JP3457672B2

JP3457672B2 - モノポール・ワイヤプレートアンテナ

Info

Publication number: JP3457672B2
Application number: JP50848695A
Authority: JP
Inventors: ドラヴォー、クリストフ; ジェコ、ベルナール
Original assignee: ユニヴェーシテドリモージュ
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: EP0667984B1; FR2709878B1; CN1114518A; EP0667984A1; CN1059760C; AU7617994A; DE69411885D1; US6750825B1; FR2709878A1; WO1995007557A1; JPH08503595A; CA2148796A1; DE69411885T2; CA2148796C

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、接地プレーン（ground plane）と、給電ワ
イヤ（feed wire）により発信器（generator）または受
信器（receiver）に接続される容量天板（capacity top
plate）である第１の放射素子と、この容量天板を接地
プレーンに接続する放射導電体ワイヤである第２の放射
素子とからなる型のモノポール・ワイヤプレートアンテ
ナに関する。

この種のアンテナはフランス国特許Ａ−2,668,859号
により知られている。

このアンテナは、誘電性基板の両面に配置した２つの
金属面により構成される。両金属面の一方（一般に大き
い方）は接地プレーンを構成し、他方は容量天板を構成
する。このアンテナには給電ワイヤを介して給電され
る。給電ワイヤは、接地プレーンおよび前記基板を貫通
して容量天板に接続される同軸プローブにより形成され
る。

このアンテナの特徴は、同軸給電プローブに並行し
て、接地プレーンを容量天板に接続するアクティブ放射
ワイヤを有することである。このワイヤは、接地への帰
路（return）を形成する。このようなアンテナは、２つ
の共振現象の座（seat）を提供し、このことからダブル
共振アンテナ（double resonant antenna）と呼ばれる
ことがある。

このアンテナの物理的パラメータ、すなわち、電気的
基板の誘電率、その厚さ、給電ワイヤの半径、放射ワイ
ヤの半径、２本のワイヤ間の距離、ならびに、容量天板
および接地プレーンの形状および寸法は、論理的には、
任意の値をとりうる。しかし、このアンテナが適切に動
作するか否かはこれらのパラメータの関係に依存し、こ
れによって、可能性が制限され、場合によっては、技術
的な観点から満足するには困難な制約が課せられる。

よって、このアンテナの適切な整合（マッチング）を
得るためには、好ましくは、誘電率が非常に小さいこと
（ε_ｒ＜２）、同軸プローブと放射ワイヤとの間の間隔
が放射波長に比べて非常に小さいこと（ｄ＜λ₀/50）、
および同軸プローブの半径が少なくとも放射ワイヤの半
径の５分の１以下であることが必要である。一方、容量
天板の形状は実際上任意であり、ただその表面積のみが
重要である。さらに、空中線（aerial）の整合の観点か
らは、その高さは比較的高く、但しλ₀/18を越えないこ
とが望ましい。接地プレーンの表面が容量天板のそれよ
り少なくとも10倍以上であれば、接地プレーンの形状お
よび寸法を変更したとき、アンテナの整合はわずかにし
か変化しないが、すべてのモノポール放射アンテナと同
様に、放射パターンは相当変化する可能性がある。

このアンテナの動作は、主として、空洞共振の生じな
い、給電プローブと放射ワイヤとの間の結合（couplin
g）の現象から生じる。

後述する条件下で放射ワイヤを追加することにより、
抑止アンテナ（suppressed antenna）の共振の従来モー
ドの周波数よりはるかに低い周波数で並列共振（parall
el resonance）を発生する。アンテナの物理的パラメー
タを適切に選択することにより、一方では、アンテナを
従来の発信器および受信器に適切に整合させることがで
きる、換言すれば、アンテナのインピーダンスの虚部が
相殺されるときその実部が所定の値（一般には50オー
ム）を有する。他方、典型的なモノポールの放射特性を
有するいわゆるモノポール形放射を得ることができる。
その特性とは、・回転対称のローブ（lobe）、・接地プレーン（これが非常に大なるとき）に平行な方
向に最大の放射、および、ワイヤの軸方向にゼロの放
射、・アンテナに垂直な面における電界の直線的ポラリゼー
ション（lenear polarization）、である。

