JPH03274808A - 2層共振4本式ヘリカルアンテナ - Google Patents

2層共振4本式ヘリカルアンテナ

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JPH03274808A
JPH03274808A JP2304180A JP30418090A JPH03274808A JP H03274808 A JPH03274808 A JP H03274808A JP 2304180 A JP2304180 A JP 2304180A JP 30418090 A JP30418090 A JP 30418090A JP H03274808 A JPH03274808 A JP H03274808A
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JP
Japan
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helices
antenna
antenna according
helix
conductors
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Pending
Application number
JP2304180A
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English (en)
Inventor
Claude Terret
クロウド テレ
Ala Sharatha
アラ シァライハ
Leonid Aupy
レオニッド オピ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gouvernement de la Republique Francaise
Original Assignee
Gouvernement de la Republique Francaise
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08Helical antennas

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の背景) 1、発明の分野 本発明は準半球状放射パターンを有する、新規なアンテ
ナ構造に関するものであって、例えばその中の二つの隣
り合った副帯域を定義することができるように、比較的
広い通過帯域を持つことができる。
この種のアンテナは、例えば固定の使用者と航空、海上
、及び陸上に基づく移動物体との間の衛星通信に関連し
て適用することができる。この分野では、幾つかの衛星
通信システムがLバンドで開発中である(例えば、IN
MARSAT、 MSAT、 PRO3AT、NAVS
TAR,G、 P、 S、等)。
初めの三システムは静止衛星とのリンクに対応するもの
である。これらのシステムでは、移動物体に備えるよう
に設計されたアンテナの仕様が、アンテナに対して非常
に異る入射又は受信や送信の信号の入射における大きな
変動、あるいはその両方のために、準半球状的取扱いが
できる放射パターンを有することを必要とさせる。
更に、アンテナの分極は円形で5dBを超える長円率を
有しく20dBアイソレーシヨン)、空中及び地上の移
動物体に対する多数路現象に抵抗するように特別の注意
を払わなければならない。この後者の仕様は更に、電界
の優勢な成分が低高度に対して垂直であることを必要と
させている。
米国のNAVSTAR形のシステムに使用されている衛
星を通過することによる、信号受信に使用することので
きるアンテナについては、それらが約10%の通過帯域
又は二つの隣接副帯域において動作しなければならない
ことを、仕様書が規定している。
2、先行技術の説明 現在の技術では、この種の仕様(本質的に準半球状放射
パターン及び円形分極)に矛盾しない唯一のアンテナ構
造は、共振4本式ヘリカルアンテナである。
この形式の既知のアンテナは、第11A図、第11B図
に示すように、直交位置にあり位相が90°異って励振
