JP4208518B2 - 放射ダイバーシチを用いて信号を受信及び／又は発信する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射ダイバーシチを用いて電磁信号を受信及び／又は発信する装置に関する。この装置は、ワイヤレス伝送の分野、特に、家庭内環境、体育館、テレビ・スタジオ、劇場などの閉鎖的又は半閉鎖的な環境における伝送の文脈内で、用いることが可能である。
【０００２】
【従来の技術】
既知の高速ワイヤレス伝送システムにおいて、発信器によって送信された信号は、複数のパスに沿って受信器に到達する。それらが受信器において合成されると、異なる長さのパスを通ってきた異なるレイ（ｒａｙ）間に位相差が、重大な信号フェージング又はデトリオレイション（ｄｅｔｏｒｉｏｒａｔｉｏｎ）を生じさせ得る干渉パターンへと高くなる。
【０００３】
さらに、フェージングの場所は、新しい目標物の存在や人々の移動などの環境の変化によって、刻々と変化する。複数パスによるフェージングは、受信信号の品質とシステム性能の両方に深刻なデトリオレイションをもたらし得る。これらフェージング現象と闘うために、最も多く用いられる技術が空間ダイバーシチを実施する技術である。
【０００４】
図１に示すように、この技術は、特に、供給ライン４、５によってスイッチ３へ接続されたスロット・タイプの２つのアンテナ１、２などの幅広い空間レンジを有する１組のアンテナを用いることを含む。環状スロットから成るこれら２つのアンテナ１、２は、λ_０／２以上離されなければならない。ここで、λ_０は、該アンテナの作動周波数に対応する真空での波長である。さらに、供給ライン４、５は、それらがスロット・アンテナのスロットをその端から長さｋλ_ｍ／４のところで切ると共に、それらがｋ’λ_ｍ／２に等しい長さのラインによってスイッチ３に接続されるように、寸法が定められる。ここで、λ_ｍは、作動周波数の中央値において該ラインによって導かれる波長であり、λ_ｍ＝λ_０／√ε_ｒｅｆｆとなる。ここで、λ_０は真空での波長であり、ε_ｒｅｆｆは該ラインの有効誘電率であり、ｋ及びｋ’は整数であり、ｋは奇数である。
【０００５】
スロット・タイプのアンテナは、パッチ・タイプのアンテナによって置き換えられてもよい。この種の装置を用いると、２つのアンテナが同時にフェージングする確率が非常に小さいことを実証することができる。この実証は、特に、Ｄｒ．Ｋａｍｉｌｏ Ｆｅｈｅｒによる「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」の第７章「Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｒａｄｉｏ ｓｙｓｔｅｍ」の記載からもたらされる。各アンテナの受信レベルが完全に独立していると仮定した純粋な確率計算によっても、実証は可能である。スイッチ３により、制御回路（図示せず）を用いて受信信号を検査することによって、最も高いレベルを有するアンテナに接続されたブランチを選択することができる。事実、２つのアンテナ１、２が十分に離れているために、２つの非相関チャネル応答が得られる。したがって、これら２つのアンテナのうちより良い方に切り替えることができ、よってフェージングの確率を大幅に減らすことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の解決策のような空間ダイバーシチを用いた従来の解決策に代替する解決策を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
よって、本発明の主題は、信号を受信及び／又は発信する装置であり、スロット・アンテナ・タイプであって、電磁波を受信及び／又は発信する少なくとも２つの手段（１０、１１）と、上記受信及び／又は発信手段を上記信号を利用する手段へ接続する手段と、を有する装置であって、上記電磁波を受信及び／又は発信する手段は点対称であり、上記接続手段は、上記スロット・アンテナのスロットに電磁気的に結合された供給ライン（１２、１３）から構成され、該供給ラインは、一端が上記対称点を通る平面にある共通供給ライン（１４）に接続され、他端が電子部品に接続され、該電子部品は、上記ラインの一の端において短絡又は開回路を実現し、残りのラインの端で開回路又は短絡を実現する、ことを特徴とする装置である。
