(57)【要約】      （修正有）【課題】広帯域で動作可能であり、損失を低減できる小型アンテナ構造体が必要とされている。【解決手段】動的に割り当てられるマルチタップアンテナ１００は、無線周波数（ＲＦ）信号の送信／受信に用いられる複数のサブ波長導体１０２と、複数のアンテナタップ１０４と、複数のＲＦスイッチ１０６と、複数の混合器１１０とを含み、ＲＦスイッチ１０６はアンテナタップに接続された導体１０２と混合器１１０との間でＲＦ信号を伝達させ、最大限の機能性及び最大限の帯域幅が得られる広帯域ゲイン及びパターン形成を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ＲＦ）信号の送受信に用いられるサブ波長導体である複数の導体と、
各々が前記導体の１つ又は複数に接続された複数のアンテナタップと、
各々が前記アンテナタップの１つに接続された複数の無線周波数（ＲＦ）スイッチと、
各々が前記ＲＦスイッチの１つ又は複数に接続された複数の混合器と、を含み、
前記ＲＦスイッチの１つ又は複数は、前記アンテナタップの１つ又は複数を前記混合器うちの選択された１つと相互接続することによって、前記１つ又は複数のアンテナタップを前記選択された混合器に動的に割り当てるよう制御されて、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体と前記選択された１つの混合器との間で前記ＲＦ信号を伝達させる、アンテナ。
【請求項２】
前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体が受信したＲＦ信号は、前記選択された１つの混合器のポートにおいて出力信号に混合される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記選択された１つの混合器のポートにおける入力信号は、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体からＲＦ信号として送信するために分配される、請求項１〜２のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項４】
前記アンテナは、複数の機能で利用可能な広帯域アンテナであり、よって、機能ごとに別個のアンテナを設ける必要性を低減又は解消でき、前記アンテナは空間的な制約がある環境への取り付けが可能である、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記複数の導体は、リニアアレイ状に配列されている、請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項６】
前記アンテナタップは、前記アンテナが機能する帯域幅を広げる抵抗性材料を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
前記複数アンテナタップは、前記複数の導体を互いに直列に接続する、請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項８】
隣接する各２つの導体は、前記アンテナタップの１つに接続されている、請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項９】
前記アンテナタップは、平衡伝送線又は不平衡伝送線を含む、請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項１０】
無線周波数信号の送信又は受信方法であって、
１つ又は複数の無線周波数（ＲＦ）信号を、アンテナで送信又は受信し、その際に、前記アンテナは、
無線周波数（ＲＦ）信号の送受信に用いられるサブ波長導体である複数の導体と、
各々が前記導体の１つ又は複数に接続された複数のアンテナタップと、
各々が前記アンテナタップの１つに接続された複数の無線周波数（ＲＦ）スイッチと、
各々が前記ＲＦスイッチの１つ又は複数に接続された複数の混合器と、を含むものとし、
前記アンテナタップの１つ又は複数を前記混合器うちの選択された１つと相互接続することによって、前記１つ又は複数のアンテナタップを前記選択された混合器に動的に割り当てるよう前記ＲＦスイッチの１つ又は複数を制御して、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体と前記選択された１つの混合器との間で前記ＲＦ信号を伝達させる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、アンテナの分野に関し、より具体的には、動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナ（dynamically allocated broadband multi-tap antenna）に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナは、通信、全地球測位、レーダー、トランスポンダー、その他のシステムや用途を含め、多くの異なるシステムや用途において利用されている。例えば、アンテナは、航空機やその他の輸送体において、様々な機能を実現するのに利用されている。多くの場合、輸送体での物理的なスペースは限られているので、アンテナは極力小さいことが望ましい。
