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

電気的に小型の垂直スプリットリング共振器アンテナ Download PDF

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Abstract

上面と下面を有する基板と、基板の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、下面へ結合されている大地と、を備える垂直スプリットリング共振器アンテナが開示されている。インターデジタル型キャパシタは、第１平板区画と第２平板区画を含んでおり、当該区画それぞれは、それら第１平板区画と第２平板区画の間に配置されているギャップによって隔てられているインターデジタル型フィンガを有している。インターデジタル型キャパシタは基板へ結合されて垂直スプリットリング共振器を形成している。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
[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。
（連邦政府後援の研究又は開発に関する表明）
[0002]該当せず。
（コンパクトディスク提出資料の参考文献としての援用）
[0003]該当せず。
（資料は著作権保護の対象とされる旨の通告）
[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。
[0005]発明の分野
[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。
[0007]関連技術の説明
[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。
[0009]アンテナ設計の幾つかは、メタマテリアルを装荷することによって自らの性能の改善を図っているが、それは実現させるのが難しい。例えば、ＰＩＦＡ型式のアンテナ又は１／４波長マイクロストリップパッチアンテナが、サイズ削減のために提案されている。
米国仮特許出願第６１／５００，５６９号
[0010]従って、本発明の目的は、アンテナサイズを削減するためのメタマテリアル粒子としての垂直スプリットリング共振器の使用である。
[0011]本発明の或る態様は、小型化及び効率的放射を可能にするインターデジタルキャパシタを有する垂直スプリットリング共振器ループ型構造である。構造は、非常にコンパクトな給電ネットワークと小型の反応性インピーダンス面とを採用しており、結果的に非常に小さいフットプリントサイズをもたらす。
[0012]或る好適な実施形態では、本発明は、削減された大地サイズを含め、小型の反応性インピーダンス面（reactive impedance surface：ＲＩＳ）の装荷された垂直スプリットリング共振器構成を有する小型化されたパッチアンテナを備えている。ＲＩＳは、共振周波数を削減する働きをする。インターデジタル型キャパシタの周りには、擬似全方向性の波を放射する強いＥ場が生成される。アンテナは電気的に小型であって、２．４ＧＨｚで１２ｍｍ＊６ｍｍ＊３ｍｍより小さいサイズを呈し、大凡７０％の放射効率を有する。損失は、主に、誘電損失の結果であり、高い損失タンジェント（０．００９）が想定される（典型的な材料の損失タンジェントは０．００１しかない）。アンテナは、約２％−３％という良好な帯域幅性能も呈している。
[0013]１つの実施形態では、アンテナは、共振周波数を削減するために、開スプリット位置のインターデジタルキャパシタを備えている。
[0014]別の実施形態では、インターデジタルキャパシタの少し下方に、共振周波数を削減し放射性能を改善するために使用されている小型の反応性インピーダンス面が付着されている。
[0015]１つの実施形態では、本発明のアンテナは、ワイヤレス通信システムのための小型ハンドセット構成要素へ集積させることができる。アンテナは、他の回路と非常に簡単に集積させることのできる平板状構造を備えている。例えば、本発明の電気的に小型のアンテナは、ワイヤレス（例えば、ブルートゥース）通信向けのノートブックコンピュータに設置されてもよい。
[0016]本発明のアンテナは、小さいサイズ及び良好な放射効率と帯域幅性能を組み合わせているのが好都合である。加えて、発せられる全方向性放射パターンは、ハンドセット通信に好都合である。
[0017]本発明のアンテナは、更に、同軸プローブからアンテナへ簡単に整合させることのできる内部整合ネットワークを有している。余分な整合回路は何ら必要無く、そのため全体的なサイズが削減される。
[0018]本発明の別の態様は、平板状構造を有するアンテナであり、標準的なＰＣＢプロセスによって低費用で製作できる。１つの実施形態では、アンテナは、実践的な２．４ＧＨｚワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）用途向けに構成されている。代わりに、アンテナは、容易にスケールアップ又はダウンさせることができ、他の通信システムで利用されてもよい。例えば、本発明のＶＳＲＲアンテナをスケールして、ＵＨＦ ＲＦＩＤ用途向けの様な、より下又は上の周波数範囲に適合させることができよう。更なる小型化を提供するのに、２つの単位セルで構築されるのが好ましい小型ＲＩＳを採用することもできる。
[0019]任意の小型化係数が得られようが、さりとて特別小さいサイズなら放射効率が犠牲になろう。異なった給電構成も実施できるであろう。また、大地の構成を変えることによって、等価磁気的双極子アンテナと見なされているＶＳＲＲアンテナは、小型化された電気的双極子型アンテナとして振る舞うことができる。この双極子アンテナは、５０Ωソースに簡単に整合させることができる。
[0020]本発明の更なる態様は、明細書の次に続く部分で明らかになることであり、詳細な説明は、本発明の好適な実施形態を、それらに限定を課すこと無く、全て開示することが目的である。
[0021]本発明は、単に例示を目的とした添付の図面を参照することによって、より十分に理解されるであろう。
