JP2005244965A - アンテナ及び／又はアンテナのネットワークの製造方法、該方法によって製造されるアンテナ及び／又はアンテナのネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】
従来のアンテナ製造方法は、剛性を高めるのが複雑であり、また生産のコストが高い。
【解決手段】
本発明は、導線を有し、導体材料で製造され、経路が螺旋形を有する、アンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）を製造する方法に係る。
本発明によれば、該方法は、圧痕に導電材料を被着することにより螺旋形を形成するよう、プリントが電気的絶縁要素の要素（４０２）のいずれかの側に浮き彫りで形成されることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、アンテナ及び／又はアンテナのネットワークを製造する方法、及び、当該方法によって製造されたアンテナ及び／又はアンテナのネットワークに係る。特に、本発明は、ヘリカルアンテナ又はヘリカルアンテナのネットワークに係る。

アンテナは、電磁放射線の送信及び／又は受信をするための装置である。アンテナは、これらの放射ユニットを１つ又はそれ以上必要とする非常に多くの通信システムに使用される。

複数のアンテナが、ある１つの共通の機能のために連携する場合、かかるアンテナの一式は、アンテナのネットワークとして既知である。アンテナのネットワークは、１つのアンテナと比べて、より強い指向性を持ち、ネットワークにおける単一のアンテナの放射開口よりも大きなネットワークの等価放射開口等を提供する等の、特定の利点を提供する。

ヘリカルアンテナ、即ち、経路が螺旋を描く導電ワイヤによって形成されるアンテナは、例えば携帯電話、集中システム又は主要なアンテナ・ネットワークのフォーカルポイント源等の多くのシステムにおいて使用される。

図１ａは、アンテナの長手方向軸１０４を有する平面上での、ヘリカルアンテナ１００の投影を示し、図１ｂは、アンテナの長手方向軸１０４に対して垂直な平面上での、アンテナ１００の投影を示す。

図１ｂにより、螺旋の内側１０５を、軸のシリンダーと軸と等しい半径と螺旋の半径とによって算出される容積として定義づけることができ、螺旋の外側１０７は内側１０５を囲む容積とされる。

ヘリカルアンテナ１００は、１つ又はそれ以上の、螺旋形又はスパイラル形の導電ワイヤ・セグメント１０２を有する。各セグメント１０２を定義付けうるのは、長手方向軸１０４に従った長さ１０８と、巻き１１０の数と、ワイヤの断面１１２と、螺旋のピッチ１１４と、螺旋の傾斜角１１６（螺旋に対する接線と、アンテナの軸１０４に対して垂直な平面との間の角度）と、螺旋の半径１０６と、ワイヤを形成する導電材料の種類とである。

更に、これらの要因は、螺旋の軸１０４及び、特にセグメント１０２に沿って、可変又は不変でありうることに留意しなければならない。

かかるヘリカルアンテナ１００は、半径１０６、巻き１１０の傾斜角１１６、及びピッチ１１４等の可変の要因による、複数の動作モードを有する。

第１の偏波モードによると、螺旋は、ノーマルと呼ばれるモードにて、長手方向軸１０４に沿って偏波されてもよく（直線偏波）、この直線偏波は、特に携帯電話において使用される。

第２のモードによると、螺旋半径が送信又は受信される電波の波長と同等のオーダである場合、螺旋は、また、螺旋軸の周囲を輪状に偏波（軸方向として知られるモードにおける回転偏波）されうる。この回転偏波は、一般的に、衛星から届く電磁波を受信及び送信するよう利用されているパラボラ・アンテナのフォーカルポイントに存在するヘリカルアンテナ等に使用される。

