JP4685929B2 - ダイポールを有する３重偏波クローバアンテナ - Google Patents

Description

本発明は定電流電気ループの近似を提供する手段を備えるアンテナ装置に関する。この定電流電気ループの近似では、本質的にトロイド形の第１の放射パターンを与えるように構成されている。このアンテナの構成はさらに第１と第２の電気双極子を有し、それらの電気双極子は実質的には互いに直交して配置され、実質的にトロイド形の第２と第３の放射パターンをつくるように構成される。これらパターンは互いに直交しており、さらに、実質的にトロイド形の第１のパターンにも直交する。

無線通信システムに対する需要は着実に成長してきた。そして、現在もなお成長し続けている。この成長の間に、多くの技術革新の過程がふまれてきた。相関のない伝播路を用いることにより無線通信システムのシステム容量を増大するために、マルチ入力マルチ出力（マルチアンテナ信号伝送法：ＭＩＭＯ）システムが、その容量を改善するための好ましい技術を構成すると考えられてきた。ＭＩＭＯは、例えば、いくつかの送信アンテナと受信アンテナを用いて、多くの別個の独立な信号路を用いる。望まれる結果は、信号の送信と受信に対して、多くの相関のないアンテナポートを持つことから得られる。

ＭＩＭＯでは、チャネルの特性を推定して、それを常に更新することが望ましい。この更新は、従来技術では所謂パイロット信号といわれている信号を連続して送信することにより実行されるかもしれない。チャネル特性の推定はチャネル行列を得ることに帰着する。いくつかの送信アンテナＴｘが、いくつかの受信アンテナＲｘに向かって信号を送信する場合を考える。この場合、送信信号は信号ベクトルを構成するので、すべての送信アンテナＴｘからの信号が受信アンテナＲｘ各々において加算され、それらの線形結合により、受信信号ベクトルが形成される。その受信信号ベクトルにチャネル行列の逆行列を乗ずることにより、チャネル特性は補償されて、もとの送信の情報が得られる。即ち、もし正確なチャネル行列を知られているなら、送信された正確な信号ベクトルを得ることができる。従って、チャネル行列は、送信アンテナと受信アンテナの夫々のアンテナポート間の結合を表すものとして作用する。これらの行列のサイズはＭ×Ｎであり、Ｍは送信アンテナへの入力の数（アンテナポート）であり、Ｎは受信アンテナからの出力の数（アンテナポート）である。このことはＭＩＭＯシステムの分野の当業者にはすでに知られた事実である。

ＭＩＭＯシステムが効率的に機能するには、相関のない、或は、少なくとも実質的には相関のない、複数の送信信号が必要である。この分野における“相関のない信号”という用語の意味は、放射パターンが実質的に直交しているという意味である。もし１つのアンテナが、少なくとも２つの直交した偏波をもって信号の送信と受信を行えば、このことは１つのアンテナに対して可能となる。もし１つのアンテナに対して３つ以上の直交した偏波が用いられるとすれば、複数の独立した伝播路を持つ、リッチスキャッタリング（散乱が多い）と呼ばれる環境下で使用される必要がある。もしそうしなければ、３つ以上の直交した偏波を用いる利点がないからである。リッチスキャッタリング環境は、多くの電磁波が空間中の一点で発生するときに生じると考えられている。従って、リッチスキャッタリング環境下では、３つ以上の直交した偏波を利用するのがよい。リッチスキャッタリング環境下では、複数の独立した伝搬路により、利用されるべきアンテナの自由度のすべてを引き出すからである。

ＭＩＭＯシステムのアンテナでは、アンテナポートのところで互いに相関の低い受信信号を得るために、アンテナを空間的に離して配置すること、即ち、物理的に離して配置する構成を利用するかもしれない。しかし、これでば、例えば、携帯型の端末に対しては、大きな配列になってしまって不適当である。相関のない信号を達成するもう１つの方法は、偏波の分離を利用する、即ち、一般的には、送信や受信を直交偏波で行うことである。

３つのポートを持つＭＩＭＯアンテナに３つの直交したダイポールを用いることが提案されていたが、そのようなアンテナは、製造が複雑であり、高い周波数でのＭＩＭＯシステム（約２ＧＨｚ）で用いるような場合には広い空間が必要になる。

