(57)【要約】  長手方向軸を有する細長い誘電放射要素と、該誘電放射要素において変位電流を生成する給電機構とを備えるアンテナデバイスが開示されている。該放射要素は、該長手方向軸に平行な変位電流共振モードをサポートするが、該長手方向軸を横断する変位電流共振モードは阻害するように構成されている。
2008527876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸を有する細長い誘電放射要素と、
前記誘電放射要素において変位電流を生成する給電機構と
を備えるアンテナデバイスであって、前記誘電放射要素が、前記長手方向軸に平行な変位電流共振モードをサポートし、前記長手方向を横断する変位電流共振モードを阻害するように構成された、アンテナデバイス。
【請求項２】
定在波タイプの変位電流分布によって生成された共振モードをサポートするように構成された請求項１に記載のアンテナデバイス。
【請求項３】
前記誘電放射要素が導電性接地基板を有する請求項１または２に記載のアンテナデバイス。
【請求項４】
前記導電性接地基板が、前記誘電放射要素の前記長手方向軸に実質的に直交する平面を有する請求項３に記載のアンテナデバイス。
【請求項５】
前記導電性接地基板が、前記誘電放射要素の前記長手方向軸に実質的に平行な平面を有する請求項３に記載のアンテナデバイス。
【請求項６】
各対が端部間に配列されている、請求項１、２、３または５のいずれかに記載の少なくとも１対のアンテナを備えるダイポールまたは他のバランスアンテナデバイス。
【請求項７】
請求項４に記載のアンテナを備えるモノポールまたは他のアンバランスアンテナデバイス。
【請求項８】
前記誘電放射要素が、導電性接地層によって部分的にカバーされている誘電基板を有する請求項１または２に記載のアンテナデバイス。
【請求項９】
前記誘電放射要素が、前記導電性接地層によってカバーされていない前記誘電基板の一部に配置される請求項８に記載のアンテナデバイス。
【請求項１０】
少なくとも１対の誘電放射要素を備える請求項８または９に記載のアンテナデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１対の誘電放射要素が実質的に平行な構成で配列される請求項１０に記載のアンテナデバイス。
【請求項１２】
前記少なくとも１対の誘電放射要素が実質的に同一線形構成で配列される請求項１０に記載のアンテナデバイス。
【請求項１３】
前記少なくとも１対の誘電放射要素がバランフィードによって供給される請求項１０、１１または１２のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項１４】
前記誘電放射要素に取り付けられた導電性放射要素をさらに備える請求項１〜１３のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項１５】
前記導電性放射要素が前記誘電放射要素の前記長手方向軸と同じ方向に延びる請求項１４に記載のアンテナデバイス。
【請求項１６】
前記導電性放射要素が前記給電機構から離れた前記誘電要素の端部に取り付けられる請求項１４または１５に記載のアンテナデバイス。
【請求項１７】
前記導電性放射要素が前記給電機構に近接した前記誘電要素の端部に取り付けられる請求項１４または１５に記載のアンテナデバイス。
【請求項１８】
前記誘電放射要素が細長い楕円構成を有する請求項１〜１７のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項１９】
前記誘電放射要素が細長い円筒形構成を有する請求項１〜１７のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項２０】
前記誘電放射要素が細長い円錐または截頭円錐構成を有する請求項１〜１７のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項２１】
前記給電機構が、前記誘電放射要素を励起する第２のアンテナである請求項１〜２０のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項２２】
前記誘電放射要素によって寄生的に駆動される第２の放射要素が提供される請求項１〜２０のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項２３】
前記誘電放射要素が誘電セラミック材料からなる請求項１〜２２のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項２４】
前記給電機構がインターカレーションによって前記誘電共振器に取り付けられる請求項１〜２３のいずれかに記載のアンテナデバイス。
【請求項２５】
