JPH0951227A - 携帯移動衛星通信端末のアンテナ効率を増大せしめる方法及び装置 - Google Patents
携帯移動衛星通信端末のアンテナ効率を増大せしめる方法及び装置Info
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- JPH0951227A JPH0951227A JP8044594A JP4459496A JPH0951227A JP H0951227 A JPH0951227 A JP H0951227A JP 8044594 A JP8044594 A JP 8044594A JP 4459496 A JP4459496 A JP 4459496A JP H0951227 A JPH0951227 A JP H0951227A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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-
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 小型で送受アンテナ素子間の相互結合損失が
少なく、能動素子との結合にも便利なアンテナを得る。 【解決手段】 アンテナ構造体１０は、互いに平行に配
列された複数の送信線形素子２２ａ〜２２ｄと、複数の
受信線形素子２４ａ〜２４ｄとを含む。送信線形素子の
各々は、互いに離間配置され、隣合う送信線形素子の間
に１つの受信線形素子が配置されている。送信線形素子
及び受信線形素子の各々の幅は、長さ方向に沿って周期
的に変化し、故にインピーダンスも周期的に変化する。
さらに、送信線形素子の幅の最も狭い部分は、隣接配置
された受信線形素子の幅の最も広い部分と近接配置さ
れ、逆に、最も広い部分は、最も狭い部分と近接配置さ
れ、故に素子間の結合を最少にしている。送信増幅器１
６ａ，１６ｂ及び受信増幅器３０ａ，３０ｂは、それぞ
れ対応するアンテナ素子と近接するように、アンテナ軸
本体３６の両端部に配置され、損失をさらに少なくして
いる。
少なく、能動素子との結合にも便利なアンテナを得る。 【解決手段】 アンテナ構造体１０は、互いに平行に配
列された複数の送信線形素子２２ａ〜２２ｄと、複数の
受信線形素子２４ａ〜２４ｄとを含む。送信線形素子の
各々は、互いに離間配置され、隣合う送信線形素子の間
に１つの受信線形素子が配置されている。送信線形素子
及び受信線形素子の各々の幅は、長さ方向に沿って周期
的に変化し、故にインピーダンスも周期的に変化する。
さらに、送信線形素子の幅の最も狭い部分は、隣接配置
された受信線形素子の幅の最も広い部分と近接配置さ
れ、逆に、最も広い部分は、最も狭い部分と近接配置さ
れ、故に素子間の結合を最少にしている。送信増幅器１
６ａ，１６ｂ及び受信増幅器３０ａ，３０ｂは、それぞ
れ対応するアンテナ素子と近接するように、アンテナ軸
本体３６の両端部に配置され、損失をさらに少なくして
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナに関し、
特に４アームヘリカルスパイラルアンテナに関する。
特に４アームヘリカルスパイラルアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】アンテナの１種類が、送信及び受信アン
テナ素子が互い違いに差し込まれている４アームヘリカ
ルスパイラルアンテナとして知られている。このタイプ
のアンテナは、ほぼ半球状の照射領域を形成する。その
結果、このようなアンテナが衛星通信システム、特に非
静止軌道衛星通信システムにおけるユーザ端末のアンテ
ナとして使用される場合、低い衛星仰角に対する利得
は、直接頭上にある衛星に対する利得よりも大きく、故
に水平線近傍の衛星に対して伝送路損失が大きくなるよ
うに角度を補償している。
テナ素子が互い違いに差し込まれている４アームヘリカ
ルスパイラルアンテナとして知られている。このタイプ
のアンテナは、ほぼ半球状の照射領域を形成する。その
結果、このようなアンテナが衛星通信システム、特に非
静止軌道衛星通信システムにおけるユーザ端末のアンテ
ナとして使用される場合、低い衛星仰角に対する利得
は、直接頭上にある衛星に対する利得よりも大きく、故
に水平線近傍の衛星に対して伝送路損失が大きくなるよ
うに角度を補償している。
【０００３】従来の４アームヘリカルスパイラルアンテ
ナは、セルラ電話などの携帯ユーザ端末に対して通常使
用されているものよりも物理的に大きくなりやすいこと
が問題になっている。また、能動素子とアンテナとの間
の損失が必要以上に大きくなりやすいことが問題になっ
ていた。さらに、互い違いに差し込まれた送信及び受信
アンテナ素子間の相互結合により望ましくない損失が生
じることが問題になっていた。
ナは、セルラ電話などの携帯ユーザ端末に対して通常使
用されているものよりも物理的に大きくなりやすいこと
が問題になっている。また、能動素子とアンテナとの間
の損失が必要以上に大きくなりやすいことが問題になっ
ていた。さらに、互い違いに差し込まれた送信及び受信
アンテナ素子間の相互結合により望ましくない損失が生
じることが問題になっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、アンテナ構造体を改良して上記問題点を克服するこ
とである。本発明の第２の目的は、従来のアンテナ構造
体に比較して、小型になるとともに損失が低減される４
アームヘリカルスパイラルアンテナ構造体を提供するこ
とである。
は、アンテナ構造体を改良して上記問題点を克服するこ
とである。本発明の第２の目的は、従来のアンテナ構造
体に比較して、小型になるとともに損失が低減される４
アームヘリカルスパイラルアンテナ構造体を提供するこ
とである。
【０００５】本発明の第３の目的は、送信及び受信アン
テナ素子や放射体の幅を調整することによってインピー
