of GPS satellites And a receiver of the user for performing positioning. An aircraft, a ship, or the like can determine its own position or the like by simultaneously knowing the distances from four or more GPS satellites. The distance from the GPS satellite is obtained from the time required for the radio wave transmitted from the GPS satellite to reach the receiver. Inmarsat service is known as one of the communication systems using satellites. Inmarsat service is a communication service that connects Inmarsat facilities with telephone, fax and data terminals through Inmarsat geostationary satellites. Inmarsat facilities include facilities for ships and portable facilities that can be moved on land. Further, a satellite digital radio service (SDARS: Satellite Digital Audio Service) has been started. In SDARS, high quality sound quality is realized by digital broadcasting, and broadcasting is receivable over a wide range by using satellites.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
A terminal device in a communication system using such a satellite needs an antenna for receiving circularly polarized waves transmitted from the satellite. A spiral antenna is known as one of the antennas that can receive circularly polarized waves. The spiral antenna is considered to be a suitable antenna for a communication system using a satellite because it is possible to increase the directivity and is a circularly polarized antenna having a simple structure. By the way, in the spiral antenna in which the spiral element is arranged on the ground plane, there is a problem that the beam width becomes narrow. In order to solve this, a radio wave absorber is interposed between the spiral element and the ground plane. However, the interposition of the radio wave absorber complicates the structure of the spiral antenna and has a problem that the size cannot be reduced.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a spiral antenna having a simple structure that can increase the beam width and reduce the size.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a spiral antenna of the present invention, a conductor wall is erected on a ground plane so as to surround a spiral element. Thereby, the orthogonal polarization component can be reduced, and a wide-angle beam can be obtained. Further, since there is no need to interpose a radio wave absorber or the like, the structure can be simplified and the size can be reduced.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIGS. 1, 3, and 4 show a first configuration example of an embodiment of a spiral antenna of the present invention. 1 is a perspective view showing the configuration of the first spiral antenna 1 according to the present invention, FIG. 3 is a plan view thereof, and FIG. 4 is a side sectional view thereof.
In the first spiral antenna 1 according to the present invention shown in these figures, a rectangular substrate 13 is disposed on a ground plane 12 made of a rectangular conductive plate at a predetermined height substantially parallel to the surface of the ground plane 12. Have been. The substrate 13 is a printed circuit board, and four spiral elements 10a, 10b, 10c, and 10d as shown in FIGS. 1 and 3 are formed on one surface thereof in a rectangular spiral shape. As described above, the first spiral antenna 1 is a four-wire rectangular spiral antenna, and the rectangular conductor wall 11 made of a conductor plate is erected on the ground plane 12 so as to surround the substrate 13. . The height of the conductor wall 11 is substantially the same as the height of the substrate 13. In this case, a gap is formed between the conductor wall 11 and the substrate 13.
[0007]
On the back surface of the ground plane 12, a matching circuit board 16 is arranged. On the matching circuit board 16, a phase delay circuit 16a shown in FIG. 2 for transmitting / receiving circularly polarized waves in the spiral antenna 1 is formed. ing. As shown in FIG. 2, the phase delay circuit 16a supplies a 0 ° phase power supply to the spiral element 10a, a 270 ° phase power supply to the spiral element 10b, a 180 ° phase power supply to the spiral element 10c, and a 90 ° phase power supply to the spiral element 10d. ° Phase feeding is being performed. The signal source 17 is connected to the phase delay circuit 16a. Specifically, the coaxial cable to which the signal source 17 is connected is connected to a plug constituting the power supply unit 14, and the power supply unit 14 is connected to a phase delay circuit 16a formed on the matching circuit board 16. ing.
[0008]
From the phase delay circuit 16a, the four spiral elements 10a, 10b, 10c, and 10d are respectively advanced by 90 degrees clockwise by four power supply lines 15 arranged substantially vertically on the ground plane 12. Power will be supplied. When the four spiral elements 10a, 10b, 10c, and 10d have the winding directions shown in the figure, the spiral antenna 1 can transmit and receive right-handed circularly polarized waves. In the first spiral antenna 1 having such a configuration, the left-handed circularly polarized wave component orthogonal to the right-handed circularly polarized wave is reduced and a wide-angle beam can be obtained. Further, since no radio wave absorber or the like is interposed, the structure can be simplified and the size can be reduced.
