WO1991011038A1 - Four-wire fractional winding helical antenna and manufacturing method thereof - Google Patents

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WO1991011038A1
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segment
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cylinders
antenna element
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English (en)
French (fr)
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Kenichi Yamada
Yujiro Taguchi
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
    • H01Q11/08—Helical antennas

Definitions

  • the present invention relates to a four-wire fractional-turn helical antenna and a method for manufacturing the same, which enable a spiral conductor pattern to be accurately and easily manufactured by a photoetching technique on a cylindrical or multi-stage cylindrical base.
  • the present invention relates to a four-wire fractional-turn helical antenna device that can prevent a decrease in gain and a decrease in directivity due to the influence of a reflected wave from a metal base or the like that supports a fractional-turn helical antenna element.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a conventional four-segment winding helical antenna used in such a system.
  • the four-segment helical antenna shown in this figure is arranged in a radome 102 mounted on the base 101, and a balun 103 mounted on the base 101 and a balun 10 And a hybrid circuit (HYB) JL05 provided below the base 101 and connected to the balun 03.
  • a hybrid circuit (HYB) JL05 provided below the base 101 and connected to the balun 03.
  • the antenna body has a mylar member 106 formed in a columnar shape as shown in FIG. 12 and two antenna elements 107, which are wound around the outer periphery of the mylar member 106 in a very spiral shape. 08, the lower ends of these antenna elements 107 and 108 are connected to the four terminals of the paran 103, respectively. ing.
  • the paran 103 is a portion for adjusting the balance or unbalance between the hybrid circuit 105 and each of the antenna elements 1.07 and 108.
  • the lower end of the paran 103 is formed by the same cable or the like penetrating the base 101. Connected to 5.
  • the hybrid path 105 derives two signals whose phases are shifted from each other by a predetermined angle with respect to signals input and output from a transceiver arranged in the aircraft and supplies the signals to the balun 103. And a process of synthesizing the two received signals output via the paraner 03 and supplying the synthesized signal to the transceiver.
  • the above-mentioned cylindrical four-segment helical antenna has a relatively narrow applicable frequency range, as shown in Figs. 13 (b) and (c), and is used for simultaneous transmission and reception using the same antenna.
  • Figures 13 (a), (fa), and (c) show the specific dimensions of the conventional single-cylinder four-segment helical antenna and the standing wave ratio as seen from the two input ends of the paran, respectively. (This is the result of measuring SWFU.
  • the dimensions of the mylar part are determined as shown in the same figure), and the antenna pattern (conductor pattern on the peripheral surface of the mylar part) is used so that 1.53 GHz-: L, 56 GHz and 1.63 GHz-: I, 66 GHz can be used. ) Is formed.
  • the SWRs seen from each of the two input terminals of the balun should have the same characteristics, but generally differ somewhat due to manufacturing errors and uneven quality.
  • the overall characteristics of the antenna are greatly affected by the above SWP, The practical SWR limit is generally 1.5 (or less).
  • such a pattern forming method is a complicated operation in which the skill of the operator directly affects the dimensional accuracy of the antenna body 104, so that it is not suitable for mass production. It is difficult to make the dimensional accuracy uniform. As a result, the yield of the product is poor, and further, the appearance is deteriorated and the product value is lowered, and the like.
  • an antenna with a four-segment wound antenna pattern formed on the peripheral surface of a plastic It is difficult.
  • a first object of the present invention is to improve the characteristics of the conventional four-segment spiral helical antenna, in particular, to increase the applicable frequency and to eliminate the drawbacks in manufacturing the spirally drawn conductor pattern. And a variety of antenna shapes.-A four-segment winding that makes it possible to accurately and easily manufacture a spiral conductor pattern on a cylindrical or multi-stage cylindrical base by photo-etching technology. It is intended to provide a helical antenna and a method for manufacturing the helical antenna.
  • the vertical gain of the radiation pattern decreases as shown in Fig. I5.
  • the gain changes with the change in direction.
  • the maximum value of the gain for the direction is indicated by the outer line
  • the maximum value of the gain is indicated by the inner line. Indicated by the line.
  • the variation between the inner radiation pattern P 1 which is the line connecting the minimum value and the outer radiation pattern P 2 which is the line connecting the maximum value of the gain in each direction is' It is getting bigger and the overall antenna gain is getting smaller.
  • the cause of the characteristic deterioration is considered to be that a part of the radio wave radiated by the antenna body i04 is reflected by the metal base 101 and the airframe 100 as shown in FIG.
  • radio waves from the antenna element enter the hybrid circuit or balun, these circuits may not function properly.As a result, the SWR and antenna efficiency may be reduced, and the directional characteristics may be degraded. Will come.
  • the second object of the present invention is to provide an antenna Prevents radio waves from the body from being reflected by the antenna base or the body, which makes the radiation pattern more nearly ideal ⁇ -shape and prevents lowering of the directivity characteristics. It is to provide an antenna device.
  • a four-segment-winding helical antenna comprises a plurality of cylinders or cylinders having different diameters connected in multiple stages with the same axis.
  • a conductor pattern is formed on the connecting portion;
  • a connecting portion of the plurality of cylinders or cylinders is provided with a tapered portion for connecting peripheral surfaces of the plurality of cylinders or cylinders;
  • a taper portion provided with a tapered portion, or a combination thereof, wherein a mask for forming a pattern of a lithographic antenna on the four-segment winding is in close contact with the outer peripheral surface of the cylindrical insulating body base.
