(57)【要約】少なくとも二つの放射ストランドから成る少なくとも一つのへリックスから構成されるヘリックス・アンテナにおいて、少なくとも一つのストランドは少なくとも二つのセグメントから成り、その少なくとも二つのセグメントのワインディング角は異なりかつ大域的最適化手段によってランダムにまたは疑似ランダムに決定されるようにした。
2004509536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの放射ストランドにより形成された少なくとも一つのへリックスから構成されるヘリックス・アンテナにおいて、
少なくとも一つの前記ストランドは少なくとも二つのセグメントにより形成されており、少なくとも二つの前記セグメントのピッチ角は異なりかつ大域的最適化手段によってランダムにまたは疑似ランダムに決定されるようにした、ことを特徴とするへリックス・アンテナ。
【請求項２】
前記ストランドは基板上にプリントされた、ことを特徴とする請求項１に記載のへリックス・アンテナ。
【請求項３】
少なくとも一つの前記へリックスはクワッドリファイラー・へリックスである、ことを特徴とする請求項１または２に記載のへリックス・アンテナ。
【請求項４】
一へリックスを形成する前記ストランドは全て同一の幾何学的特徴を有する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のへリックス・アンテナ。
【請求項５】
少なくとも一つの前記ストランドの少なくとも一つのセグメントは可変的な幅を持つ、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のへリックス・アンテナ。
【請求項６】
可変的な幅を持つ前記セグメントの幅は最大幅と最小幅との間で単調に変化する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のへリックス・アンテナ。
【請求項７】
可変的な幅を持つ前記セグメントは、一ストランドに属するそれらのセグメントの幅が最大幅（Ｄ１）と最小幅（Ｄ２）との間で単調に変化するものとされる、ことを特徴とする請求項４または５に記載のへリックス・アンテナ。
【請求項８】
前記最大幅を持つ一端部は電源回路の給電線に接続されおり、前記最小幅を持つ他端部はオープンになっている、ことを特徴とする請求項７に記載のへリックス・アンテナ。
【請求項９】
可変的な幅を持つ前記ストランドの幅は規則的に変化する、ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載のへリックス・アンテナ。
【請求項１０】
可変的な幅を持つ前記ストランドの幅は、
線形則と、
指数関数則と、
二重指数関数則と、
階段状則と、
から成るグループに属する規則に従う、ことを特徴とする請求項９に記載のへリックス・アンテナ。
【請求項１１】
可変的な幅を持つ前記ストランドの幅は不規則に変化する、ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載のへリックス・アンテナ。
【請求項１２】
前記ストランドの寸法は、２未満のＳＷＲに対する或る一つの大きな帯域幅が８％よりも大きくなるように（かつストランドの幅が一定の基準アンテナのそれよりも一般的に大きくなるように）決定される、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のへリックス・アンテナ。
【請求項１３】
前記ストランドの寸法は二倍の帯域幅を与えるように決定される、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のへリックス・アンテナ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載されたヘリックス・アンテナのストランドのセグメントのピッチ角を決定するための方法において、
ピッチ角の値が、
（ｉ）可能なピッチ角の値をランダムにまたは疑似ランダムに決定するステップと、
（ｉｉ）所定のテンプレートに含まれる主偏波及び交差偏波についての放射パターンを得るのに前記可能なピッチ角が使用できない間はステップ（ｉ）を繰り返すステップと、
によって選ばれる、大域的最適化ステップを実行する、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
大域的最適化プログラムを実行する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記大域的最適化プログラムはシミュレーテッドアニーリングと遺伝的アルゴリズムを含むグループに属する、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、半球形状または半球に近い形状の放射パターンを有する広帯域アンテナの分野に関する。特に、本発明はこのタイプのヘリカル・アンテナ（ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ）に関する。
【０００２】
