JP6345263B2 - 偏波共用アンテナおよびアンテナアレイ - Google Patents

Description

本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる、2014年2月25日付で中国特許庁に出願された、「DUAL−POLARIZED ANTENNA AND ANTENNA ARRAY」という名称の中国特許出願第201410064893．6号の優先権を主張するものである。

本発明はアンテナに関し、詳細には、偏波共用アンテナおよびアンテナアレイに関する。

無線通信システムはアップリンク（uplink、UL）およびダウンリンク（downlink、DL）を含む。基地局（base station、BS）はダウンリンクを介してユーザ機器（user equipment、UE）へ信号を送信することができ、ユーザ機器はアップリンクを介して基地局へ信号を送信することができる。二重通信がサポートされるときには、アップリンク上とダウンリンク上での信号の並列伝送によって生じる相互干渉を回避するために、アップリンク信号をダウンリンク信号から分離する必要がある。

現在、無線通信システムで用いられる二重モードは、周波数分割複信（frequency division duplexing、FDD）および時分割複信（time division duplexing、TDD）を含む。周波数分割複信モードでは、アップリンクとダウンリンクとで異なる搬送波周波数が用いられ、アップリンク信号は周波数ガード区間を用いてダウンリンク信号から分離され、これにより同時の周波数間全二重通信を実現することができる。時分割複信モードでは、アップリンクとダウンリンクとで異なる通信時間が用いられ、受信信号が時間ガード区間を用いて送信信号から分離され、これにより同一周波数の非同期半二重通信を実現することができる。ユーザによって感知される時間と比べて、時間二重モードで用いられる時間ガード区間はきわめて短く、時間二重モードは全二重通信をサポートするとみなされることもある。

例えば、図1は、先行技術における無線通信システムのシナリオの概略図である。ダウンリンクでは、基地局が時間T₁にユーザ機器へ周波数F₁で無線信号S₁を送信し、アップリンクでは、ユーザ機器が時間T₂に基地局へ周波数F₂で無線信号S₂を送信する。周波数分割複信が用いられるときには、周波数F₁と周波数F₂とが異なり、アップリンクとダウンリンクの間に周波数ガード区間があり、これにより同時の周波数間全二重通信を実現することができる。時分割複信が用いられるときには、時間T₁と時間T₂とが異なり、アップリンクとダウンリンクの間に時間ガード区間があり、これにより同一周波数の非同期半二重通信を実現することができる。

周波数F₁と周波数F₂が同じであり、時間T₁と時間T₂も同じである場合、ユーザ機器によって送信された無線信号S₂を受信したときに、基地局は同じ周波数の自己干渉信号S’₁も受信し、自己干渉信号S’₁は、基地局によって送信された無線信号S₁の一部とみなすことができる。同様に、基地局によって送信された無線信号S₁を受信したときに、ユーザ機器も同じ周波数の自己干渉信号S’₂を受信する。空間伝搬時の無線信号の高速フェージングにより、局所的自己干渉信号の強度は一般に、遠端からの無線信号の強度よりはるかに大きく、信号を送信するときに、基地局およびユーザ機器は同時に信号を正しく受信することができない。したがって、全二重（full duplex）技術が出現するまで、無線通信システムは同一周波数および同時の全二重通信をサポートすることができないと一般にみなされている。

理論上、全二重技術を用いる無線通信システムにおいては、アップリンクとダウンリンクとで同一時間および同一周波数が用いられ、スペクトル効率が倍増しうる。しかし、全二重技術は現在、研究実験段階にあり、遠端からの無線信号の受信に及ぼす局所的自己干渉信号の影響をどのようにして効果的に低減させるかは依然として、全二重技術において解決される必要のある重要な技術問題である。現在の研究方向は主に以下の2つタイプを含む。一方は、RFモジュールにおける信号処理によって局所的自己干渉信号を除去するものであり、他方は、RFモジュールに入る局所的自己干渉信号の強度を下げるためのアンテナにおける最適化である。

先行技術では、局所的自己干渉信号を除去するためのRFモジュールにおける信号処理方法の設計が主に考察されており、アンテナの設計および最適化は一般的ではない。現在の全二重の実験通信システムにおいて、アンテナシステムは普通、アンテナ間を物理的に分離する方式で送信信号を受信信号から分離する。例えば、受信アンテナ（receive antenna、Rx antenna）と送信アンテナ（transmit antenna、Tx antenna）との物理的距離を、受信アンテナと送信アンテナとの分離を改善するように大きくすることができる。しかし、この場合には、アンテナシステムのサイズがかなり大きく、このためデバイス小型化および実際のプロジェクトの展開が妨げられる。したがって、優れた送受信分離を有するアンテナを提供するアンテナのための最適化設計が、今後の無線通信システムにおける全二重技術の適用にとってきわめて重要である。

本発明は、アンテナポート間の相対的に高い分離を有する偏波共用アンテナおよびアンテナアレイを提供する。

本発明の実施態様は、以下の技術解決策を用いて具体的に実現することができる。

第1の態様によれば、偏波共用アンテナ（100）が提供され、本偏波共用アンテナは、接地板（10）と、給電部（20）と、放射板（50）とを含み、
給電部（20）は、放射板（50）へ電磁波信号を給電するように構成されており、第1の給電部（30）と第2の給電部（40）とを含み、接地板（10）は給電部（20）の底部に配置されており、放射板（50）は給電部（20）の最上部に配置されており、
第1の給電部（30）は、第1の誘電体板（32）と、第1の給電層（34）と、第1の伝送線（36）とを含み、第1の給電層（34）は第1の誘電体板（32）の一方の表面に配置されており、第1の伝送線（36）は第1の誘電体板（32）の他方の表面に配置されており、第1の伝送線（36）には第1のポート（360）が配置されており、第1のポートは第1の給電部へ信号を給電するように構成されており、
第2の給電部（40）は、第2の誘電体板（42）と、第2の給電層（44）と、第2の伝送線（46）とを含み、第2の給電層（44）は第2の誘電体板（42）の一方の表面に配置されており、第2の伝送線（46）は第2の誘電体板（42）の他方の表面に配置されており、第2の伝送線（46）には第2のポート（460）が配置されており、第2のポートは第2の給電部へ信号を給電するように構成されており、
第1の誘電体板（32）および第2の誘電体板（42）は接地板（10）上に垂直に設置されており、第1の誘電体板（32）と第2の誘電体板（42）とは相互に対して垂直に配置されており、第1の伝送線（36）と第2の伝送線（46）とは相互から分離されている。

