JP2023180246A - 無線通信システムで使用するためのアンテナアセンブリおよびアンテナモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムの一部として制御ユニットに結合されたアンテナモジュールの一部を形成するアンテナアセンブリを提供する。【解決手段】二つの主要な垂直偏波を有するアンテナモジュールの一部を形成する、最適化された伝搬遅延を有する一つ以上の交差偏波アンテナアセンブリを備える無線通信システム。各アンテナモジュールにおける分離またはクロストークは、セクター化された平面分離および相関エンハンサーを、グランドプレーン開口部構造の形態で実装することによって最小化される。【選択図】図１

Description

（関連出願）
本出願は、２０２２年６月８日に出願された仮特許出願第６３／３５０，０６２号、および２０２２年７月７日に出願された仮特許出願第６３／３５８，９４１号の利益を主張するものであり、それらの開示は参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、無線通信システムで使用するためのアンテナアセンブリおよびアンテナモジュールに関する。

典型的には、無線充電技術を使用して電気車両（ＥＶ）を充電するには、電気車両が、グランドプレーン充電パッド（ＧＰＣＰ）の上に位置付けられ、最も正確に整列されることを必要とする。こうした正確度を有する無線充電技術は、ＧＰＣＰと、ＧＰＣＰに関連してＥＶの位置を識別することが可能なＥＶとの間に、信頼できる無線通信ネットワークを確立するための無線通信システムを必要とする。

したがって、ＧＰＣＰからＥＶの距離および方向を決定するために使用される超広帯域（ＵＷＢ）信号を送信および／または受信しながら、低い出力相関、低交差偏波、および高利得を有する二つの主要な垂直偏波で動作するように最適化された無線通信システムの一部として、制御ユニットに結合されたアンテナモジュールの一部を形成するアンテナアセンブリを開発することが望ましい。

これを考慮して、本開示の実施形態は、先行技術に関連する技術的問題を解決するために、無線通信システムの一部として制御ユニットに結合されたアンテナモジュールの一部を形成するアンテナアセンブリを提供する。

第一の態様では、本開示の一実施形態は、第一の端部および第二の端部を有する第一の軸に沿った細長い中央セグメントと、第一の端部から外側に、第二の端部に向かって後方に、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメントに沿って内側に延在する第一のらせんセグメントと、第二の端部から外側に、第一の端部に向かって後方に、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメントに沿って延在する第二のらせんセグメントとを備える、アンテナアセンブリを提供する。同じ実施形態によれば、細長い中央セグメント、第一のらせんセグメント、および第二のらせんセグメントの各々は導電性であり、アンテナ素子を形成する。一実施形態では、細長い中央セグメント、第一のらせんセグメント、および第二のらせんセグメントは、第一の平面内に存在する。さらに別の実施形態では、第一のらせんセグメントおよび第二のらせんセグメントは、細長い中央セグメントの反対側にある。アンテナアセンブリは、アンテナ素子がその上および／またはその中に存在するアンテナ基板をさらに備え、アンテナ基板は誘電材料を含む。一実施形態によれば、アンテナアセンブリは、細長い中央セグメントに接続され、かつそこから延在する接続部材を備え、接続部材は導電性である。

第二の態様では、本開示の一実施形態は、上面および底面を有するグランドプレーンをさらに含むグランドプレーンアセンブリを備えるアンテナモジュールを提供する。アンテナモジュールは、グランドプレーンの上面の上に配置された複数のアンテナアセンブリをさらに備え、各アンテナアセンブリは、第一の端部および第二の端部を有する第一の軸に沿った細長い中央セグメントと、第一の端部から外側に、第二の端部に向かって後方に、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメントに沿って内側に延在する第一のらせんセグメントと、第二の端部から外側に、第一の端部に向かって後方に、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメントに沿って延在する第二のらせんセグメントとを備える。細長い中央セグメント、第一のらせんセグメント、および第二のらせんセグメントの各々は導電性であり、アンテナ素子を形成する。

一実施形態によれば、アンテナモジュールは、グランドプレーンに複数の中央開口部をさらに備え、各中央開口部は、第一の端部および第二の端部を有する細長い開口部であり、複数の中央開口部は、グランドプレーン開口部構造の一部を形成する。さらに別の実施形態では、複数のアンテナアセンブリは、グランドプレーンアセンブリ上の点の周りに半径方向に同じ距離で配置され、かつ１２０度に等しい角度で均等に分布した三つのアンテナアセンブリを含む。一実施形態によれば、グランドプレーンアセンブリは円形であり、グランドプレーンアセンブリ上の点は、グランドプレーンアセンブリの中心点である。グランドプレーン開口部構造は、等しい長さで半径方向に外側に延在し、１２０度に等しい角度で均等に分布した三つの中央開口部を備える。三つの中央開口の各々は、中心点で交差する第一の端部と、グランドプレーンにＹ字型を形成する複数のアンテナアセンブリの隣接する対の間に延在する第二の端部とを有する。

一実施形態では、グランドプレーン開口部構造は、九つのサブ中央開口部をさらに備え、九つのサブ中央開口部の各々三つは、中央開口部の隣接する対に平行に延在する三つのサブ中央開口部のうちの二つを有する中央開口部の三つの隣接する対のうちの一つと、中心点に延在して接続する三つのサブ中央開口部のうちの一つとの間に形成される角度の二等分線上の点から、１２０度に等しい角度で均等に分布して半径方向に外側に延在する。グランドプレーン開口部構造は、三つの外側開口部をさらに備えてもよく、各外側開口部は、三つのアンテナアセンブリのうちの一つに平行で、かつ中心点に関してアンテナアセンブリの反対側にある、グランドプレーンの細長い開口部である。グランドプレーン開口部構造は、グランドプレーン開口部構造に結合された一つ以上の負荷をさらに備えてもよい。

