JP4118802B2

JP4118802B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4118802B2
Application number: JP2003506046A
Authority: JP
Inventors: ジェッコ、ベルナール、ジャン、イヴ; パスケ、フランシス、ジャン−バティスト; トレス、フランソワ、ルイ、アドリアン; デクローズ、シリル、ニコラ
Original assignee: サントルナシオナルドゥラルシェルシュシアンティフィーク（セーエヌエールエス）
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: EP1407512B1; FR2826186B1; JP2004531153A; WO2002103844A1; CA2449359A1; FR2826186A1; US20040183735A1; CA2449359C; US7129899B2; EP1407512A1

Description

本発明は、アンテナの分野に関する。

文献ＦＲ２６６８８５９は、図１に示すタイプの単極のワイヤアンドパッチアンテナ(wire-and-patch antenna)を記載する。

このような構造は、従来のプリントアンテナ(printed antenna)の構造と同等である。それは、誘電体スラブ１３の上面に配置された、アプリオリ的に任意の形状の金属プレートすなわち「パッチ」１２（アンテナの静電容量ルーフ）によって構成される。スラブ１３の底面は、通常完全に金属化（メタライズ）されており、アンテナの接地面１４を構成する。

アンテナは、同軸プローブ１７によって給電される。プローブ１７の内部導体１５は、接地面１４に接触することなくそこを通過し、そして、誘電体スラブ１３を通過する。それは、金属ルーフ１２に接続されている。プローブ１７の外部導体は、接地面１４に接続されている。

このようなアンテナの特有の特徴は、それが底面の金属化（メタライゼーション）によって形成される接地面１４への戻り接続部(return connection)を形成するワイヤ１６を有することである。このワイヤ１６は、静電容量ルーフ１２を接地面１４に接続する。それは、プローブ１７の導体１５に平行にかつ該導体の近傍にて誘電体スラブ１３を通過し、それによって、この戻りワイヤ(return wire)１６は、プローブ１７のワイヤ１５に誘導結合され、動作周波数で電流を流す。このワイヤ１６が給電プローブ１５に近接して存在することは、このようなアンテナの独自の作動の起源である。

文献ＦＲ２７８３１１５は、図２に示す共平面ワイヤアンドパッチアンテナを記載する。このようなアンテナは、全体のサイズを減少させるために開発された。

この構造は、ＦＲ２６６８８５９に記載のアンテナを構成するエレメント（素子）と機能的に同等のエレメント、即ち、接地面１４；中央の静電容量「ルーフ」１２；静電容量ルーフ１２に接続された給電ストリップ（帯板）１５；および静電容量ルーフ１２を接地面１４に接続する接地戻りストリップ(ground return strip)１６（それぞれの上記の給電および戻りワイヤから類推して）を有する。しかし、図２に示す共平面ワイヤアンドパッチアンテナでは、静電容量ルーフ１２と接地面１４とは同じ面に存在し、接地面１４は、静電容量ルーフ１２を取り囲んで、アンテナの周縁にある。

これらの先行技術のアンテナの作動原理は、主として、給電プローブ１５（または給電ストリップ）とワイヤ１６（または接地ストリップ）との間の複雑な結合現象に頼る。接地戻りが無ければ、このようなアンテナは、給電プローブ１５のインダクタンス（Ｌ_給電）のせいで、および静電容量ルーフ１２と接地面１４との間に形成される静電容量（Ｃ_ルーフ）のせいで、直列共振回路のように機能する。ルーフ１２と接地面１４との間に接地戻り１６を加えることによって、静電容量（Ｃ_ルーフ）と平行な誘導（Ｌ_接地）が作り出され、並列共振が出現する。

これらのアンテナの簡略化した等価なダイアグラムを図３に示す。種々の物理的パラメーターの適切な選択によって、このようなアンテナを従来のマイクロ波ジェネレータに整合させることが可能である。

これらの先行技術の場合の各々において、アンテナの作動モードは、戻りワイヤ（またはストリップ）１６における高濃度の電流によって特徴付けられ、従って、これらの構造に、ワイヤアンドパッチアンテナについて単極型の放射を、および共平面ワイヤアンドパッチアンテナについて双極型の放射を付与する。

本発明は、作動有効性に関して、特にアンテナとジェネレータとを整合させる方法に関して、および全体のサイズに関しての両方で、以前に提案された構造を改良することを試みる。

