JPH10276004A - アンテナを電気的にダウンティルトする連続可変位相シフタ - Google Patents
アンテナを電気的にダウンティルトする連続可変位相シフタInfo
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- JPH10276004A JPH10276004A JP10043895A JP4389598A JPH10276004A JP H10276004 A JPH10276004 A JP H10276004A JP 10043895 A JP10043895 A JP 10043895A JP 4389598 A JP4389598 A JP 4389598A JP H10276004 A JPH10276004 A JP H10276004A
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Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転運動と直線運動とを変換することなし
に、アンテナのダウンティルトを電気的に調整する位相
シフタを提供する。 【解決手段】 RF信号用の給電システムの金属グラン
ドプレーン(7)とストリップライン(9)との間に回
転可能に取り付けられた各位相ホイール(6a〜6f)
上に分配された誘電体(17)は、位相ホイールを機械
的に回転させたときに、ストリップラインの真下および
金属グランドプレーンの真上の誘電体の量が、ホイール
が回転した量(角度変位)にある程度比例して増大する
か、または減少するように成形される。システム内で使
用されるすべての位相ホイール(6a〜6f)は、単一
の駆動装置(8)の作用のもとで同期して回転するよう
に配置し、配向し、牽引結合することができる。
に、アンテナのダウンティルトを電気的に調整する位相
シフタを提供する。 【解決手段】 RF信号用の給電システムの金属グラン
ドプレーン(7)とストリップライン(9)との間に回
転可能に取り付けられた各位相ホイール(6a〜6f)
上に分配された誘電体(17)は、位相ホイールを機械
的に回転させたときに、ストリップラインの真下および
金属グランドプレーンの真上の誘電体の量が、ホイール
が回転した量(角度変位)にある程度比例して増大する
か、または減少するように成形される。システム内で使
用されるすべての位相ホイール(6a〜6f)は、単一
の駆動装置(8)の作用のもとで同期して回転するよう
に配置し、配向し、牽引結合することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナの分野に
関する。さらに詳細には、本発明は、放送アンテナに関
連する放射パターンを電気的にダウンティルトするこ
と、または、同様に、受信アンテナを電気的に再配向す
ること(re-orienting)に関する。
関する。さらに詳細には、本発明は、放送アンテナに関
連する放射パターンを電気的にダウンティルトするこ
と、または、同様に、受信アンテナを電気的に再配向す
ること(re-orienting)に関する。
【0002】
【従来の技術】放送アンテナの放射パターンの配向(ori
entation)を調整することが望ましい場合がある。特
に、放送アンテナが、放送アンテナと通信する他のアン
テナよりも高い高度に配置されている場合、下方調整が
有利である場合がある。放射パターンのこのダウンティ
ルトは、有効角度範囲を変更し、近くの放送アンテナと
の干渉を小さくし、放送アンテナより下の谷に位置する
移動ユーザとの通信を強化する。G.Wilson著、
「Electrical Downtilt Thro
ugh Beam Steering Versus
Mechanical Downtilt」、IEEE
0−7803−0673−2/92、Vehicula
r Technology Conference 1
992を参照されたい。
entation)を調整することが望ましい場合がある。特
に、放送アンテナが、放送アンテナと通信する他のアン
テナよりも高い高度に配置されている場合、下方調整が
有利である場合がある。放射パターンのこのダウンティ
ルトは、有効角度範囲を変更し、近くの放送アンテナと
の干渉を小さくし、放送アンテナより下の谷に位置する
移動ユーザとの通信を強化する。G.Wilson著、
「Electrical Downtilt Thro
ugh Beam Steering Versus
Mechanical Downtilt」、IEEE
0−7803−0673−2/92、Vehicula
r Technology Conference 1
992を参照されたい。
【0003】アンテナからの放射パターンをダウンティ
ルトするために使用されるいくつかの手法がある。一般
に非常に厳密かつ非常に費用のかかる手法と考えられる
アンテナ全体を実際にティルトする手法の他に、多素子
アンテナの複数の各素子に関連する放射の相対位相を調
整することによってパターンを電気的にダウンティルト
する手法がある。
ルトするために使用されるいくつかの手法がある。一般
に非常に厳密かつ非常に費用のかかる手法と考えられる
アンテナ全体を実際にティルトする手法の他に、多素子
アンテナの複数の各素子に関連する放射の相対位相を調
整することによってパターンを電気的にダウンティルト
する手法がある。
【0004】これらの電気的ダウンティルト方法の一つ
は、調整可能な容量を、アンテナアレイの各素子に給電
