JP2011517218A - 広帯域の高利得誘電体ノッチ・ラジエータ・アンテナ - Google Patents

Abstract

広帯域の周波数のＲＦ送受信のためのラジエータ要素。ラジエータ要素は、空洞の口の最も広い距離を定め、先端へ反対方向において延長する一対のホーンの形で導電材料の基板表面上に導電材料で形成される。口は、前記一対のホーンの間で最も狭い位置で断面において減少する。結果として生じるラジエータ要素は、最も広い位置および最も狭い位置の距離が受信するために大きさを設定される周波数間の周波数を放射して受信する。
【選択図】図１

Description

本出願は、２００８年６月２４日に出願の米国仮特許出願番号第６１／０７５，２９６号、２００８年１１月２８日に出願の米国仮特許出願番号第６１／１１８，５４９号、２００８年４月５日に出願の米国仮特許出願番号第６１／０４２，７３７号、および、２００８年４月６日に出願の米国仮特許出願番号第６１／０４２，７５２号に対し優先権を主張し、その４つすべての内容はここに引用により組み込まれたものとする。

本発明は無線周波数通信の送受信のためのアンテナに関する。特に、高いアンテナ利得と可動性の両方のため個々に使用可能であるまたは他の同様に構成されたラジエータ要素に係合可能な、平らに成形されたラジエータ要素を採用するアンテナに関連するものである。ラジエータ要素は、ユーザと１つまたは様々な帯域幅の同じラジエータ要素を有する隣接したアンテナ・ノードとの間での同時通信が可能である。個々のアンテナ・ラジエータ要素のユニークな構成は、４７０ＭＨｚから５．８ＧＨｚの間の周波数の広帯域において優れた送受信能力を提供する。そのような広帯域幅における能力はこれまで達成されておらず、開示された単一のラジエータ要素は、例えば７００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ、３．６５ＧＨｚ、４．９ＧＨｚ、５．１ＧＨｚ、および、５．８ＧＨｚのように一般および軍事用に広く使われている周波数における送受信のための使用が可能である。ラジエータ要素は実際に、最高１．２ｇｂｐｓの合理的な処理能力を有し、それにより、単一アンテナ要素ではこれまで達成されなかった４７０ＭＨｚから５．８ＧＨｚの間のＲＦ周波数の同時的な送受信のためにアンテナ塔への配置が可能になる。そのような配置は、グリッドまたは通信ウエブにおいて必要な塔およびアンテナの数を最小化し、さらに、携帯電話からＨＤＴＶまで最大数の異なるタイプの通信を提供する。

通常、携帯電話、ラジオおよびテレビジョンアンテナは、形成された構造要素を変えることによって、周波数およびアンテナ利得のために調節可能な構造で形成される。高い周波数には短い要素、低い周波数には長い要素で形成され、同様に構成された複数の短いおよび長い要素はアンテナ利得を増やすまたはビームを一定の方向に向けるために形成される。しかしながら、形成されたアンテナ構造またはノード自体は適所に一般に固定されるが、選択した周波数の狭帯域におけるより良い送受信の長さまたは角度のために調整される要素は、特定のユーザに役立つように選択した場所に配置される。多くの通信会社が多くの異なる周波数を使用するので、多数の異なるそのような個々のアンテナ塔が必要とされ、例えばＷｉＦｉまたは携帯電話または警察無線のような異なるサービスの供給者に使用される個々の周波数に適合させるためのラジエータ要素を有する１つまたは複数のそのような塔を有する。互いの構内の中、丘の上、高い塔、または、周囲の地域にサービスを提供する他の高い場所に複数のアンテナ塔を配置する結果となる。そのような労力の重複は不経済であるだけではなく、地域コミュニティにおいて目障りな存在となる傾向がある。

このように、携帯電話のアンテナ・グリッドまたは無線通信ウエブのような通信アレイを構成する場合、建築業者は、サービスを提供される狭帯域の供給者によってカスタマイズされるアンテナを得るジレンマに直面する。そのようなほとんどのアンテナは、ネットワークおよび現場によって広く変化する場所で使用される周波数の狭帯域に適合するラジエータ要素を用いてカスタム・メイドされる。また、帯域幅または連結のいずれかを増加するために、水平、垂直または円形の偏波体系が要求される。さらに、選ばれた周波数のアンテナ利得が考察されなければならず、その後でアンテナ利得必要条件および可能なビームステアリング必要条件を満たす最終的な構造に含まれる多くの要素が考察されなければならない。

しかしながら、特定の個々の周波数または狭帯域に製造されたそのようなアンテナは、それらが本来、一般的に固定されるので、最大の周波数範囲およびアンテナ利得を調整する手段をほとんど提供しない。さらにそれらは、周波数帯、アンテナ利得、偏波、ビーム幅および他の必要条件にカスタム・メイドされるので、技術変化または新規な周波数が利用可能になる時、新規なアンテナが変化に適合する必要があるために問題となり得る。

またさらに、異なる無線携帯電話またはグリッド通信体系における多くの周波数の多くの異なる帯域に取り組んでいる通信システム供給者は、所望のアンテナ利得および偏波体系で使用される複数の周波数の様々なアンテナの多くの在庫を維持しなければならない。大量のアンテナの在庫が無いと、設置の遅れが発生する可能性がある。

