JP6748716B2 - 自己接地型の壁面設置可能なボウタイアンテナ装置、同アンテナ装置のペタル、及びその製造方法 - Google Patents

自己接地型の壁面設置可能なボウタイアンテナ装置、同アンテナ装置のペタル、及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、自己接地型アンテナ装置に関する。
本発明はまた、自己接地型アンテナ装置のペタル（花弁様アンテナ素子）に関する。
本発明は更に、自己接地型アンテナ装置の製造方法に関する。
異なるシステムのための複数の異なる周波数帯での通信を行えるようにするために、無線通信装置における広帯域アンテナの需要が増大している。超広帯域（ＵＷＢ）信号は、通常、大きな相対帯域幅（帯域幅を搬送波周波数で除した値）または大きな絶対帯域幅を有する信号として定義される。ＵＷＢという表現は、特に３．２〜１０．６ＧＨｚの周波数帯に対して用いられているが、他の、より広い周波数帯にも用いられる。
広帯域信号の使用は、例えば、Ｍ．Ｚ．Ｗｉｎら（非特許文献１）に記載されている。ＵＷＢ信号を送受信するＣＭＯＳプロセッサの開発は、さまざまな用途の幅広い分野で行われており、そのようなＣＭＯＳプロセッサは、ミキサー、ＲＦ（無線周波数）発振器、またはＰＬＬ（位相ロックループ）用のハードウェアを必要とすることなく、ＵＷＢ信号に対して非常に低コストで製造することができる。
ＵＷＢ技術は、例えば、非常に高データレート（５００Ｍｂｐまで、またはそれ以上）での近距離通信（１０ｍ以下）（例えば、ＤＶＤプレーヤーやテレビなどの娯楽用システムにおけるコンポーネント間の無線ＵＳＢに似た通信のために用いられる）、低データレート通信と正確なレンジング（測距）及びジオロケーション（測位）とを組み合わせたセンサネットワーク、非常に高い空間分解能及び障害物透過能力を持つレーダシステムや、一般的には無線通信装置など、様々な用途向けに幅広い領域で実現可能である。
ＵＷＢ信号を生成し、送信し、受信し、処理するためには、信号生成、信号送信、信号伝搬、信号処理及びシステム構造の分野に含まれる新たな技術及び装置の開発が必要とされる。
基本的に、ＵＷＢアンテナは４つの異なるカテゴリーに分けることができる。第１のカテゴリーはスケール化（scaled）カテゴリーを含み、該カテゴリーには、例えばＬｅｓｔａｒｉら（非特許文献２）に記載のボウタイダイポールアンテナや、例えば、Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇ．，Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１２，２０１０（非特許文献３）に記載のバイコニカルダイポールが含まれる。第２のカテゴリーは、例えばＹ．Ｍｕｓｈｉａｋｅ（非特許文献４）に記載されているような、いわゆる自己補対構造を含む。第３のカテゴリーは、例えば、いわゆるビバルディアンテナなどの、進行波構造のアンテナを含む。ビバルディアンテナは、公知かつ広く使用されているアンテナであり、例えば、Ｐ．Ｊ．Ｇｉｂｓｏｎ（非特許文献５）に記載されている。第４のカテゴリーは、例えば対数周期ダイポールアンテナアレイのような、多重共振アンテナを含む。
スケール化カテゴリー、自己補対カテゴリー及び多重反射カテゴリーに含まれるアンテナは、低利得でコンパクトなロープロファイルアンテナを含む。すなわち、幅広でかつ多くの場合に程度の差こそあれ無指向性の遠方界（ファーフィールド）放射パターンを有する。その一方で、進行波カテゴリーのアンテナ（例えば、ビバルディアンテナ）は指向性を有する。
上記のＵＷＢアンテナは、主として、偏波毎に１つのポートを有しかつ通信システムの送受信側間の信号波の指向性が既知であるような通常の見通し（Line-of-Sight：ＬＯＳ）アンテナシステムにおいて用いられるように設計されていた
しかし、ほとんどの環境では、通信システムの送信側と受信側との間には数多くの物体（家、木、乗り物、人間など）が存在し、それらが電波の反射及び散乱を引き起こすので、受信側には複数の到来波が到達する。これらの電波が干渉することにより、受信アンテナのポートにおいて、受信電圧（チャネルとして知られている）のレベルが大きく変動する現象（フェージングとして知られている）が発生する。このフェージングは、マルチポートアンテナを活用しかつＭＩＭＯ（multiple-input multiple-output：マルチ入力、マルチ出力）技術を支援する最新のデジタル通信システムにおいて弱めることができる。
今後の無線通信システムにおいては、システムの性能にとって重大な問題であるコンパクト性、カバレッジ角度、放射効率及び偏波スキーム（scheme）に関する要求を満たす、ＭＩＭＯを可能にするマルチバンド・マルチポートアンテナを備えた多数の小型基地局が含まれると考えられる。マルチポートアンテナの放射効率は、例えばシングルポートアンテナにおけるオーミック損失及びインピーダンス不整合によって低下するが、アンテナポート間の相互カップリング（相互結合）によっても低下する。以前の広帯域アンテナには、これらの要求を満たすものがなかった。
しかし、国際公開第２０１４／０６２１１２号（特許文献１）には、低いオーミック損失、すなわち高い放射効率、並びに良好なマッチングを有し、アンテナポート間のカップリングが小さい上記のようなＭＩＭＯ通信システムに適した広帯域コンパクトマルチポートアンテナが開示されている。国際公開第２０１４／０６２１１２号（特許文献１）の図１１に示される形状のものは、二重偏波自己接地型ボウタイアンテナとして知られており、Ｈ．Ｒａｚａら，２０１４（非特許文献６）にも記載されている。自己接地型ボウタイアンテナの形状は、大量生産、特に大量生産しようとするとコストが嵩む。
従来の無線通信システム、例えば第５世代（５Ｇ）無線通信では、使用される周波数は最大３０ＧＨｚ、または最大６０ＧＨｚであってもよく、マッシブＭＩＭＯ（Massive MIMO）は、ミリ波周波数で十分な利得及び操縦性を提供するのが困難な選択肢であり、この点は、Ｐｅｒ−Ｓｉｍｏｎ Ｋｉｌｄａｌ，２０１５（非特許文献７）を参照されたい。
マッシブＭＩＭＯアレイアンテナ、即ちラージスケールアンテナシステムまたはＶＬ・ＭＩＭＯアレイなどは、従来のアンテナシステムとは異なり、数十分から数百または数千にも及ぶ多数のアンテナ素子（それぞれ信号対雑音比が最大になるように環境内の到来波すなわち電波にコヒーレントに適応させるために独立して動作する）の使用に基づくものである。マッシブＭＩＭＯは、例えば、多数のユーザ局が同時にスケジューリングされる場合、すなわちマルチユーザシナリオにおいて、データスループット及びエネルギー効率が大幅に向上するという点で特に有利である。
ＭＩＭＯアレイ及びマッシブＭＩＭＯアレイアンテナは、いくつかの同形のアンテナ素子を並べて構成されている。この構成は、実装及び製造が非常に困難で、コストがかかり、時間もかかる。
マッシブＭＩＭＯアレイは、従来のフェーズドアレイアンテナとデジタル的に等価である。フェーズドアレイは、アンテナビームを必要な方向に位相配向するために、すべてのエレメントにアナログ制御可能な位相シフタを含む。ＭＩＭＯ技術では、各素子に対してＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）またはＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）があり、すべてのビーム配向がデジタルで行われ、アナログ移相器は不要である。このことにより、ＭＩＭＯアンテナシステムは、フェーズドアレイよりもはるかに柔軟で適合性があり、あらゆるビーム形状、更には複数のビームを形成することができる。これはデジタルビームフォーミングと呼ばれる。
すべての既知のアンテナ構成は、上述の機能要件の多くを満たしていたとしても、製造が容易で、低コストで、望ましい程度に容易ではないという欠点がある。これは、古い世代と現世代の通信システムの両方の問題であり、他の実施形態の問題でもあるが、例えば５Ｇ通信システムなどの将来の通信システム、及び今日使用されているものよりも高い周波数での将来の他のアプリケーションにとっても更に顕著になる。また、十分な帯域幅を提供しないという欠点がある。
国際公開第２０１４／０６２１１２号
"History and applications of UWB", y M.Z. Win et.al, Proceedings of the IEEE, vol. 97, No. 2, p. 198-204, February 2009 "A modified Bow-Tie antenna for improved pulse radiation", Lestari et.al, IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 58, No. 7, pp. 2184-2192, July 2010 Miniaturization of the biconical Antenna for ultra-wideband applications" by A.K. Amert et. al, IEEE Trans. Antennas Propag., Vol. 57, No. 12, pp. 3728-3735, Dec. 2009 Self-complementary antennas" Y. Mushiake, IEEE Antennas Propag. Mag., vol.34, No. 6, pp. 23-29, Dec. 1992 "The Vivaldi aerial" P.J. Gibson, Proc. 9th European Microwave conference, pp. 101-105, 1979 H. Raza, A. Hussain, J. Yang and P.-S. Kildal, "Wideband Compact 4-port Dual Polarized Self-grounded Bowtie Antenna", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 62, No., pp. 1-7, September 2014 "Preparing for GBit/s Coverage in 5G: マッシブＭＩＭＯ, PMC Packaging by Gap Waveguides, OTA Testing in Random LOS" Per-Simon Kildal, 2015 Loughborough Antennas & Propagation Conference, 2nd & 3rd November 2015
したがって、本発明の目的は、上述の問題の１つ以上を解決することができるアンテナ装置を提供することである。
製造が容易で製造コストが低い自己接地ボウタイアンテナ装置（例えば、ＭＩＭＯシステム用のＵＷＢマルチポートアンテナ）を提供することである。更に、本発明の目的は、実装が容易なアンテナ装置、及び小型でコンパクトなアンテナ装置を提供することである。別の目的は、表面実装、特に配置機及びはんだ付け機械を用いたＰＣＢ上の表面実装を可能にするアンテナ装置を提供することである。
さらなる本発明の目的は、大量生産に適したアンテナ装置を提供することである。本発明の重要で具体的な目的は、柔軟性があり、多くの異なる用途のために同じ原理に基づいて異なるアンテナ装置を製作することを可能にする技術思想となるアンテナ装置を提供することである。
