(57)【要約】【課題】本発明の課題は、偏波ダイバーシチによって信頼性のある高品質受信を得ることが可能な、特にポータブルテレビ向けの小さくて低廉なアンテナを提案し、問題を解決することにある。【解決手段】アンテナ、特にポータブルテレビ向けのアンテナは、放射素子（１１）に結合された2つのポートを有し、2つのポートは相互に90゜の角度で、かつ水平面に対して45゜になるように放射素子上に配置される。2つのポートは、偏波ダイバーシチ信号を出力として供給するため、広帯域切替移相回路に連結される。【選択図】図2
2005102203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つの放射素子（11、11’、11’’、11’’’）と結合された２つのポートを有するアンテナであって、前記２つのポートは、相互に90゜の角度で、かつ水平面に対して45゜になるように前記放射素子上に置かれ、出力部に偏波ダイバーシチ信号を供給するよう制御された広帯域切替移相回路（２）に連結されていることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
同一面内にある2つの放射半円盤（11A、11B）形の2つの放射素子（11）を有し、前記ポートの各々は、相互に90゜の角度で配向された前記半円盤のエッジ（11A1、11B1）に沿って伸びるプローブ（13A1、13B1）を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
【請求項３】
2つの放射球（11A’、11B’）形の2つの放射素子（11’）を有し、前記放射球の回転軸は相互に90゜の角度で配向され、前記ポートの各々は前記放射球の回転軸に沿って伸びるプローブ（13A’1、13B’1）を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記放射素子は放射円盤（11’’）形であって、前記放射素子の2つのポートは、相互に90゜の角度で、それぞれ半径方向に、前記放射円盤の外周部まで伸びる2つのプローブ（13A’’1、13B’’1）を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
【請求項５】
半円盤形または球形の前記放射素子の各々は円錐形のグラウンドプレーン（12A、12B；12A’、12B’）に結合されていることを特徴とする請求項2または3いずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記円盤（11’’）形の放射素子は、相互に同一面内にあって、前記放射素子を形成する2つの円盤（12A’’、12B’’）で形成されるグラウンドプレーンに結合されていることを特徴とする請求項4に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記放射素子は、空間ダイバーシチを形成するため、テレビ（20）の左右それぞれの側に組み込まれるよう設計された２つの機械的に分離された部分(1’’’)に分割されていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
【請求項８】
アンテナの受信スペクトルの底部側の整合損失を補償するよう設計された整合回路（14）を介して広帯域切替移相回路（２）に連結された平衡型低雑音増幅器（15）を有する、前請求項のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項９】
前記整合回路（14）は、劣化した周波数領域における低雑音増幅器（15）の整合を抑制するよう設計されたハイパスネットワーク（14A）と、アンテナに有用な周波数帯域にわたりミスマッチの最大振幅を抑制するよう設計された受動式移相回路（14B）と、を有することを特徴とする請求項8に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記受動式移相回路はマイクロストリップ線路であることを特徴とする請求項9に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記平衡型低雑音増幅器（15）は、入力部および出力部にハイブリッド結合器（15A）を有することを特徴とする請求項8に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特にポータブルテレビ用の偏波ダイバーシチを有するアンテナに関する。