(57)【要約】  優れたセクタ電力比（ＳＰＲ）を有する二重偏波可変ビーム・チルト・アンテナ。アンテナは、導波器を含む傾斜４５°ダイポール放射素子を有してもよく、また、アンテナ照準を下方に傾けるために、複数の傾いた素子トレイの上に設けられてもよい。導波器は、個々のダイポール放射素子の上方またはその周りに設けられてもよい。アンテナは、２０ｄＢを越えるビームＦ／Ｓ比、４０ｄＢを越える水平ビームＦ／Ｂ比、および高いロールオフを有し、拡張された周波数範囲にわたって動作可能である。
2008507163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを生成するように適合された少なくとも１つの傾斜４５°ダイポール放射素子と、
前記ビームのセクタ電力比（ＳＰＲ）を改善すると共に同等のビーム幅３ｄＢを維持するように適合された、前記少なくとも１つのダイポール放射素子に近接して設けられた少なくとも１つの導波器とを備えるアンテナ。
【請求項２】
前記アンテナが１０％未満のセクタ電力比を有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナが５％未満のセクタ電力比を有する、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記アンテナが２％未満のセクタ電力比を有する、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
少なくとも２つの前記導波器を備える、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記導波器の少なくとも２つが互いに平行である、請求項５に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記導波器の少なくともいくつかが互いから均一に間隔を空けられている、請求項５に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記導波器の１つが、隣接する前記導波器よりも前記放射素子に近接して間隔を空けられている、請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記放射素子がクロス・ダイポール放射素子である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記導波器が少なくとも２つの部材を有する、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記部材が、垂直方向で前記クロス・ダイポール放射素子に平行な十字形の部材である、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの導波器が多角形状のリングを含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記放射素子の上に設けられた複数の多角形状のリングをさらに含む、請求項１２に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記多角形状のリングが同心である、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記多角形状のリングが共通の直径を有する、請求項１４に記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記多角形状のリングが異なる直径を有し、先細になった導波器を形成する、請求項１４に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記部材が異なる長さを有し、先細になった導波器を形成する、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記アンテナが少なくとも２０ｄＢの前方側方比（Ｆ／Ｓ比）を有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記アンテナが少なくとも４０ｄＢの前方後方比（Ｆ／Ｂ比）を有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項２０】
「倒れたドミノ牌」の配列で構成された複数の傾いた接地面と、
前記接地面の上方に設けられ、照準の下方チルトを規定するように構成された複数のダイポール放射素子とを備えるアンテナ。
【請求項２１】
