JP6778820B2 - 反射アレイアンテナおよび通信デバイス - Google Patents

Description

本出願は、通信技術の分野に関し、特に、反射アレイアンテナおよび通信デバイスに関する。

ビームステアリング可能なアンテナは、マイクロ波通信において大きな注目を集めてきた。そのようなアンテナのビームステアリング能力は、一方では、マイクロ波アンテナの取り付けおよびアライメント時間を著しく低減することができ、他方では、ビーム追跡能力を実現して、強風等から生じるデバイス振動によって引き起こされるリンク中断問題を解決することができる。

先行技術においては、少量のアンテナ素子が、放物面またはレンズのフィードとして使用され、フィードのステアリング能力は、最終的なビームステアリングを実装するために使用され、高利得をもたらす。しかしながら、この解決策においては、フィードステアリングが副反射面をカバーする必要があるが、副反射面は通常、主ビームが遮断されることを防止するために比較的小さいので、ステアリング角度が制限される。

本出願の実施形態は、主反射アレイが副反射面によって遮断されることに起因する、制限されたステアリング角度の問題を解決するための反射アレイアンテナを提供する。

本アンテナは、フィードアレイと、フィードアレイの一方の側に配設された副反射面と、フィードアレイの他方の側であって、副反射面と反対側に配設された主反射アレイとを含み、
フィードアレイは、第１の偏光方向における電磁波を放射することが可能であり、
副反射面は、フィードアレイによって放射された第１の偏光方向における電磁波を反射し、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にし、第１の偏光方向は、第２の偏光方向に対して垂直であり、
主反射アレイは、副反射面によって反射された第１の偏光方向における電磁波を第２の偏光方向における電磁波に変換し、第２の偏光方向における電磁波を反射するように構成される。

前述の技術的解決策において、副反射面は、第１の偏光方向における電磁波を反射し、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にすることができ、その結果、副反射面は、比較的大きい面積を有するように設定されることが可能であり、主反射アレイによって放射された電磁波は遮断されない。このように、必要なビームステアリング範囲は、比較的低いコストで達成することが可能であり、適用期間中の指向性パターンに関する要件が満たされ得る。

特定の実装において、フィードアレイは、複数のフィードアンテナ素子と、各フィードアンテナ素子に接続された調整ユニットとを含む。

調整ユニットは、各フィードアンテナ素子に接続され、位相シフトのために使用される位相シフト装置と、任意選択で、各フィードアンテナ素子に接続され、振幅調整のために使用される利得調整装置とを含む。アレイフィードのビーム方向は、アレイフィード内に存在し、各フィードアンテナ素子に接続される位相シフト装置および／または利得調整装置を調整することによってステアリングされ得る。

特定の設定期間中に、主反射アレイは、アレイ状に配置された複数の反射素子を含む。各反射素子は、基板と、基板上に配設された反射パッチとを含む。反射パッチは、入射電磁波の偏光方向を９０度だけ回転させることができる。配設された反射パッチは、電磁波の偏光方向を変化させることができ、その結果、電磁波は、副反射面によって遮断される代わりに、副反射面を通って送られ得る。

特定の設定期間中に、副反射面は、異なる手法で設定されてよい。これは、下記に詳細に説明される。

特定の実装において、副反射面は、基板と、基板上に提供された単一偏光スロットアレイとを含み、各スロットは、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にする。単一偏光スロットは、アレイ状に配置され、その結果、フィードによって放射された第１の偏光方向における電磁波は、反射のために主反射アレイへ反射され得る。

特定のスロット設定期間中に、副反射面の中心からエッジへの配置方向におけるスロットの位相遅延は、徐々に減少する。

また、前述の手法が使用される場合、副反射面はパネル構造である。主反射アレイも、パネル構造である。もちろん、副反射面は、代替として、矩形形状、円形形状または楕円形状などの異なる形状であってよい。

別の特定の実装において、副反射面は、弧構造の偏光グリッドであり、偏光グリッドの偏光方向は、フィードアレイによって放射される信号の偏光方向に対して垂直であり、フィードアレイに面する偏光グリッドの表面は、凹面である。

本出願の実施形態は、通信デバイスをさらに提供する。通信デバイスは、任意の前述された反射アレイアンテナを含む。

前述の技術的解決策において、副反射面は、第１の偏光方向における電磁波を反射し、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にすることができ、その結果、副反射面は、比較的大きい面積を有するように設定されることが可能であり、主反射アレイによって放射された電磁波は遮断されない。このように、必要なビームステアリング範囲は、比較的低いコストで達成することが可能であり、適用期間中の指向性パターンに関する要件が満たされ得る。