本発明のアンテナは、特に例えば航空通信、海上通信、または陸上通信の固定したまたは移動する全てのユーザの間の衛星移動体通信（ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｎｎｎｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）に見出される。この分野では、いくつかの衛星通信システムが実現されている、あるいは開発中である（これらにはＩＮＭＡＲＳＡＴ、ＩＮＭＡＲＳＡＴ−Ｍ、ＧＬＯＢＡＬＳＴＡＲ、及びその他のシステムが含まれる）。これらのアンテナは、静止衛星を使用する個人通信システム（ＰＣＳ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｎｎｎｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｙｓｔｅｍｓ））の開発にも有用である。
【０００３】
これらのシステムは、地上ユーザに衛星を介した新たな通信サービス（マルチメディア・サービス、電話その他のサービス）を提供するよう設計される。それらのシステムは静止衛星または軌道衛星を使い、地球規模の地上受信可能範囲（ｃｏｖｅｒａｇｅ）を実現する。それらはコスト、性能、サイズの点で地上セル方式システムと肩を並べるものでなければならない。従って、ユーザ端末に配置されるアンテナはサイズを小さくする上で鍵になる要素となる。
【０００４】
この種のシステムは特に１９９９年６月にカナダのオタワで開催された第６回国際移動衛星会議（Ｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）におけるハワード・ヘルディナン（Ｈｏｗａｒｄ Ｆｅｌｄｉｎａｎ）とＤ．Ｖ．ラマナ（Ｄ．Ｖ． Ｒａｍａｎａ）による講演録「インマルサットの新モバイル・マルチメディア・システム入門（Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｉｎｍａｒｓａｔ’ｓ ｎｅｗ ｍｏｂｉｌｅ ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ ｓｅｒｖｉｃｅ）」と、１９９７年６月発行のＩＥＥＥ（米国電気電子学会）ＡＰマガジン第３９巻第３号に記載されたＪ．Ｖ．エヴァンズ（Ｊ．Ｖ． Ｅｖａｎｓ）による論文「個人通信用衛星システム（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」に記述されている。
【０００５】
静止衛星とのリンクを実現するこれらのシステムでは、送受信される信号の発生率（ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ）の値は非常に異なるので、アンテナは受信可能範囲が半球形状または半球に近い形状の放射パターンを持つべきことが要求される。更に、偏波（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は実用帯域で５ｄＢ未満の比を有する円形（右巻きまたは左巻き）でなければならない。
【０００６】
より一般的には、本発明は、サイズの小さいアンテナと非常に広い帯域及び円偏波の使用とを必要とする全てのシステムに適用することができる。
【０００７】
これら異なる分野の用途において、アンテナは約１０％の非常に大きな帯域幅または受信若しくは送信にそれぞれ対応する２つの隣接する副帯域（ｓｕｂ−ｂａｎｄ）のいずれかで上記特性を頻繁に持たなくてはならない。サイズと重さも最大限可能な限り小さくすべきであることも不可欠である。
【０００８】
本発明は、具体的にはクワッドリファイラー・アンテナ（ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ａｎｔｅｎｎａ）に適用することができる。
【０００９】
クワッドリファイラー・アンテナは、４つの放射ストランド（ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｓｔｒａｎｄｓ）によって形成される。具体的なクワッドリファイラー・アンテナはＡ．シャライハ（Ａ． Ｓｈａｒａｉｈａ）とＣ．テレット（Ｃ． Ｔｅｒｒｅｔ）によって著された「移動体通信用クワッドリファイラー共振ヘリカル・アンテナの分析（Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」（１９９３年８月発行のＩＥＥプロシーディングズＨ第１４０巻第４号）に記述されている。
【００１０】
この態様のクワッドリファイラー・アンテナによれば、放射ストランドは薄い誘電体基板上にプリントされ、かつＲＦ透過性円筒台の周囲に巻かれる。へリックスを形成する４つのストランドは、一端部でオープンにまたは短絡され、他端部で電気接続される。
【００１１】
このアンテナは、異なるアンテナ・ストランドを直角位相にある同じ振幅の信号によって励起する電源回路を必要とする。この機能は３ｄＢ９０°カプラ（３ｄＢ−９０° ｃｏｕｐｌｅｒｓ）とハイブリッド・リング（ｈｙｂｒｉｄ ｒｉｎｇ）を構成する構造を使って実現されることがある。この組立部品は、プリント回路の形で製作され、アンテナの土台に置くことができる。こうして、単純だがかさばる電源システムが得られる。
【００１２】
更に上述したように、アンテナ（電源を含む）は可能な限りサイズが小さくかつ重さが軽いことが望ましい。
【００１３】
