(57)【要約】【解決手段】  スマートアンテナ装置は，駆動モノポールエレメントと，駆動モノポールエレメントの周りに環状配列で配置される寄生モノポールエレメントの配列を含む。そこでの寄生モノポールエレメントは曲がっているか湾曲する立体配置をとり，駆動モノポールエレメントに向かって曲がっているか湾曲している。この装置は，コンパクトな操縦可能なアンテナ装置を提供する。【選択図】図１
2013511186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モノポールエレメントと，
前記駆動モノポールエレメントのまわりに環状配列で配置される寄生モノポールエレメントの配列を含むアンテナ装置であって，
前記寄生モノポールエレメントは，曲がっている，もしくは，湾曲している立体形状であるアンテナ装置。
【請求項２】
前記寄生モノポールエレメントが，前記駆動モノポールエレメントに向かって曲がっている，もしくは，湾曲している，請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
各々の前記寄生モノポールエレメントが，前記駆動モノポールエレメントと平行である，もしくは，実質的に平行な部分を有する，請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記駆動モノポールエレメントが，その端にディスクを備えている，請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記寄生モノポールエレメントが６つ備えられている，請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
寄生エレメントの連結が，規則的な放射間隔によって相互に間隔を置いて配置される，請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記アンテナ装置は，接地スリーブを含み，前記接地スリーブの上に前記モノポールエレメントを備えている，請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記接地スリーブが，前記接地スリーブの両端で第１及び第２の接地板を含み，前記第１及び第２の接地板の各々が，前記駆動モノポールエレメント及び前記寄生モノポールエレメントのセットをそれぞれ含む，請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記駆動モノポールエレメント及び前記寄生モノポールエレメントが，類似したビームを発生することができる，請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記接地スリーブが，実質的に波長の１／４の深さと，前記波長の３／１６の半径を有し，前記波長に対して前記アンテナ装置が調節される，請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記駆動モノポールエレメントは，実質的にチューブ波長の１／８の高さを有し，
前記寄生モノポールエレメントは，実質的に調節された波長の１／４の長さを有するが，前記寄生モノポールエレメントは，前記駆動モノポールエレメントの最大の高さを有するように，曲がっている，もしくは。湾曲している，請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
誘電天板が，前記駆動モノポールエレメント及び前記寄生モノポールエレメントの端と接触して配置される，請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記アンテナ装置が，密接に結合した駆動エレメントと寄生エレメントによって導入されるコンデンサの負荷を用いることにより、電子走査導波器アレイ（ＥＳＰＡＲ）アンテナを提供する，
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記アンテナ装置が，コンパクトな前記電子走査導波器アレイ（ＥＳＰＡＲ）アンテナを提供する，請求項１３に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記アンテナ装置が，２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚまでの周波数帯をカバーする，請求項１４に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記アンテナ装置は，上部と下部のモノポールエレメントのセットが，異なるアンテナ機能を提供するよう作動し得る二重アンテナ構造を備える，請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
