(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの電磁信号を送受信するのに適したアンテナ（１０）において、
共通の周辺エッジ（１７）に固定された第１の面（１３）及び第２の面（１５）を有する非導電性のほぼ平面状の基板（１９）であって、前記周辺エッジは、前記第１及び第２の面に垂直なアンテナ軸（１１）を取り囲んでいることからなる、非導電性のほぼ平面状の基板と、
前記第１の面に配置されて、第１の端部（２３）と第２の端部（２５）、及び、前記第１の端部と第２の端部との間に延びる内側エッジ（２９）を有する伝送ライン（２１）であって、前記内側エッジの少なくとも１つの部分が、前記アンテナ軸を中心とする半径Ｒの弧を形成することからなる、伝送ライン（２１）と、
前記第２の面に配置され、複数のｍ個の溝付き開口部（３３）を有する導電性層（３１）であって、前記溝付き開口部の各々が、前記アンテナ軸から距離Ｒ以内に配置された１つの端部を有し、前記溝付き開口部の各々が、その長さよりも十分に小さい、本質的に均一な幅を有することからなる、導電性層と、
前記伝送ラインの一方の端部に電気的に接続されるインピーダンス負荷
を備え、
これによって、電磁信号が前記第１の端部に送られると、電磁エネルギーが前記溝付き開口部の各々に順次結合され、これによって、放射信号が、前記溝付き開口部からほぼ前記アンテナ軸の方向に送信されることからなる、アンテナ。
【請求項２】
前記伝送ラインの内側エッジが、少なくともλの導波長を有する、請求項１のアンテナ。
【請求項３】
前記伝送ラインが、マイクロストリップとコプレーナ導波管からなるグループの少なくとも１つの要素からなる、請求項１のアンテナ。
【請求項４】
前記伝送ラインの一方の端部に電気的に接続されるコネクタをさらに備える、請求項１のアンテナ。
【請求項５】
前記伝送ラインの少なくとも一方の端部に電気的に接続される少なくとも１つの増幅器をさらに備える、請求項１のアンテナ。
【請求項６】
少なくとも第１の前記溝付き開口部の導波長がａλ／ｂである、請求項１のアンテナ。
【請求項７】
第２の前記溝付き開口部の導波長が、前記第１の溝付き開口部の導波長よりも長い、請求項６のアンテナ。
【請求項８】
少なくとも２つの隣接する前記溝付き開口部が、２π／ｍの角度だけ空間的に離れるように、前記ｍ個の溝付き開口部が、前記アンテナ軸のまわりに配列される、請求項１のアンテナ。
【請求項９】
少なくとも１つの前記溝付き開口部が、直線状の溝付き部分を含む、請求項１のアンテナ。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記溝付き開口部が、湾曲した溝付き部分を含む、請求項１のアンテナ。
【請求項１１】
前記湾曲した溝付き部分が、円錐形セクション弧、螺旋弧、対数弧、及び指数弧からなるグループから選択された形状を含む、請求項１０のアンテナ。
【請求項１２】
前記第１の面に平行に隔置されたリフレクタをさらに備える、請求項１のアンテナ。
【請求項１３】
前記第１の面に隣接して配置された閉空洞をさらに備える、請求項１のアンテナ。
【請求項１４】
波長λ１及びλ２の電磁信号を送受信するのに適したアンテナにおいて、
共通の周辺エッジに固定された第１の面及び第２の面を有する非導電性のほぼ平面状の基板であって、前記周辺エッジは、前記第１及び第２の面に垂直なアンテナ軸を囲んでいることからなる、非導電性のほぼ平面状の基板と、
前記第１の面に配置されて、第１の端部と第２の端部、及び、前記第１の端部と第２の端部との間に延びる内側エッジを有する伝送ラインであって、前記内側エッジの少なくとも一部分が、前記アンテナ軸を中心とする半径Ｒの弧を形成することからなる、伝送ラインと、
前記第２の面に配置されて、ｍ個の配列された第１の溝付き開口部を有する導電性層であって、前記第１の溝付き開口部の各々は、前記周辺エッジに近接して配置された周辺端部と、前記アンテナ軸から距離Ｒ以内に配置された軸側端部を有し、前記第１の溝付き開口部の各々は、前記周辺端部と前記軸側端部の間においてλ１／４の整数倍の導波長を有し、前記第１の溝付き開口部の少なくとも１つが、隣接する該第１の溝付き開口部から２π／ｍの角度だけ空間的に離れていることからなる、導電性層と、
前記伝送ラインの第２の端部に電気的に接続されるインピーダンス負荷
を備え、
