(57)【要約】超広帯域アンテナは、基板（２１）を含む。基板上に蒸着された金属層は、その中に画定された第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）を含む。第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）は、長手軸（Ｘ０）の両側に配置され、長手軸（Ｘ０）は、アンテナの給電軸に一致している。第１および第２の非金属領域は、第１の長手軸（Ｘ０）に向かって先細りになってボウタイ型パターンを形成している。第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）はそれぞれ、少なくとも１つの変調スロット（３１、３３）を含み、少なくとも１つの変調スロット（３１、３３）は、それぞれの第１の軸（Ｘ１、Ｘ２）の周りに配置され、第１の軸（Ｘ１、Ｘ２）は長手軸（Ｘ０）に平行であり、少なくとも１つの変調スロットは、そのそれぞれの軸（Ｘ１、Ｘ２）に沿って延在して、それぞれの第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）によって画定された非金属領域の外側に非金属部分を形成している。少なくとも１つの一対の変調スロット（３１、３３）との組み合わせで第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）を先細りにすることによって、アンテナのサイズを縮小すると共に、少なくともＵＷＢ周波数範囲でアンテナを動作させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超広帯域アンテナであって、
基板（２１）と、
前記基板上に蒸着された金属層と、
を含み、
前記金属層がその内部に画定された第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）を含み、前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）が長手軸（Ｘ０）の両側に配置され、前記長手軸（Ｘ０）が前記アンテナの給電軸に一致しており、前記第１および第２の非金属領域が前記長手軸（Ｘ０）に向かって先細りになってボウタイ型パターンを形成し、
前記第１および第２の非金属領域がそれぞれ、少なくとも１つの変調スロット（３１、３３）を含み、前記少なくとも１つの変調スロット（３１、３３）がそれぞれの第１の軸（Ｘ１、Ｘ２）の周りに配置され、前記第１の軸（Ｘ１、Ｘ２）が前記長手軸（Ｘ０）に平行であり、かつ、
前記少なくとも１つの変調スロットがそのそれぞれの軸（Ｘ１、Ｘ２）に沿って延在して、前記それぞれの第１または第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）によって画定された非金属部分の外側に非金属部分を形成している、超広帯域アンテナ。
【請求項２】
前記第１の非金属領域（２２ａ）が、前記長手軸（Ｘ０）に対して前記第２の非金属領域（２２ｂ）に対称である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
第１および第２の非金属チャネル（２３ａ、２３ｂ）をさらに含み、前記第１および第２の非金属チャネル（２３ａ、２３ｂ）が前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）を前記基板のエッジに接続する、請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の非金属チャネル（２３ａ）が、前記長手軸（Ｘ０）に対して前記第２の非金属チャネル（２３ｂ）に対称である、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１および第２の非金属チャネル（２３ａ、２３ｂ）が前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）の頂点近傍で前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）に接続している、請求項３または４に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１および第２の非金属チャネル（２３ａ、２３ｂ）が前記長手軸（Ｘ０）に沿って前記金属層内に同一平面の給電領域（２４）を形成している、請求項３〜５のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記同一平面の給電領域（２４）が第１の放射部分（２５）に接続されており、前記第１の放射部分（２５）が前記同一平面の給電領域（２４）に接続された頂点を有する、請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