本出願の実施形態に係る反射アレイアンテナの概略構造図である。 本出願の実施形態に係る副反射面の概略構造図である。 本出願の実施形態に係る主反射アレイの概略構造図である。 本出願の実施形態に従って、主反射アレイが電磁波の偏光方向を変化させることを示す参照図である。 本出願の別の実施形態に係る反射アレイアンテナの概略構造図である。 本出願の実施形態に係る副反射面の概略構造図である。

下記に、添付の図面を参照しつつ、本出願を説明する。

図１および図５は、２つの異なる実施形態に係る反射アレイアンテナを示す。２つの特定の実施形態における反射アレイアンテナは各々、下記の構造、すなわち、フィードアレイ１０、副反射面３０、および主反射アレイ２０を含む。特定の設定期間中に、
副反射面３０は、フィードアレイ１０の一方の側に配設され、主反射アレイ２０は、フィードアレイ１０の他方の側であって、副反射面３０と反対側に配設され、
フィードアレイ１０は、第１の偏光方向における電磁波を放射することが可能であり、
副反射面３０は、フィードアレイ１０によって放射された第１の偏光方向における電磁波を反射し、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にするように構成され、第１の偏光方向は、第２の偏光方向に対して垂直であり、
主反射アレイ２０は、副反射面３０によって反射された第１の偏光方向における電磁波を第２の偏光方向における電磁波に変換し、第２の偏光方向における電磁波を反射するように構成される。

フィードアレイ１０は、アレイ状に配置されたフィードアンテナ素子１１と、各フィードアンテナ素子１１に接続された調整ユニットとを含む。各フィードアンテナ素子１１は、独立したアンテナ素子１１であってよく、またはサブアレイアンテナであってよい。第１の偏光方向における電磁波は、フィードアンテナ素子１１によって放射され得る。フィードアンテナ素子１１および調整ユニットは、各フィードアンテナ素子１１に接続され、位相シフトのために使用される位相シフト装置と、任意選択で、各フィードアンテナ素子１１に接続され、振幅調整のために使用される利得調整装置とを含む。アレイフィードのビーム方向は、アレイフィード内に存在し、各フィードアンテナ素子に接続される位相シフト装置および／または利得調整装置を調整することによってステアリングされ得る。

フィードアレイ１０が、第１の偏光方向における電磁波を放射した後、電磁波は、副反射面３０へ送られる。副反射面３０は、第１の偏光方向における電磁波を反射し、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にする機能を有するので、フィードアレイ１０から副反射面３０へ放射された電磁波は、主反射アレイ２０に反射された後に再び反射される。さらに、電磁波の偏光方向は、反射期間中に主反射アレイ２０によって変化させられ得る。このように、主反射アレイ２０によって反射された電磁波は、第２の偏光方向における電磁波へ変化させられ、第２の偏光方向における電磁波は、副反射面３０を貫通することができる。したがって、副反射面３０が、フィードアレイ１０から放射された電磁波を主反射アレイ２０へ反射することができること、および、特定された副反射面３０が、主反射アレイ２０によって反射された電磁波を遮断しないことを確実にするように、副反射面３０は、比較的大きい面積を有する構造として設定され得る。このように、必要なビームステアリング範囲は、比較的低いコストで達成することが可能であり、適用期間中の指向性パターンに関する要件が満たされ得る。

図３は、この実施形態に係る主反射アレイ２０における反射素子の構造を示し、図４は、電磁波を反射する反射素子の原理の図である。図１を参照すると、この実施形態において提供される主反射アレイ２０は、アレイ状に配置された複数の反射素子を含む。特定の設定期間中に、図１に示されるように、複数の反射素子が、矩形のアレイ状に配置される。反射素子は各々、図３に示される基板２１と、反射パッチ２２とを含み、反射パッチ２２は基板２１上に配設され、反射素子はアレイ状に配設され、複数の反射素子の基板２１は、一体化された構造を形成する。つまり、主反射アレイ２０全体は、基板２１に固定され、アレイ状に配置された、一体化された基板２１および反射パッチ２２を含む。前述の構造において、主反射アレイ２０の機能は、反射パッチ２２を使用することによって主に実装される。詳細には、反射パッチ２２は、電磁波の偏光方向を変化させ、反射パッチ２２は、入射電磁波の偏光方向を９０度だけ回転させる反射パッチ２２である。具体的には、図４に示されるように、フィードアレイから放射された電磁波の偏光方向と、反射パッチ２２の偏光方向との間には、４５度の差が存在する。電磁波が反射パッチ２２によって反射される場合、反射パッチ２２の偏光方向に対して平行な構成要素の遅延と、反射パッチ２２の偏光方向に対して垂直な構成要素の遅延との間に１８０度の差が存在するように、反射パッチ２２のサイズが設計される。このように、電磁波が主反射アレイ２０へ発せられる場合、電磁波の偏光方向は、第１の偏光方向

