JP2002271132A - プレーナアンテナおよびそれを含むデュアルバンド送信装置 - Google Patents
プレーナアンテナおよびそれを含むデュアルバンド送信装置Info
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Abstract
バンド送信装置の提供。 【解決手段】 デュアルバンド送信装置はマイクロスト
リップアンテナを備える。パッチ6には1/4波長の共
振モードをセットアップする短絡回路を設ける。セパレ
ータスロット17はこの短絡回路近傍で外周部からパッ
チ6へ貫通し、第2の領域から第1の領域を分離する
が、第2の領域は通路によって第1の領域に接続された
状態である。2つの共振モードが得られ、1つは第1の
領域で他方は第1の領域、すなわち通路と第2の領域で
ある。2つの共振は共通の接続線から励振される。2つ
のモードの中心周波数および通過帯域は、第1の領域を
スロットの起点近傍の第2の領域に結合するコンデンサ
CR等の反応性構成要素を用いて調節される。特に、G
SMおよびDCS規格に適合するデュアルモードの携帯
電話システムの製造に適用される。
Description
れた仏国特許出願第01 00 139号に基づくもの
であり、参照としてその開示をここに完全に組み込ま
れ、またその優先権を35U.S.C.§119に基づ
いて主張するものである。
置に関し、特に、移動電話、さらには送信装置に含まれ
るマイクロストリップアンテナに関する。
には金属層をエッチングすることによって得られるパッ
チを備えている。この種のアンテナはマイクロストリッ
プパッチアンテナとして知られている。
る線と放射波との間に結合を提供する線とアンテナを製
造する際に適用されるプレーナ技術である。この技術で
は、薄い誘電体の上面に形成された導電性ストリップお
よび/またはパッチを使用する。誘電体の底面上の導電
層は、線およびアンテナの接地を構成する。パッチは、
典型的にはストリップに比して幅広であり、形状および
寸法はアンテナの重要な特性を構成する。誘電体の形状
は、典型的には一定の厚さを有する長方形の平坦なシー
トの形状をしており、パッチも典型的には長方形であ
る。しかし、誘電体の厚さを変えれば、アンテナの通過
帯域を広げ、パッチは円形等の種々の形状でありうる。
ストリップまたはパッチと接地層との間の電界線は誘電
体を通過する。
は、必ずではないが、典型的に、空間に放射される波と
の結合を提供する定在波を支持するように構成された共
振構造を構成する。
振構造体を製造することが可能であり、また種々の共振
モードを支持することができ、以下これらを単に「共
振」と呼ぶ。概して、各共振は同じ経路に沿って対向す
る2方向に伝搬する2つの進行波の重ね合せによって形
成された定在波から構成されると説明することができ、
これら2つの波は経路の2端で同じ進行電磁波が交互に
反射することにより得られる。以上のモードの説明を用
いれば、後者の波は、接地、誘電体およびパッチから構
成された電磁線を伝搬し、幅ゼロの線形経路を定める。
実際、この種の波は、アンテナによって提供されたセク
ション全体の上を横に延びる波面を有しており、以上の
モードの説明は時に過剰な程度にまで実際の線の状態を
単純化する。形状が線形であると考えることができる限
り、経路は直線状または曲線状である。以下、この経路
を「共振経路」と呼ぶ。共振周波数は、前述の進行波が
この経路の長さを伝播するに要した時間に反比例する。
ぶことができる。この種の共振では、共振経路の長さ
は、典型的には2分の1波長、すなわち前述した伝搬波
の波長の半分と実質的に等しい。次に、このアンテナを
「半波長」アンテナと呼ぶ。一般に、この種の共振は経
路の2端の各々における電流ノードの存在によって定め
られ、したがって、経路の長さは前記半波長を1以外の
整数によって乗算したものと等しくなる。典型的には、
この整数は奇数である。放射波との結合は少なくとも経
路の一端で得られ、経路の2端は、誘電体の電界が最大
振幅を有する領域に位置している。
共振は、「1/4波長」共振と呼ぶことができる。1/
4波長共振は、半波長共振とは、第一に、典型的には共