本発明は特に将来のTDT（地上波デジタルテレビジョン）ネットワークの構築に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルチャンネルの送信に選定されるDVB-T(デジタルビデオ放送地上波）規格に準拠したOFDM（Orthogonal  Frequency  Division  Multiplex直交周波数分割多重）マルチキャリア変調のロバスト性にも関わらず、多方面での検討により受信上の問題、特にポータブルテレビの受信に関する問題が明らかとなっている。
【０００３】
劣化が連続的なアナログ信号とは異なり、所与の時間に所与のエリアにわたってデジタル信号に影響を及ぼすフェージング現象は、受信品質の劣化から信号のトータル損失に至るまでの急速な遷移を生じさせる。そのため、DVB-T番組の開始は、高品質受信を可能とするアンテナのデバイス技術による解決に依存する。
【０００４】
UHF帯域でのテレビの受信に関しては、現在開発されているアンテナは、完全マニュアル状態での偏波という選択を伴うことで、数dB（デシベル）の指向性を提供する。これらの大きくて非実用的なアンテナは受信品質に制限を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、偏波ダイバーシチによって信頼性のある高品質受信を得ることが可能な、特にポータブルテレビ向けの小さくて低廉なアンテナを提案し、上述の問題を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
その課題のため、本発明は特にポータブルテレビ向けのアンテナに関する。アンテナは、少なくとも1つの放射素子と結合された２つのポートを有し、２つのポートは、相互に90゜の角度で、かつ水平面に対して45゜になるように放射素子上に置かれる。2つのポートは、出力として偏波ダイバーシチ信号を供給するよう制御された広帯域切替移相回路と連結される。
【０００７】
この配置ではアンテナの連結費用を抑制し、特に、所与の方向における受信信号のフェージングを避けるための、4次偏波ダイバーシチ（水平偏波、垂直偏波、＋/-45゜偏波）を容易に得ることができる。ポートに0または180゜異なる移相を導入することによって、より高次の偏波ダイバーシチを得ることも可能である。
【０００８】
本発明によるアンテナは以下の特徴を有することも可能である：すなわち、
アンテナは、同一面内にある2つの放射半円盤形の2つの放射素子を有し、ポートの各々は、相互に90゜の角度で配向された前記半円盤のエッジに沿って伸びるプローブを有すること；
アンテナは、放射球形の2つの放射素子を有し、その回転軸は相互に90゜の角度で配向され、各ポートは放射球の回転軸に沿って伸びるプローブを有すること；
放射素子は、放射円盤形であって、その中の２つのポートは、相互に90゜の角度で、それぞれ半径方向に、放射円盤の外周部まで伸びる2つのプローブ（13A’’1、13B’’1）を有すること；
半円盤形または球形の各放射素子は円錐形のグラウンドプレーンに結合され、円錐の内部空間は、他のものの中から、切替移相回路の収納に利用されること；
円盤形の放射素子は、相互に同一面内にあって、放射素子を形成する2つの円盤で形成されるグラウンドプレーンに結合されていること；
である。
【０００９】
本発明の1つの特定の実施例では、放射素子は、空間ダイバーシチを形成するため、テレビ（20）の左右それぞれの側に組み込むよう設計された２つの機械的に分離された部分に分割されている。
【００１０】
本発明の他の態様によるアンテナは、アンテナの小型化の結果生じる、アンテナの受信スペクトルの底部側の整合損失を補償するよう設計された整合回路を介して広帯域切替移相回路に連結された平衡型低雑音増幅器を有する点で有利である。従って、この整合回路は、無線周波数側において良好な特性を維持したままで、アンテナ形状を上述のようにさらに小さくすることができ、地上波デジタル受信用の室内ポータブルテレビに適用するアンテナをより機能的にすることができる。簡単な実施例では、整合回路は、アンテナの劣化した周波数領域における低雑音増幅器の整合を抑制するよう設計されたハイパスネットワークと、アンテナの有用な周波数帯域にわたりミスマッチの最大振幅を抑制するよう設計された受動式移相回路と、を有する。受動式移相回路はマイクロストリップ線路で構成されても良い。さらに平衡型低雑音増幅器は、入力部および出力部に、整合および雑音指数パラメータを隔離するハイブリッド結合器を有する点で有利である。
