特許 7432440 強磁性体および巻線を備えるＥＬＯＲＡＮ受信機およびアンテナ、ならびに関連方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-07

(45)【発行日】2024-02-16

(54)【発明の名称】強磁性体および巻線を備えるＥＬＯＲＡＮ受信機およびアンテナ、ならびに関連方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/29 20060101AFI20240208BHJP

   H01Q 7/08 20060101ALI20240208BHJP

   H01Q 1/24 20060101ALI20240208BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20240208BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20240208BHJP

   H01P 11/00 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/29

H01Q7/08

H01Q1/24 Z

H01Q13/08

H01Q21/24

H01P11/00

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020088544

(22)【出願日】2020-05-21

(65)【公開番号】P2020191636

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2023-05-22

(31)【優先権主張番号】16/419,568

(32)【優先日】2019-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】

【氏名又は名称】中西 基晴

(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

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１６０３７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１０３０２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０９２５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６２３７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ２１／２９

Ｈ０１Ｑ ７／０８

Ｈ０１Ｑ １／２４

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

Ｈ０１Ｐ １１／００

(57)【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、
アンテナと、該アンテナに連結されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路とを備え、
前記アンテナが、ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号を受信するように構成され、
前記アンテナが、
強磁性中間部分、および該強磁性中間部分から外向きに延びる複数の強磁性アームを備える強磁性コアと、
前記複数の強磁性アームの各々を取り囲み、前記ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号のそれぞれの磁界信号に応答するように構成される個別導電性巻線と、
前記強磁性コアに隣接し、前記ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号の電界信号に応答するように構成される導電性パッチ素子と、
を備え、前記ｅＬＯＲＡＮ受信機回路が、電界信号振幅および磁界信号振幅の間の差に基づいて位置の誤差を補正する補償係数を適用するように構成される、ｅＬＯＲＡＮ受信機。

【請求項2】

前記ｅＬＯＲＡＮ受信機回路は、電界対磁界振幅比、電界対磁界位相差、および電界対磁界パルス到着時間差を計算するように構成され、
前記ｅＬＯＲＡＮ受信機回路は、前記電界対磁界振幅比、前記電界対磁界位相差、および前記電界対磁界パルス到着時間差に基づいて前記位置を補正するように構成される、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。

【請求項3】

前記導電性パッチ素子が前記強磁性コアの第１の側に隣接し、
前記アンテナが、前記強磁性コアの前記第１の側とは反対側にある、前記強磁性コアの第２の側に隣接する導電性接地面を備える、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。

【請求項4】

前記複数の強磁性アームが整列対に配置される、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。

【請求項5】

前記アンテナが、前記個別導電性巻線および前記導電性パッチ素子に連結された少なくとも１つの給電点を備える、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。

【請求項6】

前記導電性パッチ素子がディスク形状である、請求項１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状を画定する、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。

【請求項8】

前記強磁性コアが、フェライト、粉末鉄、電炉鋼、およびナノ結晶鉄のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のｅＬＯＲＡＮ受信機。

【請求項9】

増強長距離ナビゲーション（ｅＬＯＲＡＮ）受信機回路に連結されるアンテナであって、当該アンテナが、ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号を受信するように構成され、
強磁性中間部分、および該強磁性中間部分から外向きに延びる複数の強磁性アームを備える強磁性コアと、
前記複数の強磁性アームの各々を取り囲み、前記ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号のそれぞれの磁界信号に応答するように構成される個別導電性巻線と、
前記強磁性コアの第１の側に隣接し、前記ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号の電界信号に応答するように構成される導電性パッチ素子と、
前記強磁性コアの前記第１の側とは反対側にある、前記強磁性コアの第２の側に隣接する導電性接地面と、
を備える、アンテナ。

