(57)【要約】  デュアルバンド誘電体装荷マルチフィラーアンテナは、フィード接続ノード（１３Ｋ，１３Ｌ）から環状のリンク導体（２０Ｕ）まで伸びる第１の群の導電性らせん状アンテナエレメント（１０Ａ〜１０Ｆ）と、フィード結合ノードからリンク導体の方向に、リンク導体から離れた実質上の開回路端まで伸びる第２の群の導電性らせん状アンテナエレメント（１１Ａ〜１１Ｄ）とを有する。第１の群のらせん状エレメントは、アンテナの第１の動作周波数におけるおおよそ半波長の電気的長さを有する半回転エレメントである。第２の群のらせん状エレメントは、ほぼ４分の１波長の電気的長さ及びアンテナの第２の動作周波数を有するおおよそ４分の１回転のらせん状エレメントである。各群のエレメントは、円偏波放射のためのそれぞれの共振モードに関連付けられる。
2012520594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００ＭＨｚを上回る周波数における動作のための誘電体装荷アンテナであって、
５よりも大きい比誘電率を有するとともにコア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体材料の電気絶縁性誘電体コアを備え、そのコア外表面は、互いに反対を向いた横方向に広がる表面部分と、前記横方向に広がる部分の間の側面部分とを有し、
前記アンテナは、更に、
前記横方向に広がる表面部分の１つに関連付けられたフィード結合ノードと、
前記フィード結合ノードから離れた位置にあるリンク導体と、
アンテナエレメント構造であって、
前記フィード結合ノードから前記コア側面部分を経て前記リンク導体まで伸びる第１の群の細長い導電性アンテナエレメントと、
前記フィード結合ノードから前記リンク導体の方向に前記側面部分を経て、前記リンク導体から離れた実質上の開回路端まで伸びる第２の群の細長い導電性アンテナエレメントと、
を含むアンテナエレメント構造と、
を備えるアンテナ。
【請求項２】
第１及び第２の動作周波数を有し、
前記第１の群のアンテナエレメントは、１つのフィード接続ノードから前記リンク導体を介してもう１つのフィード接続ノードまで伸びる導電性ループの一部を形成し、これらの各ループは、λｇ１を前記第１の動作周波数における前記ループに沿った管内波長としたときに、ほぼλｇ１の有効電気的長さを有し、
前記第２の群のアンテナエレメントは、λｇ２を前記第２の動作周波数における前記第２の群のアンテナエレメントに沿った管内波長とし、ｎを整数としたときに、ほぼ（２ｎ−１）λｇ２／４の電気的長さを有する、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
各導電性ループは、ｍを整数としたときに、それぞれｍλｇ２の電気的長さを有する２つのらせん状導体を含む、
請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記フィード結合ノードのそれぞれに接続された前記アンテナエレメントについて、前記第２の群のアンテナエレメントは、前記第１の群のアンテナエレメントと交互に配置されている、
請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
少なくとも前記第１の群のアンテナエレメントは、実質らせん状である、
請求項１ないし４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
第１及び第２の動作周波数における円偏波放射を伴う動作のためのものであり、
前記第１の群のアンテナエレメントは、このようなエレメントのペアを３つ含み、
前記第２の群のアンテナエレメントは、このようなエレメントのペアを２つ含む、
請求項１ないし５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１の群のアンテナエレメントは、実質半回転のらせんであり、
前記第２の群のアンテナエレメントは、実質４分の１回転のらせんである、
請求項１ないし６のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項８】
前記フィード結合ノードは、平衡フィードの一部を形成し、
前記リンク導体は、バラン・スリーブであり、
前記第１の群のアンテナエレメントは、前記フィード結合ノードと前記スリーブのリムとの間に伸びる、
請求項１ないし７のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項９】
前記リンク導体は、λｇ１を前記第１の動作周波数における前記リムの管内波長としたときに、λｇ１の電気的長さを有する、
請求項１ないし８のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記第２の動作周波数は、前記第１の動作周波数よりも下である、
請求項１ないし９のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記フィード結合ノードのそれぞれに接続された前記アンテナエレメントについて、前記アンテナエレメントによって形成されるパターンは、前記第１の群のアンテナエレメント及び前記第２の群のアンテナエレメントの順序が前記パターンに関連した中心線に関して鏡像をなすようなパターンである、
請求項１ないし１０のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記細長い導電性アンテナエレメントの群は、それぞれ、前記フィード結合ノードの１つに接続されたエレメントと、前記フィード結合ノードのもう１つに接続されたエレメントとを有し、
前記エレメントの配置は、各フィード結合ノードに接続された複数の前記エレメントについて、（ａ）隣接するアンテナエレメントのペアを含み、各ペアが、前記第１の群のエレメントを１本と、前記第２の群のエレメントを１本とを含むようであり、尚且つ（ｂ）前記コア沿いの所定の方向に、前記第１の群のエレメントが前記第２の群のエレメントに先行している前記ペアの数が、前記方向に、前記第２の群のエレメントが前記第１の群のエレメントに先行している前記ペアの数に等しいような、配置である、
請求項１ないし１１のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１３】
５００ＭＨｚを上回る第１及び第２の周波数帯域における動作のための誘電体装荷ヘリカルアンテナであって、
それぞれの周波数帯域は、それぞれの中心周波数の平均の少なくとも５パーセント離れた中心周波数を有し、
前記アンテナは、
コア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体の誘電体材料で作成されたコアと、
前記第１の帯域内の共振周波数を定める複数の実質半回転の閉回路導電性らせん状エレメント、及び前記第２の帯域内の共振周波数を定める複数の実質４分の１波長の開回路らせん状エレメントを含むアンテナエレメント構造と、
を備えるアンテナ。
【請求項１４】
２００ＭＨｚを上回る第１及び第２の動作周波数を有する誘電体装荷アンテナであって、
５よりも大きい比誘電率を有するとともにコア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体材料の電気絶縁性誘電体コアを備え、そのコア外表面は、互いに反対を向いた横方向に広がる表面部分と、前記横方向に広がる部分の間の側面部分とを有し、
前記アンテナは、更に、
前記横方向に広がる表面部分の１つに関連付けられたフィード結合ノードと、
前記フィード結合ノードから、前記コアの前記側面部分上を、前記横方向に広がる表面部分のもう１つに向かって伸びて、開回路端において終結する細長い導電性アンテナエレ
メントのペアを少なくとも１つ含むアンテナエレメント構造と、
を備え、
前記細長いエレメントは、それぞれ、λｇを前記動作周波数の１つにおける前記エレメントに沿った管内波長とし、ｎを整数としたときに、ほぼ（２ｎ−１）λｇ／４の電気的長さを有する、
アンテナ。
【請求項１５】
前記アンテナエレメント構造は、前記細長い導電性アンテナエレメントのペアを少なくとも２つ有し、
