(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の身体内に植え込まれたアンテナから受信された無線周波数信号を、前記患者の身体の外側に位置する別のデバイスにリレーするための、リレーデバイスであって、
前記患者の身体内に植え込まれた前記アンテナから送られた無線周波数信号を検出するための、第１のスロットアンテナと、
無線周波数信号を、前記患者の身体の外側に位置する前記他のデバイスに送信するための、第２のスロットアンテナと、前記第２のスロットアンテナによって送信される前記信号が、前記第１のスロットアンテナによって検出された前記信号内で伝達される情報をリレーするために使用される、
を備え、
前記第１のスロットアンテナおよび前記第２のスロットアンテナが、キャビティの両側に細長いスロットを備え、
前記リレーデバイスが、前記第１のスロットアンテナと前記第２のスロットアンテナとをアクティブ構成と非アクティブ構成との間でスイッチングするための、スイッチング手段を備え、
前記第１のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるとき、前記第１のスロットアンテナは、前記第１のスロットアンテナの第１の周波数帯域内の信号を検出するように動作可能であり、前記第１のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあるとき、前記第１のスロットアンテナは、前記第１のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるときに比べて、前記第１のスロットアンテナの前記第１の周波数帯域内の信号の検出に対して応答性がなく、
前記第２のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるとき、前記第２のスロットアンテナは、前記第２のスロットアンテナの第１の周波数帯域内の信号を送信するように動作可能であり、前記第２のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあるとき、前記第２のスロットアンテナは、前記第２のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるときに比べて、前記第２のスロットアンテナの前記第１の周波数帯域内の信号の送信に効果的ではない、
リレーデバイス。
【請求項２】
前記スイッチング手段が、前記第１のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるとき、前記第２のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあり、前記第１のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあるとき、前記第２のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるように構成される、請求項１に記載のリレーデバイス。
【請求項３】
前記スイッチング手段が、前記第１のスロットアンテナと前記第２のスロットアンテナとを交互にアクティブにするように構成される、請求項２に記載のリレーデバイス。
【請求項４】
前記スイッチング手段が、前記第１のスロットアンテナを短絡させることによって前記第１のスロットアンテナをアクティブ構成から非アクティブ構成にスイッチングするように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のリレーデバイス。
【請求項５】
前記スイッチング手段が、前記第２のスロットアンテナを短絡させることによって前記第２のスロットアンテナをアクティブ構成から非アクティブ構成にスイッチングするように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のリレーデバイス。
【請求項６】
前記スイッチング手段が、前記第１のスロットアンテナの側部をブリッジするスイッチおよび／または前記第２のスロットアンテナの側部をブリッジするスイッチを備える、請求項４または５に記載のリレーデバイス。
【請求項７】
前記スイッチがＲＦ−ＭＥＭＳスイッチを備える、請求項６に記載のリレーデバイス。
【請求項８】
前記第１のスロットアンテナおよび前記第２のスロットアンテナ内の前記スロットが、互いに異なる方向に長さ方向に延びるように配向される、請求項１から７のいずれか一項に記載のリレーデバイス。
【請求項９】
前記第１のスロットアンテナおよび前記第２のスロットアンテナの前記スロットが、互いに垂直に長さ方向に延びる、請求項８に記載のリレーデバイス。
【請求項１０】
前記第１のスロットアンテナと前記第２のスロットアンテナが両方とも、共通給電部によって給電される、請求項１から９のいずれか一項に記載のリレーデバイス。
