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特開2022-33013同調アンテナを有するｅＬＯＲＡＮ受信機、および関連方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022033013
(43)【公開日】2022-02-25
(54)【発明の名称】同調アンテナを有するｅＬＯＲＡＮ受信機、および関連方法
(51)【国際特許分類】
H01Q 7/08 20060101AFI20220217BHJP
H01Q 7/00 20060101ALI20220217BHJP
H01Q 21/24 20060101ALI20220217BHJP
H01Q 1/24 20060101ALI20220217BHJP
G01C 21/20 20060101ALI20220217BHJP
【ＦＩ】
H01Q7/08
H01Q7/00 100
H01Q21/24
H01Q1/24 C
G01C21/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021130568
(22)【出願日】2021-08-10
(31)【優先権主張番号】16/990,151
(32)【優先日】2020-08-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】520120075
【氏名又は名称】イーグル・テクノロジー，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100173565
【弁理士】
【氏名又は名称】末松 亮太
(72)【発明者】
【氏名】フランシス・イー・パルシェ
【テーマコード（参考）】
2F129
5J021
5J047
【Ｆターム（参考）】
2F129AA03
2F129AA11
2F129AA14
2F129BB03
2F129BB09
2F129HH31
5J021AA02
5J021AA10
5J021AB04
5J021CA05
5J021CA06
5J021GA07
5J021HA08
5J021HA09
5J021HA10
5J047AB01
5J047AB11
5J047AB13
5J047FC00
(57)【要約】 （修正有）
【課題】増強長距離ナビゲーション（ｅＬＯＲＡＮ）受信機及びを提供する。
【解決手段】ｅＬＯＲＡＮ受信機は、アンテナ１１６と、アンテナ１１６に結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路と、を含む。アンテナ１１６は、強磁性コア１２０及び強磁性コア１２０に結合された磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｄを含む。ｅＬＯＲＡＮ受信機は、強磁性コア１２０を取り囲む同調巻線１２３ａ，１２３ｂ及び同調巻線１２３ａ，１２３ｂに結合された同調回路を含むアンテナ同調装置を有する。
【選択図】図６
【解決手段】ｅＬＯＲＡＮ受信機は、アンテナ１１６と、アンテナ１１６に結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路と、を含む。アンテナ１１６は、強磁性コア１２０及び強磁性コア１２０に結合された磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｄを含む。ｅＬＯＲＡＮ受信機は、強磁性コア１２０を取り囲む同調巻線１２３ａ，１２３ｂ及び同調巻線１２３ａ，１２３ｂに結合された同調回路を含むアンテナ同調装置を有する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
増強長距離ナビゲーション（ｅＬＯＲＡＮ）受信機であって、
アンテナ、および前記アンテナに結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路であって、
前記アンテナが、強磁性コアおよび前記強磁性コアに結合された磁界信号巻線を含む、アンテナ、および前記アンテナに結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路と、
アンテナ同調装置であって、
前記強磁性コアを取り囲む少なくとも１つの同調巻線、および
前記少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路、を含む、アンテナ同調装置と、を備える、ｅＬＯＲＡＮ受信機。
アンテナ、および前記アンテナに結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路であって、
前記アンテナが、強磁性コアおよび前記強磁性コアに結合された磁界信号巻線を含む、アンテナ、および前記アンテナに結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路と、
アンテナ同調装置であって、
前記強磁性コアを取り囲む少なくとも１つの同調巻線、および
前記少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路、を含む、アンテナ同調装置と、を備える、ｅＬＯＲＡＮ受信機。
【請求項2】
