JPH1070408A

JPH1070408A - クオドリファイラヘリックスアンテナ用フィーダネットワーク

Info

Publication number: JPH1070408A
Application number: JP9147014A
Authority: JP
Inventors: Son Huy Huynh; エイチヒュインソン; Chun-Hong Harry Chen; ホンチェンチュン; Jack S Mclaren; エスマックラーレンジャック; Donnie H Briscoe; エイチブリスコードーニー
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-03-10
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: JP3035509B2; US5872549A; EP0805513A3; EP0805513A2

Abstract

(57)【要約】【課題】ワイヤレス電話用のアンテナを電話の携帯に
便利な小型サイズで実現することを目的とする。【解決手段】通信ハンドセット用のアンテナ及びアン
テナフィーダ組立体は、アンテナ及びアンテナフィーダ
即ちバランの各々が円筒形状に合致しそしてハンドセッ
ト用に充分な小さなサイズにされた一体的な組立体とし
て構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バランに係り、よ
り詳細には、ハンドセット用の充分小型の新規な一体的
に形成されたクオドリファイラヘリックスアンテナ及び
バランフィーダネットワーク組立体に係る。

【０００２】

【従来の技術】現在のセルラー電話システムの成長にと
って重要な要因は、ポータブル電話の便利な小型サイズ
及び軽量性である。これにより、ポータブル電話を最も
便利なように上着のポケットに携帯することができる。
この便宜性及び認められた利用性により、ポータブル電
話加入者の数が成長し続けている。

【０００３】「オデッセイ」と称するシステムのような
現在開発中の種々の通信衛星システムは、地上をベース
とする移動電話加入者、即ち個人で電話を持ち歩く人々
に対して改良されたワイヤレスデジタル電話通信を提供
する。これらのシステムにおいては、中地球軌道（ＭＥ
Ｏ）にある充分な数の衛星（オデッセイでは１２個が適
当である）が地球の大部分にわたり通信の有効到達範囲
を与える。内蔵バッテリで動作するデジタルワイヤレス
ポータブル電話ハンドセットを用いてこれらの衛星通信
システムと通信する場合に、電話加入者は、地球上のど
こにいる他の加入者とも通信でき又は通信を受けられる
と期待する。

【０００４】ユーザのハンドセットから通信衛星のＲＦ
中継装置までの距離は、セルラーユーザのハンドセット
と、通常高いビルディングの頂上付近に見られる電話セ
ルラー中継装置との間の同様の距離よりも相当に大き
く、且つ衛星システムに使用される送信周波数は著しく
高いので、既存のセルラーシステムに使用されるハンド
セット装置、特に、アンテナは、このような衛星システ
ムに使用するための構造及びサイズを保持することがで
きない。とりわけ、その変更には、異なるアンテナ技術
が必要とされる。

【０００５】ＩＮＭＡＲＳＡＴ衛星システムに初期に使
用された公知の積層型クオドリファイラヘリックスアン
テナ（ＱＨＡ）は、他の形式のアンテナに比して性能が
優れているために、オデッセイシステムに使用するよう
に提案されている。クオドリファイラヘリックスアンテ
ナは、円筒表面に等間隔で巻かれた４つの同一の螺旋体
で構成される。送信のために、これら螺旋体には、振幅
が等しく且つ相対的な位相が０、−９０、−１８０及び
−２７０°の信号が供給され、円形偏波の電磁放射（Ｒ
Ｆ）が発生される。このアンテナは、一般的に半球状の
放射パターンを与える。

【０００６】積層型のクオドリファイラヘリックスアン
テナは、同じ円筒軸に沿って互いに上下に配置された２
つのこのようなアンテナを組み込んでいる。上方のアン
テナは、ある周波数のＲＦエネルギーを送信するように
働き、そして下方のアンテナは、別の周波数のＲＦエネ
ルギーを受信するように働き、これは、オデッセイの場
合は、マイクロ波周波数レンジにおいて各々１．６１８
ＧＨｚ及び２．４８３ＧＨｚであるのが適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】フィーダネットワーク
はさておき、このクオドリファイラヘリックスアンテナ
は、小型サイズで、軽量で且つ円形偏波特性であるため
に、魅力的に思える。しかしながら、アンテナの螺旋体
には、直角カプラー又はバランによってマイクロ波エネ
ルギーが供給される。バランは、同軸ケーブル、ストリ
ップライン又はマイクロストリップ等の送信及び／又は
受信信号を搬送する送信ラインをバランス型フィーダへ
と変換する受動的なＲＦマッチング装置である。マイク
ロ波周波数においては、バランの共振送信長さが、波ト
ラップ及び組み込まれた供給位相インバータとして作用
する。これは、送信されるマイクロ波の場合には、電力
分割器に等しく、そして受信されるマイクロ波の場合に
は、電力合成器に等しく、どんな種類の電気的インピー
ダンスが出力に現れようと、入力に完全な戻りロスをも
つことになる。上記のバランフィーダネットワークは、
アンテナの組み合わせにおいては適切に機能し、技術的
な効果をもたらすが、現在までの著しい実際的な欠点
は、フィーダシステムの物理的なサイズが大きくて、ハ
ンドセットの電子装置のサイズより大きいことである。
直角カプラーもこのような欠点がある。