第1の態様に関連して、第1の態様の第1の可能な実施態様において、第1の誘電体板（32）には第1の開口（320）が配置されており、第1の開口（320）は第1の誘電体板（32）の底部から最上部まで延在しており、第2の誘電体板（42）には第2の開口（420）が配置されており、第2の開口（420）は第2の誘電体板（42）の最上部から底部まで延在しており、第1の誘電体板（32）と第2の誘電体板（42）とは、相互に対して垂直に配置されるように、第1の開口（320）および第2の開口（420）を用いて接合されている。

第1の態様の第1の可能な実施態様に関連して、第1の態様の第2の可能な実施態様において、第1の給電層（34）には第1の溝（342）が配置されており、第1の溝（342）は、第1の給電層（34）の最上部から中央部まで延在しており、第1のスロット（340）と、第1のスロット（340）と連結された第2のスロット（341）とを含み、第1の開口（320）は、第2のスロット（341）を貫通し、第1のスロット（340）まで延在しており、第2の給電層（44）には第2の溝（442）が配置されており、第2の溝（442）は、第2の給電層（44）の最上部から中央部まで延在しており、第3のスロット（440）と、第3のスロット（440）と連結された第4のスロット（441）とを含み、第2の開口（420）は第3のスロット（440）内まで達する。

第1の態様の第1または第2の可能な実施態様に関連して、第1の態様の第3の可能な実施態様において、放射板（50）は放射層（54）を含み、放射層（54）は放射板（50）の下表面に配置されており、給電部（20）は、結合方式で放射層（54）において信号を給電する。

第1の態様の第3の可能な実施態様に関連して、第1の態様の第4の可能な実施態様において、放射層（54）の形は正4N多角形、中空の正4N多角形、円、または円環であり、Nは1以上の整数である。

第1の態様の第1の可能な実施態様から第4の可能な実施態様のいずれか1つに関連して、第1の態様の第5の可能な実施態様において、第1のポート（360）は、第1の伝送線（36）の端部に配置され、第1の誘電体板（32）の底部から最上部まで延在しており、第1の伝送線（36）は、伝送線の第1の部分（362）と、伝送線の第2の部分（364）と、伝送線の第3の部分（366）とをさらに含み、伝送線の第1の部分（362）は、第1のポート（360）の端部から第1の誘電体板（32）の最上部まで延在しており、第1の開口（320）と平行であり、伝送線の第2の部分（364）は、第1の開口（320）上にまたがり、伝送線の第1の部分（362）に対して垂直に接続されており、伝送線の第3の部分（366）は、伝送線の第2の部分（364）の端部から第1の誘電体板（32）の底部まで垂直に延在している。

第1の態様の第1の可能な実施態様から第5の可能な実施態様のいずれか1つに関連して、第1の態様の第6の可能な実施態様において、第2のポート（460）は、第2の伝送線（46）の端部に配置され、第2の誘電体板（42）の底部から最上部まで延在しており、第2の伝送線（46）は、伝送線の第4の部分（462）と、伝送線の第5の部分（464）と、伝送線の第6の部分（466）とを含み、伝送線の第4の部分（462）は、第2のポート（460）の端部から第2の誘電体板（42）の最上部まで延在しており、第2の開口（420）と平行であり、伝送線の第5の部分（464）は伝送線の第4の部分（462）に対して垂直に接続されており、伝送線の第6の部分（466）は、伝送線の第5の部分（464）の端部から第2の誘電体板（42）の底部まで垂直に延在している。

第1の態様の第6の可能な実施態様に関連して、第1の態様の第7の可能な実施態様において、伝送線の第5の部分（464）の中央部は、第2の開口（420）が伝送線の第5の部分（464）を貫通するのを防ぐために屈曲部を形成するように、第2の誘電体板（42）の底部の方へ屈曲している。

第1の態様の第1の可能な実施態様から第7の可能な実施態様のいずれか1つに関連して、第1の態様の第8の可能な実施態様において、偏波共用アンテナ（100）はコネクタ（60）の対をさらに含み、コネクタ（60）の一方は第1のポート（360）に電気接続されており、コネクタ（60）の他方は第2のポート（460）に電気接続されており、コネクタ（60）の対は、第1の給電部（30）と第2の給電部（40）とに信号を給電するように構成されている。

第2の態様によれば、アンテナアレイ（200）がさらに提供され、本アンテナアレイは、第1の態様または第1の態様の第1の可能な実施態様から第9の可能な実施態様のいずれか1つにおけるアンテナの対と、ハウジング（220）の対とを含み、ハウジング（220）の各々は、接地板（212）に固定されており、複数の分離壁（222）を含み、分離壁（222）はアンテナ（210）を囲むように構成された囲いを形成している。

第2の態様に関連して、第2の態様の第1の可能な実施態様において、アンテナアレイ（200）は、ハウジング（220）の対の間に位置し、異なるアンテナ（210）間の分離を改善するように構成された接地ストリップアレイ（320）をさらに含む。

第2の態様の第1の可能な実施態様に関連して、第2の態様の第2の可能な実施態様において、接地ストリップアレイ（320）は2群の軸対称接地ストリップを含み、軸対称の軸は偏波共用アンテナ（210）の対の垂直2等分線に位置し、各群の接地ストリップの高さおよび長さは外側から内側へ次第に減少し、外側は偏波共用アンテナ（210）に近く、内側は軸対称の軸に近い。

第2の態様の第2の可能な実施態様に関連して、第2の態様の第3の可能な実施態様において、接地ストリップアレイ（320）は金属ストリップアレイ、フェライト・ストリップ・アレイ、左手系材料ストリップアレイ、または電磁バンドギャップ構造である。

第2の態様の第1または第2の可能な実施態様に関連して、第2の態様の第3の可能な実施態様において、ハウジング（220）の各々は複数のカードスロット（312）を含み、接地板（10）上には複数のカードブロック（332）が配置されており、カードブロック（332）は、ハウジング（220）を接地板（10）に固定するように、カードスロット（312）に挿入されている。

