(57)【要約】本発明は少なくとも一つの所定の波長の電波の少なくとも一つのビーム（４、５、６１，６２，９１，９２）を形成できるアンテナに係るものであり、そのアンテナのタイプは少なくとも一つの電波放射要素２（好ましくは受動的）を含んでおり、その放射要素は相互に平行であって電波を反射する光学的バンドギャップ（ＰＢＧ）材料の一組のワイヤー／バー（１）の中に配置されて、決まった構造体を形成しており、この構造体は欠損部分を含んでいて、この欠損部分の位置及びまたは形状に対して一つの方向に少なくとも一つのビームを形成するようになっている。本発明によればそのワイヤー／バーと欠損部分とは一つの面の一組Ｎ個の同中心の閉じた曲線上に配置されている。ここでＮは１に等しいか、それよりも大きい。放射要素は最も内側の曲線の内側に配置されている。好ましくは曲線は円であり、そしてワイヤー／バーは電波に対して伝導／反射状態から透過状態へ切替えるよう制御される。【選択図】図９
2007512747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的バンドギャップ（ＰＧＢ）材料からつくられており、相互に平行になって配置され電波を反射する1組のワイヤーもしくはバー（１）の中に好ましくは受動的な少なくとも一つの放射要素（２）を配置して成って、所定の構造体を形成し、この構造体は欠損部分を含んでいてその欠損部分の位置及び又は形状に関する方向に少なくとも一つのビームを形成するようにした、少なくとも一つの決まった波長の電波の少なくとも一つのビーム（４，５，６１，６２，９１，９２）を形成することができるアンテナにおいて、
前記のワイヤーもしくはバーと前記の欠損部分とは一つの面の２個もしくはそれよりも大きいＮ個の同中心の閉じた曲線上に配置されており、前記の放射要素は最も内側の曲線のその内側にあって、前記の曲線間の距離は波長の4分の１よりも小さく、前記のワイヤーもしくはバーの長さは波長の２分の１に等しいか、もしくはそれよりも大きいことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
曲線は円、楕円、サイクロイドから選択され、そして好ましくは曲線全部が円であり、放射要素は前記の円の共通中心に置かれてい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】
所与の曲線を成して隣り合うワイヤーもしくはバー又は欠損部が横断方向で等距離位置に配置されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のアンテナ。
【請求項４】
隣り合うワイヤーもしくはバー又は欠損部の横断方向距離が総ての曲線で等しいことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
曲線が円であり、そしてワイヤーもしくはバー又は欠損部分が実質的に中心の放射要素の周りで少なくとも２つの同心円状に、一定の横断方向で空間周期的分布となって、総ての円に対して等しく、配置されていることを特徴とした請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
面内にあって放射要素を突き抜ける複数の放射状の分布軸に沿って、それらの分布軸と曲線との交差点に対応する点にワイヤーもしくはバー又は欠損部分が配置されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のアンテナ。
【請求項７】
複数の放射状の分布軸が面内で３６０°にわたって規則正しく間隔をあけられて配置されてその面を等角度のセクターに分割し、角度セクターの値は好ましくは２２．５°もしくは２２．５°の倍数であることを特徴とした請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
曲線は円であり、そしてワイヤーもしくはバー又は欠損部分が実質的に中心の放射要素の周りで少なくとも２つの同心円状に、一定角度の空間周期的分布となって、総ての円に対して等しく、配置されていることを特徴とした請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
放射要素は全方向性であり、そして好ましくはダイポールであり、このダイポールはワイヤーもしくはバーと実質的に平行に配置されていることを特徴とした先行請求項のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１０】
ワイヤーもしくはバーは直線であることを特徴とした先行請求項のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１１】
ワイヤーもしくはバーは曲線であることを特徴とした請求項１ないし９のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１２】
少なくとも部分的にワイヤーもしくはバーのあるものを除去することにより欠損部分をつくり、引っ込められたワイヤーもしくはバーの位置及びもしくは形状に関する方向に少なくとも一つのビームが形成されることを特徴とした先行請求項のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１３】
ワイヤーもしくはバーの中の少なくともあるものはそれぞれ少なくとも２つの導電性セグメントから形成され、セグメントの最大長は波長の４分の１よりも小さく、そして好ましくは波長の１０分の１に等しいか、それよりも小さく、ワイヤーもしくはバーの隣り合うセグメントは絶縁体により分離されていて、各ワイヤーもしくはバーは幾つかの絶縁されたセグメントを有する不連続ワイヤーもしくはバー（１１）となって、電波を通し、少なくとも部分的に引っ込められているワイヤーもしくはバーの欠損部分と同等であることを特徴とした先行請求項のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１４】
すべてのワイヤーもしくはバーは幾つかのセグメントを有するワイヤーもしくはバーであることを特徴とする請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
ワイヤーもしくはバーの２つの隣り合うセグメントを分けている絶縁体の少なくとも一つが、電波に対して少なくとも一つの第１の伝導状態と第２の遮断状態をもたらす切り換えれる能動要素から成り、第１の伝導状態では幾つかのセグメントを有するワイヤーもしくはバーは反射器のように働いて、連続ワイヤーもしくはバー（１０）となり、そして第２の遮断状態では幾つかのセグメントを有するワイヤーもしくはバーは電波を通し、そして少なくとも部分的に引っ込められたワイヤーもしくはバーの欠損部分と同等であることを特徴とし、そして前記の能動要素の制御手段をさらに含んでおり、幾つかのセグメントを持つワイヤーもしくはバーのあるものを不連続ワイヤーもしくはバー（１１）のように働かせ、その不連続ワイヤーもしくはバーの位置及び又は形状に関する方向に少なくとも一つのビームを形成することを特徴とするアンテナ。
【請求項１６】
セグメントを有するワイヤーもしくはバーと能動切替え要素とにおいて、ワイヤーもしくはバーのセグメントのアセンブリの隣り合うセグメントのサブ・アセンブリから形成されるセクションにより制御がなされ、他方では、そのサブ・アセンブリはワイヤーもしくはバーの２から全数のセグメントを含み、一つのセクションのセグメントを分離している要素をそれらセグメントの第１の状態に置き、その他の要素を第２の状態に置いて、面に対して高さにおいてビームを向けれるようにしたことを特徴とした請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
能動要素の制御手段は、少なくとも一つの第１ビームと少なくとも一つの第２ビームとの間で形成・切換え手段を構成して、アンテナがビーム切替えアンテナとなるようにしたことを特徴とした請求項１５もしくは１６に記載のアンテナ。
【請求項１８】
公共のもしくは私的な遠距離通信ネットワークに設けたことを特徴とする先行請求項のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１９】
請求項１７もしくは１８に記載のビーム切替えアンテナを少なくとも一つ含んでいることを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間に一つもしくは幾つかのローブもしくはビーム（これらの術語は本文では同じ意味で使っている）を形成できる電波の送受信用無線アンテナに係るものであり、それの放射ダイアグラムを成形できるアンテナに係るものである。このアンテナは無線電波の送受信領域に、特に携帯電話のアンテナとして利用できる。携帯電話局を持つ電話回路網もしくは無線データー伝送回路網の送受信基地局内で、送信においても、受信においても（Ｅ／Ｒ）同じように、無線ビームもしくはローブの形成と整形を可能とする。
