スパイラルアンテナ、およびその製造方法
【課題】量産性に適したスパイラルアンテナを提供する。
【解決手段】一対の帯状体６、７を有し、一対の帯状体６、７が、絶縁性を備えた帯状のカバー２０、２１と、カバー２０、２１の内周面に挟み込まれて固定されている帯状の放射素子１０、１１と、を有し、一対の帯状体６、７が、互いに重ねられて渦巻状に巻回されている。
【解決手段】一対の帯状体６、７を有し、一対の帯状体６、７が、絶縁性を備えた帯状のカバー２０、２１と、カバー２０、２１の内周面に挟み込まれて固定されている帯状の放射素子１０、１１と、を有し、一対の帯状体６、７が、互いに重ねられて渦巻状に巻回されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を放射する放射素子が渦巻状になっているスパイラルアンテナ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮ（Local Area Network）などのモバイル通信機器の発達により、世界中のあらゆる場所で、音声やデータの通信が行われようになっている。モバイル通信では、カバーエリアの境界付近や、ビルの谷間、沿岸付近の海上など、電波が弱くなって通信が不能になってしまう場所が多々存在する。このような場所において、手軽に通信を確保する手段の一つであるアンテナが非特許文献１に開示されている。
【０００３】
図２０は、非特許文献１に開示されたアンテナの構成を示す斜視図である。
【０００４】
図２０に示すパッチアンテナ３００は、絶縁性の布３０１の上面に、導電性を備えた布製の放射素子３０２が縫い付けられている。布３０１の下面には、導電性を備えた布製のグランド３０３が縫い付けられている。グランド３０３は、接地導体として動作する。図２０に示すパッチアンテナ３００は、例えば、衣類などに縫い付けることによって、携帯用の外部アンテナとして手軽に使用することが可能である、しかし、図２０に示すパッチアンテナ３００は、周波数帯域が狭い。周波数帯域が広いアンテナの一つとして、スパイラルアンテナがある。
【０００５】
図２１は、本発明に関連するスパイラルアンテナを示す斜視図である。図２１（ａ）は本発明に関連するスパイラルアンテナ４００の外観図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）に示すスパイラルアンテナ４００の分解斜視図である。
【０００６】
図２１に示すスパイラルアンテナ４００は、渦巻状の放射素子４０１と、金属製のキャビティ４０３とを有する。放射素子４０１は、プリント基板４０２の上に、エッチングなどによって製造される。スパイラルアンテナ４００には、５０オームの同軸ケーブルで給電を行うため、インピーダンス変換と、平衡不平衡変換とを同時に行うテーパ線路４０４が、キャビティ４０３に収容されている（図２１（ｂ）参照）。
【０００７】
図２２は、図２１に示すスパイラルアンテナの構造をさらに詳しく示す図である。図２２（ａ）は、テーパ線路４０４を放射素子４０１に接続する様子を示した斜視図である。図２２（ｂ）は、スパイラルアンテナ４００の断面図である。テーパ線路４０４は、ピン４０５がプリント基板４０２の中心に形成された孔に挿入するように組み立てられ（図２２（ａ）参照）、キャビティ４０３の背面に設けられたコネクタ４０６でキャビティ４０３の内部に固定される（図２２（ｂ）参照）。放電素子４０１は、円偏波の電波を放射する。このとき、金属製のキャビティ４０３に向かって放射された電波がキャビティ４０３で反射することによって、円偏波の軸比特性が劣化する可能性がある。そのため、キャビティ４０３の内部には、電波を吸収する電波吸収体４０７が設けられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】田中、張、「ウエアラブルパッチアンテナ」、アンテナ伝搬研究会技術研究報告Ａ・Ｐ２００２−７６、電子情報通信学会、２００２年７月、p．７７−８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２１および図２２に示すスパイラルアンテナ４００は、プリント基板４０２（放射素子４０１）の素材、キャビティ４０３の素材が柔軟でない。そのため、スパイラルアンテナ４００は、図２０に示すパッチアンテナ３００に比べ、かさばり、携帯用のアンテナに適していない。パッチアンテナ３００において、絶縁性の布３０１の上面に、導電性の布を、放射素子４０１のように渦巻状に縫い付ける構造にすれば、携帯性に優れ、電波の周波数帯域を広げることが可能になると考えられる。しかし、この構造の場合、絶縁性の布に導電性の布を１つ１つ渦巻状に縫い付けるのに手間がかかり、量産性に適さない。
【００１０】
本発明は、量産性に適したスパイラルアンテナ、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のスパイラルアンテナは、一対の帯状体を有し、前記一対の帯状体の各々が、絶縁性を備えた帯状のカバーと、前記カバーの内周面に挟み込まれて固定されている帯状の放射素子と、を有し、前記一対の帯状体が、互いに重ねられて渦巻状に巻回されている。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明のスパイラルアンテナの製造方法は、絶縁性を備え、長手方向に沿って折り曲げた帯状のカバーの内周面に、帯状の放射素子を挟み込んで固定した帯状体を２つ製造する工程と、前記２つの帯状体を、互いに重ねて渦巻状に巻回する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、カバーの内周面に放射素子が固定された一対の帯状体が互いに重ねられて渦巻状に巻回された構造となっている。この構造は、絶縁性の布に導電性の布を１つ１つ渦巻状に縫い付ける構造に比べ手間がかからず手軽な構造なので量産性に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のスパイラルアンテナの第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すスパイラルアンテナを渦巻状から帯状に展開した状態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す給電部の周辺の構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示す同軸ケーブルの周辺の構成を示す斜視図である。
【図５】図１に示すスパイラルアンテナの断面図である。
【図６】本発明のスパイラルアンテナの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６に示すスパイラルアンテナを渦巻状から帯状に展開した状態を示す斜視図である。
【図８】本発明のスパイラルアンテナの第３の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明のスパイラルアンテナの第４の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】本発明のスパイラルアンテナの第５の実施形態を示す外観図である。
【図１１】本発明のスパイラルアンテナと一般的なスパイラルアンテナの相違点を説明するための図である。
【図１２】本発明のスパイラルアンテナの放射素子の幅と入力インピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図１３】図８に示すスパイラルアンテナから放射素子を抜き出して示す図である。
【図１４】軸比と周波数との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナの、放射素子のスパイラル定数の一例を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナのリターンロスの特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナのＥφ放射パターン特性を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナのＥθ放射パターン特性を示す図である。
