(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体から成るプリント基板と、
前記プリント基板の一方の面に螺旋状に配置された、該一方の面と平行な帯状の導体線から成る第１の放射素子と、
前記プリント基板の他方の面に螺旋状に配置された、該他方の面と平行な帯状の導体線から成る第２の放射素子と、
前記第１の放射素子と中心導体が接続され、前記第２の放射素子と外部導体が接続される、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子へ給電するための同軸ケーブルと、
を有し、
前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したとき、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、螺旋中心を対称点として点対称に配置され、
前記第１の放射素子の幅と前記第２の放射素子の幅とが異なるスパイラルアンテナ。
【請求項２】
誘電体から成るプリント基板と、
前記プリント基板の一方の面に螺旋状に配置された、該一方の面と平行な帯状の導体線から成る第１の放射素子と、
前記プリント基板の他方の面に螺旋状に配置された、該他方の面と平行な帯状の導体線から成る第２の放射素子と、
前記第１の放射素子と中心導体が接続され、前記第２の放射素子と外部導体が接続される、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子へ給電するための同軸ケーブルと、
を有し、
前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したとき、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、螺旋中心を対称点として点対称に配置され、
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したときに認識される、幅方向における端部が互いに重なる重なり部を有して配置されたスパイアルアンテナ。
【請求項３】
誘電体から成るプリント基板と、
前記プリント基板の一方の面に螺旋状に配置された、該一方の面と平行な帯状の導体線から成る第１の放射素子と、
前記プリント基板の他方の面に螺旋状に配置された、該他方の面と平行な帯状の導体線から成る第２の放射素子と、
前記第１の放射素子と中心導体が接続され、前記第２の放射素子と外部導体が接続される、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子へ給電するための同軸ケーブルと、
を有し、
前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したとき、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、螺旋中心を対称点として点対称に配置され、
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したときに認識される、幅方向における互いの境界部が一致するように配置されたスパイアルアンテナ。
【請求項４】
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したときに認識される、幅方向における端部が互いに重なる重なり部を有して配置された請求項１記載のスパイアルアンテナ。
【請求項５】
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したときに認識される、幅方向における互いの境界部が一致するように配置された請求項１記載のスパイアルアンテナ。
【請求項６】
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したときに認識される、幅方向における端部が互いに離間する隔たり部を有して配置された請求項１記載のスパイアルアンテナ。
【請求項７】
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とを導通させるスルーホール部を有する請求項１から６のいずれか１項記載のスパイアルアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は螺旋状の放射素子を備えたスパイラルアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多様なワイヤレスシステムに対応するため広い周波数帯域に適応できる広帯域アンテナの用途が広がっている。そのような広帯域アンテナとして、円偏波を放射する、螺旋状の放射素子を備えたスパイラルアンテナが知られている。
スパイラルアンテナは、通常、１８０オーム程度の入力インピーダンスを有するため、５０オームまたは７５オームの同軸ケーブルで給電するにはインピーダンス変換を行う整合回路が必要になる。
【０００３】
図１２は背景技術のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図であり、図１３は図１２に示したスパイラルアンテナの側断面図である。
