JP5063813B2 - ブロードバンド終端されたディスコーンアンテナ及び関連方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナに関し、より具体的には、低コストブロードバンドアンテナ、全方向性アンテナ、コニカルアンテナ、折り畳み方法及びその関連方法に関する。

現代の通信システムでは帯域幅が増大し続けており、ブロードバンドアンテナに対するニーズが高くなっている。場合によっては、１桁の帯域幅（例えば１００−１０００ＭＨｚ）が必要となる。場合によっては（例えば、軍用）、低傍受確率（ＬＰＩ）送信や通信妨害のためにブロードバンドアンテナが必要となる。妨害システムは高いパワーレベルを用いて、アンテナによる電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は常に低くないとならない。帯域幅が必要なのは瞬間的である場合もあり、チューニングでは不十分である。

現代の物理学では、アンテナサイズと瞬間利得帯域幅とはチュー限界（Chu's Limit）として知られる関係により制限される（非特許文献１）。チュー限界によると、単一同調アンテナにおける３ｄＢゲインの最大帯域幅は２００（ｒ／λ）^３より大きくならない。ここで、ｒは解析用アンテナにかぶせた球形エンベロープの半径であり、λは波長である。アンテナ瞬間利得帯域幅は基本的に制限されているが、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）帯域幅は制限されていない。このように、システムによっては、損失導入または負荷抵抗により利得を犠牲にしてＶＳＷＲを大きくする必要がある。チュー限界を超えた領域でアンテナを動作させるには、すなわち、サイズが小さいアンテナで低ＶＳＷＲを実現するには、損失導入が必要である。散逸損失が無いと、アンテナの単一同調２対１ＶＳＷＲ帯域幅は７０．７（ｒ／λ）^３を超えることはできない。

瞬間利得帯域幅を伸ばす方法として、例えば、アンテナの外部ネットワーク（インピーダンス補償回路など）による複数同調が提案されている。複数同調アンテナは、チェビシェフフィルタのようなリップルを有する複素多項式応答を有する。複数同調は、有用ではあるが、アンテナサイズ帯域幅に対するすべての需要に効くものではない。単純なアンテナの周波数応答は、本質的に直交している「単一同調」周波数応答である。ホィーラーは、単一同調に対して、無限次複数同調の場合の３π帯域幅拡大限界を示唆している（非特許文献２）。

１／２波長細ワイヤダイポールは単純なアンテナの一例である。これの３ｄB利得帯域幅は１３．５％しかなく、２．０対１ＶＳＷＲ帯域幅は４．５％のみである。これは、チューの単一同調利得帯域幅の約５％であり、適切でない場合が多い。ブロードバンドダイポールはワイヤダイポールの代替である。これらは、リニア電流フローよりラジアル電流フローのため、好ましくは、細ワイヤよりもコーン放射要素を利用する。これらは、自己励起ホーンである、広い周波数範囲への波動拡張に適している。コーンの広がり角度が例えばπ／２ラジアンであるバイコニカルダイポールは、基本的に、低い方のカットオフ周波数から、ハイパスフィルタ応答をする。かかるアンテナの帯域幅は広く、１０オクターブ以上の応答が得られる。しかし、バイコニカルダイポールにも制約がある：低い方のカットオフ周波数より下の領域でＶＳＷＲが急激に大きくなってしまう。ローパス応答アンテナは現在の技術では知られていないようである。

ブロードバンドコニカルダイポールは、似ていない半要素を含んでいても良く、例えばディスクとコーンの組み合わせでもよい。「ディスコーン」アンテナは、特許文献１に開示されている。ディスコーンアンテナは、コニカルアンテナ要素と、そのコーンの頂点に隣接して配置されたディスクアンテナ要素とを含む。送信給電線は、コーンの内部を通り、ディスクと、その頂点に隣接するコーンとに接続されている。軍用の最新式ディスコーンアンテナは、フロリダ州メルボルンのハリスコーポレーションのモデルＲＦ−２９１−ＡＴ００１全方位戦術ディスコーンアンテナである。このアンテナは、１００乃至５１２ＭＨｚで動作し、１０００ＭＨｚより高い周波数でも使えるように設計されている。このアンテナは、軽量化と展開容易性とのためにワイヤケージ要素を有している。

