(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重同時偏波状態を特徴とし実質的に回転対称的な放射パターンを持つ複数の二重偏波放射体であって、おのおのの二重偏波放射体は接地面と平行でない方向に延在する双極子アームを有する２つの双極子アンテナを有するものと、
電磁信号をおのおのの二重偏波放射体との間で転送するために、二重偏波放射体のおのおのに接続された配電網と、
前記複数の二重偏波放射体と平行で予め定められた距離だけ隔たって置かれる前記接地面と
を具備し、
アンテナ視野内のいかなるθ（シータ）方向においてもメインローブのＥ面パターンおよびＨ面パターンが３．１ｄB以下しか相違しない放射パターンを有することを特徴とする偏波ダイバーシティを持つ電磁信号を送信または受信するアンテナ・システム。
【請求項２】
前記２つの双極子アンテナは前記接地面に取り付けられる容量性プレートの導電性表面に搭載される
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のアンテナ・システム。
【請求項３】
前記二重偏波放射体が、アンテナの照準器上で４５度の共偏波方位以内のなんらかの方位を持つ固定線形偏波電磁信号に反応して回転対称的な放射パターンを持つことを特徴とする請求の範囲第１記載のアンテナ・システム。
【請求項４】
偏波状態が直交することによって、アンテナ・システムが受信するいかなる電磁信号の交差偏波をも最小にすることを特徴とする請求の範囲第１項記載のアンテナ・システム。
【請求項５】
二重偏波状態が、アンテナ・システム内の同じ位置に存在する電気的中心を持つことを特徴とする請求の範囲第１項記載のアンテナ・システム。
【請求項６】
前記接地面は、広い到達範囲にわたって二重偏波放射体の鏡像を生ずるに充分な放射電気範囲をアンテナ・システムを横断する平面内に持ち、これによってアンテナ・システムの方位面内の放射パターンを二重偏波放射体の個数とは無関係とすることを特徴とする請求の範囲第１項記載のアンテナ・システム。
【請求項７】
二重同時偏波状態を特徴とし実質的に回転対称的な放射パターンを持つ複数の二重偏波放射体であって、前記二重偏波放射体のおのおのが互いに直交する位置に置かれた第１および第２の双極子を持つ交差双極子対を具備し、アンテナ視野内のいかなるθ（シータ）方向においてもメインローブのＥ面パターンおよびＨ面パターンが３．１ｄB以下しか相違しない放射パターンを有するものと、
電磁信号をおのおのの二重偏波放射体との間で転送するために、二重偏波放射体のおのおのに接続された配電網と、
前記二重偏波放射体と概して平行で予め定められた距離だけ隔たって置かれる接地面と
を有することを特徴とする偏波ダイバーシティを持つ電磁信号を送信または受信するアンテナ・システム。
【請求項８】
前記二重偏波放射体の偏波状態が、アンテナ・システムの方位面内の少なくとも４５度という広い到達範囲（半値ビーム幅）にわたって維持されることを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項９】
前記二重偏波放射体が線形配列を形成するために接地面に沿って置かれており、前記交差双極子対のおのおのが、アンテナ・システムの垂直面内の接地面に沿って整合されていることを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項１０】
二重偏波放射体が示す偏波状態を制御するために、前記配電網と少なくとも１つのアンテナ・ポートの間に接続された偏波制御ネットワークをさらに具備することを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項１１】
前記配電網が、第１の双極子部品のおのおのに接続された第１のパワー・デバイダおよび第２の双極子部品のおのおのに接続された第２のパワー・デバイダを具備し、
前記偏波制御ネットワークが、前記第１のパワー・デバイダに接続され第１の受信ポートおよび第１の送信ポートを持つ第１の送受切換器ならびに、前記第２のパワー・デバイダに接続され第２の受信ポートおよび第２の送信ポートを持つ第２の送受切換器を具備し、
前記第１の受信ポートが、左傾斜偏波状態を持つ受信信号を出力し、前記第２の受信ポートが右傾斜偏波状態を持つ受信信号を出力し、
前記第１および第２の送信ポートが、垂直偏波状態を持つ送信信号を受けとるために電力結合器に接続されている
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載のアンテナ・システム。
【請求項１２】
前記第１の受信ポートおよび第２の受信ポートに接続される０度／１８０度のハイブリッド・カップラであって、
左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受けとって垂直線形偏波状態の受信信号を出力し、
左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受けとって水平線形偏波状態の受信信号を出力するハイブリッド・カップラ
をさらに具備することを特徴とする請求の範囲第１１項記載のアンテナ・システム。
【請求項１３】
前記第１の受信ポートおよび第２の受信ポートに接続される０度／９０度のハイブリッド・カップラであって、
左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受けとって左円偏波状態の受信信号を出力し、
左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受けとって右円偏波状態の受信信号を出力するハイブリッド・カップラ
をさらに具備することを特徴とする請求の範囲第１１項記載のアンテナ・システム。
【請求項１４】
おのおのの双極子対の電気平面がアンテナ・システムの垂直軸に対して＋／−４５度を成すことを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項１５】
交差双極子対の偏波状態が左傾斜偏波および右傾斜偏波であることを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項１６】
放射パターンが、アンテナ・システムの立面中の第１の放射パターンおよびアンテナ・システムの方位面中の第２の放射パターンを具備し、
第１の放射パターンが、アンテナ・システムの形状によってその輪郭が定められ、第２の放射パターンが、二重偏波放射体および接地面の特性によってその輪郭が定められることを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項１７】
前記接地面が連続した導電性表面および不連続に分布する導電性表面を有し、
前記連続した導電性表面は、垂直偏波成分にとって好ましい偏波状態を達成するに充分な横断方向範囲の寸法を持ち、
前記不連続に分布する導電性表面は相互に平行に間隔付けされた導電性要素の配列を具備し、
前記導電性要素の配列は、アンテナ・システムの水平面内で整列され前記連続した導電性表面のおのおのの横断方向範囲に沿って対称的に置かれ、
前記導電性要素が、水平成分にとって希望の偏波を達成するに充分な横断方向範囲の寸法を持つこと
を特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項１８】
前記連続した伝導体表面の前記横断方向範囲の寸法が、選択された中心周波数の約１波長分であり、前記不連続に分布する導電性表面の導電性要素のおのおのの中心間隔が、選択された中心周波数の約１／３から１／２であることを特徴とする請求の範囲第１７項記載のアンテナ・システム。
【請求項１９】
前記接地面が、導電性材料から成る実質的に平坦なシートであることを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項２０】
前記接地面が、導電性材料から成る実質的に非平坦なシートであることを特徴とする請求の範囲第７項記載のアンテナ・システム。
【請求項２１】
二重同時偏波状態を特徴とし実質的に回転対称的な放射パターンを持つ複数の二重偏波放射体であって、おのおのの二重偏波放射体は接地面と平行でない方向に延在する双極子アームを有する２つの双極子アンテナを有するものと、
二重偏波放射他との間で電磁信号を転送するための、二重偏波放射体のおのおのに接続された配電網と；
二重偏波放射体から予め定められた距離だけ隔たった前記接地面と、
配電網によって転送された電磁信号の偏波状態を制御するための、配電網と少なくとも１つのアンテナ・ポートの間に接続された偏波制御ネットワークと、
を具備することを特徴とする、偏波ダイバーシティを持つ電子信号を送信したり受信したりするアンテナ・システム。
【請求項２２】
偏波制御ネットワークが、第１のパワー・デバイダに接続され第１の受信ポートおよび第１の送信ポートを持つ第１の送受切換器ならびに第１のパワー・デバイダに接続され第２の受信ポートおよび第２の送信ポートを持つ第２の送受切換器を具備し、
第１の受信ポートが、左傾斜偏波状態の受信信号を出力し、第２の受信ポートが右傾斜偏波状態の受信信号を出力し、第１および第２の送信ポートが、垂直偏波状態の送信信号を受領するためにパワー・コンバイナに接続されることを特徴とする請求の範囲第２１項記載のアンテナ・システム。
【請求項２３】
