JPH09172317A - 多層統合電力分配装置 - Google Patents
多層統合電力分配装置Info
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- JPH09172317A JPH09172317A JP8189218A JP18921896A JPH09172317A JP H09172317 A JPH09172317 A JP H09172317A JP 8189218 A JP8189218 A JP 8189218A JP 18921896 A JP18921896 A JP 18921896A JP H09172317 A JPH09172317 A JP H09172317A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 指向性ビームアンテナを利用し、信号振幅、
信号干渉及び多重通路ひずみに基づいて適切な伝送路を
選択する通信システムを提供する。 【解決手段】 本発明は、指向性ビーム幅機能を提供す
るために、送信機及び受信機のアンテナアレーで切り替
わるバトラマトリクス結合器及び回路を用い無線通信シ
ステムを提供する。そのような狭ビーム幅は、通信シス
テムが最適な信号品質を有する伝送路を判定し、選択す
ることを可能にする。アンテナアレーは、消費電力を抑
えて、有効範囲を広げ、アンテナアレーの効率を改善
し、製造コストを低くする多層構造に統合化されてい
る。
信号干渉及び多重通路ひずみに基づいて適切な伝送路を
選択する通信システムを提供する。 【解決手段】 本発明は、指向性ビーム幅機能を提供す
るために、送信機及び受信機のアンテナアレーで切り替
わるバトラマトリクス結合器及び回路を用い無線通信シ
ステムを提供する。そのような狭ビーム幅は、通信シス
テムが最適な信号品質を有する伝送路を判定し、選択す
ることを可能にする。アンテナアレーは、消費電力を抑
えて、有効範囲を広げ、アンテナアレーの効率を改善
し、製造コストを低くする多層構造に統合化されてい
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速無線通信シス
テムのための指向性アンテナビーム分離のための装置と
方法に関する。
テムのための指向性アンテナビーム分離のための装置と
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通信システムは、パーソナル移動通信シ
ステム、屋内無線ネットワーク及び移動体セルラー無線
ネットワークによって急速に成長し、発展している。伝
送時に発生する多重通路ひずみ、信号振幅劣化及び信号
干渉などの自然現象によって、現在のデータ伝送速度
は、現在必要とされる約10Mbpsに制限される。し
かしながら、今後の通信システムのための予測は、その
ようなシステム上での伝送において期待されるデータ量
に対処するには、この10Mbpsのデータ速度は適切
でないことを示している。データ伝送速度を高めるため
に、そのような自然現象を克服する機能がある通信シス
テムが必要である。
ステム、屋内無線ネットワーク及び移動体セルラー無線
ネットワークによって急速に成長し、発展している。伝
送時に発生する多重通路ひずみ、信号振幅劣化及び信号
干渉などの自然現象によって、現在のデータ伝送速度
は、現在必要とされる約10Mbpsに制限される。し
かしながら、今後の通信システムのための予測は、その
ようなシステム上での伝送において期待されるデータ量
に対処するには、この10Mbpsのデータ速度は適切
でないことを示している。データ伝送速度を高めるため
に、そのような自然現象を克服する機能がある通信シス
テムが必要である。
【0003】データ速度を高めるために、アンテナ素子
を適応結合器と結合するという試みがある。さらに、信
号対雑音比を修正して信号干渉及び多重通路ひずみを減
少させるために、種々のアンテナ素子の信号品質を分析
し、送信機及び受信機のアンテナセクタの最も良い組合
せから選択する技術が実用化されている。しかしなが
ら、適切な策をサンプルして選択する技術は、典型的に
は、受信機用の低雑音プリアンプ及び/又は送信機用の
高利得アンプなどの能動素子をそれぞれのアンテナ素子
において必要とする。また、多くの能動素子を有する遠
隔の送信機及び受信機に高指向性適応アンテナアレーを
採用すると、送信機及び受信機(特に、ミリメートル周
波数スペクトルで動作する送信機及び受信機)のコスト
が著しく高くなってしまう。
を適応結合器と結合するという試みがある。さらに、信
号対雑音比を修正して信号干渉及び多重通路ひずみを減
少させるために、種々のアンテナ素子の信号品質を分析
し、送信機及び受信機のアンテナセクタの最も良い組合
せから選択する技術が実用化されている。しかしなが
ら、適切な策をサンプルして選択する技術は、典型的に
は、受信機用の低雑音プリアンプ及び/又は送信機用の
高利得アンプなどの能動素子をそれぞれのアンテナ素子
において必要とする。また、多くの能動素子を有する遠
隔の送信機及び受信機に高指向性適応アンテナアレーを
採用すると、送信機及び受信機(特に、ミリメートル周
波数スペクトルで動作する送信機及び受信機)のコスト
が著しく高くなってしまう。
【0004】また、最も良い伝送路を判定するために分
析される規準は信号振幅である。例えば、トマス A.
フリーバーグの「無線構内通信のための技術を可能にす
る−4つの挑戦、4つの解決策」と題される記述では、
データを送受信するのに使用される6個の60°等方性
アンテナを有するアンテナが記載されている。信号サン
プリング及び選択プロトコルによって、個々のデータ伝
送における送信機及び受信機セクタ間の信号の最も良い
対応関係が特定される。どの送信及び受信アンテナセク
タが所望の信号を提供するのかを判定するのにサンプリ
ング及び選択プロトコルによって使用される規準は、信
号振幅である。しかしながら、単独で信号振幅を使用す
ることは、選択される伝送路が最適な経路であるわけで
はない。
析される規準は信号振幅である。例えば、トマス A.