いくつかの解決策がこの目的を達するために提案されてきた。
【００１４】
この電源システムについて、半局在化した素子として設計され、かつアンテナの延長部にプリントされた３つのハイブリッド・カプラを製作することに基づく解決策が提案されている。この技法は、特に本願出願人名義で出願された仏国特許ＦＲ−９６ ０３６９８に記載されている。
【００１５】
このアンテナそれ自体には特に３つの改良が知られている。
【００１６】
第１のアプローチは、Ｂ．デスプランチェス（Ｂ． Ｄｅｓｐｌａｎｃｈｅｓ）、Ａ．シャライハ（Ａ． Ｓｈａｒａｉｈａ）、Ｃ．テレット（Ｃ． Ｔｅｒｒｅｔ）によって著された論文「中心に誘電体ロッドを持つプリント型クワッドリファイラー・ヘリカル・アンテナのパラメータ研究（Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐｒｉｎｔｅｄ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａｓ ｗｉｔｈ ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｅｌｅｃｕｉｃ ｒｏｄｓ）」（１９９９年２月２０日発行のＭｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｌｅｔｔｅｒｓ第２０巻第４号）において記述されている。小型化に関するこの解決策には、その周囲に基板が巻かれた円筒台の誘電率が議論されている。
【００１７】
この技法により高さが約３０％減少する。また製作も容易である。しかしながら、それには帯域幅が小さくなる欠点がある。更に、それはよりコストがかかる。
【００１８】
第２の解決策によれば、アンテナの高さは各ストランドを各ストランドの中央部に関して対称的になるように長さ約λ／４の２つの別個の部分に切断することによって下げられる場合がある。この技法は、特にＤ．Ｆ．フィリポヴィック（Ｄ．Ｆ． Ｆｉｌｉｐｏｖｉｃ）、Ｍ．アリ・タソウディ（Ｍ． Ａｌｉ Ｔａｓｓｏｌｉｄｊｉ）、Ｅ．オザキ（Ｅ． Ｏｚａｋｉ）により著された「セグメント連結型クワッドリファイラー・ヘリカル・アンテナ（ｃｏｕｐｌｅｄ−ｓｅｇｍｅｎｔ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ）」（１９９７年にカナダのバンクーバーで開催された無線用途のためのテクノロジーに関するＭＴＴ−Ｓシンポジウム）と題された論文に記述されている。
【００１９】
再び、この解決策により放射パターンと軸比（ｒａｔｉｏ ｏｆ ｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ）の変更無く高さに関して（例えば２８．４％の）満足いく削減が達せられる。更に、その構造は単純なものとなる。
【００２０】
それとは対称的に、帯域幅はＳＷＲ（定在波比）値＜２に対して３％まで減らされる。更に、この種のアンテナは能動的ストランドと受動的ストランドとの間の結合の難しい調整を必要とする。
【００２１】
プリント型クワッドリファイラー・へリックス（ＰＱＨ（ｐｒｉｎｔｅｄ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｈｅｌｉｃａｌ）アンテナの高さを下げるための第３の提案は、Ｅ．エルムル（Ｅ． Ｅｒｍｕｔｌｕ）による講演録「移動衛星通信のための修正されたクワッドリファイラー・へリックス・アンテナ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｈｅｌｉｘ ａｎｔｅｎｎａｓ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｓａｔｅｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」（１９９８年に米国ニュージャージ州ピスカタウェイ（Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ， ＮＪ）で開催された無線通信のためのアンテナと伝播に関するＩＥＥＥ・ＡＰＳ会議）にある非線形方程式に従ってへリックスの各ストランドを巻くことである。このアプローチによればサイズを１４％減らすことができる。
【００２２】
しかしながら、この技法は受信可能範囲の全体に渡って軸比を劣化させてしまう。
【００２３】
言い換えれば、アンテナの高さを下げるために使用される周知の技法は特性の点で大きな欠陥がある。この高さを下げる操作により帯域幅及び／または軸比が劣化してしまう。
【００２４】
更に、上述したように、或る一つの大きな帯域幅と／または送信と受信にそれぞれ対応する帯域幅を持つことが望ましいことは頻繁にある。
【００２５】
本願出願人名義で出願された仏国特許ＦＲ−８９ １４９５２には、こうした用途に適したタイプのアンテナが記述されている。
【００２６】
