(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のスロット又は多角形状のスロットからなる第１のスロットタイプのアンテナと、
環状のスロット又は多角形状のスロットからなる第２のスロットタイプのアンテナと、
接線方向のライン／スロット遷移により前記第１及び第２のスロットタイプのアンテナに給電する第１の給電ラインとを備える電磁信号を送信するアンテナシステムであって、
前記第１及び第２のスロットタイプのアンテナは、前記第１の給電ラインのそれぞれの側に対称的に位置され、前記第１の給電ラインとそれぞれのスロットタイプのアンテナとの間に磁気結合を与えるライン／スロット遷移により結合され、
当該アンテナシステムは、
環状のスロット又は多角形状のスロットからなる第３のスロットタイプのアンテナと、
前記第１の給電ラインと共通して信号を処理するための手段に接続される第２の給電ラインとを更に備え、
前記第３のスロットタイプのアンテナと前記第１及び第２のスロットタイプのアンテナの一方とは、前記第２の給電ラインのそれぞれの側で対称的に位置され、前記第２の給電ラインとそれぞれのスロットタイプのアンテナとの間に磁気結合を与えるライン／スロット遷移により結合され、
前記第１の給電ラインと前記第２の給電ラインは線路の端をそれぞれ有し、前記第１の給電ラインの端は、異なるスイッチング状態を得るためにオン又はオフにされる第１のスイッチング素子に接続され、前記第２の給電ラインの端は、異なるスイッチング状態を得るためにオフ又はオンにされる第２のスイッチング素子に接続される、
ことを特徴とするアンテナシステム。
【請求項２】
ライン／スロット遷移により中央のスロットタイプのアンテナに接続される第３の給電ラインを更に備える、
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線伝送の分野で使用することができる電磁信号を送信するためのアンテナシステムに関し、特に、家庭環境、体育館、テレビジョンスタジオ、シネマ及びシアター等のような、閉鎖的又は半閉鎖的環境における伝送の場合におけるアンテナシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知の高いビットレートの無線伝送システムでは、送信機により送信される信号は、複数の異なる経路に沿って受信機に到達する。この複数の異なる経路が受信機で結合されるとき、異なる長さの伝搬経路を有する様々な電波間の位相差は、フェージング又は信号品質の大幅な低下を引き起こす可能性がある干渉パターンを生じる。
【０００３】
さらに、フェージングの位置は、新たな物体の存在又は人の通行のような環境における変化に依存して、時間につれて変化する。複数の経路によるこのフェージングは、受信信号の品質とシステム性能の両者の観点で、品質の大幅な低下をもたらす。
【０００４】
フェージングを抑制するために、最も頻繁に使用される技術は空間ダイバーシチによる技術である。この技術は、他のことにもまして、スイッチにより結合されるパッチタイプの２つのアンテナのような、空間的に大きな適用範囲を有するアンテナの対を使用することからなる。２つのアンテナは、λ0／２よりも大きいか、λ0／２に等しい距離で離れて配置される。ここで、λ0は、アンテナの動作周波数に対応する波長である。
【０００５】
このタイプのアンテナに関して、両アンテナが同時にフェージング領域にある可能性が非常に低いことを示すことは可能である。さらに、スイッチのために、制御回路を介して受信された信号を調べることにより、最も高い信号レベルを有するアンテナに接続されているブランチを選択することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した解決策は、比較的扱い難いという主要な問題点を有している。結果的に、出願人は、上述した解決策に対する様々な代替となる解決策を提案してきている。これらの解決策は、ライン／スロット遷移（line/slot transition）により給電されるスロットタイプのアンテナに適用可能であり、これにより、放射の多様性を得ることが可能となる。
【０００７】
したがって、接線方向のライン／スロット遷移（tangential line/slot transition）により給電される環状スロットのようなスロットタイプのアンテナに関する研究が行われている。図１には、このタイプのアンテナが示されている。このアンテナは、Chukoh Flo CGP500基板のような基板１に作成されている。ここでは、Ｅｒ＝２．６、ＴａｎＤ＝０．００１８、及び高さｈ＝０．７６ｍｍである。このアンテナは、環状スロット２を備えており、その外周はｋ’λsのオーダである。ここで、ｋ’は整数であり、λsはスロットに誘導される電磁波の波長である。
