JP4976477B2

JP4976477B2 - 平面再構成可能アンテナ

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Publication number: JP4976477B2
Application number: JP2009258735A
Authority: JP
Inventors: ▲奐▼▲衛▼ ▲黄▼
Original assignee: 宏達國際電子股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: TW201104959A; JP2011024183A; TWI380509B; US8482473B2; US20110012805A1; EP2276114B1; EP2276114A1

Description

（発明の分野）
本発明はアンテナに関するものである。本発明は特に、平面再構成可能アンテナに関するものである。

（関連技術の説明）
アンテナは多くの無線通信システムにおける重要な要素であるだけでなく、システムの全体的性能にも影響を与える。一般的に言えば、無指向性（全方向性）アンテナ及びパネルアンテナは、マルチパス（多重経路）及び同じ周波数の信号の影響を受けやすく、無線伝送に問題を生じさせ、システム性能を制限し得る。

上述した問題を解決するために、再構成可能（形状可変）アンテナ及びスマートアンテナに関する技術が提案されている。無線通信システムでは、このシステムは、再構成可能／スマートアンテナのパラメータを変化させて、より良好な通信品質を達成することができる。これらのパラメータの例は、向き、利得、及び極性を含む。その結果、再構成可能／スマートアンテナは、デジタルテレビジョンシステム、無線ローカルネットワーク、（携帯電話、ノート型コンピュータ、ネットブック（登録商標）、スマートブック（登録商標）、ＵＭＰＣ（Ultra Mobile PC：超小型携帯パソコン、登録商標）のような）ハンドヘルド電子装置、及び全地球測位システム（ＧＰＳ）のような通信システムにおいて広く応用される。

しかし、再構成可能／スマートアンテナは、多数のアンテナ素子、及び複雑かつ巨大な給電兼分配網を有することが多い。従って、再構成可能／スマートアンテナも高いコスト及び大きいサイズを有する。これに加えて、再構成可能／スマートアンテナは環境に応じてそのパラメータを変化させることができるので、その物理的具体化は一般に非常に複雑である。

従って、本発明は平面再構成可能アンテナを提供することに指向したものである。この平面再構成可能アンテナは、基板上に配置したマスターアンテナ及び補助アンテナを利用して、対応する結合効果を生成して、指向性の無線周波数（ＲＦ）信号を放射する。この平面再構成アンテナは、その小型化において優れているだけでなく、電子装置をシステムとして具体化する複雑性を低減することもできる。

本発明は平面再構成可能アンテナを提供する。この平面再構成可能アンテナは、基板、金属層、マスターアンテナ、補助アンテナ、及びスイッチ組を備えている。基板は第１面及び第２面を有する。金属層は、基板の第１面上に配置されている。金属層の上縁部は凸形の弧の形状である。マスターアンテナは基板上に配置され、垂直投影面上で金属層に部分的にオーバーラップ（重複）する。補助アンテナは基板上に配置され、マスターアンテナのすぐ前に配置されている。スイッチ組は基板上に配置されている。スイッチ組は、補助アンテナの複数の導波器の接続関係を変化させて、平面再構成可能アンテナによって生成されるビームの走査方向を変化させる。

本発明の好適例によれば、マスターアンテナは第１駆動素子及び第２駆動素子を備えている。第１駆動素子は基板の第１面上に配置され、第１アーム及び第２アームを有する。第１駆動素子の第１アームは金属層から延びる。第２駆動素子は基板の第２上に配置され、第１アーム及び第２アームを有する。第１駆動素子の第１アームと第２駆動素子の第１アームとは、垂直投影面上で互いにオーバーラップする。第１駆動素子の第２アームと第２駆動素子の第２アームとは、正方向に関して互いに対称である。

本発明の好適例によれば、補助アンテナまたはマスターアンテナの導波器が、第１導波器、第２導波器、第３導波器、及び第４導波器を含む。第１導波器は基板の第１面上に配置され、第１駆動素子の第２アームに対向する。第２導波器は基板の第１表上に配置され、スイッチ組によって第１導波器に電気接続されている。第３導波器は基板の第２面上に配置され、第２駆動素子の第２アームに対向する。第４導波器は基板の第２面上に配置され、スイッチ組によって第３導波器に電気接続されている。

