(57)【要約】  広帯域パッチアンテナを提供するシステム及び方法は、グラウンド面（１０６）から延在するグラウンドストリップ（１０２）の周りに位置付けられた第１のストリップと第２のストリップとを有するメインパッチ（１０１）を含み、ここで、メインパッチの第１のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの上方に配置され、グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、メインパッチの第２のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの下方に配置され、グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成する。メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿って寄生パッチ（１０３、１０４）がメインパッチに結合される。
2015527023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラウンド面と、
前記グラウンド面から延在するグラウンドストリップと、
第１のストリップと第２のストリップとを含むメインパッチであって、前記メインパッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置され、前記グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成する、メインパッチと、
前記メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される寄生パッチであって、前記寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、寄生パッチと
を備えるアンテナ組立体。
【請求項２】
前記寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合されたチューニングストリップを更に備える、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項３】
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部とは第１の面内にあり、前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部とは第２の面内にあり、前記第１の面と前記第２の面とは異なる、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項４】
前記第１の面は前記第２の面と平行である、請求項３に記載のアンテナ組立体。
【請求項５】
前記第１の面は前記第２の面と平行ではない、請求項３に記載のアンテナ組立体。
【請求項６】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記寄生パッチは長さ及び幅を有し、前記メインパッチの前記長さは前記寄生パッチの前記長さと異なる、
請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項７】
前記メインパッチの前記幅は前記寄生パッチの前記幅と異なる、
請求項６に記載のアンテナ組立体。
【請求項８】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記寄生パッチは長さ及び幅を有し、前記メインパッチの前記幅は前記寄生パッチの前記幅と異なる、
請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項９】
前記寄生パッチは第１の寄生パッチであり、前記非放射エッジは第１の非放射エッジであり、前記アンテナ組立体は、
前記メインパッチの第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される第２の寄生パッチであって、前記第２の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、第２の寄生パッチ
を更に備える、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１０】
前記第１の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第１のチューニングストリップと、
前記第２の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第２のチューニングストリップと
を更に備える、請求項９に記載のアンテナ組立体。
【請求項１１】
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生ストリップの前記第１のストリップの前記少なくとも一部とは第１の面内にあり、前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部とは第２の面内にあり、前記第１の面と前記第２の面とは異なる、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１２】
前記第１の面は前記第２の面と平行である、請求項１１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１３】
前記第１の面は前記第２の面と平行ではない、請求項１１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１４】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記第１の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記第２の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記メインパッチの前記長さと、前記第１の寄生パッチの前記長さと、前記第２の寄生パッチの前記長さとは異なる、
請求項９に記載のアンテナ組立体。
【請求項１５】
前記メインパッチの前記幅と、前記第１の寄生パッチの前記幅と、前記第２の寄生パッチの前記幅とは異なる、
請求項１４に記載のアンテナ組立体。
【請求項１６】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記第１の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記第２の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記メインパッチの前記幅と、前記第１の寄生パッチの前記幅と、前記第２の寄生パッチの前記幅とは異なる、
請求項９に記載のアンテナ組立体。
【請求項１７】
前記メインパッチと前記寄生パッチとを含むフレキシブルプリント回路基板であって、前記フレキシブルプリント回路基板は前記グラウンドストリップの周りで折り返される、フレキシブルプリント回路基板と、
前記グラウンドストリップの周りで折り返された前記フレキシブルプリント回路基板を支持するスティフナと、
少なくとも１つの支持体と
を更に備え、前記スティフナは前記支持体に取り付けられる、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１８】
前記メインパッチの前記第１のストリップと、前記寄生パッチの前記第１のストリップとを含む第１のプリント回路基板と、
前記グラウンドストリップを含む第２のプリント回路基板と、
前記メインパッチの前記第２のストリップと、前記寄生パッチの前記第２のストリップとを含む第３のプリント回路基板と、
前記メインパッチの前記第１のストリップを前記メインパッチの前記第２のストリップに結合する第１のコネクタと、
前記寄生パッチの前記第１のストリップを前記寄生パッチの前記第２のストリップに結合する第２のコネクタと、
前記第１のプリント回路基板、前記第２のプリント回路基板、及び前記第３のプリント回路基板の間に配置された少なくとも１つのスペーサと
を更に備える、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１９】
前記寄生パッチは、前記メインパッチの前記非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチにギャップ結合される、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項２０】
グラウンド面と、
前記グラウンド面から延在するグラウンドストリップと、
第１のストリップと第２のストリップとを含むメインパッチであって、前記メインパッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置され、前記グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成する、メインパッチと、
