(57)【要約】  本発明はパッチアンテナに関する。また、本発明は、本発明に係る少なくとも一つのアンテナを含む電磁信号を送信及び受信するためのアンテナシステムに関する。更に、本発明は、本発明に係るアンテナを製造する方法に関する。更に、本発明は、本発明に係るアンテナを使用することによるワイヤレス通信で用いられる方法に関する。更に、本発明は、本発明に係る少なくとも一つのアンテナを含むワイヤレス通信デバイスのＲＦトランシーバに関する。更に、本発明は、本発明に係るＲＦトランシーバを含む電子デバイスに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義されるパッチアンテナ。
【数１】
2017509266.tif 000025
【請求項２】
前記パッチアンテナは複数のパッチを含み、前記複数のパッチの各々は、好ましくは、別体の給電コネクタに接続される請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
前記パッチは、互いに距離を置いて配置される請求項２に記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
各パッチは、実質的に超形状のベースプロファイルを有する請求項２又は３に記載のパッチアンテナ。
【請求項５】
前記給電コネクタに接続される前記少なくとも一つのパッチは、一次パッチとして作用し、該パッチアンテナは、前記一次パッチから距離を置いて配置される少なくとも一つの二次パッチを更に備え、一次パッチ及び二次パッチが、互いに電磁的に相互作用するようになっている請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項６】
前記少なくとも一つの一次パッチと前記少なくとも一つの二次パッチの組は、実質的に超形状の結合したベースプロファイルを有する請求項５に記載のパッチアンテナ。
【請求項７】
前記少なくとも一つの一次パッチ及び前記少なくとも一つの二次パッチは、少なくとも一つのスロットによって互いに分離され、前記少なくとも一つのスロットは、実質的に超形状のベースプロファイルを有する請求項５又は６に記載のパッチアンテナ。
【請求項８】
前記少なくとも一つの一次パッチ及び前記少なくとも一つの二次パッチは、少なくとも一つのスロットによって互いに分離され、前記スロットは、好ましくは４から最大で６ｍｍの範囲内である実質的に一定の幅を有する請求項５乃至７のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項９】
少なくとも一つの一次パッチは、少なくとも一つの二次パッチを少なくとも部分的に包囲する請求項５乃至８のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１０】
少なくとも一つの一次パッチを、少なくとも部分的に、好ましくは完全に包囲する請求項５乃至９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１１】
少なくとも一つのパッチは、少なくとも一つの切欠きを備える請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１２】
前記スペーサ構造体は、少なくとも一つの誘電体基板層を含む基板を含み、前記基板は、前記グランドプレーンと前記少なくとも一つのパッチの間に配置される請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１３】
前記誘電体基板層は、印刷回路基板（ＰＣＢ）の一部を成す請求項１２に記載のパッチアンテナ。
【請求項１４】
ｍ≧１である請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１５】
ａ1ｂである請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１６】
少なくとも一つのグランドプレーンは、実質的に超形状のベースプロファイルによって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義される請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【数２】
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【請求項１７】
少なくとも一つのパッチが、前記パッチの平面を画定するｘ軸及びｙ軸に対して対称的であるベースプロファイルを有する請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１８】
複数のパッチが、対称的な位置に接続された夫々の給電コネクタを有する請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１９】
少なくとも一つのパッチは、実質的に丸い周縁を有するベースプロファイルを有する請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２０】
少なくとも一つのパッチは、実質的に凸状の周縁を有するベースプロファイルを有する請求項１乃至１９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２１】
前記スペーサ構造体及び／又は前記グランドプレーンは、略円形又は楕円形を有し、好ましくは、前記基板層及び前記グランドプレーンは実質的に合同である請求項１乃至２０のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２２】
前記給電コネクタは、少なくとも一つのパッチに対して、前記パッチ上の偏心位置に、好ましくは前記パッチの縁の近く又は縁で接続される請求項１乃至２１のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２３】
前記パッチは、導電性金属から、好ましくは銅、銀、及び／又は金から実質的に作られる薄板である請求項１乃至２２のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２４】
前記パッチは、１から１０マクロメートル、好ましくは３から４マイクロメートル、より好ましくは約３．５マイクロメートルの厚みを有する請求項１乃至２３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２５】
前記パッチの主面は、２から１００ｃｍ２のサイズを有する請求項１乃至２４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２６】
前記パッチと前記グランドプレーンの対向面の間の距離は２から２０ミリメートルである請求項１乃至２５のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２７】
前記パッチに対向する前記グランドプレーンの主面のサイズは、最低動作周波数にて１周波数×１周波数のサイズを有する請求項１乃至２６のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２８】
前記パッチの前記ベースプロファイルは、前記グランドプレーンによって画定される平面に略平行な方向に延在する請求項１乃至２７のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２９】
前記パッチは、電磁放射を受信するように構成される請求項１乃至２８のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３０】
前記パッチは、電磁放射を送信するように構成される請求項１乃至２９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３１】
前記パッチは、一つ以上の狭周波数帯域にて動作するように構成される請求項１乃至３０のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３２】
少なくとも一つのパッチが、５ＧＨｚの周波数帯域にて動作するように構成される請求項１乃至３１のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３３】
少なくとも一つのパッチが、２．４ＧＨｚの周波数帯域において動作するように構成される請求項１乃至３２のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３４】
少なくとも一つのパッチが、９又は１０ＧＨｚの周波数帯域において動作するように構成される請求項１乃至３３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３５】
前記グランドプレーンは、金属によって少なくとも部分的に作られる請求項１乃至３４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３６】
前記給電コネクタは、前記グランドプレーンに略平行に延在するマイクロストリップを含む請求項１乃至３５のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３７】
前記給電コネクタは、前記グランドプレーンに設けられる孔から導出される請求項１乃至３６のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３８】
前記アンテナは、該アンテナの双方向通信のために放射送信モードと放射受信モードの間で前記給電コネクタを自動的に切り替えるために少なくとも一つのプロセッサを含む請求項１乃至３７のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３９】
前記プロセッサは、各周波数帯域における双方向通信のために第一の周波数帯域と第二の周波数帯域の間で自動的に切り替わるように構成される請求項３８に記載のパッチアンテナ。
【請求項４０】
少なくとも一つのパッチは０．５から最大で４ＧＨｚ、又は２から２０ＧＨｚまで、又は０．５から２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成される請求項１乃至３９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項４１】
請求項１乃至４０のいずれか一項に記載の少なくとも一つのパッチアンテナを含む電磁信号を送信及び受信するためのアンテナシステム。
【請求項４２】
該アンテナシステムは、請求項３９乃至４０のうちのいずれか一項に記載の複数のＭＩＭＯ構成のパッチアンテナを含む請求項４１に記載のアンテナシステム。
【請求項４３】
前記システムは、少なくとも二つのデュアルバンドパッチアンテナと、前記二つの周波数帯域のうちの少なくとも一つにおいて切り替えるための少なくとも一つのプロセッサとを含むことにより、この帯域において前記信号の受信及び送信のダイバーシティを保証する請求項４２に記載のアンテナシステム。
【請求項４４】
請求項１乃至４０のいずれか一項に記載のアンテナを製造する方法であって、
Ａ）少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状は次の極関数によって定義されるように、前記パッチを設計すること、及び
【数３】
2017509266.tif 000027
Ｂ）スペーサ構造体を使用することによって、グランドプレーンと、前記少なくとも一つのパッチと、前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される給電コネクタとを組み立てることであって、前記パッチと前記グランドプレーンは前記スペーサ構造体によって分離されていることを含む方法。
【請求項４５】
前記スペーサ構造体は、前記グランドプレーンと前記少なくとも一つのパッチの間に存在する所定の厚みの誘電体材料の基板層を含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
少なくとも一つのパッチが前記基板上に蒸着される請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記グランドプレーンは前記基板上に蒸着される請求項４５又は４６に記載の方法。
【請求項４８】
ステップＢ）中に、複数のパッチが前記基板に取り付けられ、各パッチは各自の給電コネクタに接続される請求項４５乃至４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
少なくとも一つのパッチが、第一の周波数帯域において通信するように構成され、少なくとも一つの別のパッチが、第二の周波数帯域において通信するように構成される請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
請求項１乃至４０のいずれか一項に記載のパッチアンテナを使用することによるワイヤレス通信で用いられる方法であって、該方法は、アンテナネットワークに通信回路を接続するステップを含み、前記ネットワークは、請求項１乃至４０のいずれか一項に記載の複数のパッチアンテナを含み、各アンテナは、少なくとも一つの指定の周波数帯域において動作するように最適化される方法。
【請求項５１】
前記通信回路はトランスミッタを含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記通信回路はレシーバを含む請求項５０又は５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記通信回路はトランシーバを含む請求項５０乃至５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
各パッチアンテナは複数の周波数帯域において動作するように最適化される請求項５０乃至５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記複数の指定の周波数帯域の夫々が単一の周波数を含む請求項５０乃至５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記複数のパッチアンテナは並列接続される請求項５０乃至５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
前記複数のパッチアンテナは直列接続される請求項５０乃至５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
請求項１乃至４０のいずれか一項に記載のアンテナにおいて使用されるパッチ。
【請求項５９】
請求項１乃至４０のいずれか一項に記載の少なくとも一つのパッチアンテナを含むワイヤレス通信デバイスのＲＦトランシーバ。
【請求項６０】
請求項５９に記載のＲＦトランシーバを含む電子デバイス。
【請求項６１】
少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数によって定義される請求項４０に記載のパッチアンテナ。
【数４】
2017509266.tif 000028
【請求項６２】
少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチが、次の極関数によって定義される請求項４０に記載のパッチアンテナ。
【数５】
2017509266.tif 000029
【請求項６３】
少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチが、次の極関数によって定義される請求項４０に記載のパッチアンテナ。
【数６】
2017509266.tif 000030
【請求項６４】
少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチが、該パッチ内の切除領域であるスロットを備え、前記パッチが、次の極関数によって定義され、
【数７】
2017509266.tif 000031
前記パッチ内の前記スロットは、次の極関数によって定義される請求項４０に記載のパッチアンテナ。
【数８】
2017509266.tif 000032
【請求項６５】
前記給電コネクタは、前記パッチの垂直な対称平面に対して平行に、前記対称平面から距離を置いて配置されるマイクロストリップであり、前記距離は、前記マイクロストリップ線の幅よりも大きい請求項６１乃至６４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項６６】
少なくとも一つのパッチが、０．５ＧＨｚから４ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチが、次の極関数によって定義される請求項４０に記載のパッチアンテナ。
【数９】
2017509266.tif 000033
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッチアンテナに関する。また、本発明は、本発明に係る少なくとも一つのアンテナを含む電子信号を送信及び受信するためのアンテナシステムに関する。更に、本発明は、本発明に係るアンテナを製造する方法に関する。更に、本発明は、本発明に係るアンテナを使用することによるワイヤレス通信で用いられる方法に関する。更に、本発明は、本発明に係る少なくとも一つのアンテナを含むワイヤレス通信デバイスのＲＦトランシーバに関する。本発明は、更に、本発明に係るＲＦトランシーバを含む電子デバイスに関する。
