(57)【要約】      （修正有）【課題】アンテナの全体のサイズ及び給電ネットワークの損失量を減少する。【解決手段】給電ネットワーク１８０４、１８０８の一部をアンテナ１３０４、１３０８の放射器部に配置し、給電ネットワークの残りの部分を給電部分に配置して、面積を効率的に構成する。放射器部分に配置される給電ネットワークのトレースが放射器の基礎部分に対向して配置し、この部分が接地平面として作用する。給電ネットワークは、シングルバンドおよびマルチバンドヘリカルアンテナを含む、タイプのアンテナと共に実装する。【選択図】図１７
2007306585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板；
前記基板に配置された複数の放射器を備える放射器部分、前記基板は前記放射器がらせん形に構成されるような形状になっている；
前記放射器部分に隣接し、及び基板を備える給電部分；
前記給電部分の前記基板上に配置された第１組の１つ以上のトレースと、前記放射器部分の前記基板上に配置された第２組の１つ以上のトレースとを備える給電ネットワーク、
を具備するヘリカルアンテナ。
【請求項２】
前記放射器部分に配置される前記組の１つ以上のトレースが、前記複数の放射器のために限定される前記放射器部分の領域に配置されている、請求項１に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項３】
前記放射器が各々接地トレースを備え、前記放射器部分に配置された前記給電ネットワークの前記組の１つ以上のトレースが前記地上トレースと対向して前記基板の表面に配置される、請求項１または２に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項４】
前記トレースが銅を含んでいる、請求項３に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項５】
前記ヘリカルアンテナが４線、２線または他のｘ線アンテナである、前記請求項のいずれか１項に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項６】
前記放射器が前記基板にデポジットされたストリップセグメント(strip segments)を備える、前記請求項のいずれか１項に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項７】
前記基板が、円筒形、円錐形または他の適当な形状に形成される、前記請求項のいずれか１項に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項８】
前記放射器部分が、前記基板に配置される４つの放射器を備え、前記給電ネットワークが前記４つの放射器に直角位相の信号を提供する、前記請求項のいずれか１項に記載のヘリカルアンテナ。
【請求項９】
アンテナの給電部分に配置された第１組の１つ以上のトレースと；
前記アンテナの放射器部分に配置された第２組の１つ以上のトレースと、具備する給電ネットワーク。
【請求項１０】
前記放射器部分に配置された前記第２組の１つ以上のトレースが、前記複数の放射器のために限定された前記放射器部分の領域に配置される、請求項９に記載の給電ネットワーク。
【請求項１１】
前記放射器が各々接地トレースを備え、前記放射器部分に配置される前記給電ネットワークの前記組の１つ以上のトレースが前記接地トレースに対向した前記基板の表面に配置される、請求項９または１０に記載の給電ネットワーク。
【請求項１２】
前記トレースが銅を含んでいる、請求項１１に記載の給電ネットワーク。
【請求項１３】
前記アンテナが４線、２線または他のｘ線ヘリカルアンテナである、請求項９から１２のいずれか１項に記載の給電ネットワーク。
【請求項１４】
前記アンテナが基板を備え、前記トレースが前記基板にデポジットされている、請求項９から１３のいずれか１項に記載の給電ネットワーク。
【請求項１５】
前記基板が円筒形、円錐形または他の適当な形状に形成される、請求項１４に記載の給電ネットワーク。
【請求項１６】
前記アンテナが４つの放射器を備え、前記給電ネットワークが前記４つの放射器に直角位相の信号を提供する、請求項９から１５のいずれか１項に記載の給電ネットワーク。
【請求項１７】
第１アンテナの第１給電部分の基板の第１の側面に配置される第１の給電ネットワークと、前記基板の第２の側面に配置され、前記給電ネットワークと対向する第１の接地平面と、及び前記基板に配置され、前記給電ネットワークから伸びる第１組の１つ以上の放射器を具備する第１のアンテナ部分；および
第２給電部分の前記基板に配置された第２の給電ネットワークと、前記給電ネットワークに対向して前記基板に配置された第２の接地平面と、前記基板に配置され、前記給電ネットワークから伸びる第２組の１つ以上の放射器とを具備する第２のアンテナ部分；および
前記第２アンテナの軸に沿って前記第２アンテナの前記放射器から流れる電流用の通路を提供し、それによって軸に垂直な方向に放射されるエネルギーを増大させる手段と、を備え；
ここにおいて、前記第１の給電ネットワークはアンテナの前記第１の給電部分に配置された第１組の１つ以上のトレースと、前記第１アンテナ部分の放射器部分に配置された第２組の１つ以上のトレースとを具備し、前記第２の給電ネットワークは、前記第２の給電部分に配置された第３組の１つ以上のトレースと、前記第２のアンテナ部分の放射器部分に配置される第４組の１つ以上のトレースとを具備する、
デュアルバンドヘリカルアンテナ。
【請求項１８】
前記放射器部分に配置された前記第２組の１つ以上のトレースが、前記複数の放射器のために限定される前記放射器部分の領域に配置される、請求項１７に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記放射器が、各々接地トレースを備え、前記放射器部分に配置された前記給電ネットワークの前記組の１つ以上のトレースが前記接地トレースに対向して前記基板の表面に配置される、請求項１７または１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
２組の組み合うトラックが、湾曲した表面に形成された共通の基板上に設けられ、トラックが各々の実質的にらせん形の通路に従い、給電ネットワークが１組のトラックの一部と一致することを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナおよびアンテナ用の給電(feed)ネットワークに関する。より詳細には、本発明は給電ネットワークの一部がアンテナの放射器と一致する領域に設けられている、給電ネットワークを備えたヘリカル(helical)アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のパーソナル通信装置は、多数の移動及び携帯アプリケーションにおいて広範囲に使用されている。伝統的な移動アプリケーションでは、例えば移動電話等の通信装置のサイズを最小にしたいという希望が適度のレベルの小型化をもたらしている。しかしながら、携帯用の手で保持するタイプのアプリケーションが人気を得るにつれて、より小さな装置に対する需要が劇的に増大している。プロセッサ技術、バッテリ技術および通信技術における最近の開発により、過去数年の間に携帯装置のサイズと重量が劇的に減少した。
【０００３】
サイズの減少が望まれる１つの領域は装置のアンテナである。アンテナのサイズと重量が通信装置の小型化において重要な役割を果たす。アンテナの全体のサイズが装置本体のサイズに影響を及ぼす。小さな直径と短い長さのアンテナにより、本体サイズと共に装置全体のサイズを小さくすることができる。
【０００４】
装置のサイズが、携帯用のアプリケーション用のアンテナを設計する際に考慮しなければならない唯一の要素ではない。アンテナを設計する際に考慮すべき別の要素は、通常の操作の間に、アンテナに対するユーザの頭付近から生じる減衰及び／又は妨害の影響である。さらに別の要素は、例えば、所望の放射パターン、動作周波数等の、通信リンクの特徴である。
【０００５】
衛星通信システムに広範囲の利用を見い出したアンテナは、ヘリカルアンテナである。衛星通信システムにおけるヘリカルアンテナの人気の理由の１つは、このようなシステムにおいて使用される円偏波を作り出し、そして受信できることである。それに加えて、ヘリカルアンテナはほぼ半球である放射パターンを作り出すことができ、ヘリカルアンテナは特に移動衛星通信システムおよび衛星ナビゲーションシステムのアプリケーションに適している。
【０００６】
従来のヘリカルアンテナは、アンテナの放射器をらせん構造へねじることによって作られている。一般的なヘリカルアンテナは芯のまわりに均等に間隔を開けて配置された４つの放射器を利用する４線のヘリカルアンテナであり、直角位相で励起される（つまり、放射器が１周期の１／４または９０°だけ位相が異なる信号によって励起される）。放射器の長さは典型的に通信装置の動作周波数の１／４波長の整数倍数である。放射パターンは典型的に、放射器のピッチ、放射器の長さ（１／４波長の整数倍数）、および芯の直径を変化させることにより調節される。
【０００７】
従来のヘリカルアンテナは、ワイヤまたはストリップ技術を使用して作ることができる。ストリップ技術では、アンテナの放射器が薄い柔軟な基板上にエッチングまたはデポジット(deposit)される。放射器は互いに平行するが、基板の側部（または縁）に対して鈍角を為すように位置付けられる。その後、基板を円筒形、円錐形、または他の適当な形状に形成または圧延し、ストリップ放射器がらせん形を形成するようにする。
【０００８】
しかしこの従来のヘリカルアンテナは放射器の長さが所望の共振周波数の１／４波長の整数倍数であり、従ってアンテナの全長が一部の携帯用または移動アプリケーションのために望ましい長さより長くなってしまうという特徴を有する。
【０００９】
それに加えて、送信および受信が異なる周波数で発生するアプリケーションでは、デュアルバンドアンテナが望ましい。しかしながら、デュアルバンドアンテナはしばしば所望の設定より低いものでしか利用できないことがある。例えば、デュアルバンドアンテナを製造できる１つの方法は、それらが１つの柱体を形成するように、２つのシングルバンドの４線ヘリカルアンテナの端と端を重ねることである。しかし、この解決策の欠点は、このようなアンテナが携帯用または手で保持するタイプのアプリケーションにとって望ましいであろう長さより長くなってしまうことである。
【００１０】
デュアルバンドの性能を提供する別の技術は２つの別々のシングルバンドアンテナを利用することであった。しかしながら、手で保持するタイプの装置に対して、２つのアンテナを互いに近接して配置しなければならない。携帯用または手で保持するタイプの装置の上に近接して配置される２つのシングルバンドアンテナは、２つのアンテナ間の結合を生じさせ、性能の低下と共に望ましくない混信を導くであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１つの態様では、発明は基板；前記基板に配置される複数の放射器を備える放射器部分、前記基板は前記放射器がらせん形に構成されるような形状になっており；前記放射器部分に隣接し、基板を備える給電部分；前記給電部分の前記基板上に配置される第１組の１つ以上のトレース(traces)と、前記放射器部分の前記基板上に配置される第２組の１つ以上のトレースとを備える給電ネットワークを具備するヘリカルアンテナを提供する。
【００１２】
別の態様では、発明はアンテナの給電部分に配置される第１組の１つ以上のトレースと、前記アンテナの放射器部分に配置される第２組の１つ以上のトレースとを備える、給電ネットワークを提供する。
【００１３】
