JP2008141765A - 高次共振モードを用いるビームチルトパッチアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】パッチアンテナは衛星から円偏波ＲＦ信号を受信する。
【解決手段】そのアンテナは放射要素を有する。複数の給電線は、複数の給電点における放射要素に給電する。給電点は、所望の周波数で高次モードのみにおいて円偏波放射ビームを生成するように離間している。そのアンテナは複数の寄生構造を有する。給電点の間隔及び／又は寄生構造は、放射要素に対して垂直な軸から離れるように放射ビームをチルトさせる。それ故、パッチアンテナは、低い仰角で衛星からの優れたＲＦ信号の受信を与える。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に、パッチアンテナに関する。具体的には、本発明は、衛星から円偏波無線周波数信号を受信するパッチアンテナに関する。

衛星ディジタルオーディオ無線サービス（ＳＤＡＲＳ）事業者は、地上の受信アンテナに戻るようにして、ＲＦ信号、特に、円偏波ＲＦ信号を放送するように、衛星を用いている。衛星とアンテナとの間の仰角は、衛星の位置及びアンテナの位置に応じて変えることが可能である。大陸としての米国においては、この仰角は、水平方向から２０°程度に小さいことが可能である。それ故、ＳＤＡＲＳ事業者の仕様においては、水平方向から２０°程度の小さい仰角において比較的大きいゲインを必要とする。

ＳＤＡＲＳ受信は、自動車の屋根に備えられている、しばしば体積の大きい鈍角の装置である。ＳＤＡＲＳに準拠しているパッチアンテナは、典型的には、ＳＤＡＲＳ ＲＦ信号の有効な波長の１／２に略等しい側部を有する正方形形状の放射要素を有する。放射要素が自動車の窓に備えられているとき、この大きい“足跡”はしばしば、運転者の視界を妨害する。それ故、それらのパッチアンテナは、典型的には、自動車の窓には備えられていない。

しかしながら、それらのパッチアンテナが自動車の窓に備えられているときでさえ、屋根のような自動車の特定の部分は、ＲＦ信号を遮り、ＲＦ信号が特定の仰角においてアンテナに到達しないようにする可能性がある。その屋根がＲＦ信号を遮らない場合でさえ、その屋根はＲＦ信号を緩和し、そのことは、ＲＦ信号が受け付けられない品質まで劣化させるようにする可能性がある。このことが起こるとき、アンテナは、それらの仰角においてＲＦ信号を受信することができず、そのアンテナは、特徴的な固有の放射パターンを維持することができない。それ故、アンテナ性能は、特に、３０°以下の仰角について、ＲＦ信号の受信を妨害する屋根によりかなり影響される。この影響を克服するように、放射ビームチルト技術が、自動車本体によりもたらされる信号緩和を補償するように用いられることが可能である。ＳＤＡＲＳ周波数帯域においてＲＦ信号を受信することができるアンテナは、典型的には、より短い周波数帯域において信号を受信するアンテナに比べて物理的に小さいため、アンテナが備えられているガラスに対して実質的に平行であるアンテナであるアンテナ面に対して垂直な方向から主アンテナ放射ビームをチルトさせることが課題となっている。

ＲＦ信号を受信する種々のパッチアンテナは、当該技術分野において知られているものである。そのようなアンテナの例については、Ｓｈｉｂａｔａ等による米国特許第４，８８７，０８９号明細書及びＳｏｌｏｍａｎ等による米国特許第６，２５２，５５３号明細書に開示されている。

米国特許第４，８８７，０８９号明細書においては、放射要素を有するパッチアンテナについて開示されている。第１給電線及び第２給電線が、第１給電ポート及び第２給電ポートにおいて放射要素に電気的に接続されている。スイッチング機構は、第１給電線か又は第２給電線のどちらかに信号を接続する。水平偏波（即ち、直線偏波）放射ビームは、高次モードでパッチアンテナにより生成される。しかしながら、米国特許第４，８８７，０８９号明細書におけるパッチアンテナは、円偏波放射ビームを生成せず、それ故、円偏波ＲＦ信号の受信において殆ど値を有しない。

米国特許第６，２５２，５５３号明細書においてはまた、放射要素を有するパッチアンテナについて開示されている。そのアンテナは、複数の給電ポートにおいて放射要素に塩基的に接続されている複数の給電線を有する。そのアンテナはまた、ベース信号をシフトさせるように少なくとも１つの位相シフト回路を有し、少なくとも１つの位相シフト電磁信号を生成する。円偏波放射ビームは、基本モード及び高次モードの両方においてパッチアンテナにより生成される。米国特許第６，２５２，５５３号明細書におけるパッチアンテナは、高次モードにおいてのみ円偏波放射ビームを生成しない。したがって、米国特許第６，２５２，５５３号明細書におけるパッチアンテナの放射要素は大きい“足跡”を規定する。