第１のモノポール構造が，通信基地局の方向に第１のビームを進めるよう作動でき，その間に，第２のモノポール構造が，他のユーザーの方向に，第２のビームを進めるよう作動できる，請求項１６に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
望ましい信号の方向を推定し，望ましい信号の方へメインローブを形成し，そして，電波障害の方向で消失を自動的に形成するために，前記アンテナ装置の適応ビーム操縦を提供するステップを含む，アンテナ装置を作動する方法。
【請求項１９】
請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載のアンテナ装置を含む通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，アンテナに関するものであり，好ましい実施形態においては，リアクタンス負荷（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｌｏａｄ）されたパラサイトアレイアンテナ（ｐａｒａｓｉｔｉｃ  ａｒｒａｙ  ｒａｄｉａｔｏｒ）から形成される低価格で小さなスマートアンテナに関する。好ましい実施形態は，Ｗｉ−Ｆｉ通信や無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ），ＷｉＭＡＸ，及びＲＦＩＤアプリケーション等である。好ましい実施形態は，ビーム形成のための位相シフターを使用しない。
【背景技術】
【０００２】
スマートアンテナは当業者において公知であり，それらはある特定のユーザーの位置を見つけ，そして，そのユーザーに向かってそれらの主ビームを向けることを可能にする性質を有する。他のアンテナとの比較においてスマートアンテナをユニークなものとしているのは，それらのビーム形成能力である。ビーム形成は，位相合成の過程によって成し遂げられる。位相アレイで形成される従来のスマートアンテナは，位相合成を成し遂げるために，位相シフターを使用する。しかし，アナログ位相シフターとデジタル位相シフターの両方とも，高価な部品であり，結果として高コストのスマートアンテナになってしまう。それ故に，そのようなアンテナは経済的に成り立たない。
【０００３】
米国特許第５，２３５，３４３号は，請求項１の前提部分におけるような特徴を含むアンテナ装置を開示している。他のアンテナ装置は，米国特許第２００４／２５７，２９２号，米国特許第２００８／２６６，１９０号，そしてＯｊｉｒｏ，Ｙ等の「“Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ  Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ  ｆｏｒ  ｅｓｐａｒ  ａｎｔｅｎｎａｓ  ｗｉｔｈ  Ｆｉｎｉｔｅ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｐｌａｎｔ”，  ＩＥＥＥ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ．  ２００１  ｄｉｇｅｓｔ．  ＡＰＳ．  Ｂｏｓｔｏｎ，  ＭＡ，  Ｊｕｌｙ  ８−１３，  ２００１」，及び，「［ＩＥＥＥ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ］，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ＮＹ：  ＩＥＥＥ，  ＵＳ，  ８  Ｊｕｌｙ  ２００１  （２００１−０７−０８），  ｐａｇｅｓ  １８−２１，  ＸＰ００１０７２１１８，  ＤＯＩ：  ＤＯＩ：１０．１１０９／ＡＰＳ．２００１．９５９３９０  ＩＳＢＮ：  ９７８−０−７８０３−７０７０−８」の全文章において，開示されている。
【０００４】
電子走査導波器アレイ（ＥＳＰＡＲ）アンテナは，位相器コンポーネントを使用せずに，位相合成を成し遂げることができるスマートアンテナを特徴づける一般的な名前である。位相シフターを回避することで，そのようなアンテナの価格を下げることができる。ここで教示される発明の好ましい実施形態は，スマートアンテナのＥＳＰＡＲ群に属すると言われる。
【０００５】
ＥＳＰＡＲアンテナは，位相合成を提供するために，可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）のような可変同調型リアクタンス負荷を利用する。典型的なＥＳＰＡＲアンテナは，１つの駆動エレメントといくつかの寄生エレメントで形成される。駆動エレメントは無線周波（ＲＦ）フロントに接続され，そして，寄生エレメントは可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）に接続される。寄生エレメントは，駆動エレメントから結合されるエネルギーによって励起される。
【０００６】
