JP4452444B2 - 逆ｆ強誘電体アンテナ - Google Patents

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Description

（関連出願）
本出願は、米国特許仮出願第６０／２８３，０９３号（２００１年４月１１日出願）の利益を主張し、この出願は、参考のため、本明細書中に援用される。さらに、本出願は、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｆｅｒｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ」と称される米国特許出願第０９／９０４，６３１号（２００１年７月１３日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｅｒｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」と称される米国特許出願第０９／９１２，７５３号（２００１年７月２４日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｅｒｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」と称される米国特許出願第０９／９２７，７３２号（２００１年８月８日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と称される米国特許出願第０９／９２７，１３６号（２００１年８月１０日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｐｌａｎａｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ」と称される米国特許出願第１０／０４４，５２２号（２００２年１月１１日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｉｓｏｌａｔｏｒ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と称される米国特許出願第１０／０７７，６５４号（２００２年２月１４日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ａｎｔｅｎｎａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｕｎｉｔ」と称される米国特許出願第１０／０７６，１７１号（２００２年２月１２日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｔｕｎａｂｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と称される米国特許出願第１０／０７５，８９６号（２００２年２月１２日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．ＴｏｎｃｉｃｈおよびＴｉｍ Ｆｏｒｒｅｓｔｅｒによる「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」と称される米国特許出願第１０／０７５，７２７号（２００２年２月１２日出願）、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによる「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と称される米国特許出願第１０／０７５，５０７号（２００２年２月１２日出願）、およびＳｔａｎｌｅｙ Ｓ．ＴｏｎｃｉｃｈおよびＡｌｌｅｎ Ｔｒａｎによる「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓａｍｅ」と称される米国特許出願アトーニードケット番号第ＤＩＳ ００１４７号（２００２年４月４日出願）に関し、上記の出願は、参考のため、本明細書中に援用される。
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、概して、無線通信アンテナに関し、より具体的には、強誘電体キャパシタを用いてチューニングされる逆Ｆアンテナに関する。
（２．関連技術の説明）