前記アンテナがビームの下方チルトを有し、前記複数のダイポール放射素子に結合され、かつ前記アンテナのビームの下方チルトを選択的に調整するように適合された給電ネットワークをさらに備える、請求項２０に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記照準の下方チルトが、ビームの下方チルト全体のほぼ中間点で規定される、請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記接地面が互いから固定の距離で設けられる、請求項２２に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記ダイポール放射素子が対にまとめられ、少なくとも１つの前記対が前記接地面それぞれの上に規定される、請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２５】
背面とトレイの上方に設けられた少なくとも１つの接地面とを有するトレイの上に設けられた放射素子を備え、前記トレイが、前記接地面から間隔を空けられ、それとの間に隙間を規定する側壁を有するアンテナ。
【請求項２６】
前記隙間が、前記トレイの前記背面を流れるＲＦ電流を低減するように構成されたＲＦチョークを形成する、請求項２５に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記ＲＦチョーク内に設けられたＲＦ吸収体をさらに備える、請求項２６に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記トレイ側壁の高さが前記アンテナのＦ／Ｂ比を向上させるように構成された、請求項２５記載のアンテナ。
【請求項２９】
前記接地面間のＲＦ電流結合を低減するように適合された、前記接地面の後方に設けられたＲＦ吸収体をさらに備える、請求項２５に記載のアンテナ。
【請求項３０】
第１の周波数で第１のビームを生成するように適合された、第１の傾斜４５°ダイポール放射素子と、
前記ビームのセクタ電力比を改善すると共に同等のビーム幅３ｄＢを維持するように適合された、前記第１の放射素子に近接して設けられた第１の導波器と、
前記第１の放射素子に近接して設けられ、第２の周波数で第２のビームを生成するように適合された第２の放射素子とを備える二重帯域アンテナ。
【請求項３１】
前記第２のビームの前記セクタ電力比を改善すると共に同等のビーム幅３ｄＢを維持するように適合された、前記第２の放射素子に近接して設けられた第２の導波器をさらに備える、請求項３０に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３２】
前記第１の導波器が少なくとも２つの部材を含む、請求項３１に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３３】
前記第２の導波器が少なくとも２つの部材を含む、請求項３２に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３４】
前記第１および第２の導波器が、前記第１および第２の放射素子の上にそれぞれ設けられた、請求項３３に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３５】
前記第２の放射素子が傾斜４５°マイクロストリップ環状リング放射素子を含む、請求項３０に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３６】
前記第１の放射素子が十字形の放射器を含む、請求項３０に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３７】
前記第２の放射素子が多角形状の放射器を含む、請求項３６に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３８】
前記第１の導波器が少なくとも１つの十字形の部材を含む、請求項３０に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項３９】
前記第２の導波器が少なくとも１つの多角形状の部材を含む、請求項３１に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４０】
前記第１の導波器が複数の前記十字形の部材を含む、請求項３７に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４１】
前記第２の導波器が複数の前記多角形状の部材を含む、請求項３７に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４２】
前記第２の放射素子が前記第１の放射素子を取り囲む、請求項３０に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４３】
前記第１の放射素子が十字形のダイポール放射素子を含む、請求項４２に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４４】
