(57)【要約】【課題】ＧＨｚ帯の電波を送受信するアンテナを改良して、右旋円偏波に対しても左旋円偏波に対しても、１個の簡単なアンテナ装置で対応し得るようにする。【解決手段】平面状の導体基板３の面に直交座標Ｘ−Ｙを想定し、座標原点Ｏを中心とする第１のスロットスパイラル１を設けるとともに、この第１のスロットスパイラルを座標原点の周りに１８０度回転させた形の第２のスロットスパイラル２を設ける。双方のスロットスパイラルを座標原点付近で連続させ、連続部で、スロット溝の対岸に相当する0箇所に給電点４を設ける。例えば、このスロットスパイラルアンテナの表側が右旋円偏波のみを送受信することができ、裏側は左旋円偏波のみを送受信することができる。【選択図】図１
2008028872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＨｚ帯の電波を送受信するスロットスパイラルアンテナにおいて、
平板状の導体基板に第１のスロットスパイラルアンテナ素子が形成され、かつ、上記第１のスロットスパイラルアンテナ素子を、スパイラル中心の周りに１８０度回転させた形状の第２のスロットスパイラル素子が形成されるとともに、
上記双方のスロットスパイラル素子が、スパイラル中心の付近で相互に連続していて、
該スパイラル中心の付近に給電点が設けられており、
前記導体基板の面に直交座標Ｘ−Ｙを想定し、
前記第１のスロットスパイラル素子及び第２のスロットスパイラル素子が、スパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出して半ピッチ進んだ所で直角に方向変換してＹ軸方向に向かい、その後は回転角度に比例して半径寸法を増加してゆく形状であり、
かつ、前記第１のスロットスパイラルアンテナ素子及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子のスロット溝幅が、スパイラル中心の近傍を除いて、一定の寸法Ｗであって、
上記双方のスロットスパイラルアンテナ素子がスパイラルの中心からＸ軸方向に向けて延出している半ピッチの区間、および、該双方のスロットスパイラルアンテナ素子がＹ軸方向に向かって回転角度に比例して半径寸法を増加してゆく初期の区間のスロット溝幅が、前記一定の寸法Ｗよりも明確に狭くなっていて、
上記初期の区間は旋回角度で３０度以上１８０度以下であることを特徴とするスロットスパイラルアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載したスロットスパイラルアンテナの動作周波数を調節する場合、第１のスロットスパイラルアンテナ素子の中心から先端までの間の途中の箇所、及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子の上記箇所に対応する箇所に、スロットの対岸を相互に導通させるブリッジを設けることにより、前記双方のスロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを短縮して、動作周波数の下限を上昇させることを特徴とするスロットスパイラルアンテナの調整方法。
【請求項３】
請求項１に記載したスロットスパイラルアンテナの動作周波数の下限を調節する場合、
第１のスロットスパイラルアンテナ素子及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子の開放端に当たる先端部の付近に、予め、スロットの対岸を相互に導通させる仮設のブリッジを設けておき、上記仮設のブリッジを除去することにより、前記双方のスロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを延ばして、動作周波数の下限を低下させることを特徴とする、スロットスパイラルアンテナの調整方法。
【請求項４】
請求項１に記載したスロットスパイラルアンテナのインピーダンスを整合させる場合、
前記第１のスロットスパイラルアンテナ素子及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子がスパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出している半ピッチの区間、および、該双方のスロットスパイラルアンテナ素子がＹ軸方向に向かって回転角度に比例して半径寸法を増加してゆく初期の区間のスロット溝幅を修正して、
スロット溝幅を狭めることによってインピーダンスを減少させ、及び／又は、スロット溝幅を広げることによってインピーダンスを増加させることを特徴とする、スロットスパイラルアンテナの調整方法。
【請求項５】
ＧＨｚ帯の電波を送受信する角形スロットスパイラルアンテナにおいて、  
平板状の導体基板に第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子が形成され、かつ、上記第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子を、スパイラル中心の周りに１８０度回転させた形状の第２の角形スロットスパイラル素子が形成されるとともに、
