JP2018509821A - ミリメートル波長ワイヤレス通信のためのアンテナ構造および構成 - Google Patents

ミリメートル波長ワイヤレス通信のためのアンテナ構造および構成 Download PDF

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Abstract

mmWスペクトルを用いてワイヤレス通信するための方法、システムおよび装置が説明される。具体的には、アンテナ構造が、見通し線問題に対処するために、アンテナ素子のアレイを含むことができる。さらに、アンテナ構造は、先に言及されたように、損失に対処するために、相対的に狭く、相対的に高い利得を有するビーム(たとえば、信号)を生成するように構成することができる。さらに、アンテナ構造は、ビームステアリング(たとえば、ビームフォーミング)能力を提供するように構成することができる。そのようなアンテナ構造は、最新のワイヤレス通信デバイス(たとえば、セルラー電話)において利用可能な限られたリアルエステートに対処するために相対的にコンパクトになるように設計することができる。

Description

相互参照
本特許出願は、各々が本出願の譲受人に譲渡された、2015年9月1日に出願された、「Antenna Structures and Configurations for Millimeter Wavelength Wireless Communications」と題する、Mohammadianらによる米国特許出願第14/842,675号、および2015年2月23日に出願された、「Antenna Structures and Configurations for Millimeter Wavelength Wireless Communications」と題する、Mohammadianらによる米国仮特許出願第62/119,744号の優先権を主張する。
本開示は、たとえば、ワイヤレス通信システムに関し、より詳細には、ワイヤレス通信のためのアンテナ構造に関する。
ワイヤレス通信システムは、音声、ビデオ、パケットデータ、メッセージング、ブロードキャストなどの種々のタイプの通信コンテンツを提供するために広く展開されている。これらのシステムは、利用可能なシステムリソース(たとえば、時間、周波数、および電力)を共有することによって複数のユーザとの通信をサポートすることが可能な多元接続システムとすることができる。そのような多元接続システムの例は、符号分割多元接続(CDMA)システム、時分割多元接続(TDMA)システム、周波数分割多元接続(FDMA)システム、および直交周波数分割多元接続(OFDMA)システムを含む。
例として、ワイヤレス多元接続通信システムは、ユーザ機器(UE)としても知られている複数の通信デバイスのための通信を各々が同時にサポートする、いくつかの基地局を含むことができる。基地局は、ダウンリンクチャネル(たとえば、基地局からUEへの送信用)およびアップリンクチャネル(たとえば、UEから基地局への送信用)上でUEと通信することができる。
通信システムは、認可スペクトル、免許不要スペクトル、または両方を利用することができる。高い方のギガヘルツ(GHz)帯(たとえば、約28GHzまたは約60GHz)における免許不要ミリメートル波長(mmW)スペクトルは、たとえば、マルチギガビットワイヤレス通信のための有望な技術になりつつある。他の低い周波数のシステム(たとえば、800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz等)に比べて、約60GHzのスペクトルは、免許不要帯域幅の増加、小さな波長(約5mm)に起因するトランシーバのコンパクトなサイズ、および高い大気吸収に起因する少ない干渉を含む、いくつかの利点を保持する。しかしながら、60GHzにおけるカバレッジの範囲を制限する、反射および散乱損失、高い侵入損失、および高い経路損失のような、このスペクトルに関連付けられるいくつかの課題があり、それらの課題の結果として、信号伝搬のために、そして通信を成功させるために、見通し線が比較的大きくなる可能性がある。そのような問題を克服するために、方向性送信が利用される場合がある。したがって、多素子アンテナアレイを利用するビームフォーミングとして知られる技法が、mmWワイヤレス通信のために利用される場合がある。
しかしながら、ビームフォーミングの場合であっても、mmWスペクトルを使用する通信は、特にそのような波長のために設計されたアンテナ構造から恩恵を受けることができる。低い周波数(たとえば、800MHz、900MHz、1800MHz、1900MHz、2100MHz等)のために設計された従来のアンテナ構造は、単一の無指向性アンテナ(場合によっては、ダイバーシティのための2つまたは3つ)を含むことができ、mmWスペクトルの応用例には適していない場合がある。
記載される特徴は、一般に、mmWスペクトルを使用するワイヤレス通信のための1つまたは複数の改善されたシステム、方法、および/または装置に関する。具体的には、アンテナ構造が、見通し線問題に対処するために、アンテナ素子のアレイを含むことができる。さらに、アンテナ構造は、先に言及されたように、損失に対処するために、相対的に狭く、相対的に高い利得を有するビーム(たとえば、信号)を生成するように構成することができる。さらに、アンテナ構造は、ビームステアリング(たとえば、ビームフォーミング)能力を提供するように構成することができる。そのようなアンテナ構造は、最新のワイヤレス通信デバイス(たとえば、セルラー電話)において利用可能な限られたリアルエステートに対処するために相対的にコンパクトになるように設計することができる。
たとえば、アンテナ構造が、第1の周波数(約28GHz)において送信/受信するように構成されるアンテナ素子の第1のアレイと、第2の周波数(たとえば、約60GHz)において送信/受信するように構成されるアンテナ素子の第2のアレイとを含むことができる。第1の周波数は、ワイヤレスワイドエリアネットワーク(WWAN)を介しての通信のために利用される場合があり、第2の周波数は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)を介しての通信のために利用される場合がある。第1のアレイと第2のアレイの両方ともが、基本的に互いに平行とすることができるそれぞれの平面構成において位置することができる。また、アンテナ構造は、ダイポールアンテナ素子の1つまたは複数のアレイを含むこともできる。ダイポールアンテナ素子のアレイは、第1のアレイおよび第2のアレイの動作方向に対して実質的に直交する方向において動作するように構成することができる。
ワイヤレス通信のための装置が説明される。その装置は、第1の平面構成における第1の複数のアンテナ素子を備え、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される第1のアンテナアレイを含むことができる。また、その装置は、第2の平面構成における第2の複数のアンテナ素子を備え、第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される第2のアンテナアレイを含むことができる。第2の周波数範囲は第1の周波数範囲とは異なることができる。
第2のアンテナアレイは、第1のアンテナアレイとは異なる平面内に位置決めすることができる。
その代わりに、またはそれに加えて、第1の平面構成は第2の平面構成と平行である。
第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイが合わさって、二重開口アンテナアレイを形成することができる。
第1のアンテナアレイは、第1の横方向次元における第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも2つと、第2の横方向次元における第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも2つとを含むことができる。
第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つは開口を画定することができる。第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つは、横方向において開口内に位置合わせすることができ、垂直方向において開口からオフセットされる。代替的には、第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つは、横方向において開口に隣接することができ、垂直方向において開口からオフセットされる。
第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つは、マイクロストリップパッチアンテナとすることができる。マイクロストリップパッチアンテナは、第1のパッチ素子と、第1のパッチ素子に寄生結合される第2のパッチ素子とを含むことができる。第1のパッチ素子は第1の開口を画定することができる。第2のパッチ素子は第2の開口を画定することができる。第1の開口および第2の開口は横方向において位置合わせすることができ、垂直方向において互いから間隔をおいて配置される。
第1の周波数範囲は27ギガヘルツ〜31ギガヘルツを含むことができる。第2の周波数範囲は56ギガヘルツ〜67ギガヘルツを含むことができる。
第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つは、共有エッジによって接続される複数の平面部分を画定するマイクロストリップEパッチアンテナとすることができる。
第2のアンテナアレイはさらに、第2のアレイの中央列内に位置決めされる1つまたは複数のさらなるアンテナ素子を含むことができる。
第1の複数のアンテナ素子のうちの1つまたは複数および第2の複数のアンテナ素子のうちの1つまたは複数は、互いに対して鏡面対称パターンに方向付けることができる。
第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくともいくつかは、三角格子構成に配列される。
