JP2002507363A - アンテナシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アンテナシステム（１０）は、無線ローカルループを実現する通信システムにおいて用いるのに特に好適である。好ましい実施形態において、アンテナは、接地板（１２）の上方に懸架された空気充填積層パッチアンテナ素子（１４ａ〜１４ｄ）のアレイを含む。アンテナは、各々、二重傾斜（４５）直線偏波モードにおいて動作し、かつ、空気充填マイクロストリップ伝送線給電によって電波を供給される。給電線の線幅は、設計全体を通じて均一であり、それにより、インピーダンス変成器を必要としない。アンテナのための電子回路が、アンテナ接地板（１２）の下に配置されて、アンテナが占める面積を低減させる。さらに、アンテナ素子（１４ａ〜１４ｄ）と、その下にある電子回路との間で信号を伝送するために、「コネクタレス」の連結構造物が設けられている。一実施形態において、注目する面の並列のアンテナ素子の数が限定されていても向上されたサイドローブ抑制を有するアンテナが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 アンテナシステム 発明の分野 本発明は、概してアンテナシステムに関し、また、本発明は、特に無線通信の 用途において用いられることに適している。 発明の背景 電話通信システムにおいて、ローカルループは、顧客の家屋と地域交換局内の スイッチとの間の連結である。過去には、ローカルループは、主に有線の連結で あった。今日、無線のローカルループが、より広い帯域幅とより大きい融通性を 有する故に普及しつつある。 無線のローカルループを用いる通信システムを実現するためには、多数の無線 ローカルループの基地局が設けられなければならない。各基地局は、与えられた 領域内の予め決められた数の顧客にサービスを提供する。例えば、１つのシステ ムにおいて、各基地局は２０００の顧客にサービスを提供する。このシステムを 用いるためには、特定のローカルループ基地局にサービスを提供されている顧客 の家屋の各々に、基地局と通信するためのローカルループアンテナおよび送信／ 受信回路が備え付けられなければならない。例えば、ローカルループアンテナは 、顧客の家屋の外壁に取り付けられて、適切な基地局の方向にほぼ向けられる。 米国および世界中の電話利用者の大部分が、将来、無線ローカルループにより サービスを受ける可能性があることが想像できよう。それは、非常に多数のロー カルループアンテナの製造を必要とするであろう。必要なアンテナの数が非常に 多いため、アンテナが比較的安価に製造されることが重要である。すなわち、ア ンテナ当たりのコスト節減は少額でも、何百万ものアンテナが製造されれば、コ スト節減額は非常に多額になるであろう。しかし、コスト削減が、アンテナの性 能特性に影響を与えてはならず、また、アンテナの構造保全性を大いに減じては ならない。 ローカルループアンテナに関してさらに考慮すべきことは、概して、サイドロ ーブの抑制である。サイドローブは、近接した基地局または領域内の他の送信／ 受信設備との干渉を生じることがあるため、望ましくない。アレイアンテナにお ける所与のレベルのサイドローブ抑制を達成するために、振幅減衰が一般的に用 いられる。すなわち、アレイの横列および／または縦列内の素子は、異なる励起 レベルにて励振され、かつ、特定の横列または縦列の中心での励起レベルは、前 記横列または縦列の端部に近づく方向における励起レベルよりも大きい。かかる 振幅減衰は、先細状の横列または縦列を含む面においてサイドローブレベルを低 減する。 理論的には、理想的な二項減衰(binomial taper)が用いられれば、完全なサイ ドローブ抑制を達成することができる。理想的な二項減衰は、中央のピーク励起 レベルと、幾何学的に低減する側方励起レベルとを含む励起プロフィールを有す る。側方励起レベルは、連続する各要素について１／２倍ずつ低下している。例 えば、かかる励起プロフィールは、（ａ，２ａ，４ａ，２ａ，ａ）である。