【０００２】
本発明は、本発明者Ｊｏｈａｎ  Ｇｉｅｌｉｓに対して２００９年１１月１７日に発行された米国特許第７，６２０，５２７号に開示された主題について改良し、前記特許の内容は全て、本明細書に全て記述されているものとして、参照によって本明細書に援用される。更に、本発明は、２０１０年６月２１日に出願されたＪｏｈａｎ  Ｇｉｅｌｉｓに対するＣｏｍｐｕｔｅｒ  Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ  Ｔｏｏｌ  Ｂｏｘと題する米国仮特許出願第６１／３５６，８３６号の全開示も参照によって本明細書に援用するが、該米国仮特許出願の全内容は、本明細書に全て記述されているものとして、参照によって本明細書に援用される。更に、本出願は、２０１１年６月２２日に出願されたＪｏｈａｎ  Ｇｉｅｌｉｓに対するＣｏｍｐｕｔｅｒ  Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ  Ｔｏｏｌ  Ｂｏｘと題する米国特許出願第１３／１６５，２４０号の全開示も参照によって本明細書に援用するが、該米国特許出願の全内容は、本明細書に全て記述されているものとして、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
上記米国特許第７，６２０，５２７号は、新たな数学的公式を用いてプログラムされたコンピュータを使用することによって、パターン（例えば、画像や、音、電磁波、又は他の信号のような波形等）の合成、変調や解析を行うシステム及び方法を記載している。前記公式は、様々な形状、波形、及び他の表現を生成するために用いられる。前記公式は、コンピュータの動作性能を大幅に向上し、コンピュータメモリの大幅な節約と、演算能力の大幅な増大をもたらす。
【０００４】
上記米国特許第７，６２０，５２７号の幾何学的概念は、なぜ特定の自然形状及び形態が、そのように形成されるかをモデル化し、説明するために役立つ。上記米国特許第７，６２０，５２７号で説明されているように、本発明者は、該特許において、円形及び多角形を含む、既存の幾何学的形態及び規則的な形状のほとんどが、次式の特別な実現化として記述されることを発見した。上記米国特許第７，６２０，５２７号は、この公式及び表現が、例えば、パターン（すなわち、例えば、画像パターン、及び電磁波（例えば、電気、光等）、音、及びその他の波形等の波形、又は信号パターンを含む）等の「合成」及び「解析」の両方でどのように利用されることが出来るかを説明している。
【数１】
2017509266.tif 000003
【０００５】
様々なパターンを合成するために、この式のパラメータを修正し、多様なパターンを合成出来る。特に、上記式に現れるパラメータは調整されることが出来る。回転対称性（ｍ）、指数（ｎ１〜ｎ３）や短軸及び長軸（ａ、ｂ）の数字を調整又は調節することによって、多様な自然形状、人工形状及び抽象的形状を二次元及び三次元空間で生成出来る。
【０００６】
上記米国特許第７，６２０，５２７号の図１は、超公式演算子（ｓｕｐｅｒ−ｆｏｒｍｕｌａ  ｏｐｅｒａｔｏｒ）を用いたパターンの合成やパターンの解析のための様々な実施形態に含まれることが出来る様々な構成要素を示す概略図を示す。上記米国特許第７，６２０，５２７号に記載されているように、第１の態様によれば、前記図１を参照しながら例示的な目的のために、形状又は波形は、次の例示的な基本ステップの適用によって「合成」されることが出来る。即ち、第一のステップでは、パラメータの選択が（例えば、すなわち、キーボード２０、タッチスクリーン、マウスポインタ、音声認識デバイス又はその他の入力デバイス等を介して、コンピュータ１０に値を入力することによって、又はコンピュータ１０に値を指定させることによって、）行われ、コンピュータ１０を用いて、パラメータの選択に基づいて、選択された超形状を合成する。第二の任意選択的なステップでは、この超公式を用いて、選択した形状を適応させること、最適化の計算を行うこと等が出来る。このステップは、グラフィックプログラム（例えば、２Ｄ、３Ｄ等）、ＣＡＤソフトウェア、有限要素解析プログラム、波形生成プログラム、又はその他ソフトウェアの使用を含むことが出来る。第三のステップでは、第一の又は第二のステップからの出力を用いて、例えば、（ａ）モニタ３０上に超形状３１を表示すること、プリンタ５０（２Ｄ又は３Ｄ）から紙等の素材５２上に印刷すること、（ｂ）コンピュータ支援製造を（例えば、ステップスリーの出力に基づき、機械、ロボット等の外部デバイス６０を制御することによって）行うこと、（ｃ）スピーカシステム７０等を介して音７１を生成すること、（ｄ）ステレオリソグラフィを行うこと、（ｅ）ラピッドプロトタイピングを行うことや、（ｆ）このような形状の変換を行うために当該技術において既知の別の方法で前記出力を利用すること等によって、コンピュータによる超形状を物理的形態に変換する。
【０００７】
上記米国特許第７，６２０，５２７号は、合成（例えば形状の創造等）及び解析（例えば、形状の解析等）の両方を論じている。解析に関しては、上記米国特許第７，６２０，５２７号は、「一般的に、それには限定されないが、形状又は波形は、次の基本ステップ（これらのステップは、合成における上記ステップの逆と同様である）の適用によって「解析」されることが出来る。即ち、第一のステップでは、パターンが走査され、即ち、コンピュータへ（例えば、デジタル形式で）入力される。例えば、対象の画像が走査されてもよく（２Ｄ又は３Ｄ）、マイクで音波を受け取ってもよく、又は電気信号（例えば、波）が入力されてもよく、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピーディスク、内部又は外部フラッシュドライブ等のコンピュータ可読媒体からのデータが入力されてもよく、例えば、インターネット又はイントラネット等を介してオンラインでデータが受け取られてもよい。例えば、デジタルカメラ又はその他のカメラ（例えば、単一の写真であるか連続的なリアルタイムの写真であるか等を問わず）等を用いる様々な他の既知の入力技術が使用されることが出来る。“図１”は、画像スキャナ１００（例えば、紙等の素材上の画像又は写真を走査するために利用されるドキュメントスキャナ、又は別のスキャナデバイス）やレコーダ２００（例えば、マイク等を通して波形を受け取るもの）がコンピュータ１０と共に利用される例を示す。第二のステップでは、画像が解析され、前記超公式（ｓｕｐｅｒ−ｆｏｒｍｕｌａ）のパラメータ値等を決定する。このステップでは、解析された信号の特定、分類、比較等が行われることも出来る。一部のコンピュータ解析の場合、コンピュータは、（例えば、パラメータ値によって雑多な超形状（ｓｕｐｅｒｓｈａｐｅｓ）をカテゴリー化する）プリミティブの（例えばメモリに記憶された）ライブラリ又はカタログを含むことが出来る。かかる後者の場合、コンピュータを用いてこのライブラリ又はカタログにおける情報に基づいて超形状の近似、特定、分類等を行うことが出来る。プリミティブのカタログは、例えば、パターン又は形状の一次近似のために使用されてもよい。第三の任意選択的なステップでは、解析された信号は、必要に応じて調整されることが出来る（例えば、合成の第二の一般的な段階即ちステップを参照しながら上述のオペレーションと同様にオペレーションが行われることが出来る）。第四のステップでは、出力が生成されることが出来る。この出力は、（ａ）視覚的（例えば、表示又は印刷された）又は可聴的（例えば、音）出力を提供すること、（ｂ）特定のデバイスのオペレーションを制御すること（例えば、特定の条件が画定された場合）、（ｃ）解析したパターンに関連する指示を提供すること（例えば、その指示を特定すること、分類すること、好適又は最適な構成を特定すること、欠陥又は異常を特定すること等）、（ｄ）当業者には明白であろう別の形態の出力又は結果を生成することを含むことが出来る。この解析では、パターンがデジタル化された後、コンピュータは、ある特定の表現形式を使用し始める。化学パターンの場合、ＸＹグラフが選択されるべきである。閉形状の場合、変形したフーリエ解析が選択されるだろう。コンピュータは、デジタル化したパターンを表現するための前記方程式に関する正しいパラメータの評価を提供するように（例えば、ソフトウェアを介して）適応されるべきである。
【０００８】
上記米国特許第７，６２０，５２７号は、過去十年間の技術の注目すべき進歩を述べているが、本発明者は、驚くべきことに、幾つかの注目すべき進歩及び改善を発見しており、これらが本出願の主題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，６２０，５２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の幾つかの実施形態の目的は、上記技術が有益な方法で実施されるある区分の製品を見つけることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の好適な実施形態では、改良したパッチアンテナ、特に、広範囲の区分のワイヤレスアプリケーション（Ｗｉ−Ｆｉネットワークを含む）用のパッチアンテナが発明される。この改良パッチアンテナ、特にパッチアンテナは、少なくとも一つの導電性パッチと、少なくとも一つの導電性のグランドプレーンと、グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに電気的に接続された少なくとも一つの給電コネクタと、前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサとを含み、少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義される。
【数２】
2017509266.tif 000004
【００１２】
提案のアンテナは、組立が極めて容易で、容器に機械加工可能で安価であるにもかかわらず、これらのアンテナは、驚くべきことに、動作帯域幅、最大利得（良好な効率と良好な指向性の両方）、及び放射パターンアジリティの点で、ワイヤレス通信において現在使用されているアンテナよりもかなり性能が優れている。これらの優れた性質は、特に、超公式（即ちＧｉｅｌｉｓの公式）として科学文献にて既知の極方程式及びその三次元空間への一般化によって定義される、パッチアンテナ及び／又はグランドプレーンのベースプロファイルの特殊なジオメトリによるものである。この超公式は、Ｊ．Ｇｉｅｌｉｓに対する上記米国特許第７，６２０，５２７号にて詳細に説明されており、その全開示は参照によって本明細書に援用する。かかる方程式は、素粒子から一般化したラメ曲線に及ぶ自然形状及び抽象的形状の統一的記述を可能にする。発明のアンテナは、設計に関する自由度を増加させることができ変調可能な電磁特性を備える様々な放射構造及びセンサにつながる。
【００１３】
実際、本発明に係る各パッチアンテナは、パッチとグランドプレーンが両方とも一般的に高さが制限されているにもかかわらず、三次元形状を有するパッチ及び／又はグランドプレーンを含んでいる。パッチの少なくとも一つのベースプロファイルと、場合によってはグランドプレーンの少なくとも一つのベースプロファイルにも超形状を与え、各超形状のベースプロファイルが、請求項１に記載の極関数（超公式）によって定義されるようにすることにより、単純なトポロジーと固有のアーキテクチャを備える新規のコンパクトな（ポータブルな）アンテナが実現され、さらに、既知のパッチアンテナよりも優れた性能を有することになる。
好ましくは、超形状のパッチアンテナの設計において、パッチの有効半径は、
【数３】
2017509266.tif 000005
【００１４】
広い動作帯域を実現するために、グランドプレーンと少なくとも一つのパッチアンテナの距離（ｈｄ）は、アンテナ構造に応じて、アンテナ（ｆｃ）の中心動作周波数において約１／８又は１／４波長になるように選択される。即ち、
【数４】
2017509266.tif 000006
となる。
【００１５】
アンテナの共振周波数を適切に変調するために、パッチ構造の断面寸法は、次のアスペクト比が得られるように設定される。プローブの位置及びジオメトリは、全波解析によって発見的に決定する。
【数５】
2017509266.tif 000007
【００１６】
本発明に係るパッチアンテナは、軽量、安価、且つ付属の電子部品との一体化が容易である。本発明に係るアンテナにて使用されるパッチ（単数又は複数）は、一般的に略平らであるため、パッチアンテナは、多くの場合、平面アンテナとも呼ばれる。しかしながら、少なくとも一つのパッチと、更には、アンテナそれ自体は、２Ｄの平らなジオメトリというよりも、３Ｄジオメトリを有し、特に、湾曲していたり鉤状であったりすることが考えられる。例えば、パッチは、スペーサ構造体の周囲を包み込む或いはアンテナ自体が、物体の周囲を包み込む又は巻き付けられている場合がある。この場合、グランドプレーンと空間構造体は両方とも、３Ｄ形状を有することになる。従って、本発明に係るアンテナは、３Ｄアンテナでもある。
【００１７】
このアンテナで使用される少なくとも一つのパッチは、一般的にスペーサ構造体上に印刷（又は蒸着）されているため、パッチアンテナは、多くの場合、印刷アンテナとも呼ばれる。しかしながら、アンテナの一つ以上のパッチは、予め作製され、後に、例えば貼り付け又は機械的締め付けによって、スペーサ構造体に取り付けられることが考えられる。
【００１８】
本発明に係るパッチアンテナは、好ましくは、複数のパッチを含み、その複数のパッチの各々は、好ましくは、別体の給電コネクタに接続される。従って、パッチアンテナは、利得及び放射パターンの点で最も有利な構成に更に適応させることが出来る。別体の給電コネクタにより、印加される電圧とそのタイミングの点でパッチ間の差別化が可能になる。更に、本発明に係るパッチアンテナの複数のパッチは、互いに距離を置いて配置されることが好ましい。
【００１９】
本発明に係るパッチアンテナにおいては、各パッチが、実質的に超形状のベースプロファイルを有していることが好ましい。これにより、パッチアンテナに対するパッチの有益な効果が全体として高められる。
【００２０】
本発明に係るパッチアンテナの更に好適な一実施形態では、一次パッチとして作用する給電コネクタに接続された少なくとも一つのパッチを含み、パッチアンテナは、前記一次パッチから距離を置いて配置された少なくとも一つの二次パッチを更に含み、一次パッチ及び二次パッチが、互いに電磁的に相互作用するように構成されることが好ましい。この構成では、コネクタ給電を介した一次パッチの起動に続いて、共振によって二次パッチの起動が行われる。各パッチは独自の電磁特性を有するため、パッチアンテナは、二つの異なる周波数にて送信及び受信することが出来る（デュアルバンド性能）。
【００２１】
本発明に係るパッチアンテナの上記のデュアルバンド性能は、一組の少なくとも一つの一次パッチと少なくとも一つの二次パッチが、実質的に超形状の合成ベースプロファイルを有する時に更に強くなる。パッチアンテナへの超形状の寄与は、上記に既に説明されている。
【００２２】
本発明に係るデュアルバンド性能を有するパッチアンテナは、更に好ましくは、少なくとも一つのスロットによって互いに分離された少なくとも一つの一次パッチと少なくとも一つの二次パッチとを含み、前記少なくとも一つのスロットは、実質的に超形状のベースプロファイルを有する。このスロットの超形状のベースプロファイルは、パッチアンテナの有利な特徴を更に高めることが分かっている。一次パッチ及び二次パッチの少なくとも一方、好ましくは両方が、（前記超公式を使用することによって）実質的に超形状にしたベースプロファイルを有する。しかしながら、一次パッチ及び二次パッチの組立体が、（前記超公式を使用することによって）実質的に超形状にした（全体的な）ベースプロファイルを有することも考えられる。更に、本発明に係るデュアルバンド性能を有するパッチアンテナは、好ましくは、少なくとも一つのスロットによって互いに分離された少なくとも一つの一次パッチ及び少なくとも一つの二次パッチを含み、このスロットは、好ましくは４ｍｍから最大で６ｍｍの範囲の略一定の幅を有する。パッチアンテナの周波数応答は、ギャップ幅に依存することが実験から分かっている。二つの周波数帯で非常に良好に動作するパッチアンテナの最適なギャップ幅の一例は５ｍｍである。
【００２３】
本発明に係るデュアルバンド性能を有するパッチアンテナの好適な一実施形態は、少なくとも一つの二次パッチを少なくとも部分的に取り囲む少なくとも一つの一次パッチを含む。
【００２４】
本発明に係るデュアルバンド性能を有するパッチアンテナの特別な好適な一実施形態は、少なくとも一つの一次パッチを少なくとも部分的に、好ましくは完全に取り囲む少なくとも一つの二次パッチを含む。かかる構成のパッチに関しては、放射効率及び利得が著しく高い。
【００２５】
好ましくは、本発明に係るパッチアンテナは、少なくとも一つの切り欠きを備える少なくとも一つのパッチを含む。このように、パッチアンテナは、利得、放射効率、及び場合によっては多周波数能力の点で具体的な要求事項に適応させることが出来る。
【００２６】
