(57)【要約】  デジタル放送衛星からなどの信号を受け取る移動する車両に取り付けられた低い輪郭のアンテナ・システムが、車両の表面に取り付けるためのベースと、回転用にベースに取り付けられたとプラタンと、プラタンを回転させる方位角駆動モータと、プラタンに取り付けられた半円筒形アンテナ要素のアレイと、アンテナ要素をその軸の周りに個別に回転させて、アンテナ要素が向いている高さを変える高さ駆動モータと、カバーとを含む。方位角駆動モータおよび高さ駆動モータは一緒になって、アンテナ要素のアレイを車両の方向の広い範囲にわたって衛星に向けることを可能にする。
2005510104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用のアンテナ・システムにおいて、
回転軸の周りの回転用に前記車両に取り付けられたサブ・ベースと、
前記サブ・ベースを回転させる方位角駆動装置と、
それぞれが前記サブ・ベースに旋回可能に取り付けられたアンテナ要素のアレイと、
前記要素からのエネルギを集めるための各アンテナ要素と関連する給電源と、
前記アンテナ要素を前記サブ・ベースに対して旋回させて、前記アンテナ要素を様々な仰角に向けることを可能にする高さ駆動装置と、
アンテナ要素の前記アレイによって受け取られた信号を監視し、前記方位角駆動装置および前記高さ駆動装置を制御して、そのように受け取られた前記信号の強度を最大にし、または閾値レベルより上に前記信号の前記強度を維持する照準制御装置とを含む移動する車両用のアンテナ・システム。
【請求項２】
前記アンテナ要素の各々が、レンズおよび反射体を含む請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項３】
前記アンテナ要素が、衛星を狙うように一緒に旋回される請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項４】
前記アンテナ要素がすべてほぼ同じ大きさで、ほぼ１つの平面に置かれる請求項２に記載のアンテナ・システム。
【請求項５】
前記アンテナ要素の各々が、それに沿って軸方向に延びる反射体を備える誘電体の半円筒を含む請求項２に記載のアンテナ・システム。
【請求項６】
前記アンテナ要素から受け取った信号の位相を合わせる位相シフタをさらに含む請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項７】
前記位相シフタが機械的トロンボーン位相シフタを含む請求項６に記載のアンテナ・システム。
【請求項８】
前記位相シフタが電子的位相シフタを含む請求項６に記載のアンテナ・システム。
【請求項９】
前記アンテナ要素の大きさが漸次変化する請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１０】
前記アンテナ要素が前記回転軸に対して鋭角で傾斜する請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１１】
前記アンテナ要素が互いに間隔を置いて配置され、したがって、入射角の広い範囲にわたって互いに遮らないように、各々によってエネルギを受けることを可能にする請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１２】
前記アンテナ要素が前記サブ・ベースと前記車両の間で前記車両に取り付けられたベースをさらに含み、前記ベースが約３０インチまたはそれより小さい主要な寸法をもつ請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１３】
風の抵抗および風の騒音を最小限に抑えるために、高さよりも幅が広い低い輪郭の請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１４】
アンテナ要素の前記アレイが、２個と１２個のアンテナ要素の間から構成される請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１５】
アンテナ要素の前記アレイが、４個と８個のアンテナ要素の間から構成される請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１６】
前記給電源が溝穴付き導波管を含む請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項１７】
各溝穴付き導波管が、関連するアンテナ要素の下に配置される請求項１６に記載のアンテナ・システム。
【請求項１８】
各溝穴付き導波管が、関連するアンテナ要素の側に配置される請求項１６に記載のアンテナ・システム。
【請求項１９】
前記給電源からの前記エネルギを、前記コンバイナを外部装置に結合させるために、シングル・チャネル回転ジョイントに結合させるコンバイナをさらに含む請求項１に記載のアンテナ・システム。