から第２の偏光方向

に変化させられ、入射電磁波の偏光方向は、９０度だけ回転される。したがって、反射信号は、副反射アレイを貫通することができる。

特定の設定期間中に、副反射面３０は、異なる手法で設定されてよい。これは、下記に詳細に説明される。

実施形態１
図１は、反射アレイアンテナの構造を示し、図２は、副反射面３０の概略構造図である。この実施形態において提供される反射アレイアンテナにおいて、副反射面３０、主反射アレイ２０、およびフィードアレイ１０の中心が、同じ直線上に位置すること、ならびに副反射面３０、主反射アレイ２０、フィードアレイ１０が、平行に配設されることが、図１から学習され得る。

図２に示されるように、この実施形態において、副反射面３０はパネル構造３１であり、具体的には、例えば、矩形形状、円形形状、または楕円形状などの異なる形状である。複数の単一偏光スロット３１２は、パネル構造３１上にアレイ状に提供される。単一偏光スロット３１２の偏光方向は、フィードアレイ１０から放射される電磁波の偏光方向に対して垂直である。具体的には、副反射面３０は、基板３１１を含む。基板３１１は矩形形状であり、複数の単一偏光スロット３１２は、基板３１１上にアレイ状に提供される。図１に示されるアンテナの配置方向は、基準方向として使用される。この実施形態において、スロット３１２の長さ方向は、垂直方向であり、各スロット３１２は、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にする。つまり、スロット３１２の偏光方向は、信号（フィードアレイ１０から放射された電磁波）の偏光方向に対して垂直である。したがって、フィードから放射された信号は、副反射アレイによって反射される（ただし、その偏光方向がスロット３１２のそれと同じである信号は、副反射アレイを貫通することができる）。アレイは、不均一なアレイである。すべての素子上の異なる信号遅延は、異なる形状のスロット３１２を設計して、位相を制御することによって達成される。このように、フィードビーム（フィードアレイ１０）のステアリング処理における反射信号は、常に主反射アレイの範囲内に収まることが可能であり、つまり、フィードから放射された第１の偏光方向における電磁波は、反射のために主反射アレイ２０へ反射され得る。

具体的には、異なる形状のスロット３１２を設計して、すべての素子上で異なる信号遅延を達成するための複数の方法が存在する。例えば、異なる幅または形状のスロットが使用される。これは、本明細書において限定されない。この実施形態の配置手法において、中心から副反射面のエッジへの配置方向におけるスロットの位相遅延は、徐々に減少する。異なる形状のスロットは、副反射面の中心位置に近いスロットの位相遅延を比較的大きくし、エッジ位置に近いスロットの位相遅延を比較的小さくし、その結果、中心位置からエッジ位置へのスロットの位相遅延は、徐々に減少する。そのような設計は、位相遅延差を使用することよって、副反射面上の素子位置と主反射面上のそれとの間の伝搬距離差を補償するように意図されており、その結果、副反射面におけるスロットによって反射された信号は、エネルギーを浪費せずに、空間的結合の後に主反射アレイの範囲内に丁度収まり得る。

実施形態２
図５は、本出願の別の実施形態に係る反射アレイアンテナを示し、図６は、この実施形態に係る副反射面３０の概略構造図である。

図５に示されるように、この実施形態において提供されるフィードアレイ１０、主反射アレイ２０、および副反射面３０の中心は、同じ直線上に位置し、フィードアレイ１０、主反射アレイ２０、および副反射面３０は、並行に配設される。この実施形態においては、副反射面３０が弧構造であるので、副反射面３０が主反射アレイ２０に対して平行であることは、主反射アレイ２０に面する副反射面３０の表面のエッジが位置する平面が、主反射アレイ２０に対して平行に位置することを意味する。

図５および図６を参照すると、この実施形態において提供される副反射面３０が偏光グリッド３２１であることが、図５および図６から学習され得る。図５に示されるアンテナの配置方向、は基準方向として使用される。偏光グリッド３２１の長さ方向は、垂直方向であり、偏光グリッド３２１の偏光方向は、フィードアレイ１０から放射される信号の偏光方向に対して垂直である。したがって、フィードから放射された信号は、副反射アレイによって反射される（ただし、その偏光方向がスロット３１２のそれと同じである信号は、副反射アレイを貫通することができる）。副反射面３０は、凹面の弧パネル３２であり、フィードアレイ１０に面する弧パネル３２の表面は、凹面である。特定の実装において、副反射面３０は、放物線形状である。そのような設計は、円弧面構造を使用することによって、副反射面上の各反射点位置と主反射面との間の伝搬距離差を補償するように意図されており、その結果、副反射面上のスロットによって反射された信号は、空間的結合の後に、主反射アレイの範囲内に丁度収まることが可能となり、フィードビーム（フィードアレイ１０から放射された電磁波）が偏光グリッド３２１によって反射された後に得られる信号は、主反射アレイ２０をカバーすることができる。

