(57)【要約】  誘電体装荷マルチフィラ螺旋状アンテナにおいて、導電性整相リング（１６）が、給電ノードおよび螺旋状放射素子間に配置されて、それらを一緒に結合する。整相リングは、動作周波数において全波長と等しい電気長を有する環状導電性経路を含み、その周波数で共振する。螺旋状素子は、それぞれの離間された結合位置において、整相リングの外周に結合される。螺旋状素子には、開回路もしくは閉回路の細長い導電性トラック、または両方の組み合わせを含んでもよい。螺旋状素子が閉回路トラックである場合に、これらのトラックは、第２の共振リング（６０Ｕ）によって相互接続されるが、この第２の共振リング（６０Ｕ）は、第１の共振リングと同じ周波数かまたは異なる周波数で共振する。本発明は、エンドファイアおよびバックファイア螺旋状アンテナの両方に適用可能である。
2012532518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する円偏波放射用のマルチフィラアンテナであって、
電気絶縁基体と、
給電ノードのペアと、
前記基体上に位置する少なくとも４つの細長い導電性放射素子と、
前記給電ノードと前記放射素子との間に配置されてそれらを一緒に結合する、前記動作周波数で共振する閉ループによって形成された整相リングと、
を含み、
前記放射素子が、それぞれの離間された結合位置で前記整相リングに結合される、
マルチフィラアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナが、中心軸を有し、
前記整相リングが、前記基体上に位置しかつ前記軸を囲む導電性トラックを含む、
請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記整相リングが、連続環状導体を含む、
請求項１または２に記載のアンテナ
【請求項４】
前記整相リングが、導電性トラック部と直列の少なくとも１ペアの集中リアクタンスを含み、
前記導電性トラック部が、前記リアクタンスとともに、前記動作周波数で共振する前記閉ループを形成する、
請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記基体が、少なくとも５の比誘電率を有する固体誘電材料から形成され、円筒側面部ならびに近位および遠位端面部を有する円筒体であり、
前記コアの前記固体材料が、前記コア外面によって画定された内部容積の大部分を占め、
前記整相リングが、前記端面部の１つに位置し、
前記給電ノードが、中央に位置し、かつ前記円筒軸のほぼ放射状に延びるそれぞれの給電接続導体によって直径上でほぼ正対する位置において前記整相リングに結合される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記整相リングが円形である、
請求項５に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記基体が、円筒側面部ならびに近位および遠位端面部を有する円筒体であり、
前記整相リングが、前記端面部の１つに位置し、
前記給電ノードが、中央に位置し、かつ直径上でほぼ正対する前記整相リングへの接続部ペアを収容する反応性整合回路網によって、前記整相リングに結合される、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記接続部が、複数の扇形導体を含み、各扇形導体は、前記円筒体の前記軸において少なくとも４５度の角度をなすアークに沿って前記整相リングに接続される外側部分を有する、
請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記放射素子が、前記整相リングに結合された第１の端部および前記整相リングから離
間された第２の端部を有する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記第２の端部の少なくともいくつかが開回路である、
請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記基体上に第２の導電性リングを有し、
該第２のリングが、前記放射素子の前記第２の端部の少なくともいくつかを一緒にリンクする、
請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記放射素子が、前記整相リングに結合された第１の端部および前記整相リングから離間された第２の端部をそれぞれ有する複数の螺旋状放射素子を前記円筒側面部上に含み、
前記アンテナが、前記円筒体の前記端面部のもう一方の上にかまたはそれに隣接して第２の導電性リングをさらに含み、
該第２の導電性リングが前記アンテナの第２の動作周波数で共振し、
前記螺旋状放射素子が、前記第２のリングから離間された開回路の第２の端部を有する第１の放射素子、および第２の端部によって前記第２のリングに接続される閉回路の第２の放射素子を含む、
請求項７または８に記載のアンテナ。
【請求項１３】
ｍおよびｎを、非０正整数とし、
λｇ１およびλｇ２を、それぞれ前記アンテナの前記第１および第２の動作周波数の管内波長として、
前記第１の放射素子の電気長が、（２ｍ−１）λｇ１／４であり、
前記第２の放射素子の電気長が、ｎλｇ２／２である、
請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記近位端面部から前記遠位端面部へ前記コアを通過する伝送線セクションを含むフィーダ構造を有し、
前記給電ノードが、前記伝送線セクションの前記遠位端を形成し、
前記反応性整合回路網が、前記遠位端面部上に２極回路網を含む、
請求項１２または１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する円偏波放射用の誘電体装荷マルチフィラアンテナであって、前記アンテナが、
５を超える比誘電率を有し、かつ前記コア外面によって画定された内部容積の大部分を占める固体材料の電気絶縁コアと、
複数の給電ノードと、
前記コア外面上にあるか、またはそれに隣接し、かつ複数の細長い導電性アンテナ素子を含むアンテナ素子構造と、
前記細長いアンテナ素子と前記給電ノードとの間に結合された前記動作周波数で共振するリングと、
を含み、
前記細長いアンテナ素子が前記給電ノードから離れる方向で前記共振リングから延びる、
誘電体装荷マルチフィラアンテナ。
【請求項１６】
前記細長い導電性アンテナ素子が開回路端を有する、
請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記コアが中心軸を有し、
前記コア外面が、前記軸に対して横に延びる第１および第２の反対方向の表面部、および前記横に延びる表面部間の側面部を有し、
前記給電ノードおよび前記共振リングが、前記第１の横に延びる表面部に関連し、
前記細長い導電性アンテナ素子が、前記リングから、前記第２の横に延びる表面部の方へ前記側面部上に延びる、
請求項１５または１６に記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記リング上で反対側に位置するそれぞれの接続点で前記リングに接続される２つの給電ノードを有する、
請求項１７に記載のアンテナ。
【請求項１９】
それぞれの誘導性接続リンクによって前記リングに接続される２つの給電ノードを有し、
前記アンテナが、前記２つの給電ノードの両端に結合された分路キャパシタンスをさらに含む、
請求項１５〜１８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記コアが円筒であり、
前記共振リングが、前記第１の横に延びる表面上に環状導電性経路を含み、
前記細長い導電性アンテナ素子が、螺旋形で軸方向に同一の広がりを有する、
請求項１７に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記コアが円筒であり、
