(57)【要約】多層スロット結合アンテナ装置は、プッシュプル構成の少なくとも２つのスロット・供給線の対を用い、これにより、該供給線が共通の信号源から駆動され、層のオフセットに起因するアンテナの中心周波数及び入力インピーダンスにおける変化が、大幅に補償されるようになる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
順に、アンテナ素子（１６）、第１誘電体層（１２）、接地平面に形成された第１及び第２結合スロット（２０、２１、３０、３１）、第２誘電体層（１１）、及びそれぞれの結合スロットに関連し信号供給ポートに接続された第１及び信号供給線（２２、２３、３２、３３）を備え、前記供給線の各々は、それぞれのスロットに対して直角に交差する部分を有し、前記信号供給ポートから離れた前記部分の端部が互いに反対方向に向くようにされた多層スロット結合アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１及び第２供給線（２２、２３、３２、３３）が、電力分割器（２５、２６、２７）を介して前記信号供給ポートに接続された請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１及び第２結合スロットが、互いに間隔をもってかつ共通の軸に沿って置かれた細長い孔（２０、２１）からなり、前記第１及び第２供給線（２２、２３）がそれぞれの孔に対して直角に置かれ、前記両供給線の自由端が前記共通の軸に対し反対側に位置するようになった請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１及び第２結合スロットが、互いに間隔をもってかつ平行に置かれた細長い孔（３０、３１）からなり、前記第１及び第２供給線（３２、３３）が、それぞれの孔に対して直角に置かれ、前記供給線の前記自由端が互いから離れる方向に向くようになった請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１及び第２結合スロットが、間隔をもってかつ互いに平行に置かれた細長い孔（３０、３１）からなり、前記第１及び第２供給線（３２、３３）は、それぞれの第１部分（４０、４１）がそれぞれの孔に対して直角に置かれ、それぞれの続く部分が前記それぞれの孔に対して平行に置かれた請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
使用中に、前記信号供給ポートから一方のスロットに伝送された電力が、前記信号供給ポートから他方のスロットに伝送されたものとほぼ等しく、一方のスロットにおける前記供給信号の位相が、他方のスロットにおける前記供給信号の位相と、実質的にπラジアンだけ異なるようにされた前記請求項のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記接地平面に形成された第３の又はそれ以上の結合スロット（４４）と、前記第３の又はそれ以上の結合スロットのそれぞれと関連し、少なくとも１つさらに別の信号供給ポート（４６）に接続された第３の又はそれ以上の供給線（４４）をさらに備える請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
第３及び第４の結合スロットと、それぞれに関連した第３及び第４の供給線とを備え、前記第３及び第４の供給線が、さらに別の電力分割器を介して、さらに別の信号供給ポートに接続された請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記アンテナ素子が長方形の形状であり、前記第１及び第２結合スロット（５０、５１）が互いに対向して前記長方形の素子の２つの縁の近くに置かれ、前記第３及び第４の結合スロット（５２、５３）が互いに対向して前記長方形のアンテナ素子の他の２つの縁の近くに置かれ、前記供給線が、それぞれの結合スロットに対して直角に置かれた部分を有する請求項８に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
順に、アンテナ素子（１６）、第１誘電体層（１２）、結合スロット手段（１５）、第２誘電体層（１１）、及び信号供給ポートに接続された信号供給線手段（１３）を備え、前記信号供給手段及び前記結合スロット手段が、使用中に、エネルギが、前記信号供給ポートと前記アンテナ素子との間で、プッシュプル方法により伝送されるように構成された多層スロット結合アンテナ装置。