【請求項１１】
前記共通給電部が、前記キャビティの中を通るストリップラインである、請求項１０に記載のリレーデバイス。
【請求項１２】
前記第１のスロットアンテナおよび前記第２のスロットアンテナ内の前記スロットが、各スロットがその中心から長さ方向に延びるにつれて、拡幅する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のリレーデバイス。
【請求項１３】
前記第１のスロットアンテナおよび前記第２のスロットアンテナ内の前記スロットの幅が、各スロットがその中心から長さ方向に延びるにつれて、一連のステップ状に増大する、請求項１２に記載のリレーデバイス。
【請求項１４】
各ステップのところで、前記それぞれのスロットが、その長さに沿った中点のところの前記スロットの幅に等しい距離だけ拡幅する、請求項１３に記載のリレーデバイス。
【請求項１５】
前記それぞれのスロット内の前記ステップが、各スロットがその中心から長さ方向に延びるにつれて、次第により長くなる、請求項１３または１４に記載のリレーデバイス。
【請求項１６】
患者によって着用可能である、請求項１から１５のいずれか一項に記載のリレーデバイス。
【請求項１７】
前記デバイスを前記患者の皮膚に付着させるための手段を有する、請求項１４に記載のリレーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載される実施形態は、患者の身体内に植え込まれたアンテナから受信された無線周波数信号を、患者の身体の外側に位置する別のデバイスにリレーするための、リレーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートインプラントは、患者に対する外科的処置に使用されていることで、ますます認識されている。典型的には、（例えば、損傷を負った組織または骨を置き換え、または支持するために使用される、整形外科用インプラントであり得る）スマートインプラントは、インプラントを取り囲む環境を検知するためのセンサと、環境について報告するデータを身体の外側に位置する外部受信機にワイヤレスで送信するための送信機とを含む。医療従事者がインプラントの状況および／または患者の身体内のコンディションを監視することができるように、インプラントは、ワイヤレスリンクを用いて、データをある特定の間隔で送り出し、またはリアルタイムのフィードバックを提供することができる。
【０００３】
電磁波は、ヒト組織の中を伝播するときに迅速に減衰するため、インプラントと外部受信機との間のワイヤレスリンクは、確保するのが困難なことがある。身体内でのインプラントの深さに応じて、波が皮膚に到達する時点までに、信号強度が極めて弱くなることがある。この問題に対処するために、患者の身体の外側に着用されるように、またはその付近に携帯されるように設計されており、インプラントから発出する信号を検出して、それらの信号を、患者の身体から外部受信機までの距離にわたってリレーすることのできる、リレーデバイスが開発されてきた。そのような「オンボディ（on-body）リレーデバイス」は、インプラントと外部受信機との間で信号をリレーするための、１つまたは複数のアンテナを備えてよい。
【発明の概要】
【０００４】
スマートインプラントから患者の身体の外側に位置する外部受信機に信号をリレーするためのオンボディリレーデバイスを改善することが、引き続き必要とされている。
【０００５】
ここで、本発明の実施形態について、例として添付の図面を参照して記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】リレーデバイスの実施形態がどのように実装され得るかについての例を示す図。
【図２】Ａは、一実施形態によるリレーデバイスの概略図、Ｂは、別の実施形態によるリレーデバイスの概略図。
【図３】一実施形態によるリレーデバイスにおいて、第２のスロットアンテナが非アクティブにされているときに、第１のスロットアンテナの周波数応答がどのように変動するか、またその逆について示す図。
【図４】一実施形態によるリレーデバイスの、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナについて生成された放射パターンの２Ｄ表現を示す図。
【図５】別の実施形態によるリレーデバイスの概略図。
【図６】図５のリレーデバイスにおいて、第２のスロットアンテナが非アクティブにされているときに、第１のスロットアンテナの周波数応答がどのように変動するかについて示す図。
【図７】図５の第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナについて生成された放射パターンの２Ｄ表現を示す図。
【図８】一実施形態によるリレーデバイスにおいて、スロットアンテナをアクティブ構成と非アクティブ構成との間でスイッチングするために使用されるスイッチの概略図。