する伝送線に直列に配置し、それにより所望の位相シフ
トをもたらす容量結合方法である。他のそのような手法
は、様々な長さの伝送線を使用して、様々な素子に給電
する手法である。これは、永久的な電気的ダウンティル
トをもたらす。第三の手法は、通常、ラックアンドピニ
オンギヤのアセンブリを使用して、伝送線内に含まれる
誘電材料の量を機械的に変化させることによって連続的
に調整できるダウンティルトを実施する手法である。
は、調整可能な容量を、アンテナアレイの各素子に給電
する伝送線に直列に配置し、それにより所望の位相シフ
トをもたらす容量結合方法である。他のそのような手法
は、様々な長さの伝送線を使用して、様々な素子に給電
する手法である。これは、永久的な電気的ダウンティル
トをもたらす。第三の手法は、通常、ラックアンドピニ
オンギヤのアセンブリを使用して、伝送線内に含まれる
誘電材料の量を機械的に変化させることによって連続的
に調整できるダウンティルトを実施する手法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】固定電気位相シフトを
もたらす手法は、多数の用途に対して非常に厳密な手法
である。固定電気位相シフト解決策は、変化する状況に
適合するように変更することができず、また搬送波対干
渉比を最適化することができない。
もたらす手法は、多数の用途に対して非常に厳密な手法
である。固定電気位相シフト解決策は、変化する状況に
適合するように変更することができず、また搬送波対干
渉比を最適化することができない。
【0006】現在の技術水準の連続可変電気位相シフト
方法のうち、容量結合方法は、相互変調積をもたらし、
一般に全方向性アンテナパターンに対してのみ好適であ
る。例えば、ラックアンドピニオンギヤのアセンブリを
使用して連続位相シフトを実施する既存の方法は、機械
的に複雑であり、したがってしばしば信頼できず、費用
がかかる。これらの方法の複雑さは、誘電体を伝送線か
ら出し入れするときに回転運動を直線運動に変換するこ
とに起因する。
方法のうち、容量結合方法は、相互変調積をもたらし、
一般に全方向性アンテナパターンに対してのみ好適であ
る。例えば、ラックアンドピニオンギヤのアセンブリを
使用して連続位相シフトを実施する既存の方法は、機械
的に複雑であり、したがってしばしば信頼できず、費用
がかかる。これらの方法の複雑さは、誘電体を伝送線か
ら出し入れするときに回転運動を直線運動に変換するこ
とに起因する。
【0007】受信アンテナは、アンテナが放送する放射
パターンに直接関連する形で放射パターンに応答するこ
とが当技術分野において周知である。したがって、放送
アンテナをダウンティルトすることに関連する方法は、
受信アンテナを特定の方向における受信を改善するため
に調整することにも等しく適用できる。
パターンに直接関連する形で放射パターンに応答するこ
とが当技術分野において周知である。したがって、放送
アンテナをダウンティルトすることに関連する方法は、
受信アンテナを特定の方向における受信を改善するため
に調整することにも等しく適用できる。
【0008】本発明は、回転運動を直線運動に変換する
ことなしに、アンテナの素子に給電する伝送線内に多少
の誘電体を導入することによって放送アンテナの放射パ
ターンを電気的に再配向する連続可変位相シフタであ
る。本発明は、誘電材料を再配置するときに直線運動か
ら回転運動に変換する必要を回避することによって従来
技術の欠点を克服する。
ことなしに、アンテナの素子に給電する伝送線内に多少
の誘電体を導入することによって放送アンテナの放射パ
ターンを電気的に再配向する連続可変位相シフタであ
る。本発明は、誘電材料を再配置するときに直線運動か
ら回転運動に変換する必要を回避することによって従来
技術の欠点を克服する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による位相シフタ
は、アンテナに関連する放射パターンのダウンティルト
を連続的に変化させることができ、放射パターンがRF
信号を含み、アンテナが、複数の素子を有し、各素子用
の素子端子を有し、さらに各素子端子と共通の給電端子
との間でRF信号を伝達する給電システムを有し、給電
システムが、金属グランドプレーンから離間したストリ
ップラインを含む。本発明による位相シフタは、全体に
分配された成形誘電体(shaped dielectric)を有し、ス
トリップラインに対する位相ホイールの配向に応じて、
誘電体の特定の量がストリップラインと金属グランドプ
レーンとの間にあるように金属グランドプレーンとスト
リップラインとの間に回転可能に配置された位相ホイー
ルと、ストリップラインに対して位相ホイールを回転さ
せる手段とを含み、それによりストリップラインの真下
および金属グランドプレーンの真上の誘電体の量を変化
させることができ、それにより全体的放射パターンがそ
のダウンティルト中に変化し、したがってダウンティル
ト中の変化が純粋に回転機械運動によってもたらされ
る。
は、アンテナに関連する放射パターンのダウンティルト
を連続的に変化させることができ、放射パターンがRF
信号を含み、アンテナが、複数の素子を有し、各素子用
の素子端子を有し、さらに各素子端子と共通の給電端子
との間でRF信号を伝達する給電システムを有し、給電
システムが、金属グランドプレーンから離間したストリ
ップラインを含む。本発明による位相シフタは、全体に
分配された成形誘電体(shaped dielectric)を有し、ス