【請求項10】

前記ｅＬＯＲＡＮ受信機回路が、複数の前記磁界信号および前記電界信号に基づいて位置を補正するように構成される、請求項９に記載のアンテナ。

【請求項11】

前記ｅＬＯＲＡＮ受信機回路が、電界対磁界振幅比、電界対磁界位相差、および電界対磁界パルス到着時間差を計算するように構成され、
前記ｅＬＯＲＡＮ受信機回路が、前記電界対磁界振幅比、前記電界対磁界位相差、および前記電界対磁界パルス到着時間差に基づいて前記位置を補正するように構成される、請求項１０に記載のアンテナ。

【請求項12】

前記複数の強磁性アームが整列対に配置される、請求項９に記載のアンテナ。

【請求項13】

前記個別導電性巻線および前記導電性パッチ素子に連結された少なくとも１つの給電点をさらに備える、請求項９に記載のアンテナ。

【請求項14】

増強長距離ナビゲーション（ｅＬＯＲＡＮ）受信機を作製するための方法であって、前記ｅＬＯＲＡＮ受信機がｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号を受信するように構成され、当該方法が、
強磁性中間部分、および該強磁性中間部分から外向きに延びる複数の強磁性アームを備える強磁性コアを形成するステップと、
前記複数の強磁性アームの各々を取り囲み、前記ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号のそれぞれの磁界信号に応答するように構成される個別導電性巻線を配置するステップと、
前記強磁性コアに隣接し、前記ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号の電界信号に応答するように構成される導電性パッチ素子を配置するステップと、
電界信号振幅および磁界信号振幅の間の差に基づいて位置の誤差を補正する補償係数を適用するために、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路を、前記個別導電性巻線および前記導電性パッチ素子に連結するステップと、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[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】

[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】

[0003] 中波アンテナシステムの一例が、メンデンホールの米国特許第６，８７３，３００号に開示されている。本特許は、接地地面に対してほぼ垂直に延びる導電性放射マストを含むアンテナシステムを開示している。マストは、それによって動作ＲＦ周波数で放射用ＲＦエネルギーを受け取る下方端部と、上方端部とを有する。各々が内側端部および外側端部を有する、複数のＮ本の放射状導電性ワイヤが設けられている。放射状ワイヤの内側端部は合わせて電気的に接続され、垂直マストの近くに配置されている。放射状ワイヤは、その全長にわたって、接地地面の高さよりも上にあり、垂直マストから外向きに放射状に延びている。放射状ワイヤが動作周波数で共振するようにそのインピーダンスを調整するために、調整可能インダクタなどの同調デバイスが放射状ワイヤに接続されている。

【0004】

[0004] 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や、後の増強ＬＯｎｇ－ＲＡｎｇｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ（ｅＬＯＲＡＮ）の実施を含むその後の実施では、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の周波数帯域で動作する低周波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。

【0005】

[0005] 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であり、上記文献は本明細書で参考文献と称する。Ｃｈｕの帯域幅限界方程式は、Ｑ＝１／ｋｒ^３であり、ここで、Ｑは帯域幅に関連する無次元数、ｋは波数＝２π／λ、およびｒはアンテナを包囲する球形解析容積の半径である。アンテナ放射帯域幅は、立ち上がり時間の速い鮮明なｅＬＯＲＡＮパルスを送信することを可能にするため、ｅＬＯＲＡＮにとって非常に重要なものである。

【0006】

[0006] 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の周波数で、大気ノイズは、静かな自然状態でアンテナ熱ノイズよりも７７ｄＢ高く、その人工ノイズは、高い人工ノイズ状態でアンテナ熱ノイズよりも１４０ｄＢ高い、すなわち、いわば著しい「静電気」が存在す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、小型アンテナは受信に十分である。

【0007】

[0007] 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。電界アンテナはホイップまたはパッチであり得、磁界タイプは円または巻線であり得る。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。

【0008】

[0008] 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。高電圧送電線などの人間の付属品は、かなりの電荷分離と強い電界ＥＭＩとをもたらし、電界タイプの受信アンテナはそれに応答する。しかしながら、電界アンテナタイプは、コンパクトさと感度の点で有用である。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。