特許文献２は、複数同調とパターン帯域幅の拡張のためのブロードバンドコニカルダイポール構成のシステムを記載さている。ディスコーンアンテナとコニカルモノポールは、互いに逆の関係にある。例えば、一方は他方を逆さまにしただけである。特許文献３と特許文献４とは、コーンとディスクにコネクタがついた構成のアンテナを開示している。

ダイポールアンテナの畳み込む点は、特許文献５に記載されている。細ワイヤダイポールアンテナは、平行に接続され「折り畳み」を構成する第２のワイヤダイポール部材を含む。特許文献５の図５では、折り畳んだダイポール部材はＶＳＷＲ帯域幅を改良するための抵抗を含んでいる。抵抗がないと、（エンベロープが同じである、折り畳んでいないアンテナと比較して）帯域幅は改良されないが、インピーダンス変換の利点があった。抵抗「終端」した折り畳みダイポールは第２次世界大戦で利用された。その後、特許文献６では、折り畳んだダイポール折り畳み部材中に抵抗負荷が示されている。抵抗終端折り畳みワイヤダイポールアンテナでは、狭い共振領域から離れると十分な利得が得られない。

従来のディスコーンアンテナは、広い瞬時帯域幅を有するが、カットオフより下の周波数においてＶＳＷＲが急激に大きくなる。低周波数において十分に低いＶＳＷＲを得るためには、物理的に大きすぎる。サイズが大きいため、高い周波数においてパターンビーム幅が不十分となり、パターンが目標パターンよりも下がってしまう。したがって、すべての無線周波数において、小型サイズで、上記の制約を受けない、ＶＳＷＲが低くなるブロードバンドアンテナが必要である。

米国特許第２，３６８，６６３号 米国特許７，１７０，４６２号 米国特許第４，８５１，８５９号 米国特許第７，２８６，０９５号 米国特許第２，２８３，９１４号 米国特許第４，４２３，４２３号 Ｌ．Ｊ．Ｃｈｕ、「全方向性アンテナの物理的限界」、応用物理ジャーナル、第１９巻、１１６３−１１７５ページ、１９４８年１２月 ハロルドＡ．ホィーラー、「小型アンテナ用広帯域マッチングエリア」、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、第ＡＰ−３１巻、第２、１９８３年３月

上記の背景を考慮して、本発明の目的は、小型で、帯域幅が広く、広い周波数でＶＳＷＲが小さい、電気的に小さい通信アンテナを提供することである。

本発明の上記その他の目的、特徴、利点は、ディスコーンアンテナであって、頂点を有するコニカルアンテナ要素と、前記コニカルアンテナ要素の先端に隣接して、外周で電気的に接続され、折り畳み接地面を画成する、近接した導電性プレーナ部材と、離間した末端導電性プレーナ部材とを有するディスクアンテナ要素とを有するディスコーンアンテナにより提供される。アンテナ給電構成は、ディスクとコニカルアンテナ要素とに結合され、近接導電性プレーナ部材に結合した第１導体と、コニカルアンテナ要素と末端導電プレーナ部材とに結合した第２導体とを含む。

第２導体と末端導電プレーナ部材との間に、抵抗要素などの、少なくとも１つのインピーダンス要素を接続してもよい。近接導電性プレーナ部材は開口部を含み、第２導体はその近接導電性プレーナ部材に設けられたその開口部を通して、末端導電性プレーナ部材と接続されてもよい。コニカルアンテナ要素は内部空間を画成し、アンテナ給電構成はその内部空間を通ってコニカルアンテナ要素の頂点まで伸びていてもよい。第２導体がコニカルアンテナ要素にその頂点において接続されていてもよい。

