JPH09107229A - 異なる開口部形状を有する平面および非平面型二重ｃ−パッチ・アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で高性能の二重Ｃ−パッチ・アンテナを
提供すること。 【解決手段】 短絡二重Ｃ−パッチ・アンテナは切りつ
められた接地板と、接地板に面する第一の表面と対向す
る第二の表面を有する誘電体材料の層と、誘電体層の第
二の対向する表面を被覆する導電層とを有する。導電層
は放射パッチを形成し、かつ導電層の第一の辺に沿って
伸長する長さと、対向して位置する第二の辺に向かって
伸長する幅を有する非矩形（例えば、放物線、三角形、
五角形）開口部を有する。長さは第一の辺の長さの約２
０％から約３５％に等しい値を有する。アンテナはさら
に導電層の第三の辺に隣接する領域で導電層を接地板に
短絡するための導電性通路すなわち給電通路を有する。
アンテナは１またはそれより多い軸の周囲に湾曲してい
ても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロストリップ
構造のアンテナに係り、より具体的にはＣ−パッチ構造
のアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｇ．コシアヴァス、Ａ．パピアニク、
Ｊ．Ｐ．ボイセットと、Ｍ．ソーヴァンによる１９８８
年１２月１５日付の「Ｃ−パッチ：小型マイクロストリ
ップ素子」（"C-Patch: A samall Microstrip Elemen
t", 15 December 1988, G. Kossavas,A. Papiernik, J.
P. Boisset and M. Sauvan) と題する文献中に、ＵＨＦ
とＬ帯域で動作する放射素子が記述されている。Ｃ−パ
ッチの寸法は、同じ周波数で動作する、比較的かさばる
通常の方形または円形の素子の寸法より小型である。一
般的に放射素子の寸法は共振周波数に反比例する。

【０００３】図１２を参照すると４１３ＭＨｚで動作す
るＣ−パッチ・アンテナが示されており、これには略方
形の導電性の放射素子であるパッチ５には、部分的にパ
ッチを横断して伸びる開口部が形成されている。４１３
ＭＨｚで動作する場合、開口部の幅ｄ（１２．５ｍｍ）
はパッチの全幅（長さ＝幅＝６２．５ｍｍ）の２０％で
あり、一方１．３８ＧＨｚ（Ｌ帯域）で動作する場合に
は、開口部の幅ｄ（５．５ｍｍ）はパッチの幅（長さ＝
２２ｍｍ、幅＝３３ｍｍ）の約１６．７％である。この
アンテナ形状は通常の方形または円形アンテナに比較し
て、帯域幅はやや狭いが、面積当たり３倍から４倍の利
得を得ることができる。同軸フィーダ線とのインピーダ
ンス・マッチングの良さが、直線形極性をもつ全方向性
放射パターンとともに、Ｃ−パッチアンテナの特徴とし
てあげられる。

【０００４】一般に、マイクロストリップ・アンテナ
は、軽量、平らな形状、低製造原価と及び集積回路との
相性の良さといった長所があることで知られている。最
も広く使用されているマイクロストリップ・アンテナ
は、通常の半波長または１／４波長の矩形パッチアンテ
ナである。円形パッチ、三角形パッチ、環状マイクロス
トリップアンテナ、および上記のＣ−パッチ・アンテナ
等の他の形状のマイクロストリップ・アンテナが研究さ
れ、種々の文献で報告されている。

【０００５】英国ロンドン市のＰ．ペレグリナス社から
１９８９年に出版された、Ｊ．Ｒ．ジェームスと、Ｐ．
Ｓ．ホールの編集による「マイクロストリップ・アンテ
ナ便覧」第二巻第１９章の第１０９２頁〜第１１０４頁
(Handbook of Microstrip Antennas" ,Volume 2, Ch.1
9, Ed. by J.R. James and P.S. Hall, P. PeregrinusL
td.,London, U.K. (1989), pgs. 1092-1104)には、携帯
式装置用のマイクロストリップ・アンテナの使用につい
て記述されている。

【０００６】これには、ウインドウ・リアクタンス負荷
型マイクロストリップ・アンテナ（ＷＭＳＡ）が、１０
９９頁に記述され、１９．３３図〜１９．３６図に図示
されている。１／４波長マイクロストリップ・アンテナ
（ＱＭＳＡ）と比較して、パッチの長さを減少させるた
めに、狭いリアクタンス・ウインドウ、すなわち隙間が
パッチ上に形成されている。リアクタンス成分の値は、
隙間の幅（長軸に沿った）を変化させることによって変
更される。１９．３６ａ図はアンテナ構造中でリアクタ
ンス成分を構成する２本の同一直線上の狭いスリットを
形成することによって、放射パッチの長さを縮めること
が出来ることを示している。しかしながらこのように狭
いスリットは放射素子としては機能しないので、機能の
点で上記のＣ−パッチ・アンテナに形成された比較的大
きな開口部と同じではない。

【０００７】ところで、いわゆるＰＣカードはパーソナ
ル・コンピュータ、パーソナルコミュニケータ、または
他の電子機器用の場所をとらないアダプタである。図１
３に示すように、ＰＣカード１は、通常のクレジットカ
ードと同じような大きさと形状で、国際パーソナル・コ
ンピュータ・メモリ・カード協会（ＰＣＭＣＩＡ）によ
って定められている規格と物理的、電気的に互換性を有
するインターフェイス３を備えている携帯式コンピュー
タ・システム２で使用できる。この点に関しては、１９
９２年の米国のコンピュータ・テクノロジ・レビュー誌
の第４３〜第４８頁のＪ．グリーナップによる「ＰＣＭ
ＣＩＡ ２．０はＩ／Ｏカード、端末拡張を支援する」
(Greenup, J. 1992, "PCMCIA 2.0 Contains Support fo
r I/O Cards, Peripheral Expansion", Computer Techn
ology Review, U.S.A., 43-48)に開示されている。

【０００８】ＰＣカードによって、コンピュータ・シス
テムの購入後に、基本性能を向上させることが可能とな
る。ＰＣＭＣＩＡ ＰＣカードの着脱に際しては、シス
テムの電源を切らずに、あるいはパーソナル・コンピュ
ータ・システム機器のカバーを外すことなく行なうこと
ができる。

