JP4731519B2 - 小型空間充填アンテナ - Google Patents

Description

本発明は概して、革新的な幾何学的的形状、すなわち空間充填曲線(Space-Filling Curves (SFC))と呼ばれる曲線の幾何学的形状に基づく新規な種類の小型アンテナに関する。アンテナは、動作波長に比して小さい空間に納めることが可能であれば、小型アンテナであると呼ばれる。より正確には、アンテナが小型かどうかを分類するに当たっては、ラジアン球(radiansphere)が基準になる。ラジアン球とは、２πで除算した動作波長に等しい半径を有する仮想的な球を意味し、このラジアン球内にアンテナが納まるのであれば、そのアンテナは波長に関して小型であると言える。

本発明では、新規な幾何学的形状、すなわち空間充填曲線（SFC）の幾何学的形状が定義され、この形状が、アンテナの一部を形成するのに利用されている。この新規な技法により、アンテナの大きさを従来に比して減少させることができ、あるいはそれに代えて、アンテナの大きさを一定としても、同じ大きさの従来のアンテナに比して低周波で動作することができるのである。

本発明は、電気通信の分野に適用できるものであり、より具体的には大きさを小さくしたアンテナの設計に適用できるものである。

小型アンテナについての基本的な制約は、H.WheelerとL.J.Chuらにより１９４０年代の半ばに理論的に確立されている。彼らによれば、小型アンテナは、放射されるパワーに比してアンテナ近傍に蓄えられている無効エネルギーが大きいのでＱ値が大きいとのことである。このようにＱ値が大きいことから帯域幅が狭い。実際に、特定の大きさの小型アンテナが与えられた場合、このような理論から導き出される原理により最大の帯域幅が決まる。
国際出願の国際公開ＷＯ９９／２７６０８号パンフレット。 特開昭６３−０５１７７４号公報。 国際出願の国際公開ＷＯ９７／０６５７８号パンフレット。 特開平０７−０７３３１０号公報。 特開平０９−１８１９２２号公報。 R. C. Hansen, "Fundamental Limitations on Antennas", Proceedings of IEEE, IEEE, vol. 69, no. 2, February 1981。

この現象と関係するものとして、小型アンテナには、一般に外部の整合／装荷回路ないし構造物によって補償しなければならない大きな入力リアクタンスがあるといった特徴がある。また、それは、共振時の波長に関して小さい空間に共振アンテナを詰め込むことは容易でないことをも意味している。小型アンテナのその他の特性としては、放射抵抗が小さいこと、効率が低いことが挙げられる。

小さい空間から効率的に放射することのできる構造を求めることは、特にモバイル通信装置(一例として、セルラー電話、ポケットベル、携帯コンピュータ、データ処理器)の環境においては、多大な商業的関心の対象となる。非特許文献１によれば、小型アンテナの性能は、そのアンテナを取り囲む仮想ラジアン球の内部で得られる小さい空間をそのアンテナが効率的に利用できるかどうかにかかっているとのことである。

本発明では、空間充填曲線(以後、ＳＦＣ)と呼ばれる幾何学的形状の新規な集合を小型アンテナの構成と構造とに取り入れて、従来より知られている古典的なアンテナ(例えば、直線状のモノポール・アンテナ、ダイポール・アンテナ、円形ないし矩形ループアンテナ)の性能を改良している。

本発明で説明する幾何学的形状の一部は、ペアノ(Giusepe Peano)やヒルベルト(David Hilbert)らの如くの数人の数学者により１９世紀に既に研究された幾何学的形状からヒントを得たものである。いずれの場合でも、曲線は数学的な観点から研究されたものであり、実際に実用に使われた試しはない。

次元(Ｄ)は、本発明で説明するような高度に複雑な幾何学曲線や構造物を特徴付けるのに屡々用いられている。次元についてはたくさんの異なった数学的な定義があるが、本明細書では、ある種類（族）に属するデザインを特徴付けるのにボックスカウンティング次元(数学理論に詳しい人にはよく知られている)が使われている。数学の熟知者なら、本発明で説明するような一部の空間充填曲線を構成するのに、反復関数系(ＩＦＳ、Iterated Function System)や複縮小コピー機(ＭＲＣＭ、Multireduction Copy Machine)又はネットワーク化された複縮小コピー機(ＭＲＣＭ)のアルゴリズムを利用できることが容易に理解されるであろう。

