(57)【要約】上側の第１の表面と下側の第２の表面とを有する誘電体基板と、第２の表面上または第１および第２の表面の間に設けられた導電性接地面とを含むアンテナ装置が開示される。少なくとも２本の導電性フィードラインが第１の表面上に形成され、フィードポイントから第１の表面の辺縁部分または角部分にある所定の放射ポイントまで伸びる。接地面は放射ポイントの間に広がるように構成され、フィードラインは放射ポイントのところで幅が拡張されかつ／または放射ポイントのところで個別の誘電体素子が取り付けられる。本アンテナ装置は広帯域性能と小さなスペースに十分なダイバシティを実現する。
2006517074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側の第１の表面と下側の第２の表面とを有する誘電体基板と、前記第２の表面上または前記第１および第２の表面の間に設けられた導電性接地面と、前記第１の表面上に形成され、フィードポイントから前記第１の表面の辺縁部分または角部分にある所定の放射ポイントまで伸びる少なくとも２本の導電性フィードラインと、を含み、前記接地面が前記放射ポイントの真下には広がらないように構成されたアンテナ装置において、
前記接地面は、前記放射ポイントの間に広がるように構成され、前記フィードラインは前記放射ポイントのところで幅が拡張されかつ／または前記放射ポイントのところで個別の誘電体素子が設けられている、ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記フィードラインは、マイクロストリップフィードラインであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の表面上には、４本のフィードラインとそれぞれのフィードラインに付随する４つの放射ポイントとが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記誘電体基板は、４つの角部分と４つの辺縁部分を有する概ね長方形の形をしており、各フィードラインはそれぞれの角部分まで伸びていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記誘電体基板は、４つの角部分と４つの辺縁部分を有する概ね長方形の形をしており、２本のフィードラインは隣り合う角部分までそれぞれ伸び、残りの２本のフィードラインは前記隣り合う角部分の１つにそれぞれが隣接する対向する辺縁部分までそれぞれ伸びていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１の表面上には、２本のフィードラインとそれぞれのフィードラインに付随する２つの放射ポイントとが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記２本のフィードラインは、前記第１の表面の２つの隣り合う角部分までそれぞれ伸びていることを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記各フィードラインは、隣り合う放射ポイントに互いに直角を成すように配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記各フィードラインは、それらを個別的に駆動するのではなく２つ一組で駆動することができるように駆動回路に電気接続されていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記各フィードラインは、前記放射ポイントのところで幅が拡張され、かつ長方形、円錐形、円形、楕円形、円環形もしくは多角形の形状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記各フィードラインは、前記放射ポイントのところに誘電体セラミック素子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記各セラミック素子は、前記放射ポイントのところで前記フィードラインに半田付けされていることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記各セラミック素子は、前記フィードラインと接触するその素子表面上にメタライゼーション処理が施されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記各セラミック素子は、先の尖った先端部と丸みを帯びた側面部とを有するシリンダーの切片の形状をしていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記各セラミック素子は、前記先の尖った先端部が互いに外向きになるように前記第１の表面上に配置されていることを特徴とする請求項１４記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記各セラミック素子は、前記先の尖った先端部が互いに内向きになるように前記第１の表面上に配置されていることを特徴とする請求項１４記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
前記各セラミック素子は矩形形状を有しており、前記放射ポイントのところで前記フィードラインと一直線上に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