実質的に添付の図面を参照して説明されている、又はこれに示されているアンテナデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、細長い略純誘電コンポーネントが新規のモードの共振をサポートする、ＲＦ用途向けの新規のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、略純誘電材料に基づき、かつ誘電共振器アンテナ（ＤＲＡ）および導電性アンテナの両方とは異なると思われる新たなタイプのアンテナ技術を開発した。ダイポールなどの導電性アンテナは、導電率が十分良好ならばほぼ無限に薄くなる可能性があるのに対して、本発明の実施形態の略純誘電アンテナは、有限断面が効果的に放射する必要がある。ＤＲＡは、キャビティのように放射する容積デバイスである。この問題については検討されてこなかったため、（対象周波数で）横方向共振モードがもはや不可能なほどに長くかつ薄く形成されれば、ＤＲＡは純誘電アンテナになるか否かは明らかではない。
【０００３】
金属導体は純誘電アンテナにおいて論理的に必要であるとは思われないが、実際には必要であるため、フィードネットワークはテストするためにアンテナに半田付け可能である。シミュレーションと実験室測定との一致は良好であるため、この技術は真であり、かつシミュレーションや測定は不適切ではないことを示している。
【０００４】
最近まで、アンテナは常に、銅などの導電性材料から作られていた。誘電（絶縁）材料からアンテナの設計を試みることはほとんど直観に反したものと思われるが、実際、無線周波数では、これらの材料は放射変位電流をサポートする。Ｓｔａｎｆｏｒｄ  ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙのＲ．Ｄ．Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒはこのことを１９３９という早い時期に理論的論文に示している［ＲＩＣＨＴＭＹＥＲ  Ｒ．Ｄ．：「Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」，Ｊ．Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，１０，３９１−３９８，１９３９］。変位電流項を、自分の名前の方程式に加えたのはＪ．Ｃ．Ｍａｘｗｅｌｌであった。明らかに、変位電流は自由電荷の流れであるはずはないが、これは実際、格子構造の平均位置付近の電子の変位によってもたらされる。これは、別の誘電デバイスであるコンデンサが直流（ＤＣ）を流さずに無線周波数を通過させる方法に類似している。
【０００５】
誘電アンテナとは、例えば、モバイル通信において使用されるような送信および受信の選択周波数で電波を放射または受信するアンテナデバイスである。誘電アンテナの誘電材料は、セラミック誘電体を含む複数の候補材料、特に、低帯域セラミック誘電材料からなることが可能である。
【０００６】
本出願人は、誘電アンテナの分野での広範囲の研究を行い、以下の用語を本出願において使用する。本発明の実施形態の純誘電アンテナは、これら既知のタイプの誘電つまり誘電ベースアンテナ技術に新たなカテゴリを追加すると思われる。本発明以前に使用されていたような既存の用語は高誘電アンテナ（ＨＤＡ）ある。共振器として、または導電性ラジエータの応答を修正するために高誘電コンポーネントを利用するアンテナ。
【０００７】
ＨＤＡのクラスはそして以下のものに再分割される。
【０００８】
ａ）誘電ロードアンテナ（ＤＬＡ）：従来の導電性放射要素が、導電性放射要素の共振特徴を修正する誘電材料（概して固体誘電材料）の中に、またはこれに隣接して配置されるアンテナ。一般的に、導電性放射要素を固体誘電材料に入れることによって、帯域幅および放射抵抗を犠牲にするが、所与のセットの動作特徴に対して短いつまり小さな放射要素の使用を許容する。アンテナ理論に関するさらなる書籍を参照のこと［例えば、ＲＵＤＧＥ  Ａ．Ｗ．，ＭＩＬＮＥ  Ｋ．，ＯＬＶＥＲ  Ａ．Ｄ．ａｎｄ  ＫＮＩＧＨＴ  Ｐ．：「Ｔｈｅ  ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ａｎｔｅｎｎａ  ｄｅｓｉｇｎ」，Ｐｅｔｅｒ  Ｐｅｒｅｇｒｉｎｕｓ  Ｐｒｅｓｓ，１９８６，ｐａｇｅ  １５３４］。ＤＬＡにおいて、誘電材料に生成されたごくわずかな変位電流があり、ラジエータとして作用するのは誘電材料ではなく導電性要素である。ＤＬＡは概して明確な狭帯域周波数応答を有する。
【０００９】
