JP4845406B2 - 改善されたスロット型平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、平面アンテナに関し、特に、例えば、無線ネットワークのための端子に集積することができるように小型にすることができるスロット方平面アンテナに関する。

無線ネットワークにおいて用いられる装置は、ユーザの要求に応えて、益々軽量且つ小型になってきている。それ故、そのような端子のために設計されるアンテナは、小さいサイズである一方、高性能を提供する必要がある。

しかしながら、エレクトロニクスの分野においては大幅な小型化がみられるが、物理法則は、所定の周波数帯域においてアンテナが正確に機能するために、アンテナに対してある最小サイズを定める。それ故、プリントアンテナに対して、寸法は、一般に、中心動作周波数における波長のオーダーである。

アンテナのサイズを減少させるために幾つかの技術が提案されてきた一方、歩留まり、周波数帯域及び放射パターンに関するそれらの無線性能は維持されている。

それ故、出願人ＴＨＯＭＳＯＮ Ｌｉｃｅｎｓｉｎｇ Ｓ．Ａ．により２００１年６月２２日に出願された仏国特許出願公開第０１０８２３５号明細書において、スロットがスロットの周囲を広げるように形成された環状のスロット型平面アンテナについて、記載されている。これは、所定の周波数に対して基板の寸法を減少させることが可能であり、又は、一定の寸法において動作周波数を修正することが可能である。

スロット型アンテナの共振周波数はスロットの長さに依存することを認識して、本発明は、スロットの形状に依存しないスロット型平面アンテナのサイズを減少させるための新しい技術を提供する。
仏国特許出願公開第０１０８２３５号明細書

それ故、本発明は、所定の周波数において動作するように寸法付けられた共振スロットから構成される平面アンテナであって、スロットは基板において形成され及びスロットが位置付けられている短絡面における給電ラインにより電源供給され、基板は変動膜厚を呈する、平面アンテナに関する。

第１実施形態に従って、スロットが形成されている基板面のプロファイルは連続的プロファイルであって、例えば、正弦波プロファイルである。

他の実施形態に従って、スロットが形成されている基板面のプロファイルは不連続的プロファイルであって、例えば、鋸歯状プロファイルである。それ故、連続的又は不連続的プロファイルの周期は一定である又は変動している。例えば、基板プロファイルは、長さの第１部分においては短い周期であり、長さの他の部分においてはより長い周期である。

更に他の実施形態に従って、スロットが形成されている基板面のプロファイルは放射形対称プロファイルである。この場合、スロットは環状スロット又は共振スロットラインであることが可能である。

又、上記のように、放射形対称プロファイルを連続的又は不連続的プロファイルに関連付けることができる。

本発明の他の特徴に従って、給電ラインは、好適には、一定の基板の厚さの領域に位置付けられる。

本発明の他の特徴及び優位性は、添付図面を参照して表現されている、種々の実施形態の記載を読むときに明らかになるであろう。

先ず、従来の線形共振スロット型平面アンテナについての説明を、図を参照して行う。

図１に示すように、金属材料におけるグランド面２により覆われた誘電体材料の基板１において、線形スロット３がエッチングにより形成された。このようなスロットは、既知の方法で、スロットにおけるガイドされた半波長の関数である長さｌを有する。より具体的には、基本モード、ｌ＝λｓ／２の共振周波数において動作し、ここで、λｓはスロットにおけるガイドされた波長である。

第２に、図１に示すように、スロット３を特徴付ける面と反対側の基板１の面には、給電ラインが備えられている。導電材料におけるこの給電ライン４は、スロットが給電ラインの短絡面、即ち、給電ラインチップの波長λｇ／４にあるように位置付けられ、ここで、λｇは前記給電ラインのガイドされた波長である。

それ故、従来の平面アンテナに対しては、所定の周波数におけるアンテナの寸法は、スロット３にガイドされた波長の関数である。

アンテナの全寸法を減少させるために、本発明は、スロット型アンテナを支持する基板の厚さを変えることを提案する。それ故、基板の垂直方向の寸法を修正することにより、スロットの長さを著しく伸ばすこと、それ故、共振周波数を低下させることが可能であり、又は、所定の共振周波数についての同じことに対する量は、プリントアンテナにより占められる基板表面積を小さくする。

