(57)【要約】  対向する第１及び第２の表面及び第２の表面上の接地面（７）を有する誘電体基板（６）を備える二重帯域アンテナ装置が開示される。マイクロストリップ用伝送回線（４）が第１の表面上に設けられ、誘電体ペレット（５）がマイクロストリップ用伝送回線（４）上の第１の表面に取り付けられる。二股平面逆Ｌアンテナ（ＰＩＬＡ）素子（１）も第１の表面上に設けられ、ＰＩＬＡ素子（１）は誘電体ペレット（５）の表面の上に伸び、接触する第１（２）及び第２（３）のアームを有する。第１のアーム（３）は誘電体ペレットの表面の第２のアーム（２）とは異なる領域と接触する。このアンテナ装置は、２．４ＧＨｚ及び５．５ＧＨｚの周波数帯域で良好な動作を行う。
2007519334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１及び第２の表面と、前記第２の表面上の接地面と、前記第１の表面上のマイクロストリップ用伝送回線と、前記第１の表面上の前記マイクロストリップ用伝送回線に装着された誘電体ペレットと、前記第１の表面上に取り付けられた二股平面逆Ｌアンテナ（ＰＩＬＡ）素子とを有する誘電体基板を備える二重帯域アンテナ装置であって、
前記ＰＩＬＡ素子が前記誘電体ペレット面の上に伸び、接触する第１及び第２のアームを有し、前記第１のアームが前記誘電体ペレットの表面の前記第２のアームとは異なる領域と接触し、前記ＰＩＬＡ素子が接地面にも電気的に接続されている、二重帯域アンテナ装置。
【請求項２】
前記誘電体ペレットが、誘電率が高いセラミック材料から作られる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記誘電体ペレットが、前記誘電体基板の第１の表面から離れて向き合う全体的に平坦な露出面を有する細長い構造体である請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記誘電体ペレットが、第１及び第２の脚部が前記マイクロストリップ用伝送回線と接触するブリッジ構造体として形成される請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記二股のＰＩＬＡが前記細長い誘電体ペレットの線にほぼ沿って配列され、前記ＰＩＬＡの第１のアームが前記誘電体ペレットの露出面のほぼ全体の長さにわたって伸びると共に接触し、同時に前記ＰＩＬＡの第２のアームが前記第１のアームよりも短く、前記誘電体ペレットの露出面のより小さい部分に接触する請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
２．４〜２．５ＧＨｚの第１の周波数帯域及び４．９〜５．９ＧＨｚの第２の周波数帯域で動作するように構成された請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
対向する第１及び第２の表面と、前記第２の表面上の接地面と、前記第１の平面上に取り付けられ、電気的に前記接地面に接続された、第１及び第２の電気的に接続されたアームを有する二股平面逆Ｌアンテナ（ＰＩＬＡ）素子と、前記第１及び第２のアームに接続された表面を有する誘電体ペレットとを有する誘電体基板を備える二重帯域アンテナ装置であって、
前記誘電体基板は前記誘電体ペレットの下側に配置された開口部を備え、前記ペレットは同軸のフィードラインに接続され、前記ＰＩＬＡ素子の第１のアームは前記誘電体ペレットの表面の前記第２のアームとは異なる領域と接触し、前記ＰＩＬＡ素子は前記接地面にも電気的に接続されている、二重帯域アンテナ装置。
【請求項８】
添付の図面を参照して上記のように十分説明された、又は添付の図面に示された二重帯域アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形されたセラミックペレットによってマイクロストリップ用伝送回線に接続された二重帯域ラジエータを含む、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ無線ＬＡＮに使用される周波数帯域に適用できる新規なアンテナに関する。この装置は、ラップトップコンピュータの表示部分に適合するように設計されるが、プリンタなどコンピュータと通信する装置の中に用途を見つけることもできる。この装置は、アンテナ系の中にダイバーシチを作るように、対を組んで両者間に良好な絶縁を有して動作するように設計されている。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮの接続性が紹介されると、周波数帯域２．４〜２．５ＧＨｚ及び４．９〜５．９ＧＨｚを対象にする小形で安価なアンテナに対する要求が作られた。これらは一般にラップトップコンピュータ及びＰＤＡに適合し、また間もなくプリンタ、スキャナ及び他の周辺装置の中に見出されることになる。
【０００３】
これらのアンテナに関する本質的な特性は、高い効率、及び目的の装置に取り付けられたときのほぼ無指向性の放射パターンである。これらの電気的パラメータは、物理的な小形の寸法及び極めて安価に製造する可能性と組み合わせる必要がある。大抵のアンテナは超小型の同軸ケーブルに直接接続され、アンテナ設計は、入力整合の良好な繰返し精度を正確に十分確実にするようにケーブルの配置を制御する適当な取付け手段を具体化する必要がある。