前記メインパッチの第１の非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される第１の寄生パッチであって、前記第１の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第１の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記第１の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、第１の寄生パッチと、
前記メインパッチの第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される第２の寄生パッチであって、前記第２の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、第２の寄生パッチと、
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部とは第１の面内にあり、前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部とは第２の面内にあり、前記第１の面は前記第２の面とは異なり、
前記第１の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第１のチューニングストリップと、
前記第２の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第２のチューニングストリップと
を備えるアンテナ組立体。
【請求項２１】
前記第１の面は前記第２の面と平行ではない、請求項２０に記載のアンテナ組立体。
【請求項２２】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記第１の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記第２の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記メインパッチ、前記第１の寄生パッチ、及び前記第２の寄生パッチの前記長さは異なり、前記メインパッチ、前記第１の寄生パッチ、及び前記第２の寄生の前記幅は異なる、
請求項２０に記載のアンテナ組立体。
【請求項２３】
前記第１の寄生パッチは、前記メインパッチの前記第１の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記メインパッチにギャップ結合され、前記第２の寄生パッチは、前記メインパッチの前記第２の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記メインパッチにギャップ結合される、請求項２０に記載のアンテナ組立体。
【請求項２４】
無線システムのためのアンテナを提供する方法であって、
グラウンド面から延在するグラウンドストリップを提供することと、
第１のストリップと第２のストリップとを含むメインパッチを提供することと、
前記グラウンドストリップの周りに前記メインパッチを位置付けることと、
ここで、前記メインパッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に位置付けられ、前記グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に位置付けられ、前記グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成し、
前記メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿って寄生パッチを前記メインパッチに結合することと、
を含み、
ここで、前記寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に位置付けられ、前記寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に位置付けられる、
方法。
【請求項２５】
前記寄生パッチと前記グラウンドストリップとの間にチューニングストリップを取り付けるステップ、
前記チューニングストリップのサイズを変更するステップ、
前記寄生パッチと前記グラウンドストリップとの間で前記チューニングストリップの位置を変更するステップ、
給電ピンの位置を変更するステップ、
前記メインパッチを前記寄生パッチに直接結合するステップ、
前記メインパッチを前記寄生パッチにギャップ結合するステップ、
ギャップ結合されているメインパッチと寄生パッチとの間の空間関係を調節するステップ、
前記メインパッチの前記第１のストリップと前記メインパッチの前記第２のストリップとの間の一定の空間関係を維持するステップ、
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、
前記寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と前記寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、
前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部とグラウンド面との間の空間関係を変化させるステップ、
前記寄生パッチの幅と比較して異なるように前記メインパッチの幅を修正するステップ、及び、
前記寄生パッチの長さと比較して異なるように前記メインパッチの長さを修正するステップ
のうちの１つ以上を実行することによって前記アンテナの帯域幅を調節することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記寄生パッチは第１の寄生パッチであり、前記非放射エッジは第１の非放射エッジであり、前記方法は、
前記メインパッチの第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿って第２の寄生パッチを前記メインパッチに結合する
ことを更に含み、ここで、前記第２の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に位置付けられ、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に位置付けられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
第１の寄生パッチを前記メインパッチに結合することは、前記メインパッチの前記第１の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記第１の寄生パッチを前記メインパッチにギャップ結合することを含み、第２の寄生パッチを前記メインパッチに結合することは、前記メインパッチの第２の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記第２の寄生パッチを前記メインパッチにギャップ結合することを含む、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般にアンテナに関し、特にマルチレイヤパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書で提供される背景の説明は、本開示の背景を一般的に示すことを目的としている。現在挙げられている発明者の研究は、この背景技術の項に記載されている範囲において、及び出願時に先行技術として認められ得ない記述の態様において、明示的にも黙示的にも本開示に対する先行技術として認められない。
【０００３】
無線通信では、電磁信号を送信及び受信するためにアンテナを使用する必要がある。いくつかのアンテナタイプが様々な目的のために利用可能であり、あるアンテナタイプを選ぶか別のアンテナタイプを選ぶかの選択はアンテナの特定の適用例に一般に依存する。アンテナを選ぶために、アンテナの様々な動作特性が評価及び比較されて、特定の適用例に最大の利益を提供するか又は最も適したアンテナのタイプが決定される場合がある。
【０００４】
場合によっては、特定の適用例のための所望の動作特性の全て又はほとんどを有する１つのアンテナは存在しない可能性があり、有利な及び不利な側面の様々な組み合わせを有するいくつかのアンテナが存在する可能性がある。例えば、薄型（ロープロファイル）で広い帯域幅を有する小さなアンテナが、現代の無線通信のためには一般に好ましい可能性がある。マイクロストリップ又はパッチアンテナは、多くの電子装置と容易に一体化されることが可能な比較的安価なアンテナである。パッチアンテナは薄型を特徴とし得るが、その比較的大きなサイズ（約１／２波長）及び狭い帯域幅（約５％）が、いくつかの無線適用例においてこれを使用するための阻害要因となる可能性がある。しかしパッチアンテナのサイズを大幅に低減させる様々な技法が開発されている。例えば、パッチアンテナの一方の端を短絡させること及び／又はパッチアンテナをそれ自体の上に折り返すことによって、その元のサイズの１／４への低減が達成され得る。残念なことに、この手法でパッチアンテナのサイズを低減させると、その帯域幅も大幅に低減され、例えば１．３％の比帯域幅となる可能性がある。従って現在のパッチアンテナの帯域幅は、例えばワイヤレスマイク、無線オーディオモニタリングシステム、ローカル無線データネットワーク、無線医療装置などの短〜中距離無線通信システムにおいて実際に使用するためには狭すぎる。
【発明の概要】
【０００５】