【背景技術】
【０００２】
一般に、方向付けできるビーム形成アンテナを製作するには、構造的にビームを形成したアンテナをつくって、そのアンテナを空間内で動かして（普通は回転させて）方向付けし、所要方向にアンテナの電波放射ダイアグラムを向けるようにしている。アンテナを機械的に動かすには機械的手段を必要とし、この機械的手段は費用がかかり、摩損もし、そして保守が面倒であるということが先ずあって、そしてアンテナは一般に高い場所にあって厳しい天候条件にさらされているということがある。そして放射ダイアグラムの形は回転中同じままである。
【０００３】
それ故望ましいことは、空間内で放射ダイアグラムの方向付けを修正できる非機械的手段を持つことである。さらに、望ましいこととして、放射ダイアグラムの構造を変えられること、特に送受信ローブの数及び又は空間におけるそれらの形を変えられることである。
【０００４】
例えば、新しいブロードバンドの無線通信サービスの場合、スマートなアンテンナを装備したダイナミック・システムでなければ、ＵＭＴＳフォーラム１９９８、「ＵＭＴＳに向う路―情報社会のテクノロジー」という論文に、そしてアルカテルのエス・ブライヤー、ジー・デガ、ヴイ・クマールそしてエル・ザボによる「ＵＭＴＳコンセプトのグローバルな展望」（Une vue globale du  concept  d’UNITS）という論文に示されているような送受信空間配置の適応能を利用してヘルツ・スペクトルを最適利用することはできない。
【０００５】
これらのスマートなアンテナは特にＣＤＭＡモード（符合分割多元接続通信方式）で作動するシステムの能力を高めることができ、それは、マイクロウエーブとＲＦ、１９９７年４月、シー・ビー・ディトリッヒ・ジュニアーとダブリュエル・スタットマンによる「スマートなアンテナがセルラー／ＰＣＳ性能を高める。パート１と２」という論文に記載されているモダリティによる擬似ＳＤＭＡ（空間分割多元接続）を利用するお蔭である。この技術は、携帯電話に向って方向付けられたビームを形成するときセルラー回路網の（送受信基地局から携帯電話に向う）ダウンリンクにおいて「同一チャネル干渉」を減少させることができる。それは干渉方向で受信バリー（谷）を呈するように送受信基地局のアンテナダイアグラムを形成できることが加わって、（携帯電話から基地局に向う）アップリンクにおける干渉を拒絶している。
【０００６】
２つのカテゴリーのいわゆるスマートなアンテナは一般に区別でき、そしていずれも可変の放射ダイアグラムを有する。すなわち、ビームスイッチングアンテナ回路網でつくったものと、アダプティブアンテナでつくったものとであり、後者は２０００年７月、ＵＳＡ、ソルトレークシティ、ＡＰ−Ｓ２０００、エム・サワハシとエス・タナカによる「Ｗ−ＣＤＭＡモバイルラジオにおける送受信基地局アプリケーションのためのアダプティブ・アレイ・ダイバーシティについての実験」に提示されている。
【０００７】
アダプティブアンテナでつくられたスマートなアンテナは、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）により制御される放射要素の回路網から構成されるのが一般である。それらは受信した外部信号に対してそれらの放射ダイアグラムを自動的に合わせる。
【０００８】
不都合なことに、現在のデジタルテクノロジーは、携帯電話に必要な多重周波数帯域を支持するに足るほどには成熟していないし、この無線スペクトルを支配するに必要な電力を支持するほどにも成熟していない。さらに、スマートな、そしてデジタル・アダプティブなアンテナは送受信基地局ＢＴＳにおける既存のテクノロジーに非常に適合していると言うわけではなく、それ故上に引用したエム・サワハシの発表で認められるようにこれらを新しくするには投資があまりにも大きくなってできない。
【０００９】
ビーム切替えアンテナでつくられたスマートなアンテナは複数ビームのアナログ合成を利用する。このアプローチは遥かに少ない複雑さと、費用とでデジタルのスマートアンテナの大方の特徴を保っている。それは（特に送受信局における）既存のインフラストラクチャーと両立でき、そして投資に対して回路網の容量を十分増加させることができる。伝統的には、ビーム切替えアンテナは、それぞれ一定方向のビームに対して対応している幾つかの出力ポートを設けた、事前設定の位相を持つ供給回路網を利用する。このタイプの送受信基地局は欧米の多くの会社によって試みられてきた。そのような会社とはベルサウスと関連のセルウエーブ、ヘーゼルタイン  コーポレーション、メタウエーブ  コミュニケーション、アレイコナン  インコーポレーテッド、エリクソン、ノーテルなどである。先に引用した論文や発表に加えて、そのテーマーに関する情報は、マイクロウエーブ・アンド・アールエフ、１９９９年８月、エル・セライとエイ・フェラロッチによる「新規な複数ビームアンテナアレイがモバイルＢＴＳに役立っている。パート１」で得られるし、エリソン  マイクロウエーブ  システムＡＢ、ビー・ヤハニッサンとエー・ダーネリドによる「送受信基地局使用のアレイアンテナ設計」でも得られる。
【００１０】
このビーム切替えテクノロジーの主な欠点は放射要素が多いことであって、そのため費用がかかることである。そこで、ビーム切替えアンテナを製作するのに別の解決を利用することが提案され、それでは光学的バンドギャップ（ＰＢＧ）材料からつくった一組のロッドの中心に受動的な放射要素を配置し、これらのロッドのあるものは適当な制御装置により不連続ロッドとなるようにする切替え素子の挿入によって能動とされ、連続ロッドのような他のロッドは前者の不連続ロッドとは異なる放射特徴を呈するようにしている。この別の解決については、２０００年４月のダヴォスのＡＰ２０００の際のエイ・シェロウー、エイ・シビル、シー・ロブリンによる発表論文「ハイパーラン・ターミナルのためのビーム切替え式スマートアンテナ」で知ることができ、もしくはフイジカル・レビュー・レター、５８巻、第２０、１９８７、２０５９−２０６２頁に掲載のイー・ヤブロノビッチの論文で知ることができる。
【００１１】
この別の解決は放射要素の励起回路に直接作用するものではなくて、それの周囲の要素にだけ作用するものであって、それにより損失を制限している。既に知られている光学的バンドギャップ（ＰＢＧ）材料の特性を利用することによりそれは得られ、それについて刊行されている論文には以下のものがある。オイロフイジクス  レターズ、１６（６）、５６３−５６８頁、１９９１年１０月７日、シー・ティ・チャン、ケイ・エム・ホーとシー・エム・ソークリスによる「実験的に実現可能な周期的誘電体構造における光学的バンドギャップ材料」；１９９５年１０月１５日、５２巻、１６号、フイジカル  レビュー  ビー、エム・エム・シガラス、シー・ティ・チャン、ケイ・エム・ホーそしてシー・エム・スクーリスによる「金属光学的バンドギャップ材料」；そして１９９９年１月、アンテナと伝播に関してのアイ・イー・イー・イー  トランス、ジー・ポイラスネ、ピー・ポウリグエン、ケイ・マジョウビー、エル・デスクロス、そしてシー・テレットによる「ビームシェーパーに関する実験結果」。
【００１２】
このタイプのアンテナのＰＢＧ材料のロッドのアセンブリは空間周期構造、いわゆるＰＢＧ構造であり、平行な導体から主として構成されていてその中で放射要素が作動するようになっている。このＰＢＧ構造の電磁的特徴は放射要素の送受信周波数により決まる。平面波に対するそれの周波数応答ではＰＢＧ構造体を通して交互に周波数帯域の伝播許可と不許可を呈する。ＰＢＧ材料で構成した連続ロッドとＰＢＧ材料で構成した不連続ロッドとの間の応答ニ元性が研究されている。これらの相違を利用して、これらのＰＢＧ構造体の連続ロッドと不連続ロッドとを一方から他方へ通過することにより放射ダイアグラムの切替えと空間形成とを得るようにする。この分野における論文発表に次のものがある。２０００年４月のダヴォスのＡＰ２０００の際のエイ  デー  ラストラック、ティ・ブリラット、エフ・ガドット、イー・アクマンソイによる「０−２０ギガヘルツの周波数範囲における電子制御式ＰＢＧの数値と実験による実証」、そして１９９９年７月、マイクロウエーブと光学テクノロジーレター、２２巻、１号、ジー・ポイラスネ、ピー・ポリグエン、ケイ・マジョービー、シー・テレット、ピー・ゲリンそしてエル・デスクロスによる「金属光学的バンドギャップ材料の内側のダイポールの実験的放射パターン」
【００１３】
