(57)【要約】ＥＨ11δ共振モードで共振するように適合された誘電体共振器形アンテナ及びその製造方法も開示される。望ましい共振モードが、グラウンドされた基板（１）上に誘電体共振器（２）を注意深く位置決めすることによって実現される。この共振器（２）はマイクロストリップ形フィードライン（９）及びグラウンドされた基板（１）内のスロット（６）によって送られる。ＥＨ11δの共振モードは誘電体共振器（２）の長手方向の伸長部の方向ではゼロであるため、複数のアンテナを端と端を接して配置して、隣接したアンテナ間ではカプリングが減少した、移動式通信の用途には望ましい垂直ポラライゼーションを有するアレイを形成することができる。
2005521315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平らな長手方向の面を有する誘電体共振器と、第１及び第２の対向する表面を有し、誘電体基板が前記第２の表面に隣接するグラウンドされた基板とを備える誘電体共振器形アンテナであって、
ｉ）前記グラウンドされた基板は、第１の方向の長手方向に伸び、かつ所定の幅を有するスロットを含み、
ｉｉ）前記誘電体共振器は、自身の長手方向の面が前記グラウンドされた基板の第１の表面に近接し、前記表面間にギャップを設けて配置され、かつ前記長手方向の面の端部が前記スロットの幅を覆うように配列され、
ｉｉｉ）前記誘電体共振器の長手方向の面の大部分は導電層を備えているが、前記長手方向の面の端部には導電層が付いてなく、
ｉｖ）ストリップ形フィードラインが前記グラウンドされた基板の第２の表面上の前記誘電体基板に設けられ、前記ストリップ形フィードラインは前記誘電体共振器の長手方向の面とほぼ同一の広がりを持ち、かつ前記グラウンドされた基板内の前記スロットの幅を超えて伸びる、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
動作中、Ｈ11δモードで共振することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記誘電体共振器は、長方形の基礎面が前記長手方向の面となるような半円筒形の構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記誘電体共振器は、半円筒形の誘電体共振器から形成され、自身の長方形の基礎面は長手方向の面であり、前記長方形の基礎面の反対側の表面がプラトーを形成するように平らに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。
【請求項５】
前記誘電体共振器は、自身の長方形の基礎面が長手方向の面であるような長方形の構造をしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記誘電体共振器は、自身の長方形の基礎面が長手方向の面であるような三角形のプリズム状の構造をしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記誘電体共振器は、三角形のプリズム状の誘電体共振器から形成され、自身の長方形の基礎面は長手方向の面であり、前記長方形の基礎面の反対側の表面がプラトーを形成するように平らに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。
【請求項８】
前記導電層が金属化塗料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項９】
前記誘電体共振器の長手方向の面が、前記面間のギャップを定義する、導電性材料を含有した接着剤で前記グラウンドされた基板に接着されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１０】
ほぼ平らな長手方向の面を有する誘電体共振器と、第１及び第２の対向する表面を有し、誘電体基板が前記第２の表面に隣接するグラウンドされた基板とを備える誘電体共振器形アンテナを製造する方法であって、
ｉ）第１の方向の長手方向に伸びかつ所定の幅を有するスロットが、前記グラウンドされた基板の中に形成され、
ｉｉ）前記グラウンドされた基板の中のスロットに対して概ね垂直で、かつ前記スロットの幅を超えて伸びる１つの端部を有するストリップ形フィードラインが、前記グラウンドされた基板の第２の表面上の誘電体基板に設けられ、
ｉｉｉ）導電層が前記誘電体共振器の大部分の長手方向の表面上に塗布されるが、前記長手方向の面の１つの端部には導電層が付かないようにされ、
ｉｖ）前記誘電体共振器は、その長手方向の面が前記グラウンドされた基板の第１の表面に近接し、前記表面間にギャップを設けて配置され、かつ前記長手方向の面の端部が前記スロットの幅を覆うように配列され、
ｖ）前記誘電体共振器形アンテナは共振分析器に接続され、前記誘電体共振器は、所定の共振モードが前記共振分析器によって検出される共振位置が見いだされるまで、前記グラウンドされた基板の第１の表面のほぼ上に移動され、
ｖｉ）前記誘電体共振器の長手方向の面は、前記共振位置内のグラウンドされた基板の表面の第１の表面に、導電性の材料を含有した接着剤により接着され、