非理 想的な励起プロフィールは、様々な度合いのサイドローブ抑制を生じるであろう 。 ローカルループアンテナの寸法は、通常は限定されているため、所望のレベル のサイドローブ抑制を達成するのに必要な数の素子を設けるための十分な空間が 、常に存在するわけではない。すなわち、所望のレベルのサイドローブ抑制を達 成するためには３つ以上の素子が必要であろうが、アンテナは、２つの並列素子 を特定のサイドローブ面に備え付けることができるだけであろう。注目している 面 における素子の数が限定されていても所望のレベルのサイドローブ抑制を達成で きることが有利であろう。さらに、振幅減衰は、要求される励起レベルを達成す るために、概して、不均等な電力分割を用いることを必要とする。これらの不均 等な電力分割は、実行が困難であり、概して損失が多い。不均等な電力分割を用 いずに特定の励起プロフィールを達成するための方法を展開することが有利であ ろう。 発明の概要 本発明は、無線ローカルループを有する通信システム、および、他の大量のア ンテナの使用において用いるための、低コストで高性能のアンテナに関する。本 発明のアンテナは、迅速かつ容易に製造され、それにより、労働費用をかなり低 減する。さらに、本発明のアンテナは、部品数が比較的少なく、かつ、一般に入 手可能な安価な材料を用いる。アンテナは、小型、軽量で構造的に堅固であり、 かつ、無線ローカルループ通信の使用に必要な低損失／高利得の性能を提供する 。一実施形態において、本発明のアンテナは、注目する面における並列素子の数 が限定されているにも関わらず、向上されたサイドローブ抑制を提供する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるアンテナシステムの上面図である。 図２は、本発明による「積層パッチ」アンテナ素子の側方断面図である。 図３は、ハウジング内に配置された図１のアンテナシステムの側方断面図であ る。 図４ａおよび４ｂは、それぞれ、本発明によるコネクタレスの遷移部の側面図 および上面図である。 図５ａ、５ｂ、６ａおよび６ｂは、パッチ素子を加工してその構造剛性を増大 させるための２つの異なる技術を示す種々の図である。 図７ａ〜７ｇは、伝送線中央導体を加工してその構造剛性を増大させるための 種々の技術を示す。 図８および図９は、接地板の構造剛性を増大させるための技術を示す図であり 、それぞれ、上面図および断面側面図である。 図１０は、本発明に従う、サイドローブを抑制したアンテナシステムの上面図 である。 図１１は、本発明による図１０のアンテナシステムにおいて振幅減衰がどのよ うに達成されるかを示す図である。 図１２は、本発明によるアンテナシステムにおいて水平偏波を用いて振幅減衰 がどのように達成されるかを示す図である。 図１３は、本発明の原理を用いて得られるアンテナパターンを示すグラフであ る。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、アンテナシステムであって、無線ローカルループを実現する通信シ ステムにおいて用いるのに特に好適なアンテナシステムに関する。本発明の好ま しい実施形態において、アンテナは、接地板の上方に懸架された、空気充填積層 パッチアンテナ素子のアレイを含む。アンテナは、各々、二重傾斜４５直線偏波 モードで動作し、空気充填されたマイクロストリップ給電線によって電波を供給 される。給電線の線幅は、実質的に均一であり、インピーダンス変成器の使用は 省かれる。アンテナのための電子回路は、アンテナの接地板の下にある回路板上 に配置されて、アンテナの接地面積を減少させる。さらに、アンテナ素子とその 下方に置かれた電子回路との間に信号を伝送するための、新規の「コネクタレス 」(connectorless)の連結構造が設けられる。 図１は、本発明によるアンテナシステム１０の上面図である。アンテナシステ ム１０は、接地板１２と、複数の「積層パッチ」アンテナ素子１４ａ〜１４ｄと 、第１および第２の給電構造物１６ａ，１６ｂと、第１および第２の高周波コネ クタ１８ａ，１８ｂとを含む。