JP2010529795A - 全方向性容積アンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも第１の導電要素（Ｃ_Ｃ１）と、共通回転軸と中心開口（Ｏ_１、Ｏ_２）の周りで回転対称性を有している第２の導電要素（Ｃ_Ｃ２）を備えている広帯域全方向性アンテナに関し、上記要素はお互いに反対に位置しており、要素の少なくとも１つは漸進的な先細の領域を有し、同軸励振線と導電要素との間に３次元の接触自由推移が実現されるように導電要素と中心同軸励振線（Ｌｃ）の間に間隔を備え、ダイオードのオンオフ状態に依存している間隔を選択的に放射するためのダイオード型の先が広がった領域（Ｒｉ）の中の放射パターンを変更する要素を備えることを特徴とする。
【選択図】図４ａ

Description

本発明の分野は、バイコニカル（biconical）またはディスコーン（discone）アンテナのような全方向性容積アンテナの分野に関し、放射パターンの形成領域の中の追加の要素が方位角空間のセクタリングを可能とする

一般に、バイコニカルアンテナは、２つの円錐のとがっている端をお互いに対向させ、２つの円錐の重ね合わせによって得られ、電力は円錐の中心から出て行く。円錐の形状は、波がここから伝搬する漸進的な先細の領域の決定を可能とする。この先細の領域は、多様な形状を有することができ、特に、疑似球形の輪郭を有する「ビバルディ（Vivaldi）」型のアンテナに対して使用される領域のような輪郭を提供することができ、この輪郭はまた１つの線に縮小することもできる。ディスコーンアンテナは円錐が配置された反射面を用いることによって実現され、この結合は、効率に関してバイコニカルアンテナと同じ特徴を著しく表す。

全方向性アンテナは、図１に示されるような円錐Ｃ_１と平面Ｐ_２の２つの導電要素から構成されることが知られ、同軸ケーブルの中心コアは上部の円錐と接触し、一方下部の平面は、電力供給同軸ケーブルの外面のアースと接触する。

アンテナはまた、同軸ケーブルＬ_１とＬ_２を有する２つの円錐Ｃ_１とＣ_２（図２ａに示す）から、つまり、引用文献１に記載されているように構成されることも知られている。この文献は、２つの円錐１、２から構成され、電気的に２つの導電ネットワーク５、６を介して、中心同軸要素３、４を統合し、円錐の部分にそれを接続し、全体は材料７に埋め込まれていることを提案している（図２ｂに示す）。

フランス特許第２２４６０９０号公報

既存技術の全方向性アンテナは、方位角平面の全ての方向によい指向性を有している。しかし、方向の部分集合に指向性にかなり影響する自由を許していない。接触自由推移はアンテナの統合を容易にすることを可能とする。

また、特に欧州特許第１４６０７１７号公報に記載され、知られているように、全方向性アンテナは、励振の源のレベルでスイッチングダイオードの手段によって、アンテナの指向性が電場変動によって修正される。本文の中で本発明は、同軸励振線と回転対称性を有する２つの導電性要素の間で、３次元中に接触自由推移を統合するアンテナを提供することを目的とする。マイクロストリップ線路／スロット線平面の推移の３次元内での置き換えに対応し、アンテナの少なくとも１つの先細の部分にアンテナの放射変更要素を有している。

より詳細に、本発明の目的は、少なくとも第１の導電要素と、共通回転軸と中心開口の周りで回転対称性を有している第２の導電要素を備えている広帯域全方向性アンテナであり、前記要素はお互いに反対に位置しており、要素の少なくとも１つは漸進的な先細の領域を有し、これは、同軸励振線と導電要素との間に３次元の接触自由推移が実現されるように２つの導電要素の間に中心同軸励振線および空間と、先細領域の中の放射パターンの変更要素を備えることを特徴とする。

