(57)【要約】  コニカルモノポールアンテナは、先端とベースと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前記ベースにわたり結合された導体ベース部材と、前記コニカルアンテナ要素の先端に隣接して、ディスクアンテナ要素等のグラウンドプレーンアンテナ要素を配置する段階とを有する。フォールド導体は、前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間に結合される。フォールド導体は、抵抗要素及び／または誘導要素などである少なくとも１つのインピーダンス要素を有していてもよい。アンテナ給電構成が、前記グラウンドプレーンと前記コニカルアンテナ要素とに結合される。アンテナの利得は小さいが、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。折り畳んだ抵抗終端は駆動点減衰やエッジ負荷より好ましく、本コニカルモノポールアンテナはほとんどの無線周波数において低ＶＳＷＲを実現する。
2011521597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端とベースと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前記ベースにわたり結合された導体ベース部材と、
前記コニカルアンテナ要素の前記先端に隣接したグラウンドプレーンアンテナ要素と、
前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間に結合されたフォールド導体と、
前記グラウンドプレーンと前記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する、コニカルモノポールアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナ給電構成は、
前記コニカルアンテナ要素に結合した第１の導電体と、
前記グラウンドプレーンアンテナ要素に結合した第２の導電体とを有する、請求項１に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項３】
前記フォールド導体は、少なくとも１つのインピーダンス要素を有する、請求項１に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項４】
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つの抵抗要素と誘導要素とを有する、請求項３に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項５】
前記コニカルアンテナ要素は前記先端に隣接する開口を有し、
前記フォールド導体は前記コニカルアンテナ要素の前記開口を通って延在する、請求項１に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項６】
前記コニカルアンテナ要素は内部空間を画成し、前記フォールド導体は前記内部空間に、前記導体ベース部材の間に、前記コニカルアンテナ要素の前記先端に隣接する前記開口を通って延在する、請求項４に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項７】
先端とベースと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前記ベースにわたり導体ベース部材を結合する段階と、
前記コニカルアンテナ要素の前記先端に隣接してグラウンドプレーンアンテナ要素を配置する段階と、
前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間にフォールド導体を結合する段階と、
前記グラウンドプレーンと前記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とを有する、コニカルモノポールアンテナの作成方法。
【請求項８】
前記アンテナ給電構成を結合する段階は、
前記コニカルアンテナ要素に第１の導電体を結合する段階と、
前記グラウンドプレーンアンテナ要素に第２の導電体を結合する段階とを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記フォールド導体を結合する段階は、前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間に前記少なくとも１つのインピーダンス要素を結合する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
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つの抵抗要素と誘導要素とを有する、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、コニカル及びバイコニカルアンテナ、折り畳みアンテナ、全方位アンテナ、及びその関連方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、アンテナの電圧定在波比（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、同調では不十分である。
【０００３】