パッチアンテナが自動車の窓のような、ガラス製の斜めの窓枠に備えられているとき、低い仰角において衛星からの円偏波ＲＦ信号の受信を支援するパッチアンテナを導入する可能性が残されている。また、他の従来のパッチアンテナに比べて、アンテナの放射要素の必要な“足跡”を著しく減少させるパッチアンテナを導入する可能性が残されている。更に、自動車の屋根によりもたらされる干渉を克服することができるパッチアンテナを導入する可能性が残されている。
米国特許第４，８８７，０８９号明細書 米国特許第６，２５２，５５３号明細書

本発明は、導電材料を有する放射要素を有するパッチアンテナを提供する。複数の給電線は、複数の給電ポートにおいて放射要素に電気的に接続されている。少なくとも１つの位相シフト回路は、位相シフト信号を得るようにベース信号を位相シフトさせる複数の給電線の少なくとも一に電気的に接続されている。給電ポートは、所望の周波数で高次モードのみにおいて円偏波放射ビームを生成するように放射要素が励起可能であるように、互いに離間している。

高次モードのみにおいて円偏波放射ビームを生成することにより、放射ビームの最大ゲインは、放射要素に対して垂直な軸からチルトされる。このチルトの効果は、低い仰角において衛星から円偏波ＲＦ信号を受信するように試みるとき、かなり有利である。更に、放射要素の寸法は、多くの従来技術の放射要素に比べてかなり小さい。このことは、自動車の窓において放射要素を備えることを希望する自動車製造業者及び供給業者にとってかなり好ましく、ガラスを通しての運転者の良好な視認性を尚も維持することができる。

本発明はまた、導電性材料を有する放射要素と、複数の給電ポートにおいて放射要素に電気的に接続されている複数の給電線とを有するパッチアンテナを提供する。少なくとも１つの位相シフト回路は、位相シフト信号を得るようにベース信号を位相シフトさせる複数の給電線の少なくとも１つに電気的に接続されている。好まし周波数において高次モードで円偏波放射ビームを生成するように放射要素が励起可能であるように、給電ポートは互いに離間している。この実施形態においては、パッチアンテナは又、放射要素に隣接して備えられ、放射要素から距離を置いて離れている少なくとも１つの寄生構造を有する。 その少なくとも１つの寄生構造はまた、放射要素に対して垂直な軸から遠ざかるように放射をチルトさせる役割を果たす。それ故、パッチアンテナは、低い仰角において衛星からの円偏波放射ＲＦ信号の例外的な受信を与える。

本発明の他の有利点については、下記において明らかになり、添付図に関連付けて考慮するとき、以下の詳細な説明を参照することにより更に理解することができる。

複数の図を参照するに、同じ参照番号は、複数の図を通して対応する構成要素を示し、パッチアンテナ２０について開示されている。

好適には、アンテナ２０は、衛星から円偏波無線周波数（ＲＦ）信号を受信するように用いられる。具体的には、アンテナ２０は、例えば、ＸＭ（登録商標）衛星無線又はＳＩＲＩＵＳ（登録商標）衛星無線等の衛星ディジタルオーディオ無線サービス（ＳＤＡＲＳ）事業者により生成される信号のような左旋円偏波（ＬＨＣＰ）ＲＦ信号を受信する。しかしながら、アンテナ２０はまた、右旋円偏波（ＲＨＣＰ）ＲＦ信号を受信することが可能であることを当業者は理解することができる。更に、ＬＣＨＰ及び／又はＲＨＣＰ ＲＦ信号を受信することに加えて、アンテナ２０はまた、円偏波ＲＦ信号を送信するように用いられることが可能である。アンテナ２０については、下記においては、主に、ＬＨＣＰ ＲＦ信号を受信することに関して説明するが、このことは、限定的なものであるとしては決して読まれるべきでない。

図１を参照するに、アンテナ２０は、好適には、自動車２４の窓と一体化されている。この窓２２は、リアウィンドウ（後部窓）、フロントウィンドウ（前部窓）又は自動車２４の何れかの他の窓であることが可能である。ここで説明するようなアンテナは、自動車２４の屋根又は自動車２４のサイドミラー等の板金部分のような、自動車における他の場所に位置付けられることが可能である。アンテナ２０はまた、例えば、ビルディングのような、自動車２４とは全く別の他の状況下で実施される、又は無線受信器に組み込まれることが可能である。リアウィンドウ２２及びフロントガラスは各々、典型的には、ある角度で自動車に備えられ、それ故、それらは、地面（即ち、地球の表面）に対して平行でない面を規定する。それ故、それらの種類の窓２２において備えられているアンテナ２０はまた、地面に対して平行でない。

窓２２は、好適には、ガラスの少なくとも１つの窓枠２８を有する。窓枠２８のガラスは、好適には、自動車用ガラス及びソーダライムシリカガラスであり、それらのガラスは、自動車２４のガラスの窓枠で用いるとして知られている。ガラスの窓枠２８はアンテナ２０のレドームとして機能する。それ故、ガラスの窓枠２８は、下記で説明するように、自動車２４の外側に存在する湿気、風、ダスト等からアンテナ２０の構成要素を保護することができる。ガラスの窓枠２８は、１．５乃至５．０ｍｍの範囲内の、好適には、３．１ｍｍの厚さを規定する。ガラスの窓枠２８はまた、５乃至９の範囲内の、好適には７である比誘電率を有する。勿論、窓２２は、２つ以上のガラス２８の窓枠を有することが可能である。当業者は、自動車の窓２２、特に、フロントガラスは、典型的には、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）の層を挟んでいる２つのガラスの窓枠を有することを理解している。

