JPH0758858B2 - らせん型アンテナ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、らせん型アンテナ及びその製造方法に関す
る。

らせん型アンテナは、広範囲に亘り、所望通りの形状の
伝送ローブで、高品位の円偏波の電磁波を放射するとい
う利点を有する。

このような特徴のため、この種のアンテナは、種々の使
用分野、特に軌道衛星との地上交信、又は静止衛星と移
動／中継地上局との交信に価値を有する。

しかし、この種のアンテナは、一般に、十分な振幅及び
位相関係にて給電しなければならない４本の放射コード
を有する。例えば、第1a図には、円形スリーブの準線
（指導線）に沿ってπ/2ラジアンの角度のずれに相当す
るピッチｐでスリーブに巻付けた４本の放射コードを示
し、各コードに対しては、π/2ラジアンに等しい相対的
な連続する角度的位相シフトを有する信号が供給（給
電）される。放射コード１に対しては、第1a図にA0°で
示すゼロ相対位相信号を供給し、放射コード２、３、４
に対しては、同じ振幅ａを有するが、−90°、−180
°、−270°だけそれぞれ位相シフトした信号（それぞ
れＡ−90°、Ａ−180°、Ａ−270°にて示す）をそれぞ
れ供給する。

（従来の技術） 現在まで、この種のアンテナに給電する種々の方法が提
案されている。

第１の従来方法によれば、第1b図に示すように、エネル
ギを相互に90°だけ位相シフトした２つの同じ振幅のチ
ャネルに分割するハイブリッドカップラ即ち混成結合器
によりまず励振を行う。アンテナの軸内に収容した二重
シンメトライザにより同軸線から直径方向に対向したコ
ードへの２つの各チャネルに対する通路を確保する。こ
れにより、これらの直径方向に対向したコードには、位
相が正反対の同じ振幅の信号が給電される。補償された
シンメトライザを使用することにより、アンテナの周波
数の作動範囲を調整することが可能となる。

第1c図に示す第２の従来の方法においては、第1b図の場
合と同様に、混成結合器によりエネルギを90°の位相差
を有する２つの同じ振幅のチャネルに分割する。

次いで、同軸ケーブルにより構成した放射コードのうち
の２本の放射コードにより、エネルギを給電地点へ運搬
する。次いで、直径方向に対向したコードの間で、同じ
振幅だが位相が正反対のものにエネルギを分割する。第
１部分は同軸ケーブルのコアに接続し、第２部分は同軸
ケーブル自体のシースの外側部分により構成する。

第1b図に示したそれまでの方法に比べ、第1c図に示した
従来方法は中央のシンメトライザが不要な点で優れてい
る。しかし、この場合の周波数特性曲線は、設定を全く
行っていないため狭いという欠点を有する。

第３の従来方法によれば、第1d図に示すように、同軸の
給電線路をその端部において分割してシンメトライザを
形成する。２つの双らせん状素子間の90°の差を生じる
（直角での）エネルギの分布は、放射コードの長さ、従
って放射コードのリアクタンスを調整することにより、
達成する。

この方法は混成混合器が不要になるという利点を有する
反面、、コドの長さを微妙に設定しなければならないと
いう欠点を有する。更に、これらのコードは異なる長さ
を有するので、アンテナの幾何学形状は回転対称とはな
らず、アンテナの製造が一層複雑となる。

理論的には最も簡単な第1e図に示すような第４の従来方
法によれば、配電器（ディストリビュータ）により放射
コードに給電する。

配電器の回路は４つの接続部によりアンテナに接続しな
ければならない別個の素子で構成してあるので、アンテ
ナの幾何学的形状によっては、この方法の採用が困難な
場合が生じる。

いずれの従来方法においても、供給（給電）地点を形成
する端部とは反対側のコード端部は、四分の一波長の奇
数倍に等しいコード長さを有する開回路とするか、また
は二分の一波長の整数倍に等しいコード長さを有する短
絡回路のいずれかとする。ただし、実際問題としては、
有効な短絡回路は別として、真の開回路を達成すること
は不可能である。その理由は、４本のコードは給電地点
とは反対側の端部で、普通は相互に短絡してしまうから
であり、短絡回路は第1f図に示すように、十字形状に形
成される。

（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、特に簡単ならせん型アンテナ構造を採
用することにより、上記諸欠点を排除することである。

