導電層を有するアンテナおよびアンテナを含む２帯域送信器
【課題】マイクロストリップアンテナである送信器のアンテナを提供すること。
【解決手段】パッチの後端は短絡を備え、この短絡により、４分の１波の一次共振を、領域の２つの結合スロットによって形成された共面線によって励起することができる。共面線の１つのスロットを延長するスロット付き線から二次共振を一次共振の２倍の周波数で確立することができる他の領域から、セパレータスロットが前記領域を分離する。本発明は、特に、ＧＳＭ規格およびＤＣＳ規格に対する２重モード携帯電話の製作に適用される。
【解決手段】パッチの後端は短絡を備え、この短絡により、４分の１波の一次共振を、領域の２つの結合スロットによって形成された共面線によって励起することができる。共面線の１つのスロットを延長するスロット付き線から二次共振を一次共振の２倍の周波数で確立することができる他の領域から、セパレータスロットが前記領域を分離する。本発明は、特に、ＧＳＭ規格およびＤＣＳ規格に対する２重モード携帯電話の製作に適用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、無線送信器、特に携帯電話に関し、より詳細には、そのような送信器に含めるための、導電層を含んでいるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のアンテナは、通常金属層をエッチングすることによって獲得されるパッチを含む。そのため、マイクロストリップパッチアンテナと呼ばれる。
【０００３】
マイクロストリップ技術は、多くの場合信号を搬送する誘導波を送信するための送信線およびそのような線と放射波を結合するアンテナを作成するために使用されるプレーナ技術である。これは、薄い誘電体基板の上面上に形成されている、導電パッチおよび／またはストリップを使用する。導電層は、基板の底面上に広がり、線またはアンテナの接地層を構成する。パッチは、通常、ストリップより幅広であり、その形状と寸法は、アンテナの重要な特徴である。基板は、通常、厚さが一定である平面状の矩形シートであり、パッチもまた通常矩形である。しかし、これは必須条件ではない。具体的には、当技術分野では、基板の厚さを変更することによって、この種のアンテナの帯域幅を拡大することができ、パッチは、円形など様々な形状を取ることができることが知られている。電場線は、基板を通って、ストリップまたはパッチと接地層の間で延びる。上記の方式で動作する送信線を、これ以後マイクロストリップ線と呼ぶ。
【０００４】
上記の技術は、薄い基板上でやはり導電要素を使用する共面技術、具体的には、電場が基板の上面上に確立され、かつ中央導電ストリップとそのストリップのそれぞれ対向する面上にある２つの導電ランドとの間で対称的に確立されており、ランドがストリップからそれぞれのスロットによって分離されている技術とは異なる。この方式で動作する送信線を、これ以後共面線と呼ぶ。この技術を使用するアンテナでは、パッチは、連続導電ランドによって取り囲まれており、パッチは、スロットによってランドから分離されている。
【０００５】
他の共面技術では、送信線は、導電層にスロットによって形成されており、送信波の電場は、スロットの２つの縁の間にあるその層の面に確立されている。
【０００６】
上記の技術を使用するアンテナは、通常（必ずではないが）、空中に放射された波との結合を提供する定常波が確立されている共振構造を構成する。
【０００７】
上記の種類の様々な共振構造は、例えばマイクロストリップ技術などを使用して作成することができ、そのような構造の各々は、これ以後省略して「共振」と呼ぶ、１つまたは複数の共振モードをサポートすることができる。概して、各共振は、同じ経路に沿って反対方向に伝搬し、かつ、例えば、接地層、基板、およびパッチからなる１列の経路に沿って伝搬する電磁波であり、同じ進行波の経路の２つの端において交互に反射されることから得られる２つの進行波を重ね合わせることによって形成された定常波として定義することができる。経路は、アンテナの構成要素によって課される。経路は、直線的にまたは湾曲することができる。これ以後経路を「共振経路」と呼ぶ。共振周波数は、この経路を進行する上記で言及した進行波が取る時間に反比例する。
【０００８】
「半波」共振と呼ぶ、共振の第１タイプでは、共振経路の長さは、通常、半波長、すなわち、上記で言及した進行波の波長の半分にほぼ等しい。このとき、アンテナを「半波」アンテナと呼ぶ。このタイプの共振は、一般に、この種の経路の２端の各々における電流ノードの存在によって定義することができる。したがって、経路の長さもまた、前記半波長に１以外の整数、通常奇数をかけたものに等しくすることができる。経路の２つの端は、基板を介して加えられた電場の振幅が、例えば最大である領域に配置される。放射波との結合は、経路の１つの端または両端で生じる。
【０００９】
同じ技術を使用して獲得することができる共振の第２タイプは、「４分の１波」共振と呼ばれ、第１に、共振経路が、通常、４分の１波長すなわち上記で定義した波長の４分の１に等しい長さを有するという点が半波共振と異なる。このために、共振構造は、経路の１つの端において短絡を含まなければならない。「短絡」という用語は、接地層とパッチの間の接続を指す。短絡は、共振を課すために、著しく小さいインピーダンスを有さなければならない。このタイプの共振は、一般に、パッチの縁の周囲におけるこの種の短絡と、共振経路の他端における電流ノードとによって固定されている電場ノードの存在によって定義することができる。したがって、共振経路の長さは、前記４分の１波長に整数個の半波長を追加したものに等しい。空中に放射される波との結合は、電場の振幅が十分に大きい領域において経路の端部で生じる。
【００１０】
他のタイプの共振を確立することができ、各々は、アンテナとその隣接した周辺を含む空間の領域で振動する電磁波の分布によって特徴付けられる。具体的には、スロット、おそらくは放射スロットを組み込むことができる、パッチの構成に依存する。マイクロストリップアンテナの場合、共振は、また、任意の短絡の存在および位置と、短絡が不完全な場合すなわち短絡がゼロインピーダンスの完全短絡にほぼ等化であるとさえ見なすことができない場合には短絡を表す電気モデルとによって条件付けられる。
【００１１】
アンテナに不完全短絡が存在することにより、仮想ノードと呼ばれるものを有する共振が生じることがある。これは、次のような条件が満たされるときに生じる（以下では、上記で議論したアンテナを「第１アンテナ」と呼ぶ）：
・第１アンテナにおける場の分布が、第２アンテナのパッチの同一領域に誘導することができる分布とほぼ同一である。
・第２アンテナは、領域の制限内で第１アンテナと同一であるが、第２アンテナが短絡を有さない点が異なる。
・第２アンテナのパッチは、第２アンテナの主要領域を構成する、すでに述べた領域上だけでなく、追加の領域上にも広がる。
・最後に、第２アンテナの主領域で問題となる場の分布には、追加領域における電場または磁場のノードが付随する。
【００１２】
第１アンテナに生じる共振を記述するために、第２アンテナに生じるノードが、第１アンテナの共振に対するノードをも構成すると見なすことができる。第１アンテナのようなアンテナに対して、この種のノードは、アンテナのパッチの外部領域に配置されており、したがって、その領域には、ノードの存在を直接決定することを可能にする電場または磁場が存在しないので、これ以後「仮想」ノードと呼ぶ。
【００１３】
これらの「仮想ノード」は、共振を記述する際に、従来用語として考慮されていなかったが、パッチの物理的または幾何学的長さといわゆる「電気的」長さとの間で行われることがある区別によって示される。上記で考慮した２つのアンテナの場合では、第１アンテナのパッチの物理的または幾何学的長さは、パッチの長さということになるが、パッチの電気的長さは、実際には、第２アンテナのパッチの物理的または幾何学的長さということになる。
【００１４】
アンテナは、通常、アンテナの外部にある接続線を含む接続システムによって、送信器などの信号プロセッサに結合されており、アンテナの１つまたは複数の共振構造において確立することができる１つまたは複数の共振に線を結合するためにアンテナに統合されている結合システムにおいて終端する。また、共振は、アンテナを各共振周波数において使用することを可能にする接続システムの性質と位置に依存する。送信アンテナの場合、接続システムは、しばしば、アンテナの供給線と呼ばれる。
【００１５】