前記少なくとも１つの同調巻線が、複数の同調巻線を含む、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。
【請求項3】
前記同調回路が、抵抗器と、前記抵抗器に直列に結合されたコンデンサと、を含む、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。
【請求項4】
前記アンテナが、前記強磁性コアの両反対側に一対の静電パッチ要素を含む、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。
【請求項5】
前記強磁性コアが、強磁性中間部分、および前記強磁性中間部分から外側に向かって延在する複数の強磁性アームを含む、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。
【請求項6】
前記複数の強磁性アームが、整列対で配列されている、請求項５に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。
【請求項7】
前記複数の強磁性アームが、十字形を画定する、請求項５に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。
【請求項8】
増強長距離ナビゲーション（ｅＬＯＲＡＮ）受信機回路に結合されるアンテナを作製する方法であって、前記方法が、
磁界信号巻線を強磁性コアに結合させることと、
アンテナ同調装置を前記強磁性コアに結合させることと、を含み、前記アンテナ同調装置が、
前記強磁性コアを取り囲む少なくとも１つの同調巻線と、
前記少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路と、を含む、方法。
磁界信号巻線を強磁性コアに結合させることと、
アンテナ同調装置を前記強磁性コアに結合させることと、を含み、前記アンテナ同調装置が、
前記強磁性コアを取り囲む少なくとも１つの同調巻線と、
前記少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路と、を含む、方法。
【請求項9】
前記少なくとも１つの同調巻線が、複数の同調巻線を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記同調回路が、抵抗器、および前記抵抗器に直列に結合されたコンデンサを含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、通信システムの分野に関し、具体的には、無線周波数アンテナおよび関連方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、超低周波（ＶＬＦ）、低周波（ＬＦ）、中周波（ＭＦ）の範囲の無線周波数（ＲＦ）通信では、そのような信号を送信するために、比較的大きな地上アンテナタワーが使用される。そのようなアンテナ構成は、その台座で地面に接続されている高さ数百フィートのタワーを含み得、安定のため、多数の張り綱でタワーを地面に接続している。
【0003】
大規模タワーベースのアンテナが使用される別の例は、長距離ナビゲーション（ＬＯＲＡＮ）システムなどのナビゲーションシステム用低周波送信局である。ＬＯＲＡＮは第二次世界大戦中にアメリカとイギリスで開発された。ＬＯＲＡＮ－Ｃ、および後の増強ＬＯｎｇ－ＲＡｎｇｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ（ｅＬＯＲＡＮ）の実装を含むその後の実装では、精度と有用性の増強が提供された。より具体的には、ｅＬＯＲＡＮは、９０～１１０ｋＨｚの周波数帯域割り当てで動作する低周波数無線ナビゲーションシステムである。低周波ｅＬＯＲＡＮ送信は、地表を進む一種の表面波である地上波によって伝搬し得る。電離層反射または上空波は、ｅＬＯＲＡＮ波伝搬のもう１つの重要なメカニズムである。典型的な低周波アンテナでは、タワー自体がモノポールアンテナとして使用される。動作波長の結果として６００フィート以上になり得るタワーの高さのために、多数の上部ワイヤがタワーの頂部に接続されて共振コンデンサを形成する。これらのワイヤは、トップローディングエレメント（ＴＬＥ）として知られ、中実錐体に近似し得る。米国で使用されている一般的なタワーは、高さ６２５フィートで、２４個のトップローディングエレメント、および１１０ｋＨｚ近くでの自然共鳴を有した。ベース負荷コイルを使用して、１００ｋＨｚで共鳴を強制した。
【0004】
ｅＬＯＲＡＮは、１００ｋＨｚなどの低周波数で動作し、送信アンテナの物理的サイズを大きくし得る。しかし、ｅＬＯＲＡＮでは、アンテナの電気的サイズは波長に比べて小さい。物理学的特性により、電気的に小型のアンテナの固定同調帯域幅が制限されることがある。１つの理論としては、参考文献「Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｔｅｎｎａｓ」、Ｃｈｕ，Ｌ．Ｊ．（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９４８）、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ １９：１１６３－１１７５に記載されているようなＣｈｕ Ｌｉｍｉｔが挙げられ、それは、本明細書で参考文献と称する。Ｃｈｕの帯域幅限界式は、Ｑ＝１／ｋｒ３とすることができ、ここで、Ｑは、帯域幅に関する無次元数であり、ｋは、波数＝２π／λであり、ｒは、アンテナを囲む球形解析容積のメートル単位の半径である。３ｄＢアンテナ帯域幅は、２００／Ｑに等しい。アンテナ放射帯域幅は、それにより、送信および受信される高速立ち上がり時間を有する鋭いｅＬＯＲＡＮパルスを可能にするため、ｅＬＯＲＡＮにとってかなり重要な問題である。より鋭いパルスにより、より多くの送信局を可能にし、より高速の立ち上がり時間により、地上波を上空波とより良く区別する。また、例えば、５０マイクロ秒以下の６０％立ち上がり時間は、ｅＬＯＲＡＮパルスが、受信した地上波を、受信した上空波と識別するために、優先される。
