(57)【要約】【解決手段】２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用のアンテナは、平行な平面状の表面（４Ａ、４Ｂ）を有する円盤状の誘電体タイルの形をした基板（４）を有する。上表面（４Ａ）は、共振リング（５）と、該リング（５）の共振周波数における４分の１波長の電気的長さをそれぞれ有する幾本かの開回路放射素子（６）とを含む導電性パターンを備えている。放射素子（６）は、リング（５）から外向きに伸び、等間隔の場所においてリング（５）につながれている。各放射素子（６）は、動径成分及び接線成分の両方を有する方向に伸びており、概ね渦巻き状の経路をたどる。直径上にある給電線路（７）の対によって、リングの内側に中心給電ノードの対が結合される。二重周波数及び二重偏波の変形もまた、開示される。【選択図】図１Ａ、図１Ｂ
2013535918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用の誘電体装荷アンテナの一部を形成するためのアンテナ部品であって、
反対を向いた主要面を有する誘電性基板と、
前記主要面のうちの一方の主要面上の又は該一方の主要面に隣接する導電性アンテナ素子パターンと、
を備え、前記導電性アンテナ素子パターンは、共振リングと、前記共振リング上の相隔てられた場所において前記共振リングに結合された複数の細長い開回路放射素子とを含み、前記複数の放射素子の少なくとも幾本かのそれぞれは、動径成分及び接線成分の両方を有する方向に前記共振リングから外向きに伸びており、このような各放射素子の電気的長さは、その放射素子が前記共振リングの共振周波数において共振するような長さである、アンテナ部品。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ部品であって、
内側給電接続ノードの対と、前記共振リング上の実質的に相対する場所から前記給電接続ノードへ内向きに伸びる実質的に放射状の給電接続導体の対とを備えるアンテナ部品。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ部品であって、
前記給電接続導体は、前記基板の前記一方の主要面上にあり、前記アンテナ部品は、更に、前記給電接続導体の内側端から前記基板を通って伸びる給電導体を備えるアンテナ部品。
【請求項４】
請求項２に記載のアンテナ部品であって、
前記給電接続導体は、前記基板の前記もう一方の主要面上にあり、前記基板を通るそれぞれのビアによって前記共振リングに接続される、アンテナ部品。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアンテナ部品であって、
前記基板は、５よりも大きい比誘電率を有する誘電性材料から成り、前記主要面は、平面状で且つ平行であり、前記主要面の平均横断範囲の４分の１未満の距離で隔てられている、アンテナ部品。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のアンテナ部品であって、
前記共振リングは円形である、アンテナ部品。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載のアンテナ部品であって、
前記導電性アンテナ素子パターンは、
異なる電気的長さを有する第１及び第２の環状導電性経路を定め、且つ、第１及び第２の共振周波数を定める共振リング構造であって、前記第１の環状導電性経路は、概ね前記第２の環状導電性経路内に位置する、共振リング構造と、
前記共振リング構造上の相隔てられた場所から外向きに伸びる第１の細長い開回路放射素子群であって、前記素子の長さは、前記第１の環状導電性経路の共振周波数において共振するような長さである、第１の細長い開回路放射素子群と、
前記共振リング構造上の相隔てられた場所から外向きに伸びる第２の細長い開回路放射素子群であって、それらが各々前記第１群の素子の間にあるように位置し、前記第２の群の素子の長さは、前記第２の環状導電性経路の共振周波数において共振するような長さである、第２の細長い開回路放射素子群と、
を含む、アンテナ部品。
【請求項８】
請求項２０ないし２３のいずれか一項に記載のアンテナ部品であって、
前記開回路放射素子は、渦巻き形状である、アンテナ部品。
【請求項９】
２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用のアンテナであって、
請求項１ないし８のいずれか一項に記載のアンテナ部品を備え、
前記絶縁性基板の前記もう一方の主要面上の導電性接地面によって特徴付けられ、前記接地面は、前記導電性アンテナ素子パターンの少なくとも主要部分と位置を合わされている、アンテナ。
【請求項１０】
