JP2019176466A - 方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多入力多出力の無線通信用の低姿勢の超広帯域アンテナを提供する。【解決手段】アンテナ１において、平坦な誘電体基板３と、誘電体基板の第１の表面上の環状ランド１３と、環状ランドに境を接する表面の領域に配置されており、その端縁が環状ランドの内方端縁２３の一部に隣接しかつ平行である第１のランド２５と、その端縁が環状ランドの外方端縁２１の一部に隣接しかつ平行である第２のランド１５、１５’と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、方法および装置に関し、より詳細には、無線通信用の多入力多出力（ＭＩＭＯ）アンテナ等のアンテナおよびアンテナの操作方法に関する。

超広帯域無線（Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅｂａｎｄ）（ＵＷＢ、ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅ ｂａｎｄ、およびｕｌｔｒａｂａｎｄとも呼ばれる）は、無線スペクトルの大部分にわたる狭域かつ高帯域幅の通信において非常に低いエネルギーレベルを使用することができる無線技術である。通常、ＵＷＢ通信は、５００ＭＨｚ以上の帯域幅にわたって拡散された情報を送信する。例えば、国際電気通信連合の無線通信部門（ＩＴＵ−Ｒ）は、放射される信号帯域幅が５００ＭＨｚまたは算術中心周波数の２０％のうちの小さい方を超えるアンテナ送信としてＵＷＢを定義する。

帯域幅と時間分解能とは本質的に関連しており、通信方法のパルスレートの上限は、通信帯域幅によって設定される。従って、ＵＷＢシステムにより、パルス位置変調または時間変調等の技術をより正確に使用することができる。また、パルスの極性、その振幅をエンコードすることによって、および／または直交パルスを使用することによって、情報をＵＷＢ信号（パルス）上で変調することができる。

Ｐｅnａｆｉｅｌ−Ｏｊｅｄａ等（非特許文献１）は、通信ネットワークの基地局にて使用するための低姿勢の単向性ＵＷＢアンテナを提案している。彼らの提案した設計は、Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ Ｍｏｄｅ理論を適用して、金属リングからなる平面構造の基本的なｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｍｏｄｅの励起に基づいている。そのモードを励起するために使用される給電構造は非対称であり、スロットラインモデルを使用して円形開口部に結合される、異なる長さを有する２つの伝送線に分岐する、インピーダンス５０の２つのＣＰＷポート（コプレーナ導波路）により実施される。彼らは、単方向放射パターンを有するこのようなアンテナが、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ、ＷＩＭＡＸ、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等のサービスに使用することができることを示唆している。

他のアンテナについては、以下に記載されている。
・非特許文献２
・非特許文献３
・非特許文献４

C. R. Penafiel-Ojeda, M. Cabedo-Fabres, N. M. Mohamed-Hicho and M. Ferrando-Bataller, "Design of a low profile unidirectional UWB antenna for multi-service base station," 2017 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), Paris, 2017, pp. 3575-3579 B. P. Chacko, G. Augustin and T. A. Denidni, "Uniplanar UWB antenna for diversity applications," Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, Chicago, IL, 2012, pp. 1-2. B. P. Chacko, G. Augustin and T. A. Denidni, "Uniplanar Slot Antenna for Ultrawideband Polarization-Diversity Applications," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp. 88-91, 2013. B. P. Chacko, G. Augustin and T. A. Denidni, "Uniplanar polarisation diversity antenna for ultrawideband systems," in IET Microwaves, Antennas & Propagation, vol. 7, no. 10, pp. 851-857, July 16 2013.

本開示は、多入力多出力の無線通信用の低姿勢の超広帯域アンテナを提供することを目的とする。例えば、本開示の実施形態は、単一のアンテナ構造内に２つの送信および／または受信チャネルを提供することを目的としている。

本開示の一態様は、
・誘電体基板の第１の表面によって担持される第１の導電性環状体であって、外方端縁と、外方端縁に包囲された内方端縁とを有する環状体と、
・第１の表面によって担持される第１の導電ランドであって、環状体に境を接する表面の領域に配置されており、そのリング側端縁は、環状体の内方端縁の一部に隣接しかつ平行である第１のランドと、
・第１の表面によって担持される第２の導電ランドであって、そのリング側端縁は、環状体の外方端縁の一部に隣接しかつ平行である第２のランドと、
を含むアンテナを提供する。

第１の導波路は、第１の導電ランドのリング側端縁と、第１の導電ランドのリング側端縁に隣接する環状体の内方端縁の一部との間のスロットによって提供することができる。

第２の導波路は、第２の導電ランドのリング側端縁と、第２の導電ランドのリング側端縁に隣接する環状体の外方端縁の一部との間のスロットによって提供することができる。

これら２つの導波路は、各々がアンテナの２つの直交特性電流モードのうちの異なる１つを励起するように構成することができる。これらの２つのモードは、例えば、異なる偏波、例えば直交偏波における基本モード（ｆ_０）のようなアンテナの高調波モードであり得る。