【0005】
送信アンテナには高い放射効率が必要であるが、ｅＬＯＲＡＮ受信アンテナには高いアンテナ効率は必要ではない。これは、自然発生的「大気ノイズ」が、ｅＬＯＲＡＮが使用する低周波数で豊富であるからである。大気ノイズはスペクトル割り当てにおいて非常に重要なものであるため、国際電気通信連合によって、報告書“Ｒａｄｉｏ Ｎｏｉｓｅ”，Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ ＩＴＵ－Ｒ Ｐ．３７２－８，ＦＩＧ．２“Ｆａ Ｖｅｒｓｕｓ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ”としてカタログ化されている。この報告書の曲線Ｂおよび曲線Ａは、１００ｋＨｚの周波数において、大気ノイズが、人工的な干渉のない静寂な自然状態では、アンテナ熱ノイズを上回る７７ｄＢであり、人工的なノイズが、高い人工的なノイズ状態、すなわち、言わば著しく「静電的な」状態では、アンテナ熱ノイズを上回る１４０ｄＢであることを示している。受信機ノイズ数値（トランジスタ熱ノイズ）の寄与が約１０ｄＢであると仮定し、電気的に小型のアンテナの指向性が１．８ｄＢを超え得ないことを認識すると、静かな状態での自然ノイズを解決するために必要な受信アンテナ増幅率は、等方性に関して、－７７＋１０＋１．８＝－６５ｄＢｉまたはデシベルである。したがって、ｅＬＯＲＡＮ周波数では、小さい非効率なアンテナでも、受信に事足りる。
【0006】
ｅＬＯＲＡＮ送信を受信するアンテナは、電界タイプと磁界タイプとに分類される。電界アンテナは、むち形またはパッチ形であり得、これに対して、磁界タイプは、ループ形、円形、または巻線形であり得る。電界タイプは、電流の発散に基づいており、ダイポールおよびモノポールに関連する。磁界タイプは、電流の渦巻きに基づき、したがって、ループおよびハーフループに関連する。電界および磁界の両方のアンテナタイプが、遠距離場電波に応答して、有用な受信を提供する。さらに、電界および磁界の両方のアンテナタイプが、遠距離場電波中に存在する電界および磁界の両方に応答する。
【0007】
２つの受信アンテナタイプの間には多くのトレードが存在する。電界アンテナタイプと磁界アンテナタイプの近接場応答間には、重要な違いがある。電界タイプは、強力な放射状電界反応性近接場応答を有する。それとは異なり、磁界タイプは、強力な放射状磁界反応性近接場応答を有する。電界アンテナは、磁界アンテナタイプよりも多くの人工的な電磁干渉（ＥＭＩ）を捕捉し得る。高電圧電力線などの人間の付属品により、かなりの電荷分離および強い電界ＥＭＩをもたらし、電界タイプの受信アンテナは、それらに応答することになる。しかしながら、電界アンテナタイプは、小型化および感度にとって有用であり、長さ２４インチのホイップは、大気ノイズレベルに対して受信するのに十分敏感であり得る。磁界受信アンテナでは、局在ＥＭＩの除去、電荷蓄積によるＰ静電気またはノイズの除去、および到来方向情報が改善され得る。磁界アンテナの欠点には、フェライトロッドが使用され得るため、コストの増加が含まれ得る。
【0008】
グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）などの衛星ベースのナビゲーションシステムの台頭に伴い、ｅＬＯＲＡＮなどの地上ベースのナビゲーションシステムの開発やそれへの投資は、最近までほとんどなかった。特に低周波ｅＬＯＲＡＮ信号は、比較的高周波数のＧＰＳ信号と比較して、電波妨害やなりすましの影響を受けにくいため、衛星ナビゲーションシステムのバックアップとして、このようなシステムへの新たな関心が高まっている。自由空間において、電波は、方位角および仰角の両方に拡散されて、１／ｒ２に従って距離とともに減衰し、ここで、ｒは、メートル単位の範囲である。よって、自由空間波は、距離が倍増すると、４分の１までより弱くなる。ｅＬＯＲＡＮ信号の地上波伝搬は、仰角平面波の拡散をほとんど伴わず、方位角の拡散のみを伴って生じる。よって、ｅＬＯＲＡＮ地上波は、ほぼ１／ｒの減衰率で弱くなり得る。この事実は、地上送信局での実用的な高出力とともに、受信するｅＬＯＲＡＮ信号がＧＰＳ信号に対して非常に強いものであり得ることを意味する。
【発明の概要】
【0009】
一般に、ｅＬＯＲＡＮ受信機は、アンテナ、およびそのアンテナに結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路を含む。アンテナは、強磁性コア、およびその強磁性コアに結合された磁界信号巻線を含む。ｅＬＯＲＡＮ受信機はまた、アンテナ同調装置も含む。アンテナ同調装置は、強磁性コアを取り囲む少なくとも１つの同調巻線と、少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路と、を含む。