本発明の別の目的は、特に軽量でコンパクトならせん型
アンテナを提供することである。

本発明の更に別の目的は、優れた再現性及び自動化で、
工業規模の製造に極めて容易に適用できる特に簡単なら
せん型アンテナ製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明に係るらせん型アンテナは、回転体形状にらせん
状に巻いた少なくとも２本の放射コ−ドと、前記放射コ
ードに給電する給電回路とから成るらせん型アンテナに
おいて、前記給電回路および放射コードを、ストリップ
線路型式とし、かつ、ストリップ線路により構成された
前記給電回路および前記放射コードが１枚の同じ誘電体
シート上に形成されており、前記給電回路が整合機能を
遂行することを特徴とする。

本発明に係るらせん型アンテナの製造方法の特徴とする
ところは、可撓性の両面プリント回路シートを、このプ
リント回路が回転体形状のスリーブに対応する寸法とな
るように打ち抜く（スタンピング）工程と；プリント回
路シートの第１面をストリップ線路を含む第１区域と放
射コードを含む第２区域とに区分する工程と；プリント
回路シートの第２面側において、第２区域では金属化面
を除去し、第１区域では金属化面を全面的に残して基準
伝搬面を形成する工程と；プリント回路シートの第１面
側において、所定部分から金属化面を除去することによ
り、第２区域では放射コード及び環状導電帯域を形成
し、第１区域では基準伝搬面と一緒にストリップ線路を
構成する別の導電帯域を形成する工程と；基準伝搬面
側、又は放射コード側の面を内側にし、かつ放射コード
を適当な方向に向けて、プリント回路シートをスリーブ
上に巻付ける工程と；から成ることである。

本発明は、軌道衛星と地上との交信、又は静止衛星と移
動／中継局との交信、及び電波探査に使用するらせん型
アンテナの製造に適用できる。

（作用） 本発明に係るアンテナは、回転体形状にらせん状に巻い
た少なくとも１本の放射コードを有するらせん型アンテ
ナである。

まず、回転体形状が円筒形状であるらせん型アンテナに
つき、第2a図、第2b図及び第2c図を参照して説明する。

これらの図において、本発明に係るらせん型アンテナ
は、例えばスリーブ１の周囲に円筒形状にらせん状に巻
いた少なくとも１本の放射コード11、12、13又は14を有
する。本発明の特定の具体例に係るアンテナの展開図を
示す第2a図において、点線はスリーブ１を示し、このス
リーブ上にアンテナを普通に巻付けて、第2b図に示すよ
うな有効に得られるアンテナを形成する。

本発明に係るらせん型アンテナの特に有利な特徴によれ
ば、このアンテナは放射コードのための給電回路２を有
する。この給電回路はストリップ線路型式の伝送線路
（ストリップ伝送路）20から成る。ストリップ線路20は
配電機能とアンテナの放射コードのインピーダンス適合
機能という二つの機能を遂行する。

第2a図〜第2c図に示す具体例において、本発明に係るら
せん型アンテナは、４本の放射コード11、12、13、14を
有する。各放射コードは、スリーブ１の側面上にらせん
状に巻かれたストリップ導体の形態の金属化帯域から成
る。放射コード11、12、13、14を構成する各ストリップ
（ストリップ導体）は、隣のストリップから、スリーブ
１の準線に沿って所定の距離ｐだけ離間している。ま
た、第2b図に示すように、各放射コードはスリーブ１の
準線に対して角度αだけ傾斜し、従ってらせん状に巻か
れている。

給電回路２の有利な特徴によれば、この給電回路を構成
する伝送線路20は、第2a図および第2b図に200にて示す
曲折線路により形成するのが有利である。各放射コード
11、12、13、14は、110、120、130、140で示すその給電
地点、即ち入力端部において、曲折線路200を構成する
ストリップと電気接触するように接続される。本発明に
係るアンテナの給電回路の有利な特徴によれば、２つの
隣接する放射コードの２つの入力端部（例えば、110と1
20、120と130、130と140）間の曲折線路上での電気距離
が、該当するストリップ線路内を伝搬される送受信信号
の四分の一波長の奇数倍に等しい。

このような条件下では、特に四分の一波長の奇数倍の値
が１に等しい場合、放射コード11、12、13、14の各給電
地点、即ち入力端部110、120、130、140には、π/2ラジ
アンだけそれぞれ位相シフトした（すなわち、第1a図に
示したような給電条件で）同じ振幅の信号が給電され
る。

