JP7186556B2

JP7186556B2 - 調整可能な素子を有するアンテナを構成するためのコントローラ

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Publication number: JP7186556B2
Application number: JP2018165786A
Authority: JP
Inventors: マイケル・イー・メーテル
Original assignee: フルイドモーション・インコーポレイテッド
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2038-09-05
Also published as: EP3454416B1; US10693211B2; US20190074572A1; JP2019047501A; EP3454416A1

Description

本発明は、無線アンテナの分野に関し、広い周波数範囲の垂直、ダイポールおよび寄生アレイアンテナに関する。より詳細には、本発明は、広い周波数範囲の垂直、ダイポールおよび寄生アレイアンテナの制御に関する。

多くの場合、広い周波数レンジにわたって優れた性能を有する単一のアンテナを設けることが望ましい。効率およびインピーダンス整合のために、無線通信に使用されるアンテナは、一般的に共振アンテナである。残念ながら、共振アンテナは、その性質上、非常に狭い周波数レンジで動作する。特定の周波数で共振するには、アンテナは、ある特定の長さでなければならない。

3つの一般的に使用される共振アンテナはダイポールアンテナ、垂直アンテナ、および八木-宇田アンテナ(以下では「八木アンテナ」)である。ダイポールアンテナは、通常、設計周波数における波長の1/2の長さの単一素子から構成される。さらにダイポールアンテナは、通常中心で分割され、そこでさらに電磁エネルギーが供給される。垂直アンテナは、基本的に、素子の1/2が駆動され、他方の1/2が解除されて、垂直平面内で向きを定められるダイポールである。さらにアースは、その場所で導体として使用される。しばしば寄生アレイと呼ばれる八木アンテナは、連続する周波数の非常に狭い帯域全体にわたって高い前後比ならびに低いVSWRを有する指向性の送信および受信を実現することが、当技術分野で知られている。八木アンテナの大部分の実施形態は、電磁エネルギーのソースから駆動される単一素子を使用する。駆動される単一素子とともに、寄生素子として知られる、直接駆動されないいわゆる反射器および導波器素子が配列される。通常、ただ1つの反射器と、1つまたは複数の導波器とがあり、導波器素子に向かって送信および受信の好適な方向がある。

八木アンテナは、基本的に、中心設計周波数の数パーセントで十分に動作するように設計することができる単一周波数デバイスである。しかしながら、この非常に狭い3%～4%レンジでアンテナを動作させるために、利得、前後比、およびVSWRの間でトレードオフが行われなければならない。多くの場合、単一の八木アンテナを複数の周波数帯域で動作させることが望ましい。多くの無線サービスは、無線スペクトルにわたって散在する帯域に分離された周波数を割り当てている。アマチュア無線サービスは、この非限定的な良い例であり、160M、80M、40M、30M、20M、17M、15M、12M、10M、6M、2Mなどをほぼ中心とする帯域を有する。アマチュア無線家は、一般的に40M以上の帯域で八木アレイを使用する。いくつかの従来技術のアンテナ設計は、前述の帯域のうちの3つをカバーする複数の帯域に対処し、場合によっては、5つの帯域に対処するが、性能は極めて落ちる。一様な限界性能を実現するために、これらのアンテナ設計は、大きく複雑なアレイを必要とする。

より広い周波数範囲を可能にするために、従来、3つの方法が採用されている。一般的な方法は、1つの素子が3つの帯域で機能することを可能にする「トラップ」の使用である。トラップは、アンテナ動作が帯域ごとに変えられるとき、素子の一部分を自動的に切り離すために素子上の特定の場所に置かれた並列共振回路である。多素子のトラップ型アンテナは、他の設計よりも少ない素子で複数の周波数をカバーするが、最適に同調することができず、被駆動素子を含む素子のすべてにおいてトラップに関連する顕著な損失がある。トラップ八木アンテナは、利得、前後比、および総合効率においての大幅な妥協である。

より広い周波数範囲を取得する別の方法は、すべての素子が駆動され、寄生的に駆動される素子がない、いわゆる対数周期アンテナを使用することである。このタイプのアンテナは、2:1以上の比を有する周波数レンジで動作することができる。アンテナインピーダンスは、対数的に変わり、VSWRは2:1の高さまで変動することがある。対数周期アンテナは、利得および前後比のために広い帯域幅を犠牲にする。対数周期アンテナは、3素子モノバンド八木アンテナよりも小さい利得および小さい前後比を有し、しかもはるかに多くの素子および複雑な給電システムを必要とする。

より広い周波数範囲を取得するまた別の方法は、オープンスリーブセルタイプの被駆動素子を使用することである。この方法は、被駆動素子に極めて近接して置かれた1つまたは複数の寄生的に励起される素子を使用する。これらの寄生素子の長さは、通常、被駆動素子の半分の長さである。この方法は、より広いVSWR帯域幅、および単一給電ラインを用いて2つの異なる周波数で動作する能力をもたらす。しかしながら、オープンスリーブの技法は、被駆動素子に適用されるにすぎない。八木アンテナは、予想される周波数帯域ごとに、追加の専用寄生素子を必要とする。

