(57)【要約】  寄生アンテナ素子２０が、第１のスイッチと第２のスイッチを備え、その一方は基部に存在し（ＰＩＮダイオード２２）、もう一方は、寄生素子のほぼ中間点に存在する（ＰＩＮダイオード２８）。寄生素子の下半分は、中心導体３２を備えたコプレーナ導波路として実施される。このことにより、第２のＰＩＮダイオード２８にバイアスを印加するための簡便な方法が得られるのみならず、外側導体２４，２６が遮蔽を行い、ＲＦエネルギーのバイアス回路への結合を低減させる。第１のスイッチは、第１の電流モードを抑制するため、アンテナ素子をグラウンドプレーンと選択的に結合するためにアンテナ素子の基部の近くに設けられる。第２のスイッチは、アンテナ素子を第１の部分と第２の部分とに選択的に分割し、これにより高次の電流モードを抑制するためにアンテナ素子上に設けられる。【代表図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
寄生アンテナ素子であって、
第１の電流モードを抑制するため、前記アンテナ素子をグラウンドプレーンと選択的に結合するために前記アンテナ素子の基部の近くに設けられた第１のスイッチと、
前記アンテナ素子を第１の部分と第２の部分とに選択的に分割し、これにより高次の電流モードを抑制するために前記アンテナ素子上に設けられた第２のスイッチと、を有する寄生アンテナ素子。
【請求項２】
前記第１の部分と前記第２の部分の長さが実質的に等しくなるように、前記第２のスイッチが前記アンテナ素子のほぼ中間点に設けられている請求項１に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項３】
前記第１の部分はコプレーナ導波路を有する請求項１または２に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項４】
前記コプレーナ導波路は前記第２のスイッチにバイアスを印加するための中心導体を有する請求項３に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項５】
前記コプレーナ導波路の前記中心導体は高抵抗であり、これにより、ＲＦエネルギーの前記中心導体への結合が阻止される請求項４に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項６】
前記コプレーナ導波路の前記中心導体は誘導性である請求項４または５に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項７】
前記コプレーナ導波路の前記中心導体はメアンダラインである請求項４〜６のいずれか１項に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項８】
前記第１のスイッチおよび第２のスイッチのうちの少なくとも一方はＰＩＮダイオードを有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項９】
前記第１のスイッチおよび第２のスイッチのうちの少なくとも一方は微小電子機械スイッチを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項１０】
前記第１のスイッチおよび第２のスイッチのうちの少なくとも一方はＧａＡｓ  ＦＥＴスイッチを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項１１】
前記第１のスイッチは第１のバイアス電圧および第２のバイアス電圧によって制御される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項１２】
前記第２のスイッチは、前記第２のバイアス電圧および第３のバイアス電圧によって制御される請求項１１に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項１３】
前記バイアス電圧の２以上は、メアンダラインを使用して前記第１のスイッチおよび第２のスイッチに接続される請求項１１または１２に記載の寄生アンテナ素子。
【請求項１４】
前記寄生アンテナ素子はプリント回路基板上にプリントされている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の寄生アンテナ素子。 
【請求項１５】
アンテナアレイであって、 
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の少なくとも１つの寄生アンテナ素子を有するアンテナアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ、例えば超広帯域アンテナに関し、より詳細にはアンテナに使用するための寄生アンテナ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
超広帯域とは、極めて広い周波数範囲（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、ごく弱い（通常は−４１ｄＢｍ／ＭＨｚ未満）伝送電力を利用しており、既存のＷｉ−Ｆｉ、ＧＳＭ、ブルートゥースなどの他の伝送周波数の下に文字通り隠すことができる。つまり、超広帯域は、ほかの高周波技術と共存することができる。しかし、通信が、一般に５〜２０メートルの距離に制限されるという制約がある。