【０００８】
図１に示されるように、この環状スロット２は、ライン／スロット遷移により給電され、点Ｐで実質的に接している。このライン／スロット遷移は、基板１に作成されたマイクロストリップライン３から構成される。このマイクロストリップラインは、スロット２に接する点から距離ｙの位置にある。マイクロストリップライン３の長さは、その端３’と点Ｐの間の距離であり、約ｋλm/４である。ここで、ｋは奇数であり、λmはマイクロストリップラインに誘導される電磁波の波長である。
【０００９】
さらに、マイクロストリップラインの特性インピーダンスは、ポート１で５０オームを提供するように選択される。この場合、スロットとマイクロストリップラインの間の結合は、電磁的なタイプからなる。励磁されているマイクロストリップラインとスロットの間で最大の結合を有するために、マイクロストリップラインにとって短絡面に配置されることが必要である。
【００１０】
したがって、スロット２と励磁されているマイクロストリップライン３の間の距離ｙを調節することにより、結合が最適化される。この結合は、マイクロストリップラインについて短絡面のいずれかの側の所定の領域にわたって行われるので、以下の表１に与えられるように、このように励磁されるアンテナについて、ブロードバンド的な性能を得ることができる。
【表１】
0004105522.tif 000002
【００１１】
図２は、表１に与えられるｙの様々な値の周波数の関数として、環状スロット２の反射係数Ｓ１１を示している。これらの曲線は、かかる値に対する環状スロットの整合を与えている。この調査では、接線方向の給電ラインにより対称に励磁される２つの環状スロットが同位相で反対方向に放射されることが容易に示される。したがって、ゼロ軸における放射となる。
【００１２】
しかし、この主張とは対照的に、上述したタイプの構造では、一方がマイクロストリップラインの短絡面にあり、２つの環状スロットが同位相で放射するようにスロットに関してマイクロストリップラインを位置決めするものであり、これにより、非常に理想的な直線偏波を有する軸に沿って、構造的な放射が行われることを出願人は認識している。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、上述したライン／スロット遷移により給電されるスロットタイプのアンテナを使用して電磁信号を送信し、これにより、広帯域かつ非常に理想的な直線偏波を有するコンパクトなアンテナを得ることを可能にするアンテナシステムに関する。
また、本発明は、受信時の放射の多様性によりコンパクトな装置を得ることを可能にする、上述したようなアンテナの新しいトポロジーに関する。
【００１４】
本発明の主題は、スロットアンテナタイプの信号を送信するための第１の手段と、信号を利用する手段に該第１の手段を接続するための第１の給電ラインとを備える、電磁信号を送信するためシステムである。該第１の給電ラインは、ライン／スロット遷移により、該スロットアンテナタイプの信号を送信するための第１の手段に電磁的に接続されている。
【００１５】
本アンテナシステムは、第１の手段と第１の点Ｐに関して対称な該スロットタイプのアンテナの信号を送信するための第２の手段をさらに備えている。この第２の手段は、ライン／スロット遷移により、該対称な第１の点を通る平面にある該第１の給電ラインと電磁的に接続されている。該遷移は、該第１の給電ラインの短絡面に近い。
この構造により、理想的な直線偏波を実現するアンテナを得ることが可能となる。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、スロットアンテナタイプの信号を送信するための上記第１の手段及び第２の手段は、該第１の手段又は第２の手段と該対称な第１の点との中心を通る平面から約４５°又は１３５°で位置される。この変動が加わることにより、直線偏波は、選択された角度に従い右旋性円偏波又は左旋性円偏波に変換される。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、送信における放射の多様性を得ることが可能となる。本アンテナシステムは、電磁波を送信する第１の手段又は第２の手段のうちの一方と第２の点に関して対称な位置にあり、ライン／スロット遷移により給電されるスロットアンテナタイプの電磁波を送信するための第３の手段と、第１の給電ラインと同様に上記信号利用手段に接続され、ライン／スロット遷移により給電される該スロットアンテナタイプの電磁波を送信する該第３の手段に電磁的に接続され、対称な該第２の点を通る平面にある第２の給電ラインとをさらに備えている。ここで、第１の給電ラインの端は、異なるスイッチング状態を得るためにオン又はオフにされる第１のスイッチング素子に接続され、第２の給電ラインの端は、異なるスイッチング状態を得るためにオフ又はオンにされる第２のスイッチング素子に接続される。