現代の物理学では、瞬間利得帯域幅はＣｈｕ’ｓ  Ｌｉｍｉｔとして知られる関係によりアンテナサイズにリンクしている（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）。チュー限界によると、単一同調アンテナにおける３ｄＢゲインの瞬時最大帯域幅は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。アンテナ瞬時利得帯域幅は制限されているが、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アンテナ利得を犠牲にして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、損失を導入することができる。散逸損失が無いと、アンテナの単一同調瞬時２対１ＶＳＷＲ帯域幅は７０．７（ｒ／λ）３を超えることはできない。
【０００４】
アンテナの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、多項式応答を有し、チェビシェフフィルタのようなリップルを有するパスバンドを含む。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。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（「小型アンテナ用広帯域マッチングエリア」、ハロルドＡ.ホィーラー、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、第ＡＰ−３１巻、第２、１９８３年３月）。単純なアンテナの周波数応答は、本質的に直交した「単一同調」周波数応答である。
【０００５】
半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。これらは広い周波数範囲にわたる波形拡張に非常に適している。コニカルアンテナは、グラウンドプレーン上に単一の反転コーンを含む。バイコニカルアンテナは、先端が互いに向き合う方向のコーンのペアを含む。コニカルアンテナとバイコニカルアンテナは、スペクトル監視などのいろいろなアプリケーションでブロードバンドアンテナとして用いられる。
【０００６】
バイコニカルアンテナは、上部反転コーンと、下部コーンと、給電構成とを含み、特許文献１に開示されている。２つのコーンは、同軸回路につながり、アンテナに給電する電気信号を供給する自励ホーンを形成する。アンテナはコーンの軸に対して対称であり、各コーンは３６０°広がったフルコーンである。特許文献１の図２では、１つのコーンをプレーナ部材に対して励起して、コニカルモノポールを形成する。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アンテナは、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、コニカルアンテナにも制約がある：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。
【０００７】
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２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。
【０００８】
特許文献３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４、５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。
【０００９】
ダイポールアンテナの畳み込む点は、特許文献６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６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７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、ＶＳＷＲは低いが、狭い共振領域から離れると十分な利得が得られない。
【００１０】
従来のコニカルアンテナは、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。サイズが大きいと、高い周波数でパターンビーム幅が不十分になる。したがって、多くの、または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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第２，１７５，２５２号
【特許文献２】米国特許第２，３６８，６６３号
【特許文献３】米国特許７，１７０，４６２号
【特許文献４】米国特許第４，８５１，８５９号
【特許文献５】米国特許第７，２８６，０９５号
【特許文献６】米国特許第２，２８３，９１４号
【特許文献７】米国特許第４，４２３，４２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の背景を考慮して、本発明の目的は、ほとんどの周波数において電圧定在波比（ＶＳＷＲ）帯域幅が広い、電気的に小さい通信アンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の上記その他の目的、特徴、利点は、コニカルモノポールアンテナであって、先端とベースと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前記ベースにわたり結合された導体ベース部材と、前記コニカルアンテナ要素の先端に隣接して、ディスクアンテナ要素等のグラウンドプレーンアンテナ要素を配置する段階とを有する。フォールド導体は、前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間に結合される。アンテナ給電構成が、前記グラウンドプレーンと前記コニカルアンテナ要素とに結合される。