好都合なことに、本発明に係るパッチアンテナは、少なくとも一つの誘電体基板層を含む基板を含むスペーサ構造体を含み、前記基板は、グランドプレーンと少なくとも一つのパッチの間に配置される。かかる構造的な組み立ては、パッチアンテナを作製する点で、及びパッチアンテナの耐久性及び小型化の点で最も好都合である。特に有利な一実施形態では、誘電体基板層は、印刷回路基板（ＰＣＢ）の一部を成し、上記と同一の利点を有する。誘電体スペーサ構造体、及び特に少なくとも一つの基板層は、ガラス、特にＰｙｒｅｘ（登録商標）（コーニング社が市販する透明な低熱膨張性のホウケイ酸ガラス）、クリスタル、シリカ（二酸化珪素）、強誘電体材料、液晶、少なくとも一つのポリマー、特にポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、バイオプラスチック（植物油脂、コーンスターチ、ピースターチ又は微生物相等の再生可能なバイオマス資源に由来するプラスチック）、又はフッ素プラスチック、及び／又は金属酸化物、特に酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化バリウム、又は酸化ストロンチウム等の、他の誘電体材料から作られることも出来る。特に、用途は、財政的な視点と設計的な視点の両方から用意されることになる。ポリマーは、比較的安価で、更に、従来の成形、押し出しや熱成形の技術を使用した成形が容易であり、更には、相当な設計自由度を提供する３Ｄ印刷によって成形されることも出来る。これに関連して、一部の実施形態では、流体、好ましくは空気又は脱塩水（誘電体として作用する）が少なくとも部分的に充填された少なくとも一つの内部空間を取り囲む少なくとも一つのガラス、クリスタル、及び／又は少なくとも一つのポリマーから少なくとも部分的に作成されたシェルを含むスペーサ構造体を適用することが出来る。空気及び水の適用により、使用される他の材料の量が少なくなり、スペーサ構造体ひいては本発明に係るアンテナの原価が低くなる。スペーサ構造体の少なくとも一部は、グランドプレーンを支持し、少なくとも一つのパッチを支持するために略Ｕ字形の構造体を有し、グランドプレーンと少なくとも一つのパッチの間に空隙が存在することも考えられる。単なる空気の存在も誘電体として機能することになろう。スペーサ構造体の一部として中間基板が使用される場合、前記基板は、グランドプレーンと少なくとも一つのパッチの間に設置され、前記基板は、コア層、吸収層、反射層等の複数の基板層の積層体によって構成されることが出来る。複数層の基板を含むことにより、全体的な特性がより容易に最適化されることが出来る。
【００２７】
本発明に係るパッチアンテナの好適な一実施形態では、極関数におけるパラメータは、ｍ≧１という条件を満たす。このパラメータ条件は、鋭いエッジを含むパッチの従来にない対称的な形状をもたらし、その結果、円筒形のパッチ（ｍ＝０）の場合と比較してより対称的な空間的な電力密度分布となる。このようにして、電磁放射が、複数の焦点方向に放射されることが出来る。鋭いエッジの存在は、必ずしも好適なアンテナの放射効率を低下させる訳ではない。更に好適な境界条件はａ1ｂである。これらの境界条件も、特にｎ１が約０．５、ｎ２が約１．０、且つｎ３が約１．０である時、従来にない形状のパッチをもたらす。
【００２８】
本発明に係るパッチアンテナの更に好適な一実施形態では、少なくとも一つのパッチは、パッチの平面を画定するｘ軸及びｙ軸に関して対称的なベースプロファイルを有する。かかるパッチアンテナの比較的程度の低い交差偏波を示す。
【００２９】
本発明に係るパッチアンテナの次に好適な一実施形態では、複数のパッチは、各自の給電コネクタが、対称的な位置に接続されている。かかる構成により、アンテナの偏波純度が高められる。
【００３０】
本発明に係るパッチアンテナの更に好適な一実施形態では、少なくとも一つのパッチは、実質的に丸い周縁を有するベースプロファイルを有する。かかる構成により、アンテナの交差偏波レベルが更に低減する。
【００３１】
本発明に係るパッチアンテナの別の好適な実施形態では、少なくとも一つのパッチは、実質的に凸状の周縁を有するベースプロファイルを有する。かかる構成により、アンテナは、小型化及び帯域幅の向上により適したものになる。
【００３２】
好ましくは、本発明に係るパッチアンテナでは、スペーサ構造体及び／又はグランドプレーンは、略円形又は楕円形であり、好ましくは、基板層及びグランドプレーンは、実質的に合同である。かかる構成は、都合よく作製されることが出来、小型化に適している。
【００３３】
更に好ましくは、本発明に係るパッチアンテナは、選択的な給電箇所に接続された給電コネクタを含む。この給電箇所は、アンテナの所望の（基本）共振モードを励起し、アンテナの入力端子にて投入される電力の指向性放射を生じる一方で、入力伝送ラインとの良好なインピーダンス整合を達成するために、発見的に選択される。
【００３４】
本発明の好適な一実施形態に係るパッチアンテナでは、パッチは、導電性金属から、好ましくは銅、銀、及び／又は金から実質的に作製された薄板である。これらの材料は、トランシーバとしての機能の点でパッチアンテナに非常に適していることが分かっている。
【００３５】
パッチアンテナの機能部の更に好ましく適した寸法は、パッチが、１と１０マイクロメートルの間の厚み、好ましくは、３と４マイクロメートルの間、より好ましくは、約３．５マイクロメートルの厚みを有し、パッチの主面が、２と１００ｃｍ２のサイズを有し、パッチ及びグランドプレーンの対向面の間の距離が、２と２０ミリメートルの間であり、パッチに面するグランドプレーンの主面のサイズが、最も低い動作周波数において１波長×１波長のサイズを有する。
【００３６】
更に好ましくは、本発明に係るパッチアンテナのパッチのベースプロファイルは、グランドプレーンによって画定される平面と略平行な方向に延在する。これにより、一般的に、グランドプレーンによって画定される（中心）平面に対して垂直なパッチの対称軸となり、空間的な電力密度分布に有利になる。
【００３７】
有利なことには、本発明に係るパッチアンテナは、電磁放射を受信及び／又は送信するように構成されたパッチを含む。これにより、本発明に係るアンテナは、電磁放射を受信及び／又は送信するために使用されることが出来るようになる。従って、少なくとも一つの給電コネクタの機能性は、アンテナの所望の機能性によって決まる。従って、給電コネクタは、電磁放射を受信及び／又は送信するように構成されることが考えられる。一般的に、給電コネクタは、少なくとも一つのプローブを含む。給電コネクタの、形状及び寸法を含むジオメトリは、一般的に、完全にアンテナの具体的な目的及び用途によって決まる。様々な種類の給電コネクタが使用可能である。周知の給電コネクタは、スペーサ構造体の表面（基板）上に一般的には蒸着によって取り付けられるマイクロストリップである。別の選択肢として、給電コネクタは、同軸給電プローブであり、このプローブは、スペーサ構造体内に少なくとも部分的に収容され、グランドプレーンに設けられた孔に挿通している。この目的のため、スペーサ構造体は、一般的に、少なくとも部分的にプローブを収容するための収容空間と備える。
【００３８】
単一の給電コネクタ及び単一のパッチがパッチアンテナにおいて使用される場合は、アンテナは、単一の指定周波数帯の範囲内で動作することが適している。前記周波数帯域の周波数範囲は、完全にアンテナの用途によって決まる。現在、多くの移動体通信システムが、ＧＭＳ９００／１８００／１９００帯域（８９０〜９６０ＭＨｚ及び１７１０〜１９９０ＭＨｚ）、ユニバーサル移動体遠隔通信システム（ＵＭＴＳ）及びＵＭＴＳ  ３Ｇ拡張帯域（１９００〜２２００ＭＨｚ及び２５００〜２７００ＭＨｚ）、マイクロ波スペクトルにおける周波数帯域（１〜１００ＧＨｚ）、特に衛星通信用に使用されるＫａ帯域（２６．５〜４０ＧＨｚ）及びＫｕ帯域（１２〜１８ＧＨｚ）、及びＷｉ−Ｆｉ（ワイヤレスフィディリティ）／ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）帯域（２４００〜２５００ＭＨｚ及び５１００〜５８００ＭＨｚ）、及び９０００から１００００ＭＨｚの間の異なる比率関連帯域、及び地中レーダ周波数帯域（０．４〜４．５ＧＨｚ）等、幾つかの周波数帯域を使用している。しかしながら、本発明の好適な実施形態に係るパッチアンテナは、上記に列挙した周知の周波数帯域に限定されない。
【００３９】
従来、単一のパッチを有する単一のアンテナは、これらの全ての移動体通信周波数帯域では動作することが出来ないため、これらの帯域を別々にカバーする複数の異なるアンテナが使用されることが出来る。しかしながら、多くのアンテナの使用は、通例、用途の体積及びコスト的な制約によって制限される。従って、移動体通信のための多機能動作をもたらすには、マルチバンドアンテナ及びワイドバンドアンテナが必須である。移動体通信システムにおけるマルチバンドアンテナは、帯域間の中間周波数では動作しないが、別個の周波数帯域で動作するアンテナと定義することが出来る。この目的のため、本発明に係るアンテナは、複数のパッチを含み、少なくとも二つのパッチは、夫々の給電コネクタに接続され、パッチ同士が互いに個別に制御されることが出来るようにする。更に、能動的に電力を供給されるパッチと動作中に電磁的に相互作用するように構成されているが給電コネクタに直接的には接続されていない更なるパッチも、アンテナが所望の周波数帯域で動作することを可能にするためには非常に有用になり得る。
グランドプレーンは、金属又は任意のその他の導電性材料によって少なくとも部分的に作製される。一般的に、このグランドプレーンは、金属ディスク、金属スクリーン（箔）、又は金属コーティングからなる。
【００４０】
好適な実施形態では、アンテナは、給電コネクタの双方向通信のために放射線送信モードと放射線受信モードの間で給電コネクタ（プロービング構造）を自動的に切り替えるために少なくとも一つのプロセッサを含む。特に、プロセッサは、好ましくは、各周波数帯における双方向通信のために第一の周波数帯域と第二の周波数帯域の間で自動的に切り替わるように構成される。
【００４１】
好ましくは、本発明に係るパッチアンテナでは、少なくとも一つのパッチは、０．５から最大で４ＧＨｚ、又は２から２０ＧＨｚ、又は０．５から最大で２０ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成される。かかるパッチアンテナは、超広帯域（ＵＷＢ）の用途が可能である。
【００４２】
本発明の範囲内では、超広帯域用途に特に好適なパッチアンテナは次の通りである。
ｉ）少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、このパッチが、次の極関数によって定義されるパッチアンテナ。
【数６】
2017509266.tif 000008
【００４３】
ｉｉ）少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、このパッチが、次の極関数によって定義されるパッチアンテナ。
【数７】
2017509266.tif 000009
【００４４】
ｉｉｉ）少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、このパッチが、次の極関数によって定義されるパッチアンテナ。
【数８】
2017509266.tif 000010
【００４５】
ｉｖ）少なくとも一つのパッチが、２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、このパッチが、当該パッチ内の切除領域であるスロットを備え、前記パッチが、次の極関数によって定義され、
【数９】
2017509266.tif 000011
前記パッチ内の前記スロットは、次の極関数によって定義されるパッチアンテナ。
【数１０】
2017509266.tif 000012
【００４６】
上記設計に係るＵＷＢパッチアンテナは、給電構造が、前記パッチの垂直な対称平面に対して平行に、前記対称平面から距離を置いて配置されたマイクロストリップラインであって、前記距離が前記マイクロストリップの幅よりも大きい場合、達成される帯域幅を更に改善する可能性がある。
【００４７】
例えば、０．５から２．０ｍｍまでの幅のマイクロストリップを使用する時、２．０と５．０ｍｍの間の対称平面からの距離は、使用されるパッチの具体的なベースプロファイルによっては、１０ＧＨｚ以上のある帯域幅の増大となる可能性がある。
【００４８】
ｖ）少なくとも一つのパッチが、０．５ＧＨｚから４ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、このパッチが、次の極関数によって定義されるパッチアンテナ。
【数１１】
2017509266.tif 000013
【００４９】
また、本発明の好適な実施形態は、本発明に係る少なくとも一つのパッチアンテナを含む電磁信号を送信及び受信するためのアンテナシステムに関する。該アンテナシステムは、複数のＭＩＭＯ構成アンテナ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ：多重入力多重出力）を含み、各アンテナは、複数のパッチ及び複数の給電コネクタを含み、少なくとも二つのパッチは、異なる給電コネクタに接続される。該システムは、好ましくは、少なくとも二つのマルチバンドアンテナと、周波数帯域の少なくとも一つにおいて切り替えるための少なくとも一つのプロセッサも含むことにより、この帯域における信号の受信及び送信のダイバーシティを保証する。好ましくは、プロセッサは、切り替え手段を制御するように構成され、切り替え手段は、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｏｒｔ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ：単極双投）スイッチ又はＤＰＤＴ（Ｄｏｕｂｌｅ  ｐｏｒｔ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｔｈｒｏｗ：双極双投）スイッチである。好ましくは、該システムは、前記少なくとも一つのプロセッサをプログラミングするため、ひいてはアンテナ自体をプログラミングする（構成する）ための少なくとも一つのインターフェース手段を更に含む。
【００５０】
一部の実施形態によれば、本発明は、更に、本発明に係るアンテナを製造する方法であって、
Ａ）少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルを有するように前記パッチを設計することであって、前記超形状が、次の極関数によって定義されること、及び
【数１２】
2017509266.tif 000014
Ｂ）スペーサ構造体を使用することによって、グランドプレーンと、前記少なくとも一つのパッチと、前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続された給電コネクタとを組み立てることであって、前記パッチ及び前記グランドプレーンは、前記スペーサ構造体によって分離されることを含む方法に関する。
【００５１】
一部の実施形態によれば、パッチ、及び結果的にはグランドプレーン及び中間スペーサ構造体（基板）を設計するための超形状を使用する利点は、上記で既に総合的に説明されている。ステップＢ）の間、好ましくは、複数の給電コネクタは、アンテナの異なるパッチに接続され、より好ましくは、アンテナが第一の周波数帯域及び別個の第二の周波数帯域において通信することを可能にする。
【００５２】
一部の実施形態によれば、本発明は、更に、本発明に係るアンテナを使用することによるワイヤレス通信での使用方法に関し、該方法は、通信回路をアンテナネットワークに接続するステップを含み、前記ネットワークは、本発明に係る複数のアンテナを含み、各アンテナは、少なくとも一つの指定の周波数帯域にて動作するように最適化される。アンテナのジオメトリ及び材料の最適化は、完全に具体的な目的によって決まる。通信回路は、一般的に、組み合わせてトランシーバを形成するトランスミッタ及び／又はレシーバを含む。各アンテナは、好ましくは、複数の周波数帯域で動作するために最適化され、各プローブは、指定の（単一の）周波数又は周波数帯域内で動作するように構成される。アンテナは、並列又は直列に接続されることが出来る。
【００５３】
一部の実施形態によれば、本発明は、更に、本発明に係るアンテナにて使用されるパッチに関する。該パッチの利点及び実施形態は、上記に総合的に説明されている。
【００５４】
本発明のさらに別の実施形態は、ワイヤレス通信デバイスのＲＦトランシーバに関し、本発明に係るアンテナが採用される。
【００５５】
最後に、一部の実施形態において、本発明は、上記のＲＦトランシーバを含むワイヤレスインターフェースを有する電子デバイスに関する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
本発明の様々な例示的実施形態が、次の図面に示す非制限的な例示的実施形態に基づいて説明される。
【図１ａ】先進的な地中レーダに使用されるための本発明に係るパッチアンテナの平面図を示す。
【図１ｂ】先進的な地中レーダに使用されるための本発明に係るパッチアンテナの断面図を示す。
【図２】図１ａ及び図１ｂに係るパッチアンテナに関する図を示す。
【図３】図１ａ及び図１ｂに係るパッチアンテナに関する図を示す。
【図４Ａ】図１ａ及び図１ｂに係るパッチアンテナに関する図を示す。
【図４Ｂ】図１ａ及び図１ｂに係るパッチアンテナに関する図を示す。
【図５】図１ａ及び図１ｂに係るパッチアンテナに関する図を示す。
【図６】図１ａ及び図１ｂに係るパッチアンテナに関する図を示す。