前記細長い導電性アンテナエレメントのペアのうち、１つのペアのエレメントの電気的長さは、もう１つのペアのエレメントの電気的長さよりも大きい、
請求項１４に記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記コアは、実質円柱状であり、
前記２つのペアの前記細長いアンテナエレメントは、実質らせん状であるとともに、共通の中心軸を有する、
請求項１４又は１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
請求項１４ないし１６のいずれかに記載のバックファイヤ型アンテナ。
【請求項１８】
前記フィード結合ノードに結合されたバランを備える、
請求項１４ないし１６のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記コア内を通っている同軸フィード線と、
前記コアを取り囲み、前記フィード線の外側被覆に前記コアの前記横方向に広がる表面部分のもう１つにおいて接続されたバラン・スリーブと、
を備える請求項１８に記載のアンテナアンテナ。
【請求項２０】
前記動作周波数の両方における円偏波放射を伴う動作のための、請求項１４ないし１９のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項２１】
２００ＭＨｚを上回る周波数における動作のための誘電体装荷アンテナであって、
５よりも大きい比誘電率を有するとともにコア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体材料の実質円柱状の電気絶縁性誘電体コアであって、そのコア外表面は、前記コアの中心軸に対して横方向に広がる互いに反対を向いた遠位側及び近位側の外表面部分と、前記横方向に広がる部分の間の実質円筒状の側面部分とを有する、誘電体コアと、
前記コアの前記遠位側外表面部分の領域に配置され、平衡フィード終端を形成するフィードノードと、
細長い開回路導電性アンテナエレメントのペアを少なくとも１つ含むアンテナエレメント構造であって、前記アンテナエレメントは、λｇを前記アンテナの動作周波数における前記エレメントに沿った管内波長とし、ｎを整数としたときに、ほぼ（２ｎ−１）λｇ／４の電気的長さを有し、前記フィードノードから、らせん状アンテナエレメント部分を経て前記コアの前記円筒状側面部分上のそれぞれの開回路端まで伸びる、アンテナエレメント構造と、
前記コア内を通っている通路内のフィード線と、
前記フィード線に接続されたバランと、
を備えるアンテナ。
【請求項２２】
前記コアの前記近位側外表面部分の領域において接続されたシングルエンドフィードを
有し、
前記バランは、前記フィード接続に接続されるとともに前記コア近位側外表面部分及び前記コア側面部分の近位側に広がって前記アンテナの動作周波数における４分の１波長開回路スタブを形成する導電層を含む、
請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記バラン導電層は、前記コアを取り囲み、前記コア側面部分上に、前記アンテナの動作周波数における経路に沿った単一管内波長に等しい電気的長さを持つ環状の導電性経路を形成する、
請求項２２に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記動作周波数における円偏波放射を伴う動作のためであり、前記アンテナエレメント構造は、前記細長い導電性アンテナエレメントのペアを少なくとも２つ含む、
請求項２１ないし２３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項２５】
２００ＭＨｚを上回る第１及び第２の周波数帯域における動作のための誘電体装荷アンテナであって、
５よりも大きい比誘電率を有するとともにコア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体材料の電気絶縁性誘電体コアを備え、そのコア外表面は、互いに反対を向いた横方向に広がる表面部分と、前記横方向に広がる部分の間の側面部分とを有し、
前記アンテナは、更に、
前記横方向に広がる表面部分の１つに関連付けられたフィード結合ノードのペアと、
第１の群及び第２の群の細長い導電性アンテナエレメントを含むアンテナエレメント構造であって、各群は、前記フィード結合ノードから前記コア側面部分を経て前記横方向に広がる表面部分のもう１つに向かって伸びる少なくとも４本のアンテナエレメントを含む、アンテナエレメント構造と、
を備え、
前記第１の群のエレメントは、前記第２の群のエレメントよりも長く、それによって、前記第１の群のエレメント及び前記第２の群のエレメントは、異なる共振周波数の第１及び第２の円偏波共振にそれぞれ関連付けられ、
各アンテナエレメント群は、前記フィード結合ノードの１つに接続されたエレメントと、前記フィード結合ノードのもう１つに接続されたエレメントとを有し、これらのエレメントの配置は、各フィード結合ノードに接続されたエレメントについて、（ａ）隣接するアンテナエレメントのペアを含み、各ペアが、前記第１の群のエレメントを１本と、前記第２の群のエレメントを１本とを含むようであり、尚且つ（ｂ）前記コア沿いの所定の方向に、前記第１の群のエレメントが前記第２の群のエレメントに先行している前記ペアの数が、前記方向に、前記第２の群のエレメントが前記第１の群のエレメントに先行している前記ペアの数に等しいような、配置である、
アンテナ。
【請求項２６】
各フィード結合ノードに接続されたエレメントに関して、前記第１の群のエレメント及び前記第２の群のエレメントは、前記コアの前記側面部分の周囲に交互の順序で配置される、
請求項２５に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記第１の群のアンテナエレメントは、６本のらせん状アンテナエレメントを含み、
前記第２の群のアンテナエレメントは、４本のらせん状アンテナエレメントを含む、
請求項２６に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００ＭＨｚを超える周波数における動作のための誘電体装荷アンテナに関し、主として、ただし非排他的に、円偏波電磁放射を伴う動作のためのマルチフィラーヘリカルアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体装荷クアドリフィラーヘリカルアンテナが、英国特許出願第２２９２６３８Ａ号、第２３１０５４３Ａ号、及び第２３６７４２９Ａ号、並びに国際出願第ＷＯ２００６／１３６８０９号に開示されている。このようなアンテナは、主に、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星コンステレーションなど、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）から位置決定及びナビゲーションの目的で円偏波信号を受信することを意図されている。Ｌ１バンドのＧＰＳ及び対応するＧａｌｉｌｅｏサービスは、狭帯域サービスである。そのほかにも、従来のアンテナから得られるよりも大きい比帯域幅の受信装置又は送信装置を必要とする衛星ベースのサービスがある。より広い帯域幅を提供するアンテナの１つは、英国特許出願第２４２４５２１Ａ号に開示されたものである。デュアルバンド誘電体装荷アンテナシステムが、英国特許出願第２３１１６７５Ａ号に開示されている。円偏波信号を受信することができ尚且つ共振リング導体を有するアンテナが、欧州特許出願第１１４７５７１Ａ号に開示されている。
【０００３】
関連のアンテナが、英国特許出願第２４４５４７８Ａ号に開示されている。この出願は、類似のクアドリフィラーアンテナよりも広い帯域幅及び／又は高い利得を提供するヘクサフィラーアンテナ及びオクタフィラーアンテナを開示している。高インピーダンスのクアドリフィラーアンテナが、英国特許第２４４４３８８号に開示されている。
【０００４】