  • a spiral non-transparent portion formed on the transparent sheet and a multi-stage connection of a plurality of cylinders or cylinders having a cylindrical or cylindrical shape or different diameters having the same axis.
  • 4 lines In a method of forming a pattern of a several-turn antenna, a metal film is laminated and formed with a uniform thickness on the circumferential surface of the cylinder or the cylinder, and after applying a photosensitive agent thereon, the mask is adhered in a close contact state, The conductive pattern having a shape corresponding to the transparent portion is obtained by removing the mask from the photosensitive agent portion exposed from the transparent portion of the mask and removing the unexposed photosensitive agent and the metal film immediately below the unexposed photosensitive agent.
  • Each is characterized by
  • a shield plate is interposed between a four-segment winding hereditary antenna device and a control circuit disposed therebelow, and a shield plate is provided on the side surface of the antenna element of the shield plate.
  • a radio wave absorber layer for absorbing radio waves is provided, and the shield plate is further provided with a ferrite layer on the upper surface of an aluminum or copper substrate. It is characterized by being layered.
  • FIG. 1 is a perspective external view showing one embodiment of a four-segment spiral helical antenna of the present invention
  • FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) are diagrams showing actual measurement results of a specific example of the present invention
  • a) (b) and (c) are diagrams showing the configuration and characteristics of an antenna in which the required width of taper is formed only at the tip
  • Figs. 4 (a), (b) and (c) show that the taper length at the tip is increased
  • Fig. 5 (a), (b), and (c) are diagrams showing the configuration and characteristics of an antenna with a slight taper over a single cylinder or cylinder, respectively.
  • FIG. 1 is a perspective external view showing one embodiment of a four-segment spiral helical antenna of the present invention
  • FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) are diagrams showing actual measurement results of a specific example of the present invention.
  • a) (b) and (c) are
  • FIG. 7 is a diagram showing gain and axial ratio characteristics in each embodiment of the four-segment helical antenna of the present invention.
  • FIG. 7 shows a mask used for carrying out the method of the present invention, and a pattern forming method by vapor deposition or the like using the mask.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an embodiment of a four-segment spiral helical antenna according to the present invention
  • FIG. 9 is a four-segment spiral helical antenna shown in FIG.
  • Figure 10 is an external perspective view of the tenor
  • Figure 10 is a diagram showing the radiation characteristics of the four-segment helical antenna shown in Figure 8
  • Figure 11 is a cross-sectional view showing an example of a conventional four-segment spiral helical antenna
  • Figure 12 Fig. 13 (a), (h), and (c) show the specific dimensions of a conventional single-column four-segment helical antenna and the two baluns.
  • Fig. 14 shows the results of measuring the standing wave ratio (SWR) when looking at the antenna side from each input end.
  • Fig. 14 is a cross-sectional view showing an example of a conventionally known 4-segment spiral helical antenna.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of the radiation pattern of the four-segment spiral helicante in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a four-segment spiral helical antenna according to the present invention. It is an external view.
  • the four conductor patterns 6 are spirally formed in the same manner as the conventional antenna. Is formed.
  • the features of this embodiment are that two cylindrical portions having different diameters are arranged coaxially and in a vertical positional relationship, and that a tip portion and a tapered portion are provided between the two cylindrical connecting portions.
  • FIG. 7 (a), 2 (b) and 2 (c) are diagrams showing the measurement results of the first embodiment of the present invention.
  • the upper and lower two cylindrical portions 2 and 3 of the shape shown in FIG. (mm), 25 (mm) and other dimensions are set as shown in Fig. 7 (a), and the SWR of 1.53 GHz to 1.5 GHz and 1.63 GHz to 66 GHz is 1-
  • This figure shows the characteristics of the VSWR seen from the two input terminals of the balun of the 4-segment helical 'antenna manufactured with other dimensions determined as shown below.
  • (b) By comparing with the conventional characteristic diagram of (c), the effect of improving the characteristic in the present embodiment will be clear.
  • the SWR is 1.5 or less in all of the desired frequency range in each of Figs. 13 (b) and 13 (c).
  • the improvement effect described above is not limited to the shape shown in FIG. 1, but is similarly recognized in various other modified shapes.
  • Fig. 3 (a) shows an antenna with a required width taper only at the tip. Its characteristics are as shown in (b) and (c). Despite the deterioration of WR, it has been improved compared to the conventional one.
  • FIG. 4 (a) shows an antenna in which the taper width of the distal end portion is increased. In this case, the characteristics are almost the same as those shown in FIG. 3 and are shown in FIGS. 4 (b) and 4 (c).
  • Fig. 5 (a) shows a single cylinder or cylinder with a slight taper, and this shape also makes the overall characteristics better than the conventional one as shown in Fig. 5 (b) and (c). Improvement is observed.
  • FIG. 6 shows the gain and the axial ratio characteristics in each embodiment of the four-point fractional-turn helical antenna of the present invention described above. Note that the antenna characteristics of the conventional single columnar shape shown in Figs. 12 and 13 are also shown for easy comparison with the conventional one.
  • FIG. 7 is an explanatory view of a mask used for carrying out the method of the present invention and a pattern forming method by vapor deposition using the mask, and the outer diameter shown in FIG. 1 is made of Teflon which is not constant at each position in the axial direction.