フリーバーグの「無線構内通信のための技術を可能にす
る−4つの挑戦、4つの解決策」と題される記述では、
データを送受信するのに使用される6個の60°等方性
アンテナを有するアンテナが記載されている。信号サン
プリング及び選択プロトコルによって、個々のデータ伝
送における送信機及び受信機セクタ間の信号の最も良い
対応関係が特定される。どの送信及び受信アンテナセク
タが所望の信号を提供するのかを判定するのにサンプリ
ング及び選択プロトコルによって使用される規準は、信
号振幅である。しかしながら、単独で信号振幅を使用す
ることは、選択される伝送路が最適な経路であるわけで
はない。
【0005】したがって、指向性ビームアンテナを利用
して、信号振幅、信号干渉及び多重通路ひずみに基づい
て適切な伝送路を選択する通信システムが必要である。
また、通信システムにおいて利用する低コストの指向性
ビームアンテナアレーが必要である。
して、信号振幅、信号干渉及び多重通路ひずみに基づい
て適切な伝送路を選択する通信システムが必要である。
また、通信システムにおいて利用する低コストの指向性
ビームアンテナアレーが必要である。
【0006】本発明は、消費電力を抑え、有効範囲を広
くし、アンテナアレーの効率を改良し、そして低い製造
コストの多層流線形アンテナアレー構造を提供する。多
層アンテナアレーは、選択制御可能なスイッチマトリク
ス(ダイオードアレースイッチマトリクスが望ましい)
を有する第1層を含む。スイッチマトリクスは、入力ポ
ート及び複数の出力ポートを有する。バトラマトリクス
の第1アレーを有する第2層は、第1層から変位されて
いる。それぞれのバトラマトリクスアレーは複数の入力
ポートと複数の出力ポートを有し、1つの入力ポートが
対応するスイッチマトリクス出力ポートに接続される。
望ましくは、バトラマトリクスの第1アレーは、X軸に
沿った入力信号の位相を配列して構成される。バトラマ
トリクスの第2アレーを有する第3層は、第2層から変
位されている。第3層のためのそれぞれのバトラマトリ
クスアレーは、複数の入力ポートと複数の出力ポートが
あり、1つの入力ポートが第1アレーの対応する出力ポ
ートに接続される。望ましくは、バトラマトリクスの第
2アレーは、Y軸に沿った入力信号の位相を配列して構
成される。また、アンテナアレーは、その上に置かれる
パッチアンテナなどの複数のアンテナ素子を有する第4
層を含む。それぞれのアンテナ素子は、バトラマトリク
スの第2アレーの対応する出力に結合される。
くし、アンテナアレーの効率を改良し、そして低い製造
コストの多層流線形アンテナアレー構造を提供する。多
層アンテナアレーは、選択制御可能なスイッチマトリク
ス(ダイオードアレースイッチマトリクスが望ましい)
を有する第1層を含む。スイッチマトリクスは、入力ポ
ート及び複数の出力ポートを有する。バトラマトリクス
の第1アレーを有する第2層は、第1層から変位されて
いる。それぞれのバトラマトリクスアレーは複数の入力
ポートと複数の出力ポートを有し、1つの入力ポートが
対応するスイッチマトリクス出力ポートに接続される。
望ましくは、バトラマトリクスの第1アレーは、X軸に
沿った入力信号の位相を配列して構成される。バトラマ
トリクスの第2アレーを有する第3層は、第2層から変
位されている。第3層のためのそれぞれのバトラマトリ
クスアレーは、複数の入力ポートと複数の出力ポートが
あり、1つの入力ポートが第1アレーの対応する出力ポ
ートに接続される。望ましくは、バトラマトリクスの第
2アレーは、Y軸に沿った入力信号の位相を配列して構
成される。また、アンテナアレーは、その上に置かれる
パッチアンテナなどの複数のアンテナ素子を有する第4
層を含む。それぞれのアンテナ素子は、バトラマトリク
スの第2アレーの対応する出力に結合される。
【0007】望ましくは、多層アンテナアレーの各層は
ストリップライン構造で構成される。ストリップライン
構造は、各層の周りに配置され、誘電材料によってそこ
から変位された2つの平行な銅接地面を含む。
ストリップライン構造で構成される。ストリップライン
構造は、各層の周りに配置され、誘電材料によってそこ
から変位された2つの平行な銅接地面を含む。
【0008】また、本発明は、高速無線データ伝送のた
めの通信システムを提供する。通信システムは、第2層
上に配置される少なくとも1つのバトラマトリクスアレ
ーに結合される第1層上に配置される複数のアンテナ素
子を有する少なくとも1つの多層アンテナアレーを含
む。望ましくは、バトラマトリクスアレーは、1つの出
力が1つのアンテナ素子と結合されている複数の出力を
有する。さらに、バトラマトリクスアレーは、データ伝
送信号と選択的に結合される複数の入力を有する。送信
機ネットワークは、アンテナアレーによる伝送用のデー
タ伝送信号を生成し、処理するために提供される。送信
機ネットワークは、少なくとも1つのバトラマトリクス
アレーの1つの入力に選択的に接続可能な出力ポートを
含む。プロセッサは、送信機ネットワークと、バトラマ
トリクスアレーの複数の入力ポートの少なくとも1つに
送信機ネットワークの出力ポートを接続する手段とに結
合される。
めの通信システムを提供する。通信システムは、第2層
上に配置される少なくとも1つのバトラマトリクスアレ
ーに結合される第1層上に配置される複数のアンテナ素
子を有する少なくとも1つの多層アンテナアレーを含
む。望ましくは、バトラマトリクスアレーは、1つの出
力が1つのアンテナ素子と結合されている複数の出力を
有する。さらに、バトラマトリクスアレーは、データ伝
送信号と選択的に結合される複数の入力を有する。送信
機ネットワークは、アンテナアレーによる伝送用のデー