誘電体材料の使用を取りいれるいくつかのタイプの従来のアンテナ設計がある。一般的には、アンテナによって生成される場（ｆｉｅｌｄ）の一部分が誘電体を通じてラジエータからカウンターポイズ（グラウンド）に戻る。このアンテナは、周波数で共振するようにチューニングされ、ラジエータおよび誘電体の波長は、共振周波数で最適な関係を有する。最も一般的な誘電体は空気であり、１の比誘電率を有する。他の材料の比誘電率は、空気を基準にして定義される。
強誘電体材料は、印加電圧に応じて変化する比誘電率を有する。強誘電体材料は比誘電率が可変であるので、チューニング可能コンポーネントを作製するための良好な候補である。しかしながら、現在用いられる測定および特性決定技術の中で、チューニング可能強誘電体コンポーネントは、処理、ドーピング、または損失特性を改善するために用いられる他の製造技術に関係なく、一貫して、および実質的に損失が大きいという評価を得ている。従って、これらのコンポーネントは、一般的に使用されてこなかった。ＲＦまたはマイクロ波領域において動作する強誘電体チューニング可能コンポーネントは、特に損失が大きいと考えられている。この所見は、例えば、特に、最大チューニングが所望される場合に、高い無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波損失がバルク（厚さが約１．０ｍｍよりも大きい）ＦＥ（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）材料について従来の原則である、レーダーにおける応用での経験によって裏付けられる。一般に、損失を改善（低減）するための工程が採用されない限り、ほとんどのｆ−ｅ材料は、損失が大きい。このような工程は、（１）事前または事後堆積アニーリング、あるいは、これらの両方でＯ２空孔を補償する工程、（２）バッファ層を用いて、表面応力を低減する工程、（３）他の材料を用いて合金にするか、またはバッファする工程、および（４）選択的ドーピング工程を含むが、これらに限定されない。
低電力コンポーネントを制限された範囲でチューニングすることへの需要が最近数年間に高まっているので、強誘電体材料への関心がバルク材料よりも薄膜を用いる方向に向いている。しかしながら、高い強誘電体損失は、薄膜技術にも適用されることが想定される。従来の広帯域測定技術は、チューニング可能強誘電体コンポーネントがバルクか薄膜かに関わらず、実質的損失を有するという仮定を強化してきた。無線通信において、例えば、８０よりも大きい、好適には、１８０より大きい、より好適には３５０よりも大きいＱが、約２ＧＨｚの周波数で必要である。これらの同じ仮定がアンテナの設計に当てはまる。
チューニング可能強誘電体コンポーネント、特に、薄膜を用いるこれらのコンポーネントが、多様な周波数可変回路において用いられ得る。チューニング可能コンポーネントは、より小さいコンポーネントサイズおよび高さ、低い挿入損失、またはこの挿入損失に対する良好な除去、低コスト、ならびに１つ以上の周波数帯域にわたってチューニングする能力を提供し得るため好ましい。複数の帯域を覆い得るチューニング可能コンポーネントの能力は、複数の固定周波数コンポーネントが用いられた場合、必要な個別の帯域間で選択するために必要なスイッチ等の、必要なコンポーネントの数を潜在的に低減する。これらの有利な点は、特に、向上した機能性と、より低いコストおよびサイズの必要性が矛盾した要件であると思われる、無線ハンドセットの設計において重要である。符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）ハンドセットについては、例えば、個々のコンポーネントの性能に重点が置かれる。強誘電体（ＦＥ）材料は、さらに、無線デバイスのアンテナインターフェースユニット（ＡＩＵ）等の、これまで縮小を拒んでいたＲＦコンポーネントの一体化も可能にし得る。
ポータブル無線通信デバイスの製造において、いわゆる逆Ｆアンテナ設計を用いることが公知である。逆Ｆ形設計は、アンテナが比較的小さいパッケージで作製されることを可能にする。複数の従来の無線デバイスがいくつかの周波数帯域において動作する。各アンテナが小さい場合であっても、いくつかのアンテナのために必要とされる空間の総量（各周波数帯域について１つ）は法外であり得る。
複数の周波数帯域におけるポータブル無線通信のために単一のアンテナが用いられ得る場合は有利である。
逆Ｆアンテナが複数の周波数帯域にわたって動作するようにチューニング可能に作製され得る場合は有利である。
逆Ｆアンテナをチューニングする際に強誘電体材料が用いられ得る場合は有利である。
（発明の要旨）
本発明は、強誘電体材料を誘電体として用いることによって、複数の周波数帯域にわたって動作するようにチューニングされる逆Ｆアンテナを記載する。より具体的には、ＦＥキャパシタは、逆Ｆラジエータの電気的長さを改変するために用いられる。