【００１４】
アンテナ給電構成は、前記コニカルアンテナ要素に結合した第１の導電体と、前記グラウンドプレーンアンテナ要素に結合した第２の導電体とを有してもよい。フォールド導体は、抵抗要素及び／または誘導要素などである少なくとも１つのインピーダンス要素を有していてもよい。
【００１５】
コニカルアンテナ要素は、前記先端に開口を有し、前記フォールド導体は前記コニカルアンテナ要素の前記開口を通って延在してもよい。コニカルアンテナ要素は内部空間を画成し、フォールド導体はその内部空間を通ってコニカルアンテナ要素の先端に隣接する前記開口を通って延在してもよい。コニカルアンテナ要素、導体ベース部材、及びグラウンドプレーンアンテナ要素は、連続的な導体レイヤとして、またはワイヤ構造として構成してもよい。
【００１６】
本アプローチは、コーンとグラウンドプレーンすなわちディスクとの間の電気的折り畳み位置に、抵抗及び／またはインダクタ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。フォールド導体は、例えば、折り畳んだアンテナ回路または折り畳んだコニカルモノポールアンテナを提供する内部ワイヤであってもよい。本アプローチでは、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。
【００１７】
本発明の方法の態様は、コニカルモノポールアンテナの作成に関し、該アンテナは、先端とベースと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前記ベースにわたり導体ベース部材を結合する段階と、前記コニカルアンテナ要素の先端に隣接して、ディスクアンテナ要素等のグラウンドプレーンアンテナ要素を配置する段階とを有する。本方法は、導体ベース部材とグラウンドプレーンアンテナ要素との間にフォールド導体を結合する段階と、グラウンドプレーンとコニカルアンテナ要素にアンテナ給電構成を結合する段階とを有する。
【００１８】
アンテナ給電構成を結合する段階は、前記コニカルアンテナ要素に第１の導電体を結合する段階と、前記グラウンドプレーンアンテナ要素に第２の導電体を結合する段階とを有してもよい。前記フォールド導体を結合する段階は、抵抗またはインダクタなどの少なくとも１つのインピーダンス要素を前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間に結合する段階を有する。本方法は、前記先端に隣接する前記コニカルアンテナ要素に開口を形成する段階を有しても良い。また、前記フォールド導体を結合する段階は、前記コニカルアンテナ要素の開口を通して前記フォールド導体を延ばす段階を有しても良い。コニカルアンテナ要素は内部空間を画成し、フォールド導体を延在する段階は、その内部空間を通ってコニカルアンテナ要素の先端に隣接する前記開口を通って、フォールド導体を延在する段階を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるコニカルモノポールアンテナを示す図である。
【図２】他の実施形態によるコニカルモノポールアンテナの一部を示す拡大図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるコニカルモノポールアンテナを示す図である。
【図４】図１のコニカルモノポールアンテナの垂直面内放射パターンの測定値を、従来のコニカルモノポールアンテナと比較したグラフである。
【図５】図１のコニカルモノポールアンテナの利得を、従来のコニカルモノポールアンテナと比較したグラフである。
【図６】図１のコニカルモノポールアンテナのＶＳＷＲの測定値を、従来のコニカルモノポールアンテナと比較したグラフである。
【図７】アンテナに共通なサイズ−帯域幅制約を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、多数の異なる形式で実施でき、ここに開示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。
【００２１】
まず図１を参照して、本発明の特徴を備えたコニカルモノポールアンテナ１０を説明する。アンテナ１０は、例えば、１００乃至５１２ＭＨｚで動作し、３０ＭＨｚより下で使用できるＶＨＦ／ＵＨＦ全方向性ディスコーンアンテナである。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。本アンテナは、コーンとグラウンドプレーンすなわちディスクとの間の電気的折り畳み位置に、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コニカルモノポールアンテナまたは抵抗交換（resistor  traded）アンテナであると言える。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、アンテナシステムのＶＳＷＲが例えば、２：１またはそれ以下である帯域幅と定義されている。ＶＳＷＲは送信ライン（送信器の出力）への入力、またはアンテナ給電点において測定できる。ここでは、ＶＳＷＲはアンテナ給電点で測定するものとする。
【００２２】
