JP2023044625A - 信号放射装置及びアンテナ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の無線周波数信号で送受信動作し、周波数分割多重化を応用できる信号放射装置及びアンテナ構造を提供する。
【解決手段】信号放射装置１００は、第１信号放射器１１０と、第２信号放射器１２０と、反射式信号放射器１３０と、を含む。第１信号放射器１１０は、第１方向に沿った第１信号ＷＢ１の送受信動作を実行する。第２信号放射器１２０は、第１信号放射器１１０と重畳して設けられ、第２方向及び／又は第３方向に沿った第２信号ＷＢ２の送受信動作を実行する。第１方向、第２方向及び第３方向は異なっている。反射式信号放射器１３０は、第１信号放射器１１０と第２信号放射器１２０との間に設けられ、全方位にて第３信号ＷＢ３を送受信する。第３信号ＷＢ３の周波数帯は第１信号ＷＢ１の周波数帯及び第２信号ＷＢ２の周波数帯よりも低い。
【選択図】図１

Description

本発明は信号放射装置及びアンテナ構造に関するものであり、特に、周波数分割多重化を達成可能な信号放射装置及びアンテナ構造に関する。

電子技術の進歩及び情報化時代の到来に伴い、無線通信は電子デバイスに不可欠な能力となっている。

電子デバイスの通信帯域幅を増加させるため、周波数分割多重化の応用が不可避な傾向となっている。現在の当該技術分野において、アンテナ装置は主にブロードサイドパターン及びエンドファイアパターンである直線偏波を有するアンテナを伴い設計されることが多く、円偏波を伴い設計されていない。

本発明は、複数の無線周波数信号の送受信動作を提供可能であり、周波数分割多重化の応用を達成可能な信号放射装置及びアンテナ構造を提供する。

本発明の信号放射装置は、第１信号放射器と、第２信号放射器と、反射式信号放射器とを含む。第１信号放射器は、第１方向に沿った第１信号の送受信動作を実行するよう構成される。第２信号放射器は、第１信号放射器と重畳して設けられ、第２方向及び／又は第３方向に沿った少なくとも１つの第２信号の送受信動作を実行するよう構成される。第１方向、第２方向、及び第３方向は異なっている。反射式信号放射器は、第１信号放射器と第２信号放射器との間に設けられ、全方向にて第３信号の送受信動作を実行するよう構成される。第３信号の周波数帯は第１信号の周波数帯及び第２信号の周波数帯よりも低い。

本発明におけるアンテナ構造は、複数の上述したような信号放射装置を含む。信号放射装置は互いに結合される。

上記に基づき、本発明の信号放射装置は、異なる方向の信号の送受信動作を実行する信号放射器と、全方位の信号の送受信動作を実行する反射式信号放射器とを有する。アンテナ装置は多周波数動作を達成でき、周波数分割多重化の機能を達成する無線周波数信号を提供する。

本発明の１つの実施形態による信号放射装置の概略図である。 本発明の１つの実施形態による信号放射装置の側面図である。 本発明の１つの実施形態による信号放射装置の上面図である。 図４Ａ～４Ｄは、それぞれ本発明の１つの実施形態による第１信号放射器の異なる実装の概略図である。 図５Ａ～５Ｃは、それぞれ本発明の１つの実施形態による第２信号放射器の異なる実装の概略図である。 本発明の１つの実施形態による反射式信号放射器の異なる実装の概略図である。 本発明の１つの実施形態によるアンテナ構造の概略図である。 本発明のもう１つの実施形態によるアンテナ構造の概略図である。