上側の第１の表面と下側の第２の表面とを有する誘電体基板と、前記第２の表面上または前記第１および第２の表面の間に設けられた導電性接地面と、前記第１の表面上に形成されておりフィードポイントから前記第１の表面の辺縁部分または角部分にある所定の放射ポイントまで伸びる４本の導電性フィードラインとを含み、前記接地面は前記放射ポイントの真下には広がらないように構成されたアンテナ装置において、
前記接地面は、前記放射ポイントの間に広がるように構成されており、前記放射ポイントの２つは前記第１の表面の隣り合う角部分に位置付けられ、前記放射ポイントの残りの２つは前記第１の表面の対向する辺縁部分に位置付けられることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動電話送受器、個人用携帯情報端末（Personal Digital Assistants：ＰＤＡ）および他の電気的小型無線プラットフォーム（electrically small radio platforms）におけるマルチアンテナダイバシティを生み出すための技術に関する。本発明を実施することによって、複数のアンテナが電気的に小さなスペースに同時に取り付けられること、さらにそれらの３Ｄアンテナパタンの間の測定された低い相互相関によって示されるように優れたダイバシティを実現することが可能となる。ダイバシティ（diversity）はマルチパス問題に対処するのに必要とされ、特に、高いデータ伝送レートが要求されるときに必要とされる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、誘電体共振器アンテナ（dielectric resonator antennas：ＤＲＡ）、高誘電率誘電体アンテナ（high dielectric antennas：ＨＤＡ）、誘電体装荷アンテナ（dielectrically loaded antennas：ＤＬＡ）、誘電励起アンテナ（dielectrically excited antennas：ＤＥＡ）、および導電性材料から作られる伝統的な導電性アンテナなどを含む、様々なタイプのアンテナ装置として実施することが可能である。
【０００３】
ＤＲＡ（誘電体共振器アンテナ）は、従来技術として周知であり、一般的に、まっすぐなマイクロストリップフィードによって、アパーチャフィードもしくはスロットフィードによって、あるいは誘電体材料に挿入されたプローブによって励起されるセラミック材料といった高誘電率誘電体材料のペレットとして形成される。ＤＲＡは一般に導電性の接地面または接地基板を必要とする。ＤＲＡにおいて、主放射体は誘電体ペレットであり、放射波は誘電体材料内に誘起される変位電流によって生み出される。
【０００４】
ＨＤＡ（高誘電率誘電体アンテナ）はＤＲＡと類似しているが、誘電体ペレットの下に全面的に接地面が設けられる代わりに、ＨＤＡはより小さな接地面を有するかまたは接地面を全く有しない。またＤＲＡは、一般的に深くはっきりした共振周波数を有する。それに対しＨＤＡは、あまりはっきりしない応答を有する傾向があるものの、より広い範囲の周波数で動作する。ＨＤＡについても主放射体は誘電体ペレットである。
【０００５】
ＤＬＡ（誘電体装荷アンテナ）は一般的に、例えば適切な形状を持つセラミック素子といった誘電体素子と接触させた導電性素子の形態を有する。ＤＬＡにおける主放射体はこの導電性素子であるが、その放射特性はＤＬＡがこれと同じ性能を持つ伝統的な導電性アンテナよりも小さな寸法を有することができるように誘電体素子によって修正が施される。
【０００６】
本願出願人により開発された更なるタイプのアンテナは、誘電励起アンテナ（ＤＥＡ）である。このＤＥＡは、例えば板状逆Ｌアンテナ（planar inverted-L antenna：ＰＩＬＡ）または板状逆Ｆアンテナ（planar inverted-F antenna：ＰＩＦＡ）といった導電性アンテナと併せて使用されるＤＲＡ、ＨＤＡまたはＤＬＡから成る。ＤＥＡでは、誘電体アンテナコンポーネント（ＤＲＡ、ＨＤＡまたはＤＬＡ）が駆動され、この誘電体アンテナのすぐ近くに設置された導電性アンテナが誘電体アンテナによって寄生的に励起されることにより、多くの場合に異なる周波数で放射してデュアルバンド動作またはマルチバンド動作を実現するようになっている。あるいは代わりに、導電性アンテナが誘電体アンテナを寄生的に駆動するように駆動される場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アンテナ設計者が直面する重要な問題は、特に今日のようにコンピュータ、携帯電話、コンピュータ周辺機器など多くの携帯型電子機器が相互に無線通信し合う状況においては、小さなスペースに十分なダイバシティを実現することである。遠隔通信およびレーダ用途においては、入射信号の異なるまたは多様な「視界（view）」を与える２つ以上のアンテナを有することが多くの場合望ましい。一般的に言えば、信号の異なる視界（views）を組み合わせることにより、最大または少なくとも改善された信号対ノイズ比、最小または少なくとも低減した干渉、最大または少なくとも改善された搬送波対干渉比などといった、幾分なりとも最適または少なくとも改善された性能を実現することが可能である。数個のアンテナを使用する信号ダイバーシティは、アンテナを分離すること（空間ダイバシティ）によって、異なる方向にアンテナを指向させること（パタンまたは指向性ダイバシティ）によって、あるいは異なる偏波（偏波ダイバシティ）を使用することによって、実現することが可能である。アンテナダイバシティは、入射信号が建造物および他の構造物によって反射された結果として同一信号の位相の異なる複数の成分がもたらされるマルチパス問題を克服するためにも重要である。
【０００８】