更なる態様では、発明は、第１のアンテナの第１の給電部分の基板の第１の側面に配置される第１の給電ネットワークと、前記基板の第２の側面に配置され、前記給電ネットワークと対向する第１の接地平面と、前記基板に配置され、前記給電ネットワークから伸びる第１組の１つ以上の放射器を具備する第１のアンテナ部分；第２の給電部分の前記基板に配置される第２の給電ネットワークと、前記給電ネットワークに対向して前記基板に配置される第２の接地平面と、前記基板に配置され、前記給電ネットワークから伸びる第２組の１つ以上の放射器とを具備する第２のアンテナ部分；および前記第２のアンテナの軸に沿って前記第２のアンテナの前記放射器から流れる電流用の通路を提供し、それによって軸に垂直な方向に放射されるエネルギーを増大させる手段とを備えるデュアルバンドヘリカルアンテナを提供し、前記第１の給電ネットワークはアンテナの前記第１の給電部分に配置される第１組の１つ以上のトレースと、前記第１のアンテナ部分の放射器部分に配置される第２組の１つ以上のトレースとを具備し、前記第２の給電ネットワークは前記第２の給電部分に配置される第３組の１つ以上のトレースと、前記第２のアンテナ部分の放射器部分に配置される第４組の１つ以上のトレースとを具備する。
【００１４】
更なる態様では、発明は２組の組み合う(interdigitated)トラックが、湾曲した表面に形成された共通の基板上に設けられ、トラックが各々の実質的にらせん形の通路に従い、給電ネットワークが１組のトラックの一部と一致するアンテナを提供する。
【００１５】
本発明は放射器部分と給電部分とを含むアンテナ用の新規の改良された給電ネットワークに具体化される。給電ネットワークは、給電ネットワークの部分がアンテナの放射器部分に配置され、給電ネットワークの残りの部分が給電部分に配置されるように構成される。給電ネットワークの一部が放射器部分に配置されるので、給電ネットワークの残りの部分は給電部分に少しの面積しか必要としない。その結果、アンテナの給電部分を従来の給電ネットワークを有するアンテナと比べて小さくすることができる。この構成は給電部分に少しの面積しか必要としないので、給電ネットワークは面積効率的であると言える。
【００１６】
好ましい実施形態では、放射器部分に配置される給電ネットワークのトレースが放射器の基礎部分に対向して配置される。従って、放射器の基礎部分が給電ネットワークのこの部分用の接地平面として作用する。
【００１７】
給電ネットワークは、シングルバンドおよびマルチバンドヘリカルアンテナを含む、変化する構成の多数の異なるタイプのアンテナと共に実装することができる。
【００１８】
発明の１つの利点は、従来の給電ネットワークを有するアンテナと比べて、アンテナ全体のサイズと給電損失量が減少することである。
【００１９】
１つの実施形態では、給電ネットワークは、２組の１つ以上のらせん形に巻かれた放射器を有するデュアルバンドヘリカルアンテナと共に実装される。アンテナが円筒形、円錐形、または最適化された、あるいはそうでなければ所望の放射パターンを得るための他の適当な形状になるように、放射器が巻かれる、あるいは包まれる。この実装によれば、１組の放射器が第１周波数における動作用に提供され、第２組が好ましくは第１周波数とは異なる第２周波数における動作用に提供される。各々の組の放射器は信号を提供して放射器を駆動するために、連合する給電ネットワークを有する。このように、デュアルバンドアンテナは各々が放射器部分と給電部分を有する、２つのシングルバンドアンテナを有するものとして説明することができる。
【００２０】
信号を第１のシングルバンドアンテナに供給するために、タブを設けることができる。タブは第１のシングルバンドアンテナの給電部分から伸びる。アンテナが円筒形またはその他の適当な形状に形成される場合、タブはアンテナの軸と整列する。より詳細には、好ましい実施形態では、タブは中央に配置された給電構造を提供するために、放射状内向きに伸びる。このように、タブと給電線は第２のシングルバンドアンテナの信号パターンを干渉しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の特徴、目的および利点は、図面と関連して為される下記の発明の実施形態の詳細な説明から明白となるであろう。図面において、同じ参照文字が図面を通じて対応する同じ成分を特定する。更に、参照符号の左端のディジットはその参照符号が最初に現われる図面を特定する。
【００２２】
Ｉ．発明の概観と議論
本発明はアンテナ用の効率的面積の給電ネットワークに向けられている。給電ネットワークの一部がアンテナの放射器部分に設けられる。これはアンテナの給電部分に要求される面積を減少させる。
【００２３】
ＩＩ．例示の環境
幅広い意味では、発明はヘリカルアンテナ技術を利用することができるどのようなシステムにおいても実装することができる。このような環境の一例は、固定電話、移動電話および／または携帯電話を有するユーザが衛星通信リンクを通して他の人と通信する通信システムである。この例示の環境においては、電話が衛星通信リンクの周波数に調整されたアンテナを有することが必要である。
【００２４】
本発明をこの例示の環境に関して説明する。これらについての説明は便宜上提供するだけであって、発明をこの例示の環境に制限するつもりはない。実際、以下の説明を読めば、発明を別の環境に実装する方法が当業者には明白となるであろう。
【００２５】
ＩＩＩ．従来のヘリカルアンテナ
発明の実施形態を詳細に説明する前に、従来のヘリカルアンテナの放射器部分を説明することが有用である。特に、明細書のこの項では従来の４線ヘリカルアンテナの放射器部分について説明する。図１Ａと１Ｂは各々ワイヤ形状とストリップ形状の従来の４線ヘリカルアンテナの放射器部分１００を示す図である。図１Ａと１Ｂに示した放射器部分１００は４線ヘリカルアンテナのものであり、つまり直角位相で動作する４つの放射器１０４を有することを意味する。図１Ａと１Ｂに示すように、放射器１０４は円偏波を提供するように巻かれている。
【００２６】
図２Ａと２Ｂは従来の４線ヘリカルアンテナの放射器部分の平面表示を示す図である。換言すれば、図２Ａと２Ｂは、アンテナの柱体が平らな表面に「広げられた」とすれば出現するであろう放射器を示している。図２Ａは遠端で開放回路または開放終端された４線ヘリカルアンテナを示す図である。このような構成に対して、放射器２０８の共振長ｌは所望の共振周波数の１／４波長の奇数整数倍数である。
【００２７】
図２Ｂは遠端で短絡された、あるいは電気接続された４線ヘリカルアンテナを示す図である。この場合、放射器２０８の共振長ｌは所望の共振周波数の１／４波長の偶数整数倍数である。両方の場合において、理想的ではない短い開放終端を補償するために少々の調整が通常必要であるので、上述の共振長ｌは近似値であることに注意されたい。
【００２８】
図３は、長さｌ＝λ／２（式中、λはアンテナの所望の共振周波数の波長である）を有する放射器２０８を含む、４線ヘリカルアンテナ３００の放射器部分の平面表示を示す図である。曲線３０４はｆ＝ν／λ（式中、νは媒体内の信号速度である）の周波数において共振する放射器２０８上の信号用の電流の相対的大きさを表す。
【００２９】
プリント回路基板技術（ストリップアンテナ）を使用して実装される４線ヘリカルアンテナの実装例を図４〜５を参照して詳細に説明する。ストリップ４線ヘリカルアンテナは誘電体基板４０６上にエッチングされたストリップ放射器１０４Ａ〜１０４Ｄを有する。基板は放射器１０４Ａ〜１０４Ｄが柱体の中心軸を中心にしてらせん形に巻かれるように、円筒形、円錐形またはその他の適当な形状に圧延される薄い柔軟な材料である。
【００３０】
図４〜５は４線ヘリカルアンテナ１００を作成するために使用される成分を図示している。図４のａとｂは各々基板４０６の遠位表面４００と近位表面５００の図を表す。アンテナ１００は放射器部分４０４と給電部分４０８を含む。
【００３１】
ここで説明し図示する実施形態では、アンテナが基板を円筒形に形成することによって作られ、近位表面が形成された柱体の外面にあるものとして説明する。別の実施形態では、基板を円筒形に形成し、遠位表面が柱体の外面にある。
【００３２】
一実施形態では、誘電体基板１００はポリテトラフルオロエタレン（ＰＴＥＥ）、ＰＴＥＥ／ガラス複合材、または他の誘電材料の薄い柔軟な層である。一実施形態では、基板４０６は約０．００５ｉｎまたは０．１３ｍｍの厚さであるが、他の厚さも選ぶことができる。信号トレースおよび接地トレース(ground trace)は銅を使用して提供される。別の実施形態では、費用、環境的な問題および他の要素を考慮して、銅の代わりに他の伝導材料も選ぶことができる。
【００３３】
図４のｂに示した実施形態では、給電ネットワーク５０８は給電部分４０８上にエッチングされ、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄに提供される直角位相信号（つまり０°、９０°、１８０°および２７０°の信号）を提供する。遠位表面４００の給電部分４０８は給電回路５０８用の接地平面４１２を提供する。給電回路５０８用の信号トレースは給電部分４０８の近位表面５００にエッチングされる。
【００３４】
説明目的のために、放射器部分４０４は給電部分４０８に隣接する第１の端４３２と第２の端４３４（放射器部分４０４の対向する端）を有する。実装されるアンテナの実施形態に応じて、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄは放射器部分４０４の遠位表面４００へとエッチングすることができる。放射器１０４Ａ〜１０４Ｄが第１の端４３２から第２の端４３４に向かって伸びる長さは、所望の共振周波数の１／４波長のほぼ整数倍数である。
【００３５】
放射器１０４Ａ〜１０４Ｄがλ／２の整数倍数であるこのような実施形態では、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄは第２の端４３４において互いに電気接続される（つまり、ショートまたは短絡される）。この接続は、基板を柱体に形成する時、アンテナの円周まわりにリング６０４を形成する、第２の端４３４を横切る導線によって実施することができる。図５は第２の端４３４において短絡リング６０４を有するストリップヘリカルアンテナのエッチングされた基板の斜視図を示す図である。
【００３６】
従来からの４線ヘリカルアンテナの１つが、Ｂｕｒｒｅｌｌらの米国特許第５，１９８，８３１号（’８３１特許と称する）に記載されており、この特許は参照してここに組み込まれる。’８３１特許に記載されているアンテナは、誘電体基板にエッチングまたはそうでなければデポジットされた放射器を有するプリント回路基板アンテナである。基板は柱体に形成され、放射器のらせん構成を生じさせる。
【００３７】
別の従来よりの４線ヘリカルアンテナが、Ｔｅｒｒｅｔらの米国特許第５，２５５，００５号（’００５特許と称する）に開示されており、この特許は参照してここに組み込まれる。’００５特許に記載されたアンテナは直交して位置付けられ、直角位相で励起される２つのバイファイラ（２線）らせんによって形成される４線ヘリカルアンテナである。開示されたアンテナは第２の４線らせんを有し、それは第１のらせんと同軸で電磁結合されて、アンテナの通過帯域を改良する。
【００３８】
更に別の従来からの４線ヘリカルアンテナがＯｗらの米国特許第５，３４９，３６５号（’３６５特許と称する）に開示されており、この特許は参照してここに組み込まれる。’３６５特許に記載されたアンテナは図１Ａを参照して説明したワイヤ形状にデザインされた４線ヘリカルアンテナである。
【００３９】
ＩＶ．結合マルチセグメントヘリカルアンテナ
アンテナの放射器部分１００の長さを短くするために、ヘリカルアンテナの一形態は結合マルチセグメント放射器を利用し、それは等しい共振長のヘリカルアンテナのために必要であるであろうものより短い長さで所定の周波数の共振を可能にする。
【００４０】