第2の態様の第1、第2、または第3の可能な実施態様に関連して、第2の態様の第4の可能な実施態様において、アンテナアレイ（200）はレードーム（230）をさらに含み、レードーム（230）はアンテナアレイ（200）を覆っている。

第3の態様によれば、アンテナアレイがさらに提供され、本アンテナアレイは、アンテナの対と接地ストリップアレイ（320）とを含み、アンテナの各々は接地板（330）を含み、接地ストリップアレイ（320）は、接地板（330）に固定されており、アンテナ間の分離を改善するようにアンテナ（210）の対の間に位置する。

第3の態様に関連して、アンテナアレイ（200）はハウジング（220）の対をさらに含み、ハウジング（220）の各々は、接地板（330）に固定されており、複数の分離壁（222）を含み、分離壁（222）はアンテナの各々を囲むように構成された囲いを形成しており、接地ストリップアレイ（320）はハウジング（220）の対の間に位置する。

第3の態様の第1の可能な実施態様に関連して、第3の態様の第2の可能な実施態様において、接地ストリップアレイ（320）は2群の軸対称接地ストリップを含み、軸対称の軸は偏波共用アンテナの対の垂直2等分線に位置し、各群の接地ストリップの高さおよび長さは外側から内側へ次第に減少し、外側は偏波共用アンテナに近く、内側は軸対称の軸に近い。

第3の態様の第2の可能な実施態様に関連して、第3の態様の第3の可能な実施態様において、接地ストリップアレイ（320）は金属ストリップアレイ、フェライト・ストリップ・アレイ、左手系材料ストリップアレイ、または電磁バンドギャップ構造である。

第3の態様の第1または第2の可能な実施態様に関連して、第2の態様の第3の可能な実施態様において、ハウジング（220）の各々は複数のカードスロット（312）を含み、接地板（10）上には複数のカードブロック（332）が配置されており、カードブロック（332）は、ハウジング（220）を接地板（10）に固定するように、カードスロット（312）に挿入されている。

第3の態様の第1、第2、または第3の可能な実施態様に関連して、第2の態様の第4の可能な実施態様において、アンテナアレイ（200）はレードーム（230）をさらに含み、レードーム（230）はアンテナアレイ（200）を覆っており、
ハウジング（220）の各々は複数のカードスロット（312）を含み、接地板（10）上には複数のカードブロック（332）が配置されており、カードブロック（332）は、ハウジング（220）を接地板（330）に固定するように、カードスロット（312）に挿入されている。

本発明の実施形態で提供される偏波共用アンテナまたはアンテナアレイによれば、垂直に配置された給電網を用いて、信号が第1のポートおよび第2のポートにおいて給電された後で、第1の誘電体板および第2の誘電体板と平行な電磁波を別々の生成することができ、放射板に結合された電磁波の偏波方向は相互に対して垂直であり、これによりアンテナポート間の高分離が保証される。

本発明の実施形態における技術的解決策をより明確に説明するために、以下で、これらの実施形態を説明するのに必要な添付の図面について簡単に述べる。明らかに、以下の説明における添付の図面は単に本発明のいくつかの実施形態を示すにすぎず、当業者は、これら添付の図面から難なく他の図面をさらに導出することができる。

先行技術における無線通信システムのシナリオの概略図である。 本発明の第1の実施態様による偏波共用アンテナのアセンブリの斜視概略図である。 図2に示す第1の給電部の正面概略図である。 図2に示す第1の給電部の背面概略図である。 図2に示す第2の給電部の正面概略図である。 図2に示す第2の給電部の背面概略図である。 図2に示す偏波共用アンテナの電圧定在波比のシミュレーションの概略図である。 図2に示す偏波共用アンテナのものである、第1のポートと第2のポートとの間の分離のシミュレーションの概略図である。 本発明の第2の実施態様によるアンテナアレイのアセンブリの斜視概略図である。 図9に示すアンテナアレイの部分アセンブリの斜視概略図である。 図9に示すアンテナアレイにおける異なるアンテナ同一偏波ポート間の分離のシミュレーションの概略図である。 本発明の第3の実施態様によるアンテナアレイのアセンブリの斜視概略図である。 図12に示すアンテナアレイの部分アセンブリの斜視概略図である。 図12に示すレードームの概略的立体図である。 図12に示すアンテナアレイにおける異なるアンテナの同一偏波ポート間の分離のシミュレーションの概略図である。

以下で、本発明の実施形態における添付の図面を参照して、本発明の実施形態における技術的解決策の詳細を明確に説明する。明らかに、説明される実施形態は、本発明の実施形態の全部ではなく、一部であるにすぎない。本発明の実施形態に基づいて当業者によって難なく得られる他のすべての実施形態は、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

図2から図6を同時に参照すると、図2から図6には、本発明の第1の実施態様による偏波共用アンテナ100が示されている。偏波共用アンテナ100は、接地板10と、給電部20と、放射板50とを含む。接地板10は給電部20の底部に配置されており、放射板50は給電部20の最上部に配置されている。給電部20は、放射板50へ電磁波信号を給電するように構成されており、第1の給電部30と第2の給電部40とを含む。第1の給電部30は、第1の誘電体板32と、第1の給電層34と、第1の伝送線36とを含み、第1の給電層34は第1の誘電体板32の一方の表面に配置されており、第1の伝送線36は第1の誘電体板32の他方の表面に配置されており、第1の伝送線36には第1のポート360が配置されている。第2の給電部40は、第2の誘電体板42と、第2の給電層44と、第2の伝送線46とを含み、第2の給電層44は第2の誘電体板42の一方の表面に配置されており、第2の伝送線46は第2の誘電体板42の他方の表面に配置されており、第2の伝送線46には第2のポート460が配置されている。第1の誘電体板32および第2の誘電体板42は接地板10上に垂直に設置されており、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とは垂直に配置されており、第1の伝送線36と第2の伝送線46とは相互から分離されている。

第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とを垂直に配置する具体的実施態様は限定されない。任意選択で、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とは接地板10上に垂直に、直交するように設置され、垂直性および直交性は、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とが、より良い構造対称性を実現するように、誘電体板の一方の中央位置において垂直であり、直交しており、または、両方の誘電体板の中央位置において垂直であり、直交していることを含む。