本発明の好適例によれば、スイッチ組は第１スイッチ及び第２スイッチを含む。第１スイッチは基板の第１面上に配置され、第１導波器と第２導波器との間に電気接続されている。第２スイッチは基板の第２面上に配置され、第３導波器と第４導波器との間に電気接続されている。第１スイッチ及び第２スイッチが共にオフ状態である際は、主ビームの向きは正向きである。第１スイッチがオン状態であり第２スイッチがオフ状態である際は、主ビームの向きが正向きから右に所定角度だけ外れる。第１スイッチがオフ状態であり第２スイッチがオン状態である際は、主ビームの向きは正向きから左に所定角度だけ外れる。第１スイッチ及び第２スイッチが共にオン状態である際は、２つに分割された主ビームが得られ、これらの分割された主ビームは、正方向から±９０度だけ外れている。

本発明の好適例によれば、上記平面再構成可能アンテナがさらに、第３〜第６スイッチ、給電線、第１ルート線、及び第２ルート線を備えている。第３〜第６スイッチ及び給電線は、基板の第２面上に配置されている。第１ルート線は基板の第２面上に配置され、第３及び第４スイッチを通して第２駆動素子と給電線との間に電気接続されている。第２ルート線は基板の第２面上に配置され、第５及び第６スイッチを通して第２駆動素子と給電線との間に電気接続されている。第２ルート線の長さは、第１ルート線の長さより短い。

第１及び第２スイッチの一方がオン状態である際は、第３及び第４スイッチはオフ状態であり、第５及び第６スイッチはオン状態である。平面再構成可能アンテナによって受信した信号は、より短い第２ルート線を通過して給電線に至る。逆に、第１及び第２スイッチが共にオフ状態である際は、第３及び第４スイッチはオン状態であり、第５及び第６スイッチはオフ状態である。平面再構成可能アンテナによって受信した信号は、より長い第１ルート線を通過して給電線に至る。

本発明の好適例によれば、上記平面再構成可能アンテナがさらに、第１反射素子及び第２反射素子を備えている。第１及び第２反射素子は基板の第２面上に配置され、かつ第２駆動素子の第１アームの両側に配置されている。第１及び第２反射素子は、垂直投影面上で上記金属層の上縁部を取り囲む。

本発明は、マスターアンテナと補助アンテナとの結合効果を利用して、ＲＦ信号を送信／受信する。上記スイッチ組は、補助アンテナの導波器の接続関係を制御する。従って、上記平面再構成可能アンテナは、ビームの走査方向を信号源の強度に応じて動的に調整することができる。従って、高い通信品質が維持される。従来技術に比べれば、本発明の平面再構成可能アンテナは、その小型化において優れ、無線通信の品質を維持することができ、電子装置のシステム具体化の複雑性を低減することができる。

本発明の上述した特徴及び利点、及び他の特徴及び利点を分かりやすくするために、以下に、図面を参照した実施例を詳細に説明する。

なお、以上の一般的説明及び以下の詳細な説明は共に例示的なものであり、請求項に記載の本発明のさらなる説明を提供することを意図したものである。

図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含め、本明細書に含まれ、その一部を構成する。図面は本発明の実施例を例示し、その説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。

本発明の実施例による平面再構成可能アンテナの概念的レイアウト図である。図１の平面再構成可能アンテナの、垂直投影面上の斜視図である。図１の平面再構成可能アンテナからの主ビームの概念図である。図１の平面再構成可能アンテナの、垂直投影面上の他の斜視図である。図１の平面再構成可能アンテナの、垂直投影面上のさらに他の斜視図である。

図１は、本発明の実施例による平面再構成可能アンテナの概念的レイアウト図である。この概念的レイアウト図は、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面上、及び−Ｘ軸及びＹ軸によって規定される他の平面上に描かれている。図２は、垂直投影面上の、図１の平面再構成可能アンテナの斜視図である。この斜視図は、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸によって規定される３次元空間内に描かれている。図１及び２を共に参照しながら説明する。平面再構成可能アンテナ１００は、基板１１０、金属層１２０、マスターアンテナ１３０、補助アンテナ１４０、及びスイッチ組１５０を備えている。具体的には、図２は、平面再構成可能アンテナ１００の素子の斜視図を、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸によって規定される３次元空間内に示す。

