(57)【要約】  水平ＧＰＳパッチアンテナ素子と垂直ＩＦＦアンテナ素子とを備えるアセンブリは、ＩＦＦからＧＰＳへの最小限の干渉での同時の高性能なＩＦＦ通信とＧＰＳ受信とを提供する。ＩＦＦ素子は、モノポール素子とすることができる。ＩＦＦ素子と共線である第２のモノポールが、同時のＵＨＦ通信を提供することができる。実施形態では、アセンブリは、航空機または他のアセット上の既存のＩＦＦブレードに置き換わることができるブレードである。ＩＦＦとＧＰＳとの個別のコネクタを与えることができ、または、一体になった分波器を用いて単一のコネクタを共用することができる。実施形態は、ブレードと一体になったＧＰＳプリアンプを含む。他の実施形態では、ＩＦＦ素子は、ＧＰＳパッチ素子の中央に置かれる環状スロットトランスポンダである。これらの実施形態のいくつかは、下にある表面に十分に共形である。システムの実施形態は、ＩＦＦ送信からＧＰＳ受信機をさらに保護するために、帯域通過フィルタ、および／または、ＧＰＳブランキングを含む。
2021501543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの無線周波数Ｆ１とＦ２における無線通信のためのアンテナアセンブリであって、
Ｆ２を含むがＦ１を含まない第２の周波数範囲上での通信のために構成された水平パッチアンテナ素子と、前記水平パッチアンテナ素子は、円偏波と実質的に水平線で最大となる全方位利得パターンとを有し、
前記水平パッチアンテナ素子の中心から上方に伸び、Ｆ１を含むがＦ２を含まない第１の周波数範囲上の通信のために構成された第１の垂直アンテナ素子と、前記第１の垂直アンテナ素子は、垂直偏波と実質的に天頂で最大となる全方位利得パターンとを有する、
を備えるアンテナアセンブリ。
【請求項２】
Ｆ１は、１０００ＭＨｚ（メガヘルツ）と１２００ＭＨｚの間であり、
Ｆ２は、１２００ＭＨｚと１６００ＭＨｚの間である、
請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項３】
前記第１の垂直アンテナ素子は、第１の垂直モノポールアンテナ素子である、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項４】
前記アンテナアセンブリは、Ｆ１とＦ２の両方を含まない周波数範囲内の無線通信のために最適化される既存のブレードアンテナの代わりとしての輸送具上の設置のためにブレードとして構成される、請求項３に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項５】
前記第１の垂直モノポールアンテナ素子と共線であり、Ｆ１とＦ２より低い周波数Ｆ３における最適通信のために構成された第２の垂直モノポールアンテナ素子をさらに備え、
前記第２の垂直モノポールアンテナ素子は、垂直偏波と実質的に天頂で最大となる全方位利得パターンを有する、
請求項３に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項６】
前記第1の垂直モノポールアンテナ素子は、前記水平パッチアンテナ素子と前記第２の垂直モノポールアンテナ素子との間にある、請求項５に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項７】
前記第２の垂直モノポールアンテナ素子は、前記水平パッチアンテナ素子と前記第１の垂直モノポールアンテナ素子との間にある、請求項５に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項８】
Ｆ３は、２００ＭＨｚと４００ＭＨｚの間である、請求項５に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項９】
第１のコネクタを介した前記水平パッチアンテナ素子と前記第１の垂直モノポールアンテナ素子へのアクセスと、第２のコネクタを介した前記第２の垂直モノポールアンテナ素子へのアクセスとを提供する分波器をさらに備える、請求項５に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１０】
前記水平パッチアンテナ素子と協働する第１のコネクタと、前記第１の垂直アンテナ素子と協働する第２のコネクタとをさらに備える、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１１】
前記アンテナアセンブリと一体であり、前記水平パッチアンテナ素子と協働するＲＦ増幅器をさらに備える、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１２】
前記アンテナアセンブリと一体であり、前記水平パッチアンテナ素子と前記第１の垂直アンテナ素子の両方と協働する分波器と、
前記分波器と協働するコネクタと、
をさらに備える、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の垂直アンテナ素子は、前記水平パッチアンテナ素子の中央に置かれた環状スロットトランスポンダアンテナ素子である、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１４】