第２および第３の放射部分（２６ａ、２６ｂ）をさらに含み、前記第２および第３の放射部分（２６ａ、２６ｂ）が前記長手軸（Ｘ０）の両側に配置されかつ前記基板の周囲に沿って設けられたエッジ部分（２７ａ、２７ｂ）を介して前記第１の放射部分（２５）に接続されている、請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記同一平面の給電領域（２４）が、使用時に正のアンテナ信号に接続される、請求項６〜８のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記第２および第３の放射部分（２６ａ、２６ｂ）が使用時に前記アンテナ信号の接地接続部に接続される、請求項８または９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）がそれぞれ、第１および第２の変調スロット（３１ａ、３１ｂ；３３ａ、３３ｂ）を含み、前記第１の変調スロット（３１ａ、３１ｂ）がそれぞれ、それぞれの第１の軸（Ｘ１ａ、Ｘ１ｂ）の周りに配置され、前記第２の変調スロットがそれぞれ、それぞれの第２の軸（Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ）の周りに配置されている、前記請求項のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記第１の変調スロット（３１ａ、３１ｂ）および前記第２の変調スロット（３３ａ、３３ｂ）がそれぞれ、前記それぞれの第１の軸（Ｘ１ａ、Ｘ１ｂ）および前記それぞれの第２の軸（Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ）に実質的に平行な辺を有する、請求項１１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記第２の軸（Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ）の周りの前記第２の変調スロット（３３ａ、３３ｂ）の幅が、前記第１の軸（Ｘ１ａ、Ｘ１ｂ）の周りの前記第１の変調スロット（３１ａ、３１ｂ）の幅よりも大きい、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記第２の変調スロット（３３ａ、３３ｂ）の幅が、約５．３６ｍｍ〜約６．５５ｍｍの範囲である、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記第１の変調スロット（３１ａ、３１ｂ）の幅が、約５．０９ｍｍ〜約６．２３ｍｍの範囲である、請求項１３または１４に記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記同一平面の給電領域の幅が、アンテナ給電部を受け入れる前記基板のエッジから離れるにつれて前記長手軸（Ｘ０）に沿って狭くなっていく、請求項６〜１５のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記アンテナ給電部近傍の端部にある前記同一平面の給電領域の幅が約７．５０ｍｍ〜約９．１７ｍｍの範囲である、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記アンテナ給電部から離れた端部にある前記同一平面の給電領域の幅が、約２．３０ｍｍ〜約２．８２ｍｍの範囲である、請求項１６または１７に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）がほぼ三角形状である、前記請求項のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）の上側の勾配の大きさが、前記第１および第２の非金属領域（２２ａ、２２ｂ）の下側の勾配の大きさよりも大きく、前記下側がアンテナ給電部に最も近い辺である、請求項１９に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記第１および第２の変調スロット（３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ）がほぼ三角形状である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記第１および第２の変調スロット（３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ）がほぼ台形状または不等辺四辺形状である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記第１および第２の変調スロット（３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂ）がほぼ円形状である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記基板がＦＲ４−ＰＣＢ材料で製造されている、前記請求項のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２５】