ｖｉｉ）前記グラウンドされた基板内のスロット超えて伸びる前記ストリップ形フィードラインの端部は、前記共振分析器によって測定された所定の共振モードが他の見込まれる共振モードに対して優位を占めるまで切り取られる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記所定の共振モードがＥＨ11δ共振モードであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記誘電体共振器が、長手方向の面である長方形の基礎面と湾曲面とを有する半円筒形の構造を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記誘電体共振器の湾曲面が、プラトーを形成するように平らにされることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記誘電体共振器が、長手方向の面である長方形の基礎面及び前記長方形の基礎面の反対側に頂点を有する三角形のプリズム状構造を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記誘電体共振器の頂点が、プラトーを形成するように平らにされることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記誘電体共振器が、前記長方形の基礎面が長手方向の面であるような長方形の基礎面を有する長方形の構造を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記導電層が金属化塗料として塗布されることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記共振分析器がベクトルネットワーク形分析器であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記誘電体共振器の湾曲面又は頂点が、アンテナの共振周波数を増加するために研磨又はヤスリ仕上げによって平らにされることを特徴とする請求項１２、１３、１４、１５，１７、１８のいずれかに記載の方法であって、。
【請求項２０】
ほぼ平らな長手方向の面を有する誘電体共振器と、第１及び第２の対向する表面を有し、導電性のグラウンド面を前記第２の表面上に設けた誘電体基板と、前記第１の表面上に設けられ、前記第１の表面に沿って長手方向に伸びる直接マイクロストリップ形フィードラインとを備え、前記誘電体共振器の平らな長手方向の面が前記直接マイクロストリップ形フィードラインと接触し、かつそれと同一の広がりを持つように前記誘電体共振器が前記第１の表面上に搭載されたことを特徴とする誘電体共振器形アンテナ。
【請求項２１】
前記直接マイクロストリップ形フィードラインが、張出しを提供するために、前記誘電体共振器の長手方向の面を超えて、前記誘電体基板の第１の表面に沿って伸びることを特徴とする請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記張出しが前記誘電体基板の面の中で湾曲することを特徴とする請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記張出しがほぼ直線であることを特徴とする請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記誘電体共振器の前記長手方向の平らな面のほぼ全体が導電層を備えていることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項２５】
マイクロストリップ形フィードラインと直接接触する前記誘電体共振器の前記長手方向の平らな面の一部のみが導電層を備えていることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記導電層が金属化塗料であることを特徴とする請求項２３又は２５に記載のアンテナであって、。
【請求項２７】
動作中、ＥＨモードで共振することを特徴とする請求項２０〜２６のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項２８】
請求項１〜９又は２０〜２７のいずれかに記載の又は請求項１０〜１９のいずれかの方法によって製造された誘電体共振器形アンテナのアレイであって、前記誘電体共振器の長手方向の面がほぼ同一直線上に並ぶように、アンテナがアレイの中に配列されることを特徴とするアレイ。
【請求項２９】
前記長手方向の面が、所定の地球のグラウンド面に対して概ね垂直な方向に整列されることを特徴とする請求項２８に記載のアレイ。
【請求項３０】
垂直ポラライゼーションを有する放射パターンを発生することを特徴とする請求項２９に記載のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＨ11δ、ＴＥ02δ、ＴＥ02、ＴＥ01及びハイブリッドモードのようなモードで動作できるように構成された誘電体共振器形アンテナ（ＤＲＡ）、及び個々のＤＲＡ素子のパターンが、特定の用途の要求事項に適合するように設計された特別な特性を有する全体的にアレイのパターンを備えるように構成されたＤＲＡのアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
［ＤＲＡの紹介］
誘電体共振器形アンテナは、例えば移動体通信で使用されるように、送信及び受信に対して選択された周波数の電波を放射又は受信する共振アンテナ装置である。一般に、ＤＲＡは、グラウンドされた基板の上に又はそれに接近して配置された誘電体材料の体積から構成する（誘電体共振器）。エネルギーは、誘電体材料の中に挿入された単極プローブを通って、又はグラウンドされた基板内に設けられた単極のアパーチャフィード（aperture feed）を通って、誘電体材料にまたそこから移送される。（アパーチャフィードは、誘電体材料によってカバーされたグラウンドされた基板の中に設けられ、形状は一般に長方形の不連続体であるが、楕円形、長円形、台形の「Ｈ」形、「＜−＞」形、又はバタフライ／ボウタイ形及びこれらの形状の組合せも適当である。アパーチャフィード（aperture feed）は、誘電体材料から離れたグラウンドされた基板の側に配置された、マイクロストリップ形伝送回線、グラウンドされた又はグラウンドされない同一平面上の伝送回線、三重の回線、スロットラインなどの形状のストリップフィード（strip feed）によって励起される。）