現在、四角い網目のＰＢＧ構造を使っている。換言すれば、図１（ロッドの軸に対する横断面図）に示すように、ロッド１は方形の網目を構成しており、それの中心に受動的な放射要素２がある。
【００１４】
方形網目のこのＰＢＧ構造は２つの欠点を有する。先ず第１に、円筒波による励振には不適であって、方形網目のＰＢＧ構造の中心に放射要素を配置するにはなお困難な研究がいる。さらに、どのようなピッチ、どのような角度でも３６０°回転する一定ビームをつくることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
提案する本発明が特に狙いとしているのは、光学的バンドギャップ（ＰＢＧ）材料でつくり、そしてフォトニック結晶とみなせる所定の構造を形成するタイプのアンテナに関する最新技術の欠点を修正することである。本発明のアンテナは、それ独自のビームもしくは幾つかの同時ビームを指向及び又は形成する。それはまた、異なるビームを形成し、そして切替えもする。その場合はビーム切替え式アンテナと言うこともできる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
基本的に本発明のアンテナは、アンテナ内で、そして放射要素の周りでの要素（ワイヤー／バー）の埋め込みが方形網目に沿うのではなく、放射要素を配置した中心を相互に同中心としている閉じた曲線に沿って分布していることで知られているＰＢＧ材料のアンテナから出ている。その閉じた曲線の形は好ましくは円形（円）であるが、円よりも複雑な、具体的には、楕円、サイクロイド形もしくは他の丸みのついた曲線であってもよい。アンテナをつくり上げる要素（放射要素及び又はワイヤー／バー）の形は好ましくは直線であるが、ワイヤー／バーとしては直線でなく曲線でもよい。
【００１７】
光学的バンドギャップ（ＰＧＢ）材料からつくられており、相互に平行になって配置され電波を反射する1組のワイヤーもしくはバーの中心に好ましくは受動的な少なくとも一つの放射要素を配置して成り、所定の構造体を形成し、この構造体は欠損部分を含んでいてその欠損部分の位置及び又は形状に関する方向に少なくとも一つのビームを形成するようにした、少なくとも一つの決まった波長の電波の少なくとも一つのビームを形成することができるアンテナに本発明は係るものである。
【００１８】
本発明ではワイヤーもしくはバーと欠損部分とは一つの面の１個もしくはそれよりも大きいＮ個の同中心の閉じた曲線上に配置されており、前記の放射要素は最も内側の曲線の内側にある。
【００１９】
本発明の種々の実施例では、以下の手段のあらゆる組合せが技術的に考慮され採用されている。
【００２０】
曲線は円、楕円、サイクロイドから選択され、そして好ましくは曲線全部が円であり、放射要素は前記の円の共通中心に置かれている。
【００２１】
一番内側の曲線（実際には最も内側の曲線のワイヤー／バー）と放射要素とを分けている最大距離は（幾つかの波長があるときにはもっとも短い波長の）４分の１波長に等しいか、それよりも短い。
【００２２】
一番内側の曲線と放射要素とを分けている距離は（幾つかの波長があるときはもっとも短い波長の）４分の１波長よりも大きくなっていて、重量及び又は製造価格を少なくし、そして又はインピーダンス適合を容易としている。
【００２３】
２つの続きの連続曲線（実際には放射要素を突き抜いている方向に沿って２つの曲線に近い２つのワイヤー／バー）を分けている最大距離は（幾つかの波長があるときはもっとも短い波長の）４分の１波長に等しいか、それよりも小さい。
【００２４】
所与の曲線に隣り合うワイヤー／バーもしくは欠損部分は（円である曲線の場合は一定の横断周期に対応する）横断方向に等距離の位置に配置されている。
【００２５】
隣り合うワイヤー／バーの横断方向の距離（曲線が円である場合にはすべての円に対して等しい、一定の横断周期に一致する距離）はすべての曲線に対して等しい。
【００２６】
曲線が円であり、そしてワイヤー／バーもしくは欠損部分が、すべての円に対して等しい、一定の横断周期分布に従って実質的に中心の放射要素の周りに少なくとも２つの同心円の形に配置されている。
【００２７】
ワイヤー／バーもしくは欠損部分が、放射要素を突き抜ける分布軸に沿って配置され、そして面内で、曲線と分布軸との交差点に対応する位置に配置されている（一定の角周期に対応する位置に配置され、そしてワイヤー／バーもしくは欠損部分は曲線と分布軸との交差点ではなく、整然と配置されている）。
【００２８】
分布軸は面内で３６０°にわたり規則的に分離され、その面を等しい角度のセクタに分割し、その角度セクタの値は好ましくは２２．５°か、もしくは２２．５°の倍数である。
【００２９】
曲線は円形であり、そしてワイヤー／バーもしくは欠損部分は、放射要素の周りの少なくとも２つの同心円の形に、一定の角度周期分布に従って、そしてすべての円に対して等しく配列されている。
【００３０】
ワイヤー／バーもしくは欠損部分は一定の横断周期配列と一定の角度周期配列とに従って配列されている。
【００３１】
放射要素は指向性がある。
【００３２】
放射要素は全方向性であり、好ましくはダイポールであり、このダイポールはワイヤー／バーに実質的に平行に配列されている。
【００３３】
放射要素は全方向性であり、好ましくはモノポールであり、このモノポールはワイヤー／バーに実質的に平行に配列され、ワイヤー／バーのそれぞれはそれの両端の一方が接地されている。
【００３４】
モノポールの場合で、そして導電セグメントが絶縁体で分離され、絶縁体が切替えれる能動要素を含む、もしくはそれから形成されているワイヤー／バーの場合にワイヤー／バーが絶縁体を介して接地面へ接続されている。
【００３５】
モノポールの場合で、そして導電セグメントが絶縁体で分離され、絶縁体が切替えれる能動要素を含む、もしくはそれから形成されているワイヤー／バーの場合にワイヤー／バーがセグメントを介して接地面へ接続されている。
【００３６】
ワイヤー／バーが直線である。
【００３７】
ワイヤー／バーが曲線である。
【００３８】
ワイヤー／バーが直線部分を有し、円、楕円、三角、四角もしくは矩形になっている。
【００３９】
少なくとも部分的にワイヤーもしくはバーのあるものを除去することにより欠損部分をつくり、引っ込められたワイヤー／バーの位置及びもしくは形状に関する方向に少なくとも一つのビームが形成される。
【００４０】
ワイヤー／バーの中の少なくともあるものはそれぞれ少なくとも２つの導電性セグメントから形成され、セグメントの最大長は波長の（幾つかの波長がある場合には最小の波長の）４分の１よりも小さく、そして好ましくは波長の１０分の１に等しいか、それよりも小さく、ワイヤー／バーの隣り合うセグメントは絶縁体（少なくとも電波に対して絶縁体）により分離されており、各ワイヤー／バーは幾つかの（少なくとも電波にとって）絶縁されたセグメントを有していて、不連続ワイヤー／バーであって、電波に対して透過性であり、少なくとも部分的に引っ込められているワイヤー／バーの欠損部分と同等である。
【００４１】
ワイヤー／バーは、絶縁体により分離されている一連のセグメントから形成された少なくとも一つのセクションと連続反射導体から構成された少なくとも一つの他のセクションとを含んでいる。
【００４２】
ワイヤー／バーの追加／除去の利用はセグメントを持つワイヤー／バーの実施と組合せられる。
【００４３】
すべてのワイヤー／バーはセグメントを持つワイヤー／バーである。
【００４４】
ワイヤー／バーの２つの隣り合うセグメントを分けている絶縁体の少なくとも一つが、電波に対して少なくとも一つの第１の伝導状態と第２の遮断状態をもたらす切り換えれる能動要素から成り、第１の伝導状態では幾つかのセグメントを有するワイヤー／バーは反射器のように働いて、連続ワイヤー／バーとなり、そして第２の遮断状態では幾つかのセグメントを有するワイヤー／バーは電波を通し、そして少なくとも部分的に引っ込められたワイヤー／バーの欠損部分と同等であり、そして能動要素の制御手段をさらに含んでおり、幾つかのセグメントを持つワイヤー／バーのあるものを不連続ワイヤー／バーのように働かせ、その不連続ワイヤー／バーの位置及び又は形状に関する方向に少なくとも一つのビームを形成する。
【００４５】
セグメントを有するワイヤー／バーと能動的な切替え要素とにおいて、ワイヤー／バーのセグメントのアセンブリの隣り合うセグメントのサブ・アセンブリから形成されるセクションにより制御がなされ、他方では、そのサブ・アセンブリはワイヤー／バーの２個から全数までのセグメントを含み、セクションのセグメントを分離している要素をそれらの第１の状態に置き、その他の要素を第２の状態に置いて、面に対して高くビームを向けられるようにする。
【００４６】