したがって、上記フランス特許は従来アンテナに対し
て次のような優位性を有する。すなわち、設計および構
造が比較的簡単でかつ使用波長に比べて小さい寸法を有
し、所定のゲインで適正な整合が行える。また、従来の
抑止アンテナより広い通過帯域を有し、かつ、周波数の
関数としてのモノポール形の安定な放射を有する。さら
に、ネットワーク内に使用可能である。しかし、次のよ
うな欠点を有する。

特に、このアンテナをモノポール放射の条件下におく
と、各ワイヤの寸法および両ワイヤ間の距離が、信号波
長λより十分に小さくなければならない。このことは、
特にマイクロ波の領域において、技術的な困難性および
脆弱性の原因となる。さらに、低周波数において使用す
る場合には、既に波長より十分小さい寸法ではあるが、
移動体通信の用途においてはなお大きすぎることにな
る。その上、使用基板の誘電率が１から大きくずれてい
るとき、アンテナの整合を行うことが困難であり、その
通過帯域は比較的狭くなる。今一つの問題は、例えば、
より大きい最大ゲインを得るため、あるいは、より大き
い空間的カバー範囲を得るため、モノポール放射の形状
を調整することが容易ではない、ということである。

本発明は、これらの問題点を解決しようとするもので
ある。

この目的のため、本発明のモノポール・ワイヤプレー
トアンテナは、接地プレーンと、給電ワイヤにより発信
器または受信器に接続される容量天板としての第１の放
射素子と、この容量天板を接地プレーンに接続する放射
導電体ワイヤとしての第２の放射素子とを備え、このア
ンテナは、モノポール放射として動作するよう、上記放
射素子の少なくとも一方を複数有することを特徴とす
る。

このような構成により前述した問題を解決することが
できることが、以下の説明から理解されよう。

なお、「ワイヤ」という用語は、円形断面を有する導
電体のみならず、任意の断面、例えばリボンのような断
面を有するものをも含むと理解されたい。同様に、接地
「プレーン」および容量天板または天板は、特に、特別
な形状（例えば大きな最大ゲインを有する狭い形状、あ
るいは所定の扇形のイルミネーション（illumination）
を有する広い形状）のモノポール放射を得るためには、
互いに平行でない湾曲した表面を有するものでもよい。

特定の１動作モードにおいて、本アンテナの特性、特
に、容量天板の形状を選定することにより、同一周波数
または幾つかの近接周波数において、モノポールモード
と従来のダイポールモードの両モードで動作するアンテ
ナが得られる。

また、特定の一実施例において、本発明のアンテナ
は、複数の導電体ワイヤを有する。

特に、本発明のアンテナによれば、従来技術に比べ
て、より簡単に、かつ、より緩やかな技術的な条件の下
でモノポール放射および良好な整合を得ることができ
る。

さらに具体的には、放射ワイヤは給電ワイヤに対して
対称に配置してもよい。

他の特定の実施例において、本発明のアンテナは複数
の容量天板を有し、かつ、そのうちの少なくとも１つが
発信器に接続されるよう構成される。

この後者の場合、本発明のアンテナには、接地プレー
ンを貫通する同軸プローブにより給電することができ
る。その給電ワイヤは１つの容量天板に接続され、その
外側導体は、給電ワイヤに接続された当該容量天板と接
地プレーンとの間に位置するもう１つの容量天板を接地
プレーンへ接続する。

複数の容量天板を有する本発明によるアンテナは、広
い通過帯域を提供するよう、もしくは複数の共振周波数
を提供するよう、または、与えられたテンプレートに近
いモノポール放射パターンを提供するよう構成すること
ができる。

特定の実施例において、容量天板はほぼ長方形の形状
をしており、放射ワイヤはその長方形の短辺近傍に接続
される。

この構成によれば、接地プレーンに対して、容量天板
の面積および高さを低減することができる。この動作条
件は、アンテナの寸法が重要である低周波数アンテナ
（典型的にはラジオ（radio）アンテナ）の場合、きわ
めて重要となる。