放射コードの整合機能は、好適には、第2d図に示すよう
に、放射コードの110から112、120から122、130から13
2、及び140から142の部分に幅が変動した線路部分201、
202、203、204を使用することにより達成される。

本発明のらせん型アンテナの別の有利な特徴によれば、
入力端部110、120、130、140とは反対側の放射コードの
端部111、121、131、141（第2a図）は、好適には、同じ
環状導電帯域100に短絡回路で接続する。容易に理解で
きるように、各放射コード11、12、13、14の入力側端部
110、120、130、140での給電信号の位相状態に応じて、
放射コードの反対側端部111、121、131、141のいずれか
１本の片方の端部が必ず短絡してゼロ電場振幅となり、
従って導電帯域100への共通接続のため、すべての反対
側端部111、121、131、141が短絡する。そのため、環状
導電帯域は４つの放射コード11、12、13、14の端部に短
絡回路を付与する。

第2a図のＡ−Ａ線における断面図である第2c図に更に示
すように、給電回路２を構成するストリップ線路200は
誘電体シート2000を有し、スリーブ１の側面に接するこ
とになるこのシートの第１面は、基準伝搬面2001を形成
すべく前面的に金属化（金属被覆、メタライジング）さ
れた表面を有する。誘電体シート2000のこの第１面とは
反対側の第２面は、金属化された第１面2001と共にスト
リップ線路20を形成する金属ストリップ2002を有する。

第2c図に更に示すように、特に有利な方法では、ストリ
ップ線路20により構成された給電回路２と、放射コード
11、12、13、14と、短絡回路の環状導電帯域100とは、
同じ１枚の誘電体シート上に形成される。

第2b図は、組立て後、すなわち異なる導電帯域を設けた
誘電体シート2000をスリーブ１の外周に巻付けた後、に
得られるアンテナの正面図を示す。

次に、本発明のらせん型アンテナの製造方法を、第3a図
〜第3d図及び第４図、特に第3a図〜第3d図を参照して説
明する。

本発明に係るらせん型アンテナを工業規模で製造するた
めの製造方法は、第3a図に示すように、金属被覆を設け
た可撓性の両面プリント回路のシート10（その各面を10
1、102で示す）を、所定寸法の円筒状スリーブ１に対応
する寸法でスタンピング加工（打ち抜き加工）する工程
を含む。もちろん、プリント回路シートは、例えばカプ
トン又はガラス強化ポリテトラフルオロエチレンなどの
プラスチック材料のシートから成る誘電体シート2000を
利用した良質シートから構成できる。

第3a図に示すように、本発明のらせん型アンテナ製造方
法は、プリント回路シート10を、ストリップ線路を含む
第１区域Ｉと放射コードを含む第２区域IIとに区分する
工程を包含する。

第3b図に示すように、本発明の製造方法は更に、プリン
ト回路シート10の第１面の側において、第２区域IIの金
属化面101を除去する工程を含む。一方、第１面側の第
１区域Ｉにおいては、この同じ金属化面101を全面的に
残し、基準伝搬面2001を形成する。

第3c図に示すように、この製造方法は更に、プリント回
路シート10の第２面の側において、第２区域IIでは金属
化面102を所定部分だけ除去することにより、放射コー
ド11、12、13及び14と環状導電帯域100とを形成し、一
方、同様な方法で、第２面の第１区域Ｉでは、基準伝搬
面2001一緒にストリップ線路20を構成する別の導電帯域
を形成する工程を含む。この別の導電帯域は、曲折線路
を形成する導電帯域200により構成することができる。

次いで、第3d図に示すように、第3c図の工程で得られた
異なる導電帯域を設けたシートを、基準伝搬面2001側、
又はコード11〜14側の面がスリーブＩの側面に接する状
態で、スリーブ１の外周に巻付ける。その後、スリーブ
１を取外してもよいし、取外さなくてもよい。もちろ
ん、放射コード11、12、13、14は適当に方向を調整す
る。

第3a図〜第3d図に示した各工程は、慣用のプリント配線
の方法に従って、マスキング、隔離、化学的腐食処理を
行うことにより実施できる。もちろん、第3c図に示す工
程は、好適には、１つの同じマスクにより同時に行う。