また、その装置は第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイに結合される接地面を含むことができる。接地面は、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される1つまたは複数の折返しダイポールと、第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される1つまたは複数の折返しダイポールとを含むことができる。
その装置は、ユーザ機器(UE)とすることができ、第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイはUE内に位置決めすることができる。
第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイはそれぞれ、ミリメートル波ワイヤレス通信のための狭ビームをステアリングするように構成することができる。
その装置は、第3の平面構成における第3の複数のアンテナ素子を含み、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応させることができる第3のアンテナアレイを含むことができる。また、その装置は、第4の平面構成における第4の複数のアンテナ素子を含み、第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応させることができる第4のアンテナアレイを含むことができる。第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイは、ブロードサイド方向内のワイヤレス信号を送信および受信するように構成することができ、第3のアンテナアレイおよび第4のアンテナアレイはエンドファイア方向内のワイヤレス信号を送信および受信するように構成することができる。
ワイヤレス通信のための方法が説明される。その方法は、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第1のアンテナアレイを動作させることを含むことができる。第1のアンテナアレイは、第1の平面構成における第1の複数のアンテナ素子を含むことができる。また、その方法は、第1の周波数範囲とは異なる第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第2のアンテナアレイを動作させることを含むことができる。第2のアンテナアレイは、第2の平面構成における第2の複数のアンテナ素子を含むことができる。第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイは同じアンテナ構造の一部である。その方法は、先に説明され、本明細書においてさらに説明されるこれらの特徴および他の特徴を含むことができる。
非一時的コンピュータ可読媒体が説明される。その媒体は、ワイヤレス通信のためのコンピュータ実行可能コードを記憶することができる。そのコードは、第1の平面構成における第1の複数のアンテナ素子の第1のアンテナアレイと、第2の平面構成における第2の複数のアンテナ素子の第2のアンテナアレイとを含むアンテナ構造をデバイスに制御させるようにプロセッサによって実行可能とすることができる。そのような制御は、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第1のアンテナアレイを動作させることができ、第1の周波数範囲とは異なる第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第2のアンテナアレイを動作させることができる。そのコードは、デバイスに、本明細書において先に説明され、さらに説明されるようなこれらの特徴および他の特徴を実行させるために、プロセッサによって実行可能とすることができる。
上記では、以下の発明を実施するための形態をより深く理解できるように、本開示による例の特徴および技術的利点をかなり大まかに概説した。さらなる特徴および利点が、以下で説明されることになる。開示される概念および具体例は、本開示の同じ目的を実行するための他の構造を変更または設計するための基礎として容易に利用することができる。そのような等価な構造は、添付の特許請求の範囲から逸脱しない。本明細書において開示される概念の特性、それらの編成と動作方法の両方は、添付の図とともに検討されるとき、関連する利点とともに以下の説明からより深く理解されよう。図の各々は、例示および説明のために提供され、特許請求の範囲の限界を定めるものではない。
本発明の性質および利点のさらなる理解は、添付の図面を参照することによって実現することができる。図面および図示される要素または構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、そして、特定の寸法または距離を与えることを意図するものではなく、理解するための例を提供するにすぎないことは理解されたい。添付の図では、同様の構成要素または特徴は同じ参照ラベルを有することができる。さらに、同じタイプの種々の構成要素は、参照ラベルの後に、ダッシュと、同様の構成要素を区別する第2のラベルとを続けることによって区別することができる。第1の参照ラベルのみが本明細書において使用される場合には、その説明は、第2の参照ラベルにかかわらず、同じ第1の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちのいずれか1つに適用可能である。
本開示の種々の態様による、ワイヤレス通信システムのブロック図である。 本開示の種々の態様による、アンテナ素子の一例の概略図である。 本開示の種々の態様による、アンテナ素子の一例の概略図である。 本開示の種々の態様による、アンテナ素子のアレイの構成の一例の概略図である。 本開示の種々の態様による、アンテナ素子のアレイの構成の別の例の概略図である。 本開示の種々の態様による、アンテナ素子のアレイの構成のさらに別の例の概略図である。 本開示の種々の態様による、ダイポールアンテナ素子の一例の概略図である。 本開示の種々の態様による、ダイポールアンテナ素子のアレイの構成の一例の概略図である。 本開示の種々の態様による、ダイポールアンテナ素子のアレイの構成の別の例の概略図である。 本開示の種々の態様による、ワイヤレス通信において使用するために構成されるデバイスのブロック図である。 本開示の種々の態様による、ワイヤレス通信のための方法の一例を示す流れ図である。
先に論じられたように、mmW通信は、そのような波長のために特に設計されたアンテナ構造から恩恵を受けることができる。そのようなアンテナ構造は、mmW通信に関連付けられる見通し線問題および伝送損失に対処するように設計することができる。そのようなアンテナ構造は、アンテナ素子の複数のアレイおよび/または複数のタイプのアンテナ素子のような、本明細書において説明される種々の特徴および構成を含むことができる。アンテナ構造は、相対的に高い利得を有する相対的に狭いビームを生成し、ビームステアリング能力を提供し、および/または相対的にコンパクトになるように設計することができる。
本明細書において説明されるアンテナ構造の1つの構成は、第1のアレイの平面の上方の空間における(たとえば、その平面に直交する方向における)カバレッジを提供するように設計されたアンテナ素子の第1のアレイを含むことができる。第1のアレイのアンテナ素子は、給電される下側パッチと、下側パッチに寄生結合される上側パッチとを有する積重されたパッチ対によって形成することができる。
アンテナ構造は、その平面における(たとえば、その平面に対して平行な1つまたは複数の方向における)カバレッジを提供するように設計されるアンテナ素子の第2のアレイを含むことができる。第2のアレイのアンテナ素子は、折返しダイポールによって形成することができる。第1のアレイおよび第2のアレイの組合せは、第1の周波数(たとえば、約28GHz)において動作するように設計することができる。
また、アンテナ構造は、第2の周波数(たとえば、約60GHz)において動作するように設計されるアンテナ素子のアレイを含むことができる。そのようなアレイは、その平面の上方の空間におけるカバレッジを提供するように設計されるアンテナ素子の第3のアレイと、その平面におけるカバレッジを提供するように設計されるアンテナ素子の第4のアレイとを含むことができる。
第3のアレイのアンテナ素子は、Eパッチ(文字Eの形のパッチ)のような、パッチによって形成することができる。第4のアレイのアンテナ素子は、折返しダイポールによって形成することができる。
アンテナ素子の第3のアレイは、アンテナ素子の第1のアレイと同じ平面内に、または第1のアレイの平面に対して基本的に平行である平面内に位置することができる。第2のアレイのアンテナ素子および第4のアレイのアンテナ素子は、互いに織り交ぜて配置する(たとえば、各アレイのアンテナ素子を交互に配置する)ことができる。したがって、本明細書において先に説明されたように、第1のアレイおよび第3のアレイのアンテナ素子は、基本的に同じリアルエステートを共有することができ、第2のアレイおよび第4のアレイのアンテナ素子は、基本的に同じリアルエステートを共有することができる。
以下の説明は、例を提供し、特許請求の範囲に明記される範囲、適用性、または例を限定するものではない。本開示の範囲から逸脱することなく、論じられる要素の機能および構成に関して変更を加えることができる。種々の例は、必要に応じて、種々の手順または構成要素を省略、置換、または追加することができる。たとえば、説明される方法は、説明される順序とは異なる順序において実行することができ、種々のステップを追加、省略、または組み合わせることができる。また、いくつかの例に関して説明される特徴を、他の例において組み合わせることができる。