【００１８】
本発明のさらなる態様によれば、それぞれの給電ラインの長さは、該素子と該対称な点の間の距離であり、ｋを整数、λmを該第１又は第２の給電ラインに誘導される電磁波の波長としたときに約ｋλm／４であり、該対称な第１の点又は第２の点を含む平面における該素子の状態に依存して、電気的な短絡面又は開放面を回復する。この場合、給電ラインの測定値ｋλm／４（ｋ＝２）である場合、同じ振る舞いを見つけるためにダイオード状態を反転するに十分である。
【００１９】
したがって、ｋ＝１について、オン状態のダイオード（ＣＣ）に４分の１波長ラインを加えたものは、遷移で開回路ＣＯを与え、ｋ＝２について、オフ状態のダイオード（ＣＯ）に２分の１波長ラインを加えたものは、開回路を与える。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、ライン／スロット遷移により給電されるスロットアンテナタイプの電磁波を送信するための手段は、環状又は多角形の形状のスロットから構成される。多角形の形状について、長方形又は正方形或いは他の公知の多角形の形状とすることができる。
【００２１】
さらに、スロットの外周は、ｋ’を整数、λsをスロットに誘導される電磁波の波長として、約ｋ’λsの波長を有する。
本発明の別の更なる態様によれば、本アンテナシステムは、送信手段に接続され、ライン／スロット遷移により中央の電磁波を送信する手段に電磁的に接合される第３の給電ラインをさらに備えている。
好適な実施の形態によれば、上記素子は、ダイオード、トランジスタ、電子スイッチ及びマイクロマシンシステムから構成される。さらに、給電ラインは、マイクロストリップ技術又はコプレーナ技術を使用して作成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照して説明される各種実施の形態を通して明らかとなるであろう。
説明を簡単にするために、同じ構成要素には同じ参照符号が付されている。本発明では、用語「電磁波を送信する手段」は、電磁波を送信及び／又は受信することができる任意の手段を言及するものとする。これらの手段は、用語「アンテナ」として知られている。
【００２３】
実施の形態は、特に図３、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して説明される、非常に理想的な直線偏波を実現するブロードバンド アンテナシステムを得ることを提供するものである。
図３に示されているように、本アンテナシステムは、スロットタイプのアンテナであり、マイクロストリップの給電ライン１２のいずれかの側に設けられている２つの環状スロット１０，１１から構成されている。このマイクロストリップの給電ライン１２は、２つの環状スロット１０及び１１に対して、点Ｐ’で接している。
【００２４】
この場合、２つの環状スロットは、給電ライン１２と環状スロット１０及び１１との間に磁気結合を与えるライン／スロット遷移により給電される。給電ラインの長さは、入力ポートから離れた該給電ラインの端から該接している点Ｐ’までの距離であり、約ｋλm／４である。ここで、ｋは奇数であり、λmはマイクロストリップラインにより誘導される電磁波の波長である。
【００２５】
図１のケースにおけるように、それぞれの環状スロット１０，１１の外周は、ｋ’λsに実質的に等しい。ここで、ｋ’は整数であり、λsはスロットに誘導される電磁波の波長である。この構造により、マイクロストリップライン１２のそれぞれの側に位置されるそれぞれの環状スロット１０，１１の楕円偏波は、互いに反対の利き手となり、特に、アンテナの軸において非常に理想的な直線偏波を生じる。
この場合、アンテナの中心周波数を保持するために、それぞれの環状スロットの外周は、ｋ’λsよりも僅かに短い。ここで、λsは隔離されたスロットに誘導される波長である。
【００２６】
図４（Ｂ）は、図３のアンテナシステムの、中心動作周波数５．７ギガヘルツでのＥ平面及びＨ平面における放射パターンを示している。システムは、図１のシステムのように、同じタイプの基板に作成されるので、特にアンテナの軸において、交差偏波が−１９．１ｄＢよりも少ないことがわかる。
