JP2014504124A - 広帯域偏波共用アンテナ - Google Patents

広帯域偏波共用アンテナ Download PDF

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Abstract

アンテナであって、該アンテナは、広帯域垂直偏波単極放射素子を有し、該単極放射素子の垂直軸に概して垂直な第１の平面内に突起部を有する反射体を有し、該単極放射素子に対して概して同心円状に配置された複数の水平偏波放射素子を有し、該水平偏波放射素子の各々は、該垂直軸に概して垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、該垂直軸に沿った方向において該第１の平面からオフセットを設けられており、かつ、該アンテナは、該単極放射素子および該水平偏波放射素子に給電するための給電機構を有する、前記アンテナ。
【選択図】図１

Description

関連出願の参照
「BROADBAND, DUAL PORT, DUAL POLARIZED INDOOR AND/OR OUTDOOR ANTENNA」と題する米国仮特許出願第６１/４３６,６４５号（出願日：２０１１年１月２７日）を参照する。その開示は、参照することにより本明細書に組み込まれ、その優先権が、３７ＣＦＲ１．７８（ａ）（４）および（５）（ｉ）に従って本出願で主張される。
発明の分野
本発明は、概しては、アンテナに関し、より詳細には、無線通信用の偏波共用アンテナに関する。
以下の刊行物は、当該技術分野の現状を表すものと考えられる。
‘A New Design of Horizontally Polarized and Dual-Polarized Uni-Planar Conical Beam Antennas for HYPERLAN’, N. J. McEwan et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 51(2）, 2003;
‘A Wide-Band Low-Profile Conical Beam Antenna with Horizontal Polarization for Indoor Wireless Communication’, K. M. Luk et. al., IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 8, 2009;
‘A Notch Wire Composite Antenna for Polarization Diversity Reception’, K. Nobuhiro et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, June 1998;
‘Dual Polarized Omnidirectional Array Element for MIMO Systems’, A. N. Gonzalez, KTH Signals, Sensors and Systems, 2005.
‘A Shorted Magneto-Electric Dipole with J-Shaped Strip Feed’, Z. Y. Zhang et. al., Progress In Electromagnetics Research Letters, 12, 2009;
‘Dual Polarized Omnidirectional Antenna’, D. Skaufel, Master’s Degree Project, KTH Signals, Sensors and Systems, 2005;
‘Dual-Polarized Omnidirectional Planar Slot Antenna for WLAN Applications’, A. Ezzeldin et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 53 (9）, 2005;
‘A Wideband E Plane Omnidirectional Antenna’, M. Hanqing et. al., 7th International Symposium on Antennas, Propagation and EM Theory, 2006;
‘A Horizontally Polarized Omnidirectional Printed Antenna for WLAN Applications’, C. C. Lin et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation , 54 (11）, 2006;
‘A 2.4GHz Omni-directional Horizontally Polarized Planar Printed Antenna for WLAN Applications’, C. C. Lin et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2003;
‘A Broadband Dual-Polarized Magneto-Electric Dipole Antenna With Simple Feeds’, B. Wu et. al., IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 8, 2009;
‘A Dual-Polarized Antenna with Pattern Diversity’, S. Yang et. al., IEEE Antennas and Propagation Magazine, 6, 2008;
‘Wide Band Coplanar Waveguide-Fed Monopole Antenna’, J. Kim et. al., Proceedings of EuCap, 2006;
‘Conical-Beam Horizontally Polarized Cross-Slot Antenna’, I. Shtrikman et. al., 3rd International Conference on Computational Electromagnetics and Its Applications, 2004;
‘Design of Very Wide-band Linear-Polarized Antennas’, E. Antonino et. al., Journnes International Sur Antennas, 2004;
‘Wide-Band Planar Monopole Antennas’, N. Prasad, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 46(2）, 1998;
‘A Wide-Band Slot Antenna Design Employing A Fictitious Short Circuit Concept’, N. Behdad et. al., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 53, 2005;
‘A Microstrip-Fed Ultra-Wideband Slot Antenna’, M Leib et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009;