【請求項２０】
直接放送衛星または他の源からなどの信号を受け取るために車両に取り付けられるアンテナ・システムであって、
アンテナ要素のアレイと、
方位角の周りにアレイを回転させる方位角駆動装置と、
アンテナ要素を個別にそれらの軸の周りに旋回させて、前記アンテナ要素が向かう前記高さを変える高さ駆動装置とを含み、
車両の方向の範囲にわたって、前記方位角駆動装置および／または前記高さ駆動装置の操作によってアンテナ要素の前記アレイを衛星に向けることができるアンテナ・システム。
【請求項２１】
前記方位角駆動装置が前記車両に回転用に取り付けられたプラテンを含み、前記アレイが前記プラテンに取り付けられ、前記方位角駆動装置が前記プラテンを回転させる駆動モータをさらに含む請求項２０に記載のアンテナ・システム。
【請求項２２】
前記高さ駆動装置が前記アンテナ要素全体を一緒に旋回させるシングル駆動モータを含む請求項２１に記載のアンテナ・システム。
【請求項２３】
アンテナ要素の前記アレイによって受け取られた前記信号を監視し、前記方位角駆動装置および前記高さ駆動装置を制御して、そのように受け取られた前記信号の前記強度を最大にし、またはそれを維持する照準制御装置をさらに含む請求項２２に記載のアンテナ・システム。
【請求項２４】
前記個別のアンテナ要素に関連する機械的位相シフタをさらに含む請求項２０に記載のアンテナ・システム。
【請求項２５】
前記機械的位相シフタが、前記高さ駆動装置も駆動する同じ駆動モータによって操作される請求項２４に記載のアンテナ・システム。
【請求項２６】
前記アンテナ要素が、細長い半円筒レンズおよびそれに沿って延びる反射体を含む請求項２０に記載のアンテナ・システム。
【請求項２７】
車両に取り付ける走査形アレイ・アンテナにおいて、
前記車両に取り付けられたベースと、
方位角軸の周りに回転するために回転可能に前記ベースに取り付けられたターン・テーブルと、
前記ターン・テーブルを前記方位角軸の周りに回転させる方位角駆動装置と、
各々が高さ軸の周りに旋回運動するように前記ターン・テーブルに旋回可能に取り付けられたアンテナ要素のアレイと、
前記ターン・テーブルに対して高さ軸の周りで各々のアンテナ要素を旋回させるための高さ駆動装置と、
前記アンテナ要素と関連する給電源と、
前記給電源から集められた信号を結合するためのコンバイナとを含む走査形アレイ・アンテナ。
【請求項２８】
前記ターン・テーブルが、平坦で丸い請求項２７に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項２９】
前記ターン・テーブルが、前記方位角軸に垂直な請求項２８に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３０】
前記ターン・テーブルが、前記方位角軸に対して鋭角で配向されている請求項２８に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３１】
前記ターン・テーブルが、ほぼ楔形の断面をもつ請求項２８に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３２】
前記ターン・テーブルが、前記方位角軸に対し垂直な方向と、前記方位角軸に対し鋭角の方向との間で旋回する請求項２８に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３３】
機械的位相シフタをさらに含む請求項２７に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３４】
前記アンテナ・アレイによって受け取られた信号を監視し、そのように受け取った前記信号を最大にするために前記高さ駆動装置および前記方位角駆動装置を制御する制御装置であって、前記機械位相シフタの前記動作を制御するためにも動作可能である制御装置をさらに含む請求項３３に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３５】
前記高さ駆動装置が、前記位相シフタを操作するためにも使用されるシングル・モータを含み、前記制御装置が前記高さ駆動装置を制御するために動作可能である請求項３４に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３６】
アンテナ要素の前記アレイが、いくつかの個別のアンテナ要素を含む請求項２７に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３７】
いくつかの個別のアンテナ要素が円形アレイを形成する請求項３６に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【請求項３８】
