JP4865706B2 - 軸を取り囲む側壁を有するフォトニックバンドギャップ（ｐｂｆ）材料のアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、軸を取り囲む側壁を有するフォトニックバンドギャップ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ：ＰＢＧ）材料のアンテナに関するものである。

既知のＰＢＧ材料アンテナは、中心軸を完全に取り囲むと共に、この中心軸と離隔することによってＰＢＧ材料の広い周波数ストップバンド内に少なくとも１つの狭い周波数通過帯域を生成するのに好適な共振中央空洞を残しているＰＢＧ材料の側壁と；この空洞内に配置されており、狭い周波数通過帯域内に位置した所定の動作周波数において電磁放射を放射又は受信するべく電磁界を励起するのに好適な少なくとも１つの放射要素と；を有している。

例えば、仏国特許出願第９９／１４５２１号（ＦＲ９９／１４５２１）は、プローブを取り囲む同軸シリンダによって形成された側壁を有するＰＢＧ材料アンテナの製造を提案している。この特許出願に記述されている好適な実施例は、プレート又はパッチプローブを使用している。しかしながら、このようなパッチプローブを具備したアンテナの利得は、あまり高いものではない。

本発明は、このようなアンテナの利得の改善を追求するものである。

従って、本発明は、このようなＰＢＧ材料から製造されたアンテナを提供し、この場合に、・１つの又はそれぞれの放射要素が、中心軸に平行な電磁界を励起するべく空洞内に配置されており、・少なくとも１つの放射要素は、中央空洞のその他のモードよりも強力に半径方向共振（ｒａｄｉａｌ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を示す中央空洞モードを励起するのに好適である。

前述の方式によって１つの又はそれぞれのプローブを配置及び選択することにより、このようなＰＢＧ材料アンテナの利得を増大可能であることが判明している。尚、本明細書においては、「半径方向共振（ｒａｄｉａｌ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）」という用語は、中心軸に対して垂直のプレーン内において確立される共振を意味している。又、半径方向共振を示すこれらの空洞モードは、磁界Ｈ_zによって励起される場合には、「ＴＥモード」という用語により、そして、電界Ｅ_zによって励起される場合には、「ＴＭモード」という用語によっても知られている。

ＰＢＧ材料アンテナの実施例は、・１つの又はそれぞれの放射要素が、半径方向共振を示す中央空洞モードのみを励起するのに好適であり、・放射要素の少なくとも１つが、中心軸に平行又はこれと一致した個別の電気的ダイポールを形成しており、・放射要素の少なくとも１つが、中心軸に平行又はこれと一致した個別の磁気的ダイポールを形成しており、・アンテナが、空洞内に配置された少なくとも１つのプローブを含んでおり、この１つの又はそれぞれのプローブが、放射要素の１つ又は複数のものを具備しており、・少なくとも１つの導電体プレーンが中心軸に対して垂直であり、１つの又はそれぞれのプローブが導電体プレーンの１つによって支持されており、・プローブの１つが、導電体プレーンを中心として対称的に他方の電気的なイメージとなるように、少なくとも２つのプローブが互いに対して配置されており、・導電性材料の中心コアが中心軸上にアライメントされており、１つの又はそれぞれのプローブが中心コアによって支持されており、・導電体が、１つの又はそれぞれのプローブに電力を供給すると共に、中心コアの内部を貫通しており、・複数の放射要素が、中心コアの周囲の周りに均一に分布しており、・支持部が、１つの又はそれぞれのプローブを空洞内において定位置に保持しており、この支持部は、空洞を充填している材料の比誘電率と±３内において等しい比誘電率の材料から製造されており、・１つの又はそれぞれのプローブは、電気的ダイポールとワイヤ／プレートプローブを有する組から選択されており、・複数の放射要素が中心軸に沿って異なる高さに配設されており、・複数の放射要素が、中心軸に沿って同一の高さに配設されており、・中央空洞が、その内部を中心軸が貫通している２つの開口端部を有し、アンテナは、これらの開口端部の１つを閉鎖する少なくとも１つの閉鎖キャップを含んでおり、閉鎖キャップは、１〜３の範囲内に位置する比誘電率の誘電材料から製造されており、・ＰＢＧ材料の側壁は、金属性のＰＢＧ材料の構造を有しており、・放射要素は、同一の動作周波数において動作するべく適合されており、個別の電気的ダイポールを形成する１つの又はそれぞれの放射要素は、円偏波を生成するべく、個別の磁気的ダイポールを形成する１つの又はそれぞれの放射要素に対して直角位相において励起されており、・空洞が樽の形態を有しており、樽の対称軸が中心軸と一致しており、・空洞は、中心軸と一致した対称軸の円形シリンダであり、・中央空洞は、その内部を中心軸が貫通している２つの開口端部を有し、中心コアは、相対的に狭い部分によって１つに接続された２つの朝顔形に開いた部分を有しており、朝顔形に開いた部分のそれぞれは、開口端部のそれぞれのものを部分的に閉鎖している、という各特徴の中の１つ又は複数のものを包含可能である。