図６Ａと６Ｂは結合セグメントヘリカルアンテナの実施形態の一例の平面表示を示す図である。図６Ａは１つの単線の実施形態による開放回路で終端する結合マルチセグメント放射器７０６を図示している。このような開放回路で終端するアンテナは、単線、２線、４線、または他のｘ線の実装において使用することができる。
【００４１】
図６Ａに示した実施形態は１つの放射器７０６を備える。放射器７０６は一組の放射器セグメントを備える。このセットは２つの端セグメント７０８、７１０と、ｐ個の中間セグメント７１２を備え、ｐ＝０、１、２、３．．．である（ｐ＝３の場合が図示されている）。中間セグメントは任意である（つまり、ｐはゼロに等しくてもよい）。端セグメント７０８、７１０は物理的に互いに分離しているが、電磁的には結合されている。中間セグメント７１２は端セグメント７０８、７１０間に位置付けられ、端セグメント７０８、７１０間に電磁結合を提供する。
【００４２】
開放終端された実施形態では、セグメント７０８の長さｌｓ１は所望の共振周波数の１／４波長の奇数整数倍数である。セグメント７１０の長さｌｓ２は所望の共振周波数の１／２波長の整数倍数である。各々のｐ中間セグメント７１２の長さｌｓｐは所望の共振周波数の１／２波長の整数倍数である。図示した実施形態では、３つの中間セグメント７１２（つまり、ｐ＝３）がある。
【００４３】
図６Ｂは短絡７２２で終端する場合の、ヘリカルアンテナの放射器７０６を図示している。この短絡実装は単線アンテナには適していないが、２線、４線または他のｘ線アンテナに使用することができる。開放回路の実施形態の場合のように、放射器７０６は一組の放射器セグメントを備える。このセットは２つの端セグメント７０８、７１０と、ｐ個の中間セグメント７１２を備え、ｐ＝０、１、２、３．．．である（ｐ＝３の場合が図示されている）。中間セグメントは任意である（つまり、ｐはゼロに等しくてもよい）。端セグメント７０８、７１０は物理的に互いに分離しているが、電磁的には結合されている。中間セグメント７１２は端セグメント７０８、７１０間に位置付けられ、端セグメント７０８、７１０間に電磁結合を提供する。
【００４４】
短絡された実施形態では、セグメント７０８の長さｌｓ１は所望の共振周波数の１／４波長の奇数整数倍数である。セグメント７１０の長さｌｓ２は所望の共振周波数の１／４波長の奇数整数倍数である。各々のｐ中間セグメント７１２の長さｌｓｐは所望の共振周波数の１／２波長の整数倍数である。図示した実施形態では、３つの中間セグメント７１２（つまり、ｐ＝３）がある。
【００４５】
図７Ａと７Ｂは発明の一実施形態による結合マルチセグメント４線ヘリカルアンテナの放射器部分８００を示す図である。図７Ａと７Ｂは図６Ｂに示したアンテナの１つの実装例を示しており、ｐ＝ゼロであり（つまり、中間セグメント７１２がない）、セグメント７０８と７１０の長さは１／４波長である。
【００４６】
図７Ａに示した放射器部分８００は４線ヘリカルアンテナの平面表示であり、４つの結合放射器８０４を有している。結合アンテナにおける各々の結合された放射器８０４は実際には互いに近接して位置付けられた２つの放射器セグメント７０８、７１０を有し、放射器セグメント７０８のエネルギーが他の放射器セグメント７１０に結合される。
【００４７】
より詳細には、一実施形態によれば、放射器部分８００は２つの部分８２０、８２４を有するものとして説明することができる。部分８２０は放射器部分８００の第１の端８３２から、放射器部分８００の第２の端８３４に向かって伸びる複数の放射器セグメント７０８を有する。部分８２４は放射器部分８００の第２の端８３４から、第１の端８３２に向かって伸びる複数の放射器セグメント７１０を有する。放射器部分８００の中央領域に向かって、各々のセグメント７０８の一部が隣接するセグメント７１０に近接しており、１つのセグメントからのエネルギーが近接部分において隣接するセグメントに結合される。これを本明細書では重複部分と称する。
【００４８】
好ましい実施形態では、各々のセグメント７０８、７１０がほぼｌ１＝ｌ２＝λ／４の長さのものである。２つのセグメント７０８、７１０を備える１つの放射器の全長をｌｔｏｔと定義する。１つのセグメント７０８が別のセグメント７１０に重なる量を、δ＝ｌ１＋ｌ２−ｌｔｏｔと定義する。
【００４９】
共振周波数ｆ＝ν／λに対して、放射器ｌｔｏｔの全長はλ／２の１／２波長の長さより短い。換言すれば、結合の結果として、一対の結合セグメント７０８、７１０を備える放射器は、その放射器の全長がλ／２の長さより短くても、周波数ｆ＝ν／λで共振する。従って、１／２波長の結合マルチセグメント４線ヘリカルアンテナの放射器部分８００は、所定の周波数ｆに対する従来の１／２波長の４線ヘリカルアンテナ８００の放射器部分より短くなる。
【００５０】
結合構成を使用することにより得られるサイズの減少を明確に図示するために、図７に図示した放射器部分８００を図３に図示したものと比較してみよう。所定の周波数ｆ＝ν／λに対して、従来のアンテナの放射器部分３００の長さｌはλ／２であり、一方、結合放射器セグメントアンテナの放射器部分８００の長さｌｔｏｔはλ／２より短い。
【００５１】
上述のように、一実施形態では、セグメント７０８、７１０はｌ１＝ｌ２＝λ／４の長さのものである。各々のセグメントの長さは、ｌ１がｌ２に必ずしも等しい必要がなく、またそれらがλ／４に等しくないように変更することができる。各放射器の実際の共振周波数は、放射器セグメント７０８、７１０の長さ、放射器セグメント７０８と７１０間の分離距離、およびセグメント７０８と７１０が互いに重複する量の関数である。
【００５２】
１つのセグメント７０８の他のセグメント７１０に対する長さの変更を使用して、アンテナの帯域幅を調節できることに注意されたい。例えば、λ／４よりわずかに大きくなるようにｌ１を長くし、λ／４よりわずかに短くなるようにｌ２を短くすることで、アンテナの帯域幅を増大することができる。
【００５３】
図７Ｂは発明の一実施形態による結合マルチセグメント４線ヘリカルアンテナの実際のらせん構成を図示している。これは一実施形態において各々の放射器が２つのセグメント７０８、７１０をどのように備えているかを示している。セグメント７０８は放射器部分の第１の端８３２から放射器部分の第２の端８３４に向かってらせん形に伸びる。セグメント７１０は放射器部分の第２の端８３４から放射器部分の第１の端８３２に向かってらせん形に伸びる。更に図７Ｂはセグメント７０８と７１０の一部が互いに電磁的に結合されるように重複しているのを示している。
【００５４】
図８Ａは放射器セグメント７０８と７１０間の分離ｓと重複部分δを示す図である。分離ｓは充分な量のエネルギーが放射器セグメント７０８と７１０間に結合され、それらがほぼλ／２とその整数倍数の効果的な電気的長さの１つの放射器として機能できるように選ばれる。
【００５５】
この最適スペーシングよりも近い放射器セグメント７０８、７１０のスペーシングはセグメント７０８、７１０間に大きな結合を生じさせる。その結果、所定の周波数ｆに対して、セグメント７０８、７１０の長さを増大して同じ周波数ｆにおける共振を可能にしなければならない。これは物理的に接続された（つまり、ｓ＝０）セグメント７０８、７１０の極端な場合によって図示することができる。この極端な場合では、セグメント７０８、７１０の全長はアンテナが共振するためにλ／２に等しくなければならない。この極端な場合では、アンテナは本明細書における用語の使用によれば、もはや実際に「結合」されず、その結果生じる構成は実際には図３に示したような従来のヘリカルアンテナのものである。
【００５６】
同様に、セグメント７０８、７１０の重複部分δの量の増大が結合を増大させる。このように、重複部分δが増大するにつれて、セグメント７０８、７１０の長さも増大させる。
【００５７】
セグメント７０８、７１０用の最適の重複部分とスペーシングを質的に理解するために、図８Ｂを参照する。図８Ｂは各々のセグメント７０８、７１０上の電流の大きさを表している。電流強度インジケータ９１１、９２８は、各々のセグメントが理想的にはλ／４で共振し、外端において最大信号強度と内端において最低の信号強度を有することを示している。
【００５８】
結合された放射器セグメントアンテナに対するアンテナの輪郭を最適化するために、発明者達はモデリングソフトウエア(modeling software)を利用して、他のパラメータの中で正確なセグメント長ｌ１、ｌ２と、重複部分δと、スペーシングｓを決定した。このようなソフトウエアパッケージはアンテナオプティマイザ（ＡＯ）（Ａｎｔｅｎｎａ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ）ソフトウエアパッケージである。ＡＯはモーメント電磁アンテナモデリングアルゴリズム(moments electromagnetic antenna-modeling)の方法に基づいている。ＡＯアンテナオプティマイザ、バージョン６．３５、版権１９９４年はカリフォルニア州サンディエゴ（Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）のＢｒｉａｎ  Ｂｅｅｚｌｅｙによって書かれており、彼から入手できる。
【００５９】
図７Ａと７Ｂを参照して上述したように、結合構成を使用することにより得られる利点があることに注意されたい。従来のアンテナと結合放射器セグメントアンテナでは、電流が放射器の端に集中する。アレイ要素理論に従って、特定のアプリケーションにおける結合放射器セグメントアンテナに有利なようにこれを使用することができる。
【００６０】
説明のために、図９Ａは２つのポイントソースＡ、Ｂを図示する図であり、ソースＡはソースＢの信号の大きさに等しい大きさを有するが、９０°だけ位相が遅れた信号を放射している（ｅｊｗｔコンベンション（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）を仮定する）。ソースＡ、Ｂがλ／４の距離だけ分離されている場合、信号はＡからＢへと移動する方向に位相を加え、ＢからＡへの方向の位相から離れて加算する。その結果、非常に少しの放射しかＢからＡへの方向には放射されない。図９Ｂに示した典型的な代表的フィールドパターンがこのポイントを示している。
【００６１】
このように、ＡからＢへの方向が上向きになり、地面から離れ、またＢからＡへの方向が地面に向かうように、ソースＡとＢが方位付けられる時、ほとんどのアプリケーションにとってアンテナが最適化される。これはユーザが地面に向かう信号強度を指示するアンテナを希望することがまれであるためである。この構成は特に、信号強度の大部分が地面から離れて上向きになることが望まれる衛星通信のために有用である。
【００６２】
図９Ａに設計されたポイントソースアンテナは、従来の１／２波形のヘリカルアンテナを使用して達成することは困難である。図３に図示したアンテナの放射器部分を考えてみよう。放射器２０８の両端における電流強度の集中はほぼポイントソースを近似する。放射器がらせん形の輪郭にねじられた時、９０°放射器の一端が０°放射器の他端と整列して位置付けられる。このように、これは直線の２つのポイントソースを近似する。しかしながら、これらの近似ポイントソースは、図９Ａに図示した所望のλ／４構成に対してほぼλ／２だけ分離される。
【００６３】
しかしながら、発明を具体化する結合放射器セグメントアンテナは、近似されたポイントソースがλ／４に近い距離に間隔を開けて配置される実装を提供することに注意されたい。従って、結合放射器セグメントアンテナはユーザが図９Ａに図示したアンテナの指向性特徴を利用できるようにする。
【００６４】
図７に図示した放射器セグメント７０８、７１０は、セグメント７０８がその関連するセグメント７１０に非常に近いが、各々の対のセグメント７０８、７１０が隣接する対のセグメントから相対的に離れていることを示している。１つの別の実施形態では、各々のセグメント７１０がいずれかの側でセグメント７０８から等距離に配置される。この実施形態が図１０に示されている。