本発明は、携帯電話、携帯電話のための基地局、車両、航空機、およびミサイルなど、様々なタイプの装置に関する。携帯電話の場合、マイクロストリップアンテナの底面接地層の連続的な性質により、ユーザの体によってインターセプトされる放射パワーの量を制限することが容易になる。外表面が金属であり、小さい空力抵抗を生成するために、湾曲したプロファイルを有する運搬機械の場合、特に航空機またはミサイルの場合では、不要な追加の空力抵抗が生成されないように、アンテナをプロファイルに適合するようにすることができる。
【００１６】
本発明は、より具体的には、導電層を有するアンテナが、以下の特質を有さなければならない状況に関する：
・大きな相違を有する２つの別々の周波数に関して、放射波を効率的に送信および／または受信することができなければならない。
・送信装置のすべての動作周波数に対して、単一の接続線によって、その線上で不要なスプリアス定常波の比を生じずに、アンテナを信号プロセッサに接続することが可能でなければならない。
・周波数マルチプレクサまたは周波数デマルチプレクサを使用せずに、これを達成しなければならない。
【００１７】
上記の３つの特質を備える多くの従来技術のマイクロストリップアンテナが作成または提案されてきた。それらは、複数の異なる共振周波数を確立および結合する方法について異なっている。そのようなアンテナのいくつかについて以下で検証する。
【００１８】
第１のそのような従来技術のアンテナは、米国特許４，６９２，７６９号（Ｇｅｇａｎ）に記述されている。第１実施形態では、アンテナのパッチは、アンテナが、２つの半波長共振を示すことを可能にする円形ディスク１０の形態を取る。この経路は、それぞれ、ディスクの直径ＡＡと、ディスクに内接している円形アークスロット２４に沿って確立されている。結合システムは、４分の１波長トランスフォーマを構成し、パッチの領域に内部点で接続されている線１６の形態を取り、したがって、アンテナの入力インピーダンスの実数部分は、２つの共振につき、ほぼ同じ値を有する。インピーダンス整合スロット２６および２８は、同心円状にディスク１０に内接しており、したがって、入力インピーダンスの虚数部分も、２つの共振に対し、ほぼ同じ値を有する。線１６は、マイクロストリップ線である。すなわち、上記で記述した共面線技術を使用して作成されていない。しかし、この文献は、また、線が共面であると記述しているが、これは、単に、マイクロストリップ線のストリップが、パッチ１０と同じ面にあることを示しているだけである。線の端末セグメントが、そのセグメントにおいて、ストリップとパッチの不要なコンタクトを生じずに、パッチの領域内に貫通することができるように、２つのスロットがパッチの導電層に形成されており、ストリップの各側面上に１つが存在する。２つのスロットの一方は、インピーダンス整合スロット２８を構成する延長によって連続されており、したがって、線１６は、パッチ１０の内側の端において、非対称を示すように見える。見かけの連続性と非対称性にも関わらず、当業者なら、実際には、波は、インピーダンス整合スロット２８の長さにわたって、伝搬しないことを理解するであろう。
【００１９】
第２の従来技術のアンテナは、米国特許４，７６６，４４０号（Ｇｅｇａｎ）に記述されている。このアンテナのパッチ１０の一般的な形状は、矩形であり、アンテナが、経路がパッチの長さと幅に沿って確立されている２つの半波共振を示すことを可能にする。また、これは、完全にパッチの内側にあるＵ字形の湾曲したスロットを備える。このスロットは、放射スロットであり、他の経路に沿って追加の共振モードを確立する。形状と寸法を適切に選択することによって、共振モードの周波数は、任意の必要な値を有することができ、これにより、同じ周波数および交差直線偏光（ｃｒｏｓｓｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒａｉｚａｉｔｎｏ）を有する２つのモードを関連付けることによって、円偏波を送信する可能性が開かれる。結合システムは、マイクロストリップ線の形態を取るが、また、以前に引用したＧｅｇａｎ米国特許４，６９２，７６９号のように、共面であると記述される。結合システムは、動作周波数として使用する異なる共振周波数において、線の異なる入力インピーダンスにそれを整合させるために、インピーダンス変換システムを備える。
【００２０】
第３の従来技術のアンテナは、単一共振経路を使用するという点で、上記の２つのアンテナとは異なる。これは、米国特許４，７７１，２９１号（Ｌｏ他）に記述されている。そのパッチは、点短絡（ｐｏｉｎｔ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）と、パッチの内側の直線セグメントに沿って延びるスロットを含む。スロットと短絡により、前記経路を共有するが、（０、１）および（０、３）と示されるそれぞれ異なるモードを有する２つの共振に対応する２つの周波数の相違は低減される。すなわち、共通の経路が、当該モードに従って、１つの半波または３つの半波によって占有される。したがって、２つの周波数の比は、３から１．８に低減することができる。点短絡は、基板を通過するコンダクタからなる。結合システムは、同軸線であり、その中央コンダクタは、パッチに接続されるようにアンテナの基板を通過しており、その接地コンダクタは、アンテナの接地層に接続されている。
【００２１】
上記のアンテナは、点短絡を組み込むことによって、製作が複雑になるという特有の欠点を有する。
【００２２】
第４の従来技術の２周波数アンテナは、４分の１波共振を使用するという点で、上記の３つのアンテナとは異なる。これは、Ｂｏａｇ他によるＩＥＥＥ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＤＩＧＥＳＴ、ＮＥＷＰＯＲＴ ＢＥＡＣＨ、ＪＵＮＥ １８−２３、１９５５、ページ２１２４−２１２７の「Ｄｕａｌ Ｂａｎｄ Ｃａｖｉｔｙ−Ｂａｃｋｅｄ Ｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅ Ｐａｔｃｈ Ａｎｔｅｎｎａ」に記述されている。第１共振周波数は、アンテナの基板およびパッチの寸法と特性によって定義される。整合システム（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を使用することによって、第２周波数の、同じ共振経路上での、ほぼ同じタイプの共振が獲得される。
【００２３】
結合システムは、同軸線タイプであるように見え、整合システムは、線の端に配置され、その軸コンダクタは、アンテナの基板を通って延び、そのパッチに接続されている。
【００２４】
他の従来のアンテナには、３つの導電層、すなわち、共通接地層の上にある２つの重ね合わされたパッチが含まれる。そのため、これらのアンテナは、層間の誘電体基板の累積した厚さのために、アンテナの厚さが過度になるという特有の欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】米国特許第４，６９２，７６９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７６６，４４０号明細書
【特許文献３】米国特許第４，７７１，２９１号明細書
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】Ｂｏａｇ他、ＩＥＥＥ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＤＩＧＥＳＴ、ＮＥＷＰＯＲＴ ＢＥＡＣＨ、ＪＵＮＥ １８−２３、１９５５、ページ２１２４−２１２７、「Ｄｕａｌ Ｂａｎｄ Ｃａｖｉｔｙ−Ｂａｃｋｅｄ Ｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅ Ｐａｔｃｈ Ａｎｔｅｎｎａ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
一般に、上記の従来技術のアンテナは、必要な共振周波数と、各共振と信号プロセッサの良好な結合とを同時に獲得することが困難であり、したがって費用がかかるという欠点を有する。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の目的は、
２つの共振周波数の各々において、インピーダンスを整合する事が容易である結合システムを有する２周波数アンテナを作成する簡単な方式を提供することと、
アンテナの寸法を制限することを含む。
【００２９】
上記の目的を考慮に入れて、本発明は、導電層と、前記アンテナの導電層において、２つの主要結合スロットによって形成された共面線を含む結合システムとを有するアンテナを提供する。本発明によれば、前記結合システムは、さらに、前記２つの主要結合スロットの一方に接続され、二次結合スロットを構成するスロットによって形成されているスロット付き線を含む。
