JP4295938B2

JP4295938B2 - 信号送信及び／若しくは受信装置

Info

Publication number: JP4295938B2
Application number: JP2001505111A
Authority: JP
Inventors: ルジール，アリ; ミナル，フィリップ; パント，ジャン−フランソワ
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: US6618012B1; WO2000079649A1; EP1188202B1; CN1202591C; AU6450400A; CN1382314A; EP1188202A1; DE60008104T2; ES2215702T3; DE60008104D1; JP2003524938A

Description

【０００１】
本発明は、電磁波を送信及び／若しくは受信する装置に係り、特に「プリント・アンテナ（ｐｒｉｎｔｅｄａｎｔｅｎｎａ）」として知られるアンテナに関する。
【０００２】
以下、「プリント・アンテナ」（若しくは「マイクロストリップ・アンテナ」）という語は、典型的には「パッチ（ｐａｔｃｈ（ｅｓ））」やスロットなどの放射素子又は求められる利得に応じた数のそのアレイを有する、いわゆる「マイクロストリップ」技術を用いて作られたアンテナを指す。この種のアンテナは、特に、レンズ若しくはパラボラの焦点における一次電源として用いられる。
【０００３】
それらの軽さ、平坦度、提供するデザインの柔軟性、多くの電子機器アイテムへの組み込みやすさ、プリント回路の大量生産についての確認された技術によるそれら製造の互換性、及び、低コスト価格のために、プリント・アンテナはますます多くのワイヤレス通信システム（ローカル・ワイヤレス・ネットワーク、それらが地上局若しくは衛生局となるアクセス・ネットワークなど）において用いられるようになっている。
【０００４】
ところで、多くの用途において、送受信アンテナに円偏波（ｃｉｒｃｕｌａｒｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を用いることは有益的であり及び／若しくは必要的であろう。
【０００５】
しかし、プリント・アンテナは直線偏波（ｌｉｎｅａｒｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を送受信するのにより良く適合する。
【０００６】
このため、プリント・アンテナで円偏波を送受信するための技術がいくつか実現されている。これら技術は、例えば、ＪＲＪａｍｅｓ＆ＰＳＨａｌｌによって編集された「ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＭｉｃｒｏｓｔｒｉｐＡｎｔｅｎｎａｓ」（出版元：ＰｅｔｅｒＰｅｒｅｇｒｉｎｕｓＬｔｄ，Ｌｏｎｄｏｎ，ＵｎｉｔｅｄＫｉｎｇｄｏｍ − ＩＳＢＮ０８６３４１１５０９）に記載されている。特に、第４章：Ｃｉｒｃｕｌａｒｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎａｎｄｂａｎｄｗｉｔｈ（２１９〜２７４頁）に記載されている。これら技術は、原則として、位相が９０°ずれた同時に励磁する２つの直線偏波波に存在する。よって、アンテナによって放射若しくは受信される波の楕円率（ｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙｒａｔｉｏ）（若しくは「軸率（ａｘｉａｌｒａｔｉｏ）」）によって量子化され得る円偏波の品質は、狭い周波数帯域を通じてのみ得ることができる。
【０００７】
放射素子に関連するハイブリッド・コンピュータの使用、又は、アレイの場合（「ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｆｅｅｄｉｎｇｔｏｗｉｄｅｂａｎｄｗｉｔｈ，ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙｐｏｌａｒｉｓｅｄｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐｐａｔｃｈａｒｒａｙｓ」Ｐ．Ｓ．Ｈａｌｌ，ＩＥＥＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏｌ．１３６，Ｐｔ．Ｈ，Ｎ゜５，１９８９年１０月、参照）における連続回転技術の使用などの周波数帯域を広げる解決策は、この周波数帯域を広げることを可能にする。