【図７】図１ａ及び図１ｂに係るパッチアンテナに関する図を示す。
【図８】超公式によるパターンの構成を伴う例示的実施形態において実行されることが出来るステップ即ち段階を例示する概略図を示す。
【図９】本発明に係るパッチアンテナの一実施形態の斜視図を示す。
【図１０Ａ】本発明に係る別のパッチアンテナの平面図を示す。
【図１０Ｂ】本発明に係る別のパッチアンテナの断面図を示す。
【図１１】図１０Ａ及び図１０Ｂに係るパッチアンテナに関する異なる図を示す。
【図１２】図１０Ａ及び図１０Ｂに係るパッチアンテナに関する異なる図を示す。
【図１３Ａ】本発明に係る別のパッチアンテナの異なる図を示す。
【図１３Ｂ】本発明に係る別のパッチアンテナの異なる図を示す。
【図１４】図１３Ａ及び図１３Ｂに示すパッチアンテナに関する図を示す。
【図１５】本発明に係るパッチアンテナの別の好適な実施形態の三次元図を示す。
【図１６】先行技術のパッチアンテナの三次元図を示す。
【図１７】本発明に係る別のパッチアンテナの断面図を示す。
【図１８】超広帯域の用途に適した本発明に係る好適なパッチアンテナの一部の結果及びパッチの超形状を示す。
【図１９】超広帯域の用途に適した本発明に係る好適なパッチアンテナの一部の結果及びパッチの超形状を示す。
【図２０】超広帯域の用途に適した本発明に係る好適なパッチアンテナの一部の結果及びパッチの超形状を示す。
【図２１】超広帯域の用途に適した本発明に係る好適なパッチアンテナの一部の結果を示す。
【図２２】超広帯域の用途に適した本発明に係る好適なパッチアンテナの一部の結果及びパッチの超形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
＜ＧＰＲ用途向けの例示的パッチアンテナ＞
地中レーダ（ＧＰＲ）は、地中を探査するために電磁的な広い周波数帯域のレーダパルスを使用する。送信されたレーダパルスは、地中内の様々な誘電的な不連続性によって反射され、反射波は、受信アンテナから検出される。土壌層位、地下水面、土と岩の界面、人工物、又は誘電特性に差異を有するその他の界面が、高分解能で検出、局所化、及び特徴化されることが出来る。ＧＰＲシステムの性能にとって最も重要なハードウェアコンポーネントの内の一つがアンテナである。インパルスＧＰＲに関しては、アンテナは、ターゲットのマスキングを避けるために後期リンギングを抑制した状態で短時間のタイムドメイン波形を送信及び受信するために、十分に大きな帯域幅を有する必要がある。加えて、アンテナは、経時的なパルスの広がりを避けるために全体的な動作周波数帯域に渡って線形位相特性を示さなければならない。ＧＰＲアンテナの動作周波数及び帯域幅は、システムの性能にとって重要である。ＧＰＲアンテナは、ブロードバンド仕様を満足しなければならない一方で、小さな物体を判定するためにより良好な分解能にはより高い周波数が必要であり、探査深度にはより低い周波数が必要である。従って、タイムドメインアンテナパルスの持続時間は、距離分解能と探査深度の間のトレードオフである。更に、高効率、高利得、ポータビリティ、使い易さ、より高い空間サンプリングに対する小さい体積占有率、取り付け容易性、電気回路との一体化能力、製造容易性等は、ＧＰＲアンテナが準拠しなければならない基本的な要求事項である。抵抗装荷円筒モノポール、抵抗装荷ボウタイアンテナ、ワイヤボウタイアンテナ、ＴＥＭホーンアンテナ、及びそれらの改良物及びスパイラルアンテナは、ＧＰＲシステムにおいて過去に広く使用されてきた。大型のアンテナはブロードバンド挙動、高分解能、より深い探査深度、及び地面のスペクトルフィルタリング効果の補償能力を提供するが、大型のアンテナは、コンパクトでもポータブルでもない。更に、現在既知のパッチＧＰＲアンテナ（ダイポール、ボウタイ等）の全てではなくてもそのほとんどは、ＧＰＲの潜在的能力を完全に利用するのに十分な帯域幅を有していることは稀で、とりわけ、これらのアンテナは、共通の設計のグランドプレーンを有さず、遮蔽又は空洞が追加される場合は相当な歪みを生じる。
【００５８】
上記欠点の一つ以上を克服するため、優れた性能を備える改良型パッチアンテナが設計され、これを、図１Ａ及び図１Ｂに示し、以下により詳細に説明する。提案のトポロジー及びアーキテクチャを特徴とする該アンテナは、低い周波数スペクトル及び高い周波数スペクトルをカバーする０．５から４ＧＨｚの周波数帯域において動作するため、上記に取り上げられた問題の全てを解決することが出来る。
【００５９】
図１Ａの平面図及び図１Ｂの断面図にて示すように、パッチアンテナ１は、金属グランドプレーン２と、吸収体層３と、誘電体基板４と、グランドプレーン２とは反対側の基板４の（上）面に付着された二つのパッチ５ａ、５ｂとの積層体を含む。パッチ５ａと５ｂの各々は、基板４及び吸収体層３を通って引き込まれた給電線６ａ又は６ｂに接続される。グランドプレーン２に設けられた中心孔は、給電線６ａと６ｂをグランドプレーン２から分離する。グランドプレーン２と誘電体基板４との間に吸収材料からなる薄い吸収体層３を挿入することにより、抵抗装荷アンテナ設計の場合に通例発生していたように、アンテナ１の効率を大きく低下することなく、フローティンググランドプレーン２からの波反射を緩和するため、送信パルスのリンギング効果が軽減する。吸収体層３は、磁性体装荷吸収体ＥＣＣＯＳＯＲＢ  ＳＦ−１からなる。電磁波は損失の多い土壌を通って伝播するため、ＧＰＲシステムにおいて効率は重要な要素である。
【００６０】
パッチ５ａと５ｂは、同一形状を有し、対称的に配置された超形状の羽であり、その輪郭プロファイルは、請求項１に記載の超形状公式の三つの連続パラメータによって決まる。
【数１３】
2017509266.tif 000015
【００６１】
【表１】
2017509266.tif 000016
【００６２】
基板４は、アンテナ１に構造的剛性、開口空洞における磁場の閉じ込め、反射波の吸収をもたらし、また、構造の高さの低減を可能にする。基板４は、誘電率eｒ＝２．５５を有する誘電体材料ＰＲＥＰＥＲＭからなる。
【００６３】
給電線６ａと６ｂは、グランドプレーン２の円形スロットを通る１００オームの入力インピーダンスを備える二つのめっきスルーホール（ＰＴＨ）ピンによって形成される。実用的なＰＴＨ技術は、給電ピン６ａ、６ｂのリアクタンスを低減するため、及び帯域幅強化のために導入される。
【００６４】
超形状化ダイポールアンテナ１のリターンロスパラメータを図２に示す。アンテナ１は、低周波数スペクトル及び高周波数スペクトルにおける動作をもたらす０．５ＧＨｚから４．５ＧＨｚを上回る範囲に及ぶ周波数インピーダンス帯域幅を有することが分かる。アンテナ１がそのパッチ構造により占有する体積が小さいにもかかわらず、アンテナ１は、等価の大型アンテナの全スペクトル特性を保持していることに注目すべきである。アンテナ１は、差異のある給電線に適合するように約１００オームの入力インピーダンスを示すように設計された。動作周波数範囲に渡る入力インピーダンスプロファイルを図３に示す。
【００６５】
タイムドメインアンテナ応答は、二つの部分、即ち、主パルス及びリンギング領域によって構成される。主パルスは、給電点における励起パルスの直接的な放射に起因するが、リンギング部分は、グランドプレーンからの不連続性及び反射によるアンテナ１の内部構造における電流パルスの反射によって生じる。過渡アンテナの主な目的は、ターゲットのマスキングを避けるためのパルスリンギング領域の低減である。アンテナ形状は、表面電流分布を決定するため、内部波反射に対して重要な役割を果たす。前記超形状公式は、三つのパラメータの調整を通してアンテナ形状を最適化する可能性を提供する。このようにして、望ましくない反射を引き起こすアンテナ構造におけるインピーダンス不連続性は、緩和することが出来る。
【００６６】
励起信号は、約０．６ｎｓの幅を有するガウスパルスである。励起パルスの波形及びスペクトルを図４に示す。アンテナは電子微分回路として動作するため、出力波形は、理想的には、入力信号の時間微分であることが期待される。図５は、吸収層を有する場合と吸収層を有しない場合の側面方向に２５ｃｍの距離における送信パルスを示し、図６は、送信パルスのスペクトル成分を描写している。吸収体がない場合、中間構造体は、厚みｈ＝４７．０８ｍｍの誘電体材料ＰＲＥＰＥＲＭのみの基板４のみから構成されることになる。パルス振幅が吸収層により僅かな劣化しか示さない一方でリンギングが大幅に低減していることが分かる。具体的には、送信パルスのピークトゥピーク振幅は、抵抗装荷のある場合及び抵抗装荷のない場合の超形状のアンテナ１に関して、夫々、２１．１１Ｖ／ｍ及び１９．１５Ｖ／ｍである。これは、吸収体の導入によるパルス振幅減少が約９％であることを意味する。
【００６７】
ＧＰＲアンテナに対する基本的な要求事項は、ＧＰＲシステムの電子機器に干渉しないように地面に向かって放射することである。また、上半分の空間からＧＰＲ受信アンテナへの外部信号の影響は最低限にしなければならない。従って、典型的には全方向に放射するダイポール状アンテナに関しては、遮蔽が必要である。遮蔽設計は、遮蔽がタイムドメインパルスに歪みを引き起こすため、難しい処理になる可能性がある。本発明に係るアンテナ１は、フローティンググランドプレーンのため、遮蔽機構を採用しなくても、上半分の空間からの電磁的分離をもたらす。このようにして、製造コストは大幅に減少されることが出来る。０．５ＧＨｚ乃至４ＧＨｚの四つの異なる周波数における三次元の自由空間の放射パターンを図７に示す。特に、超形状のダイポールアンテナ１の正規化された放射パターンを、０．５ＧＨｚ（図７Ａ）、１ＧＨｚ（図７Ｂ）、２ＧＨｚ（図７Ｃ）、３ＧＨｚ（図７Ｄ）、３．５ＧＨｚ（図７Ｅ）、及び４ＧＨｚ（図７Ｆ）にて示す。図から分かるように、アンテナ１は側面方向に向かって放射し、パターンは、動作周波数範囲に渡って比較的安定している。放射パターンの安定性及び限定的な圧縮及び歪みは、アンテナ１の短くなった長さ（典型的な既知のダイポールと比較して）及び全アンテナ領域に渡る電流の分布によるものである。
【００６８】
従って、図１Ａ及び図１Ｂには、且つ図２から図７によって裏付けられるように、新規のコンパクトなアンテナが、ＧＰＲ用途の単純なトポロジー及び固有のアーキテクチャと共に示されている。このアンテナは、前記超形状公式によって数学的に設計された第一の球根型ＧＰＲアンテナであり、様々な利点をもたらす。このアンテナは、０．５から４ＧＨｚの周波数範囲をカバーすることが出来、このようにして、探査深度と距離分解能の能力を同時にもたらすことが出来る。吸収層３の挿入により、アンテナ１の放射効率に大きく影響を及ぼすことなく後期リンギングが低減される。更に、アンテナ１は、既知のダイポール状設計とは対照的に、単一指向性放射を特徴とするため、遮蔽又は吸収空洞を必要としない。これにより、アンテナ１は、ＧＰＲシステムの低コストな解決法となる。また、アンテナ１は、大抵の従来のＧＰＲアンテナと比べて、製造が容易で、ポータブルであり、且つ優れた性能を有する。
【００６９】
（その他の例）
図８を参照するが、図８は、米国特許第７，６２０，５２７号にも図１６として組み込まれているが、本発明に係るアンテナのグランドプレーン及び／又はパッチの形状又は波形は、次の例示的な基本ステップの適用によって「合成」されることが出来る。
１）第一のステップでは、パラメータの選択が行われる（例えば、値をコンピュータ１０に入力することによって、即ち、キーボード２０、タッチスクリーン、マウスポインタ、音声認識装置、又はその他の入力装置等を介して、又は、コンピュータ１０に値を指定させることによって）、コンピュータ１０を使用して、パラメータの選択に基づいて選択された超形状を合成する。
２）第二の任意選択的なステップでは、超公式を使用して、選択した形状を適応させること、最適化を計算すること等が出来る。このステップは、グラフィックスプログラム（例えば、２Ｄ、３Ｄ等）、ＣＡＤソフトウェア、有限要素解析プログラム、波生成プログラム、又はその他のソフトウェアの使用を含むことが出来る。
３）第三のステップでは、第一の又は第二のステップからの出力を使用して、例えば、（ａ）超形状３１をモニタ３０に表示し、超形状５１をプリンタ５０（２Ｄ又は３Ｄ）からの紙等の素材５２に印刷することによって、（ｂ）コンピュータ支援製造を行うことによって（例えば、ステップスリーの出力に基づいて、例えば、機械、ロボット等の外部デバイス６０を制御することによって）、（ｃ）スピーカシステム７０等を介して音声７１を生成することによって、（ｄ）ステレオリソグラフィを行うことによって、（ｅ）一般的には３Ｄ印刷技術に基づいてラピッドプロトタイピングを行うことによって、及び／又は（ｆ）かかる形状を変形するための当該技術おいて既知の別の方法で出力を利用することによって、コンピュータ化された超形状を物理的な形態に変形する。
【００７０】
様々なコンピュータ支援製造（「ＣＡＭ」）技術及びその技術から作製される製品は、当該技術では既知であり、任意の適切なＣＡＭ技術及び作製された製品が選択されることが出来る。ＣＡＭ技術及びそれらの技術から作製される製品のごく一部の例として、次の米国特許（括弧内はタイトル）を参照することとし、それら特許の全開示は、参照によって本明細書に援用されるものとする。米国特許第５，７９６，９８６号（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｌｉｎｋｉｎｇ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ  ｄａｔａｂａｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｍａｃｈｉｎｅ  ｄａｔａｂａｓｅ）、米国特許第４，８６４，５２０号（Ｓｈａｐｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ／ｃｒｅａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ，  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｐｐｌｉｅｄ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、米国特許第５，５８７，９１２号（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔｓ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｔｈｅｒｅｆｏｒ）、米国特許第５，８８０，９６２号（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｉｄｅｄ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ３−Ｄ  ｏｂｊｅｃｔｓ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｔｈｅｒｅｏｆ）、米国特許第５，１５９，５１２号（Ｃоｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｎｋｏｗｓｋｉ  ｓｕｍｓ  ａｎｄ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ  ｉｎ  ＣＡＤ／ＣＡＭ  ｓｙｓｔｅｍｓ）。
【００７１】
