(57)【要約】      （修正有）【課題】  １つの周波数帯域での動作から他の周波数帯域での動作への切り替えを可能にし、適用されない周波数帯域からのノイズや干渉の影響を低減することができるアンテナを提供する。【解決手段】  本発明はグランドプレーンを有する基板上に少なくとも第１周波数（ｆ１）で動作する閉鎖形状の第1スロット１と、第２周波数（ｆ２）で動作する閉鎖形状の第２スロット２とを具備し、前記第１及び第２スロットが共通の供給線３によって励起されるように構成されるマルチバンド平面アンテナに関する。供給線の自由端には制御素子４が設けられ、この制御素子は第１及び第２スロットの供給線との結合点において開放、短絡の２つの状態を有し、この制御素子が２つの状態のうちのいずれか一方に設定されると、第１及び第２スロットのうちのいずれか一方だけが動作するように第１及び第２スロットは供給線に対して配置される。【選択図】  図１
2005080293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドプレーンを有する基板上に少なくとも第１周波数で動作する閉鎖形状の第1スロットと、第２周波数で動作する閉鎖形状の第２スロットとを具備し、前記第１及び第２スロットが共通の供給線によって励起されるように構成されるマルチバンド平面アンテナにおいて、
前記第１スロットは、前記供給線において第１型式をとる電気平面で前記供給線と結合し、前記第２スロットは前記供給線において第２型式をとる電気平面で前記供給線と結合し、前記供給線の自由端には制御素子が設けられ、前記制御素子は前記第１及び第２スロットの前記供給線との結合点における電気平面の型式を変更するために２つの状態を有し、前記制御素子が前記２つの状態のうちのいずれか一方に設定されると、前記第１及び第２スロットのうちのいずれか一方だけが動作するように前記第１及び第２スロットは前記供給線に対して配置されることを特徴とするマルチバンド平面アンテナ。
【請求項２】
前記第１及び第２型式の電気平面は、前記スロットの動作周波数において短絡回路平面又は開放回路平面を構成することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記制御素子はダイオード、トランジスタ、スイッチ回路、又はＭＥＭＳを構成することを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ。
【請求項４】
前記閉鎖形状は、ｋ′が正の整数を表し、λｓｉがスロットｉにおける波長を表すとすると、スロットｉの周囲長Ｐｉが、Ｐｉ＝ｋ′λｓｉの条件を満たすような円形、多角形、又はその他の閉鎖形状を構成することを特徴とするは請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記第１周波数が前記第２周波数よりも低いという条件において、前記制御素子がオフ状態に設定されると前記第２周波数で動作し、前記制御素子がオン状態に設定されると前記第１周波数で動作するようなアンテナである場合、前記第１及び第２スロットの前記供給線との結合点と、前記制御素子との間の距離ｌ１、ｌ２は、λｉ（ｉ＝１又は２）が動作周波数での前記供給線内の波長を表し、ｋｉ（ｉ＝１又は２）が正の整数又はゼロを表すとすると、
ｌ２＝λ2／４＋ｋ２λ2／２
ｌ１＝λ１／２＋ｋ１λ１／２
の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至４にいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１周波数が前記第２周波数よりも低いという条件において、前記制御素子がオフ状態に設定されると前記第１周波数で動作し、前記制御素子がオン状態に設定されると前記第２周波数で動作するようなアンテナである場合、前記第１及び第２スロットの前記供給線との結合点と、前記制御素子との間の距離ｌ１、ｌ２は、λｉ（ｉ＝１又は２）が動作周波数での前記供給線内の波長を表し、ｋｉ（ｉ＝１又は２）が正の整数又はゼロを表すとすると、
ｌ１＝λ１／４＋ｋ１λ１／２
ｌ２＝λ２／２＋ｋ２λ２／２