マイクロストリップ形伝送回線への直接接続及びその回線による励起も可能である。別の方法では、双極子プローブを誘電体材料に挿入する。この場合は、グラウンドされた基板は必要ではない。複数のフィードを備え、これらを連続的に又は様々な組合せで励起することによって、例えば本願の出願人の同時係属の米国特許出願第０９／４３１，５４８号、及びKINGSLEY, S.P.及びO'KEEFE, S.G.による「Beam steering and monopulse processing of probe-fed dielectric resonator antennas」という題名の出版物、IEE Proceedings - Radar Sonar and Navigation, 146, 3, 121 - 125, 1999、の中で説明されているように、連続的に又は漸増的に操作できるビームが形成される。これらの内容全体は、参照することによって本願に組み込まれる。
【０００３】
ＤＲＡの共振特性は、とりわけ、誘電体材料の体積の形状及び寸法並びにそれに対するフィードの形状、寸法及び位置に依存する。ＤＲＡにおいて、フィードによって励起されるときに共振するのは誘電体材料であり、これは誘電体材料の中で発生した変位電流によることは理解されよう。このことは、誘電性の負荷が加えられたアンテナと対比される。このアンテナでは、伝統的な導電性の放射素子は、放射素子の共振特性を変える誘電体材料の中に包まれるが、変位電流は誘電体材料の中で発生せず、また誘電体材料の共振はない。
【０００４】
ＤＲＡは各種の形状を取り入れることができ、またセラミック誘電体を含む幾つかの候補の材料から作ることができる。
【０００５】
［ＤＲＡアレイの紹介］
１９８３年に誘電体共振器形アンテナ（ＤＲＡ）の最初の系統的な研究がなされて以来（LONG, S.A., McALLISTER, M.W., 及び SHEN, L.C.による「The Resonant Cylindrical Dielectric Cavity Antenna」, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, AP-31, 1983, pp 406-412）、それらの高い放射効率、最も一般的に使用されている伝送回線への良好なマッチング、及び物理的な寸法が小さいことのために、関心はそれらの放射パターンの中で高まっている（MONGIA, R.K.及びBHARTIA, P.による「Dielectric Resonator Antennas - A Review and General Design Relations for Resonant Frequency and Bandwidth」, International Journal of Microwave and Millimetre-Wave Computer-Aided Engineering, 1994, 4, (3), pp 230-247）。
【０００６】
今日までに報告された構成の大部分は、グラウンド面内のアパーチャフィード（ITTIPIBOON, A., MONGIA, R.K., ANTAR, Y.M.M., BHARTIA, P. 及び CUHACI, Mによる 「Aperture Fed Rectangular and Triangular Dielectric Resonators for use as Magnetic Dipole Antennas」, Electronics Letters, 1993, 29, (23), pp 2001-2002）、又は誘電体材料の中に挿入された１つのプローブ（McALLISTER, M.W., LONG, S.A. 及び CONWAY G.L.による 「Rectangular Dielectric Resonator Antenna」, Electronics Letters, 1983, 19, (6), pp 218-219）のいずれかによって励起されたグラウンドされた基板又はグラウンド面上に取り付けられた誘電体材料のスラブを使用している。転送回線による直接励起も、何人かの著者によって報告されている（KRANENBURG, R.A. 及び LONG, S.A.による 「Microstrip Transmission Line Excitation of Dielectric Resonator Antennas」, Electronics Letters, 1994, 24, (18), pp 1156-1157）。
【０００７】
アンテナのアレイを構築するために一連のＤＲＡを使用する構想は、何人かの創始者によって既に検討されている。例えば、２つの円筒形の単一フィードＤＲＡのアレイは実証されており（CHOW, K.Y., LEUNG, K.W., LUK, K.M. 及びYUNG, E.K.N.による 「Cylindrical dielectric resonator antenna array」, Electronics Letters, 1995, 31, (18), pp 1536-1537）、次に４つのＤＲＡの正方形のマトリックスに拡張された（LEUNG, K.W., LO, H.Y., LUK, K.M. 及び YUNG, E.K.N.による「"Two-dimensional cylindrical dielectric resonator antenna array」, Electronics Letters, 1998, 34, (13), pp 1283-1285）。４つの交差したＤＲＡの正方形のマトリックスも調査されている（PETOSA, A., ITTIPIBOON, A. 及び CUHACI, M.