前記いくつかの個々のアンテナ要素が、ほぼ円筒形であり、互いに平行であり、互いに間隔を離して配置された請求項３７に記載の走査形アレイ・アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にアンテナを対象とし、詳細には、直接衛星放送（ＤＢＳ）からなどの信号を受け取るために車両に取り付けるアンテナ・システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年１１月９日に出願した米国特許仮出願第６０／３４５，０６５号の優先権利益を主張するものであり、同じものを参照により本明細書に組み込む。
【０００３】
様々な通信および娯楽技術が急増するにつれて、移動する車両内で信号を受け取ることがますます望ましくなってきている。今日の車両は、時々、ラジオ、無線電話信号、電子メール、電子データ、地球規模測位システム（ＧＰＳ）データ、テレビ信号などを受信する。この車両内受信の必要性は、いくつか列挙すれば、消費者の自動車、商用の車およびトラック、商用および個人の飛行機、娯楽用および商用の船、あらゆる種類の軍用車に存在する。これらの応用例の多くの場合、あまり目立たないアンテナを使用して信号を受信することができれば、望ましいであろう。同時に、やや遠い送信源から信号（微弱な傾向がある）を捕えることができるために、小さく、広いビーム・アンテナではなく、大きくやや細いビーム・アンテナを使用するのが望ましい傾向がある。
【０００４】
さらに、遠隔の送信源からの微弱な信号を集めるために、しばしばアンテナを送信源に向け続けることが必要である。残念なことに、車両の動きが通常のアンテナが信号源を追跡することを難しくする。アンテナは、横から横へ（方位）および上下（高さ）に追跡するように作製することができるが、アンテナがかなりの大きさからなる場合、これは欠点をもつ。１つのそのような重大な欠点は、アンテナが時々かなり突き出し、車両上の滑らかな空気流を妨害し、または車両の美観に悪影響を及ばすかもしれないことである。
【０００５】
軍の航空機用レーダの応用例では、アンテナ要素のアレイを使用し、横から横への広い有効範囲を与えるために、アレイを方位角方向に機械的に回転させることが知られている。広い上下（高さ）の通達範囲を与えるために、レーダ・アレイを電子的に制御して、多種多様な高さ方向を「見る」（アンテナ要素を物理的に動かさずに高さ方向に走査する）。電子制御は、位相シフトを様々なアンテナ要素で受けた入射電磁エネルギに加えて、したがって所望の方向から受けたエネルギを強めあうように加え合わせ、アレイがその方向を「見る」ことを可能にすることからなる。残念ながら、変化する位相シフトを加えることによるそのような走査に一般に必要な電子ハードウェアは、やや高価であり、したがってそのようなアンテナ・アレイの実際の応用を軍または類似の応用例に限定してきた。
【０００６】
最近、地球軌道衛星が打ち上げられて、ディジタル・テレビ信号を直接人々の家に提供するようになった。これらの衛星は、直接放送衛星（ＤＢＳ）と呼ばれる。一般に衛星は地球の周りの対地球同期（静止）軌道内に配置される。そのようなものとして、テレビ信号を建物や家庭で受信するために、小さなパラボラアンテナが一般に建物または近くの取り付け柱に取り付けられ、衛星に向けられる。これらの小さいパラボラアンテナは凹面であり、ほぼピザの平皿の大きさである。
【０００７】
そのような皿型アンテナの設計は、ＤＢＳ信号を建物で受信するのに有用であるが、これらのアンテナは、移動する車両上の使用にあまり適していない。これは、このタイプの皿型アンテナが、車両が動くとき滑らかな空気流を妨げる可能性があるやや大きな輪郭をしていることによる。実際、皿型アンテナは十分大きくまた十分大きな輪郭をもつので、風の抵抗および騒音が発生し、それにより、もし皿型アンテナが車の外側に取り付けられた場合には、非常に好ましくないはずである。さらに、皿型アンテナは大きな輪郭をもつので、このアンテナを、風の抵抗にもかかわらず安定した位置を維持するのに十分安全に取り付けることは、難しい挑戦課題をもたらす。
【０００８】
上記で述べたように、車両に皿型アンテナを取り付けることは、アンテナを衛星に向け続けさせることが難しい上に追加の挑戦課題をもたらす。困難な理由は、車両が使用中に方向を変えるためである。ある瞬間、車両はある方向を向いていても、また別の瞬間には、車両が向きを変えて全く別の方向に向いている可能性がある。例えば、車載のＤＢＳアンテナが有用であるためには、アンテナを衛星に向けることができ、一般に、車両の方向の変化にかかわらず衛星に向け続けられることが必要であろう。これを皿型アンテナで達成することは、パラボラを回転させ、かつ／またはパラボラの仰角を変えることを意味するであろう。一般にこれは実際的ではない。
