JP3479086B2 - 高度に分離された多周波数帯域アンテナ - Google Patents

高度に分離された多周波数帯域アンテナ

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Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明はマイクロ波アンテナ、特に帯域間で分離され
ている多周波数帯域アンテナに関する。
［発明の技術的背景］ 多周波数帯域動作の能力を有するアンテナは技術的に
知られている。多周波数帯域間の分離を行うことが望ま
しい。一般的に、これはアンテナ本体外のフィルタによ
って帯域をフィルタ処理することによって行われ、これ
は付加的なハードウェアとスペースを必要とする。
アンテナ本体内で帯域間の分離が行われている多周波
数帯域アンテナを提供することが有効である。
［発明の要約］ 多周波数の動作帯域間の分離を有する多周波数帯域ア
ンテナシステムについて説明する。システムは中心軸を
中心に巻回された１対のスパイラルアームを具備する内
側のスパイラルアンテナを含んでいる。２つのスパイラ
ルアームの等しい半径の点は中心の反対側にあり、位相
が180゜離れている。本発明は２つのアームスパイラル
に限定されず、付加的なアームが適切なモード形成装置
で使用されることができる。内側のまたはスパイラルア
ンテナは第１の周波数帯域で動作するものである。外側
のスパイラルアンテナは180゜離れて位置する別の１対
の外側のスパイラルアームを含んでいる。各スパイラル
アームはフィード端部と終端部とを有する。外側のスパ
イラルアンテナは第１の周波数帯域よりも低い第２の周
波数帯域で動作する。内側および外側のスパイラルアン
テナは相互に同心であり、共通の平面に配置されてい
る。さらに多くの同心に配置されるスパイラルを付加す
ることは空間の制限によってのみ限定される。
アンテナシステムはさらにバランおよびフィルタ回路
とを含んでおり、第１の周波数帯域の駆動信号を内側の
スパイラルアンテナのアーム対に接続するための第１の
伝送線回路を含んでいる第１のバランを具備している。
第２のバランは第２の周波数帯域の駆動信号を外側のス
パイラルアンテナのアームへ供給する第２の伝送線回路
を含んでいる。
フィルタ回路は第１の周波数帯域と第２の周波数帯域
の信号間の分離を行う。好ましい実施形態では、第２の
駆動信号を約70dB阻止する第１の伝送線回路を有する帯
域通過フィルタを含んでいる。反対の円形偏波特性で内
側および外側のスパイラルを動作することによって付加
的な分離が得られる。スパイラルのこの動作方法は論理
的に無限の分離を行うが、少なくとも20dBの付加的な分
離が実現される。したがって、１実施形態では、第１の
スパイラルによって少なくとも90dBの第２の信号の阻止
が行われる。付加的なスパイラルとフィルタが２帯域を
超える数の動作帯域に使用されたならば、付加的なスパ
イラルもまたそれぞれの隣接アンテナが反対の偏波を有
するように配置される。
内側および外側のスパイラルアンテナとバランおよび
フィルタ回路はアンテナ本体内に配置される。
［図面の簡単な説明］ 本発明のこれらおよびその他の特徴と利点は、添付図
面に示されている以下の例示的な実施形態の詳細な説明
から明白になるであろう。
図１は、本発明を実施した多周波数帯域アンテナの平
面図である。
図２は、図１のアンテナのバランおよびフィルタレイ
アウトを示している。
図３は、本発明を実施した多帯域のスパイラルアンテ
ナの例示的な構造の分解図である。
図４は、図３のアンテナの側面から見た分解図であ
る。
［好ましい実施形態の説明］ 図１は本発明を実施した多周波数帯域アンテナ50の例
示的な１実施形態を示している。アンテナ50は１つのス
パイラルの帯域を通過させ、他のスパイラルの帯域を阻
止するためにフィルタを使用する多スパイラルアンテナ
である。付加的な分離が、反対の極性（センス）を有す
るように隣接してスパイラルを配置することによって達
成される。本発明の重要な特徴は、全ての分離とフィル
タ処理がアンテナ本体内で達成されることである。
アンテナ50はこの例示的な構造では２つのアームスパ
イラル60および70を含んでいる。高い周波数のスパイラ
ル60は低い周波数のスパイラル60の内部に位置する。内
側のスパイラル60は２つのスパイラルの巻回アーム62、
64を含んでおり、例示された構造では、それぞれ銅クラ
ッドの印刷回路板上にエッチングされた導体パターンに
より形成されている。内側のスパイラル60は、スパイラ
ルアーム62、64の内端部で接続されるマイクロストリッ
プパッド62A、64Aに入力される信号が中心で与えられて
いる。アームは、マイクロストリップパッド62B、64Bに
よりスパイラルの外端部で終端され、それらのパッドは
終端抵抗を取り付けるために使用される。
外側のスパイラル70は導電性通路により形成された２