【００１１】
本発明の多くの例示実施例が詳細に、添付図面とともに以下に示されるが、これらは限定例ではなく、単なる例示である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のアンテナは放射素子と結合された２つのポートを有し、２つのポートは、相互に90゜の角度で、かつ水平面に対して45゜となるように放射素子上に置かれており、ポートに連結され制御される広帯域切替移相手段（電子回路）を介して、偏波ダイバーシチ信号を供給することが可能である。
【００１３】
図1は、本発明のアンテナの２つのポートによって生じる信号A1およびA2を極めて概略的に示す。各信号はそれぞれ+45゜および-45゜に偏波している。図1の矢印の方向および傾きは偏波の方向を表わす。アンテナは長方形1によって表わされる。これらの信号A1、A2は電子回路、または広帯域切替移相ブロック2に送られる。広帯域切替移相ブロック2は、信号A1およびA2を組み合わせて、制御するように設計されており、ここで選択的に、出力としてそれぞれ垂直、水平、+45゜、-45゜の4つの偏波状態の合成信号を発生する。
【００１４】
ブロック2の出力部において、信号A1の位相がブロック2によって変化せず、信号A2が180゜位相シフトした場合、水平偏波の合成信号R2が、アンテナの2つのポートを有する出力部で生じることがわかる。2つの入力信号A1およびA2がブロック2において位相シフトまたは切替を伴わず維持された場合、垂直偏波の合成信号R1が得られる。第2の信号A2がブロック2において閉塞され、第1の信号A1がブロック2において無変化の場合、第1の信号A1と一致する+45゜に偏波された合成信号R3が得られる。逆に第1の信号A1がブロック2において閉塞され、第2の信号A2がブロック2において無変化の場合、第2の信号A1と一致する-45゜に偏波された合成信号R4が得られる。
【００１５】
従って、広帯域切替移相ブロック2の利用により、4つの主要な偏波状態を得ることが可能となる。ブロック2を90゜の移相が得られるように設計することで、4以上の高次の偏波を得ること、例えば、入力信号A1およびA2で円偏波を得ることが可能であることは明らかである。0から180゜までを包含する異なる移相を利用して、2つのポートで他の異なる偏波を得ることが可能である。広帯域切替移相回路2は、電子制御されたラインスイッチおよびダイオードスイッチを用いて簡単に製作することが可能である。
【００１６】
この偏波ダイバーシチは、所与の方向における受信信号のフェージングの問題を回避するため、従って、アンテナの受信品質を簡単に向上させるため、利用することが可能である。
【００１７】
図2ないし5は本発明のアンテナの実施例を示す。これらのアンテナを用いることで、アンテナの有用な帯域幅（470-862MHz）全域にわたり、-10dBよりも低いマッチングレベルを得ることが可能となる。
【００１８】
図2においてアンテナ1は、2つの同一面内にある半円盤11A、11B形の放射素子11を有する。半円盤の半径方向のエッジ端部または側面11A1、11B1それぞれは、相互に90゜の角度で、水平面に対して45゜となるように配向される。各放射半円盤は、それぞれ同軸導体（例えば50オーム）13A、13Bの遮蔽部を介して、それぞれグラウンドプレーン12A、12Bに結合される。各同軸導体の芯の自由端はプローブ13A1、13B1を形成し、これは、放射素子を構成する半円盤のエッジ端部に電気的接触状態で設置される。このプローブは、図2に示すように、アンテナの２つのポートにおいて90゜の配向が得られるように、この放射素子のエッジ端部に沿って伸びている。放射半円盤に連結された各グラウンドプレーンは円錐形であって、これを介して同軸導体は各グラウンドプレーンの回転軸に沿うように通っている。
【００１９】
図2において、2つの円錐12A、12Bは、1組の耳のように見える2つの放射半円盤によって、円錐の頂点で単一部品を形成するように交差していることがわかる。半円盤およびグラウンドプレーンの寸法、ならびに各半円盤とグラウンドプレーン間の距離は、アンテナの小さな電波範囲を維持したまま、アンテナをUHF帯域幅において整合させるように、修正することが可能である。一例として、以下の寸法のアンテナを用いることで、470-862MHz全帯域にわたって-10dBのマッチングレベルが得られる：
