(57)【要約】  交差スロットアンテナと、それを作製する方法と、それを設計する方法。このアンテナは、その反対側の諸表面上に導電材料を有するキャビティ構造と、わずかに長さが異なり、互いに角度９０度で、または角度９０度近くで交わる前記導電材料内の２つのスロットとを含む。
2005512347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共鳴周波数を有する交差スロットアンテナであって、
（ａ）内部にキャビティを画定する導電構造と、
（ｂ）前記導電構造内に形成された第１および第２のスロットであって、前記一方のスロットがアンテナの共鳴周波数より上の共鳴周波数を有するように、また、前記第２のスロットがアンテナの共鳴周波数より下の共鳴周波数を有するように、前記スロットの長さが異なるスロットと、
（ｃ）スロットからの無線周波数信号を共通給電点に結合するように構成された共通給電点と、
を備えるアンテナ。
【請求項２】
前記構造内のキャビティが、少なくとも部分的に中実の誘電材料で充填されている請求項１に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項３】
前記構造内のキャビティが、中実の誘電材料で完全に充填されている請求項１に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項４】
構造が２つの主要な反対側の表面を有し、スロットが前記表面の第１の１つに形成され、２つの表面が、前記アンテナの共鳴周波数の波長の５パーセント未満である距離だけ互いに離隔されている請求項１から３のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項５】
２つの表面が、前記アンテナの共鳴周波数の波長の２．５パーセント未満である距離だけ互いに離隔されている請求項４に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項６】
スロットが、その長さに沿って各スロットの中心点で互いに交差する前記請求項のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項７】
給電点のインピーダンスが各スロットについて本質的に同じになるように選択された距離だけ、給電点が各スロットから離隔されている前記請求項のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項８】
第１および第２のスロットを２等分する線上に給電点が配置されるように、給電点が各スロットから離隔されている請求項７に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項９】
第１および第２のスロットを２等分する線上に、またはその直近に給電点が配置されるように、給電点が各スロットから離隔されている前記請求項のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項１０】
乗物の上向きの金属表面上に配置され、導電性構造が前記上向きの金属表面に電気的に結合される前記請求項のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項１１】
直線偏波された無線周波数放射に対してアンテナの感度を強めるために、アンテナに固定された放射ディレクタアセンブリをさらに含む前記請求項のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項１２】
交差スロットアンテナを作製する方法であって、
（ａ）反対側の諸表面が金属めっきされたプリント回路板を使用してキャビティを形成すること、
（ｂ）わずかに長さが異なり、互いに角度約９０度で交わる２つのスロットを前記めっき済み金属内に形成すること、および、
（ｃ）前記スロット用の共通給電点を画定する金属めっきビアを前記プリント回路板内に形成することを含む方法。
【請求項１３】
金属めっきされたビアが、前記スロットを２等分する線上に位置する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
金属めっきされたビアが、前記スロットを２等分する線に隣接して位置する請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
交差スロットアンテナが共鳴周波数を有し、スロットそれぞれが共鳴周波数を有し、一方のスロットの共鳴周波数がアンテナの共鳴周波数より高く、他方のスロットの共鳴周波数がアンテナの共鳴周波数より低い請求項１２から１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
（ｄ）前置増幅器回路が取り付けられたプリント回路板を形成すること、
（ｅ）ステップ（ｄ）で形成されたプリント回路板をステップ（ａ）で形成されたキャビティに接続し、その結果、ステップ（ｃ）で形成されたビアが前置増幅器回路に結合され、ステップ（ｂ）で形成されたスロットから前記前置増幅器回路に無線周波数信号を導通することをさらに含む請求項１２から１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｄ）で形成されたプリント回路板に、取付けブラケットが装着されている請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ｄ）で形成された回路板に同軸ケーブルを接続し、その結果、ケーブルが前置増幅器回路に結合され、前記ケーブルによって前記アンテナの外部よりステップ（ｂ）で形成されたスロットから無線周波数信号を導通するステップをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｄ）で形成されたプリント回路板上にバイアス回路を装着し、バイアス回路は、ケーブルに接続され、前記ケーブルを介して受け取る直流に応答して前記前置増幅器回路に直流を供給するステップをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
乗物上に取り付けるためのアンテナユニットであって、
（ａ）アンテナユニットを乗物上に取り付けるための支持表面および取付け装置と、
（ｂ）少なくとも前記支持表面に対して傾斜した方向で、円偏波された無線周波数信号を受信するように適合されたアンテナと、
（ｃ）前記アンテナを覆う保護カバーと、
を備えるアンテナユニット。
【請求項２１】
アンテナが交差スロットアンテナを含む請求項２０に記載のアンテナユニット。
【請求項２２】
アンテナが、第１および第２の反対側の導電性表面を有するキャビティを含み、第１表面に、平面図で見たとき角度９０度で互いに交差する第１および第２のスロットが形成されている請求項２１に記載のアンテナユニット。
【請求項２３】
第１および第２の導電性表面が、誘電材料の外部表面上に形成されている請求項２２に記載のアンテナユニット。
【請求項２４】
第１の反対側導電性表面がドーム形状であり、第２の反対側導電性表面が平坦である請求項２３に記載のアンテナユニット。
【請求項２５】
保護カバーが第１の反対側導電性表面上に直接形成される請求項２４に記載のアンテナユニット。
【請求項２６】
アンテナユニットが取り付けられる前記乗物に調和するように、保護カバーが着色される請求項２５に記載のアンテナユニット。
【請求項２７】
第１および第２の反対側導電性表面が、平坦であり、第１および第２の反対側導電性表面と対合する周辺導電性表面をさらに含む請求項２３から２６のいずれか１つに記載のアンテナユニット。
【請求項２８】