無線システムにおいて使用するためのアンテナを提供する例示的機器及び方法について以下に説明する。一例示的実施形態では、アンテナは、メインパッチと、寄生パッチと、グラウンド面から延在するグラウンドストリップを有するグラウンド面とを含む。メインパッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、ここで、メインパッチの第１のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの上方に位置付けられ、グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、メインパッチの第２のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの下方に位置付けられ、グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成する。寄生パッチは、メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿ってメインパッチに結合される。寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、ここで、寄生パッチの第１のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの上方に配置され、寄生パッチの第２のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの下方に配置される。
【０００６】
所望される場合、アンテナは、寄生パッチとグラウンドストリップとに直接結合されたチューニングストリップを含んでもよい。アンテナは更に、第１の面内にある、メインパッチの第１のストリップの少なくとも一部及び寄生パッチの第１のストリップの少なくとも一部と、第２の面内にある、メインパッチの第２のストリップの少なくとも一部及び寄生パッチの第２のストリップの少なくとも一部とを含んでもよく、ここで、第１の面と第２の面とは異なり、第１の面は第２の面と平行であってもよく又は平行でなくてもよい。加えて、第２の寄生パッチが、メインパッチの第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿ってメインパッチに結合されてもよい。第２の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、第２の寄生パッチの第１のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの上方に配置され、第２の寄生パッチの第２のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの下方に配置される。メインパッチ、第１の寄生パッチ、及び第２の寄生パッチはそれぞれ長さ及び幅を含む。メインパッチ、第１の寄生パッチ、及び第２の寄生パッチの長さは同じであってもよく又は異なってもよく、メインパッチ、第１の寄生パッチ、及び第２の寄生パッチの幅は同じであってもよく又は異なってもよい。
【０００７】
アンテナの別の例示的実施形態は、メインパッチと、第１及び第２の寄生パッチのうちの一方又は両方とを含むフレキシブルプリント回路基板を含んでもよい。フレキシブルプリント回路基板は、グラウンドストリップとフレキシブル回路基板を支持するスティフナとの周りで折り返され、そして１つ以上の支持体に取り付けられてもよい。アンテナの代替の実装では複数のプリント回路基板が含まれてもよく、ここで、第１のプリント回路基板は、メインパッチの第１のストリップと、第１及び第２の寄生パッチのうちの一方又は両方の第１のストリップとを含み、第２のプリント回路基板はグラウンドストリップを含み、第３のプリント回路基板は、メインパッチの第２のストリップと、第１及び第２の寄生ストリップのうちの一方又は両方の第２のストリップとを含む。第１のコネクタがメインパッチの第１のストリップをメインパッチの第２のストリップに動作可能に結合し、第２のコネクタが寄生パッチの第１のストリップを寄生パッチの第２のストリップに動作可能に結合する。第２の寄生パッチが使用される場合、第３のコネクタが第２の寄生パッチの第１及び第２のストリップを動作可能に結合する。１つ以上のスペーサと１つ以上の支持体とが、第１、第２、及び第３のプリント回路基板を分離して層状の薄型構成に配置するために利用されてもよい。
【０００８】
追加の例示的実施形態は、無線システムにおいて使用するアンテナを提供することに関する。この方法は、グラウンド面から延在するグラウンドストリップを提供することと、第１のストリップ及び第２のストリップを含むメインパッチを提供することとを含む。この方法では、グラウンドストリップの周りにメインパッチを位置付け、ここで、メインパッチの第１のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの上方に位置付けられ、グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、メインパッチの第２のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの下方に位置付けられ、グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成する。この方法では、メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿って寄生パッチをメインパッチに結合し、ここで、寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、寄生パッチの第１のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの上方に位置付けられ、寄生パッチの第２のストリップの少なくとも一部はグラウンドストリップの下方に位置付けられる。この方法は、以下のステップのうちの１つ以上を実行することによってアンテナの帯域幅を調節することを規定する。寄生パッチとグラウンドストリップとの間にチューニングストリップを取り付けるステップ、チューニングストリップのサイズを変更するステップ、寄生パッチとグラウンドストリップとの間でチューニングストリップの位置を変更するステップ、給電ピンの位置を変更するステップ、メインパッチを寄生パッチに直接結合するステップ、メインパッチを寄生パッチにギャップ結合するステップ、ギャップ結合されるメインパッチと寄生パッチとの間の空間関係を調節するステップ、メインパッチの第１のストリップとメインパッチの第２のストリップとの間の一定の空間関係を維持するステップ、寄生パッチの第１のストリップと寄生パッチの第２のストリップとの間の一定の空間関係を維持するステップ、メインパッチの第１のストリップの少なくとも一部とメインパッチの第２のストリップの少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、寄生パッチの第１のストリップの少なくとも一部と寄生パッチの第２のストリップの少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、メインパッチの第２のストリップの少なくとも一部とグラウンド面との間の空間関係を変化させるステップ、寄生パッチの幅と比較して異なるようにメインパッチの幅を修正するステップ、及び、寄生パッチの長さと比較して異なるようにメインパッチの長さを修正するステップ。
【０００９】
アンテナのいくつかの例示的実施形態の特定の部分は、明確にするため及び説明を容易にするために、図面においてシェーディング及び／又は隠れ線で示されており、これらのシェーディング及び／又は隠れ線は、他の対応する図及び／又は図面において存在する又は存在しない可能性がある、ということを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】広帯域マルチストリップアンテナの一例を示す斜視図である。
【図１Ｂ】広帯域マルチストリップアンテナの一例を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１Ａ及び図１Ｂに示す例示的広帯域マルチストリップアンテナを示す斜視図であり、駆動ストリップ又はメインパッチが強調されている。
【図２Ｂ】図１Ａ及び図１Ｂに示す例示的広帯域マルチストリップアンテナを示す斜視図であり、給電ピンが強調されている。
【図３】図１Ａ及び図１Ｂに示す例示的広帯域マルチストリップアンテナを示す斜視図であり、グラウンドストリップが強調されている。
【図４Ａ】図１Ａ及び図１Ｂに示す例示的広帯域マルチストリップアンテナを示す斜視図であり、２つの寄生パッチのうちの一方が強調されている。
【図４Ｂ】図１Ａ、図１Ｂ、及び図４Ａに示す例示的広帯域マルチストリップアンテナを示す斜視図であり、２つの寄生パッチのうちの他方が強調されている。
【図５】図１Ａ及び図１Ｂに示す例示的広帯域マルチストリップアンテナを示す斜視図であり、チューニングストリップ（１つ又は複数）又は電流修正ストリップ（１つ又は複数）が強調されている。
【図６Ａ】図１Ａ及び図１Ｂに示す例示的広帯域マルチストリップアンテナの平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す例示的アンテナの左側から見た立面図である。