理論的に，ＥＳＰＡＲアンテナは，１／４波長によって互いに分離される一連の１／４波長の放射体（ｒａｄｉａｔｏｒｓ）から構成される。これらの理論的なパラメータは，結果として単純なデザインとアンテナサイズの大型化をもたらす。
【０００７】
既存の位相アレイスマートアンテナの問題は，それらの高コストと，現在のＥＳＰＡＲアンテナがサイズ的に大きく，それらの適用を制限しているという事実である。このことが，それらをいろいろな最新装置に用いるのを不適当なものにしている。例えば，無線ＨＤビデオサービスのような，より高いデータレート，及び，より高品質なサービスを提供している無線通信システムに対して，操縦できるパターンを有するアンテナが，大きなリンクバジェット（ｌｉｎｋ  ｂｕｄｇｅｔ）利得を提供するよう要求されている。次世代無線ネットワークにおいて，システムは，通信を成立させるべき個人または団体の位置に応じて，個々の無線回線を必要とする。従って，方向探知能力があり，要件に従って空間分割を提供するアンテナが，必要とされる。しかし，標準的な１／４波長のモノポールＥＳＰＡＲアンテナは，携帯機器としては十分に小さくない。特に，６つの寄生的な１／４波長のモノポールが，１／４波長の半径を有する中央駆動の１／４−波長モノポールを，最適化することなく囲んでいる時，入力インピーダンスは，それら６つの寄生モノポールによって導入されるキャパシタンス負荷のために，中央駆動のモノポールで，適合しないであろう。いろいろな最適化方法が示唆されたが，ほとんどは，駆動エレメントでインピーダンス整合を成し遂げるために寄生モノポールの長さを増加させるような，寄生エレメントによって導入されるキャパシタンス負荷を減らすことに集中しており，それは，ＥＳＰＡＲアンテナのサイズを増加させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，２３５，３４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は，改善されたスマートアンテナを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば，駆動モノポールエレメントと，駆動モノポールエレメントの周りに環状に配置される寄生モノポールエレメントを含むアンテナが提供される。ここでは，寄生モノポールエレメントは屈曲した構造である。
本発明の一態様によれば，請求項１で規定されるアンテナ装置が提供される。
【００１１】
寄生モノポールエレメントを曲げることの長所は，これらのエレメントの高さを減らすことができ，それによって，アンテナ装置自体の高さを減らすことである。
【００１２】
好都合なこととして，寄生モノポールエレメントは，駆動モノポールエレメントの方に向かって曲げられる。好ましい実施形態において，各々の寄生モノポールエレメントは，駆動モノポールエレメントに平行または実質的に平行である部分を持っている。寄生エレメントと駆動モノポールエレメントの間の距離を減らすことによって，及び／又は，駆動エレメントに平行である各々の寄生エレメントの一部を提供することによって，駆動及び寄生モノポールエレメントの間の容量性カップリングが，最適化され得る。
【００１３】
好都合なこととして，駆動モノポールエレメントが，その先端にディスクを備えている。ディスクは，結合のキャパシティを改善し，それによって，アンテナ装置のサイズの減少を可能にする。
【００１４】
好ましい実施形態において，６つの寄生モノポールエレメントが提供される。好都合なこととして，寄生結合エレメントが，実質的に６０°の放射間隔で，相互に間隔を置いて配置される。
【００１５】
好都合なこととして，アンテナ装置は，接地スリーブを含み，その上にモノポールエレメントを装備している。
【００１６】
好ましい実施形態において，接地スリーブはそのスリーブのどちらの端にも第１および第２の接地板を含み，各々の接地板は駆動及び寄生モノポールエレメントのそれぞれのセットを含む。このように，一つの接地スリーブは，異なる方向で異なるビームを生み出すことができる，２つの異なる効果的なアンテナエレメントを支え得る。別の実施形態において，それら２つのアンテナエレメントが，類似したビームを生み出すことができる。
【００１７】
好ましくは，接地スリーブは波長の１／４の深さと波長の３／１６の半径を持ち，それに対して装置は調節される。好ましくは，駆動モノポールエレメントは，チューブの１／８の高さを持ち，寄生モノポールエレメントは，異なる方向の波長の１／４の長さを持し，駆動モノポールエレメントの最大の高さと均衡を保つために屈曲する。
【００１８】
いくつかの実施形態において，誘電体天板が駆動及び寄生モノポールエレメントの先端（上端）と接触して置かれてもよいとされている。そのような誘電体被覆は，モノポールエレメントを保護する機能を有し，特にアンテナ装置の実際的利用の間，お互いの相対的な位置を保護する機能を有する。
【００１９】