能動要素の制御手段は、少なくとも一つの第１ビームと少なくとも一つの第２ビームとの間で形成・切換え手段を構成して、アンテナがビーム切替えアンテナとなるようにする。
【００４７】
アンテナを公共のもしくは私的な遠距離通信ネットワークに設ける。
【００４８】
最終的に本発明は、前記の特徴の中の一つもしくは幾つかの特徴を持つ少なくとも一つのビーム切替え式アンテナを含む送受信基地局を構成する。
【００４９】
本発明は光学的バンドギャップ（ＰＢＧ）材料から誘導した同調式電波材料から成り、好ましくは円筒状対称性を有する。これを以下では同調式形状のＰＢＧ材料（ＴＳＰＢＧ）と称する。これの主要な行き先は、特に非軍事的な遠距離通信回路網（ＧＳＭとＵＭＴＳ）のための送受信基地のアンテナにおける能動デフレクタとしての使用である。
【００５０】
本発明の別の形態のアンテナは、面ｘｙに垂直な（そして放射要素に平行な）バーもしくはワイヤータイプのファラデーケージの構造であって、（好ましくは少なくとも面ｘｙにおいて全方向である）電波の放射要素を包囲して形成され、ケージのそれぞれのバーは電波に対して選択的に伝導性であって、そのときは全長にわたって、もしくは長い区域にわたって（連続状態と言う）もしくは非常に短いセグメントにわたって（不連続状態と言う）電波の反射体となっており、セグメントは絶縁体により相互に分離され、そしてセグメントでは実質的にバーが電波を通すような長さとなっている。
【００５１】
理論的な観点から好ましいのは、連続状態のバーは送信しようとする、もしくは受信しようとする電波の波長に対して大きいことである。バーが電波に対して伝導状態となって、アンテナの外側でそれの出力を反射により阻止（制限）できるからである。（ダイオードである要素を介して）制御できるワイヤー／バーで長さが長い場合には多数の要素を使う必要があることを理解すべきである。実際注目すべきこととして、驚くことに短いワイヤー／バーを有利に使用でき、そして半波長に等しいか、それより長いワイヤー／バーを使うことができる。理論的な観点からよりも短い長さを使うことでアンテナの特徴を損なうことなく要素の数を減少できる。例えば、１ＧＨzで作動するように意図したアンテナを、各ワイヤー／バーの長さを約１７センチメートルにして提供できる。ワイヤー／バー（もしくは電波の伝導性／反射性の連続セクション）の長さについて「大きい」と言う表現は、純粋な長さと言うよりもより機能的な面で考えられるべきである。ワイヤー／バーを持つアンテナは半波長まで減少できる長さとすることができ、そしてそれの連続ワイヤー／バーは電波の伝導体／反射体のように振舞うからである。
【００５２】
セグメントの長さは送受信しようとする電波の波長の４分の１に対して非常に小さく限定され、セグメントは相互から絶縁されており、この状態でバーはそれらの電波に関して非伝導性であり、それらの電波を実質的に通す、透過性である。
【００５３】
実施例で、電波に関しそれぞれのバーが伝導性／反射性（連続状態）もしくは非伝導性／透過性（不連続状態）とされているのは無線電気絶縁体で非常に短いセグメントが分離されているタイプのもので、絶縁体に平行になっている切替え手段が一つの絶縁体に隣り合うセグメントの二つずつについて電気的に連続な、そして選択的接続もしくはただ選択的な接続（例えば容量性リンク）とすることができる。絶縁体に平行な切替え手段と言う術語は絶縁体が存在している場合（スイッチは絶縁スペーサーに並列に操作される）に相当し、絶縁体が導電性となるような場合（例えばダイオード）である。簡単のため、要求に応じて電波の伝導状態から絶縁、遮断状態に切替えられる、例えばダイオードをセグメント間に使用するのが好ましい。
【００５４】
以下でワイヤーもしくはバーと言う術語は同じに使われていて、アンテナ構造体の電波伝導性／反射性要素もしくは非伝導性／透過性要素を明示している。実際、アンテナが扱う周波数については、表皮効果が現れる非常に高い周波数に対してワイヤーではなくバーを使うのが好ましい。さらに、バーは中空であってもよく、その場合バーの絶縁セグメント間の能動的な切替え要素の制御のための電線を通すのにも使える。これらの電線はバーによりシールドされる。
【００５５】
他方では、（無線）電気的と言う術語はグローバリーなワイヤー／バーの伝導性／反射性状態もしくは非伝導性／透過性状態を明示するのに使い、そして切替え要素の伝導もしくは非伝導状態を明示するのに使うのは、少なくともその伝導もしくは非伝導が無線電気の（交番の）波に関するのであれば、これらの要素は直流に対して一層伝導性もしくは非伝導性であるからである。事実、例えば能動的な切替え要素における容量性リンクは無線波に対して伝導性であるが、直流に対しては絶縁性であり、切替え操作は容量の値を変えながら行う（可変容量ダイオード）。同様に、例えば、能動スイッチング要素における誘導性リンクは無線波に対して非伝導性であるが直流に対しては伝導性であり、切替え操作は誘導性リンクの値を変えて行う。能動的な切替え要素を形成するトラップ（非伝導性）回路において容量性要素と誘導性要素とを組み合わせることもでき、それらの要素の値を変えてそれらを伝導性とすることもできる。アンテナの動作を改善するため（特にダイオードの）漂遊容量性を、もしくは（特にダイオード接続の）漂遊誘導性を、別の修正要素によって、特に漂遊容量に対しては自己誘導性コイルをそして漂遊性誘導に対しては容量を組み合わせることによって矯正できる。
【００５６】
例えば、これらの能動的な切替え要素は電流を流したり、流さなかったりして伝導性にしたり，しなかったりするダイオードである。それらのタイプに従って能動的な切替え要素は休止状態で伝導性か非伝導性となる（バイアスをかけていないダイオードは休止状態でそれの漂遊容量を無視して、非伝導性である）。
【００５７】
同心円状にワイヤー／バーの層が分布している好ましい場合の本発明のアンテナはそれの中心に置いたダイポールタイプの放射要素がつくる円筒波による励振に向いている。それの形によってそれは、３６０°にわたり回転する少なくとも一つの開いた無線電気（ローブ）ビームをつくれる。実際、ＵＭＴＳ回路網についてはアンテナは、利用者が動くとき利用者の動きにつれて、３６０°にわたって指向性放射ビームを持つことができる。本発明のアンテナは、特に好ましい円形（円筒）層の形では、製作するのに簡単で、費用も安い。
【００５８】
送受信基地局の現在のアンテナではビームの方向は固定され、そしてオペレーターが電話交信に適応させられるようにはできない。本発明のＰＢＧ材料は、そして好ましくは円筒状ＰＢＧ材料は、そして制御できるようになっている場合にはビームに融通性を持たせることができる。このことで携帯電話に適するものとなり、その時々の要求に対して動的にそのカバーする領域を修整したり、ラッシュアワーに所与のセクターを優先させたりなどできる。
【００５９】
本発明の実施例を以下に詳述するが、本発明をそれらの実施例に限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
ロッド１が格子（７行×７列）を構成し、四角い網目の中心に能動放射要素２が配置されている図１の四角い網目のＰＢＧ材料のアンテナについての先行技術の横断面図に示す既知のアンテナとは対照的に、本発明のアンテナの構造は同心円形曲線（円、楕円もしくは他の閉じた周回曲線）にわたるワイヤーもしくはバーの分布に基礎を置いており、それぞれの曲線は曲線群の中心の放射要素の周りに層を形成している。典型的には、本発明のアンテナでは放射要素（特に単純なダイポーラーアンテナ）はｚ軸に沿って配置されている。そして典型的には線状で、相互に、そしてｚ軸に平行なワイヤーもしくはバーの構成体が放射要素２を包囲している。好ましくは、図面に示すように、放射要素が配置されている中心の周りに同心円状にＰＢＧ材料のワイヤーもしくはバーが配置されている。放射要素とワイヤー／バーとは構造体の中間面ｘｙに垂直であって、基本的な作動モードでは創られた送受信ビーム（ローブ）の大きな軸は媒体面内にあって（他の作動モードでは大きな軸は上下いずれかにある）、ｚ軸の周りのローブの形と角度位置とはワイヤー／バーの分布とそれらの伝導性／反射性状態もしくは非伝導性／透過性状態によって決まる。
【００６１】
本明細書において術語、放射要素は、無線電波空間における送信デバイスであり、受信デバイスであって（送受信を同じデバイスにした）単一構造体であるが、場合によっては送信だけ、または受信だけの２つの別個のデバイスとしてもよい（アンテナを送信専用もしくは受信専用としてもよい）。放射要素は例えばダイポールであり、受動的であるのが好ましい。広い通過帯域（例えばＵＭＴＳ帯域）をカバーするため放射要素は厚いダイポールもしくは印刷テクノロジーの折返しダイポールでよい。
【００６２】