【００６５】
次に図１０において、各々のセグメントは実質的に各々の対の隣接するセグメントから等距離にある。例えば、セグメント７０８Ｂはセグメント７１０Ａと７１０Ｂから等距離にある。つまり、ｓ１＝ｓ２である。同様に、セグメント７１０Ａはセグメント７０８Ａと７０８Ｂから等距離にある。
【００６６】
この実施形態は望ましくない結合が存在しているかのように見えるという点で直観に反している。換言すれば、１つの位相に対応するセグメントは同じ位相の適切なセグメントのみならず、シフトされた位相の隣接するセグメントにも結合するであろう。例えば、セグメント７０８Ｂ、９０°のセグメントはセグメント７１０Ａ（０°セグメント）と７１０Ｂ（９０°セグメント）に結合するであろう。上部セグメント７１０からの放射を２つの別々のモードとして考えることができるので、このような結合は問題ではない。１方のモードが左側の隣接するセグメントに結合することから生じ、他方のモードが右側の隣接するセグメントに結合することから生じる。しかしながら、これらのモードの両方が同じ方向に放射を提供するように調整して位相が等しくされる。従って、この二重結合は結合マルチセグメントアンテナの操作にとって有害ではない。
【００６７】
図１１は結合された放射器セグメントアンテナの実装例を図示する図である。図１１において、アンテナは放射器部分１２０２と給電部分１２０６を備える。放射器部分はセグメント７０８、７１０を含む。図１１に提供された寸法は放射器部分１２０２の全長に対するセグメント７０８、７１０の寄与と、重複部分δの量を示している。
【００６８】
柱体の軸に平行する方向のセグメントの長さが、セグメント７０８に対してはｌ１ｓｉｎαとして示され、セグメント７１０に対してはｌ２ｓｉｎαとして示されており、αはセグメント７０８、７１０の内角である。
【００６９】
図７Ａと８Ａにおいて図示したように、セグメントの重複部分は参照文字δで示されている。アンテナの軸に平行する方向の重複部分の量は、図１１に示すように、δｓｉｎαによって与えられる。
【００７０】
セグメント７０８、７１０はスペーシングｓによって分離され、それは上述のように変動することができる。セグメント７０８と７１０の端と放射器部分１２０２の端間の距離はギャップとして定義され、各々参照文字γ１、γ２によって図示される。ギャップγ１、γ２は互いに等しくてもよいが、等しい必要はない。やはり、上述したように、セグメント７０８の長さはセグメント７１０の長さに対して変動することができる。
【００７１】
セグメント７１０の一端から次のセグメントまでのオフセット量は参照文字ω０で示される。隣接するセグメント７１０間の分離は参照文字ωｓで示され、らせんの直径によって決定される。
【００７２】
給電部分１２０６は放射器セグメント７０８に直角位相信号を提供するために適切な給電ネットワークを含む。給電ネットワークは当業者には公知であり、従ってここでは詳細に説明しない。
【００７３】
図１１に示した実施例では、セグメント７０８は各々のセグメント７０８に沿って、インピーダンス整合を最適化するために選ばれる給電ネットワークからの距離に、位置付けられた給電ポイントにおいて給電される。図１１に示した実施形態では、この距離が参照文字δｆｅｅｄによって図示される。
【００７４】
連続線１２２４が基板の遠位表面の接地部分用の境界を図示することに注意されたい。遠位表面のセグメント７０８に対向する接地部分は給電ポイントへと伸びる。セグメント７０８の薄い部分が近位表面上にある。給電ポイントにおいて、近位表面上のセグメント７０８の厚さが増大する。
【００７５】
次に、ほぼ１．６ＧＨｚでＬバンドにおける動作に適した結合放射器セグメント４線ヘリカルアンテナの一例のために寸法を提供する。これは例目的のためだけであり、Ｌバンドにおける動作に対して他の寸法も可能であることに注意されたい。それに加えて、同様に他の周波数帯域における動作に対して他の寸法も可能である。
【００７６】
Ｌバンドの実施形態における放射器部分１２０２の全長は２．３０インチ（５８．４ｍｍ）である。この実施形態では、ピッチ角αは７３°である。この角度αでは、この実施形態に対するセグメント７０８の長さｌ１ｓｉｎαは１．７３インチ（４３．９ｍｍ）である。図示した実施形態では、セグメント７１０の長さはセグメント７０８の長さに等しい。
【００７７】
一例では、セグメント７１０はセグメント７０８の隣接する対から実質的に等距離に位置付けられる。セグメント７１０が隣接するセグメント７０８から等距離にあるこの実施形態の１つの実装では、スペーシングｓ１＝ｓ２＝０．０８６インチである。他のスペーシングも可能であり、例えば、隣接するセグメント７０８から０．０７０インチ（１．８ｍｍ）にあるセグメント７１０のスペーシングｓも可能である。
【００７８】
放射器セグメント７０８、７１０の幅τは、この実施形態では０．１１インチ（２．８ｍｍ）である。他の幅も可能である。
【００７９】
Ｌバンドの例は対称的なギャップγ１＝γ２＝０．５７インチ（１４．５ｍｍ）を特徴とする。放射器部分１２０２の両端（つまり、γ１＝γ２）に対してギャップγが対称的である場合、放射器７０８、７１０は１．１６インチ（２９．５ｍｍ）（１．７３〜０．５７インチ）の重複部分δｓｉｎαを有する。
【００８０】
セグメントオフセットωｏは０．５３インチであり、セグメント分離ωｓは０．３９３インチ（１０．０ｍｍ）である。アンテナの直径は４ωｓ／πである。
【００８１】
一実施形態では、これは給電ポイントから給電ネットワークまでの距離δｆｅｅｄがδｆｅｅｄ＝１．５７インチ（３９．９ｍｍ）であるように選ばれる。その他の給電ポイントもインピーダンス整合を最適化するために選ぶことができる。
【００８２】
上述した実施形態の例はヘリカルアンテナを囲み、放射器と接触する０．０３２インチの厚さのポリカーボネートレードームとの関連で使用するために設計されている。レードームまたは他の構造物が所望の周波数の波長にどのように影響するかは当業者には明白であろう。
【００８３】
今述べたばかりの実施形態の例では、Ｌバンドアンテナの放射器部分の全長が従来の１／２波長のＬバンドアンテナの全長より縮小される。従来の１／２波長のＬバンドアンテナに対して、放射器部分の長さは約３．２インチ（つまり、λ／２（ｓｉｎα））であり、αは水平位置に対してセグメント７０８、７１０の内角）、または（８１．３ｍｍ）である。上述の実施形態の例に対しては、放射器部分の全長は２．３インチ（５８．４２ｍｍ）である。これは従来のアンテナのサイズの実質的な節約を表す。
【００８４】
Ｖ．積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナ
シングルバンドヘリカルアンテナの幾つかの実施形態について説明してきたが、次に本発明を具体化するデュアルバンドについて説明する。本発明は２つの異なる動作周波数において共振することができるデュアルバンドヘリカルアンテナに向けられている。２つのヘリカルアンテナは端と端が積み重ねられ、１つのアンテナが第１周波数で共振し、他方のアンテナが第２周波数で共振する。各々のアンテナは１つ以上のらせん形に巻かれた放射器を備える放射器部分を有する。各々のアンテナは給電ネットワークと接地平面を備える給電部分を有する。２つのアンテナは１つのアンテナの接地平面が他方のアンテナの放射器の遠位端を横切る短絡リングとして使用されるように積み重ねられる。
【００８５】
図１２は発明の一実施形態によるデュアルバンドヘリカルアンテナの遠位表面４００と近位表面５００の平面表示を示す図である。デュアルバンドヘリカルアンテナは２つのシングルバンドヘリカルアンテナを備え、ヘリカルアンテナ１３０４が第１の共振周波数で動作し、ヘリカルアンテナ１３０８が第２の共振周波数で動作する。
【００８６】
図１２に示した実施形態では、給電ネットワーク５０８、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄ、および第１のアンテナ１３０４が第１のアンテナ１３０４の近位表面５００の上に配置される。また近位表面５００には、第２のアンテナ１３０８の給電ネットワーク５０８用の接地平面４１２も配置される。遠位表面４００には、給電ネットワーク５０８と第２のアンテナ１３０８の放射器１０４Ａ〜１０４Ｄと共に、第１のアンテナ１３０４の給電部分用の接地平面４１２が配置される。
【００８７】
図２Ａ、２Ｂを参照して上述したように、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの共振長ｌが所望の共振周波数の１／４波長の偶数整数倍数である場合、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの遠位端が短絡される。図１２に示すように、この短絡は第１のアンテナ１３０４の接地平面４１２を使用して達成される。この構成の結果、付加的な短絡リングを放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの端に加える必要がない。
【００８８】
図１２に示した実施形態では、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの端が開放回路であるので、第１のアンテナ１３０４が所望の共振周波数の１／４波長の奇数整数倍数で共振するものとして示されていることに注意されたい。別の実施形態では、これらの放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの長さを所望の共振周波数の１／４波長の偶数整数倍数となるように変更しながら、短絡リング（図示せず）を第１のアンテナ１３０４のこれらの放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの遠端に加えることができるであろう。
【００８９】
図１２を参照して説明したデュアルバンドアンテナの放射器１０４Ａ〜１０４Ｄは、給電ネットワーク５０８の近くの第１の端において給電されるものとして図示されている。ヘリカルアンテナの放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの給電ポイントは、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの長さに沿ったどのポイントにも位置付けられることが公知であり、このような位置付けは主としてインピーダンス整合の考慮に基づいて決定される。図１３は放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの給電ポイントが給電ネットワーク５０８から所定の距離に位置付けられる、デュアルバンドヘリカルアンテナの一実施形態を示す図である。特に、図１３に示した実施形態では、第１アンテナ１３０４の給電ポイントＡが給電ネットワーク５０８から距離ｌＦＥＥＤ１に位置付けられ、第２アンテナ１３０８の給電ポイントＢが給電ネットワーク５０８から距離ｌＦＥＥＤ２に位置付けられる。
【００９０】
この実施形態は放射器１０４Ａ〜１０４Ｄが基板４０６の第１表面上の接地トレース１４３６と、基板４０６の第２表面上の前記接地トレース１４３６と対向する接地トレース１４３８と、基板４０６の第２表面上の放射器トレース１４４０とを備える。
【００９１】
図１２に示した実施形態の場合と同様に、この実施形態では、第２アンテナ１３０８の放射器が所望の共振周波数の１／４波長の偶数整数倍数で共振するように、第１アンテナ１３０４の接地平面４１２が放射器１０４Ａ〜１０４Ｄと第２アンテナ１３０８用の短絡リングとして作用する。
【００９２】