  • This figure shows a case where a spiral antenna pattern is formed on the outer peripheral surface of a multi-stage cylindrical body (antenna base) 61 using a mask 64.
  • the mask 64 is composed of a bag 65 having an inner surface shape that is in close contact with the outer peripheral surface of the multi-stage cylindrical body 61.
  • the bag 65 is made of, for example, a transparent and thin resin sheet.
  • the large-diameter bottom surface of the bag body 65 is left open, and as shown in the figure, the mask mounting is completed only by covering the multi-stage cylindrical body 61 from above.
  • the bag body 65 has a non-transparent portion of the ground portion 66 and a plurality of transparent portions 67 on the peripheral surface having a shape corresponding to the antenna pattern to be formed on the outer peripheral surface of the multi-stage cylindrical body 61. It is formed spirally in this parallel.
  • the bag 65 used in the present invention may have at least the lower end in the axial direction open, and the upper end in the axial direction may be open.
  • the vapor deposition step of the pattern using the mask 64 having the above configuration will be described.
  • the surface of the multi-stage cylindrical body 61 made of Teflon is processed into a rough surface using a chemical, and then the vapor deposition, plating, etc. are performed.
  • a metal layer is uniformly laminated and a photosensitive agent is uniformly applied on the metal layer in a dark room.
  • a mask 64 is put on the columnar body 1 on which the photosensitive agent has been applied, and is brought into close contact therewith.
  • the reason for processing the surface of the multi-stage cylindrical body made of Teflon into a rough surface is to enhance the adhesion to the metal deposited or plated metal.
  • the exposure light when the exposure light is irradiated uniformly while rotating the masked multi-stage cylinder ⁇ : 61, the photosensitive agent located in the transparent portion 67 having the shape% corresponding to the antenna pattern is exposed. To solidify. At the time of exposure, the exposure light may be irradiated from all directions of the fixed multi-stage cylinder without rotating the multi-stage cylinder. '
  • the mask 64 is removed, and the unexposed photosensitizer is removed with a hypo (sodium thiosulfate) or the like. Then, the metal film located under the removed unexposed photosensitizer is etched with an etching solution. To remove.
  • the antenna pattern can be obtained by washing the solidified photosensitive agent.
  • etching is performed according to this procedure, pattern formation on the multi-stage cylindrical body can be easily and accurately realized, so that mass production is possible and cost reduction can be achieved.
  • the etching method using the mask can be applied not only to a multistage cylindrical body but also to a pattern formation for a simple cylindrical body, a polygonal pillar, a conical body, and other three-dimensional objects. Regardless of the application to any three-dimensional object, the above-described etching operation can be easily performed by creating a bag-shaped mask that closely adheres to the shape of the outer peripheral surface.
  • cylindrical body is a concept including a multistage cylindrical body, a polygonal pillar, a conical body, and other cubes in addition to a cylindrical body.
  • a resin sheet in an unfolded state having a non-transparent portion 66 and a transparent portion S7 corresponding to an antenna pattern is cut in advance into a required shape, This sheet is rolled into a bag and bag S 5 Is preferably formed.
  • the tapered portion of the multi-stage cylinder it is possible to relatively easily obtain a bag having a desired shape by heating and molding the above bag with a mold having the same shape as the workpiece.
  • the adaptive frequency band can be expanded. For example, simultaneous transmission / reception using channel frequencies separated by a required frequency is possible. This is effective when communication is performed with a single antenna.
  • the required conductor pattern can be accurately formed on the peripheral surface of a general cylinder or cylinder, particularly on the peripheral surface of a multi-stage cylinder having a different thickness. This is effective in mass producing helical antennas with several turns of four lines.
  • FIG. S is a sectional view showing a second embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is an external perspective view thereof.
  • the four-segment winding helicopter device shown in this figure was created assuming that it is fixed to the body of an aircraft or the like (the surface to which the antenna is to be attached) 7 1.
  • 7 2 A shield plate 7 4 supported by the upper end of a column 7 3 standing upright, an antenna body 7 5 fixed on the shield plate 7 4, and a base 7 below the shield plate 7 4 It has a hybrid circuit (HYB) 76 and a balun 77 arranged on the upper side.
  • HYB hybrid circuit
  • the antenna body 75 includes a mylar plate 10 and two narrow strip-shaped antenna elements 81, 82 wound spirally around the mylar plate 10. Each of these antenna elements 8 1 , 82 are connected to param 77 via semi-rigid cables 83, 84.
  • the shape of the antenna body 75 may be the type shown in FIGS. 1 and 2 (a) as shown, or may be the shape shown in FIGS. 3 (a), 4 (a) and 5 (a). It may be the one shown in (a). Furthermore, the conventional straight type antenna element shown in FIGS. 12 and 13 (a) may be used.
  • the shield plate 74 is composed of, for example, an aluminum substrate 85 and a radio wave absorber layer 86 such as a flat layer laminated on the upper surface of the aluminum substrate 85.
  • the shield plate 74 is disposed between the antenna body 75 and the control circuit such as the hybrid circuit 76 and the paran 77 so that the antenna body 75 or the base 72 near the antenna from the antenna body can be disposed. Since the radio wave radiated to the antenna is absorbed by the radio wave absorber layer 16, the adverse effect of the reflected radio wave on the radiation characteristics of the antenna can be reduced.
  • an electric field shielding effect between the antenna body and a control circuit such as a hybrid circuit and a paran can be obtained.