[0009]
Next, FIGS. 5 to 7 show a second configuration example of the spiral antenna according to the embodiment of the present invention. 5 is a perspective view showing a configuration of the second spiral antenna 2 according to the present invention, FIG. 6 is a plan view thereof, and FIG. 7 is a side sectional view thereof.
In the spiral antenna 2 according to the present invention shown in these figures, a rectangular substrate 23 is arranged on a ground plane 22 made of a rectangular conductive plate at a predetermined height substantially parallel to the surface of the ground plane 22. . The substrate 23 is a printed circuit board, and on one surface thereof, four spiral elements 20a, 20b, 20c, and 20d as shown in FIGS. 5 and 6 are formed in a rectangular spiral shape. As described above, the second spiral antenna 2 is a 4-wire rectangular spiral antenna, and the rectangular conductor wall 21 made of a conductor plate is erected on the ground plane 22 so as to be in contact with the periphery of the substrate 33. ing. The height of the conductor wall 21 is substantially the same as that of the substrate 23, and the outermost peripheral edges of the four spiral elements 20 a, 20 b, 20 c, and 20 d contact the upper end of the conductor wall 21 and are short-circuited.
[0010]
A matching circuit board 26 is arranged on the back surface of the ground plane 22. The matching circuit board 26 has the same configuration as the phase delay circuit 16a shown in FIG. A phase delay circuit is formed. As shown in FIG. 2, this phase delay circuit also supplies 0 ° phase power to the spiral element 20a, 270 ° phase power to the spiral element 20b, 180 ° phase power to the spiral element 20c, and 90 ° power to the spiral element 20d. ° Phase feeding is being performed. In addition, power is supplied from the power supply unit 24 to the matching circuit board 26, and from the phase delay circuit formed on the matching circuit board 26, four power supply lines 25 which are arranged almost vertically on the ground plane 22 are provided. The four spiral elements 20a, 20b, 20c, and 20d are fed clockwise with phases advanced by 90 °. When the four spiral elements 20a, 20b, 20c, and 20d have the winding directions shown in the drawing, the second spiral antenna 2 can transmit and receive right-handed circularly polarized waves. In the second spiral antenna 2 having such a configuration, the left-handed circularly polarized wave component orthogonal to the right-handed circularly polarized wave is reduced and a wide-angle beam can be obtained. Further, since no radio wave absorber or the like is interposed, the structure can be simplified and the size can be reduced.
[0011]
Next, FIGS. 8, 10, and 11 show a third configuration example of the spiral antenna according to the embodiment of the present invention. 8 is a perspective view showing the configuration of the third spiral antenna 3 according to the present invention, FIG. 10 is a plan view thereof, and FIG. 11 is a side sectional view thereof.
In the third spiral antenna 3 according to the present invention shown in these figures, a circular substrate 33 is disposed on a ground plane 32 made of a circular conductive plate at a predetermined height substantially parallel to the surface of the ground plane 32. Have been. The substrate 33 is a printed circuit board, and two spiral elements 30a and 30b as shown in FIGS. 8 and 10 are formed on one surface thereof in a circular spiral shape. As described above, the third spiral antenna 3 is a two-wire circular spiral antenna, and the short cylindrical conductor wall 31 made of a conductor plate stands on the ground plane 32 so as to surround the circular substrate 33. Is established. In this case, the height of the conductor wall 31 is substantially the same as that of the substrate 33, and a gap is formed between the conductor wall 31 and the substrate 33.
[0012]
On the back surface of the ground plane 32, a matching circuit board 36 is arranged. On the matching circuit board 36, a phase delay circuit 36a shown in FIG. 9 for transmitting / receiving circularly polarized waves in the spiral antenna 3 is formed. ing. As shown in FIG. 9, the phase delay circuit 36a supplies 0 ° phase power to the spiral element 30a and 180 ° phase power to the spiral element 30b. Note that a signal source 37 is connected to the phase delay circuit 36a. Specifically, the coaxial cable to which the signal source 37 is connected is connected to a plug constituting the power supply unit 34, and the power supply unit 34 is connected to a phase delay circuit 36a formed on the matching circuit board 36. ing.