【０００８】
しかし、これら解決策を実現することは常に可能であるわけではない。
【０００９】
その上、特定のアプリケーションについては、これら技術によって得られる帯域幅は不十分なままである。又、連続回転を用いる場合、円偏波の品質はビームの主方向からそれるやいなや非常に素早く劣化する。これは、例えば、パラボラ若しくはレンズの照射に用いられるソース・アンテナについて問題を引き起こす。
【００１０】
本発明の目的は、広げられた周波数帯域及び広い角度領域を通じた円偏波若しくは直線偏波の高品質のプリント・アンテナを有する、信号を受信及び／若しくは送信する装置を提案することである。
【００１１】
このため、本発明の主題は、所定方向の円偏波若しくは直線偏波を放射する放射素子を少なくとも１つ有する、電磁波を送信及び／若しくは受信する装置であって、該放射素子に関して、該放射素子の交差成分を補償するように調整される位相を有し、該放射素子の偏波と反対方向の円偏波若しくは直線偏波を、該放射素子の周波数で放射するように寸法及び配置が定められた手段を少なくとも１つ有することを特徴とする装置である。
【００１２】
好ましい実施形態によれば、上記放射素子に関して、該放射素子の交差成分を補償するように調整される位相を有し、該放射素子の偏波と反対方向の円偏波若しくは直線偏波を、該放射素子の周波数で放射するように寸法及び配置が定められた上記手段は、誘電ロッドや偏向器に関連付けられたヘリカルなどの進行波タイプの放射素子から成る。
【００１３】
本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照して為される様々な実施形態の説明を通じて明らかにされる。
【００１４】
図面において、説明を簡素化するために、同じ素子には同じ符号が付されている。更に、本発明は、説明中、「パッチ」若しくは「パッチ」アレイなどの放射素子を有するアンテナと呼ばれるが、当業者には明らかなように、本発明はすべての種類のプリント・アンテナ、すなわち、放射素子が、スロット、スロット・アレイ、ダイポール、若しくはダイポール・アレイなどから成るアンテナに適用することも可能である。更に、説明において、図１乃至６は、右円偏波若しくは左円偏波を送受信するように適合されたプリント・アンテナに関するが、図７の実施形態は円偏波若しくは直線偏波を受信することができる放射素子を有するプリント・アンテナに関する。
【００１５】
図１ａに斜視的に示すように、本発明に係る手段を収容可能なプリント・アンテナの一実施形態である。より具体的に言うと、ｎ個の「パッチ」のアレイは、アース面を形成する金属層２でその下面が覆われた所定の誘電率を有する基板１上に作られる。ここで、上記アレイは、特に、マイクロストリップ技術を用いて生成された、直列に設けられた３つの「パッチ」の４つの平行なブランチ３_１、３’_１、３’’_１、３_２、３’_２、３’’_２、３_３、３’_３、３’’_３、３_４、３’’_４、３’’_４、を有するアレイであり、このアッセンブリはフィード・アレイ４へ接続されている。
【００１６】
この「パッチ」は、既知の方法により、円偏波を放射及び／若しくは受信するように設計・供給される。しかし、この場合、このように製造されたプリント・アンテナは、図２を参照して後述するように、所定の方向について不完全な円偏波を放射する。更に、本発明によれば、図１ｂに示すように、円偏波を向上させるために、「パッチ」アレイの周波数で「パッチ」アレイと逆方向に円偏波を放射するように「パッチ」アレイに対して寸法及び位置が定められた手段を「パッチ」アレイのそばに設け、放射素子の交差成分を補償する。これら手段を、以下、補償手段と呼ぶ。このようにして、図１ｂに示すように、進行波タイプの放射素子が設けられる。ここで、該放射素子は、特に、断面ＡＡに示すように基板１に設けられ、励磁アレイと接続されていないヘリカル４_１、４_２、４_３、５_１、４’_１、５_２、４’_２、５_３、４’’_１、４’’_２、４’’_３である。
