(57)【要約】【課題】高バンド幅、簡単な構成かつ低コストな高バンド幅マルチバンド・アンテナを提供すること。【解決手段】接地パッチ部材２０と、前記接地パッチ部材と略平行かつ間隔をあけて配置され、放射素子２４によって電気的に接続された付加パッチ部材２２と、前記付加パッチ部材と容量結合されたフィードライン２８とを備えた。
2005513844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高バンド幅マルチバンド・アンテナは、
接地パッチ部材と、
前記接地パッチ部材と略平行かつ間隔をあけて配置され、放射素子によって電気的に接続された付加パッチ部材と、
前記付加パッチ部材と容量結合されたフィードラインとを具備する。
【請求項２】
高バンド幅マルチバンド・アンテナは、
接地パッチ部材と、
前記接地パッチ部材と略平行かつ間隔をあけて配置され、かつ電気的に接続された付加パッチ部材と、
前記付加パッチ部材との共面を終端し、前記付加パッチ部材内の空スペース部を占有し、フィードライン信号を伝送するのに適合するフィード手段と、
前記付加パッチ部材と終端との間で定義されるスロットとを備え、
前記付加パッチ部材と終端とが、前記スロットと容量結合されている。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナにおいて、
前記フィード手段はフィード・パッチ部材であり、
前記フィード・パッチ部材の寸法と前記スロットの幅が、アンテナのバンド幅が前記スロット幅に応じて変化するような範囲内になるように、選択されている。
【請求項４】
請求項２に記載のアンテナにおいて、前記フィード手段と前記付加パッチ部材の間に接続された離散的なコンデンサーを更に具備し、
アンテナバンド幅は離散的なコンデンサーの容量の値に従って変化する。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材は、前記接地パッチ部材と前記付加パッチ部材の１つの第１端（one first edge）との間に配置された前記放射素子によって電気的に前記接地パッチ部材に接続される。
【請求項６】
請求項５に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の第１端は前記付加パッチ部材の前記１つの第１端に接続される。
【請求項７】
請求項６に記載のアンテナにおいて、接続端が同一の広がりをもつように、前記放射素子の全体の第１端が、前記付加パッチ部材の全体の１つの第１端に接続される。
【請求項８】
請求項６に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の全体の第１端は前記付加パッチ部材の前記１つの第１端の部分のみに接続される。
【請求項９】
請求項８に記載のアンテナにおいて、前記フィード手段は前記付加パッチ部材の前記１つの第１端の無接続の部分から内部に延びている。
【請求項１０】
請求項５から請求項９のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材と前記放射素子は導電性シートから一体的に形成され、シートの折り目線によって切り離される。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアンテナにおいて、前記放射素子は前記付加パッチ部材と垂直に延びている。
【請求項１２】
請求項５から請求項１１のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、前記放射素子は平面である。
【請求項１３】
請求項５、請求項６、請求項８及び請求項９のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材、前記放射素子及び前記接地パッチ部材は、平面導電性シートの一部に一体的に接続されている。
【請求項１４】
請求項３に記載のアンテナにおいて、前記接地パッチ部材、前記付加パッチ部材及び前記フィード・パッチ部材は、それぞれ誘電体支持部上の導電性表面としてそれぞれ形成される。
【請求項１５】
請求項１０に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材と前記フィード手段から前記接地パッチ部材を分離するスペース内に延びる固体誘電体材料を更に具備する。
【請求項１６】
請求項３に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材と前記フィード・パッチ部材の両者は、同一方向に向けられた長い方の第１端を有する長方形である。
【請求項１７】
請求項１６に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材の長さと幅は、前記フィード・パッチ部材の長さと幅のそれぞれ約５倍である。
【請求項１８】