２つの導波路は、それぞれ異なる信号接続（例えば給電点）に接続することができる。従って、各信号接続を使用して、これら２つの直交モードのうちの異なる１つを使用して、アンテナを介して送信／受信することができる。これにより、多入力多出力（ＭＩＭＯ）機能を有するＵＷＢアンテナを提供することができる。

理論に縛られることを望むわけではないが、本開示の文脈では、信号供給部への磁気結合がリング／環状体の基本的な特性モードを励起し得ることが理解されよう。リング／環状体は、２つの導電ランド／導波路の間をある程度だけ分離させることで、２つの直交するモードが独立して制御されることにより、２つの送信／受信チャネルを提供することを可能にする。

アンテナから、基板の反対側に設けられた平坦な導体によってグランドプレーンを設けることができる。これにより、グランドプレーン側から離れた、基板のアンテナ側からの単方向放射パターンを提供することができる。導波路はコプレーナ導波路であってもよい。

導電ランドのリング側端縁は、環状体の内方または外方端縁に最も近い端縁であることも理解されよう。一般的に、導電ランドのリング側端縁は湾曲しており（例えば円弧状）、環状体の端縁に平行である。

環状体および導電ランドはそれぞれ、基板によって担持される層状導体によって提供されてもよい。例えば、それらはそれぞれ平坦な導電性材料のシートを含んでもよい。この導電性材料は、基板の表面上に配置されてもよく、例えば、堆積または他の方法によって表面に接着されてもよい。

第１の導電ランドは、第１の弧状部分を含み得る。この第１の弧の半径方向外方端縁は、環状体に隣接していてもよい。

第１の導電ランドは、更に、第１の弧に接続された第１のステムを含み得る。この第１のステムは、環状体の一部を内方端縁から外方端縁に横断することができ、例えば、ステムと環状体の隣接部分との間の間隙によって、環状体から分離していてもよい。例えば、第１のステムは、その円周の周りの位置にて環状体の一部を横断してもよい。第１のステムは、第１の弧（第１のランドの弧状部分）の半径方向外側端縁（例えば、リング側端縁）から半径方向外方に延在することができる、基板の第１の表面上に配置することができる。

第２の導電ランドは、環状体の外側に配置される。第２の導電ランドは第２の弧状部分を含み得る。この第２の弧の半径方向内方端縁は、環状体に隣接していてもよい。

第二のステムは、環状体の外方端縁に接続されていてもよい。第２のステムは、上述したように基板によって担持される層状導体によって提供されてもよい。第２のステムは、第２のランドの端縁に隣接してかつ平行に基板の第１の表面上に配置してもよい。第２のランドは、環状体の外側端縁に平行な弧状部分を含み得る。

第２のステムに隣接しかつ平行な第２のランドの端縁は、少なくとも部分的に、第２のランドの弧状部分の端部によって提供されてもよい。第２のランドはまた、弧状部分に接合され、かつ第１のステムと平行に配置された第３のステムを含み得る。第２のランドは、接地されていてもよい。例えば、第３のステムは、接地等の基準電圧に接続することができる。第３のステムは、第２のランドの第２の弧状部分の端部から半径方向外方に、半径方向に延在してもよい。

第１のステムおよび第２のステムは互いに実質的に直交していてもよく、例えば、それらは基板の表面上で互いに約９０°に配置されていてもよい。第１のステムと第２のステムとの間の環状体の円周周りの角度分離は、約９０°であり得る。

第１のランドおよび第２のランドは、環状体の異なる部分に隣接して配置されてもよい。例えば、それらは環状体の円周の周りに角度的に分離されてもよく、例えば一部の可能性においては、円周周りの任意の所与の位置にて、環状体の単一の端縁（内方または外方）のみがランドのうちの一方に境を接する。

第１の信号接続は第１のランドに接続されてもよく、例えば、それは第１のステムに接続されてもよい。この信号接続は、第１のＲＦ信号を送信および／または受信するためのＲＦ送信機および／または受信機装置への接続を含むことができる。環状体は接地されていてもよい（即ち、接地等の基準電圧に接続されてもよい）。環状体が接地されている位置は、第１のランドに（例えば、並行して）隣接し得る。例えば、第１のステムの端縁に隣接する環状体の端縁（単数または複数）を接地することができる。第２の信号入力は、環状体に接続されてもよい。例えば、第２の信号接続は、第２のランドに（例えば、並行して）隣接して配置される環状体の一部に接続されてもよい。例えば、それは第二のステムに接続されてもよい。

例えば、第１の信号接続は第１のランドに接続され、第２の信号接続は第２のランドに隣接する環状体の端縁に接続されてもよい。この例では、第１のランドに隣接する環状体の端縁は接地されており、第２のランドは接地されている。代替的に、第１の信号接続が第１のランドに隣接した環状体の端縁に接続され、第２の信号接続が第２のランドに接続されてもよい。この代替的な例では、第１のランドは接地されており、第２のランドに隣接する環状体の端縁は接地されている。