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、対向する第１及び第２の表面と、第２の表面上の接地面と、第１の表面上のマイクロストリップ伝送回線と、第１の表面上のマイクロストリップ用伝送回線に装着された誘電体ペレットと、第１の表面上に取り付けられた二股平面逆Ｌアンテナ（ＰＩＬＡ）素子とを有する誘電体基板を備える二重帯域アンテナ装置が提供される。このＰＩＬＡ素子は誘電体ペレット面の上に伸び、それと接触する第１及び第２の電気的に接続されたアームを有し、第１のアームは誘電体ペレットの表面の第２のアームとは異なる領域と接触し、ＰＩＬＡ素子は接地面にも電気的に接続している。
【０００５】
誘電体基板は、金属化した（例えば、銅）接地面を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）の形式とすることができる。特に、好ましい誘電体基板は、Duroid（登録商標）ＰＣＢである。
【０００６】
誘電体ペレットは、例えば、誘電率が少なくとも６の誘電率が高いセラミック材料から作ることが好ましい。
【０００７】
誘電体ペレットは、全体的に平坦な上面（すなわち、誘電体基板の第１の表面からのペレット末端の面）を有する細長い長方形であることが好ましく、また特に好ましい実施形態では、その端部のみでマイクロストリップ伝送回線と接触するようなブリッジ構造として形成される。
【０００８】
二股のＰＩＬＡは、細長いセラミックのペレットの線にほぼ沿って配列されることが好ましく、ＰＩＬＡの第１のアームはセラミックのペレットの上面の全体の長さにわたって伸びると共にそれと接触することが好ましく、一方でＰＩＬＡの第２のアームは第１のアームよりも短く、またセラミックのペレットの上面の１つの小さい部分のみと接触することが好ましい。アームからのＰＩＬＡの末端部は、誘電体基板を通過する導電性のピンによって接地面に接続される。
【０００９】
セラミックのペレット（共振器）が１つの点で給電される（例えば、プローブ又はスロットのフィードによって）従来の誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）の構造とは対照的に、本発明のセラミックペレットはマイクロストリップ用伝送回線に接触するその長さに沿って給電される。セラミックペレットはそれ自体はかなり大きく放射することはないが、主要な放射構造体であるＰＩＬＡのアームに対する誘電体負荷として機能する。
【００１０】
低い周波数帯域、例えば、２．４ＧＨｚでは、ＰＩＬＡの第１の長い方のアームは主ラジエータになる傾向があり、第１のアームの端部に近いセラミックペレットの角の電磁界によって励起される。
【００１１】
より高い周波数帯域、例えば、５．５ＧＨｚでは、ＰＩＬＡの第２のより短いアームは主ラジエータになる傾向があり、第２のアームの端部に近いセラミックペレットの角の電磁界によって励起される。
【００１２】
それにもかかわらず、セラミックペレットの全体が周波数及び特定の設計要素に基づいてＰＩＬＡをより大きな又はより小さい程度まで励起できることは理解される。
【００１３】
異なる方法でＰＩＬＡの２つのアームを励起することによって、本発明は新規な二重帯域混成アンテナを提供する。
【００１４】
別の実施形態によれば、セラミックペレットの下側の誘電体基板を取り除いて、接地面上にＰＩＬＡから吊されたペレットを残し、またマイクロストリップ用伝送回線を省くことができる。この実施形態では、ペレットは同軸ケーブルによって直接給電されて、その外側の素子はグラウンドに接続され、その内側の素子はペレットにはんだ付け又は別の方法で接続される。
【００１５】
従って、第２の態様では、本発明は、対向する第１及び第２の表面と、第２の表面上の接地面と、第１の平面上に取り付けられ、電気的に接地面に接続された、第１及び第２の電気的に接続されたアームを有する二股平面逆Ｌアンテナ（ＰＩＬＡ）素子と、第１及び第２のアームに接続された表面を有する誘電体ペレットとを有する誘電体基板を備える二重帯域アンテナ装置を提供する。ここで、誘電体基板は誘電体ペレットの下側に配置された開口部を備え、ペレットは同軸のフィードラインに接続され、またＰＩＬＡ素子の第１のアームは誘電体ペレットの表面の第２のアームとは異なる領域と接触し、ＰＩＬＡ素子は接地面にも電気的に接続している。
【００１６】
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】
【００１７】
図１に示した特定の実施例では、アンテナは下記の３つの主要な構成部品を備える。
【００１８】
放射素子１
放射素子１は、各周波数帯域用に別個のラジエータ２，３を有する、狭い４分の１波長の接地されたパッチである。
【００１９】
マイクロストリップ用フィードライン４
放射素子１，２，３は、開回路の端部で構造体に入るマイクロストリップ用フィードライン４から励起される。このフィードライン４は、アンテナを超小型の同軸ケーブル（直径１．２ｍｍ）（図示せず）から送ることができるように適合されたマイクロストリップ／同軸遷移機能を内蔵している。
【００２０】
セラミックペレット５
成形されたセラミックペレット５（この実施例では、εｒ＝６）は、放射素子１を装着し、その物理的な長さを減らし、また素子１とフィードライン４との間の結合を増大させる。
【００２１】
放射素子１と、マイクロストリップ用フィードライン４と、セラミックペレット５とは全て、誘電体基板６の一方の側に実装されている。この誘電体基板６は、Duroid（登録商標）から作ることが好ましい。基板６の反対側は、導電性の接地面７を備えている。