前記第２の放射素子が多角形を含む、請求項４２に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４５】
ビームを生成するように適合された傾斜４５°ダイポール放射素子と、
前記ビームを方向付けるための導波器手段とを備えるアンテナ。
【請求項４６】
前記導波器手段が、１０％未満の前記ビームのセクタ電力比を確立する、請求項４５に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４７】
前記導波器手段が、５％未満の前記ビームのセクタ電力比を確立する、請求項４５に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４８】
前記導波器手段が、２％未満の前記ビームのセクタ電力比を確立する、請求項４５に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項４９】
前記導波器手段が、少なくとも約４０ｄＢの前記ビームのＦ／Ｂ比を確立する、請求項４５に記載の二重帯域アンテナ。
【請求項５０】
前記導波器手段が、少なくとも約２０ｄＢの前記ビームのＦ／Ｓ比を確立する、請求項４５に記載の二重帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、２００４年６月４日出願の米国仮特許出願第６０／５７７，１３８、名称「アンテナ」の優先権を主張し、また本願は、２００３年７月３日出願の米国仮特許出願第６０／４８４，６８８、名称「ビーム導波器を備えたバラン・アンテナ」の優先権を主張する、２００４年１２月１６日出願の米国特許出願第１０／７３７，２１４、名称「最適化された水平ビーム放射パターンおよび可変の垂直ビーム・チルトを提供する広帯域二重偏波基地局アンテナ」の一部継続出願（ＣＩＰ）であり、さらに本願は、２００３年６月２６日出願の米国仮特許出願第６０／４８２，６８９、名称「アンテナ素子、多帯域アンテナ、および複数の装置と通信する方法」の優先権を主張する、２００３年１１月７日出願の米国特許出願第１０／７０３，３３１、名称「アンテナ素子、給電プローブ、誘電体スペーサ、アンテナ、および複数の装置と通信する方法」の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、アンテナの分野に関し、より具体的には無線通信システムで使用されるダイポール放射素子を有するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００３】
無線移動通信ネットワークの通信量に対する要求が増大し、サービスの有効範囲が拡大され、新たなシステムが展開されるのに伴い、ネットワークは継続的に展開され、改善されている。セルラ型通信システムは、より広いサービス・エリアの有効範囲を実現するために、一般にセルと称される１つのセクタまたはエリアを各々が扱う複数のアンテナ・システムが使用されることから、その名前が付いている。集合セルは、特定の無線通信ネットワークに対する総括的なサービス・エリアを構成する。
【０００４】
各セルを扱うのは、アンテナ・アレイと、それに付随する、セルを通信ネットワーク全体に接続するスイッチである。一般的には、アンテナ・アレイは２つのセクタに分割され、各アンテナが個々のセクタを扱う。例えば、アンテナ・システムの３つのアンテナが、約１２０°の有効範囲をそれぞれ有する３つのセクタを扱ってもよい。これらのアンテナは、一般に垂直に偏波され、ある角度の下方チルトを有しているので、アンテナの放射パターンは、顧客が使用する携帯送受器に向かって僅かに下方に向けられる。この所望の下方チルトは、地形および他の地勢によって決まる場合が多い。しかし、下方チルトの最適値は、必ずしも、実際に実装して試験を行う前に予測できるわけではない。したがって、実際のアンテナを実装する際に、各アンテナの下方チルトを特別に設定する必要が常にある。一般的には、大容量のセルラ型システムは、２４時間の期間内に再度最適化することが必要な場合がある。さらに、顧客は、所与の寸法での最大の利得が得られ、相互変調（ＩＭ）がほとんどないアンテナを求めている。したがって、顧客が、所与のネットワーク実装に対してどのアンテナが最良であるかを決める場合がある。
【０００５】
本発明のさらなる１つの目的は、指向性が改善され、かつセクタ分離が改善されて、セクタ電力比（ＳＰＲ）［Ｓｅｃｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ］の改善を実現する二重偏波アンテナを提供することである。
【０００６】
