JP2014523163A - 電気的に小型の垂直スプリットリング共振器アンテナ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
[0001]本願は、2011年6月23日出願の米国仮特許出願第61/500,569号からの優先権を主張し、同仮特許出願をここに参考文献としてそっくりそのまま援用する。
[0002]該当せず。
[0003]該当せず。
[0004]本特許文書中の資料の部分は、米国並びに他諸国の著作権法の下に著作権保護の対象となる。著作権保有者は、米国特許商標庁の公に入手可能なファイル又は記録に出ているものとしての特許文書又は特許開示の何人かによる複製に対し異存はないが、それ以外においては何であれ全ての著作権を留保する。著作権保有者は、これにより、本特許文書が機密に保守されるようにする権利について、限定するわけではないが37C.F.R.条項第1.14に準ずる権利を含め、それら権利の何れをも放棄しない。
[0006]本発明は、概括的には、コンパクトアンテナに、より厳密には電気的に小型のスプリットリングアンテナに、関連する。
[0008]電磁アンテナの一般的な目的は、エネルギーを自由空間の中へ打ち放つことである。物理的に小さいサイズ、低い費用、広い帯域幅、そして良好な放射効率が、システム内の集積アンテナにとっての望ましい特徴であることはよく知られている。概して、アンテナの品質係数(Q)及び放射損失はアンテナサイズに反比例することもよく知られている。故に、それらの要件は大抵は相いれず、従来の電気的に小型のアンテナ(electrically small antenna:ESA)は、劣悪な放射性能を呈するものと考えられている。既存の小型アンテナ設計は、実践的用途にとって良好な性能を提供し得ない。
[0039]図1は、本発明の誘導給電垂直スプリットリング共振器(VSRR)アンテナ10の幾何学レイアウトの斜視図を示している。図2は、図1の誘導給電VSRRアンテナ10の幾何学レイアウトの平面図を寸法付きで示している。図3は、図1の誘導給電VSRRアンテナ10の幾何学レイアウトの側面図を示している。同軸給電プローブ20を備える入力は、直列誘導子によって代表され得るスプリットリング共振器(SRR)を形成している天面14へ直接接続されている。VSRRのスプリットであるインターデジタル型キャパシタ25は、アンテナ10の主放射体である。インターデジタル型キャパシタ25は、第1平板面18aと第2平板面18bへ割られており、一連の平行なインターデジタル型フィンガ24を介してインターフェースしている。第1平板面18aと第2平板面18bの2つの端は、(ビア26を用いて)大地16へ短絡されており、アンテナ10を、垂直スプリットリング共振器構造の様にも見える開ループ構造として動作させる。天面14と、第1平板面18a及び第2平板面18bの2つの端の複数の金属化されたビア孔26とは、大地16と一体に、SSR構成を形成するキャパシタ装荷半波長ループ共振器を構成している。
12 PEC裏打ち誘電性基板
14 天面
16 大地
18a 第1平板面
18b 第2平板面
20 同軸給電プローブ
22 反応性インピーダンス面(RIS)
24 インターデジタル型フィンガ
25 インターデジタル型キャパシタ
26 ビア、ビア孔
27 インターデジタルスロット
30 回路モデル
32 キャパシタ(Cr)
34 誘導子(Lr)
38 直列誘導子(Lin)
40 並列放射抵抗器(Rrad)
42 ポート
50 容量給電垂直スプリットリング共振器(VSRR)アンテナ
52a 天面、VSRR面、第1平板区画
52b 第2平板区画
54 円形リングスロット
55 インターデジタル型キャパシタ
58 切り抜き
70 等価回路モデル
72 放射抵抗器(Rrad)
74 キャパシタ(Cr)
76 誘導子(Lr)
78 結合キャパシタ(Cin)、容量入力結合
80 ポート
100 非対称容量給電垂直スプリットリング共振器(VSRR)アンテナ
102、104 RISパッチ
105 インターデジタル型キャパシタ
106a 天面、VSRR面、第1平板区画
106b 第2平板区画
120 回路モデル
122 放射抵抗器(Rrad)
124 キャパシタ(Cr)
126 誘導子(Lr)
128 キャパシタ(Cg)
130 キャパシタ(Cin)
Claims (42)