上記出願の開示内容は、その全体を、出願時における本出願の開示内容に引用によって組み込まれるものとする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、第１及び第２の共振周波数における円偏波放射を受信することができるアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様にしたがうと、２００ＭＨｚを上回る周波数における動作のための誘電体装荷アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有するとともにコア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体材料の電気絶縁性誘電体コアを含み、そのコア外表面は、互いに反対を向いた横方向に広がる表面部分と、これらの横方向に広がる部分の間の側面部分とを有し、上記アンテナは、更に、上記横方向に広がる表面部分の１つに関連付けられたフィード接続ノードと、これらのフィード接続ノードから離れた位置にあるリンク導体と、アンテナエレメント構造であって、フィード接続ノードからコア側面部分を経てリンク導体まで伸びる第１の群の細長い導電性アンテナエレメント、及びフィード接続ノードからリンク導体の方向に側面部分を経てリンク導体から離れた開回路端まで伸びる第２の群の細長い導電性アンテナエレメントを含むアンテナエレメント構造とを含む。円偏波放射を伴う動作のための本発明の好ましい一実施形態では、第１の群のアンテナエレメントは、平衡フィードのフィード接続ノードの１つからリンク導体を介してもう１つのフィード接続ノードまで伸びる導電性ループの一部を形成し、これらの各ループは、λｇ１を第１の動作周波数におけるループに沿った管内波長としたときに、ほぼλｇ１
の有効電気的長さを有する。各ループは、好ましくは、ｍを整数としたときに、それぞれｍλｇ１／２の電気的長さを有する２つのらせん状導体を含む。第２の群のアンテナエレメントは、λｇ２を第２の動作周波数における第２の群のアンテナエレメントに沿った管内波長とし、ｎを整数としたときに、ほぼ（２ｎ−１）λｇ２／４の電気的長さを有する。したがって、第１及び第２の動作周波数は、第１の群及び第２の群の細長いアンテナエレメントにそれぞれ関連付けられた第１及び第２の共振モードの周波数である。
【０００７】
好ましいアンテナでは、アンテナエレメント構造は、ヘクサフィラーヘリカルアンテナとクアドリフィラーヘリカルアンテナとを混在させた配置を提供するものであり、コアの共通円筒状側面上において、これらのうち一方は半波長・半回転の閉回路エレメントを有するものであり、もう一方は閉回路らせんを間に挟まれた４分の１波長・４分の１回転の開回路らせんを有するものである。第１の群及び第２の群のらせん状エレメントは、いずれの場合も、コアの周囲に実質均等に分布されており、ヘクサフィラーアンテナエレメント構造とクアドリフィラーアンテナエレメント構造とを混在させたものである、１０本のらせん状エレメントを伴うアンテナの場合、各群のエレメントは、コア軸に対する角度の観点から見て、軸に垂直な任意の面内において、各群の隣接するエレメント間が、２５°以内の厳密な均等性を有する。
【０００８】
ＧＢ２４４５４７８Ａに開示されているような、円偏波放射のための先行するヘクサフィラーヘリカルアンテナのアンテナエレメントと同様に、第１の群のらせん状エレメントは、このようなエレメントのペアを３つ含み、各ペアは、僅かに異なる電気的長さを有し、各ペアのエレメントは、コア軸に垂直な任意の面内において直径方向に互いに相対している。特筆すべきは、本発明にしたがった好ましいアンテナにおいて、同様な電気的長さの相違が、第２の群のエレメントにも当てはまることである。すなわち、第２の群のエレメントは、らせん状エレメントのペアを２つ含み、１つのペアのエレメントの電気的長さは、もう１つのペアのエレメントの電気的長さよりも大きくなっている。このようにすれば、各群のエレメントの間で、電圧及び電流の位相進行を生じさせ、各群のエレメントを、とりわけエレメントの電気的長さに依存するそれぞれの周波数における円偏波共振モードで共振させることが可能である。
【０００９】
本発明にしたがった好ましいアンテナは、コアを取り囲むバラン・スリーブの形態をとるリンク導体を有し、このスリーブは、第１の群のアンテナエレメントのための共通の相互接続導体として機能する。第１の群のアンテナエレメント及び第２の群のアンテナエレメントにそれぞれ関連付けられた各円偏波共振モードにおける特に有益な放射パターンは、第１の動作周波数を内包する第１の動作周波数帯域内の一周波数におけるリムの管内波長をλｇ１として、スリーブのリムがλｇ１の電気的長さを有する場合に生成される。
【００１０】
第２の動作周波数、すなわち第２の群の開回路エレメントによって決定される周波数は、周波数スペクトルにおいて第１の動作周波数よりも下である（後者は、第１の群の閉回路らせん状エレメントによって決定される）。好ましいアンテナは、第２の動作周波数を内包する第２の動作周波数帯域を有し、この第２の動作周波数帯域は、第１の動作周波数帯域よりも下である。通常、第１及び第２の動作周波数帯域の中心周波数は、２つの中心周波数の平均の少なくとも５パーセント離れている。
【００１１】
本発明の別の態様にしたがうと、５００ＭＨｚを上回る第１及び第２の周波数帯域における動作のための誘電体装荷ヘリカルアンテナが提供され、これらの周波数帯域は、それぞれの中心周波数の平均の少なくとも５パーセント離れた２つの中心周波数を有し、アンテナは、コア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体の誘電体材料で作成されたコアと、第１の帯域内の共振周波数を定める複数の実質半波長の閉回路導電性らせん状エレメント、及び第２の帯域内の共振周波数を定める複数の実質４分の１波長の
開回路らせん状エレメントを含むアンテナエレメント構造とを含む。
【００１２】
本発明は、また、２００ＭＨｚを上回る周波数における動作のための誘電体装荷アンテナも含み、該アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有するとともにコア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体材料の電気絶縁性誘電体コアを含み、そのコア外表面は、反対を向いた横方向に広がる表面部分と、これらの横方向に広がる表面部分の間の側面部分とを有し、上記アンテナは、更に、横方向に広がる表面部分の１つに関連付けられたフィード接続ノードと、これらのフィード接続ノードからコアの側面部分を経てもう１つの横方向に広がる表面部分に向かって伸びて開回路端において終結する細長い導電性アンテナエレメントのペアを少なくとも１つ含むアンテナエレメント構造とを含み、上記細長いエレメントは、それぞれ、λｇを動作周波数におけるエレメントに沿った管内波長とし、ｎを整数としたときに、ほぼ（２ｎ−１）λｇ／４の電気的長さを有し、ｎは、好ましくは１に等しい。有利には、アンテナは、細長い導電性アンテナエレメントのこのようなペアを２つ有し、１つのペアのエレメントの電気的長さは、もう１つのペアのエレメントの電気的長さよりも大きく、アンテナは、上記動作周波数における円偏波放射を伴う動作に適応している。
【００１３】
細長い導電性アンテナエレメントは、円柱状であるコアの円筒状側面部分の周囲に実質均等に間隔を置いて配されること、各アンテナエレメントは、実質らせん状であり、円柱状コアの軸を中心とすることが好ましいとされる。
【００１４】
本発明にしたがった好ましいアンテナは、バックファイヤ型アンテナである、すなわち、フィード接続ノードがコアの遠位端面部分にあり尚且つフィード線が１つの端面部分からもう１つの端面部分へとコア内を通っているアンテナであるが、本発明にしたがうと、コアの近位端面部分上のフィード接続ノードを、コアの近位表面上に直接形成された又はアンテナとコアに取り付けられたプリント回路基板との組み合わせを含むアンテナアセンブリの一部を形成するプリント回路基板上に形成されたバランに結合することによって、いわゆるエンドファイヤ型アンテナを構成することも可能である。