コニカルモノポールアンテナ１０は先端１４とベース１５とを有するコニカルアンテナ要素１２を含む。導体ベース部材１８はコニカルアンテナ要素１２のベース１５にわたり設けられ、グラウンドプレーンアンテナ要素１６（例えば、ディスクアンテナ要素）はコニカルアンテナ要素１２の先端１４に隣接している。フォールド導体（fold  conductor）２０が、導体ベース部材１８とグラウンドプレーンアンテナ要素１６との間に結合され、コニカルアンテナ要素１２の内部にある。フォールド導体２０は、抵抗要素及び／または誘導要素である少なくとも１つのインピーダンス要素２１を有する。インピーダンス要素２１は、例えば５０Ωの付加抵抗である。他の実施形態では、グラウンドプレーンアンテナ要素１６の形状はディスク以外の形状であってもよい。当業者には言うまでもなく、グラウンドプレーンアンテナ要素は、場合によっては、例えば自動車のルーフや飛行機の機体であってもよい。
【００２３】
図示はしていないが、インピーダンス要素２１は、並列共振回路、直列共振回路、及び／または抵抗、キャパシタ、インダクタなどのインピーダンス装置のラダーネットワークも含み得る。図３を参照して、別の実施形態のアンテナ１０′は、フォールド導体２０′を有し、グラウンドプレーン要素１６′と導体ベース部材１８′との間にインダクタ２９′と抵抗２１′が直列に接続されている。導体ベース部材１８′はコニカルアンテナ要素１２′のベース１５′にわたって広がり、フォールド導体２０′は実例としてコニカルアンテナ要素１２′の先端１４′に隣接した開口１７′を通って伸びている。また、外側導体２４′と内側導体２６′を含むアンテナ給電構成２２′がコニカルアンテナ要素１２′の先端１４′でアンテナ１０′と結合している。
【００２４】
再び図１を参照して、コニカルアンテナ要素１２は先端１４に、またはそれに隣接して開口１７を有し、フォールド導体（fold conductor）２０はコニカルアンテナ要素のその開口を通って伸びている。コニカルアンテナ要素１２は内部空間１３を画成し、フォールド導体２０は実例ではその内部空間に伸びて、コニカルアンテナ要素１２の先端１４の、またはそれに隣接した開口１７を通る。
【００２５】
アンテナ給電構成２２は、コニカルアンテナ要素１２とディスクアンテナ要素１６に結合し、実例ではグラウンドプレーンアンテナ要素１６に結合した第１導体２４と、コニカルアンテナ要素１２に結合した第２導体２６とを含む。図示していないが、フランジ付きシャーシタイプの同軸コネクタをディスクアンテナ要素１６に取り付けてカップリングを支援してもよい。給電構成２２は、実例では送信器３０に結合しているが、トランシーバ及び／またはアンテナ給電回路に接続されていてもよいことは当業者には言うまでもないことである。
【００２６】
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。
【００２７】
コニカルアンテナ要素１２、導体ベース部材１８、及び／またはグラウンドプレーンアンテナ要素１６は、図１に示したように、連続した導電レイヤであってもよいし、または図２の拡大図に示したように、ワイヤ構成２８であってもよく、これは当業者には言うまでもないことである。
【００２８】
図１の実施形態では、表１に示した通りとなっている：
【表１】
2011521597.tif 000003
ここで、プロトタイプかつ実施形態の性能を説明する。図４は、９００ＭＨｚで測定した、図１のコニカルモノポールアンテナの垂直面内放射パターンの測定値を、従来のコニカルモノポールアンテナと比較したグラフである。すなわち、図４の放射パターンは、同じアンテナのグラフであが、フォールド導体２０と、インピーダンス要素２１としての５０Ω抵抗による折り返し終端（folded  termination）とがある場合とない場合を示している。単位は等方性アンテナに対するデシベル（ｄＢｉ）であり、測定量はパワーであり、垂直偏波遠隔場の電場に対するものである。図から分かるように、放射パターンの形状は抵抗があってもなくても似ている。方位面パターンカット（図示せず）は円形であり、全方位的である。これは回転体アンテナに対して予見できることである。
【００２９】
図５は、図１のコニカルモノポールアンテナ１０の利得の、従来のコニカルモノポールアンテナとの差異を比較したグラフである。すなわち、図５は、同じアンテナの振幅のグラフであるが、フォールド導体２０と、インピーダンス要素２１としての５０Ω抵抗による折り返し終端（folded  termination）とがある場合とない場合を示している。単位は等方性アンテナに対するデシベルではなく、単なるデシベルである。比較対象が、従来の、抵抗のないコニカルモノポールだからである。測定は水平面で行った。図５を参照して、インピーダンス要素２１として５０Ω抵抗折り返し終端を入れると、利得が８００ＭＨｚで０．４ｄＢ上昇し、２５００ＭＨｚで１．２ｄＢ低下した。このような利得トレードはよくある。
【００３０】
図６は、本発明のコニカルモノポールアンテナのＶＳＷＲの測定値と、従来のコニカルモノポールアンテナとのＶＳＷＲの測定値とを示すグラフである。すなわち、図６は、同じアンテナのＶＳＷＲの測定値のグラフであるが、フォールド導体２０と、インピーダンス要素２１としての５０Ω抵抗による折り返し終端（folded  termination）とがある場合とない場合を示している。使用した無線送信器のソースインピーダンスは５０Ωであり、ＶＳＷＲは５０Ωシステムにおける動作のものである。図から分かるように、抵抗要素２１による抵抗性終端により、通常のカットオフ周波数より下でＶＳＷＲが大幅に低下した。本発明のコニカルモノポールアンテナ１０は、ほとんど、またはすべての無線周波数における送信機器の負荷として好適である。
【００３１】