図４（Ａ）は、測定及びシミュレーションのための周波数の関数として、図３のシステムの反射係数Ｓ１１を示している。アンテナシステムは、シミュレーションでは１５．７％にわたり、測定では２２％にわたり−１０ｄＢで整合される。
【００２７】
このタイプの装置は、たとえば、誘電体εr1及びεr2の２つの基板にトリプレートテクノロジーを使用して作成される場合がある。したがって、２つの環状スロットは、第１の基板の上側表面にエッチングされる。マイクロストリップ技術で作成される給電ラインは、２つの基板の間に作成され、アース面は第２の基板の下側表面に形成される。
【００２８】
本発明の更なる態様によれば、２つの環状スロットは、公知のやり方で直線偏波を円偏波に変換するための変動を有して設けられている。より詳細には、それぞれの環状スロットには、２つの対角線的に対向する変動により設けられる。この変動は、かかる送信手段（環状スロット１０，１１）と対称性に関する第１の点Ｐ’との中心を通る平面から約４５°又は１３５°で位置される。この変動は、当該技術分野で知られているように、様々な形状の切り取り（cut）により行われるか、様々な形状の突出し（projection）により行われる場合がある。
【００２９】
本発明の実施の形態は、図５、６及び７を参照して説明される放射の多様性を得ることを可能にする。この放射モードは、上述した基本構造を使用する。図５に示されるように、電磁信号の送信システムの新しいトポロジーは、環状スロットタイプの３つのアンテナ２０，２１，２２から構成されている。これらのスロットは、点Ｐ１及び点Ｐ２で対をなして接している。
【００３０】
より詳細には、環状スロット２０と環状スロット２１は、点Ｐ１で接しており、環状スロット２１と環状スロット２２は、点Ｐ２で接している。したがって、点Ｐ１と点Ｐ２は対称な点であり、これら対称な点を通して、平面、特に接線の平面が通過する。
【００３１】
図５に示されるように、環状スロット２０，２１，２２は、マイクロストリップライン２３，２４により給電される。このマイクロストリップの給電ライン２３，２４は、点Ｐ１及び点Ｐ２を通して通過する接線の平面にそれぞれある。
図５に示されるように、マイクロストリップの給電ライン２３，２４は、Ｔ字型ジャンクションにより、電源回路（図示せず）との接続のためにポート１に接合される。
【００３２】
さらに、給電ライン２３，２４の長さは、点Ｐ１又は点Ｐ２とポート１から離れた端２３’又は端２４’の間の距離であり、好ましくは約ｋλm／４である。ここで、ｋは整数であり、λmは給電ラインに誘導される電磁波の波長である。図５に示されるように、電子素子は、給電ライン２３，２４のうちの一方の端での短絡又は開放、及び他方の端での開放又は短絡をシミュレートすることを可能にするものであり、給電ライン２３，２４のそれぞれの端２３’又は端２４’に設けられている。
【００３３】
より詳細には、一方のダイオード２５は、端２３’とアースの間に逆方向に接続されており、他方のダイオード２６は、端２４’とアースの間に順方向に接続されている。この接続は、ダイオード２５及び２６のバイアス状態に依存して、３つの状態の間の放射パターンを切換えることを可能にする。このバイアスは、当業者に知られているやり方で生成される。
【００３４】
様々なスイッチング状態は、以下の表２に示されている。
【表２】
0004105522.tif 000003
【００３５】
図６に示されるように、図５の構造から、反射係数Ｓ１１を与える曲線は、周波数の関数として得られる。この曲線に基づいて、１つのダイオードがオフであるとき、−１０ｄＢでの整合された帯域幅は２２％であり、両ダイオードがオフであるとき、−１０ｄＢでの整合された帯域幅は１７．８％である。
【００３６】
さらに、図７は、５．４ギガヘルツの動作周波数での２つの理想的なダイオードの状態に従う、アンテナの３つの放射状態を示している。したがって、オーダ３の放射の多様性をアンテナ装置について得ることができる。
【００３７】
図５に示されるアンテナトポロジーによる送信チャネルを得るために、図８に示されるように、Ｋnorrにより示される従来のライン／スロット遷移を発生するように、マイクロストリップライン２７により、中央の環状スロット、すなわち環状スロット２１に給電することが提案される。このラインは、受信モードにおいて給電ライン２７の端で短絡を回復するダイオード３３により終端される。
【００３８】
送信と受信の間で最大の分離を確保するために、２つのダイオード２５，２６は、オン状態になければならず、すなわち、送信モードにおいてマイクロストリップライン２３及び２４の端で短絡を有さなければならない。また、ダイオード３３は、オフ状態になければならず、すなわち、送信モードにおいてマイクロストリップライン２７の端で開放ＣＯを有さなければならない。