【００１５】
好ましいアンテナは、しかしながら、上で言及された先行技術の明細書に開示されているアンテナと同様に、コア内を通っている同軸フィード線の外側導体にコアの近位端面部分において結合されたスリーブバランを有する。
【００１６】
例えば、上記のＷＯ２００６／１３６８０９に概して開示されているように、フィード線とフィード接続ノードとの間にリアクティブ整合回路網が介在されているときに、最良の結果が得られる。該整合回路網は、通常、少なくとも１つの分路キャパシタンスと、好ましくは少なくとも１つの直列インダクタンスとを含む。アンテナの両動作帯域における、フィード線に対するアンテナエレメント構造の有利な整合は、フィード線の導体を跨いで接続された第１の分路キャパシタンスと、フィード線導体の１つとアンテナエレメントとの間の第１及び第２の直列インダクタンスと、これらの２つのインダクタンスの合流地点に接続された第２の分路キャパシタンスとを有する二極のＬＣ整合回路網によって実現される。回路網は、２つの帯域においてアンテナエレメント構造のインピーダンスを整合させる効果だけでなく、第２の動作周波数帯域において、すなわち第２の群の開回路らせん状エレメントによって決定される共振モードにしたがって得られる放射パターンを向上させる効果も有する。
【００１７】
本発明の更に別の態様にしたがうと、２００ＭＨｚを上回る第１及び第２の周波数帯域における動作のための誘電体装荷アンテナは、５よりも大きい比誘電率を有するとともにコア外表面によって画定される内部体積の大部分を占有する固体材料の電気絶縁性誘電体コアを含み、そのコア外表面は、反対を向いた横方向に広がる表面部分と、これらの横方
向に広がる部分の間の側面部分とを有し、上記アンテナは、更に、上記横方向に広がる表面部分の１つに関連付けられたフィード結合ノードのペアと、第１の群及び第２の群の細長い導電性アンテナエレメントを含むアンテナエレメント構造であって、各群は、上記フィード結合ノードからコア側面部分を経て上記横方向に広がる表面部分のもう１つに向かって伸びる少なくとも４本のアンテナエレメントを含む、アンテナエレメント構造とを含み、第１の群のエレメントは、第２の群のエレメントよりも長く、それによって、第１の群及び第２の群のエレメントは、異なる共振周波数の第１及び第２の円偏波共振にそれぞれ関連付けられ、各アンテナエレメント群は、上記フィード結合ノードの１つに接続されたエレメントと、上記フィード結合ノードのもう１つに接続されたエレメントとを有し、これらのエレメントの配置は、各フィード結合ノードに接続されたエレメントについて、（ａ）隣接するアンテナエレメントのペアを含み、各ペアが、第１の群のエレメントを１本と、第２の群のエレメントを１本とを含むような、尚且つ（ｂ）コア沿いの所定の方向に、第１の群のエレメントが第２の群のエレメントに先行している上記ペアの数が、上記方向に、第２の群のエレメントが第１の群のエレメントに先行している上記ペアの数に等しいような、配置である。
【００１８】
各フィード結合ノードに接続されたエレメントに関して、第１の群のエレメント及び第２の群のエレメントは、コアの側面部分の周囲に交互の順序で配置されることが好ましいとされる。
【００１９】
上で記載された複数の隣接するアンテナエレメントのペアは、一般に３つのペアを含み、各ペア内のエレメントの１つは同様の別のペアのエレメントでもある。
【００２０】
本発明は、とりわけ、離れた２つの周波数帯域で衛星に対する信号の送受信を行うためのデュアルサービスに対する用途を有する。このようなデュアルサービス用途の１つは、例えばＧＰＳシステム及びＧａｌｉｌｅｏシステムによって使用される（１５７５．４２ＭＨｚ及び１２７７．６０ＭＨｚの）Ｌ１バンド及びＬ２バンドのような２つの帯域で全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）信号を同時受信するためのものである。アンテナのその他の用途には、２．００５ＧＨｚ及び２．１９５ＧＨｚを中心としたアップリンク帯域及びダウンリンク帯域を有するＴｅｒｒｅＳｔａｒ  Ｓバンドサービスのように、隣接するアップリンク周波数帯域及びダウンリンク周波数帯域を用いるＳバンド及びＬバンド衛星電話サービスのための手持ち式のモバイルトランシーバがある。開回路アンテナエレメントを４分の１波長エレメントとして動作させることによって、それらを、同じコアの外表面部分上にあるにもかかわらず、半波長閉回路エレメントよりも大幅に低い周波数で共振するように寸法決定することが可能になる。別の一実施形態では、閉回路エレメントを１波長エレメント又は１．５波長エレメントとし、４分の３波長開回路エレメントを閉回路エレメントの共振周波数の半分に又はそれより更に低くに調整する余地を残してよい。通常、本発明にしたがったアンテナにおいて、第１の動作帯域の中心を第１の共振周波数ｆ１とし、第２の動作帯域を第２の共振周波数ｆ２とすると、これらの２つの中心周波数の周波数分離ｆ２−ｆ１は、平均周波数１／２（ｆ１＋ｆ２）の２５パーセント未満である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にしたがったアンテナの斜視図である。
【図２】図１のアンテナの透視斜視図である。
【図３】図１のアンテナの円筒状外表面部分上の導体パターンを平面に移して表わした図である。
【図４】図１のアンテナのフィード構造の軸方向断面図である。
【図５】図４に示されたフィード構造の詳細であり、その成層基板をフィーダ伝送線の遠位端部分から取り外して示している。
【図６Ａ】フィーダ構造の成層基板の導電層の導体パターンを示した図である。
【図６Ｂ】フィーダ構造の成層基板の導電層の導体パターンを示した図である。
【図７】等価回路図である。
【図８】図１のアンテナの挿入損失（Ｓ１１）周波数応答を示したグラフである。
【図９】本発明にしたがった第１の代替アンテナの透視斜視図である。
【図１０】本発明にしたがった第２の代替アンテナの透視斜視図である。
【図１１】本発明にしたがった第３の代替アンテナの透視斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、次に、図面を参照にして例を挙げて説明される。
【００２３】
図１〜３を参照すると、本発明にしたがったマルチフィラーヘリカルアンテナは、２つの群で構成される１０本の細長いアンテナエレメントを伴うアンテナエレメント構造を有し、第１の群は、複数の閉回路導電性らせん状トラック１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆを含み、第２の群は、複数の開回路導電性らせん状トラック１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを含み、これらのトラックは、全て、固体の円柱状コア１２の円筒状外表面部分１２Ｃ上にめっきやその他の方法で金属化されている。図２では、明瞭さを期するために、コアが省略されている。
【００２４】
コアは、セラミック材料で作成される。本例では、それは、ほぼ２１の比誘電率を有するチタン酸カルシウム−マグネシウム材料である。この材料は、温度変動に伴うその寸法的及び電気的な安定性と、その誘電損失の低さとで知られている。ＧＰＳのＬ２バンド及びＬ１バンド（１２２７．６ＭＨｚ及び１５７５．４２ＭＨｚ）における動作を意図されたこの実施形態では、コアは、１４ｍｍの直径を有する。コアの長さの１７．７５ｍｍは直径よりも大きいが、本発明の他の実施形態では直径未満であってもよい。コアは、プレス法によって製造されるが、押し出しプロセスによって生成されてもよく、コアは、次いで、焼成される。本発明のそのほかの実施形態では、コアとして、ガラスセラミック材料が使用されてよい。
【００２５】