振経路が1/4波長、すなわち以上に定めた波長の1/
4と実質的に等しい長さを有するという点で異なる。こ
のため、共振構造は経路の一端に短絡回路を備えている
必要があり、「短絡回路」という用語はパッチと接地と
の間の接続を意味する。また、短絡回路は以上の共振を
起こさせるのに十分低いインピーダンスを有していなけ
ればならない。一般に、この種の共振は、パッチの端近
傍にあるこの種の短絡回路によって固定された電界ノー
ドおよび共振経路の他端に位置する電流ノードによって
定められる。したがって、共振経路の長さは前記1/4
波長に半波長の整数を足したものに等しい。空間に放射
される波との結合は、誘電体を介する電界が十分大きな
振幅を有する領域のパッチ端部で得られる。
アンテナにおいて得ることができ、各共振の特徴は、ア
ンテナおよびその直近部を含む空間領域で発振する電界
および磁界の分布にある。このような共振は特にパッチ
の構成に左右され、この構成はスロット、場合によって
は放射スロットを組み込むことができる。また、短絡回
路が不完全な場合、すなわちインピーダンスゼロの完全
な短絡回路であると近似的にもみなすことができない場
合、共振は短絡回路の存在および位置ならびに短絡回路
を表す電気的モデルに左右される。
自動車、飛行機およびミサイル等の種々の装置に適用さ
れる。携帯電話の場合、マイクロストリップアンテナの
底部の接地層には連続的性質があるために、送信時には
装置の使用者の身体によって遮断される放射が制限され
る。外面が金属製で空気抵抗を小さくするように曲線形
状になっている、自動車、特に飛行機またはミサイルの
場合、このアンテナは厄介な付加的な空気抵抗を生じな
いようにその形状に沿う。
テナが次のような特性を必要とする場合に関する。
がある、すなわち、大きなスペクトルの差によって分離
された2つの周波数上で放射波を効率的に送信しかつ/
または受信できる必要がある。
一の接続線手段を用いて、その線上に厄介な擬似定在波
比を発生させることなく信号プロセッサへの接続が可能
なアンテナである必要がある。
波数マルチプレクサまたはデマルチプレクサを使用する
必要がない。
ストリップアンテナの多くが、製造されてきたか提唱さ
れてきた。これらのアンテナは、複数の共振周波数を得
るために使用する手段が異なる。以上の3つのアンテナ
について検討する。
は、US4,766,440(Gegan)に記載され
ている。このアンテナのパッチ10は形状が略長方形で
あり、このアンテナは2つの半波長共振を有し、共振経
路がパッチの長さおよび幅に沿っている。また、このア
ンテナはU字型の曲線状のスロットを有しており、スロ
ットは完全にパッチの内側にある。このスロットは放射
スロットであり、別の共振経路に沿って補助的な共振を
発生させる。スロットの形状および寸法を適切に選択す
ることによって、スロットは所定の値の共振周波数を発
生し、同じ周波数と相対的に90°の位相を有する交差
直線偏波を有する2つのモードを関連付けることによっ
て、環状の偏向波を送信する装置を提供する。結合装置
はマイクロストリップ線の形状を取るが、マイクロスト
リップがパッチ面内にあり、かつパッチの2つのノッチ
の間を貫通しているという点で、マイクロストリップ線
はまた同一平面上にある。この装置は、動作周波数とし
て用いられる種々の共振周波数で、それぞれマイクロス
トリップ線によって与えられる種々の入力インピーダン
スに装置を整合させるインピーダンス変換器を含んでい
る。
アンテナには、特に次のような欠点がある。インピーダ
ンス変換器を設ける必要性があるために製造が難しい。
共振周波数を所要の値に正確に調節することが難しい。
92,769(Gegan)に記載されている。第1の
実施形態では、このアンテナのパッチは円盤10の形状
をしており、このアンテナは2つの半波長共振を有して
いる。結合システムは線16の形状をしており、1/4
波長変成器を構成し、2つの共振に対するアンテナの入
力インピーダンスの実部と実質的に等しい値を付与する
ようにパッチの面積内の一点に接続されている。線16
はマイクロストリップ線である。2つのスロットがパッ
チの導電層に形成され、外周部から面積部まで貫通して
スロットの間に線の端子部のストリップの範囲を定めて