ダンスを変化させ、さらに送信放射体が隣接する受信放
射体との結合を最少とするように線幅が隣接する受信放
射体の線幅と直線的に並ぶ差込みヘリカルスパイラルア
ンテナ構造体を提供することである。本発明のさらなる
目的は、放射体、増幅器、フィルタ及びハイブリッド結
合器の配置が最適であり、高電力送信増幅器と低電力受
信増幅器との間の熱的分離及び電気的絶縁を確実に行
い、ロータリーアンテナジョイントを中心に全部品が配
置され、故に損失が低減される構造を有するヘリカルス
パイラル構造体を提供することである。
テナ素子や放射体の幅を調整することによってインピー
ダンスを変化させ、さらに送信放射体が隣接する受信放
射体との結合を最少とするように線幅が隣接する受信放
射体の線幅と直線的に並ぶ差込みヘリカルスパイラルア
ンテナ構造体を提供することである。本発明のさらなる
目的は、放射体、増幅器、フィルタ及びハイブリッド結
合器の配置が最適であり、高電力送信増幅器と低電力受
信増幅器との間の熱的分離及び電気的絶縁を確実に行
い、ロータリーアンテナジョイントを中心に全部品が配
置され、故に損失が低減される構造を有するヘリカルス
パイラル構造体を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明により上記問題点
は解決され、本発明の目的は、互いに平行に配列された
送信線形素子の複数と互いに平行に配列された受信線形
素子の複数とを含むアンテナ構造体によって実現され
る。複数の送信線形素子の各々は、互いに離間配置さ
れ、隣接する送信線形素子の間に受信線形素子の１つが
配置されている。本発明により、送信線形素子及び受信
線形素子の各々の幅は、長さ方向に沿って周期的に変化
し、よってインピーダンスも周期的に変化する。さら
に、送信線形素子の幅の最も狭い部分は、隣接配置され
た受信線形素子の幅の最も広い部分と近接し、また、送
信線形素子の幅の最も広い部分は、隣接配置された受信
線形素子の幅の最も狭い部分と近接し、故に素子間の結
合が最少になる。
は解決され、本発明の目的は、互いに平行に配列された
送信線形素子の複数と互いに平行に配列された受信線形
素子の複数とを含むアンテナ構造体によって実現され
る。複数の送信線形素子の各々は、互いに離間配置さ
れ、隣接する送信線形素子の間に受信線形素子の１つが
配置されている。本発明により、送信線形素子及び受信
線形素子の各々の幅は、長さ方向に沿って周期的に変化
し、よってインピーダンスも周期的に変化する。さら
に、送信線形素子の幅の最も狭い部分は、隣接配置され
た受信線形素子の幅の最も広い部分と近接し、また、送
信線形素子の幅の最も広い部分は、隣接配置された受信
線形素子の幅の最も狭い部分と近接し、故に素子間の結
合が最少になる。
【０００７】本発明のさらなる概念により、送信増幅器
及び関連する部品と、受信増幅器及び関連する部品と
は、送信増幅器と受信増幅器とが対応するアンテナ素子
と近接して接続されるように、アンテナ軸の両端部にそ
れぞれ配置され、故に損失をより少なくしている。ま
た、送信増幅器は相当量の熱を生成するので、上記構成
によって低電力受信増幅器を高電力送信増幅器から熱的
に分離されている。また、好ましくは、送信増幅器は、
ユーザトランシーバに最も近接するアンテナ軸の端部に
配置されて、改善されたヒートシンクを形成している。
及び関連する部品と、受信増幅器及び関連する部品と
は、送信増幅器と受信増幅器とが対応するアンテナ素子
と近接して接続されるように、アンテナ軸の両端部にそ
れぞれ配置され、故に損失をより少なくしている。ま
た、送信増幅器は相当量の熱を生成するので、上記構成
によって低電力受信増幅器を高電力送信増幅器から熱的
に分離されている。また、好ましくは、送信増幅器は、
ユーザトランシーバに最も近接するアンテナ軸の端部に
配置されて、改善されたヒートシンクを形成している。
【０００８】本発明のさらなる概念は、アンテナ素子と
対応する増幅器との間の能動インピーダンス整合を用い
て、放射素子と対応する増幅器とからのエネルギの結合
を最大にしている。インピーダンス整合は、マルチディ
スク共振器として具体化されるバンドパスフィルタ内で
も生じる。また、放射線路幅は、増幅器と自由空間との
間のインピーダンス変換に対する必要性を最少とするよ
うに選択される。
対応する増幅器との間の能動インピーダンス整合を用い
て、放射素子と対応する増幅器とからのエネルギの結合
を最大にしている。インピーダンス整合は、マルチディ
スク共振器として具体化されるバンドパスフィルタ内で
も生じる。また、放射線路幅は、増幅器と自由空間との
間のインピーダンス変換に対する必要性を最少とするよ
うに選択される。
【０００９】本発明の特徴を、添付図面に基づき本発明
の詳細な説明を参照しながら明らかにする。
の詳細な説明を参照しながら明らかにする。
【００１０】
【実施例】図１乃至図４を参照しながら本発明の好まし
い実施例を記載する。図１において、ＲＦ入力信号がア
ンテナシステム１０の入力ノード１２に供給される。入
力ノード１２は、９０゜ハイブリッド１４に接続されて
いる。９０゜ハイブリッド１４は、第１入力を第１高電
力増幅器（以下、ＨＰＡと略す）１６ａに供給し、直角
位相入力を第２ＨＰＡ１６ｂに供給する。ＨＰＡ１６
ａ，１６ｂは、送信アンテナの駆動に十分なレベルまで
にＲＦ入力信号を増幅するのに適した電力増幅器であ
る。本発明の好ましい実施例において、ＨＰＡ１６ａ，
１６ｂは、小型のモノリシックマイクロ波集積回路（Ｍ
ＭＩＣ）内に存在する。互いに位相が９０゜ずれている
ＨＰＡ１６ａ，１６ｂの出力は、バンドパスフィルタ１
８に供給され、次に１８０゜ハイブリッドなどのハイブ
リッド２０ａ，２０ｂに供給される。ハイブリッド２０
ａ，２０ｂは、送信アンテナの４本のアームまたは放射
器２２ａ〜２２ｄの各々に接続された（互いに１８０゜
位相がずれる）出力部を有する。ハイブリッド１４，２
０ａ，２０ｂの動作により、各アームのＲＦ信号は互い
