JP6817419B2 - アンテナおよびアンテナの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般にワイヤレス通信に関し、より詳細には、ワイヤレス通信において使用されるアンテナとアンテナを製造するための方法とに関する。

近年、人々および物体の正確な測位に依存するサービスおよびシステムに対する急速に増加する需要が出現している。屋内シナリオでは、到着時間（ＴＯＡ：ｔｉｍｅ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ）、到着時間差（ＴＤＯＡ：ｔｉｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ）、および到来角（ＡＯＡ：ａｎｇｌｅ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ）の方法と比較して、受信信号強度（ＲＳＳ）を使用することは、それが、既存のワイヤレス・インフラストラクチャを再利用することができ、したがって、ハードウェア・コストをはなはだ節約するので、測位を実行するためのより適切な手法であり得る。その上、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｚｉｇｂｅｅ、アクティブ無線周波数識別（ＲＦＩＤ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈなど、ほとんどすべての現在の標準コモディティ無線技術が、ＲＳＳ測定を提供し、したがって、同じアルゴリズムが、異なるプラットフォームにわたって適用され得る。

しかしながら、シャドーイング（すなわち、信号を阻止すること）、反射（すなわち、波が物体に跳ね返ること）、回折（すなわち、波が障害物に反応して拡散すること）、および屈折（すなわち、波が異なる媒体を通過するときに波が屈曲すること）を含む、予測不可能な屋内環境における複雑なマルチパス効果がある。したがって、ＲＳＳ測定は、これらの影響により予測不可能なやり方で減衰されることになる。

ＲＳＳ測位システムの精度を増加させる１つの方法は、再構成可能なアンテナを使用することである。再構成可能なアンテナは、放射パターン、偏波、さらには動作周波数を再構成することなど、様々な能力を有する。したがって、再構成可能なアンテナは、リンク品質を改善し、空間再使用可能性を可能にし、それにより、ＲＳＳを採用する屋内測位技法の課題に取り組む際にプラスの影響を与えることができる。さらに、異なるアンテナ要素間で切り替えることによって、基地局は、高密度ネットワークにおいて信号対雑音比を増加させ、干渉を低減するように、各アンテナによるユーザ機器との好ましい通信を確立することができる。空間ダイバーシティおよび時間ダイバーシティを使用することによって、多入力多出力ＭＩＭＯシステムにおけるチャネル容量を増加させるために特定の再構成可能なアンテナが採択され得ることが確認されている。しかしながら、既存の再構成可能なアンテナは、依然として、様々な欠陥および欠如を有し、通信における実際の必要を満たすことができない。

本開示の一態様では、アンテナが提供される。アンテナは、電磁波を放射するために異なる方向に向かって配向された複数の放射板と、複数の放射板によって放射された電磁波が、各々、それぞれの方向性放射パターンを有するように、電磁波を反射するための複数の反射板と、放射を実行するために複数の放射板から放射板を選択するためのスイッチとを含む。

いくつかの実施形態では、平面ダイポール放射要素が、複数の放射板の一方の側に配設され得る。平面ダイポール放射要素は、対称軸に対して対称的に配設された金属リングを含み得る。金属リングは矩形金属リングであり得る。金属リングの金属パッチの幅が、アンテナの動作帯域幅を所定の帯域幅まで拡大するように設定され得る。いくつかの実施形態では、Ｌ字形給電スタブが、複数の放射板の他方の側に配設され得る。給電スタブの端部が、ビアを通して金属リングのうちの１つに接続され得る。いくつかの実施形態では、平面ダイポール放射要素は、同軸ケーブルを通して給電され得る。

いくつかの実施形態では、複数の放射板は、正角柱の側面を形成し得る。いくつかの実施形態では、正角柱は正三角柱であり得、複数の放射板は３つの放射板であり得、複数の反射板は３つの反射板であり得、３つの反射板は、それぞれ、正三角柱の側方縁部および中心軸によって画定された３つの平面に配置され得る。他の実施形態では、正角柱は正四角柱であり得、複数の放射板は４つの放射板であり得、複数の反射板は８つの反射板であり得、８つの反射板のうちの４つの反射板は、それぞれ、正四角柱の４つの側面と平行であり、正四角柱内の内部正四角柱を形成し得、８つの反射板のうちの他の４つの反射板は、それぞれ、内部正四角柱の側方縁部と正四角柱の対応する側方縁部とによって画定された４つの平面に配置され得る。