ｂ）誘電共振器アンテナ（ＤＲＡ）：誘電材料（概して固体であるが、液体、場合によっては気体であってもよい）が導電性接地層の上部に提供され、かつエネルギーがプローブフィード、アパーチャフィードまたはダイレクトフィード（例えば、マイクロストリップフィードライン）によって供給されるアンテナ。１９８３年のＤＲＡに関する最初の系統立てた研究以来［ＬＯＮＧ，Ｓ．Ａ．，ＭｃＡＬＬＩＳＴＥＲ，Ｍ．Ｗ．，ａｎｄ  ＳＨＥＮ，Ｌ．Ｃ．：「Ｔｈｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃａｖｉｔｙ  Ａｎｔｅｎｎａ」，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，ＡＰ−３１，１９８３，ｐｐ４０６−４１２］、この高い放射効率、最も一般的に使用されている送信ラインへの良好な整合、および物理的サイズの小ささゆえに放射パターンにおける関心が大きくなっている［ＭＯＮＧＩＡ，Ｒ．Ｋ．ａｎｄ  ＢＨＡＲＴＩＡ，Ｐ．：「Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａｓ−Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ａｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ」，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４，４，（３），ｐｐ２３０−２４７］。いくつかの最近の開発の概要は、ＰＥＴＯＳＡ，Ａ．，ＩＴＴＩＰＩＢＯＯＮ，Ａ．，ＡＮＴＡＲ，Ｙ．Ｍ．Ｍ．，ＲＯＳＣＯＥ，Ｄ．，ａｎｄ  ＣＵＨＡＣＩ，Ｍ．：「Ｒｅｃｅｎｔ  ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，ＩＥＥＥ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，１９９８，４０，（３），ｐｐ３５−４８に見ることができる。ＤＲＡは、ＤＬＡよりも広い帯域幅を有する傾向にあるが、深い明確な共振周波数によって特徴付けられる。誘電共振器材料と導電性接地層との間にエアギャップを提供することによって周波数応答をいくらか拡張することが可能である。ＤＲＡにおいて、一次ラジエータとして作用するのは誘電材料であり、これは、フィードによって誘電体に生成されたかなりの変位電流によるものである。
【００１０】
ｃ）ブロードバンド誘電アンテナ（ＢＤＡ）：ＤＲＡに類似しているが、導電性接地層をほとんどまたは全く有さない。ＢＤＡはＤＲＡほど明確ではない周波数応答を有するため、広範な周波数にわたって動作するためブロードバンド用途に対して優れている。ＢＤＡにおいて、放射は誘電材料から、（導電性接地層を有さないエリアにおいてプリントアンテナになる）誘電ロード給電機構から、および導電性接地層の最も近い縁から生じる可能性がある。アンテナが誘電ロードプリントモノポールよりも複雑ではない場合もあるが、帯域幅は、個別のＢＤＡ用語を作成した従来のＤＬＡのものよりもかなり大きい。一般的に、ＢＤＡの誘電材料は広範囲の形状を採ることができ、これらはＤＲＡの場合ほど制限されていない。事実、任意の誘電形状が、ＢＤＡにおいて放射するために作られてもよく、これは、そのケーシングに準拠するアンテナの設計を試みる場合には有用でありえる。
【００１１】
ｄ）誘電励起アンテナ（ＤＥＡ）：ＤＲＡ、ＢＤＡまたはＤＬＡが導電性ラジエータを励起するために使用される本出願人によって開発された新たなタイプのアンテナ。ＤＲＡ、ＢＤＡまたはＤＬＡはある帯域ではアンテナとして作用可能であり、導電性ラジエータは異なる帯域で動作可能であるため、ＤＥＡは多帯域動作に適している。一次ラジエータが（銅ダイポールやパッチなどの）導電性コンポーネントである点でＤＥＡはＤＬＡに類似しているが、ＤＬＡとは異なり、給電機構には直接接続されない。ＤＥＡは、それ自体の給電機構を有する近くのＤＲＡ、ＢＤＡまたはＤＬＡによって励起される寄生導電アンテナである。２００３年６月１６日のＵＫ特許出願第０３１３８９０．６号に概説されるように、この配列の利点がある。
【００１２】
疑問を排除するため、「導電性アンテナコンポーネント」という表現は、パッチアンテナ、スロットアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、平面逆Ｌアンテナ（ＰＩＬＡ）、平面逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）、あるいはＨＡＤではない他のアンテナコンポーネントなどの従来のアンテナコンポーネントを定義する（しかし場合によっては、ＤＬＡは導電性アンテナコンポーネントとみなされることがあり得る）。
【００１３】
通常の共振アンテナと、ポリロッド（ｐｏｌｙｒｏｄｓ）などの進行波構造とを、また進行波構造と本発明の実施形態とを区別することも重要である。
【００１４】
進行波アンテナに関して、Ｗ  Ｌ  Ｓｔｕｔｚｍａｎ  ＆  Ｇ  Ａ  Ｔｈｉｅｌｅ，「Ａｎｔｅｎｎａ  ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ｄｅｓｉｇｎ」，Ｊｏｈｅｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  ｓｏｎｓ，ｉｎｃ．，１９９８は、「これまで論じてきたワイヤアンテナは共振構造であった。ワイヤのフィードポイントから端部まで進行する波は反射されて、定在波タイプの電流分布をセットアップする。［これを説明するために等式が与えられる。］反射波がアンテナに強力に存在しなければ、これは進行波アンテナと称される。進行波アンテナは、進行波のガイド構造として作用するのに対して、共振アンテナは定在波をサポートする」と記している。Ｗ  Ｌ  Ｓｔｕｔｚｍａｎ  ＆  Ｇ  Ａ  Ｔｈｉｅｌｅ，「Ａｎｔｅｎｎａ  ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ｄｅｓｉｇｎ」，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，ｉｎｃ．，１９９８。