【0009】

[0009] 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。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。

【0010】

[0010] 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考えると、アンテナは、小型で耐久性があることが望ましくなり得る。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。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0011】

[0011] 概して、ｅＬＯＲＡＮ受信機は、アンテナと、それに連結されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路とを含み得る。アンテナは、強磁性中間部分およびそこから外向きに延びる複数の強磁性アームを備える強磁性コアと、複数の強磁性アームの各々を取り囲む個別導電性巻線とを備え得る。アンテナは、強磁性コアに隣接する導電性パッチ素子をさらに含み得る。

【0012】

[0012] 特に、強磁性コアおよび個別導電性巻線は、複数の磁界信号に応答するように構成され得、導電性パッチ素子は、電界信号に応答するように構成され得る。ｅＬＯＲＡＮ受信機回路は、複数の磁界信号と電界信号とに基づいて位置を補正するように構成され得る。ｅＬＯＲＡＮ受信機回路は、電界対磁界振幅比、電界対磁界位相差、および電界対磁界パルス到着時間差を計算するように構成され得る。ｅＬＯＲＡＮ受信機回路は、電界対磁界振幅比、電界対磁界位相差、および電界対磁界パルス到着時間差に基づいて位置を補正するように構成され得る。

【0013】

[0013] いくつかの実施形態では、アンテナは、導電性パッチ素子の反対側に導電性接地面を備え得る。複数の強磁性アームは、整列対に配置され得る。アンテナは、個別導電性巻線および導電性パッチ素子に連結された少なくとも１つの給電点を備え得る。

【0014】

[0014] さらに、導電性パッチ素子は、ディスク形状であり得る。複数の強磁性アームは、十字形を画定し得る。強磁性コアは、例えば、フェライト、粉末鉄、電炉鋼、およびナノ結晶鉄のうちの少なくとも１つを含み得る。

【0015】

[0015] 別の態様は、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路に連結されるアンテナに関する。アンテナは、強磁性中間部分およびそこから外向きに延びる複数の強磁性アームを備える強磁性コアと、複数の強磁性アームの各々を取り囲む個別導電性巻線とを備え得る。アンテナは、強磁性コアに隣接する導電性パッチ素子を含み得る。

【0016】

[0016] さらに別の態様は、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路に連結されるアンテナを作製する方法に関する。方法は、強磁性中間部分およびそこから外向きに延びる複数の強磁性アームを備える強磁性コアを形成することと、複数の強磁性アームの各々を取り囲む個別導電性巻線を配置することと、を含み得る。方法は、導電性パッチ素子を強磁性コアに隣接して配置することを含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示によるｅＬＯＲＡＮ通信システムの概略図である。

【図2】図１のｅＬＯＲＡＮ通信システムのｅＬＯＲＡＮ受信機である。

【図3】従来技術による、橋の近くで取得される指示ＬＯＲＡＮ位置データの図である。

【図4A】図２のｅＬＯＲＡＮ受信機のアンテナの概略斜視図である。

【図4B】図２のｅＬＯＲＡＮ受信機のアンテナの概略側立面図である。

【図4C】図２のｅＬＯＲＡＮ受信機のアンテナの概略上面図である。

【図5】図２のｅＬＯＲＡＮ受信機のアンテナで位置データを補正する方法のフローチャートである。

【図6】図２のｅＬＯＲＡＮ受信機のアンテナの性能の図である。

【図7】図２のｅＬＯＲＡＮ受信機のアンテナを作製する方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

[0026] 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、本開示が完全かつ完成したものとなるように、そして本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。全体を通して、同じ番号は同じ要素を指す。

【0019】

[0027] まず図１～図３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。

【0020】

[0028] 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、なりすまし、電波妨害）を受けやすい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。

【0021】

[0029] ｅＬＯＲＡＮ通信システム１０は、例示的に、複数の車両１４ａ～１４ｂを含む。図示の実施形態では、複数の車両１４ａ～１４ｂは、例示的に、船舶１４ａと、陸上車両１４ｂとを含む。複数の車両１４ａ～１４ｂ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～１５ｂを含む。