上記双方の角形スロットスパイラル素子が、スパイラル中心の付近で相互に連続していて、
該スパイラル中心の付近に給電点が設けられており、
前記導体基板の面に直交座標Ｘ−Ｙを想定し、
前記第２の角形スロットスパイラル素子及び第２の角形スロットスパイラル素子が、スパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出して１／４ピッチ進んだ所で直角に方向変換して、Ｙ軸方向に向かい、Ｙ軸方向に１／２ピッチ進んだ所で方向変換してＸ軸方向に向かい、Ｘ軸方向に２／２ピッチ進んだ所で方向変換してＹ軸軸方向に向かい、
Ｙ軸方向に３／２ピッチ進んだ所で方向変換してＸ軸方向に向かい、Ｘ軸方向に４／２ピッチ進んだ所で方向変換してＹ軸方向に向かい、
その後、同様にして交互にＹ軸方向とＸ軸方向とに方向変換を繰り返しつつ、その度に進行距離を１／２ピッチずつ増加させてゆく形状であり、  
さらに、前記第１，第２の角形スロットスパイラル素子は、中央部付近を除く区域の溝幅寸法が一定の値Ｗであり、かつ、該第１，第２の角形スロットスパイラル素子がスパイラル中心からＸ軸方向に１／４ピッチ進んだ所で方向変換してＹ軸方向に向かい、Ｙ軸方向に１／２ピッチ進んだ箇所までの間の溝幅が、前記の寸法Ｗよりも明確に狭くなっていることを特徴とする角形スロットスパイラルアンテナ。
【請求項６】
請求項５に記載した角形スロットスパイラルアンテナの動作周波数の下限を調整する場合、
第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子の中心から先端までの間の途中の箇所、及び第２の角形スロットスパイラルアンテナ素子の上記箇所に対応する箇所に、スロットの対岸を相互に導通させるブリッジを設けることにより、前記双方の角形スロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを短縮して、動作周波数の下限を上昇させることを特徴とする角形スロットスパイラルアンテナの調整方法。
【請求項７】
請求項５に記載した角形スロットスパイラルアンテナの動作周波数の下限を調節する場合、
第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子及び第２の角形スロットスパイラルアンテナ素子の開放端に当たる先端部の付近に、予め、スロットの対岸を相互に導通させる仮設の調整用ブリッジを設けておき、上記仮設の調整用ブリッジを除去することにより、前記双方の角形スロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを延ばして、動作周波数の下限を低下させることを特徴とする、角形スロットスパイラルアンテナの調整方法。
【請求項８】
請求項５に記載した角形スロットスパイラルアンテナのインピーダンスを整合させる場合、
前記第１，第２の角形スロットスパイラル素子が角形スパイラルの中心からＸ軸方向に向けて延出している半ピッチの区間、および、該双方の角形スロットスパイラルアンテナ素子がＹ軸方向に向かってＸ軸方向に向けて延出して１／４ピッチ進んだ所で方向変換してＹ軸方向に向かい、Ｙ軸方向に１／２ピッチ進んだ所までの区間のスロット溝幅を修正して、
スロット溝幅を狭めることによってインピーダンスを減少させ、及び／又は、スロット溝幅を広げることによってインピーダンスを増加させることを特徴とする、角形スロットスパイラルアンテナの調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＧＨｚ帯の電波を送受信するスロット形のスパイラルアンテナに係り、特に、１個のアンテナによって右旋円偏波にも左旋円偏波にも対応し得るように改良したものである。
【背景技術】
【０００２】
電波理論としての偏波は以前から知られており、例えば電子情報通信学会編のアンテナ工学ハンドブック（オーム社発行）平成４年版にも詳しく解説されている。ただし、『右旋円偏波と左旋円偏波との定義は一定していないから注意を要する』と付記されている。
本発明に係るスロット形のスパイラルアンテナは右旋円偏波にも左旋円偏波にも対応し得るから、右旋，左旋の定義に拘泥しない。
またスパイラルという語句の幾何学的な定義も曖昧であって、株式会社アルク発行の数学基本用語辞典１９９４年版には『３次元の螺線（ｓｐｉｒａｌ）を螺線（ｈｅｌｉｘ）という』と解説されていて、螺線と螺旋との区別も為されていない。
本発明は超薄型の平面形状の螺旋（ｓｐｉｒａｌ）アンテナであって、３次元の螺線（ヘリカル）アンテナとは技術的分野を異にする。
【０００３】
スパイラルアンテナに関する最新の公知技術としては、特許文献１として挙げた特開２００４−３２０１１６号公報に開示されたアンテナモジュールが有る。
この発明は送受信利得が高く、指向性に優れ、インピーダンス整合が容易である旨が報告されている。
また、円偏波用として構成されたアンテナとしては、特許文献２に挙げた特開２００３−２３６７５５号公報に開示されたスロットアンテナ装置が公知である。
この発明によると、アンテナ装置が小形，安価に構成される旨が報告されている。