本明細書に記載のアンテナのこれらおよび他のバージョンを、多入力多出力（ＭＩＭＯ）トランシーバに接続することで、マルチチャネル通信を提供することができる。例えば、アンテナの１つの偏波モードは、第１のランドに接続された信号接続を介して動作させることができ、アンテナの第２の直交偏波モードは、環状体への信号接続を介して動作させることができる。

例えば、第１の送信および／または受信装置を第１のランドに接続しつつ、第２の送信および／または受信装置を環状体に接続することができる。従って、第１の送信／受信装置により、アンテナの一方の偏波モードを使用して第１の入力／出力チャネルを提供しつつ、第２の送信／受信により、（第１のモードに直交する）アンテナの他方の偏波モードを使用して第２の入力／出力チャネルを提供することができる。

次に、本開示の実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。

アンテナの平面図および端面図である。 図１に示すようなアンテナを備える多入力多出力の通信装置の一構成を示す説明図である。 図２に示す通信装置の第２の構成を示す説明図である。 図１に示すようなアンテナのＳ−パラメータのプロットを示す説明図である。 アンテナの動作における電流密度の一般的な指標を提供する説明図である。 表１に詳述するような、一部のタイプのアンテナの寸法の詳細な指標を提供する説明図である。

図面では、同様の要素を示すために同様の参照番号が使用されている。

図１は、平坦な誘電体基板３の表面上に配置されたアンテナ１を示す。図１に示される例では、基板３は、約３．２〜３．６の間の誘電率を有する誘電体を含む。基板３の厚さは０．８ｍｍ、または約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの間である。一般的には、基板は５０ｍｍ幅の正方形であるが、他のサイズおよび形状を使用することもできる。

アンテナ１は、この表面上の層状導体１３、１５、１５´、２５の配置によって提供される。アンテナ１は、環状ランド１３、第１のランド２５、および第２のランド１５、１５´を備える。

図１に示す環状ランド１３は、不完全な円形トラックによって提供される円形環状体を含む。これは、ポート１７がその円周上の第１の位置にて環状体を横断する故に、不完全となっている。環状体は、その不完全な円の中心からトラック幅の中央まで測定して約２３ｍｍの半径を有することができ、トラックは約３ｍｍの幅を有することができる（例えば、環状体の内径は約２１．５ｍｍ、外径は約２４．５ｍｍである）。他の寸法を使用することもできる。これらのランド１３、１５、１５´、２５を構成する層状導体は、銅を含むことができ、厚さは約３５μｍであり得る。

環状ランド１３はまた、環状体の外方端縁２１から半径方向外向きに延在するステム１９を含む。環状体のステム１９は、環状体の円周の約１／４だけポート１７から離間しており、例えば、（環状体の中心に対する）環状体のポート１７と環状体のステム１９との角度分離は、約９０°である。環状体のステム１９は、半径方向外側端部よりも環状体の外方端縁２１に接合する箇所がより狭くなるという点で先細になっていてもよい。例えば、それは、環状ランドの外径に等しい内径を有する第２の円形環状体の弧の形状を有していてもよい。

図１に示す第１のランド２５は、直線状のステム１１と弧状のＴ字形バー２７とを備えた実質的にＴ字形状である。Ｔ字形のステム１１は、その半径方向外方端縁２１からそれが取り囲む内側領域に環状体を横断して、環状体のポート１７を占拠する。このＴ字形ランド２５のステム１１の両側に隣接する環状ランド１３の端縁部は、ステム１１の隣接する端縁と平行であり得る。

弧状のＴ字形バー２７は、直線状のステム１１の半径方向内方端部に位置している。この弧状部分２７は、ポート１７の両側の環状体の半径方向内方端縁２３に並行して延在している。弧状のＴ字形バー２７の半径方向外方端縁は、環状体の半径方向内方端縁２３と平行である。それはまた、基板３の第１の表面５を横切って選択された距離（図６においてｇ２と示す）だけその端縁から離間している。この距離は、Ｔ字形バーのステムの側面と、このステムに隣接する環状ランドの端縁部との間の間隔と同じであり得る。この間隔は、図６においてｇ１と示されている。

第１のランド２５の弧状部分２７は、環状体の半径方向内方端縁２３の円周の約１／３未満を占めてもよく、例えば、環状体の中心に対する角度を１２０°未満に定めることができる。第１のランド２５のこの部分２７の長さ（環状体の円周に沿ったその範囲）は、環状体の半径に基づいて選択することができる。例えば、環状体は、約２３ｍｍの半径を有することができ、その場合、第１のランドは、環状体の半径方向内方端縁２３の円周の約１／３を占め得る。弧状部分２７の長さは、アンテナの動作周波数に基づいて選択される。例えば、弧状部分２７の長さは約２５ｍｍであり、これは３ＧＨｚ（２５ｍｍは４分の１波長）で共振周波数を提供することができる（図４参照）。この周波数を変更したい場合には、弧状部分２７の長さを変更すればよい。

