JP5794688B2 - 開口面共用アレーアンテナ及び適応指向性受信装置 - Google Patents
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Description
for Sound Broadcasting)も、ISDB−Tと同様に,マルチパス妨害対策のため,多重方式にOFDM変調を用いている。ISDB−Tmmが207.5〜222MHzの周波数帯(V−HIGH)に適合した方式であるのに対し、ISDB−TSBは、90〜108MHzの周波数帯(V−LOW)に適合した方式であり、ISDB−TSBの周波数はISDB−Tmmの1/2に近い低い帯域である。地上波放送は衛星放送と異なり,ビルなどの建物からの反射によって生じるマルチパス(遅延波)妨害が発生する。このマルチパス妨害とは,アナログ放送におけるゴースト妨害である。OFDMは信号の劣化させずに復調できるため,マルチパス妨害に強いという特徴がある。そのため,主波以外をマルチパスとして取り扱うことにより,エリアが隣接する場所において,同一周波数による再送中継が可能な単一周波数ネットワーク(SFN)方式が可能となり,周波数を有効利用することができる。
本発明に至るまでの先行検討例に係る開口面共用アレーアンテナは21sは、非特許文献1の図2において既に開示された構造にほぼ対応するが、図1に示すように、互いに離間して、平行に配置された第1の端部ストライプGpp1及び第2の端部ストライプGpp2と、第1の端部ストライプGpp1及び第2の端部ストライプGpp2のそれぞれに、それぞれの両側の端部を接続し、互いに平行に設けられた第1番の主グリッド線Gh1,第2番の主グリッド線Gh2,第3番の主グリッド線Gh3,…,第m番目の主グリッド線Ghm(m=17)と、第1番〜第m番目の主グリッド線Gh1,Gh2,Gh3,…,Ghmの長手方向に直交する方向を長手方向として、主グリッド線Gh1,Gh2,Gh3,…,Ghmのすべてに交わるように平行に設けられた2本の補助グリッド線Gv11,Gv12とを有した矩形の格子状の共有アンテナ開口面を備える。
ここで、A1(θ、φ)とA2(θ、φ)は2つのアンテナの複素指向性で、A1 *(θ、φ)は、A1(θ、φ)の複素共役を表し、A2 *(θ、φ)は、A2(θ、φ)の複素共役を表す。先行検討例に係る開口面共用アレーアンテナ21sの性能を評価するため、VSWR、ポート間結合(CBP)及び空間相関(SCC)を電磁解析シミュレータIE3Dにより解析し、図4に示す比較例1に係る開口面共用アレーアンテナ21a及び図5に示す比較例2に係る開口面共用アレーアンテナ21bの2つの比較例と比較し、比較結果をそれぞれ図6,図7及び図8に示した。
なお、車両(自動車)のリアデフォッガは抵抗体であり、高い抵抗率の影響が懸念される。一般に、車両(自動車)のデフォッガの消費電力は200Wである。m=17本の主グリッド線Gh1,Gh2,Gh3,…,Ghmがある場合、1本あたりの消費電力は12Wで、車両(自動車)の電圧は12Vなので、金属グリッド線の抵抗は12ohm・mである。車両(自動車)の金属グリッド線の断面は幅1mm、厚さ40μmで、断面積は4×10-8(m2)である。したがって抵抗率は12(ohm)×4×10-8(m2)=4.8×10−7ohm・mとなる。
第1のポートP1を給電点とする活性素子、第2のポートP2を給電点とする第1のパラサイト素子、第3のポートP3を給電点とする第2のパラサイト素子及び第4のポートP4を給電点とする第3のパラサイト素子は、同一の格子状の面である開口面の周囲に設けられた4つのポートP1,P2,P3,P4を給電点としているので、物理的なハードウェア構成としては電気的に短絡され、空間的に分離されていないが、図8に示したとおり、高周波の電磁波的には4つの独立したアンテナとして機能することが可能である。
更に、金属グリッド線を用いて矩形の格子状の共有アンテナ開口面を構成し、アンテナ開口面の周囲に複数のポートを設けることによって、4つの電磁波的に独立した仮想アンテナを配列したシングルバンド用の4素子のアンテナアレーを構成でき、ESPARアンテナのコンセプトを適用することによってシングルバンド用の受信系統で適応指向性を形成する車両(自動車)用のVHF帯のアダプティブ・アレーアンテナが、広帯域性を持ち、金属グリッド線の抵抗率の影響も小さいことを実験によっても検証した。