図1は、本開示の種々の態様による、ワイヤレス通信システム100の一例を示す。ワイヤレス通信システム100は、基地局105と、いくつかのユーザ機器(UE)115と、コアネットワーク130とを含む。コアネットワーク130は、ユーザ認証、アクセス許可、追跡、インターネットプロトコル(IP)接続性、および他のアクセス機能、ルーティング機能、またはモビリティ機能を提供することができる。基地局105は、バックホールリンク132(たとえば、S1など)を通じてコアネットワーク130とインターフェース接続し、UE115との通信のための無線構成およびスケジューリングを実行することができるか、または基地局コントローラ(図示せず)の制御下で動作することができる。種々の例において、基地局105は、有線通信リンクまたはワイヤレス通信リンクとすることができるバックホールリンク134(たとえば、X1など)を介して、直接、または間接的に(たとえば、コアネットワーク130を通して)のいずれかで、互いに通信することができる。
基地局105は、1つまたは複数の基地局アンテナを介して、UE115とワイヤレス通信することができる。基地局105の各サイトは、それぞれの地理的カバレッジエリア110に通信カバレッジを与えることができる。図示される例では、基地局105は、免許不要ミリメートル波長スペクトルを利用することができ、mmW基地局(BS)と呼ばれる場合がある。さらに、この例では、基地局105-aは、LTEなどの異なる無線アクセス技術を利用することができ、トランシーバ基地局、無線基地局、アクセスポイント、無線トランシーバ、ノードB、eノードB(eNB)、ホームノードB、ホームeノードB、または何らかの他の適切な用語で呼ばれることがある。基地局105のための地理的カバレッジエリア110は、カバレッジエリアの一部分のみを構成するセクタ(図示せず)に分割することができる。ワイヤレス通信システム100は、異なるタイプの基地局105(たとえば、マクロセル基地局および/またはスモールセル基地局)を含むことができる。異なる技術のための重複する地理的カバレッジエリア110が存在する場合がある。
この例において、ワイヤレス通信システム100は、LTE支援mmWワイヤレスアクセスネットワークであるが、必要に応じて、または所望により、mmW通信のためだけに構成することもできる。発展型ノードB(eNB)という用語は、一般に基地局105-aを表すために使用される場合があり、一方、UEという用語は、一般にUE115を表すために使用される場合がある。ワイヤレス通信システム100は、mmW基地局105が種々の地理的領域にカバレッジを提供する、異種ネットワークとすることができる。簡潔にするために単一のeNB105-aが示されているが、ワイヤレス通信システム100内のUE115のすべてまたは大部分をカバーするためにカバレッジエリア110-aを提供する複数のeNB105-aが存在する場合がある。カバレッジエリア110は、マクロセル、スモールセル、および/または他のタイプのセルのための通信カバレッジを示す場合がある。「セル」という用語は、文脈に応じて、基地局、基地局に関連するキャリアもしくはコンポーネントキャリア、またはキャリアもしくは基地局のカバレッジエリア(たとえば、セクタなど)を説明するために使用することができる3GPP用語である。
マクロセルは、一般に、比較的大きい地理的エリア(たとえば、半径数キロメートル)をカバーし、ネットワークプロバイダのサービスに加入しているUEによる無制限アクセスを可能にすることができる。スモールセルは、マクロセルと同じまたはマクロセルとは異なる(たとえば、認可、免許不要などの)周波数帯域において動作することができる、マクロセルと比べて低電力の基地局である。スモールセルは、種々の例に従って、ピコセル、フェムトセル、およびマイクロセルを含むことができる。ピコセルは、比較的小さい地理的エリアをカバーすることができ、ネットワークプロバイダを伴うサービスに加入しているUEによる無制限アクセスを可能にすることができる。フェムトセルも、比較的小さい地理的エリア(たとえば、自宅)をカバーすることができ、フェムトセルとの関連性を有するUE(たとえば、限定加入者グループ(CSG)の中のUE、自宅内のユーザのためのUEなど)による制限付きアクセスを提供することができる。マクロセル用のeNBは、マクロeNBと呼ばれることがある。スモールセル用のeNBは、スモールセルeNB、ピコeNB、フェムトeNB、またはホームeNBと呼ばれることがある。eNBは、1つまたは複数(たとえば、2つ、3つ、4つなど)のセル(たとえば、コンポーネントキャリア)をサポートすることができる。
ワイヤレス通信システム100は、同期動作または非同期動作をサポートすることができる。同期動作の場合、基地局は、同様のフレームタイミングを有することができ、異なる基地局からの送信を、時間的に概ね揃えることができる。非同期動作の場合、基地局は、異なるフレームタイミングを有することができ、異なる基地局からの送信は、時間的に揃えられない場合がある。本明細書において説明される技法は、同期動作または非同期動作のいずれかに使用することができる。
開示される種々の例のいくつかに適応することができる通信ネットワークは、階層化プロトコルスタックに従って動作するパケットベースネットワークとすることができる。ユーザプレーンでは、ベアラまたはパケットデータコンバージェンスプロトコル(PDCP)レイヤにおける通信は、IPベースとすることができる。無線リンク制御(RLC)レイヤは、論理チャネルを介して通信するために、パケットのセグメンテーションおよびリアセンブリを実行することができる。媒体アクセス制御(MAC)レイヤは、優先度処理および論理チャネルのトランスポートチャネルへの多重化を実行し得る。MACレイヤはまた、リンク効率を改善するためにMACレイヤにおいて再送信を行うためにハイブリッドARQ(HARQ)を使用し得る。制御プレーンでは、無線リソース制御(RRC)プロトコルレイヤは、UE115とユーザプレーンデータのための無線ベアラをサポートするコアネットワーク130または基地局105との間のRRC接続の確立、構成、およびメンテナンスを提供し得る。物理(PHY)レイヤにおいて、トランスポートチャネルは物理チャネルにマッピングすることができる。
UE115は、ワイヤレス通信システム100全体にわたって分散され、各UE115は固定またはモバイルとすることができる。また、UE115は、移動局、加入者局、モバイルユニット、加入者ユニット、ワイヤレスユニット、リモートユニット、モバイルデバイス、ワイヤレスデバイス、ワイヤレス通信デバイス、リモートデバイス、モバイル加入者局、アクセス端末、モバイル端末、ワイヤレス端末、リモート端末、ハンドセット、ユーザエージェント、モバイルクライアント、クライアント、または何らかの他の適切な用語を含む場合があるか、または当業者によってそのように呼ばれる場合がある。UE115は、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ワイヤレスモデム、ワイヤレス通信デバイス、ハンドヘルドデバイス、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、コードレスフォン、ワイヤレスローカルループ(WLL)局などとすることができる。UE115は、mmW BS、マクロeNB、スモールセルeNB、中継基地局などを含む種々のタイプの基地局およびネットワーク機器と通信することが可能な場合がある。
図示される例では、通信リンク125は、UE115からmmW基地局105へのアップリンク(UL)送信、および/またはmmW BS105からUE115へのダウンリンク(DL)送信を含むことができる。ダウンリンク送信は順方向リンク送信と呼ばれることもあり、一方、アップリンク送信は逆方向リンク送信と呼ばれることもある。各通信リンク125は、1つまたは複数のキャリアを含むことができ、各キャリアは、上記で説明された種々の無線技術に従って変調される複数のサブキャリア(たとえば、異なる周波数の波形信号)から構成される信号とすることができる。各被変調信号は、異なるサブキャリア上で送信することができ、制御情報(たとえば、基準信号、制御チャネルなど)、オーバーヘッド情報、ユーザデータなどを搬送することができる。通信リンク125は、(たとえば、対のスペクトルリソースを使用する)FDD動作または(たとえば、不対のスペクトルリソースを使用する)TDD動作を用いて双方向通信を送信することができる。FDD(たとえば、フレーム構造タイプ1)およびTDD(たとえば、フレーム構造タイプ2)のフレーム構造を規定することができる。
ワイヤレス通信システム100のいくつかの実施形態では、mmW BS105および/またはUE115は、mmW BS105とUE115との間の通信品質および/または信頼性を改善するように設計されるアンテナ構造を含むことができる。そのようなアンテナ構造の種々の例が以下にさらに説明される。
ここで、図2Aを参照すると、概略図200-aが示されており、たとえば、図1に関して説明されたUE115において使用することができるアンテナ素子の一例の平面図を示す。この例において、第1のアンテナ素子210および第2のアンテナ素子220が、それぞれのアンテナ素子210、220のためのポート(図示せず)を含む表面230(たとえば、接地面)上に配置される場合がある。
第1のアンテナ素子210は、マイクロストリップパッチとして形成することができ、第1の周波数(たとえば、約28GHz)において動作するように設計することができる。図示されるように、第1のアンテナ素子210は、第1の開口215を含むか、または画定するように構成することができる。その場合に、第1のアンテナ素子210は、図示されるように、文字CまたはUの形状に構成することができる。しかしながら、第1のアンテナ素子210および第1の開口の他の形状が可能であることは理解されたい。
また、第2のアンテナ素子220もマイクロストリップパッチとして形成することができ、第1の周波数より高い第2の周波数(たとえば、約60GHz)において動作するように設計することができる。図示されるように、第2のアンテナ素子220は、一対の開口225を含むか、または画定するように構成することができる。その場合に、第2のアンテナ素子220は、図示されるように、文字Eの形状に構成することができる。