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／３４５，０６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、低い輪郭をもち、送信源に向けることができ、車両が方向を変えても送信源に照準を合わせ続けることができる、信号を受信するために車両に取り付けることができる安価な指向性アンテナが当技術分野で依然として求められていることがわかる。本発明が主に対象としているのは、そのようなアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の好ましい形式で簡単に説明するが、本発明は、車両に取り付けるための低い輪郭のアンテナを含む。低い輪郭のアンテナは、入射電磁信号を受け取るためのアンテナ要素のアレイを含む。方位角駆動装置が、アンテナ要素のアレイを物理的に方位角軸の周りで回転させるために設けられている。さらに、高さ駆動装置が、各アンテナ要素を物理的に旋回させて、各アンテナが向いている仰角を変えるために設けられている。この構造によって、アンテナ・システムを衛星などの送信源に、方位角駆動装置および／または高さ駆動装置を操作することによって向けることができ、車両の方向の広い範囲にわたって照準を維持することができる。
【００１１】
好ましくは、アンテナ要素それぞれが、低い輪郭の要素である。より好ましくは、アンテナ要素は、各々が軸方向にその中で延びる反射体を備える誘電体の円筒を含む、半円筒である。１つの任意選択の形式では、アンテナ要素がすべてほぼ同じ大きさで、１つの平面内に置かれている。別の任意選択の形式では、アンテナ要素が異なる大きさである。好ましくは、アンテナ要素が、方位角軸にほぼ垂直な平面内に置かれている。任意選択で、一般に、方位角軸に対して鋭角をなす平面にアンテナ要素を置くことができる。任意選択で、ほぼ頭上にある衛星に向けて、方位角軸に対して１つの方向にアンテナ要素を配置することができ、全グループを傾斜させることによって、方位角軸に対するアンテナ要素の方向を変えることができる。
【００１２】
好ましくは、アンテナ要素は、高さの変化をもたらすためのシングル駆動モータによって高さを一緒に制御される。この場合も好ましくは、アンテナ・システムは、アンテナ要素が位相調整するための位相シフタを含む。１つの形式では、位相シフタは、機械的な「トロンボーン」位相シフタを含む。他の形式では、電子式のフェライト位相シフタを含む。
【００１３】
好ましくは、アンテナはアンテナ・アレイによって受け取られた信号を監視し、そのように受け取られた信号を最大化するために高さ駆動装置および方位角駆動装置を制御する制御装置をさらに含む。さらに理想的には、制御装置は機械的位相シフタの操作を制御するために操作可能でもある。
【００１４】
好ましくは、アンテナ要素が、サブ・ベースまたはプラタンに取り付けられ、サブ・ベースが約３０インチまたはそれより小さい主要な寸法をもつ。また好ましくは、アンテナ・アレイ・システムは、風の抵抗および風の騒音を最小限に抑えるように低い輪郭をもつ。一般に、アンテナ・システムは、高さよりも幅が広い。好ましくは、アンテナ要素の個数は、２と１２の間である。より好ましくは、アレイ中に４と８の間のアンテナ要素がある。
【００１５】
アンテナ・システムが、各アンテナ要素に関連する溝穴付き導波管の形状をとる給電源を含むことが好ましい。溝穴付き導波管を各アンテナ要素の下に配置することができる。あるいは、溝穴付き導波管を各アンテナ要素の側に横に配置することができる。
【００１６】
好ましくは、給電源からの出力は結合され、それからシングル・チャネル回転ジョイントを介して、結合された信号を外部装置と結合させるために伝えられる。例えば、結合された信号をテレビの画面に接続するＤＢＳチュナーに結合することができる。
【００１７】
有利には、比較的小さい要素のアレイを用いることによって、システムの全体の輪郭を低くすることができる。同時に、個別の要素が送信源に対してよい照準を維持するように制御される。直接放送衛星からなどの比較的弱い入力信号からでも、総合的には、要素のアレイからの出力は、良好な、使用可能な信号を伝えるのに十分である。したがって、本発明は、様々な信号を受けるのに効果的で、移動する車両での使用に適した低い輪郭のアンテナ・システムを提供する。アンテナ・システムの低い輪郭の性質が、システムを広範囲の車両で使用することを実用的にする。そのような車両には、自動車、小型トラック、トラック、バス、列車、船、飛行機、トラクタおよびオフロード用車両が含まれるであろう。
【００１８】