図１２に示すように、背景技術のスパイラルアンテナは、プリント基板１０１の一方の面に螺旋状の導体線から成る２つの放射素子１０２及び１０３が形成された構成である。放射素子１０２及び１０３には、プリント基板１０１の他方の面側に配置された同軸ケーブル１０４及び整合回路１０７を介して給電部１０５から給電される。
図１３に示すように、整合回路１０７は、プリント基板９９の一方の面に形成された給電線１０８と、プリント基板９９の他方の面に形成されたテーパ状のグランドパターン１０９とから成るマイクロストリップラインで構成されている。同軸ケーブル１０４の中心導体１１０は給電線１０８の一端に接続され、同軸ケーブル１０４の外部導体１１１は、テーパ状のグランドパターン１０９の幅の広い一端に接続される。また、給電線１０８の他端は接続導体１０６を介して放射素子１０２と接続され、グランドパターン１０９の幅の狭い他端は接続導体１０６を介して放射素子１０３と接続される。通常、同軸ケーブル１０４の外部導体１１１は接地されているため、グランドパターン１０９も接地電位となる。
【０００４】
図１２及び図１３に示したスパイラルアンテナは、周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング加工技術を用いてプリント基板１０１上に所定形状の導体パターンから成る放射素子を形成するため、比較的安価に製造できる。しかしながら、整合回路１０７が必要であり、部品点数が増えるため、コストを十分に低減することができない。また、整合回路１０７と放射素子１０２及び１０３とを接続導体１０６で接続する構成では、振動等によって接続導体１０６が外れ易く、耐久性や信頼性の低下を招いてしまう。さらに、同軸ケーブル１０４のインピーダンスを、それよりも高い放射素子１０２及び１０３のインピーダンスと整合させるには、幅の狭い給電線１０８及び接続導体１０６を用いて放射素子１０２と接続する必要がある。また、マイクロストリップライン１０９についても放射素子１０３と接続する他端の幅を狭くする必要がある。したがって、整合回路１０７に大きな高周波電流を流すことができないため、大電力の送信に用いることができない。
【０００５】
そこで、スパイラルアンテナの給電部の強度を向上させるための構成が、例えば特許文献１で提案されている。特許文献１には、整合回路と放射素子とを接続する接続導体をＵ字状または円弧状に形成し、該接続導体を緩衝体として機能させることで、振動等に対する強度を向上させた構成が記載されている。
【０００６】
ところで、上述したように、整合回路はスパイラルアンテナの入力インピーダンスと同軸ケーブルのインピーダンスとに差があることで必要となる。したがって、入力インピーダンスが５０〜７５オーム程度のスパイラルアンテナを実現できれば、整合回路が不要となり、放射素子へ同軸ケーブルから直接給電できるようになる。また、マイクロストリップラインや同軸ケーブル等の給電線は、インピーダンスが低い程、導体幅が広くなるため、入力インピーダンスが５０〜７５オーム程度になれば、スパイラルアンテナに流す高周波電流を大きくできる。すなわち、入力インピーダンスが５０〜７５オーム程度のスパイラルアンテナを実現すれば、上述した背景技術のスパイラルアンテナの課題を解決できると考えられる。
例えば、非特許文献１及び２には、帯状の２つの放射素子を電波の放射面に対して垂直に、かつ螺旋状に配置することで、５０〜７５オーム程度の入力インピーダンスを実現したスパイラルアンテナが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５２９９３３５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】岡部洋介、山内潤治、中野久松著、「垂直板状角型スパイラルアンテナ」、２０００年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１−１０４、ｐ．１０４、２０００年３月７日
【非特許文献２】倉本晶夫、山口誠、関谷加津雄著、「放射面に垂直な帯状導体を用いたスパイラルアンテナの特性」、２０１３年電子情報通信学会ソサエティ大会、Ｂ−１−１１０、ｐ．１１０、２０１３年９月３日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献１に記載されたスパイラルアンテナは、振動等に強い構造を実現できるため、耐久性や信頼性を向上させることができる。しかしながら、整合回路を必要とする構成には変わりがないため、コストを十分に低減することができない。
一方、非特許文献１や非特許文献２に記載されたスパイラルアンテナは、整合回路が不要となることで、振動等に強い構造を実現することが可能であり、耐久性や信頼性を向上させることができる。また、比較的大きな高周波電流を流すことが可能になるため、大電力の送信にも利用できる。
しかしながら、非特許文献１及び２に記載された、帯状の放射素子を電波の放射面に対して垂直に、かつ螺旋状に配置する構成は、図１２や図１３に示した背景技術のスパイラルアンテナと比べて放射素子を安価に形成できない。そのため、スパイラルアンテナのコストが上昇してしまう。
【００１０】