  • m 10 is a diagram showing the vertical gain of the radiation pattern of the radio wave radiated from the four-segment helical antenna according to the embodiment of the present invention, connecting the minimum values of the gain in each direction.
  • the variation between the inner radiation pattern P 1 ′, which is the elliptic line, and the outer radiation pattern P 2 ′, which is the line connecting the maximum values of the gains in each direction, has become smaller.
  • the overall shape of the radiation pattern is closer to a circle, and it can be seen that the radiation characteristics of the antenna are improved and are closer to ideal.
  • the balun 77 is a part that converts the balance / unbalance between the hybrid circuit 76 and the antenna body 75.
  • a shield plate 74 is interposed between the antenna body 75 and the circuits 75 and 76. As a result, the radio waves radiated toward the base or the airframe are absorbed by the shield plate, so that the above-described problems are prevented from occurring.
  • the deterioration of the radiation characteristic caused by the reflection of a part of the radio wave radiated from the antenna main body to the antenna base, the airframe, etc. It is possible to prevent malfunctions caused by a part of the radio wave entering the control circuit located below the antenna body.

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Description

曰月糸田 »
4線分数巻へリカルアンテナ及びその製造方法
技術分野 . .
本発明は円筒状或は多段円筒状の基部に螺旋状導体パターンをフォトェ ッチング技術によつて精度良く且つ容易に製造することを可能とした 4線 分数巻ヘリカルアンテナ及びその製造方法と、 4線分数巻へリカルアンテ ナ素子を支持する金属ベース等からの反射波の影響による利得の低下及び 指向性の劣化を防止することができる 4線分数巻へリカルアンテナ装置に 関する。
従来の技術
静止衛星ゃ軌 ϋ周回衛星を利用した通信システム等において使用されて いるアンテナとして、 従来から 4線分数卷ヘリカルアンテナが注目され、 多用されている。
図 1 1はこのようなシステムに用いられる従来の 4線分数卷ヘリカルァ ンテナの一例を示す断面図である。
この図に示す 4線分数卷ヘリカルアンテナは基部 1 0 1に取り付けられ たレドーム 1 0 2内に配置されており、 前記基部ュ 0 1上に取り付けられ るバラン 1 0 3と、 このバラン 1 0 3上に設けられるアンテナ本体 1 0 4 と、 前記基部 1 0 1の下部に設けられ前記バランェ 0 3に接続されるハイ ブリ ド回路 （H Y B ) JL 0 5とを備えている。
アンテナ本体は図 1 2に示す如く円柱形に形成されたマイラー部材 1 0 6と、 このマイラー部材 1 0 6の外周に頗旋状に卷付けられる 2本のァ テナエレメント 1 0 7、 ：1 0 8とを備ぇてぉ 、 これら各アンテナエレメ ント 1 0 7、 1 0 8の各下端は前記パラン 1 0 3の 4つの端子に接続され ている。
パラン 103は前記ハイブリヅ 回路 105と前記各アンテナエレメン ト 1.07、 108との間の平衡ノ非平衡を調整する部分であり、 その下端 は基部 101を貫通する同赖ケーブル等により前記ハイプリッ ド回路 10 - 5に接続されている。
ハイプリ ド 路 105は航空機内に配置した送受信機から入出力され · る信号を互いに所定角度だけ位相をずらした 2つの信号を導出して前記バ ラン 103に供給する処理と、 前記アンテナ本体に着信しパランェ 03を 介して出力される 2つの受信信号を合成して前記送受信機に供給する処理 とを行なう。
しかしながら、 上述した円筒状の 4線分数卷ヘリカルアンテナは図 13 (b) (c) に示すように比較的適用周波数蒂域が狭く、 しかも同一アンテナ を用いて同時送受信を行う塌合等においては、 所望周波数離れた信号周波 数に対応することが困難であった。