タ伝送信号を生成し、処理するために提供される。送信
機ネットワークは、少なくとも1つのバトラマトリクス
アレーの1つの入力に選択的に接続可能な出力ポートを
含む。プロセッサは、送信機ネットワークと、バトラマ
トリクスアレーの複数の入力ポートの少なくとも1つに
送信機ネットワークの出力ポートを接続する手段とに結
合される。
【0009】通信システムは、多層アンテナアレーと結
合され、データ伝送信号を受信するように構成される受
信機ネットワークを更に含む。
合され、データ伝送信号を受信するように構成される受
信機ネットワークを更に含む。
【0010】望ましくは、通信システムプロセッサは、
どの送信機アンテナ素子とどの受信機アンテナ素子が最
適な伝送路を提供するのかを判定する選択手段を含む。
最適な伝送路の判定は、信号対雑音比と多重通路信号ひ
ずみに基づく。
どの送信機アンテナ素子とどの受信機アンテナ素子が最
適な伝送路を提供するのかを判定する選択手段を含む。
最適な伝送路の判定は、信号対雑音比と多重通路信号ひ
ずみに基づく。
【0011】また、本開示は、信号対雑音比及び多重通
路信号ひずみに基づいた狭ビームの無線伝送ネットワー
クにおける最適な伝送路を判定する方法を提供する。
路信号ひずみに基づいた狭ビームの無線伝送ネットワー
クにおける最適な伝送路を判定する方法を提供する。
【0012】
【発明の実施の形態】本開示は、バトラマトリクス結合
器などの電力分配装置のアレーを使用する通信システム
と、指向性ビーム幅機能を提供するために送信機及び受
信機アンテナアレーにおける回線交換とに関する。その
ような狭ビーム幅によって、通信システムが最適な信号
品質を有する伝送路を判定し、選択することが可能とな
る。図1に示すように、通信システムに利用されるアン
テナアレー10は、多層構造で統合化され、この多層構
造は、消費電力を抑え、有効範囲を広げ、アンテナアレ
ーの効率を改良し、そして製造コストをより低いものに
する。
器などの電力分配装置のアレーを使用する通信システム
と、指向性ビーム幅機能を提供するために送信機及び受
信機アンテナアレーにおける回線交換とに関する。その
ような狭ビーム幅によって、通信システムが最適な信号
品質を有する伝送路を判定し、選択することが可能とな
る。図1に示すように、通信システムに利用されるアン
テナアレー10は、多層構造で統合化され、この多層構
造は、消費電力を抑え、有効範囲を広げ、アンテナアレ
ーの効率を改良し、そして製造コストをより低いものに
する。
【0013】本発明による通信システムは、セルラー通
信などの高速屋外無線通信に加え、高速屋内無線通信に
も用いられるであろう。図1〜7に示される統合アンテ
ナアレーの記載は、屋内無線通信アプリケーションのた
めの典型的なアンテナアレー構造に関する。屋内無線通
信では、半球形(すなわち360°)の可視領域で15
°以下のビーム幅が好ましい。この規準を満たすため
に、バトラマトリクスによって供給される7個の16素
子アレーアンテナが利用される。
信などの高速屋外無線通信に加え、高速屋内無線通信に
も用いられるであろう。図1〜7に示される統合アンテ
ナアレーの記載は、屋内無線通信アプリケーションのた
めの典型的なアンテナアレー構造に関する。屋内無線通
信では、半球形(すなわち360°)の可視領域で15
°以下のビーム幅が好ましい。この規準を満たすため
に、バトラマトリクスによって供給される7個の16素
子アレーアンテナが利用される。
【0014】図2及び3は、多層統合アンテナアレー1
0で利用される1つの4x4バトラマトリクス12の統
合ストリップライン構造及び対応する概略図を例示す
る。それぞれの4x4バトラマトリクス12は、4個の
入力ポート14と4個の出力ポート16及び18を有す
る。それぞれの入力ポートは、たとえ信号が同じ周波数
帯域で結合されても固有の損失がないように、もう一方
の入力から減結合される。バトラマトリクスは、1つの
入力ポートに適用された信号がすべての出力ポートに等
しく分割されるように構成され、それぞれの出力ポート
の信号が実質的に同じ振幅を有することになるが、各出
力への位相は異なる。この構成で、出力ポートからの信
号の位相は、独特の狭ビームを形成し、それぞれの入力
ポートに特有である。
0で利用される1つの4x4バトラマトリクス12の統
合ストリップライン構造及び対応する概略図を例示す
る。それぞれの4x4バトラマトリクス12は、4個の
入力ポート14と4個の出力ポート16及び18を有す
る。それぞれの入力ポートは、たとえ信号が同じ周波数
帯域で結合されても固有の損失がないように、もう一方
の入力から減結合される。バトラマトリクスは、1つの
入力ポートに適用された信号がすべての出力ポートに等
しく分割されるように構成され、それぞれの出力ポート
の信号が実質的に同じ振幅を有することになるが、各出
力への位相は異なる。この構成で、出力ポートからの信
号の位相は、独特の狭ビームを形成し、それぞれの入力
ポートに特有である。
【0015】マトリクスのための入力ポート14は、ハ
イブリッドカプラ22を介して交差ネットワーク20と
結合される。望ましくは、ハイブリッドカプラは、入力
ポートに最も近い出力ポートの位相を90°遅らしてい
る2個の出力ポートの間の入力電力を等しく分配するよ
うに構成される。交差ネットワークは、1つの層で交差
しているストリップラインを維持している間ずっと、カ
スケード内でそのような2つの2x2バトラマトリクス
によって規定され、出力を電磁結合しないで出力のシー
ケンスの位置を再命令するように提供される。交差ネッ
トワークのより詳細な記述は、J.S.ワイト、W.