（１）左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受領して、垂直線形偏波状態の受信信号を出力し、
（２）左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受領して、水平線形偏波状態の受信信号を出力するための、第１の受信ポートおよび第２の受信ポートに接続された、０度／１８０度のハイブリッド・カップラをさらに具備することを特徴とする請求の範囲第２２項記載のアンテナ・システム。
【請求項２４】
（１）左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受領して、左円偏波状態の受信信号を出力し、
（２）左傾斜偏波受信信号および右傾斜偏波受信信号を受領して、右円偏波状態の受信信号を出力するための、第１の受信ポートおよび第２の受信ポートに接続された、０度／９０度のハイブリッド・カップラをさらに具備することを特徴とする請求の範囲第２２項記載のアンテナ・システム。
【請求項２５】
二重偏波放射体のおのおのが、互いに直交する位置に置かれた第１の双極子部品および第２の双極子部品の交差双極子対を具備し、交差双極子対の偏波状態が、アンテナ・システムの方位面内で少なくとも４５度という広い到達範囲（半値ビーム幅）にわたって維持されることを特徴とする請求の範囲第２１項記載のアンテナ・システム。
【請求項２６】
前記接地面が、垂直偏波成分にとって希望の偏波状態を達成するに充分な横断方向範囲の寸法を持つ固体の導電性表面および、アンテナ・システムの水平面内に整合され固体導電性表面のおのおのの横断方向範囲に沿って対称的に置かれた平行な、間隔付けされた導電性部品を具備する非固体の導電性表面を具備することを特徴とする請求の範囲第２５項記載のアンテナ・システム。
【請求項２７】
前記接地面が、導電性材料から成る実質的に平坦なシートであることを特徴とする請求の範囲第２６項記載のアンテナ・システム。
【請求項２８】
前記接地面が、導電性材料から成る実質的に非平坦なシートであることを特徴とする請求の範囲第２６項記載のアンテナ・システム。
【請求項２９】
二重同時偏波状態を特徴とし、実質的に回転対称的である放射パターンを持つ複数の二重偏波放射体と、
二重偏波放射体のおのおのとの間で電磁信号を転送するための、二重偏波放射体のおのおのに接続された配電網と、
二重偏波放射体から予め定められた距離だけ隔たった接地面と、
配電網によって転送された電磁信号の偏波状態を制御するための偏波制御ネットワークであって、配電網と少なくとも１つのアンテナ・ポートの間に接続される偏波制御ネットワークと
を具備する偏波ダイバーシティを持つ電磁信号を送信または受信するアンテナ・システムにおいて、
二重偏波放射体のおのおのが互いに直交する位置に置かれた第１の双極子部品および第２の双極子部品を持つ交差双極子対を具備し、交差双極子対の偏波状態が、アンテナ・システムの方位面内で少なくとも４５度の到達範囲（半値ビーム幅）にわたって維持され、
アンテナ視野内のいかなるθ（シータ）方向においてもメインローブのＥ面パターンおよびＨ面パターンが３．１ｄB以下しか相違しない放射パターンを有する
ことを特徴とするアンテナ・システム。
【請求項３０】
前記接地面が、垂直偏波成分にとって希望の偏波状態を達成するに充分な横断方向範囲の寸法を持つ連続した導電性表面および、アンテナ・システムの水平面内で整列され前記連続した導電性表面のおのおのの横断方向範囲に沿って対称的におかれている平行な、間隔付けされた導電部品の配列を具備する不連続に分布する導電性表面を具備することを特徴とする請求の範囲第２９項記載のアンテナ・システム。
【請求項３１】
前記接地面が、導電性材料から成る実質的に平坦なシートであることを特徴とする請求の範囲第３０項記載のアンテナ・システム。
【請求項３２】
前記接地面が、導電性材料から成る実質的に非平坦なシートであることを特徴とする請求の範囲第３０項記載のアンテナ・システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は一般的には電磁信号を通信するためのアンテナに関し、より特定的には、二重偏波状態を示す電波放射体を持ち、実質的に回転対称性の放射パターンを達成するに充分な放射電気的な寸法を持つ接地面に対して調整される平面配列アンテナに関する。
発明の背景
無線通信リンクの受信端部でのダイバーシティ技法によって、干渉を増すことなく信号の性能を向上させることができる。空間ダイバーシティは通常は、現地の地形に対して水平な平面上で空間的に離れた１つまたは複数の受信アンテナを用いる。通信システムの性能を向上させるために物理的に分離するという方法は一般に、２つのアンテナによって受信された信号の間における相互相関の程度および現地の地形をどの程度アンテナの高さが上回るかによって限界がある。ダイバーシティが最大限に向上するのは、相互相関係数がゼロの場合である。
例えば、２つの受信アンテナを用いる空間ダイバーシティにおいては、受信アンテナ同士の物理的間隔は、アンテナの高さが１００フィート（３０メートル）の場合で動作周波数の公称波長の８倍以上である。その上、アンテナ同士間の物理的間隔は、アンテナの高さが１５０フィート（５０メートル）の場合は公称値の１４倍以上である。２分岐式空間ダイバーシティ相互相関係数は上記の間隔の場合は０．７に設定されている。動作周波数が８５０ＭＨｚの場合、受信アンテナ同士間の間隔が波長の８倍であると、出力の差は±２ｄＢであるが、これはダイバーシティ技法の適用による信号受信性能の向上としては充分なものである。８５０ＭＨｚで動作する通信システムの場合、受信アンテナの物理的間隔は約９フィート（３メートル）である。
波長がこれより大きくなる低周波数での適用の場合は現地でのアンテナ設置に関する問題はさらに困難なものとなる。例えば、４５０ＭＨｚの場合に必要とされるアンテナ間隔は、アンテナ高さに関する基準が同じであると仮定すると、等価の空間ダイバーシティ性能を得るためには約１８フィートとなる。高周波数の場合はダイバーシティ性能に必要な基線距離が減少するので現場設置における問題はないとはいえ、基地局アンテナの物理的な数を減少させて、動作環境におけるアンテナの全体の外観を向上させて現場設置の経済性を向上させる必要がある。
無線通信システム用に現在使用されているアンテナは通常は、送信基地局アンテナと受信基地局アンテナ双方の基準のすなわち基礎的な偏波特性として垂直方向線形偏波を用いる。任意の方向におけるアンテナの偏波は、アンテナから放射された電波の偏波である。空間内の固定点における単一周波数での場ベクトルの場合、偏波状態は場ベクトルの先端の軌跡の形状および方位ならびにその軌跡が交差する意味を説明するような特性である。相互偏波とは、基準偏波面に直角な偏波のことである。
空間ダイバーシティ・アンテナは通常は、受信アンテナの垂直方向特性偏波状態が同じである。空間ダイバーシティは、単一偏波アンテナと共に適用すると、受信アンテナと異なった偏波特性を持つ信号を復元することができない。具体的には、アンテナ偏波面に対して相互偏波する信号出力はアンテナ中に効果的にカプリングしない。このため、単一偏波アンテナを用いる空間ダイバーシティ・システムは、相互偏波信号の受信に対してはあまり効果がない。さらに、空間ダイバーシティの性能は、物理的に間隔付けされたアンテナ間の見かけ上の基線距離が、空間的に間隔付けされた配列の基線に対して垂直でない到達角度を持つ信号に対して減少すると発生する角度効果によって抑えられる。
偏波ダイバーシティは空間ダイバーシティの代わりに使用すれば、無線通信システム、特に個人通信サービス（ＰＣＳ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）または携帯移動無線電話（ＣＭＲ）の応用をサポートするようなシステムの基地局に備えるものである。偏波ダイバーシティが効果を持つであろうという推測は、典型的には線形偏波型である移動式または携帯式通信装置の送信偏波は基地局現場におけるアンテナの垂直線形偏波と常に整合するとは限らない、すなわち、必ずしも線形偏波状態（すなわち楕円偏波）であるとは限らないという前提に基づいている。例えば、基準偏波から得られた出力を相互偏波に変換することを意味する偏波解消は、移動ユーザと基地局の間の伝搬経路沿いで発生することがある。多経路伝搬は一般には、ある程度の信号偏波を伴う。
２分岐用の偏波ダイバーシティは、二重同時偏波面を持つアンテナを用いることによって実現される。二重偏波によって、実際の基地局アンテナを、２つの物理的に間隔付けされたアンテナから２つの特性偏波状態を持つ１つのアンテナに替えることができる。二重偏波アンテナは通常は、人工衛星と地上局の間の通信に用いられてきた。衛星通信に応用する場合、典型的な衛星アンテナは、地球をカバーするビームを提供するために通常は１５度と２０度の間の比較的狭い視野を持つ反射鏡タイプのアンテナである。衛星用の二重偏波アンテナはすべて、分離供給部品配列および、直角円形偏波状態用の変位した焦点を持つ格子式反射光学体もしくは直角円形偏波状態用の分離反射光学体を具備した複数ビーム・アンテナとして実現される。地上局アンテナは通常は、数度以下の半値ビーム幅（ＨＰＢＷ）を持つ比較的狭い「鉛筆」ビームを有する高利得の二重偏波アンテナを具備する。