本発明の１つの実施形態による信号放射装置の概略図である図１を参照する。信号放射装置１００は、第１信号放射器１１０と、第２信号放射器１２０と、反射式信号放射器１３０とを含む。第１信号放射器１１０は、第１方向に沿った第１信号ＷＢ１の送受信動作を実行するよう構成される。本実施形態において、第１方向は第１軸Ｚ－ＡＸＩＳの方向であってよい。第２信号放射器１２０は、第１信号放射器１１０と重畳して設けられる。第２信号放射器１２０は、第２方向Ｘ－ＡＸＩＳ及び／又は第３方向Ｙ－ＡＸＩＳに沿った第２信号ＷＢ２－１及びＷＢ２－２の送受信動作を実行するよう構成される。本実施形態において、第２方向は第２軸Ｘ－ＡＸＩＳの方向であってよく、第３方向は第３軸Ｙ－ＡＸＩＳの方向であってよい。第１軸Ｚ－ＡＸＩＳ、第２軸Ｘ－ＡＸＩＳ、第３軸Ｙ－ＡＸＩＳは同一でない。本実施形態において、第１軸Ｚ－ＡＸＩＳ、第２軸Ｘ－ＡＸＩＳ、第３軸Ｙ－ＡＸＩＳのうちの各２つは互いに直交してよい。

加えて、反射式信号放射器１３０が第１信号放射器１１０と第２信号放射器１２０との間に設けられる。反射式信号放射器１３０は、全方位にて第３信号ＷＢ３の送受信動作を実行するよう構成される。

本実施形態において、第３信号ＷＢ３は第２周波数帯の信号である。第１信号ＷＢ１は、第１周波数帯の信号及び第３周波数帯の信号のうちの少なくとも１つを含む。第２信号ＷＢ２－１とＷＢ２－２は、第１周波数帯の信号及び第３周波数帯の信号のうちの少なくとも１つを含み、第２周波数帯は第１周波数帯及び第３周波数帯よりも低い。加えて、第１周波数帯及び第３周波数帯は同一であるか異なっていてもよい。

第１信号放射器１１０と第２信号放射器１２０と反射式信号放射器１３０との組合せを介して、本実施形態の信号放射装置１００は複数の周波数帯において動作する能力を有し、周波数分割多重化の応用を達成するため、複数の無線周波数信号の送受信動作を提供することができる。

本発明の本実施形態の信号放射装置１００は、全方位性パターン変調に類似した信号放射装置を提供してもよい。信号放射装置１００は円偏波の受信可能範囲を有し、空間における偏波の伝播を強化し、偏波ダイバーシティの効果を達成することができる。

ここから、本発明の１つの実施形態による信号放射装置の側面図である図２を参照する。信号放射装置２００は、第１信号放射器２１０と、第２信号放射器２２０と、反射式信号放射器２３０とを含む。第１信号放射器２１０は、反射板２１４と、基板２１３と、放射体２１１及び２１２とを含む。基板２１３は反射板２１４上に設けられ、放射体２１１及び２１２は基板２１３上に設けられる。反射板２１４は、第１軸（例えば三次元座標系のＺ軸）に向いた信号反射器であってよく、第１信号放射器２１０の基準グランドプレーンを提供するよう構成される。放射体２１１及び２１２は、無線周波数信号を放射するよう構成された金属板であってよく、信号がＺ軸の方向へ向け放射されることを可能とするよう構成される。放射体２１１及び２１２の数は１以上であってよく、特に限定されないことに注意されたい。

第２信号放射器２２０は、放射体２２１及び２２２と、導波素子２２３及び２２４と、基板２２５と、反射板２２６とを含む。基板２２５は反射板２１４と重畳して設けられ、反射板２１４の下方に設けられる。反射板２２６は基板２２５の下方に設けられる。放射体２２１及び２２２は反射板２２６の２つの側、即ち信号放射装置２００の２つの側にそれぞれ設けられる。導波素子２２３は放射体２２１の外側に設けられ、導波素子２２４は放射体２２２の外側に設けられる。

反射板２２６は垂直反射器であってよい。放射体２２１及び２２２は準八木放射体であり、ダイポール放射体と同等であってよい。第２信号放射器２２０は、準八木放射体と同等である水平放射体を信号放射装置２００のいずれかの側に有してよく、そのビームの方向は基板２２５の側に向かって放射してよい。

