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発明の名称 放射ダイバーシチを用いて信号を受信及び/又は発信する装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−134011(P2003−134011A)
公開日 平成15年5月9日(2003.5.9)
出願番号 特願2002−232350(P2002−232350)
出願日 平成14年8月9日(2002.8.9)
代理人 【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦 (外2名)
【テーマコード(参考)】
5J021
5J045
5K059
【Fターム(参考)】
5J021 AA02 AA06 AB05 CA03 DB05 FA02 FA31 FA32 GA02 HA06 HA10 JA06 
5J045 AA11 AA21 CA04 DA06 EA07 HA03 JA11 JA15 NA01
5K059 AA08 AA12 BB08 CC02 CC03
発明者 フランソワーズ ル・ボルゼ / アリ ルジール / フランク テュドール / フィリップ ミナル
要約 課題
空間ダイバーシチを用いた従来の解決策に代替する解決策を提供すること。

解決手段
本発明は、信号を受信及び/又は発信する装置であり、スロット・アンテナ・タイプであって、電磁波を受信及び/又は発信する少なくとも2つの手段(10、11)と、上記受信及び/又は発信手段を上記信号を利用する手段へ接続する手段と、を有する装置であって、上記電磁波を受信及び/又は発信する手段は点対称であり、上記接続手段は、上記スロット・アンテナのスロットに電磁気的に結合された供給ライン(12、13)から構成され、該供給ラインは、一端が上記対称点を通る平面にある共通供給ライン(14)に接続され、他端が電子部品に接続され、該電子部品は、上記ラインの一の端において短絡又は開回路を実現し、残りのラインの端で開回路又は短絡を実現する、ことを特徴とする装置に関する。本発明は、ワイヤレス・ネットワークに適用可能である。
特許請求の範囲
【請求項1】 信号を受信及び/又は発信する装置であり、スロット・アンテナ・タイプであって、電磁波を受信及び/又は発信する少なくとも2つの手段(10、11;20、21;30、31;40、41;50、51;60、61)と、前記受信及び/又は発信手段を前記信号を利用する手段へ接続する手段と、を有する装置であって、前記電磁波を受信及び/又は発信する手段は点対称であり、前記接続手段は、前記スロット・アンテナのスロットに電磁気的に結合された供給ライン(12、13;22、23;32、33;42、43;52、53;62、63)から構成され、前記供給ラインは、一端が前記対称点を通る平面にある共通供給ライン(14、24、34、44、54、64)に接続され、他端が電子部品に接続され、前記電子部品は、前記ラインの一の端において短絡又は開回路を実現し、残りのラインの端で開回路又は短絡を実現する、ことを特徴とする装置。
【請求項2】 請求項1記載の装置であって、スロット・アンテナ・タイプの前記電磁波を受信及び/又は発信する手段は、プリント技術又は同一平面技術によって製造された共鳴スロットから構成されることを特徴とする装置。
【請求項3】 請求項1又は2記載の装置であって、前記スロットは、環状、正方形、又は長方形の形状を有するか、或いは、ダイポール(60、61)によって形成される、ことを特徴とする装置。
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか一項記載の装置であって、前記スロットは、円偏波の放射を可能にする手段(30’、31’;40、41)に取り付けられることを特徴とする装置。
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか一項記載の装置であって、前記完全な電子部品と前記供給ラインに電磁気的に結合されたスロットとの間の該供給ラインの長さは、kλ/4における作動周波数の中央値に等しく、λ=λ/√εreffであり、λは真空での波長であり、εreffは該ラインの有効誘電率であり、kは奇数の整数である、ことを特徴とする装置。
【請求項6】 請求項5記載の装置であって、前記供給ラインは、マイクロストリップ技術又は同一平面技術を用いて作られることを特徴とする装置。
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか一項記載の装置であって、前記電子部品は、ダイオード、電子スイッチ、トランジスタ、又は、ミクロ電気機械システムから構成されることを特徴とする装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放射ダイバーシチを用いて電磁信号を受信及び/又は発信する装置に関する。この装置は、ワイヤレス伝送の分野、特に、家庭内環境、体育館、テレビ・スタジオ、劇場などの閉鎖的又は半閉鎖的な環境における伝送の文脈内で、用いることが可能である。
【0002】