本発明は上述したような背景技術の問題を解決するためになされたものであり、コストの上昇を抑制しつつ、構造が簡単で耐久性や信頼性を向上させることが可能であり、大電力の送信で使用可能なスパイラルアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明のスパイラルアンテナは、誘電体から成るプリント基板と、
前記プリント基板の一方の面に螺旋状に配置された、該一方の面と平行な帯状の導体線から成る第１の放射素子と、
前記プリント基板の他方の面に螺旋状に配置された、該他方の面と平行な帯状の導体線から成る第２の放射素子と、
前記第１の放射素子と中心導体が接続され、前記第２の放射素子と外部導体が接続される、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子へ給電するための同軸ケーブルと、
を有し、
前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したとき、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、螺旋中心を対称点として点対称に配置され、
前記第１の放射素子の幅と前記第２の放射素子の幅とが異なる構成である。
または、誘電体から成るプリント基板と、
前記プリント基板の一方の面に螺旋状に配置された、該一方の面と平行な帯状の導体線から成る第１の放射素子と、
前記プリント基板の他方の面に螺旋状に配置された、該他方の面と平行な帯状の導体線から成る第２の放射素子と、
前記第１の放射素子と中心導体が接続され、前記第２の放射素子と外部導体が接続される、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子へ給電するための同軸ケーブルと、
を有し、
前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したとき、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、螺旋中心を対称点として点対称に配置され、
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したときに認識される、幅方向における端部が互いに重なる重なり部を有して配置された構成である。
または、誘電体から成るプリント基板と、
前記プリント基板の一方の面に螺旋状に配置された、該一方の面と平行な帯状の導体線から成る第１の放射素子と、
前記プリント基板の他方の面に螺旋状に配置された、該他方の面と平行な帯状の導体線から成る第２の放射素子と、
前記第１の放射素子と中心導体が接続され、前記第２の放射素子と外部導体が接続される、前記第１の放射素子及び前記第２の放射素子へ給電するための同軸ケーブルと、
を有し、
前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したとき、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、螺旋中心を対称点として点対称に配置され、
前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とが、前記プリント基板の前記一方の面または前記他方の面から透視したときに認識される、幅方向における互いの境界部が一致するように配置された構成である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コストの上昇を抑制しつつ、構造が簡単で耐久性や信頼性を向上させることが可能であり、大電力の送信で使用可能なスパイラルアンテナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す斜視図である。
【図２】図１に示したスパイラルアンテナの平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ’線から見た側断面図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ’線から見た側断面図である。
【図５】図２に示した放射素子が形成されるプリント基板の要部を拡大した側断面図である。
【図６】第２の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す側断面図である。
【図７】第３の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す側断面図である。
【図８】第４の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す断面図である。
【図９】第５の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す平面図である。
【図１０】図９に示したスルーホール部を拡大した様子を示す側断面図である。
【図１１】本発明のスパイラルアンテナの実施例を示すグラフである。
【図１２】背景技術のスパイラルアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示したスパイラルアンテナの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に本発明について図面を用いて説明する。
