JP2010521828A - 誘電体装荷アンテナ - Google Patents

Abstract

２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する誘電体装荷マルチフィラヘリカルアンテナが、一実施の形態では８つの同一の広がりを有する螺旋軌道、別の実施形態では６つのこのような軌道を有する３次元アンテナ素子構造によって画定される内部容積の大部分を占める、５を超える比誘電率を有する電気絶縁性コアを有する。アンテナは、バックファイヤアンテナ又はエンドファイヤアンテナであり、全てのヘリカル素子が、動作周波数で円偏波共振に寄与するように位相調整される。

Description

本発明は、２００ＭＨｚを超える周波数での動作用の誘電体装荷アンテナ及び当該アンテナを組み込んだ携帯無線端末に関する。

このようなアンテナは、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、及び特許文献７を含む、本出願人による数々の特許公報に開示されている。これらのアンテナのそれぞれには、５を超える比誘電率を有する材料から成る実質的に円筒形の電気絶縁性のコアに、少なくとも１対の直径方向に対向するヘリカルアンテナ素子がめっきされている。コアの材料は、コア外面によって画定される容積の大部分を占める。コアの一方の端面から他方の端面まで軸方向穴が貫通しており、この穴に、シールド導体によって囲まれる内側導体を備える同軸給電構造が収容される。穴の一端において、給電構造導体は、穴のその端に隣接して関連の接続部分を有する各アンテナ素子に接続される。穴の他端において、シールド導体は、アンテナ素子を連結する導体に接続され、この導体は、これらの例のそれぞれで、バランを形成するようにコアの一部を取り巻く導電性スリーブの形態をとる。アンテナ素子のそれぞれが、スリーブのリムを終点とし、それぞれが、その接続部から給電構造まで各螺旋経路をたどる。

上記の先行特許公開公報のいくつかは、主に円偏波電磁波の送受信のためのクワドリフィラ（４線巻）ヘリカルアンテナを開示している。これらのアンテナはそれぞれ、コアの円筒面にめっきされた４つの螺旋軌道、又は各群が複合アンテナ素子を形成しており細いスリットによって分離された２つの軌道を備える、４群の螺旋軌道を有する。

アンテナが有するヘリカルアンテナ素子が４つであるか２つであるかに関係なく、アンテナ素子を給電構造導体に接続する接続部分は、コアの平面状の端面にめっきされる半径方向の軌道である。

クワドリフィラヘリカルアンテナにインピーダンス整合回路網を設けることが知られている。これは、コアの上端面に固定される小型のプリント回路又は積層基板として具現することができ、ここで、上述の先行特許公開公報に開示されているような給電構造と半径方向接続部分との間の結合が行われる。このような整合回路網を有するアンテナは、本出願人による同時係属中の米国特許出願第１１／４７２，５８７号に開示されている。当該出願及び上記で言及した先行特許公開公報それぞれの開示は、参照により本明細書に具体的に援用される。

英国特許出願公開第２２９２６３８号 英国特許出願公開第２３０９５９２号 英国特許出願公開第２３１０５４３号 英国特許出願公開第２３３８６０５号 英国特許出願公開第２３４６０１４号 英国特許出願公開第２３５１８５０号 英国特許出願公開第２３６７４２９号

改良型の誘電体装荷アンテナを提供することが、本発明の目的である。

本発明の第１の態様によれば、２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する誘電体装荷アンテナは、５を超える比誘電率を有しコア外面によって画定される内側容積の大部分を占める固体材料から成る電気絶縁性コアと、コア外面上にあるか又はコア外面に隣接しており少なくとも６つの細長い導電性アンテナ素子を備える３次元アンテナ素子構造とを備える。アンテナ素子は通常、実質的に軸方向に同一の広がりを有し、アンテナの軸を中心に実質的に均一に離間しており、それぞれが軸の直径方向に対置されるように並んで対になって配置される。アンテナは、動作周波数で円偏波共振モードで共振し、この共振モードは、回転双極子を特徴とし、細長いアンテナ素子のそれぞれで回転方向に連続して最大電圧が誘起される。

好ましいアンテナは、１対のアンテナ素子結合ノードを含み、上記素子対は、一方のアンテナ素子が結合ノードの一方に接続され、別のアンテナ素子が他方の結合ノードに接続されている。好ましいアンテナは、有利には細長い導電性素子の端を相互接続する導電性リングの形態の、細長いアンテナ素子に共通の相互接続導体も有する。この導体は、軸を取り巻き、軸に対して垂直に延びる平面内に概ねあり得る。好ましくは、この相互接続導体は、コアの外側面部分を取り巻いてコアの周りに導電路を画定する。細長いアンテナ素子はそれぞれ、結合ノードのいずれかに接続される第１の端と、共通の相互接続導体に接続される第２の端とを有し、第２の端の接続部は等間隔の接続点にある。

有利には、共通の相互接続導体によって形成される導電路の電気長は、アンテナの動作周波数に対応する整数（１、２、３…）の管内波長と実質的に等しい。これにより、共通の相互接続導体が動作周波数でリング共振を起こすことで、均一に離間した細長いアンテナ素子の周りの回転双極子の進行が促されるため、アンテナの円偏波共振モードが改善される。

共通の相互接続導体は、細い環状の導電性軌道であり、その両縁がコアの外側面部分上にある。このような構成は、エンドファイヤマルチフィラ（多線巻）ヘリカルアンテナに特に適している。代替的に、共通の相互接続導体は、コアを囲み端面部分の上に延びて同軸伝送線路給電線のシールド導体と接続する導電性スリーブによって構成され得る。この給電線は、コアの反対側の端面部分の細長いアンテナ素子との接続部までコアを貫通する。このようなスリーブは、本出願人による上述の先行特許出願に記載されているように、一体型バランを形成し得る。

細長いアンテナ素子の端同士は、中心軸を中心に等角度で離間させ、物理的間隔を各素子における電圧と電流との位相差と等しくすることが好ましい。概して、連続する細長いアンテナ素子間の物理的角度間隔は、螺旋の両端とそれらの端間の場所とで２：１よりも大きく変わらない。

本発明の一実施の形態では、細長いアンテナ素子は、実質的に等しい長さの螺旋である。特に動作周波数でリング共振を示す共通の相互接続導体では、細長いアンテナ素子の電流及び電圧の位相調整は、当該素子の電気長に完全には依存しない。しかしながら、他の実施の形態では、素子の位相調整は、第１の端が結合ノードのそれぞれに接続されている各素子群のアンテナ素子の上述の第２の端が第１の端から異なる距離にあるように、共通の相互接続導体が非平面状の経路をたどるようにすることによって行うことができ、アンテナの中心軸を中心とした所与の回転方向での上記距離の変動性は、素子の第１の端と各結合ノードとの間の接続部の配置に依存する。特に、接続部の配置における縁端効果が、例えば各群の内側素子を構成する素子が外側素子よりも長くなるように素子長さの非単調
推移に有利に働く傾向があることが分かっている。しかしながら、アンテナの中心軸を中心とした所与の回転方向で、各群のアンテナ素子の第２の端を第１の端に徐々に近づけることも可能である。特に、共通の相互接続導体によって与えられる導電路は、第１の端が結合ノードのそれぞれに接続されている上記素子の各群のアンテナ素子同士の間で第１の方向に傾斜するか又は徐々に段差が付けられ、且つ群間で逆方向に傾斜するか又は段差が付けられ得る。したがって、この例では、導電路は２つの山及び２つの谷を有するものとみなすことができ、山及び谷は交互にできており、山と谷との間の傾きは、第１の方向の２つの傾きが逆方向の２つの傾きよりもはるかに緩やかであるようになっている。

好ましい一実施の形態では、細長いアンテナ素子はそれぞれ、各自の結合ノードに結合されるその第１の端と、第１の端から離間しているその第２の端とを有し、素子は、各自の結合ノードと第２の端との間に所定の電気路長を与えるような寸法にされている。細長いアンテナ素子は、隣接する素子の群からの各ノードに結合され、隣接する素子は、軸に関して角度的に離間するように、且つ各自の電気路長が異なることによって単調推移を形成するように配置され、推移の向きは、各群で同じである。