２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用のアンテナであって、
絶縁性基板と、導電性接地面と、導電性パターンとを備え、
前記基板の少なくとも一部分が、前記導電性パターンと前記接地面との間に配され、
前記導電性パターンは、共振リングと、前記共振リングに結合された複数の開回路スタブとを含み、
前記複数のスタブのそれぞれは、その結合先である前記共振リングの共振周波数の４分の１波長の電気的長さを有し、動径成分及び接線成分の両方を有する方向に前記共振リングから外向きに伸びている、アンテナ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアンテナであって、更に、
前記共振リングに結合されて前記共振リングからアンテナ給電接続へ内向きに伸びる複数の給電経路を備えるアンテナ。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のアンテナであって、
前記共振リングは、電気的長さが異なり、且つ、共振周波数が異なる、内側の共振経路と外側の共振経路とを定める、アンテナ。
【請求項１３】
請求項１０又は１１に記載のアンテナであって、
実質的に同心の共振リングを備え、外側の共振リングは、内側の共振リングの電気的長さと異なる電気的長さを有し、前記内側の共振リングに及び前記複数のスタブに結合される、アンテナ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のアンテナであって、
前記内側の共振リング及び前記外側の共振リングは、異なる共振周波数を有するそれぞれの異なる共振導電性経路を定める外側の縁を有する、アンテナ。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載のアンテナであって、
前記外側の共振リングに接続された複数のスタブは、前記外側の共振リングの共振周波数における４分の１波長の電気的長さを有する、アンテナ。
【請求項１６】
請求項１０ないし１５のいずれか一項に記載のアンテナであって、
前記スタブは、同じ回転方向を有する渦巻き形状の第１のスタブ群を含む、アンテナ。
【請求項１７】
請求項１６に記載のアンテナであって、
前記スタブは、前記第１の群のスタブの回転方向と反対の回転方向を有する渦巻き形状の第２のスタブ群を含み、前記アンテナは、左旋円偏波の電磁放射及び右旋円偏波の電磁放射に対して応答性である、アンテナ。
【請求項１８】
請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載のアンテナであって、
前記スタブの少なくとも幾つかは、前記共振リングに直接的に接続される、アンテナ。
【請求項１９】
請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載のアンテナであって、
前記スタブの少なくとも幾つかを前記共振リングに結合する切り替え手段を備えるアンテナ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のアンテナであって、
前記切り替え手段は、複数の切り替え機器を含む、アンテナ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のアンテナであって、
前記切り替え機器は、容量性ＭＥＭＳスイッチを含む、アンテナ。
【請求項２２】
請求項１０に記載のアンテナであって、
前記導電性パターンは、第１及び第２の開回路スタブ群と、共振リング構造とを含み、前記アンテナは、前記スタブを前記共振リング構造に選択的に結合するように配置された一体式の切り替え機器を更に備えるアンテナ。
【請求項２３】
請求項２２に記載のアンテナであって、
第１の制御線群の通電が前記第１のスタブ群を前記共振リング構造に接続させ、且つ、第２の制御線群の通電が前記第２のスタブ群を前記共振リング構造に接続させるように相互に接続された複数の切り替え機器制御線を備えるアンテナ。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載のアンテナであって、
前記第１の群のスタブ及び前記第２の群のスタブは、それぞれ反時計回りの方向及び時計回りの方向に伸びている、アンテナ。
【請求項２５】
請求項２２ないし２４のいずれか一項に記載のアンテナであって、
前記第１のスタブ群は、前記共振リングの周囲に実質的に均等に分布された４つの外向きに伸びるスタブを有し、前記第２のスタブ群は、前記共振リングの周囲に実質的に均等に分布され、且つ、前記第１の群のスタブの間にそれぞれ位置付けられた４つの外向きに伸びるスタブを有する、アンテナ。
【請求項２６】
請求項２２ないし２５のいずれか一項に記載のアンテナと、前記切り替え機器に接続された制御システムとを備えるアンテナシステムであって、