そのような在庫を必要とすることにより、必要とされたアンテナ構成が手元にない場合の配置調達期間と同様に費用が途方も無く増加する。さらに設置の間、与えられた地形で図面上では作用するものが、野外では作用しないことがあるので、最終的なアンテナ構造の構成を予測するのは難しい。加えて、設置される間に与えられたシステムのために必要とされる厳密なアンテナ利得、および、偏波または周波数範囲が、予想と適合しない可能性がある。その結果、在庫がない時にカスタム・メイドのアンテナをユーザのために製造しなければならない場合、本質的に遅延が発生する。

これは、無線グリッドまたはウエブが無線通信のために設置されている場合に特に当てはまる。周波数は、携帯電話またはＷｉＦｉまたは非常時のデジタル通信のようにグリッドにおいて実行されている無線通信のタイプ次第で広く変化することができる。アンテナ利得のためのシステム必要条件および個々に使用される周波数もまた、ＦＣＣおよびクライアントのニーズに従い変化することができる。

またさらに、従来の携帯電話、ラジオおよび他のアンテナに必要とされるインフラストラクチャは、各々のアンテナが局所的通信グリッドに配線で接続されることを必要とする。これはそのようなグリッドにおける個々のアンテナ・ノードの場所が厳格に制限されるだけでなく、各々のアンテナが有限数のユーザにサービスを提供し、それは地上でローカル・ネットワークに配線で接続されなければならないので、本質的に費用を増加させる。

このように、例えば携帯電話または警察または非常時の無線のための双方向通信の無線アンテナの簡単な形成および構成を可能にする、改良されたアンテナ・ラジエータ要素、および、アンテナ塔またはノードの構造の方法の継続的な満たされないニーズが存在する。そのような装置は、本来はモジュラ型がベストであり、１日にわたって複数であるが変化する数のユーザにサービスを提供するアンテナ・グリッドの周波数、偏波、アンテナ利得、方向、ステアリングおよび要求される他の要因の必要に応じた構成のために非常に高いポテンシャルを提供する個々のラジエータ要素を使用する。

そのような装置は、塔などに取付けられるための係合に適応する標準化された数のベース構成要素を可能にする広帯域のラジエータ要素を使用するべきである。そうして組立てられた構成要素は、標準化された連結におけるトランシーバへの電気経路を提供するべきである。そのような装置は、送受信される広範囲の異なる周波数を提供することが可能な単一のラジエータ要素を使用するべきである。本質的に同一の構造の複数の個々のラジエータ要素を使用することによるそのような装置は、アンテナ利得を増減させ、個々の通信ビームを一定の方向に向けるため、スイッチで切換え可能であるべきである。

複数の個々の広帯域のラジエータ要素を採用する装置は、それぞれがベース構成要素と容易に係合可能である個々のラジエータ要素の構成要素のキットを使用して、アンテナ部位を形成することができるべきである。これらの個々のラジエータ要素の構成要素は、嵌合またはラジエータ要素が集結するベース構成要素への他の簡単な係合を可能にする、形成されたアンテナのベース構成要素のそれらと容易に係合する電気経路を有するべきである。そのような装置は、ベース構成要素全体で、各々の個々のラジエータ要素から１つまたは複数のラジエータ要素と連絡するトランシーバにスイッチで切換え可能な電気的接続を同時に達成することができるべきである。

ここで開示され記載された装置および方法は、４７０ＭＨｚから５．８ＧＨｚの間の広帯域の周波数において優れた送受信能力を提供するために独自に成形された単一のラジエータ・アンテナ要素の供給により、上述した目標を達成する。

４７０から８６０ＭＨＺ間の範囲において、開示されるラジエータ要素は、−９．８ｄＢ以下の測定された損失で優れた処理能力を提供し、これは、このすべての周波数帯において電圧定在波比が２：１であることを意味する。６８０ＭＨｚから２１００ＭＨｚの帯域において、ラジエータ要素は、−９．８ｄＢより少ない測定された反射減衰量を有する優れた処理能力を同時に提供することができる。

類似した同時的な性能特性は、２．０ＧＨｚから６．０Ｇｈｚの間の帯域幅において達成される。その結果として、ここで開示される単一のラジエータ要素は、４７０ＭＨｚから５．８ＧＨｚの周波数において同時的な送受信が可能であり、アレイ連結効果からのインダクタンスのため連結され、容易に適合することができ、２１世紀で必要とされる広帯域通信の送受信を提供することができる。

個々の要素において使用可能である一方で、ラジエータ要素はまた、アンテナ利得およびビームステアリングの付加のためにアレイに連結される。アレイは、そのような要素の係合したアレイの形式を形成または変えるため、ラジエータ要素間の切換えの作業に適応するソフトウェアを用いて、複数の構成のために適応する。各々が本質的に互いと同一であり、アレイアンテナを形成するために広帯域のアレイ全体で各々ＲＦ送受信が可能であるラジエータ要素を使用して、装置は、周波数、アンテナ利得、偏波、ステアリングおよび他の要因に関してユーザのために高度にカスタマイズ可能であるアンテナを形成するためにすっきりと単純な解決法を提供する。