接地板１２は、シート状アルミニウムから製造さ れることが好ましく、特定の用途により条件づけられた寸法および形状を有する 。アンテナ素子１４ａ〜１４ｄは、高周波エネルギーを、自由空間に／自由空間 から、送信および／または受信するために作用する。給電構造物１６ａ，１６ｂ は、高周波エネルギーをアンテナ素子１４ａ〜１４ｄとコネクタ１８ａ，１８ｂ との間に伝達するために作用する。給電構造物１６ａ，１６ｂは、また、分割器 ／複合器としても働く。コネクタ１８ａ，１８ｂは、給電構造物１６ａ，１６ｂ と、接地板１２の下に配置された電子回路（図示せず）とに高周波エネルギーを 連結させるために用いられる。 図２は、「積層パッチ」アンテナ素子１４ｂの側面図であり、素子１４ｂの構 造を示す。この図は、図１に示したＡ−Ａ’から見た図に対応している。図示し たように、アンテナ素子１４ｂは、下側の導電プレート２４ｂと上側の導電プレ ート２６ｂとを含む。円形の形状は、上側の導電プレート２６ｂのために選択さ れた。なぜなら、円形は、プレートを中心軸に対して回転方向に正確に配置する 必要を省くからである。しかし、直交線に対して対称である任意の形状（例えば 、 八角形、正方形など）を本発明に従って用いることができることが留意されるべ きである。さらに、下側のプレート２４ｂの形状は、上側のプレート２６ｂの形 状と異なっていてもよい。 下側プレート２４ｂは、第１のスペーサ２８を用いて接地板１２の上方に懸架 されている。同様に、上側プレート２６ｂは、第２のスペーサ３０を用いて下側 プレート２４の上方に懸架されている。組立体の全体が、締結具３２を用いて締 め付けられている。締結具は、図示した実施形態においては、ねじおよびナット を含む。他の種類の締結具、例えば、クリップおよびＰＥＭ植込みボルトを用い ることもできる。本発明の好ましい実施形態において、スナップ結合要素構造が 用いられる。例えば、１つの方法において、支柱を接地板の穴に「スナップ嵌め 」する。支柱は、弾性の圧縮部材および支持部材を有し、これらの部材は、接地 板１２内の穴に適合し、かつ、支柱を、接地板１２に対する鉛直位置に保持する 。次いで、第１のスペーサを支柱に滑り被せ、下側プレートを第１スペーサの上 に配置する。次いで、第２のスペーサを支柱の上に配置し、上側プレートを第２ スペーサの上に配置する。次いで、スナップ嵌め取付部品、または圧縮取付部品 を支柱の上端部に配置して組立体を結合させる。この配置は、アンテナの組み立 て時間を大いに減じさせる。 アンテナ素子１４ａ〜１４ｄの下側導電プレート２４ａ〜２４ｄは、２つの給 電構造物１６ａ，１６ｂに直接または容量的に連結されることができる。上側導 電プレート２６ａ〜２６ｄの各々は、それらに対応する下側プレート２４ａ〜２ ４ｄと、導電的に連結しまたは独立であることができる。積層パッチアンテナ素 子１４ａ〜１４ｄが送信モードにおいて用いられているならば、高周波信号は、 下側プレート２４ａ〜２４ｄの各々（すなわち励振プレート）に、給電構造物１ ６ａ，１６ｂを介して伝送され、この信号が、下側プレート２４ａ〜２４ｄ上に 電流を創成する。下側プレート２４ａ〜２４ｄ上の電流は、次いで、下側プレー ト２４ａ〜２４ｄの周囲に場を創成し、この場が、上側プレート２６ａ〜２６ｄ （すなわち、寄生プレート）上に電流を誘起する。電流により上側プレートおよ び下側プレートの両方の上に創成された電場は、次いで、遠場において結合して 、比較的高利得なアンテナ伝送ビームをプレートの面に対して鉛直の方向に創成 する。積層パッチ素子１４ａ〜１４ｄが受信モードにおいて用いられる場合には 、信号の動作は、上記の送信モードの動作と実質的に逆になる。一般に、上側の 導電プレート２６ａ〜２６ｄまたは下側のプレート２４ａ〜２４ｄのどちらかが 励振プレートとして機能することができる。また、上記の積層パッチ構造にさら なるプレートを追加して、インピーダンスおよび帯域幅、ならびに素子１４ａ〜 １４ｄの遠場パターンをさらに制御することができる。 