【図１９】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナの軸比特性を示す図である。
【図２０】非特許文献１に開示されたアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明に関連するスパイラルアンテナを示す斜視図である。
【図２２】図２１に示すスパイラルアンテナの構造をさらに詳しく示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のスパイラルアンテナの第１の実施形態を示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すスパイラルアンテナ１は、互いに独立し、渦巻状に巻回された一対の帯状体６、７を有する。図１では、巻回の中心から見て帯状体７が帯状体６の外側に巻回されている。帯状体６は、柔軟性を備えた帯状の放射素子１０と、柔軟性および絶縁性を備えた帯状のカバー２０とを有する。帯状体７は、柔軟性を備えた帯状の放射素子１１と、柔軟性おび絶縁性を備えた帯状のカバー２１とを有する。
【００１７】
図２は、図１に示すスパイラルアンテナ１を渦巻状から帯状に展開した状態を示す図である。放射素子１０は、長手方向に沿って２つに折り曲げられたカバー２０の内周面の頂部（折り目部分）に固定されている。放射素子１０の、巻回の中心側に位置する先端部には、放射素子１０に給電するための帯状の給電部１２（第１の給電部）が接続されている。給電部１２は、放射素子１０の下方（カバー２０の下側）に向かって湾曲している。給電部１２の幅Ｗ３は、放射素子１０の幅Ｗ１と同じである。放射素子１０の、巻回の最も外側に位置する後端部には、導体４０が接続されている。導体４０の幅Ｗ５は、放射素子１０の幅Ｗ１よりも広い。導体４０は、放射素子１０に連続して渦巻状に巻回されている。
【００１８】
放射素子１１は、長手方向に沿って２つに折り曲げられたカバー２１の内周面の頂部に固定されている。放射素子１１の先端部には、放射素子１１に給電するための給電部１３（第２の給電部）が接続されている。放射素子１１の幅Ｗ２、および給電部１３の、放射素子１１との接続箇所の幅Ｗ４は、給電部１２の幅Ｗ３と同じである。給電部１３は、後述する同軸ケーブル７１とインピーダンスを整合するために、放射素子１１の先端部から放射素子１１の下方（カバー２１の下側）に向かって給電素子１２と平行に湾曲し、かつ、放射素子１１の先端部との接続箇所から離れるにつれて幅が連続的に広がっているテーパ形状となっている。放射素子１１の後端部には、導体４１が接続されている。導体４１の幅Ｗ６は、放射素子１１の幅Ｗ２よりも広い。導体４１は、放射素子１１の後端部に連続して渦巻状に巻回されている。導体４０、４１の下端部分は、放射素子１０、１１が渦巻状に巻回された後、カバー２０、２１の底部に沿ってそれぞれ折り畳まれることによって、カバー２０、２１の底部を覆う。
【００１９】
カバー２０、２１には、給電部１２、１３を露出させる切り欠き部５０、５１が設けられている。
【００２０】
放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１の素材には、薄い金属、金属フィルム、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）、導電性の布、導体メッキした紙などが使用可能である。カバー２０、２１の素材には、絶縁性の布、ビニール、皮、ゴム、発泡体、エアキャップ、スポンジなどの柔軟性を備えた絶縁体が使用可能である。放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１は素材が互いに同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。同様に、カバー２０とカバー２１も素材が互いに同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。本実施形態では、放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１の素材は導電性の布とし、カバー２０、２１の素材は、絶縁性の布としている。本実施形態では、放射素子１０、１１をカバー２０、２１に固定するために、放射素子１０、１１は、カバー２０、２１にそれぞれ糸で縫いつけられている。放射素子１０、１１は、糸の代わりに接着剤でカバー２０、２１に固定されていてもよい。
【００２１】
以下、給電部１２、１３付近の詳細な構成を説明する。
【００２２】
図３は、図２に示す給電部１２と給電部１３の周辺の構成を示す斜視図である。給電部１２、１３の先端には、洋裁で用いる金属性のスナップボタン６０、６１がそれぞれ具備されている。スナップボタン６０、６１は、その表面が塗装されておらず、導電性を有する。スナップボタン６０、６１は、給電部１２、１３と電気的な導通が確保されるように、糸等で強くカバー１１、１２に縫いつけられている。この場合、糸は絶縁体でも、導体でもかまわない。
【００２３】
一方、同軸ケーブル７１の先端には、誘電体基板７０が接続されている。誘電体基板７０の両面には、スナップボタン８０と、スナップボタン８１（図４参照）とが取り付けられている。スナップ８０がスナップボタン６０に嵌まり、スナップボタン８１がスナップ６１に嵌まることによって、給電部１２、１３と同軸ケーブル７１とが電気的に接続される。
【００２４】
図４は、図３に示す同軸ケーブル７１の周辺の構成を示す斜視図である。図４（a）は、正面図であり、図４（ｂ）は背面図であり、図４（ｃ）は側面図である。同軸ケーブル７１の中心導体７２は、スナップボタン８０に接続され、外部導体７３は、導体の接続線７４を通じてスナップボタン８１に接続されている。接続方法は、ハンダ付けや圧着などの方法が用いられている。
【００２５】
誘電体基板７０には、絶縁体の一つであるプラスチック、例えば、ベーク板やポリカーボネイト、アクリル、などが使用される。誘電体基板７０には、その他に、プリント基板材料も流用でき、さらに、布、皮、紙、ビニール、発泡体等も使用できる。
【００２６】
図５は、図１に示すスパイラルアンテナ１の断面図である。誘電体基板７０の両面に取り付けられているスナップボタン８０、８１に、スナップボタン６０、６１をはめ込むことによって、同軸ケーブル７１と放射素子１０、１１とが電気的に接続されている。カバー２０、２１には、切り欠き部５０、５１が形成されているので、スナップボタン８０、８１にスナップボタン６０、６１を嵌めこむ際に、カバー２０、２１に遮られることはない。放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１の素材が、ＦＰＣなどの柔軟性のある金属を用いる場合は、スナップボタン６０、６１、８０、８１の代わりに、同軸ケーブル７１をＦＰＣに直接ハンダ付けしてもよい。スナップボタン６０、６１を用いる場合に、スナップボタン６０、６１と給電部１２、１３をハンダ付けまたは圧着によりが接続してもよい。
【００２７】
次に、図１に示すスパイラルアンテナ１の電気的動作について説明する。
【００２８】
同軸ケーブル７１から、スナップボタン８０、８１、６０、６１を介して、給電部１２と給電部１３に電力が供給される。給電部１２と給電部１３は、互いにマイクロストリップラインを構成している。給電部１３がテーパ形状なので、インピーダンスの整合が行われると同時に、平衡不平衡変換が行われる。
【００２９】
給電部１２と給電部１３の先端は、インピーダンスが、同軸ケーブル７１とマッチするように５０オームまたは７５オームになるように設計されている。そして、給電部１３の幅は、放射素子１１に向かうにつれて連続的に狭くなり、放射素子１１との接続部分において、給電部１２の幅と同じになる。その結果、インピーダンスが、同軸ケーブル７１のインピーダンスが、平行な２線の放射素子１０、１１のインピーダンスに整合される。同時に、信号伝送モードが不平衡モード（２つの信号伝送路が、基準電位に対して同じ電位条件とならない構成）から平衡モード（２つの信号伝送路が、基準電位に対して同じ電位条件となる構成）に変換される。このようにして、インピーダンスの整合と平衡不平衡変換と、が同時に行える。