【００１５】
ポリロッドに関して、Ｊ．Ｄ．Ｋｒａｕｓ  ＆  Ｒ．Ｊ．Ｍａｒｈｅｆｋａ，「Ａｎｔｅｎｎａｓ  ｆｏｒ  ａｌｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，２００２，ｐｐ６２９−６３０は、「誘電ロッドやワイヤは電磁波のガイドとして作用可能である。しかしながら、かなりの電力がロッドの壁から逃げて放射される場合があるためガイド作用は不完全である。誘電ロッドは通常ポリスチレンからなるため、この放射傾向はいわゆるポリロッドアンテナに利点をもたらすようになる」と記している。本書はまた、ポリロッドがエンドファイヤアンテナとして作用し、またレンズアンテナの変形または基本形態とみなされる場合があると指摘したＧ．Ｗｉｌｋｅｓの「Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｌｅｎｓ」，Ｐｒｏｃ．ＩＲＥ，２０６−２１２，１９４８を参照している。Ｊ  Ｄ  Ｋｒａｕｓは自身の基本書（ｃｌａｓｓｉｃ  ｂｏｏｋ）「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ」，Ｆｏｕｒｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９９２，ｐｐ７７１−７７２に同じことを指摘している。通常のポリロッドアンテナは、ＧＢ  ５７５，５３４に開示されている。
【００１６】
「Ｔｈｅ  ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ａｎｔｅｎｎａ  ｄｅｓｉｇｎ」，Ｅｄ．Ａ．Ｗ．Ｒｕｄｇｅ，Ｋ．Ｍｉｌｎｅ，Ａ．Ｄ．Ｏｌｖｅｒ  ＆  Ｐ．Ｋｎｉｇｈｔ，ｖｏｌｕｍｅｓ  １  ａｎｄ  ２，ＩＥＥ  ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｗａｖｅ  ｓｅｒｉｅｓ、Ｐｅｔｅｒ  Ｐｅｒｅｇｒｉｎｕｓ，１９９６，ｐｐ５３は進行波ソースからの放射について論じている。これは、「多くの場合、波は一方向にのみ進行している・・・このタイプのアンテナの例は長ワイヤ、ひし形誘電ロッドである・・・」と指摘している。従って、ポリロッドが進行波アンテナであることは明らかである。
【００１７】
純誘電アンテナは進行波アンテナつまりポリロッドではない。無限に長く形成された任意のアンテナは自己共振を停止して、漏洩波タイプの進行波アンテナになる。これは、波がアンテナから発射され（ｓｅｔ  ｏｆｆ）、端部から反射しないからである（アンテナは無限に長いため）。これは、他のタイプのものと同様に純誘電アンテナにもあてはまる。しかしながら、本発明によって具現化される通常の純誘電アンテナ、つまりかなりのアスペクト比を有するものは、自己共振機構を有し、通常の導電性金属アンテナと同様に放射する。一例として、図５は純誘電ダイポールに存在するＥフィールドを示し、これは（端部に向かって確実に減少するフィールドを有する）進行波構造としてではなくダイポーラモードで動作することが分かる。
【発明の開示】
【００１８】
現在、本発明の実施形態が実現可能な５つの異なる方法がある。
【００１９】
１）純誘電ダイポールおよび他のバランスアンテナ。これらは接地層や基板を必要とせず、「空間に浮かんで（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｉｎ  ｓｐａｃｅ）」動作する。
【００２０】
２）導電性接地層に対して駆動される純誘電モノポール。
【００２１】
３）導電性接地層によって部分的にカバーされる基板にある純誘電要素。ここで放射機構はより複雑であると思われ、接地層はアンテナの性能の重要な役割を果たし、放射機構の一部である。それでも、駆動された要素は純誘電デバイスのままである。
【００２２】
４）（概して低インピーダンスフィードエンドの）アンテナの一部が純誘電ラジエータであり、（概して高インピーダンスオープンエンドの）一部が導電性アンテナコンポーネントであるハイブリッドデバイス。
【００２３】
５）アンテナの一部が上記純誘電デバイスのいずれかであり、第２の寄生デバイスが同一または異なる周波数帯域で放射するために使用されるハイブリッドデバイスである。寄生要素は導電性アンテナコンポーネントかあるタイプの誘電アンテナのいずれかであってもよい。
【００２４】