- アンテナであって、
上面及び下面を有する基板と、
前記基板の前記上面へ結合されているインターデジタル型キャパシタと、を備え、
前記インターデジタル型キャパシタは、第1平板区画と第2平板区画を備え、
前記第1平板区画及び前記第2平板区画は、当該第1平板区画と当該第2平板区画の間に配置されたギャップによって隔てられている1つ又はそれ以上のインターデジタル型フィンガを備えている、アンテナにおいて、
前記インターデジタル型キャパシタは、前記基板へ結合されて垂直スプリットリング共振器として機能している、アンテナ。 - 前記アンテナは、並列放射抵抗を有する垂直高Q LC共振器として機能している、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記アンテナは、前記基板に対して垂直の向きにエネルギーを放射するように構成されており、
前記放射エネルギーは全方向性放射パターンに発せられている、請求項1に記載のアンテナ。 - 前記基板は、PEC裏打ち誘電基板を備えており、
前記アンテナは、前記基板のPEC面の上で磁気的双極子アンテナとして機能している、請求項1に記載のアンテナ。 - 前記アンテナは、大凡12mm未満の最大寸法を有する電気的に小型の実質的に平板状の構造を備えている、請求項1に記載のアンテナ。
- 大地と、
前記基板の前記天面を大地へ結合する複数のビアと、を更に備えている、請求項1に記載のアンテナ。 - 前記複数のビアは、前記インターデジタル型キャパシタの前記1平板区画と前記2平板区画の両方へ電気的に結合されており、その結果、前記アンテナは開ループ構造として機能している、請求項6に記載のアンテナ。
- 前記大地は、前記アンテナが自由空間中に小型化された電気的双極子アンテナとして機能するようなサイズである、請求項6に記載のアンテナ。
- 前記アンテナは、前記基板の前記上面の下に配置されている反応性誘導面(RIS)を備えており、
前記RISは、前記アンテナの共振周波数を削減するように構成されている、請求項6に記載のアンテナ。 - 前記インターデジタル型キャパシタへ結合されている給電プローブを更に備えている、請求項6に記載のアンテナ。
- 前記給電プローブは、同軸給電プローブを備えている、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記スプリットリング共振器は、整合ネットワークの必要性無しに、前記給電プローブへ自動的に整合される、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記給電プローブは、前記インターデジタル型キャパシタへ誘導的に結合されている、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記給電プローブは、前記インターデジタル型キャパシタへ容量的に結合されている、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記給電プローブは前記第1平板区画へ電気的に結合され、前記ビアは前記第2平板区画へ結合されて、非対称容量性スプリットリング共振器を形成している、請求項14に記載のアンテナ。
- エネルギーを放射するのに適するように構成されている装置であって、
上面及び下面を有する基板と、
前記基板の前記上面へ結合されているキャパシタと、を備え、
前記キャパシタは、第2平板区画からギャップによって隔てられている第1平板区画を備えている、装置において、
前記キャパシタは、前記基板へ結合されて垂直スプリットリング共振器として機能しており、
前記垂直スプリットリング共振器は、前記基板に対して垂直の向きにエネルギーを放射するように構成されている、装置。 - 前記第1平板区画と前記第2平板区画は、インターデジタル型キャパシタを形成するべくギャップによって隔てられている1つ又はそれ以上のインターデジタル型フィンガを備えている、請求項16に記載の装置。
- 前記垂直スプリットリング共振器は、並列放射抵抗を有する高QのLC共振器として機能している、請求項17に記載の装置。
- 前記スプリットリング共振器は、エネルギーを全方向性放射パターンで放射するように構成されている、請求項17に記載の装置。
- 前記基板は、PEC裏打ち誘電基板を備えており、