‘A Low Cost UWB Printed Dipole Antenna with High Performances’, E. Gueguen et. al., IEEE International Conference on Ultra-Wideband, 2005;
‘A Windmill-shaped Loop Antenna for Polarization Diversity’, D. S. Kim et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2007;
‘Wideband Slot Antenna for WLAN Access Points’, C. R. Medeiros et. al., IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 9, 2010;
‘Reseau d’antennes a 6 capteurs en diversite de polarisation’, P. Brachat et. al., 13th International Symposium on Antennas, 2004;
‘The Effect of Antenna Orientation and Polarization on MIMO Capacity’, A. N. Gonzalez, et. al., Antennas and Propagation Society International Symposium, 2005;
‘High Performance UWB Planar Antenna Design’, K. Wong, CONVERGE -Applications Workshop for High -Performance Design, 2005;
米国特許第４，８１４，７７７号；５，７６０，７５０号；５，９４０，０４８号；６，０３４，６４９号；６，２５９，４１８号；６，２８１，８４９号；６，４０４，３９６号；６，５１８，９２９号；６，５２９，１７２号；６，５７３，８７６号；６，７４１，２１０号；６，６９３，６００号；６，９８０，１６６号；６，９８０，１６７号；７，０６４，７２５号；７，００６，０４７号；７，０２３，３９６号；７，０２７，００４号；７，０９１，９０７号；７，１３８，９５２号；７，２８３，１０１号；７，４０５，７１０号；７，６８８，２７３号；
米国特許出願公開第２００６／０２３２４９０号；２００６／０２３２４８９号；２００８／００３０４１８号；２０１０／００９７２８６号
本発明の目的は、新たな小型の広帯域偏波共用アンテナ、特には、多入力多出力（ＭＩＭＯ）の性能のために好適である新たな小型の広帯域偏波共用アンテナを提供することである。
よって、本発明の好ましい実施形態に従って、アンテナが提供され、該アンテナは、広帯域垂直偏波単極放射素子を有し、該単極放射素子の垂直軸に概して垂直な第１の平面内に突起部を有する反射体を有し、該単極放射素子に対して概して同心円状に配置された複数の水平偏波放射素子を有し、該水平偏波放射素子の各々は、該垂直軸に概して垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、該垂直軸に沿った方向において該第１の平面からオフセットを設けられており、かつ、該アンテナは、該単極放射素子および該水平偏波放射素子に給電するための給電機構を有する。
本発明の好ましい実施形態によれば、該単極放射素子は、円錐状の放射素子を有する。
好ましくは、該円錐状の放射素子は、上部の導電性円柱状素子および下部の導電性円錐状素子を有し、該上部の円柱状素子および該下部の円錐状素子は、内部のスペーサー素子および外部の支持用スタンドによって、部分的に重なる配置で保持されている。
代替的には、該単極放射素子は、直立した多分岐構造を有する。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、該複数の水平偏波放射素子は、水平偏波放射素子のアレイを有する。
好ましくは、該水平偏波放射素子のアレイは、水平偏波双極子のアレイを有する。
好ましくは、該アレイは、四角状の配置に並べられた４つの双極子を有する。
代替的には、該水平偏波放射素子のアレイは、水平偏波ループ放射素子のアレイを有する。
好ましくは、該複数の水平偏波放射素子は、該垂直軸に垂直である。
本発明の更に別の好ましい実施形態によれば、該単極放射素子は、垂直偏波した円錐状の全方向性ビームを放射する。
好ましくは、該複数の水平偏波放射素子は、水平偏波した円錐状の全方向性ビームを放射する。
好ましくは、該垂直偏波ビームの偏波と該水平偏波ビームの偏波とは、互いに直交している。
本発明の更なる好ましい実施形態によれば、該反射体は、グランドプレーンを有する。
好ましくは、該反射体は平面状である。
代替的には、該反射体は平面状ではない。
好ましくは、該反射体は、逆ピラミッド型の構造を有する。
本発明のいっそう更なる好ましい実施形態によれば、該給電機構は、該単極放射素子に給電するための第１のポート、および、該複数の水平偏波放射素子に給電するための第２のポートを有する。
好ましくは、該第１のポートは、該単極放射素子にガルバニックに接続されている。
好ましくは、該第２のポートは、該複数の水平偏波放射素子に給電する共通の給電ネットワークに接続されている。
好ましくは、該給電ネットワークは、マイクロストリップ線を有する。
追加的または代替的には、該給電ネットワークは、同軸ケーブルを有する。
好ましくは、該給電ネットワークは、多平面の給電ネットワークを有する。
好ましくは、該複数の水平偏波放射素子は、複数の広帯域水平偏波放射素子を有する。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、該アンテナはまた、該単極放射素子に対して概して同心円状に配置された第２の複数の水平偏波放射素子を有し、該水平偏波放射素子の各々は、該垂直軸に概して垂直な第３の平面内に突起部を有し、該第３の平面は、該垂直軸に沿った方向において該第１および該第２の平面からオフセットを設けられている。
好ましくは、該アンテナは、マルチバンドアンテナを有する。
好ましくは、該第２の複数の水平偏波放射素子は、水平偏波放射素子のアレイを有する。
好ましくは、該水平偏波放射素子は双極子を有する。
好ましくは、該第２の複数の水平偏波放射素子は、該垂直軸に垂直である。
本発明は、図面とあわせて解釈される以下の詳細な説明から、より十分に理解され、把握されるであろう。
図１は、本発明の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの概略図である。 