特許文献１には２つの直交したダイポールとループ状素子が開示されている。特許文献１の図５で示されているように、ループ素子はリングの形をして、リングのある点から給電される。

ループ素子の直径は、動作周波数の１波長程度までの長さが推奨されているので、ループの長さは、波長の数倍になることが示唆される。
米国特許出願公開第２００２／０１１３７４８号明細書

しかしながら、特許文献１に従うアンテナ構成を用いてダイポールパターンに実質的に直交する放射パターンを得るためには、小さなループを用いることが１つの方法である。そのような小さなループは、動作周波数波長の１／１０程度の直径を持つべきなので、その結果、定電流電気ループ素子に近似されることになる。定電流電気ループ、或は、少なくともその十分な近似を用いることは、ダイポールパターンに実質的に直交した放射パターンを得るに有利な方法である。

特許文献１では明示的に提案されてはいないが、そのように小さいループは特許文献１から類推できるであろう。しかしながら、前記の小さなループアンテナは、きわめて帯域が狭く、従って、適正なマッチングをとることが難しい。これは、アンテナのインピーダンスがリアクタンス成分が大きく、抵抗成分が小さいからである。さらに、このような小さなループアンテナは、隣接するダイポールアンテナと比べてかなり小さく、均整のとれた構成にはならない。

従って、特許文献１に従うアンテナ構成では、定電流ループ素子の十分な近似として機能するためにループ素子を非常に小さくしなければならないので問題がある。

本発明により解決すべき課題は、ＭＩＭＯシステムに適したアンテナ構成を提供することであり、このアンテナ構成は３つの本質的に相関のない偏波により送受信を行うことを可能とし、２つの実質的に直交したダイポールと定電流電気ループ素子の近似とを有しているべきである。この定電流電気ループ素子の近似は、さらに、従来技術による解決策から得られるであろう結論と比較して、より容易にマッチングがとれること、また、広い帯域幅を持つことが必要である。

この課題は、本発明のアンテナ構成を導入することにより解決される。このアンテナ構成では、定電流電気ループの近似を行う手段が少なくとも２つの電流経路部を備え、それぞれの電流路部には、実質的に互いに同相の電流が流れるように電流を供給することができるという点を特徴としている。

好適な実施例は、添付した請求の範囲の従属項で開示される。

本発明によっていくつかの利点が達成される。例えば、
低価格の３重偏波アンテナ構成が得られる点、
３重偏波アンテナを、空間を広くとらずプレーナー技術で作ることが可能になる点、
製造が容易な３重偏波アンテナを得ることができる点などである。

次に、本発明を添付図面を参照してより詳細に説明する。

本発明に従ういわゆる３重モードアンテナ構成が提供される。３重モードアンテナ構成は実質的に直交した３つの放射パターンを送信するよう設計される。

本発明では、以前より知られている、所謂、４葉クローバアンテナが用いられる。それを図１に示す。４葉クローバアンテナ１は、導電性の材料、例えば、湾曲した銅線でできた、第１のループ２、第２のループ３、第３のループ４、第４のループ５を備える。ここで、ループ２、３、４、５は皆同じく、図１の紙面にある平面Ｐ上にある。各ループ２、３、４、５は、給電導体６から始まり、接地導体８に至る。給電導体６には給電ポート７があり、接地導体８は接地９において接地される。ループは全て、同じ給電導体６に接続されていることが望ましい。ループ２、３、４、５は、図１に示すように、実質的には同じ長さで、対称で環状形をしたクローバ形をして、互いにそばに置かれることが望ましい。

第１のループ２に従って説明すると、それは給電導体６に接続する第１の給電結合点１０から始まって時計回り方向に続き、接地導体８と接続する第１の接地結合点１１で終わる。第２のループ３は、第１のループ２に対して時計回り方向に位置し、これもまた、給電導体６と接続する第１の給電結合点１０から始まり時計回り方向に続き、接地導体８に接続する第２の接地結合点１２で終わる。

第３のループ４は、第２のループ３に対して時計回り方向に位置し、給電導体６と接続する第２の給電結合点１３から始まり時計回り方向に続き、接地導体８と接続する第２の接地結合点１２で終わる。第４のループ５は、第３のループ４に対して時計回り方向に位置し、給電導体６と接続する第２の給電結合点１３から始まり時計回り方向に続き、接地導体８と接触する第１の接地結合点１１で終わる。