本発明の第１実施形態を示す図２を参照するに、アンテナ２０は、下記のような導電性材料を有する放射要素３０を有する。放射要素３０のことをまた、一般に、当業者は、“パッチ”又は“パッチ要素”という。放射要素３０は、好適には、一般に、矩形形状、具体的には、正方形形状を規定する。放射要素３０の各々の側部の長さは、アンテナ２０により受信されるＲＦ信号の有効波長λの約１／４である。ＳＤＡＲＳにより送信されるＲＦ信号は、２．３２ＧＨｚ乃至２．３４５ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。具体的には、ＸＭ無線は２．３３８ＧＨｚの中心周波数において放送する。それ故、放射要素３０の各々の側部の長さは約２４ｍｍである。しかしながら、当業者は、好ましい周波数及び他の条件に基づいて放射要素が代替の形状及びサイズを規定する、代替の実施形態を得ることが可能である。

アンテナ２０はまた、銅を含む導電性材料を有する接地面３２を有することが可能であるが、それに限定されるものではない。接地面３２は、放射要素３０に対して実質的に平行に且つ放射要素から距離を置いて備えられている。接地面３２はまた、一般に、矩形形状を、具体的には、正方形形状を規定することが好ましい。接地面３２の寸法は、好適には、６０ｍｍｘ６０ｍｍである。しかしながら、種々の形状及びサイズを有する接地面３２が実施されることが可能である。

少なくとも１つの誘電層３４は、好適には、放射要素３０と接地面３２との間に備えられている。別の方法においては、少なくとも１つの誘電層３４は放射要素３０と接地面３２との間に挟まれている。少なくとも１つの誘電層３４の好適な実施形態については、下記において詳述する。

第１実施形態においては、図３に示すように、窓２２のガラスの窓枠２８は放射要素３０を支持している。ガラスの窓枠２８は、ガラスの窓枠２８に接着される、それに貼り付けられる又はそれに接着される放射要素３０により、放射要素３０を支持する。第１及び第２実施形態においては、放射要素３０は、ガラスの窓枠２８に直接、備えられていて、当業者が知っている焼く技術により硬化される導電性材料としての銀ペーストを有する。代替として、放射要素３０は、接着剤を用いてガラスの窓枠２８に接着される、例えば、銅又はアルミニウム等の平らな金属片を有することが可能である。

ここで、図４を参照するに、パッチアンテナ２０はまた、複数の給電線３５を有する。各々の給電線３５は、給電ポート４３において放射要素３０に電気的に接続されている。
各々の給電ポート４３は、各々の給電線３５の端点又は端子として規定されている。第１実施形態においては、給電ポート４３は放射要素３０と接していない。それに代えて、給電ポート４３と放射要素３０とを電磁的に結合することにより電気接続が形成されている。他の実施形態、例えば、下記で詳述する第２実施形態においては、給電ポート４３（及び、したがって、給電線３５）は、放射要素３０と直接、接するようにされることが可能である。

第１実施形態においては、４つの給電ポート４４、４６、４８、５０において放射要素３０と電気的に接続されている４つの給電線３６、３８、４０、４２を有するアンテナ２０が実施されている。具体的には、第１給電線３６は、第１給電ポート４４において放電要素３０に電気的に接続され、第２給電線３８は、第２給電ポート４６において放電要素３０に電気的に接続され、第３給電線４０は、第３給電ポート４８において放電要素３０に電気的に接続され、そして第４給電線４２は、第４給電ポート５０において放電要素３０に電気的に接続されている。

第１実施形態の給電ポート４４、４６、４８、５０は、給電ポート４４、４６、４８、５０が正方形形状の角を規定するように互いに関連するように備えられている。勿論、正方形形状は、給電ポート４４、４６、４８、５０間の物理的関係を容易に示すための単なる仮定的構成である。好適な実施形態の給電ポート４４、４６、４８、５０がまた、正方形の対角線に等しい直径及び隣接する給電ポート４４、４６、４８、５０からの円形形状の周に沿って、略等距離の各々の給電ポート４４、４６、４８、５０により円形形状を規定することを、当業者は理解している。ラベリングにおいて容易にするように、給電ポート４４、４６、４８、５０は、左上から開始して、正方形形状又は円形形状の周りにおいて反時計方向に連続的に割り当てられる。例えば、正方形形状の左上の角における給電ポート４３が第１給電ポート４４である場合、第２給電ポート４６は左下の角にあり、第３給電ポート４８は右下の角にあり、そして第４給電ポート５０は右上の角にある。