図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、図１に示された種類のアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、図１に示された種類のアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、図１に示された種類のアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、本発明の別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、本発明の別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、本発明の別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、本発明の更に別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、本発明の更に別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃは、本発明の更に別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、本発明のまた別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、本発明のまた別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、本発明のまた別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃは、本発明の更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃは、本発明の更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃは、本発明の更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、本発明のなおも更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、本発明のなおも更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、本発明のなおも更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、本発明のまた更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、本発明のまた更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、本発明のまた更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。 図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける垂直偏波放射素子の放射パターンの方位角カット（azimuth cut）および２つの仰角カット（elevation cuts）をそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける垂直偏波放射素子の放射パターンの方位角カットおよび２つの仰角カットをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける垂直偏波放射素子の放射パターンの方位角カットおよび２つの仰角カットをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける水平偏波放射素子の放射パターンの方位角カットおよび２つの仰角カットをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける水平偏波放射素子の放射パターンの方位角カットおよび２つの仰角カットをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける水平偏波放射素子の放射パターンの方位角カットおよび２つの仰角カットをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のタイプのアンテナにおける、水平偏波放射素子のリターンロス、垂直偏波放射素子のリターンロス、およびそれらの間のアイソレーションをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のタイプのアンテナにおける、水平偏波放射素子のリターンロス、垂直偏波放射素子のリターンロス、およびそれらの間のアイソレーションをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。 図１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のタイプのアンテナにおける、水平偏波放射素子のリターンロス、垂直偏波放射素子のリターンロス、およびそれらの間のアイソレーションをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。
ここで図１を参照する。これは、本発明の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの概略図である。
図１に見られるように、アンテナ１００が提供される。アンテナ１００は、好ましくは、屋内型のアンテナであり、特に好ましくは、天井１０２に取り付けるように構成されている。しかしながら、アンテナ１００の動作の要求に応じて、アンテナ１００は、代替的には、種々の屋内および／または屋外の表面上に取り付けられるように構成されていてもよいことが理解される。
拡大図１０４に最もよく見られるように、アンテナ１００は、広帯域垂直偏波単極放射素子を有し、該放射素子は、ここでは、例として、広帯域な垂直偏波した円錐状の単極放射素子１０６として具現化されている。ここでは、例として、４つの水平偏波双極子のアレイ１０８として具現化されている複数の水平偏波放射素子は、単極子１０６に対して、概して同心円状に配置されている。
よって、アンテナ１００は、垂直偏波単極子１０６と水平偏波双極子のアレイ１０８との同時的なそれぞれの動作によって、垂直および水平偏波無線周波数（ＲＦ）信号を同時に放射できる偏波共用アンテナを構成していることが理解される。それらの互いに直交した偏波に起因して、単極子１０６および双極子のアレイ１０８は相関せず、それによりアンテナ１００はＭＩＭＯの用途のために特に好適になる。
単極子１０６および双極子のアレイ１０８の構造および配置は単なる例示であり、以下に例証するように、垂直偏波単極放射素子および水平偏波放射素子の種々の他の実施形態および配置もまた可能であることが更に理解される。
単極子１０６および双極子のアレイ１０８は、好ましくは、反射体１１２の上面１１０上に配置され、反射体１１２は、好ましくは、アンテナ１００のグランドプレーンを形成する。反射体１１２の存在は、本発明の好ましい実施形態の特有の特徴であり、アンテナ１００の動作において、いくつかの著しい利点をもたらす。
反射体１１２のサイズ、形状および位置は、単極子１０６と双極子のアレイ１０８の両方の放射パターンを制御するために役立つ。本発明の特に好ましい実施形態においては、反射体１１２は、単極子１０６の垂直軸１１４に概して垂直な第１の平面内に突起部を有するように、単極子１０６に対して配置される。図１に示されたアンテナの実施形態において、例として、反射体１１２は、単極子１０６の垂直軸１１４に垂直な平面を画定する平面状素子であるとして示されている。
双極子のアレイ１０８は、好ましくは、各々の双極子が、単極放射素子１０６の垂直軸１１４に概して垂直な第２の平面内に突起部を有するように配置され、該第２の平面は、単極子１０６の長手軸１１４に沿った方向において、反射体１１２によって画定される平面からオフセットを設けられている。図１に示されたアンテナの実施形態において、例として、双極子のアレイ１０８は、単極子１０６の垂直軸１１４に垂直であり、かつ、反射体１１２によって画定される平面に対して高くなるように配置された直立した双極子の構造を有するものとして示されている。
単極子１０６と双極子のアレイ１０８とに対する反射体１１２の上述の配置によって、単極子１０６と双極子のアレイ１０８とによる円錐状の、全方向性の放射パターンが形成される。絵で表されたＲＦビーム１１６によって示されるように、そのような放射パターンによって、アンテナ１００は、天井取り付け型のアンテナとして配備するのに特に好適となる。更には、単極子１０６と双極子のアレイ１０８とが類似の放射パターンを有する結果として、アンテナ１００は、その動作環境にわたって、バランスのよい水平および垂直偏波ビームのカバー範囲を提供する。