に位相が９０゜ずれている（すなわち、直角位相）。
い実施例を記載する。図１において、ＲＦ入力信号がア
ンテナシステム１０の入力ノード１２に供給される。入
力ノード１２は、９０゜ハイブリッド１４に接続されて
いる。９０゜ハイブリッド１４は、第１入力を第１高電
力増幅器（以下、ＨＰＡと略す）１６ａに供給し、直角
位相入力を第２ＨＰＡ１６ｂに供給する。ＨＰＡ１６
ａ，１６ｂは、送信アンテナの駆動に十分なレベルまで
にＲＦ入力信号を増幅するのに適した電力増幅器であ
る。本発明の好ましい実施例において、ＨＰＡ１６ａ，
１６ｂは、小型のモノリシックマイクロ波集積回路（Ｍ
ＭＩＣ）内に存在する。互いに位相が９０゜ずれている
ＨＰＡ１６ａ，１６ｂの出力は、バンドパスフィルタ１
８に供給され、次に１８０゜ハイブリッドなどのハイブ
リッド２０ａ，２０ｂに供給される。ハイブリッド２０
ａ，２０ｂは、送信アンテナの４本のアームまたは放射
器２２ａ〜２２ｄの各々に接続された（互いに１８０゜
位相がずれる）出力部を有する。ハイブリッド１４，２
０ａ，２０ｂの動作により、各アームのＲＦ信号は互い
に位相が９０゜ずれている（すなわち、直角位相）。
【００１１】アンテナ１０の受信部分は、素子２４ａ〜
２４ｄを有する４アーム受信アンテナの１つを含む。素
子２４ａ〜２４ｄは、図２に示すように、送信素子２２
ａ〜２２ｄと互い違いに差し込まれている。互い違いに
差し込まれた送信素子及び受信素子は、アンテナ１０の
本体を形成する誘電体円筒管３６を中心に巻回されたス
パイラルである（図３参照）。送信及び受信素子は、相
互結合による損失を低減するために、図４に示すように
幅が調整されている。本発明のこの概念を次に詳細に説
明する。
２４ｄを有する４アーム受信アンテナの１つを含む。素
子２４ａ〜２４ｄは、図２に示すように、送信素子２２
ａ〜２２ｄと互い違いに差し込まれている。互い違いに
差し込まれた送信素子及び受信素子は、アンテナ１０の
本体を形成する誘電体円筒管３６を中心に巻回されたス
パイラルである（図３参照）。送信及び受信素子は、相
互結合による損失を低減するために、図４に示すように
幅が調整されている。本発明のこの概念を次に詳細に説
明する。
【００１２】図１の構成図の説明を継続すると、受信素
子２４ａ〜２４ｄの直角位相出力は、１８０゜ハイブリ
ッド２６ａ，２６ｂを介してバンドパスフィルタ２８に
接続される。バンドパスフィルタ２８の出力部は、第１
低雑音増幅器（以下、ＬＮＡと略す）３０ａ及び第２Ｌ
ＮＡ３０ｂの入力部に信号を送る。好ましくは、ＬＮＡ
３０ａ，３０ｂはＭＭＩＣの内部に存在する。ＬＮＡ３
０ａ，３０ｂの出力部は、９０゜ハイブリッド３２を介
してＲＦ出力ノード３４に接続されている。
子２４ａ〜２４ｄの直角位相出力は、１８０゜ハイブリ
ッド２６ａ，２６ｂを介してバンドパスフィルタ２８に
接続される。バンドパスフィルタ２８の出力部は、第１
低雑音増幅器（以下、ＬＮＡと略す）３０ａ及び第２Ｌ
ＮＡ３０ｂの入力部に信号を送る。好ましくは、ＬＮＡ
３０ａ，３０ｂはＭＭＩＣの内部に存在する。ＬＮＡ３
０ａ，３０ｂの出力部は、９０゜ハイブリッド３２を介
してＲＦ出力ノード３４に接続されている。
【００１３】本発明の好ましい実施例において、図１の
アンテナシステム１０は、図５に示すように携帯ユーザ
端末９ａの一部を構成する。このように、入力ノード１
２に供給されるＲＦ入力信号は、ユーザの音声入力信号
から少なくとも部分的に引き出されるものである。同様
に、ノード３４からのＲＦ出力信号は、信号情報を抽出
し且つユーザに対する音響信号を引き出すミキサ及び復
調器に供給される。これらの機能を実行する携帯ユーザ
端末９ａ内部の様々な回路は、本発明とは直接関係しな
いので、詳細には説明しない。携帯ユーザ端末９ａは、
本発明のアンテナ１０に対する適した用途の単なる一例
であり、本発明のアンテナ１０の適用やその使用時にお
いて限定の意味で用いられるものではない。
アンテナシステム１０は、図５に示すように携帯ユーザ
端末９ａの一部を構成する。このように、入力ノード１
２に供給されるＲＦ入力信号は、ユーザの音声入力信号
から少なくとも部分的に引き出されるものである。同様
に、ノード３４からのＲＦ出力信号は、信号情報を抽出
し且つユーザに対する音響信号を引き出すミキサ及び復
調器に供給される。これらの機能を実行する携帯ユーザ
端末９ａ内部の様々な回路は、本発明とは直接関係しな
いので、詳細には説明しない。携帯ユーザ端末９ａは、
本発明のアンテナ１０に対する適した用途の単なる一例
であり、本発明のアンテナ１０の適用やその使用時にお
いて限定の意味で用いられるものではない。
【００１４】図４に示すように、アンテナ素子はほぼ全
長にわたり幅が調整されている。幅が最も広いところで
はインピーダンスは最も低く、一方、逆に幅が最も狭い
ところではインピーダンスは最も高い。このように、素
子は、幅が調整されてインピーダンスを周期的に変化さ
せている。素子のインピーダンスが高いとき（幅が狭い
とき）電圧は高く、また素子の幅が広いとき、インピー
ダンスは低く電圧も低い。送信放射体２２ａ〜２２ｄの
素子の広い幅を、受信放射体２４ａ〜２４ｄの素子の狭
い幅に隣接させて直線的に並べることによって、結合は
最少になる。
長にわたり幅が調整されている。幅が最も広いところで
はインピーダンスは最も低く、一方、逆に幅が最も狭い
ところではインピーダンスは最も高い。このように、素
子は、幅が調整されてインピーダンスを周期的に変化さ
せている。素子のインピーダンスが高いとき（幅が狭い
とき）電圧は高く、また素子の幅が広いとき、インピー
ダンスは低く電圧も低い。送信放射体２２ａ〜２２ｄの
素子の広い幅を、受信放射体２４ａ〜２４ｄの素子の狭
い幅に隣接させて直線的に並べることによって、結合は
最少になる。
【００１５】また、本発明の好ましい実施例において、
１対の放射器が、図３の誘電体製円筒管３６を形成する
可撓性プリント回路基板の両側部に導電層としてそれぞ