【図９】別の実施形態によるリレーデバイスの概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
第１の実施形態によれば、患者の身体内に植え込まれたアンテナから受信された無線周波数信号を、患者の身体の外側に位置する別のデバイスにリレーするための、リレーデバイスであって、
患者の身体内に植え込まれたアンテナから送られた無線周波数信号を検出するための、第１のスロットアンテナと、
無線周波数信号を、患者の身体の外側に位置する前記他のデバイスに送信するための、第２のスロットアンテナと、第２のスロットアンテナによって送信される信号が、第１のスロットアンテナによって検出された信号内で伝達される情報をリレーするために使用される、
を備え、
第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナが、キャビティの両側に細長いスロットを備え、
リレーデバイスが、第１のスロットアンテナと第２のスロットアンテナとをアクティブ構成と非アクティブ構成との間でスイッチングするための、スイッチング手段を備え、
第１のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるとき、第１のスロットアンテナは、第１のスロットアンテナの第１の周波数帯域内の信号を検出するように動作可能であり、第１のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあるとき、第１のスロットアンテナは、第１のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるときに比べて、第１のスロットアンテナの第１の周波数帯域内の信号の検出に対して応答性がなく、
第２のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるとき、第２のスロットアンテナは、第２のスロットアンテナの第１の周波数帯域内の信号を送信するように動作可能であり、第２のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあるとき、第２のスロットアンテナは、第２のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるときに比べて、第２のスロットアンテナの第１の周波数帯域内の信号の送信に効果的ではない、
リレーデバイスが提供される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、スイッチング手段が、第１のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるとき、第２のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあり、第１のスロットアンテナがその非アクティブ構成にあるとき、第２のスロットアンテナがそのアクティブ構成にあるように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、スイッチング手段が、第１のスロットアンテナと第２のスロットアンテナとを交互にアクティブにするように構成される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、スイッチング手段が、第１のスロットアンテナを短絡させることによって第１のスロットアンテナをアクティブ構成から非アクティブ構成にスイッチングするように構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、スイッチング手段が、第２のスロットアンテナを短絡させることによって第２のスロットアンテナをアクティブ構成から非アクティブ構成にスイッチングするように構成される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、スイッチング手段が、第１のスロットアンテナの側部をブリッジするスイッチおよび／または第２のスロットアンテナの側部をブリッジするスイッチを備える。スイッチは、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチを備えてよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナ内のスロットが、互いに異なる方向に長さ方向に延びるように配向される。いくつかの実施形態では、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナのスロットが、互いに垂直に長さ方向に延びる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、第１のスロットアンテナと第２のスロットアンテナが両方とも、共通給電部によって給電される。