【特許文献１】特開２００４−３２０１１６号公報
【特許文献２】特開２００３−２３６７５５号公報
【非特許文献１】アンテナ工学ハンドブック（オーム社発行）平成４年版・電子情報通信学会編
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無線通信技術の普及に伴って、異なる通信系相互の間で混信を生じる機会が増加した。
これを防止するために円偏波の利用が進められている。また、最近の宇宙通信においても円偏波の利用が研究されている。
無線通信に円偏波を利用するためには、円偏波の送受信に適したアンテナの開発が望まれる。
【０００５】
従来例の円偏波用アンテナには、左旋円偏波用アンテナと、右旋円偏波用アンテナと、左旋、右旋円偏波共用アンテナとが有った。
上記の右旋円偏波共用アンテナは、左旋円偏波も右旋円偏波も同様に送受信することができる。すなわち、左旋円偏波と右旋円偏波とを区別できないものであった。つまり、アンテナの姿勢を一定にして計測した場合、左旋円偏波についても右旋円偏波についても同様の指向特性を示す。従って、左旋、右旋を区別して混信を防止するという機能を果たすことができなかった。
【０００６】
その上、特許文献１として挙げた特開２００４−３２０１１６号公報に開示されたアンテナモジュールは、平板形のスパイラルアンテナと立体的なヘリカルアンテナとを組み合わせた構成であって、全体形状が立体的で大きく、従って重量も重くて製造コストが割高である。
また、特許文献２に挙げた特開２００３−２３６７５５号公報に開示されたスロットアンテナ装置は、円盤状のアンテナ素子と円錐状のアンテナ素子とを組み合わせた構成であ
って、全体形状が立体的で大きく取り扱いに不便である上に、重量も重くて製造コストが割高である。 
【０００７】
本発明は以上に述べた事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
１個のアンテナで左旋円偏波用としても右旋円偏波用としても使用し得る、小形，軽量で特に超薄型であって、しかも周波数帯域の広いアンテナ装置、及びその調整方法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】
【０００８】
上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的な原理について、その１実施形態に対応する図１（Ａ）を参照して略述すると次の通りである。
平板状の導体基板３にスパイラルのスロットが設けられている。このスロットスパイラルは単一なスパイラルではなく、第１のスロットスパイラル１と第２のスロットスパイラル２とが相互の位相差１８０度で配置されていて、スパイラル中心に給電点４が設けられる。
【０００９】
いま仮に、このアンテナが紙面の手前側の左旋円偏波に対して動作するとすれば、紙面の向う側では右旋円偏波に対して動作する。紙面の手前側の右旋円偏波と、紙面の向う側の右旋円偏波とに対して同時には動作しない。
上述したように、左旋，右旋円偏波を識別する機能を有し、かつ、裏返すことによって左旋円偏波，右旋円偏波への適応を反転し得ることが、本発明アンテナの特徴的な効果である。
【００１０】
上述の原理に基づく具体的な構成として請求項１の発明に係るスロットスパイラルアンテナは、（図１（Ａ）参照）
ＧＨｚ帯の電波を送受信するスロットスパイラルアンテナにおいて、
平板状の導体基板（３）に第１のスロットスパイラルアンテナ素子（１）が形成され、かつ、上記第１のスロットスパイラルアンテナ素子を、スパイラル中心の周りに１８０度回転させた形状の第２のスロットスパイラル素子（２）が、同じ導体基板（３）に形成されるとともに、
上記双方のスロットスパイラル素子が、スパイラル中心の付近で相互に連続していて、
該スパイラル中心の付近に給電点が設けられており、
前記導体基板（３）の面に直交座標Ｘ−Ｙを想定し、
（図１（Ｂ）参照）前記第１のスロットスパイラル素子（１）及び第２のスロットスパイラル素子（２）が、スパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出して半ピッチ進んだ所で直角に方向変換してＹ軸方向に向かい、その後は回転角度に伴って半径寸法を増加してゆく形状であり、
かつ、前記第１のスロットスパイラルアンテナ素子（１）及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子（２）のスロット溝幅が、スパイラル中心の近傍を除いて、一定の寸法Ｗであって、
上記双方のスロットスパイラルアンテナ素子がスパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出している半ピッチの区間、および、該双方のスロットスパイラルアンテナ素子がＹ軸方向に向かって回転角度に比例して半径寸法を増加してゆく初期の区間のスロット溝幅が、前記の寸法Ｗよりも明確に狭く（Ｗｆｄ）なっていて、
上記初期の区間は旋回角度で３０度以上１８０度以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明に係るスロットスパイラルアンテナの調整方法は、