【００３０】
アンテナは、パッチと、マイクロストリップ技術の方式で前記パッチと協働する接地層を含むことが好ましく、前記結合スロットは、前記パッチにおいて形成されている。しかし、他の可能な構成は、この種のアンテナの接地層に形成されるそのようなスロットからなる結合システムのためのものである。
【００３１】
前記パッチは、少なくとも１つのセパレータスロットを含み、
前記共面線を含む一次共振領域と、
前記スロット付き線を含む二次共振領域をそれぞれ構成する、前記パッチにおける２つの領域を定義するセパレータシステムを含む。
【００３２】
本発明の様々な態様は、以下の記述と添付の概略図を読むことによって、よりよく理解されるであろう。同じ項目が２つ以上の図に示されている場合、同じ参照番号および／または参照文字によって示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態を構成しているアンテナの短絡とパッチを構成するために、切断された、この後曲げられることになる銅のシートの図である。
【図２】パッチが図１に示した種類であるアンテナを含む送信器の簡略化した透視図である。
【図３】本発明の第２実施形態を構成するアンテナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図２に示すように、本発明によるアンテナの共振構造は、当技術分野で知られている以下の構成要素を含む：
・それぞれ底面と上面を構成し、当該アンテナの領域に依存することがあり得る、水平方向ＤＬとＤＴに延びている２つの互いに対向する主表面を有する誘電体基板２。この基板は、以前に説明したように、様々な形状を取ることができる。
・基板の少なくとも底面全体にわたって延び、例えば、アンテナの接地層４を構成する底面導電層。図２は、この底面を超えて突出しているこの層の一部のみを示す。
・パッチ６を構成するために、接地層４より上の基板上面の領域にわたって延びている、図１から３に示した上面導電表面。一般に、パッチは、それぞれ水平縦方向ＤＬと水平横方向ＤＴに延びている長さと幅を有し、その周囲は、その２つの方向にある程度対になって延びている４つの縁からなると見なすことができる。「長さ」と「幅」という用語は、通常、矩形物体の２つの互いに直交する次元に適用され、長さは幅より長いが、パッチ６は、本発明の範囲から逸脱せずに、矩形とはかなり異なることができることを理解しなければならない。縁の一方は、一般に、横方向ＤＴに延び、２つのセグメント１０および１１を含む後縁を構成する。前縁１２は、後縁に対向している。２つの横縁１４および１６は、後縁を前縁に結合させる。
・最後に、パッチの後縁のセグメント１０から延び、パッチ６を接地層４に電気的に接続する短絡Ｓ。短絡は、通常平面であり、短絡平面を構成している基板２の縁表面にわたって延びている導電層によって形成されている。しかし、短絡は、代わりに、接地層４とパッチ６の間で平行に接続されている１つまたは複数の離散構成要素からなることができる。上記の実施形態の各々において、アンテナの少なくとも１つの共振のために、少なくとも仮想的な４分の１波の電場ノードが、セグメント１０の周辺に課されている。この種の共振とその周波数を、これ以後「一次共振」および「一次周波数」と呼ぶ。前記後縁、前縁、横縁、縦方向、および横方向は、短絡のインピーダンスが、この種の電場ノードを有する共振をアンテナに課すのに十分低い場合、この短絡の位置によって定義される。
【００３５】
例えば、アンテナが送信アンテナである場合に、プロセッサがアンテナの１つまたは複数の共振を励起するように、アンテナの共振構造を信号プロセッサＴに接続する接続システムの一部である結合システムを、アンテナは、さらに、含む。このシステムの他に、接続システムは、通常、アンテナの外部にある接続線を含む。接続線は、同軸線、マイクロストリップ線、または共面線とすることができる。図１では、接続線は、それぞれ接地層４とストリップＣ１を信号プロセッサＴの２つの端末に接続する２つの導電ワイヤＣ２およびＣ３によって示されている。しかし、実際には、接続線は、マイクロストリップ線または同軸線の形態を取ることが好ましいことを理解しなければならない。
【００３６】
信号プロセッサＴは、少なくともアンテナの使用可能な共振周波数に近い所定の動作周波数で、すなわち、それらの共振周波数を中心とする通過帯域にある所定の動作周波数で動作するように構成されている。これは、複合装置とすることができるが、この場合、各動作周波数に永続的に同調されている構成要素が含まれる。また、様々な動作周波数に同調させることができる構成要素を含むこともできる。前記一次共振周波数は、１つのそのような使用可能な共振周波数にあたる。
【００３７】
本発明のコンテキストでは、アンテナの結合システムは、複合システムである：第１に、一次結合スロットＦ１およびＦ２を構成するパッチ６の２つのスロットによって形成された一次結合線を含み、第２に、スロットＦ２など２つの一次結合スロットの一方に接続され二次結合スロットを構成する他のスロットＦ３によって形成された二次結合線を含む。例えば、本発明のコンテキストでは必須ではないが、結合スロットの幅は一様であり、経路は線形であり、二次結合スロットは、それが結合されている一次結合スロットと位置合わせされている。
【００３８】
基板のこれらの幅と厚さおよび誘電率は、一次結合線と二次結合線が、それぞれ、前述した共面線およびスロット付き線を構成するようにされる。
【００３９】
ここで示したように、パッチ６は、スロットＦ４またはＦ５のようなセパレータスロットを含み、パッチにおいて、
前記共面線Ｆ１、Ｆ２含んでいる一次共振領域Ｚ１と、
前記スロット付き線Ｆ３を含んでいる二次共振領域Ｚ２とをそれぞれ構成する２つの領域を定義するセパレータシステムを含むことが好ましい。
【００４０】
次いで、短絡Ｓにより、少なくとも４分の１波の一次共振を、その短絡と、後縁１０から前縁１２に向かって延びている共振経路によって固定されている少なくとも仮想的な電場ノードを有する領域に確立することが可能になる。この領域の縁には、横縁１４および１６が含まれる。二次共振領域Ｚ２は、後縁１０からある距離をおいて縦方向に延び、また、２つの横縁１４および１６の各々からある距離をおいて、パッチの幅Ｗ１の中央部分にわたって横方向に延びる。共面線を形成する結合スロットＦ１およびＦ２は、後縁から縦方向に延びる。
【００４１】
この例では、スロット付き線Ｆ３は、縦方向に延び、したがって、二次共振は、横方向に延びる共振経路を有する半波タイプである。しかし、これは直角に曲げることができ、二次共振は、一次共振のように、縦方向の共振経路を有する４分の１波タイプとすることができる。一次周波数と二次周波数の相違は、２領域の縦方向の寸法の相違、すなわち、短絡は共通であるが、２領域の各前縁の縦方向の位置の相違に由来する。
【００４２】
本発明の第１実施形態では、セパレータシステムは、パッチの前縁１２から縦方向ＤＬに延びるパッチ６の２つのセパレータスロットＦ４およびＦ５を含み、したがって、二次共振領域Ｚ２の２つの横縁は、２つのスロットの各縁からなり、領域の前縁は、２つのスロット間にある前縁のセグメント１３からなる。
【００４３】
図１に示すように、パッチ６を構成する銅シートは、パッチの後縁１０を構成することを意図している線を越えて前方に向かう延長部分を有する。アンテナの製作中に、銅シートは、基板の後縁に沿って、この線の回りに曲げられ、延長部分は、基板の垂直縁上にプレスされる。延長部分の一部は、基板に接続され、短絡Ｓを構成する。短絡は、この縁の中央セグメントにあり、また、結合システムＣ１、Ｆ１、Ｆ２のそれぞれ対向する側面上の２つの部分にある。延長部分の他の部分は、図２に示されていない。これにより、基板上にパッチを配置することが容易になり、ストリップＣ１を延長するものを使用して、アンテナの上面上で侵食することなく、ストリップをプロセッサＴに接続する。
【００４４】
様々な構成および値が、この第１実施形態のための例として、これ以降に示されている。基板およびパッチの長さと幅は、それぞれ縦方向ＤＬと横方向ＤＴについて示されている。
・一次共振周波数：Ｆ１＝９４０ＭＨｚ
・二次共振周波数：Ｆ２＝１８８０ＭＨｚ
・入力インピーダンス：５０オーム
・一次周波数および二次周波数を中心とする通過帯域：３．５未満またはそれに等しい定常波の比で測定して、それぞれそれらの周波数の２．５％および２％
・基板の構成：相対誘電率εｒ＝５と散逸ファクタｔａｎ ｄ＝０．００２を有するＰＴＦＥなどの蛍光ポリマーに基づくラミネート