１９３９年に発行されたＲｉｃｈｔｍｙｅｒによる著作物は、誘電材料からなる適切に成形されたオブジェクトは高周波数振動の電気共振器として機能することが可能であることを示している。Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒは、このようなデバイスは、誘電媒体および周囲媒体（空気）間の界面の境界条件に基づいて放射しなければならないという証明を提示した。共振器内の振動フィールドが進行波、ひいては放射エネルギーを作成しなければならないと早期に示唆している［ＨＡＮＳＥＮ  Ｗ．Ｗ．ａｎｄ  ＢＥＲＫＥＲＬＹ  Ｊ．Ｇ．，Ｐｒｏｃ．Ｉ．Ｒ．Ｅ．，２４，ｐ１５９４，１９３６］。Ｒｙｃｈｔｍｙｅｒは例として、誘電球形および円形誘電リング共振器のいくつかの共振モードを付与している。この著作物に基づいて、誘電共振器アンテナ（ＤＲＡ）は上記のように１９８０年代に開発された。
【００２５】
本出願は、Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒの著作物の異なる解釈を提示している。本出願人は驚くべきことに、別の形態の共振器が適切な細長い誘電材料で生じる可能性があることを発見した。１対の長くかつ薄い誘電片がダイポールと類似の方法で共振可能であることが発見された。これは、アンテナ、誘電共振器またはＤＲＡに関する基本書を含む本出願人に既知のいずれの著作物にも記載されていない。Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒによって記されたＤＲＡ共振モードのように、これらのダイポールモード共振誘電体はまた放射を強制されたり、誘電空気界面に適用されるようなＭａｘｗｅｌｌの方程式を覆したりする。本出願人は、この新たな技術に対する純誘電アンテナ（ＰＤＡ）という新しい用語を提案している。
【００２６】
これらの純誘電ダイポールのコンピュータシミュレーションにおいて、ランプギャップソース（または他のギャップフィードデバイス）は純誘電アンテナの２つのアーム間のギャップに配置可能であるため、導電性コンポーネントは全く必要ない。一部のコンピュータシミュレーションにおいて、ランプギャップソースは導電性要素と同じ電気特性を有さないが、一般的にソースは電気的にかなり小さいため、対象周波数では放射しない。実際、導電性フィードコンポーネントは、実験室でアンテナをテストする必要がある。しかしながら、純誘電シミュレーションと、導電性フィードネットワークを伴う実験室測定との一致は良好であり、本出願人は、この技術が真であり、シミュレーションや測定結果は不適切ではないことを確信した。
【００２７】
ＰＤＡについての多数の重要な利点が発見された。
【００２８】
ｉ）これらは本質的に非常に広い帯域幅を有する。
【００２９】
ｉｉ）これらは、従来のアンテナよりもデチューニング（ｄｅｔｕｎｉｎｇ）に対して抵抗性がある。
【００３０】
ｉｉｉ）事実上損失機構がないため、これらは極めて高い放射効率を有する。
【００３１】
ｉｖ）これらは全くまたはほとんど整合コンポーネントを必要としない（最大２つ）
【００３２】
欠点は、これらは、同一周波数で動作する純導電性アンテナよりも物理的に長いことである。
【００３３】
本発明の第１の態様に従って、長手方向軸を有する細長い誘電放射要素と、該誘電放射要素において変位電流を生成するための給電機構とを備えるアンテナデバイスが提供され、該放射要素は、該長手方向軸に平行な変位電流共振モードをサポートするが、該長手方向軸を横断する変位電流共振モードは阻害するように構成されている。
【００３４】
変位電流共振モードは、進行波タイプの電流分布ではなく定在波タイプの変位電流分布の生成を必要としていることが明らかである。従って、ポリロッド、誘電波ガイドおよび他の進行波アンテナ構造が具体的に本発明の範囲から除外される。
【００３５】
一部の実施形態では、該誘電放射要素は導電性接地基板を具備してもよく、この導電性接地基板は、該誘電放射要素の該長手方向軸に実質的に直交する平面を有してもよい。
【００３６】
本発明の実施形態はさらに、本発明の第１の態様の少なくとも１対のアンテナを備えるダイポールや他のバランスアンテナデバイスを提供してもよく、各対は端部間で（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ）配列されている。
【００３７】
該誘電放射要素は、導電性接地層によって部分的にカバーされている誘電基板を具備してもよい。
【００３８】
該アンテナデバイスはさらに、該誘電放射要素に取り付けられた導電性放射要素を備えてもよい。
【００３９】
該給電機構は、該誘電放射要素を励起する第２のアンテナであってもよい。
【００４０】
代替的または付加的に、該誘電放射要素によって寄生的に駆動され、かつ同一または異なる周波数帯域で放射する第２の放射要素が提供されてもよい。該寄生要素は、あるタイプの誘電アンテナの導電性アンテナコンポーネントおよび／またはＨＤＡのいずれかであってもよい。
【００４１】