【0022】

[0030] 各ｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ～１５ｂは、例示的に、アンテナ１６と、それに連結されたｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７とを含む。ｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ～１５ｂは、例示的に、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７に連結され、ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号に基づいて位置／場所データを決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～１５ｂは、複数の受信アンテナのＲＦ出力を受信および処理するために、複数の内部受信機を含み得る。

【0023】

[0031] 当業者には理解されるように、アンテナ１６は、磁界および電界アンテナである。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。

【0024】

[0032] ｅＬＯＲＡＮで生成される位置データに関するこの問題は、都市圏で最も顕著である。建物、橋、高架、送電線などの特定の構造物は、ｅＬＯＲＡＮ位置データの精度に影響を与え得る。この不正確さの原因は、例えば、再放射、相互誘導、および周辺場である。ｅＬＯＲＡＮ受信信号の影響を受けるパラメータは、電界振幅、磁界振幅、電界位相、磁界位相、分極、着信電波の電界および磁界成分の絶対時間遅延、ならびにクロスループ磁界アンテナで識別されるような到来角である。

【0025】

[0033] 例えば、橋の場合、ｅＬＯＲＡＮ信号は時間的に遅延され、これは、実際の位置よりもｅＬＯＲＡＮブロードキャスト局１１からより離れた位置データを生成する。一方、建物はｅＬＯＲＡＮ信号を時間的に早め、実際の位置よりもｅＬＯＲＡＮブロードキャスト局１１に近い位置データを生成する。特に、高架および橋は、隣接する１ターンインダクタループアンテナをエミュレートし、一方、建物は、隣接するモノポールコンデンサアンテナをエミュレートする。ｅＬＯＲＡＮ受信アンテナは、これらの隣接「アンテナ」構造に相互連結し、ｅＬＯＲＡＮブロードキャスト信号の受信の問題を引き起こす。

【0026】

[0034] ダイヤグラム６０は、隣接する２つの自動車用橋６２、６４の下を通過する間に、船舶に配備された従来技術のｅＬＯＲＡＮデバイスについて、経時的に測定された指示位置データを示す。実際の船舶のコースはほぼ直線であり、線６８で示されている。軌跡６１は、本開示の教示を欠く、従来技術の電界アンテナベースのｅＬＯＲＡＮナビゲーションシステムからの指示位置を示す。軌跡６３は、本開示の教示を欠く、従来技術の磁界アンテナｅＬＯＲＡＮナビゲーションシステムからの指示位置を示す。特に、データは、図示された橋６２、６４のような大きな地上構造物の近くで動作した場合の、従来技術システムからのｅＬＯＲＡＮ位置データに関する潜在的な問題を示す。また、電界システムと磁界システムとの指示位置の精度の差も見られ、それらは同じではない。ダイヤグラム６０では、磁界ＬＯＲＡＮシステムは、電界ＬＯＲＡＮシステムよりも大きい指示位置誤差を有した。余談であるが、ＧＰＳ衛星ナビゲーションの指示位置（図示せず）も橋によって劣化した。

【0027】

[0035] そのため、ダイヤグラム６０では、例示的な橋６２、６４の伝搬異常により、ｅＬＯＲＡＮの指示位置跡が実際の位置跡から遠ざかった。よく見ると、電界アンテナと磁界アンテナとによって報告される位置誤差には重要な違いがある。ダイヤグラム６０の点６５に示されているように、最大指示誤差が橋と橋との間で発生し、そこでは、磁界は、実際の位置の南に１１０メートルの指示位置誤差を有した。電界は、点６７で示されているように、実際の位置の南に３０メートルの最大指示位置誤差を有した。指示位置誤差は、２つの要因のために発生した：１）到来ＬＯＲＡＮ信号と橋との間のカップリング効果、および２）磁界アンテナと橋との間のカップリング効果。橋は大きな寄生ループアンテナとして動作し、高い建物は寄生モノポールアンテナとして動作し得る。実際には、ｅＬＯＲＡＮ受信アンテナが反応性近接場によって近隣の橋や建物に連結され、それら近隣の橋や建物はループまたはモノポールアンテナとして動作し、入射ｅＬＯＲＡＮ波の振幅および位相（またはタイミング）を変更する。