このアンテナは、プリント型クワッドリファイラー・へリックス（ＰＱＨ（ｐｒｉｎｔｅｄ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｈｅｌｉｘ））アンテナとして知られ、２未満のＳＷＲに対して一般的に６％または８％に制限される周波数帯域で、前述の判定基準により定められたものと類似する特性を有する。二層ＰＱＨアンテナ使用することにより、より広い帯域での稼働が実現可能である。これらのアンテナは、２つの電磁結合した同軸共振クワッドリファイラー・へリックスの同心「入れ子構造（ｎｅｓｔｉｎｇ）」によって形成される。この組立部品は、その結合（カップリング）が共振周波数を分離する２つの結合した共振回路のように機能する。かくして、仏国特許ＦＲ−８９ １４９５２に記述された技法に従って二層共振クワッドリファイラー・へリックス・アンテナが得られる。
【００２７】
この技法は、たった一つの電源システムを必要とするだけで二重帯域（ｄｕａｌ ｂａｎｄ）かつ広帯域の稼働を可能にするという利点を有する。
【００２８】
しかしながら、その技法には２つのプリントされ、かつ入れ子にされた回路を製作する必要があり各副帯域に小さな帯域幅のみを与えるという欠点がある。
【００２９】
クワッドリファイラー・アンテナは、４つの放射ストランドで形成される。例示的な態様はＡ．シャライハ（Ａ． Ｓｈａｒａｉｈａ）とＣ．テレット（Ｃ． Ｔｅｒｒｅｔ）によって著された「移動体通信用クワッドリファイラー共振へリックス・アンテナの分析（Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」（１９９３年８月発行のＩＥＥプロシーディングズＨ第１４０巻第４号）と題された論文に詳細に記述されている。
【００３０】
この態様によれば、放射ストランドは薄い誘電体基板上にプリントされ、次にＲＦ透過性円筒台の周囲に巻かれる。へリックスを形成するこの４つのストランドは一端部でオープンになっているかあるいは短絡され、他端部で電気接続される。
【００３１】
このアンテナは、異なるアンテナ・ストランドを直角位相にある同じ振幅の信号によって励起する電源回路を必要とする。この機能は３ｄＢ９０°カプラとハイブリッド・リングを構成する構造を使って実現される場合がある。この組立部品は、プリント回路の形で製作され、アンテナの土台に置くことができる。こうして、単純だがかさばる電源システムが得られる。
【００３２】
上述したように、アンテナ（電源を含む）は可能な限りサイズが小さくかつ重さが軽いこと、そして、可能な限りコストが低いこと、が望ましい。
【００３３】
アンテナの寸法と電源システムの寸法を小さくするために、いくつかの解決策が提案されてきた。例えば、本願出願人名義で出願されたＦＲ−９６ ０３６９８と、Ｂ．デスプランチェス（Ｂ． Ｄｅｓｐｌａｎｃｈｅｓ）、Ａ．シャライハ（Ａ． Ｓｈａｒａｉｈａ）、Ｃ．テレット（Ｃ． Ｔｅｒｒｅｔ）によって著された論文「中心に誘電体ロッドを持つプリント型クワッドリファイラー・ヘリカル・アンテナのパラメータ研究（Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐｒｉｎｔｅｄ ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｔｅｎｎａｓ ｗｉｔｈ ｃｅｎｔｒａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｏｄｓ）」（１９９９年２月２０日発行のＭｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ Ｏｐｔ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｌｅｔｔｅｒｓ．第２０巻第４号）に提案された解決策がとりわけ引き合いに出される。
【００３４】
本発明は、特に従来技術の異なる欠点を克服することを目的とする。
【００３５】
具体的には本発明の目的は、或る一つの非常に大きな帯域幅と／または通信システムの送信帯域と受信帯域をカバーする２つの帯域幅を有するサイズの小さな共振へリックス・アンテナ（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｈｅｌｉｘ ａｎｔｅｎｎａ）を提供することにある。
【００３６】
特に、本発明の目的は、サイズ、性能と原価（ｃｏｓｔ ｐｒｉｃｅ）が地上セルラシステムの携帯端末に適合した（つまり少なくとも似たような）この種のへリックス・アンテナを提供することにある。このアプローチでは、アンテナのサイズと重さは重要な特徴である。
【００３７】
別の側面によれば、本発明の目的は、或る一つの非常に大きな帯域幅と／または通信システムの送信帯域と受信帯域をカバーする２つの帯域幅を有する共振へリックス・アンテナを提供することにある。
【００３８】
特に、２つの副帯域が計画されるときに、各副帯域で（従来技術で得られる帯域幅よりも）大きな帯域幅を有するこの種のへリックス・アンテナを提供することにある。
【００３９】
本発明の別の目的は、サイズ、性能と原価が地上セルラシステムの携帯端末に適合した（つまり少なくとも似たような）この種のへリックス・アンテナを提供することにある。
【００４０】
本発明の別の目的は、単一へリックスを使って二重へリックス・アンテナ（製造がより複雑）の特性と同等またはそれよりも優れた特性を実現することにある。
【００４１】
