KR20150006839A

KR20150006839A - 구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이 및 이와 같은 안테나 어레이를 포함하는 장치

Info

Publication number: KR20150006839A
Application number: KR1020147030803A
Authority: KR
Inventors: 홍유 조우; 파시드 아랸파
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2015-01-19
Also published as: EP2847824A1; WO2013168936A1; EP2847824A4; US20130300602A1

Abstract

장치는 다중 서브-어레이들(multiple sub-arrays)에 배치된 다중 안테나 소자들(multiple antenna elements)을 가지는 안테나 어레이(antenna array)를 포함한다. 상기 안테나 소자들은 적어도 두 개의 상이한 유형(type)들의 서브-어레이들에 배치된다. 상기 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들은 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향을 가진다. 상기 안테나 소자들은 다중 패치(patch) 서브-어레이들 및 다중 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide, SIW) 서브-어레이들에 배치될 수 있고, 상기 패치 서브-어레이들은 상기 SIW 서브-어레이들에 인터리브될 수 있다. 각각의 패치 서브-어레이는 직렬로 결합된 적어도 두 개의 패치 안테나 소자들을 포함할 수 있고, 각각의 SIW 서브-어레이는 전도성 플레이트(conductive plate) 및 상기 전도성 플레이트 내의 다중 슬롯들(slots)을 포함할 수 있다. 상기 SIW 서브-어레이들은 상기 패치 서브-어레이와 주로 동일한 주파수에서 공진(resonate)할 수 있다.

Description

구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이 및 이와 같은 안테나 어레이를 포함하는 장치{ANTENNA ARRAYS WITH CONFIGURABLE POLARIZATIONS AND DEVICES INCLUDING SUCH ANTENNA ARRAYS}

본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신에 관한 것이고, 특히 본 개시는 구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이(arrays) 및 이와 같은 안테나 어레이를 포함하는 장치에 관한 것이다.

무선 통신을 지원하기 위해, 고 이득(high gain)을 얻기 위한 안테나 어레이(arrays) 또는 파라볼릭(parabolic)/접시형(dish) 안테나들은 종종 밀리미터-파(millimeter-wave) 통신 시스템에서 이용된다. 양 끝단 사이에 비교적 높은 경로 손실이 전형적으로 존재하기 때문에 이는 종종 필요하거나 가치가 있다. 상대적으로 낮은 비용 및 원형 편파(circular polarization)를 이루기 용이함으로 인해 파라볼릭 안테나들은 위성 시스템을 위해 종종 이용된다. 우수한 탐지 능력으로 인하여 안테나 어레이는 레이더(radar) 및 직접 탐지 시스템(direct finding systems)을 위해 종종 이용된다. 그러나, 안테나 어레이의 방위각 탐지, 편파 분리도(polarization purity) 및 편파 다이버시티(diversity)는 안테나 소자(element)의 선택 및 상기 어레이에서 위상 천이기(phase shifters)로 공급되는 수를 선택하는 것에 의하여 종종 상당히 제약된다.

차세대 셀룰러 통신 시스템에서, 낮은 주파수 대역에서 이용가능한 스펙트럼의 부족으로 인해 밀리미터-파 통신은 널리 사용될 것으로 예상된다. 이러한 유형의 시스템에서, 단말과 기지국 사이에 안정된 신호 경로를 이루기 위해서, 고-이득 안테나 어레이는 링크 손실을 보상하고 양단에서 전력 소모를 줄이기 위해 강제될 가능성이 있다. 단말 및 기지국 간의 편파 불일치로 인한 손실을 최소화하기 위해서, 원형 편파(CP) 또는 이중 선형 편파(dual linear polarization, LP)가 기지국 안테나 어레이에서 사용될 수 있다.

본 개시는 구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이(antenna array) 및 이와 같은 안테나 어레이를 포함하는 장치를 제공한다.

제 1 실시 예에서, 장치는 다중 서브-어레이들(multiple sub-arrays)에 배치된 다중 안테나 소자들(multiple antenna elements)을 가지는 안테나 어레이(antenna array)를 포함한다. 상기 안테나 소자들은 적어도 두 개의 상이한 유형(type)들의 서브-어레이들에 배치된다. 상기 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들은 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향을 가진다.

제 2 실시 예에서, 시스템은 다중 서브-어레이들에 배치된 다중 안테나 소자들을 가지는 안테나 어레이를 포함한다. 상기 안테나 소자들은 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들은 대체적으로 직교하는 전기장 방향을 가진다. 상기 시스템은 또한 상기 안테나를 통해 무선으로 통신하도록 구성되는 트랜시버(transceiver)를 포함한다.

