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JP2003510871A - マルチレベルアンテナ - Google Patents

マルチレベルアンテナ

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JP2003510871A JP2001525799A JP2001525799A JP2003510871A JP 2003510871 A JP2003510871 A JP 2003510871A JP 2001525799 A JP2001525799 A JP 2001525799A JP 2001525799 A JP2001525799 A JP 2001525799A JP 2003510871 A JP2003510871 A JP 2003510871A
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Abstract

(57)【要約】 対応する放射性エレメントが、アンテナの構造において、基本構成要素エレメントのそれぞれが特定できるように、電磁的に結合され、分類される類似する幾何学エレメント（多角形または多面体）の集合により形成される少なくとも１つのマルチレベル構造体を含むアンテナ。設計は、以下の２つの重要な優位点を提供するほどである。つまり、アンテナは、複数の周波数で同時に動作してよい、および／またはそのサイズは、大幅に縮小できる。このようにして、マルチバンド放射電気動作、すなわち異なる周波数バンドのための類似した動作が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の目的） 本発明は、アンテナ構造において、それを形成する基本的なエレメントのそれ
ぞれが区別できるように、電磁的に結合および分類される類似した幾何学エレメ
ント（多角形、多面体）の集合により形成されるアンテナに関する。
【０００２】 さらに特定すると、それは、以下の２つの主要な優位点を提供する前記アンテ
ナの特定的な幾何学設計に関する。つまり、アンテナは複数の周波数で同時に動
作してよい、および／またはそのサイズは大幅に縮小できる。
【０００３】 本発明の適用の範囲は、おもに電気通信の分野にあり、さらに特定すると、無
線通信の分野にある。 （発明の背景技術及び概要）
【０００４】 アンテナは、最初に、Ｊａｍｅｓ Ｃ．Ｍａｘｗｅｌｌが１８４４年に電磁気
学の根本的な法則を公準として立てた２０世紀の最後近くに開発された。Ｈｅｉ
ｎｒｉｃｈ Ｈｅｒｔｚは、１８８６年の、電磁波の空気中での伝送が証明され
た初めてのアンテナの発明の起源と考えられ（ａｔｔｒｉｂｕｔｅｄ）てよい。
４０年代半ば、波長を基準にしたそのサイズの削減に関して、アンテナの根本的
な制約が示され、６０年代の初めに、最初の周波数に関係のないアンテナが出現
した。その時点で、角度だけによって定義された、へリックス、螺旋、対数周期
の分類、円錐形および構造が、ワイドバンドアンテナの構築に提案された。
【０００５】 １９９５年には、その幾何学形状のため、多周波動作、および一定のケースで
は小さいサイズを提示したフラクタル型またはマルチフラクタル型のアンテナ（
特許番号第９５０１０１９号）が導入された。その後、バンドＧＳＭ９００とＧ
ＳＭ１８００で同時に動作した多三角形（ｍｕｌｔｉｔｒｉａｎｇｕｌａｒ）ア
ンテナ（特許番号第９８００９５４号）が導入された。
【０００６】 本特許で説明されるアンテナは、フラクタル型アンテナおよびマルチフラクタ
ル型アンテナにその起源を有するが、前記アンテナの動作を制限し、その現実環
境での適用性を削減する実際的な性質のいくつかの問題を解決する。
【０００７】 フラクタルオブジェクトは、無限数のエレメントを含む数学的な抽象であるた
め、科学的な観点から、厳密には、フラクタルアンテナは不可能である。有限数
の反復を取り入れる、前記フラクタルオブジェクトに基づいた形を備えるアンテ
ナを作成することは可能である。このようなアンテナの性能は、それぞれ１つの
特定的な幾何学形状に制限される。例えば、バンドの位置およびその相対的な間
隔は、フラクタル幾何学形状に関係し、そのフラクタルな外観を維持すると同時
に、放射電気スペクトルの正しい領域にバンドを設置するアンテナを設計するこ
とは、必ずしもつねに可能、実行可能または経済的ではない。第１に、切り捨て
は、理想的なフラクタルアンテナの理論上の動作に近似しようと試みる現実のフ
ラクタル型アンテナを使用することにより生じる制限の明確な例を暗示する。前
記影響が、低い方のバンドでの理想的なフラクタル構造体の動作を破壊し、それ
を、その他のバンドを基準にしてその理論上の位置から変位し、要約すると、実
践的な用途を妨げるアンテナにとって大きすぎるサイズを要求する。
【０００８】 このような実践的な問題に加えて、フラクタル構造体を改変し、各用途の要件
に適した放射線図のインピーダンスのレベルを提示することは必ずしもつねに可
能ではない。これらの理由のため、フラクタル幾何学形状を離れ、アンテナの周
波数バンドの位置、適応レベル、およびインピーダンス、偏光、および放射線図
に関してさらに大きな柔軟性を提供する、その他の種類の幾何学形状に訴えるこ
とがしばしば必要である。
【０００９】 多三角形（Ｍｕｌｔｉｔｒｉａｎｇｕｌａｒ）構造体（特許番号第９８００９