本発明は、平面配列内部に配置された二重偏波放射部品の配列を持ち、広い視野にわたって実質的に回転対称放射パターンを示すアンテナを提供することによって偏波ダイバーシティによって与えられる利点を提供する。従来の二重偏波アンテナとは対照的に、本発明は、４５度から１２０度の範囲内でＨＰＢＷ用の実質的に回転対称放射パターンを維持する。アンテナ視野における視角とは無関係に、アンテナ偏波状態の対の間には高度の直角性が達成される。アンテナの二重偏波は、二重偏波放射体の配列に接続され受信信号の偏波状態を受領して事前決定されたさまざまな偏波状態を持つ信号を出力できる中央の偏波制御ネットワークによって決定され得る。本発明によるアンテナは、放射電気空間の占有面積が小さいコンパクトな構造体を達成することができ、従って製造の方位で価格も比較的に低いものとなる。
発明の概要
本発明は一般的には、二重同時偏波状態を特徴とし実質的に回転対称な放射パターンを持つ放射部品を持つ二重偏波平面配列アンテナに関する。実質的に回転対称である放射パターンは、「疑似円形対象」特性およびアンテナの視野においてシータのいかなる値に対しても約３．１ｄＢ以下の相違しかない主たる（Ｅ−およびＨ−）平面パターンを持つ共偏波パターン反応である。この代わりに、実質的に回転対称である放射パターンを、「疑似円形対称」特性およびアンテナ視野内部で約−１５ｄＢ未満の相互偏波率を持つ共へはパターン反応と見なすこともできる。通常は配電網として実現されるビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）はおのおのの二重偏波放射体に接続されて個々の放射部品間で電磁信号を通信する。
二重偏波平面配列アンテナは接地面と中央偏波制御ネットワークを含むことがある。接地面は通常は放射部品に平行にそして、これから事前決定された距離だけ隔たって置かれる。接地面は通常は、アンテナを横断する平面内に充分な放射電気的範囲を持っていて、広い範囲にわたって放射部品を撮像し、これによってアンテナの方位面内部の放射パターンが放射体の数と無関係なものとすることが可能となる。配電網に接続されたＰＣＮは、放射部品によって配電網を介して分布された受信信号の偏波状態を制御することができる。
より特定的に述べると、本発明は、二重偏波状態を特徴とする二重偏波放射部品の平面配列を持ち実質的に回転対称である部品の放射パターンを有するアンテナを提供する。この配列放射パターンは、アンテナの立面に第１の放射パターンを持ちアンテナの方位面に第２の放射パターンを持つ。この第１の放射パターンはアンテナ・システムの形状のよってその輪郭が定められ、第２の放射パターンは二重偏波放射部品の特性と接地面によってその輪郭が定まる。
おのおのの二重偏波放射部品は、第１の双極子と第２の双極子が互いに直角になっている交差双極子対として実現することができる。交差双極子対はおのおのが接地面の導電表面に沿ってしかもアンテナの垂直面内に位置して線形配列を形成している。交差双極子対は、接地面と組み合わされて、なんらかの方位を持つ線形偏波電磁信号に反応して回転対称放射パターンを持つことができる。
例えば、交差双極子対の偏波状態は左傾斜偏波状態であったり右傾斜偏波状態であったりする。これらの偏波状態は直角であり、これによってアンテナが受信したあらゆる電磁信号の交互偏波反応を最小としている。偏波状態は、アンテナの方位面上で少なくとも４５度という広い範囲（半値ビーム幅）にわたって維持される。
ＢＦＮは、第１の偏波状態を持つおのおのの第１の放射部品に第１のパワー・デバイダを接続した配電網および第２のパワー・デバイダを第２の偏波状態を持つおのおのの第２の放射部品に接続した配電網を具備する。配電網のこの対は放射部品とＰＣＮの間に接続される。
ＰＣＮは一対の送受切換器、具体的には第１の送受切換器および第２の送受切換器ならびにパワー・コンバイナを含むことがある。第１の送受切換器は第１のパワー・デバイダに接続され、第１の受信ポートおよび第１の送信ポートを持つ。第２の送受切換器は第２のパワー・デバイダに接続され、第２の受信ポートおよび第２の送信ポートを持つ。放射部品が受信した電磁信号に反応して、第１および第２の受信ポートは受信信号を出力する。第１および第２の送信ポートは、パワー・コンバイナに接続されていて、送信信号を受領する。
ＰＣＮもまた、送受切換器の第１および第２の受信ポートに接続された０度／１８０度の「ラットレース」タイプのハイブリッド・カップラを含むことがある。例えば、アンテナが左傾斜と右傾斜の偏波状態を持つ交差双極子対の配列を含む場合、ハイブリッド・カップラは送受切換器の受信ポートからの受信信号を受領して、垂直線形偏波状態を持つ受信信号を出力することができる。ハイブリッド・カップラもまたこれらの受信信号を受領して、その代わりに、水平線形偏波状態を持つ受信信号を出力することができる。
この代わりに、ＰＣＮは、送受切換器の第１および第２の受信ポートに接続された０度／９０度の直角位相タイプのハイブリッド・カップラを具備することがある。左傾斜と右傾斜の偏波状態を持つ交差双極子対の配列を含むアンテナの場合、ハイブリッド・カップラは送受切換器の受信ポートからの受信信号を受領して、左旋円偏波状態を持つ受信信号を出力することができる。ハイブリッド・カップラはまた、受信信号を受領して、その代わりに、右旋円偏波状態を持つ受信信号を出力することができる。
すでに提案したように、偏波対の選択のフレキシビリティはＰＣＮでの比較的少ない構成部品の変更によって決まる。本発明によるＰＣＮは、配列部品の数が３以上である場合の配列部品の数よりかなり少ない構成部品を含むことが理解されよう。そのため、アンテナの構成および実現物の詳細は、ほとんど構成部品を変更することなく偏波を選択できるフレキシビリティを持った任意の設計の場合とほとんど同じであり得る。この特徴は大量生産の場合には重要であるが、その理由は、偏波ダイバーシティを応用するためには、通信システムの適用や、ダイバーシティ・コンバイナのタイプや、環境（例えば、田園、郊外、都会、屋内など）によって異なるさまざまな偏波対が必要とされるからである。ＰＣＮはまた、送信偏波状態が二重受信偏波状態と異なる場合の送信モードと受信モード双方に対して全二重動作モードでアンテナを使用する機能を容易に実現する。
接地面は、配列の寸法に対応する大きな寸法と小さな寸法を持つ固体の導電性表面として実現可能である。その代わりに、接地面は固体の導電性表面と非固体の導電性表面を持ってもよい。固体の導電性表面は、垂直偏波構成部品のための望ましい偏波状態を達成するに充分な横方向範囲の寸法を持つ。それと対照的に、非固体導電性表面は、アンテナの水平面内で整合され固体導電性表面のおのおのの横断方向範囲に沿って対照的に置かれた一対の平行な、間隔付けされた導電性部品を具備する。固体導電性表面の横断方向範囲の寸法は選択された中心周波数のほぼ１波長の値であり、グリッド部品のおのおのは選択された中心周波数の波長の約１／３から１／２だけ（中心から中心で測って）間隔を置いて置かれる。
接地面はまた、導電性材料から成る実質的に平坦なシートとして実現され得る。その代わりに、接地面は導電性材料から成る実質的に非平坦で、連続的に曲がっているシートまたは導電性材料から成る一体型の曲がった実現物であってもよい。
２つの偏波状態の電気的中心は本発明によるアンテナの場合は同じ場所に置くのが望ましいので、アンテナは一般には空間的に分離させることはない。しかしながら、電気的中心をこのように同じ位置に置くということは横断方向では最小のスペースしか必要とせず、おのおのの偏波状態にカップリングした信号の遅延をマッチングさせるという本発明の必要性に適す。本発明によるアンテナの偏波ダイバーシティは、アンテナ設置物の寸法と複雑さが減少するという際だった利点を提供する。
前記に鑑み、本発明の目的は、二重偏波状態を特徴とし実質的に回転対称である放射パターンを持つ放射部品を持つアンテナを提供することにある。
本発明の別の目的は、双極子の放射部品の方位がアンテナに平行な軸に対して±４５度を成す、平面配列構成中に配置された双極子タイプの放射部品の交差対を用いたアンテナを提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、二重偏波双極子タイプの放射部品配列と放射電気的接地面を組み合わせて、回転対照的またはそれに近似した放射パターン特性を提供することにある。
本発明は、添付図面と添付クレームを合わせ読めば、以下の詳細な説明からより完全に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の好適な実施態様の主構成部品を示すブロック図；
図２は、本発明の好適な実施態様の構造体の分解図；
図３は、本発明の好適な実施態様の正面図；
図４は、本発明の好適な実施態様の上面図；
図５は、本発明の好適な実施態様によるアンテナの場合の典型的な取り付けは位置を示す図；
図６と総称される図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃは、本発明の好適な実施態様における放射部品の誘電性基板のフェースとエッジを交番に示す図；
図７と総称される図７Ａ、７Ｂ、７Ｃおよび７Ｄは、本発明の好適な実施態様による放射部品の側面図と斜視図；
図８は、本発明の好適な実施態様による放射部品の寸法を示す図；
図９と総称される図９Ａ、９Ｂ、９Ｃおよび９Ｄは、本発明の好適な実施態様による放射部品と取り付けプレートの組み合わせ物の側面図、上面図および斜視図；
図１０は、本発明の好適な実施態様による偏波制御ネットワークのブロック図；
図１１は、本発明の代替実施態様による偏波制御ネットワークのブロック図；
図１２は、本発明の代替実施態様による偏波制御ネットワークのブロック図；