いくつかの実施形態では、アンテナは、複数の放射板と複数の反射板とを固定するための底板をさらに含み得る。底板はまた、複数の放射板のための電気的接続を提供する。スイッチは底板上に配設され得る。いくつかの実施形態では、アンテナは、複数の放射板と複数の反射板とを固定するための天板をさらに含み得る。

本開示の別の態様では、上記のアンテナを製造するための方法が提供される。

添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を通して、本開示の実施形態の上記および他の目的、特徴、および利点が、より容易に理解されよう。本開示のいくつかの例示的な実施形態が、図面において限定ではなく例として示される。

本開示の一実施形態による、アンテナを概略的に示す図である。 本開示の一実施形態による、アンテナの放射板の複数のビューを概略的に示す図である。 本開示の一実施形態による、第１の底板の実施形態をもつ実際のアンテナの写真を概略的に示す図である。 本開示の一実施形態による、第２の底板の実施形態をもつ実際のアンテナの写真を概略的に示す図である。 特定の周波数における、本開示の一実施形態による、アンテナのシミュレートされた放射パターンを概略的に示す図である。 本開示の一実施形態による、アンテナのシミュレートされた反射損失を概略的に示す図である。 本開示の別の実施形態による、アンテナを概略的に示す図である。 特定の周波数における、本開示の別の実施形態による、アンテナのシミュレートされた放射パターンを概略的に示す図である。 本開示の別の実施形態による、アンテナのシミュレートされた反射損失を概略的に示す図である。 本開示の一実施形態による、アンテナを製造するための方法のフローチャートを概略的に示す図である。

図面全体にわたって、同じまたは同様の要素を示すために、同じまたは同様の参照番号が使用される。

次に、本開示の原理および趣旨が、図面に示されている様々な例示的な実施形態に関して説明される。それらの実施形態の説明は、当業者が、本開示をより良く理解し、さらに実装することを可能にするものにすぎず、いかなる様式でも本明細書で開示される範囲を限定するものではないことを諒解されたい。

上述のように、既存の再構成可能なアンテナは、依然として、様々な欠陥および欠如を有する。いくつかの既存のソリューションでは、単一アンカー屋内測位システムが切換えビームアンテナを使用し、再構成可能なアンテナは、半１２面体を形成するようにアセンブルされた、６つの隣接する放射要素の組合せである。各放射要素は、マイクロストリップ・アンテナ技術において実装され、円偏波設計を用いて、同軸プローブによって給電される。各放射要素を多重化するために、単極６投（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ ｓｉｘ−ｔｈｒｏｗ）無線周波数スイッチが使用される。基地局の制御下で、無線周波数スイッチは、６つの放射要素のうちの１つをトランシーバに接続する。

いくつかの他の既存のソリューションでは、別の再構成可能なアンテナが提供される。同様に、この再構成可能なアンテナは、（アンテナの中心に）無線周波数給電ポートと６つのアンテナ分岐とを含む。各アンテナ分岐は、１つのＶ字形平面ダイポール駆動要素と、１つのＶ字形ダイレクタと、２つの直線リフレクタとを含む。得られたベント・ダイポール（ｂｅｎｔ ｄｉｐｏｌｅ）は、水平偏波をもつ方向性放射パターンを提供することができる。六角形状の接地部も主リフレクタの役割を果たす。その上、ダイレクタおよびリフレクタは、方向性放射パターンを集中し、追加の放射利得を与える。

しかしながら、これらの再構成アンテナの設計は、依然として、いくつかの問題を有する。まず第１に、既存の再構成可能なアンテナは、広帯域アンテナではなく、これは、マルチ・シナリオにおいていくつかのアルゴリズムおよびそれらの展開を限定するであろう。第２に、切替え可能な放射要素の数が好適でない。たいていの場合、ＲＳＳ測位の方法は、２つまたは３つのビームのみを使用する。より多くのビーム選択性は、ＲＳＳの精度をあまり改善することができないが、制御回路の複雑さを増加させる。この視点は、いくつかのテストにおいて確認される。第３に、利得パターンの前後比が低い。後方方向からの干渉を低減するために、前後比は２０ｄＢ超であり、できるだけ大きくなるべきである。既存のアンテナの前後比は、ほぼ１０ｄＢである。第４に、特定の屋内環境に応じて円偏波および直線偏波のうちのどちらがＲＳＳにとってより良いかを決定されるべきである。