【0028】

[0036] 本開示の電界および磁界アンテナによって結び付けられる主要なパラメータは：
１）電界アンテナの振幅
２）電界アンテナの位相
３）磁界ｘアンテナの振幅
４）磁界ｘアンテナの位相
５）磁界ｙアンテナの振幅
６）磁界ｙアンテナの位相
である。

【0029】

これらの６つのパラメータは、ｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ、１５ｂ現場での近接場状態の評価を提供する。実際、論理テーブルを構築すると、前述の６つの主要なアンテナパラメータのうちの２つ以上を比較することから、２^ｎまたは６４個の情報が導出可能であることが分かる。本発明の方法は以下を含む。

【0030】

ａ）磁界ｘアンテナと磁界ｙアンテナとの位相差を比較することにより、（曖昧さ１の）到来角を決定すること；
ｂ）電界アンテナの振幅を磁界ｘおよび磁界ｙチャンネルの振幅に加算することにより、到来角の曖昧さ（ａ）を除去すること；
ｃ）磁界アンテナ振幅に相対的な電界振幅の増大により、近隣の橋への近接性および方向を示すこと；
ｄ）電界振幅に相対的な磁界振幅の増大により、近隣の建物またはタワーへの近接性および方向を示すこと；
ｅ）電界アンテナ振幅と磁界ｘおよび磁界ｙのアンテナ振幅との差に基づく補償係数を適用することにより、タイミングおよび指示位置の誤差を補正すること；ならびに
ｆ）電界アンテナ位相と磁界ｘおよび磁界ｙのアンテナ位相との差に基づく補償係数を適用することにより、タイミングおよび指示位置の誤差を補正すること。

【0031】

[0037] また、ｅＬＯＲＡＮ受信機１５ａ、１５ｂは、影響が最も少ないｅＬＯＲＡＮ送信局を有利として、近接場の近接効果によって最も影響を受けるｅＬＯＲＡＮ送信局の近隣人工構造物への寄与を除去することも可能である。これは、電界アンテナ対磁界アンテナの相対的な振幅および位相の異常を評価して、最もタイミング誤差のある局と後続のプロセッサとを決定することで行われ、これには、共分散行列の検出が含まれ得る。１つのｅＬＯＲＡＮ送信局から送信されたパルスは、隣接する構造物へ連結する近接場の影響を受け得ないが、別のものは受ける。特に、アップシグナル局信号は、近隣構造物による影響が最も少なく、例えば、近隣障害物の中またはそばを通過しなかったｅＬＯＲＡＮ送信局信号は、時間的に最も誤差が少なく、選択され得る。２つの交差した磁界アンテナは、到来方向を提供する。

【0032】

[0038] ここで図４Ａ～図４Ｃおよび図５を参照すると、アンテナ１６は、これらのｅＬＯＲＡＮ位置精度問題に対するアプローチを提供し得、例示的に、強磁性中間部分２１と、そこから外向きに延びる複数の強磁性アーム２２ａ～２２ｄとを備える強磁性コア２０を備える。複数の強磁性アーム２２ａ～２２ｄの各々は、円筒形である。他の実施形態では、例えば、長方形箱形状または円錐などの他の形状を使用することができる。

【0033】

[0039] 複数の強磁性アーム２２ａ～２２ｄは、例示的に、整列対に配置され、正弦放射パターンおよび余弦放射パターンを生成するための十字形状を画定する（すなわち、整列対は互いに実質的に直交する：９０°±１０°）。強磁性コア２０は、例えば、フェライト、粉末鉄、電炉鋼、およびナノ結晶鉄のうちの少なくとも１つを含む実質的にバルク状の非導電性強磁性コアであり得る。