[0022]本発明の誘導給電垂直スプリットリング共振器（Vertical Split-Ring Resonator：ＶＳＲＲ）アンテナの幾何学レイアウトの斜視図を示している。 [0023]図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナの幾何学レイアウトの平面図を寸法付きで示している。 [0024]図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナの幾何学レイアウトの側面図を示している。 [0025]図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナの代表的な回路モデルの配線図を示している。 [0026]ＲＩＳ有り又はＲＩＳ無しの図１に示されている誘導給電ＶＳＲＲアンテナについて当該のシミュレートされた複素入力インピーダンスを示している。 [0027]図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた電流分布を描いている。 [0028]ＲＩＳ有りの図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた反射率のプロットを示している。 [0029]ＲＩＳ有りの図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた反射率と測定された反射率を比較するプロットを示している。 [0030]ＲＩＳ無しの図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた反射率と測定された反射率を比較するプロットを示している。 [0031]図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた３Ｄ放射パターンを描いている。 [0032]図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナについて基板のｘ−ｙ平面内の磁場分布を描いている。 [0033]本発明の容量給電垂直スプリットリング共振器（ＶＳＲＲ）アンテナの幾何学レイアウトの斜視図を示している。 [0034]図１１の容量給電ＶＳＲＲアンテナの幾何学レイアウトの平面図を寸法付きで示している。 [0035]図１１の容量給電ＶＳＲＲアンテナの代表的な回路モデルの配線図を示している。 [0036]本発明の非対称容量給電垂直スプリットリング共振器（ＶＳＲＲ）アンテナの幾何学レイアウトの斜視図を示している。 [0037]図１４の非対称容量給電ＶＳＲＲアンテナの代表的な回路モデルの配線図を示している。
[0038]発明の詳細な説明
[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。
[0040]アンテナ１０は、ＰＥＣ裏打ち誘電性基板１２上にプリントされた２つの金属方形パッチから構成されている反応性インピーダンス面（ＲＩＳ）２２を天面１４の下に導入して含んでいてもよい。図１及び図２に見られる様に、ＲＩＳ２２には、ビア２６及び給電プローブ２０を上面１４及びインターデジタル型キャパシタ２５まで通すために、２つの矩形孔２８及び円形孔（図示せず）が切り取られている。２単位セル構造を「面」と捉えるというのは、波が放射スロット下の特定の面区域としか集中的に相互作用しないことから、完全に正確というわけではないにせよ、なお当該構造は二次元の周期的な面の特性に類似した特性を提供できる小面であるものとして示されている。
[0041]ＲＩＳ２２は、アンテナ１０の有益な特徴を提供してはいるが、同時に、アンテナはＲＩＳ２２の恩恵無しに作動することもできるものと評価している。その様な構成は、或る点では最適というわけではないにせよ、それ無しに構成されているＶＳＲＲアンテナ１０であってもなお現行のアンテナ設計に勝る大きな有益性を提供するものと理解している。
[0042]アンテナ１０は３層構造（ＲＩＳ無しの場合については２層）であり、天１４及び底１２の誘電性基板は、比誘電率４．０２で２．４ＧＨｚでの損失タンジェント０．００９の「ＭＥＧＴＲＯＮ６」を備えているのが好ましい。この基板は、約０．０００９−０．００２の損失タンジェントを呈するロジャース（Ｒｏｇｅｒｓ）基板の様な他の低損失材料と比べると少し損失が多いと考えられることを指摘しておきたい。ＲＩＳ２２、インターデジタル型キャパシタ２５、及び大地１６は、５．８×１０7シーメンス／ｍの伝導率を有するものと想定される銅金属（厚さ大凡３５−４０μｍ）を備えているのが好ましい。他の材料も考慮され得るものと評価している。
[0043]誘導給電ＶＳＲＲアンテナ１０は、図４に、回路モデル３０によって大まかに表現されている。ＶＳＲＲアンテナ１０は、構成要素の組合せと関連付けられている並列放射抵抗（Ｒrad）４０及びインターデジタル型キャパシタ２５と関連付けられているキャパシタＣr３２を有する高ＱのＬＣ共振器としてモデル化されている。直列誘導子Ｌin３８は、プローブ２０（ポート４２から）とＶＳＲＲ１０の間の直接的な接続又は結合を指し示している。誘導子Ｌr３４は、ループ金属ビア２６と大地１６（３６）によって生成されるインダクタンスを指示している。
[0044]回路３０は、キャパシタ２５を跨いて電圧差を印加するだけで励起され、ループに沿って電流を生成し、エネルギーを放射するものであり、より厳密にはループの内側に軸方向の磁場を生じさせる。この方式では、回路３０は、ＰＥＣ面の上方にｙ軸に沿って置かれた磁気的双極子と同等である。Ｌr又はＣrの値を増加させることによって、共振周波数は削減される。誘導性ＲＩＳ２２を装荷することによって、総Ｌr値を高めることができ、結果としてアンテナ１０の小型化に導く。
[0045]図１−図３のアンテナ１０の幾何学形状による誘導給電アンテナ１０をＲＩＳ２２有りと無しで製作し、試験した。アンテナの寸法は、ａ1＝８．０ｍｍ、ａ2＝８．１５ｍｍ、ｈ1＝０．４ｍｍ、ｈ2＝２．６ｍｍ、ｓ1＝０．２２ｍｍ、ｌ1＝２８．６ｍｍ、ｗ1＝２０ｍｍ、ｌ2＝１１．９４ｍｍ、ｗ2＝５．３８ｍｍ、ｌ3＝２．４２ｍｍ、ｗ3＝０．４８ｍｍ、ｄ1＝６．５６ｍｍ、ｄ3＝２．２９ｍｍ、ｄ3＝１．２８ｍｍ、及びｄ4＝３．４ｍｍとした。２つの端１８ａ及び１８ｂのそれぞれには、半径０．１５ｍｍの７つのビア２６が０．７５ｍｍの間隔で在る。アンテナは、電気的サイズがそれぞれ０．０９６λ0×０．０４３λ0×０．０２４λ0及び０．１１２λ0×０．０５１λ0×０．０２８λ0（ＲＩＳ有り）と、極めてコンパクトである（λ0は、シミュレートされた共振周波数での自由空間波長である）。ＲＩＳ２２無しのアンテナは、ＲＩＳ２２を除外した状態で全く同じパラメータ値を有したことに留意されたし。