（図５参照）請求項１に記載したスロットスパイラルアンテナの動作周波数を調節する場合、第１のスロットスパイラルアンテナ素子（１）の中心から先端までの間の途中の箇所、及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子（２）の上記箇所に対応する箇所に、スロットの対岸を相互に導通させる調整用のブリッジ（６）を設けることにより、前記双方のスロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを短縮して、動作周波数の下限を上昇させることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明に係るスロットスパイラルアンテナの調整方法は、
（図５参照）請求項１に記載したスロットスパイラルアンテナの動作周波数を調節する場合、
第１のスロットスパイラルアンテナ素子（１）及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子（２）の開放端に当たる先端部の付近に、予め、スロットの対岸を相互に導通させる
仮設のブリッジ（７ａ，７ｂ，７ｃ）を設けておき、上記仮設のブリッジを除去することにより、前記双方のスロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを延ばして、動作周波数を低下させることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明に係るスロットスパイラルアンテナの調整方法は、
（図１（Ｂ）参照）請求項１に記載したスロットスパイラルアンテナのインピーダンスを整合させる場合、
前記第１のスロットスパイラルアンテナ素子及び第２のスロットスパイラルアンテナ素子がスパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出している半ピッチの区間、および、該双方のスロットスパイラルアンテナ素子がＹ軸方向に向かって回転角度に比例して半径寸法を増加してゆく初期の区間のスロット溝幅（Ｗｆｄ）を修正して、
スロット溝幅を狭めることによってインピーダンスを減少させ、及び／又は、スロット溝幅を広げることによってインピーダンスを増加させることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明に係る角形スロットスパイラルアンテナの構成は、
（図６（Ａ）参照）ＧＨｚ帯の電波を送受信する角形スロットスパイラルアンテナにおいて、平板状の導体基板（３）に第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子（８）が形成され、かつ、上記第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子を、スパイラル中心の周りに１８０度回転させた形状の第２の角形スロットスパイラル素子（９）が形成されるとともに、
上記双方のスロットスパイラル素子が、スパイラル中心の付近で相互に連続していて、
該スパイラル中心の付近に給電点が設けられており、
（図６（Ｂ）参照）前記導体基板（３）の面に直交座標Ｘ−Ｙを想定し、
前記第２の角形スロットスパイラル素子（８）及び第２の角形スロットスパイラル素子（９）が、スパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出して１／４ピッチ（Ｓ１）進んだ所で直角に方向変換して、Ｙ軸方向に向かい、Ｙ軸方向に１／２ピッチ（Ｓ２）進んだ所で方向変換してＸ軸方向に向かい、Ｘ軸方向に２／２ピッチ（Ｓ３）進んだ所で方向変換してＹ軸軸方向に向かい、（図６（Ａ）参照）Ｙ軸方向に３／２ピッチ進んだ所で方向変換してＸ軸方向に向かい、Ｘ軸方向に４／２ピッチ進んだ所で方向変換してＹ軸方向に向かい、
その後、同様にして交互にＹ軸方向とＸ軸方向とに方向変換を繰り返しつつ、その度に進行距離を１／２ピッチずつ増加させてゆく形状であり、
さらに、（図６（Ｂ）参照）前記第１，第２の角形スロットスパイラル素子は、中央部付近を除く区域の溝幅寸法が一定の値Ｗであり、
かつ、該第１，第２の角形スロットスパイラル素子がスパイラル中心からＸ軸方向に１／４ピッチ進んだ所で方向変換してＹ軸方向に向かい、Ｙ軸方向に１／２ピッチ進んだ箇所までの間の溝幅が、前記の寸法Ｗよりも明確に狭く（Ｗ２）なっていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明に係る角形スロットスパイラルアンテナの調整方法の構成は、
請求項５に記載した角形スロットスパイラルアンテナの動作周波数を調整する場合、
第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子の中心から先端までの間の途中の箇所、及び第２の角形スロットスパイラルアンテナ素子の上記箇所に対応する箇所に、スロットの対岸を相互に導通させるブリッジを設けることにより、前記双方のスロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを短縮して、動作周波数の下限を上昇させることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明に係る角形スロットスパイラルアンテナの調整方法の構成は、