図１３は、本発明の代替実施態様による偏波制御ネットワークのブロック図；
図１４は、本発明の代替実施態様による偏波制御ネットワークのブロック図；
図１５は、本発明の代替実施態様による放射電気接地面の図；
図１６は、本発明の代替実施態様による放射電気接地面の図；
図１７は、本発明の代替実施態様による放射電気接地面の図；
図１８は、本発明の代替実施態様による放射電気接地面の図。
詳細な説明
本発明によるアンテナは、個人通信サービス（ＰＣＳ）や携帯移動無線電話（ＣＭＲ）サービスなどの無線通信の応用に有用である。アンテナは偏波ダイバーシティを用いて、複雑な伝搬環境に起因するフェージングとキャンセリングという有害な影響を軽減する。アンテナは、二重偏波放射部品の配列および、配列を励起させるためのパワー・デバイダ・ネットワークから成るビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）を含む。放射部品と組み合わされると、放射電気接地面として動作可能な導電性表面は、アンテナの広い視野にわたる実質的に回転対称のパターンの発生を手助けする。偏波制御ネットワーク（ＰＣＮ）は、配電網を介して配列に接続されていて、偏波状態を制御するメカニズムとなる。
当業者には、アンテナの偏波動作特性が不十分であると、通信システムの電力切換の利用性が制限されることが理解されよう。本発明によるアンテナの実施態様を説明する前に、二重偏波特性を示すアンテナの特徴を見直すのが有益であろう。
一般に、アンテナの遠視野は、次式に示すように標準の球座標におけるフーリエ膨張によって表すことができる：
0003856835.tif 000002
ここで、ＥΘおよびＥΦは、標準球座標のΘ方向とΦ方向における電場の成分である。単位ベクトルｕx、ｕy、ｕzは、同じ原点を持つ対応するデカルト座標のｘ、ｙおよびｚ軸と整合している。
一般に、係数は、すべての偏波および角度位相分布を範囲に収めるために複素数となっている。双方の場成分に共通の群位相と延長の係数は本書の目的の場合は省略する。ビームが「疑似円対称性」を有する場合、場は１つの展開項（ｍ＝１）で正確に表される。照準器上のｕy方向電場（Ｅ−場）の場合、「疑似円対称性」の場は次式のようになる：
0003856835.tif 000003
ここで、ｆ1（Θ）とＦ2（Θ）は主面正規化された場パターンの切片であり、その変動は第一次コサインとサインの調和で説明される。単位ベクトルｕΘとｕΦはそれぞれΘとΦの方向にある。上記の形態は、電場の面（Ｅ−面）がΦ＝９０度で定義され磁場の面（Ｈ−面）がΦ＝０度で定義される標準球座標を前提としている。照準器上のｕx方向のＥ−場は次式で表される：
0003856835.tif 000004
２つの偏波成分間の直角性のための条件は次式の通りである：
0003856835.tif 000005
ここで・は内積を表し、*は共役複素数を示す。この式から次式が導かれる：
0003856835.tif 000006
これによって、次式が成立すれば、視角に無関係に直角性が達成されるだけになる：
0003856835.tif 000007
Θ＝０度では、正規化された場の成分は一体であり、直角性の条件は満足される。照準器から離れた場合、直角性条件を満足する２つの基本偏波の主面パターン特性の個別の条件が多く存在する。一般に、Ｅ−面パターンの積は、Θのおのおのの値における２つの基本偏波のＨ−面パターンの積に等しくなければならない。これらのパターンが等しい位相分布を持つと仮定することによってこの問題をさらに単純化すると、直角性を満足するただ１つ残る条件はパターンが円対称でなければならないということである。直角性の程度は、パターンの対称性が劣化するに連れて理想点から劣化していく。
場の方程式でΦ−Φ0→Φと代入すると、アンテナ照準器でのデカルト座標のｘ−ｙ軸との整合からΦ＝±Φ0と一致する軸への偏波回転を容易とする。二重傾斜線形（左傾斜と右傾斜）偏波がΦ0＝４５度で形成される。＋ｚ方向から見て照準器上の回転ｕy方向Ｅ−場として左傾斜（ＳＬ）を、さらに照準器上の回転ｕx方向のＥ−場の定義を選択すると、場は次式で表される：
0003856835.tif 000008
Ａ．Ｃ．Ｌｕｄｗｉｇの「交差偏波の定義」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ａｎｔｅｎｎａｓ  Ｐｒｏｐａｇａｔ．Ｖｏｌ．ＡＰ−２１，ｐｐ．１１６−１１９，１９９３年１月）の定義３を本件では、「交差偏波」の定義として採用する。定義３は、ホイヘンス源として知られる理論的単体放射体の場の輪郭を説明するものである。ホイヘンス源は、等しい強度と交差方位を持つ電気的双極子と電磁的双極子の合成物である。ホイヘンス源は、それが自身の照準器軸（ｕz）の回りに９０度回転すると、発生する場は（あらゆる視角において）、非回転源によって発生された場に正確に直角を成すという点において、電気的双極子と電磁的双極子のあらゆる混合物中で特異なものである。したがって、２つのホイヘンス源（標準球座標上で互いにΦで正確に９０度方位付けされている）が二重偏波アンテナの２つの放射部品として選択されると、それらは常に（視角とは無関係に）直角である一対の基本偏波となる。その結果、２つの直角放射体が任意の振幅と位相の重み付けで励起された場合に発生する偏波は、合成された照準器偏波の関数としてこれを基準として傾斜角が変化するだけである。
ホイヘンス源の特徴は、偏波ダイバーシティ応用の直角放射体にとって好ましい特徴の１つである。もちろん、傾斜角も変化しないのが好ましいが、傾斜角の何が変化しないということが偏波の定義を定める困難さに由来するかを定義するのが困難である。通信リンクはいかなるユーザにとっても１つの偏波に依存するので、最適な偏波範囲性能を提供するに際して偏波直交性は主たる関心事である。いくつかの好ましいパターン特徴が、最適なアンテナ偏波性能の条件に付随する。
本発明の好適な実施態様の重要な特徴を説明するために、放射部品の配列を標準デカルト座標のｙ軸に沿って切り取って、ｘ−ｙ面に置く。配列の立面は、ｙ軸にそってビームのピークを通過する面と定義する。方位面は立面を横断し、主面パターンの切片はビームのピークを通過する。
相互の部品のカップリングが配列中では充分低い場合、最適偏波範囲のためのパターン要件は放射部品にしか適用できない。ホイヘンス源の配列による場は、単一ホイヘンス源の場と同じ偏波を持つ。しかしながら、放射パターンは異なる。配列係数は、それが等方向性放射体の配列のパターンであるために偏波特性をなんら持たない。これは、立面での放射パターンの強度が主として配列の形状によって制御されるのに対して、放射された波が、方位面でのパターン特性と同様に配列部品の選択によって完全に決まってしまうので、本発明に置いては重要である。
線形配列の場合、部品偏波の好ましい方位は、配列部品間に相互カップリングが存在する状態で部品パターン対称性のバランスを最良に維持するためには配列（ｙ軸）に対して傾斜（±４５度）していることである。配列の長軸と短軸に沿って整合された有限の放射電気接地面の境界条件は、部品が接地面の中心にある場合は、２つの交差方位の部品偏波の場合と同じである。
照準器上のｕy方向のＥ−場に対する参照（共偏波）場と交差偏波場の単位ベクトルの定義は定義３を用いて次式のようになる：
0003856835.tif 000009
照準器上のｕx方向のＥ−場の場合は次式のようになる：
0003856835.tif 000010
ＳＬ偏波とＳＲ偏波の場合、参照用と交差偏波用の単位ベクトルの定義は、４５度回転をもたらすΦの代入によって上記と同じように得ることができる。
本発明によるアンテナのいくつかの特徴を、二重傾斜部品特性偏波の配列のΦ＝０度方位面上でのパターン偏波特性を考慮して図示する。最初に、電場分布は参照と高度偏波の成分によって次式で表される：
0003856835.tif 000011
交差偏波パターンは、放射部品の主たる（Ｅ−面とＨ−面）パターンの相違の半分を成す。交差偏波がゼロであるということは、共偏波パターンの回転対称性が完全であることを意味する。交差偏波がゼロであるということは、二重偏波源が直交していることに相当する。
さらに、照準器上のｕy方向のＥ−場に対する参照偏波を持つ傾斜偏波場の内積は、放射部品の正規化された共偏波Ｈ−面パターンに半分の乗算係数であるパターンとなる。照準器上のｕx方向のＥ−場に対する参照偏波を持つ傾斜偏波場の内積は、放射部品の正規化された共偏波Ｅ−面パターンの半分の乗算係数であるパターンとなる。方位面の範囲は、放射体部品パターンが完全に回転対称である場合は、同様に、半分の定数因子と離れている。定数因子から離れている同じパターン分布は、偏波ダイバーシティを用いる通信システムで使用されるアンテナの重要な特徴であると考えられる。そうでなければ、線形偏波アンテナに対する線形偏波信号の偏波カップリングの振幅差は、準最適偏波ダイバーシティ性能となる最大で４５度の不整合の理想的異な偏波不整合因子より大きい。この偏波カップリングが減少するということは、偏波直角性が存在する場合に理想的な場合を基準としてカップリングが減少する直角性の度合いの結果である。
回転対称放射パターンのさらなる特徴は、配列の方位パターン特性が、二重偏波部品特性偏波に対応する２つのビームが一緒に重み付けされて自然の部品偏波と異なる偏波対を形成する場合には不変であるということである。この機能は本発明の興味ある応用分野であると考えられる。重要な偏波特徴を図示するために用いられる例は線形偏波のそれであるが、同じことは他の直角偏波対にも当てはまる。二重円形偏波（右偏波と左偏波）の採用は、偏波ダイバーシティを用いる無線通信システムにも応用可能であると信じられている。