本開示の文脈では、リングの半径はアンテナの所望の動作周波数範囲に基づいて選択されることが理解されよう。約３ＧＨｚの動作周波数帯域では、環状体の半径（主リング半径）は、リングの中心からそれを構成する導電性トラックの中央まで測定して約２３ｍｍであり得る。リングの幅は約３ｍｍであり得る。これは、図１のリング（２３）の内径が２１．５ｍｍになることを意味する。

図１に示す第２のランド１５、１５´は、環状ランドのステム１９の両側に配置された、２つの実質的にＬ字形の部分を含む。これら２つのＬ字形部分は異なる大きさであり、環状体のステム１９の両側に配置される。２つのＬ字形部分のうち大きい方は、ポートから環状体へのステム１９の反対側に配置される。このＬ字形部分の「裏面」は弧状である一方、このＬ字形部分の「基部」は直線状である。「Ｌ」の弧状の裏面は、環状体のステム１９に隣接した環状ランドの半径方向外方端縁２１に並行して配置される。環状ランドに隣接するこの弧状部分の端縁は、環状体の半径方向外方端縁２１と平行である。「Ｌ」の基部の底部端縁は、環状体のステム１９の端縁と平行に延在している。Ｌ字形状と環状ランドとの間の間隔は、これらの端縁の長さに沿って均一であり得る。２つのＬ字形部分のうちの小さい方は、大きい方からステム１９の側（例えば、環状体へのポートに最も近い側）に配置される。このより小さいＬ字形部分の「裏面」は直線状であり、環状体のステム１９に並行して配置される一方で、このより小さいＬ字形部分の「基部」は弧状であり、ステム１９とポートとの間のその端縁の短い部分については、環状ランドの半径方向外方端縁２１に並行して配置される。

第１のスロット２３は、第１の導電ランド２５の湾曲した端縁と、その湾曲した端縁に隣接する湾曲した環状体の内方端縁２３の一部との間の空間によって形成される。このスロット２９は、導波路として機能することができる。ＲＦ信号を第１の導電ランド２５、または第１の導電ランド２５の湾曲した端縁に並行して配置される環状体１３の一部に印加して、このスロット２９を励起し、アンテナ１の基本周波数のうちの１つの偏波モードを駆動することができる。

第２のスロット３１は、第２の導電ランド１５の湾曲した端縁と、その湾曲した端縁に隣接する環状体の外方端縁２１の一部との間の空間によって形成される。このスロット３１は、第２の導波路として機能することができる。従って、ＲＦ信号を第２の導電ランド１５、１５´または第２の導電ランド１５の湾曲した端縁に並行して配置される環状体の一部に印加して、このスロットを励起し、アンテナ１の基本周波数等のアンテナ１の１つのモードを駆動することができる。

グランドプレーン導体７も図１に示されており、このグランドプレーン導体は、アンテナ１から基板３の反対側に配置されており、更なる誘電体９によって基板３から分離されていてもよい。この更なる誘電体９は、空気間隙を含むことができ、発泡体等のスペーサ材料を含むことができる。基板３の第１の表面５とグランドプレーン７との間の間隔は、約１．５ｃｍであり得る。この更なる誘電体９およびグランドプレーン（例えば、いわゆるＰＥＣグランドプレーン）を含むアンテナ１装置全体は、ボックス内にて提供されるか、または任意の他のタイプによって被包されてもよい。この被包により、装置を家庭用窓ガラス、商業施設、または他の建物に固定することを可能にするように適合させることができる。いくつかの実施形態では、更なる誘電体９は窓ガラスによって提供されてもよい。これらの実施形態では、基板３の裏側は窓ガラスの一方の側に（例えば接着剤によって）固定されてもよく、グランドプレーン導体は窓ガラスの他方の側に配置された導電性メッシュによって提供されてもよい。（更なる誘電体を有する、または有さない）グランドプレーン導体が設けられる場合、上記の２つのスロットは、いわゆる「裏面導体付（ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｂａｃｋｅｄ）」コプレーナ導波路として機能することができる。

（第１の導電ランド２５によって形成された）第１のスロット２９と（第２の導電ランド１５によって形成された）第２のスロット３１とは、互いに横方向に配置されてもよい。例えば、スロット２９は、基板３の表面上のスロット３１と直交していてもよい。例えば、それらのそれぞれの中心間の角度分離は、９０°であり得る。スロット自体２９、３１は湾曲しており、正確な幾何学的意味で直交している必要はない。各スロットの供給部（例えば、送信／受信信号への接続）は、アンテナの周囲の周りで９０°だけ他のスロットの供給部から分離されてもよい。

