JP2001512641A - 無線信号を受信および送信するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、２つの異なった偏波を有する無線信号を送信および受信するための装置に関する。アンテナユニット（１４０）は、マイクロストリップ素子（１４３）に組み込まれたスロットと、マイクロストリップ素子（１４３）の導体表層（１４２）に組み込まれた開口（１４１）とを備えている。開口（１４１）は導体表層（１４２）内にその偏波方向と平行に配置されている。スロットは開口（１４１）の直下にある層に配置されている。マイクロストリップ素子（１４３）の導体表層（１４２）は、垂直偏波および第１の水平ビーム幅で送信または受信を行うように配置されている。スロットは、水平偏波および第２の水平ビーム幅で答申または受信を行うように配置されている。第２のビーム幅は第１のビーム幅と略等しい。アンテナユニット（１４０）は、非常にコンパクトで軽量であり、低いパワー損失のみを生じる。多数のアンテナユニット（１４０）を使用して、セクタアンテナやアンテナアレイを設計することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 無線信号を受信および送信するための装置技術分野 本発明は、無線信号を送信および受信するためのアンテナ素子およびアンテナ 装置に関するものであり、具体的には移動通信システムの基地局に配置されるア ンテナ素子およびアンテナ装置に関するものである。現在の技術 無線信号の通信システムの立案および規模決定の重要な部分は、アンテナの特 性である。これらの特性は、とりわけ、セルの立案（サイズ、パターン、数）に 影響する。これらの特性の一つは、アンテナの無線有効範囲（あるいはカバーエ リア）である。 当初は、基地局から見て全ての方向に有効範囲を有する、いわゆるオムニアン テナのみが使用された。より大きなカバーエリアが必要であれば、最初のセルに 隣接して新たなセルが設けられ、その中心に基地局が配置された。 その後、例えば、１つの円の中の３つのセクタのように、有効範囲を複数のセ クタに分割することがシステムの見地から有効であるということが発見された。 このような有効範囲を意図したアンテナはセクタアンテナと呼ばれる。これは、 基地局がセル間の交差点に位置する場合には、特に有効である。セクタアンテナ それぞれが１つのセルをカバーし、従って基地局はいくつかのセルに同時にサー ビスする。 セクタアンテナの有効範囲は、水平面におけるアンテナのビーム幅によって決 定される。 アンテナの別の重要な特性は、それらの偏波、というよりむしろアンテナによ って送信または受信される信号の偏波である。当初は、基地局アンテナでは垂直 偏波のみが使用された。今日では、例えばここでは０度および９０度と称する水 平および垂直面、あるいはそれらの間の＋／−４５度の傾斜面等の２つの直線偏 波が同時に使用される(偏波ダイバーシティ)。通常アンテナは両方の偏波に 対して等しい有効範囲を持つ必要がある。 ２つの偏波に対して今日使用されるセクタアンテナは、ほぼ６０〜７０度のビ ーム幅を有している。現在、広いローブを有するアンテナは、１つの偏波方向に 対してのみ使用できる。現存するシステムおよび周囲の地形に対して基地局のア ンテナの有効範囲を適応させるため、２つの偏波に対して８０〜９０度のビーム 幅を有するアンテナを多くのオペレータが望んでいる。 セクタアンテナは、限定された有効範囲内で１つまたは２つの偏波を受信およ び／または送信するある種類のアンテナ素子を有するコラムあるいは列（column ）を備えている。これらのアンテナ素子は、例えば、マイクロストリップ素子と 呼ばれる形態で実現される。マイクロストリップ素子は、接地面の面前に位置し 、しばしばパッチと呼ばれる、導体表層の形の放射体を有している。それらの間 の空間は、誘電材料または空気で充填される。空気は、軽量であり、低コストで ありパワー損失がないという利点を有している。マイクロストリップ素子を有効 に作動させるためには、パッチの長さは、通常は波長の約半分である偏波方向に おける共振長に合わせる必要がある。 アンテナのある面でのビーム幅は、同じ平面におけるアンテナの寸法に反比例 する。基地局アンテナは５〜１５度の垂直ビーム幅を有することが多く、これは 基地局の周囲の地形に影響される。このビーム幅は、アンテナの垂直方向の素子 数を変えることによって容易に調整できる。水平方向にはアンテナを１つの素子 より狭くすることはできない。例えば、アンテナの偏波が水平であるとき、素子 の幅は上記の共振状態によって決定される。 ２つの異なった偏波方向を有する既知のアンテナ装置は、放射素子の形状が四 角いマイクロストリップ素子を多く備えている。各放射素子は２つの異なったフ ィーダを有している。１つのフィーダは、他のフィーダで送信または受信される 信号とは異なったある偏波を持った信号を送信または受信する。