いる。スロットの一方は、インピーダンス整合スロット
28を構成する延長部によって延長されている。
ような欠点がある。インピーダンス変換器を製造するこ
とが難しい。共振周波数を正確に所定の値に調節するこ
とが難しい。
テナは、1/4波長共振を使用しているという点で、前
述のアンテナとは異なる。このアンテナは、1995年
6月18−23号のIEEE ANTENNAS AN
D PROPAGATIONSOCIETY INTE
RNATIONAL SYMPOSIUM DIGES
T、2114−2127頁のBoagらの“Dual
Band Cavity−Backed Quarte
r−wave Patch Antenna”に記載さ
れている。第1の共振周波数は、アンテナの誘電体およ
びパッチの寸法および特性によって定められる。整合シ
ステムは同じ共振経路上で第2の周波数で、実質的に同
じ種類の共振を発生する。
な欠点がある。いくつかの適用例では、2つの共振周波
数の差が小さすぎる。整合システムを使用する必要があ
るため、アンテナの製造が難しくなる。整合システムを
使用する必要があるため、アンテナの結合装置を同軸線
として製造することが難しい。
造が簡単なデュアル周波数アンテナであること。送信装
置の2つの動作帯域の中心周波数の比率を、従来のもの
に比して自由に選択できること、特に、アンテナの使用
可能な2つの共振周波数の比率が約1.25:1から約
5:1、特には約2:1であるような装置用のアンテナ
であること。アンテナの通過帯域が、2つの帯域の各々
に位置する装置の、1つが送信周波数および他が受信周
波数である2つの共振周波数の各々の付近で十分広いこ
と。2つの共振周波数の調節が簡単かつ正確に行えるこ
と。2つの共振周波数の各々に対して単一の結合装置を
用いて、そのインピーダンスを用意に調節できること。
アンテナの寸法を小さくすること。
て、本発明は、導電性接地と、接地上に形成された誘電
体と、基板上に形成されたパッチとをそれぞれ構成する
重ね合せられた層を備えるプレーナアンテナを提供し、
パッチは面積と外周を有し、かつ外周上の起点と面積内
の閉端部とを有するセパレータスロット備え、閉端部は
それ自体と外周との間に通路を残し、スロットは起点か
ら面積に貫通し、かつ外周と協働して面積内に第1の領
域と第2の領域との範囲を定め、2つの領域は導電性が
あり、かつスロットによって相互に電気的に離間され、
かつ通路によって接続され、領域はそれぞれ面積を有
し、かつアンテナは2つの導電性領域を相互に結合する
反応性構成要素をさらに含む。
装型等の平坦なものであり、これはアンテナのプレーナ
構造から大きな突出物がないことを意味する。例えば、
構成要素は第1および第2の各面積よりも面積が小さい
コンデンサであり、構成要素の面積はパッチの面積より
も小さく、第1の領域上、閉端部からある距離を置いた
セパレータスロット上および第2の領域上を連続的に延
在し、コンデンサは、パッチと協働しかつそれぞれパッ
チ上に形成された誘電体層と誘電体層上に形成された導
電性電極とを構成する重ね合せられた層によって形成さ
れる。
状を有し、本発明に沿う結合を提供することができる。
例えば、この構成要素は、パッチの2つの領域の対向す
る端部内の適切な切り込み(cut−out)によって
セパレータスロットのトレースに組み込まれた交互に嵌
合されたコンデンサであってよい。
パレータスロットの起点近傍の接地とを電気的に接続す
る短絡回路をさらに備えている。
面積の1%〜25%である。
ら延在する共振経路をそれぞれ有するように、セパレー
タスロットの起点は短絡回路付近に位置し、2つ経路の
一方は第1の領域内にのみ延在し、他方の経路は第1お
よび第2の領域内に延在する。
付の図面からよりよく理解されよう。構成要素を図面の
2つ以上の図で示す場合、同じ参照符号および/または
文字を用いて表される。
方法において、および図1から図3で示されているよう
に、本発明のアンテナの共振構造は以下の構成要素を備
えている。
に延在する2つの対向する主表面を有する誘電体2。前
述のように、この誘電体は種々の形状であってよい。2
つの主表面は、それぞれ底面および上面を構成する。