つのスパイラルの巻回アーム72、74を含んでおり、それ
ぞれマイクロストリップパッド72A、74Aで入力される信
号が外側から与えられている。アーム72、74は終端抵抗
のためマイクロストリップパッド72B、74Bで終端する。
抵抗は、アンテナ本体を通って来る同軸ケーブルによ
って、図１の紙面により表されたスパイラル平面と、シ
ステム接地部との間に接続されている。抵抗の使用また
はその他の終端方法は本発明に対して重要ではない。シ
ステムは抵抗なしで機能するが同じではない。抵抗は放
射しないエネルギを減衰し、そうでなければエネルギは
スパイラルアームの端部に到達し、入射エネルギと干渉
するように反射して戻される。放射領域がスパイラルア
ームの端部に近く、エネルギが入来する信号に跳ね返る
前に、短い長さの通路を有するとき、抵抗がない影響は
最も顕著に生じる。
外側のスパイラルの代わりにスパイラルアームの内側
端部から給電されることもできることに留意すべきであ
る。
スパイラルアンテナ60、70の両者は、アンテナ本体内
のストリップラインボード上に含まれているバラン（整
合用変成器）にスパイラルを接合する同軸ケーブルによ
って給電される。同軸ケーブルの使用は限定的なもので
はなく、ストリップラインまたはその他の適切な伝送線
が使用されることができる。
図２は、アンテナ50のバランおよびフィルタレイアウ
ト80を示している。３個の大きいパッド82A、82B、82C
を有する導体線82は低周波数アンテナ70用のバランであ
る。パッド82Aはアーム72のパッド72Aに同軸ケーブルに
よって接続されている。パッド82Bはアーム74のパッド7
4Aに同軸ケーブルによって接続されている。パッド82C
は送信駆動ソースに接続されている。中心周波数で、ア
ーム72、74のアームの長さ間に180゜の位相差が存在す
る。スパイラルアーム72、74の２つの端部は180゜の位
相差で駆動される。この例示的な実施形態では、中心パ
ッドと２つの端部パッドとの間の電気的な長さの差が外
側のスパイラルの中心周波数でのみ180゜であるので、
パッド82Cはパッド82Aと82Bとの間で等距離の位置に設
けられていないことに留意する。これは狭い帯域のバラ
ンであり、動作の帯域の上端部および下端部に幾らかの
位相エラーが存在する。動作の周波数帯域が広帯域幅で
あるならば、広帯域幅のバランが代わりに使用される。
このような広帯域幅のバランはマジックＴ結合器または
180゜ハイブリッドタイプの設計を使用する。
２つの小さいパッド86A、86Bと１つの大きいパッド86
Cを有する導体線84は高周波数アンテナ60用のフィルタ
とバランである。小さいパッド86A、86Bは同軸ケーブル
の取り付け点であり、それらの同軸ケーブルは内側のス
パイラル60に給電するパッド62A、64Aに取り付けられて
いる。細い導体線84A、84Bは太い導体供給線84Cに変化
し、これらのパッド86A、86Bに取り付けられている。細
い線84A、84Bはバランであり、再度これらの通路間に18
0゜の位相長を有する。
突起上のリブのような給電線84Cに取り付けられた４
つの開回路導体線スタブ88A、88B、90A、90Bが存在す
る。これらのスタブはフィルタを構成する。フィルタは
伝送線の（1/2）λだけ分離される一連の（1/4）λ開回
路スタブである。（1/4）λおよび（1/2）λの電気的な
長さは外側のスパイラルの低周波数帯域幅の中心周波数
にある。スタブを伝播するエネルギは（1/4）λを伝播
し、位相変化なく反射し、180゜の位相シフトでスタブ
の開始点に戻る。この反射されたエネルギは伝送線の入
射エネルギを消去する。線上にスタブが多いほど、消去
効果は大きくなる。さらに、スタブはともにグループ化
されることができる。この構造は、個々のスタブが端部
で分離しているが伝送線の同一点に集中している扇のよ
うに見える。スタブによるフィルタ処理をさらに強化す
るため、スタブ（またはスタブ群）が（1/2）λだけ分
離される。スタブ端部の開回路はスタブの開始点で短絡
回路になるように反射される。（1/2）λ離れて、短絡
回路は、開回路に反射される。両端部に（1/4）λのス
タブを有する（1/2）λの長さの伝送線である３ポート
構造について考察する。一方が阻止しようとしている入
力エネルギは最も近接するスタブの通路の短絡を観察す
る。第２のスタブはエネルギに対する開回路として通路
方向に反射して戻す。したがって、スタブの使用によっ
て不所望なエネルギは短絡回路のスタブに対して伝送線
を離れるように引き寄せられ、第２のスタブにより生成
された開回路によって伝送線を進みつづけることにより
阻止される。多数の３つのポートを有する装置を直列に
することによって、所望されるものを全てのフィルタ処
理（分離）値を実現することができる。
より多くのスパイラルが多数の周波数帯域に必要とさ
れるならば、より多数のフィルタとバランが付加的なス
トリップライン層に付加されることができる。