各半円盤の寸法：11cm
各半円盤の厚さ：4cm
各円錐形グラウンドプレーンの高さ：11cm
各円錐形グラウンドプレーンの傾斜：45゜
素子11A、11B、12A、12Bは、半円盤および円錐形を有する中空のプラスチック本体を得るため、プラスチックの成形によって製作することが可能である。次にこれらの中空本体の外表面には、放射表面またはグラウンドプレーンを形成するため、メッキが施される。発泡技術を利用することで、より軽量のアンテナを得ることが可能である。この場合、素子11A、11B、12A、12Bは、中空の発泡ブロックにより製作され、その後、中空空間の内表面は公知の方法でメッキされる。このアンテナの構成は製作が簡単である。電子式の切替移相ブロック2は、2つの同軸導体13A、13Bに連結された２つの円錐の内部空間に収納することが可能である。
【００２０】
図3は、本発明のアンテナ1'の他の実施例を示す。アンテナ1'は単一部品として組み合わされた、上記の２つの円錐形グラウンドプレーン12A’、12B’を有するが、今度は、２つの球11A’、11B’の形の放射素子を有する。2つの放射球11A’、11B’の回転軸は、相互に90゜の角度で、かつ水平面に対して45゜となるように配向される。各同軸導体13A’、13B’の自由端はプローブ13A’1、13B’1を形成し、各プローブは、球の回転軸に沿って伸び、アンテナの放射素子までの２つのポートは、相互に90゜となるように配向される。球11A’、11B’ならびに円錐形のグラウンドプレーン12A’および12B’は、成形プラスチックからなる中空の形状に対応させてメッキを施工し、または発泡ブロックの中空空間に対応させてメッキを施工し、製作することが可能である。この構成では、切替移相ブロック2は円錐形のグラウンドプレーンの内部空間に組み込まれる。アンテナ1’は、470-862MHz周波数帯域全体にわたり約-10dBのマッチングレベルを有するように、以下の寸法で製作することが可能である：
放射球の寸法：11cm
各円錐形グラウンドプレーンの高さ：11cm
各円錐形グラウンドプレーンの傾斜：45゜
図4は本発明のアンテナ1’’のさらに別の実施例を示す。アンテナ1’’は、円盤11’’の形状の２つのポートを有する1つの放射素子と、円盤形の２つのグラウンドプレーン12A’’、12B’’を有し、グラウンドプレーンと円盤形の放射素子は、同一面内にあり、三角形型に配置される。この図から明らかなように、同軸導体13A’’、13B’’は、相互に90゜の角度で、それぞれ、円盤形グラウンドプレーンの半径方向に伸び、プローブ13A’’1、13B’’1を形成するこれらの導体の芯の自由端は、放射素子11’’を形成する円盤と外周で接触するように円盤に放射状に進入する。プローブは相互に90゜の角度を形成し、各々は水平面に対して45゜の角度を形成する。この実施例では、切替移相ブロック2まで伝送をつなげるため、連結アーチ12C’’を2つのグラウンドプレーン間に形成する必要がある。グラウンドプレーン12A’’、12B’’は、放射に妨害されずに、従ってアンテナの整合のため、フィールドラインをこれらの間で設定できるよう、相互に相対的に離して置く必要がある。アンテナは次の寸法を有するように製作される：
3つの円盤11’’、12A’’、12B’’の厚さ：2cm
放射素子を形成する円盤の径：11cm
グラウンドプレーンを形成する各円盤の径：22cm
連結アーチの厚さ：1cm
この構成においても、相互に直角で、水平方向に対して45゜傾斜した放射素子への２つのポートが存在する。素子11’’、12A’’、12B’’は上述のように成形プラスチックまたは発泡技術で製作することが可能である。
【００２１】
