(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子と、信号をフィードし、及び／又は前記アンテナ素子からの信号を受信するように構成され、マルチブレードワイパー型の位相シフタを含むフィードネットワークと、を含むアンテナであって、
i．回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップ、すなわち該導電性ストリップの少なくとも１つは、少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分を含み、それら少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分は、同じ物理的長さの単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい電気的長さを有する増加した電気的長さを与える導電性ストリップと、
ii．前記回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、
iii．前記回転の中心の近くで前記ワイパーと接続するよう構成された入力ラインと、
を有し、
前記ワイパーは、前記入力ラインから前記導電性ストリップに接続された前記アンテナ素子までの経路の長さを変えるように、前記回転の中心を回転するように構成され、
第１の最大位相シフトを有するアンテナ素子は第１の導電性ストリップに接続され、第１の最大位相シフトと反対の第２の最大位相シフトを有する他のアンテナ素子は第２の導電性ストリップに接続される、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記入力ラインは、前記回転の中心まわりに位置され、前記ワイパーに連結される第１の環状連結領域を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アンテナ素子の少なくとも一つの対の間の位相の相違は、前記中央連結領域に関連するワ前記イパーの位置により生成される経路の相違により実質的に決定されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記ワイパーは、前記第１の環状連結領域に連結される第２の環状連結領域を含むことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記位相シフタに接続され、第１番目のアンテナ素子から第Ｎ番目のアンテナ素子まで順に位相シフタに配置されるＮ個のアンテナ素子を含み、第１番目のアンテナ素子は第１の最大位相シフトを有するアンテナ素子であり、第Ｎ番目のアンテナ素子は第２の最大位相シフトを有するアンテナ素子であり、第１及び第（Ｎ−１）番目のアンテナ素子は、前記第１の導電性ストリップに接続され、第２及び第Ｎ番目のアンテナ素子は前記第２の導電性ストリップに接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
隣接するアンテナ素子の各対の前記素子は、異なる導電性ストリップに接続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７】
前記ワイパーは２ブレードワイパーであり、前記第１及び第２の導電性ストリップは前記回転の中心の反対側に位置付けされ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】
前記第１のブレードは第１及び第３の導電性ストリップに連結され、前記第２のブレードは第２及び第４の導電性ストリップに接続されるように、第３及び第４の導電性ストリップが位置付けされることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記導電性ストリップは、１又はそれ以上の実質的に円形のアークを含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記ワイパーは、同じ物理的な面積の単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい電気的長さを有する一又はそれ以上の増加した電気的長さの導電性部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記位相シフタは、入力ラインに接続された出力ラインを含み、該出力ラインに接続されたアンテナ素子の位相は、前記ワイパー角度から独立し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１２】
前記アンテナは、セルラー通信アンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
マルチブレードワイパー型の位相シフタであって、
i．回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップ、すなわち該導電性ストリップの少なくとも１つは、少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分を含み、それら少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分は、同じ物理的長さの単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい電気的長さを有する増加した電気的長さを与える導電性ストリップと、
