JP2006527949A

JP2006527949A - 誘電体アンテナによる導電性アンテナの寄生励起を利用するハイブリッド・アンテナ

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Publication number: JP2006527949A
Application number: JP2006516404A
Authority: JP
Inventors: イエリッチ，デヴィス; オキーフ，スティーヴン・グレゴリー; キングズリー，ジェイムズ・ウィリアム; キングズリー，サイモン・フィリップ
Original assignee: アンテノヴァ・リミテッド
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-12-07
Also published as: GB2403069B; GB2403069A; GB0313890D0; US20060244668A1; CN1809947B; EP1634350B1; US20090213014A1; GB2403069A8; US7545327B2; KR20060021381A; WO2004114462A1; CN1809947A; EP1634350A1; GB2403069B8

Abstract

第１の誘電体アンテナ・コンポーネント（１）と第２の導電性アンテナ・コンポーネント（９）とを備えている複合アンテナ装置である。前記第１および第２のコンポーネントは、互いに電気的に接続はされていないが、前記第１のコンポーネントに所定の信号が供給されたとき、前記第２のコンポーネントが前記第１のコンポーネントによって寄生的に駆動されるように相互に配置されている。

Description

本発明は、誘電体アンテナを他の非誘電体電気寄生構造の励起に使用するマルチバンドのアンテナの構造およびその製造技法に関する。誘電体アンテナとしては、これらに限られるわけではないが、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）、高誘電体アンテナ（ＨＤＡ）、および誘電負荷アンテナ（ＤＬＡ）が挙げられる。

誘電体共振器アンテナは、例えば移動体通信において使用されているように、選択された送信および受信周波数で電磁波を放射または受信する共振アンテナ装置である。一般に、ＤＲＡは、誘電体材料の塊（誘電体共振器）を接地基板上または接地基板の付近に配置して構成され、エネルギーが、この誘電体材料に挿入されたモノポール・プローブまたは接地基板に設けられたモノポール開口給電部によって、この絶縁体材料へと伝えられ、この絶縁体材料から伝えられる（開口給電部は、接地基板に設けられた不連続部であって、楕円、長円、台形、または蝶ネクタイ／ボウタイ形状、およびこれらの形状の組み合わせであってよいが、一般的には矩形であり、前記誘電体材料によって覆われている。開口給電部を、接地基板の前記誘電体材料から遠い方の面に配置したマイクロストリップ伝送線路、コプラナー導波路、スロットライン、などの形態のストリップ給電によって励起できる）。マイクロストリップ伝送線路へと直接接続して、マイクロストリップ伝送線路によって励起することも可能である。あるいは、ダイポール・プローブを誘電体材料へと挿入してもよく、その場合、接地基板は不要である。例えば本出願人による同時係属中の米国特許出願第０９／４３１，５４８号、ならびにＫＩＮＧＳＬＥＹ，Ｓ．Ｐ．およびＯ’ＫＥＥＦＥ，Ｓ．Ｇ．による刊行物「Ｂｅａｍｓｔｅｅｒｉｎｇａｎｄｍｏｎｏｐｕｌｓｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｐｒｏｂｅ−ｆｅｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａｓ」，ＩＥＥＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ−ＲａｄａｒＳｏｎａｒａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎ，１４６，３，１２１−１２５，１９９９に記載のように、複数の給電を用意し、それらを順次または様々な組み合わせで励起することによって、連続的または段階的に操向可能な１つ以上のビームを形成することができ、これら米国特許出願および刊行物の内容の全ては、本明細書での参照によって本出願に組み込まれたものとする。

ＤＲＡの共振特性は、とりわけ、誘電体材料の塊の形状および寸法によって決まり、さらには当該誘電体材料への給電の形状、寸法、および位置によって決まる。ＤＲＡにおいては、給電によって励起されたときに誘電体材料が共振する点を理解すべきである。これは、従来からの導電性放射部材が当該放射部材の共振特性を変化させるべく誘電体材料に囲まれている誘電負荷アンテナ（ＤＬＡ）と対照されるべきである。さらなる相違として、ＤＬＡにおいては変位電流がなく、あるいはわずかであるのに対し、ＤＲＡまたはＤＨＡは無視できない変位電流を有している。

誘電体共振器は、様々な形態をとることができるが、一般的な形態は、円筒形あるいは２分割または４分割の円筒形を有している。共振器媒体は、セラミック誘電体を含むいくつかの候補材料から製作することができる。