一実施形態では、複数のアンテナアセンブリの各々は、互いに同一である。複数のアンテナアセンブリの各々は、グランドプレーンアセンブリに対して実質的に垂直である。アンテナモジュールは、アンテナ素子がその上またはその中に存在するアンテナ基板をさらに備え、アンテナ基板は誘電材料を含む。グランドプレーンアセンブリは、グランドプレーンがその上またはその中に存在するグランドプレーン基板をさらに含む。グランドプレーン基板は、グランドプレーン開口部構造の底面の一部を形成する。

一実施形態によると、第一のらせんセグメントおよび第二のらせんセグメントは、細長い中央セグメントの反対側にある。細長い中央セグメント、第一のらせんセグメント、および第二のらせんセグメントは、第一の平面内に存在する。グランドプレーンアセンブリは、複数の貫通孔をさらに備える。三つのアンテナアセンブリの各々は、細長い中央セグメントに接続され、そこから延在する接続部材をさらに備え、接続部材は導電性であり、それぞれの貫通孔の各々に挿入される。グランドプレーンアセンブリは平面状であり、第二の平面内に存在する。アンテナモジュールの動作周波数は、５～２０ＧＨｚの範囲内であってもよい。

第三の態様では、本開示の実施形態は、制御ユニットおよび制御ユニットと関連付けられたアンテナモジュールを備える無線通信システムを提供する。アンテナモジュールは、上面および底面を有するグランドプレーンをさらに含むグランドプレーンアセンブリを備える。アンテナモジュールは、グランドプレーンの上面の上に配置された複数のアンテナアセンブリをさらに備え、各アンテナアセンブリは、第一の端部および第二の端部を有する第一の軸に沿った細長い中央セグメントと、第一の端部から外側に、第二の端部に向かって後方に、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメントに沿って内側に延在する第一のらせんセグメントと、第二の端部から外側に、第一の端部に向かって後方に、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメントに沿って延在する第二のらせんセグメントとを備える。細長い中央セグメント、第一のらせんセグメント、および第二のらせんセグメントの各々は導電性であり、アンテナ素子を形成する。

別の態様では、前述の態様のいずれかを、個別にまたは一緒に、および／または本明細書に記載される様々な別個の態様および特徴を、さらなる利益のために組み合わせてもよい。本明細書に開示する様々な特徴および要素のいずれも、本明細書にこれと反対の指示がない限り、一つ以上の他の開示された特徴および要素と組み合わせることができる。

当業者であれば、添付図面に関連して好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後に、本開示の範囲を理解し、その追加的な態様を悟るであろう。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本開示のいくつかの態様を示し、説明と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。

図１は、本開示の一実施形態による例示的なアンテナアセンブリの正面図を示す。 図２Ａは、細長い中央セグメントから延在する接続部材を有するアンテナアセンブリを示す。 図２Ｂは、例示的なアンテナアセンブリの等角図を示す。 図３は、本開示の一実施形態による例示的なアンテナモジュールを示す。 図４は、グランドプレーンアセンブリの一部を形成する貫通孔を有するアンテナモジュールの例示的な図を示す。 図５は、アンテナモジュールの例示的な実施形態を示す。 図６は、グランドプレーンアセンブリの一部を形成する接続端子を有するアンテナモジュールの例示的な実施形態を示す。 図７Ａは、本開示によるアンテナアセンブリの他の例示的な実施形態の概略図を示す。 図７Ｂは、本開示によるアンテナアセンブリの他の例示的な実施形態の概略図を示す。 図８Ａは、本開示の実施形態に従って設計されたアンテナモジュールの放射パターンを示す。 図８Ｂは、本開示の実施形態に従って設計されたアンテナモジュールの放射パターンを示す。 図９は、三つの実質的に類似したアンテナアセンブリを含むアンテナモジュールの例示的な実施形態を示す。 図１０は、グランドプレーン開口部構造をさらに備えるアンテナモジュールの例示的な実施形態を示す。 図１１は、三つの二次的グランドプレーン開口部をさらに含む、図１０のアンテナモジュールの上面図を示す。 図１２は、グランドプレーン開口部構造の一部を形成する容量性負荷を有するアンテナモジュールの例示的な実施形態を示す。 図１３は、単数かつ単一のグランドプレーン開口部構造の一部を形成する追加のグランドプレーン開口部をさらに含む、図１０に示す例示的なアンテナモジュールを示す。 図１４は、図１３のアンテナモジュールの上面図である。 図１５Ａは、電気車両の底面下に取り付けられた第一のネットワーキング装置と、グランドプレーン充電パッドの上面の上に取り付けられた第二のネットワーキング装置とを有する無線通信システムを示す。 図１５Ｂは、電気車両の底面下に取り付けられた第一のネットワーキング装置と、グランドプレーン充電パッドの上面の上に取り付けられた第二のネットワーキング装置とを有する無線通信システムを示す。

以下に記載される実施形態は、当業者が実施形態を実践することを可能にするために必要な情報を表し、実施形態を実践する最善モードを例示する。添付の図面に照らして以下の説明を読んだ後、当業者は、本開示の概念を理解し、本明細書に特に記載されていないこれらの概念の適用を認識するであろう。当然のことながら、これらの概念および適用は、本開示の範囲および付随する特許請求の範囲に含まれる。

本明細書で使用される「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの一つ以上のあらゆるすべての組み合わせを含む。層、領域、または基板などの要素が、別の要素の「上に」ある、または「上へ」延在すると言及される場合、別の要素の直接上にある、または直接上へ延在する、または介在する要素も存在し得ることが理解されよう。対照的に、要素が別の要素の「直接上に」ある、または「直接上へ」延在すると言及される場合、介在する要素は存在しない。同様に、層、領域、または基板などの要素が、別の要素の「上に」ある、または「上に」延在すると言及される場合、別の要素の直接上にある、または直接上に延在する、または介在する要素も存在し得ることが理解されよう。対照的に、要素が別の要素の「直接上に」ある、または「直接上に」延在すると言及される場合、介在する要素は存在しない。