図２においては、本発明に従ったアンテナの第１実施形態を示している。それ故、誘電体材料より成る基板１０は、給電ライン１３を導電材料において備えられている平面１０ａを有し、その反対の面、即ち、グランド面１１を有し、線形スロット１２がエッチングにより形成された面は、連続的は正弦波形状プロファイルを呈している。この場合、基板における寸法ｌの対応する長さｌのスロット１２の代わりに、ｌ１に等しい基板における寸法が同じスロットの長さに対して得られ、ここで、ｌ１＜ｌである。この場合、図２に示すように、給電ライン１３は一定の基板の厚さの領域にあり、短絡面において既知の方法でスロットと交差している。

実際には、主に、給電ラインとの結合領域における共振スロットラインの正規化インピーダンスのレベルにおいて、プロファイルを修正することによる厚さおける違いが効果を有するため、一定の厚さの領域において給電ライン１３を位置付けることは好ましい。

本発明の有利点を強調することが可能とする本発明の実際の実施形態について、以下、図３、４、５及び６を参照して説明する。

それ故、図３において、図１のアンテナの種類の、従来の共振線形スロット型アンテナについて示している。このアンテナは、スロット１０１を備えている面と反対側の基板１００の面においてエッチングにより形成されたマイクロストリップライン１０２との電磁結合により励起される。図に示している実施形態においては、誘電体材料より成る基板の誘電率は３．３８である。基板１００においてエッチングにより形成されたスロット１０１は、約５．８ＧＨｚの中心周波数において動作するように寸法付けられている。その長さは２０．１ｍｍ、幅は０．４ｍｍｍである。

図３に示すように、マイクロストリップ技術を用いて形成された給電ライン１０２は、スロットに関して、給電ライン１０２の端部が、８．２ｍｍに等しい寸法を有し、それはλｇ／４に一致し、ここで、λｇは前記給電ラインのガイドされた波長であるような方式で、スロット１０１と交差している。

図４（Ａ）及び（Ｂ）において、本発明の実施形態に従った線形共振スロットから構成される平面アンテナを示している。このアンテナは、図３のアンテナと同じ周波数で動作するように寸法付けられている。

図４（Ａ）及び（Ｂ）において明らかであるように、本発明に従ったアンテナは、誘電率３．３８の基板１１０において形成された。マイクロストリップ技術を用いて、給電ライン１１１３が形成された基板の表面１１０ａは平面であり、スロット１１２がエッチングにより形成される基板１１０ｂは変化する厚さを有する基板である。この場合、基板１１０ｂのプロファイルは不連続な鋸歯状プロファイルであり、各々の鋸歯は顕著なひし形形状である。それ故、図４（Ａ）により具体的に示すように、鋸歯の底部の寸法は３ｍｍであり、鋸歯の上部の寸法は１ｍｍである。

第２に、図４（Ｂ）に示すように、スロットの長さ２０．１ｍｍに対応する長さｌ１は９．１ｍｍに過ぎない。それ故、本発明に従ったスロット型平面アンテナの全体的な寸法における著しい減少は注目に値する。

この種のアンテナの有利点を強調するために、図３のアンテナと図４のアンテナとの間のシミュレーション結果の比較について、図５及び６に示す。

図５は、それら２つのアンテナの周波数の関数としての適合曲線を示している。破線の曲線は図３のアンテナに関し、実線の曲線は図４のアンテナに関連する。両方の曲線の比較により、２つのアンテナは、同じ周波数、即ち本発明に従ったアンテナに対しては５．６ＧＨｚにおいて、参照アンテナに対しては５．８０ＧＨｚにおいて、著しく放射することが分かる。本発明に従ったアンテナの共振周波数は、約２００ＭＨｚより低い。他方、周波数帯域の著しい広がりが観測され、参照アンテナに対しては４．１％であり、本発明に従ったアンテナに対しては１３．３％である。