これらの目的を達成するために、本発明は、以下のアンテナを提供する。
アンテナであって、
ジェネレータと、相互に平行でありかつ実質的に重ね合わさった少なくとも２つの金属面とを有し、
該面の少なくとも１つが、少なくとも２つの同心の部分に分割されており、該少なくとも２つの同心の部分が、中央部分と、該中央部分を取り囲むストリップ（帯板）とを構成しており、
該少なくとも２つの部分が、１つ以上の導電性ストリップまたはワイヤによって相互接続されており、
該少なくとも２つの重ね合わさった面が、少なくとも１つの導電性ワイヤまたはストリップによって相互接続されており、
該分割された面の少なくとも２つの部分が、該ジェネレータの第１の端子に接続された部分と、該ジェネレータの第２の端子に接続された部分とを有しており、
この構造が、当該アンテナに多機能の挙動を付与する、
アンテナ。

本発明に従ってこのように形成されるアンテナは、先行技術で公知の配置と比較してアンテナの全体の体積を増加させることなく、複数の放射エレメント（素子）を結合し、各エレメントは、異なりかつ独立した周波数にて、その固有モードで伝送または受信の作動ができる。従って、本発明は、その動作波長に比して相対的に小さなサイズのアンテナを得ることを可能とする。

有利には、本発明の他の特徴によれば、
２つのエレメントに分割された面は一緒になって、２つの金属面が一緒になって形成されるワイヤアンドパッチアンテナ型の作動モードを提供する；
少なくとも１つの導電性ストリップまたはワイヤによって相互接続された２つのエレメントに分割された各面は、２つの分離された部分によって形成される共平面ワイヤアンドパッチアンテナ型の新規な作動モードを加える；
当該アンテナは、少なくとも２つの部分に分割された面の中央部分にジェネレータ／レシーバの第１の端子を接続する電気給電接続部を有し、この電気接続部は、２つの面に対して垂直に延びるワイヤによって形成されている；
電気給電接続部は、他の金属面に接触することなく該他の金属面を通過する同軸接続部の中心導体によって形成されている；
電気給電接続部は、少なくとも２つの部分に分割されている面の中央部分に接続されたストリップに接続されている；
電気給電接続部は、分割された面の中央部分を他の面に接続するワイヤによって形成されている；
電気給電接続部は、分割された面の中央部分の給電ストリップを他の面に接続する垂直ワイヤによって形成されている；
導電性ワイヤまたはストリップは、分割された面の外側ゾーンを他の面に接続するものである；
ワイヤは、他の面を、第２の分割された面の外側ゾーンに接続するものである；
ワイヤまたはストリップは、面を、分割された面の２つの部分間の接続を提供するストリップに接続するものである；
当該アンテナは、
３つの平行なストリップによって形成される共平面の給電ライン(coplanar feed line)を有し、中央ストリップは、ジェネレータ／レシーバのアクティブ端子(active terminal)に接続されており、一方、２つの外側ストリップは、ジェネレータ／レシーバの接地に接続されており、該中央ストリップは、中央エレメントに接続されており、かつ、周縁エレメントに接触することなく該周縁エレメントを通過し、共平面のラインの２つの外側エレメントは、該周縁エレメントに接続されており、
この場合、３つの平行なストリップで形成された共平面のラインを介して給電が行われ、中央ストリップは、底面の中央エレメントに接続されており、該ラインの２つの外側ストリップは、周縁エレメントに接続されており、
第１の導電性接続部を有し、該第１の導電性接続部は、給電ストリップを該中央エレメントに接続するものであり、
第２の導電性接続部を有し、該第２の導電性接続部は、該周縁エレメントを面に接続するものである；
当該アンテナは、同一形状の相互に平行な複数の上部プレートを有する；
当該アンテナは、複数の上部プレートを有し、各上部プレートは、中央エレメントと該中央エレメントの周縁のストリップとに分割されており、かつ、接地戻りストリップまたは接続部によって相互接続されており、種々のプレートの中央エレメントは、フリーワイヤを延ばすワイヤによって相互接続されており、一方、種々の周縁ストリップは、接地戻りワイヤを延ばすワイヤによって相互接続されている；
当該アンテナは、複数のソリッドで平行な上部プレートを有し、該複数のプレートは、少なくとも１つのワイヤによって、好ましくは対称の配列で配置された並列接続部を介して、相互接続されている；
当該アンテナは、ジェネレータ／レシーバの２つの端子間に直列で配置された３つの面を有する。