【0010】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの同調巻線は、複数の同調巻線を含む。同調回路は、抵抗器と、抵抗器に直列に結合されたコンデンサと、を含み得る。アンテナは、強磁性コアの反対側に一対の静電パッチ要素を含み得る。
【0011】
より具体的には、強磁性コアは、強磁性中間部分、およびその強磁性中間部分から外側に向かって延在する複数の強磁性アームを含み得る。複数の強磁性アームは、整列対に配置され得る。複数の強磁性アームは、十字形を画定し得る。アンテナは、強磁性コアを取り囲み、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路から較正信号を受信するように構成された補正巻線を含み得る。例えば、強磁性コアは、フェライト、粉末鉄、電気製鋼、およびナノ結晶鉄のうちの少なくとも１つを含み得る。
【0012】
別の態様は、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路に結合されるアンテナに関する。アンテナは、強磁性コアと、その強磁性コアに結合された磁界信号巻線と、アンテナ同調装置と、を含む。アンテナ同調装置は、強磁性コアを取り囲む少なくとも１つの同調巻線と、少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路と、を含む。
【0013】
さらに別の態様が、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路に結合されるアンテナを作製する方法に関する。方法は、磁界信号巻線を強磁性コアに結合させることを含む。方法は、アンテナ同調装置を強磁性コアに結合させることをさらに含む。アンテナ同調装置は、強磁性コアを取り囲む少なくとも１つの同調巻線と、少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
ここで、本開示のいくつかの実施形態が示されている添付の図面を参照して、本開示を以下により十分に説明する。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書で説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全な形で、また本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供されている。全体を通して、同じ番号は同じ要素を指し、１００番台の参照番号は、代替の実施形態における同様の要素を示すために使用される。
【0016】
したがって、特定の用途では、ｅＬＯＲＡＮアンテナシステムのさらなる開発が望ましくなり得る。上記のように、ｅＬＯＲＡＮシステムの動作周波数と、陸上車両および船舶の典型的な配置とを考えると、ｅＬＯＲＡＮアンテナの設計には、固有の設計問題が存在し得る。特に、ｅＬＯＲＡＮアンテナのモバイルアプリケーションを想定すると、アンテナは、小型にサイズ設計され、耐久性があり、十分な帯域幅を有することが望ましい場合がある。ｅＬＯＲＡＮ受信アンテナが人間の複雑な環境で機能し、正確なナビゲーションおよび時間を提供することは重要である。
【0017】
まず図１～図２を参照して、ここで、本開示によるｅＬＯＲＡＮ通信システム１０を説明する。ｅＬＯＲＡＮ通信システム１０は、例示的に、ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号を送信するように構成されたｅＬＯＲＡＮブロードキャスト局１１を含む。
【0018】
ｅＬＯＲＡＮ通信システム１０の一部ではないが、複数のＧＰＳ衛星１３ａ～１３ｃが示されている。複数のＧＰＳ衛星１３ａ～１３ｃからのＧＰＳ信号の低電力性および高周波数性のために、それぞれのＧＰＳ信号は、自然および人工的な干渉（例えば、電離層、なりすまし、電波妨害）を受けやすく、山岳地帯では、使用不能である場合があることを理解されたい。このため、本明細書で詳述するように、ｅＬＯＲＡＮ通信システム１０を提供することが役立つ。多くのシステムは、ＧＰＳサトナブ情報およびｅＬＯＲＡＮ地上ナブ情報の両方を協調的に使用することになる。
【0019】
ｅＬＯＲＡＮ通信システム１０は、例示的に、複数の車両１４ａ～１４ｃを含む。例示された実施形態では、複数の車両１４ａ～１４ｃは、例示的に、船舶１４ａ、陸上車両１４ｂ、および航空車両１４ｃを含む。複数の車両１４ａ～１４ｃの各々は、例示的に、ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号を受信および処理するように構成されたｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ～１５ｃを含む。
【0020】
各ｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ～１５ｃは、例示的に、アンテナ１６、およびそのアンテナに結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７を含む。ｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ～１５ｃは、例示的に、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７に結合され、かつｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号に基づいて、位置／場所データを判定するように構成されたプロセッサ１８を含む。理解されるように、ｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ～１５ｃは、複数の内部受信機を含み得、複数の受信アンテナのＲＦ出力を受信および処理する。
【0021】
当業者には理解されるように、アンテナ１６は、二重磁界および電界アンテナシステムである。アンテナ１６は、Ｅチャネル、Ｈｘチャネル、およびＨｙチャネルとして指示された３つのアンテナチャネルを提供する。電界アンテナは、近接電界に対して強い応答性を有し、磁界アンテナは、近接磁界に対して強い応答性を有する。また、典型的な磁界アンテナは閉電気回路ループであり、電界アンテナは開回路ホイップである。
【0022】
例示されたモバイルアプリケーションで採用されるｅＬＯＲＡＮアンテナのサイズが小さいことに起因して、これらのｅＬＯＲＡＮアンテナの瞬時利得帯域幅または受信帯域幅を増大させるという設計上の課題がある。また、典型的なモバイルアプリケーションでは、ｅＬＯＲＡＮアンテナを金属面または非金属面上に搭載することなどの、ｅＬＯＲＡＮアンテナ環境における変化に起因する同調ドリフトがあり得る。金属面への近接により、磁界タイプのアンテナの半径方向の磁気近接場を遮蔽し得、それによって、アンテナループのインダクタンスを低減し、ひいてはアンテナ共振周波数を上昇させ得る。電界タイプのアンテナは、金属面上において、ダイポールではなく、モノポールになり得る。ｅＬＯＲＡＮによって使用される低周波数は、すべてのｅＬＯＲＡＮアンテナがかなり遠くまで及ぶ反応性近接場に到達していることを意味する。
【0023】
ここで、図３～図５を参照すると、本開示によるｅＬＯＲＡＮ受信機１１５が、以降に説明される。このｅＬＯＲＡＮ受信機１１５は、上記の問題に対するアプローチを提供することができ、また、図１～図２のｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ～１５ｃで使用することもできる。３つの別個のアンテナチャネルＥ、Ｈｘ、およびＨｙは、受信機１１５が干渉内の信号を取り出し、到来角度の判定を行い、波動インピーダンスから伝搬遅延を判定し、近くの構造体からの再放射効果を軽減することを可能にし得る。
【0024】
ｅＬＯＲＡＮ受信機１１５は、アンテナ１１６、および伝送線路ケーブル布線、プリント配線パターンなどによってアンテナに結合されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路１１７を備える。アンテナ１１６は、強磁性コア１２０、および強磁性コアに結合された複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂを含む。いくつかの実施形態では（図４）、強磁性コア１２０は、直交する強磁性コアを含み得る。特に、複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂは各々、強磁性コア１２０の周りに巻かれており、例示的に、Ｈｘ磁界信号およびＨｙ磁界信号を生成する。例えば、強磁性コア１２０は、フェライト、粉末鉄、電気製鋼、およびナノ結晶鉄のうちの少なくとも１つを含み得る。
【0025】
ｅＬＯＲＡＮ受信機１１５はまた、アンテナ１１６に結合された複数のアンテナ同調装置１２２ａ～１２２ｂも含む。複数のアンテナ同調装置１２２ａ～１２２ｂの各々は、強磁性コア１２０を取り囲む（すなわち、コアの周りに巻かれる）同調巻線１２３ａ～１２３ｂ、および同調巻線にそれぞれ結合された同調回路１２４ａ～１２４ｂを含む。各同調回路１２４ａ～１２４ｂは、抵抗器１２５ａ～１２５ｂ、および抵抗器に直列に結合されたコンデンサ１２６ａ～１２６ｂを含む。理解されるように、抵抗器１２５ａ～１２５ｂおよびコンデンサ１２６ａ～１２６ｂは、複数の同調巻線１２３ａ～１２３ｂのうちのそれぞれの１つと共振し、システムの帯域幅を広げる。いくつかの実施形態では、抵抗器１２５ａ～１２５ｂおよびコンデンサ１２６ａ～１２６ｂは、それぞれ、調整可能な抵抗および静電容量を有して、リアルタイムで同調調整を可能にする。
【0026】
複数の同調巻線１２３ａ～１２３ｂは各々、複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂの巻数を上回る巻数を有し得る。例えば、複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂは、９巻数を有し得、複数の同調巻線１２３ａ～１２３ｂは各々、同一の８０巻数を有し得る。
【0027】
分かりやすく例示するために、２つのアンテナ同調装置１２２ａ～１２２ｂのみが示されているが、いくつかの実施形態は、３つ以上のアンテナ同調装置を含み得ることを理解されたい。他の実施形態では、単一のアンテナ同調装置のみが、使用され得る。
【0028】
