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開口面共用アレーアンテナ及び適応指向性受信装置 新技術説明会

国内特許コード P130008722
整理番号 S2011-1204-N0
掲載日 2013年3月22日
出願番号 特願2011-189359
公開番号 特開2013-051603
登録番号 特許第5794688号
出願日 平成23年8月31日(2011.8.31)
公開日 平成25年3月14日(2013.3.14)
登録日 平成27年8月21日(2015.8.21)
発明者
  • 桑原 義彦
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 開口面共用アレーアンテナ及び適応指向性受信装置 新技術説明会
発明の概要 【課題】小型且つ簡単な構造で、マルチバンドに適用可能なアレーアンテナ、適応指向性受信装置を提供する。
【解決手段】第1及び第2の端部ストライプGpp1,Gpp2両側の端部を接続した第1番~第m番目の主グリッド線Gh1,Gh2,Gh3,…,Ghmと、主グリッド線に直交する補助グリッド線Gv41,Gv42,Gv43,Gv44とを有した共有アンテナ開口面を備える。第m番目の主グリッド線Ghmと第1の補助グリッド線Gv41との交点を給電点P1、第m番目の主グリッド線Ghmと第3の補助グリッド線Gv43との交点を給電点P2、第1番目の主グリッド線と第4の補助グリッド線Gv44との交点を給電点P3、第1番目の主グリッド線と第2の補助グリッド線Gv42との交点を給電点P4と選定し、給電点P1,P2,P3,P4により、アンテナアレーを配列している。
【選択図】図14
従来技術、競合技術の概要


陸上移動通信では、受信信号はフェージングやマルチパスにより通信品質が劣化する。アダプティブ・アレーアンテナはその問題を解決する有効な手段である。一般のアダプティブ・アレーアンテナでは、複数のアンテナとアンテナ毎に設けられた受信機によって構成され、ベースバンドで適応指向性を形成するので、多数の受信機が必要となり、経済面と消費電力で不利である。このため、受信機が1台のみで構成されるアダプティブ・アレーアンテナとして電子走査導波器(ESPARアンテナ)が提案されている(特許文献1参照。)



地上統合ディジタル放送サービス(ISDB-T)方式から派生した携帯端末向け放送方式であるモバイルマルチメディア放送(ISDB-Tmm)は、VHF帯の14.5MHz幅(207.5M~222MHz)で、ISDB-Tと同じ429kHz幅のセグメントを使って放送サービスを実現する。ISDB-Tmmの放送波は、直交周波数分割多重(OFDM)変調を用いており、移動体で品質よく受信するためには、ダイバーシチアンテナやアダプティブ・アレーアンテナが有効である。



又、ISDB-Tをベースとしたデジタルラジオの規格であるISDB-TSB(Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial
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。



しかしながら、VHF帯のダイバーシチアンテナやアダプティブ・アレーアンテナでは、それぞれのアンテナ素子の物理長が大きいので、複数のアンテナ素子を自動車や情報端末へ実装することは困難である。例えば、FM帯で半径0.2λの円形アレーのESPARアンテナを構成する場合、アレー半径は0.72m、モノポールの長さは0.9mで、体積は1.5mとなるので、自動車や情報端末にVHF帯のアダプティブ・アレーアンテナを実装することは、アンテナ素子の物理長に鑑み、困難である。又、ESPARアンテナには、適応指向性形成にブラインドアルゴリズムを使用しており、演算量が多く移動通信環境での使用に適さない、など移動体通信に適用するには困難であるという課題もある。



このような事情に鑑み、本発明者らのグループは、既に、車両(自動車)のリアデフォッガをアンテナ開口とし、これに複数のポートを設けることによって、アレーアンテナとして動作させ、ESPARアンテナのコンセプトを適用することによって1チャネル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ンテナが広帯域性を持つことを計算機シミュレーションによって提案している(非特許文献1参照。)。

産業上の利用分野


本発明は、新規なアレーアンテナの構造の提案に係り、特にVHF帯以上の高周波帯での移動通信において高い信号対干渉除去比(SIR)が得られるアダプティブ・アレーアンテナ等に使用可能な新規なアレーアンテナの構造、この新規なアレーアンテナを用いた適応指向性受信装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
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。

【請求項2】
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。

【請求項3】
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。

【請求項4】
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。

【請求項5】
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。

【請求項6】
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。

【請求項7】
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。

【請求項8】
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。

【請求項9】
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。

【請求項10】
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。

【請求項11】
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。

【請求項12】
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。

【請求項13】
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。

【請求項14】
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。

【請求項15】
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。
産業区分
  • 伝送回路空中線
  • 伝送方式
  • ラジオ放送
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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