前記導電性層は、さらに、ｍ個の配列された第２の溝付き開口部を有し、前記第２の溝付き開口部の各々は、前記周辺エッジに近接して配置された周辺端部と、前記アンテナ軸から距離Ｒ以内の位置に配置された軸側端部を有し、前記第２の溝付き開口部の各々は、前記周辺端部と前記軸側端部の間においてλ２／４の整数倍の導波長を有し、前記第２の溝付き開口部の少なくとも１つが、隣接する該第２の溝付き開口部から２π／ｍの角度だけ空間的に離れており、
これによって、電磁信号が前記第１の端部を介して前記伝送ラインに送られると、電磁エネルギーが前記溝付き開口部の各々に順次結合され、これによって、λ１とλ２の一方または両方の波長を有する放射信号が、前記溝付き開口部からほぼ前記アンテナ軸の方向に送信されることからなる、アンテナ。
【請求項１５】
前記溝付き開口部の少なくとも１つが、円錐形セクション弧、螺旋弧、対数弧、及び指数弧からなるグループから選択された形状を含む、請求項１４のアンテナ。
【請求項１６】
前記伝送ラインの第１の端部に電気的に接続されるコネクタをさらに備える、請求項１４のアンテナ。
【請求項１７】
前記伝送ラインの前記第１の端部と第２の端部の少なくとも一方に電気的に接続される少なくとも１つの増幅器をさらに備える、請求項１４のアンテナ。
【請求項１８】
前記基板の第１の面に平行に隔置されたリフレクタをさらに備える、請求項１４のアンテナ。
【請求項１９】
前記基板の第１の面に隣接して配置された閉空洞をさらに備える、請求項１４のアンテナ。
【請求項２０】
電磁信号を送信しまたは受信するのに適した平面アンテナにおいて、
前記平面アンテナの前面に配列されたｍ個の溝付き開口部であって、該溝付き開口部は、電磁信号を受信しまたは送信するためのものであり、この溝付き開口部の配列によってアンテナ軸が確定されることからなる、ｍ個の溝付き開口部と、
受信されたまたは送信された電磁信号を前記溝付き開口部に順次結合するための伝送ラインであって、前記アンテナ軸を実質的に取り囲むようにアンテナの底面に配置された伝送ライン
を備え、
前記伝送ラインは、複数のｍ個の結合領域を有し、前記結合領域の各々が、対応する前記溝付き開口部に近接して配置された前記伝送ラインのセグメントからなり、これによって、前記伝送ラインを介して伝送される電磁信号が、前記溝付き開口部の各々に順次結合され、
少なくとも１つの前記溝付き開口部が、湾曲した溝付き部分を有することからなる、アンテナ。
【請求項２１】
前記溝付き開口部の各々が、溝の長さよりも十分に狭い幅を有する、請求項２０のアンテナ。
【請求項２２】
平面アンテナから円偏波信号を放出するための方法において、
アンテナの背面に配置された伝送ラインに沿って波長λ１の第１の電磁信号を送信するステップであって、前記伝送ラインが、アンテナ軸を中心とする半径Ｒの弧形状セグメントを有することからなる、ステップと、
アンテナの前面に配置された導電性層内に形成された２つ以上の溝付き開口部に前記送信信号を順次結合するステップであって、前記送信信号は、前記伝送ラインに沿った一方の方向における前記溝付き開口部の配列順で前記溝付き開口部の各々に順次結合され、前記溝付き開口部の各々は、アンテナ軸から距離Ｒ以内に配置された端部を有し、前記溝付き開口部は、信号が、波長λ１を有して右回りまたは左回りの一方の円偏波で放射されるように、アンテナ軸のまわりに配列されることからなる、ステップと、
前記第１の電磁信号を送信する方向とは逆の方向に、波長λ２の第２の電磁信号を前記伝送ラインに沿って送信するステップと、
信号が、右回りまたは左回りの前記一方ではなく他方の円偏波で放射されるように、前記送信信号を前記一方の方向とは逆の方向における前記溝付き開口部の配列順で前記溝付き開口部に順次結合するステップ
を含む、方法。
【請求項２３】
順次結合するための前記ステップが、前記伝送ラインから前記溝付き開口部まで延びる放射電磁界を生成するステップを含む、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記伝送ラインに沿って波長λ２の第２の電磁信号を送信するステップと、
波長λ２の信号が放射されるように、前記送信信号を前記溝付き開口部に順次結合するステップ
をさらに含む、請求項２２の方法。
【請求項２５】
平面アンテナを用いて円偏波の放射信号を受信するための方法において、
アンテナの前面に配置された導電性層内に形成された２つ以上の溝付き開口部において前記放射信号を受信するステップであって、前記溝付き開口部の各々が、アンテナ周辺部に近接して配置された第１の端部と、アンテナ軸から距離Ｒ以内に配置された第２の端部を有し、少なくとも１つの前記溝付き開口部が湾曲した溝付き部分を含むことからなる、ステップと、