トリップラインに対する位相ホイールの配向に応じて、
誘電体の特定の量がストリップラインと金属グランドプ
レーンとの間にあるように金属グランドプレーンとスト
リップラインとの間に回転可能に配置された位相ホイー
ルと、ストリップラインに対して位相ホイールを回転さ
せる手段とを含み、それによりストリップラインの真下
および金属グランドプレーンの真上の誘電体の量を変化
させることができ、それにより全体的放射パターンがそ
のダウンティルト中に変化し、したがってダウンティル
ト中の変化が純粋に回転機械運動によってもたらされ
る。
【0010】また、本発明によれば、位相シフタは、そ
れぞれ成形誘電体がその上に分配された追加の位相ホイ
ールを含み、各位相ホイールが、ストリップラインと金
属グランドプレーンとの間に回転可能に配置され、各位
相ホイールが、アンテナ素子の一つに関連し、各位相ホ
イールが、すべての位相ホイールが牽引結合されるよう
な構成で他の位相ホイールの少なくとも一つと牽引係合
し、また位相ホイールの一つを回転させる手段を含み、
それによりすべての位相ホイールが同期して回転し、位
相ホイールが回転したときに、それぞれストリップライ
ンの真下の誘電体の量を変化させる。さらに、システム
内で使用されるすべての位相ホイールは、精確で精密な
制御のためにそれ自体がステッパモータによって駆動さ
れる単一ドライブの作用の下で同期的に回転するように
配列し、配向させ、索引結合することができる。
れぞれ成形誘電体がその上に分配された追加の位相ホイ
ールを含み、各位相ホイールが、ストリップラインと金
属グランドプレーンとの間に回転可能に配置され、各位
相ホイールが、アンテナ素子の一つに関連し、各位相ホ
イールが、すべての位相ホイールが牽引結合されるよう
な構成で他の位相ホイールの少なくとも一つと牽引係合
し、また位相ホイールの一つを回転させる手段を含み、
それによりすべての位相ホイールが同期して回転し、位
相ホイールが回転したときに、それぞれストリップライ
ンの真下の誘電体の量を変化させる。さらに、システム
内で使用されるすべての位相ホイールは、精確で精密な
制御のためにそれ自体がステッパモータによって駆動さ
れる単一ドライブの作用の下で同期的に回転するように
配列し、配向させ、索引結合することができる。
【0011】本発明による位相シフタの各位相ホイール
ごとに、成形誘電体は、位相ホイールが回転したとき
に、ストリップラインの真下およびストリップラインと
金属グランドプレーンとの間の誘電体の量が、位相ホイ
ールの角度変位に直接比例して変化するように分配され
ることが有利である。
ごとに、成形誘電体は、位相ホイールが回転したとき
に、ストリップラインの真下およびストリップラインと
金属グランドプレーンとの間の誘電体の量が、位相ホイ
ールの角度変位に直接比例して変化するように分配され
ることが有利である。
【0012】本発明の上記の特徴および利点は、添付の
図面とともに記載した次の詳細な説明を検討すれば明ら
かになろう。
図面とともに記載した次の詳細な説明を検討すれば明ら
かになろう。
【0013】
【発明の実施の形態】詳細な説明は、RF信号を放送す
る多素子アンテナとともに本発明を使用することに焦点
を当てる。ただし、本発明は、実際、アンテナシステム
の放送機能ならびに受信機能に等しく焦点を当て、また
セルラ通信基地局アンテナシステムの構成要素として使
用することもできる。その用途では、本発明の位相シフ
タは、おそらく中心周波数の20%にもなる周波数帯域
中の幅にわたって基地局アンテナを電気的にダウンティ
ルトするのに適している。
る多素子アンテナとともに本発明を使用することに焦点
を当てる。ただし、本発明は、実際、アンテナシステム
の放送機能ならびに受信機能に等しく焦点を当て、また
セルラ通信基地局アンテナシステムの構成要素として使
用することもできる。その用途では、本発明の位相シフ
タは、おそらく中心周波数の20%にもなる周波数帯域
中の幅にわたって基地局アンテナを電気的にダウンティ
ルトするのに適している。
【0014】次に、図1aから図1cを参照すると、金
属グランドプレーン7上の、アンテナの素子に給電する
伝送線のストリップライン9の下に取り付けられた位相
ホイール6aが示されている。位相ホイール6aは、特
別に成形された誘電体17を保持する。位相ホイール6
aがそのギヤ歯21によって回転されると、多少の成形
誘電体17がストリップライン9の下に配置される。実
際、成形誘電体17は、好ましい実施形態では、位相ホ
イール6aが回転したときに、ストリップラインの下の
誘電体が、位相ホイールの最初および最後の配向に応じ
てその量が増大するかまたは減少する位相ホイールの角
度変位(位相ホイールを回転させることによる回転)と
ともに直接変化するように位相ホイール6aの上に分配
される。
属グランドプレーン7上の、アンテナの素子に給電する
伝送線のストリップライン9の下に取り付けられた位相
ホイール6aが示されている。位相ホイール6aは、特
別に成形された誘電体17を保持する。位相ホイール6
aがそのギヤ歯21によって回転されると、多少の成形
誘電体17がストリップライン9の下に配置される。実
際、成形誘電体17は、好ましい実施形態では、位相ホ
イール6aが回転したときに、ストリップラインの下の
誘電体が、位相ホイールの最初および最後の配向に応じ
てその量が増大するかまたは減少する位相ホイールの角
度変位(位相ホイールを回転させることによる回転)と
ともに直接変化するように位相ホイール6aの上に分配
される。
