JP2005513846A - 円形偏光アンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、スロット型アンテナ（１２）と、電磁信号を受信及び/又は送信する手段を、信号を処理する手段に、接続するようアンテナのスロットに電磁結合された給電線（１３）、とを有する、少なくとも、電磁信号を受信及び/又は送信する手段、を有する電磁信号の送信及び/又は受信用デバイスに関し、給電線は、電磁波が円形偏光を有するよう選定された、２つの点（A1、A2）でスロットと電磁結合される。

Description

本発明は、電磁気信号の受信及び/又は送信用デバイス、特に、スロット型アンテナを有する受信及び/又は送信手段を有する、無線伝送の分野において、特に家庭用ネットワークにおいて、更には広周波数帯を表す円形偏光アンテナの基本構成部分としても、用い得る、デバイスに関するものである。

特に、無線家庭用ネットワークにおいては、当業者には、受信器に達するまでに信号が受ける多重反射のために、発出される波の偏光が保たれないことが、よくわかっている。したがって、アンテナは高い偏光純度を表さなくてよい。しかしながら、要求周波数帯域は大きいことがある。特に、5GHzでの無線家庭用ネットワークにおいて、欧州ではBRAN（広帯域無線アクセス網）/HIPERLAN2（高性能ローカル・エリア・ネットワーク２）標準によって、米国ではIEEE（米国電気電子学会）標準によって、２つの離れた周波数帯が割り当てられている。したがって、これらの周波数帯を完全に網羅するには、アンテナは、欧州に対しては少なくとも５７５MHｚの帯域、米国に対しては少なくとも６７５MHｚの帯域、に及んで動作しなければならない。したがって、周波数帯は各々、動作周波数の１１％近く及び１２．３％近くでなければならない。

更に、これらのアンテナを用いて低コストでかつ大量に機器を生産しようとする場合、基板のパラメータの変動の影響及びアンテナの中心周波数の製造の許容誤差を考慮するのに更に許容範囲が必要になる。したがって、求められる比帯域はおよそ１５から２０％のものになる。

更に、低コストでかつ小型のアンテナを製造するよう、印刷アンテナ型のアンテナを用いることが知られている。しかしながら、印刷アンテナは狭周波数帯で動作する。特に、帯域、すなわち、アンテナの励起点での反射係数S11が−１０ｄBよりも少ない周波数帯、に換算した性能は主に、比誘電率、厚さなどのような使用基板のパラメータ及び、パッチ、スロットなどであり得る放射素子の選択によって決まってくる。

しかしながら、印刷アンテナの中では、スロット型のアンテナによって他の印刷構造よりも相対的に大きな帯域を表す低コストで簡単なアンテナ構造を得ることが可能になることが知られている。

更に、スロット型のアンテナ、特に環状又は多角形スロットによって構成されるアンテナは円形偏光によって放射し得る。この場合、円形偏光は２つの方法：
１）同じ振幅の直交線形偏光があって、９０°の位相シフトを表す、２つの波の２つの点での励起（例えば、THOMSON multimediaによる特許文献１参照。）によって；及び
２）1つの点での励起；
によって得ることが可能であり、円形偏光の生成は励起点から４５°にある平面におけるノッチ又は突起のような摂動をもたらすことによって得られる。

この類のアンテナは図１ａ及び１ｂに表し、各々は、マイクロストリップ線によって給電された、円形偏光を得るようノッチを備えた、環状スロット型のアンテナの、上から見た平面図、及び断面図、に関する。

特に、アンテナは基板１によって形成され、該基板の一方の面上に金属層３が被覆され、該金属層において環状スロット型２の放射素子が形成される。この環状スロットは基板１のもう一方の面上での金属被覆によって形成される給電線３を介して給電される。この給電線は放射素子２を電磁結合によって線３とスロット２との間の点Aで給電する。点Aと線の終端との間の線の寸法はおよそλm/4で、λmは該線の導波路伝搬波長である。