【００２２】
放射素子１の脚部８は、誘電体基板６を通る導電性の接続体によって接地面７に短絡されている。
【００２３】
セラミック素子５は、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）として機能していないが、その構造体の動作は単純な誘電体の負荷を超える理由のために、その存在に大きく依存する。このため、それは混成セラミックアンテナと呼ばれる。
【００２４】
放射素子１は、小さいパッチアンテナを設計するための常套手段として、パッチに接続された又はパッチに容量的に密に結合された固定給電点を有するＰＩＦＡ（平面逆Ｆアンテナ）ではない。対照的に、素子１はＰＩＬＡ（平面逆Ｌアンテナ）であり、直接の給電点を持たない。その代わりに、素子１は、比較的長い誘電体のセラミックペレット５の中の電磁界によって励起される。それは今度は、マイクロストリップ用伝送回線４によって与えられる。セラミックペレット５の中の電磁界は、変位電流によって発生される。この配列は、セラミック５の形状、寸法及び誘電率、並びにマイクロストリップ用回線４及び放射素子１の両方に対するその相対位置などの多数の付加的なパラメータを提供する。これらのパラメータを最適化することにより、実施例によって分かるように、設計者はアンテナの性能について多くの選択を行うことができる。
【００２５】
給電点はＰＩＬＡ１の開放端部に配置される。この場所は、従来の給電にとってはインピーダンスが極めて高いため、アンテナに給電することは難しい。
【００２６】
ＰＩＬＡ１は、異なる長さの２つのアーム２，３を持つように二股に分岐している。細長い誘電体のセラミックペレット５は、ＰＩＬＡ１の両方のアーム２，３に対して給電及び効果的な駆動を行うものとして動作し、各アームを適当な周波数で駆動する。
【００２７】
シミュレーション結果
アンテナの初期の開発は、Ansoft（登録商標）３Ｄ電磁シュミレータＨＦＳＳを用いて実行された。コンピュータによるシミュレーション結果は、所望の周波数帯域で良好な反射減衰量を示した。シミュレーションにより放射素子１の２つの部分２，３の効果的で独立した動作も確認され、またセラミックペレット５の寸法、形状及び誘電率を最適にすることができた。図２は、低い２．４ＧＨｚの周波数帯域の中央の期待された電界分布を示す。ここで電界は、放射素子１の長いアーム３の端部において最も強くなっている。図３は、高い５．５ＧＨｚの周波数帯域の中央の期待された電界分布を示す。ここで電界は、放射素子１の短いアーム２の端部において最も強くなっている。
【００２８】
測定結果
完成したアンテナ及びそのフィードケーブルの測定された入力の反射減衰量が図４に示されている。測定値における小さなリップルは、高い周波数で超小型のケーブルを用いて動作しているときによく知られている問題で、測定点の不整合によって引き起こされる。
【００２９】
アンテナの望ましい要求事項に対応する、２．５ＧＨｚよりも遙かに広い帯域幅５ＧＨｚを提供するように設計が設定されていることが理解できる。実際の応用例では、接続された装置内のコネクタの断絶を補償することにより、入力端部の不整合及び対応するリップルを減らすことができ、これにより両方の帯域にわたって目標の反射減衰量１０ｄＢを達成できる。
【００３０】
絶縁性能を調査するため、一対のアンテナを一般的なラップトップ・アプリケーションのディスプレイの上部にアンテナ間に７５ｍｍの間隔を空けて取り付けた。図５から、アンテナ間の絶縁は、低い帯域では約２０ｄＢ（ここでは、アンテナは電気的に接近している）であり、高い帯域では４０ｄＢであることが分かる。
【００３１】
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、そして任意の可能な組合せの中で使用できる。
【００３２】
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」という用語及び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、付加物又はステップ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】
【００３３】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す図である。
【図２】２．４ＧＨｚ帯域における図１のアンテナの電界のプロットを示す図である。
【図３】５．５ＧＨｚ帯域における図１のアンテナの電界のプロットを示す図である。
【図４】図１のアンテナの測定された反射減衰量のプロットを示す図である。
【図５】図１のアンテナ対の間における絶縁性のプロットを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  放射素子
２  放射素子
３  放射素子
４  マイクロストリップ用フィードライン
５  セラミックペレット
６  基板
７  接地面
８  脚部
【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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【国際調査報告】
2007519334.tif 000008
2007519334.tif 000009
2007519334.tif 000010