本出願の実施形態は、通信デバイスをさらに提供する。通信デバイスは、任意の前述された反射アレイアンテナを含む。

前述の実施形態においては、フィードアレイ１０と、主反射アレイ２０と、副反射面３０とを含むアンテナが使用されている。また、フィードアレイ１０が、第１の偏光方向における電磁波を放射した後、電磁波は副反射面３０へ送られる。副反射面３０は、第１の偏光方向における電磁波を反射し、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にする機能を有するので、フィードアレイ１０から副反射面３０へ放射された電磁波は、主反射アレイ２０へ反射された後に再び反射される。さらに、電磁波の偏光方向は、反射期間中に主反射アレイ２０によって変化させられ得る。このように、主反射アレイ２０によって反射された電磁波は、第２の偏光方向における電磁波へ変化させられ、第２の偏光方向における電磁波は、副反射面３０を貫通することができる。したがって、副反射面３０が、フィードアレイ１０から放射された電磁波を主反射アレイ２０へ反射することができること、および、特定された副反射面３０が、主反射アレイ２０によって反射された電磁波を遮断しないことを確実にするように、副反射面３０は、比較的大きい面積を有する構造として設定され得る。このように、必要なビームステアリング範囲は、比較的低いコストで達成することが可能であり、適用期間中の指向性パターンに関する要件が満たされ得る。

本出願の実施形態が説明されているが、当業者は、基本的な発明概念を学習すれば、これらの実施形態に対して変化および変形を加えることができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本出願において説明される実施形態、ならびに本出願の範囲内に収まるあらゆる変化および変形を含むものとして解釈されることを意図されている。

言うまでもなく、当業者は、本出願の実施形態の趣旨および範囲から逸脱することなく、本出願の実施形態に対して様々な改変および変更を加えることができる。本出願は、本出願の実施形態のこれらの改変および変更を、それらが本出願の下記の特許請求の範囲およびそれらの均等な技術によって定義される範囲内に収まるのであれば、カバーするように意図される。

Claims (8)

1. フィードアレイと、前記フィードアレイの一方の側に配設された副反射面と、前記フィードアレイの他方の側であって、前記副反射面と反対側に配設された主反射アレイとを備える反射アレイアンテナであって、
   前記フィードアレイは、第１の偏光方向における電磁波を放射するように構成され、
   前記副反射面は、前記フィードアレイによって放射された前記第１の偏光方向における前記電磁波を反射し、第２の偏光方向における電磁波が貫通することを可能にし、前記第１の偏光方向は、前記第２の偏光方向に対して垂直であり、
   前記主反射アレイは、前記副反射面によって反射された前記第１の偏光方向における前記電磁波を前記第２の偏光方向における前記電磁波に変換し、前記第２の偏光方向における前記電磁波を反射するように構成され、
   前記副反射面は、基板と、前記基板上に提供された単一偏光スロットアレイとを備え、
   各スロットは、前記第２の偏光方向における前記電磁波が貫通することを可能にし、
   前記副反射面の中心からエッジへの配置方向における前記スロットの位相遅延は、徐々に減少する反射アレイアンテナ。
2. 前記フィードアレイは、アレイ状に配置されたフィードアンテナ素子と、各フィードアンテナ素子に接続された調整ユニットとを備える請求項１に記載の反射アレイアンテナ。
3. 前記調整ユニットは、各フィードアンテナ素子に接続された位相シフト装置と、各フィードアンテナ素子に接続された利得調整装置とを備える請求項２に記載の反射アレイアンテナ。
4. 前記主反射アレイは、アレイ状に配置された複数の反射素子を備える請求項３に記載の反射アレイアンテナ。
5. 各反射素子は、基板と、前記基板上に配設された反射パッチとを備え、前記反射パッチは、入射電磁波の偏光方向を９０度だけ回転させるように構成される請求項４に記載の反射アレイアンテナ。
6. 前記副反射面は、矩形のパネル構造である請求項１に記載の反射アレイアンテナ。
7. 前記副反射面は、弧構造の偏光グリッドであり、前記偏光グリッドの偏光方向は、前記フィードアレイによって放射される信号の偏光方向に対して垂直であり、前記フィードアレイに面する前記偏光グリッドの表面は、凹面である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射アレイアンテナ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の反射アレイアンテナを備える通信デバイス。

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