本発明の好ましい実施形態において、４つの下側プレート２４ａ〜２４ｄの全 てと、第１および第２の給電構造物１６ａ，１６ｂの全てとが、導電性材料の１ 枚のシートから構成される。この一体の「ドライバ回路層」２２は、例えば、１ 枚のシート状アルミニウムから打ち抜かれることができる。この、一体のドライ バ回路層２２を用いることにより、アンテナを組み立てる時間が減少される。な ぜなら、組み立て中に所定の位置に設置されなくてはならない部品はただ１つで あり、はんだ付け接続が必要な部分は、もしあるとしてもごく少量だからである 。「スナップ結合」構造が実行されるならば、ドライバ回路層２２の全体が１秒 未満で所定の位置に設置されることができる。 図１に示すように、給電構造物１６ａ，１６ｂ内の伝送線の線幅は、設計の全 体を通じて均一である。好ましい実施形態において、給電構造物１６ａ，１６ｂ の伝送線の特性インピーダンスは、公称１００オーム(ohm)である。均一の線幅 を用いることにより、アンテナ内のインピーダンス変成器を省いた。なぜなら、 これらの変成器は、通常、システムに損失をもたらすからである。均一の線幅を 達成するために、一連の半波長伝送線セクション（すなわち、１８０度の電気長 を 有する部分）が設けられる。半波長セクションに関しては、線の特性インピーダ ンスに関係なく、入力インピーダンスは出力インピーダンスと実質的に等しい。 この特性を、以下に述べるように用いて、均一の線幅を達成した。 図１を参照して、Ｄ点から見たアンテナ素子１４ａのインピーダンスは約２０ ０オームである。同様に、Ｅ点から見たアンテナ素子１４ｂのインピーダンスは 約２００オームである。点Ｆは、点ＤおよびＥの両方から有効波長の１／２の地 点にある。それゆえ、点Ｆでは、点Ｄまたは点Ｅに向って見ると２００オームの インピーダンスとなる。これは、並列結合を生じ、点Ｆにて１００オームの全イ ンピーダンスをもたらす。点Ｆと点Ｇとの距離もまた、有効波長の１／２であり 、したがって、点Ｆから見た、点Ｇでのインピーダンスは、介在する線幅に関係 なく１００オームである。点Ｆが要素１４ａおよび１４ｃに対して同等であるの と同様に、点Ｇは、要素１４ｃおよび１４ｄに対して同等であり、それゆえ、点 Ｇでは、要素１４ｃまたは１４ｄの方向を見たときに２００オームのインピーダ ンスとなる。Ｇ点における３方向の並列結合により、Ｇ点において全インピーダ ンスは５０オームとなる。線２０の電気長は１８０度であり、これは、回路を見 たときにコネクタ１８ａが５０オームの抵抗となることを保証する。同様の技術 を、またインピーダンス変成器を必要としない給電構造物１６ｂの設計に用いた 。給電構造物１６ａ，１６ｂの線幅は、製造許容差の問題と線放射の潜在的な問 題との兼ね合いに基づいて選択された。 図３ａは、アンテナシステム１０の側面図であり、図１に示したＢ−Ｂ’から 見た図に対応する。図３ａは、アンテナシステム１０の種々の層と、それらの層 の、本発明の一実施形態における相互の関係を示す。図３ａに示すように、上側 の導電プレート２６ａ，２６ｂは、ドライバ回路層２２の上方に懸架されている 。ドライバ回路層２２も同様に接地板１２の上に懸架されている。０．２２５の 公称線幅が、ドライバ回路層２２と接地板との間の０．１６０インチ（０．４０ ６ ４ｃｍ）の公称間隔と共に用いられる。送信／受信電子回路３８を含む回路板３ ６が、アンテナシステム１０の下に配置されている。先に論じたように、コネク タ１８ａ，１８ｂは、高周波エネルギーを、アンテナシステム１０から、アンテ ナシステム１０の下にある電子回路３８に連結するために用いられる。手短に述 べるが、本発明に従う別の「コネクタレス」の連結構造物をコネクタ１８ａ，１ ８ｂの代わりに設けて、電子回路とアンテナ回路との間に信号を伝送することが できる。 図３ｂに示すように、本発明の一実施形態において、回路板３６の接地面（す なわち、電子回路を支持している面と反対側の面）がアンテナシステム１０の接 地板１２として用いられる。これは、アンテナシステムの全体の寸法を縮小させ 、かつ、構造を単純化させる。