保護カバーが、第１の反対側導電性表面を覆い、かつそこから離隔されている請求項２７に記載のアンテナユニット。
【請求項２９】
保護カバーが、所望の色の塗料を受けるように適合されたドームである請求項２８に記載のアンテナユニット。
【請求項３０】
前記スロットによって受信された無線周波数信号を増幅し、前記信号を信号出力に供給するための前置増幅器回路であって、前記スロットから離隔されている前記キャビティ上の給電点に結合されている前置増幅器回路をさらに含む請求項２２から２９のいずれか１つに記載のアンテナユニット。
【請求項３１】
前記スロットによって受信された無線周波数信号を増幅し、前記信号を第１および第２の信号出力に供給するための少なくとも１つの前置増幅器回路をさらに含む請求項２２から２９のいずれか１つに記載のアンテナユニット。
【請求項３２】
前記スロットによって受信された無線周波数信号を増幅するための少なくとも２つの前置増幅器回路であって、第１の前置増幅器が、第１の偏波に対応する無線周波数信号を前記第１の出力に供給し、第２の前置増幅器が、第２の偏波に対応する無線周波数信号を前記第２の出力に供給する前置増幅器回路を含む請求項３１に記載のアンテナユニット。
【請求項３３】
前記第１および第２の偏波が、円偏波および直線偏波を含む請求項３２に記載のアンテナユニット。
【請求項３４】
取付け装置が、支持表面から突出するブラケットを備える請求項２０から３３のいずれか１つに記載のアンテナユニット。
【請求項３５】
保護カバーが、前記支持表面に取り付けられている請求項２０から３４のいずれか１つに記載のアンテナユニット。
【請求項３６】
円偏波された無線周波数信号を受信する方法であって、
（ａ）キャビティ構造の表面内で互いに交差する２つのスロットを有するスロットアンテナを設けること、
（ｂ）異なる個別の共鳴周波数を諸スロットが有するように諸スロットの長さを変えること、および
（ｃ）前記スロットのどちらからも離隔された前記表面上のアンテナ給電点を設けること、
を含む方法。
【請求項３７】
スロットアンテナが共鳴周波数を有し、スロットの個別の共鳴周波数が、スロットアンテナ全体としての共鳴周波数と異なる請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
スロットが角度９０度で互いに交差する請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
２つのスロットを２等分する線上に、またはそれに隣接して給電点が位置する請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
キャビティ構造の表面内に形成された１対の交差スロットを有する、円偏波された無線周波数信号と直線偏波された無線周波数信号とを共に受信することが可能な交差スロットアンテナを設計する方法であって、
（ａ）キャビティの誘電率、およびスロットより上方に位置する任意のレドームまたは他の環境の誘電率の平均である、交差スロットアンテナのスロット内の実効誘電率を計算するステップと、
（ｂ）ｎ＝√εａｖｅｒａｇｅ、εａｖｅｒａｇｅ＝ステップ（ａ）で計算された誘電率として、実効屈折率ｎを計算するステップと、
（ｃ）λ＝交差スロットアンテナの所望の共鳴周波数の波長として、λ／２ｎの諸スロットの初期計算平均長さを決定するステップと、
（ｄ）Ｖ＝キャビティ構造の体積として、式６πＶ／λ３に基づいて交差スロットアンテナの固有帯域幅を計算するステップと、
（ｅ）百分率で表されたアンテナの固有帯域幅の２分の１に等しい距離を、一方のスロットについて加算し、他方のスロットについて減算することによって、各スロットの初期計算長さを決定するステップと、
（ｆ）実験によって各スロットの初期計算長さを調節するステップと、
を含む方法。
【請求項４１】
（ｇ）２つのスロットを２等分し、所望のアンテナインピーダンスを生じるように各スロットからある距離で離隔された線上に位置するものとして給電点の初期計算位置を決定すること、をさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
実験によって給電点の初期計算位置を調節することをさらに含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
交差スロットアンテナを作製する方法であって、
（ａ）その反対側の諸表面上に導電材料を有するキャビティ構造を形成すること、および、
（ｂ）わずかに長さが異なり、互いに角度９０度で、または角度９０度近くで交わる２つのスロットを前記導電材料内に形成することを含む方法。
【請求項４４】
（ｃ）前記キャビティ構造内に前記スロット用の共通給電点を形成するステップをさらに含む請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
共通給電点が、前記スロットを２等分する線上に位置する請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
共通給電点が、前記スロットを２等分する線に隣接して位置する請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
交差スロットアンテナが共鳴周波数を有し、スロットそれぞれが共鳴周波数を有し、一方のスロットの共鳴周波数がアンテナの共鳴周波数より高く、他方のスロットの共鳴周波数がアンテナの共鳴周波数より低い請求項４４から４６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４８】
（ｄ）前置増幅器回路が取り付けられたプリント回路板を形成すること、
（ｅ）ステップ（ｄ）で形成されたプリント回路板をステップ（ａ）で形成されたキャビティ構造に接続し、その結果、ステップ（ｃ）で形成された給電点が前置増幅器回路に結合され、ステップ（ｂ）で形成されたスロットから前記前置増幅器回路に無線周波数信号を導通すること、をさらに含む請求項４４から４７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４９】
ステップ（ｄ）で形成されたプリント回路板に、取付けブラケットが装着されている請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
ステップ（ｄ）で形成された回路板に同軸ケーブルを接続し、その結果、ケーブルが前置増幅器回路に結合され、前記ケーブルによって前記アンテナの外部よりステップ（ｂ）で形成されたスロットから無線周波数信号を導通するステップをさらに含む請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
ステップ（ｄ）で形成されたプリント回路板上にバイアス回路を装着し、バイアス回路は、ケーブルに接続され、前記ケーブルによって受け取る直流に応答して前記前置増幅器回路に直流を供給するステップをさらに含む請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
（ａ）その反対側の諸表面上に、またはその反対側の諸表面を形成する導電材料を有するキャビティ構造と、
（ｂ）わずかに長さが異なり、互いに角度９０度で、または角度９０度近くで交わる、前記導電材料内の２つのスロットと、を含む交差スロットアンテナ。
【請求項５３】
（ｃ）前記キャビティ構造内に前記スロット用の共通給電点を形成するステップをさらに含む請求項５２に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項５４】