アンテナ素子の第２の端は、互いに連結されることが好ましい。したがって、好ましい実施の形態では、当該素子の各対の細長いアンテナ素子それぞれが、結合ノードのそれぞれに結合される第１の端と、対の他方の細長いアンテナ素子の第２の端に連結される第２の端とを有して、軸を中心に概ね対称であり所定の共振周波数を有する導電性ループの少なくとも一部を形成する。上記細長いアンテナ素子対によって形成されるループは、軸に関して角度分配され、ループのそれぞれの共振周波数は、軸を中心とした角度向きと共に単調に変わる。このような場合、細長いアンテナ素子の第２の端は、コアを取り巻く共通の相互接続導体によって互いに連結され得ることで、素子と相互接続導体の共通の環状縁との接続部によって画定されることになり、この縁は、その軸方向位置に関して細長いアンテナ素子の各群を通して高さが非単調に変わる。

本発明の好ましい実施の形態では、ヘリカルアンテナ素子における電流及び電圧の位相調整が、外部回路網を用いるのではなくコア上の導体によって行われることに留意されたい。

本発明の好ましい実施の形態はそれぞれ、コアの円筒面部分上に４対の細長いヘリカルアンテナ素子を有するオクタフィラ（８線巻）ヘリカルアンテナの形態をとり、隣接する上記素子の角度間隔は、シリンダ軸から４５度である。好ましくは、各ヘリカル素子は、軸を中心に半周するが、１／４周の素子が用いられてもよい。概して、素子は、Ｍ／４周することができ、この場合、Ｍは整数（１、２、３…）である。

ヘリカル素子は、コア外側面部分上に導電性軌道を備えることが好ましい。これらは、純粋な螺旋であってもよく、又は例えば蛇行させることによって純粋な螺旋経路から逸れていてもよい。いずれの場合も、例えば縁の一方のみを蛇行させることによって、又は軌道の２つの縁を異なる振幅に蛇行させることによって、それらの電気長を変えることも可能である。このアンテナは、放射構造の導電性軌道の縁の数がより多いため、同等のクワドリフィラアンテナに関連する効率よりも効率が高いことに留意すべきである。このようなアンテナの通常の動作周波数では、電流が導体の縁又は周縁に制限される傾向がある。その結果、並列に接続される縁の数を増やすと抵抗損が減ることで効率が高まることになる。この効率向上を用いて、受信装置の感度を高めると共に送信装置の有効伝送電力を大きくすることができる。代替的に、これを用いて、所与の効率の従来のアンテナよりも小さなアンテナを提供することができる。したがって、例えば、直径１０ｍｍの誘電体装荷アンテナが所定の目的で用いられている場合、本明細書に記載されているようなアンテナは、効率の著しい損失を伴わずに直径７．５ｍｍで作ることができる。このような場合、
コア材料の比誘電率は、通常は５０〜１００の範囲にある。

本発明の一実施の形態では、上述の結合ノードのそれぞれに接続される細長いアンテナ素子は、互いに対して横方向に離間しており２つの外側素子及び同群の外側素子間に少なくとも１つの内側素子を有するアンテナ素子群を備え、上記内側素子は、外側素子よりも長い電気長を有する。このような構成は、コアの端面上の半径方向接続部分を用いて結合ノードをそれぞれの細長いアンテナ素子に接続するアンテナに特に適用可能である。

アンテナ素子構造が奇数対の細長いアンテナ素子を備える場合、各結合ノードに結合される各素子群は、中央アンテナ素子及び外側素子を有する。中央アンテナ素子は、中央素子の各側にある同群のアンテナ素子にそれぞれ関連する共振周波数の中間の周波数で関連の共振を起こす。特に６つのヘリカルアンテナ素子を有するアンテナの場合に、奇数対の細長い導電性アンテナ素子が帯域幅に関して有利であることが分かっている。

本発明の好ましい実施の形態では、コア材料の比誘電率は、１０を超え、より好ましくは２０を超える。

本発明の第２の態様によれば、携帯無線通信端末が、上述のようなアンテナと、導電層を有する概ね平面状の回路基板とを含み、上記層は、アンテナのアンテナ素子構造に隣接する縁を有し、アンテナ軸に関してアンテナのコアから概ね半径方向外方に延びる。導電層は、軸と概ね平行な平面内又は軸を含む平面内にあり得る。このような構成は、アンテナの回路基板の導電層の離調効果に関して有利であり、少なくとも３対の細長い導電性アンテナ素子があることで、より少ない素子を有するマルチフィラヘリカルアンテナよりも離調の影響を受けにくく、導電層が通常は素子の軸方向長さにわたってアンテナ表面の比較的近くに、例えば通常は３ｍｍよりも大幅に近くに、また本発明による好ましい通信端末ではアンテナ素子構造の１ｍｍ以内にまで延びることができるほどになる。

次に、図面を参照して本発明を一例として説明する。

本発明による第１のアンテナの斜視図である。 遠位端及び片側から見た、図１のアンテナのめっきされたアンテナコアの斜視図である。 図１のアンテナの給電構造の軸方向断面図である。 平面に変換した、図１のアンテナの外側円筒面の導体パターンの図である。 代替的な導体パターンの同様の図である。 給電線伝送線路の遠位端部分から取り外した給電構造の積層基板を示す、図４に示す給電構造の細部である。 給電線構造の積層基板の１つの導電層の導体パターンを示す図である。 給電線構造の積層基板の１つの導電層の導体パターンを示す図である。 給電線構造の積層基板の１つの導電層の導体パターンを示す図である。 本発明による第２のアンテナの斜視図である。 図８のアンテナの導体パターンの透視図である。 平面に変換した、図８のアンテナの外側円筒面上の導体パターンの図である。 本発明による第３のアンテナとバラン・フロントエンド受信機回路を提供するプリント回路基板とを備えるアセンブリの斜視図である。 図１１のアセンブリのプリント回路基板及びそれが取り付けられるアンテナの部分の軸方向断面である。 本発明による携帯無線端末の概略斜視図である。 本発明による第２のアンテナの斜視図である。 図１４のアンテナのバランリムプロファイルを示す図である。 図１４のアンテナの導体軌道の個々の周波数応答を示すグラフである。

図１及び図２を参照すると、本発明によるオクタフィラヘリカルアンテナが、８つの細長いアンテナ素子を備えるアンテナ素子構造を有し、アンテナ素子は、８つの軸方向に同一の広がりを有する導電性の螺旋軌道１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈの形態で、円筒形コア１２の外側円筒面上にめっきされるか又は他の方法で金属化されている。コアは、セラミック材料から成る。この場合、これは３６付近の比誘電率を有するチタン酸バリウム材料である。この材料は、様々な温度での寸法安定性及び電気的安定性があることが知られている。誘電損失は概して無視できる程度である。この実施形態では、コアの直径は１０ｍｍである。コアの長さは、直径よりも大きいが、本発明の他の実施形態では直径よりも小さくてもよい。コアは、プレッシングによって作製されるが、押し出し法によって作製されてもよく、その後で焼成される。

この好ましいアンテナは、コアの遠位端面１２Ｄから近位端面１２Ｐまでコアを貫通する軸方向穴１２Ｂに収容される同軸伝送線路を有するという点で、バックファイヤヘリカルアンテナである。両端面１２Ｄ、１２Ｐが、平面状でありコアの中心軸に対して垂直である。これらは、本発明のこの実施形態では一方が遠位を向き他方が近位を向いているという点で、逆方向を向いている。同軸伝送線路は、外側シールド導体とコア１２の材料との間に誘電層が事実上あるように穴１２Ｂの壁からこのシールド導体を離間させて穴１２Ｂの中央に収容される、剛性の同軸給電線である。図３を参照すると、同軸伝送線路給電線は、導電性の管状外側シールド１６、第１の管状エアギャップ又は絶縁層１７、及び絶縁層１７によってシールドから絶縁されている細長い内側導体１８を有する。シールド１６は、シールドを穴１２Ｂの壁から隔てる、外向きに突出する一体形成されたばね突起１６Ｔ又はスペーサを有する。シールド１６と穴１２Ｂの壁との間には、第２の管状エアギャップが存在する。シールド１６と穴１２Ｂの壁との間の層と同様に、絶縁層１７は、代わりにプラスチックスリーブとして形成されてもよい。本出願人による同時係属中の米国特許出願第１１／４７２，５８７号に記載されているように、給電線の下側の近位端において、内側導体１８は、絶縁ブッシュ（図示せず）によってシールド１６内の中央に位置付けられる。