様々なステレオリソグラフィ技術及びそれらの技術から作製される製品は、当該技術において既知であり、任意の適切なステレオリソグラフィ技術及び作製される製品が選択されることが出来る。ステレオリソグラフィ技術及びそれらの技術から作製される製品のごく一部の例としては、次の米国特許（括弧内はタイトル）を参照することとし、それら特許の全開示は、参照によって本明細書に援用されるものとする。米国特許第５，７２８，３４５号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｂｙ  ｕｓｅ  ｏｆ  ａ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｍｏｄｅｌ）、米国特許第５，７１１，９１１号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，６３９，４１３号（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  ｒｅｌａｔｅｄ  ｔｏ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，６１６，２９３号（Ｒａｐｉｄ  ｍａｋｉｎｇ  ｏｆ  ａ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ  ｐａｒｔ  ｏｒ  ｍｏｌｄ  ｕｓｉｎｇ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｍｏｄｅｌ）、米国特許第５，６０９，８１３号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｋｉｎｇ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，６０９，８１２号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｋｉｎｇ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，２９６，３３５号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｆｉｂｒｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐａｒｔｓ  ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｔｏｏｌｉｎｇ）、米国特許第５，２５６，３４０号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｋｉｎｇ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，２４７，１８０号（Ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｕｓｅ）、米国特許第５，２３６，６３７号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔｓ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，２１７，６５３号（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ａ  ｓｔｅｐｌｅｓｓ  ３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ），米国特許第５，１８４，３０７号（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔｓ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，１８２，７１５号（Ｒａｐｉｄ  ａｎｄ  ａｃｃｕｒａｔｅ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｐａｒｔｓ）、米国特許第５，１８２，０５６号（Ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ｖａｒｉｏｕｓ  ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ  ｄｅｐｔｈｓ）、米国特許第５，１８２，０５５号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｋｉｎｇ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，１６７，８８２号（Ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｍｅｔｈｏｄ）、米国特許第５，１４３，６６３号（Ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）、米国特許第５，１３０，０６４号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｍａｋｉｎｇ  ａ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第５，０５９，０２１号（Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ｄｒｉｆｔ  ｉｎ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｂｊｅｃｔｓ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、米国特許第４，９４２，００１号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ａ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｏｂｊｅｃｔ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ）、米国特許第４，８４４，１４４号（Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ  ｃａｓｔｉｎｇ  ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）。
【００７２】
更に、本発明は、既知のマイクロステレオリソグラフィ手順で使用されることが出来る。従って、例えば、本発明は、コンピュータチップ及びその他の物品の作製において使用されることが出来る。一部の例示的な論文は次の通りであり、それらの開示は参照によって本明細書に援用されるものとする。Ａ．Ｂｅｒｔｓｃｈ，  Ｈ  Ｌｏｒｅｎｚ，  Ｐ．Ｒｅｎａｕｄ“３Ｄ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  ｍｉｃｒｏｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  ｔｈｉｃｋ  ｒｅｓｉｓｔ  ＵＶ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”，Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ：Ａ，７３，ｐｐ．１４−２３，（１９９９）．Ｌ．Ｂｅｌｕｚｅ，Ａ．Ｂｅｒｔｓｃｈ，Ｐ．Ｒｅｎａｕｄ“Ｍｉｃｒｏｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ａ  ｎｅｗ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｔｏ  ｂｕｉｌｄ  ｃｏｍｐｌｅｘ  ３Ｄ  ｏｂｊｅｃｔｓ”，Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｄｅｓｉｇｎ，Ｔｅｓｔ  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭＥＭｓ／ＭＯＥＭｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ，３６８０（２），ｐｐ．８０８−８１７，（１９９９）．Ａ．Ｂｅｒｔｓｃｈ，Ｈ．Ｌｏｒｅｎｚ，Ｐ．Ｒｅｎａｕｄ“Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  ｔｈｉｃｋ  ｒｅｓｉｓｔ  ＵＶ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏｒ  ３Ｄ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  ＭＥＭＳ  ９８  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，Ｇｅｒｍａｎｙ，ｐｐ．１８−２３，（１９９８）．Ａ．Ｂｅｒｔｓｃｈ，Ｊ．Ｙ．Ｊｅｚｅｑｕｅｌ，Ｊ．Ｃ．Ａｎｄｒｅ“Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｎｅｗ  ３Ｄ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ：ｔｈｅ  ｍｉｃｒｏｓｔｅｒｅｏｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｍａｓｋ−ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ．ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌ．Ａ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１０７，ｐｐ．２７５−２８１，（１９９７）．Ａ．Ｂｅｒｔｓｃｈ，Ｓ．Ｚｉｓｓｉ，Ｊ．Ｙ．Ｊｅｚｅｑｕｅｌ，Ｓ．Ｃｏｒｂｅｌ，Ｊ．Ｃ．Ａｎｄｒｅ，“Ｍｉｃｒｏｓｔｅｒｅｏｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ  ａｓ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｍａｓｋ−ｇｅｎｅｒａｔｏｒ”，Ｍｉｃｒｏ．Ｔｅｃｈ．，３（２），ｐｐ．４２−４７，（１９９７）．Ａ．Ｂｅｒｔｓｃｈ，Ｓ．Ｚｉｓｓｉ，Ｍ．Ｃａｌｉｎ，Ｓ．Ｂａｌｌａｎｄｒａｓ，Ａ．Ｂｏｕｒｊａｕｌｔ，Ｄ．Ｈａｕｄｅｎ，Ｊ．Ｃ．Ａｎｄｒｅ，“Ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｂｙ  Ｍｉｃｒｏｓｔｅｒｅｏｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  ａｃｔｕａｔｅｄ  ｂｙ  Ｓｈａｐｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｌｌｏｙｓ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ３ｒｄ  Ｆｒａｎｃｅ−Ｊａｐａｎ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ａｎｄ  １ｓｔ  Ｅｕｒｏｐｅ−Ａｓｉａ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ｏｎ  Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ，Ｂｅｓａｎｃｏｎ，２，ｐｐ．６３１−６３４，（１９９６）．
【００７３】
同様に、様々なラピッドプロトタイピング技術及びそれらの技術から作製される製品（例えば、成形品）が当該技術において知られており、任意の適切な技術及び作製される製品が選択されることが出来る。例えば、現在利用可能な三つの例示的な３Ｄモデルのラピッドプロトタイピング法として、その全開示が参照によって本明細書に援用されることとする米国特許第５，５７８，２２７号に開示されているように、ａ）光硬化液体凝固又はステレオリソグラフィ（例えば、上記を参照）、ｂ）選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）又は粉末層焼結法、ｃ）熱溶解積層法（ＦＤＭ）又は押出溶融プラスチック積層法が挙げられる。ラピッドプロトタイピング技術及びそれら技術から作製される製品のごく一部の例としては、次の米国特許（括弧内はタイトル）を参照することとし、それら特許の全開示は参照によって本明細書に援用されるものとする。米国特許第５，８４６，３７０号（Ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｔｈｅｒｅｆｏｒ）、米国特許第５，８１８，７１８号（Ｈｉｇｈｅｒ  ｏｒｄｅｒ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）、米国特許第５，７９６，６２０号（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｌｏｓｔ  ｆｏａｍ  ｃａｓｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｕｓｉｎｇ  ｒａｐｉｄ  ｔｏｏｌｉｎｇ  ｓｅｔ−ｕｐ）、米国特許第５，６６３，８８３号（Ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）、米国特許第５，６２２，５７７号（Ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｃｈａｍｂｅｒ  ｔｈｅｒｅｆｏｒ）、米国特許第５，５８７，９１３号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｓｈｅｌｌｓ  ｆｏｒ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  ａ  ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）、米国特許第５，５７８，２２７号（Ｒｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）、米国特許第５，５４７，３０５号（Ｒａｐｉｄ，ｔｏｏｌ−ｌｅｓｓ  ａｄｊｕｓｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｈｏｔ  ｓｔｉｃｋ  ｔｏｏｌｉｎｇ）、米国特許第５，４９１，６４３号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｏｆ  ａｎ  ｏｂｊｅｃｔ  ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ  ｉｎ  ａ  ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）、米国特許第５，４５８，８２５号（Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｂｌｏｗ  ｍｏｌｄｉｎｇ  ｔｏｏｌｉｎｇ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ  ｂｙ  ｓｔｅｒｅｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｆｏｒ  ｒａｐｉｄ  ｃｏｎｔａｉｎｅｒ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）、米国特許第５，３９８，１９３号（Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｒａｐｉｄ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｌａｙｅｒｗｉｓｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｔｈｅｒｅｆｏｒ）。
【００７４】
上述の三つのステップ、即ち段階は、図９に示す概略図でも概略的に説明される（ステップ１及び２は、図示のコンピュータ自体内で実行されることが出来る）。この図面は、米国特許第７，６２０，５２７号の図１７に対応する。次のセクションでは、超公式によるパターン「合成」の幾つかの例示的実施形態が更に詳細に説明される。
【００７５】
Ａ．２Ｄグラフィカルソフトウェア
本発明は、２Ｄグラフィックソフトアプリケーションにおいて有用性が大きい。本発明は、例えば、Ｃｏｒｅｌ−Ｄｒａｗ（商標）及びＣｏｒｅｌ−Ｐａｉｎｔ（商標），Ｏｐｅｎ  Ｏｆｆｉｃｅアプリケーション、  Ａｄｏｂｅ  Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ（商標）のＳｕｐｅｒｇｒａｐｈｘ（商標），Ａｄｏｂｅ  Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ（商標）等の従来の商用プログラムにおいて、Ｖｉｓｕａｌ  Ｂａｓｉｃ（商標）又はＷｉｎｄｏｗｓ（商標）における様々な描画プログラムにおいて、又は、例えば、Ｌｏｔｕｓ  ＷｏｒｄＰｒｏ（商標）及びＬｏｔｕｓ  Ｆｒｅｅｌａｎｃｅ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ（商標）、Ｊａｖａ（商標）、Ｖｉｓｕａｌ  Ｃ（商標）、Ｖｉｓｕａｌ  Ｃ＋＋（商標）及びあらゆるその他のＣ環境のようなその他の環境において適用されることが出来る。とりわけ、本アプローチは、古典的関数（累乗、三角関数等）を備える前記超公式のみを利用すればよいだけなので、コンピュータメモリ空間の相当な節約が可能なため、本発明は、画像合成において相当な利点を有する。更に、前記超公式によって利用可能な画像形状の数は、以前に利用可能な画像形状の数よりも相当増加する。グラフィックスプログラム（Ｗｉｎｄｏｗｓ（商標）のペイント、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｏｒｄ（商標）の描画ツール、Ｃｏｒｅｌ−Ｄｒａｗ（商標）、ＣＡＤ、建築設計において使用されるもの等）は、コンピュータにプログラムされた形状である「プリミティブ」を使用する。これらは非常に限定的であり、例えば、多くの場合、主に円、楕円、正方形、及び矩形に限定される（３Ｄでは、体積プリミティブも非常に限定的である）。前記超公式の導入により、２Ｄグラフィックス（また以下に記述するように３Ｄグラフィックスにおいても）全体的な可能性が桁違いに大幅に拡大する。線形演算子として使用されるため、前記超公式は、極座標等であれ、また球座標、円柱座標、均質化した円柱のパラメトリック公式化等を使用する３Ｄでも、様々な方法及び公式で演算することが出来る。
【００７６】
２Ｄグラフィックソフトウェアアプリケーションの範囲内における一部の例示的な実施形態は次の通りである。
ａ．１．コンピュータは、例えば、極座標において又はＸＹ座標において、ごく普通にオペレータを利用するように構成される。この意味で、パラメータは、（例えば、オペレータ入力によって又はコンピュータ自体によって）選択され、前記超公式において（例えば、プログラミングによって）入力として使用されることが出来る。個別の形状又は物体は、物体を印刷したり表示したりする等、任意の方法で使用されることが出来る。