[0046]図５は、ＲＩＳ２２の装荷有りと無しで設計されたアンテナについてのシミュレートされた入力インピーダンスを示している。ＲＩＳ２２を装荷することによって、初期共振周波数は２．８３ＧＨｚから２．４ＧＨｚに下がったことが見てとれる。誘導給電のせいで、観測された共振はほぼ正である。ビア２６の数及び間隔に加え給電プローブ２０のｘ位置を変えることによって整合を最適化できることに注目するのは興味深い。図６は、ＲＩＳ２２有りのアンテナについての電流分布を示している。
[0047]ＲＩＳ２２有りモデルは、接地された基板１２上にプリントされた二次元の周期的な金属パッチで構成されている。パッチ２２の周期性は、波長よりもはるかに小さい。ＴＥＭ平面波で照明されている単一セルを考察すると、セルの周りにはＰＥＣ（Perfect Electric Conductor：電気的完全導体）及びＰＭＣ（Perfect Magnetic Conductor：磁気的完全導体）の境界が確立されることになる。ＰＭＣは反射能＋１を呈する面であり、一方、ＰＥＣは反射能−１を呈する面である。得られる構造は、並列ＬＣ回路としてモデル化できる。方形パッチ２２のエッジ結合はシャントキャパシタを提供し、短絡誘電負荷伝送ラインはシャント誘導子としてモデル化できる。パッチサイズａ1及びギャップ幅（ａ2−ａ1）の変動は主としてキャパシタンス値を変化させ、一方、基板厚さｈ2は主としてインダクタンス値に影響を及ぼし、それら全てを使用して共振周波数を制御することができよう。１８０°反射位相はＰＥＣ面に相当し、０°反射位相はＰＭＣ面に相当する。幾何学及び作動周波数に依存して、誘導性ＲＩＳ２２（ＰＭＣ面周波数より下）か又は容量性ＲＩＳ２２（ＰＭＣ面周波数より上）のどちらかが取得されよう。
[0048]整合の難しさ及び損失問題のせいで、ＰＭＣ面は一般的には最適選択ではない。誘導性ＲＩＳ２２は、磁気エネルギーを溜めることができ、ひいては回路のインダクタンスを増加させる。故に、それは、基本的にはＲＬＣ並列共振器であるＶＳＲＲアンテナ１０のサイズを小型化するのに使用することができる。誘導性ＲＩＳ２２はまた、より広い整合帯域幅を提供することができ、故に、アンテナ用途にとってより適している。
[0049]とはいえ、試験されたアンテナは非常に小さい（１１．９４ｍｍ×５．３８ｍｍしかない）ので、天面回路を覆うには２つの単位セルで十分であり、この２セル面は周期的とするにはあまりにかけ離れており、ひいては現実には「面」ではない。等価回路及び単位セル分析を使用してのメタ面（ＲＩＳ）２２上方の放射要素の構築は、その動作原理を定性的に解説するための近似に過ぎない。それでもなお、近接場相互作用が放射開口（フィンガ２４同士の間のインターデジタルスロット２７）の周りに起こるので、２単位セル面は、なお、周期的ＲＩＳの主機能を実現することができる。インターデジタルスロット２７の下にキャップ（図示せず）を使用してもキャパシタ値を高めることができ、共振周波数の減少につながり得るものと評価している。
[0050]その効果を検証するため、ＲＩＳ２２構成を変え、シミュレートした。獲得された異なった反射率応答は、２セル面が全く異なった特性を有することを示しており、それが２次元ＲＩＳにより近い働き方をすることが確かめられた。
[0051]共振周波数は、パッチサイズａ1を調節することによって変えられる。方形パッチ２２のサイズａ1が小さいとき、対応するキャパシタは小さくなり、アンテナ１０の共振周波数を増大させる。ａ1が５に等しいとき、ＲＩＳ２２は図２によって指し示されている様に天面金属１８ａ及び１８ｂによって完全に覆われていることに留意されたし。この条件下では、非装荷（無ＲＩＳ２２）の場合に比べ、なおかなりの周波数削減が実現されている。
[0052]パッチ２２間のギャップ（ａ2−ａ1）の幅を減少することによっても、共鳴周波数を押し下げることができる。底基板の厚さｈ2を増加させることは、ＲＩＳ２２の等価誘導子を増加させることになるものであるが、そうすると共振周波数は劇的に下がる。
[0053]通信システムの典型的なアンテナは、有限大地サイズしか持たない。この有限大地サイズが十分に大きいとき、アンテナ性能は大地サイズから独立しているとものと確信される。とはいえ、本発明のＶＳＲＲアンテナ１０については、その様な大きなサイズとする代わりに、大地１６を含めた要求サイズが指定され制限されている。
[0054]非装荷アンテナでの大地１６のサイズについてパラメータ研究を行った。なお指摘しておくが、ここでいう「無限大地」は、実際には１．２λ0×１．２λ0（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）の有限サイズを有しており、ここにλ0は共振周波数での自由空間波長である。０．１１２λ0×０．０５１λ0（１１．９４ｍｍ×５．３８ｍｍ）しかないアンテナサイズと比較すると、無限大地と見なしうるだけの十分な大きさである。大地の長さｌ1は、共振周波数にあまり影響しないことが分かった。但し、大地の幅ｗ1は、共振周波数への影響がより顕著である。根本的な理由は、大地１６もループの一部であるがために、幅が図４によって指し示されている回路３０のインダクタンス値Ｌr３４に影響するということである。狭い大地は、より大きなインダクタンスを助長することになる。具体的には、ｗ1が６ｍｍまで削減されると、共振周波数はずっと低い周波数へ変動する。
[0055]Ｈ平面（ｙ−ｚ平面）パターンをシミュレートし、結果を表１に示した。便宜上、指向性、放射効率、及び前方対後方比も表１に示している。大地１６の幅が小さいほど、パターンはより全方向性となることが見てとれる。ｗ1＝６ｍｍ事例について、パターンはほぼ全方向性である。更に、指向性は２．２５７ｄＢｉであり、半波長双極子の指向性（２．１５ｄＢｉ）に非常に近い。次いで、共振周波数で電場分布を調べた。３Ｄ放射パターンを図９に示している。