ii．前記回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、
iii．前記回転の中心の近くで前記ワイパーと接続するよう構成された入力ラインと、
iv．アンテナ素子を位相シフタに接続するための前記導電性ストリップ上の複数の出力ポートと、
を有し、
前記出力ポートは、
ａ）第１の最大位相シフトを提供する第１の導電性ストリップ上の第１の出力ポートと、
ｂ）第１の最大位相シフトとは反対の第２の最大位相シフトを提供する第２の導電性ストリップ上の第２の出力ポートと、
を有し、
前記ワイパーは、前記入力ラインから前記出力ポートまでの経路の長さを変えるように前記回転の中心を回転するように構成される、
ことを特徴とするマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【請求項１４】
前記入力ラインは、前記回転の中心まわりに位置され、前記ワイパーに連結される第１の環状連結領域を含み、前記出力ポートの少なくとも一つの対の間の位相の相違は、前記中央連結領域に関連する前記ワイパーの位置により生成される経路の相違により実質的に決定されることを特徴とする請求項１３にマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【請求項１５】
位相順に隣接する前記出力ポートの各対の前記出力ポートは、異なる導電性ストリップに接続されていることを特徴とする請求項１３に記載のマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【請求項１６】
複数のアンテナ素子と、信号をフィードし、及び／又はアンテナ素子からの信号を受信するように構成され、マルチブレードワイパー型の位相シフタを含むフィードネットワークと、を含むアンテナであって、
i．回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップ、すなわち該導電性ストリップの少なくとも１つは、少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分を含み、それら少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分は、同じ物理的長さの単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい電気的長さを有する増加した電気的長さを与える導電性ストリップと、
ii．前記回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、
iii．前記回転の中心の近くで前記ワイパーと接続するよう構成された入力ラインと、
を有し、
前記ワイパーは、前記入力ラインから前記導電性ストリップに接続されたアンテナ素子までの経路の長さを変えるように、回転の中心を回転するように構成され、
隣接するアンテナ素子の各対の素子は異なる導電性ストリップに接続されている、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１７】
複数のアンテナ素子と、信号をフィードし、及び／又はアンテナ素子からの信号を受信するように構成され、マルチブレードワイパー型の位相シフタを含むフィードネットワークと、を含むアンテナであって、
i．回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップ、すなわち該導電性ストリップの少なくとも１つは、少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分を含み、それら少なくとも１つの曲折された部分、切り目が付された部分は、同じ物理的長さの単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい電気的長さを有する増加した電気的長さを与える導電性ストリップと、
ii．前記回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、
iii．前記入力ラインと前記ワイパーを接続する回転の中心の周りの環状中央連結領域と、
を有し、
前記ワイパーは、前記入力ラインから前記導電性ストリップに接続されたアンテナ素子までの経路の長さを変えるように、前記回転の中心を回転するように構成され、
少なくとも一対の素子の間の位相の相違は、前記中央連結領域についてのワイパーの位置により生成される経路の違いにより実質的に決定される、
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項１８】
実質的に線形の位相寄与は前記アンテナ素子を横切って提供されることを特徴とする請求項１７に記載のアンテナ。
【請求項１９】
マルチブレードワイパー型の位相シフタであって、
ワイパーに接続された入力ラインと、複数の導電性ストリップに接続され、前記入力ラインから前記導電性ストリップに接続された出力ポートまでの効果的な経路の長さを変えるために前記導電性ストリップについて移動可能なワイパーと、を有し、前記導電性ストリップの少なくとも１つは、同じ物理的面積の単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい電気的長さを有する増加した電気的の長さの導電性ストリップである、