【００３０】
本実施形態のスパイラルアンテナ１は、一般的なキャビティタイプのスパイラルアンテナとして動作する。すなわち、電波は、放射素子１０、１１から、各放射素子の上方（図５矢印Ａ参照）および下方（図５の矢印Ｂ参照）に向かって放射される。各放射素子の下方に向かって放射された電波は、カバー２０、２１の底部を覆う導体４０、４１で反射して、上方に向かって放射される。放射素子１０、１１から放射される電波には、各放射素子から斜め下方向に向かって放射される電波も存在するが、この電波は、カバー２０、２１の巻回の最も外側に位置する外周面を周方向に連続して囲む導体４１、４２で反射し、斜め上方向に向かって放射される。結果として、電波は、各放射素子の上方に向かって放射される。
【００３１】
上述したように、本実施形態のスパイラルアンテナ１では、放射素子１０、１１と、カバー２０、２１とが布製なので、かさばらず携帯性に優れている。さらに、本実施形態のスパイラルアンテナ１は、カバー２０の内周面に放射素子１０が固定された帯状体６と、カバー２１の内周面に放射素子１１が固定された帯状体７とを互いに重ねて渦巻状に巻回した構造となっている。そのため、本実施形態のスパイラルアンテナ１は、絶縁性の布に導電性の布を１つ１つ渦巻状に縫い付ける構造に比べ手軽に実現可能な構造となっている。
【００３２】
（第２の実施形態）
図６は、本発明のスパイラルアンテナの第２の実施形態を示す斜視図である。図７は、図６に示すスパイラルアンテナ２を渦巻状から帯状に展開した状態を示す斜視図である。図７では、放射素子の厚みの記載を省略している。本実施形態では、上述した第１の実施形態のスパイラルアンテナ１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３３】
本実施形態のスパイラルアンテナ２は、上述した導体４０、４１が設けられていない点で第１の実施形態のスパイラルアンテナ１と異なる（図６、７参照）。そのため、本実施形態のスパイラルアンテナ２では、カバー２０、２１の巻回の最も外側に位置する外周面及びカバー２０、２１の底面が導体で覆われていない。その結果、電波は、放射素子１０、１１の上方（図６の矢印Ａ参照）及び下方（図６の矢印Ｂ参照）の両方に向かって放射される。本実施形態のスパイラルアンテナ２は、第１の実施形態のスパイラルアンテナ１に比べ、上述した導体４０、４１が不要な分、製造コストが低くなる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図８は、本発明のスパイラルアンテナの第３の実施形態を示す斜視図である。図８は、本実施形態のスパイラルアンテナ３を渦巻状から帯状に展開した状態で示す。本実施形態では、上述したスパイラルアンテナ１と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３５】
本実施形態のスパイラルアンテナ素子３は、曲折部１４が形成された放射素子９０を備えている点が上述したスパイラルアンテナ２（図７参照）と異なる。曲折部１４は、放射素子９０の先端部近傍で、放射素子９０の幅方向に曲折している。
【００３６】
本実施形態のスパイラルアンテナ３は、スパイラルアンテナ１、２と同様に、円偏波の電波を放射する。スパイラルアンテナ１、２は、放射素子１０、１１が同じ方向に巻回されているため、巻回の中心から見て内側の放射素子１０の長さが外側の放射素子１１に比べ短くなる。そのため、特に低周波数帯域において、良好な軸比を得ることが難しい。この点を改善するには、放射素子１０と放射素子１１に給電される高周波電力の相対的な位相を調整する方法が有効である。本実施形態のスパイラルアンテナ２は、この位相調整を行うべく、内側に巻回されている放射素子９０の巻回の途中部分に曲折部１４を設けた構造である。曲折部１４がある分だけ、放射素子９０に給電される高周波電力の位相が遅れる。曲折部１４の長さを調整することで、放射素子９０、１１に給電される高周波電力の相対的な位相を調整できることになる。その結果、本実施形態のスパイラルアンテナ３は、スパイラルアンテナ１、２に比べ、低周波数帯域における軸比が向上する。
【００３７】
（第４の実施形態）
図９は、本発明のスパイラルアンテナの第４の実施形態を示す斜視図である。図９は、本実施形態のスパイラルアンテナ４を渦巻状から帯状に展開した状態で示す。本実施形態では、上述したスパイラルアンテナ１と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３８】
本実施形態のスパイラルアンテナ４は、カバー２０の内周面に電波吸収体１００が設けられ、カバー２１の内周面に電波吸収体１０１が固定されている点が第１の実施形態のスパイラルアンテナ１と異なる。本実施形態では、電波吸収体１００、１０１は、炭素皮膜抵抗である。電波吸収体１００、１０１は、他に、木材（例えばおがくず）、またはスポンジ状の電波吸収体を適用してもよい。
【００３９】
第１の実施形態のスパイラルアンテナ１が広周波数帯域で使用されるとき、帯状導電体４０、４１で反射した電波が、放射素子１０、１１の上方に向かって放射された電波と合成されることによって、円偏波の軸比が劣化する場合がある。本実施形態のスパイラルアンテナ４では、カバー２０、２１の内周面に、放射素子１０、１１から離れて位置する電波吸収体１００、１０１が貼り付けられている。そのため、放射素子１０、１１の下方に向かって放射される電波は、電波吸収体１００、１０１に吸収される。これにより、広周波数帯域での使用において、本実施形態のスパイラルアンテナ４は、第１の実施形態のスパイラルアンテナ１に比べ、良好な軸比を得ることが可能となる。
【００４０】
（第５の実施形態）
図１０は、本発明のスパイラルアンテナの第５の実施形態を示す外観図である。図１０に示すスパイラルアンテナ５は、図１に示すスパイラルアンテナ１の外側、または図６に示すスパイラルアンテナ２の外側を、絶縁性の布１１０でバラの花のように装飾したものである。図１０に示すスパイラルアンテナ５は、同軸ケーブル１１１をバラの茎に見立てており、衣類などに装着したときにファッション性を損なわないようにすることが可能となる。
【００４１】
次に、本発明のスパイラルアンテナが、一般的なスパイラルアンテナと異なる点を詳細に説明する。
【００４２】
図１１は、本発明のスパイラルアンテナと、一般的なスパイラルアンテナとの相違点を説明するための図である。図１１（ａ）は、図２１に示すスパイラルアンテナ４００の平面図であり、図１１（ｂ）は、図１に示す本発明のスパイラルアンテナ１の平面図である。
【００４３】
図１１（ａ）に示すように、スパイラルアンテナ４００の放射素子４０１は、巻きの中心点に関して互いに点対称になるように巻回されている。一方、本発明のスパイラルアンテナは、図１１（ｂ）に示すように、一対の放射素子１０、１１は、点対称に巻回されていない。さらに、放射素子４０１は、図２２に示すように放射素子４０１の下側から給電され、電波の放射方向に垂直になっている。一方、本発明の放射素子１０、１１は、図５に示すように、電波の放射方向と平行になっている。これらの構造上の違いは、本発明のスパイラルアンテナを、手軽で壊れにくく、容易に収納でき、安価にするために、一対の放射素子が、柔軟性のある素材で、同じ向きに巻回された構造によって生じた相違である。これらの構造上の相違は、電気的な特性、例えば、入力インピーダンス特性や、円偏波の軸比特性に影響する。
【００４４】