【０００８】従って、ハンドセット通信装置に使用した
場合には、ハンドセットユニットを上着のポケットに便
利に入れることができず、その結果、この扱い難い装置
を携帯することに多数の顧客の関心を引き付けるのは先
行き不可能であるために通信装置の市場性が絶対的に脅
かされると思われる。この問題は、上着のポケットに携
帯できる通信装置パッケージ又はハンドセットを実用化
するに充分なほど小型のアンテナシステム又はそのよう
にサイズの小さいアンテナフィーダを提供する動機とな
っている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の目的
は、ハンドヘルド型のポータブルバッテリ作動通信トラ
ンシーバ即ちワイヤレス電話のアンテナパッケージを、
「消費者に馴染み易く」するに充分なほど小型のサイズ
で実現し、消費者が電話を個人で便利に携帯できるよう
にすることである。これに付随する目的は、ＲＦ性能の
許容レベルを維持しながら低い製造コストで上記のアン
テナパッケージを提供することである。本発明の更に別
の目的は、マイクロストリップバラン構造体の新たな形
状を提供することである。本発明は、これらの目的を実
現する。

【００１０】通信ハンドセットに適したサイズの中空円
筒管の形状にマイクロストリップバランを形成できるこ
とが分かった。又、本発明の付加的な特徴として、分数
巻回クオドリファイラヘリックスアンテナを、バラン及
びカップリング区分を含むマイクロストリップフィーダ
システムと円筒形状の一体的な組立体に結合し、通信ハ
ンドセットに使用するように充分サイズの小さい短い円
筒表面へと一緒に形成する。

【００１１】１つの特定の実施形態においては、柔軟な
誘電体シート及びラップ技術を使用するか、又はメッキ
及びレーザエッチング技術を用いて誘電体管に直接付着
することにより、小直径の非金属性誘電体管に素子が形
成される。バランは、本質的に、中空円筒の形状に適当
にカーブした二次元円筒面である独特のラミネート構造
を形成する。フィーダシステムは、関連するクオドリフ
ァイラヘリックスアンテナの導体と共に端から端へと直
線的に配置される。

【００１２】本発明は、電気コネクタにより適当に携帯
型通信ハンドセットに物理的に取り付けられる本質的に
短いロッドの形状の物理的にコンパクトで軽量な一体的
組立体を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の上記及び他の目的並びに
効果は、以上に要約したその構造的特徴と共に、添付図
面を参照した好ましい実施形態の以下の詳細な説明から
当業者に容易に明らかとなろう。

【００１４】マイクロ波アンテナ及びフィーダシステム
組合体１は、図１の斜視図に示したように、１部片の三
次元円筒構造体即ち包囲体を形成する。この組立体は、
送信周波数のための送信アンテナ１０及びその関連フィ
ーダ１２と、それより周波数の高い個別の受信周波数の
ための受信アンテナ１４及びその関連フィーダ１６とを
備え、積層アンテナアレーを構成する。分解図で示され
た多リードコネクタ３は、アンテナの各入力及び出力フ
ィーダと、共通即ち接地接続点に接続するための３本の
電気リードを含む。各リードが組立体に接続された状態
で、ねじ切りされたコネクタ３は、これをハンドセット
通信器５に取り付けられた嵌合するねじ切りされたコネ
クタにねじ込むことにより、図２に一般的に示すよう
に、ハンドセット通信器５に機械的に取り付けられ、そ
の上に堅固な組立体を支持する。

【００１５】この構造を良く理解するために、アンテナ
及びフィーダが図３に詳細に示されており、これについ
て説明する。アンテナ及びフィーダシステム組合体は、
円筒形状から解かれて平坦にされ、本質的に二次元レイ
アウトで示されている。以下に述べるように、図３は、
１つの製造プロセスに使用されるサブ組立体を示すもの
で、デュロイド(Duroid)のように所要の誘電体特性をも
つ柔軟な電気絶縁体のシート上に電気的素子が二次元ラ
ミネートとして形成され、そのシートからカットされて
３６０°に巻かれ、そして誘電体物質の中空管４の外面
に接合される。

【００１６】図３の組立体は、送信アンテナ１０と、送
信アンテナのためのフィーダシステム１２と、受信アン
テナ１４と、受信アンテナのためのフィーダシステム１
６とを備えている。送信アンテナ１０は、垂直方向に受
信アンテナの上に配置され、従って、積層組立体を形成
する。フィーダシステム１２は、導体の曲がりくねった
パターンより成るバラン１３と、４つの若干ループ状に
なったリードより成るマッチング変成器９とを備えてい
る。受信アンテナのフィーダシステム１６は、バラン１
７と、４本のマッチング導体１９とを備えている。これ
らの素子は、誘電体のシート即ちベースに取り付けられ
た導体で形成される。このレイアウトにおいて、送信部
は、ベース角度αの平行四辺形を形成し、一方、受信部
は、ベース角度βの平行四辺形を形成する。