【請求項１１】
前記結合スロット手段が接地平面に一対の孔を備え、前記信号供給線手段が、それぞれの孔に関連した一対の供給線と、前記供給線と前記信号供給ポートとの間に置かれた電力分割器とを備え、前記信号供給線手段が、使用において及び前記スロットにおける前記供給線の位置を基準として配置され、前記信号供給ポートに供給された信号が前記供給線の間でほぼ等しく、逆位相で分割されるようにされた請求項１０に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、エネルギが、メタライゼーション層に形成されたスロットを通って、信号ポートとアンテナ素子との間で伝送される多層スロット結合アンテナ装置に関する。
【０００２】
信号源からのアンテナ素子への供給は、一般に、電導（すなわち、源と素子との間の直接接続）又は電磁結合法のいずれかにより行われ、後者はいわゆるスロット結合技術を含む。前者は本質的に単純で、単層パッケージで実現することができるが、後者は多層構成のメタライゼーション及び誘電体の配置を使用することが必要となる。
【０００３】
多層スロット結合アンテナの構成自体はよく知られており、図１ａ及び図１ｂに一例が示されている。図１ａ及び図１ｂにおいて、多層構造は、基板（誘電キャリア又はフォーム）１０と、２つの誘電体層１１、１２とを備える。基板と誘電体層１１との間に、信号供給線１３が挟まれ、該誘電体層１１と１２との間に、スロット又は孔１５が形成された接地平面１４が挟まれる。最後に、アンテナ素子（「パッチ」）１６が誘電体層１２の上面の上に設けられ、基板の裏側には接地メタライゼーション層１７を設けることができる。
【０００４】
多くの利点がこの種の構成からもたらされる。第１に、供給線の大部分が、接地されたメタライゼーション層によりアンテナパッチから分離されているため、装置からの放射線のスプリアス放射が削減される。さらに、例えば、異なる誘電率をもつ異なる誘電体材料を、接地平面１４の２つの側で用いることが可能であるため、誘電体の性能を、アンテナ装置の信号供給部分とアンテナ部分との両方について最適化することができる。スロットは、共振が生じないような寸法にされる。さらに、結合は、スロットを通る放射線によるもので、導線を通る電導によるものではないため、これらを収容するための貫通接触（「バイヤ」）及び穿孔された穴は省かれる。
【０００５】
しかしながら、直接結合構成に対してスロット結合構成を用いることによる１つの特有の欠点は、多層パッケージの製造において必然的に生じる許容誤差がアンテナ性能の低下をもたらすことになり、これが主に、該アンテナの作動の中心周波数と、その入力インピーダンス特性とに影響を与えるようになることである。
【０００６】
本発明の第１の態様により、順に、アンテナ素子、第１誘電体層、接地平面に形成された第１及び第２結合スロット、第２誘電体層、及びそれぞれの結合スロットに関連し信号供給ポートに接続された第１及び信号供給線を備える多層スロット結合アンテナ装置が提供され、該供給線の各々は、それぞれのスロットに対して直角に交差する部分を有し、該信号供給ポートから離れた該部分の端部は反対方向に向くようにされる。端部分が反対方向に向いているため、アンテナの製造中に生じる、それぞれの結合スロットに対する供給線の横方向変位が、結合に反対方向の影響を与えることになり、したがって、変位が生じても、その影響を減らすことができる。
【０００７】
第１及び第２供給線は、電力分割器を介して信号供給ポートに接続されることが好ましい。
【０００８】
一実施形態において、第１及び第２結合スロットは、互いに間隔をもって共通の軸に沿って置かれた細長い孔からなり、第１及び第２供給線がそれぞれの孔に対して直角に置かれ、該供給線の自由端は該共通の軸に対し反対側に置かれることが有利である。
代替的に、第１及び第２結合スロットは、間隔をもって、かつ互いに平行に置かれた細長い孔からなり、第１及び第２供給線は、それぞれの孔に対して直角に置かれ、該供給線の自由端は互いから離れる方向に向くようにされる。
【０００９】
さらに別の代替的な実施形態において、第１及び第２結合スロットは、間隔をもって、かつ互いに平行に置かれた細長い孔からなり、第１及び第２供給線は、それぞれの第１部分がそれぞれの孔に対して直角に置かれ、それぞれの続く部分が該それぞれの孔に対して平行に置かれるようにする。
【００１０】