前記アンテナアセンブリは、前記アンテナアセンブリが搭載される表面に十分に共形である、請求項１３に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１５】
２つの無線周波数Ｆ１とＦ２における通信のために構成された無線通信システムであって、
請求項１に記載のアンテナアセンブリと、
前記水平パッチアンテナ素子と通信する受信機入力を有し、周波数Ｆ１において信号を受信するために構成された受信機と、
前記第１の垂直アンテナ素子と通信し、周波数Ｆ２において信号を送信し、受信するために構成された第１のトランシーバと、
を備えるシステム。
【請求項１６】
前記水平パッチアンテナ素子と前記受信機入力との間に介在する第１の帯域通過フィルタと、前記第１の帯域通過フィルタは、Ｆ１を含むがＦ２を含まない第１のフィルタ範囲内の周波数のみを通過させるように調整され、
前記第１の垂直アンテナ素子と前記第１のトランシーバとの間に介在する第２の帯域通過フィルタと、前記第２の帯域通過フィルタは、Ｆ２を含むがＦ１を含まない第２のフィルタ範囲内の周波数のみを通過させるように調整され、
をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１のトランシーバが、周波数Ｆ１においてエネルギーを送信している間、前記受信機入力を遮断することが可能であるブランキング装置をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記受信機は、ＧＰＳ信号を受信するように構成され、
前記第１のトランシーバは、ＩＦＦ信号を送受信するように構成される、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
モノポール素子である前記第１の垂直アンテナ素子と共線であり、Ｆ１とＦ２より低い周波数Ｆ３における最適な通信のために構成された第２の垂直モノポールアンテナ素子と、前記第２の垂直モノポールアンテナ素子は、垂直偏波と実質的に天頂で最大となる全方位利得パターンとを有し、
前記第２の垂直モノポールアンテナ素子と通信し、周波数Ｆ３において信号を送信し、受信するために構成された第２のトランシーバと、
をさらに備える、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２のトランシーバは、ＵＨＦ信号を送受信するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本開示は、無線周波数アンテナに関し、より具体的には、マルチバンド無線周波数アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] 民間および軍用双方の航空機、船舶、陸上輸送具、および他のモバイルアセットに適用される通信要件は、発展し続けている。多くの場合、異なる目的に特化された複数の周波数帯域上での同時、または、ほぼ同時の通信が必要とされる。例えば、軍用機は、ＩＦＦ（identification friend and foe： 敵味方識別）のために１０２０ＭＨｚ（メガヘルツ）から１１００ＭＨｚの帯域で通信することを必要とされる可能性があるが、他方で、全地球測位システム（ＧＰＳ） ＡＤＳ−Ｂ（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast： 放送型自動位置情報伝送・監視機能）の航空管制と監視のために１５６５ＭＨｚから１５８５ＭＨｚの帯域で信号を受信することもできる。あるケースでは、極超短波（ＵＨＦ）通信も、２５５ＭＨｚから４００ＭＨｚの帯域において所望される可能性がある。
【０００３】
[0003] 効率的かつ信頼性の高い無線通信は、信号を放送し、受信するために使用されるアンテナの最適設計に強く依存する。具体的には、特定の周波数での使用のために最適化されているアンテナは、一般的に、広帯域アンテナ設計よりもはるかに高い性能を提供する。しかし、残念ながら、利用可能なコンパクトなＩＦＦ／ＧＰＳ帯域専用アンテナはなく、いわゆる広帯域、Ｌバンドアンテナ（１ＧＨｚ（ギガヘルツ）から２ＧＨｚ）が、性能面において大幅に低下した２つの個別アンテナの「マッシュアップ（mash ups）： 混ぜ合わせ」の妥協案となるだけである。
【０００４】
[0004] もちろん、１つの可能な解決策は、所望の周波数帯域の各々のための個別のアンテナを配備することである。しかし、いくつかの応用について、このアプローチは、航空機にとっての増加したドラッグおよび/またはレーダー・シグネチャなどの望ましくない影響を有する可能性がある。また、要件の変更に起因し、追加のアンテナを加えることなく、既存のアセットに追加の周波数帯域を加えることが、しばしば望まれる。例えば、設置されたアンテナの数を増加するという費用や他の欠点なく、既存のＩＦＦが可能な航空機に、ＧＰＳ受信機を、および、可能性としてＵＨＦ機能も、追加することが望ましい場合がある。
【０００５】
[0005] 加えて、マルチバンド通信を提供するための既存のアプローチは、多くの場合、通信帯域間の干渉に悩まされる。例えば、ＧＰＳアンテナによって検出されるＩＦＦ送信は、可能性として、ＧＰＳ受信を阻害し、および／または、ＧＰＳ受信機のコンポーネントを飽和させる。
