JP5122276B2 - 接地平面および／または少なくとも１つの放射素子から延びる導電性スタッドを有する平面アンテナとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の分野は、誘電体によって接地平面から分離された（「パッチ」、平面パターン、放射パターンまたはプリントパターンとしても既知の）少なくとも１つの放射素子を含むタイプの平面アンテナの分野である。

現在、本発明者らはモバイルネットワーク、より具体的には全ての「無線」ネットワークにおいて著しい発展を経験している。このようなシステムは、接続の柔軟性、移動性、再展開またはネットワーク拡張の可能性などの多くの点に魅力的な反応をするため、この発展は将来極めて著しく成長し続けるにちがいない。

事実、全てのこれらのシステムにおいて、放射素子は、必要な仕様がますます制限的になるという点において、重要なコンポーネントの一部である。明らかにこれらのアンテナに対する電気性能の全エリアは常時最適化される必要があるが、これらのコンポーネントの空間要件、重量またはコストなどのますます重要な基準を満たす必要もある。

アンテナ小型化は、従って、重要な課題を現在提示し、国際的なレベルでこのエリアにおいては多くの作業が実行されている。この小型化は実際に多数の利点を提供し、以下の点を引用することができる：オンボード機器（特に、モバイル内）にアンテナを構築可能である容易性と、（小型ゆえに）これらの放射素子をネットワーク化する際のさらなる柔軟性と、特にワイドビームステアリングシステムなどの一体化を容易にするより広いダイアグラムアパーチャ。

アンテナを一体化するために使用される様々な技術において、平面ソリューションは今日、全ての必要な仕様を満たすためには特に適切と思われる。実際この平面アプローチは、特に小寸法による効果的なソリューションの展開においてかなりの柔軟性を設計者に提供する。

アンテナの分野における用語の完全に典型的な乱用によって、「平面アンテナ」（または平面技術を使用して提供されるアンテナ）は以下のように解釈されることがある：
接地平面および１つまたは複数の放射素子が平面であることに関して、実際に平面である両方のアンテナ、および
すなわち、接地表面および／または放射素子のうちの少なくとも１つが平面ではないが、形状がサポートに準拠するために、所与の３次元（３Ｄ）形状にモデリングされる、実際に平面ではないアンテナ。

上記第２のカテゴリの平面アンテナ（実際には平面ではないアンテナ）は一般的に、プリント技術を使用して作成されるが、強制的ではない。これは、歴史的に、３次元（３Ｄ）導波に基づいた従来のアンテナ構造との対照を示すために、「平面アンテナ」という表現において形容詞「平面」が選択された理由を説明する。本発明はこの枠組み内にあり、より正確には、上記意味のオリジナルの平面アンテナソリューション、および基本プリントパターンの（すなわち、パッチとしても既知である１つまたは複数の放射素子の）物理的サイズがかなり縮小されることを可能にするこの製造方法に関する。

平面アンテナのサイズの縮小は、これらを現在のシステムにおいて使用し、かつこれに一体化し易くする点で重要な課題である。

ここで実施されるソリューションの多くの基本原理は、プリントパターンの等化的な電気長を増大させることであるため、これは、物理的寸法（つまり、その表面および容積）を縮小しつつ必要周波数で放射可能である。

このために、最も一般的に使用される構造は以下のソリューションに対応している：
内接スロットによるパッチタイプソリューションであって、これらのスロットによって信号の電気経路は平面パターン上に長くされることが可能となるソリューション（例えば、特許文書ＷＯ０１／３１７３９号およびＷＯ０１／１７０６３号参照）と、
コンパクト性を得るために放射パターンが折り返されるソリューション（例えば、特許文書ＷＯ０２／０５２６８０号、ＷＯ０１／６３６９５号およびＵＳ６，４８３，４６２Ｂ２号参照）。

これらの様々な概念はまた１つの同じ構造内で結合可能である点に注目すべきである（例えば、特許文書ＷＯ０２／１０１８７４号参照）。

本発明の具体的な目的は、極めてコンパクトな平面アンテナを取得するために、アンテナのプリントパターン（放射素子またはパッチ）の等化的な電気長を増大させるために使用されるものとはかなり異なる技術を提供することである。

本発明のさらなる目的は、実施が容易でありかつ安価なこのような技術を提供することである。

本発明の更なる目的は、基本的な「半波長パッチ」または「４分の１波長パッチ」アンテナ、「環状パッチ」アンテナ、「内接スロットパッチ」アンテナ、ＰＩＦＡ（平面逆Ｆアンテナ）アンテナなどの任意の種類の平面放射構造に適用可能なこのような技術を提供することである。

本発明の別の目的は、単一の放射素子を有する平面アンテナならびに複数の放射素子の積層を備える平面アンテナに適用可能なこのような技術を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、極めて低コストのソリューションを見つけることができ、かつ顧客市場における発展に完全に適合した、極めて簡単な一体化技術に基づいた平面アンテナ製造方法を提供することである。

次に見られるこれらの様々な目的などは、誘電体によって接地平面から分離された少なくとも１つの放射素子を備えるタイプの平面アンテナを使用することによる本発明に従って満たされる。本発明によると、前記アンテナはさらに、前記少なくとも１つの放射素子の少なくとも１つの物理的寸法を所与の共振周波数に対して縮小するために、前記接地平面および前記少なくとも１つの放射素子を備えるグループに属する前記要素のうちの少なくとも１つに接続され、かつこれから延びる導電性スタッドの少なくとも１つのアセンブリを備える。

本発明の一般原理は、従って、単に平面アンテナの接地平面および／または１つ以上の放射素子（パッチ）上にスタッドを配列することである。

本発明に関して、スタッドという用語は、様々な変形例に変更可能である点で一般的意味に使用される（また、以下の開示で詳細に説明されるように、特に突起、ホールまたはタブの形態であるが、これだけではない）。