給電ワイヤおよび放射ワイヤは、そのワイヤに沿って
配置されまたは広がった回路素子を装着することができ
る。

これらの回路素子は、受動線形素子（抵抗、誘導コイ
ル、キャパシタ、任意のインピーダンス）または能動線
形素子のみならず、非線形素子であってもよい。これら
を適切に選択することにより、例えば、アンテナの寸法
を小さくし、もしくは、信号周波数を変更し、または、
幾つかの信号周波数を切り替えることが可能になる。

本発明の特定の実施例について、以下、添付の図面を
参照しながら説明するが、これは例示のためであって、
本発明を制限するものではない。

図1,2a,2bは、本発明の３つの実施例の３つの斜視図
であり、図3a,3b,3cは、それぞれ、図１に示した実施例による
アンテナの等価インピーダンスＺ（ｆ）、反射係数S₁₁
（ｆ）の実部および虚部を示し、図4a、4bは、それぞれ、同アンテナについてのワイヤ
のプレーン内およびこれの直交プレーン内で得られるゲ
インを示し、図5a,5b,5cは、それぞれ、図２の実施例によるアンテ
ナのインピーダンスＺ（ｆ）の実部および虚部、反射係
数S₁₁（ｆ）を示し、図6a,6bは、同アンテナについての、異なる周波数に
おいてワイヤのプレーン内で得られるゲインを示す。

図１のアンテナは、誘電体基板１からなる。その表面
の一面２は、その全面を金属化して接地プレーンを構成
し、他面３は、部分的に金属化して容量天板を構成して
いる。同軸給電プローブ４は、接地プレーン２および基
板１を貫通し、容量天板３に接続されている。放射導電
体ワイヤ５も基板１を貫通して接地プレーン２を容量天
板３に接続している。

放射ワイヤ５は、理論的には、アンテナの容量天板３
の下部のどこにでも配置することができるが、その位置
に依存して、このアンテナ動作に対する影響が重大であ
ったり、なかったりする。さらに、使用する放射ワイヤ
の個数が多すぎる（４を越える）場合には、二重共振現
象を減衰させ、かつ、この空中線をマイクロ波発信器に
整合させる観点からはこのアンテナを使用できなくな
る。

さらに、アンテナの接地プレーン２および天板３が設
けられた誘電体基板１は、必ずしも単一の誘電体材料で
形成する必要はなく、任意の複数の誘電定数の層を積層
したものであってもよい。基板１の形状および寸法は任
意であるが、概して言えば、実用上の理由により、その
寸法は、接地プレーン２の寸法を超えない。

放射ワイヤを追加する毎に、アンテナの物理的なパラ
メータが新たに発生する。すなわち、それらのパラメー
タは、追加された放射ワイヤの半径、同軸給電プローブ
からの距離、他の放射ワイヤからの距離である。これら
の新たな物理的パラメータは、アンテナの物理的パラメ
ータ相互間の関係を複雑にするが、実際には、問題を簡
略化し、モノポール・ワイヤプレートアンテナの動作を
得るために必要な制約を軽減する。

すなわち、給電プローブ４のワイヤは、もはや、その
直径が放射ワイヤの直径より十分小さくなければならな
い必要はなく、同等またはより大きい半径を有してもよ
い。また、ワイヤ５は、もはや、同軸給電プローブ４に
十分接近させる必要はなくなり、好ましくは、アンテナ
の天板の端の方に位置すべきである。ワイヤ５の半径
は、好ましくは、給電プローブの半径より小さい。ワイ
ヤ５の本数が多いほど、あるいは給電プローブへ近づく
ほど、ワイヤ５の半径は小さくなければならない。

