JP2005519508A - 地上波信号及び衛星信号受信用組み合わせアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、地上波の特に垂直偏波信号と並び特に円偏波衛星信号の受信も可能にし、９０°の仰角範囲のみでなく、部分的に２５°の仰角で水平を越えて低く配置される衛星、特に米国のSDARS用の改良されたアンテナシステムを提供する。
【解決手段】 地上波信号を受信するモノポール配置(7)を備え、円偏波衛星信号を受信する衛星受信アンテナを備え、単一のモノポール(7)が備えられ、衛星受信アンテナをパッチアンテナ(9)から構成した特徴を有し、地上波の特に垂直偏波信号を受信するため、特にSDARSによる好ましくは２.３GHz帯域での円偏波衛星信号を受信する組み合わせアンテナ。

Description

本発明は、請求項１の前文による地上波信号及び衛星信号受信用組み合わせアンテナに関するものである。

特に米国では、軌道上のいくつかの分散配置された衛星によってのみ作動されかつ衛星により支援される無線システムが使用される。衛星により支援される無線システムに対して、既に２５°〜９０°までの仰角の低い仰角範囲において同じ最低利得を保持できるアンテナを開発しなければならない。

同時に、組み合わせアンテナは、地上波信号の受信にも適合可能であるべきである。

このシステムは、２.３GHz帯域で送信するSDARS（衛星デジタル音声無線サービス）の概念として当業者に知られている。その際、衛星信号は、円偏波で伝送される。

この極端な条件を考慮して、特に優れたアンテナ構造によって先の２５°以上の低い仰角で高いアンテナ利得を実現する極端な要求に対応することが常に試みられている。

また、米国市場では、構成される平坦な材料により互いにダイポール壁部により分離される四つの四分円を形成する十字ダイポールを含む特別のアンテナシステムが知られている。更に、別体の垂直に延びるモノポールが各四分円に配置され、それにより地上に放射される垂直偏波信号を受信することができる。特に十字ダイポール及び４つのモノポールに給電する適宜の給電ネットワークを必要とするので、アンテナの総経費は、実際相当な額に達する。

下記非特許文献１は、同様に米国でのSDARSにより衛星受信に適合すべき組み合わせアンテナを記載する。このアンテナは、同様に既に２５°の仰角の角度では、良好なアンテナ利得と十分に良好な軸比を有すべきである。このアンテナは、その周りに螺旋が配置されるロッド状の垂直に延びるモノポールを含む。

しかしながら、最後に、下記特許文献１からも、二対の逆Ｖ字形のダイポールアンテナ要素を有する適宜の円偏波の十字ダイポールアンテナが知られている。このアンテナダイポール要素は、反転「Ｖ」字状に曲げられる。

マイクロウェーブ・ジャーナル２００１年５月号論文「Ｓバンド地上／衛星運用の組み合わせモノポール／ヘリカルクワッドアンテナ」 ヨーロッパ公開特許第１１００１４８Ａ１号公報

これに対して、本発明の課題は、地上波の特に垂直偏波信号と並び特に円偏波衛星信号の受信も可能にし、衛星が９０°の仰角範囲のみでなく、部分的に２５°の仰角で水平を越えて低く位置する特に米国でのSDARSに使用する改良されたアンテナシステムを提供することにある。

本発明では、請求項１に示す特徴部分によりこの課題を解決できる。本発明の有利な実施の形態を他の請求項に示す。

このような困難な受信条件に関して、当業者全体の見解によって特別に開発された組み合わせアンテナのみが所望の要求に対応できるので、直接に示されるシステム運用者の従来の要求に合致する。

それだけになおさら、本発明による解決法によって、要求された限界条件が守られるだけでなく意外な作用効果を達成できる。

本発明による組み合わせアンテナは、一方では地上波の特に垂直偏波信号を受信する単一のモノポールを含む。これは、種々に形成できる。しかしながら、特に本発明によるアンテナは、それ自体公知のパッチアンテナを含む。パッチアンテナが天頂で即ち９０°の仰角でその最適な機能を達成することが当業者に十分に知られている。そのとき、アンテナ利得が最大となり、円偏波されたパッチアンテナの軸比が逆に最小に達する。

しかしながら、より低い仰角程度の方向には、アンテナ利得及び軸比のパラメータは連続的に低下する。

また、特に米国でのSDARSに対応する衛星信号を受信するパッチアンテナが完全には適合しないことが、常に見込まれてきた。従って、パッチアンテナを使用して対応する提案は、知られていない。

パッチ放射器を含む本発明による組み合わせアンテナによって、９０°の仰角で見込まれるアンテナ利得及び軸比に対する値に匹敵する一方で、アンテナ利得及び他方で軸比に関する最適値が、２５°の低い仰角程度でも達成できる明らかに意外な点を指摘しなければならない。