上記の分析および説明に鑑みて、既存の再構成可能なアンテナの様々な欠陥および欠如を解決するために、本開示の実施形態は、コンパクトな広帯域パターン再構成可能なアンテナを提示する。本開示の一実施形態によるアンテナの構造が、図１〜図４を参照しながら最初に説明される。

図１は、本開示の一実施形態による、アンテナ１００を概略的に示す。図１に示されているように、アンテナ１００は、屋内測位のために送信される電磁波信号など、電磁波を放射するための３つの放射板１１０、１１１および１１２を含む。３つの放射板１１０、１１１および１１２を含む図１におけるアンテナ１００は、一例にすぎないことを理解されたい。本開示の他の実施形態は、２、４、５またはそれ以上など、他の数の放射板を含み得る。本開示の範囲は、この点について制限されない。

電磁波を放射するために、平面ダイポール放射要素１３０が、放射板１１０の一方の側に配設され得る。図１は、簡単のために、放射板１１１および１１２の詳細を示さないが、放射板１１１および１１２も、それぞれの平面ダイポール放射要素を設けられ得る。いくつかの実施形態では、ダイポール放射要素１３０は、対称に配設された２つの金属リング１３１および１３２を含み得る。金属リング１３１および１３２を使用してダイポール放射要素１３０を形成することが例示的な実装形態にすぎないことを諒解されたい。本開示の実施形態はまた、任意の他の好適なタイプのダイポール放射要素を利用し得る。図１にさらに示されているように、放射板１１０、１１１および１１２は、アンテナ１１０によって送信された電磁波が３６０度の空間角度をカバーすることができるように、異なる方向に面するように配設される。

アンテナ１００は、放射板１１０、１１１および１１２によって放射された電磁波が、各々、それぞれの方向性放射パターンを有するように、電磁波を反射するための３つの反射板１２０、１２１および１２２をも含む。たとえば、図１の実施形態では、放射板１１０、１１１および１１２は、正三角柱１６０の３つの側面を形成し、反射板１２０、１２１および１２２は、それぞれ、正三角柱１６０の側方縁部および中心軸Ｏ−Ｏ’によって画定された３つの平面に配置される。そのような構成下で、反射板１２０および１２２は、放射板１１０の電磁波が実質的に前方放射パターンを有するように、放射板１１０によって放射された電磁波を一緒に反射する。

同様に、反射板１２０および１２１は、放射板１１２の電磁波が実質的に前方放射パターンを有するように、放射板１１２によって放射された電磁波を一緒に反射する。反射板１２１および１２２は、放射板１１１の電磁波が実質的に前方放射パターンを有するように、放射板１１１によって放射された電磁波を一緒に反射する。

３つの反射板１２０、１２１および１２２を含む図１におけるアンテナ１００は、一例にすぎないことを理解されたい。本開示の他の実施形態は、２、４、５またはそれ以上など、他の数の反射板を含み得る。本開示の範囲は、この点について制限されない。さらに、図１に示されている反射板１２０、１２１および１２２の方向および位置は、一例にすぎないことを諒解されたい。本開示の他の実施形態では、反射板１２０、１２１および１２２は、異なる位置および配向を有することができる。本開示の実施形態は、この点について限定されない。

さらに、アンテナ１００はスイッチをも含み、アンテナ１００のスイッチは、簡単のために図１に示されていない。アンテナ１００のスイッチは、放射を実行するために放射板１１０、１１１および１１２から放射板を選択するために使用される。たとえば、約１２０度の空間範囲をカバーするように放射を実行するために、放射板１１０が、アンテナ１００のスイッチを介して選択され得、また、より大きい角度の空間範囲をカバーするように、２つ以上の放射板が、アンテナ１００のスイッチを介して選択され得る。ある実施形態では、アンテナ１００のスイッチは、単極多投（ＳＰＮＴ：ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ ｍｕｌｔｉ−ｔｈｒｏｗ）スイッチまたは他のスイッチング構成要素であり得る。その上、アンテナ１００は、放射板１１０、１１１および１１２の間の相互作用を最小限に抑えるために、無反射タイプのスイッチを採用し得る。