ダイバシティがアンテナ同士の間隔を狭くしなければならないような小さなスペースまたは小さな容積から必要とされるときには重大な問題が発生する。これについての一例として、ラップトップコンピュータに挿入されたＰＣＭＣＩＡカードが無線によって外界と接続するために使用される場合が挙げられる。ほとんどの高いデータレートの無線リンクは、必要なレベルの性能を得るためにダイバシティを必要とするが、ＰＣＭＣＩＡカード上で利用可能なスペースは、一般的には約１／３波長程度である。このような狭い間隔では、ほとんどのアンテナは密集して結合し、それ故に単一アンテナのように振る舞いがちとなる。その上、アンテナ同士の間がほとんど分離していないので、アンテナ同士の間に性能の多様性（ダイバシティ）または差異がみられない結果となる。１つのルールとして、約−２０ｄＢのカップリング（アイソレーション）がＰＣＭＣＩＡカードの同じ帯域で動作しているアンテナにわたる目標仕様である。超小型基地局（micro-base stations）のような（ＷＬＡＮおよびその他の用途における）アクセスポイントに対しては、約−４０ｄＢといったもっと大きなアイソレーションが望ましい。アクセスポイントが家庭用火災報知器の大きさでしかも差し渡し１波長未満のときには、このような高いアイソレーションは従来のアンテナで実現することは難しい。同様にラップトップコンピュータでも、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）アンテナとブルートュース（Bluetooth（登録商標））アンテナの間のアイソレーションは−４０ｄＢ以上が望ましいようである。
【０００９】
２．４ＧＨｚのＷＬＡＮ周波数において十分なダイバシティを実現するための方法については、２００２年１２月発行のエレクトロニクスレター（Electronics Letters）第３８巻第２５号に掲載されたウー（T-Y Wu）等共著論文「ＷＬＡＮ運転のためのプリントダイバシティモノポールアンテナについて（Printed diversity monopole antenna for WLAN operation）」に公表されている。この論文は、プリント基板（printed circuit board：ＰＣＢ）上面のマイクロストリップ終端部が放射モノポールになるようにプリント基板下側の接地面をいかに取り除くかについて記述している。本願図１にその態様を示す。またウー（Wu）等は、２つのアンテナの間にある接地面のＴ字部分がアンテナ間のポートアイソレーション（port isolation）を大きくするのにいかに役立ち得るかについても記述している。更なる詳細については、２００２年アンソフト・ワークショップ（2002 Ansoft Workshop）における台湾国立中山大学（National Sun Yat Sen University）のウォン（K-L Wong）の発表「ＷＬＡＮ用途のための平面アンテナ（Planar Antennas for WLAN Applications）」（文字情報についてはアンソフト社のウェブサイトで閲覧可能）を参照されたい。
【００１０】
上記のアンテナシステムは比較的狭い帯域にあり、帯域幅またはアンテナ性能の他の側面を拡張する方法は全く与えられていない。またウー（Ｗｕ）等の論文に述べられているように、このタイプのアンテナは移動体通信システムに使用するのに十分な帯域幅を有していない。
【００１１】
「太型（fat）」モノポールは「細型（thin）」モノポールと比べてより広い帯域の性能を有するように設計することが可能であるということは、アンテナ理論の一部として受け入れられている。例えば、ピータ・ペレグリナス社（Peter Peregrinus Ltd.）から１９８６年に出版されたルッジ（0.Rudge）等共著「アンテナ設計ハンドブック（The handbook of antenna design）」を参照されたい。そこには長方形および円錐形のモノポールが非常に広帯域の応答を有することが示されている。また最近の論文としては、２００２年に発行されたマイクロ波、アンテナおよび伝搬に関するＩＥＥ会報（IEE Proc.-Microw. Antennas Propag.）第１４９巻第４号２００乃至２０３頁に掲載されたチェン（Z. N. Chen）等共著論文「円環形平面モノポールアンテナ（Annular planar monopole antennas）」を参照されたい。そこには円盤形状または円環形状のモノポールがいかに広帯域のインピーダンスおよび放射特性を有することができるかが記述されている。最近の本としては、アーテック・ハウス社（Artech House）から２００３年に出版されたクマーとレイ（G. Kumar & K. P. Ray）共著「広帯域マイクロストリップアンテナ（Broadband microstrip antennas：ＭＳＡ）」を参照されたい。そこには、太型ダイポール（fat dipole）の概念がいかにプリントマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）まで拡張できるかが記述されている。図２にＭＳＡの一般的な設計図を示す。クマーとレイ（Kumar & Ray）等は、長方形、三角形、六角形および円形のプリントマイクロストリップアンテナは全て広帯域特性を有することを示している。
【００１２】
しかし、これらのどの参考文献にも、ダイバシティに関して、または２つ以上のモノポールを同時に使用することに関して、全く言及がなされていない。
【００１３】