１９８３年の誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）についての最初の体系的な研究［ＬＯＮＧ，Ｓ．Ａ．，ＭｃＡＬＬＩＳＴＥＲ，Ｍ．Ｗ．およびＳＨＥＮ，Ｌ．Ｃ．の「ＴｈｅＲｅｓｏｎａｎｔＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＣａｖｉｔｙＡｎｔｅｎｎａ」，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＡｎｔｅｎｎａｓａｎｄＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，ＡＰ−３１，１９８３，ｐｐ４０６−４１２］以来、それらの高い放射効率、最も一般的に使用されている伝送線路に対する良好な適合性、および小さな物理的寸法ゆえ、それらの放射パターンについての関心がますます高まってきている［ＭＯＮＧＩＡ，Ｒ．Ｋ．およびＢＨＡＲＴＩＡ，Ｐ．の「ＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒＡｎｔｅｎｎａｓ−ＡＲｅｖｉｅｗａｎｄＧｅｎｅｒａｌＤｅｓｉｇｎＲｅｌａｔｉｏｎｓｆｏｒＲｅｓｏｎａｎｔＦｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄＢａｎｄｗｉｄｔｈ」，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｃｒｏｗａｖｅａｎｄＭｉｌｌｉｍｅｔｒｅ−ＷａｖｅＣｏｍｐｕｔｅｒ−ＡｉｄｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９４，４，（３），ｐｐ２３０−２４７］。さらに最近のいくつかの発展の概要を、ＰＥＴＯＳＡ，Ａ．，ＩＴＴＩＰＩＢＯＯＮ，Ａ．，ＡＮＴＡＲ，Ｙ．Ｍ．Ｍ．，ＲＯＳＣＯＥ，Ｄ．，およびＣＵＨＡＣＩ，Ｍ．の「ＲｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓｉｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−ＲｅｓｏｎａｔｏｒＡｎｔｅｎｎａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」，ＩＥＥＥＡｎｔｅｎｎａｓａｎｄＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎＭａｇａｚｉｎｅ，１９９８，４０，（３），ｐｐ３５−４８に見ることができる。

様々な基本的形状が、接地面（接地された基板）上または接地面の付近に取り付けられて適切な方法によって励起されたときに、良好な誘電体共振器構造として機能することが見出されている。それらの形状のうちで最もよく知られているものは、おそらく、
矩形［ＭｃＡＬＬＩＳＴＥＲ，Ｍ．Ｗ．，ＬＯＮＧ，Ｓ．Ａ．およびＣＯＮＷＡＹＧ．Ｌ．の「ＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒＡｎｔｅｎｎａ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，１９８３，１９，（６），ｐｐ２１８−２１９］
三角形［ＩＴＴＩＰＩＢＯＯＮ，Ａ．，ＭＯＮＧＩＡ，Ｒ．Ｋ．，ＡＮＴＡＲ，Ｙ．Ｍ．Ｍ．，ＢＨＡＲＴＩＡ，Ｐ．およびＣＵＨＡＣＩ，Ｍ．の「ＡｐｅｒｔｕｒｅＦｅｄＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒａｎｄＴｒｉａｎｇｕｌａｒＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒｓｆｏｒｕｓｅａｓＭａｇｎｅｔｉｃＤｉｐｏｌｅＡｎｔｅｎｎａｓ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，１９９３，２９，（２３），ｐｐ２００１−２００２］
半球形［ＬＥＵＮＧ，Ｋ．Ｗ．の「Ｓｉｍｐｌｅｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｃｏｎｆｏｒｍａｌ−ｓｔｒｉｐｅｘｃｉｔｅｄｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，２０００，３６，（１１）］
円筒形［ＬＯＮＧ，Ｓ．Ａ．，ＭｃＡＬＬＩＳＴＥＲ，Ｍ．Ｗ．，およびＳＨＥＮ，Ｌ．Ｃ．の「ＴｈｅＲｅｓｏｎａｎｔＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＣａｖｉｔｙＡｎｔｅｎｎａ」，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＡｎｔｅｎｎａｓａｎｄＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，ＡＰ−３１，１９８３，ｐｐ４０６−４１２］
半割り円筒形（円筒の半分が接地面上に縦に取り付けられている）［ＭＯＮＧＩＡ，Ｒ．Ｋ．，ＩＴＴＩＰＩＢＯＯＮ，Ａ．，ＡＮＴＡＲ，Ｙ．Ｍ．Ｍ．，ＢＨＡＲＴＩＡ，Ｐ．およびＣＵＨＡＣＩ，Ｍ．の「ＡＨａｌｆ−ＳｐｌｉｔＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒＡｎｔｅｎｎａＵｓｉｎｇＳｌｏｔ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ」，ＩＥＥＥＭｉｃｒｏｗａｖｅａｎｄｇｕｉｄｅｄＷａｖｅＬｅｔｔｅｒｓ，１９９３，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．２，ｐｐ３８−３９］
であろう。