【０００３】
本明細書では、アンテナの大きさは波長を単位として定義される。また、小型のアンテナとは、一波長の何分の一かの大きさのものであると定義される。アンテナを小型化するには、帯域幅を犠牲にすることが１つの手法である。
【０００４】
多くの小型のアンテナは、帯域幅が狭いか非効率であるかのいずれかである。例えば、小型の広帯域アンテナは、ゲインを低下させる発散損（dissipative loss）が大きい。この発散損によって、小型のアンテナであっても広帯域で動作可能になるものの、効率は低下する。それでも、広帯域アンテナを用いると、異なる周波数で動作する複数のアンテナを単一のアンテナで代替することができる。
【０００５】
よって、広帯域で動作可能でありつつ、効率を最大限にすべく損失を低減する小型アンテナ構造体が必要とされている。本発明は、そのニーズを満たすものである。
【発明の概要】
【０００６】
上述の先行技術における制約、及び、本明細書を参照及び理解することにより明らかになるその他の制約を克服するために、動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナが開示されている。また、当該アンテナの使用方法、及び当該アンテナの製造方法が開示されている。
【０００７】
動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナは、無線周波（ＲＦ）信号の送信及び／又は受信に用いられる複数のサブ波長導体と、各々が導体の１つ又は複数に接続された複数のアンテナタップと、各々がアンテナタップの１つに接続された複数のＲＦスイッチと、各々がＲＦスイッチの１つ又は複数に接続された複数の混合器（分配器でもある）と、を含む。
【０００８】
前記ＲＦスイッチの１つ又は複数は、前記アンテナタップの１つ又は複数を前記混合器うちの選択された１つと相互接続することによって、前記１つ又は複数のアンテナタップを前記選択された混合器に動的に割り当てるよう制御されて、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体と前記選択された１つの混合器との間で前記ＲＦ信号を伝達させる。よって、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体が受信したＲＦ信号は、前記選択された１つの混合器のポートにおいて出力信号に混合される。また、前記選択された１つの混合器のポートにおける入力信号は、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体からＲＦ信号として送信するために、分配される。
【０００９】
上述した特徴、機能、効果は、様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによってより明らかになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
参照する添付図面においては、対応する部材は、複数の図面を通して同様の参照符号で示している。
【００１１】
【図１】動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナの一実施形態を示す図である。
【図２】２つの導体及び１つの無線周波数（ＲＦ）スイッチに接続されたアンテナタップの一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する好ましい実施形態では、添付図面を参照するが、この添付図面は、説明の一部を構成するものであり、本発明を実施可能な特定の実施形態を例示的に示している。ただし、その他の実施形態も利用可能であり、本発明の範囲を逸脱することなく、構造的な変更が可能なことは、理解されよう。
＜概要＞
【００１３】
動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナは、比較的小型であり、無線周波数（ＲＦ）信号の送信及び／又は受信に用いられる複数のサブ波長導体（sub-wavelength conductors）と、各々が導体の１つ又は複数に接続された複数のアンテナタップと、各々がアンテナタップの１つに接続された複数のＲＦスイッチと、各々がＲＦスイッチの１つ又は複数に接続された複数の混合器（combiner）（これは、分配器：splitterにもなる）と、を含む。ＲＦスイッチの１つ又は複数は、アンテナタップの１つ又は複数を、混合器うちの選択された１つと相互接続することによって、１つ又は複数のアンテナタップを、選択された混合器に動的に割り当てるよう制御されて、１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体と、選択された１つの混合器との間でＲＦ信号を伝達する。アンテナタップに接続された導体が受信するＲＦ信号は、選択された１つの混合器のポートにおいて出力信号に混合される。あるいは、選択された混合器のポートにおける入力信号は、アンテナタップに接続された導体からＲＦ信号として送信するために分配される。
【００１４】