前記制御システム及びそれの前記切り替え機器への接続は、前記制御システムの第１の制御状態では、前記第１のスタブ群が前記共振リング構造に接続され、且つ、前記第２のスタブ群が切り離され、前記制御システムの第２の制御状態では、前記第２のスタブ群が前記共振リング構造に接続され、且つ、前記第１のスタブ群が切り離されるように配置される、アンテナシステム。
【請求項２７】
請求項１０ないし２６のいずれか一項に記載のアンテナであって、
前記基板は、前記導電性パターンを備える一表面と、前記接地面を備える反対を向いた表面とを有するタイルとして形成され、前記表面は、平行であり、且つ、前記アンテナの動作周波数における前記基板の材料内での波長の１５度未満に等しい距離で相隔てられている、アンテナ。
【請求項２８】
請求項１０ないし２６のいずれか一項に記載のアンテナであって、
前記基板は、前記導電性パターンを備える一表面と、前記接地面を備える反対を向いた表面とを有するタイルとして形成され、前記表面は、平行であり、且つ、前記アンテナの動作周波数における前記基板の材料内での波長の１０度未満に等しい距離で相隔てられている、アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用であって導電性パターンと接地面との間に配された電気絶縁性基板を有するアンテナと、基板上にアンテナ素子パターンを含むアンテナ部品とに関する。
【０００２】
パッチアンテナを使用して円偏波信号を受信することが知られている。このようなアンテナは、平行な平面状の上表面及び下表面を有する誘電性基板を含む。一般的に、上表面は、矩形の輪郭を有する導電層を備えており、下表面は、接地面として機能する別の導電層を有する。この給電構造にしたがうと、アンテナは、上表面に概ね垂直な上方の方向からアンテナに到達する円偏波放射に対して高感度である。
【０００３】
円偏波放射用のもう１つのアンテナは、ターンスタイルアンテナである。ターンスタイルアンテナは、一般的に、共通面内において互いに直角に位置合わせされ、９０度ずつずれた位相で給電される、２組のダイポールアンテナを含む。ターンスタイルアンテナは、その軸を垂直にして設置されたときに、垂直方向を最大として、ほぼ無指向性の円偏波放射パターンを提供する。垂直軸ターンスタイルアンテナのダイポール素子の下に、反射器を追加することが知られている。アンテナパターンは、反射器とダイポール素子との間の距離を変えることによって変更することができる。
【０００４】
本発明の目的は、偏波放射を受信及び／又は送信するための改良アンテナを提供することにある。
【０００５】
本発明の一態様にしたがうと、２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用のアンテナが提供され、該アンテナは、絶縁性基板と、導電性接地面と、導電性パターンとを含み、基板の少なくとも一部分は、導電性パターンと接地面との間に配され、導電性パターンは、共振リングと、該共振リングに結合されて該共振リングから外向きに伸びる複数の開回路スタブとを含み、複数のスタブは、それらの結合先である共振リングの共振周波数における４分の１波長の電気的長さを有する。導電性共振リングの使用は、共振リングの電気的長さに依存する共振周波数を伴う効率的なアンテナを提供する。共振リングの共振周波数における４分の１波長の電気的長さを有するスタブは、共振リングの共振周波数において各スタブに入射する放射がそのスタブ内において定在波を励起させるゆえに、アンテナの効率を更に向上させる。
【０００６】
好ましくは、導電性パターン及び接地面は、ともに平面状であり、基板の、反対を向いた平行な表面上にめっきされ、又はそれ以外のやり方で層として形成される。スタブは、動径成分及び接線成分の両方を有する方向に、共振リングから外向きに伸びている。具体的には、各スタブは、渦巻き形状を有していてよい。基板は、少なくとも５の比誘電率を有するセラミック材料で作成されると有利である。基板の厚さは、共振リングの共振周波数における波の、基板媒質内での波長の概ね１５度未満であり、最も好ましくは１０度未満である（すなわち、λｇを基板媒質内での電磁波の波長としたときに、約０．０４λｇ未満又は０．０２７５λｇ未満ある）。したがって、通常、基板厚さは、Ｌバンド又はＳバンドアンテナの場合に５ｍｍ未満である。また、通常、基板厚さは、その平均横断範囲の４分の１未満である。このようなアンテナでは、リング及び４分の１波長スタブは、動作周波数において円偏波共振モードを有する共振構造であって、導電性パターン及び接地面を水平にし、且つ、接地面を導電性パターンの下にしてアンテナが設置されたときに、方位角において実質的に無指向性であり、且つ、上方向に最大値を有する放射パターンを備える共振構造を提供する。