これらのアンテナ設計のいくつかは、さらに複数のセクタに分割されている。例えば、円筒形のＤＲＡを２分割することができる［ＴＡＭ，Ｍ．Ｔ．Ｋ．およびＭＵＲＣＨ，Ｒ．Ｄ．の「Ｈａｌｆｖｏｌｕｍｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａｄｅｓｉｇｎｓ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，１９９７，３３,（２３），ｐｐ１９１４−１９１６］。しかしながら、アンテナを半分に分割し、あるいはさらにセクタに分けたとしても、基本的形状を円筒形、矩形、などから変化させることにはならない。

高誘電体アンテナ（ＨＤＡ）はＤＲＡと類似しているが、ＨＤＡは、完全な接地面を誘電体共振器の下方に配置して有する代わりに、より小さな接地面を有し、あるいは接地面をまったく有さない。ＤＲＡが、一般に、はっきりとした急峻な共振周波数を有するのに対し、ＨＤＡはあまり明瞭でない応答を有する傾向にあるが、より広い範囲の周波数にわたって機能する。

ＤＲＡおよびＨＤＡの両者において、主たる放射器は誘電体共振器である。ＤＬＡにおいては、主たる放射器は導電性の構成部品（例えば、銅ワイヤなど）であって、誘電体が、内部でアンテナが機能している媒体を変化させ、一般にアンテナをより小さくする。印刷モノポール・アンテナを製作するための簡単な方法は、マイクロストリップを基板の反対側に接地基板が存在していない領域へと延ばすことである。

或る１つの誘電体共振器アンテナが、他の誘電体共振器アンテナを寄生的に励起できることが知られている。実際、円筒形の誘電体共振器アンテナへの寄生誘電体共振器アンテナの影響が、早くも１９９３年に検討されている［Ｓｉｍｏｎｓ，Ｒ．；Ｌｅｅ，Ｒ．の「ＥｆｆｅｃｔｏｆｐａｒａｓｉｔｉｃｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒｓｏｎＣＰＷ／ａｐｅｒｔｕｒｅ−ｃｏｕｐｌｅｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａｓ」，ＩＥＥｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ−Ｈ，１４０，ｐｐ３３６−３３８，１９９３］。矩形の誘電体共振器アンテナの寄生３素子アレイについての同様の研究が、１９９６年に報告されている［Ｆａｎ，Ｚ．；Ａｎｔａｒ，Ｙ．；Ｉｔｔｉｐｉｂｏｏｎ，Ａ．；Ｐｅｔｏｓａ，Ａ．；ＶＶ「Ｐａｒａｓｉｔｉｃｃｏｐｌａｎａｒｔｈｒｅｅｅｌｅｍｅｎｔｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａｓｕｂａｒｒａｙ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，３２，ｐｐ７８９−７９０，１９９６］。

さらに、プローブ給電を１つ備える誘電体共振器アンテナにおいて、他の給電を寄生的に励起することができ、すなわち第２の給電を電気回路によっては駆動しないことが、知られている［Ｌｏｎｇ，Ｒ．；Ｄｏｒｒｉｓ，Ｒ．；Ｌｏｎｇ，Ｓ．；Ｋｈａｙａｔ，Ｍ．；Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｊ．の「ＵｓｅｏｆＰａｒａｓｉｔｉｃＳｔｒｉｐｔｏｐｒｏｄｕｃｅｃｉｒｃｕｌａｒｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄＢａｎｄｗｉｄｔｈｆｏｒｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＲｅｓｏｎａｔｏｒＡｎｔｅｎｎａ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，３７，ｐｐ４０６−４０８，２００１］。

Ｃ．−Ｓ．Ｈｏｎｇの「Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ」，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ｓｃｉ．Ｃｏｕｎｃ．ＲＯＣ（Ａ），Ｖｏｌ２３，Ｎｏ６，１９９９，ｐｐ７３６−７３８に、マイクロストリップ伝送線路によって直接給電されるＤＲＡが開示されており、さらにこのＤＲＡの上面の上方には、導電性寄生ディスク部材が調節可能に取り付けられて設けられている。このディスク部材が、ＤＲＡを所定の周波数に同調させるべく、ＤＲＡへの上面へと近付くように動かされ、あるいは離れるように動かされる。寄生ディスク部材が、それ自体は有用な放射アンテナ部品として機能するようには構成されておらず、単にＤＲＡの調律を行なうように構成されている点に注意すべきである。