【0034】

[0040] アンテナ１６は、複数の強磁性アーム２２ａ～２２ｄの各々を取り囲む個別導電性巻線２３ａ～２３ｄを含む。個別導電性巻線２３ａ～２３ｄの各々は、例示的に、らせん形状に巻かれている。いくつかの実施形態では、各導電性巻線２３ａ～２３ｄは、銅、アルミニウム、銀、および金（すなわち、合金）のうちの少なくとも１つを含む金属巻線を含む。

【0035】

[0041] アンテナ１６は、強磁性コア２０に隣接する導電性パッチ素子２４を含む。おそらく図４Ｃで最もよく分かるように、導電性パッチ素子２４は、ディスク形状、特に円形ディスク形状である。

【0036】

[0042] 特に、強磁性コア２０および個別導電性巻線２３ａ～２３ｄは、複数の磁界信号に応答するように構成されている。導電性パッチ素子２４は、電界信号に応答するように構成されている。導電性パッチ素子２４は、接地した電気閉回路またはループではないので、導電性パッチ素子は磁界に影響を与えない。

【0037】

[0043] アンテナ１６では、合計３つのチャンネルが使用可能である。おそらく図４Ｃで最もよく分かるように、強磁性コア２０および個別導電性巻線２３ａ～２３ｄ、ならびに導電性パッチ素子２４は中心に集中され、その位相がチャンネルを中心に集中させる。例示的な実施形態では、アンテナ１６は、６インチ×６インチ×３インチのサイズを含み、車両プラットフォームに容易に設置することができる。

【0038】

[0044] ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７は、複数の磁界信号と電界信号とに基づいて位置を補正するように構成されている。もちろん、これはプロセッサ１８と協働してもよいが、いくつかの実施形態では、この補正アルゴリズムは、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７内でのみ実行され得る。いくつかの用途では、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７とプロセッサ１８とが統合され得る。

【0039】

[0045] フローチャート４０を参照すると、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７は、電界対磁界アンテナチャンネル重みを測定するように構成されている。（ブロック４１～４２）。より具体的には、電界および磁界アンテナチャンネル重みは、振幅、位相、およびパルスタイミング差を含み得る。ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７は、電界および磁界アンテナチャンネル重みが誤差なし範囲内にあるかどうかを決定するように構成され、そうであれば、補正は必要ない。（ブロック４３～４４）。一方、電界および磁界アンテナチャンネル重みが誤差なし範囲内にない場合は、位置補正アルゴリズムが実行される。（ブロック４５）。

【0040】

[0046] ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７は、電界対磁界振幅比、電界対磁界位相差、および電界対磁界パルス到着時間差を計算するように構成されている。（ブロック４６）。ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７は、予想伝搬誤差および必要な補正係数の検索テーブルにアクセスするように構成されている。（ブロック４７～４８）。検索テーブルは、電界チャンネル振幅、電界チャンネル位相、ＮＳ磁界チャンネル振幅、ＮＳ磁界チャンネル位相、ＥＷ磁界Ｈチャンネル振幅、およびＥＷ磁界チャンネル位相のうちの１つ以上を含む、複数の入力パラメータを含む。

【0041】

[0047] ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７は、誤差が補正可能範囲内にある場合、電界対磁界振幅比、電界対磁界位相差、および電界対磁界パルス到着時間差に基づいて位置を補正するように構成されている。（ブロック４９、５１～５２）。誤差が補正可能範囲内にない場合、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７は、外挿位置を計算し（すなわち、位置が以前のｅＬＯＲＡＮ位置データに基づいて経時的に外挿される場合）、それが不可能な場合は、誤差またはＮＵＬＬ位置を表示するように構成されている。（ブロック５０、５２）。