本発明の１つの目的は、最適な水平面放射パターンを有する二重偏波アンテナ・アレイを提供することである。１つの目的は、少なくとも２０ｄＢの水平ビーム前方側方比（Ｆ／Ｓ比）［ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｂｅａｍ  ｆｒｏｎｔ−ｔｏ−ｓｉｄｅ  ｒａｔｉｏ］および少なくとも４０ｄＢの水平ビーム前方後方比（Ｆ／Ｂ比）［ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｂｅａｍ  ｆｒｏｎｔ−ｔｏ−ｂａｃｋ  ｒａｔｉｏ］を有し、ロールオフが改善された放射パターンを提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、１２０°の水平セクタにおいてｃｏ−ｐｏｌ対ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌ比を最小限の１０ｄＢに抑え、交差偏波特性が最適化されたアンテナ・アレイを提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、水平パターンのビーム幅が５０°〜７５°のアンテナ・アレイを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、相互変調が最小化されたアンテナ・アレイを提供することである。
【００１０】
本発明の１つの目的は、拡張された周波数範囲にわたって動作可能な二重偏波アンテナ・アレイを提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる１つの目的は、調節可能な垂直面放射パターンを生成できる二重偏波アンテナ・アレイを提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、少なくとも３０ｄＢにポート間分離が向上したアンテナを提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、安価なアンテナを提供することである。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の目的は、＋４５°および−４５°の直線偏波を有する電磁波を送受信するための改善されたアンテナ・アレイによって提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照すると、最適な水平放射パターンおよび可変の垂直ビーム・チルトを有する広帯域二重偏波基地局アンテナ全体が、１０で示される。アンテナ１０は、双極子対１６の状態で配置された広帯域の傾斜４５°（ｓｌａｎｔ  ４５）クロス・ダイポール（ｘ−ダイポール）放射素子１４がその上に設けられた、複数の素子トレイ１２を含んでいることが分かる。素子トレイ１２はそれぞれ、傾けられて「倒れたドミノ牌」の配列で配置され、一対のトレイ支持体２０で支持されている。一体化された素子トレイ１２およびトレイ支持体２０は、外部トレイ２２の上かつその中で固定されており、図１および図２に示すように、トレイ支持体２０とトレイ２２の側壁との間に横方向に画定された側部に隙間がある。各トレイ素子１２は、図に示すように、個々の双極子対１６の接地面を規定する上面を有し、また、その上に間隔を空けて設けられ、双極子対１６のダイポール放射素子１４それぞれに給電する空気誘電性のマイクロストリップ線路３０をそれぞれ有する。複数の導電性のアーチ型ストラップ２６は、トレイ２２の側壁の間で固定されて、アンテナ１０に剛性をもたらすと共に、ダイポール放射素子１４間の分離を改善する。
【００１６】
図に示すように、一対のケーブル支持体３２が各トレイ素子１２の上方に延びている。支持体３２は、図４を参照しながら、より詳細に手短かに検討するように、ケーブル７６から空気誘電性のマイクロストリップ線路３０まで、また下に接着されたプリント回路基板５０上で規定されるマイクロストリップ給電ネットワークまでの、個々の低ＩＭ  ＲＦ接続ケーブル３４を支持する。
【００１７】
次に図２を参照すると、１つのトレイ支持体２０およびトレイ２２の側壁を部分的に破断して、「倒れたドミノ牌」の配列で構成された傾けられたトレイ素子１２が見えるようにした、素子トレイ１２の斜視図が示される。各トレイ素子１２は、この「倒れたドミノ牌」の配列で配置されているので、個々のダイポール放射素子１４のパターン照準を、例えばアレイの調整可能なチルト範囲の中間点とすることができる所定のダウンチルトで方向付けることができる。この例におけるアンテナ１０の所望の最大ビーム・スキント・レベルは、素子トレイ１２の傾きがない場合のように機械照準から約８°ずれるのではなく、一貫して機械照準から約４°下方に傾いている。本発明によれば、従来のやり方に対して、最大水平ビーム・スキント・レベルが約５°まで低減されており、これは、アンテナの広い動作帯域とチルト範囲とを考慮して十分に受容可能である。