【従来の技術】既知の高速ワイヤレス伝送システムにおいて、発信器によって送信された信号は、複数のパスに沿って受信器に到達する。それらが受信器において合成されると、異なる長さのパスを通ってきた異なるレイ(ray)間に位相差が、重大な信号フェージング又はデトリオレイション(detorioration)を生じさせ得る干渉パターンへと高くなる。
【0003】さらに、フェージングの場所は、新しい目標物の存在や人々の移動などの環境の変化によって、刻々と変化する。複数パスによるフェージングは、受信信号の品質とシステム性能の両方に深刻なデトリオレイションをもたらし得る。これらフェージング現象と闘うために、最も多く用いられる技術が空間ダイバーシチを実施する技術である。
【0004】図1に示すように、この技術は、特に、供給ライン4、5によってスイッチ3へ接続されたスロット・タイプの2つのアンテナ1、2などの幅広い空間レンジを有する1組のアンテナを用いることを含む。環状スロットから成るこれら2つのアンテナ1、2は、λ/2以上離されなければならない。ここで、λは、該アンテナの作動周波数に対応する真空での波長である。さらに、供給ライン4、5は、それらがスロット・アンテナのスロットをその端から長さkλ/4のところで切ると共に、それらがk’λ/2に等しい長さのラインによってスイッチ3に接続されるように、寸法が定められる。ここで、λは、作動周波数の中央値において該ラインによって導かれる波長であり、λ=λ/√εrefとなる。ここで、λは真空での波長であり、εreffは該ラインの有効誘電率であり、k及びk’は整数であり、kは奇数である。
【0005】スロット・タイプのアンテナは、パッチ・タイプのアンテナによって置き換えられてもよい。この種の装置を用いると、2つのアンテナが同時にフェージングする確率が非常に小さいことを実証することができる。この実証は、特に、Dr.Kamilo Feherによる「Wireless digital communications」の第7章「Diversity techniques for mobile wireless radio system」の記載からもたらされる。各アンテナの受信レベルが完全に独立していると仮定した純粋な確率計算によっても、実証は可能である。スイッチ3により、制御回路(図示せず)を用いて受信信号を検査することによって、最も高いレベルを有するアンテナに接続されたブランチを選択することができる。事実、2つのアンテナ1、2が十分に離れているために、2つの非相関チャネル応答が得られる。したがって、これら2つのアンテナのうちより良い方に切り替えることができ、よってフェージングの確率を大幅に減らすことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述の解決策のような空間ダイバーシチを用いた従来の解決策に代替する解決策を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】よって、本発明の主題は、信号を受信及び/又は発信する装置であり、スロット・アンテナ・タイプであって、電磁波を受信及び/又は発信する少なくとも2つの手段(10、11)と、上記受信及び/又は発信手段を上記信号を利用する手段へ接続する手段と、を有する装置であって、上記電磁波を受信及び/又は発信する手段は点対称であり、上記接続手段は、上記スロット・アンテナのスロットに電磁気的に結合された供給ライン(12、13)から構成され、該供給ラインは、一端が上記対称点を通る平面にある共通供給ライン(14)に接続され、他端が電子部品に接続され、該電子部品は、上記ラインの一の端において短絡又は開回路を実現し、残りのラインの端で開回路又は短絡を実現する、ことを特徴とする装置である。
【0008】この解決策は、放射ダイバーシチの原理に従って作動する新しいアンテナ・トポロジィを提供する。これは、互いに接近して配置された全方向性放射素子を切り替えることに基づく。
【0009】一実施形態によれば、スロット・アンテナ・タイプの上記電磁波を受信及び/又は発信する手段は、プリント技術又は同一平面技術によって製造された共鳴スロットから構成される。このスロットは、環状、正方形、又は長方形の形状を有するか、或いは、ダイポールによって形成される。変形例によれば、このスロットは、円偏波の放射を可能にする手段に取り付けられる。
【0010】さらに、本発明によれば、切り替えを提供する電子部品が完全であれば、すなわち、それが完全な短絡及び開回路を有するのであれば、該電子部品と上記供給ラインに電磁気的に結合されたスロットとの間の該供給ラインの長さは、kλ/4における作動周波数の中央値に等しい。ここで、λ=λ/√εreffであり、λは真空での波長であり、εreffは該ラインの有効誘電率であり、kは奇数の整数である。上記電子部品が不完全であれば、上記ライン長は、寄生素子を考慮するように合わせられなければならない。
【0011】本発明の好ましい実施形態によれば、上記電子部品は、ダイオード、電子スイッチ、トランジスタ、又は、「Micro−ElectroMechanical System」又はMEMとして知られているミクロ電気機械システムなどのあらゆるスイッチング回路から構成される。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して説明される様々な実施形態を読むことによって明らかとなる。