結局、アンテナを構成する個々の素子の長さを変えて、それらが共振する周波数を変えることを可能にするチューナブルアンテナシステムが提供されてきた。そのようなシステムの一例が、米国特許第RE 42,087号として再発行された、Mertelに付与された米国特許第6,677,914号に開示されている。これらの文書の両方は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。これらの特許に開示されているチューナブルアンテナシステムは、単一の素子または複数の素子のアンテナの共振周波数を、主としてアンテナを作製する際に採用される可変長の素子の物理的寸法によって制限されるほとんどすべての周波数に設定することを可能にする。これらのチューナブルアンテナシステムは、電子制御ユニットの制御下でアンテナ素子を形成する導体の長さを調整するステッピングモータを採用する。

さらに、所望のアンテナの物理的特性に基づいてアンテナ性能をモデル化するために、様々なソフトウェアプログラムが開発されてきた。Numerical Electromagnetics Code (NEC)は、ワイヤアンテナおよび表面アンテナ用の普及しているモデリングシステムである。このソフトウェアの複数のバージョン、たとえば、MININECおよびEZNECが、一般に販売されている。これらのアンテナモデリングソフトウェア製品を使用すると、ユーザは、アンテナを物理的に構成するより前に、アンテナの特性を決定することができ、また、アンテナを形成するために組み立てられることになる物理的導体の長さ、厚さ、間隔、および向きなどの特性の変化から生じるアンテナプロパティの変化に関する情報がユーザに提供される。米国特許第RE 42,087号として再発行された、Mertelに付与された米国特許第6,677,914号に記載されるアンテナなどのアンテナで使用されるとき、そのようなソフトウェアモデリングプログラムは、ユーザが同調アンテナ(as-tuned antenna)の性能を視覚化することを可能にする。

アンテナの性能を視覚化するための一方法は、空間的な向きの関数としてアンテナ利得をプロットするグラフを生成することである。上述のソフトウェアモデリングプログラムは、そのようなグラフを生成することができる。図1Aは、空間的な向きの関数としてアンテナ利得の一般的な極座標プロットを示し、図1Bは、デカルト座標形式でプロットされた同じデータを表示するグラフである。図1Aに表示された極座標形式は、そのようなデータの最もよく使用される表現である。図1Aおよび図1Bを調べることからわかるように、八木アンテナの最大利得は、アンテナのブームの軸に沿っている、0°の角度にある。

図1Aおよび図1Bのグラフを生成するために使用されるデータから、アンテナの様々な特性を決定することができる。当業者なら諒解するように、より有用な特性のいくつかは、順方向利得、ビーム幅(順方向利得が両方向において0°での最大レベルから、通常dBで表されるあらかじめ選択された減衰量まで減少する角度を定義する)、前後比((0°の)順方向および(180°の)後ろ方向における利得の差を表す)、ならびに前側比((0°の)順方向および(それぞれ90°および270°の)アンテナの対向する側部における利得の差を表す)である。八木アンテナは、共振アンテナであるので、アンテナ帯域幅(定在波比(SWR)がしきい値レベル、通常2:1を下回る周波数レンジ)もまた、重要なアンテナ特性である場合がある。異なる目的にはアンテナの他の特性が対象となる場合があることは、当業者には諒解されよう。

八木アンテナの特性は、アンテナに使用される設計基準によって決まることになる。これらの設計基準は、採用される素子の数、素子の長さ、素子を形成するために使用される導体の厚さ、アンテナ素子を支えるブームに沿った互いからの素子の間隔を含む。互いから一定の距離に離間した固定数の素子を有するアンテナを参照すると、固定八木アンテナの性能は、アンテナモデリングソフトウェアを使用して予測でき、図1Aおよび図1Bに示すものなどのグラフィカルフォーマットで視覚的に提示できるデータを生成することが可能である。

固定八木アンテナを設計する八木アンテナ設計者は、アンテナのマーケティングの成功に最も役立つと決定された上述の特性の組合せを示すアンテナを設計する。選ばれる特定の特性は、しばしば、アンテナの使用目的によって決まることがある。

米国特許第RE 42,087号として再発行された、Mertelに付与された米国特許第6,677,914号に開示されるアンテナなどのチューナブルアンテナの挙動もまた、アンテナモデリングソフトウェアを使用して予測することができる。実際、Steppir(登録商標)の商標でFluidMotion, Incによって設計され、販売される製品は、個々のアンテナ素子の長さを設定するためにステッピングモータを駆動するコントローラを採用する。コントローラは、デフォルトの素子長が様々な周波数レンジに対してコントローラにプログラムされて、顧客に出荷される。デフォルトの長さは、上述の特性のいくつかのうちのあらかじめ選択されたものを有するアンテナを構成するようにあらかじめ決定される。素子の長さを手動で制御すること、または個々の素子に対して個々のあらかじめプログラムされた長さ設定を変更すること、アンテナの順方向と逆方向を逆転させること、および双方向モードでアンテナを構成することを行うために、ユーザがコントローラを動作させることを可能にすることができる。