本発明の実施の形態に係る開口面共用アレーアンテナ21wは、図14に示すように、互いに離間して、平行に配置された第1の端部ストライプGpp1及び第2の端部ストライプGpp2と、第1の端部ストライプGpp1及び第2の端部ストライプGpp2のそれぞれに、それぞれの両側の端部を接続し、互いに平行に設けられた第1番の主グリッド線Gh1,第2番の主グリッド線Gh2,第3番の主グリッド線Gh3,…,第m番目の主グリッド線Ghm(mは、5以上の正の整数)と、第1番〜第m番目の主グリッド線Gh1,Gh2,Gh3,…,Ghmの長手方向に直交する方向を長手方向として、主グリッド線Gh1,Gh2,Gh3,…,Ghmのすべてに交わるように平行に設けられた4本の補助グリッド線Gv41,Gv42,Gv43,Gv44とを有した矩形の格子状の共有アンテナ開口面を備える。
第1のポートP1を給電点とする活性素子、第2のポートP2を給電点とする第1のパラサイト素子、第3のポートP3を給電点とする第2のパラサイト素子及び第4のポートP4を給電点とする第3のパラサイト素子は、同一の格子状の面である開口面の周囲に設けられた4つのポートP1,P2,P3,P4を給電点としているので、物理的なハードウェア構成としては電気的に短絡され、空間的に分離されていないが、図19に示したとおり、900〜1080MHz及び2075〜2220MHzのダブルバンドの帯域において、高周波の電磁波的には4つの独立したアンテナとして機能するとみなすことが可能である。
本発明は、上記のような本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。特に、サイズスケーリング則によって、所望の寸法を選択することにより、任意の周波数帯におけるダブルバンドの4素子のアンテナアレーが実現できるので、本発明の開口面共用アレーアンテナ21wは、車両(自動車)のリアデフォッガの他、車両後付け平面アンテナ、平面シート状アンテナ等に適用できる。更に、住宅の窓や壁に本発明の開口面共用アレーアンテナ21wを用いてもよく、携帯端末用のアレーアンテナとして、本発明の開口面共用アレーアンテナ21wを用いることもできる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
22a,22b,22c…可変リアクタンス回路
23…リアクタンス適応制御回路
24…ベースバンド信号生成部
33,32…ボディ
P1,P2,P3,P4…ポート(給電点)
Claims (15)
- 互いに離間して、平行に配置された第1及び第2の端部ストライプと、
mを正の整数として、前記第1及び第2の端部ストライプのそれぞれに、それぞれの両側の端部を接続し、互いに平行に設けられた第1〜第m番目のm本の主グリッド線と、
前記主グリッド線の長手方向に直交する方向を長手方向として、前記主グリッド線のすべてに交わるように平行に設けられた4本の補助グリッド線
とを有した矩形の格子状の共有アンテナ開口面を備え、前記4本の補助グリッド線を前記第1の端部ストライプ側から順に第1,第2,第3及び第4の補助グリッド線とし、前記第m番目の主グリッド線と前記第1の補助グリッド線との交点を第1の給電点、前記第m番目の主グリッド線と前記第3の補助グリッド線との交点を第2の給電点、前記第1番目の主グリッド線と前記第4の補助グリッド線との交点を第3の給電点、前記第1番目の主グリッド線と前記第2の補助グリッド線との交点を第4の給電点と選定し、前記第1〜第4の給電点により、前記共有アンテナ開口面に4つの電磁波的に独立した仮想アンテナを配列したことを特徴とする開口面共用アレーアンテナ。 - 前記第2の給電点から前記第1,第3及び第4の給電点までの距離が、誤差±10%の範囲で互いに等しく、前記第4の給電点から前記第1,第2及び第3の給電点までの距離が、誤差±10%の範囲で互いに等しいことを特徴とする請求項2に記載の開口面共用アレーアンテナ。
- 前記共有アンテナ開口面が受信する無線信号の搬送波の波長をλとして、前記第2の給電点から前記第1,第3及び第4の給電点までの距離、及び前記第4の給電点から前記第1,第2及び第3の給電点までの距離がそれぞれ、0.1λ〜0.5λの範囲の値であることを特徴とする請求項2に記載の開口面共用アレーアンテナ。
- 前記第1,第2,第3及び第4の給電点が、平行四辺形のそれぞれの頂点を構成することを特徴とする請求項1又は2に記載の開口面共用アレーアンテナ。
- 前記平行四辺形の各辺の長さが、誤差±10%の範囲で互いに等しいことを特徴とする請求項4に記載の開口面共用アレーアンテナ。