シールド１６と内側導体１８と絶縁層１７との組み合わせは、アンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈの遠位端をアンテナの接続先の装置の無線周波数（ＲＦ）回路に結合するためにアンテナコア１２を通る、所定の特性インピーダンスの、この場合は５０オームの伝送線路を構成する。アンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈと給電線との間の結合は、螺旋軌道１０Ａ〜１０Ｈに関連する導電性接続部分を介して行われ、これらの接続部分は、コア１２の遠位端面１２Ｄにめっきされた半径方向軌道１０ＡＲ、１０ＢＲ、１０ＣＲ、１０ＤＲ、１０ＥＲ、１０ＦＲ、１０ＧＲ、１０ＨＲとして形成される。各接続部分は、各螺旋軌道の遠位端から穴１２Ｂの端に隣接してコア遠位面１２Ｄにめっきされた２つの弧状導体１０ＡＤ、１０ＥＨの一方まで延びる。

本明細書で後述するように、２つの弧状導体１０ＡＤ、１０ＥＨは、コア遠位面１２Ｄに固定されている積層基板１９上の導体によってシールド導体１６及び内側導体１８にそれぞれ接続される。同軸伝送線路給電線及び積層基板１９は、コア１２への組み立て前に単一型給電構造を共同で構成し、それらの相互関係は、図１、図２、及び図３を比較することによって見ることができる。

図３を参照すると、伝送線路給電線の内側導体１８は、装置回路への接続のためにコア
１２の近位面１２Ｐからピンとして突出する近位部分１８Ｐを有する。同様に、シールド１６の近位端にある一体型のラグ（図示せず）が、装置回路接地との接続を行うためにコア近位面１２Ｐを越えて突出する。

アンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈの近位端は、共通の仮想接地導体２０に接続される。この実施形態では、共通の導体は、環状であり、コア１２の近位端部分を囲むめっきスリーブの形態である。このスリーブ２０は、さらに、コア１２の近位端面１２Ｐのめっき導電性被覆（図示せず）によって給電線のシールド導体１６に接続される。

８つのヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈは、当該素子の４つの対１０Ａ、１０Ｅ；１０Ｂ、１０Ｆ；１０Ｃ、１０Ｇ；１０Ｄ、１０Ｈを構成し、各対は、一方のヘリカル素子が弧状導体１０ＡＤ、１０ＥＨの一方に結合され、他方の素子が弧状導体１０ＥＨ、１０ＡＤの他方に結合され、そこから伝送線路給電線の内側導体１８及びシールド１６にそれぞれ結合される。したがって、実際には、８つのヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｄは、４つの１０Ａ〜１０Ｄ、１０Ｅ〜１０Ｈの２つの群に分けて配置され、一方の群の素子１０Ａ〜１０Ｄの全てが第１の弧状導体１０ＡＤに結合され、他方の群の素子１０Ｅ〜１０Ｈの全てが第２の弧状導体１０ＥＨに結合されるものとみなされ得る。したがって、２つの弧状導体は、各ヘリカルアンテナ素子を相互接続する第１の結合ノード及び第２の結合ノードを構成し、伝送線路給電線の導体のいずれかへの各群の素子の共通の接続部を提供する。

本発明のこの好ましい実施形態では、８つのヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈは長さが異なる。より具体的には、横方向に対向する素子の各対１０Ａ、１０Ｅ；１０Ｂ、１０Ｆ；１０Ｃ、１０Ｇ；１０Ｄ、１０Ｈが、同じ長さの２つの素子を有し、第１の対の素子１０Ａ、１０Ｅは第１の長さであり、第２の対の素子１０Ｂ、１０Ｆは第２の長さであり、第３の対の素子１０Ｃ、１０Ｇは第３の長さであり、残りの第４の対の素子１０Ｄ、１０Ｈは第４の長さである。個々の共振周波数の推移を得るために、各群の最も外側の素子の一方、この場合は素子１０Ａ及び１０Ｅを他方よりも短くするべきであることが分かっている。好ましくは、コア１２の遠位端面１２Ｄ上の導電性接続部分、すなわち半径方向軌道１０ＡＲ〜１０ＨＲ及び弧状導体１０ＡＤ、１０ＥＨの異なる経路長（図２で最もよく見える）と、アンテナの動作周波数での関連の縁端効果とを補償するために、他の素子１０Ｂ、１０Ｆ；１０Ｃ、１０Ｇ；１０Ｄ、１０Ｈの物理長は、徐々に長くなるのではなく実質的に等しい。これらの長さの差は、コアの遠位端面２０Ｄからスリーブ２０のリム２０Ｕまでの距離がコアの中心軸を中心とした角度位置に従って変わるように、スリーブ２０のリム２０Ｕを非平面状にすることによって得られる。これは、円筒面が平坦面に変換されているように示されるコア１２の外側円筒面上の導体パターンの図である、図４の図で最も明確に分かる。この変換図では、各ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈが直線状の導体軌道のように見える。見て分かるように、スリーブ２０は、４つの傾斜部分及び２つの平坦部分を有するリム２０Ｕを有する。これらの部分は、第１の方向に傾斜している第１の部分２０ＵＡＢと、遠位端１２Ｄ（図２）の縁と概ね平行であり第１の部分につながる第２の平坦部分２０ＵＢＤと、第２の方向に傾斜して第２の部分につながる第３の部分２０ＵＤＥと、第１の方向に再び傾斜して第３の部分につながる第４の部分２０ＵＥＦと、遠位端１２Ｄと平行な第５の部分２０ＵＦＨと、コアの周りの環を完成させるように、第２の方向に傾斜して第５の部分及び第１の部分につながる第６の部分２０ＵＨＡとを備える。図４に示すように、第１の群の素子１０Ａ〜１０Ｄの近位端をリムに等間隔で接続することによって、それらの長さは上述のように変わる。第２の群の素子１０Ｅ〜１０Ｈの近位端とリムとを同一に並置することから、同じ長さ変動が得られる。傾斜をたどる代わりに、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈで同じ長さの差を得るように各傾斜リム部分に段差を付けてもよいことを理解されたい。

本発明による代替的なオクタフィラアンテナでは、各群のアンテナ素子の長さは、コア１２の周りでの回転と共に単調に変わり得る。このような構成が図５に示されている。この場合、リム２０Ｕは、第１の方向に傾斜している第１の部分２０ＵＡＤと、第２の方向に傾斜して第１の部分につながる第２の部分２０ＵＤＥと、第１の方向に傾斜して第２の部分につながる第３の部分２０ＵＥＨと、コアの周りの環を完成させるように、第２の方向に傾斜して第３の部分及び第１の部分につながる第４の部分２０ＵＨＡとを備える、４つの傾斜部分を有する。このように、第１の群の素子１０Ａ〜１０Ｄの長さは、順次漸増される。同様に、第２の群の素子１０Ｅ〜１０Ｈの近位素子と第３のリム部分とを同一に並置することからも、漸増する素子長さが得られる。この場合、コア１２の周りのヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈの均一な間隔に起因して、第２のリム部分２０ＵＤＥ及び第４のリム部分２０ＵＨＡの傾きが第１の部分２０ＵＡＤ及び第３の部分２０ＵＥＨの傾きよりも急峻であることが明らかであろう。

したがって、要約すると、この好ましいアンテナのヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈは、３６０度／Ｎ（Ｎは素子の数である）の間隔でコア１２の周りで角度的に等間隔に離間しており、これらは、コア１２の中心軸に対して垂直なコアの遠位端面１２Ｄからのスリーブ２０のリム２０Ｕの距離の変動に起因して様々な長さのＮ／２個の素子をそれぞれが有する、２つの群に分けて配置される。各素子は、この実施形態では実質的にコアを半周するが、代替的な実施形態は、半周の他の整数倍（１、２、３…）の素子を用いてもよく、又は実際には１／４周の螺旋若しくはその倍数であってもよい。