第2のアンテナ素子220の動作周波数は第1のアンテナ素子210の動作周波数より高いので、第2のアンテナ素子220は、第1のアンテナ素子210より小さくすることができる。これにより、第2のアンテナ素子220は、第1のアンテナ素子210とリアルエステートを共有できる(たとえば、同じ場所に配置できる)ようになる場合がある。この例において、第2のアンテナ素子220は、完全にではないが、少なくとも部分的に開口215に収まる(たとえば、位置合わせされる)ように、第1のアンテナ素子210の開口215の形状と相補的な形状をなすことができる。第1の開口215と同様に、第2のアンテナ素子220の他の形状が可能であることは理解されたい。
図2Bは、図2Aに示されるアンテナ素子の例の側面図を示す概略図200-bを示す。この例において、第1のアンテナ素子210は、垂直方向に(たとえば、第1のアンテナ素子210の平面と直交する方向に)積重される、下側パッチ素子210-1および上側パッチ素子210-2によって形成することができる。動作(通信または他の信号の伝送)時に下側パッチ素子210-1に給電できるように、下側パッチ素子210-1は、第1のポストまたは導体212を介して表面230(たとえば、接地面)内の対応するポート(図示せず)に接続または結合することができる。上側パッチ素子210-2は、適切な態様において(たとえば、下側パッチ素子210-1に十分に接近して隣接するか、または物理的に接続されるように)下側パッチ素子210-1に寄生結合することができる。
第2のアンテナ素子220は、第1のアンテナ素子210の下方に(たとえば、図示されるように、下側パッチ素子210-1の下方)に位置することができる。代替的には、第2のアンテナ素子220は、より小さく、図2Aに関して先に説明されたように開口215と位置合わせされるので、第2のアンテナ素子220は、下側パッチ素子210-1の平面と上側パッチ素子210-2の平面との間にある平面内に位置することができる。第1のアンテナ素子210と同様に、動作(通信または他の信号の伝送)時に第2のアンテナ素子220に給電できるように、第2のアンテナ素子220は、第2のポストまたは導体222を介して基板230内の対応するポート(図示せず)に接続または結合することができる。
図示される構成において、第1のアンテナ素子210および第2のアンテナ素子220は平行な平面内に配置され、第1のアンテナ素子210と第2のアンテナ素子220の両方ともが、図2Bにおいて矢印によって示される(たとえば、アンテナ素子210、220の平面に直交する)方向において(信号を受信および/または送信するための)カバレッジを提供することができる。図2Bでは明確にするために図示されないが、基板材料(たとえば、FR-4のような複合材料)が、表面230と上側パッチ素子210-2との間の(さらには、必要に応じて、または所望により、上側パッチ素子の上方の)体積空間を満たすことができる。また、基板材料は、表面230の下方に位置することもできる。
図3は、本開示の種々の態様による、アンテナ構造の例の平面図を示す概略図300を示す。この例において、アンテナ構造は、アンテナ素子310の第1のアレイを含むように構成することができ、各アンテナ素子は、図2Aおよび/または図2Bに関して先に説明された第1のアンテナ素子210の例とすることができる。アンテナ素子310はそれぞれ、開口315を含むか、または画定することができる。アンテナ素子310は2X4アレイに配置することができ、一方にある4つのアンテナ素子310と他方にある4つのアンテナ素子310との間は鏡面対称(図示されるように、たとえば、回転を伴う並進関係)である。そのような鏡面対称は、アンテナ素子310に改善されたアイソレーションを与えることができる。代替的には、一方にある4つのアンテナ素子310は、他方にある4つのアンテナ素子310と同じ方向に向けることができる(たとえば、回転を伴わない並進関係)。
また、アンテナ構造は、アンテナ素子320の第2のアレイを含むように構成することができ、各アンテナ素子は、図2Aおよび/または図2Bに関して先に説明された第2のアンテナ素子220の例とすることができる。アンテナ素子320はそれぞれ、一対の開口325を含むか、または画定することができる。アンテナ素子320は2X4アレイに配置することができ、一方にある4つのアンテナ素子320と他方にある4つのアンテナ素子320との間は(図示されるように)鏡面対称である。代替的には、一方にある4つのアンテナ素子320は、他方にある4つのアンテナ素子320と同じ方向に向けることができる。
図2Aに関して先に説明されたように、第2のアンテナ素子320は、たとえば、完全にではないが、少なくとも部分的にアンテナ素子310のそれぞれの開口315に収まる(たとえば、位置合わせされる)ことによって、第1のアンテナ素子310とリアルエステートを共有する(たとえば、同じ場所に配置する)ことができる。図示される例において、各第2のアンテナ素子320は、対応する第1のアンテナ素子310のそれぞれの開口315内にその大部分を配置する/位置合わせすることができる。第1のアンテナ素子310のそれぞれおよび第2のアンテナ素子320のそれぞれは、図2Aおよび図2Bに関して先に説明されたように、それぞれのアンテナ素子310、320のためのポート(図示せず)を含む基板330上に配置することができる。
図3のアンテナ構造において、第1のアンテナ素子310は、適切に離間して配置することができる。たとえば、第1のアンテナ素子310は、その動作(たとえば、屋外を通しての)波長に従って、1波長(λ)未満(たとえば、約λ/2)だけ互いに離間して配置することができる。この例において、第1のアンテナ素子310を適切に離間させることは、第2のアンテナ素子320が互いに理想的に離間して配置されない場合があることを意味する場合がある。各第2のアンテナ素子320が対応する第1のアンテナ素子310のそれぞれ開口315内にどの程度(たとえば、より大きく、またはより小さく)配置されるかを調整することによって、4つのアンテナ素子320の組の向かい合う第2のアンテナ素子320を適切に間隔をおいて配置することができるが、4つのそれぞれの組の第2のアンテナ素子320は、それでも、互いから非理想的に離間して(たとえば、λ/2から離れて、さらにはλより大きく離れて)配置される場合がある。
図示される構成において、第1のアンテナ素子310および第2のアンテナ素子320は、平行な平面内に配置することができる。その場合に、第1のアンテナ素子310と第2のアンテナ素子320の両方ともが、紙面から上方の(たとえば、アンテナ素子310、320の平面に直交する)方向において(信号を受信および/または送信するための)カバレッジを提供することができる。この方向は、(図5A、図5Bおよび図6に関して後に論じられるように、アンテナ素子のさらなるアレイを配置することができる基板のエッジの面積と比べて)基板330の表面上のアンテナ素子310および320の2X4アレイの相対的に大きなフットプリントを考慮して、ブロードサイド方向と呼ばれる場合がある。
図4Aは、本開示の種々の態様による、アンテナ構造の別の例の平面図を示す概略図400-aを示す。この例において、アンテナ構造は、アンテナ素子410の第1のアレイを含むように構成することができ、各アンテナ素子は、図2Aおよび/または図2Bに関して先に説明された第1のアンテナ素子210の例とすることができる。アンテナ素子410はそれぞれ、開口415を含むか、または画定することができる。アンテナ素子410は、必要に応じて、または所望により、鏡面対称をなすか(図示されるように)、または同じ方向に向けられる2X4アレイに配置することができる。
また、アンテナ構造は、アンテナ素子420の第2のアレイを含むように構成することができ、各アンテナ素子は、図2Aおよび/または図2Bに関して先に説明された第2のアンテナ素子220の例とすることができる。アンテナ素子420はそれぞれ、一対の開口425を含むか、または画定することができる。アンテナ素子420は、鏡面対称をなす(図示されるように)、2X4アレイに配置することができ、2X4アレイの各側にある4つのアンテナ素子420間にさらなるアレイが配置されている。
図2Aに関して先に説明されたように、2X4アレイの第2のアンテナ素子420は、第1のアンテナ素子410のそれぞれ開口415に少なくとも部分的に収まる(たとえば、位置合わせされる)ことによって、第1のアンテナ素子410とリアルエステートを共有する(たとえば、同じ場所に配置する)ことができる。第1のアンテナ素子410のそれぞれおよび第2のアンテナ素子420のそれぞれは、図2Aおよび図2Bに関して先に説明されたように、それぞれのアンテナ素子410、420のためのポート(図示せず)を含む基板430上に配置することができる。
図4Aのアンテナ構造において、第1のアンテナ素子410は、図3に関して先に説明されたように、適切に離間して配置することができる。図示される例において、2X4アレイの各第2のアンテナ素子420は、対応する第1のアンテナ素子410のそれぞれの開口415内に部分的にのみ配置することができる。さらに、さらなるアレイの第2のアンテナ素子420は、第2のアンテナ素子420の三角格子配列を形成するように位置することができる。三角格子配列と、第2のアンテナ素子420が対応する第1のアンテナ素子410のそれぞれの開口415内に部分的にのみ配置されることとによって、第2のアンテナ素子420は互いに適切に(たとえば、約λ/2のようなλ未満だけ)離間して配置することができる。
図4Bは、本開示の種々の態様による、アンテナ構造のさらに別の例の平面図を示す概略図400-bを示す。この例において、アンテナ構造は、それぞれの開口415-aを画定するアンテナ素子410-aの第1のアレイと、それぞれの開口対425-aを画定するアンテナ素子420-aの第2のアレイとを含む、図4Aに関して先に説明されたアンテナ構造と同様に構成することができる。第1のアンテナ素子410-aはそれぞれ、図2Aおよび/または図2Bに関して先に説明された第1のアンテナ素子210の例とすることができ、第2のアンテナ素子420-aはそれぞれ、図2Aおよび/または図2Bに関して先に説明された第2のアンテナ素子220の例とすることができる。