前記溝付き開口部の各々からの受信信号を、アンテナの背面に配置された伝送ラインに順次結合するステップであって、前記伝送ラインは、アンテナ軸を中心とするエッジ半径Ｒの弧形状セグメントを有することからなる、ステップ
を含む、方法。
【請求項２６】
波長λの電磁信号を送受信するのに適したアンテナ（１０）であって、
共通の周辺エッジ（１７）に固定された第１の面（１３）及び第２の面（１５）を有する非導電性のほぼ平面状の基板（１９）であって、前記周辺エッジは、前記第１及び第２の面に垂直なアンテナ軸（１１）を取り囲んでいることからなる、非導電性のほぼ平面状の基板と、
前記第１の面に配置されて、第１の端部（２３）と第２の端部（２５）、及び、前記第１の端部と第２の端部との間に延びる内側エッジ（２９）を有する伝送ライン（２１）であって、前記内側エッジの少なくとも一部分が、前記アンテナ軸を中心とする半径Ｒの弧を形成し、前記伝送ラインは、負荷インピーダンス（２４）に電気的に接続することによって前記第２の端部において終端されることからなる、伝送ラインと、
前記第２の面に配置され、複数のｍ個の溝付き開口部（３３）を有する導電性層（３１）であって、前記溝付き開口部の各々が、前記アンテナ軸から距離Ｒ以内に配置された１つの端部を有し、前記溝付き開口部の各々は、その幅が長さよりも十分に小さいことからなる、導電性層
を備え、
これによって、電磁信号が前記伝送ラインの前記第１の端部に送られると、電磁エネルギーが前記溝付き開口部の各々に順次結合され、これによって、放射信号が、前記溝付き開口部からほぼ前記アンテナ軸の方向に送信されることからなる、アンテナ。
【請求項２７】
波長λの電磁信号を送受信するのに適したアンテナ（１０）であって、
共通の周辺エッジ（１７）に固定された第１の面（１３）及び第２の面（１５）を有する非導電性のほぼ平面状の基板（１９）であって、前記周辺エッジは、前記第１及び第２の面に垂直なアンテナ軸（１１）を囲んでいることからなる、非導電性のほぼ平面状の基板と、
前記第１の面に配置されて、第１の端部（２３）と第２の端部（２５）、及び、前記第１の端部と第２の端部との間に延びる内側エッジ（２９）を有する伝送ライン（２１）であって、前記内側エッジの少なくとも一部分が、前記アンテナ軸を中心とする半径Ｒの弧を形成することからなる、伝送ラインと、
前記第２の面に配置されて、複数のｍ個の溝付き開口部（３３）を有する導電性層（３１）であって、少なくとも１つの前記溝付き開口部が湾曲部分を含むことからなる、導電性層（３１）
を備え、
前記溝付き開口部の各々は、前記アンテナ軸から距離Ｒ以内の位置に配置された１つの端部を有し、前記溝付き開口部の各々は、その幅が長さよりも十分に小さく、かつ、λ／４の整数倍の電気的長さを有し、前記溝付き開口部の少なくとも１つが、隣接する溝付き開口部から２π／ｍの角度だけ空間的に離れており、
これによって、電磁信号が前記伝送ラインの前記第１の端部に送られると、電磁エネルギーが前記溝付き開口部の各々に順次結合され、これによって、放射信号が、前記溝付き開口部からほぼ前記アンテナ軸の方向に送信されることからなる、アンテナ。
【請求項２８】
前記基板の前記第１の面に平行に隔置されたリフレクタをさらに備える、請求項２７のアンテナ。
【請求項２９】
前記基板の前記第１の面に隣接して配置された閉空洞をさらに備える、請求項２７のアンテナ。
【請求項３０】
前記伝送ラインの内側エッジが、少なくともλの導波長を有する、請求項２７のアンテナ。
【請求項３１】
前記伝送ラインが、マイクロストリップとコプレーナ導波管からなるグループの少なくとも１つの要素からなる、請求項２７のアンテナ。
【請求項３２】
第２の前記溝付き開口部の電気的長さが、第１の前記溝付き開口部の電気的長さよりも長い、請求項２７のアンテナ。
【請求項３３】
少なくとも１つの前記溝付き開口部が、直線部分を含む、請求項２７のアンテナ。
【請求項３４】
前記湾曲部分が、円錐形セクション弧、螺旋弧、対数弧、及び指数弧からなるグループから選択された形状を含む、請求項２７のアンテナ。
【請求項３５】
前記伝送ラインの前記第２の端部がインピーダンス負荷に電気的に接続する、請求項２７のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、広帯域平面アンテナに関連し、より詳しくは、円偏波信号を送受信するためのアンテナに関連する。
【０００２】
［従来技術の説明］
