(57)【要約】  送信及び受信時に作動可能な二重偏波全方向性アンテナ装置（２０）であって、前記アンテナ装置は、少なくとも２つの二重偏波指向性アンテナ（２１）を備え、前記少なくとも２つの二重偏波指向性アンテナ（２１）は、プラットフォームの周りに実質的に等間隔に分散配置され且つ前記プラットフォームから遠ざかる方向に向いているアレイとして取り付け可能であるように構成され、前記アンテナ装置（２０）は、送信時に作動されるとき、前記二重偏波指向性アンテナが、互いに同相で作動して、全方向性と二重偏波を組み合わせた性能を発揮するように構成される。これにより、通信用途において、動作帯域幅を増加させ、干渉効果を緩和する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信及び受信時に作動可能な二重偏波全方向性アンテナ装置であって、前記アンテナ装置は、少なくとも２つの二重偏波指向性アンテナを備え、前記少なくとも２つの二重偏波指向性アンテナは、プラットフォームの周りに実質的に等間隔に分散配置され且つ前記プラットフォームから遠ざかる方向に向いているアレイとして取り付け可能であるように構成され、前記アンテナ装置は、送信時に作動されるとき、前記二重偏波指向性アンテナが、互いに同相で作動して、全方向性と二重偏波を組み合わせた性能を発揮するように構成されることを特徴とする二重偏波全方向性アンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ装置は、更に、受信時に作動されるとき、前記二重偏波指向性アンテナが、互いに同相で作動して、全方向性と二重偏波を組み合わせた性能を発揮するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の二重偏波全方向性アンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ装置は、更に、前記二重偏波指向性アンテナに電気的に接続される電源を備え、前記電源は、前記二重偏波指向性アンテナに同相で電力を供給するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の二重偏波全方向性アンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ装置は、更に、信号プロセッサを備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の二重偏波全方向性アンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナ装置は、車両に搭載されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の二重偏波全方向性アンテナ装置。
【請求項６】
前記アンテナ装置は、１８００ＭＨｚ〜６０００ＭＨｚで作動するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二重偏波全方向性アンテナ装置。
【請求項７】
前記アンテナ装置は、８００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚで作動するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二重偏波全方向性アンテナ装置。
【請求項８】
全方向性通信の方法であって、前記方法は、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の二重偏波全方向性アンテナ装置を設けるステップと、
前記アンテナ装置の二重偏波指向性アンテナを、プラットフォームの周りに実質的に等間隔に配置され且つ前記プラットフォームから遠ざかる方向に向いているアレイとして、前記プラットフォーム上に取り付けるステップと、
前記二重偏波指向性アンテナに同相電力を供給するステップと、
前記二重偏波全方向性アンテナ装置を用いて、信号を受信する又は信号を送信するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全方向性アンテナの分野に関し、特に、二重偏波を提供する全方向性アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な無線用途において信号を送信及び受信するために、アンテナが用いられる。例えば、アンテナは、通信、捜索及び救援、セキュリティ及びその他の軍の用途に広く用いられている。アンテナは、スタンドアロン装置であるだけではなく、ボディウェアラブル装置として組み込まれるアンテナから、ハンドセット／携帯情報端末（ＰＤＡ）に組み込まれるアンテナ、及び関連するシステムを有する車両／プラットフォーム搭載アンテナに至るまで、多くの異なるタイプの製品に組み込むこともできる。これらの異なる用途は、以下に限定されるわけではないが、重量、コンパクト性、人間工学、頑丈性及び消費電力を含む性能要件を有する。