導電性スリーブ２０、コアの近位端面１２Ｐ上のめっき、及び給電線の外側シールド１６は、アンテナがその動作周波数で動作するときに、装着時のアンテナの接続先である装置からの放射状アンテナ素子構造のコモンモードアイソレーションを提供する、１／４波長バランを共同で形成する。したがって、スリーブにおける電流は、スリーブリム２０Ｕに制限される。したがって、動作周波数では、スリーブ２０のリム２０Ｕ及び各対１０Ａ、１０Ｅ〜１０Ｄ、１０Ｈのヘリカル素子は、平衡給電に接続される各導電性ループを形成し、電流がリム２０Ｕを介して各対の素子間に流れる。

本発明のこの好ましい実施形態では、スリーブの円周は、動作周波数での整数の管内波長と等しい。これには、ヘリカル素子対及びリムによって形成される上述の導電性ループの、動作周波数での共振から生じる共振モードを強化する効果がある。特に、上述の特許文献５に記載されているように、スリーブ２０は、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈとは無関係にそれ自体が共振構造として働く。したがって、動作波長と等しい電気長を有するスリーブのリム２０Ｕは、リングモードで共振する。ヘリカル素子対及びリム２０Ｕによって形成されるループによる共振モードの強化は、特許文献５に記載されているように、ヘリカル素子のそれぞれとリム２０Ｕとの合流点で、リムによって表されるリングに波が注入され、続いてその波がリム２０Ｕを巡って進んでスピン双極子を形成することを想像することによって、可視化することができる。リム２０Ｕの電気長に起因して、注入波がリム２０Ｕを巡って進んで注入点に帰着すると、各ヘリカル素子から次の波が注入されることによって最初の波を強化する。この建設的な波の組み合わせは、リムの共振長に起因する。

円偏波電磁波に関するアンテナの動作への寄与における、スリーブ２０及びコアの近位端面１２Ｐ上のめっきのリング共振及び作用のさらなる詳細は、上述の特許文献５に含まれている。本発明のこの実施形態のスリーブ及びめっきは、バラン機能及びリング共振の両方を提供するという点で有利だが、本実施形態のように開口空洞を形成するように給電線シールド導体１６に接続されているスリーブの形態ではなく、コア１２を取り巻いてコアの外側面部分上に近位縁及び遠位縁の両方を有する環状導体に、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈを接続することによって、リング共振を独立して提供することもできる。このよう
な導体は、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈを形成する導電性軌道の幅と同様の幅の環状軌道を構成することができ、且つ、動作周波数での管内波長の整数倍（１、２、３…）に対応する電気長を有するという条件でヘリカル素子及びそれらの相互接続部によって提供されるループに関連する共振モードを強化するリング共振を依然として発生させる限り、比較的狭くてもよい。この説明の環状軌道を有するアンテナについて後述する。

ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈ及びそれらの相互接続部によって表されるループは、その共振挙動に関して、アンテナの動作周波数でアンテナが円偏波信号を感受する共振モードで動作するように組み合わさる。ヘリカル素子の各対１０Ａ、１０Ｅ；１０Ｂ、１０Ｆ；１０Ｃ、１０Ｇ；１０Ｄ、１０Ｈは、アンテナの単一の動作周波数帯域内で関連する共振を起こし、以下のように、対の全てが協働して共通の円偏波共振を形成する。アンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈの長さが異なることで、各群１０Ａ〜１０Ｄ、１０Ｅ〜１０Ｈの異なる素子における電流間で３６０度／Ｎ（４５度）の位相差が生じる。後述するように、この共振モードでは、電流は、一方では内側給電線導体１８に結合されている各対１０Ａ、１０Ｅ；１０Ｂ、１０Ｆ；１０Ｃ、１０Ｇ；１０Ｄ、１０Ｈのヘリカル素子と、他方では積層基板１９の結合導体によってシールド１６に接続されている各対１０Ａ、１０Ｅ；１０Ｂ、１０Ｆ；１０Ｃ、１０Ｇ；１０Ｄ、１０Ｈのヘリカル素子との間で、リム２０Ｕを巡って流れる。スリーブ２０及びコアの近位端面１２Ｐ上のめっきは、コアの近位端面１２Ｐにおいてアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈからシールド導体１６に電流が流れるのを防止するトラップとして共同で働く。

バランスリーブを有する誘電体装荷マルチフィラヘリカルアンテナの動作は、上述の特許文献１及び特許文献３により詳細に記載されている。

給電線伝送線路は、アンテナ素子構造への信号の搬送又はアンテナ素子構造からの信号の搬送のために５０オームの特性インピーダンスを有する単なる線路として以外の機能を果たす。第１に、上述のように、シールド１６は、スリーブ２０と組み合わせて、アンテナ素子構造への給電構造の接続点でコモンモードアイソレーションを提供するように働く。シールド導体の（ａ）コアの近位端面１２Ｐ上のめっき２２との接続部と（ｂ）積層基板１９上の導体への接続部との間の長さは、穴１２Ｂの寸法及びシールド１６と穴の壁との間の空間を埋める材料の誘電率と合わせて、シールド１６の外面上の電気長がアンテナの所要共振モードの周波数で少なくとも約１／４波長となるようなものであるため、導電性スリーブ２０とめっき２２とシールド１６との組み合わせは、アンテナ素子構造への給電構造の接続部における平衡電流を促進させる。

この好ましいアンテナでは、給電構造のシールド１６を囲む絶縁層がある。この層は、コア１２の誘電率よりも低い誘電率であり、コア１２がシールド１６の電気長に、ひいてはシールド１６の外側に関連するあらゆる縦共振に及ぼす効果を弱める。所要動作周波数に関連する共振モードは、円筒形コアの軸から直径方向すなわち横断方向に延びる電圧双極子によって特徴付けられるため、低誘電率のスリーブが所要共振モードに及ぼす効果は、少なくとも好ましい実施形態ではスリーブの厚さがコアの厚さよりも大幅に薄いことにより比較的小さくなる。したがって、シールド１６に関連する線形共振モードを所望の共振モードから切り離すことが可能である。

アンテナは、５００ＭＨｚ以上の主要共振周波数を有し、この共振周波数は、ヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈの有効電気長によって決定され、それよりも程度は低いがそれらの幅によっても決定される。素子の長さは、所与の共振周波数に関してコア材料の比誘電率にも依存し、アンテナの寸法は、空芯クワドリフィラアンテナに関しては実質的に小さくなる。

アンテナは、１６１３．８ＭＨｚ〜１６２６．５ＭＨｚのイリジウム帯域での衛星電話及びメッセージ通信に特に適している。この場合、コア１２の直径は約１０ｍｍであり、長手方向に延びるアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｄの平均長手方向範囲（すなわち中心軸と平行な範囲）は約１２ｍｍである。導電性スリーブ２０の長さは、通常はおよそ５．５ｍｍである。アンテナ素子１０Ａ〜１０Ｄの正確な寸法は、設計段階で、所要の位相差が得られるまで固有遅延測定を行うことによって試行錯誤を経て決定され得る。穴１２Ｂ内の同軸伝送線路の直径は、およそ２ｍｍである。

図１〜図４を参照して上述した特徴を有する代替的なアンテナは、ＬバンドＧＰＳサービスの周波数である１５７５ＭＨｚで共振する。この場合、コアの直径は７．５ｍｍであり、アンテナ素子の平均長手方向範囲は約７ｍｍであり、バランスリーブの長さは約２ｍｍである。コア材料の比誘電率は、この場合はより高く、通常は７６である。

給電構造のさらなる詳細を次に説明する。給電構造は、同軸５０オーム線路１６、１７、１８と、線路の遠位端に接続される平面状の積層基板１９との組み合わせを備える。積層基板１９は、コア１２の遠位端面１２Ｄに平らに対面接触している多層プリント回路基板（ＰＣＢ）である。ＰＣＢ１９の最大寸法は、コア１２の直径よりも小さいため、ＰＣＢ１９は、図１に示すようにコア１２の遠位端面１２Ｄの周縁内に完全に納まる。