５４号）は、アンテナがＧＳＭおよびＤＣＳセルラー電話の基地局で使用できる
ように設計された幾何学形状を備える非フラクタル構造体の例であった。前記特
許に説明されるアンテナは、バンド８９０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ、および１７１
０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚでの使用に適切なサイズの、その頂点だけで接合され
る３つの三角形から成り立っていた。これは、他の環境用のその他のアンテナ設
計に対処するために必要とされる柔軟性および多用性を提供しなかった特定的な
環境向けの特定的な解決策であった。
【００１０】 マルチレベルアンテナは、フラクタルアンテナおよび多三角形アンテナの操作
上の制限を解決する。それらの幾何学形状は、はるかに柔軟で、豊富で、変化に
富み、いくつかの例を挙げるだけでも、図、バンド位置、およびインピーダンス
レベルに関するさらに大きな多用性を提供するだけではなく、２つのバンドから
さらに多くのバンドまでアンテナの動作も可能にする。マルチレベルアンテナは
フラクタルではないが、それらは、それらが全体的な構造の中で区別できる数多
くのエレメントを備えるという点で特徴付けられる。正確には、それらが明確に
詳細の複数のレベル（全体的な構造のレベルおよびそれを構成する個々のエレメ
ントのレベル）を示すため、アンテナは、マルチバンド動作および／または小さ
なサイズを提供する。それらの名前の起源も前記特性にある。
【００１１】 本発明は、その放射エレメントが、基本的に複数の同じ種類の多角形または多
面体を備えるその幾何学形状で特徴付けられるアンテナから成り立つ。すなわち
、それは、アンテナの本体の中で、それが備える多角形のまたは多面体の要素が
特定できるように、例えば、互いに電気的に（少なくとも１つの接点を通して、
または容量結合を提供する小さな分離点線を通して）結合され、高い方のレベル
の構造体で分類される四面体、六面体、角柱、十二面体等だけではなく、三角形
、正方形、五角形、六角形、または多数の側面を持つ多角形の制限事例としての
円形と楕円形も備える。その結果として、このようにして作成される構造体は、
アンテナ設計者が所望する可能な限り多くのレベルに到達するまで、基本エレメ
ントに類似する方法で高位構造体の中で分類することができる等である。
【００１２】 マルチレベルアンテナとしてのその呼称は、正確には、アンテナの本体では、
少なくとも２つのレベルの詳細が特定できるという事実による。つまり、全体的
な構造のレベルおよびそれを構成するエレメント（多角形または多面体）の大部
分のレベルである。これは、アンテナを形成するエレメントの大部分の間の接触
の面積または（それが存在する場合には）交差の面積だけが、前記多角形または
多面体の周辺部または取り囲む領域の一部にすぎないことを確実にすることによ
り達成される。
【００１３】 マルチレベルアンテナの特定の特性とは、その放射電気動作が、いくつかの周
波数バンドで類似することがあるという点である。アンテナ入力パラメータ（イ
ンピーダンスおよび放射線図）は、複数の周波数バンドについて類似したままと
なり（つまり、アンテナは、それぞれの異なるバンドで、同じレベルの適応また
は持続的な電波関係性を有する）、多くの場合、アンテナは、さまざまな周波数
でほぼ同一の放射線図を提示する。これは、正確には、アンテナのマルチレベル
構造のため、つまり、アンテナにおいてそれを構成する基本的なエレメント（同
種の多角形または多面体）の大部分を特定することが可能なままであるという事
実による。周波数バンドの数は、主要な放射エレメントの幾何学形状に含まれる
、多角形エレメントまたはそれらが分類される類似する集合のスケールまたはサ
イズの数に比例する。
【００１４】 そのマルチバンド動作に加えて、マルチレベル構造アンテナは、通常、（単一
の多角形または多辺形から成り立つものなどの）さらに簡略な構造の他のアンテ
ナに比較して通常より小さなサイズを有する。これは、多用な多角形または多面
体要素の間の空の空間のために、マルチレベル構造での電流が従う経路が、単純
な幾何学形状よりさらに長く、さらに曲がりくねっているためである。前記空の
空間は、より大きな距離を移動し、そのためより低い周波数で共鳴する（前記空
間を巧みに回避しなければならない）電流のために指定された経路を強制する。
さらに、その端縁が豊富な（ｅｄｇｅ−ｒｉｃｈ）、不連続性が豊富な（ｄｉｓ
ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ−ｒｉｃｈ）構造が、放射プロセスを簡略化し、アンテナ
の放射抵抗を相対的に増加し、品質係数を削減する、つまりその帯域幅を増加す
る。
【００１５】 したがって、マルチレベルアンテナのおもな特性は以下のとおりである。 −より大きな構造体を形成するために、電磁的に結合され、分類される同じクラ
スの多角形または多面体を備えるマルチレベル幾何学形状。マルチレベル幾何学
形状では、これらの要素の大部分は、（これらが存在する場合には）他のエレメ
ントとの接触、交差または相互連結のそれらの面積がつねにその周辺部の５０％
未満であるために、明確に可視である。 −幾何学形状から生じる放射電気動作。つまり、マルチレベルアンテナは、（複
数の周波数バンドについて同一または類似する）マルチバンド動作を提示するこ