第１導体と第２導体とは同軸送信給電線を成してもよい。コニカルアンテナ要素及び／またはディスクアンテナ要素は、連続的導体レイヤやワイヤ構造であってもよい。さらに、近接導電性プレーナ部材と、ディスクアンテナ要素の末端導電性プレーナ部材との間に、絶縁材料を設けてもよい。近接電導プレーナ部材と離間電導プレーナ部材とは、絶縁材を取り囲む銅レイヤなどの連続した伝導レイヤによって画成されていてもよい。

本アプローチは、折り畳み位置に抵抗及び／または誘導器などのインピーダンス装置を含む終端ディスコーンアンテナまたは抵抗交換（resistor traded）アンテナであると言える。本アプローチの利得は小さいが、これはカットオフ周波数より上ではＶＳＷＲを低くしたためであり、カットオフ周波数より下では有効帯域幅を大きくするためである。

方法の態様は、ディスコーンアンテナの作成に関し、頂点を有するコニカルアンテナ要素を設ける段階と、前記コニカルアンテナ要素の先端に隣接して、外周で電気的に接続され、折り畳み接地面を画成する、近接した導電性プレーナ部材と、離間した末端導電性プレーナ部材とを有するディスクアンテナ要素を配置する段階とを含む。前記方法は、さらに、前記ディスクとコニカルアンテナ要素とにアンテナ給電構成を結合する段階であって、前記近接した導電性プレーナ部材に第１の導体を結合する段階と、前記コニカルアンテナ要素と前記末端導電性プレーナ部材とに第２の導体を結合する段階とを含んでもよい。

前記方法は、例えば抵抗要素である少なくとも１つのインピーダンス要素を、第２の導体と末端導電性プレーナ部材との間に結合する段階を含んでもよい。近接導電性プレーナ部材に開口部を形成し、第２導体を、その近接導電性プレーナ部材に設けられたその開口部を通して、末端導電性プレーナ部材と接続してもよい。

コニカルアンテナ要素は、内部空間を画成し、上記方法は、前記アンテナ給電構成を前記内部空間を通して前記コニカルアンテナ要素の前記頂点まで延ばして、前記第２導体を前記コニカルアンテナ要素にその頂点において接続する段階を含む。上記方法は、前記ディスクアンテナ要素の前記近接導電性プレーナ部材と前記末端導電性プレーナ部材との間に絶縁材料を設ける段階をさらに含み得る。

本発明によるディスコーンアンテナを示す図である。 他の実施形態によるディスコーンアンテナの一部を示す拡大図である。 図１のディスコーンアンテナの垂直面内放射パターンの測定値のグラフである。 ５０Ωシステムにおいて、図１のディスコーンアンテナのＶＳＷＲ応答を、従来のディスコーンアンテナと比較したグラフである。 図１のディスコーンアンテナの水平方向で測定した利得を、サイズと形状が同じ従来のディスコーンアンテナと比較したグラフである。 ２：１ＶＳＷＲの場合に、アンテナに共通かつ基本的なサイズ−帯域制約を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態を示した添付図面を参照して、本発明をより詳しく説明する。しかし、本発明は、多くの形式で実施でき、ここに記載した実施形態だけに限定されると解釈してはならない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が完全であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供するものである。図面中、同じ数字は同じ要素を示す。

まず図１を参照して、本発明の特徴を備えたディスコーンアンテナ１０を説明する。アンテナ１０は、例えば、１００乃至５１２ＭＨｚで動作するＶＨＦ／ＵＨＦ全方向性ディスコーンアンテナとして用いることができる。アンテナ１０は、ＶＳＷＲ帯域幅が広い電気的に小型の通信アンテナであるとも言える。また、本アンテナは、折り畳み部分に抵抗を配置した、終端されたディスコーンアンテナまたは抵抗交換（resistor traded）アンテナとも言える。アンテナ１０の利得は小さいが、これはカットオフ周波数より上ではＶＳＷＲを低くしたためであり、カットオフ周波数より下では有効帯域幅を大きくするためである。「ＶＳＷＲ帯域幅」とは、一般的には、アンテナシステムが最大値（例えば、６：１、２：１、またはそれ以下）を超えないような帯域幅である。ＶＳＷＲ帯域幅は、送信器の端子やアンテナのフィードポイントで測定される。ここでは、ＶＳＷＲはアンテナのフィードポイントにおけるＶＳＷＲであるものとする。