Ｚ．Ｎ．Ｃｈｅｎｅｔａｌ．，の「ＡｎｅｗｉｎｖｅｒｔｅｄＦａｎｔｅｎｎａｗｉｔｈａｒｉｎｇｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ」，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＶｅｈｉｃｕｌａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ４８，Ｎｏ４，Ｊｕｌｙ１９９９，ｐｐ１０２９−１０３２には、第１の被駆動レッグ、第２の寄生レッグ、および両方のレッグに接続された水平部材を備えるワイヤＩＦＡ（ＷＩＦＡ）が開示されている。水平部材は、誘電体ディスク内のプローブとして形成され、ディスクをＤＲＡとして機能させている。この導電アンテナ部品（ＷＩＦＡ）が駆動され、次いでＷＩＦＡの一部分がＤＲＡを駆動している。ＷＩＦＡが寄生レッグを有しているが、それ自体がＤＲＡによって寄生的に駆動されているわけではない。

欧州特許出願公開第１２７１６９１号（Ｆｉｌｔｒｏｎｉｃ社）には、直接給電線２３１を有するＤＲＡが開示されており、直接給電線２３１が、ＤＲＡの駆動に加え、それ自体ＤＲＡと同じ周波数範囲の放射器として機能する。図２に、誘電体ペレット２２０が接地面２１０上に置かれ、このペレットの２つの面２２１、２２２が金属化されている一実施形態が示されている。給電線２３１が、ペレット２２０の上面２２３に接触してペレット２２０を駆動する一方で、さらにペレット２２０と同じ周波数範囲で放射を行なうように構成されている。このＤＲＡは、他のいかなるアンテナ部品も寄生的に駆動していない。他の実施形態が図５ａおよび５ｂに示されており、そこでは、直接給電線５３１が、ペレット５２０の底面と接地面５１０との間に配置されている。追加の寄生部材５３２がペレットの下方に配置されているが、これはＤＲＡによって寄生的に駆動されてはおらず、単に直接給電線５３１を広帯域化すべく機能している。換言すれば、寄生部材５３２は、直接給電線５３１によって励起され、ＤＲＡによって励起されてはいない。

国際公開第０３／０１９７１８号（ＣＮＲＳｅｔａｌ．）には、接地面に取り付けられたストリップ線給電のＤＲＡが開示されており、「寄生部材」５０が、非対称を生み出すためにペレットの上部に位置している。この寄生部材５０は、それ自体は、有用な態様で放射を行なうようには構成または設計されていない。

Ｒ．Ｔ．Ｌｏｎｇｅｔａｌ．，の「Ｕｓｅｏｆｐａｒａｓｉｔｉｃｓｔｒｉｐｔｏｐｒｏｄｕｃｅｃｉｒｃｕｌａｒｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｂａｎｄｗｉｄｔｈｆｏｒｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ」，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ３７，Ｎｏ７，Ｍａｒｃｈ２００１，ｐｐ４０６−４０８には、帯域幅を改善するとともに、円偏波を生むために、円筒形のＤＲＡの側面に１つ以上の寄生ストリップが設けられている構成が開示されている。やはり、寄生ストリップは、ＤＲＡの共振特性を変化させるためだけに構成されており、それ自体は有用な様式で放射を行なうようには設計されていない。

しかしながら、文献には、誘電体アンテナを、パッチ、ＰＩＬＡ（板状逆Ｌアンテナ）、ダイポール、スロット・アンテナなどの従来のアンテナを励起させるべく、誘電体アンテナおよび従来型の寄生アンテナの両者が有用な周波数で放射を行なうようなやり方、例えば、広帯域または複数帯域で動作する複合アンテナを提供するという観点に適合するようなやり方で使用することについて、何ら報告がないように見受けられる。

本発明によれば、第１の誘電体アンテナ・コンポーネントと第２の導電性アンテナ・コンポーネントとを備えている複合アンテナ装置であって、前記第１および第２のコンポーネントが、互いに電気的に接続はされていないが、前記第１のコンポーネントに所定の信号が供給されたときに前記第２のコンポーネントが前記第１のコンポーネントによって寄生的に駆動されるよう、相互に配置されている装置が提供される。