前記共振リングが、前記第１の横に延びる表面部に隣接する前記側面部上に環状導電性経路を含み、
前記細長い導電性アンテナ素子が、螺旋形で軸方向に広がりを有する、
請求項１７に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記共振リングが、少なくとも１つの直列接続されたキャパシタンスを含む、
請求項１５〜２１のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記細長い導電性アンテナ素子が、前記動作周波数において４分の１波長または４分の３波長素子である、
請求項１６〜２１のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記共振リング用の平衡給電接続部を構成する給電ノードペアを有する、
請求項１５〜１８のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項２５】
２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する円偏波放射用の誘電体装荷マルチフィラアンテナであって、前記アンテナが、
５を超える比誘電率を有し、かつ前記コア外面によって画定された内部容積の大部分を占める固体材料の電気絶縁コアと、
給電ノードのペアと、
アンテナ素子構造であって、前記コア外面上にあるか、またはそれに隣接し、かつ前記給電ノードに接続された整相リング、および前記リング上のそれぞれの離間された地点で前記整相リングに結合された、少なくとも４つの細長い導電性素子を含むアンテナ素子構造と、
を含む、誘電体装荷マルチフィラアンテナ。
【請求項２６】
前記少なくとも４つの細長い導電性素子のそれぞれにおける電気長が、前記動作周波数において４分の１波長の奇数整数（１、３、５、．．．．．）倍である、
請求項２５に記載のアンテナ。
【請求項２７】
請求項２４〜２６のいずれか一項に記載のアンテナ、および前記給電ノードに結合されたバランを含む、アンテナアセンブリ。
【請求項２８】
請求項１８または請求項１９に記載のアンテナ、および前記給電ノードに結合された差動入力部を有する差動増幅器を含む、アンテナアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する円偏波放射用のマルチフィラアンテナに関し、かつ限定するわけではないが主に誘電体装荷マルチフィラアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体装荷マルチフィラアンテナは、国際公開２００６／１３６８０９号パンフレット、英国特許出願公開第２４４２９９８Ａ号明細書、欧州特許出願公開第１１４７５７１Ａ号明細書、ならびに英国特許出願公開第２４２０２３０Ａ号明細書、同第２４４４３８８Ａ号明細書、同第２４３７９９８Ａ号明細書および同第２４４５４７８Ａ号明細書に開示されている。これらの特許公報の開示全体が、参照によって本出願に援用されている。かかるアンテナは、例えば位置決定および航法目的のために、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）から、例えば全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星配置の衛星から円偏波信号を受信するように主として意図されている。かかるアンテナが有用な他の衛星ベースのサービスには、ＬバンドＩｎｍａｒｓａｔサービス１６２６．５〜１６７５．０ＭＨｚおよび１５１８．０〜１５５９．０ＭＨｚサービス、ＴｅｒｒｅＳｔａｒ（登録商標）のＳバンドサービス、ＩＣＯ  Ｇｌｏｂａｌ  ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓのＳバンドサービス、およびＳｋｙＴｅｒｒａのサービスなどの衛星電話サービスが含まれる。Ｓバンドサービスは、２０００ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚ範囲における周波数バンド割り当てを有する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の第１の態様によれば、２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する円偏波放射用の誘電体装荷マルチフィラアンテナが提供され、この場合に、アンテナには、少なくとも５の比誘電率を有する固体誘電材料から形成された電気絶縁基体と、給電ノードのペアと、基体上に位置する少なくとも４つの細長い導電性放射素子、および給電ノードと放射素子との間に配置されてそれらを一緒に結合する、動作周波数で共振する閉ループによって形成された整相リングと、が含まれ、放射素子は、それぞれの離間された結合位置で整相リングに結合される。このように、放射素子は、位相進行において放射素子に給電する効果を有する整相リングを介して給電され、円偏波特性をもたらす。典型的に、アンテナは、中心軸と、基体上に位置して軸を囲む導電性トラックを含む整相部と、を有する。整相リングは、連続トラックまたは開路トラックであってもよい。開路トラックの場合に、リングには、導電性トラック部と直列の集中リアクタンス、典型的にはキャパシタンスのペアが少なくとも含まれ、これらの導電性トラック部は、リアクタンスと一緒に上記の閉ループを形成する。
【０００４】
好ましくは、整相リングは円形であるが、正方形または他の多角形および蛇行円（すなわち、円の内側および外側へ繰り返しそれる経路に従う）を含む他の構成が可能である。
【０００５】
本発明による特に好ましいアンテナにおいて、基体は、円筒側面部ならびに近位および遠位端面部を有する円筒体である。整相リングは、アンテナが「エンドファイア」アンテナであるように、すなわち遠位方向に最大値を備えた円偏波放射パターンを生成するように、近位端面部に位置するのが好ましい。給電ノードは、基体自体の上に、または整相リングを担持する端面に関連する接続アセンブリの一部として、非常に容易に中央に配置される。好ましいアンテナにおいて、給電ノードは、円筒軸に対して放射状に延びるそれぞれの給電接続導体によって、直径上ほぼ正反対の位置で整相リングに結合される。
【０００６】
整相リングが、基体によって誘電体装荷され、かつ単一波長の電気長（すなわち３６０°）を有することが好ましい。好ましいアンテナにおいて、放射素子は、整相リングに結合された第１の端部、および整相リングから離間された第２の端部を有し、第２の端部は開回路である。この場合に、放射素子のそれぞれにおける電気長は、動作周波数において、４分の１波長またはその奇数整数倍であるのが好ましい。
【０００７】
代替の好ましい実施形態において、アンテナは、同様に動作周波数で共振する第２の導電性リングであって、この場合に半波長またはその整数倍の電気長をそれぞれ有する放射素子の第２の端部をリンクする第２の導電性リングを有する。
【０００８】
また、本発明に従って「バックファイア」アンテナを構成することがまた可能であり、整相リングは、典型的には、コアの遠位端面部にめっきされる。異なる周波数で共振する第２の導電性リングが、この場合に、コアをその円筒側面において囲んでもよい。かかるリングは、コアの近位端部のまわりに延びる導電性スリーブの環状エッジとして形成してもよく、スリーブは、上記した先行特許公報に説明されているように、一体型バランの一部を形成する。放射素子のいくつかは、閉回路で、遠位整相リングから、第２の導電性リングから離間された開回路端まで延びてもよく、一方で他の放射素子は、開回路で、遠位整相リングから第２のリングへ延びる。このように、アンテナは、２つの別個の動作周波数で共振させることができ、各共振は、円偏波放射用である。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する円偏波放射用の誘電体装荷マルチフィラアンテナには、５を超える比誘電率を有し、かつコア外面によって画定された内部容積の大部分を占める固体材料の電気絶縁コアと、複数の給電ノードと、コア外面上にあるかまたはそれに隣接したアンテナ素子構造であって、複数の細長い導電性アンテナ素子、および細長いアンテナ素子と給電ノードとの間に結合された、動作周波数で共振するリングを含み、細長いアンテナ素子が給電ノードから離れる方向で共振リングから延びるアンテナ素子構造とが含まれる。