・基板の長さおよび幅：一次共振領域Ｚ１にあるパッチの長さおよび幅に等しい
・基板の厚さ：Ｌ６＝３ｍｍ
・導電層を形成する銅シートの厚さ：１７μｍ
・一次共振領域Ｚ１にあるパッチの長さ：Ｌ１＝２８．７５ｍｍ
・二次共振領域Ｚ２にあるパッチの長さ：Ｌ２＝２７．２５ｍｍ
・パッチの幅：Ｗ１＝２５ｍｍ
・二次共振領域Ｚ２の幅：Ｗ２＝１２．５ｍｍ
・結合スロットの長さＦ１：Ｌ４＝１３ｍｍ
・結合スロットＦ２およびＦ３の合計の長さ：Ｌ３＝２３ｍｍ
・結合スロットＦ１、Ｆ２、およびＦ３の幅：Ｗ６＝０．４ｍｍ
・コンダクタＣ１の幅：Ｗ４＝４．７５ｍｍ
・領域Ｚ２にあるセパレータスロットＦ４およびＦ５の長さ：Ｌ５＝１８ｍｍ
・セパレータスロットＦ４、Ｆ５、およびＦ６の幅：Ｗ５＝１ｍｍ
・短絡の２つの部分の各々の幅：Ｗ３＝１ｍｍ
【００４５】
本発明の第２実施形態では、図３に示すように、セパレータシステムは、パッチ６の縁からある距離にあるＵ字形のセパレータスロットを含む。スロットは、ベースＦ６によって共に接続されている２つのブランチＦ４およびＦ５を有する。２つのブランチは、縦方向に延び、それぞれ横縁１４および１６からある距離をおいてそれに対面している。ベースは、横方向に延び、前縁１２からある距離をおいてそれに対面している。
【００４６】
アンテナに関するこれらの２つの実施形態は、以下の方式で動作することを想定している。
【００４７】
第１に一次共振と二次共振の２つの各々の定常波と、第２に空中に放射される波との間の結合は、主に、パッチ６の１つまたは複数の縁またはセパレータスロットＦ４、Ｆ５、およびＦ６において、あるいはスロットを経て生じる。したがって、この種の縁またはスロットは、当該共振に応じて、一次放射縁または一次放射スロット、あるいは二次放射縁または二次放射スロットと呼ぶことができる。
【００４８】
本発明の両方の実施形態では、セグメント１０に電場ノードを有する４分の１一次共振に対応する、１つの一次放射縁、すなわち前縁１２が存在する。第１実施形態では、２つの二次放射縁が、前縁１３の周辺にある領域Ｚ２の境界において、セパレータスロットＦ４およびＦ５の縁によって形成されている。第２実施形態では、２つの二次放射スロットは、主として後端からある距離にあるスロットＦ４およびＦ５であり、スロットＦ６は、端の周辺に追加の二次放射スロットを形成する。
【符号の説明】
【００４９】
２ 基板
４ 接地層
６ パッチ
１０ 後縁
１２、１３ 前縁
１４、１６ 横縁
Ｃ１ ストリップ、コンダクタ
Ｃ２、Ｃ３ 導電ワイヤ
ＤＬ 水平縦方向
ＤＴ 水平横方向
Ｆ１、Ｆ２ 結合スロット
Ｆ３ スロット付き線
Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６ セパレータスロット
Ｌ１ 一次共振領域Ｚ１にあるパッチの長さ
Ｌ２ 二次共振領域Ｚ２にあるパッチの長さ
Ｌ３ 結合スロットＦ２およびＦ３の合計の長さ
Ｌ４ 結合スロットＦ１の長さ
Ｌ５ 領域Ｚ２にあるセパレータスロットＦ４およびＦ５の長さ
Ｌ６ 基板の厚さ
Ｓ 短絡
Ｔ 信号プロセッサ
Ｗ１ パッチの幅
Ｗ２ 二次共振領域Ｚ２の幅
Ｗ３ 短絡の２つの部分の各々の幅
Ｗ４ コンダクタＣ１の幅
Ｗ５ セパレータスロットＦ４、Ｆ５、およびＦ６の幅
Ｗ６ 結合スロットＦ１、Ｆ２、およびＦ３の幅
Ｚ１ 一次共振領域
Ｚ２ 二次共振領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、無線送信器、特に携帯電話に関し、より詳細には、そのような送信器に含めるための、導電層を含んでいるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のアンテナは、通常金属層をエッチングすることによって獲得されるパッチを含む。そのため、マイクロストリップパッチアンテナと呼ばれる。
【０００３】
マイクロストリップ技術は、多くの場合信号を搬送する誘導波を送信するための送信線およびそのような線と放射波を結合するアンテナを作成するために使用されるプレーナ技術である。これは、薄い誘電体基板の上面上に形成されている、導電パッチおよび／またはストリップを使用する。導電層は、基板の底面上に広がり、線またはアンテナの接地層を構成する。パッチは、通常、ストリップより幅広であり、その形状と寸法は、アンテナの重要な特徴である。基板は、通常、厚さが一定である平面状の矩形シートであり、パッチもまた通常矩形である。しかし、これは必須条件ではない。具体的には、当技術分野では、基板の厚さを変更することによって、この種のアンテナの帯域幅を拡大することができ、パッチは、円形など様々な形状を取ることができることが知られている。電場線は、基板を通って、ストリップまたはパッチと接地層の間で延びる。上記の方式で動作する送信線を、これ以後マイクロストリップ線と呼ぶ。
【０００４】
上記の技術は、薄い基板上でやはり導電要素を使用する共面技術、具体的には、電場が基板の上面上に確立され、かつ中央導電ストリップとそのストリップのそれぞれ対向する面上にある２つの導電ランドとの間で対称的に確立されており、ランドがストリップからそれぞれのスロットによって分離されている技術とは異なる。この方式で動作する送信線を、これ以後共面線と呼ぶ。この技術を使用するアンテナでは、パッチは、連続導電ランドによって取り囲まれており、パッチは、スロットによってランドから分離されている。
【０００５】
他の共面技術では、送信線は、導電層にスロットによって形成されており、送信波の電場は、スロットの２つの縁の間にあるその層の面に確立されている。
【０００６】
上記の技術を使用するアンテナは、通常（必ずではないが）、空中に放射された波との結合を提供する定常波が確立されている共振構造を構成する。
【０００７】
上記の種類の様々な共振構造は、例えばマイクロストリップ技術などを使用して作成することができ、そのような構造の各々は、これ以後省略して「共振」と呼ぶ、１つまたは複数の共振モードをサポートすることができる。概して、各共振は、同じ経路に沿って反対方向に伝搬し、かつ、例えば、接地層、基板、およびパッチからなる１列の経路に沿って伝搬する電磁波であり、同じ進行波の経路の２つの端において交互に反射されることから得られる２つの進行波を重ね合わせることによって形成された定常波として定義することができる。経路は、アンテナの構成要素によって課される。経路は、直線的にまたは湾曲することができる。これ以後経路を「共振経路」と呼ぶ。共振周波数は、この経路を進行する上記で言及した進行波が取る時間に反比例する。
【０００８】
「半波」共振と呼ぶ、共振の第１タイプでは、共振経路の長さは、通常、半波長、すなわち、上記で言及した進行波の波長の半分にほぼ等しい。このとき、アンテナを「半波」アンテナと呼ぶ。このタイプの共振は、一般に、この種の経路の２端の各々における電流ノードの存在によって定義することができる。したがって、経路の長さもまた、前記半波長に１以外の整数、通常奇数をかけたものに等しくすることができる。経路の２つの端は、基板を介して加えられた電場の振幅が、例えば最大である領域に配置される。放射波との結合は、経路の１つの端または両端で生じる。
【０００９】
同じ技術を使用して獲得することができる共振の第２タイプは、「４分の１波」共振と呼ばれ、第１に、共振経路が、通常、４分の１波長すなわち上記で定義した波長の４分の１に等しい長さを有するという点が半波共振と異なる。このために、共振構造は、経路の１つの端において短絡を含まなければならない。「短絡」という用語は、接地層とパッチの間の接続を指す。短絡は、共振を課すために、著しく小さいインピーダンスを有さなければならない。このタイプの共振は、一般に、パッチの縁の周囲におけるこの種の短絡と、共振経路の他端における電流ノードとによって固定されている電場ノードの存在によって定義することができる。したがって、共振経路の長さは、前記４分の１波長に整数個の半波長を追加したものに等しい。空中に放射される波との結合は、電場の振幅が十分に大きい領域において経路の端部で生じる。
【００１０】
他のタイプの共振を確立することができ、各々は、アンテナとその隣接した周辺を含む空間の領域で振動する電磁波の分布によって特徴付けられる。具体的には、スロット、おそらくは放射スロットを組み込むことができる、パッチの構成に依存する。マイクロストリップアンテナの場合、共振は、また、任意の短絡の存在および位置と、短絡が不完全な場合すなわち短絡がゼロインピーダンスの完全短絡にほぼ等化であるとさえ見なすことができない場合には短絡を表す電気モデルとによって条件付けられる。