による「Array of circular-polarized cross dielectric resonator antennas」, Electronics Letters, 1996, 32, (19), pp 1742-1743）。単一フィードＤＲＡの長い線形のアレイも、誘電体の導波路（BIRAND, M.T. 及び GELSTHORPE, R.V.による「Experimental millimetric array using dielectric radiators fed by means of dielectric waveguide」, Electronics Letters, 1983, 17, (18), pp 633-635）又はマイクロストリップ（PETOSA, A., MONGIA, R.K., ITTIPIBOON, A. 及び WIGHT, J.S.による「Design of microstrip-fed series array of dielectric resonator antennas」, Electronics Letters, 1995, 31, (16), pp 1306-1307）のいずれかによるフィーディング（feeding）を用いて調査された。この最後の研究グループは、マイクロストリップで作られたＤＲＡアレイの帯域幅を向上する方法も見出した（PETOSA, A., ITTIPIBOON, A., CUHACI, M. 及びLAROSE, R.による「Bandwidth improvement for microstrip-fed series array of dielectric resonator antennas」, Electronics Letters, 1996, 32, (7), pp 608-609）。円筒形の誘電体共振器形アンテナの横形アレイを形成するために使用できる様々な構成の研究も最近なされている（WU, Z.; DAVIS, L.E. 及び DROSSOS, G.による「Cylindrical dielectric resonator antenna arrays 」, Proceedings of ICAP - 11th International Conference on Antennas and Propagation, 2001, p. 668）。
【０００８】
上記の論文は、ＤＲＡ素子のアレイに対して機構部を送る方法及び様々な用途に対してそのようなアレイの利点を調査する方法について主に注目していることに注意することが重要である。これらの出版物のいずれも、本願の中で提示された構想を説明していない。この構想は、特定のアレイ形状を構築できる特定の遠距離電磁界のパターンを発生するために、特定のＤＲＡ励起モードを発生するものである。
【０００９】
［半分割したＤＲＡの紹介］
移動式通信システム（例えば、携帯電話用ハンドセットなど）用の小型の誘電体共振器形アンテナを設計する上での問題点は、誘電性の高い材料を使用して、移動式通信システムと物理的に両立するほど十分に小さいアンテナを作る必要があることである。このことは、今度は、アンテナの帯域幅が非常に狭くなることにつながることが多い。このため、放射の線質係数が小さいＲＤＡの形状及びモードを特定することが重要であり、その結果、それらは本質的に帯域幅が広い放射装置になる。かなり前から、半分割した円筒形のＤＲＡはそのような装置の１つであることは知られている。（JUNKER, G.P., KISHK, A.A. 及び GLISSON A.W.による「Numerical analysis of dielectric resonator antennas excited in the quasi-TE modes」, Electronics Letters, 1993, 29, (21), pp 1810-1811] 又は KAJFEZ, D. 及び GUILLON, P.(Eds)による「 Dielectric resonators」, Artech House, Inc, Norwood, MA, 1986を参照されたい。）本願の図１は半分割したＤＲＡの形状を示し、それは２００２年１月のIEEE Transactions on Antennas and Propagationから出版されたKINGSLEY, S.P., O'KEEFE S.G. 及びSAARIO S.による「Characteristics of half volume TE mode cylindrical dielectric resonator antennas」から引用された。図１は半円筒形の誘電体共振器２が上に配置されたグラウンドされた導電性の基板１を示し、共振器２の長方形の面がグラウンドされた基板１に隣接している。誘電体共振器２の厚さはｄ、半径はａであり、表面３の中心点から離れた点で長方形の表面３に挿入された１つのプローブ４を備えている。共振器２は一対の半円形の表面５も有する。これらの半分割したアンテナの帯域幅は、特別な研究対象であった（Antenna applications Symposium, 1999, p. 45,から出版されたKISHK, A.A., JUNKER, G.P.及びGLISSON A.W.による「Study of broadband dielectric resonator antennas」）。また、３５％もの高い帯域幅が、幾つかの構成で報告された。
【００１０】
［アレイ形成に対する半分割した円筒形のＤＲＡの使用］