不明確さを避けるため、「導電性アンテナ・コンポーネント」という表現は、パッチ・アンテナ、スロット・アンテナ、モノポール・アンテナ、ダイポール・アンテナ、板状逆Ｌアンテナ（ＰＩＬＡ）、あるいはＤＲＡ、ＨＤＡ、またはＤＬＡでない他のあらゆるアンテナ・コンポーネントなどの従来のアンテナ・コンポーネントを意味している。さらに、これらのアンテナ・コンポーネントは、電気通信用途に有用なやり方で所定の１つ以上の周波数にて放射を行なうよう、特定的に設計される。「アンテナ・コンポーネント」という表現は、単に誘電体アンテナの共振特性を変更するだけの寄生パッチなどを含まず、有用かつ所定のやり方で放射を行なうように構成された実際のアンテナ・コンポーネントのみを含む。

さらに、本出願の目的において、「誘電体アンテナ」という表現は、本明細書において、ＤＲＡ、ＨＤＡ、およびＤＬＡを包含するものと定義されるが、いくつかの実施形態においては、ＤＲＡの除外が指定される。

したがって、本発明は、ＤＲＡ、ＨＤＡ、およびＤＬＡを主たる放射構造として使用し、二次的な放射構造として機能するより通常の導電性アンテナを、寄生的に励起させることに関係している。さらに、本発明の実施形態は、ＤＲＡ、ＨＤＡ、またはＤＬＡを、印刷回路基板（ＰＣＢ）などの基板上の或る種の給電構造によって励起される高誘電率セラミック材料の小片またはペレットとして構成し、主たる放射構造として使用することに関係する。二次的な寄生放射構造は給電を有しておらず、ＤＲＡ、ＨＤＡ、またはＤＬＡとの相互結合によって駆動され、銅または他の導電材料で製作されたより通常の設計であってよい。

好都合には、前記第１および第２のコンポーネントが、異なる周波数で放射を行なうように構成され、結果として、少なくともデュアルバンドの複合アンテナ装置がもたらされ、いくつかの実施形態においては、４バンドの複合アンテナ装置がもたらされる。

前記第１の被駆動のアンテナ・コンポーネントは、好都合には、誘電体基板の第１の面に取り付けられた誘電体ペレット、前記基板の第１の面に配置され、前記基板と前記誘電体ペレットとの間を延び、あるいは前記誘電体ペレットの側壁に接触しているマイクロストリップ給電、および前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に形成された導電層を備える誘電体アンテナとして構成され、前記導電層に開口が形成され、あるいは前記導電層が前記誘電体ペレットの位置に対応する位置において前記基板の第２の面から取り除かれている。

あるいは、前記第１の被駆動のアンテナ・コンポーネントを、誘電体基板の第１の面に配置されたマイクロストリップ給電、前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に形成され、自体に開口が形成されている導電層を備える誘電体アンテナとして構成でき、誘電体ペレットが、前記開口内または前記開口に少なくとも重なって前記基板の第２の面に取り付けられる。

これらの実施形態において、被駆動アンテナ・コンポーネントが、ＨＤＡである。

誘電体基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）であってよい。

これらの種類の誘電体アンテナは、本出願の出願人による同時係属中の２００３年８月１４日付の国際特許出願の国際公開パンフレット第２００４／０１７４６１号に、さらに詳しく説明されており、その開示の全体は、本明細書での参照によって本出願に取り入れられたものとする。

前記第２の寄生アンテナ・コンポーネントを誘電体基板上で前記第１の被駆動アンテナ・コンポーネントに近接して配置することができ、あるいは第１のアンテナ・コンポーネントの上面を覆うように広げてもよい。

前記第２の寄生アンテナ・コンポーネントに、例えば低Ｅ_rの誘電体材料からなるペレットで、誘電負荷を加えてもよい。

特に好ましい実施形態においては、第１のアンテナ・コンポーネントが、上記段落にて定義した誘電体アンテナを備え、第２のアンテナ・コンポーネントが、第１のアンテナ・コンポーネントよりも高い周波数または低い周波数で放射を行なうように構成された寄生非誘電体ＰＩＬＡアンテナを備えている。

本発明の複合アンテナ装置は、移動電話およびデータ端末（例えば、ＷＬＡＮまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））の用途に特に適している。