本発明の１つの例示的な応用例は、対地球同期軌道（固定軌道）衛星からＤＢＳテレビおよび音声信号を受信する移動する車両上でアンテナを使用することである。そのような応用例では、通常、単一の衛星が、北米など非常に広い範囲にわたって信号を放送し、その結果、車両で拾う信号はかなり弱いことに留意しなくてはならない。通常、このことは幾分大きなアンテナの使用を示すことになる。本発明は、要素のアレイを使用してかなり弱い信号を拾い、十分に有用な強度の信号に結合させることを可能にする。本発明は、様々な方向への車両の動きにもかかわらず、アンテナを衛星に向け、衛星を追跡することも可能にする。また、本発明は、車両が移動するとき車両を通過する空気流を過剰に妨害しない、かなり低く目立たない輪郭を維持しながら、このことを達成する。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点が、添付の図面の図と併せて以下の明細書を読むことによってより明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、いくつかの図を通して同様の参照番号が同様の部品を示す図面の図を詳細に参照すると、図１は、本発明の好ましい形式によるアンテナ・システム１０の概略図であり、小型トラックが移動中にＤＢＳ衛星Ｓからなどの信号を受け取るために、小型トラックＶに取り付けられたアンテナ・システム１０を示す。アンテナ・システム１０はかなり低い輪郭をもち、車両の表面に取り付けるのにそれが特に役に立つ。具体的には、システムの高さが、横の寸法（アンテナ・システムが丸い場合は直径）に比べて相当に小さい。例えば、ＤＢＳ信号を受信する受信アンテナとして実装された場合、アンテナ・システムは、一般に、直径が約２４から３６インチの丸い全体形状をもち、わずか約２から４インチの高さをもつことが企図される。もちろん、図示した本発明の例示的な実施形態は小型トラックに関連して示されているが、他のタイプの車両も、本発明が利用できることを当分野の技術者ならわかるであろう。例えば、本発明は、自動車、小型トラック，トラック、バス、列車、船、航空機、トラクタ、オフロード用車両、軍用車両および広範囲な他の移動する車両に有用である。
【００２１】
図２は、図１のアンテナ・アレイ１０の概略側断面図である。図２に示すように、アンテナ・アレイ・システム１０は、誘電体カバーまたは整形板１１と、車両Ｖの表面に取り付けるためのベース１２とを含む。アンテナ・アレイ・システム１０は、ベース１２に回転可能に取り付けられた方位角軸１４の周りに回転するサブ・ベース（ターン・テーブルまたはプラタン）１３をさらに含む。この点に関して、プラタン１３は、方向矢印１６の方向に往復して回転することができる。プラタン１３が、軸１７を使ってベース１２に回転可能に取り付けられる。プラタン１３は、その周辺部の周りにリング・ギア１８を備えて、方位角駆動モータ１９によって駆動される図示されないギアと係合することができる。このようにして、方位角駆動モータ１９が、プラタン１３を方位角軸１４の周りで方向矢印１６の方向に回転させることができる。
【００２２】
図２は、全体に２０で示され、ＤＢＳ衛星Ｓなどの遠い源からの電磁エネルギＥを受けるためのアンテナ要素の平面アレイを形成するいくつかの半円筒アンテナ要素も示す。アンテナ要素２１などの各個別のアンテナ要素は、給電源２２などのそれに関連する給電源をもつ。好ましくは、給電源は、関連するアンテナ要素の側に横に配置された溝穴付き導波管を含む。望むならば他のタイプの給電源を使うこともできることが当分野の技術者ならわかるであろう。
【００２３】
次に、図３を参照すると、アンテナ要素のアレイ２０が、互いに間隔を置いて配置され互いにほぼ平行に向けられた細長い半円筒のアンテナ要素のアレイを含むことがよりはっきりとわかる。あるアンテナ要素から隣のアンテナ要素までの間隔は、好ましくは、アンテナ要素が比較的低い受信角度で入射電磁エネルギＥを互いに交わらずに受けることを可能にするように選択される。この図に示すアンテナ・システム１０を考えるとき、図３は、カバー１１を取り除き、見やすくするために他の部品を省略して示す、図１のアンテナ・アレイの概略透視図であることを理解されたい。図に示すように、アンテナ要素は、１個のアンテナの直径より少し大きい位の間隔を置いて配置される。意図される応用例によって実際の要素の間隔を変えることができる。システムをＤＢＳ受信するために使う場合、システムが使われる緯度によって異なる構成でそれを使うことが望ましいかもしれない。上記で述べたように、ＤＢＳ衛星は、静止して対地球同期軌道にあり、ほぼ赤道の上に位置している。システムが赤道（例えば、熱帯またはその付近）、の近くに留まる車両上で使用される場合、アンテナ要素の間隔を非常に小さく、またはなしで済ませることができ、アンテナ・アレイをより小さくすることができる。こうなるのは、衛星がほぼ頭上にあるからである。逆に、システムが赤道から離れたところに留まる車両上で使用される場合、アンテナが衛星を見なければならない比較的低い角度が、信号が交わらないようにアンテナ要素の間隔をさらに離し、したがってアレイをより大きくすることが望ましくなる。
【００２４】