図１及び２を参照しながら説明する。基板１１０は、第１面１１１及び第２面１１２を有する。マスターアンテナ１３０は、第１駆動素子１３１及び第２駆動素子１３２を含む。補助アンテナ１４０は、第１導波器１４１、第２導波器１４２、第３導波器１４３、及び第４導波器１４４を含む。スイッチ組１５０は、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２を含む。金属層１２０は、基板１１０の第１面１１１上に配置されている。マスターアンテナ１３０及び補助アンテナ１４０は互いに対して対称であり、基板１１０の第１面１１１上及び第２面１１２上に配置されている。スイッチ組１５０は基板１１０上に配置されている。

本実施例におけるような実際の応用では、マスターアンテナ１３０はダイポールアンテナとすることができる。具体的には、マスターアンテナ１３０の第１駆動素子１３１及び第２駆動素子１３２は、Ｌ字形及び２つのアームを有する。本実施例では、第１駆動素子１３１は第１アーム１３１ａ及び第２アーム１３１ｂを有する。第２駆動素子１３２は第１アーム１３２ａ及び第２アーム１３２ｂを有する。

図１に示すように、第１駆動素子１３１と第２駆動素子１３２とは、離して見ればほぼ同一である。しかし、第１駆動素子１３１及び第２駆動素子１３２はそれぞれ、基板１１０の第１面１１１上及び第２面１１２上に配置されている。なお、図１では、第１駆動素子１３１と第１面１１１との空間的関係を、−Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面上に示している。第１駆動素子１３２と第２表面１１２との空間的関係は、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面上に示している。これに加えて、図２に示すように、第１駆動素子１３１の第１アーム１３１ａと第２駆動素子１３２の第１アーム１３２ａとは、垂直投影面上で互いにオーバーラップしている。第１駆動素子１３１の第２アーム１３１ｂと第２駆動素子１３２の第２アーム１３２ｂとは、正向きＤＲ（即ちＹ軸の向きに関して互いに対称である。これに加えて、第１面１１１上に配置された第１駆動素子１３１の第１アーム１３１ａは、金属層１２０から延びる。マスターアンテナ１３０は正向きＤＲ、即ち、第１駆動素子１３１の第２アーム１３１ｂまたは第２駆動素子１３２の第２アーム１３２ｂに直交する向きに沿って、その最大電力を放射することができる。

他方では、補助アンテナ１４０及びスイッチ組１５０の見かけからは、補助アンテナ１４０の第１導波器１４１及び第２導波器１４２は、基板１１０の第１面１１１上に配置され、かつ第１導波器１４１は、第１駆動素子１３１の第２アーム１３１ｂに対向する。これに加えて、スイッチ組１５０の第１スイッチ１５１は、基板１１０の第１面１１１上に配置され、第１導波器１４１と第２導波器１４２との間に電気接続されている。その結果、第１導波器１４１と第２導波器１４２との接続関係は、第１スイッチ１５１がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて変化させることができる。

補助アンテナ１４０の第３導波器１４３及び第４導波器１４４は、基板１１０の第２面１１２上に配置されている。第３導波器１４３は、第２駆動素子１３２の第２アーム１３２ｂに対向する。これに加えて、スイッチ組１５０の第２スイッチ１５２は、基板１１０の第２面１１２上に配置され、第３導波器１４３と第４導波器１４４との間に電気接続されている。その結果、第３導波器１４３と第４導波器１４４との接続関係は、第２スイッチ１５２がオン状態であるかオフ状態であるかに応じて変化させることができる。

なお、第１〜第４導波器１４１〜１４４の接続関係が変化すると、マスターアンテナ１３０及び補助アンテナ１４０は異なる結合効果を生成し、平面再構成可能アンテナ１００は異なる向きにビームを発生する。例えば、図３は平面再構成可能アンテナ１００からの主ビームの概念図である。図２及び３を共に参照しながら説明する。第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２がオフ状態である際は、マスターアンテナ１３０と補助アンテナ１４０との間の結合効果が、平面再構成可能アンテナ１００に、正向きＤＲの走査方向に主ビームを発生させる。図３に示すように、この状況では、平面再構成可能アンテナ１００が発生する主ビームの偏差角は０度である。