上の実施形態のいずれにおいても、使用中に、電力は信号供給ポートから一方のスロットに伝送され、これは該信号供給ポートから他方のスロットに伝送されたものとほぼ等しいく、一方のスロットにおける供給信号の位相は、他方のスロットにおける供給信号の位相と、実質的にπラジアンだけ異なるようにされることが好ましい。
【００１１】
アンテナ装置は、さらに、接地平面に形成された第３の又はそれ以上の結合スロットと、該第３の又はそれ以上の結合スロットのそれぞれと関連し、少なくとも１つのさらに別の信号供給ポートに接続された第３の又はそれ以上の供給線を備えることが有利である。
特に好ましい実施形態において、アンテナ装置は、第３及び第４結合スロットと、それぞれに関連した第３及び第４供給線とを備え、該第３及び第４供給線は、さらに別の電力分割器を経て、さらに別の信号供給ポートに接続するようにされる。
【００１２】
そのような構成において、アンテナ素子は長方形の形状であり、第１及び第２結合スロットは互いに対向して該長方形の素子の２つの縁の近くに置かれ、第３及び第４結合スロットは互いに対向して該長方形のアンテナ素子の他の２つの縁の近くに置かれ、供給線は、それぞれの結合スロットに対して直角に置かれた部分を有するようにされる。
【００１３】
本発明の第２の態様によると、順に、アンテナ素子、第１誘電体層、結合スロット手段、第２誘電体層、及び信号供給ポートに接続された信号供給線手段を備える多層スロット結合アンテナ装置が提供され、該信号供給線手段及び結合スロット手段は、使用中に、エネルギが、該信号供給ポートと該アンテナ素子との間で、プッシュプル方法により伝送されるように構成される。
【００１４】
結合スロット手段は、接地平面に一対の孔を備え、信号供給線手段は、それぞれの孔に関連した一対の供給線と、該供給線と該信号供給ポートとの間に置かれた電力分割器とを備え、該信号供給線手段は、使用中に、及びスロットにおける該供給線の位置に対して、配置され、該信号供給ポートに供給された信号が該供給線の間でほぼ等しくなるように分割され、かつ逆位相となるようすることが有利である。
【００１５】
ここで、本発明の実施形態を、単なる一例として、図面を参照して説明する。
図１ａ、図１ｂ、及び図２を用いて、多層パッケージの生産における許容誤差の影響について説明する。
【００１６】
１つの実施形態において、本発明によるアンテナ装置の生産における製造ステップは以下の通りである。（ａ）供給線１３を誘電体１１の上に付着させ、該誘電体１１の他方の側はメタライズしないでおき、（ｂ）接地平面１４を誘電体１２の上に付着させ、次にスロット１５を該接地平面に形成し、（ｃ）パッチ１６を該誘電体１２の他方の側に付着させ、（ｄ）基板１０の一方の側を完全にメタライズし１７、他方の側はメタライズしないでおく。最後に（ｅ）誘電体１１、誘電体１２、及び基板１０を、例えば接着プロセスを用いて、互いに固定する。誘電体１１及び１２を互いに対して正確に位置決めすることは保証できず、これが先述した許容誤差を引き起こすという問題が生じる。位置決めの不正確さ、変位、又は「オフセット」は、アンテナパッチ１６の平面に沿って２方向で生じることがあり、このことは図２に示され、オフセット方向はｘ及びｙとして表される。通常、これらのいずれの方向におけるオフセットも避けることが望ましいが、ｘ軸方向（すなわち、スロットに対して直角）のものは、アンテナ共振周波数の大きな同調外れ、又は異なる用語で表現すると、アンテナの入力インピーダンスの著しい変動をもたらすため、特に避けるようにすべきである。これらの影響は、より高い周波数においてさらに表われてくる。
【００１７】
アンテナ性能に対するそのような有害な影響の具体的な例が図３ａ及び図３ｂに示されており、これは、約２８ＧＨｚ（２８．４２ＧＨｚ）の公称アンテナ作動周波数と、ｘ軸方向における＋／−１５０μｍの層の変位すなわち「オフセット」に関するものである。入力反射率特性の周波数による変化が図３ａの主題であり、おおよそ３９ｄＢにも及ぶ特性の下降が、オフセットがゼロの場合に達成されるが、問題のオフセットが生じたときには、状況は１６ｄＢから１９ｄＢの間で悪化することが分る。さらに、オフセットに起因して、アンテナの中心周波数がその公称値（２８．４２ＧＨｚ）から、この公称値のいずれかの側に移行し、共振周波数における全体的な広がりは、おおよそ４５０ＭＨｚとなる。同じ状況が図３ｂのスミス図表において異なる形態で示されている。
【００１８】