【００１７】アンテナ１０は、４本のまっすぐな導体１
１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄを含み、これら導体
は、水平な上縁に対して僅かな角度αで互いに平行に且
つ均一に離間され、そして絶縁シート１８、例えば、厚
みが０．０１０インチの３０１０デュロイド材料のベー
ス層に取り付けられるか又はメッキされる。図示された
ように、右側の導体１１ｄと、ベース層１８の右縁との
間の距離は、左側の導体１１ａと、ベース層１８の左縁
との間の距離と同じであり、これら２つの距離の和は、
導体１１ａと１１ｂ、１１ｂと１１ｃ等々の間の間隔と
同じである。図示された組立体の水平上端を、本質的に
層１８を横切る横方向距離に等しい直径の真円筒管４の
平らな端に保持し、そして接合剤のための若干のスペー
スを残してこれを３６０°にわたって周囲を包んで、円
筒を形成することにより、図示された構成体を円筒へと
包み直すことを思い描いた場合に、アンテナの導体が円
筒軸の周りに均一に離間されることが明らかとなろう。
更に、各導体は、間の周りを螺旋形に巻き、全体とし
て、分数巻回の即ち半巻回のクオドリファイラ(quadrif
ilar) ヘリックスアンテナが形成される。各入力の信号
がその隣接入力と９０°位相ずれするように４つの入力
の各々に供給される周波数ｆのマイクロ波エネルギーを
供給すると、アンテナは、円形偏波のマイクロ波エネル
ギーを放射する。アンテナ及びアンテナフィーダを含む
組立体は、図１に示すようにプロファイルが円筒に見
え、そして図４の断面図では正しいスケールで拡大され
ていない。

【００１８】図４に示すように、構造体は、ラミネート
構造であり、バランのグランドプレーン２をその下面に
そして１２のような導体をその上面に支持する誘電体層
１８が中空の誘電体管４に接合される。この同じ円筒構
成が、以下に述べる別の実施形態にも保持され、対応す
る図５（これも正しいスケールではない）に示されたよ
うに、誘電体管２’の外面及び内面に導体１２’及び
２’が直接接合される。

【００１９】図３に戻ると、アンテナ１４も、同様に、
水平の上縁に対して異なる角度βで整列されて絶縁シー
ト即ちベース１８上に形成された４本の平行なまっすぐ
の導体１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄで形成され、
そしてその円筒形態において半巻回のクオドリファイラ
ヘリックスアンテナを形成する。しかしながら、これら
の導体は、アンテナ１０の導体よりも長さが短い。とい
うのは、アンテナ１４は、より高い周波数で動作するよ
う意図されているからである。

【００２０】アンテナシステム１０のフィーダシステム
は、若干開いたループに形成された４本の電気リード９
ａないし９ｄを含む。これらリードは、各アンテナステ
ム１１ａないし１１ｄをバラン１３の対応する４つの出
力に接続する。これらリードは、マイクロ波信号を、
０、−９０、−１８０及び−２７０°の相対的位相でア
ンテナに供給する。

【００２１】バランは、同軸ケーブル及びマイクロスト
リップのような送信ラインをバランスしたフィーダへと
変換する既知の装置である。これは、受動的な電気装置
である。即ち、アンバランスの送信ラインからの信号を
バランスしたものへとマッチングさせ、例えば、受信ア
ンテナ１４の４つの入力をバランスした送信ライン、単
一出力、即ちバラン１７から外部の受信回路への単一出
力にマッチングするのに使用され、これについては、以
下に説明する。これは、送信されるマイクロ波の場合に
は、等価電力分割器であり、そして受信されるマイクロ
波の場合には、等価電力合成器であり、どんな種類の電
気インピーダンスが出力に現れるかに関わりなく、入力
に完全な戻りロスを有する。

【００２２】バラン１３について最初に考えると、これ
は、２つの「Ｈ」状の図形が第３の「双生児」的に相互
接続された二重の「Ｈ」図形の上に横たわるように見
え、これらは、金属導体により誘電体表面上に形成され
る。バラン１３は、導電性金属層即ち「バックプレー
ン」面を含み、これは、図面では見えないが、上記
「Ｈ」図形の下にあって、電気絶縁性の誘電体ベース１
８の下面に配置されている。バラン構造体の複雑な幾何
学形状の見掛けは、言葉で関連付けるのは困難である。

【００２３】このバランは、これを拡大して示した図６
を参照して詳細に説明する。バラン１３の左上の「Ｈ」
図形について考えると、電気導体は、循環経路におい
て、上方の突出部即ちピークａ１から下方に向かいそし
て別のピークａ２へと戻る開放ループｌ１をたどること
が明らかである。そこから、経路は、逆向きのピークａ
３へとある距離下方に延びて、上記第１のループと一線
であるが逆向きの別の開放ループｌ２をたどり、更に別
の即ち第４のピークａ４へと延びる。そこから、経路
は、上方にまっすぐ延びて、第１のピークａ１へ戻る。
全てのピーク及びターン部は、図示されたように、丸み
付けされている。ピークａ１は、ピークａ４と一線であ
り、そしてピークａ２は、ピークａ３と一線である。更
に、素子の左下側のピークａ４から、まっすぐな導体ｔ
１が、抵抗性終端部即ち抵抗Ｒ１の一端へと延び、そし
てこの抵抗素子の他端が、メッキされたスルーホールＰ
１を経て誘電体層１８を貫通し、誘電体層１８の下面の
金属層に接続されて、電気的接触される。上方のピーク
ａ１及びａ２の各々は、バランへの各出力として働き、
そしてループ状導体のマッチング区分９ａ及び９ｂに各
々接続され、そしてこれらマッチング区分を経て各アン
テナステム１１ａ及び１１ｂに接続される。以下に述べ
るように、経路の各岐路に沿った各ピーク間の距離は、
アンテナに使用される信号の周波数の１／４波長を表
す。