ＲＦ信号を第１の導電ランド２５または第１の導電ランドに隣接する環状体に印加して、第１のスロットを励起し、アンテナ１のうちの１つの偏波モードを駆動することができる。同様に、ＲＦ信号を第２の導電ランド１５、１５´、または第２の導電ランドに隣接する環状体に印加して、第２のスロット３１を励起し、（第１の偏波モードに直交する）アンテナ１の第２の偏波モードを駆動することができる。第１および第２のモードは、例えば、直交基本（一次）モードであり得る。従って、２つの独立したＲＦ信号を、アンテナ１を介して同時に通信することができる。上述したように、第２のランドのより大きなＬ字形部分１５の「裏面」は円弧形状である一方、その「基部」は直線状である。いくつかの実施形態では、このＬ字形ランド１５の「裏面」および「基部」の両方が直線状であってもよい。しかしながら、理論に縛られることを望むわけではないが、これら２つの独立したＲＦ信号間の結合は、第２のランドのこのＬ字形部分１５の裏面の湾曲した（円弧形状の）端縁を使用することによって減少し得ると考えられる。

図２は、アンテナ用の第１の信号接続構成を示す。

図２に示すシステムは、図１を参照して上述したようなアンテナ１と、接地接続４０と、それぞれが互いに独立してＲＦ電気信号を送信および受信するように動作可能である２つの送信／受信装置４２、４４とを含む。各送信／受信装置４２、４４は、ＲＦ電気信号用の入力／出力信号接続４６、４８を備える。

図２において、第１の送信／受信装置４２の入力／出力信号接続４６は、アンテナ１の第１のランド２５のステム１１に接続されている。このステム１１の両側にて、環状体１３の隣接する端縁部５０、５２は、接地４０に接続されている。第２の送信／受信装置４４の入力／出力信号接続４８は、環状ランドのステム１９に接続されている。第２のランド１５、１５´の２つのＬ字形部分は、接地４０に接続されている。

動作時には、第１の送信／受信装置４２により、第１のランド２５にＲＦ信号を印加して、第１のスロット２９によって提供される導波路を励起する。これにより、アンテナ１の基本波モードの第１の偏波を駆動する。同様に、第２の送信／受信装置４４により、そのステム１９を介して環状ランド１３にＲＦ信号を印加して、第２のスロット３１によって提供される導波路を励起する。第１のスロットおよび第２のスロットの相対的空間構成により（例えば、その２つが任意に横方向に、例えば互いに直交して配向されることにより）、アンテナは、第１の偏波と直交する、アンテナ１の基本波モードのうちの第２の偏波を駆動することができる。

図３は、アンテナ１用の第２の信号接続構成を示している。

図３に示すシステムは、図１を参照して上述したようなアンテナ１と、接地接続と、各々が互いに独立してＲＦ電気信号を送信および受信するように動作可能である２つの送信／受信装置とを含む。各送信／受信装置は、ＲＦ電気信号用の入力／出力信号接続を含む。

図３において、アンテナ１の第１のランド２５のステム１１は、接地４０に接続されている。このステム１１の両側において、環状体の隣接する端縁部５０、５２は、第１の送信／受信装置４２の入力／出力信号接続４６に接続されている。

第２のランド１５、１５´の２つのＬ字形部分は、第２の送信／受信装置４４の入力／出力信号接続４８に接続されている。環状ランドのステム１９は、接地４０に接続されている。

動作時には、第１の送信／受信装置４２により、環状体１３にＲＦ信号を印加して、第１のスロット２９によって提供される導波路を励起する。これにより、アンテナ１の基本波モードの第１の偏波を駆動する。同様に、第２の送信／受信装置４４により、第２のランド１５、１５´にＲＦ信号を印加して、第２のスロットによって提供される導波路を励起する。図２に示す配置と同様に、これは、第１の偏波と直交する、アンテナ１の基本波モードの第２の偏波を駆動することができる。

図２および図３に示される送信／受信装置（Ｔｘ／Ｒｘ）４２、４４は、任意の適切なトランシーバを含み得る。例えば、一般的には、そのような装置は、アンテナ１に接続するためのインピーダンス整合回路と、受信信号を増幅するためにインピーダンス整合回路に接続される受信増幅器と、信号によって運ばれるデータを復調するための復調器とを含み得る。それはまた、送信されるＲＦ信号上にデータをエンコードするための変調器と、整合回路を介してアンテナ１に送信される変調されたＲＦ信号の電力を高めるための送信増幅器とを含み得る。

本開示の文脈において、従来技術のシステムは、アンテナの２つの偏波モードの各々を励起するアンテナ部分が同じ構成を有すること、または少なくともある程度の対称性を有することを必要とすることを理解されよう。そのようなシステムは、バランスの取れた単方向放射パターンを提供するためにこの同等の励起構成に依存し得る。理論に縛られることを望むわけではないが、本開示の実施形態は、アンテナ１の基本波モードの１つの偏波を駆動するアンテナの部分を、その同じモードの直交偏波を駆動するアンテナ１のそれらの部分とは異なるように構成することができる。それらはまた、例えば、一つの信号供給部と環状体の内方端縁２３との間に磁気的（例えば、誘導的、かつ、任意に容量性）結合を提供して、１つの偏波を駆動することによって、かつ、第２の信号供給部と環状体の外方端縁２１との間に磁気的（例えば誘導的、かつ、任意に容量性）結合を提供して、直交偏波を駆動することによって、２つの偏波の分離を可能にし得る。