【０００６】
[0006] したがって、必要とされるものは、改良されたアンテナアセンブリおよび無線通信システムであり、それによって、そのアンテナアセンブリは、ＩＦＦ送信とＧＰＳ受信との間の干渉を最小限に抑えながら、ＩＦＦ通信とＧＰＳ通信との双方のために高い性能を提供し、好ましくは、そのアンテナアセンブリは、既存のＩＦＦアンテナに置き換わることができる。
【発明の概要】
【０００７】
[0007] 改良されたアンテナアセンブリおよび無線通信システムが開示され、それにより、アンテナアセンブリは、ＩＦＦ送信とＧＰＳ受信との間の干渉を最小限に抑えながら、ＩＦＦ通信とＧＰＳ通信の双方のための高い性能を提供する。実施形態では、アンテナアセンブリは、開示されたアセンブリが航空機または他のＩＦＦが可能なアセット上の既存のＩＦＦアンテナに置き換わることを可能にするコンパクトな設置面積（footprint）を有する。
【０００８】
[0008] 開示されたアンテナアセンブリは、ＧＰＳの「パッチ」アンテナ素子を、直交のＩＦＦ素子と組み合わせる。ＧＰＳパッチは、実質的に平坦なプロファイルを有しており、実施例では、アンテナアセンブリの基部（ベース）に平行に設置される。いくつかの実施形態では、ＩＦＦ素子は、モノポール素子であり、ＧＰＳパッチの中心から上方に伸びる細長い管またはロッド（棒）として構成される。実施形態では、ＩＦＦモノポールおよびＧＰＳパッチのアセンブリは、既存のＩＦＦブレードアンテナに置き換わることができるブレードアンテナとして構成される。他の実施形態では、ＩＦＦ素子は、ＧＰＳパッチの中央に置かれる環状スロットＩＦＦトランスポンダアンテナである。これらの実施形態のいくつかは、アンテナアセンブリが搭載される外表面に対して十分に共形（conformal）である。
【０００９】
[0009] ＩＦＦ性能は、１０２０ＭＨｚから１１００ＭＨｚの帯域において、開示されたアンテナアセンブリおよびシステムによって提供され、他方で、ＧＰＳ性能は、１５６５ＭＨｚから１５８５ＭＨｚの帯域において提供される。いくつかの実施形態では、ＧＰＳパッチは、Ｌ２（１２１６ＭＨｚから１２４０ＭＨｚまで）帯域とＬ１（１５６５ＭＨｚから１５８５ＭＨｚまで）周波数帯域の両方において信号を受信することができる。実施形態では、開示されたアンテナアセンブリは、２２５ＭＨｚから４００ＭＨｚの帯域でのＵＨＦ通信のための高い性能を提供する。
【００１０】
[0010] ＩＦＦアンテナ素子とＧＰＳアンテナ素子の物理的な直交配置は、ＩＦＦ送信がＧＰＳ受信に電気的に「負荷をかける（load）」、および／または、ＧＰＳ受信と干渉するという性向を低減するように、それらの間に自然な分離を提供する。また、ＩＦＦトランスポンダアンテナにより送信された電力がＧＰＳ受信を阻害することをさらに防止するために、分離フィルタおよび／またはＧＰＳ受信機ブランキングが、開示されたアンテナおよび／または通信システムの実施形態に含まれる。
【００１１】
[0011] ＩＦＦ送信によるＧＰＳ受信の阻害は、少なくとも２つのメカニズムから生じる可能性がある。第１に、ＩＦＦ送信からの少量のエネルギーがＧＰＳ周波数範囲に落ち込み、ＧＰＳ信号を圧倒する可能性がある。加えて、ＧＰＳチャネルに入るＩＦＦ周波数におけるエネルギーは、１つまたは複数のインライン低雑音増幅器（low noise amplifier： ＬＮＡ）を飽和させる可能性を有し、それは、ＩＦＦ送信が終わった後でさえも、持続し、ＧＰＳ受信と干渉する可能性がある。
【００１２】
[0012] 実施形態では、ＩＦＦアンテナ素子によって送信された電力は、ＧＰＳアンテナによって受信された場合にＧＰＳ周波数において、少なくとも６０ｄＢ（デシベル）、実施形態においては７０ｄＢ以上、減衰される。開示されたアンテナ素子がＩＦＦとＧＰＳの帯域通過フィルタと組み合わされる場合、ＩＦＦ周波数において＋５８ｄＢｍ（デシベルミリワット）で送信され、ＧＰＳ素子によって検出されたエネルギーは、実施形態において、−１５ｄＢｍ未満に、いくつかの実施形態では、ＩＦＦ周波数において−２５ｄＢｍ未満に低減され、他方で、ＧＰＳ周波数におけるエネルギーは、−１１０ｄＢｍ未満に低減される。いくつかの実施形態は、アンテナアセンブリのＩＦＦとＧＰＳの機能のために個別のＲＦコネクタを提供するが、他方、他の実施形態は、内部分波器と、ただ１つのＲＦコネクタとを含む。
【００１３】
[0013] 実施形態において、アンテナアセンブリは、さらに、ＩＦＦモノポール素子と共線である（ただし、重ならない）ＵＨＦモノポール素子を含む。実施形態は２つのＲＦコネクタを含み、それによって、少なくとも１つの内部分波器が、アンテナ素子の内の２つの間でコネクタの１つを共用するために使用される。実施形態は、さらに、ＩＦＦ送信の間のＧＰＳ受信機のブランキングを含む。
【００１４】
[0014] 本開示の第１の概括的な態様は、２つの無線周波数Ｆ１とＦ２における無線通信のためのアンテナアセンブリである。アセンブリは、Ｆ２を含むがＦ１を含まない第２の周波数範囲に上での通信のために構成された水平パッチアンテナ素子であって、円偏波と、実質的に水平線で最大となる全方位利得パターンとを有する水平パッチアンテナと、水平パッチアンテナ素子の中心から上方に伸び、Ｆ１を含むがＦ２を含まない第１の周波数範囲上の通信のために構成される第１の垂直アンテナ素子であって、垂直偏波と、実質的にその天頂で最大となる全方位利得パターンとを有する第１の垂直アンテナ素子と、を含む。