【図６Ｃ】断面線６Ｃ−６Ｃに沿って取られた、図６Ａに示す例示的アンテナの正面側から見た立面図である。
【図６Ｄ】図６Ａに示す例示的アンテナの右側から見た立面図である。
【図７Ａ】広帯域マルチストリップアンテナの一例示的実施形態の斜視図である。
【図７Ｂ】広帯域マルチストリップアンテナの一例示的実施形態の斜視図である。
【図８Ａ】広帯域マルチストリップアンテナの別の例示的実施形態の斜視図である。
【図８Ｂ】広帯域マルチストリップアンテナの別の例示的実施形態の斜視図である。
【図８Ｃ】広帯域マルチストリップアンテナの別の例示的実施形態の斜視図である。
【図９Ａ】広帯域マルチストリップアンテナの別の例示的実施形態の様々な図である。
【図９Ｂ】広帯域マルチストリップアンテナの別の例示的実施形態の様々な図である。
【図９Ｃ】広帯域マルチストリップアンテナの別の例示的実施形態の様々な図である。
【図１０】広帯域マルチストリップアンテナのいくつかの例示的実施形態のアンテナサイズを示す表である。
【図１１】広帯域マルチストリップアンテナのいくつかの例示的実施形態の様々なアンテナ性能パラメータを示す表である。
【図１２】例示的広帯域マルチストリップアンテナについての電圧定在波比（ＶＳＷＲ）対周波数のグラフである。
【図１３】例示的広帯域マルチストリップアンテナについての、グラウンド面分離における漸進的増加の効果を示すＶＳＷＲ対周波数のグラフである。
【図１４Ａ】自由空間内の例示的アンテナについての、及び金属面上に搭載された例示的アンテナについてのＶＳＷＲ対周波数のグラフである。
【図１４Ｂ】自由空間内で動作する図１４Ａの例示的アンテナについての、及び金属面上に搭載された例示的アンテナについての放射パターンのポーラーチャートである。
【図１５Ａ】自由空間内で動作する本発明の教示に従って組み立てられた別の例示的アンテナについての、及び金属面上に搭載された例示的アンテナについてのＶＳＷＲ対周波数のグラフである。
【図１５Ｂ】自由空間内で動作する図１５Ａの例示的アンテナについての、及び金属面上に搭載された例示的アンテナについての放射パターンのポーラーチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
開示される機器及び方法は、現代の無線適用例において使用するための薄型で小型の広帯域アンテナを提供する。パッチアンテナ設計におけるサイズ低減と帯域幅拡大との間の既知の競合を克服するために、マルチレイヤマルチストリップ構成が一般に利用される。特に、開示される機器及び方法は、従来のパッチアンテナと比較した全ての寸法における大幅なサイズ低減及び比帯域幅の大幅な拡大を達成するために、２つの放射エッジを有する折り返されたメインパッチ、メインパッチに結合される１つ以上の寄生パッチ、及び／又は、１つ以上の寄生ストリップとグラウンド面との間に結合された１つ以上の短絡ストリップの、様々な組み合わせを採用する。
【００１２】
図１〜図６は、一例示的広帯域マルチストリップアンテナ１００を一般的に示す。より具体的には、図１Ａ及び図１Ｂは、アンテナブロック１１０とグラウンド面１０６とを含むアンテナ１００を示す。アンテナブロック１１０は、グラウンド面１０６から延在するグラウンドストリップ１０２（図３において強調して示されている）の周りに位置付けられたメインパッチ１０１（図２Ａにおいて強調して示されている）を含む。エネルギーをアンテナブロック１１０に及びアンテナブロック１１０から伝達するために、図２Ａ及び図２Ｂに示す給電ピン２０３が、グラウンド面１０６内の開口部を通して延在し（図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄを参照）メインパッチ１０１に結合される。
【００１３】
アンテナブロック１１０は、メインパッチ１０１の第１の非放射エッジの少なくとも一部に沿ってメインパッチ１０１に結合される第１の寄生パッチ１０３（図４Ａにおいて強調して示されている）と、メインパッチ１０１の第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿ってメインパッチ１０１に結合される第２の寄生パッチ１０４（図４Ｂにおいて強調して示されている）とを更に含む。寄生パッチ１０３、１０４のうちの一方又は両方は更に、チューニングストリップ１０５−１、１０５−２（図５において強調して示されている）によってグラウンドストリップ１０２にそれぞれ直接結合されてもよい。
【００１４】
図１〜図６に示す例示的実施形態では、メインパッチ１０１は寄生パッチ１０３、１０４に非常に接近して位置付けられ、寄生パッチにギャップ結合されているとみなされる。このギャップ結合構成では、メインパッチ１０１と寄生パッチ１０３、１０４との間の直接結合は存在せず、従ってメインパッチと寄生パッチとの間に表面電流が流れることはできない。しかしメインパッチ１０１に寄生パッチ１０３、１０４が近接していることにより、メインパッチから発する電磁界を介してメインパッチ１０１から寄生パッチ１０３、１０４にＲＦエネルギーが伝達されることは可能である。ギャップ結合により、メインパッチ１０１におけるＲＦエネルギーポテンシャルは、寄生パッチ１０３、１０４のそれぞれにおけるＲＦエネルギーポテンシャルとはわずかに異なり得る。例えば、メインパッチ１０１と寄生パッチ１０３、１０４との間のギャップ結合は、メインパッチ及び寄生パッチにおけるＲＦエネルギーポテンシャルの振幅及び位相の差を提供し得る。メインパッチ１０１と寄生パッチ１０３、１０４との間のギャップ（１つ又は複数）の距離又は間隔を調節することにより、パッチ１０１、１０３、１０４におけるＲＦエネルギーポテンシャルの特定の振幅及び位相の差を達成し、アンテナの帯域幅を拡大することが可能であり得る。
【００１５】
あるいは、メインパッチ１０１は、寄生パッチ１０３、１０４のうちの一方又は両方に直接結合されてもよい。直接結合構成では、導体、例えば導電性金属が、メインパッチ１０１を寄生パッチ１０３、１０４のうちの一方又は両方に接続する。ＲＦエネルギーはメインパッチ１０１から導体を介して寄生パッチ１０３、１０４に伝搬され、メインパッチ上の結合接点におけるＲＦエネルギーポテンシャルは、寄生パッチ上の結合接点におけるＲＦエネルギーポテンシャルと非常に類似したものとなり得る。直接結合の位置は、寄生パッチ上の表面電流パターンを決定する。メインパッチを寄生パッチに接続する導体の位置を調節することによって、寄生パッチ上の特定の表面電流分布を達成してアンテナの帯域幅を拡大することが可能であり得る。
【００１６】
図３を簡単に参照すると、グラウンド面１０６へのグラウンドストリップ１０２の直接結合を提供するために、グラウンドストリップ１０２は水平部分１０２−１と垂直部分１０２−２とを含んでもよい。水平部分１０２−１はメインパッチ１０１の上部１０１−１及び下部１０１−２ストリップの間に配置され、垂直部分１０２−２は水平部分１０２−１から下に延在してグラウンドストリップ１０２をグラウンド面１０６に結合する。
【００１７】
図２Ａにおいて、アンテナ１００のメインパッチ１０１は、グラウンドストリップ１０２の上方に配置された部分を少なくとも有する第１の上部ストリップ１０１−１と、グラウンドストリップ１０２の下方に配置された部分を少なくとも有する第２の下部ストリップ１０１−２とを含む。メインパッチ１０１は幅及び長さを有し、グラウンドストリップ１０２の上方及び下方で、メインパッチの対向する側において、グラウンドストリップ１０２及びグラウンド面１０６と共に一対の放射エッジを形成する。より具体的には、第１の放射エッジ２０１は、メインパッチ１０１の上部ストリップ（又はセグメント）１０１−１とグラウンドストリップ１０２とによって形成される第１の放射スロット６０１（図６Ｃに示されている）を含み、第２の放射エッジ２０２は、メインパッチ１０１の下部ストリップ（又はセグメント）１０１−２とグラウンド面１０６とによって形成される第２の放射スロット６０２（図６Ｃに示されている）を含む。メインパッチ１０１の折り返された配置とグラウンドストリップ１０２とグラウンド面１０６とにおける、２つの放射エッジ２０１、２０２を採用することにより、一方の放射エッジがグラウンドに短絡された折り返されたパッチアンテナ組立体と比較して、アンテナ１００の放射効率は増加され、品質ファクタ（Ｑ）は低減される。結果として、アンテナ１００のメインパッチ１０１の二重放射エッジ２０１、２０２は、より広い帯域のインピーダンス整合がアンテナ１００によって達成されることを可能にし、これによりアンテナ１００の広帯域動作がもたらされる。
【００１８】
周知のように、パッチアンテナは一般に、その駆動パッチの長さによって決定される周波数において共振し、駆動パッチの共振長は約λ０／（２√εγ）であり、ここでλ０はアンテナの最低動作周波数の自由空間波長であり、εγはパッチとグラウンド面又はグラウンドストリップとの間の誘電体材料の比誘電率である。誘電体材料が空気である場合、そのεγは１に等しい。従ってメインパッチ１０１の長さは、アンテナ１００の所望の動作周波数範囲の最低動作周波数に従って選択される。しかし、メインパッチ１０１の折り返された配置により、アンテナ要素１１０の全長は低減され得る。
【００１９】