本明細書で使用される場合、別段の明示的な記載がない限り、一つの構成要素／特徴が、別の構成要素／特徴と直接物理的に接触することを意味する。同様に、別段の明示的な記載がない限り、「結合された」または「連結された」または「接合された」とは、一つの構成要素／特徴が、別の構成要素／特徴に直接的または間接的に結合され（または直接的もしくは間接的に通信し）、必ずしも物理的に直接接続されていないことを意味する。したがって、図は、要素の配置の例を描写している場合があるが、追加の介在要素、装置、特徴、または構成要素が、実際の実施形態には存在してもよい。

図に示すように、一つの要素、層、または領域と別の要素、層、または領域との関係を記述するために、本明細書では、例えば「～より下」または「～より上」または「上の」または「下の」などの相対的用語が使用され得る。これらの用語および上述したものは、図に描写された配向に加えて、装置の異なる配向を包含することが意図されていることが理解される。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を記述する目的のみに使用され、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈によって別途明確に示されない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用される場合、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、および／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」は、記載された特徴、整数、工程、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、一つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、および／またはそのグループの存在または追加を妨げないことがさらに理解されるであろう。

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および学術用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、本明細書で使用される用語は、本明細書および関連技術の文脈においてその意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書に明示的に定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されないことが理解されるであろう。

「電磁場」という用語は、電界、磁界、またはそれらの組み合わせを指す。より具体的には、電磁場は、静止荷電物体間、または距離を置いて移動している荷電物体間の力の相互作用の強さを記述する。例えば、電磁場は、無線通信におけるアンテナおよび／または他の物体の相互作用を記述するために用いられ得る。電磁場は、一定または時変のいずれかであり得る。

さらに、以下の記述では、方向は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の用語を使用して記述されることがある。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向は、互いに直交する。さらに、以下の記述では、「上面において見た」とは、問題の物体をＺ軸方向から見ていることを示し、一方、「正面から見た」または「正面図」は、問題の物体をＹ軸方向から見ていることを示す。

さらに、本開示において、「同じ」、「実質的に類似した」、「実質的に等しい」という用語は、同一である物体を指すのではなく、「実質的に同じ」物体を指す。例えば、物体として「実質的に同じ」とは、二つの間の差が製造誤差の範囲内に留まる別の物体を指し得る。

本明細書に記載される様々な例示的な実施形態の特徴は、別段の記載がない限り、互いに組み合わされてもよいことが理解されるべきである。本明細書に記載される特定の実施形態は、本出願の単なる例示であり、本出願を限定することを意図するものではない。本出願は、本明細書および添付の特許請求の範囲によって定義される本出願の趣旨および範囲内に含まれ得る、任意の代替物、修正物、等価物、および代替物を網羅することを意図している。

図１は、本開示の一実施形態による例示的なアンテナアセンブリ１００の正面図を示す。アンテナアセンブリ１００は、アンテナ基板２０の中および／または上に存在するアンテナ素子１０を備える。一実施形態によれば、アンテナ基板２０は、アンテナ素子１０に機械的支持および／または電気的分離を提供し得る。アンテナ基板２０は、プリント回路基板材料、集積回路パッケージ基板、および／または誘電材料またはＦＲ－４などの任意の他の適切な絶縁層を含む非導電性作製アンテナバッキング構造のうちの一つ以上であってもよい。

アンテナ素子１０は、第一の軸Ｐに沿って延在し、かつ第一の端部１２ａおよび第二の端部１２ｂを有する細長い中央セグメント１２と、第一のらせんセグメント１４と、第二のらせんセグメント１６とを備える。細長い中央セグメント１２、第一のらせんセグメント１４、および第二のらせんセグメント１６は、導電性であり、第一の平面Ｔ_１内に存在する単片の部品を形成する。実施形態によれば、第一の軸Ｐに沿ったアンテナ素子１０の高さＨ_１は、７ｍｍ～１３ｍｍの範囲である。さらに別の実施形態では、第一の平面Ｔ_１の軸Ｌに沿い、第一の軸Ｐに垂直なアンテナ素子１０の幅Ｗ１は、６～１５の範囲である。

図２Ａは、接続部材１８を有するアンテナアセンブリ１００の例示的な実施形態を示す。一実施形態によれば、第一のらせんセグメント１４は、細長い中央セグメント１２の第一の端部１２ａから外側に延在する第一のセクション１４ａと、細長い中央セグメント１２の第二の端部１２ｂに向かって後方に延在する第二のセクション１４ｂと、内側へ、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメント１２に沿って延在する第三のセクション１４ｃとをさらに備える。同じ実施形態では、第二のらせんセグメント１６は、細長い中央セグメント１２の第二の端部１２ｂから外側に延在する第四のセクション１６ａと、細長い中央セグメント１２の第一の端部１２ａに向かって後方に延在する第五のセクション１６ｂと、内側へ、かつ少なくとも部分的に細長い中央セグメント１２に沿って延在する第六のセクション１６ｃとをさらに備える。

一実施形態によれば、第一のらせんセグメント１４および第二のらせんセグメント１６は、細長い中央セグメント１２の反対側にある。一実施形態では、その構造平面に沿ったアンテナ素子１０の厚さは、均一または不均一であってもよく、０．１ｍｍ～２ｍｍの範囲であってもよい。一実施形態によれば、軸Ｐに垂直な軸Ｌに沿ったアンテナ素子１０の各セグメントおよびセクションの幅は、その構造形状に沿って、かつ表１に従って、均一または非均一であってもよい。

なお、図２Ａはアンテナアセンブリ１００を単一ユニットとして描写しているが、アンテナ基板２０の中および／または上に存在するアンテナ素子１０のセグメントおよびセクションの寸法は、６ＧＨｚ～１２ＧＨＺの範囲およびそれを超えるアンテナアセンブリ１００の動作周波数に影響を与え得る。

図２Ｂは、接続部材１８を有するアンテナアセンブリ１００の等角図を示す。接続部材１８は、導電性であり、アンテナ素子１０の細長い中央セグメント１２に機械的に接続し、そこから延在する。一実施形態では、接続部材１８は、アンテナアセンブリ１００に機械的支持を提供する。さらに別の実施形態では、接続部材１８は、アンテナ基板２０の中および／または上に存在するアンテナ素子１０に、信号供給ラインおよび制御ユニット（図示せず）のうちの少なくとも一つへの電気接続経路を提供するように構成される。