請求項１６に記載のアンテナにおいて、アンテナの共鳴周波数の高い方の１つに対する周波数バンド幅は、前記付加パッチ部材の長さの減少に伴って増加する。
【請求項１９】
請求項１６に記載のアンテナにおいて、アンテナの最も低い共鳴周波数は、前記付加パッチ部材の長さの減少に伴って減少する。
【請求項２０】
請求項５に記載のアンテナにおいて、アンテナの共鳴周波数は、前記放射素子の幅の増加に伴って増加する。
【請求項２１】
請求項５に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の幅は、略２５ｍｍである。
【請求項２２】
請求項５に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の高さが減少すると、アンテナの共鳴周波数が増加する。
【請求項２３】
請求項１６に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材の長さは略４５ｍｍであり、幅は略２４ｍｍである。
【請求項２４】
請求項２３に記載のアンテナにおいて、前記フィード・パッチ部材の長さは略９ｍｍであり、幅は略５ｍｍである。
【請求項２５】
請求項２４に記載のアンテナにおいて、前記付加パッチ部材と前記フィード・パッチ部材との間に形成された前記スロットの幅は、略０．５ｍｍから略１ｍｍである。
【請求項２６】
請求項８または請求項９に記載のアンテナにおいて、前記放射素子の幅は略２５ｍｍであり、高さは略１６ｍｍである。
【請求項２７】
請求項５から請求項１３、請求項１５、請求項２０から請求項２２、及び請求項２６のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、前記放射素子は、一連の平行な細片からなり、各細片は前記接地パッチ部材と前記付加パッチ部材の前記１つの第１端との間に延びている。
【請求項２８】
請求項４に記載のアンテナにおいて、前記フィード手段はフィードライン信号を伝送するフィードラインの端部である。
【請求項２９】
請求項４または請求項２８に記載のアンテナにおいて、離散的なコンデンサーの値は、０．５ｐＦである。
【請求項３０】
請求項１から請求項２９のいずれか１項に記載のアンテナにおいて、アンテナは９００ＭＨｚの範囲の第１の帯域と１８００ＭＨｚの範囲の第２の帯域で作動する。
【請求項３１】
請求項３０に記載のアンテナにおいて、アンテナは２１００ＭＨｚの範囲の第３の帯域で作動する。
【請求項３２】
請求項３に記載のアンテナにおいて、前記接地パッチ部材と、前記放射素子と、前記付加パッチ部材とで一般的に、Ｕ字形構成を形成するように、前記付加パッチ部材の端の部分に前記接地パッチ部材の端の部分を接続する前記放射素子を備え、
前記接地パッチ部材、前記付加パッチ部材、前記フィード・パッチ部材及び前記放射素子は同じ平面内にすべて延びている。
【請求項３３】
請求項３２に記載のアンテナにおいて、前記フィード・パッチ部材に接続されたフィードライン・パッチ部材を更に具備し、
前記フィードライン・パッチ部材が前記放射素子と平行、かつ前記付加パッチ部材、前記パッチ部材及び前記放射素子の平面内の前記接地パッチ部材に向かって延びている。
【請求項３４】
請求項３３に記載のアンテナにおいて、前記接地パッチ部材、前記付加パッチ部材及び前記フィード・パッチ部材は、それぞれ誘電体支持部上の導電性表面としてそれぞれ形成される。
【請求項３５】
請求項３４に記載のアンテナにおいて、前記誘電体支持は、ＦＲ４、ポリエステル・フィルム及びデュロイド（ｄｕｒｏｉｄ）の１つで形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチバンド・アンテナ、特に、コンパクトで、製造しやすい高バンド幅マルチバンド・アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトさ、製造の容易さ及び比較的低コスト故に、マイクロストリップ・アンテナは携帯電話用の車載アンテナとして広く使用されるようになった。
【０００３】
一般に、マイクロストリップ・アンテナは、接地パッチ部材からなっており、パッチ部材は１つ以上の他のパッチ部材と平行かつ間隔をあける関係で延びており、それらの他のパッチ部材の平面に延びる信号フィードラインを有している。
【０００４】
そのような多くのアンテナがデュアルバンド・アンテナとして設計されており、異なった電話システムにそれぞれ使用される分離された周波数帯におけるリターン損失が減少する。
【０００５】
そのようなアンテナは既に比較的簡単な構成のものであるが、それらの設計を簡素化し、かつ製造費を減少させることによって、それらを改良し続ける努力がなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高バンド幅、簡単な構成かつ低コストな高バンド幅マルチバンド・アンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の発明者は、次のことを見出した。もしアンテナが次のように構成されるのであれば、一般にマイクロストリップ・アンテナのバンド幅が増加することができる。その構成とは、電気的にアンテナの接地パッチ部材に接続される他のパッチ部材のひとつからのスロットによって分離されるように、信号フィードラインが他のパッチ部材の平面に延びる構成である。