【００１５】
[0015] 実施形態では、Ｆ１は１０００ＭＨｚと１２００ＭＨｚの間であり、Ｆ２は１２００ＭＨｚと１６００ＭＨｚの間である。
【００１６】
[0016] 先の実施形態のいずれかにおいて、第１の垂直アンテナ素子は、垂直モノポールアンテナ素子とすることができる。これらの実施形態のいくつかにおいて、アンテナアセンブリは、Ｆ１とＦ２の両方を含まない周波数範囲内での無線通信のために最適化された既存のブレードアンテナの代わりとしての輸送具上の設置のためのブレードアンテナとして構成される。
【００１７】
[0017] これらの実施形態のいずれかは、さらに、第１の垂直モノポール素子と共線であり、Ｆ１とＦ２より低い周波数Ｆ３における最適な通信のために構成された第２の垂直モノポールアンテナ素子を含むことができ、第２の垂直モノポールアンテナ素子は、垂直偏波と、実質的にその天頂において最大である全方位利得パターンとを有する。これらの実施形態のいくつかでは、第1の垂直モノポールアンテナ素子は、水平パッチアンテナ素子と第２のモノポールアンテナ素子との間にある。これらの実施形態のいずれかにおいて、第２の垂直モノポールアンテナ素子は、水平パッチアンテナ素子と第１のモノポールアンテナ素子との間にあるとすることができる。これらの実施形態のいずれかにおいて、Ｆ３は、２００ＭＨｚと４００ＭＨｚの間であることができる。これらの実施形態のいずれかは、さらに、第１のコネクタを介して水平パッチアンテナ素子と第１の垂直モノポールアンテナ素子への、および、第２のコネクタを介して第２の垂直モノポールアンテナへのアクセスを提供する分波器を含むことができる。
【００１８】
[0018] 先の実施形態のいずれかは、さらに、水平パッチアンテナ素子と協働する第１のコネクタと、第１の垂直アンテナ素子と協働する第２のコネクタとを含むことができる。
【００１９】
[0019] 先の実施形態のいずれかは、さらに、アンテナアセンブリと一体であり、水平パッチアンテナと協働するＲＦ増幅器を含むことがでる。
【００２０】
[0020] 先のする実施形態のいずれかは、さらに、アンテナアセンブリと一体であり、水平パッチアンテナ素子と第１の垂直アンテナ素子との双方と協働する分波器と、分波器と協働するコネクタとを含むことができる。
【００２１】
[0021] 先の実施形態のいずれかにおいて、第１の垂直アンテナ素子は、ＧＰＳパッチアンテナ素子の中央に置かれる環状スロットトランスポンダアンテナ素子とすることができる。これらの実施形態のいくつかでは、アンテナアセンブリは、アンテナアセンブリが搭載される表面に対して十分に共形である。
【００２２】
[0022] 本開示の第２の概括的な態様は、２つの無線周波数Ｆ１とＦ２での通信のために構成された無線通信システムである。システムは、請求項１に記載のアンテナアセンブリと、水平パッチアンテナ素子と通信する受信機入力とを有し、周波数Ｆ１において信号を受信するために構成された受信機と、第１の垂直アンテナ素子と通信し、周波数Ｆ２で信号を送信し受信するために構成された第１のトランシーバとを含む。
【００２３】
[0023] 実施形態では、システムは、さらに、水平パッチアンテナ素子と受信機入力との間に介在する第１の帯域通過フィルタであって、Ｆ１を含むがＦ２を含まない第１のフィルタ範囲内の周波数のみを通過させるように調整されている第１の帯域通過フィルタと、第１の垂直アンテナ素子と第１のトランシーバとの間に介在する第２の帯域通過フィルタであって、Ｆ２を含むがＦ１を含まない第２のフィルタ範囲内の周波数のみを通過させるように調整されている第２の帯域通過フィルタとを含む。
【００２４】
[0024] 先の実施形態のいずれかにおいて、システムは、さらに、第１のトランシーバが周波数Ｆ１においてエネルギーを送信している間、受信機入力を遮断することができるブランキング装置を含むことができる。
【００２５】
[0025] 先の実施形態のいずれかにおいて、受信機は、ＧＰＳ信号を受信するように構成することができ、第１のトランシーバは、ＩＦＦ信号を送受信するように構成される。
【００２６】
[0026] 先の実施形態のいずれかにおいて、システムは、さらに、第１の垂直モノポール素子と共線であり、Ｆ１とＦ２より低い周波数Ｆ３における最適な通信のために構成された第２の垂直モノポールアンテナ素子であって、垂直偏波と、実質的にその天頂で最大である全方位利得パターンとを有する第２の垂直モノポールアンテナ素子と、第２の垂直アンテナ素子と通信し、周波数Ｆ３で信号を送信し、受信するように構成される第２のトランシーバとを含むことができる。そして、これらの実施形態のいくつかでは、第２のトランシーバは、ＵＨＦ信号を送受信するように構成される。
【００２７】
[0027] 本明細書において説明される特徴および利点は、全てを含む（all-inclusive）ものではなく、特に、多くの追加の特徴と利点が、図面、明細書、および特許請求の範囲に鑑みて当業者には明らかである。さらに、明細書中で使用される用語は、主として読み易さや説明目的のために選択されており、本発明の主題の範囲を限定するものではないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】[0028] 図１Ａは、垂直モノポールＩＦＦ帯域アンテナ要素を含む実施形態の側面から見た斜視図である。
