JP5496941B2 - スパイラルアンテナ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、広帯域特性を有するスパイラルアンテナに関する。

従来技術では、スパイラルアンテナ終端部から反射される電流を抑えるために、電波吸収体を設け反射される電流を電波吸収体に吸収させていた。これにより、軸比性能の劣化は緩和される。

特開２０１０−２７９０８０号公報

IET Microw. Antennas Propag., 2008, Vol. 2, No. 7, pp. 725-730「Cavity-backed Archimedean spiral antenna with strip absorber」

しかしながら、上述した技術では、スパイラルアンテナ終端部から反射される前の電流についても、電波吸収体に吸収されるため利得の低下が起きるという欠点を有していた。

本実施形態の目的は、広帯域において軸比性能及びアンテナ効率が良好なスパイラルアンテナを提供することにある。

本実施形態に係るスパイラルアンテナは、基板上にスパイラル型の導体を形成したアンテナ素子と、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、前記スパイラルの終端部を覆うように配置される電波吸収体と、前記電波吸収体を覆うように配置される誘電体とを具備するものである。

本実施形態に係るスパイラルアンテナの構成例を示す外観図。 図１に示すスパイラルアンテナの上面図及び側面図。 図１に示すスパイラルアンテナの断面図。 図１に示すスパイラルアンテナの軸比を示す図。 図１に示すスパイラルアンテナの利得を示す図。 図１に示すスパイラルアンテナの放射効率を示す図。 変形例１のスパイラルアンテナの断面図。 変形例１のスパイラルアンテナの軸比を示す図。 変形例１のスパイラルアンテナの利得を示す図。 変形例１のスパイラルアンテナの放射効率を示す図。 変形例２のスパイラルアンテナの断面図。 変形例２のスパイラルアンテナの軸比を示す図。 変形例２のスパイラルアンテナの利得を示す図。 変形例２のスパイラルアンテナの放射効率を示す図。 変形例３のスパイラルアンテナの外観図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係るスパイラルアンテナを説明する。

図１は、本実施形態に係るスパイラルアンテナの構成例を示す外観図である。また、このスパイラルアンテナの上面図及び側面図を図２に示し、断面図を図３に示す。

このスパイラルアンテナは、誘電体基板１１上又は自由空間上にスパイラル型に形成されるアンテナ素子１３を有し、アンテナ素子１３との間に一定の空隙をもってこの誘電体基板１１を支持する金属製のキャビティ１５と、アンテナ素子１３のスパイラルの終端部を覆うように配置される電波吸収体（磁性体）１２と、この電波吸収体１２を覆うように配置される誘電体１４と有する。

例えば、電波吸収体１２は、環状に形成され、アンテナ素子１３のスパイラルの終端部を上部から覆うように誘電体基板１１に密着するように配置される。誘電体１４は、電波吸収体１２を覆うように環状に形成され、電波吸収体１２に接するように配置される。又は電波吸収体１２の上方に空隙を設けて配置される。

次に、このように構成されたスパイラルアンテナの特性について説明する。
図４は、スパイラルアンテナの軸比を示したもので、横軸に周波数［ＧＨｚ］、縦軸に軸比［ｄＢ］を示す。図４において、一点鎖線は電波吸収体及び誘電体を配置しない構成（ａ）におけるシミュレーション結果を示す。点線は電波吸収体のみ配置した構成（ｂ）のシミュレーション結果を示す。実線は本実施形態のように電波吸収体及び誘電体を配置した構成（ｃ）のシミュレーション結果を示す。スパイラルアンテナの動作周波数は、スパイラルの外側から中央に向かって動作周波数が高くなる。（ａ）の場合は、スパイラルアンテナ終端部から反射される電流の影響により周波数の低い領域において軸比性能が劣化している。（ｂ）の場合は、電波吸収体を設けて反射される電流を電波吸収体に吸収させることにより、軸比性能は改善している。（ｃ）の場合も、（ｂ）の場合と同様の軸比性能が得られていることがわかる。