【０００８】
付加パッチ部材が異なった平面で接地パッチ部材から延びている場合に、本発明の1つの形式のケースのように、発明者はさらにそのようなマイクロストリップ・アンテナの構造を簡素化する方法を見つけた。
【０００９】
通常、そのタイプのマイクロストリップ・アンテナは、まず、１個以上のパッチ部材から分離されて接地パッチ部材を別々に形成して、そして、パッチ部材のすべてが一般にマルチプラナー平行間隔関係で維持されるように形成することによって構成される。
【００１０】
アンテナの最終的な組み立てのために、パッチ部材は、適切な方向で多平面が平行かつ間隔をおいた構成に保持されることが必要である。
【００１１】
接地パッチ部材との最終的な接続に先立って、付属集積間隔手段（attached integral spacing means）を持つように、付加パッチ部材に対して、最終的な組み立ての間に、接地パッチ部材に関連してより迅速に位置決めすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の局面において、本発明は、高バンド幅マルチバンド・アンテナであり、接地パッチ部材と、前記接地パッチ部材と略平行かつ間隔をあけて配置され、放射素子によって電気的に接続された付加パッチ部材と、前記付加パッチ部材と容量結合されたフィードラインとを具備する。
【００１３】
第２の局面において、本発明は、接地パッチ部材と、前記接地パッチ部材と略平行かつ間隔をあけて配置され、かつ電気的に接続された付加パッチ部材と、フィードライン信号を伝送するのに適合するフィード手段とを備えている。フィード手段は、前記付加パッチ部材との共面を終端し、前記付加パッチ部材内の空スペース部を占有する。スロットは、前記付加パッチ部材と終端との間で定義される。前記付加パッチ部材と終端とが、前記スロットと容量結合されている。
【００１４】
本発明の第２の局面の第１形態において、前記フィード手段はフィード・パッチ部材でもよく、前記フィード・パッチ部材の寸法と前記スロットの幅が、アンテナのバンド幅が前記スロット幅に応じて変化するような範囲内になるように、選択されている。発明の第２の局面の第２形態において、前記フィード手段と前記付加パッチ部材の間に接続された離散的なコンデンサーを更に具備し、アンテナバンド幅は離散的なコンデンサーの容量の値に従って変化する。本発明の第２の局面の第２のフォームで、前記フィード手段はフィードライン信号を伝送するフィードラインの端部でもよい。
【００１５】
発明の第２の局面の第１と第２形態において、前記付加パッチ部材は、前記接地パッチ部材と前記付加パッチ部材の１つの第１端（one first edge）との間に配置された前記放射素子によって電気的に前記接地パッチ部材に接続されてもよく、前記放射素子の第１端が、前記付加パッチ部材の前記１つの第１端に接続されることが更に好ましい。
【００１６】
前記放射素子の全体の第１端が、前記付加パッチ部材の全体の１つの第１端に接続されてもよい。また、前記放射素子の全体の第１端は前記付加パッチ部材の前記１つの第１端の部分のみに接続されてもよい。この場合において、前記フィード手段は前記付加パッチ部材の前記１つの第１端の無接続の部分から内部に延びていてもよい。
【００１７】
１つの形態において、前記付加パッチ部材と前記放射素子は導電性シートから一体的に形成され、シートの折り目線によって切り離されてもよい。この形態において、前記放射素子は前記付加パッチ部材と垂直に延びていることが好ましい。前記放射素子は平面であることが更に好ましく、前記付加パッチ部材と前記フィード手段から前記接地パッチ部材を分離するスペース内に延びる固体誘電体材料を更に具備することが更に好ましい。他の形態において、前記付加パッチ部材、前記放射素子及び前記接地パッチ部材は、平面導電性シートの一部に一体的に接続されていてもよい。
【００１８】
発明の第２の局面の第１の形態において、前記接地パッチ部材、前記付加パッチ部材及び前記フィード・パッチ部材は、それぞれ誘電体支持部上の導電性表面としてそれぞれ形成されてもよい。この形態において、前記付加パッチ部材と前記フィード・パッチ部材の両者は、同一方向に向けられた長い方の第１端を有する長方形である。前記付加パッチ部材の長さと幅は、前記フィード・パッチ部材の長さと幅のそれぞれ約５倍である。アンテナの共鳴周波数の高い方の１つに対する周波数バンド幅は、前記付加パッチ部材の長さの減少に伴って増加する。アンテナの最も低い共鳴周波数は、前記付加パッチ部材の長さの減少に伴って減少する。
【００１９】