共通給電部は、キャビティの中を通るストリップラインでよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナ内のスロットが、各スロットがその中心から長さ方向に延びるにつれて、拡幅する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナ内のスロットの幅が、各スロットがその中心から長さ方向に延びるにつれて、一連のステップ状に増大する。いくつかの実施形態では、各ステップのところで、それぞれのスロットが、その長さに沿った中点のところのスロットの幅に等しい距離だけ拡幅する。いくつかの実施形態では、それぞれのスロット内のステップが、各スロットがその中心から長さ方向に延びるにつれて、次第により長くなる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、リレーデバイスが、患者によって着用可能である。いくつかの実施形態では、リレーデバイスが、デバイスを患者の皮膚に付着させるための手段を有する。
【００１８】
本明細書に記載される実施形態では、リレーデバイスは、皮膚と対面してインプラントから信号を受信するのに適しているだけでなく、収集されたデータを遠隔受信機デバイスに効率的にリレーすることができるように、その放射パターンをスイッチングすることも可能である。
【００１９】
図１は、リレーデバイスの実施形態がどのように実装され得るかについての２つの例を示す。図１Ａは、患者が患者の股関節内に整形外科用インプラント１０１を有している例を示す。股関節インプラント１０１は、インプラントおよび周囲の組織の状況を監視するように構成されている。インプラントは、インプラントから身体の外側に位置する受信デバイスにワイヤレス信号を送信するために使用される、アンテナ１０３を含む（受信デバイスは、図１にそれ自体が示されていない）。ワイヤレス信号は、インプラントの状況および／または周囲の組織のコンディションについての情報を符号化している。医師または外科医が、インプラントおよび／または周囲の組織の状態を決定するために、インプラントから受信された信号を使用し得る。
【００２０】
インプラントからのワイヤレス信号は、身体の表面への途中で患者の組織の中を移動しなければならないので、それらの信号の強度は、それらが表面に到達する時点までに損なわれることがある。信号内に符号化された情報が確実に失われないようにするために、患者にはリレーデバイス１０５が備えられ、リレーデバイス１０５は、図１ａに示される実施形態では、患者の身体上の、インプラントが位置付けられている近くに着用される。リレーデバイス１０５は、患者の身体内のインプラントから発出するワイヤレス信号１０７を検出するように、またワイヤレス信号内に符号化された情報を外部受信デバイスにリレーするように、構成される。図から理解され得るように、図１Ａでは、リレーデバイスは、リレー信号１０９を身体から遠くに、インプラントから送られているワイヤレス信号１０７が受信されるのとは反対方向に、送信する働きをする。
【００２１】
図１Ｂは類似の例を示し、この場合、患者はペースメーカ１１１を有しており、ペースメーカ１１１には、ペースメーカから身体の外側に位置する受信デバイスにワイヤレス信号を送信するためのアンテナが装備されている。この例では、患者には、図１Ａに示されるものに類似のリレーデバイス１１３が備えられ、リレーデバイス１１３は、患者の胸部上に着用される。リレーデバイス１１３は、ペースメーカから送られた信号１１５を受信して信号１１７を送信し、ペースメーカから外部の受信機に情報をリレーする。
【００２２】
図２Ａは、一実施形態によるリレーデバイスのより詳細な図を示す。図２Ａに示されるように、リレーデバイス２０１は、本実施形態では正方形である下表面２０５と上表面２０７とを有する、浅い立方体状キャビティ２０３を備える。下表面２０５は、細長いスロット２０９を有する第１のスロットアンテナを備える。キャビティを挟んで第１のスロットアンテナとは反対側に位置付けられている上表面２０７は、やはり細長いスロット２１１を有する第２のスロットアンテナを備える。実際に、これらのスロットアンテナの各々は、２つのスロットアンテナが同じキャビティを共有した、キャビティバック（cavity backed）スロットアンテナを備える。
【００２３】
第１のスロットアンテナ内のスロット２０９および第２のスロットアンテナ内のスロット２１１は、互いに異なる配向を有し、すなわちスロットは、互いに異なる方向に長さ方向に延びる。図２Ａに示される実施形態では、スロットは、互いに垂直に配向される。しかし、これは例示的なものにすぎず、スロットが互いに９０°で配向されることは不可欠ではないことが理解されよう。スロットの異なる配向は、第１のスロットアンテナによって検出される空間的放射パターンが、第２のスロットアンテナから送信される空間的放射パターンとは異なっており、リレーデバイスに到着する信号とリレーデバイスを去る信号との間のクロストークを回避する助けとなることを意味する。