まず、入力インピーダンス特性について説明する。図１２は、本発明の放射素子１０または９０、放射素子１１の幅と入力インピーダンス関係を示すグラフである。図１２（ａ）のグラフでは、横軸は周波数を示し、縦軸はインピーダンスの実部の計算値を示している。図１２（ｂ）のグラフでは、横軸は周波数を示し、縦軸はインピーダンスの虚部の計算値を示している。スパイラル定数は、０．９ｍｍ／ｒａｄ、アンテナの直径Ｄ（図１参照）は７８ｍｍである。図１２（ａ）に示すように、放射素子の幅が小さいと、実部インピーダンスは周波数によって大きく振動する。放射素子の幅が大きくなるにつれて実部インピーダンスの振動はおさまり、周波数にかかわらず一定に近い値となる。虚部インピーダンスは、図１２（ｂ）に示すように、周波数がゼロに近づく。このことは、放射素子の幅を広くすることで、周波数にかかわらず、一定の入力インピーダンスにできること、すなわち、広周波数帯域のアンテナが実現できることを意味する。入力インピーダンスが周波数にかかわらず一定ならば、インピーダンス整合は容易だからである。
【００４５】
次に、軸比特性について説明する。図１３は、図８に示すスパイラルアンテナ３から放射素子９０、１１を抜き出して示す図である。
【００４６】
上述したように、図１１（ａ）に示す一般的なスパイラルアンテナは、放射素子が点対称に巻回され、図１１（ｂ）に示す本発明のアンテナは、放射素子が非対称に巻回されている。図１１（ｂ）に示す構成で、広周波数帯域で良好な円偏波の電波を放射することは難しい。これは、２つの放射素子の非対称性（長さの違い）が、放射する電波の空間的な位相差に結びついているからである。したがって、この点を改善するには、２つの放射素子から放射する電波の相対的位相を調整すればよいことになる。そのため、本発明の第３の実施形態のスパイラルアンテナ３では、巻回の中心から見て内側に巻回されている放射素子９０の巻回の途中部分に、Ｕ字状の曲折部１４が設けられている。その結果、放射素子９０は、曲折部１４の長さ分、位相遅れが生じる。よって、曲折部１４の長さを調整することで、放射素子９０と１１から放射される電波の相対的な位相の調整が可能になる。
【００４７】
図１４は、軸比と周波数の関係を示すグラフである。図１４では、横軸が周波数を示し、縦軸が軸比を示す。スパイラル定数は、０．９ｍｍ／ｒａｄであり、アンテナの直径Ｄは７８ｍｍである。図１４において、１点鎖線は図１１（ａ）に示す一般的なスパイラルアンテナの軸比特性を示す。点線は、図１１（ｂ）に示す本発明のスパイラルアンテナの軸比特性を示す。実線は、図１３に示す本発明のスパイラルアンテナの軸比特性を示す。
【００４８】
図１１（ａ）に示す一般的なスパイラルアンテナは、周波数が１．７ＧＨｚ以上で、軸比３ｄＢ以下である。一方、図１１（ｂ）に示す本発明のスパイラルアンテナは、低い周波数帯域で、大きく振動している。図１３に示す本発明のスパイラルアンテナにおいて、曲折部１４の長さを６０ｍｍとした場合、周波数が１．６ＧＨｚで軸比３ｄＢ以下にすることが可能になる。したがって、本発明の第３の実施形態のスパイラルアンテナ３は、軸比が改善される構造であると言える。
【００４９】
（第１の実施例）
本実施例では、第１の実施形態のスパイラルアンテナ１の試作品の実験結果について説明する。測定に用いた本実施形態のスパイラルアンテナ１は、直径Ｄ（図１参照）が７８ｍｍ、高さＨ（図１参照）が４５ｍｍである。放射素子１０、１１は、導電性の布である。放射素子のスパイラル定数の実測に必要なパラメータは、図１５に示されている。図１５において、放射素子１０（Ｌ１）の実測値は０．９４ｍｍ／ｒａｄであり、放射素子１１（Ｌ２）の実測値は０．８９ｍｍ／ｒａｄとなっている。
【００５０】
図１６は、本実施例のスパイラルアンテナのリターンロスの特性を示すグラフである。図１６では、横軸が周波数を示し、縦軸がリターンロスを示す。図１６を参照すると、本実施例のスパイラルアンテナは、周波数が１．２８ＧＨｚ〜３．０６ＧＨｚの帯域で、リターンロスが−９．５ｄＢ以下（ＶＳＷＲ＜２）となっている。また、比帯域が８２％であり、非常に広帯域となっている。
【００５１】
図１７は、本実施例のスパイラルアンテナのＥφ（φ方向の電界）放射パターンを示す図である。図１８は、本実施例のスパイラルアンテナのＥθ（θ方向の電界）放射パターンを示す図である。図１７、図１８では、放射素子の幅方向に平行な水平面をＺ−Ｘ平面としている。Ｚ−Ｘ平面内のＺ軸からＸ軸に向かう方向をθ方向としている。Ｘ−Ｙ平面内のＸ軸からＹ軸に向かう方向をφ方向としている。図１７を参照すると、１．４５ＧＨｚで−５ｄＢｉの利得が得られ、２．１５ＧＨｚで−０．５ｄＢｉの利得が得られ、２．５５ＧＨｚで−１．０ｄＢｉの利得が得られている。
【００５２】
図１９は、本実施例のスパイラルアンテナの軸比特性を示すグラフである。図１９では、横軸が周波数を示し、縦軸が軸比を示す。図１９を参照すると、低周波数帯域では軸比が高いが、高周波数帯域では、軸比が比較的小さくなっている。その結果、本実施例のスパイラルアンテナは、高周波数帯域において軸比が良好な（軸比が１に近い）円偏波を放出することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１、２、３、４、５ スパイラルアンテナ
６、７ 帯状体
１０、１１ 放射素子
１２、１３ 給電部
１４ 曲折部
２０、２１ カバー
４０、４１ 導体
５０、５１ 切り欠き部
６０、６１ スナップボタン
７０ 誘電体基板
７１ 同軸ケーブル
７２ 中心導体
７３ 外部導体
７４ 接続線
８０、８１ スナップボタン
１００、１０１ 電波吸収体
１１０ 布
１１１ 同軸ケーブル
３００ パッチアンテナ
３０１ 布
３０２ 放射素子
３０３ グランド
４００ スパイラルアンテナ
４０１ 放射素子
４０２ プリント基板
４０３ キャビティ
４０４ テーパ線路
４０５ ピン
４０６ コネクタ
４０７ 電波吸収体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を放射する放射素子が渦巻状になっているスパイラルアンテナ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮ（Local Area Network）などのモバイル通信機器の発達により、世界中のあらゆる場所で、音声やデータの通信が行われようになっている。モバイル通信では、カバーエリアの境界付近や、ビルの谷間、沿岸付近の海上など、電波が弱くなって通信が不能になってしまう場所が多々存在する。このような場所において、手軽に通信を確保する手段の一つであるアンテナが非特許文献１に開示されている。
【０００３】
図２０は、非特許文献１に開示されたアンテナの構成を示す斜視図である。
【０００４】
図２０に示すパッチアンテナ３００は、絶縁性の布３０１の上面に、導電性を備えた布製の放射素子３０２が縫い付けられている。布３０１の下面には、導電性を備えた布製のグランド３０３が縫い付けられている。グランド３０３は、接地導体として動作する。図２０に示すパッチアンテナ３００は、例えば、衣類などに縫い付けることによって、携帯用の外部アンテナとして手軽に使用することが可能である、しかし、図２０に示すパッチアンテナ３００は、周波数帯域が狭い。周波数帯域が広いアンテナの一つとして、スパイラルアンテナがある。
【０００５】
図２１は、本発明に関連するスパイラルアンテナを示す斜視図である。図２１（ａ）は本発明に関連するスパイラルアンテナ４００の外観図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）に示すスパイラルアンテナ４００の分解斜視図である。
【０００６】
図２１に示すスパイラルアンテナ４００は、渦巻状の放射素子４０１と、金属製のキャビティ４０３とを有する。放射素子４０１は、プリント基板４０２の上に、エッチングなどによって製造される。スパイラルアンテナ４００には、５０オームの同軸ケーブルで給電を行うため、インピーダンス変換と、平衡不平衡変換とを同時に行うテーパ線路４０４が、キャビティ４０３に収容されている（図２１（ｂ）参照）。
【０００７】