前記基板が平面である、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記基板が可撓性材料で製造されている、請求項１〜２３のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記基板が前記非金属領域の形成後に除去される、請求項１〜２３のいずれか１項に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超広帯域アンテナに関し、より詳細には、携帯機器での使用に適した低コストな超広帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域無線（ＵＷＢ）は、非常に広い周波数範囲（３．１〜１０．６ＧＨｚ）にわたってデジタルデータを伝送する無線技術である。この技術は、通常−４１ｄＢｍ／ＭＨｚ未満の極めて低い伝送電力を利用するため、既存のＷｉ−Ｆｉ、ＧＳＭおよびブルートゥースなどの他の伝送周波数の下に事実上存在を隠すことができる。つまり、超広帯域無線は、他の無線周波数技術と共存することができる。ただし、これには、通信が通常５〜２０ｍの距離に制限されるという制約がある。
【０００３】
ＵＷＢには、２つの方式、すなわち、ＵＷＢ特性を有するパルス波形からの信号を構成する時間領域方式と、マルチ（周波数）バンドによる従来のＦＦＴに基づく直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いる周波数領域変調方式（ＭＢ−ＯＦＤＭと称される）がある。両ＵＷＢ方式は、周波数スペクトル内に、非常に広い帯域幅にまたがるスペクトル成分を生じさせ（このため超広帯域と呼ばれている）、この帯域幅は、中心周波数の２０パーセントを超える部分、通常少なくとも５００ＭＨｚを占める。
【０００４】
このような超広帯域無線の特性と、非常に広い帯域幅とにより、ＵＷＢが、通信装置が互いに２０ｍの範囲内にある家庭またはオフィス環境に高速無線通信を提供するための理想的な技術となる。
【０００５】
図１は、超広帯域通信のためのマルチバンド直交周波数分割多重（ＭＢ−ＯＦＤＭ）方式における周波数帯の構成を示す。ＭＢ−ＯＦＤＭ方式は、それぞれ５２８ＭＨｚの１４のサブバンドを含み、アクセス方式として、サブバンド間に３１２ナノ秒ごとの周波数ホッピングを使用する。各サブバンド内では、データの伝送にＯＦＤＭおよびＱＰＳＫまたはＤＣＭ符号化が使用される。なお、約５ＧＨｚ（現在では５．１〜５．８ＧＨｚ）のサブバンドは、例えば、８０２．１１ａＷＬＡＮシステム、安全保障機関の通信システムまたは航空産業などの既存の狭帯域システムとの干渉を回避するために空けられている。
【０００６】
１４のサブバンドは、５つのバンドグループ、すなわち、３つの５２８ＭＨｚのサブバンドを有する４つのバンドグループと、２つの５２８ＭＨｚのサブバンドを有する１つのバンドグループに分けられている。図１に示すように、第１のバンドグループは、サブバンド１、サブバンド２およびサブバンド３を含む。例として挙げるＵＷＢ方式は、バンドグループのサブバンド間に周波数ホッピングを使用しているため、第１の３１２．５ナノ秒の時間間隔にバンドグループの第１の周波数サブバンドで第１のデータシンボルが送信され、第２の３１２．５ナノ秒の時間間隔にバンドグループの第２の周波数サブバンドで第２のデータシンボルが送信され、第３の３１２．５ナノ秒の時間間隔にバンドグループの第３の周波数サブバンドで第３のデータシンボルが送信される。従って、各時間間隔の間に、５２８ＭＨｚの帯域幅を有するそれぞれのサブバンド（例えば、５２８ＭＨｚのベースバンド信号を有する、中心周波数３９６０ＭＨｚのサブバンド２）でデータシンボルが送信される。
【０００７】
超広帯域無線の技術的特性のために、超広帯域無線はデータ通信の分野での用途に展開されつつある。例えば、以下の環境においてケーブルの代替に主眼が置かれた多種多様な用途が存在する。
・ＰＣと、周辺装置、すなわち、ハードディスクドライブ、ＣＤライター、プリンタ、スキャナなどの外部装置との間の通信