これらの目的の他に、ここに以下登場する他の目的も本発明によるへリックス・アンテナを使って達せられる。本発明によるこのへリックス・アンテナは、少なくとも二つの放射ストランドにより形成された少なくとも一つのへリックスを具備し、少なくとも一つの前記ストランドは少なくとも二つのセグメントにより形成されており、少なくとも二つの前記セグメントのピッチ角は異なりかつ大域的最適化手段によってランダムにまたは疑似ランダムに決定されるようにする。
【００４２】
この新規かつ創意あるアプローチによれば、アンテナのサイズが（ピッチ角が一定のストランドを持つ古典的なアンテナと比べて）十分小さくなり、製造価格及び原価は変わらない。
【００４３】
好ましくは、前記ストランドは基板上にプリントされる。この製造方法はそれ自体知られているもので単純かつ有効である。
【００４４】
本発明の有利な態様によれば、少なくとも一つの前記へリックスは４つのストランドを含むクワッドリファイラー・へリックスである。
【００４５】
好ましくは、へリックスを形成する前記ストランドは全て同一の幾何学的特徴を有する。しかしながら、或る決まった特定の態様では、互いに異なるストランドが考えられる場合がある。
【００４６】
一般に、前記セグメントは何であれどんな長さでもよく、これらの長さは等しいかまたは異なっていてよい。同様に、ストランド毎に任意数のセグメントが存在してよく、各セグメントのピッチ角はどんな角度（ただし０°乃至９０°）でもよい。
【００４７】
本発明は、ここで既に述べたへリックス・アンテナのストランドのセグメントのピッチ角を決定するための方法も提供する。この種の方法は、ピッチ角の値が、
（ｉ）可能なピッチ角の値をランダムにまたは疑似ランダムに決定するステップと、
（ｉｉ）所定のテンプレートに含まれる主偏波（ｍａｉｎ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）と交差偏波（ｃｒｏｓｓｅｄ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）についての放射パターンを得るために前記可能なピッチ角が使用することができない間はステップ（ｉ）を繰り返すステップと、によって選ばれる大域的最適化ステップを実行することを特徴とする。
【００４８】
この方法は特に、例えばシミュレーテッドアニーリング（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）と遺伝的アルゴリズム（ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を含むグループに属する大域的最適化プログラム（ｇｌｏｂａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ）を実行するために使用することができる。
【００４９】
本発明の別の側面によれば、少なくとも一つの前記ストランドの少なくとも一つの前記セグメントは可変的な幅（ｖａｒｉａｂｌｅ ｗｉｄｔｈ）を有するように設計されることが有利である。
【００５０】
こうして得られるアンテナは、製作の複雑さと原価を増すこと無く、基準アンテナ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｔｅｎｎａ）と以下呼ばれるストランドの幅が一定の古典的なアンテナよりも（一つまたは二つの副帯域で）より広い帯域幅を有する。
【００５１】
本発明のこの特徴は、ストランドがより月並みに単一セグメントを含むアンテナにも適用することができることは注意して置かなくてはならない。
【００５２】
本発明の有利な態様によれば、前記セグメントあるいは可変幅セグメントの幅は最大幅と最小幅との間で単調に変化する。
【００５３】
有利には、可変的な幅を持つ前記セグメントは、一ストランドに属するそれらのセグメントの幅が最大幅（Ｄ１）と最小幅（Ｄ２）との間で単調に変化するものとされる。
【００５４】
好ましくは、前記最大幅を持つ一端部は電源回路の給電線に接続され、前記最小幅を持つ他端部はオープンにされる。
【００５５】
本発明の第１の態様によれば、前記ストランドないし可変幅ストランドの幅は規則的に変化する。
【００５６】
本発明の或る態様によれば、その幅は、
線形則と、
指数関数則と、
二重指数関数則と、
階段状則と、
から成るグループに属する規則に従う。
【００５７】
別のアプローチによれば、前記ストランドないし可変幅ストランドの幅は不規則に変化するように設計することができる。
【００５８】
好ましくは、前記ストランドの寸法は２未満のＳＷＲに対する或る一つの大きな帯域幅が８％よりも大きくなるように（かつ一般的にはストランドの幅が一定の基準アンテナのそれよりも大きくなるように）決定される。
【００５９】
本発明の有利な態様によれば、前記ストランドの寸法は二倍の帯域幅を与えるように決定される。
【００６０】
既に述べたように、各副帯域の帯域幅は基準アンテナのものよりも大きい。
【００６１】
本発明の他の特徴と利点は、例示的かつ非限定的な例として以下提供される本発明の好ましい実施態様を添付図面を参照しながら説明することにより、より明らかとなる。
【００６２】
図１と図２に、すでに導入部で議論されたような古典的なクワッドリファイラー・へリックス・アンテナを示す。このアンテナは長さ１２と幅ｄを持つ４つのストランド１１１乃至１１４から構成される。これらの放射ストランドは、後にＲＦ透過性円筒台（ＲＦ−ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ）１３の周囲に巻かれる薄い誘電体基板Ｌ２上にプリントされている。この円筒台１３は、半径ｒ、円周ｃ、軸方向の長さＬ１を有し、ピッチ角はαである。