円偏波信号を生成するアンテナは、当該技術分野にでは既知である。例えば、Iwasakiに付与された米国特許第5,861,848号には、短い円形部を有する円偏波パッチアンテナが開示されている。パッチアンテナの指向性は、閉塞環（チョークリング）グラウンドプレーンを組み込むことによって強めることができるが、このために、アンテナの重量が増大してしまう。
【０００３】
例えば、Nurnberger他に付与された米国特許第5,815,122号には、アンテナの一方の側に単一の螺旋スロットを有し、反対側に螺旋状のマイクロストリップフィードラインを有するスロット螺旋アンテナが開示されている。この文献には、主に単一のスロット構成が開示されているが、この構成によればアンテナの指向性が弱くなる。さらに、低ノイズアンプなどの追加のコンポーネントをアンテナ自体に配置するのは実際上不可能である。
【０００４】
円偏波放射を生成する平面アンテナは当該技術分野において既知のものであるが、現在利用可能な装置にはない利点や機能を提供するよう改良することが必要とされているところであり、本発明の主な目的は、そのような改良品を提供することである。本発明の他の目的は、指向性が改善された平面アンテナを提供することである。
【０００５】
本発明のさらに他の目的は、入力／出力信号をアンテナスロットの空間傾斜構成に調和させる分布型フィードラインを有するスロットアレイアンテナを提供することである。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、アンテナ基板状に能動回路を取り付け可能にする平面アンテナを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、以下の発明の詳細な説明を参照することにより明かになろう。
【０００８】
［発明の概要］
平面アンテナは、非道電性のほぼ平面の基板と、表面の一方の側に配置された伝送ラインと、アンテナ軸を中心とする半径Ｒの弧を形成する伝送ラインのセグメントを備える。他方のアンテナ表面状の導電性層は、２つ以上の溝のついた（すなわち、スロットのある）開口部（以下、溝付き開口部）を有し、溝付き開口部の各々は、アンテナ軸の距離Ｒの範囲内に配置された１つの端部を有している。これによって、電磁信号が伝送ラインの一方の端部に送られると、電磁エネルギーが、溝付き開口部に順次結合され、円偏波信号が、ほぼアンテナ軸の方向にアンテナから放出される。伝送ラインの電気的位相長は、整相列（フェイズドアレー）動作を行うことができるようにするために、２つの連続した溝付き開口部の間の空間的角度差に整合（または一致）される。
【０００９】
アンプ（増幅器）またはコネクタを、伝送ラインの一方または両方の端部に電気的に接続して、あるいは、伝送ラインの一方の端部を、インピーダンス負荷において終端して漏洩波アンテナを形成することができる。溝付き開口部は、直線状のセグメントまたは湾曲した（すなわち曲線状の）セグメントのいずれか、または、それらの両方から構成することができ、それぞれが同じ長さでも異なる長さであってもよい。曲線状の溝付き開口部を右回りまたは左回りに向けて、左回りまたは左回りの偏波信号を送信しまたは受信することができる。
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
【００１１】
［例示的実施態様の詳細な説明］
図１は、本発明に従って、波長λの電磁信号を受信または送信するためのほぼ平面のアンテナ１０の背面図である。アンテナ１０の背面１３は、周辺エッジ１７に固定されている。周辺エッジ１７は、背面部１３に垂直に配向したアンテナ軸１１を囲んでいる。伝送ライン２１は、マイクロストリップ、コプレーナ導波管（共面導波管）、または、関連技術において既知の導電性コンポーネントとすることができるものであるが、背面部１３に配置されている。伝送ライン２１は、電磁信号を受信し、または、出力するための入力端２３を備えている。入力端は、第１の導電性リード線１２によって、外部回路にインターフェースするためのＲＦコネクタなどのコネクタ２２に電気的に接続されている。伝送ライン２１の終端部２５は、第２の導電性リード線１４によって負荷インピーダンス２４に電気的に接続されている。伝送ライン２１は、円弧形状をしており、伝送ライン２１の内側エッジ２９は、アンテナ軸１１から半径Ｒのところにあり、外側エッジ２７は、半径Ｒ＋ｗのところにある。伝送ラインの導波長（または、被きょう導波長）は、１つ以上の伝送される（または受信される）波長λと同じである。
【００１２】