確認された上記全ての参考文献は参照により本願に援用され、それを以て本願開示の一部と見なすものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の側面として、上側の第１の表面と下側の第２の表面とを有する誘電体基板と、第２の表面上または第１および第２の表面の間に設けられた導電性接地面と、第１の表面上に形成されておりフィードポイントから第１の表面の辺縁部分または角部分にある所定の放射ポイントまで伸びる少なくとも２本の導電性フィードラインとを含み、前記接地面は前記放射ポイントの真下には広がらないように構成されたアンテナ装置において、前記接地面は前記放射ポイントの間に広がるように構成されており、前記フィードラインは前記放射ポイントのところで幅が拡張されておりかつ／または前記放射ポイントのところで個別の誘電体素子が取り付けられている、ことを特徴とするアンテナ装置が提供される。
【００１５】
本発明の第２の側面として、上側の第１の表面と下側の第２の表面とを有する誘電体基板と、第２の表面上または第１および第２の表面の間に設けられた導電性接地面と、第１の表面上に形成されておりフィードポイントから第１の表面の辺縁部分または角部分にある所定の放射ポイントまで伸びる４本の導電性フィードラインとを含み、前記接地面は前記放射ポイントの真下には広がらないように構成されたアンテナ装置において、前記接地面は前記放射ポイントの間に広がるように構成されており、前記放射ポイントの２つは第１の表面の隣り合う角部分に位置付けられ、前記放射ポイントの残りの２つは第１の表面の対向する辺縁部分に位置付けられる、ことを特徴とするアンテナ装置が提供される。
【００１６】
一般に、導電性フィードラインは、誘電体基板を貫通して導電性接地面内にあるギャップまたはホールを通過する電気接続路によってフィードポイントにエネルギーが供給される。このようにして、電気接続路は導電性接地面と短絡することなく基板の下側で信号線と連結することができる。放射ポイントをシールドしてアンテナ装置の放射特性との可能な干渉を低減するために信号線は接地面の真下にあることが好ましい。他のフィードライン構成が使用される場合があるが、当業者には周知であろう。
【００１７】
導電性フィードラインは、既知の方法で誘電体基板上にプリントされたマイクロストリップフィードラインとして構成されてよい。
【００１８】
本発明の特に好ましい形態では、４本の導電性フィードラインおよびそれらに付随する４つの放射ポイントが第１の表面上に提供される。
【００１９】
この形態の１つの変形として、誘電体基板は４つの角領域と４つの辺縁部とを有する概ね長方形の形状をしており、導電性フィードラインは第１の表面の導電性接地面の上の（単一または複数、例えば４つの）領域から４つの角領域まで伸びる。導電性接地面は、誘電体基板の４つの角領域までは広がらないが、誘電体基板の４つ全ての辺縁部まで広がるように構成される。４つの放射ポイントは、こうして第１の表面上の４つの角領域に定められる。
【００２０】
この形態の代わりの変形として、放射ポイントは、以前のように第１のペアの放射ポイントを２つの隣り合う角領域内に置き、その他の２つの放射ポイントを第１のペアの放射ポイントを抱える前記隣り合う角領域と残りの２つの角領域との間にある誘電体基板の第１の表面の対向する辺縁領域に置くことによって、互いがより接近するよう密集させられる。このとき導電性接地面は対向する辺縁領域上の２つの放射ポイントの真下までは広がらないように構成されるが、放射ポイントを抱えていない２つの角領域まで広がる場合がある。
【００２１】
本発明の代わりの形態として、誘電体基板は三角形、好ましくは二等辺三角形の形状をしている場合がある。以前のように、導電性接地面は第２の表面の角領域までは広がらないが、３本の導電性フィードラインが第１の表面上に設けられ、３つの放射ポイントを定めるために第１の表面の３つの角領域まで伸びる。
【００２２】
一般に、同じような構成は、例えば五角形、六角形、七角形、八角形などといった任意の多角形基板に適用される場合がある。実際には、基板の形状はそれほど重要ではなく、重要なのは放射ポイントと接地面の相対的配置である。しかしながら、本発明を実施する１つの目標が小さな無線プラフォーム上にマルチ広帯域アンテナダイバシティを実現することにあるとすると、基板は移動電話送受器またはＷＬＡＮアクセスポイントといった小型装置に組み込めるように可能な限り小さな面積を持つことが一般には望ましい。空間的効率性を最大化するために、放射ポイントは有利には基板の第１の表面の角領域または辺縁領域に置かれる。
【００２３】
上述したことにもかかわらず、数個のダイバシティアンテナを電気的に小型のプラットフォームに構築する際の現実的な側面を議論すると、偶数個の放射ポイントが奇数個の放射ポイントより好ましいこと、また放射ポイント（個別のダイバシティアンテナ）の特に好ましい個数は４個であるという結論が得られる。この１つの理由は、４つの放射ポイント／アンテナが互いに直角を成して４方向を向くように配置することができ、アンテナ間の結合が低減可能であることにある。さらに、４つの放射ポイント／アンテナを個別独立に駆動するよりも２つ一組にして駆動することよって、より大きなダイバシティが実現可能となる。４つの放射ポイント／アンテナはルーセント社／ベル研究所（Lucent（登録商標）/Bell Lab（登録商標））によってデータ通信レートを高めるために開発されたBLAST（登録商標）通信技術を実施するのに特に有用であると考えられる。
【００２４】
フィードラインは、従来技術を使って第１の表面上にプリントされてよく、銅または他の適した導電性材料で形成されてよい。任意の他の適した技術がフィードラインを形成するために使用されることがある。