ことを特徴とするマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【請求項２０】
増加した電気的長さを有する導電性ストリップは、前記導電性ストリップのエッジから突き出た一又はそれ以上の歯を有する容量性負荷部分を含むことを特徴とする請求項１９に記載のマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【請求項２１】
前記歯は、歯の一又はそれ以上の対を含み、各対の前記歯は、歯により引き起こされる干渉を各他の出力にて打ち消すことを特徴とする請求項２０に記載のマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【請求項２２】
増加した電気的長さを有する導電性ストリップは切り目が付された部分を含むことを特徴とする請求項１９に記載のマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【請求項２３】
前記ワイパーブレードの一部分は環状部分を含むことを特徴とする請求項１９に記載のマルチブレードワイパー型の位相シフタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフタに関し、特に、但し排他的ではないが、セルラー通信アンテナに使用されるマルチブレードワイパー型の位相シフタに関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラーアンテナは、多くの場合、放射素子から受信された或いは供給される信号の位相を調整するための位相シフタを含む。位相の調整は、例えば電気的なダウンチルトといった、ビーム角度の電気的なステアリングのために用いられる。
【０００３】
差動位相シフタは、一対のシグナルポートの間の位相を調整する。正相シフトは、一のポートに適用され、逆相シフトは、他のポートに適用される。
【０００４】
位相シフタの一つの知られたタイプは、図１に概略的に示される"ワイパー"位相シフタ１００である。信号は、入力ライン１１を介して位相シフタにより受信され、位相シフタを介して複数のシグナルポートＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に送信される。信号は、ポートＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４から、フィードライン１２を介して、放射素子Ａ１'，Ａ２'，Ａ３'，Ａ４'へと供給される。
【０００５】
入力ライン１１は、中央環状連結領域１４を含む。この環状の導電性の領域１４は、各末端において容量的に導電性のアーク１６，１７に連結される、導電性のワイパー１５に容量的に連結されている。従って、入力ライン１１を介して受信された信号は、環状連結領域１４及びワイパー１５を介して、アーク１６，１７に送信される。
【０００６】
ワイパー１５は、中央環状連結領域１４の中央にてポイント１８の周りを回転する。ワイパーの該ポイントまわりの回転は、入力ライン１１とシグナルポートＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のそれぞれとの間の経路の長さを変更し、それによって、それらポートのそれぞれに送信された信号に位相シフトを導入する。
【０００７】
アーク１６，１７は、半径が異なり、一般には共に回転の中心１８に中心が置かれている。これらの異なる半径は、異なるアークに接続されたポートに異なる位相シフトを導入する。例えば、図１に示される位相シフタでは、アーク１７はアーク１６に比べて小さい半径を有している。回転の中心１８についてワイパー１５の同じ回転角度θであるにも関わらず、アーク１７に接続されたポートはアーク１６に接続されたポートよりもリも小さい位相シフトを経験するだろう。このようにして、ポートＡ１はポートＡ２よりも大きい逆相シフトを有し、ポートＡ４はポートＡ３よりも大きい正相シフトを有する。
【０００８】
図１に示される構成は、好ましくない位相エラーを導入することを見出した。
【０００９】
以下は、各ポートに供給される信号の位相の分析であり、ここにＲ１はアーク１６の半径であり、Ｒ２はアーク１７の半径であり、ｒは中央環状連結領域１４の半径であり、θは中央位置に関するワイパー１５の角度である。
【００１０】
ポートＡ１について考えるに、位相シフトは、外側のアークの経路の長さの変化により生成される成分を含む。この成分は−２πＲ１θ／λに等しく、ここでλは信号の波長であり、Ｒ１θは中央位置２０とワイパー１５がアーク１６と交差するポイント２１との間の外側のアークの長さであることは勿論である。
【００１１】
しかしながら、位相シフトは、また中央環状連結領域１４の経路の長さの変化により生成される成分も含む。この成分は、−２πｒθ／λに等しい。
【００１２】
同じ分析を各ポートに適用し、以下を見出した。
【００１３】
【数１】
0005348683.tif 000002
【００１４】
上述の等式より、様々なポートに与えられる位相シフトは、ゼロ位相シフトについて対称性を有しないことが分かる。それは、次の関係にある。
【００１５】
【数２】
0005348683.tif 000003
【００１６】
