(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５より大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁性コアと、給電接続部と、前記コアの外側面の上、または隣接して配置されたアンテナ素子構造体とを含み、前記コアの前記材料が、前記コア外側面により画定された体積の大部分を占めている、２００ＭＨｚを超える周波数を含む作動周波数帯域を有する誘電体装荷ループアンテナであって、前記アンテナ素子構造体は、一対の側方に対向して配置された縦長素子グループを含み、各グループは、前記アンテナの作動周波数帯域内の周波数で異なる電気的長さを有しており、前記給電接続部の領域内の各第一端部では共に、各第二端部では前記コアの周りに延伸するリンク用コンダクタによって結合されている第一及び第二の互いに隣接する縦長素子を含み、それによって、各グループの前記縦長素子は、前記帯域内のｎλ／２の領域においてある電気的長さを有する縦長スリットの少なくとも一部を形成し、その大部分は前記素子間に配置されており、また、前記二つのグループの前記第一素子は、第一ループ状導電性経路の一部を形成し、かつ、前記二つのグループの第二素子が、第二ループ状導電性経路の一部を形成しているため、前記経路は、前記帯域内で異なるそれぞれの共振周波数を有し、個々に前記給電接続部から前記リンク用コンダクタまで延伸し、次に前記給電接続部に戻り、前記スリットは、その電気的長さが、それらのそれぞれの共振周波数で、互いに前記導電性経路の実質的な絶縁を実現するように構成されており、λが前記周波数での前記アンテナ素子構造体における電流の波長であり、ｎが整数（１，２，３，・・・）である、２００ＭＨｚを超える周波数で作動するための誘電体装荷ループアンテナ。
【請求項２】
前記スリットの全体は、前記縦長素子間に配置されている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記縦長素子間に配置されている前記スリットの一部の前記長さは、Ｌを前記スリットの合計の物理的長さとして、少なくとも０．７Ｌである、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記コアは、略円筒形であり、対称の中心軸を画定し、前記給電接続部は、前記コアの端面上に配置され、前記アンテナ素子は略螺旋形であり、各々は前記軸の周りで半回転し、且つ、その軸方向において前記アンテナ素子は実質的に同じ長さに広がり、各素子は前記コアの外側面の上又は隣接した軸方向に離間された位置の間に延伸し、前記離間された位置の各々で前記アンテナ素子のそれぞれの前記離間された部分が実質的に前記コアの中心軸を含む単一面内に位置する、請求項１乃至３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項５】
各素子グループ中の前記素子の一つは、そのグループの他の一素子または複数素子と異なる幅のものである、請求項１乃至３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項６】
各素子グループ中の前記素子の一つは、そのグループの他の一素子または複数素子と異なる物理的長さのものである、請求項１乃至３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記リンク用コンダクタは、前記コアの前記外側面の近傍部分上の円筒形導電性スリーブを含み、前記スリーブの近傍端部は、前記フィーダ構造体の一部に接続され、前記アンテナ素子は、前記スリーブの先端リムの全体領域において、前記スリーブに結合されている、請求項１乃至３の何れかに記載のアンテナ。
【請求項８】
前記スリーブの前記先端リムは、実質的に平面である、請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記各グループの二つの互いに隣接する素子は、それらの長さの大部分にわたって互いに平行である、請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１０】
ラジオトランシーバと、使用時に利用者の頭部に押し当てられるユニットの内側面からの音響エネルギーに向きを合わせる一体型イヤホーンと、前記トランシーバに結合された請求項１において請求されたアンテナと、を有する携帯無線通信ユニットであって、前記コアは中心軸を画定し、前記アンテナ素子は前記軸方向に実質的に同じ長さに広がり、各アンテナ素子は前記コアの外側面の上又は隣接した軸方向に離間された位置の間で延伸し、前記離間された位置の各々で、前記アンテナ素子のそれぞれの離間された部分が実質的に前記コアの中心軸を含む単一面内に位置し、前記アンテナは、前記単一面にほぼ垂直な方向に零位を有する放射パターンを有し、前記零位が前記ユニットの前記内側面にほぼ垂直に向きを合わせられて前記利用者の頭部の方向における前記ユニットからの放射レベルを減少させるように、前記アンテナを前記ユニットに実装する、携帯無線通信ユニット。