【００２４】区分の右側に見える第２の「Ｈ」は、上記
したものと構造及び形状が同一である。従って、この部
分は、上方のピークａ５及びａ６と、それらの間に下向
きに形成された開放ループｌ３と、逆向きに延びるピー
クａ７及びａ８と、上向きに延びる開放ループ１４とを
含む。この区分は、更に、ピークａ８から抵抗性終端部
Ｒ２の一端へと延びる導体ｔ２を含み、Ｒ２の他端は、
誘電体ベース１８のメッキされたするーホールＰ２を経
てその下の金属層２へ接続され、これは、破線で部分的
にのみ示され、バランのグランドプレーンを形成する。
この部分は、他のバラン素子と横に並ぶように右へ離間
されて配置され、そして同じ垂直高さに配置される。上
方のピークａ５及びａ６の各々は、バラン１３への各出
力として働き、他の２つのループ状導体のマッチング区
分９ｃ及び９ｄに各々接続され、そしてこれらマッチン
グ区分を経て他のアンテナステム１１ｃ及び１１ｄに接
続される。

【００２５】２つの「Ｈ」状経路の下に配置された導体
経路であって、二重Ｈに見掛けが似ている導体経路は、
曲がりくねった循環経路を構成する。この曲がりくねっ
た経路は、上面に置かれた４つのピークａ９、ａ１０、
ａ１１及びａ１２の間に配置された３つの下向きの開放
ループｌ５、ｌ７及びｌ９と、４つの下向きのピークａ
１３、ａ１４、ａ１５及びａ１６間に上向きに配置され
た３つの開放ループｌ６、ｌ８及びｌ１０とを備えてい
る。これら後者のループ各々は、ループｌ５、ｌ７及び
ｌ９よりも深さが短く、そしてループｌ７及びｌ９は、
同じ深さであって、ループｌ５よりも深い。この区分の
ピーク及びループは、互いに一線に配置される。更に、
ピークａ９及びａ１３は、左側のＨ区分のピークａ１及
びａ４とも一線であり、ピークａ１０及びａ１４は、そ
の同じＨ区分のピークａ２及びａ３とも一線であり、ピ
ークａ１１及びａ１５は、右側の他のＨ区分のピークａ
５及びａ８とも一線であり、そしてピークａ１２及びａ
１６は、その右側のＨ区分のピークａ６及びａ７とも一
線である。一線と称する線は、アンテナ１０の導体線１
１ａないし１１ｄに対して示された同じ角度αだけ図１
の水平線から傾斜した線である。

【００２６】更に、全ての曲がりくねった経路のピーク
から、まっすぐな導体ｔ３が抵抗性終端部即ち抵抗Ｒ３
の一端へと延び、そしてこの抵抗素子の他端は、誘電体
層１８を貫通するメッキされたスルーホールＰ３を経て
その誘電体層の下面の金属層に接続されて電気的接触さ
れる。短い長さの導体Ｓ１は、二重Ｈ区分のピークａ１
０を左のＨ区分のピークａ３に接続し、同様の短い長さ
の導体Ｓ２は、二重Ｈ区分のピークａ１２を右のＨ区分
のピークａ７に接続する。入力導体Ｓ３は、その一端が
二重Ｈ区分のループｌ１０の一部分に接続され、そして
その他端のリードが、送信器への同軸ラインの中心導体
即ちホット端に接続され、ＲＦをバランに接続できるよ
うにする。バランのこの二重Ｈ部分は、「マジックＴ」
又は「ラットレース」マイクロ波装置として働く。各バ
ランは、金属層であるグランドプレーンを含み、これ
は、上記のバラン回路素子の下にあって、バラン回路素
子により占有された全スペースをカバーする。図６に部
分的に破線で示された金属層２は、誘電体物質１８によ
り回路素子から離間される。このレイアウト図におい
て、金属層は、形状が平行四辺形であり、従って、別個
に図示する必要はなかろう。

【００２７】上記区分の各々のループは、限定された領
域内の回路の部分間の間隔距離を物理的に延長する手段
を果たし、その距離が、バランが動作するように設計さ
れた周波数で測定して線波長の所要の分数になるよう確
保することが明らかである。例えば、右のＨ区分の出力
ａ６とａ５との間の距離は、各々、相対的な位相が０及
び１／４波長でなければならない。しかしながら、円筒
面の周囲に得られる限定されたスペースでは、これら２
つの点間のまっすぐな周囲導体が、例えば、１．６１８
６ＧＨｚの設計周波数では、短過ぎることになる。ルー
プは、この距離を適切な長さに増加するように働く。従
って、ループの深さが大きいほど、２つの隣接ピーク間
の距離（波長で表した）が大きくなる。送信バラン及び
受信バラン１７のバラン区分に各々のループを使用する
場合にはこの同じ考え方に従う。

【００２８】上記設計の背景にある基礎は、図７を参照
した説明から明らかとなろう。この図において、基本原
理を説明するために、寸法に制約のない従来の平らなバ
ランの上部導体構造が示されている。便宜上、対応する
回路点は、先の図面に使用した同じ番号で示されそして
プライム（’）符号が付けられている。この図におい
て、マイクロ波信号のルートは、破線で示され、そして
当該距離は、波長で表される。例えば、ａ５’とａ６’
との間の距離は、１／４波長である。上記パターンのバ
ランは、たとえ円筒に形成されたとしても、得られる円
筒のサイズがハンドセット用としては大き過ぎるので、
受け入れられないことに注意されたい。

【００２９】図３に戻ると、受信アンテナ１４のフィー
ダシステムは、インピーダンス変成器１９ａないし１９
ｄを各々画成する４本の電気リードを含む。これらのリ
ードは、受信アンテナ１５の各アンテナステム１５ａな
いし１５ｄをバラン１７の対応する４つの入力に接続す
る。これらのリードは、０、−９０、−１８０及び−２
７０°の相対的位相でアンテナから受け取った円形偏波
のマイクロ波信号をバランに供給し、バランは、その円
形偏波の信号を、同軸ラインを経て外部のマイクロ波受
信回路へ送信するのに適した直線的なものに変換する。