【０００９】ＰＣカード１は、長さと幅とが８．５６×
５．４ｃｍのＰＣＭＣＩＡ規格の寸法になっている。し
かしＰＣＭＣＩＡ ＰＣカード１の厚さは、機能の種類
によって異なる。たとえばタイプIIＰＣＭＣＩＡ ＰＣ
カードは０．５ｃｍの厚さが規定されている。タイプII
ＰＣＭＣＩＡ ＰＣカードは、メモリーの増設や、ワイ
ヤレス・モデム、ポケットベル、ＬＡＮ、ホスト通信等
のＩ／Ｏ機能に使用される。

【００１０】このようなＰＣカードはまた、ラップトッ
プ、ノート型、パームトップ型のパーソナル・コンピュ
ータや、ＰＣＭＣＩＡと互換性を有するインターフェイ
スを持つその他のコンピュータ・システムに、無線通信
機能を持たせる。ＰＣカードはまた、コンピュータに接
続されていないときには、独立した無線通信カードとし
て機能することが出来る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そのような用途のため
には、ＰＣカードに等方向性放射パターンを有する小型
の内蔵アンテナを装備する必要がある。ＰＣＭＣＩＡ無
線通信カードは、手持ちで使用され、かつ／または使用
者のポケット中で使用されるので、アンテナは人体の近
傍で受ける影響をほぼ免れるようにする必要がある。さ
らに、携帯式ＰＣＭＣＩＡ通信カードは普通、使用中に
一定の方向に向けられてはおらず、そのため、マルチパ
ス反射と、極性の回転から悪影響を受ける。それゆえア
ンテナは垂直と水平の偏波の両者に感度が良くなければ
ならない。さらに、アンテナは自由空間で使用されたと
きと、通常の携帯式コンピュータのＰＣＭＣＩＡタイプ
IIスロットで使用されたときとで、同じ共振周波数、入
力インピーダンスおよび放射パターンを示すことが好ま
しい。

【００１２】これらの様々な要件を満たすアンテナの設
計には、大きな課題に直面することが理解されよう。

【００１３】さらに、９００ＭＨｚクラスのデジタルコ
ードレス電話用の、効率の良い内蔵集積化アンテナの開
発に関心が高まっている。高性能内蔵アンテナは、超小
型で簡単な構造と、広帯域、準等方向性放射パターンを
持ち、人体の近傍で受ける影響が殆どないことが必要と
される。また、携帯式コードレス電話機は、通常、使用
中に一定の方向に向けられてはいない。このため、この
電話機のアンテナは垂直及び水平の極性を持つ電波に感
度が良くなければならない。

【００１４】ホイップ型、スリーブ・ダイポール型、ヘ
リカル型等の外部アンテナは、電波の一方向の偏波のみ
の感度が良好となる。その結果、アンテナの方向が固定
されていない携帯式コードレス電話での使用には最適で
はない。さらに、このような外部アンテナが電話の使用
者の近傍で操作されると、その放射パターンが著しく変
化することが知られている。その上、放射電力の相当部
分が使用者の身体によって減衰される。

【００１５】マイクロストリップ・アンテナは特に内蔵
アンテナが必要とされるときには、小型携帯式コードレ
ス電話用に最も好ましいタイプの１つである。マイクロ
ストリップ・アンテナは大変薄い小型の構造に製造でき
るので、様々なタイプの携帯式機器に容易に適合でき
る。マイクロストリップ・アンテナの使用で考慮されな
ければならない主要な問題は、その帯域が狭いことであ
る。具体的には、アンテナの厚さにもよるが、通常１％
より少ない。大半の携帯式コードレス電話は、９００Ｍ
Ｈｚで少なくとも３％または４％のインピーダンス帯域
を有するアンテナを必要とする。

【００１６】矩形パッチアンテナにギャップ結合された
寄生素子が、通常の半波長矩形マイクロストリップ・ア
ンテナのインピーダンス特性の改善に使用されてきた。
このような場合、隣接した周波数で共振する寄生素子と
駆動素子とは、広い帯域の周波数にわたって平坦なイン
ピーダンス特性を与える。しかしながら、これらの構造
は、アンテナ全体のサイズを相当増加させるという問題
があった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記のおよび他の問題
は、本発明に従って構成されるアンテナ構造によって解
決される。さらに詳しくは、本発明は第一の実施例で、
大変小さな（切りつめられた）接地板上の複数の非矩形
開口部を有する二重Ｃ−パッチ・アンテナを提供する。
非矩形開口部は異なる偏波に対する感度を増大させる。
さらに他の実施例では、短絡された二重Ｃ−パッチ・ア
ンテナは非平坦な構造を有することが示され、また１ま
たはそれ以上の軸の周囲に湾曲している。

【００１８】本発明はさらにデータプロセッサに挿入す
るようなされたモジュールを提供する。モジュールは、
それをデータプロセッサに電気的に結合するインターフ
ェイスと、インターフェイスに双方向的に結合されたモ
デムと、モデムの出力に接続された入力を有するＲＦエ
ネルギ送信機と、モデムの入力に接続された出力を有す
るＲＦエネルギ受信機、およびＲＦエネルギ送信機の出
力と、ＲＦエネルギ受信機の入力とに電気的に接続され
た、非矩形開口部を有する短絡された二重Ｃ−パッチ・
アンテナを有する。

【００１９】短絡された二重Ｃ−パッチ・アンテナは、
接地板と、接地板上に載置される第一の表面とそれに対
面する第二の表面とを有する誘電体材料により形成され
る誘電体層と、誘電体層の第二の対面する表面上を被覆
する導電層とから構成されている。導電層は概むね平行
四辺形であり、導電層の第一の辺に沿って伸びる長さ
と、対向して配置される第二の辺へと伸びる幅を有する
非矩形の開口部を備えている。長さは第一の辺の長さの
約２０％から約３５％の範囲の値である。現在の好まし
い部分的に短絡された実施例では、アンテナはさらに導
電層の第三の辺に隣接する領域で、導電層を接地板に短
絡するための導電性通路すなわち給電通路を備えてい
る。アンテナはまた、その導電層を送信機の出力、およ
び受信機の入力へと結合するためのカプラを備えてい
る。