【請求項１１】
前記コアは、円筒形であり、第一及び第二端面を有し、
前記アンテナ素子は、螺旋形であり、個々に、前記中心軸の周りで半回転し、また個々に第一端部及び第二端部を有し、
前記アンテナは、前記第一端面に関係付けられており前記第一アンテナ素子端部に結合された給電接続部を有し、
前記給電接続部は、前記コアの端部を貫通する軸方向フィーダ構造体の端部を形成し、前記アンテナは、前記第二アンテナ素子端部をリンクさせて絶縁トラップを形成するように、前記円筒を取り囲む導電性スリーブにより形成されたリンク用コンダクタを有する、
請求項１０に記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、２００ＭＨｚを超える周波数で作動する誘電体装荷アンテナに関し、特に、作動帯域内に少なくとも二つの共振周波数を有するアンテナに関する。
【０００２】
そのようなアンテナは、英国特許出願ＧＢ２３２１７８５Ａ号において開示されている。この周知アンテナは、固体誘電体コア上で縦方向に離間している位置の間に延伸されている一対の側方に対向して配置された縦長アンテナ素子を有しており、そのアンテナ素子は、それぞれの第一端部が給電接続部に接続され、第二端部がバランスリーブに接続されている。そのアンテナ素子とスリーブは、コアの周りに延伸する少なくとも二つの導電性経路を形成するように構成されており、そこにおいて、二つの経路のうちの一方は、アンテナの作動周波数での他方経路よりも長い電気的長さを有する。これはフォーク形アンテナ素子を使用して実現され、同アンテナにおいて各素子は、誘電体コアの最上部とバランスリーブのリムとの間の位置から延伸する被分割部分を有しており、アンテナ素子の少なくとも一つの被分割部分は、異なる電気的長さの枝路を有する。バランスリーブは、二つのスリーブ部分の間を絶縁させることにより、二つ導電経路を形成するように、スリーブの導電材料に縦方向に延伸するスリットを破断部として形成するために割けられている。それらのバラン・スリットは、作動周波数帯域において、約１／４波長（λ／４）の電気的長さを有するように構成されており、スリーブのリムにより与えられたゼロインピーダンス点が、被分割素子の間の高インピーダンス点に変形され、それによってスリーブ部分が互いに絶縁される。導電性経路が異なる電気的長さを有する結果、各導電性経路が異なる周波数で共振し、比較的広い帯域幅を有するアンテナを提供している。
【０００３】
前記アンテナに伴う一つの問題は、１／４波長を提供するためにスリーブ内に充分な長さのスリットを組み込むことが、特に、スリーブが短い場合には困難であるということである。ＧＢ２３２１７８５Ａ号で開示されたＬ字形スリットでは、製造、及びスリーブにおける電流の流れを制限することが困難である可能性がある。
【０００４】
本発明の第一態様によれば、５より大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁性コアと、給電接続部と、前記コアの外側面の上に、または隣接して配置されたアンテナ素子構造体とを含み、前記コアの材料が前記コア外側面により画定された体積の大部分を占めている、２００ＭＨｚを超える周波数で作動する誘電体装荷アンテナが提供されている。前記アンテナでは、前記アンテナ素子構造体は、一対の側方に対向して配置された縦長素子のグループを含み、各グループは、前記アンテナの作動周波数帯域内の周波数で、異なる電気的長さを有し、前記給電接続部の領域の各第一端部で、また、各第二端部で、前記コアの周りに延伸するリンク用コンダクタにより共に結合された第一及び第二の互いに隣接する縦長素子を含み、それによって、各グループの縦長素子は、前記帯域内のｎλ／２の電気的長さを有する縦長チャネルの少なくとも一部を画定し、その大部分は前記素子間に配置されている。さらに、前記二つのグループの第一素子は、第一ループ状導電性経路の一部を形成しており、前記二つのグループの第二素子は、第二ループ状導電性経路の一部を形成するため、前記経路は、前記帯域内で異なるそれぞれの共振周波数を有し、各々は、前記給電接続部から前記リンク用コンダクタまで延伸し、その後前記給電接続部に戻っている。
【０００５】