【図１Ｂ】[0029] 図１Ｂは、図１Ａの実施形態の上方からの斜視図である。
【図２Ａ】[0030] 図２Ａは、図１Ａと図１Ｂの垂直モノポールアンテナ素子についての典型的な仰角平面の放射パターンを示すグラフであり、方位面放射パターンは無指向性である。
【図２Ｂ】[0031] 図２Ｂは、図１Ａと図１Ｂの垂直モノポールＩＦＦ帯域アンテナ素子についての典型的なＶＳＷＲ（電圧定在波比）の値を示すグラフである。
【図３Ａ】[0032] 図３Ａは、図１Ａと図１Ｂの水平パッチアンテナＧＰＳ Ｌ１帯域素子についての典型的な仰角平面の放射パターンを示すグラフであり、方位平面放射パターンは無指向性である。
【図３Ｂ】[0033] 図３Ｂは、図１Ａと図１Ｂの水平方向パッチアンテナ素子についての典型的なＶＳＷＲ値を示すグラフである。
【図４】[0034] 図４は、ブレード構成に組み込まれた、図１Ａと図１Ｂのアンテナアセンブリを含む実施形態の斜視図である。
【図５Ａ】[0035] 図５Ａは、低雑音ＧＰＳ増幅器と、ＧＰＳとＩＦＦとの周波数の双方のための帯域通過フィルタと組み合わされる、ＩＦＦとＧＰＳとの個別のコネクタを用いて構成された本開示のアンテナアセンブリを含む無線通信システムを示すブロック図である。
【図５Ｂ】[0036] 図５Ｂは、分波器によって共用された１つのＩＦＦおよびＧＰＳコネクタを用いて構成された本開示のアンテナアセンブリを含む無線通信システムを示すブロック図であり、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳブランキングによってＩＦＦ送信から保護される。
【図６】[0037] 図６は、図１Ａと同様であるが、ＩＦＦ垂直アンテナ素子より上にあって、ＩＦＦ垂直アンテナ素子と共線にある垂直ＵＨＦモノポールアンテナ素子を含む実施形態の斜視図である。
【図７Ａ】[0038] 図７Ａは、図６の水平ＧＰＳパッチアンテナ素子についての典型的な仰角平面の放射パターンを示すグラフである。
【図７Ｂ】[0039] 図７Ｂは、図６の水平ＧＰＳパッチアンテナ素子についての典型的なＶＳＷＲ値を示すグラフである。
【図８Ａ】[0040] 図８Ａは、図６の垂直ＵＨＦモノポールアンテナ素子についての典型的な仰角平面の放射パターンを示すグラフである。
【図８Ｂ】[0041] 図８Ｂは、図６の垂直ＵＨＦモノポールアンテナ素子についての典型的なＶＳＷＲ値を示すグラフである。
【図９Ａ】[0042] 図９Ａは、図６の垂直ＵＨＦ帯域モノポールアンテナ素子についての典型的な仰角平面の放射パターンを示すグラフである。
【図９Ｂ】[0043] 図９Ｂは、図６の垂直ＩＦＦモノポールアンテナ素子のための典型的なＶＳＷＲ値を示すグラフである。
【図１０】[0044] 図１０は、ブレード構成に組み込まれた図６のアンテナアセンブリを含む実施形態の斜視図である。
【図１１】[0045] 図１１は、ＩＦＦアンテナ素子とＧＰＳアンテナ素子との間で分波器によって共用される第１のコネクタと、ＵＨＦアンテナ素子に対して分波器によって専用にされた第２のコネクタとを用いて構成された、図６のアンテナアセンブリを含む無線通信システムを示すブロック図である。
【図１２】[0046] 図１２は、ＩＦＦアンテナ素子が、ＧＰＳパッチアンテナ素子の中央に置かれる環状スロットＩＦＦトランスポンダアンテナ素子である実施形態の斜視図である。
【図１３Ａ】[0047] 図１３Ａは、図１２の垂直ＩＦＦアンテナ素子についての典型的な仰角平面の放射パターンを示すグラフである。
【図１３Ｂ】[0048] 図１３Ｂは、図１２の水平ＧＰＳパッチアンテナ素子についての典型的な仰角平面の放射パターンを示すグラフである。
【詳細な説明】
【００２９】
[0049] 本開示は、改良されたアンテナアセンブリおよび無線通信システムであり、アンテナアセンブリは、ＩＦＦ（敵味方識別）送信とＧＰＳ（全地球測位システム）受信との間の干渉を最小限に抑えながら、ＩＦＦ通信とＧＰＳ通信の双方のための高い性能を提供する。実施形態では、アンテナアセンブリは、開示されたアセンブリが、航空機または他のＩＦＦ可能なアセット上の既存のＩＦＦアンテナに置き換わることを可能にするコンパクトな設置面積（footprint）を有する。
【００３０】
[0050] 図１Ａと図１Ｂとを参照して、開示されたアンテナアセンブリ１００は、ＧＰＳ「パッチ」アンテナ素子１０２を、直交ＩＦＦ素子１０４と組み合わせる。ＧＰＳパッチ１０２は、実質的に平坦なプロファイルを有し、図１Ａと図１Ｂの実施形態において、ＧＰＳパッチ１０２は、アンテナアセンブリ１００の基部（ベース）１０６に平行に設置される。図１Ａと図１Ｂの実施形態において、ＩＦＦ素子１０４は、モノポール素子であり、ＧＰＳパッチ１０２の中心から上方に伸びる細長い管またはロッド（棒）として構成される。図示された実施形態において、ＩＦＦモノポール１０４は、ＧＰＳパッチアンテナ素子１０２の中心を通り抜け、誘電体基部材料１０６を貫いて作られた孔を介して、アンテナ基部１０６の裏面上のＩＦＦコネクタ（図示されず）に接続される。ＩＦＦコネクタからの同軸ケーブルの外側の導体がＧＰＳパッチ素子１０２に半田付けされ、同軸ケーブルの中心導体がＩＦＦモノポール１０４に半田付けされる。ＧＰＳパッチ素子１０２は、この態様がそのパフォーマンスを妨害しないように調整される。