各ループ２、３、４、５は、円弧状の導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、第１の直線導体部２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、及び、第２の直線導体部２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃを備える。第１のループ２の直線導体部２ｂ、２ｃは夫々、隣接する第４のループ５と第２のループ３の隣接する直線導体部５ｃ、３ｂとともに、第１の平行対導体部１４と第２の平行対導体部１５を形成する。同様に、第３の平行対導体部１６と第４の平行対導体部１７が形成される。円弧状の導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａはそれらが全体で不完全ではあるが実質的には円形の導体部を形成するように伸張している。“不完全”という言葉は、実質的には円形の導体部が各円弧状導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａの間で、互いに切れていることを意味している。

全てのループ２、３、４、５は、同じ給電導体６から給電されるので、各ループの電流、Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄は全て実質的には互いに同相であろう。特に、各円弧状導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａに流れる電流Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄は、他の全ての円弧状導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａに流れる電流Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄と同じ位相にあるだろう。さらに、第１の平行対導体部１４に関して見ると、直線導体部２ｂ、５ｃに流れる電流Ｉ₁とＩ₄は反対方向に流れ、互いに打ち消し合う。同様の条件が、第２の平行対導体部１５、第３の平行対導体部１６、第４の平行対導体部１７に関しても成り立つ。

このことは、４つのループ２、３、４、５の重畳によって作られた４葉クローバアンテナ１は、電流がリングの上のいたる処で同位相であるという導体リングのモデルで実質上近似できることを意味している。このことは、理想的な定電流電気ループといわれるモデルで近似ができることを意味する。この近似の実際との不一致は主として、円弧状導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａが完全で正確な円形を形成してはいないことと、各円弧状導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａを流れる電流Ｉ₁、Ｉ₂、Ｉ₃、Ｉ₄が今問題にしている円弧に沿って同位相ではないという事実から生ずる。

葉の数の、より多い、或は、より少ないクローバループを用いることもできる。葉の数のより多いクローバループでは、理想的な定電流リングの近似がより正確に当てはまるようになる。その一方で、葉の数が多くなれば、それだけアンテナ構成が複雑になる。例として示す実施例では、４葉クローバアンテナ１が用いられる。さらに、クローバアンテナが、波長で測って、より小さくなれば、今問題にしている円弧状導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａに沿っての電流の変動が小さくなるので、近似はより正確になる。ここで用いる波長とは、本発明に従うアンテナ構成の動作周波数帯域の中心周波数での波長を意味することが望ましい。

４葉クローバアンテナにより近似される、定電流電気ループの理想的な放射パターン１８が図２に示されている。パターンはトロイドリングの形をしており、そのトロイドリングの弧は実質的には４葉クローバアンテナ１の円弧状導体部２ａ、３ａ、４ａ、５ａに従っている。定電流電気ループの理想的な放射パターン１８は、トロイドリングを、円形を半分にして上下の２つの等しい部分に分割する縦方向対称面Ｐ’を持っている。従って、このトロイドリングの縦方向対称平面Ｐ’は４葉クローバアンテナ平面Ｐに一致する。

本発明に従えば、４葉クローバアンテナは、図３に示すような、例えば、曲げられた銅線のような導電材料で作られ、直交して配置された第１のダイポール１９、第２のダイポール２０と組み合わせられる。第１のダイポール１９は、２つの平行導体２１ａと２１ｂを持つ第１の給電部２１と、第１のアーム２２とを備える。第１のアーム部２２は、２つのダイポールアーム２２ａと２２ｂを備える。２つの給電導体２１ａと２１ｂは、９０度曲げられて、その導体或はダイポールアーム２２ａと２２ｂが終点まで反対の方向に伸張する。第２のダイポール２０は、第１のダイポール１９の場合と同様に、給電導体２３ａ、２３ｂを持つ第２の給電部２３と、ダイポールアーム２４ａと２４ｂを持つ第２のアーム２４とを備える。導体部２１、２２、２３、２４は実質的には同じ長さであることが望ましい。

図４において、４葉クローバアンテナを円弧状の導体２ａ、３ａ、４ａ、５ａだけを図示しているが、図に見るように、ダイポール１９と２０は、４葉クローバアンテナの中央に配置される。ダイポール１９と２０は、４葉クローバアンテナ平面Ｐ（図４には示されていない）に垂直に立ち上がる、それぞれ対応した給電部２１と２３と、実質的には４葉クローバアンテナ平面Ｐに平行に延びた、対応したアーム２２と２４とを持つ。第１のアーム２２は、第２のアーム２４と実質的には直交している。