図３は、本開示の一実施形態による例示的なアンテナモジュール１１０を示す。アンテナモジュール１１０は、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上に配置されたアンテナアセンブリ１００を備える。アンテナアセンブリ１００は、図１ならびに図２Ａおよび２Ｂに記載されるアンテナアセンブリ１００と実質的に類似しており、論じられたものと類似の参照を有する。

ここで再び図３を参照すると、アンテナアセンブリ１００は、アンテナ素子１０およびアンテナ基板２０を備える。グランドプレーンアセンブリ３０は、グランドプレーン基板３４の中および／または上に存在するグランドプレーン３２を備える。一実施形態によれば、接続部材１８は、グランドプレーンアセンブリ３０を通して差し込み、アンテナアセンブリ１００に機械的支持を提供し、グランドプレーンアセンブリ３０の上方にアンテナアセンブリ１００を機械的に保持する役割を果たす。さらに別の実施形態によれば、接続部材１８はさらに、アンテナ素子１０を信号供給ラインおよび制御ユニット（図示せず）のうちの少なくとも一つに電気的に接続するように構成される。接続部材１８、それゆえアンテナ素子１０は、必ずしも「接地」されていない場合があるグランドプレーン３２から電気的に分離される。グランドプレーン３２は、アンテナ素子１０に対する電磁基準を提供し得る。グランドプレーン３２は、アンテナ素子１０によって放射される電磁波に対する反射体として機能する。

図４は、グランドプレーンアセンブリ３０に貫通孔３６を有するアンテナモジュール１１０の例示的な図を示す。一実施形態によれば、貫通孔３６は、グランドプレーンアセンブリ３０に垂直に延在する穴を備え、グランドプレーン３２の上面の上に上面開口部と、グランドプレーンアセンブリ３０の底面３０ｂの上に底面開口部（図示せず）とを形成する。グランドプレーンアセンブリ３０は、第二の平面Ｔ_２において平面状であってもよい。

接続部材１８は、上面開口部から貫通孔３６に入り、グランドプレーンアセンブリ３０の電気的に分離されたチャネルを通過し、底面開口部（図示せず）から出て、接続部材１８およびアンテナ素子１０に、グランドプレーンアセンブリ３０の底面の上の、およびアンテナアセンブリ１００が存在する表面とは反対の、信号供給ラインおよび制御ユニット（図示せず）のうちの少なくとも一つへの接続経路を提供し得る。前述のように、貫通孔３６は、接続部材１８、それゆえアンテナ素子１０をグランドプレーン３２から電気的に分離する。一実施形態では、貫通孔３６は、アンテナアセンブリ１００を、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上に所望の配向で保持するための機械的支持をさらに提供する。グランドプレーン３２は、２０ｍｍ～６０ｍｍの範囲およびそれを超える直径Ｄを有する円形であってもよい。一実施形態では、その構造平面に沿ったグランドプレーン３２の厚さは、均一であっても不均一でもよく、０．００１ｍｍ～０．５ｍｍの範囲であってもよい。特定の実施形態では、アンテナモジュール１１０のインピーダンス整合および放射図は、グランドプレーン３２の大きさの関数である。

図５は、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上に配置されたアンテナアセンブリ１００を備える、アンテナモジュール１１０の例示的な実施形態を示す。アンテナアセンブリ１００は、第一の平面Ｔ_１において平面状であり、第一の軸Ｐを有する。グランドプレーンアセンブリ３０は、第二の平面Ｔ_２において平面状である。アンテナアセンブリ１００は、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａ上の点Ｑで、グランドプレーンアセンブリ３０の上に配置されてもよい。

アンテナアセンブリ１００は、アンテナ素子１０が、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａ上の点Ｑから第二の平面Ｔ_２の第一の側に向かって面するように配向されてもよい。角度θは、点Ｑにおいて、第二の平面Ｔ_２の第一の側に対する第一の平面Ｔ_１の第一の軸Ｐの間で決定される。アンテナアセンブリ１００は、グランドプレーンアセンブリ３０と４５～１８０度の範囲の非ゼロ角度θを形成する。特定の実施形態では、アンテナモジュール１１０の性能は、角度θの関数である。

図６は、グランドプレーンアセンブリ３０の一部を形成する接続端子３８を有するアンテナモジュール１１０の例示的な実施形態を示す。接続端子３８は、グランドプレーンアセンブリ３０の底面の上の第二のポート３８ｂと一つ以上の接続経路を共有する、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上の第一のポート３８ａを備える。一実施形態では、第一のポート３８ａは、アンテナアセンブリ１００をグランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上に構造的に保持し、接続部材１８、それゆえアンテナ素子１０に第二のポート３８ｂへの第一の接続経路を提供するように構成される。

第二のポート３８ｂは、第一のポート３８ａに、接続部材１８への第一の接続経路と、グランドプレーン３２への第二の接続経路とを提供するように構成されてもよく、第一の接続経路と第二の接続経路は互いに分離されている。別の実施形態によると、第一のポート３８ａは、接続部材１８、それゆえアンテナ素子１０をグランドプレーン３２から電気的に分離する。一実施形態では、第二のポート３８ｂは、単一または複数ラインの信号供給ラインのうちの一つをアンテナモジュール１１０（図示せず）に接続するためのインターフェースを提供する。

図７Ａおよび７Ｂは、アンテナアセンブリ１００の二つの例示的な実施形態を示す。図７Ａおよび７Ｂに示されるアンテナアセンブリ１００′および１００″の各々はそれぞれ、図１ならびに図２Ａおよび２Ｂに示されるアンテナアセンブリ１００を参照して以前に記載された要素を備える。したがって、それらは、引き続き同じ参照番号を有する。それにもかかわらず、本開示の様々な実施形態によれば、アンテナアセンブリ１００′および１００″は、図１を参照して上述したように、高さＨ_１および／または幅Ｗ_１と関連付けられた値のうちの少なくとも一つにおいてアンテナアセンブリ１００とは異なってもよい。