性能におけるこの低下は、供給線が、ある特定の公称インピーダンス特性を有するスタブとして機能するという事実に起因するということが見出された。スタブの長さの如何なる変化もそれらの特性を変化させ、結果としてアンテナ装置の全体の作動に影響を与えることになる。
【００１９】
本発明により提供される解決法は、少なくとも２つの供給線をそれぞれのスロットと関連させて用い、これらの２つ又はそれ以上の対の部品がプッシュプル構成で作用するように配置し、これにより、パッケージ層における如何なるオフセットもなくすようにするものである。
【００２０】
本発明を実現するアンテナ構成の第１の例が図４に示されており、パッチ１６のフットプリントは、２つのスロット２０、２１と、それぞれに関連する２つの線２２、２３を覆っている。供給線２２、２３は、インピーダンス変換目的のためにそれぞれの変換ライン２４、２５に接続されており、後者は、次に線部分２７に接続され、該線部分２７の自由端はポート３５として機能する。部品２４、２５及び２７は全体として電力スプリッタ２６をなしており、この場合においては、よく知られた奇形Ｔ字形接合部の形態をとる。
【００２１】
使用において、入力信号はポート３５で始まり、２つの部分に分割され、線２２及び２３のそれぞれによって運ばれる。本発明の好ましい実施の形態においては、２つの条件が観察され、ここでは２つの仮想ポート、線２２におけるポート３６及び線２３におけるポート３７の存在に関連させて説明する。第１の条件は、ポート３５からポート３６に伝送される電力が、ポート３５からポート３７に伝送されるものとほぼ等しい大きさであるということである。Ｓパラメータ（伝送の大きさ）で表すと、
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であり、さらに、ポート３６における位相とポート３７における位相との間の差は、スロット２０、２１の下でのプッシュプル供給の方法により
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である。Ｓパラメータ（伝送の位相）で表すと、
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である。
【００２２】
スロット２０、２１の下でのプッシュプル信号は、反対の供給方向と組み合わさって（左手側からのポート３６、右手側からのポート３７）、２つのスロット２０、２１を通る付加的な供給をパッチ１６にもたらす。アンテナ装置の種々の部品の実用的な実施形態、すなわち、供給線の長さｄ、ｃ、スロットの長さ及び幅、スロットを越える結合線の張り出しａ、ｂ、奇形Ｔ字形接合部の幅ｈ、ｊ、ｋ、リムの長さｆ、ｇなどの決定は、例えば１９８９年、ロンドン、Ｐｅｔｅｒ  ＰｅｒｅｇｒｉｎｕｓのＪ．Ｒ．Ｊａｍｅｓ及びＰ．Ｓ．Ｈａｌｌ、による「マイクロストリップ・アンテナのハンドブック」に概説される既に定着した原理に従うもので、この明細書においてはさらに説明しない。
【００２３】
パッケージにおける空間を節約するために、延長部分２８、２９がスロット２０、２１の各々の端部に設けられ、例えば、１９９５年、ポストン、Ａｒｔｅｃｈ  ＨｏｕｓｅのＪｅａｎ−Ｆｒａｎｃｏｉｓ  Ｚｕｒｃｈｅｒ及びＦｒｅｄ  Ｅ．  Ｇａｒｄｉｏｌによる「ブロードバンド・パッチアンテナ」に説明される方法により、スロットの効率的な長さを増加させるように働く。
【００２４】
今説明された構成により、ｘ軸方向における如何なるオフセットも並列なスロットの両方（プッシュプル構成）に影響を与え、一方のスタブが延ばされると対応する他方のスタブが短くされ、その結果、全体としての影響が大幅に縮減され、アンテナ装置の周波数及びインピーダンス特性が、よりほぼ一定に維持されるようになる。図５ａ及び図５ｂは、結果としてもたらされる性能をグラフ／図表の形態で示すものであり、入力反射率に要求される降下は、３つのすべての場合（すなわち、−１５０μｍ、０μｍ及び＋１５０μｍ）において完全に一定ではないながらも、オフセットによる影響ははるかに少ないことが分る。オフセット範囲全体にわたる入力インピーダンスの実際の変化は、ここでは、おおよそ
５０．６Ω−４８．１Ω＝２．５Ω
であり、５．０％の変化に過ぎない。これを、補償されていない構成（図３ａ及び図３ｂ）における５７．７Ωと４１．４Ωとの間の変動（３２．６％）と比較されたい。中心周波数における対応する変化は４０ＭＨｚであり、補償されていない場合においては１．５８％である変化に対して、０．１４％の変化となる。
