JP5453269B2 - アンテナアレイ - Google Patents
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Description
本出願は、2007年9月13日付で出願された「広帯域アンテナを有する通信システム」という名称の米国仮特許出願60/971,958号、2007年9月17日付で出願された「広帯域アンテナを有する通信システム」という名称の米国仮特許出願60/973,112号、及び2008年9月8日付で出願された「広帯域アンテナを有する通信システム」という名称の米国仮特許出願61/095,167号に対する優先権を主張し、その各々は、本明細書でその全体が参照文献として含まれている。
他の実施形態によると、車載通信システムは、信号を送受信するアンテナアレイと、アンテナアレイを車両に搭載して所定の方位及び高度で移動させるジンバルアセンブリと、ローカルメモリ装置と、アンテナアレイに搭載された少なくとも一つの位置エンコーダーとからなり、車両の外面に搭載される外部サブシステム、及び第1サブシステムに通信接続され、制御メモリ装置と、アンテナアレイの所定の方位及び高度の移動を制御する制御ユニットとを備えた内部サブシステムを含み、制御ユニットは、アンテナアレイが搭載される車両のピッチ及びロールを示すデータを受信し、位置エンコーダーは、アンテナアレイのピッチ及びロールを検出し、制御ユニットは、車両のピッチとアンテナのピッチとの間のピッチオフセット及び車両のロールとアンテナのロールとの間のロールオフセットを計算し、制御メモリ装置は、計算されたピッチオフセット及びロールオフセットを保存する。
他の様相は、情報信号を信号源からそれぞれ受信する複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子を共通の給電点に接続する給電ネットワークを備えたアンテナアレイ、及び共通の給電点に接続され、アンテナアレイと信号源との間の偏光スキューを補償する偏光コンバータユニットを含む通信システムに関するものである。一実施形態において、偏光コンバータユニットは、情報信号を構成する2つの直交偏光成分信号を受信して、偏光補正出力信号を提供する回転直交モードトランスデューサ、回転直交モードトランスデューサに接続され、該回転直交モードトランスデューサの所望の回転角度を示す制御信号を受信する駆動システム、及び駆動システムに電力を提供して、回転直交モードトランスデューサを所望の回転角度に回転させるモータを含む。
他の実施形態において、アンテナアレイは、情報信号を受信する複数のホーンアンテナ素子、各直交モードトランスデューサは、各ホーンアンテナ素子に接続され、情報信号を直交偏光される第1成分信号及び第2成分信号に分割する対応する複数の直交モードトランスデューサ、及び複数の直交モードトランスデューサを共通の給電点に接続し、E面及びH面で各直交モードトランスデューサからの成分信号を合算する導波管給電ネットワークを含む。
図7を参照すると、図6に図示された外部サブシステム(102)の例の部分分解図が例示されている。一例において、カバー(210)は、カバー(210)を形成するように共に固定され得る上部部分(210a)、背面部分(210b)、及び2つの側面部分(210c及び210d)などのいくつかの部分を含む。しかし、本発明は、それに制限されず、カバー(210)は4つより多いかまたは少ない部分を含み得、カバーは、図7に例示されたものと相違するように構成し得ることが理解されるべきである。一例において、カバー部分はスクリュー又はボルト等のファスナーのみを使用して共に固定される。ファスナーの数は、外部サブシステム(102)(例えば、アップグレードまたは修理部品)のアクセスが必要な場合、カバーを除去する不要な遅延及び複雑化を避けるために、カバーを固定するのに必要な最小数であり得る。他の例において、接着剤は、カバー部分(201a〜210d)を共に固定するために単独又はファスナーと結合して使用され得る。しかし、一部の適用において、外部サブシステム(102)が航空機(132)上に搭載される場合、接着剤の使用はカバー(210)の除去をさらに複雑にし得るので、好ましくない。