本実施形態において、導波素子２２３は１つ以上の導波部を有してよく、特に限定されない。導波素子２２４も１つ以上の導波部を有してよく、特に限定されない。

本実施形態において、反射板２２６は第２軸（例えば三次元座標系におけるＸ軸）又は第３軸（例えば三次元座標系におけるＹ軸）に面した信号反射器であってよい。反射板２２６は、第２信号放射器２２０の基準グランドプレーンを提供してよい。放射体２２１及び２２２は、無線周波数信号を放射するよう構成された金属板であってよい。

加えて、反射式信号放射器２３０は、反射板２３１及び２３２と、信号供給源２３３とを含む。信号供給源２３３は、放射体グループを形成するため反射板２３１及び２３２の間に結合される。反射板２３１及び２３２と信号供給源２３３とにより形成された放射体グループは、反射板２１４と基板２２５との間に設けられる。信号供給源２３３は無線周波数信号を反射板２３１及び２３２へ伝送する。反射板２３１及び反射板２３２は逆極性の信号を送受信するようそれぞれ構成される。

本実施形態において、反射板２３１及び２３２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿った信号の反射動作を提供することができる。反射板２３１及び２３２の金属面はダイポール放射体と同等であってよく、そのビームは全方位性放射パターンに類似していることで、反射式信号放射器２３０は全方位にて信号の送受信動作を実行してよい。

ここから、本発明の１つの実施形態による信号放射装置の上面図である図３を参照する。信号放射装置３００は、第１信号放射器３１１及び３１２と、第２信号放射器３２１～３２４と、反射式信号放射器３３１とを含む。第１信号放射器３１１及び３１２はペアとして設けられる。第２信号放射器３２１及び３２２は第１信号放射器３１１の２つの側に設けられ、第２信号放射器３２３及び３２４は第１信号放射器３１２の２つの側に設けられる。第１信号放射器３１１及び３１２は、Ｚ軸に沿った信号の送受信動作を実行してよい。第２信号放射器３２１及び３２４はＸ軸に沿った信号の送受信動作を提供してよく、第２信号放射器３２２及び３２３はＹ軸に沿った信号の送受信動作を提供してよい。

加えて、反射式信号放射器３３１は第１信号放射器３１１及び３１２の下方に設けられる。

本実施形態において、第２信号放射器３２１を例とすると、第２信号放射器３２１内の放射体はサブ放射体３２１１及び３２１２により構築されてよい。第２信号放射器３２１は信号供給源３２１３を更に含む。信号供給源３２１３はサブ放射体３２１１とサブ放射体３２１２との間に結合され、無線周波数信号をサブ放射体３２１１及び３２１２へ伝送する。

因みに、本実施形態において、信号放射装置３００は、複数の伝送線Ｗ１～Ｗ４により形成されたフィーダ回路も含む。フィーダ回路は信号放射装置３００において電気信号を伝送するよう構成される。加えて、信号放射装置３００は、電気信号の送受信動作を制御するためにフィーダ回路と組み合わせられるよう構成された放射スイッチ３４１及び３４２も含む。

言及すべきこととして、本発明の本実施形態において、信号放射装置に含まれる第１信号放射器及び第２信号放射器の数は特に限定されない。図３の実施形態に示された第１信号放射器及び第２信号放射器の数は図示するための例示であり、本発明の範囲を限定することを意図していない。

ここから、それぞれ本発明の１つの実施形態による第１信号放射器の異なる実装の概略図である図４Ａ～４Ｄを参照する。図４Ａにおいて、第１信号放射器４０１は、反射板（未図示）と、基板４１０と、複数の放射体４２１とを含む。放射体４２１は矩形状であってよく、基板４１０上に設けられる。反射板は基板４１０の下方に設けられて基板４１０により覆われている。

図４Ｂにおいて、第１信号放射器４０２は、反射板（未図示）と、基板４１０と、複数の放射体４２２とを含む。放射体４２２は矩形状であってよく、基板４１０上にアレイ方式で設けられる。反射板は基板４１０の下方に設けられて基板４１０により覆われている。