当業者には明らかなように、カットオフより上でのＶＳＷＲ低下と、カットオフより下での利得低下との間のトレードは、インピーダンス要素２１の値を変えることにより変わる。インピーダンス要素２１は、キャパシタ、インダクタ、及び抵抗の電気的ネットワークであってもよい。インピーダンス要素２１を設ける位置（folded  location）は、アンテナの終端ができるので好ましく、例えばアンテナ給電点に減衰器を設けたり、シート抵抗材料でエッジ終端したりするよりも有利である。
【００３２】
フォールド導体２０は、インピーダンス要素２１を介さずに、またはインピーダンス要素２１をゼロまたはほぼゼロにして、グラウンドプレーンアンテナ要素１６に直接接続できる。こうすると、コニカルモノポールとディスコーンアンテナの場合に、折り畳んだコニカル半要素となる。これはインピーダンスマッチング、ＤＣグラウンディング、構造的必要性などの点で有用である。
【００３３】
図１に戻り、本発明の設計パラメータは、抵抗要素２１の値、コーン広がり角度α、コーン高さｈ、グラウンドプレーンアンテナ要素１６直径を含む。例えば、周波数がカットオフよりずっと高く、アンテナ１０の電気的サイズが波長に対して大きいとき、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：
Ｒｉ＝６０  ｌｎ  ｃｏｔ  α／４
ここで、
Ｒｉ＝コニカルモノポールアンテナ１０の入力インピーダンス、
α＝コーン広がり角度（図１参照）。
【００３４】
コーン角度αは、電気的サイズが大きく、５０Ωのとき、９４°である。コニカルアンテナ要素１２のコーン広がり角度αが大きいとき（ファットコーン）、反共振（２Ｆｃ）におけるＶＳＷＲが小さくなり、高周波数における水平面からのパターン変化（pattern
droop）が小さくなり、駆動点抵抗が小さくなる。背が高くて細いコーンは、オクターブ間隔で共振になったりならなかったりするので不利である。コニカルモノポールアンテナの垂直面パターンローブは電気的サイズが大きいコーンに沿ってファイアする。コーンの高さとディスクの直径は、低いカットオフ周波数と、利得レベルと、効率またはカットオフで指定されたＶＳＷＲに関係する。放射効率が５０％（−０．９ｄＢｉ利得）の場合、コーンの高さｈは約０．１４λａｉｒであり、コーンの直径は約０．０９８λａｉｒであった。
【００３５】
本発明の動作理論は、例えばワイヤラインよりもコーンの表面に沿ってコーン先端の不連続点から、リニア構造よりも半径方向で電荷分離誘導電流フローがある点で、他のコニカルモノポールアンテナの動作理論と同様である。コーンとディスクは、特性インピーダンスが一様なラジアル送信ラインの２つの導体となり、カットオフより高い周波数で放射により自由空間にカップリングする。コニカルモノポールアンテナ１０では、インピーダンス要素２１により、放射により終端と並列に終端され、放射が不十分な周波数におけるＶＳＷＲに対する要求を満たす。インダクタ２９′を含めることにより、高い周波数において必要のない拡散的終端がなくなり、放射終端が不十分な低い周波数において拡散的終端が起こる。それゆえ、周波数応答インピーダンス要素２１は、放射による周波数応答と反対であることが好ましい。
【００３６】
本発明の方法の態様は、コニカルモノポールアンテナ１０の作成に関し、先端１４とベース１５とを有するコニカルアンテナ要素１２を設ける段階と、前記コニカルアンテナ要素１２のベースにわたり導体ベース部材１８を結合する段階と、前記コニカルアンテナ要素１２の先端１４に隣接して、ディスクアンテナ要素等のグラウンドプレーンアンテナ要素１６を配置する段階とを有する。該方法は、前記導体ベース部材１８と前記グラウンドプレーンアンテナ要素１６との間にフォールド導体２０を結合する段階と、アンテナ給電構成２２を、グラウンドプレーン１６とコニカルアンテナ要素１２とに結合する段階とを有してもよい。
【００３７】
前記アンテナ給電構成２２を結合する段階は、第１の導電体２４を前記コニカルアンテナ要素１２に結合し、第２の導電体２６を前記グラウンドプレーンアンテナ要素１６に結合する段階を有してもよい。前記フォールド導体２０を結合する段階は、抵抗またはインダクタなどの少なくとも１つのインピーダンス要素２１を前記導体ベース部材１８と前記グラウンドプレーンアンテナ要素１６との間に結合する段階を有してもよい。本方法は、前記先端１４に隣接する前記コニカルアンテナ要素１２に開口１７を形成する段階を有しても良い。また、前記フォールド導体２０を結合する段階は、前記コニカルアンテナ要素１２の開口１４を通して前記フォールド導体を延ばす段階を有しても良い。コニカルアンテナ要素１２は内部空間１３を画成し、フォールド導体２０を延ばす段階は、前記フォールド導体をその内部空間１３と、前記コニカルアンテナ要素１２の先端１４に隣接する開口１７を通って延ばす段階を有しても良い。
【００３８】
図１では本発明のコニカルモノポールアンテナ１０を、コニカル要素１２の口を上向きにして示したが、コニカルモノポールアンテナ１０は、もちろん逆向きにして、コニカル要素１０の口を下向きにして動作させてもよい。当業者には言うまでもないが、ディスコーンアンテナとコニカルモノポールアンテナは基本的には互いに逆向きである。
【００３９】