更に、隣接するアンテナ素子の全ての対の間に導入される位相シフトを同じにすることはできない。それらは、位相シフタを含むアンテナの動作にマイナスの影響をもたらす好ましくない位相エラーである。
【００１７】
また、ワイパー位相シフタは、一般的にかさばり、それゆえにいくつかの用途には不適切である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的とするところは、改善されたアンテナ性能を実現することである。
【００１９】
更に、本発明の目的とするところは、ワイパー型の位相シフタの好ましくない位相エラーを削減することである。
【００２０】
本発明の他の目的とするところは、削減されたサイズのワイパー型の位相シフタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
ワイパー型の位相シフタと、ワイパー型の位相シフタを含むアンテナが提供される。アンテナ素子及び位相シフタは、従来の装置で存在していた位相エラーが削減される態様でアレンジされる。特に、最大の正相シフトを有することを意味する第１のアンテナ素子と、最大の逆相シフトを有することを意味する第２のアンテナ素子は、位相シフタの異なるアークに接続される。
【００２２】
従来の位相シフタよりもコンパクトなワイパー型の位相シフタが提供され、及び／又は同等の面積の従来の位相シフタよりもより大きい位相シフトを提供する。位相シフタのアークは、電気的長さを増加させるために配置される。ワイパーは、電気的長さを増加させるために配置される。
【００２３】
一つの例示的な実施態様では、複数のアンテナ素子と、信号をフィードし、及び／又はアンテナ素子からの信号を受信するように構成され、マルチブレードワイパー型の位相シフタを含むフィードネットワークと、を含むアンテナであって、回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップと、回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、回転の中心の近くでワイパーと接続するよう構成された入力ラインとを有し、ワイパーは、入力ラインから導電性ストリップに接続されたアンテナ素子までの経路の長さを変えるように、回転の中心を回転するように構成され、第１の最大位相シフトを有するアンテナ素子は、第１の導電性ストリップに接続され、第１の最大位相シフトと反対の第２の最大位相シフトを有する他のアンテナ素子は、第２の導電性ストリップに接続される、アンテナが提供される。
【００２４】
他の例示的な実施態様では、マルチブレードワイパー型の位相シフタであって、回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップと、回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、回転の中心の近くでワイパーと接続するよう構成された入力ラインと、アンテナ素子を位相シフタに接続するための導電性ストリップ上の複数の出力ポートと、を有し、出力ポートは、第１の最大位相シフトを与える第１の導電性ストリップ上の第１の出力ポートと、第１の最大位相シフトとは反対の第２の最大位相シフトを与える第２の導電性ストリップ上の第２の出力ポートと、を有し、ワイパーは、入力ラインから出力ポートまでの経路の長さを変えるように、回転の中心を回転するように構成される、マルチブレードワイパー型の位相シフタが提供される。
【００２５】
更なる例示的な実施態様では、複数のアンテナ素子と、信号をフィードし、及び／又はアンテナ素子からの信号を受信するように構成され、マルチブレードワイパー型の位相シフタを含むフィードネットワークと、を含むアンテナであって、回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップと、回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、回転の中心の近くでワイパーと接続するよう構成された入力ラインとを有し、ワイパーは、入力ラインから導電性ストリップに接続されたアンテナ素子までの経路の長さを変えるように、回転の中心を回転するように構成され、隣接するアンテナ素子の各対の素子は異なる導電性ストリップに接続されている、アンテナが提供される。
【００２６】
別の例示的な実施態様では、複数のアンテナ素子と、信号をフィードし、及び／又はアンテナ素子からの信号を受信するように構成され、マルチブレードワイパー型の位相シフタを含むフィードネットワークと、を含むアンテナであって、回転の中心に位置された一又はそれ以上の導電性ストリップと、回転の中心を回転するよう構成され、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第１の方向に延びた第１のブレードと、一又はそれ以上の導電性ストリップと接続するために第２の方向に延びた第２のブレードを有するワイパーと、入力ラインとワイパーを接続する回転の中心の周りの環状中央連結領域とを有し、ワイパーは、入力ラインから導電性ストリップに接続されたアンテナ素子までの経路の長さを変えるように、回転の中心を回転するように構成され、少なくとも一対の素子の間の位相の相違は、中央連結領域についてのワイパーの位置により生成される経路の違いにより実質的に決定される、アンテナが提供される。
【００２７】