されている二つの2本螺旋111.112によって形式
されている。
第11A図、第11B図に示す典型的な構造は、198
4年3月号のマイクロ波及び無線周波誌のr UHF衛
星配列が隣接信号をゼロにする」という論文に引用され
ている。
このアンテナはその非励起端113で短絡されている、
1illl A、 111 B、112A、112Bを
有する、共振4本式螺旋である。通過帯域は、χ。/2
に等しい線の長さと半回者の螺旋巻線とに対して、−3
dBで140%の開口を有する10%の範囲にある。こ
の形式のアンテナは、例えば特許文書US−41480
30(FOLDES)に開示されている形式のあるヘリ
カルアンテナと間違えてはならない。そのヘリカルアン
テナの目的は、高度に指向性で(本発明におけるように
準半球状ではない)、且つ、高利得の軸方向放射パター
ンを提供することだからである。その動作は進行波形で
あって、共振モードで作動する訳ではない。その上、こ
れらの既知のアンテナは異る構造を持っている。特にこ
れらのアンテナは、アンテナの動作波長んの数倍もある
長さを有している。なお、各ヘリカル線は特定の周波数
で働くように、複数の共振双極子で出来ている。
また、移動物体間のINMARSAT 5TANDAR
D−C衛星による通信に使用する、4本ヘリカルアンテ
ナという別の既知の実施の態様もある。これでは、アン
テナは受信及び送信にそれぞれ対応する、二つの副帯域
(1530−1545MHz)及び(1631,5−1
646,5MH2)において正確に動作しなければなら
ない。
(1988年6月刊行のM、 S、 N、通信技術誌の
に、 M、 KEENによる「標準Cアンテナの開発」
参照。)この既知の実施の態様では、アンテナは非励振
端が開放となっている印刷配線を有する共振4本螺旋で
ある。
共振4本アンテナは必要条件仕様を満足するものの、多
くの欠点も持っている。
この既知の形式の構造によって提起される主な問題点は
、アンテナのインピーダンス値を同軸饋電線路のそれと
整合し、同時に直角の2本線螺旋の十分な励振を行わせ
るという拘束事項に関係するものである。
狭帯域システムにおいては、饋電/整合モジュールは動
作周波数の付近でアンテナに対して外部に位置させるこ
とがある。しかし、ここで述べるように広帯域でアンテ
ナが働かなければならないときは、アンテナ構造に対し
て内部の饋電/整合アンテナが一般に仕様される。最も
普通のものはいわゆる「バラン」、シばしば「シンメト
ライザ」とも呼ばれる)システム又はその変形、非対称
入力及び対称出力を有する「折返しバラン」である。
このような装置を第11図に示す。この図ではアンテナ
構造の励振と対称性を考慮して、二つの直交する螺旋1
11及び112は同じ入力インピーダンスを持っている
。各2本螺旋111A、111 B 。
112 A、 112 Bは折返しバラン形の同軸シン
メトライザによって饋電される。二つの2本巻は90゜
の位相差で、ハイブリットカブラ115(90°、−3
dBによって励振される。各同軸(非対称)入力は従っ
て同時に、λ/4の付近で2本巻螺旋と長さアダプタの
インピーダンスを見ることになる。
この形式のアンテナに使用されるシンメトライザ/アダ
プタは、例えば長さえ/4の同軸部分、ダイポールを形
成する芯線とシースによって作られている。シースから
の放射による問題を避けるために、ダイポールは芯線と
追加の同軸シースとの間に入れることがあり(バズ−カ
システム)、同軸線路のシース上の電流の流れを防止す
る。
しかし、この形式の装置はなお狭過ぎる帯域を有するあ
る種の通過帯域フィルタを形成するという欠点がある。
中実の導体によって補償された線路、又はトラップ回路
を形成する不作動同軸ケーブルを使用して、もっと複雑
なシステムも考えられた(1970年12月号のマイク
ロ波ジャーナル誌、C,C,キルガス「共振4本螺旋」
参照)。
いずれの場合も、アンテナを整合させるため、ハイブリ
ッドカブラと「バラン」の間に整合装置を追加しなけれ
ばならない。この事は明かに、特に第12図のスミスパ
ターンから出現する。スミスパターンでは、上記二つの
実施の態様においては、動作窓121.122は本質的