J.チュドビアック、及びV.マキオスの「マイクロス
トリップ及びストリップライン交差構造」(マイクロ波
の理論及び技術に関するIEEE会報、1976年5
月、270ページ参照)に記載される。ハイブリッドカ
プラ24は、カプラ22と同様に電力損失と位相偏移特
性を有し、高速フーリエ変換の直交した等しい振幅方法
ですべての出力ポートにそれぞれの入力ポートの結合を
遂行するために提供される。出力ポート16は、示され
るように、交差ネットワーク28を介してマトリクスと
結合され、出力ポート18はハイブリッドカプラ24に
結合される。図2及び3に示される構成は、狭ビーム送
電容量を本発明のシステムに提供する。
イブリッドカプラ22を介して交差ネットワーク20と
結合される。望ましくは、ハイブリッドカプラは、入力
ポートに最も近い出力ポートの位相を90°遅らしてい
る2個の出力ポートの間の入力電力を等しく分配するよ
うに構成される。交差ネットワークは、1つの層で交差
しているストリップラインを維持している間ずっと、カ
スケード内でそのような2つの2x2バトラマトリクス
によって規定され、出力を電磁結合しないで出力のシー
ケンスの位置を再命令するように提供される。交差ネッ
トワークのより詳細な記述は、J.S.ワイト、W.
J.チュドビアック、及びV.マキオスの「マイクロス
トリップ及びストリップライン交差構造」(マイクロ波
の理論及び技術に関するIEEE会報、1976年5
月、270ページ参照)に記載される。ハイブリッドカ
プラ24は、カプラ22と同様に電力損失と位相偏移特
性を有し、高速フーリエ変換の直交した等しい振幅方法
ですべての出力ポートにそれぞれの入力ポートの結合を
遂行するために提供される。出力ポート16は、示され
るように、交差ネットワーク28を介してマトリクスと
結合され、出力ポート18はハイブリッドカプラ24に
結合される。図2及び3に示される構成は、狭ビーム送
電容量を本発明のシステムに提供する。
【0016】図4〜7は、統合アンテナアレー10のた
めの層状の構成を例示する。図4及び7に示すように、
第1(又はトップ)層30は、それに沿って配列された
アンテナ素子32を有する。望ましくは、アンテナ素子
は、パッチアンテナの正方形のアレーによって規定され
る。しかしながら、他の知られたアンテナ素子には、例
えば、ダイポール、モノポール及びスロットのアンテナ
素子が利用される。望ましくは、それぞれのパッチアン
テナは、銅などの導通媒体内にエッチングされる。
めの層状の構成を例示する。図4及び7に示すように、
第1(又はトップ)層30は、それに沿って配列された
アンテナ素子32を有する。望ましくは、アンテナ素子
は、パッチアンテナの正方形のアレーによって規定され
る。しかしながら、他の知られたアンテナ素子には、例
えば、ダイポール、モノポール及びスロットのアンテナ
素子が利用される。望ましくは、それぞれのパッチアン
テナは、銅などの導通媒体内にエッチングされる。
【0017】図4に示されるように、統合多層アンテナ
アレーの第2層34は、垂直配列においてバトラマトリ
クス12を含む。図5に示されるように、統合多層アン
テナアレーの第3層36は、水平配列においてバトラマ
トリクス12を含む。水平方向に配列されたバトラマト
リクスは、X軸に沿った位相数列を配列するために供給
され、垂直方向に配列されたバトラマトリクスは、Y軸
に沿った位相数列を配列するために供給される。図6に
概略的に示される第4層38は、最適な伝送路用に判定
された適切なバトラマトリクス入力へデータ伝送信号を
送るために使用されるダイオードスイッチマトリクスで
ある。この実施形態では、スイッチマトリクスは単一ポ
ールの、入力ポート48と制御部60に結合された制御
ライン44有する複数の出力ポート50を有する図8に
示される16スローのRFスイッチである。
アレーの第2層34は、垂直配列においてバトラマトリ
クス12を含む。図5に示されるように、統合多層アン
テナアレーの第3層36は、水平配列においてバトラマ
トリクス12を含む。水平方向に配列されたバトラマト
リクスは、X軸に沿った位相数列を配列するために供給
され、垂直方向に配列されたバトラマトリクスは、Y軸
に沿った位相数列を配列するために供給される。図6に
概略的に示される第4層38は、最適な伝送路用に判定
された適切なバトラマトリクス入力へデータ伝送信号を
送るために使用されるダイオードスイッチマトリクスで
ある。この実施形態では、スイッチマトリクスは単一ポ
ールの、入力ポート48と制御部60に結合された制御
ライン44有する複数の出力ポート50を有する図8に
示される16スローのRFスイッチである。
【0018】導通バイアホール40は、アンテナ素子3
2、バトラマトリクス12、及びスイッチマトリクス3
8の間の信号接続に使用される。これら導通バイアホー
ルは、層の間にショーティングポストを形成するため
に、銅などの導通材料でメッキされる層の間の穴であ
る。
2、バトラマトリクス12、及びスイッチマトリクス3
8の間の信号接続に使用される。これら導通バイアホー
ルは、層の間にショーティングポストを形成するため
に、銅などの導通材料でメッキされる層の間の穴であ
る。
【0019】屋内無線アプリケーションのために記述さ
れる7層の実施形態のために、単一ポールの7スローの
RFスイッチは、制御部16によって7個のアレーの間
で選択するように制御される。完全なアンテナアレー
は、20GHz近くの周波数で上述のアンテナアレーを
利用しながら、アンテナのすきまを共有し、送信された
データを受け取るときに360°の指向性ビームの有効
範囲を提供し、及び/又は約15°のビーム幅の多くの
狭ビームを放射するおよそ3立方インチ(49.2立方
センチ)の空間を占める。
れる7層の実施形態のために、単一ポールの7スローの
RFスイッチは、制御部16によって7個のアレーの間
で選択するように制御される。完全なアンテナアレー
は、20GHz近くの周波数で上述のアンテナアレーを
利用しながら、アンテナのすきまを共有し、送信された
データを受け取るときに360°の指向性ビームの有効
範囲を提供し、及び/又は約15°のビーム幅の多くの
狭ビームを放射するおよそ3立方インチ(49.2立方