まず、本発明のスパイラルアンテナの原理について説明する。
一般に、スパイラルアンテナは、給電部から給電された高周波信号が導体線を進行する間に徐々に電波として放射されながら減衰していく進行波型アンテナと考えることができる。すなわち、スパイラルアンテナは、２本の導体線が螺旋状に配置された平衡二線式の給電線から構成されるアンテナと考えてよい。
このような平衡二線式の導体線のインピーダンスをＺとし、２つの導体線間の誘導成分（インダクタンス）をＬとし、２つの導体線間の容量成分（キャパシタンス）をＣとすると、Ｚは
【数１】
0006468592.tif 000002
に比例する。したがって、スパイラルアンテナの入力インピーダンスを低下させるには、２つの放射素子間の静電容量Ｃを増大させればよい。
図１２や図１３に示した背景技術のスパイラルアンテナのように、２つの放射素子をプリント基板１０１の同一面上に配置する構成の場合、２つの放射素子を近づければ、該放射素子間の静電容量Ｃを大きくすることができる。しかしながら、同一面上に配置される２つの放射素子を近づけるには限界があるため、図１２や図１３に示した構成ではスパイラルアンテナの入力インピーダンスを５０〜７５オーム程度まで低下させるのは難しい。
【００１５】
そこで、本発明では、誘電体から成るプリント基板の一方の面と他方の面とに放射素子をそれぞれ配置する。このようにプリント基板の一方の面と他方の面とに放射素子を配置すれば、導体線である放射素子間に誘電体（プリント基板）が位置する構成となるため、該放射素子間の静電容量Ｃを増大させることができる。したがって、スパイラルアンテナの入力インピーダンスを低下させることが可能になる。
なお、スパイラルアンテナの入力インピーダンスを５０〜７５オーム程度に設定するには、誘電体から成るプリント基板の材料や厚さに応じて２つの（上下の）放射素子間の静電容量Ｃを調整する必要がある。
例えば、誘電体から成るプリント基板が厚い場合は、２つの放射素子間の静電容量Ｃが小さくなるため、該放射素子間の静電容量Ｃをより大きくするための工夫が必要となる。一方、誘電体から成るプリント基板が薄い場合は、２つの放射素子間の静電容量Ｃが大きくなるため、２つの放射素子間の静電容量Ｃが必要以上に大きくならないようにする必要がある。以下に記載する第１の実施の形態〜第４の実施の形態では、プリント基板の一方の面と他方の面とに放射素子を形成すると共に、該放射素子間の静電容量Ｃを調整するための構成例を提案する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す斜視図であり、図２は図１に示したスパイラルアンテナの平面図である。図２は、図１に示すプリント基板１を一方の面から透視したときの様子を示し、プリント基板１の一方の面に形成された放射素子２と他方の面に形成された放射素子３とをそれぞれ記載している。
図１及び図２に示すように、第１の実施の形態のスパイラルアンテナは、円形状（円板状）のプリント基板１の一方の面に螺旋状の放射素子（第１の放射素子）２が配置され、プリント基板１の他方の面に螺旋状の放射素子（第２の放射素子）３が配置された構成である。放射素子２及び３は、電波の放射面であるプリント基板１の一方の面及び他方の面と平行に形成された帯状の導体線で構成される。本実施形態の放射素子２及び３は、幅及び形状が同一である等ピッチ螺旋の導体線から成り、螺旋中心を対称点として１８０度回転させたときに位置や形状が一致する、点対称に配置されている。放射素子２及び３は、プリント基板１の一方の面及び他方の面と平行な導体線を形成すればよいため、周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング加工技術を用いて形成できる。
【００１７】
図２に示すように、第１の実施の形態のスパイラルアンテナは、等ピッチ螺旋の導体線から成る放射素子２及び放射素子３が点対称に配置されることで、一方の導体線間に他方の導体線が位置する構成である。さらに、第１の実施の形態のスパイラルアンテナでは、放射素子２及び３が、幅方向における端部が互いに重なる重なり部７を有して配置されている。重なり部７は、図２で示すようにプリント基板１を一方の面から透視したとき、あるいはプリント基板１を図２のＸ−Ｘ’線またはＹ−Ｙ’線の切断面から見たときに（図３〜５参照）認識できる部位である。重なり部７は、誘電体から成るプリント基板１を導体線から成る放射素子２及び３の一部で挟んだキャパシタ構造を実現するものあり、放射素子２と放射素子３とを導通させる部位ではない。
【００１８】
図３は図２のＸ−Ｘ’線から見た側断面図であり、図４は図２のＹ−Ｙ’線から見た側断面図である。
図３に示すように、放射素子２及び３に給電するための同軸ケーブル４は、放射素子３が形成されたプリント基板１の下面（他方の面）側に配置されて固定される。図４に示すように、同軸ケーブル４の中心導体５は、給電部６近傍の貫通穴（不図示）を通してプリント基板１の他方の面から一方の面まで引き出され、逆Ｌ字状に折り曲げられて給電部６にて放射素子２と接続される。同軸ケーブル４の外部導体８は逆Ｌ字状の接続導体９を用いてプリント基板１の下面（他方の面）側にて放射素子３と接続される。