【００２４】
ストリップライン２１３は、第１のスロットアンテナと第２のスロットアンテナとに給電するために使用される。したがって、２つのアンテナは、共通給電点によって給電される。この実施形態では、ストリップライン２１３は、第１の部分と第２の部分とを有し、これらは互いに接触しており、互いに直角を成して異なる方向に延び、第１の部分は、第１のスロットに平行に延びて、第２のスロットに直交し、第２の部分は、第２のスロットに平行に延びて、第２のスロットに直交する。
【００２５】
ストリップライン２１３は、キャビティの中を通る、すなわち、ストリップラインは、キャビティの上面と下面との間で画定される容積の中を通ることが理解されよう。いくつかの実施形態では、キャビティの容積が誘電材料で充填され、それにより、ストリップラインが誘電材料によって取り囲まれてよい。
【００２６】
第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナのスロットには各々、それぞれのスロットアンテナを短絡させるために使用されてよいスイッチ２１５、２１７が備えられる。この実施形態では、スイッチ２１５、２１７は、スロットの長さの中心のところに、またはその付近に位置付けられる。スイッチは、アンテナをショートさせることによって、アンテナをアクティブ構成から非アクティブ構成に効果的にスイッチングする。アクティブ構成および非アクティブ構成とは、それぞれ、アンテナが予め決定された周波数帯域内の無線周波を検出／送信できる能力のことを指す。例えば、第１のスロットアンテナをショートさせることによって、第１のスロットアンテナは、患者の身体内のインプラントから送信された特定の無線周波数帯域を検出することができないようにされる。第２のスロットアンテナをショートさせることによって、第２のスロットアンテナは、特定の周波数帯域を用いて外のデバイスに信号をリレーすることができないようにされる。
【００２７】
図２Ｂは、別の実施形態によるリレーデバイスの平面図を示す。便宜上、図２Ａに示されるものと同じ機能を有する部分は、同じ参照番号を有する。この実施形態では、第１のスロット２０９は、第２のスロット２１１よりも長く、第２のスロットよりも狭い。したがって、２つのスロットの寸法は、本明細書で論じられる実施形態では、同一である必要はないことが理解されよう。
【００２８】
いくつかの実施形態では、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナは、２．４ＧＨｚ  ＩＳＭバンドにおいて動作するように設計され、すなわち、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナは、アクティブ構成にあるとき、２．４ＧＨｚ  ＩＳＭバンドまたはその第１のサブバンド内の無線波周波数に対して応答性があってよい（またはその無線波周波数を送信するように動作可能であってよい）。第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナは、非アクティブ構成にあるとき、２．４ＧＨｚ  ＩＳＭバンド内の無線周波数に対して応答性がなくなってよい／その無線周波数を送信することができなくなってよい。あるいは、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナは、非アクティブ構成にあるとき、２．４ＧＨｚ  ＩＳＭバンドの第１のサブバンドに対して応答性がなくなってよい／その第１のサブバンド内で送信することができなくなってよいが、依然として、２．４ＧＨｚ  ＩＳＭバンドの別のサブバンドに対して応答性があってよい／そのサブバンド内で送信するように動作可能であってよい。
【００２９】
第１のスロットアンテナと第２のスロットアンテナとを、互いに異なる時点でアクティブにすることによって、本実施形態のリレーデバイスは、従来のキャビティバックスロットアンテナを用いて実行できない方途で、放射パターン多様性を達成することができ、すなわちこのリレーデバイスは、２つのアンテナに対する別々の給電部を必要とせずに、デバイスの第１の側からの到来波を検出することと、デバイスの他方の側から外向き方向に波を送信することとを交互させることができる。実施形態はそれにより、放射パターンがリレーデバイスによってどの時点においても検出／送信されているという観点からの再構成可能性を提供する。
【００３０】
使用の際には、アンテナによって消費される電力が、近距離場における抵抗損を積分することによって計算されてよく、これらの損は、組織の導電性によって引き起こされるものである。この点に関して、（磁気アンテナの一例である）スロットアンテナは、アンテナの近距離場における電界がより小さいという点で、電気アンテナに勝る利点をもたらす。結果として、インプラントおよびリレーデバイスにスロットアンテナを使用すると、患者の組織内での抵抗損が、電気アンテナが使用されている場合に比べて減少するので、リレーデバイスによって検出される信号の強度を高めるのを助けることができる。