後者の事例では、回転偏波の質は巻き１１０の数によって、その一方で指向性はアンテナの長さ１０８によって、決定される。

ヘリカルアンテナは、複数の異なる方法に従って製造されることは既知であり、以下でかかる方法について詳述する。

第１の製造技術は、スプリングの製造に類似した方法で形成することによって、導電ワイヤの螺旋外形を提供する。

第２の製造技術は、プラスチックのチューブ又は発泡体ブロック等の絶縁要素の周囲に導電ワイヤを巻きつけることである。この絶縁要素は、螺旋を支持するために使用される。

絶縁要素は、支持がなくてもヘリカルアンテナがその形を保つ十分な強度を有する場合は、その後残しておくことも除去することもできる。

第３の技術は、例えば、折り畳まれた絶縁要素のシート等の基板上に、対角線上に１本又はそれ以上の導電線をプリントすることである。従って、傾斜角が基板上の対角線の角度である螺旋を形成する。

更に、アンテナが個別に製造される場合、これらのアンテナをネットワークにグループ化することが必要になりうる。その場合、これらのアンテナを、剛性の導電要素及び駆動回路によって結合しなければならない。

アンテナを製造するこれらの方法は、様々な障害を有する。従って、形成技術は、導電要素による十分な剛性を必要とする。一方、第２及び第３の技術に従った製造技術、つまり支持の周囲を巻きつける、又は、基板を折畳む、という製造技術は、特に導電ワイヤ（巻きつけ用）又は基板（折畳み用）の所定の変形により、比較的複雑で実施に費用がかかる。

最後に、前述した既知の方法は、複数のアンテナのネットワークへのグループ化が他の特定の動作を要求する種類の、個別のアンテナの製造にのみ適応するため、ネットワーク製造のコストが増加するのである。

アンテナのネットワークへのグループ化に特化した前述した動作の間、留意しなければならないのは、各アンテナが、アンテナ・ネットワーク全体の偏波の特性を長期間に亘って保つのに十分な機械的剛性を伴った、ネットワーク全体に接続されている必要があることであり、これが特に複雑で且つコストがかかる。

現在は、アンテナは、ネットワークにおいて、駆動回路がその性能を保持できるよう、互いに対して且つ駆動回路に対して夫々の方向性を保たなければならないことは、既知である。

本発明は、上述した問題のうち少なくとも１点を解決する。それは、図１ａに示されるとおり、螺旋は、その形が軸に対して平行な面上に投影される場合、重ねられることができない、という観察に起因する。

そのため、本発明は、導電材で作られたワイヤを有し、その経路が螺旋形を有するアンテナを製造する方法に係る。当該アンテナは、プリントが電気的絶縁要素で作られた要素の一側に浮彫りで形成され、このプリントに導電材料を被着することによって螺旋形が形成されることを特徴とする。

本発明により、支持面上に導電ワイヤを被着するだけでアンテナを形成できるため、限られたコストでアンテナを製造することが可能である。

特に、上述した巻きつけ及び形成方法によって導電ワイヤを形成する必要、又は、螺旋形を得るために基板を折り畳む必要がなく、アンテナの製造が簡略化される。

更に、本発明は、設計に大きな柔軟性を持たせつつ異なる種類のヘリカルアンテナを大量に製造することを可能とする。これは、製造するアンテナ間の物理的な要因におけるばらつきが、単にこれらの要因によってアンテナの支持面を変化させることによって、考慮されるためである。

このように、多くの要因が、本発明による製造方法によって容易に改善されうる。要因とは、例えば、絶縁要素の材料、誘電率（ラジオエレクトリックの特性を改善することを可能とする）、導電材料、及び、アンテナに可能性のある異なる螺旋断面である。

本発明はまた、アンテナのネットワークの製造の方法に係り、本発明のヘリカルアンテナ製造方法によって複数のアンテナが単一の絶縁要素に製造されることに特徴づけられる。

本発明により、ネットワークを形成する各アンテナを製造する方法に類似した、単純で且つ信頼性があり、再生可能な速い方法で、ヘリカルアンテナをネットワークにグループ化することが可能である。

更に、アンテナのネットワーク全体は共通の支持によって剛性があり、そのためアンテナが互いに対して相対方向を保つことが可能となり、よってネットワークの性能を保持することができる。

また、単一の生産工程において、駆動回路を関連付けることも可能である。生産工程とは、例えば、同一平面内にある線のプリント付け、又は、回路へのマイクロストリップの追加、及び、ネットワークのアンテナが製造される同一の絶縁要素上の接地平面、等である。この方法は、アンテナ製造方法のように、実施するのが単純な方法であり、また、限られた生産コストしか必要としない。