【００３１】
[0051] 図１Ａと図１Ｂの実施形態によって提供されるＩＦＦのパフォーマンスは、１０２０ＭＨｚ（メガヘルツ）から１０４０ＭＨｚまでの帯域と１０８０ＭＨｚから１１００ＭＨｚまでの帯域との中である。図示された実施形態において、ＩＦＦモノポール１０４は、約２．８５インチの高さであり、パッチアンテナ１０２は、１．１３５インチの長さと０．１５インチの高さを有する正方形である。電圧定在波比（ＶＳＷＲ）は、ＩＦＦ帯域の各々について １．５ ： １ より小さく、偏波は、垂直であり、利得は、実質的に水平線で最大利得を有する全方位パターンを有して、３．５ｄＢｉ（ディー・ビー・アイ）のピークである。
【００３２】
[0052] 図２Ａと図２Ｂは、それぞれ、図１Ａと図１Ｂの実施形態について、ＩＦＦ仰角平面放射パターンと電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を示すグラフである。これらのグラフについて、利得計算は、１．５ｄＢ（デシベル）の伝送損失と、３．５ｄＢｉのＩＦＦトランスポンダを仮定する。
【００３３】
[0053] 図１Ａと図１Ｂの実施形態によって提供されるＧＰＳのパフォーマンスは、１５６５ＭＨｚから１５８５ＭＨｚまでの帯域（Ｌ１のみ）の中である。ＶＳＷＲは、 １．５ : １ より小さく、偏波は、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）で、利得は、天頂で最大利得を有する全方位パターンを有し、３．５ｄＢｉｃ（ディー・ビー・アイ・シー）である。
【００３４】
[0054] 図３Ａと図３Ｂは、それぞれ、図１Ａと図１Ｂの実施形態について、ＧＰＳ仰角平面放射パターンとＶＳＷＲを示すグラフである。これらのグラフについて、利得計算は、１．５ｄＢの伝送損失と、３．５ｄＢｉｃのＧＰＳ受信機を仮定する。
【００３５】
[0055] ＩＦＦアンテナ素子１０４とＧＰＳアンテナ素子１０２の物理的に直交する配置は、ＩＦＦアンテナが電気的にＧＰＳチャネルに「負荷をかける（load）」という性向を低減するように、それらの間の自然な分離を提供する。ＩＦＦ送信によるＧＰＳ受信の妨害は、少なくとも２つのメカニズムから生じる可能性がある。第１に、ＩＦＦの周波数帯域幅は、ＩＦＦの送信からの少量のエネルギーがＧＰＳ周波数範囲に落ち込み、ＧＰＳ信号を圧倒する可能性があるように、非常に鋭いカットオフを有さずしない。加えて、ＧＰＳチャネルに入るＩＦＦ周波数におけるエネルギーは、ＧＰＳ受信機の１つまたは複数のインライン低雑音増幅器（ＬＮＡ）を飽和させる可能性を有し、これは、ＩＦＦ送信が終了した後でも、持続し、ＧＰＳ受信に干渉する可能性がある。
【００３６】
[0056] 実施形態において、ＩＦＦアンテナ素子によって送信される電力は、ＧＰＳアンテナによって受信された場合にＧＰＳ周波数において、少なくとも５０ｄＢ、実施形態によっては、７０ｄＢまたはそれより多く、減衰される。開示されたアンテナ素子がＩＦＦの帯域通過フィルタとＧＰＳの帯域通過フィルタと組み合わされる場合、ＩＦＦ周波数において＋５８ｄＢｍ（ディー・ビー・エム）で送信され、ＧＰＳ素子によって検出されるエネルギーは、実施形態では、−１５ｄＢｍ未満に減少され、他方、ＧＰＳ周波数におけるエネルギーは、−１００ｄＢｍ未満に減少される。図１Ａと図１Ｂの実施形態についての計算されたＩＦＦ ／ ＧＰＳパラメータが、以下の表１に示される。
【００３７】
【表１】
2021501543.tif 000003
【００３８】
[0057] 図4を参照して、図２Ａと図２Ｂのアセンブリ１００は、既存のＩＦＦブレードアンテナに置き換わることができるブレードアンテナ４００として構成することができる。図４の実施形態では、ブレードは、幅２．３７５インチ、長さ６インチ、高さ３インチである。
【００３９】
[0058] 図５Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、アンテナアセンブリ１００のＩＦＦ機能とＧＰＳ機能とについて、個別のＲＦコネクタ５０２Ａ、５０２Ｂを与える。これらの実施形態のいくつかは、さらに、アンテナ１００において、または、帯域通過フィルタ５０４の前段のＲＦケーブル５１６にさらに沿ってのいずれかで、統合されたＧＰＳ低雑音増幅器（low-noise amplifier：ＬＮＡ）５１４を備える。いくつかの実施形態において、低雑音増幅器５１４のＤＣ（直流）電力は、ＧＰＳ受信機５０８によって、ＲＦ同軸ケーブル５１６を介して供給される。表１の実施形態では、ＬＮＡ５１４におけるＩＦＦレベルは、−１０ｄＢｍを超えることがわかる。これは、ＬＮ増幅器５１４を飽和させることになり、結果、ＧＰＳ受信機において低減したＬ１信号レベルとなる。従って、ＬＮＡ５１４の飽和を回避するために、ＬＮＡ５１４（図５Ａ）の前段にＩＦＦブランキングスイッチ５１２（図５Ｂ）を含めることが必要であろう。図５Ａの実施形態は、ＩＦＦチャネル５０６とＧＰＳチャネル５０８の分離をさらに改善する、ＩＦＦチャネルとＧＰＳチャネルとの両方の上の帯域通過フィルタ５０４をさらに含む。