さらにまた、本発明の実施形態は、（概して低インピーダンスフィードエンドの）該アンテナの第１の部分が純誘電ラジエータであり、（概して高インピーダンスオープンエンドの）該アンテナの第２の部分が導電性ラジエータであるハイブリッドアンテナデバイスを提供してもよい。
【００４２】
誘電材料（しばしばセラミック）を金属化するための現在の方法は、通常、いくつかの形態の導電性ペイントを伴う。このようなペイントは通常、ガラス粒子および溶媒と組み合わせられる。セラミックについて、該組み合わせはおよそ９００℃でオーブンで加熱され、このプロセス中に該ガラス材料は該セラミックに対して分離し、これに注がれるのに対して、該導電性材料（しばしば銀）は該表面に対して拡散する。冷却後、該セラミックは、これに高結合された導電性表面を有する。誘電材料に電気的接続するための他の方法は、導電性材料の機械的取り付けと、接着剤による導電性材料の接着とを含む。
【００４３】
本発明の実施形態は、インターカレーションによって導体を誘電体に取り付けるための新たな方法を用いてもよい。インターカレーションは、２つのホストイオンや分子（または基）間のゲストイオンや分子（または基）の含有について化学で使用される用語である。該ホスト材料は通常、何らかの形態の格子や他の周期ネットワークを有する。導電性イオンや分子（または基）が該ホスト構造に挿入される場合、該ホスト誘電体はその時点で導電性になり、電気接続がなされてもよい。この新たな技術は任意の材料に適用可能であるが、特に純誘電アンテナについて可能な限り純粋な誘電材料を維持することを意図する場合を特に対象としている。
【００４４】
本明細書の説明および請求項を通して、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」と、これらの用語の変形、例えば「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」は「含むが制限されない」ということを意味し、他の部分、添加剤、コンポーネント、整数あるいはステップを排除する意図はない（また排除しない）。
【００４５】
本明細書の説明および請求項を通じて、文脈で特に必要としない限り単数形は複数形を包含している。特に、不定冠詞が使用される場合、本明細書は、文脈で特に必要としない限り複数形ならびに単数形を想定しているものと理解されるべきである。
【００４６】
本発明の具体的な態様、実施形態または実施例と関連して説明された特徴、整数、特性、化合物、化学的成分（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｏｉｅｔｉｅｓ）や基は、矛盾しない限り、ここに説明された他の態様、実施形態または実施例に適用可能であると理解されるべきである。
【００４７】
本発明の良好な理解と、実施される様子を示すために、例証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】
【００４８】
１）純誘電ダイポールおよび他のバランスアンテナ
次に、一例として本発明の実施形態の第１の変形の純誘電ダイポールアンテナを使用して基本技術の説明をする。
【００４９】
図１は、フリースペースにおけるシミュレーションセラミックダイポール１を示し、このダイポールは１対の同一線形放射アーム２を有する。
【００５０】
図２は、マイクロストリップバラン４を具備するＤｕｒｏｉｄ（登録商標）基板３（εr≒２．２）上にラインに沿って搭載された１対の楕円形誘電セラミック要素２を備えるダイポール１の形態の、図１に示された概念の実践を示している。
【００５１】
図３は、図１および２の実施形態の整合リターン損失−算出（実線）および測定（破線）をそれぞれ示しているのに対して、図４は不整合リターン損失プロットを示している。
【００５２】
このアンテナについて、寸法の増大は、正確に反比例する共振周波数の低下をもたらすことが発見されている。従って、誘電定数（εr）が１３５、かつ１×１×２０ｍｍの寸法のアーム２を有するアンテナは４３２０ＭＨｚで共振するのに対して、５×５×１００ｍｍの寸法のものは９００ＭＨｚで共振することが分かり、これはほぼ正比例している。この挙動は、ダイポールや、周波数および寸法が反比例してスケーリングすべき任意の放射デバイスとは矛盾しない。
【００５３】
一定の長さでアンテナの断面が増加することは容積の増加をもたらすが、共振周波数は大きく低下しない。例えば、εr＝１３５であり、かつ１×１×２０ｍｍの寸法のアーム２を具備するアンテナは４３２０ＭＨｚで共振するのに対して、５×５×２０ｍｍの寸法のものは２７５０ＭＨｚで共振することが分かっている。容積は２５倍増加するが、周波数は４３２０ＭＨｚの約６４％に低下するだけである。これは、共振周波数が（一般的に検証されるアスペクト比の範囲にわたって）容積に線形依存し、かつかなり一致しているＤＲＡとは完全に矛盾する。これはＰＤＡとＤＲＡの重要な違いである。
【００５４】
εrの増加は、誘電定数の平方根に正確ではないがほぼ正比例する共振周波数の低下をもたらす。従って、２×２×２０ｍｍの寸法のアーム２と４０のεrとを具備するアンテナは４３２０ＭＨｚで共振する場合があり、一方で２００のεrの同一寸法のアンテナは２０９０ＭＨｚで共振することが分かっている。