【０００７】
アンテナは、円形の又は正方形のリングの中心に平衡アンテナ給電接続を有してよく、共振リングから給電接続ノード対へは、概ね半径方向内向きに給電経路が伸びている。動作周波数においてアンテナが通電されると、共振リングの周囲に定在波が形成される。もし、共振リングの周囲に等間隔で４つのスタブがある場合は、各スタブは、各隣接するスタブからは９０度、反対側のスタブからは１８０度ずれた位相で共振する。
【０００８】
アンテナの帯域幅は、アンテナの容積を増減させることによって操作することができる。アンテナの基板の厚さは、したがって、アンテナの帯域幅を設定するために使用することができる。放射素子と接地面との間の基板の厚さが小さくなると、導電性パターンの素子のキャパシタンス及びインダクタンスに蓄えられるエネルギが多くなり、したがって、放射されるエネルギが少なくなる。
【０００９】
アンテナのＱ因子は、サイクルごとに散逸されるエネルギに対する蓄えられているエネルギの比として説明することができる。要するに、基板の厚さが小さくなると、アンテナのＱ因子は大きくなる。
【００１０】
前述のように、アンテナのパターンは、接地面（反射器）と導電性パターンとの間の距離を変えることによって変更することができる。接地面と導電性パターンとが近いほど、反射後進放射波及び前進放射波のベクトル加算が大きくなる。前進放射波を最大にするためには、したがって、基板の厚さが最小にされることが望ましい。
【００１１】
アンテナの基板の比誘電率を一般的に５よりも大きくすると、アンテナの基板の誘電率が、取り付けの際にアンテナを取り巻く可能性が最も高い、例えば構造用プラスチックなどの材料よりも大きくなる。基板におけるこのより大きい誘電率は、アンテナの誘電体装荷ゆえにアンテナの効率を向上させる。
【００１２】
本発明の一実施形態では、アンテナは、中心給電接続から共振リングに向かって半径方向外向きに伸びて共振リングに結合する２本の給電経路を有する。給電経路は、互いに同一の特性インピーダンスを有する。給電経路は、共振リングの定在波の２分の１波長で相隔てられた点において、すなわち概ね直径方向に相対する場所において、共振リングに結合し、内側端において、アンテナが機器に取り付けられた際に更なる電気回路が接続される給電接続を形成する。更なる電気回路は、アンテナの一部を構成しない。接続は、アンテナの上表面上の導電性パターンから、基板及び接地面を経て、接地面の下に位置する機器配線へなされることが好ましい。この配置では、接地面は、接地面の下の配線によって放射される信号から導電性パターンを遮断し、その逆もまた同様である。導電性パターンと接地面の下に位置する配線との間を接続するためには、基板及び接地面に設けられた１つの孔又は開口を使用するか、或いは基板及び接地面の両方に設けられた２つの別々の孔を使用するかのいずれかが可能である。１つの孔の場合は、共振リングを起点として放射状の給電経路を形成する線路は、接地面の下に提供された電気回路まで、基板に空いた孔の両側面にめっきされた線路として続くことができる。もし、２つの孔が使用される場合は、共振リングから、接地面の下に提供された電気回路まで、各孔内をそれぞれ１本の給電経路のみが伝って続いていき、各孔がめっきビアを構成する。
【００１３】
本発明の更なる一実施形態では、導電性パターンは、アンテナの最上面上の給電経路を含まない。その代わりに、共振リングは、接地面の下の電気回路に、基板内及び接地面内の２つの孔を通じて直接的に結合される。この実施形態では、孔は、共振リングと位置を合わせて配置され、給電経路は、孔のめっき壁を含んでいる。このような一実施形態では、給電経路は、基板の裏側にめっきされた放射状の線路を含むことができる。
【００１４】
上述された２つの実施形態では、給電経路は、基板に空いた孔又は各孔の側面を伝って伸びるが、導電性パターンから接地面の下の電気回路まで、その他の手段を使用して接続がなされることも可能である。例えば、基板の上の共振リング及び接地面の下に提供された電気回路の両方に取り付けられたワイヤが、基板に空いた孔の側面を伝って伸びる区間の給電経路に取って代わることができる。
【００１５】
導体における交流信号の周波数が増すにつれて、それに関連した電流が導体の縁又は表面の近くに集中することが知られている。ＵＨＦ及びそれ以上では、導体の縁又は表面が、電荷の大半を帯びている。このような状況において、もし、共振リングが十分な幅の導電性線路として形成されるならば、リングは、異なる電気的長さを有することによって異なる共振周波数を有する内側の共振経路及び外側の共振経路を有効に含むことができる。したがって、１つの共振リングが、例えば、内側の縁に関連付けられた第１の共振周波数と、より長い外側の縁に関連付けられたより低い第２の共振周波数のように、複数の共振周波数を有することができる。