【００２５】
広帯域運転を実現するために、フィードラインは、放射ポイントでは長さに沿った幅よりも幅広くまたは長さに沿った厚みよりも分厚く形成されることがある。これを実行するには、本願導入部で簡単に紹介された「太型（fat）」モノポール技術を利用する。従って放射ポイントは、長方形、円錐形、円盤形、楕円形、円環形、三角形、六角形、多角形または他の規則的もしくは不規則的な形状に形成される場合がある。
【００２６】
代わりにまたは追加的に、ＤＲＡ（誘電体共振器アンテナ）、ＨＤＡ（高誘電率誘電体アンテナ）、ＤＬＡ（誘電体装荷アンテナ）またはＤＥＡ（誘電励起アンテナ）として動作するように、フィードラインには放射ポイントのところに個別の誘電体素子が取り付けられる。誘電体素子は好ましくは、例えば誘電率εr＞５、特に好ましくはεr＞１０の高い比誘電率を持つセラミック素子の形を採る。またフィードライン終端部に対して誘電体素子を正確に配置することによって、詳しくは後述するように、放射ポイントがＤＲＡ（誘電体共振器アンテナ）、ＨＤＡ（高誘電率誘電体アンテナ）、ＤＬＡ（誘電体装荷アンテナ）またはＤＥＡ（誘電励起アンテナ）として機能するかどうかが決まる。
【００２７】
誘電体素子は、アンテナ装置の動作要件に応じて任意の適切な形状を採ることが可能である。目下、好ましい形態として、誘電体素子はＶ字（ウェッジ）形状を成し、あるいは先の尖った先端部とカーブした側面部を持つシリンダーの切片として構成されることがある。誘電体素子の先の尖った先端部は、角領域から外向きに配置されたりあるいは内向きに配置される場合がある。他の形態では、誘電体素子は概ね矩形形状を有する場合がある。また必要に応じて他の形状、例えば三角プリズム、丸まった角を持つ三角プリズム、細長で薄くカーブした素子、ブリッジ形素子、シリンダのコード（chord）に沿って切り取られた切片の形状をした素子、およびここに述べた形状だが基板に概ね平行な平坦な最上面を持つのではなく、誘電体素子がその上に取り付けられる誘電体基板の辺縁部に向かってカーブして落ちる最上面を持つ全ての形状、が使用される場合がある。
【００２８】
好ましい形態では、誘電体素子は基板の第１の表面の角領域または辺縁領域においてフィードラインの最上部に半田付けまたは着接されることがある。代わりに、フィードライン終端部は、誘電体素子の垂直側面に取り付けられたり、あるいはさらに誘電体素子の最上面に広がることさえある。誘電体素子のフィードライン終端部との接触面は、メタライゼーション処理が施される場合がある。また場合によっては、放射ポイント間のアイソレーションを改善するために、誘電体素子の少なくとも内側に向く側面にもメタライゼーション処理が施される場合がある。
【００２９】
本発明の一部の形態において、誘電体素子はそれらが接地面と重ならないように第１の表面上に配置されることが重要で、重なった場合はアンテナ装置は正しく機能しなくなる。このことは、誘電体素子がＤＬＡ（誘電体装荷アンテナ）または誘電体装荷モノポールとして動作するように構成されるときに一般に当てはまる。しかし他の形態においては、例えば誘電体素子が特にＨＤＡ（高誘電率誘電体アンテナ）モードで働くように構成されるときには、誘電体素子が接地面と重なることが許される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１に従来技術によるプリントマイクロストリップデュアルモノポールアンテナ装置（printed microstrip dual monopole antenna device）を示す。このアンテナ装置は、ＦＲ４・ＰＣＢの形の誘電体基板１と、基板１の下側にある主たる導電性接地面２と、基板１の上側にあって２つの放射部４で終端する２本のプリントされたマイクロストリップライン３と、基板１の下側にあって前記２つの放射ポイント４の間に位置する接地面の小さな「Ｔ字」部５と、を含む。
【００３１】
図１にアンテナ装置の断面図も示す。この断面図から分かるように、２本のマイクロストリップライン３は、基板１の上側から下側へ貫通して接地面２内にある１対のギャップまたはホール６を通って、絶縁ワッシャ８によって接地面２から電気的に絶縁された１対のＳＭＡコネクタ７で終端する。
【００３２】
２本のマイクロストリップライン３は、放射部４がそれぞれ基板１の角９の方を指向するとともに互いに９０度を成して配置されるように構成されている。接地面２は放射部４の真下には全く設けられていない。
【００３３】
この従来のアンテナ装置は狭帯域で動作し、従来技術ではこの理由のため移動体通信に適していないとされてきた。
【００３４】
図２に従来技術による別のアンテナ装置を示す。このアンテナ装置も、下側には導電性接地面２を有し、上側にはプリントされたマイクロストリップライン１０を有する誘電体基板１を備える。マイクロストリップライン１０は、放射部１１を形成するためにストリップライン１０の主要部の幅と比べてかなり幅広になっている「幅広（fat）」部分１１で終端する。放射部１１の真下には接地面２は全く設けられていない。接地面２のエッジ１２は放射部１１に対する接地面としての機能を果たす。このアンテナ装置は十分な帯域幅を有するが、アンテナダイバシティは提供しない。
【００３５】