【0015】RF信号を放送するアンテナシステム内で
本発明の位相シフタを使用した場合、放送すべきRF信
号の電界は、金属グランドプレーン7とストリップライ
ン9との間に集中する。より多くの誘電体がストリップ
ラインとグランドプレーンとの間に配置されるように位
相ホイールが回転したときに、RF信号は遅延される、
すなわち位相シフトされる。したがって、位相ホイール
6aは、図1aに示される配向では、できる限り多くの
誘電体がストリップラインの真下にあるので、最大の位
相シフトをもたらす。図1bに示される配向では、位相
ホイール6aは、より少ない位相シフトをもたらす。図
1cに示される配向では、位相ホイール6aは、三つの
配向のうち最小の位相シフトをもたらす。
本発明の位相シフタを使用した場合、放送すべきRF信
号の電界は、金属グランドプレーン7とストリップライ
ン9との間に集中する。より多くの誘電体がストリップ
ラインとグランドプレーンとの間に配置されるように位
相ホイールが回転したときに、RF信号は遅延される、
すなわち位相シフトされる。したがって、位相ホイール
6aは、図1aに示される配向では、できる限り多くの
誘電体がストリップラインの真下にあるので、最大の位
相シフトをもたらす。図1bに示される配向では、位相
ホイール6aは、より少ない位相シフトをもたらす。図
1cに示される配向では、位相ホイール6aは、三つの
配向のうち最小の位相シフトをもたらす。
【0016】好ましい実施形態では、位相ホイール6a
は、射出成形によって作成される。位相ホイールは、成
形誘電体17を保持し、かつ位相ホイールをそのギヤ歯
21によって回転させるために十分な強度を与えるよう
になされた環状リング16を有する。したがって、成形
誘電体17は、好ましい実施形態では、位相ホイール全
体が射出成形されるので同じ材料である環状リング16
の誘電体に追加される。好ましい実施形態では、成形誘
電体17の厚さは、環状リング16のそれの約三倍であ
る。この厚さは、ある構造強度のために十分であり、特
に、位相ホイールをそのギヤ歯によって駆動するために
十分な強度を与え、かつ位相ホイールによってもたらさ
れた位相シフトを近似したときに環状リング誘電体の効
果が無視できるほど十分薄い。他の実施形態では、位相
ホイール環状リングを成形誘電体と異なる材料から作成
し、空気に近い誘電率を有する材料の場合、厚さは、位
相シフトをもたらすことに無関係である。
は、射出成形によって作成される。位相ホイールは、成
形誘電体17を保持し、かつ位相ホイールをそのギヤ歯
21によって回転させるために十分な強度を与えるよう
になされた環状リング16を有する。したがって、成形
誘電体17は、好ましい実施形態では、位相ホイール全
体が射出成形されるので同じ材料である環状リング16
の誘電体に追加される。好ましい実施形態では、成形誘
電体17の厚さは、環状リング16のそれの約三倍であ
る。この厚さは、ある構造強度のために十分であり、特
に、位相ホイールをそのギヤ歯によって駆動するために
十分な強度を与え、かつ位相ホイールによってもたらさ
れた位相シフトを近似したときに環状リング誘電体の効
果が無視できるほど十分薄い。他の実施形態では、位相
ホイール環状リングを成形誘電体と異なる材料から作成
し、空気に近い誘電率を有する材料の場合、厚さは、位
相シフトをもたらすことに無関係である。
【0017】成形誘電体17は、RF信号がインピーダ
ンスの変化に遭遇するときはいつでも、すなわちRF信
号が最初に成形誘電体に遭遇するとき、または成形誘電
体から出るときはいつでも発生する反射波が少なくなる
かまたはなくなるように、RF信号の波長に従って寸法
決定することが重要である。好ましい実施形態では、こ
れは、外部環状リング16だけでなく、成形誘電体17
のない内部コア20を有するように位相ホイールを形成
することによって行われる。この構成では、位相ホイー
ルが、RF信号のある量の位相シフトを与えるように配
向したときに、位相ホイールの横断において、RF信号
は、コアの前で一回、その後で一回の二回成形誘電体を
入出しなければならない。RF信号が遭遇する成形誘電
体の各スパンが、そのスパン内のRF信号の波長の四分
の一(又はその奇数倍)である場合、所与のスパンに対
して、スパンを出たときに反射された波は、スパンに入
ったときに反射された波に対して位相が180度ずれて
おり、二つの波は相殺され、反射は生じない。
ンスの変化に遭遇するときはいつでも、すなわちRF信
号が最初に成形誘電体に遭遇するとき、または成形誘電
体から出るときはいつでも発生する反射波が少なくなる
かまたはなくなるように、RF信号の波長に従って寸法
決定することが重要である。好ましい実施形態では、こ
れは、外部環状リング16だけでなく、成形誘電体17
のない内部コア20を有するように位相ホイールを形成
することによって行われる。この構成では、位相ホイー
ルが、RF信号のある量の位相シフトを与えるように配
向したときに、位相ホイールの横断において、RF信号
は、コアの前で一回、その後で一回の二回成形誘電体を
入出しなければならない。RF信号が遭遇する成形誘電
体の各スパンが、そのスパン内のRF信号の波長の四分
の一(又はその奇数倍)である場合、所与のスパンに対
して、スパンを出たときに反射された波は、スパンに入
ったときに反射された波に対して位相が180度ずれて
おり、二つの波は相殺され、反射は生じない。
【0018】最小の位相シフトがもたらされるように位
相ホイールを回転させたとき、環状リングの誘電体内径