半分割した円筒形のＤＲＡに対して用いられる最も一般的なモードは、ＴＥモード又は準ＴＥモードである。このモードは、２００２年１月にIEEE Transactions on Antennas and Propagationで出版されたKINGSLEY, S.P., O'KEEFE S.G. 及び SAARIO S.による「Characteristics of half volume TE mode cylindrical dielectric resonator antennas」又はJUNKER, G.P., KISHK, A.A. 及びGLISSON A.W.による「Numerical analysis of dielectric resonator antennas excited in the quasi-TE modes」, Electronics Letters, 1993, 29, (21), pp 1810-1811の中で説明された放射パターンを有する。このモードでは、最大放射の方向はアンテナの長軸に沿っている。これらの素子からアンテナのアレイを形成するためには、図２ａに示すように、長い半円形の面５が互いに平行になるように素子２を並べて束ねる必要がある。このことは、優れたアレイ設計に関する要求事項のように、素子２間の結合が最小になる。これは、垂直ポラライゼーションを有する水平なアレイを形成するための良い方法であるが、例えば、アンテナアレイを垂直に回転して移動式通信の用途に必要な種類のアレイを形成する場合、アレイは、図２ｂに示すように、横方向に分極される。一般的に言うと、垂直ポラライゼーションは低い仰角でより優れた伝搬を行うため、多くの移動式通信の用途では水平ポラライゼーションよりも好ましい。
【００１１】
必要なことは、半円筒形の誘電体素子の長軸に沿って存在する放射パターンの中では、複数のそのような素子を図２ｃに示すように構成できる、ゼロとなるような共振モードである。さらに、そのようなモードは、誘電体共振器をグラウンドされた基板（グラウンド面）内のスロット上に又はスロットに近接して取り付けることによって励起されることが好ましい。その理由は、これはプローブのフィーディングを用いるよりも、アセンブリーを生産するより簡単で安価な方法だからである。この必要なモードは、Antenna applications Symposium, 1999, p. 45の中で出版されたKISHK, A.A., JUNKER, G.P. 及び GLISSON A.W.による「Study of broadband dielectric resonator antennas」の中で報告されたHEM11δモードと同じパターン形状を有するが、ポラライゼーションは逆向きである。この必要なモードは、水平な電気双極子によって作られたＥＨ11δモードのパターンに一致している。残念なことに、ＥＨ11δは半分割された円筒形のＤＲＡの起こり得るモードであると、専門の雑誌では報告されているが（MONGIA R.K.らによる「A half-split cylindrical dielectric resonator antenna using slot-coupling」, IEEE Microwave and Guided Wave Letters, 1993, 3,  (2), pp. 38 - 39）、それをどのように励起するかに関して説明している出版物はない。実際に、電気的ではなく磁気的に対称な面が必要とされ、このため、プローブ又はスロット又は同様なフィード構造体を含む単純な導電性基板又はグラウンド面を使用できないため、それは励起することが難しいモードである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
改良されたＤＲＡ及び半分割した円筒形のＤＲＡにおいてＥＨ11δモードを効率的にスロットフィードする方法が、本願によって見出され、本願の中で示される。この方法は、半分割した円筒形以外の形状の誘電体共振器を有するＤＲＡにも適用できる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、ほぼ平らな長手方向の面を有する誘電体共振器と、第１及び第２の対向する表面を有し、誘電体基板が第２の表面に隣接したグラウンドされた基板とから構成する誘電体共振器形アンテナが提供される。このアンテナでは、
ｉ）グラウンドされた基板は、第１の方向の長手方向に伸び、かつ所定の幅を有するスロットを含み、
ｉｉ）誘電体共振器は、その長手方向の表面がグラウンドされた基板の第１の表面に近接し、表面間にギャップを設けて配置され、かつ長手方向の表面の端部がスロットの幅を覆うように配列され、
ｉｉｉ）誘電体共振器の長手方向の表面の大部分は導電層を備えているが、長手方向の表面の端部には導電層が付いてなく、
ｉｖ）ストリップ形フィードライン（strip feed line）がグラウンドされた基板の第２の表面上の誘電体基板に設けられ、このストリップ形フィードラインは誘電体共振器の長手方向の表面とほぼ同一の広がりを持ち、かつグラウンドされた基板内のスロットの幅を超えて伸びる。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、ほぼ平らな長手方向の面を有する誘電体共振器と、第１及び第２の対向する表面を有し、誘電体基板が第２の表面に隣接したグラウンドされた基板とから構成する誘電体共振器形アンテナを製造する方法が提供される。この方法では、
ｉ）第１の方向の長手方向に伸び、かつ所定の幅を有するスロットが、グラウンドされた基板の中に形成され、
ｉｉ）グラウンドされた基板の中のスロットに対して概ね垂直で、かつスロットの幅を超えて伸びる１つの端部を有するストリップ形フィードラインが、グラウンドされた基板の第２の表面上の誘電体基板に設けられ、
ｉｉｉ）導電層が誘電体共振器の大部分の長手方向の表面上にコートされるが、長手方向の面の１つの端部には導電層が付かないようにされ、
ｉｖ）誘電体共振器は、その長手方向の面がグラウンドされた基板の第１の表面に近接し、表面間にギャップを設けて配置され、かつ長手方向の面の端部がスロットの幅を覆うように配列され、