図３、４は本発明を実施したスパイラルアンテナ100
の例示的な１構造を示している。図３はアンテナハウジ
ング構造102とラドーム104との間に挟まれたアンテナ素
子の展開図である。図４はアンテナ100の素子の側面か
ら見た分解図である。スパイラル60、70は絶縁体基体10
6上の銅層からエッチングされた銅の導体パターンとし
て形成されている。この実施形態では、基体はフィルム
108を別の絶縁体基体110の露出された表面に結合するこ
とによって結合される。接地リング112は基体110の反対
側の表面上で形成されている。
発泡体116は結合フィルム114によって接地リングと基
体110に結合されている。導体性分離リング120がスラブ
を包囲している。絶縁体の吸収体スラブ構造128の表面
は結合フィルム118によって発泡体116に結合されてい
る。吸収体128の反対側の表面は結合フィルム130によっ
て、基体134の表面上に形成されている接地平面132に結
合されている。バランおよびフィルタ回路80は基体134
の反対側の表面上に形成されている。絶縁体基体138の
露出された表面は結合フィルム136によって回路80の表
面に結合されている。接地平面140は基体138の反対側の
平面上に形成されている。
スパイラルアームに接続された終端パッドと接地平面
140との間の接続のための例示的な同軸ケーブルと終端
抵抗回路122が図４で示されている。素子126Aはフィル
タ／バラン回路80へ接続するための同軸フィードコネク
タを示している。同軸線126Cおよびコネクタ126A（図
３）は低い周波数のスパイラル70を給電するためのもの
である。同軸線126Dとコネクタ126B（図３）は内側のス
パイラル60を給電するためのものである。
アンテナ100の種々の素子がともに組み立てられると
き、結果としてコンパクトで、高度に分離された多帯域
幅のアンテナシステムが生成され、ここで動作帯域間の
分離がアンテナ本体内に位置する素子によって実現さ
れ、アンテナ本体はハウジング102とラドーム104により
限定されている。
多数の帯域幅の多スパイラルアンテナについて説明
し、これは一方のスパイラルの帯域を通過させ、他の帯
域を拒否するフィルタを使用する。付加的な分離が、反
対の極性を有するように近接してスパイラルを配置する
ことにより実現される。アンテナ本体内に配置されるフ
ィルタおよびバラン回路によって分離が実現される。こ
れはアンテナに必要とされる空間を最小にする。異なっ
た帯域のスパイラルが相互に同心で、共通の平面に配置
されていても、アンテナは70dBを越える帯域間に分離を
実現することができる。この分離を、例示によって説明
すると１実施形態では１つのスパイラルの周波数帯域幅
は200MHzであり、第２のスパイラルの帯域幅は500MHzで
あり、２つの帯域幅の分離は300MHzである。
前述の実施形態は本発明の原理を表している可能な特
別な実施形態の単なる例示である。他の装置も本発明の
技術的範囲を逸脱することなく、当業者によりこれらの
原理にしたがって容易に行われよう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−140835（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−51227（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−55622（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−37244（ＪＰ，Ａ) 米国特許5508710（ＵＳ，Ａ) 米国特許3683385（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 11/04 H01Q 5/02

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】多周波数の動作帯域間の分離を有する多周
    波数帯域アンテナシステム（50）において、 中心軸を中心に巻回され、フィード端部（62A、64A）と
    終端部（62B、64B）とをそれぞれ有する第１および第２
    のスパイラルアーム（62、64）を具備し、第１の周波数
    帯域で動作するための内側のスパイラルアンテナ（60）
    と、 前記中心軸を中心に、前記内側のスパイラルアンテナに
    関して前記軸から外側方向において巻回され、フィード
    端部（72A、74A）と終端部（72B、74B）とをそれぞれ有
    する第３および第４のスパイラルアーム（72、74）を具
    備し、第１の周波数帯域の対応する周波数範囲よりも低
    い周波数範囲である第２の周波数帯域で動作するための
    外側のスパイラルアンテナ（70）とを具備し、 前記内側および外側のスパイラルアンテナは相互に同一
    の中心を有し、共通の平面状に配置されており、さら