重要な目的は、非常に高い周波数、例えば最大１００または更に１５０ＧＨｚまでの周波数のために使用可能なアンテナ装置を提供することである。もう１つの最も重要な目的は、マッシブＭＩＭＯに、更に特に将来の５Ｇ通信システムに適したアンテナ装置を提供することである。
また、フェーズドアレイ及びＭＩＭＯアレイで使用可能なアンテナ装置を提供することも本発明の重要な目的である。更に、大きい帯域幅または非常に大きい帯域幅を提供するアンテナ装置を提供することも本発明の目的である。
また、無線通信用のマイクロ基地局に適した、例えばマルチパスフェージング効果の低減も可能なアンテナ装置を提供することも本発明の目的である。
本発明の別の目的は、ＭＩＭＯ機能を備えた無線機器の有無にかかわらず、電波残響室をベースにした測定システムなどの無線機器の測定システムでの使用に適しているか、または車両（例えば、自動車）への無線通信のための電波無響室のＯＴＡ（Ｏｖｅｒ−Ｔｈｅ−Ａｉｒ）試験システムでの使用に適しているアンテナ装置、特に、ＵＷＢマルチポートアンテナを提供することである。
本発明のある実施形態は、自己接地型アンテナ装置（１０；１０"；２０；３０；４０；５０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７０）であって、導電性接地面または導電性の接地面として機能するように配置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むベース部分と、アンテナ構造（１１；１１"；１１ １ ；１１ ３ ；・・・．；１１ １５ ）とを含み、前記アンテナ構造は、複数のアンテナペタル（１；１Ａ；１"；１Ａ １ ；１Ａ ２ ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ；１'；１'''；１Ａ'；１Ａ"；１Ｅ；１Ｆ；１Ｇ）を含み、前記複数のアンテナペタルの各々は、導電性の材料から作られ、一端側に設けられたそれぞれの接続端先端部分（第２の接続部分）（６；６'；６Ａ；６Ｂ）に向かって先細になる少なくとも１つのアームセクションと、他端側に設けられた少なくとも１つの平坦な第１の接続部分とを含み、前記接続端先端部分は、前記ベース部分（９；９"；９ ２ ；９ ３ ；９ ４ ；９ ５ ；９ ６ ；９ ７ ；９ ８ ；９ ９ ；９ １０ ；９ １１ ；９ １２ ；９ １３ ；９ １４ ；９ １５ ）の第１の側に接近するように配置され、前記接続端先端部分は更に給電ポートに接続されるように構成され、前記複数のアンテナペタルの各々に対して特定のポートが設けられ、前記接続端先端部分は前記導電性接地面から絶縁しており、前記アンテナ構造は、ボウタイを形成する少なくとも１対の前記アンテナペタルを含み、前記複数のアンテナペタルの各々は、湾曲したモノポールアンテナ及びループアンテナとして機能し、前記複数のアンテナペタルの各々は、板状金属または別の導電性材料から一個部品として形成され、かつ前記導電性接地面または前記プリント回路基板（ＰＣＢ）からは別個の部品として形成されたものであり、前記複数のアンテナペタルの各々は、表面実装手段によって前記ベース部分の前面または裏面の上に実装可能に構成され、これにより、平坦な前記第１の接続部分が前記導電性接地面または前記ＰＣＢに接続することを特徴とする。本発明のある実施形態は、自己接地型アンテナ装置を構成するために使用されるように適合されたアンテナペタルであって、前記自己接地型アンテナ装置（１０；１０"；２０；３０；４０；５０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７０）のアンテナ構造（１１；１１"；１１ １ ；１１ ３ ；・・・．；１１ １５ ）の少なくとも一部を構成し、かつ導電性の材料から作られ、一端側に設けられた接続端先端部分（６；６'；６Ａ；６Ｂ）（第２の接続部分）に向かって先細になるアームセクションと、他端側に設けられた少なくとも１つの平坦な第１の接続部分とを含み、前記接続端先端部分は更に給電ポートに接続されるように構成され、前記アンテナペタルは、ハーフボウタイアンテナ素子を形成し、各アンテナペタル（１；１Ａ；１"；１Ａ１；１Ａ２；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ；１'；１'''；１Ａ'；１Ａ"；１Ｅ；１Ｆ；１Ｇ）は、板状の導電性材料から一個部品として形成され、前記アンテナペタルは、表面実装手段によって、前記自己接地型アンテナ装置のベース部分（９；９"；９ ２ ；９ ３ ；９ ４ ；９ ５ ；９ ６ ；９ ７ ；９ ８ ；９ ９ ；９ １０ ；９ １１ ；９ １２ ；９ｚ；９ １４ ；９ １５ ）の前面または裏面の上に実装可能に適合され、前記ベース部分は、導電性接地面または導電性の接地面として機能するプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、これにより、平坦な前記第１の接続部分が前記導電性接地面または前記ＰＣＢに接続し、前記アンテナペタルは、実装される前記導電性接地面または前記ＰＣＢからは別個の部品として形成されたことを特徴とする。
更に、本発明の目的は、上述の目的の１つ以上を達成することができるアンテナ装置の製造方法を提供することである。特に重要な目的は、低コストで、信頼性が高く再現性があり、大量生産が可能で、実施が容易な方法を提供することである。本発明の更なる目的は、表面実装を可能にするアンテナ装置の製造方法を提供することである。
本発明のある実施形態は、自己接地型アンテナ装置の製造方法であって、前記自己接地型アンテナ装置（１０；１０"；２０；３０；４０；５０；６０；７０；８０；９０；１００；１１０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７０）は、１つ以上のアンテナペタル（１；１Ａ；１"；１Ａ １ ；１Ａ ２ ；１Ｂ；１Ｃ；１Ｄ；１'；１'''；１Ａ'；１Ａ"；１Ｅ；１Ｆ；１Ｇ）を含み、各アンテナペタルは、導電性の材料から作られた、一端側に設けられた接続端先端部分（６；６'；６Ａ；６Ｂ）（第２の接続部分）に向かって先細になるアームセクションと、他端側に設けられた少なくとも１つの平坦な第１の接続部分とを含み、前記方法は、金属板から１個部品として打ち抜き、プレスすることによって、前記１つ以上のアンテナペタルを作製するステップであって、前記アンテナペタルの各々はハーフボウタイアンテナエレメントを形成する、該ステップと、
表面実装技術の使用によって、１つ以上のボウタイを形成する望ましいアンテナペタル構造（１１；１１"；１１ １ ；１１ ３ ；・・・．；１１ １５ ）内の１つ以上の前記アンテナペタルを、ベース部分の上に実装するステップであって、前記ベース部分は、導電性接地面または導電性の接地面として機能するプリント回路基板（ＰＣＢ）（９；９"；９ ２ ；９ ３ ；９ ４ ；９ ５ ；９ ６ ；９ ７ ；９ ８ ；９ ９ ；９ １０ ；９ １１ ；９ １２ ；９ １３ ；９ １４ ；９ １５ ）を含み、これにより、前記第１の接続部分が前記導電性接地面または前記ＰＣＢに接続する、該ステップと、前記１つ以上のアンテナペタルの各々の接続端先端部分（６；６'；６Ａ；６Ｂ）を、導電ピンまたはワイヤ（１２；１２'）によって、給電手段に接続するステップとを含むことを特徴とする。
有利な実施形態は、添付の特許請求の範囲の各従属請求項によって与えられる。
発明によれば、具体的には、製造が極めて容易で安価であることに加えて、アンテナポート間の相互カップリングを弱めることを可能にし、遠方界放射関数がほぼ直交するマルチポートアンテナが提供される。本発明によれば、具体的には、各ポートからの遠方界放射関数を偏波、指向性または形状などに関して互いにある程度まで直交させてアンテナポート間の相互カップリングを弱めたＵＷＢマルチポートアンテナ装置が提供される。本明細書において、直交しているとは、望ましいアンテナのカバレッジにわたって遠方界放射複素関数の内積が小さいことを意味する。また、本発明によれば、具体的には、製造及び実装が非常に容易で低コスト可能であることに加えて、ＭＩＭＯ機能の有無にかかわらず、マルチポートで、ポート間のカップリングが弱いか、特に全くないか、または少なくともできる限り小さい、かつ各ポートからの遠方界放射関数が直交している無線システム、特にマッシブＭＩＭＯシステムの無線装置向けの測定システムのためのＵＷＢアンテナ装置も提供される。本発明は、統計的モデルとしてのマルチパス環境下でＭＩＭＯアンテナシステム、特にマッシブＭＩＭＯシステムのためのアンテナ装置に用いるのに特に有利である。
本発明の利点は、自動機械によってそれらを表面上に並べて実装することを可能にする形状を有し、量産可能な素子を提供することによって、製造及び組立が容易になり、製造及び組立のコストを大幅に低減できることである。このような素子は、プリント回路基板（ＰＣＢ）に実装するのに十分小さい場合は、表面実装デバイス（ＳＭＤ）とも称される。その技術自体は表面実装技術（ＳＭＴ）と呼ばれ、ＰＣＢ上にＳＭＤを実装するために使用される配置装置は一般にピック・アンド・プレース・マシンともよばれる。ＳＭＤは、通常は、ピック・アンド・プレース機の後に、ウェーブはんだ付け機または選択的はんだ付け機を用いてはんだ付けすることよってＰＣＢに固定される。したがって、ＳＭＴ技術を使用することにより、マッシブＭＩＭＯアレイの製造コストを、特にそれらが高周波で使用される場合には大幅に低減することができる。
互いに反対側に位置する２つの半体のアンテナ素子を含むアンテナ装置は、本明細書ではボウタイ（ｂｏｗｔｉｅ）と呼ばれ、各半体のアンテナ素子はペタルと呼ばれる。しかし、各半体は、ハーフボウタイアンテナ素子として別々に使用することもできる。より一般的には、前に引用した国際公開第２０１４／０６２１１２号（特許文献１）及びＨ．Ｒａｚａら，２０１４（非特許文献６）に記載のように、２つの完全なボウタイアンテナ装置が、互いに直交する配置で実装されて、二重偏波ボウタイ装置を形成する。したがって、二重偏波ボウタイは、４つのペタルを有し、互いに反対側に位置するペタルの対の各々は、二重偏波の２ポートアンテナを形成するために差動的に励起され得る。
本発明によるアンテナ装置は、フェーズドアレイ及びＭＩＭＯアレイの両方で使用することができる。
以下では、本発明の非限定的な実施形態を、添付の図面を参照して更に説明する。