【００２０】開口部の幅は、導電層の幅より約１５％か
ら約４０％少ない値であり、かつ、第三の辺から開口部
の長さに概むね等しい距離に位置する。

【００２１】接地板は切りつめられていて、導電層の寸
法にほぼ等しい寸法を有している。

【００２２】本発明の一実施例では、モジュールは８．
５ｃｍ×５．４ｃｍ×０．５ｃｍの寸法を有する無線通
信用ＰＣカードであり、ＰＣＭＣＩＡタイプIIＰＣカー
ドと互換性を有する形と適合性を有している。本発明の
他の好ましい実施例では、二重Ｃ−パッチ・アンテナ
は、手持ちの無線電話機に内蔵されている。

【００２３】開口部形状は、例えば、三角形、放物線、
楕円または五角形であっても良い。アンテナの曲面は一
般的に凸面でも凹面でも良く、また一軸の回りでも、二
軸の回りでも良い。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は、モハメッド・サナドによ
り発明され、同様に譲渡された「標準型ＰＣカードに内
蔵される小型二重Ｃ−パッチ・アンテナ」と題する、１
９９５年３月３１日付で出願された米国特許出願番号第
０８／４１４，５７３の発明に従い、矩形の開口部１２
ａと１２ｂとを有する、二重Ｃ−パッチ・アンテナ１０
の形状を示す構造図である。この二重Ｃ−パッチ・アン
テナ構造は、コシアヴァスその他により記述された文献
中に記載された単一開口部に対して、２つの放射開口部
１２ａと１２ｂを有することで著しく異なる。アンテナ
１０は点１４で同軸フィーダ線で給電されている。点１
４は、２つの開口部１２ａと１２ｂの間で非対称的、す
なわち、開口部の一方に他方より近く位置している（図
１では開口部１２ｂ側）。２つの開口部１２ａと１２ｂ
との間の領域は、アンテナ１０のゼロ電位平面である。

【００２５】図１の背面に設けられた接地板（図示せ
ず）は、アンテナ１０の背面を被覆しており、アンテナ
１０の金属皮膜１８が中間の誘電体層１６によって分離
されている。誘電体層１６は開口部１２ａと１２ｂに一
致する領域内で露出されている。アンテナ素子間の様々
な空間的関係は、後述する部分的に短絡された実施の形
態の説明を通して明らかにされるが、図１の実施の形態
は図２の実施の形態と実質的に同じである。

【００２６】一般に、特定の共振周波数について考える
と、図１のアンテナ１０は通常の半波長矩形マイクロス
トリップ・アンテナより小型である。さらに特定の共振
周波数について、アンテナ１０は図１２に示された従来
のＣ−パッチ・アンテナ５より小型である。しかしなが
ら、（ＰＣＭＣＩＡ対応のような）一部の応用では、二
重Ｃ−パッチ・アンテナ１０の全体面積は、それでも大
きすぎる。

【００２７】図２と図３は先程引用したモハメッド・サ
ナドにより発明され、同様に譲渡された「標準型ＰＣカ
ードに内蔵される小型二重Ｃ−パッチ・アンテナ」と題
する、１９９５年３月３１日付で出願された米国特許出
願番号第０８／４１４，５７３の発明による、部分的に
短絡された二重Ｃ−パッチ・アンテナ２０を図示してい
る。ここには、二重Ｃ−パッチ・アンテナ２０の全体の
長さを図１に示される長さのほぼ１／２に短縮するため
に、２つの開口部の間にあって基本モードで励起される
アンテナ１０のゼロ電位平面を、複数の導電通路または
柱２４によって短絡する。部分的に短絡された二重Ｃ−
パッチ・アンテナ２０のサイズをさらに小さくするため
に、短絡された縁２０ａの全長の一部のみが短絡され
る。（それゆえ「部分的に短絡された」と表現される） 部分的に短絡した実施の形態が、ここでは選択されてい
るが、縁２０ａに沿って連続的に短絡することも本発明
の範囲に含まれる。例えば、接地板２２を放射パッチ金
属被覆３０に短絡するために、ある長さの導電材料（図
３の２１で示される導電性テープ）を、縁２０ａの周囲
に巻くことも可能である。

【００２８】部分的に短絡された縁２０ａの全長は、ア
ンテナ２０の幅（Ｗ１）として定義され、一方アンテナ
の長さ（Ｌ１）は部分的に短絡された縁２０ａと、部分
的に短絡された縁２０ａに平行な主放射縁２０ｂの間の
距離である。部分的に短絡された縁に平行な矩形開口部
２６の辺は開口部２６の幅（Ｗ２）として定義され、一
方、幅（Ｗ２）に垂直な開口部の辺は開口部長さＬ２と
して定義される。部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ・
アンテナ２０の長さ（Ｌ１）は、同じ周波数で共振し、
同じ幅と厚さとを有する通常の１／４波長の短絡された
矩形マイクロストリップ・アンテナの長さの１／２以下
である。図２での長さと幅の表現法は、図１２の従来の
Ｃ−パッチ・アンテナの説明と逆になっていることに注
意されたい。

【００２９】更に、図１の二重Ｃ−パッチ・アンテナの
実施の形態、特に開口部１２ａと１２ｂとの間にゼロ電
位平面が存在することが、図２の部分的に短絡した実施
例の形態の形成を可能にしたことに注意されたい。すな
わち、図１２に示される通常のＣ−パッチ・アンテナに
は、このような対称形が存在しないために、放射パッチ
を接地板に短絡させることは、（もし可能であったとし
ても）容易ではない。

【００３０】（実施例１）部分的に短絡された二重Ｃ−
パッチ・アンテナ２０の実施例の一例は、ＩＳＭ、セル
ラー、およびポケットベルの周波数帯として米国で使用
割り当てされている周波数に近い、ほぼ９００ＭＨｚで
共振するよう設計されている。アンテナ２０の全体のサ
イズ（Ｌ１×Ｗ１）は、２．７ｃｍ×２．７ｃｍであ
る。アンテナ２０には例えば誘電率２．９４と損失タン
ジェント０．００１２を有するジュロイド（Duroid) ６
００２から成る誘電体層２８を用いる。この誘電体層２
８の厚さは０．１０１６ｃｍである。