共通給電点が、前記スロットを２等分する線上に位置する請求項５３に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項５５】
共通給電点が、前記スロットを２等分する線に隣接して位置する請求項５３に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項５６】
交差スロットアンテナが共鳴周波数を有し、スロットそれぞれが共鳴周波数を有し、一方のスロットの共鳴周波数がアンテナの共鳴周波数より高く、他方のスロットの共鳴周波数がアンテナの共鳴周波数より低い請求項５３から５５のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項５７】
前置増幅器回路が取り付けられたプリント回路板をさらに含み、プリント回路板がキャビティ構造に接続され、その結果、給電点が前置増幅器回路に結合され、スロットから前置増幅器回路に無線周波数信号を導通する請求項５３から５６のいずれか１つに記載の交差スロットアンテナ。
【請求項５８】
プリント回路板に、取付けブラケットが装着されている請求項５７に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項５９】
回路板に対合された同軸ケーブルをさらに含み、その結果、ケーブルが前置増幅器回路に結合され、前記ケーブルによって前記アンテナの外部よりスロットから無線周波数信号を導通する請求項５８に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項６０】
プリント回路板上に配置されたバイアス回路をさらに含み、バイアス回路は、ケーブルに接続され、前記ケーブルによって受け取る直流に応答して前記前置増幅器回路に直流を供給する請求項５９に記載の交差スロットアンテナ。
【請求項６１】
（ａ）その反対側の諸表面上に、またはその反対側の諸表面を形成する導電材料を有するキャビティ構造と、
（ｂ）キャビティ構造の第１表面上の導電材料内の少なくとも１つのスロットと、
（ｃ）前記キャビティ構造内に配置され、前記キャビティ構造を貫通し、前記スロットから離隔された前記第１表面上の点で前記第１表面に結合される前記スロット用給電点と、
を備えるスロットアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星システムとも地上システムとも同時に通信することが可能なアンテナに関する。たとえば、このアンテナは、ラジオまたは他の信号が、地上の、または地上近くの移動可能な乗物に１つまたは複数の衛星から直接放送され、また、地上リピータによって受信され、次いで、地上の、または地上近くの移動可能な乗物に地上放送によって中継放送される直接放送衛星ラジオシステムまたは他の高々度放送システムによって放送される信号を受信するために使用できることが好都合である。
【背景技術】
【０００２】
現在、衛星をベースとする直接放送システムは、一般に皿形のアンテナを使用して信号を受信する固定地上局に、ＴＶおよびラジオ信号を放送するために使用されている。これらのシステムは非常に普及しており、まもなくこの直接放送衛星技術は、乗物の分野に移行する。乗物には、この技術にとっていくつかの興味深い課題がある。第１に、地表上で、または地表近くで移動することができる地上用乗物の場合には、それらの移動により、近くを乗物が移動する自然または人工の障害物のために、衛星信号が時折遮断されることになる。衛星信号は建物や山脈など障害物によって遮断される可能性があるため、衛星放送信号または高々度放送信号を干渉なしに受信するように位置するリピータによって局所的に送られる第２信号を地上放送によって送信することが提案されている。図１を参照されたい。直接放送衛星信号は、衛星２の高度のために、おそらくは地平線より上方の高い位置から円偏波で乗物１に到達することになる。これに対して、反復された信号は、地平線近くでリピータ所在地３から頻繁に垂直偏波で到達することになる。そのような技術を使用することになるサービスには、おそらくはＸＭ  ＲａｄｉｏおよびＳｉｒｉｕｓ  Ｒａｄｉｏが含まれる。ＸＭ  Ｒａｄｉｏに割り振られた周波数範囲全体は、２．３３２５〜２．３４５ＧＨｚであり、Ｓｉｒｉｕｓ  Ｒａｄｉｏに割り振られた周波数範囲全体は、２．３２０〜２．３３２５ＧＨｚである。これは、衛星信号、ならびにリピータからの地上信号を含む。必要とされる合計帯域幅は、本明細書で開示されているアンテナの帯域幅より、はるかに小さい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のアンテナ技術を使用すると、そのような信号を受信するための乗物１上のアンテナは、（ｉ）多数からなる、（ｉｉ）目障り、かつ／または非空気力学的である、（ｉｉｉ）おそらくはコストがかかる傾向があり、また、（ｉｖ）適切に向けるのが困難になるはずである。
【０００４】
同様に、既存の無線サービスに対する需要が増大し、他の新しいサービスが引き続き出現するにつれて、乗物上のアンテナをなお増やすことがますます求められるであろう。通常、既存のアンテナ技術は、乗物の表面から突出するモノポールアンテナまたはホイップアンテナを必要とする。これらのアンテナは一般に狭帯域であり、広範な通信システムに対処するために、乗物の周りで様々な位置に多数のアンテナを配置すること、あるいは複数帯域にすることによってアンテナ設計を複雑にすることが必要である。さらに、特に３Ｇ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、直接衛星ラジオ放送、無線インターネット、および他のそのようなサービスと共にデータ速度が引き続き増すにつれて、アンテナダイバシチの必要性も増大するであろう。すなわち、従来のアンテナ技術に従った場合、個別の各乗物は、それぞれ異なる周波数帯域で、かつ／または異なる偏波で動作し、地平線に対して異なる高さで感度がある複数のアンテナを必要とすることになる。乗物の設計は、しばしばスタイルによって決められるため、多数突出するアンテナの存在は、容易に許容されないであろう。
【０００５】
将来の乗物に組み込まれることになる無線データアクセスシステムの数が増加するにつれて、アンテナの数もまた増加する傾向がある。これらの新しいデータアクセスシステムの多数は、地上ネットワークとの、また、衛星または他の高々度送信器との通信を必要とする。そのようなシステムの１つが、まもなく動作可能になる前述の直接放送衛星ラジオである。一般に、衛星上の送信システムは、乗物のアンテナを配向する必要なしに、受信する移動可能な乗物を衛星に対してどのような向きにもすることができるように、円偏波で放送する。しかし、地上放送システムは一般に、マルチパスのために直線偏波を使用し、当技術分野で周知の理由のため、移動する受信局にとって垂直偏波が好ましい。したがって、上空からの円偏波、ならびに地平線近くでの垂直直線偏波を共に受信することができるアンテナが求められている。これらのアンテナは既存であり、最も一般的な例はヘリカルアンテナである。ヘリカルアンテナの１つの欠点は、乗物の表面から４分の１ないし２分の１波長突出することである。現行の直接放送ラジオシステムは２．３４ＧＨｚで動作するため、アンテナが数センチメートルの高さになる。１本の目障りなアンテナ、および／または複数のアンテナの存在は、乗物のスタイルの点から見て、しばしば受け入れられない。さらに、そのようなアンテナは、エネルギー保存のために望ましくない自動車の空気力学的抵抗を増大させる。
【０００６】