これは、また、コネクタレス連結構造物の実現を 容易にする。 図４ａおよび４ｂは、それぞれ、本発明に従うコネクタレスの遷移部４６を示 す断面側面図および上面図である。コネクタレスの遷移部４６は、誘電回路板５ ２を含み、誘電回路板５２は、回路板５２の上側の面に配置された金属の接地板 ５０を有する。回路板５２の上に、高周波信号を伝送するための伝送線中央導体 ５４がある。中央導体５４の第１部分５６は接地板５０の上方に引き上げられて おり、空気充填マイクロストリップ伝送線、例えばアンテナシステム１０の給電 構造物１６ａ，１６ｂにおいて用いられる伝送線の中央導体として作用する。中 央導体５４の第２部分５８は、接地板５０が除去された領域６０の回路板５２と 接触して配置されている。中央導体５４は、第１部分５６と第２部分５８とを連 結する曲り部５９を含む。 回路板５２の下側に第２の伝送線中央導体６２がある。第２の伝送線中央導体 ６２は、端部６４を有し、端部６４は、第１の伝送線中央導体５４の第２の部分 ５８の真下に配置され、かつ部分５８と連結されている。好ましい実施形態にお いて、２つの中央導体の重なり部分の長さは、注目している周波数における約１ ／４の波長であり、連結を最大化する。第２の中央導体６２は、回路板５２の下 側にあるマイクロストリップ、ストリップ線、または他の伝送媒体の一部である ことができる。 コネクタレス遷移部４６は、図３ｂに示したシステムに設けられることができ る。回路３８は、第２の中央導体６２に直接連結されることができる。化学的エ ッチングなどのプロセスを用いて、必要な金属被覆パターンを回路板３６の上面 および下面に創成することができる。第１の中央導体５４は、給電構造物１６ａ ，１６ｂと下側の導電プレート２４ａ〜２４ｄの両方を含むドライバ回路層２２ の一部となる。中央導体５４の曲り部５９は、ドライバ回路層２２を導電性のシ ート材料から切り抜く工程と同一の打ち抜き工程において創成されることができ る。 コネクタレス遷移部４６を組み立てるためには、中央導体５４の第２部５８を 、接地板を有さない領域６０の上に配置する。次いで、第２部分５８内の通し穴 を、回路板５２内の通し穴と位置合わせする。次いで、締結具６をこれらの通し 穴に挿入しかつ固定して、中央導体５４を連結領域において回路板５２にロック する。あるいは、他の方法を用いて、中央導体５４を連結領域において固定する ことができる。例えば、接着剤または両面テープを用いることができる。また、 第２部分５８は、中央導体５４の固有ばね力により回路板に対して保持されるこ とができる。別の方法においては、金属被覆層を連結領域にエッチングし、かつ 、その層に中央導体５４を、はんだ付け、溶接または接着（導電性接着剤を用い る）することができる。 先に論じたように、本発明の好ましい実施形態において、導電性部材の多くが シートアルミニウムから構成される。シートアルミニウムは、費用が比較的安く 、 力／重量比が比較的高く、作業が比較的し易く、かつ非常に硬質であるという理 由で選択された。シートアルミニウムは、一般にポンド単位で販売されているた め、アンテナ当たりのコストは、各アンテナに用いられるアルミニウムの量を減 じる（すなわち、アルミニウムプレートの厚みを減じる）ことにより低減され得 ることが分かった。しかし、これが生じた問題は、アンテナの構造剛性が、アル ミニウムプレートの厚みが減少されるに従って低減したことであった。本発明に ついての考察において、シートの厚みを減じることにより失われる剛性の幾らか は、シート材料を加工することにより回復されると認められた。すなわち、例え ば、「隆起部」および「溝」をシート内に創成することにより、向上された構造 的剛性を、より少ない材料を用いて達成することができる。 図５ａ，５ｂ，６ａおよび６ｂは、本発明による２つの円形のマイクロストリ ップパッチアンテナ素子６８，６９を示す。図５ａおよび図５ｂのパッチ６８は 、構造的剛性を増大させるための、パッチ６８と同心の単一の隆起部７０を含む 。隆起部は、パッチをアルミニウムシートから切り抜く工程と同一の打ち抜き工 程において製造されることができる。