本発明の他の特徴、目的および利点は、添付の図面を参照してなされる以下の詳細な説明を読めば明らかである。

従来のワイヤアンドパッチアンテナと同様に、第１の実施態様のアンテナ（図４〜図６）は、プレート１４０およびプレート１２０の形態の２つの平行なプレートを有する。プレート１４０は接地されており、プレート１２０は、プローブ１５０を介して電流が給電されており、かつ、接地面１４０に戻る接続部１６０を介して接地に接続されている。接続部１６０は、動作周波数で電流を流すように、プローブ１５０のワイヤに誘導結合されている。

しかし、本発明の状況では、プレート１２０は、２つのエレメント１２２および１２４：中央面１２２と、そこからある距離で中央面１２２を取り囲む周縁ストリップ（帯板）１２４とに分割されている。

中央面１２２およびストリップ１２４は、ギャップ１２３によって互いに分離されており、このギャップ１２３は、中央面１２２の周りの外周である。

さらに、中央面１２２とストリップ１２４とは、それらと共平面である(coplanar)接続部１２６によって相互接続されている。

中央面１２２、ストリップ１２４および底部プレート１４０の形状は重要ではない。

しかし、中央面１２２、ストリップ１２４および底部プレート１４０は、好ましくは、同じ形状、例えば、長方形、正方形、円形、楕円形などの輪郭を有する。上部プレート１２０は、有利には、底部プレート１４０の中央に置かれる。上部プレート１２０はまた、有利には、底部プレート１４０よりも面積が小さい。

ストリップ１２６は、好ましくはまた、中央面１２２の中心に対してほぼ放射状の方向に延びる。

より正確には、図４〜６に示す実施態様では、中央面１２２は正方形の形状であり、一方、ストリップ１２４は、４つのセグメントを有し、これらセグメントは、２つ一組において、互いに対して、かつ中央面１２２の縁部に対して、それぞれ平行で、直交している。接続部１２６は、中央面１２２の縁部１２１に対して、かつストリップ１２４を構成するセグメントの１つに対して直交している。

添付の図４〜６に示すように、アンテナは、以下を有する。
接地面１４０；
上面１２０、この上面は、２つの同心のエレメント１２２および１２４に分割されており、該２つの同心のエレメントは、共平面の接続部１２６によって相互接続されており、同時に、その中央エレメント１２２によって構成される静電容量ルーフと、その周縁エレメント１２４によって構成される接地エレメントとを構成している；
同軸プローブ、その外部シールド１５４は、ジェネレータ／レシーバの接地に接続されており、一方、その中心導体１５０は、ジェネレータ／レシーバのアクティブ端子に接続されており、プローブのシールド１５４は、接地面１４０に接続されており、一方、中心導体１５０は、接地面１４０に接触することなく接地面１４０を通過し、上面１２０の中央エレメント１２２に接続されている；および
導電性接続部１６０、この接続部は、プローブ１５０の中心導体と誘導結合されており、上面の周縁エレメント１２４を接地面１４０に接続している。

導電性接続部１６０は、接地エレメント１２４と１４０とを相互接続すること、およびワイヤアンドパッチアンテナの接地戻り(ground return)を提供することに同時に役立つ。

添付の図４〜６に示す特定の実施態様では、プローブの給電導体１５０は、中央エレメント１２２の１つの縁部１２１の近傍に、２つの面１２０および１４０に対して垂直に配置されている。導電性接続部１６０は、上記縁部１２１と向かい合って配置された外側ストリップ１２４の縁部上に、導体１５０と平行に配置されている。