の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記第１及び第２周波数のうちの低い周波数で動作するスロットの高次モードが高い周波数と一致しないように前記スロットの幅が設定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項８】
前記第１及び第２周波数のうちの低い周波数で動作するスロットの高次モードが高い周波数と一致しないように前記供給線における前記制御素子と前記各スロットとの間の部分の幅が設定されることを特徴とする前記請求項１乃至６のいずれかに記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に複数の周波数帯域で動作するアンテナに関し、特に２つの周波数帯域で動作するが単一のアクセスから構成されるアンテナに関する。本発明は特にＷＬＡＮ（Wireless  Local  Area  Networks）など、２つのモード、すなわち２つの標準で機能することが可能であって２つの異なる周波数で動作しうる周知のローカル・ワイヤレス・ネットワークに適用されうるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近ワイドバンド・ワイヤレス・ネットワークの発展があまりにも好調であった結果、現在ではいくつかの標準が確立している。これらの標準の例としては、５ＧＨｚ周辺の周波数帯域で動作するＨＹＰＥＲＬＡＮやＩＥＥＥ８０２．１１Ａなどに加え、２．４ＧＨｚ周辺での周波数帯域で動作するＩＥＥＥ８０２．１１ＢやＩＥＥＥ８０２．１１Ｇなどがある。
【０００３】
携帯機器の分野においては、上記いずれの周波数でも動作することが可能であって、上記２つの周波数の共通の機能を有するインタフェース及び信号処理回路を備える低価格で小型な製品を提供することが重要である。このような製品においては上記２つの周波数のための共通アンテナアクセスを可能にする必要がある。そこで周波数２．４ＧＨｚと５ＧＨｚとの両方を含む非常に広い周波数帯域を有するアンテナを適用する方法が考えられる。また、２つ周波数２．４ＧＨｚと５ＧＨｚのそれぞれに対応する２つの周波数帯域を有するアンテナを適用することも考えられる。しかしこのような構成のシステムに対して、小型化及び生産コストの削減を図った場合、使用されない周波数帯域からのノイズや干渉が問題となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、装置で設定される動作モードに応じて１つの周波数帯域での動作から他の周波数帯域での動作への切り替えを可能にし、適用されない周波数帯域からのノイズや干渉の影響を低減することができるアンテナを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はグランドプレーンを有する基板上に少なくとも第１周波数で動作する閉鎖形状の第1スロットと、第２周波数で動作する閉鎖形状の第２スロットとを具備し、前記第１及び第２スロットが共通の供給線によって励起されるように構成されるマルチバンド平面アンテナに関する。
【０００６】
本発明によると、前記第１スロットは、前記供給線において第１型式をとる電気平面で前記供給線と結合し、前記第２スロットは前記供給線において第２型式をとる電気平面で前記供給線と結合し、前記供給線の自由端には制御素子が設けられ、前記制御素子は前記第１及び第２スロットの前記供給線との結合点における電気平面の型式を変更するために２つの状態を有し、前記制御素子が前記２つの状態のうちのいずれか一方に設定されると、前記第１及び第２スロットのうちのいずれか一方だけが動作するように前記第１及び第２スロットは前記供給線に対して配置される。
【０００７】
本発明の好適な一実施形態によると、前記第１及び第２型式の電気平面は、前記スロットの動作周波数において短絡回路平面又は開放回路平面を構成する。また、前記制御素子はダイオード、トランジスタ、スイッチ回路、又はＭＥＭＳを構成することが好ましく、また、前記閉鎖形状は、ｋ′が正の整数を表し、λｓｉがスロットｉにおける波長を表すとすると、スロットｉの周囲長Ｐｉが、Ｐｉ＝ｋ′λｓｉの条件を満たすような円形、多角形、又はその他の閉鎖形状を構成することが好ましい。
【０００８】