請求項５に記載した角形スロットスパイラルアンテナの動作周波数を調節する場合、
第１の角形スロットスパイラルアンテナ素子及び第２の角形スロットスパイラルアンテナ素子の開放端に当たる先端部の付近に、予め、スロットの対岸を相互に導通させる仮設のブリッジを設けておき、上記仮設のブリッジを除去することにより、前記双方のスロットスパイラルアンテナ素子の電気的長さを延ばして、動作周波数の下限を低下させることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明に係る角形スロットスパイラルアンテナの調整方法の構成は、
請求項５に記載した角形スロットスパイラルアンテナのインピーダンスを整合させる場合、前記第１，第２の角形スロットスパイラル素子がスパイラル中心からＸ軸方向に向けて延出している半ピッチの区間、および、該双方のスロットスパイラルアンテナ素子がＹ軸方向に向かってＸ軸方向に向けて延出して１／４ピッチ進んだ所で方向変換してＹ軸方向に向かい、Ｙ軸方向に１／２ピッチ進んだ所までの区間のスロット溝幅を修正して、
スロット溝幅を狭めることによってインピーダンスを減少させ、及び／又は、スロット溝幅を広げることによってインピーダンスを増加させることを特徴とする、。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係るスロットスパイラルアンテナを適用すると、１個のアンテナ装置だけで左旋円偏波用と右旋円偏波用とに使い分けることができる。
しかも小形軽量であり、特に超薄型に構成することができる。その上、均一なアンテナ性能の多数の製品を大量生産するに適している。
【００１９】
請求項２に係るスロットスパイラルアンテナの調整方法を、前記請求項１の発明に併せて適用すると、工業的に多数のアンテナを製作しておき、客の注文に応じて所望の周波数に調整して出荷することができる。
これにより、大量一括生産によるコストダウンその他のメリットを享受することができる上に、受注した仕様に応じて即納に近い迅速出荷が可能になる。
しかも、同一導体基板を用いて各種仕様のアンテナを構成することができるので、該アンテナの付属機器、例えばアンテナケースなどを統一することができる上に、これによりアンテナ付属機器の生産コストを低減することができ、生産計画や在庫管理が著しく容易になる。
【００２０】
請求項３に係るスロットスパイラルアンテナの調整方法を、前記請求項１の発明に併せて適用すると、請求項２におけると同様に、多数のアンテナを生産しておき、顧客の求めに応じて所望の周波数に調整して出荷することができる。
請求項２においては動作周波数の下限を上昇させる方向に調整したのに比して、請求項３においては動作周波数の下限を低下させる方向に調整するが、その実用的効果は同様であり、大量一括生産によるコストダウンその他のメリットを享受することができる上に、受注した仕様に応じて即納に近い迅速出荷が可能になる。
また、同一導体基板を用いて各種仕様のアンテナを構成することができるので、該アンテナの付属機器、例えばアンテナケースなどを統一することができる。これにより、アンテナ付属機器の生産コストを低減することができる上に、生産計画や在庫管理が著しく容易になる。
実際の運用においては請求項２の調整方法と請求項３の調整方法とを併用することが望ましい。すなわち、動作周波数の下限を上げる必要を生じたときは請求項２の発明を適用し、動作周波数の下限を下げる必要を生じたときは請求項３の発明を適用すると、あらゆる事態に順応することができる。
【００２１】
請求項４に係るスロットスパイラルアンテナの調整方法を前記請求項１の発明に併せて適用すると、難しいインピーダンス整合操作を迅速容易に遂行することができる。もっとも、本請求項４に係る調整は、既製の在庫品の修正に好適ではないが、試作段階において最適条件を見いだすには非常に好適である。
試作品に本請求項の調整方法を適用してインピーダンス整合条件を確認すれば、その条件を生産品に再現させれば良い。
【００２２】
請求項５に係る角形スロットスパイラルアンテナを適用すると、１個のアンテナ装置だけで、その表裏を反転させることによって左旋円偏波用と右旋円偏波用とに使い分けることができる。
しかもアンテナ装置全体が小形軽量であり、特に超薄型に構成することができ、製造コストが低廉である。
その上、多数の製品を工業的に大量生産するに適しており、均一なアンテナ性能を有するアンテナ装置が得られる。
【００２３】
請求項６に係る角形スロットスパイラルアンテナの調整方法を、前記請求項５の発明に併せて適用すると、工業的に多数のアンテナを製作しておき、その中から所望の個数だけを顧客の注文に即応し、迅速容易に所望の周波数に修正して出荷することができる。
このため、大量一括生産によるコストダウンその他のメリットを享受することができる上に、受注した仕様に応じて即納に近い迅速な出荷が可能になる。