図７および８は、以下を有する種類のアンテナを示す。
底部接地面１４０；
上面１２０、この上面は、２つの同心のエレメント１２２および１２４に分割されており、該２つの同心のエレメントは、相互接続されており、同時に、中央エレメント１２２の形態の静電容量ルーフと周縁エレメント１２４の形態の接地エレメントとを構成する；
同軸プローブ、その外部シールド１５４は、ジェネレータ／レシーバの接地に接続されており、一方、その中心導体１５０は、ジェネレータ／レシーバのアクティブ端子に接続されており、プローブのシールド１５４は、接地面１４０に接続されており、一方、その中心導体１５０は、接地面１４０に接触することなく接地面１４０を通過し、上面１２０の中央エレメント１２２に接続されている；および
導電性接続部１６０、この接続部は、プローブ１５０の中心導体に誘導結合されており、上面の周縁エレメント１２４を接地面１４０に接続している。
底面１４０の大きさは、７０ｍｍ×７０ｍｍであり、上面１２０の大きさは、６０ｍｍ×６０ｍｍであり、一方、高さは７ｍｍである。このアンテナは、垂直給電ワイヤ１５０を有する。

この変形例では、中央エレメント１２２は、単一の接続部の代わりに２つの接続部１２６および１２７によって周縁エレメント１２４に接続されている。これらの２つの接続部は、互いに対して平行で、中央エレメント１２２の縁部１２１に対して直交しており、かつ該縁部に接続されており、該縁部の第１の端部および第２の端部からそれぞれ測定して、該縁部１２１に沿った長さの約１／４である。

さらに、給電ワイヤ１５０は、中央面１２２に直接的に接続されているのではなく、追加のストリップ１２８に接続されており、この追加のストリップ１２８は、中央面１２２から周縁ストリップ１２４に向かって外側に延びるが、周縁ストリップ１２４とは接しない。面１２０および１４０に対して垂直に延びる給電導体１５０は、このストリップ１２８の端部に配置される。このような状況下、給電は、該水平ストリップ１２８によってずらされ（オフセットされ）、この水平ストリップは、アンテナ整合を最適化するためにずらされて（オフセットされて）いる。

接地戻りワイヤ１６０は、中央面１２２の縁部１２１と向かい合って配置されている外側ストリップ１２４の縁部にて、実質的に給電ストリップ１２８と接地戻りストリップ１２７との間に配置されている。

図７および図８に示すように、ストリップ１２６および１２７は、異なる幅であってもよい。

従って、２つの戻りストリップ１２６および１２７の存在、ならびにストリップ１２８による給電ワイヤ１５０の僅かなずれ（オフセット）は、アンテナ整合を改善するようにインプットインピーダンス特性を最適化するのに役立つことに注意すべきである。

従って、このようなアンテナは、整合したバンドで受け取ったエネルギーを、特別の分極で所定の方向に放射されるエネルギーに変換するばかりではなく、１つ以上の周波数バンドで所定のインプットインピーダンス（一般的には５０オーム（Ω））を有するジェネレータとの整合が行われるのを可能とする。

アンテナの幾何学的パラメーターは、使用者の要件（動作周波数、整合、通過帯域など）に依存して異なってもよく、当業者によって、所望の周波数に対する整合の関数として容易に拡張され得る。

図８−２〜８−５のアンテナは、２つの接地戻りストリップ１６０を有する別の変形例を構成する。

図８−２〜８−５は、アンテナの形状を示し、その底面１４０の大きさは、１００ｍｍ×１００ｍｍであり、その上面１２０の大きさは６０ｍｍ×６０ｍｍであり、その高さは２２ｍｍである。このアンテナは、２つの接続ストリップ１６０および１つの垂直給電ワイヤ１５０を有する。

図９よび１０に示す結果は、インプットインピーダンスにおける０．８３ＧＨｚおよび１．３７ＧＨｚでの２つの並列共振を示す。面１２０におけるカットアウトとして、第１の共振は、ワイヤアンドパッチアンテナモードに対応し、第２の共振は、共平面ワイヤアンドパッチアンテナモードに対応する。各モードについて、インプットインピーダンスの実数部が５０オームに近く、虚数部が０に近い場合、整合が起こる。従って、第１のモードについての整合は、−１５デシベル（ｄＢ）であり、０．９４ＧＨｚで起こり、第２のモードについての整合は、１．４９ＧＨｚで−１８ｄＢである。

ゲインチャート（図１１〜１３）が、各作動モードについて２つの断面で示される（注意：電場の主要な分極、第１のモードについてＥθおよび第２のモードについてＥφ、のみがプロットされている。）

第１のモード（０．９４ＧＨｚにおいて）は、軸ＯＺに関して円状に対称であるパターン（図１１および１１−２）を示す（水平面に対して、全方向の方位角において最大ゲイン）。