の二つの開始点間の距離は、ストリップライン9と成形
誘電体の外の金属グランドプレーン7との間の体積を占
拠するあらゆる材料におけるRF信号の波長の八分の一
になる。好ましい実施形態では、これは空気である。
相ホイールを回転させたとき、環状リングの誘電体内径
の二つの開始点間の距離は、ストリップライン9と成形
誘電体の外の金属グランドプレーン7との間の体積を占
拠するあらゆる材料におけるRF信号の波長の八分の一
になる。好ましい実施形態では、これは空気である。
【0019】したがって、好ましい実施形態では、図1
の半径18aは、好ましい実施形態では、成形誘電体の
外部の、ストリップラインと金属グランドプレーンとの
間の空間は、空気で満たされているので、空気中のRF
信号の波長の八分の一になる。(他の実施形態では、こ
の空間は、他の誘電体材料で満たされる)。さらに、図
1に示される半径18は、成形誘電体17内のRF信号
の波長の四分の一になる。
の半径18aは、好ましい実施形態では、成形誘電体の
外部の、ストリップラインと金属グランドプレーンとの
間の空間は、空気で満たされているので、空気中のRF
信号の波長の八分の一になる。(他の実施形態では、こ
の空間は、他の誘電体材料で満たされる)。さらに、図
1に示される半径18は、成形誘電体17内のRF信号
の波長の四分の一になる。
【0020】反射波のこの相殺を準備する場合、成形誘
電体の誘電率の値を考慮する。図1aから図1cおよび
図2において、成形誘電体17は、一定の内側半径18
aを有する環状リング16内に嵌合する。これは、位相
ホイールの設計において、環状リング16の内部の直径
が空気中のRF信号の波長の四分の一であり、またこの
同じ直径が成形誘電体内のRF信号の波長の二分の一で
ある必要があるので、値4に等しい誘電率を有する成形
誘電体17を使用した場合にのみ起こる。(この第二の
要件は、コア20のサイズを無視し、また最大位相シフ
トにおいて、半径18が反射波を回避するためにRF信
号の波長の四分の一であるという要件に従う。)したが
って、図1に示すように、丸い成形誘電体17の場合、 Dat minimum=λair/4およびDat maximum=λ
dielectric/2 が成り立つ必要があり、これら二つの直径が同じである
場合、丸い成形誘電体が得られ、したがって λair/4=λdielectric /2 が成り立ち、成形誘電体が誘電率Ke=4を有するとい
う要件がもたらされる。
電体の誘電率の値を考慮する。図1aから図1cおよび
図2において、成形誘電体17は、一定の内側半径18
aを有する環状リング16内に嵌合する。これは、位相
ホイールの設計において、環状リング16の内部の直径
が空気中のRF信号の波長の四分の一であり、またこの
同じ直径が成形誘電体内のRF信号の波長の二分の一で
ある必要があるので、値4に等しい誘電率を有する成形
誘電体17を使用した場合にのみ起こる。(この第二の
要件は、コア20のサイズを無視し、また最大位相シフ
トにおいて、半径18が反射波を回避するためにRF信
号の波長の四分の一であるという要件に従う。)したが
って、図1に示すように、丸い成形誘電体17の場合、 Dat minimum=λair/4およびDat maximum=λ
dielectric/2 が成り立つ必要があり、これら二つの直径が同じである
場合、丸い成形誘電体が得られ、したがって λair/4=λdielectric /2 が成り立ち、成形誘電体が誘電率Ke=4を有するとい
う要件がもたらされる。
【0021】値が4よりも大きい場合、成形誘電体は、
図3に示すように、より小さい長さに広がる。値が4よ
りも小さい場合、成形誘電体の外縁は、円形から反対方
向に変形し、その結果最小位相シフトでの半径を越えて
延びる(図3の半径18a)。
図3に示すように、より小さい長さに広がる。値が4よ
りも小さい場合、成形誘電体の外縁は、円形から反対方
向に変形し、その結果最小位相シフトでの半径を越えて
延びる(図3の半径18a)。
【0022】また、4以外の値を有する成形誘電体を有
し、かつ図3のように変形することも、反対方向に変形
することもない位相ホイールを使用して、アンテナダウ
ンティルト要件を満足できる場合もある。これは、範囲
18が誘電体中のRF信号の波長の四分の一であり、か
つ範囲18が空気中のRF信号の波長の八分の一である
という二重の要件が補償されるように直径が変化するよ
うにコア20を設計することによって行う。例えば、図
3のように成形誘電体が変形することを回避するため
に、コア20を、最大位相シフトに対応する方向におい
てより大きく作成する。
し、かつ図3のように変形することも、反対方向に変形
することもない位相ホイールを使用して、アンテナダウ
ンティルト要件を満足できる場合もある。これは、範囲
18が誘電体中のRF信号の波長の四分の一であり、か
つ範囲18が空気中のRF信号の波長の八分の一である
という二重の要件が補償されるように直径が変化するよ
うにコア20を設計することによって行う。例えば、図
3のように成形誘電体が変形することを回避するため
に、コア20を、最大位相シフトに対応する方向におい
てより大きく作成する。
【0023】位相ホイール当たりの最大位相シフトを誘
電体中のRF信号の波長の四分の一に対応するようにと
った場合、所要の誘電率Keは、 Ke=[π/(π−δ)]2 となり、ここで、δは、最大位相シフトである。例え
ば、所望の最大位相シフトがδ=50°(0.87ラジ
アン)の場合、成形誘電体17の誘電率Keは、約1.