また、同一導体基板を用いて各種仕様のアンテナを構成することができるので、該アンテナの付属機器、例えばアンテナケースなどを統一することができる。これにより、アンテナ付属機器の生産コストを低減することができる上に、生産計画や在庫管理が著しく容易になる。
【００２４】
請求項７に係る角形スロットスパイラルアンテナの調整方法を、前記請求項５の発明に併せて適用すると、請求項６におけると同様に、多数の角形アンテナを生産しておき、顧客の求めに応じて所望の周波数に調整して出荷することができる。
請求項６においては動作周波数の下限を上昇させる方向に調整したのに比して、請求項７においては動作周波数の下限を低下させる方向に調整するが、その実用的効果は同様であり、大量一括生産によるコストダウンその他のメリットを享受することができる上に、受注した仕様に応じて即納に近い迅速な出荷が可能になる。
また、同一導体基板を用いて各種仕様の角形アンテナを構成することができるので、該アンテナの付属機器、例えばアンテナケースなどを統一することができる。これにより、アンテナ付属機器の生産コストを低減することができる上に、生産計画や在庫管理が著しく容易になる。
実際の運用においては請求項６の調整方法と請求項７の調整方法とを併用することが望ましい。
すなわち、アンテナ装置の動作周波数の下限を上げる必要を生じたときは請求項６の発明を適用し、動作周波数の下限を下げる必要を生じたときは請求項７の発明を適用すると、あらゆる事態に順応することができる。
【００２５】
請求項８に係る角形スロットスパイラルアンテナの調整方法を、前記請求項５の発明に併せて適用すると、難しいとされるインピーダンス整合操作を迅速かつ容易に遂行することができる。
もっとも、本請求項８に係る調整は、既製の在庫品の修正に好適ではないが、試作段階において最適条件を見いだすには非常に好適である。
試作品に本請求項の調整方法を適用してインピーダンス整合条件を確認すれば、その条件を生産品に再現させれば良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１（Ａ）は、本発明の１実施形態の平面であって、請求項１の発明に対応している。
本図の（Ｂ）は、上記（Ａ）図の中心部の拡大図である。
Ｘ−Ｙは、平板状の導体基板３の面に想定した直交座標である。
導体基板３に第１のスロットスパイラル１と第２のスロットスパイラル２とが形成されていて、スパイラルの中心部に給電点４が配置されている。
本実施形態においては前記導体基板３として、特開２００４−２８８８４８号公報に記載されている高周波用積層基板を用いた。本発明を実施する際、この基板に限定されないが、この基板は機械的に丈夫であり、かつ高周波損失が少ないので好都合である。
前記第１のスロットスパイラル１、及び第２のスロットスパイラル２の形状について、その中心部付近の拡大詳細図である図２を参照して次に説明する。
【００２７】
符号Ｏは座標原点である。ここから出発する２本のうずまき線、第１スパイラル１′と第２スパイラル２′とを設定する。
第１スパイラル１′は、座標原点ＯからＸ軸に沿って点ａまで、距離Ｐ／２進む。図示の寸法Ｐ（１巻きの間に半径が増加する長さ）をスパイラルのピッチと呼ぶ。
上記の点ａで左折してＹ軸方向に向かい始めるが、この瞬間から、うずまき線（平面スパイラル）になる。すなわち、点Ｏを中心として回転しつつ、回転角度に比例して半径を増加させる。
【００２８】
本発明においてスパイラルとは、上記のように幾何学的に厳密なスパイラルに限らず、近似的なスパイラルを含む。
本発明におけるうず巻は、「順次に半径が増加する多数の半円を繋いだうず巻」であっても良い。この場合、うず巻は「回転角に伴って段階的に半径を増加させる図形」であると考えれば良い。
前記仮想の第１スパイラル１′に溝幅Ｗを与えて第１のスロットスパイラル１を構成するとともに、該第１のスロットスパイラル１を座標原点Ｏの周りに１８０度回転させて第２のスロットスパイラル２を構成する。
【００２９】
前記の溝幅寸法Ｗの値は限定されないから適宜に設定すれば良い。しかし、この溝幅は、第１のスロットスパイラル１と第２のスロットスパイラル２とが重ならないようにしなければならないので、Ｗ＜Ｐ／２  に制限される。Ｐは、先に述べたごとくスパイラルのピッチである。
上記の溝幅寸法Ｗは、スパイラルの中心付近を除いて一定にする。その理由は、特に変化させる必要が無いからである。従って、溝幅寸法を変化させても本発明の技術的範囲を回避し得るものではない。
【００３０】
スパイラル中心付近をインピーダンス調整部と名付けて符号５を付する。
本例では、点Ｏ−点ａ−点ｂの区間がインピーダンス調整部５である。
この区間は、第１のスロットスパイラル１の溝幅寸法を狭くする。狭い部分の溝幅寸法に符号Ｗｆｄを付す。
先に述べたように、第２のスロットスパイラル２は第１のスロットスパイラル１を座標原点Ｏの周りに１８０度回転させたものであるから、その溝幅も第１のスロットスパイラル１と同様である。
【００３１】