パッチアンテナの幅はアンテナの入力インピーダンスに一般に影響を及ぼし、幅の寸法は、アンテナ入力における良好なインピーダンス整合を提供するために選択されてもよい。ある程度はパッチアンテナ１００への寄生パッチ１０３、１０４の結合のおかげで、特定の所望の帯域幅のためにメインパッチ１０１の幅は低減され得る。メインパッチ１０１の幅は、１つ以上のチューニングストリップ１０５の実装により更に低減され得る。これらのサイズ低減技法のうちの１つ以上の組み合わせにより、アンテナブロック１１０の幅及び長さは約λ０／６に低減され得る。
【００２０】
寄生パッチ１０３、１０４は、アンテナ１００の広帯域性能を向上させるためにアンテナ１００内に設けられる。この目的のために、寄生パッチ１０３、１０４のそれぞれの長さ及び幅は、好適に広い周波数帯域においてアンテナ１００の好適な入力インピーダンス整合を達成するように選択される。アンテナ１００のサイズは寄生パッチ１０３、１０４の追加に伴って一般に増加するが、サイズの増加は、メインパッチ１０１の折り返された配置に類似した寄生パッチ１０３、１０４の折り返された配置を使用することによって少なくとも部分的に相殺され得る。従って図４Ａ及び図４Ｂに示すように、寄生パッチ１０３、１０４のそれぞれはグラウンドストリップ１０２の周りで折り返されてもよい。図４Ａに示すように、第１の寄生パッチ１０３は、第１の上部ストリップ（又はセグメント）１０３−１と第２の下部ストリップ（又はセグメント）１０３−２とを含む。第１の寄生パッチ１０３の上部ストリップ１０３−１の少なくとも一部はグラウンドストリップ１０２の上方に配置され、第１の寄生パッチ１０３の下部ストリップ１０３−２の少なくとも一部はグラウンドストリップ１０２の下方に配置される。同様に、図４Ｂに示すように、第２の寄生パッチ１０４は、第１の上部ストリップ（又はセグメント）１０４−１と第２の下部ストリップ（又はセグメント）１０４−２とを含む。第２の寄生パッチ１０４の上部ストリップ１０４−１の少なくとも一部はグラウンドストリップ１０２の上方に配置され、第２の寄生パッチ１０４の下部ストリップ１０４−２の少なくとも一部はグラウンドストリップ１０２の下方に配置される。アンテナ１００は図１〜図６に示す２つの寄生パッチの実装に限定されず、いくつかの実施形態では任意のその他の好適な数（例えば１、３、４など）の寄生パッチをアンテナ１００は含んでもよいということに留意されたい。例えば、寄生パッチ１０３、１０４のうちのいずれか一方がアンテナ１００から省略されてもよい。
【００２１】
図５に示すチューニングストリップ１０５−１、１０５−２は、寄生パッチ１０３、１０４上の電流（又は磁界）の分布を修正してアンテナ１００の広帯域性能を更に向上させるために利用されてもよい。この目的のために、寄生パッチ１０３、１０４上の修正されていない電流分布によって提供される周波数範囲と比較してより広い周波数範囲にわたってアンテナ１００の好適なインピーダンス整合が達成されるように、少なくとも１つのチューニングストリップ１０５−１、１０５−２が配置されてもよい。結果として、チューニングストリップ１０５−１、１０５−２はアンテナ１００の比帯域幅を更に増加させる。各寄生パッチ１０３、１０４上の所望の電流分布を達成するために、チューニングストリップ１０５−１、１０５−２のそれぞれの位置及び幅が、対応する寄生パッチ１０３、１０４上の定常波電流分布に基づいて選択される。定常波電流パターンに沿った所望の短絡位置を選択することによって、及び短絡要素（すなわちチューニングストリップ１０５−１、１０５−２）の長さを制御することによって、電流分布は制御された手法で形作られ、所望の電流分布がこれにより達成される。チューニングストリップ１０５−１、１０５−２のどちらの位置及び幅も、経験的に及び／又は電磁気解析ソフトウェアツールの使用を介して決定されてもよい。例えば、アンテナ１００の所望のアンテナ帯域幅は、チューニングストリップ１０５−１、１０５−２のそれぞれを、グラウンド面１０６から延在するグラウンドストリップ１０２の垂直部分１０２−２の近く又はより近くに位置付けることによって達成され得る。
【００２２】
図６Ａは、図１Ａ及び図１Ｂに示すアンテナ１００の平面図を示す。特に、パッチ１０１、１０３、１０４の長さ及び幅は同じである必要はない。例えば、パッチ１０１、１０３、１０４のそれぞれの長さは、互いにわずかに異なる周波数で各パッチが共振するように選択されてもよい。パッチ１０１、１０３、１０４について異なる長さを選択することで、アンテナ１００のより広い帯域幅がもたらされる。一例として、第１の寄生パッチ１０３の長さはメインパッチ１０１の長さよりわずかに短くてもよく、これはメインパッチ１０１の共振周波数と比較した第１の寄生パッチ１０３のわずかに高い共振周波数をもたらし得、これにより、アンテナ１００の中心動作周波数より上の周波数帯域において、アンテナ１００のインピーダンス帯域幅が拡大される可能性がある。他方、第２の寄生パッチ１０４の長さはメインパッチ１０１の長さよりわずかに長くてもよく、これはメインパッチ１０１の共振周波数と比較した第２の寄生パッチ１０４のわずかに低い共振周波数をもたらし得、これにより、アンテナ１００の中心動作周波数より下の周波数帯域において、アンテナ１００のインピーダンス帯域幅が拡大される可能性がある。パッチ１０１、１０３、１０４の幅も、より広い周波数帯域にわたるアンテナ１００の好適なインピーダンス整合を提供することによってインピーダンス帯域幅を更に最適化するために選択されてもよい。給電ピン２０３の位置も変更されてもよく、これによりアンテナ１００の所望の広帯域性能を達成するための追加のチューニングパラメータが提供されるということに留意されたい。
【００２３】
図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄはそれぞれ、図６Ａに示すアンテナ１００の左側から見た立面図、正面側から見た断面立面図、及び右側から見た立面図を示す。図６Ａの線６Ｃ−６Ｃに沿って取られた図６Ｃの断面図からわかるように、アンテナ１００の第１の放射エッジ２０１は、メインパッチ１０１の上部ストリップ１０１−１とグラウンドストリップ１０２との間に形成される第１の放射スロット６０１を含み、アンテナ１００の第２の放射エッジ２０２は、メインパッチ１０１の下部ストリップ１０１−２とグラウンド面１０６との間に形成される第２の放射スロット６０２を含む。メインパッチ１０１の長さが約λ０／２である場合、メインパッチ１０１に沿った電流及び電圧分布は、放射エッジ２０１及び２０２のそれぞれにおける電流が約０となり電圧が最大となるようなものである。
【００２４】
図１〜図６に示す層状配置では、上部ストリップ１０１−１、１０３−１、１０４−１は空間内の第１の面内にあり、下部ストリップ１０１−２、１０３−２、１０４−２は空間内の第２の面内にある。グラウンドストリップ１０２の水平部分１０２−１は空間内の第３の面内にあり、グラウンド面１０６は空間内の第４の面内にある。図示されている実施形態では、第１、第２、第３、及び第４の面は互いに平行である。図９Ａ〜図９Ｃに関連して以下により詳細に説明するように、いくつかの実施形態では、第２の面（すなわちパッチ１０１、１０３、１０４の下部ストリップ１０１−２、１０３−２、１０４−２を含む面）の少なくとも一部が第１、第３、及び第４の面を基準にして角度を付けられて、グラウンド面１０６とアンテナブロック１１０との間の分離の漸進的な変化又は増加が、アンテナブロック１１０の角度を付けられた部分において提供されてもよい。アンテナブロック１１０とグラウンド面１０６との間の分離におけるそのような漸進的な増加を提供することにより、少なくともいくつかの構成においてアンテナ１００の帯域幅は更に増加し得る（図９Ａ〜図９Ｃの説明を参照）。
【００２５】
図７Ａ及び図７Ｂは、図１〜図６のアンテナ１００を実装するためにプリント回路基板７０２を利用するアンテナ構造７００の一実施形態を示す。第１の回路基板７０２−１は、メインパッチ１０１の上部ストリップ１０１−１と、第１の寄生パッチ１０３の上部ストリップ１０３−１と、第２の寄生パッチ１０４の上部ストリップ１０４−１とを含む。第２の回路基板７０２−２は、メインパッチ１０１の下部ストリップ１０１−２と、第１の寄生パッチ１０３の下部ストリップ１０３−２と、第２の寄生パッチ１０４の下部ストリップ１０４−２とを含む。第３の回路基板７０２−３はグラウンドストリップ１０２の水平部分１０２−１を含む。共同して、回路基板７０２はアンテナ１００のアンテナブロック１１０を形成する。回路基板７０２−３は、例えば層状のガラス繊維エポキシＦＲ４などの好適な非導電性基板に取り付けられた銅又はアルミニウムなどの好適な金属の薄板を含んでもよい。パッチストリップ１０１、１０３、及び１０４は、回路基板７０２−１及び７０２−２上にプリントされてもよく、又は例えばエッチングなどのその他の好適なプロセスを使用して回路基板７０２−１、７０２−２上に生成されてもよい。
【００２６】
図７Ａに示す実施形態では、回路基板７０２は、例えば、非導電性のネジ、及び／又は、アンテナ構造７００の層の間に配置されたスペーサ７０１の組を１つ以上使用してグラウンド面７０６に搭載される。例えばスペーサ７０１は、回路基板７０２−１、７０２−２、７０２−３の隅の近くでアンテナ構造７００の各層の間に位置付けられてもよい。アンテナ７００の層を配置するためにスペーサ７０１を使用する利点は、この配置では層間の分離が容易かつ正確に制御され得るということである。あるいは、アンテナ構造７００の別の組み立てプロセスでは、グラウンド面７０６から延在する１つ以上の非導電性の壁が回路基板７０２を配置するために使用されてもよい。そのような実施形態では、１つ以上のネジ及び／又はスペーサ７０１はアンテナ構造７００から省かれてもよい。