ディスコーンアンテナ１０は先端１４を有するコニカルアンテナ要素１２を含む。折り畳みディスクアンテナ要素１６は、コニカルアンテナ要素１２の先端１４に隣接して、近接した導電性プレーナ部材１８と、離間した遠位導電性プレーナ部材２０とを含む。プレーナ部材１８、２０は外周Ｐで電気的に接続され、折り畳み接地面を成している。外周Ｐは例えばめっき端であってもよい。他のアンテナと同様に、駆動点２８、２９において、アンテナ給電構成２２が、コニカルかつ折り畳まれたディスクアンテナ要素１２、１６に結合している。アンテナ給電構成２２は、限定ではないが例えば同軸ケーブルであり、近接する導電プレーナ部材１８に結合した第１の導体２６と、コニカルアンテナ要素１２及び遠位導電プレーナ部材２０に結合された第２導体２４とを含む。

抵抗要素３２などである少なくとも１つのインピーダンス要素３０が、例えば、折り畳みノード２１において、第２導体２４と、遠位導電性プレーナ部材２０との間に結合している。抵抗要素は例えば５０Ωの付加抵抗である。近接する導電性プレーナ部材１８は開口部３４を含み、第２導体２４の一部は近接する導電性プレーナ部材のその開口部を通って伸びており、例えば抵抗要素３２を介して、遠位導電性プレーナ部材２０に接続している。コニカルアンテナ要素は内部空間３６を画成する。アンテナ給電構成２２は、図示した実施形態に示したように、その内部空間を通ってコニカルアンテナ要素の先端１４まで伸びている。第２導体２４も、図示したように、コニカルアンテナ要素１２にその先端１４において接続されている。トランスフォーマ４０または同様のＲＦインピーダンスマッチングデバイスを、例えばアンテナ給電構成２２に含めてもよいし、駆動点２８、２９に入れてもよい。

第１導体２６と第２導体２４は同軸送信給電線をなす。かかる同軸送信給電線は、内側導体である第１導体２６と、その内側導体を取り囲む絶縁材料２７と、その絶縁材料を取り囲む外側導体である第２導体２４とを含むが、これは当業者には言うまでもないことである。

コニカルアンテナ要素１２及び／または折り畳みディスクアンテナ要素１６は、図１に示したように、連続した導電レイヤ、または図１２に示した拡大部分に示したように、ワイヤ構成１５ケージを含むが、これは当業者には言うまでもないことである。さらに、空気、固体、泡固形材料などの絶縁材料１９を、折り畳んだディスクアンテナ要素１６の近接導電プレーナ部材１８と遠位導電プレーナ部材２０との間に設けてもよい。近接電導プレーナ部材１８と遠位電導プレーナ部材２０とは、絶縁材１９を取り囲む銅レイヤなどの連続した伝導レイヤによって画成されていてもよい。詳細には説明しないが、アンテナ１０には構造的な理由で絶縁性サポート構造を含めてもよい。

図１を参照して、本発明のアンテナ１０の実施形態の各種パラメータは次の通りである：ディスク直径ｄ_ｄ＝０．１８ｍ、コーン基部直径ｄ_ｃ＝０．１８ｍ、高さｈ＝０．１３ｍ、ディスク厚みｔ＝０．００３８ｍ。円錐広がり角αは９０°であり、ディスクとコーンとのなす角度は４５°である。このように、大きく広がったコーンを用いた。コーンとディスクとの間Ｓは２．５×１０^−３ｍである。ディスクの絶縁充填剤１９は、相対絶縁率ε_ｒ≒１．４であるポリイミドフォームである。厚さが３．５×１０^−５ｍの銅薄膜でディスクをカバーした。これは４ＭＨｚより高い周波数で少なくとも１表皮厚さである。ディスクの縁部Ｐは銅メッキし、近接導電プレーナ部材１８と離間縁部導電プレーナ部材２０との間を接続した。コニカルアンテナ要素１２は穴あきの黄銅（rolled brass and hollow）である。抵抗要素３２は、抵抗が５０Ωであり、リアクタンスは無視可能であった。実施形態では、トランスフォーマ４０は用いなかったが、必要なら図示したように用いてもよい。実施形態のディスコーンアンテナの名目カットオフ周波数（Ｆ_ｃ）は、抵抗付加要素３２を用いずに、５０Ωシステムにおいて６対１ＶＳＷＲ（約３ｄＢのミスマッチ損失）で、３６０ＭＨｚである。カットオフにおいては、アンテナの電気的サイズは、およそ高さｈ＝０．１６λであり、ディスク直径ｄ_ｄ＝０．２２λである。