任意選択で、第1の誘電体板32および第2の誘電体板42の構造を同じとすることもできる。例えば、第1の誘電体板32および第2の誘電体板42の長さ、幅、および厚さは一部同じまたは全部同じである。第1の給電層34および第2の給電層44は金属表面実装構造のものとすることができる。第1の伝送線36および第2の伝送線46はマイクロストリップ伝送線とすることができる。第1の給電層34および第1の伝送線36は第1の給電網に含まれ、第2の給電層44および第2の伝送線46は第2の給電網に含まれ、第1の給電網および第2の給電網は放射板50へ電磁波信号を給電するのに用いられる。

任意選択で、第1の誘電体板32および第2の誘電体板42はプリント回路基板とすることができ、第1の給電層34および第1の伝送線36は第1の誘電体板32上にプリントすることができ、第2の給電層44および第2の伝送線46は第2の誘電体板42上にプリントすることができる。

本発明の本実施形態で提供される偏波共用アンテナは垂直に配置された給電網を用いる。第1のポートおよび第2のポートで信号が給電された後で、第1の誘電体板および第2の誘電体板と平行な電磁波を別々に生成することができ、放射板に結合された電磁波の偏波方向は相互に対して垂直であり、これによりアンテナポート間の高分離が保証される。加えて、第1の給電網と第2の給電網とが垂直に、直交するように配置されている場合には、給電網の構造対称性のために、ポートの一方で給電が行われるときに、ポートの一方に対応する給電網によって他方のポートに結合されたエネルギーが大幅に弱められ、これによりアンテナポート間の分離をさらに改善することができる。

図3および図4に示すように、本発明のさらなる改善点として、設置を容易にするために、第1の誘電体板32には第1の開口320が配置されており、第1の開口320は第1の誘電体板32の底部から最上部まで延在している。図5および図6に示すように、第2の誘電体板42には第2の開口420が配置されており、第2の開口420は第2の誘電体板42の最上部から底部まで延在しており、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とは、相互に対して垂直に配置されるように、第1の開口320および第2の開口420の上で接合されている。言い換えると、第1の開口320は第1の誘電体板32の下部に配置されており、第2の開口420は第2の誘電体板42の上部に配置されている。

任意選択で、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42はどちらも長方形である。第1の開口320は第1の誘電体板32の底部の中央から最上部まで延在しており、すなわち、第1の開口320は第1の誘電体板32の下部の中央に位置する。第2の開口420は第2の誘電体板42の最上部の中央から底部まで延在しており、すなわち、第2の開口420は第2の誘電体板42の上部の中央に位置する。

設置時に、第1の誘電体板32は第1の開口320を通して第2の誘電体板42の第2の開口420へ挿入される。加えて、第1の開口320は第1の誘電体板32の下部の中央に位置し、第2の開口420は第2の誘電体板42の上部の中央に位置するため、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とは、より良い構造対称性を実現するように、垂直に、直交するように配置されている。

別の可能な実施態様においては、第1の開口320は第1の誘電体板32の下部の中央に位置するとは限らず、すなわち、第1の開口320は第1の誘電体板32の右または左に設けられている。同時に、第2の開口420も第2の誘電体板42の上部の中央に位置するとは限らず、すなわち、第2の開口420は第2の誘電体板42の右または左に設けられている。第1の開口320が第1の誘電体板32の下部の中央に位置せず、第2の開口420が第2の誘電体板42の上部の中央に位置しないときに、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とは、垂直に、直交するように配置されるのではなく、ただ垂直に配置されるにすぎない。

図3に示すように、本発明のさらなる改善点として、給電網の給電効果をさらに改善するために、第1の給電層34に第1の溝342を配置することができ、第1の溝342は、第1の給電層34の最上部から中央部まで延在しており、第1のスロット340と、第1のスロット340と連結された第2のスロット341とを含み、第1の開口320は第2のスロット341を貫通し、第1のスロット340まで延在している。任意選択の一実施態様において、第1の溝342は逆T字形溝であり、第2のスロット341は第1のスロット340の軸に対して対称に設計されている。第1のスロット340の軸は第1の開口320の軸と一致する。

同様に、図5に示すように、本発明のさらなる改善点として、第2の給電層44に第2の溝442を配置することができ、第2の溝442は、第2の給電層44の最上部から中央部まで延在しており、第3のスロット440と、第3のスロット440と連結された第4のスロット441とを含み、第2の開口420は第3のスロット440内まで達する。任意選択の一実施態様において、第2の溝442は逆T字形溝であり、第4のスロット441は第3のスロット440の軸に対して対称に設計されている。第3のスロット440の軸は第2の開口420の軸と一致する。

別の可能な実施態様において、第1の溝342および第2の溝442は、十字形、I字形、E字形、C字形といった別の形とすることもできる。第1の溝342および第2の溝442については、前述の逆T字形溝設計を参照することができ、第1の溝342および第2の溝442は、それぞれ、第1の開口320および第2の開口420に対して軸対象である。

図2から図6に示すように、本発明のさらなる改善点として、第1の誘電体板32の最上部および底部は、それぞれ、第1の誘電体板32および第2の誘電体板42を接地板10上に設置するように、第2の誘電体板42の最上部および底部と同一平面とすることができる。

本発明のさらなる改善点として、放射板50は第3の誘電体板52と放射層54とを含み、放射層54は第3の誘電体板52の底部に配置されており、放射層54の下表面は第1の誘電体板32の最上部の上表面および第2の誘電体板42の最上部の上表面とぴったり合う。放射板50は、給電部20の最上部に配置されており、給電部20に対して垂直に配置することができる。

任意選択の一実施態様において、放射板50はプリント回路基板とすることができ、放射層54は第3の誘電体板52の底部にプリントされている。例えば、第3の誘電体板52は正方形であり、放射層54はプリントされた金属表面実装構造である。

本発明のさらなる改善点として、放射層54の形は、正4N多角形、中空の正4N多角形、円、または円環とすることができ、Nは1以上の整数である。

放射層54の形は、正4N多角形、中空の正4N多角形、円、または円環であり、第1のポート360および第2のポート460の定在波が基本的に一貫しており、第1のポート360と第2のポート460とで別々に給電するための指向性パターンの特性が基本的に一貫している。