恐らく、図４から最もよくわかるように、アンテナ１１６は、強磁性コア１２０の反対側にあり、かつ電界信号を提供するように構成された一対の静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂを含む。この電界信号機能に加えて、一対の静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂは、複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂの静電シールドとして動作する。追加的に、静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂは、ＨｘアンテナおよびＨｙアンテナの磁気近接場を遮蔽して、異なる動作環境でＨｘアンテナおよびＨｙアンテナの同調を安定化させ、それ以外では、Ｈｘ、Ｈｙアンテナの双極子モーメントによって引き起こされ得る近接場ＥＭＩ結合を低減する。例えば、アンテナ１１６が自動車の金属製屋根の上に設置された場合、金属製屋根は、静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂが磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂに対して金属のように遮蔽または「シールド」された動作環境を提供するため、Ｈｘアンテナ、Ｈｙアンテナの同調を決して変化させない。静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂがないならば、自動車の屋根は、複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂのインダクタンスおよび同調の程度を変化させることになる。ＨｘアンテナおよびＨｙアンテナは、複数の静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂの存在に対して、事前調整される。複数の静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂは、ＨｘおよびＨｙアンテナに対する閉電気回路を含まず、ＨｘおよびＨｙアンテナによる信号受信を抑制しない。
【0029】
特に、アンテナ１１６は、強磁性コア１２０を保持する中間回路配線板１２８ａ、外面（すなわち、中間回路配線板から離れる方向に面する表面）上にそれぞれの静電パッチ要素１２７ａを保持する第１の外側回路配線板１２８ｂ、および外面（すなわち、中間回路配線板から離れる方向に面する表面）上にそれぞれの静電パッチ要素１２７ｂを保持する第２の外側回路配線板１２８ｃを含む。また、アンテナ１１６は、中間回路配線板１２８ａと、第１および第２の外側回路配線板１２８ｂ～１２８ｃとの間に結合された複数の垂直支持部１２９ａ～１２９ｃを含む。複数の垂直支持部１２９ａ～１２９ｃの各々は、誘電体材料を含み得る。
【0030】
中間回路配線板１２８ａ、ならびに第１および第２の外側回路配線板１２８ｂ～１２８ｃは各々、平面回路配線板である。また、例示されているように、中間回路配線板１２８ａ、ならびに第１および第２の外側回路配線板１２８ｂ～１２８ｃは、積み重ねられた配置で配置されている。中間回路配線板１２８ａは、誘電体ベース層、およびその誘電体ベース層上に保持された関連回路を含む。第１および第２の外側回路配線板１２８ｂ～１２８ｃはまた各々、誘電体ベース層（例えば、繊維ガラス）、およびその誘電体ベース層上の導電性パッチ層（例えば、銅、アルミニウム）も含む。
【0031】
より具体的には、恐らく、図６で最もよく分かるように、強磁性コア１２０は、強磁性中間部分１３０、およびその強磁性中間部分から外側に向かって延在する複数の強磁性アーム１３１ａ～１３１ｄを含む。複数の強磁性アーム１３１ａ～１３１ｄは、例示的に、整列対で配置され、十字形またはＸ形（すなわち、非直交対）を画定する。これにより、強磁性アームがＸ形ではなく正方形に配置された場合に生じるような閉磁気回路効果を回避する。いくつかの実施形態では、強磁性コア１２０は、一体化した単一部品を含むが、他の実施形態では、強磁性コアは、図６に例示されているように、強磁性セグメントを含み得る。例示された実施形態は、３６０°の方位角の受信可能範囲、および到来角度情報を提供し得る。
【0032】
いくつかの実施形態では（図示せず）、強磁性コア１２０は、単一の矩形バーの形状を含み得る。この実施形態では、静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂの対は、矩形バーの反対側の遠位端部の周りに巻き付けられた導電性材料（例えば、銅、アルミニウム）の薄いシートと置き換え得る。
【0033】