[0056]ｗ1＝６ｍｍ事例について、ＶＳＲＲアンテナ１０はまさしく小型化された電気的双極子型アンテナへ変貌を遂げている。ｗ1＝２０ｍｍ事例につき、場は、それがやはりＳＲＲ型共振であることを示している。図１０は、ｗ1＝２０ｍｍ事例について、図１の誘導給電ＶＳＲＲアンテナについて基板のｘ−ｙ平面内の磁場分布を描いている。大地幅ｗ1を変えるだけで、磁気的双極子様アンテナが電気的双極子様アンテナへ切り替わっていることは極めて興味深い。
[0057]図１１を参照して、ｗ1＝２０ｍｍ事例での磁場を、基板１２内部の平面でシミュレートし、プロットした。ｗ1＝２０ｍｍ事例はＰＥＣ面の上で磁気的双極子アンテナとして振る舞っていることが明らかに見てとれるのに対し、ｗ1＝６ｍｍ事例は自由空間中の小型化された電気的双極子アンテナと考えることができる。これは、共振周波数でのそれの全長さｌ1が、従来の電気的双極子アンテナは半波長程度の長さがあるのに対し、０．２４９λ0しかないことから、小型化されていると見なされる。大地１６が電気的双極子様アンテナを形成するサイズであるとき、大地は、電流経路の一部となり放射に関与することから、その長さが重要になってくることも評価している。
[0058]ｗ1＝６ｍｍ事例について大地の長さｌ1を変えてみて、シミュレートした反射率を記録した。共振周波数はｌ1に依存することが観測された。従来の電気的双極子アンテナと比べると、この小型化された双極子様アンテナは、幾つかの好都合な特徴を示している。第１に、それは、整合ネットワークの必要性無しに、同軸給電プローブ２０へ自動的に整合される。第２に、このアンテナは、キャパシタ値を変えることによって、非常に好都合に小型化され得る。例えば、インターデジタルキャパシタ２５のフィンガ２４の長さｌ3を変えると、得られる反射率も変わる。この構成は、一部の特別なコンパクトシステム向けの従来の双極子アンテナに有用に置き換わるものとして供されるべく設計されよう。
[0059]要するに、小さい大地１６を使用して、アンテナ１０の品質係数を小さくすれば、ひいてはアンテナ帯域幅が増加することになる。大地１６は、放射にも関与しており、そのことは放射効率を増加させる上で有利である。
[0060]従来の電気的に小型のアンテナ（ＥＳＡ）は、大抵は、低効率に悩まされている。無論、損失は使用されている材料に依存するが、無損失材料なら何らの損失も与えないはずである。この視点からは、空気及び銀は損失が少ないので好適である。但し、集積回路については、回路は大抵は基板上にプリントされており、従って空気は適用するのが難しい。銀は高価であり、而して銅が広く使用されている。
[0061]材料問題の他に、アンテナの作動原理は、放射効率を決定付ける最も重要な因子である。例えば、導体損失を低減するためには、強い電流は避けなくてはならない。技師にとって全体的な損失とその構成を知ることは助けになる。
[0062]この目的で、ＲＩＳ有り又は無しの誘導給電ＶＳＲＲアンテナについて損失分析を表２に示している。最初の４事例について大地１６の長さは固定、即ちｌ1＝２８．６ｍｍ、とした。更に、無限大地事例は近似でしかない。大地サイズは実際には１５０ｍｍ×１５０ｍｍであり、それは他の事例と比べると非常に大きい。それは真の無限大地に非常に近い振る舞いをする。整合の影響を排除するために、ここで計算されている利得は、実現利得ではなしにアンテナ利得そのものである。ＲＩＳ有装荷事例についての効率は、主として共振周波数減少のせいで、より小さい。非装荷（無ＲＩＳ）アンテナを例にとると、全体的な放射効率は、選択された材料に基づいて６７．３％であることが見てとれる。ロジャース基板の様な低損失の基板が使用されたなら、効率は実質的に９０％強まで改善され得る。導体損失は誘電損失と比べるとあまり重大でないことも見てとれる。集積ＥＳＡとして全体的に見て、アンテナは優れた放射効率を提供している。
[0063]図７は、ＲＩＳ２２有りの誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた反射率のプロットを示している。図８Ａは、ＲＩＳ２２有りの誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた反射率と測定された反射率を比較するプロットを示している。図８Ｂは、ＲＩＳ２２無しの誘導給電ＶＳＲＲアンテナについてのシミュレートされた反射率と測定された反射率を比較するプロットを示している。
[0064]図８Ａ及び図８Ｂのプロットでは、小さい周波数シフトが観測されている。このずれの理由を見いだすために、基板特性を試験したところ、測定された誘電率は僅かに（約３．８〜３．９）小さくなっていることが分かった。基板の測定された損失タンジェントは、約０．００５〜０．００８である（シミュレーションでは０．００９と設定された）。従って、測定された共振周波数は僅かに上がった。
[0065]２つのアンテナについてＥ平面及びＨ平面の両方での利得パターンについてもシミュレーションと実測を行った。共振周波数の上方シフトと誘電損失タンジェントの減少により、測定された利得は、２つのアンテナ双方ともに僅かに高くなっており、前方対後方比は増加している。交差分極レベルは非常に低いことも見てとれる。
[0066]誘導給電ＶＳＲＲアンテナについての性能値は、電気的サイズ、帯域幅、及び放射効率を含め、表３に示している。またここでは、ｋａは電気的アンテナサイズを指し示しており、ここにｋは波数、ａはアンテナを取り囲む最小球の半径である。ＲＩＳ２２有りのアンテナについては、ＲＩＳが放射要素ではなく小型化され得ることから、ｋａはＲＩＳによるサイズ増加を考慮に入れずに計算されている。（ＲＩＳが含まれている場合、ｋａ＝０．４７）。シミュレーション及び実測の利得は、不適合を勘案した実現利得である。結果に関し、両方のアンテナは、判定基準ｋａ＜１に従えば電気的に小さい。基本的に、実測結果はシミュレーションと合致しており、アンテナは有望な性能を示している。