【００１８】
やはり図２を参照すると、間にあるＲＦチョーク３６を規定する細長い間隙によって、トレイ支持体２０が隣接するトレイ２２の側壁それぞれから分離されていることが示される。物理的な幾何学的形状によって作られるこのチョーク３６は、外部トレイ２２の背面上を流れるＲＦ電流を有利に低減する。外部トレイ２２の背面上の誘導電流が低減されることで、後方への放射が直接低減される。放射Ｆ／Ｂ比を最大限にすることに関わるこのＲＦチョーク３６の重要な設計基準には、外部トレイ２２の折り畳まれた側壁３８の高さ、トレイ支持体２０の高さ、およびトレイ支持体２０とトレイ２２の側壁の縁３８との間のＲＦチョーク３６などがある。ＲＦチョーク３６は、放射素子１４の中心周波数のλ／４であることが好ましく、また、ＲＦチョーク３６は、空気誘電体内で内部反射が消去されるため、周波数によって決まる狭帯域を有し、チョークの帯域は中心周波数の約２２％である。
【００１９】
本発明のさらなる一実施形態によれば、ＲＦ吸収体３９をＲＦチョーク３６内に追加して、ＲＦチョークの周波数依存をより少なくし、それによってより広帯域のＲＦチョークを作成してもよい。ＲＦ吸収体３９は、ＲＦ反射波があればそれを遅らせかつ放散して、クロス・ダイポール・アンテナ１２によって生成される主ビーム放射に影響しないようにする炭素を、高い割合で含有するのが好ましい。傾斜４５°クロス・ダイポール・アンテナ１４は、図に示すように、ビームそれぞれが水平成分と垂直成分とを有する交差偏波した主ビーム放射を±４５°の配向で生成する。交差偏波は、それらの成分の大きさが３６０°にわたって均一かつ均等な場合に適当である。線状に配置されたクロス・ダイポール１４を備える、図１に示すパネル・アンテナ１０では、各ビーム配向の水平成分は、垂直成分よりも早くロールオフする。これは、各ビーム配向において垂直ビーム幅が水平ビーム幅よりも広く、また水平成分よりも垂直成分の方が各トレイ１２の縁部に沿って移動することを意味する。薄い金属のトレイ１２は表面積が限定されているため、その上の表面電流は、水平成分を主ビーム放射に反射し返しにくい。一方、個々のトレイ１２の縁部に沿って、階段状のバフル３５は多くの垂直成分ベクトル電流を含有しなければならない。有利には、ＲＦ吸収体３９をＲＦチョーク３６内に追加することによって、各ビーム配向の垂直成分は、クロス・ダイポール１４の主ビーム放射に反射し返すことによって最小限に抑えられる。このように、クロス・ダイポール１４は、その後方にリフレクタを有さない。
【００２０】
素子トレイ１２は、はんだ付け性のため、真ちゅう合金で作製し、すずめっき仕上げで処理するのが好ましい。素子トレイの主な働きは、図に示すように、放射素子１４を特定の配向で支持することである。この配向により、アンテナ１０の両方のポートに対して、より最適に均衡が取られた垂直および水平ビーム・パターンが提供される。さらに、この配向により、各ポート間の分離が改善される。また、素子トレイ１２は、同軸ケーブルとエアストリップの境界面でＲＦ接地点を提供する。
【００２１】
トレイ支持体は、アルミ合金で作製するのが好ましい。トレイ支持体の主な働きは、５つの素子トレイ１２を、水平パターンのビーム・スキントを最小限に抑える特定の配向で支持することである。
【００２２】
外部トレイ２２は、素子トレイ１２よりも厚いアルミ合金のシート材で作製するのが好ましく、また、外部環境条件による腐食を防ぐためにアロジン・コーティングで処理するのが好ましい。外部トレイ２２の主な働きは、内部アレイ構成要素を支持することである。第２の働きは、後方に向かう放射を最小限に抑えることで、放射されたＲＦ電力をアンテナ１０の前方セクタに向けて集中させ、それによって、上述したように、放射パターンのＦ／Ｂ比を最大にすることである。
【００２３】
次に図３を参照すると、図に示すように、放射素子１４の上方に設けられ、エアストリップ給電ネットワーク３０によって給電される、横方向に延びる寄生広帯域クロス・ダイポール導波器４０をＮ個有する１つの放射素子１４が示される。Ｎは、１、２、３、４…であり、この実施形態ではＮは４に等しいものとして示す。寄生広帯域クロス・ダイポール導波器４０の上側の横方向に延びる部材は、好ましくは互いに均等に間隔が空けられ、帯域幅を広げるため、図に示すように上側の部材の長さがより短いことが好ましい。導波器４０の下側の部材は、放射素子１４により近接して間隔が空けられているので、有効なインピーダンスの適合を維持しながらパターンを拡張する形で、ＲＦエネルギーを導波器に適切に結合することができ、リフレクタとそれぞれ利得を生成する離間した素子とを有する八木・宇田アンテナとは異なり、導波器４０による利得はほとんど認められない。有利には、利得が認められるのではなく、ビーム幅３ｄＢの放射パターンを越えて改善されたパターンのロールオフが達成されると共に、同様のビーム幅３ｄＢが維持される。好ましくは、導波器４０の上側の素子は互いに約０．０３３λ（中心周波数）離間し、導波器の下側の素子は、非励振部材（ｐａｒａｓｉｔｉｃ）４２によって放射素子１４から約０．０２５λ（λは放射素子１４の設計における中心周波数の波長）離れている。