その際、本発明の特に好適な実施の形態では、地上波信号の受信用放射器としてのパッチアンテナと共に、それ自体従来技術から公知の垂直ロッドの形態で延びるモノポールが使用される。

基板例えばプリント配線基板上に配置できるワイヤ等から成る逆Ｆ字形アンテナも好適に使用して、より低く構成することができる。

しかしながら、同様に例えばプリント配線基板上の印刷された配線もモノポールとして使用でき、それは、更なるプリント配線基板形態の基板上に垂直に構成して配置できる。モノポールに設けられる追加の垂直に延びるプリント配線基板上に、構造高さを低減するためにＳ字形又は方形パルス等の蛇行形状にも延び得るフィルム状導体をモノポールに構成できる。

しかしながら、特に好適な実施の形態では、例えば金属板形態のカバー側部に環状スリットを形成したキャビティを備えたアンテナ装置を使用できる。その際、環状スリットは、モノポールのように作用する。

キャビティ即ちスリットの下方に在る中空部を例えばガラス、セラミック等の誘電体により満たして、構造高さ全体を低減することが好ましい。ガラスとセラミックの誘電率ε_Rは、それぞれ例えば値９と値２０〜３０を有するので、ガラス及びセラミックを使用する場合には、それぞれ三分の一及び五分の一の中空部の高さとなる。これにより非常に低い高さで構成されるSDARSの受信用組み合わせアンテナを実現できる。

本発明の更なる利点、詳細又は特徴は、以下に図面により示す実施の形態から明らかとなろう。

図１は、好ましくはプリント配線基板1'の形態の基板1上に構成されて通常２.３GHz帯域で放射する米国SDARSの受信用組み合わせアンテナ5を示す。

図示の実施の形態では、モノポール7、即ちロッド状のモノポール7aが基板1上に設けられる。その側方には、パッチアンテナ9が基板1上に配置される。双方の放射器7及び9は、公知の方法で給電される。

パッチアンテナ9は、好ましくはセラミックパッチアンテナ9'から構成される。パッチアンテナ9の機械的寸法は、一方で共鳴周波数に依存し、他方で使用する材料の誘電率に依存し、一般にマイクロ波セラミックが使用される。パッチアンテナにより円偏波される２.３GHz帯域の電磁波を受信すべきであり、その際パッチアンテナの機械的構造寸法が前記共鳴周波数に依存するので、比較的小さいパッチアンテナ9を構成でき、その際意外なことに、パッチアンテナ9によって、サービス運用者の従来のシステム負荷に対応する高い要求に対応することができ、２５°〜９０°の仰角範囲でアンテナ利得を３dB以上にすることもできる。

図２は、図１に示すアンテナ装置の平面図を示す。その際、平面図で四角形のパッチアンテナ9の側方限界14に対して平行又は垂直に延びる垂直中心縦面13上にモノポールを配置することが明らかである。

図３による実施の形態では、例えばパッチアンテナ9を通って直交して延びる垂直な中心対称面13上にロッド状で垂直に延びるモノポール7を配置し、図１及び図２による実施の形態に対してパッチアンテナを４５°だけ回転して配置できることを概略的に示す。

図４では、ロッド状のモノポール7の代わりに、基板1,1'上に十分に配置した脚部14を有する逆Ｆ字形アンテナ7bを使用し、それに対してずれて配置される供給ライン15を介してモノポールへの給電を高オーミックで行なう例を概略側面図で示す。

しかしながら、図５では、モノポール7a又は7bの代わりに、基板、例えば更なる別体のプリント配線基板19上に形成されるフィルム状導体等のモノポール7cも使用できる。その際、蛇行形状又は方形パルスの形態にフィルム状導体21を延伸させて基板又はプリント配線基板19上に配置すれば、構造高さを低減することができる。

図６の実施の形態では、ロッド状のモノポールの代わりに、プリント配線基板1'に背向して配置した端部上にコイル体23として構成されるモノポール7dを使用する。

図７及び図８に示す特に好適な実施の形態では、キャビティ27を形成するハウジング29により構成されるキャビティ27を有する組み合わせアンテナが使用される。ハウジング29は、金属表面を備えことが好ましい。

対応するハウジング壁部29'の内側に環状スリット33が表面31上に形成される。

環状スリット33の内側では、パッチアンテナ9が表面31上、即ち上方のハウジング壁部29'上に配置され、公知の方法により給電される。そのモノポールの放射像により匹敵する上方のハウジング壁部29'内の環状スリット33がパッチアンテナ9の周りに延びる。