【００３１】
リレーするという観点から、情報が患者のインプラントを受信したこと、第１のスロットアンテナが、インプラントから第１のスロットアンテナによって受信された信号を復調して、その信号を、第２のスロットアンテナによって送信できるように再変調する、ワイヤレス送受信機（図中には示されていない）に接続されてよいことが理解されよう。送受信機は、各スロット上のスイッチを駆動するためにも使用されてよい。他の実施形態では、第１のスロットアンテナは単に増幅器に接続されてよく、それにより、受信された信号が、データ処理の必要なく第２のスロットアンテナによって再送信される前に増幅される。これは、信号自体が実際のデータで変調されるのではなく、インプラントからの信号の単なる有無がインプラントの状況またはその周囲についての情報を提供する場合に、適していることがある。
【００３２】
ここで、一実施形態によるリレーデバイスの機能について、より詳細に記載される。出発点として、キャビティとスロットは分離されているとみなされる。各スロットおよびキャビティ共振の位置は、理論的に予測され得る（それらの間の相互作用は、この段階では無視される）。
【００３３】
スロットが細いスロットである（すなわち長さが幅よりもずっと大きい）場合、最低スロット共振ＴＥ10は、主としてスロット長によって定義される。本実施形態では、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナ内のスロットの長さは、それぞれ８０ｍｍおよび７０ｍｍであると仮定される。本実施形態では、ＴＥ10モードは、およそ２ＧＨｚで生じる。特に、アクティブ構成と非アクティブ構成との間でスイッチングするスイッチがスロットをブリッジする場合（下記参照）、スロットの幅をできるだけ小さく維持することが望ましい。同時に、スロットの幅を増大させることが、入力応答の１０ｄＢ帯域幅を改善し、したがって、スロット幅を選択するときに、バランスがとられなければならないことに留意されるべきである。本実施形態では、第１のスロットアンテナおよび第２のスロットアンテナのスロットは、それぞれ２ｍｍおよび１ｍｍの幅を有し、これらのスロット幅は０．０２λ未満であり、ただしλはキャビティの１次共振周波数を表す。
【００３４】
バッキングキャビティが完全に囲まれていると仮定すると、ＴＥnmlモード共振周波数ｆnmlは、
【００３５】
【数１】
0006295372.tif 000002
【００３６】
とモデリングされてよく、ただしｃは光速であり、εrは基板の比誘電率であり、ａおよびｄはキャビティの長さおよび幅であり、ｂはキャビティの高さである。本実施形態では、キャビティの長さはキャビティの幅に等しいが、キャビティの高さは長さおよび幅よりもずっと小さい。キャビティの厚さが３ｍｍであると仮定され、これは０．０３λ未満であり、ただしλは１次共振周波数の波長であり、またキャビティの長さおよび幅が両方とも８０ｍｍであると仮定される場合、キャビティのＴＥ101モード共振周波数は、約２．８ＧＨｚになると計算される。
【００３７】
実際のところ、実際のキャビティ共振は、スロットを導入しているためシフトし、スロット共振も、キャビティによって影響される。シミュレーションを用いて微調整が実施されてよい。
【００３８】
キャビティの高さは、アンテナの帯域幅に良い影響を及ぼし、したがって、所望の周波数帯域が依然としてカバーされている限り低減されてよい。
【００３９】
両方のスロットは、単一の対称的なストリップラインで励振され、ストリップラインは、基板を通って延びるときに方向を変化させる。一例では、ストリップライン幅は、その特性インピーダンスが５０Ωになるように計算される（特性インピーダンスは、システムの出力インピーダンスに応じた任意のインピーダンスに整合されてよい）。ストリップラインは、キャビティの縁部から延びると、最初に第２のスロットアンテナ内のスロットに遭遇する。ストリップラインは、典型的には、スロットの長さの４分の１のオフセット（例えば０．２２＊スロット長＜給電部オフセット＜０．２８＊スロット長）を有し、ただし「オフセット」とは、それぞれのスロットと、ストリップラインの、スロットの長さに平行に延びる部分との間の距離を指す（例えば図２Ｂ参照）。次いで、ストリップラインは、直角を経て曲がり、第１のスロットアンテナ内のスロットのところと同じオフセットを有する。ストリップラインは、アンテナの各状態について給電ポートから見られる入力インピーダンスが５０Ωになる距離のところで、開回路になっている。
【００４０】
一実施形態例では、ストリップラインのフットプリントが第２のスロットアンテナ内のスロットを横切る点と、ストリップラインが開回路になっている点との間の距離が、０．３λである。給電ラインの場所および給電ラインの長さがともに、インピーダンスを設定する。