その上、アンテナ１００は、放射板１１０、１１１および１１２と反射板１２０、１２１および１２２とを固定するための底板１４０をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、底板１４０は、無線周波数電気的接続、直流電気的接続など、放射板１１０、１１１および１１２のための電気的接続を提供することもできる。これらの実施形態では、アンテナ１００のスイッチも、底板１４０上に配設され得る。その上、アンテナ１００は、放射板１１０、１１１および１１２と反射板１２０、１２１および１２２とをさらに固定するための天板１５０を含み得る。いくつかの実施形態では、電気的接続はまた、天板１５０を通して放射板１１０、１１１および１１２のために提供され得る。

以下では、図２を参照しながらアンテナ１００の放射板の構造について説明するための一例として放射板１１０が挙げられる。図２は、本開示の一実施形態による、アンテナ１００の放射板１１０の複数のビューを概略的に示し、上側のビューは、放射板１１０の平面図であり、中間のビューは、放射板１１０の側面図であり、下側のビューは、放射板１１０の底面図である。

図２に示されているように、平面ダイポール放射要素１３０は、放射板１１０の一方の側（たとえば、底側）に配設され得る。平面ダイポール放射要素１３０は、対称軸Ｘ−Ｘ’に対して対称的に配設された金属リング１３１および１３２を含み得る。図２の実施形態では、金属リング１３１および１３２は矩形金属リングであり得る。図２において矩形形状で金属リング１３１および１３２を示すことは、一例にすぎないことを理解されたい。本開示の他の実施形態は、円形金属リング、正方形金属リングなど、他の形状の金属リングを採用し得る。

金属リング１３１および１３２の金属パッチの幅Ｗが、アンテナ１００の動作帯域幅を所定の帯域幅まで拡大するように構成され得る。すなわち、金属リング１３１および１３２の幅は、アンテナ１００が、２００ＭＨｚよりも大きい、−２０ｄＢ帯域幅など、より広い帯域幅を有し得るように、従来のマイクロストリップ・ダイポールのマイクロストリップ線路の幅に対して拡大され得る。

図２にさらに示されているように、放射板１１０の他方の側（たとえば、上側）に、Ｌ字形給電スタブ２１０が配設され得る。給電スタブ２１０の１つの端部が、平面ダイポール放射要素１３０に給電するために、ビア２２０を通して金属リング１３１および１３２のうちの１つ（図示の実施形態では金属リング１３１）に接続され得る。給電スタブ２１０は、例示的な給電線路構造であるにすぎず、本開示の他の実施形態は、平面ダイポール放射要素１３０に給電するために、他の給電線路構造をも採用することができることを理解されたい。その上、平面ダイポール放射要素１３０は、同軸ケーブルを介して給電され得る。

以下では、アンテナ１００の可能な特定の実装形態が図３および図４を参照しながら詳細に説明され、異なるアセンブリ要件を満たすために、アンテナ１００の底板１４０の２つの代替設計が採択される。図３は、本開示の一実施形態による、第１の底板の実施形態をもつ実際のアンテナ１００を概略的に示す。

図３に示されているように、放射板１１０は、２つの平行な側をもつ基板を含む。一実装形態では、放射板１１０の基板は、３．４５の誘電率および０．００２の誘電損失正接をもつ３０ミルの厚さのＲｏｇｅｒｓ ４５３３である、高周波基板材料を採用し得る。基板の一方の側に、接地平面の一部分が、平面ダイポール放射要素１３０のアームを形成するように構成される。Ｌ字形給電スタブ２１０が、基板の他方の側に配設され、開口端部によって平面ダイポール放射要素１３０の１つのアームに結合する。図３の実施形態では、アンテナ１００に給電するために５０Ω同軸給電プローブが使用される。アンテナ１００の動作帯域幅を改善するために、平面ダイポール放射要素１３０のアームは、アンテナ１００の電流分布を変更するために、広げられ、中心の部分が掘られている。