好ましい実施形態は，密接に結合した駆動エレメントと寄生エレメントによって導入されるコンデンサの負荷を用いることにより、小さなＥＳＰＡＲアンテナを提供することができる。さらに，特定の実施形態においては，２．４ＧＨｚから２．５ＧＨｚまでの周波数帯をカバーする，コンパクトな電子走査導波器アレイ（ＥＳＰＡＲ）アンテナを提供し得る。上部のディスクを装填したモノポールと折り曲げられたモノポールの構造は，ＥＳＰＡＲアンテナの高さを減らすために使用される。上部のディスクを装填したモノポールと折り曲げられたモノポールの高さは，従来のＥＳＰＡＲアンテナの高さである１／４波長よりかなり小さく，１／８波長未満になるよう減らされてきた。さらにまた，駆動エレメントと寄生エレメントの間の距離，すなわちＥＳＰＡＲモジュールの半径も減らされる。好ましいＥＳＰＡＲモジュールは，そのコンパクトさにもかかわらず，４．０１ｄＢｉの利得と１３．９ｄＢの前後比を成し遂げる。ビーム形成は，寄生エレメントが中央駆動エレメントを囲む一連の可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｅｒｓ）のリアクタンス負荷を調節することによって，達成される。
【００２０】
ここで教示される好ましい実施形態は，キャパシタンス負荷を除く代わりに，アンテナの寸法を減らすため，キャパシタンス負荷の長所を活かす折り曲げられたモノポールＥＳＰＡＲアンテナデザインを利用する。
【００２１】
本発明の実施形態は，添付図面を参照にして，例としてのみ，以下に記述される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は，スマートアンテナの好ましい実施形態の側面図である。
【図２】図２は図１の実施形態の平面図である。
【図３】図３は，図１および２のアンテナの実施形態についての９０°での放射パターンを表す。
【図４】図４は，図１および２のアンテナの実施形態についての１２０°での放射パターンを表す。
【図５】図５は，図１および２のアンテナの実施形態についての９０°での測定された放射パターンを表す。
【図６】図６は，アンテナ構造の好ましい実施形態についての１８０°で形成される消失（ｎｕｌｌ）と９０°での望ましい信号とを表す。
【図７】図７は，６つの主要パターンまたは副主要パターンからの直立面での放射パターンの例を表す。
【図８】図８は，図１および２の装置のモノポールセットの１つから信号を導きそして引き出すように利用される回路の実施形態を，ブロックダイアグラム形式で表す。そして，
【図９】図９は，図８に示されるバッファー５８の回路の実施形態を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
平行な，垂直な，そして，まっすぐな等の特徴への言及は，実質的に平行な，実質的に垂直な，実質的にまっすぐであることなどを含むことが，以下の記述で理解される。
【００２４】
図１を参照すると，ＥＳＰＡＲ構造に基づく小さなスマート電気アンテナであるスマートアンテナ１０の好ましい実施形態が示されている。好ましい実施形態において，アンテナ１０は，銅でおおわれた中空円筒形体である接地スリーブ１２を含む。実質的に平らな端板（ｅｎｄ  ｐｌａｔｅｓ）１４，１６は，接地スリーブ１２のどちらかの端に備わり，反対の方向に向けられている。端板（ｅｎｄ  ｐｌａｔｅｓ）１４，１６は，実質的に円形でディスク型の形である。
【００２５】
各々の端板（ｅｎｄ  ｐｌａｔｅｓ）１４，１６の上に，複数のモノポール構造１８，２０，２２，２４が備わっている。図１および２で見られるように，上部の端板（ｅｎｄ  ｐｌａｔｅｓ）１４を参照にすると，ディスク１４の中心に，上部のディスク１４の平面に対し垂直にまっすぐのびる中央駆動アンテナモノポールエレメント１８が提供される。そのアンテナエレメント１８の先端に，接地面１４に平行な上部のディスクエレメント１９が提供される。
【００２６】
中央のモノポールアンテナエレメント１８は，アンテナ構造１０の駆動エレメントを形成する。一連の寄生モノポールエレメント２０は，中央のモノポールエレメント１８のまわりに，規則的な配列で配置されている。この実施形態において，６つの寄生モノポールエレメント２０が提供され，放射状に６０°に相互に間隔を置いて配置され，中央のエレメント１８のまわりに円形配列で配置される。
【００２７】
各々のモノポールエレメント２０は，中央駆動エレメント１８の方へ曲げられている。示されている実施形態において，各々の曲がったエレメント２０は，折り曲げられた立体配置であり，（ｉ）接地ディスク１４から垂直にのびて，それ故に，駆動モノポール１８と並んでいる基底エレメント２６，（ｉｉ）中央モノポール１８の方へ放射状にのびており，接地面１４に平行であるアーム部分２８，及び，（ｉｉｉ）基底エレメント２６と中央モノポール１８に平行なディペンディングフィンガー（ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ  ｆｉｎｇｅｒ）３０を含んでいる。