センチ)の空間を占める。
【0020】図6に示すように、アレーの第4層38
は、単一ポールで4倍スローのダイオードスイッチ42
の2つの段階のカスケードである。適切なポートを選択
するために、バイアス電圧がポートに対応するバイアス
線路44にかけられる。この構成で、各接点におけるダ
イオードアレーは、接続を解除されたストリップライン
が選択ポートに過度の寄生リアクタンスを導かないよう
に適切な特性を有する。統合アレーのストリップライン
構造と同様に、そのようなダイオード及び/又はダイオ
ードアレーを製造するための知られている技術として、
モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)の技術が
ある。図6に示されるように、DCブロック46(本質
的にRFに対し透過性を有する)は、高周波数信号から
バイアス回路を絶縁するためにストリップラインで使用
される。
は、単一ポールで4倍スローのダイオードスイッチ42
の2つの段階のカスケードである。適切なポートを選択
するために、バイアス電圧がポートに対応するバイアス
線路44にかけられる。この構成で、各接点におけるダ
イオードアレーは、接続を解除されたストリップライン
が選択ポートに過度の寄生リアクタンスを導かないよう
に適切な特性を有する。統合アレーのストリップライン
構造と同様に、そのようなダイオード及び/又はダイオ
ードアレーを製造するための知られている技術として、
モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)の技術が
ある。図6に示されるように、DCブロック46(本質
的にRFに対し透過性を有する)は、高周波数信号から
バイアス回路を絶縁するためにストリップラインで使用
される。
【0021】図7には、多層アンテナアレー10の部分
断面図が例示される。望ましくは、それぞれの統合アン
テナアレーの第2、第3及び第4層は、信号干渉を抑え
るためにストリップライン構造を利用して製造される。
示されるとおり、平行平板接地面52は、ストリップラ
イン構造で利用され、厚さがおよそ2ミル(0.050
8ミリ)から5ミル(0.127ミリ)の間であり、望
ましくは、銅被覆で製造される。しかしながら、他の知
られているタイプの導通材料では、例えば金属や合金が
利用される。また、平行平板の厚さは、利用される導通
媒体によって変化する。図2に示されるように、ストリ
ップラインの周りに置かれた接地面の間の導通バイアホ
ール54は、ストリップライン構造の平行平板モードに
よって引き起こされるモード抑制に使用される。導通バ
イアホール54は、ストリップラインの2つの接地面を
接続している導通ショーティングポストを形成するため
に、導通材料、例えば銅でメッキされるそれぞれの接地
面の間の穴である。それぞれの接地プレートの間隔は、
2.39の比誘電率(εr)を有する10ミル(0.2
54ミリ)の厚さのフェライト基板56である。それに
代わるものとして、9.0の比誘電率(εr)を有する
20ミル(0.508ミリ)の厚さのアルミナ基板の利
用も可能である。
断面図が例示される。望ましくは、それぞれの統合アン
テナアレーの第2、第3及び第4層は、信号干渉を抑え
るためにストリップライン構造を利用して製造される。
示されるとおり、平行平板接地面52は、ストリップラ
イン構造で利用され、厚さがおよそ2ミル(0.050
8ミリ)から5ミル(0.127ミリ)の間であり、望
ましくは、銅被覆で製造される。しかしながら、他の知
られているタイプの導通材料では、例えば金属や合金が
利用される。また、平行平板の厚さは、利用される導通
媒体によって変化する。図2に示されるように、ストリ
ップラインの周りに置かれた接地面の間の導通バイアホ
ール54は、ストリップライン構造の平行平板モードに
よって引き起こされるモード抑制に使用される。導通バ
イアホール54は、ストリップラインの2つの接地面を
接続している導通ショーティングポストを形成するため
に、導通材料、例えば銅でメッキされるそれぞれの接地
面の間の穴である。それぞれの接地プレートの間隔は、
2.39の比誘電率(εr)を有する10ミル(0.2
54ミリ)の厚さのフェライト基板56である。それに
代わるものとして、9.0の比誘電率(εr)を有する
20ミル(0.508ミリ)の厚さのアルミナ基板の利
用も可能である。
【0022】図8は、統合アンテナアレーが組込まれて
いる典型的な通信システムを示す。このシステムは、信
号対雑音比と予め定められたしきい値を満たすひずみ率
とを有する信号経路を判定し、選択するように構成され
る。システム10は、上述の統合多層スイッチトビーム
アンテナアレー12、送受信機ネットワーク58及び制
御部60を含む。
いる典型的な通信システムを示す。このシステムは、信
号対雑音比と予め定められたしきい値を満たすひずみ率
とを有する信号経路を判定し、選択するように構成され
る。システム10は、上述の統合多層スイッチトビーム
アンテナアレー12、送受信機ネットワーク58及び制
御部60を含む。
【0023】上述し、図8に示されるように、アンテナ
アレーは、受信されたデータ伝送をサンプルし、処理を
行って、最適な送信機アンテナ及び受信機アンテナの伝
送路を判定する高速通信システムに組み込まれる。
アレーは、受信されたデータ伝送をサンプルし、処理を
行って、最適な送信機アンテナ及び受信機アンテナの伝
送路を判定する高速通信システムに組み込まれる。
【0024】上述したように、本開示の内容は、最適な
伝送路を判定するために、信号対雑音比及び多重通路ひ
ずみパラメータの利用を含む。このように、受信された
データの伝送は、信号対雑音比が予め定められたしきい
値を超えているかどうか及び信号ひずみパラメータが予
め定められたしきい値を下回っているかどうかを判定す
るために、サンプリング及び処理が行われる。送受信機
回路58と制御部60は合計112本のビームであるそ
れぞれの受信セクタ(例えば、7個の各アンテナアレー
の16本の各ビーム)から受ける信号を介して掃引し、
サンプルする。送受信機回路は、標準的な市販の装置を
含む。ガンズ他の米国特許No.4,612,518を
参照すると、送受信機回路で使用される変調器/復調器