・無線手段によって接続されたテレビや装置、無線スピーカなどの家庭用娯楽機器
・例えば、携帯電話とＰＤＡ、デジタルカメラとＭＰ３プレーヤなどの携帯端末とＰＣとの通信
【０００８】
そのような用途に関連する大きな帯域幅および大きなデータ転送速度は、超広帯域範囲全体において優れた特性を有するアンテナを必要とする。そのため、多くの超広帯域システムは、スマートアンテナまたはアンテナアレイなどの複雑なアンテナソリューションを採用している。
【０００９】
ただし、この種のアンテナは小型携帯機器の使用には適していない。なぜなら、スマートアンテナまたはアンテナアレイは、比較的大型化および高価になる傾向があるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、必要とされているものは、現在法律で認められている周波数帯にわたって一貫して動作することができ、小型のフットプリントを有し、大量生産に適しかつ低コストのアンテナ設計である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、基板および基板上に蒸着された金属層を含む超広帯域アンテナが提供される。金属層は、内部に画定された第１および第２の非金属領域を含み、第１および第２の非金属領域は、長手軸の両側に配置され、長手軸はアンテナの給電軸に一致している。第１および第２の非金属領域は、長手軸に向かって先細りになってボウタイ型パターンを形成している。第１および第２の非金属領域はそれぞれ、少なくとも１つの変調スロットを含み、少なくとも１つの変調スロットはそれぞれの第１の軸の周りに配置され、第１の軸は長手軸に平行であり、少なくとも１つの変調スロットは、そのそれぞれの軸に沿って延在して、それぞれの第１および第２の非金属領域によって画定された非金属部分の外側に非金属部分を形成している。
【００１２】
本発明に係るアンテナは、少なくともＵＷＢ周波数範囲全体、すなわち、少なくとも３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数を伝送および受信することができるという利点を有する。さらに、アンテナ構造は、消費者の機器に統合するために小型のフットプリントを有する。
【００１３】
好ましくは、アンテナ基板は、ＦＲ４−ＰＣＢ材料で製造される。これは、低コストでありかつ主要なＰＣＢプロセスおよび技術との適合性を有するという利点を有する。
【００１４】
以下、本発明をより良く理解し、その実施方法をより明確に示すために、単なる例として添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】超広帯域通信のためのマルチバンド直交周波数分割多重（ＭＢ−ＯＦＤＭ）方式における周波数帯の構成を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係るアンテナの斜視図を示す。
【図３】図２に示されているアンテナの平面図を示す。
【図４】本発明の別の実施形態に係るアンテナの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２は、本発明の一実施形態に係るアンテナ２０を示す。アンテナ２０は、基板２１上に形成された平面アンテナである。アンテナ２０は、「Ｘ」方向に約３０ｍｍ、「Ｙ」方向に約３１ｍｍのフットプリントを有する。これらの寸法は、本願の残りの箇所に記載されている他の寸法を含めて、単に例として提供されており、本発明は、異なる寸法を有するアンテナの構成に等しく適用可能であることが分かるであろう。寸法および公差は、低コストな製造技術に関連する例として提供され、そのような大量生産技術と適合可能な、ロバストな広帯域性能を有するアンテナ構造をさらに提供する。
【００１７】
基板２１は、好適な材料、例えば、ＦＲ４などのＰＣＢ材料で製造されている。ＦＲ４基板材料は、低コストでありかつ製造が容易であるという利点を有する。ＦＲ４は、ガラス織物強化エポキシ樹脂ラミネートであり、ＰＣＢラミネートのための通常の基材である。ＦＲ４ラミネートは、機械的特性、電気的特性および熱的特性の間に適切な妥協を示す。寸法安定性は、構成および樹脂含有量によって決まる。通常４．４〜５．２の範囲の誘電率は、ガラス／樹脂比によって決まる。この値は、樹脂含有量の増加および周波数の上昇に伴って減少する。従って、アンテナ基板としてのＦＲ４の使用は、通常、低マイクロ波帯の周波数に制限される。なぜなら、通常、誘電損失のために、ＦＲ４が高周波数には適当ではなくなるからである。つまり、そのような用途に対して他の基板材料が通常使用される。ただし、以下に述べるように、本発明に係るアンテナ構造および設計によって、ＦＲ４材料で製造される基板２１を用いるアンテナ２０が超広帯域周波数範囲での使用に適するものとなる。