【００２７】
次に図７Ｂを参照すると、上部ストリップ１０１−１、１０３−１、１０４−１のそれぞれが、対応する下部ストリップ１０１−２、１０３−２、１０４−２に、それぞれのコネクタ７０３を用いて結合される。特に、コネクタ７０３−２はメインパッチ１０１の上部ストリップ１０１−１を下部ストリップ１０１−２と結合し、コネクタ７０３−１は第１の寄生パッチ１０３の上部ストリップ１０３−１を下部ストリップ１０３−２と結合し、コネクタ７０３−３は第２の寄生パッチ１０４の上部ストリップ１０４−１を下部ストリップ１０４−２と結合する。同様に、図７Ａに示すように、コネクタ７０３−４はグラウンドＰＣＢ７０２−３をグラウンド面７０６と結合する。所望される場合、１つ以上のチューニングストリップ７０７が、第１の寄生パッチ１０３とグラウンドＰＣＢ７０２−３との間、及び／又は第２の寄生パッチ１０４とグラウンドＰＣＢ７０２−３との間に接続されてもよい。
【００２８】
図８Ａ〜図８Ｃは、別の実施形態による、図１〜図６のアンテナ１００を実装するアンテナ構造８００を示し、ここでメインパッチ１０１、第１の寄生パッチ１０３、及び第２の寄生パッチ１０４はフレキシブル回路基板８０１上にプリントされる。フレキシブル回路基板８０１はグラウンドストリップ８０２の周りで折り返され、グラウンドストリップ８０２はグラウンド面８０４から延在するか又はグラウンド面８０４に接続される。折り返されたフレキシブル回路基板８０１及びグラウンドストリップ８０２は、例えば壁などの、１つ以上の非導電性の支持体８０３を用いて所定の位置に保持されてもよい。いくつかの実施形態では、図８Ｃに示すように、折り返されたフレキシブル回路基板８０１の所望の形状を作るために、アンテナ組立体８００は１つ以上のスティフナ８０５も含んでもよい。所望される場合、１つ以上のチューニングストリップ８０７が、第１の寄生パッチ１０３とグラウンドストリップ８０２との間、及び／又は第２の寄生パッチ１０４とグラウンドストリップ８０２との間に接続されてもよい。下部及び上部ストリップのための２つの別個の基板の代わりにフレキシブル回路基板を使用すれば、アンテナパッチ１０１、１０３、及び１０４のそれぞれの下部及び上部ストリップを別個に接続する必要がなくなることにより、アンテナ１００の製造プロセスが一般に単純化される。
【００２９】
図９Ａ〜図９Ｃは、図１〜図６のアンテナ１００を実装するアンテナ構造９００の別の実施形態を示し、ここでメインパッチ１０１、第１の寄生パッチ１０３、及び第２の寄生パッチ１０４はフレキシブル回路基板９０５上にプリントされる。フレキシブル回路基板９０５はグラウンドストリップ９０８の周りで折り返され、グラウンドストリップ９０８はグラウンド面９０４から延在するか又はグラウンド面９０４に接続される。折り返されたフレキシブル回路基板９０５及びグラウンドストリップ９０８は、例えば壁などの、１つ以上の非導電性の支持体９０９を用いて所定の位置に保持されてもよい。いくつかの実施形態では、折り返されたフレキシブル回路基板９０５の所望の形状を作るために、アンテナ組立体９００は１つ以上のスティフナ９０６も含んでもよい。所望される場合、１つ以上のチューニングストリップ９０７が、第１の寄生パッチ１０３とグラウンドストリップ９０８との間、及び／又は第２の寄生パッチ１０４とグラウンドストリップ９０８との間に接続されてもよい。
【００３０】
アンテナ構造９００では、フレキシブル回路基板９０５のメインパッチ１０１の上部ストリップの少なくとも一部と、第１及び第２の寄生パッチ１０３、１０４の上部ストリップの少なくとも一部とは、空間内の第１の面９０１内にある。フレキシブル回路基板９０５のメインパッチ１０１の下部ストリップの少なくとも一部と、第１及び第２の寄生パッチ１０３、１０４の下部ストリップの少なくとも一部とは、空間内の第２の面９０２及び第３の面９０３内にある。第２の面９０２は、第１の面９０１又はグラウンド面９０４と平行ではない。従ってこの配置では、グラウンド面９０４と、第２の面９０２内にあるパッチアンテナ要素の非平行部分（及びそれぞれのパッチ１０１、１０３、１０４の下部ストリップ１０１−２、１０３−２、１０４−２の部分）との間の距離は、一方向において漸進的に増加される。グラウンド分離を増加させることによりアンテナの放射効率が一般に向上し、これによりアンテナのＱファクタが減少し、アンテナの帯域幅が拡大される。従って、グラウンド面９０４と、第２の面９０２内にあるフレキシブル回部基板９０５の非平行部分内に含まれるそれぞれのパッチ１０１、１０３、１０４の下部ストリップ１０１−２、１０３−２、１０４−２との間の分離度の漸進的増加により、アンテナの高さを全体的に増加させることなしにアンテナの帯域幅が増加される。アンテナ９００における漸進的分離特徴はフレキシブル回路基板実装に限定されず、任意のその他の好適な手法で（例えばいくつかの非フレキシブル回路基板を使用して）実装されてもよいということに留意されたい。
【００３１】
上記の説明から、アンテナの動作周波数特性、特に帯域幅は、以下のステップのうちの１つ以上を実行することによって調節され得るということがわかる。寄生パッチとグラウンドストリップとの間にチューニングストリップを取り付けるステップ、チューニングストリップのサイズを変更するステップ、寄生パッチとグラウンドストリップとの間でチューニングストリップの位置を変更するステップ、給電ピンの位置を変更するステップ、メインパッチを寄生パッチに直接結合するステップ、メインパッチを寄生パッチにギャップ結合するステップ、ギャップ結合されているメインパッチと寄生パッチとの間の空間関係を調節するステップ、メインパッチの第１のストリップとメインパッチの第２のストリップとの間の一定の空間関係を維持するステップ、寄生パッチの第１のストリップと寄生パッチの第２のストリップとの間の一定の空間関係を維持するステップ、メインパッチの第１のストリップの少なくとも一部とメインパッチの第２のストリップの少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、寄生パッチの第１のストリップの少なくとも一部と寄生パッチの第２のストリップの少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、メインパッチの第２のストリップの少なくとも一部とグラウンド面との間の空間関係を変化させるステップ、寄生パッチの長さと比較して異なるようにメインパッチの長さを修正するステップ、及び、寄生パッチの幅と比較して異なるようにメインパッチの幅を修正するステップ。
【００３２】
図１０の表１０００は、いくつかの実施形態による、いくつかの動作周波数における、従来の単一共振器パッチアンテナに対するアンテナ１００のサイズの比較を示す。表１０００からわかるように、本明細書中に記載した技法を利用することにより、従来のパッチアンテナのサイズと比較したサイズの大幅な低減が達成される。
【００３３】
図１１の表１１００は、いくつかの実施形態による、いくつかの動作周波数における、従来の単一共振器パッチアンテナに対するアンテナ１００のアンテナ性能の比較を示す。表１１００によれば、アンテナ１００の利得、指向性、及び不整合損失はわずかに劣化するが、依然として従来の単一共振器パッチアンテナの対応するパラメータと同程度であり、従ってアンテナ１００は、アンテナ１００のサイズ低減を必要とするか又はその利益を得る可能性がある多くの適用例に好適なものとなる、ということが示される。
【００３４】
図１２は、アンテナ１００の例示的実施形態についての電圧定在波比（ＶＳＷＲ）対周波数を示すＶＳＷＲグラフ１２００である。グラフ１２００は、示された実施形態において約４０％の比帯域幅にわたって好適な入力インピーダンス整合（ＶＳＷＲ＜６）が達成されることを示す。
【００３５】
図１３は、アンテナの２つの例示的実施形態すなわち（図９Ａ〜図９Ｃに関連して上述した）グラウンド面分離における漸進的増加を有する及び有さない例示的実施形態についてのＶＳＷＲ対周波数のグラフ１３００である。グラフ１３００において、漸進的グラウンド面分離を有さない例示的アンテナについてのＶＳＷＲは実線で示されており、グラウンド面からの漸進的分離を有する例示的アンテナは破線で示されている。グラフ１３００からわかるように、実線によって示される低ＶＳＷＲ（例えば＜６）領域がまたがる周波数帯域と比較してより広い周波数帯域にまたがる低ＶＳＷＲ（例えば＜６）領域を破線は示す。従ってグラフ１３００は、グラウンド面分離における漸進的増加が導入された場合にアンテナ帯域幅が向上することを示す。
【００３６】
図１４Ａ及び図１４ＢはそれぞれＶＳＷＲプロット１４００及び放射パターンのポーラーチャート１４１０を、一実施形態による自由空間内で動作する例示的アンテナと金属面上に搭載された同じ例示的アンテナとを比較して示す。図１４Ａ及び図１４Ｂに示す実施形態では、例示的アンテナは、極超短波（ＵＨＦ）帯域内の比較的低い周波数範囲内で、約４７０ＭＨｚ〜７９０ＭＨｚの動作周波数範囲を有して動作する。図１４Ａ及び図１４Ｂでは、破線は、自由空間内で動作する例示的アンテナに対応し、実線は、大きな金属面上に搭載された同じ例示的アンテナに対応する。プロット１４００及び１４１０からわかるように、搭載面はアンテナの性能に対して大きな影響を有さない。