添付の図面を参照して記述され、且つ、純粋に一例として付与されている以下の説明を参照することにより、本発明に関する理解を更に深めることができよう。

図１は、ＰＢＧ材料から製造されたアンテナを示しており、これには、全体として参照符号２が付与されている。アンテナ２は、中心軸６を完全に取り囲むと共に、この中心軸から離隔することによって共振中央空洞８を残している垂直側壁４を含んでいる。

壁４は、軸６を中心とした対称性を有する円形シリンダである。壁４は、半径方向の周期性を有する１次元のＰＢＧ材料から製造されている。例えば、ＰＢＧ材料は、内部シリンダ１０、中間シリンダ１２、及び外部シリンダ１４を順番に有している。内部シリンダ１０は、比誘電率ε_r1と一定の直径ｄ₁を具備する誘電性の材料から製造されている。シリンダ１０の内部直径は、空洞８の外部直径に対応している。一例として、ε_r1は、以下の説明においては、９に等しい。

シリンダ１２は、比誘電率ε_r2を具備した材料から製造されており、一定の厚さｄ₂を有している。比誘電率ε_r2は、ε_r1とは異なっている。一例として、このケースにおいては、この材料は、空気であり、ε_r2は、１に等しい。

シリンダ１４は、シリンダ１０の比誘電率に等しい比誘電率を具備した材料から製造されており、これは、一定の厚さｄ₁を有している。

空洞８は、ＰＢＧ材料の半径方向の周期性欠陥に対応するべく、シリンダ１２と同一の材料によって充填されている。

空洞８の直径ｄ_cは、この空洞が、壁４を形成しているＰＢＧ材料の広い周波数ストップバンド内に少なくとも１つの狭い周波数通過帯域を生成するのに好適な共振空洞となるように、選択されている。このために、空洞８の直径ｄ_cは、次の関係を使用することにより、アンテナ２に望ましい動作周波数の関数として選択されている。

ｄ_c＝α・λ_g2＝α／（ｆ_T・√ε_r2） （１）

ここで、・λ_g2は、空洞８を充填している材料内の動作周波数の波長であり、・αは、０．７５〜０．８５の範囲内に位置するべく選択された一定の係数であり、これは、好ましくは、０．８に等しく、・

は、光の速度であり、・ｆ_Tは、アンテナ２の望ましい動作周波数である。

係数αの値は、ＰＢＧ材料の広い周波数ストップバンド内に狭い周波数通過帯域を生成するべく、実験的に決定される。

厚さｄ₁及びｄ₂も、次の関係を使用することにより、望ましい動作周波数の関数として選択される。

ｄ₁＝λ_g1／４＝ｃ／（４・ｆ_T√ε_r1） （２）
ｄ₂＝λ_g2／４＝ｃ／（４・ｆ_T√ε_r2） （３）

ここで、λ_g1及びλ_g2は、それぞれ、シリンダ１０及び１２の材料内における動作周波数に対応した波長である。

このようなＰＢＧ材料から製造されたアンテナの伝達係数は、仏国特許出願第９９／１４５２１（ＦＲ９９／１４５２１）の図７に示されているものに類似している。

一例として、以下の説明においては、望ましい動作周波数ｆ_Tは、５．５ギガヘルツ（ＧＨｚ）に等しく、ｄ_cは、４３ミリメートル（ｍｍ）に等しく、ｄ₁は、１０．５ｍｍに等しく、ｄ₂は、３．５ｍｍに等しい。

軸６に平行な方向における壁４の高さＨは、第１として、利得と、第２として、アンテナ２の通過帯域幅の間における良好な折衷値に対応するように選択されている。一般には、高さが大きくなるほど、利得は大きくなるが、アンテナ２の通過帯域幅が狭くなる。この例においては、アンテナ２の高さは、２１４ｍｍに等しくなるように選択されている。

この実施例においては、アンテナ２は、軸６に対して垂直に延長すると共に半分の高さにおいてアンテ２と交差している導電体プレーン２０を具備している。この例においては、導電体プレーンは、その幅と比較して厚さが小さい円筒形のプレートである。このプレートは、軸６に中心を有しており、その直径は、シリンダ１４の外部直径を上回っている。例えば、プレーン２０の直径は、９５ｍｍである。

図２においては、図１を参照して前述したアンテナ２の要素に対して同一の参照符号が付与されている。

空洞８の内部には、２つの同一のワイヤ／プレートプローブ２４、２６が配置されている。これらのプローブ２４、２６は、仏国特許出願第９３／１０５９７号（ＦＲ９３／１０５９７）の開示内容に従って製造されている。尚、この時点においては、それぞれのワイヤ／プレートプローブが、２つの平行導電体プレート３０、３２と、これらの導電体プレートに対して垂直に延長し、且つ、両方の導電体プレートに対して電気的に接続されている放射要素３４と、を有していることのみを思い出して頂きたい。