好適には、アンテナ２０はまた、ベース信号の位相をシフトさせる少なくとも１つの位相シフト回路５１を有する。ベース信号は、アンテナ２０から低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）２５及び／又は受信器２６に給電される。代替として、アンテナ２０が送信用に用いられる場合、ベース信号は送信器（図示せず）により給電される。ベース信号は、位相シフトされないために、０°だけオフセットされるといわれる。

第１実施形態においては、図４に示すように、少なくとも１つの位相シフト回路５１が第１位相シフト回路５２として実施されている。第１位相シフト回路５２は、第１位相シフト信号を生成するように、約９０°だけベース信号をシフトさせる。当業者は、９０°の位相シフトが、全体の性能に関して殆ど影響しない最大１０％変化することを理解している。第１位相シフト回路５２は、第２給電線３８及び第４給電線４２に電気的に接続されていて、それ故、第２給電ポート４６及び第４給電ポート５０に第１位相シフト信号（９０°）を給電する。その結果、第１位相シフト信号（９０°）が、正方形形状の反対側の角において適用される。ＬＮＡ２５は、第１給電線３６及び第３給電線４０に電気的に接続されている。それ故、ベース信号（０°）がまた、第１給電ポート４４及び第３給電ポート４８に対して、正方形形状の反対側の角においてまた、適用される。この方式におけるベース信号及び第１位相シフト信号の適用は円偏波放射ビームを生成する。当業者は、位相シフト回路５１の異なる構成を用いている円偏波放射ビームを生成する代替の実施形態を実現することができる。

好適には、好ましい周波数において高次モードでのみ円偏波放射ビームを生成するように給電ポート４３において放射要素３０が励起可能であるように、複数の給電ポート４３は互いに離間されている。換言すれば、円偏波放射ビームは基本モードにおいては生成されないが、高次モードにおいてのみ生成される。それ故、アンテナの動作モードは高次モードを有する。高次モードは、好適には、横磁界モードである。より好適には、高次モードはＴＭ２２モードである。しかしながら、当業者は、ＴＭ２２モード以外の他の高次モードは受け付けられる結果を得ることが可能であることを理解している。更に、他の実施形態においては、放射ビームはまた、高次モード及び基本モードの両方において生成されることが可能である。

高次モードのみにおける円偏波放射ビームの生成は、互いに対して離間している給電ポート４３の距離にしたがって放電要素３０に対するベース信号及び位相シフト信号の適用のために達成される。第１及び第２実施形態においては、給電ポート４４、４６、４８、５０により規定される正方形形状の各々の辺の寸法は約１６．６ｍｍである。換言すれば、各々の給電ポート４４、４６、４８、５０は、２つの他の給電ポート４４、４６、４８、５０から約１６．６ｍｍだけ離れていて、したがって、対角線上の反対側の給電ポート４４、４６、４８、５０から約２３．５ｍｍだけ離れている。それらの測定は、アンテナ２０の好適な動作周波数に依存し、その動作周波数は、好適な実施形態において、約２．３３８ＧＨｚである。本発明の教示においては、それらの寸法は、代替の動作周波数について当業者が変更することが可能である。

第１及び第２実施形態においては、放射ビームが生成されるとき、放射要素３０に対して垂直な軸においてＬＨＣＰ放射ビームにおいてヌルが確立される。換言すれば、放射ビームのパターンは、図５に示すような舷側方向においてヌルを示す。より重要であることには、ＬＨＣＰ放射ビームの最大ゲインは、放射要素３０に対して垂直の軸に対して約４０乃至５０°のオフセットにおけるものである。それ故、ＬＨＣＰ放射ビームは“チルトされる”（又は“操舵される”）。このチルトの硬化は、小さい仰角における衛星、例えば、ＸＭ無線衛星からＬＨＣＰ ＲＦ信号を受信するように試みるときに非常に有利である。更に、その放射要素３０の寸法は、多くの従来の放射要素３０に比べて、かなり小さい。このことは、自動車２４の窓２２における障害物の大きさを減少させることを希望する自動車製造業者及び供給業者にとって、非常に好ましいことである。更に、放射要素３０においてより小さい導電材料を用いることにより、製造コストを低減することがまた、可能である。

図２を再び参照するに、第１及び第２実施形態においては、最終的な１つの誘電層３４は、第１誘電層６０及び第２誘電層６２として実施される。第１誘電層６０は、グランドプレーン３２と接している。第２誘電層６２は、放射要素３０と接している。好適には、第１及び第２誘電層６０、６２は、互いに、少なくとも一部が接している。第１誘電層６０は、約４．６の誘電率及び約１．５２４ｍｍの幅を有する。第２誘電層６２はまた、約４．５の誘電率を有し、その幅は約５．０ｍｍである。それ故、グランドプレーン３２と放電要素３０との間の距離は約６．５２４ｍｍである。