図３に示すように、アンテナ要素２５などの個別のアンテナ要素は、プラタン１３に対して旋回運動するようにそれぞれが取り付けられている。例えば、アンテナ要素２５は、方向矢印３２の方向で延長軸３１の周りに旋回運動をするように取り付けられる。同様に、アレイ２０のアンテナ要素の各々は、同様にプラテン１３に対し旋回運動するように取り付けられる。好ましくは、個別のアンテナ要素は調整して一緒に動かされ、したがって、一緒に同じ方向に向けられる。好ましくは、これは、図６に関連して説明されるように連動機構を介して作用する単一の高さ用モータを使用することで達成される。
【００２５】
次に図４に戻ると、この図は、入射エネルギがアレイ２０の要素によって集められ、その後の出力のために結合されるとき、入射エネルギＥがとる経路を示す、図１のアンテナ・アレイの概略機能図である。この図に示すように、アンテナ要素２１、２３、２５、・・・３７などのアンテナ要素の各々は、入射エネルギＥを受け取る。個別の各アンテナ要素は、２１ａなどの誘電体の半円筒と、２１ｂなどの２番目の誘電体の半円筒とを含む。金属化された層または金属層２１ｃから構成される反射体が、２個の半円筒２１ａおよび２１ｂを分離する。この構造はアンテナ要素２１、２３、２５、・・・３７の各々に特有である。アンテナ要素の各々は、さらにそれに関連する給電源２２などの給電源をもっている。この図に示すように、給電源２２は好ましくは溝穴付き導波管を含む。この図に概略を示すように、溝穴付き導波管をアンテナ要素の下に配置することができる。さらに、図２に示すように、溝穴付き導波管をアンテナ要素の側に横に配置することができる。他のアンテナ要素は、溝穴付き導波管２４、２６および３８などそれ自体の溝穴付き導波管をもつ。
【００２６】
溝穴付き導波管２２の最後からの出力は、コンバイナに導かれまたは直接それに結合される。他の溝穴付き導波管からの出力は、または位相シフタ４２、４４、４６などの機械的位相シフタに導かれ、それらに結合される。第１番目以降（アンテナ要素３７以降）のアンテナ要素の各々は、段々大きくなる経路長の修正を必要とすることに留意されたい。これは、個別のアンテナ要素の光路長を調節することを可能にする「トロンボーン」タイプの機械的位相シフタの伸張および収縮によって達成することができる。このようにして、様々なアンテナ要素からコンバイナ５０に送られた電磁エネルギは、すべて位相が一致して受け取られ、したがって強い合成信号が得られる。（送信源に対して）最も近い遠いアンテナから始めて、光路長を徐々に長くしていくように位相シフタが制御されることを当分野の技術者なら理解されよう。例えば、図４に示す具体的な構成方向の状況では、アンテナ要素３７によって受け取られた電磁エネルギは、アンテナ要素２５で受け取ったエネルギに対して位相を遅らせることが必要であろう（その光路長を長くすることが必要であろう）。同様に、アンテナ要素２５で受け取ったエネルギは、アンテナ要素２３で受け取ったエネルギよりさらに位相を遅らせることが必要であり、以下同様である。これを達成するために、摺動する「トロンボーン」を必要に応じて方向矢印４５の方向に伸張、または収縮させる。さらに、この図に示すように、個別のトロンボーンを連動することができる。例えば、位相シフタ４４は、縦一列で動作する２つのトロンボーン区画を含み、したがってシングル・ユニット４２に比べて経路長の伸張を２倍にする。同様に、３重ユニット４６は、シングル・ユニット４２のものに比べて３倍の経路長の伸張を得る。この配置から生じる１つの利点は、すべてのアンテナ素子の経路長を変えるために１つの作動装置を使用できることである。
【００２７】
各個別のアンテナ要素で必要な位相シフトの量が、アンテナ要素の方向によって変化することに留意されたい。例えば、アンテナ要素が直接頭上の電磁エネルギを受け取る方向に向いている場合、位相シフトは少ししかまたは全く必要ない。同様に、アンテナ要素が低い角度の電磁エネルギを受け取る方向に向いている場合、あるアンテナ要素と隣のアンテナ要素でより多くのかなりの位相シフトが必要となる。必要な位相シフトの量は入射電磁エネルギの角度と共に変化する。したがって、位相シフタを制御するために使用される作動装置機構を、個別のアンテナ要素の角度方向を制御するために使用される同じモータによって、駆動することができる。有利には、このことによって費用が最小限に抑えられる。例えば、位相シフタ４２、４４、４６すべてを、この図で破線で示すリンク機構のアーム４０などのリンク機構のアームによって往復して動かすことができる。
【００２８】
なお図４を参照して、コンバイナ５０は、様々なアンテナ要素から位相が調整された信号を集め、それらを結合する。次に、結合された信号は、回転ジョイント５２に出力され、それを介してその後の装置によって使用される出力信号５４が生成される。回転ジョイント５２は、プラタン１３の往復の回転にもかかわらず、出力信号の信頼性のある伝達を可能にする。出力信号５４が、ＤＢＳテレビのチュナーまたは他の装置などのその後の装置によって使用される。