【0042】

[0048] 図示の実施形態では、アンテナ１６は、導電性パッチ素子２４の反対側に導電性接地面２５を含む。おそらく図４Ｃで最もよく分かるように、導電性接地面２５は、ディスク形状、特に円形ディスク形状である。

【0043】

[0049] おそらく図４Ｂで最もよく分かるように、アンテナ１６は、例示的に、導電性接地面２５と導電性パッチ素子２４との間に延びる垂直支持体２６を含む。図４Ａを再び参照すると、アンテナ１６は、例示的に、個別導電性巻線２３ａ～２３ｄおよび導電性パッチ素子２４に連結された複数の給電点２７ａ～２７ｄを備える。

【0044】

[0050] ここでさらに図６を参照すると、ダイヤグラム６１は、電界対磁界振幅比と到達時間誤差差、遅延（μｓで示される）との対比を示す。電界対磁界比が３７７、またはそれに近い場合は、近隣に障害物がないことを示す。電界対磁界比３７７は、電波遠距離場インピーダンスであり、開放エリアにおける電界対磁界比である。示されているように、電界振幅に急激な低下があり、電界対磁界比の低下は頭上に障害物があることを示す。強度は低下するが、電界はこれらの環境でより正確である。磁界（２つの磁界アンテナ、Ｘ軸およびＹ軸、ＮＳおよびＥＷ）は、到来角推定値を提供し、デバイスが配向を突然変更していないことを示し、位置外挿を可能にする。電界は、渓谷や高層ビルの間で最も影響を受け、磁界はより重度に重み付けされ得る。磁界は、橋などの閉ループ構造の影響を最も強く受け、そのような環境では、電界がより重度に重み付けされ得る。磁界の到来角は、ｅＬＯＲＡＮ送信機場所の方向を示す。ダイヤグラム６０の関係は、ｅＬＯＲＡＮ通信システム１０が使用するための補正係数を含む関係を含むダイヤグラム６０を用いて、ｅＬＯＲＡＮ通信システム１０に事前にプログラムし得る。地理的領域が異なれば、ダイヤグラム６０の動作がわずかに異なる場合があるため、異なるダイヤグラム６０の係数が異なる地理的領域に使用され得る。

【0045】

[0051] ここで図７を参照すると、別の態様は、ｅＬＯＲＡＮ受信機回路１７に連結されるアンテナ１６を作製する方法に関する。ここで、方法をフローチャート７０を参照して説明する。方法は、強磁性中間部分２１およびそこから外向きに延びる複数の強磁性アーム２２ａ～２２ｄを備える強磁性コア２０を形成することと、複数の強磁性アームの各々を取り囲む個別導電性巻線２３ａ～２３ｄを配置することと、を含む。（ブロック７１～７２、７４）。方法は、導電性パッチ素子２４を強磁性コア２０に隣接して配置することを含む。（ブロック７６、７８）。

【0046】

[0052] 通信システムに関連するその他の機能は、以下の同時係属出願に開示されており、これらは参照により全体として本明細書に組み入れられる：Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１６／０１３，１０６，ｔｉｔｌｅｄ“ＥＬＯＲＡＮ ＲＥＣＥＩＶＥＲ ＷＩＴＨ ＦＥＲＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ ＢＯＤＹ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ，”Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＧＣＳＤ－２９７１（６２５２９）、およびＳｅｒｉａｌ Ｎｏ．１５／９８０，８５７，“ＴＯＷＥＲ ＢＡＳＥＤ ＡＮＴＥＮＮＡ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＳＥＴＳ ＯＦ ＥＬＯＮＧＡＴＥ ＡＮＴＥＮＮＡ ＥＬＥＭＥＮＴＳ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ，”Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＧＣＳＤ－２９７９（６２５１９）。

【0047】

[0053] 本開示の多くの変更および他の実施形態が、前述の説明および関連する図面に提示された教示の利益を有する当業者には思い浮かぶであろう。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、変更および実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれると意図されていることが理解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】