別の実施態様において、放射板50は第3の誘電体板52を含まない場合もあり、すなわち、放射板50は放射層54だけを含む。

別の実施態様において、放射層54は第3の誘電体板52の最上部にプリントされている。設置時に、第1の誘電体板32の最上部の上表面および第2の誘電体板42の最上部の上表面は放射層54の底部の表面とぴったり合う。

前述の1つまたは複数の任意選択の実施態様において提供される偏波共用アンテナを用いて、第1の給電網および第2の給電網は結合方式で放射層54へ電磁波信号を給電することができ、すなわち、給電部20は結合方式で放射層54へ信号を給電する。具体的には、第1の伝送線36を用いて第1の給電層34へエネルギーが結合され、それによって渦電場が発生する。水平磁場が第1の給電層34の法線方向、すなわち水平方向に誘導され、磁場のエネルギーが、第1の給電層34の第1の溝342を用いて、放射のために放射層54へ結合される。同様に、第2の伝送線46を用いて第2の給電層44へエネルギーが結合され、それによって渦電場が発生する。水平磁場が第2の給電層44の法線方向、すなわち水平方向に誘導され、磁場のエネルギーが、第2の給電層44の第2の溝442を用いて、放射のために放射層54へ結合される。

本発明のさらなる改善点として、第1のポート360は、第1の伝送線36の端部に配置されており、第1の誘電体板32の底部から最上部まで延在している。

図4に示すように、本発明のさらなる改善点として、第1の伝送線36は、伝送線の第1の部分362と、伝送線の第2の部分364と、伝送線の第3の部分366とを含む。伝送線の第1の部分362は、第1のポート360の端部から第1の誘電体板32の最上部まで延在しており、第1の開口320と平行であり、伝送線の第2の部分364は、第1の開口320上にまたがり、伝送線の第1の部分362に対して垂直に接続されており、伝送線の第3の部分366は、伝送線の第2の部分364の端部から第1の誘電体板32の底部まで垂直に延在している。

任意選択の一実施態様において、伝送線の第2の部分364は第1の開口320の上にまたがり、これは、第1の開口320が第1の伝送線36の伝送線の第2の部分364まで延在していないことを意味する。

任意選択の一実施態様において、第1のポート360は伝送線の第1の部分362より広く、伝送線の第1の部分362と伝送線の第2の部分364と伝送線の第3の部分366との幅は同じである。伝送線の第1の部分362は伝送線の第3の部分366より長い。

本発明のさらなる改善点として、第2のポート460は、第2の伝送線46の端部に配置されており、第2の誘電体板42の底部から最上部まで延在している。

図6に示すように、本発明のさらなる改善点として、第2の伝送線46は、伝送線の第4の部分462と、伝送線の第5の部分464と、伝送線の第6の部分466とを含む。伝送線の第4の部分462は、第2のポート460の端部から第2の誘電体板42の最上部まで延在しており、第2の開口420を平行であり、伝送線の第5の部分464は伝送線の第4の部分462に対して垂直に接続されており、伝送線の第6の部分466は、伝送線の第5の部分464の端部から第2の誘電体板42の底部まで垂直に延在している。

任意選択の一実施態様において、第2のポート460は伝送線の第4の部分462より広く、伝送線の第4の部分462と伝送線の第5の部分464と伝送線の第6の部分466との幅は同じである。伝送線の第4の部分462は伝送線の第6の部分466より長い。

本発明のさらなる改善点として、伝送線の第5の部分464の中央部は、第2の開口420が伝送線の第5の部分464を貫通するのを防ぐために屈曲部を形成するように、第2の誘電体板42の底部の方へ屈曲しており、すなわち、第2の開口420は第2の伝送線46を貫通しない。

図2から図6に示すように、第1の開口320は第1の伝送線36の伝送線の第2の部分364まで延在せず、第2の開口420は第2の伝送線46を貫通しないため、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とが垂直に、直交するように配置されているときに、第1の伝送線36および第2の伝送線46は第1の誘電体板32と第2の誘電体板42との交点に接せず、すなわち、第1の伝送線36と第2の伝送線46とは相互から分離されており、そのため、第1のポート360と第2のポート460とは相互から分離されている。

別の実施態様において、第1の伝送線36および第2の伝送線46は、C字形やL字形といった別の形とすることができる。一般規則は、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とは垂直に配置されており、第1の伝送線36と第2の伝送線46とは接せず、すなわち、第1の伝送線36と第2の伝送線46とは相互から分離されている、というものである。

本発明のさらなる改善点として、偏波共用アンテナ100は、第1の給電層34および第2の給電層44へ信号を給電するように構成されたコネクタ60の対をさらに含み、コネクタ60の一方は第1のポート360に電気接続されており、コネクタ60の他方は第2のポート460に電気接続されている。

任意選択の一実施態様において、コネクタ（60）の一方は第1のポート（360）に電気接続されており、コネクタ（60）の他方は第2のポート（460）に電気接続されており、電気接続は溶接方式で特に実施することができる。

任意選択の一実施態様において、コネクタ60は、周波数が相対的に高いときに、SMA（Sub−Miniature−As）といったマイクロ波高周波数コネクタまたはマイクロ波コネクタとも呼ばれうるRFコネクタである。コネクタの特性インピーダンスは50オームである。

使用に際して、第1の給電網および第2の給電網はSMAに接続することにより放射層54に結合給電を行う。

具体的には、SMAの1つを用いてマイクロ波信号が給電され、第1の伝送線36を用いて第1の給電層34へエネルギーが結合され、それによって渦電場が発生する。水平磁場が第1の給電層34の法線方向、すなわち水平方向に誘導され、磁場のエネルギーが、第1の給電層34の第1の溝342を用いて、放射のために放射層54へ結合される。同様に、SMAの1つを用いてマイクロ波信号が給電され、第2の伝送線46を用いて第2の給電層44にエネルギーが結合され、それによって渦電場が発生する。水平磁場が第2の給電層44の法線方向、すなわち水平方向に誘導され、磁場のエネルギーが、第2の給電層44の第2の溝442を用いて、放射のために放射層54へ結合される。