その結果、垂直ヘリカルアンテナ程度で良好に動作することができるが、扁平であり、それにより、たとえば乗物のパッセンジャーコンパートメントを覆う屋根に共形となるように容易に適合することができるアンテナが求められている。このアンテナは、一般的な材料を使用して製造するために、単純であることが好ましい。このアンテナは、軌道を回る衛星から円偏波を有する信号を、ならびに地上局またはリピータから垂直直線偏波を有する信号を受信することが可能であるべきである。
【０００７】
低角度放射用アンテナの設計では、放射開口の各区間を、また、それが全体的な放射パターンにどのように貢献するかを考慮しなければならない。アンテナ設計を扁平であるもの（たとえば、４分の１波長よりはるかに小さい厚さを有するアンテナ）に制限した場合には、いくつかの基本要素が使用可能なだけである。最も一般的な扁平アンテナはパッチアンテナであり、これを図２に示す。パッチアンテナは、接地平面１２より上方で支持され、同軸プローブまたは他の給電構造１４によって給電される金属形状物１０からなる。パッチは一般的な扁平アンテナ素子であるが、低角度で放射を受信（または送信）するのには不十分な選択である。それは、パッチ１０の２つの縁部１０−１、１０−２が共に放射し、両者間の干渉がアンテナの全体的な放射パターンを決定するからである。接地平面１２に対して垂直な方向では、干渉が建設的であり、パッチ１０は、その方向で著しい利得をもたらす。しかし、地平線に向かう方向（たとえば、接地平面１２に平行な方向）では、干渉が相殺的であり、パッチは、その方向でほとんど放射しない。この問題を回避するための１つの方法は、パッチの２つの縁部１０−１、１０−２を互いに近づけることである。しかし、有効全体長は２分の１波長のままにしなければならず、これにはパッチに高誘電材料を充填することが必要とされる。さらに、きわめて高誘電性の材料を得るのが困難なため、パッチを小さくできる程度が制限される。さらに、パッチサイズが縮小するにつれて、その帯域幅もまた減少する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴
本明細書で開示されているアンテナの好ましい実施形態の独自の特徴は、上空の衛星から円偏波された信号と、地上リピータから垂直直線偏波された信号を共に受信できることである。本明細書、および本明細書の特許請求の範囲では、「衛星」という用語は、第２物体の周りで軌道に乗っている、あるいは、少なくとも空中にあるものと見なされる第２物体より上方で十分高い高度にある物体を意味するものと定義し、「地上」または「地（球）」は、第２物体の表面上、またはその近くを意味するものと定義する。
【０００９】
本発明の利点は、高さが４分の１波長よりはるかに薄く、面積が２分の１波長平方よりわずかに大きいだけのフォームファクタでこれらの諸特性を達成できることである。実際、アンテナの高さは、波長の５％未満であることが好ましい。
【００１０】
アンテナのフォームファクタは乗物設計者にとって非常に重要であるため、本アンテナによって可能にされる小型パッケージは、一般に高さが４分の１波長以上の突出するアンテナ素子を必要とする他の競合する設計より好ましい。来るべき直接放送衛星ラジオシステムの場合、これは、競合設計の数センチメートルに比べて、本明細書で開示されているアンテナについて数ミリメートル（ｍｍ）のアンテナ高になる。
【００１１】
図１によって示されている直接放送衛星信号受信システムの最も著しいアンテナ問題は、地上ネットワークとの通信である。というのは、これが、衛星から信号を直接受信することに加えて、乗物の金属屋根を跨いで低角度から放射を受信することを必要とすることである。一般に、これには、アンテナが有意な高さを有すること、あるいは接地平面より上方にアンテナを上げることが必要とされる。本アンテナは、この独自のフォームファクタを、低角度で受信するのに良好な基本幾何形状を有するスロットアンテナを利用することによって達成する。これは、単一のスロットアンテナが放射開口を１つ有するだけであり、それが所与の波長について可能な限り薄い開口であるからである。さらに、スロットアンテナは、低角度に放射する責任を担う周囲の接地平面内で最大の電流を生成する。
【００１２】
本アンテナの好ましい実施形態は、衛星受信用の円偏波を生成するために、互いにわずかに非同調であるスロットの交差対を必要とする。したがって、このアンテナは、非常に薄い設計で、衛星受信にも地上受信にも良好な性能を達成する。
【００１３】
本発明はまた、独自の給電幾何形状を提供し、アンテナに１カ所だけで給電することを可能にし、既存の設計より著しい改善を示す。任意選択で、レドーム構造と、アンテナパッケージ内に含まれる増幅器など能動電子回路用の機能とを含む。
【００１４】
以下で述べるアンテナは、高さ数ミリメートルであるだけの体積で、これらの機能他を達成する。下記で論じる本アンテナの特定の実施形態は、直接放送衛星ラジオシステム用に具体的に設計されているが、衛星と地上ネットワークのどちらとも通信を必要とする他のシステムにも適用することができる。
【００１５】
本発明の簡単な説明
一態様では、本発明は、共鳴周波数を有する交差スロットアンテナであって、内部にキャビティを画定する導電構造と、導電構造内に形成された第１および第２のスロットであって、一方のスロットがアンテナの中心周波数より上の共鳴周波数を有するように、また、第２のスロットがアンテナの中心周波数より下の共鳴周波数を有するように、スロットの長さが異なるスロットと、スロットからの無線周波数信号を共通給電点に結合するように構成された共通給電点とを備えるアンテナを提供する。
【００１６】
別の一態様では、本発明は、交差スロットアンテナを作製する方法であって、（ａ）反対側の諸表面が金属めっきされたプリント回路板を使用してキャビティを形成するステップと、（ｂ）わずかに長さが異なり、互いに角度９０度で交わる２つのスロットをめっき済み金属内にエッチングするステップと、（ｃ）スロット用の共通給電点を画定する金属めっきビアを前記プリント回路板内に形成するステップとを含む方法を提供する。
【００１７】
別の一態様では、本発明は、交差スロットアンテナを作製する方法であって、（ａ）その反対側の諸表面上に導電材料を有するキャビティ構造を形成すること、および、（ｂ）わずかに長さが異なり、互いに角度約９０度で交わる２つのスロットを導電材料内にエッチングすることを含む方法を提供する。
【００１８】
別の一態様では、本発明は、（ａ）その反対側の諸表面上に、またはその反対側の諸表面を形成する導電材料を有するキャビティ構造と、（ｂ）わずかに長さが異なり、互いに角度９０度で、または角度９０度近くで交わる、導電材料内の２つのスロットとを含む交差スロットアンテナを提供する。
【００１９】
本発明は、別の一態様において、（ａ）その反対側の諸表面上に、またはその反対側の諸表面を形成する導電材料を有するキャビティ構造と、（ｂ）キャビティ構造の第１表面上の導電材料内の少なくとも１つのスロットと、（ｃ）キャビティ構造内に配置され、キャビティ構造を貫通し、スロットから離隔された第１表面上の点で第１表面に結合されるスロット用給電点とを有するスロットアンテナを提供する。
【００２０】
別の一態様では、本発明は、乗物上に取り付けるためのアンテナユニットであって、（ａ）アンテナユニットを乗物上に取り付けるための支持表面および取付け装置と、（ｂ）少なくとも支持表面に対して傾斜した方向で、円偏波された無線周波数信号を受信するように適合されたアンテナと、（ｃ）アンテナを覆う保護カバーとを備えるアンテナユニットを提供する。
【００２１】
本発明は、別の一態様において、円偏波された無線周波数信号を受信する方法であって、（ａ）キャビティ構造の表面内で互いに交差する２つのスロットを有するスロットアンテナを設けるステップと、（ｂ）異なる個別の共鳴周波数を諸スロットが有するように諸スロットの長さを変えるステップと、（ｃ）スロットのどちらからも離隔された表面上のアンテナ給電点を設けることを含む方法を提供する。