本発明のラジエータ要素は、印刷回路技術によって形成される平らなアンテナ要素に基づく。アンテナは、ホーンまたはノッチアンテナ・タイプとして公知である二次元の構造で形成される。要素は、ＭＹＬＡＲ、繊維ガラス、ＲＥＸＬＩＴＥ、ポリスチレン、ポリアミド、ＴＥＦＬＯＮ、繊維ガラスまたは意図した目的に適した他のいかなる材料として誘電性基板の上に形成される。基板は可撓性であり、それによって、アンテナは保管のために巻かれて、使用のための平らに広げることができる。または装置の特に好適な態様において、平らな構成において本質的に堅固な基板材料の上に形成され、このことにより、堅固なアンテナ構造を構成要素が連結および形成するのが可能になる。

基板の上に形成されたアンテナ・ラジエータ要素自体は、例えばアルミニウム、銅、銀、金、プラチナまたは意図した目的に適している他のいかなる電気導電材料のようないかなる適切な導電材料であってもよい。要素を形成している導電材料は、いかなる公知の技術によっても基板に接着される。

特に好適な実施態様において、基板の第１側部を被覆するアンテナ・ラジエータ要素の導電材料は、鍍金されていない第１の空洞またはカバーされた表面領域でホーンの形において形成される。形成されたホーンは、中心からそれぞれの末端で互いに距離をおいて配置した尖った先端への延長する本質的にミラー構成において２つの葉または尾部の半断面を有する「クジラの尾部」の断面の一般的な外観を有する。任意であるが、好適であれば、それらの末端から延長するミラーの「Ｌ」型の延長部であってもよい。これらの延長部は、任意であるが、低周波数範囲で有意にアンテナ・ラジエータ要素の処理能力を高めることがわかった。

２つの部分間の基板の大きい被覆されていないまたは鍍金されていない表面領域で始まる空洞は、アンテナの口を形成し、尾の形に成形されたラジエータ要素の各々の葉または半断面の２つの末端間の本質的に中央に置かれる。空洞は２つの末端間を通る本質的に水平な線に対して垂直に延長し、そして尾部片方のうちの１つの本体部分へ湾曲し、もう片方から離れて延長する。

要素の片方の先端位置から空洞の経路に沿って、空洞は、その断面範囲においてわずかに狭くなる。空洞は２つの先端部間の最も広い位置にあり、最も狭い位置で狭くなる。この狭い位置からの空洞は、１つの尾部片方内で末端に延長するように湾曲し、そこで、湾曲している空洞の中央線から短い直角の延長部を作成する。

ラジエータの片方の末端間の空洞の最も広い位置は、要素の周波数範囲の最も低い点を決定する。２つの部分間の空洞の最も狭い位置は、要素が使用のために適応する最も高い周波数を決定する。現在最も広い距離は１．４から１．６インチの間にあり、１．５８１２インチが特に好適な最も広い距離である。最も狭い位置は０．２４から０．２６インチの間にあり、１．５８１２の広さの距離と対になる場合．０２５３インチが特に好適である。もちろん当業者は、形成された空洞の最も広いおよび最も狭い距離を調整することによって、要素は他の周波数範囲に適応し、最大および最小幅でその間に空洞を形成するために２つの本質的に同一の葉部を使用するいかなるアンテナ要素も本発明で請求された装置の範囲内で先行するものであると認識する。

形成されたラジエータ要素から基板の対向する表面において、給電線路は、ラジエータ要素の第１および第２の片側の中間の空洞の範囲から延長し、末端の垂直な延長部にその中で延長する空洞を有するラジエータ要素と電気的に連結するため、先端まで基板を通過する。

給電線路の連結の場所と、ラジエータ要素の２つの片方の部分のサイズおよび形状と、空洞の断面範囲とは、与えられた使用法および周波数で最良の結果を得るためのアンテナの設計の選択である。しかしながら、開示されたラジエータ要素はよく作用し、広帯域幅で機能するので、ここで表す示された連結位置を有するラジエータ要素の態様は、特に好適である。もちろん当業者は、片方の部分の形状と空洞のサイズおよび形状とが、特定の周波数のアンテナ利得を増やすためまたは当業者に公知の他の理由のために調整され、そのような変化のいずれかおよびすべて、または、この開示を読み込み当業者が実行される表されたラジエータ要素の変更は、本発明の範囲内で先行するものであると認識する。

ここで表され記載されているラジエータ要素は、個人、政府および産業によって使用される多くの周波数およびスペクトル全体に立派に機能し、アンテナ要素設計における進展である。現在の処理能力は、帯域幅能力最高１．２ｇｂｐｓを有する７００ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ、３．６５ＧＨｚ、４．９ＧＨｚ、５．１ＧＨｚ、および、５．８ＧＨｚを含むがこれに限らない周波数の範囲の試験によって示される。そのような広い範囲の単一のラジエータ要素からのＲＦスペクトルは、この開示の前には聞いたことがない。