れ形成されている。この構造は、図示の如く内部接続を
容易としながらも結合をより低減せしめる傾向を示す。
別の放射器が、連結されている１８０゜ハイブリッド２
０ａ，２０ｂ，２６ａ，２６ｂによって、直角位相でフ
ィルタ１８，２８を形成するディスクタイプの共振器に
接続されて、所望の円偏波を供給する。
１対の放射器が、図３の誘電体製円筒管３６を形成する
可撓性プリント回路基板の両側部に導電層としてそれぞ
れ形成されている。この構造は、図示の如く内部接続を
容易としながらも結合をより低減せしめる傾向を示す。
別の放射器が、連結されている１８０゜ハイブリッド２
０ａ，２０ｂ，２６ａ，２６ｂによって、直角位相でフ
ィルタ１８，２８を形成するディスクタイプの共振器に
接続されて、所望の円偏波を供給する。
【００１６】繰り返すと、図２及び図４に示すように、
送信アンテナ反射器またはアンテナ素子２２ａ〜２２
ｄ、及び受信用のアンテナ反射器またはアンテナ素子２
４ａ〜２４ｄは、送信素子の高インピーダンス部分が受
信素子の低インピーダンス部分に隣接するように、また
送信素子の低インピーダンス部分が受信素子の高インピ
ーダンス部分に隣接するように、互い違いに差し込まれ
ている。
送信アンテナ反射器またはアンテナ素子２２ａ〜２２
ｄ、及び受信用のアンテナ反射器またはアンテナ素子２
４ａ〜２４ｄは、送信素子の高インピーダンス部分が受
信素子の低インピーダンス部分に隣接するように、また
送信素子の低インピーダンス部分が受信素子の高インピ
ーダンス部分に隣接するように、互い違いに差し込まれ
ている。
【００１７】このように、本発明の第１概念は、送信ア
ンテナ及び受信アンテナを織り合わせ、相互結合による
損失を最少とする放射線路を形成しながらも、効率の良
い受信に必要な線路の長さを短くするものである。本発
明の好ましい実施例において、送信周波数がＬバンドに
あり受信周波数がＳバンドにあり、素子は、およそ１０
Ωの最少インピーダンスと約２００Ωから約３００Ωま
での範囲の最大インピーダンスとを備えるように、幅が
調整されている。幅変化の周期は少なくとも１である
が、好ましい個数は長さ（２０．３２ｃｍ〜２５．４ｃ
ｍ、すなわち８〜１０インチ）に依存する。最も必要な
周期は、２分の１波長に寸法が対応し、故に、定在波に
おいて、インピーダンスが最小となるところで電流最大
値が得られ、インピーダンスが最大となるところで電圧
最大値が得られる。しかしながら、多くの場合、送信周
波数と受信周波数とは異なり、波長も異なる。このよう
に、送信波長と受信波長との差に応じてアンテナ変調周
期を調整するために妥協が必要になることがわかる。
ンテナ及び受信アンテナを織り合わせ、相互結合による
損失を最少とする放射線路を形成しながらも、効率の良
い受信に必要な線路の長さを短くするものである。本発
明の好ましい実施例において、送信周波数がＬバンドに
あり受信周波数がＳバンドにあり、素子は、およそ１０
Ωの最少インピーダンスと約２００Ωから約３００Ωま
での範囲の最大インピーダンスとを備えるように、幅が
調整されている。幅変化の周期は少なくとも１である
が、好ましい個数は長さ（２０．３２ｃｍ〜２５．４ｃ
ｍ、すなわち８〜１０インチ）に依存する。最も必要な
周期は、２分の１波長に寸法が対応し、故に、定在波に
おいて、インピーダンスが最小となるところで電流最大
値が得られ、インピーダンスが最大となるところで電圧
最大値が得られる。しかしながら、多くの場合、送信周
波数と受信周波数とは異なり、波長も異なる。このよう
に、送信波長と受信波長との差に応じてアンテナ変調周
期を調整するために妥協が必要になることがわかる。
【００１８】図３に示すように、本発明の第２概念は、
アンテナ軸の各端部からそれぞれ送信アンテナ及び受信
アンテナに信号を送るので、送信用ＨＰＡ１６ａ，１６
ｂ及び受信用ＬＮＡ３０ａ，３０ｂは、対応するアンテ
ナ素子と近接して接続され、故に損失を最少にしてい
る。また、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂは相当量の熱を生成す
るので、図３に示す構造によって、ＬＮＡ３０ａ，３０
ｂはＨＰＡ１６ａ，１６ｂから熱的に分離されている。
アンテナ軸の各端部からそれぞれ送信アンテナ及び受信
アンテナに信号を送るので、送信用ＨＰＡ１６ａ，１６
ｂ及び受信用ＬＮＡ３０ａ，３０ｂは、対応するアンテ
ナ素子と近接して接続され、故に損失を最少にしてい
る。また、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂは相当量の熱を生成す
るので、図３に示す構造によって、ＬＮＡ３０ａ，３０
ｂはＨＰＡ１６ａ，１６ｂから熱的に分離されている。
【００１９】本発明のさらなる概念は、アンテナ素子と
対応する増幅器との間での能動インピーダンス整合（ac
tive impedance matching ）を使用して、放射素子から
のエネルギと対応する増幅器からのエネルギとの結合を
最少にしている。インピーダンス整合は、フィルタ１
８，２８内でも生じる。さらに、放射線路幅は、増幅器
と自由空間との間のインピーダンス変換に対する必要性
を最少にするように選択されている。
対応する増幅器との間での能動インピーダンス整合（ac
tive impedance matching ）を使用して、放射素子から
のエネルギと対応する増幅器からのエネルギとの結合を
最少にしている。インピーダンス整合は、フィルタ１
８，２８内でも生じる。さらに、放射線路幅は、増幅器
と自由空間との間のインピーダンス変換に対する必要性
を最少にするように選択されている。
【００２０】例えば、パワーＦＥＴ（送信機用ＨＰＡの
素子）は、著しく低い出力インピーダンスを有する。そ
の結果、好ましくは、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂの出力部に
接続された線路幅は、広く作製される（例えば１０Ω、
またはそれ以下）。逆に、ＬＮＡ３０ａ，３０ｂの入力