この好ましいアンテナは、コアの遠位端面１２Ｄから近位端面１２Ｐへとコア内を通る軸方向穴（不図示）に収容された同軸伝送線を有するという点で、バックファイヤ型ヘリカルアンテナである。端面１２Ｄ，１２Ｐは、ともに、平面状であり、コアの中心軸に垂直である。これらの端面は、本発明のこの実施形態では、１つが遠位側を向いており尚且つもう１つが近位側を向いているという点で、互いに反対向きである。同軸伝送線は、穴内の中央に収容され、外側のシールド導体が穴の壁から離された剛性の同軸フィーダであるので、シールド導体とコア１２の材料との間には、効果的に、誘電体層がある。図４を参照すると、同軸伝送線フィーダは、導電性の管状外側シールド１６と、第１の管状エアギャップ又は絶縁層１７と、該絶縁層１７によってシールドから絶縁される細長い内側導体１８とを有する。シールド１６は、該シールドを穴の壁から隔てるための、外向きに突き出して一体的に形成されたバネツメ１６Ｔ又はスペーサを有する。シールド１６と穴の壁との間には、第２の管状エアギャップが存在する。絶縁層１７は、代わりに、プラスチックスリーブとして形成されてもよく、シールド１６と穴の壁との間もまた、同様である。フィーダの下方の近位端では、上で言及された我々によるＷＯ２００６／１３６８０９号に記載されるように、内側導体１８が、絶縁性ブッシュ（不図示）によってシールド１６内の中央に位置している。
【００２６】
シールド１６と、内側導体１８と、絶縁層１７とからなる組み合わせは、アンテナの接続先である機器の高周波（ＲＦ）回路構成にアンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆ，１１Ａ〜１１Ｄの遠位端を結合するためにアンテナコア１２内に通された、所定の特性インピーダンスの、ここでは５０オームの、伝送線を構成する。アンテナエレメント１０Ａ〜１０
Ｆ，１１Ａ〜１１Ｄと、フィーダとの間の結合は、らせん状トラック１０Ａ〜１０Ｆ，１１Ａ〜１１Ｄに関連付けられた導電性の接続部分を通じてなされ、これらの接続部分は、コア１２の遠位端面１２Ｄ上にめっきされた放射状トラック１０ＡＲ，１０ＢＲ，１０ＣＲ，１０ＤＲ，１０ＥＲ，１０ＦＲ，１１ＡＲ，１１ＢＲ，１１ＣＲ，１１ＤＲとして形成される。各接続部分は、それぞれのらせん状トラックの遠位端から、穴１２Ｂの端の近傍でコアの遠位面１２Ｄ上にめっきされてフィード結合ノードを形成する２つのアーチ形のトラックすなわち導体１３Ｋ，１３Ｌの１つまで伸びている。
【００２７】
２つのアーチ形導体１３Ｋ，１３Ｌは、以下で説明されるように、コアの遠位面１２Ｄに固定された成層基板１９上の導体によって、それぞれ、シールド１６及び内側導体１８に結合される。同軸伝送線フィーダ及び成層基板１９は、コア１２に組み入れられる前に、全体として一体のフィード構造となり、これらの相互関係は、図１と図２との比較から見ることができる。
【００２８】
再び図４を参照すると、伝送線フィーダの内側導体１８は、機器の回路構成との接続のためにコア１２の近位面１２Ｐからピンとして突き出す近位部分１８Ｐを有する。同様に、シールド１６の近位端にある不可分の突起（不図示）も、機器の回路構成のアースとの接続をなすために、コアの近位面１２Ｐを超えて突き出している。
【００２９】
第１の群の６本の閉回路アンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆの近位端（図３を参照せよ）は、共通の仮想アース導体２０によって相互に接続される。この実施形態では、共通導体は、環状であり、コア１２の近位端部分を取り囲むめっきスリーブの形態をとっている。そして、このスリーブ２０は、コア１２の近位端面１２Ｐのめっき導電性カバー２２（図１）によって、フィーダのシールド導体１６に、それがコアから近位側に現れているところで接続される。
【００３０】
第１の群の６本の閉回路らせん状アンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆは、長さが異なっており、３本のエレメントからなる各セット１０Ａ〜１０Ｃ，１０Ｄ〜１０Ｆは、コアの近位端面１２Ｐからのスリーブのリム２０Ｕの距離が全体にばらついている結果、僅かに異なる長さのエレメントを有する。最短のアンテナエレメント１０Ａ，１０Ｄがスリーブ２０に接続されるところでは、最長のアンテナエレメント１０Ｃ，１０Ｆがスリーブ２０に接続されるところと比べて、リム２０Ｕは近位面１２Ｐから少し離れている。閉回路らせん状アンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆを含む導電性経路の長さの違いは、アンテナが円偏波信号を感知可能である第１の共振モードにおいてアンテナが動作するときに、３本のエレメントからなる各セット１０Ａ〜１０Ｃ，１０Ｄ〜１０Ｆのエレメントの間で、電流の位相差を生じさせる。このモードでは、電流は、一方のフィード接続ノード１３Ｌに接続されたエレメント１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆの間でスリーブ２０のリム２０Ｕ沿いに流れるとともに、他方のフィード接続ノード１３Ｋに接続されたもう１つのセットのエレメント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの間でスリーブ２０のリム２０Ｕ沿いに流れる。
【００３１】
導電性スリーブ２０、近位端面１２Ｐ上のめっき、及びフィード線１６，１８の外側シールド１６は、全体として４分の１波長バランを形成し、装着時におけるアンテナの接続先である機器からのアンテナエレメント構造のコモンモードアイソレーションを提供する。バランは、フィード線１６，１８の近位端におけるシングルエンド（不平衡）電流を、フィード線１６，１８がコア１２の遠位端面部分１２Ｄから現れる遠位端における平衡電流に変換する。
【００３２】
λｇ１を、アンテナの第１の共振モードの周波数においてリム２０Ｕ沿いに流れる電流の管内波長とすると、スリーブ２０のリム２０Ｕは、その周波数においてリング共振を示すように、電気的長さλｇ１を有する。共振エレメントとしてのスリーブリム２０Ｕの動
作は、上記のＥＰ１１４７５７１Ａで、より詳しく説明されている。
【００３３】
本発明のこの実施形態のスリーブ及びめっきは、バラン機能及びリング共振の両方を提供するという点で有利であるが、リング共振は、本実施形態の場合のように、フィーダシールド導体１６に接続されたスリーブの形態として端を開口された空洞を形成することによってリング共振を提供するのではなく、コア１２を取り囲むとともに近位及び遠位の両方の縁をコアの外側面部分上に有する環状の導体にらせん状エレメント１０Ａ〜１０Ｆを接続することによっても、リング共振を独立に提供することもできる。このような導体は、らせん状エレメント１０Ａ〜１０Ｆ，１１Ａ〜１１Ｄを形成する導電性トラックの幅と同様の幅を有する環状のトラックを構成しえる範囲内で、比較的狭くてよくもよい。このような場合でも、アンテナの動作周波数における管内波長に対応する電気的長さを有するならば、らせん状エレメント１０Ａ〜１０Ｆ及びそれらの相互接続によって提供されるループに関連付けられた共振モードすなわち第１の共振モードを強化するリング共振を更に発生させる。
【００３４】
スリーブ２０及び近位表面めっき２２は、コアの近位端面１２Ｐにおける閉回路アンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆからフィード線のシールド１６への電流の流れを阻止するトラップとして機能する。閉回路らせん状トラック１０Ａ〜１０Ｆは、それぞれの放射状トラック１０ＡＲ，１０ＢＲ，１０ＣＲ，１０ＤＲ，１０ＥＲ，１０ＦＲの内側端の間のフィード結合ノードを構成するアーチ形トラック１３Ｋ，１３Ｌによって、３本を１セットとして相互に接続されるので、閉回路らせん状トラックの各サブセットは、通常、１本の長いトラック１０Ｃ，１０Ｆと、１本の中間の長さのトラック１０Ｂ，１０Ｅと、１本の短いトラック１０Ａ，１０Ｄとを有する。
【００３５】
２つのフィード結合ノード１３Ｋ，１３Ｌの間の３つの導電性ループは、それぞれ（ａ）最も短い閉回路らせん状導体トラック１０Ａ，１０Ｄとスリーブリム２０Ｕとによって、（ｂ）中間の長さの閉回路らせん状導体トラック１０Ｂ，１０Ｅとスリーブリム２０Ｕとによって、（ｃ）最も長い閉回路らせん状導体トラック１０Ｃ，１０Ｆとスリーブリム２０Ｕとによって形成されるが、それぞれ、第１の共振モードの周波数におけるループに沿った管内波長であるλｇ１におおよそ等しい有効電気的長さを有する。エレメントは、半回転エレメントであり、コアの円筒状表面部分１２Ｃ上において同延である。閉回路らせん状トラック１０Ａ〜１０Ｆ及びそれらの相互接続の構成は、上記のＧＢ２４４５４７８Ａで更に詳しく動作を説明されている単純な誘電体装荷ヘクサフィラーヘリカルアンテナと同様に動作するような構成である。
