(57)【要約】ＲＦ通信用のアンテナ（１００）である。このアンテナは、内部に空洞（１０４）を画成するよう実質的に管状である放射部材（１０２）を含む。放射部材は、放射部材の第１の部分（１０８）から第２の部分（１１０）に延在する非導電性スロット（１０６）を有する導電性材料から形成される。インピーダンス整合装置（１２０）が放射部材に導体（１３４）を介して電気接続され、放射部材のインピーダンスが信号ソースのインピーダンス又は負荷のインピーダンスにマッチングされる。インピーダンス整合装置、導体、及び放射素子の少なくとも一部分は、単一の導電性シートから形成可能であるか、又は、単一の導電性構造としてモールド成形又は押出成形される。
2007521756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ通信用のアンテナであって、
導電性材料よりなり、放射部材の第１の部分から該放射部材の第２の部分まで延在するスロットを有し、実質的に管状であり、また、内部に空洞を画成する該放射部材と、
前記放射部材に電気接続され、前記放射部材のインピーダンスを、信号源のインピーダンス及び負荷のインピーダンスのうち少なくとも１つにマッチングするよう配置されるインピーダンス整合装置と、
前記放射部材を前記インピーダンス整合装置に動作可能に接続する導体と、
を含み、
前記インピーダンス整合装置、前記導体、及び前記放射部材の少なくとも一部分は、単一の導電性シートから一体に形成されるアンテナ。
【請求項２】
前記非導電性のスロットは、前記放射部材の長さに沿って延在する請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記放射部材及び前記インピーダンス整合装置は、共通の断面形状を有する請求項１記載のアンテナ。
【請求項４】
少なくとも第１の導電性リード線及び第２の導電性リード線を含む少なくとも１つの蓄電器を更に含み、
前記第１の導電性リード線は、前記非導電性スロットの第１の側部に近接して前記放射部材に接続され、
前記第２の導電性リード線は、前記非導電性スロットの第２の側部に近接して前記放射部材に接続される請求項１記載のアンテナ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの蓄電器は、可変蓄電器である請求項４記載のアンテナ。
【請求項６】
前記インピーダンス整合装置は、前記放射部材の前記第２の部分に接続される請求項１記載のアンテナ。
【請求項７】
前記インピーダンス整合装置は、横電磁界フィード結合器を含む請求項１記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
携帯電話機等の移動電話機の使用は、世界中の殆どにおいて普及している。多くの現代の携帯電話機は、操作中、人体の非常に近くに、例えば、ユーザの耳の隣に又はユーザのベルト上に保持される。携帯電話機は、一般的に、ダイポールアンテナを介して低パワーＲＦ信号を送受信することによって通信網と相互作用する。しかし、そのような信号は、人体とのアンテナの近接性によってしばしば妨害される。特に、最新技術のアンテナは、人間の組織内にある極性水分子に結合する近傍電界を生成し、それにより信号強度が減少される。例えば、人間の組織は、１インチ当たり６デシベル（ｄＢ）の速度で従来のダイポールアンテナによって伝送された９６０メガヘルツ（ＭＨｚ）ＲＦ信号を減衰可能である。
【０００２】
更に、多くの専門家は、ＲＦ信号の人の組織との相互作用は、重要な健康リスクを有しうると考えている。一部の人は、ＲＦ信号は、人体の自然な電気系統に干渉しうることを主張している。このような考えは、個人によって様々でありうるが、ＲＦ信号は人間の免疫系に悪影響を与える、また、癌の成長を促進してしまいうるという推測がある。また、携帯電話機からのＲＦ信号は、脳活動に干渉して、記憶喪失、血圧変化、不安感、及び集中力の欠落の原因であるとも主張されてきている。従って、ＲＦ信号伝播を改善し、また、ＲＦ信号と人体との相互作用を軽減する、移動通信システムに使用可能なアンテナが必要である。更に、アンテナが水及び湿気のある土壌の近くで動作するときに、低ＶＳＷＲ、安定した同調周波数、及び高効率で動作するアンテナが必要である。