【００１１】
アンテナに不完全短絡が存在することにより、仮想ノードと呼ばれるものを有する共振が生じることがある。これは、次のような条件が満たされるときに生じる（以下では、上記で議論したアンテナを「第１アンテナ」と呼ぶ）：
・第１アンテナにおける場の分布が、第２アンテナのパッチの同一領域に誘導することができる分布とほぼ同一である。
・第２アンテナは、領域の制限内で第１アンテナと同一であるが、第２アンテナが短絡を有さない点が異なる。
・第２アンテナのパッチは、第２アンテナの主要領域を構成する、すでに述べた領域上だけでなく、追加の領域上にも広がる。
・最後に、第２アンテナの主領域で問題となる場の分布には、追加領域における電場または磁場のノードが付随する。
【００１２】
第１アンテナに生じる共振を記述するために、第２アンテナに生じるノードが、第１アンテナの共振に対するノードをも構成すると見なすことができる。第１アンテナのようなアンテナに対して、この種のノードは、アンテナのパッチの外部領域に配置されており、したがって、その領域には、ノードの存在を直接決定することを可能にする電場または磁場が存在しないので、これ以後「仮想」ノードと呼ぶ。
【００１３】
これらの「仮想ノード」は、共振を記述する際に、従来用語として考慮されていなかったが、パッチの物理的または幾何学的長さといわゆる「電気的」長さとの間で行われることがある区別によって示される。上記で考慮した２つのアンテナの場合では、第１アンテナのパッチの物理的または幾何学的長さは、パッチの長さということになるが、パッチの電気的長さは、実際には、第２アンテナのパッチの物理的または幾何学的長さということになる。
【００１４】
アンテナは、通常、アンテナの外部にある接続線を含む接続システムによって、送信器などの信号プロセッサに結合されており、アンテナの１つまたは複数の共振構造において確立することができる１つまたは複数の共振に線を結合するためにアンテナに統合されている結合システムにおいて終端する。また、共振は、アンテナを各共振周波数において使用することを可能にする接続システムの性質と位置に依存する。送信アンテナの場合、接続システムは、しばしば、アンテナの供給線と呼ばれる。
【００１５】
本発明は、携帯電話、携帯電話のための基地局、車両、航空機、およびミサイルなど、様々なタイプの装置に関する。携帯電話の場合、マイクロストリップアンテナの底面接地層の連続的な性質により、ユーザの体によってインターセプトされる放射パワーの量を制限することが容易になる。外表面が金属であり、小さい空力抵抗を生成するために、湾曲したプロファイルを有する運搬機械の場合、特に航空機またはミサイルの場合では、不要な追加の空力抵抗が生成されないように、アンテナをプロファイルに適合するようにすることができる。
【００１６】
本発明は、より具体的には、導電層を有するアンテナが、以下の特質を有さなければならない状況に関する：
・大きな相違を有する２つの別々の周波数に関して、放射波を効率的に送信および／または受信することができなければならない。
・送信装置のすべての動作周波数に対して、単一の接続線によって、その線上で不要なスプリアス定常波の比を生じずに、アンテナを信号プロセッサに接続することが可能でなければならない。
・周波数マルチプレクサまたは周波数デマルチプレクサを使用せずに、これを達成しなければならない。
【００１７】
上記の３つの特質を備える多くの従来技術のマイクロストリップアンテナが作成または提案されてきた。それらは、複数の異なる共振周波数を確立および結合する方法について異なっている。そのようなアンテナのいくつかについて以下で検証する。
【００１８】
第１のそのような従来技術のアンテナは、米国特許４，６９２，７６９号（Ｇｅｇａｎ）に記述されている。第１実施形態では、アンテナのパッチは、アンテナが、２つの半波長共振を示すことを可能にする円形ディスク１０の形態を取る。この経路は、それぞれ、ディスクの直径ＡＡと、ディスクに内接している円形アークスロット２４に沿って確立されている。結合システムは、４分の１波長トランスフォーマを構成し、パッチの領域に内部点で接続されている線１６の形態を取り、したがって、アンテナの入力インピーダンスの実数部分は、２つの共振につき、ほぼ同じ値を有する。インピーダンス整合スロット２６および２８は、同心円状にディスク１０に内接しており、したがって、入力インピーダンスの虚数部分も、２つの共振に対し、ほぼ同じ値を有する。線１６は、マイクロストリップ線である。すなわち、上記で記述した共面線技術を使用して作成されていない。しかし、この文献は、また、線が共面であると記述しているが、これは、単に、マイクロストリップ線のストリップが、パッチ１０と同じ面にあることを示しているだけである。線の端末セグメントが、そのセグメントにおいて、ストリップとパッチの不要なコンタクトを生じずに、パッチの領域内に貫通することができるように、２つのスロットがパッチの導電層に形成されており、ストリップの各側面上に１つが存在する。２つのスロットの一方は、インピーダンス整合スロット２８を構成する延長によって連続されており、したがって、線１６は、パッチ１０の内側の端において、非対称を示すように見える。見かけの連続性と非対称性にも関わらず、当業者なら、実際には、波は、インピーダンス整合スロット２８の長さにわたって、伝搬しないことを理解するであろう。
【００１９】
第２の従来技術のアンテナは、米国特許４，７６６，４４０号（Ｇｅｇａｎ）に記述されている。このアンテナのパッチ１０の一般的な形状は、矩形であり、アンテナが、経路がパッチの長さと幅に沿って確立されている２つの半波共振を示すことを可能にする。また、これは、完全にパッチの内側にあるＵ字形の湾曲したスロットを備える。このスロットは、放射スロットであり、他の経路に沿って追加の共振モードを確立する。形状と寸法を適切に選択することによって、共振モードの周波数は、任意の必要な値を有することができ、これにより、同じ周波数および交差直線偏光（ｃｒｏｓｓｅｄ ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒａｉｚａｉｔｎｏ）を有する２つのモードを関連付けることによって、円偏波を送信する可能性が開かれる。結合システムは、マイクロストリップ線の形態を取るが、また、以前に引用したＧｅｇａｎ米国特許４，６９２，７６９号のように、共面であると記述される。結合システムは、動作周波数として使用する異なる共振周波数において、線の異なる入力インピーダンスにそれを整合させるために、インピーダンス変換システムを備える。
【００２０】
第３の従来技術のアンテナは、単一共振経路を使用するという点で、上記の２つのアンテナとは異なる。これは、米国特許４，７７１，２９１号（Ｌｏ他）に記述されている。そのパッチは、点短絡（ｐｏｉｎｔ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）と、パッチの内側の直線セグメントに沿って延びるスロットを含む。スロットと短絡により、前記経路を共有するが、（０、１）および（０、３）と示されるそれぞれ異なるモードを有する２つの共振に対応する２つの周波数の相違は低減される。すなわち、共通の経路が、当該モードに従って、１つの半波または３つの半波によって占有される。したがって、２つの周波数の比は、３から１．８に低減することができる。点短絡は、基板を通過するコンダクタからなる。結合システムは、同軸線であり、その中央コンダクタは、パッチに接続されるようにアンテナの基板を通過しており、その接地コンダクタは、アンテナの接地層に接続されている。
【００２１】
上記のアンテナは、点短絡を組み込むことによって、製作が複雑になるという特有の欠点を有する。
【００２２】
第４の従来技術の２周波数アンテナは、４分の１波共振を使用するという点で、上記の３つのアンテナとは異なる。これは、Ｂｏａｇ他によるＩＥＥＥ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＤＩＧＥＳＴ、ＮＥＷＰＯＲＴ ＢＥＡＣＨ、ＪＵＮＥ １８−２３、１９５５、ページ２１２４−２１２７の「Ｄｕａｌ Ｂａｎｄ Ｃａｖｉｔｙ−Ｂａｃｋｅｄ Ｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅ Ｐａｔｃｈ Ａｎｔｅｎｎａ」に記述されている。第１共振周波数は、アンテナの基板およびパッチの寸法と特性によって定義される。整合システム（ｍａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を使用することによって、第２周波数の、同じ共振経路上での、ほぼ同じタイプの共振が獲得される。
