(57)【要約】      （修正有）【課題】周波数帯域が広い全方向性ダイポールアンテナを提供する。【解決手段】２つの表面を有する基板と、第１の導電アーム３０２と、基板上に配置された第２の導電アーム３０３と、第１の導電アームの下を通り第２の導電アームに給電するフィーダライン３０６とを備えた広帯域ダイポールタイプアンテナに於いて、フィーダライン３０６が第２の導電アームの下に配置されるライン素子３１１によって延長されており、このライン素子が所定の周波数をフィルタリングするように寸法合わせされている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの表面を有する基板と、第１の導電アーム（３０２）と、前記基板上に配置された第２の導電アーム（３０３）と、前記第１の導電アームの下を通り前記第２の導電アームに給電するフィーダライン（３０６）とを備えた広帯域ダイポールタイプアンテナであって、前記フィーダライン（３０６）が前記第２の導電アームの下に配置されるライン素子（３１１）によって延長されており、該ライン素子が所定の周波数をフィルタリングするように寸法合わせされていることを特徴とする広帯域ダイポールタイプアンテナ。
【請求項２】
λｇを阻止周波数帯域における前記ラインの導波管波長とすると、前記ライン素子（３１１）の長さがλｇ／２の位であ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】
前記第１の導電アームが、前記基板の２つの表面上で互いに向かい合って配置された同一形状の２つの導電素子を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記フィーダラインが、ストリップライン構造を構成する前記２つの導電素子間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第２の導電アームが、前記基板の２つの表面上で互いに向かい合って配置された同一形状の２つの導電素子を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記導電アームが向かい合う２つの導電素子により構成されている場合に、該２つの導電素子が前記基板を通過し導電材料を充填した孔によりカップリングされることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記孔が、前記導電素子の周辺に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記フィーダラインが、前記基板の一方の表面上に形成された単一の導電素子を備えた前記第１の導電アームの下を通るマイクロストリップラインにより実現されており、前記マイクロストリップラインが前記基板の他方の表面上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記第２の導電アームが、前記基板の前記第１の導電アームと同一の表面上に形成された単一の導電素子から形成されることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全方向性放射を伴う広帯域アンテナの改良に関し、より特定的には本出願人による特許文献１に記載されているタイプのアンテナに関する。この種のアンテナは、無線による高速ビットレート通信分野で、より特定的にはＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）タイプの広帯域パルスレジーム伝送で、使用可能な電磁信号の受信及び／又は送信に使用される。この種の通信は、例えば、ＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＢＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｂｏｄｙ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）タイプである。
【背景技術】
【０００２】
パルスレジームでは、情報がパルス列、例えばナノ秒の位の非常に短いパルスで送られる。これにより、非常に広い周波数帯域がもたらされる。
【０００３】
もともとは軍事レーダのアプリケーション用として準備された超広帯域伝送は、徐々に民間の電気通信の領域に導入されている。従って、周波数帯域[３．１；１０．６]ＧＨｚは、現在規格が作成されているＵＷＢ通信アプリケーションの発展が可能となるように、最近、米国のＦＣＣ機構で採用された。
【０００４】
多くのアプリケーションは、放射パターンが回転対称である等方性アンテナを必要とする。これは特に、理論的に特定の固定された位置を有しておらずかつＵＷＢ無線リンクを介してアクセスポイントと通信しなければならない携帯製品を使用するアプリケーションの場合である。ここには、例えば、Ｖｉｄｅｏ  Ｌｙｒａ、モバイルＰＣ等のタイプの製品が含まれる。これは、ある品質（ＱｏＳ）を得るために、提供するのに固定リンクが必要な固定されたポイント・ツー・ポイントのアプリケーションの場合もある。実際、移動中の人間が２つの高指向性アンテナ間のビームを遮断することがあり得るので、送信及び／又は受信のために全方向性（無指向性）アンテナを使用することが好ましい。ここには、例えば、高解像度のテレビジョン受信機と通信するビデオサーバが含まれる。
【０００５】