それぞれが、アンテナ基板２０の上および／または中に存在するアンテナ素子１０を備えるアンテナアセンブリ１００’および１００’は、Ｗ_１２、Ｗ_１４ａ、Ｗ_１４ｂ、Ｗ_１４ｃ、Ｗ_１６ａ、Ｗ_１６ｂ、Ｗ_１６ｃによってパラメータ化される、細長い中央セグメント１２、第一のセクション１４ａ、第二のセクション１４ｂ、第三のセクション１４ｃ、第四のセクション１６ａ、第五のセクション１６ｂ、第六のセクション１６ｃの不均一な幅の値範囲を含む、アンテナ素子１０のセグメントまたはセクションと関連付けられた値の範囲のうちの少なくとも一つにおいて、アンテナアセンブリ１００とは異なっていてもよい。

図８Ａおよび８Ｂは、本開示の実施形態に従って設計されたアンテナモジュール１１０の放射パターンを示す。図８Ａおよび８Ｂに示すように、アンテナモジュール１１０の放射パターンは、全方向性および半球状の両方である。アンテナモジュール１１０の様々な部分と関連付けられた構造設計、幾可学的形状、および寸法は、第一の支配的な偏波に対して垂直な第二の支配的な偏波を導入する。第二の支配的な偏波は、アンテナモジュール１１０の出力ゲインを増加させ、アンテナモジュール１１０と関連付けられた任意の出力相関を低減させる場合があり、これによって、より広い帯域幅、低交差偏波、およびより高い分離を必要とする用途に対する良い候補となる。

図９は、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上に配置された三つの実質的に類似したアンテナアセンブリ１００を備える、アンテナモジュール１１０′の例示的な実施形態を示す。図９に示す三つのアンテナアセンブリ１００の全ては、図１ならびに図２Ａおよび２Ｂを参照して記述されたアンテナアセンブリ１００に実質的に類似しており、論じられたものと同じ参照番号を引き続き有する。グランドプレーンアセンブリ３０は、図３～６を参照して記載したグランドプレーンアセンブリ３０と実質的に類似している。図３～６を参照して以前に記載したグランドプレーンアセンブリ３０に関して、図９に示すすべての要素は、論じたものと同じ参照番号を引き続き有する。

三つのアンテナアセンブリ１００のみが図９に示されているが、本開示の様々な他の実施形態によると、同じ設計が、アンテナモジュール１１０′を形成するために、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上に配置された複数のアンテナアセンブリ１００の任意の数に適用できる。図９に示す三つのアンテナアセンブリ１００のすべてが、（同じ参照番号を有する要素を有して）互いに実質的に類似しているため、本開示の簡略化のために、三つのアンテナアセンブリ１００のうちの一つのみが図９に記載されている。

ここで図９を参照すると、アンテナアセンブリ１００の各々は、アンテナ素子１０に機械的に接続し、そこから延在する接続部材１８を備える。アンテナ素子１０は、アンテナアセンブリ１００を形成するために、アンテナ基板２０の上および／または中に存在する。接続部材１８は、グランドプレーンアセンブリ３０上の三つの仮想点Ｑのうちの一つで、グランドプレーンアセンブリ３０を通して挿入される。グランドプレーンアセンブリ３０上の点Ｑは、均等に分布した角度φで、グランドプレーンアセンブリ３０上の仮想中心点Ｃの周りに放射状に配設される。角度φは、１２０度に実質的に等しい。グランドプレーンアセンブリ３０上の点Ｑは、中心点Ｃから等しく離れている。三つの点Ｑの各々は、中心点Ｃから１／４波長の範囲内において、実質的に等しい距離Ｒを共有する。二つの隣接する点Ｑの各々の間の距離ＲＲは、実質的に等しく、１／４波長の範囲である（最高使用周波数での波長）。実施形態によれば、接続部材１８の各々は、各アンテナアセンブリ１００のアンテナ素子１０が外に向かってかつ中心点Ｃに対して反対方向に面するように、アンテナアセンブリ１００を、空間定位のグランドプレーンアセンブリ３０上のそれぞれの点Ｑの上に、機械的に支持し、保持する。

角度θは、グランドプレーンアセンブリ３０およびアンテナアセンブリ１００およびグランドプレーンアセンブリ３０上の三つの点Ｑの各々において形成される。ここで図９に示すアンテナモジュール１１０′を参照すると、三つのアンテナアセンブリ１００の各々は、グランドプレーンアセンブリ３０と３０～１２０度の範囲の非ゼロ角度θを形成し得る。実施形態によれば、アンテナアセンブリ１００の各々は、実質的に等しい角度θを、グランドプレーンアセンブリ３０と共有してもよい。アンテナアセンブリ１００の三つすべてが、６０～１２０度の範囲の角度を有するグランドプレーンアセンブリ３０に対して実質的に垂直であってもよい。

アンテナモジュール１１０′は、超広帯域および全方向性放射モジュールとして機能するように構成される。アンテナアセンブリ１００は、異なる周波数またはバンド、同じ周波数またはバンド、またはそれらのいくつかの組み合わせに調整されてもよい。

図１０は、グランドプレーン開口部構造５０をさらに備えるアンテナモジュール１１０″の例示的な実施形態を示す。図９に記載されるアンテナモジュール１１０′の構造的大きさおよび幾何学的寸法は、低減されることになる。アンテナモジュール１１０′の構造的大きさを低減するために、アンテナアセンブリ１００は、グランドプレーンアセンブリ３０の上面３０ａの上に互いにより近くに配置されてもよい。それにもかかわらず、偏波ミスマッチ損失、伝搬遅延歪み、干渉、または信号の位相変位などの意図しない結果が生じ得る。これらの制限を克服するために、グランドプレーン開口部構造５０の形態のセクター化された平面分離および相関エンハンサーが導入される。グランドプレーン開口部構造５０は、アンテナモジュール１１０′の一部を形成して、多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術を含むがこれに限定されない様々な技術における意図しない信号干渉および位相変位を防止する。グランドプレーン開口部構造５０は、アンテナモジュール１１０′の一部を形成して、信号相関を低減し、信号分離を強化し、アンテナモジュール１１０′による信号の到来角（ＡｏＡ）を決定する際の信号干渉および位相変位の悪影響を防止する。