従って、逆Ｆ強誘電体アンテナが提供される。このアンテナは、カウンターポイズまたはグランドプレーン、および、カウンターポイズに接続された第１の端部を有する逆Ｆ構造ラジエータを備える。固定定数の誘電体材料は、通常、セラミックまたは空気であり、ラジエータとカウンターポイズとを分離する。強誘電体材料を有する誘電体から形成されたキャパシタは、ラジエータの第２の端部とカウンターポイズとの間に接続される。キャパシタは可変比誘電率を有し、アンテナはキャパシタの強誘電体材料の比誘電率に応答する周波数で共振する。
通常、このキャパシタは、可変比誘電率を有するＦＥ誘電体と共に、固定比誘電率を有する材料から形成された誘電体を含む。バイアス電圧フィードは、キャパシタのＦＥ誘電体に電圧を印加するために用いられる。強誘電体材料を有する誘電体は、印加電圧に応答して変化する比誘電率を有する。アンテナの１局面において、キャパシタは、０ボルトのバイアス電圧で約０．３５ピコファラド（ｐＦ）の電気容量、および４０ボルトのバイアス電圧で約０．２９ｐｆの電気容量を有する。
上述の逆Ｆ強誘電体アンテナのさらなる詳細が以下に提供される。
（好適な実施形態の詳細な説明）
図１は、逆Ｆ強誘電体アンテナの平面図である。アンテナ１００は、第１の平面にカウンターポイズ１０２を、およびカウンターポイズ１０２の上に位置する逆Ｆ構造ラジエータ１０４を第２の平面に備える。
図２は、図１のアンテナの部分断面図である。ラジエータ１０４は、カウンターポイズ１０２に接続された第１の端部１０６、および第２の端部１０８を有する。第１の誘電体１１０は、ラジエータ１０４とカウンターポイズ１０２との間に挿入される。通常、第１の誘電体は、空気、またはアルミナ等のセラミック材料である。しかしながら、ＦＲ４、フォーム、ＭｇＯ、ランタンアルミネートおよびサファイアもまた用いられ得る。本発明のアンテナは、実用的な複数の従来の誘電体材料があるので、この材料のリストのみに限定されない。
第１のキャパシタ１１２は、可変比誘電率を有する強誘電体材料を有する誘電体から形成され、ラジエータの第２の端部１０８とカウンターポイズ１０２との間に挿入される。アンテナ１００は、第１のキャパシタ１１２の強誘電体材料の比誘電率に応答する周波数で共振する。第１キャパシタ１１２とラジエータ１０４との組み合わせは、共振周波数の１／４波長の有効な電気的波長を有する。
無線周波数（ＲＦ）アンテナインターフェース１１４は、ラジエータ１０４を第１の極性の伝送線１１６に接続し、かつカウンターポイズ１０２を第２の極性の伝送線１１８に接続する。アンテナインターフェース１１４は、共振周波数に依存しない所定の固定された特性インピーダンスを有する。典型的には、アンテナインターフェース１１４は、動作周波数における、ある電圧定在波比（ＷＳＷＲ）または２：１よりも小さいように５０Ωになるように設計される。換言すると、アンテナインターフェースは、約１０デシベル（ｄＢ）よりも大きい反射損失を有する。アンテナインターフェース１１４は、マイクロストリップ、ストリップ線、同軸または任意の従来の伝送線とインターフェース接続するように設計され得る。
アンテナ１００は、共振周波数に依存しない所定のほぼ一定のゲインを有する。いくつかの局面において、アンテナ動作周波数を周波数帯域間で比較的大きくシフトさせるために、第１のキャパシタが用いられる。あるいは、第１のキャパシタは、同じ周波数帯域内の狭チャネル周波数間でシフトさせるために用いられる。
いくつかの局面において、第１のキャパシタは、可変比誘電率を有する強誘電体材料のみから形成された誘電体を含む。すなわち、キャパシタは、ＦＥ誘電体材料のみでできているので、比誘電率、従って、電気容量の変化がバイアス電圧の変化によって生じる。第１のキャパシタのＦＥ誘電体は、ゼロ電圧で１００〜５０００の範囲の比誘電率を有し得る。
他の局面において、強誘電体材料の比誘電率は過度に高い。従って、第１のキャパシタ１１２は、通常、さらなる誘電体、固定比誘電率を有する材料（固定定数の誘電体）から形成される。この材料は、いくつかの例を挙げると、セラミック、ＦＲ４、空気、フォーム、ＭｇＯ、ランタンアルミネート、またはサファイアであり得る。複数の他の従来の固定誘電体材料もまた実用できる。従って、第１のキャパシタは、固定定数の誘電体材料と共に、可変比誘電率を有する強誘電体材料（強誘電性誘電体）から形成される誘電体を含む。
しかしながら、固定定数の誘電体材料および強誘電性誘電体から形成される第１のキャパシタから生じる複合の比誘電率は、ゼロ電圧で２〜１００の範囲である。