【００２８】
別の接地面ディスク１６のモノポール構造は，ディスク１４のそれらに類似しており，それ故，ここでは，これ以上詳細には記述しない。
【００２９】
ここで教示されるような，上部ディスクが載っているモノポール１８と折り曲げられたモノポール２０を用いることによって，アンテナ構造１０のコンパクトサイズ化が成し遂げられ得る。上部ディスクが載っているモノポール１８は，折り曲げられたモノポール２０が寄生エレメントとして使われている間，中央駆動エレメントとして使われる。折り曲げられたモノポール２０は，強結合とキャパシタンス負荷を提供するために，中央駆動モノポールの方へ曲がっている。
【００３０】
ＲＦ前端は，１８０°の電力分割器を通して上部ディスクを装填したモノポール１８と２２につながっている。上部ディスクを装填したモノポール１８，２２は駆動エレメントとして動く。それらは，１／８波長の高さを有する。その旋回半径は１／４波長未満で，この例においては３／１６の波長である。
【００３１】
各々の中央駆動エレメント１８，２２，即ち，上部にディスクを装填したモノポール１８，２２は，５０オームのＲＦポートにつながっている。
【００３２】
折り曲げられたモノポール２０，２４は，中央駆動エレメントに対して６０°の分離角度で，それらのそれぞれの駆動エレメント１８，２２を旋回する寄生エレメントとして働く。接地スリーブ１２は，１／４波長の高さと３／１６波長の半径を持つ。
【００３３】
従って，図１で示され得るように，アンテナ１０の好ましい実施形態は，上部にディスクを装填したモノポール１８，２２と１／８波長未満の折り曲げられたモノポール２０，２４のための高さを有する。ここで，折り曲げられたモノポール２０，２４の全長は，１／４波長よりわずかに長く，駆動エレメント１８，２２と寄生エレメント２０，２４の間の距離は，１／４波長未満である。
【００３４】
アンテナ１０は，その部品の寸法の選択によって，特定の周波数に調節される。それは，関連する波長に設計されることによって，周波数の大きな範囲にまで調節され得る。
【００３５】
図２の平面図を参照にすると，制御電圧は，各々の寄生モノポール２０，２４に備えられる直流供給系統（ＤＣ−ｆｅｅｄｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋ）３０を通して，可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）のようなリアクタンス性成分（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）に印加される。折れ曲がった寄生モノポールを地面に直列でつなぐ可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）上に印加される電圧を調節することによって，パターン操縦（ｐａｔｔｅｒｎ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ）とビーム形成が実行される。このことは，以下でさらに詳細に記述される。
【００３６】
寄生エレメント２０，２４は，パターン多様性に寄与するだけでなく，サイズの減少にも寄与する。提案したアンテナのアイデアは，大きなキャパシタンス負荷を提供することによって，モノポールのサイズを減らすことである。キャパシタンス負荷を増やすために，駆動エレメントと寄生エレメントの間の距離は縮められ，そして，それ故，ＥＳＰＡＲアンテナの半径は減らされる。
【００３７】
駆動エレメント１８，２２と寄生エレメント２０，２４の間の短縮された距離のために，最大利得は犠牲にされてきた。しかし，駆動エレメントと寄生エレメントの間の距離が１／４波長である時，利得は最適化される。
【００３８】
接地スリーブ平面１２の高さは，１／４波長であり，そして，これはＥＳＰＡＲアンテナの主ビームを水平面に向けて調節するのに用いられる。接地スリーブ平面１２が無い場合は，主ビームは垂直面で仰角になる。
【００３９】
図１および２で示されるアンテナ装置１０の実施形態は，上下のモノポールセットが異なるアンテナ機能を提供するように作動し得る二重アンテナ構造であることが認識されている。例えば，より下のモノポール構造が他のユーザーの方向に第二のビームを向けるために用いられる間，上部のモノポール構造は通信基地局の方向にビームを向けるために用いられる。そのような二重アンテナ設計は，共通の接地スリーブ１２を使用している間，同時に異なるビームを操縦することを提供するのに非常に役立ち，それ故に，アンテナ構造によって占有される空間をさらに最小化している。
【００４０】
他の実施形態において，アンテナ装置１０は接地スリーブ１２の一端で１セットのモノポールだけを備えることができ，それ故に一つの操縦可能なビームを提供し，そしてそれにより，より単純な構造を提供する。同様に，２セットのモノポールを有する配置は，それらに類似した電気信号を供給することによって同一形式のビームを発生するために準備される。