[0067]図１１は、本発明の容量給電垂直スプリットリング共振器（ＶＳＲＲ）アンテナ５０の幾何学レイアウトの斜視図を示している。図１２は、図１１の容量給電ＶＳＲＲアンテナ５０の幾何学レイアウトの平面図を寸法付きで示している。先のアンテナと比較して、同軸給電プローブ２０は、ＶＳＲＲ面５２ａへ容量結合されており、それはプローブ位置２０と天面５２ａの間に円形リングスロット５４を切ることによって実現されている。誘導給電アンテナ１０と同様、容量給電アンテナは、整合インターデジタル式フィンガ２４を有する第１及び第２の平板区画５２ａ及び５２ｂから成るインターデジタル型キャパシタ５５を有するＶＳＲＲを備えている。
[0068]同様に、アンテナ５０は、ＲＩＳパッチ２２が装荷されていてもよいし、装荷されていなくてもよい。整合を改善するため、たった３つの金属ビア２６に、基板１２によって隔てられている大地１６と天面１４を接続させている。整合を最適化するために、幾つかのパラメータ、即ち、プローブ２０のｘ軸に沿った位置付け、リングスロット５４のサイズと幅、及びビア２６、が使用されている。ここで使用されている基板材料１２は、図１−図３の先のアンテナ１０と概して同じである。
[0069]図１３は、図１１の容量給電ＶＳＲＲアンテナ５０の代表的な等価回路モデル７０の配線図を示している。回路７０は、プローブ２０（ポート８０から）とＶＳＲＲ５０の間の結合から生成される結合キャパシタＣin７８を除いては、図４に示されている回路モデル３０と同様である。ＶＳＲＲ５０は、やはり、構成要素の組合せと関連付けられている放射抵抗器（Ｒrad）７２及びインターデジタル型キャパシタ５５と関連付けられているキャパシタＣr７４を有する並列ＬＣ共振器としてモデル化されている。誘導子Ｌr７６は、ループ金属ビア２６と大地１６から生成されるインダクタンスを表している。アンテナ回路７０は、キャパシタＣr７４へ電圧差を印加することによって励起される。容量入力結合７８のせいで、アンテナ５０についてのリアクタンスは主として負であり、その共振周波数ではゼロに近い。
[0070]ＲＩＳ２２有りと無しの容量給電ＶＳＲＲアンテナを、標準的なＰＣＢプロセスで製作し試験した。図１２に戻って、非装荷（無ＲＩＳ２２）事例についての幾何学パラメータは、ａ1＝９．０ｍｍ、ａ2＝９．１５ｍｍ、Ｒ1＝１．６３ｍｍ、Ｒ2＝１．５ｍｍ、ｓ1＝０．２３ｍｍ、ｌ1＝２７．８ｍｍ、ｗ1＝２０ｍｍ、ｌ2＝１３．４３ｍｍ、ｗ2＝５．７７ｍｍ、ｌ3＝２．８３ｍｍ、ｗ3＝０．５２ｍｍ、ｄ1＝５．４７ｍｍ、ｄ3＝１．９５ｍｍ、及びｄ4＝５．５ｍｍであった。２つの端５２ａ及び５２ｂのそれぞれには、半径０．１５ｍｍの３つのビア２６が２ｍｍの間隔で在る。有装荷（ＲＩＳ２２を含む）事例については、ｌ2＝１６．０３ｍｍ、ｗ2＝５．７７ｍｍ、ｌ1＝２６．５ｍｍ、ｗ1＝２０ｍｍ、ａ1＝９．０ｍｍ、及びａ2＝９．１５ｍｍ。ＲＩＳ２２を含む実施形態について、ビア２６のためのクリアランスを許容するために切り抜き５８が使用されていてもよい。
[0071]シミュレートされた反射率及び測定された反射率を取得した。誘電率のシフトのせいで、容量給電ＶＳＲＲアンテナについての共振周波数も、アンテナ１０をモデルにしたアンテナ（図８Ａ及び図８Ｂ参照）と同様、上昇した。アンテナについて、放射パターン並びにシミュレート及び実測の利得及び効率を取得した。十分な合致が観測されている。低い交差分極が実現されている。表４は、小数の帯域幅、利得、及び放射効率を含むアンテナ特性を要約して示している。測定された利得は、シミュレートされたデータよりも高いが、それもやはり材料損失タンジェントの減少及び共振周波数の上昇によるものである。ＲＩＳ２２を装荷することによって、共振周波数はかなり押し下げられ、ｋａは０．３９７から０．３４７へ変化しており、同時に、測定された放射効率も４５．０％から２２．５％へ減少していることが見てとれる。これらのＥＳＡについて、サイズ削減は、放射効率を実質的に悪化させ得ることが見てとれる。表２及び表３と比較すると、誘導給電アンテナは容量給電アンテナよりも相対的に良好な放射性能を提供していることが分かる。
[0072]図１４は、本発明の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１００の斜視図を示している。同軸給電プローブ２０はＶＳＳＲ面１０６ａへ容量結合されており、それはプローブ位置２０と天面１０６ａの間に円形リングスロット５４を切ることによって実現されている。容量給電アンテナ１００は、整合インターデジタル式フィンガ２４を有する第１及び第２の平板区画１０６ａ及び１０６ｂから成るインターデジタル型キャパシタ１０５を有するＶＳＲＲを備えている。先に示されている実施形態と同様の基板が、下基板層１２、上基板層１４、及び大地１６と一体に使用されている。同様に、アンテナ１００は、ＲＩＳパッチ１０２、１０４が装荷されていてもよいし、装荷されていなくてもよい。第１面１０６ａ側のビア２６は除去されており（面１０６ｂ側の３つのビアのみ残置）、而して同軸給電プローブ２０は電流ループの一部になっている。
[0073]図１５は、図１４の非対称容量給電ＶＳＲＲアンテナ１００の代表的な回路モデル１２０の概略図を示している。回路モデル１２０は、構成要素の組合せと関連付けられている放射抵抗器（Ｒrad）１２２及びインターデジタル型キャパシタ１０５と関連付けられているキャパシタＣr１２４を含んでいる。誘導子Ｌr１２６は、ループ金属ビア２６と大地１６から生成されるインダクタンスを表している。一方の側が開いているため、波はこの開いている境界から離れて広がってゆく。回路１２０は、動作原理を大まかに解説するのに使用される簡略化された近似にすぎないことに留意されたし。事実、小型の放射抵抗器は、更に、キャパシタＣg１２８に並列に適用されることもあろう。キャパシタＣin１３０は、プローブ２０と天面１０６ａの間の容量結合を表している。ＶＳＲＲの総キャパシタンスがＣr１２４とＣg１２８の直列接続のせいで小さくなるため、共振周波数は、先の２つの実施形態と比べて高くなっていることを指摘しておく。換言すると、それらの電気的サイズはより大きい。また、エッジ放射のせいで、主ビーム方向はＺ方向からシフトすることになり、結果としてＥ平面では非対称ビームパターンがもたらされる。