【００２３】
結合システムは、同軸線タイプであるように見え、整合システムは、線の端に配置され、その軸コンダクタは、アンテナの基板を通って延び、そのパッチに接続されている。
【００２４】
他の従来のアンテナには、３つの導電層、すなわち、共通接地層の上にある２つの重ね合わされたパッチが含まれる。そのため、これらのアンテナは、層間の誘電体基板の累積した厚さのために、アンテナの厚さが過度になるという特有の欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】米国特許第４，６９２，７６９号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７６６，４４０号明細書
【特許文献３】米国特許第４，７７１，２９１号明細書
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】Ｂｏａｇ他、ＩＥＥＥ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ ＳＯＣＩＥＴＹ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ ＤＩＧＥＳＴ、ＮＥＷＰＯＲＴ ＢＥＡＣＨ、ＪＵＮＥ １８−２３、１９５５、ページ２１２４−２１２７、「Ｄｕａｌ Ｂａｎｄ Ｃａｖｉｔｙ−Ｂａｃｋｅｄ Ｑｕａｒｔｅｒ−ｗａｖｅ Ｐａｔｃｈ Ａｎｔｅｎｎａ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
一般に、上記の従来技術のアンテナは、必要な共振周波数と、各共振と信号プロセッサの良好な結合とを同時に獲得することが困難であり、したがって費用がかかるという欠点を有する。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の目的は、
２つの共振周波数の各々において、インピーダンスを整合する事が容易である結合システムを有する２周波数アンテナを作成する簡単な方式を提供することと、
アンテナの寸法を制限することを含む。
【００２９】
上記の目的を考慮に入れて、本発明は、導電層と、前記アンテナの導電層において、２つの主要結合スロットによって形成された共面線を含む結合システムとを有するアンテナを提供する。本発明によれば、前記結合システムは、さらに、前記２つの主要結合スロットの一方に接続され、二次結合スロットを構成するスロットによって形成されているスロット付き線を含む。
【００３０】
アンテナは、パッチと、マイクロストリップ技術の方式で前記パッチと協働する接地層を含むことが好ましく、前記結合スロットは、前記パッチにおいて形成されている。しかし、他の可能な構成は、この種のアンテナの接地層に形成されるそのようなスロットからなる結合システムのためのものである。
【００３１】
前記パッチは、少なくとも１つのセパレータスロットを含み、
前記共面線を含む一次共振領域と、
前記スロット付き線を含む二次共振領域をそれぞれ構成する、前記パッチにおける２つの領域を定義するセパレータシステムを含む。
【００３２】
本発明の様々な態様は、以下の記述と添付の概略図を読むことによって、よりよく理解されるであろう。同じ項目が２つ以上の図に示されている場合、同じ参照番号および／または参照文字によって示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態を構成しているアンテナの短絡とパッチを構成するために、切断された、この後曲げられることになる銅のシートの図である。
【図２】パッチが図１に示した種類であるアンテナを含む送信器の簡略化した透視図である。
【図３】本発明の第２実施形態を構成するアンテナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図２に示すように、本発明によるアンテナの共振構造は、当技術分野で知られている以下の構成要素を含む：
・それぞれ底面と上面を構成し、当該アンテナの領域に依存することがあり得る、水平方向ＤＬとＤＴに延びている２つの互いに対向する主表面を有する誘電体基板２。この基板は、以前に説明したように、様々な形状を取ることができる。
・基板の少なくとも底面全体にわたって延び、例えば、アンテナの接地層４を構成する底面導電層。図２は、この底面を超えて突出しているこの層の一部のみを示す。
・パッチ６を構成するために、接地層４より上の基板上面の領域にわたって延びている、図１から３に示した上面導電表面。一般に、パッチは、それぞれ水平縦方向ＤＬと水平横方向ＤＴに延びている長さと幅を有し、その周囲は、その２つの方向にある程度対になって延びている４つの縁からなると見なすことができる。「長さ」と「幅」という用語は、通常、矩形物体の２つの互いに直交する次元に適用され、長さは幅より長いが、パッチ６は、本発明の範囲から逸脱せずに、矩形とはかなり異なることができることを理解しなければならない。縁の一方は、一般に、横方向ＤＴに延び、２つのセグメント１０および１１を含む後縁を構成する。前縁１２は、後縁に対向している。２つの横縁１４および１６は、後縁を前縁に結合させる。
・最後に、パッチの後縁のセグメント１０から延び、パッチ６を接地層４に電気的に接続する短絡Ｓ。短絡は、通常平面であり、短絡平面を構成している基板２の縁表面にわたって延びている導電層によって形成されている。しかし、短絡は、代わりに、接地層４とパッチ６の間で平行に接続されている１つまたは複数の離散構成要素からなることができる。上記の実施形態の各々において、アンテナの少なくとも１つの共振のために、少なくとも仮想的な４分の１波の電場ノードが、セグメント１０の周辺に課されている。この種の共振とその周波数を、これ以後「一次共振」および「一次周波数」と呼ぶ。前記後縁、前縁、横縁、縦方向、および横方向は、短絡のインピーダンスが、この種の電場ノードを有する共振をアンテナに課すのに十分低い場合、この短絡の位置によって定義される。
【００３５】
例えば、アンテナが送信アンテナである場合に、プロセッサがアンテナの１つまたは複数の共振を励起するように、アンテナの共振構造を信号プロセッサＴに接続する接続システムの一部である結合システムを、アンテナは、さらに、含む。このシステムの他に、接続システムは、通常、アンテナの外部にある接続線を含む。接続線は、同軸線、マイクロストリップ線、または共面線とすることができる。図１では、接続線は、それぞれ接地層４とストリップＣ１を信号プロセッサＴの２つの端末に接続する２つの導電ワイヤＣ２およびＣ３によって示されている。しかし、実際には、接続線は、マイクロストリップ線または同軸線の形態を取ることが好ましいことを理解しなければならない。
【００３６】
信号プロセッサＴは、少なくともアンテナの使用可能な共振周波数に近い所定の動作周波数で、すなわち、それらの共振周波数を中心とする通過帯域にある所定の動作周波数で動作するように構成されている。これは、複合装置とすることができるが、この場合、各動作周波数に永続的に同調されている構成要素が含まれる。また、様々な動作周波数に同調させることができる構成要素を含むこともできる。前記一次共振周波数は、１つのそのような使用可能な共振周波数にあたる。
【００３７】
本発明のコンテキストでは、アンテナの結合システムは、複合システムである：第１に、一次結合スロットＦ１およびＦ２を構成するパッチ６の２つのスロットによって形成された一次結合線を含み、第２に、スロットＦ２など２つの一次結合スロットの一方に接続され二次結合スロットを構成する他のスロットＦ３によって形成された二次結合線を含む。例えば、本発明のコンテキストでは必須ではないが、結合スロットの幅は一様であり、経路は線形であり、二次結合スロットは、それが結合されている一次結合スロットと位置合わせされている。
【００３８】
基板のこれらの幅と厚さおよび誘電率は、一次結合線と二次結合線が、それぞれ、前述した共面線およびスロット付き線を構成するようにされる。
【００３９】
ここで示したように、パッチ６は、スロットＦ４またはＦ５のようなセパレータスロットを含み、パッチにおいて、
前記共面線Ｆ１、Ｆ２含んでいる一次共振領域Ｚ１と、
前記スロット付き線Ｆ３を含んでいる二次共振領域Ｚ２とをそれぞれ構成する２つの領域を定義するセパレータシステムを含むことが好ましい。
【００４０】