【００２９】
照準制御装置６０が、プラタン１３、アンテナ要素２０および位相シフタの動作を制御するために設けられる。照準制御装置６０はコンバイナ５０から送られた信号をサンプリングする。次に、照準制御装置６０は、プラタン１３の方位角照準、アンテナ要素２０の高さ照準、位相シフタによってもたらされた位相遅れを制御して、信号の最大強度を得て、それを維持する。これを達成するために、照準制御装置６０は、プラタン１３の望ましい方位角照準をもたらすために、制御信号６２を方位角駆動モータ１９に送る。同様に、照準制御装置６０は、個別のアンテナ要素を望ましい高さ方向に向けるために、別の制御信号６４を高さ駆動モータ７２の制御操作部に送る。照準制御装置６０を使用して位相シフタを別に制御することができ、または位相シフタの制御を高さ駆動装置の制御に組み込むこともきる（位相シフタを高さ駆動モータ７２に機械的に連結することができる。）。
【００３０】
次に図５を参照して、この図は図１のアンテナ・アレイの半円筒アンテナ要素部の概略図である。具体的には、アンテナ要素２１などの代表的なアンテナ要素を示す。アンテナ要素２１は、細長く円筒形であり、延長軸２１ｅをもつ。アンテナ要素２１は、延長軸２１ｅの周りに方向矢印３２の方向に往復して回転する。アンテナ要素２１は、入射電磁エネルギを焦点に集めるレンズとして作用する誘電体材料からできている。アンテナ要素２１の中央にその中でアンテナ要素の長さに沿って軸方向に延びる反射体２１ｃが埋め込まれている。反射体２１ｃは、レンズから集められたエネルギを受け取り、それを給電源（この場合は、導波管）に反射させる。
【００３１】
次に図１のアンテナ・アレイの高さ駆動機構８０の概略図である図６に注目する。高さ駆動機構８０は、図４に関連して以前に述べた駆動モータ７２を含む。駆動モータ７２は、出力シャフト７３と、それに取り付けられたピニオン・ギア７４とを含む。ピニオン・ギア７４は、ピニオン・ギア７４の方向矢印７７の方向の往復の回転が、ラック７６の方向矢印７８の方向の往復の並進運動をもたらすようにラック７６と噛み合う。リング・ギア（図示せず）が、図６に示すアンテナ要素２１および２３などのアンテナ要素に取り付けられる。このようにして、ラック７６の方向矢印７８の方向の往復の並進運動が、アンテナ要素２１および２３などのアンテナ要素の長手方向軸の周りの往復の回転運動をもたらす。このようにして、駆動モータ７２が、高さの方向を変えるためのアンテナ要素の運動をもたらすことができる。２個のアンテナ要素だけが図６に示されているが、他のアンテナ要素も同様に操作できることを理解されたい。
【００３２】
図７Ａは、第１の好ましい形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素／供給結合配置部の概略図である。この構成では、アンテナ要素２１、２３および２５などのアンテナ要素は、アンテナ要素の側に横に配置された給電源２２、２４および２６と関連している。この点では、アンテナ要素と給電源の両方ともプラタン１３の上に配置される。
【００３３】
図７Ｂは、別の形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素／供給結合配置部の概略図である。この構成では、アンテナ要素２１、２３および２５などのアンテナ要素は、アンテナ要素の下に配置された給電源１２２、１２４および１２６と関連している。この配置は、送電線の経路が短く、低い高さの角度に妨害物および大きな突出した開口がなくまたはそれらを最小限に抑えられるという利点がある。
【００３４】
図８は、アンテナ要素が異なる大きさからなる別の好ましい形式による、図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素構成部の概略図である。図に示すように、第１のアンテナ要素２２１は、第２のアンテナ要素２２３より大きく、第２のアンテナ要素２２３は、第３のアンテナ要素２２５より大きく、第３のアンテナ要素２２５は、第４のアンテナ要素２２７より大きい。この配置の利点は、低い受信角で優れた効率を維持しながら、アンテナ要素を幾分近く配置できることである。
【００３５】
図９Ａは、アンテナ要素が一定の大きさだが、それらが取り付けられたプラテンが方位角軸に対し鋭角で傾斜している、別の好ましい形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素構成部の概略図である。図示するように、プラタン３１３はこのようにほぼ楔形であり、プラタンの上表面３１３ａが、方位角軸１４に対して傾斜している。このことは、輪郭がより大きくなるということはあるが、アンテナ・システムが低い受信角度でより効率的に動作することを助ける。
【００３６】