とができる、および／または削減された周波数で動作することができ、それがそ
れらのサイズの削減を可能にする。
【００１６】 専門的な参考文献においては、いくつかのバンドをカバーすることを可能にす
る一定のアンテナ設計の記述を見出すことがすでに可能である。しかしながら、
これらの設計において、マルチバンド動作は、複数の単一バンドアンテナをまと
めることによって、あるいは新しい共振周波数の出現を強制するアンテナ（誘導
子またはコンデンサなどの集中エレメントあるいは柱またはノッチなどのその統
合されたバージョン）の中に反応エレメントを取り入れることによって達成され
る。逆にマルチレベルアンテナは、それらの動作をそれらの特定の幾何学形状に
基づかせ、（詳細のレベルの数に比例する）バンドの数、位置、相対的な間隔と
幅に関してアンテナ設計者により大きな柔軟性を提供し、それによって最終的な
製品のさらに優れた、さらに変化に富む特性を提供する。
【００１７】 マルチレベル構造体は、既知のアンテナ構成で使用することができる。非制限
例としては、以下を引用することができる。つまり、ダイポール、モノポール、
パッチまたはマイクロストリップアンテナ、共面アンテナ、リフレクタアンテナ
、あるいは巻きアンテナまたはアンテナアレイでもある。製造技法も、最良に適
した技法は、それぞれの構造または用途に使用されてよいため、マルチレベルア
ンテナの特性を示していない。例えば、フォトリソグラフィによる誘電基板での
印刷（プリント基板技法）、金属薄板でのダイスでの形造り（ｄｉｅｉｎｇ）、
誘電体での反発等である。
【００１８】 公告ＷＯ第９７／０６５７８号は、マルチレベルアンテナとは関係のないフラ
クタルアンテナを開示し、両方の幾何学形状は本質的に異なっている。
【００１９】 発明の追加の特性および優位点は、図解の目的のためだけに示される発明の好
ましい実施態様の後続の詳細な説明という点で明らかになり、決して発明の制限
の定義として意味されず、添付図面に関して行われる。
【００２０】 （発明の好ましい実施の形態の記述） 本発明の好ましい実施態様の後続の詳細な説明では、同じ番号が同一のまたは
類似するパーツを指す図面の図を恒久的に参照する。
【００２１】 本発明は、マルチレベル構造体形式の少なくとも１つの構成エレメントを含む
アンテナに関する。マルチレベル構造体は、それが、同じ種類の複数の多角形ま
たは多辺形（例えば、近接さによるかエレメント間の直接的な接点によるかに関
係なく、電磁的に互いに結合される四面体、六面体、角柱、十二面体等だけでは
なく、三角形、平行六面体、五角形、六角形等、多数の側面を持つ多角形の特殊
制限事例としての円形と楕円形）を集めることによって形成されるという点で特
徴付けられる。マルチレベル構造または図は、正確にその構成要素エレメント（
多角形または多面体）間の（それが存在する場合は）相互連結により別の従来の
図と区別される。マルチレベル構造では、その構成要素エレメントの少なくとも
７５％は、構造体の他の要素のどれとも接触しない（多角形の）５０％を超える
その周辺部を有する。このようにして、マルチレベル構造体では、その基本的な
構成要素エレメントの大部分を幾何学的に特定し、個々に区別することは容易で
あり、少なくとも２つの詳細のレベルを提示する。つまり全体的な構造のレベル
およびそれを形成する多角形または多面体のレベルである。その名前は、正確に
この特性のためであり、多角形または多面体が多岐に渡るサイズに含まれるとい
う事実からである。さらに、複数のマルチレベル構造体がまとめられ、互いに電
磁的に結合され、さらに高いレベルの構造体を形成する。マルチレベル構造体で
は、すべての構成要素エレメントは、同数の側面を備える多角形または同数の面
を備える多面体である。当然のことながら、この特性は、さまざまな性質の複数
のマルチレベル構造体がまとめられ、電磁的に結合され、さらに高いレベルのメ
タ構造体を形成するときに破壊される。
【００２２】 このようにして、図１〜図７には、マルチレベル構造のいくつかの特定的な例
が示される。
【００２３】 図１は、多様なサイズおよび形状の三角形から独占的に成立するマルチレベル
エレメントを示す。この特定のケースでは、三角形だけがその周辺部の狭い領域
内、このケースではその頂点で重複するため、エレメント（黒色の三角形）のそ
れぞれのあらゆるエレメントを区別することができることに注意する。
【００２４】 図２は、多様な構成を取るマルチレベルアンテナのアセンブリの例を示す。つ
まり、モノポール（２１）、ダイポール（２２）、パッチ（２３）、共面アンテ
ナ（２４）、側面図（２５）および前面図（２６）でのコイル、およびアレイ（
２７）である。これを使用すると、その構成にも関わらず、マルチレベルアンテ
ナが、その特徴的な放射エレメントの幾何学形状においてその他のアンテナとは
異なると言及しなければならない。
【００２５】 図３は、すべてが三角形から構成される、三角形の原点のあるマルチレベル構
造体（３．１〜３．１５）の追加例を示す。ケース（３．１４）がケース（３．
１３）の進化形であることに注意する。４つの三角形の間の接点にも関わらず、
エレメントの７５％（中央の三角形を除く３つの三角形）が、自由な、５０％を
超える周辺部を有する。
【００２６】 図４は、平行六面体（正方形、矩形、菱形・・・）によって形成されるマルチ
レベル構造体（４．１〜４．１４）を記述する。構成要素エレメントは、つねに