【０００８】
この解決策は、放射ダイバーシチの原理に従って作動する新しいアンテナ・トポロジィを提供する。これは、互いに接近して配置された全方向性放射素子を切り替えることに基づく。
【０００９】
一実施形態によれば、スロット・アンテナ・タイプの上記電磁波を受信及び／又は発信する手段は、プリント技術又は同一平面技術によって製造された共鳴スロットから構成される。このスロットは、環状、正方形、又は長方形の形状を有するか、或いは、ダイポールによって形成される。変形例によれば、このスロットは、円偏波の放射を可能にする手段に取り付けられる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、切り替えを提供する電子部品が完全であれば、すなわち、それが完全な短絡及び開回路を有するのであれば、該電子部品と上記供給ラインに電磁気的に結合されたスロットとの間の該供給ラインの長さは、ｋλ_ｍ／４における作動周波数の中央値に等しい。ここで、λ_ｍ＝λ_０／√ε_ｒｅｆｆであり、λ_０は真空での波長であり、ε_ｒｅｆｆは該ラインの有効誘電率であり、ｋは奇数の整数である。上記電子部品が不完全であれば、上記ライン長は、寄生素子を考慮するように合わせられなければならない。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、上記電子部品は、ダイオード、電子スイッチ、トランジスタ、又は、「Ｍｉｃｒｏ−ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ」又はＭＥＭとして知られているミクロ電気機械システムなどのあらゆるスイッチング回路から構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して説明される様々な実施形態を読むことによって明らかとなる。
【００１３】
最初に、本発明に係る放射ダイバーシチを用いて電磁信号を受信及び／又は発信する第一の実施形態について説明する。
【００１４】
図２に示すように、プリント技術によって製造されたこの信号を受信及び／又は発信する装置は、環状のスロット１０及び１１から形成されたスロット・アンテナ・タイプの２つの素子から成る。これら２つのスロットは、平面Ｐについて左右対称であり、図示する実施形態においては点Ｐ_０でのコタンジェントである。
【００１５】
本発明によれば、放射ダイバーシチを実現するために、２つの環状スロットは、図示する実施形態のように重なるように配置されるか、或いは、離れてはいるが互いに非常に接近して配置される。スロット・アンテナ・タイプのこれら２つのアンテナの間の全長は、２×λ_ｓ／πである。ここで、λ_ｓは、作動周波数において、該スロットをガイドされる波長である。
【００１６】
図２に示すように、環状スロット・タイプの２つのアンテナ１０及び１１には、マイクロストリップ技術によって製造された供給ラインから電源が供給される。従来、それらは、ｋλ_ｍ／４に等しい寸法の２つのマイクロストリップ１２、１３によって電源が供給されている。ここで、λ_ｍ＝λ_０／√ε_ｒｅｆｆであり、λ_０は作動周波数の中央値における真空での波長であり、ε_ｒｅｆｆは該ラインの有効誘電率であり、ｋは奇数の整数である。この２つのマイクロストリップは、２つのスロット１０、１２の接触面Ｐのいずれかの側に配置され、スロット内部へ向かって延びる。それらは、共通ライン１４から電源を供給される。共通ライン１４の寸法は、構造に合うように決められる。供給ライン１４は、平面Ｐの中央に置かれ、ライン１２、１３に垂直に配置される。供給ライン１４は、その他端が素子１７によってシンボル化された信号を供給し活用する手段へ接続される。該手段は、既知の方法で、発信及び受信手段から構成される。
【００１７】