次いで、短絡Ｓにより、少なくとも４分の１波の一次共振を、その短絡と、後縁１０から前縁１２に向かって延びている共振経路によって固定されている少なくとも仮想的な電場ノードを有する領域に確立することが可能になる。この領域の縁には、横縁１４および１６が含まれる。二次共振領域Ｚ２は、後縁１０からある距離をおいて縦方向に延び、また、２つの横縁１４および１６の各々からある距離をおいて、パッチの幅Ｗ１の中央部分にわたって横方向に延びる。共面線を形成する結合スロットＦ１およびＦ２は、後縁から縦方向に延びる。
【００４１】
この例では、スロット付き線Ｆ３は、縦方向に延び、したがって、二次共振は、横方向に延びる共振経路を有する半波タイプである。しかし、これは直角に曲げることができ、二次共振は、一次共振のように、縦方向の共振経路を有する４分の１波タイプとすることができる。一次周波数と二次周波数の相違は、２領域の縦方向の寸法の相違、すなわち、短絡は共通であるが、２領域の各前縁の縦方向の位置の相違に由来する。
【００４２】
本発明の第１実施形態では、セパレータシステムは、パッチの前縁１２から縦方向ＤＬに延びるパッチ６の２つのセパレータスロットＦ４およびＦ５を含み、したがって、二次共振領域Ｚ２の２つの横縁は、２つのスロットの各縁からなり、領域の前縁は、２つのスロット間にある前縁のセグメント１３からなる。
【００４３】
図１に示すように、パッチ６を構成する銅シートは、パッチの後縁１０を構成することを意図している線を越えて前方に向かう延長部分を有する。アンテナの製作中に、銅シートは、基板の後縁に沿って、この線の回りに曲げられ、延長部分は、基板の垂直縁上にプレスされる。延長部分の一部は、基板に接続され、短絡Ｓを構成する。短絡は、この縁の中央セグメントにあり、また、結合システムＣ１、Ｆ１、Ｆ２のそれぞれ対向する側面上の２つの部分にある。延長部分の他の部分は、図２に示されていない。これにより、基板上にパッチを配置することが容易になり、ストリップＣ１を延長するものを使用して、アンテナの上面上で侵食することなく、ストリップをプロセッサＴに接続する。
【００４４】
様々な構成および値が、この第１実施形態のための例として、これ以降に示されている。基板およびパッチの長さと幅は、それぞれ縦方向ＤＬと横方向ＤＴについて示されている。
・一次共振周波数：Ｆ１＝９４０ＭＨｚ
・二次共振周波数：Ｆ２＝１８８０ＭＨｚ
・入力インピーダンス：５０オーム
・一次周波数および二次周波数を中心とする通過帯域：３．５未満またはそれに等しい定常波の比で測定して、それぞれそれらの周波数の２．５％および２％
・基板の構成：相対誘電率εｒ＝５と散逸ファクタｔａｎ ｄ＝０．００２を有するＰＴＦＥなどの蛍光ポリマーに基づくラミネート
・基板の長さおよび幅：一次共振領域Ｚ１にあるパッチの長さおよび幅に等しい
・基板の厚さ：Ｌ６＝３ｍｍ
・導電層を形成する銅シートの厚さ：１７μｍ
・一次共振領域Ｚ１にあるパッチの長さ：Ｌ１＝２８．７５ｍｍ
・二次共振領域Ｚ２にあるパッチの長さ：Ｌ２＝２７．２５ｍｍ
・パッチの幅：Ｗ１＝２５ｍｍ
・二次共振領域Ｚ２の幅：Ｗ２＝１２．５ｍｍ
・結合スロットの長さＦ１：Ｌ４＝１３ｍｍ
・結合スロットＦ２およびＦ３の合計の長さ：Ｌ３＝２３ｍｍ
・結合スロットＦ１、Ｆ２、およびＦ３の幅：Ｗ６＝０．４ｍｍ
・コンダクタＣ１の幅：Ｗ４＝４．７５ｍｍ
・領域Ｚ２にあるセパレータスロットＦ４およびＦ５の長さ：Ｌ５＝１８ｍｍ
・セパレータスロットＦ４、Ｆ５、およびＦ６の幅：Ｗ５＝１ｍｍ
・短絡の２つの部分の各々の幅：Ｗ３＝１ｍｍ
【００４５】
本発明の第２実施形態では、図３に示すように、セパレータシステムは、パッチ６の縁からある距離にあるＵ字形のセパレータスロットを含む。スロットは、ベースＦ６によって共に接続されている２つのブランチＦ４およびＦ５を有する。２つのブランチは、縦方向に延び、それぞれ横縁１４および１６からある距離をおいてそれに対面している。ベースは、横方向に延び、前縁１２からある距離をおいてそれに対面している。
【００４６】
アンテナに関するこれらの２つの実施形態は、以下の方式で動作することを想定している。
【００４７】
第１に一次共振と二次共振の２つの各々の定常波と、第２に空中に放射される波との間の結合は、主に、パッチ６の１つまたは複数の縁またはセパレータスロットＦ４、Ｆ５、およびＦ６において、あるいはスロットを経て生じる。したがって、この種の縁またはスロットは、当該共振に応じて、一次放射縁または一次放射スロット、あるいは二次放射縁または二次放射スロットと呼ぶことができる。
【００４８】
本発明の両方の実施形態では、セグメント１０に電場ノードを有する４分の１一次共振に対応する、１つの一次放射縁、すなわち前縁１２が存在する。第１実施形態では、２つの二次放射縁が、前縁１３の周辺にある領域Ｚ２の境界において、セパレータスロットＦ４およびＦ５の縁によって形成されている。第２実施形態では、２つの二次放射スロットは、主として後端からある距離にあるスロットＦ４およびＦ５であり、スロットＦ６は、端の周辺に追加の二次放射スロットを形成する。
【符号の説明】
【００４９】
２ 基板
４ 接地層
６ パッチ
１０ 後縁
１２、１３ 前縁
１４、１６ 横縁
Ｃ１ ストリップ、コンダクタ
Ｃ２、Ｃ３ 導電ワイヤ
ＤＬ 水平縦方向
ＤＴ 水平横方向
Ｆ１、Ｆ２ 結合スロット
Ｆ３ スロット付き線
Ｆ４、Ｆ５、Ｆ６ セパレータスロット
Ｌ１ 一次共振領域Ｚ１にあるパッチの長さ
Ｌ２ 二次共振領域Ｚ２にあるパッチの長さ
Ｌ３ 結合スロットＦ２およびＦ３の合計の長さ
Ｌ４ 結合スロットＦ１の長さ
Ｌ５ 領域Ｚ２にあるセパレータスロットＦ４およびＦ５の長さ
Ｌ６ 基板の厚さ
Ｓ 短絡
Ｔ 信号プロセッサ
Ｗ１ パッチの幅
Ｗ２ 二次共振領域Ｚ２の幅
Ｗ３ 短絡の２つの部分の各々の幅
Ｗ４ コンダクタＣ１の幅
Ｗ５ セパレータスロットＦ４、Ｆ５、およびＦ６の幅
Ｗ６ 結合スロットＦ１、Ｆ２、およびＦ３の幅
Ｚ１ 一次共振領域
Ｚ２ 二次共振領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層と結合システムを有するアンテナであって、結合システムは、前記アンテナの導電層にある２つの一次結合スロットによって形成された共面線を含み、前記結合システムが、さらに、前記２つの一次結合スロットの一方に接続され、二次結合スロットを構成するスロットによって形成されたスロット付き線を含むアンテナ。
【請求項２】
パッチと、マイクロストリップ技術により前記パッチと協働する接地層とを含み、前記結合スロットが、前記パッチにおいて延びている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
少なくとも１つのセパレータスロットを含みかつ前記パッチにおいて
前記共面線を含んでいる一次共振領域と
前記スロット付き線を含んでいる二次共振領域とをそれぞれ構成している２つの領域を定義するセパレータシステムを、前記パッチが含む、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
２帯域送信器であって、
前記２帯域の各々において、電気信号を送信および受信またはいずれかをするために、２つのそれぞれの所定の中心周波数を中心とする２つの動作帯の周波数で接続されるように構成された信号プロセッサと、
少なくとも１つの共振構造と結合システムを構成する複数の重ね合わされた導電層を含み、前記電気信号を放射波に結合するために、前記結合システムを介して、前記プロセッサに結合されるように構成されているアンテナであって、前記結合システムが、前記導電層の一方において互いに対面し、それぞれ２つの結合スロットを構成している２つのスロットによって形成された共面線を含み、前記共面線が、前記アンテナの共振を前記電気信号に結合し、前記共振が、一次共振を構成し、かつ前記２つの中心周波数の一方にほぼ等しい一次周波数を有しており、前記アンテナの他の共振が、前記２つの中心周波数の他方にほぼ等しい二次周波数を有する二次共振を構成するアンテナとを含み、
前記結合システムが、さらに、前記２つの一次結合線の一方に接続され、二次結合スロットを構成するスロットによって形成されており、前記二次共振を前記電気信号に結合するスロット付き線を含む２帯域送信器。
【請求項５】
前記アンテナが、
前記アンテナの水平方向に延び、それぞれ底面と上面を構成する２つの互いに対向する主表面を有する誘電体基板と、
前記底面上で延び、前記アンテナの接地層を構成する底面導電層と、
マイクロストリップ技術により、前記接地層と協働するパッチを構成するために、前記接地層より上の前記上面の領域にわたって延びる上面導電層とを含み、
前記結合スロットが前記パッチにある、請求項４に記載の送信器。
【請求項６】
少なくとも１つのセパレータスロットを含みかつ前記パッチにおいて
前記共面線を含んでいる一次共振領域と