図２は、図１の矢印線部で切り取ったアンテナ１０の断面図である。アンテナ１０は、厚さがｔの非導電性または誘電性材料の基板１９から構成され、伝送ライン２１は、基板１９の背面１３に配置され、導電性層３１は、基板１９の前面１５に配置される。前面１５は、周辺エッジ１７によって固定される。
【００１３】
図３は、アンテナ１０の正面図であり、導電性層３１は、複数の同様の曲線状の溝付き開口部３３、３５、３７及び３９を含んでおり、各溝付き開口部３３、３５、３７及び３９は、導電性層３１を通過して基板１９の前面１５まで延びている。従って、アンテナ１０を２層プリント回路基板（PCB）から製作することができ、この場合、伝送ライン２１と溝付き開口部３３、３５、３７及び３９を、各クラッド層の部分を適切にエッチングすることによって形成して、溝付き開口部３３、３５、３７、及び３９と伝送ライン２１とを形成することができる。説明のために４つの溝付き開口部を示しているが、後で詳述するように、本発明はこの数には限定されず、形状及び長さが可変のｍ（ｍ≧２）個の溝付き開口部から構成することができる。
【００１４】
さらに、図示のように溝付き開口部を曲線形状とすることができるが、後で詳細に説明するように、直線状のセグメントまたは、直線状のセグメントと曲線状のセグメントとの組合せとすることができる。曲線形状部は、円錐形のセクション（すなわち、円形、楕円形、放物線形、または、双曲線弧）、アルキメデスの螺旋、対数螺旋、または、指数螺旋とすることができる。直線状溝付き開口部は、双極子及びその類似物と同等であり、単一溝付き開口部は、直線偏波信号を生成する。しかしながら、後述するように、直線状溝付き開口部を配列したものを使用して、円偏波信号を送信し、または受信することができる。曲線状溝付き開口部を配列したものを使用しても円偏波を生成することができる。この場合、各溝付き開口部は、所望の円偏波の方向に曲げられる（すなわち、左回りの円偏波信号を受信または送信するためには右回りに曲げられる）。直線状溝付き開口部の導波長と等価な導波長を有する曲線状溝付き開口部を使用することによって、アンテナの物理的大きさを小さくすることができる。
【００１５】
溝付き開口部３３、３５、３７及び３９は、それぞれ、アンテナ軸１１に近接した軸側端部３３ａ、３５ａ、３７ａ及び３９ａ、及び、周辺エッジ１７に近接した周辺端部３３ｐ、３５ｐ、３７ｐ及び３９ｐを有する。軸側端部３３ａ、３５ａ、３７ａ及び３９ａは、それぞれ、アンテナ軸１１からｄ１、ｄ２、ｄ３及びｄ４の距離にある。ここで、ｄｉ＜Ｒである。すなわち、各溝付き開口部３３、３５、３７及び３９の軸側端部３３ａ、３５ａ、３７ａ及び３９ａの各々は、基板１９の反対側にある伝送ライン２１（図では点線で示す）によって画定される半径Ｒの円の内側にある。従って、アンテナ１０を用いて信号を伝送するときには、電磁エネルギーが伝送ライン２１に送られ、溝付き開口部３３、３５、３７及び３９に電磁的に結合される。この結合は、４つの各領域で生じる。この４つの領域とは、前面１５にある溝付き開口部３３、３５、３７及び３９が、平面アンテナ１０の背面１３にある伝送ラインに最も近接しかつそのすぐ反対側に配置されている領域である。
【００１６】
例えば、溝付き開口部３３の一部分は、結合領域４３において、伝送ライン２１から基板厚さｔに相当する距離のところに配置される。関連技術分野では周知のように、伝送ライン２１を通過する電磁エネルギーは、結合領域４３における溝付き開口部３３を横断する放射電磁場を生成する。この電磁エネルギーは、結合領域４５、４７及び４９においてそれぞれ溝付き開口部３５、３７及び３９に同様に結合される。結合の度合いは、基板１９の厚さｔ、伝送ライン２１の幅ｗ、溝付き開口部３３の幅ｖ、及び、基板１９の誘電特性の関数である。逆に、アンテナ１０を使用して信号を受信するときは、放射エネルギーは、溝付き開口部３３、３５、３７及び３９で受け取られ、それぞれ、結合領域４３、４５、４７及び４９における伝送ライン２１に結合される。
【００１７】
当業者には理解されることであるが、アンテナ１０によって放出される電磁エネルギーは、アンテナ軸１１に沿って両方向に放射される。前方方向に放射されるエネルギーの割合を増加させて、バックローブ放射を減少させるために、図４に示すように、リフレクタ４０を、アンテナ１０の背面１３に平行に対向させて配置することができる。関連技術分野においては周知のことであるが、代替実施態様として、閉空洞（不図示）を、リフレクタ４０の代わりに使用することができる。リフレクタ４０とアンテナ１０の間の間隔を増減させることによって、必要に応じて、アンテナ１０から放射される放射パターンだけでなく、放射パターンロールオフ特性も変えることができる。