次に、同様の参照符号が同様の部品を示す図面を見ると、図１に本発明の好適な実施態様の主たる構成部品のブロック図を示す。図１を参照すると、アンテナ１０が、従来の無線通信システムに関連する高周波数スペクトルを持つ電磁信号の通信用として示されている。アンテナ１０は、アンテナの設置現場に対して直角に見たアンテナの垂直面に沿って配列が整合している電波発生器または放射体として知られる放射体部品１２の平面配列として実現可能である。好ましい線形配列実現物の場合、配列因子は圧倒的に立面範囲を形成し、方位範囲は、下方傾斜（機械的なものであれ電気的なものであれ）がない場合は部品パターン特性によって圧倒的に影響される。一半に、この線形配列は、大小寸法の比率が大きい横断面を持つ主ローブを発生させるファンビームと分類される。
電子信号を送受信できるこのアンテナ１０は、放射部品１２，接地面１４，ビーム形成ネットワーク（ＢＦＮ）１６および偏波制御ネットワーク（ＰＣＮ）１８を含む。二重偏波状態を持つ部品１２ａおよび１２ｂを具備する放射部品１２は、線形配列と整合して接地面１４の導電性表面上に事前決定された距離のところに置かれるのが望ましい電波発生器である。放射部品１２および接地面１４は協同して動作して、アンテナ１０の好ましいパターン特性を与える。アンテナ１０は、本明細書の目的のために、「疑似円形対称性」特性およびアンテナの視野上でのシータのいかなる値でも約３．１ｄＢ以下しか相違しない主（Ｅ−とＨ−）の面のパターンを持つ共偏波パターン反応として定義される実質的に回転対称性の放射パターンを示す。この代わりに、実質的に回転対称的放射パターンを、「疑似円形対称」特性およびアンテナの視野内で約−１５ｄＢ未満の交差偏波を持つ共偏波パターン反応として見ることもできる。アンテナ１０の好ましい実施物の場合、二重偏波放射部品の線形配列は、典型的には４５度から１２０度の範囲から選択された半値ビーム幅（ＨＰＢＷ）の広い視野に対する回転対称性の放射パターンを示す。
配電網として動作するＢＦＮ１６は、放射部品からの受信信号を送信し送信信号を放射部品に送信するために放射部品１２ａと１２ｂに接続されている。ＢＦＮ１６に接続されているＰＣＮ１８は、ＢＦＮが分配した受信信号の偏波状態を制御できる。放射部品１２は二重偏波状態を示すので、ＰＣＮ１８は、２つの偏波状態の内のいずれかを持つ受信信号を受領して、偏波状態Ｐ１の電磁信号を第１の出力ポート２２から、偏波状態Ｐ２の電磁信号を第２の出力ポート２４から出力することができる。
アンテナ１０は一般的にはＰＣＳやＣＭＲ応用物と一緒に動作することを意図するものであるため、当業者は、放射部品１２が一般的に高い効率、広い放射パターン、高い偏波純度および充分な動作帯域を特徴とすることが望ましいことが理解されよう。その上、放射部品１２は軽量で低価格であり、ＢＦＮ１６と直接にインタフェースし、アンテナのパッケージと一体であることが望ましい。双極子アンテナはこれら電気的性能要件のすべてを満足し、印刷された実現物がこれらの物理的基準を満足している。図６を参照して以下により記述されるように、おのおのの放射体１２ａと１２ｂの好ましい実現物は、左傾斜（ＳＬ）と右傾斜（ＳＲ）の偏波状態を示す双極子タイプのアンテナである。
図２は、アンテナの好ましい構造体を強調するためにアンテナ１０の主たる構成部品を分解図で示すものである。図３および図４はそれぞれ、アンテナ１０の立面図と上面図を示す。図２から図４を参照すると、おのおのの放射部品１２は、交差双極子対を形成するために同じ位置に置かれた双極子アームと双極子ベースの対をおのおのが待つ２つの双極子アンテナを具備することが望ましい。この交差双極子対は、同位置に置かれた電気的中心を持ち、それによってこれらの双極子アンテナの送電に関連するすべての位相遅延を最小とする。おのおのの交差双極子対は接地面１４が提供する放射電気接地面の前部導電性表面の上部に位置している。具体的には、交差双極子対は、接地面１４に取り付けられている容量性プレート２０の導電性表面に搭載されている。交差双極子対は、双極子の電源が双極子ベースのところに置かれ、双極子アームの頂点が双極子上のその点でも接地面からの最大の距離を表すような方位となっている。双極子アームは、逆「Ｖ」型に接地面１４に向けて下方に引かれる。接地面１４の表面を上回る双極子アームの高さおよびその角度を最適化して、接地面１４上での前方方向における実質的に回転対称性の放射パターン特性を生じることができる。双極子アンテナとその供給ラインの好ましい寸法は、９０度の半値方位ビーム幅を持つアンテナ設計に関して図８を参照して以下に詳述する。
ＢＦＮ１６は接地面１４の前部導電性表面によって支持され、放射部品１２の双極子アンテナとの間で電磁信号を転送する。ＢＦＮ１６は、おのおのの偏波状態に対して１つづつの、二重偏波配列アセンブリ用に一対の配電網を用いている。微細設計するのが望ましいＢＦＮ１６は、おのおのの放射部品１２とＰＣＮ１８との間に適切なインピーダンス・マッチングを与える。その上、ＢＦＮ１６は信号をおのおのの放射部品１２に転送するためのパワー・デバイダを含むのが好ましい。
接地面１４の前部導電性表面によって支持されるＰＣＮ１８はアンテナ・アセンブリの中心に置かれ、供給ケーブルにおのおのを接続できる一対のアンテナ・ポート２２と２４とＢＦＮ１６の配電網の間に接続されている。ＰＣＮ１８はＢＦＮ１６を介して放射部品１２との間で電磁信号を転送し、これらの信号に複雑な（振幅と位相の双方）重み付けをする。好適な実施態様の場合、ＰＣＮ１８は、送信ラインへの接続用に少なくとも４つの外部インタフェースを持つ偏波制御メカニズムとして実現される。この４つの外部インタフェースの内の２つがＢＦＮ１６の配電網を接続し、残りの２つの外部インタフェースがアンテナ・ポート２２と２４に接続し、これら２つのポートは次に、電源をアンテナに接続するために供給ケーブルに接続されている。
ＰＣＮ１８はアンテナ・アセンブリ内に搭載するのが好ましいとはいえ、ＰＣＮ１８をアンテナのシャシー外部に置くことが可能であることが理解されよう。ＰＣＮ１８をアンテナ１０のアセンブリ内に搭載しない場合、ＢＦＮ１６の配電網はアンテナ・ポート２２と２４に接続されたおのおのの供給ケーブルと放射部品１２の間の適切なインピーダンス・マッチングを取ることができる。これを実現するために、アンテナ・ポート２２と２４のおのおのが２つの偏波状態の内の一方に対応し、これによってこの送信ラインに沿った信号反射を抑える。ＰＣＮ１８は、アンテナの特定の応用に基づいて、アンテナ１０のアセンブリの内部またはアンテナ・シャシーの外部に搭載可能である。例えば、ＰＣＮ１８は既知の受信現場に設置して、一方では、放射部品１２，接地面１４およびＢＦＮ１６の組み合わせ物をアンテナ設置先のアンテナ・アセンブリ内に設置することができる。
接地面１４の導電性表面は、双極視部品撮像のための放射電気接地面だけでなくアンテナ・アセンブリ全体のための構造体部材としての働きを持つ。接地面は導電性材料の固体で実質的に平坦なシートとして実現するのが望ましい。アンテナ配列（幅）の横断面上での接地面１４の放射電気範囲は、放射特性にかなり貢献する導電性の接地面１４の有限境界を除いた広い視野（通常は６０度を越える）にわたって放射体部品の撮像を容易にするために波長の約５／３である。接地面１４の放射電気範囲が上記の基準を満足する場合、放射部品１２の方位は回転され、アンテナ放射パターンの回転対称性を大して損なうことなく配列の主面と整合される。それでも、好ましく最適な方位は、自然の照準器偏波が配列の主面に対して４５度である場合のものである。
実験的に得られたデータによれば、横断寸法が大きくなっても、後方における放射パターンの出力を一般に減少させるが回転対称性は大して改善しないことが分かっている。一部の応用分野では、バックローブ領域と呼ばれる後方での放射パターンが低いのが望ましく、バックローブが減少する程度は、増大する寸法や経費や風力荷重特性などとの兼ね合いとなる。
横断寸法の小さい放射電気接地面に大して実施された測定によれば、このように幅が小さいと、横断範囲が波長の約１．５倍の場合に好ましくないパターン・ビーム幅分散を引き起こす。接地面がさらに小さくなると、方位ビーム幅が配列部品の数にかなり敏感になる。この短所には、好ましい回転対称放射パターンにおける発散が伴う。
測定によるとまた、配列の横断面における接地面１４の放射電気範囲は、配列の平面に整合した垂直方向の放射体の場合のより小さな値を持つ広い範囲にわたる寸法に大して方位ビーム幅があまり敏感でない状態で上記の基準よりかなり小さくできる。しかしながら、この同じ独自性は、水平方向偏波構成部品（物理的なものまたはＰＣＮを介して合成されたもの）の場合は達成されない。二重偏波状態が、電気的中心が同じ位置にあることが望ましいこの応用に必要であるため、寸法基準が、水平方向成分が決定的な要素である双方の偏波に適用可能である必要がある。
熱可塑材料を有する保護レドーム２６を用いて、放射部品１２の配列，ＢＦＮ１６，ＰＣＮ１８，個々の容量性プレート２０および接地面１４の前部導電性表面の組み合わせ物を遮蔽することができる。レドーム２６はファスナ２８によって接地面１４の周辺部に取り付けられ、接地面１４の前部表面とそれに搭載されている部品の回りに伸張している。アンテナを接地面１４とレドーム２６から形成されている密閉エンクロージャ内に遮蔽することによってアンテナ部品を、直射日光、水、ちり、汚染、湿気などの環境的影響から守っている。レドーム２６は、ＫＥＤＥＸ１００のアクリルＰＶＣ合金シートなどのＫＹＤＥＸというブランド名を持つ南カロライナ州ＡｉｋｅｎのＫｌｅｅｒｄｅｘ社製の熱可塑材料を有するのが望ましい。