図３に本発明の第１の好ましい実施形態を示す。この実施形態は、ＦＲ４・ＰＣＢまたはデュロイド（Duroid（登録商標））ＰＣＢの形の誘電体基板を備える。基板１の下側にはメタライゼーション（metallization）工程または任意の他の適切な工程によって導電性接地面２が設けられる。導電性接地面２は、基板１の辺縁部まで広がるが角部９までは広がらない。この実施形態において、接地面２は概ね六角形の形状をしていることが分かる。４本のフィードライン１３は、基板１の上面をフィードポイント１４から角領域９まで伸びる。各フィードライン１３は、基板１の上面中央部分において互いに平行に配置され（しかし場合によっては、それらのフィードライン１３は上面中央部分で互いに９０度を成すように配置されることが好ましいこともある）、さらに、各フィードライン１３の終端部（end section）１５は、互いに直角を成すようにそれぞれ角領域９に向かって分かれる。図３では見えないが、基板１の下側には、図面に示された従来の技術と同様な方法で基板１の下側からフィードポイントへの接続路を提供するコネクタが設けられている。Ｖ字形（ウェッジ形）をしたセラミックの誘電体素子１６は、各フィードライン１３の終端部１５上に半田付けされ、その際に各誘電体素子１６の先のとがった先端部１７はそれぞれの角領域９から外向きになるように向き付けられる。誘電体素子１６はフィードライン１３の終端部１５と一緒になって、適切な信号がフィードポイント１４に入力されたときに広帯域アンテナとしての機能を果たす。それぞれの終端部１５とそれに付随する誘電体素子１６は本願コンテクストにおける放射ポイントを形成する。接地面２は、基板１の下側において放射ポイントの間を基板１の辺縁部まで広がることにより放射ポイント間のアイソレーションを提供するのに役立っていることに注意されたい。
【００３６】
図４に誘電体セラミック素子１６を取り付ける前の４つの終端部１５の１つに対するＳ１１リターンロス（図中「ペレットなし」で表示）を示す。この単一の終端部１５によって定まるアンテナ利得は約１ｄＢｉである。小さな１片の誘電体セラミック材料が付加されると、増大した帯域幅と最大３ｄＢｉの利得を示す第２のＳ１１プロファイル（図中「小ペレット」で表示）が得られる。より大きな１片のセラミック素子を付加した場合には、第３のＳ１１プロファイル（図中「大ペレット」で表示）と、非常に大きな帯域幅にわたって正の利得が得られる。−６ｄＢレベルで測定された帯域幅は１７００ＭＨｚから３ＧＨ以上に及び、リターンロスは２２００ＭＨｚ近くの周波数で限界である。図３に描かれているのはより大きなセラミック素子１６を有するこの場合のアンテナである。
【００３７】
セラミック素子１６が図３に示されたポジションにある（基板の角９において素子１６の角１７が接地面２から外側を向くようにする）として、第２のセラミック素子１６を隣の角９に加えると第１のアンテナに若干の離調（detuning）が生じる。この振る舞いは、アンテナが誘電体装荷モノポールまたはＤＬＡであるというアイデアと矛盾しない。素子１６が接地面２に向かってそれが接地面２と重なるまで移動した場合、アンテナは全く機能しなくなる。
【００３８】
セラミック素子１６が（先の尖った先端部分が外向きから内向きになるように）回転されて図５に示されたポジションに置かれた場合、隣の角９の第２のセラミック素子１６は第１のアンテナを離調（detune）することはなく、それ故にこのアンテナは誘電体装荷モノポールではなく高誘電率誘電体アンテナ（ＨＤＡ）として働くようである。この実施形態では、セラミック素子１６が接地面２と重なることが許され、実際それが望ましい。本発明の代替的な実施形態のアンテナ装置は、図５に示された部分構造において角９に同等な誘電体素子を更に３つ追加することによって得られることは認識されよう。
【００３９】
図６は、図３の実施形態に直交座標系を重ねあわせたものである。ｚ軸は基板１から上に向かって垂直で、ｘ軸とｙ軸は基板面内に存在する。
【００４０】
図７乃至図１２に、図６のアンテナ装置のアンテナの１つ（放射部１５と誘電体素子１６）の、周波数１９００ＭＨｚ、１９６７ＭＨｚ、２０３４ＭＨｚ、２１０１ＭＨｚ、および２１６８ＭＨｚにおける、図６の座標系を基準にした放射パタンを示す。
【００４１】
具体的に言えば、図７はｘｚ平面のco-polar（同一極性）放射パタンを示し、図８はｙｚ平面のco-polar放射パタンを示し、図９はｘｙ平面のco-polar放射パタンを示し、図１０はｘｚ平面の水平面cross-polar（交差極性）放射パタンを示し、図１１はｙｚ平面のcross-polar放射パタンを示し、図１２はｘｙ平面のcross-polar放射パタンを示している。
【００４２】
次に、図３のアンテナ装置に図７乃至図１２のアンテナ放射パタンの間の三次元相互相関を表示したものを図１３に示す。これらの計算には、アンソフト社のＨＦＳＳ電磁シミュレーションパッケージ（Ansoft HFSS（登録商標））が使用された。基板１の対角線方向の相互相関係数は０．１７、基板１の横（幅）方向の相互相関係数は０．００１、基板１の縦（長さ）方向の相互相関係数は０．０２３である。これらの数値は、４つのアンテナが配置された図３の実施形態が例えば移動電話送受器にダイバシティをもたらす優れた可能性を有することを示している。
【００４３】
アンテナダイバシティは、偏波ダイバシティ、空間ダイバシティまたはパタン／指向性ダイバシティによって生み出され得る。図１３に示された相互相関の数値が低い主な理由は偏波ダイバシティによるものであるが、異なるビーム方向も手伝っている。また、指向性ダイバシティは誘電体基板１上における誘電体素子１６のポジションを操作して誘電体素子１６と基板１の下部にある接地面２との間のギャップを最適化することにより帯域幅を犠牲にして向上し得ることが見出されている。
【００４４】