【０００３】
多くの通信用途、特に送信機と受信機との間の見通し線が認識されていない用途において、全方向性アンテナが用いられる。これは、従来、モノポール又はダイポール「ホイップ」型アンテナを用いて実現されたが、このようなアンテナは、ひっかかりやすく、空間的制約のある用途に向いていない。更に、より高速のデータ転送速度及びマルチパス干渉効果の緩和を可能にするために、アンテナ効率及び動作帯域幅の増加の需要が続いている。従来の全方向性アンテナは、このような向上を提供する能力の点で制限されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、これらの問題を緩和する全方向性アンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、送信及び受信時に作動可能な二重偏波全方向性アンテナ装置であって、前記アンテナ装置は、少なくとも２つの二重偏波指向性アンテナを備え、前記少なくとも２つの二重偏波指向性アンテナは、プラットフォームの周りに実質的に等間隔に分散配置され且つ前記プラットフォームから遠ざかる方向に向いているアレイとして取り付け可能であるように構成され、前記アンテナ装置は、送信時に作動されるとき、前記二重偏波指向性アンテナが、互いに同相で作動して、全方向性と二重偏波を組み合わせた性能を発揮するように構成される、二重偏波全方向性アンテナ装置が提供される。これは、各アンテナの指向性により、単一のモノポール又はダイポール全方向性アンテナと比較して、利得の増加をもたらす。このアンテナ装置は、また、２つの送信偏波を提供することによって、利用可能帯域幅を増加させ、干渉を緩和する。
【０００６】
好ましい実施形態では、前記二重偏波全方向性アンテナ装置は、更に、受信時に作動されるとき、前記二重偏波アンテナが、互いに同相で作動して、全方向性と二重偏波を組み合わせた性能を発揮するように構成される。これにより、受信時に作動するとき、利得の増加、利用可能帯域幅の増加、及び干渉効果の緩和をもたらす。
【０００７】
アンテナは、電磁放射線を用いて（無線周波数で）、信号を送信又は受信するのに適している。全方向性アンテナ装置は、例えば方位角で３６０°を超える実質的に均一な利得を提供するアンテナ装置である。全方向性性能は、捜索及び救援及びいくつかの軍の用途などの通信アンテナのいくつかの用途において、要件となり得る。従来、これは、モノポール又はダイポールアンテナなどの従来の単一素子全方向性アンテナを用いて実現されている。しかしながら、全方向性性能は、英国特許第２５３９３２７号で提供されるように、アンテナ装置として適切に配置される複数の指向性アンテナを用いて実現することもできる。このような構成は、改良された電力供給機構を提供することができる。
【０００８】
二重偏波指向性アンテナは、共同で作動して、信号を送る（送信）又は受信する。アンテナは、共同で、３６０°を超える整合性のあるパノラマカバレッジを提供する。このような性能を実現するためには、各アンテナの放射パターンを適切に構成しなければならない。整合性のあるパノラマカバレッジは、時間と共に存在し続けることができる。整合性のあるパノラマカバレッジは、２つの直交偏波のために提供され、これは、本発明の二重偏波指向性アンテナによって可能にされる。例えば、プラットフォームから任意の方位角方向に、垂直偏波及び水平偏波性能が重なっている。
【０００９】
指向性アンテナは、特定の方向に向上させた性能（より高い利得）を有するアンテナである。これは、アンテナの周りの方位に実質的に均一に放射する全方向性アンテナとは対照的である。指向性アンテナは、特定のサイトラインに沿って比較的高い利得が必要であり、他の方向の送信又は受信性能がそれほど重要ではない２地点間通信において有用である。指向性アンテナの放射パターンは、動作周波数への依存性を有する。例えば、特定の指向性アンテナのビーム幅は、特定の周波数では、他の周波数よりも狭い可能性がある。指向性アンテナは、キャビティバック全方向性アンテナと、パッチ又はＰＩＦＡアンテナなどの平面型アンテナ（通常、放射上板及び接地平面を含む）とを含む。平面型アンテナは、他の指向性アンテナと比較して、プロフィールの低減をもたらし、製造のコスト効率が比較的良い。
【００１０】
指向性アンテナの使用による利得の増加は、各指向性アンテナにおいて、（例えば、従来の全方向性ホイップアンテナと比較して）サイトラインに沿って受信機で所与の受信電力を達成するのに必要な電力が少なくて済むことを意味する。これは、補助構成要素（電源など）のサイズ及び重量を低減することができることを意味し、特に、このような全方向性アンテナ装置が、身体装着可能であるべき又は車両に搭載されるべきである場合、重要な考慮事項である。更に、指向性アンテナの使用は、より大きい放射電力が、（放射がプラットフォームから遠ざかる方向に向けられることにより）全方向性アンテナ装置を搭載するプラットフォームに対する放射の危険の著しい増加を招くことはないことを意味する。