個々に特定可能である（少なくともそれらの大部分が特定可能である）ことに注
意する。ケース（４．１２）では、特に、前記エレメントは自由なその周辺部の
１００％を有し、それらの間には物理的な連結はない（結合は、エレメント間の
相互キャパシタンスのために近接さにより達成される）。
【００２７】 図５、図６および図７は、それぞれ五角形、六角形、および多面体に基づいた
それ以外のマルチレベル構造体の非制限例を示す。
【００２８】 マルチレベルアンテナとそれ以外の既存のアンテナの相違点は、そのアンテナ
としての構成または構築のために使用される材料にあるのではなく、特定の幾何
学形状にあるということが言及されなければならない。したがって、マルチレベ
ル構造体は、例えば、非制限的に、ダイポール、モノポール、パッチ、またはマ
イクロストリップアンテナ、共面アンテナ、リフレクタアンテナ、巻きアンテナ
、またはアレイなどの既知のアンテナ構成とともに使用されてもよい。一般的に
は、マルチレベル構造体は、アーム、マス（ｍａｓｓ）平面など、またはモノポ
ールでは両方、ダイポールではアームまたは両方、マイクロストリップ、パッチ
または共面アンテナではパッチまたはプリントエレメント、リフレクタアンテナ
のリフレクタ、あるいはホーン型アンテナの円錐セクションまたは平らなアンテ
ナ壁などの前記構成の特性を示している放射性エレメントの一部を形成する。１
つまたは複数のループの幾何学形状がマルチレベル構造体の外側周辺部である螺
旋型アンテナ構成を使用することも可能である。すべてにおいて、マルチレベル
アンテナと従来のアンテナの相違点は、相対的なエレメントの幾何学形状、また
はその構成要素の幾何学形状にあり、その特定的な構成にあるのではない。
【００２９】 構築材料および技術に関しては、マルチレベルアンテナの実現は、特にこれら
のどれにも制限されず、既存のまたは将来の技法のどれも、発明の本質が特定的
な構成にではなく、マルチレベル構造体の中で使用される幾何学形状で見つけら
れるので、それぞれの用途に最良に適していると見なされるために利用されてよ
い。このようにして、マルチレベル構造体は、つねに各ケースおよび用途の特定
的な要件に応じて、例えば、導電性材料または超導電性材料の薄板、パーツによ
って、プリント回路でのように金属コーティング付きの誘電基板（堅いまたは可
撓）での印刷によって、マルチレベル構造を形成する複数の誘電材料のインブリ
ケーション等によって形成されてよい。いったんマルチレベル構造体が形成され
ると、アンテナの実現は選ばれた構成（モノポール、ダイポール、パッチ、ホー
ン、リフレクタ・・・）に依存する。モノポールアンテナ、螺旋アンテナ、ダイ
ポールアンテナおよびパッチアンテナについて、複数の類似する（ｍｕｌｔｉｓ
ｉｍｉｌａｒ）構造体が金属サポート上で実現され（簡略な手順は、フォトリソ
グラフィプロセスを用いられたことのないプリント回路絶縁板に適用することを
含む）、構造体は、モノポールケースまたはパッチケースについては、その結果
、任意の従来のアンテナに関して、マス平面（典型的には金属板はケース）に連
結される標準的なマイクロ波コネクタの上に取り付けられる。ダイポールのケー
スについては、２つの同一のマルチレベル構造体が、アンテナの２本のアームを
形成する。開放アンテナでは、マルチレベル幾何学形状は、ホーンの金属壁まあ
はその断面の一部であってよく、最後に、リフレクタについては、複数の類似す
るエレメントまたはこれらの集合が、リフレクタを形成してよい、あるいはカバ
ーしてよい。
【００３０】 マルチレベルアンテナのもっとも関連のある特性は、主にその幾何学的形状お
よび以下のことがらによるものである。すなわち、いくつかの周波数バンドにお
いて同じ方法（類似するインピーダンスおよび放射線図）で同時に動作可能であ
ること、およびもっぱら単一の多角形または多面体に基づいた他の従来のアンテ
ナに比較してサイズを縮小することが可能であることである。このような特性は
特に通信システムの分野に関連するものである。いくつかの周波数バンドにおい
て同時に動作可能であることにより、従来のようにひとつのアンテナをそれぞれ
のシステムまたはサービスに割り当てるのではなく、単一のマルチレベルアンテ
ナをいくつかの通信システムに組み込むことが可能となる。サイズの縮小は特に
アンテナを、その都会または田園景観における視覚的影響、または車両または携
帯通信装置に組み込む場合におけるその非美的または非空力的な効果により隠さ
なければならない場合に有用である。
【００３１】 マルチバンドアンテナを実際の環境に使用することにより得られる利点の例と
しては、ＧＭＳおよびＤＣＳ環境に使用される、後でさらに説明するマルチレベ
ルアンテナＡＭ１が挙げられる。これらのアンテナは両方の携帯電話システムに
おける無線仕様に適合するように設計される。両方のバンド（９００ＭＨｚおよ
び１８００ＭＨｚ）に単一のＧＳＭおよびＤＣＳマルチレベルアンテナを使用す
ることにより、携帯電話のオペレータは、ネットワークによってサポートされる
利用者（顧客）の数を増加しながら費用とステーションネットワークの環境影響
とを低減することができる。
【００３２】 マルチレベルアンテナをフラクタル型アンテナと差別化することに特に関連す
ることとなる。後者はフラクタル型幾何学的形状に基づくものであり、実際には
実行が困難な抽象数学的概念に基づくものである。専門的科学文献は通常、非一