本発明の別の態様は、好適な特徴と同様に、付随している請求範囲に説明されている。
【０００６】
ｎλ／２チャネル、またはスリットは、アンテナ素子及びリンク用コンダクタにより形成された導電性ループ間に絶縁を与えることを可能にする。このチャネルの大部分がアンテナ素子の間に配置されるので、アンテナの別の部分への侵害は削減される。好適には、チャネル全体は、アンテナ素子の間に配置される。
【０００７】
アンテナの作動周波数で、二つの経路のうちの一方の電気的長さが他方の経路の電気的長さよりも長い、少なくとも二つのループ状導電性経路を形成するように、縦長素子とリンク用コンダクタを構成することにより、少なくとも二つの共振ピークを有する周波数応答が、引き起こされ、比較的広い帯域幅を有するアンテナが生み出される。実際、共振周波数は、携帯電話システムの送受信帯域の中心周波数と一致するように選択され得る。
【０００８】
リンク用コンダクタは、給電接続部と反対の端部に隣接するコアの外側面上の１／４波長バランにより形成されることが可能であり、この給電接続部は、コアを通って縦方向に延伸するフィーダ構造体により設けられている。一つの好適な実施態様において、リンク用コンダクタは、一体型バランスリーブ、またはトラップにより形成されており、各導電性経路は、スリーブのリムを含んでいる。またその代わりに、各リンク用コンダクタは、コアの周りに延伸する導電性ストリップにより、形成されることができる。バランスリーブの利点は、アンテナがフィーダ構造体に結合されたシングルエンド給電部（single-ended feed）からの平衡モードでアンテナが作動することができることである。
【０００９】
好適なアンテナでは、コアの周りに延伸する二つのループ状導電性経路があり、各ループ状経路は、給電接続部から、（作動周波数によって決まる）第一グループの第一または第二アンテナ素子を経て、リンク用コンダクタまで延伸し、さらに、第二グループの第一または第二素子のそれぞれを経て元の給電接続部へ戻る。二つのループ状導電性経路のために、各グループのアンテナ素子の間の電気的長さの差異は、各グループの他の一素子または複数素子に対し異なる幅の素子の一つをそのグループに形成することにより実現することができる。事実上、それらの素子は導波管の働きをし、幅広の方の素子は、幅狭の方の素子よりも遅い速度で信号を伝播させる。またその代わりに、各グループの素子の一つは、そのグループの他の一素子または複数素子と異なる物理的長さを有するものでもよい。
【００１０】
好適な実施態様において、アンテナコアは、略円筒形であり、給電接続部は、そのコアの端面に置かれており、各グループの各縦長素子は、その端面上で共に結合されている。コアは中心軸を形成しており、アンテナ素子は、軸方向で実質的に同一の広がりを有し、各素子は、コアの外側面上またはそれに隣接した軸方向に離間された位置の間に延伸しているため、それらの離間された各位置で、アンテナ素子のそれぞれの離間された部分は実質的にコアの中心軸を含む単一面に位置している。この場合、各グループの縦長素子は、第一及び第二アンテナ素子を含み、ループ状導電性経路は、給電接続部から、素子の第一グループの第一及び第二アンテナ素子を通り、リンク用コンダクタまで延伸して、バランスリーブとなり、素子の第二グループのそれぞれの第一または第二アンテナ素子を通って給電接続部へ戻る。アンテナ素子は、螺旋形であり、コアの周りに半回転している。そのような構造体は、単一面と垂直に側方に向きを合わせられた零位を有するアンテナ放射パターンを生じる。
【００１１】
好適な実施態様のアンテナは、実際には、四つの共振モードを有する。これは、バランスリーブの設置によるものであり、そのバランスリーブには、バランリム周りとバラン経由のそれぞれの電流経路を含む、シングルエンドと平衡の両共振モードに対する備えがなされている。このような方法での結合されたモードの使用は、本発明者等による同時係属英国特許出願９８１３００２．４号において開示されており、同出願の内容は本明細書に参照されることによって組み込まれている。従って、二つの共振モードは、各グループの二つの素子の各々、すなわち一シングルエンドモードと一平衡モードに関連しており、結果として得られる周波数応答は、四つの共振ピークを有するものであり、そのため、なお一層広いバンド幅を生じる。それらの共振モードは、通常、少なくとも５％、好適には８％の小帯域幅を超えて上限３ｄＢの範囲内での応答を生成し、以下で説明される好適な実施態様のアンテナにより、最大約１１％の値が得られている。このような応答は、アンテナ前記アンテナを、例えば、１７１０ＭＨｚ乃至１８８０ＭＨｚのＤＣＳ−１８００帯域または複合ＰＣＳ−ＤＣＳ１９００帯域における携帯電話の用途に特に適したものとする。