ここで、測定した実施形態の性能を説明する。図１のディスコーンアンテナ１０の２００ＭＨｚ、３３０ＭＨｚ、５００ＭＨｚ、１０００ＭＨｚにおけるＥプレーン垂直カット放射パターンのグラフを図３に示す。測定は自由空間をシミュレーションした無エコーチャンバーで行った。プロットした測定値はｄＢｉすなわち等方性アンテナを基準としたときのデシベルであり、レンジ受信アンテナの極性は垂直であり、例えば、本発明の（垂直に分極した）Ｅ_θフィールドのみをプロットした。（水平分極放射）Ｅ_φは無視した。

図から分かるように、本発明の放射パターンの形状は、従来のディスコーンアンテナのものと同一またはほぼ同一であるが、カットオフより上の領域における振幅が減少している。本発明の方位角方向の放射パターン（図示せず）は、円形であり、全方向的であり、これはシートメタルディスコーンアンテナでは一般的なことである。３３０ＭＨｚ垂直カット放射パターンにおける（θ＝２８０°、φ＝０°）ゼロは、同軸ケーブル給電線の外部のコモンモード電流による放射により生じたアーティファクトである。これは一般的には都合がよいが、必要ならコモンモードチョークを用いて無くすこともできる。周波数の違いによるパターンの変化（droop）は、ディスコーンアンテナではコーンの広がり角度に応じて下向きの放射が強くなるという傾向があるが、比較的小さく、１０００ＭＨｚにおいて約２デシベルであった。これは、コニカルアンテナ要素１２のコーンの広がり角度が大きいことに起因する。

図４は、図１のディスコーンアンテナのＶＳＷＲ応答Ａを、従来のディスコーンアンテナのＶＳＷＲ応答Ｂと比較したグラフである。すなわち、図４は、同一のディスコーンアンテナにおいて、抵抗要素３２を接続した、またはしていない場合のＶＳＷＲをグラフ化したものである。図から分かるように、ディスコーンアンテナ１０のＶＳＷＲは、ゼロＨｚ（ＤＣ）において１対１に近づくが、ほとんどまたはすべての無線周波数における送信機器について適切な付加である。広げたコーンを用いているので、（約２Ｆ_ｃ）１次反共振ではＶＳＷＲはほとんど大きくなっていない。

図５は、図１のディスコーンアンテナ１０の水平方向で測定した利得Ｃを、同一の従来型ディスコーンアンテナの水平プレーン中、及び水平方向における測定利得Ｄと比較したグラフである。言い換えると、図５は、同一のディスコーンアンテナにおいて、抵抗要素３２を接続した、または接続していない場合の利得をグラフ化したものである。図５の単位は、ｄＢｉ、すなわち等方的アンテナを基準としたデシベルである。図から分かるように、抵抗要素３２により、カットオフより上のアンテナ通過帯域において約１．８ｄBの利得損失が生じているが、これはカットオフより下の帯域においてＶＳＷＲを低くしたことによる。