【０００３】
［発明の概要］
本発明は、ＲＦ通信用のアンテナに係る。このアンテナは、内部に空洞を画成するよう実質的に管状である放射部材を含む。放射部材は、放射部材の第１の部分から第２の部分に延在する非導電性スロットを有する導電性材料から形成される。例えば、非導電性スロットは、管状構造の長さに沿って延在可能である。
【０００４】
インピーダンス整合装置が放射部材に電気接続されて、放射部材のインピーダンスが信号ソースのインピーダンス又は負荷のインピーダンスにマッチングされる。インピーダンス整合装置は、放射部材の第２の部分に接続可能である。１つの実施例では、インピーダンス整合装置は、横電磁界（ＴＥＭ）フィード結合器を含むことが可能である。
【０００５】
導体は、放射部材をインピーダンス整合装置に動作可能に接続する。インピーダンス整合装置、導体、及び放射素子の少なくとも一部分は、単一の導電性シートから形成可能であるか、又は、単一の導電性構造としてモールド成形又は押出成形されることが可能である。更に、インピーダンス整合装置及び放射素子は、共通の横断形状を有することが可能である。
【０００６】
アンテナは更に、少なくとも第１の導電性リード線と第２の導電性リード線を含む少なくとも１つの蓄電器を含むことが可能である。第１の導電性リード線は、非導電性スロットの第１の側部に近接して放射部材に接続可能であり、第２の導電性リード線は、非導電性スロットの第２の側部に近接して放射部材に接続可能である。１つの配置では、少なくとも１つの蓄電器は、可変蓄電器であることが可能である。アンテナの界インピーダンスは、０±２ｊオーム（ｏｈｍｓ）未満であることが可能である。アンテナの界インピーダンスの絶対値も、２オーム（ｏｈｍｓ）、５オーム（ｏｈｍｓ）、１０オーム（ｏｈｍｓ）、２５オーム（ｏｈｍｓ）、又は５０オーム（ｏｈｍｓ）未満であることが可能である。
【０００７】
アンテナは、（１−ｃｏｓ２θ）の一般形式を有する放射パターンを有するカルジオイド放射パターンを生成するよう構成可能である。カルジオイド放射パターンに関連付けられるヌルは、人体に方向付けられることが可能である。
【０００８】
アンテナは更に、静電シールド部材を含むことが可能である。静電シールド部材は、静電シールド部材の第１の端から静電シールド部材の第２の端まで延在する軸方向スロットを有することが可能である。
【０００９】
［好適な実施例の詳細な説明］
本発明は、無指向性放射パターン、カルジオイド放射パターン、又はこの２つの混成を有するよう構成されうる小型スロット付き円筒アンテナに関する。アンテナの近傍界インピーダンスは、人間の組織のインピーダンスより有意に低い。従って、このアンテナは、アンテナと人体との有意な結合なしに人体に近接して動作可能である。その結果、アンテナによって伝播される無線周波数（ＲＦ）エネルギーによる人体への危険な副作用の危険性は最小限にされる。
【００１０】
更に、人体によって引き起こされることが可能な放射パターンヌルは、他のタイプのアンテナと比較して実質的に低減される。具体的には、スロット付き円筒アンテナによって生成される遠方界の電界成分は、人体に対して実質的に垂直に方向付けられる。従って、スロット付き円筒アンテナからの遠方界の一部は、入射点から反対側の人体に到達するまで人体の表面に沿って案内される。従って、人体の影によって引き起こされる放射パターンヌルの深さは減少される。それぞれ約１平方あたり１．０モー（１．０ｍｈｏ／ｓｑｕａｒｅ）及び５０である人体の導電率（Ｇ）及び比透磁率（μｒ）は、人体に沿っての表面波伝播を引き起こす。表面波伝播は当業者には周知である。
【００１１】
