JP2001251132A - 角型スパイラルアンテナ - Google Patents
角型スパイラルアンテナInfo
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Abstract
ことができる小型,薄型の角型スパイラルアンテナを提
供する。 【解決手段】 方形状の誘電体層2の一方面に接地導体
1が設けられ、他方面に8個のマイクロストリップライ
ンを結合した単線スパイラル3を備え、使用周波数の実
効波長をλaとしたときに、単線スパイラルのマイクロ
ストリップラインの全長が1λa以内の長さであり、最
外周長が1λa以上であって、2λa以下の長さに選ば
れている。
Description
ンテナに関し、特に、移動体無線通信や衛星通信などに
用いられ、広帯域で円偏波に対応する角型スパイラルア
ンテナに関する。
体通信や衛星放送やレーダなどの通信分野においては、
偏波面の傾きに関わらず受信できるように円偏波の電波
を使用している。これらの通信においては、送受信を同
時に行なうために、複数の周波数を使用する必要があ
り、広帯域の電波が必要になる。したがって、使用する
アンテナとしては、広い帯域にわたって円偏波を送受信
できることが要求される。また、移動体搭載用アンテナ
としては、小型,薄型に構成できるものが求められる。
好な軸比を広い周波数帯域にわたって得ることができる
小型,薄型の角型スパイラルアンテナを提供することで
ある。
する角型スパイラルアンテナであって、方形状の誘電体
と、誘電体の一方面に設けられる接地導体と、誘電体の
他方面に設けられ、8個のマイクロストリップラインを
結合してなる単線スパイラルを備え、使用される周波数
の実効波長をλaとしたときに、単線スパイラルのマイ
クロストリップラインの全長がλa以内の長さであり、
最外周長が1λa以上であって、2λa以下の長さに選
ばれていることを特徴とする。
の単線スパイラルの端部に向かって8個目のマイクロス
トリップラインの長さをxとしたとき、xが0.015
λa≦x≦0.3λaの範囲の長さに選ばれていること
を特徴とする。
用周波数は5.8GHzであり、誘電体は縦横が16.
5mm,高さが6.0mmの形状であって、その誘電率
が4.4に選ばれていることを特徴とする。
接地導体を切抜いた部分にコプレーナ線路が設けられて
いることを特徴とする。
が1.7mmに形成されていることを特徴とする。
同軸線の芯線が挿入されてマイクロストリップラインの
一端に接続され、同軸線のアース線が接地導体に接続さ
れることを特徴とする。
型スパイラルアンテナの概略図であり、図2は同じく側
面図であり、図3は角型スパイラルアンテナのスパイラ
ル状マイクロストリップラインの上面図である。
は、接地導体1と、誘電体層2と、角型スパイラル状マ
イクロストリップライン3とから構成されている。
ではないが、導電性の高い銅などの導体が望ましい。誘
電体層2としては、ガラスエポキシ樹脂,テフロン,ア
ルミナなどの使用周波数領域での誘電損失が小さい誘電
体材料が用いられる。この実施形態では、誘電体層2と
して、誘電率4.4のものが用いられ、外径寸法は縦横
が16.5mm,高さが6.0mmの大きさに形成され
る。
ン3は、使用周波数領域での導体損が小さく、また加工
しやすい導体材料が用いられる。この実施形態では、角
型スパイラル状マイクロストリップライン3は、印刷法
で形成され、そのライン幅は0.6mmに選ばれる。そ
して、角型スパイラル状マイクロストリップライン3
は、8個の線路から構成される。角型スパイラル状マイ
クロストリップライン3には、接地導体1側から挿入さ
れた同軸線4の芯線が接続されて高周波信号が給電され
る。また、同軸線4のアース部は接地導体1に接続され
る。
ン3の全長Aは使用される周波数の実効波長をλaとし
たとき、 A<λa で規定され、使用される周波数の真空中での波長をλ0
とし、ストリップラインに対する実効誘電率をεeff
としたとき、 λa=λ0/√εeff で表わされる。
を採用している。このとき、実効波長λa=30mmで
あり、スパイラル状マイクロストリップライン3の全長
はλa以内となっている。また、このときの角型スパイ
ラル状マイクロストリップライン3を構成している8個
のマイクロストリップラインにおいて、スパイラル中心
からスパイラル端に向かって8個目のマイクロストリッ
プラインの長さをxとする。
マイクロストリップライン3の最外周長を示している。
このとき、Lは1λaを越え、2λa以内の長さとなっ
ている。
トリップラインの長さxを変化させたときのアンテナ軸
比を示したグラフである。この図4のグラフからわかる
ように、0.015λa≦x≦0.3λaの範囲でxの
長さを変化させていくと、軸比3dB以下が実現できて
いることがわかる。グラフの結果から、最も良好な軸比
を実現できるxの値はx=0.15λaであり、このと
きのアンテナ軸比は5.8GHzにおいて、0.41d
Bとなる。
xを変化させたとき、軸比が3dB以下となる周波数帯
域を示したグラフである。軸比3dB以下を良好な円偏
波特性と定義すると、広い周波数帯域にわたって良好な
円偏波特性の得られていることがわかる。
波数の関係のグラフである。図6のグラフから、x=
0.15λaのとき、軸比3dB以下となる周波数は
5.58GHzから6.09GHzで、その帯域は50
8MHzである。
のアンテナの定在波比特性(VSWR)のグラフを示
す。VSWR≦2となる周波数帯域をアンテナとして使
用可能な帯域と定義すると、VSWR≦2となる周波数
は5.11GHzから6.5GHz以上の範囲である。
これは、円偏波となる周波数帯域を十分にカバーしてお
り、5.58GHzから6.09GHzの周波数帯域で
円偏波アンテナとして使用可能であることがわかる。
ナのY−Z面放射パターンを示し、図9は同じくX−Z
面放射パターンを示す。図8および図9では、アンテナ
面をX−Y平面とし、アンテナ面の垂直方向をZ軸とし
ている。これらの図8および図9は右旋偏波の放射パタ
ーンを示しており、この発明の一実施形態のアンテナは
右旋偏波を実現できていることがわかる。利得を測定し
たところ、5.8GHzのとき5.8dBiであった。
スパイラルアンテナの概略図であり、図11は同じく接
地導体側から見た図である。この実施形態では、アンテ
ナ裏面の接地導体1の一部が切欠かれ、ここにコプレー
ナ線路5が設けられ、角型スパイラル状マイクロストリ
ップライン3への給電をアンテナ側方から挿入された同
軸線からコプレーナ線路5を介して行なっている。この
実施形態においても、角型スパイラル状マイクロストリ
ップラインを構成している8個のマイクロストリップラ
インにおいて、スパイラル中心から端に向かって8個目
のマイクロストリップラインの長さをxとする。
長さxを変化させたときのアンテナ軸比を示したグラフ
である。この図12に示したグラフからわかるように、
0.015λa≦x≦0.3λaの範囲でxの長さを変
化させていくと、軸比3dB以下が実現できていること
がわかる。このグラフの結果から、最も良好な軸比を実
現できるxの値は、x=0.17λaであり、このとき
のアンテナ軸比は5.5GHzにおいて0.45dBで
ある。
xを変化させたとき、軸比が3dB以下となる周波数帯
域を示したグラフである。軸比3dB以下を良好な円偏
波特性と定義すると、広い周波数帯域にわたって良好な
円偏波特性の得られていることがわかる。
周波数の関係のグラフである。グラフからx=0.17
λaのとき、軸比3dB以下となる周波数は5.29G
Hzから5.93GHzで、その帯域は640MHzで
ある。
ナの定在波比特性(VSWR)のグラフを示す。VSW
R≦2となる周波数帯域をアンテナとして使用可能な帯
域とすると、VSWR≦2となる周波数は5.4GHz
から6.5GHz以上の範囲にある。したがって、この
実施形態によれば、5.4GHzから5.93GHzの
帯域で円偏波アンテナとして使用可能であることがわか
る。
Y−Z面の放射パターンを示し、図17は同じくX−Z
面の放射パターンを示す。図16および図17において
は、アンテナ面をX−Y平面とし、アンテナ面の垂直方
向をZ軸としている。また、図16および図17は右旋
偏波の放射パターンを示しており、この実施形態のアン
テナにおいても右旋偏波を実現できていることわかる。
また、利得の測定を行なったところ、5.5GHzのと
き4.6dBiであった。
この発明の角型スパイラルアンテナにおける使用周波数
の一例であり、この周波数に限定されるものではない。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
のマイクロストリップラインを結合してなる単線スパイ
ラルにおいて、スパイラル中心からスパイラル端に向か
って8個目のマイクロストリップライン長を変えること
で、円偏波軸比,アンテナ周波数帯域などを制御するこ
とができる。これにより、良好な円偏波軸比を広い周波
数帯域にわたって得ることができる。また、角型スパイ
ラル状マイクロストリップラインの全長を1λa以内の
長さであり、最外周長が1λa以上であって2λa以下
の長さに選ぶことによって小型アンテナを実現できる。
線路を設けても、良好な円偏波特性を広い周波数帯域に
わたって実現できる。また、このようなコプレーナ線路
を設けることで、アンテナ面に対して垂直方向に給電を
行なう同軸線路からの給電に比べ、アンテナ面の側方か
らの給電が可能なため、給電周りを含めたアンテナ全体
の構造における高さを低くでき、薄型化を実現できる。
テナの概略図である。
テナの側面図である。
クロストリップラインの上面図である。
せたときのアンテナ軸比を示したグラフである。
せたとき、軸比が3dB以下となる周波数帯域を示した
グラフである。
係のグラフである。
比特性のグラフを示す図である。
パターンを示す図である。
パターンを示す図である。
アンテナの概略図である。
アンテナを接地導体側から見た図である。
アンテナの軸比とx長さの関係を示すグラフである。
アンテナの円偏波特性が得られる周波数帯域を示すグラ
フである。
アンテナの軸比と周波数の関係を示すグラフである。
アンテナの定在波比特性を示すグラフである。
アンテナのY−Z面放射パターンを示す図である。
アンテナのX−Z放射パターンを示す図である。
同軸線、5 コプレーナ線路。
Claims (6)
- 【請求項1】 円偏波に対応する角型スパイラルアンテ
ナであって、 方形状の誘電体、 前記誘電体の一方面に設けられる接地導体、および前記
誘電体の他方面に設けられ、8個のマイクロストリップ
ラインを結合してなる単線スパイラルを備え、 使用される周波数の実効波長をλaとしたときに、前記
単線スパイラルのマイクロストリップラインの全長がλ
a以内の長さであり、最外周長が1λa以上であって、
2λa以下の長さに選ばれていることを特徴とする、角
型スパイラルアンテナ。 - 【請求項2】 前記単線スパイラルの中心から該単線ス
パイラルの端部に向かって8個目のマイクロストリップ
ラインの長さをxとしたとき、xが0.015λa≦x
≦0.3λaの範囲の長さに選ばれていることを特徴と
する、請求項1に記載の角型スパイラルアンテナ。 - 【請求項3】 前記角型スパイラルアンテナの使用周波
数は5.8GHzであり、 前記誘電体は縦横が16.5mm,高さが6.0mmの
形状であって、その誘電率が4.4に選ばれていること
を特徴とする、請求項1または2に記載の角型スパイラ
ルアンテナ。 - 【請求項4】 前記誘電体の一方面には、前記接地導体
を切抜いた部分にコプレーナ線路が設けられていること
を特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の角型
スパイラルアンテナ。 - 【請求項5】 前記コプレーナ線路は、線路幅が1.7
mmに形成されていることを特徴とする、請求項4に記
載の角型スパイラルアンテナ。 - 【請求項6】 さらに、前記接地導体側から同軸線の芯
線が挿入されて前記マイクロストリップラインの一端に
接続され、前記同軸線のアース線が前記接地導体に接続
されることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに
記載の角型スパイラルアンテナ。
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2000
- 2000-03-03 JP JP2000058820A patent/JP3662465B2/ja not_active Expired - Fee Related
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