図３によって示されている実施形態では、アンテナ１００は、３つの放射板（放射板１１０のみが示されている）、３つの反射板（反射板１２０および１２２のみが示されている）、底板１４０および天板１５０を含む。３つの同等のプリント放射板が、１２０度の角度だけ分離される。３つの反射板も、１２０度の角度だけ分離され、放射板の座標からの６０度回転を伴う。上述のように、反射板は、方向性放射パターンを生成するために使用される。図３に示されている特定の設計パラメータのための特定の実施形態では、反射板の基板は、両方の側に銅が被覆された０．８ｍｍの厚さのＦＲ４基板であり得る。底板１４０と天板１５０とは両方とも、放射板および反射板を保持するために使用され、それらは、いくつかのソケット（プラグおよびレセプタクル）を有し得る。特定の実施形態では、底板１４０と天板１５０とは、１．６ｍｍの厚さのＦＲ４基板を採用し得る。

図３に示されている底板１４０の第１の実施形態では、底板１４０は、放射板と反射板とを固定する役割を果たし、制御回路および無線周波数回路が、アンテナ１００の外部に配設される。たとえば、底板１４０は、反射板を支持するための３つのプラグ３１１を設けられる。その上、底板１４０はまた、無線周波数（ＲＦ）ケーブルが通ること、および外部単極多投（ＳＰＮＴ）スイッチまたは他の構成要素に接続することを可能にするための３つのホール３１２を設けられる。

図３を参照しながら説明された上記の特定の値は、特定の適用シナリオおよび設計のために決定され、これは、例示の目的にすぎず、本開示の範囲に対するいかなる限定をも示唆するものではないことに留意されたい。特定の要件および適用例によれば、任意の他の好適な値も可能である。

図４は、本開示の一実施形態による、第２の底板の実施形態をもつ実際のアンテナ１００を概略的に示す。図４では、底板１４０は別として、アンテナ１００の他の構成要素は、図３におけるアンテナ１００と同様の構造およびパラメータを有し、そこでは繰り返されない。図４に示されているように、底板１４０の第２の実施形態では、放射板と反射板とを固定する役割に加えて、底板１４０は、アンテナ１００の制御回路および無線周波数回路などを設けられる。たとえば、ＳＰ３Ｔスイッチ４３０および３つのＲＦ超小型同軸コネクタ（図示せず）が、底板１４０の基板の上部に配置され、ＳＭＡコネクタ４２０およびＲＪ−４５コネクタ４１０が、底板１４０の基板の他方の側に配設される。このようにして、ＳＰ３Ｔスイッチ４３０を介して、切替えビーム・アレイを構成する３つの選択可能な放射板のうちの１つに給電することによって、ビーム・ダイバーシティ動作がアクティブにされ得る。したがって、ビーム整形が実装されず、代わりに、同じビームが、可能な位置の離散セットにおいてステアリングされるにすぎない。

図５は、特定の周波数における、本開示の一実施形態による、アンテナ１００のシミュレートされた放射パターンを概略的に示す。図５の実施形態では、アンテナ１００の動作周波数は、ＬＴＥ帯域３．４〜３．６ＧＨｚをカバーするように設計される。図５の左のグラフは、アンテナ１００の１つの放射板（アンテナ分岐）を選択することから生じる３．５ＧＨｚにおける３次元（３Ｄ）放射パターンを示す。右のグラフは、Ｘ−Ｙ平面における放射パターンの断面およびＹ−Ｚ平面における放射パターンの断面を示すために、それぞれ、実線および点線を使用する。図５に示されているように、シミュレーションにおける実現された利得は、Ｘ−Ｙ平面における７０度の電力半値幅（ＨＰＢＷ：ｈａｌｆ ｐｏｗｅｒ ｂｅａｍ ｗｉｄｔｈ）と、Ｙ−Ｚ平面における６２度のＨＰＢＷとをもつ、８．９ｄＢｉである。利得の前後比は、２０ｄＢよりも大きい。したがって、アンテナ１００は、ＲＳＳＩ屋内測位適用例に好適である。

図６は、本開示の一実施形態による、アンテナ１００のシミュレートされた反射損失を概略的に示す。図６に示されているように、アンテナ１００の−２０ｄＢ動作帯域は、約３．０７〜３．８５ＧＨｚであり、これは、中心動作周波数の２２．３％に近似し、ＬＴＥ Ｂ２２／Ｂ４２周波数帯域の要件を完全に満たすことができる。アンテナ１００の次元は、より低い周波数における他のＬＴＥ周波数帯域において動作するために、変更され、および／またはスケーリングされ得ることを理解されたい。