【００６３】
従来的にアンテナは異なるストランドを直角位相にある同じ振幅の信号によって励起する電源回路を必要とする。この機能は、プリント回路の形で製作され、アンテナの土台に置くことができる３ｄＢ９０°カプラとハイブリッド・リングから得られることがある。
【００６４】
既に述べたように、本発明の目的は特に或る一つのより広い帯域幅と／または通信システムの送信帯域と受信帯域をカバーする２つの副帯域で働くＰＱＨアンテナを得ることにある。
【００６５】
図３に、本発明による例示的なへリックス・アンテナを巻かれていない形で示す。ＰＱＨアンテナは、均等に間隔を置いて基板３２上にプリントされた４つの導電性ストランド３１１乃至３１４を具備する。これら４つのストランドは一端部ではオープンになり、他端部では電源回路３３の給電線（ｆｅｅｄｅｒ ｌｉｎｅｓ）に電気接続される。
【００６６】
本発明によれば、ＰＱＨの各ストランド（または少なくとも或る決まったストランド）は、限定された数のセグメントに細分される。へリックス・アンテナの幾何学的パラメータに関係する数学的表現によれば、ピッチ角の変更はアンテナのピッチと、それ故にアンテナの軸方向の長さに影響を与えることを指摘しておきたい。
【００６７】
つまり、各セグメントに異なるピッチ角を与えることは可能である。そうすることによりアンテナの高さは下げられる場合がある。異なるピッチ角をセットアップすれば、アンテナのピッチが変化することがあり得る。
【００６８】
しかしながら、ピッチ角αはＰＱＨアンテナの放射パターン（３ｄＢアパーチュア角と軸比）に影響を与えるパラメータでもある。こういうわけで、異なる適切な角度αを選ぶには、例えばｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｔｌｉｂ．ｏｒｇ／ｏｐｔ／ｓｉｍａｎｎ．ｆに記述されたコロナ（Ｃｏｒｏｎａ）により提示されたシミュレーテッドアニーリング（ｓｉｎｍｌａｔｅｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、あるいはＹ．ラマート・サミイ（Ｙ． Ｒａｈｍａｔ−Ｓａｍｉｉ）とＥ．マイケルソン（Ｅ． Ｍｉｃｈｉｅｌｓｓｅｎ）により著された著書「遺伝的アルゴリズによる電磁最適化（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｒｎｓ）」（ワイリー・インタサイエンス（Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）社から１９９９年刊行されたマイクロ波及び光工学におけるＷｉｌｅｙシリーズ（Ｗｉｌｅｙ ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ ｎｒｉｃｒｂｗａｖｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｉｌｇｉｎｅｅｒｉｎｇ））に提示された遺伝的アルゴリズムにあるような、大域的最適化プログラムを使用することが可能である。
【００６９】
主偏波及び交差偏波についての放射パターン上で、振幅レベルと望ましい−３ｄＢアパーチュア角（−３ｄＢ ａｐｅｒｔｕｒｅ ａｎｇｌｅ）により定義されるテンプレートを導入して合成が行われる。
【００７０】
このテンプレートをセットアップすることにより、−３ｄＢアパーチュア角の他に逆の（裏側の）偏波（ｒｅｖｅｒｓｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、従って軸比の排除を完全にコントロールすることが可能である。最適化すべき変数は、ＰＱＨアンテナのストランドの異なるピッチ角である。前記アルゴリズムにより最適角αが与えられる。
【００７１】
当然ながら、必要に応じて最適化の最中に異なった拘束条件が考慮される場合がある。
【００７２】
こうして、ピッチ角を変更することによって、第１にＰＱＨアンテナの軸方向の長さを減らし、第２に望みの軸比と受信可能範囲を得ることが可能となる。
【００７３】
次に、用意したモデルに対応した本発明の例示的な実施態様の測定結果を提示する。最適化は８つの異なったピッチ角に関するもので、従来のＰＱＨアンテナ（ピッチが一定のアンテナ）と同じ特性を有する、ピッチがランダムに変化するＰＱＨアンテナを与えた。
【００７４】
ランダムに見出されたピッチ角は以下のようになる。
α１＝３０°
α２＝３３°
α３＝５５°
α４＝３４°
α５＝６５°
α６＝６８°
α７＝５４°
α８＝３３°
【００７５】
ピッチがランダムに変化するＰＱＨアンテナは以下の寸法によって得られる。
軸方向の長さ：６７ｍｍ
直径：２４ｍｍ
【００７６】
図３は、こうして得られた巻かれていない状態のアンテナであり、各ストランド（３１１乃至３１４）は例えば８つのセグメントにより形成されている。比較対象として、図４に同等なＲＦ特性を持つ定ピッチＰＱＨアンテナ（ｃｏｎｓｔａｎｔ−ｐｉｔｃｈ ＰＱＨ ａｎｔｅｎｎａ）を示す。この定ピッチＰＱＨアンテナのピッチ角は５４．５°に等しい。