インピーダンスは著しく高い。その結果、ＬＮＡ３０
ａ，３０ｂに接続された線路幅は、入力接合点において
さらに広く作製される（例えば２００Ω）。
素子）は、著しく低い出力インピーダンスを有する。そ
の結果、好ましくは、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂの出力部に
接続された線路幅は、広く作製される（例えば１０Ω、
またはそれ以下）。逆に、ＬＮＡ３０ａ，３０ｂの入力
インピーダンスは著しく高い。その結果、ＬＮＡ３０
ａ，３０ｂに接続された線路幅は、入力接合点において
さらに広く作製される（例えば２００Ω）。
【００２１】図２及び図３を参照すると、４アームヘリ
カルスパイラルの２つが、低損失誘電体チューブ３６の
周囲に幅が調整された線路を巻回することによって形成
されている。好ましくは、チューブ３６は、アンテナ素
子導体が配置される可撓性プリント回路ボード基板から
作製される。そして、この基板には、ハイブリッド２０
ａ，２０ｂ，２６ａ，２６ｂなどの部品も装着されてい
る。チューブ３６の壁として適切な厚みは、１．５８７
５ｍｍ（０．０６２５インチ）であり、チューブの適切
な直径は１．５２４ｃｍ（０．６インチ）である。上記
実施例において、送信周波数（Ｌバンド）は受信周波数
（Ｓバンド）よりも低く、故に、送信素子２２ａ〜２２
ｄは、受信素子２４ａ〜２４ｄよりも大型である。
カルスパイラルの２つが、低損失誘電体チューブ３６の
周囲に幅が調整された線路を巻回することによって形成
されている。好ましくは、チューブ３６は、アンテナ素
子導体が配置される可撓性プリント回路ボード基板から
作製される。そして、この基板には、ハイブリッド２０
ａ，２０ｂ，２６ａ，２６ｂなどの部品も装着されてい
る。チューブ３６の壁として適切な厚みは、１．５８７
５ｍｍ（０．０６２５インチ）であり、チューブの適切
な直径は１．５２４ｃｍ（０．６インチ）である。上記
実施例において、送信周波数（Ｌバンド）は受信周波数
（Ｓバンド）よりも低く、故に、送信素子２２ａ〜２２
ｄは、受信素子２４ａ〜２４ｄよりも大型である。
【００２２】ＨＰＡ１６ａ，１６ｂは、携帯ユーザ端末
９ａの本体に近接するチューブ３６の底部に配置されて
いる（図５）。この構成は、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂによ
って生成される熱を拡散させるのに必要な熱容量と放射
面とを形成する。ＬＮＡ３０ａ，３０ｂは、チューブ３
６の上部に配置されて、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂとは熱的
に分離されている。好ましくは、ＨＰＡ及びＬＮＡは、
共にＭＭＩＣの内部に存在するので、寸法は非常に小さ
く、アンテナ軸内部へのＨＰＡ及びＬＮＡの組み込みを
容易にしている。
９ａの本体に近接するチューブ３６の底部に配置されて
いる（図５）。この構成は、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂによ
って生成される熱を拡散させるのに必要な熱容量と放射
面とを形成する。ＬＮＡ３０ａ，３０ｂは、チューブ３
６の上部に配置されて、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂとは熱的
に分離されている。好ましくは、ＨＰＡ及びＬＮＡは、
共にＭＭＩＣの内部に存在するので、寸法は非常に小さ
く、アンテナ軸内部へのＨＰＡ及びＬＮＡの組み込みを
容易にしている。
【００２３】好ましくは、アンテナシステム１０のＨＰ
Ａ、ＬＮＡ、フィルタ、及びハイブリッドは、全て、ユ
ーザ端末９ａにアンテナ軸を接続するロータリージョイ
ント３８を中心に配置されている。その結果、ＨＰＡに
て増幅されたＲＦ信号をロータリージョイント３８を介
して送ることが不要となり、また、受信されて未増幅の
信号をジョイントを介して送ることも不要となる。アン
テナ軸内部においてロータリージョイント３８を中心と
するアンテナシステム１０の全主要部品の配置によっ
て、ユーザ端末の全体的な動作が改善され、故に損失が
かなり低減される。
Ａ、ＬＮＡ、フィルタ、及びハイブリッドは、全て、ユ
ーザ端末９ａにアンテナ軸を接続するロータリージョイ
ント３８を中心に配置されている。その結果、ＨＰＡに
て増幅されたＲＦ信号をロータリージョイント３８を介
して送ることが不要となり、また、受信されて未増幅の
信号をジョイントを介して送ることも不要となる。アン
テナ軸内部においてロータリージョイント３８を中心と
するアンテナシステム１０の全主要部品の配置によっ
て、ユーザ端末の全体的な動作が改善され、故に損失が
かなり低減される。
【００２４】２つのＬＮＡ３０ａ，３０ｂ及び２つのＨ
ＰＡ１６ａ，１６ｂは、アンテナインピーダンスに低損
失能動整合を提供するために使用される。好ましくは、
１８０゜ハイブリッド２０ａ，２０ｂのインピーダンス
は、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂの出力インピーダンスとアン
テナ放射器のインピーダンスとに整合するように選択さ
れる。
ＰＡ１６ａ，１６ｂは、アンテナインピーダンスに低損
失能動整合を提供するために使用される。好ましくは、
１８０゜ハイブリッド２０ａ，２０ｂのインピーダンス
は、ＨＰＡ１６ａ，１６ｂの出力インピーダンスとアン
テナ放射器のインピーダンスとに整合するように選択さ
れる。
【００２５】ケーブル４０が使用されて、ＬＮＡ３０
ａ，３０ｂからの出力を受信機の電子回路に運ぶととも
にバイアス電位をＬＮＡに供給している。ケーブル４０
は、さらに、最終増幅のためにＨＰＡに送信信号を運
び、次の受信ステージに受信信号を運ぶ。ケーブルは、
フィルタ１８，２８を形成するディスク共振器の中心に
おいて開口３６ａ，３６ｂを通過する。ディスク共振器
の中心には場が無いので、ケーブル４０はマイクロ波の