方式が記載されている。制御部は、受信された信号の処
理を行い、それぞれのビームの信号対雑音比及びひずみ
パラメータを判定する。そして、制御部60は、受信機
及び特定の送信機がデータを転送するときに記憶セクタ
を利用するように、最良の受信機セクタを特定の送信機
セクタと関連づけるデータテーブルを作成する。制御部
60は、メモリと、送受信機論理及びスイッチマトリク
スを制御する格納プログラムと、以下に記述される最適
伝送路を判定する格納プログラムとを有するプロセッサ
制御ユニットである。制御部の適切な例として、ヒュー
レットパッカード製のVXIバスコントローラモデルH
P75000がある。
伝送路を判定するために、信号対雑音比及び多重通路ひ
ずみパラメータの利用を含む。このように、受信された
データの伝送は、信号対雑音比が予め定められたしきい
値を超えているかどうか及び信号ひずみパラメータが予
め定められたしきい値を下回っているかどうかを判定す
るために、サンプリング及び処理が行われる。送受信機
回路58と制御部60は合計112本のビームであるそ
れぞれの受信セクタ(例えば、7個の各アンテナアレー
の16本の各ビーム)から受ける信号を介して掃引し、
サンプルする。送受信機回路は、標準的な市販の装置を
含む。ガンズ他の米国特許No.4,612,518を
参照すると、送受信機回路で使用される変調器/復調器
方式が記載されている。制御部は、受信された信号の処
理を行い、それぞれのビームの信号対雑音比及びひずみ
パラメータを判定する。そして、制御部60は、受信機
及び特定の送信機がデータを転送するときに記憶セクタ
を利用するように、最良の受信機セクタを特定の送信機
セクタと関連づけるデータテーブルを作成する。制御部
60は、メモリと、送受信機論理及びスイッチマトリク
スを制御する格納プログラムと、以下に記述される最適
伝送路を判定する格納プログラムとを有するプロセッサ
制御ユニットである。制御部の適切な例として、ヒュー
レットパッカード製のVXIバスコントローラモデルH
P75000がある。
【0025】その他に、制御部16は、信号対雑音比と
ひずみに対する予め定められたしきい値を格納し、受信
された信号を常時監視し、信号対雑音比がしきい値を下
回ったとき及び/又はひずみがしきい値を上回った場合
に最良の経路を判定するために信号のサンプリングを再
び行う。どの送信機セクタ及びどの受信機セクタが最良
であるかを判定するために、受信される信号のサンプリ
ングを連続的に行い、どの経路が最良であるかを判定す
る他の技術がある。
ひずみに対する予め定められたしきい値を格納し、受信
された信号を常時監視し、信号対雑音比がしきい値を下
回ったとき及び/又はひずみがしきい値を上回った場合
に最良の経路を判定するために信号のサンプリングを再
び行う。どの送信機セクタ及びどの受信機セクタが最良
であるかを判定するために、受信される信号のサンプリ
ングを連続的に行い、どの経路が最良であるかを判定す
る他の技術がある。
【0026】望ましくは、信号対雑音比及び信号ひずみ
パラメータを判定するために、「アイオープニング」方
式を利用する。「アイオープニング」方式は、S.ベネ
デット、E.ビグライリ、及びV.カステラーニの「デ
ジタル伝送理論」(プラクティス・ホール・ブック社、
1987年、278ページ参照)に記載され、知られて
いる。
パラメータを判定するために、「アイオープニング」方
式を利用する。「アイオープニング」方式は、S.ベネ
デット、E.ビグライリ、及びV.カステラーニの「デ
ジタル伝送理論」(プラクティス・ホール・ブック社、
1987年、278ページ参照)に記載され、知られて
いる。
【0027】ここに開示される本発明の実施形態に対
し、その趣旨及び適用範囲から外れることなく様々な変
更を加えることが可能であることが分かるであろう。例
えば、アンテナアレーの統合層構造用の様々なタイプの
導通及び誘電材料に加えて、様々なタイプのアンテナ素
子が考えられる。したがって、上の記載は、本発明を制
限するものとしてではなく、単にその好ましい実施形態
の例として解釈すべきである。これらの技術の専業者
は、記載されている請求項によって規定される本発明の
適用範囲及び趣旨の中で他の変形例を想像できるであろ
う。
し、その趣旨及び適用範囲から外れることなく様々な変
更を加えることが可能であることが分かるであろう。例
えば、アンテナアレーの統合層構造用の様々なタイプの
導通及び誘電材料に加えて、様々なタイプのアンテナ素
子が考えられる。したがって、上の記載は、本発明を制
限するものとしてではなく、単にその好ましい実施形態
の例として解釈すべきである。これらの技術の専業者
は、記載されている請求項によって規定される本発明の
適用範囲及び趣旨の中で他の変形例を想像できるであろ
う。
【図1】本発明による統合多層アンテナアレーの図であ
る。
る。
【図2】本発明の統合アンテナアレーで用いられる4x
4バトラマトリクス用のストリップライン構造を例示し
た図である。
4バトラマトリクス用のストリップライン構造を例示し
た図である。
【図3】図2の4x4バトラマトリクスの概略ブロック
図である。
図である。
【図4】連続して並べられる4つの4x4バトラマトリ
クスを重なっている16個のパッチアンテナを例示する
図1の統合多層アンテナアレーの2つの層の図である。
クスを重なっている16個のパッチアンテナを例示する
図1の統合多層アンテナアレーの2つの層の図である。
【図5】連続して並べられる4つの4x4バトラマトリ
クスを例示する図1の多層アンテナアレーの第3層の典
型的なストリップライン構造の図である。
クスを例示する図1の多層アンテナアレーの第3層の典
型的なストリップライン構造の図である。
【図6】単一ポール16スローのRFスイッチを例示す
る図1の統合アンテナアレーの第4層の概略図である。
る図1の統合アンテナアレーの第4層の概略図である。
【図7】図1の4層統合アンテナアレーの部分断面図で
ある。
ある。
【図8】図1の多層アンテナアレーで構成される高速無
線通信システムのための典型的な構成のブロック図であ
る。
線通信システムのための典型的な構成のブロック図であ
る。