【００１２】
本発明は、５より大きい比誘電率を有する固体材料の電気絶縁性コアと、給電接続部と、第一及び第二アンテナ素子対を含み成る前記コアの外側面上または同面に隣接して配置されたアンテナ素子構造体とを含み、各対の素子が実質的に直径方向で互いに対向して配置されており、前記コアの材料が、前記コア外側面により形成された大部分を占めている、２００ＭＨｚを超える周波数で作動するための誘電体装荷アンテナを含んでおり、本アンテナは、第一素子対の幅よりも広い幅を有する第二対に属する素子が形成されている。このようなアンテナは、グローバル・ポジショニング・システムの衛星により約１５７５ＭＨｚで送信された信号などの円偏波信号を受信するのに特に適している。また、このようなアンテナは、通常、二対の素子を有するように構成され、それらのうちの一対は、他対よりも長い素子を有する。長さが異なることにより、円偏波信号を受信するための位相シフト状態が引き起こされる。本発明に関係して上述にて参照された第二アンテナ素子対は、第一対よりも幅広に形成されるため、その素子は、（例えそれらが同じ物理的長さを有するものであるとしても）第一対の電気的長さよりも長い電気的長さを有する。素子の物理的長さが異なる前述のＧＰＳ型受信アンテナと異なり、ここで開示されるアンテナは、素子または結合コンダクタの複雑な形状を避けて、実質的に同じ物理的長さの素子を使用して製作することができる。
【００１３】
本発明を例として、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１を参照すると、本発明による好適なアンテナは、単一対の側方に対向して配置されたアンテナグループ１０ＡＢ、１０ＣＤを含むアンテナ素子構造体を有している。各グループは、アンテナコア１２の外側円筒面上に配置された二つの互いに隣接し、また略平行な縦長アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを含む。コア１２は、内側に金属ライニングが設けられた軸方向通路１４を有しており、その通路１４は、誘電体絶縁シース１７により囲む軸方向内側フィーダコンダクタ１６を収容する。内側コンダクタ１６とライニングは、コア１２の先端部面１２Ｄ上の給電位置で給電ラインをアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｄに結合するためのフィーダ構造体１８を共に形成している。アンテナ素子構造体は、素子１０Ａ〜１０Ｄの第一端部をフィーダ構造体に接続する金属コンダクタとして先端部面１２Ｄ上に形成された対応する径方向素子１０ＡＲ、１０ＢＲ、１０ＣＲ、１０ＤＲを含む。
【００１５】
本実施態様において、縦方向に延伸する素子１０Ａ〜１０Ｄ、及び対応する径方向素子は、ほぼ同じ物理的長さをしており、各素子１０Ａ〜１０Ｄは、コア１２の軸の周りに半回転する螺旋の形状をしている。各アンテナ素子グループは、第一素子１０Ａ、１０Ｃと第二素子１０Ｂ、１０Ｄを含む。両グループの第一素子１０Ａ、１０Ｃは、第一素子が第二素子の幅よりも広い幅を有するように、各グループに属する第二素子１０Ｂ、１０Ｄに対して異なる電気的長さを有するように構成されている。幅広の方の素子の方が幅狭な方の素子の場合よりも遅い速度で信号を伝播させるということが、予見されるであろう。
【００１６】
完全な導電性ループを形成するために、各アンテナ素子（１０Ａ〜１０Ｄ）は、縦長素子１０Ａ〜１０Ｄに対するリンクコンダクタとして、コア１２の近接端部分を囲む導電性スリーブ２０の形状をした共通仮想グラウンドコンダクタのリム２０Ｕに接続されている。スリーブ２０は、次に、コア１２の近接端部面１２Ｄにメッキをすることにより、軸方向通路１４のライニングに接続される。このようにして導電性ループは、第一グループ１０ＡＢの第一または第二アンテナ素子の何れかと、スリーブのリム２０Ｕと、第二グループ１０ＣＤの対応する第一または第二アンテナ素子とにより形成されている。
【００１７】
本アンテナのどの所定の横断面においても、第一グループ１０ＡＢの第一及び第二アンテナ素子は、対応する第二グループ１０ＣＤの第一または第二素子に対し、実質的に直径方向に対向して配置される。アンテナ素子の端部の全てが、実質的にコアの軸を含む共通面に位置して入ることが着目され、また、図１に示されている座標系の軸Ｘ及びＺにより示されるであろう。
【００１８】