通常、第１のキャパシタのＦＥ誘電体材料は、バリウムストロンチウムチタネート、ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。ＢＳＴＯ強誘電体材料は、タングステン、マンガンまたはマグネシウムの酸化物ドーパントを含み得る。ＦＥ材料比誘電率およびＦＥ材料厚さに依存して、第１のキャパシタは、バイアス電圧の１ボルト未満の変化に応答して２倍になる比誘電率を有するＦＥ誘電体で製造され得る。
いくつかの局面において、アンテナは、１８５０〜１９９０メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲のＰＣＳ周波数で動作するようにチューニングされ得る。従って、ラジエータは、５．９ミリメートル（ｍｍ）の幅１５０（図１を参照）および１６ｍｍの長さ１５２を有する（図２を参照）。ラジエータは、６．５ｍｍの高さ１５４を有する。この実施例において、第１の誘電体１１０は、空気であり、第１のキャパシタ１１２は、ゼロボルトのバイアス電圧で約０．３５ピコファラド（ｐＦ）の電気容量を有する。４０ボルトのバイアス電圧で、第１のキャパシタ１１２は、約０．２９ｐｆの電気容量を有する。
より一般的には、第１のキャパシタ１１２は、ゼロボルトで０．１〜１０ｐｆの範囲の電気容量を有するように製造され得るが、第１のキャパシタは、この範囲に必ずしも限定されない。実際に取得可能な他の周波数帯域は、８２４〜８９４ＭＨｚ、および１５６５〜１５８５ＭＨｚである。
いくつかの局面において、第１のキャパシタのＦＥ誘電体は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さを有する、薄膜で形成される。他の局面において、ＦＥ誘電体は、１．５〜１０００ミクロンの範囲の厚さを有する厚膜で形成される。
図３は、ラジエータ１０４の下に位置するコンポーネントを示す図１のアンテナの平面図である。バイアス電圧フィード３００は、強誘電体材料を有する第１のキャパシタ１１２に電圧を印加する。抵抗器３０２は、電圧（電流）を電圧フィード３００に供給するために用いられ、電圧フィード３００は、電圧（電流）を第１のキャパシタ１１２に供給する。ＲＦ信号をグラウンドにシャントするために、さらなるフィルタリングもまた電圧フィード３００に接続され得る。第１のキャパシタ１１２の別の端部は、斜線の領域において、パッド３０４に接続され、次に、ラジエータの第２の端部１０８に接続される。ラジエータの第２の端部１０８は、網掛けされた領域において、下に位置するカウンターポイズ１０２に接続されないことに留意されたい。エアギャップまたは固体誘電体スペーサは、ラジエータの第２の端部１０８を下に位置するカウンターポイズ１０２から分離する。ラジエータは、通常、ｄｃグランドであるので、ｄｃ電圧は、第１のＦＥキャパシタ１１２にわたって大きくなる。ＦＥ誘電体は、印加電圧に応答して変化する比誘電率を有する。
第１のキャパシタ１１２は、ラジエータの第２の端部１１８に接続された第１の端子３０６、および電圧フィード３００に接続された第２の端子３０８を有する。バイアス電圧フィード３００は、第１のキャパシタ１１２に第１の電位（ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を印加する。
図４ａ、図４ｂ、図４ｃおよび図４ｄは、平行プレートおよびギャップキャパシタとして具体化された第１のキャパシタ１１２を示す。図４ａに見出されるように、第１のキャパシタ１１２は、固定定数の誘電体４００の層の上に位置するＦＥ誘電体４０２の層の上に位置するプレートとして形成された第１の端子３０６を有する平行プレートである。
図４ｂに見出されるように、第１のキャパシタ１１２は、ＦＥ誘電体４０２の層の上に位置する、ギャップ４０４によって分離されるパッドとして形成された第１および第２の端子３０６／３０８を有するギャップキャパシタである。
換言すると、第１のキャパシタ１１２は、少なくとも１つの固定定数の誘電体層４００、および、固定定数の誘電体４００に隣接する、可変比誘電率を有するＦＥ誘電体４０２を含む。ＦＥ誘電体の領域と固定定数の誘電体材料の領域とを組み合わせて、所望の複合の比誘電率を提供するために用いられ得る種々の他のアプローチがあるが、具体的には示されない。
図４ｂに見出されるように、強誘電性誘電体４０２は、固定定数の誘電体４００と端子３０６／３０８との間に挿入され得る。あるいは、図示されないが、固定定数の誘電体は、ＦＥ誘電体と端子との間に挿入される。