【００２２】
異なる一態様では、本発明はまた、キャビティ構造の表面内に形成された１対の交差スロットを有する、円偏波された無線周波数信号と直線偏波された無線周波数信号とを共に受信することが可能な交差スロットアンテナを設計する方法を提供する。この方法は、
（ａ）キャビティの誘電率、およびスロットより上方に位置する任意のレドームまたは他の環境の誘電率の平均である、交差スロットアンテナのスロット内の実効誘電率を計算するステップと、
（ｂ）ｎ＝√εａｖｅｒａｇｅ、εａｖｅｒａｇｅ＝ステップ（ａ）で計算された誘電率として、実効屈折率ｎを計算するステップと、
（ｃ）λ＝交差スロットアンテナの所望の共鳴周波数の波長として、λ／２ｎの諸スロットの初期計算平均長さを決定するステップと、
（ｄ）Ｖ＝キャビティ構造の体積として、式６πＶ／λ３に基づいて交差スロットアンテナの固有帯域幅を計算するステップと、
（ｅ）百分率で表されたアンテナの固有帯域幅の２分の１に等しい距離を、一方のスロットについて加算し、他方のスロットについて減算することによって、各スロットの初期計算長さを決定するステップと、
（ｆ）実験によって各スロットの初期計算長さを調節するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図３は、スロットアンテナの横断面図である。図３に示されているスロットアンテナは、所与の直線方向で単一の放射縁部１６だけを有する。相殺的干渉を生み出すように同じ直線方向に第２の縁部がないため、これにより、はるかに大きな放射が低角度にもたらされる。１つの観点からは、放射はアンテナの開口を介して回折しており、開口を可能な限り狭くすることにより、可能な限り広い回折パターンが得られることになる。表面波の観点からは、スロットアンテナ内の電流は、周囲の接地平面内だけに存在する。したがって、このアンテナは、次いでアンテナから低角度で放射することができる表面波との可能な限り最大の結合を有するはずである。図３はまた、同軸ケーブル１４プローブフィード１８を示すが、これはスロットアンテナにとって従来からのものではなく、本発明の一態様を実施する。スロットアンテナの別の利点は、アンテナの裏側を囲む共鳴キャビティ２０を含むことである。一般に、このアンテナの帯域幅は、このキャビティ２０の体積によって決定されることになり、キャビティ２０は、図２のパッチアンテナのように高誘電材料を含む必要はない。実際、誘電材料としては空気で十分である。しかし、好ましい誘電材料は、プリント回路板として機能することができる材料である。というのは、この選択により、アンテナの製造が単純化されるからである。キャビティは、金属壁によって形成されることが好ましい（どのような導体でも動作するはずであるが、金属は、この応用例に適した安価で耐久力のある導体である）。キャビティが誘電材料で充填されている、または少なくとも部分的に充填されている場合には、誘電材料は、容易に水または（キャビティのチューニングに影響を及ぼす可能性のある）他の物質が、たとえばキャビティの金属壁内に形成されたスロットの開口１６を介してキャビティに入らないようにしておくことができる。
【００２４】
キャビティの別の利点は、すべての放射を乗物より上方の半球に向かって導き、放射が乗物内に放射されるのを防止し、一方、アンテナが乗物の金属屋根９０（図７ｃ参照）上に直接着座することを可能にすることである。
【００２５】
スロットアンテナは、アンテナのＥ平面に沿って垂直直線偏波で低角度に向かって放射するのに良好に動作する。地平線に向かう垂直直線偏波について同様なアンテナ利得を享受しながら、上空に向かって円偏波されたＲＦ放射を受信（または生成）するために、スロットアンテナは、図４ａおよび４ｂに示されているように、２つの直交スロット１６−１および１６−２を備える。この２つの直交スロット１６−１、１６−２は、わずかに異なる周波数に同調されており、角度９０度で互いに交差する。また、２つのスロット１６−１および１６−２は、互いに中心に合わされている。諸スロットはわずかに異なる周波数で共鳴するため、それらの２つの共鳴周波数間で駆動されたとき、互いに対して位相シフトを受ける。この位相シフトは、円偏波を生成するために９０度となるように選択され、２つのスロットの相対長さによって決定される。諸スロットは、点２１で単一のオフセットプローブフィードによって駆動され、オフセットプローブフィードは、２つのスロット１６−１および１６−２のそれぞれから４５度回転された線Ａに沿って（または線Ａ近くで）点２１でキャビティ２０を通過する。入力インピーダンスは、線Ａに沿って給電点を変えることによって調節することができる。キャビティ２０の周縁２２上で隅部Ｃ近くでアンテナに給電すると、入力インピーダンスがより低くなり、一方、キャビティ２０の中心Ｂにより近づけて給電すると、入力インピーダンスがより大きくなる。テフロン（登録商標）（誘電率２．２を有するポリテトラフルオロエチレン）充填キャビティ２０の場合、キャビティ２０の隅部Ｃから４分の１の距離に位置する給電点２１は、５０Ω付近の入力インピーダンスになる。
【００２６】
キャビティ構造２２、２４は、プリント回路板技術を使用して構築することができる。そのような実施形態では、ビア２７をめっきすることによってオフセット給電点２１を形成することが好ましく、キャビティの裏側の金属接地平面２６をエッチングして、キャビティ内の誘電材料の環状領域２８を露出することが好ましい。同軸ケーブル１４は、めっきビア２７に直接結合して示され、同軸ケーブル１４のシールドは、環状領域２８の周りの環状開口に隣接して接地平面に接続されているが、好ましい実施形態では、給電点２１は、別の回路基板上の回路に接続される。プリント回路板の誘電体部分は、キャビティ内の誘電材料の一部として形成することができ、その場合、プリント回路板の金属部分は、外向きに面する。キャビティの残りの部分は、空気、テフロン（登録商標）または別の適した誘電材料、あるいは前述の組合せで充填することができる。
【００２７】
キャビティ２０は、図４ａの平面図において正方形として示されているが、円形、三角形、多面体などを含む他の形状が可能であるため、キャビティ２０の形状は重要でない。単一のオフセット給電点２１、ならびにその組合せ、すなわち、円偏波された無線周波数信号を生成する、かつ／または受信するための、１対の直交する、わずかに非同調であるスロット１６−１、１６−２との組合せは、本発明の重要な態様である。本発明の別の重要な態様は、上方からの円偏波された信号と、地平線近くからの垂直直線偏波された信号とをどちらも受信するために、そのような交差スロット１６−１、１６−２アンテナを使用することである。そのような場合には、アンテナの主要平面を、アンテナを担持する乗物の屋根の主要表面または他の上向きの表面に（理想的には）平行となるように配向する。したがって、アンテナの主要表面は一般に、乗物が地表上で、または地表近くで移動するとき、大抵の時間で地表に平行、またはほぼ平行に配向される。
【００２８】