【００１７】
正確な寸法を有するヘリカルは、軸モードで作動し、円偏波を自然に受信若しくは送信する。この円偏波の方向（左若しくは右）は、ヘリカルの巻き方向に拠る。
【００１８】
本発明のフレームワーク内において、円偏波を与える進行波タイプのヘリカル・アッセンブリ若しくは他の放射素子にとって、「パッチ」アレイの放射パターンと実質的に等価な放射パラ−ンを示すことが重要である。したがって、補償手段として用いられるヘリカル・アレイの放射パターンを計算するのに様々な処理が用いられてもよい。このように、最もシンプルな処理は、「パッチ」アレイによって放射された円偏波と逆の円偏波を有するヘリカル・アレイを、励磁回路に接続し、このヘリカルの特性を補償される「パッチ」アレイの放射パターンと同一の放射パターンを得るように設定することである。その後、「パッチ」アレイによって放射された交差成分に対抗するヘリカルを放射するために、ヘリカルをそれらの軸回りに回転させることによって、その位相が調整されなければならない。ヘリカルを用いて得られた補償を図２に示す。この図において、「Ｒｐｒｉｎｔｅｄ」は、「パッチ」アレイのみから成るプリント・アンテナによって放射されたフィールドを示す。この放射フィールドは、望ましくない交差成分を表す。プリント・アンテナによって放射されたこの交差成分は、フィールドＲｈｅｌｉｘを順に放射するヘリカル・アレイを励磁する。フィールドＲｈｅｌｉｘの位相は、プリント・アンテナの交差成分に対して完全に若しくは部分的に対抗し、よってプリント・アンテナによって放射される円偏波の純度を向上させるように、ヘリカルをその軸回りに回転させることによって調整される。実際、ヘリカルがあるところで放射されるフィールドは、図２に示すように、Ｒｔｏｔａｌ＝Ｒｐｒｉｎｔｅｄ＋Ｒｈｅｌｉｘとなる。
【００１９】
ここで、本発明に係る装置の様々な実施形態を図３ａ乃至３ｅを参照して説明する。図３ａに示すように、「パッチ」１１から成るプリント・アンテナの放射素子は、基板１０の上に設けられている。本発明によれば、この場合、補償手段は、この基板に設けられた４つのヘリカル１２_１、１２_２、１２_３、１２_４のアレイから成る。前述のように、ヘリカル１２_１、１２_２、１２_３、１２_４の放射パターンは、単にヘリカルを励磁アレイへ接続することによってシミュレートされる。これらヘリカルは、それらの放射パターンが「パッチ」の放射パターンと等価となり、それらの偏波がパッチアレイの偏波と反対となるように、既知の方法によって設計される。その後、ヘリカルは、それらの放射が「パッチ」によって放射された交差成分と対抗するように、それらの軸回りに回転される。更に、「パッチ」１１は、マイクロストリップ技術によって作られたライン１３によって、既知種類のフィード回路へ接続される。
【００２０】
図３ｂにプリント・アンテナの別の実施形態、すなわち既知の種類のフィード回路に接続された４つの「パッチ」２０_１、２０_２、２０_３、２０_４のアレイ、を示す。このように、「パッチ」２０_１は、マイクロストリップ線によって「パッチ」２０_４に接続され、「パッチ」２０_２は、別のマイクロストリップ線によって「パッチ」２０_３に接続され、これら２つのマイクロストリップ線は互いに連結しており、フィード回路３０の出力に接続されている。この場合、本発明によれば、補償手段は、４つの「パッチ」の上記アレイの中心に配置されたヘリカル２１から成る。このヘリカルは、前述と同じ原則に従って、寸法が定められ、軸回りに回転させられる。
【００２１】
図３ｄに本発明の別の実施形態を示す。この場合、プリント・アンテナは、図３ｂに示した種類の４つの「パッチ」のアレイ４個から成る。図３ｄの実施形態において、各「パッチ」の交差成分は、「パッチ」の４隅に配置されたヘリカルによって補償される。より具体的に言えば、図３ｄに示すように、「パッチ」１１は、ヘリカル１２_１、１２_２、１２_３、１２_４によって囲まれている。同様に、「パッチ」１１’は、ヘリカル１２_２、１２_５、１２_３、１２_６によって囲まれており、「パッチ」１１’’は、ヘリカル１２_４、１２_３、１２_７、１２_８によって囲まれている。これらヘリカルは、前述のように、各「パッチ」の４隅に配置されており、隣接する「パッチ」には共通のヘリカルが用いられる。この場合、更に、「パッチ」アレイの放射パターン及び補償手段を構成するヘリカルの放射パターンは、実質的に等価でなければならず、前述のように計算される。