【００１８】
図５は、本発明に従う平面アンテナ５０の第１の実施態様の正面図である。平面アンテナ５０は、各々の幅がｖ、導波長がＬGWで、π／２ラジアンの角度間隔でアンテナ軸５１の回りに対称的に配列された、４つの同様の螺旋形状溝付き開口部５３、５５、５７及び５９を備える。この構成により、整相列スロットアンテナが提供される。溝付き開口部５３、５５、５７及び５９は、左回り方向に曲がっているので、送信信号または受信信号は、右回りに偏波することになる。これとは逆に、溝付き開口部５３、５５、５７及び５９が右回り方向に曲がっている場合は、左回りの偏波を有する信号が生成（または受信）される。開口部の幅ｖを導波長ＬGWに比べて狭く保つことによって、望ましくない交差偏波を最小限に抑えることができる。アンテナ軸５１を原点とする極座標において、溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の各々の形状を最も良く描写することができる。溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の内側エッジの半径方向の距離ｒ（θ）は、それぞれの軸側端部５３ａ、５５ａ、５７ａ及び５９ａにおけるｒａから、それぞれの周辺端部５３ｐ、５５ｐ、５７ｐ及び５９ｐにおける最大半径ｒｐまで増加する。アンテナ軸５１から溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の内側エッジまでの半径方向の距離は、極角θと共に増加するが、それぞれの螺旋形溝付き開口部に対する間隔Δｒの関数でもある。ここで、Δｒ＝ｒ（θ＋２π）−ｒ（θ）である。溝付き開口部５３の場合、アンテナ軸５１からの半径方向距離は、次の式で表すことができる。
【００１９】
【数１】
0004700873.tif 000002
【００２０】
溝付き開口部５５は、溝付き開口部５３からπ／２ラジアン（９０°）だけ空間的にずれている。同様に、溝付き開口部５７は、πラジアン（１８０°）だけ空間的にずれており、溝付き開口部５９は、３π／２（２７０°）だけ空間的にずれている。従って、３つの溝付き開口部５５、５７及び５９の内側エッジの半径方向距離ｒ（θ、Δｒ）は、それぞれ、次の式で表すことができる。
【００２１】
【数２】
0004700873.tif 000003
【００２２】
アンテナ効率を最大化するために、溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の各々の導波長ＬGWは、受信信号または送信信号の波長の１／４の倍数となるように規定される（すなわち、ＬGW＝ｎλ／４）。図示の構成では、螺旋形状の溝付き開口部の各々は、θｐの角度に対する。ここで、以下の式が成り立つ。
【００２３】
【数３】
0004700873.tif 000004
【００２４】
溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の各々の幅ｖは、導波長よりもかなり短くなるように、及び、溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の各々と伝送ライン６１との間に良好な電磁結合が行われるのに十分な大きさになるように規定される。これは、平面アンテナ５０の背面図である図６に最も良く示されている。伝送ライン６１は、各々の結合領域６３、６５、６７及び６９における溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の各々と「交差」する。結合領域６３、６５、６７及び６９は、互いにπ／２ラジアン（９０°）だけずれている。この構成により、伝送ライン６１の導波長が１波長λになるときに、結合領域６３、６５、６７及び６９における電気的位相差（すなわち、９０°の差）を、溝付き開口部５３、５５、５７及び５９の空間的差異とマッチ（整合）させることができる。単一の全方向性ビームは、伝送ライン６１の導波長が１波長λのときに生じ、スキントビーム（squinted beam：またはスキンテドビーム）は、導波長が１波長よりも短いときに生じ、多方向ビームは、伝送ライン６１の導波長が１波長よりも長いときに生じる。
【００２５】