【００５５】
帯域幅は、検証された範囲にわたってεrの強関数（ｓｔｒｏｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）であるとは思われない。しかしながら、帯域幅は固定長に対してアーム２の断面にほぼ線形に増加する。例えば、１×１×４０ｍｍの寸法のアーム２を具備するアンテナは１５．３％の帯域幅を有するが、５×５×４０ｍｍの寸法のアーム２を具備するアンテナは３９％の帯域幅を有する。帯域幅はεrの関数であるが強関数ではない。例えば、４×４×２０の寸法のアーム２と３７のεrとを具備するアンテナは３８．５％の帯域幅を有するが、εrが２００に増加される場合には、帯域幅はわずか２４．４％に低下し、０．６３の係数である。これは既知のＤＲＡ共振モードよりもかなり低く、［ＭＯＮＧＩＡ，Ｒ．Ｋ．  ａｎｄ  ＢＨＡＲＴＩＡ，Ｐ．：「Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａｓ−Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ａｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ」，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４，４，（３），ｐｐ２３０−２４７］を参照のこと。εrに対する帯域幅のこの弱い依存性は、ＰＤＡとＤＲＡのもう１つの重要な違いである。
【００５６】
ＰＤＡの共振構造が検証される場合、フィールドが誘電体内部ならびに表面上に存在可能であることを除いて、アンテナは導電性ダイポールと同様に動作することが明らかである。これは、キャビティ状共振モードを有するＤＲＡとは異なり、長手方向共振モードを生じる。これは、本発明のＰＤＡが従来技術のＤＲＡとは基本的に異なるという本出願人の主張をサポートする。
【００５７】
図５は、図２の実施形態について測定されたＥフィールドを示し、これから、ダイポールは進行波モードよりもダイポールモードで動作する（この場合、Ｅフィールドはダイポールの端部に向かって確実に縮小する）ことが分かる。
【００５８】
図６は、アーム２が、より広いベースが対向する円錐形または截頭円錐形に形成される点を除いて、図１に類似の実施形態を示している。双円錐ＰＤＡのこのシミュレーションモデル（εr＝９３）において、アーム２は各々、４ｍｍの開始半径と、２ｍｍの端半径とを有する（つまり、２：１の半径比）。
【００５９】
図７は、図６の実施形態（実線）と、ダイポールが一定半径を有するが同一容積は有さない代替実施形態（破線）の整合リターン損失のプロットを示している。
【００６０】
コンピュータシミュレーションにおいて、図６の双円錐ＰＤＡの帯域幅の改良は、一定の半径のダイポールよりも９．６％大きかった（図７参照）。これはまた、共振の中心周波数のわずかな増加を有する。
【００６１】
２）純誘電モノポールおよび他のアンバランスアンテナ。
図８は、概して有効無限接地層６に直交して搭載されるモノポール誘電セラミック要素５を示している。
【００６２】
本出願人によって研究された具体例において、モノポール要素５は、有効無限接地層上に４×４×４０ｍｍの寸法である。
【００６３】
モノポールＰＤＡは、ほぼ同一周波数でのバランス対よりもかなり広い帯域幅を示している。例えば、１８００ＭＨｚの中心周波数およびほぼ４４０ＭＨｚの整合帯域幅を有するＰＤＡダイポールの一方のアームは、所与の正確な整合であるとすると、およそ２１００ＭＨｚの周波数と１３００ＭＨｚより大きな帯域幅のモノポールとして使用可能である。
【００６４】
図９は、図８の実施形態の不整合リターン損失（実線）および整合リターン損失（破線）のプロットを示している。
【００６５】
３）導電性接地層で部分的にカバーされた基板に配置された純誘電要素。
【００６６】
図１０は、マイクロストリップバラン８によって供給される第１および第２の純誘電アーム７を有する第１のアンテナ６と、マイクロストリップバラン８’によって供給される第１および第２の純誘電アーム７’を有する第２のアンテナ６’とを備える実施形態を示している。本実施形態において、アーム７は相互平行構成で配列され、バラン８’に対するアーム７’のように、バラン８のいずれかの側に対して一方のアームがある。アーム７および７’が配置される領域１１以外の上部基板に導電性接地層１０が形成されている誘電基板９にアンテナ６および６’は搭載される。接地層１０は、マイクロストリップフィード８および８’の下方、かつそれぞれのアーム７および７’の間には延びない。
【００６７】
図１０の実施形態は、ラップトップコンピュータで使用するためにブロードバンドまたはマルチバンドＷＬＡＮアンテナとして設計され、アンテナ６は一方の帯域で動作し、アンテナ６’は、（ブロードバンドの）異なる隣接する帯域または（マルチバンドの）非重複帯域で動作する。