92でなければならない。
電体中のRF信号の波長の四分の一に対応するようにと
った場合、所要の誘電率Keは、 Ke=[π/(π−δ)]2 となり、ここで、δは、最大位相シフトである。例え
ば、所望の最大位相シフトがδ=50°(0.87ラジ
アン)の場合、成形誘電体17の誘電率Keは、約1.
92でなければならない。
【0024】次に、図2を参照すると、機械的に同期す
るように係合し、すべて単一の駆動ギヤ8によって回転
する六つの位相ホイール6a〜6fのアセンブリは、そ
れぞれ異なるアンテナ素子に給電する出力12〜15を
通じて平面アンテナアレイ(図示せず)の四つの素子に
給電する入力フィード11に接続されているのが示され
ている。正確かつ精密な制御のために、駆動ギヤ8は、
それ自体ステッパモータによって回転する。
るように係合し、すべて単一の駆動ギヤ8によって回転
する六つの位相ホイール6a〜6fのアセンブリは、そ
れぞれ異なるアンテナ素子に給電する出力12〜15を
通じて平面アンテナアレイ(図示せず)の四つの素子に
給電する入力フィード11に接続されているのが示され
ている。正確かつ精密な制御のために、駆動ギヤ8は、
それ自体ステッパモータによって回転する。
【0025】各位相ホイール6a〜6fは、誘電体ファ
スナ10を使用して、金属グランドプレーン7に留めら
れる。出力12におけるRF信号は、RF信号が、一番
左の位相ホイール6aの上のストリップラインの長さ全
体に広がる誘電体に遭遇し、次いで左から二番目の位相
ホイール6bに広がるストリップラインの下の若干の追
加の誘電体に遭遇するので、位相シフトが最も大きい。
RF信号は、入力フィード11から出力13まで伝搬す
るとき、位相ホイール6cに広がるストリップラインの
下の成形誘電体17のみに遭遇し、したがって出力12
に到達するRF信号よりも位相シフトが小さい。出力1
4におけるRF信号は、位相シフトが最も小さい。
スナ10を使用して、金属グランドプレーン7に留めら
れる。出力12におけるRF信号は、RF信号が、一番
左の位相ホイール6aの上のストリップラインの長さ全
体に広がる誘電体に遭遇し、次いで左から二番目の位相
ホイール6bに広がるストリップラインの下の若干の追
加の誘電体に遭遇するので、位相シフトが最も大きい。
RF信号は、入力フィード11から出力13まで伝搬す
るとき、位相ホイール6cに広がるストリップラインの
下の成形誘電体17のみに遭遇し、したがって出力12
に到達するRF信号よりも位相シフトが小さい。出力1
4におけるRF信号は、位相シフトが最も小さい。
【0026】位相ホイール6a〜6fを図2に示すよう
に互いに配置した場合、誘電体は、様々なアンテナ素子
から発生するRF信号間の位相差を生じるので、アンテ
ナビームは上または下にティルトする。図2のアセンブ
リのティルトθtは、次式 θt=π/2−cos-1[δ/(2πl)] を使用して決定することができる。上式で、lはアンテ
ナ素子の間隔である。
に互いに配置した場合、誘電体は、様々なアンテナ素子
から発生するRF信号間の位相差を生じるので、アンテ
ナビームは上または下にティルトする。図2のアセンブ
リのティルトθtは、次式 θt=π/2−cos-1[δ/(2πl)] を使用して決定することができる。上式で、lはアンテ
ナ素子の間隔である。
【0027】図2に示される好ましい実施形態において
使用される特定の六つの位相ホイールの特定の組合せ以
外の組合せを用いて、4素子アンテナのダウンティルト
要件を満足することができる。この好ましい実施形態で
は、各位相ホイールは、値4の誘電率を有する成形誘電
体を使用しており、したがって各位相ホイールは、90
°の最大の位相シフトをもたらし、その成形誘電体17
は、図1a〜cおよび図2に示された例において丸い。
使用される特定の六つの位相ホイールの特定の組合せ以
外の組合せを用いて、4素子アンテナのダウンティルト
要件を満足することができる。この好ましい実施形態で
は、各位相ホイールは、値4の誘電率を有する成形誘電
体を使用しており、したがって各位相ホイールは、90
°の最大の位相シフトをもたらし、その成形誘電体17
は、図1a〜cおよび図2に示された例において丸い。
【0028】本発明の位相シフタは、多数の異なるタイ
プの放射素子を有するアンテナ内で使用することがで
き、また単方向性または全方向性アンテナの放射パター
ンをティルトするために使用することができる。好まし
い実施形態では、4素子平面アンテナ用に六つの位相ホ
イールを使用しているが、本発明は、4素子を有するア
ンテナとともに使用することに限定されない。さらに、
アンテナ素子の位相シフトを連続的に変化させるこの構
成は、直列給電システム、バイナリ給電システム、また
は直列給電システムとバイナリ給電システムの任意の組
合せである給電システムを使用したアンテナシステム内
で使用することができる。
プの放射素子を有するアンテナ内で使用することがで
き、また単方向性または全方向性アンテナの放射パター
ンをティルトするために使用することができる。好まし
い実施形態では、4素子平面アンテナ用に六つの位相ホ