これは、マイク ロストリップ素子が（各偏波方向に１つの）２つの方向で共振する必要があり、 従って放射素子の幅が波長の半分に対応する必要があることを意味する。そして このことは、６０〜７０度より広がったローブを生成することが非常に難しいこ とを意味する。ローブを広げる既知の方法の１つは、誘電率が１より大きい誘電 体でマイクロストリップ素子を充填することである。これは波長を短くし、従っ て共振寸法も短くする。しかしながらこの方法は、重量およびコストの増加と共 に誘電体における必然的パワー損失のため、性能の劣化を引き起こす。 米国特許第５２２３８４８号には、１対の方形放射素子を有するマイクロスト リップ素子を備えたアンテナが記載されている。各放射素子は、垂直および水平 両方の偏波を同時に送信し受信するために給電される。放射素子は導体表層であ るかまたは他の放射素子でよい。対の放射素子両方は、異なった偏波方向の２つ の周波数で送信し受信する。発明の要約 本発明は、平面導体技術を使用して実現されたセクタアンテナで、非常に広い （７０度より大きい）アンテナローブを異なった２つの偏波方向に同時に有効に 生成し、かつコンパクト、軽量で高価でないことを同時に達成する際に発生する 問題に対処するものである。 より詳細には、アンテナのアンテナ素子が２つの偏波方向で送信および受信が 可能となるように２つの方向で共振させる必要がある時に、この問題が発生する 。これはコンパクト、軽量で高価でなく損失の少ないアンテナを設計する可能性 を制限する。 狭いセクタアンテナを、水平面において、同じ幅の２つのアンテナローブを発 生し、２つの異なる偏波方向を有するようにするときにも同様の問題が生じる。 従って本発明の目的は、コンパクト、軽量で高価でなく損失が少なく、ある幅 より大きい略同じ幅の２つのアンテナローブを発生し、２つの異なる偏波方向を 有するアンテナを実現することである。 より詳細には本発明は、水平面におけるアンテナローブの幅が７０度より大き いアンテナを実現するためのものである。 本発明によれば、１つの共通ユニットに、ユニットを可能な限りコンパクトで 軽量にすることができるタイプおよび幾何学的形状の、２つの異なったタイプの アンテナ素子が使用される。アンテナ素子の各タイプは、１つの特定の偏波を送 信または受信するように決定される。 より詳細には、本発明は、例えばマイクロストリップ素子等の第１のタイプの 狭いアンテナ素子と、例えば接地面のスロット等の第２のタイプの狭く軽量なア ンテナ素子とを組み合わせたアンテナユニットに関する。第１のタイプのアンテ ナ素子は第１の偏波方向に対してのみ設計され、第２のタイプのアンテナ素子は 第１の偏波方向と異なる第２の偏波方向に対してのみ設計されている。これらの アンテナ素子は、非常に少ない表面積を占めるように決定されるのがよい。これ はアンテナが重くおよび／または高価になることなしに、例えば７０度等のある 角度より大きいアンテナローブ用に形成され得ることを意味する。 本発明は、前記アンテナユニットをある数だけ備えたアンテナ装置にも関する 。これらアンテナユニットは、例えばセクタアンテナを形成するコラムに配置さ れてもよい。セクタアンテナもまた、アンテナが重くおよび／または高価になる ことなしに、例えば７０度等のある角度より大きいアンテナローブ用に形成され 得る。 本発明の１つの利点は、アンテナが２つの偏波方向に対して水平面に非常に広 い（７０〜９０度）ローブを有することができる点である。両方のアンテナロー ブが略等しい幅を有するとき、システムの見地からかなりの効果が達成される。 とりわけ、アンテナの全有効範囲において、偏波ダイバーシティを使用すること ができる。 他の利点はコンパクト、軽量で高価でないアンテナを非常に容易に製造できる 点である。これは特にセクタアンテナについて当てはまる。 本発明はまた、アンテナコラム（アンテナ素子の列）間の距離が半波長より短 い、２次元アンテナアレイの構成を可能とする。これは、いわゆるグリッドロー ブが生成されることなしに、大きな出力角度のアンテナローブを１つ以上生成す ることを可能とする。 上記で述べたアンテナは、当業者に知られている方法で、それぞれのアンテナ 素子に対する個々の無線信号の組み合わせによって、大きな角度領域において１ つまたは２つの円偏波も生成することができる。図面の簡単な説明 添付図面を参照して、本発明を以下で説明する。 図１は、上記で述べたセクタアンテナからのアンテナローブの説明図である。 図２は、第１のマイクロストリップ素子の断面図である。 図３は、第２のマイクロストリップ素子の断面図である。 図４は、面導体タイプの供給導体を有する接地面のスロットの断面図である。 図５は、接地面のスロットの正面図である。 図６は、３つの表面素子を含む第１の従来のアンテナの正面図である。 図７は、図６のアンテナの断面図である。 