【００３０】受信バラン１７を再び参照する。電気導体
で形成された２つのＨ型区分と、その下の導体で形成さ
れた曲がりくねった区分は、上記のバラン１３と同様に
構成され、２つのＨ区分は横に並んで整列され、そして
曲がりくねった区分は２つのＨ区分の下に配置される。
しかしながら、Ｈ区分におけるループの深さは、送信バ
ランの対応する部分より短く、そしてまっすぐな側部の
長さも短い。更に、曲がりくねった区分におけるループ
の数は、送信バランの対応区分より少ない。これは、受
信バランが、送信バランよりも高い周波数、例えば、
２．４８３ＧＨｚで動作するように設計され、従って、
受信信号の波長が送信信号より短いからである。このよ
うに短いことにより、これら信号は、円筒面により課せ
られたスペース制約内に良好に適合し、従って、所要の
分数波長間隔を得るのに必要な直接ルートの長さは短く
てよい。導体Ｓ４は、下方の曲がりくねった区分の右下
の角を出力に接続し、そして出力は、各伝送ランのリー
ドに接続される。

【００３１】ここに述べる第１の実施形態においては、
上記の素子が、従来のプリント回路メッキ及びエッチン
グ技術を用いて、柔軟な電気絶縁材料１８の単一シート
上にラミネートとして多数の層に形成される。電気絶縁
材料１８は、デュロイド社により「デュロイド」として
市販されている厚さ１０ミルのものが適当である。誘電
体シート及びその上にメッキされる導体は、その柔軟性
の特性により、一体的な組立体として、図４の断面図に
示すような円筒の形状へとカーブさせたり又はプレスし
たりすることができる。

【００３２】アンテナ及びフィーダシステム組立体は、
上記のプリント回路技術に基づき、円筒へと包まれて接
合される個別の柔軟な回路板を用いて形成されてもよ
い。図８に示すように、誘電体シートに回路パターンが
形成され（ステップＡ）、これは、バランのグランドプ
レーンのための平行四辺形の金属層を抵抗性材料のシー
トの片側に形成することを含む。ステップＢに示すよう
に、図３に示された位置においてシート上に炭素がスク
リーン処理されるのが適当である。ステップＣで示すよ
うに、シートが円筒へと成形される。この段階は、多数
のやり方があり、その１つについて考える。誘電体の管
が支持体として与えられ、入力、出力及び接地リードに
対応する位置において管壁に通路をドリルするか又は他
の方法で設けると、図８のステップＣは、誘電体管の円
筒外面に接着剤を塗布する段階を含み、図９のステップ
Ｃ１で示すように、シートを貫通する通路が管壁に設け
られた通路を整列され、そしてステップＣ２で示すよう
に、シートが管の周りに巻かれ、これにより、シートは
円筒管に接着する。図８に戻ると、電気リードが管内に
軸方向に挿入され、管壁及び誘電体シートの対応開口に
挿入され、そして半田固定され、そしてステップＤで示
すように、コネクタが管端に固定される。もし所望なら
ば、ステップＥに示すように、ゴムのジャケット又は他
の適当な保護カバーを追加して、アンテナ組立体を覆っ
てもよい。

【００３３】特定例として、中空管は、外径が約７．９
３８ｍｍ（０．３１２５インチ）であり、長さが２５４
ｍｍ（１０．００インチ）でありそして内径が７．６２
ｍｍ（０．３００インチ）である。上記組み合わせに使
用するのに受け入れられると分かった管は、バッダービ
ール社により市販されているＧ１０ガラスエポキシ；Ｕ
Ｓプラスチック社により市販されているポリカーボネー
ト管；射出成形管形成については、ジェネラルエレクト
リック社により市販されているＡｌｔｕｍ２３１２ポリ
エーテルイミド、及びポリクリスルフォンを含む。

【００３４】図８のステップＣの別の構造技術は、図１
０に示すように、先ず、図３の二次元表面を円筒へと成
形し、そしてその円筒を、その成形された管の外径より
若干大きな内径をもつロッド状の中空管内に配置するこ
とである。これは、ステップＣ１’で示すように、導体
メッキされた誘電体シートサブ組立体を円筒状マンドレ
ルの周りで成形し、そしてその縁を互いに接合して円筒
形状を保持することにより行われる。次いで、ステップ
Ｃ２’に示すように、円筒をマンドレルから取り出し、
同軸線リードを挿入して半田固定し、コネクタを取り付
け、成形された円筒組立体をステップＣ３’に示すよう
に管の中空部に挿入し、円筒内面を当接する。円筒は、
壊れ易いアンテナ組立体に対する堅固な又は堅牢な支持
体として働くと共に、ハンドセットユーザによる偶発的
なダメージから組立体を物理的に保護する。

【００３５】図１０の上記技術に代わる更に別のやり方
として、図３の二次元表面が、ステップＣ４’に示すよ
うに、成形された管の内径より若干小さな外径を有する
管の円筒外面に配置される。これは、導体メッキされた
誘電体シート及び抵抗スクリーン処理されたサブ組立体
を円筒状マンドレルの周りで成形し、そしてその縁を一
緒に接合して、円筒形状を保持するすることにより行わ
れる。次いで、円筒がマンドレルから取り出される。中
空管は、図２に示したものに対応する電気リード開口を
側壁に設けなければならない。次いで、成形された円筒
状組立体は、管へと同軸方向にスライドされ、そして管
の電気リード開口が円筒状サブ組立体の開口に整列する
ように向けられ、同軸線リードが管及び外側円筒の各開
口へ挿入されて半田固定され、そしてコネクタが取り付
けられる。