ラジエータ要素が多くの周波数全体での送受信を可能にするこのユニークな形状により、アンテナ利得を増やし、形成されたアンテナのビームを一定の方向に向けるため、各々のラジエータ要素は、容易に同一の形状の他のものと組み合わせられる。

そのために、アレイアンテナを形成するために複数の開示されたラジエータ要素を使用する際、装置は複数のベースまたは垂直のボード部材を使用し、それぞれは、送信機、受信機またはトランシーバと通信する１つまたは複数の係合可能なアンテナ・ラジエータ要素と、配線コネクタとの間に電気通信を提供するためにコネクタ位置で成端する電気経路で構成される。平行に配置される１つまたは複数の垂直のボード部材は、ラジエータ要素の基板のスリットと係合し、このことにより水平な基体部材との電気的接続のための係合のアンテナ・ラジエータ要素が形成されて配置される示された位置を提供するために適応する。垂直ボード部材はまた、その上に一般に電気経路の側面の反対側の側面、または、経路から絶縁された層に配置されるアンテナ・ラジエータ要素を有する。

構成要素のモジュラ型キットにおいて、垂直またはベースのボード部材は、送受信装置と通信している導線への電気係合における電気経路の終点を示すマウントと係合するように適応する。電気経路の他端には、ベース部材上のアンテナ・ラジエータ要素に係合する、または、水平なボード部材上のアンテナ要素に至る経路との係合を示すために配置される連結点がある。

それぞれの基板上の要素の係合は、マウントをアンテナの水平に配置されたラジエータ要素に提供する水平なボード部材においてノッチに係合するようにサイズ設定された垂直のボード部材のスリットによって達成される。スリットをノッチに係合することにより、第２のベース部材上の連結点または垂直のボード部材上の電気経路でアレイにアンテナ・ラジエータ要素を運ぶ水平なボード部材が自動的に整列配置される。

水平なボード部材は、実質的にユーザによって要求されるいかなる周波数にも適応する、その上に形成または係合されるアンテナを有する。しかしながら、上記したように、開示されたラジエータ要素は、従来のように形成されたラジエータ要素において好適である大きいスペクトル全体に強い双方向通信を提供する。したがって、各々開示されたラジエータ要素がその上に取付けられ、異なる周波数での動作のために本質的に必要な大きさにされる水平なボード部材のキットにより、ユーザはユニークな構造および形状のラジエータ要素によって利用できるスペクトルから要求される周波数に適合できる大きいアレイアンテナにモジュラ型部品を組立てることができる。

ベース部材に係合される水平なラジエータ要素は、要素連結に連結点を提供する突出した後側の部分でスリットを有する。その上に電気経路を有する第２の板部材は、水平な基板と第２の板部材との係合が、水平なアンテナ・ラジエータ要素のすべてを無線設備に至るコネクタに連結するような嵌合連結点を有する。その上に形成される電気経路の経路を変えることによる第２のボードはトランシーバと組み合わせて要素と係合することができる、または、各々の要素の絶縁およびトランシーバへの連結を提供することができる。経路変化は、永久的な変化のためまたは導線に沿って配置される切換手段により物理的なものであり、コンピュータまたはユーザにより制御される。

一般に垂直な位置のアレイにおいて塔に係合される場合に垂直またはベース部材基板の上に形成されるアンテナ・ラジエータ要素は垂直偏波を提供し、一方で、アレイの水平なボード部材基板に係合されるアンテナ・ラジエータ要素は水平偏波を提供する。互いにおよびトランシーバに適切な電気経路を有する同じ周波数の水平なおよび垂直なラジエータ要素の使用は、達成される円偏光を提供する。

または、同じまたは異なる周波数の放送および信号の受信は、１以上の周波数に適応するアンテナで水平なボード部材を組立てることによって達成することができ、垂直ボード部材は、１以上の他の周波数で操作するために必要な大きさにされるアンテナを有する。

分類ボックスに似ている形成されたアンテナ・アレイ構造はしたがって、必要とされる周波数に適応するアンテナ・ラジエータ要素をその上に有する水平および垂直のボード部材を単に選択することによって手近の作業で高度にカスタマイズ可能である。すべての部品が伝達装置および放送機器と通信する電気経路にアンテナを係合および連結するのに適しているので、垂直ボード部材の標準化された取付けの設置により、ユーザによる野外での簡単な設置および調整が可能になる。

アンテナ利得は、ボード部材を形成しているそれぞれの水平および／または垂直基板上の隣接した水平および垂直に配置されたアンテナ・ラジエータ要素間の平行したまたは独立した連結によって増減される。異なるボード部材上の２つの垂直に配置されたアンテナ・ラジエータ要素をより大きいアレイに組み合わせることにより、アンテナ利得が増加し、第３または第４の要素を加えることにより、それはより増加する。これは、アンテナ・ラジエータ要素から送受信装置に続く経路を係合または切り離す切換えまたはコネクタによって容易に実行することができる。

個々のラジエータ要素の形成されたアンテナ・アレイのビーム幅のステアリングは、水平、垂直または円形の偏波で地上パターンを達成するため、水平なおよび垂直に配置されたラジエータ要素に係合したスイッチを用いるのと同様に調整される。コンピュータによる電子スイッチングは、形成されたアンテナ・アレイによって極大利得および好適な可動性を保証するのに現在の最良の態様である。第２のベース部材上の経路への水平なボード部材上の経路の接続点は、したがってアンテナ利得を増やすために接続される、または、利用できる周波数の数を増やす、または、アンテナ利得を減らすため、同じまたは異なる要素を有するトランシーバに対する別々の経路として提供される。