【００１６】
代替として、第２の共振リングを伴う導電性パターンを形成することによって、複数の共振経路を提供することが可能である。したがって、一般的に、第２の共振リングは、第１の共振リングとは異なる電気的長さを有し、第１の共振リング及び一部の開回路スタブに結合される。第１の共振リング及び第２の共振リングは、それぞれ円形及び正方形であってよく、また、同心であってよい。この実施形態では、一般的に、内側の共振リングが、外側の共振リングよりも高い共振周波数を有する。各共振リングは、自身に接続された対応する開回路スタブ群を有している。各スタブは、その接続先である共振リングの共振周波数における４分の１波長に等しい電気的長さを有する。
【００１７】
上述されたいずれの実施形態も、全て同じ回転方向を有する渦巻き形状の１つ以上の開回路スタブ群を有することが可能である。このようなアンテナは、渦巻き形状の回転方向に応じ、左旋円偏波又は右旋円偏波のいずれかの電磁放射を受信するのに適している。
【００１８】
本発明の代替の一実施形態として、アンテナが、渦巻き形状の第１及び第２の開回路スタブ群を有し、第２の群のスタブが、第１の群のスタブと反対の回転方向を有してもよい。このようなアンテナは、左旋円偏波及び右旋円偏波の両方の電磁放射に対して応答性である。
【００１９】
スタブは、対応する共振リングに直接的に接続されるか、又は切り替え手段によって少なくとも幾つかのスタブが選択的に共振リングに結合されるかのいずれかにしてもよい。このような切り替え手段は、例えば容量性ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）スイッチなどの複数の切り替え機器を含むことが可能である。
【００２０】
容量性ＭＥＭＳスイッチは、その両端でキャパシタンスを変動させることができる機器である。大きいキャパシタンスを有する状態にある容量性ＭＥＭＳスイッチに無線周波数の信号が印加されたときは、その印加された信号が、スイッチを伝わるのに対し、もし、小さいキャパシタンスを有する状態にある容量性ＭＥＭＳスイッチに無線周波数の信号が印加されたときは、その印加された信号は、スイッチを伝わらない。容量性ＭＥＭＳスイッチは、したがって、機器に印加される無線周波数信号に対してスイッチとして機能することができる。
【００２１】
導電性パターンが第１及び第２の開回路スタブ群と共振リング構造とを含むアンテナでは、アンテナは、スタブを共振リング構造に選択的に結合するように配置された一体式の切り替え機器を含むことが好ましい。
【００２２】
切り替え機器に接続された制御システムは、各切り替え機器の導電状態を決定するように動作する。制御手段は、通常は、アンテナとは別に提供された電気回路を含むことができる。
【００２３】
第１及び第２の開回路スタブ群の両方を提供し、各スタブが渦巻き形状であり、各スタブ群が他方のスタブ群と反対の回転方向を有する本発明の実施形態では、制御システムは、第１又は第２の開回路スタブ群のいずれかを対応する共振リングに選択的に結合するように動作可能である。この実施形態は、２つの制御状態、すなわち、第１の群のスタブが共振リング構造に接続され、第２の群のスタブが切り離されている第１の制御状態と、第２の群のスタブが共振リング構造に接続され、第１の群のスタブが切り離されている第２の制御状態とを提供する。
【００２４】
本発明の別の一態様にしたがうと、２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用のアンテナは、反対を向いた主要面を有する絶縁性基板と、主要面のうちの一方の主要面上の導電性アンテナ素子パターンと、主要面のうちのもう一方の主要面上の導電性接地面であって、反射器として機能するために、導電性アンテナ素子パターンの少なくとも一部と位置を合わせた導電性接地面とを含み、導電性アンテナ素子パターンは、共振リングと、該共振リング上の相隔てられた場所において共振リングに結合されて共振リングから外向きに伸びる複数の細長い開回路放射素子と、を含み、上記放射素子の少なくとも幾本かの電気的長さは、それらの素子が共振リングの共振周波数において共振するような長さである。
【００２５】
アンテナは、単一の部品として又は複数部品の組み合わせとして具現化することが可能である。後者の場合は、アンテナの一方の部品が、基板と導電性パターンとを含む一方で、もう一方の部品は、導電性パターンを備えている面とは反対側の基板の一面が固定される導電性接地面を提供するホストアセンブリを含む。本発明は、したがって、２００ＭＨｚを超える動作周波数における円偏波放射用の誘電体装荷アンテナの一部を形成するためのアンテナ部品も提供し、該部品は、反対を向いた主要面を有する誘電性基板と、主要面のうちの一方の主要面上の導電性アンテナ素子パターンとを含み、導電性アンテナ素子パターンは、共振リングと、該共振リング上の相隔てられた場所において共振リングに結合された複数の細長い開回路放射素子とを含み、上記放射素子の少なくとも幾本かのそれぞれは、動径成分及び接線成分の両方を有する方向に共振リングから外向きに伸び、上記放射素子の少なくとも幾本かのそれぞれの電気的長さは、その放射素子が共振リングの共振周波数において共振するような長さである。
