(57)【要約】【課題】ループ・アンテナは、離間した第１の間隙及び第２の間隙で円形形状を画定するよう構成された第１の導電体及び第２の導電体を備え得る。【解決手段】第１の間隙における第１の導電体及び第２の導電体の対向する部分は信号給電点を画定し得、第２の間隙における第１の導電体及び第２の導電体はインピーダンス同調構成を有し得る。第２の間隙は、第１の間隙と円周方向に９０度未満だけ、離間させ得、第２の間隙は、所定のインピーダンスをもたらすために第１の間隙よりも多いことがあり得る。同軸伝送線は、ループ導体に対する給電差込みを形成し得る。ループ・アンテナは平面型であり、製造及び使用を容易にするために、削減されたサイズを有し得、所定の動作周波数における等方性放射パターンをもたらし得、これにより、アンテナ照準に対する必要性が避けられ得る。【選択図】図１
2010098742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ループ・アンテナであって、
離間した第１の間隙及び第２の間隙で円形形状を画定するよう構成された第１の導電体及び第２の導電体と、
信号給電点を画定する、前記第１の間隙における前記第１の導電体及び前記第２の導電体の対向する部分と、
インピーダンス同調構成を画定する、前記第２の間隙における前記第１の導電体及び前記第２の導電体の対向する部分とを備え、
前記第２の間隙は、前記ループ・アンテナの所定の動作周波数における等方性放射パターン及び所定のインピーダンスをもたらすために、前記第１の間隙と、円周方向に９０度未満、離間しており、前記第１の間隙よりも大きいループ・アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のループ・アンテナであって、前記第２の間隙は、前記第１の間隙と円周方向に４０度乃至７０度の範囲内の角度だけ、離間したループ・アンテナ。
【請求項３】
請求項１記載のループ・アンテナであって、前記第２の間隙は５度乃至１５度の範囲内の角度幅を有するループ・アンテナ。
【請求項４】
請求項１記載のループ・アンテナであって、前記第１の間隙は２度乃至７度の範囲内の角度幅を有するループ・アンテナ。
【請求項５】
請求項１記載のループ・アンテナであって、前記第１の導電体及び前記第２の導電体を搭載した誘電体基板を更に備えたループ・アンテナ。
【請求項６】
請求項１記載のループ・アンテナであって、前記円形形状は、前記ループ・アンテナの前記所定の動作周波数の波長の０．４乃至０．６倍の範囲内の円周を有するループ・アンテナ。
【請求項７】
ループ・アンテナを作製する方法であって、
離間した第１の間隙及び第２の間隙で円形形状を画定するよう第１の導電体及び第２の導電体を構成する工程を含み、
前記第１の間隙における前記第１の導電体及び前記第２の導電体の対向する部分は信号給電点を画定し、
前記第２の間隙における前記第１の導電体及び前記第２の導電体の対向する部分はインピーダンス同調構成を画定し、
前記第２の間隙は、前記ループ・アンテナの所定の動作周波数における等方性放射パターン及び所定のインピーダンスをもたらすために、前記第１の間隙と、円周方向に９０度未満、離間しており、前記第１の間隙よりも大きいループ・アンテナ。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、前記第２の間隙は、前記第１の間隙と円周方向に４０度乃至７０度の範囲内の角度だけ、離間した方法。
【請求項９】
請求項７記載の方法であって、前記第２の間隙は５度乃至１５度の範囲内の角度幅を有する方法。
【請求項１０】
請求項７記載の方法であって、前記第１の間隙は２度乃至７度の範囲内の角度幅を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信の分野に関し、特に、アンテナ及び関連した方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナは、通信やナビゲーションなどの種々の目的で使用することができ、携帯型無線装置は、放送受信機、ページャや、無線位置特定装置（「ＩＤタグ」）を含み得る。セルラ電話機は、ほぼ遍在している、携帯型の通信装置の一例である。携帯型無線機用又は無線装置用のアンテナは小型かつ効率的であり、広い放射パターンを有する。
【０００３】
携帯型装置の向きは問題となり得る。無線位置特定タグを特定方向に指向させること、又は、携帯電話機を特定の方向に向けることは実現不可能であることがあり得、衛星が誤って転倒することがあり得る。ゼロの放射パターンを有するアンテナを間違った方向に向けると、容認できないフェージングがよく問題となる。通信は信頼度が高い状態にある必要があり、送信器電力の増加が必要になり得る、よって、フルカバレッジの放射パターンを有する無指向性アンテナが、フェージングを避けるうえで望ましいことがあり得る。
【０００４】