誘電体は、気体、または気体の特徴に近い特徴を有する固体材料、例えばプラスチック材料やフォームタイプなどを意味するのに用いられる。

以下詳細に説明されるように、図３に関連して、これらのスタッドは電磁場の分布をローカルに修正し、また１つまたは複数の放射素子の少なくとも１つの物理的寸法（長さおよび／または幅）を固定共振周波数に対して縮小することができるという効果を有する。

導電性スタッドの様々なアセンブリが以下特定される。本発明の多数の可能な実施形態があり、各々はこれらのアセンブリの１つ以上の様々な組み合わせに対応していることが明らかである。本発明は、単一の放射素子を備えるアンテナ構造と共に、または複数の放射素子の積層を備えるアンテナ構造と共に適用する点にも注目すべきである。

利点を享受するために、前記アンテナは、前記接地平面に接続され、また前記少なくとも１つの放射素子に向かって延び、かつこれには接続されていない導電性スタッドの第１のアセンブリを備える。

単一の放射素子を備えるタイプのアンテナに関して、前記単一の放射素子に接続され、また前記接地平面に向かって延び、かつこれには接続されていない導電性スタッドの第２のアセンブリを利用するために備える。

誘電体によって相互に分離された少なくとも２つの放射素子の積層を備えるタイプのアンテナに関して、接地平面に最も近い放射素子は一次放射素子として既知であり、前記アンテナは、前記一次放射素子の第１の表面に接続され、また前記接地平面に向かって延び、かつこれには接続されていない導電性スタッドの第３のアセンブリを利用するために備える。

誘電体によって相互に分離された少なくとも２つの放射素子の積層を備えるタイプのアンテナに関して、接地平面に最も近い放射素子は一次放射素子として既知であり、前記アンテナは、前記一次放射素子の第２の表面に接続され、また前記放射素子の別のものに向かって延び、かつこれには接続されていない導電性スタッドの第４のアセンブリを利用するために備える。

誘電体によって相互に分離された少なくとも３つの放射素子の積層を備えるタイプのアンテナに関して、接地平面に最も近い放射素子は一次放射素子として既知であり、接地平面から最も遠い放射素子は上部放射素子として既知であり、一次放射素子および上部放射素子以外の各放射素子は中間放射素子として既知であり、前記アンテナは、前記中間放射素子のうちの少なくとも１つについて、前記中間放射素子の第１の表面に接続され、また、前記一次放射素子から前記上部放射素子への前記積層の重なり方向に沿って前記中間放射素子に従う前記放射素子の別のものに向かって延び、かつこれには接続されていない導電性スタッドの第５のアセンブリを利用するために備える。

誘電体によって相互に分離された少なくとも３つの放射素子の積層を備えるタイプのアンテナに関して、接地平面に最も近い放射素子は一次放射素子として既知であり、接地平面から最も遠い放射素子は上部放射素子として既知であり、一次放射素子および上部放射素子以外の各放射素子は中間放射素子として既知であり、前記アンテナは、前記中間放射素子のうちの少なくとも１つについて、前記中間放射素子の第２の表面に接続され、また前記一次放射素子から前記上部放射素子への前記積層の重なり方向に沿って前記中間放射素子に先行する前記放射素子のうちの別のものに向かって延び、かつこれには接続されていない導電性スタッドの第６のアセンブリを利用するために備える。

誘電体によって相互に分離された少なくとも２つの放射素子の積層を備えるタイプのアンテナに関して、接地平面に最も近い放射素子は一次放射素子として既知であり、接地平面から最も遠い放射素子は上部放射素子として既知であり、一次放射素子および上部放射素子以外の各放射素子は中間放射素子として既知であり、前記アンテナは、前記上部放射素子の第１の表面に接続され、また前記一次放射素子から前記上部放射素子への前記積層の重なり方向に沿って前記上部放射素子に先行する前記放射素子のうちの別のものに向かって延び、かつこれには接続されていない導電性スタッドの第７のアセンブリを利用するために備える。

利点を享受するために、前記接地平面から、または前記放射素子のうちの１つからそれぞれ延びる導電性スタッドのアセンブリは、前記放射素子のうちの１つから、または前記放射素子のうちの別の１つからそれぞれ延びる導電性スタッドの別のアセンブリとインターレースする。

利点を享受するために、導電性スタッドのアセンブリが接続される放射素子ごとに、前記放射素子は、前記放射素子が電源手段と接続されるエリアにおいてはいずれの導電性スタッドにも接続されない。

利点を享受するために、導電性スタッドの同一アセンブリの前記導電性スタッドがマトリックス状に分布される。

好都合な特徴によると、導電性スタッドの少なくとも１つのアセンブリが接続される少なくとも１つの放射素子は、２つの主軸に沿った対称性を有するタイプであり、前記導電性スタッドは、前記対称性を順守する配列で分布される。

このように、２つの交差する直線偏波に従って、あるいは回転偏波でも本発明のアンテナを使用することは全く可能である。導電性スタッドに基づいて展開されるソリューションは、従って、これ自体、任意のタイプの必要とされる偏波に対するアンテナの使用について障害とはならない。

優先的に、前記アンテナは、半波長放射素子タイプの平面アンテナ、４分の１波長放射素子タイプの平面アンテナ、環状放射素子タイプの平面アンテナ、内接スロット放射素子タイプの平面アンテナ、逆Ｆ放射素子タイプの平面アンテナを備えるグループに属する。

利点を享受するために、前記アンテナは、平面アンテナと、前記接地平面および／または前記放射素子のうちの少なくとも１つの非平面性（non-planeness）のために平面ではないアンテナとを備えるグループに属する。