単極子１０６と双極子のアレイ１０８との放射パターンに影響を与えることに加えて、反射体１１２はまた、単極子１０６と双極子のアレイ１０８との間の迷走（stray）ＲＦ放射を吸収するのに役立つため、それらの間のアイソレーションを改善する。
更には、反射体１１２の存在によって、単極子１０６と双極子のアレイ１０８との、それらの周囲からのアイソレーションが改善されるため、物理的外的影響と電気的外的影響の両方に対するアンテナ１００の感受性が低減される。
単極子１０６と双極子のアレイ１０８との、バランスの取れた、円錐状の、全方向性の、良好なアイソレーションのビームパターンにより、アンテナ１００は、高いＲＦデータスループット率ならびに最小のフェージング効果および散乱効果をもって、ユーザー１１８、１２０、１２２等の複数のユーザーのために機能し得る。更には、単極子１０６と双極子のアレイ１０８とが、反射体１１２によって形成される単一プラットフォーム上で、互いに近接して設置されるため、アンテナ１００は、極めて小型で、かつ、従来のＭＩＭＯアンテナと比較して、比較的簡易で、かつ製造にあたって安価である。アンテナ１００の水平な広がりは、更に有利なことに、反射体１１２に対する双極子のアレイ１０８の、平坦ではなく、直立した配置によって低減される。
アンテナ１００の動作において、単極子１０６と双極子のアレイ１０８とは、給電機構によって給電される。好ましくは、単極子１０６は、垂直偏波ＲＦ入力信号を第１のポート（図示せず）で受信し、双極子のアレイ１０８は、水平偏波ＲＦ入力信号を第２のポート（図示せず）で受信する。これらの第１および第２の入力ポートは、好ましくは、単極子１０６と双極子のアレイ１０８とが好ましくは位置している表面１１０とは反対の、反射体１１２の下側に位置している。単極子１０６と双極子のアレイ１０８とに好ましくは給電する給電機構の更なる詳細は、図２Ａ−２Ｃを参照して以下に説明される。
アンテナ１００は、任意で、レドーム１２４によって収容されてもよく、レドーム１２４は、好ましくは、美観的および保護的機能の両方を有する。レドーム１２４は、アンテナ１００の好ましい放射パターンを歪めない任意の好適な材料で形成されてよい。
ここで図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃを参照する。これらは、図１に示された種類のアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。
図２Ａ−２Ｃに見られるように、アンテナ１００は、垂直偏波した円錐状の単極放射素子１０６を有し、該放射素子１０６は、水平偏波双極子のアレイ１０８によって同心円状に囲まれ、かつ、反射体１１２の上面１１０上に位置している。図２Ｃに最も明確に見られるように、反射体１１２は、単極子１０６の垂直軸１１４に垂直な第１の平面内にある。
単極子１０６は、好ましくは、広帯域な円錐状の単極子であって、好ましくは、上部の導電性円柱状素子２００および下部の導電性円錐状素子２０２を有する。円柱状素子２００および円錐状素子２０２は、好ましくは、図２Ｃに最も明確に見られるように、内部の誘電スペーサー素子２０４と、外部の支持用誘電スタンド２０６とによって、部分的に重なる構成で保持される。しかしながら、単極子１０６の図示された実施形態は単なる例示であり、種々の他の広帯域単極子放射素子が可能で、本発明の範囲に含まれることが理解される。
双極子のアレイ１０８は、好ましくは、図２Ｂに最も明確に見られるように、単極子１０６を囲む四角状の構成で配置されている４つの双極子２０８、２１０、２１２、２１４を有する。しかしながら、単極子１０６に対して概して同心円状の、双極子のアレイ１０８の他の配置が代替的に可能であることが理解される。図２Ｃに最も明確に見られるように、双極子２０８、２１０、２１２、２１４の各々は、単極子１０６の垂直軸１１４に垂直であり、かつ、反射体１１２によって画定される第１の平面に対して、垂直軸１１４に沿った方向に高くなっている第２の平面内にある。
アンテナ１００の動作において、単極子１０６は、好ましくは、垂直偏波ＲＦ入力信号を第１の給電ポート２１６経由で受信し、図２Ｃに最も明確に見られるように、第１のポート２１６は、好ましくは、反射体１１２に形成されたアパーチャー２１８によって、円錐状素子２０２にガルバニックに接続されている。
双極子のアレイ１０８は、好ましくは、第２の給電ポート２２０経由で水平偏波ＲＦ入力信号を受信する。本発明の特に好ましい実施形態によれば、第２の給電ポート２２０で受信された水平偏波ＲＦ入力信号は、双極子２０８、２１０、２１２、２１４の各々に、共通の給電ネットワーク２２２を介して送られる。共通の給電ネットワーク２２２は、好ましくは、誘電性基板２２４上に形成されている。よって、図２Ｂに最も明確に見られるように、共通の給電ネットワーク２２２は、好ましくは、双極子２０８を励起する第１の給電分岐部２２６、双極子２１０を励起する第２の給電分岐部２２８、双極子２１２を励起する第３の給電分岐部２３０、および、双極子２１４を励起する第４の給電分岐部２３２を有する。給電ネットワーク２２２の給電分岐部２２６、２２８、２３０、２３２の各々は、好ましくは、図２Ａおよび２Ｃの給電分岐部２２６、２２８の場合に見ることができる開放端のフック状構造にて、それぞれ対応する双極子の基部において終端となる。そのような給電構造は単なる例示であり、以下に例証するように、給電ネットワーク２２２が、双極子のアレイ１０８を給電するのに好適な他の構成で終端となってよいことが理解される。
図２Ａに最も明確に見られるように、給電ネットワーク２２２は、多平面の給電ネットワークであり、これは好ましくは、反射体１１２によって画定される第１の平面内にある部分と、これに垂直な部分とを有する。給電ネットワーク２２２の多平面の構造は、本発明の好ましい実施形態の特有の特徴であり、他の特徴の中でもとりわけ、典型的には平面状の給電ネットワークを利用する従来のＭＩＭＯアンテナに対して、本発明のアンテナを区別するのに役立つ。給電ネットワーク２２２の多平面の構成によって、単極子１０６と双極子のアレイ１０８との間のアイソレーションが最適化される。該最適化は、給電ネットワークが双極子のアレイ１０８と同じ平面内に存在することによってそれらの間に生じるであろう干渉を最小化することによる。
共通の給電ネットワーク２２２によって個々の双極子２０８、２１０、２１２、２１４の各々を給電することは、本発明の好ましい実施形態の更なる特有の特徴である。共通の給電ネットワークを使用することによって、双極子のアレイ１０８に、本来的に広帯域な性能が付与される。双極子２０８、２１０、２１２、２１４の各々が同相の信号を受信するからである。
給電ネットワーク２２２は、好ましくは、マイクロストリップ線で形成される。代替的には、給電ネットワーク２２２は、当該技術分野において知られる任意の好適な伝送線（例えば、同軸ケーブルが挙げられる。）で形成されてもよい。
複数の穴部２３４が、任意で、反射体２１２に形成される。これは、図１に見られる天井１０２等の支持面への反射体２１２の取り付けを促すためのものである。穴部２３４はまた、アンテナ１００への、図１に示されるレドーム１２４等のレドームの任意選択的な取り付けのためにも使用され得る。
ここで図３Ａ−３Ｃを参照する。これらは、本発明の別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。