【００２４】
次に図４を参照すると、全体が５２で示されるマイクロストリップ容量性移相器システムが上に設けられた、１つの低損失プリント回路基板（ＰＣＢ）５０が示される。低損失ＰＣＢ５０は、個々の素子トレイ１２の背面に固定される。マイクロストリップ容量性移相器システム５２は、個々のケーブル３４を介して対向する一対の放射素子１４それぞれに結合され、それに給電する。
【００２５】
図４に示すように、各マイクロストリップ移相器システム５２は、個々のシフタ・ロッド６０によって回転軸５８の周りで円弧方向に調整可能な誘電体部材５４が下に固定された、移相器ワイパー・アーム５６を備える。シフタ・ロッド６０は、リモート・ハンドル（図示せず）によって長手方向に調整可能なので、移相器ワイパー・アーム５６および個々の誘電体５４を、一対の円弧状の給電路部分６２および６４にわたって選択的に位置決めして、そこを介して伝わる位相速度を調整することができる。シフタ・ロッド６０は、一対の非導電性スタンドオフ６６によって、ＰＣＢ５０から上方に間隔を空けてそれに固定される。低損失同軸ケーブル３４が、移相器システム５２と放射素子１４の間に電気接続を提供する主な伝送媒体として用いられる。利得性能は、アンテナ１０の放射素子１４にわたって位相と振幅の分布を緊密に制御することで最適化される。図４に示す非常に安定な移相器の設計により、この制御が達成される。
【００２６】
次に図５を参照すると、マイクロストリップ移相器システム５２それぞれが他の偏波アンテナ１４の１つに給電する、ケーブル給電ネットワークを示すアンテナ１０の背面が示される。入力端７２はポートＩと称され、−４５°偏波した傾斜用の入力端であり、入力端７４は、＋４５°偏波した傾斜用のポートＩＩ入力端である。ケーブル７６は、図４に示すように、移相器システム５２のそれぞれ１つに結合された給電路である。出力端１〜５として図示される移相器システム５２の出力端は、移相器５２システムの各出力端によって給電される双極子対１６を指す。
【００２７】
次に図６を参照すると、素子トレイ１２それぞれの下に置かれたＲＦ吸収体７８をさらに含むアンテナ１０が示され、ＲＦ吸収体７８は、アンテナ１０の後方で、移相器マイクロストリップ線路からの後方へのＲＦ放射があればそれを放散し、ＲＦ電流が移相器システム５２間で結合するのを防ぐように働く。
【００２８】
次に図７を参照すると、６９で示されるダイポール放射パターンを有する標準的な６５°パネル・アンテナに比べて、高いロールオフとＦ／Ｂ比を有する、本発明によるアンテナ１０によって達成される放射パターン全体が６８で示される。この高ロールオフの放射パターン６８は、一般的なダイポール放射パターン６９に対して大幅に改善されている。水平ビーム幅は、依然３ｄＢポイントで約６５°を保持している。
【００２９】
さらに、導波器４０を有する放射素子１４の設計によって、図７でＦ／Ｓレベルが２３ｄＢとして示されるアンテナの水平ビーム放射パターンが大幅に改善される。従来、クロス・ダイポール放射素子は、図７に示すように、約１７ｄＢのＦ／Ｓ比の水平ビーム放射パターンを生成する。本発明によれば、放射素子１４の上方で一体化された広帯域寄生導波器４０は、有利には、アンテナのＦ／Ｓ比を最大１０ｄＢ改善し、それは図７の例において６ｄＢΔとして示される。この改善されたＦ／Ｓ比の効果は、「高ロールオフ」設計と称される。この実施形態では、放射素子１４およびクロス・ダイポール導波器４０は、有利には、より多くの利得を獲得し、それによって水平ビーム幅を低減するためにより多数の導波器を有する、従来のあらゆる八木・宇田アンテナと異なり、アンテナの３ｄＢポイントで約６５°の水平ビーム幅を維持する。
【００３０】
やはり図７を参照すると、アンテナ１０の良好なＦ／Ｂ比が示される。図に示すように、パネル・アンテナ１０は、後方ローブが大幅に低減され、したがって約４０ｄＢのＦ／Ｂ比を達成している。さらに、アンテナ１０は、標準的な６５°パネル・アンテナの２６ｄＢと比べて、約４０ｄＢの隣接セクタ・アンテナ間分離を有する。やはり図７から分かるように、後方ローブが大幅に低減されたことで、本発明において「無放射円錐」と称される１２０°のセクタ非干渉区域が放射ローブの後に設けられる。
【００３１】