本発明の交差スロットアンテナの特定の一実施形態は、２．３４ＧＨｚで動作するように設計されたアンテナである。この特定の実施形態のキャビティ２０は、平面図で正方形であり、好ましくは誘電率２．２を有するテフロン（登録商標）である材料で充填された金属２２、２４によって設けられる。キャビティ深さｔは３．１７５ｍｍ（金属カバー２４を含まない内部の厚さ）であり、キャビティは、各縁部上で長さ６３ｍｍである。キャビティ２０の上面２４内に形成された２つの直交スロット１６−１および１６−２は、それぞれ長さ５１ｍｍと５４ｍｍであり、給電点２１は、２つのスロットの方向に沿って１７ｍｍだけキャビティ２０の中心Ｂからオフセットしている。この特定の実施形態では、スロットが幅１ｍｍである。スロットの幅は、スロットの長さなど他の寸法のいくつかほど重要でない。スロットの長さは、最もクリティカルな寸法である。キャビティ２０の外部を形成する金属２２、２４は、厚さ約５０ミクロンであることが好ましい（実際の厚さはクリティカルでない）。導電性が高いため、銅がキャビティ２０の好ましい金属である。銅はしばしば金またはスズで被覆され、腐食保護およびはんだ付け性を提供する。本明細書で報告されている実験結果の場合、ベアの銅をキャビティ２０に使用した。この特定の実施形態は、動作周波数２．３４ＧＨｚと、上述の直接放送衛星サービスに必要とされるものより広い約１０％の帯域幅とをもたらした。この特定の実施形態についてテストし、図５および６を参照しながら以下で論じるデータプロットを生成したが、このデータおよびこの特定の実施形態は、例示のために提供されているにすぎない。一般に、キャビティ２０のサイズおよび形状は、変更することができる。スロット１６−１、１６−２の長さは、以下で述べるように調整することができる。
【００２９】
当該の周波数２．３４ＧＨｚの場合、波長λは１２８ｍｍに等しい。この実施形態のスロットアンテナの厚さｔは３．１７５ｍｍだけであるため、これは接地平面２６より上方のスロットの高さが、このアンテナが動作する周波数で波長λの約２．５％だけであることを意味する。望むなら、アンテナの所望の帯域幅に応じて、交差スロットアンテナをより厚くすることも薄くすることもできる。
【００３０】
アンテナの帯域幅は、キャビティ２０をより薄くすることによって任意に狭くすることができるが、実用的なアンテナの場合、製造誤差に対する何らかの許容範囲がなければならず、上記で論じた直接放送衛星ラジオサービスの場合など応用例がそれほどの帯域幅を必要としない場合であっても、帯域幅が非常に狭いアンテナを使用するのは賢明でない。したがって、キャビティ２０は、特定の応用例に必要とされるよりも厚くするのが当然であろう。
【００３１】
当該の周波数の約１２％に等しい帯域幅、および動作周波数２．３４ＧＨｚを仮定して、接地平面より上方のスロットの高さは、その周波数で１波長λの約２．５％だけである。その結果、本発明の交差スロットアンテナは、きわめて薄くすることができ、依然として妥当な広さの帯域幅を有する。アンテナが動作する周波数の波長λの２．５％未満の厚さを有する交差スロットアンテナは、非常に現実的である。従来技術のアンテナは高さが波長λの２５％となる可能性があることを考えると、この交差スロットアンテナは、（この周波数２．３４ＧＨｚで）アンテナ高さの削減において約１桁の著しい改善をもたらし、さらに、衛星と地上局のどちらとも通信するために無線周波数信号の円偏波および直線偏波のどちらでも感度が得られる。
【００３２】
以下のステップは、交差スロットアンテナを設計するための指針として使用することができる。スロット内の電界のおよそ半分がキャビティ２０内に存在するため、スロット内の実効誘電率は、キャビティ２０の実効誘電率と、スロットより上方に位置するレドームまたは他の環境の実効誘電率との平均である（図７ｃ参照）。レドームがない、または大きな中空のレドームの場合、隣接する環境の誘電率は１に等しく、したがって、実効屈折率はｎ＝√（ε＋１）／２であり、ただし、ε＝キャビティ２０内の材料の誘電率である。したがって、スロット１６−１および１６−２は、λ／２ｎの平均波長を有するはずである。交差スロットアンテナが周波数２．３４ＧＨｚで動作する上記で論じた特定の実施形態の場合、この平均長さは、約５１ｍｍである。一方のスロットはこの平均値よりわずかに短くするべきであり（その結果、この特定の実施形態では２．３４ＧＨｚをわずかに超える周波数に同調され）、他方はわずかに長くするべきである（その結果、この特定の実施形態では２．３４ＧＨｚよりわずかに低い周波数に同調される）。２つのスロット１６−１および１６−２の長さは、（百分率で表された）アンテナの固有帯域幅の約２分の１だけ異なるべきである。アンテナの固有帯域幅は、キャビティ体積Ｖによって決定される。キャビティが裏にあるスロットアンテナの帯域幅は、およそ６πＶ／λ３であり、これは、当該の周波数についておよそ１波長の２分の１（≒λ／２）の長さの側部を有し、厚さｔを有する正方形キャビティの場合、３πｔ／２λに等しい。上述の特定の実施形態の場合、これにより約１２％の帯域幅が得られる。したがって、２つのスロット１６−１、１６−２は、約６％、すなわち約３ｍｍだけ長さが異なるべきである。この解析に基づいて、スロット長さ５１＋１．５すなわち５２．５ｍｍ、および５１−１．５すなわち４９．５ｍｍを指定するように導かれることになる。何らかの微調整が必要とされる可能性があり、実験により、２．３４ＧＨｚでアンテナが共鳴するこの特定の実施形態について、スロット長さ５１ｍｍおよび５４ｍｍが良好に動作するようであると決定された。スロット長さを計算するための上述の手順は厳格でないが、アンテナを微調整する実験的なテストにより、一般に、計算値から数パーセント異なるだけの結果が得られる。したがって、この手順は、本明細書で述べられている交差スロットアンテナ用のスロットの長さについて開始点を決定するのに有用なガイドを提供する。次いで、この開始点を実験によって調節する。給電点の位置および他のパラメータもまた、同様に実験によって調節することができる。
【００３３】
円形キャビティ、または他の形状を有するキャビティの場合には、体積を正方形の場合とほぼ同じに維持すべきである。どのような場合でも、給電点２１は、好ましくはスロット１６−１、１６−２のどちらに対しても４５度にある線Ａ上に（または線Ａに非常に近く（下記の考察参照））位置すべきである。入力インピーダンスは、線Ａに沿って給電点２１を変えることによって調節することができる。キャビティの周縁２２に近い給電点は、入力インピーダンスがより低く、キャビティの中心Ｂに近い給電点は、入力インピーダンスがより高くなる。最適な位置は実験によって決定することができるが、線Ａ上で縁部からおよそ４分の１キャビティ長の距離が、上述の特定の実施形態について受け入れ可能であると判明した。給電点が線Ａを外れて位置している場合には、２つのスロットが通常、異なる入力インピーダンスを有することになり、大抵の応用例で望ましくない可能性があると思われる。しかし、２つのスロット１６−１および１６−２の長さがわずかに異なり、したがって、それを補償して給電点がそれぞれのスロットからわずかに異なる距離で位置する可能性があることを理解し、給電点２１は、２つのスロット１６−１と１６−２の間でより良好な入力インピーダンス調和を得るために４５度線Ａをわずかに外して配置される可能性がある。したがって、給電点２１は、線Ａ近くに位置するが、両アンテナに良好な入力インピーダンス整合を提供するために、線Ａをわずかに外れている可能性がある。
【００３４】
スロット１６の幅は、その長さよりはるかに細いが、絶対幅はあまり重要でない。開示されている特定の実施形態では、良好に動作すると思われる寸法の１ｍｍになるように幅を任意で選択した。
【００３５】
上述の交差スロット１６−１および１６−２を有するアンテナは、２つのスロットの長さがわずかに異なり、したがって２つのスロットがわずかに異なる共鳴周波数を有するために、円偏波を生成する。スロットをそれら２つの共鳴周波数間で（送信された信号によって、または受信された信号によって）駆動された場合には、各アンテナスロットの自然共鳴周波数に対する印加された信号の周波数に応じて、一方のスロットが、印加された信号よりわずかに進むことになり、他方のスロットが、印加された信号よりわずかに遅れることになる。このアンテナ設計では、この進みと遅れによって生成される位相差が好ましくは合計で正確に９０度となり、したがって円偏波を放射（または受信）するように、各アンテナスロット１６−１および１６−２の長さが選択される。位相差が正確に９０度でない場合には、アンテナが正確に真の円偏波を有さないことになる。