本発明の一態様によれば、コントローラが、コントローラフロントパネルからのリアルタイムでのビーム幅調整を可能にすること、および度などの単位で結果を表示することを行うように構成される。たとえば、ビーム幅は、3dBの幅に、または特定の適用例に最も有用である他のどんな幅にも設定することができる(ユーザ選択可能とすることさえできる)。調整可能なより多くの素子を有するアンテナを使用することによって、より低い利得のアンテナと同じビーム幅で、より高い利得を実現することができるので、この機能は、ビーム幅パターンを変更するために単に2素子、3素子、および4素子のビーム間で切り替えるよりも大きな柔軟性を与える。たとえば、5素子のビームは、5素子のすべての長さの慎重な調整によって、同じビーム幅で2素子のビームより優れた性能とすることができる。

そのような機能は、いくつかの利点をもたらす。アンテナの前方ローブは、任意の特定の動作状況に合わせるように調整することができ、達成可能な角度範囲は、特定のアンテナにいくつの素子が設けられるかによって決まる。たとえば、5素子のアンテナは、約60°から約90°に至るまで3dBのビーム幅を有するように調整することができ、2素子のアンテナは、約80°から約100°に至るまで3dBのビーム幅を有するように調整することができる)。これらの数が概算であることは当業者には諒解されよう。

緊急通信もまた、アンテナの方位角範囲を変更する能力から恩恵を受けることがある。

本発明のコントローラは、ビームの各端部から放射されたエネルギーを、限定はしないが、50/50、40/60、30/70などのパーセント比などの調整可能な増分で、制御することができる双方向モードを実現することができる。

本発明によるそのような制御は、いくつかの利点をもたらす。たとえば、反対方向に位置する局は、はるかに異なる信号強度である場合があり、前後放射比を調整する能力は、全体的により良い通信を可能にする。他の状況もまた、選択的に各方向でより多いまたはより少ないエネルギーを向ける能力から恩恵を受ける場合がある。

本発明の別の態様によれば、ユーザは、アンテナが取り付けられる高さを定義するデータを入力することを許可される。この機能は、素子がその高さで最適なアンテナ性能に調整されるようにする。本発明のこの機能は、アンテナが動作周波数において1波長よりも低い高さに取り付けられる恩恵をもたらす。0.5波長以下に取り付けられたアンテナは、前後比ならびに(より少ない程度で)利得改善に関して、この機能から大いに恩恵を受けることができる。本発明によれば、アンテナの前後比は、ほとんどのアンテナ製造業者によって設計基準として使用されるより一般的な1波長高さに設定されたモデルを使用することと比較すると、5～8dBも改善することができる。

本発明の別の態様によれば、コントローラは、八木アンテナがスタッキングされるとき、大きな利点をもたらすことができる。そのような状況では、単一の八木アンテナとは著しく異なる最適な素子長がある。本発明のこの態様によれば、スタックアンテナの最適な素子長は、スタックされた配置で両方のアンテナの素子長を制御するために、コントローラメモリに記憶することもできる。

本発明の別の態様によれば、コントローラは、特定の方向から発する干渉を低減するための「フィルタ」を設けるために、ユーザによってフロントパネル制御から迅速に実施できる複数の後方パターンを記憶するように使用することができる。前後比の値の範囲は、八木アンテナではかなり広い。たとえば、20メートルのデフォルト設定に設定された4素子の八木アンテナが、約25dBの前後比を有する場合がある。この値は、順方向利得を約1.5dBだけ犠牲にして約31dBに増やすことができる。この違いは、操作者には直ちにわかる。

本発明の別の態様によれば、コントローラは、他のユーザ選択可能なパターンを記憶するために使用することができる。そのようなパターンの例は、180°の深いヌル、一般的には40dB、時には50dBほどである。別の例は、最適な前側除去(front to side rejection)のユーザコントロールである。そのような制御は、一般的に、120度から90度までの排除を約15～20dBだけ改善すること、または、一般的には120度および240度で発生する複数のヌルを提供することができる

本発明の別の態様によれば、アンテナモデリングソフトウェア(NECベースのモデリングソフトウェアなど)は、コントローラに(または、コントローラに接続されたユーザコンピュータに)常駐し、すべてのアンテナパラメータのプロットを含む、無数のアンテナのリアルタイムの作成および表示を可能にする。所望の特性を有するアンテナがモデル化されると、ユーザは、コントローラが選択されたモデルに従って個々の素子長を制御することによってモデル化されたアンテナを実現できるようにする。多数のモデルがコントローラを使用して記憶され、呼び出される。

本発明の別の態様によれば、順方向の最大利得から、双方向モード、ならびに180°(逆方向の最大利得)および中間のすべてに遷移して、アンテナの全レンジを制御するために、単一の回転ノブを使用することができる。

本発明の別の態様によれば、アンテナベンダーは、アンテナモデルの事実上無制限のレンジのコントローラ素子長テーブルにリアルタイムインターネットダウンロードを提供することができる。

本発明の別の態様によれば、SWR/パワーメータをコントローラに組み込むことができ、コントローラは、SWRがあらかじめ設定された限度を超えるとき、トランスミッタを使用不能にするようプログラムすることができる。接続されたアンテナに対するあらかじめ記憶されたパワー限度を超えないことを確実にするために、パワー出力を監視することもできる。これは、異なる帯域に異なるパワー限度を有するアンテナの場合に特に有益である。

本発明の別の態様によれば、コントローラは、素子長制御モータへの制御ケーブルの必要をなくすために、アンテナに給電する同軸線路上でデータおよびパワーのすべてを多重化するように構成される。