本発明によれば、図２に示すように、マイクロストリップ・ライン／スロット・カップリングは、２つの供給ライン１２、１３の端に特定の方法で接続されるダイオード１５、１６によって制御される。したがって、ダイオード１５は、供給ライン１３の端とアースとの間に逆バイアスで接続され、ダイオード１６は、供給ラインの端とアースとの間に順方向バイアスで接続される。この特定種類のダイオード接続は、２つのダイオード１５、１６が同一であり、且つ０より大きいバイアス電圧Ｖ１を有するものと仮定すると、供給ライン１４によって提供されるバイアス電圧に応じて、該装置について３つの作動状態を得ることが可能である。
【００１８】
状態１：バイアス電圧ｖがｖ＞Ｖ１となるように選ばれると、この場合、ダイオード１５がオン、ダイオード１６がオフ、となる。この結果、環状スロット１１は好ましく励磁され、環状スロット１０はリフレクタとしてより多く機能する。
【００１９】
この場合、図３ａに示すような放射パターンが得られる。これは、環状スロット１１から離れるように傾いている。
【００２０】
状態２：バイアス電圧ｖがｖ＜Ｖ１となる。この場合、ダイオード１５がオフ、ダイオード１６がオンとなる。状態１と対称な状況が得られる。結果として、環状スロット１０が励磁され、環状スロット１１がリフレクタとして機能する。よって、図３ｂに示すような、スロット１０から離れるように傾いた放射パターンが得られる。
【００２１】
状態３：バイアス電圧は０となる。この場合、２つのダイオード１５及び１５がオフであり、２つの環状スロット１０、１１は、平行な反対向きの電界によって、同時に励磁される。結果として得られる放射パターンを図３ｃに示す。
【００２２】
図３ａ及び３ｂの放射パターンは、図３に示すモックアップを用いて得られる。このモックアップは、図２に示すタイプの発信及び／又は受信装置を示す。これは、Ｐ_０においてコタンジェントである２つの環状スロット１０、１１を有する。この環状スロットは、半径Ｒ＝６．５ｍｍ、幅Ｗｓ＝０．４ｍｍを有する。それらは、長さＬｍ＝５．７５ｍｍ、幅０．３ｍｍを有する２つの同一な供給ライン１２、１３によって電源が供給される。これらは、点Ｐ_０において、供給ライン１４に接続される。供給ライン１４は、長さＬｍ’＝３．６ｍｍ、幅Ｗｍ’＝０．３ｍｍと、これに続く幅Ｗｍ’＝０．２５ｍｍを有するマッチング長さＬｍ’’＝７．５ｍｍを有する。ダイオード１５、１６は、半径ｒ＝０．４ｍｍの２つのメッキスルーホールによってアースに接続され、ｈ＝３ｍｍ、Ｄ＝１．５ｍｍの寸法の金属長方形ベース上に該ラインの近くに置かれる。このモックアップについて実行されるテストは、上述のような放射ダイバーシチを出現させる。
【００２３】
したがって、図２に示す装置を用いると、３つの実質的に異なる放射パターン間で切り替えることができる。よって、オーダ３の放射ダイバーシチを有するアンテナが得られ、ワイヤレス接続の品質が大幅に向上する。
【００２４】
この解決策は、２つのダイオード又は上記パターンを制御するＭＥＭなどの類似した切替素子を用いることを必要とするだけで、全体のサイズが小さいアンテナを提供する。
【００２５】
次いで、プリント技術を用いて作られた本発明に係る装置の様々な実施形態を図４乃至６を参照して説明する。したがって、図４に示すように、スロット・アンテナ・タイプの発信／受信手段は、点Ｐ_０について点対称な２つの正方形スロット２０、２１から構成される。
【００２６】
本発明によれば、これら２つのアンテナ２０、２１は、点Ｐ_０を始点とし、アンテナ内部へと延びる２つの供給ライン２２、２３によって電源が供給される。このアンテナは、正方形のスロットから成り、既知の方法で、長さｋλ_ｍ／４を有する。ここで、λ_ｍ＝λ_０／√ε_ｒｅｆｆであり、λ_０は作動周波数の中央値における真空での波長であり、ε_ｒｅｆｆは該ラインの有効誘電率であり、ｋは奇数の整数である。
【００２７】
図２の実施形態と同じようにマウントされたダイオード２５、２６が、それぞれ供給ライン２３、２２の端に設けられる。すなわち、ダイオード２５は、ライン２３の端とアースとの間に逆バイアスで接続され、ダイオード２６は、ライン２２の端とアースとの間に順方向バイアスで接続される。この２つの供給ライン２２、２３は、点Ｐ_０で共通供給ライン２４に接続される。これら２つの供給ライン２２、２３に垂直な供給ライン２４は、対称面Ｐ’にあり、発信／受信回路（図示せず）に合った寸法を有する。