前記スロット付き線を含んでいる二次共振領域とをそれぞれ構成する２つの領域を定義するセパレータシステムを、前記パッチが含む、請求項５に記載の送信器。
【請求項７】
前記パッチが、前記パッチを前記接地層に電気的に接続する短絡を備える縁を有し、前記縁が、横方向を構成する前記水平方向の一方に延び、かつ後縁を構成し、前記パッチが、また、前記後縁に対向する前縁と、前記後縁を前記前縁に結合し、それぞれ２つの横縁を構成する２つの横縁を有し、前パッチの長さが、前記後縁と前記前縁の間で、前記水平方向の他方である縦方向に延び、前記パッチの幅が、前記２つの横縁の間で延び、前記短絡により、短絡と、前記後縁から前記前縁に向かって延びている共振経路とによって固定されている少なくとも仮想的な電場ノードを有する前記一次共振領域に、前記４分の１波の一次共振を確立することが可能になり、前記領域の縁が、前記２つの横縁を含み、前記二次共振領域が、後縁からある距離をおいて前記縦方向に延び、かつ前記２つの横縁の各々からある距離をおいて、パッチの前記幅の中央部分にわたって前記横方向に延び、前記２つの結合スロットが、前記後縁から前記縦方向に延びることによって、前記共面線を形成する、請求項６に記載の送信器。
【請求項８】
前記スロット付き線が、前記縦方向に延び、したがって、前記二次共振が、前記横方向に延びる共振経路を有する半波共振である、請求項７に記載の送信器。
【請求項９】
前記セパレータシステムが、前記パッチの前記前縁から前記縦方向に延びる前記パッチにおける２つのセパレータスロットを含み、したがって、前記二次共振領域の２つの横縁が、前記２つのスロットの各縁によって形成され、前記領域の前縁が、前記２つのスロット間にあるパッチの前記前縁のセグメントによって形成される、請求項８に記載の送信器。
【請求項１０】
前記セパレータシステムが、パッチの前記縁からある距離にあり、かつ、ベースによって共に接続され前記縦方向に延び各横縁からある距離をおいて対面している２つのブランチを有するＵ字形のセパレータスロットを含み、前記ベースが、前記横方向に延び、前記前縁から離れて前縁と対面している、請求項８に記載の送信器。
【請求項１】
導電層と結合システムを有するアンテナであって、結合システムは、前記アンテナの導電層にある２つの一次結合スロットによって形成された共面線を含み、前記結合システムが、さらに、前記２つの一次結合スロットの一方に接続され、二次結合スロットを構成するスロットによって形成されたスロット付き線を含むアンテナ。
【請求項２】
パッチと、マイクロストリップ技術により前記パッチと協働する接地層とを含み、前記結合スロットが、前記パッチにおいて延びている、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
少なくとも１つのセパレータスロットを含みかつ前記パッチにおいて
前記共面線を含んでいる一次共振領域と
前記スロット付き線を含んでいる二次共振領域とをそれぞれ構成している２つの領域を定義するセパレータシステムを、前記パッチが含む、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
２帯域送信器であって、
前記２帯域の各々において、電気信号を送信および受信またはいずれかをするために、２つのそれぞれの所定の中心周波数を中心とする２つの動作帯の周波数で接続されるように構成された信号プロセッサと、
少なくとも１つの共振構造と結合システムを構成する複数の重ね合わされた導電層を含み、前記電気信号を放射波に結合するために、前記結合システムを介して、前記プロセッサに結合されるように構成されているアンテナであって、前記結合システムが、前記導電層の一方において互いに対面し、それぞれ２つの結合スロットを構成している２つのスロットによって形成された共面線を含み、前記共面線が、前記アンテナの共振を前記電気信号に結合し、前記共振が、一次共振を構成し、かつ前記２つの中心周波数の一方にほぼ等しい一次周波数を有しており、前記アンテナの他の共振が、前記２つの中心周波数の他方にほぼ等しい二次周波数を有する二次共振を構成するアンテナとを含み、
前記結合システムが、さらに、前記２つの一次結合線の一方に接続され、二次結合スロットを構成するスロットによって形成されており、前記二次共振を前記電気信号に結合するスロット付き線を含む２帯域送信器。
【請求項５】
前記アンテナが、
前記アンテナの水平方向に延び、それぞれ底面と上面を構成する２つの互いに対向する主表面を有する誘電体基板と、
前記底面上で延び、前記アンテナの接地層を構成する底面導電層と、
マイクロストリップ技術により、前記接地層と協働するパッチを構成するために、前記接地層より上の前記上面の領域にわたって延びる上面導電層とを含み、
前記結合スロットが前記パッチにある、請求項４に記載の送信器。
【請求項６】
少なくとも１つのセパレータスロットを含みかつ前記パッチにおいて
前記共面線を含んでいる一次共振領域と
前記スロット付き線を含んでいる二次共振領域とをそれぞれ構成する２つの領域を定義するセパレータシステムを、前記パッチが含む、請求項５に記載の送信器。
【請求項７】
前記パッチが、前記パッチを前記接地層に電気的に接続する短絡を備える縁を有し、前記縁が、横方向を構成する前記水平方向の一方に延び、かつ後縁を構成し、前記パッチが、また、前記後縁に対向する前縁と、前記後縁を前記前縁に結合し、それぞれ２つの横縁を構成する２つの横縁を有し、前パッチの長さが、前記後縁と前記前縁の間で、前記水平方向の他方である縦方向に延び、前記パッチの幅が、前記２つの横縁の間で延び、前記短絡により、短絡と、前記後縁から前記前縁に向かって延びている共振経路とによって固定されている少なくとも仮想的な電場ノードを有する前記一次共振領域に、前記４分の１波の一次共振を確立することが可能になり、前記領域の縁が、前記２つの横縁を含み、前記二次共振領域が、後縁からある距離をおいて前記縦方向に延び、かつ前記２つの横縁の各々からある距離をおいて、パッチの前記幅の中央部分にわたって前記横方向に延び、前記２つの結合スロットが、前記後縁から前記縦方向に延びることによって、前記共面線を形成する、請求項６に記載の送信器。
【請求項８】
前記スロット付き線が、前記縦方向に延び、したがって、前記二次共振が、前記横方向に延びる共振経路を有する半波共振である、請求項７に記載の送信器。
【請求項９】
前記セパレータシステムが、前記パッチの前記前縁から前記縦方向に延びる前記パッチにおける２つのセパレータスロットを含み、したがって、前記二次共振領域の２つの横縁が、前記２つのスロットの各縁によって形成され、前記領域の前縁が、前記２つのスロット間にあるパッチの前記前縁のセグメントによって形成される、請求項８に記載の送信器。
【請求項１０】
前記セパレータシステムが、パッチの前記縁からある距離にあり、かつ、ベースによって共に接続され前記縦方向に延び各横縁からある距離をおいて対面している２つのブランチを有するＵ字形のセパレータスロットを含み、前記ベースが、前記横方向に延び、前記前縁から離れて前縁と対面している、請求項８に記載の送信器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−３４３８５（Ｐ２０１２−３４３８５Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１９７１５０（Ｐ２０１１−１９７１５０）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【分割の表示】特願２００１−２０２０１４（Ｐ２００１−２０２０１４）の分割
【原出願日】平成１３年７月３日（２００１．７．３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（３９１０３０３３２）アルカテル−ルーセント (1,149)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７１５０（Ｐ２０１１−１９７１５０）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【分割の表示】特願２００１−２０２０１４（Ｐ２００１−２０２０１４）の分割
【原出願日】平成１３年７月３日（２００１．７．３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＧＳＭ
【出願人】（３９１０３０３３２）アルカテル−ルーセント (1,149)
【Ｆターム（参考）】
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