剛性を増大するために、同心状の隆起部を さらに設けることもできる。図６ａおよび６ｂの要素６９は、剛性を増大させる ための隆起した「Ｘ」状部を含む。パッチ要素に隆起部を追加することにより、 ０．０３０インチ（０．０７６２ｃｍ）以下の厚みを有するアルミニウムシート 材料をアンテナシステム１０において用いることができる。補強のための隆起部 は、図１のパッチ１４ａ〜１４ｄおよび給電線１６ａ，１６ｂに用いられること ができる。 図７ａ〜７ｇは、伝送線中央導体の断面図であり、中央導体を加工してその構 造剛性を増大する種々の方法を示す。例えば、図７ａおよび７ｂは、中央導体の わずかな湾曲を示す。図７ｃおよび７ｄは、中央導体の端部での９０度の曲折を 示す。図７ｅ，７ｆおよび７ｇは、種々の隆起／溝を付ける方法を示す。 また、薄い金属シート材料を、本発明に従うアンテナの接地板として用いるこ とができる。例えば、図８は、アンテナシステム７４の上面図であり、より高い 剛性を得るためにシート材料を「加工」する１つの方法を示す。図８において陰 影が付けられた領域は、接地板の面における凹みを示す。凹みの位置は、凹みが 回路の電気特性に干渉しないように選択される。例えば、凹み領域の縁部は、い ずれの中央導体の縁部からも少なくとも２線幅分離れているべきである。同様に 、凹み領域の縁部は、いずれのアンテナ素子の縁部からも少なくとも２線幅分離 れているべきである。図９は、図８のアンテナの断面側面図である。この側面図 は、図８のＣ−Ｃ’から見た図に対応している。図９は、接地板１２内の凹み領 域７６，７８を示す。あるいは、凹み領域は、隆起領域に替えられることができ る。 図１０は、本発明による別のアンテナシステム８０の上面図を示す。アンテナ システム８０は、２つのアンテナ素子だけがその下の接地板８２の上に並列に取 り付けられることができるという事実にも関わらず、水平面における向上された サイドローブ抑制をもたらす。接地板８２の寸法は、システムの制約により制限 される。アンテナシステム８０は、分割器／複合器構造物における等しい電力分 割を用いて、向上されたサイドローブ抑制を達成する。システム８０は、先に記 載したアンテナ素子のような、３つの「積層パッチ」アンテナ素子８４ａ〜８４ ｃを含む。本発明についての考察により、マイクロストリップのパッチ放射素子 が、パッチの対向する縁部に配置される１対のスロット放射体として形成される ことができることが理解された。すなわち、１つのスロット放射体が励振縁部に 配置され、他方のスロット放射体が、前記励振縁部に対向する縁部に配置される 。この、２部分スロットの特性を利用して、水平面における振幅減衰（および、 それによる、水平面におけるサイドローブ抑制）を３つのパッチ８４ａ〜８４ｃ の適切な位置合わせにより達成できることが分かった。さらに、振幅減衰は、等 しい電力分割を用いて達成されることができる。 図１１は、図１０のシステム８０のための振幅減衰を示す。便宜上、分析は、 二重傾斜４５に対してではなく、傾斜４５度偏波に対して行う。しかし、二重傾 斜４５偏波を用いても同一の結果が得られることが理解されるべきである。図１ １に示すように、アンテナ素子８４ａ〜８４ｃの各々は、それぞれ、励振縁部９ ０ａ〜９０ｃと、該励振縁部と対向する９２ａ〜９２ｃとを有する。先に論じた ように、これらの縁部は、素子が励起されるときに個々のスロット放射体として 作用する。要素８４ａ〜８４ｃの全てが同一のレベルで励振されるならば、縁部 ９０ａ〜９０ｃおよび９２ａ〜９２ｃの全てにおける信号の振幅は、同一（すな わち、ａ）になろう。 アンテナ素子８４ａ〜８４ｃは、素子８４ａの、励振縁部と対向する縁部９２ ａが要素８４ｃの励振縁部９０ｃと鉛直方向にほぼ位置合わせされるように配置 されている。同様に、８４ｃの、励振縁部対向する縁部９２ｃが、素子８４ｂの 励振縁部９０ｂと鉛直方向にほぼ位置合わせされている。この配置は、二項減衰 （中央ピーク励起を有さないため、理想的な二項減衰ではないが）を有する、水 平方向における励起プロフィールを創成する。