【００７７】
この従来タイプのアンテナの高さは７８ｍｍである。本発明の技法はそれ故に同等なＲＦ特性に対して軸方向の長さを１４％減らすことを可能とする。
【００７８】
図５は、円筒台に一回ぐるりと巻かれた状態の図３のアンテナの側面図である。
【００７９】
図６に、課されたテンプレート６１と、シミュレーテッドアニーリング・アルゴリズムによってそのピッチ角がランダムに選ばれたＰＱＨアンテナを使って得られた円偏波における放射パターン（主成分６２と交差成分６３）を示す。
【００８０】
この放射パターンは課されたテンプレート６１に完全に含まれていることがわかる。
【００８１】
ストランドの入力側のインピーダンス（その他の３つは５０Ωで荷電（ｃｈａｒｇｅｄ）される）と対応するＳＷＲは、それぞれ図７（ａ）と図７（ｂ）から示される。２未満のＳＷＲに対して約８．５％の帯域幅が得られる。古典的な定ピッチ・アンテナの帯域幅は同じオーダであることに注意しなければならない。
【００８２】
図８に、電源システムを備えた本発明のアンテナの測定されたＳＲＷを周波数の関数として示す。１．９ＧＨｚと２．５ＧＨｚの間でＳＷＲは１．５未満のままであることがわかる。
【００８３】
図９乃至図１２は、１．９ＧＨｚ（図９と図１０）と２．２ＧＨｚ（図１１と図１２）において回転偏波において測定された放射パターンと軸比を示す。
【００８４】
軸比はθ＝±９０°に対しては５ｄＢ未満、θ＝±７０°に対しては２ｄＢ未満であり続けることがわかる。
【００８５】
本発明は、ＰＱＨアンテナの寸法をアンテナのピッチをランダムに変更することによりＲＦ性能特性を低下させることなく小さくするための方策を提案する。つまり、新規なランダム可変ピッチ（ｒａｎｄｏｍｌｙ−ｖａｒｉａｂｌｅ ｐｉｔｃｈ）ＰＱＨアンテナが得られる。
【００８６】
それ故に、本発明のこの技法により帯域幅がかなり増大する。こうして、或る一つの大きな帯域幅で、または或る一つの大きな帯域幅と２つの異なる副帯域とで正常に機能し、その高さが下げられた、プリント型クワッドリファイラー・へリックス・アンテナが得られる。それ故にストランドの幅が変化することによりアンテナの帯域幅はストランドの長さを減らすことなく増大する。
【００８７】
この実施態様についての多くの変形を考えつくことは可能である。特に、セグメントの数、長さ、幅及びピット角はどんな値でもよい（といっても一部の組み合わせのみが有効である）。
【００８８】
更に、本発明はクワッドリファイラー・アンテナだけでなく、どんなタイプのへリックス・アンテナにも適用することができる。
【００８９】
ストランドは同一の寸法を常には持たないことも認識可能である。
【００９０】
既に述べた実施態様によれば、アンテナはフラットにプリントされ、次にアンテナを形成するために円筒台に巻かれる。別の手っ取り早い実施態様によれば、プリント素子（ｐｒｉｎｔｅｄ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を受け入れるように設計される基板は直に最終的な円筒形に製作することができる。この場合、ストランドと給電構造は円筒上に直にプリントされる。
【００９１】
更に、本発明のアンテナは単一体（ｕｎｉｔ）で使用可能であるが、アンテナ・アレイを製作するためにも使用することができることは注意されなければならない。
【００９２】
このタイプのアンテナを同軸ないし同心で二つ（あるいは三つ以上）取り付けることも可能である。
【００９３】
最後に、本発明の技法は、特に以下ここに説明されるような帯域幅を広げるべく設計された技法と両立可能である。この場合、幅の変化は全てのセグメントあるいは選択的に或る決まったセグメントに適用可能である。
【００９４】
図１３に、本発明の一側面として、ストランドの幅が可変的なへリックスの具体例を巻かれていない状態で示す。ＰＱＨアンテナはそれ故に基板１３２上にプリントされた４つの均等に間隔を置いた導電性ストランド１３１１乃至１３１４を有する。これら４つのストランドは幅Ｄ２を持つ一端部でオープンとなり、幅Ｄ１を持つ他端部で電源回路１３３の給電線に接続される。
【００９５】
ストランドの幅の変化Ｄ１乃至Ｄ２は図示されたように規則的または不規則的な場合がある。次に、円筒台に巻かれたアンテナの正面図である図１４のように、アンテナは円筒台の周囲にぐるりと巻かれる。
【００９６】
本発明のこの側面に関して或る特定の実施態様について以下詳細に説明する。当然であるが、これは或る一つの単純な例にすぎず、必要性と用途に応じて多くの変形と脚色が可能である。
【００９７】
製作されたアンテナは以下の特性を有する。
ストランドの長さ：１２０ｍｍ
直径：２８ｍｍ
ピッチ角：５４．５°
Ｄ１：１６ｍｍ
Ｄ２：２ｍｍ
【００９８】
図１５によれば、ストランドの幅が一定のＰＱＨアンテナ（１５１）とストランドの幅が可変的なＰＱＨアンテナ（１５２）について、ストランドの入力の関数として測定されたＳＷＲの比較が可能となる。アンテナは中心周波数Ｆ１＝１．６ＧＨｚで測定され、二帯域動作（ｔｗｏ−ｂａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）についてはＦ２＝２．５５ＧＨｚに第２の共振現象を有する。
【００９９】