【００４１】
シミュレーションと測定
まず初めに，ＥＳＰＡＲアンテナの好ましい実施形態が，ＣＳＴ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｔｕｄｉｏでシミュレーションされた。その入力インピーダンス整合は，６つの主要パターンと６つの副主要パターンに対して最適化される。主要パターンは，２５Ｖの制御電圧で作動する１つの可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒ）と，１．４Ｖの制御電圧で作動する他の５つの可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）として定義される。６つの寄生エレメント２０，２４の位置は，３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°と３３０°で定義される。それら６つの主要パターンの方向は，相応して，３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°と３３０°である。
【００４２】
副主要パターンは，２０Ｖの制御電圧で作動する２つの可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）と，１．４Ｖの制御電圧で作動する４つの他の可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）として定義される。６つの寄生エレメントの位置は，３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°と３３０°で定義される。それら６つの主要パターンの方向は，相応して，０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°と３００°である。
【００４３】
式（１）に自己入力インピーダンスと相互インピーダンスを代入することによって，各々のアンテナエレメントの表面電流Ｉが計算される。
【００４４】
【数１】
2013511186.tif 000003
【００４５】
式（１）において，ＺＡは，リアクタンス負荷無しでの，インピーダンス行列である。ここで，ＺＬは，可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）が制御電圧によって調節される時の装荷インピーダンス行列であり，Ｖはポート電圧である。
【００４６】
表面電流ベクトルＩを式（２）に代入することによって，距離ｒ及び方位qでのＥフィールドパターンが，計算され得る。
【００４７】
【数２】
2013511186.tif 000004
【００４８】
ここでのα（q）は，式（３）によって定義されるステアリングベクトルである。
【００４９】
【数３】
2013511186.tif 000005
【００５０】
式１〜３は，アンテナの好ましい実施形態の遠視野像を計算してビーム形成アルゴリズムを証明するための数値モデルを創るために，Ｍａｔｌａｂで実装した。
【００５１】
主要パターンプロット
９０°に位置する主要パターンの１つは，図３に示される。点線３２は，Ｍａｔｌａｂで数値モデルに基づいた相互インピーダンスと自己インピーダンスから計算される放射パターンである。線３４は，ＣＳＴ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｔｕｄｉｏでシミュレートされた実現利得を示し，そして，線３６は，測定室で測定されたアンテナ利得を示す。
【００５２】
図３は，測定されたパターンがシミュレートされたパターンに良く一致し，そして，測定された利得の最大利得が，３．３０ｄＢｉであることを示している。測定された主要パターンの前後比は，１１．３０ｄＢである。
【００５３】
図３に示されるパターンは，制御電圧を調節することよって，３０°，９０°，１５０°，２１０°，２７０°及び３３０°で成し遂げられ得る。
【００５４】
副主要パターンプロット
１２０°に位置する副主要パターンの１つは，図４に示される。点線３８は，Ｍａｔｌａｂで数値モデルに基づく相互インピーダンスと自己インピーダンスから計算される放射パターンである。線４０は，ＣＳＴ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｔｕｄｉｏでシミュレートされた実現利得を示し，そして，線４２は，測定室で実際に測定されたアンテナ利得を示す。
【００５５】
副主要パターンの測定された利得は３ｄＢｉであり，前後比は１０ｄＢである。図４に示されるパターンは，可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）に印加される制御電圧を調節することによって，０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°，及び３００°で成し遂げられ得る。