更なる例示的な実施態様では、マルチブレードワイパー型の位相シフタであって、ワイパーに接続された入力ラインと、複数の導電性ストリップに接続され、入力ラインから導電性ストリップに接続された出力ポートまでの効果的な経路の長さを変えるために導電性ストリップについて移動可能なワイパーとを有し、導電性ストリップの少なくとも１つは、同じ物理的面積の単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい電気的長さを有する増加した電気的の長さの導電性ストリップである、マルチブレードワイパー型の位相シフタが提供される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、改善されたアンテナ性能が実現される。更に、ワイパー型位相シフタの好ましくない位相エラーが削減される。そして、削減されたサイズのワイパー型の位相シフタが提供される。
この発明は、例示によって詳述され、以下の図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術に係る位相シフタの回路図である。
【図２】一の実施形態に従った位相シフタの回路図である。
【図３】更なる実施形態に従った位相シフタの回路図である。
【図４】更なる実施形態に従った位相シフタを示す図である。
【図５】図４の位相シフタのワイパーを示す図である。
【図６】更なる実施形態に従った位相シフタを示す図である。
【図６Ａ】図６の位相シフタからアークの部分を拡大して示した図である。
【図６Ｂ】図６の位相シフタのワイパーを示した図である。
【図７】更なる実施形態に従った位相シフタを示す図である。
【図７Ａ】図７の位相シフタからアークの部分を拡大して示した図である。
【図８】更なる実施形態に従った位相シフタを示す図である。
【図９】更なる実施形態に従った位相シフタの示す図である。
【図９Ａ】図９の位相シフタのワイパーを示した図である。
【図１０】更なる実施形態に従った位相シフタを示す図である。
【図１１】非線形位相シフトを実現する、更なる実施形態に従った位相シフタを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の記述において、参照の容易さのために、文字（Ｂ，Ｃなど）に続く符号１から１０は、位相シフタのシグナルポートを称するのに用いられる。ポートは、ポートに与えられる位相シフタの順にラベルが付けられる。即ち、ポート１は、最も高い逆相（正相）位相シフトを有するが、最も高いナンバーの付されたポートは最も高い正相（逆相）位相シフトを有する。同様に、アンテナ素子には、Ｂ１'からＢ１０'等のラベルが付けられる。
【００３１】
図２は一の実施形態に従ったアンテナ３０の回路図である。アンテナ３０は、信号をフィードし、及び／又はアンテナ素子からの信号を受信するフィードネットワークを含んでいる。このフィードネットワークは、入力ライン３１を介して信号を受信し、複数の出力シグナルポートＢ１，Ｂ２，Ｂ３及びＢ４に信号を供給するワイパー型の位相シフタを含んでいる。
【００３２】
出力ポートは、アンテナ素子の接続に好適なポートのいくつかのフォームを有し、例えば、アンテナフィードラインが半田付けされ得るフィードライン部分を単に含む。
【００３３】
入力ライン３１は中央環状連結領域３２を含み、そこで信号は導電性ワイパー３３に連結する。導電性ワイパーは、第１の方向に延びた第１のブレード３３Ａと、ワイパーの中央から第２の方向に延びた第２のブレード３３Ｂを有するマルチブレードワイパーである。ワイパー３３は、環状連結領域３２の中央の回転の中心３３Ｃ周りに回転する。このようにして、入力ライン３１は、回転の中心３３Ｃに近接したワイパー３３と接続される。
【００３４】
信号はワイパーブレードに沿って進み、導電性ストリップを備えたワイパー３３の各ブレードを介して接続される。導電性ストリップは、回転の中心３３Ｃに位置され、実質的に直線状の、或いはいくつかの適切な曲率に曲げられたストリップを含むいくつかの適切な形状とされ得る。この実施形態で示されるものは、導電性ストリップがアーク３４，３５の形状となっている。アーク３４，３５は、実質的に円形のアークであり、回転の中心３３Ｃの上に中心を置く。信号が、ワイパーに沿って、環状連結領域から導電性ストリップまで進む距離が一定になるという利点を有する。
【００３５】
各アーク３４，３５の各末端において、シグナルポートＢ１，Ｂ２，Ｂ３及びＢ４に接続され或いは位置が定められる。各シグナルポートはフィードライン３６を介して、アンテナ素子Ｂ１'，Ｂ２'，Ｂ３'及びＢ４'に接続される。
【００３６】
この実施形態では、アンテナ素子Ｂ１及びＢ３は上側のアーク３４に接続されるが、アンテナ素子Ｂ２，Ｂ４は下側のアーク３５に接続される。これは、最大の逆相及び正相の位相シフトを受けることを意味する素子が同じアークに接続されている、従来の位相シフタと異なっている。
【００３７】
回転の中心周りのワイパー３３の回転は、入力ラインと各シグナルポートＢ１，Ｂ２，Ｂ３及びＢ４との間の経路の長さの交替をもたらし、それによって調整可能な位相シフトを与える。図２に示される実施形態では、アーク３４，３５のぞれぞれは、同じ半径Ｒである。中央環状領域３２及びアーク３４，３５の経路の相違の位相シフトへの寄与の分析によれば、以下が見出される。
【００３８】
【数３】
0005348683.tif 000004
【００３９】
ここで、Ｒはアーク３４，３５の半径であり、ｒは中央環状連結領域３２の半径であり、θは中央位置に係るワイパー３３の角度であり、λは信号の波長である。