体型ハウスドルフ（Ｈａｕｓｓｄｏｒｆ）寸法を持つこれらの幾何学的オブジェ
クトをフラクタルとして定義している。これは、このような幾何学的形状に基づ
いたアンテナは、その形状が科学的な意味において厳密にはフラクタルではない
もののこれまで開発され科学的文献に広く記載されていることは真実であるにし
ろ、フラクタルオブジェクトが抽象または概念としてのみ存在し、この幾何学的
形状は具体的なオブジェクトまたは図面では（厳密には）考えられないというこ
とを意味する。これらのアンテナのいくつかはマルチバンド挙動（そのインピー
ダンスおよび放射線図はいくつかの周波数バンドにおいて事実上一定のままであ
る）を示すものであるが、実際の環境での使用についてアンテナが要求されるす
べての挙動をそれら自体が提供するものとして行うものではない。従って、例え
ばシェルピンスキーのアンテナは、２倍に間隔をあけたＮバンドを持つマルチバ
ンド挙動を有するものであり、このような間隔をもつものであれば、通信ネット
ワークＧＳＭ９００ＭＨｚおよびＧＳＭ１８００ＭＨｚ（または）ＤＣＳに使用
するよう想達し得るかもしれないが、その放射線図およびサイズはこれらの周波
数には適さないため実際の環境において実際に使用することが阻まれる。端的に
は、マルチバンド挙動を提供することに加えてそれぞれの特定の用途に要求され
るすべての仕様を満たすアンテナを得るためには、フラクタル幾何学的形状を放
棄し例えばマルチレベル幾何学的形状のアンテナに頼ることがほとんど常に必要
である。一例としては、図１、３、４、５および６に示す構造はどれもフラクタ
ルではない。これらのハウスドルフサイズはすべてについて２に等しく、これら
の位相サイズに等しいものである。同様に、図７のマルチレベル構造はいずれも
フラクタルではなく、これらのハウスドルフサイズは位相サイズと同じく３に等
しい。
【００３３】 いずれにしろ、マルチレベル構造はアンテナアレーと混同するべきではない。
アレーは同一のアンテナのセットによって形成されることは真実であるものの、
これらにおいては、エレメントは電磁的には切り離されており、まさにマルチレ
ベルアンテナにおいて意図されているのと反対である。アレーにおいてはそれぞ
れのエレメントは、それぞれのエレメントのための特定の単一の送信器または受
信器、または単一の配給ネットワークにより単独で電力供給されている一方、マ
ルチレベルアンテナにおいては、構造体は数個のエレメントにおいて励起され残
りのエレメントは電磁的にまたは直接接続によって接続されている（隣接するエ
レメントの周辺または表面の５０パーセント未満の領域）。アレーにおいては、
個々のアンテナの方向性を工場するかまたは特定の用途に対する図を形成するこ
とが追及されるが、マルチレベルアンテナにおいてはマルチバンド挙動またはア
ンテナのサイズを縮小することを目的としており、このことはアレーとは用途が
完全に異なることを意味する。
【００３４】 説明のみを目的として、特定の環境および用途におけるマルチレベルアンテナ
（ＡＭ１およびＡＭ２）の動作モードの２つの非限定的な実施例を以下に記載す
る。
【００３５】 ＡＭ１モード このモデルは、ＧＳＭ９００（８９０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）およびＧＳＭ１
８００（１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）のバンドにおいて同時に作動し、水
平面においてセクタ放射線図を提供する、図８に示すマルチレベルパッチ型アン
テナからなるものである。アンテナは主にＧＳＭ９００および１８００携帯電話
の基地局において使用されるものと考えられる（ただしこれに限定されるもので
はない）。
【００３６】 マルチレベル構造体（図８、１０）またはアンテナパッチは、通常のガラス繊
維プリント回路基板上の印刷銅板からなる。マルチレベル幾何学的形状は、図８
に示すように頂上において結合され、外側周辺が高さ１３．９センチメートルの
等辺三角形の形状とされた状態の（図８．６）５つの三角形（図８．１〜８．５
）からなる。底辺の三角形は高さが８．２センチメートルであり（図８．７）、
２つの隣接する三角形とともに高さが１０．７センチメートルの三角形周辺を持
つ構造体を形成している（図８．８）。
【００３７】 マルチレベルパッチ（図８．１０）は、２２×１８．５センチメートルの矩形
アルミニウムのアース面（図８．９）に平行に搭載される。パッチとアース面と
の間隔は３．３センチメートルであり、この間隔は支持部材として作用する（図
８．１２）一対の誘電性スペーサによって維持されている。
【００３８】 アンテナへの接続はマルチレベル構造体における２つの点において行われる。そ
れぞれの動作バンド（ＧＳＭ９００およびＧＳＭ１９００）につき１つの点であ
る。励起は、集合面（ｍａｓｓ ｐｌａｎｅ）およびマルチレベル構造体に垂直
でありかつ近接して（ｂｙ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）（容量効果）電気的にパッチ
に接続されている金属シートによって容量的に仕上げられた金属ポストによって
行われる。これはパッチ構造アンテナにおいては標準的なシステムであり、これ
によりオブジェクトがその仕上げの容量効果によってポストの誘起効果を補償す
るものとする。
【００３９】 励起ポストの基部においては、エレメントとアンテナまたはコネクタへアクセ
