JP2009177784A - Ｒｆアンテナアレイを動作させる装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動アンテナアレイを、機械的接続を使用することなく送受信機に接続することが望まれている。
【解決手段】アンテナ素子のアレイの可動部分がＲＦ信号を受信する。可動超広帯域（ＵＷＢ）送信機が、ＲＦ／ＵＷＢ変換器を介して各アンテナ素子に接続される。アンテナアレイの固定部分は、空隙によって可動部分から離隔されている。固定部分は、可動ＵＷＢ送信機ごとに１つの固定ＵＷＢ受信機を備える。アプリケーションシステムが固定ＵＷＢ受信機に接続される。可動送信機からのＵＷＢ信号は、可動部分が回転している間に空隙を越えて固定ＵＷＢ受信機に送信され、アプリケーションシステムによって処理される。
【選択図】図１

Description

本発明は、包括的にはＲＦアンテナアレイに関し、より詳細には、可動ＲＦアンテナアレイのためのコネクタに関する。

無線周波数（ＲＦ）アンテナアレイは通常、指向性ＲＦ信号を送信及び／又は受信（送受信）するように結合される複数のＲＦアンテナ素子を含む。通常、アンテナ素子の空間的関係はアンテナの指向性に寄与する。ＲＦアンテナアレイは、送信機及び／又は受信機（送受信機）が送信及び／又は受信を特定の方向に集中させることを可能にする。これによって、信号対雑音比が向上し、他のＲＦ信号との間の干渉が低減される。

ＲＦアンテナアレイは、回転又は振り子運動（oscillate：振動）するように配置されることが多い。１つの利点として、可動アンテナは、より良好な指向性、より広い帯域幅の信号の利用、及び特定の時間期間内における全方向探索を有する。

しかしながら、アンテナ素子の送受信機への接続には問題がある。アレイと送受信機とは互いに対して回転しているため、単純なケーブル接続は常に可能ではない。したがって、単純な機械的接続は可能ではない。「ブラッシング」接触を使用する他の解決策は信頼性がなく、信号における磨耗、断裂及び雑音の問題がある。

可動アンテナアレイを、機械的接続を使用することなく送受信機に接続することが望まれている。

ＲＦアンテナ素子のアレイの可動部分は、ＲＦ信号を受信するように構成される。可動超広帯域（ＵＷＢ）送信機が、ＲＦ／ＵＷＢ変換器を介して各ＲＦアンテナ素子に接続される。

ＲＦアンテナアレイの固定部分は、空隙によって可動部分から離隔されている。固定部分は、可動ＵＷＢ送信機ごとに１つの固定ＵＷＢ受信機を備える。アプリケーションシステムが固定ＵＷＢ受信機に接続される。

可動送信機からのＵＷＢ信号は、可動部分が回転している間に空隙を越えて固定ＵＷＢ受信機に送信され、アプリケーションシステムによって処理される。受信及び送信の信号伝達は逆にすることができることを理解されたい。

ＲＦアンテナアレイ構造
図１は、本発明の実施の形態による可動ＲＦアンテナ素子アレイ１００を概略的に示す。本明細書において使用される場合、可動ＲＦアンテナアレイは、回転するか、振り子運動するか、又は他の線形運動パターン若しくは非線形運動パターンに応じて動くことができる。

このアレイは、可動部分１０１と固定部分１０２とを備える。可動部分と固定部分とは、以下でより詳細に説明するように、小さな空隙１０３によって離隔される。可動部分１０１を動かす従来の手段１６０を空隙１０３内に配置することができる。アンテナを１つの軸を中心にして動かす一例の回転器に関しては米国特許第６，４０７，７１４号を参照されたい。

可動部分
可動部分は、１つ又は複数のＲＦ送受信機チェーン１２０に結合される（たとえば１２個の）ＲＦアンテナ素子から成るアレイ１１０を備える。一実施の形態では、各ＲＦ素子が１つのＲＦチェーンに結合される。別の実施の形態では、ＲＦチェーンの数は素子の数よりも少なく、ＲＦチェーンは必要に応じて時分割様式で素子に結合される。

可動（回転）超広帯域（ＵＷＢ）送受信機１３０が各ＲＦチェーンに結合される。また、可動部分は、ＲＦ信号からＵＷＢ信号へ、ＵＷＢ信号からＲＦ信号へ変換する手段（ＲＦ／ＵＷＢ）１２５を備える。

本明細書において使用される場合、送受信機は、送信機若しくは受信機、又は送信機及び受信機の両方を含むことができる。同様に、送受信手段は、送信若しくは受信、又は送信及び受信を行うものである。送信及び受信は、ＲＦチェーン及びＵＷＢチェーンの適切な送信部分及び受信部分をアンテナに接続することによって達成することができる。