この実施形態では、ＰＣＢ１９は、コアの遠位面１２Ｄ上の中央に位置付けられるディスクの形態である。その直径は、コア遠位面１２Ｄ上にめっきされている弧状の素子間結合導体１０ＡＤ、１０ＥＨの上を覆うような直径である。図６に示すように、ＰＣＢは、同軸給電線伝送線路の内側導体１８を収納する実質的に中央にある孔３２を有する。３つの偏心孔３４が、シールド１６の遠位ラグ１６Ｇを収納する。ラグ１６Ｇは、同軸給電線構造に対するＰＣＢ１９の位置付けを助けるように屈曲又は「湾曲」している。４つの孔３２の全てが中までめっきされている。さらに、ＰＣＢ１９の周縁の部分１９Ｐがめっきされており、このめっきは基板の近位面及び遠位面まで延びる。

ＰＣＢ１９は、複数の絶縁層及び複数の導電層を有するという点で多層基板である。この実施形態では、基板は、遠位層３６及び近位層３８を含む２つの絶縁層を有する。導体層は以下のように３つある：遠位層４０、中間層４２、及び近位層４４。図６に示すように、中間導体層４２は、遠位絶縁層３６と近位絶縁層３８との間に挟まれている。図７Ａ〜図７Ｃに示すように、各導体層は、それぞれの導体パターンをエッチングされている。導体パターンがＰＣＢ１９の周縁部分１９Ｐ及びめっき貫通孔３２、３４まで延びた所で、異なる層の各導体は、縁のめっき及び孔のめっきそれぞれによって相互接続される。導体層４０、４２、及び４４の導体パターンを示す図から分かるように、中間層４２は、内側導体１８（孔３２内に着座しているとき）への接続部から半径方向アンテナ素子接続部分１０ＡＲ〜１０ＤＲの方向に半径方向に延びる扇形すなわちセクタ形の形状の第１の導体領域４２Ｃを有する。この導電領域４２Ｃの直下で、近位導体層４４は、給電線のシールド１６（めっきビア３４内に収納されているとき）との接続部から半径方向接続素子１０ＡＲ〜１０ＤＲを相互接続する弧状又は部分環状軌道１０ＡＤの上を覆う基板周縁１９Ｐまで延びる概ねセクタ形の領域４４Ｃを有する。このようにして、内側給電線導体１８と給電線シールド１６との間に分路コンデンサ（シャントキャパシタ）が形成され、近位絶縁層３８の材料がコンデンサ誘電体として働く。この材料は、通常は５を超える誘電率を有する。

中間導電層４２の導体パターンは、弧状又は部分環状軌道１０ＥＨの上を覆うように内側給電線導体１８との接続部から第２のめっき外周縁１９Ｐまで延びる第２の導体領域４２Ｌを有するようなものである。その下で対応する導電領域は導体層４４にない。中央孔３２とめっき周縁部分１９Ｐとの間で弧状軌道１０ＥＨの上を覆う導電領域４２Ｌは、給
電線の内側導体１８とヘリカルアンテナ素子１０Ｅ〜１０Ｈの群の１つとの間で直列インダクタンスとして働く。

ＰＣＢ１９と細長い給電線１６〜１８との組み合わせが、ＰＣＢ１９の近位面をコア１２の遠位面１２Ｄと接触させて上述のように弧状の相互接続素子１０ＡＤ及び１０ＥＨの上に位置合わせして、コアに取り付けられると、周縁部分１９Ｐとその下にあるコア遠位面１２Ｄ上の軌道との接続が行われて、分路コンデンサ及び直列インダクタンスを有するリアクタンス整合回路が形成される。

ＰＣＢ１９の近位絶縁層は、層３８に関して１０付近の比誘電率を与えるようにセラミック充填プラスチックから形成される。遠位絶縁層３６は、同じ材料又はより誘電率の低い材料、例えばＦＲ−４エポキシ基板から成っていてもよい。近位層３８の厚さは、遠位層３６の厚さよりもはるかに薄い。実際には、遠位層３６は、近位層３８のための支持体として働き得る。

給電線１６〜１８と、ＰＣＢ１９と、コアの遠位面１２Ｄ上の導電性軌道との間の接続は、はんだ付けによって、又は導電性接着剤での接合によって行われる。給電線１６〜１８及びＰＣＢ１９は、内側導体１８の遠位端がＰＣＢ１９のビア３２内にはんだ付けされてシールドラグ１６Ｇが各偏心ビア３４内にはんだ付けされると、単一型給電構造を共同で形成する。給電線１６〜１８及びＰＣＢ１９は、整合回路網が一体化された単一型給電構造を共同で形成する。

分路キャパシタンス及び直列インダクタンスは、同軸伝送線路の遠位端とアンテナの放射状アンテナ素子構造との間に整合回路網を形成する。分路キャパシタンス及び直列インダクタンスは、共同で、シールド１６、絶縁層１７、及び内側導体１８として物理的に具現される同軸線路の近位端が５０オーム終端器を有する無線周波数回路に接続されたときにその同軸線路によって表されるインピーダンスの整合を取り、この同軸線路インピーダンスを、その１つ又は複数の動作周波数でのアンテナ素子構造のインピーダンスに整合させる。

上述のように、給電構造は、アンテナコア１２に挿入される前に、積層基板１９を同軸線路１６〜１８に締結してユニットとして組み立てられる。基板１９を一体部品として含む単一の構成部品として給電構造を形成することで、（ｉ）単一型給電構造を穴１２Ｂに滑り込ませ、（ｉｉ）シールド１６の露出近位端部分の周りに導電性のフェルール又は座金を嵌める、という２つの動作で給電構造の導入を行うことができるという点で、アンテナの組み立て費用が実質的に減る。フェルールは、シールド構成部品１６への押し込み嵌めであり得るか、又はシールドに圧着される。給電構造をコアに挿入する前に、コア１２の遠位端面１２Ｄ上及びめっき２２上の、穴１２Ｂの各端に直接隣接するアンテナ素子構造の接続部分に、はんだペーストを塗布することが好ましい。したがって、上記のステップ（ｉ）及び（ｉｉ）の完了後、アセンブリは、はんだリフロー炉に通すことができるか、又は単一のはんだ付けステップとして、レーザはんだ付け、誘導はんだ付け、若しくはホットエアはんだ付け等の代替的なはんだ付けプロセスを施すことができる。

（ａ）基板１９の周縁面及び近位面上の導体と（ｂ）コアの遠位面１２Ｄ上の金属化導体との間に形成されるはんだブリッジ、及びそれら導体自体の形状は、基板がコア上で正しい向きにあるときにリフローはんだ付け中に平衡な回転メニスカス力を提供するように構成される。

上述のアンテナは、円筒形コアの周りで均一に離間している異なる物理長の単純な螺旋であるアンテナ素子を有する。本発明の範囲内で変形形態が可能である。これらには、ヘ
リカル素子の物理長が互いに等しく、その代わりに、コアの遠位端面１２Ｄ上にめっきされた導電性接続部分１０ＡＲ〜１０ＨＲが異なる有効長になるようにすることによってループの長さの差が得られるようなアンテナが含まれる。代替的に、異なる電気長を与えるようにヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈの幅を変えてもよい。ヘリカル素子の物理長と、横方向に対向するヘリカル素子対及びそれらの相互接続部によって表されるループの電気長とを、同様に等しくして、コアの周りに分配される複数の軸方向に同一の広がりを有するヘリカル素子が、特に動作周波数の管内波長と等しい環状の電気長又はその１以外の整数倍の電気長を有するスリーブ２０等の環状導体によって相互接続された状態で存在することのみによって、円偏波電磁波に対する必要な応答及び関連の放射パターンを得ることも可能である。ヘリカル素子の各群１０Ａ〜１０Ｄ、１０Ｅ〜１０Ｈの連続する素子間の電気長に変化をつける１つの方法は、電気長を長くするために必要な素子を蛇行させることである。実際には、素子１０Ｅ〜１０Ｈの全てを蛇行させることができるが、蛇行の程度はそれぞれ異なる。特定の素子の一方又は両方の縁を蛇行させることも可能である。このようなアンテナの１つが、図８及び図９に示されている。アンテナの外側円筒面部分のそれぞれの「展開した」導電パターンが、図１０に示されている。