本発明の第１の具体的実施形態において、前記接地平面、または前記放射素子のうちの１つに接続された前記導電性スタッドのうちの少なくとも１つは、第１の導電性コンポーネントに形成され、かつ前記第１の導電性コンポーネントの本体から延びる導電性突起であり、前記本体は前記接地平面または前記放射素子を形成する。

本発明の第２の具体的実施形態において、前記放射素子のうちの少なくとも１つに接続された前記導電性スタッドのうちの少なくとも１つは、第２の導電性コンポーネントの少なくとも１つの偏心部分から切り出され、かつ前記第２の導電性コンポーネントの中央部分に対して折り返された導電性タブであり、前記中央部分は前記放射素子を形成する。

利点を享受するために、前記アンテナはさらに、誘電材料からなり、かつ前記接地平面が前記放射素子のうちの少なくとも１つに対して位置決めされ、あるいは前記放射素子が前記接地平面または前記放射素子のうちの少なくとも１つの別のものに対して位置決めされることを許容する前記第１または第２の導電性コンポーネントの少なくとも１つのサポート要素を備える。

本発明の第３の具体的実施形態において、前記接地平面または前記放射素子のうちの少なくとも１つに接続された前記導電性スタッドの少なくとも１つは、１層の誘電材料の第１の表面から延びる導電性ホールであり、前記第１の表面は前記接地平面または前記少なくとも１つの放射素子を担持し、前記導電性ホールは前記第１の表面から延び、また前記１層の誘電材料の第２の表面上に現れず、前記導電性ホールの前記表面は導電材料によってコーティングされる。

本発明はまた、誘電体によって接地平面から分離された少なくとも１つの放射素子を備えるタイプの平面アンテナの製造プロセスに関する。本発明によると、前記方法は、前記少なくとも１つの放射素子の少なくとも１つの物理的寸法を所与の共振周波数に対して縮小するために、前記接地平面および前記少なくとも１つの放射素子を備えるグループに属する前記要素のうちの少なくとも１つに接続され、かつここから延びる導電性スタッドの少なくとも１つのアセンブリを提供するステップを備える。

本発明の第１の具体的実施形態において、前記方法は、導電性スタッドのアセンブリが接続される前記接地平面および／または前記放射素子のうちの少なくとも１つに対して、以下のステップを備え、また以下を備える第１の導電性コンポーネントが提供される：
前記接地平面または前記放射素子を形成する本体と、
前記接地平面または前記放射素子のうちの１つに接続された前記導電性スタッドのうちの１つを形成するための、前記本体から延びる少なくとも１つの導電性突起。

本発明の第２の具体的実施形態において、前記プロセスは、導電性スタッドのアセンブリが接続される前記放射素子の少なくとも１つに対して以下のステップを備える：
前記放射素子を形成する中央部分を備える第２の導電性コンポーネントが提供される；
少なくとも１つの導電性タブが前記第２の導電性コンポーネントの偏心部分から切り出される；
前記放射素子のうちの１つに接続された前記導電性スタッドの１つを形成するために、前記少なくとも１つの導電性タブが前記中央部分に対して折り返される。

利点を享受するために、前記プロセスはさらに、誘電材料からなる少なくとも１つのサポート要素を使用して、前記アンテナの別の要素に対して前記第１または第２の導電性コンポーネントを位置決めするステップを備える。

本発明の第３の具体的実施形態において、前記方法は導電性スタッドのアセンブリが接続される前記接地平面および／または前記放射素子のうちの少なくとも１つに対して、以下のステップを備える：
少なくとも１つのホールが１層の誘電材料で提供され、前記少なくとも１つのホールは前記層の第１の表面から延び、かつ前記層の第２の表面には現れない；
導電材料のコーティングが以下のものに選択的に適用される：
前記接地平面または前記放射素子を形成するための前記第１の表面の少なくとも一部、および
前記接地平面または前記放射素子のうちの１つに接続された前記導電性スタッドの１つを形成する導電性ホールを得るための、前記少なくとも１つのホールの前記表面。

本発明の他の特徴および利点は本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を読むことによって明らかになり、これは単に例証として与えられ、制限的なものではない。

図１〜７、１２および１７において、１個の同一要素は図面間で１個の同一の参照番号を有する（特に、１は放射素子、２は接地平面、３は放射素子と接地平面間の誘電体、４は導電性スタッドである）。

従来の平面アンテナは少なくとも１つの放射素子と接地平面とを備える。少なくとも１つの誘電体は、接地平面に最も近い放射素子および接地平面自体と、放射素子とを相互に分離する。「誘電体」は、気体、または例えばプラスチック材料やフォームタイプなどの、気体に近い特徴を有する固体材料を意味するために用いられる。

本発明の一般原理は、１個または複数の放射素子の少なくとも１つの物理的寸法を所与の共振周波数に対して縮小するために、このタイプの従来の平面アンテナに、接地平面および／または１つ以上の放射素子に接続され、かつここから延びる複数の導電性スタッドを追加することである。

図１は、導電性スタッドが単一で放射素子の下に分布される、本発明に従った半波長パッチタイプの平面アンテナの一例の斜視図を示す。これらのスタッド４は、放射素子１に接続されて、また接地平面２に向かって延び、かつこれには接続されていない。本例において、アンテナは、半波長長さの２つの分離端に配置される２つの放射スロット５によってモデリングされる（図３）。

スタッドは例えば、軸Ｂ−Ｂ’に沿った図１のアンテナの断面図である図２に示されるように、マトリックスとして既知の空間分布に従って分布される。この分布は均一であってもなくてもよい。一般的に、任意のタイプのスタッド配列が、本発明の枠組みから逸脱することなく可能である。