第１スイッチ１５１がオン状態であり、第２スイッチ１５２がオフ状態である際は、平面再構成可能アンテナ１００は、正向きＤＲから右に所定角度だけ外れた向きに主ビームを発生する。第１スイッチ１５１がオフ状態であり、第２スイッチ１５２がオン状態である際は、平面再構成可能アンテナ１００は、正向きＤＲから左に所定角度だけ外れた向きに主ビームを発生する。図３を例にとれば、この所定角度は約４５度である。第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２が共にオン状態である際は、マスターアンテナ１３０は、正向きＤＲに直交する向きに、マスターアンテナ１３０の両側に沿って、即ち正向きから±９０度外れた偏差角に、最大出力を放射することができる。

換言すれば、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２の制御下で、平面再構成可能アンテナ１００は主ビームの向きを変化させることができる。従って、平面再構成可能アンテナ１００をハンドヘルド電子装置に応用する際は、この電子装置は、このアルゴリズムをサポートする限り、信号源の強度に応じて、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２のオン／オフ状態を適応的に調整して、最適／最大信号受信を保証することができる。こうしたハンドヘルド電子装置の例は、携帯電話、ノート型コンピュータ、全地球測位システム（ＧＰＳ）ナビゲータ、ウルトラモバイル・パーソナルコンピュータ（ＵＭＰＣ）、ネットワークにリンク可能なノート型コンピュータ（ネットブック（登録商標））、及びスマートブック（登録商標）を含む。当業者は、平面再構成可能アンテナ１００を、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）のアクセスポイント（ＡＰ）、高機能基地局またはスマートアンテナシステム（ＳＡＳ：Smart Antenna System）にも適用して、最適／最大信号受信を保証することもできる。なお、ハンドヘルド電子装置への適用は、本発明の必要な限定ではない。

例えば、ハンドヘルド電子装置が、固定の放射ビームパターンを有する従来のＧＰＳアンテナを使用するものと仮定する。このハンドヘルド電子装置が、高架橋または高い建物のような遮蔽物の下または付近にある際は、人工衛星によって送信された信号が、ハンドヘルド電子装置の異なる位置に起因する環境によって影響され、このため測位時間及び測位精度のようなＧＰＳの性能が影響を受ける。それとは逆に、本実施例の平面再構成可能アンテナ１００は、最適な信号方向に指向して、信号源に動的に指向したビームによってＧＰＳ信号を受信することができる。換言すれば、現在用いている向きの信号が弱い際は、平面再構成可能アンテナ１００はより良好な信号を受信しようとして、他の向きに方向転換することができる。従って、環境によって生じる悪影響を最小化し、ＧＰＳの測位時間及び測位精度を改善することができる。

これに加えて、平面再構成可能アンテナ１００は平坦構造を有するので、ハンドヘルド電子装置に容易に統合することができる。例えば、平面再構成可能アンテナ１００は、携帯電話の背面カバー上、またはバッテリーの背面カバー上、あるいは装置内部のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置することができる。平面再構成可能アンテナ１００は平坦構造を有するので、携帯電子装置のサイズを最小化することもできる。さらに、平面再構成可能アンテナ１００は、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２の制御を利用するだけで、ビームの指向方向を変化させることができる。従って、平面再構成可能アンテナ１００は、ハンドヘルド電子装置のシステム実現の複雑性をさらに低減することができる。

補助アンテナ１４０の第１〜第４導波器１４１〜１４４のより詳細については、図１及び２を参照しながら説明する。本実施例では、第１導波器１４１と第３導波器１４３とが、垂直投影面上で正向きＤＲに関して対称である。第２導波器１４２と第４導波器１４４も、垂直投影面上で正向きＤＲに関して対称である。

電気接続については、追加的ビアを用いて、第１導波器１４１と第３導波器１４３とを接続することもできる。例えば、平面再構成可能アンテナ１００はさらに、第１ビア１６０を含む。第１ビア１６０は、基板１１０、第１導波器１４１、及び第３導波器１４３を貫通して、第１導波器１４１と第３導波器１４３とを電気接続する。他方では、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２を通して、第１導波器１４１及び第３導波器１４３をそれぞれ、第２導波器１４２及び第４導波器１４４に電気接続することができる。補助アンテナ１４０の見かけからは、第１導波器１４１及び第３導波器１４３はマスター放射アームと等価である。第２導波器１４２及び第４導波器１４４はそれぞれ、左側放射アーム及び右側放射アームと等価である。