第２のモード（図１２および１３）は、アンテナの軸に対して最大ゲインを有する半球状の範囲を示す。

本発明の第２の実施態様を、図１４、１５および１６に示す。

これらの図は、一般的にワイヤアンドパッチアンテナの形態であるアンテナ、即ち、２つの平行な主要な金属面１２０および１４０を有するアンテナを示す。

しかし、この場合、２つのエレメント、即ち、ストリップ１４８を介してジェネレータ／レシーバの第１のアクティブ端子に接続された中央エレメント１４２と、ジェネレータ／レシーバの第２の端子（接地）に接続された周縁エレメント１４４とに分割されている、アセンブリの接地面を形成するのは、底部金属面１４０である。

従って、金属プレート１４０は、接地に接続されている周縁ストリップ１４４を提供し、一方、その中央面１４２は、電流源の正端子に接続されている。

これらの２つのエレメント１４２および１４４は、それらと共平面である接地戻りストリップ１４６によって相互接続されている。

上部プレート１２０、中央面１４２およびストリップ１４４の形状は、重要ではない。

しかし、上部プレート１２０は、好ましくは、底部プレート１４０の中央に置かれる。さらに、中央面１４２およびストリップ１４４は、同じ形状、例えば、長方形、正方形、円形、楕円形など、の輪郭を有する。

上部プレート１２０はまた、有利には、底部プレート１４０よりも小さい面積を有する。

ストリップ１４６は、好ましくは、中央面１４２の中心に対してほぼ放射状の方向に延びる。

さらにより正確には、図１４〜１６に示す実施態様では、中央面１４２は正方形の形状であり、一方、ストリップ１４４は、４つのセグメント（これらのうちの１つは、給電ストリップ１４８用のギャップを残しておくために、２つの整列した部分に分割されている）を有し、これらセグメントは、２つ一組において、互いに対して、かつ中央面１４２の縁部に対して、それぞれ平行で、直交している。接続部１４６は、中央面１４２の縁部の１つに対して、かつストリップ１４４を構成するセグメントの１つに対して直交している。それは、給電ストリップ１４８と平行でかつ共平面である。

上部プレート１２０は、プレート１４０の中央面１４２に接続されており、それによって、上部プレートもまた給電される。

このために、単一のワイヤによって構成される給電接続部１５０は、中央面１４２をプレート１２０に接続する。

より正確には、周縁ストリップ１４４は、ほぼＣ形状である。中央面１４２は、給電ストリップ１４８を形成する共平面のトラックによって延ばされており、この給電ストリップは、Ｃ形状におけるギャップを通って外側に到る。プレート１２０および１４０の面に対して垂直に延びるワイヤ接続部１５０は、給電ストリップ１４８をプレート１２０に接続する。

接地戻りワイヤ１６０はまた、２つのプレート１２０と１４０とを相互接続する。この接地戻りワイヤは、中央面１４２と周縁ストリップ１４４との間のその接地戻りストリップ１４６を介して、プレート１２０をプレート１４０に接続する。接地戻りワイヤ１６０は、面１２０および１４０に対して垂直に延びる。

従って、添付の図１４〜１６に示すアンテナは以下を有する。
接地面１４０、この接地面は、接続部１４６によって相互接続されている２つの同心のエレメント１４２および１４４に分割されている；
上面１２０；
同軸プローブ、その外部シールド１５４は、ジェネレータ／レシーバの接地に接続されており、一方、その中心導体１５０は、ジェネレータ／レシーバのアクティブ端子に接続されており、プローブのシールド１５４は、ストリップ１４４に接続されており、一方、中心導体１５１は、給電ストリップ１４８を介して底面１４０の中央エレメント１４２に接続されている；
導電性接続部１５０、この接続部は、中央エレメント１４２の近傍にて、給電ストリップ１４８を上部プレート１２０に接続する；および
導電性接続部１６０、この接続部は、導体１５０に誘導結合されており、上面１２０を底面１４０の直交エレメント１４４（より正確にはそのストリップ１４６）に接続している。

図１４では、戻りワイヤは、その接地ストリップを介してプレート１２０をプレート１４０に接続する。一般的には、戻りワイヤは、プレート１２０を、プレート１４０の周縁エレメント１４４に接続する。