図８は、第２の従来のアンテナの正面図である。 図９は、本発明のアンテナユニットの第１の実施形態の正面図である。 図１０は、図９のアンテナユニットの断面図である。 図１１は、本発明のアンテナユニットの第１の実施形態を含むセクタアンテナ の第１の実施形態の正面図である。 図１２は、本発明のアンテナユニットの第２の実施形態の正面図である。 図１３は、図１２のアンテナユニットの断面図である。 図１４は、本発明のアンテナユニットの第２の実施形態を含むセクタアンテナ の第２の実施形態の正面図である。 図１５は、本発明のアンテナユニットの第１の実施形態を含むセクタアンテナ の第３の実施形態の正面図である。 図１６は、本発明のアンテナユニットの第２の実施形態を含むセクタアンテナ の第４の実施形態の正面図である。 図１７は、本発明のアンテナの第２の実施形態を含むアンテナアレイの実施形 態の正面図である。 図１８は、上記全てのの実施形態で使用できるスロットの３つの例を示す図で ある。 図１９は、グリッド化されたパッチの例の正面図である。好適な実施形態の説明 図１は、特定の方向で送信または受信するアンテナ３０からのアンテナローブ の上面図である。このようなアンテナ３０はセクタアンテナと呼ばれる。セクタ アンテナからの放射の主要部分は、アンテナのフロントローブと呼ばれる特定の 限定された領域３１に現れる。いわゆるサイドローブ３２ａ−ｂおよびバックロ ーブ３３も生じる。アンテナのビーム幅３４は、フロントローブ３１における最 大電界強度がＦ_maxであるとき、電界強度ＦがＦ_max／√２を越えるフロントロー ブ３１の部分である。 図２−３に示されたマイクロストリップ素子４０、および図４−５に示された 接地面のスロットは、様々なタイプのアンテナ素子の例である。 図２は第１のマイクロストリップ素子４０の断面図である。マイクロストリッ プ素子４０は、ある誘電率εを有する電気的絶縁部分４１、例えば銅などの絶縁 部分４１の下方にある電気的導電体からなる接地面４２、および例えば絶縁部分 ４１の上に配置された四角い銅の表層などの電気的導電体の限定された表層（パ ッチ）４３を備えている。導電体の表層４３は、空気中の信号の送受信が可能な 放射素子の例である。以下において、マイクロストリップ素子４０上の導電体表 層４３を表面素子４３と参照する。表面素子４３の寸法は、とりわけ、関連する 信号の偏波および波長によって決定される。セクタアンテナは、共通アンテナ構 造体中に配置された多数のマイクロストリップ素子４０によって画定される窪み を有するコラムを備えている。 マイクロストリップ素子４０上の表面素子４３は、必要であれば電気的絶縁材 料のディスク４４の上に配置されてもよい。表面素子４３は、図２のようにディ スク４４の上または下に配置されてもよい。 表面素子は、マイクロストリップ素子４０の別の実施形態を示す図３に示され ているように、接地面４２と表面素子４３との間にある１つ以上の支持ユニット ５１ａ−ｂの上に配置されてもよい。 図４は、接地面６２にスロット６１と、スロット６１への給電およびスロット ６１からの給電のための導体タイプの面のフィーダ６３とを有するアンテナ素子 ６０の断面図である。接地面６２のスロット６１へのフィーダ６３は、スロッ ト６１の下方に配置されている。電気的絶縁部分６４が、フィーダ６３および接 地面６２の間に配置されている。スロット６１への信号およびスロット６１から の信号は、部分６４を介した電気磁気伝導（スロット６１が励起される）により フィーダ６３へ／から伝達される。 図５は、接地面６２にスロット６１を備えるアンテナ素子６０の正面図である 。接地面６２のスロット６１は、既に述べた表面素子４３と同様に、空気中の信 号の送受信が可能な放射素子の別の例である。 上記で述べたように、従来のアンテナは、各表面素子から異なった２つの偏波 方向で送信および／または受信する表面素子タイプの四角い放射素子を有してい るマイクロストリップ素子を使用する。図６は、３つの表面素子８１ａ−ｃを備 えたそのようなアンテナ８０を示している。表面素子８１ａ−ｃは、上記で述べ た０／９０度の偏波を生成するために、（水平および垂直の）２つの方向で共振 する。各表面素子８１ａ−ｃは、水平偏波のためのフィーダ８２ａ−ｃおよび垂 直偏波のためのフィーダ８３ａ−ｃを有している。 図７（図２参照）は、表面素子８１ａおよびその下に接地面９１を有するアン テナ８０の断面図である。それらの間に、誘電体部分９２が配置されている。誘 電体部分９２が空気であると、図１に示したフロントローブのビーム幅３４は、 ２つの偏波方向で６０〜７０度の間になるであろう。 アンテナ８０のサイズは、誘電体部分９２の材料として誘電率が例えば２より 大きいものを選択することによって小さくすることができ、これにより広いフロ ントローブが達成される。しかしながらこれは、アンテナ８０の損失を増やすと 共に、アンテナの重量を増加させ高価なものとする。 