上述のように、本開示の実施形態によるアンテナは、他の数の放射板および／または反射板を有し得、これらは、様々な他の位置関係を有し得る。たとえば、図７は、本開示の別の実施形態による、アンテナ７００を概略的に示す。図７によって示されている実施形態では、アンテナは、より多数の放射板および反射板を有することを諒解されよう。

図７に示されているように、アンテナ１００とは異なり、アンテナ７００は、４つの放射板７１０、７１１、７１２および７１３を含む。放射板７１０、７１１、７１２および７１３の構造は、アンテナ１００の放射板１１０、１１１および１１２の構造と同様であり得、ここでは繰り返されない。

その上、アンテナ１００とは異なり、アンテナ７００は、放射板７１０、７１１、７１２および７１３によって放射された電磁波が、各々、それぞれの方向性放射パターンを有するように、電磁波を反射するための８つの反射板７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６および７２７を含む。たとえば、図７の実施形態では、反射板７２０、７２１、７２２および７２３は、それぞれ、放射板７１０、７１１、７１２および７１３と平行であり得、放射板７１０、７１１、７１２および７１３からなる正四角柱７３０内の内部正四角柱７４０を形成する。反射板７２４、７２５、７２６および７２７は、それぞれ、内部正四角柱７４０の側方縁部と正四角柱７３０の対応する側方縁部とによって画定された４つの平面に配置され得る。

そのような構成下で、同等のプリント放射板７１０、７１１、７１２および７１３は、たとえば、正四角柱７３０を形成するために９０度の角度で連続的に配置される。反射板７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６および７２７の設定は、利得パターンおよび反射損失を最適化するために、アンテナ１００における反射板の設定に対して変更される。詳細には、反射板７２０、７２４および７２７は、放射板７１０の電磁波が実質的に前方放射パターンを有するように、放射板７１０によって放射された電磁波を一緒に反射する。

同様に、反射板７２１、７２４および７２５は、放射板７１１の電磁波が実質的に前方放射パターンを有するように、放射板７１１によって放射された電磁波を一緒に反射する。反射板７２２、７２５および７２６は、放射板７１２の電磁波が実質的に前方放射パターンを有するように、放射板７１２によって放射された電磁波を一緒に反射する。反射板７２３、７２６および７２７は、放射板７１３の電磁波が実質的に前方放射パターンを有するように、放射板７１３によって放射された電磁波を一緒に反射する。

図８は、特定の周波数における、本開示の別の実施形態による、アンテナ７００のシミュレートされた放射パターンを概略的に示す。図８の左のグラフは、アンテナ７００の１つの放射板（アンテナ分岐）を選択することから生じる３．５ＧＨｚにおけるアンテナ７００の３次元（３Ｄ）放射パターンを示す。右のグラフは、Ｘ−Ｙ平面における放射パターンの断面およびＹ−Ｚ平面における放射パターンの断面を示すために、それぞれ、実線および点線を使用する。図８に示されているように、シミュレーションにおける実現された利得は、Ｘ−Ｙ平面における６８度のＨＰＢＷと、Ｙ−Ｚ平面における７２度のＨＰＢＷとをもつ、８．８ｄＢｉである。利得の前後比は、同じく、２０ｄＢよりも大きい。したがって、アンテナ７００は、ＲＳＳＩ屋内測位適用例に好適である。

図９は、本開示の別の実施形態による、アンテナ７００のシミュレートされた反射損失を概略的に示す。図９に示されているように、アンテナ７００の−２０ｄＢ動作帯域は、約３．１４〜３．８５ＧＨｚであり、これは、中心動作周波数の２０％に近似し、設計要件を完全に満たすことができる。アンテナ７００の次元は、より低い周波数における他のＬＴＥ周波数帯域において動作するために、変更され、および／またはスケーリングされ得ることを理解されたい。