図１は、線形偏波ボウタイアンテナに対応する２つのアンテナペタルを含む、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置の斜視図である。 図１Ａは、線形偏波ボウタイアンテナに対応する２つのアンテナペタルも含む、図１の実施形態の代替形態のアンテナ構成の斜視図である。 図２は、二重偏波ボウタイアンテナに対応する、第２の実施形態による４つのアンテナペタルを備えたアンテナ装置の斜視図である。 図３は、４つの二重偏波ボウタイアンテナ素子の線形アレイを含むアンテナ装置の第３の実施形態の斜視図である。 図４は、４つの二重偏波ボウタイアンテナ素子の２×２平面アレイ、すなわち４つの二重偏波ボウタイの２×２平面アレイを含むアンテナ装置の第４の実施形態の斜視図である。 図５は、１６個の二重偏波ボウタイの４×４平面アレイを含むアンテナ装置の第５の実施形態を示す図である。 図６Ａは、高周波用の、一実施形態によるＰＣＢに取り付けられた二重偏波ボウタイアンテナ構造の中央部分の取り付け部分を示す斜視図である。 図６Ｂは、より低い周波数のためのより大きなボウタイアンテナの別の中心部分の取り付け部分の概略斜視図である。 図７Ａは、代替的なアンテナ装置のためのスロットを備えた代替的なアンテナ素子のペタルの斜視図である。 図７Ｂは、他の代替的のアンテナ素子のための波形形状を有する代替的のアンテナ素子のペタルの斜視図である。 図７Ｃは、代替的なアンテナ装置のための上部に円形の平坦な取り付け部分を有する湾曲したペタルプロファイルを有する代替的なアンテナ素子のペタルの斜視図である 図７Ｄは、代替的のアンテナ装置のための上部に平坦な取り付け部分を有していない湾曲したペタルプロファイルを有する代替的なアンテナ素子のペタルの斜視図である。 図８は、本発明の第６の実施形態による、図７Ａのスロット付きペタルを含む二重偏波ボウタイアンテナ素子の斜視図である。 図９は、本発明の第７の実施形態による、線形アレイに配置された図７Ａのスロット付きペタルを含む二重偏波ボウタイアンテナ素子の斜視図である。 図１０は、本発明の第８の実施形態による、図４と同様の２×２平面アレイに配置された図７Ａのスロット付きペタルを含む二重偏波ボウタイアンテナ素子の透視図である。 図１１は、本発明の第９の実施形態による、図５と同様の４×４平面アレイに配置された図７Ａのスロット付きペタルを含む二重偏波ボウタイアンテナ素子の斜視図である。 図１２は、本発明の第１０の実施形態による、スロットのないペタルと２つのアンテナポートとを備えるアンテナの単一直線偏波ボウタイアンテナ素子の斜視図である。 図１３は、本発明の第１１の実施形態による。スロットのないペタルを備える二重偏波ボウタイアンテナ素子の斜視図である。 図１４は、本発明の第１２の実施形態による、図７Ａのようなスロット付きペタルを備えた単一直線偏波ボウタイアンテナ素子の斜視図である。 図１５は、本発明の第１３の実施形態による、図７Ａのようなスロット付きペタルを備えた二重偏波ボウタイアンテナ素子の斜視図である。 図１６は、本発明の第１４の実施形態による、図７Ａ及び図７Ｂのような波形部及びスロット付きのペタル有する単一線形偏波ボウタイアンテナの斜視図である。 図１７は、本発明の第１５の実施形態による、壁部と図７Ａのようなスロット付きのペタルを含む二重偏波ボウタイアンテナの斜視図である。 図１８は、本発明の第１６の実施形態による、図７Ａ及び図７Ｂのような波形部及びスロット付きのペタルを含む単一直線偏波ボウタイアンテナの斜視図である。 図１９は、本発明の第１７の実施形態による、図１７のような壁部及びスロット及びを有するペタルを含む単一直線偏波ボウタイアンテナの斜視図である。 図２０Ａは、図１に示したアンテナペタルと同様のアンテナペタル素子の折り畳みまたは曲げ前の上面図である。 図２０Ｂは、図１に示されたアンテナペタルに類似しているが、折り畳みまたは曲げの前のわずかに変形した形状を有するアンテナペタル素子の上面図である。 図２０Ｃは、折り畳みまたは曲げ前の、図７Ａに示されたアンテナペタルに実質的に類似するアンテナペタル素子の上面図である。 図２０Ｄは、折り畳みまたは曲げ前の、スロットを有する別のアンテナペタル素子の上面図である。 図２０Ｅは、折り畳みまたは曲げ前の、スロットを有する別の代替的なアンテナペタル素子の上面図である。 図２０Ｆは、折り畳みまたは曲げ前の、縁部スロットまたは切り欠き部を有する更に別のアンテナペタル素子の上面図である。 図２０Ｇは、折り畳みまたは曲げ前の、内部スロット及び縁部スロットを備える更に別の代替的なアンテナペタル素子の上面図である。
図１は、２つのアームセクションを形成する導電性材料からなる２つのアンテナペタル１，１を含む１つのボウタイ構造１１を備える本発明によるボウタイアンテナ装置１０の第１の実施形態を示し、２つのアームセクションは、アームセクションの接続端先端部分６、６が、図１における正面の中央、金属接地面の上側、アンテナポートを形成するためのＰＣＢ（プリント回路基板）９などの位置で互いに実質的に向かい合うように配置されている。接続端先端部分６、６には、ここでは、金属接地面またはＰＣＢ９の背面（下側）に位置する同軸またはマイクロストリップライン、または回路（図示せず）に接続される導電性要素（例えば、ワイヤまたはピン１２、１２）をはんだ付けするための開口または孔７、７が設けられている。
ボウタイアンテナ装置１０は２つの対向する半体からなり、中央に位置する２つの給電点から別々に給電される。２つの給電点は独立した２つのポートとして使用できるが、１つのポートとして差動給電することもできる。後者の場合、２つの平衡給電点からシングルエンドポートへの移行を行うために、いわゆるバラン（平衡不平衡変成器）が必要である。後者は、通常、単一の同軸ケーブルまたはマイクロストリップラインである。バランは、１８０度ハイブリッドと呼ばれる別個の回路として実現することもできる。この場合、バランまたは１８０度回路は、ＰＣＢの裏側で、またはボウタイアンテナ装置自体の性能と相互作用しないＰＣＢの前面の一部において実現されなければならない。
一実施形態では、２つのポートは、例えば上述したように１８０度ハイブリッド（図示せず）によって、金属接地面またはＰＣＢ９の裏面に実現されるバランによって結合される。次いで、２つのポートを別々に励起することができ、アンテナ装置１０は単一の直線偏波用の１ポートアンテナを形成する。
代替的な実施形態（図示せず）において、バランは、金属接地面またはＰＣＢ９の前面に設けられてもよい。
各アンテナペタル１は、金属接地面またはＰＣＢ９の前側または上側に、例えば、はんだ付け、ねじ止めまたはポップリベットの使用により結合された第１の平坦な接続部分２と、第１の平坦な接続部分２に接続または移行する第１の壁部分３と、第２の壁部分４と、第１の壁部分３と第２の壁部分４を相互接続する、好ましくは平坦な中間取り付け部分と５Ａとを含み、前記第１の壁部分３は、第１の平坦な接続部分２に接続するとともに、第１の平坦な接続部分２が延在する平面に対してある角度（例えば、７０°と１２０°の間の角度、特に８０°と１１０°の間の角度、しかし代替的には他の任意の適切な角度）をなす。第２の壁部分４は、第１の平坦な接続部分２Ａの延長平面に対して第２の角度をなし、前記第２の角度は、例えば７０°と１２０°との間の角度、特に８０°と１１０°との間の角度、代替的に他の任意の適切な角度であって、かつ第１の角度よりも小さい角度であり、第２の壁部分は、例えば接地面またはＰＣＢ９に対して第１の壁部分より緩い傾斜をなす。第２の壁部分４は、それが中間取り付け部分５Ａに接続または移行する側とは反対側の端部において、第１の接続部分と同一平面上に配置された第２の接続端先端部分６に接続または移行し、第２の接続端先端部分６は開口または孔を有し、この開口または孔は、給電ポートに接続するための導電ピン１２を受け入れるように適合される。第２の接続端先端部分６は、好ましくは、開口または孔を取り囲む小さく平坦で丸い形状の部分を含む。
ＰＣＢ表面９の金属層は、第１または第２の接続端先端部分６の下に、第１または第２の接続端先端部分がＰＣＢの誘電体基板上に直接載置され、それによってＰＣＢの上部金属表面から絶縁されるような位置に設けられた孔を含むことができる。この分離は、他の方法、例えばＰＣＢの上の誘電体シートによっても達成することができる。
ペタル１、１の形状のために、ＳＭＴ（表面実装技術）を用いた表面実装が可能となるアンテナのボウタイ構造１１が提供される。特に、第１の平坦な接続部分２が平坦であるため、ペタルが容易に持ち上げ可能となるので、表面実装が容易になる。また、ピック・アンド・プレース・マシンとも呼ばれる、いわゆる装着機を使用して、多数のペタル１をＰＣＢまたは金属の接地面に実装することが可能になる。更に、ペタルの形状のために、薄い金属板から打ち抜き、プレスすることによって、ペタルはコスト効率よく大量生産によって容易に製造することができる。好ましくは、ペタルは一部品構造で作られる。更に、ペタルは、任意の適切な方法、例えばはんだ付けによって導電性接地面に実装される。
本発明の概念により、異なる種類のボウタイアンテナ装置の大量生産が可能となり、非常に有利である。特に、好ましくは、少なくとも部分的に平坦であり、金属の接地面またはＰＣＢに（例えばはんだ付けによって）実装され、次いでオーブン内で焼かれる第１の平坦な接続部分２によって１つ以上のペタルを持ち上げることができ、
異なる数のペタルをＰＣＢ上に異なる方法で配置することができ、以下に更に例示されるような複数の異なる励起ポートまたは独立して励起される複数のポートなど、異なる数のポートを有するアンテナ装置を提供することができる。
ボウタイアンテナ装置は、典型的には、動作の最低周波数で典型的には半波長よりも大きい表面領域を占有する。したがって、ＰＣＢへの実装は、波長がＰＣＢの幅よりも小さく、好ましくはＰＣＢの幅よりもはるかに小さい場合、すなわち高周波数でのみ可能である。更に、例えば、ポップリベットを用いるなど、他の手段によって表面に容易に実装され、固定される、より低い周波数で同じ表面実装型アンテナ装置を使用することもできる。ポップリベットは、通常のねじよりもずっと短時間で使用することができる。
アンテナ装置が実装される表面は、アンテナの接地面として機能する。
これにより、異なる数のポートを有する、所望の異なる方式での励起されるポートを有し、異なる特性を有し、異なる用途に適している、例えば５Ｇ通信システムのためのマッシブＭＩＭＯアレイの素子としての用途に適している異なるアンテナ配置を容易に製造することが可能となり、もちろん他の実施態様に適したアンテナ装置も同様に容易に製造することが可能となる。
本発明によるボウタイアンテナ装置は、広い帯域幅、例えば最大オクターブ帯域幅またはそれ以上の帯域幅を有する。特定の実施形態では、ＰＣＢは、マイクロストリップライン（図示せず）を有する回路基板を備える。例えば同軸コネクタを含むポートは、任意の所望の方法でＰＣＢ９の背面側、前面側または側面端に実装することができる。ボウタイアンテナ装置はまた、同じＰＣＢ上の集積回路と一体的に実装することができ、それにより、例えば５Ｇ通信の基地局のようなマッシブＭＩＭＯアレイを有する完全な送信／受信装置が提供される。
ボウタイアンテナ素子は、動作の最低周波数において典型的には波長の約半分である最大サイズを有する。したがって、アンテナのサイズは、最低周波数が１．５ＧＨｚの場合は通常１０ｃｍ、１５ＧＨｚの場合は１ｃｍ、３０ＧＨｚの場合は０．５ｃｍ、６０ＧＨｚの場合は０．２５ｃｍである。図示された実施形態では、第２の接続端先端部分６は互いに対向し、互いにわずかな距離だけ離れているので、ポート間の結合が非常に弱く、ＭＩＭＯシステムのために非常に有利である。
したがって、アンテナ素子と中央部分は互いに非常に近接して配置されているが、ポート間の相関は非常に低くすることができ、特定の実施形態では０．４ＧＨｚ〜１６ＧＨｚの範囲全体において０．１未満という非常に良好な性能が得られる。特に、装置が主として金属片によって作られるという事実により、オーミック損失は非常に小さくなる。
図１Ａは、図１の実施形態と同様の実施形態を示しているが、アンテナペタル１"、１"を接地面またはＰＣＢ９"に接続するためにねじ、ポップリベット１６"などが使用されており、これはより低い周波数に対して特に有利であるが、他の実施形態においても有効である。しかし、中央導電ピン１２"、１２"については、はんだ付けを実施すべきである。他の点では、機能は図１を参照して説明したものと同様であり、同じ参照符合が示された要素に使用されているので、ここではこれ以上説明しない。