10 アンテナアレー 12 バトラマトリクス 14 入力ポート 16 出力ポート 18 出力ポート 20 交差ネットワーク 22 ハイブリッドカプラ 24 ハイブリッドカプラ 28 交差ネットワーク 30 第1層 32 アンテナ素子 34 第2層 36 第3層 38 第4層 40 導通バイアホール 44 バイアス線路 46 DCブロック 52 平行平板接地面 54 導通バイアホール 56 フェライト基盤 58 送受信機 60 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 ユ シュアン イェ アメリカ合衆国,07728 ニュージャージ ー,フリーホールド,ハンス ブールヴァ ード 65
Claims (25)
- 【請求項1】 アンテナアレー用の多層統合電力分配装
置において、 入力信号に接続可能である複数の入力ポート(14)及
び複数の出力ポート(16,18)を有する電力分配素
子の第1アレーを有する第1層(30)と、 複数の入力ポート(14)及び複数の出力ポート(1
6,18)を有する電力分配素子の第2アレーを有する
前記第1層(30)から変位された第2層(34)とか
らなり、 前記複数の入力ポート(14)の1つは、前記第1アレ
ーの前記複数の出力ポート(16,18)の対応する出
力に接続されていることを特徴とする多層統合電力分配
装置。 - 【請求項2】 さらに第3層(36)を有し、前記第3
層(36)は入力ポート(14)及び複数の出力ポート
(16,18)を有する選択制御可能なスイッチマトリ
クスを前記第3層(36)上に備え、前記第3層(3
6)の前記複数の出力ポート(16,18)は前記第1
層(30)の前記複数の入力ポート(14)にそれぞれ
結合されていることを特徴とする請求項1の多層統合電
力分配装置。 - 【請求項3】 さらに第4層(38)を有し、前記第4
層(38)は複数のアンテナ素子(32)を前記第4層
(38)上に備え、前記複数のアンテナ素子(32)は
電力分配素子の前記第2アレーの前記複数の出力の対応
する出力にそれぞれ結合されていることを特徴とする請
求項1の多層統合電力分配装置。 - 【請求項4】 電力分配素子の前記第1アレーは、バト
ラマトリクスのアレーからなることを特徴とする請求項
1の多層統合電力分配装置。 - 【請求項5】 バトラマトリクスの前記第1アレーは、
予め規定された第1平面に入力信号の位相を配列するよ
うに構成されることを特徴とする請求項4の多層統合電
力分配装置。 - 【請求項6】 電力分配素子の前記第2アレーは、バト
ラマトリクスのアレーからなるからなることを特徴とす
る請求項5の多層統合電力分配装置。 - 【請求項7】 バトラマトリクスの前記第2アレーは、
実質的に前記第1平面に交差している予め規定された第
2平面に入力信号の位相を配列するように構成されるこ
とを特徴とする請求項6の多層統合電力分配装置。 - 【請求項8】 多層流線形アンテナアレーにおいて、 入力ポート(14)及び複数の出力ポート(16,1
8)を有する選択制御可能なスイッチマトリクスを上に
備える第1層(30)と、 複数の入力ポート(14)及び複数の出力ポート(1
6,18)を有するバトラマトリクスの第1アレーを有
し、前記複数の入力ポート(14)の1つが前記複数の
スイッチマトリクス出力ポート(16,18)の対応す
る出力に接続され、バトラマトリクスの前記第1アレー
がX軸に沿って入力信号の位相を配列するように構成さ
れる第1層(30)から変位された第2層(34)と、 複数の入力ポート(14)と複数の出力ポート(16,
18)を有するバトラマトリクスの第2アレーを有し、
前記複数の入力ポート(14)の1つが前記第1アレー
の前記複数の出力ポート(16,18)の対応する出力
に接続され、バトラマトリクスの前記第2アレーがY軸
に沿って入力信号の位相を配列するように構成される前
記第2層(34)から変位された第3層(36)とから
なることを特徴とする多層流線形アンテナアレー。 - 【請求項9】 複数のアンテナ素子(32)を上に備
え、前記複数のアンテナ素子(32)の1つがバトラマ
トリクスの前記第2アレーの前記複数の出力の対応する
出力に結合されている第4層(38)をさらに有するこ
とを特徴とする請求項8の多層アンテナアレー。 - 【請求項10】 前記第2層(34)は、ストリップラ
イン構造で構成されることを特徴とする請求項9の多層
アンテナアレー。 - 【請求項11】 前記ストリップライン構造は、誘電材
料によって前記第2層(34)から変位された2つの平
行な銅接地面からなることを特徴とする請求項10の多
層アンテナアレー。 - 【請求項12】 前記第3層(36)は、ストリップラ
イン構造で構成されることを特徴とする請求項9の多層
アンテナアレー。 - 【請求項13】 前記ストリップライン構造は、誘電材
料によって前記第3層(36)から変位された2つの平
行な銅接地面からなることを特徴とする請求項12の多
層アンテナアレー。 - 【請求項14】 前記第4層(38)は、ストリップラ
イン構造で構成されることを特徴とする請求項9の多層
アンテナアレー。 - 【請求項15】 前記ストリップライン構造は、誘電材
料によって前記第4層(38)から変位された2つの平
行な銅接地面で構成されることを特徴とする請求項14
の多層アンテナアレー。 - 【請求項16】 前記スイッチマトリクスは、カスケー
ド接続されたダイオードスイッチからなることを特徴と
する請求項9の多層アンテナアレー。 - 【請求項17】 前記複数のアンテナ素子(32)のそ
れぞれは、パッチアンテナからなることを特徴とする請
求項9の多層アンテナアレー。 - 【請求項18】 高速無線データ伝送用の通信システム
において、 少なくとも1つの多層アンテナアレーは、第2層(3
4)上に配置される少なくとも1つのバトラマトリクス
アレーに結合されている第1層(30)上に配置される
複数のアンテナ素子(32)を有し、 前記バトラマトリクスアレーは、前記複数の出力が前記
複数のアンテナ素子(32)の1つと結合されている複
数の出力と、データ伝送信号に選択的に結合されている
複数の入力とを有し、 送信機ネットワークは、前記少なくとも1つのバトラマ
トリクスアレーの前記複数の出力の1つに選択的に接続
可能な出力ポート(16,18)を有し、データ伝送信