図２２は、図２１に示すスパイラルアンテナの構造をさらに詳しく示す図である。図２２（ａ）は、テーパ線路４０４を放射素子４０１に接続する様子を示した斜視図である。図２２（ｂ）は、スパイラルアンテナ４００の断面図である。テーパ線路４０４は、ピン４０５がプリント基板４０２の中心に形成された孔に挿入するように組み立てられ（図２２（ａ）参照）、キャビティ４０３の背面に設けられたコネクタ４０６でキャビティ４０３の内部に固定される（図２２（ｂ）参照）。放電素子４０１は、円偏波の電波を放射する。このとき、金属製のキャビティ４０３に向かって放射された電波がキャビティ４０３で反射することによって、円偏波の軸比特性が劣化する可能性がある。そのため、キャビティ４０３の内部には、電波を吸収する電波吸収体４０７が設けられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】田中、張、「ウエアラブルパッチアンテナ」、アンテナ伝搬研究会技術研究報告Ａ・Ｐ２００２−７６、電子情報通信学会、２００２年７月、p．７７−８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２１および図２２に示すスパイラルアンテナ４００は、プリント基板４０２（放射素子４０１）の素材、キャビティ４０３の素材が柔軟でない。そのため、スパイラルアンテナ４００は、図２０に示すパッチアンテナ３００に比べ、かさばり、携帯用のアンテナに適していない。パッチアンテナ３００において、絶縁性の布３０１の上面に、導電性の布を、放射素子４０１のように渦巻状に縫い付ける構造にすれば、携帯性に優れ、電波の周波数帯域を広げることが可能になると考えられる。しかし、この構造の場合、絶縁性の布に導電性の布を１つ１つ渦巻状に縫い付けるのに手間がかかり、量産性に適さない。
【００１０】
本発明は、量産性に適したスパイラルアンテナ、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のスパイラルアンテナは、一対の帯状体を有し、前記一対の帯状体の各々が、絶縁性を備えた帯状のカバーと、前記カバーの内周面に挟み込まれて固定されている帯状の放射素子と、を有し、前記一対の帯状体が、互いに重ねられて渦巻状に巻回されている。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明のスパイラルアンテナの製造方法は、絶縁性を備え、長手方向に沿って折り曲げた帯状のカバーの内周面に、帯状の放射素子を挟み込んで固定した帯状体を２つ製造する工程と、前記２つの帯状体を、互いに重ねて渦巻状に巻回する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、カバーの内周面に放射素子が固定された一対の帯状体が互いに重ねられて渦巻状に巻回された構造となっている。この構造は、絶縁性の布に導電性の布を１つ１つ渦巻状に縫い付ける構造に比べ手間がかからず手軽な構造なので量産性に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のスパイラルアンテナの第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すスパイラルアンテナを渦巻状から帯状に展開した状態を示す斜視図である。
【図３】図２に示す給電部の周辺の構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示す同軸ケーブルの周辺の構成を示す斜視図である。
【図５】図１に示すスパイラルアンテナの断面図である。
【図６】本発明のスパイラルアンテナの第２の実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６に示すスパイラルアンテナを渦巻状から帯状に展開した状態を示す斜視図である。
【図８】本発明のスパイラルアンテナの第３の実施形態を示す斜視図である。
【図９】本発明のスパイラルアンテナの第４の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】本発明のスパイラルアンテナの第５の実施形態を示す外観図である。
【図１１】本発明のスパイラルアンテナと一般的なスパイラルアンテナの相違点を説明するための図である。
【図１２】本発明のスパイラルアンテナの放射素子の幅と入力インピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図１３】図８に示すスパイラルアンテナから放射素子を抜き出して示す図である。
【図１４】軸比と周波数との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナの、放射素子のスパイラル定数の一例を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナのリターンロスの特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナのＥφ放射パターン特性を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナのＥθ放射パターン特性を示す図である。
【図１９】本発明の第１の実施例のスパイラルアンテナの軸比特性を示す図である。
【図２０】非特許文献１に開示されたアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明に関連するスパイラルアンテナを示す斜視図である。
【図２２】図２１に示すスパイラルアンテナの構造をさらに詳しく示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のスパイラルアンテナの第１の実施形態を示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すスパイラルアンテナ１は、互いに独立し、渦巻状に巻回された一対の帯状体６、７を有する。図１では、巻回の中心から見て帯状体７が帯状体６の外側に巻回されている。帯状体６は、柔軟性を備えた帯状の放射素子１０と、柔軟性および絶縁性を備えた帯状のカバー２０とを有する。帯状体７は、柔軟性を備えた帯状の放射素子１１と、柔軟性おび絶縁性を備えた帯状のカバー２１とを有する。
【００１７】
図２は、図１に示すスパイラルアンテナ１を渦巻状から帯状に展開した状態を示す図である。放射素子１０は、長手方向に沿って２つに折り曲げられたカバー２０の内周面の頂部（折り目部分）に固定されている。放射素子１０の、巻回の中心側に位置する先端部には、放射素子１０に給電するための帯状の給電部１２（第１の給電部）が接続されている。給電部１２は、放射素子１０の下方（カバー２０の下側）に向かって湾曲している。給電部１２の幅Ｗ３は、放射素子１０の幅Ｗ１と同じである。放射素子１０の、巻回の最も外側に位置する後端部には、導体４０が接続されている。導体４０の幅Ｗ５は、放射素子１０の幅Ｗ１よりも広い。導体４０は、放射素子１０に連続して渦巻状に巻回されている。
【００１８】
放射素子１１は、長手方向に沿って２つに折り曲げられたカバー２１の内周面の頂部に固定されている。放射素子１１の先端部には、放射素子１１に給電するための給電部１３（第２の給電部）が接続されている。放射素子１１の幅Ｗ２、および給電部１３の、放射素子１１との接続箇所の幅Ｗ４は、給電部１２の幅Ｗ３と同じである。給電部１３は、後述する同軸ケーブル７１とインピーダンスを整合するために、放射素子１１の先端部から放射素子１１の下方（カバー２１の下側）に向かって給電素子１２と平行に湾曲し、かつ、放射素子１１の先端部との接続箇所から離れるにつれて幅が連続的に広がっているテーパ形状となっている。放射素子１１の後端部には、導体４１が接続されている。導体４１の幅Ｗ６は、放射素子１１の幅Ｗ２よりも広い。導体４１は、放射素子１１の後端部に連続して渦巻状に巻回されている。導体４０、４１の下端部分は、放射素子１０、１１が渦巻状に巻回された後、カバー２０、２１の底部に沿ってそれぞれ折り畳まれることによって、カバー２０、２１の底部を覆う。
【００１９】
カバー２０、２１には、給電部１２、１３を露出させる切り欠き部５０、５１が設けられている。
【００２０】
