(57)【要約】本発明は、正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ(quadrifilar helical antenna)構造を提供するためのものであり、正四角形柱３１と、前記正四角形柱に具現された４個の放射素子３３と、前記正四角形柱の上または下に形成されて、放射素子間に９０度の位相差を有するように供給する給電網(feed network)３７と、それぞれの放射素子で給電網の接地面（ground)で短絡(short)されたインピーダンス整合回路(impedance matching circuit)３３と、受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅部３９を含んで構成して、円形偏波信号を受信することができる【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正四角形柱と、
前記正四角形柱に形成された４個の放射素子と、
前記正四角形柱の上または下で前記放射素子に時計方向、あるいは反時計方向に９０度ずつの位相差で給電する給電網と、
を含んで構成されることを特徴とする正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造。
【請求項２】
前記正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造は、
前記放射素子と連結されて、受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅部と、
をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造。
【請求項３】
前記正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造は、
一側端が前記給電網の短絡点に接地されて、他側は前記放射素子に電気的に連結されるインピーダンス整合回路と、
をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造。
【請求項４】
前記給電網は、
ＬＴＣＣまたは多層ＰＣＢで構成されることを特徴とする請求項３に記載の正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造。
【請求項５】
前記正四角形柱は、
空気、誘電体、セラミックス、ＰＣＢのうちで一つ以上を媒質で使って、外形は正四角形であり、中が空いているか、または中が満たされた形態で構成されて、中が空いた形態は左右対称である構造を有することを特徴とする請求項３に記載の正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯無線通信装置での衛星通信用で使われるクワッドリファイラー螺旋形(Quadrifilar Helical Antenna、ＱＨＡ)アンテナ構造に関するものであり、正四角形柱(square cylinder)に螺旋形放射素子を具現して、正四角形柱の上または下に給電網を置いてそれぞれの放射素子に９０度の位相差を有する信号を供給して、それぞれの螺旋形放射素子で給電網の接地面(ground)で短絡(short)されたインピーダンス整合回路(impedance matching circuit)を置いて円形偏波信号を受信するのに適当であるようにした正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ(square quadrifilar helical antenna、Ｓ-ＱＨＡ)構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アンテナが衛星から良質のサービスを受信するためには良質の円形偏波特性、広いビーム幅、高いＦ/Ｂ比(front-back ratio)、グラウンド及び端末機の位置及び形態による性能変化の最小化など多い要求条件を満足しなければならない。
【０００３】
このような条件らを比較的によく満足させてたくさん使われる衛星受信用アンテナとしては、クワッドリファイラー螺旋形アンテナ(quadrifilar helical antenna、ＱＨＡ)がある。クワッドリファイラー螺旋形アンテナは、C．C．KilgusによってＩＥＥＥ“Resonant Quadrifilar Helix”、vol．AP-17、May、１９６９、pp．３４９〜３５１に初めて紹介された。
【０００４】
従来技術のクワッドリファイラー螺旋形アンテナは、図１と図２に示されたところのように４個の放射素子を円形(circular)シリンダー形態で具現した。そして、放射素子を支持してＱＨＡを小型化するために円形誘電体シリンダー(dielectric loaded circular cylinder)や中が空いた円形誘電体シリンダー(dielectric loaded hollow circular cylinder)が使われた。
【０００５】
図１のクワッドリファイラー螺旋形アンテナは、アメリカ公開特許２００６/００２２８９１に提示された構造として、シリンダー形状を有したＱＨＡ１０の下部２０から上部２２に広がっているフィラーワインディング(Winding)１２、１４、１６、１８を含む。また、反対位置に配置されたフィラーら１２、１６が伝導性ブリッジ２３によって電気が通じるように連結されて、フィラーら１４、１８が伝導性ブリッジ２４によって電気が通じるように連結されているＱＨＡを示す。フィラー１２、１６を通じて伝播する信号は、所望の円形信号分極を作るためにフィラー１４、１８を通じて伝播する信号と直角位相関係がある。それぞれのフィラーら１２、１４、１６、１８は、円形または直四角形の断面を有する導線または誘電体上に伝導性紐または線を有した電線のような伝導性要素を含む。伝導性ブリッジらは動作周波数で１/４波長の偶数倍に該当するフィラー長さを有するＱＨＡと共に使われるが、フィラー長さが１/４波長の奇数倍を含む場合には一般に使われない。それぞれの伝導性ブリッジ２３、２４(また、クロスバーで指称される)は伝導性テープストリップ(Strip)を含む。