従って、この一般的構造の静電容量ルーフは、プレート１２０によって形成され、このプレート１２０は、電流が給電されており、かつ、平行な接地面、この場合ではプレート１４０、より正確にはそのストリップ１４４に接続されているという意味で、伝統的なワイヤアンドパッチアンテナの静電容量ルーフとして機能する。

本場合では、アセンブリは、ストリップ１４８およびワイヤ１５０によって給電される。

２つのプレート１２０および１４０を相互接続する接地戻りワイヤ１６０は、その接地戻りストリップ１４６を介して底部プレート１４０を接続することに注意すべきである。

本発明の状況では、この実施態様に関係なく、接地戻りワイヤ１６０は、給電ワイヤ１５０に誘導結合され得るようにその近傍にあり、それによって、接地戻りワイヤ１６０が動作周波数で電流を流すことが重要であることが強調される。典型的には、給電ワイヤ１５０と接地戻りワイヤとの間の間隔は、λ／１０未満であり、ここで、λは動作波長を表す。

上記の多機能放射デバイスは、予想され得る多数の可能性の中からの幾つかの例を構成しているにすぎず、種々のエレメントの幾何学的形状は、実行されるべき機能または動作周波数に応じた変形に対して開放されている。

平均して、面１２０のサイドのサイズは、第１の作動モードについてλ／６、第２のモードについてλ／４である。

体積に関してこれらのアンテナの小さなサイズ（平均λ_０／４）によって、現在の通信システムにこれらのアンテナを組み合わせるのが容易になる。さらに、このサイズは、誘電体基板を使用することによって、さらにいっそう減少され得る。

従って、本発明は、その幾何学的形状に依存して、種々の作動モードについて考慮され得る。

例として、以下のことを言及することができる：
同一周波数でのマルチローブ(multilobe)アンテナ（種々の方向の放射を許可する）への適用（例えば、遠隔測定の用途のため）。

多機能アンテナ、例えば、ＧＳＭ、ＧＰＳなどの機能を組み合わせたアンテナを想定することも可能である。

このようなアンテナはまた、可動式通信システムにおいてアンテナを小型化することも可能である。

プレート１２０および１４０は、任意の適切な手段によってそれらの相対的な位置に支持されてもよい。従って、プレート１２０および１４０は、好ましくは、プレート１２０および１４０の寸法と比較して小さい厚さの誘電体基板のそれぞれの反対側に配置される。基板は、均一な層によって構成されてもよい。しかし、基板は、互いに対して積層された複数の隣接する層（これら層は異なる誘電性特性を有する）として構築されるのが適切であり得る。変形例では、２つのプレート１２０と１４０との間に配置される誘電体媒体は、空気によって構成されてもよい。

従って、プレート１２０および１４０は、好ましくは、基板の反対側の面上に形成されたメタライゼーション（金属被覆）をエッチングすることによって、または基板上に制御されたアウトライン（輪郭）を堆積させることによって、作製される。

もちろん、本発明は、上記の特定の実施態様に限定されず、本発明の思想内の任意の変形実施態様に及ぶ。

従って、例として、第１の実施態様の状況および第２の実施態様の状況の両方において、本発明のアンテナは、互いに対して平行でかつ同一形状の複数の上部プレート１２０を有してもよい。

第１の実施態様の状況において、種々のプレート１２０の各々は、接地戻りストリップ１２６によって相互接続された中央エレメント１２２と外側ストリップ１２４とを有してもよい。種々のプレート１２０の中央エレメント１２２は、給電ワイヤ１５０を延ばすワイヤによって相互接続されてもよく、一方、種々の外側ストリップ１２４は、接地戻りワイヤ１６０を延ばすワイヤによって相互接続されてもよい。

第２の実施態様の状況では、種々のプレート１２０は、ソリッド(solid)でありうる。これらのプレート１２０は、ワイヤ１５０と同等のワイヤによって相互接続されている。しかし、このような状況下では、２つの隣接するプレート１２０間に存在する接続部は、好ましくは、対称的な配列で配置された並列接続部(multiple connections)によって形成される。

さらに別の変形例では、本発明のアンテナは、放射を適合させるために、例えば、所望の方向に放射を集中させるために、近接反射器と組み合わせてもよい。

本発明の他の実施態様を図１７〜２４に示す。図１７の構成は、少なくとも１つの垂直導体（「接地」戻りワイヤまたはストリップという）によって相互接続された２つの平行な導電面によって構成される上部水平面(top level)を有する。