放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１の素材には、薄い金属、金属フィルム、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）、導電性の布、導体メッキした紙などが使用可能である。カバー２０、２１の素材には、絶縁性の布、ビニール、皮、ゴム、発泡体、エアキャップ、スポンジなどの柔軟性を備えた絶縁体が使用可能である。放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１は素材が互いに同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。同様に、カバー２０とカバー２１も素材が互いに同じであることが望ましいが、異なっていてもよい。本実施形態では、放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１の素材は導電性の布とし、カバー２０、２１の素材は、絶縁性の布としている。本実施形態では、放射素子１０、１１をカバー２０、２１に固定するために、放射素子１０、１１は、カバー２０、２１にそれぞれ糸で縫いつけられている。放射素子１０、１１は、糸の代わりに接着剤でカバー２０、２１に固定されていてもよい。
【００２１】
以下、給電部１２、１３付近の詳細な構成を説明する。
【００２２】
図３は、図２に示す給電部１２と給電部１３の周辺の構成を示す斜視図である。給電部１２、１３の先端には、洋裁で用いる金属性のスナップボタン６０、６１がそれぞれ具備されている。スナップボタン６０、６１は、その表面が塗装されておらず、導電性を有する。スナップボタン６０、６１は、給電部１２、１３と電気的な導通が確保されるように、糸等で強くカバー１１、１２に縫いつけられている。この場合、糸は絶縁体でも、導体でもかまわない。
【００２３】
一方、同軸ケーブル７１の先端には、誘電体基板７０が接続されている。誘電体基板７０の両面には、スナップボタン８０と、スナップボタン８１（図４参照）とが取り付けられている。スナップ８０がスナップボタン６０に嵌まり、スナップボタン８１がスナップ６１に嵌まることによって、給電部１２、１３と同軸ケーブル７１とが電気的に接続される。
【００２４】
図４は、図３に示す同軸ケーブル７１の周辺の構成を示す斜視図である。図４（a）は、正面図であり、図４（ｂ）は背面図であり、図４（ｃ）は側面図である。同軸ケーブル７１の中心導体７２は、スナップボタン８０に接続され、外部導体７３は、導体の接続線７４を通じてスナップボタン８１に接続されている。接続方法は、ハンダ付けや圧着などの方法が用いられている。
【００２５】
誘電体基板７０には、絶縁体の一つであるプラスチック、例えば、ベーク板やポリカーボネイト、アクリル、などが使用される。誘電体基板７０には、その他に、プリント基板材料も流用でき、さらに、布、皮、紙、ビニール、発泡体等も使用できる。
【００２６】
図５は、図１に示すスパイラルアンテナ１の断面図である。誘電体基板７０の両面に取り付けられているスナップボタン８０、８１に、スナップボタン６０、６１をはめ込むことによって、同軸ケーブル７１と放射素子１０、１１とが電気的に接続されている。カバー２０、２１には、切り欠き部５０、５１が形成されているので、スナップボタン８０、８１にスナップボタン６０、６１を嵌めこむ際に、カバー２０、２１に遮られることはない。放射素子１０、１１、給電部１２、１３、および導体４０、４１の素材が、ＦＰＣなどの柔軟性のある金属を用いる場合は、スナップボタン６０、６１、８０、８１の代わりに、同軸ケーブル７１をＦＰＣに直接ハンダ付けしてもよい。スナップボタン６０、６１を用いる場合に、スナップボタン６０、６１と給電部１２、１３をハンダ付けまたは圧着によりが接続してもよい。
【００２７】
次に、図１に示すスパイラルアンテナ１の電気的動作について説明する。
【００２８】
同軸ケーブル７１から、スナップボタン８０、８１、６０、６１を介して、給電部１２と給電部１３に電力が供給される。給電部１２と給電部１３は、互いにマイクロストリップラインを構成している。給電部１３がテーパ形状なので、インピーダンスの整合が行われると同時に、平衡不平衡変換が行われる。
【００２９】
給電部１２と給電部１３の先端は、インピーダンスが、同軸ケーブル７１とマッチするように５０オームまたは７５オームになるように設計されている。そして、給電部１３の幅は、放射素子１１に向かうにつれて連続的に狭くなり、放射素子１１との接続部分において、給電部１２の幅と同じになる。その結果、インピーダンスが、同軸ケーブル７１のインピーダンスが、平行な２線の放射素子１０、１１のインピーダンスに整合される。同時に、信号伝送モードが不平衡モード（２つの信号伝送路が、基準電位に対して同じ電位条件とならない構成）から平衡モード（２つの信号伝送路が、基準電位に対して同じ電位条件となる構成）に変換される。このようにして、インピーダンスの整合と平衡不平衡変換と、が同時に行える。
【００３０】
本実施形態のスパイラルアンテナ１は、一般的なキャビティタイプのスパイラルアンテナとして動作する。すなわち、電波は、放射素子１０、１１から、各放射素子の上方（図５矢印Ａ参照）および下方（図５の矢印Ｂ参照）に向かって放射される。各放射素子の下方に向かって放射された電波は、カバー２０、２１の底部を覆う導体４０、４１で反射して、上方に向かって放射される。放射素子１０、１１から放射される電波には、各放射素子から斜め下方向に向かって放射される電波も存在するが、この電波は、カバー２０、２１の巻回の最も外側に位置する外周面を周方向に連続して囲む導体４１、４２で反射し、斜め上方向に向かって放射される。結果として、電波は、各放射素子の上方に向かって放射される。
【００３１】
上述したように、本実施形態のスパイラルアンテナ１では、放射素子１０、１１と、カバー２０、２１とが布製なので、かさばらず携帯性に優れている。さらに、本実施形態のスパイラルアンテナ１は、カバー２０の内周面に放射素子１０が固定された帯状体６と、カバー２１の内周面に放射素子１１が固定された帯状体７とを互いに重ねて渦巻状に巻回した構造となっている。そのため、本実施形態のスパイラルアンテナ１は、絶縁性の布に導電性の布を１つ１つ渦巻状に縫い付ける構造に比べ手軽に実現可能な構造となっている。
【００３２】
（第２の実施形態）
図６は、本発明のスパイラルアンテナの第２の実施形態を示す斜視図である。図７は、図６に示すスパイラルアンテナ２を渦巻状から帯状に展開した状態を示す斜視図である。図７では、放射素子の厚みの記載を省略している。本実施形態では、上述した第１の実施形態のスパイラルアンテナ１と同様の構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３３】
本実施形態のスパイラルアンテナ２は、上述した導体４０、４１が設けられていない点で第１の実施形態のスパイラルアンテナ１と異なる（図６、７参照）。そのため、本実施形態のスパイラルアンテナ２では、カバー２０、２１の巻回の最も外側に位置する外周面及びカバー２０、２１の底面が導体で覆われていない。その結果、電波は、放射素子１０、１１の上方（図６の矢印Ａ参照）及び下方（図６の矢印Ｂ参照）の両方に向かって放射される。本実施形態のスパイラルアンテナ２は、第１の実施形態のスパイラルアンテナ１に比べ、上述した導体４０、４１が不要な分、製造コストが低くなる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図８は、本発明のスパイラルアンテナの第３の実施形態を示す斜視図である。図８は、本実施形態のスパイラルアンテナ３を渦巻状から帯状に展開した状態で示す。本実施形態では、上述したスパイラルアンテナ１と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３５】
本実施形態のスパイラルアンテナ素子３は、曲折部１４が形成された放射素子９０を備えている点が上述したスパイラルアンテナ２（図７参照）と異なる。曲折部１４は、放射素子９０の先端部近傍で、放射素子９０の幅方向に曲折している。
【００３６】