【００６８】
図１２は、図１０の実施形態のアンテナ６および６’のリターン損失をそれぞれ示し、またマルチバンド動作が達成可能である様子を示している。
【００６９】
図１１は、要素１２が配置される領域以外の上部表面に導電性接地層１０が形成されている誘電基板９に純誘電モノポール放射要素１２が搭載されているさらなる実施形態を示している。本実施形態はブロードバンドＧＳＭ無線用途向けに設計されている。接地層１０の幅は、ブロードバンドからデュアルバンド共振に、またこの反対に移動するために変更可能である。
【００７０】
図１３は、図１１の実施形態のリターン損失を示している。
【００７１】
４）（概して低インピーダンスフィードエンドの）アンテナの一部が純誘電ラジエータであり、（概して高インピーダンスオープンエンドの）一部が導電性アンテナコンポーネントであるハイブリッドデバイス。
【００７２】
図１４は、図１、２または６の実施形態の変形を概略的に示し、（ここでは１３と示されている）誘電アームには、フィード（図示せず）を具備していないアーム１３の端部において導電性延長部１４（例えば銅ワイヤなど）を具備している。望ましくは、誘電アーム１３を備えるダイポールが、高周波数帯域において広帯域幅で共振するように構成され、かつ導電性延長部１４が低帯域で（概して狭帯域幅で）放射するように追加されることである。導電性延長部１４は直線であってもよく、または図示されているような蛇行性構成を有してもよい。純誘電要素１３はが、導電性アーム１４を具備する従来の導電性ダイポールの延長部となるように順番は逆であってもよい。
【００７３】
５）アンテナの一部が上記純誘電デバイスのいずれかであり、第２の寄生デバイスが同一または異なる周波数帯域で放射するために使用されるハイブリッドデバイス。
【００７４】
図１５は、１対の誘電放射アーム２を有する（図１に類似の）純誘電ダイポール１を示している。ダイポール１と平行かつこれに近接して配置された純誘電セラミック寄生要素１５がさらに提供される。
【００７５】
図１６は、図１５の実施形態のリターン損失プロットを示し、破線は寄生要素１５が存在する場合のリターン損失を示し、実線は寄生要素１５が除去された場合のリターン損失を示している。寄生要素１５の存在がより広い帯域幅をもたらすことがわかる。
【００７６】
寄生ＰＤＡ１５を使用する代わりに、明らかに十分な結合があるため、導電性寄生アンテナ要素が提供されてもよい。
【００７７】
さらに、導電性ダイポールは同様に寄生ＰＤＡを具備してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】フリースペースにおける本発明の実施形態のセラミックダイポールのシミュレーションモデルを示す概略図である。
【図２】誘電基板に搭載され、かつマイクロストリップバランを具備する図１のダイポールの実際の実施形態を示す図である。
【図３】図１および２の実施形態の不整合リターン損失−算出（実線）および測定（破線）を示すグラフである。
【図４】図１および２の実施形態の整合リターン損失−算出（実線）および測定（破線）のプロットを示すグラフである。
【図５】図１または２に示されたタイプの純誘電ダイポールに存在するＥフィールドを示す図である。
【図６】本発明の実施形態の双円錐純誘電ダイポールのシミュレーションモデルを示す図である。
【図７】図６の実施形態（実線）とダイポールが一定の半径を有するが同一容積は有さない代替実施形態（破線）との整合リターン損失のプロットを示すグラフである。
【図８】有効無限接地層に搭載されたモノポール純誘電アンテナを示す図である。
【図９】図８の実施形態の不整合リターン損失（実線）および整合リターン損失（破線）のプロットを示すグラフである。
【図１０】ＷＬＡＮ用途に適した本発明の実施形態を示す図である。
【図１１】ブロードバンドＧＳＭ無線用途に適した本発明の実施形態を示す図である。
【図１２】図１０の実施形態の第１および第２のポートのリターン損失のプロットを示すグラフである。
【図１３】図１１の実施形態のリターン損失のプロットを示すグラフである。
【図１４】各々が純誘電部分および導電性部分から形成される１対のハイブリッド要素を備えるダイポールを示す図である。
【図１５】ダイポールＰＤＡが寄生つまり二次ＰＤＡを駆動する本発明の実施形態を示す図である。
【図１６】図１５の実施形態のリターン損失のプロットを示し、破線は寄生ＰＤＡが存在する場合のリターン損失を示し、実線は寄生ＰＤＡがない場合のリターン損失を示すグラフである。
【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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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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