一連の隣接した方形空洞において形成される場合、ビームのステアリングはアンテナ・ラジエータ要素を送電装置に通じている経路に接続または分離するによって、同じ方法で可能である。

開示されたモジュラ型キットにおいて単独でまたはアレイでここに開示されたラジエータ要素を使用することにより、車で運ばれる異なる数のアンテナ・ラジエータ要素で、水平および垂直ボード部材の在庫から完全に製造される高度にカスタマイズ可能なアンテナを生ずる。

上記の記載に関して、ここで開示された本発明の少なくとも１つの好適な実施態様の詳細を説明する前に、本発明はその適用において、構造の詳細、および、以下の記載または図面に示された構成要素の配置に限定されないと理解される。ここで記載される本発明は、他の実施態様が可能であり、当業者にとって明らかな様々な方法で実践され実行することが可能である。またここで使用される語法および用語は、説明のためであって、限定的なものとして見なされるべきではないと理解される。

このように、当業者は、広いＲＦ帯域範囲を生じ、基板上に２つの部分間の空洞によって形成され、この開示の元になるアレイを形成するために単独でまたは共にキットのような構成要素の方法で使用されるそのようなラジエータ要素の先駆的な概念が他のアンテナ構造、いくつかのここで開示された装置の目的を実行する方法および装置を設計するための基礎として直ちに利用されるものであると認識する。したがって、本発明の趣旨および範囲から逸脱しないその範囲においてそのような同等の構造および方法論を含むものとして請求項が見なされることは重要である。

単一の要素の周波数の広いアレイ全体で電波を送受信するアンテナ・ラジエータ要素を提供し、したがって、他の異なるように成形されたまたは長くされた要素の必要性を取り除くことは、本発明の１つの主要な目的である。

アンテナ要素のキットを係合することによって高度にカスタマイズ可能である送受信周波数を生ずるため、モジュラ型構成要素において形成される個々の要素のアレイにおいて構成されるアンテナを提供することは、本発明の目的である。

隣接したそれぞれの水平および垂直に配置されたアンテナ要素を組み合わせるまたは切り離すことによってアンテナ利得が増減されるようなモジュラ型アンテナを提供することは、本発明の追加的な目的である。

構造および作動の詳細に属する、続いて明瞭になるこれらおよび他の目的および利点は、それの一部を形成している添付の図面を参照して、以下により完全に記載され、特許請求され、そこにおいて、同じ数字は全体にわたって同じ部品を表す。

図１は、本質的に２つの末端の間で等距離の位置で最も狭い位置「Ｎ」に向けて狭くなる空洞「Ｗ」の最も広い点を形成する末端を示す基板に配置される「クジラの尾部」に類似してここで成形されるラジエータ要素の好適な態様の平面図を表す。 図２は、タップでラジエータ要素の半分の部分と係合している給電線路を示すラジエータ要素が取付けられる平らな基板の後方側面を表す。 図３は、アンテナ利得、偏波、および、ビームステアリングの増加のためのラジエータ要素のアレイを有している塔を表す。 図４は、水平および垂直傾向でアンテナ要素をその中に有する方形空洞を示す要素で形成されるモジュラ型アレイアンテナを表す。 図５は、横のまたは水平部材を係合するために適応するベース部材上の経路を示す図４の後部の斜視図である。 図６は、図７の装置の後部、および、反対側のアンテナ要素にタップで通信する基板の上に形成される電気経路を示す。 図７は、その上に形成される複数の個々のアンテナ要素を有する図６のベース部材を表す。 図８は、図４-５の装置の側面の図、および、アンテナ要素と、トランシーバ、受信器、または他の構成要素との間で通信するためその上に形成される経路を示す。 図９は、水平部材が、容易に電気経路の摩擦または他の電気連結を可能にする示された係合において垂直またはベース部材に係合されている装置を表す。 図１０は、垂直部材においてスロットと係合するために適応し、開示された特に好適な「クジラの尾部」要素の構成を有する水平部材を表す。

ここで図１から１０を参照する。装置１０のラジエータ要素２２を表す図１および２において、葉に似ていて、本質的に同一または互いのミラー・イメージである第１のホーン１３および第２にホーン１５によって形成される２つの部分を有する「クジラ尾部」のように成形されるラジエータ要素２２が表される。本発明の各々のラジエータ要素２２は、導電性でないものと上記され、例えば、ＭＹＬＡＲ、繊維ガラス、ＲＥＸＬＩＴＥ、ポリスチレン、ポリアミド、ＴＥＦＬＯＮ繊維ガラス、または、意図した目的に適する他のいかなる材料のような堅固なまたは可撓性材料で構成される基板１７の上に形成される。