前記装置は、前記基板のPEC面の上で磁気的双極子アンテナとして機能している、請求項17に記載の装置。 - 前記装置は、大凡12mm未満の最大寸法を有する電気的に小型の実質的に平板状の構造を備えている、請求項17に記載の装置。
- 大地と、
前記基板の前記天面を大地へ結合する複数のビアと、を更に備えている、請求項17に記載の装置。 - 前記複数のビアは、前記インターデジタル型キャパシタの前記第1平板区画と前記第2平板区画の両方へ電気的に結合されており、その結果、前記装置は開ループ構造として機能している、請求項22に記載の装置。
- 前記大地は、前記装置が自由空間中に小型化された電気的双極子アンテナとして機能するようなサイズである、請求項22に記載の装置。
- 前記装置は、前記基板の前記上面の下に配置されている反応性誘導面(RIS)を更に備えており、
前記RISは、前記装置の共振周波数を削減するように構成されている、請求項22に記載の装置。 - 前記インターデジタル型キャパシタへ結合されている給電プローブを更に備えている、請求項22に記載の装置。
- 前記給電プローブは、同軸給電プローブを備えている、請求項26に記載の装置。
- 前記スプリットリング共振器は、整合ネットワークの必要性無しに、前記給電プローブへ自動的に整合される、請求項26に記載の装置。
- 前記給電プローブは、前記インターデジタル型キャパシタへ誘導的に結合されている、請求項26に記載の装置。
- 前記給電プローブは、前記インターデジタル型キャパシタへ容量的に結合されている、請求項26に記載の装置。
- 前記給電プローブは前記第1平板区画へ電気的に結合され、前記ビアは前記第2平板区画へ結合されて、非対称容量性スプリットリング共振器を形成している、請求項30に記載の装置。
- エネルギーを放射するための方法において、
基板は上面と下面を有しており、
前記上面及び下面を有する基板の当該上面へキャパシタを結合する段階であって、
前記キャパシタは第2平板区画からギャップによって隔てられている第1平板区画を備えており、
前記キャパシタは垂直スプリットリング共振器として機能するべく前記基板へ結合される、段階と、
前記キャパシタを跨いで電圧を印加して磁場を生成させる段階であって、
前記垂直スプリットリング共振器は前記磁場と関連して前記基板に対して垂直の向きにエネルギーを放射する、段階と、を備えている方法。 - 前記第1平板区画と前記第2平板区画は、インターデジタル型キャパシタを形成するべく前記ギャップによって隔てられている1つ又はそれ以上のインターデジタル型フィンガを備えている、請求項32に記載の方法。
- 前記スプリットリング共振器は、エネルギーを全方向性放射パターンで放射する、請求項33に記載の方法。
- 前記基板は、PEC裏打ち誘電基板を備えており、
前記放射エネルギーは、前記基板のPEC面の上に磁気的双極子アンテナを形成するべく発せられる、請求項33に記載の方法。 - 大地を前記基板の前記下面へ結合し、前記複数のビアを前記基板の前記天面と前記大地へ結合する段階、を更に備えている、請求項33に記載の方法。
- 前記複数のビアは、前記インターデジタル型キャパシタの前記第1平板区画と前記第2平板区画の両方へ電気的に結合されており、その結果、前記垂直スプリットリング共振器は開ループ構造としてエネルギーを放射する、請求項36に記載の方法。
- 前記大地は、前記放射エネルギーが自由空間中に小型化された電気的双極子アンテナを形成するように発せられるようなサイズである、請求項36に記載の方法。
- 前記基板の前記上面の下に反応性誘導面(RIS)を結合する段階を更に備えており、
前記RISは、前記垂直スプリットリング共振器の共振周波数を削減する、請求項36に記載の方法。 - 給電プローブを前記インターデジタル型キャパシタへ結合する段階を更に備えている、請求項36に記載の方法。
- 前記スプリットリング共振器を、整合ネットワークの必要性無しに、前記給電プローブへ自動的に整合させる、請求項40に記載の方法。
- 前記給電プローブは、前記インターデジタル型キャパシタへ非対称的且つ容量的に結合されており、前記方法は、
前記放射エネルギーの主ビーム方向を、非対称ビームパターンを発するようにシフトする段階、を更に備えている、請求項40に記載の方法。
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