【００２６】
この適用において、「放射素子」は、アンテナが送信用に使用されるときは、空間にエネルギを放射する素子を意味すると見なされる。このような素子は、アンテナが信号の受信用に使用されるときは、相互的に空間からエネルギを受信する。
【００２７】
本発明は、次に、図面を参照にして例を挙げて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明にしたがった第１の単一周波数アンテナを上方の一方の側から示した斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａのアンテナを下方の一方の側から示した斜視図である。
【図２Ａ】本発明にしたがった二重周波数アンテナを示した斜視図である。
【図２Ｂ】本発明にしたがった代替の二重周波数アンテナを示した平面図である。
【図３Ａ】本発明にしたがった二重偏波アンテナを上方の一方の側から示した斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａのアンテナを示した底面図である。
【図３Ｃ】図３Ａ及び図３Ｂのアンテナの変形を示した底面図である。
【図３Ｄ】図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃのアンテナ、並びに関連の機器電気回路を示した回路図である。
【図４】図１Ａ及び図１Ｂのアンテナの第１の変形を示した正面図である。
【図５】図１Ａ及び図１Ｂのアンテナの第２の変形を下方の一方の側から示した斜視図である。
【図６Ａ】図１Ａ及び図１Ｂのアンテナの第３の変形を示した正面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示された第３の変形を下方の一方の側から示した斜視図である。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本発明にしたがった第１のアンテナ１は、３枚の層、すなわち導電性パターン２と、導電性接地面３と、導電性パターン２と接地面３との間に配された基板４とを有する。
【００３０】
基板４の好ましい形態は、平面状である上方及び下方の主要面４Ａ及び４Ｂを有する円盤状のタイルである。効率化及び小型化のために、基板４の材料は、本実施形態では比誘電率１０を有する高誘電率セラミック材料である。アンテナの動作周波数は、ＧＰＳ  Ｌ１周波数のそれ、すなわち１５７５．４２ＭＨｚである。この周波数では、基板円盤の直径は５０ｍｍであり、基板の厚さは３ｍｍである。その他の材料が使用されてもよく、通常は、より高い比誘電率を有する材料である。例えば、比誘電率２１を有する代替のセラミック材料は、タイルの平均横寸法（円盤である場合の直径）が２０ｍｍ程度で厚さが約１．２ｍｍであるアンテナを作り出す。
【００３１】
導電性パターン２は、基板４の上方主要面４Ａ上にめっきされ、共振リング５と、４本の外向きに伸びる開回路スタブ、すなわちモノポール素子６とを含む。共振リング５は、内側の共振縁４Ａと、外側の共振縁５Ｂとを有する。リング５を形成している線路の幅は、この実施形態では比較的小さいので、リングは、単一の共振周波数を有すると見なされ、この共振周波数は、リング周囲の平均の電気的長さによって決定され、該長さは、その物理的長さと、基板材料の比誘電率とに依存する。スタブ６は、共振リングの外側の縁５Ｂの周囲の等間隔位置において、共振リング５に結合する。この場合は、共振リング５は円形であり、各スタブ６は、共振リング５の半径に等しい半径を有する弧又は四分円である。スタブ６は、全て、共振リング５から外向きに伸びており、同じ回転方向を有するように方向付けられる。
【００３２】
共振リング５の中心には、基板４に空いた穴１１がある。穴１１の開口から共振リング５へ、めっきされた給電経路７の対が半径方向に反対に伸びている。これらの給電経路７は、穴１１の壁の両側にめっきされた線路の形で、穴１１の開口から穴１１を通って基板円盤のもう一方の主要面まで続く。図１Ｂに示されるように、給電経路７は、めっきされた接続パッド７Ｐの対において終結しており、接地面３への電気的接続をなすことなく不図示の追加の電気回路にアンテナを接続するための平衡給電ノードを形成している。
【００３３】