本発明の核心は、アンテナの一部分(例えば、ダイポール・アンテナのアームの少なくとも一部分、モノポール・アンテナのアームの少なくとも一部分、パッチ型アンテナのパッチの周、スロット型アンテナのスロット、ループアンテナのループ周、ホーン型アンテナのホーンの横断面、または、リフレクタ型アンテナのリフレクタの周）を、空間充填曲線として形成すること、即ち、物理的な長さに関しては大きいが、当該曲線が含まれる領域の面積に関しては小さい曲線として形成することにある。より正確に言えば、本明細書においては空間充填曲線の定義を下記の如く定めている。即ち、少なくとも１０個のセグメントによって構成された曲線であって、これらのセグメントは、各セグメントがその隣接セグメントと所定の角度をなすように、即ち、隣接する２つのセグメントがより大きい直線セグメントを画成しないように連結される。空間充填曲線は、オプションとして、連結された少なくとも１０個のセグメントが形成する非周期的曲線により周期構造が定義されるときであって、隣接して連結された２つのセグメントがより長い直線セグメントを画成しないときに限って、空間内の一定の直線方向に沿って周期的に構成されてもよい。また、斯かるＳＦＣの設計がどのようなものであろうとも、始点と終点以外ではそれはそれ自身と交わることはない(即ち、曲線全体は閉曲線またはループとして構成されることが可能であるが、曲線の中の部分が閉ループになることはない)。空間充填曲線は、平面ないし曲面に被着することができ、セグメント間に角度があることから、曲線の物理的長さは常に、前記空間充填曲線の場合と同じ面積の領域（面）に被着できるあらゆる直線の物理的長さよりも大きいのである。更に、本発明による小型アンテナ構造を適切に形成するためには、ＳＦＣ曲線のセグメントは、自由空間動作波長の１０分の１よりも短いものでなければならない。

形成手順と曲線の幾何学的形状とによっては、位相的な次元よりも大きいハウスドルフ次元を特徴的に備える、ある無限長ＳＦＣを理論的に設計することはできる。即ち、古典的なユークリッド幾何学に関して、曲線は常に一次元的なオブジェクトであると理解するのが通常である。しかし、曲線が高度に入り組んだものとなって、その物理的長さが非常に大きい場合、その曲線は当該曲線が乗っている面の部分を充填しようとする傾向がある。その場合、その曲線に対するハウスドルフ次元（または、ボックスカウンティングアルゴリズムにより、ハウスドルフ次元の少なくとも近似）を計算することができ、結果として、１よりも大きな数の次元が得られる。このような理論的な無限曲線は物理的には構成することはできないが、ＳＦＣの設計によってこのような曲線に接近することはできる。図２と図５とにおいて説明し、図示した曲線８、１７は、次元Ｄ＝２を特徴的に備える理想的な無限曲線に近似する前記ＳＦＣの例示である。

アンテナを物理的に形成するに当たりＳＦＣ曲線を利用する有利な点は２点からなる。
(a) 動作周波数ないし波長が特定の一定値にあるとすると、ＳＦＣアンテナは従来例に比して大きさを小さくすることができる。
(b) ＳＦＣアンテナの物理的大きさが一定だとすると、そのＳＦＣアンテナは、従来例よりも低周波(長波長)で動作する。

図１と図２とはＳＦＣ曲線の数例を示している。図１における図形(１)、(３)、(４)は、ＳＺ曲線と呼ばれるＳＦＣ曲線の一例をそれぞれ示している。６セグメントだけからなることからＳＦＣでない曲線は、比較のために図形(２)に示してある。図２における図形(７)と(８)は、ＳＦＣ曲線(１)を含むモチーフの周期的反復により形成されている別のＳＦＣ曲線の一例をそれぞれ示している。ＳＦＣ曲線のこれらの数例と、図２における図形(５)と(６)の如くの周期的に曲りくねっているが、ＳＦＣでない曲線の数例との実質的な相違に注目することは重要である。曲線(５)、(６)は、１０セグメントより多くのセグメントで形成されているが、いずれも直線方向(水平方向)に沿ってほぼ周期的であると見ることができ、この周期構造ないし繰返しを規定するモチーフは１０個よりも少ないセグメントで構成され（図形(５)における周期構造は、４個のセグメントからなるにすぎず、曲線(６)の周期構造は９個のセグメントからなりたっている）、このことは、本発明において導入したＳＦＣ曲線の定義とは矛盾する。ＳＦＣ曲線は、より小さな空間ではより複雑であり、より長い長さを詰め込んでいる。このことは、ＳＦＣ曲線を構成する各セグメントが電気的に短い（本願の特許請求の範囲に記載のように、自由空間での動作波長の１０分の１よりも短い）ことも相俟って、アンテナの大きさを削減することにおいて重要な役割を担っている。また、本発明で説明する特定のＳＦＣ曲線を得るために利用する折畳み機構の部類は、小型アンテナの設計においては重要である。