各ワイヤーもしくはバーは隣合う導電セグメントが相互に絶縁体により分離させられているのが好ましく、絶縁体は並列に、能動式切替え要素（制御式能動要素）を含んでおり、それらは隣合う導電セグメントの（無線）電気的連続性を保証している。こうして、各ワイヤーもしくはバーはセクション毎に伝導性であり、もしくはそれの全体で（電波に対して伝導性／反射性となる連続状態で）伝導性であり、または相互に絶縁されている（電波に対して非伝導性／透過性となる不連続状態で）伝導セグメントから形成されたままである。ワイヤー／バーのセクション毎伝導性にしたり，しなかったりできることで、空間の３次元掃引のため面ｘｙに対し高さを変えてローブの大きな軸を向けられるようにさせられる。説明したように、この反射もしくは透過効果は電波とワイヤー／バーの長さとに関係しており、セグメントとセクションとは波長に適応させられていて前記の効果が電波に関して生じるようにしている。
【００６３】
ある実施例ではワイヤーもしくはバーの一つのセクションは伝導セグメントから形成されている従来タイプのものであり、それらの間を制御切替え要素によって（無線）電気的に接続されており、その他のセグメントは全セクションもしくはそれらの全長の大きな（波長に対して大きい）セクションにわたって非伝導性／透過性か、もしくは簡単にして省略してしまっているか、または伝導性／反射性である。ワイヤー／バーが固定の、伝導性／反射性もしくは非伝導性／透過性タイプである場合には、それを制御することはもはやできない。そして手による操作から離れると、（アンテナのすべてのワイヤー／バーが固定式であると）アンテナ全体にわたってもしくは（アンテナのワイヤー／バーの一つのセクションだけが固定式であって、その他のワイヤー／バーは制御できても）ローブの形と方向とを制御により修正することはできない。
【００６４】
セクション毎に操作できる切替え要素により伝導性とされる絶縁体から導電セグメントを離しておくことでの別の利点は広帯域アンテナもしくは対数的アンテナの実現を可能とし、伝導性とされるセクションの長さを特定周波数に適合させられる。かくして、面ｘｙに対するローブを高さにおいて方向付けできるばかりでなく、アンテナを広範囲の周波数に適応させられる。
【００６５】
本発明のアンテナ構造のワイヤー／バーは同心層となって配列されており、そして好ましくは各円形要素（面ｘｙにおける円もしくは空間ｘｙｚにおける円筒）の単一の中心は放射要素に一致している。実施例ではワイヤー／バーは、構造体の中心を（もしくは空間ｘｙｚにおける面ｚｗにおいて；ｗはｘｙ面の中心の直線）半径方向（放射方向）に突き抜ける担持軸（分布軸）に沿って一つの層から別の層に面ｘｙに配列されている。好ましくは、半径方向におけるこれらの担持軸は面ｘｙ内で角度的に規則正しく、例えば９０°、４５°、３０°もしくは２２．５°、そして中心の周りで面ｘｙを等角度に分割するこれらよりも大きい、もしくは小さい角度に配列されている。層のワイヤー／バーが中心の周りで等角度位置に（例えば全部３０°）広がっているのが好まれても、不等角度分布の場合についてもよく考えられる。他方では、面ｘｙのあるセクションにおいてワイヤー／バーが狭い角度とされてそれらのセクションにおけるトラッキング精度をその他のセクションに対して増大させるようにする。
【００６６】
半径方向での担持軸と層の円との交点毎にワイヤーもしくはバーがある。これらの円（円筒）と軸（面）とは仮想であり、そしてワイヤーもしくはバーを埋め込んで構造体を形成する説明を容易にするためであることを理解すべきである。
【００６７】
変形態様としてワイヤー／バーは所与の円の２つの隣合うワイヤー／バーの間の横断距離（それら両方を繋ぐ直線に沿う距離）についてその円に沿って、そして多分すべての円に沿って規則的に配列されている。前に述べたように、あるセクターでは横断距離は異なっていてもよい。
【００６８】
実際、ワイヤー／バーと放射要素とは金物でそれらの間を保たれて安定した形態をとっている。これらの手段は典型的にはワイヤー／バーを繋ぐスペーサーであり、アンテナもしくは共通支持体である。これらの手段は穿孔された円板でそれらの孔を通して放射要素に対してワイヤー／バーを保持する。これらの手段はアンテナの構造を完全なものとしている。これらの手段はアンテナが扱う周波数に対して低損失材料で作られ、それらはプラスチック、特殊ガラスもしくは特殊セラミックスそして例えばフォーム、膨張ポリスチレン、レジン、テフロン（登録商標）である。
【００６９】
ある形態ではアンテナの一つの軸端に、特に放射要素がモノポール（接地面放射要素）であるときには、接地面があることがあり、その場合放射要素は接地面に実質的に垂直となってそれから絶縁されている。このような形態ではこの接地面をワイヤー／バーの保持手段として使え、ワイヤー／バーの一端（下端）がその接地面に固定され、そして好ましくは接地面に接続されている（もしくはワイヤー／バーがセグメントを持っているときは切替え要素により電気的に接続されている）。放射要素のタイプ（ダイポール、モノポールなど）とはかかわりなく、１つの接地面、好ましくは（アンテナの両軸端で、上端と下端とで）２つの接地面を持つこともできるので、この（これらの）端接地面をワイヤー／バーを保持する機械的手段として使用する。両接地面（上下）へすべてのワイヤー／バーを同時に電機接続する場合には直流電圧（ＤＣ）により（特にダイオードで）セグメントを制御する、連続状態から不連続状態への、またはその反対への切替えをすることはできなくなる。それ故、機械的な保持を確実なものとしながら両接地面の一方からワイヤー／バーを電気的に絶縁するためスペーサーを設けることが好ましく、スペーサーは少なくとも直流に対する絶縁となっている（キャパシタが直流に対しての絶縁となることを考えて、どのような絶縁材料でも使える）。
【００７０】
術語、接地面は連続面と不連続面を意味していることに注意すべきである。理論的な観点から見れば、連続面は理想的である。しかしアンテナの特性を劣化させることなくワイヤーのもしくは網目の接地面を設けることもできる。これらのワイヤー接地面は水平連続伝導ワイヤー／バー、すなわち放射要素にそしてＰＢＧ／ＴＳＢＰＧ材料のワイヤー／バーに垂直な連続伝導ワイヤー／バーのように振舞い、ワイヤー接地面は後者を取りつけており、そしてそれ自体は大地に接続されている。そのようなアンテナ構造体は図１１に示す。アンテナの両方の、上下の軸端に接地面があることでこれら両方向に電波が伝播することを制限できる。
【００７１】
ワイヤー／バーの層間距離とワイヤー／バーに沿うセグメントの長さはアンテナの通信波長によって決まる。もしアンテナが所与の波長で送信すれば、同心層間の距離は相互に等しいか、異なるかするが、但しこれらの距離は波長よりもはるかに短く、波長の４分の１よりも小さいのがよい。例えば、ｆ＝１ＧＨｚであると、空中での波長は３０センチメートルである。ワイヤー／バーのセグメントの長さは数センチメートル程度（ここで考えている例では２．５センチメートル）である。これらのワイヤー／バーはアンテナの中心軸から同心層となって配置されている。これらの層を離隔している距離は４分の１波長（例えば、１ＧＨｚでは７．５センチメートル）よりも短い。ワイヤー／バーは同心円筒の半径方向に沿って配置されているのが好ましい。これらの半径の数、それ故、それらを分離している角度はその考えている用途に対して選定され、角度が小さいほど、ローブの形状と角度方向とについてそれだけ精確になる。放射要素はアンテナの中心に配置される。
【００７２】
アンテナの放射はＴＳＰＢＧ材料により制御される。半径方向の配置、層の数、そして切替えワイヤー／バーの数がアンテナが放射するビームの形（幅）を決める。ダイオード式切替え要素の場合金属ワイヤー／バーは、ダイオードのバイアス如何で導電性（連続ワイヤー／バーの状態、電波に対して伝導性／反射性）もしくは非導電性（不連続ワイヤー／バーの状態、電波に対して非伝導性／透過性）にされるダイオードのセグメント間に構成される。直流がこれらのダイオードをバイアスしている。電流が十分であると、ダイオードは導電状態となり、それらの内部抵抗は低くなり、そしてワイヤー／バーは連続状態（電波に対して伝導性／反射性）である。この電流が切られると、ダイオードはブロックされて、ワイヤーは不連続状態（電波に対して非伝導性、透過性）となる。
【００７３】
動作原理は以下の通りである。その材料は第１バンドギャップで作動する金属ＰＢＧのように振舞う。それを形成している金属ワイヤー／バーは連続状態（例えば導電状態のダイオード）にあり、材料は電波を反射しており、そして中心に配置されているアンテナからの放射は内側に封じ込められている。ワイヤー／バーが不連続状態（例えば非導電状態のダイオード）にあり、材料はこれらのワイヤー／バーが不連続状態にある領域に限って放射を透過する。切替え要素の状態は全材料にわたりワイヤー／バーの隣合うセグメント間で（例えばダイオードで）制御でき、この材料もしくは材料のセクションは透過性にでき、そしてそれ故アンテナが送受信する方向を制御できる。２つの産業電磁シュミレータ（ＮＥＣとＨＦＳＳ：いずれも登録商標）を使って実施されたモデリングはこの材料の動作と設計原理の正当性を立証した。