[0013]
From the phase delay circuit 36a, power is supplied to the two spiral elements 30a and 30b in a clockwise 180 ° phase by two power supply lines 35 arranged substantially vertically on the ground plane 32. become. If the two spiral elements 30a and 30b are in the illustrated winding direction, the spiral antenna 3 can transmit / receive right-handed circularly polarized waves. In the third spiral antenna 3 having such a configuration, the left-handed circularly polarized wave component orthogonal to the right-handed circularly polarized wave is reduced, and a wide-angle beam can be obtained. Further, since no radio wave absorber or the like is interposed, the structure can be simplified and the size can be reduced.
[0014]
Next, FIGS. 12 to 14 show a fourth configuration example of the spiral antenna according to the embodiment of the present invention. 12 is a perspective view showing the configuration of the fourth spiral antenna 4 according to the present invention, FIG. 13 is a plan view thereof, and FIG. 14 is a side sectional view thereof.
In the fourth spiral antenna 4 according to the present invention shown in these figures, a circular substrate 43 is arranged on a ground plane 42 made of a circular conductive plate at a predetermined height substantially parallel to the surface of the ground plane 42. Have been. The substrate 43 is a printed circuit board, and two spiral elements 40a and 40b as shown in FIGS. 12 and 13 are formed in a circular spiral on one surface. As described above, the fourth spiral antenna 4 is a two-wire circular spiral antenna, in which the short cylindrical conductor wall 41 made of a conductor plate stands on the ground plane 42 so as to surround the circular substrate 43. Is established. The height of the conductor wall 41 is substantially the same as that of the substrate 43, and the outermost peripheral edges of the two spiral elements 40a and 40b are short-circuited to the upper end of the conductor wall 41.
[0015]
A matching circuit board 46 is arranged on the back surface of the ground plane 42. The matching circuit board 46 has the same configuration as the phase delay circuit 36a shown in FIG. A phase delay circuit is formed. This phase delay circuit also supplies 0 ° phase power to the spiral element 40a and 180 ° phase power to the spiral element 40b as shown in FIG. In addition, power is supplied from the power supply unit 44 to the matching circuit board 46, and from the phase delay circuit formed on the matching circuit board 46, two power supply lines 45 arranged almost vertically on the ground plane 42. Power is supplied to the two spiral elements 40a and 40b with a phase advance of 180 ° clockwise. When the two spiral elements 40a and 40b are in the illustrated winding direction, the spiral antenna 4 can transmit and receive right-hand circularly polarized waves. In the fourth spiral antenna 4 having such a configuration, the left-handed circularly polarized wave component orthogonal to the right-handed circularly polarized wave is reduced, and a wide-angle beam can be obtained. Further, since no radio wave absorber or the like is interposed, the structure can be simplified and the size can be reduced.
[0016]
In the first to fourth spiral antennas 1 to 4 according to the present invention described above, a dielectric material may be filled between the substrate on which the spiral element is formed and the ground plane. This makes it possible to further reduce the size of the first to fourth spiral antennas 1 to 4. The substrate is made of Teflon or the like having good high frequency characteristics. Further, in the first to fourth spiral antennas 1 to 4 according to the present invention, instead of forming the spiral element on the substrate by printing, a metal plate may be formed by press molding, or a metal pipe or metal pipe may be formed. The wire may be processed to form a spiral element.
[0017]
Next, electrical characteristics of the first to fourth spiral antennas 1 to 4 according to the present invention will be described. First, the directional characteristics in the vertical plane of the first spiral antenna 1 and the second spiral antenna 2 according to the embodiment of the present invention are determined by the parameters of the dimensions of the conductor wall 11 (21) and the dimensions of the ground plane 12 (22). FIG. The parameter g in FIG. 15 is a parameter of the width of the ground plane 12 (22) as shown in FIG. 16, and the parameter L is a parameter of the width of the conductor wall 11 (21) as shown in FIG. The parameter h is a parameter of the height of the spiral element 10 (20) and the height of the conductor wall 11 (21), and θ is an elevation angle of 0 ° in the zenith direction and 90 ° in the horizontal direction. Further, in FIG. 1.4 Indicates the wavelength at a frequency of 1.4 GHz, and the width L of the conductor wall is L = 0.36λ. 1.4 At this time, the widths of the conductor wall and the substrate coincide. That is, in the second spiral antenna 2, L = 0.36λ 1.4 It becomes.