アンテナの共鳴周波数は、前記放射素子の幅の増加に伴って増加してもよい。前記放射素子の幅は、略２５ｍｍであってもよい。前記放射素子の高さが減少するのに伴い、アンテナの共鳴周波数が増加してもよい。
【００２０】
前記付加パッチ部材の長さは略４５ｍｍであり、幅は略２４ｍｍであってもよく、前記フィード・パッチ部材の長さは略９ｍｍであり、幅は略５ｍｍである。より好ましくは、前記付加パッチ部材と前記フィード・パッチ部材との間に形成された前記スロットの幅は、略０．５ｍｍから略１ｍｍである。
【００２１】
前記放射素子は、一連の平行な細片からなり、各細片は前記接地パッチ部材と前記付加パッチ部材の前記１つの第１端との間に延びている。
【００２２】
好ましくは、アンテナは９００ＭＨｚの範囲の第１の帯域と１８００ＭＨｚの範囲の第２の帯域で作動する。より好ましくは、アンテナは２１００ＭＨｚの範囲の第３の帯域で作動する。
【００２３】
本発明の第２の局面の第１形態において、前記接地パッチ部材と、前記放射素子と、前記付加パッチ部材とで一般的に、Ｕ字形構成を形成するように、前記付加パッチ部材の端の部分に前記接地パッチ部材の端の部分を接続する前記放射素子を含んでもよい。前記接地パッチ部材、前記付加パッチ部材、前記フィード・パッチ部材及び前記放射素子は同じ平面内にすべて延びている。
【００２４】
好ましくは、また、アンテナは前記フィード・パッチ部材に接続されたフィードライン・パッチ部材を含んでもよい。前記フィードライン・パッチ部材が前記放射素子と平行、かつ前記付加パッチ部材、前記パッチ部材及び前記放射素子の平面内の前記接地パッチ部材に向かって延びている。より好ましくは、前記接地パッチ部材、前記付加パッチ部材及び前記フィード・パッチ部材は、それぞれ誘電体支持部上の導電性表面としてそれぞれ形成される。前記誘電体支持は、ＦＲ４、ポリエステル・フィルム及びデュロイド（ｄｕｒｏｉｄ）の１つで形成される。
【００２５】
用語「放射素子」の単語「放射する」は、伝送状態にのみであるアンテナを意味する意図ではなく、むしろ、アンテナのこの部分（「放射素子」）が、アンテナがアクティブなときはいつでも、すなわち、受信と同様に送信中はアクティブであることを記述するように使用される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高バンド幅、簡単な構成かつ低コストな高バンド幅マルチバンド・アンテナを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
本発明のアンテナは、２つ又は３つの周波数帯で動作するように設計されている。その１つの使用例としてバンドをカバーするための８９０〜９６０ＭＨｚ、１７１０〜１８８０ＭＨｚ、及び１９２０〜２１７５ＭＨｚのマルチバンド電話アンテナがあげられる。これらの３つの周波数帯のうち上側の２つの周波数帯を非常に広い単一の周波数帯で結合することができた。製造するのにコンパクトで、安価である本発明に係るアンテナは等しく他のコミュニケーション・アプリケーションの役に立つものである。
【００２９】
図１に示すように、第１の実施形態のアンテナは、折返し導体に固定された接地パッチ部材（grounded patch member）２０を有している。折返し導体は、接地パッチ部材２０にほぼ平行に延びている付加パッチ部材（further patch member）２２と、放射素子２４とを含む。付加パッチ部材２２は、フィード・プローブ２８に接続されるフィード・パッチ部材２６を位置決めするための開口部を有している。
【００３０】
通常、フィード・プローブ２８は、接地パッチ部材２０への接地線接続を有する同軸ケーブル（図示しない）の中心導体の延長部である。
【００３１】
アンテナは、次のように組み立ててもよい。付加パッチ部材２２とフィード・パッチ部材２６を単一の材料として残す。一方、折返し導体を接地パッチ部材２０とフィード・プローブ２８に取り付けておく。また、取り付け後に、付加分離されたパッチ部材とフィード・パッチ部材を定義するためにスロット３０をフィード・プローブ２８の周りで切りとる。アンテナのバンド幅を増加させるスロットの存在により、容量が生じる。
【００３２】
また、図１には、図１１、図１２及び図１３と共にアンテナに形成された放射パターンを記述するのに使用されるＸ、Ｙ及びＺ軸が記載されている。
【００３３】
付加パッチ部材及びフィード・パッチ部材の典型的な寸法例（ミリメートルによる）を図２に示す。この例では、付加パッチ部材２２の長さが４５ｍｍ、幅が２４ｍｍであり、フィード・パッチ部材２６の長さが９ｍｍ、幅が４ｍｍである。
【００３４】
パッチ部材の長さのディメンジョン（dimension）に平行に延びるスロット３０の幅は１ｍｍであるが、パッチ部材の幅のディメンジョンに平行に延びるスロット３０の幅は０．５ｍｍである。
【００３５】