【００７４】
ダイポール式放射要素が単一であるときそれの放射ダイアグラムはｚ軸に沿う放射要素に垂直な方向で全方向である。１から６までの数の層を有する円形（円筒）層を持つアンテナをシミュレートでき、放射ダイポール要素は中心であり、そしてワイヤー／バーは円に沿って４５°毎に配列されている（ワイヤー／バーは半径上に配置されている）。送信方向の制御には一本の半径に沿って配列されているワイヤー／バーは不連続状態（電波に対して透過性）で配置され、その他のワイヤー／バーは連続状態で（電波に対して伝導性／反射性）である。このシミュレートされているアンテナは１ＧＨｚで作動するダイポール型の中心放射要素を使用している。放射ダイアグラムは、その材料のワイヤー／バーの層の数を増大するとき放射方向で微同調させれるローブとなる。
【００７５】
ワイヤー／バーは３０°毎に配置され、そして２本の隣合う半径に沿って不連続とされる。もしも層の数が十分であれば、ビームは前の４５°角度配置の場合よりもさらに指向性となる。他のシミュレーションをダイポール放射要素で２ＧＨｚ作動で実施し、この場合は円形層上で４５°毎の、そして２２．５°毎の角度分布となっていた。前のように、放射ダイアグラムは不連続状態で半径のワイヤー／バーの方向でのローブを構成している。
【００７６】
かくして、本発明のアンテナでは無線電気放射要素は好ましくは能動であり、そしてそれは相互に実質的に導電性のワイヤー／バーのアセンブリの核に配置され、ワイヤー／バーは光学的バンドギャップ（ＰＢＧ）材料でつくられ、そしてワイヤー／バーの決められた構造体を形成している。放射要素を包囲するワイヤー／バーから形成されるアンテナの構造体は、相互に異なる(無線)電気特徴を呈するタイプの、具体的には伝導性／反射性もしくは非伝導性／透過性のワイヤー／バーを持つ欠損部分を備え、それらの欠損部分の位置及び又は形状に対して一つの方向に少なくとも一つのビーム（もしくはローブ）を形成している。
【００７７】
異なる(無線)電気特徴（電波に対して伝導性／反射性もしくは非伝導性／透過性のワイヤー／バー）に対応する欠損部分はさまざまな仕方で得られ、幾つかの実施例があるがその中の主な２つについて例示する。術語、欠損部分は状況により２つの意味がある。第１は以下に使用しているように、第１は伝導性／反射性ワイヤー／バーを始めに備えるアンテナにおいて欠損部分は非伝導性／透過性のワイヤー／バーがあるとき、もしくは伝導性／反射性のワイヤー／バーがないときである。第２は、第１の反対であって、欠損部分は伝導性／反射性のワイヤー／バーであるときである。
【００７８】
本発明の第１の実施例では前記の欠損部分は伝導性ワイヤー／バーの中のあるものを取り除くことによりつくられ、前記の少なくとも一つのビームが引っ込められたワイヤー／バーの位置及び又は形に対して一つの方向に形成される。ワイヤー／バーを除去することは全体でもしくはセクションで行って面ｘｙに対して高さにおいてビームを方向付けできるようにする。伝導性ワイヤー／バーとは真に連続性であるか、能動的な切替え要素を持つ絶縁体でセグメントが分離されており、連続状態（電波に対して伝導性／反射性）にされるタイプのものである。
【００７９】
本発明の第２の実施例では、ワイヤー／バーの少なくともあるものは絶縁体で分離されている幾つかのセグメントを有し、それらのセグメントは能動要素が導電状態となると能動要素により短絡され、(電波に対して)短絡状態となってワイヤー／バーは（電波に対して）伝導性／反射性状態（連続状態）のように振舞い、そして能動要素が絶縁状態になったときにはワイヤー／バーは、少なくとも部分的に引っ込められたワイヤー／バーと同等な（電波に対して）非伝導性／透過性（不連続状態）のように振舞う。アンテナは前記の切替え要素の制御手段を備えてセグメントを有するワイヤー／バーのあるものを不連続ワイヤー／バー（電波に対し非伝導性、透過性）のように振舞わせ、そして他のを連続ワイヤー／バー（電波に対して伝導性／反射性）のように振舞わせるのが好ましい。欠損部分は不連続ワイヤー／バーのように振舞うワイヤー／バーであり、そしてビームは不連続ワイヤー／バーの位置及び又は形に対する一つの方向に形作られる。本発明のこの第２の実施例ではＰＢＧ材料は、それがダイナミックにそして容易に一つもしくは幾つかのビームもしくはローブ（放射ダイアグラム）を形作れると言う点で能動的である。ワイヤー／バーを除去するのに人手による必要はない。
【００８０】
これら２つの実施の仕方を組合せ、ワイヤー／バーの１つのセクションを制御し、その残りをマニュプレートして放射ダイアグラムを追加削除により修正するのもよい。アンテナのＰＢＧ材料のすべてのワイヤー／バーが相互に絶縁されている幾つかのセグメントを有し、そして絶縁体に並列に能動的な切替え要素を設けるのが実際有利であるとしても、本発明はあるワイヤー／バーだけを能動にする、すなわち、能動的な切替え要素を並列に設けた幾つかの絶縁セグメントから構成するようにしてもよい。
【００８１】
能動的な切替え要素の前記の制御手段が少なくとも一つの第１ビームと少なくとも一つの第２ビームとの間での形成切替手段を構成してビーム切替え式アンテナとするのが有利である。本発明のビーム切替え式アンテナは一つもしくは幾つかの開いたビームをつくることができ、アンテナのＰＢＧ材料内でのワイヤー／バーの角度分布については任意のピッチと角度で３６０°にわたって回転（すなわち切替え）させることができる。好ましくは、一定の空間角度周期で円形にワイヤー／バーを配置して各同心層毎に可変の空間横断周期とする。
【００８２】
閉じた円形曲線に沿っての同中心層にしてあるワイヤー／バーの多数の配列は本発明による構成である。ＰＢＧ円筒材料タイプの同心円の層としたアンテナを以下に詳述する。図２ないし図５と図９とを参照する。放射要素２とワイヤー／バー１とは面ｘｙの上方（もしくは下方）横断面にあって、面ｘｙはこれらの図を描いている紙面である。これらの図面においてワイヤー／バーは放射要素２の周りの同心円もしくは同心層に沿って配置されている。
【００８３】
一般に、ＰＢＧ円筒材料のパラメーターには以下のものがある。
Ｐθ：角度空間周期（°）、すなわち、所与の円の２つの隣合うワイヤー／バー間の角度距離
Ｐｔ：横断空間周期（ミリメートル）、すなわち所与の円の２つの隣合うワイヤー／バーの間の間隔
Ｐｒ：半径空間周期（ミリメートル）、すなわち２つの隣合う円の間隔
ｄ：導電ワイヤー／バーの直径（ミリメートル）
ｎ：同心円（層）の数
以下の説明では、ワイヤー／バーが一定の半径空間周期Ｐｒに従って空間周期的に配置され、そして同心円毎に一定の角度空間周期Ｐθ（従って、可変の横断空間周期Ｐｔ）で配置されているとしている。
【００８４】
図２に示されるように、本発明に従ってＰＢＧ円筒材料の第１実施例において、角度空間周期Ｐθはすべての同心円で同じである。従って、横断空間周期Ｐｔは円から円へ変っていく（Ｐｔ１＜Ｐｔ２）。図２では内側の円ではワイヤー／バーが相互に密接し、そしてこのタイプの形ではこの内側円がアンテナの周波数特性を本質的に制御している。このようなアンテナの構造は単一帯域に使う。
【００８５】
図３の第２の実施例では横断空間周期Ｐｔはすべての同心円で同じである。角度空間周期Ｐθは円から円へと変っていく。このタイプの構造では円のアセンブリがアンテナの周波数応答に影響する。そしてそのようなアンテナは多帯域アンテナの設計に向いている。伝送ピークの数は同心層の数に比例することに注目すべきである。
【００８６】
ＰＢＧ円筒材料はさらに欠損部分（不連続状態の、電波非伝導性の、それ故電波透過性のワイヤー／バー）を備えて、連続状態（電波について伝導性／反射性）のワイヤー／バーから本質的に構成されているＰＢＧ構造体内でのこれら欠損部分の位地及び又は形によって一つの方向で（少なくとも一つの）ビームをつくるようにする。ＰＢＧ円筒体に欠損部分をつくる第１の簡単な方法はワイヤー／バーを局所的に取り除くことである。引っ込められたワイヤー／バー（欠損部分）の位置と形とによって有用なビームの幅と方向と数とを選定できる。
【００８７】
図４と図５にＰＢＧ材料の角度セクターの形にワイヤー／バーを除去することにより得られる構造を示す。
【００８８】