第1のアンテナ素子410-aは、必要に応じて、または所望により、鏡面対称をなすか(図示されるように)、または同じ方向に向けられる2X4アレイに配置することができる。第2のアンテナ素子420-aは、同じ方向に向けられる2X4アレイに配置することができ、2X4アレイの各側にある4つのアンテナ素子420-a間にさらなるアレイが配置されている。また、さらなるアレイの第2のアンテナ素子420-aは、他のアンテナ素子420-aと同じ方向に向ける(たとえば、すべての第2のアンテナ素子420-aが、回転を伴わない並進関係に位置する)こともできる。
アレイのアンテナ素子を同じ方向に向けることは、デフォルトまたは通例の向きであると見なすことができる。アレイが並列給電のような給電網(またはマニホルド)によって給電されるとき、アンテナ素子を同じ方向に向けることにより、給電網を簡単にすることができる。しかしながら、各アンテナ素子が個別のTx/Rxモジュールによって給電される場合には、チップ上でレイアウトを管理することができる。第1のアンテナ素子および第2のアンテナ素子が鏡面対称にあるとき、その給電電流間に180度位相シフトを実現することができる。そのような位相シフトは、たとえば、チップ上のデジタル領域において取り扱うことができる。
上記のように、2X4アレイの第2のアンテナ素子420-aは、たとえば、第1のアンテナ素子410-aのそれぞれ開口415-aに少なくとも部分的に収まる(たとえば、位置合わせされる)ことによって、第1のアンテナ素子410-aとリアルエステートを共有する(たとえば、同じ場所に配置する)ことができる。第1のアンテナ素子410-aのそれぞれおよび第2のアンテナ素子420-aのそれぞれは、図2Aおよび図2Bに関して先に説明されたように、それぞれのアンテナ素子410-a、420-aのためのポート(図示せず)を含む基板430-a上に配置することができる。
図4Bのアンテナ構造において、第1のアンテナ素子410-aは、図3に関して先に説明されたように、適切に離間して配置することができる。図示される例において、2X4アレイの各第2のアンテナ素子420-aは、対応する第1のアンテナ素子410-aのそれぞれの開口415-a内に部分的にのみ配置することができる。さらに、さらなるアレイの第2のアンテナ素子420-aは、第2のアンテナ素子420-aの三角格子配列を形成するように位置することができ、それは、第2のアンテナ素子420-aが互いに適切に離間して配置されるような配列とすることができる。
図3、図4Aおよび図4Bに関して先に説明された例は、アンテナ素子の2X4アレイを伴うが、アレイの他の構成(1X3、2X3、2X2、2X1など)が可能であることは理解されたい。さらに、アンテナ素子が多いほど、一般に高い利得につながる場合があるが、デバイスの全体サイズおよび他の構成要素によって、UEのようなデバイス内のアンテナ構造(または複数のアンテナ構造)のために利用可能なリアルエステート(たとえば、空間)が制限されることは理解されたい。
ここで図5Aを参照すると、概略図500-aが示されており、たとえば、図1に関して説明されたUE115において使用することができるアンテナ素子の一例の平面図を示す。この例において、ダイポールアンテナ素子510のためのポート515を含む表面530(たとえば、接地面)上にダイポールアンテナ素子510を配置することができる。
ダイポールアンテナ素子510は、ポート515、たとえば、ポート515の第1のライン(たとえば、導体)535-1および第2のライン535-2に結合または接続されるように構成することができる。そのような構成は、ダイポールアンテナ素子510aを、差動給電を用いる平衡アンテナ素子にすることができる(たとえば、第1のライン535-1内の給電電流が第2のライン535-2内の給電電流の逆である)。ダイポールアンテナ素子510は折返しダイポールアンテナ素子として形成することができ、特定の周波数(たとえば、約28GHz)において動作するように設計することができる。ダイポールアンテナ素子510は、たとえば、文字Tの全体形状に構成することができ、ダイポールアンテナ素子510が、表面530のエッジ532から、エッジ532の平面に対して基本的に平行であるT形状の上端まで延在する。
図5Bは、アンテナ素子の例の平面図を示す概略図500-bを示しており、各アンテナ素子は図5Aに関して先に説明されたアンテナ素子510と同様に構成することができる。この例において、アンテナ素子510-aの第1のアレイは、図5Aに関して先に説明されたように、表面530-a上に、そのエッジ532-aから延在するように配置することができる。第1のアンテナ素子510-aはそれぞれ、第1の周波数(たとえば、約28GHz)において動作するように設計された折返しダイポールアンテナ素子とすることができる。
また、図5Aに関して説明されたように、表面530-a上にアンテナ素子520の第2のアレイを配置することができる。第2のアンテナ素子520はそれぞれ、第2の周波数(たとえば、約60GHz)において動作するように設計される折返しダイポールアンテナ素子とすることができる。
第1のアンテナ素子510-aおよび第2のアンテナ素子520は、互いに織り交ぜて配置する(たとえば、各アレイのアンテナ素子を交互に配置する)ことができる。第2のアンテナ素子520の動作周波数は第1のアンテナ素子510-aの動作周波数より高いので、第2のアンテナ素子520は、第1のアンテナ素子510-aより小さくすることができる。これにより、第2のアンテナ素子220は、隣接する第1のアンテナ素子510-a間の空間内に収まることによって、第1のアンテナ素子210とリアルエステートを共有できるようになる(たとえば、同じ場所に配置できるようになる)場合がある。
第2のアンテナ素子520は、表面530-aのエッジ532-aのより近くに位置することができる。代替的には、第2のアンテナ素子520はより小型であり、隣接する第1のアンテナ素子510-a間の空間内に収まるので、第2のアンテナ素子520は、第1のアンテナ素子510-aと同じ平面内に位置することができる(たとえば、第1のアンテナ素子510-aおよび第2のアンテナ素子520の上端は基本的に、エッジ532-aに対して平行な同じ平面内にある)。その代わりに、またはそれに加えて、第1のアンテナ素子510-aおよび第2のアンテナ素子520は、基本的に、表面530-aに対して平行な同じ平面内に位置することができる。第1のアンテナ素子510-aおよび第2のアンテナ素子520のための給電線が同じ平面内に位置するとき、導電層(たとえば、金属)の数を減らすことができ、それにより、製造コストを削減し、および/または複雑さを緩和することができる。
図示される構成において、第1のアンテナ素子510-aおよび第2のアンテナ素子520は平行な平面内に配置され、第1のアンテナ素子510-aと第2のアンテナ素子520の両方ともが、図5Bにおいて矢印によって示される(たとえば、表面530-aのエッジ532-aの平面または表面530-aの平面に直交する)方向において(信号を受信および/または送信するための)カバレッジを提供することができる。この方向は、(図2A、図2B、図3、図4Aおよび図4Bに関して先に論じられたように、パッチアンテナ素子のアレイを配置することができる表面のエリアに比べて)エッジまたはエッジファイア方向と呼ばれる場合がある。明確にするために図5Bには示されないが、第1の基板材料(たとえば、FR-4のような複合材料)が、表面530-aの上側に位置する(上記のようにパッチアンテナを支持する)ことができ、第2の基板材料(たとえば、同じ)が、表面530-aの下側に位置する(ダイポールアンテナ素子を支持する)ことができる。ダイポールアンテナ素子のための給電線(図示せず)は、第2の基板材料の表面上に配置することができる。
第1のアンテナ素子510-aは、互いに適切に(たとえば、28GHzに対応するλ未満または約λ/2だけ)離間して配置することができる。代替的には、第2のアンテナ素子520は互いに適切に離間して配置することができる。さらには、第1のアンテナ素子510-aの間隔と第2のアンテナ素子520の間隔との間の妥協を判断することができる。第1のアンテナ素子510-aを(隣接する素子の中心から中心まで)互いから約λ/2だけ離間して配置させることは、接触するのを避けるために、隣接する素子の先端間に小さな(たとえば、最小の)距離を与えることができる。28GHzにおけるλ/2の物理的距離は60GHzにおけるλに極めて近いことに留意すると、この結果として、隣接する第2のアンテナ素子520間に約λの距離(60GHzに対応する)をもたらすことができる。
図6は、本開示の種々の態様による、アンテナ構造の例の平面図を示す概略図600を示す。この例において、アンテナ構造は、アンテナ素子610の第1のアレイを含むように構成することができ、各アンテナ素子は、図5Bに関して先に説明された第1のアンテナ素子510-aの例とすることができる。また、アンテナ構造は、アンテナ素子620の第2のアレイを含むように構成することができ、各アンテナ素子は、図5Bに関して先に説明された第2のアンテナ素子520の例とすることができる。
第1のアンテナ素子610および第2のアンテナ素子620は、基板630のエッジに沿って配置することができ、第1のアンテナ素子610および第2のアンテナ素子620は織り交ぜて配置されている。図6に示される長方形基板630によれば、そのアレイは、4つの異なる方向において動作するように構成することができ、基板630の平面内のカバレッジを提供する。