ａ．２．コンピュータは、面積、周囲長、慣性モーメント等を計算するために積分等の演算を行うように構成されることも出来る。この点に関して、コンピュータは、ａ）オペレータ入力によって（例えば、キーボード２０を介して）かかる演算を選択することによって、又はｂ）かかる演算を行うように（例えば、プログラミングを介して）コンピュータの構成を行うことによって、かかる演算を行うように構成されることが出来る。
ａ．３．コンピュータは、ａ）形状を表示又は提示するように、ｂ）ユーザがそれらの表示の後にかかる形状を修正することが出来るように、及びｃ）ユーザによって修正された形状を表示するように（例えば、ソフトウェアを介して）構成されることが出来る。この点について、ユーザは、例えば、パラメータを変更することによって形状を修正することが出来る。例示的な一実施形態では、コンピュータは、ステップスリーにおいて創造された物理的表現に物理的に作用することによって表示される或いは提示される（即ち、上述のステップスリーにて提示される）形状を可能にするように構成されることが出来る。好適な一実施形態では、コンピュータは、モニタに表示された形状が、パターン、例えば、画像の辺及び／又は角を引き出すことによって修正されることが出来るように構成されることが出来る。この点に関して、好ましくは、画像３１は、コンピュータスクリーン又はモニタ３０に表示され、ユーザは、自身の手で操作される「マウス」４０（又はその他のユーザ操作スクリーン又はディスプレイポインタデバイス）を使用して、表示されたポインタ３２を形状の上に載置し、ポインタ３２を「クリック」して新しい位置３３に「ドラッグ」することによって、新たな「超形状」の構成３４を呈するように超形状を修正することが出来る。これは、公式及びパラメータの再計算も含むことになるだろう。
ａ．４．コンピュータは、ａ１又はａ３にて生成された個別の形状の二つ以上を、重畳処理のいずれかを通して、互いに融合するブール演算を行うように構成されることも出来る。場合によっては、例えば、重畳及び／又は反復等によって組み合わせられた個別の超形状は、例えば、異なる断面又は領域を有する形状を作成するために組み合わせ可能な扇形又は断面でもよい（単に一例として、例えば、０からπ／２の間の円の扇形は、例えば、π／２からπの間の正方形の扇形と組み合わされて複数の構成要素からなる形状を創出することが出来る）。コンピュータは、作成された超形状に更なる演算を行うように、例えば、かかる形状を平坦化、スキュー、伸長、拡大、回転、移動又は並進、又はその他の方法で修正するように構成されることも出来る。
【００７７】
Ｂ．３Ｄグラフィカルソフトウェア
２Ｄアプリケーションと同様に、本発明は、３Ｄグラフィックアプリケーションにおいて（及び様々なその他の次元における表現において）有用性が大きい。
本発明は、例えば、コンピュータ支援設計（「ＣＡＭ」）ソフトウェア、有限要素解析（「ＦＥＭ」）用ソフトウェア、Ｓｕｐｅｒｇｒａｐｈｘ  ３Ｄ  Ｓｈａｐｅ  Ｅｘｐｌｏｒｅｒ、ＣＳＴ、Ａｎｓｏｆｔ  ＨＦＳＳ、Ｒｅｍｃｏｍ  ＸＦｄｔｄ、ＥＭＳＳ  Ｆｅｋｏ、Ｅｍｐｉｒｅ  ＸＣｃｅｌ等のアンテナ設計及び解析ソフトウェア、建築設計ソフトウェア等において適用可能である。本発明により、例えば、様々な用途に向けて、スプライン関数ではなく単一連続関数を使用することが出来るようになる。ＣＡＤの産業的用途としては、例えば、ラピッドプロトタイピング、又は３Ｄ印刷を含むコンピュータ支援製造（「ＣＡＭ」）における使用を含む。
【００７８】
本発明の好適な実施形態に係るパッチアンテナ３００の一実施形態を示す図１０Ａ及び１０Ｂを参照する。アンテナ３００は、キャリア構造体として機能する基板３０１を含み、基板３０１は、基板３０１の一方の側の導電性グランドプレーン３０２と反対側に積層された複数の導電性パッチ３０３ａ、３０３ｂ、３０４ａ、及び３０４ｂとを離間する。パッチ３０３ａ、３０３ｂ、３０４ａ、及び３０４ｂは、二つのパッチ組になって配置され、各パッチ組は、一次パッチ３０３ａ、３０４ａと、一次パッチ３０３ａ、３０４ａに近い距離に配置された二次パッチ３０３ｂ、３０４ｂとによって形成され、動作時に一次パッチ３０３ａ、３０４ａと二次パッチ３０３ｂ、３０４ｂの間で電磁相互作用が生じることが出来るようになっている。各一次パッチ３０３ａ、３０４ａは、基板３０１から及びグランドプレーン３０２に設けられた中心孔から導出された給電プローブの、給電線、給電構造とも呼ばれる給電コネクタ３０５ａ、３０５ｂに接続される。二次パッチ３０３ｂと３０４ｂは、給電コネクタに直接的には接続されない。一次パッチ３０３ａと３０４ａの各々が給電コネクタ３０５ａ、３０５ｂに接続されているため、これらの一次パッチ３０３ａと３０４ａが最初に作動する。一次パッチ３０３ａと３０４ａの作動により、二次パッチ３０３ｂと３０４ｂが続いて作動（共振）することになる。各パッチ組（３０３ａ、３０３ｂ、３０４ａ、３０４ｂ）のベースプロファイルは、実質的に、次の極関数によって定義されるベースプロファイルに合致する。
【数１４】
2017509266.tif 000017
【００７９】
この例では、次の値を使用して図１０Ａ及び図１０Ｂに示すパッチ３０２（の断面）形状にする。即ち、ａ＝ｂ＝５．７４、ｍ＝１、及びｎ１＝０．４８２５、およびｎ２＝ｎ３＝１．０６６２。パッチ３０３ａ、３０３ｂ、３０４ａ、及び３０４ｂの厚みは、典型的には約数マイクロメートルである。この例では、パッチ厚みｔは、０．０６８ｍｍに等しい。給電コネクタ３０５ａと３０５ｂの間の距離ｗは、この例では５．２５３ｍｍに等しい。各給電コネクタ３０５ａ、３０５ｂの直径即ち厚みｄｆは、この例では１．８２に等しい。
【００８０】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すアンテナ３００は、無指向性Ｗｉ−Ｆｉデュアルバンドアンテナ３００として構成され、２．２〜２．７７ＧＨｚ（８０２．１１ｂ／ｇ／ｎ）の第一の周波数帯域と４．５３〜６．９６ＧＨｚ（８０２．１１ａ／ｎ／ａｃ）の第二の周波数帯域の両方において動作するように構成される。両方の周波数帯域は、別々に制御されることが出来る。二次パッチ３０３ｂと３０４ｂは、アンテナ３００がより低い周波数帯域で動作することを可能にするために重要な役割を果たす。各一次パッチ３０３ａ、３０４ａと各二次パッチ３０３ｂ、３０４ｂの間に配置されたギャップ３０６ａ、３０６ｂも同様である。ギャップ３０６ａ、３０６ｂ（即ちスロット）のジオメトリは、上記の極関数によって定義される超形状のベースプロファイルの少なくとも一部に適合する。Ｒ関数を使用して、超形状のパッチ組と超形状のギャップ３０６ａ、３０６ｂの両方を組み合わせて超形状のジオメトリの組立体とすることが出来る。この例では、各ギャップ３０６ａ、３０６ｂは、円の弧の形を有する。周波数応答は、ギャップ幅によって決まることが実験により示されており、これを図１１に示す。この例では、アンテナ３００が両方の周波数帯域において非常に良好に動作する最適なギャップ幅は５ミリメートルである。その他のギャップ幅（より大きい又はより小さい）では、アンテナの性能が悪化することになる。この例では、基板３０１及びグランドプレーン３０２のｘ半径は８．６４ｃｍに等しく、ｙ半径は５．９２ｃｍに等しい。基板３０１の厚みは、この例では９．５２５ｍｍに等しく、これは、低い帯域における１／８波長に実質的に等しい。Ｅ平面とＨ平面の両方におけるアンテナ３００の放射パターンを、２．４５ＧＨｚの周波数と５．４５ＧＨｚの周波数の両方において図１２に示す。図面から分かるように、放射パターンは無指向性である。従って、バックキャビティは省略することが出来る。放射効率は非常に高く、９８．５％から９９．１％である。二つの対称平面の間では交差偏波が発生しない。従って、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すアンテナを使用することによって、優れたアンテナ性能が達成される。
【００８１】
本発明に係る別のパッチアンテナ３５０を図１３Ａ（平面図）及び図１３Ｂ（断面図）に示す。アンテナ３５０は、アンテナ３５０のコアを形成する誘電基板３５１を含む。基板３５１の上面は、二つの金属パッチ３５２ａと３５２ｂ、特に、内側パッチ３５２ａ（一次パッチ）と、内側パッチ２５３ａを包囲する外側パッチ３５２ｂ（二次パッチ）とを備える。基板３５１の底面は、金属グランドプレーン３５３を備える。グランドプレーン３５３は、内側パッチ２５３ａに接続された金属給電コネクタ３５４のための貫通開口を包囲する管状の中心部３５３ａを備える。この目的のため、給電コネクタ３５４は、誘電基板３５１を通って延在している。パッチ３５２ａと３５２ｂと、一方の側の給電コネクタ３５４と、他方の側のグランドプレーン３５３とは、互いに分離（絶縁）されている。パッチ３５２ａと３５２ｂの組立体、特にこの組立体のジオメトリは、請求項１に記載の極関数によって定義される超形状に基づくベースプロファイルの重畳に基づく。より具体的には、図示の組立体は、四つの重畳層からなり、連続的に、楕円形の中実な（材料で充填された）外形によって第一層が形成され、超形状の、特に口形状の中空な（材料のない）層によって第二層が形成され、より小さな超形状の、特に口形状の中実層によって第三層が形成され、より小さな重畳された、特に口形状の中空層によって、重畳された最上層（第四層）が形成される。この層の重畳により、図示のように、一次パッチ３５２ａは、内縁Ｃ１ｉと外縁Ｃ１ｏの両方において実質的に口形状になり、一次パッチ３５２Ａは、二次パッチ３５２ｂによって包囲され、二次パッチ３５２ｂの内縁Ｃ２ｉは実質的に口形状になり、二次パッチ３５２ｂの外縁は楕円形に形成される。コンピュータデバイスにより、超形状の層の前記重畳は、Ｒ関数を用いることによって容易に行うことが出来る。縁が夫々Ｃ１ｉ、Ｃ１ｏ、及びＣ２ｉに対応するベースプロファイルをもたらす極関数において、次のパラメータが使用される。
【００８２】
【表２】
2017509266.tif 000018
【００８３】
実験的な試験によれば、上記値は、２．４ＧＨｚ（２．３５〜２．５２ＧＨｚ）及び５ＧＨｚ（５．１２ＧＨｚ〜５．９４ＧＨｚ）周波数帯域におけるＷｉ−Ｆｉデュアルバンドアンテナとしてのアンテナ３５０の最高の性能を得るために、パッチ３５２ａ、３５２ｂ及び前記パッチ３５２ａ、３５２ｂ間に配置されたギャップ３５５の最適な設計をもたらしている。誘電体基板３５１及びグランドプレーン３５３は、同一の楕円形の設計及び寸法を有する。基板３５１及びグランドプレーン３５３の長さＲｘは、この例では、３９．７ｍｍに等しく、幅Ｒｙは、３３．７ｍｍに等しい。この例における二次パッチ３５２ｂの外側寸法は、長さｒｘが１９．８ｍｍに等しく、幅ｒｙが１１．８ｍｍに等しい。基板３５１の厚みｈは、この例では、９．５２５ｍｍに等しい。パッチ厚みｔは０．０７ｍｍに等しい。給電コネクタ３５４の厚みｄｆは１．２８ｍｍに等しい。グランドプレーン３５３の管状部３５３ａの内径Ｄｆは４．２８ｍｍに等しい。これにより、給電コネクタ３５４とグランドプレーン３５３の間に１．５ｍｍの距離がもたらされる。
【００８４】
図１４に示すように、実現した放射パターンは一方向性である。放射効率は比較的高く、９４．４％から９８．８％まで変化する。実現した利得も優れた結果を示し、６．８４ｄＢと７．０８ｄの間に位置している。
【００８５】
図１５は、本発明の別の好適な一実施形態、即ち、パッチ４０２、給電コネクタ４０４、及び基板４０６を含むパッチアンテナ４００の立体図を示す。基板の背面は、グランドプレーン（図１５では見えない）によって覆われており、基板の表面は、グランドプレーンと同一の大きさである。グランドプレーンとパッチ４０２の厚みは、グランドプレーンに比べてかなり小さくなっている。基板４０６は、誘電体材料から作製され、グランドプレーンとパッチ４０２の間のスペーサ構造体として作用する。給電コネクタ４０４は、基板４０６の表面上に引き込まれたマイクロストリップの形状を有している。パッチ４０２のベースプロファイルは、実質的に、次の極関数によって定義されるベースプロファイルと略合致している。
【数１５】
2017509266.tif 000019
【００８６】
この例では、次の値を使用して図示のパッチ４０６の形状にする。即ち、ｍ１＝４、ｍ２＝４、ａ＝１、ｂ＝１、ｎ１＝２、ｎ２＝６、及びｎ３＝６である。
【００８７】
図１５に示すパッチアンテナ４００は、１０．２ＧＨｚの周波数帯域にて動作するように構成された単一帯域アンテナとして構成されている。１０．２ＧＨｚでのアンテナの全効率は、約８２％である。最大指向性は１３．２ｄＢｉである（比較：短いダイポールアンテナは１．７６ｄＢｉを達成し、大型の皿型アンテナは５０ｄＢｉを達成する）。
【００８８】
（比較例）
図１６は、円形パッチ４５２、給電コネクタ４５４、及び基板４５６を含む先行技術に係るパッチアンテナ４５０の既知の設計の立体図を示す。基板の背面は、グランドプレーン（図１６では見えない）によって覆われており、基板の表面は、グランドプレーンと同一の大きさである。グランドプレーンとパッチ４５２の厚みは、グランドプレーンに比べてかなり小さくなっている。
【００８９】
基板４５６は、誘電体材料から作製され、グランドプレーンとパッチ４５２の間のスペーサ構造体として作用する。給電コネクタ４５４は、基板４５６の表面上に引き込まれたマイクロストリップの形状を有する。円形パッチ４５２のベースプロファイルは、ベースプロファイルを画定する極関数に関してｍ１＝０且つｍ２＝０であることを必要とするため、本発明に係るベースプロファイルと合致しない。図１５に示すパッチアンテナ４５０は、１１．１２ＧＨｚの周波数帯域にて動作するように構成された単一帯域アンテナとして構成されている。１１．１２ＧＨｚでのアンテナの全効率は、約４．２％である。１１．１２ＧＨｚでの最大指向性は５．６ｄＢｉである。
【００９０】
この比較例は、パッチのベースプロファイルが請求項１で言及される超公式によって実質的に定義されるようにパッチのベースプロファイルを再設計することによって、既知のパッチアンテナの全効率及び最大指向性を大幅に上昇させることが出来ることを証明している。
【００９１】
図１７は、本発明に係る別のパッチアンテナ５００の断面図を示す。パッチアンテナ５００は、導電性のグランドプレーン５０２を支持するため及び少なくとも一つの導電性パッチ５０３を支持するために取り付け構造体として作用する誘電体のＵ字形のスペーサ構造体５０１を含む。グランドプレーン５０２と少なくとも一つのパッチ５０３の間には誘電体の空隙５０４が存在する。少なくとも一つのパッチが給電コネクタ（図示せず）に接続される。給電コネクタとグランドプレーン５０２は両方とも、アンテナ５００に電力を供給するための電源（図示せず）に接続される。パッチ５０３及び結果的にはグランドプレーン５０２のベースプロファイルは、次の極関数によって設計及び定義される。
【数１６】
2017509266.tif 000020
【００９２】
上述のように、少なくとも一つの超形状のパッチの適用により、アンテナ性能の大幅な改善がもたらされる。
【００９３】
（超広帯域アンテナの例）
本発明に係る超形状のパッチアンテナは、アンテナが２から２０ＧＨｚまでの周波数範囲に渡って動作可能でありながら、略全ての周波数範囲に渡って約−１０ｄＢ又は−１０ｄＢ未満の大きさでＳパラメータを達成することが必要である超広帯域アンテナ（ＵＷＡ）を設計するために使用されることも出来る。
【００９４】
連邦通信委員会（ＦＣＣ）及び国際電気通信連合無線通信部門（ＩＴＵ−Ｒ）は、現在、アンテナからの送信に関するＵＷＢを、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過するものと定義している。
【００９５】
円状の超形状
パッチアンテナは、次の基本的な組み立て、即ち、
導電性パッチ、
矩形の導電性グランドプレーン、
グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される５０オームのインピーダンスの給電を行うマイクロストリップの形状の少なくとも一つの給電コネクタ、及び
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電基板、
を有し、
実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって少なくとも一つのパッチが画定され、前記超形状のベースプロファイルは、極関数によって定義される。
【数１７】
2017509266.tif 000021
【００９６】
更に、超形状のパッチは、次の条件、即ち、
ｍ１はｍ２に等しく、１から３．５までの範囲に及び、
ａ＝ｂ＝１であり、
ｎ３はｎ２に等しく、０．７から３までの範囲に及び、且つ
ｎ１は０．５から３の範囲に及び、
且つ、より具体的には、
ｍ１はｍ２に等しく、１から３．５までの範囲に及び、
ａ＝ｂ＝１であり、
次のうち、
ｎ３はｎ２に等しく、３、１、及び０．７から選択される一方でｎ１＝３、
ｎ３はｎ２に等しく、３、２．５、及び１から選択される一方でｎ１＝１、
ｎ３はｎ２に等しく且つ３である一方でｎ１＝０．７、又は
ｎ３はｎ２に等しく且つ２．５である一方でｎ１＝０．５
のいずれかと組み合わされる条件を満足する。
【００９７】
図１８ａ及び図１８ｂは、上記で定義した円状の超形状のパッチアンテナの二つの例を、各々の広帯域特性のグラフと共に示す。
図１８ａ及び図１８ｂの挿入図には、次の条件、即ち
ａ）に関しては、ｍ１＝ｍ２＝２．２５、ｎ３＝ｎ２＝２．７、ａ＝ｂ＝１、ｎ１＝１．４３、ｃ＝１３．２８、
ｂ）に関しては、ｍ１＝ｍ２＝１．６５、ｎ３＝ｎ２＝３．６、ａ＝ｂ＝１、ｎ１＝０．６５、ｃ＝１２．１４。
