JPH10107674A - ２地点間通信マイクロ波無線用の集積されたフラットアンテナおよび無線周波数装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、２地点間通信用のマイクロ波無線
周波数装置およびアンテナを小型で設置の容易な形態に
集積することを目的とする。 【解決手段】 外部壁64を有しているハウジング62と、
このハウジング62内にあり、アンテナ接続部を有してい
るマイクロ波無線周波数トランシーバ電子装置パッケー
ジ66と、ハウジングの外部壁と一体化されたフラットア
ンテナ68と、フラットアンテナ68とマイクロ波トランシ
ーバ電子装置パッケージ66のアンテナ接続部との間を接
続しているマイクロ波無線周波数給電体とを具備してい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波無線に
関し、特に、マイクロ波無線のための無線周波数装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波無線通信は、地上および宇宙
マイクロ波長距離通信リンク等において多量のデータを
伝送するために広く使用されている。それらはまた、例
えばセルラーベースステーションと中央電話局との間の
基本的な音声、ビデオおよびデータリンク等の短距離で
低電力のアプリケーションにとっても重要である。その
ようなアプリケーションにおいて、マイクロ波伝送の距
離は典型的に約０．５乃至５マイルであり、マイクロ波
信号は約２乃至９４ＧＨｚの特定の周波数であり、マイ
クロ波送信機の電力出力は約１００ミリワットである。
そのようなマイクロ波通信システムは、一般的に“２地
点間通信”システムと呼ばれる。

【０００３】高電力のマイクロ波通信システムに対応し
て、通常の２地点間通信システムは、３つの基本的な物
理的部分を有しており、それらは、しばしば“屋内”装
置と呼ばれ、ベースバンド無線素子を有している信号処
理装置（ＳＰＵ）と、しばしば“屋外”装置と呼ばれ、
マイクロ波周波数無線素子を有している無線周波数（Ｒ
Ｆ）装置（ＲＦＵ）と、アンテナとである。マイクロ波
周波数で動作している素子間でマイクロ波の供給が要求
されるので、無線周波数装置はアンテナの数フィート以
内に位置され、通常屋外に設置され、幾らか離れた距離
に位置された別の２地点間通信端子に向けられている。
アンテナは、典型的にカセグレイン形のパラボラ（放物
線状）アンテナである。信号処理装置が無線周波数装置
からかなり離れた距離に位置されることもある。通常の
ケーブルセットが信号処理装置と無線周波数装置の間に
延在しているが、無線周波数装置とアンテナとの間で
は、マイクロ波の同軸給電体が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】２地点間通信システム
がより一般的になると、それらの物理的なパッケージン
グが重要となる。現在ある無線周波数装置およびアンテ
ナはかさばっており、多くの場合において、設置し、整
列させ、その整列を維持することは困難である。大都市
で２地点間通信システムが拡張されると、現存のマスト
上やその他の場所に新しく設置空間を見つけることは困
難となる。後からの設置者は、遠隔端子と視線方向との
接触を設定するために、設置された無線周波数装置およ
びアンテナを常に不安定な位置に持ち上げなければなら
ない。通常の２地点間通信無線周波数装置およびアンテ
ナは、突出して目障りであり、特に、使用可能な空間に
それらが多数集中しているときには甚だしい。

【０００５】従って、これらの問題を克服する改良され
た無線周波数装置およびアンテナが必要とされる。本発
明はこの必要を満足させ、さらに、関連した利点を提供
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、集積された２
地点間通信マイクロ波無線周波数装置およびアンテナを
提供する。集積された無線周波数装置およびアンテナは
小型で既存の装置よりも軽く、簡単に操作および設置す
ることができ、容易に整列され、整列を維持されること
ができる。また、例えばオフィスビルの窓等の、従来の
マイクロ波無線周波数装置およびアンテナでは実行でき
なかった位置に設置することができる。設置者は、既存
の幾つかのシステムのためのケースとして、ケーブルで
繋がれた２つの別個の素子ではなく、たった１つの箱を
考慮するだけでよい。結果的に、平坦なプレート型の集
積された無線周波数装置およびアンテナは、放物線状
（パラボラ）皿形アンテナを使用する通常のシステムよ
りもはるかに視覚的に目障りでなくすることができる。

【０００７】本発明によると、集積された２地点間通信
マイクロ波無線周波数装置およびアンテナは、外部壁を
有するハウジングと、アンテナ接続部を有しているハウ
ジング内のマイクロ波無線周波数トランシーバ電子装置
パッケージと、ハウジングの外部壁と一体化されたフラ
ットアンテナと、フラットアンテナとマイクロ波トラン
シーバ電子装置パッケージのアンテナ接続部との間を接
続しているマイクロ波無線周波数給電体とを具備してい
る。ハウジングを支持構造に取付けるためにハウジング
の別の壁に構成されたブラケット構造等の手段があるこ
とが望ましい。