号を生成するように構成され、 プロセッサは、前記送信機ネットワークと前記送信機ネ
ットワークの前記出力ポート(16,18)を前記バト
ラマトリクスアレーの前記複数の入力ポート(14)の
少なくとも1つに接続する手段とに結合されていること
を特徴とする通信システム。 - 【請求項19】 前記多層アンテナアレーは、さらに第
3層(36)上に配置される少なくとも1つのバトラマ
トリクスアレーからなり、 前記第3層バトラマトリクスアレーは、複数の出力ポー
ト(16,18)の1つが前記第2層バトラマトリクス
アレーの前記複数の入力ポート(14)の1つに結合さ
れている前記複数の出力ポート(16,18)と、デー
タ伝送信号に選択的に結合される複数の入力とを有する
ことを特徴とする請求項18の通信システム。 - 【請求項20】 前記多層アンテナアレーは、さらに前
記第3層(36)から変位された第4層(38)からな
り、 前記第4層(38)は、その上に統合されたスイッチマ
トリクスを有し、 前記スイッチマトリクスは、データ伝送信号に結合され
ている入力ポート(14)及び複数の出力ポート(1
6,18)を有し、 前記複数の出力ポート(16,18)の1つは、前記第
3層(36)バトラマトリクスアレーの前記複数の入力
ポート(14)の対応する入力ポートに結合されている
ことを特徴とする請求項19の通信システム。 - 【請求項21】 さらに前記多層アンテナアレーに結合
されている受信機ネットワークからなり、データ伝送信
号を受信するように構成されることを特徴とする請求項
18の通信システム。 - 【請求項22】 前記プロセッサは、どの送信機アンテ
ナ素子及びどの受信機アンテナ素子が予め規定された規
準に基づいて最適な伝送路を提供するのかを判定する選
択手段を含むことを特徴とする請求項21の通信システ
ム。 - 【請求項23】 前記予め規定された規準は、信号対雑
音比及び多重通路信号ひずみからなることを特徴とする
請求項22の通信システム。 - 【請求項24】 狭ビーム無線伝送ネットワークで最適
な伝送路を判定する方法において、 受信されたデータ伝送のための信号対雑音比を判定し、
前記信号対雑音比を予め規定されたしきい値と比較し、 前記受信されたデータ伝送のための多重通路ひずみパラ
メータを判定し、前記多重通路ひずみパラメータを予め
規定されたしきい値と比較し、 前記信号対雑音比及び前記多重通路ひずみパラメータが
前記予め定められたしきい値を満たすときの伝送路を選
択することを特徴とする最適伝送路判定方法。 - 【請求項25】 狭ビーム無線伝送ネットワークで最適
伝送路を判定する方法において、 送信位置及び受信位置で少なくとも1つの多層アンテナ
アレーを提供し、前記少なくとも1つのアンテナアレー
は、第2層(34)上に配置される少なくとも1つのバ
トラマトリクスアレーに結合されている第1層(30)
上に配置される複数のアンテナ素子(32)を有し、前
記バトラマトリクスアレーは、複数の出力の1つが前記
複数のアンテナ素子(32)の1つに結合されている前
記複数の出力と、データ伝送信号に選択的に結合される
複数の入力とを有し、 送信位置で前記アンテナアレーに送信機ネットワークを
結合し、前記送信機ネットワークは、前記少なくとも1
つのバトラマトリクスアレーの前記複数の入力の1つに
選択的に接続可能な出力ポート(16,18)を有し、
データ伝送信号を生成するように構成され、 受信位置で前記アンテナアレーに受信機ネットワークを
結合し、前記受信機ネットワークは、データ伝送信号を
受信するように構成され、 前記受信されたデータ伝送のための信号対雑音比を判定
し、前記信号対雑音比を予め規定されたしきい値と比較
し、 前記受信されたデータ伝送のための多重通路ひずみパラ
メータを判定し、前記多重通路ひずみパラメータを予め
規定されたしきい値と比較し、 前記信号対雑音比及び前記多重通路ひずみパラメータが
予め定められたしきい値を満たすときの送信機及び受信
機の位置の間の伝送路を選択することを特徴とする最適
伝送路判定方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US503758 | 1995-07-18 | ||
US08/503,758 US5610617A (en) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | Directive beam selectivity for high speed wireless communication networks |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09172317A true JPH09172317A (ja) | 1997-06-30 |
JP3349896B2 JP3349896B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=24003387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18921896A Expired - Fee Related JP3349896B2 (ja) | 1995-07-18 | 1996-07-18 | 多層流線形アンテナアレー、通信システム、最適伝送路判定方法、及び多層アンテナ供給ネットワーク |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5610617A (ja) |
EP (1) | EP0755093A1 (ja) |
JP (1) | JP3349896B2 (ja) |
CA (1) | CA2181282C (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999065107A1 (fr) * | 1998-06-09 | 1999-12-16 | Nec Corporation | Dispositif d'antenne reseau a commande de phase |
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