図４Ｃにおいて、第１信号放射器４０３は、反射板（未図示）と、基板４１０と、複数の放射体４２３とを含む。放射体４２３は三角形状であってよく、基板４１０上にアレイ方式で設けられる。反射板はやはり基板４１０の下方に設けられて基板４１０により覆われている。

図４Ｄにおいて、第１信号放射器４０４は、反射板（未図示）と、基板４１０と、複数の放射体４２４とを含む。放射体４２３は円（又は楕円）形状であってよく、基板４１０上にアレイ方式で設けられる。反射板はやはり基板４１０の下方に設けられて基板４１０により覆われている。

ここから、本発明の１つの実施形態による第２信号放射器の異なる実装の概略図である図５Ａ～５Ｃを参照する。図５Ａにおいて、第２信号放射器５０１は、反射板５１１と、基板５２１と、放射体５３１と、導波素子ＷＧ１～ＷＧ３とを含む。基板５２１は反射板５１１上に設けられ、放射体５３１と導波素子ＷＧ１～ＷＧ３は反射板５１１の１つの側辺Ｓ１の外側に設けられる。本実施形態において、放射体５３１に隣接した反射板５１１の側辺Ｓ１は平坦な側辺である。導波素子ＷＧ１～ＷＧ３の形状は異なってよいことに注意されたい。導波素子ＷＧ１の形状は＞形状である。導波素子ＷＧ２の形状は長尺帯形状である。導波素子ＷＧ３の形状は＜形状である。

図５Ｂにおいて、第２信号放射器５０２は、反射板５１２と、基板５２２と、放射体５３２と、導波素子ＷＧ１及びＷＧ２とを含む。基板５２２は反射板５１２上に設けられ、放射体５３２と導波素子ＷＧ１及びＷＧ２は反射板５１２の１つの側辺Ｓ２の外側に設けられる。本実施形態において、放射体５３２に隣接した反射板５１２の側辺Ｓ２は凹部を有する。反射板５１２の凹部は放射体５３２により送受信された無線信号にアグリゲーションの機能を有させることができる。凹部の夾角は、送受信信号の波長に応じて設定されてよい。

図５Ｃにおいて、第２信号放射器５０３は、反射板５１３と、基板５２３と、放射体５３３と、導波素子ＷＧ１及びＷＧ２とを含む。基板５２３は反射板５１３上に設けられ、放射体５３３と導波素子ＷＧ１及びＷＧ２は反射板５１３の１つの側辺Ｓ３の外側に設けられる。本実施形態において、放射体５３３に隣接した反射板５１３の側辺Ｓ３は突出部を有する。反射板５１３の突出部は放射体５３３により送受信された無線信号にダイバージェンスの機能を有させることができる。

ここから、本発明の１つの実施形態による反射式信号放射器の異なる実装の概略図である図６を参照する。図２の反射式信号放射器２３０と比較し、本実施形態の反射式信号放射器６００は複数の放射体グループ６１１～６１４を含む。放射体グループ６１１～６１４は互いに同一のアーキテクチャを有してよく、各放射体グループ６１１～６１４は反射式信号放射器２３０と同一のアーキテクチャを有してよい。放射体グループ６１１～６１４は水平方向に順に設けられ、直接隣接する２つの放射体グループの間には間隔距離が存在してよい。

本発明の１つの実施形態によるアンテナ構造の概略図である図７を参照する。アンテナ構造７００は、複数の信号放射装置７１０～７４０と、平面基板７５０と、複数の伝送線Ｗ１～Ｗ６とを含む。信号放射装置７１０～７４０は平坦基板７５０上に集合的に設けられ、平面基板７５０は多層基板であってよい。信号放射装置７１０～７４０のうちの各２つは伝送線Ｗ１～Ｗ６を介して互いに電気接続される。詳細には、信号放射装置７１０と７２０は伝送線Ｗ２を介して互いに電気接続され、信号放射装置７２０と７３０は伝送線Ｗ３を介して互いに電気接続され、信号放射装置７３０と７４０は伝送線Ｗ４を介して互いに電気接続され、信号放射装置７１０と７４０は伝送線Ｗ１を介して互いに電気接続され、信号放射装置７１０と７３０は伝送線Ｗ５を介して互いに電気接続され、信号放射装置７２０と７４０は伝送線Ｗ６を介して互いに電気接続される。