ｖ）この誘電体共振器形アンテナは共振分析器に接続されて、誘電体共振器は、所定の共振モードが共振分析器によって検出される共振位置が見出されるまで、グラウンドされた基板の第１の表面のほぼ上に移動され、
ｖｉ）誘電体共振器の長手方向の面は、共振位置内のグラウンドされた基板の表面の第１の表面に、導電性の材料を含有した接着剤により接着され、
ｖｉｉ）グラウンドされた基板内のスロット超えて伸びるストリップ形フィードラインの端部は、共振分析器によって測定された所定の共振モードが他の見込まれる共振モードに対して優位を占めるまで切り取られる。
【００１５】
ＤＲＡをＥＨ11δの共振モードで動作するように構成することが好ましいが、ＴＥ02又はＴＥ02δモード、ＴＥ01モード及びハイブリッドモードを含む他のモードも、本発明の実施形態によって励起することができる。一般に、共振モードは誘電体共振器の素子の寸法及び形状によって、またフィーディング機構の構成によって影響される。
【００１６】
共振器の長手方向の表面とグラウンドされた基板の第１の表面との間のギャップは、本発明の動作に関する実施形態では、導電性の接着剤でほぼ充填できるが、ギャップは原則的に空気及び他の適当な材料を含む任意の適当な材料により充填することができる。それにもかかわらず、電気的ではなく電磁的な対称的な面が必要な場合は、寸法がわずか数ミクロンの小さなギャップが、所定の共振モードを行うために必要である。
【００１７】
選択自由であるが、誘電体共振器の露出面は、グラウンドされた基板上に取り付けられた場合、ＥＨ11δの共振モード又は周波数を増加することによって他の共振モードを向上させるように、その露出面を除く（可能な場合、ヤスリ仕上げ又は研磨によって）ことができる。例えば、誘電体共振器が半分割された円筒形の構成を有し、その長方形の基礎面が長手方向の面である場合、その湾曲した面の上部を、平らにした上面を残すように、研磨又はヤスリ仕上げによって除くことができる。この技術を適用する場合、誘電体共振器は最初は大き過ぎるように作られることが好ましく（これにより、所望の周波数よりも低い共振周波数になる）、研磨又はヤスリ仕上げの工程により、ＥＨ11δモード又は他の共振モードの共振周波数を所望の周波数にまで増加させることによってＤＲＡを調整する。
【００１８】
現在の好ましい実施形態では、誘電体共振器は、自身の長方形の基礎面を長手方向の面とする、半分割した円筒形の共振器である。しかしながら、他の誘電体共振器の形状も、適切に位置決め及び調整をした場合、ＥＨ11δモード又は他のモードを発生できる。本発明の出願人は、平らにした又は研磨した湾曲面を有する及び／又はテーパが付いた又は傾斜した側面を有する半分割した円筒形の共振器が、帯域幅などを改良できることを見出した。他の考えられる誘電体共振器の形状には、長方形及び三角形が含まれる（例えば、長方形又は三角形のプリズム）。これらも平らにする又は研磨する又は面取りすることができ及び／又はテーパが付いた又は傾斜した側面を備えることができる。
【００１９】
誘電体基板は、印刷回路基板（ＰＣＢ）を製造するために使用される種類の基板とすることができる。
【００２０】
ストリップラインフィードは、マイクロストリップ形ラインフィードであることが好ましい。
【００２１】
共振分析器は、ベクトルネットワーク形分析器とすることができる。
導電性コーディングを金属化塗料、例えば、銀含有塗料として加えることができ、２回塗りすることが好ましい。しかしながら、共振器に使用される材料にもよるが、種々の金属及びその組合せを種々の誘電体共振器に塗布できる。好ましい実施形態では、誘電体共振器はセラミック材料から作られるが、他の誘電体材料も適切な場合には使用できる。
【００２２】
スロットフィーディングの代わりに、直接式のマイクロストリップフィーディング機構も使用できる。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、ほぼ平らな長手方向の面を有する誘電体共振器と、第１及び第２の対向する表面を有し、導電性のグラウンド面を第２の表面上に設けた誘電体基板と、第１の表面上に設けられ、第１の表面に沿って長手方向に伸びる直接マイクロストリップ形フィードラインとを備え、誘電体共振器の平らな長手方向の面が直接マイクロストリップ形フィードラインと接触し、かつそれと同一の広がりを持つように誘電体共振器が第１の表面上に搭載された誘電体共振器形アンテナが提供される。
【００２４】
直接マイクロストリップ形フィードラインは、誘電体基板の第１の表面に沿って誘電体共振器の長手方向の面を超えて、上に張り出すように伸びることが好ましい。張出しの長さは、ＤＲＡを特定の周波数に同調させるように変化することができる。この張出しは、誘電体基板の面内で湾曲することができるが、直線であっても良い。さらにチューニングを行うために、この張出しをコンデンサに接続することができる（実際に、張出し自身は、コンデンサとして動作する）。
【００２５】
誘電体共振器の長手方向の平らな面の全て又は一部は、導電層例えば金属化塗料などを備えている。長手方向の平らな面の一部のみが導電層を備えている場合は、その導電層は直接マイクロストリップ形フィードラインの幅と一致するように塗布されることが好ましい。導電性材料の小さいパッドが、誘電体基板の第１の表面上の機械的な安定性を高めるために、長手方向の平らな面の角の部分に設けられる。別の方法では、長手方向の平らな面上には、導電層を全く設けない。
【００２６】
誘電体共振器の形状及び誘電体共振器上に導電層の構造があるか否かに基づいて、本発明の第３の態様のＤＲＡがＥＨモード、ＴＥ01モード、ＴＥ02モード又はハイブリッドモードで共振するように作られる。
【００２７】
直接マイクロストリップ形フィードラインの利点は、誘電体基板の第２の表面上に導電性のグラウンド面を有する利点をなおも保持しながら、良好な帯域幅が得られることである（すなわち、グラウンド面を通過する放射が少ないこと及びＤＲＡを離調する抵抗が大きいこと）。本発明の第３の態様のＤＲＡは、特に容易に製造できる。