導電性スリーブ２０は、フィーダ構造体１８を囲むアンテナコア１２の近接部分を覆っており、コア材料は、スリーブ２０と軸方向通路１４の金属ライニングとの間の空間全体を実質に充填している。フィーダ構造体１８により形成された伝送ライン中の信号が、アンテナの近接端部における不平衡状態と、スリーブ２０の上側エッジ部２０Ｕの面よりも上の軸方向位置における平衡状態との間で変換されるように、スリーブ２０とメッキとの組合せによりバランを形成する。この作用を実現するために、スリーブの軸方向長さは、誘電率が比較的に高い下層コア材料が存在する状態で、アンテナの作動周波数バンドにおいてバランが約λ／４または９０°の電気的長さを有するようにする。アンテナのコア材料が短縮効果（foreshortening effect）を有し、また、内側コンダクタを囲む環状の空間が比較的に小さい誘電率を有する絶縁誘電体材料で充填されているため、スリーブの末端側のフィーダ構造体１８は、短い電気的長さを有する。その結果、フィーダ構造体１８の末端部における信号は、少なくとも略平衡となる。スリーブ２０の別の作用は、アンテナの作動周波数の領域に在る周波数について、スリーブ２０のリム部分２０Ｕが、フィーダ構造体の外側コンダクタによって呈示されるグラウンドから効果的に絶縁されることである。これは、アンテナ素子１０Ａ〜１０Ｄの間を循環している電流が、実質的にリム部の範囲に制限されることを意味する。従って、アンテナが平衡モードで共振している時には、スリーブは絶縁トラップの働きをする。
【００１９】
各グループ１０ＡＢ、１０ＣＤの第一及び第二アンテナ素子が、所定の周波数において異なる電気的長さを有して形成されるため、それらの素子により形成された導電性ループもまた異なる電気的長さを有する。その結果、アンテナは、二つの異なる共振周波数で共振し、実際の周波数は、この場合、それらの素子の幅によって決まる。図１が示すように、各グループに属する略平行な素子は、コアの先端部面上の給電接続部の領域からバランスリーブ２０のリム２０Ｕまで延伸しており、このようにして、各グループに属する素子の間に、素子間チャネル１１ＡＢ、１１ＣＤ、あるいはスリットを形成する。
【００２０】
チャネルの長さは、それらの各共振周波数で互いに導電性経路の実質的な絶縁を実現するように構成される。これは、ｎを奇数としてλ／２またはｎλ／２の電気的長さを備えたチャネルを形成することにより実現される。導電性ループの一方の共振周波数において、各λ／２チャネルの両端部に隣接する位置、すなわちアンテナ素子の両端部の領域において、等しい値の電圧が存在する状態で、共振ループの全長にわたって定在波が引き起こされる。ループの一方が共振している場合、非共振素子の何れの端部でも電圧が等しいと電流の流れを生じないので、共振していないループの一部を形成するアンテナ素子は、隣の共振している素子から絶縁される。他方の導電性経路が共振していると、同様に、他方のループが共振しているループから絶縁される。要約すると、導電性経路の一方の共振周波数では、他方経路からの絶縁と同時に、その経路で励振が起こる。要するに、各枝路では他方の共振時、最小限しか他方の導電性経路に負荷をかけないという事実により、少なくとも二つの完全に区別可能な共振を異なる周波数で実現することができるということになる。事実上、二つ、または、それ以上の互いに絶縁された低インピーダンス経路が、コアの周りに形成される。
【００２１】
好適な実施態様において、チャネル１１ＡＢ、１１ＣＤは、アンテナ素子１０Ａ、１０Ｂ、及び１０Ｃ、１０Ｄの間にそれぞれ全体的に配置される。チャネルは、比較的に小さな距離だけスリーブ２０の中へ延伸してもよいが、各チャネル１１ＡＢ、１１ＣＤの全体の長さの大部分は、アンテナ素子の間に配置される。通常、各チャネルについては、素子の間に配置されたチャネル部の長さは、Ｌをチャネルの合計の物理的長さとして、０．７Ｌにもなるであろう。
【００２２】
以前記述したように、リンクコンダクタとしてバランスリーブ２０を含むことにより、アンテナは、各グループの素子間の電流の流れがスリーブ２０のリム２０Ｕの範囲に制限されている平衡モードで作動可能になる。都合の良いことに、アンテナは、異なる周波数でシングルエンド作動モードも示し、そのために電流は、各素子グループの一つのアンテナ素子から、縦方向にバランスリーブ２０を通り、メッキされた端面１０Ｐを経て、アンテナの先端部でフィーダ構造体の軸方向内側金属ライニングへと流れる。従って、前述において説明した二つの共振モード、すなわち二つの導電性ループの平衡モード共振によるモードに加えて、作動のシングルエンドモードにおいて、さらに二つの電導経路が提供される。シングルエンド作動に関連する導電性経路は、平衡モードにおけるループ状経路とは異なる電気的長さを有するので、周波数応答全体に四つの共振ピークが存在し、それ故、アンテナはそれに対応して広いバンド幅を示す。
【００２３】