図９Ｂは、アンテナ要素が一定の大きさだが、それらが取り付けられたプラテンが、方位角軸に対し垂直な方向と、方位角軸に対し鋭角で傾斜する方向との間で移動可能である、別の好ましい形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素構成部の概略図である。ここで、プラタン４１３は、低い受信角度で動作するのを助けるためにプラタンの上表面（およびアンテナ要素）を上方に旋回し、また低い受信角度が必要ない場合、輪郭を低くするために下方に旋回できるような蝶番をもつ上表面４１３ａをもつ。これを達成するために、作動装置４００が提供される。作動装置は、ソレノイド、小さい空気袋、ねじ回しなど多くの形状を取ることができる。
【００３７】
アンテナ２１などのアンテナ要素の数および大きさに関して、小さい直径を使用した場合、このことは、同じ実効全面積を得るために、より多くの円筒を使うことになる。このことは、よい多くの位相シフタのためにコストを増加させることになる。ほぼ２個から１２個の間位のアンテナ要素が好ましく、ほぼ４個から８個のアンテナ要素があるのがより好ましいと企図されている。より多くの、またはより少ない数の円筒を使用することもできるが、アンテナの高さ（輪郭）が高くなることは避けられない。
【００３８】
アンテナ・アレイは、約３フィートの直径より小さいのが理想的である。美的な理由から、アンテナ・アレイはできるだけ小さい方がよい。しかし、遠い源から比較的弱い信号を得るためには、より大きなアレイの大きさがより強い受信をもたらす。これらの対抗する設計の考慮点の間のバランスによって、最も好ましい大きさが１８インチから３０インチで、約１フットと３フィートの間の好ましいアンテナ・アレイの大きさがもたらされた。受信効率を最大にしながら機器の占める面積を最小限に抑えるためには、アレイを円形に配置するのが理想的である。しかし、円形でないアレイを使用することもできる。また、図に示したアレイは、全てのアンテナ要素が共通の平面（またはほとんど平面である）に置かれている点において平面的であるが、プラテンの上表面を曲面にして、曲面のアレイをもたらすようにアンテナ要素を曲面に沿って配置することも可能である。これは低い角度での受信に効果的であるが、輪郭の増加は避けられない。
【００３９】
本発明が好ましい形式で開示されたが、以下の請求の範囲で記載される本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、多くの修正、追加、削除および変更をそれにすることができることを当分野の技術者なら理解されよう。例えば、機械的位相シフタがここでは具体的に開示されたが、少し高いコストで電子的位相シフタを使用できることが当分野の技術者ならわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】小型トラックが移動中にＤＢＳ衛星からなどの信号を受信する小型トラックに取り付けられたアンテナ・アレイを示す、本発明の好ましい形式によるアンテナ・アレイの概略図である。
【図２】図１のアンテナ・アレイの概略側断面図である。
【図３】図を見やすくするためにカバー部を取り除いて他の部品を省略した、図１のアンテナ・アレイの概略透視図である。
【図４】入射エネルギがアレイの要素によって集められ、その後の出力のために結合されるとき、入射エネルギがとる経路を示す、図１のアンテナ・アレイの概略機能図である。
【図５】図１のアンテナ・アレイの半円筒アンテナ要素部の概略図である。
【図６】図１のアンテナ・アレイの高さ駆動機構部の概略図である。
【図７Ａ】第１の好ましい形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素／供給結合配置部の概略図である。
【図７Ｂ】別の形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素／供給結合配置部の概略図である。
【図８】アンテナ要素が異なる大きさからなる別の好ましい形式による、図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素構成部の概略図である。
【図９Ａ】アンテナ要素が一定の大きさだが、それらが取り付けられたプラテンが方位角軸に対し鋭角で傾斜している、別の好ましい形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素構成部の概略図である。
【図９Ｂ】アンテナ要素が一定の大きさだが、それらが取り付けられたプラテンが、方位角軸に対し垂直な方向と、方位角軸に対し鋭角で傾斜する方向との間で移動可能である、別の好ましい形式による図１のアンテナ・アレイのアンテナ要素構成部の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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