図２は、本発明によるボウタイアンテナ装置２０の第２の実施形態を示しており、ここではボウタイ構造１１１は、４つのアンテナペタル１、１、１、１を含み、それぞれが図１を参照して説明した通りアームを形成する導電性材料からなる。同様の要素は図１と同じ参照符号を付しているので、ここではこれ以上説明しない。ワイヤまたはピン１２、１２を導通させるための孔または開口を備えた接続端先端部分６、６、６、６は、図１を参照して説明したように、導電ピン１２、１２を介して、マイクロストリップライン及び金属接地面またはＰＣＢ９の中央部分の裏側に接続され得る。薄い誘電体部分８１は、例えば、第２の接続端先端部分６の下方に位置し得る。特定の実施形態では、４つのポートは独立して励起される。他の実施形態では、４つのポートは、２つのバラン（例えば、金属接地面またはＰＣＢ９の裏側に配置された２つの１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。次に、２つの水平偏波用とされたポートは、２つの垂直偏波用とされたポートと同様に、差動的に励起され、したがって、水平偏波用の１つのポート及び垂直偏波用の１つのポートを有する２ポートアンテナを提供する。
図３は、本発明によるボウタイアンテナ装置３０の第３の実施形態を示しており、この実施形態では、ボウタイ構造１１２が、金属接地面またはＰＣＢ９２上に線形アレイに配置された４つのボウタイ構造１１１（図２に開示）を含む。図１及び図２と同じ参照符合を有する同様の要素は、図１及び２を参照して既に論じられているので、ここではこれ以上説明しない。
特定の実施形態では、１６個のポートが独立して励起される。
他の実施形態では、１６個のポートは、８つのバラン（例えば上述したように、金属接地面またはＰＣＢ９２の背面に配置された１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。水平偏波用とされたポートは、垂直偏波用とされたポートと同様に、差動的で励起され、水平偏波用の４つのポートと垂直偏波用の４つのポートを有する４つの２ポートボウタイアンテナを提供する。そのような構成は、例えば、８ポートのマッシブＭＩＭＯ基地局に使用できる。しかし、他の用途にも有利に使用できることは明らかである。
更に別の実施形態（図示せず）において、バランは、金属接地面またはＰＣＢ９２の前面または上面に設けられ得る。
図４は、本発明によるボウタイアンテナ装置４０の第４の実施形態を示しており、ここでは、図２に開示されているようなアンテナ素子またはペタル用の４つのボウタイ構造１１１を含むボウタイ構造１１３は、金属接地面またはＰＣＢ上に２×２の平
面アレイ状に配置されている。同様の要素には、図１及び図２と同じ参照符合が付されており、これらの図に関してすでに説明したので、ここではこれ以上説明しない。特定の実施形態では、１６個のポートは独立して励起されるが、他の実施形態では、１６個のポートは８個のバラン（例えば、上述したように、金属接地面またはＰＣＢ９３の裏面に、または代替的には前面に配置された１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。水平偏波用にされたポートは、垂直偏波用にされたポートと同様に、差動的に励起され、水平偏波用の４つのポートと垂直偏波用の４つのポートを有する４つの２ポートボウタイアンテナを提供する。このような形態は、例えば、８ポートのマッシブＭＩＭＯ基地局に使用できる。しかし、他の用途にも有利に使用できることは明らかである。
図５は、本発明によるボウタイアンテナ装置５０の第５の実施形態を示しており、ここでは、ボウタイ構造１１４が、１６個のボウタイ構造１１１を含み、図２に開示されているように４つのアンテナ素子すなわちペタルの各々が、金属接地面またはＰＣＢ９４上に４×４の平面アレイ状に配置されている。図１及び図２と同じ参照符合が付されており、これらの図に関してすでに説明したので、ここではこれ以上説明しない。特定の実施形態では、６４個のポートは独立して励起されるが、他の実施形態では、６４個のポートは３２個のバラン（例えば、上述したように、金属接地面またはＰＣＢ９４の裏面に、または代替的には前面に配置された１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。水平偏波用にされたポートは、垂直偏波用にされたポートと同様に、差動的に励起され、水平偏波用の１６のポートと垂直偏波用の１６のポートを有する３２つの２ポートボウタイアンテナを提供する。このような形態は、例えば、３２ポートのマッシブＭＩＭＯ基地局に使用できる。しかし、他の用途にも有利に使用できることは明らかである。
図６Ａは、ＰＣＢ中央部分の薄い誘電体膜上に配置されたボウタイ構造１１１の中央部分の概略図であって、第２の壁部分４の部分をより詳細に示しており、ここでは第２の壁部分４の第１の端部がそれぞれ中間取り付け部分５（ここでは図示せず、例えば図１参照）に接続または移行し、第２の壁部分４の第２の反対側の端部は、第２の接続端先端部分６に接続または移行している。各第２の接続端先端部分６は、上述したように導電ピン１２をはんだ付けするのに適合された孔７を含む。第２の接続端先端部分６の小さく平坦で丸い形状の部分は、ここではＰＣＢの金属面において例えばエッチングで形成された孔または開口の誘電体部分８１に位置しており、基板上に直接載置され、第２の接続端先端部分は接地面自体からは絶縁されている。或いは、例えば、（図６Ａには示されていない）ＰＣＢの中央部分上に配置された膜状の誘電体部分８１を用いて、接続端先端部分を導電性接地面から分離し、絶縁することができる。このような実施形態は、高周波及び小さいボウタイのために特に有利である。
図６Ｂは、例えばＰＣＢ中央部分に設けられたテフロン（登録商標）を含む厚い誘電体プラグ８'上に配置されたボウタイ構造１１Ａ１の中央部分の概略図であって、第２の壁部分４の部分をより詳細に示しており、ここでは第２の壁部分４の第１の端部がそれぞれ中間取り付け部分５（ここでは図示せず、例えば図１参照）に接続または移行し、第２の壁部分４の反対側の第２の端部は、第２の接続端先端部分６'に接続または移行している。各第２の接続端先端部分６'は、上述したように導電ピン１２'を受容するように適合された孔７'を含む。したがって、第２の接続端先端部分６'の小さく平坦で丸い形状の部分は、誘電体プラグ８'上に配置され、誘電体プラグは、ボウタイ構造１１Ａ１に対する追加のまたは増強用の機械的支持を提供する目的を果たすと同時に接地面に対する絶縁を提供する役目を果たす。このような実施形態は、周波数が低いほど一般的にはより大きくかつより重いボウタイ構造が必要とされることから低周波数の場合に有利である。
図７Ａ〜図７Ｄには、アンテナペタルのいくつかの実施形態が示されており、アンテナペタルは、折り曲げられ、曲げられた形状で示されている。また、その後の図２０Ａ〜２０Ｇでは、アンテナペタル素子とも呼ばれる多数のアンテナペタルが、折り曲げられていない状態、すなわち取り付けのための形状とる前の状態が図示されている。打ち抜きまたは類似の手段、及び最終形状への折り曲げまたは曲げは、異なるステップで行うこともでき、或いは１つの同じステップで行うこともできる。
したがって、図７Ａは、アームセクションを形成する、導電性材料で作られたボウタイアンテナのペタル１Ａの実施形態を示す。ペタル１Ａは、例えば図１のペタル１に類似した金属接地面またはＰＣＢの前側または上側に接続するように適合された第１の平坦な接続部分２Ａを含む。ペタル１Ａは、第１の平坦な接続部分２Ａに接続または移行する第１の壁部分３Ａと、第２の壁部分４と、第１の壁部分３と第２の壁部分４を相互接続する、好ましくは平坦な中間取り付け部分と５Ａとを含み、前記第１の壁部分３は、第１の平坦な接続部分２に接続するとともに、第１の平坦な接続部分２が延在する平面に対してある角度（例えば、７０°と１２０°の間の角度、特に８０°と１１０°の間の角度、しかし代替的には他の任意の適切な角度）をなし、第２の壁部分４は、第１の平坦な接続部分２Ａの延長平面に対して第２の角度をなす。第１の壁部分３Ａの下側部分が接続または移行する第１の平坦な接続部分２Ａは、スロット１５によって分離された２つの脚状セクション２Ａ'、２Ａ'を含み、同様に第１の壁部分３Ａの下側部分も、スロット１５によって分離された２つの脚状セクション３Ａ'、３Ａ'を含み、第１の壁部分３Ａ及び第１の平坦な接続部分２Ａのそれぞれの脚状セクションは、第１の平坦な接続部分２Ａが第１の壁部分３Ａに移行する領域で同じ位置にあり、同じ幅を有する。その他の点ではペタル１Ａは、図１を参照して説明したペタル１と同様であり、第２の壁部分４Ａは、それが中間取り付け部分５Ａに接続または移行する側とは反対側の端部において、第１の接続部分と同一平面上に配置された第２の接続端先端部分６Ａに接続され、第２の接続端先端部分６Ａは孔７Ａを有し、この孔７Ａは、ペタルを接地面の下の回路に接続するための金属接地面の孔を通るワイヤまたはピンをはんだ付けするために適合される。また、この実施形態では、第２の接続端先端部分６Ａは、好ましくは、開口（孔）７Ａを取り囲む小さく平坦で丸い形状の部分を含む。
スロット１５の目的は、ポートにおける反射の尺度である、埋め込み入力の反射係数すなわち相互カップリングＳ１１の絶対値｜Ｓ１１｜を減少させることにより帯域幅を向上させることによって性能を改善することである。スロットを有するアンテナ素子の代替的な実施形態が、図２０Ｃ〜図２０Ｇに示されている。
図７Ｂは、アームセクションを形成する導電性材料で作られたアンテナペタル１Ｂの代替的な実施形態を示す。ペタル１Ｂは、例えば、図１のペタル１のような金属接地面またはＰＣＢの上面または上側に接続するように適合された第１の平坦な接続部分２Ｂを備える。ペタル１Ｂは、第１の平坦な接続部分２Ｂが延びる平面と第１の角度をなす第１の壁部分３Ｂと、前記第１の壁部分３Ｂと第２の壁部分４Ｂとを接続する、好ましくは平坦な中間取り付け部分５Ｂとを備え、第２の壁部分４Ａは、第１の平坦な接続部分２Ａの延長平面に対して第２の角度を形成するように配置されている。第１の平坦な接続部分２Ｂは、壁部分２１に接続または移行し、壁部分２１は、第１の壁部分３Ｂと実質的に平行に延在し、実質的に同じ高さ、または幾分高い、または更に低い。したがって、壁部分２１と第１の壁部分３Ｂとの間に溝が形成される。その他の点ではペタル１Ｂは、図１を参照して説明したペタル１と同様であり、第２の壁部分４Ｂは、その中間取り付け部分５Ａに接続される側とは反対側の端部において、第２の壁部分４Ｂは第２の接続端先端部分６Ｂに接続または移行し、第２の接続端先端部分６Ｂは、第１の平坦な接続部分２Ｂと同一平面上に配置され、ワイヤまたはピンを接地面の裏側にはんだ付けするために適合された孔７Ｂを含む。また、この実施形態では、第２の平坦な接続端先端部分６Ｂは、好ましくは、開口または孔７Ｂを取り囲む小さい平坦な丸い部分を備える。
壁部分２１の目的は、アンテナポート間の相互カップリングＳ１１を低減することによって性能を改善し、放射パターンを改善し、所望の周波数帯域にわたって一定の利得及びビーム幅を提供することにある。