本開示の実施形態は、より低いコストにおいてブロードバンド水平偏波の放射パターン切替え可能な再構成可能なアンテナを提供する。アンテナは、５Ｇ屋内測位適用例のための提案された設計であり、これは、ユーザ・エクスペリエンスを改善し、干渉を低減するために、アンテナのカバレージをフレキシブルに最適化することができる。本開示の実施形態のアンテナは、以下の特徴、すなわち、直線偏波アンテナ組合せ、給電するためにＲＦスイッチによって好適な放射要素を選択すること、簡略化された給電および制御信号ネットワーク、少なくとも２００ＭＨｚよりも大きい帯域幅（−２０ｄＢ）、利得パターンの前後比における高利得および優れた性能、を含み得る。さらに、本開示の実施形態のアンテナは、より高い精度およびより低いコストを達成するために、プリント回路板（ＰＣＢ）プロセスを用いて製造され得る。

同様の機能を有する既存の放射パターン再構成可能なアンテナと比較して、本開示の実施形態によるアンテナは、以下の利点を有する。アンテナは、コンパクトなサイズを有し、より高い精度およびより低いコストを達成するために、製造のためにＰＣＢプロセスを利用する。アンテナは、より広い帯域幅を有し、これは、少なくとも２００ＭＨｚよりも大きく（−２０ｄＢ）、同様の機能を有する既存のアンテナよりもはるかに広い。アンテナは、簡略化された制御回路を有し、これは、１つのＳＰ３Ｔスイッチのみを使用し、３つの制御信号のみを必要とし得る。アンテナは、利得のより良い前後比を有し、干渉信号を低減することによって測位精度を改善する。

さらに、本開示の実施形態は、上記で説明されたように、アンテナを製造するための方法をも提供する。図１０に示されているように、一実施形態では、製造方法１０００は、電磁波を放射するために異なる方向に向かって配向された複数の放射板を提供すること（１００２）と、複数の放射板によって放射された電磁波が、各々、それぞれの方向性放射パターンを有するように、電磁波を反射するための複数の反射板を提供すること（１００４）と、放射を実行するために複数の放射板から放射板を選択するためのスイッチを提供すること（１００６）とを含み得る。

いくつかの実施形態では、方法１０００は、平面ダイポール放射要素を複数の放射板の一方の側に配設することを含む。いくつかの実施形態では、平面ダイポール放射要素を提供することは、金属リングを対称軸に対して対称的に配設することを含む。いくつかの実施形態では、矩形金属リングが提供され得る。いくつかの実施形態では、金属リングの金属パッチの幅が、アンテナの動作帯域幅を所定の帯域幅まで拡大するように設定され得る。

いくつかの実施形態では、製造方法１０００に従って、Ｌ字形給電スタブが、複数の放射板の他方の側に配設され得る。いくつかの実施形態では、給電スタブの端部が、ビアを通して金属リングのうちの１つに接続され得る。いくつかの実施形態では、平面ダイポール放射要素は、同軸ケーブルを通して給電され得る。

いくつかの実施形態では、複数の放射板は、正角柱の側面を形成し得る。たとえば、いくつかの実施形態では、正三角柱が形成され得る。対応して、３つの放射板と３つの反射板とが提供され得、３つの反射板は、それぞれ、正三角柱の側方縁部と中心軸とによって画定された３つの平面に配置される。

いくつかの実施形態では、正四角柱が形成され得る。対応して、４つの放射板と８つの反射板とが提供され得、それにより、８つの反射板のうちの４つが、それぞれ、正四角柱の４つの側面と平行であり、正四角柱内の内部正四角柱を形成する。他の４つの反射板が、それぞれ、内部正四角柱の側方縁部と正四角柱の対応する側方縁部とによって画定された４つの平面に配置される。

いくつかの実施形態では、製造方法１０００は、複数の放射板と複数の反射板とを固定するための底板を提供することをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、底板はまた、複数の放射板のための電気的接続を提供する。いくつかの実施形態では、スイッチは底板上に配設される。

いくつかの実施形態では、製造方法１０００は、複数の放射板と複数の反射板とを固定するための天板を提供することをさらに含み得る。

アンテナの例示的な構造に関して上記で説明されたすべての特徴は、対応する製造方法に適用可能であり、ここでは繰り返されないことを理解されたい。

本明細書で使用される「含む」という用語およびそれの変形態は、「含むが、これに限定されない」を意味するオープンエンド用語として読まれるべきである。「に基づいて」という用語は、「に少なくとも部分的に基づいて」として読まれるべきである。「一実施形態」および「実施形態」という用語は、「少なくとも１つの例示的な実施形態」として読まれるべきである。