積み重ねられたアンテナの全長を減少させるために、上述の縁の結合技術を利用することができる。このような実施形態では、図１２と１３に図示したように第１アンテナ１３０４および／または第２アンテナ１３０８の放射器１０４Ａ〜１０４Ｄが、例えば図１１に示したような縁が結合された放射器と取り換えられる。
【００９３】
図１２および図１３に図示したようなデュアルバンドアンテナを提供する１つのチャレンジは、第１アンテナ１３０４に給電するというものである。この目的のために、第１アンテナ１０３４は第１アンテナ１３０４の給電部分の下部領域から伸びるタブによって給電される。
【００９４】
図１４は第１アンテナ１３０４に給電するために使用されるこのようなタブを図示する図である。図１４において、タブ１５０４は基板４０６上の第１アンテナ１３０４の給電部分の側部から伸びる。図１４に図示した実施形態では、タブ１５０４はほぼ”Ｌ”字型であり、所定の距離に第１アンテナ１３０４の給電部分から水平に伸び、次に第２アンテナ１３０８の給電部分の方向に、中心を通って軸方向に角度を為して曲げられる。１５０４は直角に形付けられるものとして図示されているが、様々な半径の曲線であってよいので、他の角度も使用することができる。
【００９５】
理想的には、ヘリカルアンテナを形成するために、基板４０６を柱体またはその他の適当な形状に巻く場合、タブ１５０４の軸成分１５２４が実質的にデュアルバンドヘリカルアンテナの軸に沿うようになる。ヘリカルアンテナの軸と一致するタブ１５０４の軸成分１５２４を有することで、アンテナの放射パターンに対するこの部材の影響を最小にする。図１４に示すように、好ましい実施形態では、タブ１５０４は第１アンテナ１３０４から可及的に離れた垂直位置において第１アンテナ１３０４の給電部分から伸びる。これは第１アンテナ１３０４の放射パターンに対するタブ１５０４の影響を最小にするためである。第２アンテナ１３０８が結合セグメント１／２波長のアンテナであり、第２アンテナ１３０８の放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの端が第１アンテナ１３０４の接地平面４１２によって短絡されるので、タブ１５０４は第２アンテナ１３０８の放射パターンに対して最低の影響しか及ぼさない。
【００９６】
好ましくは、第１アンテナ１３０４の給電部分１２０６の長さｌｇｐは、適当な動作周波数における２つの要素を考慮して決定することができる。まず第１に、第１アンテナ１３０４の放射器から第２アンテナ１３０８に流れる電流量を最小にし、またその逆の流れも最小にすることが望ましい。換言すれば、２つのアンテナ間の絶縁を達成することが望ましい。これは問題の周波数において、一組みの放射器から他方の放射器へと電流が伸びないようにする長さであることを保証することによって達成され得る。
【００９７】
別のチャレンジは第１アンテナ１３０４の放射器１０４Ａ〜Ｄからの電流がタブ１５０４に到達しないようにするという目標である。第１アンテナ１３０４からの電流はタブ１５０４に向かって第１アンテナ１３０４の給電部分を横切って移動するにつれて減衰される。タブ１５０４はこれらの電流における非対称的な断絶を作り出す。従って、タブ１５０４に達する電流の大きさを実際的な程度に最小にすることが望ましい。
【００９８】
この説明を読めば、使用する材料、問題の周波数、予想されるアンテナの電力レベル、および他の公知の要素に基づいて、適切な長さｌｇｐの給電部分１２０６を実装する方法が当業者にとって明白となるであろう。この決定はサイズと性能間のトレードオフを必然的に伴うかもしれない。
【００９９】
この実施形態ではタブ１５０４の影響が全然存在しないのではないことに注意されたい。タブ１５０４が第２アンテナ１３０８の放射器の近傍にあるので、第２アンテナ１３０８からの一部の電流がタブ１５０４に結合され、従ってアンテナの軸に沿って結合される。この電流が第２アンテナ１３０８の放射に影響を及ぼし、アンテナの側部に対する増大した放射を生じさせる。アンテナが垂直に装着される場合のアプリケーションに対しては、これは水平方向に放射を増大させ、垂直方向に放射を減少させる。その結果、このアプリケーションは、通信装置間の通信を中継するために低い地球軌道が使用される衛星通信システムに適している。
【０１００】
この影響が図９Ｃに図示されており、円偏波(circular polarization)放射パターン１０１０が従来のヘリカルアンテナに対する典型的な放射パターンを表示しており、放射パターン１０２０が第２アンテナ１３０８に対する放射パターンを表示している。図９Ｃに示すように、パターン１０２０は従来のパターン１０１０より「平らで」かつ「幅広い」ものである。
【０１０１】
第１アンテナ１３０４への信号の結合を可能化するために、タブ１５０４はクリンプ(crimp)等のコネクタ、またははんだ付けコネクタあるいは給電ケーブルとタブ１５０４上の信号トレース間の接続を行うのに適した他のコネクタを含む。様々なタイプのケーブルまたはワイヤを使用して、タブ１５０４においてアンテナにトランシーバＲＦ回路を接続することができる。好ましくは低ロスの柔軟な、または半硬質のケーブルを利用する。もちろんアンテナ業界において公知のように、アンテナに対する電力移動を最大にするために、給電入力のインピーダンスをインターフェイスケーブルのインピーダンスに整合させることが望ましい。しかしながら、入力遷移が乏しい場合、放射パターンはなお対称的であろうが、反射ロスの対応する量だけそれらの利得が低下するであろう。低い挿入ロスに加えて、コネクタがケーブルとタブ１５０４間に丈夫な機械接合部を提供することが重要である。
【０１０２】
また図１４に示されているのは、基板形状例の概略である。この説明を読めば、当業者には他の形状を有する基板を利用して、タブ１５０４を有するアンテナをどのように実装するかが明白となるであろう。
【０１０３】
図１５は寸法例を含む、積み重ねられたアンテナの一実施形態を示す図である。この実施形態では、第１アンテナ１３０４がＬバンドアンテナであり、第２アンテナ１３０８がＳバンドアンテナである。この実施形態では、Ｓバンドアンテナ１３０８は縁が結合されたアンテナであり、各々の放射器１０４が２つのセグメントを備えている。この実施形態は例としてのみ提供されていることに注意されたい。別の周波数バンドも操作用に選ぶことができる。更に、第１アンテナ１３０４または第２アンテナ１３０８のいずれか、あるいはその両方が縁結合技術を利用することができることに注意されたい。
【０１０４】
次に図１５に示したＬバンドとＳバンドアンテナ用の寸法例について説明する。Ｌバンドアンテナの放射アパーチャは１．２５３インチの全軸高さであるのに対し、Ｓバンドのアパーチャは１．４００インチの全高さである。この実施形態では第１アンテナ１３０４の給電部分４１２の高さは０．４００インチである。これは３．０９３インチの全放射アパーチャを生ずる。放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの傾斜角は６５°である。
【０１０５】
上述の寸法は例としてのみ提供したものである。従来のヘリカルアンテナを参照して説明したように、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの全長がアンテナの正確な共振周波数を決定する。最高の平均利得と最も対称的なパターンが共振周波数において発生するので、共振周波数が重要である。アンテナを長くすると、共振周波数は下へ移動する。逆に、アンテナを短くすると、共振周波数が上に移動する。周波数偏移(shift)のパーセンテージは、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄを長くするか短くするパーセンテージにほぼ比例する。Ｌバンドの動作周波数では、アンテナ軸の方向に約１ｍｍの長さが１ＭＨｚに対応する。
【０１０６】
図示した実施形態では、第１アンテナ１３０４と第２アンテナ１３０８の両方が４つの励起されたファイラーアーム(filar arms)または放射器１０４Ａ〜１０４Ｄを有する。これら放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの各々が直角位相で給電される。各々のアンテナ１３０４、１３０８用の４つの放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの直角位相励起が給電ネットワークを使用して実装される。直角位相励起を提供することができる従来の給電ネットワークを実装することもできるが、好ましい給電ネットワークについて後述する。
【０１０７】
別の重要な寸法は給電ポイント軸長である。給電ポイント軸長は、図１２に示したように放射器１０４Ａ〜１０４Ｄに沿って給電ポイントが位置付けられる場合の実施形態用の給電ネットワークからの給電ポイントの距離を限定する。給電ポイント軸長の寸法は放射器を継続させるためにマイクロストリップが広がる位置を示し、実際には全体の放射器１０４用の給電ポイント位置である。図１５に図示した例では、第１アンテナ１３０４用の給電ポイント軸長は１．１３３インチである。第２アンテナ１３０８用の給電ポイント軸長は０．６３８インチである。これらの寸法は各々１６１８と２４９２ＭＨｚにおいて５０Ωのインピーダンスを生ずる。給電ポイント位置が低い方に移動した場合、インピーダンスが低くなる。逆に、給電ポイント位置が高い方に移動すれば、インピーダンスが高くなる。周波数を同調させるために全体の放射器の長さを調節する場合、正しいインピーダンス整合を維持するために、アンテナの軸に沿った方向に比例する量だけ給電ポイント位置も移すべきであることに注意することが重要である。
【０１０８】
好ましくは、図１５に図示したような寸法を有するアンテナを、０．５００インチの直径を有する柱体に巻き込む。
【０１０９】
ＶＩ．給電ネットワーク
本明細書において説明するヘリカルアンテナは、単線、４線、８線またはその他のｘ線の構成を使用して実装することができる。給電ネットワークは必要な位相角度で線(filars)に対して信号を提供するために利用される。給電ネットワークは信号を分離させ、各々の線に対して設けられた位相を移動させる。給電ネットワークの構成は線の数に依存する。例えば、４線ヘリカルアンテナの場合、給電ネットワークは直角位相関係（つまり、０、９０、１８０および２７０°）に４つの等しい電力信号を提供する。
【０１１０】
アンテナの給電部分にスペースを維持するために、独特の給電ネットワークレイアウトを利用してもよい。給電ネットワークのトレースはアンテナの１つ以上の放射器１０４Ａ〜１０４Ｄへと伸びる。便利さのために、直角位相関係に４つの等電力信号を提供するために設計された給電ネットワークに関して、給電ネットワークを説明する。この説明を読めば、当業者には他のｘ線構成用の給電ネットワークを実装する方法が明白となるであろう。
【０１１１】
図１６は従来の直角位相の給電ネットワークの電気的に同じものを示している。従来の直角位相の給電ネットワークに対して、ネットワークは各々が９０°だけ位相が分離された４つの等電力信号を提供する。信号は第１の信号路１７０４を介して給電ネットワークに提供される。第１の信号ポイントＡ（二次的給電ポイントと称する）において、０°の位相信号が第１の放射器１０４に提供される。信号ポイントＢにおいて、９０°の位相信号が第２の放射器１０４に提供される。信号ポイントＣとＤにおいて、１８０°と２７０°の位相信号が第３と第４の放射器１０４に提供される。
【０１１２】
信号ＡとＢは２５Ωのインピーダンスを生ずるポイントＰ２で混合される。同様に、信号ＣとＤが２５Ωのインピーダンスを生ずるポイントＰ３で混合される。これらの信号は１２．５Ωのインピーダンスを生ずるＰ１において混合される。従って、このインピーダンスを５０Ωに変換するために、２５Ωの９０°変圧器が入力に配置される。図１６に示したネットワークでは、Ｐ１が給電を短くし、ロスを減少させるために分離する前に、変圧器の一部が配置される。しかしながら、それはスプリットの前であるので、スプリット後にインピーダンスを倍にしなければならない。