単一本の放射ワイヤを有する二重共振アンテナと比べ
て、幾つかの放射ワイヤを有する本アンテナは、同じ周
波数で動作するには、概して、より大きな天板と僅かに
高い高さを有する。しかし、誘電体媒体の使用あるいは
積層した異なる誘電体媒体の使用により、これらの寸法
を低減することができる。しかも、単一本の放射ワイヤ
を有する二重共振アンテナが、極めて小さい誘導率（ε
_ｒ≦1.2）の基板に対してのみ適正に50オームに整合す
るのに対し、放射ワイヤを追加することにより、任意の
基板または基板の組み合わせ上に形成したあらゆるモノ
ポール・ワイヤプレートアンテナの整合を極めて容易に
行うことができる。

さらに、実際的な見地から、場合によっては、例えば
同軸給電プローブ４をアンテナの容量天板３の中心に位
置させることにより、同軸給電プローブ４に対してワイ
ヤ５を対称に配置することが好ましい。

幾つかの放射ワイヤを有する二重共振アンテナの動作
原理は、１本のワイヤのみを有する二重共振アンテナの
動作原理と同様である。新たなワイヤを追加しても、各
放射ワイヤに関連した並列共振は生じないが、１本の放
射ワイヤにより生じた共振に変化を与える。

実際、第１の近似では、二重共振の現象は、アンテナ
の容量を短絡する、複数のワイヤ５全体に対応する“イ
ンダクタ等価物（inductor equivalent）”により生成
される。このインダクタは、各ワイヤ５に関連するイン
ダクタを並列に配置するという観点から、より小さくな
る。このことから、共振周波数が高周波数側へシフトす
ることの理由、および、この共振がより低い質係数（qu
ality coefficient）を有することの理由が説明され
る。大きな誘電率の誘電体基板を用いて、主としてワイ
ヤ間の相互インダクタンスを変化させることにより、再
び共振周波数を低減し、質係数を増大させることができ
る。

二重共振の質係数を減少させることは、空中線をマイ
クロ波発信器に整合させるという観点からは非常に有利
であると思われる。なぜなら、それによって、より広い
周波数帯域にわたり、そのインピーダンスの実部を50オ
ームに維持するとともに虚部を０に維持することがで
き、その結果、通過帯域の拡大が図れるからである。

これらの性質は概略的なものであり、任意の動作周波
数においてはやはりアンテナパラメータの選定は非常に
困難である。また、使用する周波数の選択はユーザに任
せられる。

したがって、与えられた周波数に対する適正な整合を
得るには、次のような手順を採る。

・適切な動作周波数を与える天板３の表面積、基板１の
高さ、および放射ワイヤの本数の選定、・周波数調整ならびにインピーダンスの実部および虚部
の調整を可能とし、よってアンテナの整合の最適化を可
能とするワイヤ５の位置、それらの半径、およびそれら
の間の距離の選定、・放射パターンを決定する接地プレーン２の寸法の選
定。

幾つかの放射ワイヤを有するモノポール・ワイヤプレ
ートアンテナは、単一本放射ワイヤを有する二重共振ア
ンテナと同様の放射特性、すなわち、給電ワイヤおよび
放射ワイヤを介して生じるモノポール形の放射、を有す
る。

ワイヤ５の本数を増加させれば、アンテナの中心に配
置した給電プローブ４に対してワイヤ群５を対称に配置
することにより、その放射を完全に対称にすることが可
能になる。

接地プレーン２の寸法、および基板１の寸法（これの
寄与の程度は小さいが）により、任意のモノポール放射
アンテナの場合と同様、放射パターンを変形することが
できる。

以下、２本のワイヤ５と直径1.27mmの同軸給電プロー
ブ４を有する図１に示した形のアンテナの特性について
説明する。この２本のワイヤ５は、プローブ４に対して
対称に配置されている。また、ワイヤ５の各々の軸はプ
ローブ４の軸から3.3mm離れている。誘電体基板１は、
寸法72mm×72mm、厚さ10mm、誘電率約2.5のメチルポリ
メタクリレートのプレートで構成されている。接地プレ
ーン２は、プレート１の一面全体を被覆し、その反対面
上の中心に寸法20mm×20mmの容量天板３が位置してい
る。

図3c〜図６は、実線で測定値を示し、破線で理論値を
示している。図3a,3bは、それぞれ、アンテナの入力イ
ンピーダンスの実部および虚部を示しており、図３はこ
れから生じる反射係数を示している。