【００４０】
[0059] 図５Ｂを参照すると、他の実施形態は、内部分波器５００と、単一のＲＦコネクタ５０２とを含み、それによって、ＧＰＳ受信機５０８の出力とＩＦＦトランシーバ５０６の出力は、それらの両方が単一コネクタ５０２をアクセスすることができるように結合される。図５Ｂの実施形態は、さらに、共用されるコネクタ５０２に付与されるＩＦＦ電力がＧＰＳ受信機５０８に直にカップリングすることを防止するＧＰＳブランキング５１２を含む。図５Ｂの実施形態において、ＧＰＳブランキング５１２を含むことは、ＬＮＡ５１４とＧＰＳ受信機５０８を保護するための分離フィルタ５０４の必要性をなくす。所定の単一コネクタの実施形態は、さらに、ＧＰＳアパーチャへの入力において、統合されたＧＰＳ低雑音増幅器５１４を含む。
【００４１】
[0060] 図6を参照し、実施形態では、アンテナアセンブリ６００は、さらに、ＩＦＦモノポール素子１０４と共直線である（ただし、重ならない）ＵＨＦモノポール素子６０２を含む。
【００４２】
[0061] 実施形態は、少なくとも２つＲＦコネクタを含み、それによって、少なくとも１つの内部分波器が、アンテナ素子の内の２つの間でコネクタの１つを共用するために使用される。実施形態は、さらに、ＩＦＦ送信の間のＧＰＳ受信機のブランキングを含む。
【００４３】
[0062] 図６を参照し、実施形態において、開示されたアンテナアセンブリは、さらに、２２５ＭＨｚから４００ＭＨｚ帯でのＵＨＦ通信のために高性能を提供する。図示された実施形態では、アンテナアセンブリ６００は、さらに、ＩＦＦモノポール素子６０２と共線である（ただし、重ならない）ＵＨＦモノポール素子６０２を含む。この実施形態では、組み合わされたＩＦＦ素子１０４とＵＨＦ素子６０２は、高さ約９インチである。
【００４４】
[0063] 図６の実施形態は、 １．５ ： １ より小さいＶＳＷＲで、１５６５ＭＨｚから１５８５ＭＨｚまでの周波数範囲（Ｌ１のみ）におけるＧＰＳ通信を提供する。利得は、最大３．５ｄＢｉｃであり、偏波は、天頂で最大利得を有する全方位パターンをもった右旋円偏波（ＲＨＣＰ）である。
【００４５】
[0064] 図７Ａと図７Ｂは、それぞれ、図６の実施形態について、ＧＰＳ仰角平面放射パターンとＶＳＷＲを示すグラフである。これらのグラフについて、計算は、天頂において＋３．５ｄＢｉｃと仮定し、ＧＰＳアンテナの内部損失は、約１．５ｄＢであり、給電点において ２．５ ： １ より小さいＶＳＷＲ、ハイブリッドカプラ入力（内部分波器出力）において １．５ ： １ より小さいＶＳＲＷであると仮定される。
【００４６】
[0065] 図６の実施形態は、 ２．５ ： １ より小さい、実施形態では ２．０ ： １より小さい、ＶＳＷＲで、２２５ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの周波数範囲におけるＵＨＦ通信を提供する。利得は、最大２．０ｄＢｉであり、偏波は、実質的に水平線で最大利得を有する全方位パターンをもった垂直偏波である。
【００４７】
[0066] 図８Ａと図８Ｂは、それぞれ、図６の実施形態について、ＵＨＦ放射パターンとＶＳＷＲを示すグラフである。これらのグラフについて、計算は、実質的に水平線で＋２．０ｄＢの最大利得、および、 ２．５ ： １ より小さいＶＳＷＲを仮定する。
【００４８】
[0067] 図６の実施形態は、１０２０ＭＨｚから１０４０ＭＨｚまでの周波数範囲（受信）と１０８０ＭＨｚから１１００ＭＨｚまでの周波数範囲（送信）において、各帯域で １．５ ： １ より小さいＶＳＷＲでのＩＦＦ通信を提供する。利得は、最大２．０ｄＢｉであり、偏波は、実質的に水平線で最大利得を有する全方位パターンをもった垂直偏波である。
【００４９】
[0068] 図９Ａと図９Ｂは、それぞれ、図６の実施形態について、ＩＦＦ放射パターンとＶＳＷＲを示すグラフである。これらのグラフについて、計算は、最大＋３．８ｄＢの利得、および、 ２ ： １ より小さいＶＳＷＲを仮定する。
【００５０】
[0069] 図10を参照して、図２Ａと図２Ｂのアセンブリ６００は、既存のＩＦＦブレードアンテナに置き換わることができるブレードアンテナ１０００として構成することができる。図１０の実施形態では、ブレードは、幅３．８インチ、長さ７．７４インチ、高さ９．７５インチである。
【００５１】
[0070] いくつかの実施形態において、ＵＨＦアンテナ素子は個別のＲＦコネクタに向けられるが、他方、ＩＦＦ素子とＧＰＳ素子はコネクタを共用する。図１０の実施形態において、また図１１を参照して、内部分波器１１００と内部分波器１１０２の対が、ＧＰＳアンテナ素子１０２とＩＦＦアンテナ素子１０４が１つのコネクタ１００２を共用することを可能にして、ブレード１０００内に設けられ、他のコネクタ１００４が、ＵＨＦアンテナ素子６０２に専用される。図１１の実施形態において、統合されたＧＰＳ低雑音増幅器がＧＰＳアパーチャへの入力において含まれ、ＧＰＳブランキングが、ＩＦＦ電力がＧＰＳ受信機に直接カップリングしないように実装される。ＧＰＳブランキングにより、この実施形態においてＧＰＳチャネルとＩＦＦチャネルとを分離するために、追加の分離フィルタリングは必要とされない。ＵＨＦチャネルとＧＰＳチャネルとの間の分離を確実にするために、ローパスフィルタが、ＩＦＦ／ＵＨＦ分波器１１００の中に統合される。