図８は、上記で述べた米国特許５２２３８４８号によるマイクロストリップ素 子を有するアンテナ１００を示している。第１および第２の四角い表面素子１０ １および１０２は、２つの異なった偏波方向に対するフィーダ１０３−１０６を 表面素子毎に２つ有している。各表面素子１０１−１０２は、２つの異なった周 波数ｆ１およびｆ２で送受信を行う。第１の周波数ｆ１は第１の表面素子１０１ での水平偏波用および第２の表面素子１０２での垂直偏波用に使用され、他の周 波数ｆ２は第１の表面素子１０１での垂直偏波用および第２の表面素子１０２ での水平偏波用に使用される。これらの表面素子１０１−１０２は、２つのフィ ーダを有する別のタイプの放射素子で置き換えられる。 以下に記載する実施形態では、アンテナは層状構造で設計されている。アンテ ナは、水平方向に向けられて、上方層、下方層および中間層を有しているように 記載されている。もちろんアンテナは別の方向に向けられていてもよく、例えば 直立方向であれば、上方層は前面層に対応し、下方層は後面層に対応し、アンテ ナの下に位置するものはアンテナの後方に位置するものに対応する。 図９は、０／９０度の偏波で送信および受信を行う、本発明によるアンテナユ ニットの第１の実施形態１１０の正面図である。ここで示されるアンテナユニッ ト１１０は、矩形で設計されている。アンテナユニット１１０は、上方層にある 矩形の表面素子１１２を有するマイクロストリップ素子１１１と、中間層の接地 面（図９には接地面は示されていない）にある矩形のスロット１１３との組み合 わせを備えている。 表面素子１１２は、所定の長さｌ_e1幅ｗ_e1を有している。スロット１１３は、 所定の長さｌ_s1幅ｗ_s1を有している。これらの長さｌ_e1およびｌ_s1は、アンテナ ユニットが送信および受信する波長によって決定される。幅ｗ_c1は水平面におけ る素子のビーム幅を決定する。幅ｗ_s1はスロットのビーム幅を実質的に決定する 。表面素子１１２は、例えば下方端部１１５がスロットの上方端部１１６と同じ 高さになるように、アンテナユニット１１０上に配置されている。 図１０は、アンテナユニット１１０の断面図である。アンテナユニット１１０ は、電気的絶縁材料の第１のディスク１２１を表面素子１１２が配置される上方 層に備えている。下方層には、スロット１１３へのフィーダ１２４を有する電気 的絶縁材料の第２のディスク１２３が配置されている。中間層には、接地面１１ ４が配置されている。スロット１１３は、接地面上の表面素子１１２の仮想投影 部分で覆われないように、接地面１１４に配置されている。例えば空気等の第１ の誘電体部分１２２が、電気的絶縁材料の第１のディスク１２１と接地面１１４ との間に配置されている。例えば空気等の第２の誘電体部分１２５が、接地面１ １４と電気的絶縁材料の第２のディスク１２３との間に配置されている。誘電体 部分１２２および１２５が空気からなる場合は、ディスク１２１および１２３ と接地面１１４を支持するために、もちろん側壁が適切な方法で設けられる。 接地面１１４は、例えば、スロット１１３を備えた電気的導電材料で構成され ても、スロット１１３を有する電気的導電表層がその上に設けられた電気的導電 材料のディスクで構成されてもよい。 図１１は、本発明のアンテナユニットを備え、０／９０度の偏波で送信および 受信を行う、セクタアンテナの第１の実施形態１３０の正面図である。ここで示 されているアンテナ１３０は、矩形の実施形態である。アンテナ１３０は、それ ぞれ図９および１０に示したものと同様であり、連続して配置されている４つの アンテナユニット１１０ａ−ｄ（図１１には符号を付していない）を備えており 、アンテナユニット１１０ａ−ｄは互いに共通の構造体に組み込まれている。 図１１に示された各アンテナユニット１１０ａ−ｄの矩形の表面素子１１２ａ −ｄは、例えば一定のある距離、表面素子の中心間距離である第１の中心距離ｄ_c1 だけ離れて互いに短辺を向き合わせてコラム状に配置されている。表面素子は 、それらの長手軸がアンテナの長手軸と平行になるように配置されている。中心 距離ｄ_c1は、フィーダおよびマイクロストリップ素子を通過する時に波が伝搬す る媒体中の波長に対応している。 各アンテナユニット１１０ａ−ｄの接地面１１４にあるスロット１１３ａ−ｄ も、例えば一定のある距離、スロット１１３ａ−ｄの中心間距離である第２の中 心距離ｄ_c2だけ離れて互いに短辺を向き合わせてコラム状に配置されている。ス ロットは、それらの長手軸がアンテナの長手軸と平行になるように配置されてい る。中心距離ｄ_c2を中心距離ｄ_c1と等しくすることは実現可能である。 表面素子１１２ａ−ｄを備えるコラムと、スロット１１３ａ−ｄを備えるコラ ムとは、互いにかつセクタアンテナの長手方向に関して平行に配置されている。 ２つのコラムは間にある一定の距離ｄ_kをおいて配置されている。