信号は、低ノイズ増幅器７１を介して伝送ライン６１の入力／出力端部６２に接続された信号源（または受信器）によって伝送（または受信）される。コネクタ７５は、伝送（または受信）信号を同軸ケーブル、光ファイバ、または導波路を介して外部回路に接続するために設けられる。インピーダンス負荷７３は、伝送ライン６１の終端部６４に結合されて、漏洩波アンテナ構成を提供し、従って、全ての溝付き開口部５３、５５、５７及び５９への一定の振幅結合が確実に行われる。代替的には、コネクタ７５を伝送ライン６１の入力／出力端部６２に直接取り付けることができ、増幅器７１を別個の回路基板に配置することができる。
【００２６】
図示の構成の場合、低ノイズ増幅器７１において発生し、インピーダンス負荷７３で終端する送信信号は、（平面アンテナ５０の正面から見て）左回り方向に伝送ライン６１を通過する。伝送信号が、結合領域６３、６５、６７及び６９の各々における溝付き開口部５３、５５、５７及び５９に順次（または連続的）に結合すると、右回り偏波信号が平面アンテナ５０から放射される。代替的には、信号が、右回り方向で伝送ラインを通過するようにすることができ、及び、溝付き開口部５３、５５、５７及び５９を、左回りに偏波した送信（または受信）信号に対して右回り方向に曲げることができる。信号が、螺旋溝付き開口部の方向と逆の方向に進行する構成の場合には、右回り偏波放射及び左回り偏波放射のいずれも送信（または受信）される。
【００２７】
図７に示す第２の実施態様では、アンテナ８０は、（アンテナ８０の背面上の）伝送ライン６１に結合された４つの溝付き開口部８１、８３、８５及び８７を配列したものから構成される。伝送ライン６１への電磁結合を改善するために、溝付き開口部８１、８３、８５及び８７は、それぞれ、伝送ライン６１に対して直角に配向された直線状の半径方向セグメント８９を備える。半径方向セグメント８９をそれぞれ有する溝付き開口部８１、８３、８５及び８７はともに、指定された波長λを最適に送信（または受信）するよう調整されている。溝付きアンテナは広帯域なので、アンテナ８０は、波長λを放射するだけでなく、ある波長帯域にわたって送信（または受信）することができる。波長帯域がλの３０％以内の場合には、導波長λに調整された溝付き開口部を、その帯域の波長を送信（または受信）するために使用することができる。この帯域外の波長については、導波長の異なる別の溝付き開口部が使用される。
【００２８】
例えば、図８に示す第３の実施態様では、アンテナ９０は、２つの波長λ１及びλ２の左回り偏波信号を送受信するよう構成されている。２つの溝付き開口部９１及び９５は、長い方の波長λ１用に調整されており、２つの溝付き開口部９３及び９７は、短い方の波長λ２用に調整されている。i）１波長（λ１）、ii）２波長（２λ１）、iii）１／２波長（λ１／２）、iv）１／４波長（λ１／４）、ｖ）これら以外の、波長の何倍かまたは何分の１（ａλ１／ｂ）のうちのいずれかの導波長ＬGWとすることによって、溝付き開口部９１を波長λ１に調整することができる。
【００２９】
アンテナ９０は、（図６の）伝送ライン６１の幅に比べて広い幅を有する伝送ライン１０１を有する。図９に最も良く示すように、伝送ライン１０１は、曲率半径Ｒ１の内側エッジ１０３、及び、曲率半径Ｒ２＝Ｒ１＋wの外側エッジ１０５を有している。関連技術分野では周知のことであるが、伝送ライン１０１内を伝搬する信号のほとんどは、エッジ１０３と１０５に出現する。内側エッジ１０３に沿った導波長は、外側エッジ１０５に沿った導波長にＲ１／Ｒ２をかけたものである。Ｒ１及びＲ２について適切な値を選択することによって、１波長よりも多くの波長が溝付き開口部９１、９３、９５及び９７の配列に結合されるよう、伝送ライン１０１を最適化することができる。
【００３０】
上述したように、本発明は、単一の周波数に、あるいは、わずか４つの溝付き開口部に限定されない。図１０に示す第４の実施態様では、アンテナ１１０は、第１の波長λ１用に調整された６個の溝付き開口部１１１と、それより短い第の波長λ２用に調整された６個の溝付き開口部１１３を備える。溝付き開口部１１１の配列は、溝付き開口部１１３の配列の内側のアンテナ軸１１５のまわりに配置されている。６個の溝付き開口部１１１は、π／３ラジアン（６０°）の角度だけ互いから離れており、６個の溝付き開口部１１３は、π／３ラジアン（６０°）の角度だけ互いから離れている。１２個すべての溝付き開口部１１１及び１１３は、アンテナ１１０の背面に配置された伝送ライン（不図示）に結合されている。１２個の溝付き開口部を有することにより、アンテナ１１０は、たとえば、４つの溝付き開口部を有する図５のアンテナ５０よりも、指向性が強く、かつ、ボアサイト（照準器）からアンテナの水平線までのパターンロールオフが大きい。