図３は、ＳＦＣアンテナの好ましい実施の形態を示す。三つの図形は、同じ基本的なダイポール・アンテナのことなった構成例を表している。二本アーム型ダイポール・アンテナは、それぞれがＳＦＣ曲線として形成されている導体ないし超伝導体にてなる２つの部分を備えて構成されている。ここでは、一般性を損なうことなく明確化するために、特定の形態のＳＦＣ曲線(図１のＳＺ曲線(１))を選んでいるが、例えば図１、図２、図６、図８、図１４、図１９、図２０、図２１、図２２、図２３、図２４、図２５に示した如くのその他のＳＦＣ曲線も利用できるものである。二本アームにおける互いに最近接した先端がダイポールアンテナの入力端子(９)を構成している。端子(９)は導体ないし超伝導体の円として示してあるが、当業者には明らかであるように、そのような端子は、動作波長に関して当該端子が小さく保たれるのである限り、どのようなパターンに形成してもよい。また、例えば偏波などのアンテナの放射特性ないし入力インピーダンスを細かく変えるために、このダイポールアンテナのアームを別の形に回転したり、折り畳んでも良い。図３にＳＦＣダイポールアンテナの別の好ましい実施の形態を示すが、そこでは、導電ないし超伝導ＳＦＣアームは誘電体基板(１０)上に印刷形成されている。ＳＦＣ曲線が長ければ、このような方法の方が費用や機械的耐久性に関して特に好都合である。誘電体基板上にＳＦＣ曲線をパターニングするに当たっては、従来公知の印刷回路形成法を利用することもできる。斯かる誘電体基板は、例えばガラス繊維基板、テフロン（登録商標）製基板(商標「Cuclad」の如くの基板)、或いは、その他の標準的な無線周波数及びマイクロ波用基板(例えば、商標「Rogers 4003」または商標「Kapton」の如くの基板)であっても良い。また、アンテナを乗用車の如くの自動車や鉄道車両、航空機などに搭載して無線やテレビ放送、携帯電話(ＧＭＳ９００、ＧＭＳ１８００、ＵＭＴＳ)などの送受信、或はその他の通信サービス用電磁波の送受信に利用するのであれば、この誘電体基板は窓ガラスの一部であっても良い。言うまでもないことではあるが、ダイポール・アンテナの入力端子にバラン・ネットワークを接続または一体化して、二つのダイポール・アームの間での電流分布を平衡化させてもよい。

ＳＦＣアンテナの別の好ましい実施の形態に、図４に示したモノポール・アンテナがある。この場合では、ダイポール・アームの一方を導体ないし超伝導体のカウンタポイズもしくは接地面(ground plane)(１２)によって置換している。携帯電話機の筐体、或は自動車、列車などの一部分でさえ、斯かる接地カウンタポイズとして機能することができる。接地及びモノポール・アーム(ここではＳＦＣ曲線(１)によってアームを表しているが、他のＳＦＣ曲線を採用することも可能である)は従来のモノポール・アンテナと同様に、例えば伝送線路(１１)により励振される。斯かる伝送線路は２つの導体から形成され、ここで、その一方は接地カウンタポイズに接続され、他方はＳＦＣの導電ないし超伝導構造物に接続される。図４の図形では、伝送線路の特定の例として同軸ケーブル(１１)を示しているが、当業者には、モノポール・アンテナを励振するのにその他の伝送線路が利用できることは容易に想到できることである。所望によっては、また、図３で説明するスキームに従い、ＳＦＣ曲線は誘電体基板(１０)に印刷形成しても良い。