【００３１】接地板２２とパッチアンテナ金属被覆３０
とを形成する電気メッキされた銅被覆の密度は、一平方
フィート当たり０．５ｏｚである。

【００３２】開口部２６の長さ（Ｌ２）は０．７ｃｍ
で、開口部２６の幅（Ｗ２）は２ｃｍであり、かつ開口
部２６の縁は部分的に短絡された縁２０ａから０．６ｃ
ｍ（図３で距離Ｄとして示されている）に位置してい
る。すなわち、好ましい実施例では距離ＤはほぼＬ２に
等しい。アンテナ２０の入力インピーダンスは、ほぼ５
０ｏｈｍで、アンテナは同軸ケーブル３２から同軸的に
給電されることが好ましく、同軸ケーブル３２の内導体
３２ａは接地板２２の開口部と誘電体層２８とを通り、
点３４でアンテナ放射パッチ金属被覆３０に半田付けさ
れる。

【００３３】ケーブルのシールド線３６は、点３８で接
地板２２に半田付けされる。５０ｏｈｍ入力インピーダ
ンスの同軸信号給電点３４は、部分的に短絡された縁２
０ａからほぼＤ／２、また長さＬ１に平行な２つの対向
辺からＷ１／２の距離に位置することが好ましい。ある
実施例についての給電点３４の正確な位置は、望ましい
入力インピーダンスの関数である。ほぼ２ｍｍの空き領
域４０がアンテナ２０の放射縁２０ｂと、誘電体層２８
の縁との間に残されている。

【００３４】アンテナ２０の動作に対して、人体の影響
はごく僅かであることが確認された。その理由はこのよ
うな二重Ｃ−パッチ・アンテナ構造は、主として電流よ
りは磁気流によって励起されるからである。さらに、ア
ンテナ２０の接地板２２がまた、ＰＣＭＣＩＡ通信カー
ド１の回路部品や、ＰＣＭＣＩＡスロット３にあるその
他の金属材料といった隣接する材料に対するシールドと
して機能するからである。

【００３５】アンテナ２０の接地板２２は、切りつめら
れていることが好ましい。開示されている実施例では、
接地板２２の寸法は放射パッチ３０のそれと殆ど等し
い。これにより、また部分的に短絡された二重Ｃ−パッ
チ・アンテナ２０の形状によって、発生される放射パタ
ーンは等方向性となる。さらに、アンテナ２０は垂直お
よび水平偏波の両者に対して感度を得ることができる。
さらにアンテナ２０の全体のサイズは、普通無限大の接
地板の寸法をとる通常の１／４波長矩形マイクロストリ
ップ・アンテナよりずっと小型である。

【００３６】また、部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ
・アンテナ２０の接地板２２を切りつめても、アンテナ
の効率に不利な影響を与えないという結果が得られた。
これは放射縁に沿って接地板を切りつめると利得が相当
減少する通常の矩形マイクロストリップ・アンテナとは
明らかに異なる。

【００３７】短絡された二重Ｃ−パッチ・アンテナ２０
の生産性を向上させるために、短絡された縁２０ａの電
気短絡回路は、少数（好ましくは少なくとも３ケ）の比
較的薄い（例えば０．２５ｍｍ）短絡柱２４が形成され
る。しかしながら、前述したように、縁２０ａの全体ま
たは大半を覆う連続短絡回路を使用することも本発明の
範囲に入っている。

【００３８】部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ・アン
テナ２０は、規則的な形をしていないので、アンテナの
動作に対する、ＰＣＭＣＩＡカードの回路部品や、ＰＣ
ＭＣＩＡスロットの金属材料の影響を理論的に研究する
ことは困難である。それゆえ、ＰＣＭＣＩＡタイプIIス
ロットの内部と外部での、部分的に短絡された二重Ｃ−
パッチ・アンテナ２０の性能は、実験的に決定された。

【００３９】図４を参照すると、測定の際に、アンテナ
２０はＰＣＭＣＩＡカード１′の外縁１ａ′の近傍に位
置し、アンテナ２０の主放射縁２０ａは外方（すなわち
挿入されたときのスロットドアに向かって）に面してい
る。この場合、またＰＣＭＣＩＡカード１′がＰＣＭＣ
ＩＡスロット３の内部に完全に挿入されたときには、ア
ンテナ２０の主放射縁２０ａはスロット３の外部ドアに
ほぼ平行で、その近傍に位置する。図４では明らかでな
いが、ＰＣＭＣＩＡカード１′が挿入された状態ではア
ンテナ２０はＰＣＭＣＩＡカードのケースの外蓋内部に
入っており、使用者には見えない状態になっている。

【００４０】図５は短絡された、または部分的に短絡さ
れた二重Ｃ−パッチ・アンテナを有するように作られた
無線通信用ＰＣＭＣＩＡカード１′の概略ブロック図で
ある。また、図４を参照すると、カード１′はＰＣＭＣ
ＩＡカード１′を双方向的にホスト・コンピュータ２に
接続するＰＣＭＣＩＡ電気インターフェイス４０を備え
ている。ＰＣＭＣＩＡカード１′は、デジタル・モジュ
レータ／デモジュレータ（ＭＯＤＥＭ）４２と、ＲＦ送
信機４４と、ＲＦ受信機４６と、部分的に短絡された二
重Ｃ−パッチ・アンテナ２０（図２および図３参照）と
により構成されている。ＰＣＭＣＩＡカード１′はま
た、アンテナ２０を送信機４４の出力端子と、受信機４
６の入力端子に接続するために、ダイプレクサ４８を設
けている。コンピュータ２から外部へ送信されるデジタ
ル信号情報、デジタル・ポケットベル情報、またはデジ
タル化された言語等の送信されるべき情報は、増幅され
てアンテナ２０から送信される前にＲＦ搬送波で変調さ
れるため、モデム４２に送られる。一方、デジタル信号
情報、デジタル・ポケットベル情報、またはデジタル化
された言語等の外部より受信された情報がアンテナ２０
で受信されると、受信機４６で増幅され、ベースバンド
・デジタル・通信と信号情報とをコンピュータ２に送り
出すためにモデム４２で復調される。このように、送信
されるべきデジタル情報は、インターフェイス４０を経
由してホスト・コンピュータ２から受信され、一方受信
されたデジタル情報はホスト・コンピュータ２にインタ
ーフェイス４０を経由して出力される。