図５は、図４のシミュレーションにおけるスパイラルアンテナの利得（右旋円偏波）を示したもので、横軸に周波数［ＧＨｚ］、縦軸に利得［ｄＢｉ］を示す。（ｂ）の場合は、電波吸収体を設けてスパイラルアンテナ終端部から反射される電流を電波吸収体に吸収させているが、スパイラルアンテナ終端部から反射される前の電流についても、電波吸収体に吸収されるため利得の低下が起きている。（ｂ）と（ｃ）とを比較すると、周波数の低い領域において、（ｂ）の場合は大幅に利得が低下しているが、（ｃ）の場合は、（ｂ）の場合に比べて利得の低下を改善していることがわかる。

図６は、図４のシミュレーションにおけるスパイラルアンテナの放射効率を示したもので、横軸に周波数［ＧＨｚ］、縦軸に放射効率［％］を示す。（ｂ）の場合は周波数の低い領域において放射効率が低下しているが、（ｃ）の場合は、（ｂ）の場合に比べて広帯域にわたって高い放射効率が得られていることがわかる。

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終端部を覆うように電波吸収体を配置し、この電波吸収体を覆うように誘電体を配置することで、広帯域において軸比性能及びアンテナ効率が良好なスパイラルアンテナを実現することが可能となる。

さらに、本実施形態について、次のような変形例が考えられる。
（変形例１）
図７は、変形例１の構成を示す断面図である。誘電体１４の形状をスパイラルの中央に向かって厚さが薄くなるようスロープ状に形成したものである。

図８、９及び１０は、上記実施形態の図４、５及び６と同様に、変形例１の構成のスパイラルアンテナの軸比、利得（右旋円偏波）、放射効率をそれぞれ示したものである。図８、９及び１０において、実線は変形例１の構成のシミュレーション結果を示し、一点鎖線は電波吸収体及び誘電体を配置しない構成（ａ）、点線は電波吸収体のみ配置した構成（ｂ）のシミュレーション結果を示す。

図８、９及び１０によれば、電波吸収体のみ配置した構成（ａ）では、軸比性能は改善されているが、周波数の低い領域で利得及び放射効率の低下が起きていることがわかる。これに対し、変形例１の構成では、軸比性能を改善しつつ、周波数の低い領域での利得及び放射効率の低下を改善していることがわかる。

以上述べたように、変形例１のように構成しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができ、さらにアンテナ重量の軽量化を図ることができる。

（変形例２）
図１１は、変形例２の構成を示す断面図である。誘電体１４の形状をスパイラルの中央に向かって厚さが薄くなるよう階段状に形成したものである。

図１２、１３及び１４は、上記実施形態の図４、５及び６と同様に、変形例２の構成のスパイラルアンテナの軸比、利得（右旋円偏波）、放射効率をそれぞれ示したものである。図１２、１３及び１４において、実線は変形例２の構成のシミュレーション結果を示し、一点鎖線は電波吸収体及び誘電体を配置しない構成（ａ）、点線は電波吸収体のみ配置した構成（ｂ）のシミュレーション結果を示す。

図１２、１３及び１４に示すシミュレーション結果から明らかなように、変形例２のように構成にしても、上記変形例１と同様の効果を得ることができる。

（変形例３）
図９は、変形例３の構成を示す外観図である。上記実施形態では、アンテナ素子１３は円形であったが、この形状は必ずしも円形である必要はない。例えば、図９に示すように、スパイラル形状及びキャビティを四角形などの多角形とした場合でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、スパイラル形状は多角形で、キャビティを円筒した構成など、組み合わせは任意に選択できる。

また、上記実施形態では、誘電体１４の中央部に空間を設けているが、アンテナ素子１３の上方を全て覆うように構成してもよい。

なお、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…誘電体基板、１２…電波吸収体、１３…アンテナ素子、１４…誘電体、１５…キャビティ。

Claims (4)

1. スパイラル型に形成したアンテナ素子と、
   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、
   前記スパイラルの終端部を覆うように配置される電波吸収体と、
   前記アンテナ素子と略同一の外縁形状を有し、前記電波吸収体の上方に配置される誘電体と
   を具備し、
   前記誘電体は、前記スパイラルの中央に向かって厚さが薄くなるようスロープ状に形成されることを特徴とするスパイラルアンテナ。
2. 前記誘電体は、前記スパイラルの中央に向かって厚さが薄くなるよう階段状に形成され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。
3. 前記アンテナ素子は、前記スパイラルの形状が円形又は多角形に形成してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパイラルアンテナ。
4. 前記キャビティは、円筒状又は多角形状に形成してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパイラルアンテナ。

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