図３の上部部分は、軸Ａ−Ａ’に沿った図１のアンテナの断面図であり、放射素子の下に位置決めされたスタッドの効果の解釈を可能にする。放射素子１と接地平面２間の電界の分布は点線矢印で示される。図３の下部部分は、放射素子１の下に位置決めされたスタッド４の効果の電気的モデリングである。

電気的レベルにおいて、スタッド４は、放射パターン１と接地平面２間に位置決めされ、かつこの放射パターン１にのみ接続される。このスタッド４は、電磁場分布を局所的に修正する効果を有することから、等化的な容量効果（ローカルキャパシタンスＣ）の増大が、放射パターン１とこれらのスタッド４の異なる接続ポイントに戻される。結果的に、放射パターン１に対する信号位相速度（signal phase velocity）は低下し、これによって放射パターン１の少なくとも１つの物理的寸法（長さおよび／または幅）が、固定共振周波数に対して縮小される（このことを説明する数学的推論に関して以下を参照のこと）。長さおよび／または幅のこの縮小は、放射パターン１下のスタッド４の数と、この位置および寸法（長さおよび直径）とに直接左右される点に注目すべきである。従って、例えば、スタッドの数および長さが大きくなると、サイズの縮小がより大きくなる。

上記のことを明確にするために、放射素子に関して、位相速度ｖφはローカルキャパシタンスＣおよびローカルインダクタンスＬの関数である点を覚えておくべきである：

結果的に、Ｃの増加によってｖφが低下される。

さらに、所与の共振周波数ｆ_resにおいて、アンテナは所与の電気長φと等しくあるべきである。例えば、半波長パッチタイプアンテナについては、φ＝１８０°である。

実際、φ＝β×ｌ_physiqueであり、ここでβ＝（２πｆ_res／ｖφ）であり、ｌ_physiqueはアンテナの物理的長さである。ゆえに、φ＝２πｆ_res（ｌ_physique／ｖφ）である。

所与のｆ_resおよびφについて、ｖφが小さくなると、ｌ_physiqueもまた小さくなるため、アンテナの小型化につながる。さらに、Ｃが大きくなると、ｖφが小さくなるため、ｌ_physiqueがより小さくなる。

均一なスタッドアセンブリを有する必要はない。形態および寸法が異なるスタッドを設計することが全く可能である。

本発明に従った平面アンテナに電力を供給するために、放射素子の縁の１つに接続され、かつ、アンテナに正確に適合するためのインピーダンス変換器として作用する直線セクションによっても、放射素子の表面上の等化的な「５０Ω」ポイントに直接接続されたプローブによっても、電磁結合に基づいた励起ソリューションによっても、全ての従来の励起手段が可能である。

あらゆる場合に、アンテナの上流に配置された信号処理回路とのこの接続を妨害しないように、必要ならば、放射素子と電源手段間のこの相互接続によって局所的に関連するエリアにはスタッドを追加しなくても十分である。

他方、図１の例において、放射素子１の２つの主軸（図２のＸ、Ｙ）に沿った対称性が重要視される。すなわち、スタッドは、この対称性を順守する配列に従って分布される。従って、２つの交差する直線偏波に従って、あるいは回転偏波でもアンテナの使用は全く可能である。スタッドに基づいて展開されたソリューションは、従って、これ自体、任意のタイプの必要とされる偏波に対するアンテナの使用について障害とはならない。

本発明の技術によって提供される利点の全範囲を強調する別の基本的ポイントは、他のタイプの平面アンテナに対するその実施の容易性にある。事実、放射素子下の導電性スタッドの原理は、当業者に既知の任意のタイプの平面構造について、接地リターンを有する平面パターンに対しても、チャネルアウトまたは環状パターンに対しても、内接スロットパターンに対しても、あるいは極めて一般的な方法でも、著しく異なる平面アンテナの構成および形状に対して特別な困難なく適合可能である。

このポイントを図示するために、本発明に従ったスタッドを有する平面アンテナの２つの例が図４および５に与えられる：（参照番号６が付与される）接地リターンがサポートウェーハ３のうちの１つに配置される４分の１波長パッチタイプの平面アンテナ（図４）と、環状パッチタイプの平面アンテナ（図５）とがある。

本発明に従ったスタッドを有する平面アンテナの材料の実施形態に関して、複数の簡単な製造方法が可能であり、この簡潔性は、特にこれらのコンポーネントのコストの削減に対する基本的な基準である。

本発明に従ったアンテナ製造方法の第１の実施形態を次に図６と関連して提供する。この第１の実施形態において、放射素子（パッチ）１およびスタッド４は、加工、打ちつけ（ｂｅａｔｉｎｇ）、または３次元金属コンポーネントの製造に使用される方法によって得られた単一の導電性コンポーネント７（例えば、金属コンポーネント）として作成される。すなわち、導電性コンポーネント７の本体は放射素子１を形成し、導電性スタッド４は導電性コンポーネントに形成された導電性突起であり、これらはこのコンポーネントの本体から延びる。

そして、このコンポーネントは１つ以上のサポート要素８に転送され、これによって下部接地平面に対して位置決めされる。好ましいソリューションは、電磁的観点から見ても、このサポートまたはこれらのサポートが可能な限り透明であるように、その性質が気体に近くなる誘電材料をサポートレベル８で使用することである。例えば、電気的特徴が必要な仕様と完全に一致しているフォームタイプの材料の使用が推奨される（例えば：ＲＯＥＨＭのポリメタクリル酸イミドフォームＲＯＨＡＣＥＬＬ ＨＦ７１：εｒ＝１．１１およびｔｇδ＝７．１０^-4〜５ＧＨｚ）。実施形態の変形例において、サポート要素や要素を作成する誘電材料は、例えば既知の技術の１つによって容易に成形されるプラスチック材料である。