図１に示した実施形態を、λ＝５０ｍｍの電波を送受信するように構成した場合、導体基板３の直径寸法Ｄｇｐは、同図の左下隅に付記したように１．３λ＝６５ｍｍになる。その厚さ寸法は無視し得る程度に薄いので、アンテナ装置全体を考えると極めて小形軽量、特に超薄型である。
中央部を除くスパイラルスロットの幅寸法Ｗ、及びインピーダンス調整部５のスロット幅寸法Ｗｆｄは付記のとおりである。
【００３２】
上述のように構成されたスパイラルアンテナのインピーダンスを調整する場合は、前記インピーダンス調整部５の溝幅寸法を変化させる。
すなわち、溝幅寸法Ｗｆｄを狭めるとインピーダンスが減少し、溝幅寸法Ｗｆｄを広げるとインピーダンスが増加する。この現象を利用すると本発明に係るアンテナ装置のインピーダンスを任意に増減して調整することができる。
【００３３】
このようにしてインピーダンス調整を行なうと、その結果としてインピーダンス調整部５の溝幅寸法Ｗｆｄが寸法Ｗに比して明確に狭くなる。本発明において明確に狭いとは、正常視力の肉眼で認識し得る程度をいう。
本例においては、点Ｏ−ａ−ｂの区間をインピーダンス調整部５とした。すなわち、座標原点Ｏに関して９０度の範囲をインピーダンス調整部とした。本発明を実施する場合、インピーダンス調整部５を設ける区域を座標原点Ｏに関して３０度〜１８０度の範囲に設定することが望ましい。
その理由は次のごとくである。すなわち、３０度未満ではインピーダンス調整作用が不足であり、３０度以上とすることによって有効にインピーダンスを調節し得る。
しかしながら、インピーダンス調整部の角度区域を殊更に広げても調節効果が向上するものではない。１８０度以上にすると、手数が掛かるにも拘わらず、手数に見合うだけのメリットが無い。
【００３４】
図２に示したように第１のスロットスパイラル１と第２のスロットスパイラル２とを、スパイラルの中心部で相互に連続させる。
上記中心部において、溝の対岸に相当する２点Ｆ，Ｅを設定して給電点とする。
例えば同軸ケーブル（図示省略）の芯線を点Ｆに接続するとともに、外部導体を点Ｅに接続する。
これにより本実施形態のアンテナ装置が、円偏波アンテナとして機能する。
【００３５】
図３は、上述のように構成したスロットスパイラルアンテナの指向特性グラフである。
（Ａ）は７．３ＧＨｚ、（Ｂ）は８．４ＧＨｚ、（Ｃ）は８．７ＧＨｚにおける指向特性を示している。このグラフは、次のようにして図１（Ａ）と併せて読図する。
図１においてＸ軸とＹ軸とに直交するＺ軸を想定する。
図３に描かれている６個のグラフそれぞれについて、Ｘ軸同士を重ね合わせるとＸ−Ｚ面内の指向特性を読み取ることができる。
同様に、Ｙ軸同士を重ね合わせると、Ｙ−Ｚ面内の指向特性を読み取ることができる。
【００３６】
図３に示したグラフそれぞれにおいて、実線で示された右旋円偏波ＥＲの指向特性と、点線で示された左旋円偏波ＥＬの指向特性とが、横軸の上下いずれか片方に位置していることは、
イ．右旋，左旋円偏波に対して何れか片方のみに高いアンテナ利得を有し、他方に対してはアンテナ利得が極めて低いこと。
および、
ロ．アンテナを裏返すことによって、右旋，左旋円偏波を反転し得ること。
を表している。
【００３７】
図４（Ａ）は、４〜１０ＧＨｚにおける軸比ＡＲを表し、
同図（Ｂ）は、４〜１０ＧＨｚにおけるアンテナ利得ＧＲを表し、
同図（Ｃ）は、４〜１０ＧＨｚにおける電圧定在波比ＶＳＷＲを表している。
本実施形態に係るスロットスパイラルアンテナが、上記周波数帯において優れたアンテナ性能を有していることが分かる。
【００３８】
上述のように構成された本実施形態に係るスロットスパイラルアンテナの動作周波数の調整について、図５を参照して以下に説明する。
動作周波数の下限を高くしたい場合は、鎖線楕円で示して符号６を付した箇所について、スロットの対岸に相当する部分を相互に導通させるブリッジを設ける。例えば、熔融したハンダを付着させて冷却，凝固させればよい。
ブリッジを設けると、スロットスパイラルの実効長さが短縮されて動作周波数の下限が上昇する。
【００３９】
スロットスパイラルの末端付近に、予め仮設のブリッジ７ａ，同７ｂ，同７ｃを設けておき、これを除去するとスロットスパイラルの実効長さが延長されて動作周波数の下限が低下する。
本例においては、仮設ブリッジ７ａを削り取るなどして除去すると動作周波数の下限が低下する。更に、仮設ブリッジ７ｂを除去すると動作周波数の下限がいっそう低下する。更に、仮設ブリッジ７ｃを除去すると動作周波数の下限がよりいっそう低下する。
このようにして、予め設けておいた複数の仮設ブリッジを順次に除去することによって、動作周波数の下限を段階的に下げてゆくことができる。
【００４０】
図６は前記と異なる実施形態を示し、請求項５に対応している。
前記実施形態のがスロットが通常のうずまき形に形成されていたのに比して、本実施形態においては角形スパイラルに形成してある。
その形状の基本を線図で示すと図７のとおりである。
スパイラルのピッチを大文字Ｐとし、その１／４を小文字ｐで表す。本図はｐを１目盛りとして方眼を描いてある。
第１の角形スロットスパイラル８を実線で描いてある。これを、座標原点の周りに１８０度回転させると、破線で描いた第２のスロットスパイラル２となる。
【００４１】