【００５６】
拡張された主要パターンプロット
前後比を増加するために，バックローブキャンセル計算が，Ｍａｔｌａｂでプログラムされる数値モデルを用いて実行されてきている。同様に，バックローブキャンセル方法が，研究されていきている。
【００５７】
計算によると，可変容量ダイオード（ｖａｒａｃｔｏｒｓ）に制御電圧ベクトル［２３Ｖ  １５Ｖ  ３Ｖ  ３Ｖ  ３Ｖ  １５Ｖ］を印加する時，バックローブは減らされる。同時に，利得は最適化される。セットアップされたそのような制御電圧の下で成し遂げられる放射パターンは，「拡張主要パターン」として定義される。
【００５８】
拡張主要パターンの放射パターンは，図５で与えられる。拡張モードの最大利得は４．０１ｄＢｉであり，そして，前後比は１３．９０ｄＢである。
【００５９】
適応ビーム形成
適応ビームステアリング法は，ＥＳＰＡＲアンテナが望ましい信号の方向を推定し，望ましい信号の方へメインローブを形成し，自動的に電波障害の方向で消失を形成することを可能にする。好ましい実施形態において，ＥＳＰＡＲアンテナに適用される適応アルゴリズムは，非盲検アルゴリズム（ｕｎ−ｂｌｉｎｄｅｄ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）であり，それについて，適応アルゴリズムを実行するための基準信号が与えられる。記述の効率化と簡略化のために，見通し内伝搬（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）状況だけが記述され，多経路成分は記述されないが，当業者には明らかであろう。
【００６０】
まず初めに，その方法は，それら６つの主要パターンから最良の相互相関係数（ＣＣＣ）値を探索し，後に続く反復の出発点を決定する。出発点を決定した後に，その方法は，次に続くＣＣＣの最大勾配に沿って進むのを繰り返す。
【００６１】
最大利得は，望ましい信号の方向に必ずしも向いていない。好ましい方法では，干渉信号の方向での深い消失（ｄｅｅｐ  ｎｕｌｌ）を成し遂げるために，望ましい信号の方向での最大利得が犠牲にされる。
【００６２】
制御電圧ベクトルは，測定室で測定される時，記録され，ＥＳＰＡＲアンテナ１０に印加される。測定室でパターン計測を実行する時，印加されるトレーニング信号はない。セットアップされた同じ制御電圧について，ＣＳＴでシミュレートされたパターンと比較する測定パターンが，図６に示される。
【００６３】
図６で，点線４４は，Ｍａｔｌａｂで数値モデルに基づく相互インピーダンスと自己インピーダンスから計算される放射パターンである。線４６は，ＣＳＴでシミュレートされた実現利得を示し，そして，線４８は，測定室で測定されたアンテナ利得を示す。
【００６４】
制御電圧ベクトルは，以下のとおりであった。
［２０Ｖ  １２Ｖ  １０Ｖ  １．４Ｖ  １．４Ｖ  ５Ｖ］  
【００６５】
図７は，６つの主要パターン又は副主要パターンからの，直立面での放射パターンの例を示す。
【００６６】
回路
ここで開示されるアンテナ装置１０についての回路は，上記の技術を考慮すれば，当業者には明らかであるに違いない。しかし，完全性のために，図８および９に示す。
【００６７】
まず，図８を参照すると，図１および２の装置のモノポールセットの１つから信号を動かし，そして引き出すために使用される回路の実施形態がブロックダイアグラム形式で示されている。回路は，トランシーバー５２に結合しているアンテナ装置１０のモノポール１８，２０又は２２，２４から，供給体（ワイヤー）５０を含む。トランシーバー５２は，アンテナ１０に操縦信号を供給するよう作用するデジタル信号処理コントローラ５４に結合しており，６チャンネルデジタルを通して，アナログコンバータ５６と６チャンネルバッファー５８に結合している。バッファー５８についての回路の実施形態は，図９に示されており，そのコンポーネントは当業者には理解可能である。
【００６８】
表１は，ここで教示されるアンテナ構造の好ましい実施形態と標準的な１／４波長ＥＳＰＡＲアンテナとの間のサイズの比較を示す。スペースの節減が顕著であることがわかる。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
上記の実施形態は，６つの寄生モノポールアンテナ配置に関連して記述されてきた。６つのモノポールエレメント２０，２４の利用は，これがパワーと操作性との間の最適なバランスを与えるので，好ましい。しかし，例えば，３，４，８又は１２のような，異なる数のモノポールエレメント２０，２４が使われてよいことが想定される。他の数の寄生モノポールが，特殊用途に依存して使われても良い。
【００７１】