【００２８】
ＥＨ11δモードを作る主な利点の１つは、このモードで動作する複数のＤＲＡを、前述したような、図２ｃで示した型式のアレイに形成できることである。このアレイでは、ＤＲＡの素子２は端と端を接した線形アレイの中に配置され、このアレイ全体は、地球の重力方向に対して鉛直に配置されることが好ましい。それぞれのＤＲＡ素子はその長手方向の面の方向に沿ってゼロ又はほぼゼロを示し、このため、隣接するＤＲＡ素子は動作中はどれとも電磁的に結合しようとしないため、アレイは良好に動作する。
【００２９】
本発明の第４の態様によれば、本発明の第１又は第３の態様に基づいた誘電体共振器形アンテナのアレイが提供され、ここでアンテナは誘電体共振器の長手方向の面がほぼ同一直線上に並ぶように配列される。
【００３０】
このアレイは、長手方向の面が所定の面内でほぼ同一直線上にあり、誘電体共振器が同じ方向を向くように構成されることが好ましい。このアレイは、垂直アレイとして、すなわち、誘電体共振器の長手方向の面がほぼ同一直線上にあり、所定の地球のグラウンド面に対して概ね垂直になるように構成されることが好ましい。
【００３１】
線形のアレイが垂直に配置される場合、水平面内の各ＤＲＡ素子の放射パターンはほぼ無指向性となり、このため、良好なアジマス範囲が得られる。さらに、各ＤＲＡ素子の立面パターンは明確なビーム幅を有し（場合によっては、ちょうど５５度）、このため、移動式通信の用途に対して良好に制御された放射パターンが提供される。垂直な線形アレイは狭い立面パターンを提供することができ、また各個々のＤＲＡ素子の立面図の放射パターンをできるだけ狭くし、アレイが指向しない方向に素子のパワーが放射されない場合は、垂直な線形アレイは最も効率的である。
【００３２】
このアレイに関するさらなる利点は、ほぼ無指向性の垂直の単極子形アンテナを組み立てることができるが、それは双極子を用いて得ることができるゲインよりも高いゲインを有することである。典型的な垂直電気双極子のピーク素子ゲインは約２ｄＢｉであり、例えば５個のそのような素子を用いたアレイの全ピークゲインは約９ｄＢｉである。本発明の実施形態のＤＲＡ素子は、最大４ｄＢｉのゲインを有することが見出され（より高いゲインさえも得られる可能性がある）、このため、これらの素子を用いたアレイの全ピークゲインは、双極子の良好なアジマス範囲を保持しているにもかかわらず、約１１ｄＢｉである。ＤＲＡ素子のさらなる開発により、将来さらにゲインが改良される可能性がある。
【００３３】
本発明を一層良く理解するために、またそれを実行に移す方法を示すために、ここで一例として添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃは、本願の紹介の中で説明された。
【００３５】
図３は、本発明の好ましいＤＲＡを示す。この好ましいＤＲＡはグラウンドされた導電性の基板１を備え、この導電性の基板１の上には、グラウンドされた基板１の直ぐ上に配置された長手方向の長方形の面３を有する半分割の円筒形をしたセラミックの誘電体共振器２が配置されている。グラウンドされた誘電体基板１は、自身の中に形成されたスロット６を含み、このスロット６は、共振器２の長手方向の面３の向きにほぼ直交する方向の長手方向に伸び、長手方向の面３の一方の端部７がスロット６上に位置付けされる。グラウンドされた基板１は誘電体基板８の第１の側に配置され、この誘電体基板８は印刷回路基板（ＰＣＢ）とすることができる。マイクロストリップ形フィードライン９が誘電体基板８の第２の側に設けられ、このフィードライン９は共振器２の長手方向の面３とほぼ同一の広がりを持つと共に、スロット６の幅をやや超えて伸び、フィードライン９の部分１０は「張出し」として定義され、スロット６を超えて伸びる。共振器２の長手方向の面３の端部７を除く全ては、図４に示すように、金属化塗料１１で塗装される。この金属化塗料１１は銀又は他の金属を含有し、２回塗りすることが好ましい。長手方向の面３の端部７は塗装する前にマスクされて、塗料１１が端部７に付かないようにされる。さらに、長手方向の面３は銀を含有している金属化接着剤１００によってグラウンドされた基板１に接着される。
【００３６】
本出願人によって構築及び試験されてきた本発明の実施形態を、これから説明する。半分割した円筒形でセラミックの誘電体共振器２は相対誘電率が約１１０、半径が７．５ｍｍであり、長さが２０ｍｍで幅が７ｍｍの長手方向の面３を備えている。この共振器２を、長さが１８ｍｍで幅が２ｍｍのスロット６を有するグラウンドされた基板１に取り付けた。共振器２をグラウンドされた基板１に取り付ける前に、長手方向の面３の端部７を除く全ての部分が銀含有の塗料１１を２回塗りして塗装された。端部７の長さはスロット６の幅と少なくとも同じ寸法である。マイクロストリップ形フィードライン９は、共振器の長手方向の面３と同一の広がりを持つように、また張出し１０だけスロット６を超えて伸びるように、ＰＣＢ８の別の側に取り付けられた。この張出し１０の長さは約１から２ｍｍである。グラウンドされた基板１は、銀含有接着剤１００を用いて標準的なＦＲ４ ＰＣＢ８上に取り付けられた。試験に当たっては、このＤＲＡは２３８２ＭＨｚの周波数で動作する（共振する）ことが見出された。ピークのゲインは２．９ｄＢｉ、Ｓ１１リターンロスは−１０ｄＢ点において１４４ＭＨｚ及びＳ２１送信帯域幅は−３ｄＢ点で数百ＭＨｚであった。
【００３７】