に整合域123の外側にあることがはっきりわかる。
さて、整合装置の使用は損失を招き、しばしばアンテナ
の使用帯域を制限することになる。その上、これらの典
型的な実施の態様においては、明かに占積率に関連した
理由で、「折返しバラン」は、上端で励振されているア
ンテナの本体そのものに置かれている。従ってこれが、
特に高い周波数において、放射パターンの回折によって
擾乱を生じる。
これらの欠点を克服するのが本発明の目的である。
もっと詳しく言えば、特に(しかしそこに限る訳ではな
いが)Lバンドにおいて、本発明はほとんど半球状の放
射パターンと円形の分極を有する新しいアンテナ構造を
提供することである。
本発明の別の目的は、アンテナとその励振との間に複雑
な整合手段を導入する必要を避けるような、構造を提供
することである。
特に通過帯域 10%か、又は二つの隣接通過帯域にお
いて、通過帯域の拡張又は二周波動作を有するアンテナ
を提供することも、また本発明の一目的である。
本発明の別の目的は、陸上、海上、空中又は宇宙の乗物
上で、システムの束縛に矛盾しないエネルギー消費を有
する、低価格アンテナを与えることである。
この目的は、これから以降に現れるその他と同様、直交
して配置された二つの2本螺旋で形成され、90°の位
相差で励振される、4本螺旋を有する形式の、準半球状
放射を有する共振ヘリカルアンテナによる、本発明によ
って達成される。このアンテナは、上記第一の4本螺旋
と同軸的に且つ電磁的に結合されている、少くとも一つ
の第二の4本螺旋を有し、上記4本螺旋のそれぞれは一
定の半径で異なる円筒上に巻かれている。
これら二つの共振4本螺旋の積重りは、広い周波数帯域
、又は二つの隣接周波数帯域にわたって、その電磁結合
に関して選択した設定により、準半球状放射パターンを
得ることを可能にしている。
好都合なことに、これらの線の長さは上記アンテナの動
作波長えより短く、定在波モードでの動作で希望する半
球状パターンを得るように、λ/2と先の間にあること
が望ましい。
本発明の好ましい特性によれば、上記第二の4本螺旋の
線は、上記第一の4本螺旋の線と、精密な又は近似の半
径方向の重なり位置にある。
本発明の別の特徴によれば、上記結合している4本螺旋
は、共通のフィーダに平行に接続されている。都合の良
いことに、この共通フィーダには、第一に各4本螺旋の
二つの直交2本巻螺旋の、90°位相を変えた励振のカ
ブラ要素、及び第二には2本巻螺旋の各線に、反対位相
で超電するためのシンメトライザ要素が含まれる。
二つの4本螺旋の少くとも一つの各線は、その非励振端
において開放又は短絡されていることが好ましい。
都合のよいことに、4本螺旋の中の少くとも一つは誘電
体の支持物上にプリント回路技術によって作られる。
本発明の利点となる特徴によれば、上記4本螺旋の結合
は、次の手段のうち少くとも一つによって制御される。
・4本螺旋の重りの半径方向の発散のチエツク。
・4本螺旋の間の角オフセットのチエツク。
・特に各線によって表わされるインピーダンスを整合さ
せるように、上記螺旋のそれぞれの螺旋のピッチのチエ
ツク・ 第一の実施の態様によれば、上記4本螺旋の上記結合は
、単一の広通過帯域でのアンテナの放射を得るよう行わ
れる。
第二の実施の態様によれば、上記4本螺旋の上記結合は
、離れている少くとも二つの通過帯域でのアンテナの放
射を得るように行われる。
本発明により、アンテナの他の特性のいずれをも、特に
円形の分極と放射パターンを、低下させないで結合のチ
エツクが最適化できることは明らかである。
(実施例) 本発明のアンテナ構造の提案する実施例を第1図に示す
。本アンテナは、別々の直径d、、 axをもっている
同軸円筒形絶縁支持枠13及び14の周りに巻いた、二
つの同心式4本螺旋によって形成される。明らかに、本
発明のアンテナ構造は明瞭な方法で二個を超える同心の
4本螺旋に拡張することができる。各4本螺旋11及び
12は、等間隔に間を空は円筒形の支持枠13.14上
に巻かれた、それぞれ4本の導線11..11.、 u
s、11.及び12+、12*、 12m、124をも
っている。
各導線11+、11*、 IIs、IL ; 121.