を満たす二つの超形状が描かれており、ｃは、ρｄ（j）に乗算する因子であるスケール因子である。
【００９８】
これらのグラフは、両方の超形状のパッチアンテナが、２から２０ＧＨｚまでの広い周波数範囲に渡って約−１０ｄＢ又は−１０ｄＢ未満のＳ１１の大きさを達成することを示している。
【００９９】
従来の円形のモノポールと比較した場合のこの円形のパッチアンテナの一つの更なる利点は、より低い周波数でのインピーダンス整合特性が向上することにある。これは、大幅な向上であり、結果的に、アンテナ帯域幅も増大する。
【０１００】
細長い楕円状の超形状
上述の円形状の超形状の特別な細長い変形は、上記と同一の基本的な組み立てに基づいて得られ、
ｍ１＝ｍ２＝１であり、
ａ＝ｂ＝１であり、
ｎ３はｎ２に等しく、１から１０までの範囲に及び、
ｎ１は１から１．５までの範囲に及ぶ
というパラメータの組み合わせを有する点で異なる。
これにより、２０ＧＨｚと２６ＧＨｚの範囲で変化する帯域幅を得ることが出来る。
【０１０１】
正方形の超形状
正方形の超形状は、上記と同一の基本的な組み立てに基づいて得られ、
ｍ１はｍ２に等しく、３．６から４．５までの範囲に及び、
ａ＝ｂ＝１であり、
ｎ３＝ｎ２＝３であり、且つ、
ｎ１＝３である。
というパラメータの組み合わせを有する点で異なる。
【０１０２】
図１９は、上記に定義した正方形の超形状のパッチアンテナ（右下）と、一般的に使用される正方形のパッチアンテナ（右上）の描画を、夫々の広帯域幅特性のグラフ（下側の線が超形状のパッチアンテナに対応）と共に示す。
【０１０３】
当グラフは、正方形の超形状のパッチアンテナが、３から３０ＧＨｚまでに及ぶ広い周波数範囲に渡って−１０ｄＢ未満のＳ１１に関する大きさを達成することを示している。対照的に、一般的な正方形のパッチアンテナは、そのような値、約２、１７、及び２５ＧＨｚのみを達成するが、全周波数範囲に及んでは達成しない。
【０１０４】
更に、正方形の超形状のパッチアンテナは、一般的な正方形のパッチアンテナと比べて、２から３０ＧＨｚまでに及ぶ全周波数範囲に渡ってより低い又は同様な入力反射係数を達成する。
【０１０５】
スロット付き超形状（１）
スロット付き超形状は、上記に示す同一の組み立てに基づいて得られ、前記パッチが、パッチ内の切除領域であるスロットを備え、次の極関数によって定義され、
【数１８】
2017509266.tif 000022
前記パッチ内の前記スロットが、次の極関数によって定義されるという点で異なる。
【数１９】
2017509266.tif 000023
【０１０６】
図２０は、上記に定義したスロット付き超形状のパッチアンテナの形状を挿入図にて、固有の広帯域特性を描く図と共に示す。
当グラフは、２から２０ＧＨｚまでの周波数範囲に渡って十分な感度を示している。図２１は、同一のスロット付き超形状のパッチアンテナの効率のグラフを示す。この効率は、同一の周波数範囲に渡って少なくとも９０％以上である。
【０１０７】
スロット付き超形状（２）
ＵＷＢ用のその他のスロット付き超形状のパッチアンテナを考えることも出来る。
例えば、一次パッチ内のスロットの切除領域内に二次パッチが存在する設計が効果的になり得る。
かかるスロット付き超形状は、上記に示す同一の基本的な組み立てに基づいて得られ、前記パッチは、前記パッチ内の切除領域であるスロットを備え、
前記スロットが、二次パッチを備え、
一次パッチとも呼ばれる前記主パッチ、前記スロット、及び前記二次パッチは全て、極関数によって定義されるという点で異なる。
【数２０】
2017509266.tif 000024
【０１０８】
より概括的に言うならば、本発明は、ｃ１、ｃ２、及びｃ３の値がｃ１＞ｃ２＞ｃ３という条件を満たす限り上記値とは異なることが出来る上記のスロット付き超形状を含む。
【０１０９】
図２２は、このような一次パッチ及び二次パッチを有するスロット付き超形状を、夫々の広帯域幅特性を強調するグラフと共に示す。
当グラフから、４から１５ＧＨｚに渡り、Ｓ１１の大きさは、必要に応じて、約−１０ｄＢ又は−１０ｄＢ未満であるということになる。
上記設計に係るＵＷＢパッチアンテナは、給電構造がマイクロストリップ線であり、パッチの垂直な対称平面から距離を置いて前記対称平面に平行に配置され、前記距離が前記マイクロストリップの幅よりも大きい場合に、得られる帯域幅を更に向上し得る。
例えば、０．５から２．０ｍｍまでのマイクロストリップラインを使用する場合、２．０と５．０ｍｍの間の対称平面からの距離により、結果的に帯域幅を増大することが出来、その帯域幅は、使用されるパッチの具体的なベースプロファイルによっては、１０ＧＨｚ以上になり得る。
【０１１０】
（まとめ）
本発明は、本明細書にて図示及び説明された例示的実施形態に限定されないこと、添付の請求項の範囲内で、当業者に自明であろう数々の変形が可能であることは明らかになろう。更に、本開示に基づき、本発明は、数々の発明的装置、構成要素、態様、方法などを含む数々の実施形態を有することが理解される。本明細書では、「本発明（ｔｈｅ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」との言及は、本発明の全ての実施形態に当てはまることを意図しない。
【０１１１】
本概要は、本明細書の範囲内に開示される概念の概論を提供するものであり、多くの教示と、本開示の範囲内で拡大させた議論において提供されるこれら教示における変化を網羅したリストとなるものではない。従って、本概要の内容は、次の請求項の範囲を制限するものとして使用されるべきではない。
【０１１２】
発明の概念は、一連の例において説明され、二つ以上の発明の概念を示す例もある。個々の発明の概念は、特定の例において提供された全ての細部を実施しなくても実施されることが出来る。当業者は、様々な例にて説明された発明の概念が、特定の用途に対処するために互いに組み合わされることが出来ることを理解するので、以下に提供される発明の概念の全ての考え得る組み合わせの例を提供する必要はない。
【０１１３】
開示された教示のその他のシステム、方法、特徴、及び利点は、次の図面及び詳細な説明の考察により、当業者には明らかになるだろう。全てのこのような更なるシステム、方法、特徴、及び利点は、添付の請求項の範囲内に含まれ、それによって保護されることを意図している。
【０１１４】
請求項における限定事項（例えば、後に追加されるものも含む）は、請求項にて採用された言語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書にて又は出願手続きの遂行中に説明された例に限定されず、これらの例は、非排他的なものとみなされるべきである。例えば、本開示において、「好ましくは（ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ）」という言葉は非排他的であり、「に限定されないが、好ましくは（ｐｒｅｆｅｒａｂｌｙ，  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」を意味する。本開示において、及び本出願の手続きの遂行中において、ミーンズプラスファンクション又はステッププラスファンクション制限は、具体的な請求項の限定事項に関して、その限定事項において次の条件の全てが存在する場合にのみ採用されるだろう。即ち、ａ）「するための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」又は「するためのステップ（ｓｔｅｐ  ｆｏｒ）」が明示的に記載されている、ｂ）対応する機能が明示的に記載されている、及びｃ）構造、材料、又はその構造を支持する作用が記載されていない。本開示において、及び本出願の手続きの遂行中において、「本発明（ｐｒｅｓｅｎｔ  ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」又は「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本開示の範囲内の一つ以上の態様を指すものとして使用される場合がある。本発明又は発明という言語は、臨界性を特定するものとして不適切に解釈されるべきではなく、全ての態様又は実施形態に渡って適用されるものと不適切に解釈されるべきではなく（即ち、本発明は、多くの態様又は実施形態を有するものと理解すべきである）、且つ本出願即ち請求項の範囲を制限するものと不適切に解釈されるべきではない。本開示において、及び本出願の手続きの遂行中において、「実施形態（ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という用語は、任意の態様、特徴、プロセス、又はステップ、それらの任意の組み合わせ、及び／又はそれらの任意の一部等を説明するために使用される場合がある。一部の例では、様々な実施形態が、重複する特徴を含む可能性がある。本開示において、「例えば（ｆｏｒ  ｅｘａｍｐｌｅ）」を意味する次の省略語“ｅ．ｇ．”が採用されている場合がある。
【図１Ａ】
2017509266.tif 000034
【図１Ｂ】
2017509266.tif 000035
【図２】
2017509266.tif 000036
【図３】
2017509266.tif 000037
【図４Ａ】
2017509266.tif 000038
【図４Ｂ】
2017509266.tif 000039
【図５】
2017509266.tif 000040
【図６】
2017509266.tif 000041
【図７（ａ）】
2017509266.tif 000042
【図７（ｂ）】
2017509266.tif 000043
【図７（ｃ）】
2017509266.tif 000044
【図７（ｄ）】
2017509266.tif 000045
【図７（ｅ）】
2017509266.tif 000046
【図７（ｆ）】
2017509266.tif 000047
【図８】
2017509266.tif 000048
【図９】
2017509266.tif 000049
【図１０Ａ】
2017509266.tif 000050
【図１０Ｂ】
2017509266.tif 000051
【図１１】
2017509266.tif 000052
【図１２】
2017509266.tif 000053
【図１３Ａ】
2017509266.tif 000054
【図１３Ｂ】
2017509266.tif 000055
【図１４】
2017509266.tif 000056
【図１５】
2017509266.tif 000057
【図１６】
2017509266.tif 000058
【図１７】
2017509266.tif 000059
【図１８】
2017509266.tif 000060
【図１９】
2017509266.tif 000061
【図２０】
2017509266.tif 000062
【図２１】
2017509266.tif 000063
【図２２】
2017509266.tif 000064
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月17日(2016.3.17)
【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】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数１】
2017509266.tif 000065
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数
によって定義されことを特徴とするパッチアンテナ。
【数２】
2017509266.tif 000066
【請求項２】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数３】
2017509266.tif 000067
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数４】
2017509266.tif 000068
【請求項３】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数５】
2017509266.tif 000069
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数６】
2017509266.tif 000070
【請求項４】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とをそなえ、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数７】
2017509266.tif 000071
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、前記パッチ内の切除領域であるスロットを備え、前記パッチは、次の極関数によって定義され、
【数８】
2017509266.tif 000072
前記パッチ内の前記スロットは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数９】
2017509266.tif 000073
【請求項５】
前記給電コネクタは、前記パッチの垂直な対称平面に対して平行に、前記対称平面から距離を置いて配置されるマイクロストリップであり、前記距離は、前記マイクロストリップ線の幅よりも大きい請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項６】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数１０】
2017509266.tif 000074
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは０．５ＧＨｚから４ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数１１】
2017509266.tif 000075
【請求項７】
前記パッチアンテナは複数のパッチを含み、前記複数のパッチの各々は、好ましくは、別体の給電コネクタに接続される請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項８】
前記パッチは、互いに距離を置いて配置される請求項７に記載のパッチアンテナ。
【請求項９】
各パッチは、実質的に超形状のベースプロファイルを有する請求項７又は８に記載のパッチアンテナ。
【請求項１０】
前記給電コネクタに接続される前記少なくとも一つのパッチは、一次パッチとして作用し、該パッチアンテナは、前記一次パッチから距離を置いて配置される少なくとも一つの二次パッチを更に備え、一次パッチ及び二次パッチが、互いに電磁的に相互作用するようになっている請求項１乃至９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの一次パッチと前記少なくとも一つの二次パッチの組は、実質的に超形状の結合したベースプロファイルを有する請求項１０に記載のパッチアンテナ。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの一次パッチ及び前記少なくとも一つの二次パッチは、少なくとも一つのスロットによって互いに分離され、前記少なくとも一つのスロットは、実質的に超形状のベースプロファイルを有する請求項１０又は１１に記載のパッチアンテナ。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの一次パッチ及び前記少なくとも一つの二次パッチは、少なくとも一つのスロットによって互いに分離され、前記スロットは、好ましくは４から最大で６ｍｍの範囲内である実質的に一定の幅を有する請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１４】
少なくとも一つの一次パッチは、少なくとも一つの二次パッチを少なくとも部分的に包囲する請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１５】
少なくとも一つの一次パッチを、少なくとも部分的に、好ましくは完全に包囲する請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１６】
少なくとも一つのパッチは、少なくとも一つの切欠きを備える請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１７】
前記スペーサ構造体は、少なくとも一つの誘電体基板層を含む基板を含み、前記基板は、前記グランドプレーンと前記少なくとも一つのパッチの間に配置される請求項１乃至１６のうちのいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１８】
前記誘電体基板層は、印刷回路基板（ＰＣＢ）の一部を成す請求項１７に記載のパッチアンテナ。
【請求項１９】
ｍ≧１である請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２０】
ａ1ｂである請求項１乃至１９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２１】