特性に影響を与えない。
ａ，３０ｂからの出力を受信機の電子回路に運ぶととも
にバイアス電位をＬＮＡに供給している。ケーブル４０
は、さらに、最終増幅のためにＨＰＡに送信信号を運
び、次の受信ステージに受信信号を運ぶ。ケーブルは、
フィルタ１８，２８を形成するディスク共振器の中心に
おいて開口３６ａ，３６ｂを通過する。ディスク共振器
の中心には場が無いので、ケーブル４０はマイクロ波の
特性に影響を与えない。
【００２６】本発明の好ましい実施例を詳細に記載した
が、図５を参照して、本発明のアンテナ１０が使用され
る衛星通信システムの構成を説明する。この衛星通信シ
ステムにおいて、低軌道衛星１ａの配置によって、ユー
ザは世界中どこにおいても電話を使用することができ
る。特に、図５は、全２重通信用に構成された衛星トラ
ンスポンダ１ｂを示す。通信機器は、地上からの信号を
受信する複数のアンテナ２と、低雑音増幅器３と、局部
発振器及びミキサからなる周波数移相器またはコンバー
タ４と、増幅器５に続いて、高電力増幅器６と送信用ア
ンテナ７とを有するトランスポンダの１つ以上を含む。
フィルタ８も含まれて、所望の入力信号を通過させ且つ
不要の帯域外のノイズ信号を除去している。１つのトラ
ンスポンダは、ユーザ端末９ａのアンテナ１０からの信
号を受信し、受信したユーザ信号の周波数をシフトせし
め、周波数をシフトせしめた信号をゲートウェイ９ｂな
どの地上局に送信する。ゲートウェイ９ｂは、公衆交換
電話網（ＰＳＴＮ）に接続されている。第２トランスポ
ンダは、１つまたは複数のゲートウェイ９ｂからの信号
を受信し、受信信号を周波数シフトせしめ、周波数シフ
トせしめた信号をユーザ端末９ａのアンテナ１０に送信
する。このように、音声やデータなどの全２重通信路
が、ユーザ端末９ａとＰＳＴＮに接続された端末との間
に形成される。
が、図５を参照して、本発明のアンテナ１０が使用され
る衛星通信システムの構成を説明する。この衛星通信シ
ステムにおいて、低軌道衛星１ａの配置によって、ユー
ザは世界中どこにおいても電話を使用することができ
る。特に、図５は、全２重通信用に構成された衛星トラ
ンスポンダ１ｂを示す。通信機器は、地上からの信号を
受信する複数のアンテナ２と、低雑音増幅器３と、局部
発振器及びミキサからなる周波数移相器またはコンバー
タ４と、増幅器５に続いて、高電力増幅器６と送信用ア
ンテナ７とを有するトランスポンダの１つ以上を含む。
フィルタ８も含まれて、所望の入力信号を通過させ且つ
不要の帯域外のノイズ信号を除去している。１つのトラ
ンスポンダは、ユーザ端末９ａのアンテナ１０からの信
号を受信し、受信したユーザ信号の周波数をシフトせし
め、周波数をシフトせしめた信号をゲートウェイ９ｂな
どの地上局に送信する。ゲートウェイ９ｂは、公衆交換
電話網（ＰＳＴＮ）に接続されている。第２トランスポ
ンダは、１つまたは複数のゲートウェイ９ｂからの信号
を受信し、受信信号を周波数シフトせしめ、周波数シフ
トせしめた信号をユーザ端末９ａのアンテナ１０に送信
する。このように、音声やデータなどの全２重通信路
が、ユーザ端末９ａとＰＳＴＮに接続された端末との間
に形成される。
【００２７】本発明の好ましい実施例において、ユーザ
端末９ａは、固定や移動のタイプに拘らず全２重モード
で動作でき、例えばＬバンドＲＦリンク（アップリン
ク）及びＳバンドＲＦリンク（ダウンリンク）を経由し
て対応するリターン衛星トランスポンダ及び順方向衛星
トランスポンダを介して通信を行うことができる。アッ
プリンクＬバンドＲＦリンクは、周波数１．６１ＧＨｚ
から１．６２６ＧＨｚまでの帯域幅１６．５ＭＨｚで動
作し、好ましくはスペクトル拡散法により音声信号及び
ディジタル信号によって変調されている。ダウンリンク
ＳバンドＲＦリンクは、周波数２．４８３５ＧＨｚから
２．５ＧＨｚまでの帯域幅１６．５ＭＨｚで動作する。
ゲートウェイ９ｂは、受信アンテナ２ｂ及び送信アンテ
ナ７ａを介して、例えば５ＧＨｚを中心周波数とする周
波数帯域で動作する全２重ＣバンドＲＦリンクで衛星１
ａと通信する。ＣバンドＲＦリンクは、通信フィーダー
リンクを双方向に搬送し、衛星コマンドも搬送し（順方
向リンク）、テレメトリ情報を受信する（リターンリン
ク）。Ｌバンド及びＳバンド衛星アンテナ２ａ，７ｂ
は、それぞれ対応するサービス領域内に地上の照射領域
を形成する、好ましくは１６ビームのマルチビームアン
テナである。２つ以上の衛星１ａが、スペクトル拡散法
の使用によって、所定のユーザ端末９ａとゲートウェイ
９ｂの１つとの間で同一の通信を運ぶ。故に、この動作
モードは、フェージングに対する耐性を増大せしめ、且
つソフトハンドオフ処理の実行を簡単にしながら、各受
信機でダイバーシチ合成を行っている。
端末９ａは、固定や移動のタイプに拘らず全２重モード
で動作でき、例えばＬバンドＲＦリンク（アップリン
ク）及びＳバンドＲＦリンク（ダウンリンク）を経由し
て対応するリターン衛星トランスポンダ及び順方向衛星
トランスポンダを介して通信を行うことができる。アッ
プリンクＬバンドＲＦリンクは、周波数１．６１ＧＨｚ
から１．６２６ＧＨｚまでの帯域幅１６．５ＭＨｚで動
作し、好ましくはスペクトル拡散法により音声信号及び
ディジタル信号によって変調されている。ダウンリンク
ＳバンドＲＦリンクは、周波数２．４８３５ＧＨｚから
２．５ＧＨｚまでの帯域幅１６．５ＭＨｚで動作する。
ゲートウェイ９ｂは、受信アンテナ２ｂ及び送信アンテ
ナ７ａを介して、例えば５ＧＨｚを中心周波数とする周
波数帯域で動作する全２重ＣバンドＲＦリンクで衛星１
ａと通信する。ＣバンドＲＦリンクは、通信フィーダー
リンクを双方向に搬送し、衛星コマンドも搬送し（順方
向リンク）、テレメトリ情報を受信する（リターンリン
ク）。Ｌバンド及びＳバンド衛星アンテナ２ａ，７ｂ
は、それぞれ対応するサービス領域内に地上の照射領域
を形成する、好ましくは１６ビームのマルチビームアン
テナである。２つ以上の衛星１ａが、スペクトル拡散法