図１ａに表すように、スロット２は励起点Aから実質的に４５°にある平面にある２つの直径で対向するノッチを表す。したがって、この摂動によって、周波数領域において、２つの当初は退化している直交モードを分離することが可能になる。

円形偏光を可能にする、上記の2つの方法が比較された場合、円形偏光が2つの点での励起によって得られる場合、円形偏光が環状スロットにおける摂動によって生成されるよりも広い周波数帯に及ぶ円形偏光の良好な品質を得ることがわかる。

2つの点での励起を用いた方法によって、広くなった適応バンドのある、良好な楕円率又はARBW(軸比帯域の略)を得ることが可能になる。
国際公開94/019842号パンフレット

本発明の目的はしたがって電磁信号の受信及び/又は送信用の新規のデバイスを企図することにあり、該デバイスは環状スロット型アンテナ及び給電線を有する放射素子を有し、先行技術のデバイスで得られる帯域よりもずっと大きなマッチング帯域に及んで円形偏光を得ることが可能になる。

したがって、本発明の技術内容は、スロット型アンテナ、及び、電磁信号の受信及び/又は送信の手段を信号の利用の手段に接続するよう該スロットに電磁結合された、給電線を有する、電磁信号の受信及び/又は送信の少なくとも１つの手段を有する、電磁信号の受信及び/又は送信用の、デバイスであって、該給電線は電磁波が円形偏光を表すよう選択された2つの点でスロット型アンテナと電磁結合されていることを特徴とするものである。

好適実施例においては：
２つの結合点間のスロットの長さは、λｓがスロットにおける導波路伝搬波長で、スロットの周辺長がλｓの場合、おおよそ、λs/４、すなわち、スロットの周辺長の１/４、であり；
２つの結合点の間の線の長さは、λｍが給電線下の導波路伝搬波長で、k’が奇整数の場合、おおよそ、ｋ’λm/4であり；かつ
給電線の終端と第１結合点との間の長さは、λｍが給電線下で、開回路で終端する、導波路伝搬波長の場合、おおよそ、λm/8 mod λm/２となる。

したがって、上記のような構造によれば、開回路に終端する給電線に沿った電磁場の分布及びスロットと給電線との交点での同一の幾何的構成によって、スロットは点A1及びA2で同一の振幅及び９０°の位相シフトを有する信号によって励起される。これらの条件によって電磁信号の受信及び/又は送信の手段が円形偏光を得ることが可能になる。

本発明の別の特徴によれば、該デバイスは電磁信号の受信及び/又は送信のいくつかの手段を有し、該手段は、お互いが入れ子になったスロット型のアンテナ及び、各手段によって発出される電磁波が円形偏光を表すよう選択された2つの点で各手段のスロットと電磁結合された給電線、を有するものである。

更に、給電線はマイクロストリップ線又はコプレーナ線で、スロット型のアンテナを有する電磁信号の受信及び/又は送信の手段は環状の、又は、正方形、長方形、菱形などのような、多角形の、形状のスロットを有する。

本発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照した、種々の実施例の説明を読むことによってわかるものである。

最初に、本発明の第１実施例を図２及び４を参照して説明する。

図２及び２ｂに表すように、本発明による円形偏光電磁信号の受信及び/又は送信用デバイスは、当業者には周知の信号の利用の手段にポート１のレベルでリンクされた給電線１３を介した電磁結合によって偏光される、環状スロット型のアンテナ１２を有する。

特に、厚さt=17.5E−3mmを表す金属被覆１１が高さH=0.81mm、誘電率Er=3.38、誘電正接TanD=0.0027を表す、例えば、ロジャース社４００３基板、を有する基板１０上に被覆されている。

図２ｂに表すように、環状スロット１２はこの金属被覆において形成されている。図２ａに表すような、環状スロット１２はおおよそλｓの周辺長を表す。この環状スロットはしたがってその基本モードで動作する。当該実施例においては、λｓは中心動作周波数が５．８GHz近くになるように選択される。