イールを使用しているが、本発明は、4素子を有するア
ンテナとともに使用することに限定されない。さらに、
アンテナ素子の位相シフトを連続的に変化させるこの構
成は、直列給電システム、バイナリ給電システム、また
は直列給電システムとバイナリ給電システムの任意の組
合せである給電システムを使用したアンテナシステム内
で使用することができる。
【0029】好ましい実施形態では、成形誘電体は、ス
トリップラインの下の誘電体の回転と量との線形関係が
生じるように形成されるが、形状は、他の種類の関係が
生じるように変更することができる。また、当業者には
明らかなように、本発明による位相ホイールは、プラス
ティック、セラミックおよび複合材料を含めて、任意の
タイプの誘電体材料から製造することができる。
トリップラインの下の誘電体の回転と量との線形関係が
生じるように形成されるが、形状は、他の種類の関係が
生じるように変更することができる。また、当業者には
明らかなように、本発明による位相ホイールは、プラス
ティック、セラミックおよび複合材料を含めて、任意の
タイプの誘電体材料から製造することができる。
【0030】上述の構成は、本発明の原理の適用を説明
するためのものにすぎないことを理解されたい。特に、
本発明の位相シフタは、放送通信システム内でも、受信
機通信システム内でも等しく有利に使用することができ
る。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく多数の変更および代替構成を考案することがで
き、また首記の請求の範囲は、そのような修正および構
成を包括するものとする。
するためのものにすぎないことを理解されたい。特に、
本発明の位相シフタは、放送通信システム内でも、受信
機通信システム内でも等しく有利に使用することができ
る。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく多数の変更および代替構成を考案することがで
き、また首記の請求の範囲は、そのような修正および構
成を包括するものとする。
【図1a】アンテナ素子に給電する伝送線の一部である
ストリップラインに対する位相ホイールの第1の配向を
示す図である。
ストリップラインに対する位相ホイールの第1の配向を
示す図である。
【図1b】ストリップラインに対する位相ホイールの第
2の配向を示す図である。
2の配向を示す図である。
【図1c】ストリップラインに対する位相ホイールの第
3の配向を示す図である。
3の配向を示す図である。
【図2】すべて単一の駆動ギヤによって回転する六つの
位相ホイールを有する4素子アンテナの本発明の実施形
態を示す図である。
位相ホイールを有する4素子アンテナの本発明の実施形
態を示す図である。
【図3】誘電率の値が4より大きい誘電体を有する位相
ホイールを示す図である。
ホイールを示す図である。
6a〜6f 位相ホイール 7 金属グランドプレーン 8 駆動ギヤ 9 ストリップライン 11 給電端子 12〜15 素子端子 16 環状リング 17 成形誘電体 20 内部コア 21 ギヤ歯
Claims (10)
- 【請求項1】 アンテナに関連する放射パターンのダウ
ンティルトを連続的に変化させることができ、放射パタ
ーンがRF信号を含み、アンテナが、複数の素子を有
し、各素子用の素子端子を有し、さらに各素子端子(1
2〜15)と共通の給電端子(11)との間でRF信号
を伝達する給電システムを有し、給電システムが、金属
グランドプレーン(7)から離間したストリップライン
(9)を含む位相シフタであって、 全体に分配された成形誘電体(17)を有し、ストリッ
プラインに対する位相ホイール(6a〜6f)の配向に
応じて、誘電体の特定の量がストリップラインの真下お
よび金属グランドプレーンの真上にあるように金属グラ
ンドプレーン(7)とストリップライン(9)との間に
回転可能に配置された位相ホイール(6a〜6f)と、 ストリップライン(9)に対して位相ホイール(6a〜
6f)を回転させる手段とを含み、 それによりストリップラインの真下および金属グランド
プレーンの真上の誘電体の量を変化させることができ、
それにより全体的放射パターンがそのダウンティルト中
に変化し、したがってダウンティルト中の変化が純粋に
回転機械運動によってもたらされる位相シフタ。 - 【請求項2】 それぞれ成形誘電体がその上に分配され
た追加の複数の位相ホイールをさらに含み、各位相ホイ
ールが、ストリップラインと金属グランドプレーンとの
間に回転可能に配置され、各位相ホイールが、アンテナ
素子の一つに関連し、各位相ホイールが、すべての位相
ホイールが牽引結合されるような構成で他の位相ホイー
ルの少なくとも一つと牽引係合し、また位相ホイールの
一つを回転させる手段を含み、それによりすべての位相
ホイールが同期して回転し、位相ホイールが回転したと
きに、それぞれストリップラインの真下の誘電体の量を
変化させる請求項1に記載の位相シフタ。 - 【請求項3】 各位相ホイール(6a〜6f)に、位相
ホイールが回転したときに、ストリップライン(9)の
真下およびストリップライン(9)と金属グランドプレ