図７Ｃは、アームセクションを形成する導電性材料で作られたアンテナペタル１Ａ１の別の代替的実施形態を示す。ペタル１Ａ１は、図７Ａのペタル１Ａと同様の金属接地面またはＰＣＢの前側または上側に接続されるように適合された２つの脚状セクション２Ａ'、２Ａ'を含む第１の平坦な接続部分２Ａを含む。また、ペタル１Ａ１は、第１の平坦な接続部分２Ａとある角度をなす第１の壁部分３Ａ１と、第２の壁部分４Ａ１と、第１の壁部分３Ａ１を第２の壁部分４Ａ１に接続する中間取り付け部分５Ａ１とを備えている。中間取り付け部分５Ａ１は、例えば上部において円形の平坦な取り付け部分５Ａ１'を有するわずかに湾曲したまたは丸みを帯びた部分を含み、第２の壁部分４Ａ１は、第１の平坦な接続部分の脚状セクション２Ａ'、２Ａ'の延長平面と第２の角度を形成するように配置されている。第１の壁部分３Ａ１の下側部分も、スロット１５によって分離された２つの脚状セクションをなす第１の壁部分３Ａ１、３Ａ１を含み、第１の壁部分３Ａ１及び第１の平坦な接続部分２Ａ１のそれぞれの脚状セクションは、第１の平坦な接続部分２Ａ１が第１の壁部分３Ａ１に移行する領域で同じ位置にあり、同じ幅を有する。この点及び他の点について、図７Ｃに示す実施形態は、図７Ａを参照して説明した実施形態と同様であるので、ここではこれ以上説明しない。例えば、円形または任意の他の適切な形状を有する上側の平坦な部分と、上述のような湾曲したまたは丸みを帯びた中間取り付け部分５Ａ１とを備えるアンテナペタル１Ａ１は、更に他の実施形態では、例えば図７Ｂに示すように溝及び壁セクションと組み合わせるか、または後に説明する図１８に示すような延長された壁セクションと組み合わせることができ、またアンテナペタル１Ａ１は、例えば図１、図２０Ａ、図２０Ｂに示すようなスロットなしの形態も可能であり、例えば図２０Ｃ〜図２８に示すように他のスロットありの形態も可能であり、及び／または図１のようにねじまたはポップリベットによる接地面またはＰＣＢへの実装のために適合させることも可能であることは明白であろう。更に多くの変更も可能である。
図７Ｄは、アームセクションを形成する導電性材料からなるアンテナペタル１Ａ２の更に別の実施形態を示す。ペタル１Ａ２は、図７Ａのペタル１Ａと同様の金属接地面またはＰＣＢの前側または上側に接続されるように適合された２つの脚状セクション２Ａ'、２Ａ'を含む第１の平坦な接続部分２Ａを含む。また、ペタル１Ａ２は、第１の壁部分３Ａ２と、第１の接続部分２Ａの延長平面と第２の角度をなす第２の壁部分４Ａ２と、中間取り付け部分５Ａ２とを備えている。ここで中間取り付け部分５Ａ２は、平坦な取り付けセクションを含まない湾曲したペタルプロファイルを含み、第１の壁部分３Ａ２を、第２の壁部分４Ａ２と相互に接続する。第１の平坦な接続部分の脚状セクション２Ａ'、２Ａ'は、この実施形態でもスロットによって分離され、同様に第１の壁部分３Ａ１の下側部分も、図７Ａを参照して説明したように、スロット１５によって分離された２つの脚状セクションを含み、第１の壁部分３Ａ２及び第１の平坦な接続部分２Ａのそれぞれの脚状セクションは、第１の平坦な接続部分２Ａが第１の壁部分３Ａ２に移行する領域で同じ位置にあり、同じ幅を有する。その他の点において、図７Ｄに示す実施形態は、図７Ａを参照して説明した実施形態と同様であるので、ここではこれ以上説明しない。更に他の実施形態では、図７Ｄに示すように湾曲したまたは丸みを帯びた中間取り付け部分５Ａ２とを備えるアンテナペタル１Ａ２は、例えば図７Ｂに示すように溝及び壁セクションと組み合わせるか、または後に説明する図１８に示すような延長された壁セクションと組み合わせることができ、またアンテナペタル１Ａ２は、例えば図１、図２０Ａ、図２０Ｂに示すようなスロットなしの形態も可能であり、例えば図２０Ｃ〜図２８に示すように他のスロットありの形態も可能であり、及び／または図１のようにねじまたはポップリベットによる接地面またはＰＣＢへの実装に適合させることも可能であることは明白であろう。更に多くの変更も可能である。
図８は、図２の実施形態と同様のアンテナ装置６０の実施形態を示しているが、図２のものとはボウタイアンテナ素子が図７Ａのようにペタル１Ａを含む点が異なる。したがって、ボウタイアンテナ装置６０は、図１を参照して説明したように、アームセクションを形成する導電性材料で作られた４つのアンテナペタル１Ａ、１Ａ、１Ａ、１Ａを備えるボウタイ構造１１Ａ１を備える。同様の要素は、図７Ａ及び図１と同じ参照符号を付しているが、「Ａ」の符合を付された要素なので、ここではこれ以上説明しない。
ワイヤまたはピン１２，１２をはんだ付けするための孔または開口を備えた接続端先端部分６Ａ６Ａ、６Ａ、６Ａ、６Ａは、図１を参照して説明したように、裏面（または前面）側に配置されている同軸ラインまたはマイクロストリップラインに接続し得る。特定の実施形態では、４つのポートは独立して励起される。他の実施形態では、４つのポートは、２つのバラン（例えば、金属接地面またはＰＣＢ９Ａの裏面（または前面）側に配置された２つの１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。次に、２つの水平偏波用にされたポートは、２つの垂直偏波用にされたポートと同様に、差動的に励起され、したがって、水平偏波用の１つのポート及び垂直偏波用の１つのポートを有する２ポートアンテナを提供する。
図９は、本発明によるボウタイアンテナ装置７０の一実施形態を示しており、ここで、ボウタイ構造１１５は、５つのボウタイ構造部１１Ａ１を含み、その各々は、図８に示すように、金属接地面またはＰＣＢ９５上に線形アレイに配置された４つのアンテナペタル１Ａを含む。同様の要素は図８と同じ参照符合を付しているので、ここではこれ以上説明しない。特定の実施形態では、１６個のポートは独立して励起される。他の実施形態では、２０個のポートは、１０個のバラン（例えば上述したように、金属接地面またはＰＣＢ９５の背面（または前面）側に配置された１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。水平偏波用とされたポートは、垂直偏波用とされたポートと同様に、差動的に励起され、水平偏波用の４つのポートと垂直偏波用の４つのポートを有する８個の２ポートボウタイアンテナを提供する。そのような実施形態は、例えば、８ポートのマッシブＭＩＭＯ基地局で有利である。しかし、他の用途にも有利に使用できることは明らかである。
図１０は、４つのボウタイ構造１１Ａ１を含むボウタイ構造１１６を含むボウタイアンテナ装置８０を示し、各ボウタイ構造１１Ａ１は、図７Ａに開示されているように、４つのアンテナペタル１Ａを含み、金属接地面またはＰＣＢ９６上に２×２平面アレイに配置されている。同様の要素は図８と同じ参照符合を付しているので、ここではこれ以上説明しない。特定の実施形態では、１６個のポートは独立して励起されるか、あるいは、他の実施形態では、１６個のポートは８個のバラン（例えば上述したように、金属接地面またはＰＣＢ９６の背面（または上面）側に配置された１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。水平偏波用とされたポートは、垂直偏波用とされたポートと同様に、差動的に励起され、水平偏波用の４つのポートと垂直偏波用の４つのポートを有する８個の２ポートボウタイアンテナを提供する。そのようなボウタイアンテナ装置８０は、例えば、８ポートのマッシブＭＩＭＯ基地局で有利である。しかし、他の用途にも有利に使用できることは明らかである。
図１１は、１６個のボウタイ構造１１Ａ１を含むボウタイ構造１１７を含むボウタイアンテナ装置９０の一実施形態を示し、各ボウタイ構造１１Ａ１は、図８に開示されているように、４つのアンテナペタル１Ａを含み、金属接地面またはＰＣＢ９６上に４×４平面アレイに配置されている。同様の要素は図８と同じ参照符合を付しているので、ここではこれ以上説明しない。一部の実施形態では、６４個のポートは独立して励起され、あるいは他の実施形態では、６４個のポートは、３２個のバラン（例えば本明細書において上述したように、金属接地面またはＰＣＢ９７の背面（または前面）側に配置された１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。水平偏波用とされたポートは、垂直偏波用とされたポートと同様に、差動的に励起され、水平偏波用の１６個のポートと垂直偏波用の１６個のポートを有する３２個の２ポートボウタイアンテナを提供する。
水平偏波用の１６個のポートと垂直偏波用の１６個のポートを有する３２個の２ポートボウタイアンテナを有する実施形態は、例えば、３２ポートのマッシブＭＩＭＯ基地局で有利である。しかし、他の用途にも有利に使用できることは明らかである。
図１２は、ストレートサイド型（両側が直線的な）ボウタイアンテナ装置１００の一実施形態を示し、これは、図１を参照して説明したボウタイ構造と同様のボウタイ構造１１８を含むが、図１のものとは、図６Ｂに開示のような厚い誘電体プラグ８'を含む点で異なり、この厚い誘電体プラグ８'は、ピン及びワイヤが接地面の孔を通って延びてくる場所の機械的強度及び安定性を向上させ、したがって、より低い周波数での使用、例えばより大きなボウタイ構造を必要とする３Ｇまたは４Ｇ周波数帯域用の基地局用の使用に適したものとなる。他の点では、その要素及び機能は、前述の実施形態を参照して説明した対応する要素の機能に類似しているので、ここではこれ以上説明しない。
図１３は、ボウタイアンテナ装置１１０の一実施形態を示し、これは、図２を参照して説明したボウタイ構造と同様のボウタイ構造１１９を含むが、図２のものとは、図６Ｂ及び図１２を参照して説明したような厚い誘電体プラグ８'を含む点で異なる。先の図１、図２及び図２１を参照して既に説明した要素は、ここではこれ以上説明しない。いくつかの実施形態では、４つのポートは独立して励起されるが、他の実施形態では、４つのポートは２つのバラン（金属接地面またはＰＣＢ９９の裏面（または前面）側に配置された２つの１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。次に、２つの水平偏波用にされたポートは、２つの垂直偏波用にされたポートと同様に、差動的に励起され、したがって、水平偏波用の１つのポート及び垂直偏波用の１つのポートを有する２ポートアンテナを提供する。
図１４は、ストレートサイド型（両側が直線的な）ボウタイアンテナ装置１２０の一実施形態を示し、これは、図１２を参照して説明したボウタイ構造と同様のボウタイ構造１１１０を含むが、図１２のものとは、アンテナペタル１Ａ、１Ａが、図７Ａを参照して説明したようなスロットを有する点で異なる。機械的強度と安定性を向上させる図６Ｂに開示のような厚い誘電体プラグ８'を含むので、より低い周波数での使用、例えばより大きなボウタイ構造を必要とする３Ｇまたは４Ｇ周波数帯域用の基地局用の使用に都合のよいものとなる。他の点では、その要素及び機能は、図６Ｂ、図７Ａ、図１２の実施形態を参照して説明した対応する要素の機能に類似しているので、ここではこれ以上説明しない。
図１５は、ボウタイアンテナ装置１３０の一実施形態を示し、これは、図２を参照して説明したボウタイ構造と同様のボウタイ構造１１１１を含むが、図７を参照して説明したような４つのアンテナ素子すなわちペタルと、図６Ｂ及び図１２を参照して説明したような厚い誘電体プラグ８'をと含む点で図２のものとは異なる。先の図１、図２、図６Ｂ、図７Ａ、及び図１４を参照して既に説明した要素については、ここではこれ以上説明しない。特定の実施形態では、４つのポートは独立して励起されるが、他の実施形態では、４つのポートは２つのバラン（例えば、金属接地面またはＰＣＢ９１１の裏面（または前面）側に配置された２つの１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。次に、２つの水平偏波用にされたポートは、２つの垂直偏波用にされたポートと同様に、差動的に励起され、したがって、水平偏波用の１つのポート及び垂直偏波用の１つのポートを有する２ポートアンテナを提供する。ボウタイアンテナ装置１３０は、より大きなボウタイを必要とするより低い周波数に特に適しており、図７Ａを参照して説明したスロットのために性能が向上する点で有利である。