【００４１】アンテナ２０をＰＣＭＣＩＡタイプIIスロ
ット３に挿入しても、アンテナの共振周波数と反射減衰
量とに殆ど影響がないことが確かめられた。対応する放
射パターンを水平面で測定した。これらの測定で、アン
テナ２０を投射電波の極性に対するその性能の依存度を
確かめるために、垂直および水平の偏波に晒した。放射
パターンはほとんど等方向性で、極性に依存しないこと
が確かめられた。さらに、ＰＣＭＣＩＡタイプIIスロッ
ト３内部でのアンテナ２０の性能は優秀で、スロット外
での性能とほぼ同一であった。他の極性平面でも同様の
結果が得られた。水平面は使用用途で最も重要な動作環
境であり、ＰＣＭＣＩＡカード１′がパーソナル・コン
ピューターの内のＰＣＭＣＩＡスロット３の内部で動作
している場合には特に重要である。その理由はパーソナ
ル・コンピューターは、通常、水平位置で操作されるか
らである。

【００４２】異なる携帯式コンピュータのＰＣＭＣＩＡ
スロットの内部で測定が繰り返され、同様の結果が得ら
れた。これらの測定は、そのＰＣＭＣＩＡスロット３の
内部にアンテナ２０を装着したパームトップ・コンピュ
ータを手持ちで、また使用者のポケットに入れて繰り返
された。これにより、人体はアンテナ２０の性能に殆ど
影響しないことが見出された。

【００４３】上述したように、小型の（部分的にまたは
連続的に）短絡された二重Ｃ−パッチ・アンテナ２０
は、切りつめられた地板上で、無線通信ＰＣＭＣＩＡカ
ード１′に一体化することに成功したことが示された。
すなわち、短絡された二重Ｃ−パッチ・アンテナ２０
は、自由空間でもパーソナル・コンピューターのＰＣＭ
ＣＩＡスロツト３の内部でも同じ動作特性になる。アン
テナ２０を内蔵するＰＣＭＣＩＡカード１′は、その向
きに関係なくいずれの方向からの受信にも良好な受信感
度が得られた。その理由は短絡された二重Ｃ−パッチ・
アンテナ２０は、等方向性の放射パターンをもち、垂直
方向と水平方向の偏波の両者に対する感度を有している
からである。さらに、短絡された二重Ｃ−パッチ・アン
テナ２０は、人体の直近での優れた性能を示す。その結
果、無線通信ＰＣＭＣＩＡカード１′は、手持ちの場合
でも、使用者のポケットの中で動作するいずれの場合で
も、高い受信感度を示す。

【００４４】前述のモハメッド・サナドにより発明さ
れ、同様に譲渡された「標準型ＰＣカードに内蔵される
小型二重Ｃ−パッチ・アンテナ」と題する、１９９５年
３月３１日付の出願になる米国特許出願番号第０８／４
１４，５７３に開示された、二重Ｃ−パッチ・アンテナ
の様々な実施例を開示したので、二重Ｃ−パッチ・アン
テナの様々な改良と、追加の実施例を以下に示す。

【００４５】図６（ａ）は図１に示された２つの矩形開
口部１２ａと１２ｂに代えて、２つの三角形の開口部５
２ａと５２ｂとを備えた二重Ｃ−パッチ・アンテナ５０
の形状を示している。アンテナ５０は２つの開口部５２
ａと５２ｂとの間の点１４で同軸的に給電されている。

【００４６】アンテナ５０のサイズを約１／２に減らす
ために、アンテナ５０のゼロ電位平面は、図６（ｂ）に
示すように短絡されている。二重Ｃ−パッチ・アンテナ
のサイズを更に減らすために、ゼロ電位平面は導体柱２
４で短絡され、部分的に短絡された実施例５６を形成す
る。連続的に短絡された実施例もまた、本発明の開示の
範囲内である。部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ・ア
ンテナ５６は、単一の三角形開口部５８と短絡縁５６ａ
との間の点３４で給電されるが、給電点３４はアンテナ
の短絡縁５６ａの中心を通る線上に位置している。

【００４７】図６（ａ）と図６（ｂ）に示される三角形
開口部５２ａ、５２ｂ、５８と、また、図１および図２
に示される矩形開口部１２ａ、１２ｂ、および２６に加
えて、他の形の開口部を有する二重Ｃ−パッチ・アンテ
ナも、本発明の開示の範囲内である。下記の説明では物
理的に小型の短絡され、あるいは部分的に短絡された実
施例で説明されているが、これらの他の形の開口部は、
また図１および図６（ａ）に示される短絡されていない
実施例でも使用可能である。

【００４８】例えば、図７には楕円形または放物線形の
開口部６２を有する部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ
・アンテナ６０が示され、一方、図８には、五角形の開
口部６６を有する部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ・
アンテナ６４が示されている。

【００４９】開口部２６、５８、６２および６６の形状
に関係なく、短絡された縁２０ａ、５６ａ、６０ａおよ
び６４ａに平行な方向の開口部の寸法が、それぞれ、開
口部の幅として定義される。短絡された縁２０ａ、５６
ａ、６０ａおよび６４ａに垂直な方向の開口部の寸法
は、その長さとして定義される（図２参照）。開口部の
長さが一定ではない実施例、すなわち、図６（ａ）、図
６（ｂ）、図７および図８では、長さはその最も広い
点、すなわち短絡された縁に垂直なアンテナの縁で測定
される。短絡された縁の長さが、アンテナの幅として定
義され、一方、アンテナの長さは、それぞれ、短絡縁２
０ａ、５６ａ、６０ａおよび６４ａと、短絡縁に平行な
主放射縁２０ｂ、５６ｂ、６０ｂ、６４ｂとの間の距離
である。

【００５０】二重Ｃ−パッチ・アンテナの様々な実施例
は、性能を最適化し、共振周波数と入力インピーダンス
を制御するために使用できるいくつかの設計パラメータ
を有している。