【０００３】
超広帯域（ＵＷＢ）には、ＵＷＢ特性によってパルス波形から信号を構成する時間領域のアプローチと、複数の（周波数）バンドにわたって従来のＦＦＴをベースとした直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を使用し、ＭＢ−ＯＦＤＭを与える周波数領域変調のアプローチの２つのアプローチがある。この２つのＵＷＢのアプローチは、周波数スペクトル内に、極めて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パーセント超、通常は少なくとも５００ＭＨｚを占める。
【０００４】
このような超広帯域の特性と、極めて広い帯域幅とにより、ＵＷＢは、通信している装置が同士が２０ｍの範囲内にあるホーム環境またはオフィス環境に高速無線通信を提供する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）システムにおける周波数バンドの構成を示す。ＭＢ−ＯＦＤＭシステムは、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、各サブバンド間に３１２ナノ秒の周波数ホッピングを使用している。各サブバンドＯＦＤＭ内では、データの伝送にＱＰＳＫ符号化またはＤＣＭ符号化が使用される。なお、５ＧＨｚを中心としたサブバンド（現在では５．１〜５．８ＧＨｚ）は、例えば８０２．１１ａＷＬＡＮシステム、保安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避けるために使用されていない。
【０００６】
１４のサブバンドは、５つのバンドグループに分けられており、そのうち４つのバンドグループは５２８ＭＨｚのサブバンドを３つ有するが、１つのバンドグループは、５２８ＭＨｚのサブバンドを２つ有する。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を有する。例として挙げるＵＷＢシステムは、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おり、第１の３１２．５ナノ秒の時間インターバルに、第１のデータシンボルがバンドグループの第１の周波数サブバンドで送信され、第２の３１２．５ナノ秒の時間インターバルに、第２のデータシンボルがこのバンドグループの第２の周波数サブバンドで送信され、第３の３１２．５ナノ秒の時間インターバルに、第３のデータシンボルがこのバンドグループの第３の周波数サブバンドで送信される。このため、各時間インターバルの間に、データシンボルが、帯域幅５２８ＭＨｚのそれぞれのサブバンド（例えば、中心周波数３９６０ＭＨｚの５２８ＭＨｚの基部バンド信号を含むサブバンド２）で送信される。  
【０００７】
ＵＷＢシステムの基本的なタイミング構造は、スーパーフレームである。スーパーフレームは、２５６のメディアアクセススロット（ＭＡＳ）から構成されており、各ＭＡＳは、定義済みの期間（例えば２５６マイクロ秒）を有する。各スーパーフレームはビーコン区間により開始し、１つ以上の隣接するＭＡＳにわたる。ビーコン期間の先頭のＭＡＳの始点は、「ビーコン期間の始点」と呼ばれている。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超広帯域の技術的な性質は、データ通信の分野において各種用途に利用されつつあるということである。例えば、以下の環境において、ケーブルの代替として主眼を置いたさまざまな用途が存在する。
【０００９】
−ＰＣと、周辺機器、すなわち外部デバイス（ハードディスク装置、ＣＤライタ、プリンタ、スキャナなど）との間の通信
−無線手段によって接続されたテレビとデバイス、無線スピーカなどのホームエンターテイメント
−例えば、携帯電話、ＰＤＡなどのハンドへルドデバイスおよびＰＣ、デジタルカメラ、ＭＰ３プレーヤなどの間の通信
【００１０】
現在のＵＷＢの設計では、無指向性アンテナが使用されている。極めて高いデータ速度での用途を目指す将来のシステムでは、それぞれが特定の角セクタをカバーする多数の高利得素子を使用することが有利である。必要な広帯域を提供する進行波素子を選択することができるものの、このような素子のアレイは比較的大型である。 
【００１１】
このため、特定の方向に、かつ幅広い周波数にわたって放射するように容易に適合させることができるアンテナが求められている。 
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の本発明の態様によれば、寄生アンテナ素子であって、第１の電流モードを抑制するため、前記アンテナ素子をグラウンドプレーンと選択的に結合するために前記アンテナ素子の基部の近くに設けられた第１のスイッチと、前記アンテナ素子を第１の部分と第２の部分とに選択的に分割し、これにより高次の電流モードを抑制するために前記アンテナ素子上に設けられた第２のスイッチと、を有する寄生アンテナ素子が提供される。
【００１３】
上記寄生アンテナ素子は、広範囲の周波数にわたって選択的に反射または透過するという利点を有する。更に、上記寄生アンテナ素子は、ＰＣＢ上にプリントできるため、低コストであるという利点を有する。 