固定部分
固定部分は、固定ＵＷＢ送受信機１４０に接続されるアプリケーションシステム１５０を備える。

上記構成では、ＲＦアンテナ素子１１０は、受信（Ｒｘ）及び送信（Ｔｘ）を行うことができる。ＲＦアンテナが受信のみを行う場合、ＲＦチェーンは可動ＵＷＢ送信機に接続される受信機であり、アプリケーションシステムは固定ＵＷＢ受信機に接続されることは理解されたい。アンテナが送信のみを行う場合、送信機及び受信機の配置は逆になる。

挿入図１３５及び１４５は、ＵＷＢ送信アンテナ（Ｔｘ）・ＵＷＢ受信アンテナ（Ｒｘ）Ｂ１〜Ｂ３ １７０の配置を示す。ＵＷＢアンテナ１７０は、可動部分の底部上と、固定部分の上部上とに、円形パターンで空間的に離隔される。すなわち、ＵＷＢアンテナは、空隙１０３をはさんで互いに向かい合う。アンテナ１７０は送信又は受信のいずれかを行うことができる。

追加のＵＷＢアンテナ１７１を他のＵＷＢアンテナの中心に配置することができる。このアンテナも、対応するＵＷＢ送受信機に接続される。ＵＷＢアンテナの他の構成も可能である。

たとえば、振り子運動するアンテナのために、アンテナを円弧状に配置することができ、直線運動に関しては直線パターンに配置することができる。一般に、アンテナのパターンは可動部分の動きに対応する。

ＵＷＢ送受信機は、各送受信機がアンテナのセットを備えて空間ダイバーシティを増大させる多入力／多出力（ＭＩＭＯ）技法を使用することもできることに留意されたい。

アンテナアレイの動作
超広帯域信号伝達
ＲＦアンテナアレイは高データレートで動作する。このデータレートを、可動部分１０１と固定部分１０２との間の接続によってサポートしなければならない。したがって、本発明ではかなり小さな空隙１０３にわたるＵＷＢ信号伝達を使用する。ＵＷＢとは、少なくとも５００ＭＨｚの帯域幅を用いる信号伝達を指す。パルスベースのＵＷＢは、１秒当たりギガビット単位の短距離の通信を可能にすることができる。本発明のアンテナアレイの目的のためのＵＷＢ信号伝達の別の有利な態様は、パルスが非常に短く、たとえば、１６ＱＡＭ変調を有する１．３ＧＨｚ帯域幅パルスに関して２０ｃｍを下回ることである。一般に、ＵＷＢ信号のデータレートは、空隙のサイズに反比例し得る。

したがって、従来の信号反射は元のパルスに重ならず、したがって、従来の狭帯域信号のマルチパスフェージングは存在しない。加えて、ＵＷＢに固有の非常に広い帯域幅によって、動作に非常に高いＳＮＲを必要とするより高次の変調を使用することなく大きなチャネル容量を達成することができる。

所望の高データレートを達成するために、各ＲＦアンテナ素子１１０からの信号が、ＵＷＢアンテナ１７０のうちの対応するアンテナのためのＵＷＢ信号に変換される（１２５）。さまざまなＵＷＢアンテナからのＵＷＢ信号間の干渉を最小限に抑えるために、隣接する固定ＵＷＢアンテナは可動アンテナが回転するときに異なる周波数帯域を使用する。したがって、可動アンテナは同じサブバンドで常に送信又は受信することができ、自身の周波数を、それらが可動アンテナと協調するように調整することができる。

たとえば図２に示されるように、１２個のアンテナ素子１１０が存在する事例を考え、合成データレートを６ギガビット／秒とする。したがって、ＵＷＢ周波数帯域全体を、時間（Ｔ_１〜Ｔ_３）にわたるＵＷＢパルス（Ｐ_１〜Ｐ_３）の３つのサブバンド（Ｆ_１〜Ｆ_３）に分割する。３つのサブバンドのそれぞれは少なくとも５００Ｈｚである。アンテナはすべての周波数サブバンドにおいて送受信することができる。特定のアンテナのパルスの周波数サブバンドは、可動部分が図に示すように回転するにつれて変化する。図１における符号Ｂ_１〜Ｂ_３は、３つ周波数サブバンドによるＵＷＢアンテナ及びＵＷＢ送受信機のグループ分けに対応する。このように、任意の時点において、任意のグループの３つの空間的に隣接するＵＷＢアンテナは異なるサブバンドを使用する。

可動部分が回転するときに、ＵＷＢアンテナは常に整列するわけではなく、各受信アンテナは、２つの異なる周波数帯域で動作している、少なくとも２つの隣接する、干渉する送信アンテナから著しい寄与を受け得る。干渉する受信ＵＷＢ信号をフィルタリングすることができる。