それぞれのプレート３０、３２は、円形であり、１３ｍｍの直径を有している。プレート３０及び３２の間に延長している放射要素３４の長さは、望ましい動作周波数ｆ_Tの関数である。このケースにおいては、長さは、０．８ｍｍに等しくなるように選択されている。

プレート３０及び３２は、電圧又は電流ジェネレータ／レシーバなどの電気的なジェネレータ／レシーバ３８に接続されている。このために、導電体４０、４２が、プローブ２４のプレート３０及び３２をジェネレータ／レシーバ３８の個々の入力にそれぞれ接続している。同様に、導電体４４、４６は、プローブ２６のプレート３０及び３２をジェネレータ／レシーバ３８の個々の入力にそれぞれ接続している。

これらの導電体４０、４２、４４、及び４６は、プローブ２４及び２６によって放射される電界を妨げることを回避するべく、プレーン２０の表面に固定されているか、或いは、プレーン２０の厚さ内に内蔵されている。

ワイヤ／プレートプローブの放射要素は、その放射要素の軸と一致した軸の個別の電気的ダイポールと等価である。このような状況下において、この例においては、プローブ２４及び２６は、放射要素３４の軸が軸６とアライメントするように空洞８内に配置されている。従って、プローブ２４、２６のそれぞれは、軸６と一致した軸の個別の電気的ダイポールを形成している。このような条件下において、それぞれのプローブ２４及び２６は、軸６に平行な電界Ｅ_zのみを励起している。このような特性の利点については、アンテナの動作について説明する際に後述する。

プローブ２４及び２６は、これらのプローブのそれぞれが、プレーン２０を中心として対称的に他方のものの電気的イメージとなるように、プレーン２０の両側に配設されている。従って、プレーン２０は、アンテナ２の放射パターン内になんらの非対称性をも導入していない。

プローブ２４及び２６は、プレーン２０により、空洞８内において定位置に保持されている。更に詳しくは、この例においては、それぞれのプローブ２４、２６は、個別のスペーサ５０、５２によってプレーン２０に対して固定されている。空洞８内の電界分布を妨げることを回避するべく、これらのスペーサ５０及び５２は、空洞８を充填している材料の比誘電率に±３内において等しい比誘電率を具備した材料から製造されている。この例においては、スペーサに使用されている材料は、１に等しい比誘電率を具備したＲｈｏａｃｅｌｌフォームである。

一例として、これらのスペーサは、プレーン２０の表面から５ｍｍだけ離れたところにプローブ２４、２６のそれぞれをオフセットするべく、５ｍｍの厚さを具備している。これらのスペーサは、アンテナ利得を増大させるべく機能する。

空洞８内又はシリンダ１２内に埃が侵入することを防止するべく、アンテナ２は、空洞８の２つの開口端部のそれぞれに円形の閉鎖キャップ５４、５６を含んでいる。それぞれのキャップ２４又は５６の直径は、空洞８の開口端部とシリンダ１２の端部の両方を閉鎖するのに十分な大きさに選択されている。従って、キャップ５４及び５６は、例えば、シリンダ１４の外部直径と同一の直径を具備可能である。空洞８内の電磁界分布を妨げることを回避するべく、これらのキャップは、１〜３の範囲内に位置した比誘電率を具備する誘電材料から製造されている。

アンテナ２が動作している際には、プローブ２４及び２６は、電界Ｅ_zのみを励起する。この結果、空洞のＴＭモードのみが励起されることになり、その他の空洞モードは、励起されず、これは、その相対的に良好な性能を意味している。

一例として、前述のアンテナ２の特定の構成においては、・アンテナの最大固有利得が約９．４デシベル（ｄＢ）であり、・−３ｄＢの放射通過帯域が５．４ＧＨｚ〜５．８ＧＨｚの範囲内に位置しており、・アンテナの利得と帯域幅の積が６２に等しいという模擬性能が得られている。

利得と帯域幅の積は、アンテナの線形最大固有利得（即ち、デシベルで表現されていないもの）にパーセンテージとして表現された通過帯域を乗算することによって得られる。通過帯域は、通過帯域の幅をその中心周波数によって除算し、この結果に１００を乗算することにより、パーセンテージとして表現されている。

アンテナ２の放射パターンは、プレーン２０を中心として対称性を有すると共に、軸６を中心とした円対称性をも有している。これは、主に、空洞８内のプローブ２４及び２６の配置に起因している。

アンテナ２の固有の利得値は、類似してはいるがプレーン２０に平行に配設されたパッチプローブを具備し（即ち、実際には、ワイヤ／プレートプローブである）、且つ、その放射要素の軸が軸６にアライメントされていないアンテナによって得られるであろうものよりも優れている。この得られる利得の改善は、特定タイプのプローブの選択と、空洞８内におけるそれらのプローブの特定の位置により、説明可能である。アンテナ２内には、以下において、それぞれ、導波動作モードと放射動作モードと呼んでいる２つの別個の動作モードが存在することが判明している。導波動作モードにおいては、エネルギーは、軸６に沿って導波され、壁４を通じて放射されることはない。導波動作モードは、アンテナ２が使用されている際には有用ではなく、従って、これは、消失エネルギーに対応している。対照的に、放射動作モードにおいては、エネルギーは、壁４を通じて放射され、軸６に沿って導波されることはない。放射動作モードは、空洞８が半径方向共振を示すモード（即ち、ＴＥ及びＴＭモード）に対応している。