第１の表面１９は、マイクロストリップラインなどまたはこの技術では周知の他の金属および基板構造により導電材料で覆われている。導電材料を基板に取り付けるいかなる手段も、本発明を実施するために許容可能である。導電材料２３は例えば、アルミニウム、銅、銀、金、プラチナ、または意図した目的に適した他のいかなる導電材料を含むが、これらに限定されるものではない。

図１に示すように、第１の表面１９上の表面導電材料２３は、適切な手段によって取り除かれてエッチングされる、または、第１および第２のホーンを形成する被覆プロセスにおいてコーティングされないままにされ、曲線からなる空洞３５に至る口３３を有する。任意にではあるが好ましくは、ミラーの「Ｌ」型の延長部２９は、それらの先端３１からそれぞれのホーン１３および１５のより低い点の連結まで延長する。延長部２９は、上記の周波数の低い周波数範囲でアンテナ・ラジエータ要素装置１０の処理能力を有意に高めるとわかった。

口３３から延長している空洞３５は、最も広い点「Ｗ」を有し、２つのホーン１３および１５の湾曲した横縁間から、２つの先端３１の間で本質的に等距離であり、２つのホーン１３および１５上の２つの先端３１の間を通る最も広い点「Ｗ」を表す線に本質的に垂直な想像線に沿って配置される最も狭い点「Ｎ」まで延長する。

ラジエータ片方の先端２１またはホーン１３および１５の間を通る空洞３５の口３３部分の最も広い距離Ｗは、装置１０の周波数範囲の最低点を決定する。２つのホーン１３および１５間の空洞３５の口３３の部分最も狭い距離Ｎは、装置１０の使用に適応する最も高い周波数を決定する。現在最も広い距離「Ｗ」は１．４から１．６インチの間であり、１．５８１２インチが特に好適な最も広い距離「Ｗ」である。最も狭い距離「Ｎ」は０．２４から０．２６インチの間であり、１．５８１２の最も広い距離「Ｗ」と対になる場合、０．２５３が特に好適である。もちろん、当業者は、形成された空洞の最も広いおよび最も狭い距離を調整することによって、要素は他の周波数範囲に適応し、その間で空洞を最大および最小幅により形成するために２つの本質的に同一の葉部を使用するいかなるアンテナ要素もここで特許請求された装置の範囲内で先行することを認識する。

最も狭い距離「Ｎ」にすぐ近くの空洞３５は第１のホーン１３の本体部分に向かって湾曲し、他のホーン１５から離れて延長する。空洞３５が第１のホーン１３内で末端３７に延長し、そこで、湾曲している空洞３５の中央線から離れて、口３３の中央線の方へ短い直角の延長４１を作成する。この短い直角の延長４１は、いくつかの周波数のためのアンテナ利得の改良を示した。

図２に示される基板１７の対向する表面において、給電線路４３は、ラジエータ要素２２の２つの部分を形成して２つのホーン１３および１５の中間で空洞３５の範囲から延長し、最も狭い距離「Ｎ」を通過した空洞２５の湾曲した部分の端に隣接した第１のホーン１３に電気的に連結するため基板１７を通過する。

ラジエータ要素２２の給電線路４３の連結の位置と、２つのホーン１３および１５のサイズおよび形状と、空洞３５の最も広い距離「Ｗ」および、最も狭い距離「Ｎ」の断面の範囲とは、与えられた使用および周波数の最高の結果のためのアンテナ設計の選択である。しかしながら開示されたラジエータ要素２２はよく作用し、広帯域幅で機能するので、ここで表す示された連結位置を有するラジエータ要素２２の態様は、特に好適である。

上から見た場合に本質的に同じ「クジラの尾部」の外観を維持しているラジエータ要素２２は、最大低周波および最大高周波と、その中間との間の他のＲＦ周波数にそれを最適化するように大きさにおいて適応する。これは、要求される最大低周波で放射されるＲＦ波の長さの距離の本質的に四分の一または二分の一である最も広い位置「Ｗ」に先端３１を配置させるために、前記出張り部１３および１５を形成することによって実行される。ラジエータ要素２２の最大高周波を決定するため、要求される最大高周波で放射されるＲＦ波の長さの距離の本質的に二分の一または四分の一である距離を有する口の最も狭い位置「Ｎ」で形成される。これは、より狭いまたはより広い最も狭い位置「Ｎ」を収容するため、出張り部１２および１５の湾曲した端をわずかに調整することによって実行される。そのように形成されたならば、ラジエータ要素２２は、最大高低周波数間のすべての周波数をよく送受信する。

多くの周波数で送受信能力をラジエータ要素２２に提供するこのユニークな形状により、そのようなラジエータ要素２２の各々は、アンテナ利得を増やし、形成されたアンテナのビームを一定の方向に向けるようにアレイを形成するため、同一の形状の他のものと容易に組み合わされる。タスクに適応するソフトウェアによって動く切換手段を用いて、連結されたラジエータ要素２２は、水平偏波、垂直偏波または円偏光で機能し、他のそのようなラジエータ要素２２の同じ方法で形成された遠隔アンテナと通信するために接続する、または、別々に使用される。

前述のように、装置１０は、係合可能なアンテナ・ラジエータ要素２２と、送信機、受信器またはトランシーバとの間で通信するためそれぞれがコネクタ位置２０で成端している電気経路１８によって構成されるベース部材１６および第２のベース部材１７を形成する基板１７上にラジエータ要素２２を形成することによって図４から１０に記載のモジュラ型の方法で使用される。