[0018]
Therefore, the directional characteristic in the vertical plane shown in FIG. 15 is such that the height h of the moving body wall is about 0.08λ. 1.4 This is the directional characteristic when The width L of the conductor wall shown at the top is about 0.36λ. 1.4 The directional characteristic when the second spiral antenna 2 (L = 0.36λ) of the embodiment of the present invention is used. 1.4 ). Referring to this directional characteristic, the width g of the ground plane 22 is about 0.6λ. 1.4 The main right-hand circularly polarized wave E shown by the solid line. R The left-handed circularly polarized wave E indicated by a broken line that is an unnecessary polarization component orthogonal to L The components are extremely small. The width L of the conductor wall shown in the second and subsequent stages is 0.4λ. 1.4 ~ 0.9λ 1.4 The directional characteristic at this time is the directional characteristic of the first spiral antenna 1 according to the embodiment of the present invention. Referring to this directional characteristic, the width g of the ground plane 22 is 0.6λ. 1.4 Left-handed circularly polarized wave E as it narrows from L The component g increases slightly, and the width g of the ground plane 22 becomes 0.6λ. 1.4 Left-handed circularly polarized wave E L The components increase slightly. In addition, the main right-hand circularly polarized wave E R Is a wide-angle beam.
[0019]
Further, the width L of the conductor wall is 0.4λ. 1.4 Or 0.9λ 1.4 In the directional characteristic in the vertical plane of the first spiral antenna 1 according to the embodiment of the present invention, the left-handed circularly polarized wave becomes orthogonal as the width g of the ground plane 12 approaches the width L of the conductor wall 11. E L The component slightly increases, but the orthogonal left-hand circular polarization E L The component is the main right-hand circularly polarized wave E R It is small for the components. In addition, the main right-hand circularly polarized wave E R Is a wide-angle beam. As described above, in the spiral antenna according to the present invention, the orthogonal polarization component can be reduced, and the beam width of the main circular polarization can be a wide-angle beam.
[0020]
Note that the spiral antenna of the present invention is characterized by having a conductor wall. In order to show the operation and effect, the first spiral antenna 1 of the present invention shown in FIG. FIGS. 40 to 43 show directivity characteristics of the removed spiral antenna in a vertical plane. FIG. 40 shows a case where the width g of the ground plane is 0.5λ in a spiral antenna having no conductor wall. 1.4 This is the directional characteristic in the vertical plane when Large orthogonal left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component L Components appear and the main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam angle is narrowed. FIG. 41 shows that the width g of the ground plane is 0.6λ in a spiral antenna having no conductor wall. 1.4 This is the directional characteristic in the vertical plane when Large orthogonal left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component L Components appear and the main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam angle is narrowed. FIG. 42 shows that a spiral antenna without a conductor wall has a ground plane width g of 0.7λ. 1.4 This is the directional characteristic in the vertical plane when Right and left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component L Components appear and the main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam angle is narrowed. FIG. 43 shows that in a spiral antenna having no conductor wall, the width g of the ground plane is 0.8λ. 1.4 This is the directional characteristic in the vertical plane when Right and left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component L Components appear and the main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam angle is narrowed.
[0021]
Next, in the second spiral antenna 2 according to the embodiment of the present invention, the width L of the conductor wall 21 is set to about 0.36λ. 1.4 The height h of the conductor wall 21 is about 0.08λ. 1.4 And the width g of the ground plane 22 is about 0.5λ. 1.4 FIG. 17 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, and FIG. 18 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz. Note that f = 1.228 GHz is the frequency of the GPS L2 band, and f = 1.575 GHz is the frequency of the GPS L1 band.
Referring to FIG. 17, when frequency f = 1.228 GHz, orthogonally left-handed circularly polarized waves E, which are unnecessary polarization components, are generated. L The component is slight, although slightly appearing, and is a good main right-handed circularly polarized wave E. R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Referring to FIG. 18, even when the frequency f is set to 1.575 GHz, the orthogonal left-hand circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is generated. L The component is slight, although slightly appearing, and is a good main right-handed circularly polarized wave E. R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Further, referring to FIG. 19, the resistance of the impedance is approximately 50Ω in the L1 band and the L2 band in the hatched GPS, and it can be seen that the matching with the coaxial cable as the power supply means is possible.