従って、これらの半径方向共振を示す空洞モードを優先的に励起することにより、アンテナの性能、特にその利得が改善されることになる。

図３は、ＰＢＧ材料から製造された別のアンテナ６０を示している。この図３においては、図２を参照して前述した要素には同一の参照符号が付与されており、これらに関する説明は省略する。

アンテナ２と比べた場合のアンテナ６０の相違点は、基本的に、このアンテナが、１つのワイヤ／プレートプローブ６２のみを具備しているという事実と、このプローブを空洞８内に固定している方法にある。プローブ２４又は２６と比べた場合のプローブ６２の相違点は、その寸法のみである。この例においては、プレート３０及び３２は、９ｍｍの直径を具備しており、放射要素３４の長さは、５ｍｍである。プローブ２４及び２６と同様に、プローブ６２の放射要素３４は、軸６にアライメントした状態にあり、これは、実質的に空洞８の高さの半分の位置に配置されている。それぞれのプレート３０、３２は、個別の導電体６６、６８を介してジェネレータ／レシーバ３８に接続されている。但し、導電体４０、４２とは異なり、導電体６６及び６８は、軸６に沿って垂直に延長しており、このそれぞれは、空洞８内の電磁界を妨げることを回避するべく、例えば、個別の同軸ケーブルによって構成されている。

この例においては、プローブ６２は、誘電材料の支持部７０に対して配置又は固定されている。この例においては、支持部７０は、空洞８の中央において定位置にプローブ６２を保持するように、例えば、キャップ５６に固定されている。スペーサ５０及び５２について説明したものと同様に、支持部７０は、空洞８を充填している誘電材料の比誘電率に±３内において等しい比誘電率を具備した誘電材料から製造されている。一例として、支持部７０の材料は、Ｒｈｏａｃｅｌｌフォームである。

導電体６６及び６８は、支持部７０を貫通している。

アンテナ２の場合には、プローブ６２は、空洞８のＴＭモードのみを励起している。従って、アンテナ６０の性能における改善も、アンテナ２のものと同様に説明可能である。

図４は、中心軸８４を完全に取り囲むと共に、この中心軸から共振空洞８６によって離隔している側壁８２を有するアンテナ８０を示している。アンテナ８０は、軸８４に沿って延長する導電性材料の円筒形の中心コア８８を具備している。

壁８２は、一次元のＰＢＧ材料から製造されており、これは、アンテナ２の壁４と同様に、３つの垂直シリンダ９０、９２、及び９４を並置することによって形成されている。シリンダ９０は、空洞８６の外部直径ｄ_cを定義している内部直径の内部シリンダである。アンテナが中心コアを具備している場合には、関係（１）は、次の関係によって置換されることになる。

ｄ_c＝λ_g2＝ｄ_ac＝ｃ（ｆ_T・√ε_r2）＋ｄ_ac （４）

ここで、ｄ_acは、中心コア８８の直径である。

シリンダ９０、９２、及び９４の厚さは、前述の関係（２）及び（３）を使用して算出される。

アンテナ２と同様に、このように構築された空洞８６は、ＰＢＧ材料の広い周波数ストップバンド内に狭い周波数通過帯域を生成する。

壁８２の高さは、第１として、利得と、第２として、通過帯域幅の間の折衷値の関数として選択される。

この例においては、コア８８は、４ｍｍの外部直径を具備した導電性材料の中空シリンダである。

図５Ａを参照して後程詳述するように、コア８８は、空洞８６内において定位置にワイヤ／プレートプローブ９８を保持するべく機能している。コア８８は、プローブ９８に電力を供給する２つの導電体１００及び１０２のシールドとしても使用されている。

図５Ｂは、プローブ９８を更に詳しく示している。このプローブは、プレート１０４及び１０６に垂直に延長している４つの放射要素１０８〜１１１によって電気的に相互接続された２つの平行円形導電性プレート１０４及び１０６を有している。一例として、放射要素は、断面が正方形である。この例においては、これらの断面は、１平方ミリメートル（ｍｍ²）である。放射要素のそれぞれの高さは、５ｍｍである。

プレート１０４及び１０６のそれぞれは、コア８８を収容するのに好適な中央開口部１１４又は１１６を具備している。放射要素１０８〜１１１は、これらの開口部１１４及び１１６の周りに均等に分布している。この例においては、中央開口部１１４又は１１６とプレート１０４又は１０６の外周部の間の幅Ｌ_iは、５．５ｍｍである。それぞれの中央開口部の直径は、９ｍｍである。