図１を参照するに、アンテナ１００の斜視図を示す。アンテナ１００は、放射部材１０２を含みうる。放射部材１０２は、例えば、銅、黄銅、アルミニウム、鋼、導電性箔、導電性めっき、及び／又は任意の他の好適な材料等の導電性材料から形成可能である。更に放射部材１０２は、導電性材料によって少なくとも部分的に境界付けられる空洞１０４を与えるよう実質的に管状であり得る。本願において定義するように、管状という用語は、任意の断面形状を有する中空構造の形状を表す。ここでの例では、放射部材１０２は、矩形断面形状を有するが、本発明はそれに限定されない。重要なことは、放射部材１０２は、内部に空洞１０４を画成可能な任意の形状を有することが可能であるということである。例えば、放射部材１０２は、円形、矩形、三角形、又は任意の好適な形状である断面形状を有することが可能である。更に、放射部材１０２は、エバネセントであっても又は共振性であってもよい。
【００１２】
放射部材１０２は、非導電性スロット（スロット）１０６を含むことが可能である。スロット１０６は、放射部材１０２の第１の部分から、放射部材１０２の第２の部分に延在可能である。例えば、スロット１０６は、放射部材１０２の第１の端１０８から、放射部材１０２の第２の端１１０に延在可能である。スロット１０６の両端間の静電容量を増加するよう少なくとも１つの蓄電器１１２がスロット１０６の対向する側部１１４、１１６の間に配置され、これは、放射部材１０２の共振周波数を低減することができる。好適な配置では、蓄電器１１２は、以下に説明するようにアンテナ１００の共振周波数を同調させる能力を与えるよう調整可能である。
【００１３】
アンテナの共振周波数を同調させるために他の方法も使用可能である。例えば、放射部材１０２内にドリルで孔を開けることが可能である。別の代替の配置では、金属ディスクを放射部材１０２の中心に位置付けることが可能である。アンテナの共振周波数を同調させるために、空洞部材１０２の開口を隠すか又は部分的に隠すようディスクの平面が回転させられることが可能である。
【００１４】
放射部材１０２及び／又はスロット１０６は、ＲＦ信号を放射するような寸法にされることが可能である。放射部材１０２によって伝播される信号の強度は、放射部材１０２の軸に垂直な寸法において空洞１０４の断面積を最大にすることによって増加することが可能である。更に、スロット１０６によって伝播される信号の強度は、スロット１０６の長さを増加することによって増加可能である。従って、空洞断面の面積とスロットの長さは、所望の放射パターンが得られるよう選択可能である。例えば、スロット１０６及び放射部材１０２の外周は、単一ローブを有するカルジオイド（Ｄθ＝１−ｃｏｓ２θ）パターン、円形（Ｄθ＝一定）無指向性パターン、又はこれらの２つの混成を放射するような寸法にされることが可能である。このような放射パターンは、放射部材１０２の軸について方向付けられることが可能である。１つの例示的な配置では、カルジオイド放射パターンは、約１／２λに等しい幅ａと、約１／２０λに等しい深さｂと、約１／２λに等しい長さｃを放射部材１０２に与えることによって生成可能である。ここでは、λは、放射部材１０２の動作周波数における信号の波長である。
【００１５】
（Ｄθ＝１−ｃｏｓ２θ）カルジオイド放射パターンは、特に、ＲＦ信号の結合を最小にすることが可能である。このような放射パターンは、角度θが約ゼロであるときにヌルを生成する。放射パターンヌルは、人間、例えば、ワイヤレス通信装置の操作者に向けられて、人体とのＲＦ信号の結合を最小限にすることが可能である。カルジオイドパターンは更に、ＲＦ信号を人体から離すよう方向付けることによってアンテナ効率を高めるよう使用することも可能である。これらのＲＦ信号の一部は、そうでなければ、人体の組織内で消散されうる。
【００１６】
アンテナ１００は更に、放射部材１０２のインピーダンスを信号ソースのインピーダンス及び／又は負荷（図示せず）のインピーダンスとマッチングさせるよう配置されるインピーダンス整合装置１２０を含むことが可能である。例えば、インピーダンス整合装置は、放射部材１０２のインピーダンスを送受信器にマッチングさせることが可能である。本発明の１つの面では、インピーダンス整合装置１２０は、横電磁界（ＴＥＭ）フィード結合器であることが可能である。有利には、ＴＥＭフィード結合器は、動作周波数における変化によって引き起こされる抵抗変化を補正可能であり、また、動作の周波数に関係なく一定の駆動点インピーダンスを与える。例えば、駆動点インピーダンスは、例えば、送受信器のインピーダンスにマッチングするよう５０オーム（ｏｈｍｓ）といった適切なインピーダンスに維持可能である。従って、単一制御同調効果が実現され、広い帯域幅同調が低いＶＳＷＲで、蓄電器２０２の変化だけによって可能である。しかし、放射部材１０２の並列インピーダンスを、ソース及び／又は負荷にマッチングするために他の好適なインピーダンス整合装置も使用可能であり、本発明は、それらに限定されない。例えば、誘導ループ、ガンマ整合構造、又は、放射部材１０２のインピーダンスを送受信器にマッチング可能な任意の他の装置である。