アンテナ１１６は、例示的に、強磁性コア１２０を取り囲み、かつｅＬＯＲＡＮ受信機回路１１７から較正信号を受信するように構成された補正巻線１３２を含む。アンテナ１１６は、例示的に、結合レベルを調整するための補正巻線１３２に結合された第１および第２の抵抗器１３４ａ～１３４ｂを含み、そのレベルは、較正注入信号が大振幅で受信機から送られ得るため、「緩い結合」または低い結合のレベルであってもよい。第１および第２の抵抗器１３４ａ～１３４ｂは、レベル調整抵抗器である（すなわち、所望の電圧降下を提供する）。補正巻線１３２は、較正信号を注入するように構成される。ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１１７は、複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂからの出力に基づいて、振幅および位相の較正信号を含む較正信号を生成するように構成される。特に、較正信号は、複数の磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂに印加された掃引信号から生成される。
【0034】
ｅＬＯＲＡＮ受信機１１５は、例示的に、複数の増幅器１３３ａ～１３３ｃを含む。複数の増幅器１３３ａ～１３３ｃは、静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂの対、磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂ、およびｅＬＯＲＡＮ受信機回路１１７の間に、それぞれ結合されている。また、図４には示されていないが、アンテナ１１６は、一対の静電パッチ要素１２７ａ～１２７ｂと、増幅器１３３ａとの間にそれぞれ結合された複数の給電線を含む。アンテナ１１６はまた、複数の同調巻線１２３ａ～１２３ｂと、増幅器１３３ｂ～１３３ｃとの間にそれぞれ結合された複数の給電線も含む。いくつかの実施形態では、複数の増幅器１３３ａ～１３３ｃは、中間回路配線板１２８ａによって保持され、その中間回路配線板は、モバイルアプリケーションに役立つ小型パッケージを提供する。
【0035】
ここで、図７を参照すると、複数の増幅器１３３ｂ～１３３ｃ（磁界）の例示的な増幅器１３３の実施形態が示されている。この増幅器１３３は、例示的に、第１の抵抗器１４１、第１の抵抗器に並列に結合された第１のコンデンサ１４２、第１の抵抗器に並列に結合された第２のコンデンサ１４３、および第１の抵抗器に並列に結合された第３のコンデンサ１４４を含む。増幅器１３３はまた、第３のコンデンサ１４４に直列に結合された第４のコンデンサ１４５、第４のコンデンサから下流に結合された第２の抵抗器１４６、第２の抵抗器に結合された第３の抵抗器１４７、および第２の抵抗器と第３の抵抗器との間に結合された第４の抵抗器１５０も含む。
【0036】
増幅器１３３は、例示的に、反転入力、第４の抵抗器１５０に結合された非反転入力、および出力を有する増幅器回路１５４を含む。増幅器１３３は、第５の抵抗器１５１、および増幅器回路１５４の反転入力と基準電圧（例えば、接地電位）との間に結合された第５のコンデンサ１５２を含む。増幅器１３３は、増幅器回路１５４の出力と反転入力との間に結合された第６の抵抗器１５３を含む。第６の抵抗器１５３および第５の抵抗器１５１は、協働して増幅器回路１５４の利得レベルを調整する。デシベル単位の利得＝１０ＬＯＧ（１＋Ｒ１５３／Ｒ１５１）であり、ここで、Ｒ１５３は、第６の抵抗器１５３を提供するフィードバックのオーム単位の抵抗器であり、Ｒ１５１は、第６の抵抗器１５３を提供する接地のオーム単位の抵抗器である。試作品においては、１０～２０ｄＢの利得値で事足りる。増幅に必要なエネルギーが少なめであるようにアンテナから受信したエネルギーが適度であると、増幅器１３３は、最も重要なこととしてインピーダンス整合機能の機能を果たす。
【0037】
増幅器１３３は、例示的に、第６のコンデンサ１５５、および増幅器回路１５４の出力に直列に結合された第７のコンデンサ１５６を含む。増幅器１３３は、第７のコンデンサ１５６に結合された出力変成器／平衡不平衡変成器１５７、および出力変成器／平衡不平衡変成器１５７に結合された第８のコンデンサ１６０を含む。
【0038】
電界アンテナの機能を果たす増幅器１３３ａは、２つの能動増幅器素子を有する差動増幅器を構築し得る。理解され得るように、差動増幅器が、共通モード信号、および接地上に乗っているなどのノイズを拒絶する。
【0039】
ここで、追加的に図８を参照すると、略図９００が、例示された２つのアンテナ同調装置１２２ａ～１２２ｂ（すなわち、二重同調磁界アンテナ回路）を有するアンテナ１１６の測定された電圧定在波比率（ＶＳＷＲ）対周波数応答を示している。また、アンテナ１１６は、並列共振モードで動作することができる。都合のよいことに、アンテナ１１６は、通過帯域リップルピーク９０２を有する広帯域チェビシェフ周波数応答を提供する。アンテナ１１６の帯域幅は、図８中の通過帯域リップル９０２のレベルをトレードすることができ、例えば、この場合では、８０パーセントの３ｄＢ利得帯域幅を提供する。図８の略図９００では、６対１のＶＳＷＲ周波数は、破線９０４によって示されているように、アンテナ利得応答では、３ｄＢダウン周波数に対応する。他の通過帯域形状は、アンテナ１１６によって提供され得、例えば、巻線位置および結合の調整によってバターワース通過帯域形状が提供される。背景として、典型的なアプローチでは、アンテナは、単一のＶＳＷＲの凹み、および単一の利得ピークを有する二次周波数応答を提供し得る。
【0040】
各別個に共振する同調巻線１２３ａ～１２３ｂは、別の周波数帯域を追加し、制御された振幅リップルを有する拡張された帯域幅の単一受信帯域を提供する。例示したように、周波数応答には、通過帯域内に２つの凹みが含まれ、これは、１つの凹み、およびより狭い帯域幅を有する典型的なアプローチとは対照的である。