アンテナは、接地面１４の後部導電性表面に取り付けられる対ブラケット３０によって取り付けポストに取り付けることができる。ｕ字型クランプ（図示せず）をブラケット３０と組み合わせて使用して、アンテナ・アセンブリを取り付けポストに固定することができる。アンテナ１０の好ましい取り付けは１つの取り付けポストによって配置するのが好ましいとはいえ、さまざまな他の従来の取り付けメカニズムを用いて、塔や、建物や他の自立型部品を含めてアンテナ１０を支持することができる。アンテナ１０の典型的な設置を図５に示すが、その詳細を以下に説明する。
Ｎ型容器などの同軸ケーブル・コンパティブルな容器として実現するのが好ましいアンテナ・ポート２２と２４は、容量性プレート３２と３４を介して接地面１４の後部表面に接続されている。容量性プレート３２と３４のおのおのは、導電性シートの範囲に隣接してそれに実質的に沿って位置する誘電体層と導電性シートの組み合わせ物を含む。アンテナ・アセンブリに取り付けられると、導電性シートはポート２２と２４おのおのの同軸ケーブル・コンパティブル容器に隣接して置かれ、一方、導電体層は接地面１４の後部表面と導電性シートの間に置かれる。このようにして、アンテナ・ポート２２、２４と導電性シートの間の電流経路の放射電気的接続が「容量性カップリング」によって達成される。導電性シートは、動作周波数における低インピーダンス経路を提供するに充分な面積を持つ。誘電体層は、アンテナ・ポート２２，２４と接地面１４の間の直接的な金属対金属の接合接触を防止することによって直流（ＤＣ）バリヤとしての働きを持つ。このタイプの容量性カップリングは、能動相互変調効果を減少させるのに用いられるが、協同譲受人によって所望され、出典を明記することによりその開示内容を本出願の一部となされる１９９５年２月２７日発行の米国特許出願第０８／３９６，１５８号の明細書中に詳述されている。
図２から図４に示すアンテナは主として、１８５０から１９９０ＭＨｚという個人的通信サービス（ＰＣＳ）の周波数範囲内で通信動作をサポートする意図のものである。しかしながら、当業者には、約８０５から８９６ＭＨｚの帯域内で動作するのが望ましい通常の携帯電話通信応用物をサポートするためのアンテナの寸法を「縮小」できることが理解されよう。同様に、アンテナの設計も、移動通信用世界システム（ＧＳＭ）用の８７０−９６０ＭＨｚの周波数範囲またはヨーロッパＰＣＳ用の１７１０−１８８０ＭＨｚの周波数範囲内での動作を含むヨーロッパ通信に適用させるために縮小できる。これらの周波数範囲はアンテナの動作帯域の例を示すものであり、本発明はこれらの周波数範囲に制限されず、ＰＣＳ適用に関連する周波数範囲の上下の周波数に拡大可能である。
図１−４に示すアンテナ１０が、二重偏波状態と広い視野にわたって実質的に下院点対称的な放射パターンを持つ放射部品の平面配列となることは意義深いことである。例えば、図示のアンテナの設計はアンテナの方位面内に９０度のＨＰＢＷを持つが、これは二重偏波放射体と接地面を組み合わせることによって達成される。それと対照的に、立面の場合の半値ビーム幅は、アンテナ配列の寸法、すなわち平面配列中の放射部品の数とその間の間隔によって圧倒的に達成される。図１−４に示すアンテナは９０度のＨＰＢＷを示すが、他の実施態様は、４５度から１２０度の間の範囲から選択されたＨＰＢＷビーム幅を示す。アンテナ１０の実現物が少なくとも４５度のＨＰＢＷの実質的に回転対称性の放射パターンを示し得るのは意義深いことである。
図５は、ＰＣＳシステム用のアンテナ・システムとして動作するアンテナ１０の典型的な設置物を示す。図５に強調されているように、アンテナ１０は、方位範囲がＫ個の離生セルに分割される扇型セル構成の場合に特に有用である。この代表的な例では、基地局に中心を持つ３つのアンテナであるアンテナ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが、方位の範囲がおのおの１２０度（ラジアン）であり有効な範囲半径がアンテナの利得、高さおよびビームの下方傾斜によって決まる３セクター（Ｋ＝３）型の現場となっている。アンテナ１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、おのおののアンテナの後部表面に固定された頂部および底部の取り付けブラケット４２によって取り付けポールに取り付けられている。図５はアンテナ１０のポールによる取り付けを示しているが、アセンブリをポールまたは塔に取り付けるための円筒形は位置だけでなく、建物の側部にアンテナ・アセンブリを埋め込むために取り付けハードウエアを用いてもよいことが理解されよう。
図５の例では、空間ダイバーシティから偏波ダイバーシティへの現場の変換が、物理的にアンテナを分離するための要件に共通的に関連する大型のアンテナ構造体を交換する結果となっていることが示されている。好ましいアンテナの偏波ダイバーシティ特性によって、３つのアンテナ・アセンブリを取り付けハードウエアで１つの取り付けポールに取り付けて、３セクター型の範囲を発生できる。これによって、アンテナ・アセンブリの足跡が小さいという利点を生み、これが現在の空間ダイバーシティ・システムより視覚環境に対する影響が少なくなる。
図６Ａ、６Ｂ、６Ｃから成る図６はそれぞれ、放射部品の好ましい実現物を支持する誘導体プレートの前面図、側面図、背面図を示す。図６Ｃを参照すると、おのおのの放射部品１２の双極子アンテナ５２は、双極視アーム５４の対および本体５６に対する必要な導電片を形成するために金属製である誘電体プレート５０の一方の側面上に形成されている。双極子アンテナ５２は、誘電プレート５０の誘電基板上にフォト・エッチ（写真平版として知られる）される。双極子アーム５４を形成する小片の幅は、放射部品の十分な動作インピーダンス帯域幅を提供するように選ばれる。双極子アーム５４に占有された同じ面は、双極子アーム５４を容量性プレート２０に電気的に接続する伝導小片の平行な対から成る双極子本体５６を含む。図９においてより詳細に説明される容量性プレート２０は、機械的な支持体として働くとともに、交差する双極子の対を接地面１４の伝導表面へ結合するための電波的な結合体としても働く。誘電プレートに向い合う面上のフィード線５８（図６Ａ）の交差する位置からのこれらの伝導小片の長さは、選択された動作帯域の搬送周波数における波長の約４分の１であり、平衡不平衡変成器として働く。これらの伝導小片の幅は、誘電プレートに向い合う面上のマイクロ小片のフィード線５８（図６Ａ）のための改良された電波接地面を提供するために、双極子部品のベースに近づくにつれて増大する。
双極子アンテナ５２の反対側の面上には、エネルギーを双極子アーム５４（図６Ｃ）に結合するマイクロ小片を形成するフィード線５８がある。前に示したように、マイクロ小片のフィード線５８は誘電プレート５０の表面上にフォト・エッチされる。フィード線５８は、開路のなかで終る。その中では、フィード線の開放端の長さは、動作帯域の搬送周波数における交差位置から測定して波長の約４分の１である。双極子アンテナ５２（図６Ｃ）のベースから交差近傍の領域まで走るフィード線５８の好適な実施態様は、５０オームのインピーダンスを呈する。
図6Bの側面図に示すように、誘電プレート５０は、比較的に薄い誘電材料のシートであり、無線サーキットリの目的に用いられる多くの低損失誘電材料の1つであり得る。好適な実施態様は、ＭＣ−５として知られる材料である。これは、低損失の誘電正接特性および３．２６の比誘電率を有し、比較的に非吸湿性および低コストである。ＭＣ−５は、テネシー州コリアービル所在のアルファ社の１部門であるグラスティール・インダストリアル・ラミネーツによって製造されている。ＦＲ−４（エポキシおよびガラスの混合材）のような、より低コストの代替品はその吸湿性で知られており、一般的には、野外環境にさらされたときの吸水性を防止するに足るシーラントとともに用いられなければならない。水分の吸収は材料の耐損失性を低下させることで知られる。より高コストのテフロン・ベースの基板材料があるいは候補に上りそうであるがしかし、どんな注目すべき利点を持っているとも思われない。
各々の放射部品１２は、好ましくは、双極子アンテナのプリントされたインプリメンテーションであるが、それは、その双極子アンテナのための他のインプリメンテーションがアンテナ１０を組立てるために使われうると理解される。また、アンテナ１０を組立てるために、双極子アンテナの他の従来のインプリメンテーションを使うことが出来る。さらに、放射部品１２は、双極子アンテナより他のアンテナによって実装することができる。
図７として集合的に示される図７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは、交差する双極子の対の様々な視点からの図である。まず図７Ａおよび７Ｂを見ると、各々の誘電プレート５０は、双極子本体５６の並行する小片を分離する誘電基板の非金属化部分内をプレートの中央部に沿って走るスロット６０を含む。誘電プレート５０の対の中の交互に重なるスロット６０の１セットは、その対と、互いに直行する双極子アンテナ５０の対とがクロスして定位するように助長する。図７Ｃおよび７Ｄに示すように、マイクロ小片のフィード線５８は、２つのフィード線の衝突交差を回避するために、交差する領域内の上下配列の中で交互に走る。クロスして定位する双極子アンテナ５２は、フィード線５８の交差領域の近傍を除けば、将来にわたって大部分同じである。双極子本体５６の小片幅における相違が、放射部品のベースにおける当該位置の同一なインピーダンス整合特性を効果的につくりだす。