即ち、 図 13 (a) (fa) (c) は従来の単一円柱による 4線分数巻ヘリカル 'アンテナの具体的寸法と、 パランの 2つの入力端夫々からアンテナ側を見 た定在波比 （SWFU を測定した結果である。
この例では、 同図 ） に示すようにマイラ部寸法を定めると共に、 1. 53GHz〜： L, 56GHz及び 1. 63GHz〜： I, 66GHzを使用 できるようにアンテナパターン （マイラ部周面の導体パターン） を形成し ている。
理想的にはバランの 2つの入力端夫々からみた S WRは共に同一特性と なるべきであるが、 製造誤差ゃ衬質の不均一等に起因し、 一般に多少異な つたものとなる。 アンテナの総合特性は上記 SWP こも大きく左右され、 実用に供し得る SWRの限界値は一般的に 1. 5 (以下） である。
この点から見ると、 同図（b) (c) に示した従来のアンテナでは、 （b) に おいて 1. 66GH2では SWRが 2. 2、 又（c) では 63GHzの SWRが 1. 8と所望値をはずれており、 このままでは実用に供し得ない - ことが分かる。 このように従来の 4線分数巻へリカルアンテナの周波数帯 域は一般に狭いと云う欠点があった。
又、 円筒、 円柱周面に螺旋状に設けるアンテナパターン製造に当っては 、 従来円柱状に形成されたマイラー部材 106上に銅箔等を細幅帯状 （リ ボン状） に裁断したアンテナエレメント 107、 108を螺旋状に巻き付 けるという手法等を ffiいてアンテナ本体 104を作成していたので、 作成 に手間がかかり生産コストの低減を阻害していた。
また、 このようなパターン形成方法は、 作業者の熟練度がアンテナ本体 104の寸法精度に直接影響する煩雑な作業であるため量産に適さないば がり力 寸法精度を均一化することが困難であるため製品の歩留が悪く、 更には外観が悪化して製品価値が低下する等の不具合を有する。
そこで、 このような問題を解決するために、 円柱状に形成されたマイラ 一部材 106上に銅箔を貼付してこれをエッチングするという手法も考え られる。
しかしながら、 マスキング技術を含む現在のェ Vチング技術では曲面上 に精密なパターンを形成することが困難であった。
特に、 以下詳述する本発明に係る 4線分数卷ヘリカルアンテナのように 径が異なる上部 F?筒部と、 下部円筒部をテ^"パー部を介して接続した形状 の.基部 （テフロン、 ブラスティック等から成る） の周面に 4線分数卷アン テナパターンを形成したアンテナにあっては、 パターン形成作業がより困 難である。
本発明の第 1の目的は上記の如 ½従来の 4線分数卷へリカルアンテナの 特性改善、 特に適用周波数の拡大と螺旋拔導体パターン製造上の欠点を除 去するためになされたものであって、 アンテナ形状を種々工夫すると共に - 円筒状或は多段円筒状の基部に鲳旋状導体パターンをフォ卜エッチング技 術によつて精度良く且つ容易に製造することを可能とした 4線分数卷へリ カルアンテナ及びその製造方法を提供することを目的としている。
次に、 図 1 4に示すように上記 4線分数巻へリカルアンテナを航空機の 機体等 1 0 0に取り付けた場合には、 図 i 5に示す如く放射パターンの垂 直方向の利得が小さくなつてしまい、 又アンテナ全体の指向特性を劣化さ せる虞れがある。 即ち、 同図に示す放射パターンにおいては、 方向変化に 伴って利得が変化するが、 ここでは図示を簡単にするために方向に対する ' 利得の最大値を外側の線で、 又利得最大値を内側の線で示した。 この図に 示す利得では最小値を結んだ線である内側の放射パターン P 1と、 各方位 における利得の最大値を結んだ線である外側の放射パターン: P 2との間の ' 変動幅が大きくなつており、 総合的なアンテナの利得は小さくなつている 。 特性低下の原因は、 アンテナ本体 i 0 4が放射した電波の一部が図 1 4 に示すように金属ベース 1 0 1や機体 1 0 0で反射するからであると考え られる。
また、 ハイプリッ ド回路やバランにアンテナ素子からの電波が混入する と、 これらの回路が正常に機能しない事態を生じることがあり、 その結果 として S W R、 アンテナ効率低下を招来し Γ指向特性の劣化を来すことと なる。
本発明の第 2の目的は航空機等に搭載した場合においても、 アンテナ本 体からの電波がアンテナベースや機体で反射することを防ぎ、 これによつ て放射パターンをより理想に近い ^状とし、 指向特性の ϋ下を防止するこ とができる 4線分数巻へリカルアンテナ装置を提供することに存する。
発明の開示
上記の問題点を解決するために本発明の第 1の実施例の 4線分数卷へリ カルアンテナは、 直径寸法の異なる複数の円筒又は円柱を軸を同じくして 多段に接続しその周面に導体パタ一ンを形成したこと， 前記複数の円筒又 は円柱の接続部分に互いの周面を接続するテーパー部を有していること、 前記 4線分数巻へリカルアンテナの先端部の角を削りテーパー部を設けた こと、 又はそれらの組み合わせであることを特徴とし、 前記 4線分数卷へ リカルアンテナのパターンを形成するためのマスクが円柱状の絶緣体基部 の外周面に密着する袋状の透明シートと、 該透明シートに形成した螺旋状 の非透明部とから構成されていること、 更には円筒状又は円柱状若しくは 直径の異なる複数の円柱又は円筒を軸を同じくして多段接続して成る 4線 分数巻アンテナのパターンを形成する方法において、 前記円筒又は円柱周 '面に金属膜を均一の厚みで積層形成し、 その上に感光剤を塗布した後に前 記マスクを密着状態で被着し、 該マスクの透明部から露出した感光剤部分 を該マスクを除去して未感光の感光剤及び該未感光感光剤直下の金属膜を 除去することによつて該透明部に対応した形状の導体パターンを得ること を夫々特徴としている。