最後に、図６（Ａ）に示す本発明に従ったアンテナの放射パターンと図６（Ｂ）に示す参照アンテナとを比較することにより、本発明に従ったアンテナは、より全方向性放射パターンになっていることが分かる。これは、傾いたスロットセグメントは基板に対して垂直方向に放射しないが、基板に対して側面方向に放射する。

ここで、本発明の実施形態の異なる変形について、図７及びを参照して、説明する。両方の実施形態においては、基板１２０は著しい円筒形状である。基板２０の底面は平面であり、放射方向に従ってマイクロチップ技術を用いて形成された給電ライン１２２を特徴としている。スロットがエッチングにより形成された上部面１２０ａは不連続なプロファイルであって、更に詳細には、鋸歯状プロファイルを呈している。図７は、環状スロット１２１の場合を示し、図８は共振線形スロットの場合を示している。両方の場合、基板のサイズは所定の周波数における動作のために減少されている。

一般に、この種の変化する厚さの基板を実現するために用いられる材料は、変化する高さの基板を実現させることが可能である、例えば、フォーム（ｆｏａｍ）式の、プラスチック式の又はいずれの他の誘電体材料から成る材料である。

必要とされる部品の体積に従って、プロファイルを、変化する厚さの基板を実現することが可能である、機械加工、成形、ステレオリソグラフィ又はいずれの他の方法により得ることができる。

上記の実施形態は、請求の範囲から逸脱することなく修正することが可能であることは、当業者には明らかである。

従来技術に従った、線形スロット型平面アンテナの斜視透視図である。 本発明の第１実施形態に従った、線形スロット型平面アンテナの斜視透視図である。 従来技術に従った、線形スロット型平面アンテナの斜視透視図である。 本発明の他の実施形態に従った、線形スロット型平面アンテナの底部（Ａ）及び上部（Ｂ）をそれぞれ示す斜視図であって、このアンテナは図３に示すアンテナから始めることにより得られる、斜視図である。 図３に示すアンテナ及び図４に示すアンテナについての周波数の関数としての適合度Ｓ１１を与える曲線を示す図である。 図６（ａ）は図４のアンテナの放射パターンを示し、図６（ｂ）は図３のアンテナの放射パターンを示している。情報プレーンの近接場動作距離におけるセンサ要素を示す図である。 環状スロット型アンテナについての、本発明に従った平面アンテナの基板の他の実施形態の斜視透視図である。 線形スロット型アンテナについての、本発明に従った平面アンテナの基板の他の実施形態の斜視透視図である。

Claims (5)

1. 基板の第１面においてグランド面を有する前記基板；
   前記グランド面においてエッチングにより形成されたスロット；及び
   前記第１面に対向する前記基板の第２面にある給電ラインであって、該給電ラインは電磁結合のために前記スロットと交差している、給電ライン；
   を有する平面アンテナであって、
   前記基板の前記第２面は平面的である一方、前記基板の前記第１面は前記スロットの長さ方向に沿って変わるプロファイルを有し、前記第１面と前記第２面との間の前記基板の厚さは前記スロットに沿って周期性を有する波状に変化し、それにより、前記グランド面はスロットの長さ方向に沿って周期性を有する波状の形状を有し、給電ラインは、厚さが変化している基板において、平面的にみて、一定の基板の厚さを有する領域にあるように形成され、短絡面における前記スロットと交差する位置関係にある；
   ことを特徴とする平面アンテナ。
2. 請求項１に記載の平面アンテナであって、前記スロットが形成されている前記基板の面の変わっているプロファイルは、正弦波プロファイルのような連続的に変わっているプロファイルである、ことを特徴とする平面アンテナ。
3. 請求項１に記載の平面アンテナであって、前記スロットが形成されている前記基板の前記面の変わっているプロファイルは、鋸歯状プロファイルのような不連続的に変わっているプロファイルである、ことを特徴とする平面アンテナ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の平面アンテナであって、スロットが形成されている前記基板の前記面の前記変わっているプロファイルは周期的又は非周期的プロファイルである、ことを特徴とする平面アンテナ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の平面アンテナであって、前記スロットは線状スロット又は環状スロットである、ことを特徴とする平面アンテナ。

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