[0022]
Next, in the second spiral antenna 2 according to the embodiment of the present invention, the width L of the conductor wall 21 is set to about 0.36λ. 1.4 The height h of the conductor wall 21 is about 0.08λ. 1.4 And the width g of the ground plane 22 is about 0.6λ. 1.4 FIG. 20 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, FIG. 21 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.575 GHz, and the frequency characteristic of the impedance. 22.
Referring to FIG. 20, when the frequency f = 1.228 GHz, the orthogonal left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is used. L The components are only marginally present and have good main right hand circular polarization E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Referring to FIG. 21, even when the frequency f is set to 1.575 GHz, the orthogonal left-hand circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is generated. L The component is only slightly revealed and has a good main right hand circular polarization E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Further, referring to FIG. 22, the resistance of the impedance in the L1 band and the L2 band in the hatched GPS is approximately 50Ω, and it can be seen that matching is possible with the coaxial cable as the feeding means.
[0023]
Next, in the second spiral antenna 2 according to the embodiment of the present invention, the width L of the conductor wall 21 is set to about 0.36λ. 1.4 The height h of the conductor wall 21 is about 0.08λ. 1.4 , The width g of the ground plane 22 is about 0.7λ. 1.4 FIG. 23 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, FIG. 24 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, and the frequency characteristic of the impedance. 25.
Referring to FIG. 23, when frequency f = 1.228 GHz, orthogonally left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is used. L The component does not appear and has good main right hand circular polarization E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Referring to FIG. 24, even when the frequency f is set to 1.575 GHz, the orthogonal left-hand circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarized wave component, is generated. L The component is slight, although slightly appearing, and is a good main right-handed circularly polarized wave E. R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Furthermore, referring to FIG. 25, the resistance of the impedance in the L1 band and the L2 band of the hatched GPS is approximately 50Ω, and it can be seen that matching with the coaxial cable as the power supply means is possible.
[0024]
Next, in the second spiral antenna 2 according to the embodiment of the present invention, the width L of the conductor wall 21 is set to about 0.36λ. 1.4 The height h of the conductor wall 21 is about 0.08λ. 1.4 And the width g of the ground plane 22 is about 0.8λ. 1.4 FIG. 26 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, FIG. 27 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, and the frequency characteristic of the impedance. 28.
Referring to FIG. 26, when the frequency f is set to 1.228 GHz, an orthogonal left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is generated. L The component hardly appears and a good main right-handed circularly polarized wave E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Referring to FIG. 27, even when the frequency f is set to 1.575 GHz, the orthogonal left-hand circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is generated. L Although the component appears slightly, it has good main right-handed circularly polarized wave E. R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Further, referring to FIG. 28, the resistance of the impedance in the L1 band and the L2 band in the hatched GPS is approximately 50Ω, and it can be seen that matching with the coaxial cable as the power supply means is possible.
[0025]
Next, in the second spiral antenna 2 according to the embodiment of the present invention, the width L of the conductor wall 21 is set to about 0.36λ. 1.4 The height h of the conductor wall 21 is about 0.08λ. 1.4 And the width g of the ground plane 22 is about 0.9λ. 1.4 FIG. 29 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, FIG. 30 shows the directivity in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, and the frequency characteristic of the impedance. 31.
Referring to FIG. 29, when the frequency f is set to 1.228 GHz, the orthogonal left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is generated. L The components appear slightly but slightly, and the good main right-handed circularly polarized wave E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Further, referring to FIG. 30, even when the frequency f is set to 1.575 GHz, the orthogonal left-hand circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is generated. L Although the component appears slightly, it has good main right-handed circularly polarized wave E. R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Further, referring to FIG. 31, the resistance of the impedance is approximately 50Ω in the L1 band and the L2 band in the hatched GPS, and it can be seen that the matching with the coaxial cable as the power supply means is possible.
[0026]
Next, in the second spiral antenna 2 according to the embodiment of the present invention, the width L of the conductor wall 21 is set to about 0.36λ. 1.4 The height h of the conductor wall 21 is about 0.08λ. 1.4 And the width g of the ground plane 22 is about 1.0λ. 1.4 FIG. 32 shows the directional characteristics in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, FIG. 33 shows the directional characteristics in the vertical plane when the frequency f = 1.228 GHz, and the frequency characteristic of the impedance. 34.