【００１７】
インピーダンス整合装置１２０がＴＥＭフィード結合器である場合、ＴＥＭ結合器のインピーダンス整合性能は、ＴＥＭ結合器と放射部材１０２との間に結合する電界（Ｅ界）及び磁界（Ｈ界）によって決定される。Ｅ及びＨ界結合は、言い換えると、ＴＥＭ結合器と放射部材１０２のそれぞれの寸法と、２つの構造間の相対間隔の関数である。
【００１８】
インピーダンス整合装置１２０は、第１の導体１３０を介してソース及び／又は負荷に動作可能に接続可能である。例えば、第１の導体１３０は、好適なケーブルの導体、例えば、同軸ケーブル１３６の中心導体であることが可能である。インピーダンス整合装置１２０がＴＥＭ結合器である場合、第１の導体１３０は、ＴＥＭ結合器を放射部材１０２に動作可能に接続する第２の導体１３４から遠位であるＴＥＭ結合器の側面１３８に電気接続可能である。更に、第３の導体１３２は、放射部材１０２をソース及び／又は負荷に動作可能に接続可能である。例えば、第３の導体１３２は、同軸ケーブル１３６の外側導体であることが可能である。第３の導体１３２は、放射部材１０２とインピーダンス整合装置１２０との間の空隙１４０に近接して放射部材１０２に電気接続されることが可能である。
【００１９】
１つの配置では、第３の導体１３２は、図示するように放射部材１０２に電気接続可能である。或いは、導体１３２は、放射部材１０２の一部を形成可能なスロット付き部材１１８に電気接続されることが可能である。第３の導体１３２と第１の導体１３０が、それぞれ放射部材に電気接続される位置は、アンテナの所望の負荷／ソースインピーダンスが得られるよう選択可能である。
【００２０】
第１の導体１３０と第３の導体１３２間を流れる電流は、インピーダンス整合装置１２０と放射部材１０２を結合させるＨ界を生成可能である。更に、インピーダンス整合装置１２０と放射部材１０２との電位差は、Ｅ界結合を生成可能である。Ｅ界及びＨ界結合の量は、インピーダンス整合装置１２０と放射部材１０２との間の間隔が増加すると減少する。従って、空隙１４０は、適切なレベルのＥ界及びＨ界結合を達成するよう調整可能である。空隙１４０の大きさは、経験的に、又は、電磁気パラメータの有限要素解析を組み込んだコンピュータプログラムを用いて決定可能である。
【００２１】
好適な配置では、インピーダンス整合装置１２０と、第２の導体１３４と、放射部材１０２の少なくとも一部分は、単一の導電性シートから、単一の導電性構造として成形され、又は、単一の導電性構造として押出成形されて形成可能である。更に、インピーダンス整合装置１２０は、放射部材１０２の断面形状と同様の又は同一の断面形状を有することが可能である。例えば、インピーダンス整合装置１２０及び放射部材１０２は、少なくとも１つの共通の寸法を有することが可能である。１つの配置では、インピーダンス整合装置１２０及び放射部材１０２は、２つの共通の寸法、例えば、幅ａと深さｂを有することが可能である。このような配置は、アンテナ１００を製造するために必要な製造段階を最小にすることが可能なので非常に費用効果的であることが可能である。
【００２２】
同軸ケーブル１３６は、放射部材１０２の空洞１０４を通り給電するよう配置可能である。従って、放射部材１０２は、同軸ケーブル用のスリーブバランとして動作可能であり、同軸ケーブル１３６を変位電流から保護し、同軸ケーブル１３６上のコモンモード電流を減少する。更に、同軸ケーブルは、放射部材１０２の第１の端１０８の付近において空洞１０４に入ることが可能であり、一方で、インピーダンス整合装置１２０は、放射部材１０２の第２の端１１０に近接して配置される。このような構成は、第３の導体１３２とインピーダンス整合装置１２０との間の浮遊容量を最小限にすることが可能であり、それにより、更に、同軸ケーブル上のコモンモード電流を減少する。従って、無線周波数干渉を制御するための追加のバランの使用を回避することが可能である。