給電部２７とアーム部２８を持つダイポールアンテナ２６の理想的放射パターン２５を図５に示す。放射パターン２５はトロイドの形をしている。ダイポールアンテナ２６のアーム部２８は、放射パターン２５のトロイドリングがその周囲に形作られる中心軸になる。言い換えれば、放射パターン２５の円弧状の形状が、アーム部２８の延長線がトロイドリングに関する中央対称軸を形成するようにアーム部２８の周囲に形成される。

本発明に従うアンテナに関して、アンテナダイアグラムの側面図が図６に示される。ここに、４葉クローバアンテナ平面Ｐは紙面に垂直である。

４葉クローバアンテナ１は、第１のトロイドリング縦方向対称面Ｐ’を持つ第１のトロイド形の放射パターン２９を生成する。第１の放射パターン２９は右上がりの斜線で表されている。

第１のダイポールアンテナ１９は、第２のトロイドリング縦方向対称面Ｐ”を持つ第２のトロイド形放射パターン３０を生成する。第２のトロイドリング縦方向対称面Ｐ”は紙面と一致、または、平行であって、第１のトロイドリング縦方向対称面Ｐ’と直交している。第２の放射パターン３０は右下がりの斜線で表されている。

第２のダイポールアンテナ２０は、第３のトロイドリング縦方向対称面Ｐ'''を持つ第３のトロイド形放射パターン３１を生成する。第３のトロイドリング縦方向対称面Ｐ'''は、第１のトロイドリング縦方向対称面Ｐ’と第２のトロイドリング縦方向対称面Ｐ”と直交している。このようにして、第１の面Ｐ’、第２の面Ｐ”、第３の面Ｐ'''を得る。第３の放射パターン３１は水平な線によって表されている。

理想的には、図６に示されるように、これらの放射パターン２９、３０、３１は同じ位相中心を持つが、実際には、第２の放射パターン３０と第３の放射パターン３１は、第１の放射パターン２９に対して上方か下方に偏倚している。そのような偏倚は小さくあるべきで、例えば、波長で測って、λ／１０程度が望ましい。ここで、λはアンテナの動作周波数帯域の中心周波数における波長である。

トロイドリング縦方向対称面Ｐ’、Ｐ”、Ｐ'''は互いに直交しているので、下記の定義に従えば、放射パターンは互いに直交する。

結論としては、本発明により、３つの異なったトロイド形の放射パターン２９、３０、３１が得られる。そして、それぞれの放射パターンは互いに直交している。

放射パターンが互いに直交しているので、相関は零である。ここに、相関ρは以下の式で表される。

上式において、Ωは面を表し、記号＊は複素共役を表す。放射パターンの積分に関しては、Ωは全方向の立体角を含む閉曲面であり、積分値が零であるということは、放射パターンの間に相関がないということ、即ち、放射パターンは互いに直交している。分母は正規化するための項である。

直交する、少なくとも実質的には直交する、３つの放射パターンのあることが非常に望ましい。これにより、リッチスキャッタリング環境下で、相関のない平行チャネルが可能になり、即ち、行要素が独立なチャネル行列を得ることができる。このことは、即ち、本発明がＭＩＭＯシステムに適用できるということを意味している。

先に説明した第１の実施例では、４葉クローバアンテナと第１及び第２のダイポールとは、湾曲したワイヤ、例えば、銅線を用いて作られている。その他の導体でも本発明の機能を実現することができるであろう。

第２の実施例では、４葉クローバアンテナと第１及び第２のダイポールとはプレーナー技術により作られ、マイクロストリップアンテナを構成する。図７に模式的に示すように、本発明に従う３重モードアンテナは、上下に積層された、例えば、テフロン（登録商標）基板のラミネートのような第１の銅被覆の誘電性ラミネート３２、第２の銅被覆の誘電性ラミネート３３、第３の銅被覆の誘電性ラミネート３４、及び、第４の銅被覆の誘電性ラミネート３５を有している。銅の部分を取り除くことにより、ラミネート３２、３３、３４、３５の上には、異なった導体構造が形成されても良い。また、銅の除去はエッチング、またはミリングで行えばよい。