図４のアンテナで得られる放射ダイアグラムは図６では数字６１を付している。図５のアンテナで得られる放射ダイアグラムは図６では数字６２を付している。これらのダイアグラムに関して注目すべきは、図５のアンテナが図４のアンテナよりも指向性が良いと言うことである。
【００８９】
ＰＢＧ円筒体に欠損部分をつくる第２の簡単な方法は金属ワイヤー／バーを利用することであり、その金属ワイヤー／バーは制御される、能動的と称するワイヤー／バーであって、少なくとも２つの導電セグメントの間に一つの絶縁体を挿入し、この絶縁体に並列に少なくとも一つの能動的な切替え要素（ダイオード、トランジスタ、ＭＥＮＳ…）を配し、この切替え要素の状態（導電、非導電）に従ってそれを挟んでいる両方のセグメントを(電波に対して)接続するようにしている。こうして能動要素の制御により、それ故それの状態により能動ワイヤー／バーはあたかも連続状態（電波に対して伝導／反射）もしくは不連続状態（電波に対し非伝導、それ故透過性）であるかのように振舞う。ワイヤー／バーは不連続状態のワイヤー／バーのように、それ故少なくとも電波に対して非伝導性のワイヤー／バーのように振舞って、欠損部分を構成する。それらの位置と形状とで有用なビームの幅、方向そして数を選定できる。
【００９０】
それ故このアンテナは能動的な切替え要素と言う制御手段を備えていて、能動ワイヤー／バーのあるものを不連続状態とさせ、その他を連続状態とさせて創りたいビームを得る。
【００９１】
金属ワイヤー／バーを循環する直流によってバイアスされたＰＩＮダイオードを回路網の能動的な切替え要素として使う。これらの切替え要素の調整（従って、それらを具備せるワイヤー／バーの調整）はＰＢＧ円筒構造の角度セクターについてなされる。（３つの方向に３つのローブをつくるには３つのセクターを９０°離す。）例えば１つのセクタのすべてのワイヤー／バーが同時に切り替わる。これで独立制御回路の数を切替え可能のセクタの数に減らせる。ホトダイオード（多分ホトトランジスタ）を使って、切替えはオプティック・ファイバーが供給する光によって行なってもよい。
【００９２】
面ｘｙにおけるビーム形成と角度配置についての可能性を増すためにすべてのワイヤー／バーを制御できるタイプのものとする。制御できる各ワイヤー／バー内で能動的な切替え要素は全体として、個々に、もしくはセクション毎に制御できるようにもできる。最初の場合では全体のワイヤー／バーが制御によって伝導性／反射性もしくは非伝導性／透過性となる。後の場合には制御されるセクション（先に述べたように波長に対してセクションの長さは大きい）が制御によって伝導性／反射性もしくは非伝導性／透過性となる。こうして、面ｘｙに対してセクションの高さにおける位置に関して、つくられるローブを高さにおいて方向付けできる。ワイヤー／バーの各切替え要素を独立制御する中間の場合においてブロック・アクションをセクションにより実現する（制御される要素は隣接しており、電波に対して十分な長さを限定している）。
【００９３】
外側の（最大半径の）円に配置されているワイヤー／バーは図７の斜視図に示すように構造体の円筒包囲体３を構成している。簡単にするために最外包囲体３と放射要素２と２つのビーム４，５だけを示す（ワイヤー／バーは示さない）。
【００９４】
図８のＰＢＧ円筒構造体は本発明のアンテナの写実的な斜視図である。この例ではＰＢＧ円筒構造体は３つの同心円を備え、それぞれに多数のワイヤー／バー１が配置されている。導電性ワイヤー／バーは空気中もしくは（大きさを小さくするため）誘電体中に配置された金属ワイヤー／バーである。空気中の場合には、図８に示したように、ワイヤー／バーは支持手段により保持されている。この支持体は例えば、（空気と同じ誘電率の）フォームからつくられている。図示の例ではそれは水平プレートもしくはディスク６から成っている。
【００９５】
図９を参照して、本発明のビーム切替えアンテナの動作を説明する。このアンテナはＰＢＧ円筒構造体を含んでおり、ワイヤー／バーによりつくられた欠損部分が制御により不連続状態で（電波に対して透過性）配置されている。ローブ９１，９２のそれぞれのアンテナに最も近いセクションだけが表わされている。注意すべきことは（図９はローブの最も外のセクションを表わしていない）、欠損部分のセクターを持つ狭いローブを得るのが好ましく、最小まで小さくされるのではなく十分に開いている（電波に対して透過性の）不連続ワイヤー／バーから形成されている、すなわち、図９では単一の（ローブ９２）ではなく幾つかの隣合う（ワイヤー／バー）担持半径（ローブ９１）から形成されている。この構造と電波の相互作用の効果を光学的回折と比較できる。
【００９６】
ビームの形成制御は以下のようになる。ＰＢＧ円筒構造体は対称回転体２を持つアンテナにより中心で励振される。最初、すべての能動ワイヤー／バー１は連続状態にあって（それらは図９で黒い点により表わされている連続状態にある）、（無線）電気的に伝導性／反射性のように振舞う。所与の方角にビームをつくるには、ビームをつくりたいと思う方向に配向されているあるワイヤー／バーのセグメント間が絶縁状態となるよう能動的な切替え要素を操作してＰＢＧ円筒構造体に欠損部分をつくる。これらのワイヤー／バーは不連続状態となり（それらは図９で白い点により表わされている）、（無線）電気的に非伝導性のように振舞い、そして電波に対して透過性となっている。こうして空間のすべての方向にビームを向けれるようにできる。また、異なる方向に２つもしくはいくつかのビームを同時に持つこともできる。こうして、図９の例では２つのビーム９１，９２が同時につくられている。
【００９７】
図１０はＴＳＰＢＧ材料からつくったアンテナの２つの例を示す。第１の（ａ）では９０°ピッチの半径分布で円形となっており、そして第２の（ｂ）では３０°ピッチの半径分布である。ワイヤー／バーはダイオード９により分離されている導電セグメント７から形成され、それ故、ダイオードのバイアスによって連続状態に（電波に対して伝導性／反射性）あるか、もしくは不連続状態に（電波に対して透過性）ある。中央の放射要素はダイポールである。この種の構造体は、ダイオードが選択的に（ワイヤー／バーにおいて個別に、グループ毎に、もしくは全体として）制御されるとき、ワイヤー／バーの一つの（幾つかの）セクションをそのワイヤー／バーの他のものに対して不連続とすることができる。ワイヤー／バーの一部分（もしくは全部）に相当するセクションの隣合う（連続）セグメントは電波に対して相互から絶縁されており（不連続状態とされており）、そのワイヤー／バーの残りは連続状態となっている。
【００９８】
図１１ａは、ＴＳＰＢＧ材料４５°のアンテナの斜視図であり、そして両円形層のすべてのワイヤー／バーは、不連続状態１１にある（電波に対して透過性である）一つの半径に沿っているワイヤー／バーを除けば、連続状態１０にある。θ＝９０°の放射ダイアグラムは図１１ｂに、デシベル単位で示されている。この放射ダイアグラムの大きい軸は不連続ワイヤー／バーを持つ半径の方向にある。
【００９９】
図１１ｃはＴＳＰＢＧ材料４５°のアンテナの斜視図であり、そして不連続状態１１にある（電波に対して透過性である）一つの半径に沿うワイヤー／バーを除いて６層のすべてのワイヤー／バーは連続状態１０にある（電波に対して伝導性／反射性である）。θ＝９０°の放射ダイアグラムは図１１ｄに、デシベル単位で示されている。この放射ダイアグラムの大きい軸は不連続ワイヤー／バーを持つ半径の方向にある。
【０１００】
図１１ａと１１ｃで注目すべきことは、放射要素の（絶縁された）端から第１の円のワイヤー／バーに向う半径上でアンテナ構造体の上端と下端とに導体が配置され、それらがアンテナの上方と下方に向う電波の伝播を制限するワイヤー接地面を構成している。
【０１０１】
図１２ａないし１２ｄでは単一のダイポール形式の放射要素が２ＧＨｚの周波数で放射し、そしてそのダイポールの長さは全部で７５ミリメートルである。対称であると言う理由で、シミュレーションソフトウエアＨＦＳＳ（登録商標）を使ってアンテナの４分の１だけをシミュレートしている（図１２ｄ）。図１２ａ、遠方放射ダイアグラムはこの斜視図でトーラスを形成している。図１２ｂ、放射ダイアグラムはφ＝０°の投影図であり、図１２ｃはθ＝９０°の投影図である。
【０１０２】
図１３ａないし１３ｄでは、ダイポールは２ＧＨｚの周波数で放射し、それのＴＳＰＢＧ材料内でワイヤー／バーは４５°の角度だけ離されている半径に沿って同心円上に配置されており、（電波に対して透過性である）不連続状態１１にある一つの半径のワイヤー（その半径の方向に放射ダイアグラムのローブが形成される）を除くすべてのワイヤーは連続状態１０にある（電波に対して伝導性／反射性である）。対称性であると言う理由でシミュレーションソフトウエアＨＦＳＳ（登録商標）を使ってアンテナの４分の１だけをシミュレートしている（図１３ｄ）。図１３ａ、遠方放射ダイアグラムはこの斜視図でローブを形成している。図１３ｂ、放射ダイアグラムはφ＝０°の投影図であり、図１３ｃはθ＝９０°の投影図である。