【００１１】
アンテナ帯域幅の増加の需要は、移動電話通信セクタによって駆り立てられてきた。特に、多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術は、通信のために、単一のアンテナ上の複数の「チャネル」を提供してきた。しかしながら、これは、（電力要件、空間サイズ、及び動作周波数の点で）モバイルハンドセット専用のアンテナを招いた。通信アンテナの他の用途、特にプラットフォーム（身体、車両）搭載用途は、同様のレベルの開発を経験していない。
【００１２】
二重偏波指向性アンテナは、２つの直交偏波（例えば水平及び垂直）を同時に用いて、送信又は受信することができる。２つの直交偏波を同時に用いることは、特に、送信された電磁信号が、面からの反射又は特定の媒体を通る伝播による偏波の変化を受けるとき、マルチパス干渉効果による信号減衰を克服するのに有利である。二重偏波機能は、また、データ転送のための２つの同時チャネルを可能にする効果的な非相関機能を提供する。各二重偏波アンテナは、例えば、２つの線形偏波を実現するように、互いに空間的に直交するように回転される２つの平面アンテナ素子を含むことができる。代替的に、円偏波アンテナ素子を用いることができる（これは、垂直偏波成分及び水平偏波成分を含む）が、２つのアンテナ素子を用いることは、更に、空間的ダイバーシティを提供することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、前記二重偏波全方向性アンテナ装置は、更に、前記二重偏波指向性アンテナに電気的に接続される電源を備え、前記電源は、前記二重偏波指向性アンテナに同相で電力を供給するように構成される。電源は、トランシーバ、又は二重偏波指向性アンテナに接続される別個の送信又は受信回路とすることができる。いくつかの実施形態は、更に、信号処理機能を含むことができる。
【００１４】
本発明による二重偏波指向性アンテナを用いることの更なる利点は、アンテナ自体の間で、更なる形態のダイバーシティ、すなわち、パターンダイバーシティが利用可能であることである。各二重偏波アンテナは、異なる方向にプラットフォームから遠ざかる方向に向いているので、マルチパス又は他の干渉効果によって、異なる影響を受ける。したがって、コンパレータを用いて、各二重偏波アンテナからの信号を比較する場合、性能が劣るアンテナを識別することができ、いくつかの実施形態では、任意選択的に、そのようなアンテナを、送信又は受信から排除することができる。
【００１５】
二重偏波全方向性アンテナ装置は、プラットフォーム上に取り付けられるように意図されて、指向性アンテナが、プラットフォームの周りに実質的に等間隔に分散配置されたアレイとして配置されるようになっている。プラットフォームは、人とすることができ、この場合、指向性アンテナ素子の使用は、アンテナ装置の比吸収率（ＳＡＲ）の点で、有利である。代替的に、好ましい実施形態では、プラットフォームは車両である。例えば、全方向性アンテナ装置を車上で用いて、衝突回避などの自動運転機能を助けることができる。車両搭載の全方向性性能を、車両以外の送信及び受信通信に用いることもできる。電気的に大きい（波長に対して物理的に大きい）プラットフォーム上にアンテナを組み込もうとするときの課題として、放射パターンが歪み始め易い可能性があり、遮蔽効果が優勢になり易い可能性があり、これは、特に、全方向性アンテナに関する場合、急激である。本発明者は、車両の歪み効果を緩和する効果的な方法として、アンテナ装置が、少なくとも２つの指向性アンテナを備え、少なくとも２つの指向性アンテナは、車両の周りに実質的に等間隔に分散配置され且つ車両から遠ざかる方向に向いているアレイとして取り付けられるように構成され、アンテナ装置は、送信時に作動されるとき、指向性アンテナが、互いに同相で作動して、全方向性を組み合わせた性能を発揮して、故意に車両から遠ざかる方向に放射するように構成されることを示した。更に有益には、このようなアンテナ装置に二重偏波指向性アンテナを用いて、帯域幅を向上させ、干渉効果を緩和する。一般に、「取り付け可能」という語は、ユーザの衣服上又はその内部、又は車両のシャシ／フレームワーク／ボデーフレーム上又はそれらの内部に取り付けることを包含することが意図されている。二重偏波指向性アンテナは、フラップ及びスナップ、ジッパー、クランプ、ボルトで、又は場合によっては溶接又は接着剤でも、固定することができる。
【００１６】