1つの可能な実施態様として、接地板10はニッケルめっきしたアルミニウム板とすることができ、コネクタ60はアルミニウム板に固定されている。接地板10は一方では接地を提供し、他方では反射面として働き、そのため、偏波共用アンテナ100の逆放射が主放射方向へ反射され、それによって偏波共用アンテナ100の前後電界比および利得が改善される。

設置後に、第1の誘電体板32の底部の下表面と第2の誘電体板42の底部の下表面はどちらも接地板10の上表面ぴったり合う。

本発明のさらなる改善点として、偏波共用アンテナ100は複数の固定支柱70をさらに含み、固定支柱70は、接地板10上に設置されており、放射板50を支持するように構成されている。任意選択の一実施態様においては、ナイロン支柱である4本の固定支柱70がある。

設置時に、第1の誘電体板32と第2の誘電体板42とは垂直に、直交するように配置され、接地板10に固定され、放射板50は、放射層54の下表面が第1の誘電体板32の最上部の上表面および第2の誘電体板42の最上部の上表面とぴったり合うように、固定支柱70の最上部に配置される。

任意選択の一実施態様において、偏波共用アンテナ100は、幅90mm、長さ90mm、高さ30mmである。

図7を参照すると、図7には本発明における偏波共用アンテナ100の電圧定在波比（Voltage Standing Wave Ratio、VSWR）のシミュレーションの概略図が示されており、図中、実線は第1のポート360の電圧定在波比のシミュレーションの概略図であり、破線は第2のポート460の電圧定在波比のシミュレーションの概略図である。図からわかるように、本発明の一実施態様における偏波共用アンテナ100は相対的に広い動作帯域幅を有し、2．5GHzから2．7GHzまでの周波数範囲内では、第1のポート360および第2のポート460の電圧定在波比は1．5未満である。

図8を参照すると、図8には本発明の偏波共用アンテナ100の第1のポート360と第2のポート460との間の分離のシミュレーションの概略図が示されており、第2のポート460から第1のポート360への透過係数を表している。図からわかるように、本発明の一実施態様における偏波共用アンテナ100はポート間の相対的に高い分離を有し、2．5GHzから2．7GHzまでの周波数範囲内では、第1のポート360と第2のポート460との間の分離は−55dB未満である。

前述の任意選択の実施態様における偏波共用アンテナを用いて、第1の給電網および第2の給電網は結合給電方式で放射層上で電磁結合給電を行う。給電網の一方が給電を提供するときに、例えば、例えば、第1の給電網が給電を提供するときには、第1の伝送線36を用いて第1の給電層34へ電流が結合される。第1の給電層34の第1の溝342の両側の電場が最強であり、第1の溝342の両側で逆相電流が誘導される。第1の給電網と第2の給電網とは構造的に対称であるため、第1の溝342の両側のエネルギーが第2の溝442に結合されるときに、エネルギーの2本のストランドは同じ伝搬距離のために相殺され、すなわち、給電網の一方が給電を提供するときに、給電網の一方によって他方の給電網に結合されたエネルギーが大幅に弱められ、それによって高分離の特性が実現される。言い換えると、本発明の本実施態様における偏波共用アンテナ100の第1の給電網および第2の給電網は、対称な電磁結合給電網を用い、2つの給電網間のエネルギー結合が大幅に弱められ、これにより、プローブ給電方式や共平面マイクロストリップ給電方式といった給電方式での別の偏波共用アンテナと比べて、ポート間の分離がさらに改善される。

図9および図10を同時に参照すると、図9および図10には、本発明の第2の実施態様によるアンテナアレイ200が示されている。アンテナアレイ200は、アンテナ210の対とハウジング220の対とを含む。アンテナ210の構造は第1の実施態様における偏波共用アンテナ100の構造と同じであり、ハウジング220は、接地板212に固定されており、複数の分離壁222を含み、分離壁222は、アンテナアレイ200における異なるアンテナ210の同一偏波ポート間の分離および異なるアンテナ210の交差偏波ポート間の分離を改善するために、アンテナ210を囲むように構成された囲いを形成している。

具体的には、ハウジング220がアンテナ210の周りに別々に追加された後で、アンテナ210の放射指向性を改善することができ、2つのアンテナ210間の方向の放射エネルギーが弱められ、したがって、2つのアンテナ210間のエネルギー結合も低減され、すなわち、アンテナ210の同一偏波ポート間の分離およびアンテナ210の交差偏波ポート間の分離が改善される。

任意選択の一実施態様において、ハウジングは金属フレームを有し、接地板212に溶接されている。

本発明のさらなる改善点として、アンテナアレイ200はレードーム230をさらに含む。レードーム230はアンテナアレイ200を覆い、防塵、防水、およびアンテナアレイ200の内部構造の保護のために構成されており、アンテナアレイ200の見栄えを良くするように構成されている。

任意選択の一実施態様において、レードーム230は接地板212に固定されている。

任意選択の一実施態様において、アンテナアレイ200内のアンテナは偏波共用アンテナであり、各アンテナは、幅90mm、長さ90mm、高さ30mmである。2つのアンテナ間の中心距離150mmである。

別の実施態様において、アンテナアレイ200内のアンテナは多入力多出力（Multi input and Multiple Output、MIMO）アンテナとすることもできる。

図11を参照すると、図11には、本発明のアンテナアレイ200における異なるアンテナ210の同一偏波ポート間の分離のシミュレーションの概略図が示されており、破線は異なるアンテナ210の第1のポート間の分離のシミュレーションの概略図であり、実線は異なるアンテナ210の第2のポート間の分離のシミュレーションの概略図である。異なるアンテナ210の同じポート、例えば、異なるアンテナの第1のポートと第1のポートや、異なるアンテナの第2のポートと第2のポートなどを同一偏波ポートと呼ぶことができる。図からわかるように、相対的に広い周波数範囲において、異なるアンテナ210の第1のポートと第1のポートとの分離、または異なるアンテナ210の第2のポートと第2のポートとの分離は−35dB未満であり、すなわち、異なるアンテナ210の同一偏波ポート間の分離は相対的に良好である。