本発明はまた、本発明に従った製造方法により製造された、ヘリカルアンテナ又はヘリカルアンテナのネットワークに係る。

一つの実施例では、導体材料とプリントにおける絶縁要素との間の接触面のうち、ある部分は螺旋内に、また、他の部分は螺旋外に位置する。

一つの実施例によれば、電気的絶縁材の要素は、モールド成型又は形成によって取得される。

一つの実施例では、導電要素は、絶縁要素に金属材料を被着することによって形成される。

一つの実施例によれば、絶縁要素は発泡体である。

一つの実施例では、プリントは、絶縁要素の一側において螺旋金型の機械的圧力によって形成される。

一つの実施例によれば、プリントを形成する螺旋金型は、製造するアンテナのひな型である。

一つの実施例では、プリントは、ヘリカルアンテナに必要な軸に対応す長手方向軸に沿い、本質的に互いに対して平行であり、且つ、ヘリカルアンテナに要求されるピッチと等しい最大振幅ピッチで均一な間隔をあけた連続する溝と、溝の方向とヘリカルアンテナに要求される傾斜角に対応するアンテナ軸との間の角度と、を有する。

一つの実施例によれば、導線は、ステンシルを用いてプリントに金属粒子を吹き付けることによって被着される。

一つの実施例では、ステンシルは、支持面の浮き彫りに対応する浮き彫りを有する。

本発明はまた、螺旋形を有する少なくとも２つのアンテナを有する、アンテナのネットワークを形成する方法に係り、アンテナのうち少なくとも２つのアンテナが、前述した実施例のうちいずれか一つに準拠した方法により製造される、ことを特徴とする。

一つの実施例では、アンテナは、単一の電気的絶縁要素を用いて製造される。

一つの実施例によれば、アンテナは、電気的絶縁要素にプリントが付された導電回路によって接続される。

一つの実施例では、駆動回路は、電気的絶縁要素と一体になっている。

一つの実施例によれば、駆動回路は、電気的絶縁要素に接着された基板にプリントづけ又は彫り込みがなされる。

本発明はまた、前述したアンテナ製造方法の実施例のうちいずれか一つに準拠した製造方法によって製造されることを特徴とする、ヘリカルアンテナに係る。

最後に、前述したアンテナ製造方法の実施例のうちいずれか一つに従った製造方法によって製造される、ことを特徴とする、アンテナのネットワークに係る。

これより、添付の図を参照しながら、本発明の他の特性及び利点について、説明的且つ非制限的な例をあげて詳述する。

これより詳述される、本発明を実施するための最良の形態において、本発明によるプリントづけは、このプリントづけによるワイヤの経路が螺旋になるよう、導電ワイヤを支持面に形成するために使用される。

当該目的に対し、アンテナ（導電ワイヤ）の放射の部分が当該材料に接触することを考慮にいれて、アンテナに要求される誘電率に従って電気的絶縁材料が選択される。

更に、当該材料は形成される能力を有しているため、本実施例において、当該材料は、例えばポリメタクリルイミドまたは拡張されたポリスチレンの発泡体を有する。既知の使用可能なポリメタクリルイミド発泡体は、例えば、１．０７乃至１．０８で変化する比誘電率（Ｅｒ）、及び０．０００２乃至０．０００３で変化する誘電損率を有する。

拡張されたポリスチレン発泡体は、例えば、１．５６と同等のオーダの比誘電率、及び０．００２と同等のオーダの誘電損率を有する。

その後、上述した２つの方法のうちいずれか一方が実施され、発泡体上にプリントを生成する。

図２ａ及び２ｂに示される第１の方法が適用されるのは、ヘリカルアンテナ金型又はひな型２０２が、これより詳述されるとおり、発泡体要素にアンテナを押し込む際に、アンテナの形がくずれないよう十分な剛性、特に十分大きな断面を示す、製造するアンテナに類似した方法で実現される場合である。