【０１１３】
従来の給電ネットワークは、給電ネットワークのトレースが放射器１０４Ａ〜１０４Ｄのために限定される基板の部分に配置される。特に、好ましい実施形態では、これらのトレースは１つ以上の放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの接地トレースと対向する領域内の基板に配置される。
【０１１４】
図１７は４線ヘリカルアンテナ環境における給電ネットワークの実施形態の例を示す図である。特に、図１７に図示した例では、２つの給電ネットワークが図示されており、第１の給電ネットワーク１８０４は第１アンテナ１３０４と共に実装するためであり、第２の給電ネットワーク１８０８は第２アンテナ１３０８と共に実装するためである。給電ネットワーク１８０４、１８０８は放射器１０４Ａ〜１０４Ｄに０、９０、１８０および２７０°の信号を提供するためのポイントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する。図１７の点線は、給電ネットワーク１８０４、１８０８が配置される表面に対向する基板表面の、放射器１０４Ａ〜１０４Ｄの接地平面の概略を近似的に示している。このように、図１７は放射器１０４Ａ〜１０４Ｄに配置されるか、または放射器１０４Ａ〜１０４Ｄへと伸びる給電ネットワーク１８０４、１８０８のこれらの部分を示している。
【０１１５】
従来の知識によれば、給電ネットワークは給電ネットワーク用に指定され、また放射器から分離された領域に設けられる。対照的に、ここで説明する給電ネットワークは給電ネットワークの一部がアンテナの放射器部分に配置されるように敷かれる。従って、従来の給電ネットワーク用の給電部分と比較して、アンテナの給電部分のサイズを減少させることができる。
【０１１６】
図１８はアンテナ１３０４、１３０８用の給電パスを含む、信号トレースと共に給電ネットワーク１８０４、１８０８を図示する図である。図１９はアンテナ１３０４、１３０８の接地平面の概略を示す。図２０は重ねられた接地平面と信号トレースの両方を示す図である。
【０１１７】
これらの給電ネットワークの利点は、給電ネットワークを実装するためにアンテナの給電部分用に必要な領域が従来の給電技術より減少することである。これはそうでなければアンテナの給電部分に配置されるであろう給電ネットワークの部分がアンテナの放射器部分に配置されるためである。この結果、アンテナの全長を減少させることができる。
【０１１８】
このような給電ネットワークの付加的な利点は、二次的給電ポイントがアンテナの給電ポイントに近くなるように動かされるので、伝送線路損失が減少することである。加えて、変圧器をインピーダンス整合用の給電ネットワークのルート割当線(routing line)に統合することができる。
【０１１９】
このように、給電ネットワークの一部がアンテナの放射器部分に配置され、給電ネットワークの残りの部分が給電部分に配置されるように、面積効率的なネットワークが構成される。給電ネットワークの一部が放射器部分に配置されるので、給電ネットワークの残りの部分は給電部分に少しの面積しか必要としない。その結果、アンテナの給電部分を従来の給電ネットワークを有するアンテナと比べて小さくすることができる。好ましくは、放射器部分に配置される給電ネットワークのトレースは放射器の接地部分と対向して配置される。従って、放射器の接地部分が給電ネットワークのこの部分の接地平面として作用する。シングルバンドおよびマルチバンドヘリカルアンテナを含む、変化する構成の多数の異なるタイプのアンテナで、面積効率的な給電ネットワークを実装することができる。この構成の結果、アンテナの全体のサイズと給電における損失量が、従来の給電ネットワークを有するアンテナと比べて減少する。
【０１２０】
ＶＩＩ．アンテナアッセンブリ
上述のように、ヘリカルアンテナを製造する１つの技術は、放射器と、給電ネットワークと接地トレースを基板上に配置し、基板を適当な形状に包む(wrap)ことである。上述のアンテナの構成は基板を適当な形状に包むための従来の技術を使用して実装することができるが、基板を包むための改良された構造と技術について次に説明する。
【０１２１】
図２１Ａは基板を適当な形状（例えば円筒形）に維持するために使用される構造の一実施形態を示す図である。より詳細には、図２１Ａは効率的な面積(area efficient )の給電ネットワークを有するアンテナに加えられる構造例を示している。この説明を読めば、他の構成のヘリカルアンテナで発明を実装する方法が当業者には明白となるであろう。
【０１２２】
図２１Ｂから２１Ｆはアンテナを円筒形または他の適当な形状に保持するために使用される構造例の横断面図を描いている。図２１Ａ〜２１Ｆにおいて、構造例は接地平面４１２上の、またはその延長部としての金属ストリップ２２１８、金属ストリップ２２１８と向き合ったはんだ材料２２１６と、１つ以上のヴァイアス（ｖｉａｓ）２２１０を含む。
【０１２３】
金属ストリップ２２１８は接地平面４１２の一部、または接地平面４１２に付加される金属ストリップを備えていてもよい。好ましくは、一実施形態では、金属ストリップ２２１８は所定量だけ接地平面４１２の幅を単に伸ばすことにより提供される。図２１Ａに示した一実施形態では、この幅がｗｓｔｒｉｐで示されている。
【０１２４】
一連のヴァイアス２２１０は金属ストリップ２２１８の領域内の接地平面４１２に設けられる。好ましくは、しっかりした接続のために、ヴァイアス２２１０は第１アンテナ１３０４と第２アンテナ１３０８の両方の放射器部分に付加される。ヴァイアス２２１０用に選ばれたパターンは使用される材料の公知の機械的および電気的特性に基づく。所望のレベルの機械強度と電気接続を得るために、発明を各々の接地平面４１２上に１つか２つだけのヴァイアス(vias)２２１０で実装できる一方、数個のヴァイアス２２１０を使用してもよい。必ずしも必要ではないが、使用される各々の接地平面４１２の部分は、アンテナの放射器を超えて、水平にまたは円周上に伸びることができる。
【０１２５】
図２１Ｂに見られるように、ヴァイアス２２１０は接地平面４１２の材料、および１つの表面から次の表面へと、支持基板４０６（１００）を完全に突き抜けて伸びる。このヴァイアスは、業界で公知の技術を使用して、金属化された、または金属被覆されたヴァイアスとして製造される。比較的小さな部分または接地平面４１２の対向する縁２２１４の部分がはんだ材料２２１６で被覆される。
【０１２６】
図２１Ｂと２１Ｄに示した実施形態は、第１の縁２２１２に隣接して、接地平面４１２と対向する側の基板４０６に形成される小さな金属ストリップ２２１８を含む。この実施形態では、ヴァイアスは基板を通り金属ストリップ２２１８へと伸びる。金属ストリップ２２１８は全てのアプリケーションにとって必ずしも必要ではないが、金属ストリップ２２１８がはんだの流れを容易にし、改良された機械接着を容易にすることが当業者には容易に明白となるであろう。金属ストリップ２２１８を製造する特殊な材料は、使用される接地平面材料、選ばれたはんだ等に基づいて、公知の原則に従って選ばれる。
【０１２７】
アンテナ支持基板が概して円筒形に巻かれて、所望のヘリカルアンテナ構造を形成する場合、縁２２１２と２２１４が、図２１Ｄに示すように、互いに近接して配置される。ヴァイアス２２１０と金属ストリップ２２１８（もし提供された場合）は、対向する接地平面の縁２２１４上にはんだ材料２２１６が重なるように位置付けられる。ストリップ２２１８をはんだ材料２２１６と接触するように保持しながら、公知のはんだ付け技術と設備を使用して熱を印加する。
【０１２８】
はんだ材料２２１６が溶けるにつれて、それはヴァイアス２２１０へと、また金属ストリップ２２１８上へと流れる。次に熱を低下させるか、取り除いて、はんだが永久的ではあるが取り除くことができる、あるいは持ちのよい、接地平面４１２の２つの外縁または端間の接合または結合を形成する。この方法で、誘電テープ、接着剤等の他の材料を必要とせずに、アンテナ支持基板４０６とその上に配置されるアンテナ成分が所望の円筒形に機械的に保持される。これはこのタイプのヘリカルアンテナを組み立てるために以前に必要であった時間と、費用と、労力を減少させる。これはその操作の自動化を増大させるばかりでなく、それ以上のもの、容易に再生できるアンテナ寸法を提供する。それに加えて、接地平面４１２の１つの縁が他方の縁に電気接続され、所望通りに、接地平面から連続する伝導リングを提供する。この電気接続は複雑なはんだ付けまたは接続ワイヤなしに達成される。
【０１２９】
この技術はアンテナの他の部分に沿った支持または係合を提供するために伸ばすことができる。例えば、一連の１つ以上の金属パッドまたはストリップ２２２０を、１組または両組のアンテナの放射器の長さに沿って、間隔を開けられた位置に配置することができる。図２１Ｅに見られるように、金属パッドまたはストリップ２２２０が、１つ以上の放射器１０４Ａ〜Ｄに隣接して、支持基板４０６（１００）の反対側に位置付けられる。アンテナ基板が巻かれるか、または曲げられて、図２１Ｆに示すように、所望のアンテナを作る場合に、金属パッドまたはストリップ２２２０が支持基板の対向する縁の放射器１０４Ａ〜Ｄの一部の上に位置付けられるように、これらのパッドまたはストリップが位置付けられる。特に、一実施形態では、金属パッドまたはストリップ２２０は放射器１０４Ａ〜Ｄの接地トレース１４３６の上に位置付けられる。アプリケーション用に望ましい場合、あるいははんだを溶かすために伝熱を改善するために、金属化されたヴァイアスをパッド２２２０に形成してもよい。
【０１３０】
接地トレース(ground trace)１４３６の表面の係合部分に少量のはんだ２２２６が前もって塗布されている場合、これらの放射器をストリップに接合するために使用することができる。これは付加的な接合部または接着点を提供し、それがアンテナ構造を所望の形状に共に効果的に保持する。電気接続が望まれる場合、反対側へと伸びるパッドまたはストリップに金属化ヴァイアスを形成することができる。これらのパッドは接地平面について前述したストリップと関連して、あるいは関連せずに使用することができる。このような構造は、長いアンテナ構造を生じさせる非常に長い放射器、またはアンテナの放射器の多重スタックが企図される場合に非常に有用である。
【０１３１】
図２２Ａ〜２２Ｃは基板４０６を所望の形状に巻くために使用される型２３１０の実施形態の例の一連の図を示している。図２２に図示した例は、アンテナ構造用に継続した支持と剛性を提供するために、アンテナを巻く際に使用される円筒形の型２３１０である。一実施形態では、型２３１０には型２３１０の外面から放射状外向きに伸びる一連のプロングまたは歯２３１２が設けられる。型２３１０と歯２３１２と連結するために、一連の「型押し(tooling)」または「アッセンブリガイド(assembly guide)」穴または通路２２３０が、歯２３１２と係合するために基板４０６に設けられる。
【０１３２】
図２１Ａにおいて、型押し穴２２３０は接地平面４１２内に位置付けられたものとして図示されている。接地平面４１２の金属材料は、比較的柔らかな支持基板材料が使用された場合、穴を補強し、変形と移動を防止する作用をする。これはアンテナ構造用の整列精度を補助する。しかしながら、金属層内に穴２２３０を配置するという要件はない。
【０１３３】
図２２Ａ〜２２Ｃを再び参照して、図２２Ａの斜視図から始まり、基板４０６が穴２２３０との歯２３１２の係合によって支持型２３１０と係合するように位置付けられているのが示されている。図２２Ｂと２２Ｃの側面図に見られるように、支持型２３１０がその軸を中心に回転するにつれて、または基板４０６が支持型２３１０のまわりに巻かれるにつれて、穴２２３０が歯２３１２と係合し、それは支持型２３１０に対抗して、あるいはその上の適所に基板４０６を位置決めするのを助ける。最後に、全体の基板４０６が支持型２３１０に対して係合する。図２２Ｃでは、上述のように、ストリップ２２１８、２２２０がはんだ２２１６、２２２６と係合するように基板自体が重なるまで、基板４０６が支持型２３１０のまわりに巻かれているものとして図示されている。