【０００８】フラットアンテナは、方形で比較的薄い連
続した横方向のスタブアンテナであることが好ましい。
それは壁の一部としてハウジングの側面に形成され、ま
た、別個の装置として作られ、ハウジングの壁に一体的
に取付けられるのがより好ましい。要求されるアンテナ
の寸法は、それが使用される周波数に依存している。例
えば、３８ＧＨｚで送受信するために使用されたときに
３８ｄＢの利得を有するようなフラットアンテナの場
合、典型的に１０．５インチ×１０．５インチであり、
方形アンテナの中で正方形アンテナは特別なケースであ
り、約１インチの厚さを有している。全ての電子装置パ
ッケージを含むハウジングは、典型的に約１２インチ×
１２インチであり、約３インチの厚さを有している。従
って、無線周波数装置およびアンテナ全体は、小さい化
粧箱より大きいことはない。それは容易に持ち運びさ
れ、設置され、指向される。対照的に、従来の周波数装
置は、それ自体で約１２インチ×１２インチ×１２イン
チの寸法を有しており、関連したパラボラ形アンテナは
１２乃至２４インチの直径を有している。

【０００９】本発明の試みはまた、従来の試みにおいて
は不可能であった電子的な特徴も提供する。電子装置パ
ッケージとアンテナの間のマイクロ波給電体はせいぜい
数インチ程度のもので、ハウジングの内部にあり、損傷
あるいは干渉の可能性を減少する。好ましい連続した横
方向スタブフラットアンテナは、設置マストが揺れた
り、時間の経過による熱効果によって建築物（ビル）が
変形したとき等の設置の状態の変化の際に、電子的に整
列を良好に調整し、整列を維持するように意図されてい
る。

【００１０】本発明の別の特徴および利点は、本発明の
原理を例示によって示している添付図面に関連して、好
ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかとなる。
しかしながら、本発明の技術的範囲がこの好ましい実施
形態に制限されるものではない。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、マイクロ波無線周波数ト
ランシーバシステム20の概略図である。そのようなシス
テム20の一般的な電子的構造は技術において知られてお
り、例えば、参照文献“RF Components for PCS Base S
tations ”（Strategies Unlimited 1996 ）に詳細に説
明されている。本発明は、この基本的な既知の電子的方
法を変更するものではなく、非常に有効な形態でパッケ
ージングおよび外部形態を与えるものである。

【００１２】システム20は、ベースバンド信号を処理す
る信号処理装置22と、マイクロ波信号を処理する無線周
波数装置24と、マイクロ波アンテナ26とを含んでいる。
信号処理装置は、１つの入力／出力音声、ビデオ、およ
び／またはデータリンク情報28を有している。この情報
28は、ベースバンド回路30および変調器／復調器32を通
って処理される。制御装置34および電源36もまた設けら
れている。信号処理装置22は、通常の信号ケーブル38を
通して低周波数で無線周波数装置24と通信している。

【００１３】無線周波数装置24は、信号処理装置22の低
周波信号を変換することによって約２乃至９４ＧＨｚ
（ギガヘルツ）で延在している広帯域内の選択されたマ
イクロ波周波数帯域で動作するマイクロ波トランシーバ
40を含んでいる。制御装置42および電源44が設けられて
いる。マイクロ波トランシーバ40は、アンテナ26に信号
を供給するため、あるいはアンテナから信号を受信する
ためにマイクロ波無線周波数給電体48が接続されている
アンテナ接続部46を有している。給電体48は、実質的な
信号の減衰を受けない数フィート以下の長さの同軸ケー
ブルあるいは導波管であってもよい。

【００１４】図２において、マイクロ波給電体48によっ
て接続され、図１の電子的方法を使用する通常の従来技
術による無線周波数装置24とアンテナ26の構成が示され
ている。無線周波数装置24は、典型的に１２インチ×１
２インチ×１２インチの寸法および約３５ポンドの重量
を有している。アンテナ26は、直径が約１２インチ以上
であり、重量が約１５ポンドのカセグレイン型パラボラ
アンテナである。これらの装置は両方とも、アンテナ26
が同様の遠方に位置された端末に向けられるような位置
に設置されなければならない。設置者は、アンテナ26が
遠方の装置のアンテナと整列されるようにアンテナ26を
設置し、また、無線周波数装置24がマイクロ波給電体48
の長さによって許容される範囲内に固定されるように無
線周波数装置24を設置する方法を探さなければならな
い。図２の従来の方法の変形も知られており、そこにお
いてパラボラアンテナは無線周波数装置に直接取付けら
れているが、そのような組み合わせる方法は取り扱いに
不便であり、重くなる欠点がある。