本発明の変形によれば、導電要素の１つは平面である。

本発明の変形によれば、導電要素の少なくとも１つは円錐である。

本発明の変形によれば、最も小さい円錐の直径は同軸励振線の断面よりも大きい寸法である。

本発明の変形によれば、導電要素の少なくとも１つは半球である。

本発明の変形によれば、変更要素は伝導状態から絶縁状態にスイッチが可能なダイオードまたはＭＥＭＳ型の構成要素を備えている。

本発明の変形によれば、導電要素の少なくとも１つは変更要素を支えている放射状の絶縁セクタを備えている。

好ましくは、絶縁セクタを備えている導電要素の少なくとも１つはプラスチック内にあり、および金属化部分を備えている。

好ましくは、変更要素は金属化部分を備えているプラスチック要素上に直接印刷されたトラックによって提供される。

本発明の変形によれば、アンテナはアースの連続性を確実にするため２つの導電要素に接続された金属棒も備える。

本発明の変形によれば、アンテナは漸進的に先細の領域を表している導電要素の中に少なくとも１つの完全に絶縁された部分を備える。

非制限の例としてあげられた以下の記載を読むこと、および添付の図を参照することによって、本発明はより理解され、他の効果が明らかになる。

従来技術による全方向性アンテナの第１の例を示す。 従来技術による全方向性アンテナの２つの他の例を示す。 従来技術による全方向性アンテナの２つの他の例を示す。 ２つの円錐要素と中心同軸線を備える本発明によるアンテナの構造を示す。 放射パターンの変更要素を構成する本発明によるアンテナの例の斜視図と断面図をそれぞれ示す。 放射パターンの要素を構成する本発明によるアンテナの例の斜視図と断面図をそれぞれ示す。 ３次元視点、方位角平面の視点および仰角平面の視点による図４ａと図４ｂに示されたアンテナの放射パターンをそれぞれ示す。 ３次元視点、方位角平面の視点および仰角平面の視点による図４ａと図４ｂに示されたアンテナの放射パターンをそれぞれ示す。 ３次元視点、方位角平面の視点および仰角平面の視点による図４ａと図４ｂに示されたアンテナの放射パターンをそれぞれ示す。 図４ａと図４ｂに示されたアンテナの反射による損失を示す。 円錐が中心励振線の寸法に対して拡大された中心開口を有する変形を示す。 導電要素がプラスチックピースの中で実現されている本発明の変形を示す。 導電要素の１つが平面である本発明の変形を示す。 導電要素の１つが平面である本発明の変形を示す。 導電要素が半球である本発明のｎ変形を示す

一般的な手法で、本発明によるアンテナは先細の導電性形状の第１の要素と、先細の形状または平面形状内にあることができる導電性の第２の要素を備えている。これらの２つの要素によって構成される組み立て品は、同軸中心励振線と結合される。同軸型のアクセスと２つの導電性要素によって構成される組み立て品の間を結合することを可能とするため、この励振線は、２つの導電性要素の間の開口のレベルで短絡回路の後ろに設けられているアンテナの電力供給機能を確実にする金属化中心棒を備えている。この短絡回路は、金属化棒の先端にλ／４の距離で「開回路」を設置することによって実現される。この中心棒の先端の高さはアンテナの適応調節パラメータでもある。

図３は、より特別な円錐形Ｃ_Ｃ１の第１の要素、円錐形Ｃ_Ｃ２の第２の要素および同軸中心励振線Ｌ_Ｃを備える全方向性アンテナの構造の例を詳細に示す。各導電要素は、上記要素の中に励振線の挿入が可能で中心軸Ａ_Ｃの周りに回転対称な中心開口Ｏ_１、Ｏ_２を有している。この励振線は中心金属化棒Ｌ_Ｃ１を備え、バイコニカルアンテナの開口のレベルで短絡回路を設置するため、導電性要素のレベルで、この中心棒の貫入長は典型的にλ／４にオーダである。さらに、２つの円錐要素間の垂直方向Ｄ_Ｚの空間ｅは、同軸励振線のモードと二つの円錐によって構成された組み立て品のモードとの間を連結することができる。

典型的に、方向Ｄ_Ｚの空間ｅは、４ｍｍのオーダ内である。円錐要素は１５ｍｍの半径を有し、測定する構成は約４８ｍｍである。本発明によれば、アンテナは、図４ａと図４ｂに示されたように容積アンテナの先細の領域内に放射パターン変更要素Ｒ_ｉ（導波器と反射器要素）も有する。