の接地4を構成する底部の導電層。
導電層であり、パッチ6を構成する。一般に、このパッ
チはDL方向の長さおよびDT方向の幅を有し、外周部
は4つの端部を構成すると考えられる。一般に、この端
部の1つはDT方向に延在し、2つのセグメント10お
よびセグメント11を含む後端を構成する。前端12は
この後端と対向している。一般に、第1および第2の側
方端14および16はDL方向に延在し、後端を前端に
結合する。
ト10の接地4に電気的に接続する短絡回路である。提
示する本発明の実施形態では、短絡回路は誘電体2の端
部表面上に延在する導電層Sによって形成され、この表
面は典型的には平坦であり、次に短絡回路の平面を構成
する。短絡回路は、少なくともアンテナの約1つの共振
および少なくともアンテナの1つの共振に対しては、セ
グメント10近傍で電界ノードを起こし、実質的には1
/4波長のタイプとなる。短絡回路が十分な大きさであ
る場合、すなわち特にそのインピーダンスがこの種の電
界ノードを有する共振をアンテナに起こすのに十分低い
場合、後端、前端および側方端ならびに縦方向および横
方向は、この短絡回路の位置によって定められる。
る。結合システムはマイクロストリップ線の形を取る。
一方で、この線は結合ストリップC1から構成される主
導体を誘電体の上面に備えている。このストリップは、
例えば第1の側方端14上にあってよい接続ポイント1
8のパッチ6に接続される。後端10からこのポイント
までの距離は、接続寸法L4を構成する。この線は層4
から構成される接地導体をさらに備える。図1では単に
図を単純化するために、誘電体2はストリップC1の下
には図示せず、線はきわめて短く示す。結合システム
は、信号プロセッサユニットTにアンテナの共振構造を
接続する接続構成の一部であり、送信アンテナの場合、
このユニットによって例えば1つまたは複数のアンテナ
の共振を励振する。結合システムに加え、接続構成は典
型的には、アンテナ外部の接続線を備える。この線は例
えば、同軸線、マイクロストリップ線または同一平面上
の線であってよい。図1ではこの線は、接地4およびス
トリップC1を信号プロセッサユニットTの2つの端子
に接続する2本の導電性ワイヤC2およびC3として示
されている。しかし、実際この線は好適にはマイクロス
トリップ線または同軸線の形を取ることを理解する必要
がある。
アンテナの使用可能な周波数付近、すなわち使用可能な
周波数の通過帯域の中心にある通過帯域であり、少なく
ともアンテナの共振の一部の周波数である、所定の動作
周波数で動作するように構成されている。信号プロセッ
サユニットは複合的なユニットであってよく、この場合
ユニットはそれぞれ各動作周波数の1つに永久的に同調
する装置を備える。また、信号プロセッサユニットは、
種々の動作周波数に同調することができる装置を備える
こともできる。
セグメント10および11を分離する起点40からパッ
チ6の面積へと貫通している。このスロットは、側方端
14および16ならびに前端12からある距離に位置し
ている閉端部15まで延在している。このスロットは部
分的に、互いに他から第1および第2の領域31および
33を分離しており、この領域は閉端部を越えて経路3
2によって接続される。例えば、スロットは同様の長さ
の3つの直線状のセグメントを備え、第1のセグメント
は起点40から前端12に向けて延在して第2の側方端
16に接近し、第2のセグメントは前端に平行で側方端
に向けて延在し、第3のセグメントは第1のセグメント
に平行に閉端部15まで延在する。この閉端部から2つ
の端部までの距離は、それぞれパッチの長さの半分およ
び幅の半分よりも短い。スロットの幅は、長さに沿った
各ポイントで定められる。幅はこの実施形態では一定で
あるが、必ずしもいつも当てはまるとは限らない。
有する一次共振および二次共振周波数を有する一次、二
次共振をそれぞれ構成する2つの共振が発生する。一次
共振はパッチ6全体に延在する。この共振は約1/4波
長であり、この共振経路は短絡回路Sから後端のセグメ
ント11まで延在する。主としてこの共振は、セグメン
ト11および第2の側方端16の隣接部からの放射波と
結合される。二次共振は領域31にのみ延在する。この