図６は、（放射素子１およびスタッド４を一体化している）３次元金属コンポーネント７および位置決めサポート８の使用に基づいた、本発明に従ったアンテナ製造方法のこの第１の実施形態によって得られたアンテナの一例を示す。導電性スタッド４が接続される放射素子１と接地平面２間の空間に含まれた誘電体３は例えば気体である。

本発明に従ったアンテナ製造方法の第２の実施形態を次に図７と関連して説明する。この第２のソリューションは、標準的なプリント回路を提供する技術にかなり準拠する。

これは、（フォーム、プラスチック材料など、つまり気体以外の１層の誘電材料であってもよい）アンテナのサポート基板３と、見えない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）ホール（ビアホール）と、導電材料によるコーティングとに対して選択的な方法で、（放射素子１を形成するための）この基板の上部表面を直接穿孔する（ｂｏａｒｉｎｇ）ことを伴い、ホールの内部は（導電性スタッド４を形成するための）この上部表面から延びる。すなわち、導電性スタッド４はここで導電性ホールの形態で具現化される。

好ましい実施形態において、導電材料コーティングは金属メッキからなる。この金属メッキは例えば、導電ペイントの堆積や電気機械的堆積による簡単な方法で達成可能である。当業者に既知の技術が導電材料コーティングを適用するのに使用可能であることが明らかである。

電気的レベルにおいて、導電性ホール（ビアホール）４は、前記ソリューション（導電性突起）における導電性スタッドと類似の効果を有するため、放射素子１のサイズの縮小をもたらす。

この要素（この上部表面が放射素子１を担持し、かつ複数の金属メッキホール４を有するサポート基板３）は次いで、下部表面を介して接地平面２と接触させられて、最終的なアンテナ構造を得る。

この第２のソリューションについて、上記特定されたように、平面アンテナの実施について十分適切な電気的特徴を有し、かつさらに必要な形状に従った３次元構成に極めて容易に役立つフォームタイプの基板を選択するのもまた好ましい点に注目すべきである。実施形態の変形例において、サポート基板は、既知の成形技術の１つによって容易に成形可能なプラスチック材料である。

図７は、上部表面が放射素子１を担持し、かつ導電性スタッド４を形成する複数の金属メッキホールを有する誘電基板３の使用に基づいた、本発明に従ったアンテナ製造方法のこの第２の実施形態によって得られたアンテナの一例を示す。

本発明に従ったアンテナ製造方法の第３の実施形態を次に図１７と関連して呈示する。この第３の実施形態において、放射素子（パッチ）およびスタッドは以下の方法で作成される：
放射素子１を形成する中央部分を備える導電性コンポーネント１７１（例えば、金属箔）が提供される；
複数の導電性タブがこの導電性コンポーネントの周縁から切り出される（すなわち、中央部分に隣接するこのコンポーネントの偏心部分において）；
放射素子１に接続された導電性スタッド４を形成するために、中央部分に対して導電性タグが折り返される。（例えば、放射素子を形成する中央部分に直交して）折り返されると、導電性タブ４は例えば、サポート要素１７０を形成する基板のウェーハ上に位置決めされる。

図１７は、導電性スタッド４を形成する折り返された導電性タブの作成に基づいた、本発明に従ったアンテナ製造方法のこの第３の実施形態によって得られたアンテナの一例を示す。

放射素子は、接地平面に対して、あるいは反対に図６に示されたものと同じスタイルである可能性がある１つ以上のサポートに使用によって位置決めされる。好ましい実施形態において、サポート要素は、タブと接地平面間のいかなる接触も回避するためにタブの高さよりもわずかに大きな高さの誘電基板１７０のウェーハにすぎない。

本発明に従った小型平面アンテナを認めるために、図７に示されたタイプのアンテナの、本発明に従った第１のアンテナプロトタイプが作成された。これは、寸法５０×５０×１０ｍｍ³のフォーム材料上にプリントされ、かつ１００×１００ｍｍ²の接地平面に転送された半波長パッチタイプのソリューションである。この基板において、（直径φ＝２ｍｍかつ高さｈ＝７．５ｍｍの）円筒形形状の見えない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）ホールがフォームブロックの上部表面全体に平らに穿孔される。この場合、ホールのこの上部表面および内部は、導電性ペイントに基づいた銀の直接堆積によって金属メッキされた（参照：Ｓｐｒａｙｌａｔ ５９９Ｂ３７３０）。偏波レベルにおいて、真っ直ぐな直線偏波アンテナを一体化するという選択がなされ、そしてこれは１つの励起ポイントのみですむ。後者は、その端が放射素子の上部表面上の等化的な「５０Ω」ポイントに接続された同軸プローブの使用によって実行される。

ホールが可変的な形状および寸法である設計を有することは全く可能なことである。

図８は、本発明に従ったこの第１の平面アンテナプロトタイプの実験結果を図示している。アンテナは好ましい放射軸に沿った適合および透過において特徴付けられる。透過測定は、展開されるプロトタイプと基準アンテナ（この場合には、プリントダイポール）間の直接リンク量の提供に基づく。このリンク量はエコーレスチャンバでは得られないため、示された結果によって放射は定量的に示されることになる点に注目すべきである。

比較によって、これもまたフォーム上にプリントされ、かつ上記放射素子（５０×５０×１０ｍｍ³）と等しい寸法を有する単純な従来の半波長パッチアンテナの測定が図９に示される。２つのアンテナ間のこの比較を許容するために、このリンク量は上記条件に全体的に類似の条件で測定された。