図７及び８は、給電線３６、３８、４０、４２と放電要素３０との間の直接接続が存在する第２実施形態を示している。この実施形態においては、グランドプレーン３２は、第１誘電層６０と第２誘電層６２との間に挟まれている。給電線ネットワーク５８は、第１誘電層６０においてグランドプレーン３２と反対側に備えられている。複数のピン６４が、放射要素３０に対して給電線を電気的に接続している。通路孔（参照番号付けせず）が、給電線３６、３８、４０、４２とグランドプレーン３２との間の電気接続を回避するように、グランドプレーン３２において規定されている。

第１及び第２実施形態において、給電線ネットワーク５８がまた、給電線３６、３８、４０、４２に適用される信号の位相をシフトするように利用され、それ故、上記の位相シフト回路５１として機能する。この位相シフトは、給電線ネットワーク５８の導電性ストリップ５９の誘導特性及び容量特性のために達成される。導電性ストリップ５９の誘導特性及び容量特性は、各々の導電性ストリップのインピーダンス及び長さにより決定される。各々の導電性ストリップ５９のインピーダンスは、動作周波数、各々の導電性ストリップの幅、第１誘電層６０の誘電率及び導電性ストリップとグランドプレーンとの間の距離により決定される。

上記の実施形態においては、実効波長の約１／６０の導電性ストリップ５９の幅は約７０．７１Ωのインピーダンスを生成し、実効波長の約１／３５の幅は約５０Ωのインピーダンスを生成する。

図６及び８に示す給電線ネットワーク５８は、０°、９０°、０°及び９０°の位相シフトを実施する。図示しているように、導電性ストリップ５９は、種々の幅の間で代替できる分岐経路を構成する。抵抗６８は、等しい量の電力が各々の給電線ポート４４、４６、４８、５０に対して又はそれらから実行されることを確実にするように、分岐経路間で電気邸に接続されている。当業者は、給電ネットワーク５８が他の位相シフトを実行するように又は何れかの位相シフトを実行しない様式でデザインされることが可能であることを理解している。

アンテナ２０はまた、放射ビームの更なる方向付け及び／又はチルトのために少なくとも１つの寄生構造６６を有することが可能である。ここで、本発明の第３実施形態を示す図９を参照するに、寄生構造６６が放射要素３０に隣接して備えられ、放射要素から距離を置いている。換言すれば、寄生構造６６は、放射要素３０と直接、接していない。しかしながら、寄生構造６６が放射要素３０と近接していることは放射ビームに影響を与える。好適には、寄生構造６６は、放射要素３０と実質的に同一平面上にある。寄生構造６６の各々は、導電性材料を有する複数のストリップ６７を有することはまた、好ましいことである。しかしながら、当業者は、好ましい複数のストリップ６７以外の、寄生構造６６を形成するための他の技術について理解している。

上記のように、放射要素は、一般に、矩形形状を、好適には、正方形形状を規定する。放射要素３０は、それ故、４つの辺、即ち、第１辺６８、第２辺７０、第３辺７２及び第４辺７４を規定する。それらの辺６８、７０、７２、７４は、第１辺６８が第３辺７２の反対側に備えられ、第２辺７０が第４辺の反対側に備えられるように、実質的に放射要素３０の周りに位置付けられている。辺６８、７０、７２、７４の番号付けは、放射線要素３０、寄生構造６６及びアンテナ２０の他の構成要素の間の関係によってのみ支援されるように、便宜的になされている。当業者は、放射要素３０の辺の他のラベル付けの様式を理解している。

少なくとも１つの寄生構造６６は、第１寄生構造７６及び第２寄生構造７８として実施されることが可能である。第１寄生構造７６は、放射要素３０の辺６８、７０、７２、７４の一と隣接して備えられていて、第２寄生構造７８は、放射要素３０の辺６８、７０、７２、７４の他と隣接して備えられている。第３実施形態においては、第１寄生構造７６は、第１辺６８と隣接して備えられ、第２寄生構造７８は、第２辺７０と隣接して備えられている。第３実施形態のストリップ６７は、互いに離間して且つ互いに対して実質的に平行に備えられている。ストリップ６７は、好適には、放射要素３０の各々の辺６８、７０、７２、７４の長さに略等しい長さを有する。

第４実施形態においては。図１０及び１１に示すように、第１寄生構造７６は放射要素３０の第２辺７０に隣接して備えられ、第２寄生構造７８は第４辺７４に隣接して備えられている。それ故、寄生構造７６、７８は、放射要素３０の反対側の辺７０、７４において備えられている。第３実施形態と同様に、各々の寄生構造７６、７８は複数のストリップ６７を有する。しかしながら、第４実施形態においては、ストリップ６７の少なくとも２つは、互いに離間し且つ互いに対して平行である平行なストリップ（番号付けせず）として規定され、それらのストリップ６７の少なくとも一は、平行なストリップに対して垂直に且つ平行なストリップと接するように備えられている垂直なストリップとして更に規定されている。更に、自動車２４における第４実施形態の実施においては、寄生構造７６、７８の一は、図１０に示すように、自動車２４の屋根にすぐに隣接していることは好ましいことである。換言すれば、寄生構造７６、７８及び放射要素３０は、屋根が有する軸に対して一般に、垂直である軸を有する。このような構成は、最大放射パターンが屋根の上に生成されるように、結果として得られる放射ビームがチルトされることを可能にする。