[0074]ＲＩＳ２２有りと無しの非対称容量給電ＶＳＲＲアンテナを、標準的なＰＣＢプロセスで製作し試験した。ＲＩＳ装荷有りでは、共振周波数はＲＩＳ装荷のせいで２．７６４ＧＨｚから２．４４ＧＨｚまで押し下げられた。リアクタンスは、容量結合のために主として負であり、２つの整合点ではゼロに迫っている。整合は、同様に、プローブ２０の位置及びリングスロット５４のサイズ又は幅を変えることによって簡単に得られることに留意されたし。
[0075]試験された非対称容量給電ＶＳＲＲアンテナについての幾何学パラメータは、ａ1＝９．０ｍｍ、ａ2＝９．１５ｍｍ、Ｒ1＝１．１ｍｍ、Ｒ2＝０．７ｍｍ、ｓ1＝０．２３ｍｍ、ｌ1＝２６．５ｍｍ、ｗ1＝２０ｍｍ、ｌ2＝１６．３３ｍｍ、ｗ2＝６．８９ｍｍ、ｗ3＝０．６６ｍｍ、ｌ3＝３．７３ｍｍ、ｄ1＝３．２２ｍｍ、ｄ2＝２．３５ｍｍ、ｄ3＝３．４ｍｍ、及びｄ4＝５．５ｍｍであった。端１０６ｂの３つのビア２６は、半径０．１５ｍｍで１．５ｍｍの間隔とした。
[0076]シミュレートされた反射率及び測定された反射率を取得したところ、誘電率の変化による小さい周波数シフトの伴った十分に整合した結果が示された。シミュレートされた利得パターンと測定された利得パターンも取得した。Ｅ平面の主ビーム方向は、開いた境界又は非対称な構成のせいでブロードサイドから離れてシフトしていることが分かった。従って、アンテナ１００の構成は、一部の特別なパターン多様性アンテナシステム向けに有用であろう。
[0077]非対称容量給電ＶＳＲＲアンテナについての放射性能を図５に示している。測定された放射効率は、非装荷事例が５２％、有装荷事例が３８．９％である。シミュレーション値と実測値の間の小さいずれは、材料の損失タンジェントの変化からも来ていよう。表５を表２、表３、及び表４と比較して、誘導給電アンテナが放射効率と帯域幅の両方の点で最良の性能を有することが分かった。
[0078]総じて、誘導給電ＶＳＲＲアンテナが最良の性能を有している。基本的に、メタマテリアルに着想を得た本発明のアンテナは、ＰＥＣ面の上の磁気的双極子アンテナと同様の振る舞いをする。小型化された電気的双極子アンテナは、大地サイズを変えることによっても実現され、自己整合能力及び小サイズの様な幾つかの好都合な特徴を示している。比較的損失の高い基板を使用しているにもかかわらず、これらの電気的に小型のアンテナは、なおも６８％に達する良好な効率を提供することができている。それらは、低価格、コンパクトであり、２．４ＧＨｚワイヤレスＬＡＮシステムで容易に利用でき、容易にスケールアップ又はスケールダウンさせて他の通信システムで利用することができる。例えば、本発明のＶＳＲＲアンテナは、スケールして、例えばＵＨＦ ＲＦＩＤ利用向けなど、より下又は上の周波数範囲に適合させることができる。
[0079]以上の論考から、本発明は、下記を含む様々なやり方で具現化され得るものと評価されるであろう。
[0080]１．アンテナであって、上面及び下面を有する基板と、基板の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、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、第１平板区画及び第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、インターデジタル型キャパシタは、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。
[0081]２．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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0082]３．アンテナは、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、当該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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0083]４．基板は、ＰＥＣ裏打ち誘電基板を備えており、アンテナは、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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0084]５．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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0085]６．大地と、基板の天面を大地へ結合する複数のビアと、を更に備えている、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0086]７．複数のビアは、インターデジタル型キャパシタの第１平板区画と第２平板区画の両方へ電気的に結合されており、その結果、アンテナは開ループ構造として機能している、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0087]８．大地は、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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0088]９．アンテナは、基板の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、ＲＩＳは、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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0089]１０．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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0090]１１．給電プローブは、同軸給電プローブを備えている、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0091]１２．