同様に図4a,4bは、それぞれ、アンテナの全周囲にわ
たって求められた、ワイヤのプレーン内で得られるゲイ
ンと、ワイヤプレーンに直交するプレーン内で得られる
ゲインを示している。

これらの結果から、アンテナの優れた整合（図３）お
よび、接地プレーンのエッジの回折効果により変形され
たモノポール放射の典型的な形状（図４）が検証され
る。このアンテナは、1.77GHzの周波数で、−20dB（入
射パワーのほんの１％が反射される）のオーダーの反射
係数S₁₁（ｆ）を有する。

図４において、この同じ周波数1.77GHzで得られたゲ
インは、すべての損失（ミス整合、抵抗性および誘導性
損失）を反映して、45度で約2.5dBの最大値に達してい
る。これは、接地プレーンの寸法に依存した放射パター
ンの変形による。

単一放射ワイヤを有する二重共振アンテナが従来のア
ンテナに比べて有する利点、および、幾つかの放射ワイ
ヤを有する二重共振アンテナが有する利点に加えて、こ
の種のアンテナにさらに放射ワイヤを追加することによ
り、新たな利点が生じる。

実際、新たな放射ワイヤを追加することにより、アン
テナの物理的パラメータに関して格段に自由度が高ま
る。すなわち、・空中線の整合が容易になる、・大きい誘電率の基板を使用可能となる、・通過帯域の拡大:SWRが２のとき帯域の８％、SWRが5.8
のとき帯域の20％（−3dBの［S11］）、・必ずしも独特ではなく、容易に調整されるアンテナの
物理構造、・全空間にわたって放射パターンを完全に対称にでき
る。

適正な動作を得るために物理的パラメータに課せられ
た制約がより緩やかになるので、空中線の技術的な製造
は容易になると考えられる。

製造の観点からは、次のような効果が得られる。

・放射ワイヤの追加および大きい直径の同軸プローブの
使用により、アンテナの強度を増加させることができ
る、・天板をワイヤアセンブリで支持することにより、誘電
体基板を用いずにアンテナを製造できる、・アンテナの製造を容易にするとともに剛性を増強する
誘電体基板を用いることができる。

図2aの実施例では、その誘電体は周囲の空気である。
接地プレーン10の上には第１の容量天板11が装着され、
さらにこの上に第２の容量天板12が装着されている。接
地プレーン10を貫通して発信器に接続された同軸給電プ
ローブ13に対して、第１の容量天板11のみが接続されて
いる。

第１の容量天板11は、さらに、２本の導電体ワイヤ1
4,14'により接地プレーン10に接続されている。両ワイ
ヤ14,14'は、図１の実施例のワイヤ５と同様に、プロー
ブ13に対して配置されている。第２の容量天板12は、２
本の放射ワイヤ15,15'により第１の容量天板11に接触し
て接続されている。その接続箇所は、天板11の裏面のプ
ローブ13の接触点とワイヤ14,14'の両接触点との間に位
置する２点である。

以下、このようなデバイスにより、２つの共振周波数
が生じることを説明する。

図2bの実施例において、プローブ13のアセンブリは接
地プレーン10を貫通する。その管状外側導体13"は、接
地プレーン10を第１の容量天板11に電気的に接続する一
方、中心導体13'は上側の容量天板12に接続される。

この場合、天板12は、細長い長方形の形状をしてい
る。放射ワイヤ15,15'は、天板12の短辺12'に近い箇所
において天板12に接続される。

ワイヤ15,15'は、この場合、適当なインピーダンスを
有する回路20,20'（能動または受動）を装着している。
勿論、図2a,2bの実施例において、より多数の天板の使
用、および、放射ワイヤの異なる配置も考えられる。