図７は、ここでは２：１ＶＳＷＲの場合にスケールした、アンテナに共通なサイズ−帯域制約を示すグラフである。この関係は「Ｃｈｕ’ｓ  Ｌｉｍｉｔ」と呼ばれることもある（Ｃｈｕ、「全方位アンテナの物理的制約」）。本発明は、主に、アンテナサイズと構造に対する波広がり率における制約などの基本的な制約によりＶＳＷＲ帯域幅に対する要求を満たすことができない、本グラフの上側領域での動作に関する。本発明は、拡散スペクトル通信や瞬時ブロードバンド妨害など、アンテナへの様々な要求に応える抵抗終端アンテナを提供する。アンテナは、ほとんどの周波数で、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必要であり、抵抗負荷が必須となる。図７において、曲線Ｃは、単一同調の場合であり、ｒ／λ＝１／３√［Ｂ／７０．７（１００％）］で与えられる。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％）］で与えられる。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。両曲線とも１００％アンテナ放射効率の場合のものである。
【００４０】
上記の特徴により、ほとんどの無線周波数において、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。
【図１】
2011521597.tif 000004
【図２】
2011521597.tif 000005
【図３】
2011521597.tif 000006
【図４】
2011521597.tif 000007
【図５】
2011521597.tif 000008
【図６】
2011521597.tif 000009
【図７】
2011521597.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月16日(2010.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端とベースと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前記ベースにわたり結合された導体ベース部材と、
前記コニカルアンテナ要素の前記先端に隣接したグラウンドプレーンアンテナ要素と、
前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間に結合された、前記グラウンドプレーンアンテナ要素に直接接続されたフォールド導体と、
前記グラウンドプレーンと前記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する、コニカルモノポールアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナ給電構成は、
前記コニカルアンテナ要素に結合した第１の導電体と、
前記グラウンドプレーンアンテナ要素に結合した第２の導電体とを有する、請求項１に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項３】
前記フォールド導体は、少なくとも１つのインピーダンス要素を有する、請求項１に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項４】
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つの抵抗要素と誘導要素とを有する、請求項３に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項５】
前記コニカルアンテナ要素は前記先端に隣接する開口を有し、
前記フォールド導体は前記コニカルアンテナ要素の前記開口を通って延在する、請求項１に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項６】
前記コニカルアンテナ要素は内部空間を画成し、前記フォールド導体は前記内部空間に、前記導体ベース部材の間に、前記コニカルアンテナ要素の前記先端に隣接する前記開口を通って延在する、請求項４に記載のコニカルモノポールアンテナ。
【請求項７】
先端とベースと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前記ベースにわたり導体ベース部材を結合する段階と、
前記コニカルアンテナ要素の前記先端に隣接してグラウンドプレーンアンテナ要素を配置する段階と、
前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間にフォールド導体を結合する段階であって、前記フォールド導体は前記グラウンドプレーンアンテナ要素に直接接続される段階と、
前記グラウンドプレーンと前記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とを有する、コニカルモノポールアンテナの作成方法。
【請求項８】
前記アンテナ給電構成を結合する段階は、
前記コニカルアンテナ要素に第１の導電体を結合する段階と、
前記グラウンドプレーンアンテナ要素に第２の導電体を結合する段階とを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記フォールド導体を結合する段階は、前記導体ベース部材と前記グラウンドプレーンアンテナ要素との間に前記少なくとも１つのインピーダンス要素を結合する段階を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
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つの抵抗要素と誘導要素とを有する、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
2011521597.tif 000011
2011521597.tif 000012