再び、抵抗要素３２の無いディスコーンアンテナ１０の名目カットオフ周波数は、６対１ＶＳＷＲの場合に３６０ＭＨｚであった。面白いことに、抵抗要素３２を接続すると、カットオフ周波数の近くで、利得が少し（約０．５ｄBi）向上した。これは、放射構造における電流分布の変化（例えば、正弦波状分布から、より一様な分布への変化）による指向性の高まりに対応しているのかも知れない。電気的サイズを小さくすると、アンテナ１０の垂直面放射パターンは、１／２波長ダイポールアンテナに似たｃｏｓ^２θの五弁ばらに似てくるが、トランスフォーマ４０がバランタイプのものでない場合には給電線放射が異なる。

当業者には言うまでもないが、ほとんどのアンテナでは、アンテナ給電点において抵抗減衰「パッド」で利得を下げることにより、ＶＳＷＲを低減できる。しかし、本発明は、給電点減衰によるよりも小さい利得損失でＶＳＷＲを低下させる点で、好ましい。図４と図５から分かるように、ディスコーン１０に抵抗要素３２を含めるとカットオフより上の領域で利得が低下し、１．８ｄＢに漸近的に近づくが、ＶＳＷＲはカットオフより下の領域で漸近的に１．０対１に近づく。アンテナ給電点で抵抗要素３２ではなく３ｄＢ Ｔパッドを用いると、結果（trade）はよくない：カットオフより上の領域で３ｄＢの利得損失があり、カットオフより下の領域ではＶＳＷＲが３：１より大きいか、漸近的に３：１に近づく。折り畳んだディスクアンテナ要素１６と抵抗要素３２とは、アンテナ給電点２８、２９に抵抗要素または減衰器を設けるより有利である。

本発明は、抵抗負荷を設けて、ある種の（例えば軍用）アンテナに対する要求（拡散スペクトル通信や瞬時広帯域妨害など）を満たすものである。大送信パワーの場合に低ＶＳＷＲを実現し、１００％の効率で基本的な制約を超える小型サイズで瞬時利得帯域を実現するには、様々なアンテナが必要であり、抵抗負荷が必須となる。抵抗要素３２の値は、カットオフより下の領域におけるＶＳＷＲレベルを犠牲にしても、カットオフより上の領域での利得レベルを得るように調整する。本発明の実施例では抵抗要素３２は５０Ωであるが、２００Ωにすると、カットオフより上の領域で高利得でＶＳＷＲ応答が平坦になるが、カットオフより下の領域ではＶＳＷＲが高くなる。折り畳みノード２１は、例えば、抵抗要素３２を伴う、または伴わない、誘導器や容量器、共振回路やラダーネットワークに接続して、利得とＶＳＷＲ応答をさらに調整してもよい。アンテナ１０の駆動点抵抗は、抵抗要素３２を含めたとき、３３０ＭＨｚのＶＳＷＲ最大値において１０Ωであった。

最低周波数において、アンテナ１０は、もちろん電気的に非常に小さくなり、ＲＦ電流が伝わって、すなわちコニカルアンテナ要素１２からアンテナ給電構造２２に「こぼれる」。給電構成２２は一般的には同軸ケーブルである。このように「こぼれる」ことは、アンテナの電気的サイズの拡大となり、放射量が大きくなるので都合がよい。ハイパワーシステムでは、人的安全性のために、アンテナ１０から離れ（removed）、人からも離れた（removed）点に、すなわちアンテナマストへの途中に、コモンモードチョーク（バラン）を入れて、この電流を管理しなければならない。当業者には当たり前のことであるが、あるタイプのバラン（平衡・不平衡変換器）は同軸ケーブルからソレノイドすなわちらせんを巻いて構成されている。

図１に戻り、アンテナ設計パラメータは、抵抗要素３２の値、コーン広がり角度α、ディスク直径ｄ_ｄ、コーン直径ｄ_ｃ、及び高さｈを含む。コニカルアンテナ要素１２（ファットコーン）の大きなコーン広がり角度αは、反共振（２Ｆ_ｃ）におけるＶＳＷＲが小さくなるという利点を有する。背が高く細長いコーンの場合にはオクターブごとに共振から出たり入ったりするからである。広がり太ったファットコーンにより、高い周波数でもパターンの変化（droop）が小さく、ディスコーンアンテナの垂直平面パターンローブは、大きな電気的サイズにおいてコーンに沿って下向きに伸びる（fire）。しかし、ファットコーンの駆動点抵抗は小さい。コニカルアンテナ要素１２がより太っており、駆動点／給電抵抗がより低い場合には、カットオフ周辺のＶＳＷＲを小さくするため、トランスフォーマ２２を含める。