図１６は、ストレートサイド型（両側が直線的な）ボウタイアンテナ装置１４０の一実施形態を示し、これは、図１を参照して説明したボウタイ構造と同様のボウタイ構造１１１２を含むが、図１のものとは、２つのアンテナペタル１Ｃ、１Ｃを有し、アンテナペタルの各々が、図７Ａに開示のようなスロットと、図７Ｂに開示のような壁部分２１とを備えて、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したよう性能を向上させた点が異なる。これは、ＰＣＢの金属層に中心の誘電体セクション８を備え、その結果、図１に開示されているように、接続端先端部がその基板上に直接載置され、したがって、より高い周波数、例えば１０ＭＨｚでの使用、例えば、他の記載された実施形態のように最大１００〜１５０ＧＨｚのための使用に最も適している。他の点では、要素及びそれらの機能は、先の実施形態を参照して説明した対応する要素の機能と同様であり、したがって、ここではこれ以上説明しない。
図１７は、ボウタイアンテナ装置１５０の一実施形態を示し、これは、図２を参照して説明したボウタイ構造と同様のボウタイ構造１１１３を含むが、図２のものとは、図１６を参照して説明したような４つのアンテナペタル１Ｃ、１Ｃ、１Ｃ、１Ｃと、図１６及び図６Ａを参照しても説明したような薄い誘電体セクション８とを備える点で異なる。先の図１、図２、図７Ｂ、及び図１２を参照して既に説明した要素は、ここではこれ以上説明しない。特定の実施形態では、４つのポートは独立して励起されるが、他の実施形態では、４つのポートは２つのバラン（金属接地面またはＰＣＢ９１３の裏面（または前面）側に配置された２つの１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。次に、２つの水平偏波用にされたポートは、２つの垂直偏波用にされたポートと同様に、差動的に励起され、したがって、水平偏波用の１つのポート及び垂直偏波用の１つのポートを有する２ポートアンテナを提供する。ボウタイアンテナ装置１５０は、より高い周波数での使用、例えば、限定はしないが、最大１００〜１５０ＧＨｚのための使用で有利であり得る。
図１８は、図１６を参照して説明したボウタイ構造と同様のボウタイ構造１１１４を備えたストレートサイド型ボウタイアンテナ装置１６０の実施形態を示しており、２つのアンテナペタル１Ｄ、１Ｄはそれぞれ、図７Ａ及び図７Ｂに開示されるようなスロット及び壁を有するが、壁２１'は、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したように、ＰＣＢ９１４のそれぞれの外側の側縁に沿って延びるように延長され、それにより性能を更に向上させている。アンテナ装置は、ここでは、図１に開示されているような中央の薄い誘電体セクション８を備えており、したがって、より高い周波数、例えば１０ＭＨｚでの使用、例えば、他の記載された実施形態のように最大１００〜１５０ＧＨｚのための使用に最も適している。他の点では、その要素及び機能は、先行する実施形態を参照して説明した対応する要素の場合と同様であり、したがって、ここではこれ以上説明しない。
例えば、より低い周波数のため、または機械的強度を高めるために、中央の薄い誘電体セクション８の代わりに厚い誘電体プラグ８'を使用することが可能なことは明らかであろう。
有利な実施形態では、信号波長λに対して、壁２１'はほぼλ／２に対応する幅を有し、壁の高さは実質的にλ／４である。
図１９は、ボウタイアンテナ装置１７０の実施形態を示し、ボウタイ構造１１１５は、図１７を参照して説明したボウタイ構造と同様であるが、図１８を参照して説明したように壁２１'が延長されている点が異なる。先の図１、図２、図７Ａ、図７Ｂ及び図１８を参照して既に説明した要素は、ここではこれ以上説明しない。特定の実施形態では、４つのポートは独立して励起されるが、他の実施形態では、４つのポートは２つのバラン（例えば、金属接地面またはＰＣＢ９１５の裏面（または前面）側に配置された２つの１８０度ハイブリッド（図示せず）によって実現される）によって結合される。次に、２つの水平偏波用にされたポート、並びに２つの垂直偏波用にされたポートは、それぞれ差動的に励起され、したがって、水平偏波用の１つのポート及び垂直偏波用の１つのポートを有する２ポートアンテナを提供する。
ペタル１Ｄと延長壁２'の使用により、インピーダンス整合特性が優れたものとなる。ボウタイアンテナ装置１５０は、特に、より高い周波数、例えば、１００〜１５０ＧＨｚまでですらある。
また、この実施形態においても、例えばより低い周波数のため、または機械的強度を全体的に高めるために、中央の薄い誘電体セクション８の代わりに厚い誘電体プラグ８'を使用することが可能なことも明らかであろう。
有利な実施形態では、信号波長λに対して、壁２１'はほぼλ／２に対応する幅を有し、壁の高さは実質的にλ／４である。
図２０Ａ〜図２０Ｇは、折り畳まれていない状態で示された、異なるアンテナペタルプロファイル及びスロット形状を示す。図中の破線は折れ線を示している。
本発明によるアンテナペタルは、スロットの有無にかかわらず、切り抜かれまたは打ち抜かれ、その後、機械内で折り畳まれる。あるいは、切断または打ち抜き操作及び折り曲げまたは曲げ操作は、機械中でまたは適切な工具を使用して、１ステップで実施することができる。
図１に示したアンテナペタルの形状と同様の形状を有するスロットのないアンテナペタル１'、１'''の例は、図２０Ａ及び図２０Ｂに示す。その他の点では、図２０Ａのアンテナペタル１'及び図２０Ｂの１'''は、図１のアンテナペタルに類似しているので、ここでは更に説明せず、また同じ参照符合が使用される。
他の異なるアンテナペタル素子またはプロファイルは、ペタルの縁部（図２０Ｆ、図２０Ｇ）または中央部（図２０Ｃ、図２０Ｄ、図２０Ｅ、図２０Ｇ）に沿ってスロットを有する。これらの形状は、本発明によってカバーされる可能なプロファイル及びスロットの例に過ぎない。
ペタルのプロファイルとスロットは、単一偏波または二重偏波のボウタイ素子の埋め込み素子パターンが所望の帯域幅にわたって所望のカバレッジ及びインピーダンス整合を得るようにペタルの現在のトレースを変更するために最適化される。
典型的には、第２の接続端先端部分から離れたアンテナペタルの広い部分のスロットは低周波数での性能に影響を与え、第１の接続部分に近いスロットは低周波数性能に影響を与える。
最適化は、通常、カット・アンド・トライ・アプローチで行われるが、より高度な研究では、汎用アルゴリズムを使用した高度な数値最適化によって行うことができる。
特に、図２０Ｃは、図７Ａに示される実施形態と実質的に同様の開口スロット１５Ａ'を有するアンテナペタル１Ａ'を示しており、したがって、アンテナペタルの他の部分には同じ参照符合が使用される。
図２０Ｄは、スロット１５Ａ"が第１の壁部分３Ａ"に設けられ、場合によっては第１の接続部分２Ａ"内に設けられたアンテナペタル１Ａ"を示す。スロット１５Ａ"は閉じた形状とされ、実質的に第１の接続部分２Ａ"の長手方向延長部と平行な矩形である。他の要素については、図１と同様の参照符合が使用されるが、二重のプライム記号（"）が付されている。
図２０Ｅは、第１の壁部３Ｅのなかに、及び中間取り付け部分５Ｅのなかにセンタースロット１５Ｅが設けられたアンテナペタル１Ｅを示している。スロット１５Ｅは閉じた形状とされ、中央に位置し、歯状または櫛状である。他の要素については、図１と同様であるが、Ｅが付された参照符合が使用されている。
図２０Ｆは、例えば、第１の壁部３Ｆの外側の少なくとも一部に沿って設けられた外側縁部スロット１５Ｆ、１５Ｆ、中間取り付け部分５Ｆ、及び第２の壁部分４Ｆを備えたアンテナペタル１Ｆを示す。スロット１５Ｆ、１５Ｆは、歯型または櫛形である。他の要素については、図１と同様であるが、Ｆが付された参照符合が使用されている。
図２０Ｇは、例えば、第２の壁部４Ｇの外側の少なくとも一部に沿って設けられた外側縁部スロット１５Ｇ２、１５Ｇ２を有するアンテナペタル１Ｇと、第１の壁部分３Ｇに設けられていた内側の閉じた形状で歯状の中心スロット１５Ｇ１と、中間取り付け部分５Ｇとを備えている。他の要素については、図１と同様であるが、Ｇが付された参照符合が使用されている
いくつかの実施形態では、アレイ内のアンテナペタルの間の周期的な距離（その中心点間の距離）は約０．５λであるが、他の値でもよく、例えばより大きい長さでもよい。接地面より上の高さは、０．２λ〜０．５λの間であり得るが、もちろん、これらの値は例示の理由であり他の値であり得る。いくつかの実施形態では、相対帯域幅は少なくとも１．６である。
意図された用途及び使用周波数に応じて、異なるアンテナペタル、異なる配置、幾何学的形状及びペタルの数を使用し、組み合わせて、任意の所望の方法で異なるボウタイ構造を提供することができ、また異なる所望の特性を提供するために、薄い誘電体セクションまたは厚い誘電体プラグと組み合わせられ得ることは明らかであろう。いくつかの実施形態では、スロットを有するペタルは、例えばボウタイ構造のアレイスロットの外縁に沿ってのみ使用される。
任意のコネクタ、例えば、同軸コネクタは、任意の所望の方法で提供され、任意の方法で配置され得ることは明らかであろう。ポートは、マイクロストリップライン及び／またはバランを、それぞれの導電ピン１２などの導電性要素に接続する中心導体を有する同軸コネクタを含むことができ、マイクロストリップライン及び／またはバランは、導電性接地面またはＰＣＢの前面または背面上に配置される。
適切な電子機器を使用することにより、制御可能なローブを有するアンテナアレイが提供され、これは、いくつかの用途、特に高周波用途（例えば、マッシブＭＩＭＯ基地局）において使用可能である。
アンテナペタルはまた、例示的な実施形態に明示的に示されている以外の形状を有し得る。アンテナペタルは、例えば、急な角度で先細となる領域から始まり、その後、それぞれのアームセクションは狭くなり、その後、先端部分に向かって規則的に先細りする形で端部の先端に向かって対称的または非対称的に先細りの形状を有する。アンテナペタルの形状は様々な方法で選択して最適化することができることは明らかであり、ここではいくつかの有効な実施形態のみが示されている。アームセクションの２つの側縁部は、例えば、対称的であるが不規則であり、直線形状または湾曲形状または両方の組み合わせである先細の形状を有し得る。ペタルはまた、１５という符合が付されたものよりも多くのスロットを有することができ、またペタルの他の部分においてもスロットを有し得る。
好ましくは、ペタルは、１つ以上のスロットや壁などを備えたまたは備えていない金属片から切断または打ち抜かれた後、折り畳まれ、曲げられ、または所望の形状に圧縮されるか、或いは圧縮、折り畳み、打ち抜きを１つのステップで行うことによって製作される。ペタルは、次は、例えば導電性接地面またはＰＣＢにはんだ付けされている。第１の接続部分または第１の平坦な接続部分２は、ねじまたはポップリベットを使用することによって、第１の接続部分または第１の平坦な接続部分２を接地面に固定するための取り付け孔を有してもよい。