【００１５】図３において、集積された無線周波数装置
およびアンテナの斜視図が示されている。図４におい
て、本発明の好ましい形態を部分的に断面で示した外部
正面図が示されている。図５において、好ましい装置の
分解側面図が示されている。この装置は図１の一般的な
電子的方法を使用しているが、重要な利点を提供する異
なった構造およびアンテナを有している。集積された無
線周波数装置およびアンテナ60は、外部壁64を有してい
るハウジング62を含んでいる。ハウジング62から突出し
ているハンドル65によって、無線周波数装置およびアン
テナ60は容易に持ち運びされる。マイクロ波無線周波数
トランシーバの電子装置パッケージ66は、ハウジング62
に固定されている。電子装置パッケージ66は、マイクロ
波トランシーバ40、制御装置42、および電源44を含んで
いる。外部壁64の一部は、一体化されたフラットアンテ
ナ68として形成される。フラットアンテナ68は別個に形
成され、図示されているように壁64に取付けられるか、
あるいは、壁それ自体の一部として形成される。アンテ
ナ68でない壁64の部分は、金属あるいはプラスティック
等の任意の操作可能な材料で作られる。プラスティック
シートの形態のレードーム70は、保護のためにフラット
アンテナ68の前面を覆って設けられている。

【００１６】フラットアンテナ68は、連続した横方向ス
タブ（ＣＴＳ）アンテナであることが好ましい。ＣＴＳ
マイクロ波アンテナは技術において知られており、例え
ば、本明細書において参照文献とされている米国特許第
5,266,961 号明細書において説明されている。一般的
に、図３および図５において示されているように、ＣＴ
Ｓアンテナは、第１の部分と第１の部分に対してほぼ横
方向に延在している第２の部分とを有する誘電体素子を
有している。第２の部分は、第１の部分の第１の表面か
ら突出した横方向スタブを形成する。第１の導電性素子
は、第１の部分の第２の表面に沿って誘電体素子と同一
の広がりを有して配置されている。第２の導電性素子
は、誘電体素子の第１の表面に沿って配置され、誘電体
素子の第２の部分によって形成された横方向に延在して
いる端部壁に沿っている。さらに、構造の詳細が米国特
許第5,266,961 号明細書において開示されている。

【００１７】ＣＴＳアンテナは、本発明のアプリケーシ
ョンにおいて使用されたときに特別の利点を有する。Ｃ
ＴＳアンテナは平坦であり、横方向および厚さにおいて
寸法が小さく、軽量である。ＣＴＳアンテナの出力信号
は、わずかに電子的に操作される。設置中、無線周波数
装置およびアンテナ60は、一般的に通信が設定される遠
隔装置に向かって整列されなければならない。しかしな
がら、そのような整列は、設置構造上での気候および温
度効果のためにわずかに損なわれることもある。そのよ
うな場合、適切な整列からのわずかな偏差は、遠隔装置
に向けられた高い信号強度を維持するために電気的に補
償されることもできる。

【００１８】集積された無線周波数装置およびアンテナ
60は、アンテナ接続46およびアンテナ接続46からフラッ
トアンテナ68の後部に延在しているマイクロ波無線周波
数給電体ケーブル48を有している。しかしながら、その
無線周波数給電体48は、せいぜい１乃至２インチの長さ
であり、完全にハウジング62内に含まれている。信号が
この短い給電体48を通過するときにもほとんどマイクロ
波の減衰がない。設置者は、単一の集積された無線周波
数装置およびアンテナ60をその位置に配置および固定す
ることが要求されるだけであり、両立した方法で２つの
装置を移動および位置することには関連していない。

【００１９】本発明の発明者は、３７乃至４０ＧＨｚの
マイクロ波周波数で動作するために図４乃至５において
示されているような集積された無線周波数装置およびア
ンテナ60のためのプロトタイプ設計を開発した。フラッ
トアンテナは、約１０．５インチの幅Ｗと、約１０．５
インチの長さＬと、約１インチの厚さのＴ_A とを有して
いる。残りの素子であるマイクロ波トランシーバ40、制
御装置42、および電源44は、同じ長さおよび幅を有し、
約２インチの厚さＴ_B を有しているハウジング中に適合
する。ハウジングおよびアンテナパッケージの全体的な
寸法は、約１２インチ×１２インチ×３インチである。
集積された無線周波数装置およびアンテナ60の重量は約
１０ポンドである。