図３Ａ−３Ｃに見られるように、アンテナ３００が提供される。アンテナ３００は、広帯域垂直偏波単極放射素子３０６、および、複数の水平偏波放射素子を有し、該複数の水平偏波放射素子は、ここでは、例として、単極子３０６に対して同心円状に配置された４つの水平偏波双極子のアレイ３０８として具現化されている。単極子３０６と双極子のアレイ３０８とは、好ましくは、反射体３１２の上面３１０に位置している。
図３Ｃに最も明確に見られるように、反射体３１２は、好ましくは、単極子３０６の垂直軸３１４に垂直な第１の平面内に突起部を有し、かつ、双極子のアレイ３０８のそれぞれの双極子は、好ましくは、垂直軸３１４に垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、第１の平面に対して、垂直軸３１４に沿った方向において高くなっている。
単極子３０６は、好ましくは、垂直偏波ＲＦ入力信号を第１の給電ポート３１６で受信し、第１のポート３１６は、好ましくは、反射体３１２に形成されるアパーチャー３１８によって単極子３０６の基部にガルバニックに接続されている。双極子のアレイ３０８は、好ましくは、水平偏波ＲＦ入力信号を第２の給電ポート３２０で受信し、該ＲＦ信号は、好ましくは、双極子のアレイ３０８のそれぞれの双極子に、共通の給電ネットワーク３２２を介して送られ、それによって、双極子のアレイ３０８に本来的に広帯域な性能が付与される。給電ネットワーク３２２は、好ましくは、誘電性基板３２４の表面上に形成される。
複数の穴部３２６が、任意で、反射体３１２に形成される。これは、天井等の支持面への反射体３１２の取り付けを促すためのものである。穴部３２６はまた、アンテナ３００へのレドームの任意選択的な取り付けのためにも使用され得る。
アンテナ３００はまた、任意で、プリントされたフィルター３２８を有し、フィルター３２８は、好ましくは、誘電性基板３２４上にプリントされる。フィルター３２８等のフィルターの使用は、当該技術分野においてよく知られ、単極子３０６と双極子のアレイ３０８との間を通過する放射の望ましくない周波数をフィルタリングすることによって、それらの間のアイソレーションを改善するのに役立つ。
アンテナ３００は、単極子３０６の構造を除き、あらゆる関連する点において、アンテナ１００に類似し得ることが理解される。アンテナ１００においては、単極子１０６は、好ましくは、広帯域な円錐状の単極子として具現化されているが、アンテナ３００においては、単極子３０６は、好ましくは、図３Ｂに最も明確に見られるように、有利にも狭い設置面積を有する、広帯域の、直立した、精緻な分岐構造として具現化されている。図２Ａ−２Ｃおよび図３Ａ−３Ｃにそれぞれ示された円錐状の単極子および分岐した単極子は単なる例示であり、種々の他の広帯域垂直偏波単極子放射素子もまた可能であることが理解される。
更には、アンテナ３００は、任意で、給電ネットワーク３２２の構成において、アンテナ１００と異なってよい。アンテナ１００においては、給電ネットワーク２２２を形成するマイクロストリップ線は、好ましくは、開放端のフック状の構成にてそれぞれの双極子の下方で終端となるが、アンテナ３００においては、給電ネットワーク３２２を形成するマイクロストリップ線は、好ましくは、それぞれの双極子内へと延びることによって、双極子のアレイ３０８に直接給電する。しかしながら、給電ネットワーク３２２の示した構成は単なる例示であり、当該技術分野において知られる他の給電機構もまた可能であることが理解される。
アンテナ３００の他の特徴および利点は、概して、アンテナ１００に関して上述した通りであり、その小型の構造、多平面の給電ネットワーク、ならびに、バランスの取れた、円錐状の、全方向性かつ非相関の垂直および水平偏波直交放射パターンを含む。
ここで図４Ａ−４Ｃを参照する。これらは、本発明のまた別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。
図４Ａ−４Ｃに見られるように、アンテナ４００が提供される。アンテナ４００は、広帯域な垂直偏波した分岐単極放射素子４０６、および、複数の水平偏波放射素子を有し、該複数の水平偏波放射素子は、ここでは、例として、単極子４０６に対して同心円状に配置された４つの水平偏波双極子のアレイ４０８として具現化されている。単極子４０６と双極子のアレイ４０８とは、好ましくは、反射体４１２の上面４１０に位置している。
図４Ｃに最も明確に見られるように、反射体４１２は、好ましくは、単極子４０６の垂直軸４１４に垂直な第１の平面内に突起部を有し、双極子のアレイ４０８のそれぞれの双極子は、好ましくは、垂直軸４１４に垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、第１の平面に対して、垂直軸４１４に沿った方向において高くなっている。
単極子４０６は、好ましくは、第１の給電ポート４１６で垂直偏波ＲＦ入力信号を受信し、第１のポート４１６は、好ましくは、反射体４１２に形成されるアパーチャー４１８によって、単極子４０６の基部にガルバニックに接続されている。双極子のアレイ４０８は、好ましくは、第２の給電ポート４２０で水平偏波ＲＦ入力信号を受信し、該ＲＦ信号は、好ましくは、共通の給電ネットワーク４２２を介して双極子のアレイ４０８のそれぞれの双極子へ送られることにより、双極子のアレイ４０８に、本来的に広帯域な性能が付与される。給電ネットワーク４２２は、好ましくは、誘電性基板４２４の表面上に形成される。
複数の穴部４２６が、任意で、反射体４１２において形成される。これは、天井等の支持面への反射体４１２の取り付けを促すためのものである。穴部４２６はまた、アンテナ４００へのレドームの任意選択的な取り付けのためにも使用され得る。
アンテナ４００は、双極子のアレイ４０８の配向を除き、あらゆる関連する点においてアンテナ３００と類似し得ることが理解される。アンテナ３００においては、双極子のアレイ３０８のそれぞれの双極子が、まっすぐで、直立した配向を有することによって、それぞれの双極子が、単極子３０６の垂直軸３１４に垂直な平面内にあるが、アンテナ４００においては、双極子のアレイ４０８のそれぞれの双極子は、傾斜した配向を有する。よって、図４Ｃに最も明確に見られるように、双極子のアレイ４０８のそれぞれの双極子は、単極子４０６の垂直軸４１４に垂直な平面内に突起部を有する。
それぞれの双極子のアレイ３００、４００のまっすぐな配向および傾斜した配向は単なる例示であり、それぞれの水平偏波放射素子が、単極放射素子の垂直軸に垂直な平面内に突起部を有する限り、水平偏波放射素子の他の配向もまた可能であることが理解される。
アンテナ４００の他の特徴および利点は、概して、アンテナ３００に関して上記に説明した通りであり、その小型の構造、多平面の給電ネットワーク、ならびに、バランスの取れた、円錐状の、全方向性かつ非相関の垂直および水平偏波直交放射パターンを含む。
ここで図５Ａ−５Ｃを参照する。これらは、本発明の更に別の好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。
図５Ａ−５Ｃに見られるように、アンテナ５００が提供される。アンテナ５００は、広帯域な垂直偏波した円錐状の単極放射素子５０６、および、複数の水平偏波放射素子を有し、該複数の水平偏波放射素子は、ここでは、例として、好ましくは単極子５０６に対して同心円状に配置された、４つの水平偏波ループ放射素子のアレイ５０８として具現化されている。単極子５０６と、ループ放射素子のアレイ５０８とは、好ましくは、反射体５１２の上面５１０に位置している。