【００２２】
図３ｃは、図３ｂに示した種類の４つの「パッチ」のアレイ４個が用いられた別の実施形態を示す。この場合、補償手段は、図３ｂの場合と同様に配置されたヘリカル２１から成る。更に、追加ヘリカル２２が４×４「パッチ」のアレイの中心点Ｃに配置される。
【００２３】
本発明に係る装置の追加的実施形態を図３ｅに示す。この場合、図３ｂに示した種類の４つの「パッチ」のアレイ４個が基板１０上に作られる。図３ｅの実施形態において、補償手段は、ヘリカル・アレイから成る。しかし、これらヘリカルは、各「パッチ」の４辺の中間に配置される。したがって、具体的に言えば、「パッチ」４０は、その４辺のそれぞれの真ん中にそれぞれ配置された４つのヘリカル４１_１、４１_２、４１_３、４１_４によって囲まれており、「パッチ」４０’も、同様に４つのヘリカル４１_２、４１_５、４１_６、４１_７によって囲まれており、他の「パッチ」についても以下同様である。「パッチ」の放射パターン及びヘリカルの放射パターンは、前述のように取得される。
【００２４】
より一般的に言えば、上記回路において、補償手段によって放射されたフィールドの振幅及び位相の調整は、以下の素子の１以上を調整することによって実現され得る。
・ヘリカルのプリント・アンテナへの結合レベル
・プリント・アンテナの指向性
・支持ロッドの長さ及び／若しくはヘリカル先端における負荷
・ヘリカルの位置
・ヘリカルの軸に関する回転角度
ここで、補償手段、すなわち、放射素子の交差成分を補償するために、放射素子に関して、放射素子とは逆方向に放射素子の周波数で円偏波を放射するように寸法及び配置が定められた手段を有する、電磁波を送信及び／若しくは受信する本発明に係る装置の特定の実施形態を図４、５、及び６を参照して説明する。１２ＧＨｚで作動するプリント・アンテナが図４に示されている。このプリント・アンテナは、アース面を構成する金属層１０１をその下面上に備えた基板１００上に作られた４つの「パッチ」１０２_１、１０２_２、１０２_３、１０２_４のアレイから成る。図４に示すように、「パッチ」１０２_１及び「パッチ」１０２_２は、マイクロストリップ技術で作られたフィード回路へ共に接続されている。より具体的に言えば、「パッチ」１０２_１は、長さＬ１によって点Ｃへ接続されており、「パッチ」１０２_２は、長さＬ２によって点Ｃへ接続されている。同様に、「パッチ」１０２_４は、長さＬ４によって点Ｃ’へ接続されており、「パッチ」１０２_３は、長さＬ３によって点Ｃ’へ接続されている。点Ｃ及びＣ’は、フィード回路の入力Ａへそれぞれ長さＬ５及び長さＬ６によって接続されている。４つの「パッチ」１０２_１、１０２_２、１０２_３、１０２_４は直列のアレイを構成する。様々な長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、及びＬ６は、当業者には良く知られているように、様々な「パッチ」上で必要な位相シフトを得るための寸法を有する。これら長さを与える計算式は、以下で再び与えられない。
【００２５】
本発明によれば、補償手段は、進行波タイプの放射素子から成る。特に、アレイの中心、すなわち４つの「パッチ」１０２_１、１０２_２、１０２_３、１０２_４に関して対称なところにおいて、基板に設けられたヘリカル１０３から成る。楕円率を図４のプリント・アンテナの周波数の関数として図５に示す。このように、この場合、固定最大楕円率：２ｄＢに対し、プリント・アンテナの周波数帯域は、ヘリカルが無い場合の４３０ＭＨｚから、正確な寸法のヘリカルが存在する場合の６２８ＭＨｚへ及ぶ。この特定の実施形態において、プラスチック・ヘリカルは、アレイの周波数帯域幅を４６％増やす余裕を有する。更に、図６ａ及び６ｂは、円偏波の品質の改善をビームの主方向に関する観測角度の関数として示す。これは、プラスチック・ヘリカルが存在する場合（すなわち、図６ｂ）におけるプリント・アレイの放射パターンと、プラスチック・ヘリカルが存在しない場合（図６ａ参照）におけるプリント・アレイの放射パターンとによって与えられる。これら放射パターンは、角度の幅広い領域において、円偏波の品質の急激な改善を示す。
【００２６】
補償手段の別の実施形態を図７に示す。この場合、プリント・アンテナは、アース面１１１を備えた基板１１０上に作られた「パッチ」１１２_１、１１２_２のアレイから既知の方法により成る。この「パッチ」アレイは、直線偏波（例えば、水平線）若しくは円偏波（例えば、直円）を放射することができる。「パッチ」１１２_１、１１２_２のアレイの中間には、ソケット１１３内に設けられたポリロッドとも呼ばれる誘電ロッド１１４から成る進行波タイプの放射素子が配置されている。このポリロッドは、パッチアレイの極性（この例において、直線偏波の場合は垂直線、円偏波の場合は左円）に直行する極性に放射するように寸法が定められている。この種の装置を用いて実行されたシミュレーションは、「パッチ」アレイによって放射された望まれない交差成分が、プリント・アンテナの交差成分に完全に若しくは部分的に対抗するように調整され得る位相を有するフィールドを次々に放射するポリロッドを励磁し、よってアンテナによって放射される円偏波の純度を向上させる。
【００２７】
このように、本発明は、広周波数帯域上で円偏波若しくは直線偏波を放射するプリント・アンテナを得ることを可能にする。
【００２８】
更に、円偏波の場合、連続回転技術と共に用いることによって、周波数帯域を更に広げることができ、ビームの主方向以外の角度についての円偏波の品質を向上させることができる。
【００２９】
これは非常に低コストで実現することができる。調整に関する柔軟性も大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】「パッチ」アレイから成る従来のプリント・アンテナのアレイの概略斜視図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態に係り、「パッチ」アレイから成るプリント・アンテナのアレイの概略斜視図である。
【図２】右円偏波及び左円偏波から成る直交基底に応じて分解された、プリント・アンテナ及びヘリカル・アンテナから生じた全放射フィールドを概略的に示す図である。
【図３ａ】本発明の様々な実施形態の一の概略斜視図である。
【図３ｂ】本発明の様々な実施形態の一の概略斜視図である。
【図３ｃ】本発明の様々な実施形態の一の概略斜視図である。
【図３ｄ】本発明の様々な実施形態の一の概略斜視図である。
【図３ｅ】本発明の様々な実施形態の一の概略斜視図である。
【図４】本発明の様々な実施形態の一の概略斜視図である。
【図５】プリント・アレイのみの場合若しくは本発明に係る手段を備えたアレイの場合における、周波数の関数としての楕円率を与える曲線である。
【図６ａ】アレイのみの場合の放射素子の放射パターンを示す図である。
【図６ｂ】本発明に係る手段を備えたアレイの場合の放射素子の放射パターンを示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態の概略断面図である。

Claims

所定方向の円偏波又は直線偏波を放射するプリント放射素子を少なくとも１つ有する、電磁波を送信及び／又は受信する装置であって、
前記プリント放射素子に関して、前記プリント放射素子の交差偏波成分を補償するように調整される位相を有し、前記プリント放射素子の偏波と反対方向の円偏波又は直線偏波を、前記プリント放射素子の周波数で放射するように寸法及び配置が定められた進行波タイプの放射素子を少なくとも１つ有し、
前記プリント放射素子は、パッチ、スロット、ダイポール、ｎ個のパッチのアレイ、ｎ個のダイポールのアレイ、又はｎ個のスロットのアレイから成り、所定方向の円偏波又は直線偏波が得られるように励磁され、
前記進行波タイプの放射素子は、偏向器に関連付けられたヘリカル及び誘電ロッドの中から選ばれる、装置。
請求項１記載の装置であって、
前記進行波タイプの放射素子は、前記プリント放射素子に関して対称に配置される装置。
請求項１又は２記載の装置であって、
前記進行波タイプの放射素子は、送受信を行う当該装置を構成する前記プリント放射素子の４隅に配置される、装置。
請求項２又は３記載の装置であって、
当該送受信装置がｎ個の放射素子のアレイで形成され、前記進行波タイプの放射素子は、前記アレイの中心に配置される、装置。