Referring to FIG. 32, when the frequency f = 1.228 GHz, the orthogonal left-hand circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is used. L The components appear slightly but slightly, and the good main right-handed circularly polarized wave E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Referring to FIG. 33, even when the frequency f is set to 1.575 GHz, the orthogonal left-hand circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is generated. L The component is only slightly revealed and has a good main right hand circular polarization E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R It can be seen that the beam width is a wide-angle beam. Further, referring to FIG. 34, the resistance of the impedance is approximately 50Ω in the L1 band and the L2 band in the hatched GPS, and it can be seen that matching with the coaxial cable as the power supply means is possible.
[0027]
Next, an example of matching means for matching the spiral antenna according to the present invention with the feeding means is shown in FIG. 35 taking the second spiral antenna 2 of the present invention as an example, and a partially enlarged view thereof is shown in FIG. FIG. 37 exemplarily shows a side view of the configuration of the matching means for one spiral element.
As shown in FIGS. 35 and 36, power is supplied to the four spiral elements 20 from the power supply unit 24 via the power supply line 25. The power supply line 25 is provided with matching means. The matching means shown is a matching means based on the Γ-type power supply, and as shown in FIG. Matching elements 27a, 27b, 27c, and 27d are provided for feeding power in the middle of 26a, 26b, 26c, and 26d. The length of each part in the matching means using the Γ-type power supply is as shown in FIG. 37, for example. That is, the spiral element 50 is arranged at a height h from the ground plane 52, and the length of the short-circuit element 56 is set to h. It is assumed that the length in the vertical direction is a, the length in the horizontal direction is d, and the width of the ground plane 52 is g. Here, the height h is set to about 0.08λ. 1.4 , The width g is about 0.7λ 1.4 Then, the length a is set to about 0.06λ. 1.4 And the length d is about 0.02λ 1.4 In this case, matching can be achieved.
[0028]
Here, as shown in FIG. 35, FIG. 38 shows the directivity in the vertical plane when matching is performed by Γ-shaped power supply, and FIG. 39 shows the directivity in the vertical plane when power is directly supplied without performing matching. Referring to FIG. 38, orthogonal left-handed circular polarization E, which is an unnecessary polarization component, L The component does not appear and has good main right hand circular polarization E R Is obtained. This main right-hand circularly polarized wave E R Is a wide-angle beam. Referring to FIG. 39, orthogonal left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary polarization component, is used. L Ingredients appear slightly. As described above, by performing the Γ-type power supply, the orthogonal left-handed circularly polarized wave E, which is an unnecessary L Components can be suppressed. The な お -shaped power supply can be applied not only to the 4-wire spiral antenna, but also to the 2-wire circular spiral antenna which is the third spiral antenna 3 and the fourth spiral antenna 4 according to the present invention.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the conductor wall is erected on the ground plane so as to surround the spiral element. Thereby, the orthogonal polarization component can be reduced, and a wide-angle beam can be obtained. Further, since there is no need to interpose a radio wave absorber or the like, the structure can be simplified and the size can be reduced. Therefore, cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a first spiral antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a feeding unit of a first spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a configuration of a first spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration of a first spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a second spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a second spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side sectional view showing a configuration of a second spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a third spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a feeding unit of a third spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing a configuration of a third spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a side sectional view showing a configuration of a third spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a fourth spiral antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing a configuration of a fourth spiral antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a side sectional view showing a configuration of a fourth spiral antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a change in directional characteristics in a vertical plane when a parameter is changed in the spiral antenna according to the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing parameters of the spiral antenna according to the present invention.
FIG. 17 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.5λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when frequency f = 1.228 GHz.
FIG. 18 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.5λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when the frequency f is 1.575 GHz.
FIG. 19 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.5λ. 1.4 It is a figure which shows the frequency characteristic of the impedance at the time of setting.
FIG. 20 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.6λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when frequency f = 1.228 GHz.
FIG. 21 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.6λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when the frequency f is 1.575 GHz.
FIG. 22 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.6λ. 1.4 It is a figure which shows the frequency characteristic of the impedance at the time of setting.
FIG. 23 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.7λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when frequency f = 1.228 GHz.
FIG. 24 shows a second spiral antenna according to the present invention, in which g = 0.7λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when the frequency f is 1.575 GHz.
FIG. 25 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.7λ. 1.4 It is a figure which shows the frequency characteristic of the impedance at the time of setting.