信号放射装置７１０～７４０の実装の詳細は上述した実施形態及び実装において詳細に説明しており、同一の詳細は以下では繰り返さない。

本発明のもう１つの実施形態によるアンテナ構造の概略図である図８を参照する。アンテナ構造８００は複数の信号放射装置８１０～８４０を含む。信号放射装置８１０～８４０は、それぞれ異なる平面基板８１１～８１４上に設けられてよい。平面基板８１１と平面基板８１２は第１軸（例えばＺ軸）と第２軸（例えばＸ軸）により形成された第１面に設けられてよく、平面基板８１３と平面基板８１４は第２軸（例えばＸ軸）と第３軸（例えばＹ軸）により形成された第２面に設けられてよい。加えて、信号放射装置８１０～８４０は伝送線Ｗ１及びＷ２を介して互いに電気接続されてよい。

アンテナ構造８００は三次元立体構造を有してよく、これにより送受信信号のパターン範囲を拡大することができる。

上記に基づき、本発明の信号放射装置及びアンテナ構造は、第１信号放射器と第２信号放射器との間に反射式信号放射器を設けること、及び、円偏波の設計を組み合わせることにより、全方位性の信号送受信機能が達成される。加えて、アンテナ装置は多周波数動作を有してよく、周波数分割多重化の機能を達成するため無線周波数信号を提供する。

本発明の信号放射装置及びアンテナ構造は、周波数分割多重化において適用することができる。

１００、２００、３００、７１０～７４０、８１０～８４０：信号放射装置
１１０、２１０、３１１、３１２、４０１～４０４：第１信号放射器
１２０、２２０、３２１～３２４、５０１～５０３：第２信号放射器
１３０、２３０、３３１、６００：反射式信号放射器
２１１、２１２、２２１、２２２、４２１～４２４、５３１～５３３：放射体
２１３、２２５、４１０、５２１～５２３：基板
２１４、２２６、２３１、２３２、５１１～５１３：反射板
２２３、２２４、ＷＧ１～ＷＧ３：導波素子
２３３、３２１３：信号供給源
３２１１、３２１２：サブ放射体
６１１～６１４：放射体グループ
７００、８００：アンテナ装置
７５０、８１１～８１４：平面基板
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：側辺
Ｗ１～Ｗ６：伝送線
ＷＢ１、ＷＢ２－１、ＷＢ２－２、ＷＢ３：信号
Ｘ－ＡＸＩＳ、Ｙ－ＡＸＩＳ、Ｚ－ＡＸＩＳ：軸

Claims (20)