図5には本発明のさらに別の実施例であるアンテナ1’’’を示す。アンテナは小型で、良好な無線周波数関連特性を有するように空間ダイバーシチを取り入れることも可能である。このアンテナは、相互に機械的に分離された２つの放射部に分割されており、特にポータブルテレビの側面に組み込むように設計されている。図5はアンテナ1’’’の一部を示す。アンテナ1’’’は平らな豆形状の放射素子11’’’と、台形のグラウンドプレーン12’’’を有し、これらの素子11’’’および12’’’は、成形プラスチックまたは中空の発泡ブロックの適当な面にメッキを施工して形成される。図5から明らかなように、アンテナのこの部分は、全体的に直方体によって定められる空間内に収められ、直方体の長さ、幅、奥行き寸法はそれぞれ、約21.9cm、12.7cmおよび3.2cmである。インゲン豆形状の放射素子11’’’は環状の、鋭角部分のない放射表面（メッキ面）を有する。特に、放射素子11’’’の放射環状表面は、水平面に対して135゜傾斜した平坦な上部直線部11A’’’と、直線部11A’’’につながる円弧状の上部直線部11B’’’と、直線部11B’’’につながる、直線部11A’’’と実質上平行な、平坦な底部直線部11C’’’と、直線部11C’’’および11A’’’と相互につながる楕円円弧状の底部直線部11D’’’と、を有する。
【００２２】
導電プローブ13A’’’は、水平面に対して45゜の角度を成す上部直線部11A’’’に沿って、電気的に接触した状態で伸び、このプローブは放射素子11’’’への結合ポートを形成する。
【００２３】
放射素子11’’’と連結されたグラウンドプレーン12’’’は台形状で、上部は放射素子11’’’の近傍にある。図5から明らかなように、放射素子11’’’およびグラウンドプレーン12’’’は、グラウンドプレーン12’’’の傾斜面12A’’’が、放射素子11’’’の底部直線部11C’’’と対向するような、相互の位置関係に置かれる。側面12A’’’を含むグラウンドプレーン12’’’の側面は絶縁経路12B’’’を除き、全体にメッキが施工される。絶縁経路12B’’’は、プローブ13A’’’に半田付けで電気的に接続され、切替移相ブロック2の入力部に連結されるマイクロストリップ線路13B’’’を作動するため、台形の上部に残される。成形プラスチックによる実施例において、放射素子11’’’構造およびグラウンドプレーン12’’’構造は、直方体の対向する2面を形成する2つの平行なプラスチック板で固定される。
【００２４】
図6にはポータブルテレビが概略的に示されている。テレビの左右の側それぞれには1’’’のようなアンテナ部分が収められる。図5から明らかなように、テレビ左側の放射素子11’’’およびグラウンドプレーン12’’’の相対的な向き（この向きは図5の向きと等しい）は、テレビ右側の放射素子11’’’およびグラウンドプレーン12’’’の相対的な向きと対称であり、そのため、右側のアンテナ部1’’’、およびテレビ左側のアンテナ部1’’’のプローブ13A’’’は、それぞれ、相互に90゜に配向され、各々水平面に対して45゜の角度をなし、空間ダイバーシチおよび偏波ダイバーシチの両方が上記のように形成できる。
【００２５】
アンテナの整合帯域はその容量に正比例して増大することが知られている。従って、アンテナ1’’’のようにアンテナの寸法が小さくなる場合、スペクトル底部におけるマッチングレベルの劣化が生じる。このようにして生じる不整合損失は、数dB程度であり、受信電力の半分を占める。アンテナ1’’’のような、位相情報を考慮せずとも受信部、およびこの受信部に連結された低雑音増幅器において極めて良好なマッチングレベルを有するアンテナは、受信部における劣化したマッチングレベルを適正に整合した位相を有する、同様のアンテナと同じ特性を有することが確認されている。本発明、および図7の参照によれば、整合ブロック14（電子回路）は、切替移相ブロック2と平衡型低雑音増幅器15の間に挿入され、ノイズファクター特性を最適な感度が得られる状態に維持したまま、信号のミスマッチの領域における振幅および位相情報を補正し、従って、スペクトルの底部における整合損失を補償する。整合ブロックは、増幅器15の入力部を用いてブロック2の出力部で信号の位相を揃えるため利用され、信号の伝送を最適化し、整合品質を低下させる定常波の形成を制限する。さらに、整合ブロックは、全周波数帯域において伝送された信号の振幅を抑制し、擬似成分を除去するために利用することも可能である。そのような整合ブロック14の利用は、等価な特性レベルが与えられた場合、アンテナ1’’’の寸法の約37%の低下を可能とし、6面体の長さ、幅、奥行きはそれぞれ、16.9cm、10.5cmおよび3.2cmに縮小される。この小型化されたアンテナ1’’’は、20のようなポータブルテレビにより容易に組み込むことができる。
【００２６】