図５は、図２に示した放射素子が形成されるプリント基板の要部を拡大した側断面図である。図５に示すように、放射素子２と放射素子３とは、それぞれの導体線が交互に位置するように配置され、幅方向において互いに重なる部位である重なり部７を有している。
【００１９】
なお、本実施形態では、放射素子２及び３が形成されるプリント基板１が円形状（円板状）である例を示しているが、プリント基板１は円形状である必要は無く、楕円形状、四角形状、多角形状等、任意の形状でもよい。
また、プリント基板１には、通常、テフロン基板、ガラスエポキシ基板等が用いられるが、これらの材料に限定されるものではなく、誘電体であれば、その他の材料を用いてもよい。プリント基板１には、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）等を使用することも可能である。
また、本実施形態では、放射素子２及び３が円形の螺旋状に配置される例を示しているが、放射素子２及び３は螺旋状であればよく、螺旋の外形は、楕円形状、四角形状、多角形状等、どのような形状でもよい。
また、放射素子２及び３には、同軸ケーブル４の中心導体５や接続導体９がはんだ付けで接続されるが、これらの接続には、ボンディング、圧着、導電性接着剤等、電気的な導通が得られれば、周知のどのような方法を用いてもよい。
さらに、本実施形態では、放射素子２及び３がその螺旋中心から給電される構成例を示しているが、放射素子２及び３には螺旋の途中部位から給電してもよく、放射素子２及び３の給電位置は制限されない。
【００２０】
本実施形態によれば、誘電体から成るプリント基板１の一方の面と他方の面とに放射素子２及び３が配置されるため、放射素子２及び３間の静電容量Ｃを増大させることができる。そのため、入力インピーダンスが５０〜７５オーム程度のスパイラルアンテナを実現できる。
また、本実施形態のスパイラルアンテナでは、放射素子２及び３が幅方向において互いに重なる重なり部７を有して配置されている。このような構成は、誘電体（プリント基板１）を２つの導体線で挟むキャパシタ構造を含むため、放射素子２及び３間の静電容量Ｃをより増大させることが可能であり、重なり部７の幅で放射素子２及び３間の静電容量Ｃを調整できる。
さらに、プリント基板１の一方の面と他方の面とに放射素子２及び３が配置される構成は、放射素子２及び３を背景技術のスパイラルアンテナよりも幅の広い導体線で形成できる。そのため、入力インピーダンスを低下させることが可能になると共に、大電力の送信にも利用可能なスパイラルアンテナを実現できる。
【００２１】
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す側断面図である。
上述したようにプリント基板１の一方の面と他方の面とに配置される２つの放射素子間の静電容量Ｃを調整する場合、該２つの放射素子の幅は同一である必要はなく、異なる幅でも２つの放射素子間の静電容量Ｃを調整できる。
図６に示すように、第２の実施の形態のスパイラルアンテナは、プリント基板１の上面（一方の面）に形成された放射素子１２と、下面（他方の面）に形成された放射素子１３との幅が異なる構成である。ここでは、放射素子１２の幅Ｗ１と放射素子１３の幅Ｗ２とがＷ１＜Ｗ２である例を示す。
このように放射素子１２の幅と放射素子１３の幅が異なっていても、放射素子１２及び１３の螺旋ピッチを同じにすれば、放射素子１２及び１３の導体線に沿って同じ幅の重なり部７が得られる。その他の構成は第１の実施の形態のスパイラルアンテナと同様であるため、その説明は省略する。
第２の実施の形態のスパイラルアンテナにおいても、第１の実施の形態のスパイラルアンテナと同様に、誘電体から成るプリント基板１を挟んで配置される放射素子１２及び１３間の静電容量Ｃを増大させることが可能である。また、重なり部７の幅で静電容量Ｃを調整できる。
【００２２】
（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す側断面図である。
上述した第１及び第２の実施の形態では、プリント基板１の上面（一方の面）に形成された放射素子と下面（他方の面）に形成された放射素子とに重なり部７を備える例を示した。第３の実施の形態のスパイラルアンテナは、プリント基板１の上面に形成された放射素子２２と下面に形成された放射素子２３とに重なり部７が無い例である。
図７に示すように、第３の実施の形態のスパイラルアンテナは、放射素子２２と放射素子２３とが、幅方向における互いの境界部が一致するように（隙間が無いうように）配置された構成である。放射素子２２と放射素子２３との境界部は、プリント基板１を一方の面から透視したとき、あるいは図７に示すようにプリント基板１の切断面から見たときに認識できる部位である。図７に示す放射素子２２と放射素子２３とは、幅が同じでもよく、異なっていてもよい。その他の構成は第１または第２の実施の形態のスパイラルアンテナと同様であるため、その説明は省略する。
【００２３】
（第４の実施の形態）
図８は、第４の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す断面図である。