本発明は、ブーム長およびブーム上の素子配置などの固定アンテナ特性によってのみ制限される任意の調整可能な八木アンテナの全性能エンベロープの実現を、これらの特性の調整を許可しないアンテナにおいて可能にする。

空間的な向きの関数としてアンテナ利得の一般的な極座標プロットを示すグラフである。デカルト座標形式でプロットされた、図1Aからの同じデータを表示するグラフである。本発明の一態様による例示的なコントローラを示すブロック図である。本発明の一態様による例示的なコントローラを示すブロック図である。本発明の一態様による、選択された特性を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法を示すフロー図である。本発明の一態様による、選択された特性を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法を示すフロー図である。本発明の一態様による、選択された特性を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法を示すフロー図である。本発明の一態様による、選択された特性を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法を示すフロー図である。本発明の一態様による、選択された特性を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法を示すフロー図である。本発明の一態様による、選択された特性を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法を示すフロー図である。本発明の一態様による、コントローラを動作させるための方法を示すフロー図である。本発明の別の態様による、コントローラを動作させるための方法を示すフロー図である。本発明の別の態様による、コントローラを動作させるための方法を示すフロー図である。

本発明の以下の説明は、例示的なものにすぎず、決して限定的なものではないことは、当業者には認識されよう。そのような当業者には本発明の他の実施形態が直ちに浮かぶであろう。

次に図2Aを参照すると、ブロック図が、本発明の一態様による例示的なコントローラ10を示す。コントローラ10は、コンピュータ12と通信している。

コントローラ10は、当技術分野で知られているように、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであってもよいコントローラ14を含む。コントローラ14は、素子長テーブル16からのデータを使用して、チューナブルアンテナに関連するアンテナ素子長コントローラモータ22a、22b、22c、および22dをそれぞれ駆動するためのステッピングモータ駆動回路20a、20b、20c、および20dに、バス18で信号を提供する。4つのステッピングモータ駆動回路20a、20b、20c、および20dが4つのアンテナ素子長コントローラモータ22a、22b、22c、および22dを駆動すると示されているが、4よりも少ない素子または4よりも多数の素子の制御を可能にするシステムが、本発明の範囲内で企図されることは、当業者には諒解されよう。

そのようなシステムの基本動作は、当技術分野で知られており、米国特許第RE 42,087号として再発行された、Mertelに付与された米国特許第6,677,914号に記載されている。

コントローラ10は、ユーザインターフェース24、およびディスプレイ26を含む。ユーザインターフェース24は、周波数設定、個々の素子長の制御、および動作モード(たとえば、順方向動作、逆方向動作、双方向動作)などの機能を選択するためのユーザコントロールを含み、これらは適宜、ディスプレイ26上に表示されてもよい。当業者には諒解されるように、ディスプレイ26はコントローラ10と一体であることがあり、または外部ディスプレイであることがある。コントローラ10は、comポート28を介してコンピュータ12と通信する。comポート28は、当技術分野でよく知られている任意のタイプのワイヤードまたはワイヤレスプロトコルを採用してもよいことは、当業者には諒解されよう。

コンピュータ12は、当技術分野でよく知られているように、バス40を介してすべて互いに通信しているプロセッサ30、ROM32、RAM34、ユーザインターフェース36、およびディスプレイ38を含む汎用コンピュータであってもよい。コンピュータ12は、comポート42を介してコントローラ10と通信する。

コンピュータ12は、アンテナモデリングソフトウェアプログラム44を実行する。アンテナモデリングソフトウェアプログラムは、当技術分野で知られている。コンピュータ12およびアンテナモデリングソフトウェアプログラム44は、アンテナモデリングソフトウェアプログラム44とコントローラ10との間で両方向にデータを渡すように構成される。そのような構成は、すべての熟練したプログラマーによって容易に実現され、本発明はどんな特定の構成にも限定されない。

図2Aの配置は、コンピュータ12で動作しているアンテナモデリングソフトウェアとコントローラ10との間の二方向の通信を可能にする。この配置は、コンピュータ12で動作しているアンテナモデリングソフトウェア44でモデル化されたアンテナが、コントローラ10にダウンロードされ、アンテナ素子長コントローラモータ22a、22b、22c、および22dを制御することによってチューナブルアンテナで実行されることを可能にする。この配置はまた、チューナブルアンテナで実行される任意のアンテナ構成を表すデータが、分析のためにアンテナモデリングソフトウェア44にアップロードされることを可能にする。このようにして、アンテナモデリングソフトウェア44によってモデル化されたアンテナが、コントローラ10によって実行されてもよく、コントローラ10によって実行される任意の特定のアンテナの構成は、アンテナモデリングソフトウェア44によってモデル化されてもよい。本発明によれば、この通信は、任意の特定のアンテナに対して図1Aおよび図1Bに示すようなデータが、コンピュータ12に関連するディスプレイ38上にグラフィカルに表示されるか、またはアンテナコントローラ10のディスプレイ26にダウンロードされることを可能にする。

次に図2Bを参照すると、ブロック図が、本発明の一態様による例示的なコントローラ50を示す。図2Aのコントローラ10の素子の多くは、図2Bのコントローラ50に存在し、図2Bに存在する図2Aのコントローラ10からの素子は、図2Aにおいてそれらの素子を示すために使用した同じ参照番号を使用して識別されることになる。