距離ｄ_kは、ス ロット１１３ａ−ｄの機能が表面素子１１２ａ−ｄによって妨げられないように 選択される。 表面素子１１２ａ−ｄは、中央フィーディングケーブル１３１によって給電さ れ、１１２ｃから１１２ｄおよび１１２ｃから１１２ａへ、表面素子１１２ａ− ｄへのおよびそこからの給電のためのフィーダ１３２ａ−ｃによって、それぞ れ順に接続されている。これは表面素子１１２ａ−ｄが、第１の水平ビーム幅３ ４の垂直偏波で送信または受信できることを意味する。 図１１は、スロット１１３ａ−ｄへのおよびそこからの供給のためのフィーダ １２４ａ−ｄが、各スロット１１３ａ−ｄに並列に接続される方法も示している 。フィーダ１２４ａ−ｄは、スロット１１３ａ−ｄが第２の水平ビーム幅３４の 水平偏波で送信または受信ができるように、スロット１１３ａ−ｄを励起するよ うに配置されている。第２のビーム幅は第１のビーム幅と実質的に等しい。 スロット１１３ａ−ｄおよび表面素子１１２ａ−ｄへの／からの供給およびフ ィーダは、図１１に関して図示し説明した以外の方法でも配置することができる 。 表面素子１１２ａおよび１１２ｄへのフィーダ１３２ａおよび１３２ｃを、例 えば中央供給導体１３１に並列フィーディングによって直接接続することもでき る。表面素子１１２ａ−ｄへの／からの供給は、中央供給導体１３１の代わりに 、プローブによる供給または開口による供給とすることもできる。 アンテナ１３０の部品を互いに関して固定する器具は、例えば、アンテナ１３ ０の周囲の棒状部材、適切な側壁、またはアンテナ１３０のいずれかの側の支持 ユニットを備えていてもよい。他の例は、例えばレドーム等の収納ハウジングで ある。部品を固定する器具を設けることは、誘電体部分１２２および１２５が空 気からなるときには特に有用である。 第１の実施形態によるセクタアンテナ１３０の波長が１６ｃｍであるときの寸 法の例は以下のようになる。すなわち、 表面素子の長さｌ_c1＝７．５ｃｍ 表面素子の幅ｗ_e1＝４ｃｍ スロットの長さｌ_s1＝８ｃｍ スロットの幅ｗ_s1＝０．５ｃｍ 距離ｄ_k＝１ｃｍ 第１の誘電体部分の高さｈ_d1＝１ｃｍ 第２の誘電体部分の高さｈ_d2＝０．２ｃｍ である。上記に示した寸法は推定値である。 図１２は、０／９０度の偏波で送信および受信を行う、本発明のアンテナユニ ットの第２の実施形態１４０の正面図である。ここで示すアンテナユニット１４ ０は、矩形で設計されている。本実施形態は図９に関した第１の実施形態に基づ いており、アンテナユニット１４０は、マイクロストリップ素子内に設けられて おり、図１３に示されているスロット１５１と、図１２に示されているマイクロ ストリップ素子１４３上の表面素子１４２内に設けられた開口１４１とを備えて いる。中に設けられた開口１４１を有する表面素子１４２を、以下で放射ユニッ ト１４４と参照する。開口１４１は、表面素子１４２内において、あらゆる電流 経路を妨げないように、その偏波方向に平行に配置されている。これは、アンテ ナユニット１４０の２つの直交する偏波方向間での信号カップリングの危険性を 無視できることを意味する。表面素子１４２は、所定の長さｌ_e2および幅ｗ_e2を 有している。長さｌ_e2は、アンテナユニット１４０が送信および受信する波長に よって決定される。幅W_e2は、水平面における表面素子のビーム幅を決定する。 図１２は、表面素子１４２内に設けられ、所定の長さｌ_aおよび幅ｗ_aを有する 開口１４１を示している。開口１４１の長さｌ_aは、図１９に示されているよう に、表面素子が２つの伸延部１９１ａ−ｂに分割されるように、表面素子の長さ ｌ_c2より長くてもよい。表面素子は、間に開口１９２ａ−ｂを有する２つより多 い伸延部１９１ａ−ｃを備えていてもよい。そのような表面素子は、１９９３年 ６月８−９日にオランダ、ノードウィクの「２重偏波アンテナに関する第１６Ｅ ＳＡワークショップの予稿集」のｐｐ７９−８９「２重偏波結合プリントアンテ ナ」に示されているように、一般的に格子状パッチと呼ばれる。 図１３は、アンテナユニット１４０の断面図である。アンテナユニット１４０ は、図１２に示すように、その上に放射ユニット１４４（図１３には符号を付し ていない）が配置されており、上方層における電気的絶縁材料の第１のディスク １２１と、接地面１１４を有する中間層と、両者の間にあり例えば空気などの第 １の誘電体部分１２２とを備えている。接地面１１４にはスロット１５１が設け られている。スロット１５１は、開口１４１の直下に配置されている。例えば空 気などの第２の誘電体部分１２５が、接地面１１４と下方層にあり電気的絶縁 材料でスロット１５１へのフィーダ１５２が設けられている第２のディスク１２ ３との間に設けられている。誘電体部分１２２および１２５が空気からなる場合 には、もちろん、ディスク１２１および１２３と接地面１１４を支持するために 側壁が適切な方法で設けられる。 