本開示は、いくつかの具体的な実施形態に関して説明された。ただし、本開示は、本明細書で開示される具体的な実施形態に限定されないことを理解されたい。本開示は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な変更形態および等価の構成を包含することを目的とする。

Claims (13)

1. 電磁波を放射するために異なる方向に向かって配向された複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）と、
   前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）によって放射された前記電磁波が、各々、それぞれの方向性放射パターン（５１０；８１０）を有するように、前記電磁波を反射するための複数の反射板（１２０、１２１、１２２；７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７）と、
   放射を実行するために前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）から放射板を選択するためのスイッチ（４３０）と
   を備え、
   平面ダイポール放射要素（１３０）が、前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）の一方の側に配設され、
   前記平面ダイポール放射要素（１３０）がマイクロストリップアンテナ要素を含み、前記マイクロストリップアンテナ要素が対称軸（Ｘ−Ｘ’）に対して対称的に配設された金属リング（１３１；１３２）を含む、アンテナ（１００；７００）。
2. 前記金属リング（１３１；１３２）が矩形金属リングである、請求項１に記載のアンテナ（１００；７００）。
3. 前記金属リング（１３１；１３２）の金属パッチの幅（Ｗ）が、前記アンテナ（１００；７００）の動作帯域幅を所定の帯域幅まで拡大するように設定された、請求項１に記載のアンテナ（１００；７００）。
4. Ｌ字形給電スタブ（２１０）が、前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）の他方の側に配設された、請求項１に記載のアンテナ（１００；７００）。
5. 前記給電スタブ（２１０）の端部が、ビア（２２０）を通して前記金属リング（１３１；１３２）のうちの１つに接続された、請求項４に記載のアンテナ（１００；７００）。
6. 前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）が、正角柱（１６０；７３０）の側面を形成する、請求項１に記載のアンテナ（１００；７００）。
7. 前記正角柱が正三角柱（１６０）であり、前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）が３つの放射板（１１０、１１１、１１２）であり、
   前記複数の反射板（１２０、１２１、１２２；７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７）が３つの反射板（１２０、１２１、１２２）であり、前記３つの反射板（１２０、１２１、１２２）が、それぞれ、前記正三角柱（１６０）の側方縁部および中心軸（Ｏ−Ｏ’）によって画定された３つの平面に配置された、
   請求項６に記載のアンテナ（１００；７００）。
8. 前記正角柱が正四角柱（７３０）であり、前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）が４つの放射板（７１０、７１１、７１２、７１３）であり、
   前記複数の反射板（１２０、１２１、１２２；７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７）が８つの反射板（７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７）であり、前記８つの反射板（７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７）のうちの４つの反射板（７２０、７２１、７２２、７２３）が、それぞれ、前記正四角柱（７３０）の４つの側面と平行であり、前記正四角柱（７３０）内の内部正四角柱（７４０）を形成し、前記８つの反射板のうちの他の４つの反射板（７２４、７２５、７２６、７２７）が、それぞれ、前記内部正四角柱（７４０）の側方縁部と前記正四角柱（７３０）の対応する側方縁部とによって画定された４つの平面に配置された、請求項６に記載のアンテナ（１００；７００）。
9. 前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）と前記複数の反射板（１２０、１２１、１２２；７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７）とを固定するための底板（１４０）
   をさらに備える、請求項１に記載のアンテナ（１００；７００）。
10. 前記底板（１４０）がまた、前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）のための電気的接続を提供する、請求項９に記載のアンテナ（１００；７００）。
11. 前記スイッチ（４３０）が前記底板（１４０）上に配設された、請求項９に記載のアンテナ（１００；７００）。
12. 前記複数の放射板（１１０、１１１、１１２；７１０、７１１、７１２、７１３）と前記複数の反射板（１２０、１２１、１２２；７２０、７２１、７２２、７２３、７２４、７２５、７２６、７２７）とを固定するための天板（１５０）
    をさらに備える、請求項９に記載のアンテナ（１００；７００）。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のアンテナ（１００；７００）を製造するための方法（１０００）。