図７には、夫々に第１の側３６、３７、３８、３９、及び、第２の側４０、４１、４２、４３がある第１のラミネート３２、第２のラミネート３３、第３のラミネート３４、第４のラミネート３５が示されており、サンドウィッチ構造になっている。そのサンドウィッチ構造は、上部４４、底部４５、第１の中間部４６、第２の中間部４７、第３の中間部４８があり、各中間部４６、４７、４８は隣接するラミネートの間に形成される。

上部４４の上、即ち、第１のラミネート３２の第１の側３６の上には、ダイポールアーム部が形成される。下方に行き、第１のラミネート３２と第２のラミネート３３との間の第１の中間部４６には、４葉クローバループが、第１のラミネート３２の第２の側４０、或は、第２のラミネート３３の第１の側３７の上に形成される。利用しない側の銅はすべて除去される。

さらに下方に行き、第２のラミネート３３と第３のラミネート３４との間の第２の中間部４７では、４葉クローバループが、どのループも第１の中間部４６と第２の中間部４７とを接続するビア（不図示）によって共通給電線と共通接地とに接続されるように結合される。そして、第２のラミネート３３の第２の側４１、或は、第３のラミネート３４の第１の側３８の上に結合ネットワークが形成される。利用されない側の銅はすべて除去される。

さらに下方に行くと、第３のラミネート３４と第４のラミネート３５との間の第３の中間部４８では、ダイポールアーム部は上部４４と第３の中間部４８とを接続するビア（不図示）によって各給電線と共通接地とに接続されるように、ダイポールアーム部が結合される。さらに、４葉クローバアンテナの給電線は、第２の中間部４７と第３の中間部４８とを接続するビア（不図示）により第３の中間部４８の上に形成される。４葉クローバアンテナの給電線はサンドウィッチの端部でクローバアンテナコネクタ４９に接続される。このように結合ネットワークが、第３のラミネート３４の第２の側４２、或は、第４のラミネート３５の第１の側３９の上に形成される。利用しない側の銅はすべて除去される。

底部４５では、即ち、第４のラミネート３５の第２の側４３の上には、各ダイポールに関して、ダイポール給電線が第３の中間部４８と底部４５とを接続するビア（不図示）によって形成される。各ダイポール給電線はサンドウィッチの端部にあるダイポールアンテナコネクタ５０（１つだけが図示されている）と接続される。

エッチングで作られたクローバアームとそれらの給電ビアがどのように見えるかの例が図８ａに示されている。第１のループ２、第２のループ３、第３のループ４、第４のループ５を備えるエッチングによる４葉クローバアンテナ１が示されている。各ループは、対応する第１のビア５１、第２のビア５２、第３のビア５３、第４のビア５４に接続される。これらのビア５１、５２、５３、５４は、図７を参照した例では、他の層の１点で結合される。中央には共通の第５のビア５５が作られる。従って、全体としては、４葉クローバアンテナ１は２つの端子で給電されるので、図７を参照した例でいえば、これらの端子はクローバアンテナコネクタ４９を介して得ることになる。

さらに図８ｂには、エッチングで作られたダイポールアームとそれらの給電ビアがどのように見えるかの例が示されている。第１のダイポール１９は、ダイポールアーム２２ａと２２ｂを持ち、それらは夫々、第１のダイポールビア５６と第２のダイポールビア５７に接続されている。第２のダイポール２０は、ダイポールアーム２４ａと２４ｂを持ち、それらは夫々、第１のダイポールビア５８と第２のダイポールビア５９に接続されている。これらのビア５６、５７、５８、５９は、図７を参照した例で描かれているように他の層へと持ち込まれていることが望ましい。ここで、各ダイポールは、各ダイポールのビア５６、５７、５８、５９に対応したコネクタ５０を通して利用可能となる。

当業者には知られているように、アンテナの相反性により、ここに述べた全ての３重モードアンテナ構成の送信特性に関し、これと対応した同じ受信特性がある。従って、３重モードアンテナ構成により、実質的に相関のない３つの動作モードでの送信と受信とを可能にしている。