一実施形態によると、高度駆動システムは、プーリーシステムを使用してアンテナアレイ(106)を高度で移動させることができる。プッシュプルプーリーシステムの例は、図10に概略的に例示されている。プッシュプルプーリーシステムは、アンテナアレイ(106)の連続ループで、ワイヤ(254)を介して接続されたアイドラー(252)及び駆動スプロケット(250)を含む。図6及び図8を参照すると、高度駆動モータ(234)における駆動スプロケット(250)(図7参照)と高度ドライブ(244a)に接続されたアイドラー(252)を含むプッシュプルプーリーシステムの例が示されている。図9に図示されたように、アイドラー(252)は、シャフト(256)、ローラ(258)、及びブラケット(260)を含み得る。ハウジング(232)内の高度モータは、電力を提供してプーリーシステムを駆動させ、アンテナ搭載ブラケット(208)が側面支持体(246)により形成された円弧状のトラックに沿ってローラ(248)上で回転するようにし得る。従って、プッシュプルプーリーシステムは、以下でさらに述べるように、制御信号に応じた高度でアンテナアレイ(106)の移動をもたらすことができる。一例において、アンテナアレイは、約-10°〜90°の高度角の範囲(天頂)にわたって移動し得る。プーリーシステムをプッシュプルシステムとして構成する利点は、低トルクの高度モータを使用できるということである。また、アンテナ搭載ブラケット(208)は、アンテナアレイ(106)に広い支持体を提供して、アンテナ搭載ブラケットの大半にわたってアレイのロードを分配するために、比較的広いバンドを含み得る。この特徴は、比較的小型で、低トルクの高度モータの使用をさらに容易にし得る。
誘電体レンズのインピーダンス整合特性の上記考察が、主に内部誘電体レンズ(320)を言及していても、この考察はテーパー状の誘電体レンズ(318、328、及び330)に同じく適用されることが理解されるべきである。テーパー状の誘電体レンズ(318、328、及び332)の各々に形成されたインピーダンス整合穴(340)及び/又はインピーダンス整合溝(342)の数は、テーパー状の誘電体レンズ(318、328、及び332)の小型サイズ及び変更した形状により、内部レンズ(320)に対して変化し得る。また、インピーダンス整合溝(342)が形成される平面(336)の「溝ポケット」または領域は、以下でさらに述べるように、小型レンズより小さいこともある。図19を参照すると、一例において、誘電体レンズ(320)は、約3.000インチの溝ポケットの長さ(350)、及び約0.650インチの溝ポケットの幅(352)を有する。
ここで、(ωt+φ1)及び(ωt+φ2)は、給電OMTの出力ポートで位相整合された垂直及び水平偏光成分信号である。OMT及び給電ネットワーク(202)の動作が2つの直交線形偏光成分信号に対して述べられていても、本発明はそれに制限されず、OMTは流入信号を2つの直交循環(例えば、左側偏光及び右側偏光)信号に分割されるように(これらの成分信号を再結合するように)設計されることが好ましい。この場合、給電ネットワーク(202)は、2つの直交循環偏光信号を案内するように設計され得る。
Claims (21)
- アンテナアレイの第1端部から前記アンテナアレイの第2端部へ延びるホーンアンテナ素子の少なくとも1つの列に配列され、各ホーンアンテナ素子が情報信号を受信して、該情報信号を前記ホーンアンテナ素子の給電点に提供する複数のホーンアンテナ素子、
各々が各ホーンアンテナ素子に接続され、情報信号を互いに直交偏光された第1成分信号及び第2成分信号に分割する複数の直交モードトランスデューサ、及び
複数の直交モードトランスデューサを共通のアレイ給電点に接続し、各直交モードトランスデューサからの成分信号を合算して、合算信号を前記共通のアレイ給電点に提供する導波管給電ネットワーク、
を含むアンテナアレイであって、
前記導波管給電ネットワークは、前記複数の直交モードトランスデューサから受信された複数の第1成分信号を合算して、前記共通のアレイ給電点に第1合算成分信号を提供する第1経路と、前記複数の直交モードトランスデューサから受信された複数の第2成分信号を合算して、前記共通のアレイ給電点に第2合算成分信号を提供する第2経路とを含み、