【００３６】或いは又、更に別のプロセスにおいては、
アンテナは、図１１に示すように、回路板業界で知られ
た別の切削及び／又は加工技術を用いて、成形された非
金属の円筒に直接形成することができる。この後者の技
術においては、ステップＡ１に示すように、所要の長さ
及び直径を有する中空成形プラスチック管の内面及び外
面に銅のような導電性材料がメッキされる。外面のメッ
キに保護被覆を付着して、内面の一部分をエッチング除
去し、バランの導電性バックプレーン面として働く領域
のみを残すようにする。既知の加工装置であるレーザカ
ッティングマシンのメモリ内に外面の導体の所要像を記
憶させ、管をレーザカッティングマシンに取り付ける。

【００３７】次いで、レーザカッティングマシンは、不
要な導電性物質を外面から除去し、その金属を蒸発させ
て、所望の導体のみを残す。適当な位置に管壁を通して
適当な通路が半径方向に開けられる。このように、アン
テナ及びフィーダ組立体が、円筒表面に直接形成され、
第１の技術のようにそれを平らなシート上に形成して包
む必要性が排除される。ステップＡ２において、管の当
該位置に抵抗性物質がスクリーン処理され、そしてステ
ップＡ３に示すように、外部回路への導体が半田付けさ
れる。もし所望ならば、ステップＡ４に示すように、全
組立体にジャケットを被せてもよい。

【００３８】本発明の実施において、上記組立体は、送
信アンテナ及び受信アンテナの両方を含むことが要求さ
れず、その一方又は他方を含めばよく、或いは二重送信
アンテナ又は二重受信アンテナを含んでもよく、これら
は全て本発明の範囲内に包含されることが明らかであ
る。或いは又、送信アンテナ及びそれに関連したフィー
ダバランと、受信アンテナ及びそれに関連したフィーダ
バランの各々を、デュロイドの個別シート上に別々に形
成してもよいことも明らかであろう。このような別の技
術においては、各アンテナ及びそれに関連したバランが
円筒状の支持管に個別に固定されるか又は形成される。
これにより形成される製品は、前記と同一である。

【００３９】バランを円筒形状へと成形し、特に完全な
３６０°の円筒面へと成形することは、最初の印象で
は、制限のないスペースが使用できるばらば、何ら問題
を生じるようには思われない。更に、制限のないスペー
スが与えられる場合には、何らかの変更をなす動機又は
理由が存在しないことに最初に気付く。しかしながら、
バランを円筒形状に成形する本出願人の動機を受け入
れ、そして制限のないスペースが最初に与えられると、
最初に単に柔軟なベースを使用し、そしてマイクロスト
リップバランを円筒へと整形することはできる。大きな
円筒が得られる。ハンドセット通信器用のバランは、実
用的な尺度として、縁なし帽のような大きな直径ではあ
り得ないことは容易に明らかである。むしろ、ロッド状
のアンテナはできるだけ長さが短く且つ直径が小さく、
しかも、受け入れられる放射性能特性を保持できねばな
らない。

【００４０】本発明の１つの実施形態の構造に対して与
えられた特定の例では、バランは、外径が約７．９３９
５ｍｍ±０．０２５ｍｍ（０．３１２５インチ±０．０
０１０インチ）で、内径が７．６２ｍｍ（０．３００イ
ンチ）でそして長さが２５４ｍｍ（１０．００インチ）
の中空円筒の周りに円筒状に成形される。これは、バラ
ンの周囲長さを、本質的にロッドの外径ないしπｘ直径
即ちπ２４．９４ｍｍ（０．９８１７インチ）に制限す
る寸法制約を与える。従って、接着層の付加的なスペー
スを考慮して管の周りに包まれるべき表面の横方向長さ
は、２６．５３３ｍｍ（１．０４４６インチ）となり、
アンテナのバランがその長さ以内で形成される。

【００４１】以上のことから、３つのファクタの組み合
わせをうまく選択することが必要となる。その第１は、
バランが形成される材料、即ちバックプレーン即ち接地
層とそのバックプレーン上に離間される構成導体との間
に配置される材料の誘電率である。図１の包み込み構造
の場合には、これは、デュロイドシートであり、バラン
がメッキ及びレーザエッチング技術により誘電体管に直
接形成される実施形態では、これは、管の材料である。
第２は、材料の厚みである。材料の厚みは、回路導体に
対して使用できる巾と層構造の両方に影響を及ぼす。第
３は、適切な波長の距離を定めるために回路導体の導体
部分の巾とそれら導体のルートとの両方を包囲する導体
のレイアウトである。マイクロ波送信ラインの技術文献
を参照することにより明らかなように、上記の２つのフ
ァクタは、位相速度を含む送信ラインの合成電気的特
性、ひいては、大きな「自由空間」波長の信号とは対照
的に特定周波数の信号に対して決定された「ライン内波
長」、及び特製ラインインピーダンスに影響を及ぼす。