本発明のアンテナ１０は、コニカル要素１２の口が下向きであり、コーンの頂点１４が上向きの「ディスコーン」アンテナとして図示したが、これには限定されない。当業者には言うまでもなく、本発明のアンテナ１０を逆さにして、コニカル要素１２の口が上向きで、コーンの頂点１４が下向きの「コニカルモノポール」として動作するようにしてもよい。アンテナ１０を逆さにした「コニカルモノポール」方向のとき、折り畳んだディスクアンテナ要素１６を折り畳んだグラウンドプレーンと呼ぶこともある。アンテナの折り畳みは、雷対策のＤＣすなわち「仮想グラウンド」構成、すなわちＥＭＰプロテクションとして有用である。この目的のため、折り畳みノード２１は、抵抗要素３２をゼロとするか、ワイヤジャンパを設けて、グラウンドと導通していてもよい。

アンテナ１０の電気的サイズが波長に対して大きいとき、例えば、周波数がカットオフよりずっと高いとき、入力インピーダンスは純粋に抵抗的となり、ほぼ次の通りとなる：
Ｒ_ｉ＝６０ ｌｎ ｃｏｔ α／４
ここで、
Ｒ_ｉ＝アンテナ１０の入力インピーダンス、
α＝コーン広がり角度（図１参照）。

コーン角度αは、電気的サイズが大きく、抵抗要素３２がないときに、５０Ωのとき、９４°である。抵抗要素３２を含むとき、抵抗要素３２は並列につながれているので、コーン角度αを小さくする必要があるかも知れない。アンテナ１０の駆動点２８、２９への抵抗要素３２の値は、一般的に、複素数であり周波数に応じて変化する。

図６は、アンテナに共通するサイズ−帯域幅制約を示しており、これは「チュー限界（Chu's Limit）」とも呼ばれている（前掲した、「全方位アンテナの物理的限界」を参照）。曲線Ｃは、単一同調の場合であり、ｒ／λ＝１／３√［Ｂ／７０．７（１００％）］である。曲線３πＣは、無限次複数同調の場合であり、ｒ／λ＝１／３√［Ｂ／３π７０．７（１００％）］である。ここで、Ｂは帯域幅の一部であり、ｒはアンテナを囲む解析球面の半径である。曲線は両方とも１００％の効率の場合であり、多くのディスコーンアンテナで近似的に成り立つ。本発明は、基本的制約のためにアンテナ構造だけでは十分なＶＳＷＲ帯域幅が得られない、曲線の上の領域での必要性に関するものである。

方法の態様は、ディスコーンアンテナ１０の製作に関し、頂点１４を有するコニカルアンテナ要素１２を設け、前記コニカルアンテナ要素の前記頂点に隣接して、折り畳んだディスクアンテナ要素１６を配置することを含む。ディスクアンテナ要素は、近接した導電性プレーナ部材１８と、外周Ｐで電気的に接続され折り畳んだグラウンドプレーンを画成する、離間した末端導電性プレーナ部材２０とを含む。前記方法は、さらに、アンテナ給電構成２２を折り畳んだコニカルディスクアンテナ要素１２、１６に結合する段階を含む、該段階は、第１の導体２６を前記近接した導電性プレーナ部材１８に結合する段階と、第２の導体２４を前記コニカルアンテナ要素１２と前記末端導電性プレーナ部材２０とに結合する段階を含む。

前記方法は、例えば抵抗要素３２である少なくとも１つのインピーダンス要素３０を、第２の導体２４と末端導電性プレーナ部材２０との間に結合する段階を含んでもよい。近接導電性プレーナ部材１８に開口３４を形成し、第２導体２４または少なくともその一部を、近接導電性プレーナ部材に設けた開口を通して延ばして、例えば抵抗要素３２を介して、末端導電性プレーナ部材に接続する。