通常、このような追加の電気回路は、給電ノード間を横切るようにシャント接続された整合キャパシタンスを含み、これは、給電経路７の比較的狭い経路によって形成されたインダクタンスと組み合わさって、この実施形態では５０オームのソースインピーダンスを作り出すインピーダンス整合回路を構成する。
【００３４】
図２を参照すると、２つの周波数における信号を受信するのに適したアンテナは、第１の共振リング５−１と、第２の共振リング５−２とを有する。第１の共振リング５−１が円形である一方で、第２の共振リング５−２は正方形であり、後者は、第１の共振リング５−１及び第２の共振リング５−２が同心であるように、両リングの周囲に等間隔で位置する４つの点において、前者に結合される。
【００３５】
第２の共振リング５−２の平均電気的長さは、第１の共振リング５−のそれよりも大きく、したがって、第１の共振リング５−１よりも低い共振周波数を定めている。
【００３６】
第１及び第２の共振リング５−１、５−２には、複数のスタブが結合される。第１のスタブ６−１群が、第１の共振リング５−１の電気的長さの４分の１の電気的長さを有する一方で、第２のスタブ６−２群は、第２の共振リング５−２の電気的長さの４分の１の電気的長さを有する。第１のスタブ６−１群は、第１の共振リング５１の周囲に位置する等距離点において、第１の共振リング５−１に結合される。第２のスタブ６−１群は、第２の共振リング５−１の周囲に位置する等距離点において、第２の共振リング５−１に結合される。第１及び第２のスタブ６−１、６−２群は、ともに、第１及び第２の共振リング５−１、５−２から外向きに伸びている。スタブ６−１、６−２は、全て、同じ回転方向を有するように方向付けられる。
【００３７】
第１及び第２の共振リング５−１、５−２の中心には、図１Ａ及び図１Ｂを参照にして上述されたアンテナと同様に、基板４に空いた穴１１があり、給電経路７は、やはり上述のように、中心の開口、すなわち穴１１を通って接続パッド７Ｐまで続いている。
【００３８】
この第２のアンテナは、ＧＰＳ  Ｌ１周波数及びＬ２周波数における使用を意図され、共振リング５−２及び関連した長い方のスタブ６−２は、ＧＰＳ  Ｌ２周波数、すなわち１２２７．６ＭＨｚにおける円偏波共振を定めている。
【００３９】
図２Ａのアンテナの変形では、第１の共振リング５−１と第２の共振リング５−２との間の４つの象限儀形空間９が、図２Ｂに示されるようにめっきされており、したがって、アンテナは、物理的な観点からすると、長さが大幅に異なる内側の縁５Ａと外側の縁５Ｂとを伴う１つのリングを有し、それぞれ、アンテナの２つの共振周波数を決定する内側及び外側の共振経路を作り出している。
【００４０】
次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、本発明にしたがった第４のアンテナは、図１Ａ及び図１Ｂを参照にして上述されたアンテナと同様に、１つの共振リング５を伴う導電性パターン２を有し、単一の共振周波数を定めている。しかしながら、このアンテナでは、導電性パターン２は、図３Ａに示されるように、回転方向が反対の第１及び第２のスタブ群６−３、６−４を有する。上述されたアンテナのように、共振リング５の中心には、基板４に空いた穴１１が位置している。繰り返し述べるが、基板４の下方主要面４Ｂ上には、接地面３がある。基板４の材料の比誘電率は、１０である。
【００４１】
第１及び第２のスタブ群６−３、６−４のいずれのスタブも、共振リング５から外向きに伸びている。スタブ６−３、６−４及びスタブの双方は、渦巻き形状であり、共通の場所１２において共振リングに結合する。各結合場所１２では、第１の群のなかの１つのスタブ６−３と第２の群のなかの１つのスタブ６−４とが共振リング５に結合され、全部で８つのスタブ６−３、６−４がある。
【００４２】
スタブ６−３、６−４は、渦巻き形状であるが、反対の回転方向を有する。第１の群のスタブ６−３の経路が、リングとの結合点１２から反時計回り方向に外向きに回転している一方で、第２の群のスタブ６−４の経路は、リング５との結合点１２から外向きに回転している。
【００４３】
スタブ６−３、６−４は、長さが等しく、それぞれ、共振リング５との結合点からその開回路端にわたり、共振リング５の電気的長さの４分の１である電気的長さを有する。
【００４４】
スタブ６−３、６−４は、それぞれのＭＥＭＳ切り替え素子１３を通じて共振リング５に結合され、各スタブ６−３、６−４は、対応するＭＥＭ素子１３を有している。これらのスイッチを、一の動作モードでは第１の群のスタブ６−３のみがリング５に結合され、別の動作モードでは第２の群のスタブ６−４のみがリング５に結合されるように動作させることによって、アンテナは、スイッチに供給される制御信号にしたがって、それぞれ左旋円偏波用に及び右旋円偏波用に動作するように構成することができる。このようなアンテナの用途は、１つには、一般的に２．１〜２．２ＧＨｚの帯域で伝送されるＳバンド信号であるＤＶＢ  ＳＨ（デジタルビデオブロードキャスティング：携帯機器向けの衛星サービス）を受信するためであり、異なるチャンネルは、それぞれ左旋円偏波及び右旋円偏波を有している。