少なくとも一つのグランドプレーンは、実質的に超形状のベースプロファイルによって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義される請求項１乃至２０のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【数１２】
2017509266.tif 000076
【請求項２２】
少なくとも一つのパッチが、前記パッチの平面を画定するｘ軸及びｙ軸に対して対称的であるベースプロファイルを有する請求項１乃至２１のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２３】
複数のパッチが、対称的な位置に接続された夫々の給電コネクタを有する請求項１乃至２２のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２４】
少なくとも一つのパッチは、実質的に丸い周縁を有するベースプロファイルを有する請求項１乃至２３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２５】
少なくとも一つのパッチは、実質的に凸状の周縁を有するベースプロファイルを有する請求項１乃至２４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２６】
前記スペーサ構造体及び／又は前記グランドプレーンは、略円形又は楕円形を有し、好ましくは、前記基板層及び前記グランドプレーンは実質的に合同である請求項１乃至２５のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２７】
前記給電コネクタは、少なくとも一つのパッチに対して、前記パッチ上の偏心位置に、好ましくは前記パッチの縁の近く又は縁で接続される請求項１乃至２６のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２８】
前記パッチは、導電性金属から、好ましくは銅、銀、及び／又は金から実質的に作られる薄板である請求項１乃至２７のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項２９】
前記パッチは、１から１０マクロメートル、好ましくは３から４マイクロメートル、より好ましくは約３．５マイクロメートルの厚みを有する請求項１乃至２８のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３０】
前記パッチの主面は、２から１００ｃｍ２のサイズを有する請求項１乃至２９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３１】
前記パッチと前記グランドプレーンの対向面の間の距離は２から２０ミリメートルである請求項１乃至３０のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３２】
前記パッチに対向する前記グランドプレーンの主面のサイズは、最低動作周波数にて１周波数×１周波数のサイズを有する請求項１乃至３１のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３３】
前記パッチの前記ベースプロファイルは、前記グランドプレーンによって画定される平面に略平行な方向に延在する請求項１乃至３２のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３４】
前記パッチは、電磁放射を受信するように構成される請求項１乃至３３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３５】
前記パッチは、電磁放射を送信するように構成される請求項１乃至３４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３６】
前記給電コネクタは、前記グランドプレーンに略平行に延在するマイクロストリップを含む請求項１乃至３５のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３７】
前記給電コネクタは、前記グランドプレーンに設けられる孔から導出される請求項１乃至３６のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３８】
前記アンテナは、該アンテナの双方向通信のために放射送信モードと放射受信モードの間で前記給電コネクタを自動的に切り替えるために少なくとも一つのプロセッサを含む請求項１乃至３７のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項３９】
前記プロセッサは、各周波数帯域における双方向通信のために第一の周波数帯域と第二の周波数帯域の間で自動的に切り替わるように構成される請求項３８に記載のパッチアンテナ。
【請求項４０】
請求項１乃至３９のいずれか一項に記載の少なくとも一つのパッチアンテナを含む電磁信号を送信及び受信するためのアンテナシステム。
【請求項４１】
前記アンテナシステムは、請求項３９のいずれか一項に記載の複数のＭＩＭＯ構成のパッチアンテナを含む請求項４０に記載のアンテナシステム。
【請求項４２】
前記システムは、少なくとも二つのデュアルバンドパッチアンテナと、前記二つの周波数帯域のうちの少なくとも一つにおいて切り替えるための少なくとも一つのプロセッサとを含むことにより、この帯域において前記信号の受信及び送信のダイバーシティを保証する請求項４１に記載のアンテナシステム。
【請求項４３】
請求項１乃至３９のいずれか一項に記載のアンテナを製造する方法であって、
Ａ）少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定されるように前記パッチを設計することであって、前記超形状は、次の極関数によって定義されること、及び
【数１３】
2017509266.tif 000077
Ｂ）スペーサ構造体を使用することによって、グランドプレーンと、前記少なくとも一つのパッチと、前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続された給電コネクタとを組み立てることであって、前記パッチ及び前記グランドプレーンは、前記スペーサ構造体によって分離されることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】
前記スペーサ構造体は、前記グランドプレーンと前記少なくとも一つのパッチの間に存在する所定の厚みの誘電体材料の基板層を含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
少なくとも一つのパッチが前記基板上に蒸着される請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記グランドプレーンは前記基板上に蒸着される請求項４４又は４５に記載の方法。
【請求項４７】
ステップＢ）中に、複数のパッチが前記基板に取り付けられ、各パッチは各自の給電コネクタに接続される請求項４４乃至４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
少なくとも一つのパッチが、第一の周波数帯域において通信するように構成され、少なくとも一つの別のパッチが、第二の周波数帯域において通信するように構成される請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
請求項１乃至３９のいずれか一項に記載のパッチアンテナを使用することによるワイヤレス通信で用いられる方法であって、該方法は、アンテナネットワークに通信回路を接続するステップを含み、前記ネットワークは、請求項１乃至３９のいずれか一項に記載の複数のパッチアンテナを含み、各アンテナは、少なくとも一つの指定の周波数帯域において動作するように最適化される方法。
【請求項５０】
前記通信回路はトランスミッタを含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記通信回路はレシーバを含む請求項４９又は５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記通信回路はトランシーバを含む請求項４９乃至５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
各パッチアンテナは複数の周波数帯域において動作するように最適化される請求項４９乃至５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記複数の指定の周波数帯域の夫々が単一の周波数を含む請求項４９乃至５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
前記複数のパッチアンテナは並列接続される請求項４９乃至５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記複数のパッチアンテナは直列接続される請求項４９乃至５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
請求項１乃至３９のいずれか一項に記載のアンテナにおいて使用されるパッチ。
【請求項５８】
請求項１乃至３９のいずれか一項に記載の少なくとも一つのパッチアンテナを含むワイヤレス通信デバイスのＲＦトランシーバ。
【請求項５９】
請求項５８に記載のＲＦトランシーバを含む電子デバイス。
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【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】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数１】
2017509266.tif 000078
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数
によって定義されことを特徴とするパッチアンテナ。
【数２】
2017509266.tif 000079
【請求項２】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数３】
2017509266.tif 000080
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数４】
2017509266.tif 000081
【請求項３】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数５】
2017509266.tif 000082
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数６】
2017509266.tif 000083
【請求項４】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とをそなえ、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数７】
2017509266.tif 000084
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは２ＧＨｚから２０ＧＨｚの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、前記パッチ内の切除領域であるスロットを備え、前記パッチは、次の極関数によって定義され、
【数８】
2017509266.tif 000085
前記パッチ内の前記スロットは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数９】
2017509266.tif 000086
【請求項５】
前記給電コネクタは、前記パッチの垂直な対称平面に対して平行に、前記対称平面から距離を置いて配置されるマイクロストリップであり、前記距離は、前記マイクロストリップ線の幅よりも大きい請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項６】
パッチアンテナであって、
少なくとも一つの導電性パッチと、
少なくとも一つの導電性グランドプレーンと、
前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続される少なくとも一つの給電コネクタと、
前記少なくとも一つのパッチと前記少なくとも一つのグランドプレーンを分離するための少なくとも一つの誘電体スペーサ構造体とを備え、
少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定され、前記超形状のベースプロファイルは、次の極関数によって定義され、
【数１０】
2017509266.tif 000087
少なくとも一つのパッチが、放射された信号の帯域幅が５００ＭＨｚ又は中心周波数の２０％のいずれか小さい方を超過し、好ましくは０．５ＧＨｚから４ＧＨｚまでの範囲に及ぶ広い周波数範囲において動作するように構成され、前記パッチは、次の極関数によって定義されることを特徴とするパッチアンテナ。
【数１１】
2017509266.tif 000088
【請求項７】
前記パッチアンテナは複数のパッチを含み、前記複数のパッチの各々は、好ましくは、別体の給電コネクタに接続される請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項８】
前記パッチは、互いに距離を置いて配置される請求項７に記載のパッチアンテナ。
【請求項９】
各パッチは、実質的に超形状のベースプロファイルを有する請求項７又は８に記載のパッチアンテナ。
【請求項１０】
前記給電コネクタに接続される前記少なくとも一つのパッチは、一次パッチとして作用し、該パッチアンテナは、前記一次パッチから距離を置いて配置される少なくとも一つの二次パッチを更に備え、一次パッチ及び二次パッチが、互いに電磁的に相互作用するようになっている請求項１乃至９のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの一次パッチと前記少なくとも一つの二次パッチの組は、実質的に超形状の結合したベースプロファイルを有する請求項１０に記載のパッチアンテナ。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの一次パッチ及び前記少なくとも一つの二次パッチは、少なくとも一つのスロットによって互いに分離され、前記少なくとも一つのスロットは、実質的に超形状のベースプロファイルを有する請求項１０又は１１に記載のパッチアンテナ。
【請求項１３】
前記スペーサ構造体及び／又は前記グランドプレーンは、略円形又は楕円形を有し、好ましくは、前記基板層及び前記グランドプレーンは実質的に合同である請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１４】
前記給電コネクタは、少なくとも一つのパッチに対して、前記パッチ上の偏心位置に、好ましくは前記パッチの縁の近く又は縁で接続される請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１５】
前記給電コネクタは、前記グランドプレーンに略平行に延在するマイクロストリップを含む請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１６】
前記給電コネクタは、前記グランドプレーンに設けられる孔から導出される請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のアンテナを製造する方法であって、
Ａ）少なくとも一つのパッチが、実質的に超形状の少なくとも一つのベースプロファイルの少なくとも一部によって画定されるように前記パッチを設計することであって、前記超形状は、次の極関数によって定義されること、及び
【数１２】
2017509266.tif 000089
Ｂ）スペーサ構造体を使用することによって、グランドプレーンと、前記少なくとも一つのパッチと、前記グランドプレーンから絶縁され、少なくとも一つのパッチに導電的に接続された給電コネクタとを組み立てることであって、前記パッチ及び前記グランドプレーンは、前記スペーサ構造体によって分離されることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
ステップＢ）中に、複数のパッチが前記基板に取り付けられ、各パッチは各自の給電コネクタに接続される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のパッチアンテナを使用することによるワイヤレス通信で用いられる方法であって、該方法は、アンテナネットワークに通信回路を接続するステップを含み、前記ネットワークは、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の複数のパッチアンテナを含み、各アンテナは、少なくとも一つの指定の周波数帯域において動作するように最適化される方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の少なくとも一つのパッチアンテナを含むワイヤレス通信デバイスのＲＦトランシーバ。
【国際調査報告】
2017509266.tif 000090