図８に示すように、構成高さは、運用平均周波数λのλ／４に一致する。アンテナが２.３GHz帯域で動作されると、それは約５cmの構造高さを生ずる。

しかしながら、キャビティ27を誘電体により満たすことによりこの構造高さを有効に下げることができる。好適な誘電体として、例えばガラス又はセラミックが必要となる。これにより、機械的寸法を明らかに減少できる。

例えば誘電率９を有するガラスは、係数３の構造高さの減少となる。誘電体として例えば誘電率２０〜３０を有するセラミックを使用すると、係数５の構造高さ減少となる。

前記の構成により、本発明は完全に意外な方法で、水平を越えて比較的低く位置する衛星を介して放射される番組の受信にも適合することが明らかになる。その際、完全に意外なことに、５０°以下の角度、特にまた４０°以下又は３０°以下、即ち特に２５°の角度で衛星信号が放射される場合に、パッチアンテナにより、このような高いアンテナ利得を達成できる。従って、信号が天頂から放射され又は天頂方向に即ち水平面に対して垂直に向けて受信される場合にのみ、パッチアンテナが公知のように最大アンテナ利得を達成できるので、これは意外である。そのために、特にSDARSの受信用同様の問題調整のために適合すべき全ての従来公知のアンテナシステムを、意識的にパッチアンテナ上には構成しない解決法を提案した。

本発明によるアンテナの概略側面図 本発明によるアンテナの図１に示す実施の形態の平面図 僅かに変形した実施の形態の図２と同様の平面図 逆Ｆ字形アンテナに更に変形したモノポールの実施の形態を示す側面図 更に変形した実施の形態によるフィルム状導体のモノポールアンテナを示す側面図 モノポールの更に変形した実施の形態を示す側面図 モノポール放射器の代わりに環状スリットを設けた組み合わせアンテナの更に変形した実施の形態の平面図 図７による実施の形態の横断面図

符号の説明

(1)・・基板、 (5)・・組み合わせアンテナ、 (7)・・モノポール、 (9)・・パッチアンテナ、 (13)・・垂直中心縦面、 (15)・・供給ライン、 (19)・・プリント配線基板、 (21)・・フィルム状導体、 (23)・・コイル体、 (27)・・キャビティ、 (29)・・ハウジング、 (31)・・表面、 (33)・・環状スリット、

Claims (13)

1. 地上波信号の受信用モノポール配置(7)を備え、
   円偏波衛星信号の受信用衛星受信アンテナを備え、地上波の特に垂直偏波信号を受信し、特にSDARSによる好ましくは２.３GHz帯域での円偏波衛星信号の受信用組み合わせアンテナにおいて、
   単一のモノポール(7)を備え、
   衛星受信アンテナをパッチアンテナ(9)により構成したことを特徴とする組み合わせアンテナ。
2. 好ましくはプリント配線基板(1')の形態の基板(1)上にモノポール(7)及びパッチアンテナ(9)を構築しかつ接続した請求項１に記載の組み合わせアンテナ。
3. ロッド状のモノポール(7a)によりモノポール(7)を構成した請求項１又は２に記載の組み合わせアンテナ。
4. 逆Ｆ字形アンテナ(7b)によりモノポール(7)を構成した請求項１又は２に記載の組み合わせアンテナ。
5. 好ましくは特にプリント配線基板の形態の更なる基板(19)上に構成されるフィルム状導体(21)又は印刷された構造体によりモノポール(7,7c)を構成した請求項１又は２に記載の組み合わせアンテナ。
6. 蛇行形状で基板(19)上に延伸してフィルム状導体(21)を設けた請求項５に記載の組み合わせアンテナ。
7. ロッド状のモノポール(7,7d)は、基板(1)に対向する端部にコイル体(23)を備える請求項１又は２に記載の組み合わせアンテナ。
8. キャビティ(27)を包囲するハウジング(29)のハウジング壁部(29')に環状スリット(33)を形成した請求項１又は２に記載の組み合わせアンテナ。
9. 環状スリット(33)の内側にパッチアンテナ(9)を配置した請求項８に記載の組み合わせアンテナ。
10. キャビティ(27)を誘電体で満たした請求項８又は９に記載の組み合わせアンテナ。
11. ガラス又はセラミックから誘電体を構成した請求項１０に記載の組み合わせアンテナ。
12. パッチアンテナ(9)を貫通する垂直な中心縦面(13)上にモノポール(7)を配置し、垂直な中心縦面(13)は、パッチアンテナ(9)の側方限界縁(14)に対して垂直又は平行に整列する請求項１〜１１の何れか１項に記載の組み合わせアンテナ。
13. パッチアンテナ(9)の対角線上に配置される垂直中心縦面(13)上にモノポール(7)を配置した請求項１〜１１の何れか１項に記載の組み合わせアンテナ。

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