【００５２】
[0071] 図１２を参照すると、他の実施形態では、アンテナアセンブリ１２００は、環状の基部１２０６に囲まれたＧＰＳパッチアンテナ素子１２０４の中央に置かれる環状スロットＩＦＦトランスポンダアンテナ素子１２０２を含む。
【００５３】
[0072] 図１２の実施形態では、ＧＰＳパッチ１２０４は、各帯域について １．５ : １より小さいＶＳＷＲで、Ｌ２（１２１６ＭＨｚから１２４０ＭＨｚまで）帯域とＬ１（１５６５ＭＨｚから１５８５ＭＨｚまで）周波数帯域の両方で信号を受信することができる。偏波は、天頂で最大利得を有する全方位パターンをもった右旋円偏波（ＲＨＣＰ）である。
【００５４】
[0073] 図１２の実施形態では、ＩＦＦアンテナ素子１２０２は、１２２０ＭＨｚから１０４０ＭＨｚまでの周波数範囲で信号を受信し、１０８０ＭＨｚから１１００ＭＨｚまでの周波数範囲で信号を送信することができる。ＶＳＷＲは、これらの範囲の各々について １．５ : １ よりも小さい。ＩＦＦアンテナ素子１２０２の偏波は、実質的に水平で最大利得を有する全方位パターンで、垂直である。
【００５５】
[0074] アンテナ素子１２０２、１２０４の各々は、個別のＲＦコネクタに向けられる。基部１２０６は、直径約７インチであり、アセンブリ１２００は、約０．５インチの外表面上のわずかな突起を有し、約１インチの深さである。実施形態は、アンテナアセンブリが搭載される外表面に十分に共形である。
【００５６】
[0075] 図１２の実施形態についての計算されたＩＦＦ ／ ＧＰＳパラメータが、以下の表２に提示される。
【００５７】
【表２】
2021501543.tif 000004
【００５８】
[0076] 図１３Ａと図１３Ｂは、それぞれ、図１２のＩＦＦアンテナ素子１２０２とＧＰＳアンテナ素子１２０４についての放射パターン計算のパターンを示す。図１３Ｂにおいて、Ｌ２帯域がモデル化される。Ｌ１帯域のパフォーマンスも同様である。図面の利得は、１．５ｄＢ（デシベル）の伝送損失を考慮し、 ２．０ ： １ より小さいＶＳＷＲをもったＩＦＦアンテナ素子１２０２（図１３Ａ）について３．５ｄＢｉであり、 １．５ : １ より小さいＶＳＷＲをもったＧＰＳアンテナ素子１２０４（図１３Ｂ）について３．５ｄＢｃである。
【００５９】
[0077] 本発明の実施形態の上記説明は、例示および説明の目的で提示されている。しかし、特徴づけられ、特定され、番号付けされた、この提案の各々およびすべてのページ、および、それらの上のすべてのコンテンツは、出願内の形式または配置にかかわらず、すべての目的のために、本出願の実質的な部分であるとみなされる。本明細書は、網羅的であること、または、開示された正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。多くの変更や変形が、本開示に照らして可能である。
【００６０】
[0078] 本出願は限られた数の形態で示されるが、本発明の範囲は、単にこれらの形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱することなく、様々な変更や修正の余地がある。本明細書において提示された開示は、本発明の範囲内にはいる態様のすべての可能な組み合わせを明示的に開示するものではない。様々な実施形態について本明細書に開示された態様は、全般的に、本発明の範囲から逸脱することなく自己矛盾しない任意の組み合わせに、入れ替え、組み合わせることができる。特に、以下の従属の請求項に提示された限定は、従属項がお互いに論理的に矛盾しない限り、本開示の範囲から逸脱することなく、任意の数および任意の順序で、それらの対応する独立の請求項と組み合わせることができる。
【図１Ａ】
2021501543.tif 000005
【図１Ｂ】
2021501543.tif 000006
【図２Ａ】
2021501543.tif 000007
【図２Ｂ】
2021501543.tif 000008
【図３Ａ】
2021501543.tif 000009
【図３Ｂ】
2021501543.tif 000010
【図４】
2021501543.tif 000011
【図５Ａ】
2021501543.tif 000012
【図５Ｂ】
2021501543.tif 000013
【図６】
2021501543.tif 000014
【図７Ａ】
2021501543.tif 000015
【図７Ｂ】
2021501543.tif 000016
【図８Ａ】
2021501543.tif 000017
【図８Ｂ】
2021501543.tif 000018
【図９Ａ】
2021501543.tif 000019
【図９Ｂ】
2021501543.tif 000020
【図１０】
2021501543.tif 000021
【図１１】
2021501543.tif 000022
【図１２】
2021501543.tif 000023
【図１３Ａ】
2021501543.tif 000024
【図１３Ｂ】
2021501543.tif 000025
【国際調査報告】
2021501543.tif 000026