の使用によって、所定のユーザ端末９ａとゲートウェイ
９ｂの１つとの間で同一の通信を運ぶ。故に、この動作
モードは、フェージングに対する耐性を増大せしめ、且
つソフトハンドオフ処理の実行を簡単にしながら、各受
信機でダイバーシチ合成を行っている。
【００２８】上記記載の周波数及び帯域は、１つのシス
テムのみを表したものにすぎない。他の周波数や周波数
帯域を、上述の原理を変えることなく使用することがで
きる。さらに、上記記載の、様々なアンテナに関する寸
法と、素子、結合器、フィルタ及び増幅器の個数と、放
射器のインピーダンスとは、一例であって、本発明の実
行を制限するものではない。
テムのみを表したものにすぎない。他の周波数や周波数
帯域を、上述の原理を変えることなく使用することがで
きる。さらに、上記記載の、様々なアンテナに関する寸
法と、素子、結合器、フィルタ及び増幅器の個数と、放
射器のインピーダンスとは、一例であって、本発明の実
行を制限するものではない。
【００２９】このように、本発明を好ましい実施例に関
して示すと共に説明したが、当業者においては、本発明
の請求項から逸脱することなく詳細や形態における変形
をなすことができるものである。
して示すと共に説明したが、当業者においては、本発明
の請求項から逸脱することなく詳細や形態における変形
をなすことができるものである。
【図１】本発明によるアンテナシステムを示す構成図で
ある。
ある。
【図２】図１のアンテナシステムを示す構成図である。
【図３】本発明によるユーザ端末のアンテナ構造体を示
す図である。
す図である。
【図４】図２及び図３の互い違いに差し込まれている送
信アンテナ素子及び受信アンテナ素子の拡大図を示すと
共に、本発明による幅の調整とその結果であるインピー
ダンス変化とを説明する図である。
信アンテナ素子及び受信アンテナ素子の拡大図を示すと
共に、本発明による幅の調整とその結果であるインピー
ダンス変化とを説明する図である。
【図５】本発明のアンテナシステムが使用される衛星通
信システムを示す構成図である。
信システムを示す構成図である。
１ａ 通信衛星 ９ａ ユーザ端末 ９ｂ 地上局 １０ アンテナシステム ２２ａ〜２２ｄ 送信線形素子 ２４ａ〜２４ｄ 受信線形素子
Claims (15)
- 【請求項１】 互いに平行に配列された複数の送信線形
素子と、 互いに平行に配列された複数の受信線形素子と、を備
え、前記送信線形素子の各々が互いに離間配置されると
ともに前記送信線形素子の間に前記受信線形素子の１つ
が配置されるアンテナ構造体であって、 前記送信線形素子及び前記受信線形素子の各々の幅は、
長さ方向に沿って周期的に変化し、前記送信線形素子の
幅の最も狭い部分は隣接配置された受信線形素子の幅の
最も広い部分に近接していることを特徴とするアンテナ
構造体。 - 【請求項２】 前記送信線形素子及び前記受信線形素子
は、細長い誘電体支持部材を中心に配置されていること
を特徴とする請求項１記載のアンテナ構造体。 - 【請求項３】 前記送信線形素子の複数に接続された出
力部を有する送信増幅器の少なくとも１つと、 前記受信線形素子の複数に接続された入力部を有する受
信増幅器の少なくとも１つと、 前記送信増幅器は前記支持部材の第１端部に近接配置さ
れ、前記受信増幅器は前記支持部材において前記第１端
部と反対側の第２端部に近接配置されていることを特徴
とする請求項２記載のアンテナ構造体。 - 【請求項４】 前記支持部材の前記第１端部を前記トラ
ンシーバに接続する手段をさらに有することを特徴とす
る請求項３記載のアンテナ構造体。 - 【請求項５】 前記送信増幅器の前記出力部と前記送信
線形素子の複数との間に挿入された第１フィルタと、 前記受信増幅器の前記入力部と前記受信線形素子の複数
との間に挿入された第２フィルタと、をさらに有するこ
とを特徴とする請求項３記載のアンテナ構造体。 - 【請求項６】 前記第１及び第２フィルタの各々は中心
に開口があるマルチディスク共振器を有し、前記開口を
通過して前記受信増幅器の出力部と接続される電気的導
体をさらに有することを特徴とする請求項５記載のアン
テナ構造体。 - 【請求項７】 前記送信増幅器の前記出力部に接続され
た第１フィルタと、 前記第１フィルタの出力部と前記送信線形素子の複数と
の間に挿入された第１ハイブリッド結合器と、 前記受信線形素子の複数に接続された第２ハイブリッド
結合器と、 前記第２ハイブリッド結合器と前記受信増幅器の前記入
力部との間に挿入された第２フィルタと、をさらに有す
ることを特徴とする請求項３記載のアンテナ構造体。 - 【請求項８】 送信増幅器の２つ及び受信増幅器の２つ
と、前記送信線形素子の４つ及び受信線形素子の４つ
と、前記第１ハイブリッド結合器の２つ及び前記第２ハ
イブリッド結合器の２つとが存在し、前記ハイブリッド
結合器の各々は２つの線形素子に接続された１８０゜ハ
イブリッド結合器であるアンテナ構造体であって、 増幅されるべきＲＦ信号が入力される入力部と前記送信
増幅器の２つを駆動する出力部とを有する第１の９０゜
結合器と、 前記２つの受信増幅器の各々から増幅されたＲＦ信号が
入力される入力部と入力された信号を出力する出力部と
を有する第２の９０゜結合器と、をさらに有することを
特徴とする請求項７記載のアンテナ構造体。 - 【請求項９】 通信衛星の少なくとも１つと、前記通信
衛星によって通信信号を送受信するトランシーバを有す
る地上局の少なくとも１つと、前記通信衛星によって通
信信号を送受信するトランシーバを有するユーザ端末の
少なくとも１つと、を有する衛星通信システムにおい
て、ユーザ端末に接続されたアンテナであって、 前記ユーザ端末は前記アンテナをさらに有し、 前記アンテナは、前記トランシーバと双方向に接続され
るとともに、長さ方向に沿って周期的に最大インピーダ
ンスと最少インピーダンスとの間でインピーダンスが変
化する送信素子の複数及び受信素子の複数を有する螺旋
状に巻回された４アーム差込み構造体を有し、 １つの送信素子の最大インピーダンス領域は隣接配置さ