アンテナ素子は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、または同様の特性を有する材料、または合金などの金属を含む導電性材料で形成され得る。
例えばマストの上、壁の上、マイクロ基地局の上などのいかなる場所にでもアンテナ装置の容易かつ確実な取り付けを可能にするために異なる取り付け要素（図示せず）を、任意の適切な方法で設けることができる。
導体の幅及び形状は異なっていてもよく、導体が配置される位置も異なっていてよく、ＰＣＢの中央部分の金属表面における孔の配置とともに、ワイヤ及びピンのタイプ及び配置は、異なって実施されてもよいことは明らかであろう。好ましくは円形、正方形または長方形であるが、導体中央部分の形状もまた異なっていてもよく、例えば三角形または六角形などの他の形状を有してもよい。アンテナ装置は、いくつかの用途においては、ほぼ半球状のカバー範囲を有する壁アンテナとして壁への取り付けに使用され得る。
単一のアンテナペタルを含むアンテナ装置の実施形態もまた、本発明の範囲に包含される。次にペタルの先端部分は、例えば導電ピンなどを介して、例えば中央部分の裏側の、例えばマイクロストリップラインに同様に接続される。同軸コネクタは、接続端先端部から離れた外縁部または他の任意の適切な場所に設けられてもよい。他のタイプのコネクタと同様に、他のタイプの導電器も使用することができることは明らかであろう。
アンテナ装置は、ＰＣＢに実装されるか、または例えば中央部分において接地面に接地される複数のアンテナ構造を含み、別々か、またはいくつかのペタルについては共通の、導電性要素のための開口を含む無指向性アンテナ装置を含み得る。
本発明の範囲には、３つまたはそれ以外の奇数個のアンテナペタルも含み、この場合ペタルは接続端先端部分が互いにわずかに離れるように配置される。導電ピンは、例えばＰＣＢの背面か、または導電接地面に配置される、導体または同軸コネクタ（図示せず）などの開口部を介して接続端先端部分を接続する。
３ポートのボウタイアンテナ（すなわち、３つのペタルを有する構成）では、ポート間のカップリングを特に低くすることができる。したがって、３つのペタルでは、例えば壁面取り付けに適した、ポート間のカップリングが低いか、実質的にゼロの、特にコンパクトなアンテナを提供することができる。
上述したアンテナ装置はまた、両面式に構成して提供することができ、すなわち、そのようなアンテナ装置が、例えばマストまたは同様のものに取り付けるために背中合わせに配置され、したがって、半球形のカバレッジの代わりに球形のカバレッジを提供するものに構成できることは明らかであろう。アンテナ装置は、実質的に４πステラジアンをカバーするＭＩＭＯアルゴリズム合成放射パターンすなわち球形のカバレッジを有するか、または実質的に２πステラジアンをカバーするＭＩＭＯアルゴリズム合成放射パターンすなわち半球形のカバレッジを有してもよい。
一実施形態では、複数のアンテナペタルを含むアンテナ装置を、取り付け要素を介してマストの頂部に取り付けることができる。コネクタは、例えば、容易にアクセスできるように、導電性接地面またはＰＣＢの縁部に配置することができる。
ＭＩＭＯシステム、特にマッシブＭＩＭＯシステムに適し、高度にデカップリングされた（複数のチャネルにおける変動が異なり、すべてのチャネルが同時に低レベルとなることを回避するように結合された）複数のポートを有するアンテナが提供されることは、本発明の特に有利な点である。ＭＩＭＯアンテナ、特に、５ＧのマッシブＭＩＭＯアレイの要素として使用することができるアンテナが、非常に小型でコンパクトであり、非常に安価で容易に自動化された方法で製造することが可能となり、アンテナのペタルが高速で非常に容易に実装可能となることは、本発明の特に有利な点である。更に、オクターブ帯域幅またはそれ以上の非常に高い帯域幅を有するボウタイアンテナ装置が提供されることは、本発明の最も有利な点である。
いくつかの実施形態では、最小動作周波数の１／３より小さい寸法を有することができる。また、複数のポートは互いに非常に近接した位置にあるが、例えば０．１ＧＨｚもの低い周波数から０．４〜１６ＧＨｚにおいて４つのアンテナ素子を備えた装置におけるマルチパスを有する統計的フィールドの環境において使用されたとき、異なるアンテナポート同士の間の相関が低いアンテナ装置が提供されることも、有利な点である。そのようなポート間の低い相関は、そのポート間で測定された低い相互カップリング（すなわち、ＳパラメータＳｍｎ、通常は−１０ｄＢより小さい散乱パラメータ）を有するマルチポートアンテナを設計することによって保証することができる。いくつかの実施態様では、すべてのポートによって、例えば３６０°のような大きな角度範囲を提供することができることや、アンテナ素子は、すべてのポート上の受信電圧がいわゆるＭＩＭＯアルゴリズムによってデジタル的に結合されたときに、全体で所望の角度範囲を提供するように、容易かつ柔軟に配置することができることも有利な点である。そのようなアルゴリズムの一例は、最大比合成（ＭＲＣ）である。
ある用途では、本発明は、車両への無線通信用の実際に電波を飛ばすＯＴＡ（Ｏｖｅｒ−Ｔｈｅ−Ａｉｒ）試験システムで使用できる円筒形パラボラに給電するために使用される線形アレイを含むことができる。次に、円筒形パラボラ反射器と組み合わされた線形アレイは、例えば車両に向けて放射される平面波を生成する。
本発明は、例示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の請求項で特定される技術範囲内の種々の方法で変更して実施できる。

Claims (30)

  1. 自己接地型アンテナ装置であって、
    導電性接地面または導電性の接地面として機能するように配置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むベース部分と、
    アンテナ構造とを含み、
    前記アンテナ構造は、複数のアンテナペタルを含み、
    前記複数のアンテナペタルの各々は、導電性の材料から作られ、一端側に設けられたそれぞれの接続端先端部分（第２の接続部分）に向かって先細になる少なくとも１つのアームセクションと、他端側に設けられた少なくとも１つの平坦な第１の接続部分とを含み、
    前記接続端先端部分は、前記ベース部分の第１の側に接近するように配置され、
    前記接続端先端部分は更に給電ポートに接続されるように構成され、
    前記複数のアンテナペタルの各々に対して特定のポートが設けられ、
    前記接続端先端部分は前記導電性接地面または前記ＰＣＢから絶縁しており、
    前記アンテナ構造は、ボウタイを形成する少なくとも１対の前記アンテナペタルを含み、
    前記複数のアンテナペタルの各々は、湾曲したモノポールアンテナ及びループアンテナとして機能し、
    前記複数のアンテナペタルの各々は、板状金属または別の導電性材料から一個部品として形成され、かつ前記導電性接地面または前記プリント回路基板（ＰＣＢ）からは別個の部品として形成されたものであり、
    前記複数のアンテナペタルの各々は、表面実装手段によって前記ベース部分の前面または裏面の上に実装可能に構成され、これにより、平坦な前記第１の接続部分が前記導電性接地面または前記ＰＣＢに接続することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  2. 請求項１に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナペタルの各々は、
    前記導電性接地面または前記ＰＣＢの前面に接続するように適合された平坦な前記第１の接続部分と、
    平坦な前記第１の接続部分が延在する平面とある角度をなす第１の壁部分と、
    平坦な部分を含み、前記第１の壁部分及び第２の壁部分を相互接続するように配置された中間取り付け部分とを備え、
    前記第２の壁部分は、前記中間取り付け部分に接続した側とは反対側の端部において、平坦な前記第１の接続部分と同一平面上に配置された前記接続端先端部分に接続または移行していることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  3. 請求項１または２に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナペタルの各々の接続端先端部分は、小さく平坦で丸い形状の部分を有することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナペタルの各々の接続端先端部分は、開口を含み、前記開口は、前記複数のアンテナペタルの各々の接続端先端部分にはんだ付けされる導電ピンを受容するように適合されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  5. 請求項２に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナペタルの各々の第１の平坦な接続部分は、
    前記導電性接地面または前記ＰＣＢの上にはんだ付けされるか、ねじ止めされるか、またはポップリベットの使用により結合され固定されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置（６０；７０；８０；９０；１２０；１３０；１４０；１５０；１６０；１７０）であって、
    前記アンテナ構造の前記複数のアンテナペタルのなかの少なくとも１個が、前記第１の壁部分に設けられた、スロットまたはスロット付き構造を含むことを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  7. 請求項２、または請求項２を引用する請求項３〜６のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記アンテナ構造の前記複数のアンテナペタルのなかの少なくとも１個が、前記第１の壁部分と、前記第１の接続部分の前記第１の壁部分に接続する側とは反対側に接続し、かつ前記第１の壁部分と略平行に延びる追加の壁部分とによって形成される溝を含むことを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  8. 請求項７に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記追加の壁部分が、前記第１の壁部分の幅方向の長さに適合する幅方向の長さを有することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  9. 請求項７に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記追加の壁部分が、前記導電性接地面または前記ＰＣＢの外側側部の長さに適合する幅方向の長さを有することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  10. 請求項６を引用する請求項７〜９のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置（１４０；１５０；１６０；１７０）であって、