【００４２】技術文献から使用できる式を用いてコンピ
ュータシュミレーションにより助成される試行錯誤を通
して、誘電率が１０．０±０．２５で厚みが０．２５４
ｍｍ（１０ミル）のデュロイドシートは、図１に示すバ
ランのための導体を２６．５３ｍｍ（１．０４４６イン
チ）の巾以内にレイアウトすることができ、バランを支
持ロッドの周りに１巻回巻けることが分かった。

【００４３】上記のメッキ及びレーザエッチングプロセ
スを用いて導体が管に直接形成される実施形態の場合に
は、管は、デュロイド材料、アーロン(Arlon) 材料又は
セラミック（アルミナ）で形成され、これらは、全て、
約１０の誘電率をもつことができ、そして管は、その壁
厚みが約１０ミルでなければならない。これは、図１及
び３の包み込み形態に使用されるバラン導体レイアウト
の見掛けをもつ実施形態を構成することができる。

【００４４】上記組立体におけるアンテナは、図３の実
施形態に使用された形状に限定されるものではない。上
記実施形態のクオドリファイラヘリックスアンテナの各
螺旋導体は、自由端又は開放端（種々の用語で呼ばれ
る）を含む。しかしながら、良く知られたように、この
形式のアンテナの別の形態は、電気的に短絡した端を含
み、即ち導体はリング状又は円形に形成され、図１２の
部分レイアウトに示されたようにアンテナの４つの導体
旋回体の各々の遠隔端に接続される。この短絡端は、そ
の反対端から半波長即ち「ライン内」波長、又はその倍
数の位置に配置される。このような別の構造は、図１な
いし５に示すアンテナとは異なる放射特性を発生し、あ
る場合には、これが好ましい。上記の別の構造は、本発
明の範囲内に包含されることが明らかである。

【００４５】更に、本発明は、センターフィーダ送信ア
ンテナ及びボトムフィーダ受信アンテナを形成すること
が明らかである図１及び３の実施形態に使用されたアン
テナフィーダの位置に限定されない。アンテナに供給す
るための他の既知の構成もクオドリファイラヘリックス
アンテナにとって従来から存在し、本発明の範囲内にも
包含されるものとする。例えば、この別の構成は、送信
アンテナのためのトップフィーダを含む。図１３は、図
３のアンテナレイアウトに対応するトップフィーダアン
テナのレイアウトを示す。しかしながら、ボトムフィー
ダ送信アンテナ構造が好ましい。バランが上部に配置さ
れた状態では、ヘリックスアンテナの放射特性が望まし
くないことが分かった。バランが螺旋体の放射の質を妨
げると考えられる。

【００４６】本発明の好ましい実施形態の以上の説明
は、当業者にとって本発明を実施するのに充分なほど詳
細なものであると考えられる。しかしながら、上記要素
の詳細は、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、
本発明の範囲内で種々の変更がなされ得ることが明らか
であろう。従って、本発明は、特許請求の範囲内で広範
に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒形状のアンテナ及びアンテナフィーダ組立
体の実施形態を示す部分分解斜視図である。