【００３６】
閉回路らせん状導体トラック１０Ａ〜１０Ｆとは対照的に、それ以外のらせん状導体トラック１１Ａ〜１１Ｄは、図１、図２、及び図３に示されるように、コアの円筒状表面部分１２Ｃ上でコアの遠位端面部分とスリーブリム２０Ｕとの間の位置に、開回路近位端１１ＡＰ，１１ＢＰ，１１ＣＰ，１１ＤＰを有する。これらの開回路らせん状トラックの配置は以下のようである。すなわち、これらのトラックも、コアの周囲において均等に分布され、閉回路らせん状トラック１０Ａ〜１０Ｆと交互に配置され、各開回路トラック１１Ａ〜１１Ｄが、コアの軸を中心におおよそ４分の１回転しているような配置である。コアの軸を中心にして均等に分布されている開回路らせん状トラック１１Ａ〜１１Ｄは、概ね直交するように位置付けられるトラックペア１１Ａ，１１Ｃ及び１１Ｂ，１１Ｄを含む。各開回路トラック１１Ａ〜１１Ｄは、コア遠位端面部分１２Ｄ上のそれぞれの放射状接続エレメント１１ＡＲ〜１１ＤＲと組み合わさり、各トラックの電気的長さが、とりわけ開回路エレメントの長さによって決定されるアンテナの第２の円偏波共振モードの周波数におけるトラックに沿った管内波長λｇ２の４分の１におおよそ等しいという意味で、４分の１波長モノポールを形成する。
【００３７】
閉回路らせん状導体トラック１０Ａ〜１０Ｆの場合と同様に、開回路トラック１１Ａ〜１１Ｄもまた、物理的長さ及び電気的長さに小さな違いを示す。したがって、開回路トラックは、直径方向に相対する第１のペアのトラック１１Ａ−１１Ｃを含み、これらのトラックは、直径方向に相対する第２のペアのトラック１１Ｂ−１１Ｄよりも長い。これらの小さな長さの相違は、第２の円偏波共振モードの周波数における回転ダイポールを合成するために、個々のそれぞれの共振を位相前進及び位相遅延させる。
【００３８】
本発明のこの実施形態では、第２の共振モードの周波数が第１の共振モードの周波数よりも低いことが留意されるべきである。
【００３９】
開回路らせん状トラック１１Ａ〜１１Ｄ及びそれらのそれぞれの放射状トラック１１ＡＲ〜１１ＤＲによって形成されるモノポールエレメントのシステムは、スリーブリム２０Ｕに対して接続を持たないので、第２の円偏波共振モードは、スリーブリム２０Ｕのリング共振とは無関係に決定される。それでもなお、スリーブ２０と、フィーダ１６，１８と、コアの近位端面部分１２Ｐのめっき層２２によるそれらの相互接続とによって形成されるバランの存在は、シールド導体１６の自己キャパシタンスの影響を抑え、クアドリフィラーモノポール１１Ａ〜１１Ｄの整合を向上させることによって、第２の共振モードにおいて安定した円偏波放射パターンを発生させる。また、その結果、モノポールの長さの公差があまり重要でなくなる。
【００４０】
本明細書において、「放射」及び「放射する」という用語は広義に解釈されるべきであり、これらの用語がアンテナの特性や要素に適用された場合には、アンテナがトランスミッタとして使用されるときのエネルギ放射やアンテナがレシーバとして使用されるときの周囲からのエネルギ吸収に関連したアンテナの特性や要素を表す。
【００４１】
各フィード結合ノード１３Ｋ及び１３Ｌに接続された５本のアンテナエレメント１０Ａ，１１Ａ，１０Ｂ，１１Ｂ，１０Ｃ及び１０Ｄ，１１Ｃ，１０Ｅ，１１Ｄ，１０Ｆについて、閉回路トラック１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ及び１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ並びに開回路トラック１１Ａ，１１Ｂ及び１１Ｃ，１１Ｄの、コアの周囲におけるそれぞれの順序は、中心線ＣＬ１及びＣＬ２（図３を参照せよ）に関して対称的であるような順序である。言い換えると、各フィード結合ノードについて、順序は、それぞれの中心線に関して鏡像をなしている。より詳細には、アンテナエレメントの配置は以下のようである。すなわち、各フィード結合ノードに接続されたエレメントについて、これら隣接するアンテナエレメントのペアを複数含み、各ペアが閉回路アンテナエレメントを１本と開回路アンテナエレメントを１本とを含むような、配置である。また、これらのアンテナエレメントの順序は、コア沿いの所定の方向に、閉回路エレメントが開回路エレメントに先行しているペアの数が、同じ方向に、開回路エレメントが閉回路エレメントに先行しているペアの数に等しいような、順序である。本文脈において、このようなエレメントからなる各「ペア」が、同様の別のペアのエレメントでもあるエレメントを少なくとも１本含むことができることを念頭に置くと、第１のフィード結合ノード１３Ｋに結合されたアンテナエレメントは、４つのペア１０Ａ−１１Ａ、１１Ａ−１０Ｂ、１０Ｂ−１１Ｂ、及び１１Ｂ−１０Ｃを含む。これらの４つのペアのうち、アンテナの上方から（すなわち、コアの遠位表面部分１２Ｄの遠位側の位置から）反時計回りに順序を見ると、閉回路エレメントが開回路エレメントに先行している２つのペア１０Ａ−１１Ａ及び１０Ｂ−１１Ｂと、開回路エレメントが閉回路エレメントに先行している２つのペア１１Ａ−１０Ｂ及び１１Ｂ−１０Ｃとがあり、こうして、上で指定されたような、ペア数が等しいという条件が満たされている。同じことは、もう１つのフィード結合ノード１３Ｌに接続されたアンテナエレメントにも当てはまる。したがって、閉回路エレメントが開回路エレメントに先行している２つのペア１０Ｄ−１１Ｃ及び１０Ｅ−１１Ｄと、開回路エレメントが閉回路エレメントに先行している２つのペア１１Ｃ−１０Ｅ及び１１Ｄ−１０Ｆとがある。閉回路エレメント及び開回路
エレメントのこの順序は、この条件を満たさないアンテナと比べて優れた放射パターンを発生させることを見出されている。
【００４２】
後述されるように、この条件は、４本の閉回路エレメント及び４本の開回路エレメントのみを有するアンテナによっても満たすことが可能である。しかしながら、１つの種類のエレメント６本と、もう１つの種類のエレメント４本との組み合わせ、すなわち、この場合は閉回路エレメント６本と、開回路エレメント４本との組み合わせは、各群１０Ａ〜１０Ｆ及び１１Ａ〜１１Ｄのエレメントの間隔をより均等にできるので、好ましい。したがって、各群１０Ａ〜１０Ｆ及び１１Ａ〜１１Ｄ一式が、コアの周囲に均等に分布されたと考えると、アンテナ軸に垂直な任意の面内において、閉回路らせん状トラック１０Ａ〜１０Ｆは、（４ペアのトラックについての）７２°の角度間隔及び（２ペアのトラックについての）３６°の角度間隔を有する。最適な間隔６０°からの最大偏差は、２４°である。４本の開回路らせん状トラック１１Ａ〜１１Ｄに関しては、エレメント間の角度間隔は、７２°及び１０８°であり、最適な９０°から僅か１８°の偏差が得られる。
【００４３】
図１に示されるように、コアの遠位端面部分１２Ｄ上に対面して搭載された成層プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリ１９内に実装された整合回路網によって、インピーダンス整合が実施される。
【００４４】
ＰＣＢアセンブリ１９は、図４に示されるように、フォード線１６，１８を組み入れたフィード構造の一部を形成する。
【００４５】
フィード線１６，１８は、単純にアンテナエレメント構造との間で信号をやり取りするための、５０オームの特性インピーダンスを有する線としての機能以外の機能を実施する。第１に、上述のように、シールド１６は、フィード構造とアンテナエレメント構造との接続地点においてコモンモード絶縁を提供するために、スリープ２０と組み合わさって機能する。シールド導体の、（ａ）コアの近位端面１２Ｐ上のめっき２２との接続と、（ｂ）ＰＣＢアセンブリ１９上の導体との接続との間の長さは、（フィーダ伝送線を収容された）軸方向穴の寸法、及びシールド１６と穴の壁との間の空間を満たす材料の誘電率と相まって、シールド１６のその外表面上における電気的長さが、アンテナの２つの所要共振モードの各周波数における４分の１波長であるような長さであり、したがって、導電性スリーブ２０と、めっき２２と、シールド１６との組み合わせは、フィード構造とアンテナエレメント構造との接続において平衡電流を発生させる。