第１の角形スロットスパイラル（実線）８を追跡すると、座標原点ＯからＸ軸方向に、
Ｐ／４＝ｐだけ、点ｃまで進む（本図では１目盛だけ進む）。
点ｃで左折して、点ｄまでＹ軸方向にＰ／２（２目盛）進み、
点ｄで再度左折して、点ｅまでＹ軸方向にＰ（４目盛）進み、
点ｅで更に左折して、点ｆまでＹ軸方向に３Ｐ／２（６目盛）進み、
点ｆで更に左折して、点ｇまでＸ軸方向に４Ｐ／２＝２Ｐ（８目盛）進み、
点ｇで更に左折して、点ｈまでＹ軸方向に５Ｐ／２（１０目盛）進み、
点ｈで更に左折して、点ｉまでＸ軸方向に６Ｐ／２＝３Ｐ（１２目盛）進む。
【００４２】
その後、同様にして左折を繰り返して、交互にＹ軸方向とＸ軸方向とに方向変換して、その度に進行距離をＰ／２（２目盛）ずつ増やしてゆく。
このようにして第１の角形スロットスパイラル（実線）８が描かれる。座標原点Ｏを中心として１８０度回転させると第２の角形スロットスパイラル（鎖線）９が出来る。
以上に説明した図７はスロットの中心線となる角形スパイラルを示しており、これに溝幅を与えると図６（Ａ）の第１の角形スロットスパイラル８および第２の角形スロットスパイラル９になる。
【００４３】
図６においては、角形スパイラルの巻数をｎとして、各辺に符号Ｓ１〜Ｓｎを付してある。前掲の図６（Ｂ）は図７の中心部に相当し、図７に付記した点ｃ〜点ｅが図６（Ｂ）の点ｃ〜点ｅに対応している。
本実施形態においては、座標原点Ｏから点ｃを経て点ｄに至る区間がインピーダンス調整部５になっている。
上記のインピーダンス調整部５が設けられている区間を、座標原点Ｏを中心とする角度範囲で表すと、
ＡｒｃＴａｎ２≒６４度
である。
【００４４】
図１の実施形態におけると同様に、図６の実施形態においてもインピーダンス調整部５のスパイラル溝幅を狭くするとインピーダンスが減少し、スパイラル溝幅を広げるとインピーダンスが増加する。この現象を利用して、角形スロットスパイラルアンテナのインピーダンス整合を取ることができる。
図示を省略するが、円形スロットスパイラルアンテナについて図５を参照して説明したのと同様に、角形スロットスパイラルアンテナにおいてもブリッジを加工して動作周波数の下限を増減調整することができる。
【００４５】
図６の実施形態は６．０ＧＨｚの電波を送受信するように構成したものであって、波長λは５０ｍｍである。
角形スパイラルの屈曲点は９箇所、辺の数Ｎは１０本である。
導体基板３の１辺の長さＳｇｐは１．３７λに相当し、実寸は６８．５ｍｍであって、非常に小形軽量であり、特に超薄型である。
以上に説明した図６の実施形態によっても、前掲の図１に示した実施形態におけると同様に、ＧＨｚ帯の電波に対して優れたアンテナ性能を示し、表裏反転によって右旋円偏波と左旋円偏波とに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るスロットスパイラルアンテナの１実施形態を示し、（Ａ）は全体的な平面図、（Ｂ）はその中心部付近の拡大詳細図
【図２】上記図１の実施形態に係るスロットスパイラルアンテナの設計手順を説明するための要部拡大平面図
【図３】前掲の図１に示した実施形態に係るスロットスパイラルアンテナの指向性を表し、Ｘ軸及びＹ軸は図１の座標軸に対応しており、（Ａ）は７．３ＧＨｚにおける指向特性グラフ、（Ｂ）は８．４ＧＨｚにおける指向特性グラフ（Ｃ）は８．７ＧＨｚにおける指向特性グラフ
【図４】前掲の図１に示した実施形態に係るスロットスパイラルアンテナの、４ＧＨｚ〜１０ＧＨｚにおける特性を示し、（Ａ）軸比を表すグラフ、（Ｂ）は利得を表すグラフ、（Ｃ）は電圧定在波比を表すグラフ
【図５】前掲の図１に示した実施形態に係るスロットスパイラルアンテナの動作周波数を調整する手順を説明するための平面図
【図６】前掲の図１に示した実施形態と異なる実施形態に係るスロットスパイラルアンテナを示し、（Ａ）は全体的な外観斜視図、（Ｂ）はその中心部付近を拡大して描いた詳細な平面図
【図７】前掲の図６に示した実施形態に係るスロットスパイラルアンテナの設計手順を説明するため、スパイラルピッチＰの１／４を１目盛とする方眼の上にスパイラル形状を描いた模式的な平面図
【符号の説明】
【００４７】
１…第１のスロットスパイラル
２…第２のスロットスパイラル
３…導体基板
４…給電点
５…インピーダンス調整部
６…調整ブリッジ
７ａ，７ｂ，７ｃ…仮設ブリッジ
８…第１の角形スロットスパイラル
９…第２の角形スロットスパイラル
１０…インピーダンス調整部
Ｄｇｐ…導体基板の直径
Ｅ…接地点
ＥＲ…右旋円偏波
ＥＬ…左旋円偏波
Ｆ…給電点
Ｎ…角形スパイラルの巻数
Ｏ…座標原点
Ｐ…スパイラルのピッチ寸法
Ｗ…スパイラルの中央部を除く部分のスロット溝幅
Ｗｆｄ…インピーダンス調整部のスロット溝幅
Ｘ…導体基板の面に設定した座標軸
Ｙ…上記Ｘ軸に直交する、導体基板面上の座標軸
Ｚ…導体基板の面に垂直な座標軸
λ…送受信電波の波長
φ…スパイラルの巻き角度
【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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