    前記アンテナ構造の前記複数のアンテナペタルのなかの少なくとも１つが、１以上のスロット（１５）と、前記第１の壁部分及び前記追加の壁部分とによって形成される前記溝を有することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  11. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記導電性接地面または前記ＰＣＢが、前記接続端先端部分の各々の下に位置するように適合された誘電体部分を含むか、または前記接続端先端部分の各々の下に位置する前記導電性接地面または前記ＰＣＢに孔が設けられて、前記接続端先端部分の各々が前記導電性接地面または前記ＰＣＢから絶縁されていることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  12. 請求項１１に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記誘電体部分が、誘電体膜を含み、前記誘電体膜は、前記複数のアンテナペタルのいくつかの前記接続端先端部分が前記導電性接地面または前記ＰＣＢから絶縁されるように、その接続端先端部分の下に配置されるように適合されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  13. 請求項１１に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記誘電体部分が誘電体膜を含み、前記誘電体膜は、１つまたは複数の前記接続端先端部分の下に配置され、前記複数のアンテナペタルのなかの１以上に支持を提供し、かつそれらを前記導電性接地面または前記ＰＣＢから絶縁状態に保つように適合されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナペタルの内の少なくとも２つが、１つ以上のボウタイを含むアンテナ構造を形成し、
    各ボウタイの前記アンテナペタルの前記ポートは、独立して励起されるように構成されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナペタルの内の少なくとも２つが、１つ以上のボウタイを含むアンテナ構造を形成し、
    １つ以上のボウタイの前記アンテナペタルの前記ポートが、それぞれバランに接続されて前記バランによって結合され、
    同様に一定の偏波用にされたポートは、差動的に励起されるように構成されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  16. 請求項１５に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    ２つのポートを含むボウタイを形成するように配置された２つのアンテナペタルを含む前記アンテナ構造を含み、
    両ポートは差動的に励起されて、直線偏波用の１ポートアンテナを形成するように構成されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  17. 請求項１５に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    ４つのポートを含むボウタイを形成するように配置された４つのアンテナペタルを含む前記アンテナ構造を含み、
    同様に一定の偏波用にされたポートは、差動的に励起されて、直交する直線偏波用の２ポートアンテナを形成するように構成されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  18. 請求項１５に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    Ｎが整数であるとき、Ｎ個のボウタイを形成するように配置された複数のアンテナペタルを含むアンテナ構造を含み、
    各ボウタイは４つのポートを備え、前記ボウタイは直線列をなすように配置され、
    同様に一定の偏波用にされたポートは、差動的に励起されて、Ｎ個の２ポートのボウタイアンテナの直線列を形成することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    Ｎが整数であるとき、Ｎ個のボウタイを形成するように配置された一定の数のアンテナペタルを含むアンテナ構造を含み、
    各ボウタイは４つのポートを備え、前記ボウタイは、平面アレイ状に配置され、
    同様に一定の偏波用にされたポートは、差動的に励起されて、Ｎ個の２ポートのボウタイアンテナの平面アレイを形成することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    １つ以上のボウタイを形成する、少なくとも２つのアンテナペタルを備え、
    前記アンテナペタルの各々について、ポートからの遠方界放射関数が偏波、指向性または形状に関してほぼ直交している状態で、前記ポートの実質的なデカップリングを実現していることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    超広帯域アンテナ装置であることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  22. 請求項１〜２１のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    ＭＩＭＯ技術を用いた無線システムに用いるように適合されていることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  23. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    前記複数のアンテナペタルの各々の接続端先端部分に開口が設けられ、前記開口に受容された導電ピンまたはワイヤを介して、前記複数のアンテナペタルの各々の接続端先端部分に給電されるように構成されることを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  24. 請求項１〜２３のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であって、
    実質的に４πステラジアンをカバーするＭＩＭＯアルゴリズム合成放射パターンすなわち球形のカバレッジを有するか、または実質的に２πステラジアンをカバーするＭＩＭＯアルゴリズム合成放射パターンすなわち半球形のカバレッジを有することを特徴とする自己接地型アンテナ装置。
  25. 自己接地型アンテナ装置を構成するために使用されるように適合されたアンテナペタルであって、
    前記自己接地型アンテナ装置のアンテナ構造の少なくとも一部を構成し、かつ導電性の材料から作られ、一端側に設けられた接続端先端部分（第２の接続部分）に向かって先細になるアームセクションと、他端側に設けられた少なくとも１つの平坦な第１の接続部分とを含み、前記接続端先端部分は更に給電ポートに接続されるように構成され、前記アンテナペタルは、ハーフボウタイアンテナ素子を形成し、
    各アンテナペタルは、板状の導電性材料から一個部品として形成され、前記アンテナペタルは、表面実装手段によって、前記自己接地型アンテナ装置のベース部分の前面または裏面の上に実装可能に適合され、
    前記ベース部分は、導電性接地面または導電性の接地面として機能するプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、これにより、平坦な前記第１の接続部分が前記導電性接地面または前記ＰＣＢに接続し、前記アンテナペタルは、実装される前記導電性接地面または前記ＰＣＢからは別個の部品として形成されたことを特徴とするアンテナペタル。
  26. 請求項２５に記載のアンテナペタルであって、
    前記導電性接地面または前記ＰＣＢの前面に接続するように適合された平坦な前記第１の接続部分と、
    平坦な前記第１の接続部分が延在する平面とある角度をなす第１の壁部分と、
    前記第１の壁部分及び第２の壁部分を相互接続させる中間取り付け部分とを備え、
    、
    前記第２の壁部分は、前記中間取り付け部分に接続した側とは反対側の端部において、平坦な前記第１の接続部分と同一平面上に配置された前記接続端先端部分に接続または移行しており、かつ前記ベース部分（９；９"；９２；９３；９４；９５；９６；９７；９８；９９；９１０；９１１；９１２；９１３；９１４；９１５）に接続されるように適合されていることを特徴とするアンテナペタル。
  27. 請求項２６に記載のアンテナペタルであって、
    前記第１の壁部分に設けられた、スロットまたはスロット付き構造を含むことを特徴とするアンテナペタル。
  28. 多重自己接地型アンテナ装置であって、
    複数の自己接地型アンテナ装置を含み、前記複数の自己接地型アンテナ装置の各々は、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の自己接地型アンテナ装置であり、
    前記複数の自己接地型アンテナ装置は、互いに実質的に同一平面内で、またはある表面に沿って相互に隣接するように配置されることを特徴とする多重自己接地型アンテナ装置。
  29. 自己接地型アンテナ装置の製造方法であって、
    前記自己接地型アンテナ装置は、１つ以上のアンテナペタルを含み、各アンテナペタルは、導電性の材料から作られた、一端側に設けられた接続端先端部分（第２の接続部分）に向かって先細になるアームセクションと、他端側に設けられた少なくとも１つの平坦な第１の接続部分とを含み、
    前記方法は、
    金属板から１個部品として打ち抜き、プレスすることによって、前記１つ以上のアンテナペタルを作製するステップであって、前記アンテナペタルの各々はハーフボウタイアンテナエレメントを形成する、該ステップと、
    表面実装技術の使用によって、１つ以上のボウタイを形成する望ましいアンテナペタル構造内の１つ以上の前記アンテナペタルを、ベース部分の上に実装するステップであって、前記ベース部分は、導電性接地面または導電性の接地面として機能するプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、これにより、前記第１の接続部分が前記導電性接地面または前記ＰＣＢに接続する、該ステップと、
    前記１つ以上のアンテナペタルの各々の接続端先端部分を、導電ピンまたはワイヤによって、給電手段に接続するステップとを含むことを特徴とする方法。
  30. 請求項２９に記載の自己接地型アンテナ装置の製造方法であって、
    前記１つ以上のアンテナペタルを作製するステップにおいて、
    前記１以上のアンテナペタルの各々が、
    前記導電性接地面またはＰＣＢの前面に接続するように適合された少なくとも部分的に平坦である第１の接続部分と、
    前記第１の接続部分が延在する平面とある角度をなす第１の壁部分と
    前記第１の壁部分及び第２の壁部分を相互接続させる中間取り付け部分とを含む形状を呈するように、前記１つ以上のアンテナペタルを作製し、
    前記第２の壁部分は、前記中間取り付け部分に接続した側とは反対側の端部において、前記第１の接続部分と同一平面上に配置された前記接続端先端部分（第２の接続部分）に接続または移行しており、かつ前記ベース部分に接続されるように適合されていることを特徴とする方法。
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