本実施形態のスパイラルアンテナ３は、スパイラルアンテナ１、２と同様に、円偏波の電波を放射する。スパイラルアンテナ１、２は、放射素子１０、１１が同じ方向に巻回されているため、巻回の中心から見て内側の放射素子１０の長さが外側の放射素子１１に比べ短くなる。そのため、特に低周波数帯域において、良好な軸比を得ることが難しい。この点を改善するには、放射素子１０と放射素子１１に給電される高周波電力の相対的な位相を調整する方法が有効である。本実施形態のスパイラルアンテナ２は、この位相調整を行うべく、内側に巻回されている放射素子９０の巻回の途中部分に曲折部１４を設けた構造である。曲折部１４がある分だけ、放射素子９０に給電される高周波電力の位相が遅れる。曲折部１４の長さを調整することで、放射素子９０、１１に給電される高周波電力の相対的な位相を調整できることになる。その結果、本実施形態のスパイラルアンテナ３は、スパイラルアンテナ１、２に比べ、低周波数帯域における軸比が向上する。
【００３７】
（第４の実施形態）
図９は、本発明のスパイラルアンテナの第４の実施形態を示す斜視図である。図９は、本実施形態のスパイラルアンテナ４を渦巻状から帯状に展開した状態で示す。本実施形態では、上述したスパイラルアンテナ１と同様の構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３８】
本実施形態のスパイラルアンテナ４は、カバー２０の内周面に電波吸収体１００が設けられ、カバー２１の内周面に電波吸収体１０１が固定されている点が第１の実施形態のスパイラルアンテナ１と異なる。本実施形態では、電波吸収体１００、１０１は、炭素皮膜抵抗である。電波吸収体１００、１０１は、他に、木材（例えばおがくず）、またはスポンジ状の電波吸収体を適用してもよい。
【００３９】
第１の実施形態のスパイラルアンテナ１が広周波数帯域で使用されるとき、帯状導電体４０、４１で反射した電波が、放射素子１０、１１の上方に向かって放射された電波と合成されることによって、円偏波の軸比が劣化する場合がある。本実施形態のスパイラルアンテナ４では、カバー２０、２１の内周面に、放射素子１０、１１から離れて位置する電波吸収体１００、１０１が貼り付けられている。そのため、放射素子１０、１１の下方に向かって放射される電波は、電波吸収体１００、１０１に吸収される。これにより、広周波数帯域での使用において、本実施形態のスパイラルアンテナ４は、第１の実施形態のスパイラルアンテナ１に比べ、良好な軸比を得ることが可能となる。
【００４０】
（第５の実施形態）
図１０は、本発明のスパイラルアンテナの第５の実施形態を示す外観図である。図１０に示すスパイラルアンテナ５は、図１に示すスパイラルアンテナ１の外側、または図６に示すスパイラルアンテナ２の外側を、絶縁性の布１１０でバラの花のように装飾したものである。図１０に示すスパイラルアンテナ５は、同軸ケーブル１１１をバラの茎に見立てており、衣類などに装着したときにファッション性を損なわないようにすることが可能となる。
【００４１】
次に、本発明のスパイラルアンテナが、一般的なスパイラルアンテナと異なる点を詳細に説明する。
【００４２】
図１１は、本発明のスパイラルアンテナと、一般的なスパイラルアンテナとの相違点を説明するための図である。図１１（ａ）は、図２１に示すスパイラルアンテナ４００の平面図であり、図１１（ｂ）は、図１に示す本発明のスパイラルアンテナ１の平面図である。
【００４３】
図１１（ａ）に示すように、スパイラルアンテナ４００の放射素子４０１は、巻きの中心点に関して互いに点対称になるように巻回されている。一方、本発明のスパイラルアンテナは、図１１（ｂ）に示すように、一対の放射素子１０、１１は、点対称に巻回されていない。さらに、放射素子４０１は、図２２に示すように放射素子４０１の下側から給電され、電波の放射方向に垂直になっている。一方、本発明の放射素子１０、１１は、図５に示すように、電波の放射方向と平行になっている。これらの構造上の違いは、本発明のスパイラルアンテナを、手軽で壊れにくく、容易に収納でき、安価にするために、一対の放射素子が、柔軟性のある素材で、同じ向きに巻回された構造によって生じた相違である。これらの構造上の相違は、電気的な特性、例えば、入力インピーダンス特性や、円偏波の軸比特性に影響する。
【００４４】
まず、入力インピーダンス特性について説明する。図１２は、本発明の放射素子１０または９０、放射素子１１の幅と入力インピーダンス関係を示すグラフである。図１２（ａ）のグラフでは、横軸は周波数を示し、縦軸はインピーダンスの実部の計算値を示している。図１２（ｂ）のグラフでは、横軸は周波数を示し、縦軸はインピーダンスの虚部の計算値を示している。スパイラル定数は、０．９ｍｍ／ｒａｄ、アンテナの直径Ｄ（図１参照）は７８ｍｍである。図１２（ａ）に示すように、放射素子の幅が小さいと、実部インピーダンスは周波数によって大きく振動する。放射素子の幅が大きくなるにつれて実部インピーダンスの振動はおさまり、周波数にかかわらず一定に近い値となる。虚部インピーダンスは、図１２（ｂ）に示すように、周波数がゼロに近づく。このことは、放射素子の幅を広くすることで、周波数にかかわらず、一定の入力インピーダンスにできること、すなわち、広周波数帯域のアンテナが実現できることを意味する。入力インピーダンスが周波数にかかわらず一定ならば、インピーダンス整合は容易だからである。
【００４５】
次に、軸比特性について説明する。図１３は、図８に示すスパイラルアンテナ３から放射素子９０、１１を抜き出して示す図である。
【００４６】
上述したように、図１１（ａ）に示す一般的なスパイラルアンテナは、放射素子が点対称に巻回され、図１１（ｂ）に示す本発明のアンテナは、放射素子が非対称に巻回されている。図１１（ｂ）に示す構成で、広周波数帯域で良好な円偏波の電波を放射することは難しい。これは、２つの放射素子の非対称性（長さの違い）が、放射する電波の空間的な位相差に結びついているからである。したがって、この点を改善するには、２つの放射素子から放射する電波の相対的位相を調整すればよいことになる。そのため、本発明の第３の実施形態のスパイラルアンテナ３では、巻回の中心から見て内側に巻回されている放射素子９０の巻回の途中部分に、Ｕ字状の曲折部１４が設けられている。その結果、放射素子９０は、曲折部１４の長さ分、位相遅れが生じる。よって、曲折部１４の長さを調整することで、放射素子９０と１１から放射される電波の相対的な位相の調整が可能になる。
【００４７】
図１４は、軸比と周波数の関係を示すグラフである。図１４では、横軸が周波数を示し、縦軸が軸比を示す。スパイラル定数は、０．９ｍｍ／ｒａｄであり、アンテナの直径Ｄは７８ｍｍである。図１４において、１点鎖線は図１１（ａ）に示す一般的なスパイラルアンテナの軸比特性を示す。点線は、図１１（ｂ）に示す本発明のスパイラルアンテナの軸比特性を示す。実線は、図１３に示す本発明のスパイラルアンテナの軸比特性を示す。
【００４８】
図１１（ａ）に示す一般的なスパイラルアンテナは、周波数が１．７ＧＨｚ以上で、軸比３ｄＢ以下である。一方、図１１（ｂ）に示す本発明のスパイラルアンテナは、低い周波数帯域で、大きく振動している。図１３に示す本発明のスパイラルアンテナにおいて、曲折部１４の長さを６０ｍｍとした場合、周波数が１．６ＧＨｚで軸比３ｄＢ以下にすることが可能になる。したがって、本発明の第３の実施形態のスパイラルアンテナ３は、軸比が改善される構造であると言える。
【００４９】
（第１の実施例）
本実施例では、第１の実施形態のスパイラルアンテナ１の試作品の実験結果について説明する。測定に用いた本実施形態のスパイラルアンテナ１は、直径Ｄ（図１参照）が７８ｍｍ、高さＨ（図１参照）が４５ｍｍである。放射素子１０、１１は、導電性の布である。放射素子のスパイラル定数の実測に必要なパラメータは、図１５に示されている。図１５において、放射素子１０（Ｌ１）の実測値は０．９４ｍｍ／ｒａｄであり、放射素子１１（Ｌ２）の実測値は０．８９ｍｍ／ｒａｄとなっている。
【００５０】
図１６は、本実施例のスパイラルアンテナのリターンロスの特性を示すグラフである。図１６では、横軸が周波数を示し、縦軸がリターンロスを示す。図１６を参照すると、本実施例のスパイラルアンテナは、周波数が１．２８ＧＨｚ〜３．０６ＧＨｚの帯域で、リターンロスが−９．５ｄＢ以下（ＶＳＷＲ＜２）となっている。また、比帯域が８２％であり、非常に広帯域となっている。