二次共振もまた約1/4波長であり、共振経路は短絡回
路Sから前端12まで延在している。主としてこの共振
は、前端および第1の側方端14の隣接部からの放射波
と結合される。
パッチ6の平面に延在している突出部34を有し、前端
12近傍の第1の側方端14から突出してよい。この種
の突出はアンテナの共振周波数の調節を容易にすること
が認められている。
平坦であり、コンデンサCR等から構成される反応性結
合構成要素をさらに備える。このコンデンサは第1およ
び第2の領域31および33の面積よりも面積が小さ
く、その面積はパッチ6の面積より小さく、第1の領域
上、閉端部15からある距離に位置するセパレータスロ
ット17上および第2の領域上に連続的に延在してい
る。図3に示すように、このコンデンサはパッチ6と協
働し、かつパッチ上に形成された誘電体層CDと誘電体
層上に形成された導電性電極CAとをそれぞれ構成する
重ね合せられた層から形成される。
の面積はパッチの面積の約5%である。このコンデンサ
は、好適には、パッチの外周部と接触しているか、また
は直近部にある。
構成要素は、第1および第2の導電性領域31と33と
の間に結合を作り、この結合には以下の3つの利点があ
る。アンテナ製造中、コンデンサの長さおよび幅の調節
が容易になり、カップングを調節することによりアンテ
ナの電気的パラメータが修正される。コンデンサがある
ためにアンテナの電気的長さが増える。すなわち、所要
の値の共振周波数を保ちながらアンテナの全体的寸法は
小さくなる。定在波比を著しく大きくすることなく2つ
の共振周波数の通過帯域が広がる。
および値を以下の例により示す。アンテナの接地は誘電
体の底面を被覆する。短絡回路Sは第1の領域31の後
端を構成するセグメント10の幅をすべて占有してい
る。誘電体2の構成は、誘電率1.07および放散定数
0.0002であるフォーム(foam)である。誘電
体の厚さH1は7mmである。導電層の構成物は銅であ
る。導電層の厚さは17ミクロンである。導体C1の幅
は5mmである。接続寸法L4は10mmである。パッ
チの長さL1は35mmである。パッチの幅W1は24
mmである。セグメント11の幅W5は16mmであ
る。スロット17の幅は0.75mmである。スロット
のトレースL5は13mm、W2は9mm、W3は8m
m、L2は6mm、W4は3mmである。コンデンサC
Rの層CDの誘電率は2.2である。層CDの厚さH2
は0.1mmである。コンデンサCRの長さL3は6m
mである。コンデンサCRの幅W6は7mmである。入
力インピーダンスは50Ωである。一次共振周波数F1
は965MHzである。二次共振周波数F2は1860
MHzである。一次および二次周波数付近の通過帯域の
幅は、−6dBで測定したとき、それぞれ前記周波数の
9.1%および19%である。
よび通過帯域幅はそれぞれ、F1=1120MHz、F
2=2270MHz、16%および10%となる。
テナの平面図である。
再構成した図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 導電性接地と、 前記接地上に形成された誘電体と、 前記誘電体上に形成されたパッチとをそれぞれ構成する
重ね合せられた層を備えるプレーナアンテナであって、 前記パッチは面積と外周を有しかつ前記外周上の起点と
前記面積内の閉端部とを有するセパレータスロットを備
え、前記閉端部はそれ自体と前記外周との間に通路を残
し、前記スロットは前記起点から前記面積に貫通しかつ
前記外周と協働して前記面積内に第1の領域と第2の領
域との範囲を定め、前記2つの領域は導電性であり、か
つ前記スロットによって相互に離間され、かつ前記通路
によって接続され、前記領域はそれぞれ面積を有し、か
つ前記アンテナは前記2つの導電性領域を相互に結合す
る反応性構成要素をさらに含んでいるプレーナアンテ
ナ。 - 【請求項2】 前記反応性構成要素は、前記第1および
第2の各々の面積よりも小さい面積を有するコンデンサ
であり、前記面積は前記パッチの面積よりも小さく、か
つ前記第1の領域上、前記閉端部からある距離を置いた
セパレータスロット上、および前記第2の領域上に連続