最も良く知られた全方向性アンテナはダイポールアンテナである。図１に示すように、ダイポールアンテナは、λ／４の長さの互いに反対側に配置されており、発生器１０３から差動的に給電される２つの同一のアーム１０１及び１０２を備えている。このタイプの放射素子は、主にその実施の簡易性のため、特に電磁メカニズムを表現する数式の簡易性のために、電磁気学の初期の頃から徹底的に研究されかつ使用されてきた。非特許文献１には、このタイプの放射素子のメカニズムを説明する数式が記載されている。特に、長距離の放射電界はダイポールアンテナの中央垂直面（図１の平面ｘＯｚ）で最大であり、その理論インピーダンスは約７５Ωである。ダイポールアンテナは、アマチュア無線、ＵＨＦ受信、及びさらに最近ではＷＬＡＮタイプの無線ネットワーク等の種々のアプリケーション用の無線技術にもともとは使用されていた。プリント回路の出現により、このダイポールアンテナの実施はより簡易化され、アンテナは今や回路と一体化されている。
【０００６】
このタイプの放射素子に関する問題点は、帯域幅が狭いこと、及び構造の対称性を通常は乱すその電力供給である。後者は、近傍においては電磁界の非対称化を引き起こし、遠方においては電磁界パターンの劣化を招く。従って、この場合、もはや全方向性ではなくなる。さらに、上述したように、このタイプのアンテナの帯域幅は狭い。
【０００７】
【特許文献１】国際特許出願公開公報第ＷＯ２００５／１２２３３２号
【特許文献２】米国特許第７，０６１，４４２号明細書
【非特許文献１】Ｃｈａｐｔｅｒ  ５、「Ａｎｔｅｎｎａｓ」、Ｊ．Ｄ．Ｋｒａｕｓ、第２版、Ｍａｃ  Ｇｒａｗ  Ｈｉｌｌ、１９８８年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これら問題点を解消するために、特許文献１では、全方向性放射パターンを備えた超広帯域動作可能なアンテナトポロジーを提案している。後により詳細に説明するように、このアンテナは、一方のアームが、他方のアームの下を通りかつストリップライン構造のラインによって、給電されかつ基板上に配置された２つの導電アームを備えている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
しかしながら、規格機関が４．９２ＧＨｚと５．８６ＧＨｚとの間のＷｉＦｉ周波数帯域内のＵＷＢターミナルに対して、極めて低いレベルを要求しているため、フィルタリング構造をこのタイプのアンテナと一体化させる必要がある。通常提案されるフィルタリング構造は、例えば特許文献２に記載されるような、導電アーム内に実現されるライン−スロットで構成される。しかしながら、この構成は、阻止率及び帯域幅が不十分である。
【００１０】
従って本発明は、他のタイプのフィルタリング構造を、形状の要素又は選択された技術を変えることなくかつ参照したアンテナの主たる無線‐電気の利点を保持している特許文献１に記載されたタイプの超広帯域アンテナに一体化させることを提案するものである。
【００１１】
本発明は、２つの表面を有する基板と、第１の導電アームと、基板上に配置された第２の導電アームと、第１の導電アームの下を通り第２の導電アームに給電するフィーダラインとを備えた広帯域ダイポールタイプアンテナに関し、フィーダラインが第２の導電アームの下に配置されるライン素子によって延長されており、このライン素子が所定の周波数をフィルタリングするように寸法合わせされている。
【００１２】
λｇを阻止周波数帯域におけるラインの導波管波長とすると、ライン素子の長さは、一般に、λｇ／２の位である。
【００１３】
この場合、以下にさらに詳細に説明するように、フィーダラインは、第１の導電アームとも、第２の導電アームともカップリングされず、給電は電磁カップリングにより実現される。
【００１４】
１つの実施態様においては、第１の導電アームが、基板の２つの表面上で互いに向かい合って配置された同一形状の２つの導電素子によって形成される。この場合、フィーダラインは、ストリップライン構造を構成する２つの導電素子間に配置されている。
【００１５】
本発明によれば、フィーダラインは、基板の一方の表面上に形成された単一の導電素子を備えた第１の導電アームの下を通るマイクロストリップラインにより実現され、そのマイクロストリップラインは、基板の他方の表面上に形成されている。第２の導電アームは、基板の第１の導電アームと同一の表面上に形成された単一の導電素子から形成されるか、又は基板の２つの表面上で互いに向かい合って配置された同一形状の２つの導電素子から形成される。
【００１６】
本発明の他の実施形態によると、導電アームが向かい合う２つの導電素子により構成されている場合に、２つの導電素子が基板を通過し導電材料を充填した孔によりカップリングされる。この特徴により、フィーダラインによって生成され、基板の表面波の形態のリークを回避することが可能となる。
【００１７】
好ましくは、上述の孔は導電素子の周辺に作られる。この特徴により、互いに向かい合う導電素子の両方が同一の電位を有することが可能となる。
【００１８】
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した種々の実施形態の記載から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２を参照し、本発明に対応する全方向性放射を伴う広帯域アンテナの実施形態を最初に説明する。
【００２０】
図２に示されるように、アンテナ２００は、ダイポールアンテナを構成する２つのアーム２０２及び２０３を含む。これらアーム２０２及び２０３の各々は、２つの円形の導電素子２０４及び２０５又は２０８及び２０９を含んでいる。円形の導電素子は、対として向かい合って基板２０１上に配置されている。例えば、これら導電素子は、基板２０１上に、エッチングにより、載置により、接着により、印刷により形成される。導電素子は、銅等の金属材料で形成される。表面が例えばアルミニウムによってメタライズされた（ディボン（ｄｉｂｂｏｎ）のような）プラスチック材料、又はメタライズされた発泡体を使用することも可能である。
【００２１】