【００５１】たとえば、アンテナの長さと幅に加えて、
開口部の寸法はアンテナの特性に重要な効果を有してい
る。一般的にアンテナの固定されたサイズに対して、開
口部の長さを減少すると共振周波数が減少し、アンテナ
の入力インピーダンスを増加させる。しかしながら、開
口部の長さはアンテナの全長の約２０％以下に減少させ
ないことが好ましい。さもなければ、アンテナの効率は
低下するであろう。他方、開口部の幅を増加させると、
入力インピーダンスが増加し、その結果共振周波数を低
下させる。一般的に、アンテナの効率が著しく低下する
ことを防ぐためには、開口部の幅は、アンテナの全長の
約７５％より大きくするべきではないことが確かめられ
ている。また、開口部の位置もアンテナの性能に何らか
の影響を及ぼすことが見出されている。例えば、開口部
を短絡縁に近づけるように移動すると、共振周波数が減
少することが知られている。

【００５２】一般に、開口部の表面積がほぼ一定に保た
れていると仮定すると、開口部の形状は、短絡または部
分短絡二重Ｃ−パッチ・アンテナの共振周波数と入力イ
ンピーダンスに対して及ぼす影響は少ない。他方、開口
部形状は人体の近傍でのアンテナの性能に大きな影響を
及ぼす。人体の近くでは、矩形開口部２６（図２参照）
を備える二重Ｃ−パッチ・アンテナ２０が最良の性能を
示し、一方楕円形の開口部６２を有する二重Ｃ−パッチ
・アンテナ６０は最も性能が低かった。

【００５３】しかしながら、いずれかの開口部形状、例
えば、矩形、楕円形、放物線、五角形、三角形等を備え
た、本発明の二重Ｃ−パッチ・アンテナの実施例に及ぼ
す人体の影響は、通常の矩形マイクロストリップ・アン
テナに及ぼす影響よりも小さいことに注目するべきであ
る。二重Ｃ−パッチ・アンテナへの人体の影響をさらに
一層減少させるために、接地板のサイズが放射パッチの
サイズと殆ど等しくなるように接地板を切りつめる。

【００５４】幸いなことに、アンテナの接地板を切りつ
めると、水平および垂直偏波の両者に対するその感度が
増加し、かつまた、放射パターンの等方向性特性も向上
する。これらの特徴は通常使用者の体の近くで手持ちさ
れ、まちまちな方向に向けられる携帯式通信機器のよう
な、多用なアンテナの用途では大変重要である。しかし
ながら、二重Ｃ−パッチ・アンテナの接地板を切りつめ
ても、アンテナの効率には大きな影響がないことに注目
するべきである。これは放射縁のそばで接地板を切りつ
めると、利得を相当減少させる通常の矩形マイクロスト
リップ・アンテナとは異なるところである。

【００５５】（実施例２）誘電率２．２と１．２７ｍｍ
の厚さを有するデュロイド（Ｄｕｒｏｉｄ）５８８０
を、３７．５×３７．５ｍｍの（完全）短絡二重矩形Ｃ
−パッチ・アンテナの製造に使用した。矩形開口部は短
絡縁から９ｍｍに配置した。開口部の長さは１０ｍｍ
で、その巾は２６ｍｍであった。接地板はその幅が放射
パッチの幅と同じになるように裁断された。地板の長さ
ｐｆは、放射パッチより丁度２ｍｍ長くし、給電点が短
絡縁から４．５ｍｍに位置した場合に、入力インピーダ
ンスは５０ｏｈｍで、共振周波数は１．０２４ＧＨｚで
あった。総体的に人体に近いことは二重Ｃ−パッチ・ア
ンテナに、殆ど影響しないことが見出された。その後ア
ンテナは垂直と水平偏波の両者にさらされ、アンテナ平
面の対応する放射パターンが測定された。アンテナは両
偏波に敏感で、放射パターンは準等方向性であることが
見出された。同様の結果が他の主要平面でも得られた。

【００５６】図９、図１０、図１１には、非平面形の短
絡または部分的短絡二重Ｃ−パッチ・アンテナの実施例
がいくつか示されている。これらのアンテナは矩形開口
部を持つように描かれているが、前述の非矩形開口部の
いずれでも使用できる。

【００５７】図９と図１０は、アンテナ７０と７２とが
１つの主要な軸、すなわちｘ軸の周囲に湾曲している実
施例を示している。一方、図１１は２つの主要な軸、す
なわちｘ軸とｙ軸の周囲に湾曲しているアンテナ７４を
示している。これら全ての実施例で曲面は、アンテナの
電気的およびＲＦ特性に不利な影響を及ぼさないことが
見出された。

【００５８】さらに詳しくは、図９と図１０では、アン
テナ７０と７２とが円筒形（ＣＣＦ）の周囲に湾曲して
いる実施例が示されている。図９では開口部７０ａは円
筒形から外へと向かっていて、この曲面は陽性（凸面）
曲面と考えられる。図１１では、開口部７２ａは円筒形
の内部に向かっており、この曲面は陰性（凹面）曲面と
考えられる。

【００５９】図１１はアンテナ７４が球またはいずれか
の回転体の表面にあり、それゆえ２つの軸で湾曲してい
ると考えられる二重Ｃ−パッチ・アンテナ７４を示して
いる。図９と図１０の実施例同様、図１１で開口部７４
ａは球形から外に向かっており、この曲面は陽性曲面と
考えられる。もし開口部７４ａがこのかわりに、球形の
内部に向かっていれば（図示せず）、この曲面は陰性曲
面として考えられる。

【００６０】本発明の様々な実施例の湾曲の範囲は、０
度から３６０度の範囲で可能である。

【００６１】短絡または部分的短絡二重Ｃ−パッチ・ア
ンテナは、このように短絡または部分的短絡マイクロス
トリップ・アンテナを少なくとも１つの軸の回りに湾曲
させても、アンテナの特性に大きな影響を生じないの
で、様々な理由、例えば場所がないとか、手持ちの通信
機が湾曲した外形を持っている等で、平面の非曲面アン
テナの使用が望ましくない、いくつかの用途に適用され
る。