図８および９に見られるように、（見えない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）ホールを有する）本発明に従ったアンテナの共振周波数は従来のアンテナよりもかなり小さい。この共振周波数の値の２５％の低下は実際注目すべきである（すなわち、ｆ_{r classi.}＝２．６３４ＧＨｚではなくΔｆ＝６６５ＭＨｚ：ｆ_{r minia.}＝１．９６９ＧＨｚ）。周波数のこのかなりのシフト以外に、適合、帯域幅および放射のレベルは、両アンテナで測定された応答によって示されるように、基本的に正確である。従って本発明の技術（導電性スタッド４の追加）は、プリントパターン（放射素子）を小型化する重要なポテンシャルになる。

本発明の技術の一般的性質を強調するために、第２の小型アンテナプロトタイプが作成された：これは４分の１波長パッチアンテナであり、接地リターンがサポートウェーハのうちの１つに配置される。上記場合におけるように、これは、選択されたフォーム材料に分布されるホール（ビアホール）の原理である。このアンテナは寸法２５×２５×１０ｍｍ³の基板上にプリントされ、かつ１００×１００ｍｍ²の接地平面に転送された。見えない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）ホールは依然として円筒形形状を有する（φ＝２ｍｍかつｈ＝７．５ｍｍ）。接地リターンは、フォームサポート基板のウェーハのうちの１つにプリントされ、かつ接地平面に端が接続された５ｍｍ幅のタブによって提供される。励起は「５０Ω」ポイントに接続された同軸プローブによって得られる。

図１０は、本発明に従ったこの第２の平面アンテナプロトタイプの実験結果を図示している。この第２のプロトタイプもまた適合および透過において特徴付けられる。

これらの結果は、見えない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）ホールの有無以外に第２のプロトタイプの形状と全く類似する４分の１波長パッチタイプの従来のアンテナの実験結果と比較可能であり、この性能は図１１に提供される。

図１０および１１に示されるように、低周波数に対する明確なシフトはまた、（見えない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）ホールを有する）本発明に従ったアンテナについて観察可能であるため、放射素子（基本的プリントパターン）の寸法のかなりの低下の可能性がある。この場合、共振周波数は約２０％低下し（ｆ_{r classi.}＝１．４７５ＧＨｚでなくΔｆ＝２６５ＭＨｚ：ｆ_{r minia.}＝１．２１０ＧＨｚ）、一見して見えないアンテナの他の性能態様は乱される。

さらに、本発明の一般原理（固定共振周波数に対して少なくとも１つの物理的寸法（長さおよび／または幅）を縮小するために放射素子の表面下へのスタッドの追加）はまた、多数の積層要素を有する平面アンテナに適用可能である。

この種の多要素アンテナは例えば、ブロードバンド用途やマルチ周波数用途に使用されることが思い出されるであろう。

例証として、図１２は、本発明に従った、２つの積層放射素子を有するアンテナ構成の断面図を示す。

このアンテナは、第１の誘電体３によって接地平面２から分離された一次放射素子１と、第２の誘電体９によって一次放射素子１から分離された上部放射素子１０とを備える。

一次放射素子は、接地平面に最も近い放射素子であると定義される。上部放射素子は、接地平面から最も遠い放射素子であると定義される。

本例において、本発明に従った小型化の概念（スタッド１２４の追加）は一次放射素子１にのみ適用される。すなわち、上部放射素子１０はいずれのスタッドにも接続されない。

一般的に、アンテナは任意の数の積層放射素子を備えてもよく、本発明の概念（導電性スタッドの追加）は、積層の全放射素子、またはこのうちの１つ以上に適用されてもよい。

上述されたように、本発明の概念（導電性スタッドの追加）もまた、１つ以上の放射素子への適用とは別にまたはこれと組み合わせて、接地平面に適用されてもよい（１つまたは複数の放射素子に面して配置された表面へのスタッドの追加）。すなわち、以下の異なる状況が本発明に関連して考えられる：
接地平面のみが導電性スタッドを有する；
１つ以上の放射素子のみが導電性スタッドを有する；
接地平面および１つ以上の放射素子が導電性スタッドを有する。この構成によって１つまたは複数の放射素子の最終的サイズがさらに縮小される。

図１３は、本発明に従った１つの放射素子を有するアンテナの変形例の断面図である。接地平面１３２は導電性スタッド１３５を有する。単一の放射素子１３１の下部表面もまた導電性スタッド１３４を有する。そして、放射素子１３１下に分布され、かつこれにのみ接続された第１のスタッド１３４のマトリックスと、接地平面上に分布され、かつこの平面にのみ接続された第２のスタッド１３５のマトリックスとがある。これらの２つのマトリックスは上部放射素子と下部接地平面間のエリアに配置される。２つのマトリックスのスタッド間の接触を回避するために、第１のスタッドは第２のスタッドによってインターレースされる。

この場合、（図３と関連した）上記のようなスタッドの電気的効果が強調され、これによって、固定共振周波数に対する放射素子の物理的寸法（長さおよび／または幅）はこれに応じて縮小される。

この原理を認めるために、放射素子および接地平面に接続されたスタッドを有するアンテナのプロトタイプが作成された。これは、寸法５０×５０×１０ｍｍ³のフォーム材料上にプリントされ、かつ１００×１００ｍｍ²の接地平面に転送された半波長パッチタイプのソリューションである。同一寸法の従来の半波長パッチ（つまりスタッドのない）と比較して、共振周波数の低下は相当なものである：実際この周波数は従来のアンテナの２．６３４ＧＨｚから本発明のアンテナの１．２２５ＧＨｚに低下し、５３％を超える低下を示す。従ってこれは、基本的なプリントパターンの超小型化の可能性をもたらす。

複数の放射素子の積層を備えるアンテナの場合において、本発明の概念（導電性スタッドの追加）もまた、同一放射素子の両表面に同時に適用されることがある（積層における最後の１つ、つまり接地平面から最も遠いものを除く）。すなわち、同一の放射素子は、その下部表面から延びる第１のスタッドと、その上部表面から延びる第２のスタッドとを備えてもよい。