次に図８Ａおよび８Ｂを参照すると、３セクタ・サイト（ｔｈｒｅｅ  ｓｅｃｔｏｒ  ｓｉｔｅ）で用いられた場合の本発明のいくつかの利点が示される。図８Ａは、３セクタ・サイトで使用される標準的な６５°フラット・パネル・アンテナを示し、図８Ｂは、３セクタ・サイトで使用される標準的な９０°パネル・アンテナを示す。これらのアンテナの放射パターンは大幅に重なり合っているため、セクタ分割が不完全になり、これは、ハンドオフがよりソフトになり、信号が干渉され、通話が切断され、容量が低減される機会が増大することを示す。
【００３２】
次に図９Ａおよび９Ｂを参照すると、３セクタ・サイトで用いられる、それぞれ本発明による６５°パネル・アンテナおよび９０°パネル・アンテナを使用する本発明の技術的利点が示される。図９Ａに関して、アンテナの放射ローブの重なりが大幅に低減され、それによってはるかに小さいハンドオフ・エリアが実現していることが示される。これにより、通話の質が劇的に改善され、さらに、サイト容量が５〜１０％向上する。
【００３３】
再び図７を参照すると、１２０°の放射セクタを越えて延びる望ましくないローブが、図８Ａ〜８Ｂおよび図９Ａ〜９Ｂに示すように、隣接するアンテナ放射パターンとの重なりを作り出す。１２０°の前方セクタの縁部外側にあるローブに供給される望ましくない電力と、この１２０°のセクタ内に供給される望ましい電力との比較により、セクタ電力比（ＳＰＲ）と称される比が規定される。有利には、本発明は２％未満のＳＰＲを達成し、この際ＳＰＲは次式によって定義される。
【００３４】
【数１】
2008507163.tif 000003
【００３５】
このＳＰＲは、標準的なパネル・アンテナに対して大幅に改善されており、本発明の技術的利点を表す１つの基準である。導波器４０は、９０Ωでインピーダンスがマイクロストリップ線路３０に一致するが、このインピーダンスに対する制限は示されていない。放射素子１４およびクロス・ダイポール導波器４０は、９０Ωでのソース・インピーダンスおよび適合するネットワークのソース電圧で発生する共通の瞬間電磁結合を有する。他の多くのシステム・レベルでの性能上の利点は、セクタ間拒絶が向上したことによって、ソフト・ハンドオフ機能が改善され、同一サイト（ｃｏ−ｓｉｔｅ）チャンネル干渉が低減され、基地局システムの容量が向上した、この高ロールオフ・アンテナ設計を組み込むことによって得られる。
【００３６】
次に図１０を参照すると、１つの傾斜４５°クロス・ダイポール放射素子１４と、図１１を参照して簡単に後述される、前記ダイポールを取り囲む傾斜４５°マイクロストリップ環状リング（ＭＡＲ）放射器９４とを含む、帯域二重極アンテナ（ｂａｎｄ，ｄｕａｌｐｏｌ  ａｎｔｅｎｎａ）８０を備える、本発明の別の好ましい実施形態が示される。この実施形態では、アンテナ８０は、放射素子１４の上方に設けられたＮ個の環状（リング様）導波器８２を含み、この際、Ｎは１、２、３、４…である。Ｎ個の導波器８２は、同心のリングとして示される、垂直方向に離間した平行な多角形状の部材として構成されるが、導波器８２のこの幾何学的形状に対する制限は示されていない。図１３に示すように、導波器の他の幾何学的形状が使用されてもよい。
【００３７】
リング導波器８２は、対応するダイポール放射素子１４と作用して、改善されたロールオフと共にアンテナ１０のＦ／Ｓ比を向上させる。リング導波器８２は、好ましくは、対応するｘ−ダイポール放射素子１４の上方で均一に間隔が空けられ、上にあるリング導波器８２ほど円周が徐々に小さくなっている。リング導波器８２は、互いに比較的近接した間隔を維持して、非導電性のスペーサ（図示せず）によって分離され、間隔は好ましくは０．１５λ未満である（λはアンテナ設計の中心周波数の波長）。さらに、リング導波器８２一式は、最下位にある導波器８２と対応するダイポール放射素子１４の頂部との間で、好ましくは０．１５λ未満の比較的近接した間隔を維持する。成型品および電気絶縁クリップなど、一組の平坦な導波器８２を構築する様々な方法がある。
【００３８】
一組の積み重ねられたリング導波器８２は、均等な円周のリングから成ると共に、改善されたロールオフの同様の性能を維持してもよく、これは、上述したシステムの利点と共に改善されたＳＰＲをもたらすと同時に、同様のビーム幅３ｄＢを維持する。
【００３９】
次に図１１を参照すると、積み重ねられたマイクロストリップ環状リング（ＭＡＲ）放射器９４の上方に設けられた一組の導波器リング９２を含む、二重帯域アンテナが９０で示される。この図では、対になって配置された、ＭＡＲ放射器９４の二重直交偏波を給電する４つの給電プローブ９６（２つの平衡した給電ペア）がある。本発明のこの実施形態の導波器９２は、図に示すように、個々のＭＡＲ放射器９４の上方に積み重ねられた薄いリングである。有利には、この二重帯域アンテナ９０もまた、ビーム幅３ｄＢを越えて素子パターンのロールオフを改善しているので、同等のビーム幅３ｄＢを維持しながらＳＰＲを向上させる。
【００４０】