【００６２】以上、詳細に本発明の好ましい実施の形態
および実施例について説明したが、本発明はとくにこれ
に限定されるものではなく、本発明の範囲と精神から外
れることなく、当業者が可能な変形および修正は本発明
の範囲に含まれる。例えば、様々な直線の寸法、厚さ、
共振周波数、材料のタイプは変更可能で、その結果とし
ての変更された構造は、なお本発明の開示の範囲に入る
であろう。さらに例えば、様々な図示された開口部以外
の形状も使用できる。また、例えば、図２について言え
ば、開口部の長さ（Ｌ２）は、長さ（Ｌ１）の約２０％
から３５％の範囲の値を持っても良く、また幅（Ｗ２）
は幅（Ｗ１）より約１５％から約４０％少ない値でも良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における一側面に従った二
重Ｃ−パッチ・アンテナの平面図。

【図２】矩形開口部を有する部分的に短絡された二重Ｃ
−パッチ・アンテナの実施の形態を示す拡大平面図。

【図３】図２の３−３線により切断したときの断面図。

【図４】ホストシステム中にインストールされる無線通
信用ＰＣＭＣＩＡ ＰＣカードに、図２の部分的に短絡
された二重Ｃ−パッチ・アンテナが内蔵されたときの説
明図。

【図５】図４の無線通信用ＰＣＭＣＩＡ ＰＣカードの
簡単なブロック図。

【図６】本発明の実施例である、一側面による三角形の
開口部を有する二重Ｃ−パッチ・アンテナの立体図と三
角形の開口部を有する部分的に短絡された二重Ｃ−パッ
チ・アンテナの立体図。

【図７】本発明の実施例である、放物線形の開口部を有
する部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ・アンテナの立
体図。

【図８】本発明の実施例である、五角形の開口部を有す
る部分的に短絡された二重Ｃ−パッチ・アンテナの立体
図。

【図９】部分的に短絡された非平面型二重Ｃ−パッチ・
アンテナの第一の実施例の立体図。

【図１０】部分的に短絡された非平面型二重Ｃ−パッチ
・アンテナの第二の実施例の立体図。

【図１１】部分的に短絡された非平面型二重Ｃ−パッチ
・アンテナの第三の実施例の立体図。

【図１２】従来技術におけるＣ−パッチ・アンテナ構造
の平面図。

【図１３】従来技術における携帯式コンピュータとＰＣ
ＭＣＩＡ ＰＣカードの簡単な立体図。

【符号の説明】

１ ＰＣＭＣＩＡカード １′ 無線通信用ＰＣＭＣＩＡカード ２ ホスト・コンピュータ ３ インターフェイス（ＰＣＭＣＩＡスロット） １０，６０ 二重Ｃ−パッチ・アンテナ １２ａ，１２ｂ，２６ 矩形開口部 １４，３４ 給電点 １６，２８ 誘電体層 １８，３０ 金属皮膜 ２０，５６，６４ 部分的に短絡された二重Ｃ−パッ
チ・アンテナ ２０ａ，５６ａ，６０ａ，６４ａ 短絡縁 ２０ｂ，５６ｂ，６０ｂ，６４ｂ 主放射縁 ２１ 導電性テープ ２２ 接地板 ２４ 短絡柱 ３２ 同軸ケーブル ３２ａ 同軸ケーブルの内導体 ３６ 同軸ケーブルのシールド線 ４０ ＰＣＭＣＩＡ電気インターフェイス ４２ デジタル・モジュレータ／デモジュレータ（モ
デム） ４４ ＲＦ送信機 ４６ ＲＦ受信機 ４８ ダイプレクサ ５０ ２つの三角形開口部を有する二重Ｃ−パッチ・
アンテナ ５２ａ，５２ｂ，５８ 三角形開口部 ５２ｂ 三角形開口部 ６２ 楕円形開口部 ６６ 五角形の開口部 ７０，７２，７４ 湾曲アンテナ ７０ａ，７２ａ，７４ａ 開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596090513 Ｐ．Ｏ． Ｂｏｘ 86，ＳＦ−24101Ｓａ ｌｏ，Ｆｉｎｌａｎｄ