ゼロの放射パターンを有しない無指向性アンテナの一例には、全方向において放射が等しい球状の放射パタ―ンを有するアイソトロピック・アンテナ（等方性アンテナ）がある。アイソトロピック・アンテナは、アンテナを特定の方向に向けることが可能でない場合、フェージングなしの動作のために、アンテナの向き全てに対して一定の信号レベルを供給することができる。アイソトロピック・アンテナの指向性は０．０ｄＢであり、効率が１００％の場合、アイソトロピック・アンテナ利得は０ｄＢｉである。全方向性アンテナは（対水平線などの）単一平面において円形アンテナ・パターンを有し得、アイソトロピック・アンテナは、全平面において全方向性パターンをもたらし得る。
【０００５】
アンテナは、電流と電波との間のトランスデューサ（変換器）であり、種々の形状を有し得る。長い間知られているものなどのユークリッド幾何学的形状は、アンテナに好ましいものであり得る。これにより、全周に対して最大の面積を得る（円）、又は点間で最短の距離を得る（線）等が可能である。よって、２つの標準的なアンテナ形状は、それぞれ、ダイポール型及びループ型に対応する線及び円であり得る。
【０００６】
細線半波長ダイポールは、線形状のアンテナの一例である。これは、ゼロのパターンを２つ備えたｃｏｓ２θ放射パターン（平面における２枚花弁のばら）、利得２．１ｄＢｉ、及び１３％の３ｄＢ利得帯域幅を有し得る。ダイポール・アンテナは当該技術分野において非常に一般的であり得るが、円形状のアンテナは、利得、偏波等の利点を有し得る。
【０００７】
全波長ループ・アンテナは円形状のアンテナの一例である。これは、１波長の円周、２枚花弁のばらの形状の放射パターン（ループ平面と直交する方向のローブ）、及び利得３．６ｄＢｉを有し得る。本願の譲受人に譲渡された、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｌｏｏｐ  Ａｎｔｅｎｎａ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する米国特許出願公開第２００８／０１３６７２０号明細書には、複数の給電点を備えた全波長ループ・アンテナが開示されている。複数の偏波（線形偏波、円形偏波、及びデュアル偏波を含む）を単一のループからもたらすことができる。
【０００８】
矩形ループ・アンテナはＨｅｉｎｒｉｃｈ  Ｈｅｒｔｚにより、西暦１８８６年に開示されている。Ｈｅｒｔｚの代表的な研究では、無線機によってスパークが発生し、そのアンテナは０．８×１．２メートルの矩形形状の配線であった（Ｈｅｉｎｒｉｃｈ  Ｈｅｒｔｚによる「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｗａｖｅｓ（Ｍａｃｍｉｌｌａｎ社、西暦１８９３年）」参照）。スパークは、アンテナ導体における間隙において発せられたので、その間隙により、検出器及び受信器がもたらされた。周波数が４０ＭＨｚに近づくと、ループは、全周が半波長となり、共振（又は「反共振」）状態になり、インピーダンスが間隙において高くなった。高インピーダンスは、高電圧スパークには有益であったが、ソリッド・ステート・デバイスは低電圧で動作するため、現代の電子回路には好ましくないことがあり得る。現代のニーズに対しては、低駆動インピーダンス（例えば、５０オーム）の半波長円形ループ・アンテナが望ましいことがあり得る。
【０００９】
最新の設計手法及び製造手法により、電子部品の寸法は小さくなり、多くの通信装置及び通信システムは小型化された。残念ながら、アンテナは、匹敵するレベルまでサイズが削減されておらず、多くの場合、小型通信装置において使用される部品のうち、より大型のものの１つである。アンテナは、周波数の低減につれ、一層大型化してきている。長距離通信に使用される高周波（ＨＦ）（例えば、３乃至３０ＭＨｚ）では、効率的なアンテンナは携帯するには大きすぎるものとなり、展針アンテナが固定局では必要になり得る。前述の通信アプリケーションでは、アンテナ・サイズを削減することのみならず、最小の面積に対して最大の利得を有する削減されたサイズのアンテナを設計し、製造することも一層重要になってきている。
【００１０】
Ｗｕらによる米国特許第６２５２５６１号明細書は、第１の表面及び第２の表面を有する誘電体基板を備えた無線ＬＡＮアンテナに関する。誘電体基板の第１の表面は矩形ループを有する。矩形の接地銅箔は、矩形ループ内に付着させる。信号供給銅箔が更に含まれる。信号供給銅箔の一端が矩形ループ及び接地銅箔に接続される一方、信号供給銅箔の別の端は、矩形ループの別の端に延びる。更に、銅箔層が、印刷回路基板の背面に延べられる。この背面銅箔は、前表面上のループの１／２に及ぶ。接地銅箔の横方向の寸法の調節により、アンテナの給電構造とアンテナがインピーダンス整合される。
【００１１】
更に、Ｓｃｈｕｌｔｚｅによる米国特許第６５９０５４１号明細書は、接地面の上に配置されたアンテナの半ループを有する半ループ・アンテナに関し、アンテナの半ループは、外縁が凸閉曲線を形成する領域を形成する。導体の半ループは、その端点に向けて先細りする楕円の形式を有し、導体の半ループの導入点では、ばねとして形成されたインダクタンスを挿入することが可能である。