一方で、図３に示すような好ましい一実施の形態では、特定の送信アンテナからのＵＷＢ信号を、隣接する受信アンテナからの受信信号と合成する。同じ技法を、振り子運動のような他の動きに使用することができることは理解されたい。

本発明の特定の実施の形態において、マルチバンドＯＦＤＭ又はＷｉＭｅｄｉａとしても既知であるＥＣＭＡ３６８標準規格によるＵＷＢ信号を使用する。この標準規格は、利用可能な周波数範囲（３．１ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚ）を、同程度のデータレート／秒を有する５２８ＭＨｚの帯域幅の３つの周波数帯域に分割することを想定している。ＵＷＢ送信機は周波数ホッピングを使用するか、又は固定周波数帯域に留まることができる。

円形の配置では常に位置合わせされている中央のアンテナ１７１を、制御信号及び較正信号に使用することができる。制御信号は、アンテナアレイの送信モードと受信モードとの間で切り替えるための信号を含むことができる。制御信号は、アレイ素子１１０の方位角及び仰角を変更することもできる。

本発明を好ましい実施の形態の例として説明してきたが、さまざまな他の適応及び変更を本発明の精神及び範囲内で行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神及び範囲内に入るこのような変形及び変更のすべてを包含することである。

本発明の実施の形態による可動ＲＦアンテナ素子アレイのブロック図である。 本発明の実施の形態による、ＵＷＢパルスの３つの周波数サブバンドのタイミング図である。 本発明の実施の形態による、隣接するＵＷＢアンテナからのＵＷＢ信号の合成のブロック図である。

Claims (12)

1. 可動部分と、
   空隙によって前記可動部分から離隔される固定部分とを備え、
   前記可動部分は、
   ＲＦ信号を受信するように構成されるＲＦアンテナ素子のアレイと、
   １つのＵＷＢアンテナを含み、前記ＲＦ信号をＵＷＢ信号に変換する手段を介して各ＲＦアンテナ素子に接続される可動超広帯域送信機とを有し、
   前記固定部分は、
   １つのＵＷＢアンテナを含み、前記可動超広帯域送信機毎の１つの固定超広帯域受信機と、
   前記固定超広帯域受信機に接続されるアプリケーションシステムとを有し、
   前記可動超広帯域送信機は、前記ＲＦ信号から変換された前記ＵＷＢ信号を、前記空隙を越えて通信するように、前記可動部分が動いている間に前記アプリケーションシステムによって処理されるように構成される、
   ＲＦアンテナアレイを動作させる装置。
2. 前記ＵＷＢアンテナの配置のパターンは、前記可動部分の動きに対応する
   請求項１記載の装置。
3. 前記ＵＷＢアンテナは、円形パターンに配置され、前記可動部分は、回転する
   請求項１記載の装置。
4. 前記ＵＷＢアンテナは、円弧状に配置され、前記可動部分は、振り子運動する
   請求項１記載の装置。
5. 前記円形パターンの中心に、追加のＵＷＢアンテナが配置される
   請求項３記載の装置。
6. 前記ＵＷＢアンテナは、ＭＩＭＯ技法を使用するように構成される
   請求項１記載の装置。
7. 前記可動超広帯域送信機及び前記固定超広帯域受信機は、単一のＵＷＢ周波数帯域を共有し、
   前記単一のＵＷＢ周波数帯域は、３つのサブバンドに分割され、
   隣接する３つのＵＷＢアンテナの各グループは、異なるサブバンドを使用する
   請求項１記載の装置。
8. 前記ＵＷＢ信号のデータレートは、前記空隙のサイズに反比例する
   請求項７記載の装置。
9. 前記固定超広帯域受信機によって使用されるサブバンドは、前記可動超広帯域送信機が回転するときに前記可動超広帯域送信機のサブバンドに対応するように調整される
   請求項７記載の装置。
10. 隣接するＵＷＢアンテナのＵＷＢ信号は、合成される
    請求項７記載の装置。
11. 前記追加のＵＷＢアンテナは、制御信号に使用される
    請求項５記載の装置。
12. 可動アンテナ素子アレイによってＲＦ信号を受信するステップと、
    各アンテナ素子によって受信されるＲＦ信号をＵＷＢ信号に変換するステップと、
    前記アンテナ素子が動いているときに、前記ＵＷＢ信号を固定超広帯域受信機に送信するステップと、
    アプリケーションシステムによって処理されるように、前記ＵＷＢ信号を前記固定超広帯域送受信機によって受信するステップと
    を含む、ＲＦアンテナアレイを動作させる方法。

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