図に表すように、給電線は基板１０の、金属被覆１１を有する面に対向する、面上に金属被覆を被覆することによって形成されている。この給電線１３は、お互いに９０°にある2つの点A1、A2でスロット１２と電磁結合されるように位置する。したがって、2つの点A1とA2との間のスロットの長さは、λsがスロットにおける導波路伝搬波長で、スロットの周辺長がλsの場合、おおよそ、λs/4、すなわち、スロットの周辺長の1/4、である。

更に、本発明によれば、２つの結合点A1及びA2間の励起線１３の長さは、λmが給電線１３の導波路伝搬波長で、k’が奇整数の場合、おおよそ、k’λm/4である。当該実施例においては、給電線１３はマイクロストリップ線を有する。この値を得るよう、マイクロストリップ線の幅が最適化される。

その後、本発明によれば、給電線１３の終端と結合点A1との間の波長は、λmが給電線１３の導波路伝搬波長の場合、λm/8 mod λm/2である。この給電線１３は開回路で終端する。更に、該線の点A2の先までのオーバランによって使用測定装置に環状スロットを整合させることが可能になる。

上記の類の構造がシミュレーション用に構成されている。該構造は上記のようなロジャース社４００３基板上で形成され、以下の特性：
環状スロットは内直径φin=１２．６並びに外直径φex=１３及びインピーダンスZs=１０８．５Ωを表す；
を有する。マイクロストリップ手法によって形成された給電線１３は、特性インピーダンスZm＝１３４．５Ω、０．２ｍｍの幅を表し、環状スロットを接点から離れた所で1.895mmの線に並行して交差する。この場合、シミュレーション結果を図３に表す曲線によって反射係数S11について表す。−１０ｄBでは、動作周波数の１９．８％に相当する周波数帯、すなわち、従来システムよりも大きな周波数が得られ、欧州及び米国標準に準拠することが可能になることがわかるものである。

更に、図４に表すのは、楕円率、すなわち、ノッチのあるスロットを有する、図１に表すような、従来のデバイス及び、特定の方法によって配置された給電線に結合されたスロットを有する、図２に表すような、本発明によるデバイスのARBWである。図４で得た結果は、２つのアンテナのARBWは動作周波数のわずかな変位があるが、同等であることを、表す。

したがって、本発明による構造によって、全く満足のいく円形偏光を保ちながら、広帯域動作が得られる。

本発明の他の実施例を次に、図５及び６によって説明する。

図５に表すのは円形偏光のある電磁波の受信及び/又は送信の２つがお互いに入れ子になった手段を有する別の実施例の上から見た平面図である。

特に、ここに表すのは第１環状スロット２０及び第２環状スロット２１で、２つのスロットはマイクロストリップ手法によって形成された共通給電線２２によって給電される。この給電線２２は円形偏波を得ることを可能にする当該基準によってスロット２０及び２１と電磁結合される。

特に、線２２は、P1とP2との間の長さが、λｍが線の導波路長の場合、おおよそ、k’λm/4になるような、点P1とP2で環状スロット２０と結合される。P2とP1との間のスロット２０の長さは、λｓが基本モードにおけるアンテナ20の動作の周波数ｆ１によって変わってくる場合、おおよそλs/４になるように選択され、P2と開回路における線２２の終端との間の給電線２２は、λmが線２２下の導波路伝搬波長の場合、おおよそ、λm/8 mod λm/２、である。

更に、線２２は、P4とP3との間の線の長さがおおよそk”λm/4になるように選択された２つの点P３及びP4でスロット２１と電磁結合され、P4とP3との間のスロットの長さは、λ’sが基本モードにおけるアンテナ２１の動作の周波数ｆ２によって変わってくるある場合、おおよそλ’s/4で、P4と線２２の終端との間の線の長さがおおよそ、λｍ/8 mod λm/2である。この場合、２つのスロット２０、２１の周辺長は２つのアンテナの２つの動作周波数を表し、給電線２２の所定の結合によって、f1及びf2のような２つの異なる周波数での円形偏光がある動作を得ることが可能になる。