この場合も接地面１１４は、例えばスロット１５１を有する電気的導電材料や 、その上にスロット１５１を含む電気的導電表層がある電気的絶縁材料のディス クから構成されていてもよい。 スロット１５１は、例えば開口１４１の所定の長さｌ_aおよび幅ｗ_aと等しい、 所定の長さｌ_s2および幅ｗ_s2を有している。所定の長さｌ_s2は、アンテナユニッ ト１４０が送信および受信する波長によって決定される。幅ｗ_s2は、スロットの バンド幅を実質的に決定する。 アンテナユニット１４０を、大きな角度範囲に円偏波を発生させるように、従 来知られた技術と共に使用することができる。 図１４は、０／９０度の偏波で送信および受信を行う、本発明のアンテナユニ ットの第２の実施形態を備えるセクタアンテナの第２の実施形態１６０の正面図 である。ここで示すアンテナ１６０は、矩形で設計されている。アンテナ１６０ は、それぞれ図１２および１３に示したものと同様の４つのアンテナユニット１ ４０ａ−ｄ（図１４には符号を付していない）を備えており、アンテナユニット １４０ａ−ｄは互いに共通の構造体に連続して配置されている。これは、アンテ ナ１６０が、上方層にある４つの矩形放射ユニット１４４ａ−ｄと、中間層にあ る４つのスロット１５１ａ−ｄ（図１４には不図示）とを含むことを意味する。 各アンテナユニット１４０ａ−ｄの矩形の放射素子１４４ａ−ｄは、例えば一 定のある距離、放射素子の中心間距離である中心距離ｄ_c3だけ離れて互いに短辺 を向き合わせてコラム状に配置されている。放射素子１４４ａ−ｄはまた、それ らの長手軸がアンテナの長手軸と平行になるように配置されている。中心距離ｄ_c3 は、フィーダおよびマイクロストリップ素子を通過する時に波が伝搬する媒体 中の波長に対応している。 各放射素子１４４ａ−ｄの表面素子１４２ａ−ｄは、中央供給導体１６１によ って供給され、１４２ｃから１４２ｄおよび１４２ｃから１４２ａに並列フィ ーダ１６２ａ−ｃの３つの対によって順に接続されている。直列フィーダにより 、表面素子１４２ａ−ｄは垂直偏波および第１の水平ビーム幅３４で送信または 受信することができる。並列コネクタ１６２ａ−ｃにより、表面素子間の電流分 布は等しくなる。 図１４は、各アンテナユニット１４０ａ−ｄのスロット１５１ａ−ｄ（図１４ には不図示）へのおよびそこからの供給のためのフィーダ１５２ａ−ｄが直列に 接続される方法も示している。各フィーダ１５２ａ−ｄは、スロットが所定の方 法で励起されるように、対応するスロット１５１ａ−ｄの下方に配置されている 。スロット１５１ａ−ｄは、第２の水平ビーム幅３４および水平偏波で送信また は受信が行えるように、放射ユニット１４４ａ−ｄの開口１４１ａ−ｄを介して 順に放射する。第２のビーム幅は第１のビーム幅と実質的に等しい。 スロット１５１ａ−ｄおよび表面素子１４２ａ−ｄへの／からの供給およびフ ィーダは、図１４に関して図示し説明した以外の方法でも配置することができる 。 スロット１５１ａ−ｄへのフィーダ１５２ａ−ｄを、例えば図１１のスロット １１３ａ−ｄへのフィーダ１２４ａ−ｄと同様に配置することもできる。 アンテナ１６０の部品を互いに関して固定する器具は、例えば、アンテナ１６ ０の周囲の棒状部材、適切な側壁、またはアンテナ１６０のいずれかの側の支持 ユニットを備えていてもよい。他の例は、例えばレドーム等の収納ハウジングで ある。部品を固定する器具を設けることは、誘電体部分１２２および１２５が空 気からなるときには特に有用である。 第２の実施形態によるセクタアンテナ１６０の波長が１６ｃｍであるときの寸 法の例は以下のようになる。すなわち、 表面素子の長さｌ_e2＝７．５ｃｍ 表面素子の幅ｗ_c2＝４ｃｍ 開口の長さｌ_a＝スロットの長さｌ_s2＝７ｃｍ 開口の幅ｗ_a＝スロットの幅ｗ_s2＝０．５ｃｍ 第１の誘電体部分の高さｈ_d1＝１ｃｍ 第２の誘電体部分の高さｈ_d2＝０．２ｃｍ である。上記に示した寸法は推定値である。 図１５は、図９および１０に示した本発明のアンテナユニットの第１の実施形 態を備えたセクタアンテナの第３の実施形態１７０の正面図である。第３の実施 形態は、図１１に関する第１の実施形態に基づいている。セクタアンテナ１７０ は、連続して配置され、共通の構造体に組み込まれた第１の実施形態による４つ のアンテナユニット１１０ａ−ｄを備えている。アンテナユニット１１０ａ−ｄ は、図９および１０に関してより詳細に記載されている。アンテナユニット１１ ０ａ−ｄは、セクタアンテナの第１の実施形態１３０（図１１）に対して、反時 計方向に４５度傾けられている。これは、アンテナ１７０が±４５度の偏波で送 信および受信ができることを意味する。２つの偏波のビーム幅は実質的に等しい 。これ以外のアンテナのデザインはアンテナ１３０と対応する。 アンテナユニット１１０ａ−ｄは、時計方向または反時計方向に任意の角度で 傾斜させてもよい。 