好ましい実施形態は，駆動モノポール１８，２２に平行な部分といわゆる直角のＪ形を有するように曲げられる寄生モノポール２０，２４を利用することもできる。他の実施形態において，寄生モノポールは，カーブしたような他の形を有することもできる。しかし，寄生モノポール２０，２４は，駆動モノポール１８，２２に平行である，少なくとも１つの区間／部分を持つことが好ましい。なぜなら，これが容量結合を最適化するからである。このことに関して，平行部分又は区間が駆動モノポール１８，２２に最も近いことが好ましい。
【００７２】
他の変更及び応用が，以下で詳細に記述されるとおりにすることができる。
【００７３】
アンテナサイズを減らす新規技術は，高い誘電率を有する誘電体負荷やメタマテリアル（ｍｅｔａ−ｍａｔｅｒｉａｌ）構造等を利用することによって研究されてもよい。
【００７４】
さらにサイズを小さくし，スマートアンテナの効率を改善するために，アクティブ集積アンテナ技術が研究されてよく，そこでの，アンテナ，ＲＦ増幅回路及びＲＦミキサ回路が共に集積されて，それによって，システムにおける回路損失が最小となる。
【００７５】
リアクタンス素子とその結果のアンテナの放射パターンの最適制御のために，ロバストＤＳＰアルゴリズムが研究されてよく，ＤＳＰハードウェア実装はＦＰＧＡを利用するであろう。
【００７６】
発明者はまた，ここで教示したもののより広い利用若しくは発展を予見している。以下は，低コストでコンパクトなＥＳＰＲＡスマートアンテナに関するターゲットとされるマーケットにおける，適用アイデアを提供しようと目指している。
【００７７】
無線通信マーケットの急速な発展は，最も効果的な方法で，利用可能なスペクトルの性能と使用法を改善するように研究されている新技術において，巨大な需要をもたらしてきた。望まれるユーザーの方への最大放射を形成し，電波障害の方向で消失（ｎｕｌｌ）を形成することによって，スマートアンテナ技術は，範囲を広げ，効率を増加させる能力を有する。その結果として，ほとんどすべての無線通信技術に対して無線通信接続の性能を向上させている。技術の取り込みの決定要因は製品の価格でなく，従って，製品の充填度がスマートアンテナの採用を誘発している。無線技術として定義されるソフトウェアと共にスマートアンテナ技術は，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標），Ｗｉ−Ｆｉ，ＵＷＢ及びＷｉＭＡＸを単一装置パッケージに集積することができる。ブロードバンドアクセスソリューションの必要条件が，マーケットに出現し始め，そして，企業は，いくつかの無線プロトコルを同じ装置に集積する可能性を考慮するよう強いられている。今日，ヨーロッパ，アメリカと日本の企業は，スマートアンテナ技術が約束する利益を獲得するために，最高潮の段階にある。以下の適用は，低コストでコンパクトなサイズのＥＳＰＡＲアンテナに対して関係づけられる。
【００７８】
ＷｉＭＡＸ
ＷｉＭＡＸは，今日，スマートアンテナ技術にとって最強の推進力の１つである。さらにまた，３Ｇと比較してＷｉＭＡＸスペクトルの低コストは，ＷｉＭＡＸを有する無線サービスの分野に参入するサービスプロバイダにとって明らかな推進力である。コスト／Ｈｚにおけるこの違いは，特にヨーロッパで著しく，そこでの平均３Ｇスペクトルのコスト／Ｈｚは，平均的なＷｉＭＡＸスペクトルのコスト／Ｈｚより３５３倍高い。
【００７９】
Ｗｉ−Ｆｉ通信／無線ＬＡＮ
スマートアンテナ技術は，範囲の拡張とキャパシティ利得を約束し，それ故に，無線ＬＡＮホットスポットアプリケーションでのスマートアンテナの採用の推進を約束し得る。さらにまた，ＭＩＭＯは無線ＬＡＮ範囲拡張アプリケーションにおいて広まるであろう。
【００８０】
３Ｇ通信基地局／塔
通信マーケットにおいて，スマートアンテナは，ＣＤＭＡ混信除去と３Ｇ送受器と通信基地局／塔へのキャパシティの拡張を提供する。
【００８１】
ＤＶＢ−Ｔ−受信
ＥＳＰＡＲスマートアンテナは，広帯域特性を持つように改善され，それ故，携帯用の地上デジタルビデオ放送（ＤＶＢ−Ｔ）受信器としての適用に適当である。
【００８２】
携帯型無線通信端末
携帯性が携帯型無線通信端末にとって鍵となる必要条件であるので，アンテナの寸法は重要になるであろう。
【００８３】
ＲＦＩＤアプリケーション
ＥＳＰＡＲアンテナは，ＲＦＩＤタグ読取りシステムの領域において，読取り速度，衝突軽減，品目の位置探査とＲＦＩＤシステムのキャパシティの改善に，非常に寄与することができるであろう。
【００８４】
衛星通信と衛星間通信
本ＥＳＰＡＲデザインは，直線偏波を有する。現行のデザインの円偏光な小さなスマートアンテナへの拡張／修正は，衛星通信と衛星間通信に対して，ビーム操縦と空間配備の適用において非常に役立つ。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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