付加パッチ部材２２の長さと異なる幅を有する放射素子２４を有するアンテナの第２の実施形態を図３に示す。この構成において、放射素子２４の寸法を調整すると、周波数とバンド幅のアンテナの両方を調整することができる。一般に、第１と第２の実施形態は広帯域特性を示す。２つの共鳴周波数があり、高い方の１つの周波数は、ＰＣＮとＵＭＴＳ周波数帯の両方（１７１０〜２１７５ＭＨｚ）にわたってカバーするのに十分である、
図４は、第３の実施形態に係るアンテナを示す図である。フィード・パッチ部材２６の長い方の端の１つが、フィード・パッチ部材２６の１つの部分上の付加パッチ部材２２の長い方の端の１つと共にインラインで延びるように、フィード・パッチ部材２６が位置決めされる。放射素子２４は、付加パッチ部材２６の別の部分上の接地パッチ部材２０と付加パッチ部材２６との間に延びている。フィード・ピン２８は、フィード・パッチ部材２６に接続されている。
【００３６】
図５は、第１の実施形態に係るアンテナの典型的な表面電流の分布を示す図であって、高い方の周波数、すなわち１９００ＭＨｚ及びそれ以上、で実行されるソフトウェア・シミュレーションを使用して作成された。このシミュレーションにおいて、接地パッチ部材の上の付加パッチ部材及びフィード・パッチ部材の高さＨは１６ｍｍとした。
【００３７】
図５における表面電流分布は、フィード・プローブが非常に励起したのを示すが、プレート構造は非常に低い電流を運んだ。これは、プローブがアンテナからの放射の原因となったのを示している。
【００３８】
図６はアンテナのリターン損失について示しているが、図７は同じ周波数範囲の上のアンテナのシミュレートされたインピーダンスの実数部と虚数部について示している。これらの図から、１０ｄＢより良いリターン損失によって定義されているバンド幅が、（２．１７ＧＨｚ−１．６１ＧＨＺ）＝５６０ＭＨｚであることがわかる。これは計算（２．１７−１．６１）／｛（２．１７＋１．６１）／２｝に基づく２９．５％の「百分率バンド幅（percentage bandwidth）」と等しい。インピーダンスの実数部は、そのバンド幅にわたって５０オーム付近であり、アンテナを通信システムに容易に合わせるようにすることができる。
【００３９】
付加パッチ部材の長さのみが異なる４個のアンテナを実験的な測定のために組立てた。
【００４０】
図８は４個のアンテナのための周波数に対するＳ１１リターン損失を示したものである。付加パッチ部材の長さが４５ｍｍから３０ｍｍまで縮小するに従って、バンド幅はそれに応じて増加する。最大のバンド幅（（２１０５ＭＨｚ−１３７５ＭＨｚ）＝７３０ＭＨｚ）（すなわち、４２％の百分率バンド幅）は長さ３０ｍｍの付加パッチ部材と関連づけられた。
【００４１】
図９、図１０及び図１１は第１の実施形態に係るアンテナに対するそれぞれの極方位（polar azimuth）ＸＹ平面、極高度（polar elevation）ＸＺ平面、及び極高度ＹＺ平面の測定放射パターンの垂直な分極図である。これらの放射パターンはＸＹ平面において良い全方位の適用範囲を示す。
【００４２】
パラメトリック研究は、図１２で示される寸法（ミリメートルによる）の付加パッチ部材及びフィード・パッチ部材を有するアンテナの第２の実施形態を使用して実行された。付加パッチ部材の長さは、初めは４５ｍｍであったが、研究の間、変えられた。高さ１６ｍｍと幅２５ｍｍである放射素子を、当初使用したが、高さと幅の両方を研究の間変えた。プローブの半径を０．６ｍｍとし、長さを放射素子の高さに対応するようにした。付加パッチ部材及びフィード・パッチ部材は０．８ｍｍの厚みを持っているＦＲ４基板の印刷された素子として組み立てられた。
【００４３】
パラメトリック研究では、下記の項目を順番に変化させている。  
（ｉ）付加パッチ部材の長さ、  
（ｉｉ）フィード・ピンと放射素子の高さ、  
（ｉｉｉ）放射素子の幅。  
ここで、他のパラメタは不変である。
【００４４】
パラメトリック研究における付加パッチ部材の長さに関して、図１３と図１４は、付加パッチ部材の長さが４５ｍｍから３５ｍｍと２５ｍｍまで減少したときの、周波数に対するインピーダンスの虚数部と実数部のそれぞれの変化を示す図である。パッチの長さを減少させると２５ｍｍに対する８００ＭＨｚから４５ｍｍに対する９７０ＭＨｚまで低い方の共鳴周波数をわずかに増加させたが、共鳴周波数は、高い方の周波数帯は、ほとんど一定なままであった。図１５は、付加パッチ部材の３つの長さ対する周波数でのＳ１１リターン損失における変化を示す図である。
【００４５】
５０オーム整合インピーダンスに対する放射素子の高さとフィード・プローブの長さを変える効果を図１６に示す。これらの測定において、放射素子の幅は２５ｍｍであって、付加パッチ部材の長さは４５ｍｍとした。高さは両方の周波数帯で共鳴にかなりの影響力を持っている。フィード・プローブの長さが減少するに従って共鳴周波数は両方の周波数帯で増加する。プローブの長さが長いほど、周波数は低くなる。
【００４６】