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、給電プローブへ自動的に整合される、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0092]１３．給電プローブは、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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0093]１４．給電プローブは、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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0094]１５．給電プローブは第１平板区画へ電気的に結合され、ビアは第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、上記実施形態の何れかのアンテナ。
[0095]１６．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、基板の上面へ結合されているキャパシタと、を備え、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、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、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。
[0096]１７．第１平板区画と第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、上記実施形態の何れかの装置。
[0097]１８．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、上記実施形態の何れかの装置。
[0098]１９．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、上記実施形態の何れかの装置。
[0099]２０．基板は、ＰＥＣ裏打ち誘電基板を備えており、装置は、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、上記実施形態の何れかの装置。
[0100]２１．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、上記実施形態の何れかの装置。
[0101]２２．大地と、基板の天面を大地へ結合する複数のビアと、を更に備えている、上記実施形態の何れかの装置。
[0102]２３．複数のビアは、インターデジタル型キャパシタの第１平板区画と第２平板区画の両方へ電気的に結合されており、その結果、装置は開ループ構造として機能している、上記実施形態の何れかの装置。
[0103]２４．大地は、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、上記実施形態の何れかの装置。
[0104]２５．装置は、基板の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、ＲＩＳは、装置の共振周波数を削減するように構成されている、上記実施形態の何れかの装置。
[0105]２６．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、上記実施形態の何れかの装置。
[0106]２７．給電プローブは、同軸給電プローブを備えている、上記実施形態の何れかの装置。
[0107]２８．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、給電プローブへ自動的に整合される、上記実施形態の何れかの装置。
[0108]２９．給電プローブは、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、上記実施形態の何れかの装置。
[0109]３０．給電プローブは、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、上記実施形態の何れかの装置。
[0110]３１．給電プローブは第１平板区画へ電気的に結合され、ビアは第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、上記実施形態の何れかの装置。
[0111]３２．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、上面及び下面を有する基板の上面へキャパシタを結合する段階であって、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、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基板へ結合される、段階と、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、垂直スプリットリング共振器は磁場と関連して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。
[0112]３３．第１平板区画と第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、上記実施形態の何れかの方法。
[0113]３４．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、上記実施形態の何れかの方法。
[0114]３５．基板は、ＰＥＣ裏打ち誘電基板を備えており、放射エネルギーは、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、上記実施形態の何れかの方法。
[0115]３６．大地を基板の下面へ結合し、複数のビアを基板の天面と大地へ結合する段階、を更に備えている、上記実施形態の何れかの方法。