好適には、可撓性の両面プリント回路シートを円筒状ス
リーブ１に対応する寸法に打ち抜く工程は、適当なスタ
ンピング工具を用いて打ち抜き加工することにより行
う。

第４図に示すように、好適には、スリーブ１の寸法に対
応する寸法への両面プリント回路シート10の打ち抜き
は、例えば、スリーブ１の断面の円周に相当する長さＬ
と所定の値の幅ｌとを有する矩形と、この矩形の上につ
ながった平行四辺形とに相当する形状の輪郭に沿って、
上述のシートを打ち抜くことから成る。第４図に示す通
り、この平行四辺形の短辺ａは上記矩形の長さＬに等し
く、長辺（高さ）ｈは、この長辺の長さｈと矩形の幅ｌ
との合計がスリーブ１の高さＨに等しくなるようなもの
である。第４図には、打ち抜かれたプリント回路シート
の横に、実質的に対応する寸法のスリーブ１が示してあ
る。もちろん、平行四辺形の角度αはスリーブ１にらせ
ん状に巻かれる放射コードの角度αに相当する。この打
ち抜きの後で、上記平行四辺形の斜辺に平行に、上述の
方法で放射コード11、12、13、14が形成される。

アンテナを巻付けた後、環状導電帯域100の両端101、10
2を、溶接、リベット、又は導電性結合剤による結合等
で電気接触させる必要がある。次いで、ネジ止め、クラ
ンプ止め、溶接、結合等の慣用の方法で、適当なコネク
タ30をストリップ線路20の端部25に接続する。

第5a図及び第5b図に示すように、本発明に係るらせん型
アンテナは、円錐形状の回転体形状でらせん状に巻いた
少なくとも１本の放射コード11、12、14又14から成って
もよい。

第5a図は、使用する円錐形状のスリーブに対応するプリ
ント回路の展開図である。

放射コード11、12、13、14及び必要により設ける最終の
短絡回路100のための給電回路200のエッチングに各種の
工程を利用する本発明の製造方法は、展開可能な形状を
持つ任意のアンテナ、特に円錐形状のらせん型アンテナ
にもちろん適用できる。

円筒形状のアンテナに比べ、このような円錐形アンテナ
は、円偏波をより良好に捕捉でき、コネクタ側でのこぼ
れ信号放射をより少なくできる。その反面、同じ周波数
に対してより大型のアンテナが必要となり、展開した回
路も第5a図に示すようにより複雑となる。

円錐形らせん型アンテナの製造方法が円筒形らせん型ア
ンテナの製造方法と異なる点は、展開したときの回路の
形状と、巻いたときの回路の形だけである。

（発明の効果） 以上、特に好適な態様に関して本発明のらせん型アンテ
ナ及び工業規模で実施可能なその製造方法を説明した
が、本発明のアンテナは、その設計により、その機械的
及び電磁的特性を高精度に再現できる。さらに、本発明
のらせん型アンテナの設計により、極めて高い信頼性を
伴って工業規模でこの種のアンテナを生産することが可
能な製造方法が確立された。