コントローラ50は、図2Aのコントローラ10と同様であるが、図2Aの場合のように外部コンピュータ12と通信する必要なしに、内部でアンテナモデリングソフトウェア44を実行する。

コントローラ10は、当技術分野で知られているように、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサであってもよいコントローラ14を含む。コントローラ14は、素子長テーブル16からのデータを使用して、チューナブルアンテナに関連するアンテナ素子長コントローラモータ22a、22b、22c、および22dをそれぞれ駆動するためのステッピングモータ駆動回路20a、20b、20c、および20dに、バス18で信号を提供する。4つのステッピングモータ駆動回路20a、20b、20c、および20dが4つのアンテナ素子長コントローラモータ22a、22b、22c、および22dを駆動すると示されるが、4よりも少ない素子または4よりも多数の素子の制御を可能にするシステムが、本発明の範囲内で企図されることは、当業者には諒解されよう。

アンテナコントローラ10は、ユーザインターフェース24、およびディスプレイ26を含む。当業者には諒解されるように、ディスプレイ26はコントローラ10と一体であることがあり、または外部ディスプレイであることがある。ユーザインターフェース24は、周波数設定、個々の素子長の制御、および動作モード(たとえば、順方向動作、逆方向動作、双方向動作)などの機能を選択するためのユーザコントロールを含み、これらは適宜、ディスプレイ26上に表示されてもよい。コントローラ10は、comポート28を介して外部デバイスと通信する。comポート28は、当技術分野でよく知られている任意のタイプのワイヤードまたはワイヤレスプロトコルを採用してもよいことは、当業者には諒解されよう。

図2Aに示すシステムにおいてコントローラ14によって実施される機能を実施することに加えて、アンテナコントローラ50は、図2Bのシステムにおいてコントローラ14上で内部的にアンテナモデリングソフトウェアプログラム44を実行する。図2Aに関して説明したシステムの場合のように、アンテナモデリングソフトウェアプログラム44は、コントローラ10へとコントローラ10からとの両方向でアンテナ構成データを渡すように構成される。そのような構成は、すべての熟練したプログラマーによって容易に実現され、本発明はどんな特定の構成にも限定されない。

図2Bの配置は、コンピュータ12で動作しているアンテナモデリングソフトウェアとコントローラ10との間の二方向の通信を可能にする。この配置は、コントローラ14上で動作しているアンテナモデリングソフトウェア44でモデル化されたアンテナが、コントローラ14にダウンロードされ、アンテナ素子長コントローラモータ22a、22b、22c、および22dを制御することによってチューナブルアンテナで実行されることを可能にする。この配置はまた、チューナブルアンテナで実行される任意のアンテナ構成を表すデータが、分析のためにアンテナモデリングソフトウェア44にアップロードされることを可能にする。このようにして、アンテナモデリングソフトウェア44によってモデル化されたアンテナが、コントローラ10によって実行されてもよく、コントローラ10によって実行される任意の特定のアンテナの構成は、アンテナモデリングソフトウェア44によってモデル化されてもよい。本発明によれば、この通信は、任意の特定のアンテナに対して図1Aおよび図1Bに示すようなデータが、コンピュータ12に関連するディスプレイ38上にグラフィカルに表示されるか、またはアンテナコントローラ10のディスプレイ26にダウンロードされることを可能にする。

次に図3Aを参照すると、フロー図は、本発明の一態様による選択可能なビーム幅を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法60を示す。方法は、参照番号62から始まる。

参照番号64において、コントローラは、ビーム幅選択モードにされる。これは、ユーザがユーザインターフェース上のビーム幅選択機能をアクティブにすることによって行うことができる。

参照番号66において、ユーザインターフェース上のユーザ選択入力によってコントローラがビーム幅選択機能に入れられることに応答して、ディスプレイ上に表示された選択肢の中から、ビーム幅がユーザによって選択される。

参照番号68において、ユーザによって行われたビーム幅選択入力に対応するアンテナ素子長データが、素子長テーブルからフェッチされる。参照番号70において、コントローラは、素子長テーブルからフェッチされた長さに素子の長さを調整するために、ステッピングモータを駆動するようにステッピングモータ制御を作動させる(engage)。方法は、参照番号72において終了する。

次に図3Bを参照すると、フロー図は、本発明の一態様による選択可能な双方向モードを有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法80を示す。方法は、参照番号82から始まる。

参照番号84において、コントローラは、選択可能な双方向モードにされる。これは、ユーザがユーザインターフェース上の双方向モード選択機能をアクティブにすることによって行うことができる。

参照番号86において、ユーザインターフェース上のユーザ選択入力によってコントローラが双方向モード選択機能に入れられることに応答して、ディスプレイ上に表示された選択肢の中から、双方向モードがユーザによって選択される。

参照番号88において、ユーザによって行われた双方向モード選択入力に対応するアンテナ素子長データが、素子長テーブルからフェッチされる。参照番号90において、コントローラは、素子長テーブルからフェッチされた長さに素子の長さを調整するために、ステッピングモータを駆動するようにステッピングモータ制御を作動させる。方法は、参照番号92において終了する。

次に図3Cを参照すると、フロー図は、本発明の一態様による選択可能な高さを有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法100を示す。方法は、参照番号102から始まる。