参照番号１２０のこの上層は、２つのプレート１２５および１２７を有する。上部水平面の下方のプレートであるプレート１２５を、図１８の平面図で示す。それは、導電性ストリップ（または変形例においてはワイヤ）によって相互接続された３つの同心のエレメントに細分されている。

各カットアウトは、軸方向の放射を送達する第２の作動タイプを生じる（アンテナの軸に対して最大ゲイン）。カットアウト金属部分が小さくなると、第２の作動タイプの共振周波数は高くなる。

各水平面は、ワイヤアンドパッチアンテナ型の作動モードを生じる：インプットインピーダンスは、所定の周波数で並列共振を与え、垂直軸の周りで円状に対称な様式（全方向性）で放射し、水平面に対して最大ゲインを与える。

図１９は、本発明のさらに別の実施態様を示す。この実施態様では、底部水平面(bottom level)は、３つの金属面１４５、１４６および１４７を有し、水平面１４６および１４７は、それぞれ図２０および２１に平面図で示す。この下方水平面の３つの金属面は、少なくとも１つの導電性ワイヤによって相互接続されている。

図２０で分かり得るように、プレート１４６は、２つのストリップによって相互接続された２つの同心のエレメントを提供し、図２１で分かり得るように、プレート１４７は、３つの同心面を提供し、外側の２つの同心面は、２つのストリップによって相互接続されている。内側の同心面は、単一のストリップによって中間の同心面に接続されている。

一般的に、任意の数の同心のエレメントを所定の導電面において採用し、これらの同心のエレメントのうちの２つをジェネレータの異なる端子に接続することができることに注意すべきである。

図２０および２１では、種々の同心のエレメントは、円状に対称ではなく、意図した用途の機能として特異的に適合させられる様式で面が選択される実施態様を構成する。

本発明の他の実施態様におけるように、２つの型の励起が想定され得る。

第１の型の励起（図１７）は、２つの面間の垂直給電ワイヤによって行われる。垂直給電ワイヤは、複数の水平面を通過し得、各水平面の中央エレメントに接続され得る。このワイヤは、２つの上記面のうちの１つに接続された同軸の導波管の中心コアを構成し、第２の面に接触することなくこの第２の面を通過する。次いで、この面は、同軸の導波管の外部シールドに接続される（次いで、他の水平面は、結合によって給電される）。

第１の励起の状況において、同軸の導波管の外部シールドは、上記の垂直接地戻りワイヤを構成し得る。

第２の型の励起は、共平面ラインを介して面の１つの平面内で起こり、この面は、図２２に示すように、３つの同心のエレメントを有し得、ここで図２２では、ジェネレータの第１の端子には、最内側の同心のエレメントが接続されており、一方、ジェネレータの第２の端子には、最外側の同心のエレメントが接続されており、中間の同心のエレメントは、内側または外側の同心のエレメントの一方または他方を介してのみ、ジェネレータに接続されている。

第２の型の励起においては、種々の面の内側エレメントを垂直接続部によって相互接続するのが好ましい。

図２３および２４に示すように、電気的接続部には、それらが２つの同心のエレメント間で共平面であるかどうか、あるいは２つの重ね合わさったエレメントの間を横断するかどうかにかかわらず、ダイオードに適用されるバイアス電圧に依存して、作動モードを除去するかまたは追加するのに役立つそれぞれの接続ダイオードが備えられ得る。