【００１８】
基板２１は、金属導体からなる片面被覆、例えば、１オンスの銅被覆を有する。図２に示されている基板２１は、約１．６ｍｍの厚さＤを有するが、当然のことながら、金またはアルミニウムなどの他の導体が有し得るような他の厚さを使用してもよい。基板の厚さが周波数帯におけるリターンロスに影響を与えることが分かるであろう。従って、図２の実施形態の構造は、ＦＲ４などの市販の既製材料に適合させるために求められる公差との関連で表されており、従って、公差および寸法は、本発明が異なる材料で製造された基板を用いるアンテナに適用される場合には異なることもある。
【００１９】
アンテナ構造は、基板の表面の金属被覆中に非金属領域を創出することによって形成される。特に、基板２１上の金属被覆を加工して第１および第２の非金属領域２２ａおよび２２ｂを得、第１および第２の非金属領域２２ａおよび２２ｂは、対応する第１および第２の非金属チャネル２３ａおよび２３ｂを有し、第１および第２の非金属チャネル２３ａおよび２３ｂは、第１および第２の非金属領域をアンテナ給電部に最も近い場所である基板のエッジに接続する。
【００２０】
図２の実施形態では、第１および第２の非金属領域２２ａおよび２２ｂは、それらの頂点が互いに対向するほぼ三角形の形状を有し、第１および第２の非金属チャネル２３ａ、２３ｂと共に、ボウタイ型の変調スロットを有するアンテナ構造を画定する。当業者には、三角形状の第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂを、頂点に向かって先細りになる他の形状、例えば、図示の三角形状の代わりに曲線形状を有する非金属領域で置き換えてもよいことが分かるであろう。
【００２１】
第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂおよび／または第１および第２の非金属チャネル２３ａ、２３ｂは、軸Ｘ０（以後、アンテナの給電軸に一致する「垂直軸」または「長手軸」と呼ぶ）に対して対称であることが好ましい。
【００２２】
図２から分かるように、第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂはそれぞれ、ほぼ三角形の領域内に形成された少なくとも１つの変調スロット（３１ａ、３３ａ；３１ｂ、３３ｂ）を含む。図２では、第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂはそれぞれ、第１の変調スロット３１ａ、３１ｂおよび第２の変調スロット３３ａ、３３ｂを有するものとして示されている。変調スロットは、第１および第２の非金属領域を先細りにすることとの組み合わせによって、アンテナのサイズを縮小させることができ、さらに超広帯域装置によって求められる広範な周波数でアンテナを使用することができる。変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂについては、図３との関連で、以下にさらに詳細に説明する。第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂによって形成された非金属部分、非金属チャネル２３ａ、２３ｂならびに複数の変調スロットは、以下の金属領域（すなわち、様々な非金属領域の創出後に基板上に残る金属領域）を形成している。
【００２３】
第１の金属領域は、使用時にアンテナ給電点２８からの正の信号を受信するように接続された同一平面のアンテナ給電領域２４に一致する。アンテナ給電領域２４は、ほぼ三角形状でありかつその頂点がアンテナ給電領域２４に接続されている第１の放射部分２５に接続されている。第１の放射部分２５は、それぞれの第１および第２のエッジ部分２７ａおよび２７ｂを介して第２および第３の放射部分２６ａおよび２６ｂに接続されている。第２および第３の放射部分２６ａおよび２６ｂは、使用時にアンテナ信号の接地接続部に接続される。図２では、アンテナは、アンテナ信号を（例えば、同軸ケーブルで）アンテナ構造に接続するために通常使用されるＳＭＡエンドランチ型（end launcher）給電部２９に接続されているものとして示されている。第１および第２の非金属チャネル２３ａ、２３ｂによって画定された第１の金属領域２４は、より高いアンテナインピーダンスを規定の５０Ωのシングルエンド型電源に適合させるためのインピーダンス変換器として機能する。
【００２４】