図１４に十分な指向性ダイバシティが生じることが期待されるビームパタンの一例を示す。この設定では、それぞれの誘電体素子１６および放射部１５の真下で取り除かれる接地面２の面積は、図７乃至図１２のプロットを測定するために使用されるアンテナから取り除かれる面積よりも小さい。このアンテナ装置は、十分なダイバシティと低い前方対後方比（front-to-back ratio：ＦＢ比）を有する。ここで「後」方は背中合わせで配置された同様のアンテナの最大放射方向として定められる。（通常、バックローブ（back lobe）方向は同じ平面内においてフロントローブ（front lobe）方向とは１８０度を成す方向で、いまの場合にはＰＣＢ基板を下方に貫く方向である。）しかしながら、第１のアンテナ素子のバックローブをこの第１のアンテナ素子と背中合わせに配置された第２のアンテナのフォワードローブと同じ方向にあるものと定めることは、いまのコンテクストにおいてはより理にかなっている。極性（polarisation）は同じだが、前向きの代わりに後ろ向きに対向する（従って垂直軸で折り返したパタンイメージを有する）アンテナはかなり異なる利得、この場合には約１１ｄＢ小さい利得、を有することになることに注意されたい。この違いは同じ極性を持つアンテナの間でビームダイバシティを生み出すためにまさに必要とされるものである。このアンテナは、図７乃至図１２に使用されたアンテナ装置の場合よりもずっと低い約２００ＭＨｚの帯域幅を有する。図１４に示された放射特性を有するタイプの、前述のように基板１の角９に配置された４つのアンテナ間のアイソレーションは７〜１５ｄＢの間で変動する。
【００４５】
まとめると、上記結果は、送受話器の角（コーナー）にアンテナを配置すれば非常に広いインピーダンス帯域幅と１．７〜３ＧＨｚの範囲で正利得（ｄＢｉ）を有する実効放射パタンとを有するシステムが得られることを示している。最大４つのアンテナを送受話器のＰＣＢに取り付けることが可能である。アンテナは非常に低い相互相関を有し、このことは優れたダイバシティがこのアンテナシステムから得られるはずであることを示している。
【００４６】
図１５と図１６に代わりのコンパクトな実施形態を示す。図中、以前と同一または類似の構成要素には以前と同一または類似の符号が付されてある。フィードライン１３は基板１の平面内において互いに９０度を成すように配置されている。この場合も先と同様に、（１つの放射部と１つの付随する誘電体素子を１組として）２組の放射部１５および付随する誘電体素子１６は誘電体基板の隣接する角領域９に設置される。しかしながら、残りの２組の放射部１５’および付随する誘電体素子１６’は、角領域ではなく基板１の辺縁領域に設置され、さらに接地面２は基板１の上側に設置された放射部１５’および誘電体素子１６’の真下に当たる基板１の下側の部分から取り除かれる。このように、放射部１５、１５’および誘電体素子１６、１６’は、図３の実施形態の場合よりコンパクトに集まって一団となるが、それらは全て基板１の下側にある接地面２の形状に沿ってなお互いに分離される。こうした配置には、通常は基板１の下側にアンテナ素子の間に設置される高周波無線エレクトロニクス（図示されていない）の周りにアンテナ素子が密接に集まって一団となることができるという利点がある。またフィードライン１３の長さを短くすることによってＲＦ損失の低減が期待されるが、その一方で、アンテナ素子の間が非常に接近してしまうことからアンテナ素子間の電磁結合が増大する結果もたらされる若干の不都合が生じる場合がある。図１５の実施形態は図１６の実施形態よりも短いフィードラインを有する。図１５および図１６の誘電体素子１６、１６’は、放射部１５、１５’とでＨＤＡとして構成されるように基板１上に配置される。
【００４７】
図１７は、図１５および図１６とよく似た配置ではあるが放射部１５、１５’に低姿勢（低プロファイル）の矩形誘電体素子１６、１６’が半田付けされたものを示す。
【００４８】
図１５乃至図１７の実施形態の接地面２の特別な形状は「ほうき星（comet）」形状と考えることができる。２本の長辺と２本の短辺を有する長方形から出発すると、長辺に沿った２つの長い辺縁部からそれぞれ１つの台形部分が取り除かれ、さらにどちらか１つの短辺の両側からそれぞれ１つの角部が取り除かれる。このようにして、ＰＣＢ基板上に様々な他のアイテムの制御エレクトロニクス（図示されていない）を取り付けるのに十分な接地面を残しつつ、放射ポイントは接地面の一部によって互いに分離される。
【００４９】
図１８乃至図２１に、図１７の実施形態におけるそれぞれのアンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、ｄに対して測定された、反射プロットおよび伝送プロット並びにＳ２１放射パタンを示す。これにより様々なアンテナ素子ａ、ｂ、ｃ、ｄに対するＳ１１インピーダンス帯域幅およびＳ１２１伝送損失の表示が得られる。
【００５０】
図２２に本発明の第２の側面に基づく実施形態を示す。図中、以前と同一または類似の構成要素には以前と同一または類似の符号が付されてある。この実施形態は図１５乃至図１７と同じ「ほうき星」形接地面２を使用するが、しかし放射ポイントには誘電体素子を含まず、放射部１５、１５’に「太型（fat）」モノポールも使用しない。これはマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）と見なすことができる。
【００５１】
図２３に、図２２の実施形態におけるポジションａにおける放射部１５によって指定されるアンテナ素子の反射プロットおよび伝送プロットを示す。この図は誘電体素子を有するこれと同等な図１７のアンテナに対する図１８に示されたプロットと比較することができる。図２２のアンテナ素子は十分な帯域幅で放射するが、より高い周波数で始まって利得がより低いことが見て取れる。