二重偏波全方向性アンテナ装置の好ましい実施形態は、１８００ＭＨｚ〜６０００ＭＨｚで作動するように構成される。他の実施形態は、８００ＭＨｚ〜２５００ＭＨｚで作動する。二重偏波指向性アンテナ素子は、異なる平面アンテナ設計トポロジを用いること、又は寄生放射体を含むことによって、このような周波数を提供するように構成することができる。例えば、英国特許第２５３９３２７号では、ＰＩＦＡ型アンテナを精密に構成することによって、広帯域指向性アンテナ素子を製造することができることが示されている。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、全方向性通信の方法であって、前記方法は、本発明の第１の態様の二重偏波全方向性アンテナ装置を設けるステップと、前記アンテナ装置の二重偏波指向性アンテナを、プラットフォームの周りに実質的に等間隔に配置され且つ前記プラットフォームから遠ざかる方向に向いているアレイとして、前記プラットフォーム上に取り付けるステップと、前記二重偏波指向性アンテナに同相電力を供給するステップと、前記二重偏波全方向性アンテナ装置を用いて、信号を受信する又は信号を送信するステップとを含む、方法が提供される。これによって、重なっている二重偏波放射パターンにより、帯域幅を向上させ且つ干渉を緩和した高利得の全方向性アンテナを、ユーザに提供する。
【００１８】
ここで、添付図面を参照して、単なる例示として本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】二重偏波全方向性アンテナ装置の実施形態を示す図である。
【図２】車両に取り付けられる二重偏波全方向性アンテナ装置を示す図である。
【図３】重なっている二重偏波カバレッジを示す、図２の実施形態の利得プロフィールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、全方向性アンテナ装置２０の実施形態として構成される複数の二重偏波指向性アンテナ２１を示す図である。二重偏波指向性アンテナ２１は、損傷又は摩耗から保護するために、それぞれの保護レードーム２２内にある。レードーム２２は、プラスチックから形成され、アンテナ２１の動作無線周波数を通過させる。各アンテナ２１は、（ワイヤ２５を介して）送信機２３に電気的に接続され、アンテナ自体は、電源２４に電気的に接続される。電源２４は、ポータブルバッテリユニット（例えば、リチウムイオンバッテリ又は車両で見られるような他の電解質ベースのバッテリ）である。各アンテナ２１との電気接続２５は、アンテナ２１内で、それぞれの分電器（図示せず）を介して分割されて、各アンテナ２１内のアンテナ素子２１ａ及び２１ｂの両方に電力を供給するようになっている。各アンテナ２１内の分電器は、それぞれの第１及び第２のアンテナ素子２１ａ及び２１ｂに電力を均等に分配し、０度の位相偏移を与える。これにより、確実に、各二重偏波アンテナ２１内の第１及び第２のアンテナ素子２１ａ及び２１ｂは、互いに同相で作動され、それらの放射パターンは、実質的に均一である。全ての二重偏波アンテナ２１の放射パターン（アンテナ素子２１ａ及び２１ｂの直交する向きによる垂直偏波及び水平偏波）は、（２つの偏波にわたって）構成的に組み合わさって、二重偏波と全方向性の総合的な性能を提供する。アンテナ素子２１ａ及び２１ｂは、実質的に同じ方向に放射するように、同じ幾何学平面内に配置される。
【００２１】
図２は、車両２６に取り付けられるときの二重偏波全方向性アンテナ装置２５の実施形態を示す図である。この図には、車両の前部、後部及び側部に取り付けられる複数の二重偏波アンテナ２７を示す（裏側は図示せず）。アンテナ２７は、互いに同相で作動されて、二重偏波と全方向性を組み合わせた性能を発揮して、車両２６から遠ざかる方向に放射する。
【００２２】
図３は、図２の実施形態によって提供される利得プロフィール２８を示す図である。この図には、複数の二重偏波指向性アンテナを搭載した車両２６を示す。二重偏波指向性アンテナは、互いに同相で作動されて、全方向性性能を提供して、垂直偏波３０で車両２６から遠ざかる方向に放射するようになっている。また、同時に、二重偏波アンテナは、全方向性性能を提供して、水平偏波３１で車両２６から遠ざかる方向に放射する。車両２６からの半径方向の距離は、利得を示すことを意図するものである（すなわち、車両２６からの半径方向の距離が大きいほど、高い利得を示す）。
【００２３】
説明された実施形態は、二重偏波が、２つの空間的に直交するアンテナ素子を含む各アンテナによって実現されることを示すが、他の実施形態は、円偏波によって、垂直偏波及び水平偏波の両方を有する放射成分を提供するスパイラルアンテナを含むことができる。このようなアンテナ素子を、キャビティバック構成に設けて、所望の指向性を実現することができる。
【符号の説明】
【００２４】
２０  全方向性アンテナ装置
２１  二重偏波指向性アンテナ
２１ａ，２１ｂ  アンテナ素子
２２  レードーム
２３  送信機
２４  電源
２６  車両
２７  二重偏波アンテナ
２８  利得プロフィール
３０  垂直偏波
３１  水平偏波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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