アンテナは、好適には、３６の比誘電率ｇrを有するジルコニウム−スズ−チタン酸塩誘電体材料を使用して形成される。図１によれば、好適なアンテナのコアは、直径１０ｍｍ及び軸方向長さ１２．１ｍｍのとを有する。ヘリカルアンテナ素子１０Ａ〜１０Ｄはそれぞれ、コア１２Ｄの周りに半回転しており、スリーブの上側リムから約２６°のピッチ角を有する。バランスリーブ自体は、コアの近接端部面から測定して４．２ｍｍの縦方向の長さを有する。各グループに属する第一（幅広）素子１０Ａ、１０Ｃの幅は、１．１５ｍｍであるが、第二（幅狭）素子の幅は０．７５ｍｍである。素子間の間隔（すなわち、チャネルの幅）は、１ｍｍであり、各素子の中心から測定した場合の素子の離間距離は４．３１ｍｍである。コアの先端部面に関して、フィーダ構造体１４の直径は２ｍｍであるが、各グループに属するそれぞれの第一及び第二素子に対応する径方向素子部分１０ＡＲ、１０ＣＲ及び１０ＢＲ、１０ＤＲの幅は、それぞれ１．９ｍｍ及び１．６７ｍｍである。
【００２４】
図２は、周波数に対する前述のアンテナの反射減衰量の変化を図示している。示されているように、その特徴には四つの共振ピークがある。ピーク２５は約１．７４ＧＨｚに現れ、シングルエンドモードにおいて第一（幅広）素子により形成された経路に対応しており、ピーク２６は１．８ＧＨｚに現れ、平衡モードにおいて第一素子により形成された経路に対応しており、ピーク２７は１．８６ＧＨｚに現れ、シングルエンドモードにおいて第二（幅狭の方の）素子により形成された経路に対応しており、ピーク２８は１．８８ＧＨｚに現れ、平衡モードにおいて第二素子により形成された経路に対応する。幅広の方の素子がより大きい値の自己静電容量を有するため、それらは幅狭の方の素子よりも低い周波数でピークを生み出すということは正しく理解されるであろう。（−３ｄＢの点から測定された）作動帯域Ｂの幅は、約１９５ＭＨｚである。アンテナは、特に、１７１０ＭＨｚ乃至１８８０ＭＨｚのＤＣＳ−１８００帯域または複合ＰＣＳ−ＤＣＳ１９００帯域における作動に対して適しており、両帯域は、セルラー電話用途に使用されるものである。本アンテナは、０．１１（１１％）の領域内で使用可能な小バンド幅を呈し、その小バンド幅は、作動帯域Ｂの幅とその帯域の中心周波数ｆcとの比として定義され、その帯域内での本アンテナの反射減衰量は、その帯域外での平均反射減衰量よりも、少なくとも３ｄＢ少ない。反射減衰量は、Ｖr及びＶiをフィーダ構造体の給電終端部における反射及び入射無線周波数電圧(reflected and incident r.f. voltages)の大きさとして、２０ｌｏｇ10（Ｖr／Ｖi）として定義される。比較的に幅広の小バンド幅により、比較的に低い許容誤差の製造技術の使用が可能になる。
【００２５】
半回転ヘリカル素子が概して単一面に位置しているアンテナ素子構造体は、単純な平面ループと同じように機能し、平衡モードでの作動の場合、軸１２Ａに対し横向きで、その面に垂直な方向での放射パターンに零位を有する。それ故、放射パターンは、図３により示されているように、垂直及び水平両平面において、ほぼ８の字形である。図１の斜視図に関する放射パターンの向きは、図１及び図３の両方に示されている軸Ｘ、Ｙ、Ｚを含む座標軸系により示されている。放射パターンは、アンテナの各サイドに一つずつ、図１で示されているＹ軸に各々中心がある、二つの零位あるいはノッチを有している。図４で示されているように、本アンテナが携帯電話の送受話器に使用される場合には、零位の一つが利用者の頭部の方へ向きを合わせて、その方向での放射を減少させるように、アンテナが配向される。
【００２６】
導電性バランスリーブ２０とコアの近接端部面上の導電層により、プリント回路板またはその他の接地された構造体上に、直接、確実にアンテナを実装することができる。本アンテナは、電話の送受話器ユニットの内側に全体的に、あるいは図４で示されているように部分的に突き出させて、実装することができる。
【００２７】
各グループ１０ＡＢ、１０ＣＤの互いに隣接する素子を、異なる幅の素子として形成することに代わる方法として、例えば、それらの一方を屈曲するなど、異なる物理的長さでそれらを形成することにより、異なる電気的長さを有するように、各グループの素子を作製してもよい。
【００２８】