放射素子の幅を変える効果を図１７と図１８に示す。図１７及び図１８は、４つの放射素子についての周波数に対するアンテナのインピーダンスの虚数部と実数部を示す図である。これらの測定において、放射素子の高さは１６ｍｍであり、付加パッチ部材の長さは４５ｍｍであった。それに、放射素子の幅を０ｍｍから１０ｍｍまで、次に２０ｍｍ、及び２５ｍｍまで、増加するに従って、低い方の周波数帯の共鳴周波数が増加することがわかった。
【００４７】
高い方の周波数帯の共鳴周波数は比較的変わらないでそのままであった。放射素子の幅が２５ｍｍのときに、実数部と虚数部の整合が得られており、実数部と虚数部の整合は、放射素子が広くなると低い方の帯域に対して良くなるが、高い方の帯域に対しては悪くなる。
【００４８】
適切な妥協はおよそ２５ｍｍの放射素子幅で得られる。
【００４９】
図１９は、放射素子２４が単一の材料ではなく、１セットの複数の平行な細片によって形成されることを除き、図４の実施形態と同様のアンテナを示している。前記のようにパラメトリック研究では、平行な細片で形成された放射素子の幅を変えると、図１７と図１８で示される単一の放射素子に対する結果とほとんど同じ結果が得られた。細片で形成された放射素子において、「幅」は最も外側の細片の外側の端から端までの距離を意味しており、細片の間のギャップの幅を含む。
【００５０】
図２０は本発明の第５の実施形態を示す図である。本実施形態において、フィード・パッチ部材２６はフィード・プローブ２８の端部によって定義される。コンデンサー４０はフィード・プローブ２８の端部と付加パッチ部材２２の間に接続される。本実施形態では、アンテナの周波数帯幅はコンデンサーのサイズによって決定される。
【００５１】
図２１は、第５の実施形態に係るアンテナにおいて、コンデンサー４０の容量が０．５ｐＦのときの周波数対リターン損失（ｄＢで測定）のグラフである。
【００５２】
図２２と図２３は、接地パッチ部材、付加パッチ部材及びフィード・パッチ部材を同じ平面で形成した場合の実施形態を示す図である。本発明のこの形態は誘電体支持体上の導電性表面をエッチングする構成に特に適合する。図２２と図２３に示すように、接地パッチ部材５０、放射素子５２、付加パッチ部材５４、及びフィード・パッチ部材５６のすべてが、誘電体支持部５８の導電体表面をエッチングすることによって形成されている。フィード信号を搬送するのに適合した同軸ケーブル６０の接地部は、接地パッチ部材５０にはんだ付けされ、同軸ケーブル６０のフィードラインがフィード・パッチ部材５６のテールの端部にはんだ付けされる。
【００５３】
また、サンプル寸法は図２２と２３の上に示されている（ミリメートルで）。
【００５４】
再び図２２を参照する。誘電体支持部５８は、どんな適当な非導電性の材料で形成してもよく、ＦＲ４、ポリエステル・フィルム、ガラス及びデュロイド（ｄｕｒｏｉｄ）が使用可能である。誘電体支持部に使用される材料によって、放射素子５２とフィード・パッチ部材５６のテール５６ａのいくつかのマイナーリターニング（ｍｉｎｏｒ  ｒｅｔｕｎｉｎｇ）が必要である。「テール」は、図２２の放射素子５２と平行に延びているフィード・パッチ部材５６の細長い部分である。フィード・パッチ部材テール５６ａと放射素子５２の両方が絶縁性の支持部５８の表面の導電性材料のエッチングによって、または、その支持部の誘電体の材料に印刷することによって形成されるが、それらは低い方の周波数でのアンテナの主放射素子である。フィード・パッチ部材テール５６ａは、高い方の周波数における放射素子として機能する。付加パッチ部材５４と付加パッチ部材５４がその三方を囲んでいるフィード・パッチ部材５６のヘッド５６ｂとの間の図２２で示されるギャップは重要であって、該ギャップにより、アンテナのインピーダンス整合が５０オームになる。このギャップは離散的なコンデンサーに取り替えることができるが、コンデンサーの容量はアプリケーションと設備に依存するだろう。
【００５５】
図２２で示される設計は多くのアプリケーションで採用することができる。
【００５６】
典型的な設備では、接地平面を形成する大きい金属プレートに接続されるべき接地パッチ部材５０が必要である。接続は直接接続か容量結合の形式でできる。容量結合では、接地板が金属領域の近くに位置決めされることが必要である。最適な性能を得るために、アンテナを垂直に取り付けるように車の屋根に装備することができ、図２４に示すような構成では、通常プラスチックのカバーで囲まれる。アンテナは後者へいくらかの悪影響もなくＧＰＳアンテナの最も近くに位置決めしてもよい。図２５は車の風防ガラスのガラスに装備されたときの図２２のアンテナを示し、例えば、アンテナは前か後部の風防ガラス、またはサイド・ウィンドウでどんな形状のガラスにも取り付けられてもよい。ケーブルは５７でフィード・パッチ・テール５６ａに接続される。最適な性能を得るために、アンテナのどんなケーブルも車の車体のそばを通すべきであって、これによりケーブルからの余分な放射を避けることができる。また、乗り物のバンパーにアンテナを取り付けることも可能である。その場合において、標準のプリント基板材料上にアンテナを生産することができ、接地パッチ部材５０を車の金属補強棒に重ね合わすように装備される。しかしながら、そのような低い位置への装備では、アンテナ放射が主に低い方の周波数で指向性を有することに注意されるべきである。