【００４６】
この好ましいアンテナには、フィード構造のシールド１６を取り囲む絶縁層がある。この層は、コア１２の誘電率よりも低誘電率であって、好ましいアンテナではエア層であり、これは、シールド１６の電気的長さに対するコア１２の影響を抑え、したがって、シールド１６の外側に関連したあらゆる縦共振に対するコア１２の影響も抑える。所要の動作周波数に関連した共振モードは、円柱状コアの軸から直径方向にすなわち横方向に伸びる電圧ダイポールによって特徴付けられるので、所要の共振モードに対する低誘電率スリーブの影響は、スリーブの厚さが少なくとも好ましい実施形態ではコアの厚さよりもかなり小さいゆえに、比較的小さくてすむ。したがって、シールド１６に関連した線形共振モードは、所望の共振モードから切り離されることが可能である。
【００４７】
アンテナは、５００ＭＨｚよりも大きい主要共振周波数を有し、これらの共振周波数は、上述のように、らせん状アンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆ及び１１Ａ〜１１ＤＪの有効電気的長さによって決定される。所定の共振周波数において、エレメントの長さは、コア材料の比誘電率にも依存し、アンテナの寸法は、エアコアのクアドリフィラーアンテナの場合は大幅に低減される。
【００４８】
アンテナは、約１ＧＨｚにおけるデュアルバンド衛星通信に特に適している。この場合、第１の群のらせん状アンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆは、約１２．３ｍｍの平均縦（すなわち、中心軸に平行な）範囲を有し、一方で、第２の群のらせん状アンテナエレメント１１Ａ〜１１Ｄは、約８．０ｍｍの平均縦範囲を有する。導電性スリーブ２０の長さは、通常、ほぼ５．４５ｍｍである。これは、２つの動作周波数帯域の中心周波数のおおよそ平均において４分の１波長バランを得る。この寸法は、限界寸法ではない。実際、スリーブの長さは、２つの中心周波数のいずれかにおいて、又は多くの場合、中心周波数の間の開きに応じたそれらの間の任意の周波数において４分の１波長バラン作用を得るように設定されてよい。
【００４９】
アンテナエレメント１０Ａ〜１０Ｆ及び１１Ａ〜１１Ｄの正確な寸法は、設計段階で、所要の位相差が得られるまで経験的最適化を行うことによる試行錯誤法で決定することができる。コアの軸方向穴の中の同軸伝送線の直径は、ほぼ２ｍｍである。
【００５０】
次に、フィード構造の更なる詳細が説明される。図４に示されるように、フィード構造は、同軸の５０オームの線１６，１７，１８と、該線の遠位端に接続された平面状の成層基板アセンブリ１９との組み合わせを含む。ＰＣＢアセンブリ１９は、コア１２の遠位端面１２Ｄに対して平らに対面接触する両面プリント回路基板である。ＰＣＢアセンブリ１９の最大寸法は、コア１２の直径よりも小さいので、ＰＣＢアセンブリ１９は、図１に示されるように、コア１２の遠位端面１２Ｄの周縁内に完全に収まっている。
【００５１】
この実施形態では、ＰＣＢアセンブリ１９は、コアの遠位面１２Ｄ上で中央に位置付けられた円盤の形態をとる。その直径は、コアの遠位表面部分１２Ｄ上にめっきされたアーチ形のエレメント間結合導体１３Ｋ，１３Ｌを覆う大きさである。図５の分解図に示されるように、アセンブリ１９は、同軸フィーダ伝送線の内側導体１８を受け入れる実質中心にある穴３２を有する。中心から外れた３つの穴３４は、シールド１６の遠位ラグ１６Ｇを受け入れる。突起（ラグ）１６Ｇは、同軸フィーダ構造に対するＰＣＢアセンブリ１９の位置決めを助けるために、曲げられる又は「ジョグされる（jogged）」。４つの穴３２，３４は、全て、貫通めっきされる。また、アセンブリの周縁の部分１９Ｐである１９Ａ，１９ＰＢも、めっきされ、該めっきは、成層基板の近位面上及び遠位面上まで伸びている。
【００５２】
ＰＣＢアセンブリ１９は、１枚の絶縁層と、２枚のパターン化導電層とを有するという意味で、両面成層基板を有している。本発明の他の実施形態では、追加の絶縁層及び導電層が使用されてよい。図５に示されるように、この実施形態では、２枚の導電層は、絶縁層４０によって隔てられた遠位層３６及び近位層３８を含む。この絶縁層４０は、ＦＲ−４ガラス強化エポキシ基板で作成される。遠位導体層及び近位導体層は、図６Ａ及び図６Ｂにそれぞれ示されるように、それぞれの導体パターンをエッチングされている。導体パターンが、成層基板の周縁部分１９ＰＡ，１９ＰＢに達するところ及び貫通めっき穴３２，３４に達するところでは、それぞれ、縁のめっき及び穴のめっきによって、異なる層のそれぞれの導体が相互に接続される。導体層３６，３８の導体パターンを示した図からわかるように、遠位導電層３６は、成層基板の中心の穴３２に収められているときの内側フィード線導体１８を基板の第１の周縁めっき縁部分１９ＰＡに接続する細長い導体トラック３６Ｌ１，３６Ｌ２を有する。この細長いトラックは、２つのパーツ３６Ｌ１，３６Ｌ２をなしており、これらのパーツは、その比較的狭くて細長い形状ゆえに、アンテナの動作周波数におけるインダクタンスを構成する。縁部分１９ＰＡは、アーチ形トラックの１つ、１３Ｌを通じてコアの遠位端面１２Ｄ（図１）上の半分の放射状導体１０ＤＲ，１０ＥＲ，１０ＦＲ，１１ＣＲ，１１ＤＲに接続されるので、これらのインダクタンスは、内側フィード線導体１８と、各群１０Ａ〜１０Ｆ，１１Ａ〜１１Ｄの各らせん状アンテナエレメントの２本、１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ及び１１Ｃ,１１Ｄとの間で直列である。もし
、成層基板上で利用可能なスペースにおいて、所要のインダクタンスを得るのに十分な長さの１つのトラック部分３６Ｌ１，３６Ｌ２を確保できないならば、トラック部分３６Ｌ１，３６Ｌ２のいずれかを平行な２つのトラック部分に分け、すなわち間に切り込みを入れ、単位長さあたりのインダクタンスを大きくすることができる。
【００５３】
フィード線シールド１６は、成層基板の穴３４に収められたときに、基板の反対側の周縁めっき縁部分１９ＰＢに、その比較的大きい面積ゆえに低いインダクタンスを有する扇形の導体３６Ｆによって直接接続される。したがって、シールドは、残りのアンテナエレメント１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１１Ａ，１１Ｂに、もう１つのアーチ形トラック１３Ｋ及びそれぞれの放射状導体１０ＡＲ，１０ＢＲ，１０ＣＲ，１１ＡＲ，１１ＢＲを通じて直接接続される。扇形の導体３６Ｆは、個々の分路キャパシタンスのためのパッドを提供するために、細長い誘導トラック３６Ｌ１，３６Ｌ２と並んで第１の周縁めっき縁部分１９ＰＡに向かって伸ばされる。したがって、この実施形態では、扇形の導体３６Ｆは、誘導トラック３６Ｌ１，３６Ｌ２の両側でそれらに平行に伸びる２つの延長３６ＦＡ，３６ＦＢを有する。各延長３６ＦＡ，３６ＦＢは、中央の誘導トラックと比べると、大幅に幅が広くそれゆえにインダクタンスを無視できるトラックとして形成される。これらの延長の１つ、３６ＦＡは、中心の穴３２に付随するめっきに接続された第１のチップコンデンサ４２−１、及び２本の誘導トラックパーツ３６Ｌ１と３６Ｌ２との合流地点に接続された第２のチップコンデンサ４２−２Ａのためのパッドを提供する。もう１つの延長、３６ＦＢは、やはり誘導トラックパーツ３６Ｌ１と３６Ｌ２との合流地点に接続された第３のチップコンデンサ４２−２Ｂのためのパッドを提供する。本発明のこの実施形態では、コンデンサ４２−１，４２−２Ａ，４２−２Ｂは、０２０１サイズのチップコンデンサ（例えば村田製作所のＧＪＭ）である。
【００５４】