０．２５ｍｍという小さい直径を有するカッターで、例えば、０．１ｍｍの精度でＦＲ４の表面の１オンスの銅を正確にフライス加工することができるＰＣＢフライス盤を用いて、金属被覆を除去して第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂ、第１および第２の非金属チャネル２３ａ、２３ｂおよび変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂを形成してもよい。アンテナの幾何学形状は、ＤＸＦまたはガーバーフォーマットのどちからでのＣＡＤ入力によって画定してもよく、フライス盤への入力のために機械可読フォーマットに変換してもよい。また、様々なサイズで提供される機械ルーターを用いて基板材料を正確に切断することもできる。
【００２５】
また、非金属部分を創出するために、プリント回路基板を製造するために使用される化学薬品またはプロセスを用いて金属層をエッチングする可能性を含む代替技術を使用してもよい。
【００２６】
上記から、公知のアンテナ設計とは対照的に、本発明におけるボウタイ型アンテナは、非金属材料で製造される（すなわち、ボウタイ型アンテナ自体が導電性材料で製造される従来のボウタイ型アンテナと比較される）ことが分かるであろう。アンテナが、例えば、レードームなどの構造体で覆われている場合、あるいは、アンテナが対象に極めて近傍している場合には、アンテナの変調が必要となる場合もある。アンテナの変調には、構造の様々な特徴の相互依存性を考慮して、完全な幾何学形状の僅かな修正が必要となることもある。
【００２７】
上記アンテナは少なくともＵＷＢ周波数範囲全体での使用に適している。なぜなら、非金属領域２２ａ、２２ｂの先細り形状全体と、意図的に設計された変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂとが相補的に作用するからである。これらの特徴によって、純粋な放射モードが容易となり、構造内に留まる可能性のある残留エネルギーの量を最小にすることができる（強力な定常波を設定し、帯域幅を減少させる）。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に係るアンテナ設計の平面図である。
【００２９】
図２に示すように、第１および第２の非金属領域２２ａおよび２２ｂは、基板２１の表面の金属被覆内に形成されており、第１および第２の非金属領域２２ａおよび２２ｂは、対応する第１および第２の非金属チャネル２３ａおよび２３ｂを有し、第１および第２の非金属チャネル２３ａおよび２３ｂは、第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂをアンテナ給電部に最も近い場所である基板のエッジに接続する。
【００３０】
第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂおよび第１および第２の非金属チャネル２３ａ、２３ｂは、長手軸Ｘ０（すなわち、アンテナ給電部の軸に一致する軸）に対して対称であることが好ましい。
【００３１】
第１の対の変調スロット３１ａおよび３１ｂは、それぞれの第１の対の軸Ｘ１ａ、Ｘ１ｂ上に形成されている。第１の対の変調スロット３１ａ、３１ｂは、変調スロット３１ａ、３１ｂがそれらのそれぞれの軸Ｘ１ａ、Ｘ１ｂに沿って延在してそれぞれの第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂによって画定された非金属部分の外側に非金属部分を形成するように、第１の対の軸Ｘ１ａ、Ｘ１ｂ上に配置されている。
【００３２】
第２の対の変調スロット３３ａおよび３３ｂは、それぞれの第２の対の軸Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ上に形成されている。第２の対の変調スロット３３ａ、３３ｂは、変調スロット３３ａ、３３ｂがそれらのそれぞれの軸Ｘ２ａ、Ｘ２ｂに沿って延在してそれぞれの第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂによって画定された非金属部分の外側に非金属部分を形成するように、第２の対の軸Ｘ２ａ、Ｘ２ｂ上に配置されている。
【００３３】
図３の実施形態では、変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂのそれぞれの端部は、軸Ｙ０に平行ではないものとして示されており、そのため、変調スロットは、不等辺四辺形状または台形状を有している。ただし、例えば、図４に示すように、変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂのそれぞれの端部を、端部が軸Ｙ０に平行であり、そのため、変調スロットが矩形状を有するように配置してもよいことに留意されたい。
【００３４】