【００２３】
別の配置では、インピーダンス整合装置１２０の代わりに、放射部材１０２は、フィードライン（図示せず）を放射部材１０２内の追加のスロット（図示せず）に亘って設けることによって形成されるインピーダンス整合装置によって直接的に励起されてもよい。例えば、追加のスロットは、スロット１０６の反対側に放射部材１０２の第２の側面１５２上に位置付けられることが可能である。フィードラインは、不連続フィードを形成するよう追加のスロットに亘って接続可能である。特に、整合網を形成するよう１つ以上の蓄電器を不連続フィードと並列に動作可能に接続可能である。従って、蓄電器の値は、アンテナ１００に所望の駆動点インピーダンスを達成するよう選択可能である。例えば、不連続フィードと共に、５０オーム（ｏｈｍｓ）の駆動点インピーダンスを与える蓄電器が選択可能である。
【００２４】
スロット付き部材１１８は、図２Ａ及び２Ｂに示すようなスロット１０６を含むことが可能である。図２Ａは、スロット付き部材１１８の平面図である。上述したように、蓄電器１１２は、スロット１０６の両端間に可変電気容量を与えるよう可変蓄電器であることが可能である。従って、蓄電器１１２は、調整ネジ２００が設けられることが可能である。
【００２５】
図２Ｂを参照するに、スロット付き部材１１８の底面図を示す。蓄電器１１２は、蓄電器１１２をスロット付き部材１１８の対向する導電面に接続するよう第１の導電性リード線２０２及び第２の導電性リード線２０４を含むことが可能である。例えば、リード線２０２、２０４は、各対向する側部１１４、１１６にはんだ付けされることが可能である。リード線２１２、２１４を有する追加の蓄電器２１０も、スロット１０６の両端間の電気容量を更に増加するよう設けられることが可能である。ここでも、リード線２１２、２１４は、対向する側部１１４、１１６にはんだ付けされることが可能である。
【００２６】
スロット付き部材１１８は、例えば、製造時に、押し出し成形又は鋳込み処理の間に、放射部材１０２と一体の部分として製造可能である。しかし、アンテナの製造を単純にするために、スロット付き部材１１８は、蓄電器１１２、２１０が接続された後に放射部材１０２の残りの部分に固定される別個のアンテナセクションとして設けられることが可能である。従って、蓄電器１１２、２１０は、アンテナ１００の組立て時に容易にアクセス可能である。一旦蓄電器１１２、２１０が設置されると、スロット付き部材１１８が放射部材に取り付けられることが可能である。スロット付き部材１１８は、様々な技術のうちの任意の１つを用いて設置可能である。例えば、スロット付き部材１１８は、定位置にはんだ付けされる、定位置にネジで固定される、又は、導電性エポキシといった導電性糊を用いて定位置に接着されることが可能である。
【００２７】
製造費用を更に削減するために、スロット付き部材１１８は、その上に導電性金属化を有する誘電体基板２２０を含むことが可能である。例えば、図２Ａ及び２Ｂを参照するに、スロット付き部材の上面２２２及び底面２２４が金属化可能である。更に、エッジ２２６、２２８も、上面２２２と底面２２４との間に電気的連続性を与えるよう金属化可能である。スロット１０６は、上面２２２及び底面２２４の両方において金属化されないままにされるか又は金属化処理後にエッチングされる誘電体基板２２０の一部であることが可能である。
【００２８】
図３に、アンテナ組立体の分解図３００を示す。放射部材１０２、インピーダンス整合装置１２０、導体１３４、ケーブル１３６、及びスロット付き部材１１８に加えて、アンテナ組立体は更に、アンテナケーシング３０２及びカバー３０４を含むことが可能である。好適な配置では、アンテナケーシング３０２及びカバー３０４は、誘電体材料から製造可能である。更に、アンテナケーシング３０２は、取付けタブ３０６及び開口３０８を含むことが可能であり、この開口３０８を通りケーブル１３６が配置可能である。特に、アンテナケーシング３０２及びカバー３０４の比誘電率及び比透磁率は、適切なアンテナ伝播特性を保証するようアンテナ設計時に考慮に入れられるべきである。図４にケーシング３０２内にアンテナが組み立てられた封入アンテナ４００を示す。