当然のことながら、この螺旋ひな型２０２は、方向２０６に沿って、ひな型２０２が発泡体に完全に挿入されるまで容積にひな型２０２を横方向に押し込むことによって、発泡体の容積２０８のいずれか１つの面にこのひな型のプリント２１０を形成するよう、使用される。

従って、その後、これより詳述されるように形成されたプリントに導電材料が被着されるようプリントを付すことによって、ひな型２０２が発泡体の容積２０８に適合する十分な機械的強度を有するよう、ひな型２０２の断面は大きくなければならないと考えられる。

実際のところ、図２ｂにおいて矢印２００によって図示される通り、ひな型２０２を除去する際、三次元のプリントは発泡体２０８に残る。

形を変更せずに十分な機械的特性を有する低コストのひな型を生産するのが難しい場合、もしくは、導線ワイヤの断面が小さい場合、このようにして作られたプリントに浮き彫りで導線をプリントづけすることは難しい。

このため、第２の方法により、絶縁要素の表面にプリント３０２を生成することによって、絶縁要素３００においてプリントを生成する。絶縁要素は、ヘリカルアンテナの軸と呼ばれる長手方向軸３０６に沿って、連続した平行な溝３０４を有する。

当該溝の断面は、数学的に予め、又は、算出方法によって実験的に、例えば、このプリントは、製造されるべきアンテナ用のひな型としての仮想理想ヘリカルアンテナを横方向から見た投影に対応する、ことを考慮に入れることによって決定される。

当該溝は、製造するヘリカルアンテナに必要なピッチと同等の最大振幅ピッチ３０８を有する。溝の長手方向軸３１２とアンテナ軸に対して垂直な３１４との間の角度３１０は、製造するヘリカルアンテナに必要な傾斜角である。

図３ｂにおいて詳しく示される溝３０４は、断面を有する。それは、絶縁要素３００の表面に対して垂直である方向３１６に従って、後者の螺旋を溝に投影することにより、仮装理想螺旋と同じ三次元で螺旋を描いて後者の螺旋が取得されるためである。

以下に詳述される方法のいずれかに従ったプリントの形成後、プリントの形に沿って以前に製造されたステンシルが置かれる。

かかるステンシルは、例えば、生成されるべきプリントの幅と同じ幅をもつ一片のような鋳型形成された金属のシートであり、ステンシルに裁断されたものである。この型取りのための裁断は、例えば水噴射圧力又はシートに対して垂直なレーザ等によって達成され、螺旋軸に平行な平面に螺旋投影される。

ステンシルが置かれると、プリント上の導線の所定の厚さを獲得するために、時間及び／又は吹付けの密度等の特定の処理要因に従って、導電材料（例えば金属）が吹き付けられる。また、必要であれば、絶縁要素の一部分が、形成される螺旋に接続を形成する。このように絶縁要素に形成された導線の被着物は、所定の螺旋空間を示す。

絶縁要素上に導電材料を被着することによって形成される螺旋形の特質は、以下の通りである。導電材料とプリントにおける絶縁要素との間の接触面は、ある部分（例えば図２のポイント２１２又は図３の３２２のように、プリントのピークに対応するもの）は螺旋の内側に位置し、他の部分（図２におけるポイント２１４又は図３の３２０のように、プリントの溝に対応するもの）は螺旋の外側に位置する。

螺旋４００のネットワーク（図４）は、また、例えば発泡体ブロックのような同一の絶縁要素４０２に複数のアンテナ形成する、ヘリカルアンテナの製造方法を使用することによって形成されうる。

図４を参照して詳述される実施例においては、４つの螺旋４０４、４０６、４０８、４１０は、本発明の方法を利用して、同一の発泡体ブロックに生成される。

従って、接地平面を有する基板４１２における４つの螺旋と、例えばアンテナ・ネットワーク全体が剛性であるようプリントづけ又は浮き彫りにされた励起ネットワーク４１４とを、結合することが可能である。

本発明は、とりわけ、放射要素用に生成されうる多種の特徴と、駆動回路の可能な追加（例えば、基板及び接地平面付きのマイクロストリップ）と、所定の誘電率に従ったアンテナの支持材料とに関連する、多くの変化形を有しうる。