明確にするために図示されないが、図6に示されるポート640(たとえば、第1のアンテナ素子310、410または410-a用)によって示唆されるように、図3、図4Aまたは図4Bに関して先に説明されたような、アンテナ素子のさらなるアレイを基板630上に配置することができる。したがって、図3、図4Aまたは図4Bのアンテナアレイを図6のアンテナアレイと組み合わせて、所与の周波数のためのパッチアンテナ素子とダイポールアンテナ素子の両方を含むか、2つの異なる周波数のためのパッチアンテナ素子およびダイポールアンテナ素子の両方を含むコンパクトなアンテナ構造を形成できることは理解されたい。
図3、図4A、図4B、図5A、図5B、図5Cおよび図6に関して先に説明された例において、アンテナアレイ(パッチアレイもしくはダイポールアレイのいずれか、または両方)のアンテナ素子は、その給電(たとえば、その動作周波数)に一致するようにして設計および配列することができる。そのような手法は、改善されたリターンロスおよび/またはアイソレーション特性(たとえば、場合によっては、10デシベル(dB)を超える)を達成することができる。
図7は、本開示の種々の態様による、ワイヤレス通信のためのUE115-a向けのアーキテクチャの一例を示すブロック図700である。UE115-aは、種々の構成を有することができ、パーソナルコンピュータ(たとえば、ラップトップコンピュータ、ネットブックコンピュータ、タブレットコンピュータなど)、セルラー電話(たとえば、スマートフォン)、PDA、デジタルビデオレコーダ(DVR)、インターネットアプライアンス、ゲームコンソール、電子リーダなどに含まれる場合があるか、またはそれらの一部の場合がある。UE115-aは、場合によっては、モバイル動作を容易にするために、小型電池などの内部電源(図示せず)を有することがある。UE115-aは、図1を参照しながら説明されたUE115の種々の態様の一例とすることができる。UE115-aは、図1、図2A、図2B、図3、図4A、図4B、図5A、図5Bおよび/または図6を参照して説明された特徴または機能のうちの少なくともいくつかを実現することができる。UE115-aは、図1を参照しながら説明されたmmW BS105と通信することができる。
UE115-aは、プロセッサ705と、メモリ710と、通信マネージャ720と、少なくとも1つのトランシーバ725と、アンテナアレイ730とを含むことができる。これらの構成要素の各々は、バス735を介して、直接、または間接的に互いと通信することができる。
メモリ710は、ランダムアクセスメモリ(RAM)および/または読取り専用メモリ(ROM)を含むことができる。メモリ710は、実行されるときに、プロセッサ705に、ワイヤレス通信のための本明細書において説明された種々の機能を実行させる命令を含む、コンピュータ可読、コンピュータ実行可能ソフトウェア(SW)コード715を記憶することができる。代替的には、ソフトウェアコード715は、プロセッサ705によって直接実行可能でない場合があるが、(たとえば、コンパイルされ、実行されるときに)UE115-aに本明細書において説明される種々の機能を実行させることができる。
プロセッサ705は、インテリジェントハードウェアデバイス、たとえば、CPU、マイクロコントローラ、ASICなどを含むことができる。プロセッサ705は、アンテナアレイ730からトランシーバ725を通して受信された情報、および/またはアンテナアレイ730を通して送信するためにトランシーバ725に送信される情報を処理することができる。プロセッサ705は、単独で、または通信マネージャ720とともに、UE115-aのためのワイヤレス通信の種々の態様を取り扱うことができる。
トランシーバ725は、パケットを変調し、変調されたパケットを送信のためにアンテナアレイ730に与え、アンテナアレイ730から受信されたパケットを復調するモデムを含むことができる。トランシーバ725は、場合によっては、送信機および別個の受信機として実現することができる。トランシーバ725は、複数のRAT(たとえば、mmW、LTEなど)による通信をサポートすることができる。トランシーバ725は、アンテナアレイ730を介して、図1を参照しながら説明されたmmW BS105と双方向通信することができる。図示されないが、UE115-aは、mmW以外のRATを取り扱うように設計される単一のアンテナまたは複数のアンテナを含むこともできる。
トランシーバ725は、単独で、または通信マネージャ720とともに、アンテナアレイ730の動作を制御することができる。そのような制御は、ビームを所望の方向にステアリングするように、アンテナアレイ730のアンテナ素子に個別に給電することを伴う場合がある。たとえば、λ/2の間隔で1つの線に沿って均一に散在する素子を有するアレイ(28GHzダイポールの場合に図6の接地面の各エッジ上にあるダイポールアレイなど)の場合、アレイの素子が対象の平面において等方性放射パターンを有すると仮定すると、各アンテナポートに給電される信号の大きさを、位相シフトを徐々に増やしながら(たとえば、第1のアンテナ素子の位相が0である場合には、第2のアンテナ素子の位相シフトはα(度)になり、第3のアンテナ素子の位相シフトは2αになるなど)1ボルトに等しく設定することによって、ビームを特定の方向にステアリングすることができる。αの値がビームの方向を決定することができる。ビームの角度が、すべてのアンテナ素子を互いに接続する線に対して測定されると仮定すると、αは、ビームがこの線に沿っている場合に-180度とすることができる。ビームがこの線と30度、45度、60度および90度の角度をなす場合、たとえば、徐々に増える位相シフトはそれぞれ、155.9度、-127.3度、-90度および0度とすることができる。したがって、アンテナ素子が同相で給電される(すなわち、αが0度に等しい)場合には、ビームはアレイ線の方向に対して垂直な方向に存在することになる。そのような数は、アンテナ素子の間に相互結合が存在しないという別の仮定に基づくことができる。実際には、アレイの素子の間の相互結合(のレベル)の結果として、そのような角度に変更が生じるか、またはそのようなビーム角を達成するために異なる位相シフトを生成する場合がある。
アンテナアレイ730が異なる動作周波数(たとえば、本明細書において説明されるような28GHzおよび60GHzのような2つの異なる周波数)のための個別のアンテナアレイを用いて構成されるとき、トランシーバ725は、通信するためにUE115-aによって現在使用されている周波数に対応するアンテナアレイ(および個々の素子)を選択的に動作させることができる。本明細書において説明されたデュアル周波数アンテナ構造によれば、UE115-aは、帯域ごとに別々のアンテナ構造を用いることなく、異なる帯域を介して通信することができる。したがって、本明細書において説明されるアンテナ構造は、UE115-aの限られたリアルエステートを節約することができ、そうでなければそのような能力を提供するために被る場合がある、UE115-aの全体サイズへの任意の潜在的な悪影響を低減することができる。
UE115-aの通信マネージャ720および/またはトランシーバ725は、個別にまたはまとめて、ハードウェア中の適用可能な機能の一部またはすべてを実行するように適応された1つまたは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)を使用して実現することができる。代替的には、機能は、1つまたは複数の集積回路上で、1つまたは複数の他の処理ユニット(またはコア)によって実行することができる。他の例では、当技術分野で知られている任意の方法においてプログラムすることができる他のタイプの集積回路(たとえば、構造化/プラットフォームASIC、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、および他のセミカスタムIC)を使用することができる。各モジュールの機能はまた、全体的または部分的に、1つまたは複数の汎用プロセッサまたは特定用途向けプロセッサによって実行されるようにフォーマットされた、メモリ内で具現された命令を用いて実現することもできる。
図8は、本開示の種々の態様による、ワイヤレス通信のための方法800の一例を示す流れ図である。明確にするために、方法800は、上記のアンテナ構造のうちの1つまたは複数のアンテナ構造の態様を参照しながら以下に説明される。いくつかの例では、UEは、以下で説明される機能を実行するために、UEの機能要素を制御するためのコードの1つまたは複数のセットを実行することができる。それに加えて、またはその代わりに、UEは、専用ハードウェアを使用して、以下で説明される機能のうちの1つまたは複数を実行することができる。
ブロック805において、方法800は、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第1のアンテナアレイを動作させることを伴うことができる。第1のアンテナアレイは、第1の平面構成における第1の複数のアンテナ素子を含むことができる。たとえば、第1のアンテナアレイは、図3に関して説明されたアンテナ素子310の第1のアレイとすることができる。
ブロック810において、方法800は、第1の周波数範囲とは異なる第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第2のアンテナアレイを動作させることを伴うことができる。第2のアンテナアレイは、第2の平面構成における第2の複数のアンテナ素子を含むことができる。たとえば、第2のアンテナアレイは、図3に関して説明されたアンテナ素子320の第2のアレイとすることができる。
方法800によれば、第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイは、たとえば、図3に関して説明されたように、同じアンテナ構造の一部とすることができる。したがって、方法800は、単一のアンテナ構造を用いて、2つの異なる周波数範囲におけるワイヤレス通信を提供することができる。上記のように、そのようなアンテナ構造は、コンパクトにしたままそのような能力を提供することができ、最新のワイヤレス通信デバイスにおいて利用可能な限られたリアルエステートを節約するのを助けることができる。