参照番号104において、コントローラは、アンテナ高さ選択モードにされる。これは、ユーザがユーザインターフェース上のアンテナ高さ選択機能をアクティブにすることによって行うことができる。

参照番号106において、ユーザインターフェース上のユーザ選択入力によってコントローラがアンテナ高さ選択機能に入れられることに応答して、ディスプレイ上に表示された選択肢の中から、アンテナ高さがユーザによって選択される。

参照番号108において、ユーザによって行われたアンテナ高さ選択入力に対応するアンテナ素子長データが、素子長テーブルからフェッチされる。参照番号110において、コントローラは、素子長テーブルからフェッチされた長さに素子の長さを調整するために、ステッピングモータを駆動するようにステッピングモータ制御を作動させる。方法は、参照番号112において終了する。

次に図3Dを参照すると、フロー図は、本発明の一態様によるスタックアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法120を示す。方法は、参照番号122から始まる。

参照番号124において、コントローラは、スタック選択モードにされる。これは、ユーザがユーザインターフェース上のスタック選択機能をアクティブにすることによって行うことができる。

参照番号126において、ユーザインターフェース上のユーザ選択入力によってコントローラがスタック選択機能に入れられることに応答して、ディスプレイ上に表示された選択肢の中から、スタックアンテナの数がユーザによって選択される。

参照番号128において、ユーザによって行われたスタック選択入力に対応する各スタックアンテナのアンテナ素子長データが、素子長テーブルからフェッチされる。参照番号130において、コントローラは、素子長テーブルからフェッチされた長さに各スタックアンテナの素子の長さを調整するために、ステッピングモータを駆動するようにステッピングモータ制御を作動させる。方法は、参照番号132において終了する。

次に図3Eを参照すると、フロー図は、本発明の一態様による選択可能なビーム幅を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法140を示す。方法は、参照番号142から始まる。

参照番号144において、コントローラは、前後選択モードにされる。これは、ユーザがユーザインターフェース上の前後選択機能をアクティブにすることによって行うことができる。

参照番号146において、ユーザインターフェース上のユーザ選択入力によってコントローラが前後選択機能に入れられることに応答して、ディスプレイ上に表示された選択肢の中から、前後利得比がユーザによって選択される。

参照番号148において、ユーザによって行われた前後利得比選択入力に対応するアンテナ素子長データが、素子長テーブルからフェッチされる。参照番号150において、コントローラは、素子長テーブルからフェッチされた長さに素子の長さを調整するために、ステッピングモータを駆動するようにステッピングモータ制御を作動させる。方法は、参照番号152において終了する。

次に図3Fを参照すると、フロー図は、本発明の一態様によるパターンなどのユーザ選択可能な特性を有するアンテナを構成するためにコントローラを動作させるための例示的な方法160を示す。方法は、参照番号162から始まる。

参照番号164において、コントローラは、ユーザ選択可能な選択モードにされる。これは、ユーザがユーザインターフェース上のユーザ選択可能な選択機能をアクティブにすることによって行うことができる。

参照番号166において、ユーザインターフェース上のユーザ選択入力によってコントローラがユーザ選択可能な選択機能に入れられることに応答して、ディスプレイ上に表示された選択肢の中から、複数のあらかじめ記憶されたユーザ選択可能なアンテナ特性のうちの1つがユーザによって選択される。

参照番号168において、ユーザによって行われたユーザ選択可能な特性選択入力に対応するアンテナ素子長データが、素子長テーブルからフェッチされる。参照番号170において、コントローラは、素子長テーブルからフェッチされた長さに素子の長さを調整するために、ステッピングモータを駆動するようにステッピングモータ制御を作動させる。方法は、参照番号172において終了する。

図2Aまたは図2Bに示すコントローラのcomポート28を使用して、インターネットなどのネットワーク全体にわたって、図3A～図3Fに関して説明したユーザ調整可能なパラメータに対応するアンテナ素子長データのライブラリ、ならびにその他すべてのユーザ調整可能なパラメータに対応するアンテナ素子長データのライブラリまたは共有ライブラリをアップロードおよびダウンロードするために1つまたは複数のサーバに、通信することができることは、当業者には諒解されよう。

次に図4を参照すると、フロー図は、ユーザが八木アンテナを設計し、実装するためにアンテナモデリングソフトウェアプログラムと対話する本発明の一態様による方法180を示す。方法は、参照番号182から始まる。

参照番号184において、ユーザが、提案する素子長を、コントローラ上で、またはコントローラ上で動作しているコンピュータ上で、動作しているアンテナモデリングソフトウェアプログラムに入力する。参照番号186において、アンテナモデリングソフトウェアは、アンテナをモデル化し、その特性をプロットする。

参照番号188において、特性が許容可能であるかどうかがユーザによって決定される。そうである場合、方法は参照番号190に進み、モデル化されたアンテナの素子長は、アンテナモデリングソフトウェアからコントローラにダウンロードされる。

参照番号194において、構成されたアンテナで無線システムを動作させる。参照番号196において、アンテナ性能が許容可能であるかどうかがユーザによって決定される。そうである場合、方法は、参照番号198において終了する。そうでない場合、方法は、参照番号200に進み、1つまたは複数の素子長が、アンテナモデリングソフトウェアにおいて変更されて、新しい八木アンテナモデルを作成する。方法は次いで、前述の参照番号186および188に再び進む。