図４は、０．５ＧＨｚ〜５ＧＨｚの周波数範囲にわたる図１に示すようなアンテナのＳ−パラメータのプロットである。このプロットのＸ軸７０は周波数を示し、このＸ軸上のマーク間の主な増分は０．５ＧＨｚである。このプロットのＹ軸６８は、Ｓ−パラメータの大きさをｄＢで示す。パラメータＳ−１１は、これらの軸上に参照番号６０で示される線によって示されている。パラメータＳ−２２は、これらの軸上に参照番号６２で示される線によって示されている。パラメータＳ−１２は、これらの軸上に参照番号６４で示される線によって示されている。パラメータＳ−２１は、これらの軸上に参照番号６６で示される線によって示されている。

本開示の文脈において、Ｓ−パラメータは電気システムのポート間の入出力関係を表すことが理解されよう。図４において、パラメータＳ−１２は、アンテナの第２の信号接続（ポート２）から第１の信号接続（ポート１）に伝達される電力を表す。例えば、図１〜図３を参照すると、第１の信号接続（ポート１）は、環状体１３の隣接する端縁部５０、５２と共に第１のランド２５のステム１１によって提供されてもよい。同様に、第２の信号接続（ポート２）は、第２のランド１５、１５´と共に環状体のステム１９によって提供されてもよい。

パラメータＳ−２１は、第１の信号接続から第２の信号接続に伝達される電力を表す。パラメータＳ−１１およびＳ−２２は、それぞれ、第１および第２の信号接続においてアンテナによって反射される電力量を表す。従って、これらのパラメータは、アンテナの反射係数または反射減衰量と呼ばれることが多い。

重要なことに、パラメータＳ−２１およびＳ−１２は、１８００ＭＨｚ、２４００ＭＨｚ、２６００ＭＨｚ、および３５００ＭＨｚ付近の周波数帯域において−１７ｄＢ未満であることが図１から分かる。これらの帯域におけるアンテナの２つのポートでの反射減衰量（Ｓ−１１、Ｓ２２）は１０ｄＢ超である。

パラメータＳ−１，１は、０．７ＧＨｚ〜約１．７ＧＨｚの範囲で約−２ｄＢ〜−３ｄＢの間である。続いて、パラメータＳ−１，１は、約２．１ＧＨｚで約−７ｄＢの極大値まで上昇する前に、約１．８ＧＨｚで約−１７ｄＢまで低下するノッチを示す。その後、約３．７５ＧＨｚで−１０ｄＢまでほぼ直線的に上昇する前に、約３．１ＧＨｚで最小の約−２３ｄＢまでほぼ直線的に減少する。３．７５ＧＨｚ〜４．２５ＧＨｚの間のレベルではでほぼ一定であり、５ＧＨｚでは−８ｄＢまでほぼ直線的に上昇する。パラメータＳ−２２も同様であるが、１．８ＧＨｚでのノッチはそれほど深くない。

パラメータＳ−１２およびＳ−２１は、０．７ＧＨｚにおける約−３３ｄＢから約１．６ＧＨｚにおける約−１７ｄＢまで上昇する。続いて、両者とも２ＧＨｚで再び約−１５ｄＢに上昇する前に、約１．８ＧＨｚで約−１８ｄＢまで僅かに低下する。その後、両者とも３ＧＨｚで−２５ｄＢ（Ｓ−１２の場合）および−２３ｄＢ（Ｓ−２１の場合）までほぼ直線的に低下する。その後、両者とも約３．６ＧＨｚで約−１９ｄＢまで上昇し、５ＧＨｚまでは多かれ少なかれこのレベルを維持する。これは、本開示の原理に従って達成することができるアンテナ性能のほんの一例である。

図５は、３５００ＭＨｚでの電流分布を示す電流密度プロットを提供する。図５−Ａは、第１のポート（例えば、第１のランド２５、および環状体の隣接する端縁）を介してアンテナを駆動することに関連する表面電流密度を示す。挿入図Ｂは、第２のポート（例えば、第２のランド１５、１５´、および環状体の隣接する端縁）を介してアンテナを駆動することに関連する表面電流密度を示す。

図５−Ａに示されるように、本開示のアンテナは、第１のランド２５に関連する電流分布を提供することができ、この電流分布は、第２のランド１５、１５´に最も近い「Ｔ字形」の側面上の環状体に隣接する第１のランド２５の端縁と、環状体の隣接する端縁上とに主に集中している。これらの電流は、主に、より少ない周方向成分を有しつつ、環状体の端縁部およびＴ字形のステムの隣接する端縁に沿って半径方向に指向され、環状体の内方端縁２３に整列され、かつ第２のランド１５、１５´に向けて指向されている。これらの電流はまた、第２のランド１５、１５´のより小さい部分の端縁に隣接する周方向成分および動径成分を有することができる。