一実施形態では、三つの実質的に類似した中央開口部５２は、グランドプレーン３２に形成される。各中央開口部５２は、第一の端部および第二の端部を有し、グランドプレーンアセンブリ３０の中心点Ｃから均等に分布した角度で半径方向外側に延在する、スロットなどの細長い開口部である。共に、三つの中央開口部は、中央開口部５２の隣接する対が１２０度の角度を形成する、「Ｙ」字型を形成する。グランドプレーン基板３４は、中央開口部５２の底面を形成してもよい。三つの中央開口部５２の各々の第一の端部は、中心点Ｃ上で互いに交差して、グランドプレーン３２と関連付けられた近傍界インピーダンスをキャンセルするように構成されたグランドプレーン３２の単一開口部の一部を形成する。三つの中央開口部５２の各々は、三つの中央開口部５２の各々の第二の端部が、二つの隣接するアンテナアセンブリ１００の各々の間に、スロットなどの開口部を形成するように延在する。

図１１は、三つの外側開口部５６をさらに含む、図１０に示すようなグランドプレーン開口部構造５０を有するアンテナモジュール１１０′の上面図である。三つのアンテナアセンブリ１００は、グランドプレーン基板３４の上に存在するグランドプレーン３２の上面の上に配置される。三つの中央開口部５２の各々の構造形状および寸法は、グランドプレーン開口部構造５０を所望の分離の中心周波数に最適化するように調整されてもよい。グランドプレーン開口部構造５０の開口部部分は、グランドプレーン開口部構造５０を所望の分離の中心周波数にさらに調整するように構成された誘電率εを有する誘電材料（図示せず）で充填されてもよい。一実施形態では、三つの外側開口部５６の各々が、中心点Ｃの周りの三つの等距離の弦のうちの一つに部分的に沿って延在し、かつグランドプレーン３２にスロットなどの開口部を形成するように、三つの外側開口部５６は、グランドプレーン開口部構造５０の一部を形成する。

外側開口部５６は、複数のアンテナアセンブリ１００のうちの一つに平行で、かつ点Ｃに関連して複数のアンテナアセンブリ１００のうちの一つの反対側にある、グランドプレーン３２の細長い開口部である。外側開口部５６は、グランドプレーンアセンブリ３０の平面Ｔ_２の各中央開口部５２に沿って延在し、かつアンテナアセンブリ１００の隣接する対の間の領域を通過する仮想線 が、外側開口部５６に対して垂直な二等分線となるように形成される。各外側開口部５６は、三つの中央開口部５２のうちの一つに結合されて、分離周波数をさらに調整してもよい。中央開口部５２は、長さＬ_３および幅Ｗ_３を有する長方形であってもよい。一実施形態では、Ｌ_３は１／４波長の範囲にあり、Ｗ_３は０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲にある。隣接する中央開口部５２の各対は、中心点Ｃから延在し、互いに等しい角度αを共有する。角度ａは、１２０度と実質的に等しくてもよい。

図１２は、図１０のアンテナモジュール１１０″の例示的な実施形態を示し、グランドプレーン開口部構造５０は、各々が三つの中央開口部５２のうちの一つのそれぞれの第一の端部の一部を形成する三つの容量性負荷５４をさらに備える。容量性負荷５４は、さらに分離を強化し、偏波ミスマッチ損失を低減し、および／または伝搬遅延歪みを最小化するために、意図される中心周波数ωでグランドプレーン開口部構造５０を調整するために、グランドプレーン開口部構造５０に結合された、可変無効負荷、能動負荷と無効負荷の組み合わせ、およびスイッチ（図示せず）のうちの少なくとも一つで置換されてもよい。一実施形態によれば、意図される中心周波数ωは、アンテナモジュール１１０″が超広帯域（ＵＷＢ）無線技術を使用して信号を送信および／または受信する周波数または中心周波数に対応し得る。

図１３は、単数かつ単一のグランドプレーン開口部構造５０′の一部を形成する追加のサブ中央開口部５２′を備える、アンテナモジュール１１０'''の例示的な実施形態を示す。実施形態によれば、図１３に示すように、グランドプレーン開口部構造５０′は、図１０を参照して記載したように、三つの中央開口部５２に平行に延在する複数の追加のサブ中央開口部５２′をさらに備える。

図１４は、図１３で以前に示したアンテナモジュール１１０'''の上面図を示す。グランドプレーン開口部構造５０′は、図１３に示すように、九つのサブ中央開口部５２′および三つの中央開口部５２を備える。グランドプレーンアセンブリ３０上の三つの仮想点Ｅは、点Ｃと、グランドプレーンアセンブリ３０上の三つの点Ｑの各々との間に延在する三つの直線ＣＱのうちの一つの上にある。各点Ｅに対して、三つのサブ中央開口部５２′は、１２０度の均等に分布した角度で外側に延在し、グランドプレーン３２に追加の開口部を形成する。一実施形態によれば、点Ｅは、中心点Ｃから実質的に等しい距離を共有する。

サブ中央開口部５２′は、点Ｅから均等に分布した角度で半径方向外側に延在してもよく、各点Ｅに対して、三つのサブ中央開口部５２′のうちの二つは、それぞれの隣接する中央開口部５２に平行に延在し、三つのサブ中央開口部５２′のうちの一つは、中心点Ｃに向かって延在してそれに接続し、単一のグランドプレーン開口部構造５０′を形成する。