図12および図13を同時に参照すると、図12および図13には、本発明の第3の実施態様によるアンテナアレイ300が示されている。第3の実施態様で提供されるアンテナアレイ300は、第2の実施態様で提供されるアンテナアレイ200のさらなる改善態様として機能しうる。アンテナアレイ300は、接地板330に固定され、2つのハウジング310間に位置する接地ストリップアレイ320をさらに含む。接地ストリップアレイ320は異なるアンテナの同一偏波ポート間の分離、および異なるアンテナの交差偏波ポート間の分離を改善するように構成されている。接地ストリップアレイ320および接地板330は一体に成形することもでき、または、接地ストリップアレイ320を溶接方式で接地板330に固定することもできる。

接地ストリップアレイ320は2つのハウジング310の間に配置されており、すなわち、接地ストリップアレイ320は2つのアンテナ間に配置されており、これにより、接地板330の上表面の電磁波の分布およびアンテナ間の空間電磁波の分布を変更することができ、アンテナ間のエネルギー結合を低減させることができ、それによって、第2の実施態様に基づく異なるアンテナの同一偏波ポート間の分離および異なるアンテナの交差偏波ポート間の分離がさらに改善される。

本発明のさらなる改善点として、接地ストリップアレイ320は2群の軸対称接地ストリップを含み、軸対称の軸は、アンテナの対の垂直2等分線に位置し、または、アンテナアレイ300の中心線と一致する。接地ストリップの各群は、異なる長さおよび高さを有する複数の接地ストリップを含む。

任意選択の一実施態様において、接地ストリップの各群における接地ストリップの高さおよび長さはすべて外側から内側へ次第に減少する。外側は偏波共用アンテナ（210）に近く、内側は軸対称の軸に近い。

任意選択の一実施態様において、接地ストリップアレイ（320）は金属ストリップアレイ、フェライト・ストリップ・アレイ、左手系材料ストリップアレイ、または電磁バンドギャップ構造である。接地ストリップアレイ320内の各接地ストリップは長方形とすることもでき、または、T字形やI字形といった別の形とすることもできる。

アンテナアレイ300はハウジング310を含まない場合もあり、アンテナアレイ300のアンテナユニットは前述の実施態様で用いた偏波共用アンテナ100だけに限定されず、または、別のアンテナユニットとすることもできることに留意すべきである。すなわち、アンテナアレイ300は、少なくとも1対のアンテナユニットと、異なるアンテナの同一偏波ポート間に分離を改善するように接地板330上に設置され、2つのアンテナユニット間に位置する接地ストリップアレイ320とを含む。

本発明のさらなる改善点として、各ハウジング310は複数のカードスロット312を含み、接地板330上には複数のカードブロック332が配置されており、カードブロック332は、ハウジング310を接地板330に固定するように、カードスロット312に挿入されている。

図12から図14を同時に参照すると、本発明のさらなる改善点として、アンテナアレイ300はレードーム340をさらに含む。レードーム340はアンテナアレイ300を覆い、防塵、防水、およびアンテナアレイ300の内部構造の保護のために構成されており、アンテナアレイ300の見栄えを良くするように構成されている。

本発明のさらなる改善点として、レードーム340上には固定支柱342が配置されており、固定支柱342は、レードーム340の4隅と2枚の対向する側壁の中央とに配置されている。第1の固定穴344が各固定支柱342に配置されており、複数の第2の固定穴（レードーム340によってふさがれる）が接地板330上に配置されている。設置時には、レードーム340を接地板330に固定するように、ねじが第2の固定穴を貫通し、第1の固定穴344に固定される。

図15を参照すると、図15には、本発明のアンテナアレイ300における異なるアンテナの同一偏波ポート間の分離のシミュレーションの概略図が示されており、破線は異なるアンテナ210の第1のポート間の分離のシミュレーションの概略図であり、実線は異なるアンテナ210の第2のポート間の分離のシミュレーションの概略図である。図からわかるように、接地ストリップアレイが追加された後で、異なるアンテナの同一偏波ポート間の分離が変化する。特に、2．5GHzから2．7GHzまでの周波数範囲内で、異なるアンテナの同一偏波ポート間の分離はさらに改善され、異なるアンテナの第1のポートと第1のポートとの間の分離、または異なるアンテナの第2のポートと第2のポートとの間の分離は−45dB未満である。

本発明の前述のすべての実施態様で提供される偏波共用アンテナおよびアンテナアレイは、ポート間の良好な分離を有し、適切なサイズを有し、全二重通信システムに適用することができ、多入力多出力（Multiple input and Multiple Output、MIMO）アンテナとして用いることができ、または、任意の他の可能な適用シナリオに適用することができる。

前述の実施態様および概略的構造図またはシミュレーションの概略図は単に本発明の技術的解決策を例示するためのものにすぎず、サイズ割合およびシミュレーション値はこれらの技術的解決策の保護範囲を限定するためのものではない。前述の実施態様の趣旨および原理を逸脱することなくなされるあらゆる改変、等価の置換、および改善は、これらの技術的解決策の保護範囲内に含まれるものとする。

10 接地板
20 給電部
30 第1の給電部
32 第1の誘電体板
34 第1の給電層
36 第1の伝送線
40 第2の給電部
42 第2の誘電体板
44 第2の給電層
46 第2の伝送線
50 放射板
52 第3の誘電体板
54 放射層
60 コネクタ
70 固定支柱
100 偏波共用アンテナ
200 アンテナアレイ
210 アンテナ
212 接地板
220 ハウジング
222 分離壁
230 レードーム
300 アンテナアレイ
310 ハウジング
312 カードスロット
320 第1の開口
320 接地ストリップアレイ
330 接地板
332 カードブロック
340 第1のスロット、レードーム
341 第2のスロット
342 第1の溝、固定支柱
344 第1の固定穴
360 第1のポート
362 伝送線の第1の部分
364 伝送線の第2の部分
366 伝送線の第3の部分
420 第2の開口
440 第3のスロット
441 第4のスロット
442 第2の溝
460 第2のポート
462 伝送線の第4の部分
464 伝送線の第5の部分
466 伝送線の第6の部分

Claims (13)