次に、 本発明の第 2の実施例は 4線分数巻へリカルアンテチ素子と、 そ の下部に配置され—る制御回路との間にシールド板を介在させ、 該シールド 板の前記アンテナ素子側面に電波を吸収する電波吸取体層を備たこと、 更 には前記シールド板は、 アルミニウム又は銅基板上面にフェライ ト層を積 層してなることを特徴としている。
図面の簡単な説明
図 1は本発明の 4線分数巻へリカルアンテナの一実施例を示す斜視外観 図、 図 2 (a) (b) (c) は本発明の具体例の実測結果を示す図、 図 3 (a) (b ) (c) は先端部にのみ所要幅のテーパーを形成したアンテナの構成図及び 特性を示す図、 図 4 (a) (b) (c) は先端部のテーパー長を大きくした形状 のアンテナの構成図及び特性を示す図、 図 5 (a) (b) (c) は単一円筒又は 円柱全体に若干のテーパーを施したアンテナの構成図及び特性を示す図、 図 6は本発明の 4線分数巻へリカルアンテナの各実施例における利得と軸 比特性を示す図、 図 7は本発明方法の実施に使用するマスクと、 該マスク を用いた蒸着等によるパターン形成方法の説明図、 図 8は本発明による 4 線分数巻へリカルアンテナの一実施例を示す断面図、 図 9は図 8に示す 4 線分数巻ヘリカルアンテナの外観斜視図、 図 1 0は図 8に示す 4線分数巻 ヘリカルアンテナの放射特性を示す図、 図 1 1は従来の 4線分数巻へリカ ルアンテナの一例を示す断面図、 図 1 2は従来の 4線分数巻へリカルアン テナの構成説明図、 図 1 3 (a) (h) (c) は従来の単一円柱による 4線分数 巻ヘリカルアンテナの具体的寸法と、 バランの 2つの入力端夫々からアン テナ側を見た定在波比 （S W R ) を測定した結果を示す図、 図 1 4は従来 から知られている 4線分数巻へリカルアンテナの一例を示す断面図、 図 1 5は図 1 4の 4線分数巻へリカルァンテナの放射パターン例を示す模式図 である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を図面に示した実施例に基づいて詳細に説明する。
図 1は本発明の 4線分数巻へリカルアンテナの第 1の実施例を示す斜視 外観図である。
この図に示す例では、 先端部の を削ってテーパ部 1とした第 1の円柱 部 2.と、 該円柱部 2より大きい直径の第 2の円柱部 3と、 これら 2.つの円 柱部 2、 3を接続する第 2のテーパ部 4とを、 共に中心軸を同じく して連 結した形状のマイラ部材 5の周面に、 従来アンテナと同じ様に螺旋状に 4 本の導体パターン 6を形成したものである。 この実施例の特徵は、 直径の · 異なる 2つの円柱部を同軸且つ上下位置関係で配したこと、 及び先端部と 前記 2つの円柱接続部分にテーパ部を有する点であって、 理由の解明は 詳細になされていないが、 従来のアンテナに比して広帯域化が可能とな る。
図 2 (a) (b) (c) は本発明の第 1実施例の実測結果を示す図であり、 上 記図 1に示した形状の上下 2つの円柱部 2、 3の各直径を 20 (mm) 、 25 (mm) とする他、 他の寸法を同図（a) に示す様に設定し、 1. 53 GHz〜l . 56 GHz及び 1. 63GHz〜l. 66GHzの SWRが 1 - 5 Ji (下となるように他の寸法を決定して制作した 4線分数巻ヘリカル 'アンテナのバランの 2つの入力端からみた VSWRの特性を示したもので ある。 この図と、 前記図 13 (b) (c) の従来の特性図とを比較すれば、 本' 実施例における特性改善効果が明らかであろう。
即ち、 このアンテナでは図 13 (b) (c) のいずれにおいても、 所望周波 数範囲内ではすべて SWRが 1. 5以下となっている。
上述した改善効果は図 1に示す形状に限らず、 他に種々変形したものに おいても同様に認められる。
例えば、 図 3 (a) は先端部にのみ所要幅のテーパーを付したアンテナで 、 その特性は（b) (c) に示す通りであり、 図 (b) の最高周波数にて若干 S W Rの悪化があるものの、 従来のものより改善されている。
また、 図 4 (a) は前記先端部のテーパー幅を大きくした形状のアンテナ であって、 このときは図 3とほぽ同様に図 4 (b) (c) に示した特性とな る。
更に、 図 5 (a) は単一円筒又は円柱全体に若干のテーパーを施したもの で、 この形状によっても同図（b) (c) に示す如く従来のものに比べると、 全体的な特性改善が認められる。
なお、 上記図 3、 図 4、 図 5夫々の（b) (c) に示した各 2つの特性は図 2の場合と同様にアンテナに接続したバランの 2つの入力端夫々からアン テナ側を見たときの S W R特性図である。
また、 参考までに上述した本発明の 4先分数巻へリカルアンテナの各実 施例における利得と、 軸比特性を図 6に示す。 尚、 従来のものとの比較を 容易にするため、 図 1 2及び図 1 3に示した従来の単一円柱形状のアンテ ナ特性も併記してある。
同図からも明らかな様に利得においても大幅な改善が認められる。