【００４１】
図３は、第２のスロットアンテナがショートされているときに、第１のスロットアンテナの周波数応答がどのように変動するか、またその逆について示す。第１の（点線）グラフ３０１は、第２のスロットアンテナがショートされているときの第１のスロットアンテナについての周波数応答を示し、第２の（線）グラフ３０３は、第１のスロットアンテナがショートされているときの第２のスロットアンテナについての周波数応答を示す。図４は、φ＝０°および９０°における、θが−１８０から１８０の間で変化するときの生成された放射パターンの２Ｄ表現を示す。ここで、アンテナの主軸が水平（ｘ−ｙ）面内にあると仮定して、θは仰角である（図２Ａ参照）。
【００４２】
図５は、スロットアンテナが、図２に示されるものよりも大きな帯域幅を有する別の実施形態の概略図を示す。図２では、２つのアンテナが、ストリップライン５００の形態をとる単一の給電部によって励振される。
【００４３】
図５の実施形態では、各スロットの幅が、スロットがその中心から長さ方向に延びるにつれて、増大する。図５に示されるように、各スロット５０１、５０３の幅は、一連のステップ５０１ａ、５０３ａ状に、次第に増大する。各ステップのところで、スロットの幅が、その長さの中点のところのスロットの幅の２倍だけ単調に増大する。各ステップの長さは、スロットがより幅広くなるにつれて、より短くなる。本実施形態では、階段長は、調和的に低減される（例えば、第１のステップは、スロット長の半分に等しい長さを有してよく、第２のステップは、スロット長の３分の１に等しい長さを有してよく、第３のステップは、スロット長の４分の１に等しい長さを有してよい）。
【００４４】
図６は、図５の実施形態の場合の第１のスロットアンテナの周波数応答が、第２のスロットアンテナをショートさせるとそれに応答してどのように変動するか、またその逆について示す。第１の（点線）グラフ６０１は、第２のスロットアンテナがショートされているときの第１のスロットアンテナについての周波数応答を示し、第２の（線）グラフ６０３は、第１のスロットアンテナがショートされているときの第２のスロットアンテナについての周波数応答を示す。
【００４５】
図７は、図５に示される実施形態の場合の、φ＝０°および９０°における、θが−１８０から１８０の間で変化するときの生成された放射パターンの２Ｄ表現を示す。各スロットのバッキング表面上でより大きなスロットが縁部になっているため、放射パターンは歪んでいない。
【００４６】
いくつかの実施形態では、第１のスロットアンテナと第２のスロットアンテナとをアクティブ構成と非アクティブ構成との間でスイッチングするために使用されるスイッチは、ＲＦ−ＭＥＭＳスイッチ技術を用いて実現されてよい。ОＮ（アクティブ）状態は、この場合、スイッチ位置を幅１５０μｍおよび長さ４００μｍの導電プレーンと置き換えることによってシミュレーションされる。スイッチは、図８に示されるように、導電ブリッジ８０１上に配置される。本実施形態では、ブリッジの幅は７００μｍに設定される（ブリッジの正確な長さは、スロットの幅によって決まることが理解されよう）。ＯＦＦ（非アクティブ）状態は、ブリッジ脚部間の４００μｍの開回路８０３によってシミュレーションされる。シミュレーションされる性能結果は、追加のスイッチモデルの挿入によって影響されない。
【００４７】
図９は、スイッチがリレーデバイス内にどのように配置され得るかについて示す。上で記載された実施形態と同様に、リレーデバイスは、それぞれのスロット９０１、９０３を有する第１のスロットアンテナと第２のスロットアンテナとを含む。単一のストリップライン９０５が、２つのスロットアンテナに給電するために使用される。各スロットには、スロットをブリッジするスイッチ９０７、９０９が備えられ、挿入図に示されるように、スイッチの構造は、図８に示されるものと同じであり、同様の部分が同じ参照番号で番号付けされている。
【００４８】
以上、ある特定の実施形態について記載されてきたが、これらの実施形態は、単に例として提示されたものであり、本発明の範囲を制限することは意図されていない。実際、本明細書に記載される新規な方法、デバイス、およびシステムは、多様な形態で具現化されてよく、さらには、本発明の趣旨から逸脱することなく、本明細書に記載される方法およびシステムの形態でのさまざまな省略、置換、および変更が行われてよい。添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物は、そのような形態または修正形態を、本発明の範囲および趣旨に含まれるように包含することが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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