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）接地板と、 （ｂ）第１の表面とこれに対向する第２の表面とを有
   し、前記第１の表面が前記接地板上に搭載される誘電体
   材料からなる誘電体層と、 （ｃ）前記誘電体層の前記第２の表面上に搭載された導
   電層と、 （ｄ）前記駆動アンテナ素子の前記導電層との間で少な
   くとも１つの無線周波数エネルギを入出力する結合手段
   とを有し、 前記導電層は平行四辺形の形状に形成され、前記導電層
   の第１の辺に沿って伸長する長さと前記第１の辺に対向
   する第２の辺に向って伸長する幅とを持つ非矩形形状の
   第１の開口部を備え、 前記導電層は更に前記導電層の前記第１の辺に沿って伸
   長する長さと前記第２の辺に向って伸長する幅とを持つ
   非矩形形状の第２の開口部を備え、 前記第１及び第２の開口部はその間に配設されたゼロ電
   位平面を備えていることを特徴とするアンテナ構造。
2. 【請求項２】 前記長さは前記第一の辺の長さの約２０
   ％から約３５％に等しい値を有することを特徴とする請
   求項１に記載のアンテナ構造。
3. 【請求項３】 前記第一と第二の開口部のそれぞれの前
   記幅は、前記導電層の幅より約１５％から約４０％少な
   い値に等しい値を有することを特徴とする請求項１に記
   載のアンテナ構造。
4. 【請求項４】 前記結合手段が同軸ケーブルを前記導電
   層に前記第一と第二の開口部との間にあって前記開口部
   の一方に他方よりも近い点で接続する接続手段から成る
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造。
5. 【請求項５】 前記アンテナ構造が少なくとも一つの軸
   の周囲に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載
   のアンテナ構造。
6. 【請求項６】 （ａ）接地板と、 （ｂ）第１の表面とこれに対向する第２の表面とを有
   し、前記第１の表面が前記接地板上に搭載される誘電体
   材料からなる誘電体層と、 （ｃ）前記誘電体層の前記第２の表面上に搭載され、平
   行四辺形の形状に形成されると共に前記導電層の第１の
   辺に沿って伸長する長さと前記第１の辺に対向する第２
   の辺に向って伸長する幅とを持つ非矩形形状の開口部と
   を備えた導電層と、 （ｄ）前記導電層を前記接地板に前記導電層の第３の辺
   に隣接する領域で短絡させる短絡手段と、 （ｅ）少なくとも１つの無線周波数エネルギを前記導電
   層に入出力する結合手段とを具備した事を特徴とするア
   ンテナ構造。
7. 【請求項７】 開口部の幅は、前記導電層の幅より約１
   ５％から約４０％少ない値であり、かつ前記開口部が前
   記第三の辺から前記開口部の前記長さにほぼ等しい距離
   に位置することを特徴とする請求項６に記載のアンテナ
   構造。
8. 【請求項８】 前記短絡手段は、連続的短絡回路手段と
   前記接地板と前記導電層の間の前記誘電体層を通過する
   複数の導電性給電通路とのいずれか１つから成ることを
   特徴とする請求項６に記載のアンテナ構造。
9. 【請求項９】 前記結合手段が同軸ケーブルを前記導電
   層に前記開口部と前記第三の辺との間の点で接続するた
   めの接続から成ることを特徴とする請求項６に記載のア
   ンテナ構造。
10. 【請求項１０】 前記接地板が切りつめられ、前記導電
    層の寸法にほぼ等しい寸法を有することを特徴とする請
    求項６に記載のアンテナ構造。
11. 【請求項１１】 前記アンテナ構造が少なくとも一つの
    軸の周囲に湾曲していることを特徴とする請求項６に記
    載のアンテナ構造。
12. 【請求項１２】 （ａ）モジュールとデータプロセッサ
    とを電気的に結合するインターフェイスと、 （ｂ）データプロセッサと、 （ｃ）前記インターフェイスに双方向的に結合するモデ
    ムと、 （ｄ）前記モデムの出力部に結合する入力部を備えたＲ
    Ｆエネルギ送信機と、 （ｅ）前記モデムの入力部に結合する出力部を備えたＲ
    Ｆエネルギ受信機と、 （ｆ）少なくとも前記ＲＦエネルギ送信機の出力部と前
    記ＲＦエネルギ受信機の入力部の一方に電気的に結合さ
    れた非矩形開口部を有する短絡された二重Ｃ−パッチ・
    アンテナとを備えたことを特徴とする前記データプロセ
    ッサに挿入可能なモジュール。
13. 【請求項１３】 前記短絡された二重Ｃ−パッチ・アン
    テナが、 （ａ）接地板と、 （ｂ）第１の表面とこれに対向する第２の表面とを有
    し、前記第１の表面が前記接地板上に搭載される誘電体
    材料からなる誘電体層と、 （ｃ）前記誘電体層の前記第２の表面上に搭載され、平
    行四辺形の形状に形成されると共に前記導電層の第１の
    辺に沿って伸長する長さと前記第１の辺に対向する第２
    の辺に向って伸長する幅とを持つ非矩形形状の開口部と
    を備えた導電層と、 （ｄ）前記導電層を前記接地板に前記導電層の第３の辺
    に隣接する領域で短絡させる短絡手段と、 （ｅ）前記導電層を前記送信機の出力部と前記受信機の
    入力部の少なくとも１つに結合させる結合手段とを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載のモジュール。
14. 【請求項１４】 前記開口部の前記長さは前記第一の辺
    の長さの約２０％から約３５％に等しい値を有し、前記
    開口部の前記幅は、前記導電層の幅より約１５％から約
    ４０％少ない値であり、かつ前記開口部が前記第三の辺
    から前記開口部の前記長さにほぼ等しい距離に位置する
    ことを特徴とする請求項１３に記載のモジュール。
15. 【請求項１５】 前記短絡手段が前記接地板と前記導電
    層の間の前記絶縁層を通過する複数の導電性給電通路か
    ら成ることを特徴とする請求項１３に記載のモジュー
    ル。
16. 【請求項１６】 前記短絡手段が前記接地板から前記導
    電層へと伸長とする所定長の導電性材料から成ることを
    特徴とする請求項１３に記載のモジュール。
17. 【請求項１７】 前記結合手段が同軸ケーブルを前記導
    電層に、前記開口部と前記第三の辺との間の点で接続す
    る接続手段から成ることを特徴とする請求項１３に記載
    のモジュール。
18. 【請求項１８】 前記第一の辺の長さは８．５ｃｍ以下
    で前記第三の辺は５．５ｃｍ以下の長さであることを特
    徴とする請求項１４に記載のモジュール。
19. 【請求項１９】 前記接地板が切りつめられ、前記導電
    層の寸法にほぼ等しい寸法を有することを特徴とする請
    求項１３に記載のモジュール。
20. 【請求項２０】 前記モジュールは概むね８．５ｃｍ×
    ５．４ｃｍ×０．５ｃｍの寸法をであることを特徴とす
    る請求項１２に記載のモジュール。
21. 【請求項２１】 前記短絡された二重Ｃ−パッチ・アン
    テナは、概むね９００ＭＨｚの共振周波数を有すること
    を特徴とする請求項１２に記載のモジュール。
22. 【請求項２２】 （ａ）接地板と、第１の表面とこれに
    対向する第２の表面とを有し前記第１の表面が前記接地
    板上に搭載される誘電体材料からなる誘電体層と、前記
    誘電体層の前記第２の表面上に搭載された導電層とを備
    えた基板と、 （ｂ）前記導電層を前記接地板に前記導電層の端部に隣
    接する領域で短絡させる短絡手段と、 （ｃ）少なくとも１つの無線周波数エネルギを前記導電
    層に入出力する結合手段とを有し、 前記基板が前記基板の少なくとも１つの軸の周囲にある
    範囲の曲面を有することを特徴とするマイクロストリッ
    プ・アンテナ。
23. 【請求項２３】 前記アンテナは矩形および非矩形の１
    つから選択された形状を有する放射開口部を有する短絡
    された、二重Ｃ−パッチ・アンテナで有ることを特徴と
    する請求項２２に記載のマイクロストリップ・アンテ
    ナ。