上記実施例では、 直径の異なる円柱又は円筒を 2本連結した塌合を示し たが、 本発明はこの例に限定される訳ではなく、 順次直径寸法の異なる 3 本以上の円柱又は円筒を同様に連結してもよいし、 更には図 4、 図 5に示 したものを多段接続したものも有効である。
また、 図示した具体的数値の他の寸法は使用するアンテナ基部の材質 （ 誘電率等） の違いによって異なるから、 希望する周波数にて同調する様適 宜決定すれば良い。
次に、 上述した 4線分数巻ヘリカルアンテナをはじめとした円筒又は円 柱周面に導体パターンを形成する方法について詳細に説明する。 図 7は本発明方法の実施に使用するマスクと、 該マスクを用いた蒸着に よるパターン形成方法の説明図であり、 図 1に示した外径が軸方向の各部 位によって一定でないテフロン製の多段円柱体 （アンテナ基部） 6 1の外 周面上にマスク 6 4を用いて螺旋状のアンテナパターンを形成する場合を 示している。
このマスク 6 4は、 多段円柱体 6 1の外周面に密着整合する内面形状を 有した袋体 6 5からなり、 袋体 6 5は例えば透明且つ薄肉の樹脂製シ一ト から構成する。 この袋体 6 5の大径の底面は開放しておき、 図示のように 多段円柱体 6 1の上方から被せるだけでマスクの装着を完了するように構 成する。 袋体 6 5は、 地の部分 6 6を非透明状に構成するとともに、 その 周面には多段円柱体 6 1の外周面に形成しょうとするアンテナパターンに 見合う形状の透明部 6 7を複数本並列に螺旋状に形成する。
なお、 円柱体の頂面にアンテナパターンの交差部を形成する場合には、 この部分に対応するマスク頂面にその形状に対応する透明部 6 7 bを形成 する必要のあること勿論であるが、' 交差するパターンが接触しないように —方のパターンを切断しておく。
また、 本発明において使用する袋体 6 5は、 少なく とも軸方向下端が開 放しておればよく、 軸方向上端の開放の有無は問わない。
以上の構成を有したマスク 6 4を用いたパターンの蒸着工程を説明する と、 まずテフロン製の多段円柱体 6 1の表面を薬品を用いて粗面状に加工 した上で蒸着、 メツキ等によって金属層を一様に積層形成し、 更に暗室内 で金属層上に一様に感光剤を塗布する。 続いて、 感光剤を塗布した円柱体 1にマスク 6 4を被せて密着させる。 尚、.テフ口ン製の多段円柱体表面を 粗面状に加工するのは蒸着又はメツキ金属との接着性を高めるためであ る
次に、 マスクを施した多段円柱^: 6 1を回転させながら均一に露光光を 照射すると、 アンテ'ナパターンに対応する形状％有した透明部 6 7内に位 置する感光剤が感光して固化する。 なお、 露光に際しては多段円柱体を回 - 転させることなく、 固定した多段円柱体の全方向から露光光を照射するよ うにしてもよい。 '
続いて、 マスク 6 4を外し、 未感光の感光剤部分をハイポ （チォ硫酸ナ トリウム） 等によって除去してから、 続いて除去された未感光の感光剤の 下に位置する金属膜をエッチング液によって除去する。
最後に固化した感光剤を洗浄することによってアンテナパターンを得る ことができる。
この手順に従ってエッチングを行えば、 多段円柱体に対するパターン形 成を容易且つ精度よく実現できるため、 大量生産が可能となり、 コストダ ゥンを図ることができる。
なお、 上記マスクを用いたエツチング方法は多段円柱体ばかりでなく、 単なる円柱体、 多角柱、 錐状体、 その他の立体物に対するパターン形成に も適用可能である。 何れの立体物に適用する場合においても、 外周面の形 状に密着する袋状のマスクを作成することによって上記エッチング作業を 容易に行うことが可能となる。
従って、 請求の範囲において円柱体とは、 円筒体の他にも多段円柱体、 多角柱、 錐状体その他の立方体を含む概念である。
なお、 この袋状のマスクを製造する手順としては、 非透明部 6 6とアン テナパターンに相当する透明部 S 7を有した展開状態にある樹脂シートを 予め所要の形状に裁断しておき、 このシートをロール状に丸めて袋体 S 5 を形成するのが好ましい。
尚、 多段状円筒のテーパ部については、 上記袋体を更に被加工物同様の 形状の型によって加熱成形することによって比較的.容易に所望形状の袋体 を得ることができよう。
以上説明したように本発明の第 1の実施例の 4線分数卷へリカルアンテ ナによれば、 適応周波数帯域を拡大することができるので、 例えば所要周 波数離れたチャネル周波数を使用する同時送受話通信をひとつのアンテナ で行う場合等に有効である。
また、 本発明の製造方法によれば、 一般的な円柱、 円筒の周面、 殊に太 さの異なる多段円筒周面に所要導体パターンを正確に形成することができ るので、 本発明に係る 4線分数巻へリカルアンテナを量産する上で効果が ある。
次に、 図 Sは本発明の第 2の実施例を示す断面図であり、 図 9はその外 観斜視図である。
この図に示す 4線分数巻へリカルァンテナ装置は航空機等の機体 （ァン テナ取付け対象面） 7 1に固定することを想定して作成されたもので、 ァ ルミユウム等のベース 7 2と、 ベース 7 2上に立設固定した支柱 7 3の上 端によつて支持されたシールド板 7 4と、 シールド板 7 4上に固定したァ ンテナ本体 7 5と、 シールド板 7 4の下方においてベース 7 2上に配置さ れたハイプリッ ド回路 （H Y B ) 7 6及びバラン 7 7とを有する。