図５Ｃに最も明確に見られるように、反射体５１２は、好ましくは、単極子５０６の垂直軸５１４に垂直な第１の平面内に突起部を有し、ループ放射素子のアレイ５０８のそれぞれのループは、好ましくは、垂直軸５１４に垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面が、第１の平面に対して、垂直軸５１４に沿った方向において高くなっている。
単極子５０６は、好ましくは、第１の給電ポート５１６で、垂直偏波ＲＦ入力信号を受信し、第１のポート５１６は、好ましくは、反射体５１２に形成されるアパーチャー５１８によって、単極子５０６の基部にガルバニックに接続されている。ループ放射素子のアレイ５０８は、好ましくは、水平偏波ＲＦ入力信号を第２の給電ポート５２０で受信し、該ＲＦ信号は、好ましくは、ループ放射素子のアレイ５０８のそれぞれのループに、共通の給電ネットワーク５２２を介して送られることによって、ループ放射素子のアレイ５０８に、本来的に広帯域な性能が付与される。給電ネットワーク５２２は、好ましくは、誘電性基板５２４の表面上に形成される。
複数の穴部５２６が、任意で、反射体５１２に形成される。これは、天井等の支持面への反射体５１２の取り付けを促すためのものである。穴部５２６はまた、アンテナ５００へのレドームの任意選択的な取り付けのためにも使用され得る。
水平偏波放射素子の構造を除き、アンテナ５００が、あらゆる関連する点において、アンテナ１００に類似し得ることが理解される。アンテナ１００においては、水平偏波放射素子は、好ましくは、複数の水平偏波双極放射素子１０８として具現化されているが、アンテナ５００においては、水平偏波放射素子は、好ましくは、複数の水平偏波ループ放射素子５０８として具現化されている。
図１−４Ｃおよび図５Ａ−５Ｃにそれぞれ示された双極子およびループ放射素子は単なる例示であり、種々の他の水平偏波放射素子もまた可能であり、本発明の範囲に含まれることが理解される。
アンテナ５００の他の特徴および利点は、概して、アンテナ１００に関して上述した通りであり、その小型の構造、多平面の給電ネットワーク、ならびに、バランスの取れた、円錐状の、全方向性かつ非相関の垂直および水平偏波直交放射パターンを含む。
ここで図６Ａ−６Ｃを参照する。これらは、本発明の更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。
図６Ａ−６Ｃに見られるように、アンテナ６００が提供される。アンテナ６００は、広帯域な垂直偏波した円錐状の単極放射素子６０６、および、複数の水平偏波放射素子を有し、該複数の水平偏波放射素子は、ここでは、例として、単極子６０６に対して同心円状に配置された４つの双極子のアレイ６０８として具現化されている。単極子６０６と双極子のアレイ６０８とは、好ましくは、反射体６１２の上面６１０に位置している。
図６Ｃに最も明確に見られるように、反射体６１２は、好ましくは、単極子６０６の垂直軸６１４に垂直な第１の平面内に突起部を有し、双極子のアレイ６０８のそれぞれの双極子は、好ましくは、垂直軸６１４に垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、第１の平面に対して、垂直軸６１４に沿った方向において高くなっている。
単極子６０６は、好ましくは、垂直偏波ＲＦ入力信号を第１の給電ポート６１６で受信し、第１のポート６１６は、好ましくは、反射体６１２に形成されるアパーチャー６１８によって、単極子６０６の基部にガルバニックに接続されている。双極子のアレイ６０８は、好ましくは、水平偏波ＲＦ入力信号を第２の給電ポート６２０で受信し、該ＲＦ信号は、好ましくは、双極子のアレイ６０８のそれぞれの双極子に、共通の給電ネットワーク６２２を介して送られ、それによって、双極子のアレイ６０８に本来的に広帯域な性能が付与される。給電ネットワーク６２２は、好ましくは、誘電性基板６２４の表面上に形成される。
複数の穴部６２６が、任意で、反射体６１２に形成される。これは、天井等の支持面への反射体６１２の取り付けを促すためのものである。穴部６２６はまた、アンテナ６００へのレドームの任意選択的な取り付けのためにも使用され得る。
アンテナ６００は、反射体６１２の構造を除き、あらゆる関連する点において、アンテナ１００に類似し得ることが理解される。アンテナ１００においては、反射体１１２は、好ましくは、単極子１０６の垂直軸１１４に垂直に位置する円形の平面状素子として具現化されているが、アンテナ６００においては、反射体６１２は、好ましくは、浅い逆ピラミッド型素子として具現化されている。よって、反射体６１２は、図６Ｃに最も明確に見られるように、単極子６０６の垂直軸６１４に垂直な平面内に突起部を有する。
図１−５Ｃおよび図６Ａ−６Ｃにそれぞれ示された円形の平面状の反射体および逆ピラミッド型の反射体の形状は単なる例示であり、反射体が、単極放射素子の垂直軸に垂直な平面内に突起部を有する限り、種々の他の反射体の構成が可能であることが理解される。
アンテナ６００の他の特徴および利点は、概して、アンテナ１００に関して上述した通りであり、その小型の構造、多平面の給電ネットワーク、ならびに、バランスの取れた、円錐状の、全方向性かつ非相関の垂直および水平偏波直交放射パターンを含む。
ここで図７Ａ−７Ｃを参照する。これらは、本発明のなおも更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。
図７Ａ−７Ｃに見られるように、アンテナ７００が提供される。アンテナ７００は、広帯域垂直偏波単極放射素子７０６、および、複数の水平偏波放射素子を有し、該複数の水平偏波放射素子は、ここでは、例として、単極子７０６に対して同心円状に配置される４つの双極子のアレイ７０８として具現化されている。単極子７０６と双極子のアレイ７０８とは、好ましくは、反射体７１２の上面７１０に位置している。
図７Ｃに最も明確に見られるように、反射体７１２は、好ましくは、単極子７０６の垂直軸７１４に垂直な第１の平面内に突起部を有し、双極子のアレイ７０８のそれぞれの双極子は、好ましくは、垂直軸７１４に垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、第１の平面に対して、垂直軸７１４に沿った方向において高くなっている。
単極子７０６は、好ましくは、垂直偏波ＲＦ入力信号を第１の給電ポート７１６で受信し、第１のポート７１６は、好ましくは、反射体７１２に形成されるアパーチャー７１８によって、単極子７０６の基部にガルバニックに接続されている。双極子のアレイ７０８は、好ましくは、水平偏波ＲＦ入力信号を第２の給電ポート（図示せず）で受信し、該ＲＦ信号は、好ましくは、双極子のアレイ７０８のそれぞれの双極子に、共通の給電ネットワーク７２２を介して送られ、それによって、双極子のアレイ７０８に本来的に広帯域な性能が付与される。給電ネットワーク７２２は、好ましくは、同軸ケーブルを有し、任意で、当該技術分野においてよく知られるマイクロストリップスプリッタを有してもよい。
複数の穴部７２６が、任意で、反射体７１２に形成される。これは、天井等の支持面への反射体７１２の取り付けを促すためのものである。穴部７２６はまた、アンテナ７００へのレドームの任意選択的な取り付けのためにも使用され得る。
追加的な複数の水平偏波放射素子を有することを除き、アンテナ７００は、あらゆる関連する点において、アンテナ３００に類似し得ることが理解される。該追加的な複数の水平偏波放射素子は、好ましくは、アンテナ７００において、水平偏波双極放射素子の外側アレイ７３０として具現化される。双極子の内側アレイ７０８と双極子の外側アレイ７３０との比較から明らかな通り、双極子の内側アレイ７０８は、その寸法を除き、双極子の外側アレイ７３０に概して類似し得る。双極子の外側アレイ７３０は、好ましくは、その外周および高さの両方が、双極子の内側アレイ７０８より大きく、それによって双極子の外側アレイ７３０は、好ましくは、双極子の内側アレイ７０８の周波数帯域とは異なる周波数帯域で動作するように適合している。