以上から、天板の形状は実際上任意であり、その表面
の面積のみが重要であることが理解されよう。実用上の
理由および簡略化のため、最小表面を有する天板12を、
接地プレーン10上の最上部へ位置させ、大きい方の天板
11を接地プレーン上の中間部に位置させることができ
る。給電プローブは、接地プレーンを貫通して大きい方
の天板11にのみ接続される。したがって、主として最も
低い共振（the lowest resonance）に関して機能するの
は、低い方のステージ（段）に関連する物理的パラメー
タであり、最も高い共振（the highest resonance）
は、一方で上位ステージに関連する物理的パラメータに
より定められるとともに同軸給電プローブ13を含む底部
ステージの物理的パラメータによって定められる。

このように、底部ステージに関連する物理的パラメー
タに課せられるべき条件は、図１を参照して前述した説
明から既知であるが、最も高い共振に過度の条件を課さ
ないようにそれらのパラメータを変更する必要がある。
実際、50オームへの整合の見地から、次の各事項に対す
る処置の組み合わせにより、第２の二重共振を活用でき
るようにすることが必要である。その各事項は、まず、
第１のステージに関連するすべての物理的パラメータ、
次に、第２のステージに関連し、両共振に影響を与える
物理的パラメータ（すなわち、上側天板12の寸法、第２
ステージの誘電体基板の誘電率の値およびその厚さ）、
さらに、第１の共振とは独立に第２の共振にのみ作用す
る物理的パラメータ（すなわち、上側放射ワイヤ15,15'
および両ワイヤ間の距離）である。

全体として、同軸給電プローブ13は大きな直径を有
し、底部ステージの放射ワイヤ14,14'は同軸給電プロー
ブ13から離間しその半径の３分の１または４分の１以下
の半径を有し、上側ステージの放射ワイヤ15,15'は給電
プローブの直径と同じかそれ以上の直径を有するととも
にワイヤ14,14'がプローブ13から離間していると同じ様
に互いに離間することが好ましいと考えられる。さら
に、両天板の下側のワイヤの位置は任意であり、両ワイ
ヤの間隔のみが重要である。但し、中心から対称に配置
することにより、放射パターンを対称にすることができ
る。各アンテナのそれぞれの高さは、好ましくは、放出
される波長に対して同じオーダーの大きさであり、λ₀/
15を越えない。

各天板の面積は、越えてはならない最大の大きさと思
われる面積について、比率1.4の２つの近い共振を保持
したい場合には、過度に異なってはならない。誘電体基
板に関しては、誘電体基板によって、両共振を一致させ
たり、離間させたり、さらには、共振の質係数を変更し
たりすることもできる。

本デバイスの動作原理は、アンテナの各天板について
の二重共振アンテナの動作原理と同じであるが、上側の
天板に対して接地プレーンとして作用しうる下側の天板
の存在によって、現象が複雑になる。しかも、同一ステ
ージの両ワイヤ間だけでなく、異なるステージのワイヤ
間でも結合現象が生じる。よって、給電プローブを含む
第１のステージに関する二重共振現象は、実際上、上側
のステージによる共振とは独立であるが、上側のステー
ジによる各共振は下側のステージに関連する共振に強く
依存する。

この場合、等価回路の確立は困難に思われるが、従来
の印刷アンテナの空洞共振モードよりはるかに低く位置
する並列共振は、常に、放射ワイヤ（および多分、天板
および下側放射ワイヤ）を介した短絡により、本デバイ
スの各天板により与えられる容量のレベルで出現する。

これらの性質は概略的なものであり、任意の信号周波
数によりアンテナ物理的パラメータは大きく異なる。

放射素子を増加させた二重共振アンテナは、次の２つ
の異なる態様で採用できる。すなわち、本アンテナは、
まず、広通過帯域のデバイスとして用いられる。この場
合、各重畳素子（superposed element）の特性は、50オ
ーム広帯域への整合を実現するために、各アンテナの動
作周波数帯がオーバーラップするものでなければならな
い。あるいは、この種の空中線は、複数の共振周波数を
有すると共に同一の放射パターンを有するデバイスとし
て用いられる。この場合、各動作周波数帯域は隣接する
帯域と異なる必要がある。