実際には、左側放射アームと右側放射アームとは段差をおいて配置することができる。例えば、本実施例では、第１導波器１４１と第２導波器１４２とは、下向きの段差をおいて配置されている。明らかに、第１導波器１４１と第２導波器１４２とは、上向きの段差をおいて配置することもできる。さらに、第１導波器１４１と第２導波器１４２との段差距離は、１〜１５ミリメートルとすることができる。さらに、補助アンテナ１４０の左側放射アームと右側放射アームとは水平に配置することができる。換言すれば、第１〜第４導波器１４１〜１４４は、同一水平面上または同一線上でマスターアームと整列させることができる。

実際には、補助アンテナ１４０のマスター放射アーム、右放射アーム、及び左放射アームの長さはおよそ同じである。換言すれば、第１導波器１４１と第３導波器１４３との合計長は、第２導波器１４２の長さまたは第４導波器１４４の長さにおよそ等しい。さらに、補助アンテナ１４０及びマスターアンテナ１３０の見かけからは、第１駆動素子１３１の第２アーム１３１ｂと第２駆動素子１３２の第２アーム１３２ｂとの合計長は、第１導波器１４１または第３導波器１４３の長さより長い。

ＲＦ信号伝送品質をさらに増強するために、本実施例の平面再構成可能アンテナ１００はさらに、給電線１７０、第１ルート線１８１、第２ルート線１８２、第３スイッチ１９１、第４スイッチ１９２、第５スイッチ１９３、第６スイッチ１９４、第１反射素子２１０、第２反射素子２２０、及び複数の第２ビア２３１〜２３４を含む。金属層１２０は、切欠き（ノッチ）２４０を含む。第１ルート線１８１の長さは第２ルート線１８２の長さより長い。給電線１７０は、平面再構成可能アンテナ１００の給電領域として機能し、マスターアンテナ１３０に電気接続されている。金属層１２０は、接地接続領域として機能し、システム接地に電気接続されている。

給電線１７０、第１ルート線１８１、第２ルート線１８２、及び第３〜第６スイッチ１９１〜１９４は、基板１１０の第２面１１２上に配置されている。第３スイッチ１９１及び第４スイッチ１９２を通して、第１ルート線１８１は、第２駆動素子１３２と給電線１７０とを電気接続することができる。第５スイッチ１９３及び第６スイッチ１９４を通して、第２ルートライン１８２は、第２駆動素子１３２と給電線１７０とを電気接続することができる。さらに、第１〜第４導波器１４１〜１４４の接続関係が変化すると共に、第３〜第６スイッチ１９１〜１９４のオン／オフ状態はこれに応じて変化する。換言すれば、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２のオン／オフ状態が変化すると共に、第３〜第６スイッチ１９１〜１９４のオン／オフ状態はこれに応じて変化する。具体的には、給電線１７０、第１ルート線１８１、第２ルート線１８２、マスターアンテナ１３０、及び補助アンテナ１４０を含む信号経路の長さを、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２の状態に応じて、動作周波数を維持するように適応的に調整する。ここで、動作周波数は、特定周波数帯域内または所定の指定周波数に維持される。異なるスイッチのスイッチング方式によって調整される経路の設計に基づき、動作周波数の偏差による無線通信の特性の低下を回避することができ、従ってハンドヘルド電子装置の無線性能を安定化することができる。

例えば、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２の一方がオン状態である際は、補助アンテナ１４０のマスター放射アームが左側放射アームまたは右側放射アームに電気接続される。この状況では、第３スイッチ１９１及び第４スイッチ１９２は共にオフ状態であり、第５スイッチ１９３及び第６スイッチ１９４は共にオン状態である。平面再構成可能アンテナ１００が受信した信号は、より短い第２ルート線１８２を通って給電線１７０に渡される。同様に、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２が共にオン状態である際は、補助アンテナ１４０のマスター放射アームは、左側放射アーム及び右側放射アームに同時に電気接続される。この状況では、第３スイッチ１９１及び第４スイッチ１９２は共にオフ状態であり、第５スイッチ１９３及び第６スイッチ１９４は共にオン状態である。平面再構成可能アンテナ１００が受信した信号は、より短い第２ルート線１８２を通って給電線１７０に渡される。