ＰＣＳ振動数スペクトルのための双極子アンテナの構成の好ましい大きさを示す図８では、各々の放射部品１２は、逆Ｖ字形を形成するためのスウェプト・ダウン・デザインを持つ双極子アーム５４を含む。据え付けられたとき、接地面からの双極子アームの高さは、波長の約０．２６倍である。双極子アーム５４の角度は約３０度である。双極子アーム５４の対は、約半波長の差渡し間隔で張られ、幅は波長の約０．３８倍の長さである。双極子アーム５４の低い方の縁および本体５６の交点の高さは、波長の約０．１９倍である。双極子・アンテナ５２の頂点近傍の双極子アーム５４の質量中心の高さは、波長の約０．２２倍である。双極子アーム５４の幅が周波数帯域幅への配慮よりも優先的に決められることが理解されるだろう。例えば、幅の狭い双極子アームは、一般的により小さな動作インピーダンス帯域幅に帰結する。そのうえ、双極子アーム５４の低い方の縁および本体５６の交点のための幾何学的細部が、インピーダンス特性以外のアンテナ性能に目に見える影響を及ぼさないということが認められる。
図９として集合的に示される図９Ａ，Ｂ，ＣおよびＤは、放射部品の交差する対を電波接地面に据付けるための好ましい機構の様々な視点からの図を示す。図９において、各々の双極子５２および接地面１４間の電流経路の電波的な接続は、容量結合の接続を通じる。とりわけ、容量プレート２０は、交差する双極子対の各々の双極子５２を接地面１４の伝導平面に接続するために使われる。そのプレートは製造を容易にするために互いに連動してもよい。容量プレート２０は、伝導平面７０および誘電体層７２を有する。伝導平面７０は、動作の周波数帯域における低インピーダンスを生み出すために十分な伝導表面領域を有する。薄い誘電体層７２は、接地面１４上の交差する双極子対の機構の位置を機械的に制御するために、直流（ＤＣ）障壁を作り出し、および両面接着剤として働くという２つの機能を支える。容量プレート２０は、金属と金属の直接的な接触を防ぐ。この接触は、数百ワットというような高い電波エネルギーレベルにおいて動作する際に受動的な相互変調をもたらす潜在的な原因であると考えられる。
好ましい伝導プレート７０は、交差する放射体対の機械的な支持、および容量プレートを双極子本体に連結する伝導小片の電気的結合のための構造的特性の具備、の両方を目的として形成された、錫で被覆した真鍮の板である。ＰＣＳ動作のために設計される、好適な実施態様のためには、伝導プレート７０の厚さは、約０．０１０−０．０２０インチである。誘電体層７２は好ましくは、ミネソタ州セントポールの３Ｍコーポレーションで売られているスコッチＶＨＢとして知られる両面接着剤によって与えられる誘導材料によって実装される。好適な実施態様のためには、選択された誘電材料は、厚さが０．００２インチで、少なくとも容量プレートと同じ幅で、好ましくは容量プレートの幅にトリミングされる。
図１０は、アンテナ１０のＰＣＮのための好ましい構成要素を示すブロック図である。図１０において、好ましいＰＣＮは、送受切換器８０および電力結合器８４から成る。送受切換器８０および８２の各々は、ＢＦＮ１６および電力結合器８４の間に接続されている。特に、送受切換器８０は、放射部品１２が左偏波状態を有するように配線網に接続され、一方送受切換器８１は、放射部品１２が右偏波状態を有するように配線網に接続される。ＢＦＮ１６からの、左偏波状態の受信信号に答えて、送受切換器８０は出力ポートを介して受信信号を出力する。送受切換器８２は、ＢＦＮ１６からの受信信号に答えて右偏波の受信信号を、出力ポートを介して出力する。電力結合器８４は伝送源から伝送信号を受取り、この伝送信号を送受切換器８０および８２へ配分する。送受切換器８０および８２はこの伝送信号を電力結合器８４から受取り、順にこの伝送信号をＢＦＮ１６に出力する。アンテナ１０は、２つの基本偏波の同相励起から生ずる垂直偏波状態を十分に放射する。
アンテナ１０は、右および左偏波信号を受信し垂直偏波信号を伝送するために利用されるだけではないことが理解される。図１１に見られるように、ＰＣＮ１８ａは、伝送源からの伝送信号対を受信するための第１分極制御モジュール８１および受信信号対を出力するための第２分極制御モジュール８３を含む。第１分極制御モジュール８１および第２分極制御モジュール８３は、送受切換器８０および８２に接続されている。伝送信号ＴＸ１およびＴＸ２に応答して、分極制御モジュール８１は伝送信号を送受切換器８０および８２に出力する。さらに、送受切換器８０および８２は受信信号を、受信信号ＲＸ１およびＲＸ２を順に出力する第２分極制御モジュール８３に出力する。このようにして、送受切換器８０および８２の対の４つのポートは、伝送および受信信号の望まれる対を生成するために組合わせられる。分極制御モジュール８１および８３は、通常は矩象ハイブリッド・カップラとして示される０°／９０°タイプのハイブリッド・カップラ、または一般に“ラットレース”ハイブリッド・カップラとして知られる０°／１８０°タイプのハイブリッド・カップラによって実装することができる。
図１２は、分極制御網の他の代替的な実施態様を示すブロック図である。図１２において、ＰＣＮ１８ｂは、０°／１８０°タイプのハイブリッド・カップラ８５、送受切換器８６、および低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）８７ａおよび８７ｂを含む。ＢＦＮ１６、送受切換器８６、およびＬＮＡ８７ａに接続されているハイブリッド・カップラ８５は、ＢＦＮ１６の配線網への／から（to  and  from）の信号を転送する。さらに、ハイブリッド・カップラ８５は、水平偏波状態を有する受信信号をＬＮＡ８７に出力し、垂直偏波状態を有する受信信号を送受切換器８６に出力する。送受切換器８６は、ハイブリッド・カップラ８６に接続された通常ポート、ＬＮＡ８７ｂに接続された受信ポート、および伝送ポートを含む。送受切換器８６の通常ポートは、ハイブリッド・カップラ８５から垂直偏波状態を有する受信信号を受入れ、垂直偏波状態を有する伝送信号をハイブリッド・カップラ８５に分配する。送受切換器８６の受信ポートは垂直偏波状態を有する受信信号をＬＮＡ８７ｂに出力し、一方伝送ポートは垂直偏波状態を有する伝送信号を受入れる。従って、送受切換器８６は、信号の周波数スペクトル特性に基づいて、伝送信号から受信信号を分離することができる、ということが理解される。それぞれハイブリッド・カップラ８５および送受切換器８６に接続されたＬＮＡ８７ａおよび８７ｂは、雑音改善性能を上げるために受信信号を増幅する。ＬＮＡ８７ａは水平偏波状態を有する受信信号を増幅し、一方ＬＮＡ８７ｂは垂直偏波状態を有する受信信号を増幅する。ＰＣＮが、アンテナの位置よりはむしろワイヤレス交信システムの受信機に置かれた場合には、ＬＮＡ８７ａおよび８７ｂはＰＣＮ１８の構造から取除くことが出来ると認められる。
ハイブリッド・カップラで実装されたＰＣＮは、好適な実施態様の２つの線形偏波（ＳＬ／ＳＲ）を、垂直／水平（ＲＣＰ／ＬＣＰ）対、または右回り回転／左回り回転（ＲＣＰ／ＬＣＰ）対にそれぞれ変換する数学的機能を果たすことができる。これらの偏波変換は、放射パターンが回転対称であるときには、共偏波放射部品のアンテナ方位パターンビーム幅を変えることなしに遂行することができる。ビーム幅を変えないで偏波変換操作を遂行するためのこれらのハイブリッド・カップラを使用するために必要な条件は、アンテナ配列の自然特性偏波の励起に対応する経路の群電気経路（位相遅れ）の長さが合理的に調和していることである。この同様な条件が、振幅特性のために必要である。
図１３は、偏は制御回路網のための他の実施態様を示すブロック図である。図１３において、ＰＣＮ１８ｃは、偏波ダイバーシティ選択のために、４つの偏波状態、具体的には垂直、水平、左偏向、および右偏向偏波状態を生ずるために、０°／１８０°タイプのハイブリッド・カップラ８８およびスイッチ８９ａ−ｄを含む。スイッチ８９ａおよび８９ｂの通常ポートは、ＢＦＮ１６の配線回路網の接続されている。さらに、スイッチ８９ａおよび８９ｂの通常は閉じているポートはハイブリッド・カップラ８８に接続され、一方通常は開いているポートはスイッチ８９ｃおよび８９ｄに直接接続されている。同様のやり方で、スイッチ８９ｃおよび８９ｄの通常は閉じているポートはハイブリッド・カップラ８８に接続され、一方通常は開いているポートはスイッチ８９ａおよび８９ｂに直接接続されている。スイッチ８９ｃおよび８９ｄの通常のポートは、選択された偏波状態を有する受信信号を供給するための出力ポートとして働く。
スイッチ８９ａ−ｄの通常は閉じた状態のために、ハイブリッド・カップラ８８が、ＰＣＮ１８ｃ内での動作のために挿入され、一方スイッチ８９ａ−ｄの通常は開いた状態が、ハイブリッド・カップラ８８を迂回するために働く。従って、通常は開いた状態のために、スイッチ８９ｃおよび８９ｄの通常のポートは、左偏向および右偏向の偏波状態を有する受信信号を供給する。対照的に、通常は閉じた状態のために、スイッチ８９ｃおよび８９ｄの通常のポートは、垂直および水平偏波状態を有する受信信号を出力する。このことは、ユーザが基地局受信機における受信信号のために望ましい偏波状態を選択することを許す。