本発明によるストランドの幅が可変的なＰＱＨアンテナについては帯域幅が大きく増大したことが見て取れる。実際、Ｆ１で８％乃至１６％の通過帯域（ＳＷＲ＜２）、そしてＦ２で３％乃至１６％の通過帯域（ＳＷＲ＜２）が存在する。
【０１００】
次の図１６Ａと図１６Ｂには、本発明のへリックス・アンテナについて、円偏波において２つの周波数１．６ＧＨｚと２．５５ＧＨｚでそれぞれ測定された放射パターンが示されている。
【０１０１】
本発明のへリックス・アンテナによれば、図１６Ａと図１６Ｂから、
・広い受信可能範囲に渡って逆の（裏側の）偏波（Ｅｄ）が効果的に拒絶される、
・Ｆ１の帯域で軸方向に最大となったほぼ半球形状の受信可能範囲が得られる、
・Ｆ２の帯域で−４５°＜０＜４５°の間で−６ｄＢの一時低下があるが９０°で最大となる、
ことが見て取れる。
【０１０２】
従って本発明の技法によれば帯域幅が著しく増大する。かくして、プリント型クワッドリファイラー・へリックス・アンテナが得られる。このアンテナは或る一つの大きな帯域幅でとその高さが制限された或る一つの大きな帯域幅が伴う２つの異なる帯域で正常に機能する。それ故にストランドの幅が変化することによりストランドの長さを減らすことなくアンテナの帯域幅が増大する。
【０１０３】
この実施態様の多くの変形が考えられる。特に、幅の変化は、線形則（ｌｉｎｅａｒ ｌａｗ）、指数関数則（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｌａｗ）、二重指数関数則（ｄｏｕｂｌｅ ｅｘｐｏｎｅｔｉａｌ ｌａｗ）、階段状則（ｓｔｅｐｐｅｄ ｌａｗ）その他の規則に従って規則的であること、あるいは不規則的であること、が可能であることが思い起こされなければならない。
【０１０４】
ストランドは全ては同じ寸法を持たないことも考えることが可能である。
上記実施態様によれば、アンテナはフラットにプリントされ、次に台に巻かれてアンテナが形成される。もっと手っ取り早く実施できる別の実施態様によれば、プリント素子を受け入れるよう設計される基板は直に最終的な円筒形に製作されてよい。この場合、ストランドと給電構造は円筒に直にプリントされる。
【０１０５】
本発明のアンテナは単一体で使用可能であるが、アンテナ・アレイを製作するためにも使用することができることは注意されなければならない。
【０１０６】
このタイプのアンテナを同軸ないし同心で二つ（あるいは三つ以上）取り付けることも可能である。
【０１０７】
既に言及したように、このアプローチは図３の例に示されたようにいくつかのセグメントによって形成されたストランドに適用することができる。この場合、全てのセグメントあるいは選択的に一部のセグメントの幅が変化するようにしてよい。
【０１０８】
図１７Ａと図１７Ｂには、このようなストランドの二つの例が示されている。これらの例では、ストランド１７の幅は全体的にそれぞれ減少（図１７Ａ）、増大（図１７Ｂ）し、各セグメント１７１それ自体の幅は減少（図１７Ａ）、増大（図１７Ｂ）する。ここでストランドに与えられた同じ所見（幾何学的形状、幅の変化規則などについての）は、セグメントのそれぞれに対してもそして／またはいくつかのセグメントで形成されたストランド全体に対しても当てはまる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【図１と図２】
へリックスが巻かれていない状態（図１）とそれが円筒台に巻かれた状態（図２）にそれぞれ対応する古典的な定幅ストランドを持つ既知のタイプのクワッドリファイラー・へリックス・アンテナを示した図である。
【図３】
巻かれていない状態にある本発明によるへリックスの一具体例を示した図である。
【図４】
巻かれていない状態にある図３のへリックスと同じ特性を持つ古典的なへリックスを示した図である。
【図５】
円筒台に巻かれた図３のへリックスの正面図である。
【図６】
円偏波における図５のアンテナの放射パターン（主成分と交差成分）を示した図である。
【図７ａと図７ｂ】
それぞれスミス・チャート（図７ａ）とＳＷＲ（図７ｂ）に関する図５のアンテナの測定入力インピーダンスを示した図である。
【図８】
図５のアンテナの測定ＳＷＲを周波数の関数として示した図である。
【図９乃至図１２】
回転偏波において１．９ＧＨｚ（図９と図１１）と２．２ＧＨｚ（図１０と図１２）にて測定された放射パターン（図９と図１１）と軸比（図１０と図１２）を示した図である。
【図１３】
巻かれていない状態にある、可変幅ストランドを有するへリックスの一具体例を示した図である。
【図１４】
円筒台に巻かれた図１３のへリックスの正面図である。
【図１５】
定幅ストランドを持つ古典的なアンテナ（切れている線）と本発明によるアンテナ（切れていない線）でストランドの入力側で測定されたＳＷＲの一具体例を示した図である。
【図１６Ａと図１６Ｂ】
図１５に対応する実施態様について円偏波において１．６ＧＨｚ（図１６Ａ）と２．５５ＧＨｚ（図１６Ｂ）にて測定された放射パターンを示した図である。
【図１７Ａと図１７Ｂ】
図３と図１３の特徴を組み合わせた２つの例示的なヘリックス・ストランドを示した図である。
【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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