【００２９】
図５Ａを参照するに、アンテナ４００は更に、静電シールド部材５０２を含むことが可能である。静電シールド部材５２０は、例えば、銅、黄銅、アルミニウム、鋼、導電性箔、導電性めっき、及び／又は、任意の他の好適な材料である導電性材料から形成可能である。更に、静電シールド部材５０２は、導電性材料によって少なくとも部分的に境界付けられる空洞５０４を与えるよう実質的に管状であることが可能である。別の配置では、静電シールド部材５０２は、導電性コーティング、導電性めっき、又は導電性箔をアンテナケーシング３０２上に設けることによって実現される。静電シールド部材５０２は、静電シールド部材５０２の第１の端５０８から静電シールド部材５０２の第２の端５１０まで延在する軸方向スロット５０６を含むことが可能である。スロット５０６は、静電シールド部材５０２が、アンテナ４００について周囲に連続的な回路を与えてしまうことを阻止することが可能である。このような周囲に連続的な回路は、アンテナ４００の性能を低下させてしまう。好適な配置では、スロット５０６は、放射部材のスロットに設けられるスロットに近接して配置される。
【００３０】
静電シールド部材５０２は、スロットを搭載することによる、アンテナの共振周波数を変更してしまいうる寄生容量を阻止することによって、アンテナ４００の同調安定性を更に高めるよう任意選択的に使用することが可能である。寄生容量は、アンテナ４００の金属又は高い導電率を有する材料との近接性によって引き起こされることが可能である。好適な構成では、図５Ｂに示すように、シールド部材５０２のスロット５０６は、スロット５０６が、放射部材５１６のスロット５１４が配置される面とは反対側のアンテナ４００の面５１０に配置される。
【００３１】
［アンテナ動作］
図１、２Ａ、及び２Ｂを再び参照しながら、以下にアンテナ１００の動作を説明する。最適アンテナ性能は、アンテナ１００が共振する周波数において得られる。共振周波数は、スロット１０６の誘導性及び容量性負荷の関数である。空洞１０４は、エバネセントであり得、また、スロット１０６に誘導性負荷を与えることが可能であり、一方で、スロット１０６は、対向する側部１１４、１１６間の電気容量によって容量性負荷がかけられる。スロット１０６の両端間の誘導性負荷Ｌの値は、放射部材１０２の寸法を用いて計算可能である。例えば、放射部材１０２が、矩形断面を有する場合、誘導性負荷は、以下の式：
【００３２】
【数１】
2007521756.tif 000003
によって決定可能である。ここでは、Ｌは、マイクロヘンリーで与えられ、ｓ１は、放射部材１０２の第１の側面１５０の幅であり、ｓ２は、放射部材１０２の第２の側面１５２の幅であり、ｃは、放射部材の第１の端１０８から放射部材１０２の第２の端１１０まで測定された放射部材１０２の長さであり、ｂは、放射部材１０２の壁の厚さであり、ｇは、空洞１０４の断面に亘る対角線長である。或いは、誘導性負荷Ｌは、周期モーメント法（Periodic Moment Method）を用いて電磁場及び波分析を行うコンピュータプログラムを用いて決定されるか、又は、経験的に決定されることが可能である。例えば、既知の電気容量Ｃｋが、スロット１０６の両端間に接続可能であり、そして、アンテナ１００の共振周波数を測定可能である。誘導性負荷Ｌは、式
【００３３】
【数２】
2007521756.tif 000004
を用いて計算可能である。
【００３４】
アンテナ１００の共振周波数（ｆ）は、式
【００３５】
【数３】
2007521756.tif 000005
によって計算可能であり、ここでは、Ｌは、空洞１０４によって与えられる誘導性負荷であり、Ｃは、スロット１０６の両端間の電気容量である。上述したように、蓄電器１１２及び／又は２１０は、所望の共振周波数を得られるようスロット１０６の両端間の電気容量を増加するよう設けられることが可能である。例えば、電気容量は、共振周波数を下げるために増加可能であり、又は、電気容量は、共振周波数を上げるために減少可能である。好適な配置では、蓄電器１１２は、アンテナ１００の共振周波数を複数のオクターブに亘って変化させるよう十分な調整が与えられることが可能である。