12□、123,124は、第2図に示すようにカプト
ン基板上にプリントされた、幅Wを有する銅のような電
気的に導電性の材料の連続した帯状片によって、形成さ
れる。カプトン基板は、35μmの銅帯状片幅Wに対し
て50μmの厚さを有することができる。
各導線の長さは都合の良いことにル/2とえとの間にあ
り、どんな場合もえより短いか、λに等しく、共振モー
ドで動作し、準半球状放射パターンを得るようになって
いる。
導線がえよりも僅かに長さが長いときは、半径方向の放
射パターンが得られ、準半球状パターンではない。この
種のパターンはしかし、ある特殊な用途には興味深く思
われる。
それぞれの螺旋11.、12の4本の線は各端部15(
第1図及び第2図の上端)で開放となっており、第3図
で線図的に示されるように、円筒形支持枠13.14の
下部16の基底部30上に位置する。導電性セグメント
31.32.33.34によってもう一つの端部16(
第1図及び第2図の下端)に電気的に接続されている。
これらの平面セグメント31゜32.33.34は、円
筒枠13.14の基底部30の中心の近傍まで縁から幅
を減少させて行く、セグメントの部分の形でカプトン上
にプリントされた帯状片によってうまく形成されている
。これら導電性セグメントの各々は、アンテナ構造の四
つの50Ω饋電線である同軸ケーブルの一つの中心芯線
に接続される。二つの4本螺旋11と12は従って、線
同志(111,12,;11..12□; lls、1
2s : 114.124)並列に超電される。
各螺旋11.12の4本の線は、ハイブリッドカプラー
モジュール41 (3dB、90°)及び2個のシンメ
トライザモジュール42.43(3dB、180°)に
よって形成される標準的装置によって、第4図に線図的
に示されるフィーダ構成に従ってセグメント31、32
.33.34を通じて励振される。これらのモジュール
41.42.43のそれぞれの入力41..42.。
43、の中の一つは、50Ω抵抗器44を通して接地接
続される。カブラモジュール41は、二つの出力41、
.41.が二つのモジュール42.43の他の入力42
□、43□に超電するように位置している。シンメトラ
イザの180°における出力421.434は、二つの
セグメント31.32に超電するように接続され、Oo
における出力424.43.は他の二つのセグメント3
3.34を励振する。このようにして、各4本螺旋11
.12の2個の2本巻螺旋31.33、及び32.34
の90°位相を変えた励振、及び各2本巻螺旋の一方で
は導線31と33のそれぞれ、他方では導線32と34
のそれぞれの位相を180e変えた励振を得る。
この装置はプリント技術によって小形に作ることができ
、アンテナ構造の基底部に直接置くことができる。
二層4本螺旋構造の導線のそれぞれの入力インピーダン
スの、50Ωに非常に近い値を見ると、追加してインピ
ーダンス整合を行う必要はない。
明らかに、本技術に熟達している者なられかるとおり、
他の技術的実施手段だけでなく、他の構成も予想するこ
とができよう。従って、(示していない)アンテナ構造
励振の別の実施例において、第二のものに関する迷走要
素として働く可能性のある、二つの4本螺旋の一つに超
電しないことは可能である。
二つの4本螺旋間の結合の制御は多くの方法で行うこと
ができる。厳密な半径方向の導線対導線の重りの位置に
関する、アンテナの回転の軸の周りのアンテナの角度ず
れに関して、又は再び各螺旋の螺旋ピッチに関して、二
つの螺旋の間の半径方向発散に作用することは特に可能
である。
各インピーダンス整合したアンテナ線の電磁結合、例え
ば50Ωにおけるそれは、アンテナの他の特性、特に円
形分極及び放射パターンに対して、損傷を与えないよう
に、あるいは最小の可能性の損傷しか与えないように、
制御されることは勿論である。
それぞれ三帯域構成(第5図、第6図、第7図)及び広
帯域構成(第8図、第9図、第1O図)に対応する、本
発明のアンテナ構造を実施するための二つの原型につい
て得られた結果を発表することにしたい。
二 ゛  ニ   アンテナ 計算と試験を行った第一の実施例では、アンテナのパラ
メータは表工に示しである。(ここで第2図の表記法を
参照して、C:円周、Le:放射用導線の長さ、Lax
 :軸方法の長さ、である。)表   工 内部螺旋    外部螺旋 CO15λo     O,571゜ Le    0.74Lo     O,76え。
Lax   O,58λo     0.59え。
一連の測定読取値は、別々に採った各螺旋について、次
いで同時並列超電において採られた。以降において、表
わされたインピーダンスは他の螺旋の存在下でその螺旋
の放射用導線の入力のところで計算されたインピーダン
スであり、2本巻螺旋のインピーダンスの半分である。
別々に採られた4本螺旋の測定の場合は、読みは60M
Hz  (内部アンテナ)にも50MHz  (外部ア
ンテナ)にも等しく、SWR<2に対する通過帯域につ
いて採られた。
二つの螺旋の並列超電は結果として第5図のスミスパタ
ーンのインピーダンス曲線を与える。ここでF1=1.