【０１０３】
図１４ａないし１４ｄでは、ダイポールは２ＧＨｚの周波数で放射し、それのＴＳＰＢＧ材料内でワイヤー／バーは２２．５°の角度だけ離されている半径に沿って同心円上に配置されており、（電波に対して透過性である）不連続状態１１にある２つの隣合う半径のワイヤー（その半径の方向に放射ダイアグラムのローブが形成される）を除くすべてのワイヤーは連続状態１０にある（電波に対して伝導性／反射性である）。対称性であると言う理由でシミュレーションソフトウエアＨＦＳＳ（登録商標）を使ってアンテナの４分の１だけをシミュレートしている（図１４ｄ）。図１４ａ、遠方放射ダイアグラムはこの斜視図でローブを形成している。図１４ｂ、放射ダイアグラムはφ＝０°の投影図であり、図１４ｃはθ＝９０°の投影図である。
【０１０４】
それらはビーム形成をダイナミックに変えられるので、制御手段はビーム切替え手段を構成している。換言すれば、幾つかの要素のワイヤー／バーの能動要素に加える制御信号を変えることで少なくとも一つの第１のビームと少なくとも一つの第２のビームとの間で切り替えることができる。こうして得られた本発明のビーム切替え式アンテナは移動局を持つ無線交信システムの送受信基地局に、これに限るものではないが、利用できる。
【０１０５】
実施例を詳述したが、アンテナの特定の場合について考えてきたのであって、そこではＰＢＧ要素は放射要素（単一全方向ダイポールアンテナ）の周りに同心円状に円形分布しているが、これは説明と計算の簡単のためである。実際、放射要素は全方向的であって、同心円状にＰＢＧ要素を規則的に配置してあり、空間のあるセクター、具体的には扇形領域におけるモデリング計算に利用できる。またこれから回転対称的にアンテナの振舞いを推測できる。
【０１０６】
ＰＢＧ／ＴＳＰＢＧ要素を持つその他の構造のアンテナをつくって、連続／不連続ＰＢＧ材料を同じ仕方でつくっていくのではあるが、考えている角度方向に従って異なる振舞いをさせることができる。それ自体の放射要素は非全方向性ダイアグラム持っており、及びまたはＰＢＧ要素を（円の限界での）楕円曲線に配列し、偏心率は一定とし、もしくは中心にある放射要素から離れると言うのではないようにしている。こうなるとそのシミュレーションと得られる放射ダイアグラムは複雑となる。このタイプのアンテナは例えば送受信基地局に使われる。その送受信基地局の環境は不均質であり、電波に対して障害があり、そして、または電波に対して鏡効果（反射、多重路）を呈したり、そして、または伝送を促進させたりもする（臨海におけるＲｘ／Ｔｘ：海の方に向ってではなく内陸に伝送を欠損部分により促進／微同調させれる）。
【０１０７】
他方で、放射要素（ｚ軸）に対して線状ワイヤー／バーを並列にしているＰＢＧ材料を考え、それは大きな軸が放射要素に実質的に垂直となっている１つもしくは幾つかのローブを形成でき、それにより放射要素に対して垂直な面内でローブの大きな軸を掃引できる。本発明の範囲内で考えれることであるが、ＰＢＧ材料は線状ではない平行ワイヤー／バーを含んでおり、好ましくはワイヤー／バーは相互に実質的に平行なそれらの路の少なくともセクションにわたって、そして円形タイプの円形曲線（円弧状のワイヤー／バー）、楕円（楕円弧状のワイヤー／バー）となっている。ワイヤー／バーの同中心球状シェルもしくは楕円状シェル構造は、放射要素に垂直な面（面ｘｙ）内でローブを形成できることに加えて、面ｘｙに対して高さにおいてローブをより良く形成でき（ローブは面ｚｗ内にある：ｗは面ｘｙを通る中心軸）、それにより空間においてローブの大きな軸を３次元掃引できるようになる。この後の場合ワイヤー／バーの連続、不連続状態の選択は高さにおいて決定された位置に従ってセクション毎に行われるのが好ましい。こうして例えば、ワイヤーもしくはバーが全方向アンテナの周りに球状層となって配置されているアンテナをつくれる。既に述べたように、アンテナがその方向だけで放射する放射方向ではワイヤー／バーもしくはワイヤー／バーのセクションは（電波に対して）非伝導性である。既に見てきたように、空間の一つのセクションを一つもしくは幾つかのローブで掃引することもでき、セクション毎に線状のワイヤー／バーを制御している。
【０１０８】
ワイヤー／バーの全体形状は、特にそれらの上方及びまたは下方端の方に向って以下に示す形状（線形、円形もしくは楕円形）からは離れていて、アンテナの上方及びまたは下方に向ってのローブの振舞いを特定のワイヤー／バーの形とすることによって、例えば（前述の形状、線形、円形もしくは楕円形と関連した、もしくは関連していない）ワイヤー／バーの形、三角、正方形、もしくは矩形（特に、放射を上方にもしくは下方に制限するためアンテナの両軸端で接地面が得られる場合）にすることによって更に特別なローブの振舞いを得られる。全方向アンテナとしてレーダードームに利用する場合に改良されているアンテナを扱うことが実際必要となることがあり、その場合相互に直角に交差しているワイヤー／バーの面から形成されている３次元構造の回路網を使用する必要がある。
【０１０９】
同様に、ワイヤー／バーの円形曲線（円もしくは楕円もしくは他の閉じた曲線形状）に配分した特性のアンテナを集めた形で本発明を実施でき、ワイヤー／バーは２つ（もしくはそれ以上）の別個の放射要素を共用し、放射要素のそれぞれに対する分布曲線はこれらの共有ワイヤー／バーにおいて相互に交差している。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】四角い網目の最新技術のＰＢＧ材料を含むアンテナの横断面図である。
【図２】本発明のＰＢＧ円筒材料の第１の実施例を示す。
【図３】本発明のＰＢＧ円筒材料の第２の実施例を示す。
【図４】図２の第１の実施例のＰＢＧ円筒材料を含む本発明のアンテナの一例であり、ワイヤー／バーを除去することにより欠損部分をつくっている。
【図５】図３の第２の実施例のＰＢＧ円筒材料を含む本発明のアンテナの一例であり、ワイヤー／バーを除去することにより欠損部分をつくっている。
【図６】図４、図５のアンテナで得られる放射ダイアグラムを示す。
【図７】ＰＢＧ円筒材料を含んでいる本発明のアンテナの略図的な斜視図である。
【図８】ＰＢＧ円筒材料を含んでいる本発明のアンテナの詳細な斜視図である。
【図９】ビーム切替えアンテナの動作を示す。
【図１０】ワイヤー／バーが円弧で９０°離されて配置されている、９０°ＴＳＰＢＧ材料から形成されたアンテナの斜視図（ａ）であり、そして円弧で３０°離されて配置されている、３０°ＴＳＰＢＧ材料から形成されたアンテナの斜視図（ｂ）である。
【図１１】連続と不連続のワイヤー／バーを異なる分布としたアンテナ４５°ＢＩＰＡＣのシミュレーション（ａ）−（ｄ）である。
【図１２】単一のダイポールタイプの放射要素のシミュレーション（ａ）−（ｄ）である。
【図１３】図１２のような放射要素のシミュレーション（ａ）−（ｄ）であるが、４５°ＴＳＰＢＧ材料のアンテナ内に放射要素は配置されている。
【図１４】図１２のような放射要素のシミュレーション（ａ）−（ｄ）であるが、２２．５°ＴＳＰＢＧ材料のアンテナ内に放射要素は配置されている。
【符号の説明】
【０１１１】
１  ワイヤー／バー
２  放射要素
３  円筒包囲体
４  ビーム
５  ビーム
６  水平プレート
７  導電セグメント
９  ダイオード
１０  連続ワイヤー／バー
１１  不連続ワイヤー／バー
６１  ビーム
６２  ビーム
９１  ビーム
９２  ビーム
【図１】
2007512747.tif 000003
【図２】
2007512747.tif 000004
【図３】
2007512747.tif 000005
【図４】
2007512747.tif 000006
【図５】
2007512747.tif 000007
【図６】
2007512747.tif 000008
【図７】
2007512747.tif 000009
【図８】
2007512747.tif 000010
【図９】
2007512747.tif 000011
【図１０】
2007512747.tif 000012
【図１１】
2007512747.tif 000013
【図１２】
2007512747.tif 000014
【図１３】
2007512747.tif 000015
【図１４】
2007512747.tif 000016
【国際調査報告】
2007512747.tif 000017
2007512747.tif 000018
2007512747.tif 000019
2007512747.tif 000020
2007512747.tif 000021
2007512747.tif 000022