このように、上記の動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナにより、最大限の機能性及び最大限の帯域幅が得られる。サブ波長導体、及び、これに関連付けられたアンテナタップは、広帯域ゲイン及びパターン形成を可能にするので、アンテナの大きさが広帯域性能全般での制限要因となる低周波数域で特に有用である。
【００１５】
通常、低周波数での機能には、それぞれ別個のアンテナ素子が設けられており、これらアンテナ素子は、他の機能及びそれに対応するアンテナ素子とは物理的に分離されている。上記ＲＦスイッチによって、上記動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナを複数の機能に利用することが可能になり、よって、機能ごとに別個のアンテナを設ける必要性を低減又は解消でき、また、空間的な制約のある環境への取り付けが可能になる。
＜技術説明＞
【００１６】
図１は、動的に割り当てられる広帯域マルチタップアンテナ１００の一実施形態を示す図である。ここで説明する動的割り当て可能な広帯域マルチタップアンテナ１００は、限られた物理的スペースの要件を満たすコンパクトあるいは小型なアンテナでありながら、広帯域かつ高効率である。
【００１７】
本実施形態では、アンテナ１００は、複数の導体１０２と、複数のアンテナタップ１０４と、複数のＲＦスイッチ１０６と、複数の伝送線１０８と、複数の混合器１１０（分配器としても機能する）と、から構成されている。導体１０２は、リニアアレイ状に配列されたサブ波長導体１０２であり、ＲＦ信号の送信及び／又は受信に利用される。各アンテナタップ１０４は、１つ又は複数の導体１０２に接続されている。各ＲＦスイッチ１０６は、１つのアンテナタップ１０４に接続されている。各混合器１１０は、伝送線１０８を介して、１つ又は複数のＲＦスイッチ１０６に接続されている。１つ又は複数のＲＦスイッチ１０６は、混合器１１０又は別個のコントローラ（図示せず）により制御されて、１つ又は複数のアンテナタップ１０４を、混合器１１０のうちの選択された１つと相互接続することによって、その１つ又は複数のアンテナタップ１０４を、選択された混合器１１０に動的に割り当てる。これにより、１つ又は複数のアンテナタップ１０４に接続された導体１０２と、選択された１つ又は複数の混合器１１０との間でＲＦ信号が伝達される。具体的には、１つ又は複数のアンテナタップ１０４に接続された導体１０２により受信されたＲＦ信号は、選択された混合器１１０のポート１１２において出力信号に混合される。また、選択された混合器１１０のポート１１２への入力信号は、１つ又は複数のアンテナタップ１０４に接続された導体１０２からＲＦ信号として送信するために、分配される。これらの側面、及びその他の側面をより詳細に説明する。
【００１８】
一実施形態では、導体１０２は金属パッチで構成されるが、導体１０２は、ＲＦ信号を送受信するトランスデューサとして機能する任意の適当な種類の導電材料で構成することができる。図１の例では、１８個の導体１０２が示されているが、任意の数の導体１０２を利用することができる。
【００１９】
導体１０２の典型的な寸法は、動作可能な無線周波数帯域のうち最も低い周波数の波長の１／１０程度（１００ＭＨｚの場合１フィート）であり、負荷（タップ１０４）は、約１／１００波長の間隔で配置されている。図１の例では、各導体１０２の大きさは、およそ長さ１／２インチ、幅１インチである。ただし、任意の大きさの導体１０２を利用することができる。
【００２０】
アンテナタップ１０４は、アンテナ１００の構造において、電力を集めたり、放散したり、分配したりする部分である。導体１０２は、可能な限り広角で所望の周波数でアンテナタップ１０４に供給される電力が最大になるように選択されている。
【００２１】
アンテナタップ１０４は、導体１０２を互いに直列に接続する。アンテナタップ１０４は、アンテナ１００が機能する帯域幅を広げる抵抗性の材料を含む。このような例では、アンテナタップ１０４は、損失を与えてアンテナ１００のゲインを増やすように機能する。
【００２２】
タップ１０４が複数あることにより、アンテナ１００構造体の様々な部位からの電力を１つの負荷やポートに集めたり、迂回させたりすることが可能である。複数のタップ１０４を用いることにより、先行技術の方法における制約を受けることなく、アンテナ１００の小型化や帯域幅に関する顕著な効果が得られる。
【００２３】
図２に示すように、アンテナタップ１０４の各々は、導体１０２うちの２つに接続されている。この例では、導体のうち、２つの導体１０２ａ及び１０２ｂの組が、これに対応するアンテナタップ１０４、ＲＦスイッチ１０６、及び、伝送線１０８と共に図示されている。
【００２４】
アンテナタップ１０４には、様々な形態が可能である。例えば、限定するものではないが、アンテナタップ１０４は、平衡伝送線（balanced transmission lines）、及び／又は、不平衡伝送線（unbalanced transmission lines）で構成することができる。図２の実施形態では、アンテナタップ１０４は、平衡伝送線を有する同軸の二重導体で構成され、第１伝送線は、第１導体１０２ａに電気的に接続されており、第２伝送線は、第２導体１０２ｂに電気的に接続されている。他の実施形態では、アンテナタップ１０４は、２つ以上の不平衡伝送線を有するリボンケーブルで構成される。
【００２５】