前記第1経路は、E面で複数の第1成分信号を合算する少なくとも1つの第1E面素子及びH面で複数の第1成分信号を合算する少なくとも1つの第1H面素子を含み、
前記第2経路は、E面で複数の第2成分信号を合算する少なくとも1つの第2E面素子及びH面で複数の第2成分信号を合算する少なくとも1つの第2H面素子を含み、
前記少なくとも1つの列で前記複数のアンテナ素子のうち隣接したアンテナ素子間の中心間ホーンスペーシングは、前記アンテナアレイの実質的に最も高い送信周波数における1波長と略同一であり、
ホーンアンテナ素子の各列は、32個のホーンアンテナ素子を含むことを特徴とするアンテナアレイ。 - 前記複数のホーンアンテナ素子は、2つの平行列に配列され、前記2つの平行列は前記複数のホーンアンテナ素子のいずれかのホーンアンテナ素子の1/2幅でアンテナアレイの長さに沿って互いにオフセットされることを特徴とする、請求項1に記載のアンテナアレイ。
- 複数のホーンインサートをさらに含み、前記複数のホーンインサート各々は前記複数のホーンアンテナ素子各々内に位置することを特徴とする、請求項1に記載のアンテナアレイ。
- 前記導波管給電ネットワークは、第1成分信号を案内する第1経路及び第2成分信号を案内する第2経路を含み、
前記第1経路は、各直交モードトランスデューサから受信された第1成分信号をE面で合算し、
前記第2経路は、各直交モードトランスデューサから受信された第2成分信号をH面で合算し、
前記導波管給電ネットワークは、前記共通のアレイ給電点に第1合算成分信号及び第2合算成分信号を提供し、
合算信号は、第1合算成分信号及び第2合算成分信号を含むことを特徴とする、請求項1に記載のアンテナアレイ。 - 前記複数の直交モードトランスデューサは、第1ホーンアンテナ素子に接続された第1直交モードトランスデューサ及び第2ホーンアンテナ素子に接続された直交モードトランスデューサを含み、
前記導波管給電ネットワークの第1経路は、前記第1直交モードトランスデューサから第1成分信号を受信する第1入力部及び第2直交モードトランスデューサから第1成分信号を受信する第2入力部を有するE面の導波管Tジャンクションと、2つの第1成分信号の加重和に対応する出力信号を提供する出力部とを含み、
前記E面の導波管Tジャンクションは、該E面の導波管Tジャンクションをバイアスして、2つの第1成分信号の加重和を生成するチューニング素子を含むことを特徴とする、請求項4に記載のアンテナアレイ。 - 前記導波管給電ネットワークの第2経路は、前記第1直交モードトランスデューサから第2成分信号を受信する第1入力部及び第2直交モードトランスデューサから第2成分信号を受信する第2入力部を有するH面の導波管Tジャンクションと、2つの第2成分信号の加重和に対応する出力信号を提供する出力部とを含むことを特徴とする、請求項5に記載のアンテナアレイ。
- 前記E面の導波管Tジャンクション及び前記H面の導波管Tジャンクション各々は、第1入力部及び第2入力部各々にインピーダンス整合部を含むことを特徴とする、請求項6に記載のアンテナアレイ。
- 前記導波管給電ネットワークの第1経路及び第2経路は、同一数のベンドを含むことを特徴とする、請求項4に記載のアンテナアレイ。
- 前記共通のアレイ給電点に接続され、前記アンテナアレイと信号源との間の偏光スキューを補償する偏光コンバータユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のアンテナアレイ。
- 前記偏光コンバータユニットは、
第1合算成分信号及び第2合算成分信号を受信して、偏光補正出力信号を提供する回転直交モードトランスデューサ、
前記回転直交モードトランスデューサに接続され、該回転直交モードトランスデューサの所望の回転角度を示す制御信号を受信して、偏光補正出力信号を提供する駆動システム、及び
前記駆動システムに電力を提供して、前記回転直交モードトランスデューサを所望の回転角度に回転させるモータを含むことを特徴とする、請求項9に記載のアンテナアレイ。 - 前記回転直交モードトランスデューサに接続され、偏光補正出力信号を受信して増幅する低雑音増幅器をさらに含むことを特徴とする、請求項10に記載のアンテナアレイ。