【００３９】
この場合、図８に示されるシステムは、以下の表３に示されるような４つの動作状態を有している。
【表３】
0004105522.tif 000004
【００４０】
制御装置は、これら４つの状態を管理することが可能な装置であり、３つのダイオードのそれぞれを独立に制御する。この制御装置は、たとえば、Ｔ字型ジャンクションと給電ライン２３，２４の間に設けられるブロック装置２８’，２８、及び給電ライン２３，２４から構成されている。ブロック装置は、公知のタイプのＤＣブロックから構成されている。さらに、ライン２７とポート２の間にＤＣブロック２９が設けられている。
【００４１】
さらに、それぞれのライン２３，２４及び２７と、各種ダイオード２５，２６及び３３をバイアスするための端子との間には、ラインの終端、すなわち「スタブ」３０，３１，３２が設けられている。それぞれのラジアルラインの端の長さは、開放回路が交差する点で回復されるような長さとなっている。このようにして、無線周波数ＲＦを妨害することなしに、バイアス電圧がそれぞれのダイオードに供給されている。
【００４２】
図８に示されるシステムにより、ダイオード２５及び２６が図８において短絡回路であるときに、送信周波数の関数としての装置のパラメータＳの振幅を与える曲線を得ることができる。この場合、送信チャネルの整合された帯域幅は、２２％以上である。
【００４３】
さらに、図１０に示されるように、送信では、装置について放射パターンが得られる。各種放射パターンを見ると、高品質の直線偏波がアンテナの軸において得られることがわかる。さらに、送信と受信との間で良好なレベルの分離を得ることができ、送信と受信について同じ極性を得ることができる。さらに、このコンパクトなアンテナストレッチャは、オーダ３の放射パターンの多様性を提供する。
【００４４】
上述した実施の形態は例示を目的として与えられ、多くのやり方で修正される場合があることは明らかである。したがって、スロットは、環状の形状以外の形状を有する場合がある。スロットは、多角形の形状を有する場合があり、すなわち、正方形又は長方形等の形状である。給電ラインは、マイクロストリップ技術又はコプレーナ技術により作成される。ダイオードは、トランジスタ、電子スイッチ及びマイクロマシンシステムのような他の素子により置き換えられる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による接線方向に給電される環状スロットの上面図である。
【図２】図１について、様々な距離ｙでの環状スロットの周波数の関数として反射係数Ｓ１１を与える曲線を示す図である。
【図３】本発明の第１実施の形態による接線方向の給電による２つの環状スロットの上面図である。
【図４】図４（Ａ）は、図３によるアンテナシステムの周波数の関数としての反射係数Ｓ１１を与える曲線、図４（Ｂ）は、図３によるアンテナシステムの放射パターンを示す図である。
【図５】本発明の第２実施の形態によるアンテナシステムのトポロジーの上面図を示す図である。
【図６】図４に示されるトポロジーについて周波数の関数として、反射係数Ｓ１１を与える曲線である。
【図７】図５のアンテナシステムの３つの状態の放射を示す図である。
【図８】本発明の別の実施の形態によるアンテナシステムの上面図である。
【図９】図８のダイオード２５及び２６がオン状態にあり、ダイオード３３がオフ状態にあるときの周波数の関数として、図８のアンテナの反射係数を与える曲線である。
【図１０】図８のダイオード２５及び２６がオン状態にあり、ダイオード３３がオフ状態にあるとき、図８のアンテナの放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
１：基板
２：環状スロット
３：マイクロストリップライン
１０，１１：環状スロット
１２：マイクロストリップライン
２０，２１，２２：環状スロット
２３，２４，２７：給電ライン
２５，２６，３３：ダイオード
３０，３１，３２：ライン終端
【図１】
0004105522.tif 000005
【図２】
0004105522.tif 000006
【図３】
0004105522.tif 000007
【図４】
0004105522.tif 000008
【図５】
0004105522.tif 000009
【図６】
0004105522.tif 000010
【図７】
0004105522.tif 000011
【図８】
0004105522.tif 000012
【図９】
0004105522.tif 000013
【図１０】
0004105522.tif 000014