スするポートとを相互に接続している回路が接続している（図８．１３）。この
相互接続回路は、いくつかの例を挙げるとマイクロストリップ、同軸またはスト
リップライン技術により形成してよく、ポストの基部において測定されるインピ
ーダンスを、入力／出力アンテナコネクタにおいて必要とされる（１．５におけ
るこのような用途では通常である定在波関係（ＳＷＲ）における典型的な許容量
を伴う）５０オームへと変換する従来の順応ネットワークを組み込んだものであ
る。このコネクタは一般に、マイクロセル基地局用Ｎ型またはＳＭＡ型である。
【００４０】 インピーダンスを順応させまた放射エレメントとの相互接続を行うのに付け加
えて、相互接続ネットワーク（図８．１１）は、アンテナが２つのコネクタ構造
（それぞれのバンドにつきひとつ）または両方のバンドに対する単一のコネクタ
に存在することを可能とするダイプレクサを備えていてよい。
【００４１】 二重コネクタ構造については、ＧＳＭ９００とＧＳＭ１８００（ＤＣＳ）端末
との間の絶縁性を高めるために、ＤＣＳバンド励起ポストの基部は、中央ＤＣＳ
波長における波長の半分に等しい電気的長さであり開回路で終わっている平行ス
タブに接続してよい。同様に、ＧＳＭ９００リードの端部において、開回路で終
わっており電気的長さがＧＳＭバンドの中央波長における波長よりわずかに長い
平行スタブが接続されていてよい。このスタブは、ポストの残存する誘起効果を
補償するために調整され得る静電容量を、接続の基部に誘導するものである。さ
らに、このスタブはＤＣＳバンドにおいて非常に低いインピーダンスを示すのも
のであり、このことはこのバンドにおけるコネクタ間の絶縁を助ける。
【００４２】 図９および１０は、二重マルチレベルアンテナのこの具体的な実施態様におけ
る典型的な電波挙動を示す。
【００４３】 図９はＧＳＭ（図９．１）およびＤＣＳ（図９．２）における、典型的にはー
１４ｄＢ（これはＳＷＲ＜１．５に等しい）での反射減衰量（Ｌτ）を示してい
る。これにより、アンテナは両方の動作バンド（８９０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚお
よび１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚ）において良好に順応される。
【００４４】 両方のバンドにおける垂直面（図１０．１および図１０．３）および水平面（
図１０．２および図１０．４）における放射線図を図１０に示す。アンテナは両
方とも、アンテナに垂直な方向（図１０．１および図１０．３）の主ローブを使
って放射しており、また水平面（図１０．２および図１０．４）において両方の
図面は３ｄＢにおいて６５°の典型的なビーム幅を伴った扇状であることを明ら
かに見て取ることができる。両方のバンドの典型的な方向性（ｄ）はｄ＞７Ｄｂ
である。
【００４５】 ＡＭ２モード このモデルは、室内または無線を使うローカルアクセス環境用のワイヤレス通
信システム用の、図１１に示す単極構造のマルチレベルアンテナからなる。
【００４６】 このアンテナは、システムＤＥＣＴを伴う設備などのような１８８０ＭＨｚ〜
１９３０ＭＨｚおよび３４００ＭＨｚ〜３６００ＭＨｚのバンドで同時に同様に
動作する。このマルチレベル構造体は３または５つの三角形によって形成されて
おり（図１１および図３．６を参照のこと）、これに誘電性ループを付け加えて
もよい（図１１．１）。アンテナは水平面において全方向性の放射を行い、屋根
または床への設置が主に考えられる（ただしこれに限定されない）。
【００４７】 マルチレベル構造体は、幅５．５センチメートル、高さ４．９センチメートル
、厚さ０．８ミリで３．３８の誘電率を持つロジャーズ（Ｒｏｇｅｒｓ）ＲＯ４
００３誘電性基板（図１１．２）に印刷される。マルチレベルエレメントは、頂
点で結合されている３つの三角形（図１１．３〜図１１．５）からなり、底辺の
三角形（図１１．３）は高さが１．８２センチメートルであり、一方マルチレベ
ル構造体の全高は２．７２センチメートルである。アンテナの全体サイズを縮小
するために、この特定の用途においては誘電ループ（１１．１）の台形の先端に
マルチレベルエレメントを取り付ける。これにより放射エレメントの全体サイズ
は４．５センチメートルとなる。
【００４８】 マルチレベル構造体は、（アルミニウムなどの）金属製で長さまたは直径が約
１８センチメートルの正方形または円形のアース面（図１１．６）に垂直に搭載
される。エレメントの底面頂点は集合面の中央に配置され、アンテナの励起点を
形成する。この点においては、放射エレメントを入力／出力コネクタに連結する
相互接続ネットワークが接続されている。この相互接続ネットワークは、いくつ
かの例を挙げるとマイクロストリップ、ストリップ線、または同軸技術によって
達成してよい。この特定の実施例においてはマイクロストリップ構造を採用した
。放射エレメントとコネクタとの間の相互接続に付け加えてネットワークは、マ
ルチレベルエレメントの頂上においてインピーダンスを入力／出力コネクタに必
要とされる５０オーム（Ｌτ＜−１４ｄＢ，ＳＷＲ＜１．５）に適合させて、イ
ンピーダンス変換器として使用してよい。
【００４９】 図１２および図１３は低バンド（１９００）および高バンド（３５００）にお
けるアンテナの電波挙動を概説するものである。