１つまたは複数のベース部材１６および第２のベース部材１７は平行して配置され、アンテナまたはアンテナ・ラジエータ要素がその上に配置される横の水平なボード部材２８との摩擦連結のための手段２０としてスロット２４を提供する。ベース部材１６はまた、その上に配置されるアンテナ・ラジエータ要素２２を有する。

ベース部材１６および第２のベース部材１７のスロット２４は、水平なボード部材２８のノッチ３４に係合するようにサイズ設定される。スロット２４をノッチ３４に係合することにより、第２のベース部材１７上の電気経路１８とラジエータ要素２２とを係合する第２のベース部材１７上の連結点３６でアンテナ・ラジエータ要素２２を担持する水平なボード部材２８が自動的に整列配置される。水平なボード部材２８は、その上に形成されるまたは係合されるアンテナ・ラジエータ要素２２を有する。

ノッチ３４の嵌合連結点35に至るその上に電気経路１８を有する第２のボード部材は、第２のベース部材１７の係合により、水平のアンテナ・ラジエータ要素２２のすべてを無線設備に至るコネクタ２０に個々に連結する、または、経路１８の形成および成端コネクタ２０の数次第で組み合わせることができるようにされる。

したがって、アンテナ利得はラジエータ要素２２を組み合わせる経路によって増加する、または、周波数の数は、トランシーバに個々のラジエータ要素２２の別々の通信を提供する経路１８を提供することによって増加する。装置は、アンテナ利得を増やす、または、水平、垂直または円形の偏波体系を使用するため、垂直に配置されたラジエータ要素２２のアレイおよび／または水平に配置されたラジエータ要素２２になるように作られる。

基板上の接地平面４０は、接地平面４０、および、第２のベース部材１７の後部の連結による整列配置されたノッチ３４への水平なボード部材１８の通信を可能にするため、スロットをその中でまた有するそのようなアレイ形成において提供される。

個々のラジエータ要素２２の形成されたアレイアンテナは、分類ビンに似ていて、例えばＡ１−Ａ２のそれらのように、隣接した平行のラジエータ要素２２を組み合わせるためのベース部材１６および第２の部材１８上の経路１８の使用がアンテナ利得の増加を生じる図４に示されるように複数の隣接した方形空洞を有し、水平に配置されたラジエータ要素２２の動力の増加が、送受信ビームの図１に示される角度変化Ａ−Ｂを可能にする。

もちろん、摩擦によって働くとここで注目される連結は、配線でつなぐ、または、別途配線され、必要に応じて電気的に連結され、場合によっては、これは好ましい。アレイアンテナ利得を増減する、または、他の塔上の同類のラジエータ要素２２間の独立した動力伝達経路を増加するために個々のラジエータ要素２２を組み合わせるまたは分離する切換手段は、ラジエータ要素２２で形成されたアンテナを収容している塔の範囲内でユーザに基づいて必要なコンピュータおよびソフトウェア・モニタ装置によって電子的に取り扱われるのが最もよい。

当業者は、そのような切換えによって、アンテナ利得の増加のため各々のラジエータ要素２２が他のものと組み合わせる、または、アンテナ利得を減少させるために分離することができると認識する。異なる水平および垂直配置においてラジエータ要素２２の切換えするように係合可能なアレイで形成されるそのような各々のアンテナ・アレイからより個別の周波数および伝達担体を可能にするようにトランシーバのための個々の水平または垂直に配置されたＲＦ経路を生ずるため、ビームステアリングもまた変えられ、ラジエータ要素２２は分離される。

グリッドのアンテナを形成するそのようなラジエータ要素２２の塔の電子切換を制御するソフトウェアによって使用される場合、装置は、したがってフェイズドアレイアンテナ構成を形成し、グリッドの塔と地面のユーザとの間で同時的な複数の帯域の高能力通信を提供する。同時に、アンテナは、グリッドの通信のための最適な塔からの受信可能範囲を形成するため、地面のユーザにビーム幅および角度のステアリングを提供する。

組付けられたラジエータ要素およびモジュラ型組立の基本的な特性および特徴のすべてがその具体例に関してここで図と共に記載された一方で、修正の許容範囲、様々な変化および代替は、前述の開示において意図されるものであり、ある例において、いくつかの本発明の特徴が説明された本発明の範囲から逸脱せずに他の特徴を対応して使用せずに用いられることは、明瞭である。様々な代替、修正および変動は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく当業者によって作成されることもまた理解されるべきである。その結果として、そのような修正、変更および代替のすべては、以下の請求項に記載の本発明の範囲内に含まれる。

Claims (19)