【００５２】
図２４乃至図２６にアンテナの３つの異なる幾何学的配列を示す。図中、以前と同一または類似の構成要素には以前と同一または類似の符号が付されている。
【００５３】
次に図２４を参照して説明すると、それぞれが放射部１５と誘電体素子１６とから成り互いに直交するように配置された２つのアンテナ素子は−１０．６ｄＢの合理的なアイソレーションと０．１３の低い相互相関係数を与え、そのことからダイバシティにとって有効な配置になっていることが、コンピュータシミュレーションによって見出されている。
【００５４】
図２５に示すように、３つのアンテナ素子が三角形の形に偏波面の間の角度ができるだけ最大になるように（このとき最良のダイバシティが得れることが期待される）配置されると、アイソレーションは−５．３ｄＢで好ましくなく、相互相関係数も０．４１となり好ましくない。従ってこの配置はダイバシティにとって有効であるとは言えない。
【００５５】
図２６に示すように、４つのアンテナ素子が互いに９０度を成して集まると、最悪のアイソレーション（対角線方向にわたる）は−６．８ｄＢとなり改善され、最悪の相互相関係数（対角線方向にわたる）も同様に０．３２となり改善される。明らかにこれはダイバシティにとって有効な配置である。
【００５６】
さらに５つのアンテナ素子が使用されたとしたら、３つのアンテナ素子の場合と比べて偏波面の間が１２０度ではなく７２度足らずしかなくなるので、状況はより悪化したであろう。
【００５７】
以上の結果、２つまたは４つのアンテナ素子は送受話器にダイバシティをもたらす最良の機会を与えるが、特に４つの場合がダイバシティの選択肢が増えること、さらにLucent（登録商標）BLAST（登録商標）法といったマルチ入力マルチ出力通信技術を実施できる可能性からいって好ましいといえる。
【００５８】
本発明のこれらの好ましい特徴は本発明の全ての側面に適用可能で、任意の可能な組み合わせに使用されてよい。
【００５９】
本願明細書および特許請求の範囲において、「具備する（comprise）」とか「含む（contain）」という表現およびそれらの例えば「具備すること」とか「具備している」といった語尾変形を含む変形表現は、「それ／それらを構成要素として含むがそれ／それらに限定はされない」ことを意味し、他の構成成分、完全体、一部分、付加物、ステップを排除する（および排除しない）ことは意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来技術によるＷＬＡＮアンテナ装置を示した図である。
【図２】従来技術によるプリントされた「太型（fat）」モノポールアンテナ装置を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示した図である。
【図４】図３の実施形態に対するＳ１１リターンロスプロットを示した図である。
【図５】図３の実施形態の代わりとなる誘電体素子の配置を示した図である。
【図６】図３の実施形態で図７乃至図１２のアンテナ性能測定に使用される座標系を重ね合わせたものを示した図である。
【図７】図３のアンテナ装置についてのｘｚ平面のco-polar（同一極性）放射パタンを示した図である。
【図８】図３のアンテナ装置についてのｙｚ平面のco-polar（同一極性）放射パタンを示した図である。
【図９】図３のアンテナ装置についてのｘｙ平面のco-polar（同一極性）放射パタンを示した図である。
【図１０】図３のアンテナ装置についてのｘｚ平面の水平面cross-polar（交差極性）放射パタンを示した図である。
【図１１】図３のアンテナ装置についてのｙｚ平面のcross-polar放射パタンを示した図である。
【図１２】図３のアンテナ装置についてのｘｙ平面のcross-polar放射パタンを示した図である。
【図１３】図３の実施形態を３Ｄ相互相関係数と一緒に示した図である。
【図１４】本発明の特に好ましい実施形態によって形成された放射パタンを示した図である。
【図１５】本発明の第２のコンパクトな実施形態を示した図である。
【図１６】本発明の代替的なコンパクトな実施形態を示した図である。
【図１７】図１５および図１６のコンパクトな実施形態の更なる変形形態を示した図である。
【図１８】図１７の実施形態のアンテナ素子ａに対する反射プロットおよび伝送プロット並びに放射パタンを示した図である。
【図１９】図１７の実施形態のアンテナ素子ｂに対する反射プロットおよび伝送プロット並びに放射パタンを示した図である。
【図２０】図１７の実施形態のアンテナ素子ｃに対する反射プロットおよび伝送プロット並びに放射パタンを示した図である。
【図２１】図１７の実施形態のアンテナ素子ｄに対する反射プロットおよび伝送プロット並びに放射パタンを示した図である。
【図２２】本発明の上記コンパクトな実施形態の、放射ポイントに誘電体素子が全く存在しない更なる変形形態を示した図である。
【図２３】図２２の実施形態の各放射ポイントに対する反射プロットおよび伝送プロット並びに放射パタンを示した図である。
【図２４】２つのアンテナ素子を用いた本発明のアンテナ装置の幾何学的配列を示した図である。
【図２５】３つのアンテナ素子を用いた本発明のアンテナ装置の幾何学的配列を示した図である。
【図２６】４つのアンテナ素子を用いた本発明のアンテナ装置の幾何学的配列を示した図である。
【図１】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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