【００１２】
ＤｅＳａｎｔｉｓらによる米国特許第４１８５２８９号明細書には、環状スロット給電部を含む球体ダイポールが開示されている。補完的放射パターンは、ほぼ等方性のカバレッジをもたらす。しかし、より小さい平面の放射構造が携帯型パーソナル通信に必要であり得、配線構造がＨＦアプリケーションに必要であり得る。
【００１３】
アイソトロピック・アンテナを形成するための従来の手法には、光学的手法及び／又は導波路が含まれる。Ｔｏｌａｎｄらへの米国特許第５８５９６１５号明細書は、管状導波路及び楕円レンズを使用した全方向性のアイソトロピック・アンテナに関する。Ｆｏｒｓｔｅｒらによる米国特許第７２９８３４３号明細書には、ループ・スロット混成アンテナであるアンテナ構造を含むＲＦＩＤタグに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、前述の手法のうち、サイズが小さく、面積に対して所望の利得を有し、給電インピーダンスが調節可能である一方で、等方性（全方向においてほぼ等しく放射する）の平面ループ・アンテナ構成部分（例えば、回路基板用）を提供することを目的としたものはない。よって、容易に製造され、サイズ及びコストを削減した、平面型の等方性ループ・アンテナに対する必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
したがって、本発明の目的は、上記背景に鑑みて、容易に製造され、サイズ及びコストを削減したループ・アンテナを提供することである。
【００１６】
本発明による前述並びに他の目的、構成及び効果は、離間させた第１の間隙及び第２の間隙で円形形状を画定するよう構成された第１の導電体及び第２の導電体を含み得るループ・アンテナによって提供される。ループ・アンテナは更に、例えば、信号供給点を画定する第１の間隙において第１の導電体及び第２の導電体の対向する部分を更に含み得る。第２の間隙における第１の導電体及び第２の導電体の対向する部分は更に、効果的には、インピーダンス同調構成を画定し得る。第２の間隙は、第１の間隙と円周方向に例えば９０度未満だけ、離間し得る。第２の間隙は、ループ・アンテナの所定の動作周波数における等方性放射パターン及び所定のインピーダンスをもたらすために、第１の間隙よりも大きくてよい。よって、ループ・アンテナにより、容易に製造され、サイズ及びコストが削減された等方性ループ・アンテナがもたらされる。
【００１７】
更に、第２の間隙は、第１の間隙と円周方向に４０度乃至７０度の範囲内の角度だけ、離間し得る。第２の間隙は更に、例えば５度乃至１５度の範囲内の角度幅を有し得る。更に、第１の間隙は、０．００１度乃至１０度の範囲内の角度幅を有し得る。  
ループ・アンテナは更に、例えば、第１の導電体及び第２の導電体を搭載する誘電体基板を含み得る。
【００１８】
円形形状は、ループ・アンテナの所定の動作周波数の波長の０．３乃至０．６倍の範囲内の円周を有し得る。更に、信号給電点は、例えば、５０オームの信号給電点を画定し得る。
【００１９】
一部の実施例では、第１の導電体の一部分は、同軸伝送路の外導体を含み得る。第２の導電体は、外導体の端部の先に外方向に延在する同軸伝送路の内導体を含み得る。少なくとも１つの誘電体は、周波数同調機能を画定するために第２の間隙に配置し得る。
【００２０】
別の局面は、ループ・アンテナを作製する方法に関する。上記方法は、第１の間隙における第１の導電体及び第２の導電体の対向する部分が信号給電点を画定するように、離間させた第１の間隙及び第２の間隙により、円形形状を画定するよう第１の導電体及び第２の導電体を構成する工程を含み得る。方法は、第２の間隙における第１の導電体及び第２の導電体の対向する部分がインピーダンス同調機能を画定するように第１の導電体及び第２の導電体を構成する工程も含み得る。第２の間隙は、ループ・アンテナの所定の動作周波数における等方性放射パターン及び所定のインピーダンスをもたらすために配置し、第１の間隙と、円周方向に９０度未満だけ、離間させ得る。  
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるループ・アンテナを示す上面図である。
【図２Ａ】放射パターン座標系において図１のループ・アンテナを示す斜視図である。
【図２Ｂ】図１に示すループ・アンテナのＸＹ平面で切断した放射パターンを示すグラフである。
【図２Ｃ】図１に示すループ・アンテナのＹＺ平面で切断した放射パターンを示すグラフである。
【図２Ｄ】図１に示すループ・アンテナのＺＸ平面で切断した放射パターンを示すグラフである。
【図３】図１に示すループ・アンテナの電圧定在波比応答グラフである。
【図４】間隙の位置の関数としての、図１に示すループ・アンテナの駆動点抵抗のグラフである。
【図５】図１に示すループ・アンテナのループ導体に沿った電流分布のグラフである。
【図６】本発明によるループ・アンテナの別の実施例を示す上面図である。
【図７】図１に示すループ・アンテナを含む通信装置を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。添付図面には、本発明の好ましい実施例を示す。しかし、本発明は、別々の多くの形態で実施することができ、本明細書及び特許請求の範囲記載の実施例に限定されるものと解されるべきでない。むしろ、前述の実施例は、この開示が十分かつ完全であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように記載される。同じ数字は全体を通して同じ構成要素を表し、プライム表記を使用して、別の実施例における同様な構成要素を示す。
【実施例】
【００２３】
まず、図１を参照すれば、ループ・アンテナ１０は、離間させた第１の間隙１３及び第２の間隙１４により、円形形状を画定するよう構成された第１の導電体１１及び第２の導電体１２を含む。円形形状は、円周が、ループ・アンテナ１０の動作周波数の波長の０．３倍乃至０．６倍の範囲に等しく、より好ましくは、ループ・アンテナ１０の動作周波数の波長の０．５倍に等しいように構成される。すなわち、ループ・アンテナ１０の円周は所望の動作周波数に応じて変動する。
【００２４】
第１の導電体１１及び第２の導電体１２は好ましくは、はんだめっきされた銅トレースである。第１の導体１１及び第２の導体１２は、当業者が認識するように、例えば、金属線、金属管、プリント配線基板トレース、金属片、用紙上の導電性インクや他の導体であり得る。更に、第１の導体１１及び第２の導体１２は、例えば、幅が約０．１インチであり得る。ループ・アンテナ１０の合計外周径を５で除算した数よりも幅が小さい限り、当業者は他の幅を考えることができる。
【００２５】
第１の間隙１３における第１の導電体１１及び第２の導電体１２の対向する部分は信号給電点１５を画定する。信号給電点１５は、例えば、端子対、又はポートを含み得る。信号給電点１５は例えば、５０オームの信号給電点であり得るが、しかし、信号給電点は、他の抵抗又は複素インピーダンスについて構成することが可能である。信号給電点１５は、第１の間隙１３の両端間をはんだ付けすることが可能な同軸ケーブル（図示せず）を受け取ることもできる。更に、第１の間隙１３は、図１の角度αで分かるように、０．００１乃至１０度の範囲内の角度幅（例えば、第１の導電体１１及び第２の導電体１２の対向する部分間は約５度である）を有する。当業者が認識するように、別の角度間隙幅を実現することができる。
【００２６】
第２の間隙１４における第１の導電体１１及び第２の導電体１２の対向する部分は、インピーダンス同調構成を画定する。第２の間隙１４は例証的には、５乃至１５度の範囲内で、角度βと表す角度幅を有し、例えば、第１の導電体１１及び第２の導電体１２の対向する部分間では約１０度である。当業者によって理解されるように、別の角度間隙幅を実現することができる。第２の間隙１４の中心は、９０度未満の角度γだけ、第１の間隙１３の中心と円周方向に離間しており、ループ・アンテナの所定の動作周波数における等方性放射パターン、及び所定のインピーダンスをもたらすために、第２の間隙１４は第１の間隙１３よりも大きい。例えば、動作周波数は、ＵＨＦ（すなわち、３００ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの範囲内）であり得る。この場合、好ましい円周Ｃが０．５λａｉｒであり、好ましい直径ｄが０．５λａｉｒ／π＝０．１６λａｉｒであり、ＵＨＦにおけるアンテナ１０の外周径ｄは６．３乃至０．６３インチに及び得る。
【００２７】
好ましい実施例では、第２の間隙１４の中心は、第１の間隙１３と４０乃至７０度の範囲内で第１の間隙の中心と、角度γだけ円周方向に離間し、より好ましくは、角度は、給電点１５において５０オームのインピーダンスをもたらすために５０度であり得る。当業者によって理解されるように、第２の間隙１４と第１の間隙１３との間の間隔は、給電点１５においてインピーダンスを変えるよう異ならせ得る。例えば、第２の間隙１４を給電点１５により近い所に移動させるか、又は、すなわち、角度γを小さくすることにより、給電点においてみられるインピーダンスが増加する。逆に、第２の間隙１４を給電点１５と更に離れた所に移動させるか、又は角度γを増加させることにより、給電点においてみられるインピーダンスが減少する。
【００２８】
ループ・アンテナ１０の動作の粗い周波数調節は、線形スケーリング（例えば、全体としての全体構造のサイズの削減又は拡大）によって実現することができる。波長の削減により、アンテナのサイズが小さくなるからである。アンテナ・サイズは当然、周波数の逆数である  （サイズ∝１／周波数である）ので、ループ・アンテナ１０は、周波数が高い場合、より小さくなる。周波数の微調整（例えば、アンテナ製造後の周波数トリミング）は、アブレーション又は他のやり方により、第２の間隙１４の幅を調節することによって実現することができる。第２の間隙１４の幅は角度βで表す。当業者が認識するように、アンテナ駆動点インピーダンス（ｚ）は複素であり、ｚ＝ｒ＋ｊｘとして表される。ここで、ｒは抵抗であり、ｘはリアクタンスであり、ｊは複素演算子√-１である。ループ・アンテナ１０は好ましくは、第１の間隙１３でリアクタンスが存在しない（ｊｘ＝０である）ように共振状態で動作する。よって、周波数の調節（例えば、「同調」）は、駆動点リアクタンスのゼロへの削減である。
【００２９】
アンテナ駆動点抵抗は、リアクタンスと無関係に調節することが可能であり、第１の間隙１３に対して第２の間隙１４の位置を移動させることにより、実現することができる。この幾何学は角度γで表す。第１の間隙１３により近い所に第２の間隙１４を移動させることにより、得られる抵抗は増加し、第１の間隙１３とはより離れた所に第２の間隔１４を移動させることにより、得られる抵抗は減少する。
【００３０】
次に図４を簡潔に表せば、プロット３０は、共振状態にあるループ・アンテナ１０について得られる抵抗を、第２の間隙１４の中心の環状位置の関数として示す。数学的には、得られる抵抗は、ほぼ、
Ｒ＝１２＋｜３０  ｃｏｔ（γ／２）｜
として変動する。ここで、
Ｒ＝共振状態での、第１の間隙１３における抵抗（単位：オーム）
γ＝第１の間隙１３の中心と第２の間隙１４の中心との間の角度（単位：度又はラジアン）
当業者によって理解されるように、第２の間隙１４を含まない場合（例えば、第２の間隙１４がショートされた場合）、第１の間隙１３又は駆動点における抵抗は、理論上無限大に達し得、実際には、数千オームになり得る。共振状態の場合、好ましくは０である、第１の間隙１３におけるリアクタンスの値は第２の間隙１４の角度位置によってあまり影響を受けない。よって、第２の間隙１４の幅及び第２の間隙１４の位置それぞれの調節により、第１の間隙１３におけるリアクタンス及び抵抗の別個の独立した制御が提供される。
【００３１】
細線の実施例（すなわち、直径ｄを２０で除算した数よりも小さな幅）における厳密な共振状態が、０．５０５乃至０．５１０波長のアンテナ円周Ｃ（空気中で、０．１６１乃至０．１６２波長のアンテナ外周径ｄに対応する）で観測されている。ループ・アンテナ１０の太線又は幅広トレースの実施例（すなわち、直径ｄを２０で除算した数よりも大きな幅）は、より小さな円周Ｃ（例えば、一部の場合には０．４５波長以下）で共振する。
【００３２】
任意の可変コンデンサ１９を、第２の間隙１４の両端間に構成して、製造後の周波数調節（例えば、同調）を提供することができる。同調シフトについて厳密な静電容量を算出するための単純な式は、第２の間隙１４の幾何学的構造の浮遊静電容量が理由で実施可能でないことがあり得るが、一般には、周波数シフトは、回路共振式Ｆ＝１／２π√（ＬＣ）による。例えば、周波数シフトは、静電容量の変動の平方根（ΔＦ＝√（ΔＣ））である。電気的に可変なコンデンサ（バラクタ・ダイオードなど）は、当業者が認識するように、他のチューナと同様に、電子同調にも適している。
【００３３】
次に、ループ・アンテナ１０の放射効率を検討する。銅が第１の導電体１１及び第２の導電体１２に使用される場合、抵抗損失は無視できるほどであり、放射効率を増加させることができる。これは、ループ・アンテナ１０が、８乃至１４オームの範囲内に放射抵抗（Ｒｒ）を有し得るからである。これは、大半の導体損失を解消するうえで十分である。放射効率の具体例は、例えば、１０００ＭＨｚでの動作であり、例えば、ＰＷＢの実現形態の場合、細い銅トレースは０．０２５インチのアンテナ径幅であり、０．０００７インチ厚のトレースである。ループ・アンテナ１０の直径ｄはその場合、０．５λａｉｒ／π  ＝  ０．１６  λａｉｒ＝１．９インチであり、銅トレースは０．０５（１．９）  ＝  ０．０９５インチ幅であり、銅トレースの無線周波数損失抵抗（Ｒ１）は、合計０．２５オームとして算出することができる。放射効率（η）はその場合、約［Ｒｒ  ／（Ｒｒ  ＋  Ｒ１）］  Ｘ  １００％  ＝  ［１０  ／（１０  ＋  ０．２５）］  Ｘ  １００  ％  ＝  ９８％である。当業者によって理解されるように、放射抵抗（Ｒｒ）は、アンテナにおける電流最大値におけるトランスデューサ抵抗を示す解析策であり、振幅電流分布が均一な電気的に小さなループの場合、周知の式Ｒｒ  ＝  ３１，２００  ｛［（πａ２）／λ２］２｝で算出され、これは、ループ・アンテナ１０のサイズの均一電流ループ・アンテナの場合、約１０オームである。
【００３４】
しかし、電流振幅分布が正弦であるか、またはほぼそれに近いので、ループ・アンテナ１０は、わずかに大きい放射抵抗を有する。一部のプロトタイプでは、Ｒｒは１２乃至１４オームと測定される。第１の間隙１３において備えられる駆動抵抗は一般に、放射抵抗と同じでなく、駆動抵抗は、５０オームに、又はさもなければ、第２の間隙１４の位置で望まれるように調節することができる。
【００３５】
ループ・アンテナ１０は更に、例証的には、第１の導電体１１及び第２の導電体１２を搭載する誘電体基板１７を含む。誘電体基板は、約２．３３の誘電率を有し、アーロン・マイクロウェーブ・マテリアルズ社（カリフォルニア州クマモンガ）から入手可能なアイソクラッド（登録商標）９３３（ガラス織不布強化ポリテトラフルオエチレン（ＰＴＦＥ）複合材料）でできていてもよい。例えばマイクロストリップ・パッチ・アンテナと違って、アンテナ同調が基板の誘電率にあまり左右されないので、他の材料も使用してよい。第１の導電体１１及び第２の導電体１２は例証的には、誘電体基板１７の上側面上に配置される。誘電体基板１７の下側面は好ましくは、裸の状態にしておく。すなわち、導電体は搭載しない。
【００３６】
ループ・アンテナ１０は効果的には、全方向に放射し、ほぼ球状の放射パターンを形成する。例えば図２ａ乃至２ｄに示すように、主平面放射パターンは約＋／−１．５ｄＢ内で等方性である。図２ａ乃至図２ｄに示すパターンは、全フィールドについてであり、ローレンス・リバモーア国立研究所によるＮＥＣ４．１数値電磁気コードにおけるモーメント算出の手法によって得られている。利得は、ＩＥＥＥ標準１４５−１９３３において規定されており、ｄＢｉ（等方性アンテナに対するデシベル）の単位で規定される。当業者によって理解されるように、０．ｄＢｄ（半波長ダイポールに対するデシベル）は２．１ｄＢｉに等しい。ループ・アンテナ１０の等方性パターンは、例えば、衛星の転倒や、ページャを間違った方向を向けることによる、向きに関連付けられた通信フェージングを削減することができる。円形偏波アンテナを使用してループ・アンテナ１０に連結する場合、ループ・アンテナはランダムに配向させることができ、照準フェージングは約６ｄＢ以下であり得る。これは、線形偏波と円形偏波との間の偏波損失係数が３ｄＢであり、ループ・アンテナ１０における最深のゼロ放射パターンは、パターンのピークから約３ｄＢ下である。ループ・アンテナ１０は、全方向において、線形偏波されているか、又はほぼ線形偏波されている。
【００３７】
次に図３を参照すれば、ループ・アンテナ１０は効果的には、削減された電圧定在波比（ＶＳＷＲ）３１をもたらし、約１：２：１である。すなわち、最大定在波振幅は、５０オームのシステムにおける１：１の最小定在波値の１．２倍の大きさである。１．２：１のＶＳＷＲは、当業者によって理解されるように、ループ・アンテナ１０が放射する削減された反射電力、及びより低い損失を示す。ループ・アンテナ１０の外周は、最小ＶＳＷＲの周波数における波長の約０．４５乃至０．５０倍で測定される。これは、ループ・アンテナ１０における一次共振又は最低共振である。厳密な外周は、第１の導電体１１及び第２の導電体１２の幅に依存する。
【００３８】
ループ・アンテナ１０の性能要約を以下、表１に示す。
【００３９】
【表１】
2010098742.tif 000003
2010098742.tif 000004
ループ・アンテナ１０の瞬時帯域幅（例えば、固定同調帯域幅）は、第１の導電体１１及び第２の導電体１２のトレース幅とともに変動する。より狭いトレースの場合、上述の通り、３ｄＢ利得帯域幅はほぼ３．２パーセントである。前述の幅広の太いループ導体の場合、３ｄＢ利得帯域幅は約１０％に上昇する。放射パターン形状が、約２０乃至３０％の帯域幅にわたって安定しているので、同調可能な帯域幅はループ・アンテナ１０の瞬時帯域幅を超え得る。複数の同調は、瞬時利得帯域幅を延ばし、信号給電点１５で挿入される集中エレメントＬＣネットワークなどの外部エレメントにより、ループ・アンテナ１０に施すことができる。
【００４０】
当業者が分かるように、小さなアンテナは、瞬時利得帯域幅に対するＣｈｕの限度（Ｌ．Ｊ．  Ｃｈｕによる「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｏｍｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ａｎｔｅｎｎａｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  １９，  ｐｐ  １１６３  −  １１７５  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １９４８」参照）によって動作させ得る。Ｃｈｕの限度の３ｄＢ利得の単一同調の形態は単一同調の場合、ＢＷ３ｄＢ ＜  ２００（ｒ／l）３であり、球の場合、ループ・アンテナ１０の直径のＣｈｕの限度は、ＢＷ３ｄＢ ＜  （１００％）２００（０．１６l／l）３ ＜  ８２％として算出することが可能である。ループ・アンテナ１０は約１０％の３ｄＢ利得帯域幅まで動作することができるので、ループ・アンテナは、３ｄＢ利得及び単一同調のＣｈｕの限度約１０％／８２％＝８．２％で動作することができ、これは多くの目的の場合、十分であり、ループ・アンテナ１０は、球型でなく平面型であるために有利であり得る。Ｃｈｕの限度によるアンテナは当然、未知であることがあり得る。
【００４１】
放射されたファー・フィールド及びアンテナ開口部分布が、逆数フーリエ変換であるので、ループ・アンテナ１０の電流分布を検討することも適切である。図５は、第１の間隙１３における励起が１ボルトの場合の、第１の導電体１２及び第２の導電体１２に沿った、ループ・アンテナ１０の算出された電流振幅３３を示す。電流振幅分布の形状は正弦であり、定在波である。
【００４２】
Ｉ∝＝｜ｓｉｎ（（δ／２）＋γ）｜
ここで、
Ｉ＝アンプ単位でのループ電流であり、
δ、γは図１に示す。
【００４３】
プロットしていないが、ループ・アンテナ１０周りの電流分布の位相は、ループ・アンテナ周りのどこでもほぼ一定の値である（例えば、位相が均一である）。表１のプロトタイプのＮＥＣ４．１解析では、電流の位相はループに沿った点全てにおいて２．８度乃至４．６度である。電流振幅は常に、第２の間隙１４の両端間でゼロであるので、第２の間隙１４の再配置により、ループ導体周りに定在波の最大値及び最小値が移動し、第１の間隙１３は、駆動抵抗の必要性に有利であり得るように、電流最大値、電流最小値、又はそれらの間の何れかの所に位置し得る。
【００４４】
もう一度、図１を参照すれば、ループ・アンテナ１０の仮想接地ノード１８は、第２の導電体１２に沿った電流最大値にあり、これは、表１の例におけるループ・アンテナではほぼδ＝２６０度で生じている。仮想接地ノード１８は、最小の電気的擾乱で電気的接続をループ・アンテナ１０に対して行うことが可能な点である。例えば、アンテナ放射パターン又は駆動インピーダンスに対する大きな変動なしで仮想接地ノード１８において、金属マスト又は金属ハンドル（図示せず）をループ・アンテナ１０に取り付けることができる。屋外使用の場合、アース接地線（図示せず）を仮想接地ノード１８で接続して、静的電荷を排出させることができる。
【００４５】
次に図６を参照すれば、ループ・アンテナ１０’の更なる実施例を説明する。ループ・アンテナ１０’は、機械的に結合するか、又はバランなしで動作する差込み同軸給電部を含む。ループ・アンテナ１０’は例証的には、内導体７０’及び外導体７２’を有する同軸伝送線７４’を含む。同軸伝送線７４’は、内導体７０’と外導体７２’との間に誘電体充填材（図示せず）を含み得る。外導体７２’は第１の間隙１３’では除去されており、内導体７０’が、例証的には、第１の間隙１３’の先まで延在して第２の導電体１２’を画定する。第１の間隙１３’は、内導体７０’と外導体７２’が離間する放射距離で測定され、例証的には、第２の間隙１４’よりも小さい。
【００４６】
更に、当業者によって理解することが可能であるように、同軸コネクタ（図示せず）は第１の間隙１３’で構成することができ、第２の導電体１２’は別個の導体構造で形成することができる。仮想接地ノード１８’は、湾曲部３２’で同軸伝送線７４’の外導体７２’に第１の導電体１１’を導電状態で取り付ける。取り付けは例えば、はんだ付け、若しくはクランピング、又は当業者が理解するように他の形態の取り付けによるものであってよい。同軸伝送線７４’における湾曲部３２’は何れの方向のものであってもよいが、好ましくは、同軸伝送線は、ループに対して直角方向に出る。湾曲部３２’と第１の間隙１３’との間では、ループ・アンテナ１０’が、外導体７２’の外側から形成される（例えば、「差込み給電部」である）。
【００４７】
更に、湾曲部３２’がループ・アンテナ１０’の仮想接地ノード１８’にある場合、バラン機能がループ・アンテナの差込み給電部の幾何学的構造によって備えられるように、共通モード電流は、同軸伝送線７４’に沿って第１の導電体１１’及び第２の導電体１２’の先で減少する。当業者によって理解されるように、同軸伝送線７４’は、電力伝送に関連付けられた内部無線周波数（ＲＦ）電流に加えて、外部表面上でＲＦ電流を搬送することができる。この作用は、ループ・アンテナ１０’の一部、及びループ・アンテナ外の同軸伝送線７４’の一部分に供給するために使用される。この作用は、ループ・アンテナ１０’における電気的対称性、及び低ＲＦインピーダンスの仮想接地点１８’又は電流最大値において同軸伝送線７４’を結合することによって避けられる。よって、同軸伝送線７４’はループ・アンテナ１０’の内部方向に放射し、ループ・アンテナの外部方向に放射しないよう結合される。
【００４８】
例証的には、任意的な２つの導電体２０ａ’及び２０ｂ’は、製造後の周波数微調節（例えば、同調）をもたらすために第２の間隙１４’のそれぞれの側に隣接している。誘電体２０’は種々の誘電率を有し得る。誘電体２０’に適した材料には、スチレン（Ｃ８Ｈ８）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、若しくはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、又は当業者によって理解される他の誘電体材料を含み得る。同調作用が必要ない場合、誘電体２０’は使用しなくてよい。誘電体２０’には円柱形状が好ましいことがあり得るが、他の形状を使用してもよい。他の実施例では、誘電体２０’は、第２の間隙１４’のそれぞれの側に結合することができ、接着剤、プラスチック製クランプ（図示せず）、又は他の取り付け形態で取り付けることができる。
【００４９】
次に図７を参照すれば、別の局面は、例証的には、ハウジング２１を含む通信装置２０に関する。ループ・アンテナ１０は例証的には、ハウジング２１によって収容され、離間した第１の間隙１３及び第２の間隙１４で円形形状を画定するよう構成された第１の導電体１１及び第２の導電体１２を含む。ループ・アンテナ１０は更に、信号給電点１５を画定する第１の間隙１３において第１の導電体１１及び第２の導電体１２の対向する部分を更に含む。
【００５０】
第２の間隙１４における第１の導電体１１及び第２の導電体１２の対向する部分は、インピーダンス同調構成を画定する。第２の間隙１４は、第１の間隙１３と円周方向に９０度未満、離間している。第２の間隙は、上述の通り、ループ・アンテナの所定の動作周波数における等方性放射パターン及び所定のインピーダンスをもたらすために、第１の間隙よりも大きな角度幅を有する。
【００５１】
通信装置２０は、中を通る信号を処理するためにループ・アンテナ１０”と協働し、ハウジング２１によって収容される回路２２も含む。更に、通信装置２０は、ループ・アンテナ１０を回路２２に結合する給電線２３も含む。更に、ループ・アンテナ１０は、ＲＦＩＤタグ、ＲＦＣＤ無線機、ＧＰＳ受信機、セルラ電話機、ページャ、ＷＬＡＮカードや、他の移動体無線通信装置などの種々の通信装置２０において実施することができる。
【００５２】
もう一度図１を参照すれば、別の局面はループ・アンテナ１０を作製する方法に関する。上記方法は、第１の間隙１３における第１の導電体及び第２の導電体の対向する部分が信号給電点１５を画定するように、離間した第１の間隙１３及び第２の間隙１４で円形形状を画定するよう第１の導電体１１及び第２の導電体１２を構成する工程を含む。第１の導電体１１及び第２の導電体１２は更に、第２の間隙１４においてそれらの対向する部分がインピーダンス同調構成を画定するように構成される。方法は更に、第２の間隙１４と第１の間隙１３との円周方向の離間が９０度未満であるように第１の導電体１１及び第２の導電体１２を構成する工程と、ループ・アンテナ１０の所定の動作周波数での等方性放射パターン及び所定のインピーダンスをもたらすよう、第１の間隙よりも大きな第２の間隙を形成する工程とを含む。
【００５３】
等方性アンテナは全平面において全方向性放射パターンをもたらす。よって、ループ・アンテナ１０は更に、何れの向きにおける全方向性アンテナであってもよい。水平面において搭載された場合、ループ・アンテナ１０は、水平偏波によるＦＭ放送受信によく適しており、半波長ダイポール又はダイポールのターンスタイルよりもサイズがずっと小さい。米国のＦＭ放送の周波数（８８乃至１０８ＭＨｚ）では、ループ・アンテナ１０の直径は約１９インチ（４７．５ｃｍ）である一方、半波長ダイポールの長さは６０インチ（１５０ｃｍ）である。
【００５４】
放射パターンがＮＶＩＳ（近垂直入射）カバレッジを含むので、ループ・アンテナ１０はＨＦ（高周波）にも有用であり、ポール上に支持された配線構造であってもよい。ポールは、多角形形状（図１に示す円形実施例を近似する）においてループ導体１１，１２を形成すればよい。当然、ループ・アンテナ１０は他の周波数上で動作することができる。
【００５５】
よって、ループ・アンテナ１０は、多くの目的のために十分な利得、及び高い放射効率を備えたほぼ等方性の放射パターンを提供する。これは、削減されたサイズの相対波長で動作し、低コストの製造のために平面型であり、アンテナ照準の必要性を避け得る。よって、ループ・アンテナ１０は特に、パーソナル通信などのポータブルな非指向性装置、又は追跡タグなどの無線位置特定装置に効果的である。当然、ループ・アンテナ１０は、当業者によって理解されるように、他の装置において使用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ループ・アンテナ
１１  導電体
１２  導電体
１３  間隙
１４  間隙
１５  信号給電点
【図１】
2010098742.tif 000005
【図２Ａ】
2010098742.tif 000006
【図２Ｂ】
2010098742.tif 000007
【図２Ｃ】
2010098742.tif 000008
【図２Ｄ】
2010098742.tif 000009
【図３】
2010098742.tif 000010
【図４】
2010098742.tif 000011
【図５】
2010098742.tif 000012
【図６】
2010098742.tif 000013
【図７】
2010098742.tif 000014