【００４５】
ＭＥＭＳスイッチは、好ましくは、制御電圧にしたがって約１ｐＦ及び１００ｐＦの直列キャパシタンスを交互に有することができる、Wispryによって作成されるような容量性装置であり、これらの値は、アンテナの動作周波数における開回路状態及び閉回路状態をそれぞれ表している。
【００４６】
上述のように、ＭＥＭＳスイッチ１３を動作させることによって、それぞれのスタブ６−３、６−４は、各場合に、スイッチ１３の状態にしたがって有効にリング５に接続されるか又はリング５から絶縁されるかのいずれかである。したがって、一方の群のスタブを電気的に接続する一方でもう一方の群のスタブを絶縁することによって、アンテナをそれぞれ右旋円偏波用又は左旋円偏波用に構成することが可能である。
【００４７】
ＭＥＭＳスイッチ１３のための制御線は、一般的に、アンテナの下方導電層に、すなわち下方主要面４Ａの下に提供され、図３Ｂに示されるように、下方層の線路を上方主要面４Ａ上のＭＥＭＳスイッチ１３への接続に結合するために、ビア１４が提供される。図示されるように、アンテナの裏側に、制御線終端パッド１６が提供される。図３Ｂに示されたバージョンでは、制御線は、接地面と同じ導電層の一部を形成する。接地面がこのような割り込みを受けないことが好ましいならば、基板は、図３Ｃに示されるように、追加の導電層を有して、一方の導電層が接地面３を含み、もう一方の導電層が、重ねられて形成された絶縁層１７上に、適切なビア及び接続パッドが提供されるようにめっきされた制御線を含むようにしてもよい。この変形では、接地面３は、制御線ビア１４Ａの周囲、及び給電パッド７Ｐと基板の上面４Ａ上の給電経路７との間の接続の周囲を撤去した開口（不図示）を除き連続している。アンテナの裏側１Ｕの第５のパッド１６Ｇは、ＭＥＭＳスイッチ制御回路のための接地として地面３への接続を提供する。
【００４８】
図３Ｄを参照すると、適切な追加の電気回路は、制御入力線１９に供給される制御電圧を、第１の群のスタブ６−３に関連付けられたスイッチ１３及び第２の群のスタブ６−４に関連付けられたスイッチ１３に交互に結合するための外部モード制御スイッチ１８を含む。追加の電気回路は、また、シャント整合キャパシタンス２２と平衡入力を有するレシーバフロントエンド２４とを有する。
【００４９】
次に、図４、図５、図６Ａ、及び図６Ｂを参照にして、アンテナの更なる変形が説明される。図４は、図１Ａ及び図１Ｂのアンテナの変形であり、この場合は、アンテナ１が接続される別の構造内にシャント整合コンデンサが提供されるのではなく、給電経路７の内側端の間においてアンテナの上方主要面４Ａ上の通し穴１１に隣接するように整合キャパシタンスが提供される。より具体的には、シャントキャパシタンスは、穴１１Ａの両側で上方主要面４Ａ上に位置する２つのチップコンデンサ３０と、関連するコンデンサ接続線路３１とによって構成される。図５を参照にすると、一方の給電経路７の内側端７Ｃは、図のように、この場合は穴１１の下側の開口において接地面３に直接的に接続されてもよい。もう一方の給電経路７は、絶縁された接続パッド７Ｐにおいて終結する。更なる変形
として、給電経路７は、図６Ａ及び図６Ｂに示されたアンテナのように、下方主要面４Ｂ上に形成されてもよい。したがって、この場合は、リング５上において直径方向に相対する場所にビア３４が提供される。図６Ｂに示されるように、裏側では、給電経路は、ビア３４から一体式中心接続パッド３６までの線路として半径方向内向きに伸びている。この場合は、中心穴は不要である。別の代案として、ビア３４は、ビアのすぐ隣りの接続パッドにおいて終結されてもよく、すると、給電経路は、接地面３に割り込む代わりに、取り付けの際にアンテナが装着されるホスト基盤内又はその他のホスト構造内に形成される。
【００５０】
以上に述べられたように、接地面は、基板４上に形成されることが必須ではない。その代わり、取り付けの際に基板下面４Ｂが固定されるホスト基盤上又はその他のホスト構造上の導電層によって構築されることが可能であり、この場合は、接続は、取り付けの際に共振リング又は給電経路とホスト構造内の導体との間でなされる。同様に、図３Ａから３Ｄを参照にして上述されたような切り替え式アンテナにおけるＭＥＭＳスイッチのための制御線は、ホスト構造に組み込まれてもよく、すると、それぞれのＭＥＭＳスイッチのための個々の接続が、基板４とホスト構造との間で提供される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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