【００２８】
次いで、本発明に係る発信／受信装置の他の２つの実施形態を図５及び６を参照して説明する。
【００２９】
この場合、スロット・アンテナ・タイプのアンテナは、円偏波が放射されることを可能にする。図５の実施形態において、アンテナは、接触点を通る面について対称な環状スロット３０、３１から構成される。既知の方法で、円偏波を生成するために、スロット３０、３１は、対角線上に向かい合ったノッチ３０’、３１’に取り付けられる。
【００３０】
本発明によれば、アンテナ３０、３１は、図２の供給ライン１２、１３、１４と同じ特性を有する供給ライン３２、３３、３４によって電源が供給される。さらに、供給ライン３２，３３は、図２の実施形態におけるダイオード１５、１６と同じように、供給ラインの端とアースとの間にマウントされたダイオード３６、３５に接続される。その結果、図５の装置のオペレーションは、図２の装置のオペレーションと同一であり、ダイオードに掛けられるバイアス電圧によって３つの状態が得られる。
【００３１】
図６は、円偏波を可能にする別の実施形態を示す。この場合、アンテナは、２つの長方形スロット４０、４１から構成される。これら２つの長方形スロット４０、４１は、それらの頂点のうちの１つＳについて点対称である。本発明によれば、アンテナ４０、４１は、図４の実施形態と同じように、マイクロストリップ供給ライン４２、４３、４４によって電源が供給される。ダイオード４６、４５は、図４の実施形態と同じように、それぞれ供給ライン４２、４３の端に接続される。
【００３２】
図７は、同一平面技術によって製造された本発明に係る発信／受信装置を示す。この場合、アンテナは、同一平面技術によって製造された２つのアンテナ５０、５１から構成される。したがって、金属層Ａが基板上に堆積する。この層には、２つの環状スロット５０、５１が点Ｂでコタンジェントとなるように堆積する。この場合、供給ラインは、それぞれが長さｋλ_ｍ／４を有するライン素子５２とライン素子５３と有する同一平面ラインから構成される。ここで、λ_ｍ及びｋは切替部品が完全な場合について既に述べたものと同じ値である。
【００３３】
本発明によれば、これら２つのライン素子５２、５３の端は、特別に接続されたダイオード５６、５５を通じて、金属層Ａによって形成されたアースへ接続される。
【００３４】
これら２つの同一平面ライン素子５２、５３は、点Ｂを通る平面に垂直な供給ライン５４に接続される。このライン自体も同一平面技術によって製造されている。
【００３５】
次いで、本発明の更に別の実施形態を図８を参照して説明する。この場合、２つのアンテナは、面Ｐ１について対称なダイポールから構成される。この場合、２つのアンテナは、Ｔ字形のダイポール６０，６１から構成される。Ｔのブランチは、λ_０／２に近い長さを有する。ここで、λ_０は真空での波長である。Ｔの各ブランチには、その中央にスロット６０’、６１’が備えられる。各ダイポールは、プリント技術によって製造された供給ライン６２、６３による電磁結合を用いて供給される。供給ライン６２、６３は、いずれも対称面Ｐ１にある共通供給ライン６４に接続される。供給ライン６２、６３は、スロット６０’、６１’への長さλ_ｍ／２を有し、その後、スロットを越えて、λ_ｍ／４に等しい供給ラインの長さ延びる。ここで、λ_ｍは、マイクロストリップ・ラインにおいてガイドされる波長であり、これは、切替部品が完全な場合である。
【００３６】
本発明によれば、他の実施形態と同じように接続されたダイオード６５、６６が、２つの供給ライン６２、６３の端に設けられる。したがって、ダイオード６５は、供給ライン６２の端とアースとの間に逆バイアスで接続され、ダイオード６６は、供給ライン６３の端とアースとの間に順方向バイアスで接続される。
【００３７】