図３の実施形態では、非金属領域２２ａの上側の（すなわち、軸Ｙ１ａに沿った）勾配の大きさは、非金属領域２２ａの下側の（すなわち、軸Ｙ２ａに沿った）勾配の大きさよりも大きい。同様に、非金属領域２２ｂの上側の勾配の大きさは、その下側の勾配の大きさよりも大きい。上述のように、変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂの端部は、軸Ｙ０に平行にならないように配置してもよい。例えば、図３では、変調スロットの端部は、それぞれの軸Ｙ１ａ、Ｙ２ａ、Ｙ１ｂおよびＹ２ｂに平行になるように配置されている。
【００３５】
第１および第２の対の変調スロット３１ａ／３１ｂおよび３３ａ／３３ｂの寸法について以下に述べる。これらの寸法は単に例であって、本発明の範囲から逸脱しない限り他の寸法を使用してもよいことが分かるであろう。
【００３６】
第１の対の各変調スロット３１ａ／３１ｂは、約２．８３ｍｍ±１０％の幅ＳＷ１および約１．００ｍｍ±１０％の高さＳＨ１を有する。高さＳＨ１は、変調スロット３１ａ／３１ｂの端部がそれぞれ非金属領域２２ａ／２２ｂによって画定された三角形状のエッジと交わる部分によって得られていることが分かる。各変調スロット３１ａ／３１ｂは、それぞれの第１および第２の非金属チャネル２３ａ、２３ｂからの距離ＳＬ１に位置付けられている。距離ＳＬ１は、約２．８３ｍｍ±１０％である。
【００３７】
第２の対の各変調スロット３３ａ／３３ｂは、約２．９８ｍｍ±１０％の幅ＳＷ２および約２．３０ｍｍ±１０％の高さＳＨ２を有する。高さＳＨ２は、変調スロット３３ａ／３３ｂの端部がそれぞれ非金属領域２２ａ／２２ｂによって画定された三角形状のエッジと交わる部分によって得られていることが分かる。第２の対における各変調スロット３３ａ／３３ｂは、それぞれの第１および第２の非金属領域２２ａ、２２ｂの外側エッジからの距離ＳＬ２に位置付けされている。距離ＳＬ２は約２．１４ｍｍ±１０％である。
【００３８】
第１の対における変調スロット３１ａ／３１ｂは、第２の対における変調スロット３３ａ／３３ｂから、約２．７０ｍｍ±１０％の距離ＳＳ１だけ離れている。
【００３９】
各エッジ部分２７ａ、２７ｂの幅は、約０．３３ｍｍ±１０％である。第１および第２の非金属チャネル２３ａおよび２３ｂは、アンテナ給電部が設けられている位置近傍では軸Ｘ０から距離Ｓ１だけ離れている。距離Ｓ１は、約４．１７ｍｍ±１０％である。第１および第２の非金属チャネル２３ａおよび２３は、第１および第２の非金属領域２２ａおよび２２ｂの頂点近傍では長手軸Ｘ０から距離Ｓ２だけ離れている。距離Ｓ２は、約１．２８ｍｍ±１０％である。上記から、アンテナ給電部近傍の給電部の分離は、第１および第２の非金属領域２２ａおよび２２ｂ近傍の給電部の分離よりも大きいことが分かる。この配置は、第１の放射部分２５に到達するまでアンテナ給電点から離れるにつれて長手軸Ｘ０に沿って徐々に狭くなっていく同一平面のアンテナ給電領域２４を画定する。
【００４０】
上述のように、上で示した寸法および公差は単に例であって、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲から逸脱しない限り他の変形も可能であることが分かるであろう。
【００４１】
上記設計の典型的なアンテナ寸法おける公差によるリターンロスへの影響が、数値的に示されている(perform)。アンテナは、設計の性能全体に寄与する数多くの最適化変数からなることが分かるであろう。以下の表１は、図３との関連で述べた変数の公差によって生じた性能のばらつきの指標を示す。
【００４２】
【表１】
2010525647.tif 000003
【００４３】
表１は、これらの値についてのリターンロスの最悪の劣化を示す。パラメータは、リターンロスに対するそれらの劣化作用の順で配置されている。表１から分かるように、この解析からの臨界パラメータは、変調スロットの特性、特に、第２の対の変調スロット３３ａ／３３ｂおよび給電部の分離Ｓ１である。第２の対の変調スロット３３ａ／３３ｂの寸法は、低い周波数範囲および高い周波数範囲の両方において著しい影響を及ぼし、ここでは、変化によってリターンロスに最大１デシベルの減少が生じている。これらの変化は、第２のスロット３３ａ／３３ｂが変化することにより性能全体に悪影響を及ぼすという共鳴挙動が原因である。
【００４４】
また、同一平面のアンテナ給電領域２４が変化した場合にも同様の劣化の影響が生じ、ここでは、リターンロスが最大１．１デシベルも劣化する可能性がある。この劣化は、同一平面のアンテナ領域２４と、通常５０Ωであるアンテナ給電部のインピーダンスとの不整合が増大したことが原因である。第１の対の変調スロット３１ａ／３１ｂまたはエッジ間隙２７ａ／２７ｂなどの表１に記載されている他の変数のアンテナの性能に対する影響は少ない。ただし、公差解析は公称設計の±１０％に限られていることに留意されたい。また、この値の増加によって、より高度の劣化をもたらすことがあることが分かるであろう。