本発明は好適にはそれぞれの基本モードで動作する複数の環状スロットが励起用の供給線の周辺に配置され、これら環状スロットがこの供給線と結合状態又は非結合状態をなすような構成を有するアンテナに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下において添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。なお、図面における同一要素は同一の符号によって示される。
【００１０】
まず、図１及び図２を参照して、本発明によるアンテナの第１実施例を説明する。
【００１１】
図１に示されるように、本実施例によるアンテナはグランドプレーンを有する基板（非図示）上に第１スロット１及び第２スロット２が配置された構成を有する。この第１及び第２スロットはこの例ではグランドプレーンにエッチング処理を施すことによって得られる環状スロットに対応する。
【００１２】
本実施例では、環状スロット１及び２がそれぞれ基本モードで動作できるようにこれらのスロット１及び２の周囲長をそれぞれＰ１及びＰ２に設定する。すなわち環状スロット１は周囲長Ｐ１＝λｓ１に設定され、ここでλｓ１はスロット１における波長に対応する。また環状スロット２は周囲長Ｐ2＝λｓ2に設定され、ここでλｓ2はスロット2における波長に対応する。より具体的には、これら２つのスロットは、一方が２．４ＧＨｚで、もう一方が５ＧＨｚで動作するように構成される。
【００１３】
本実施例によると、図１に示されるようにこれら２つの環状スロット１及び２は単一の供給線３によって励起される。図示される実施例では、この供給線３は各環状スロット１及び２に接するように配置され、これらのスロット１又は２のいずれかを電磁結合によって励起させる。さらに図１に示されるように供給線３の自由端には制御素子４が設けられ、供給線３の終端で開放回路又は短絡回路が実現されるようにする。図１の実施例においては、この制御素子４はダイオードＰＩＮ４によって構成され、この一端は供給線３に接続され、もう一端はメッキ貫通孔、バイアホールやその他の接地手段によってグランドプレーンに接続される。このダイオード４は後述するようにオン状態又はオフ状態のいずれかに設定されるように制御される。
【００１４】
２つの環状スロット１又は２のいずれかにスイッチされた状態での動作を実現するために、供給線３と第１スロット１とが供給線３において第１型式をとる電気平面（短絡回路又は開放回路）で結合され、供給線３と第２スロット２とが供給線３において第２型式をとる電気平面（短絡回路又は開放回路）で結合されるように環状スロット１及び２は供給線３に対して配置される。これら環状スロット１及び２の結合平面（結合点）はそれぞれＴ１及びＴ２によって示される。
【００１５】
したがってダイオード４のある状態、例えばオフ状態において、周波数ｆ１で動作する環状スロット１が供給線３との結合点で短絡回路状態となる場合、周波数ｆ２で動作するもう一方の環状スロット２は非短絡回路状態、すなわち開放回路状態でなければならない。アンテナシステムにおける周波数のうちの一方から他方へ切り替える動作を実現するためには、ダイオードの状態が変更される際、すなわち開放状態に切り替えられる際に上記スロットの短絡回路／開放回路状態が結合点Ｔ２、Ｔ１において反転されなければならない。ダイオードがオフ状態である場合はアンテナが周波数ｆ２で動作し、オン状態である場合は周波数ｆ１で動作すると仮定すると、径の小さいスロット２が径の大きいスロット１よりもダイオードＰＩＮ４に接近している構成を有する図１の実施例においては、ダイオード４とそれぞれのスロット１，２の供給船との結合点との間の距離ｌ１及びｌ２は、以下の条件を満たす。
ｌ２＝λ2／４＋ｋ２λ2／２
ｌ１＝λ１／２＋ｋ１λ１／２
ここで指数１は周波数ｆ１に関連し、指数２は周波数ｆ２に関連し、周波数ｆ１は周波数ｆ２よりも低く、λｉは周波数ｆｉでの供給線３内の波長を表し、ｋｉは正の整数又はゼロを表す。
【００１６】