【００４０】
ここで、従来技術で生じていた、好ましくない位相エラーは削除される。アンテナ素子を超えて実質的に線形の位相配分となる。
Δφ（Ｂ１）＝−Δφ（Ｂ４）、及びΔφ（Ｂ２）＝−Δφ（Ｂ３）
仮に望まれるならば、隣接する素子の全ての対の間の位相の相違は等しくされ得る。
【００４１】
一般に、環状連結領域の半径及び最も長い導電性アークの半径は、以下のように決定される。
【００４２】
【数４】
0005348683.tif 000005
【００４３】
ここで、βmaxは最大アンテナビームのステアリング角度であり、ｄは隣接するアンテナ素子の間の距離であり、θmaxはワイパーの最大回転角度であり、εeffはプリント回路基板の効果的な誘導性定数であり、Ｎはアンテナ素子の数である。
【００４４】
同じ半径のアーク３４，３５の使用が、異なる半径のアークが用いられる従来技術とは異なることに気付く。従来技術において、経路の長さに完全に帰着する位相シフトは、アークにて変化する。その一方、本願の装置の位相シフトは、アークの経路の違いに依存しており、環状連結領域に関連したワイパー位置に帰着する。
【００４５】
事実、ポートＢ１とＢ２との間の位相の相違と、ポートＢ３とＢ４との間の位相の相違は４πθｒ／λであり、アークの半径Ｒから独立している。こうすることによって、同じポートの間の位相の相違は、実質的には、環状連結領域に関連するワイパー位置に帰着する経路の相違により定まる。
【００４６】
一般的に、アンテナは、位相シフタに接続されたＮ個のアンテナ素子を有する。アンテナ素子は、第１の最大位相シフト（正相又は逆相のいずれか）を有する素子から第２の最大位相シフト（逆相又は正相）まで位相シフト順に配置される。
【００４７】
位相シフタに接続されたアンテナ素子は、線形配列に配置される。アンテナは、一以上の位相シフタを含み、それぞれは線形配列に配置されたアンテナ素子のセットに接続されている。この場合、線形配列は共に２次元配列で形成される。
【００４８】
第１の最大位相シフトを有するアンテナエレメント（位相シフト順の第１のアンテナ素子であってよい）は、第１の導電性ストリップに接続され、第１の最大位相シフトとは反対の第２の最大位相シフトを有する他のアンテナ素子は第２の導電性ストリップに接続されている。従って、図２に示される位置にワイパーが回転すると、Δφ（Ｂ１）は逆相となるが、Δφ（Ｂ４）は正相となる。しかしながら、ワイパーの回転は、中央位置のいずれかの方向であり、その結果、ワイパーが時計回りにΔφ（Ｂ１）回転すると正相となるが、Δφ（Ｂ４）では逆相となる。
【００４９】
位相シフト順の第２のアンテナ素子は、Ｎ番目の素子と同様に同じ導電性ストリップに接続されているが、（Ｎ−１）番目の素子は第１の素子と同様の同じ導電性ストリップに接続されている。
【００５０】
位相シフト順に、隣接するアンテナ素子の各対は、異なる導電性ストリップに位置付けされている。
【００５１】
本願の位相シフタの出力ポートは、それら位相状態を実現するように配置される。従って、第１の最大位相シフトを与える第１の出力ポートは、第１の導電性ストリップに位置付けされており、第１の最大位相シフトとは反対の第２の最大位相シフトを与える第２の出力ポートは、第２の導電性ストリップに位置付けされている。
【００５２】
同様に、出力ポートの少なくとも１つの対の間の位相の相違は、中央環状領域に関連してワイパーの位置により実質的に決定される。また、位相順に隣接している出力ポートは異なる導電性ストリップに接続されている。
【００５３】
図３は更なる実施形態の回路図である。これは、更なるシグナルポートが加えられている点を除いて図２と同様であり、その結果、ここでは、今度は５つの出力ポート位相シフタとなっている。中央ポートＣ３は、単に中央連結領域３２に接続される。これは、ポートＣ３の位相がワイパーの角度から独立していることを意味する。中央ポートＣ３のために適切に固定された位相シフトが与えられる。この場合も先と同様、隣接する素子の全ての対の間の位相の相違は等しくされ得る。
【００５４】
図４は、更なる実施形態を示している。位相シフタ５０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）５１の上に導電性のトレースを生成するように形成される。導電性のトレースは、入力ライン５２、中央連結領域５３、中央出力ライン５４、及び導電性アーク５５，５６，５７，５８の形式の導電性ストリップを含む。
【００５５】
２つのアーク５５，５６及び５７，５８は、中央連結領域５３の各側に与えられる。中央出力ラインは、中央のポートＥ５に接続され、その結果、これは９つの出力ポートの位相シフタとなっている。
【００５６】
マッチング回路５９は、当業者であれば容易に理解できるように、インピーダンスマッチングパフォーマンスを改善するために、入力ライン５２上に与えられる。
【００５７】
図５に明確に示されるように、ワイパー６０は、中央の回転の中心にて回転自在に取り付けられており、導電性アーク５５，５６，５７，５８とより効果的に接続するために広げられたアーチ形の部分を有している。図５は、また、ＰＣＢの中央連結領域５３に連結されるよう構成されたワイパーの環状連結領域６２を明確に示している。
【００５８】