480からFf=1,730までに対して表わされた曲
線は、アンテナの整合領域で別々である二つの周波数帯
域51.52を持っている。更にインピーダンス変成器
によって、チャート上のインピーダンス曲線を中心に集
め直すことが可能である。アンテナのパラメータを適応
寸法づけすることにより、51と52の部分の一致点を
得ることも可能となる。この曲線は二つの4本巻の間の
結合によって、二重共振を表わす。第6図のSWRパタ
ーンでわかるように、二つの結合共振回路のように装置
が働き、その結合は共振周波数61.62を向きを変え
させる。二つの別々の周波数帯域、1.54GHz <
f < 1.5666GHz及び1.602GHz< 
f < 1.64GHzにおいては、SWRは1.5未
満である。
その上、アンテナは二つの共振周波数の付近で実際上5
0Ωで整合されるから、励振装置は追加整合用の特別の
装置を必要としない、このことがこのアンテナを単純4
本巻アンテナの欠点から開放してくれるのである。
第7図は結合アンテナの放射パターンを示すが、別途採
った4本螺旋の放射パターンとほんの僅かしか違わない
この実施例は、別の螺旋と同じだけの別の通過帯域を得
るように、二つを超える同心状の4本螺旋に明かに拡張
することができる。
匠翌藍ヱ2二土 アンテナのパラメータと眉間の距離とを多少変更するこ
とにより、二つの重り合っている4本螺旋の間の電磁結
合は、同じパラメータを有する単層螺旋におけるよりも
広い、単一の通過帯域を得ることを可能とする。
例えば、表Hのパラメータの値を選ぶことにより、この
ような構成が得られる。
(以下余白) 表   ■ 内部螺旋    外部螺旋 CO,34λ。    0.46λ。
Le    O,72Lo     O,75λ。
Lax   O,62Lo     O,65λ。
これらのパラメータ値に対して、最初の通過帯域は、内
部アンテナに対するSWR<2.5及び外部アンテナに
対するSWR<2に関して65MHzである。
結合動作では、二層アンテナの通過帯域は、SWR<2
に対して86MHzに等しい。インピーダンス曲線の対
応するSWRパターン及びスミスパターンは、第8図と
第9図に示すとおりである。
SWRは、1.59GHzの共振曲線では約1.535
から1.595GHzの連続周波数帯域について1.7
5よりも小さい。第9図のインピーダンス曲線は、チャ
ートの整合域に実際上集中してF+=1.5GHzから
Ff=1.63GHzまでに関して延びている(前の実
施例に関してチャート上でもっと精密な中心集中の可能
性がある)。
一般的に言うと、本発明のアンテナ構造は従って、イン
ピーダンスの虚数部を「減少」することが可能であり、
その実数部を約50Ωに持って行くことが可能である。
事実上の変更は放射パターンにおいて観測されず、第1
0図は結合した二層アンテナに対するパターンを表わす
これらの特性のため、また三周波数、広帯域の実施の態
様の可能性の故に、本発明のアンテナ構造は適用の分野
が多い。
従って、このアンテナ構造は、現在開発中のLバンドに
おける衛星通信システム、例えば全世界海洋通信の分野
における「国際海洋衛星機構」(INMARSAT)に
よって使われているアンテナに適用することができる。
陸上の車輌用の自身の通信サービスの開発を行っている
、「移動体衛星システムJ  (MSAT)のような米
国内のシステムを引合いに出すことができる、同様に、
空中交通通信及び制御に対しては異る考え方が提案され
ている(IEEEのAP−5国際シンポジウム、198
7年ダイジェスト(AP22−1)のJ、Huang及
びり、Be11の「米国沿岸船舶、陸上車輌、及び航空
機に対するLバンド衛星通信アンテナ」参照)。
ヨーロッパでは、データ伝送(PRODAT)に関して
、空中航法(高度10°と90°の間)、海洋航海(高
度−25°と90”の間で、横揺れと縦揺れによる船の
±30°の動きを考慮に入れる)、及び陸上航走(高度
15°と90°の間)に対する低G/T(−24dB/
K)端末の開発を、ESA  (ヨーロッパ宇宙機関)
のプログラムPROSATが計画している。ここで本発
明のアンテナ構造は有利な適用を見出している。
本発明の実施は、明かにこれらの使用例に拘束されるも
のではなく、この技術を熟知している者は、本発明の範
囲を超えることなく、ここに述べた例以外の本アンテナ