他方では、第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２が共にオフ状態である際は、補助アンテナ１４０のマスター放射アームは左側放射アームにも右側照射アームにも電気接続しない。この状況では、第３スイッチ１９１及び第４スイッチ１９２はオン状態であるが、第５スイッチ１９３及び第６スイッチ１９４はオフ状態である。平面再構成可能アンテナ１００が受信した信号は、より長い第１ルート線１８１を通って給電線１７０に渡される。

図１及び２を参照しながら説明する。第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０は基板１１０の第２面１１２上に配置され、かつ第２駆動素子１３２の第２アーム１３２ａの両側に配置されている。本実施例では、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０はストリップ形状を有する。これに加えて、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０を基板１１０の第１面１１１上に垂直に投影すると、これらの反射素子の射影は金属層１２０の上縁部の周囲にあり、かつ第２アーム１３１に近接している。さらに、金属層１２０を包囲する形状は基板１１０の形状と同様であり、（長方形のような）多角形パターンを有する。従って、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０もストリップ形状を有することができる。図１の上面の視角から、即ち＋Ｚ向きから−Ｚ向きに向かって見れば、上述した包囲する形状は、上縁部、側部、及び底部を含む。平面再構成可能アンテナ１００により広い方向角を有するビームを持たせるために、金属層１２０の上縁部は凸形の弧の形状を有し、即ち、金属層の上縁部はＤＲ向き（即ち＋Ｙ向き）に広がり出て、金属層の広がり出る曲面は弧の形状である。第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０も、金属層１２０の上縁部に沿った凸形の弧の形状を有する。その結果、弧形の金属層１２０、第１反射素子２１０、及び第２反射素子２２０は、平面再構成可能アンテナ１００が発生する主ビームが、正向きＤＲから外れる角度を増加させることができる。

第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０は、ストリップ形状を有するものに限定されない。これらは基板１１０上に多角形パターンも有することもできる。なお、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０は、給電線１７０に接触することができない。図４及び５は、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０の異なる実施例を示す概念的レイアウト図である。図４では、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０は、ＤＲ向きとは逆向きに短い距離だけ延びる。図５では、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０は、ＤＲ向きとは逆向きに、より長い距離だけ延びる。図５に示す実施例は、平面再構成可能アンテナ１００に、より広い主ビーム角及びより良好な指向性を与える。

図１及び３を共に参照しながら説明する。周知の技術に基づき、第１反射素子２１０、第２反射素子２２０、及び金属層１２０の上縁部が長方形の形状を有する場合は、平面再構成可能アンテナ１００が発生する主ビームは正向きＤＲの右側または左側に３０度だけ外れることができる。第１反射素子２１０、第２反射素子２２０、及び金属層１２０の上縁部が弧の形状を有する場合は、平面再構成可能アンテナ１００が発生するビームは、正向きＤＲの右側または左側に約４５度だけ外れることができる。素子の構造の改良が、平面再構成可能アンテナ１００に、より広い主ビームの走査角を与えていることは明らかである。

第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０は、第２面１１２上の第２駆動素子１３２から到来する放射エネルギーを主に反射する。金属層１２０は、第１面１１０上の第１駆動素子１３１から到来する放射エネルギーを主に反射する。しかし、エネルギー放射はほぼ全方向であり、かつ制御が困難であるので、第１反射素子２１０及び第２反射素子２２０も、第１面１１０から到来する放射エネルギーの一部を反射することができる。同様に、金属層１２０も、第２面１１２から到来する放射エネルギーの一部を反射することができる。その結果、一部のエネルギーは基板１１０を貫通し、ＤＲ向き（即ち−Ｙ向き）とは逆向きに放射される。このエネルギーの損失は、平面再構成可能アンテナ１００の性能にある程度悪影響する。