図４ｃは、誘電体が強誘電体材料からのみ形成される第１の平行プレートキャパシタ１１２を示す。
図４ｄは、第１のギャップキャパシタ１１２のインターデジタルの変形の平面図である。
図５ａは図４ａの、および図５ｂは図４ｂの第１のキャパシタ１１２の異なった局面をそれぞれ示す。第１のキャパシタ１１２の固定定数の誘電体は、ＦＥ誘電体４０２の下に位置する第１の層４００ｂ、およびＦＥ誘電体４０２の上に位置する第２の層４００ａを形成する。
図６ａは図４ａの、および図６ｂは図４ｂの第１のキャパシタ１１２の別の局面をそれぞれ示す。ここで、強誘電性誘電体４０２は、固定定数の誘電体４００の内部に形成される。図示されないが、同様に、強誘電性誘電体４０２は、固定定数の誘電体４００の外部に形成され得る。
図３に戻って、バイアス電圧ブロックキャパシタ３１０が、第１のキャパシタの第２の端子とカウンターポイズとの間に挿入されていることが見出される。ブロックキャパシタは、ａｃ（ＲＦ）短絡として機能する。上述のＰＣＳアンテナの例を参照して、２００ｐｆ電気容量値が実用できる。アンテナの他の局面において、ブロックキャパシタ３１０の電気容量が低減され得、従って、第１のキャパシタ１１２と直列のチューニング素子として用いられ得る。ブロック（非ＦＥ）キャパシタは、一定の状態にとどまる電気容量を有するが、第１のキャパシタ１１２は、バイアス電圧に応答して変化する電気容量を有する。
本発明のいくつかの局面において、キャパシタ３１０は、上述の第１のキャパシタ１１２と等価である、可変比誘電率を有する強誘電体材料を有する誘電体から形成された第２のキャパシタである。第２のキャパシタ３１０は、第１のキャパシタの第２の端子３０８に接続された第１の端子３１２（バイアス電圧フィード３００）、およびカウンターポイズ１０２に接続された第２の端子３１４を有する。バイアス電圧フィード３００は、電位を第２のキャパシタ３１０にわたって印加する。その後、アンテナ１００は、第１のキャパシタ１１２の強誘電性誘電体と直列に組み合わされた第２のキャパシタ３１０の強誘電性誘電体の比誘電率に応答する周波数で共振する。
図７は、図２のアンテナのさらなる局面を示す部分断面図である。アンテナのいくつかの局面において、アンテナが、極めて幅広い範囲の周波数にわたってチューニングされる場合、アンテナインターフェース１１４を一定のインピーダンスで維持することは実用化されなくて。従って、上述の第１のＦＥキャパシタ１１２と等価の第３のＦＥキャパシタは、アンテナインターフェース１１４と伝送線との間の不整合をチューニングするために用いられ得る。第３のキャパシタ７００は、可変比誘電率を有する強誘電性比誘電率から形成され、第１の極性の伝送線の１１６とラジエータ１０４との間に挿入される。伝送線１１６／１１８の特性インピーダンス（アンテナインターフェース１１４から測定される）は、第３のキャパシタ７００の強誘電性誘電体の比誘電率に応答する。電圧バイアスは、誘導性チョーク７０２を介して第３のキャパシタ７００に接続されることが示される。図示されないが、これに代わって、チョーク７０２の代わりに抵抗器が用いられ得る。
図８は、本発明の逆Ｆアンテナの一体型セラミックの変形の３次元斜視図である。ラジエータ１０４は、第１の誘電体１１０を形成するセラミックブロックの上に位置する金属インレイまたは金属層として形成される。ラジエータ１０４の第１の端部１０６は、例えば、はんだ付けされて、下に位置するカウンターポイズ１０２に接続される。バイアス電圧フィードは、ラジエータの第２の端部１０８と隣接して、セラミックブロック１１０の上に位置する金属インレイまたは金属層として形成される。ＦＥ材料８００の部分は、第１の誘電体に埋め込まれるか、または形成される。ＦＥ材料８００および第１の誘電体は、共に第１のギャップキャパシタ１１２を形成する（図４ｂのギャップキャパシタと同様）。第１のキャパシタ端子は、ラジエータ１０４の第２の端部１０８、およびバイアス電圧フィードパッド３００から形成される。バイアス電圧ブロックキャパシタ３１０もまた示される。抵抗器（図示せず）は、電圧フィード３００に電圧を供給するために用いられ得る。伝送線フィード（図２の説明においてすでに定義されたように第１の極性の伝送線）は、図示されないが、セラミックブロック１１０の下に位置するトレースにはんだ付けされ、ラジエータ１０４に向かって伸びる金属インレイまたは金属層から形成され得る。上述のように、アンテナ１００は、ギャップキャパシタ強誘電体材料８００の比誘電率に応答する周波数で共振する。
図９は、図２および図８のアンテナの部分的模式図である。