【００５７】
他の可能な装備位置としては、バックミラーの後ろやサイドミラーの後ろ、または、電話受話器の中であってもよい。
【００５８】
図２６は、図２２のアンテナに対するフリースペース内のリターン損失の測定結果を示す図である。図２７は、９６０ＭＨｚの低い方の周波数と１７９５ＭＨｚの高い方の周波数におけるアジマス放射パターン（ともに、ｄＢｉで測定）である。
【００５９】
図２８のグラフはアンテナのルーフマウント・インストールに対するリターン損失の結果を示す図である。これらの結果を得るために、大きい金属プレートを、車の屋根として使用した。図２９と図３０はそれぞれルーフマウント・アンテナの低い方と高い方の周波数帯に対する放射パターン測定値を表している。
【００６０】
最適な性能を得るために、アンテナはガラスに数ミリメートル離して配置されるが、これはアンテナよりむしろガラスの特性である。１．８ＧＨｚなどの周波数では、ガラスは非常に損失のある材料として機能して、アンテナをガラスからわずかに遠くに置くと、これらの損失を抑えることができる。これはガラスの上に発生する表面波や、材料内でどの波が放射せずに損失するのかということによるものである。図３１はそれぞれ乗り物のフロントガラスのガラスからわずかに遠くに置かれたアンテナに対するリターン損失の測定結果を示す図である。図３２はそのアンテナに対するｄＢｉで測定される放射パターンを示す図である（８９０ＭＨｚの低い方の周波数、１７５０ＭＨｚの高い方の周波数）。
【００６１】
以上のように、アンテナを、車のバンパー、前部か後部かのどちらか、又は最適には両方の前部に装備することができる。
【００６２】
図３３はそのようなアプリケーションのためのリターン損失の測定結果を示しており、図３４と図３５はそれぞれ９２５ＭＨｚの低い方の周波数と１７９５ＭＨｚの高い方の周波数に対する当該放射パターンの測定値を示す図である。
【００６３】
図２２に示すアンテナの信号フィード手段は同軸ケーブル６０であるが、結合ラインフィード（coupled-line feed）を代わりに使用してもよい。
【００６４】
図３６と図３７は本発明のアンテナの第８の実施形態を示す図である。本実施形態は、図４の第３の実施形態及び図１９の第４の実施形態と同様であるが、放射素子７０、フィード・パッチ部材７２、フィード・ピン７４の相対的な配置と、付加パッチ部材７６に関連した素子の位置とが異なっている。図３６と図３７において、寸法はミリメートルである。
【００６５】
本発明は、好ましい実施形態で記述してあるが、使用されている単語が制限的なものよりはむしろ記述の単語であることや、追加された請求項によって定義される範囲から逸脱しないような変更がなされてもよい。
【００６６】
本明細書や図面で開示された各特徴は、他の開示或いは図示された特徴についてそれぞれ独立して本発明に取り入れてもよい。また、要約書に記載された内容を本発明の一部として含んでもよい。
【００６７】
高バンド幅マルチバンド・アンテナは、接地平面部材を含んでおり、第１のパッチ部材は、一般的に接地平面部材と平行に間隔をおいて延びていて、かつそれに電気的に接続されていて、第２のパッチ部材は、信号フィード線に接続可能であって、第１のパッチ部材に形成されたスロット内の第１のパッチ部材と一般的に共面（coplanar）に延びている。第２のパッチ部材は垂直な伝導性接続部材と共に折返し伝導するプレートの一部として集積して形成され、この構成により、第２のパッチ部材をすぐに、そして正確に接地平面部材へのアタッチメントの前の接地平面部材に関連して置くことができる。アンテナには、高バンド幅、簡単な構成であり、コストがかからないという製造の利点がある。
【００６８】
本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００６９】
また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの斜視図である。
【図２】図１のアンテナの平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るアンテナの斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るアンテナの斜視図である。
【図５】図１のアンテナに対する典型的な表面電流の分布パターンを示す図である。
【図６】図１のアンテナに対するＳｌｌリターン損失に対する周波数を示すグラフである。
【図７】図１のアンテナに対する入力抵抗とインピーダンスに対する周波数を示すグラフである。
【図８】第１のアンテナの第１の実施形態のパッチ部材の長さの変化に対する周波数があるＳ１１リターン損失に対する周波数を示すグラフである。