ーン(7)との間の誘電体の量が位相ホイールの角度変
位に直接比例して変化するように成形誘電体(17)が
分配される請求項2に記載の位相シフタ。 - 【請求項4】 成形誘電体(17)が、δを位相ホイー
ルによってもたらされる所望の最大位相シフトとして、 Ke=[π/(π−δ)]2 によって与えられる誘電率を有するように選択される請
求項2に記載の位相シフタ。 - 【請求項5】 位相ホイール(6a〜6f)が位相シフ
トが最大となるように配向したときに、成形誘電体の少
なくとも一つの連続スパンがストリップライン(9)の
真下に配置され、成形誘電体の連続スパンが、ストリッ
プラインの真下で、成形誘電体内のRF信号の波長の四
分の一の奇数倍に等しい長さにわたって延び、それによ
りRF信号が成形誘電体の連続スパンを横断したときに
発生した二つの反射波が相殺されるように成形誘電体
(17)が位相ホイール(6a〜6f)上に分配される
請求項2に記載の位相シフタ。 - 【請求項6】 位相ホイール(6a〜6f)が位相シフ
トが最小となるように配向したときに、成形誘電体の二
つの連続スパンが、位相ホイールをさらにわずかに回転
させることによって、ストリップライン(9)の真下に
移動するように配置され、空気とほぼ同じ誘電率を有す
る媒体によって分離され、ストリップラインの真下で、
媒体内のRF信号の波長の四分の一の奇数倍に等しい長
さにわたって延びるように成形誘電体(17)が位相ホ
イール(6a〜6f)上に分配される請求項2に記載の
位相シフタ。 - 【請求項7】 位相ホイール(6a〜6f)が回転した
ときに、ストリップライン(9)の真下およびストリッ
プライン(9)と金属グランドプレーン(7)との間の
誘電体の量が位相ホイールの角度変位に直接比例して変
化するように成形誘電体(17)が分配される請求項1
に記載の位相シフタ。 - 【請求項8】 成形誘電体(17)が、δを位相ホイー
ル(6a〜6f)によってもたらされる所望の最大位相
シフトとして、 Ke=[π/(π−δ)]2 によって与えられる誘電率を有するように選択される請
求項1に記載の位相シフタ。 - 【請求項9】 位相ホイール(6a〜6f)が位相シフ
トが最大となるように配向したときに、成形誘電体の少
なくとも一つの連続スパンがストリップライン(9)の
真下に配置され、成形誘電体の連続スパンが、ストリッ
プラインの真下で、成形誘電体内のRF信号の波長の四
分の一の奇数倍に等しい長さにわたって延び、それによ
りRF信号が成形誘電体の連続スパンを横断したときに
発生した二つの反射波が相殺されるように成形誘電体
(17)が位相ホイール(6a〜6f)上に分配される
請求項1に記載の位相シフタ。 - 【請求項10】 位相ホイール(6a〜6f)が位相シ
フトが最小となるように配向したときに、成形誘電体の
二つの連続スパンが、位相ホイールをさらにわずかに回
転させることによって、ストリップライン(9)の真下
に移動するように配置され、空気とほぼ同じ誘電率を有
する媒体によって分離され、ストリップラインの真下
で、媒体内のRF信号の波長の四分の一の奇数倍に等し
い長さにわたって延びるように成形誘電体(17)が位
相ホイール(6a〜6f)上に分配される請求項1に記
載の位相シフタ。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US805589 | 1997-02-25 | ||
US08/805,589 US5798675A (en) | 1997-02-25 | 1997-02-25 | Continuously variable phase-shifter for electrically down-tilting an antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10276004A true JPH10276004A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=25191979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10043895A Pending JPH10276004A (ja) | 1997-02-25 | 1998-02-25 | アンテナを電気的にダウンティルトする連続可変位相シフタ |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5798675A (ja) |
EP (1) | EP0860890B1 (ja) |
JP (1) | JPH10276004A (ja) |
KR (1) | KR100458094B1 (ja) |
AU (1) | AU728595B2 (ja) |
CA (1) | CA2220745A1 (ja) |
DE (1) | DE69810523T2 (ja) |
ES (1) | ES2191262T3 (ja) |
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