【０１３４】
基板部分を接合するためにストリップ２２１８、２２２０とはんだ２２１６、２２２６を使用しない場合は、もちろん基板４０６を支持型２３１０の上で重ねる必要はない。更に、支持型２３１０がアンテナ、放射器１０４Ａ〜Ｄまたは基板４０６の全長に伸びるという要件はない。一部のアプリケーションでは、アンテナの全部または一部が、型２３１０の必要なしに自己支持型であってもよい。この特徴は、例えば特定の周波数での放射パターンに対する型２３１０の影響を最小にするために好都合である。
【０１３５】
明確さと図示のしやすさのために、図２２Ａ〜２２Ｃでは、基板４０６のみが示されており、接地平面用の材料層、放射器、給電、給電ネットワーク等が示されていない。歯２３１２の寸法と整合させるように穴２２３０のサイズを決める方法は当業者には明白であろう。
【０１３６】
図２２に示すように、型２３１０はそこから突出する歯またはプロング(prongs)２３１２を備えた、円筒形または他の所望の形状に形成される中実または中空の構造を使用して構成することができる。この実施形態では、型２３１０は例えば、多くの音楽ボックスに見い出される歯付ドラムの変形として考えることができる。この開示を読めば、当業者にとって明白となるように、車軸／スポーク配列、車軸／スプロケット配列、または他の適当な構成を含む型２３１０を提供するために、別の構造を実装できる。
【０１３７】
プロング２３１２またはスポーク(spokes)のスペーシングは支持成分を中心にして対称的でなくてもよいことが企図されていることに注意されたい。つまり、ローリングに際して一貫した大きな量の張力を付与し、また基板の縁が重なる場所で基板の位置決めをうまく制御するためにある領域では小さな量の張力を付与するために、スペーシングが一部の部分で大きくなってもよい。好ましくは、歯のスペーシングは、歯２３１２が特定量の張力を付与して、基板４０６を適所に保持し、全体のアッセンブリをよりしっかりした構造に作るように選ばれる。
【０１３８】
穴２２３０と歯２３１２の使用は、配置と組立の自動化を通した、またアンテナレードーム(radome)内に装着することができる型上の基板の正確な配置または位置決めにおける改良された製造能力を提供する。これはより正確な構造上の定義とアンテナアッセンブリの位置決めを可能にし、より正確な制御と、放射パターンに対するレードームの影響に対する補償を可能にする。
【０１３９】
金属ストリップ２２１８、はんだ材料２２１６、およびヴァイアス２２１０の配置についての上述の説明は例として提供した。この説明を読めば、これらの成分を所望の構成に応じて別の位置に置くことができることが当業者には明白となるであろう。例えば、右手または左手の円偏波を有するように、また形状の内側または外側のいずれかに放射器１０４Ａ〜Ｄを有するようにアンテナを巻くことができるように、これらの成分を位置決めすることができる。
【０１４０】
ＶＩＩＩ．結論
本発明の様々な実施形態を説明してきたが、それらは例としてのみ提示されたものであって、制限的なものではないことを理解すべきである。このように、本発明の幅と範囲は上述の例示的な実施形態のいずれによっても制限されず、以下のクレームとその均等物に従ってのみ限定されるべきものである。
【０１４１】
好ましい実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を使用できるように為されたものである。発明を特にその好ましい実施形態を参照して図示し、説明してきたが、発明の精神および範囲を逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が可能であることが当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１Ａ】従来のワイヤ４線ヘリカルアンテナを示す図である。
【図１Ｂ】従来のストリップ４線ヘリカルアンテナを示す図である。
【図２Ａ】開路または開放終端された４線ヘリカルアンテナの平面表示を示す図である。
【図２Ｂ】短絡された４線ヘリカルアンテナの平面表示を示す図である。
【図３】短絡された４線ヘリカルアンテナの放射器上の電流分布を示す図である。
【図４】ストリップヘリカルアンテナのエッチングされた基板の遠位表面および近位表面を示す図である。
【図５】ストリップヘリカルアンテナのエッチングされた基板の斜視図を示す図である。
【図６Ａ】発明の一実施形態による、５つの結合したセグメントを有する開路結合されたマルチセグメント放射器を示す図である。
【図６Ｂ】発明の一実施形態による、一対の短絡結合されたマルチセグメント放射器を示す図である。
【図７Ａ】発明の一実施形態による、短絡結合されたマルチセグメント４線ヘリカルアンテナの平面表示を示す図である。
【図７Ｂ】発明の一実施形態による、円筒形に形成された結合マルチセグメント４線ヘリカルアンテナを示す図である。
【図８Ａ】発明の一実施形態による、放射器セグメントの重複部分δとスペーシングｓを示す図である。
【図８Ｂ】結合マルチセグメントヘリカルアンテナの放射器セグメント上の電流分布の例を示す図である。
【図９Ａ】９０°だけ位相が異なる２ポイントソース放射信号を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示されたポイントソース用のフィールドパターンを示す図である。
【図９Ｃ】従来のヘリカルアンテナ用の円偏波フィールドパターンと、アンテナの軸と整列する給電タブを有するヘリカルアンテナ用の円偏波フィールドパターンを示す図である。
【図１０】各々のセグメントがいずれかの側のセグメントから等距離の所に配置された実施形態を示す図である。
【図１１】発明の一実施形態による結合マルチセグメントアンテナの実装の一例を示す図である。
【図１２】発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナの表面の平面表示を示す図である。
【図１３】放射器用の給電ポイントが給電ネットワークから少し離れて位置付けられた、発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナの表面の平面表示を示す図である。
【図１４】発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナの１つのアンテナに供給するために使用されるタブの平面表示を示す図である。
【図１５】発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナ用の寸法の例を示す図である。
【図１６】従来の直角位相給電ネットワークの一例を示す図である。
【図１７】発明の一実施形態によるアンテナの放射器へと伸びる部分を有する給電ネットワークを示す図である。
【図１８】発明の一実施形態によるアンテナ用の、給電パスを含む信号トレースと共に、給電ネットワークを示す図である。
【図１９】発明の一実施形態によるアンテナの接地平面の外形を示す図である。
【図２０】発明の一実施形態により重ねられたデュアルバンドアンテナの接地平面と信号トレースを示す図である。
【図２１Ａ】一実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナを維持するための構造を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２１Ｃ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２１Ｄ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２１Ｅ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２２Ａ】一実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナを支持する際に使用するのに適した形状を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２２Ｃ】図２２Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図１Ａ】
2007306585.tif 000003
【図１Ｂ】
2007306585.tif 000004
【図２Ａ】
2007306585.tif 000005
【図２Ｂ】
2007306585.tif 000006
【図３】
2007306585.tif 000007
【図４】
2007306585.tif 000008
【図５】
2007306585.tif 000009
【図６Ａ】
2007306585.tif 000010
【図６Ｂ】
2007306585.tif 000011
【図７Ａ】
2007306585.tif 000012
【図７Ｂ】
2007306585.tif 000013
【図８Ａ】
2007306585.tif 000014
【図８Ｂ】
2007306585.tif 000015
【図９Ａ】
2007306585.tif 000016
【図９Ｂ】
2007306585.tif 000017
【図９Ｃ】
2007306585.tif 000018
【図１０】
2007306585.tif 000019
【図１１】
2007306585.tif 000020
【図１２】
2007306585.tif 000021
【図１３】
2007306585.tif 000022
【図１４】
2007306585.tif 000023
【図１５】
2007306585.tif 000024
【図１６】
2007306585.tif 000025
【図１７】
2007306585.tif 000026
【図１８】
2007306585.tif 000027
【図１９】
2007306585.tif 000028
【図２０】
2007306585.tif 000029
【図２１Ａ】
2007306585.tif 000030
【図２１Ｂ】
2007306585.tif 000031
【図２１Ｃ】
2007306585.tif 000032
【図２１Ｄ】
2007306585.tif 000033
【図２１Ｅ】
2007306585.tif 000034
【図２１Ｆ】
2007306585.tif 000035
【図２２Ａ】
2007306585.tif 000036
【図２２Ｂ】
2007306585.tif 000037
【図２２Ｃ】
2007306585.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月2日(2007.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３９】
金属ストリップ２２１８、はんだ材料２２１６、およびヴァイアス２２１０の配置についての上述の説明は例として提供した。この説明を読めば、これらの成分を所望の構成に応じて別の位置に置くことができることが当業者には明白となるであろう。例えば、右手または左手の円偏波を有するように、また形状の内側または外側のいずれかに放射器１０４Ａ〜Ｄを有するようにアンテナを巻くことができるように、これらの成分を位置決めすることができる。  
本願発明の他の実施形態を説明する。
［１］基板；
前記基板に置かれた複数の放射器を構成する放射器部分、前記基板は前記放射器がらせん形に構成されるような形状になっている；
前記放射器部分に隣接し、及び基板を構成する給電部分；