上述したＤＲＡを組み立てる場合、様々な同調動作が実行された。長手方向の面３に塗料１１を塗布した後で、共振器２に接着剤１００を加える前に、共振器２はグラウンドされた基板１上のおよその所定の位置に置かれ、グラウンドされた基板１がベクトルネットワーク形分析器（ＶＮＡ）（図示せず）に接続された。次に、共振器２はグラウンドされた基板１の上を、ＶＮＡが図５に示すようなトレース１２を表示するまで移動された。このトレース１２は主共振モード１３（これはＥＨ11δモードでは必要でない）及び１４で小さいディップ（これはＥＨ11δモードでは必要である）を示した。
【００３８】
正しい位置が見出されると、共振器２の長手方向の面３は、銀含有の接着剤１００を用いてグラウンドされた基板１に接着された。正しい位置合わせが再度確実に行われて、接着剤１００が乾燥できるように、ＶＮＡはＤＲＡに接続されたままであった。
【００３９】
接着剤１００が乾燥すると、ＤＲＡを調整するために、フィードライン９の張出し１０は２ｍｍ未満に切り詰められた。張出し１０が切り詰められる、すなわち短くされるにつれて、ＶＮＡは図６に示すようなトレース１５を表示した。このトレース１５は、必要なＥＨ11δモードである主共振モード１６（図５と比較されたい）及び図５の不要な共振モード１３に対応する１７における非常に低減されたディップを有する。
【００４０】
全てグラウンドされた基板１に対する水平ポラライゼーションを測定したＤＲＡの３つの主要な放射パターンを、図７〜図９に示す。図７は、水平面内の放射パターンはほぼ無指向性であることを示している。図８（ｘ軸は垂直であり、ｙ軸は左から右に向かう）は、放射パターン内でゼロ又はほぼゼロ１８を示し、これはＤＲＡがｘ方向でほぼゼロの水平方向で電気的な双極子のように動作することを裏付けるものであるため、図２ｃに示すような素子の線形アレイを構成することができる。線形アレイが垂直に配置されると、この水平方向のポラライゼーションは垂直になるため、移動式通信の用途に必要なアレイパターンが得られる。最後に、図９（ｚ軸は垂直）は、各ＤＲＡの立面図の放射パターンのビーム幅がわずか５５°しか示さないため、移動式通信の用途に対して良く制御された放射パターンを提供できる。
【００４１】
図１０は、望ましい共振モードを励起できる別のＤＲＡ構成を示す。半分割した円筒形でセラミックの誘電体共振器２０が、誘電体基板２３の第１の側上の平らな長手方向の面の中に取り付けられ、プラトー２２を提供するためにその湾曲面２１は削られている。誘電体基板２３の第１の側とは反対の第２の側は、導電性のグラウンド面２４を備えている。誘電体基板２３の第１の側は、共振器２０の長手方向の面の下側に伸び、それと同じ広がりを持ちほぼ平行な導電性の直接マイクロストリップ形フィードライン２５を備える。この直接マイクロストリップ形フィードライン２５は、誘電体基板２３の第２の側上に取り付けられ、信号ピン２７を介してフィードライン２５と電気的に接触するコネクタ２６を備える。このコネクタ２６は、導電性のグラウンド面２４と接続するための接地接続部２８も含み、この接地接続部２８と信号ピン２７とは互いに絶縁されている。フィードライン２５は、共振器２０を超えて誘電体基板２３の第１の表面に沿って伸びて張出し２９を与える。この張出し２９の長さは、様々な静電容量の効果を作ることによってＤＲＡが特定の周波数に同調するように変化させることができる。張出し２９は基板２３の面内で湾曲した構造で示されるが、別の方法では直線構造とすることもできる。共振器２０の長手方向の面は、全面的に金属性塗料（図示せず）を塗布する、又はフィードライン２５の線に沿って部分的に金属性塗料を塗布することができるが、金属性の塗料を全く塗布しなくても良い。
【００４２】
本発明の好ましい特徴は本発明の全ての態様に適用することができ、どのような起こり得る組合せの中でも使用できる。
【００４３】
この明細書の説明及び特許請求の範囲の全体を通して、「構成する」及び「含む」という用語並びにその用語の変形例は、「含むが限定されない」ことを意味し、他の要素、完全体、一部分、付加物を除外するつもりはない（また、除外しない）。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術の半分割した円筒形のＤＲＡを示す図である。
【図２ａ】図１に示したような３つのＤＲＡによって形成された水平なアレイの平面図である。
【図２ｂ】図１に示したような３つのＤＲＡによって形成された垂直なアレイの側面図である。
【図２ｃ】望ましい垂直なアレイ構成の側面図である。
【図３】スロットフィードを備えた本発明のＤＲＡを通る縦断面図である。
【図４】図３のＤＲＡの誘電体共振器の長手方向の面を示す図である。
【図５】図３のＤＲＡを組み立てるために使用されるベクトルネットワーク形分析器からの第１の信号トレースを示す図である。
【図６】図３のＤＲＡを組み立てるために使用されるベクトルネットワーク形分析器からの第２の信号トレースを示す図である。
【図７】水平ポラライゼーションを用いて測定された、図３のＤＲＡについてのｙ−ｚ共同極性の遠距離電磁界の放射パターンを示す図である。
【図８】水平ポラライゼーションを用いて測定された、図３のＤＲＡについてのｘ−ｙ共同極性（co-polar）の遠距離電磁界の放射パターンを示す図である。
【図９】水平ポラライゼーションを用いて測定された、図３のＤＲＡについてのｘ−ｚ共同極性の遠距離電磁界の放射パターンを示す図である。
【図１０】直接マイクロストリップ形フィードラインを備えた、本発明のＤＲＡを示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005521315.tif 000009
【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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【国際調査報告】
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