【００１４】
本発明の別の態様によれば、添付の特許請求の範囲に記載の寄生アンテナ素子を有するアンテナアレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＭＢ−ＯＦＤＭシステムのマルチバンドＯＦＤＭアライアンス（ＭＢＯＡ）によって承認された周波数スペクトルを示す。
【図２】アンテナアレイを示す。
【図３】寄生アンテナ素子を示す。
【図４ａ】共振モノポールの電流モードを示す概略図である。
【図４ｂ】共振モノポールの電流モードを示す概略図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る寄生アンテナ素子を示す。
【図６】本発明の第２実施形態に係る寄生アンテナ素子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明をよりよく理解し、本発明を実施することができる方法を明瞭に示すために、例示を目的として添付の図面を参照する。
【００１７】
図２は、アンテナアレイ１０を示す。アンテナアレイは、無指向性中心放射素子１２を有するグラウンドプレーン１１を備える。無指向性中心放射素子１２は、例えばリング状に配置された複数の寄生素子１４で囲まれている。放射素子１２は無指向性であるが、寄生素子１４に適切なバイアスを印加することにより、中心素子１２によって照射されるエネルギーを特定の領域に指向させることができることを当業者は認めるであろう。
【００１８】
バイアスの印加は、各寄生素子１４の基部にスイッチ１６を設けることによって行うことができる。
【００１９】
図３は、寄生素子１４の１つを更に詳細に示す。
【００２０】
寄生素子１４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に設けたモノポール１８を有する。モノポール１８は、スイッチ１６（例えばＰＩＮダイオード）を介して、アンテナアレイのグラウンドプレーン１１に電気的に接続されている。ＰＩＮダイオード１６は、制御電圧Ｖ１およびＶ２の印加により制御される。
【００２１】
このため、スイッチ１６の開閉により、異なる周波数を反射または透過させるようにモノポール１８を設定することができる。これが、図４ａ，４ｂに更に詳細に図示される。
【００２２】
図４ａは、スイッチ１６（図示なし）が閉のときの、グラウンドプレーン１１に接続されたモノポール１８を示す。この構成では、モノポール１８は、４分の１波長共振周波数に近い周波数において反射が非常に大きい。このことは、図４ａに点線によって示されている。この挙動は、当該素子が、４分の１波長共振において１つの余弦電流モード（cosinusoidal
current mode）を主として維持させる（supports）という事実を利用している。
【００２３】
図４ｂは、グラウンドプレーン１１に接続された同じモノポール１８を示すが、スイッチ１６（図示なし）が開である。この構成では、４分の１波長共振の反射が抑制され、このため、モノポール１８がこの周波数を透過させるように設定されるが、モノポール１８は、更に高い周波数において反射が極めて大きくなる（例えば、図４ａのスイッチ１６が閉の場合の共振周波数の２倍の周波数、またはそれ以外の高次の場合）。
【００２４】
上記から分かるように、このタイプのアンテナによって提供される帯域幅は、寄生素子の共振特性によって制限され、これが、反射性と（更に重要には）透過性に影響する。
【００２５】
本発明は、モノポール素子上に第２のスイッチを設けることにより、図４ｂを参照して記載した高次の抑制を可能にする。  
【００２６】
図５を参照すると、本発明は、その基本的な形態において、モノポール１８をグラウンドプレーン１１に接続している基部スイッチ１６とは独立して（すなわち制御信号Ｖ３を使用して）制御可能な第２のスイッチ１９を備える。第２のスイッチ１９は、例えば、素子１８のほぼ中間点に設けられる。このため、スイッチ１６，１９の両方が開の場合、４分の１波長周波数が抑制されるのみならず、第１の高次周波数（すなわち半波長共振）も抑制される。
【００２７】
別の実施形態では、第２のスイッチ１９がアンテナ素子１８のほかの位置に設けられてもよい。この場合、異なる高次が抑制されるようになる。このため、第２のスイッチ１９の位置は、抑制する必要のある周波数によって選択される。
【００２８】
制御信号Ｖ３を第２のスイッチ１９に接続しているバイアス素子は、高抵抗を有するワイヤでもよく、これにより、ＲＦ電流の制御回路への結合が低減されるという点が留意される。
【００２９】
図６は、本発明の第２実施形態に係る寄生アンテナ素子２０を示す。  
【００３０】
素子２０は、当該素子の基部の近くに設けられ、グラウンドプレーンを、並列接続されている２つの外側導体２４，２６に接続している第１のスイッチ（例えばＰＩＮダイオード２２）を備える。ＰＩＮダイオード２２のいずれかの側に第１の制御電圧Ｖ１および第２の制御電圧Ｖ２が引加され、これによりＰＩＮダイオード２２のスイッチングが制御される。
【００３１】
２つの外側導体２４，２６は、第２のスイッチ（例えばＰＩＮダイオード２８）に接続している。第２のＰＩＮダイオード２８は、モノポール素子３０に接続されている。