図５−Ｂに示されるように、本開示のアンテナは、第２のランド１５、１５´に関連する電流分布を提供することができ、この電流分布は、主に、第１のランド２５から環状ランドのステム１９の反対側の環状体の外方端縁２１と、環状体の外方端縁２１のこの部分に隣接する第２のランド１５、１５´の端縁とに集中している。それらはまた、環状ランドのステム１９の端縁と、このステム１９に隣接する第２のランド１５、１５´の端縁とに沿って多くの動径成分を有してもよい。

図６は、図６−Ａにおいて、アンテナの概略平面図を示し、図６−Ｂにおいて、図６に示されるアンテナの部分拡大図を示す。

図６Ａに示すように、本開示のアンテナは、環状ランド、第１のランド２５、および第２のランドを含む。これらのランドは、平坦な誘電体基板３の表面上に配置された平坦な層状の導電性材料の領域を含む。環状ランドは、第１の位置にて環状リングに切れ目を有する環状体と、第２の位置にて外方端縁２１から突出するステム１９とを含む。第１のランド２５はＴ字形状とすることができ、Ｔ字形状の「水平な」Ｔ字形バーは円弧形状であり、Ｔ字形のステムは環状体を通る切れ目に位置している。Ｔ字形バーのステムは、信号を第１のランド２５に接続するための供給部として使用することができる。円弧形状のＴ字形バーは、切れ目の両側の環状体の内方端縁２３に隣接して配置される。第２のランドは、両方とも環状体の外方端縁２１に隣接し、ステム１９の両側に１つずつ、２つの部分１５、１５´を含み得る。これら２つの部分はそれぞれＬ字形状を有することができ、サイズが異なってもよい。これら２つのＬ字形部分１５のうち大きい方は、円弧状の裏面を有してもよく、その端縁は環状体の外方端縁２１と並行して配置される。２つのＬ字形部分１５´のうちの小さい方は、環状体１３の外方端縁２１に隣接する１つの端縁と、環状体のステム１９に隣接する別の端縁とを有することができる。第２のランドのうちの小さい方のＬ字形部分１５´は、大きい方のＬ字形部分１５とは反対側のステム１９上にある。

アンテナのこれらの異なる部分の寸法は、以下の表に示される範囲内にあるように選択することができる。

本開示の文脈において、これらの値は単なる例示であり、異なる値が使用されてもよいことが理解されよう。

基板は、比誘電率３．３８のＲＯＧＥＲＳ ４００３Ｃであり得る。ＦＲ４（比誘電率４〜５）のような他の基板もこのアンテナに適切な選択である。一般に、異なる基板は、アンテナのパラメータ（サイズおよび物理的パラメータ）を僅かに変更するだけである。基板の厚さは、アンテナの放射パターンに悪影響を及ぼす望ましくない表面波を減らすために、約１．５ｍｍまたは２ｍｍ未満であり得る。

基板は、導電ランドの端縁を超えて、これらの領域内の電界の偏差を回避するように選択された距離だけ延在するマージンを有してもよく、例えば、基板の端縁（導電ランドの周囲）に十分なマージンを設けることで、導体の端縁にて電場の摂動（例えば、Ｒｉｎｇ＆ｇｒｏｕｎｄ）を減少させることができる。

リングの端縁に沿った第１の導電ランドおよび／または第２の導電ランドの長さは可変であり、例えば、それらは環状体の円周の約１／４または約１／３に沿って延在するように図１に示されている。しかしながら、他の長さも使用することができる。

本明細書に開示された例のいずれか１つの任意の特徴は、本明細書に記載されたいずれかの他の例の任意の選択された特徴と組み合わせることができる。例えば、方法の特徴は、適切に構成されたハードウェアで実施することができ、本明細書に記載の特定のハードウェアの構成は、他のハードウェアを使用して実施される方法で採用することができる。

図面に示される実施形態は単なる例示であり、本明細書に記載され、かつ特許請求の範囲に記載されるように一般化され、取り除かれ、または置き換えられ得る特徴を含むことが上記の説明から理解されよう。一般に、図面を参照すると、概略的な機能ブロック図は、本明細書に記載のシステムおよび装置の機能を示すために使用されていることが理解されよう。しかしながら、機能性はこのように分割される必要はなく、以下に説明され請求されるもの以外のハードウェアの任意の特定の構造を意図するように解釈されるべきではないことが理解されるであろう。図面に示される要素のうちの１つ以上の機能は、更に細分され、および／または本開示の装置全体にわたって分散されてもよい。いくつかの実施形態では、図面に示される１つ以上の要素の機能が、単一の機能ユニットに統合されてもよい。

上記の実施形態は、例示的な例として理解されるべきである。更なる実施形態が想定される。任意の一実施形態に関連して説明した任意の特徴は、単独で、または説明した他の特徴と組み合わせて使用することができ、また、任意の他の実施形態の１つ以上の特徴と組み合わせて、または任意の他の実施形態の任意の組み合わせで使用することができる。更に、添付の特許請求の範囲に定義されている、本発明の範囲から逸脱することなく、上述されていない等価物および修正形態も使用することができる。

Claims (20)