すなわち、位置合わせされた励起 が水平面に加えられて、励起プロフィール（ａ，２ａ、２ａ，ａ）を創成する。 理論上、この励起プロフィールは、主ローブのピークよりも２６．５ｄＢ（デシ ベル）低いサイドローブレベルを生じる。これらのサイドローブレベルは、均一 の励起プロフィールを用いて得られるサイドローブレベルよりも、１３ｄＢより も大きいｄＢ値低下している。図１３は、本発明の技術を用いて設計されたアン テナのための、測定されたアンテナパターンを示す。 サイドローブ抑制を達成するためには、位置合わせされる縁部は、鉛直方向に おいて完全に位置合わせされる必要はなく、ほぼ位置合わせされることのみが必 要であることが理解されるべきである。すなわち、位置合わせのレベルは、励起 レベルが、水平面における単一の場所から発生するように見え、そして「加算」 されるように、十分でなくてはならない。 図１２に示すように、傾斜４５偏波に関して先に論じた原理と同一の原理が、 水平偏波を用いたシステムに適用されることができる。さらに、この技術は、マ イクロストリップパッチ要素以外の要素、例えば、単一の給電が２つの等しい励 起レベルを生じるダイポールアンテナの組または他の要素と共に用いられ得る。 本発明の一実施形態において、寄生パッチ要素は、アンテナ素子自体にではな くレードームに取り付けられる。寄生要素は、レードームの内面から、締結具を 用いて懸架されることができ、もしくは、レードームの内面または外面に取り付 けられることができ、または、その成形中にレードームに埋め込まれることがで きる。他の方法においては、ドライバ回路層の全体および／または接地板がレー ドーム内に成形される。この方法は、締結具が適切なスペーシングを達成する必 要性を省く。他の配置もまた可能である。 本発明を、本発明の好ましい実施形態に関して記載してきたが、当業者が容易 に理解するように、本発明の精神および範囲から逸脱せずに改良および変更が行 われ得ることが理解されるべきである。例えば、本発明の概念は、積層パッチア ンテナ素子に用いることに限定されず、実質的にいずれのタイプのアンテナ素子 にも同様に用いられる。かかる修正および変更は、本発明の権限および範囲なら びに添付の請求の範囲の内にあるものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ゴダード、ジェフリー アラン アメリカ合衆国 80127 コロラド州 リ トルトン ウエスト ボールズ アベニュ ー 10650

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アンテナシステムであって、 接地板と、 前記接地板を通じてエネルギーを連結するための手段と、 前記接地板から予め決められた距離離れた上方に懸架され、かつ、前記接地板 から、空気を含む誘電層によって分離された平坦な導電回路層であって、複数の 放射素子と、前記放射素子に給電するための複数の伝送線部とを有し、前記伝送 線部の少なくとも１つが、エネルギーを連結するための前記手段に連結されてい る前記導電回路層と、 を備え、前記導電回路層が、実質的に均一の構成を有する単一の導電材料のシー トから形成されているアンテナシステム。 ２．前記導電回路層が１枚のシート状アルミニウムから打ち抜かれる請求項１ に記載のアンテナシステム。 ３．アンテナアレイシステムであって、 上面および下面を有する接地板と、 複数の空気充填パッチアンテナ素子であって、前記接地板の上面の上方に配置 され、各アンテナ素子が第１のポートおよび第２のポートを有し、第１ポートは 、第２ポートから、素子の中心に関して９０度の位置にあり、前記素子の第１ポ ートが第１の伝送線構造物を用いて相互連結されており、かつ、前記素子の第２ ポートが第２の伝送線構造物を用いて相互連結されているパッチアンテナ素子と 、 前記接地板の前記上面の上方の領域から前記接地板の前記下面の下方の領域に エネルギーを連結するための第１および第２の手段であって、前記第１手段が、 前記第１伝送線構造物に直接に連結されており、かつ、前記第２手段が、前記第 ２伝送線構造物に直接に連結されている第１および第２の手段とを含むアンテナ アレイシステム。 ４．アレイアンテナシステムであって、 システム内容によって条件付けられた予め決められた寸法を有する接地板であ って、デカルト座標系のｘ−ｙ面に位置する接地板と、 前記接地板上に取り付けられた第１アンテナ素子の列であって、前記アンテナ 素子が、前記デカルト座標系のｘ軸方向のほぼ真直な線に沿って位置合わせされ ており、前記列内にある素子の個数が、前記接地板の寸法によってｘ軸方向にお いて限定されており、前記素子の個数は、前記ほぼ真直な線を含む面における所 望のレベルのサイドローブ抑制を前記第１列の前記素子のみを用いた振幅減衰技 術によって達成するために十分に多数ではない第１アンテナ素子の列と、 前記第１アンテナ素子の列から前記デカルト座標系のｙ軸方向に変位された少 なくとも１つの第２のアンテナ素子であって、前記列内の隣接する２つの第１素 子の中心の間にある中心をｘ軸方向において含む少なくとも１つの第２アンテナ 素子と、 前記所望のレベルのサイドローブ抑制を達成するｘ軸方向の振幅減衰を創成す るように前記第１素子および第２素子を励起するための給電であって、前記第１ および第２の要素の各々を同一の励振レベルにて励振する給電とを含むアレイア ンテナシステム。 ５．前記列が２つのアンテナ素子を含む請求項４に記載のアンテナシステム。 ６．前記第１アンテナ素子および第２アンテナ素子がマイクロストリップのパッ チアンテナ素子を含む請求項４に記載のアンテナシステム。 ７．前記第１および第２のアンテナ素子が、各々、第１縁部および第２縁部を含 み、前記第１縁部が前記素子の外縁に沿って前記第２縁部と完全に対向しており 、 前記第１縁部が給電線に直接連結されている請求項６に記載のアンテナシステム 。 ８．前記第１アンテナ素子の１つの前記第２縁部が、第１の点を含み、かつ、前 記少なくとも１つの第２アンテナ素子の前記第１縁部が第２の点を含み、前記第 １の点が前記第２の点とｙ軸方向においてほぼ位置合わせされている請求項７に 記載のアンテナシステム。 ９．前記第１アンテナ素子および第２アンテナ素子が、前記ｘ軸に対して約４５ 度の偏波ベクトルを有する二重傾斜４５構造により動作するマイクロストリップ パッチアンテナ素子を含む請求項４に記載のアンテナシステム。 １０．前記第１アンテナ素子および第２アンテナ素子が、各々、ダイポールアン テナの組を有する請求項４に記載のアンテナシステム。 １１．アンテナシステムであって、 デカルト座標系のｘ軸方向において位置合わせされた第１のアンテナ素子およ び第２のアンテナ素子と、 前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子から前記デカルト座標系の ｙ軸方向に変位され、かつ、ｘ軸方向において前記第１アンテナ素子と前記第２ アンテナ素子との間に配置された第３のアンテナ素子とを含み、 前記第１アンテナ素子が第１の点を含み、前記第２アンテナ素子が第２の点を 含み、前記第３アンテナ素子が第３および第４の点を含み、前記第１の点が前記 第３の点とｙ軸方向においてほぼ位置合わせされており、かつ、前記第２の点が 前記第４の点とｙ軸方向においてほぼ位置合わせされているアンテナシステム。 １２．前記第１アンテナ素子および第２アンテナ素子がパッチアンテナ素子を含 む請求項１１に記載のアンテナシステム。 １３．前記パッチアンテナ素子が、各々、前記素子の外縁付近に第１の縁部およ び第２の縁部を含み、前記第１縁部が前記第２縁部と完全に対向しており、かつ 、前記第１縁部が給電線と直接に連結されている請求項１２に記載のアンテナシ ステム。 １４．前記第１の点が前記第１アンテナ素子の第２の縁部に位置し、前記第２の 点が前記第２アンテナ素子の第１の縁部に位置し、前記第３の点が前記第３アン テナ素子の第１の縁部に位置し、かつ、前記第４の点が前記第３アンテナ素子の 第２の縁部に位置している請求項１３に記載のアンテナシステム。