【００３６】
特に、蓄電器１１２及び／又は蓄電器２１０は、アンテナ１００が、スロット１０６に亘ってそのような蓄電器を有さないアンテナより有意に低い周波数において効率よく動作することを可能にする。例えば、蓄電器なしでは、アンテナは、大きい１／４又は１／２波長の自己共振空洞を必要とする。一部の適用では、そのような空洞は、アンテナ伝播パターンに干渉して、特定の伝播方向においてヌルを引き起こしうる。しかし、蓄電器１１２及び／又は蓄電器２１０は、空洞１０４が、１／４又は１／２波長の自己共振空洞より有意に小さいことを可能にする。従って、空洞１０４の大きさは、ＲＦ信号の波長と比べて小さく、また、従って、任意の伝播方向において顕著なヌルを引き起こさない。更に、アンテナ１００は、携帯電話機、ポケットベル、携帯情報端末、又は、特に物理的に小さいアンテナを必要とする他の装置といった携帯可能な通信装置における使用に最適化されるよう十分に小さく製造可能である。
【００３７】
放射部材１０２は、強磁性体、常磁性体、又は誘電体材料を空洞１０４内に含むことによって大きさを減少しうる。特に、電磁気信号の伝播速度は、
【００３８】
【数４】
2007521756.tif 000006
に反比例し、μは、信号がその中を伝播する媒体の透磁率であり、εは、信号がその中を伝播する媒体の誘電率である。従って、透磁率又は誘電率が増加されると、信号の伝播速度は減少し、これは、任意の所与の周波数に対して信号の波長を低減する。従って、空洞１０４内の透磁率及び／又は誘電率を増加すると、空洞の電気的なサイズが増加し、従って、空洞の共振周波数を低減する。
【００３９】
空洞１０４によって画成される領域における透磁率及び／又は誘電率を増加するために使用可能である市販される材料は無数にある。例えば、フェライト、鉄粉末、又は、空洞内の透磁率を増加するよう空洞内に配置可能な任意の他の第１鉄の材料である。更に、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、アルミナ、セラミック、誘電体流体、又は、１より大きい誘電定数を有する任意の他の誘電体材料を、誘電率を増加するために空洞１０４内に配置可能である。
【００４０】
一部の場合では、空洞１０４内に所望の特性インピーダンスを達成することが望ましい。媒体の特性インピーダンスは、式
【００４１】
【数５】
2007521756.tif 000007
によって決定可能である。従って、誘電体空洞が１つ以上の材料で充填される場合、所望の特性インピーダンスを達成するよう適切な透磁率及び／又は誘電率を与える材料が選択可能である。１つの配置では、様々な材料が混合されて、所望の透磁率及び誘電率を達成することが可能である。例えば、強磁性体粒子は、誘電体粒子と混合可能である。そのような材料の一例は、イソインピーダンス（isoimpedance）材料であり、これは、その比透磁率に等しい比誘電率を有する。
【００４２】
好適な配置では、スロット１０６の対向する側部１１４、１１６間のインピーダンスは低い。例えば、対向する側部１１４、１１６間のインピーダンスは、３０ミリオーム（ｍｉｌｌｉｏｈｍｓ）未満であることが可能であり、これは、導電性の放射部材１０２を設けることによって達成可能である。そのような場合、スロット１０６に亘って蓄電器が設けられていても、対向する側部間の電流の流れの殆どは、放射部材１０２の導電性構造を通して伝播する。
【００４３】
スロット１０６の対向する側部１１４、１１６間に低いインピーダンスを有することは、信号がアンテナ１００に与えられた時にスロット１０６の両端間の低い電圧電位をもたらすことが可能であり、これは、対応して、伝播される信号の小さいＥ界成分をもたらす。対向する側部１１４、１１６間の低インピーダンスは、放射部材１０２の構造における相当量の電流の流れをもたらすことが可能であり、それにより、有意なＨ界成分がもたらされる。従って、式
【００４４】
【数６】