エネルギー損失の影響を軽減するために、本発明の実施例はさらに、複数のビアを含むことができる。例えば、図１及び２では、第２ビア２３１〜２３４が、金属層１２０、基板１１０、及び第１反射素子２１０を貫通するか、あるいは金属層１２０、基板１１０、及び第２反射素子２２０を貫通するかのいずれかである。これらのビアは、前述した反射素子及び金属層と同じ効果を有する。具体的には、これらのビアは基板を貫通するエネルギーの一部を反射し、平面再構成可能アンテナ１００の指向性または前後電界比を高めることができる。従って、追加的ビア２３１〜２３４は、平面再構成可能アンテナ１００に、より広い主ビーム走査角及びより良好な主ビームの指向性を与えることができる。なお、任意数のビアが存在することができる。ビアの数は、設計上の要求、平面再構成可能アンテナ１００のコストの関心に応じて決定することができる。当業者は、追加的ビアの位置を決定して、平面再構成可能アンテナ１００の性能を最適化することができる。電気接続に関しては、第１反射素子２１０または第２反射素子２２０は、第２ビア２３１〜２３４を通して金属層１２０に電気接続することができる。他方では、第１駆動素子１３１の第１アーム１３１ａを切欠き２４０の中央に配置して、マスターアンテナ１３０のマッチング（整合）効果を高める。

本発明の平面再構成可能アンテナは、マスターアンテナと補助アンテナとが生成する結合効果を用いて信号を送信／受信する。補助アンテナのマスター放射アームは、左側放射アームまたは右側放射アームに、対応するスイッチを通して電気接続することができる。その結果、平面再構成可能アンテナは、ビーム指向性の向きを、受信信号の強度に応じて動的に調整することができる。従って、平面再構成可能アンテナは、最適／最強の信号に指向して、良好な通信品質を達成することができる。これに加えて、平面再構成可能アンテナは、その小型のサイズにおいて優れているだけでなく、電子装置のシステム実現における複雑性を軽減することもできる。

本発明の範囲を逸脱することなしに、本発明の構造に種々の変更や変形を加えることができることは、当業者にとって明らかである。以上の観点から、本発明は、その変更及び変形を、これらが請求項及びその等価物の範囲内に入る限りカバーすることを意図する。