【００３７】
図１５Ａ及び図１５ＢはそれぞれＶＳＷＲプロット１５００及び放射パターンのポーラーチャート１５１０を、別の実施形態による自由空間内で動作する例示的アンテナと金属面上に搭載された同じ例示的アンテナとを比較して示す。図１５Ａ及び図１５Ｂに示す実施形態では、例示的アンテナは、ＵＨＦ周波数帯域内の比較的高い周波数範囲内で、約６８０ＭＨｚ〜９８０ＭＨｚの動作周波数範囲を有して動作する。図１５Ａ及び図１５Ｂでは、破線は、自由空間内で動作する例示的アンテナに対応し、実線は、大きな金属面上に搭載された同じ例示的アンテナに対応する。プロット１５００及び１５１０からわかるように、搭載面は、より高い周波数範囲内で動作するアンテナの性能に対して大きな影響を有さない。
【００３８】
上述の構成及び技法は、２つの放射エッジを有する折り返されたメインパッチを使用すること、メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿ってメインパッチに寄生パッチをギャップ結合すること、１つ以上のチューニングストリップを使用して１つ以上の寄生パッチをグラウンドストリップに結合すること、メインパッチ及び寄生パッチ（１つ又は複数）とグラウンド面との間の分離を漸進的に増加させること、及びメインパッチ及び１つ以上の寄生パッチの長さ及び幅を修正することなどの、パッチアンテナのサイズを低減させるため及び帯域幅を増加させるためのいくつかのチューニング選択肢を提供する。これらのチューニング選択肢のうちの１つ以上を使用することにより、４０％の比帯域幅と、現在のパッチアンテナと比較した全ての寸法における５０％のサイズ削減とを達成することができた。そのようなパッチアンテナは、例えばワイヤレスマイク、無線オーディオモニタリングシステム、ローカル無線データネットワーク、及び無線医療装置などの、短〜中距離無線通信システムに好適である。加えて、薄型と、大幅なサイズ削減と、搭載面に影響を受けないこととにより、本発明のアンテナは恒久的屋内設備に適合したものとなる。
【００３９】
開示された方法及び機器について、例示のみを目的とし、本発明を限定することを意図するものではない特定の例を参照して説明したが、開示された実施形態に対して本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更、追加、又は削除が行われ得るということは当業者にとって明らかであろう。従って本特許は、添付の特許請求の範囲内に文字通りに又は均等論に従って公正に含まれる全ての方法、機器、及び製品を包含する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2015527023.tif 000021
【図９Ｃ】
2015527023.tif 000022
【図１０】
2015527023.tif 000023
【図１１】
2015527023.tif 000024
【図１２】
2015527023.tif 000025
【図１３】
2015527023.tif 000026
【図１４Ａ】
2015527023.tif 000027
【図１４Ｂ】
2015527023.tif 000028
【図１５Ａ】
2015527023.tif 000029
【図１５Ｂ】
2015527023.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月12日(2015.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラウンド面と、
前記グラウンド面から延在するグラウンドストリップと、
第１のストリップと第２のストリップとを含むメインパッチであって、前記メインパッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置され、前記グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成する、メインパッチと、
前記メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される寄生パッチであって、前記寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、寄生パッチと
を備えるアンテナ組立体。
【請求項２】
前記寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合されたチューニングストリップを更に備える、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項３】
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部とは第１の面内にあり、前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部とは第２の面内にあり、前記第１の面と前記第２の面とは異なる、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項４】
前記第１の面は前記第２の面と平行である、請求項３に記載のアンテナ組立体。
【請求項５】
前記第１の面は前記第２の面と平行ではない、請求項３に記載のアンテナ組立体。
【請求項６】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記寄生パッチは長さ及び幅を有し、前記メインパッチの前記長さは前記寄生パッチの前記長さと異なる、
請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項７】
前記メインパッチの前記幅は前記寄生パッチの前記幅と異なる、
請求項６に記載のアンテナ組立体。
【請求項８】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記寄生パッチは長さ及び幅を有し、前記メインパッチの前記幅は前記寄生パッチの前記幅と異なる、
請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項９】
前記寄生パッチは第１の寄生パッチであり、前記非放射エッジは第１の非放射エッジであり、前記アンテナ組立体は、
前記メインパッチの第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される第２の寄生パッチであって、前記第２の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、第２の寄生パッチ
を更に備える、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１０】
前記第１の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第１のチューニングストリップと、
前記第２の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第２のチューニングストリップと
を更に備える、請求項９に記載のアンテナ組立体。
【請求項１１】
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部とは第１の面内にあり、前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部とは第２の面内にあり、前記第１の面と前記第２の面とは異なる、請求項１０に記載のアンテナ組立体。
【請求項１２】
前記第１の面は前記第２の面と平行である、請求項１１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１３】
前記第１の面は前記第２の面と平行ではない、請求項１１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１４】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記第１の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記第２の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記メインパッチの前記長さと、前記第１の寄生パッチの前記長さと、前記第２の寄生パッチの前記長さとは異なる、
請求項９に記載のアンテナ組立体。
【請求項１５】
前記メインパッチの前記幅と、前記第１の寄生パッチの前記幅と、前記第２の寄生パッチの前記幅とは異なる、
請求項１４に記載のアンテナ組立体。
【請求項１６】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記第１の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記第２の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記メインパッチの前記幅と、前記第１の寄生パッチの前記幅と、前記第２の寄生パッチの前記幅とは異なる、
請求項９に記載のアンテナ組立体。
【請求項１７】
前記メインパッチと前記寄生パッチとを含むフレキシブルプリント回路基板であって、前記フレキシブルプリント回路基板は前記グラウンドストリップの周りで折り返される、フレキシブルプリント回路基板と、