これらの要素は、絶縁状態から導電状態に移行することができる半導体要素であること、および容積アンテナの先細の領域内に挿入されることも効果的である。これらは印刷されてトラックｐ_ｉによって、提供され、中心回路に接続され、容積アンテナを構成する導電要素の中の１つに統合された絶縁セクタ上に位置している。図６ａと図６ｂ（４つのセクタの構成）の概要で金属化棒によって表されているこれらの要素は、例えば構造の下に置かれた制御回路に接続されたＰＩＮダイオード、バラクタダイオードまたはＭＥＭＳ型成分のような成分であることができる。変更要素は、それらが遮断状態であるとき破線によって図式的に示される。最大の結合を生成するため、およびバイコニカルアンテナに同軸ケーブルのエネルギーの通過を確実にするため、これらの要素は、同軸ケーブルの中心金属化棒が備え付けられている円錐の中心から距離λｇ／４（λｇ＝２つの円錐の間の誘導波長）で短絡回路を生成できるように配置される。これらの要素は、２つの円錐を一緒に電気的にアースに接続するため、およびこれにより反射要素のように動くため、短絡回路を実現させることが可能な状態にする、またはこれらの要素を導波要素の状態にするのいずれかである。これらの多重要素の状態の制御は空間のセクタリングを可能とする。これらの数もシステムによってカバーされるセクタの数を決定する。

前の構成は４つのセクタで記載されており、セクタの数を変化させることは効果的であり、典型的に本発明によるアンテナの放射パターンをさらに調節するため８つが、実現される。

さらに、絶縁セクタと導電セクタを備えている導電要素は、金属化セクタＳ_ＣＩを実現するプラスチック内のピースであることも効果的である。プラスチック内の主要なピースは、チップまたはピンの機械的システムの手段によって回路に内部的に接続され、ハンダ付けによって装着されることもできる。円錐間のアースのひと続きは２つの要素Ｃ_Ｃ１とＣ_Ｃ２を接続している金属化棒Ｍｉの手段によって、確実にされる。

したがって、セクタリング機能を統合する１つのアンテナブロック内の可能性は、空間に非常に重大な利得を提供する。実現の全体像から、バイコニカルまたはディスコーン型アンテナシステムを実現するための方法を提供するプラスチック技術の使用は、プラスチック材料の二重性および多用途性のためであることができ、エネルギー伝搬サポートとしてプラスチックを使用することができ、空間利得、重さ、および通信チェーンの停止による相互接続の容易さに関して新しい全体像を結果として公開する。

４つのセクタを備え、５ＧＨｚで動作するように調整された全方向性アンテナの実施形態が図４ａと図４ｂに図示された。

このアンテナは、例えば同軸ケーブル型アクセスの手段によって実現されることができるアンテナに電力を供給するための中心穴を有し、「参照」アンテナ装置のサポートを構成する、および２つのプラスチック円錐が頭から尾に位置している「従来」の構成を中に備える金属化プラスチック技術の中で実現される主要なピースを３次元内に備える。本例の主要なピースの高さは４８ｍｍで、円錐の半径は５ＧＨｚの動作で２０ｍｍである。２つの円錐の間の間隔は、重要な最適化パラメータであり、本例では４ｍｍに調節され、この開口は、同軸ケーブルモードとバイコニカルアンテナモードとの間を結合することによって実現されるアンテナの電力供給システム内で役割を果たす。この電力供給方法は、３次元型電力供給システムの構成の中で置き換えられた同軸ケーブル／スロット線推移に属する。

与えられたセクタと選択的手法内の空間を照射することができる存在および特に反射要素の制御は、一意な中心装置の使用に起因する。これは、５ＧＨｚでの放射パターンを表しているこのアンテナのタイプに関して図５ａ、図５ｂおよび図５ｃを用いて、そのような要素を備えている４つの絶縁セクタの構造で示される。これらのパターンは、図５ａ（３次元表示）、図５ｂ（方位角平面表示）、図５ｃ（仰角平面表示）の中で示される。指向性は４．９２ｄＢで、−３ｄＢでのビームの幅は、−８ｄＢより少ない前後方比に対して、方位角で９０°、仰角平面で１６０°である。

５ＧＨｚでの動作を実現する本構成の例は、図６で示された反射により典型的な損失を表す。

図７に示された本発明の変形によれば、全方向性アンテナは、電力供給同軸ケーブルＸ_Ｌの外部円筒の大きさに関して、より詳細には、同軸ケーブルの外部壁を構成している空の円筒形状の領域に関して、円錐Ｘ_Ｃの小さい直径の拡大を有している。この変形は、プラスチック材料内でピースが用いられるとき、成形制限を特に考慮するより単純な製造プロセスにとって興味深い。