図４，５の実施形態において、中央連結領域５３の半径は外側のアーク５５，５８の半径の約１／８である。内側のアーク５６，５７の半径は、外側のアーク５５，５８の半径の約１／２である。素子Ｅ５'のために適切に固定された位相シフトを伴い、隣接する素子の各対の間の位相シフトを等しくすることを可能にする。
【００５９】
図４（実に図２，３の実施形態においても）において、位相シフタは、同一のアークの対を含んでいる。アーク５５と５８は同じ半径であり、アーク５６と５７は同じ半径である。この場合、同じアンテナ素子の間の位相シフトは、中央連結領域５３の経路の違いだけにより与えられる。例えば、素子Ｅ１'とＥ２'との間の経路の違いは、２・（２πｒθ）／λであり、環状領域５３の経路の違いの寄与だけにより生じる。同じことが、素子Ｅ３'及びＥ４'、素子Ｅ６'及びＥ７'、Ｅ８'及びＥ９'の対についても言える。
【００６０】
このように、本願の装置は、位相シフトに寄与するために中央環状連結領域５３を用いる。これは、中央環状領域が入力ラインをワイパーに接続するためだけに用いられている従来技術の装置とは対照的である。
【００６１】
いくつかの実施形態においては、同じ半径の２つのアークでないことも含まれることについて気付く。しかしながら、それら実施形態でさえ、中央環状連結領域５３は位相シフトへの寄与に用いられる。
【００６２】
いくつかの実施形態において、導電性ストリップは、電気的長さを増加させるために形成されることがあり、それは同じ物理的長さの簡単な導電性ストリップよりも大きい電気的長さを有する。この増加した電気的長さは、特定の面積の位相シフタのための増加した位相シフトレンジを与え、増加した電気的角度の調整、及び／又は更にコンパクトな位相シフタの実現を可能にする。
【００６３】
図６は、アーク６５，６６が増加した電気的長さのために形成された一つの実施形態を示す。図６Ａは図６に"６Ａ"と付された導電性アークの一部分の拡大図である。
【００６４】
ここで、各アークは、その内側及び外側のエッジに形成された連続した切り目６７を含んでいる。切り目６７の幅６８は、導電性アークの幅６９の１／５未満であり、好ましくは導電性アークの幅６９の１／１０未満である。切り目６７の長さ７０は、導電性アークの幅６９の０．３から０．７であり、好ましくは導電性アークの幅の約０．５である。隣接する切り目の間の間隔７１は、導電性アークの幅の約０．６から１．４であり、好ましくは導電性アークの幅におおよそ等しい。
【００６５】
各切り目は、連続したインダクタンスとして作用し、各加えられた連続したインダクタンスはアークの電気的長さを増加させる。切り目を用いることで、最大で約５０％まで導電性ストリップの電気的長さを増加することができる。
【００６６】
図６Ｂは図６の位相シフタのための好ましいワイパーを示す。
【００６７】
図７は、切り目が各アーク６５，６６の外側のエッジにのみ形成された更なる実施形態を示す。図７Ａは、図７に"７Ａ"と付した、導電性アークの一部分の拡大図である。このようにして、切り目は、導電性アークの外側のエッジにのみ、或いは実に内側のエッジに、含まれることが見られ得る。
【００６８】
図８は、曲折部７２を含む導電性アークを示し、その物理的長さに係る更なる実施形態を図示している。曲折されたラインは、そのかさばるより大きな大きさが原因で、前述した切り目が付けられた実施形態より望ましくはない。しかし、曲折されたラインは、いくつかの用途には好ましいことがある。
【００６９】
曲折されたラインは、曲折した経路を含むことにより、ラインの物理的長さを増加させるので、メカニズムが更に幾分か異なることを意味する。対照的に、切り目が付けられたラインは、ラインの電気的長さを増加させる連続したインダクタンスを付加する。
【００７０】
図９は、アーク７５，７６が電気的長さを増加させるために形成された更なる実施形態を示す。各アークは、複数の開路スタブ７７を含む。各スタブの長さ７８は＜＜λ／４である。各スタブは、等価回路素子、並列に接続されたキャパシタを有し、容量性の経路を与える。この容量性の経路は、アークの電気的長さを増加させる。開路スタブを用いることで、最大で約５０％、導電性ストリップの電気的長さを増加させることができる。
【００７１】
図９に示される実施形態では、開路スタブは、約λ／４の経路の長さにより分離された対にて形成されている。これにより、アーク７５の第１及び第５のスタブについて、第２及び第６のスタブ等は、λ／４の経路の長さにより分離される。異なる開路スタブからのリフレクションは各他出力からキャンセルされるので、この間隔は、好ましいインピーダンスマッチングパフォーマンスを与える。
【００７２】
図９Ａは、図９の位相シフタの好ましいワイパー７９を示す。このワイパー７９は、環状連結領域８０と広げられたアーチ型の連結領域８１との間にλ／４の長さを有し、ここでも同様に、インピーダンスマッチングパフォーマンスを実現する。
【００７３】
図１０は、図４に示したような、中央連結領域の各側に２つのアークを有する位相シフタに好適なワイパー８２を示す。
【００７４】
ワイパー８２は、環状連結領域８３と、各導電性アークに接続される広げられたアーチ型の連結領域８４，８５，８６，８７を含む。インピーダンスマッチングパフォーマンスのために、環状連結領域と各アーチ型の連結領域８５，８６との間の電気的長さが約λ／４であることが好ましい。同様に、内側のアーチ型の連結領域８５，８６と外側のアーチ型の連結領域８４，８７の間の電気的長さは、約λ／４である。
【００７５】