【００５０】 図１２は、両方のバンドの標準的な波形比（ＳＷＲ）を示している。図１２．
１は１８８０および１９３０ＭＨｚの間のバンドについて示しており、図１２．
２は３４００および３６００ＭＨｚの間のバンドについて示している。これらの
図は、反射減衰量が目的とする全体のバンドについて１４ｄＢ、すなわちＳＷＲ
＜１．５であるため、アンテナが良好に順応していることを示している。
【００５１】 図１３は典型的な放射図を示す。図（１３．１）、図（１３．２）および図（
１３．３）はそれぞれ、垂直面、水平面、およびアンテナ面において測定した１
９０５ＭＨｚにおけるものであり、図（１３．４）、図（１３．５）および図（
１３．６）はそれぞれ、垂直面、水平面、およびアンテナ面において測定した３
５００ＭＨｚにおけるものである。
【００５２】 水平面における全方向的な挙動、および垂直面における典型的な二重図を、１
９００バンドでは４ｄＢｉおよび３５００バンドでは６ｄＢｉより大きい値にお
ける典型的なアンテナ方向性とともに観察することができる。
【００５３】 このアンテナ挙動において、この挙動は両方のバンド（ＳＷＲおよび図面の両
方）について非常に類似しており、このことがこれをマルチバンドアンテナとし
ている点に留意するべきである。
【００５４】 ＡＭ１およびＡＭ２アンテナは両方とも典型的には、電磁放射を事実上透過さ
せる誘電性レドームでコーティングされて、放射エレメントおよび接続ネットワ
ークを外部からの侵害から保護するとともに美しい外見を施すこととなっている
。
【００５５】 理解においてこの説明を拡大することにより、当該分野の熟練者がその範囲お
よびこれにより得られる利点を理解するとともにこれを再生することができるよ
うにする必要があるとは考えられない。
【００５６】 しかしながら、上の説明は好適な実施態様にのみ関連するものであるため、こ
の要点の範囲内において詳細のさまざまな改変を導入し、かつ、全体またはその
部品のいずれかを生産するにあたり使用するサイズおよび／または材料も保護さ
れることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 三角形の多角形だけを備えるマルチレベルエレメントの特定的な
例を示す。
【図２】 複数の構成のマルチレベルアンテナのアセンブリの例、つまりモ
ノポール（２．１）、ダイポール（２．２）、パッチ（２．３）、共面アンテナ
（２．４）、ホーン（２．５〜２．６）、およびアレイ（２．７）を示す。
【図３】 三角形に基づいたマルチレベル構造の例を示す。
【図４】 平行六面体に基づいたマルチレベル構造の例を示す。
【図５】 五角形に基づいたマルチレベル構造の例を示す
【図６】 六角形に基づいたマルチレベル構造を示す。
【図７】 多面体に基づいたマルチレベル構造を示す。
【図８】 ＧＳＭ（９００ＭＨｚ）およびＤＣＳ（８００ＭＨｚ）セルラー
電話の基地局のパッチ構成でのマルチレベルアンテナの特定的な稼動モードの例
を示す。
【図９】 前記図に記述されるマルチレベルアンテナの入力パラメータ（５
０オームでの戻り損失）を示す。
【図１０】 図８：水平面および垂直面のマルチレベルアンテナの放射線図
を示す。
【図１１】 屋内無線通信システム用のモノポール構成における、または無
線アクセスローカルネットワーク環境におけるマルチレベルアンテナの特定的な
運転モードの例を示す。
【図１２】 前記図のマルチレベルアンテナの入力パラメータ（５０オーム
での戻り損失）を示す。
【図１３】 図１１のマルチレベルアンテナの放射線図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 カルメン・ボルハ・ボラウ スペイン、エ−08024バルセロナ、トブ ラ・デ・ダルト67番 (72)発明者 ハウメ・アンゲラ・プロス スペイン、エ−12500ビラノス、ペエセエ セヘ・ブラスコ・イバニェス15番 (72)発明者 ホルディ・ソレル・カスタニー スペイン、エ−08302マタロ、カリェ・フ ライ・ルイス・デ・レオン21番 Ｆターム(参考） 5J045 AA02 AA03 DA10 HA06 NA01 5J046 AA01 AA04 AB13 PA07

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マルチレベルアンテナであって、該マルチレベルアンテナが
    必ずしも同じサイズである必要はないが、同じ種類（同じ数の側面および面）の
    多角形エレメントまたは多面体エレメントの集合である少なくとも１つのマルチ
    レベル構造体を含み、マルチレベル構造体およびそれを形成する多角形または多
    面体が異なる幾何学形状を有し、前記多角形または多面体が、エレメント間の接
    触の領域が周辺部の主要部分、または多角形または多面体の少なくとも大部分に
    おける領域をカバーしないように、かつエレメント間の接触の領域が周辺部ある
    いは多角形または多面体の少なくとも７５％において領域の５０％以下となるよ
    うに互いに電磁的に結合され、それによりマルチレベル構造体内で、それを形成
    する多角形または多面体の大多数を幾何学的に区別することを可能にすることを
    特徴とする、マルチレベルアンテナ。
  2. 【請求項２】 マルチレベル構造体がもっぱら三角形によって形成されるこ
    とを特徴とする、請求項１に記載のマルチレベルアンテナ。