アンテナ本体 7 5は、 マイラー板 1 0と、 このマイラー板 1 0に螺旋状 に卷付けられる細幅帯状の 2本のアンテナエレメン卜 8 1 、 8 2—どを備え 、 これら各アンテナエレメント 8 1、 8 2の下端はセミリジッ ドケーブル 8 3、 8 4を介してパラン 7 7に接続されている。 このアンテナ本体 7 5の形状としては、 図示したように図 1と図 2 (a) において示したタイプものであっても良いし、 或は図 3 (a) 、 図 4 (a) 、 図 5 (a) に示した のものであっても良い。 更には図 1 2、 及び図 1 3 . (a) に示した従来のストレー卜型のアンテナ素子であっても良い。
シールド板 7 4は、 例えばアルミニウム基板 8 5と、 アルミニウム基板 8 5上面に積層したフヱラ ト層等の電波吸収体層 8 6から構成する。
このようにアンテナ本体 7 5と、 ハイプリッド回路 7 6及びパラン 7 7 等の制御回路との間にシールド板 7 4を配置して、 アンテナ本体からアン テナ近傍の機体 7 1或はベース 7 2上に放射される電波を電波吸収体層 1 6で吸収するようにしたため、 アンテナの放射特性に対して反射した電波 が与える悪影響を低減することができる。
また、 アルミニウム等の導電基板 1 5を用いることによってアンテナ本 体とハイプリッ ド回路及びパラン等の制御回路との間の電界的遮蔽効果を 得ることも可能となる。
m 1 0は本発明の実施例に係る 4線分数巻ヘリカルアンテナから放射さ れる電波の放射パタ一ンの垂直方向の利得を示す図であり、 各方位毎にお ける利得の最小値を結んだ線である内側の放射パターン P 1 ' と、 各方位 における利得の最大値を結んだ線である外側の放射パターン P 2 ' との間 の変動幅が小さくなつているとともに、 図 1 5の場合に比して放射パター ンの全体形状が円形により近くなっており、 アンテナの放射特性が向上し 、 理想に近くなることが分かる。
前記送受信機から送信信号が出力されたときにはこの送信信号から—所定 角度だけ位相をずらした 2つの送信信号を作成して前記バラン 7 7に供給 し、 また前記バラン 7 7から 2つの受信信号が出力されたときにはこれら の受信信号を合成して前記送受信機に供給する。
また、 バラン 7 7はハイプリヅ '回路 7 6と前記アンテナ本体 7 5との 間の平衡/非平衡を変換する部分である。
前述のようにアンテナ本体からの電波がハイプリ ド回路 7 6と前記ァ ンテナ本体 7 5に混入すると、 これらの回路が正常に機能しない事態を生 じることがあり、 その結果として S W R、 アンテナ効率低下を招来し、 指 向特性の劣化を来すこととなるが、 本発明の第 2実施例においてはアンテ ナ本体 7 5と回路 7 5、 7 6との間にシールド板 7 4を介在しているため 、 ベース或は機体に向けて放射される電波がシールド板によって吸取され るため上記の如き不具合の発生が防止される。
以上説明したように本発明の第 2の実施例においては、 アンテナ本体か ら放射した電波の一部がァンテナのベースや機体等に反射することに起因 して発生する放射特性の劣化や、 該電波の一部がアンテナ本体の下方に位 置する制御回路に混入することに起因した誤動作を防止することができる

Claims

言胄求の範囲
(1) 直径寸法の異なる複数の円筒: έは円柱を軸を同じくして多段に接続し
、 その周面に導钵パターンを形成したことを特徵とする 4線分数卷ヘリ力 ルアンテナ。
-
(2) 前記複数の円筒又は円柱の接続部分に互いの周面を接続するテーパー 部を有したことを特徴とする請求項（1) の 4線分数巻へリカルアンテナ。
(3) 前記 4線分数巻へリカルアンテナの先端部の角を削り、 テーパー部を 設けたことを特徴とする請求項（I) 又は（2) の 4線分数卷ヘリカルアンテ ナ。
(4) 前記 4線分数卷ヘリカルアンテナのパターンを形成するためのマスク が円柱状の絶緣体基部の外周面に密着する袋状の透明シ一トと、 該透明シ 一トに形成した螺旋状の非透明部とから成ることを特徵とするマスク。
(5) 円筒状又は円柱状若しくは直径の異なる複数の円柱又は円筒を軸を同 じくして多段接続して成る 4線分数卷アンテナのパターンを形成する方法 力 前記円筒又は円柱周面に金属膜を均一の厚みで積層形成し、 その上に 感光剤を塗布した後に前記マスクを密着状態で被着し、 該マスクの透明部 から露出した感光剤部分を該マスクを除去して未感光の感光剤及び該未感 光感光剤直下の金属膜を除去することによって該透明部に対応した形状の 導体パターンを得ることを特徵とする 4線分数巻ァンテナの製造方法。
(6) 4線分数卷ヘリカルアンテナ素子と、 その下部に配箧される制御回路 との間にシールド板を介在させ、 該シールド板の前記アンテナ素子側面に 電波を吸収する電波吸収体層を備たことを特徴とする 4線分数巻ヘリカル アンテナ装置。
(7) 前記 4線分数巻へリカルアンテナ素子は、 直径寸法の異なる複数の円 筒又は円柱を同軸状且つ多段に接続し、 その周面に導体パターンを形成し たものであることを特徴とする請求項（6) 記載の 4線分数巻へリカルアン テナ装置。
(8) 前記 4線分数卷ヘリカルアンテナ素子は、 前記複数の円筒又は円柱の 接続部分に互いの周面を接続するテーパー部を有したことを特徵とする請 求項（7) 記載の 4線分数卷ヘリカルアンテナ。
(9) 前記 4線分数卷ヘリカルアンテナ素子は、 その先端部の角を削り、 テ 一パー部としたことを特徴とする請求項 (7) 又は（8} 記載の 4線分数巻へ リカルアンテナ。
(10) 前記シールド板は、 アルミニウム又は銅基板上面にフェライ 卜層を 積層してなることを特徴とする請求項（6) 乃至（9) 記載の 4線分数巻ヘリ カルアンテナ装置。
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