複数の中央開口部５２およびサブ中央開口部５２′の各々の形状、寸法、またはそれらの組み合わせは、グランドプレーン開口部構造５０′を所望の中心周波数にさらに調整して、意図する中心周波数ωにおけるおよびその周囲での信号の分離および相関性を強化してもよい。意図する中心周波数ωは、アンテナモジュール１１０'''が超広帯域（ＵＷＢ）無線技術を使用して信号を送信および／または受信する周波数または周波数帯の中心周波数に対応し得る。グランドプレーン開口部構造５０′の中空部分は、誘電率εを有する誘電材料で充填されていて、アンテナモジュール１１０'''の放射の中心周波数に対して、グランドプレーン開口部構造５０′の動作を最適に調整するように構成される。

図１５Ａおよび１５Ｂは、電気車両６０の底面下に取り付けられた第一のネットワーキング装置１１１と、グランドプレーン充電パッド６２の上面６２ａの上に取り付けられた第二のネットワーキング装置１１１′とを有する無線通信システム２００を示す。第一のネットワーキング装置１１１および第二のネットワーキング装置１１１の各々は、第一の制御ユニット６４または第二の制御ユニット６４′のうちの一つに結合された一つ以上のアンテナモジュール１１０″を備える。

アンテナモジュール１１０″は、図１０～１４を参照して記載されるアンテナモジュール１１０″と実質的に類似しており、論じたものと同じ参照番号を引き続き有する。第一のネットワーキング装置１１１および第二のネットワーキング装置１１１′は、グランドプレーン充電パッド６２に対する電気車両６０の位置決め、方向付け、およびアライメントに関連する情報信号６６を受信、処理、および送信するように構成された無線通信システム２００を形成する。

図１５Ａは、二つのシナリオの第一のシナリオを示し、それによると、電気車両６０が、電気車両６０の前面または後面の一方とグランドプレーン充電パッド６２との間の水平ギャップが存在する遠方界から、グランドプレーン充電パッド６２の上面に近づく。一実施形態によれば、遠方界アプローチの間、放射線伝搬は、地面７０の上方の水平経路に沿っている。アンテナモジュール１１０″の第二の支配的な偏波は、第一のネットワーキング装置１１１と第二のネットワーキング装置１１１′との間の主要な見通し線の方向におけるアライメントを容易にし、第一のネットワーキング装置１１１の一つ以上のアンテナモジュール１１０″と、第二のネットワーキング装置１１１″の一つ以上のアンテナモジュール１１０″との間の超広帯域無線通信をさらに強化する。

情報信号６６は、第一のネットワーキング装置１１１と第二のネットワーキング装置１１１′との間の距離、またはその距離に関連する機能に対応する情報データを含む。別の実施形態では、情報信号６６はさらに、第一のネットワーキング装置１１１と第二のネットワーキング装置１１１′との間の角度、または前記角度に関連する機能に対応する情報データを含んでもよい。

グランドプレーン充電パッド６２に対する電気車両６０の位置を決定することは、電気車両６０のグランドプレーン充電パッド６２への方向および距離の両方を決定することを含む。第一のネットワーキング装置１１１の制御ユニット６４および第二のネットワーキング装置１１１′の制御ユニット６４′による、送信および／または受信された情報信号６６のリアルタイム分析および処理は、電気車両６０をグランドプレーン充電パッド６２に向かって方向付けることを可能にする情報を電気車両６０に提供する。

図１５Ｂは、二つのシナリオのうちの第二のものを示し、それによると、電気車両６０は、グランドプレーン充電パッド６２の表面の上方に正確に整列することを必要とし得る。第二のシナリオによれば、電気車両６０の底面の少なくとも一部分と、グランドプレーン充電パッド６２の上面の一部分とが垂直に重なる。近傍界アプローチおよびアライメントは、グランドプレーン充電パッド６２の第二のネットワーキング装置１１１′上方で、横方向および縦方向に電気車両６０の第一のネットワーキング装置１１１を正確に位置決めおよび整列させることを必要とする。

第一のネットワーキング装置１１１および第二のネットワーキング装置１１１′は、情報信号６６を送受信するための無線通信システム２００を形成する。一実施形態によれば、情報信号６６は、第一のネットワーキング装置１１１と第二のネットワーキング装置１１１′との間の距離、またはその距離に関連する機能に対応する情報データを含む。情報信号６６はさらに、第一のネットワーキング装置１１１と第二のネットワーキング装置１１１′との間の角度、または前記角度に関連する機能に対応する情報データを含んでもよい。

第一のネットワーキング装置１１１の制御ユニット６４および第二のネットワーキング装置１１１′の制御ユニット６４′による、送信および／または受信された情報信号６６のリアルタイム分析および処理は、電気車両６０をグランドプレーン充電パッド６２に向かって方向付けること、およびグランドプレーン充電パッド６２の上面に対するその横方向オフセットを決定することを可能にする。

当業者であれば、本開示の好ましい実施形態に対する改善および変更を認識するであろう。こうしたすべての改善および変更は、本明細書に開示される概念および以下の特許請求の範囲内であると見なされる。

Claims (25)