【００２５】
本発明の２つの代替的な実施形態が図６及び図７に示されており、ここでは、スロット３０、３１がパッチ１６のｘ軸方向の長さの殆どを占め、供給線３２、３３／４０、４１がｙ軸方向に通る。この場合に補償されるオフセットは、ｘ軸方向ではなくｙ軸方向になる。この場合も、供給線の駆動は、先に概説された二位相の条件及び振幅に関連した条件と適合するのが理想的である。
【００２６】
これまでは、２対の供給線とスロットとを有するアンテナ装置だけが図示され説明されたが、本発明は、さらに、２つ以上を用いることも考慮している。図８において、他の実施形態に関連して既に説明されたプッシュプル方式で作動する一対の供給線／スロットの構成４２、４３を備えた本発明の実施形態が示されており、付加的な線／スロットの構成４４は、オフセット補償作用には貢献しないが、信号供給が反対極性の下で、すなわちｘ軸方向に作動されるアンテナを提供し、この利点は、パッチに２つの異なる周波数を供給できることである。アンテナに供給するのは２つのポート４５、４６である。図９において、さらに別の実施形態は、一方の極性で構成されたスロット／供給線の対５０、５１と、他方の極性で構成されたスロット／供給線の対５２、５３を用い、入力信号がプッシュプル方式でポート５４及び５５のそれぞれに供給され、そこからそれぞれの供給線のスロット横断部分に供給される。オフセットのための補償は、ここで、ｘ軸方向及びｙ軸方向の両方において行われる。図８の構成におけると同様に、２つのポートが異なる周波数を伝送するようにすることができるが、ここでは、両方の供給信号は、それぞれの関連するオフセットに対して実質的に影響を受けないようにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１ａ】通常の多層スロット結合アンテナ装置の構成を側断面図で示す。
【図１ｂ】通常の多層スロット結合アンテナ装置の構成を分解平面図で示す。
【図２】スロットに対する供給線の位置に関し反対方向の一方向に不正確さ（オフセット）が現れた状態を両方向について示す。
【図３ａ】既知のアンテナ装置のある特定の実施形態において、オフセットに起因する性能の変化に関する入力反射率対周波数のグラフである。
【図３ｂ】既知のアンテナ装置のある特定の実施形態において、オフセットに起因する性能の変化に関するスミス図表のグラフである。
【図４】本発明によるアンテナ装置の第１の実施形態である。
【図５ａ】図４のアンテナ装置についての入力反射率対周波数のグラフである。
【図５ｂ】図４のアンテナ装置についてのスミス図表である。
【図６】本発明によるアンテナ装置の第２の実施形態である。
【図７】本発明の第２の実施形態の代替的な形態である。
【図８】本発明によるアンテナ装置の第３の実施形態である。
【図９】本発明によるアンテナ装置の第４の実施形態である。
【図２】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004530325.tif 000013
【国際公開パンフレット】
2004530325.tif 000014
2004530325.tif 000015
2004530325.tif 000016
2004530325.tif 000017
2004530325.tif 000018
2004530325.tif 000019
2004530325.tif 000020
2004530325.tif 000021
2004530325.tif 000022
2004530325.tif 000023
2004530325.tif 000024
2004530325.tif 000025
2004530325.tif 000026
2004530325.tif 000027
2004530325.tif 000028
2004530325.tif 000029
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2004530325.tif 000031
2004530325.tif 000032
2004530325.tif 000033
2004530325.tif 000034
2004530325.tif 000035
【国際調査報告】
2004530325.tif 000036
2004530325.tif 000037