ＳＦＣアンテナのもう一つの好ましい実施の形態に、例えば図５、図７、図１０に示すスロット型アンテナが挙げられる。図５では、二つの接続したＳＦＣ曲線(図１のパターン(１)による)が、導電ないし超伝導シート(１３)に形成したスロットないしギャップを形成している。斯かるシートは、例えば、印刷回路基板における誘電体基板上のシートであっても良く、または、自動車の室内を赤外線照射による加熱から保護するためにガラス窓に形成した透明導電性フィルムであっても良いし、携帯電話機、自動車、列車、ボート、航空機などの金属構造物の一部分であっても良い。励振方法としては、従来のスロット型アンテナにおけるのと同様であっても良いが、これは本発明にとっては本質的な部分ではない。図５、図７及び図１０のすべてにおいては、アンテナを励振するのに同軸ケーブル(１１)を利用しているが、一方の導体は導電シートの一方側に、また、他方の導体はスロットを隔てた導電シートの他方側にそれぞれ接続している。例えばマイクロストリップ伝送線路も、同軸ケーブルの代わりに利用することも可能である。

本発明の同じ原理と神髄とに基づいてなし得るアンテナのいくつかの変形例を示すとすれば、別の曲線(ヒルベルト曲線族からの曲線(１７))を利用した図７の一例が挙げられる。尚、図５と図７とにおいては、スロットは導電シートの縁端部まで達するようにはなっていないが、別の実施の形態では、当該導電シートを二つの導電シートに分離してスロットが導電シートの境界まで達するように設計することも可能である。

図１０は、もう一つの考えられるＳＦＣアンテナの実施の形態を示す。これもまた、閉ループ構造のスロット型アンテナである。このループは、例えば図８に示したＳＦＣ(２５)のパターン(本発明の神髄と範囲とによれは、他のＳＦＣ曲線を利用することも可能である)に従って４つのＳＦＣギャップを連結することにより構成している。このようにして得られる閉ループは、導電ないし超伝導シートにより囲繞されている導体ないし超伝導体のアイランドの境界を定めている。スロットは、従来公知の方法で励振することができ、例えば、外部導体の一方を外側の導電シートに接続し、内部導体を、ＳＦＣギャップで取り囲まれた内側の導電性アイランドに接続した同軸ケーブルを利用することも可能である。更に、そのようなシートとしては、例えば、印刷回路基板における誘電体基板上のシートであっても良く、または、自動車の室内を赤外線照射による加熱から保護するためにガラス窓に形成した透明導電性フィルムであっても良いし、携帯電話機、自動車、列車、ボート、航空機などの金属構造物の一部分であっても良い。スロットは、二つの互いに近接しているが、同一平面にはない導電アイランドと導電シートとの間のギャップで画成しても良い。これは、例えば内部導電アイランドをオプションの誘電体基板の表面に実装し、囲繞導体を前記基板の反対面に実装することにより物理的に実現できる。

言うまでもないことではあるが、スロットを用いた構成だけが、ＳＦＣループアンテナを実現するための方法とは限らない。超伝導材ないし導電材で構成した閉ＳＦＣ曲線も、図９に示した如くの実施の形態に示す有線ＳＦＣループアンテナを実現するのに利用することができる。この場合、曲線の一部分が分断されていて、それに伴って形成された曲線の端部がループの入力端子(９)を形成している。所望によっては、ループは誘電体基板(１０)上に印刷形成することもできる。誘電体基板を利用した場合では、当該基板上の誘電体ＳＦＣパターンをエッチングすることにより誘電体アンテナを構成することもできるが、前記誘電体パターンの誘電率は前記基板のそれよりも高い。