図１６は、図１２および１３に示した本発明のアンテナユニットの第２の実施 形態を備えたセクタアンテナの第４の実施形態１８０を示している。第４の実施 形態は、図１４に関する第１の実施形態に基づいている。セクタアンテナ１８０ は、連続して配置され、共通の構造体に組み込まれた第２の実施形態による４つ のアンテナユニット１４０ａ−ｄを備えている。アンテナユニット１４０ａ−ｄ は、図１２および１３に関してより詳細に記載されている。アンテナユニット１ ４０ａ−ｄは、セクタアンテナの第２の実施形態１６０（図１４）に対して、反 時計方向に４５度傾けられている。これは、アンテナ１８０が±４５度の偏波で 送信および受信ができることを意味する。２つの偏波のビーム幅は実質的に等し い。これ以外のセクタアンテナのデザインはセクタアンテナ１６０と対応する。 アンテナユニット１４０ａ−ｄは、時計方向または反時計方向に任意の角度で 傾斜させてもよい。 図１７は、２つの偏波方向で送信および受信を行う、図１２および１３に示し たような本発明のアンテナユニットの第２の実施形態を備える、アンテナアレイ の実施形態１９０の正面図である。本実施形態は、図１４に関する第２の実施 形態に基づいている。アンテナアレイ１９０は、４つの平行名コラムを備え、各 コラムにそれぞれ第２の実施形態による４つのアンテナユニット１４０ａを有し ている。アンテナユニット１４０は、２次元アンテナアレイ１９０を形成する共 通の構造体に組み込まれている。各コラムは、各偏波に対しては独立して、水平 面に１つ以上の固定または調整可能なローブを生成するローブ形成ネットワーク に公知の方法で接続されてもよい。コラムの中心線間の中心距離ｄ_c4は、空気中 の半波長に対応する距離よりも小さくてよい。これは、アンテナ１９０からの出 力角度を大きくし、格子状のローブの生成を防止する。 中心距離ｄ_c4は、例えば波長１６ｃｍのアンテナアレイに対しては７ｃｍ等に 選択される。 以上で説明した本発明の例では、スロット１１３ａ−ｄ、１５１ａ−ｄおよび 開口１４１ａ−ｄは矩形である。これらは他の形状であってもよい。図１８は、 スロット１１３ａ−ｄおよび１５１ａ−ｄの異なった３つの例を示している。そ れらの形状は図１８に示されている。 図１９については、図１２に関連して説明した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 無線信号を送信および受信するためのアンテナユニットであって、 第１の偏波方向に第１のビーム幅（３４）での送信および受信を意図した第１ のタイプの第１のアンテナ素子（４０、１１１、１４３）と、 第２の偏波方向に第２のビーム幅（３４）での送信および受信を意図した第２ のアンテナ素子（６０）とを備え、 第２のアンテナ素子（６０）が第１のアンテナ素子（４０、１１１、１４３） と異なるタイプであり、第１（４０、１１１、１４３）および第２（６０）のア ンテナ素子の各々が１つの偏波方向でのみ送信および受信を行うように配置され 、前記第１および第２のビーム幅（３４）が７０度より広いことを特徴とするア ンテナユニット。 ２． 各アンテナ素子の第１および第２のビーム幅（３４）が、共通平面におい てほぼ同じサイズであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のアンテナユ ニット。 ３． 第１のアンテナ素子（４０、１１１、１４３）は、その偏波方向が第２の アンテナ素子（６０）の偏波方向と略直交するように配置されていることを特徴 とする請求の範囲第１項または第２項に記載のアンテナユニット。 ４． 第１のアンテナ素子（４０、１１１、１４３）は、表面素子（４３、１１ ２、１４２、１９１）タイプの放射素子（４３、１１２、１４２、１９１）を備 えるマイクロストリップ素子（４０、１１１、１４３）であり、第２のアンテナ 素子は、接地面（６２、１１４）内にあるスロット（６１、１１３、１５１）で あることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載のアンテナ ユニット。 ５． 第１（１２２）および第２（１２５）の誘電体部分と、 マイクロストリップ素子（１１１、１４３）内の表面素子（１１２、１４２、 １９１）に対するフィーダ（１３２、１６２）であって、表面素子（１１２、１ ４２、１９１）への信号および表面素子からの信号を第１の偏波方向でのみ伝送 するように配置されたフィーダと、 スロット（１１３、１５１）に対するフィーダ（１２４、１５２）であって、 スロット（１１３、１５１）への信号およびスロットからの信号を第２の偏波方 向でのみ伝送するフィーダとを更に備えることを特徴とする請求の範囲第１項か ら第４項のいずれかに記載のアンテナユニット。 ６． 表面素子（１１２）と、表面素子（１１２）に対するフィーダ（１３２） と、スロット（１１３）を有する接地面（１１４）と、スロット（１１４）に対 するフィーダ（１２４）とが層状構造で配置されていることを特徴とする請求の 範囲第５項に記載のアンテナユニット。 ７． 表面素子（１１２）およびスロット（１１３）に対するフィーダ（１２４ ）が外側の２つの層を成し、スロット（１１３）を有する接地面（１１４）が、 接地面（１１４）上の表面素子（１１２）の仮想投影部分でスロット（１１３） が覆われないように両者の間に配置されていることを特徴とする請求の範囲第６ 項に記載のアンテナユニット。 ８． 第１の誘電体部分（１２２）が表面素子（１１２）およびスロット（１１ ３）を有する接地面（１１４）の間に配置され、第２の誘電体部分（１２５）が スロット（１１３）を有する接地面（１１４）およびスロット（１１３）に対す るフィーダ（１２４）の間に配置されていることを特徴とする請求の範囲第６項 または第７項に記載のアンテナユニット。 ９． 表面素子（１１２）および表面素子（１１２）に対するフィーダ（１３２ ）が外側の層の一方にある電気的絶縁材料の第１のディスク（１２１）上に配置 され、スロット（１１３）に対するフィーダ（１２４）が外側の層の他方にある 電 気的絶縁材料の第２のディスク（１２３）上に配置されていることを特徴とする 請求の範囲第６項から第８項のいずれかに記載のアンテナユニット。 １０． 少なくとも１つの開口（１４１、１９２）が表面素子（１４２、１９１ ）に組み込まれており、該表面素子は、開口（１４１、１９２）の長手辺（１４ ５、１９３）が表面素子の偏波方向と平行に表面素子（１４２、１９１）内に配 置された放射素子（１４４）を形成することを特徴とする請求の範囲第５項に記 載のアンテナユニット。 １１． 放射素子（１４４）と、表面素子（１４２、１９１）に対するフィーダ （１６２）と、スロット（１５１）を有する接地面（１１４）と、スロット（１ ５１）に対するフィーダ（１５２）とが層状構造で配置されていることを特徴と する請求の範囲第１０項に記載のアンテナユニット。 １２． 放射素子（１４４）およびスロット（１５１）に対するフィーダ（１５ ２）が外側の２つの層を成し、スロット（１５１）を有する接地面（１１４）が 、スロット（１５１）が開口（１４１、１９２）とほぼ平行となるように両者の 間に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１０項または第１１項に記載 のアンテナユニット。 １３． 第１の誘電体部分（１２２）が放射素子（１４４）およびスロット（１ ５１）を有する接地面（１１４）の間に配置され、第２の誘電体部分（１２５） がスロット（１５１）を有する接地面（１１４）およびスロット（１５１）に対 するフィーダ（１５２）の間に配置されていることを特徴とする請求の範囲第１ ０項から第１２項のいずれかに記載のアンテナユニット。 １４． 放射素子（１４４）および表面素子（１４２、１９１）に対するフィー ダ（１６２）が外側の層の一方にある電気的絶縁材料の第１のディスク（１２１ ）上に配置され、スロット（１５１）に対するフィーダ（１５２）が外側の層の 他 方にある電気的絶縁材料の第２のディスク（１２３）上に配置されていることを 特徴とする請求の範囲第１０項から第１３項のいずれかに記載のアンテナユニッ ト。 １５． 請求の範囲第１項から第１４項のいずれかに記載のアンテナユニットを 所定数備える装置であって、装置（１３０、１６０）内の複数のアンテナユニッ ト（１１０ａ−ｄ、１４０ａ−ｄ）が、セクタアンテナ（１３０、１６０）を構 成するコラム内に配置されていることを特徴とする装置。 １６． 第１の偏波方向が垂直であることを特徴とする請求の範囲第１５項に記 載の装置。 １７． 第２の偏波方向が水平であることを特徴とする請求の範囲第１５項また は第１６項に記載の装置。 １８． 装置（１７０、１８０）内の複数のアンテナユニット（１１０ａ−ｄ、 １４０ａ−ｄ）が、装置（１７０、１８０）の長手軸に対して所定の角度で傾け られていることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。 １９． 装置（１７０、１８０）内の複数のアンテナユニット（１１０ａ−ｄ、 １４０ａ−ｄ）が、装置（１７０、１８０）の長手軸に対して４５度傾けられて いることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。 ２０． 装置（１９０）が、アンテナアレイ（１９０）を構成する所定数のアン テナユニット（１１０ａ−ｄ、１４０ａ−ｄ）有する平行なコラムを所定数備え ることを特徴とする請求の範囲第１５項から第１９項のいずれかに記載の装置。 ２１． スロット（１１３ａ−ｄ、１５１ａ−ｄ）が矩形であることを特徴とす る請求の範囲第１５項から第２０項のいずれかに記載の装置。 ２２． 表面素子（１１２ａ−ｄ、１４２ａ−ｄ、１９１ａ−ｄ）が矩形である ことを特徴とする請求の範囲第１５項から第２１項のいずれかに記載の装置。