上記の実施例においては、２つのスロット２０、２１が、周波数ｆ１での、開回路と、スロット２０との２つの交点P2-P1の中間点、との間の、マイクロストリップ線の長さL1が、周波数ｆ2での、開回路と、スロット２1との２つの交点P3-P4の中間点、との間の、マイクロストリップ線の長さL2に等しくなるように、入れ子になっている。

更に、L1はおおよそ、ｋλm1/４（ｋは奇整数）で、L2はおおよそ、ｋλｍ2/4（ｋは奇整数）である。したがって、L1のL2に対する比率と値ｋ‘及びｋ“の選択によって、入れ子になったスロットについて、種々の、例えば、ある点で近接し得る、又は、ぎざぎざの給電線構造を表し得る、構成を考察し得る。

本発明の別の実施例を次に図６によって説明する。この場合、スロット３０は菱形のような多角形によって構成され、それは、本発明による構成基準に従うように該菱形を交差する給電線３１によって給電される。

本発明は、特定の実施例を参照しながら説明した。しかしながら、スロット型アンテナの形状を数多くの方法によって修正し得、特に、スロットは正方形、長方形、又は如何なる他の類似した多角形、によっても構成し得、更に、給電線はコプレーナ技術のような別の技術によっても形成し得ることは当業者には明らかである。

先行技術によるデバイスの上から見た平面図である。 先行技術によるデバイスの断面図である。 先行技術によるデバイスの第１実施例の上から見た平面図である。 先行技術によるデバイスの第１実施例の断面図である。 ｄBで表した反射係数S11の絶対値を表す曲線である。 図１及び２のデバイスの楕円率を表す曲線である。 本発明の変形実施例の上から見た平面図である。 本発明の別の変形実施例の上から見た平面図である。

Claims (5)

1. 電磁信号の受信及び/又は送信用デバイスであって：
   少なくとも１つの、電磁信号の受信及び/又は送信の、手段；
   を有し、該手段は、環状スロット型のアンテナと、該電磁信号の受信及び/又は送信の手段を該信号の利用の手段に接続するよう、該アンテナの該スロットと電磁結合された、給電線（１３、２２、３１、１２；２０、２１，３０）を有し、該給電線は、電磁波が円形偏光を表すよう選択された2つの点（A1、A2；P1、P2、P3、P4）で該スロットと電磁結合されることを特徴とするデバイス。
2. 請求項１記載のデバイスであって、前記スロット型の前記アンテナの前記スロットと前記給電線との間の電磁結合の前記２つの点（A1、A2；P1、P2、P3、P4）は：
   前記２つの結合点が、λｓが前記スロットにおける導波路伝搬波長で、スロットの周辺長がλｓの場合、おおよそλｓ/４であり；
   該２つの結合点間の該給電線の長さが、λｍが該給電線下の導波路伝搬波長で、ｋ‘が奇整数の場合、おおよそｋ’ λｍ/４であり；かつ
   該給電線の終端と第１結合点との間が、λｍが、該給電線に対して、開回路において終端する、導波路伝搬波長の場合、おおよそ、λm/8 mod λm/２である；
   ように選択されることを特徴とするデバイス。
3. 請求項１又は２何れか記載のデバイスであって：
   いくつかの、電磁信号の受信及び/又は送信用の、手段；
   を有し、該手段は前記スロット型がお互いに入れ子になったアンテナ及び、各手段によって発出される電磁波が円形偏光を表すように選択される2つの点（P1、P2;P3、P4）で各手段の前記スロットと電磁結合された給電線を有することを特徴とするデバイス。
4. 請求項１乃至３何れか記載のデバイスであって、前記給電線はマイクロストリップ線又はコプレーナ線であることを特徴とするデバイス。
5. 請求項1乃至４何れか記載のデバイスであって、前記スロット型のアンテナを有する、前記電磁信号の受信及び/又は送信の手段が環状又は多角形の形状のスロットによって構成されることを特徴とするデバイス。

Images