よって、アンテナ７００が、２つの水平偏波周波数帯域において動作可能なマルチバンドアンテナを構成し、該周波数帯域は、双極子の内側アレイ７０８と、双極子の外側アレイ７３０とによってそれぞれ提供されることが理解される。双極子の外側アレイ７３０は、好ましくは、共通の給電ネットワーク７３２によって給電される。共通の給電ネットワーク７３２は、好ましくは、同軸ケーブルを有し、任意で、当該技術分野においてよく知られるマイクロストリップスプリッタを有し得る。フィルターが、任意で、アンテナ７００に含まれてもよい。これは、内側の双極子アレイ７０８と外側の双極子アレイ７３０との間の電気的アイソレーションを高めるためのものである。
図７Ｃに最も明確に見られるように、双極子のアレイ７３０のそれぞれの双極子は、好ましくは、垂直軸７１４に垂直な第３の平面内に突起部を有し、該第３の平面は、反射体７１２によって画定される第１の平面、および、双極子のアレイ７０８によって画定される第２の平面からオフセットを設けられている。
示されたアンテナ７００の実施形態において、双極子の内側アレイ７０８と、双極子の外側アレイ７３０とは、同じ種類の双極子を有するものとして示されているが、双極子の内側アレイ７０８および双極子の外側アレイ７３０は、代替的には、異なる種類の双極子を有してもよいことが理解される。更には、双極子の外側アレイ７３０は、代替的には、双極子でない水平偏波放射素子（ループ放射素子が挙げられるが、これに限定されない。）を有し得る。
アンテナ７００の他の特徴および利点は、概して、アンテナ３００に関して上述した通りであり、その小型の構造、多平面の給電ネットワーク、ならびに、バランスの取れた、円錐状の、全方向性かつ非相関の垂直および水平偏波直交放射パターンを含む。加えて、アンテナ７００の構造は、そのマルチバンド性能により、特に有利である。
ここで図８Ａ−８Ｃを参照する。これらは、本発明のいっそう更なる好ましい実施形態に従って構築されかつ動作するアンテナの、簡略化されたそれぞれ斜視図、上面図および断面図である。
図８Ａ−８Ｃに見られるように、アンテナ８００が提供される。アンテナ８００は、広帯域垂直偏波単極放射素子８０６、および、複数の水平偏波放射素子を有し、該複数の水平偏波放射素子は、ここでは、例として、単極子８０６に対して同心円状に配置された４つの水平偏波双極子のアレイ８０８として具現化されている。単極子８０６と双極子のアレイ８０８とは、好ましくは、反射体８１２の上面８１０に位置している。
図８Ｃに最も明確に見られるように、反射体８１２は、好ましくは、単極子８０６の垂直軸８１４に垂直な第１の平面内に突起部を有し、双極子のアレイ８０８のそれぞれの双極子は、好ましくは、垂直軸８１４に垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、第１の平面に対して、垂直軸８１４に沿った方向において高くなっている。
単極子８０６は、好ましくは、垂直偏波ＲＦ入力信号を第１の給電ポート８１６で受信し、第１のポート８１６は、好ましくは、反射体８１２に形成されるアパーチャー８１８によって、単極子８０６の基部にガルバニックに接続されている。双極子のアレイ８０８は、好ましくは、水平偏波ＲＦ入力信号を第２の給電ポート（図示せず）で受信し、該ＲＦ信号は、好ましくは、双極子のアレイ８０８のそれぞれの双極子に、共通の給電ネットワーク８２２を介して送られ、それによって、双極子のアレイ８０８に本来的に広帯域な性能が付与される。給電ネットワーク８２２は、好ましくは、同軸ケーブルを有し、任意で、当該技術分野においてよく知られるマイクロストリップスプリッタを有し得る。
複数の穴部８２６が、任意で、反射体８１２に形成される。これは、天井等の支持面への反射体８１２の取り付けを促すためのものである。穴部８２６はまた、アンテナ８００へのレドームの任意選択的な取り付けのためにも使用され得る。
アンテナ８００は、追加的な複数の水平偏波放射素子を更に有し、これらは、ここでは、例として、単極子８０６と双極子の内側アレイ８０８とに対して、同心円状に配置された水平偏波双極子の外側アレイ８３０として具現化されている。双極子の内側アレイ８０８と双極子の外側アレイ８３０とは、好ましくは、２つの異なる水平偏波周波数帯域においてそれぞれ放射し、それによって、アンテナ８００がマルチバンドアンテナとして動作することが可能になる。双極子の外側アレイ８３０は、好ましくは、共通の給電ネットワーク８３２によって給電される。給電ネットワーク８３２は、好ましくは、同軸ケーブルを有し、任意で、当該技術分野においてよく知られるマイクロストリップスプリッタを有し得る。フィルターが、任意で、アンテナ８００に含まれてもよい。これは、内側の双極子アレイ８０８と外側の双極子アレイ８３０との間の電気的アイソレーションを高めるためのものである。
双極子の外側アレイ８３０の配向を除き、あらゆる関連する点において、アンテナ８００が、アンテナ７００に類似し得ることが理解される。アンテナ７００においては、双極子の外側アレイ７３０のそれぞれの双極子が、まっすぐな、直立した配向を有し、それによって、それぞれの双極子が単極子７０６の垂直軸７１４に垂直であるが、アンテナ８００においては、双極子の外側アレイ８３０のそれぞれの双極子は、傾斜した配向を有する。よって、図８Ｃに最も明確に見られるように、双極子の外側アレイ８３０のそれぞれの双極子は、単極子８０６の垂直軸８１４に垂直な第３の平面内に突起部を有し、該第３の平面は、反射体８１２および双極子の内側アレイ８０８によってそれぞれ画定される第１および第２の平面の両方からオフセットを設けられている。
それぞれの双極子の外側アレイ７３０、８３０の、まっすぐな配向および傾斜した配向は単なる例示であり、それぞれの水平偏波放射素子が、単極放射素子の垂直軸に垂直な平面内に突起部を有する限り、水平偏波放射素子の他の配向もまた可能であることが理解される。
アンテナ８００の他の特徴および利点は、概して、アンテナ７００に関して上述した通りであり、その小型の構造、多平面の給電ネットワーク、ならびに、バランスの取れた、円錐状の、全方向性かつ非相関の垂直およびマルチバンド水平偏波直交放射パターンを含む。
実験結果
本セクションにおいては、図１−２Ｃに示した本発明の実施形態に従って構築されかつ動作する偏波共用アンテナについて得られた実験データを示す。得られた結果が、上述の本発明の実施形態のいずれかに従って構築されかつ動作する偏波共用アンテナの性能を代表するものであることが理解される。
アンテナ構造の詳細
反射体は、アルミニウムを含み、４００ｍｍの直径を有していた。それぞれの双極子は、１５０ｍｍの高さを有し、１１５ｍｍの距離をあけて単極子から離れていた。ＰＣ／ＡＢＳで形成され、１１０ｍｍの高さを有するレドームでアンテナをカバーした。
当該技術分野において周知の方法に従って、上述したアンテナの放射パターン、リターンロス、およびアイソレーションを、アンテナ室内で測定した。
放射パターン
ここで図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃ、ならびに図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃを参照する。図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける垂直偏波放射素子の放射パターンの方位角カットおよび２つの仰角カットをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、図１−２Ｃに示された種類のアンテナにおける水平偏波放射素子の放射パターンの方位角カットおよび２つの仰角カットをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。
図９Ａおよび１０Ａに見られるように、垂直および水平偏波放射素子の両方は、動作周波数の範囲にわたって全方向性の放射パターンを有する。
図９Ｂ、９Ｃ、１０Ｂおよび１０Ｃに見られるように、垂直および水平偏波放射素子の両方が、円錐状の放射パターンを有する。垂直偏波単極子の放射パターンの仰角カットに対応する図９Ｂおよび９Ｃと、水平偏波双極子の放射パターンの仰角カットに対応する図１０Ｂおよび１０Ｃとの比較から明らかなように、垂直および水平偏波放射素子の放射パターンは、測定した周波数にわたって、非常に類似している。結果として、図１−２Ｃのアンテナは、その動作環境にわたって、バランスの取れた水平および垂直偏波のカバー範囲を提供し、該アンテナをＭＩＭＯの用途のために好適なものとしている。
リターンロスとアイソレーション
ここで図１１Ａ、１１Ｂおよび１１Ｃを参照する。これらは、図１−２Ｃに示された種類の種類のアンテナにおける、水平偏波放射素子のリターンロス、垂直偏波放射素子のリターンロス、およびそれらの間のアイソレーションをそれぞれ示す簡略化されたグラフである。
図１１Ａに見られるように、水平偏波双極子アレイのリターンロスは、６９８〜８０６ＭＨｚの周波数範囲で−１０ｄＢより良好である。水平偏波双極子アレイの本来的に広帯域な性能が、およそ６９８〜８０６ＭＨｚの周波数範囲に及ぶ、グラフの広域な極小値によって示される。
図１１Ｂに見られるように、垂直偏波単極子のリターンロスは、６９８〜９６０ＭＨｚの周波数範囲において、−１０ｄＢよりも良好である。垂直偏波単極子の広帯域な性能が、およそ６９８〜２７００ＭＨｚの周波数範囲に及ぶ、グラフの広域な極小値によって示される。
図１１Ｃに見られるように、垂直偏波単極子と水平偏波双極子アレイとの間のアイソレーションは、−２０ｄＢよりも良好である。上述したように、本発明のアンテナにおける垂直偏波放射素子と水平偏波放射素子との間の良好なアイソレーションは、水平および垂直偏波放射素子の互いに直交した偏波、反射体の配置、ならびに、給電ネットワークの多平面の構成を含む、アンテナの数多くの好ましい特徴に起因すると考えられる。垂直偏波放射素子と水平偏波放射素子との間のアイソレーションはまた、垂直偏波単極放射素子と水平偏波放射素子との間の距離間隔による影響を受ける。
本発明は以下に特に請求されているものに限定されないことが当業者に理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲には、上述の特徴の種々の組み合わせおよび部分的組み合わせ、ならびに、図面を参照して上記の記載を読んだ当業者が想起するであろう、先行技術にない、本発明の改良および変形が含まれる。

Claims (28)

  1. アンテナであって、該アンテナは、
    広帯域垂直偏波単極放射素子を有し、
    該単極放射素子の垂直軸に概して垂直な第１の平面内に突起部を有する反射体を有し、
    該単極放射素子に対して概して同心円状に配置された複数の水平偏波放射素子を有し、該水平偏波放射素子の各々は、該垂直軸に概して垂直な第２の平面内に突起部を有し、該第２の平面は、該垂直軸に沿った方向において該第１の平面からオフセットを設けられており、かつ、
    該単極放射素子および該水平偏波放射素子に給電するための給電機構を有する、
    前記アンテナ。
  2. 該単極放射素子が、円錐状の放射素子を有する、請求項１に記載のアンテナ。
  3. 該円錐状の放射素子が、上部の導電性円柱状素子および下部の導電性円錐状素子を有し、該上部の円柱状素子および該下部の円錐状素子が、内部のスペーサー素子および外部の支持用スタンドによって、部分的に重なる配置で保持されている、請求項２に記載のアンテナ。
  4. 該単極放射素子が、直立した多分岐構造を有する、請求項１に記載のアンテナ。
  5. 該複数の水平偏波放射素子が、水平偏波放射素子のアレイを有する、先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
  6. 該水平偏波放射素子のアレイが、水平偏波双極子のアレイを有する、請求項５に記載のアンテナ。
  7. 該アレイが、四角状の配置に並べられた４つの双極子を有する、請求項６に記載のアンテナ。
  8. 該水平偏波放射素子のアレイが、水平偏波ループ放射素子のアレイを有する、請求項５に記載のアンテナ。
  9. 該複数の水平偏波放射素子が、該垂直軸に垂直である、先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
  10. 該単極放射素子が、垂直偏波した円錐状の全方向性ビームを放射する、先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
  11. 該複数の水平偏波放射素子が、水平偏波した円錐状の全方向性ビームを放射する、請求項１０に記載のアンテナ。
  12. 該垂直偏波ビームの偏波と該水平偏波ビームの偏波とが、互いに直交している、請求項１１に記載のアンテナ。
  13. 該反射体が、グランドプレーンを有する、先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
  14. 該反射体が平面状である、請求項１３に記載のアンテナ。
  15. 該反射体が平面状ではない、請求項１３に記載のアンテナ。
  16. 該反射体が、逆ピラミッド型の構造を有する、請求項１５に記載のアンテナ。
  17. 該給電機構が、該単極放射素子に給電するための第１のポート、および、該複数の水平偏波放射素子に給電するための第２のポートを有する、先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
  18. 該第１のポートが、該単極放射素子にガルバニックに接続されている、請求項１７に記載のアンテナ。
  19. 該第２のポートが、該複数の水平偏波放射素子に給電する共通の給電ネットワークに接続されている、請求項１７または１８に記載のアンテナ。
  20. 該給電ネットワークが、マイクロストリップ線を有する、請求項１９に記載のアンテナ。
  21. 該給電ネットワークが、同軸ケーブルを有する、請求項１９に記載のアンテナ。
  22. 該給電ネットワークが、多平面の給電ネットワークを有する、請求項１９に記載のアンテナ。
  23. 該複数の水平偏波放射素子が、複数の広帯域水平偏波放射素子を有する、請求項１９に記載のアンテナ。
  24. 該アンテナがまた、該単極放射素子に対して概して同心円状に配置された第２の複数の水平偏波放射素子を有し、該水平偏波放射素子の各々が、該垂直軸に概して垂直な第３の平面内に突起部を有し、該第３の平面が、該垂直軸に沿った方向において該第１および該第２の平面からオフセットを設けられている、先行する請求項のいずれかに記載のアンテナ。
  25. 該アンテナが、マルチバンドアンテナを有する、請求項２４に記載のアンテナ。
  26. 該第２の複数の水平偏波放射素子が、水平偏波放射素子のアレイを有する、請求項２４に記載のアンテナ。
  27. 該水平偏波放射素子が双極子を有する、請求項２６に記載のアンテナ。
  28. 該第２の複数の水平偏波放射素子が、該垂直軸に垂直である、請求項２４〜２７のいずれかに記載のアンテナ。
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