JP2005079794A - スパイラルアンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 矩形の誘電体基板11上に4本の第1のスパイラル素子10a〜第4のスパイラル素子10dからなるスパイラル素子を所定の間隔を持って配置する。誘電体基板11の周囲にのみ複数のパッチ導体12を形成し、裏面に形成されているグランドプレーンと短絡導体13により電気的に接続する。これにより広角度の半値角が得られると共に、後方放射を抑制することができるようになる。
【選択図】 図1
Description
図12は、周波数f=1.228GHzの時の垂直面内指向特性でありメインの右旋円偏波ERの半値角は約84°となっている。この際の不要な後方放射である左旋円偏波ELは大きな後方放射となっていることが分かる。また、図13は周波数f=1.575GHzの時の垂直面内指向特性でありメインの右旋円偏波ERの半値角は約86°となっている。この際の後方放射である左旋円偏波ELは若干減少しているものの大きな後方放射となっていることが分かる。このように、従来のスパイラルアンテナは半値角として十分な角度範囲が得られないと共に、不要な後方放射が大きくなってしまうという問題点があった。
これらの図に示すように、本発明の実施例にかかるスパイラルアンテナ1は、矩形のスパイラル状に巻回されているスパイラル素子10と、スパイラル素子10に対向して配置されている矩形状の誘電体基板11から構成されている。平面状とされているスパイラル素子10は、第1スパイラル素子10a、第2スパイラル素子10b、第3スパイラル素子10c、第4スパイラル素子10dの誘電体基板11側から見て時計方向に巻回されている4本のスパイラル素子から構成されている。
誘電体基板11は、高周波特性の良好なテフロン基板やガラス繊維基板等とされており、図3に示すように誘電体基板11上に破線で示す正方形の単位枠17をほぼ等間隔で縦方向および横方向に繰り返しパターンとなるように配置する。図示する例では、12枚の単位枠17を誘電体基板11の周辺からはみ出すように繰り返しパターンで配置している。この際に、誘電体基板11の4つの頂点に単位枠17の中心を位置させると共に、頂点間に位置する単位枠17の中心を誘電体基板11の辺の上に位置させるように配置する。なお、単位枠17同士は若干の間隙を持って繰り返しパターンとなるように配置されている。そして、誘電体基板11の頂点と辺の上に中心が位置する単位枠17と、誘電体基板11とが重なる部分にのみパッチ導体12を形成する。このようにして、図1に示す本発明にかかるスパイラルアンテナ1のパッチ導体12が形成されている。なお、パッチ導体12と誘電体基板11の裏面に形成されているグランドプレーン16とを電気的に接続する短絡導体13は、単位枠17の中心位置に設けられており、誘電体基板11のおもて面と裏面とを接続する短絡ピンあるいはスルーホールとして実現されている。
誘電体基板11をテフロン基板とした場合のグランドプレーン16からのスパイラル素子10の高さhはλ1.4/12ないしλ1.4/11とされ、例えば約0.0872λ1.4とされる。このように設計周波数の波長に比して高さhがきわめて低くされることにより、広角の放射パターンが得られるようになると共に低姿勢の小型のスパイラルアンテナ1とすることができる。また、誘電体基板11の1辺の長さgはλ1.4/3ないしλ1.4/2とされ、例えば約0.4578λ1.4とされる。この寸法の誘電体基板11は、スパイラル素子10の最外周の寸法より一回り大きくされている。また、誘電体基板11の厚さbは特に定められないが、例えば約0.0218λ1.4とされる。ただし、厚さbを厚くするほどパッチ導体12がスパイラル素子10に接近するようになるため、放射パターンはさらに広角になっていく。ただし、放射領域が広がることから右旋円偏波利得は低下していくようになる。
図8を参照すると、図1および図2に示す本発明のスパイラルアンテナ1のVSWR特性はパッチ導体ありの実線で示されf=1.228GHzとf=1.575GHzの2周波において共振していることが分かる。これは、第1スパイラル素子10a〜第4スパイラル素子10dからなるスパイラル素子10が2周波で共振しているからである。また、破線で示すパッチ導体なしのVSWR特性は図10および図11に示すスパイラルアンテナ100のVSWR特性である。両者のVSWR特性を対比すると、パッチ導体12を設けたことによりVSWRが2周波において2.0以下になると共に共振周波数が低域にシフトするようになる。さらに、共振特性が広帯域化されて、f=1.228GHzにおいて3.3%(VSWRが2.0以下の周波数範囲)となり、f=1.575GHzにおいて3.7%(VSWRが2.0以下の周波数範囲)となることが分かる。
図9を参照すると、図1および図2に示す本発明のスパイラルアンテナ1の利得特性はパッチ導体ありの実線で示されf=1.228GHzで約7.3dBiが得られ、f=1.575GHzで約6.8dBiが得られている。そして、これらの周波数を中心とする2周波帯において5dBiないし8dBiの安定した利得特性となっていることが分かる。また、破線で示すパッチ導体なしの利得特性は図10および図11に示すスパイラルアンテナ100の利得特性である。両者の利得特性を対比すると、パッチ導体12を設けたことにより周波数に対して変動の少ない安定した利得特性となることが分かる。なお、パッチ導体なしに比較して利得が下がるのは、パッチ導体12を設けると放射パターンの半値角が広角になるからである。
さらにまた、以上の説明では誘電体基板11の周囲にのみ複数のパッチ導体12を設けるようにしたが、パッチ導体12間に間隙を設けることなく誘電体基板11の周囲にのみ枠状のパッチ導体を設けるようにしても良い。このようにしても、若干狭くなるが半値角を十分な角度範囲に広げることができると共に、後方放射を十分抑制することができるようになる。
10 スパイラル素子
10a スパイラル素子
10b スパイラル素子
10c スパイラル素子
10d スパイラル素子
11 誘電体基板
12 パッチ導体
13 短絡導体
14 給電線
14a 給電線
14b 給電線
14c 給電線
14d 給電線
15 給電部
15a 給電点
15b 給電点
15c 給電点
15d 給電点
16 グランドプレーン
17 単位枠
20 位相遅延回路
21 給電源
100 スパイラルアンテナ
110a スパイラル素子
110b スパイラル素子
110c スパイラル素子
110d スパイラル素子
111 基板
115 給電部
116 グランドプレーン
Claims (2)
- グランドプレーンが裏面に形成されていると共に、該グランドプレーンに電気的に接続されている複数のパッチ導体がおもて面の周囲にのみ形成されている基板と、
該基板から所定の高さで対面するように配置されて、巻き始め端に給電されるスパイラル素子と、
を備えていることを特徴とするスパイラルアンテナ。 - 前記スパイラルアンテナが矩形状とされていると共に前記基板が矩形状とされており、該基板の頂点および辺の上に中心が位置する単位枠の繰り返しパターンと、前記基板とが重なる部分に前記パッチ導体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。
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