スイッチ８９ａおよび８９ｂは、単極双投接点によって実装することができ、一方スイッチ８９ｃおよび８９ｄは、単極双投接点または単極四投接点によって実装することができる。
図１４は、偏波制御回路網のための代替的な実施態様を示すブロック図である。図１４に示されるように、１つ以上の構成要素からなるＰＣＮ１８ｄは、２つの自然偏波成分間での振幅のアンドオア位相の不調和に直面したときまたはその条件下において、望ましい偏波変換が、パターンのビーム幅の不変状態を伴なって起こることを許す。ＰＣＮ１８は、可変電力配分回路網として分類されてもよい。それに対しては、位相器９６および９８の相対的な位相後れが、ＰＣＮのポート間への電力配分を決定する。ＰＣＮ１８ｄは、不等位相後れを伝えるために動作する伝送モジュール９４によって相互に連結したハイブリッド・カップラ９０および９２の対を含む。好ましくは０／９０度−タイプのハイブリッド・カップラとして実装されるハイブリッド・カップラ９０は、入力ポート１、２、および伝送モジュール９４の間に機能的に連結される。好ましくは０／１８０度−タイプのハイブリッド・カップラとして実装されるハイブリッド・カップラ９２は、出力ポート３、４、および伝送モジュール９４の間に機能的に連結される。伝送モジュール９４の伝送線路内に挿入された位相器９６および９８の対は、ハイブリッド・カップラ９０および９２の間の位相後れを生みだす。位相器９６および９８は不等長の伝送線路として、すなわち受動的位相器として実装することができ、または、図１４に示すように、カップラ９０および９２間の位相後れの制御を可能にする可変位相器であり得る。さらに、位相器１００および１０２の対は、ＰＣＮ１８ｄに入る信号の位相の完全な制御を可能にするために、ハイブリッド・カップラ９０の入力ポート間に挿入することができる。ＰＣＮ１８ｄのためのこの構成は完全な偏波合成を可能にするので、どのような２つの直行する対も特性アンテナ偏波として生成される。もし１つ以上の受動的位相後れの単位が制御可能な位相器によって置き換えられれば、そのときは偏波の明敏さはパターンのビーム幅の普遍性によって満たされる。再び図２−４において、ＰＣＳ周波数に対して、望ましい偏波性能を得るためには接地面が電波を横断する大きさが通常は１０インチ（５λ０／３）である。このパラメータがより低い動作周波数に対して、例えば、８５１ＭＨｚの中央周波数をもつ典型的な携帯移動無線電話のバンドに対して“計測”されたときは、電波接地面の物理的な大きさは増大する。この典型的な携帯周波数において、接地面１４と等価な横断面の大きさは約２２．５インチである。同じアンテナ指向性値を達成し、配列部品数を保存するために、配列平面における大きさが同様の方法で測られる。風による負荷およびコストを低減するために物理的な横断面の大きさを最小化し、アンテナの寸法を小さくすることで一般的な外観を改良することが望ましいと認められる。
図１５はアンテナ１０ａのための接地面の代替的な実施態様の図である。図１および１５において、電波接地面の横断面の大きさは、水平成分が横断平面にある配列に関する、パターンおよび水平偏波成分の偏波特性によって操作される。水平偏波に対するこの電磁的境界条件は、垂直偏波成分の振舞いに大きな影響を与えること無しに満たすことが出来る。これは、垂直偏波成分にたいする望ましい性能特性を達成するために必要な最小横断面積を超えて非固体伝導表面を用いることによって成し遂げることができる。グリッド１１０ａおよび１１０ｂとして図１５に示されるこの非固体伝導表面は、一般的に、それぞれ同じ寸法の平行な伝導部品１１２を有するグリッドの一対から成る。グリッド１１０ａおよび１１０ｂは、アンテナ１０ａの水平面内に整列し、アンテナの横断面を形成する２つの縁、すなわち接地面１４ａの側面、に沿って対称的に置かれる。各々のグリッド１１０ａおよび１１０ｂにたいする典型的な組立技術は、金属線、棒、管、および小片の配列であり得る。レードーム２６ａは、グリッド１１０ａおよび１１０ｂのためのグリッド部品１１２のそれぞれのチップを収容するスロットを含む。
垂直偏波エネルギーがほとんどの幾何学的配列のためのグリッド１１０および１１０ｂによって受ける影響は取るに足りないことを、測定データが裏付けている。各々のグリッドの部品１１２の中央の間隔（Ｓ）は、約Ｓ＝λ０／３    ｔｏ    λ０／２である。部品のこの間隔は、グリッド１１０ａおよび１１０ｂが、接地面１４ａの拡張として効果的に動作し、並行（水平）偏波成分に対する大きな伝送損失を防止することを可能にする。
もしグリッド部品１１２が、縁のような態様でアンテナ１０ａを指向する伝導小片として実装されれば、そのときは、平行偏波成分の伝送信号のより大きな減衰が達成され、有効伝導表面の反射率が増大する。こうして、望ましい性能を達成するために、中心から中心への間隔が、深さと交換される。ＰＣＳ周波数においては、実験での測定によれば、４−６インチの大きさの横断面を有する固体接地面１４ａが、垂直偏波成分に対する良い性能をもたらすことが示されている。接地面１４ａのこの物理的実装のために、水平に指向するグリッド１１０ａおよび１１０ｂのグリッド部品１１２は、望ましい偏波を作るためには約２−３インチの長さを有すべきであり、視野は、１０インチの固体伝導表面をもつ電波接地面に等しい結果となる。
８５１ＭＨｚの搬送周波数をもつ携帯周波数においては、６インチのグリッド部品長をもつ水平グリッド１１０ａ、および１１０ｂの対に組合わされた１２インチの公称横断面をもつ固体表面の接地面１４ａが、良い性能および風の装荷特性を提供すると確信される。したがって、８５１ＭＨｚにおける電波接地面のための好ましい構成は、固体伝導表面および固体伝導表面近傍に整列したグリッド対の図１５に示されるハイブリッド・システムを使用する。
グリッドを用いることの補足的な利益は、ほとんどの信号偏波のための前後電界比パターンの包絡線性能を十分に改善するように、アンテナ配列の背後における辺の幾何学的配列のそれぞれの部分からの電場の同相加算が部分的に破壊されることである。
より低い動作周波数においてさえ、実際的物理的実装の観点から、グリッド部品の配列を用いることはより重要になる。たとえば、４５０ＭＨｚにおいては、接地面の有効な横断電波範囲は約４３インチである。本発明の原理を適用することによって、電波接地面は、それぞれのグリッド部品が、固体伝導表面の平行する側面に沿って約１０．５インチの長さに展開するグリッド部品配列に組合わされた約２２インチの固体伝導表面として実装することができる。
図１６および１７は、本発明のアンテナを用いるための、電波接地面の代替的な実施態様を示す図である。図１、１６、および１７において、図１６は“カーブした”接地面をもつアンテナ１０ｂを示し、一方図１７は切片様に“カーブした”接地面１４ｃをもつアンテナ１０ｃを示す。接地面１４ｂは凸面形状を有する伝導表面である。その中心に、放射部品１２、ＢＦＮ１６、およびＰＣＮ１８が、電波接地面のこの半円形構造の外縁の頂点に沿って据付けることができる。逆に、アンテナ１０ｃの接地面１４ｃは、中央水平部品および中央水平部品の各々の側面に沿って展開する斜めの部品対から形成される切片様局面形状を有する伝導表面である。放射部品１２およびは好ましくは接地面１４ｃの水平部品によって支持されるが、ＢＦＮ１６およびＰＣＮ１８は中央部品の水平面および側面部品の傾斜面によって支持される。接地面１４ｂおよび１４ｃの曲面の性質は、アンテナの電波特性における電波接地面の伝導面の有限境界の影響を低下させる目的をもつ。
今度は図１８において、固体接地面１２２の各々の縁に沿う動作帯域の搬送周波数において約４分の１波長（λ０／４）の深さの１つ以上の“チョーク”溝１２０を有するアンテナ１０ｄは、水平偏波成分にたいするネット辺の回折係数を減少させることができ、より大きな電波接地面に類似した包絡線パターンおよび偏波性能を生出すことができる。接地面１２２の大きさは約１波長（λ０）まで減少させてもよい。チョークの溝１２０の開口部は、接地面１２２の伝導面の表面によって規定される平面と同じ高さをなす。チョークの溝１２０は平行板タイプの伝送線路から成り、開口部から４分の１波長の距離において短絡する。平行板伝送線路は機構全体の深さを減ずるために、電波接地面の背面のあたりでくみたてられてもよい。図１８に見られるように、配列の長軸に沿う１つのチョーク溝１２０は、平面に垂直に、折れないように単純に形成される。
アンテナの長軸に沿う１つ以上のチョーク溝から有益な性能の改善がなされるかもしれない。しかし、寸法の減少による利益は低下し、接地面の全長（５λ０／３）に接近する。一方でまた、１０分の１波長（λ０／１０）の典型的な平行板の幅の深さを機構に加え、側面毎に２つ以上の溝を加える。側面毎に２つ以上のチョーク溝を加えられることによって増した機構の複雑さは、固体の、またはハイブリッドな固体／非固体接地面の実施態様に比べると魅力のないものであると確信される。
以下の請求項だけが本発明の範囲を定義し、上記の説明は本発明のさまざまな実施態様を説明する意図でなされたものであることが理解されよう。特に、本発明の範囲は本明細書中に説明されたいかなる特定の実施態様をも超えて展開される。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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