プローブ９８は、プレート１０４及び１０６の間において放射要素１０８〜１１１に対して平行に延長する導電体ロッド１１８をも有している。このロッド１１８は、その端部の１つによってプレート１０４に固定されており、もう１つの端部は、自由な状態にある。従って、このロッドは、プレート１０６からは電気的に絶縁された状態において、プレート１０４に対して電気的に接続されている。ロッド１１８の自由端は、導電体１００に接続されている。導電体１０２は、プレート１０６に電気的に接続されている。

プローブ９８は、壁８２の高さの中間の位置において、コア８８により、空洞８６内の定位置に保持されている。更に詳しくは、コア８８は、開口部１１４及び１１６を貫通しており、プローブ９８は、誘電材料のリング１２０によってコア８８に固定されている。リング１２０を構成している材料の比誘電率は、空洞８６を充填している材料の比誘電率に等しい（又は、これに近接している）。例えば、この例においては、材料は、Ｒｈｏａｃｅｌｌ（登録商標）フォームであってよい。

プローブ９８に接続された導電体１００及び１０２の端部は、空洞８６内の電磁界を妨げることを回避するべく、軸８４に対して垂直のプレーン内においてリング１２０を貫通して延長している。導電体１００及び１０２の中間部分は、コア８８の内部に収容されており、これらの端部をジェネレータ／レシーバ３８と同一の電気エネルギージェネレータ／レシーバ１２２に対して接続している。

導電体１０１及び１０２は、導電性材料によって空洞８６から分離されているため、これらの電磁放射は、プローブ９８からの電磁放射とは干渉しない。

プローブ９８の放射要素は、軸８４の周りに均等に分布しているため、アンテナ８０の放射パターンは、第１には、軸８４に対して垂直であり且つ放射要素の中間部分を包含しているプレーンを中心とした対称性と、第２には、軸８４を中心とした円対称性を有している。

プローブ９８は、４つの個別の電気的ダイポールと等価であり、これは、空洞８のＴＭモードのみを励起している。

以上においては、ワイヤ／プレートプローブを具備しているという特定の状況において、アンテナ２、６０、及び８０について説明している。図６Ａは、プローブ９８が、４つの同一の電気的ダイポールによって置換されているという点を除いて、アンテナ８０の構造に同一の構造のアンテナ１３０を示している。この図６Ａにおいては、図５Ａを参照して前述したアンテナ１３０の要素には同一の参照符号が付与されており、この場合にも、これらの説明は省略する。

この例においては、図示を簡単にするべく、アンテナ１３０が有している４つのダイポールの中から、３つのプリントされたダイポール１３２〜１３４のみが示されている。図６Ｂ及び図６Ｃには、これらのダイポールの中の１つのものの背面及び前面が、それぞれ、更に詳しく示されている。

それぞれのプリントされたダイポールは、矩形の誘電性基板１３８を有している。この例においては、基板の計測値は、幅が８．１ｍｍであり、長さが４２ｍｍである。背面は、背面の上部全体を占めている導電性材料のストリップ１４０を具備している。この例においては、ストリップ１４０は、基板の上端から２２ｍｍの長さを具備している。逆に、前面上においては、導電性材料のストリップ１４２が、前面の下部全体を占めている。又、このストリップ１４２の基板の下端からの長さの計測値は、２２ｍｍである。

これらのストリップ１４０及び１４２は、個々の導電体１４４及び１４６を介して電気的エネルギージェネレータ／レシーバ１５０に接続されている。

これらのダイポールは、コア８８により、空洞８６内において定位置に保持されている。更に詳しくは、それぞれのダイポールは、アンテナ利得を改善するべく、０．８１ｍｍの厚さを有するエアギャップにより、コア８８の外部表面から離隔している。この例においては、導電体１４４及び１４６は、スペーサ又はその他の支持部に対するリソースを具備することなしに、プリントされたダイポールに接続されたそれらの端部が、コア８８に対してダイポールを固定する要素として機能するべく十分に堅固なものになるように選択されている。

この例においては、プリントされたダイポールは、コア８８に沿って異なる高さに配置されており、この結果、軸８６に沿って生成される電界Ｅ_zを拡散させるべく機能している。これにより、アンテナの性能、特に、その利得が改善される。この例においては、ダイポール１３２及び１３３は、軸８４に垂直であると共に中間の高さにおいてＰＢＧ材料の側壁と交差している中間プレーンのすぐ上に配設されている。プリントされたダイポール１３２及び１３３は、これらのダイポールの中のいずれかが、軸８４を中心として対称的に他方のもののイメージを構築するように、互いに対して配設されている。同様に、ダイポール１３４と図６Ａには示されていないもう１つのダイポールも、対称軸８４を中心として互いにイメージとなるように、中間プレーンのすぐ下に配設されている。

プリントされたダイポールは、個別の電気的ダイポールと等価な放射要素を構成している。この例においては、これらのプリントされたダイポールは、対応する個別の電気的ダイポールの軸が軸８６に対して平行になるように、垂直になっている。従って、これらのダイポールは、空洞のＴＭモードのみを励起する。プリントされたダイポールを使用することによって得られる性能の改善は、アンテナの中心軸に対して平行な放射要素を有するワイヤ／プレートプローブを使用した際に得られるものに類似している。