再び図１を参照すると、ＲＦスイッチ１０６をアンテナタップ１０４及び導体１０２と共に用いることにより、アンテナ１００の帯域幅を広げることができる。尚、λ′Nは、ＲＦ帯域ΔｆNにおける最短波長であると想定する。図１の例では、導体１０２の上方に記載した注釈にあるように、以下の機能が実行される。
・  ＲＦスイッチ１０６を制御することにより、最初の３つのアンテナタップ１０４と最初の４つの導体１０２を選択して、周波数帯域Δｆ1の半波長λ′1／２以下の長さの素子を構成する。これにより、信号を、混合器１１０ａの素子１のＴｘ／Ｒｘポート１１２ａにおいて出力信号に合成する。
・  ＲＦスイッチ１０６を制御することにより、最初の６つのアンテナタップ１０４と最初の７つの導体１０２を選択して、周波数帯域Δｆ2の半波長λ′2／２以下の長さの素子を構成する。これにより、信号を、混合器１１０ｂの素子２のＴｘ／Ｒｘポート１１２ｂにおいて出力信号に合成する。
・  ＲＦスイッチ１０６を制御することにより、最初の１０個のアンテナタップ１０４と最初の１１個の導体１０２を選択して、周波数帯域Δｆ3の半波長λ′3／２以下の長さの素子を構成する。これにより、信号を、混合器１１０ｃの素子３のＴｘ／Ｒｘポート１１２ｃにおいて出力信号に合成する。
【００２６】
混合器１１０からの信号を導体１０２に分配する際にも、同様の機能が実行される。
【００２７】
加えて、アンテナタップ１０４が受信した電力は、アンテナ１００における効率低下の影響が小さくなるように混合器１１０により回収（recover）される。混合器１１０は、アンテナタップ１０４が受信した電力を、出力ポート１１２で混合する。このように、アンテナタップ１０４が受信した電力は、アンテナ１００のゲインを向上させるように捕捉され(captured)、利用される。
【００２８】
混合器１１０の各ポート１１２は、様々な素子に接続することができるので、アンテナ１００が受信した電気信号をこれら素子によって処理し、これら素子が生成した信号をアンテナ１００から送信することもできる。これらの素子は、例えば、ＲＦ信号を処理する任意の電気的あるいは電子的な機器やシステムである。一実施形態では、そのような機器やシステムは、航空機に搭載されて、例えば、無線通信システム、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）システム、全地球測位衛星（ＧＰＳ）航法システム、トランスポンダーシステム、レーダーシステム、航空機衝突防止装置（ＴＣＡＳ）、電子線システム、計器着陸装置などの特定の用途に用いられる。
【００２９】
また、この例では、アンテナ１００は、構造体１１４に取り付けられている。この構造体１１４は、例えば、航空機の外板パネルであるが、その他の構造体１１４も利用可能である。この種の実施態様では、アンテナ１００は、構造体１１４の表面形状に適合する構成であってもよい。マルチタップアンテナ１００のその他の部材は、構造体１１４上に配置される場合も、その他の場所に配置される場合もある。
＜代替例＞
【００３０】
上述の各種の実施形態は、説明のために提示されたものであり、すべてを網羅することや、開示した内容の実施形態に限定することを意図するものではない。当業者には、多くの改変又は変形が明らかであろう。
【００３１】
例えば、図１に示したアンテナ１００は、様々な実施形態が実現される態様について、物理的又は構造的な限定を示唆するものではない。例えば、アンテナ１００は、任意の数の異なる部材を利用して、異なる寸法で実施することができる。
【００３２】
上記した各実施形態は、航空機やその他の輸送体に関するものであるが、他の用途や構造体に適用可能なその他の実施形態も可能である。例えば、実施形態は、移動プラットフォーム、固定プラットフォーム、地上、海上、空中、宇宙設置型の構造体、及び／又は、他の適当な構造体にも利用可能である。
【００３３】
さらに、本開示は、下記の付記による実施形態も包含する。
【００３４】
付記１．  無線周波数（ＲＦ）信号の送受信に用いられるサブ波長導体である複数の導体と、
各々が前記導体の１つ又は複数に接続された複数のアンテナタップと、
各々が前記アンテナタップの１つに接続された複数の無線周波数（ＲＦ）スイッチと、
各々が前記ＲＦスイッチの１つ又は複数に接続された複数の混合器と、を含み、
前記ＲＦスイッチの１つ又は複数は、前記アンテナタップの１つ又は複数を前記混合器うちの選択された１つと相互接続することによって、前記１つ又は複数のアンテナタップを前記選択された混合器に動的に割り当てるよう制御されて、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体と前記選択された１つの混合器との間で前記ＲＦ信号を伝達させる、アンテナ。
【００３５】
付記２．  前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体が受信したＲＦ信号は、前記選択された１つの混合器のポートにおいて出力信号に混合される、付記１に記載のアンテナ。
【００３６】
付記３．  前記選択された１つの混合器のポートにおける入力信号は、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体からＲＦ信号として送信するために分配される、付記１に記載のアンテナ。