図１０は、本発明のコプレーナ逆Ｆ強誘電体アンテナの斜視図である。アンテナ１００は、第１の誘電体層１０００、および第１の誘電体層１０００の上に位置するカウンターポイズ１００２層を備える。逆Ｆラジエータ１００４は、カウンターポイズ層１００２と同一平面上に形成される。ラジエータは、カウンターポイズ１００２に接続された第１の端部１００６および第２の端部１００８を有する。バイアス電圧フィード１０１０は、ラジエータの第２の端部１００８の隣に配置される。強誘電体材料から形成され、かつ、上述のように、可変比誘電率を有する第１のキャパシタ１０１２がラジエータの第２の端部１００８とバイアス電圧フィード１０１０との間に挿入される。アンテナは、第１のキャパシタ１０１２の強誘電性誘電体の比誘電率に応答する周波数で共振する。
上述のように、ブロックキャパシタ１０１４もまた示される。ブロックキャパシタ１０１４および第１のキャパシタ１０１２は、模式的に示される。なぜなら、これらは、集中素子平行プレートキャパシタまたはギャップキャパシタのどちらかであり得るからである。第１のキャパシタ１０１２を参照して、ギャップキャパシタは、図８に示されるギャップキャパシタと同様に、第１の誘電体１０００に強誘電体材料が埋め込まれることによって形成され得る。第１の誘電体１０００を通って、下に位置するビアを有する伝送線に接続されたＲＦフィード線１０１６もまた示される。バイアス電圧フィード１０１０にバイアス電圧を供給する抵抗器またはチョークは図示されない。
逆Ｆ強誘電体アンテナが記載された。ラジエータが形成され得る態様を示すために、いくつかの実施例が提供された。しかしながら、本発明は、これらの実施例のみに限定されない。種々のＦＥキャパシタ様式、およびＦＥキャパシタを配置する方法が提供されたが、再び、本発明は、具体的に記載されない、複数の他の変形で利用可能にされ得る。本発明は、一体型セラミックまたは集中素子設計のどちらにも限定されない。同様に、無線電話通信の意味合いでのアンテナの実施例が提供されたが、本発明のアンテナは、特定の周波数範囲に限定されない。本発明の他の改変および実施形態が当業者に明らかである。
図１は、本発明の逆Ｆ強誘電体アンテナの平面図である。 図２は、図１のアンテナの部分断面図である。 図３は、ラジエータの下に位置するコンポーネントを示す図１のアンテナの平面図である。 図４ａは、平行プレートとして具体化される第１のキャパシタを示す。 図４ｂは、ギャップキャパシタとして具体化される第１のキャパシタを示す。 図４ｃは、平行プレートとして具体化される第１のキャパシタを示す。 図４ｄは、平行プレートとして具体化される第１のキャパシタを示す。

図５ａは、図４ａの第１のキャパシタの異なった局面を示す。 図５ｂは、図４ｂの第１のキャパシタの異なった局面を示す。 図６ａは、図４ａの第１のキャパシタの他の局面を示す。 図６ｂは、図４ｂａの第１のキャパシタの他の局面を示す。 図７は、図２のアンテナのさらなる局面を特徴とする部分断面図である。 図８は、本発明の逆Ｆアンテナの一体型セラミックの変形の３次元斜視図である。 図９は、図２および図８のアンテナの部分模式図である。 図１０は、本発明のコプレーナ逆Ｆ強誘電体アンテナの斜視図である。

Claims (25)

  1. 逆Ｆ強誘電体アンテナ（１００）であって、
    第１の平面上に形成されたカウンターポイズ（１０２）と、
    電気的な長さを有する逆Ｆ構造ラジエータ（１０４）であって、第１のラジエータ部を含む逆Ｆ構造ラジエータ（１０４）と、
    該逆Ｆ構造ラジエータ（１０４）の該第１のラジエータ部と該カウンターポイズ（１０２）との間に挿入された第１の固定誘電体（１１０）と、
    該第１の平面上に形成されたキャパシタ回路（３００、３０４、３１０、１１２）と、
    該ラジエータ（１０４）に接続された第１の極性（１１６）を有する伝送線であって、該アンテナ（１００）の共振周波数から独立した所定の固定特性インピーダンスを有する伝送線と
    を備え、
    該第１のラジエータ部は、該第１の平面に実質的に平行であり、かつ、該第１の平面の該カウンターポイズに重なる第２の平面にあり、該第１のラジエータ部は、該第１のラジエータ部に実質的に垂直な第１の端部（１０６）であって、該カウンターポイズ（１０２）に接続された第１の端部（１０６）と、該第１のラジエータ部に実質的に垂直な第２の端部（１０８）とを有し、該第１のラジエータ部は、該キャパシタ回路に重なっており、
    該キャパシタ回路は、
    該逆Ｆ構造ラジエータ（１０４）の該第２の端部（１０８）に接続された導電性パッド（３０４）と、