【図９】図１のアンテナの極方位（polar azimuth）ＸＹ平面で形成された垂直分極放射パターンを示す図である。
【図１０】図１のアンテナの極高度（polar elevation）ＸＺ平面で形成された垂直分極放射パターンを示す図である。
【図１１】図１のアンテナの極高度ＹＺ平面で形成された垂直分極放射パターンを示す図である。
【図１２】パラメトリック研究で使用された第２の実施形態のアンテナの付加パッチ部材及びフィード・パッチ部材の概要平面図であって、第１と第２のパッチ部材の寸法（ミリメートル単位）を示している。
【図１３】パラメトリック研究における、付加パッチ部材の長さの変化に対する周波数でのインピーダンスの虚数部の変化を示すグラフである。
【図１４】パラメトリック研究における、付加パッチ部材の長さの変化に対する周波数でのインピーダンスの実数部の変化を示すグラフである。
【図１５】パラメトリック研究における、付加パッチ部材の長さの変化に対する周波数でのＳ１１リターン損失の変化を示すグラフである。
【図１６】接地パッチ部材とパラメトリック研究における付加パッチ部材の間の放射素子の高さと信号フィードラインの長さの変化に対する周波数があるＳ１１リターン損失の変化を示すグラフである。
【図１７】パラメトリック研究における、放射素子の幅の変化に対する周波数でのインピーダンスの虚数部の変化を示すグラフである。
【図１８】パラメトリック研究における、放射素子の幅の変化に対する周波数でのインピーダンスの実数部の変化を示すグラフである。
【図１９】本発明に係るアンテナの第４の実施形態の斜視図であって、一連の細片によって形成される放射素子を除いて第３の実施形態と同じである。
【図２０】本発明に係るアンテナの第５の実施形態の斜視図であって、離散的なコンデンサーを使用する。
【図２１】アンテナの第５の実施形態に対する周波数があるリターン損失の変化を示すグラフである。
【図２２】本発明に係るアンテナの第６の実施形態の平面図であって、接地パッチ部材、付加パッチ部材及びフィード・パッチ部材がすべて同一平面上のアンテナを見せるこの実施形態である。
【図２３】発明の第７の実施形態の平面図であって、接地パッチ部材と付加パッチ部材の間の放射素子の配置を除いて第６の実施形態と同じである。
【図２４】ルーフマウント・アンテナとして提案されたアプリケーションで図２２のアンテナを示す図である。
【図２５】フロントガラス・アンテナとして提案されたアプリケーションで図２２のアンテナを示す図である。
【図２６】図２２のアンテナのためのフリースペースでのリターン損失の測定結果である。
【図２７】図２２のアンテナのための空きスペースの放射パターン測定値であり、１つの放射パターンは９６０ＭＨｚのより低い周波数に対するものであり、１つの放射パターンは１７９５ＭＨｚの高い方の周波数に対するものである。
【図２８】屋根に取り付けられる図２２のアンテナのためのリターン損失の測定結果である。
【図２９】屋根に取り付けられる図２２のアンテナのための下側のバンド周波数のための放射パターン測定である。
【図３０】図２２屋根に取り付けられるアンテナに対するより高いバンド周波数のための放射パターン測定である。
【図３１】車の風防ガラスに装備したときの、図２２のアンテナのためのリターン損失の測定結果である。
【図３２】アンテナを風防ガラスに装備したときの図２２のアンテナの放射パターンの測定結果であって、低い方の周波数が８９０ＭＨｚであり、高い方の周波数が１７５０ＭＨｚである。
【図３３】車のバンパーに装備したときの、図２２のアンテナのためのリターン損失の測定結果である。
【図３４】アンテナをバンパーに装備したときの図２２のアンテナの放射パターンの測定結果であって、低い方の周波数が９２５ＭＨｚであり、他の測定は参照周波数で行った。
【図３５】アンテナをバンパーに装備したときの図２２のアンテナの放射パターンの測定結果であって、高い方の周波数が１７９５ＭＨｚであり、他の測定は参照周波数で行った。
【図３６】本発明の第８の実施形態に係るアンテナの斜視図であって、本実施態様は、図４に示す第３の実施形態及び図１９で示す第４の実施形態と同様である。
【図３７】図３６のアンテナの平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２０…接地パッチ部材
２２…付加パッチ部材
２４…放射素子
２６…フィード・パッチ部材
２６…付加パッチ部材
２８…フィード・プローブ
２８…フィードライン
３０…スロット
４０…コンデンサー
【図１】
2005513844.tif 000003
【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】
2005513844.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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