の実施例を自ら思い付くことができるであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による二重螺旋の4本アンテナ構造の利
点のある実施例の透視図である。 第2図はカプトン基板上にプリント銅帯片の形で作られ
た、二つの重なった4本螺旋の一つの拡大図である。 第3図は放射用導線の導電接続セグメントを持っている
、第1図及び第2図のアンテナの支持円筒の基底の平面
図である。 第4図は第1図〜第3図のアンテナに対する標準的饋電
線構造の概要図を示す。 第5図、第6図、第7図は、三帯域動作(三周波数アン
テナ)について寸法を決めた、本発明の原型の共極及び
反極の円形分極における、スミスパターン、SWR(定
在波比)の値、及び放射パターンをそれぞれ表わしてい
る。 第8図、第9図、第10図は、広帯域動作について寸法
を定めた、本発明の原型の共極及び反極の円形分極にお
ける、スミスパターン、SWHの値、及び放射パターン
をそれぞれ表わしている。 第11A図、第11B図、第12図は既知の単層4本螺
旋の正面図、平面図、及びインピーダンス曲線のスミス
パターンをそれぞれ説明している。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)直交配置した2個の2本巻螺旋によって形成され
    、位相を90°変えて励振された、4本螺旋を有する形
    式で、同軸であって上記第一の4本螺旋と電磁結合して
    いる、少くとも一つの第二の4本螺旋を有し、その4本
    螺旋の各々が別々の一定の半径を有する別々の円筒の周
    りに巻かれている、準半球状放射を持った共振ヘリカル
    アンテナ。
  2. (2)導線の長さが前記アンテナの動作波長λよりも短
    かく、好ましくはそれがλ/2とλとの間にある、請求
    項1によるアンテナ。
  3. (3)前記第二の4本螺旋の諸導線が、前記第一の4本
    螺旋の諸導線と、精密な又は近似の半径方法の重なり位
    置にある、請求項1及び2によるアンテナ。
  4. (4)前記結合した4本螺旋は共通のフィーダに並列に
    接続されている、請求項1によるアンテナ。
  5. (5)前記共通のフィーダには、第一に各4本螺旋の二
    つの直交2本巻螺旋の、90°位相を異にした励振のた
    めのカプラー要素と、第二に2本巻螺旋の諸導線のそれ
    ぞれの、逆位相での饋電のためのシンメトライザ要素と
    が含まれている、請求項4によるアンテナ。
  6. (6)二つの4本螺旋の少くとも一つの諸導線が、その
    非励振端で開放されているか、又は短絡されている、請
    求項1によるアンテナ。
  7. (7)4本螺旋の少くとも一つが誘電体支持物の上にプ
    リント技術によって作られる、請求項1によるアンテナ
  8. (8)前記4本螺旋の結合が次の手段の中少くとも一つ
    を通じて制御される、請求項1によるアンテナ。 ・上記4本螺旋の重なりの半径方向発散のチェック。 ・上記4本螺旋の間の角オフセットのチェック。 ・上記螺旋のそれぞれの螺旋のピッチのチェック。
  9. (9)前記4本螺旋の前記結合が、単一の広い通過帯域
    内でアンテナの放射を得るように行われる、請求項8に
    よるアンテナ。
  10. (10)前記4本の螺旋の前記結合が、離れている少く
    とも二つの通過帯域内でアンテナの放射を得るように行
    われる、請求項8によるアンテナ。
JP2304180A 1989-11-10 1990-11-13 2層共振4本式ヘリカルアンテナ Pending JPH03274808A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8914952A FR2654554B1 (fr) 1989-11-10 1989-11-10 Antenne en helice, quadrifilaire, resonnante bicouche.
FR8914952 1989-11-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03274808A true JPH03274808A (ja) 1991-12-05

Family

ID=9387403

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