図８〜図１０を参照すると、本発明によるこの第２のアンテナは、図１〜図７を参照して上述した第１のアンテナのように、コア１２の外側円筒面部分上にめっきされた導電性軌道の形態の８つのヘリカルアンテナ素子を有する。前述のように、これらのヘリカル素子は、２つの群１０Ａ〜１０Ｄ、１０Ｅ〜１０Ｈに分けて配置され、各群の素子は、第１の実施形態のように、全てがコア１２の遠位面１２Ｄにめっきされているそれぞれの半径方向軌道１０ＡＲ〜１０ＤＲ、１０ＥＲ〜１０ＨＲ及びそれぞれの弧状相互接続軌道１０ＡＤ、１０ＥＨに接続されている。しかしながら、この例では、各群のヘリカル素子が蛇行縁を有する。図１０で最もよく見えるように、各群の外側素子１０Ａ、１０Ｄ；１０Ｅ、１０Ｈはそれぞれ、一方の縁が蛇行しており他方の縁が平面状の螺旋になっているが、各群の内側素子１０Ｂ、１０Ｃ；１０Ｆ、１０Ｇはそれぞれ、両方の縁が蛇行している。このような蛇行の効果として、内側素子１０Ｂ、１０Ｃ；１０Ｆ、１０Ｇが外側素子１０Ａ、１０Ｂ；１０Ｅ、１０Ｈよりも長い電気長を有するようになる。この構成が選択される理由は、この実施形態では、半径方向接続軌道１０ＡＲ〜１０ＨＲ及びそれらの弧状相互接続導体１０ＡＤ、１０ＥＨの構成が、給電構造１６〜１９と各群の外側ヘリカル素子１０Ａ、１０Ｄ；１０Ｅ、１０Ｈの遠位端との間の導電路の電気長が内側ヘリカル素子１０Ｂ、１０Ｃ；１０Ｆ、１０Ｇの上端への対応する接続部の電気長よりも長くなるようになっているからである。したがって、蛇行は、遠位面１２Ｄ上の導体の電気長の差を補償する。この例では、蛇行を用いてヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈ間の長さに差をつけるのは、位相差を生じさせるためではないが、上述のように、この目的で蛇行を用いることが可能である。この実施形態では、図１〜図７を参照して上述した第１の実施形態のように、ヘリカル素子の長さに変化をつけるのに用いられるのは、非平面状のスリーブリム２０Ｕである。

これまで説明した実施形態は、コア軸上でコアを貫通する伝送線路を含む給電線に放射状素子（端面上の螺旋状軌道及びそれぞれの接続導体）が結合される側のアンテナの端面から、外向きの放射パターンを作り出すため、いわゆる「バックファイヤ」アンテナである。本発明は、給電接続点が近位端に、すなわちアンテナの円偏波の放射パターンの最大放射方向とは逆の端にある、「エンドファイヤ」アンテナにも適用可能である。本発明の範囲内にあるこのようなアンテナを、次に図１１及び図１２を参照して説明する。

図１１を参照すると、本発明による第３のアンテナは、円筒形のセラミックコア１２の外側円筒面部分上のめっき金属導体軌道として形成される８つの長手方向に延びるヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈを有する、アンテナ素子構造を有する。コアの外側円筒面上に位置決めされる環状リンク導体２０Ｃが、アンテナの遠位端１２Ｄに隣接してアンテ
ナ素子を相互接続する。近位端１２Ｐにおいて、金属軌道として形成される８つの半径方向接続素子１０ＡＲ〜１０ＨＲが、コアの近位端面上にめっきされる。各半径方向素子１０ＡＲ〜１０ＨＲは、それぞれのヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈに電気接続され、上述のバックファイヤアンテナのように、コアの軸と半径方向素子１０ＡＲ〜１０ＨＲがめっきされる端面の縁との間に位置付けられる弧状相互接続導体軌道１０ＡＤ、１０ＥＨによって、同じ群１０Ａ〜１０Ｄ；１０Ｅ〜１０Ｈのアンテナ素子に関連する他方の半径方向素子に接続される。

環状リンク導体２０Ｃは、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈの遠位端でこれらに共通の相互接続導体として働く。リンク導体２０Ｃの近位縁２０ＣＰは、本明細書で上述した第１のアンテナ及び第２のアンテナのスリーブリム２０Ｕが非平面状であるのと同様に、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈの長さを変えるように非平面状であり得る。前述のように、各群のヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｄ、１０Ｅ〜１０Ｈの長さは、コア軸におけるそれらの角度位置に従って徐々に変わり、素子１０Ａ、１０Ｅは各群１０Ａ〜１０Ｄ、１０Ｅ〜１０Ｈで最長であり、素子１０Ｄ、１０Ｈは最短である。環状リンク導体２０Ｃの電気長は、アンテナの動作周波数での管内波長と等しいため、このリンク導体は、第１のアンテナ及び第２のアンテナのスリーブリム２０Ｕに関して上述したようなリング共振を起こす（図１〜図４及び図８〜図９を参照）。上述のバックファイヤアンテナの場合のように、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈ及びそれらの相互接続導体の長さを変えるために必要に応じて他の措置をとってもよい。

図１１に示すアンテナのコア１２は、中央通路を有するのではなく、近位端面１２Ｐにコア軸を中心として円形の凹部１２Ｒを有するだけである。この凹部１２Ｒは、図１２に最も明確に示されているように、アンテナコア１２の近位端面１２Ｐに取り付けられる多層プリント回路基板（ＰＣＢ）５０の遠位縁から突出する中央タブ５０Ｔを収納する。図１２を参照すると、ＰＣＢ５０は、複数の導電層及び導電層を分離する複数の絶縁層を有し、層の導電パターンは、アンテナコア１２の近位端面１２Ｐ上の弧状導体軌道１０ＡＤ、１０ＥＨによって形成されるアンテナの結合ノードに接続されるバラン５２を形成するように構成される。ＰＣＢは、ＰＣＢ５２の一方の主面５２Ａ上のスクリーン５６内に収容される前置増幅器５４を備える受信機前置回路を担持している。

バラン５２とアンテナの結合ノード１０ＡＤ、１０ＥＨとの間の接続は、ＰＣＢ５０の遠位縁５０Ｄに隣接してＰＣＢ５０の各主面５０Ａ、５０Ｂ上に２つずつある、４つの導電性ブラケット５８によって行われる。実際には、ＰＣＢ５０は、図示されていないプラスチックカラーによってアンテナコア１２に固定される。

この実施形態では、ＰＣＢ５０は、その主面５０Ａ、５０Ｂを軸と平行にして中央に位置決めされる。主面５０Ａと５０Ｂとの間にあってこれらと平行であるＰＣＢ５０の中央対称面は、２組の半径方向素子１０ＡＲ〜１０ＤＲ；１０ＥＲ〜１０ＨＲ及びそれらの弧状相互接続導体１０ＡＤ、１０ＥＨ間を通る端面１２Ｐ上の線に対して垂直な直径上で、アンテナコアの近位端面１２Ｐを二分するため、ＰＣＢ５０の遠位縁５０Ｄは、両方の弧状相互接続導体１０ＡＤ、１０ＥＨに重なる。ブラケット５８は、各相互接続導体１０ＡＤ、１０ＥＨと位置合わせして位置付けられる。したがって、アンテナの各結合ノードは、ＰＣＢ５０の各側で１つずつ、２つの各接続ブラケット５８によってバラン５２に接続される。このような接続ブラケット５８の対はそれぞれ、ＰＣＢ５０を貫通するそれぞれのめっき貫通孔（ビア）６０によって連結される（図１２を参照）。

ＰＣＢ５０は、４つの絶縁層６７、６８、６９、７０によって分離される５つの導電層６２、６３、６４、６５、６６を有する。中央又は第３の導電層６４は、弧状相互接続導体１０ＥＨに導電接合される導電性ブラケット５８を相互接続するビア６０の１つからア
ンテナの軸に沿って延びる細い導電性軌道として形成され、この細長い導電性軌道は、シールド伝送線路の内側導体として働き、そのシールドは、２つの中間導電層６３、６５によって形成され、中間導電層６３、６５は、中央層６４によって形成される軌道と平行に延び、内側導体６４の縁と平行ではあるがこれから離間している線に沿って中間導電層６３、６５の長手方向縁を相互接続するためのビア（図示せず）を、それらの縁に沿って有する。伝送線路シールドを形成する中間導電層６３、６５は、アンテナの遠位端面１２Ｐ上の弧状相互接続導体１２ＡＤの上にある導電性ブラケット５８に接続されることにより、アンテナの放射状アンテナ素子構造のための給電線としての伝送線路を接続する。