れた受信素子の最少インピーダンス領域に近接している
ことを特徴とするアンテナ。 - 【請求項１０】 前記アンテナは、 前記送信素子の複数に接続された出力部を有する送信増
幅器の少なくとも１つと、 前記受信素子の複数に接続された入力部を有する受信増
幅器の少なくとも１つと、をさらに有し、 前記送信増幅器は前記ユーザ端末に近接する前記アンテ
ナの第１端部に隣接配置され、前記受信増幅器は前記ア
ンテナにおいて前記ユーザ端末から離れている前記第１
端部とは反対側の第２端部に隣接配置されていることを
特徴とする請求項９記載のアンテナ。 - 【請求項１１】 前記アンテナは、 前記送信増幅器の前記出力部と前記送信素子の複数との
間に挿入された第１フィルタと、 前記受信増幅器の前記入力部と前記受信素子の複数との
間に挿入された第２フィルタと、をさらに有し、 前記第１及び第２フィルタの各々は、中心に開口がある
マルチディスク共振構造体を有し、 前記開口を挿通して前記受信増幅器の出力部を前記トラ
ンシーバと接続せしめる電気的導体をさらに有すること
を特徴とする請求項１０記載のアンテナ。 - 【請求項１２】 前記アンテナは、 前記送信増幅器の前記出力部に接続された第１フィルタ
と、 前記第１フィルタの出力部と前記送信素子の複数との間
に挿入された第１ハイブリッド結合器と、 前記受信素子の複数に接続された第２ハイブリッド結合
器と、 前記第２ハイブリッド結合器の出力部と前記受信増幅器
の前記入力部との間に挿入された第２フィルタと、をさ
らに有することを特徴とする請求項１０記載のアンテ
ナ。 - 【請求項１３】 送信増幅器の２つ及び受信増幅器の２
つと、前記の送信素子の４つ及び前記受信素子の４つ
と、前記第１ハイブリッド結合器の２つ及び前記第２ハ
イブリッド結合器の２つとが存在し、前記ハイブリッド
結合器の各々は２つの素子に接続された１８０゜ハイブ
リッド結合器からなるアンテナであって、 前記トランシーバから増幅すべきＲＦ信号が入力される
入力部と前記送信増幅器の２つを駆動する出力部とを有
する第１の９０゜結合器と、 前記受信増幅器の２つの各々から増幅されたＲＦ信号が
入力される入力部と入力された信号を前記トランシーバ
に供給する出力部とを有する第２の９０゜結合器と、を
さらに有することを特徴とする請求項１２記載のアンテ
ナ。 - 【請求項１４】 前記衛星通信システムにおいて低地球
軌道に通信衛星の複数が存在し、前記アンテナ及び前記
通信衛星の少なくとも１つを介して、ユーザ端末のトラ
ンシーバと地上局のトランシーバとの間でスペクトル拡
散符号分割多元接続通信信号として通信が双方向に伝送
されることを特徴とする請求項９記載のアンテナ。 - 【請求項１５】 前記アンテナはＬバンドの周波数を使
用して前記通信衛星の少なくとも１つにＲＦ信号を送信
し、前記アンテナはＳバンドの周波数を使用して前記通
信衛星の少なくとも１つからＲＦ信号を受信することを
特徴とする請求項９記載のアンテナ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/509,754 US5581268A (en) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | Method and apparatus for increasing antenna efficiency for hand-held mobile satellite communications terminal |
| US08/509754 | 1995-08-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0951227A true JPH0951227A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=24027958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8044594A Pending JPH0951227A (ja) | 1995-08-03 | 1996-03-01 | 携帯移動衛星通信端末のアンテナ効率を増大せしめる方法及び装置 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5581268A (ja) |
| EP (1) | EP0757406A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0951227A (ja) |
| KR (1) | KR970013508A (ja) |
| CN (1) | CN1142695A (ja) |
| AU (1) | AU4749896A (ja) |
| CA (1) | CA2167427A1 (ja) |
| FI (1) | FI960283A7 (ja) |
| TW (1) | TW282585B (ja) |
| WO (1) | WO1997006577A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000516071A (ja) * | 1996-07-31 | 2000-11-28 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | デュアルバンド結合セグメントのヘリカルアンテナ |
| US6433755B1 (en) | 1998-10-30 | 2002-08-13 | Nec Corporation | Helical antenna |
Families Citing this family (45)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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