図１２を参照するに、第３及び第４実施形態においては、給電線３５は給電線の対、即ち、第１給電線３６及び第２給電線３８である。第１給電線３６は、第１給電ポート４４において放射要素３０に電気的に接続され、第２給電線３８は、第２給電ポート４６において放射要素３０に電気的に接続されている。第１及び第２給電ポート４４、４６は、実行波長の約１／６だけ距離（好ましい周波数が約２．３３８ＧＨｚであるときに１６．６ｍｍ）を置いている。この距離は、好ましい周波数において高次モードにおいてのみ円偏波放射ビームの生成を可能にする。本発明の教示において、代替の動作周波数について、当業者は寸法を変えることが可能である。更に、それらの寸法はまた、基本モード及び高次モードにおいて円偏波放射ビームを生成するために、当業者は寸法を変えることが可能である。

第３及び第４実施形態においては、少なくとも１つの位相シフト回路５１は第１位相シフト回路５２として実施されている。第１位相シフト回路５２は、第１位相シフト信号を生成するように約９０°だけベース信号をシフトさせる。第１位相シフト回路５２は、第２給電線３８に電気的に接続され、第２給電ポート４６に第１位相シフト信号を給電する。図１４に示すように、第３及び第４実施形態のアンテナ２０は、第１位相シフト回路５２を実施するように、第１及び第２誘電層６０、６２間に挟まれている給電ネットワーク５８を有する。図１３を参照するに、第２給電線３８の長さ、幅及び間隔は９０°の位相シフトを与える。給電線ネットワーク６８はまた、低ノイズ増幅器２５及び／又は受信器２６に電気的に接続されることが可能である入力ポート６４を有する。

図１４を参照するに、アンテナ２０は、第２誘電層８０とガラスの窓枠２８との間に挟まれている第３誘電層８０を伴って実施されることが可能である。第３誘電層８０は、好適には、当業者が知っている固くないゲル又は他の固くない物質を有する。ガラスの窓枠２８は、典型的には、その窓枠に対して僅かな曲率を有するため、第３誘電層８０は、ガラスの窓枠２８と第２誘電層６２との間のエアギャップを排除することができる。

当業者は、上記図の多くがスケーリングして描かれていないことを理解することができる。このことは、図３、７、１１及び１４におけるアンテナの種々の実施形態の断面表現において特に、明らかである。特に、それらの図においては、導電性構成要素、例えば、放射要素３０、グランドプレーン３２、給電線ネットワーク５８及び寄生構造７６、７８等の幅は、断面図から理解できるように誇張されている。当業者はまた、それらの導電性構成要素の幅は１ｍｍよりかなり小さく、それ故、実際のアンテナの断面図から理解することは困難であることを理解することができる。

本発明について、ここでは、例示として説明していて、用いている用語は、限定的なものではなく、表現の単語の本来の性質をもっていることが意図されていることを理解する必要がある。本発明の修正及び変形が、上記の教示に照らして可能であることは明らかである。本発明は、同時提出の特許請求の範囲における範囲内で具体的に表現されているように実行されることが可能である。

自動車のガラスの窓枠により支持されているパッチアンテナを有する自動車の斜視図である。 ガラスの窓枠により支持されていず、放射要素、第１誘電層、第２誘電層及びグランドプレーンを示すアンテナの第１実施形態の斜視図である。 ガラスの窓枠に備えられている放射要素及び放射要素への給電線ネットワークの電気的結合を有する、図２における線３−３に沿って取られたアンテナの第１実施形態の断面図である。 放射要素、受信器、低ノイズ増幅器、第１位相シフト回路及び４つの給電線を示すアンテナの第１実施形態の模式的な電気ブロック図である。 アンテナの第１実施形態の動作からもたらされる左旋円偏波放射ビームのパターンを示す図である。 図３の線６−６に沿って取られ、第２誘電層において備えられている給電線ネットワークを示すアンテナの第１実施形態の断面図である。 誘電層間に備えられているグランドプレーンと、放射要素への給電線ネットワークの直接の電気接続とを有するアンテナの第２実施形態の断面図である。 図７の線８−８に沿って取られ、第２誘電層において備えられている給電線ネットワークを示すアンテナの第２実施形態の下面図である。 放射要素、第１誘電層及び寄生要素の第１構成を示すアンテナの第３実施形態の上面図である。 放射要素、第１誘電層及び寄生要素の第２構成を示すアンテナの第３実施形態の上面図である。 図１０の線１１−１１に沿って取られたアンテナの第４実施形態の断面図である。 放射要素、受信器、第１位相シフト回路及び２つの給電線を示すアンテナの第３及び第４実施形態の模式的な電気ブロック図である。 図１１の線１３−１３に沿って取られ、給電線ネットワークを示すアンテナの第３及び４実施形態の第２誘電層の上面図である。 ガラスの窓枠と第１誘電層との間に備えられている第３誘電層を有するアンテナの第４実施形態の断面図である。