第１のアンテナ・コンポーネントは、好ましくは、高い帯域の周波数範囲（例えば、１７１０〜２１７０ＭＨｚ）をカバーすべく放射を行なうように構成される。

第２のアンテナ・コンポーネントは、好ましくは、低い帯域の１つ以上の周波数範囲（例えば、８２４〜９６０ＭＨｚ）をカバーすべく放射を行なうように構成される。

しかしながら、第１のアンテナ・コンポーネントが低い帯域の周波数範囲をカバーし、第２のアンテナ・コンポーネントが高い帯域の周波数範囲をカバーしてもよいことを、理解できるであろう。このやり方によれば、第２の寄生アンテナ・コンポーネントの寸法がより小さくなるため、１つの誘電体アンテナ・コンポーネントについて２つ以上の寄生アンテナ・コンポーネントを使用することが可能になり、それら寄生アンテナ・コンポーネントによってより多くの帯域をカバーすることが可能になる。

いくつかの実施形態においては、誘電体ペレットの側壁（例えば、ペレットにおいて誘電体基板の面と概ね直交する面）を金属化（例えば、金属塗料などで被覆する）してもよい。

特にＤＲＡを第１のアンテナ・コンポーネントとして使用する実施形態（すなわち、ペレットの下方に導電性の接地面を備えている）においては、一般に誘電体ペレットを、所望のモードおよび／または所望の周波数で共振するよう、所定の形状または構成で形成する必要がある。ＤＲＡについて、誘電体ペレットの形状および構成とその共振応答との間の関係は、当業者に周知である。

特にＨＤＡを第１のアンテナ・コンポーネントとして使用する実施形態（すなわち、ペレットの下方に導電性の接地面を備えず、あるいは幾らかしか備えない）においては、周波数応答がかなり明瞭でないため、ほぼ任意の形状のペレットを使用することができる。

上記の寄生構成の代案として、例えば一方がＰＩＦＡ（板状逆Ｆアンテナ）を駆動し、他方が誘電体アンテナを駆動する２つの給電ネットワークを有することがある。次いで、給電の組み合わせを、前記アンテナ構成にただ１つの給電点をもたらすように使用することができる。しかしながら、給電の組み合わせは損失の多いプロセスであり、マイクロストリップの軌跡がかなりの追加の基板面積を占めることになる。

本発明をよりよく理解し、本発明をどのように実現できるかを示すため、以下で添付の図面を、あくまで例として参照する。

図１は、上面２および下面３を有し、下面３に銅などで製作できるダイレクトマイクロストリップ給電線４が接している長方形の誘電体セラミック・ペレット１の一般的な例を示している。導電性の材料（例えば、銅）で製作されたＰＩＬＡ５が、ペレット１の上面２の上方を横切るように配置されている。ＰＩＬＡ５は、ペレット１にも給電線４にも電気的に接続されてはいないが、代わりに、ペレット１が給電線４によって信号を供給されて放射を生じるとき、寄生的に励起される。ＰＩＬＡ５は、ペレット１とは異なる周波数で放射を行い、したがってデュアルバンドのハイブリッド・アンテナが形成されている。

図２は、本発明の第１の特に好ましい実施形態を示しており、三角形の誘電体セラミック・ペレット１をＰＣＢ基板６の角部に取り付けて備えている。ＰＣＢ基板６は、携帯電話機（図示されていない）のＰＣＢであってよく、ペレット１が取り付けられている表面と反対の表面に、導電性接地面７を備えることができる。ペレット１は、基板６の表面上に形成されてペレット１の側面または下面においてペレット１と接している直接マイクロストリップ給電線４によって励起される。給電線４を信号源へと接続するため、コネクタ８が設けられている。この実施形態の誘電体アンテナ・コンポーネントは、広帯域誘電体アンテナ（例えば、ＨＤＡ）であってよい。さらにＰＩＬＡ９が設けられており、ＰＩＬＡ９を接地面７へと電気的に接続するとともにＰＩＬＡ９をペレット１の上面２の上方の所定の位置に保持する短絡バー１０によって支持されている。ＰＩＬＡ９が、ＰＣＢ基板６の幅を最大限に利用するような形状および構成とされていることに注意すべきである。

図２のハイブリッド・アンテナは、ＰＣＢ基板６の角部に１８００ＧＳＭ、１９００ＧＳＭ、およびＷＣＤＭＡの帯域（１７１０〜２１７０ＭＨｚ）にわたって放射を行なうための広帯域高誘電性アンテナを使用することによって、４バンドの携帯電話機用アンテナとして構成できる。ＰＩＬＡ９を、ペレット１の上方を横切りペレット１によって寄生的に励起される９００ＭＨｚのＧＳＭ帯域（８８０〜９６０ＭＨｚ）ＰＩＬＡとして構成することができる。