第４の実施の形態のスパイラルアンテナは、第３の実施の形態のスパイラルアンテナと同様に、プリント基板１の上面に形成された放射素子３２と下面に形成された放射素子３３とに重なり部７が無い例である。
図８に示すように、第４の実施の形態のスパイラルアンテナは、放射素子３２と放射素子３３とが幅方向における端部が互いに離間する隔たり部３４を有して配置された構成である。隔たり部３４は、プリント基板１を一方の面から透視したとき、あるいは図８に示すようにプリント基板１の切断面から見たときに認識できる部位である。図８に示す放射素子３２及び３３は、幅が同じでもよく、異なっていてもよい。その他の構成は第１または第２の実施の形態のスパイラルアンテナと同様であるため、その説明は省略する。
【００２４】
上述した第１及び第２の実施の形態は、例えば誘電体から成るプリント基板１が厚く、２つの放射素子間の静電容量Ｃが小さい場合に、該放射素子間の静電容量Ｃをより大きくするための構成例である。一方、第４の実施の形態は、プリント基板１が薄く、２つの放射素子間の静電容量Ｃが大きい場合に、該放射素子間の静電容量Ｃが必要以上に大きくならないようにするための構成例である。第３の実施の形態は、２つの放射素子間の静電容量を、第１及び第２の実施の形態と第４の実施の形態の中間の値に調整するための構成例である。
本発明では、誘電体から成るプリント基板１の材料や厚さに応じて、第１〜第４の実施の形態で示した構成を採用することで、放射素子間の静電容量Ｃを最適に調整することが可能になる。
【００２５】
（第５の実施の形態）
上述した第１の実施の形態〜第４の実施の形態では、プリント基板１の一方の面と他方の面とに放射素子を形成することで放射素子間の静電容量Ｃを増大させると共に、放射素子間の静電容量を調整するための構成例を示した。第５の実施の形態では、第１の実施の形態〜第４の実施の形態で示したスパイラルアンテナが備える放射素子の変形例を示す。
図９は第５の実施の形態のスパイラルアンテナの一構成例を示す平面図であり、図１０は図９に示したスルーホール部を拡大した様子を示す側断面図である。図９は、プリント基板１を一方の面から透視したときの様子を示し、プリント基板１の一方の面に形成された放射素子４２と他方の面に形成された放射素子４３とをそれぞれ記載している。
第５の実施の形態のスパイラルアンテナは、プリント基板１の上面（一方の面）に形成された放射素子４２と下面（他方の面）に形成された放射素子４３とを導通させる（直流的に接続する）スルーホール部４４を備えた構成である。その他の構成は上述した第１の実施の形態〜第４の実施の形態と同様である。なお、図９及び図１０は第１の実施の形態と同様構成のスパイラルアンテナにスルーホール４４を備えた構成例を示している。
【００２６】
図９及び図１０に示すように、スルーホール４４は、例えば螺旋状に形成された放射素子４２及び４３の最外周端部に配置されて、放射素子４２と放射素子４３とを直流的に接続する。スルーホール４４は、放射素子４２及び４３の最外周端部に設ける必要はなく、放射素子４２及び４３の任意の場所に設けてもよい。
第５の実施の形態のスパイラルアンテナにおいても、上述した第１の実施の形態〜第４の実施の形態で示した構成を採用することで、同様の効果を得ることができる。
第５の実施の形態のスパイラルアンテナは、アンテナに直流的な短絡構造が要求される場合に有効である。例えば、雷が多発する地域でアンテナを備えた送信機や受信機を使用する場合、該送信機や受信機の近くで落雷が発生すると、該落雷によりアンテナで誘導起電力が誘起することがある。その場合、該アンテナに接続された送信機や受信機に誘導起電力によるサージ電流が流れて送信機や受信機の故障や破損を招くおそれがある。第５の実施の形態のスパイラルアンテナによれば、放射素子４２及び４３間が短絡（直流的に接続）されているため、落雷等により誘導起電力が発生しても、該誘導起電力がアンテナに接続された送信機や受信機に印加されることが無い。そのため、落雷等によりアンテナで発生する誘導起電力から送信機や受信機を保護できる。
【００２７】
以下では、本発明のスパイラルアンテナが当業者にとって容易に想到し難い理由を説明する。
スパイラルアンテナは、円偏波を放射するアンテナであり、２つの放射素子に対して、振幅が同じであり、位相が１８０°異なる高周波信号が給電される。
ここで、本発明のようにプリント基板１の一方の面と他方の面とに放射素子を配置した構成では、電波の放射方向に対して２つの放射素子がプリント基板１の厚さだけずれて位置することになる。このような構成では、２つの放射素子から放射される電波がプリント基板１の厚さに相当する位相だけずれて放射されるため、この位相ずれがスパイラルアンテナの軸比特性を劣化させてしまう。
【００２８】
また、一般的に、アンテナでは、電波の放射方向に導体が存在すると、該導体が電波の放射を阻害するため、アンテナとしての放射効率が劣化すると考えられている。図１〜図１０に示したスパイラルアンテナでは、プリント基板１の一方の面及び他方の面と垂直な方向へ電波が放射されるため、第１及び第２の実施の形態のように重なり部７を備える構成は放射効率を劣化させてしまう。