【0041】
アンテナ１１６によって提供される３つの異なる受信チャネル、すなわち、電界アンテナ、Ｈｘ磁界アンテナ、およびＨｙ磁界アンテナには、いくつかの利点がある。２つの磁界アンテナのタイプは、互いに切り離され、その配向は、直交し、別個の正弦波状および余弦波状の放射パターンを方位角に作成する。各放射パターンからの振幅および位相情報は、ｅＬＯＲＡＮ信号の到来角度を示し、その到来角度は、任意の近くの構造体からの再放射効果を検出して除去処理することは、有益であり得る。また、到来の方向を知ることにより、ｅＬＯＲＡＮ信号経路補正信号を処理して、必要とされる方位角での伝搬遅延を変更処理することができる。電界アンテナと磁界アンテナとの間の振幅および位相の違いにより、例えば、１つのｃｏｓθパターン、および１つのｓｉｎθパターンを合成することができるため、到来角度の曖昧さを排除することができる。航空機のプラットフォーム上では、磁界アンテナは、電界タイプのアンテナが降水空電、航空機帯電、および雷雨への近接に起因して動作不能であるとき、動作可能であり得る。したがって、いくつかのアンテナで構成されたアンテナ１１６は、非常に多くのシステム上の利点を提供する。
【0042】
さらに別の態様が、アンテナ１１６をｅＬＯＲＡＮ受信機回路１１７に結合させる方法に関する。方法は、磁界信号巻線１２１ａ～１２１ｂを強磁性コア１２０に結合させることと、アンテナ同調装置１２２ａ～１２２ｂを強磁性コアに結合させることと、を含む。アンテナ同調装置１２２ａ～１２２ｂは、強磁性コア１２０を取り囲む少なくとも１つの同調巻線１２３ａ～１２３ｂ、および少なくとも１つの同調巻線に結合された同調回路１２４ａ～１２４ｂを含む。
【0043】
ここで、図９を参照すると、アンテナ１１６を付随し得る平衡不平衡変成器２００が、以降に説明される。平衡不平衡変成器２００は、伝導される共通モード電磁干渉電流の、アンテナ１１６回路への伝達を防止することができる。このような干渉電流は、例えば、車両の交流発電機、デジタル電子機器、またはｅＬＯＲＡＮ受信機とともに接地を共有するスイッチング電源に起因する、アンテナ１１６と関連ｅＬＯＲＡＮ受信機との間のＲＦケーブル布線に乗り得る。平衡不平衡変成器２００は、図７の出力変成器／平衡不平衡変成器１５７としての機能を果たし得る。
【0044】
平衡不平衡変成器２００は、例示的に、フェライトまたは粉体鉄などの磁気コア２１０を含む。例示された例では、磁気コア２１０は、環状であり、この磁気コアは、一次巻線２２０を二次巻線２３０に結合するための磁気回路を有効に提供する。一次巻線２２０は、端子２２２、２２４、および中央タップ端子２２６を提供する。二次巻線２３０は、端子２３２、２３４、および中央タップ端子２３６を提供する。平衡不平衡変成器２００は、例示的に、Ｉ字形に加工されたシート状金属製プレートなどの、Ｉ字形に加工された金属製シールド２４０を含み、これは、一次巻線２２０と二次巻線２３０との間に存在する。接地接続２４２は、金属製シールド２４０と、アンテナ前置増幅器内のＰＷＢ接地層などの局所的な接地との間に導電性接点を提供する。金属製シールド２４０は、一次巻線２２０と二次巻線２３０との間の容量性結合を低減し、そして次に、それ以外では、平衡不平衡変成器２００の巻線間で伝達され得る共通モードノイズ電流の結合を低減する。
【0045】
通信システムに関する他の特徴は、以下の同時係属出願、すなわち、「ＥＬＯＲＡＮ ＲＥＣＥＩＶＥＲ ＷＩＴＨ ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＢＯＤＹ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」代理人整理番号ＧＣＳＤ－２９７１（６２５２９）と題する整理番号第１６／０１３，１０６号、「ＴＯＷＥＲ ＢＡＳＥＤ ＡＮＴＥＮＮＡ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＳＥＴＳ ＯＦ ＥＬＯＮＧＡＴＥ ＡＮＴＥＮＮＡ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」代理人整理番号ＧＣＳＤ－２９７９（６２５１９）と題する整理番号第１５／９８０，８５７号、および「ＥＬＯＲＡＮ ＲＥＣＥＩＶＥＲ ＡＮＤ ＡＮＴＥＮＮＡ ＷＩＴＨ ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＢＯＤＹ ＡＮＤ ＷＩＮＤＩＮＧＳ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」代理人整理番号ＧＣＳＤ－３０１７（６２５３９）と題する整理番号第１６／４１９，５６８号に開示されており、これらは、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【0046】
本開示の多くの修正および他の実施形態は、当業者であれば、前述の説明および関連する図面に提示された教示を利用して想到し得るものである。したがって、本開示は、開示された特定の実施形態に限定されるべきではなく、修正および実施形態は、特許請求の範囲内に含まれるということが意図されることが理解される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【外国語明細書】