【００２０】概略的であり、実物大でない図６におい
て、マイクロ波給電体84によって接続された通常の無線
周波数装置80およびそのアンテナ82をマスト86へ設置す
る様子が示されている。また、本発明の集積された無線
周波数装置およびアンテナ60が示されている。集積され
た無線周波数装置およびアンテナ60は、集積されたフラ
ットアンテナ68が取付けられている以外の外部壁64の１
つに取付けられた設置ブラケット88を有しており、その
設置ブラケット88によって、マスト86に直接調節可能に
取付けることが許容される。本発明は試みが従来の試み
よりも設置および整列に対して一層便利であることは明
らかである。集積された無線周波数装置およびアンテナ
60はまた、従来の装置にとってほとんど使用可能でない
位置および場所に設置されることもできる。例えば、集
積された無線周波数装置およびアンテナ60は、室内空気
調節装置とほとんど同じ方法で窓フレームに容易に設置
される。

【００２１】以上、本発明の特定の実施形態が明白にす
る目的のために説明されてきたが、種々の変更および修
正が本発明の意図および技術的範囲から逸脱せずに行わ
れることができる。従って、本発明は、添付された請求
項以外のものに限定されることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】マイクロ波無線送信機および受信機の概略図。

【図２】従来のマイクロ波無線周波数装置およびアンテ
ナの斜視図。

【図３】本発明による集積された無線周波数装置および
アンテナの斜視図。

【図４】本発明による好ましい集積された無線周波数装
置およびアンテナの部分的に断面にされた正面図。

【図５】素子の典型的な構成を示す、図４の集積された
無線周波数装置およびアンテナの分解された側面図。

【図６】従来の無線周波数装置およびアンテナと、マス
トに設置された集積された無線周波数装置およびアンテ
ナの概略的斜視図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・ビー・ギゲル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90274、パロス・バーデス・エステイツ、 パセオ・ルナダ 561 (72)発明者 ジェイムズ・シー・チェン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90503、トランス、ラディーン・アベニュ ー 20609

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集積された２地点間通信マイクロ波無線
   周波数装置およびアンテナにおいて、 外部壁を有しているハウジングと、 このハウジング内にあり、アンテナ接続部を有している
   マイクロ波無線周波数トランシーバ電子装置パッケージ
   と、 ハウジングの外部壁と一体化されたフラットアンテナ
   と、 フラットアンテナとマイクロ波トランシーバ電子装置パ
   ッケージのアンテナ接続部との間を接続しているマイク
   ロ波無線周波数給電体とを具備していることを特徴とす
   る無線周波数装置およびアンテナ。
2. 【請求項２】 前記電子パッケージは、 ベースバンド信号接続部を有する低周波側および高周波
   側を有するトランシーバと、 トランシーバの高周波数側と結合し、アンテナ接続部を
   有している無線周波数アンテナ結合器と、 トランシーバのための制御装置と、 トランシーバおよび制御装置のための電源とを具備して
   いる請求項１記載の無線周波数装置およびアンテナ。
3. 【請求項３】 フラットアンテナは外部壁の一部分を形
   成している請求項１記載の無線周波数装置およびアンテ
   ナ。
4. 【請求項４】 フラットアンテナは外部壁に取付けられ
   ている請求項１記載の無線周波数装置およびアンテナ。
5. 【請求項５】 さらに、ハウジングを支持体に取付ける
   手段を含んでいる請求項１記載の無線周波数装置および
   アンテナ。
6. 【請求項６】 フラットアンテナは連続した横方向のス
   タブアンテナである請求項１記載の無線周波数装置およ
   びアンテナ。
7. 【請求項７】 連続した横方向のスタブアンテナは方形
   である請求項６記載の無線周波数装置およびアンテナ。
8. 【請求項８】 連続した横方向のスタブアンテナは幅約
   １０．５インチ×長さ約１０．５インチの寸法の方形で
   ある請求項７記載の無線周波数装置およびアンテナ。
9. 【請求項９】 電子装置パッケージのアンテナ接続部は
   約２ＧＨｚ乃至約９４ＧＨｚの入力／出力周波数を有し
   ている請求項１記載の無線周波数装置およびアンテナ。
10. 【請求項１０】 電子装置パッケージのアンテナ接続部
    は約３７ＧＨｚ乃至約４０ＧＨｚの入力／出力周波数を
    有している請求項１記載の無線周波数装置およびアンテ
    ナ。