[0116]３７．複数のビアは、インターデジタル型キャパシタの第１平板区画と第２平板区画の両方へ電気的に結合されており、その結果、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、上記実施形態の何れかの方法。
[0117]３８．大地は、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、上記実施形態の何れかの方法。
[0118]３９．基板の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、ＲＩＳは、垂直スプリットリング共振器の共振周波数を削減する、上記実施形態の何れかの方法。
[0119]４０．給電プローブを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、上記実施形態の何れかの方法。
[0120]４１．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、給電プローブへ自動的に整合させる、上記実施形態の何れかの方法。
[0121]４２．給電プローブは、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、方法は、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、上記実施形態の何れかの方法。
[0122]以上の説明は多くの詳細事項を含んでいるが、これらは、本発明の範囲を限定するものと解釈されるのではなく、単に、本発明の現時点での好適な実施形態の幾つかの例示を提供するものであると解釈されたい。従って、本発明の範囲は当業者に自明となる可能性のある他の実施形態をくまなく網羅しており、発明の範囲は従って付随の特許請求の範囲以外の何によっても限定されるものではないと評価されるものであり、特許請求の範囲の中で、単一形での要素の言及は、明白に表明されていない限り、「ただ１つの」を意味するのではなく、むしろ「１つ又はそれ以上」を意味することを意図している。上述の好適な実施形態の要素に対する当業者にとって既知のあらゆる構造的、化学的、及び機能的な等価物は、言及により明示的にここに組み入れられ、本特許請求の範囲によって網羅されるものとする。更に、装置又は方法が本発明によって解決が模索されている問題１つ１つ全てに対処することは必須ではなく、といのも、それは本特許請求の範囲によって網羅されることになるからである。また、本開示中の要素、構成要素、又は方法段階については、当該要素、構成要素、又は方法段階が特許請求の範囲の中で明白に記載されているかどうかにかかわらず、何れも公衆に捧げられることを意図していない。ここでの特許請求の範囲の要素は、当該要素が「〜のための手段」という語句を用いて明示的に記載されていない限り、何れも３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１２条、第６項の規定の下に解釈されてはならない。
１０ 誘導給電垂直スプリットリング共振器（ＶＳＲＲ）アンテナ
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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。
  23. 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。
  24. 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。
  25. 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。
  26. 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。
  27. 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。
  28. 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。
  29. 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。
  30. 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。
  31. 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。
  32. 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。
  33. 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。
  34. 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。
  35. 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。
  36. 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。
  37. 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。
  38. 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。
  39. 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。
  40. 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。
  41. 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。
  42. 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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