1. 第一の端部および第二の端部を有する、第一の軸に沿った細長い中央セグメントと、
   前記第一の端部から外側に、前記第二の端部に向かって後方に、かつ前記細長い中央セグメントに沿って少なくとも部分的に内側に延在する第一のらせんセグメントと、
   前記第二の端部から外側に、前記第一の端部に向かって後方に、かつ前記細長い中央セグメントに沿って少なくとも部分的に内側に延在する第二のらせんセグメントと、を備え、
   前記細長い中央セグメント、前記第一のらせんセグメント、および前記第二のらせんセグメントの各々が導電性であり、アンテナ素子を形成する、アンテナアセンブリ。
2. 前記細長い中央セグメント、前記第一のらせんセグメント、および前記第二のらせんセグメントが、第一の平面内に存在する、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
3. 前記第一のらせんセグメントおよび前記第二のらせんセグメントが、前記細長い中央セグメントの反対側にある、請求項２に記載のアンテナアセンブリ。
4. その上またはその中に前記アンテナ素子が存在するアンテナ基板をさらに備え、前記アンテナ基板が誘電材料を含む、請求項３に記載のアンテナアセンブリ。
5. 前記細長い中央セグメントに接続され、かつそこから延在する接続部材をさらに備え、前記接続部材が導電性である、請求項４に記載のアンテナアセンブリ。
6. 上面および底面を有するグランドプレーンを備えるグランドプレーンアセンブリと、
   前記グランドプレーンの上面の上に配置された複数のアンテナアセンブリと、を備え、各アンテナアセンブリが、
   第一の端部および第二の端部を有する、第一の軸に沿った細長い中央セグメントと、
   前記第一の端部から外側に、前記第二の端部に向かって後方に、かつ前記細長い中央セグメントに沿って少なくとも部分的に内側に延在する第一のらせんセグメントと、
   前記第二の端部から外側に、前記第一の端部に向かって後方に、かつ前記細長い中央セグメントに沿って少なくとも部分的に内側に延在する第二のらせんセグメントと、を備え、
   前記細長い中央セグメント、前記第一のらせんセグメント、および前記第二のらせんセグメントの各々が導電性であり、アンテナ素子を形成する、アンテナモジュール。
7. 前記グランドプレーンに複数の中央開口部をさらに備え、各中央開口部が、第一の端部および第二の端部を有する細長い開口部であり、前記複数の中央開口部が、グランドプレーン開口部構造の一部を形成する、請求項６に記載のアンテナモジュール。
8. 前記複数のアンテナアセンブリが、前記グランドプレーンアセンブリ上の点の周りに半径方向に同じ距離で配置され、かつ１２０度に等しい角度で均等に分布した三つのアンテナアセンブリを含む、請求項７に記載のアンテナモジュール。
9. 前記グランドプレーンアセンブリが円形であり、前記グランドプレーンアセンブリ上の点が、前記グランドプレーンアセンブリの中心点である、請求項８に記載のアンテナモジュール。
10. 前記グランドプレーン開口部構造が、等しい長さで半径方向に外側に延在し、１２０度に等しい角度で均等に分布した三つの中央開口部を備え、三つの中央開口の各々は、前記中心点で交差する第一の端部と、前記グランドプレーンにＹ字型を形成する前記複数のアンテナアセンブリの隣接する対の間に延在する第二の端部とを有する、請求項９に記載のアンテナモジュール。
11. 前記グランドプレーン開口部構造が、九つのサブ中央開口部をさらに備え、九つのサブ中央開口部の各々三つは、中央開口部の隣接する対に平行に延在する前記三つのサブ中央開口部のうちの二つを有する中央開口部の三つの隣接する対のうちの一つと、前記中心点に延在して接続する前記三つのサブ中央開口部のうちの一つとの間に形成される角度の二等分線上の点から、１２０度に等しい角度で均等に分布して半径方向に外側に延在する、請求項１０に記載のアンテナモジュール。
12. 前記グランドプレーン開口部構造が、三つの外側開口部をさらに備え、各外側開口部は、三つのアンテナアセンブリのうちの一つに平行で、かつ前記中心点に関して前記アンテナアセンブリの反対側にある、前記グランドプレーンの細長い開口部である、請求項１０に記載のアンテナモジュール。
13. 前記グランドプレーン開口部構造が、前記グランドプレーン開口部構造に結合された一つ以上の負荷をさらに備える、請求項１０に記載のアンテナモジュール。
14. 前記複数のアンテナアセンブリの各々が、互いに同じである、請求項１０に記載のアンテナモジュール。
15. 前記複数のアンテナアセンブリの各々が、前記グランドプレーンアセンブリに対して実質的に垂直である、請求項１４に記載のアンテナモジュール。
16. その上またはその中に前記アンテナ素子が存在するアンテナ基板をさらに備え、前記アンテナ基板が誘電材料を含む、請求項１５に記載のアンテナモジュール。
17. 前記グランドプレーンアセンブリが、その上またはその中に前記グランドプレーンが存在するグランドプレーン基板をさらに含む、請求項１６に記載のアンテナモジュール。
18. 前記グランドプレーン基板が、前記グランドプレーン開口部構造の底面の一部を形成する、請求項１７に記載のアンテナモジュール。
19. 前記第一のらせんセグメントおよび前記第二のらせんセグメントが、前記細長い中央セグメントの反対側にある、請求項１８に記載のアンテナモジュール。
20. 前記細長い中央セグメント、前記第一のらせんセグメント、および前記第二のらせんセグメントが、第一の平面内に存在する、請求項１９に記載のアンテナモジュール。
21. 前記グランドプレーンアセンブリが、複数の貫通孔をさらに備える、請求項２０に記載のアンテナモジュール。
22. 前記三つのアンテナアセンブリの各々が、前記細長い中央セグメントに接続され、そこから延在する接続部材をさらに備え、前記接続部材が導電性であり、それぞれの貫通孔の各々に挿入されている、請求項２１に記載のアンテナモジュール。
23. 前記グランドプレーンアセンブリが平面状であり、第二の平面内に存在する、請求項２２に記載のアンテナモジュール。
24. 前記アンテナモジュールの動作周波数が５～２０ＧＨｚの範囲である、請求項２３に記載のアンテナモジュール。
25. 制御ユニットと、
    前記制御ユニットと関連付けられたアンテナモジュールであって、
    上面および底面を有するグランドプレーンを備えるグランドプレーンアセンブリと、
    前記グランドプレーンの上面の上に配置された複数のアンテナアセンブリと、を備える、アンテナモジュールと、を備え、各アンテナアセンブリが、
    第一の端部および第二の端部を有する、第一の軸に沿った細長い中央セグメントと、
    前記第一の端部から外側に、前記第二の端部に向かって後方に、かつ前記細長い中央セグメントに沿って少なくとも部分的に内側に延在する第一のらせんセグメントと、
    前記第二の端部から外側に、前記第一の端部に向かって後方に、かつ前記細長い中央セグメントに沿って少なくとも部分的に内側に延在する第二のらせんセグメントと、を備え、
    前記細長い中央セグメント、前記第一のらせんセグメント、および前記第二のらせんセグメントの各々が導電性であり、アンテナ素子を形成する、無線通信システム。

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