本発明は上記の実施例により限定されるものではなく、これら実施例は単に本発明の例とみなすべきである。実施例は添付した請求の範囲内で自由に変形することができる。

例えば、２つの別個のダイポールアンテナである必要はない。説明されたダイポール放射パターンを達成するためには、２つの電気双極子が実現できればよいのであって、必ずしも２つの別個のダイポールアンテナが必要であるということを意味するものではない。２つの電気双極子は、３つのダイポールアーム、第１のダイポールアーム６０、第２のダイポールアーム６１、第３のダイポールアーム６２だけを用いることにより実現されてもよい。図９ａ及び図９ｂに示されているように、各アームが中心点から外側に向かって拡がっている形をしている。ダイポールアームの中心の終端は、適当な給電ワイヤ６４、６５、６６により給電回路６３に接続されている。３つのダイポールアーム６０、６１、６２は、それらが互いに実質的には１２０°の角度をもって外部に広がる、即ち、対称形に伸張するように伸びている。以下では、電流の正の向きは中心から外に向かっての方向とする。

図９ａに示されるように、第１の動作モードでは、第１のダイポールアーム６０は相対振幅−√２の電流で給電され、第２のダイポールアーム６１は相対振幅√２の電流で給電され、第３のダイポールアーム６２は相対振幅０の電流で給電される。結果として生ずる第１の電気双極子６７（破線で記されている）は実質的には、第３のダイポールアーム６２に垂直な方向になる。

図９ｂに示されるように、第２の動作モードでは、第１のダイポールアーム６０は相対振幅−１／√２の電流で給電され、第２のダイポールアーム６１は相対振幅−１／√２の電流で給電され、第３のダイポールアーム６２は相対振幅１の電流で給電される。結果として生ずる第２の電気双極子６８（破線で記されている）は実質的には、第３のダイポールアーム６２に平行な方向になる。

３つのダイポールアーム６０、６１、６２だけを用いて、このように２つの直交した電気双極子６７、６８を得ることができる。

定電流電気ループの近似を達成するためには、上記のクローバアンテナ構造の代わりに、周回状に配置した電気双極子を用いることも考えられる。

図１０ａ及び図１０ｂを参照した第１の構成例では、好ましくは夫々がダイポールアンテナの形をした第１の電気双極子６９、６９’、第２の電気双極子７０、７０’、及び、第３の電気双極子７１、７１’が正三角形７２、７２'の形に配置される。これら三角形７２、７２'の内部には、さらに２つの直交した電気双極子（図には示されていない）が配置される。この配置の仕方はこれまでに述べたいずれのものでもよい。

図１１ａ及び図１１ｂを参照した第２の構成例では、好ましくは夫々がダイポールアンテナの形をした第１の電気双極子７３、７３’、第２の電気双極子７４、７４’、第３の電気双極子７５、７５’、及び、第４の電気双極子７６、７６’が正方形７７、７７’の形に配置される。これら正方形７７、７７’の内部には、さらに２つの直交した電気双極子（不図示）が配置される。この配置の仕方はこれまでに述べたいずれのものでもよい。

図１０ａ及び図１１ａを参照する第１の場合には、対応するダイポール給電導体部７８、７９、８０；８１、８２、８３、８４は夫々、三角形７２或は正方形７７の辺の中央に置かれる。この結果、各個別の電気双極子６９、７０、７１；７３、７４、７５、７６は実質的に直線である。

図１０ｂ及び図１１ｂを参照する第２の場合には、対応するダイポール給電導体部７８’、７９’、８０’；８１’、８２’、８３’、８４’は夫々、３角形７２’或は正方形７７’の各頂点に置かれる。この結果、電気双極子６９’、７０’、７１’；７３’、７４’、７５’、７６’は夫々、３角形に対しては６０°、正方形に対しては９０°の角度をなす。

上記に従うダイポールは、ダイポールの電流（不図示）が実質的には、すべて互いに同相になるように給電される。これにより定電流電気ループの近似が成り立つ。

図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、及び、図１１ｂを参照した例を考えると、もちろん、他の幾何学的形状も考えられる。上記のクローバアンテナに関しては、周回状に配置した異なった数の電気双極子を用いることもできる。より多くの数のダイポールを用いれば、理想導体リングの近似がより正確になる。また一方では、より多くの数のダイポールを用いれば、アンテナ構造がそれだけ複雑になる。