図面に示すように、供給ライン６２及び６３は、スロット６０’、６１’の内部端の底から距離λ_ｓ／４のところで、該スロットと電磁気的に結合される。さらに、図示する実施形態において、供給ライン６２、６３は、ダイポールの端から距離λ_ｓ／１０のところにある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、空間ダイバーシチを用いた従来の解決策に代替する解決策を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空間ダイバーシチを備えた発信／受信装置を示す概略平面図である。
【図２】本発明に係る発信／受信装置の第一の実施形態を示す概略平面図である。
【図３】図２に係る装置をシミュレートするのに用いられるモックアップを示す平面図である。
【図３ａ】一アンテナ作動状態における図３の装置の放射を示す図である。
【図３ｂ】一アンテナ作動状態における図３の装置の放射を示す図である。
【図３ｃ】一アンテナ作動状態における図３の装置の放射を示す図である。
【図４】本発明に係る発信／受信装置の別の実施形態を示す概略平面図である。
【図５】円偏波を用いた作動を可能にする一変形例を示す概略平面図である。
【図６】円偏波を用いた作動を可能にする別の一変形例を示す概略平面図である。
【図７】同一平面技術を用いた本発明に係る発信／受信装置の別の実施形態を示す概略平面図である。
【図８】本発明に係る発信／受信装置の更に別の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１０、１１、２０、２１、３０、３１、４０、４１、５０、５１、６０’、６１’ スロット・アンテナ
１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３、６２、６３供給ライン
１４、２４、３４、４４、５４、６４ 共通供給ライン
１５、１６、２５、２６、３５、３６、４５、４６、５５、５６、６５、６６ダイオード
３０’、３１’ ノッチ
６０，６１ ダイポール

Claims (6)

1. アンテナ装置であり、
   ある点について点対称である第１の電磁波発信スロット・アンテナ及び第２の電磁波受信スロット・アンテナ、
   前記第１及び第２のスロット・アンテナを前記電磁波を利用する手段へ接続する手段と、を有し、
   前記接続する手段は、前記第１のスロット・アンテナに電磁気的に結合された第１の供給ライン及び前記第２のスロット・アンテナに電磁気的に結合された第２の供給ラインを有し、
   前記第１及び第２の供給ラインは、一端が前記ある点を通る平面にある共通供給ラインに接続され、他端が短絡回路を実現する電子部品に接続され、
   前記第１の供給ラインの一端にある電子部品は、前記第２の供給ラインの一端にある電子部品がオフである間オンであり、前記第２の供給ラインの一端にある電子部品は、第１の供給ラインの一端にある電子部品がオフである間オンである、装置。
2. 請求項１記載の装置であって、
   前記スロットは、環状、正方形、又は長方形の形状を有するか、或いは、ダイポールによって形成される、装置。
3. 請求項１乃至２のいずれか一項記載の装置であって、
   前記スロットは、円偏波の放射を可能にする手段に取り付けられる、装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の装置であって、
   前記電子部品と前記供給ラインに電磁気的に結合されたスロットとの間の該供給ラインの長さは、ｋλ_ｍ／４における作動周波数の中央値に等しく、
   λ_ｍ＝λ_０／√ε_ｒｅｆｆであり、
   λ_０は真空での波長であり、
   ε_ｒｅｆｆは該ラインの有効誘電率であり、
   ｋは奇数の整数である、装置。
5. 請求項４記載の装置であって、前記供給ラインは、マイクロストリップ技術又は同一平面技術を用いて作られる、装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項記載の装置であって、前記電子部品は、ダイオード、電子スイッチ、トランジスタ、又は、ミクロ電気機械システムから構成される、装置。

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