【0013】最初に、本発明に係る放射ダイバーシチを用いて電磁信号を受信及び/又は発信する第一の実施形態について説明する。
【0014】図2に示すように、プリント技術によって製造されたこの信号を受信及び/又は発信する装置は、環状のスロット10及び11から形成されたスロット・アンテナ・タイプの2つの素子から成る。これら2つのスロットは、平面Pについて左右対称であり、図示する実施形態においては点Pでのコタンジェントである。
【0015】本発明によれば、放射ダイバーシチを実現するために、2つの環状スロットは、図示する実施形態のように重なるように配置されるか、或いは、離れてはいるが互いに非常に接近して配置される。スロット・アンテナ・タイプのこれら2つのアンテナの間の全長は、2×λ/πである。ここで、λは、作動周波数において、該スロットをガイドされる波長である。
【0016】図2に示すように、環状スロット・タイプの2つのアンテナ10及び11には、マイクロストリップ技術によって製造された供給ラインから電源が供給される。従来、それらは、kλ/4に等しい寸法の2つのマイクロストリップ12、13によって電源が供給されている。ここで、λ=λ/√εreffであり、λは作動周波数の中央値における真空での波長であり、εreffは該ラインの有効誘電率であり、kは奇数の整数である。この2つのマイクロストリップは、2つのスロット10、12の接触面Pのいずれかの側に配置され、スロット内部へ向かって延びる。それらは、共通ライン14から電源を供給される。共通ライン14の寸法は、構造に合うように決められる。供給ライン14は、平面Pの中央に置かれ、ライン12、13に垂直に配置される。供給ライン14は、その他端が素子17によってシンボル化された信号を供給し活用する手段へ接続される。該手段は、既知の方法で、発信及び受信手段から構成される。
【0017】本発明によれば、図2に示すように、マイクロストリップ・ライン/スロット・カップリングは、2つの供給ライン12、13の端に特定の方法で接続されるダイオード15、16によって制御される。したがって、ダイオード15は、供給ライン13の端とアースとの間に逆バイアスで接続され、ダイオード16は、供給ラインの端とアースとの間に順方向バイアスで接続される。この特定種類のダイオード接続は、2つのダイオード15、16が同一であり、且つ0より大きいバイアス電圧V1を有するものと仮定すると、供給ライン14によって提供されるバイアス電圧に応じて、該装置について3つの作動状態を得ることが可能である。
【0018】状態1:バイアス電圧vがv>V1となるように選ばれると、この場合、ダイオード15がオン、ダイオード16がオフ、となる。この結果、環状スロット11は好ましく励磁され、環状スロット10はリフレクタとしてより多く機能する。
【0019】この場合、図3aに示すような放射パターンが得られる。これは、環状スロット11から離れるように傾いている。
【0020】状態2:バイアス電圧vがv<V1となる。この場合、ダイオード15がオフ、ダイオード16がオンとなる。状態1と対称な状況が得られる。結果として、環状スロット10が励磁され、環状スロット11がリフレクタとして機能する。よって、図3bに示すような、スロット10から離れるように傾いた放射パターンが得られる。
【0021】状態3:バイアス電圧は0となる。この場合、2つのダイオード15及び15がオフであり、2つの環状スロット10、11は、平行な反対向きの電界によって、同時に励磁される。結果として得られる放射パターンを図3cに示す。
【0022】図3a及び3bの放射パターンは、図3に示すモックアップを用いて得られる。このモックアップは、図2に示すタイプの発信及び/又は受信装置を示す。これは、Pにおいてコタンジェントである2つの環状スロット10、11を有する。この環状スロットは、半径R=6.5mm、幅Ws=0.4mmを有する。それらは、長さLm=5.75mm、幅0.3mmを有する2つの同一な供給ライン12、13によって電源が供給される。これらは、点Pにおいて、供給ライン14に接続される。供給ライン14は、長さLm’=3.6mm、幅Wm’=0.3mmと、これに続く幅Wm’=0.25mmを有するマッチング長さLm’’=7.5mmを有する。ダイオード15、16は、半径r=0.4mmの2つのメッキスルーホールによってアースに接続され、h=3mm、D=1.5mmの寸法の金属長方形ベース上に該ラインの近くに置かれる。このモックアップについて実行されるテストは、上述のような放射ダイバーシチを出現させる。
【0023】したがって、図2に示す装置を用いると、3つの実質的に異なる放射パターン間で切り替えることができる。よって、オーダ3の放射ダイバーシチを有するアンテナが得られ、ワイヤレス接続の品質が大幅に向上する。
【0024】この解決策は、2つのダイオード又は上記パターンを制御するMEMなどの類似した切替素子を用いることを必要とするだけで、全体のサイズが小さいアンテナを提供する。
【0025】次いで、プリント技術を用いて作られた本発明に係る装置の様々な実施形態を図4乃至6を参照して説明する。したがって、図4に示すように、スロット・アンテナ・タイプの発信/受信手段は、点Pについて点対称な2つの正方形スロット20、21から構成される。