【００３６】
図５は、直線偏波における交差スロットアンテナの前述の特定の実施形態の放射パターンを示す。垂直成分の放射パターンは、地平線に向かってバイアスされ、交差スロットアンテナは、低角度で有意な利得を達成する。図６は、円偏波における同アンテナの放射パターンを示す。このアンテナは、ほとんどの上部半球にわたって、左回転円偏波で有意な利得を達成する。さらに、高角度で右回転円偏波が著しく抑制されている。右回転円偏波用に設計されたアンテナは、図４ａおよび４ｂに示されているアンテナのアンテナ鏡像を作成することによって得ることができるはずである。
【００３７】
以上、オフセットプローブフィードを有する、キャビティが裏にある交差スロットアンテナの基本構造について述べたが、次に、乗物上に容易に装着することができる一体型アンテナユニット１００の形態にある交差スロットアンテナの一実施形態について述べる。一体型アンテナユニットまたはパッケージ１００が図７ａ、７ｂ、７ｃに示されている。ユニット１００は、上述したオフセットプローブフィードを有する交差スロットアンテナと、ＲＦ前置増幅器１０２と、バイアス回路１０４とを含むことが好ましい。前置増幅器１０２は、低雑音タイプであることが好ましい。ユニット１００はまた、アンテナの接地平面２６（図４ｂ参照）を乗物の周辺金属９０に接続し、また、内部回路を保護し、ＲＦシールドを提供し、支持表面として動作するように働くカバー１０８を含むことが好ましい。ユニット１００はまた、乗物９０への取付けを助けるブラケット１１２と、ケーブル１１４と、ＲＦコネクタ１１６と、構造１００全体を環境から保護し、スタイルの助けとなり、より空気力学的な形状を提供するためのレドーム１２０とを含むことが好ましい。
【００３８】
構造１００内のアンテナについては、交差スロットアンテナと、キャビティ２０（２つのスロット１６−１、１６−２は互いにわずかに非同調であり、円偏波を提供する）と、単一のオフセットプローブフィード２１とを含むものと、図４ａおよび４ｂに関連して前述した。ラジオ受信器前のケーブル損失と関連の雑音利得を克服するために、アンテナパッケージ１００内に一体型無線周波数前置増幅器１０２を含むことが望ましい。ＲＦ信号が引き込まれる（または供給される）同ケーブル１１４は、この増幅器用の直流バイアスを印加することができる。これは、受信用実施形態の場合、ＲＦチョーク１０４ａおよび直流阻止コンデンサ１０４ｂからなる適切なバイアス回路１０４を使用して達成される。この回路は、アンテナ給電点２１と対合するためのパッド２９を有する。この回路は、交差スロットアンテナキャビティ構造２４上で回路板材料１０６の追加層として構築することができ、交差スロットアンテナキャビティ構造２４自体は、上部金属表面と下部金属表面とを有するプリント回路板として作製することができ、スロット１６−１、１６−２は、その上部金属表面内に形成され、その下部金属表面は、接地平面２６として動作する。ＲＦ受信器設計の当業者なら、フィルタおよび多段増幅器など、他のＲＦ構成部品を含むことを選択するのが当然であろう。回路板１０６上で図７ｂに示されている回路線は、一般にマイクロストリップ線である。
【００３９】
図７ｃに示されているカバー１１０は、金属打抜きを使用して作成することができる金属板であり、回路の上に配置され、アンテナ接地に電気接続される。金属カバーの目的は、回路にＲＦシールドを提供することであり、また、乗物の金属外部に近接するようにアンテナ接地を延長することである。このカバー１１０はまた、乗物表面と共形に形作ることができる。乗物に取り付けるためのブラケット１１２は、ユニット１００を乗物上で定位置に保持するためにスナップリングまたはナット（図示せず）を適用することができる、刻み目のある、またはねじ切りされた金属円筒とすることができる。ブラケット１１２は、乗物外部９０の穴を介して挿入され、他方の側から整合するリングまたはナットが適用される。アンテナケーブル１１４は、円形ブラケット、および乗物内の穴を介して延び、ＲＦコネクタ１１６で終わる。
【００４０】
ユニット１００は、ユニット１００の上部を囲み、環境から保護し、さらに空気力学的な、またスタイル上の考慮すべき点の助けとなるレドーム構造１２０を含む。レドーム１２０は、射出成形プラスチックなど中実の誘電体とすることができ、または中空の誘電シェルとすることもできる。乗物外部と調和するように塗装することもできる。
【００４１】
回路１０２および１０４は、受信器実施形態で使用されることが意図されているが、交差スロットアンテナは、受信器および／または送信器のどちらで使用することもできる。図７ｄの回路１０４−１は、送信器／受信器実施形態で回路１０２および１０４の代わりに使用することができる。電力増幅器１０２ｂは、送信モードで使用され、ＰＡと標記されている。低雑音前置増幅器１０２ａは、受信モードで使用され、ＬＮＡと標記されている。スイッチ１０３ａ、１０３ｂは、送信／受信周期中にこれらの構成部品を分離するために使用される。直流阻止コンデンサ１０４ｂおよびＲＦチョーク１０４ａは、直流電力およびＲＦ信号を分離するために使用される。必要に応じて、追加スイッチを使用して増幅器をオンまたはオフにすることができる。好ましくは、マイクロストリップ線を使用して、図７ｄに示されているこれらの構成部品を相互接続する。
【００４２】
マイクロストリップは、ＲＦ回路用の一般に普及している伝送線である。しかし、交差スロットアンテナに直接給電するために、キャビティ内部のマイクロストリップは、キャビティ２０内側に追加の回路層を必要とすることになり、コストを追加することになる。コストが追加されるとすれば、図に示されており、本明細書で述べる技法が現在好ましい。しかし、本発明を実施する人々は、マイクロストリップフィードを使用することを好む可能性がある。増幅器回路と共に使用されるときには、当然ながらマイクロストリップ線が増幅器用に使用されることになる。しかし、図７ｂでは、増幅器回路１０４はキャビティの外部にあり、本明細書で述べられているプローブフィード２１によってアンテナに給電する。これはまた、図７ｄおよび７ｅに示されている代替回路設計にも当てはまる。
【００４３】
他者は、異なる偏波を有する衛星信号と地上信号をどちらも受信することができる単一のアンテナ構造を開発する上で難点を有していること、また、２つの分離アンテナを選択していることを理解されたい。そのようなアンテナシステムは、１つは衛星信号用、もう１つは地上信号用の２つの別々の出力を有することになる。これが直接放送衛星ラジオ受信器の業界指定の一部になった場合には、そのような受信器を都合よく接続するために、回路１０２および１０４は、衛星信号用と地上信号用２つの別個の出力を有することを必要とする可能性がある。回路１０２および１０４に対する１つの可能な修正は、図７ｅに示されている回路１０４−２であり、これを使用して、本明細書で開示されている交差スロットアンテナをそのような２入力受信器に接続することができる。この回路１０４−２は、ＬＮＡ１およびＬＮＡ２と標記された２つの低雑音前置増幅器１０２ａおよび１０２ｃを使用し、それぞれがそれぞれの出力１および２に接続される。これら２つの出力１、２は、適切な同軸ケーブルによって前述の２入力受信器に接続される。
【００４４】