図１１を参照しながらまた別の実施の形態を説明する。それはパッチ型アンテナとして構成され、ここでは、導体ないし超伝導体パッチ(３０)がＳＦＣの周を特徴的に備えている(ここではＳＦＣ(２５)の特定の例を取り上げているが、その他のＳＦＣ曲線を利用することも可能である)。パッチの周は本発明の本質的部分であり、アンテナの残りの部分は、例えば従来のパッチ型アンテナと同様である。パッチ型アンテナは、導体ないし超伝導体の接地面(３１)もしくは接地カウンタポイズと、前記接地面ないし接地カウンタポイズに平行な導体ないし超伝導体パッチとを備えて構成される。パッチと接地面との間の間隔は、(必ずしもそれに限られないが)１／４波長よりも小さいのが一般的である。所望によっては、このパッチと接地カウンタポイズとの間に、低損失型誘電体基板(１０)(ガラス繊維、商標「Cuclad」の如くのテフロン（登録商標）基板、或は、商標「Roger 4003」の如くの市販材料の如く)を設けても良い。アンテナ給電法としては、従来のパッチ型アンテナにおいて採られているのと同様な従来公知の方法であっても良く、その方法としては、例えば、外部導体を接地面に接続し、内部導体を所望の入力抵抗点においてパッチに接続した同軸ケーブル(言うまでもなく、この変形例として同軸接続点の周りにおけるパッチの容量ギャップ、または、所定距離だけ離隔してパッチと平行に配置した同軸ケーブルの内部導体に接続した容量板なども利用できる)と、アンテナと同じ接地面を共有するマイクロストリップ伝送線路であって、ストリップがパッチと容量的に結合されていて、パッチの下方に所定距離だけ離隔して設けられるか、あるいは他の実施の形態ではストリップが接地面の下方に配置されてスロットを介してパッチに接続されるマイクロストリップ伝送線路と、ストリップがパッチと同一平面にあるマイクロストリップ伝送線路とが利用できる。これら全ての機構は従来より知られているところであって、本発明の核心をなすものではない。本発明の核心は、従来の構造に比して大きさを減らすことのできるアンテナの形状(この場合、パッチのＳＦＣの周)にある。

パッチ型構成に準拠するＳＦＣアンテナのその他の好ましい実施の形態には、図１３や図１５に示したものがある。これらは、多角形パッチ(３０)(一例を挙げれば、四辺形、三角形、五角形、六角形、矩形、または円形)を有する従来のパッチ型アンテナにおいて、そのパッチ上にＳＦＣ曲線がギャップを形成することにより構成されている。斯かるＳＦＣラインは、パッチ上に(図１５に見られるように)スロットないし拍車形ラインを形成していることから、斯くしてアンテナサイズの削減、並びに、マルチバンド動作のための新しい共振周波数の導入に貢献しており、他の実施の形態では、（（２５）等の）ＳＦＣ曲線がパッチ(３０)上の開口部(３３)の周を画成している(図１３)。斯かる開口部は、開口部を持たない（中実な）パッチ構成に比して、パッチの第１共振周波数を減らすのに著しく貢献しており、それによりアンテナの大きさの減少に著しく貢献している。前記した二つの構成、即ち、ＳＦＣスロットのある構成とＳＦＣ開口部のある構成は、例えば図１１に示したパッチ型アンテナ(３０)におけるが如くのＳＦＣの周を備えたパッチ型アンテナにも利用できるのは言うまでもない。

ここにおいて、当業者には本発明の範囲と神髄、並びに、同じＳＦＣ幾何学的原理が革新的な方法で全ての公知の構成に適用できることも明らかである。もっと例を挙げれば図１２や図１６、図１７、図１８に示したのがある。

図１２は、ＳＦＣアンテナの好ましい実施の形態を示している。このアンテナは開口型アンテナからなり、開口部はそのＳＦＣの周により特徴付けられていると共に、導体接地面ないし接地カウンタポイズ(３４)上に刻設されていて、前記接地カウンタポイズの接地面は、例えば導波管ないし空洞共振器の壁部、または、自動車(乗用車、トロリー、航空機ないしタンクの如く)の一部分からなる。開口部は、一例を挙げれば同軸ケーブル(１１)、平坦マイクロストリップないしストリップライン伝送線路の如く、従来の技法で給電することができる。

図１６は、任意の横断面を有する導波管の壁部にＳＦＣ曲線(４１)がスロットとして設けられているもう一つの好ましい実施の形態を示している。このようにして、スロットが設けられた導波管アレーが形成され、ＳＦＣ曲線のサイズ圧縮特性の利点が得られる。

図１７は別の好ましい実施の形態を示すもので、この場合では、横断面がＳＦＣ曲線(２５)からなるホーン型アンテナである。この場合、ＳＦＣの幾何学的形状を備えたことによるサイズ削減の特性からばかりではなくて、ホーンの横断面を形成することにより達成され得るブロードバンド動作からも利点がもたらされるのである。この技術の原始的なものは、リッジ式ホーン型アンテナとして既に開発されているところである。この従来例の場合では、ホーンの少なくとも二つの対向する壁部にそれぞれ垂直に導入されている単一の歯状部(single squared tooth)が、アンテナの帯域幅を増大させるのに使われている。ＳＦＣ曲線のより複雑なスケール構造(richer scale structure)は、従来例に比べた帯域幅の増大に貢献している。