したがって、スパイアルアンテナを熟知する当業者にとって、２つの放射素子から放射される電波の位相ずれを増大させて軸比特性を劣化させる第１〜第５の実施の形態で示した放射素子の配置例は採用し難いと言える。また、スパイアルアンテナの放射効率を劣化させる重なり部７を備える構成も当業者にとって採用し難いと言える。
【００２９】
但し、本発明の構成を採用しても、上述したようにプリント基板１が厚くなると、２つの放射素子間の静電容量Ｃが小さくなるため、上記軸比特性を大きく劣化させるような厚さのプリント基板１を用いることはない。また、放射効率が大きく劣化するのは、幅の広い重なり部７を有する構成であり、該幅の広い重なり部７を要する構成は厚いプリント基板１を用いるときである。すなわち、本発明の構成を採用しても、軸比特性や放射効率を大きく劣化させる構成となることはない。本発明は、軸比特性や放射効率を大きく劣化させることなく、上述した整合回路が不要になることで得られる多くの効果が期待できる。
以上のことから、本発明は背景技術のアンテナの理論からは容易に想到し難い構造であると言える。
【００３０】
（実施例）
次に、本発明のスパイラルアンテナを実際に試作して特性を測定した例を示す。
図１１は、本発明のスパイラルアンテナの実施例を示すグラフである。
図１１は、図１に示した第１の実施の形態のスパイラルアンテナを試作し、その特性を実測した例である。試作したスパイラルアンテナには５０オームの同軸ケーブルで給電した。試作したスパイラルアンテナのパラメータは以下の通りである。
プリント基板１の素材：テフロン基板、プリント基板１の厚さ：０．８ｍｍ、プリント基板１の比誘電率：２．６、プリント基板１の直径：９０ｍｍ、放射素子の中心線におけるスパイラル係数：０．８９ｍｍ／ｒａｄ、放射素子の幅：３．５ｍｍ、放射素子の初期半径（内輪郭）：１ｍｍ、放射素子のターン数（巻き数）：６．５回。
図１１に示すグラフの横軸は周波数を示し、左縦軸はリターンロス（Return Loss）を示し、右縦軸は軸比（Axial Ratio）を示している。
【００３１】
図１１に示すように、試作したスパイラルアンテナは、周波数１．３５ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚにおけるリターンロスが−９．５ｄＢ以下である。この値は、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）に換算すると２．０以下である。また、周波数１．３５ＧＨｚ〜６ＧＨｚにおけるリターンロスは−８．５ｄＢ以下であり、ＶＳＷＲに換算すると２．２以下である。したがって、本発明のスパイラルアンテナは、広帯域にわたって低いＶＳＷＲが得られることが分かる。
一方、図１１に示すように、試作したスパイラルアンテナは、周波数１．５ＧＨｚ〜６ＧＨｚにおける軸比が４．３ｄＢ以下である。さらに、周波数３ＧＨｚ〜６ＧＨｚにおける軸比が３ｄＢ以下の値である。したがって、本発明のスパイラルアンテナは、広帯域にわたって良好な軸比特性が得られることが分かる。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、誘電体から成るプリント基板１の一方の面と他方の面とに放射素子を配置することで、２つの放射素子間の静電容量Ｃを増大させることができる。そのため、入力インピーダンスが５０〜７５オーム程度のスパイラルアンテナを実現できる。
したがって、整合回路が不要になるため、振動等に強い構造を実現することが可能であり、耐久性や信頼性を向上させることができる。また、比較的大きな高周波電流を流すことが可能になるため、大電力の送信にも利用できる。
さらに、周知のフォトリソグラフィ技術を利用してプリント基板１上に放射素子を形成できるため、上記非特許文献１及び２に記載された背景技術のスパイラルアンテナと比べて放射素子を安価に形成できる。
よって、コストの上昇を抑制しつつ、構造が簡単で耐久性や信頼性を向上させることが可能であり、大電力の送信で使用可能なスパイラルアンテナが得られる。
【００３３】
なお、本発明の具体的な構成は上述した各実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変更があっても本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、衛星通信、レーダ装置、ジャミング装置等で使用可能な広帯域なスパイラルアンテナを提供する。さらに、本発明は、広帯域、円偏波の電波を必要とする様々な無線システムでも使用可能である。具体的には、多様な通信方式に適合した、コグニティブ無線システム、ソフトウエア無線システムへの応用も可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１    プリント基板
２、３、１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２、４３    放射素子
４    同軸ケーブル
５    中心導体
６    給電部
７    重なり部
８    外部導体
９    接続導体
３４    隔たり部
４４    スルーホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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