図１２から分かるように、層６３、６４、６５によって形成される伝送線路導体の近位端は、受信機回路まで延び、具体的には、増幅器５４の入力７４へのビア接続部７２を有し、シールド導体６３、６５は、別のビア７６によって増幅器接地及びスクリーン５６に接続される。

ＰＣＢ５０の外側導電層６２、６６は、ＰＣＢの実質的に全幅に延びる導電板として形成されることにより、中間層６３、６５によって形成されるシールド導体に重なる。外側層６２、６６によって形成される板の遠位縁、すなわちアンテナに最も近い縁は、開回路縁である。対照的に、近位縁は、ＰＣＢから横断方向に延びる一連のビア７８によって相互接続され、これらのビアは、板の近位縁を中間層６３、６５によって形成されるシールド導体にも接続する。板６２、６６とシールド導体６３、６５との間の絶縁層６７、７０の比誘電率、及び板６２、６６の軸方向長さは、板６２、６６の軸方向の電気長がそれぞれアンテナの動作周波数で１／４管内波長であるようなものである。これにより、ＰＣＢ５０は、受信機回路のシングルエンド入力を弧状相互接続導体１０ＡＤ、１０ＥＨによって提供される結合ノードにおけるアンテナの平衡給電接続と一致させるバランを提供する。

この構成にはいくつかの利益がある。第１に、バラン５２は、中間層６３、６５によって形成されるシールド導体における電流をチョークすることにより、コモンモードノイズ信号（例えば、アンテナの取り付け先の装置における他の回路が発生させる）がスクリーンケージから流れ出て内側層及び中間層６３〜６５によって形成される伝送線路に入るのを防止する。このように、バランは、伝送線路をコモンモードノイズ信号から保護する。バランは、アンテナに平衡負荷を与える。さらに、バランは、アンテナのみが放射するようにアンテナを隔離する。さらに、システムの共振周波数は、アンテナと受信回路との間のリンクの露出導体と合わせたアンテナではなく、アンテナのみによって決定される。これは、放射及び共振導体長さが一定であることを意味する。

代替形態として、電流チョークは、ハーフバランスリーブによって形成され得る。このような構成では、１つのバラン板のみが用いられる。これは、２つの板（図１２の層６２、６６）によって形成されるフルバランスリーブと実質的に同じ効果がある。

上述のオクタフィラアンテナの１つの利点は、大きな離調を伴わずに導電構造の近くにこれらのアンテナを配置することができることである。図１３を参照すると、本発明の一態様による携帯無線端末が、端末ケーシング（図示せず）内に位置付けられて導電性接地平面層１０２Ｇを有する平面状のプリント回路基板１０２の縁１０２Ｅに隣接して取り付けられる、アンテナ１００を有する。基板１０２の縁１０２Ｅ及び接地平面層１０２Ｇの縁は、ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｈ（図１を参照）をめっきされるアンテナコアの外側円筒面１２Ｃと平行であり、この実施形態ではおよそ１ｍｍである距離ｓだけ外側円筒面１２Ｃから離れている。接地平面層は、ヘリカル素子によって形成されるアンテナ構造の長手方向又は軸方向範囲の実質的に全体にわたって、円筒面１２Ｃからｓだけ離れている。接地平面層１０２Ｇは、アンテナの軸１００Ａを含む平面内、又は少なくとも軸１００Ａ
の非常に近くにあり軸１００Ａと平行である平面内にあることに留意されたい。

離調がないのは、ヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｈ（図１）の最も感度の高い部分で、８つの素子のうち１つのみが導電性接地平面層１０２Ｇの近接の影響を受けるからであると考えられる。これは、例えばクワドリフィラヘリカルアンテナの１つのヘリカル素子が影響を受けるのと比較して、ヘリカルアンテナ素子の全補完の割合が小さいことを示す。

本発明によるさらなるアンテナは、図１４に示すように、３対のヘリカルアンテナ素子を有する。図１４を参照すると、このヘキサフィラ（６線巻）アンテナでは、ヘリカル素子は、上述のオクタフィラアンテナの場合のように２つの群に分けて配置され、各群の素子は、それぞれの結合ノードに接続される。したがって、円筒形コア１２の外側円筒面上にめっきされるか又は他の方法で金属化される３つの同一の広がりを有する螺旋導電性軌道１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが、半径方向軌道１０ＡＲ、１０ＢＲ、１０ＣＲを介して給電線の一方の側に結合され、さらなる３つの螺旋軌道１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇが、それぞれの半径方向軌道１０ＥＲ、１０ＦＲ、１０ＧＲによって給電線の他方の側に結合される。前述のように、基板１２Ｂの端に隣接してコアの遠位面１２Ｄ上にめっきされる２つの弧状導体１０ＡＣ、１０ＥＧが、上述の積層基板１９を介して給電線シールド及び内側導体への結合を行うことができるようにそれぞれの半径方向軌道を相互接続する。

螺旋軌道１０Ａ〜１０Ｃ、１０Ｅ〜１０Ｇは、軸を中心に１２０度間隔の均一な角度で離間しており、対になった素子１０Ａ、１０Ｅ；１０Ｂ、１０Ｆ；１０Ｃ、１０Ｇによって形成されるループの個々の電気長を変えることにより、オクタフィラアンテナに関連して上述したのと同様の方法で複合円偏波共振が得られる。ヘリカル素子１０Ａ〜１０Ｃ、１０Ｅ〜１０Ｇの物理長は、２つの群の外側素子１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｇの場合の方が中央又は内側導体軌道１０Ｂ、１０Ｆよりも短いことが有利であることが分かっている。バランリム２０Ｕに適したプロファイルは、図５に概略的に示されている。この図では、リム２０Ｕの高さ変動の大きさが、その原理の説明を明確にするために大幅に拡大されていることが理解されるであろう。

図１４及び図１５を参照して上述したようなヘキサフィラアンテナの特定の特性は、その帯域幅が同等のクワドリフィラアンテナ及びオクタフィラアンテナの帯域幅よりも大きいことである。これは、内側螺旋軌道の対がバイフィラ（２線巻）ループであり、ヘキサフィラアンテナがクワドリフィラアンテナとバイフィラアンテナとの組み合わせを構成するとみなされ得るからである。クワドリフィラ構成の共振は、円偏波に関して、狭い周波数帯域にわたってしか存在しない特定の位相関係に依存するため、バイフィラループの共振帯域幅は、クワドリフィラ構成での２つのループの組み合わせの共振帯域幅よりも大きい。

複合円偏波共振を広げるように、バイフィラの共振が外側軌道の共振と結合する。これは、周波数に関するヘリカル導体軌道１０Ａ〜１０Ｃ、１０Ｅ〜１０Ｇにおける個々の電圧の振幅のプロットである図１６のグラフに示されている。これらのプロットは、本出願人による米国特許第６，８８６，２３７号に記載されているのと同様の方法で、それぞれの軌道とバランリム２０Ｕとの接合部の近くに取り付けられる容量性プローブによって得られる。図１６に示すように、内側軌道１０Ｂ、１０Ｆは、幅広い共振を示し、特に、外側素子１０Ａ、１０Ｃ、１０Ｅ、１０Ｇの応答の交点の領域Ｒでディップ又は「鞍状部」を示すことに留意されたい。これは、アンテナの動作周波数で素子間にエネルギーの共有すなわち結合がある証拠である。

説明及び図示されているアンテナの場合、１．２％の数値を得て、少なくとも１％の３
ｄＢ比帯域幅が予想される。

Claims (29)