参照番号188において、モデル化されたアンテナの特性が許容できないと考えられた場合、方法はまた、前述の参照番号200に再び戻る。

次に図5を参照すると、フロー図は、八木アンテナを設計し、実装するためにアンテナモデリングソフトウェアプログラムが対話式に採用される、本発明の一態様による例示的な方法210を示す。方法は、参照番号212から始まる。

参照番号214において、アンテナモデリングソフトウェアは、ユーザから八木アンテナの所望のパラメータの入力リストを受け取る。参照番号216において、アンテナのデフォルトモデルが作成される。参照番号218において、未処理のパラメータが選択される。参照番号220において、パラメータのデフォルト値および所望の値が一致するかどうかが決定される。値が一致する場合、方法は参照番号222に進み、すべての特性が処理されたかどうかが決定される。そうである場合、方法は参照番号224に進み、モデル化された素子長が、コントローラにダウンロードされる。次に、参照番号226において、アンテナ素子の長さはコントローラによって、決定された値に設定される。参照番号228において、実際の八木アンテナの特性がプロットされる。方法は、参照番号230において終了する。

参照番号222において、すべての特性が処理されたわけではないと決定された場合、方法は参照番号218および220に戻り、未処理のパラメータが選択され、処理される。

参照番号220において、パラメータのデフォルト値および所望の値が一致しないと決定される場合、方法は参照番号232に進み、反復の最大数を超えたかどうかが決定される。そうでない場合、方法は参照番号234に進み、選択された素子の長さは、パラメータを所望の値に動かすために、アンテナモデリングソフトウェアにおいて変更され、方法は参照番号220に戻る。参照番号232において、反復の最大数を超えたと決定される場合、方法は参照番号236に進み、最も近い一致を有する反復が選択される。方法は次いで、参照番号222に進む。

異なるパラメータ間にある種の相互作用が存在することになること、および図5の方法は繰り返される必要がある場合があることは、当業者には諒解されよう。

次に図6を参照すると、フロー図は、調整可能な八木アンテナの素子長を地上のアンテナの高さに対して最適化できる、本発明の一態様による例示的な方法240を示す。方法は、参照番号242から始まる。

参照番号244において、第1の素子長テーブル、および第2の素子長テーブルのセットが、八木アンテナに提供される。テーブルは、アンテナ高さが意図された動作周波数における約0.5波長よりも大きいかそれとも小さいかに応じたデフォルトパラメータを有する。

参照番号246において、アンテナ高さデータがユーザから受け取られる。参照番号248において、動作周波数データがユーザから受け取られる。参照番号250において、選択された動作周波数の波長の分数としてのアンテナ高さが計算される。

参照番号252において、アンテナ高さが動作周波数における0.5波長よりも大きいかどうかが決定される。そうである場合、方法は参照番号254に進み、素子は、第1の素子長テーブルからの長さに動かされる。参照番号256において、システムが非アクティブにされたかどうかが決定される。そうである場合、方法は、参照番号258において終了する。そうでない場合、方法は参照番号260に進み、動作周波数に変化がないかを監視される。新しい動作周波数が検知されるとき、方法は参照番号250に進み、新しく選択された動作周波数の波長の分数としてのアンテナ高さが計算され、素子長選択プロセスが再び始まる。

参照番号252において、アンテナ高さが動作周波数における0.5波長未満であることが決定される場合、方法は参照番号262に進み、計算された分数は、長さテーブルの第2のセットから選択される長さテーブルを選択するために使用される。長さテーブルの第2のセットは、いくつかのビンに分割され、各ビンが、分数の異なる範囲によって示される。

法令に従って、本明細書で説明する本発明は、構造上の特徴に関して多少特定的な文言で説明した。しかしながら、示した手段および構造は、本発明を実行に移すための好ましい実施形態のみから成っているので、本発明は、示した特定の特徴に限定されないことを理解されたい。したがって本発明は、均等論に従って適切に解釈される、補正後の特許請求の範囲の正当かつ有効な範囲内のその形式または変更形態のいずれにおいても請求される。

例示的な実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができ、均等物を素子の代用にできることは、当業者には理解されよう。加えて、特定の状況または材料を教示内容に適合させるために、その本質的な範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実行するために本明細書で開示したいかなる特定の実施形態にも限定されないものとする。

10 アンテナコントローラ
12 コンピュータ
14 コントローラ
16 素子長テーブル
18 バス
20 ステッピングモータ駆動回路
22 アンテナ素子長コントローラモータ
24 ユーザインターフェース
26 ディスプレイ
28 comポート
30 プロセッサ
32 ROM
34 RAM
36 ユーザインターフェース
38 ディスプレイ
40 バス
42 comポート
44 アンテナモデリングソフトウェア