上述された組み合わせは、図７に概略を示された二極のリアクティブ整合回路網を構成する。該回路網は、（ａ）閉回路らせん状エレメント１０Ａ〜１０Ｆとそれらの関連パーツとによって構成されるソース、及び開回路らせん状エレメント１１Ａ〜１１Ｄとそれらの関連パーツとによって構成されるソースをそれぞれ表わす２つの支回路６０，６１と、（ｂ）５０オームの負荷６２との間にデュアルバンド整合を提供する。この例では、フィード線１６〜１８（図４及び図５）は、５０オームの同軸線セクション６４である。インダクタＬ１，Ｌ２は、上で言及されたトラックセクション３６Ｌ１，３６Ｌ２によって形成される。分路キャパシタンスＣ１は、図５及び図６Ａにおいてコンデンサ４２−１として示されたものである。もう１つの分路キャパシタンスＣ２は、図６Ａを参照にして上述された２つのチップコンデンサ４２−２Ａ，４２−２Ｂの並列組み合わせによって形成される。第２のキャパシタンスＣ２のために２つのコンデンサを使用することによって、薄型のチップコンデンサを使用して比較的高いキャパシタンス値を得ることが可能になり、抵抗損失が低減される。
【００５５】
フィード線１６〜１８と、ＰＣＢアセンブリ１９と、コアの遠位面１２Ｄ上の導電性トラックとの間の接続は、はんだ付けによって、又は導電性の糊による接着によってなされる。フィーダ１６〜１８及びＰＣＢアセンブリ１９は、内側導体１８の遠位端がＰＣＢアセンブリ１９のビア３２の中にはんだ付けされ、シールドラグ１６Ｇがそれぞれの中心外の穴３４に入れられたときに、全体として、一体のフィード構造を形成する。フィード線１６〜１８及びＰＣＢアセンブリ１９は、全体として、不可分の整合回路網を伴う一体のフィード構造を形成する。
【００５６】
直列インダクタンスＬ１，Ｌ２及び分路キャパシタンスＣ１，Ｃ２によって構成される回路網は、アンテナの放射アンテナエレメント構造と、高周波回路構成に接続されたときに伝送線セクションの近位端にくる５０オームの終端との間に整合回路網を形成し、この５０オームの負荷インピーダンスは、動作周波数におけるアンテナエレメント構造のイン
ピーダンスに整合される。整合回路網によって表わされる分路インピーダンスは、また、モノポールアンテナエレメント１１Ａ〜１１Ｄの公差を広くとることを可能にする及びそれぞれの放射パターンを向上させる有益な効果も有する。
【００５７】
上記のように、フィード構造は、アンテナコア１２に挿入される前に、ＰＣＢアセンブリ１９の成層基板を同軸線１６〜１８に固定され、一体に組み立てられる。基板１９を不可分のパーツとして含む１つの部品としてフィード構造を形成すると、フィード構造の導入を２つの動き、すなわち、（ｉ）一体のフィード構造をコア１２の軸方向穴に滑り込ませること及び（ii）露出しているシールド１６の近位端部分の周囲に導電性のフェルール又はワッシャを嵌めることによって実施できるという点で、アンテナの組み立て費用が大幅に低減される。フェルールは、シールド部品１６に押し嵌めされてよいし、シールドに圧着されてもよい。コアへのフィード構造の挿入に先立って、コア１２の遠位端面１２Ｄ上におけるアンテナエレメント構造の接続部分に、及び軸方向穴の両端のすぐ近傍のめっき２２上に、好ましくははんだペーストが施される。したがって、上記の工程（ｉ）及び（ii）の完了後は、組み立て品を、はんだリフローオーブンに入れることができる、又は単一のはんだ付け段階としてのレーザはんだ付け、誘導はんだ付け、又はホットエアはんだ付けなどの代わりのはんだ付けプロセスに通すことができる。
【００５８】
（ａ）基板１９の周縁表面上及び近位表面上の導体と、（ｂ）コアの遠位面１２Ｄ上の金属化導体との間に形成されるはんだブリッジ、並びにそれらの導体自体の形状は、基板がコア上で正確に方向付けられた場合に、リフローはんだ付けの最中に平衡回転メニスカス力を提供するように構成される。
【００５９】
上述された構造を使用して、デュアルバンド円偏波周波数応答を形成することが可能であり、アンテナの挿入損失対周波数のグラフは、図８に示されるようになっている。アンテナは、高い方の共振周波数ｆ１を中心とした第１の帯域と、低い方の共振周波数ｆ２を中心とした第２の帯域とを有する。このアンテナでは、２つの中心周波数の周波数分離ｆ２−ｆ１は、平均周波数１／２（ｆ１＋ｆ２）の約２５％である。これは、両帯域において、右旋円偏波に関して主に上向きの放射パターンを有する。
【００６０】
本発明にしたがったアンテナは、左旋円偏波にも適用可能であることがわかる。このようなアンテナが、図９に示されている。図９では、明瞭さを期するために誘電体コアが省略されている。実際は、このアンテナのらせん状エレメントは、先の実施形態と同様に、コアの円筒状表面にめっきされている。このアンテナは、ＴｅｒｒｅＳｔａｒ（登録商標）統合衛星−地上サービスによるデュアルバンド動作に使用されてよく、図１〜８を参照にして上述されたアンテナとは反対の方向に、閉回路らせん状トラック１０Ａ〜１０Ｆ及び開回路らせん状トラック１１Ａ〜１１Ｄを有する。この場合、コアの長さ及び直径は、それぞれ１７．７５ｍｍ及び１０ｍｍである。上記と同様に、コア材料の比誘電率は、２１である。
【００６１】
このアンテナは、両周波数帯域において、左旋円偏波に関して主に上向きの放射パターンを発生させ、図１〜８を参照にして上述されたアンテナと同様に、各フィード結合ノードに結合されたらせん状トラック１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１１Ａ，１１Ｂ及び１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１１Ｃ，１１Ｄは、それぞれ、対称的な順序のトラックを有している、すなわち、いずれの場合も、中心のエレメントに関して鏡像をなすパターンを形成している。図１〜９を参照にして上述されたアンテナと同様に、各フィード結合ノードに接続された各セット内におけるエレメントの順序は、閉回路、開回路、閉回路、開回路、閉回路の交互の順序である。
【００６２】
上でも言及されたように、本発明にしたがったアンテナは、例えば閉回路エレメントを
４本、開回路エレメントを４本のように、より少ないアンテナエレメントを有するように構成することが可能である。図１０を参照すると、本発明にしたがった第３のアンテナでは、閉回路らせん状エレメント及び開回路らせん状エレメントは、コアの周囲に交互の順序で配される。この場合、左旋円偏波のためのこのアンテナの順序は、遠位側の視点から見て時計回りの方向に、開回路（１１Ａ）、閉回路（１０Ａ）、開回路（１１Ｂ）、閉回路（１０Ｂ）の順序である。もう１つのフィード結合ノード１３Ｌに接続されたアンテナエレメントにも、同等の順序が使用される。この配置は、上で言及された順序対称性の条件を満たさない。その代わりに、図１１を参照すると、本発明にしたがった更なるアンテナは、やはり、４本の閉回路エレメント１０Ａ〜１０Ｄ及び４本の開回路エレメント１１Ａ〜１１Ｄを有する。この場合、コアの頂面上で各アーチ形導体１３Ｋ，１３Ｌに結合されるエレメントのパターンは、コアの遠位面上でそれぞれのアーチ形エレメント１３Ｋ，１３Ｌに取り付けられる各エレメントセット１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ及び１０Ｃ，１０Ｄ，１１Ｃ，１１Ｄにおいて、閉回路らせん状エレメント及び開回路らせん状エレメントの順序が、それぞれのセットの中心に関して鏡像をなしているという意味で、対称的である。したがってこの実施形態では、各セットにおける順序は、閉回路、開回路、開回路、閉回路である。図２、図９、及び図１０と同様に、図１１のアンテナは、明瞭さを期するためにその誘電体コアを省いて示されている。
【００６３】
その他の実施形態も実現可能であり、例えば、図１〜９を参照にして上述されたアンテナは、６本の開回路エレメントと、４本の閉回路エレメントとを有するように変更されてよい。いずれの好ましい実施形態でも、らせん状エレメントは、アンテナ軸を中心にして、角度方向に均等に間隔を置かれていることに留意せよ。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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