図１８は、アンテナ、即ち、リフレクタ型アンテナ(４９)の典型的な構成を示すもので、ＳＦＣ曲線によりリフレクタの周を形成すると言った新規な技法を取り入れている。リフレクタは、用途または給電スキームに応じて平坦であっても良いし、または、湾曲しても良い(例えば、リフレクタアレー型にあっては、ＳＦＣリフレクタは平坦であるのが好ましいが、焦点給電型皿形リフレクタにあっては、ＳＦＣ曲線で画成される面は湾曲して放物面を描くようになっているのが好ましい)。また、ＳＦＣ反射面の神髄内には、周波数選択面(FSS, Frequency Selective Surfaces)をＳＦＣ曲線で構成することもできる。その場合、ＳＦＣはＦＳＳにわたって繰返しパターンを形成するのに利用される。このＦＳＳ構成においては、ＳＦＣパターンの減少された大きさによりＳＦＣエレメントの間隔を緻密にすることができるので、当該ＳＦＣエレメントが従来例に比して好適に利用される。このＳＦＣエレメントをアンテナのリフレクタアレーにおけるアンテナアレーに利用すれば同様な利点が得られる。

ＳＦＣ曲線のいくつかの例を示す。最初の曲線(２)から、１０個より多くの連結されたセグメントを備えた他の曲線(１)、(３)、(４)が形成される。これらの曲線族は、本明細書ではＳＺ曲線と呼んでいる。 二つの従来の蛇行線と、図１のＳＺ曲線から構成した二つの周期的ＳＦＣ曲線との比較を示す。 ＳＦＣアンテナの特定の構成を示し、ここでは、ダイポール・アンテナの三つの異なった構成であって、２つのアームのそれぞれが完全にＳＦＣ曲線（１）として形成された構成を示す。 他の特定の場合に係るＳＦＣアンテナであって、モノポール・アンテナを備えたＳＦＣアンテナを示す。 スロットが図１のＳＦＣ曲線として形成されているＳＦＣスロット型アンテナの一例を示す。 ヒルベルト曲線から着想を得た他のＳＦＣ曲線の集合（１５−２０）であって、本明細書ではヒルベルト曲線と呼ぶＳＦＣ曲線を示す。比較のために、標準的な非ＳＦＣ曲線を(１４)に示す。 図６におけるＳＦＣ曲線(１７)に基づくＳＦＣスロット型アンテナの別の例を示す。 本明細書ではＺＺ曲線と呼ぶ、他のＳＦＣ曲線の集合（２４、２５、２６、２７）を示す。比較のために従来の矩形ジグザグ曲線(２３)を示す。 上方の図は、ワイヤ構成の曲線(２５)に基づくループアンテナを示す。下方の図では、ループアンテナ２９は誘電体基板(１０)上に印刷形成されている。 図８におけるＳＦＣ(２５)に基づくスロット型ループアンテナを示す。 パッチの周がＳＦＣ(２５)により形成されている、パッチ型アンテナを示す。 導電ないし超伝導構造物（３１）上にＳＦＣ（２５）により形成された開口部（３３）を備えた開口型アンテナを示す。 パッチ上にＳＦＣ(２５)に基づく開口部のあるパッチ型アンテナを示す。 ペアノ曲線に基づく、別の特定のＳＦＣ曲線族（４１、４２、４３）の例を示す。比較のために、９個のセグメントだけで形成された非ＳＦＣ曲線を示す。 ＳＦＣ(４１)に基づくＳＦＣスロットのあるパッチ型アンテナを示す。 導波管式スロット型アンテナを示し、矩形導波管（４７）は、その壁部のうちの１つにＳＦＣ曲線（４１）によりスロットが設けられている。 ホーン型アンテナを示し、そのホーンの開口及び横断面はＳＦＣ（２５）により形成されている。 リフレクタ型アンテナのリフレクタであって、ＳＦＣ（２５）として形成された周を有するリフレクタを示す。 ペアノ曲線に基づくＳＦＣ曲線族（５１、５２、５３）を示す。比較のために、９個のセグメントだけで成り立っている非ＳＦＣ曲線（５０）を示す。 別のＳＦＣ曲線族（５５、５６、５７、５８）を示す。比較のために、５個のセグメントだけで成り立っている非ＳＦＣ曲線(５４)を示す。 ＳＦＣ(５７)で構成したＳＦＣループの二例（５９、６０）を示す。 本明細書ではヒルベルトＺＺ曲線と呼ぶＳＦＣ曲線族（６１、６２、６３、６４）を示す。 本明細書ではペアノdec(Peanodec)曲線と呼ぶＳＦＣ曲線族（６６、６７、６８）を示す。比較のために、９個のセグメントだけで成り立っている非ＳＦＣ曲線(６５)を示す。 本明細書ではペアノinc(Peanoinc)曲線と呼ぶＳＦＣ曲線族（７０、７１、７２）を示す。比較のために、９個のセグメントだけで成り立っている非ＳＦＣ曲線（６９）を示す。 本明細書ではペアノZZ曲線と呼ぶＳＦＣ曲線族（７３、７４、７５）を示す。比較のために、９個のセグメントだけで成り立っている非ＳＦＣ曲線(２３)を示す。