本発明による更なる特徴としては、干渉を防ぐために、ダイオード４がオフ状態である場合、周波数ｆ２でスロット２の結合点Ｔ２を通過する電気平面が短絡回路にならないよう距離ｌ１が設定される。すなわち周波数ｆ２で結合点Ｔ１を通過する電気平面が短絡回路平面をなすようにすることで、干渉を防ぐ様々な対策が適用されうる。環状スロット１は、周波数ｆ２と一致するような高次モードを有さないように構成される。これを実現するためには、図１の３ａ、３ｂ、３ｃによって示されるように、ダイオード４と結合点Ｔ２との間の供給線部分、結合点Ｔ２と結合点Ｔ１との間の供給線部分、及び結合点Ｔ１と線Ｊとの間の線部分それぞれの幅Ｗｊはマッチングされる。
【００１７】
また、環状スロット１を形成するスロットの幅Ｗｓを変更することによっても同様な効果が得られる。したがって周波数ｆｉで供給線３の幅及び環状スロットｉ（ｉ＝１又は２）の幅を調整することにより、スロットｉが周波数ｆｉでのみ動作し、周波数ｊでは動作しないことが保証される。適正な結合を実現するためには、線の短絡回路状態だけでなく、動作周波数での適正な動作を実現するために線とスロットとの間のインピーダンス比を調整する必要がある。よって供給線３及び環状スロットの幅を調整する必要性が生じる。
【００１８】
本発明の更なる実施例によると、結合点Ｔ１と線Ｊとの間の線部分３ｃの長さ及び特性インピーダンスが調整されて、ダイオードのオン／オフの両状態について、及びアンテナの動作周波数の両方について、アンテナの良好なマッチングが得られるようにする。所望のインピーダンス・マッチング条件を得るためには線部分の調整あるいはその他のあらゆるマッチング技術を適用することが可能である。
【００１９】
図２Ａ及び２Ｂでは図１のアンテナの動作が象徴的に示される。
【００２０】
図２Ａで示されるように、ダイオード４がオフの状態である場合、供給線３の終端では開放回路平面が得られる。この場合、５ＧＨｚでは周波数ｆ２で動作するスロット２の結合点は短絡回路平面に位置し、環状スロット１と供給線３との結合点は開放回路平面に位置する。これに対して２．４ＧＨｚでは、環状スロット２の結合点は特定平面に位置することなく、環状スロット１の結合点は開放回路平面に位置する。したがって、ダイオードがオフの状態の場合、このアンテナシステムは５ＧＨｚで動作する。
【００２１】
図２Ｂで示されるように、ダイオード４がオン状態である場合、供給線３の終端は短絡回路平面に位置する。そして５ＧＨｚではスロット２の結合点が開放回路平面に位置し、スロット１の結合点は短絡回路平面に位置する。２．４ＧＨｚではスロット２の結合平面は特に関係なく、スロット１の結合点は短絡回路平面に位置する。したがってダイオードがオン状態の場合、このアンテナシステムは２．４ＧＨｚで動作する。
【００２２】
図３Ａ及び３Ｂは別の実施例によるアンテナの動作を示す。ここでの動作は上述の動作とは逆の動作であり、径の大きい環状スロット１’がダイオード４に近い位置で供給線３に対して接するように配置され、径の小さい環状スロット２’がダイオード４から離れた位置に配置されるような構成のアンテナにおいて実現される動作に相当する。この場合ダイオード４と２つの環状スロット１′、２′それぞれの結合点との間の距離は以下のよう名条件を満たす。
ｌ２′＝λ2′／４＋ｋ２λ2′／２
ｌ１′＝λ１′／２＋ｋ１λ１′／２
ここで指数１′はスロット１′の周波数ｆ１′に関連し、指数２′はスロット２′の周波数ｆ２′に関連し、周波数ｆ１は周波数ｆ２よりも低く、λｉ‘は供給線３における周波数ｆｉ′での誘導波長を表し、ｋｉは正の整数又はゼロを表す。
【００２３】
ここで、ダイオードがオフの状態の場合、供給線３の終端は開放回路平面に位置し、径の大きいスロット１′の結合点は５ＧＨｚでは開放回路平面に位置し、２．４ＧＨｚでは短絡回路平面に位置する。一方径の小さいスロット２′の結合点は５ＧＨｚと２．４ＧＨｚとのいずれにおいても開放回路平面に位置する。したがってダイオード４がオフ状態の場合このアンテナは２．４ＧＨｚで動作する。これに対してダイオードがオン状態である場合、供給線３の終端は短絡回路平面に位置し、径の大きいスロット１′の結合点は５ＧＨｚでは短絡回路平面に位置し、２．４ＧＨｚでは開放回路平面に位置する。これに対して径の小さいスロット２′は５ＧＨｚ及び２．４ＧＨｚのいずれにおいても短絡回路平面に位置する。したがってダイオードがオン状態の場合アンテナは５ＧＨｚで動作する。
【００２４】