しかし、本デバイスの望まれる使用態様が何であれ、
本デバイスの適正な動作は、以下のようにして得られ
る。設定すべき多数の物理的パラメータがあり、かつ、
特定のパラメータはすべての共振を変化させるという事
実を考慮すると、ステージ毎に、かつ、大きな影響力を
もつ物理的パラメータの設定から始めることが重量であ
る。よって、まず、給電プローブを含む下側ステージに
関連するパラメータの選択を行うことが必要であり、次
に、本デバイスの50オームへの整合を最適化するため
に、ステージ毎に、主として各共振に関わる物理的パラ
メータを選択する。

したがって、次の手順を実行する。

・適正な動作周波数を与える各天板の寸法、高さ、基
板、各ステージにおける放射ワイヤの本数を選定する。

・１本または複数本の同軸給電プローブが位置するステ
ージに関するワイヤの位置、半径およびワイヤ間隔を選
定する。これは、総ての共振に影響を与える他のステー
ジの物理的パラメータ（すなわち、天板の寸法、高さ、
および基板の誘電率の値）を再調整しながら行う。これ
によって、各共振周波数を調整する。このことは、給電
プローブを含むステージに関する共振にのみ関係するイ
ンピーダンスの実部および虚部を厳密に設定することと
関連する。その結果、本デバイスの第１の周波数に対す
る整合を最適化することができる。

その後、先のステージの真上のステージから始め、本
デバイスの各天板形成部分について、以下の手順を実行
する。

・そのようなステージに関連する共振のみを変更するよ
うワイヤの位置、半径およびワイヤ間隔、ならびに上側
ステージに関連するそれらを選定し、よって、当該共振
周波数を調整し、かつこの周波数に対する本デバイスの
整合を最適化するためにインピーダンスの実部および虚
部を調整する。上側の共振を変更することはできるが、
これは、上側の共振に関するパラメータを最適化した後
に再度行う。

・最後に、放射パターンを決定するために、接地プレー
ンの寸法を選定する。

本デバイスの放射は、実質的に、重畳された二重共振
アンテナの各々のレベルに置かれたワイヤにより発生す
る。よって、本デバイスにより生成される放射は、モノ
ポールの放射と同じ特性を示す。

しかし、本デバイスは、“二重共振”現象が印刷アン
テナの空洞共振モードよりはるかに低い位置にあるの
で、周波数の関数としての放射パターンの格別の安定性
を示すことに留意されたい。

但し、接地プレーンのエッジによる回折により周波数
が実質的に変化するときには、放射パターンのわずかな
変動が観察されうる。これは、すべてのモノポール放射
アンテナの場合と同様、波長に依存して変化する。

図５及び図６は、図２に示した型のアンテナであっ
て、接地プレーン10が99mm×99mm、下側容量天板11が39
mm×39mm、上側容量天板12が26mm×26mmの各寸法を有す
るものにより得られた結果を示す。容量天板11は接地プ
レーン10から10mm離れ、２つの容量天板11,12も10mm離
れている。同軸給電ブローブ13および放射ワイヤ15,15'
は、直径1.27mmであり、放射ワイヤ14,14'の直径は0.4m
mである。ワイヤ15と15'は6.6mm離れ、ワイヤ14と14'は
各々給電プローブ13から9.9mm離れている。

２つの重畳されたアンテナの各々の基本的な共振空洞
型モードの共振周波数は、それぞれ、約3.8GHzおよび5.
7GHzに位置する。ワイヤの位置は、本アンテナが当該共
振モードでも動作するように決定することができる。

図５、６において、理論的結果は実線で示し、実験結
果は破線で示してある。

図５は、本アンテナの電気的特性、すなわち、入力イ
ンピーダンスの実部と虚部（図5a,5b）、および50オー
ムについて測定された反射係数（図5c）を示す。図6a,6
bは、それぞれ、1.2GHzおよび2.1GHzの２つの動作周波
数における本アンテナの全周囲にわたって求められた、
ワイヤのプレーン内で得られたアンテナのゲインを示
す。