Claims (40)

1. 放射アームと接地カウンタポイズとを備えたモノポールアンテナであって、
   上記放射アームは伝送線路によって励振され、上記放射アームの少なくとも一部は空間充填曲線として形成され、
   上記空間充填曲線（２５）は、上記空間充填曲線の非周期的部分を形成する互いに連結された少なくとも１０個のセグメントによって構成され、
   上記各セグメントは当該モノポールアンテナの自由空間動作波長の１０分の１よりも小さく、
   上記複数のセグメントは、上記セグメントのいずれもそれに隣接したセグメントとともにより長い直線セグメントを形成することがないように空間的に配置され、
   上記複数のセグメントのいずれも、閉ループを形成するように上記空間充填曲線の端部において交差する場合を除いて、他のセグメントと交差せず、
   上記空間充填曲線が空間内の一定の直線方向に沿って周期的になる場合、対応する周期が画成され、上記周期は、互いに連結された少なくとも１０個のセグメントによって構成された非周期的部分によって画成され、上記互いに連結されたセグメントのいずれもそれに隣接したセグメントとともにより長い直線セグメントを形成することがなく、
   上記空間充填曲線は、１よりも大きなボックスカウンティング次元を特徴的に備えた曲線であり、
   上記空間充填曲線は、反復関数系又は複縮小コピー機アルゴリズムによって構成可能なものではないモノポールアンテナ。
2. 上記モノポールアンテナは、２πで除算された当該モノポールアンテナの動作波長に等しい半径を有する球の中に当該モノポールアンテナが納まるようなサイズを有する請求項１記載のモノポールアンテナ。
3. 上記空間充填曲線（２５）を構成する互いに連結された少なくとも１０個のセグメントは、直線状セグメントである請求項１記載のモノポールアンテナ。
4. 上記空間充填曲線は、コーナー部によって互いに分離される複数のセグメントを備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
5. 上記コーナー部は角を形成する請求項４記載のモノポールアンテナ。
6. 上記コーナー部は曲線状である請求項４記載のモノポールアンテナ。
7. 上記コーナー部は丸められ、さもなければ滑らかにされる請求項４記載のモノポールアンテナ。
8. 上記空間充填曲線は複数のセグメントを備え、上記複数のセグメントの長さは単一ではない請求項１〜７のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
9. 上記空間充填曲線は少なくとも９個の折り曲げ部を備えた請求項１又は２記載のモノポールアンテナ。
10. 上記空間充填曲線のどの部分も、当該空間充填曲線の端部において交差する場合を除いて、当該空間充填曲線の他の部分と交差せず、
    上記空間充填曲線が空間内の一定の直線方向に沿って周期的になる場合、少なくとも９個の折り曲げ部を含む非周期的部分によって対応する周期が画成される請求項９記載のモノポールアンテナ。
11. ２つの隣接した折り曲げ部の間の距離は、当該モノポールアンテナの自由空間動作波長の１０分の１よりも短い請求項９又は１０記載のモノポールアンテナ。
12. ２つの隣接した折り曲げ部の間の距離は、上記空間充填曲線内の２つの隣接した折り曲げ部によって構成される組のすべてについて単一ではない請求項９〜１１のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
13. 上記ボックスカウンティング次元は両対数グラフの直線部分の傾きとして計算され、上記直線部分は、上記両対数グラフの水平軸に関するスケールの少なくともオクターブにわたる線分として実質的に画成される請求項１〜１２のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
14. 上記空間充填曲線は誘電体基板上に印刷される請求項１〜１３のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
15. 上記空間充填曲線のどの部分も上記空間充填曲線の他の部分と交差しない請求項１〜１４のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
16. 上記空間充填曲線は、その起点と終点において当該空間充填曲線自体と交差する請求項１〜１４のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
17. 上記空間充填曲線はヒルベルト曲線として形成される請求項１〜１６のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
18. 上記空間充填曲線はヒルベルトＺＺ曲線（６１，６２，６３，６４；図２２）として形成される請求項１〜１６のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
19. 上記空間充填曲線はペアノ曲線として形成される請求項１〜１６のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