前記給電部分の前記基板上に置かれた第１組の１つ以上のトレースと、前記放射器部分の前記基板上に置かれた第２組の１つ以上のトレースとを構成する給電ネットワーク、
を具備するヘリカルアンテナ。
［２］前記放射器部分に置かれる前記組の１つ以上のトレースが、前記複数の放射器のために限定される前記放射器部分の領域に置かれている、上記［１］に記載のヘリカルアンテナ。
［３］前記放射器が各々接地トレースを構成し、前記放射器部分に置かれた前記給電ネットワークの前記組の１つ以上のトレースが前記地上トレースと対向して前記基板の表面に置かれる、上記［１］または［２］に記載のヘリカルアンテナ。
［４］前記トレースが銅で構成される、上記［３］に記載のヘリカルアンテナ。
［５］前記ヘリカルアンテナが４線、２線または他のｘ線アンテナである、上記［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のヘリカルアンテナ。
［６］前記放射器が前記基板にデポジットされたストリップセグメント(strip segments)で構成される、上記［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のヘリカルアンテナ。
［７］前記基板が、円筒形、円錐形または他の適当な形状に形成される、上記［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のヘリカルアンテナ。
［８］前記放射器部分が、前記基板に置かれる４つの放射器を構成し、前記給電ネットワークが前記４つの放射器に直角位相の信号を提供する、上記［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のヘリカルアンテナ。
［９］アンテナの給電部分に置かれた第１組の１つ以上のトレースと；
前記アンテナの放射器部分に置かれた第２組の１つ以上のトレースと、具備する給電ネットワーク。
［１０］前記放射器部分に置かれた前記第２組の１つ以上のトレースが、前記複数の放射器のために限定された前記放射器部分の領域に置かれる、上記［９］に記載の給電ネットワーク。
［１１］前記放射器が各々接地トレースを構成し、前記放射器部分に置かれる前記給電ネットワークの前記組の１つ以上のトレースが前記接地トレースに対向した前記基板の表面に置かれる、上記［９］または［１０］に記載の給電ネットワーク。
［１２］前記トレースが銅で構成される、上記［１１］に記載の給電ネットワーク。
［１３］前記アンテナが４線、２線または他のｘ線ヘリカルアンテナである、上記［９］乃至［１２］のいずれか１つに記載の給電ネットワーク。
［１４］前記アンテナが基板により構成され、前記トレースが前記基板にデポジットされている、上記［９］乃至［１３］のいずれか１つに記載の給電ネットワーク。
［１５］前記基板が円筒形、円錐形または他の適当な形状に形成される、上記［１４］に記載の給電ネットワーク。
［１６］前記アンテナが４つの放射器を構成し、前記給電ネットワークが前記４つの放射器に直角位相の信号を提供する、上記［９］乃至［１５］のいずれか１つに記載の給電ネットワーク。
［１７］第１アンテナの第１給電部分の基板の第１の側面に置かれる第１の給電ネットワークと、前記基板の第２の側面に置かれ、前記給電ネットワークと対向する第１の接地平面と、及び前記基板に置かれ、前記給電ネットワークから伸びる第１組の１つ以上の放射器を具備する第１のアンテナ部分；および
第２給電部分の前記基板に置かれた第２の給電ネットワークと、前記給電ネットワークに対向して前記基板に置かれた第２の接地平面と、前記基板に置かれ、前記給電ネットワークから伸びる第２組の１つ以上の放射器とを具備する第２のアンテナ部分；および
前記第２アンテナの軸に沿って前記第２アンテナの前記放射器から流れる電流用の通路を提供し、それによって軸に垂直な方向に放射されるエネルギーを増大させる手段と、を含んで構成され；
ここにおいて、前記第１の給電ネットワークはアンテナの前記第１の給電部分に置かれた第１組の１つ以上のトレースと、前記第１アンテナ部分の放射器部分に置かれた第２組の１つ以上のトレースとを具備し、前記第２の給電ネットワークは、前記第２の給電部分に置かれた第３組の１つ以上のトレースと、前記第２のアンテナ部分の放射器部分に置かれる第４組の１つ以上のトレースとを具備する、
デュアルバンドヘリカルアンテナ。
［１８］前記放射器部分に置かれた前記第２組の１つ以上のトレースが、前記複数の放射器のために限定される前記放射器部分の領域に置かれる、上記［１７］に記載のアンテナ。
［１９］前記放射器が、各々接地トレースを含んで構成され、前記放射器部分に置かれた前記給電ネットワークの前記組の１つ以上のトレースが前記接地トレースに対向して前記基板の表面に置かれる、上記［１７］または［１８］に記載のアンテナ。
［２０］２組の互いにかみ合うトラックが、湾曲した表面に形成された共通の基板上に設けられ、トラックが各々の実質的にらせん形の通路に従い、給電ネットワークが１組のトラックの一部と一致することを特徴とするアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の基板上に配置された第１および第２組の組み合う複数のトラック、ここにおいて、該基板は、これらのトラックが各々の実質的にらせん形の通路に従うように、湾曲した表面に形成される；および
給電ネットワークが該第１または第２組の組み合う複数のトラックの一方の一部と一致するように該共通の基板上に配置された給電ネットワーク、
を具備するアンテナ。
【請求項２】
該第１および第２組の組み合う複数のトラックは、該アンテナの放射器部分上に配置される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
給電ネットワークは該アンテナの放射器部分上に少なくとも部分的に配置される、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
該アンテナは、４線、２線または他のｘ線アンテナとして動作するように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項５】
該アンテナは４つの放射器を備え、該給電ネットワークが該４つの放射器に直角位相の信号を提供するように構成される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項６】
該第１および第２組の組み合う複数のトラックは銅を含んでいる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】
該共通の基板の第２の表面上に配置された接地トレースをさらに備え、該共通の基板の該第２の表面は、該給電ネットワークが配置される該共通の基板の第１の表面と対向している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項８】
該湾曲した表面は円筒形または円錐形の一方を含んでいる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアンテナ。
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月25日(2007.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４２】
【図１Ａ】従来のワイヤ４線ヘリカルアンテナを示す図である。
【図１Ｂ】従来のストリップ４線ヘリカルアンテナを示す図である。
【図２Ａ】開路または開放終端された４線ヘリカルアンテナの平面表示を示す図である。
【図２Ｂ】短絡された４線ヘリカルアンテナの平面表示を示す図である。
【図３】短絡された４線ヘリカルアンテナの放射器上の電流分布を示す図である。
【図４】ストリップヘリカルアンテナのエッチングされた基板の遠位表面および近位表面を示す図である。
【図５】ストリップヘリカルアンテナのエッチングされた基板の斜視図を示す図である。
【図６Ａ】発明の一実施形態による、５つの結合したセグメントを有する開路結合されたマルチセグメント放射器を示す図である。
【図６Ｂ】発明の一実施形態による、一対の短絡結合されたマルチセグメント放射器を示す図である。
【図７Ａ】発明の一実施形態による、短絡結合されたマルチセグメント４線ヘリカルアンテナの平面表示を示す図である。
【図７Ｂ】発明の一実施形態による、円筒形に形成された結合マルチセグメント４線ヘリカルアンテナを示す図である。
【図８Ａ】発明の一実施形態による、放射器セグメントの重複部分δとスペーシングｓを示す図である。
【図８Ｂ】結合マルチセグメントヘリカルアンテナの放射器セグメント上の電流分布の例を示す図である。
【図９Ａ】９０°だけ位相が異なる２ポイントソース放射信号を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示されたポイントソース用のフィールドパターンを示す図である。
【図９Ｃ】従来のヘリカルアンテナ用の円偏波フィールドパターンと、アンテナの軸と整列する給電タブを有するヘリカルアンテナ用の円偏波フィールドパターンを示す図である。
【図１０】各々のセグメントがいずれかの側のセグメントから等距離の所に配置された実施形態を示す図である。
【図１１】発明の一実施形態による結合マルチセグメントアンテナの実装の一例を示す図である。
【図１２】発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナの表面の平面表示を示す図である。
【図１３】放射器用の給電ポイントが給電ネットワークから少し離れて位置付けられた、発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナの表面の平面表示を示す図である。
【図１４】発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナの１つのアンテナに供給するために使用されるタブの平面表示を示す図である。
【図１５】発明の一実施形態による積み重ねられたデュアルバンドヘリカルアンテナ用の寸法の例を示す図である。
【図１６】従来の直角位相給電ネットワークの一例を示す図である。
【図１７】発明の一実施形態によるアンテナの放射器へと伸びる部分を有する給電ネットワークを示す図である。
【図１８】発明の一実施形態によるアンテナ用の、給電パスを含む信号トレースと共に、給電ネットワークを示す図である。
【図１９】発明の一実施形態によるアンテナの接地平面の外形を示す図である。
【図２０】発明の一実施形態により重ねられたデュアルバンドアンテナの接地平面と信号トレースを示す図である。
【図２１Ａ】一実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナを維持するための構造を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２１Ｃ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２１Ｄ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２１Ｅ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２１Ｆ】図２１Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２２Ａ】一実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナを支持する際に使用するのに適した形状を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【図２２Ｃ】図２２Ａに示した実施形態による円筒形または他の適当な形状のアンテナの形成を示す図である。
【外国語明細書】
2007306585000001.pdf