【０００６】
図２は、アメリカ公開特許２００５/０１１５０５６によって提示されたクワッドリファイラー螺旋形アンテナの構造である。
しかし、このようなクワッドリファイラー螺旋形アンテナらが携帯用端末機などに適用するためには、小型化されたＱＨＡアンテナが必要であるが、アンテナの小型化による問題点は放射パターン、放射効率、軸比(axial ratio)、アンテナ利得が低下されるという点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記のような従来の諸般の問題点を解決するために提案されたものであり、本発明の目的は、正四角形誘電体シリンダー(dielectric loaded square cylinder)、中が空いた正四角形誘電体シリンダー(dielectric loaded hollow square cylinder)または、正四角形構造のＰＣＢ(Printed circuit board)に螺旋形放射素子を具現して製作を容易にする正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造を提供することにある。
【０００８】
また本発明の他の目的は、アンテナと給電網を分離して具現が容易で多様な形態のアンテナモジュールを具現できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した本発明の目的を達成するための本発明による正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造は、正四角形柱と、該正四角形柱に形成された４個の放射素子と、前記正四角形柱の上または下で前記放射素子に時計方向あるいは反時計方向に９０度ずつの位相差で給電する給電網と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１０】
この時、前記正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造は、前記放射素子と連結されて、受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅部をさらに含んで構成されることが望ましい。
【００１１】
そして、前記正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造は、一側端が前記給電網の短絡点に接地されて、他側は前記放射素子に電気的に連結されるインピーダンス整合回路をさらに含んで構成されることができる。
【００１２】
また、前記給電網はＬＴＣＣまたは多層ＰＣＢで構成されることが望ましい。
【００１３】
そして、前記正四角形柱は、空気、誘電体、セラミックス、ＰＣＢ基板のうちで一つ以上を媒質として使って、外形は正四角形であり、中が空いているか、または中が満たされた形態で構成されて、中が空いた形態は左右対称である構造を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による正四角形クワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造は、正四角形柱に放射素子を具現して製作を容易にし、動作周波数の変化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の中が空いた円形シリンダー誘電体を有するＱＨＡアンテナの構造図である。
【図２】従来の中が満たされた円形シリンダー誘電体を有するＱＨＡアンテナの構造図である。
【図３】本発明の一実施例による１/４波長正四角形ＱＨＡアンテナの構造図である。
【図４】本発明の他の実施例によるインピーダンス整合回路を具備した１/４波長正四角形ＱＨＡアンテナの構造図である。
【図５】図３及び図４による正四角形ＱＨＡアンテナの構成形態を示した構成図である。
【図６】図３及び図４のＰＣＢを利用した正四角形ＱＨＡアンテナの構成図である。
【図７】図３及び図４の正四角形柱の多様な形態を示した構成図である。
【図８】図３及び図４によるアンテナモジュールに低雑音増幅器を結合した構造の多様な形態を示した構成図である。
【図９】図３及び図４による多様な放射素子の構造図である。
【図１０】図３及び図４によるＲＨＣＰを有するＳ-ＱＨＡアンテナのシミュレーション結果である。
【図１１】図３及び図４によるＬＨＣＰを有するＳ-ＱＨＡアンテナのシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例による衛星信号受信のための携帯無線装置での衛星通信用アンテナモジュールに対して添付された図面を参照して詳しく説明する。
【００１７】
図３でのように本発明は、正四角形柱３１、正四角形柱３１に形成された４個の放射素子３２と、正四角形柱３１の上または下で放射素子３２に時計方向あるいは反時計方向に９０度ずつの位相差で給電する給電網(feed network)３７を含んで構成される。
【００１８】
また本発明の一実施例による１/４波長正四角形ＱＨＡアンテナは、放射素子３２と連結されて、受信信号を低雑音増幅する低雑音増幅部３９をさらに含んで構成される。
【００１９】
また、図４でのように本発明は、それぞれの放射素子３２から給電網３７の接地面(Ground)で短絡(short)されたインピーダンス整合回路(impedance matching circuit)３３をさらに含んで構成される。
【００２０】
図５でのようにインピーダンス整合回路３３、４３は、一側端が給電網の短絡点４６に接地されて、他側は放射素子３２、４２に電気的に連結される。
携帯装置用アンテナの端が開放(open)された放射素子３２、４２は、伝送周波数のおおよそ１/４波長の長さを有するクワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造で、給電網３７、４７が正四角形柱３１、４１の底面に位置する。