以上のアンテナは、いずれも、誘電性のＰＢＧ材料から製造された側壁を具備している。図７Ａは、誘電性のＰＢＧ材料の側壁が金属性のＰＢＧ材料の側壁１６２によって置換されたアンテナ１６０を示している。又、アンテナ１６０においては、円筒形の中心コアが、相対的に狭い断面の中央部分１７０を介して互いに接続された２つの朝顔形に開いた端部１６６及び１６８を具備した中心コア１６４によって置換されている。

誘電性のＰＢＧ材料とは異なり、金属性のＰＢＧ材料は、少なくとも１つの方向において空間的な周期性を示す導電性材料の分布を具備している。この例においては、壁１６２は、水平の円１７４の周囲に沿って均一に分布した一連の垂直の金属バー１７２によって形成されている。これらの金属バー１７２は、異なる導電性を有する材料によって（例えば、空気によって）互いに分離されている。

一例として、壁１６２の寸法は、関係（２）、（３）、及び（４）を使用して決定される。

壁１６２は、アンテナの中心軸と一致した円対称性の軸１７６を有している。壁１６２のＰＢＧ材料は、軸１７６の方向においては、なんらの周期性をも有していない。このような状況においては、壁１６２は、プローブの垂直偏波（即ち、軸１７６に平行な又はこれと一致する個別の電気的ダイポールに等価な１つ又は複数のプローブによって生成されるもの）のみを変更する。

この例においては、４つの垂直のプリントされたダイポールが、壁１６２の高さの半分の位置において、中心部分１７０の周りに固定されている。対称的な放射パターンを得るべく、これらのダイポールは、中心部分１７０の外周部に沿って均一に分布している。

前述の実施例と同様に、コア１６４は、中空の導電性材料から製造されている。朝顔形に開いた端部１６６及び１６８は、共振空洞の開口端部を部分的に遮断している。このような中心コアの構成により、側壁及び中心コアが円筒形であるアンテナの利得と比較した場合に、約１０％だけアンテナの利得が増大する。

金属性のＰＢＧ材料を使用して側壁を製造する方式は、いくつかの利点、特に、誘電性のＰＢＧ材料から製造された同一のアンテナと比較した場合に、アンテナ性能を改善するという利点を有している。又、金属性のＰＢＧ材料は、誘電性のＰＢＧ材料よりも廉価である。

図８は、側壁が、アンテナの中心軸１８０に対して平行な方向に一次元の周期性を有する別の金属性のＰＢＧ材料を使用して製造されているアンテナ１８０を示している。更に詳しくは、側壁は、軸１８２上に中心を有する導電性材料のリング１８４の垂直のスタックから形成されている。これらのリングは、例えば、空気などの導電性が異なる材料内に形成された一定のピッチにおいて互いに離隔している。この例におけるように垂直方向において一次元の周期性を有する金属性のＰＢＧ材料は、水平偏波（即ち、軸１８２に対して平行な磁界Ｈ_zによって生成されるもの）のみを変更する。

アンテナ１８０の共振空洞内には、磁界Ｈ_zを励起するのに好適なプローブ１８６が配置されている。磁界Ｈ_zのみを励起するべく、このプローブ１８６は、軸１８２と一致する又はこれに平行な軸の個別の磁気的ダイポールに等価な放射要素のみを有している。一例として、プローブ１８６は、アンテナ１８０の高さの中間の位置における軸１８２に垂直のプレーン内に配置された電流ループであり、このループの回転軸は、軸１８２と一致している。前述のプローブと同様に、このプローブ１８６は、アンテナ１８０が、基本的に、導波動作モードではなく、放射動作モードを示すように、半径方向共振を示す空洞モードのみを励起する。但し、個別の電気的ダイポールに等価なプローブとは異なり、プローブ１８６によって励起される空洞モードは、ＴＥモードである。

空洞内において定位置にプローブ１８６を保持するべく、図１〜図７を参照して説明した共振空洞内においてプローブを定位置に保持するための様々な技法を使用可能である。この例においては、空洞内においてプローブ１８６を保持するための手段は、図８を簡単にするべく、図示されてはいない。

図９は、アンテナ２及び１８０の特性を組み合わせたアンテナ２００を示している。更に詳しくは、アンテナ２００の側壁は、金属性のＰＢＧ材料２０２と誘電性のＰＢＧ材料２０４を並置することによって構成されている。一例として、金属性のＰＢＧ材料２０２は、アンテナ１８０のものと同一であり、誘電性のＰＢＧ材料２０４は、アンテナ２のものと同一である。

共振空洞内には、２つの放射要素２０６及び２０８を有するプローブが配置されている。放射要素２０６は、アンテナ２００の中心軸２１０と一致した軸の個別の電気的ダイポールと等価である。放射要素２０８は、こちらもアンテナの中心軸と一致した軸の個別の磁気的ダイポールと等価である。このような条件下において、放射要素２０６は、電界Ｅ_zのみを励起し、放射要素２０８は、磁界Ｈ_zのみを励起する。又、金属性のＰＢＧ材料２０２の存在は、中心軸２１０に平行な方向においてのみ一次元の周期性を示しているため、放射要素２０６によって生成される垂直偏波を変更しないことを認識されたい。