ワイパーの物理的長さを削減するために、それらの中に複数の環状部分８８が形成される。環状部分は、中央スペースを含み、スペースの両側周りの第１の端を通り、第２の端にて再び連結される、導電性ラインを有する。各環状部分は、同じ電気的長さのためにワイパーの物理的な長さを減少することが可能となる。例えば、連結領域８４，８５の間の物理的長さは約λ／８からλ／６である。同様に、連結領域８３及び８５、８３及び８６、そして８６及び８７の間の物理的長さは、λ／８からλ／６である。
【００７６】
こうすることによって、ワイパーブレードは、電気的長さを増加させる、即ち、ワイパーブレードの少なくとも一部における電気的長さは、同じ物理的長さの単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい。導電性ストリップのために前述したのと同様に、切り目が付けられた、或いは容量性を備えたラインは、この目的のために、ワイパーブレードにも用いられる。
【００７７】
図１１は、非線形位相シフトが提供される更なる実施形態を示す。この位相シフタ９０は、４つの全ての導電性アーク９１，９２，９３，９４が図６、６Ａに示されたのと同様の複数の切り目９５を含む点を除いては、図５に示したものと同様である。それら導電性アークの電気的長さは、それゆえに、同じ物理的長さの単純な導電性ストリップの電気的長さよりも大きい。
【００７８】
しかしながら、導電性アーク９１の上、切り目９５はアークの全ての長さにわたり広がってはいない。切り目が提供されていない、出力ポートＪ１に近接した、該アーク９１のセクション９６がある。この領域は単純な導電性ストリップであり、同じ物理的な長さの切り目が付けられたラインよりも小さい電気的長さを有する。
【００７９】
これは、ワイパー角度の位相シフトの非線形の従属性を与える。基地局アンテナにおいて、これはハイビームチルト角度にてサイドローブ抑制に有益である。
【００８０】
上側のサイドローブは、近接するアンテナサイト間の干渉を引き起こし得る。ハイビームチルト角度にて、より上側のサイドローブはこの干渉に寄与する。非線形位相シフトを用いることは、ハイビームチルト角度での該上側のサイドロープの削減の助けとなることがあり、それによってこの干渉が削減される。
【００８１】
図１１の実施形態において、中央位置からゼロワイパー角度周りに線形配置を用いることにより、ゼロ或いは小さなチルト角度を得るために高いアンテナ利得を許す。それらの角度において、上側のサイドローブは、上へ向かって方向付けられ、近接するアンテナサイトの間の干渉に著しく寄与しない。
【００８２】
図２から１１に示した実施形態は中央の回転中心の各サイドの同じ数の同電性ストリップを含むが、他の構成は検討し得る。例えば、位相シフタは、回転の中心の一の側にひとつのアークを、他の側に２つのアークを含んでよい。
【００８３】
構成は２つのブレードワイパーを含むように示されたが、ワイパーは２、３、或いは４つのブレードワイパーを含むいくつかのマルチブレードワイパーであってよい。
【００８４】
アンテナはセルラー通信アンテナであってよい。
【００８５】
本願の位相シフタは、従来技術のワイパー型の位相シフタによる位相エラーを著しく削減し或いは除去する。これは、位相の精度、アンテナ素子の間の振幅配分を改善し、それゆえに、改善されたアンテナパフォーマンスに寄与する。
【００８６】
位相エラーの削減は、改善されたサイドローブの性能を導く。一つの実施形態では、サイドローブレベルは、約３から５ｄＢに改善される。位相エラーの削減は、またヌルフィル機能の改善をもたらす。一つの実施形態では、ヌルフィル機能は約５ｄＢに改善される。
【００８７】
アンテナ利得は、また、定量化されたローブレベルの削減の結果、位相エラーの削減により改善される。一つの実施形態では、アンテナ利得は、約０．３ｄＢに改善する。
【００８８】
増加した電気的長さを伴うアークの使用は、位相シフトの増加を与える。これは、位相シフタの大きさの増加なしに、アンテナビームの電気的な角度調整（電気的なダウンチルトのような）のレンジの増加を与える。電気的なダウンチルトレンジは、いくつかの実施形態に重複する。
【００８９】
代わりに、位相シフタのサイズは、角度調整の所望のレンジを与えたままで、削減され得る。
【００９０】
上記実施形態では、主に入力ラインから位相シフタを介して複数のアンテナ素子への信号の送信に関して言及したが、位相シフタは、また、受信した信号の位相シフトの生成にも用いられる。
【００９１】
本発明は、その実施形態の言及により解説されたが、そして、実施形態は詳細に説明されたが、添付された特許請求の範囲を、そのように詳細に限定し、或いは制限することを出願人が意図するものではない。利点追加や改良は可能である。それゆえに、その広い解釈の中の本発明は、詳細な説明、代表する装置や方法、図示され説明された例に限定されるものではない。従って、出願人の一般的発明概念の精神又は意図から逸脱しない範囲でそのような詳細な説明から発展がなされるだろう。
【符号の説明】
【００９２】
３０  アンテナ
３１  入力ライン
３２  中央環状連結領域
３３  導電性ワイパー
３４  アーク
３５  アーク
３６  フィードライン
Ｂ１〜Ｂ４      シグナルポート
Ｂ１'〜Ｂ４'  アンテナ素子
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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