図３は、本発明の第２の特に好ましい実施形態を示しており、図２のものと類似しているが、ＰＩＬＡ９がペレット１の上方を横切っておらず、ペレット１の手前で止まっている点で、相違している。随意による容量性負荷フラップ１１を、ＰＩＬＡ９の縁部をペレット１の斜めの縁１２と平行に下方へと折り曲げることによって、設けることができる。フラップ１１が設けられた場合、ＰＩＬＡ９の動作周波数を下げる上で役に立ち、使用される基板６の面積がより小さくても、基板の面積の小ささを補う上で役に立つ。この第２の好ましい実施形態の構成によれば、ＰＩＬＡ９をＰＣＢ基板６に近付けて取り付けることができるため、全高（基板６に直交して測定される）のより低いアンテナを提供する上で役に立つ。

図３のハイブリッド・アンテナも、第１の好ましい実施形態と同様、幅広い帯域をカバーする広帯域ＨＤＡを、ペレット１の上面２の上方を横切ってはいない９００ＭＨｚのＧＳＭ帯域ＰＩＬＡ９を励起すべく使用することによって、４バンドの携帯電話機用アンテナとして構成できる。

図４は、本発明の第３の好ましい実施形態を示しており、図３のものに概ね相当しているが、最近の携帯電話機の筐体（図示されていない）の形状に適合するよう、ペレット１の角部、ＰＩＬＡ９の角部、および基板６の角部に、曲線状の形状が与えられている。さらに、ＰＩＬＡ９が、容量性負荷フラップ１１無しで示されている。

図５は、本発明の第４の好ましい実施形態を示しており、ＰＣＢ基板６上に斜めに取り付けられてＰＣＢ基板６の中央部からＰＣＢ基板６の角部へと延びている長方形の誘電体ペレット１’を備えている。導電性接地面７が、基板６のペレット１が配置されている表面と反対の表面に設けられている。図３に示した形式のＰＩＬＡ９が設けられ、ペレット１’の上方を横切っている。この実施形態は、ペレット１’に使用されるセラミック誘電体材料が図２〜４の実施形態よりも少なく、したがって重量がより小さい。

図６（ａ）および６（ｂ）は、図５の実施形態の代案となる構成を、ＰＣＢ基板６の下方から示している。図６（ａ）および６（ｂ）においては、接地面７の一部分１３が、基板６の反対側のペレット１’の位置に概ね対応する領域において、取り除かれている。接地面７の取り除かれた部分１３は、図示のとおり先鋭な形状または曲線状の形状を有することができるが、対角線に沿って取り除いてもよく、あるいは他の任意の適切な形状を有してよい。ペレット１’の下方において接地面７の一領域１３を取り除くことによって、帯域幅を、当該アンテナが仕える帯域の数に適合するように調節することができる。さらにアンテナの効率も、このやり方で調節することができる。

図７は、本発明の第５の好ましい実施形態を示しており、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ／ＷＬＡＮ８０２．１１ｂの帯域（２．４〜２．５ＧＨｚ）およびＷＬＡＮ８０２．１１ａの帯域（４．９〜５．９ＧＨｚ）で動作するように設計されたデュアルバンドの無線ＬＡＮアンテナを備えている。このＷＬＡＮアンテナは、ＰＣＢ基板６の片面に印刷された直接マイクロストリップ給電線４上に長方形の高Ｅ_r誘電体セラミクス・ペレット１’’を取り付けて備える被駆動誘電体アンテナで構成されている。寄生ＰＩＬＡ９がペレット１’’に近接して設けられており、さらにＰＩＬＡ９に、低Ｅ_r誘電負荷ペレット１４が、やはり給電線４に接触して設けられている。誘電体ペレット１’’が高い方の帯域で放射を行い、ＰＩＬＡ９が低い方の帯域で放射を行なう。この組み合わせが、図８のＳ₁₁リターンロスのプロットに示すとおり、給電点を１つしか持たないがデュアルバンドの性能を備えている装置をもたらす。

他の好ましい実施形態（図示されていない）においては、概ね図１〜８に関して説明したハイブリッド・アンテナを設けることができるが、被駆動誘電体アンテナ・コンポーネントが低い方の周波数で放射を行い、寄生要素が、高い方の周波数で放射を行う。より高周波の寄生アンテナ・コンポーネントの寸法はより小さいため、２つ以上の寄生アンテナ・コンポーネントを使用でき、したがってさらなる帯域をカバーすることができるようになる。