ブロック805、および810での動作は、図7を参照しながら説明されたトランシーバ725を使用して実行することができる。単一のトランシーバ725が使用される場合があるが、たとえば、個々のアレイのアンテナ素子が個々に給電されるときに特に、それぞれのアレイからのビームを所望の方向にステアリングするために、第1のアンテナアレイおよび第2のアンテナアレイを動作させる別々のトランシーバが使用されてもよい。
方法800は1つの実装形態にすぎないこと、およびブロック805および810の動作に加えて、またはその代わりに、上記の開示によれば、種々の他の動作を実行できることに留意されたい。その場合に、他の方法が可能である。
これまでの説明は28GHzおよび60GHzの特定の動作周波数を参照するが、そのような動作周波数がある範囲の周波数に対応する場合があることは理解されたい。たとえば、約28GHzの動作周波数は、27GHz〜31GHzのような周波数範囲を含むことができ、約60GHzの動作周波数は、56GHz〜67GHzのような周波数範囲を含むことができる。そのような範囲は、少なくとも部分的に、本明細書において説明されるような、アンテナ素子およびアンテナ素子アレイの特定の設計および構成によって決まる場合がある。
本明細書で説明される技法は、CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、SC-FDMA、および他のシステムなどの種々のワイヤレス通信システムのために使用することができる。「システム」および「ネットワーク」という用語は、しばしば互換的に使用される。CDMAシステムは、CDMA2000、ユニバーサル地上波無線アクセス(UTRA)などの無線技術を実現することができる。CDMA2000は、IS-2000、IS-95およびIS-856標準規格を対象とする。IS-2000リリース0およびAは、一般に、CDMA2000 1X、1Xなどと呼ばれる。IS-856(TIA-856)は、一般に、CDMA2000 1xEV-DO、High Rate Packet Data (HRPD)などと呼ばれる。UTRAは、Wideband CDMA (WCDMA(登録商標))およびCDMAの他の変形態を含む。TDMAシステムは、モバイル通信用グローバルシステム(GSM(登録商標):Global System for Mobile Communications)のような無線技術を実現することができる。OFDMAシステムは、Ultra Mobile Broadband(UMB)、Evolved UTRA(E-UTRA)、IEEE 802.11(WiFi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20、Flash-OFDM(商標)などの無線技術を実現することができる。UTRAおよびE-UTRAは、Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)の一部である。3GPP Long Term Evolution(LTE)およびLTE-Advanced(LTE-A)は、E-UTRAを使用するUMTSの新しいリリースである。UTRA、E-UTRA、UMTS、LTE、LTE-A、およびGSM(登録商標)は、「第3世代パートナーシッププロジェクト」(3GPP:3rd Generation Partnership Project)という名称の組織からの文書に記載されている。CDMA2000およびUMBは、「第3世代パートナーシッププロジェクト2(3GPP2:3rd Generation Partnership Project 2)」という名称の組織からの文書に記載されている。本明細書において説明される技法は、上述のシステムおよび無線技術、ならびに免許不要帯域幅および/または共有帯域幅を介してのセルラー(たとえば、LTE)通信を含む、他のシステムおよび無線技術において使用することができる。しかしながら、これまでの説明は、例としてLTE/LTE-Aシステムを説明し、これまでの説明の大部分においてLTE用語が使用されるが、本技法はLTE/LTE-A適用例以外に適用可能である。
添付の図面に関して上記に記載された詳細な説明は、例を説明しており、実現される場合がある例、または特許請求の範囲内にある例のみを表すものではない。この説明において使用される「例」および「例示的」という用語は、「例、事例、または例示として機能すること」を意味し、「好ましい」または「他の例よりも有利である」ことを意味しない。詳細な説明は、説明された技法の理解を与える目的で、具体的な詳細を含む。しかしながら、これらの技法は、これらの具体的な詳細を伴うことなく実践される場合がある。場合によっては、説明される例の概念を不明瞭にすることを避けるために、よく知られている構造および装置がブロック図の形で示されている。
様々な異なる技術および技法のいずれかを用いて、情報および信号を表すことができる。たとえば、上記の説明全体にわたって参照される場合があるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表される場合がある。
本明細書の開示に関して説明される種々の例示的なブロックおよび構成要素は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、ASIC、FPGAもしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタロジック、個別ハードウェア構成要素、または本明細書において説明される機能を実施するように設計されるそれらの任意の組合せを用いて実現または実施される場合がある。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPおよびマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実現することができる。
本明細書において説明された機能は、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実現される場合がある。プロセッサによって実行されるソフトウェアにおいて実現される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとしてコンピュータ可読媒体上に記憶されるか、またはコンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。他の例および実装形態は、本開示および添付の特許請求の範囲の範囲および趣旨内にある。たとえば、ソフトウェアの性質に起因して、上で説明された機能は、プロセッサによって実行されるソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、ハードワイヤリング、またはそれらのいずれかの組合せを用いて実現することができる。機能を実現する特徴はまた、機能の部分が異なる物理的場所において実現されるように分散することを含む、種々の位置に物理的に位置することができる。特許請求の範囲内を含む、本明細書において使用されるときに、「および/または」という用語は、2つ以上の項目のリストにおいて使用されるとき、列挙される項目のうちのいずれか1つを単独で利用できること、または列挙される項目のうちの2つ以上からなる任意の組合せを利用できることを意味する。たとえば、構成が、構成要素A、B、および/またはCを含むものとして説明される場合には、その構成は、A単体、B単体、C単体、AとBとの組合せ、AとCとの組合せ、BとCとの組合せ、またはA、B、およびCの組合せを含むことができる。また、特許請求の範囲内を含む、本明細書において使用されるときに、項目のリスト(たとえば、「のうちの少なくとも1つ」または「のうちの1つまたは複数」などの句で始まる項目のリスト)において使用される「または」は、たとえば、「A、B、またはCのうちの少なくとも1つ」のリストがAまたはBまたはCまたはABまたはACまたはBCまたはABC(すなわち、AおよびBおよびC)を意味するような、選言的リストを示す。
コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体とコンピュータ通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、汎用コンピュータまたは専用コンピュータによってアクセス可能である任意の入手可能な媒体とすることができる。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリ、CD-ROMもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコード手段を搬送または記憶するために使用され、汎用もしくは専用コンピュータまたは汎用もしくは専用プロセッサによってアクセス可能である、任意の他の媒体を含むことができる。また、あらゆる接続が、コンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用してウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。ディスク(disk)およびディスク(disc)は、本明細書において使用されるときに、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(登録商標)(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、一方、ディスク(disc)は、データをレーザーで光学的に再生する。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる。
本開示の前述の説明は、当業者が本開示を作製または使用することを可能にするために提供される。本開示に対する種々の変更は、当業者に容易に明らかになり、本明細書において規定される一般原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の変形形態に適用することができる。したがって、本開示は、本明細書において説明される例および設計に限定されるものではなく、本明細書において開示される原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