本アンテナは、約1.1GHzおよび2GHzに位置する２つの
“二重共振”を有する。アンテナの物理的パラメータの
最適化が不完全である場合、1.2GHzおよび2.1GHzにおい
て−12dBのオーダーの２つの反射係数が得られる。高い
共振周波数の決定のレベルで観察される誤差は、理論的
に設計されたアンテナを実際に具体化する際のわずかな
誤差に起因するものである。

２つの動作周波数において、モノポール型の放射が観
察される。この放射は、接地プレーンによる回折により
わずかに変形している。最も大きく変形されているパタ
ーンは、最も高い周波数で求められたパターンである
が、アンテナの前方放射（−90゜＜０＜90゜）は、0.9G
Hzだけ離れた（実験曲線）２つの動作周波数において
は、実際上、同一である、ということが分かる。

２つの動作周波数で得られたゲインの値、すなわち、
ｆ＝1.2GHzで1.4dB、ｆ＝2.1GHz（実験曲線）で1.9dB
は、これらの周波数で得られた−12dBの整合に関して予
期された値と一致しており、50オームへの最適化整合に
よって増加させることができる。

ワイヤのプレーンと直交するプレーン内で得られる放
射についての同様の結果（図示せず）が得られる。

この多ステージデバイスにより、多数の“二重共振”
（互いに近接していようがいまいが）を生成することが
できる。よって、このようなデバイスは、直ちに、主と
して次のような２つの興味ある結果をもたらす。

・重畳したアンテナの各々に関連する通過帯域のオーバ
ーラップによって得られる、50オーム超広帯域への整
合。−3dBの［S₁₁］に対して通過帯域の75％は、たった
２本の重畳アンテナによって得られた。

・互いに近接したまたは離間した異なる周波数帯域での
マイクロ波発信器に対する整合。

さらに、重畳二重共振アンテナの技術は、完全なデバ
イスが二重共振アンテナの特性、特に、上述した利点、
を余さず保持するようにすることができる。

さらに、周波数の関数として実用上安定であるモノポ
ール型の放射が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェコ、ベルナールフランス国、リモージュセデックスエフ・87060、アヴニューアルベール・トマ、123、アイ・アール・シー・オー・エム (56)参考文献特開平２−174404（ＪＰ，Ａ) 特開平２−162804（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−131609（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−71702（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−41205（ＪＰ，Ａ) 米国特許4575725（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 5/00 H01Q 9/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】モノポール・ワイヤプレートアンテナであ
って、接地プレーン（2,10）と、給電ワイヤを介して発
信器または受信器に接続される容量天板（3,11,12）と
しての第１の放射素子と、前記容量天板を前記接地プレ
ーンに接続する導電体ワイヤ（5,14,14'15,15'）として
の第２の放射素子とを備え、前記アンテナがモノポール
放射を行うよう前記放射素子の少なくとも一方を複数個
有することを特徴とするモノポール・ワイヤプレートア
ンテナ。
【請求項２】請求項１記載のアンテナであって、複数の
放射ワイヤを有するアンテナ。
【請求項３】請求項２記載のアンテナであって、前記放
射ワイヤは前記給電ワイヤに対して対称に配置されるア
ンテナ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ
であって、複数の容量天板を有し、該容量天板の少なく
とも１つは、前記発信器に接続されるよう構成されるア
ンテナ。
【請求項５】請求項４記載のアンテナであって、該アン
テナは前記接地プレーンを貫通する同軸プローブによっ
て給電され、該同軸プローブの給電ワイヤは１つの容量
天板に接続され、前記同軸プローブの外側導体は、前記
給電ワイヤに接続された容量天板と前記接地プレーンと
の間に位置するもう１つの容量天板に前記接地プレーン
を接続するアンテナ。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ
であって、少なくとも２つの容量天板を有し、広通過帯
域を有するよう構成されたアンテナ。
【請求項７】請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ
であって、複数の容量天板を有し、複数の共振周波数を
有するよう構成されたアンテナ。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ
であって、前記容量天板は、ほぼ長方形の形状を有し、
前記放射ワイヤは該長方形の短辺の近傍に接続されるア
ンテナ。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ
であって、前記ワイヤの少なくとも１つには回路素子が
装着されたアンテナ。