【００２１】
本発明のＳ-ＱＨＡ(square quadrifilar helical antenna)構造は、正四角形柱３１、４１、５１、４個の放射素子３２、４２、一側端が給電網の短絡点４６に接地されて、他側端は放射素子に連結されたアンテナの入力インピーダンス整合回路３３、４３、柱の底面で給電される給電網３７、４７、給電網で放射素子に信号が伝達される給電点４４、低雑音増幅部３９、４９で形成される。
Ｓ-ＱＨＡの給電網３７、４７は、放射素子３３、４３に９０度の位相差で時計方向あるいは反時計方向に給電して、ＬＴＣＣ(Low Temperature Co-fired Ceramic、低温同時塑性セラミックス)または多層ＰＣＢ(Printed Circuit Board、プリント基板)で具現される。
【００２２】
Ｓ-ＱＨＡの正四角形柱３１、４１は、空気、誘電体、セラミックス及びＰＣＢ基板などの多様な媒質を有する。誘電体の中は満たされた形態４１、または中が空いた形態３１を有して、中が空いた部分の模様は左右対称で多様な形態で具現されることができるし、ここで説明される実施例に限定されない。
【００２３】
Ｓ-ＱＨＡのＰＣＢ基板を利用した例は、図６の正四角形柱５１に示したし、単層及び多層基板で具現が可能であり、各柱は連結溝５８Ａ、５８Ｂによってお互い間に結合される。そして、正四角形柱ＰＣＢと給電網も連結溝５８Ｃ、５８Ｄ)によってお互い間に結合される。結合された部分の放射素子は、半田付けで電気的に連結する。
【００２４】
Ｓ-ＱＨＡの入力インピーダンスの改善のために放射素子３２、４２から枝(branch)を出して端が給電網３７、４７の短絡点４６に短絡(short)して、電気的に連結される。インピーダンス整合回路３３、４３の線長さ、線幅、そして放射素子との接触位置によってアンテナのインピーダンスを変化させる。
【００２５】
本発明のＳ-ＱＨＡで放射素子３２、４２の長さ、幅を変更するか、または正四角形柱３１、４１、５１の幅、高さ、誘電率を変更するか、または中が空いた構造を変更するか、またはインピーダンス整合回路３３、４３の長さ、幅、接触位置を変更して、アンテナ周波数を調整することができる。
【００２６】
Ｓ-ＱＨＡの正四角形柱３１、４１は、図７でのように外形は正四角形であり、中が空いているか、または中が満たされた形態で構成することができるし、中が空いた形態は左右対称である構造を有するようにすることができる。
【００２７】
本発明のアンテナモジュールでアンテナ部と給電網は、多様な形態の構成を有して具現されることができる。
【００２８】
図８は、基本的なアンテナモジュールの構成でアンテナ部と給電網の結合構造を示したものであり、図９は多様な放射素子３２、４２に対する例示で、直線、斜線、螺旋形などの多様な形態で具現されることができるし、ここで説明した実施例に限定されない。
【００２９】
図１０と図１１は、本発明で提示したＳ-ＱＨＡの一実施例をシミュレーションした結果である。図９は中心周波数１．５７GHzでＲＨＣＰ(right handed circular polarization)を有するＳ-ＱＨＡの例で誘電率９．７であるセラミックス基板で設計した。図１１は、中心周波数１．５７GHzでＬＨＣＰ(left handed circular polarization)を有するＳ-ＱＨＡの例で誘電率４．６のＰＣＢ基板で設計した。
【００３０】
図１０に設計されたＳ-ＱＨＡアンテナは、１０x１０x１７．５mmの大きさで２５ｄＢの高いＦ/Ｂ比(front-back ratio)を有して、１１９．５度の３ｄＢビーム幅を有して、４．２ｄＢｉの指向性と４０％の放射効率を有する。また、３dB軸比が２６０度に至って主方向(０度)での軸比は、理想的な０ｄＢを有する。
【００３１】
図１１に設計されたＳ-ＱＨＡアンテナは、９．７x９．７x１７．５mmの大きさで３０ｄＢ以上の高いＦ/Ｂ比(front-back ratio)を有して、１２３．６度の３ｄＢビーム幅を有して、３．６ｄＢｉの指向性と３８％の放射効率を有する。また、３ｄＢ軸比が１８０度に至って主方向(０度)での軸比は理想的な０ｄＢを有する。
【００３２】
以上で本発明の望ましい実施例に限定して説明したが、本発明はこれに限定されないで多様な変化と変更及び均等物を使用することができる。したがって、本発明は前記実施例を適切に変形して応用することができるし、このような応用も下記特許請求範囲に記載した技術的思想を土台にする限り、本発明の権利範囲に属するようになることは当たり前であると言える。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、正四角形柱に螺旋形放射素子を具現して、一側端が給電網の接地面に短絡されて、他の一側端は放射素子に連結されたアンテナインピーダンスマッチング回路を利用して小型化によって低下された放射パターン、放射効率、軸比、アンテナ利得を償おうとしたものである。
【００３４】
このような本発明のクワッドリファイラー螺旋形アンテナ構造は、ＲＦＩＤ(Radio Frequency IDentification)、GPS（Global Positioning System)、衛星受信ＤＭＢ(Digital Multimedia Broadcasting)、ＸＭ(eXtended Modulation)、デジタル衛星ラジオ)などの円形偏波信号を受信する携帯用端末機などに適用される。
【符号の説明】
【００３５】
３１、４１、５１  正四角形柱
３２、４２  放射素子
３３、４３  インピーダンス整合回路
３５、４５  ハウジング
３７、４７  給電網
３９、４９  低雑音増幅部
４４  給電点
４６  短絡(short)点
５８Ａ〜５８Ｄ  連結溝
【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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【国際調査報告】
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