上記で説明された平面Ｐ、Ｐ’、Ｐ”、Ｐ'''は全て仮想平面であって、説明のためだけにも設けられたものである。

図７を参照して説明した層構造は、どのようにそのような構造が実現できるかの例示に過ぎず、多くの他の構造も本発明の範囲の中で可能である。

プレーナー技術を用いない構造も多くのものが考えられる。上記のように、例えば、湾曲した導線も用いることができる。

給電線、結合ネットワーク、及び、接続については、これまでは詳しい議論を行わなかったが、これら全ては、一般的によく知られたタイプのものでよく、当業者にとっては、容易に設計することや得ることが可能である。

クローバアンテナは本発明を実行する上で必ずしも必要なものではなく、本発明に従うアンテナ構成のクローバアンテナのその部分に関する本質は、これまでに述べた４葉クローバアンテナ平面Ｐ上にある定電流電気ループに対する少なくとも近似の方法を提供することにある。より一般的にいうならば、アンテナ構成とは、結果として定電流電気ループの近似をアンテナ平面Ｐ上に構成することである。

上記の実施例に従ったクローバアンテナは、そのような近似を提供するために好適な方法である。上記に述べたようにクローバループの数は変えてもよい。しかし、少しでも好ましい効果を生むためには、その数は２より小さな数であるべきではない。そのループは正確に同一平面にあるのではなく動作原理が守られる範囲では少々傾斜していてもよい。電流の方向はここに開示されたものに比べて変えてもよい。

４葉クローバアンテナを示す図である。 定電流電気ループの理想的放射パターンを示す図である。 ２つの直交したダイポールアンテナを示す図である。 ２つの直交したダイポールアンテナを持つ４葉クローバアンテナを示す図である。 ダイポールアンテナの理想的放射パターンを示す図である。 ３つの直交した放射パターンを示す図である。 プレーナー技術により実現した本発明に従うアンテナ構成の側面図である。 プレーナー技術により実現した４葉クローバアンテナを示す図である。 プレーナー技術により実現した２つの直交したダイポールアンテナを示す図である。 第１の電気双極子をエミュレートするために３つのダイポールアームがどのように用いられるかを示す図である。 第２の電気双極子をエミュレートするために３つのダイポールアームがどのように用いられるかを示す図である。 第１の変形例の第１の場合に従うダイポール配置を示す図である。 第１の変形例の第２の場合に従うダイポール配置を示す図である。 第２の変形例の第１の場合に従うダイポール配置を示す図である。 第２の変形例の第２の場合に従うダイポール配置を示す図である。

Claims (4)

1. 定電流電気ループの近似を与える手段（７７，７７’）を有したアンテナ装置であって、該定電流電気ループの近似が実質的にトロイド形状の第１の放射パターン（２９）を与えるように調整され、前記アンテナ装置はさらに、第１の電気双極子（６７）と第２の電気双極子（６８）とを有し、該電気双極子（６７，６８）は互いに対して実質的に直交するように配置され、互いに対して実質的に直交するとともに前記実質的にトロイド形状の第１の放射パターン（２９）に対しても実質的に直交する、実質的にトロイド形状の第２と第３の放射パターン（３０，３１）を与えるように構成され、
   前記定電流電気ループの近似を与える手段（７７，７７’）は、少なくとも２つの電流経路部（７３，７４，７５，７６；７３’，７４’，７５’，７６’）を有し、
   電流は前記電流経路部（７３，７４，７５，７６；７３’，７４’，７５’，７６’）の夫々に印加され、前記電流経路部（７３，７４，７５，７６；７３’，７４’，７５’，７６’）の夫々における前記電流は実質的に互いに対して同相であり、
   前記定電流電気ループは正方形に配置された４つの電気双極子（７３，７４，７５，７６；７３’，７４’，７５’，７６’）によって近似され、さらに前記正方形の各頂点より給電されることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１及び第２の電気双極子（６７，６８）夫々はダイポールアンテナ（１９，２０）により形成され、
   各ダイポールアンテナ（１９，２０）は２つのダイポールアーム（２２ａ，２２ｂ；２４ａ，２４ｂ）を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１及び第２の電気双極子（６７，６８）夫々は、３つのダイポールアーム（６０，６１，６２）を有し、それらの間に実質的に１２０°の角度が形成されるように中心点から伸張するダイポールアンテナ構成により形成され、
   前記ダイポールアンテナ構成は前記電気双極子（６７，６８）が形成されるように給電されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナ装置は、プレーナー技術を用いて製造されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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