1. 第１方向に沿った第１信号の送受信動作を実行するよう構成された第１信号放射器と、
   前記第１式信号放射器と重畳して設けられ、第２方向及び／又は第３方向に沿った少なくとも１つの第２信号の前記送受信動作を実行するよう構成された第２信号放射器と、
   前記第１信号放射器と前記第２信号放射器との間に設けられ、全方位にて第３信号の前記送受信動作を実行するよう構成された反射式信号放射器と
   を含み、
   前記第１方向、前記第２方向、及び前記第３方向が異なっており、
   前記第３信号が第２周波数帯の信号であり、前記第１信号が第１周波数帯の信号と第３周波数帯の信号のうちの少なくとも１つを含み、前記第２信号が前記第１周波数帯の信号と前記第３周波数帯の信号のうちの少なくとも１つを含み、前記第２周波数帯が前記第１周波数帯及び前記第３周波数帯よりも低い、
   信号放射装置。
2. 前記第１信号の周波数帯が前記第２信号の周波数帯と同一であるか異なっている、
   請求項１に記載の信号放射装置。
3. 前記反射式信号放射器が、
   第１反射板と、
   第２反射板と、
   前記第１反射板と前記第２反射板との間に結合され、無線周波数信号を前記第１反射板と前記第２反射板とに伝送するよう構成された信号供給源と
   を含む、少なくとも１つの放射体グループ
   を含み、
   前記第１反射板と前記第２反射板が逆極性の信号を送受信するようそれぞれ構成された、
   請求項１に記載の信号放射装置。
4. 前記少なくとも１つの放射体グループの数が複数であるとき、２つの隣接する前記放射体グループが間隔距離により間隔が空けられている、
   請求項３に記載の信号放射装置。
5. 前記第１信号放射器が、
   反射板と、
   前記反射板上に設けられ、基準グランドプレーンを提供するよう構成された基板と、
   前記基板上に設けられ、前記第１信号を送受信するよう構成された少なくとも１つの放射体と
   を含む、
   請求項１に記載の信号放射装置。
6. 前記少なくとも１つの放射体グループの数が複数であるとき、前記放射体がアレイ方式で前記基板上に設けられる、
   請求項５に記載の信号放射装置。
7. 前記少なくとも１つの放射体の形状が円形、三角形、矩形、又は任意の関連する動作波長である、
   請求項５に記載の信号放射装置。
8. 前記第２信号放射器が、
   前記信号放射装置の第１の側に設けられ、前記第２信号を受信するよう構成された第１放射体と、
   前記第１放射体に隣接しており、前記第２方向に沿って設けられた少なくとも１つの第１導波素子と
   を含む、
   請求項１に記載の信号放射装置。
9. 前記第２信号放射器が、
   前記信号放射装置の第２の側に設けられ、前記少なくとも１つの第２信号を受信するよう構成された第２放射体と、
   前記第２放射体に隣接しており、前記第３方向に沿って設けられた少なくとも１つの第２導波素子と
   を更に含む、
   請求項８に記載の信号放射装置。
10. 前記少なくとも１つの導波素子が前記第１放射体と平行又は非平行な縁部を有する、
    請求項８に記載の信号放射装置。
11. 前記第１放射体が、第１サブ信号放射体と第２サブ信号放射体とを含み、
    前記第２信号放射器が、前記第１サブ信号放射体と前記第２サブ信号放射体との間に結合された信号供給源を更に含む、
    請求項８に記載の信号放射装置。
12. 前記第２信号放射器が、
    前記第１信号放射器と重畳して設けられた反射板と、
    前記反射板と前記第１信号放射器との間に設けられた基板と
    を更に含み、
    前記少なくとも１つの導波素子が前記反射板の少なくとも１つの側辺の外側の上方に設けられた、
    請求項８に記載の信号放射装置。
13. 前記反射板の前記少なくとも１つの側辺が平坦な側辺である、
    請求項１２に記載の信号放射装置。
14. 前記反射板の前記少なくとも１つの側辺が凹部又は突出部を有する、
    請求項９に記載の信号放射装置。
15. 複数の請求項１に記載の信号放射装置を含み、
    前記信号放射装置が互いに結合された、
    アンテナ構造。
16. 前記信号放射装置が平面基板上に集合的に設けられた、
    請求項１５に記載のアンテナ構造。
17. 複数の伝送線を更に含み、
    各前記伝送線が、前記信号放射装置のうちの２つが互いに電気接続されることを可能とするよう構成された、
    請求項１５に記載のアンテナ構造。
18. 前記信号放射装置の第１放射装置から第４放射装置が、第１平面基板から第４平面基板上にそれぞれ設けられ、
    前記第１平面基板と前記第２平面基板が第１軸と第２軸とにより形成された第１の面に設けられ、前記第３平面基板と前記第４平面基板が前記第２軸と第３軸とにより形成された第２の面に設けられた、
    請求項１５に記載のアンテナ構造。
19. 前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸のうちの各２つが互いに直交している、
    請求項１８に記載のアンテナ構造。
20. 前記第１方向、前記第２方向、及び前記第３方向のうちの各２つが互いに直交している、
    請求項１５に記載のアンテナ構造。
    

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