本発明の変形によれば、全方向性アンテナは、もはや前述の変形の中に記載された空洞のピースを備えていなく、「固体」プラスチックから構成されたピースを備え、上記アンテナの強化された力学的保持を可能とする。図８はこの構成を示している。導電性要素Ｃ_Ｃ１とＣ_Ｃ２は上記プラスチックピースＰの内側で実現される。

本発明の変形によれば、アンテナは、第１の導電要素に対して平面である導電性要素の１つに起因して、縮小された全体の大きさを有するディスコーンアンテナである。図９ａおよび図９ｂに示されたように、アンテナは、内部が金属化された上部円錐Ｃ_Ｃ１と、同軸ケーブルＬ_Ｃにアクセスする反射アース平面Ｐ_Ｃ２と、円錐と反射アース平面の間の開口とから構成される。

図１０に示された本発明の変形によれば、導電性ピースは、疑似球形の輪郭を有する「ビバルディ」型のアンテナに対して直面するような領域を含んでいる先細の領域を備えており、したがって同軸励振線Ｌ_Ｃに結合された２つの半球Ｓ_Ｃ１とＳ_Ｃ２から構成される。

１、２、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｘ_Ｃ 円錐
３、４ 同軸要素
５、６ 導電ネットワーク
７ 材料
Ｐ_２、Ｐ_Ｃ２ 平面
Ｌ_１、Ｌ_２、Ｘ_Ｌ、Ｌ_Ｃ 同軸ケーブル
Ｃ_Ｃ１ 第１の要素
Ｃ_Ｃ２ 第２の要素
Ｌ_Ｃ 同軸中心励振線
Ａ_Ｃ 中心軸
Ｏ_１、Ｏ_２ 中心開口
Ｌ_Ｃ１ 中心金属化棒
Ｄ_Ｚ 垂直方向
ｅ 空間
Ｒ_ｉ 放射パターン変更要素
ｐ_ｉ トラック
Ｓ_ＣＩ 金属化セクタ
Ｍｉ 金属化棒
Ｐ プラスチックピース
Ｓ_Ｃ１、Ｓ_Ｃ２ 半球

Claims (11)

1. 少なくとも第１の導電要素と、共通回転軸と中心開口の周りで回転対称性を有している第２の導電要素を備えている広帯域全方向性アンテナであって、前記要素はお互いに向かいあって位置しており、要素の少なくとも１つは漸進的な先細の領域を有し、
   同軸励振線と導電要素との間に３次元の接触自由推移が実現されるように２つの導電要素の間に中心同軸励振線および空間と、
   先細領域の中の放射パターンの変更要素と、
   を備えることを特徴とする広帯域全方向性アンテナ。
2. 導電要素の１つは平面であることを特徴とする請求項１に記載の広帯域全方向性アンテナ。
3. 導電要素の少なくとも１つは円錐であることを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域全方向性アンテナ。
4. 最も小さい円錐の直径は同軸励振線の断面よりも大きい寸法であることを特徴とする請求項３に記載の広帯域全方向性アンテナ。
5. 導電要素の少なくとも１つは半球であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の広帯域全方向性アンテナ。
6. 変更要素は伝導状態から絶縁状態にスイッチが可能なダイオードまたはＭＥＭＳ型の構成要素を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の広帯域全方向性アンテナ。
7. 導電要素の少なくとも１つは変更要素を支えている放射状の絶縁セクタを備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の広帯域全方向性アンテナ。
8. 放射状の絶縁セクタを備えている導電要素の少なくとも１つはプラスチック内にあり、および金属化部分を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の広帯域全方向性アンテナ。
9. 変更要素は金属化部分を備えているプラスチック要素上に直接印刷されたトラックによって提供されることを特徴とする請求項８に記載の広帯域全方向性アンテナ。
10. アースの連続性を確実にするため２つの導電要素に接続された金属棒も備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の広帯域全方向性アンテナ。
11. 漸進的に先細の領域を有している導電要素の中で実現された少なくとも１つの絶縁平面ピースを備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の広帯域全方向性アンテナ。

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