的に延在し、前記コンデンサが、前記パッチと協働しか
つそれぞれ前記パッチ上に形成された誘電体層と前記誘
電体層上に形成された導電性電極とを構成する前記重ね
合せられた層によって形成される請求項1に記載のアン
テナ。 - 【請求項3】 前記コンデンサの面積は、前記パッチの
面積の1%〜25%である請求項2に記載のアンテナ。 - 【請求項4】 前記反応性構成要素は前記セパレータス
ロットの起点近傍にある請求項1に記載のアンテナ。 - 【請求項5】 前記第1の導電性領域を前記セパレータ
スロットの起点近傍にある前記接地に電気的に接続する
短絡回路をさらに備える請求項4に記載のアンテナ。 - 【請求項6】 デュアルバンド送信装置であって、 2つの帯域の電気信号を送信しかつ/または受信する、
2つのそれぞれ所定の中心周波数付近の2つの作動帯域
内の周波数に同調するように構成された信号プロセッサ
ユニットと、 パッチおよび接地を備えるマイクロストリップアンテナ
と、 前記電気信号を前記2つの中心周波数付近の各放射波に
結合するように、前記プロセッサユニットを前記アンテ
ナに接続する導体とを含むアンテナ接続構成とを備え、 前記導体のいくつかは前記アンテナに直接接続され、セ
パレータスロットは前記パッチ内の2つの導電性領域を
少なくとも部分的に分離して、2つの共振によってそれ
ぞれ占有された前記パッチの領域に関して互いに異なる
2つの共振を前記アンテナに与え、前記2つの共振は前
記各2つの作動帯域の中心に位置し、前記送信装置は前
記アンテナ接続構成の外部でかつ前記アンテナの2つの
導電性領域を相互に結合している反応性構成要素をさら
に備えるデュアルバンド送信装置。 - 【請求項7】 前記アンテナが、 前記接地と、 前記接地上に形成された誘電体と、 前記誘電体上に形成された前記パッチとをそれぞれ構成
する重ね合せられた層を備え、前記パッチは面積と外周
を有し、前記パッチは前記セパレータスロットを備え、
前記スロットは前記外周上の起点と前記面積内の閉端部
を有し、前記閉端部はそれ自体と前記外周との間に通路
を残し、前記スロットは前記起点から前記面積に貫通
し、かつ前記外周と協働して前記面積内に第1の領域と
第2の領域との範囲を定め、前記2つの領域は導電性で
あり、かつ前記スロットによって相互に電気的に離間さ
れ、かつ前記通路によって接続され、前記領域はそれぞ
れ面積を有し、前記アンテナは前記パッチの外周上の第
1の領域内に形成された短絡回路をさらに備え、前記短
絡回路および前記セパレータスロットは前記アンテナ内
に2つの共振を発生し、前記2つの共振の少なくとも一
方は、前記短絡回路によって固定された少なくとも仮想
電界ノードを持つ1/4波長の共振であり、前記2つの
共振の一方は一次共振を構成し、かつ前前記2つの中心
周波数の1つと実質的に同じである一次周波数を有し、
前記2つの共振の他方は二次共振を構成し、かつ前前記
2つの中心周波数の他方と実質的に同じである二次周波
数を有し、前記接続構成は前記アンテナを前記信号プロ
セッサユニットに2つの中心周波数付近で接続し、かつ
前記反応性構成要素は前記パッチの平面内において実質
的に平坦な構成要素である請求項6に記載の送信装置。 - 【請求項8】 前記平坦な反応性構成要素は、前記第1
および第2の各々の面積よりも小さい面積を有するコン
デンサであり、前記面積は前記パッチの面積よりも小さ
く、かつ前記第1の領域上、前記閉端部からある距離を
置いたセパレータスロット上、および前記第2の領域上
に連続的に延在し、前記コンデンサは、前記パッチと協
働しかつそれぞれ前記パッチ上に形成された誘電体層と
前記誘電体層上に形成された導電性電極とを構成する前
記重ね合せられた層によって形成される請求項7に記載
の送信装置。 - 【請求項9】 前記アンテナ接続構成に含まれ、かつ前
記アンテナに直接接続された前記導体が、 前記同じ導電性層内に前記パッチとして形成されたスト
リップと、 前記同じ導電性層内に前記アンテナの接地として形成さ
れ前記ストリップと共にマイクロストリップ線を構成す
る接地とだけを備える請求項7に記載の送信装置。
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