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によって与えられる、アンテナの近傍界インピーダンス（ＺＮＦ）は、低い。例えば、近傍界インピーダンスは、約０±２ｊオーム（ｏｈｍｓ）未満であることが可能であり、従って、５０近い比誘電率と１より僅かに小さい比透磁率を有する人間の組織のインピーダンスより非常に小さい。近傍界インピーダンスは更に、２オーム（ｏｈｍｓ）、５オーム（ｏｈｍｓ）、１０オーム（ｏｈｍｓ）、２５オーム（ｏｈｍｓ）、又は５０オーム（ｏｈｍｓ）未満の絶対値を有することが可能である。
【００４５】
人間の組織の比誘電率は、比透磁率より非常に高いので、人間の組織は、Ｈ界に含まれるエネルギーよりＥ界に含まれるエネルギーにより影響を受けやすい。従って、低近傍界インピーダンス（小さいＥ界成分及び大きいＨ界成分）を有するＲＦ信号は、同じ量のエネルギーを有する高いインピーダンスＲＦ信号（大きいＥ界成分及び小さいＨ界成分）より人体との相互作用は非常に少ない。従って、アンテナ１００は、従来のダイポールアンテナに比べて、アンテナ１００と人体との間の有意に減少された結合で人体の付近において動作可能である。従って、アンテナによって伝播される無線周波数（ＲＦ）エネルギーによる人体への危険な副作用の危険性は、最小限にされる。更に、人体によって引き起こされるＲＦ伝播パターンにおけるヌルも実質的に低減される。
【００４６】
個人通信適用に加えて、本発明のスロット付き円筒アンテナは、例えば、超長波（ＶＬＦ）帯域から極超短波（ＳＨＦ）帯域までで動作する適用といった広い範囲の適用に使用可能である。当然ながら、アンテナの大きさは、所望の周波数における適切な動作の為に選択されるべきである。特に、ＶＬＦ帯域から高周波（ＨＦ）帯域までの周波数における使用の為のアンテナは、物理的に大きく持ち上げるのが困難である。従って、そのようなアンテナは一般的に、湿気のある土壌や水域の近くに設置されまた動作される。本発明のスロット付き円筒アンテナは、低近傍界インピーダンスで動作するので、このアンテナは、接地システム又は金属製カウンタポイズを必要とすることなく、高放射効率及び同調安定性で土壌又は水の付近で動作可能である。
【００４７】
低近傍界インピーダンス設計のもう１つの利点は、着氷があってもアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）をより安定にする点である。特に、氷は、比較的高い誘電率と低い透磁率を有する誘電体である。例えば、氷の比誘電率は、３より大きい場合もあるが、一方で、氷の透磁率は、約１であることが可能である。従って、氷は、多くのＥ界エネルギーを蓄えるが、Ｈ界とあまり相互作用しない。従って、氷は、高い近傍界インピーダンスを有するアンテナの性能はひどく低下させてしまうことが可能であるが、氷は、アンテナ１００の性能には有意に影響を与えることがない。何故なら、アンテナ１００は、低近傍界インピーダンスを有するよう調整可能だからである。この特徴は、寒い環境における使用、特に、低ＶＳＷＲ性能が必要不可欠であるテレビジョン伝送アンテナとしての使用に非常に有益である。特に、本発明の使用では、アンテナ１００付近の氷生成をなくすための除氷レードームが必要ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を理解するために有用なスロット付き円筒アンテナを示す斜視図である。
【図２Ａ】図１のアンテナのスロット付き部材を示す平面図である。
【図２Ｂ】図１のアンテナのスロット付き部材を示す底面図である。
【図３】図１のアンテナを示す分解図である。
【図４】図１のアンテナ用の例示的なアンテナ筐体を示す斜視図である。
【図５Ａ】スロット付き円筒アンテナに取付け可能な例示的な静電シールドを示す斜視図である。
【図５Ｂ】静電シールドがスロット付き円筒アンテナに取り付けられた図５Ａの静電シールドを示す斜視図である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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