図１４は、接地平面１４２と２つの放射素子１４１、１４７とを備える、本発明に従ったアンテナの変形例の断面図である。接地平面１４２は導電性スタッド１４４を有する。上部放射素子１４７はスタッドを有していない。一次放射素子１４１はその下部表面に第１の導電性スタッド１４６を、その上部表面に第２の導電性スタッド１４５を有する。

図１８は、接地平面１８０と３つの放射素子：一次放射素子１８１（上記定義参照）、上部放射素子１８３（上記定義参照）および中間放射素子１８２とを含む、本発明に従ったアンテナの別の変形例の断面図である。中間放射素子は、一次放射素子と上部放射素子間に配置された放射素子と定義される。接地平面１８０および上部放射素子１８３はスタッドを有していない。一次放射素子１８１はその下部表面に導電性スタッド１８４を有する。中間放射素子１８２はその下部表面に第１の導電性スタッド１８５を、その上部表面に第２の導電性スタッド１８６を有する。一般的に、同一放射素子がその両表面に導電性スタッドを有するということによって、アンテナはさらに小型化可能である。同一アンテナにおいて、当然その２つの表面上に導電性スタッドを有する多数の放射素子がある。

本発明は、（上記の一般的な意味での）任意のタイプの平面アンテナ、つまり実際に平面である平面アンテナならびに実際に平面でない平面アンテナにも適用する（接地平面および／または少なくとも１つの放射素子は平面ではないが、所与の３次元形状に従って適合されることに関して）。

図１５は、平坦な接地平面１５２と、導電性スタッド１５４を有し、かつ適合される（すなわち、非平面の３次元形状を有する）放射素子１５１とを備える、本発明に従ったアンテナの別の変形例の断面図である。

図１６は、導電性スタッド１６４を有しかつ適合される接地平面１６２と、各々が導電性スタッド１６５、１６６を有しかつ適合される２つの放射素子１６１、１６７とを備える、本発明のアンテナの別の変形例の断面図である。上部放射素子１６７と接地平面１６２間に含まれた、参照番号１６１の放射素子は一次放射素子と称される。

導電性スタッドを有する放射素子の製造に適用される製造技術のこれらの例は図６、７および１７と関連して上記呈示される。第１の技術において、導電性スタッドは導電性突起である（図６）。第２の技術において、導電性スタッドは導電性ホールである（図７）。第３の技術において、導電性スタッドは導電性タブである（図１７）。第１および第２の技術は、スタッドを備える接地平面を製造するのに使用可能である。他方、接地平面が、常に放射素子よりも大きな寸法を有するとすると、第３の技術（タブ）は、導電性スタッドを備える接地平面の製造に適用不可能である。

導電性ホールの形態で作成されたスタッドの場合、誘電基板の同一層はその下部表面に接地平面（つまり、第１の放射素子）を、その上部表面に放射素子（つまり、第２の放射素子）を担持することがある点に注目すべきである。接地平面（つまり、第１の放射素子）に接続されたスタッドは、基板層の下部表面から延び、かつ基板層の上部表面には現れない第１の導電性ホールの形態で作成される。放射素子（つまり、第２の放射素子）に接続されたスタッドは、基板層の上部表面から延び、かつ基板層の下部表面には現れない第２の導電性ホールの形態で作成される。

上記製造技術は組み合わせ可能であることにも注目すべきである。例えば、接地平面や放射素子について、一方で第１の導電性スタッドを形成する導電性突起と、他方で第２の導電性スタッドを形成する折り返された導電性タブとを備える導電性コンポーネントが提供可能である。

当然、本発明は上記実施形態の例に制限されない。スタッドの数、サイズ、形状および配列を処理することによってアンテナのサイズをさらに小型化可能な他の変形例が想定可能である。

本発明の一般原理は、極めて様々な周波数範囲（数百ＭＨｚ〜数十ＧＨｚ）において平面アンテナを使用可能ないかなる適用分野（モバイル用途、衛星通信用途、無線ＲＦ用途など）においても実施可能である。

スタッドが放射素子の下に分布される、本発明に従った半波長パッチタイプの平面アンテナの一例の斜視図を示す。 軸Ｂ−Ｂ’に沿った図１のアンテナの断面図である。 上部部分は、放射素子の下に位置決めされたスタッドの効果の解釈を可能にする、軸Ａ−Ａ’に沿った図１のアンテナの断面図であり、下部部分はスタッドの効果の電気モデリングである。 スタッドが放射素子の下に分布される、本発明に従った４分の１波長パッチタイプの平面アンテナの一例を示す。 スタッドが放射素子の下に分布される、本発明に従った環状パッチタイプの平面アンテナの一例を示す。 ３次元（３Ｄ）金属コンポーネントおよび位置決めサポートの使用に基づいた、本発明に従ったアンテナ製造方法の第１の実施形態によって得られたアンテナの一例を示す。 金属メッキされて見えない（ｎｏｎ−ｅｍｅｒｇｅｎｔ）ホールを有する１層の誘電基板の使用に基づいた、本発明に従ったアンテナ製造方法の第２の実施形態によって得られたアンテナの一例を示す。 本発明に従ったアンテナ製造方法の第２の実施形態によって得られた、本発明に従った半波長パッチタイプの平面アンテナの実験結果を図示している。 その結果は図８に示される、本発明に従ったアンテナと同一の従来の半波長パッチタイプおよび寸法の平面アンテナの実験結果を図示している。 本発明に従ったアンテナ製造方法の第２の実施形態によって得られた、本発明に従った４分の１波長パッチタイプの平面アンテナの実験結果を図示している。 その結果は図１０に示される、本発明に従ったアンテナと同一の従来の４分の１波長パッチタイプおよび寸法の平面アンテナの実験結果を図示している。 本発明に従った、２つの積層された放射素子によるアンテナ構成の断面図である。 接地平面と単一の放射素子の下部表面とが導電性スタッドを有する、本発明に従った１つの放射素子を有するアンテナの変形例の断面図である。 接地平面と一次放射素子の２つの表面とが導電性スタッドを有する、本発明に従った２つの放射素子を有するアンテナの変形例の断面図である。 接地平面が平坦で、かつ単一の放射素子が適合される、本発明に従った１つの放射素子を有するアンテナの別の変形例の断面図である。 接地平面および２つの放射素子が適合される、本発明に従った２つの放射素子を有するアンテナの別の変形例の断面図である。 タブの形態で作成されたスタッドが放射素子の周縁に分布される、本発明に従った１つの放射素子を有するアンテナの別の変形例の斜視図である。 一次放射素子の一方の表面と中間放射素子の両表面とが導電性スタッドを有する、本発明に従った３つの放射素子を有するアンテナの別の変形例の断面図である。