1. 基板と；
   第１の基板表面であり、その一部が導電材料で覆われ、その一部が覆われていない基板表面であって；該導電材料が本質的に同一の形状を有する一対のホーンを形成し、該ホーンは先端へ反対方向において各々延長する基板表面と；
   該一対のホーン間の該覆われていない部分により形成される第１の空洞であって；該第１の空洞は口部を有し、該口部は該先端の間で延長する線に沿って第１端部から始まり；該口部は、該第１端部から該２つのホーンの間で該一対のホーンの間の最も狭い位置まで延長するので断面が減少し；該第１の空洞は、該ホーンの第１のものへ湾曲された方向において該最も狭い位置から延長している第１の空洞と；
   第１端部で該ホーンの第２のものと電気的に通信し、ＲＦ受信器またはトランシーバとの電気通信のために第２端部で適応する給電線路と；を含むラジエータ要素。
2. 本質的に同一の形状を有し、先端へ反対方向において延長する前記一対のホーンは、該ホーンがその上に形成される基板表面に垂直の位置から見られる場合にクジラの尾部の外観を有する、請求項１のラジエータ要素。
3. 前記最も狭い位置が本質的に両方の前記先端から等距離の位置にあり；該最も狭い位置が本質的に前記第１端部に対して垂直に通る線に沿っている；請求項１のラジエータ要素。
4. 前記最も狭い位置が本質的に両方の前記先端から等距離の位置にあり；該最も狭い位置が本質的に前記第１端部に対して垂直に通る線に沿っている；請求項２のラジエータ要素。
5. 前記ホーンの各々のそれぞれの前記先端から延長している一対の「Ｌ」型の導線をさらに含み；該導線の各々は、該ホーンの１つのそれぞれの該先端と、それが延長する同じ該ホーンのそれぞれの本体部分との間でそれぞれ電気的に通信している；請求項１のラジエータ要素。
6. 前記ホーンの各々のそれぞれの前記先端から延長している一対の「Ｌ」型の導線をさらに含み；該導線の各々は、該ホーンの１つのそれぞれの該先端と、それが延長する同じ該ホーンのそれぞれの本体部分との間でそれぞれ電気的に通信している；請求項２のラジエータ要素。
7. 前記ホーンの各々のそれぞれの前記先端から延長している一対の「Ｌ」型の導線をさらに含み；該導線の各々は、該ホーンの１つのそれぞれの該先端と、それが延長する同じ該ホーンのそれぞれの本体部分との間でそれぞれ電気的に通信している；請求項３のラジエータ要素。
8. 前記ホーンの各々のそれぞれの前記先端から延長している一対の「Ｌ」型の導線をさらに含み；該導線の各々は、該ホーンの１つのそれぞれの該先端と、それが延長する同じ該ホーンのそれぞれの本体部分との間でそれぞれ電気的に通信している；請求項４のラジエータ要素。
9. 前記最も広い位置が１．４から１．６インチの間であり；前記最も狭い位置が０．２４から０．２６インチの間である；請求項１のラジエータ要素。
10. 前記最も広い位置が１．４から１．６インチの間であり；前記最も狭い位置が０．２４から０．２６インチの間である；請求項２のラジエータ要素。
11. 前記最も広い位置が１．４から１．６インチの間であり；前記最も狭い位置が０．２４から０．２６インチの間である；請求項３のラジエータ要素。
12. 前記最も広い位置が１．４から１．６インチの間であり；前記最も狭い位置が０．２４から０．２６インチの間である；請求項４のラジエータ要素。
13. 前記最も広い位置が１．４から１．６インチの間であり；前記最も狭い位置が０．２４から０．２６インチの間である；請求項７のラジエータ要素。
14. 前記最も広い位置が１．４から１．６インチの間であり；前記最も狭い位置が０．２４から０．２６インチの間である；請求項８のラジエータ要素。
15. 前記最も広い位置が本質的に１．５８１２インチであり；前記最も狭い位置が０．０２５３インチである；請求項１のラジエータ要素。
16. 前記最も広い位置が本質的に１．５８１２インチであり；前記最も狭い位置が０．０２５３インチである；請求項３のラジエータ要素。
17. 前記最も広い位置が本質的に１．５８１２インチであり；前記最も狭い位置が０．０２５３インチである；請求項７のラジエータ要素。
18. 互いに隣接して前記基板の上に形成される複数の前記ラジエータ要素が、複数の該ラジエータ要素を有する該基板を形成し；
    該複数のラジエータ要素を有する複数の該基板が、アレイ形成し、該ラジエータ要素を互いに垂直に配置するように互いに係合可能であり；
    水平に配置された位置決めにある該アレイにおいて該ラジエータ要素を電気的に連結する手段を含み；
    該水平に配置されたラジエータ要素を電気的に連結し、このことにより水平に配置されたＲＦ信号のアンテナ利得を提供し；
    および、電気的に連結している該垂直に配置されたラジエータ要素を電気的に連結し、このことにより垂直に配置されたＲＦ信号のアンテナ利得を提供する；請求項１のラジエータ要素。
19. 前記最も広い位置での前記先端における出張り部を形成であって、該最も広い位置が本質的に該低周波数で放射している波の長さの半分の距離であるような形成と；
    該高周波で放射している波の長さの本質的に半分の距離を有する前記口部の前記最も狭い位置を形成するための該出張り部の形成と；を含む、最高および最低の周波数間でＲＦ信号を放射し受信するように請求項１の広帯域のラジエータ要素を適応させ、その間でＲＦ周波数を送受信するように適応させる方法。

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