単一のヘリカルアンテナを示す線図である。 単一のヘリカルアンテナを示す線図である。 本発明の第１の最良の形態によるアンテナの製造方法の段階を示す線図である。 本発明の第２の最良の形態によるアンテナの製造に使用される絶縁要素を示すダイアグラムである。 本発明の第２の最良の形態によるアンテナの製造に使用される絶縁要素を示すダイアグラムである。 本発明によるヘリカルアンテナのネットワークの実施例を示すダイアグラムである。

符号の説明

４００ アンテナのネットワーク
４０２ 電気的絶縁材要素
４０４ アンテナ
４０６ アンテナ
４０８ アンテナ
４１０ アンテナ
４１２ 基板
４１４ ネットワーク

Claims (17)

1. 導体材料で形成された導線を有し、経路が螺旋形を有する、アンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）の製造方法であって、
   プリント（２１０、３０２）が、前記螺旋形が前記プリント（２１０、３０２）に前記導電材を被着することによって形成されるよう、電気的絶縁材要素（２０８、３００、４０２）の一側に浮き彫りに形成されることを特徴とする、アンテナの製造方法。
2. 前記導体材料と前記プリント（２１０、３０２）における前記絶縁要素（２０８、３００、４０２）との間の接触面が、ある部分は前記螺旋内に、また、他の部分は前記螺旋外に位置することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記電気的絶縁材の要素（２０８、３００、４０２）は、モールド成型又は形成によって取得されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一項記載の方法。
4. 前記導電要素は、前記絶縁要素に金属材料を被着することによって形成されることを特徴する、請求項１、２又は３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 前記絶縁要素（２０８、３００、４０２）が、発泡体であることを特徴とする、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
6. 前記プリント（２１０）は、前記絶縁要素（２０８）の一側に螺旋金型（２０２）の機械的圧力によって形成される、ことを特徴とする、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
7. 前記プリント（２１０）を形成する螺旋金型（２０２）は、製造する前記アンテナのひな型であることを特徴とする、請求項６記載の方法。
8. 前記プリント（２１０、３０２）は、
   ヘリカルアンテナに必要な軸に対応す長手方向軸に沿い、本質的に互いに対して平行であり、且つ、ヘリカルアンテナに要求されるピッチと等しい最大振幅ピッチで均一な間隔をあけた連続する溝と、溝の方向とヘリカルアンテナに要求される傾斜角に対応するアンテナ軸との間の角度と、を有することを特徴とする、請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の方法。
9. 前記導線は、ステンシルを用いて前記プリントに金属粒子を吹き付けることによって被着されることを特徴とする、請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の方法。
10. 前記ステンシルは、前記支持面の前記浮き彫りに対応する浮き彫りを有することを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 少なくとも２つのアンテナが螺旋形を有するアンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）のネットワーク（４００）を形成する方法であり、前記アンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）のうち少なくとも２つのアンテナが、前述した請求項のいずれかの方法に準拠した方法により製造されることを特徴とする、アンテナのネットワークを形成する方法。
12. 前記アンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）は、同一の電気的絶縁要素（２０８、３００、４０２）を用いて製造されることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
13. 前記アンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）は、前記電気的絶縁要素にプリントが付された導電回路によって接続されていることを特徴とする、請求項１１または１２のうちいずれか一項記載の方法。
14. 駆動回路は、前記電気的絶縁要素と一体になっていることを特徴とする、請求項１１、１２又は１３のうちいずれか一項記載の方法。
15. 前記駆動回路は、前記電気的絶縁要素に接着された基板にプリント又は彫りこみがされていることを特徴とする、請求項１４記載の方法。
16. ヘリカルアンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）は、請求項１乃至１０のうちいずれか一項記載の製造方法によって製造されることを特徴とする、ヘリカルアンテナ。
17. アンテナ（４０４、４０６、４０８、４１０）のネットワーク（４１４）は、請求項１乃至１５のうちいずれか一項記載の製造方法によって製造されることを特徴とする、ネットワーク。

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