図１は、先行技術の単極のワイヤアンドパッチアンテナを示す。図２は、先行技術の共平面ワイヤアンドパッチアンテナを示す。図３は、図１および２のアンテナの電気的挙動を示す簡略化した回路図である。図４は、本発明の第１の実施態様を構成するアンテナの平面図である。図５は、同じアンテナの側面図である。図６は、同じアンテナの斜視図である。図７は、上記の挙動をシミュレートするために使用される、本発明の変形例を構成するアンテナの平面図である。図８は、同じアンテナの斜視図である。図８−２は、依然として本発明の、図８のアンテナに近い型のアンテナを示す。図８−３は、依然として本発明の、図８のアンテナに近い型のアンテナを示す。図８−４は、依然として本発明の、図８のアンテナに近い型のアンテナを示す。図８−５は、依然として本発明の、図８のアンテナに近い型のアンテナを示す。図９は、図８−２〜図８−５のアンテナについてインプットインピーダンスをプロットする。図１０は、図８−２〜図８−５のアンテナについて周波数整合（反射係数）をプロットする。図１１は、０．９４ギガヘルツ（ＧＨｚ）での第１の作動モードについて、垂直断面における主要な分極（垂直）について達成された放射パターンのプロットである。図１１−２は、０．９４ギガヘルツ（ＧＨｚ）での第１の作動モードについて、水平断面における主要な分極（垂直）について達成された放射パターンのプロットである。図１２は、図８−２〜図８−５のアンテナの１．４９ＧＨｚでの第２の作動モードにおける、主要な分極（水平）についての垂直断面ＸＯＺの放射パターンである。図１３は、図８−２〜図８−５のアンテナの１．４９ＧＨｚでの第２の作動モードにおける、主要な分極（水平）についての方位断面ＸＯＹの放射パターンである。図１４は、本発明の第２の実施態様におけるアンテナの平面図である。図１５は、同じアンテナの側面図である。図１６は、本発明の該アンテナの斜視図である。図１７は、本発明の別の実施態様におけるアンテナの断面図である。図１８は、図１７のアンテナの金属面の平面図である。図１９は、本発明の別の実施態様のアンテナの断面図である。図２０は、図１９のアンテナの金属面の平面図である。図２１は、図１９のアンテナの別の金属面の平面図である。図２２は、本発明の別の実施態様のアンテナの金属面の平面図である。図２３は、ダイオードを有する本発明の別の実施態様のアンテナの金属面の平面図である。図２４は、２つの重ね合わさった面間にダイオードを有するアンテナの別の実施態様の断面である。

Claims

アンテナであって、
ジェネレータと、相互に平行でありかつ実質的に重ね合わさった少なくとも２つの金属面とを有し、
該面の少なくとも１つが、少なくとも２つの同心の部分に分割されており、該少なくとも２つの同心の部分が、中央部分と、該中央部分を完全に取り囲む閉じたストリップとを構成しており、
該中央部分と該中央部分を完全に取り囲む該閉じたストリップとが、１つ以上の導電性ストリップまたはワイヤによって相互接続されており、
該少なくとも２つの重ね合わさった面が、少なくとも１つの導電性ワイヤによって相互接続されており、該導電性ワイヤが、分割されていない面を、該分割された面の該中央部分を完全に取り囲む該閉じたストリップに接続し、
該分割された面の該中央部分が、該ジェネレータの第１のアクティブ端子に接続されており、該分割された面の該中央部分を完全に取り囲む該閉じたストリップが、該ジェネレータの第２の接地端子に接続されており、
この構造が、当該アンテナに多機能の挙動を付与し、該多機能の挙動が、
該分割された面の該中央部分に対して垂直な軸に関して円状に対称であり、かつ、水平面に対して全方向の方位角において最大ゲインであるパターンを示す第１のモードと、
当該アンテナの軸に対して最大ゲインを有する半球状の範囲を示す第２のモードと
を含むことを特徴とする、
アンテナ。
少なくとも２つの部分に分割された面（１２０）の中央部分（１２２）にジェネレータ／レシーバの第１のアクティブ端子を接続する電気給電接続部（１５０）を有し、この電気接続部が、分割されていない面に接触することなく該分割されていない面を通過する同軸接続部の中心導体の形態である、２つの面（１２０，１４０）に対して垂直に延びるワイヤによって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
２つの面の少なくとも１つが、同一形状の相互に平行な複数のプレート（１２０）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のアンテナ。
複数のプレート（１２０）を有し、各プレートが、中央エレメント（１２２）と該中央エレメントを完全に取り囲む該中央エレメントの周縁の閉じたストリップ（１２４）とに分割されており、該中央エレメントと該周縁のストリップとが、接地戻りストリップまたは接続部（１２６）によって相互接続されており、種々のプレート（１２０）の中央エレメント（１２２）が、給電ワイヤ（１５０）と接続するワイヤによって相互接続されており、一方、種々の周縁ストリップ（１２４）が、接地戻りワイヤ（１６０）と接続するワイヤによって相互接続されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ。