JP2010068483A - スパイラルアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域特性を確保しつつ、アンテナの低背化を実現できるスパイラルアンテナを提供すること。
【解決手段】スパイラルアンテナは、誘電体基板上にスパイラル型にパターン形成されたアンテナ素子１１と、アンテナ素子１１との間に空隙を設けて形成されるキャビティ１３と、アンテナ素子１１とキャビティ１３との間に配置される磁性体１５とを備える。アンテナ素子１１とキャビティ１３との間の距離と磁性体の厚さの和が、スパイラルの中心部から外周に向かって増加するように階段状または傾斜状に形成される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、広帯域特性を有するスパイラルアンテナに関する。

アンテナの前方方向のみに電磁波を放射するスパイラルアンテナでは、アンテナとキャビティとの間に使用周波数に対応した空隙が設けられている。このキャビティ付きスパイラルアンテナでは、アンテナエレメントとキャビティの間の空隙は、使用周波数に対応した波長に依存するため、スペース的に大きくなってしまう。

そこで、キャビティ底部に電波吸収体を設けることで、広帯域特性を確保するマイクロストリップスパイラルアンテナが提案されている（特許文献１を参照。）。しかしながら、このアンテナのように電波吸収体を設けることで、広帯域特性を確保することは可能であるが、キャビティからアンテナまでの高さを低くする効果は得られず、アンテナとして厚くなってしまうという課題があった。
特開２０００−２５２７３８公報

上述したように、上記アンテナのようにキャビティ底部に電波吸収体を設けることで、広帯域特性を確保することが可能となるが、キャビティからアンテナまでの高さを低くする効果は得られず、高さのある設置スペースが必要となるという課題があった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、広帯域特性を確保しつつ、アンテナの低背化を実現できるスパイラルアンテナを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係るスパイラルアンテナは、誘電体基板上にスパイラル型にパターン形成されたアンテナ素子と、前記アンテナ素子との間に空隙を設けて形成されるキャビティと、前記アンテナ素子と前記キャビティとの間に配置される磁性体とを具備し、前記アンテナ素子と前記キャビティとの間の距離と前記磁性体の厚さの和が、前記スパイラルの中心部から外周に向かって増加するように階段状または傾斜状に形成してなるものである。

したがってこの発明によれば、広帯域特性を確保しつつ、アンテナの低背化を実現できるスパイラルアンテナを提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、この発明のスパイラルアンテナの一実施形態を示すアンテナ外形の斜視図である。図２は、図１に示すアンテナのＡ−Ａ’断面図である。

図１に示すように、このアンテナは、誘電体基板上に、スパイラル型にパターン形成されるアンテナエレメント１１を有し、アンテナエレメント１１との間に空隙をもってこの誘電体基板を支持する金属製のキャビティ１３を有する構造とする。また、アンテナエレメント１１とキャビティ１３との間に磁性体１５を有する。キャビティ１３及び磁性体１５は、図２に示すように、アンテナエレメント１１のスパイラルに応じて、アンテナエレメント１１とキャビティ１３との間の距離と磁性体１５の厚さの和が、アンテナの中心から外周に向かって厚みが増加するように階段状あるいは傾斜状に形成される。

次に、このように構成されたスパイラルアンテナの動作について説明する。
このスパイラルアンテナは、下限周波数においてはアンテナエレメントの最外周で共振する（図２中１４に示すエレメントに相当）。以降、周波数の上昇とともに、共振点はアンテナの中心方向（図２の給電点１２に近付く方向）に移動する。

アンテナエレメント１１と磁性体１５との距離をｄ、磁性体１５の厚みをｈ、スパイラルアンテナの共振周波数での波長をλとした場合、（ｄ／λ×ｈ／λ）が一定となる場合にアンテナのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）が良好であり、かつアンテナ利得が一定という関係がある。つまり、共振周波数が２倍になると、ｄ及びｈは半分になるため、アンテナエレメント１１とキャビティ１３との間の距離と磁性体１５の厚さの和（ｄ＋ｈ）が、図２に示すような階段状あるいは外周方向に向かって傾斜して間隔が広がっていくような断面とすることができる。

以上述べたように、上記実施形態では、スパイラルアンテナの共振周波数に応じて、磁性体の厚さ（ｈ）と、アンテナから磁性体までの距離（ｄ）とを変化させることにより、広い周波数範囲において利得が一定となり、かつ従来のスパイラルアンテナよりも高さの低いアンテナ素子を実現することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、円形のスパイラルアンテナであったが、この形状は必ずしも円形である必要はない。例えば、図３に示すように、スパイラル形状を四角形などの多角形とした場合でも同様の効果が得られる。また、１対のスパイラルアンテナを追加し、計２対のスパイラルアンテナと２つの給電点を有する構造すると、上記の効果をもち、かつ直交する２偏波（右旋円偏波と左旋円偏波）に対応することが可能である。

また、上記実施形態では、中心に給電点をもつ円形のアンテナエレメントとしていたが、図４に示すように、アンテナエレメントのいずれか一方のみ給電点を有する１点給電のスパイラルアンテナにより構成してもよい。更に、これらスパイラルアンテナの組み合わせを複数個規則的あるいは不規則的に、平面上に配置した、いわゆるアレーアンテナ装置として構成することもできる。

要するに、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の一実施形態に係るスパイラルアンテナの構成を示す斜視図。 図１に示したスパイラルアンテナのＡ−Ａ’の断面を示す図。 スパイラル形状を四角形とした場合のアンテナ構成を示す斜視図。 一点給電のスパイラルアンテナを用いたアンテナ構成を示す斜視図。

符号の説明

１１…アンテナエレメント、１２…給電点、１３…キャビティ、１４…下限周波数で共振するエレメント、１５…磁性体。

Claims (2)

1. 誘電体基板上にスパイラル型にパターン形成されたアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子との間に空隙を設けて形成されるキャビティと、
   前記アンテナ素子と前記キャビティとの間に配置される磁性体と
   を具備し、
   前記アンテナ素子と前記キャビティとの間の距離と前記磁性体の厚さの和が、前記スパイラルの中心部から外周に向かって増加するように階段状または傾斜状に形成してなることを特徴とするスパイラルアンテナ。
2. 前記アンテナ素子は、スパイラル形状が円形または多角形であ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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