    バイアス電圧を供給するためのバイアス電圧フィードパッド（３００）と、
    第１の端子（３０６）において該導電性パッド（３０４）に結合されており、かつ、第２の端子（３０８）において該バイアス電圧フィードパッド（３００）に結合された第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）であって、該第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、該バイアス電圧に応答して変化する第１の可変比誘電率を有する第１の強誘電体材料（４０２）を含み、該逆Ｆ構造ラジエータ（１０４）の電気的な長さは、該第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）によって改変され、該アンテナ（１００）は、該第１の強誘電体材料（４０２）の該第１の可変比誘電率に応答する共振周波数で共振する、第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）と、
    該カウンターポイズ（１０２）に結合された第２のバイアス端子（３１４）と、該バイアス電圧フィードパッド（３００）に結合された第１のバイアス端子（３１２）とを有するバイアス電圧ブロックキャパシタ（３１０）と
    を含む、アンテナ（１００）。
  2. 前記アンテナ（１００）は、前記共振周波数から独立した所定のほぼ一定のゲインを有する、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  3. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、
    第１の固定比誘電率を有する第１の固定誘電体層（４００）をさらに備えた、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  4. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、ゼロボルトで１００〜５０００の範囲の第１の可変比誘電率を有する、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  5. 前記第１の固定誘電体層（４００）および前記強誘電体材料（４０２）は、ゼロボルトで２〜１００の範囲の複合の比誘電率を有する、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  6. 前記固定誘電体材料（４００）は、セラミック、ＦＲ４、空気、フォーム、ＭｇＯ、ランタンアルミネートおよびサファイアを含む群より選択された材料から形成される、請求項３に記載のアンテナ（１００）。
  7. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、バリウムストロンチウムチタネート、ＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  8. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、タングステン、マンガンおよびマグネシウムを含む群より選択された酸化物ドーパントを含む、請求項７に記載のアンテナ（１００）。
  9. 前記バイアス電圧フィードパッド（３００）に印加されたバイアス電圧の１ボルト未満の変化に応答して、前記第１の可変比誘電率は２倍になる、請求項７に記載のアンテナ（１００）。
  10. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、前記バイアス電圧フィードパッド（３００）に印加されたゼロボルトのバイアス電圧で約０．３５ピコファラド（ｐＦ）の電気容量を有する、請求項７に記載のアンテナ（１００）。
  11. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、４０ボルトのバイアス電圧で約０．２９ｐＦの電気容量を有する、請求項１０に記載のアンテナ（１００）。
  12. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、ゼロボルトで０．１〜１０ｐＦの範囲の電気容量を有する、請求項７に記載のアンテナ（１００）。