【００１０】
共振整相リングが、第１の横に延びる表面部と関連する場合には、細長い導電性アンテナ素子は、リングから第２の横に延びる表面部の方へ側面部上に延びてもよく、かかる各素子は、コアの円筒側面における螺旋状トラックである。２つの給電ノードは、好ましくは、アンテナの中心軸に近い導電性パッドによって表される平衡給電点を構成し、かかる各パッドは、それぞれの誘導性接続リンクによって整相リングに接続され、アンテナには、さらに、整合目的で２つの給電ノードを横切って結合される分路キャパシタンスが含まれる。
【００１１】
共振整相リングが、第１の横に延びる表面部に隣接する位置で、コアの側面部上の環状導電性経路を含むことが可能であり、細長い導電性アンテナ素子は、螺旋状で軸方向に延びる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、２００ＭＨｚを超える動作周波数を有する円偏波放射用の誘電体装荷マルチフィラアンテナには、５を超える比誘電率を有し、かつコア外面によって画定された内部容積の大部分を占める固体材料の電気絶縁コアと、給電ノードのペアと、コア外面上にあるかまたはそれに隣接するアンテナ素子構造であって、給電ノードに接続された整相リング、および整相リング上のそれぞれの離間された地点で整相リングに結合された少なくとも４つの細長い導電性素子を含むアンテナ素子構造とが含まれる。
【００１３】
アンテナは、給電ノードに結合されたバランと共に、上記のようなアンテナを含むアンテナアセンブリの一部を形成してもよい。アセンブリは、代わりに、給電ノードに結合さ
れた差動入力部を有する差動増幅器を有してもよい。
【００１４】
この明細書において、用語「放射」は、アンテナの素子に適用されたとき、アンテナの動作周波数で動作する送信機からアンテナがエネルギを供給される場合には、電磁界を放射する素子を指す。代わりに、アンテナが受信機に結合される場合には、かかる素子が、周囲から電磁エネルギを吸収し、次にアンテナが逆に動作することが理解されよう。その結果として、用語「放射」を含むこの文書における明細書および請求項は、その範囲内に、送信用に用いられるアンテナと同様に、もっぱら受信機と共に用いられるように意図されたアンテナも含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】１つの側方かつ近位端から見た、本発明による第１のアンテナの斜視図である。
【図２】バランおよびフロントエンド無線周波増幅器を担持するプリント回路基板であって、図１のアンテナを実装するように適合されたプリント回路基板の斜視図である。
【図３Ａ】アンテナの等価回路図である。
【図３Ｂ】アンテナの等価回路図である。
【図４Ａ】本発明による第２のアンテナの一部を形成するアンテナユニットの斜視図であり、１つの側方かつ近位端から見たユニットを示す。
【図４Ｂ】本発明による第２のアンテナの一部を形成するアンテナユニットの斜視図であり、１つの側方かつ遠位端から見たユニットを示す。
【図５Ａ】１つの側方かつ遠位端から見た、本発明による第３のアンテナの斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａと同じ視点を用いた、第３のアンテナのめっき導体の図表現である。
【図６】第３のアンテナの給電構造の軸方向断面図である。
【図６Ａ】図６に示す給電構造の詳細であり、伝送線フィーダセクションの遠位端から分離された、給電構造の積層基板を示す。
【図７Ａ】フィーダ構造の積層基板における導電層の導体パターンを示す図である。
【図７Ｂ】フィーダ構造の積層基板における導電層の導体パターンを示す図である。
【図８】等価回路図である。
【図９】第３のアンテナの挿入損失（Ｓ１１）周波数応答を示すグラフである。
【図１０】第３のアンテナ用の遠位端導体パターンの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで図面に関連し、例として本発明を説明する。
【００１７】
図１を参照すると、本発明による第１のアンテナには、円筒誘電体コア１２を有するエンドファイア誘電体装荷１２線巻フィラアンテナ１０が含まれ、このコアは、典型的には３６の比誘電率を有するセラミック材料で作製される。
【００１８】
軸方向に同一の広がりを有する半回転螺旋状トラック１４が、円筒外側面部１２にめっきされており、各トラックは、コアの円筒側面部１２Ｓよって画定されるアンテナの中心軸（図示せず）を中心にした細長い導電性放射素子を形成する。コアは、近位コア表面部１２Ｐを有するが、この近位コア表面部１２Ｐは、アンテナ軸および側面部１２Ｓに対して直角に延びる。これは、アンテナの端面を形成する。アンテナのもう一方の端は、同様にアンテナ軸に対して直角に延び、かつ別の端面を形成するコアの遠位表面部１２Ｄによって形成される。
【００１９】
導電性リング１６が、近位コア表面部１２Ｐ上にめっきされている。螺旋状放射素子１
４のそれぞれは、コアの近位表面部１２Ｐおよび円筒側面部１２Ｓの交差によって形成されたエッジ上に延びて、近位表面部１２Ｐにおける導電性リング１６の外周と出会い、螺旋状素子１４のそれぞれの接続部は、リング周囲のまわりに均一に分散される。
【００２０】
コアの遠位端１２Ｐに隣接して、螺旋状素子１４は、開回路端１４Ｅで終端する。本発明のこの好ましい実施形態において、螺旋状素子１４は、全て同じ長さであり、それぞれは、アンテナの動作周波数において４分の１波長の電気長を有するが、この長さは、近位導電性リング１６とのそれぞれの素子の接続部から開回路端１４Ｅまでのそれぞれの素子の長さである。実際には、螺旋状素子１４には、オープンエンドのモノポール螺旋状素子アレイが含まれる。代替実施形態において、有利なことに、素子１４は、半回転ではなく４分の１回転ヘリックスであってもよい。
【００２１】
導電性リング１６の内周から内側に放射状に延び、かつ近位コア表面部１２Ｐ上にめっきされるのは、直径上正反対の位置で導電性リング１６に接続される２つの給電接続導体１８Ａ、１８Ｂである。給電接続導体の内側端部、すなわちアンテナの中心軸に隣接するこれらの導体の２つの端部は、アンテナ用の平衡給電接続部を構成する給電ノードを形成する。各給電接続導体１８Ａ、１８Ｂは、アンテナの動作周波数において直列インダクタンスを形成する。給電接続導体１８Ａ、１８Ｂの内側端部によって構成された給電ノードをブリッジするのは、上記の直列インダクタンスと一緒に反応性の整合回路網を形成する分路キャパシタ２０である。１対の金属スプリングコネクタ２２が、アンテナを受信および／または送信回路に接続するために、給電ノードの近くから延びる。
【００２２】
導電性リング１６の電気長は、アンテナの動作周波数において一波長、すなわち３６０°である。したがって、それは、次のように、動作周波数において共振する。すなわち、螺旋状素子１４から（アンテナが信号を受信するために用いられる場合）または給電ノードから（アンテナが送信用に用いられる場合）の動作周波数における信号によって駆動される場合に、共振電流が、導電性リング１６において循環し、それによって、導電性リング１６のまわりおよび螺旋状素子１４の近位端のまわりで、結果としての位相進行に起因する円偏波モードでアンテナを共振させるように共振する。このように、素子１４における電流振幅および位相の分布によって、螺旋状素子１４の整相は、回転ダイポールを効果的に合成し、したがって所望の円偏波特性をもたらす。
【００２３】
したがって、実際には、導電性リング１６は、トポロジー的に言えば、給電ノードと放射素子との間にある整相リングであり、放射素子は、この中間整相リングを介して給電ノードから駆動される。（給電ノードが導電性リング１６の内側にあるのに対して、放射素子が外側にあることに留意されたい。）
【００２４】
本発明のこの実施形態において、導電性リング１６は、途切れがない。しかしながら、以下で説明するように、キャパシタでブリッジされた、典型的には、２つの開路を有することがまた可能であり、それは、代替整合回路網の一部を形成する。
【００２５】
図示のように、導電性リングは円形であることが好ましいが、しかしこれは必須ではない。この実施形態には１２本の螺旋状放射素子があるが、より小さな数、例えば１０本、８本、６本または４本を用いてもよい。しかしながら、共通の特徴は、整相リングが、動作周波数で共振する閉じた導電性ループを形成するということである。このように、リング１６は、この場合には素子の全てが同じ長さおよび構成を有するにもかかわらず、螺旋状素子１４の整相を規定する。特に、コア１２によって形成された基体上のめっき導体または導体部として具体化される場合に、このように共振リングの使用によって、集中整相回路網と比較して、わりあい安価で作製でき、一方で優れた製造歩留まりを維持する特に安定した整相素子が形成される。この例において、４分の１波長螺旋状素子１４を用いれ
ば、給電ノードにおけるアンテナインピーダンスは、比較的低い（典型的には数オーム）。上記のように、給電ノードは、平衡給電点を形成する。アンテナが、シングルエンド受信機フロントエンドと共に用いられることになる場合には、図２に示すように、アンテナは、専用バラン回路を実装したプリント回路基板に接続してもよい。図２を参照すると、受信機フロントエンド回路基板３０は、アンテナの近位ピン２２（図１）に接続するためのプリントトラック３２を有する。トラック３２は、アンテナとバラン回路との間の接続部を形成するが、バラン回路は、Ｊｏｈａｎｓｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．（Ｃａｍａｒｉｌｌｏ，ＣＡ９０３１２，ＵＳＡ）によって、型番ＢＬ１５の下で製造された範囲から選択されたバランユニットであってもよい。バラン回路３４は、同様にプリント回路板３０に実装された無線周波数フロントエンド増幅器３６用のシングルエンド出力を供給する。
【００２６】
アンテナの放射パターンは、それが、カージオイド形状であり、遠位方向軸最大値を有し、かつ方位においてほぼ全方向性であるという点で、従来の誘電体装荷４線巻（ｑｕａｄｒｉｆｉｌａｒ）アンテナが示すパターンと同様である。
【００２７】
図３Ａおよび３Ｂの等価回路によって示すように、図１のアンテナの整合回路網は、直列インダクタンス分路キャパシタンスタイプである。図３Ａは、導電性リング１６をループとして示し、各給電接続導体１８Ａ（図１）はインダクタンスＬによって表され、キャパシタ２０（図１）は、給電ノードＦを横切る分路キャパシタンスＣとして出現している。図３Ｂを参照すると、整相リングおよび関連する螺旋状素子は、抵抗Ｒによって表してもよい。図３Ｂの等価回路は、平衡配置として示されている。典型的には、給電ノードＦで測定された場合に、アンテナおよび整合回路網によって表されるソースインピーダンスは、５０オームである。
【００２８】
図４Ａおよび４Ｂを参照すると、本発明による第２のアンテナは、追加的な整相の安定性のために２つの整相リングを有する。単純にするために、図４Ａの近位図において、コアの近位端面部１２Ｐ上のめっき導体は、接続ピンおよび分路整合キャパシタなしに示されている。実際には、図１に関連して上記したように、アンテナには、これらのコンポーネントが含まれる。近位端面部１２Ｐのアートワークは、図１に関連して上記した第１のアンテナのそれとほぼ同じである。しかしながら、この実施形態において、螺旋状素子１４は、それぞれコア１２のまわりでほぼ全回転をし、かつ図４Ｂに示すように、円筒側面部１２Ｓおよび遠位端面部１２Ｄの交差によって形成されたエッジ上を、遠位端面部１２Ｄ上にめっきされた第２の導電性リング４０へ延びる。代替実施形態において、螺旋状素子は、半回転素子である。
【００２９】
この実施形態における各螺旋状素子１４の電気長は、アンテナの動作周波数において半波長である。このアンテナの変形において、螺旋状素子は、全波長またはより高く半波長の整数倍の電気長を有してもよい。図１に関連して上記した第１のアンテナにおけるように、近位導電性リング１６の電気長は、全波長、すなわち３６０°である。このアンテナにおいて、遠位導電性リング４０は、同一の寸法にされる。しかしながら、２つの導電性リングの電気長を相違させ、それらの共振周波数を広げ、それによってアンテナの帯域幅を増加させるように手配することが可能である。
【００３０】
所与のコア材料およびコア直径に対して、この第２のアンテナのコア１２は、第１のアンテナのコアより長くかつより重いが、第２の整相リングは、より大きな整相の安定性を提供する。
【００３１】
図５Ａおよび５Ｂを参照すると、本発明による第３のアンテナは、１０本の細長いアンテナ素子であって、かかる素子の２つのグループによって構成された１０本の細長いアン
テナ素子を備えたアンテナ素子構造を有する１０線巻（ｄｅｃａｆｉｌａｒ）螺旋状アンテナであり、一方のグループには、複数の閉回路螺旋状導電性トラック５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆが含まれ、別のグループには、複数の開回路導電性トラック５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄが含まれ、これらのトラックは全て、固体円筒コア５２の円筒外面部５２上でめっきされるか、または別の方法で金属化される。図５Ｂにおいて、コアおよび他のコンポーネントは、明確にするために省略されている。
【００３２】
コアは、セラミック材料で作製される。この場合に、それは、３６近辺の比誘電率を有するチタン酸塩材料である。ＧＰＳ  Ｌ１およびＬ２バンド（１５７５．４２ＭＨｚおよび１２２７．６ＭＨｚ）における動作用に意図されているこの実施形態において、コアの直径は、１４ｍｍである。１７．７５ｍｍのコア長さは直径より長いが、しかし他の実施形態において、それは直径より短くてもよい。
【００３３】
この第３のアンテナは、それが、コアの遠位端面５２Ｄから近位端面５２Ｐまでコアを通過する軸方向穴（図示せず）に収容された同軸伝送線フィーダを有するという点で、バックファイア螺旋状アンテナである。両方の端面５２Ｄ、５２Ｐは、平面であり、かつコアの中心軸に直角である。本発明のこの実施形態において、それらは、一方が遠位方向に向けられ、他方が近位方向に向けられているという点で、反対方向に向けられている。同軸伝送線は、穴の中心に収容された剛性同軸フィーダであり、外側シールド導体が穴の壁から離間されて、シールド導体とコア５２の材料との間に誘電体層が有効に存在するようにする。図６を参照すると、同軸伝送線フィーダは、導電性管状外側シールド５６と、第１の管状空隙または絶縁層５７と、絶縁層５７によってシールドから絶縁された細長い内側導体５８と、を有する。シールド５６は、外側に突き出て一体的に形成されたばねタング５６Ｔまたはスペーサを有するが、それらは、穴の側壁からシールドを離間する。第２の管状空隙が、シールド５６と穴の側壁との間に存在する。代わりに、絶縁層５７は、シールド５６と穴の壁との間の層と同様に、プラスチックスリーブとして形成してもよい。本出願人らによる上記の国際公開第２００６／１３６８０９号パンフレットに説明されているように、フィーダのより低い近位端において、内側導体５８が、絶縁ブッシュ（図示せず）によってシールド５６内の中央に配置される。
【００３４】
シールド５６と内側導体５８と絶縁層５７との組み合わせは、アンテナが接続されることになる装置の無線周波数（ＲＦ）回路に螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆ、５１Ａ−５１Ｄの遠位端を結合するために、軸方向穴（図示せず）におけるアンテナコア５２を通過する、所定の特性インピーダンス（ここでは５０オーム）の伝送線を構成する。アンテナ素子５０Ａ−５０Ｆ、５１Ａ−５１Ｄとフィーダとの間の結合は、螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆ、５１Ａ−５１Ｄに関連する導電性接続部を介して行われ、これらの接続部は、コア５２の遠位端面５２Ｄ上にめっきされた短い放射状トラック５０ＡＲ、５０ＢＲ、５０ＣＲ、５０ＤＲ、５０ＥＲ、５０ＦＲ、５１ＡＲ、５１ＢＲ、５１ＣＲ、５１ＤＲとして形成される。各接続部は、それぞれの螺旋状トラックの遠位端から、コアにおける軸方向穴の端部に隣接するコア遠位面５２Ｄ上にめっきされた遠位導電性整相リング１６の外側エッジまで延びる。図５Ｂから分かるように、整相リング１６は、（図６に関連して上記したように）アンテナの中心軸および軸方向伝送線フィーダセクションよりも、コアの遠位面５２Ｄおよび螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆ、５１Ａ−５１Ｄの近位端の周囲により近い。本発明のこの実施形態において、整相リング１６は、１１ｍｍの平均直径、およびＧＰＳ  Ｌ１周波数１５７５．４２ＭＨｚである第１の動作周波数において全波長と等価な電気長、すなわち３６０°を有する。開回路螺旋状トラック５１Ａ−５１Ｄはまた、アンテナの第１の動作周波数１５７５．４２ＭＨｚで共振し、かつ図５Ｂに示すように、それらのそれぞれの接続部５１ＡＲ−５１ＤＲによって、角度的に離間された部分において遠位整相リング１６に接続される。それらは、整相リング１６のまわりに正確には均一に分散されてはいないが、分散は、アンテナのこの第１の共振モードにおいて円偏波応答を
生成するために、４つの開回路素子を同期させるためには十分に均一である。
【００３５】
放射素子の第２のグループを表す閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆは、アンテナの第２の共振モードを表す第２のより低い動作周波数であるＧＰＳ  Ｌ２周波数、１２２７．６０ＭＨｚで共振する。以下で説明するように、それらはまた、それらのそれぞれの接続部５０ＡＲ−５０ＦＲによって、角度的に離間された位置において遠位整相リング１６に接続される。
【００３６】
以下でまた説明するように、遠位整相リング１６は、コア遠位面５２Ｄに固定された積層基板５９上の導体により、整合回路網を介して、軸方向伝送線セクションのシールドおよび内側導体１６、１８に結合される。同軸伝送線フィーダセクションおよび積層基板５９は、共に、コア５２への組み立ての前に単一給電構造を含み、それらの相互関係は、図５Ａおよび６を比較することによって見ることが可能である。
【００３７】
整相リング１６の電気長はまた、その物理的経路長さ、コア材料の比誘電率、ならびに積層基板５９の構成、配置および材料を含む要因によって決定される。
【００３８】
再び図６を参照すると、伝送線フィーダの内側導体５８は、装置回路への接続のために、コア５２の近位面５２Ｐからピンとして突き出た近位部５８Ｐを有する。同様に、シールド５６上の近位端の一体型ラグ（図示せず）は、装置回路接地部と接続するために、コア近位面５２Ｐを超えて突き出ている。
【００３９】
第１のグループにおける６つの閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆの近位端は、共通の仮想接地導体６０によって相互接続される。この実施形態において、共通導体は、第２の環状整相リングであり、コア５２の近位端部を囲むめっきスリーブの形態をしている。このスリーブ６０は、今度は、フィーダのシールド導体５６に接続されるが、この場合に、フィーダは、コア５２の近位端面５２Ｐのめっき導電性被覆６２によってコアの近くから出てくる（図１）。
【００４０】
第１のグループの６つの閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆは、異なる長さであり、３つの素子の各セット５０Ａ−５０Ｃ、５０Ｄ−５０Ｆは、スリーブの縁６０Ｕが一般にコアの近位端面５２Ｐから可変距離である結果として、わずかに異なる長さの素子を有する。最短の素子５０Ａ、５０Ｄがスリーブ６０に接続される場合に、縁２０Ｕは、最長のアンテナ素子５０Ｃ、５０Ｆがスリーブ６０に接続される場合より、近位面５２Ｐからさらに少し離れている。閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆを含む導電性経路の異なる長さは、この場合にはＧＰＳ  Ｌ２周波数、１２２７．６０ＭＨｚにおける円偏波信号にアンテナが敏感な第２の共振モードでアンテナが動作する場合に、３つの素子の各セット５０Ａ−５０Ｃ、５０Ｄ−５０Ｆ内の素子における電流間の位相差に帰着する。このモードにおいて、電流は、一方でコア５２の一側における遠位整相リング１６に接続された素子５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆと、他方でコア５２の反対側における遠位整相リング１６に接続されたもう一方の素子のセット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃとの間で、スリーブ６０の縁６０Ｕのまわりを流れる。
【００４１】
導電性スリーブ６０、近位端面５２Ｐのめっき６２、および給電線５６、５８の外側シールド５６は、４分の１波長バランを一緒に形成するが、この４分の１波長バランは、アンテナが設置時に接続される装置からの、アンテナ素子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、給電線５６、５８の近位端におけるシングルエンド電流を、コア５２の遠位端面部５２Ｄに出現する遠位端における平衡電流に変換する。
【００４２】
スリーブ６０の縁６０Ｕは、λｇ２の電気長を有するが、λｇ２は、アンテナの第２の
共振モードの周波数において縁６０Ｕのまわりを通る電流用の管内波長であり、その結果、縁は、その周波数でリング共振を示す。共振素子としてのスリーブ縁６０Ｕの動作は、上記の欧州特許出願公開第１１４７５７１Ａ号明細書でより詳細に説明されている。
【００４３】
本発明のこの実施形態のスリーブ６０およびめっき６２が、それらがバラン機能およびリング共振の両方を提供する点で有利であるとはいえ、リング共振はまた、本実施形態におけるようにスリーブをフィーダシールド導体５６に接続してオープンエンドキャビティを形成する形態ではなく、図４Ａおよび４Ｂに関連して上記した実施形態におけるように、第２のグループの螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆを、コア５２を囲み、かつコアの外側面部上に近位および遠位エッジの両方を有する環状導体に接続することによって、独立して提供することもできる。かかる導体は、螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆ、５１Ａ−５１Ｄを形成する導電性トラックの幅と同様の幅である環状トラックを構成可能な限りで比較的狭くてもよく、かつそれがアンテナの動作周波数において管内波長に対応する電気長を有するならば、閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆおよびそれらの相互接続によって提供されるループに関連する共振モード、すなわち第２の共振モードを補強するリング共振をやはり生成する。
【００４４】
スリーブ６０の縁６０Ｕが、より低い動作周波数、すなわち１２２７．６０ＭＨｚで円偏波共振を補強する第２の近位整相リングとして働くことが理解されよう。上記のように、スリーブ縁６０Ｕが、コア５２の外側円筒表面部５２Ｃに位置してもよいのに対して、別の変形において、近位端面部５２Ｐ上に完全に位置する整相リングを形成するために、バランは、コア５２の近位面５２Ｐ上にディスク状導体を単独で含み、第２のグループの螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆがコア５２の近位表面部５２Ｐ上に延びてもよい。
【００４５】
スリーブ６０および近位表面めっき６２は、閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆから、コアの近位端面５２Ｐの給電線のシールド５６への電流フローを防ぐトラップとして働く。閉回路螺旋状トラックの各サブセットが、典型的には、１つの長いトラック５０Ｃ；５０Ｆ、１つの中間長さのトラック５０Ｂ；５０Ｅ、および１つの短いトラック５０Ａ；５０Ｄを有するように、閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆを遠位整相リング１６によって相互接続された３つの螺旋状トラックの２つのサブセットと見なしてもよいことが注目される。
【００４６】
（ａ）最も短い閉回路螺旋状トラック５０Ａ、５０Ｄおよびスリーブ縁６０Ｕ、（ｂ）中間長さの閉回路螺旋状トラック５０Ｂ、５０Ｅおよびスリーブ縁６０Ｕ、および（ｃ）最も長い閉回路螺旋状トラック５０Ｃ、５０Ｆおよびスリーブ縁６０Ｕによってそれぞれ形成された、整相リング１６の対向する側部間に走る３つの導電性ループは、それぞれ、第２の共振モードの周波数においてループに沿った管内波長であるλｇ２とほぼ等しい有効電気長を有する。これらの放射素子は、半回転素子であり、かつコアの円筒表面部５２Ｃ上で同一の広がりを有する。閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆの構成およびそれらの相互接続は、それらが、簡単な誘電体装荷６線巻（ｈｅｘａｆｉｌａｒ）螺旋状アンテナと同様に動作するようにされ、その動作は、上記の英国特許出願公開第２４４５４７８Ａ号明細書に、より詳細に説明されている。
【００４７】
閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆとは対照的に、他の螺旋状導体トラック５１Ａ−５１Ｄは、図５Ａおよび５Ｂに示すように、コアの遠位端面部５２Ｄとスリーブ縁６０Ｕとの間の位置で、コア円筒表面部５２Ｃ上に開回路近位端を有する。これらの開回路螺旋状トラックの配置は、それらがまたコアのまわりで均一に分散されて閉回路トラック５１Ａ−５０Ｆ間でインターリーブされ、各開回路トラック５１Ａ−５１Ｄが、コアの軸を中心にほぼ半回転するようにされる。コアの軸のまわりに均一に分散されるので、開回路螺旋状トラック５１Ａ−５０Ｄには、一般に、直交して位置するトラックペア５１Ａ、５１
Ｃ；５１Ｂ、５１Ｄが含まれる。各開回路トラック５１Ａ−５１Ｄは、コア遠位端面部５２Ｄ上のそのそれぞれの放射状接続素子５１ＡＲ−５１ＤＲと一緒に、次の意味で４分３波長モノポールを形成する。すなわち、この実施形態において、各トラックの電気長が、とりわけ各開回路素子の長さによって決定されるアンテナの第１の円偏波共振モードの周波数において、トラックに沿った管内波長λｇ１の４分の３とほぼ等しいという意味である。この実施形態において、第１の円偏波共振モードの周波数は、ＧＰＳ  Ｌ１周波数１５７５．４２ＭＨｚである。
【００４８】
閉回路螺旋状導体トラック５０Ａ−５０Ｆの場合のように、開回路トラック５１Ａ−５１０もまた、物理的および電気的長さにおいて小さな差を示す。したがって、開回路トラックには、直径上の正反対のトラック５１Ｂ、５１Ｄの第２のペアより長い、直径上の正反対のトラック５１Ａ、５１Ｃの第１の１ペアが含まれる。長さにおけるこれらの小さな変動は、それらのそれぞれの共振を位相前進および位相遅延させて、第１の円偏波共振モードの周波数において回転ダイポールを合成する際に助けとなる。
【００４９】
本発明のこの実施形態において、第１の共振モードの周波数が、第２の共振モードの周波数より高いことに留意されたい。他の実施形態において、反対も当てはまり得る。螺旋状素子の基本または高調波共振を用いてもよいが、一般に、閉回路素子は、ｎλｇ２／２の平均電気長を有し、開回路素子は、（２ｍ−１）λｇ１／４の平均電気長を有し、ここでｎおよびｍは、正整数である。
【００５０】
開回路螺旋状トラック５１Ａ−５１Ｄおよびそれらのそれぞれの放射状トラック５１ＡＲ−５１ＤＲによって形成されたモノポール素子のシステムは、スリーブ縁６０Ｕへの接続がないため、第１の円偏波共振モードは、スリーブ縁６０Ｕのリング共振とは無関係に決定される。しかしながら、スリーブ６０によって形成される遠位整相リング１６およびバラン、フィーダ５６、５８、ならびにそれらの、（シールド導体５６の自己キャパシタンスの影響を低減する）コアの近位端面部５２Ｐのめっき層６２による相互接続は、クワドリフィラモノポール５１Ａ−５１Ｄの整合を改善し、それによって、第１の共振モードにおいて安定した円偏波放射パターンを生成する。さらに、結果として、モノポール長さの許容誤差は、それほど重要ではない。
【００５１】
この明細書において、「放射（ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」および「放射する（ｒａｄｉａｔｉｎｇ）」という用語は、次の意味で広く解釈すべきである。すなわち、アンテナの特性または素子に適用された場合に、それらは、アンテナが送信機と共に用いられる場合にエネルギの放射に関連するアンテナの特性もしくは素子を、またはアンテナが受信機と共に用いられる場合に、相互的な周囲からのエネルギの吸収に関連する特性もしくは素子を指すという意味である。
【００５２】
遠位整相リングに接続された５つの螺旋状トラックの２つのセット５０Ａ、５１Ａ、５０Ｂ、５１Ｂ、５０Ｃ；５０Ｄ、５１Ｃ、５０Ｅ、５１Ｄ、５０Ｆに関して、それぞれコアのまわりの閉回路トラック５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ；５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆおよび開回路トラック５１Ａ、５１Ｂ；５１Ｃ、５１Ｄのシーケンスは、それが、中心線ＣＬ１；ＣＬ２（図５Ｂを参照）に対して対称であるようにされる。換言すれば、各給電結合ノードに関して、シーケンスは、それぞれの中心線に対してミラーされる。より具体的には、螺旋状トラックの配置は、各給電結合ノードに接続された螺旋状トラック素子について、それらが、近隣するアンテナ素子のペアを含み、各ペアが、１つの閉回路アンテナ素子および１つの開回路アンテナ素子を含むようにされ、かつアンテナ素子のシーケンスは、コアのまわりの所与の方向において、閉回路素子が開回路素子に先行するペアの数が、同じ方向において開回路素子が閉回路素子に先行するペアの数と等しくなるようにされる。この文脈において、素子のかかる各「ペア」には、同様に別のかかるペアの素子である少な
くとも１つの素子を含み得ることに留意すると、遠位整相リング１６の一側に結合されたアンテナ素子には、４つのペア５０Ａ、５１Ａ；５１Ａ、５０Ｂ；５０Ｂ、５１Ｂおよび５１Ｂ、５０Ｃが含まれる。これらの４つのペアのうち、左回りの方向において、アンテナの上から（すなわち、遠位コア表面部５２Ｄの遠位に位置する場所から）シーケンスを見ると、閉回路素子が開回路素子に先行する２つのペア５０Ａ、５１Ａ；５０Ｂ、５１Ｂと、開回路素子が閉回路素子に先行する２つのペア５１Ａ、５０Ｂ；５１Ｂ、５０Ｃと、が存在し、それによって、上記で明記したように、等しい数のペアという条件を満たす。同じことは、整相リング１６の他側に接続されたアンテナ素子に当てはまる。したがって、閉回路素子が開回路素子に先行する２つのペア５０Ｄ、５１Ｃ；５０Ｅ、５１Ｄと、開回路素子が閉回路素子に先行する２つのペア５１Ｃ、５０Ｅ；５１Ｄ、５０Ｆと、が存在する。閉回路素子および開回路素子のこの順序付けは、この条件を満たさないアンテナと比較して、優れたアンテナ放射パターンを生成することが分かった。
【００５３】
４つの閉回路素子および４つの開回路素子だけを有するアンテナを用いて条件を満たすことが可能である。しかしながら、１種類の６つの素子およびもう一方の種類の４つの素子の組み合わせ、すなわちこの場合には、６つの閉回路素子および４つの開回路素子が好ましい。なぜなら、各グループ５０Ａ−５０Ｆ；５１Ａ−５１Ｄの素子のより均一な間隔を得ることができるからである。したがって、アンテナ軸に直角な任意の所与の平面において、アンテナ素子５０Ａ−５０Ｆ、５１Ａ−５１Ｄの完全なセットが、コアのまわりで均一に分散されるとすると、閉回路螺旋状トラック５０Ａ−５０Ｆは、７２°（４つのトラックペアに関して）および３６°（２つのトラックペアに関して）の角度間隔を有する。６０°の最適間隔からの最大偏差は、２４°である。４つの開回路螺旋状トラック５１Ａ−５１Ｄに関して、素子間角度間隔は、７２°および１０８°である。すなわち、９０°の最適値からはわずかに１８°の偏差をもたらす。
【００５４】
インピーダンス整合は、図１に示すように、コアの遠位端面部５２Ｄ上に直接実装された積層プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリ５９に具体化された整合回路網によって実行される。
【００５５】
図６に示すように、ＰＣＢアセンブリ５９は、給電線５６、５８を組み込んだ給電構造の一部を形成する。
【００５６】
給電線５６、５８は、アンテナ素子構造へまたはそこから信号を伝達するための、５０オームの特性インピーダンスを有する線の単なる機能以外の機能を実行する。第１に、上記のように、シールド５６は、スリーブ６０と共に働いて、アンテナ素子構造への給電構造の接続点においてコモンモードアイソレーションを提供する。（ａ）コアの近位端面５２Ｐ上のめっき６２とのシールド導体の接続部と、（ｂ）ＰＣＢアセンブリ５９上の導体へのシールド導体の接続部との間のシールド導体の長さは、軸方向穴（そこにフィーダ伝送線が収容されている）の寸法、およびシールド５６と穴の壁との間のスペースを満たす材料の誘電率と一緒に、次のようにされる。すなわち、シールドの外面におけるシールド５６の電気長が、アンテナの２つの必要な共振モードの周波数のそれぞれにおいて、約４分の１波長であり、その結果、導電性スリーブ６０、めっき６２およびシールド５６の組み合わせが、アンテナ素子構造への給電構造の接続部において平衡電流を生成するようにされる。
【００５７】
この好ましいアンテナにおいて、絶縁層が、給電構造のシールド１６を囲んでいる。この層は、コア５２の誘電率より低い誘電率であり、かつ好ましいアンテナでは空気層であるが、シールド５６の電気長に対して、およびしたがってシールド５６の外側に関連するどのような長手方向共振に対してもコア５２の影響を低減する。必要な動作周波数に関連する共振モードが、直径方向に、すなわち円筒コア軸の横に延びる電圧ダイポールによっ
て特徴付けられるので、必要な共振モードに対する低誘電率スリーブの影響は、少なくとも好ましい実施形態ではスリーブの厚さがコアの厚さよりかなり薄いゆえに、比較的小さい。したがって、シールド５６に関連する線形共振モードを、求められる共振モードから減結合させることが可能である。
【００５８】
アンテナは、上記したように、螺旋状アンテナ素子５０Ａ−５０Ｆ；５１Ａ−５１Ｄの有効電気長によって決定される共振周波数を有する。所与の共振周波数に対する素子の電気長はまた、コア材料の比誘電率に依存し、アンテナの寸法は、空心クワドリフィラアンテナに対してかなり低減される。整相リングがコア材料上にめっきされるので、それらの寸法もまた、全波長空気リングに対してかなり低減される。
【００５９】
本発明によるアンテナは、約１ＧＨｚを超えるデュアルバンド衛星通信に特に適している。この場合に、第２のグループの螺旋状アンテナ素子５０Ａ−５０Ｆが、約１６ｍｍの平均長手方向範囲（すなわち中心軸と平行な範囲）を有するのに対して、第１のグループの螺旋状アンテナ素子５１Ａ−５１Ｄは、約１５．５ｍｍの平均長手方向範囲を有する。導電性スリーブ２０の長さは、典型的には１．７５ｍｍ近辺である。これは、２つの周波数動作バンドのだいたいの周波数において４分の１波長バランをもたらす。この寸法は、重要ではない。実際には、スリーブ長さは、２つの中心周波数のどちらか、または中心周波数間の間隔に依存して、多くの場合に中間の任意の周波数で４分の１波長バラン動作をもたらすように設定してもよい。一般に、スリーブが、中心周波数の中間で４分の１波長バランを形成するのが望ましい。
【００６０】
アンテナ素子５０Ａ−５０Ｆおよび５１Ａ−５１Ｄの正確な寸法は、必要な位相差が得られるまで、経験的な最適化を試みることによって、試行錯誤に基づいて設計段階に決定することができる。コアの軸方向穴における同軸伝送線の直径は、２ｍｍ近辺である。
【００６１】
ここで、給電構造のさらなる詳細を説明する。図６に示すように、給電構造には、同軸５０オーム給電線５６、５７、５８および線の遠位端に接続された平面積層基板アセンブリ５９の組み合わせが含まれる。ＰＣＢアセンブリ５９は、コア５２の遠位端面５２Ｄに対して平らに直接接触して位置する多層プリント回路基板である。図１に示すように、ＰＣＢアセンブリ５９の最大寸法は、ＰＣＢアセンブリ５９が、コア５２の遠位端面５２Ｄの周囲内に完全に存在するように、コア５２の直径より小さい。
【００６２】
この実施形態において、ＰＣＢアセンブリ５９は、コアの遠位面５２Ｄの中心に位置するディスクの形態をしている。その直径は、コア遠位表面部５２Ｄ上にめっきされた遠位整相リング１６に外周が重なるような大きさである。図６Ａの分解図に示すように、アセンブリ５９は、同軸フィーダ伝送線の内側導体５８を収容する実質的な中心穴７２を有する。３つの偏心ホール７４が、シールド５６の遠位ラグ５６Ｇを収容する。ラグ５６Ｇは、同軸フィーダ構造に対してＰＣＢアセンブリ５９を配置する際に役立つように、屈曲または「湾曲」している。４つの全てのホール３２、３４は、中までめっきされる。さらに、アセンブリ５９Ａ、５９ＰＢの周囲の部分５９Ｐがめっきされ、めっきは、積層基板の近位面および遠位面に延びる。
【００６３】
ＰＣＢアセンブリ５９は、それが、絶縁層および３つのパターン化された導電層を有するという点で、積層基板を有する。追加の絶縁および導電層を、本発明の代替実施形態において用いてもよい。図６Ａに示すように、この実施形態では、絶縁層８０Ａ、８０Ｂによって分離された遠位層７６および近位層７８を含む２つの外側導電層がある。これらの絶縁層８０Ａ、８０Ｂは、ＦＲ−４ガラス強化エポキシ基板から作製される。絶縁層８０Ａ、８０Ｂ間には、中間導体層８１がある。遠位および近位導体層は、それぞれ、図７Ａおよび７Ｂにそれぞれ示すように、それぞれの導体パターンを用いてエッチングされる。
導体パターンが、積層基板の周囲部分５９ＰＡ、５９ＰＢへ、およびめっきされたスルーホール７２、７４へ延びる場合に、異なる層におけるそれぞれの導体は、エッジめっきおよびホールめっきによってそれぞれ相互接続される。導体層７６、７８の導体パターンを示す図面から分かるように、遠位導電層７６は、細長い導体トラック３６Ｌ１、３６Ｌ２を有するが、この導体トラック３６Ｌ１、３６Ｌ２は、内側給電線導体５８（それが、積層基板における中心穴７２に収容された場合に）を、低インダクタンスで外側に広がった第１の扇形電流分配導体８６Ａを介して、基板の第１の周囲めっきエッジ部５９ＰＡに接続する。扇形導体８６Ａは、その外側端において、第１のめっき周囲エッジ部５９ＰＡによって形成されるが、コア軸において９０°の角度をなす。内側給電導体５８と扇形導体８６Ａとの間の細長いトラックは、２つの部分７６Ｌ１、７６Ｌ２であり、これらの部分７６Ｌ１、７６Ｌ２は、それらの比較的狭く細長い形状ゆえに、アンテナの動作周波数でインダクタンスを構成する。第１の周囲エッジ部５９ＰＡが、コアの遠位端面５２Ｄにおける半分の放射状導体５０ＤＲ、５０ＥＲ、５０ＦＲ、５１ＣＲ、５１ＤＲの領域において遠位リング１６に接続されるので（図５Ａ）、これらのインダクタンスは、内側給電線導体１８と、それぞれの螺旋状アンテナ素子、すなわち各グループ５０Ａ−５０Ｆ；５１Ａ−５１Ｄの２つとの間で直列である。
【００６４】
給電線シールド５６は、積層基板におけるホール７４に収容された場合に、第２の外側に広がった扇形電流分配導体８６Ｂ（その比較的大きな面積ゆえに、同様に低インダクタンスを有する）によって、基板の反対側の周囲めっきエッジ部５９ＰＢに直接接続される。したがって、シールドは、他の放射状導体１０ＡＲ、５０ＢＲ、５０ＣＲ、５１ＡＲ、５１ＢＲの領域において整相リング１６に実質的に直接接続される。第２の扇形導体８６Ｂは、誘導性の細長いトラック３６Ｌ１、３６Ｌ２に沿って第１の扇形導体８６Ａの方へ延ばされ、離散分路キャパシタンス用のパッドを提供する。したがって、この実施形態において、第２の扇形導体８６Ｂは、その反対側における誘導性トラック７６Ｌ１、７６Ｌ２と平行に走る２つの延長部７６ＦＡ、７６ＦＢを有する。各延長部７６ＦＡ、７６ＦＢは、中央誘導性トラックと比較して、はるかに幅の広いトラックとして形成され、したがって無視できるインダクタンスである。これらの延長部の１つ７６ＦＡは、中央ホール７２に関連するめっきに接続される第１のチップキャパシタ８２−１、および２つの誘導性トラック部７６Ｌ１、７６Ｌ２間の接合部に接続される第２のチップキャパシタ８２−８Ａ用のパッドを提供する。もう一方の延長部３６ＦＢは、誘導性トラック部７６Ｌ１、７６Ｌ２間の接合部に同様に接続される第３のチップキャパシタ８２−２Ｂ用のパッドを提供する。本発明のこの実施形態において、キャパシタ８２−１、８２−２Ａ、８２−２Ｂは、０２０１サイズのチップキャパシタ（例えば、株式会社村田製作所のＧＪＭ）である。積層基板５９の遠位面上にあるので、扇形導体８６Ａ、８６Ｂが、コアの遠位端面５２Ｐから離間され、したがって、コアの誘電材料によってそれほど装荷されないことに留意されたい。
【００６５】
上記の組み合わせは、図８に概略的に示す２極反応性整合回路網を構成する。回路網は、（ａ）閉回路螺旋状素子５０Ａ−５０Ｆおよび関連部品によって構成されるソース、ならびに開回路螺旋状素子５１Ａ−５１Ｄおよび関連部品によって構成されるソースをそれぞれ表す部分回路１００、１０１と、（ｂ）５０オーム負荷１０２との間のデュアルバンド整合を提供する。この例において、給電線５６−５８（図６および６Ａ）は、５０オーム同軸線セクション１０４である。インダクタＬ１およびＬ２は、上記で言及したトラックセクション７６Ｌ１、７６Ｌ２によって形成される。分路キャパシタンスＣ１は、図６Ａおよび７Ａにおいてキャパシタ８２−１として示されているキャパシタンスである。もう一方の分路キャパシタンスＣ２は、図７Ａに関連して上記した２つのチップキャパシタ８２−２Ａ、８２−２Ｂの並列の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用に２つのキャパシタを用いることにより、薄型チップキャパシタを用いて比較的高い容量値を得ることが可能になり、抵抗損失が低減される。
【００６６】
中間導電層８１の導体パターンは、周囲エッジ導体５９ＰＡ、５９ＰＢから、およびめっきホール７２、７４によって表されるビアから離間された単一リングの形態をしている。このリングまたはワッシャは、整相リング１６に関連する電磁界を制限し、それによって、その共振周波数を第１の動作周波数へ低下させる。
【００６７】
給電線５６、５８、ＰＣＢアセンブリ５９、およびコアの遠位面５２Ｄ上の導電性トラック間の接続は、はんだ付けによって、または導電性接着剤を用いた接合によってなされる。給電線５６−５８およびアセンブリ５９は、内側導体５８の遠位端が積層基板のビア７２においてはんだ付けされ、かつシールドラグ５６Ｇがそれぞれの偏心ビア７４においてはんだ付けされる場合に、一緒に単一フィーダ構造を形成する。給電線５６−５８およびＰＣＢ５９は、一緒に、一体整合回路網を備えた単一給電構造を形成する。
【００６８】
直列インダクタンスＬ１、Ｌ２および分路キャパシタンスＣ１、Ｃ２によって構成された回路網は、無線周波数回路に接続された場合に、アンテナの放射アンテナ素子構造と伝送線セクションの近位端における５０オーム終端部との間の整合回路網を形成するが、この５０オーム負荷インピーダンスは、アンテナ素子構造の動作周波数において、そのインピーダンスに整合される。整合回路網によって表される並列インピーダンスはまた、モノポールアンテナ素子５１Ａ−５１Ｄに対するより広い許容誤差を可能にする有益な効果および改善されたそれぞれの放射パターンを有する。
【００６９】
上記のように、給電構造は、アンテナコア５２に挿入される前にユニットとして組み立てられ、アセンブリ１９の積層基板は、同軸線１６−１８に固定される。第３のアンテナの製造におけるこの後のステップは、上記の国際公開第２００６／１３６８０９号パンフレットに説明されている通りである。
【００７０】
上記の構造を用いれば、デュアルバンド円偏波周波数応答を生成することが可能であり、アンテナの挿入損失対周波数グラフは、一般に、図９に示す通りである。アンテナは、上側共振周波数ｆ１に集中した第１のバンド、および下側共振周波数ｆ２に集中した第２のバンドを有する。このアンテナにおいて、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パーセントである。それは、両方のバンドにおいて、右旋円偏波に関して主に上方に向けられたアンテナ放射パターンを有する。
【００７１】
本発明によるアンテナが、左旋円偏波に適用できることが理解されよう。左旋円偏波を用いる１つのサービスは、約１６１６ＭＨｚに集中したハンドセットから衛星までの送信用バンドおよび約２４９２ＭＨｚに集中した衛星からハンドセットまでの送信用の別のバンドを有するＧｌｏｂａｌＳｔａｒ音声およびデータ通信衛星システムである。
【００７２】
上記したのは、整相リング１６がキャパシタによってブリッジされた開路を備えて非連続的である、可能な形態である。かかる変形は、所与のスペース内で整相リングの共振周波数を選択する際に、より大きな柔軟性を提供する。さらに、キャパシタは、代替インピーダンス整合回路網の一部を形成してもよい。かかる変形例が図１０に示されているが、図１０は、円筒コア５２の端面であって、その上に、それぞれのキャパシタ１２０によってブリッジされた２つの開路を備えた整相リング１６をめっきした端面の平面図である。図５Ａおよび５Ｂに関連して上記したように、この変形例において、整相リングは、その外側周囲で、短い放射状接続部を用いて１０本の螺旋状放射素子に接続される。給電構造は、図１０に示されていない。実際には、上記したのと同じ一般的な物理構成を有するＰＣＢ整合回路網を用いてもよい。代替として、内側に延びる放射状給電接続導体１８Ａ、１８Ｂは、整相リング１６を、軸方向に位置する伝送線フィーダに直接結合するか、またはエンドファイアアンテナの場合には、図２に関連して上記したような軸方向に位置する
回路基板に直接結合する。
【図１】
2012532518.tif 000003
【図２】
2012532518.tif 000004
【図３Ａ】
2012532518.tif 000005
【図３Ｂ】
2012532518.tif 000006
【図４Ａ】
2012532518.tif 000007
【図４Ｂ】
2012532518.tif 000008
【図５Ａ】
2012532518.tif 000009
【図５Ｂ】
2012532518.tif 000010
【図６】
2012532518.tif 000011
【図６Ａ】
2012532518.tif 000012
【図７Ａ】
2012532518.tif 000013
【図７Ｂ】
2012532518.tif 000014
【図８】
2012532518.tif 000015
【図９】
2012532518.tif 000016
【図１０】
2012532518.tif 000017
【国際調査報告】
2012532518.tif 000018
2012532518.tif 000019
2012532518.tif 000020