【図２】図１の実施形態をハンドセットに適用した場合
の図である。

【図３】図１の積層クオドリファイラヘリックスアンテ
ナ及びアンテナフィーダ組立体を円筒形態から解いたと
きの二次元レイアウト図である。

【図４】図１の拡大断面図である。

【図５】図４と同様であるが、別の実施形態を示す断面
図である。

【図６】図１の実施形態に使用された送信バランの拡大
レイアウト図である。

【図７】図１のバランの説明を助けるための従来のマイ
クロストリップバランの対応レイアウト図である。

【図８】アンテナ及びフィーダ組立体の実施形態を構成
するのに使用される種々のプロセスを示す図である。

【図９】アンテナ及びフィーダ組立体の実施形態を構成
するのに使用される種々のプロセスの一部分を示す図で
ある。

【図１０】アンテナ及びフィーダ組立体の実施形態を構
成するのに使用される種々のプロセスの一部分を示す図
である。

【図１１】アンテナ及びフィーダ組立体の実施形態を構
成するのに使用される種々のプロセスを示す図である。

【図１２】端を短絡した螺旋体を含むアンテナ及びアン
テナフィーダシステムの第２の実施形態の部分レイアウ
ト図である。

【図１３】本発明の更に別の実施形態のレイアウト図で
ある。

フロントページの続き (72)発明者チュンホンチェンアメリカ合衆国カリフォルニア州 90503 トーランスホワイトコート 4803 (72)発明者ジャックエスマックラーレンアメリカ合衆国カリフォルニア州 90731 サンペドロウェストセヴンティーンスストリート 1047 (72)発明者ドーニーエイチブリスコーアメリカ合衆国カリフォルニア州 90250 ホーソーンコーダリーアベニュー 13602 アパートメント 23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハンドセット通信装置のための一体的な
アンテナ及びアンテナフィーダ組立体であって、上記ア
ンテナは、小直径の細長い円筒状の包囲体を画成する第
１のクオドリファイラヘリックスアンテナと、このアン
テナとマイクロ波送信ラインとの間に接続されたアンテ
ナフィーダ手段とを備えた組立体において、上記アンテ
ナフィーダ手段は、円形プロファイルをもつ第１のバラ
ン手段を備えたことを特徴とするアンテナ及びアンテナ
フィーダ組立体。
【請求項２】上記円形プロファイルは、上記円筒状包
囲体に適合する形状を定める請求項１に記載の組立体。
【請求項３】上記第１のバラン手段は、多層ラミネー
トより成り、該多層ラミネートは、所定の領域上に電気
導体のパターンを含む第１層と、誘電体物質の第２層
と、少なくとも上記所定領域の下の領域を覆う第３の金
属層とを備えた請求項１に記載の組立体。
【請求項４】上記第１のアンテナ手段及び上記第１の
バラン手段の両方を支持するための管手段を更に備え、
該管手段は誘電体物質で形成され、更に、該管手段は中
空であって、その外径が上記円筒状包囲体より小さい請
求項１に記載の組立体。
【請求項５】上記第１のクオドリファイラヘリックス
アンテナ手段は、中空の管と、該管の外面の周りを第１
と第２の軸方向に離間された位置の間に螺旋状に延びる
４本の電気導体とを備えた請求項１に記載の組立体。
【請求項６】上記第１のバラン手段の上記円形プロフ
ァイルは、上記管の上記外面にぴったりと適合される形
状を定める請求項５に記載の組立体。
【請求項７】上記第１のバラン手段は、多層ラミネー
トより成り、該多層ラミネートは、所定の領域上に電気
導体のパターンを含む第１層と、誘電体物質の第２層
と、少なくとも上記所定領域の下の領域を覆う第３の金
属層とを備え、上記多層ラミネートは、円筒形状へと成
形される請求項６に記載の組立体。
【請求項８】上記第１のバラン手段は、更に、上記管
の１つの円筒面上に配置されてその周囲方向に延びる電
気導体の第１層を備え、上記電気導体は所定の領域上に
電気導体のパターンを画成し、更に、上記管の他の円筒
面上に配置されてその周囲方向に延びる第２の金属層も
備え、この金属層は、少なくとも上記所定領域の下の領
域を覆い、上記管は、上記第１のバラン手段の誘電体層
を形成する請求項５に記載の組立体。
【請求項９】上記アンテナ及びアンテナフィーダ組立
体は、その直径が０．５インチ以下でありそしてその長
さが１０インチ以下である請求項７に記載の組立体。
【請求項１０】上記直径は、０．３インチであり、そ
して上記長さは、８インチである請求項９に記載の組立
体。
【請求項１１】ハンドセット通信装置のための一体的
なアンテナ及びアンテナフィーダ組立体において、小直
径の細長い円筒状包囲体を備え、該円筒状包囲体は、第
１のクオドリファイラヘリックスアンテナと、該第１の
クオドリファイラヘリックスアンテナと外部のマイクロ
波送信ラインとの間にマイクロ波エネルギーを結合する
ための第１のバランとを含み、上記第１のクオドリファ
イラヘリックスアンテナ及び上記第１のバランの各々
は、上記円筒状包囲体に合致する形状であることを特徴
とするアンテナ及びアンテナフィーダ組立体。
【請求項１２】上記円筒状包囲体は、その直径が０．
５インチ以下でありそしてその長さが１０インチ以下で
ある請求項１１に記載の組立体。
【請求項１３】上記第１のバランは、上記外部マイク
ロ波送信ラインから上記第１のクオドリファイラヘリッ
クスアンテナへマイクロ波エネルギーを結合し、これに
より、上記クオドリファイラヘリックスアンテナは、マ
イクロ波エネルギーを放射し、上記円筒状包囲体は、更に、第２のクオドリファイラヘ
リックスアンテナと、該第２のクオドリファイラアンテ
ナで受け取ったマイクロ波エネルギーを外部のマイクロ
波送信ラインに供給するための第２のバランとを含み、上記第２のクオドリファイラヘリックスアンテナ及び第
２のバランの各々は、上記円筒状包囲体に合致する形状
であり、上記第２のクオドリファイラアンテナ及び第２のバラン
は、上記第１のクオドリファイラアンテナ及び第１のバ
ランから離間されて、積層アンテナ組立体を形成する請
求項１１に記載の組立体。
【請求項１４】上記円筒状包囲体の一端に配置された
送信ラインコネクタ手段を更に備え、このコネクタ手段
は、上記第１バランと回路接続され、そして上記円筒状
包囲体を機械的に支持する請求項１１に記載のアンテ
ナ。
【請求項１５】上記円筒状包囲体は、その直径が０．
５インチ以下でありそしてその長さが１０インチ以下で
ある請求項１４に記載の組立体。
【請求項１６】上記円筒状包囲体は、中空の管より成
り、そしてこの中空の管は、誘電体物質より成る請求項
１１に記載の組立体。
【請求項１７】上記管は円筒状の外面を含み、そして
上記第１のクオドリファイラヘリックスアンテナ及び上
記第１のバランの各々は、上記管の上記外面に適合する
円筒形状を含む請求項１６に記載の組立体。
【請求項１８】上記第１のクオドリファイラヘリック
スアンテナ及び上記第１のバランの各々を上記管の上記
外面及びその周囲に取り付けるための接着手段を更に備
えた請求項１７に記載の組立体。
【請求項１９】上記管は円筒状の内面を含み、そして
上記第１のクオドリファイラヘリックスアンテナ及び上
記第１のバランの各々は、上記中空の管内に適合する円
筒形状を含む請求項１６に記載の組立体。
【請求項２０】上記第１のクオドリファイラヘリック
スアンテナは、少なくとも４つの等離間された分数巻回
電気導体旋回体を備え、そして上記第１のバランは、上
記ヘリックスアンテナの上記導体の各々への経路を画成
する電気導体を備え、上記第１アンテナ及び第１バラン
の各々は、誘電体物質の相対的に二次元の柔軟なシート
上に一体的に形成され、該柔軟なシートは、上記円筒状
包囲体を画成する円筒へと変形される請求項１６に記載
の組立体。