基板２０１は種々の柔軟な又は硬い材料で実現できる。即ち、基板２０１は柔軟な又は硬いプリント回路板又は他の任意の誘電体材料、例えばガラス板、プラスチック板等から構成される。図２の実施形態では、導電素子はメタライズされた孔２０７及び２１０により接続されている。
【００２２】
ダイポールアンテナの給電は、第１のアーム２０２のレベルの第１の接点２１１と、第２のアーム２０３のレベルの第２の接点２１２とによって実現される。第２の接点２１２は、２つの導電素子２０４及び２０５間の第１のアーム２０２の下を通る埋設ライン２０６を用いて発生器に接続されている。実際には、基板は、ストリップライン構造を構成するように互いに連結された２つのプレートから成る。発生器は、通常、ＲＦ回路内にあり、エネルギをアンテナに供給する。従って、ライン２０６はストリップラインである。
【００２３】
本発明は、フィルタリング素子と上述したタイプのアンテナとを一体化することに関する。図３に模式的に示されているように、アンテナは、２つの対向する導電素子を有する第１の導電アーム２０２として実現されるのみならず、マイクロストリップ技術による構造の場合には単一の素子によっても実現され得る第１の導電アーム３０２を備えている。アンテナは、さらに、第１の導電アームと同じ方法で実現される第２の導電アーム３０３を備えている。この導電アームは第１の導電アームの下を通るフィーダライン３０６によって給電される。
【００２４】
図３に模式的に示されるように、フィルタリング素子は、第２の導電アーム３０３の下のライン３０６を延長するライン素子３１１から成る。この場合、フィーダラインは、従来技術のように、導電アームのレベルでは接続されない。このライン素子３１１の長さは、λｇを阻止周波数帯域の導波管内波長とすると、λｇ／２と完全に等しくなるように選択される。実際、標準的な方法では、当業者は、
【数１】
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という関係を満足させる１／４波長を用いて得られるカップリング関数を最適化しようとする。本発明では、非カップリング関数を探すときに、λｇ／２の位となるようにライン−スロット遷移を越えてライン長を決めることにより、この概念を逆に用いる。
【００２５】
得られた結果をシミュレートするために、各々が比誘電率εｒ＝４．４及び高さｈ＝１ｍｍのＦＲ４タイプの基板の２つの表面上で互いに向かい合うようにエッチング処理された直径１９．５ｍｍの２つの円形の導電素子を備えた２つの導電アームを使用することによって、図３に示されるようなアンテナが実現される。これらの導電アームは、距離ｄ＝１ｍｍだけ隔てられている。互いに向かい合う導電素子は、メタライズされた孔により対として接続されている。フィーダラインの幅は０．４ｍｍである。このラインは、第１の導電アームの「内部」で２つの基板の間で実現され、これを第２の導電アームに接続するためのメタライズされたビアホールを備えていない。本発明によれば、このラインは、第２の導電アームの「内部」に延長してフィルタリング素子を形成する。この構造は、電磁ソフトウェアＨＦＳＳ（Ａｎｓｏｆｔ）及びＩＥ３Ｄ（Ｚｅｌａｎｄ）を使用してシミュレートされる。ＩＥ３Ｄソフトウェアを用いたシミュレーションの結果が、図２のアンテナを用いて得られた結果と図３の結果とを比較した図４に示されている。この図４では、フィルタリングは、６ＧＨｚの周波数帯域周辺で現れている。
【００２６】
この現象は以下のように説明できる。ダイポールアンテナはストリップライン−スロットライン遷移を介した電磁カップリングによって励磁されると考えられる。スロットラインは、ストリップラインとの交差点からほぼ円形形状で徐々に広がる。当業者によれば、（クノール（Ｋｎｏｒｒ）のマイクロストリップライン−スロットライン遷移を類推することにより）この遷移に関して、
【数２】
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これら電磁界値は、カップリング領域（交差点）で生じる。従って、ストリップラインを終端するオープン回路は、交差点でオープン回路をもたらし、従って、交差点を越えたストリップラインの延長が導波管１／２波長に等しい周波数で、ゼロＨｍ（非カップリング状態）磁界をもたらす。この状態以外にもカップリングは可能であり、ダイポールアンテナは広周波数帯域で励磁される。
【００２７】
本発明は、以上述べた実施形態に限定されず、当業者はこの実施形態の種々の変更態様が存在することを認識している。従って、導電素子は円形のみでなく、垂直方向又は水平方向の主軸を有する楕円形でもあり得る。上述の例示で記載したようなストリップライン技術のみならず、マイクロストリップ技術も使用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ダイポールアンテナの概念図である。
【図２】特許文献１に記載されている実施形態におけるアンテナの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における上面図である。
【図４】図２のアンテナに対する図３のアンテナの効率を示す曲線を表す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１、１０２  アーム
１０３  発生器
２００  アンテナ
２０１  基板
２０４、２０５、２０８、２０９  導電素子
２０６  埋設ライン
２０７、２１０  メタライズされた孔
２１１  第１の接点
２１２  第２の接点
３０２  第１の導電アーム
３０３  第２の導電アーム
３０６  フィードライン
３１１  ライン素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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