図５を参照して、本発明の第二実施態様をここで説明する。このアンテナは、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）の衛星により送信された信号のような円偏波信号の受信に適している。このようなアンテナは、本発明者等による前の英国特許出願ＧＢ２２９２６３８Ａ号において開示されており、同特許出願の全開示内容は、提出されたような本件特許出願の内容の一部を形成するように、本件特許出願に組み込まれている。先行の出願では、二対の直径方向で対向して配置されたヘリカルアンテナ素子を有するクワドリファイラアンテナを開示しており、第二対の素子は、逸脱せずに螺旋形経路に従う第一対の素子よりも第二対の素子の方が長くなるように、コアの外側円筒面上において平均的螺旋ラインの両サイドで逸脱するそれぞれの屈曲した経路に従っている。素子の長さに変化をつけることで、アンテナは円偏波信号の送受信に適したものになる。別のクワドリファイラアンテナが本発明者等による英国特許出願ＧＢ２３１０５４３Ａ号において開示されており、同出願では、コアの端部上にあるメッキされたスリーブにアンテナ素子が接続される。第一対の素子をリンク用エッジ部に連結する点よりも、コアの他方端部のフィーダ構造体により近い点で、第一対のアンテナ素子をスリーブのリンク用エッジ部に連結するように、非平面リムを有するスリーブを形成する。
【００２９】
図５に示されているように、本発明によるクワドリファイラアンテナは、セラミックコア３２の円筒形外側面上に金属コンダクタトラックとして形成された、縦方向に延伸する四つのアンテナ素子３０Ａ〜３０Ｄを備えたアンテナ素子構造体を有している。コア３２は、内側金属ライニング３４を有する軸方向通路３３を有しており、その通路は、軸方向フィーダコンダクタ３５を収容している。内側コンダクタ３５とライニングは、この場合、給電ラインをアンテナ素子に接続するためのフィーダ構造体３６を形成する。また、アンテナ素子構造体は、縦方向に延伸する各素子の端部をフィーダ構造体３６に接続する金属トラックとして、コアの近接端部面３２Ｄ上に形成された対応する径方向アンテナ素子３０ＡＲ〜３０ＤＲも含んでいる。アンテナ素子の他方の端部は、コアの近接端部分を囲むメッキされたスリーブ４０の形の共通仮想グラウンドコンダクタに接続される。このスリーブ４０は、次に、コアの近接端部面上をメッキすることにより、軸方向通路３３のライニングに接続される。
【００３０】
図５から分かるように、四つの縦方向に延伸する素子３０Ａ〜３０Ｄは、幅が異なっており、それらの素子の二つは、他の二つよりも幅広である。各対に属する素子は、コア軸の両側で直径方向に互いに対向している。
【００３１】
ヘリカル素子に対して略均一な放射抵抗を維持するために、各素子は単純な螺旋形経路に沿う。各素子は、コア軸で同じ回転角度、ここでは１８０°または半回転、に対している。スリーブの上側リンク用エッジ部４０Ｕは、実質的に平面である。
【００３２】
縦方向に延伸する素子と対応する径方向素子の各対は、所定電気的長さを有するコンダクタを構成している。この場合、電気的長さは、アンテナ素子の物理的長さのみならず、素子の幅によっても決定される。事実上、アンテナ素子は導波管と見なすことができる。当業者に予見されるように、幅広素子は、それよりも幅狭の素子で伝播される位相速度よりも遅い位相速度で、適用された信号を伝播させる。本実施態様では、幅狭素子対それぞれの合計の電気的長さは、作動波長において約１３５°の伝送遅延に対応するように構成されるが、幅広素子対のそれぞれは、さらに長い遅延を引き起こしており実質的に２２５°対応している。故に、平均伝送遅延は、作動波長におけるλ／２の電気的長さに相当する１８０°となる。The Microwave Journalの1970年12月号、49〜54頁に、「Resonant Quadrifilar Helix Design」と題してKilgus が明記しているように、異なる素子幅は、円偏波信号用のクワドリファイアヘリカルアンテナ(quadrifilar helix antenna)に要求される位相シフト状態を生じる。
【００３３】
素子対の二つ、例えば、素子３０Ａ、３０Ｂ（すなわち、一つの幅広素子と一つの幅狭素子）は、径方向素子３０ＡＲ及び３０ＢＲの内側端部で、コアの先端部のフィーダ構造体３６の内側コンダクタ３５に接続されるが、他の二つの素子対の径方向素子３０ＣＲ、３０ＤＲは、コア内側通路の金属ライニングにより形成されたフィーダスクリーンに接続される。フィーダ構造体３６の先端部では、内側コンダクタ３５及びフィーダスクリーン上の信号は、略平衡となっており、アンテナ素子は、略平衡な送信源または負荷と共に存在することになる。
【００３４】
縦方向に延伸する素子の左巻きセンスの螺旋形経路を用いると、アンテナは、右旋円偏波信号用に最高利得を有することになる。代わりに左旋円偏波信号用にアンテナを使用する場合、螺旋の方向は逆転され、径方向素子の接続パターンは９０°回転される。左旋及び右旋円偏波信号の両方を受信するために適したアンテナの場合、縦方向に延伸する素子は、軸に対して略平行な経路に沿うように構成することができる。