1. 偏波共用アンテナであって、
   前記偏波共用アンテナは、接地板と、給電部と、放射板とを含み、前記給電部は、前記放射板へ電磁波信号を給電するように構成されており、第1の給電部と第2の給電部とを含み、前記接地板は前記給電部の底部に配置されており、前記放射板は前記給電部の最上部に配置されており、
   前記第1の給電部は、第1の誘電体板と、第1の給電層と、第1の伝送線とを含み、前記第1の給電層は前記第1の誘電体板の一方の表面に配置されており、前記第1の伝送線は前記第1の誘電体板の他方の表面に配置されており、前記第1の伝送線には第1のポートが配置されており、前記第1のポートは前記第1の給電部へ信号を給電するように構成されており、
   前記第2の給電部は、第2の誘電体板と、第2の給電層と、第2の伝送線とを含み、前記第2の給電層は前記第2の誘電体板の一方の表面に配置されており、前記第2の伝送線は前記第2の誘電体板の他方の表面に配置されており、前記第2の伝送線には第2のポートが配置されており、前記第2のポートは前記第2の給電部へ信号を給電するように構成されており、
   前記第1の誘電体板および前記第2の誘電体板は前記接地板上に垂直に設置されており、前記第1の誘電体板と前記第2の誘電体板とは相互に対して垂直に配置されており、前記第1の伝送線と前記第2の伝送線とは相互から分離されており、
   前記第1の誘電体板に第1の開口が配置されており、前記第1の開口は前記第1の誘電体板の底部から最上部方向に延在するように配置され、前記第2の誘電体板に第2の開口が配置されており、前記第2の開口は前記第2の誘電体板の最上部から底部方向に延在するように配置され、前記第1の誘電体板と前記第2の誘電体板とは、相互に対して垂直に配置されるように、前記第1の開口および前記第2の開口を用いて接合されており、
   前記第1の給電層に第1の溝が配置されており、前記第1の溝は、前記第1の給電層の最上部から中央部まで延在しており、第1のスロットと、前記第1のスロットと連結された第2のスロットとを含み、前記第1の開口は、前記第2のスロットを貫通し、前記第1のスロットまで延在しており、
   前記第2の給電層に第2の溝が配置されており、前記第2の溝は、前記第2の給電層の最上部から中央部まで延在しており、第3のスロットと、前記第3のスロットと連結された第4のスロットとを含み、前記第2の開口は前記第3のスロット内まで達する、
   偏波共用アンテナ。
2. 前記放射板は放射層を含み、前記放射層は前記放射板の下表面に配置されており、前記給電部は、結合方式で前記放射層へ信号を給電する、
   請求項1に記載の偏波共用アンテナ。
3. 前記放射層の形は、正4N多角形、中空の正4N多角形、円、または円環であり、Nは1以上の整数である、
   請求項2に記載の偏波共用アンテナ。
4. 前記第1のポートは、前記第1の伝送線の端部に配置され、前記第1の誘電体板の底部から最上部方向に延在するように配置され、
   前記第1の伝送線は、伝送線の第1の部分と、伝送線の第2の部分と、伝送線の第3の部分とをさらに含み、前記伝送線の第1の部分は、前記第1のポートの端部から前記第1の誘電体板の最上部方向に延在するように配置され、前記第1の開口と平行であり、前記伝送線の第2の部分は、前記第1の開口上にまたがり、前記伝送線の第1の部分に対して垂直に接続されており、前記伝送線の第3の部分は、前記伝送線の第2の部分の端部から前記第1の誘電体板の底部方向に垂直に延在するように配置される
   請求項1から3のいずれか一項に記載の偏波共用アンテナ。
5. 前記第2のポートは、前記第2の伝送線の端部に配置され、前記第2の誘電体板の底部から最上部方向に延在するように配置され、
   前記第2の伝送線は、伝送線の第4の部分と、伝送線の第5の部分と、伝送線の第6の部分とを含み、前記伝送線の第4の部分は、前記第2のポートの端部から前記第2の誘電体板の最上部方向に延在するように配置され、前記第2の開口と平行であり、前記伝送線の第5の部分は前記伝送線の第4の部分に対して垂直に接続されており、前記伝送線の第6の部分は、前記伝送線の第5の部分の端部から前記第2の誘電体板の底部方向に垂直に延在するように配置される、
   請求項1から4のいずれか一項に記載の偏波共用アンテナ。
6. 前記伝送線の第5の部分の中央部は、前記第2の開口が前記伝送線の第5の部分を貫通するのを防ぐために屈曲部を形成するように、前記第2の誘電体板の底部の方へ屈曲している、
   請求項5に記載の偏波共用アンテナ。
7. 前記偏波共用アンテナはコネクタの対をさらに含み、前記コネクタの一方は前記第1のポートに電気接続されており、前記コネクタの他方は前記第2のポートに電気接続されており、前記コネクタの対は、前記第1の給電部と前記第2の給電部とへ信号を給電するように構成されている、
   請求項1から6のいずれか一項に記載の偏波共用アンテナ。
8. アンテナアレイであって、
   前記アンテナアレイは、請求項1から7のいずれか一項に記載の偏波共用アンテナの対と、ハウジングの対とを含み、前記ハウジングの各々は、前記接地板に固定されており、複数の分離壁を含み、前記分離壁は前記偏波共用アンテナを囲むように構成された囲いを形成している、
   アンテナアレイ。
9. 前記アンテナアレイは、前記ハウジングの対間に位置し、前記偏波共用アンテナ間の分離を改善するように構成された接地ストリップアレイをさらに含む、
   請求項8に記載のアンテナアレイ。
10. 前記接地ストリップアレイは2群の軸対称接地ストリップを含み、軸対称の軸は前記偏波共用アンテナの前記対の垂直2等分線に位置し、各群の接地ストリップの高さおよび長さは外側から内側へ次第に減少し、前記外側は前記偏波共用アンテナに近く、前記内側は前記軸対称の前記軸に近い、
    請求項9に記載のアンテナアレイ。
11. 前記接地ストリップアレイは金属ストリップアレイ、フェライト・ストリップ・アレイ、または左手系材料ストリップアレイである、
    請求項10に記載のアンテナアレイ。
12. 前記ハウジングは複数のカードスロットを含み、前記接地板上には複数のカードブロックが配置されており、前記カードブロックは、前記ハウジングを前記接地板に固定するように、前記カードスロットに挿入されている、
    請求項8から11のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
13. 前記アンテナアレイはレードームをさらに含み、前記レードームは前記アンテナアレイを覆っている、
    請求項8から12のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。

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