図8には整合ブロック14および平衡型低雑音増幅器15が詳細に示されている。整合ブロック14は、劣化した周波数領域における低雑音増幅器15との整合を抑制する役割を担うハイパス型のネットワーク14Aと、単一マイクロストリップ線路から構成される受動式移相回路14Bと、を有し、受動式移相回路14Bはアンテナの有用な周波数域（470MHz-862MHz）全体にわたりミスマッチの最大振幅を抑制する機能を有する。図8に示されている平衡型低雑音増幅器15は、整合パラメータを最適化し、定常波の除去を可能にすることで雑音指数を低減する増幅器の入力部と出力部で、ハイブリッド結合器15Aを利用することを基礎とするものである。そのような補償システムの物理的パラメータ、マイクロストリップ線路の寸法パラメータ（長さおよび幅）、ならびに整合補償のパラメータ（容量、インダクタンス）は、当業者にとって公知の「ランダム」または「傾斜」型の最適化演算処理で計算することが可能である。
【００２７】
偏波ダイバーシチと一体で動作し、全UHF受信帯域にわたり良好なマッチングレベルを提供する、小型アンテナを得るため、14のような整合ブロックの使用をアンテナの実施例1、1’および1’’に拡大適用できることがわかる。
【００２８】
上述のように、これらのアンテナ1、1’、1’’、1’’’は、プラスチック成形で形成すること、ならびに成形で得られた、放射素子およびグラウンドプレーンの形を定めるその外表面をメッキすることで、形成することが可能である。これらは発泡技術で形成すること、言い換えれば、中空の発泡ブロックによって、また得られた発泡ブロックの中空の内表面にメッキを施して形成することも可能である。この発泡技術は軽量アンテナの提供が可能であるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のアンテナで得られる偏波ダイバーシチの原理を概略的に示す図である。
【図２】本発明のアンテナの第1の実施例を示す図である。
【図３】本発明のアンテナの第2の実施例を示す図である。
【図４】本発明のアンテナの第3の実施例を示す図である。
【図５】本発明のアンテナの第4の実施例を示す図である。
【図６】本発明のアンテナを装備したポータブルテレビを示す図である。
【図７】本発明のアンテナの低雑音増幅器からの上り線路の整合サブシステムを示す図である。
【図８】本発明のアンテナの整合ブロックの実施例の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ1  信号
Ａ2  信号
R1  合成信号
R2  合成信号
R3  合成信号
R4  合成信号
1  アンテナ
1’  アンテナ
1’’  アンテナ
1’’’  アンテナ
2  広帯域切替移相ブロック
11  放射素子
11’  放射素子
11’’  円盤形放射素子
11’’’  放射素子
11A  放射半円盤
11B  放射半円盤
11A1  エッジ
11B1  エッジ
11A’  球形放射素子
11B’  球形放射素子
11A’’’  上部直線部
11B’’’  円弧状上部直線部
11C’’’  底部直線部
11D’’’  円弧状底部直線部
12’’’  グラウンドプレーン
12A  円錐形グラウンドプレーン
12B  円錐形グラウンドプレーン
12A’  円錐形グラウンドプレーン
12B’  円錐形グラウンドプレーン
12A’’  グラウンドプレーン
12B’’  グラウンドプレーン
12A’’’  傾斜面
12B’’’  絶縁経路
12C’’  連結アーチ
13A  同軸導体
13B  同軸導体
13A’  同軸導体
13B’  同軸導体
13A’’  同軸導体
13B’’  同軸導体
13A’’’  プローブ
13B’’’  マイクロストリップ線路
13A1  プローブ
13B1  プローブ
13A’1  プローブ
13B’1  プローブ
13A’’1  プローブ
13A’’2  プローブ
14  整合回路
14A  ハイパスネットワーク
14B  受動式移相回路
15  平衡型低雑音増幅器
15A  ハイブリッド結合器
20  テレビ
【図１】
2005102203.tif 000003
【図２】
2005102203.tif 000004
【図３】
2005102203.tif 000005
【図４】
2005102203.tif 000006
【図５】
2005102203.tif 000007
【図６】
2005102203.tif 000008
【図７】
2005102203.tif 000009
【図８】
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