要するに、図３Ａ及び図３Ｂで説明された動作を実施するアンテナシステムにおいては、ダイオードがオフ状態の場合において２．４ＧＨｚでの動作が保証され、ダイオードがオン状態の場合において５ＧＨｚでの動作が保証される。
【００２５】
上述の実施例では、環状スロットが供給線３の両側に対して接線状態に配置されることにより電磁結合を実現する構成が説明されているが、これ以外の結合方法を適用することも可能である。図４はこの一例を示す。図４の実施例では一方のスロット、すなわち径の小さいスロット５が供給線３に対して接線状に結合するのに対し、径の大きいスロット６はクノル法により電磁結合が実現される。ここで供給線３はスロット６との接点を越え、これと交差し、このスロット６と距離ｌｍ＝αλｍ／４で結合する。ここでλｍはこのスロット６の線内波長を表し、αは正の整数あるいはゼロを表し、供給線３はダイオード４によって終端される。
【００２６】
また、図５は更に別の実施例によるアンテナシステムの構成を示す。ここでは２つの環状スロットの径の比を考慮して、径の小さいスロット５′が径の大きいスロット６′の内部に配置される。この実施例においては、線３′による供給はクノル法によって実現され、これらスロット５′及び６′それぞれの結合点とダイオード４との距離ｌ５′及びｌ６′は例えば以下の条件を満たす。
ｌ６′＝λ６′／２
ｌ５′＝λ５′／４
図６は図５の実施例の変形例を示す。ここでは２つのスロット５″及び６″のうちの一方が他方の内部に配置され互いに接触する。また、これらのスロットは接点Ｔにおいて線３″と接するように配置され、これら2つのスロット５″及び６″それぞれの供給線3″との結合点とダイオード４との距離ｌ５″及びｌ６″は、例えば以下の条件を満たす。
ｌ５″＝λ５″／２
ｌ６″＝λ６″／４
図5及び図6の構成では更に小型化されたアンテナが実現されうる。
【００２７】
なお、上述のもの以外の結合形態を適用することももちろん可能である。また、上記実施例では環状スロットが適用されている構成が示されているものの、これ以外にも例えば四角形や、六角形、その他対称多角形などの閉鎖形状を有するスロットを適用することも可能である。また、上記図面による実施例では切り替え用制御手段としてダイオードが示されているが、これ以外にも例えばＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）、トランジスタやこれら同等のデバイスなどの切り替え手段を適用することも可能である。また、上記図示される実施例では、供給線３はマイクロストリップラインから構成されるが、これ以外にも例えば同軸ケーブルなどの供給線を適用することも可能である。また、２つの動作周波数の帯域幅を広げるためにいくつかの同心円環状スロットを適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例によるアンテナの構成を示す概略平面図である。
【図２Ａ】図１のアンテナの動作を説明する図である。
【図２Ｂ】図１のアンテナの動作を説明する図である。
【図３Ａ】本発明の別の実施例によるアンテナの動作を説明する図である。
【図３Ｂ】本発明の別の実施例によるアンテナの動作を説明する図である。
【図４】本発明の別の実施例によるアンテナの構成を示す概略平面図である。
【図５】本発明の別の実施例によるアンテナの構成を示す概略平面図である。
【図６】本発明の別の実施例によるアンテナの構成を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１′、６、６′、６″    第１スロット
２、２′、５、５′、５″    第２スロット
３、３′、３″              供給線
４、                        ダイオード
【図１】
2005080293.tif 000003
【図２Ａ】
2005080293.tif 000004
【図２Ｂ】
2005080293.tif 000005
【図３Ａ】
2005080293.tif 000006
【図３Ｂ】
2005080293.tif 000007
【図４】
2005080293.tif 000008
【図５】
2005080293.tif 000009
【図６】
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