次に図１２を参照すると、リング導波器８２および９２を有する二重帯域アンテナ１００が示される。ＭＡＲ放射器９４の上方のリング導波器９２も、ｘ−ダイポール放射素子１４と相互作用し、ｘ−ダイポール放射素子のビーム整形をある程度助けるが、それには、ビーム幅３ｄＢの外側の主ビームのロールオフを改善し、またＦ／Ｂ放射を改善することが含まれ、それが、同様のビーム幅３ｄＢを維持しながら上述したＳＰＲの改善とシステムの利点をもたらす。
【００４１】
ＭＡＲ放射素子９４とｘ−ダイポール放射素子１４はどちらも、その上方にリング導波器をそれぞれ有する。ｘ−ダイポール放射素子１４のリング導波器８２も、ＭＡＲ放射器９４のリング導波器９２に対して同心である。導波器について上述したのと同様の利点が、この場合も周波数帯域ごとに当てはまる（すなわち、ビーム幅３ｄＢを越えるロールオフの改善およびＳＰＲの改善につながるＦ／Ｂ比。
【００４２】
次に図１３を参照すると、導波器８２および９２の他の適切な幾何学的形状が示されるが、円形のリング様の導波器に対する制限は示されていない。円形は、無限の側面を持つ多角形と見なされ、多角形という用語が添付の特許請求の範囲で使用される。
【００４３】
次に図１４を参照すると、放射素子１４を越えて延びる十字形の導波器４０を有する二重帯域アンテナ８０、および関連付けられた環状の導波器を有さないＭＡＲ放射器９４の拡大図が示される。
【００４４】
次に図１５を参照すると、放射素子１４のアレイを有するパネル・アンテナ１１０が示され、それぞれ十字形の導波器４０を有し、ＭＡＲ放射器９４を交互に備え、それぞれが共通の接地面１１２上に設けられている。この設計の利点としては、二重帯域トポロジーにおけるより高い周波数の放射素子に対して、Ｈ面パターンが改善されることが挙げられる。Ｈ面パターンが改善されることにより、ビーム幅３ｄＢを越えてロールオフが改善され、Ｆ／Ｂ比が改善される。ロールオフが改善されることで、さらに、組み込まれた導波器の数によって、側方および後方の放射レベルが低くなるので、放射器がわずかにデカップリングされる。
【００４５】
特定の好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、多数の変更および修正が、本願を読むことで当業者には明らかになるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、従来技術に照らして可能な限り広範囲に解釈され、そのような変更および修正をすべて含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の好ましい実施形態による二重偏波アンテナの斜視図である。
【図２】接地面の傾きとＲＦチョークのＲＦ吸収体を説明するために、広帯域傾斜４５°クロス・ダイポール放射素子を取り除き、トレイを破断した、多重レベル接地面構造の斜視図である。
【図３】ダイポール放射素子の上方で支持されたＮ個の十字形導波器の斜視図である。
【図４】クロス・ダイポール放射素子の各対に給電するために用いられるマイクロストリップ移相器の設計を示す、１つの素子トレイの背面図である。
【図５】マイクロストリップ移相器それぞれが別の二重偏波アンテナの１つに給電するケーブル給電ネットワークを示す、二重偏波アンテナの背面図である。
【図６】移相器のマイクロストリップ線路からＲＦ放射を放散させるように働き、ＲＦ電流の交差結合を防ぐＲＦ吸収体を含む、二重偏波アンテナの斜視図である。
【図７】一般的なクロス・ダイポール・アンテナの放射パターンと比べた、本発明によって達成される高ロールオフ放射パターンを示すグラフである。
【図８Ａ】標準的なパネル・アンテナを使用した３セクタ・サイトのビーム・パターンを示すグラフである。
【図８Ｂ】標準的なパネル・アンテナを使用した３セクタ・サイトのビーム・パターンを示すグラフである。
【図９Ａ】本発明によるアンテナを使用した３セクタ・サイトのビーム・パターンを示すグラフである。
【図９Ｂ】本発明によるアンテナを使用した３セクタ・サイトのビーム・パターンを示すグラフである。
【図１０】二重帯域放射素子を含む本発明の別の実施形態の斜視図である。
【図１１】放射素子の１つの上に設けられた導波器リングを有する図１０に示される実施形態の斜視図である。
【図１２】放射素子それぞれの上に設けられた導波器リングを有する本発明の一実施形態の斜視図である。
【図１３】導波器の様々な適切な構成の図である。
【図１４】二重帯域アンテナの拡大図である。
【図１５】二重帯域および単帯域のダイポール放射素子のアレイの図である。
【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７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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