前記グラウンドストリップの周りで折り返された前記フレキシブルプリント回路基板を支持するスティフナと、
少なくとも１つの支持体と
を更に備え、前記スティフナは前記支持体に取り付けられる、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１８】
前記メインパッチの前記第１のストリップと、前記寄生パッチの前記第１のストリップとを含む第１のプリント回路基板と、
前記グラウンドストリップを含む第２のプリント回路基板と、
前記メインパッチの前記第２のストリップと、前記寄生パッチの前記第２のストリップとを含む第３のプリント回路基板と、
前記メインパッチの前記第１のストリップを前記メインパッチの前記第２のストリップに結合する第１のコネクタと、
前記寄生パッチの前記第１のストリップを前記寄生パッチの前記第２のストリップに結合する第２のコネクタと、
前記第１のプリント回路基板、前記第２のプリント回路基板、及び前記第３のプリント回路基板の間に配置された少なくとも１つのスペーサと
を更に備える、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項１９】
前記寄生パッチは、前記メインパッチの前記非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチにギャップ結合される、請求項１に記載のアンテナ組立体。
【請求項２０】
グラウンド面と、
前記グラウンド面から延在するグラウンドストリップと、
第１のストリップと第２のストリップとを含むメインパッチであって、前記メインパッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置され、前記グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成する、メインパッチと、
前記メインパッチの第１の非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される第１の寄生パッチであって、前記第１の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第１の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記第１の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、第１の寄生パッチと、
前記メインパッチの第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿って前記メインパッチに結合される第２の寄生パッチであって、前記第２の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に配置され、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に配置される、第２の寄生パッチと、
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部とは第１の面内にあり、前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第１の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部と、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部とは第２の面内にあり、前記第１の面は前記第２の面とは異なり、
前記第１の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第１のチューニングストリップと、
前記第２の寄生パッチと前記グラウンドストリップとに直接結合された第２のチューニングストリップと
を備えるアンテナ組立体。
【請求項２１】
前記第１の面は前記第２の面と平行ではない、請求項２０に記載のアンテナ組立体。
【請求項２２】
前記メインパッチは長さ及び幅を有し、
前記第１の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記第２の寄生パッチは長さ及び幅を有し、
前記メインパッチ、前記第１の寄生パッチ、及び前記第２の寄生パッチの前記長さは異なり、前記メインパッチ、前記第１の寄生パッチ、及び前記第２の寄生パッチの前記幅は異なる、
請求項２０に記載のアンテナ組立体。
【請求項２３】
前記第１の寄生パッチは、前記メインパッチの前記第１の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記メインパッチにギャップ結合され、前記第２の寄生パッチは、前記メインパッチの前記第２の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記メインパッチにギャップ結合される、請求項２０に記載のアンテナ組立体。
【請求項２４】
無線システムのためのアンテナを提供する方法であって、
グラウンド面から延在するグラウンドストリップを提供することと、
第１のストリップと第２のストリップとを含むメインパッチを提供することと、
前記グラウンドストリップの周りに前記メインパッチを位置付けることと、
ここで、前記メインパッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に位置付けられ、前記グラウンドストリップと共に第１の放射エッジを形成し、前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に位置付けられ、前記グラウンド面と共に第２の放射エッジを形成し、
前記メインパッチの非放射エッジの少なくとも一部に沿って寄生パッチを前記メインパッチに結合することと、
を含み、
ここで、前記寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に位置付けられ、前記寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に位置付けられる、
方法。
【請求項２５】
前記寄生パッチと前記グラウンドストリップとの間にチューニングストリップを取り付けるステップ、
前記チューニングストリップのサイズを変更するステップ、
前記寄生パッチと前記グラウンドストリップとの間で前記チューニングストリップの位置を変更するステップ、
給電ピンの位置を変更するステップ、
前記メインパッチを前記寄生パッチに直接結合するステップ、
前記メインパッチを前記寄生パッチにギャップ結合するステップ、
ギャップ結合されているメインパッチと寄生パッチとの間の空間関係を調節するステップ、
前記メインパッチの前記第１のストリップと前記メインパッチの前記第２のストリップとの間の一定の空間関係を維持するステップ、
前記メインパッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と前記メインパッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、
前記寄生パッチの前記第１のストリップの前記少なくとも一部と前記寄生パッチの前記第２のストリップの前記少なくとも一部との間の空間関係を変化させるステップ、
前記メインパッチの前記第２のストリップの少なくとも一部とグラウンド面との間の空間関係を変化させるステップ、
前記寄生パッチの幅と比較して異なるように前記メインパッチの幅を修正するステップ、及び、
前記寄生パッチの長さと比較して異なるように前記メインパッチの長さを修正するステップ
のうちの１つ以上を実行することによって前記アンテナの帯域幅を調節することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記寄生パッチは第１の寄生パッチであり、前記非放射エッジは第１の非放射エッジであり、前記方法は、
前記メインパッチの第２の非放射エッジの少なくとも一部に沿って第２の寄生パッチを前記メインパッチに結合する
ことを更に含み、ここで、前記第２の寄生パッチは第１のストリップと第２のストリップとを含み、前記第２の寄生パッチの前記第１のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの上方に位置付けられ、前記第２の寄生パッチの前記第２のストリップの少なくとも一部は前記グラウンドストリップの下方に位置付けられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
第１の寄生パッチを前記メインパッチに結合することは、前記メインパッチの前記第１の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記第１の寄生パッチを前記メインパッチにギャップ結合することを含み、第２の寄生パッチを前記メインパッチに結合することは、前記メインパッチの第２の非放射エッジの前記少なくとも一部に沿って前記第２の寄生パッチを前記メインパッチにギャップ結合することを含む、請求項２６に記載の方法。
【国際調査報告】
2015527023.tif 000031
2015527023.tif 000032
2015527023.tif 000033