100 ワイヤレス通信システム
105 基地局
105-a 基地局、eNB
110 カバレッジエリア
110-a カバレッジエリア
115 ユーザ機器(UE)
125 通信リンク
130 コアネットワーク
132 バックホールリンク
134 バックホールリンク
210 第1のアンテナ素子
210-1 下側パッチ素子
210-2 上側パッチ素子
212 第1のポストまたは導体
215 第1の開口
220 第2のアンテナ素子
222 第2のポストまたは導体
225 一対の開口
230 表面、接地面、基板
310 アンテナ素子
315 開口
320 アンテナ素子
325 一対の開口
330 基板
410 第1のアンテナ素子
410-a 第1のアンテナ素子
415 開口
415-a 開口
420 第2のアンテナ素子
420-a 第2のアンテナ素子
425 一対の開口
425-a 一対の開口
430 基板
430-a 基板
510 ダイポールアンテナ素子
510-a 第1のアンテナ素子
515 ポート
520 第2のアンテナ素子
530 表面
530-a 表面
532 エッジ
532-a エッジ
535-1 第1のライン
535-2 第2のライン
610 第1のアンテナ素子
620 第2のアンテナ素子
630 基板
640 ポート
705 プロセッサ
710 メモリ
715 ソフトウェアコード
720 通信マネージャ
725 トランシーバ
730 アンテナアレイ
735 バス

Claims (22)

  1. ワイヤレス通信のための装置であって、
    第1の平面構成における第1の複数のアンテナ素子を備え、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される第1のアンテナアレイと、
    第2の平面構成における第2の複数のアンテナ素子を備え、第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される第2のアンテナアレイであって、前記第2の周波数範囲は前記第1の周波数範囲とは異なる、第2のアンテナアレイと、
    前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイが合わさって二重開口アンテナアレイを構成する構成とを備える、装置。
  2. 前記第2のアンテナアレイは前記第1のアンテナアレイとは異なる平面内に位置決めされる、請求項1に記載の装置。
  3. 前記第1の平面構成は前記第2の平面構成に対して平行である、請求項1に記載の装置。
  4. 前記第1のアンテナアレイは、第1の横方向次元における前記第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも2つと、第2の横方向次元における前記第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも2つとを備える、請求項1に記載の装置。
  5. 前記第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つが開口を画定し、前記第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つが、横方向において前記開口内に位置合わせされ、垂直方向において前記開口からオフセットされる、請求項1に記載の装置。
  6. 前記第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つが開口を画定し、前記第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つが、横方向において前記開口に隣接し、垂直方向において前記開口からオフセットされる、請求項1に記載の装置。
  7. 前記第1の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つがマイクロストリップパッチアンテナを含む、請求項1に記載の装置。
  8. 前記マイクロストリップパッチアンテナは、第1のパッチ素子と、前記第1のパッチ素子に寄生結合される第2のパッチ素子とを備える、請求項7に記載の装置。
  9. 前記第1のパッチ素子は第1の開口を画定し、前記第2のパッチ素子は第2の開口を画定し、前記第1の開口および前記第2の開口は横方向において位置合わせされ、垂直方向において互いに間隔をおいて配置される、請求項8に記載の装置。
  10. 前記第1の周波数範囲は27ギガヘルツ〜31ギガヘルツを含む、請求項1に記載の装置。
  11. 前記第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくとも1つが、共有エッジによって接続される複数の平面部分を画定するマイクロストリップEパッチアンテナを含む、請求項1に記載の装置。
  12. 前記第2の周波数範囲は56ギガヘルツ〜67ギガヘルツを含む、請求項1に記載の装置。
  13. 前記第2のアンテナアレイはさらに、第2のアレイの中央列内に位置決めされる1つまたは複数のさらなるアンテナ素子を備える、請求項1に記載の装置。
  14. 前記第1の複数のアンテナ素子のうちの1つまたは複数および前記第2の複数のアンテナ素子のうちの1つまたは複数が、互いに対して鏡面対称パターンに方向付けられる、請求項1に記載の装置。
  15. 前記第2の複数のアンテナ素子のうちの少なくともいくつかが三角格子構成に配列される、請求項1に記載の装置。
  16. 前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイに結合される接地面をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  17. 前記接地面は、前記第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される1つまたは複数の折返しダイポールと、前記第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される1つまたは複数の折返しダイポールとを備える、請求項16に記載の装置。
  18. ユーザ機器(UE)を含み、前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイは前記UE内に位置決めされる、請求項1に記載の装置。
  19. 前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイはそれぞれ、ミリメートル波ワイヤレス通信のための狭ビームをステアリングするように構成される、請求項1に記載の装置。
  20. 第3の平面構成における第3の複数のアンテナ素子を備え、前記第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される第3のアンテナアレイと、
    第4の平面構成における第4の複数のアンテナ素子を備え、前記第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように適応される第4のアンテナアレイとをさらに備え、
    前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイは、ブロードサイド方向においてワイヤレス信号を送信および受信するように構成され、前記第3のアンテナアレイおよび前記第4のアンテナアレイは、エンドファイア方向においてワイヤレス信号を送信および受信するように構成される、請求項1に記載の装置。
  21. ワイヤレス通信のための方法であって、
    第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第1のアンテナアレイを動作させるステップであって、前記第1のアンテナアレイは第1の平面構成における第1の複数のアンテナ素子を含む、動作させるステップと、
    前記第1の周波数範囲とは異なる第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように第2のアンテナアレイを動作させるステップであって、前記第2のアンテナアレイは第2の平面構成における第2の複数のアンテナ素子を含む、動作させるステップとを含み、
    前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイが合わさって二重開口アンテナアレイを構成し、
    前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイは同じアンテナ構造の一部である、方法。
  22. ワイヤレス通信のためのコンピュータ実行可能コードを記憶する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記コードは、
    第1の平面構成における第1の複数のアンテナ素子の第1のアンテナアレイと、第2の平面構成における第2の複数のアンテナ素子の第2のアンテナアレイとを含むアンテナ構造をデバイスに制御させるようにプロセッサによって実行可能であり、前記第1のアンテナアレイおよび前記第2のアンテナアレイが合わさって二重開口アンテナアレイを構成し、そのような制御は、前記第1のアンテナアレイを、第1の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように動作させ、前記第2のアンテナアレイを、前記第1の周波数範囲とは異なる第2の周波数範囲内のワイヤレス信号を送信および受信するように動作させる、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
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