符号の説明

２０ アンテナ
２２ 窓
２４ 自動車
２６ 非導電性窓枠
２８ ガラスの窓枠
３０ 誘電層
３２ 放射面
３４ 露出面
３８ 給電要素
４０ 給電ストリップ
４２ 給電ワイヤ
４４ 給電ポート
４６ 給電ポート
４８ 給電ポート
５０ 給電ポート
５１ 位相シフト回路
５２ 第１位相シフト回路
５８ 給電線ネットワーク
５９ 導電性ストリップ
６０ 第１誘電層
６２ 第２誘電層
６４ 入力ポート
７６ 寄生構造
７８ 寄生構造
８０ 誘電層

Claims (32)

1. 導電性材料を有する放射要素；
   複数の給電ポートにおいて前記放電要素に電気的に接続されている複数の給電線；及び
   位相シフト信号を得るようにベース信号を位相シフトするように、前記複数の給電線の少なくとも一に電気的に接続されている少なくとも１つの位相シフト回路；
   を有するパッチアンテナであって、
   所望の周波数で高次モードのみにおいて円偏波放射ビームを生成するように、前記放射要素が前記給電ポートにおいて励起可能であるように、前記複数の給電ポートは互いに離間している；
   パッチアンテナ。
2. 請求項１に記載のパッチアンテナであって、前記放射要素に隣接して備えられている及び前記放射要素から間隔を置いている少なくとも１つの寄生構造を更に有する、パッチアンテナ。
3. 請求項２に記載のパッチアンテナであって、前記寄生構造は、前記放射要素と実質的に同一平面上に備えられている、パッチアンテナ。
4. 請求項２に記載のパッチアンテナであって、第１辺が第３辺の反対側に備えられ、そして第２辺が第４辺の反対側に備えられるように、前記放射要素は、一般に、連続して位置付けられている前記第１辺、第２辺、第３辺及び第４辺を有する矩形形状を規定している、パッチアンテナ。
5. 請求項４に記載のパッチアンテナであって、前記少なくとも１つの寄生構造は、前記辺の一に隣接して備えられている第１寄生構造と、前記辺の他に隣接して備えられている第２寄生構造とを有する前記第１寄生構造及び前記第２寄生構造として更に規定される、パッチアンテナ。
6. 請求項５に記載のパッチアンテナであって、前記第１寄生構造は前記第１辺に隣接して備えられ、前記第２寄生構造は前記第２辺に隣接して備えられている、パッチアンテナ。
7. 請求項５に記載のパッチアンテナであって、前記第１寄生構造は前記第１辺に隣接して備えられ、前記第２寄生構造は前記第３辺に隣接して備えられている、パッチアンテナ。
8. 請求項２に記載のパッチアンテナであって、前記少なくとも１つの寄生構造の各々は、導電性材料を有する複数のストリップを有する、パッチアンテナ。
9. 請求項８に記載のパッチアンテナであって、前記ストリップは、互いに離間していて且つ互いに対して実質的に平行である、パッチアンテナ。
10. 請求項８に記載のパッチアンテナであって、前記ストリップの少なくとも２つは、互いに離間していて且つ互いに対して実質的に平行であり、前記ストリップの少なくとも一は、前記平行なストリップに対して垂直に備えられていて、前記平行なストリップと接するように更に規定されている、パッチアンテナ。
11. 請求項２に記載のパッチアンテナであって、前記給電線は、第１給電ポートにおいて前記放電要素に電気的に接続されている第１給電線、及び第２給電ポートにおいて前記放射要素に電気的に接続されている第２給電線として更に規定されている、パッチアンテナ。
12. 請求項１１に記載のパッチアンテナであって、前記第１及び第２給電ポートは、前記アンテナの実行波長の約１／６だけ離れている、パッチアンテナ。
13. 請求項１１に記載のパッチアンテナであって、前記少なくとも１つの位相シフト回路は、第１位相シフト信号を生成するように、約９０°だけ前記ベース信号をシフトさせるように前記第１位相シフト回路として更に規定されている、パッチアンテナ。
14. 請求項１３に記載のパッチアンテナであって、前記第１位相シフト回路は、前記第２給電ポートに前記第１位相シフト信号を給電するように、前記第２給電線に電気的に接続されている、パッチアンテナ。
15. 請求項１に記載のパッチアンテナであって、前記給電線は、第１給電ポートにおいて前記放射要素に電気的に接続されている第１給電線、第２給電ポートにおいて前記放射要素に電気的に接続されている第２給電線、第３給電ポートにおいて前記放射要素に電気的に接続されている第３給電線、及び第４給電ポートにおいて前記放射要素に電気的に接続されている第４給電線として更に規定されている、パッチアンテナ。
16. 請求項１５に記載のパッチアンテナであって、前記給電ポートの各々は正方形形状の角を規定し、前記正方形形状の各々の辺の寸法は前記アンテナの実効波長の約１／６である、パッチアンテナ。
17. 請求項１６に記載のパッチアンテナであって、前記少なくとも１つの位相シフト回路は、第１位相シフト信号を生成するように、約９０°だけ前記ベース信号をシフトさせるように第１位相シフト回路として規定されている、パッチアンテナ。