  3. 【請求項３】 マルチレベル構造体が、四角形、五角形、六角形、七角形、
    八角形、十角形、十二角形、円または楕円などの、もっぱら単一種類の多角形に
    よって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のマルチレベルアンテナ。
  4. 【請求項４】 前記マルチレベル構造体が、もっぱら多面体、円筒形または
    円錐によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のマルチレベルアン
    テナ。
  5. 【請求項５】 マルチレベル構造体が、モノポール構成で接地面に垂直に取
    り付けられることを特徴とする、上記請求項に記載のマルチレベルアンテナ。
  6. 【請求項６】 マルチレベル構造体が、パッチアンテナ構成またはマイクロ
    ストリップアンテナ構成で接地面に平行に取り付けられることを特徴とする、請
    求項１〜３に記載のマルチレベルアンテナ。
  7. 【請求項７】 パッチ構成のアンテナの中で、マルチレベルエレメントが、
    複数のレベルに寄生パッチを備える、平らなマイクロストリップ構造またはパッ
    チ構造の放射エレメントの１つであることを特徴とする、請求項５または６に記
    載のマルチレベルアンテナ。
  8. 【請求項８】 マルチレベル構造体が、ダイポール構成アンテナの両方のア
    ーム、共面構成のアンテナの一部、角錐状のホーンの面の少なくとも１つを形成
    することを特徴とする、請求項１〜３に記載のマルチレベルアンテナ。
  9. 【請求項９】 マルチレベル構造体またはその周辺部が、円錐ホーン型また
    は角錐ホーン型のアンテナの断面を形成することを特徴とする、請求項１〜４に
    記載のマルチレベルアンテナ。
  10. 【請求項１０】 マルチレベル構造体の周辺部が、螺旋型アンテナの少なく
    とも１つのループの形状を決定する、請求項１〜４に記載のマルチレベルアンテ
    ナ。
  11. 【請求項１１】 アンテナのアレイの一部であり得ることを特徴とする、請
    求項１〜４に記載のマルチレベルアンテナ。
  12. 【請求項１２】 マルチレベル構造体が、導電性材料、超導電性材料または
    誘電材料、あるいはその組み合わせから構築されることを特徴とする、請求項１
    〜４に記載のマルチレベルアンテナ。
  13. 【請求項１３】 マルチレベル構造体が、金属構造体、超導電性構造体また
    は誘電構造体の中に作られる空間の幾何学形状に適合することを特徴とする、請
    求項１２に記載のマルチレベルアンテナ。
  14. 【請求項１４】 アンテナがマルチバンド動作を有する、すなわちインピー
    ダンスおよび放射線図のそのレベルが複数の周波数バンドで類似し、その結果ア
    ンテナが前記バンドでの基本的に同じ放射電気作動性および機能性を維持するよ
    うに、複数の周波数バンドで類似することを特徴とする、請求項１〜４に記載の
    マルチレベルアンテナ。
  15. 【請求項１５】 アンテナが、その周辺部が、マルチレベル構造体で範囲を
    定められ、同じ周波数（共振の同じ周波数）で動作する円形アンテナ、正方形ア
    ンテナまたは三角形アンテナに比較して小さいサイズを有することを特徴とする
    、請求項１〜４に記載のマルチレベルアンテナ。
  16. 【請求項１６】 マルチバンド動作により、それが複数の周波数で同時に動
    作できるようになり、それによって複数の通信サービスまたはシステムによって
    共用できるようになることを特徴とする、請求項１４に記載のマルチレベルアン
    テナ。
  17. 【請求項１７】 通信端末（送信機または受信機）内、車両内、通信衛星、
    またはレーダシステム内で移動電話の基地局のために適用されることを特徴とす
    る、請求項１４に記載のマルチレベルアンテナ。
  18. 【請求項１８】 非効率的に放射するそれらのケースでのマルチレベル構造
    体、マルチバンド共振器または小型共振器として使用できることを特徴とする、
    請求項１〜４に記載のマルチレベルアンテナ。
  19. 【請求項１９】 アンテナが、マルチレベルエレメントに加えて、構造体を
    入出力コネクタにリンクし、インピーダンス、フィルタまたはダイプレクサ用の
    適応ネットワークを組み込むために使用されてもよい相互接続回路を組み込むこ
    とを特徴とする、請求項１〜４に記載のマルチレベルアンテナ。
  20. 【請求項２０】 マルチレベル構造体が、そのサイズ、共振周波数、放射線
    図、またはインピーダンスを変更するために容量性エレメントまたは誘導性エレ
    メントを装填されることを特徴とする、請求項１〜４に記載のマルチレベルアン
    テナ。
  21. 【請求項２１】 第１レベル構造体と呼ばれる、同じ種類（同じ特徴的な多
    角形または多面体、同数、エレメントの間の配列および結合）の複数のマルチレ
    ベル構造体が、第１レベルマルチレベル構造体を形成する多角形エレメントまた
    は多面体エレメントの方法に類似した方法でより高位の構造体でまとめられてよ
    いことを特徴とする、請求項１〜４に記載のマルチレベルアンテナ。
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