    に、 第１の周波数帯域の駆動信号を前記内側のスパイラルア
    ンテナに接続するために、前記第１の駆動信号を内側の
    スパイラルアンテナの前記第１および第２のスパイラル
    アームの前記それぞれのフィード端部に接続する第１の
    伝送線回路（84A、84B、84C）を含んでいる第１のバラ
    ン（84）と、第２の周波数帯域の駆動信号を前記外側の
    スパイラルアンテナに接続するために、前記第２の駆動
    信号を外側のスパイラルアンテナの前記第１および第２
    のスパイラルアームの前記それぞれのフィード端部に接
    続する第２の伝送線回路を含んだ第２のバラン（82）
    と、前記第１の周波数帯域と前記第２の周波数帯域の信
    号間の分離を行うフィルタ回路（88、90）を具備してい
    るバランおよびフィルタ回路（80）とを備え、 前記フィルタ回路（88、90）は、前記第１の伝送線回路
    の伝送線セグメントから延在する第１の伝送線スタブ
    （88A）を含んでおり、前記スタブは前記第２の周波数
    帯域幅の動作周波数の（1/4）波長に等しい実効的な電
    気的長さを有することを特徴とする多周波数帯域アンテ
    ナシステム。
  2. 【請求項２】前記内側アンテナの前記スパイラルアーム
    （62、64）の前記フィード端部（62A、64A）が前記スパ
    イラルアームの内側の端部に位置され、前記内側アンテ
    ナは前記第１のバラン（84）により中心で給電されるこ
    とをさらに特徴とする請求項１記載のアンテナシステ
    ム。
  3. 【請求項３】前記第１のバラン（84）が、前記内側アン
    テナの前記スパイラルアームの前記それぞれの内部端部
    に逆位相の信号を与えるように構成されていることをさ
    らに特徴とする請求項１または２記載のアンテナシステ
    ム。
  4. 【請求項４】前記第１のバランの伝送線回路（84）が、
    前記内側のスパイラルアンテナの動作の中心周波数で
    （1/2）波長だけ実効的な電気的長さにおいて異なって
    いる伝送線セグメント（84A、84B）を含んでいることを
    さらに特徴とする請求項３記載のアンテナシステム。
  5. 【請求項５】前記外側アンテナの前記スパイラルアーム
    （72、74）の前記フィード端部（72A、74A）が前記スパ
    イラルアームの外側の端部に位置されており、前記外側
    アンテナは前記第２のバラン（82）によって前記外側ア
    ンテナの外側から給電されることをさらに特徴とする請
    求項１乃至４のいずれか１項記載のアンテナシステム。
  6. 【請求項６】前記第２のバラン（82）が、前記外側アン
    テナの前記スパイラルアームの前記それぞれのフィード
    端部（72A、74A）に逆位相の信号を与えるように構成さ
    れていることをさらに特徴とする請求項１乃至５のいず
    れか１項記載のアンテナシステム。
  7. 【請求項７】前記第２のバランの伝送線回路（82）が、
    前記外側のスパイラルアンテナの動作の中心周波数で
    （1/2）波長だけ実効的な電気的長さにおいて異なって
    いる伝送線セグメントを含んでいることをさらに特徴と
    する請求項６記載のアンテナシステム。
  8. 【請求項８】前記フィルタ回路（88、90）は、前記第２
    の周波数帯域幅の前記動作周波数で（1/2）波長の実効
    的な電気的長さに等しい距離だけ、前記第１のスタブか
    ら離れた点で前記第１の伝送線の前記伝送線セグメント
    から延在する前記第２の伝送線スタブ（90A）を含んで
    いることをさらに特徴とする請求項１記載のアンテナシ
    ステム。
  9. 【請求項９】前記第１および第２のバラン（82、84）と
    前記フィルタ回路（88、90）とは平面のストリップライ
    ン回路板（134）上に形成され、前記回路板はアンテナ
    システムのアンテナ本体内に位置されていることをさら
    に特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のアン
    テナシステム。
  10. 【請求項１０】前記第１および第２のバラン（82、84）
    は同軸ケーブル（122）により前記内側および外側のス
    パイラルアンテナの前記スパイラルアームのそれぞれの
    フィード端部に接続されていることをさらに特徴とする
    請求項９記載のアンテナシステム。
JP55041498A 1997-05-17 1998-05-08 高度に分離された多周波数帯域アンテナ Expired - Fee Related JP3479086B2 (ja)

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