【００３１】
図１１に示す第５の実施態様では、アンテナ１２０は、アンテナ軸１２３のまわりに配列された８個の直線状溝付き開口部１２１ａ、１２１ｂ、…１２１ｈを備える。各溝付き開口部１２１ａ〜１２１ｈは、図１２に示すように、アンテナ１２０の背面上の伝送ライン１２５に結合されている。伝送ライン１２５の第１の端部１２７は、第１の信号増幅器１３１に接続され、伝送ライン１２５の第２の端部１２９は、第２の信号増幅器１３３に接続されている。第１の信号増幅器１３１または第２の信号増幅器１３３が、対応する信号を伝送ライン１２５を介して送信できるようにするスイッチ回路（不図示）も設けられている。第１の信号増幅器１３１によって送信される信号は、第１の端部１２７から第２の端部１２９まで左回り方向に伝送する。第２の信号増幅器１３３の入力インピーダンスにより、第１の信号増幅器１３１によって送信される信号にインピーダンス負荷が与えられる。左回り信号は、最初に直線状溝付き開口部１２１ａに結合されて、最後に直線状溝付き開口部１２１ｈに結合される。この結合シーケンスのために、左回り円偏波の放射信号が生成される。
【００３２】
同様に、第２の信号増幅器１３３によって送信される信号は、第２の端部１２９から第１の端部１２７に右回り方向に伝送する。第１の信号増幅器１３１の負荷インピーダンスにより、第２の信号増幅器１３３によって伝送される信号にインピーダンス負荷が与えられる。右回り信号は、最初に直線状溝付き開口部１２１ｈに結合され、最後に直線状溝付き開口部１２１ａに結合される。この結合シーケンスにより、右回り円偏波の放射信号が生成される。このようにして、単一のアンテナを使用していずれの偏波信号も伝送することができる。代替的に、第２の信号増幅器１３３を受信器（不図示）によって置き換えることができ、アンテナ１２０を使用して、第１の信号増幅器１３１を介して左回り円偏波信号を送信し、及び、受信器を介して右回り円偏波信号を受信することができる。さらに、第１の信号増幅器を第２の受信器（不図示）で置換した場合には、左回り偏波信号と右回り偏波信号の両方を、アンテナ１２０によって受信することができる。
【００３３】
特定の実施態様を参照して本発明を説明したが、本発明は、本明細書に開示し、及び／または、図面に示した特定の構成や方法に限定されるものではなく、本発明の範囲内のあらゆる変更や等価物を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるアンテナの背面図であり、アンテナ軸の回りに孤形状の伝送ラインが配置されている。
【図２】  図１のアンテナの断面図であり、アンテナの前面に導電性面が配置されている。
【図３】  図１のアンテナの正面図であり、導電性面に溝付き開口部が配列されている。
【図４】  図３のアンテナの端面図であり、アンテナの前方方向に伝送される電磁エネルギーの割合を増加させるオプションのリフレクタ（反射器）が配置されている。
【図５】  アンテナ軸の回りに９０°の間隔で配列された長さの等しい４つの溝付き開口部を備えた、アンテナの第１の実施態様である。
【図６】  図５のアンテナの背面図であり、伝送ラインの端部に信号増幅器及びインピーダンス負荷が取り付けられている。
【図７】  溝付き開口部と伝送ラインとの間の結合を強化するために、直線状で半径方向の溝付きセグメントを有する曲線状の溝付き開口部を備えた、アンテナの第２の実施態様である。
【図８】  ２つの異なる波長の左回り偏波信号を送信または受信するために、２つの異なる長さの、右回り螺旋溝付き開口部を備えた、アンテナの第３の実施態様である。
【図９】  図８のアンテナの背面図であり、２つの異なる波長の信号を最適に結合するために幅の広い伝送ラインが設けられている。
【図１０】  アンテナ軸の回りに等間隔で配列された１２の螺旋状溝付き開口部を備えた、高指向性のアンテナの第４の実施態様の正面図である。
【図１１】  直線状溝付き開口部を備えた、アンテナの第５の実施態様の正面図である。
【図１２】  図１１のアンテナの背面図であり、低ノイズ信号増幅器が伝送ラインの端部に取り付けられている。
【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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