1. アンテナであって、
   平面誘電体基板と、
   前記基板の第１の表面上の第１の導電性環状体と、
   前記第１の表面上の第１の導電ランドであって、前記第１の導電性環状体に境を接する表面の領域に配置されており、その端縁が前記第１の導電性環状体の内方端縁の一部に隣接しかつ平行である第１の導電ランドと、
   前記第１の表面上に設けられた第２の導電ランドであって、その端縁が前記第１の導電性環状体の外方端縁の一部に隣接しかつ平行である第２の導電ランドと、
   を含む、アンテナ。
2. 前記第１の導電ランドは、前記第１の表面上に第１の弧を含む、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１の導電ランドは、前記第１の弧に接続された第１のステムを更に備え、前記第１のステムは前記第１の導電性環状体から分離している、請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記第１のステムは、前記第１の表面上に配置され、前記第１の導電性環状体の一部を内方端縁から外方端縁まで横断する、請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記第２の導電ランドは、前記第１の表面上に第２の弧を含む、請求項２、３、または４に記載のアンテナ。
6. 前記第１の導電性環状体の外方端縁に接続された第２のステムを含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載のアンテナ。
7. 前記第２のステムは、前記第１の表面上に配置されている、請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記第２のステムは、前記第２の導電ランドの半径方向に整列した端縁に隣接して平行に配置されている、請求項７に記載のアンテナ。
9. 前記第１のステムと前記第２のステムとの間の前記環状体の円周の周りの角度分離は、９０°である、請求項６、７、または８に記載のアンテナ。
10. 前記第１の導電ランドおよび前記第２の導電ランドは、前記第１の導電性環状体の異なる部分の端縁に隣接して配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアンテナ。
11. 前記第１の導電ランドに接続された第１の信号接続と、前記第２の導電ランドに隣接した前記第１の導電性環状体の端縁に接続された第２の信号接続とを備え、
    前記第１の導電ランドに隣接する前記第１の導電性環状体の端縁は接地されており、かつ前記第２の導電ランドが接地されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアンテナ。
12. 前記第１の導電ランドに隣接する前記第１の導電性環状体の端縁に接続された第１の信号接続と、前記第２の導電ランドに接続された第２の信号接続とを備え、
    前記第１の導電ランドは接地されており、かつ前記第２の導電ランドに隣接する前記第１の導電性環状体の端縁が接地されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアンテナ。
13. 前記第２の導電ランドは、前記第１の導電性環状体の外方端縁に平行な弧状部分と、前記弧状部分に接合され、前記第１のステムに平行に配置された第３のステムとを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアンテナ。
14. ＭＩＭＯトランシーバ装置であって、
    平面誘電体基板の第１の表面上の導電性環状体を含むアンテナと、
    前記第１の表面上の第１の導電ランドであって、前記導電性環状体に境を接する前記第１の表面の領域に配置される第１の導電ランドと、
    前記第１の表面上に設けられた第２の導電ランドであって、その端縁が前記導電性環状体の外方端縁に隣接しており、第１の送信／受信装置が前記第１のランドに接続されている第２の導電ランドと、
    前記導電性環状体に接続された第２の送信／受信装置と、
    を含み、前記第１の送信／受信装置は、第１の入力／出力チャネルを提供するように構成されており、また、前記第２の送信／受信装置は、第２の入力／出力チャネルを提供するように構成されている、ＭＩＭＯトランシーバ装置。
15. 前記第１の導電ランドの端縁は、前記導電性環状体の内方端縁に隣接しかつ平行であって、また、前記第２のランドの端縁は、前記導電性環状体の外方端縁に平行である、請求項１４に記載のＭＩＭＯトランシーバ装置。
16. 前記第１の導電ランドは、前記第１の表面上に第１の弧を含む、請求項１４または１５に記載のＭＩＭＯトランシーバ装置。
17. 前記第１の導電ランドは、更に、前記第１の弧に接続された第１のステムを含み、前記第１のステムは、前記導電性環状体から分離しており、前記環状体の一部を横断する、請求項１６に記載のＭＩＭＯトランシーバ装置。
18. 多入力多出力ＭＩＭＯ通信を提供する方法であって、
    誘電体基板の第１の表面上の導電性環状体を含むアンテナであって、前記第１の導電ランドは、前記導電性環状体に境を接する前記第１の表面の領域に、前記誘電体基板によって担持されているアンテナの第１の導電ランドに接続された第１の送信／受信装置を操作するステップであって、
    前記アンテナの第１の偏波モードを使用して、第１の入力／出力チャネルを提供するステップを含む、前記第１の送信／受信装置を操作するステップと、
    前記導電性環状体に接続された第２の送信／受信装置を操作して、前記アンテナの第２の偏波モードを使用して、第２の入力／出力チャネルを提供するステップと、
    を含む、方法。
19. 前記アンテナの前記第１の偏波モードは、前記アンテナの第２の偏波モードに直交している、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１の偏波モードおよび前記第２の偏波モードは、前記アンテナの基本モードを含む、請求項１８または１９に記載の方法。