20. 上記空間充填曲線として形成される当該モノポールアンテナの少なくとも一部は、当該モノポールアンテナの周の少なくとも一部を構成する請求項１〜１９のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
21. 上記空間充填曲線（２５）は、曲面に合わせて設けられる請求項１〜２０のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
22. 上記空間充填曲線（２５）は、平面に合わせて設けられる請求項１〜２１のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
23. 上記モノポールアンテナは、ＧＭＳ９００、ＧＭＳ１８００、ＵＭＴＳを含む電気通信サービスのうちの少なくとも１つをカバーするように構成された請求項１〜２２のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
24. 上記モノポールアンテナは、少なくともＧＭＳ９００、ＧＭＳ１８００、ＵＭＴＳを含む電気通信サービスをカバーするように構成された請求項２３記載のモノポールアンテナ。
25. 上記モノポールアンテナは、ＵＭＴＳ電気通信サービスをカバーするように構成された請求項２３記載のモノポールアンテナ。
26. セルラー電話システムの動作波長に対応する動作波長を有する請求項１〜２５のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
27. 上記モノポールアンテナは、携帯電話機内の金属構造物である接地面を備えた請求項１〜２６のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
28. 上記モノポールアンテナは移動通信装置に配置される請求項１〜２７のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
29. 上記モノポールアンテナはセルラー電話機上に設けられる請求項２８記載のモノポールアンテナ。
30. 上記空間充填曲線は、直線に沿って周期的にはならない請求項１〜２９のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
31. 上記モノポールアンテナは、空間充填曲線として一部が形成された放射素子を持たずかつ同じ周波数で動作する対応する従来のアンテナの放射素子よりも、小さな放射素子を備えた請求項１〜３０のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
32. 上記モノポールアンテナは、当該モノポールアンテナの放射素子と対応する従来のアンテナの放射素子とが同じサイズを有する場合、空間充填曲線として一部が形成された放射素子を持たない従来のアンテナの放射素子よりも、低い共振周波数を有する放射素子を有する請求項１〜３０のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
33. 上記モノポールアンテナは、当該モノポールアンテナの放射素子と入力コネクタとの間にネットワークを含み、上記ネットワークは、整合ネットワーク、インピーダンス変換ネットワーク、又はバランネットワークである請求項１〜３２のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
34. 上記モノポールアンテナはマルチバンド動作用に構成された請求項１〜３３のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ。
35. 請求項１〜３４のいずれかに記載の複数のモノポールアンテナを備えた集合アンテナであって、
    上記複数のモノポールアンテナのうちの大部分は、与えられた周波数における所定の信号が供給されるように構成され、アンテナアレーを形成し、及び／又は
    上記複数のモノポールアンテナのうちの少なくとも２つは、異なる通信サービスのカバレッジを提供するために異なる周波数で動作するように構成される集合アンテナ。
36. 上記複数のモノポールアンテナは、分配ネットワーク又はダイプレクサネットワークにより同時に給電される、請求項３５記載の集合アンテナ。
37. 請求項１〜３４のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ、又は請求項３５又は３６記載の集合アンテナを備えた移動通信装置。
38. 上記移動通信装置はセルラー電話機である請求項３７記載の移動通信装置。
39. 上記移動通信装置はセルラーページャ又は携帯型コンピュータである請求項３７記載の移動通信装置。
40. 削減されたサイズを有する移動通信装置を製造する方法であって、上記方法は、携帯通信装置を製造することと、上記携帯通信装置のためのアンテナとして、請求項１〜３４のいずれか１つに記載のモノポールアンテナ、又は請求項３５又は３６記載の集合アンテナを組み込むこととを含む方法。