【００５１】
図１７は、本実施例のスパイラルアンテナのＥφ（φ方向の電界）放射パターンを示す図である。図１８は、本実施例のスパイラルアンテナのＥθ（θ方向の電界）放射パターンを示す図である。図１７、図１８では、放射素子の幅方向に平行な水平面をＺ−Ｘ平面としている。Ｚ−Ｘ平面内のＺ軸からＸ軸に向かう方向をθ方向としている。Ｘ−Ｙ平面内のＸ軸からＹ軸に向かう方向をφ方向としている。図１７を参照すると、１．４５ＧＨｚで−５ｄＢｉの利得が得られ、２．１５ＧＨｚで−０．５ｄＢｉの利得が得られ、２．５５ＧＨｚで−１．０ｄＢｉの利得が得られている。
【００５２】
図１９は、本実施例のスパイラルアンテナの軸比特性を示すグラフである。図１９では、横軸が周波数を示し、縦軸が軸比を示す。図１９を参照すると、低周波数帯域では軸比が高いが、高周波数帯域では、軸比が比較的小さくなっている。その結果、本実施例のスパイラルアンテナは、高周波数帯域において軸比が良好な（軸比が１に近い）円偏波を放出することが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
１、２、３、４、５ スパイラルアンテナ
６、７ 帯状体
１０、１１ 放射素子
１２、１３ 給電部
１４ 曲折部
２０、２１ カバー
４０、４１ 導体
５０、５１ 切り欠き部
６０、６１ スナップボタン
７０ 誘電体基板
７１ 同軸ケーブル
７２ 中心導体
７３ 外部導体
７４ 接続線
８０、８１ スナップボタン
１００、１０１ 電波吸収体
１１０ 布
１１１ 同軸ケーブル
３００ パッチアンテナ
３０１ 布
３０２ 放射素子
３０３ グランド
４００ スパイラルアンテナ
４０１ 放射素子
４０２ プリント基板
４０３ キャビティ
４０４ テーパ線路
４０５ ピン
４０６ コネクタ
４０７ 電波吸収体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の帯状体を有し、前記一対の帯状体の各々が、絶縁性を備えた帯状のカバーと、前記カバーの内周面に挟み込まれて固定されている帯状の放射素子と、を有し、
前記一対の帯状体が、互いに重ねられて渦巻状に巻回されているスパイラルアンテナ。
【請求項２】
一方の前記放射素子の、巻回の中心側に位置する先端部に接続され、該先端部から前記一方の放射素子の下方に向かって湾曲する、前記一方の放射素子と同じ幅の第１の給電部と、
他方の前記放射素子の、巻回の中心側に位置する先端部に接続され、該先端部から前記第１の給電部と平行に湾曲し、該先端部との接続箇所の幅が前記第１の給電部の幅と同じであり、前記接続箇所から離れるにつれて連続的に幅が広がっているテーパ形状の第２の給電部と、をさらに有する、請求項１に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項３】
前記カバーの、巻回の最も外側に位置する外周面を周方向に連続して囲み、前記カバーの底部を覆っている導体をさらに有する、請求項１または２に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項４】
巻回の中心から見て内側の放射素子が、巻回の途中部分で該放射素子の幅方向に曲折している、請求項１から３までのいずれか１項に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項５】
前記カバーの前記内周面に、前記放射素子から離れて固定されている電波吸収体をさらに有する請求項１から４までのいずれか１項に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項６】
前記放射素子の素材が導電性の布であり、前記カバーの素材が絶縁性の布である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項７】
絶縁性を備え、長手方向に沿って折り曲げた帯状のカバーの内周面に、帯状の放射素子を挟み込んで固定した帯状体を２つ製造する工程と、
前記２つの帯状体を、互いに重ねて渦巻状に巻回する工程と、
を有する、スパイラルアンテナの製造方法。
【請求項１】
一対の帯状体を有し、前記一対の帯状体の各々が、絶縁性を備えた帯状のカバーと、前記カバーの内周面に挟み込まれて固定されている帯状の放射素子と、を有し、
前記一対の帯状体が、互いに重ねられて渦巻状に巻回されているスパイラルアンテナ。
【請求項２】
一方の前記放射素子の、巻回の中心側に位置する先端部に接続され、該先端部から前記一方の放射素子の下方に向かって湾曲する、前記一方の放射素子と同じ幅の第１の給電部と、
他方の前記放射素子の、巻回の中心側に位置する先端部に接続され、該先端部から前記第１の給電部と平行に湾曲し、該先端部との接続箇所の幅が前記第１の給電部の幅と同じであり、前記接続箇所から離れるにつれて連続的に幅が広がっているテーパ形状の第２の給電部と、をさらに有する、請求項１に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項３】
前記カバーの、巻回の最も外側に位置する外周面を周方向に連続して囲み、前記カバーの底部を覆っている導体をさらに有する、請求項１または２に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項４】
巻回の中心から見て内側の放射素子が、巻回の途中部分で該放射素子の幅方向に曲折している、請求項１から３までのいずれか１項に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項５】
前記カバーの前記内周面に、前記放射素子から離れて固定されている電波吸収体をさらに有する請求項１から４までのいずれか１項に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項６】
前記放射素子の素材が導電性の布であり、前記カバーの素材が絶縁性の布である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のスパイラルアンテナ。
【請求項７】
絶縁性を備え、長手方向に沿って折り曲げた帯状のカバーの内周面に、帯状の放射素子を挟み込んで固定した帯状体を２つ製造する工程と、
前記２つの帯状体を、互いに重ねて渦巻状に巻回する工程と、
を有する、スパイラルアンテナの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１２−１７５３４９（Ｐ２０１２−１７５３４９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４６９２（Ｐ２０１１−３４６９２）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２０１０年８月３１日、社団法人 電子情報通信学会 発行、 「２０１０年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集１」に発表
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（３９０００１０７４）ＮＥＣネットワークプロダクツ株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２０１０年８月３１日、社団法人 電子情報通信学会 発行、 「２０１０年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会講演論文集１」に発表
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（３９０００１０７４）ＮＥＣネットワークプロダクツ株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
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