【0026】本発明によれば、これら2つのアンテナ20、21は、点Pを始点とし、アンテナ内部へと延びる2つの供給ライン22、23によって電源が供給される。このアンテナは、正方形のスロットから成り、既知の方法で、長さkλ/4を有する。ここで、λ=λ/√εreffであり、λは作動周波数の中央値における真空での波長であり、εreffは該ラインの有効誘電率であり、kは奇数の整数である。
【0027】図2の実施形態と同じようにマウントされたダイオード25、26が、それぞれ供給ライン23、22の端に設けられる。すなわち、ダイオード25は、ライン23の端とアースとの間に逆バイアスで接続され、ダイオード26は、ライン22の端とアースとの間に順方向バイアスで接続される。この2つの供給ライン22、23は、点Pで共通供給ライン24に接続される。これら2つの供給ライン22、23に垂直な供給ライン24は、対称面P’にあり、発信/受信回路(図示せず)に合った寸法を有する。
【0028】次いで、本発明に係る発信/受信装置の他の2つの実施形態を図5及び6を参照して説明する。
【0029】この場合、スロット・アンテナ・タイプのアンテナは、円偏波が放射されることを可能にする。図5の実施形態において、アンテナは、接触点を通る面について対称な環状スロット30、31から構成される。既知の方法で、円偏波を生成するために、スロット30、31は、対角線上に向かい合ったノッチ30’、31’に取り付けられる。
【0030】本発明によれば、アンテナ30、31は、図2の供給ライン12、13、14と同じ特性を有する供給ライン32、33、34によって電源が供給される。さらに、供給ライン32,33は、図2の実施形態におけるダイオード15、16と同じように、供給ラインの端とアースとの間にマウントされたダイオード36、35に接続される。その結果、図5の装置のオペレーションは、図2の装置のオペレーションと同一であり、ダイオードに掛けられるバイアス電圧によって3つの状態が得られる。
【0031】図6は、円偏波を可能にする別の実施形態を示す。この場合、アンテナは、2つの長方形スロット40、41から構成される。これら2つの長方形スロット40、41は、それらの頂点のうちの1つSについて点対称である。本発明によれば、アンテナ40、41は、図4の実施形態と同じように、マイクロストリップ供給ライン42、43、44によって電源が供給される。ダイオード46、45は、図4の実施形態と同じように、それぞれ供給ライン42、43の端に接続される。
【0032】図7は、同一平面技術によって製造された本発明に係る発信/受信装置を示す。この場合、アンテナは、同一平面技術によって製造された2つのアンテナ50、51から構成される。したがって、金属層Aが基板上に堆積する。この層には、2つの環状スロット50、51が点Bでコタンジェントとなるように堆積する。この場合、供給ラインは、それぞれが長さkλ/4を有するライン素子52とライン素子53と有する同一平面ラインから構成される。ここで、λ及びkは切替部品が完全な場合について既に述べたものと同じ値である。
【0033】本発明によれば、これら2つのライン素子52、53の端は、特別に接続されたダイオード56、55を通じて、金属層Aによって形成されたアースへ接続される。
【0034】これら2つの同一平面ライン素子52、53は、点Bを通る平面に垂直な供給ライン54に接続される。このライン自体も同一平面技術によって製造されている。
【0035】次いで、本発明の更に別の実施形態を図8を参照して説明する。この場合、2つのアンテナは、面P1について対称なダイポールから構成される。この場合、2つのアンテナは、T字形のダイポール60,61から構成される。Tのブランチは、λ/2に近い長さを有する。ここで、λは真空での波長である。Tの各ブランチには、その中央にスロット60’、61’が備えられる。各ダイポールは、プリント技術によって製造された供給ライン62、63による電磁結合を用いて供給される。供給ライン62、63は、いずれも対称面P1にある共通供給ライン64に接続される。供給ライン62、63は、スロット60’、61’への長さλ/2を有し、その後、スロットを越えて、λ/4に等しい供給ラインの長さ延びる。ここで、λは、マイクロストリップ・ラインにおいてガイドされる波長であり、これは、切替部品が完全な場合である。
【0036】本発明によれば、他の実施形態と同じように接続されたダイオード65、66が、2つの供給ライン62、63の端に設けられる。したがって、ダイオード65は、供給ライン62の端とアースとの間に逆バイアスで接続され、ダイオード66は、供給ライン63の端とアースとの間に順方向バイアスで接続される。
【0037】図面に示すように、供給ライン62及び63は、スロット60’、61’の内部端の底から距離λ/4のところで、該スロットと電磁気的に結合される。さらに、図示する実施形態において、供給ライン62、63は、ダイポールの端から距離λ/10のところにある。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、空間ダイバーシチを用いた従来の解決策に代替する解決策を提供することができる。




 

 


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