コニカルアンテナ要素１２は、内部空間３６を画成し、上記方法は、前記アンテナ給電構成２２を前記内部空間を通して前記コニカルアンテナ要素１２の前記頂点まで延ばして、前記第２導体２４を前記コニカルアンテナ要素１２にその頂点において接続する段階を含む。上記方法は、前記ディスクアンテナ要素の前記近接導電性プレーナ部材１８と前記末端導電性プレーナ部材２０との間に絶縁材料１９を設ける段階をさらに含み得る。

上記の特徴により、ほとんどの無線周波数において、ゼロＨｚすなわちＤＣに近づいても、広い電圧定常波比（ＶＳＷＲ）帯域を有する電気的に小型の通信アンテナができる。ディスクアンテナ要素では、ＶＳＷＲ帯域幅の改良のために折り畳んだグラウンドプレーンを設け、インピーダンス変換のために抵抗負荷を設け、ＤＣグラウンディングなどその他の目的のためにアンテナを折り畳む。

Claims (10)

1. ディスコーンアンテナであって、
   頂点を有するコニカルアンテナ要素と、
   前記コニカルアンテナ要素の先端に隣接して、外周で電気的に接続され、折り畳み接地面を画定する、近接導電性プレーナ部材と、離間した末端導電性プレーナ部材とを有するディスクアンテナ要素と、
   前記ディスクアンテナ要素とコニカルアンテナ要素とに結合したアンテナ給電構成とを有し、
   前記アンテナ給電構成は、
   前記近接導電性プレーナ部材に結合した第１の導体と、
   前記コニカルアンテナ要素と前記末端導電性プレーナ部材とに結合した第２の導体とを有する、ディスコーンアンテナ。
2. 前記第２の導体と前記末端導電性プレーナ部材との間に結合した少なくとも１つのインピーダンス要素をさらに有する、請求項１に記載のディスコーンアンテナ。
3. 前記少なくとも１つのインピーダンス要素は少なくとも１つの抵抗要素を有する、請求項２に記載のディスコーンアンテナ。
4. 前記近接導電性プレーナ部材は開口を有し、
   前記第２の導体は前記近接導電性プレーナ部材に設けられた前記開口を通って、前記末端導電性プレーナ部材に接続されている、請求項１に記載のディスコーンアンテナ。
5. 前記コニカルアンテナ要素は内部空間を画定し、前記アンテナ給電構成は前記内部空間を通って前記コニカルアンテナ要素の前記頂点まで伸びている、請求項１に記載のディスコーンアンテナ。
6. 第２導体が前記コニカルアンテナ要素にその頂点において接続されている、請求項５に記載のディスコーンアンテナ。
7. ディスコーンアンテナの作成方法であって、
   頂点を有するコニカルアンテナ要素を設ける段階と、
   前記コニカルアンテナ要素の先端に隣接して、外周で電気的に接続され、折り畳み接地面を画定する、近接導電性プレーナ部材と、離間した末端導電性プレーナ部材とを有するディスクアンテナ要素を配置する段階と、
   前記ディスクアンテナ要素とコニカルアンテナ要素とにアンテナ給電構成を結合する段階であって、
   前記近接導電性プレーナ部材に第１の導体を結合する段階と、
   前記コニカルアンテナ要素と前記末端導電性プレーナ部材とに第２の導体を結合する段階とを有する、方法。
8. 前記第２の導体と前記末端導電性プレーナ部材との間に少なくとも１つのインピーダンス要素を結合する段階をさらに有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つのインピーダンス要素は少なくとも１つの抵抗要素を有する、請求項８に記載の方法。
10. 前記近接導電性プレーナ部材に開口を形成する段階と、
    前記近接導電性プレーナ部材に設けられた前記開口を通って、前記第２の導体を前記末端導電性プレーナ部材に接続する段階をさらに有する、請求項７に記載の方法。

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