図８は図１と同様であるが、乗物１上のこの一体型アンテナユニット１００を使用して直接放送衛星通信を受信することを示す。受信される信号は、軌道を回る衛星２で発生し、地球に送信され、乗物１など移動する乗物内の受信器１２５によって受信される。受信器１２５は乗物内に取り付けられ、アンテナ１００に接続されている。複数の地上基地局３が衛星２上の送信器から信号を受信し、異なる周波数で中継放送する。（複数の）衛星から、および（複数の）リピータからの直接放送信号の周波数は、本明細書で開示されている交差スロットアンテナの帯域幅内に入るはずである。衛星は円偏波で放送し、地上リピータは垂直直線偏波で放送するが、どちらも乗物１上の同じアンテナユニット１００によって受信される。本明細書で開示されている交差スロットアンテナは、高角度からの円偏波と低角度からの垂直直線偏波とを受信することが可能であり、円偏波された信号と垂直偏波された信号をどちらも受信するのに十分な帯域幅を容易に有することができるため、この応用例にとって理想的である。
【００４５】
次に、交差スロットアンテナの他の変形形態について述べる。図９は、キャビティ２０がドーム形状を形成する本発明の一態様を示す。これは、湾曲したレドーム１２０をなくする一方、乗物の外部上で可能な限り最小の体積のためにキャビティ体積を最大化するという利点を有する。この実施形態は、プラスチックの射出成形を使用してキャビティ２０を形成し、次いでキャビティ２０を金属層２４で金属被覆し、その中にスロット１６−１、１６−２をエッチングすることによって構築することができる。次いで、構造全体に薄い誘電カバーを適用して、スロットを環境から保護することができる。（図１０ａに類似の）平面図で見たとき、スロット１６−１、１６−２は、角度９０度で互いに交差するように見えることになる。
【００４６】
ドーム形構造は、適切な誘電材料を図９に示すドーム形状に成形し、次いで、銅など導電材料でめっきすることによって形成することが好ましい。
【００４７】
乗物の外部の体積をさらに減少させるために、乗物の内部側のアンテナにスナップ止めまたはねじ止めされる別個のパッケージ内に電子回路を含むことができる。図９の実施形態に従って行われるように、交差スロットアンテナに湾曲および厚さを追加することにより、その低角度放射性能を改善することもできる。
【００４８】
低角度性能を改善するために使用することができる様々な他の方法がある。これらの１つが図１０ａおよび１０ｂに示されている。これは、寄生要素として励起される、主アンテナに隣接する追加の共鳴構造２００を使用することである。図１０ａおよび１０ｂに示されている共鳴リング構造２００は、八木・宇田アンテナと非常に同じように、放射をアンテナから地平線に向かって導く傾向がある。他の寄生構造、たとえば、主アンテナを囲む高誘電体の領域、または他の寄生キャビティもしくは共鳴体を同じ目的のために使用することができる。
【００４９】
図１０ａおよび１０ｂは、共鳴リング構造２００によって設けられた寄生ディレクタを示す。これは金属で作成することが好ましく、金属リング２００はスロットアンテナの上縁部から延び、底面２６に張り出す。
【００５０】
図１０ｃおよび１０ｄは、垂直偏波信号に対する、開示されている交差スロットアンテナの低角度性能を改善するための別の技法を示す。この実施形態は、アンテナが台座３０上で接地平面９０より上方に少しだけ高くなっていることを除いて、図１０ａおよび１０ｂの寄生リング幾何形状に関係し、台座３０には、前述の回路１０４、１０４−１、または１０４−２など前置増幅器回路を容れることができる。張出し領域、ならびにわずかに増加した高さにより、地平線に向かう放射が増大する傾向がある。図１０ａおよび１０ｂの実施形態、ならびに図１０ｃおよび１０ｄの実施形態は共に、寄生ディレクタを示す。図１０ａおよび１０ｂの実施形態では、寄生ディレクタが金属２００の張り出した棚部によって形成される。図１０ｃおよび１０ｄの実施形態では、数字２００部で直径がより小さい台座３０に張り出すキャビティ自体によって寄生ディレクタが形成される。
【００５１】
図１１は、従来技術の特許（米国特許第５，５８１，２６６号）からの特徴を示す。この特許は、スロットの端部で球状の伸張部１６−５を使用してアンテナ帯域幅を改善することを提案している。この特許はまた、ビアを使用してキャビティを形成することをも提案し、その特徴を本発明と共に使用するように適合することができるであろう。
【００５２】
交差スロットを使用する実施形態では、スロットが互いに角度９０度で交差するように画定される。当然ながら、角度を幾分変えることができるが、そのような変形は、円偏波された無線周波数信号を受信（または送信）するアンテナの能力を劣化させる傾向があるため、好ましくない。したがって、スロットは互いに正確に角度９０度で交差することが好ましいが、互いに８５〜９５度の範囲内で確実に交差するべきである。
【００５３】
以上、本発明について、そのいくつかの実施形態と共に述べたが、次いで当業者には修正が自ずと明らかになる可能性がある。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって必要とされる以外、開示されている実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】直接放送衛星ラジオシステムの略図である。
【図２】パッチアンテナの横断面図である。
【図３】新規な給電構造を有するスロットアンテナの横断面図である。
【図４ａ】新規な給電構造を有する交差スロットアンテナの平面図である。
【図４ｂ】線４ｂでとった図４ａの交差スロットアンテナを介した横断面図である。
【図５】直線偏波における交差スロットアンテナの特定の実施形態の放射パターンを示す図である。
【図６】円偏波における同アンテナの放射パターンを示す図である。
【図７ａ】一体型アンテナユニットまたはパッケージ内の交差スロットアンテナの一実施形態を示す上面図である。
【図７ｂ】図７ｃに示された線７ｂに沿ってとられた、一体型アンテナユニットまたはパッケージ内の交差スロットアンテナの一実施形態を示す底面図である。
【図７ｃ】図７ａおよび７ｂに示された線７ｃに沿ってとられた、一体型アンテナユニットまたはパッケージ内の交差スロットアンテナの一実施形態を示す横断面図である。
【図７ｄ】交差スロットアンテナを送信器／受信器に接続するための、電力増幅器および前置増幅器を有するアンテナスイッチの回路図である。
【図７ｅ】２入力を有する直接放送受信器に交差スロットアンテナを接続するために使用することができる回路の回路図である。
【図８】直接放送衛星ラジオシステム内での、本明細書で開示されている交差スロットアンテナの一体型ユニット実施形態の使用を示す図である。
【図９】キャビティがドーム形状を帯びる交差スロットアンテナの一実施形態を示す図である。
【図１０ａ】本明細書で開示されている交差スロットアンテナの低角度性能を改善するために任意選択で使用することができる寄生リング構造を示す図である。
【図１０ｂ】本明細書で開示されている交差スロットアンテナの低角度性能を改善するために任意選択で使用することができる寄生リング構造を示す図である。
【図１０ｃ】本明細書で開示されている交差スロットアンテナの低角度性能を改善するために任意選択で使用することができる台座構造を示す図である。
【図１０ｄ】本明細書で開示されている交差スロットアンテナの低角度性能を改善するために任意選択で使用することができる台座構造を示す図である。
【図１１】球状または拡大されたスロット端部を有する交差スロットアンテナの平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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