FIG. 26 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.8λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when frequency f = 1.228 GHz.
FIG. 27 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.8λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when the frequency f is 1.575 GHz.
FIG. 28 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.8λ. 1.4 It is a figure which shows the frequency characteristic of the impedance at the time of setting.
FIG. 29 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 0.9λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when frequency f = 1.228 GHz.
FIG. 30 shows a second spiral antenna according to the present invention, in which g = 0.9λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when the frequency f is 1.575 GHz.
FIG. 31 shows a second spiral antenna according to the present invention, in which g = 0.9λ. 1.4 It is a figure which shows the frequency characteristic of the impedance at the time of setting.
FIG. 32 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 1.0λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when frequency f = 1.228 GHz.
FIG. 33 shows a second spiral antenna according to the present invention, wherein g = 1.0λ. 1.4 FIG. 7 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when the frequency f is 1.575 GHz.
FIG. 34: In the second spiral antenna according to the present invention, g = 1.0λ 1.4 It is a figure which shows the frequency characteristic of the impedance at the time of setting.
FIG. 35 is a side view showing a configuration example of a matching unit according to the spiral antenna of the embodiment of the present invention.
FIG. 36 is a partially enlarged view of a configuration example of a matching unit according to the spiral antenna of the embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a side view showing the configuration of one matching spiral element in the spiral antenna according to the embodiment of the present invention.
FIG. 38 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when matching is performed by Γ-type feeding in the spiral antenna according to the present invention.
FIG. 39 is a diagram showing directivity characteristics in a vertical plane when power is directly supplied without performing matching in the spiral antenna according to the present invention.
FIG. 40 shows a spiral antenna without a conductor wall, g = 0.5λ. 1.4 FIG. 9 is a diagram showing a directional characteristic in a vertical plane when the above is set.
FIG. 41 shows a spiral antenna having no conductor wall, g = 0.6λ. 1.4 FIG. 9 is a diagram showing a directional characteristic in a vertical plane when the above is set.
FIG. 42 shows a spiral antenna without a conductor wall, g = 0.7λ. 1.4 FIG. 9 is a diagram showing a directional characteristic in a vertical plane when the above is set.
FIG. 43 shows a spiral antenna without a conductor wall, g = 0.8λ. 1.4 FIG. 9 is a diagram showing a directional characteristic in a vertical plane when the above is set.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spiral antenna, 2 spiral antennas, 3 spiral antennas, 4 spiral antennas, 10 spiral elements, 10a, 10b, 10c, 10d spiral elements, 11 conductor walls, 12 ground planes, 13 substrates, 14 feed sections, 15 feed lines, 16 Matching circuit board, 16a phase delay circuit, 17 signal source, 20 spiral element, 20a, 20b, 20c, 20d spiral element, 21 conductor wall, 22 ground plane, 23 substrate, 24 feed section, 25 feed line, 26 matching circuit board , 26a short-circuit element, 27a matching element, 30a, 30b spiral element, 31 conductor wall, 32 ground plane, 33 substrate, 34 power supply section, 35 power supply line, 36a phase delay circuit, 36 matching circuit board, 37 signal source, 40a, 40b spiral element , 41 conductor wall, 42 ground plane, 43 substrate, 44 power supply section, 45 power supply line, 46 matching circuit board, 50 spiral element, 52 ground plane, 56 short circuit element, 57 matching element

Claims (5)

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と、
を備えていることを特徴とするスパイラルアンテナ。A plurality of spiral elements formed so as to face each other at a predetermined height from the ground plane,
A conductor wall having substantially the same height as the spiral element, and standing on the ground plane so as to surround the spiral element;
A spiral antenna comprising: 前記スパイラル素子の最外周縁が、前記導体壁に接触し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。The spiral antenna according to claim 1, wherein an outermost peripheral edge of the spiral element is in contact with the conductor wall. 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あるいは２記載のスパイラルアンテナ。3. The spiral antenna according to claim 1, wherein the spiral element is formed on a printed circuit board. 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。2. The spiral antenna according to claim 1, wherein a phase shift delay feeding circuit that feeds each of the plurality of spiral elements is formed on a second printed circuit board disposed on one surface of the ground plane. 3. . 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。2. The spiral antenna according to claim 1, wherein each of the plurality of spiral elements is fed with a gamma-type feed.
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