【００４５】
好ましい実施形態における上記平面アンテナは、サイズが小型であり、さらに、少なくともＵＷＢ周波数範囲全体、すなわち、少なくとも３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数を伝送および受信することができるという利点を有する。これは、非金属領域２２ａ、２２ｂを先細りにすることと、１つまたは複数の対の変調スロット３１ａ／３１ｂおよび／または３３ａ／３３ｂとの組み合わせによって達成される。
【００４６】
また、アンテナ構造は、極めて安価なＦＲ４−ＰＣＢ材料で製造されており、かつ、主要なＰＣＢプロセスおよび技術との適合性を有するという利点も有する。さらに、アンテナ構造は、小型のフットプリントを有し、消費者機器への統合のための薄型形状を有する。
【００４７】
また、アンテナ設計は、ＵＷＢ周波数帯にわたって一貫した特性を提供すると共に、６．８５ＧＨｚの中心周波数帯の近傍で最適化されるという利点も有する。
【００４８】
好ましい実施形態については、基板のためにＦＲ４−ＰＣＢ材料を用いることとの関連で記載されているが、本発明は、基板を形成する他の好適な材料、例えば、より損失の低い材料と共に使用することができることに留意されたい。他の材料を使用する場合には、物理的寸法を調整して、異なる材料の異なる電気的特性（例えば、異なる誘電率）に合わせて補正しなければならない場合があることが分かるであろう。また、当業者であれば、寸法を画定する際に２次的な役割を担う誘電体によって、チャネル２３ａおよび２３ｂとして示されている同一平面の導波管伝送路の短い部分から離れるように空気界面側の表面で主要な放射がなされることが分かるであろう。
【００４９】
また、本発明は、好適な平面材料上で自立するように形成されるアンテナも想定する。自立型アンテナは、基板上に金属被覆を作製した後、基板を除去して形成してもよい。また、このアンテナは、ＵＷＢ装置のエンクロージャのエッジ周りを「包む」ように設計し得る可撓性材料の上に構成するか、あるいはそのような材料で構成してもよい。
【００５０】
また、上記アンテナを、例えば、ＣＲＴ／ＬＣＤ画面あるいは織物または任意の他の材料で製造された画面などの上で動作するように配置することも可能であることが分かるであろう。そのような配置によって指向性の向上が得られる。また、アンテナは、コーナーまたはパラボラ反射鏡の給電部として動作するように配置してもよい。
【００５１】
図３および図４に示されている実施形態は、不等辺四辺形、台形または矩形などに成形された変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂを有するものとして記載されているが、変調スロットは、非金属領域２２ａ、２２ｂによって画定された部分から延在する他の形態を有していてもよいことに留意されたい。例えば、変調スロット３１ａ、３１ｂ、３３ａ、３３ｂは、三角形状または曲線形状であってもよい。また、アンテナは、上記実施形態に示されている数よりも多いまたは少ない変調スロットを有していてもよい。
【００５２】
さらに、記載の実施形態は、非金属領域２２ａ、２２ｂの上および下から延在している変調スロットを示しているが、変調スロットは、非金属領域２２ａ、２２ｂから一方向にのみ、例えば、非金属領域２２ａ、２２ｂの上または下のどちらか一方から延在していてもよいことが分かるであろう。
【００５３】
また、変調スロットは、長手軸に平行な軸の上に位置しているものとして表されているが、変調スロットは、他の軸の上または互いに平行でない軸の上に位置していてもよい。
【００５４】
なお、上記実施形態は、本発明を限定するのではなく例示するものであり、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱せずに、多くの代替実施形態を設計することができるであろう。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、請求項に記載されていない要素または工程の存在を排除するものではなく、「１つ（ａまたはａｎ）」は、複数を排除するものではなく、一つのユニットが、特許請求の範囲に記載されているいくつかのユニットの機能を果たす場合もある。特許請求の範囲における任意の参照符号は、それらの範囲を制限するように解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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