本発明の好ましい特徴は、本発明の全ての態様に対して適用可能であり、考えられる任意の組み合わせにて使用することができる。

本明細書の説明および特許請求の範囲の全体を通じて、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ」，ならびに「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などのこれらの用語の変種は、「を含んでいるが、それ（ら）に限られるわけではない」という意味であり、他のコンポーネント、完全体、一部分、添加物、またはステップを排除しようと意図するものではない（実際に排除するものでもない）。

寄生ＰＩＬＡが設けられた被駆動誘電体アンテナを示す。ＰＣＢの角部に取り付けられた広帯域誘電体アンテナを示し、当該誘電体アンテナの上方を寄生ＰＩＬＡが横切っている。ＰＣＢの角部に取り付けられた誘電体アンテナを示し、寄生ＰＩＬＡは、当該誘電体アンテナに近接しているが、上方を横切ってはいない。最近の携帯電話機の筐体内に適合する実用的なハイブリッド・アンテナの設計を示す。ＰＣＢに取り付けられた長方形の誘電体アンテナを示し、当該誘電体アンテナの上方を寄生ＰＩＬＡが横切っている。図５のＰＣＢの下面を示し、ＰＣＢの角部から接地面の一部が取り除かれている。図５のＰＣＢの下面を示し、ＰＣＢの角部から接地面の一部が取り除かれている。被駆動の誘電体アンテナと当該誘電体アンテナに近接して取り付けられた寄生のＰＩＬＡとを備えるデュアルバンドのＷＬＡＮアンテナを示す。図７のアンテナのＳ₁₁リターンロスのプロットを示す。

Claims

第１の誘電体アンテナ・コンポーネントと第２の導電性アンテナ・コンポーネントとを備えている複合アンテナ装置であって、
前記第１および第２のコンポーネントは、互いに電気的に接続はされていないが、前記第１のコンポーネントに所定の信号が供給されたとき、前記第２のコンポーネントが前記第１のコンポーネントによって寄生的に駆動されるように相互に配置されていることを特徴とする装置。
前記第１のアンテナ・コンポーネントが、誘電体基板の第１の面に取り付けられかつ給電機構が備えられている誘電体ペレットとして形成された誘電体共振器アンテナを備え、
前記誘電体基板の第２の反対側の面に、少なくとも前記第１の面の前記ペレットによって占められている領域に対応する領域を覆う導電性接地面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記第１のアンテナ・コンポーネントが、誘電体基板の第１の面に取り付けられかつ給電機構が備えられている誘電体ペレットとして形成された高誘電体アンテナを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記第１のアンテナ・コンポーネントが、誘電負荷アンテナを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記第２のアンテナ・コンポーネントが、パッチ・アンテナ、スロット・アンテナ、モノポール・アンテナ、ダイポール・アンテナ、または板状逆Ｌアンテナであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
前記第１および第２のアンテナ・コンポーネントが、異なる周波数で放射を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
前記第１のアンテナ・コンポーネントが、誘電体基板の第１の面に取り付けられた誘電体ペレット、前記基板の第１の面に配置されて前記基板と前記誘電体ペレットとの間を延びているマイクロストリップ給電部、および前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に形成された導電層を備え、
前記導電層に開口が形成され、あるいは前記導電層が前記誘電体ペレットの位置に対応する位置において前記基板の第２の面から取り除かれていることを特徴とする請求項３または請求項３に従属するいずれかに記載の装置。
前記第１のアンテナ・コンポーネントが、マイクロストリップ給電部を誘電体基板の第１の面に配置して備える誘電体アンテナ、前記基板の前記第１の面と反対の第２の面に形成され、自体に開口が形成されている導電層を備え、誘電体ペレットが、前記開口内または前記開口に少なくとも重なって前記基板の第２の面に取り付けられていることを特徴とする請求項３または請求項３に従属するいずれかに記載の装置。
前記第２のアンテナ・コンポーネントが、前記第１のアンテナ・コンポーネントに近接して位置していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
前記第２のアンテナが、前記第１のアンテナ・コンポーネントの上面の上方へと広がっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
前記第１のアンテナ・コンポーネントが、前記第２のアンテナ・コンポーネントよりも低い周波数で放射を行なうように構成されていることを特徴とする請求項６または請求項６に従属するいずれかに記載の装置。
前記第１のアンテナ・コンポーネントが、前記第２のアンテナ・コンポーネントよりも高い周波数で放射を行なうように構成されていることを特徴とする請求項６または請求項６に従属するいずれかに記載の装置。
添付の図面を参照しつつ本明細書に実質的に記載され、あるいは添付の図面に実質的に示された複合アンテナ装置。