従って、アンテナ２００は、垂直偏波及び水平偏波の両方を有している。更には、この例においては、円偏波を生成するべく、放射要素２０６は、放射要素２０８に対して直交位相において励起されている。

これらの放射要素２０６及び２０８は、前述の実施例の中のいずれかの開示内容に基づいて、共振空洞内において定位置に保持されている。図９の図示を簡単にするべく、これらを定位置に保持するための手段は図示されていない。

図１０は、アンテナ２２２の側壁２２０の垂直断面及び透視図である。この側壁は、樽の形状を有している。一例として、壁２２０は、誘電性のＰＢＧ材料を使用して製造されている。このような側壁の形状によれば、樽の形状を有する中央空洞が生成され、且つ、一定した断面を有するシリンダから形成された側壁を具備するアンテナと比較した場合に、約１０％だけアンテナの利得が増大する。

前述の開示内容を使用することにより、前述のプローブの１つ又は複数のものが樽の形状の中央空洞内において定位置に保持されている。尚、これらのプローブ及びこれらの構造は、図示を簡単にするべく、図１０には示されていない。

ＰＢＧ材料アンテナの多数のその他の実施例が存在している。前述の実施例において、例えば、ワイヤ／プレートプローブ、電気的ダイポール、又は磁気的ダイポールを相互に置換可能であろう。又、アンテナ２００と同様に、単一の共振空洞内において、これらのプローブを一緒に使用することも可能である。又、本明細書においては、プローブが、ワイヤ／プレートプローブであるか、さもなければ、任意選択により、プリントされた電気的ダイポール（即ち、実際には、電流ループ）であるものとして説明されているが、放射要素が中心軸に対して平行な電磁界を励起するように共振空洞内に配置することにより、それぞれの放射要素が個別の電気的ダイポール又は個別の磁気的ダイポールと等価である任意のプローブを前述のプローブのいずれかの代わりに使用して置換することも可能である。

前述の実施例においては、放射要素は、中心軸に対して垂直のプレーン内において無指向性の放射パターンを得るべく、中心軸の周りに均等に分布している。しかしながら、一変形においては、放射パターン内に非対称性を確立するべく、中心軸を含むプレーンの一側に相対的に多くの数の放射要素が分布している。

図２の実施例においては、ワイヤ／プレートプローブは、導電体プレーン２０とは別個の２つのプレートを具備している。一変形においては、プローブ２４及び／又は２６のプレート３２を省略可能であり、導電体要素３４をその端部の１つにおいて導電体プレート２０に直接接続可能であろう。この変形においては、スペーサ５０及び５２も省略されることになろう。

中心コアは、前述の実施例においては、導電性の材料から製造されるものとして記述されている。しかしながら、一変形においては、中心コアは、ＰＢＧ材料から製造可能であろう。又、以上においては、中心コアは、円形の円筒形であるものとして記述されている。しかしながら、一変形においては、中心コアの断面は、平行四辺形であっても良い。

別の実施例においては、側壁のＰＢＧ材料は、仏国特許出願第９９／１４５２１号（ＦＲ９９／１４５２１）に開示されているものなどの２次元又は３次元のＰＢＧ材料である。

以上の説明は、円筒形又は樽の形状の側壁に限定されるものではなく、中心軸を完全に取り囲むと共に、共振中央空洞（この空洞は、中心軸を含む対称性の少なくとも１つのプレーンを有している）を提供するべく中心軸から離隔しているＰＢＧ材料の任意の側壁に適応されるものである。

ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第１実施例の図式的な断片透視図である。 図１のアンテナの断面図である。 ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第２実施例の断面図である。 ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第３実施例の図式的な断片透視図である。 図４のアンテナの断面図である。 図４のアンテナに使用されるプローブの図式的な透視図である。 ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第４実施例の断面図である。 図６Ａのアンテナに使用されるプローブの前面からの図式的な図である。 図６Ａのアンテナに使用されるプローブの背面からの図式的な図である。 ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第５実施例の概略透視図である。 ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第６実施例の概略透視図である。 ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第７実施例の概略透視図である。 ＰＢＧ材料から製造されたアンテナの第８実施例の概略的な断面及び透視図である。

Claims (19)

1. フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）材料のアンテナにおいて、
   中心軸（６；８４；１７６；２１０）を完全に取り囲むと共に、前記中心軸から離隔することによって前記ＰＢＧ材料の広い周波数ストップバンド内に少なくとも１つの狭い周波数通過帯域を生成するのに好適な共振中央空洞を残しているＰＢＧ材料の側壁（４；８２；１６２；２２０）と、
   前記共振中央空洞内に配置されており、前記狭い周波数通過帯域内に位置した所定の動作周波数において電磁放射線を放射し又は受信するための電磁界を励起するのに好適な少なくとも１つの放射要素（３４；１０８〜１１１；１３２〜１３４；２０６；２０８）と、
   を有しており、
   前記１つの又はそれぞれの放射要素は、前記中心軸に平行な電磁界を励起するべく、前記共振中央空洞内に配置されており、
   前記１つの又は少なくとも１つの放射要素は、前記共振中央空洞のその他のモードよりも強力に半径方向共振を示す前記共振中央空洞のモードを励起するのに好適であり、さらに、
   前記放射要素（１８６；２０８）の中の少なくとも１つは、前記中心軸に平行な又はこれと一致した個別の磁気的ダイポールを形成していることを特徴とする、アンテナ。
2. 前記１つの又はそれぞれの放射要素は、半径方向共振を示す前記共振中央空洞のモードのみを励起するのに好適であることを特徴とする、請求項１記載のアンテナ。
3. 前記放射要素（３４；１０８〜１１１；１３２〜１３４）の中の少なくとも１つは、前記中心軸と平行な又はこれと一致した個別の電気的ダイポールを形成していることを特徴とする、請求項１又は２記載のアンテナ。
4. 前記アンテナは、前記共振中央空洞内に配置された少なくとも１つのプローブを含んでおり、前記１つの又はそれぞれのプローブは、前記放射要素の１つ又は複数のものを具備していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項記載のアンテナ。
5. 前記中心軸（６）に対して垂直の少なくとも１つの導電体プレーン（２０）を含んでおり、前記１つの又はそれぞれのプローブ（２４、２６）は、前記導電体プレーンの前記１つのもの又はいずれかによって支持されていることを特徴とする、請求項４記載のアンテナ。
6. 前記プローブの中の一方が、前記導電体プレーン（２０）を中心として対称的に他方の電気的イメージとなるように互いに対して配設された、少なくとも２つのプローブ（２４、２６）を含んでいることを特徴とする、請求項５記載のアンテナ。
7. 前記中心軸にアライメントされた導電性材料の中心コア（８８；１６４）を含んでおり、前記１つの又はそれぞれのプローブは、前記中心コアによって支持されていることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項記載のアンテナ。
8. 前記１つの又はそれぞれのプローブに電力を供給し、且つ、前記中心コアの内部を貫通している導電体（１００、１０２；１４４、１４６）を含むことを特徴とする、請求項７記載のアンテナ。
9. 前記中心コアの周囲の周りに均等に分布した複数の放射要素（１０８〜１１１；１３２〜１３４）を含むことを特徴とする、請求項７又は８記載のアンテナ。
10. 前記共振中央空洞内において定位置に前記１つの又はそれぞれのプローブ（６２）を保持する支持部（７０）を含んでおり、前記支持部は、前記共振中央空洞を充填している材料の比誘電率に±３内において等しい比誘電率の材料から製造されていることを特徴とする、請求項４〜９のいずれか一項記載のアンテナ。
11. 前記１つ又はそれぞれのプローブは、電気的ダイポールとワイヤ／プレートプローブを有する組から選択されることを特徴とする、請求項４〜１０のいずれか一項記載のアンテナ。
12. 前記中心軸に沿って異なる高さに配設された複数の放射要素（１３２〜１３４）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項記載のアンテナ。
13. 前記中心軸に沿って同一の高さに配設された複数の放射要素（１０８〜１１１；１３２〜１３４）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項記載のアンテナ。
14. 前記共振中央空洞は、前記中心軸が貫通している２つの開口端部を有しており、前記アンテナは、前記開口端部の１つを閉鎖する少なくとも１つの閉鎖キャップ（５４、５６）を含んでおり、前記閉鎖キャップは、１〜３の範囲内に位置した比誘電率の誘電材料から製造されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項記載のアンテナ。
15. 前記ＰＢＧ材料の側壁（１６２；２０２）は、金属性のＰＢＧ材料の構造を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項記載のアンテナ。
16. 前記放射要素（２０６、２０８）は、同一の動作周波数において動作するべく適合されており、個別の電気的ダイポールを形成する前記１つの又はそれぞれの放射要素（２０６）は、円偏波を生成するべく、個別の磁気的ダイポールを形成する前記１つの又はそれぞれの放射要素（２０８）に対して直角位相において励起されることを特徴とする、請求項１又は３記載のアンテナ。
17. 前記共振中央空洞は、樽の形状を有しており、前記樽の対称軸は、前記中心軸と一致していることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項記載のアンテナ。
18. 前記共振中央空洞（８；８６）は、前記中心軸と一致した対称軸の円形シリンダであることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項記載のアンテナ。
19. 前記共振中央空洞（１６４）は、前記中心軸が貫通している２つの開口端部を有しており、前記中心コアは、相対的に狭い部分によって１つに接続された２つの朝顔形に開いた部分（１６６、１６８）を有しており、前記朝顔形に開いた部分のそれぞれは、前記開口端部のそれぞれのものを部分的に閉鎖していることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項記載のアンテナ。

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