【００３７】
付記４．  前記アンテナは、複数の機能で利用可能な広帯域アンテナであり、よって、機能ごとに別個のアンテナを設ける必要性を低減又は解消でき、前記アンテナは空間的な制約がある環境への取り付けが可能である、付記１に記載のアンテナ。
【００３８】
付記５．  前記複数の導体は、リニアアレイ状に配列されている、付記１に記載のアンテナ。
【００３９】
付記６．  前記アンテナタップは、前記アンテナが機能する帯域幅を広げる抵抗性材料を含む、付記１に記載のアンテナ。
【００４０】
付記７．  前記複数アンテナタップは、前記複数の導体を互いに直列に接続する、付記１に記載のアンテナ。
【００４１】
付記８．  隣接する各２つの導体は、前記アンテナタップの１つに接続されている、付記１に記載のアンテナ。
【００４２】
付記９．  前記アンテナタップは、平衡伝送線又は不平衡伝送線を含む、付記１に記載のアンテナ。
【００４３】
付記１０．  前記導体は、所望の周波数の素子を形成して、当該所望の周波数で前記アンテナタップに伝達される電力を最大限にする、付記１に記載のアンテナ。
【００４４】
付記１１．  無線周波数信号の送信又は受信方法であって、
１つ又は複数の無線周波数（ＲＦ）信号を、アンテナで送信又は受信し、その際に、前記アンテナは、
無線周波数（ＲＦ）信号の送受信に用いられるサブ波長導体である複数の導体と、
各々が前記導体の１つ又は複数に接続された複数のアンテナタップと、
各々が前記アンテナタップの１つに接続された複数の無線周波数（ＲＦ）スイッチと、
各々が前記ＲＦスイッチの１つ又は複数に接続された複数の混合器と、を含むものとし、
前記アンテナタップの１つ又は複数を前記混合器うちの選択された１つと相互接続することによって、前記１つ又は複数のアンテナタップを前記選択された混合器に動的に割り当てるよう前記ＲＦスイッチの１つ又は複数を制御して、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体と前記選択された１つの混合器との間で前記ＲＦ信号を伝達させる、方法。
【００４５】
付記１２．  前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体が受信したＲＦ信号は、前記選択された１つの混合器のポートにおいて出力信号に混合される、付記１１に記載の方法。
【００４６】
付記１３．  前記選択された１の混合器のポートにおける入力信号は、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体からＲＦ信号として送信するために分配される、付記１１に記載の方法。
【００４７】
付記１４．  前記アンテナは、複数の機能で利用可能な広帯域アンテナであり、よって、機能ごとに別個のアンテナを設ける必要性を低減又は解消でき、前記アンテナは空間的な制約がある環境への取り付けが可能である、付記１１に記載の方法。
【００４８】
付記１５．  前記複数の導体は、リニアアレイ状に配列されている、付記１１に記載の方法。
【００４９】
付記１６．  前記アンテナタップは、抵抗性材料として機能する、付記１１に記載の方法。
【００５０】
付記１７．  前記複数のアンテナタップは、前記複数の導体を互いに直列に接続する、付記１１に記載の方法。
【００５１】
付記１８．  隣接する各２つの導体は、前記アンテナタップの１つに接続されている、付記１１に記載の方法。
【００５２】
付記１９．  前記アンテナタップは、平衡伝送線又は不平衡伝送線を含む、付記１１に記載の方法。
【００５３】
付記２０．  前記導体は所望の周波数で素子を形成して、当該所望の周波数で前記アンテナタップに伝達される電力を最大限にする、付記１１に記載の方法。
【００５４】
付記２１．  アンテナの作成方法であって、
無線周波数（ＲＦ）信号の送受信に用いられるサブ波長導体である複数の導体を準備し、
前記導体に複数のアンテナタップを接続し、その際に、各アンテナタップを前記導体の１つ又は複数に接続するようにし、
前記アンテナタップに複数の無線周波数（ＲＦ）スイッチを接続し、その際に、各ＲＦスイッチを前記アンテナタップの１つに接続するようにし、
前記ＲＦスイッチに複数の混合器を接続し、その際に、各混合器を前記ＲＦスイッチの１つ又は複数に接続するようにし、
これにより、前記アンテナタップの１つ又は複数を前記混合器うちの選択された１つと相互接続することによって、前記１つ又は複数のアンテナタップを前記選択された混合器に動的に割り当てるように前記ＲＦスイッチの１つ又は複数を制御すると、前記１つ又は複数のアンテナタップに接続された導体と前記選択された１つの混合器との間で前記ＲＦ信号が伝達される、方法。
【００５５】
本発明の範囲は、上述の詳細な説明により限定されることを意図するものではなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2017195594.tif 000003
【図２】
2017195594.tif 000004
【外国語明細書】
2017195594000001.pdf
2017195594000002.pdf
2017195594000003.pdf
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