1. ２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する誘電体装荷アンテナであって、５を超える比誘電率を有しコア外面によって画定される内部容積の大部分を占める固体材料から成る電気絶縁性コアと、前記コア外面上にあるか又は該コア外面に隣接しており少なくとも３対の細長い導電性アンテナ素子を備える３次元アンテナ素子構造とを備え、前記アンテナ素子は、実質的に軸方向に同一の広がりを有し、該アンテナの軸を中心に実質的に均一に離間している、誘電体装荷アンテナ。
2. １対のアンテナ素子結合ノードをさらに備え、前記アンテナ素子の各対は、一方のアンテナ素子が前記結合ノードの一方に接続され、他方のアンテナ素子が前記結合ノードの他方に接続されている、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記アンテナ素子構造は、前記アンテナ素子のそれぞれが接続され前記コアの外側面部分を取り巻く共通の相互接続導体を含み、該共通の相互接続導体は、前記アンテナ素子が実質的に等間隔の接続点で接続される導電路を前記コアの周りに画定する、請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. 前記導電路の電気長は、前記動作周波数に対応する整数（１、２、３…）の管内波長と実質的に等しい、請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記共通の相互接続導体は、環状の導電性軌道であり、その両縁が前記コアの前記外側面部分上にある、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記コアは、中心軸と、該軸に関して横断方向に延びる近位外面部分及び遠位外面部分とを有し、前記外側面部分は、前記近位外面部分と前記遠位外面部分との間に延び、前記アンテナは、前記コアの前記近位外面部分と前記遠位外面部分との間で前記コアを軸方向に貫通して、該コアの前記遠位外面部分上にあるか又は該遠位外面部分に隣接する結合導体によって前記細長いアンテナ素子の第１の端に結合される給電線伝送線路を含む、給電構造をさらに備え、前記共通の相互接続導体は、前記アンテナ素子の第２の端が接続される遠位リムを有する導電性スリーブであり、該スリーブは、前記コアの前記近位外面部分上の導電層によって該近位外面部分で又は該近位外面部分に隣接して前記給電線伝送線路に接続される、請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記細長いアンテナ素子は、実質的に等しい長さである、請求項２に記載のアンテナ。
8. 前記アンテナ素子構造は、前記コアの前記外側面部分を取り巻く共通の相互接続導体を含み、前記細長いアンテナ素子はそれぞれ、前記結合ノードのそれぞれに接続される第１の端と、前記共通の相互接続導体に接続される第２の端とを有し、前記コアの前記外側面部分上の前記細長いアンテナ素子の長さは、実質的に等しく、前記共通の相互接続導体によって画定される環状導電路の電気長は、前記動作周波数に対応する整数（１、２、３…）の管内波長と実質的に等しい、請求項２に記載のアンテナ。
9. 前記細長い素子はそれぞれ、前記コアの前記外側面部分上に導電性軌道を備え、該導電性軌道はそれぞれ、純粋な螺旋を含む、請求項８に記載のアンテナ。
10. 前記細長いアンテナ素子はそれぞれ、各自の結合ノードに結合される第１の端と、該第１の端から離間している第２の端とを有し、前記素子は、前記各自の結合ノードと前記第２の端との間に所定の電気路長を与えるような寸法にされ、前記細長いアンテナ素子は、隣接する素子の群からの各ノードに結合され、該隣接する素子は、前記軸に関して角度的
    に離間するように、且つ各自の前記電気路長が異なることによって単調推移を形成するように配置され、該推移の向きは、各群で同じである、請求項２に記載のアンテナ。
11. 前記各対の細長いアンテナ素子それぞれが、前記結合ノードのそれぞれに結合される第１の端と、対の他方の細長いアンテナ素子の第２の端に連結される第２の端とを有して、前記軸を中心に概ね対称であり所定の共振周波数を有する導電性ループの少なくとも一部を形成し、前記細長いアンテナ素子対によって形成される前記ループは、前記軸に関して角度分配され、該ループのそれぞれの共振周波数は、角度向きと共に単調に変わる、請求項２に記載のアンテナ。
12. 前記細長いアンテナ素子の前記第２の端は、前記コアを取り巻く共通の相互接続導体によって互いに連結されることで、前記素子と前記相互接続導体の共通の環状縁との接続部によって画定されることになり、この縁は、その軸方向位置に関して前記細長いアンテナ素子の各群を通して高さが非単調に変わる、請求項１１に記載のアンテナ。
13. 前記細長いアンテナ素子の対はそれぞれ、前記アンテナの単一の動作周波数内で関連の共振を起こす、請求項１に記載のアンテナ。
14. 前記細長いアンテナ素子の対の全てが、共通の円偏波共振を形成するように協働する、請求項１に記載のアンテナ。
15. 前記細長いアンテナ素子はそれぞれ、共通の中心軸を中心に半周する螺旋導電性軌道を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のアンテナ。
16. 前記結合ノードそれぞれに接続される前記アンテナ素子は、互いに対して横方向に離間して２つの外側素子及び該外側素子間の少なくとも１つの内側素子を有するアンテナ素子群を備え、前記内側素子は、前記外側素子よりも長い長さを有する、請求項３に記載のアンテナ。
17. 前記内側素子は蛇行縁を有する、請求項１６に記載のアンテナ。
18. 前記内側素子は、前記外側素子とは異なる幅、好ましくは該外側素子よりも狭い幅を有する、請求項１６に記載のアンテナ。
19. 前記コアは、円筒形であり、シリンダ軸に対して垂直に延びる逆向きの第１の端面部分及び第２の端面部分を有し、前記結合ノードはそれぞれ、前記第１の端面部分上に又は該第１の端面部分に隣接して内周部に導電層部分を備え、前記アンテナ素子はそれぞれ、前記第１の端面部分上の又は該第１の端面部分に隣接する半径方向に延びる各結合導体によって、前記導電層部分のいずれかに接続される、請求項２、３、１６、及び１７のいずれか１項に記載のアンテナ。
20. 前記導電層部分はそれぞれ、定半径弧状外縁を有し、前記軸に対して少なくとも１０５度の角度を定める、請求項１９に記載のアンテナ。
21. 前記アンテナ素子構造は、前記コアの外側面部分を取り巻く共通の相互接続導体を含み、前記細長いアンテナ素子はそれぞれ、前記結合ノードのそれぞれに接続される第１の端と、前記共通の相互接続導体の縁に接続される第２の端とを有し、前記アンテナは、中心軸を有し、前記細長いアンテナ素子の前記第１の端は、前記軸に対して垂直な第１の平面内にあり、前記共通の相互接続導体の前記縁は、前記第１の平面と平行で該第１の平面から離間している第２の平面の両側に延びる非平面状の経路をたどり、該経路は、第１の端
    が前記結合ノードのそれぞれに接続されているアンテナ素子の各群の前記アンテナ素子同士の間で第１の方向に傾斜するか又は徐々に段差が付けられ、且つ群間で逆方向に傾斜するか又は段差が付けられるという点で、非平面状であり、各群の前記アンテナ素子は、前記軸を中心とした１つの回転方向で長さが漸増する、請求項２に記載のアンテナ。
22. 前記アンテナ素子構造は、奇数対の前記細長い導電性アンテナ素子を備える、請求項１〜２１のいずれか１項に記載のアンテナ。
23. 各対の前記細長い導電性アンテナ素子は、２つの横方向に対向したアンテナ素子群を形成するように、前記アンテナの前記軸を挟んで互いに対して横方向に対向しており、各群が、対応する奇数のアンテナ素子を有し、各群の中央アンテナ素子が、該中央アンテナ素子の各側にある同群の前記アンテナ素子にそれぞれ関連する共振周波数間の中間にある周波数で関連の共振を起こす、請求項２２に記載のアンテナ。
24. 前記アンテナ素子構造には、前記細長い導電性アンテナ素子対が３つある、請求項２２又は２３に記載のアンテナ。
25. 前記アンテナ素子構造には、前記細長い導電性アンテナ素子対が４つある、請求項１〜２１のいずれか１項に記載のアンテナ。
26. 請求項１〜２５のいずれか１項に記載のアンテナと、導電層を有する概ね平面状の回路基板とを含む携帯無線通信端末であって、前記層は、前記アンテナ素子構造に隣接する縁を有し、軸に関して前記コアから概ね半径方向外方に延びる、携帯無線通信端末。
27. 前記導電層は、前記アンテナ軸と概ね平行な平面内にある、請求項２６に記載の携帯無線通信端末。
28. 前記導電層は、前記アンテナ軸を含む平行な平面内にある、請求項２６に記載の携帯無線通信端末。
29. 前記導電層は、前記アンテナ素子構造の３ｍｍ以内まで延びる接地平面導体である、請求項２６〜２８のいずれか１項に記載の携帯無線通信端末。

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