- 前記共有アンテナ開口面が受信する無線信号の搬送波の波長をλとして、前記平行四辺形の各辺の長さが、0.1λ〜0.5λの範囲の値であることを特徴とする請求項4又は5に記載の開口面共用アレーアンテナ。
- 前記共有アンテナ開口面が自動車のリアデフォッガを用いて構成され、前記自動車に搭載されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の開口面共用アレーアンテナ。
- 互いに離間して、平行に配置された第1及び第2の端部ストライプ、mを正の整数として、前記第1及び第2の端部ストライプのそれぞれに、それぞれの両側の端部を接続し、互いに平行に設けられた第1〜第m番目のm本の主グリッド線、前記主グリッド線の長手方向に直交する方向を長手方向として、前記主グリッド線のすべてに交わるように平行に設けられた4本の補助グリッド線とを有した矩形の格子状の共有アンテナ開口面を備える開口面共用アレーアンテナと、
前記4本の補助グリッド線を前記第1の端部ストライプ側から順に第1,第2,第3及び第4の補助グリッド線とし、前記第m番目の主グリッド線と前記第1の補助グリッド線との交点を無線信号を空中から捉える活性素子の給電点と選定し、該活性素子の給電点に接続されたベースバンド信号生成部と、
前記第m番目の主グリッド線と前記第3の補助グリッド線との交点、前記第1番目の主グリッド線と前記第4の補助グリッド線との交点及び前記第1番目の主グリッド線と前記第2の補助グリッド線との交点を、それぞれ第1、第2及び第3のパラサイト素子の給電点と選定し、該第1、第2及び第3のパラサイト素子の給電点にそれぞれ接続された第1、第2及び第3の可変リアクタンス回路と、
前記ベースバンド信号生成部の出力する目的関数を用いて、前記第1、第2及び第3の可変リアクタンス回路の接地リアクタンス値を調整するリアクタンス適応制御回路
とを備え、前記第1、第2及び第3のパラサイト素子の接地リアクタンスをそれぞれ制御することにより、前記活性素子と前記第1、第2及び第3のパラサイト素子からなるアレーアンテナの指向性を制御しながら、前記無線信号を復調することを特徴とする適応指向性受信装置。 - 前記第m番目の主グリッド線と前記第1の補助グリッド線との交点を第1の給電点、前記第m番目の主グリッド線と前記第3の補助グリッド線との交点を第2の給電点、前記第1番目の主グリッド線と前記第4の補助グリッド線との交点を第3の給電点、前記第1番目の主グリッド線と前記第2の補助グリッド線との交点を第4の給電点としたとき、前記第2の給電点から前記第1,第3及び第4の給電点までの距離が、誤差±10%の範囲で互いに等しく、前記第4の給電点から前記第1,第2及び第3の給電点までの距離が、誤差±10%の範囲で互いに等しいことを特徴とする請求項8に記載の適応指向性受信装置。
- 前記無線信号の搬送波の波長をλとして、前記第2の給電点から前記第1,第3及び第4の給電点までの距離、及び前記第4の給電点から前記第1,第2及び第3の給電点までの距離がそれぞれ、0.1λ〜0.5λの範囲の値であることを特徴とする請求項9に記載の適応指向性受信装置。
- 前記第m番目の主グリッド線と前記第1の補助グリッド線との交点を第1の給電点、前記第m番目の主グリッド線と前記第3の補助グリッド線との交点を第2の給電点、前記第1番目の主グリッド線と前記第4の補助グリッド線との交点を第3の給電点、前記第1番目の主グリッド線と前記第2の補助グリッド線との交点を第4の給電点とし、該第1,第2,第3及び第4の給電点が、平行四辺形のそれぞれの頂点を構成することを特徴とする請求項8に記載の適応指向性受信装置。
- 前記平行四辺形の各辺の長さが、誤差±10%の範囲で互いに等しいことを特徴とする請求項11に記載の適応指向性受信装置。
- 前記無線信号の搬送波の波長をλとして、前記平行四辺形の各辺の長さが、0.1λ〜0.5λの範囲の値であることを特徴とする請求項11又は12に記載の適応指向性受信装置。
- 前記リアクタンス適応制御回路は、前記目的関数を相関係数としたシンプレックス法をによって、前記目的関数が最適値になる条件を探索することを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の適応指向性受信装置。
- 前記共有アンテナ開口面が自動車のリアデフォッガを用いて構成され、前記自動車に搭載されることを特徴とする請求項8〜14のいずれか1項に記載の適応指向性受信装置。
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