Claims

アンテナの長さ調整可能素子の長さを制御するためのシステムであって、
モータコントローラと、
前記モータコントローラに結合された素子長テーブルと、
各長さ調整可能素子および前記モータコントローラに結合されており、前記モータコントローラからの信号に応答して、前記長さ調整可能なアンテナ素子の前記長さを、前記素子長テーブルによって提供された素子長に調整するためのモータ駆動アセンブリと、
アンテナモデリングソフトウェアを実行し、前記モータコントローラに結合されたプロセッサであって、前記アンテナモデリングソフトウェアが、アンテナ素子長の関数としてアンテナ性能データを生成するように構成された、プロセッサと、
前記モータコントローラおよび前記プロセッサに結合されたディスプレイを含むユーザインターフェースとを備え、
前記モータコントローラが、前記ユーザインターフェースに入力されたコマンドまたは前記プロセッサにおいて実行されている前記アンテナモデリングソフトウェアによって生成されたコマンドに応答して、前記長さ調整可能素子の前記長さを調整するために、前記素子長テーブル中のデータから、各モータ駆動アセンブリを駆動するように動作可能である、システム。
前記プロセッサが、前記ユーザインターフェースからアンテナ素子長データを受け入れ、前記ユーザインターフェースから受け入れられた前記アンテナ素子長データの関数としてアンテナ性能データを生成し、
前記プロセッサが、前記ユーザインターフェースからのコマンドに応答して、前記モータコントローラに素子長データを提供する、請求項1に記載のシステム。
前記ユーザインターフェースから受け入れられた前記素子長データが、前記ユーザインターフェースからのコマンドに応答して前記素子長テーブルに記憶される、請求項2に記載のシステム。
前記プロセッサが、前記モータコントローラからアンテナ素子長データを受け入れ、前記モータコントローラから受け入れられた前記アンテナ素子長データの関数としてアンテナ性能データを生成し、前記アンテナ性能データを前記ディスプレイ上に表示する、請求項1に記載のシステム。
前記モータコントローラおよび前記プロセッサが同一の広がりをもつ、請求項1に記載のシステム。
前記プロセッサが、汎用コンピュータ内にあり、通信ポートを介して前記モータコントローラに結合される、請求項1に記載のシステム。
アンテナの長さ調整可能素子の長さを制御するための方法であって、
各長さ調整可能素子に結合されており、モータコントローラからの信号に応答して、前記長さ調整可能なアンテナ素子の前記長さを、前記モータコントローラに結合された素子長テーブルによって提供された素子長に調整するためのモータ駆動アセンブリを作動させるステップと、
アンテナ素子長の関数としてアンテナ性能データを生成するために、前記モータコントローラに結合されたアンテナモデリングソフトウェアを実行するステップと、
ユーザインターフェースに入力されたコマンド、またはプロセッサにおいて実行されている前記アンテナモデリングソフトウェアによって生成されたコマンドに応答して、前記長さ調整可能素子の前記長さを調整するために、前記素子長テーブル中のデータから、各モータ駆動アセンブリのための前記モータコントローラを駆動するステップとを含む、方法。
前記プロセッサにおいて、前記ユーザインターフェースから受け入れられたアンテナ素子長データの関数としてアンテナ性能データを生成するステップと、
前記プロセッサによって、前記ユーザインターフェースからのコマンドに応答して、前記モータコントローラに素子長データを提供するステップとをさらに含む、請求項7に記載の方法。
前記ユーザインターフェースから受け入れられた前記素子長データを、前記ユーザインターフェースからのコマンドに応答して前記素子長テーブルに記憶するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
前記プロセッサによって、前記モータコントローラからアンテナ素子長データを受け入れるステップと、
前記プロセッサによって、前記モータコントローラから受け入れられた前記アンテナ素子長データの関数としてアンテナ性能データを生成するステップと、
ディスプレイ上に前記アンテナ性能データを表示するステップとをさらに含む、請求項7に記載の方法。
アンテナの長さ調整可能素子の長さを制御するための方法であって、
各長さ調整可能素子に結合されており、モータコントローラからの信号に応答して前記長さ調整可能なアンテナ素子の前記長さを、前記モータコントローラに結合された素子長テーブルによって提供された素子長に調整するためのモータ駆動アセンブリを作動させるステップと、
調整可能な動作パラメータを選択するために、ユーザインターフェース上でコマンドを入力するステップと、
前記調整可能な動作パラメータに関連するメニュー中の選択肢の中から、前記選択されたパラメータを構成するための選択を選択するステップと、
前記素子長テーブルから、前記選択によって指し示された素子長データをフェッチするステップと、
前記長さ調整可能素子の前記長さを調整するために、前記フェッチされた素子長データから、前記モータコントローラから各モータ駆動アセンブリを駆動するステップとを含む、方法。
前記調整可能な動作パラメータがビーム幅である、請求項11に記載の方法。
前記調整可能な動作パラメータが、選択可能な双方向の利得比である、請求項11に記載の方法。
前記調整可能な動作パラメータが、選択可能な高さである、請求項11に記載の方法。
前記調整可能な動作パラメータが、スタックアンテナの数である、請求項11に記載の方法。
前記調整可能な動作パラメータが前後応答である、請求項11に記載の方法。
前記調整可能な動作パラメータが、ユーザ選択可能なパターンである、請求項11に記載の方法。
ワイドエリアネットワークを介してサーバから、少なくとも1つの調整可能な動作パラメータのためのメニューを含むデータと、前記少なくとも1つの調整可能な動作パラメータのためのメニュー選択肢に対応する素子長データとをフェッチするステップ
をさらに含む、請求項11に記載の方法。