  13. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さを有する薄膜に形成される、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  14. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、１．５〜１０００ミクロンの範囲の厚さを有する厚膜に形成される、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  15. 前記バイアス電圧フィードパッド（３００）は、前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）に第１の電位を印加する、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  16. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、前記第１の固定誘電体層（４００）と前記第１および第２の端子（３０６、３０８）との間に挿入される、請求項３に記載のアンテナ（１００）。
  17. 第２の固定誘電体層（４００ｂ）をさらに備え、前記第１の固定誘電体層（４００ａ）は、前記第１の強誘電体材料（４０２）と前記第１の端子（３０６）との間に挿入され、該第２の固定誘電体層（４００ｂ）は、前記第２の端子（３０８）と該第１の強誘電体材料（４０２）との間に挿入される、請求項３に記載のアンテナ（１００）。
  18. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、前記第１の固定誘電体層（４００）の内部に形成される、請求項３に記載のアンテナ（１００）。
  19. 前記第１の強誘電体材料（４０２）は、前記第１の固定誘電体層（４００）の外部に形成される、請求項３に記載のアンテナ（１００）。
  20. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、ギャップによって分離された前記第１および第２の端子（３０６、３０８）を有するギャップキャパシタであって、前記第１の強誘電体材料（４０２）の上に位置するギャップキャパシタである、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  21. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、固定定数の誘電体の層（４００）の上に位置する前記第１の強誘電体材料（４０２）を備える、請求項２０に記載のアンテナ（１００）。
  22. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）は、プレートとして形成された前記第１の端子（３０６）を有する平行プレートキャパシタであり、該第１の端子（３０６）は、前記第１の強誘電体材料（４０２）の上に位置し、該第１の強誘電体材料（４０２）は、固定定数の誘電体の層（４００）の上に位置し、該固定定数の誘電体の層（４００）は、プレートとして形成された前記第２の端子（３０８）の上に位置する、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  23. 前記バイアス電圧ブロックキャパシタ（３１０）は、第２のチューニング可能な強誘電体キャパシタであり、
    前記バイアス電圧フィードパッド（３００）は、該第２のチューニング可能なキャパシタ（３１０）に電位を印加し、
    前記アンテナ（１００）は、前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）の前記第１の可変比誘電率と組み合わせられた該第２のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（３１０）の第２の可変比誘電率に応答する前記共振周波数で共振する、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  24. 前記第１のチューニング可能な強誘電体キャパシタ（１１２）と前記ラジエータ（１０４）との組み合わせは、前記共振周波数の１／４波長の有効な電気的波長を有する、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
  25. 前記第１の固定誘電体（１１０）は、セラミック、ＦＲ４、空気、フォーム、ＭｇＯ、ランタンアルミネートおよびサファイアを含む群より選択された材料から形成される、請求項１に記載のアンテナ（１００）。
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