- 前記偏光コンバータユニットは、前記アンテナアレイと前記信号源との間の偏光スキューを補償する電子回路を含むことを特徴とする、請求項10に記載のアンテナアレイ。
- 前記複数のホーンアンテナ素子は、ホーンアンテナ素子のN個の平行列に配列され、Nは1〜8の範囲の整数であることを特徴とする、請求項1に記載のアンテナアレイ。
- Nは、1、2、4及び8からなるグループより選ばれることを特徴とする、請求項13に記載のアンテナアレイ。
- 前記導波管給電ネットワークは、合算信号に前記複数のホーンアンテナ素子からの情報信号各々の信号寄与を加重して、前記アンテナアレイのビームパターンを制御することを特徴とする、請求項1に記載のアンテナアレイ。
- 前記複数のホーンアンテナ素子は、第1アンテナ出力信号を提供する第1ホーンアンテナ素子及び第2アンテナ出力信号を提供する第2ホーンアンテナ素子を含み、
前記導波管給電ネットワークは、第1アンテナ出力信号を受信する第1入力部、第2アンテナ出力信号を受信する第2入力部、及び第1アンテナ出力信号及び第2アンテナ出力信号の加重和に対応する出力信号を提供する出力部を有する導波管Tジャンクションを含み、
前記導波管Tジャンクションは、該導波管Tジャンクションをバイアスして第1アンテナ出力信号及び第2アンテナ出力信号の加重和を生成するチューニング素子を含むことを特徴とする、請求項1に記載のアンテナアレイ。 - 前記導波管Tジャンクションは、第1入力部と第2入力部との間で略中心に配置されたセプタムを含むことを特徴とする、請求項16に記載のアンテナアレイ。
- 前記チューニング素子は、前記セプタムのチップに配置され、前記導波管Tジャンクションに突出するチューニングシリンダを含むことを特徴とする、請求項17に記載のアンテナアレイ。
- 前記チューニング素子は、前記導波管Tジャンクションの中心に対してオフセットされ、該導波管Tジャンクションをバイアスすることを特徴とする、請求項16に記載のアンテナアレイ。
- アンテナアレイの第1端部から前記アンテナアレイの第2端部に延びるN個の平行列に配列され、各列が32個のホーンアンテナ素子を含み、各ホーンアンテナ素子は情報信号を受信して、給電点にアンテナ出力信号を提供するた複数のホーンアンテナ素子、
対応する複数の第1成分信号及び対応する複数の第2成分信号を提供するように、各々が複数のホーンアンテナ素子の各々に接続され、各アンテナ出力信号を第1成分信号及び第2成分信号に分割する対応する複数の直交モードトランスデューサ、
前記複数のホーンアンテナ素子を共通のアレイ給電点に接続し、第1成分信号を案内する第1経路及び第2成分信号を案内する第2経路を含み、前記第1経路及び前記第2経路は、同一数のベンドを各方向に含み、前記第1経路は、前記複数の直交モードトランスデューサから受信された複数の第1成分信号を合算して、前記共通のアレイ給電点に第1合算成分信号を提供し、前記第2経路は、前記複数の直交モードトランスデューサから受信された複数の第2成分信号を合算して、前記共通のアレイ給電点に第2合算成分信号を提供する導波管給電ネットワーク、及び
前記共通のアレイ給電点に接続され、第1合算成分信号及び第2合算成分信号を受信し、前記アンテナアレイと情報信号源との間の偏光スキューを補償する偏光コンバータユニットを含むアンテナアレイであって、
Nは、1、2、4及び8からなるグループより選ばれた整数であり、
前記導波管給電ネットワークは、E面合算素子及びH面合算素子を含み、前記E面合算素子及び前記H面合算素子は、第1合算成分信号に第1成分信号各々の振幅寄与の加重及び第2合算成分信号に第2成分信号各々の振幅寄与の加重を提供し、前記アンテナアレイの複数のホーンアンテナ素子にわたって振幅テーパーを提供することを特徴とするアンテナアレイ。 - 32個のホーンアンテナ素子のN列の各列に対して前記ホーンアンテナ素子は16組の隣接したホーンアンテナ素子にグループ化され、
前記導波管給電ネットワークは、第1経路及び第2経路各々で隣接したホーンアンテナ素子の各組に対する合算素子を含み、該合算素子はE面合算素子とH面合算素子のいずれかであることを特徴とする、請求項20に記載のアンテナアレイ。
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