(57)【要約】【課題】給電点におけるインピーダンスを変更でき、分極方向を修正できるプレーナ型アンテナを提案する。【解決手段】一周波数において動作するように大きさを決められた閉曲線形のスロット（F）を有する、給電点（E）として知られる点において前記スロット（F）と交差する給電線（L）より給電される、基板に設けられたプレーナ型アンテナであって、前記給電点（E）へのインピーダンス及び／または前記アンテナの分極をマッチするように、少なくとも２つの短絡回路（SC）が前記スロット（F）上に平行に前記給電点（E）に対して配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一周波数において動作するように大きさを決められた閉曲線形のスロットを有する、給電点として知られる点において前記スロットと交差する給電線より給電される、基板に設けられたプレーナ型アンテナであって、
前記給電点へのインピーダンス及び／または前記アンテナの分極をマッチするように、少なくとも２つの短絡回路が前記スロット上に平行に前記給電点に対して配置されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のプレーナ型アンテナであって、
前記短絡回路は固定され、前記給電点の位置を修正して前記インピーダンスを修正したことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載のプレーナ型アンテナであって、
前記給電点は固定され、前記短絡回路の位置を修正して前記分極を修正したことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載のプレーナ型アンテナであって、
前記スロットはそれが含まれる平面と垂直な対称軸を有し、
前記スロット上に互いに90°の角度で配置された４つの短絡回路が正反対の短絡回路のペアごとにアクティブとされ、２つの分極を有するアンテナとなることを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載のプレーナ型アンテナであって、
前記給電線は前記短絡回路のひとつから45°の角度に配置されたことを特徴とするアンテナ。
【請求項６】
請求項１ないし３いずれか一項に記載のプレーナ型アンテナであって、
前記スロットはそれが含まれる平面と垂直な対称軸を有し、
前記２つの短絡回路は前記スロット上でこの軸に対して幾何学的に反対にあり、短絡回路平面を形成していることを特徴とするアンテナ。
【請求項７】
請求項６に記載のプレーナ型アンテナであって、
両方の短絡回路は、前記給電点に対して90°とは異なる角度で前記軸の回りに配置されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか一項記載のプレーナ型アンテナであって、
前記スロットは環状、正方形、長方形、または多角形であることを特徴とするアンテナ。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか一項記載のプレーナ型アンテナであって、
前記短絡回路は、スイッチングデバイスを用いて実現されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプレーナ型アンテナであって、
前記スイッチングデバイスはダイオードであることを特徴とするアンテナ。
【請求項１１】
一周波数において動作するように大きさを決められた閉曲線形のスロットを有する、給電点として知られる点において前記スロットと交差する給電線より給電される、基板に設けられたプレーナ型アンテナの製造方法であって、
前記スロット上に平行に少なくとも２つの短絡回路を配置するステップを含み、
前記短絡回路の前記給電点に対する位置は、前記給電点へのインピーダンス及び／または前記アンテナの分極をマッチするように選択されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、与えられた周波数で動作するよう大きさを決められた閉曲線型スロットを有する、基板上に設けられたプレーナ型アンテナに関する。その周波数は、給電点として知られる点で該スロットと交差する給電線により供給される。
【背景技術】
【０００２】
上記アンテナはローカルワイヤレスネットワークに好適である。従来、（例えば環状）スロットは、KNORRディメンションルールによるマイクロストリップラインへの電磁気的結合により給電される。
【０００３】
上記のように給電されるので、給電点に対応する電気平面内のインピーダンスは、基板及びスロットのパラメータに応じて、300オームないし400オームの間にある。よって、このタイプの供給には、50オームまたはより一般的なインピーダンス値における適応のためにインピーダンスを下げるため、インピーダンス変換器が必要である。このインピーダンス変換（例えば４分の１波長ベース）は、煩わしく、ライン損失を生じ、帯域幅を狭めてしまう。
【０００４】
さらに、このタイプの給電によると、分極は線形であり、その方向は給電点により決まる。分極方向を修正するには給電点を変える必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、給電点におけるインピーダンスを変更でき、分極方向を修正できるプレーナ型アンテナを提案するものである。
【０００６】
本発明は、給電点におけるインピーダンス及び／またはアンテナの分極がマッチするように、スロット上に並列に少なくとも２つの短絡回路を給電点に対して配置したアンテナに関する。
【０００７】
本発明によると、留意すべきことは、給電線、及びスロット上に配置された２つの短絡回路の相対的位置を選択することにより、スロットの給電点におけるインピーダンスを修正し、アンテナの分極方向を修正することができることである。
【０００８】
第１の実施形態において、前記短絡回路は固定され、前記給電点の位置を修正して前記給電点への前記インピーダンスを修正する。
【０００９】
実際、留意すべきことは、給電点の位置を変えることにより、給電点のインピーダンスを修正することができることである。短絡回路が固定されている場合、インピーダンスの修正によりアンテナの分極が変わらないことにも留意すべきである。実際、分極を決めるのは短絡回路である。
【００１０】
第２の実施形態において、給電点を固定し、短絡回路の位置を変えて分極を修正する。
【００１１】
この場合、アンテナの分極を修正することができる。しかし、留意すべきことは、これにより一般的には給電点におけるインピーダンスが変化する。
【００１２】
具体的実施形態において、前記スロットはそれが含まれる平面と垂直な対称軸を有し、前記スロット上に互いに90°の角度で配置された４つの短絡回路が正反対の短絡回路のペアごとにアクティブとされ、２つの分極を有するアンテナとなる。
【００１３】
有利にも、前記給電線は前記短絡回路のひとつから45°の角度に配置される。
【００１４】
実際、この場合、両方の分極に対してインピーダンスは同じであり、インピーダンス変換器を付加する必要はない。
【００１５】
一実施形態において、前記スロットはそれが含まれる平面と垂直な対称軸を有し、前記２つの短絡回路は前記スロット上でこの軸に対して幾何学的に反対にあり、短絡回路平面を形成している。
【００１６】
本発明によると、前記スロットは環状、正方形、長方形、または多角形であり、前記短絡回路は、ダイオード等のスイッチングデバイスを用いて作ることができる。
【００１７】
本発明は、プレーナ型アンテナの製造方法にも関する。該方法は、前記スロット（F）上に平行に少なくとも２つの短絡回路（SC）を配置するステップを含み、前記短絡回路の前記給電点（E）に対する位置は、前記給電点（E）へのインピーダンス及び／または前記アンテナの分極をマッチするように選択される。
【００１８】
本発明のその他の特徴と利点は、添付した図面を参照して異なる実施形態の説明を読めば明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明によるアンテナを示す図である。このアンテナは、紙面に対応する基板上に配置されている。このアンテナは、閉曲線形（ここでは、環状）のスロットFを有する。このアンテナは、与えられた周波数で動作するように大きさが決められており、給電点EでスロットFを横切る給電線Lにより給電されている。より具体的には、環状スロットの周は、λsに等しい。ここで、λsはスロット中の導波波長である。本発明によると、スロットは環状スロットF上に平行に正反対に配置された２つの短絡回路SCを有する。給電点におけるインピーダンスを修正するように、給電点に対して配置されている。この修正について以下説明する。
【００２０】
ラインが短絡回路により決まる平面と垂直な時、上記のアンテナではカップリン状態が最適になることが知られている。この場合、物理的短絡回路はラインにより有機された短絡回路と一致するからである。図１において、両方の短絡回路に対して給電線を角θだけ動かすことにより給電点を変位させたとき、給電点におけるインピーダンスが変化する。
【００２１】
給電線は、例えば、単にスロットFの半周の一方に配置された複数の給電線によって移動され、必要に応じてインピーダンスを修正する必要がある場合に活性化される。
【００２２】
必要なインピーダンスは決まっており、必要なインピーダンスによる角θを有する単一のラインを配置する場合にも本発明を適用することができる。
【００２３】
本発明によると、スロットとライン間の結合状態は最適状態と比して劣っている。しかし、給電点がスロットの短絡回路点上にない限り、結合方程式C＝E∧Hはヌルではない。実際、電場EはスロットFの構成により決まり、磁場ＨはラインLの構成により決まる。ラインLを角θ動かすことにより、値Cは減少するが相殺されることはなく、インピーダンスをマッチさせることができる。給電点の位置により、給電された半リング上でインピーダンスを変化させることが可能である。このインピーダンスは、結合状態が最大になったとき、すなわちラインを半リングの中央にした時に、最大値となる。
【００２４】
短絡回路により、半リング中の場の分布は決まる。
【００２５】
図２は、本発明（図２ａ）及び従来技術（図２ｂ）によるプレーナ型アンテナのいろいろな実施形態のスロット中の電流分布とその結果生じる分極を示す図である。留意すべきことは、図２ａにおいて、分極は給電点の位置を変えても変わらないが、図２ｂに示したように、スロットが短絡回路を有さない時は、分極が給電線とともに回転してしまうことである。
【００２６】
よって、スロット上に少なくとも２つの短絡回路を使用することにより、スロットにより分極が決まるようになる。実際、短絡回路を有しない、または単一の短絡回路のみを有する標準的なスロットの場合とは逆に、線形分極の方向は給電点の位置によって回らなく、短絡回路によって決まる。それゆえ、分極は、給電点がどこにあろうが、短絡回路の平面に対して垂直である。
【００２７】
図３は、図１に示した実現主義の原則による、アンテナの給電点の５通りの位置を示す図である。これらのアンテナにおいて、２つの正反対の短絡回路が環状スロット上に構成されている。このように、２つの長さLs/2の半リングが互いに向き合っている。
【００２８】
実際、これらのアンテナは、Rogers4003（Er=3.38、h=0.81mm）の絶縁基板上で、5.8GHzで動作するように大きさを決めてシミュレーションした。環状スロットの周はスロット（Ls）、すなわち半径6.65mm中を導かれた波長のオーダーでなければならない。
【００２９】
図４に、異なるアンテナのインピーダンスを示した。インピーダンスの値は、例えば、短絡回路から90°のライン位置に対する350オームから、60°のライン位置に対する70オーム未満の値までの範囲にある。これらの結果により、本発明がアンテナのインピーダンスをマッチできることが確認でき、インピーダンスマッチングの可能な拡張を示している。
【００３０】
図５は、図３の実施形態において、短絡回路平面及びそれに垂直な平面によりそれぞれ決まる、平面H及びVの電場Eの４つの成分を示す図である。留意すべきことは、給電点の位置にかかわらず、主成分は無指向性（3dBのオーダーの指向性）であり、crosspolarizationレベルはcopolarizationレベルより非常に低い（少なくとも10dB）ことである。これらの数字により、標準的な最大結合位置からシフトしている時、リニア分極が保存されることが確認できる。
【００３１】
より具体的な実施形態を検討した。図６に示した実施形態において、アンテナ２は２つの正反対の短絡回路と、基準点から51°の角度にある給電点とを有する。インピーダンスは約50オームであり、直接このインピーダンス値とマッチさせることができる。これは、図６に示した標準的アンテナ１の場合のように、スロットの外側からラインを長く延長する必要がないことを意味する。よって、留意すべきことは、標準アンテナ１の場合、ラインが短絡回路平面に対して90°をなす時、上記インピーダンスを得るために必要なグランド平面（斜線部）のサイズは30×35mm2であり、一方、本発明の場合、ラインを長くすること以外の手段でインピーダンスマッチングを実現しているので、必要なサイズは30×27mm2だけであることである。このように、本発明により、コンパクト性を担保することができる。
【００３２】
図６は、-10dBにおける帯域幅がより広いことを示している。アンテナ２の場合帯域幅は23.1%であり、標準アンテナ１の場合、帯域幅は7%である。
【００３３】
図７は、放射パターンを示し、給電点が動いても、放射パターンは少ししか変わらないことを示している。
【００３４】
図８は、本発明によるプレーナ型アンテナを示す図であり、給電点Eは固定されているが、短絡回路位置SC1とSC2が変わっている。この場合、短絡回路平面とともに分極も回転している。
【００３５】
短絡回路は、例えばダイオードを用いて実施する。ダイオードは正反対のペアとして有利に動作する。
【００３６】
図９は、本発明の原理により得られた分極の多様性を示す、プレーナ型アンテナの一実施形態を示す図である。この実施形態において、４つのダイオードが互いに角度90°でスロット上に配置されている。対向するダイオードを２つずつ切り替えることにより、単一の給電点を用いて、２つの線形分極状態にアクセスすることができる。給電点位置は、短絡回路平面の一方から45°のところに選択され、両方の分極状態で同じインピーダンスを有する。
【００３７】
第１の分極状態は、ダイオードD1とD3が非電導状態、ダイオードD2とD4が電導状態である第１の構成に対応する。分極は、図１０ａの放射パターンに示したように水平である。逆に、第２の分極状態は、ダイオードD1とD3が電導状態、ダイオードD2とD4が非電導状態である第２の構成に対応する。分極は、図１０ｂの放射パターンに示したように垂直である。
【００３８】
ここではダイオードのペアが２つある場合のみを説明したが、本発明によれば、nのオーダーの分極の多様性を有するアンテナが可能となる。ここで、nは、スロットにある短絡回路平面の数である。
【００３９】
よって、本発明によれば、いかなるインピーダンスの場合でも、直接マッチングが可能なアンテナを得ることができる。これは、インピーダンス変換器が必要ないので、アンテナがよりコンパクトになり、帯域幅が広くなり、構造的にライン損失を減らすことができる。
【００４０】
本発明により、分極ダイバーシティアンテナ構造を得ることができる。短絡回路位置を変更することにより、給電点を変更することなく、分極を変えるえることができる。
【００４１】
本発明は、以上の実施形態に限定されない。当業者は、実施形態をいろいろ変形できることが分かるであろう。例えば、他の形（正方形、多角形等）の閉曲線スロットを使用することができる。いろいろなスロット給電方法（例えば、マイクロストリップ、トリプレート、コプラナー、同軸給電方式）を使用することができる。１つの状態から他の状態にスイッチにいろいろなアクティブエレメント（ダイオード、トランジスタ、MEM等）を使用することができる。スロットを基本モードまたは高次モードで使用することができる。複数の短絡回路を使用して、必ずしも正反対の短絡回路平面や短絡回路ペア平面等を決めるために配置しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるプレーナ型アンテナを示す図であり、本発明の第１のアプリケーションを示す。
【図２】図２ａと図２ｂは、それぞれ本発明及び従来技術によるアンテナの分極方向を示す図である。
【図３】図３ａないし３ｅは、短絡回路に対するスロットの給電点位置を示す図である。
【図４】図３ａないし３ｅに示した給電点の位置によるスロットによるインピーダンスを示す図である。
【図５】給電点による環状スロットのcopolarizationとcrosspolarizationのレベルを示す図である。
【図６】図２ａ（ｉ）に示した本発明によるアンテナの実施形態の帯域幅と、及び図２ｂに示した従来技術によるアンテナの帯域幅とを示す図である。
【図７】図２ａ（ｉ）に示した本発明によるアンテナの実施形態の放射パターンと、図２ｂに示した従来技術によるアンテナの放射パターンとを示す図である。
【図８】本発明によるプレーナ型アンテナを示す図であり、本発明の第２のアプリケーションを示す。
【図９】アンテナは２つの構成を有し各構成の分極が異なる、本発明の一実施形態を示す図である。
【図１０】図９の示した両方のアンテナの構成の放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
E  給電点
F  スロット
L  給電線
SC  短絡回路
D1、D2、D3、D4  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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