【００３２】
アンテナ素子２０は、２つの外側導体２４と２６の間に設けられた中心導体３２を更に備え、外側導体２４，２６と中心導体３２の組み合わせによりコプレーナ導波路が形成されるようになっている。第３の制御電圧Ｖ３が、中心導体３２に引加されており、一方の端子が第２のＰＩＮダイオード２８とモノポール素子３０の間に接続され、中心導体３２が第２のスイッチ２８にバイアスを印加できるようになっている。このようにして、第２のＰＩＮダイオード２８が、電圧Ｖ２および電圧Ｖ３を使用して制御されうる。コプレーナ導波路は、短い同軸ケーブルと同様の電気的特性を有し、２つの外側導体２４，２６によってＲＦ電流が主に維持される一方で、ＤＣバイアス電流が中心導体３２内を流れるように設計されている。 
【００３３】
このため、寄生アンテナ素子２０が、第１のスイッチと第２のスイッチを備え、その一方は基部に存在し（ＰＩＮダイオード２２）、もう一方は、寄生素子のほぼ中間点に存在する（ＰＩＮダイオード２８）とみなすことができる。この実施形態では、寄生素子の下半分は、中心導体３２を備えたコプレーナ導波路として実施される。このことにより、第２のＰＩＮダイオード２８にバイアスを印加するための簡便な方法が得られるのみならず、外側導体２４，２６が遮蔽を行い、ＲＦエネルギーのバイアス回路への結合を低減させる。換言すれば、バイアス信号Ｖ３が、構造の周囲で放射されるＲＦ信号から保護される。 
【００３４】
中心導体３２は、コプレーナ導波路の中心導体としてメアンダライン３２を使用して実施することができる。メアンダライン３２は、好ましくは高抵抗である。このことは、ＲＦエネルギーのバイアス回路への結合を更に低減させる効果を有する。更に、メアンダラインのインダクタンスによりバイアス回路がアンテナの中点から分離され、これにより、バイアスがアンテナの性能に与えうる負荷効果をなくすことができる。
【００３５】
図６に図示されていないが、ＲＦエネルギーの制御信号Ｖ２への結合を阻止するために、制御電圧Ｖ２用のバイアス素子もメアンダラインおよびＲＦチョークを採用してもよい点が留意される。下のダイオード２２用のＲＦチョークは、グラウンドプレーンの下にＲＦチョークを設けることによって提供することができる。同様に、メアンダラインおよびＲＦチョークを、制御電圧Ｖ１用のバイアス素子にも使用することができる。 
【００３６】
本明細書にわたってＰＩＮダイオードをスイッチの例示として用いたが、当業者は、ほかのスイッチを使用することができることを認めるであろう。例えば、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチまたはＧａＡｓ  ＦＥＴスイッチを、代わりに使用することができる。 
【００３７】
実質的に図２を参照して記載したように、動作時に、寄生アンテナ素子はアンテナアレイの一部として設けられる。すなわち、中心放射素子は、本発明に係る寄生素子のリングに囲まれている。これらの寄生素子は、幅広い周波数範囲にわたって反射または透過し、特定の方向の信号の強度を増強または低減させるようにバイアスを印加されうる。しかし、本発明に係る少なくとも１つの寄生素子から構成されるアンテナアレイであれば、どのようなものも本発明の範囲に含まれるとみなすことができる。
【００３８】
このため、広い周波数範囲にわたって選択的に反射または透過する寄生アンテナ素子について記載した。これは、第１の電流モードを抑制するため、前記アンテナ素子をグラウンドプレーンと選択的に結合するために前記アンテナ素子の基部の近くに設けられた第１のスイッチと、前記アンテナ素子を第１の部分と第２の部分とに選択的に分割し、これにより高次の電流モードを抑制するために前記アンテナ素子上に設けられた第２のスイッチと、を提供することによって実現される。
【００３９】
上記アンテナ素子は、ＰＣＢ上にプリントすることができるため、低コストである。このような寄生アンテナ素子を採用しているアンテナは、広い周波数範囲、このため広い帯域幅にわたって動作させることができる。このように、上記アンテナ素子は、特に超広帯域システムに使用するのに適している。
【００４０】
好適な実施形態を、グラウンド（反射器として機能するため）と開回路（透過のため）間で切り替えられる寄生素子を取り上げて記載したが、寄生素子が、放射器として機能するために信号源に切り替えられてもよい点に留意されたい。
【００４１】
上記の実施形態は、本発明を限定するのではなく本発明を例示しているという点と、当業者は、添付の請求の範囲の範囲から逸脱することなく、多くの別の実施形態を設計することができるという点に留意されたい。「備える（有する）」との文言は、請求項に記載されている以外の要素またはステップの存在を排除せず、また複数の要素も排除されず、１つのプロセッサまたはその他のユニットが、請求項に記載されている機能を遂行してもよい。請求項に記載の参照符号は、その範囲を限定するものと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４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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