Claims (13)

1. 誘電体によって接地平面から分離された第１の放射素子と、
   誘電体によって前記第１の放射素子から分離された第２の放射素子と、
   第１、第２及び第３の導電性スタッドとを備え、
   前記第１の導電性スタッドは、前記第１の放射素子の一方の表面に向かって、その表面に接続されることなく延びるように前記接地平面に接続されており、前記第２の導電性スタッドは、前記接地平面の一方の表面に向かって、その表面に接続されることなく延びるように前記第１の放射素子に接続されており、前記第１の導電性スタッドと前記第２の導電性スタッドとがインターレースしており、かつ、
   前記第３の導電性スタッドは、前記第２の放射素子に向かって、前記第２の放射素子に接続されることなく延びるように前記第１の放射素子の他方の表面に接続されており、または前記第１の放射素子の他方の表面に向かって、その表面に接続されることなく延びるように前記第２の放射素子に接続されていることを特徴とする平面アンテナ。
2. 前記第１の導電性スタッドがマトリックス状に分布されることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
3. 前記第１の放射素子は、その２つの主軸に沿った対称性を有し、前記導電性スタッドが前記対称性を順守する配列で前記少なくとも１つの放射素子に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
4. 前記平面アンテナは、半波長放射素子タイプのアンテナ、４分の１波長放射素子タイプのアンテナ、環状放射素子タイプのアンテナ、内接スロット放射素子タイプのアンテナ、あるいは逆Ｆ放射素子タイプのアンテナを備えることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
5. 前記導電性スタッドのうちの少なくとも１つは、導電性コンポーネントの本体から延びる導電性突起であり、前記本体は前記接地平面の少なくとも一部または前記第１の放射素子の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
6. 前記導電性スタッドのうちの少なくとも１つは、導電性コンポーネントの少なくとも一部から切り出され、かつ前記導電性コンポーネントの中央部分に対して折り返された導電性タブであり、前記中央部分は前記第１の放射素子の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
7. 誘電材料からなり、かつ前記接地平面が前記第１の放射素子に対して位置決めされることを可能にする少なくとも１つのサポート要素をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
8. 前記導電性スタッドのうちの少なくとも１つは、１層の誘電材料の第１の表面から延びる導電性ホールであり、前記導電性ホールは、前記第１の表面から延び、かつ前記１層の誘電材料の第２の表面には見えず、前記導電性ホールは、導電材料によってコーティングされることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
9. 誘電体によって接地平面から分離された第１の放射素子と、誘電体によって前記第１の放射素子から分離された第２の放射素子とを含む平面アンテナの製造方法であって、
   前記平面アンテナに、第１、第２及び第３の導電性スタッドを取り付けるステップを含み、前記第１、第２及び第３の導電性スタッドは、
   前記第１の導電性スタッドを、前記第１の放射素子の一方の表面に向かってその表面に接続されることなく延びるように前記接地平面に接続し、前記第２の導電性スタッドを、前記接地平面の一方の表面に向かって、その表面に接続されることなく延びるように前記第１の放射素子に接続し、前記第１の導電性スタッドと前記第２の導電性スタッドとをインターレースさせること、かつ、
   前記第３の導電性スタッドを、第２の放射素子に向かって前記第２の放射素子に接続されることなく延びるように前記第１の放射素子の他方の表面に接続し、または前記第１の放射素子の他方の表面に向かって、その表面に接続されることなく延びるように前記第２の放射素子に接続することによって取り付けることを特徴とする製造方法。
10. 本体を有する導電性コンポーネントから前記導電性スタッドの少なくとも１つを形成するステップをさらに含み、
    前記導電性コンポーネントは、前記接地平面の少なくとも一部もしくは前記第１の放射素子の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
11. 中央部分を備える導電性コンポーネントを形成するステップであって、前記導電性コンポーネントが前記第１の放射素子の少なくとも一部を形成するステップと、
    少なくとも１つの導電性タブを前記導電性コンポーネントから切り出すステップと、
    前記導電性スタッドのうちの１つを形成するために、前記少なくとも１つの導電性タブが前記中央部分に対して折り返されるステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
12. 誘電材料からなる少なくとも１つのサポート要素を使用して、前記第１の導電性スタッドを前記アンテナの別の要素に対して位置決めするステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
13. 誘電材料の層に少なくとも１つのホールを形成するステップであって、前記少なくとも１つのホールは、前記層の第１の表面から延び、かつ前記層の第２の表面には見えず、前記誘電材料は、前記接地平面の少なくとも一部もしくは前記第１の放射素子の少なくとも一部を形成するステップと、
    前記少なくとも１つのホールの表面に導電材料のコーティングを適用して、前記導電性スタッドのうちの１つを形成するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。

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