すなわち、本発明により得られる効果をまとめれば次の
通りである。

（ｉ）給電回路と放射コードとを設けるのに、溶接も、
接着剤も、あるいは機械的接続手段も必要としない。

（ii）そのような結合に関して、給電回路の調整を必要
としない。

（iii）給電回路と放射コードは一回のエッチング操作
で製作できる。

（iv）したがって、本願発明にかかるアンテナは非常に
高い生産性を示し、製造コストは大幅に低下する。

【図面の簡単な説明】

第1a図ないし第1f図は、従来のらせん型アンテナを説明
するための図； 第2a図は、本発明に係るらせん型アンテナの１例の展開
図； 第2b図は、第2a図のアンテナの正面図； 第2c図は、第2a図のＡ−Ａ線における断面図； 第2d図は、第2a図に示す具体例の詳部を示す図； 第3a図ないし第3d図は、本発明に係る第2a図〜第2d図に
示すアンテナ製造方法の諸工程を示す図； 第４図は、第3a図〜第3d図の方法を実施するための有利
な実施方式を示す図； 第5a図は、円錐形状のらせん型アンテナを製造するため
のプリント回路の展開図； 第5b図は、第5a図のプリント回路を使用して得られた円
錐形状のらせん型アンテナの正面図である。 1:スリーブ、2:給電回路 10:プリント回路シート 11〜14:放射コード 20:伝送線路（ストリップ線路） 100:環状導電帯域 200:曲折線路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体形状にらせん状に巻いた少なくとも
   ２本の放射コードと、前記らせん型アンテナが前記放射
   コードに給電する給電回路とから成るらせん型アンテナ
   において、前記給電回路および放射コードをストリップ
   線路型式とし、かつストリップ線路により構成された前
   記給電回路および前記放射コードが１枚の同じ誘電体シ
   ート上に形成されており、前記給電回路が整合機能を遂
   行することを特徴とする、らせん型アンテナ。
2. 【請求項２】請求項１記載のらせん型アンテナにおい
   て、前記回転体形状が円筒形状又は円錐形状である、ら
   せん型アンテナ。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のらせん型アンテナ
   において、スリーブの側面にらせん状に巻いたストリッ
   プの形態の金属化帯域によりそれぞれ形成した４本の放
   射コードを具備し、前記各ストリップが隣りのストリッ
   プから前記スリーブの準線に沿って所定の距離ｐだけ離
   間しており、給電回路を構成する前記伝送線路が曲折線
   路により形成されている、らせん型アンテナ。
4. 【請求項４】請求項３記載のらせん型アンテナにおい
   て、前記各放射コードが、その給電地点即ち入力端部
   で、前記曲折線路を形成するストリップと電気接触して
   おり、２つの隣り合った前記放射コードの入力端部間の
   線路上での電気距離が、送受信信号の四分の一波長の奇
   数倍に等しい、らせん型アンテナ。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のらせ
   ん型アンテナにおいて、前記入力端部とは反対側の前記
   放射コードの端部が、１つの同じ環状導電帯域に短絡回
   路で接続されている、らせん型アンテナ。
6. 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のらせ
   ん型アンテナにおいて、前記給電回路を構成する前記ス
   トリップ線路が誘電体シートを有し、前記スリーブの側
   面の側を向く該シートの第１面が基準伝搬面を形成すべ
   く全面的に金属化面となり、前記シートの該第１面とは
   反対側の第２面が前記金属化された第１面と一緒に前記
   ストリップ線路を形成する金属ストリップを有してい
   る、らせん型アンテナ。
7. 【請求項７】請求項１〜６項のいずれかに記載のらせん
   型アンテナを製造する方法において、 （イ）１枚の可撓性の両面プリント回路シートを、回転
   体形状のスリーブに対応する寸法で打ち抜く工程と、 （ロ）前記プリント回路シートを、前記給電回路に対応
   するストリップ線路を含む第１区域と前記放射コードに
   対応するストリップ線路を含む第２区域とに区分する工
   程と、 （ハ）前記プリント回路シートの第１面側において、前
   記第２区域の相当するレベルの領域では金属化面を除去
   し、前記第１区域に相当するレベルの領域においては金
   属化面を全面的に残して、基準伝搬面を形成する工程
   と、 （ニ）前記プリント回路シートの第２面側において、１
   つの同一のマスクを使用して所定部分の金属化面を除去
   することにより、区分された金属化面の前記第２区域で
   は前記放射コードを形成し、一方、区分された金属化面
   の前記第１区域では前記基準伝搬面と一緒に前記給電回
   路を形成する工程と、 （ホ）前記基準伝搬面側、又は前記放射コード側の面を
   内側にし、かつ該放射コードを適当な方向に向けて、前
   記プリント回路シートを該スリーブ上に巻付ける工程
   と、 からなることを特徴とする、らせん型アンテナ製造方
   法。
8. 【請求項８】請求項７記載の方法において、前記（ハ）
   及び（ニ）の工程が、マスキング、隔離、および化学的
   腐食処理により実施される、らせん型アンテナ製造方
   法。
9. 【請求項９】請求項７記載の方法において、前記スリー
   ブが円筒形状であり、前記両面プリント回路シートを前
   記スリーブの寸法に対応する寸法に打ち抜く工程が、前
   記スリーブの断面の円周に相当する長さと所定の値の幅
   とを有する矩形と、この矩形にの上につながった平行四
   辺形とに相当する形状の輪郭に沿って前記シートを打ち
   抜くことから成り、該平行四辺形の短辺ａは前記矩形の
   前記長さに等しく、前記平行四辺形の長辺（高さ）は、
   前記矩形の幅と該長辺の長さとの合計が前記スリーブの
   高さに等しくなるような大きさであり、該平行四辺形の
   角度が前記放射コードのらせん状に巻かれる角度に等し
   い、らせん型アンテナ製造方法。
10. 【請求項１０】請求項７記載の方法において、前記スリ
    ーブが円錐形状である、らせん型アンテナ製造方法。