【００３５】
導電性スリーブ４０は、アンテナコアの近接部分を覆っており、そのため、スリーブ４０と軸方向通路３３の金属ライニングとの間の空間全体を充填しているコア材料で、フィーダ構造体３６を囲んでいる。スリーブ４０は、軸方向の長さｌBを有する円筒体を形成しており、かつ、コアの近接端部面のメッキによりライニングに接続される。スリーブ４０とメッキとの組合せによりバランを形成して、そのため、フィーダ構造体３６により形成された伝送ラインの信号は、アンテナの近接端部における不平衡状態と、スリーブの上側リンク用エッジ部４０Ｕのような近接端部と略同じ距離か、さらに離れた距離に在る軸方向位置における略平衡状態との間で変換される。このような作用を実現するために、平均スリーブ長さは、比誘電率が比較的に高い下層コア材料が存在する状態で、バランが本アンテナの作動周波数でλ／４の平均電気的長さを有するようなものにする。本アンテナのコア材料が短縮効果を有しており、かつ、内側コンダクタを囲む環状空間が比較的に小さい誘電率を有する絶縁誘電体材料で充填されているので、スリーブの先端側のフィーダ構造体は短い電気的長さを有する。その結果、フィーダ構造体の先端部における信号は、少なくとも略平衡になる。半硬質ケーブルの絶縁体の誘電率は、通常、前述のセラミックコア材料の誘電率よりもかなり低い。例えば、ＰＴＦＥの比誘電率ｇrは、約２．２である。
【００３６】
スリーブ４０により形成されたトラップは、素子間の電流用に、リンク用エッジ部に沿った環状経路を与えており、二つのループ、すなわち幅狭アンテナ素子を含む第一ループと、幅広アンテナ素子とを含む第二ループ、を効果的に形成する。クワドリファイラ共振では、最大電流が素子の端部とリンク用エッジ部４０Ｕに存在し、最大電圧は、エッジ部４０Ｕとアンテナの先端部との間の略中間レベルに存在する。エッジ部４０Ｕは、スリーブ４０により生成された１／４波長トラップにより、その近傍エッジ部でグラウンドコネクタから効果的に絶縁される。
【００３７】
アンテナは、５００ＭＨｚ以上の主共振周波数を有しており、その共振周波数は、アンテナ素子３０Ａ〜３０Ｄの有効電気的長さにより決定される。所定の共振周波数に対する素子の電気的長さは、コア材料の比誘電率によっても決まり、アンテナの寸法は、空気コアで同様に構成されたアンテナと比較して実質的に縮小されている。
【００３８】
好適なコア用材料は、ジルコニウム−チタン酸塩ベースの材料である。この材料は、前述した３６の比誘電率を有しており、また、温度変化に伴うその寸法的及び電気的安定性についても留意されている。尚、誘電損失は無視してもよい。コアは、押出しまたは加圧成形により製作することができる。
【００３９】
アンテナ素子は、コアの外側円筒形及び端部表面に接合された金属コンダクタトラックである。
【００４０】
予見され得るように、素子が異なる幅を有することで異なる電気的長さを有するため、実質的に同様の物理的長さを有する素子を形成することができる。さらに、複雑な素子及び／またはスリーブ構成物は必要とされず、設計及び製造プロセスは、結果としてさらに容易なものとなる。
【００４１】
空気の比誘電率よりも実質的に高い比誘電率、例えばｇr＝３６を有するコアを用いると、１５７５ＭＨｚのＬバンドＧＰＳ受信用の前述したようなアンテナは、通常、約１０ｍｍのコア直径を有するものとなり、縦方向に延伸するアンテナ素子は、約１０．５ｍｍの縦方向の（すなわち、中心軸と平行な）平均的な広がりを有する。幅狭及び幅広素子の幅は、それぞれ約０．７６ｍｍ及び１．５ｍｍである。１５７５ＭＨｚにおいて、スリーブの長さｌBは、通常、６ｍｍの範囲内にある。アンテナ素子の正確な寸法は、所望の位相差が得られるまで固有値遅延測定を実施することによる試行錯誤に基づき、設計段階で決定することができる。
【００４２】
尚、アンテナを製造し得る方法は、前述のＧＢ２２９２６３８Ａ号において説明されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるアンテナの斜視図である。
【図２】  図１のアンテナの反射減衰応答を示すグラフである。
【図３】  図１のアンテナの放射パターンを図示する線図である。
【図４】  図１のアンテナを組み込んでいる電話の送受話器の斜視図である。
【図５】  本発明による別のアンテナの斜視図である。
【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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