18. 請求項１７に記載のパッチアンテナであって、前記第２及び第４給電ポートは互いに対角線上の反対側にあり、前記第１位相シフト回路は、前記第２及び第４給電ポートに前記第１位相シフト信号を給電する前記第２及び第４給電線に電気的に接続されている、パッチアンテナ。
19. 請求項１６に記載のパッチアンテナであって、前記少なくとも１つの位相シフト回路は、約９０°だけ前記ベース信号をシフトするための第１位相シフト回路、約１８０°だけ前記ベース信号をシフトするための第２位相シフト回路、そして約２７０°だけ前記ベース信号をシフトするための第３位相シフト回路として更に規定されている、パッチアンテナ。
20. 請求項１９に記載のパッチアンテナであって、前記給電ポートは正方形形状の周りに連続的に配置され、前記第１位相シフト回路は、前記第２給電ポートに前記第１位相シフト信号を給電するように前記第２給電線に電気的に接続されていて、前記第２位相シフト回路は、前記第３給電ポートに前記第２位相シフト信号を給電するように前記第３給電線に電気的に接続されていて、そして前記第３位相シフト回路は、前記第４給電ポートに前記第３位相シフト信号を給電するように前記第４給電線に電気的に接続されている、パッチアンテナ。
21. 導電性材料を有する放射要素；
    複数の給電ポートにおいて前記放電要素に電気的に接続されている複数の給電線；及び
    位相シフト信号を得るようにベース信号を位相シフトするように、前記複数の給電線の少なくとも一に電気的に接続されている少なくとも１つの位相シフト回路；
    を有するパッチアンテナであって、
    所望の周波数において高次モードで円偏波放射ビームを生成するように、前記放射要素は前記複数の給電ポートにおいて励起可能であり；
    少なくとも１つの寄生構造は前記放射要素に隣接して備えられ、前記放射要素から距離を置いている；
    パッチアンテナ。
22. 請求項２１に記載のパッチアンテナであって、第１辺が第３辺の反対側に備えられ、そして第２辺が第４辺の反対側に備えられるように、前記放射要素は、一般に、連続して位置付けられている前記第１辺、第２辺、第３辺及び第４辺を有する矩形形状を規定している、パッチアンテナ。
23. 請求項２２に記載のパッチアンテナであって、前記少なくとも１つの寄生構造は、前記辺の一に隣接して備えられている前記第１寄生構造及び前記辺の他に隣接して備えられている前記第２寄生構造を有する第１寄生構造及び第２寄生構造として更に規定される、パッチアンテナ。
24. 請求項２３に記載のパッチアンテナであって、前記第１寄生構造は前記第１辺に隣接して備えられ、前記第２寄生構造は前記第２辺に隣接して備えられている、パッチアンテナ。
25. 請求項２３に記載のパッチアンテナであって、前記第１寄生構造は前記第１辺に隣接して備えられ、前記第２寄生構造は前記第３辺に隣接して備えられている、パッチアンテナ。
26. 請求項２２に記載のパッチアンテナであって、前記少なくとも１つの１寄生構造の各々は、導電性材料を有する複数のストリップを有する、パッチアンテナ。
27. 請求項２６に記載のパッチアンテナであって、前記ストリップは、互いに離間し且つ互いに対して実質的に平行に備えられている、パッチアンテナ。
28. 請求項２６に記載のパッチアンテナであって、前記ストリップの少なくとも２つは、互いに離間し且つ互いに対して実質的に平行に備えられている平行ストリップとして更に規定され、前記ストリップの少なくとも１つは、前記平行ストリップに対して垂直であり且つ前記平行ストリップと接して備えられている垂直ストリップとして更に規定されている、パッチアンテナ。
29. 一体型パッチアンテナを有する窓であって：
    ガラスの窓枠；
    該ガラスの窓枠により支持され、導電性材料を有する放射要素；
    複数の給電ポートにおいて前記放射要素に電気的に接続されている複数の給電線；及び
    位相シフト信号を得るように、ベース信号を位相シフトさせるように前記複数の給電線の少なくとも一に電気的に接続されている少なくとも１つの位相シフト回路；
    を有する窓であり、
    所望の周波数において高次モードのみで円偏波放射ビームを生成するように、前記放射要素は前記給電ポートにおいて励起可能であるように、前記複数の給電ポートは互いに離間している；
    窓。
30. 請求項２９に記載の窓であって、前記放射要素に隣接して且つ前記放射要素から距離を置いて備えられている少なくとも１つの寄生構造を更に有する、窓。
31. 請求項２９に記載の窓であって、前記ガラスの窓枠は自動車用ガラスとして更に規定されている、窓。
32. 請求項３１に記載の窓であって、前記ガラスの窓枠はソーダライムシリカガラスとして更に規定されている、窓。

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