Claims

第１面及び第２面を有する基板と；
前記第１面上に配置された金属層であって、この金属層の上縁部が凸形の弧の形状である金属層と；
前記基板の前記第１面及び前記第２面上に配置され、前記第１面上で前記金属層と電気接続され、垂直投影面上で前記金属層と部分的にオーバーラップするマスターアンテナと；
前記基板の前記第１面及び前記第２面上に配置され、かつ前記マスターアンテナに対向して配置された補助アンテナと；
前記基板の前記第１面及び前記第２面上に配置されたスイッチ組であって、前記補助アンテナの複数の導波器の接続関係を変化させて、前記平面再構成可能アンテナから生成される主ビームの向きを切り替えるスイッチ組と
を備えていることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項１に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記マスターアンテナが、
前記基板の前記第１面上に配置され、第１アーム及び第２アームを有し、前記金属層から延びる第１駆動素子と；
前記基板の前記第２面上に配置され、第１アーム及び第２アームを有する第２駆動素子とを備え、
前記第１駆動素子の前記第１アームと前記第２駆動素子の前記第１アームとが、前記垂直投影面上でオーバーラップし、前記第１駆動素子の前記第２アームと前記第２駆動素子の前記第２アームとが、正向きに関して対称であることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項２に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記補助アンテナの前記導波器が、
前記基板の前記第１面上に配置され、前記第１駆動素子の前記第２アームに対向する第１導波器と；
前記基板の前記第１面上に配置され、前記スイッチ組によって前記第１導波器に電気接続される第２導波器と；
前記基板の前記第２面上に配置され、前記第２駆動素子の前記第２アームに対向する第３導波器と；
前記基板の前記第２面上に配置され、前記スイッチ組によって前記第３導波器に電気接続される第４導波器と
で構成されることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項３に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記第１導波器と前記第３導波器とが、前記垂直投影面上で前記正方向に関して対称であり、前記第２導波器と前記第４導波器も、前記垂直投影面上で前記正方向に関して対称であることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項４に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記第１導波器と前記第３導波器、及び前記第２導波器と前記第４導波器が、上向きまたは下向きの段差をおいて配置されていることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項５に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記第１導波器と前記第３導波器との間の距離、及び前記第２導波器と前記第４導波器との間の距離が、１〜１５ミリメートルであることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項４に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記第１導波器、前記第２導波器、前記第３導波器、及び前記第４導波器が、同一平面上または同一線上で整列されていることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項３に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記第１導波器と前記第３導波器との合計長が、前記第２導波器または前記第４導波器のいずれかの長さとおよそ同じであることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項８に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記第１駆動素子の前記第２アームと前記第２駆動素子の前記第２アームとの合計長が、前記第１導波器または前記第３導波器の長さより長いことを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項３に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、さらに、
前記基板、前記第１導波器、及び前記第３導波器を貫通して、前記第１導波器と前記第３導波器とを電気接続する第１ビアを備えていることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項３に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記スイッチ組が、
前記基板の前記第１面上に配置され、前記第１導波器と前記第２導波器とを電気接続する第１スイッチと；
前記基板の前記第２面上に配置され、前記第３導波器と前記第４導波器とを電気接続する該第２スイッチとを備え、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチが共にオフ状態である際は、前記主ビームの向きが前記正向きであり；
前記第１スイッチがオン状態であり、前記第２スイッチがオフ状態である際は、前記主ビームの向きが、前記正向きから右に所定角度だけ外れ；
前記第１スイッチがオフ状態であり、前記第２スイッチがオン状態である際は、前記主ビームの向きが、前記正向きから左に前記所定角度だけ外れ；
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチが共にオン状態である際は、２つに分割された前記主ビームが得られ、これらの２つに分割された前記主ビームは、前記正向きから±９０度だけ外れている
ことを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項１１に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記所定角度が約４５度であることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項１１に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、さらに、
前記基板の前記第２面上に配置された第３スイッチ、第４スイッチ、第５スイッチ、第６スイッチと；
前記基板の前記第２面上に配置された給電線と；
前記基板の前記第２面上に配置され、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチを通して、前記第２駆動素子と前記給電線とを電気接続する第１ルート線と；
前記基板の前記第２面上に配置され、前記第５スイッチ及び前記第６スイッチを通して、前記第２駆動素子と前記給電線とを電気接続する第２ルート線とを備え、前記第２ルート線の長さは前記第１ルート線の長さより短く、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチの一方がオン状態である際は、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチが共にオフ状態であり、前記第５スイッチ及び前記第６スイッチが共にオン状態であり；
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチが共にオン状態である際は、前記第３スイッチ及び第４スイッチは共にオフ状態であり、前記第５スイッチ及び前記第６スイッチは共にオン状態であり；
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチが共にオフ状態である際は、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチが共にオン状態であり、前記第５スイッチ及び前記第６スイッチが共にオフ状態である
ことを特徴とする水平再構成可能アンテナ。
請求項２に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、前記金属層がさらに切欠きを備え、前記第１駆動素子の前記第１アームは、前記金属層の前記切欠きから前記正向きに延び、前記第１アームは、前記切欠きの中央付近に配置されていることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項２に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、さらに、第１反射素子及び第２反射素子を備え、前記第１反射素子及び前記第２反射素子は、前記基板の前記第２面上に配置され、かつ前記第２駆動素子の前記第１アームの両側に配置され、前記第１及び前記第２反射素子は、前記垂直投影面上で前記金属層の上縁部を取り囲むことを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項１５に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、さらに、複数の第２ビアを備え、これらの第２ビアは、前記金属層、前記基板、及び前記第１反射素子を貫通するか、あるいは前記金属層、前記基板、及び前記第２反射素子を貫通するかのいずれかで、前記第１反射素子または前記第２反射素子を前記金属層に接続することを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項１に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、さらに、前記基板の前記第２面上に配置された第１反射素子、第２反射素子、及び給電線を備え、前記第１反射素子及び前記第２反射素子は、前記マスターアンテナの両側に配置され、前記給電線は前記マスターアンテナに電気接続され、前記第１反射素子及び前記第２反射素子は多角形パターンを有するが、前記給電線には接触しないことを特徴とする平面再構成可能アンテナ。
請求項１に記載の平面再構成可能アンテナにおいて、ハンドヘルド電子装置内、無線ローカルエリアネットワークのアクセスポイント内、高機能基地局内、またはスマートアンテナシステム内に応用されることを特徴とする平面再構成可能アンテナ。