제 3 실시 예에서, 방법은 안테나 어레이를 사용하여, 출력되는 무선 신호들을 송신하고, 입력되는 무선 신호들을 수신하는 과정을 포함하고, 상기 안테나 어레이는 다중 서브-어레이들에 배치된 다중 안테나 소자들을 포함하며, 상기 안테나 소자들은, 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들은 대체적으로 직교하는 전기장 방향을 가진다.

아래의 도면들과 설명들 및 청구항들로부터 다른 기술적 특징들은 당업자들에게 명백할 수 있다.

아래의 상세한 설명으로 들어가기 전에, 본 특허 문헌에 걸쳐 사용된 특정한 단어와 구문의 정의에 대하여 설명하는 것이 유용할 수 있다. "구비하다"와 "포함하다"라는 용어는 이들의 파생어와 마찬가지로 비한정 함유를 의미한다. "또는,"이라는 용어는 그리고/또는 이라는 의미를 포함한다. "~와 연관된" 이라는 구문은 그 파생어와 마찬가지로 포함하다, ~내에 포함되다, ~와 상호 연결하다, 함유하다, ~내에 함유되다, ~에 또는 ~와 연결되다, ~에 또는 ~와 결합하다, ~와 통신할 수 있다, ~와 협력하다, 사이에 끼우다, 병치하다, ~에 근접하다, ~에 또는 ~와 묶이다, 가지다, ~의 특성을 가지다, ~에 또는 ~와 관계를 가지다 등을 의미할 수 있다. 그리고 "제어부"라는 용어는 적어도 하나의 동작을 제어하는 임의의 장치, 그러한 장치의 시스템 또는 그 일부를 의미하며, 제어부는 하드웨어로 수행되거나, 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어의 조합으로 실행될 수 있다. 임의의 특정한 제어기와 연관된 기능성은 로컬 또는 원격의 여부에 따라 중앙집중화되거나 분포될 수 있음을 숙지해야 할 것이다. 항목(items)의 리스트(list)가 사용되는 경우, "적어도 하나의"라는 구문은 하나 또는 그 이상의 열거된 항목들의 상이한 조합이 사용되는 것을 의미할 수 있고, 상기 리스트에 포함된 단지 하나의 항목만이 사용될 수 있음을 의미할 수도 있다. 예를 들어, "A, B, C 가운데 적어도 하나"는 A, B, C, A와 B, A와 C, B 와 C, A와 B와 C와 같은 조합 가운데 하나를 포함할 수 있다. 본 특허 문헌에 걸쳐 제공된 특정한 단어와 구문에 위한 정의에 대하여, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 가장 많은 경우는 아니더라도 상당한 경우에 그러한 정의가 그러하게 정의된 단어와 구문의 이전 사용뿐만 아니라 향후 사용에도 적용된다는 것을 이해할 것이다.

본 개시를 통해, 구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이를 이용함으로써, 단말과 기지국 간의 신호 경로를 안정화시킬 수 있고, 링크 손실을 보상하며, 단말 및 기지국 양단에서의 전력 소모를 줄일 수 있다.

본 개시에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부한 도면과 결부되어 다음의 설명이 참조된다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 네트워크의 예를 도시한다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 eNodeB의 예를 도시한다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 사용자 단말의 예를 도시한다.
도 4 내지 도 17b는 본 개시의 실시 예에 따른 구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이의 한 가지 예 및 관련 세부 정보를 도시한다.

아래에서 설명되는 도 1 내지 도 17b 및 본 명세서에 기술된 본 발명의 원리를 설명하기 위해 이용되는 다양한 실시 예들은 단지 설명을 위한 것이고, 상기 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방식으로도 이해되어서는 아니 된다. 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 원리들이 적절히 배열된 시스템 또는 장치로 구현될 수 있다는 사실을 이해할 것이다.

도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 무선 네트워크(100)의 예를 도시한다. 도 1에 도시된 바에 따라, 상기 무선 네트워크(100)는 eNodeB(eNB, 101), eNB(102), eNB(103)를 포함한다. 상기 eNB(101)는 eNB(102) 및 eNB(103)와 통신한다. 상기 eNB(101)는 또한 인터넷, 사유 IP 네트워크(proprietary IP network) 또는 다른 데이터 네트워크와 같은 인터넷 프로토콜(Internet Protocol, IP) 네트워크(130)와 통신한다. 상기 eNB(102) 및 상기 eNB(103)는 본 실시 예에서 상기 eNB(101)를 통해 상기 네트워크(130)에 접속할 수 있다.

상기 eNB(102)는 상기 네트워크(130)에 대한 무선 광대역 접속을(상기 eNB(101)를 통해) 상기 eNB(102)의 커버리지(coverage) 영역(120) 내에 있는 사용자 단말(UE)로 제공한다. 상기 UE들은 소규모 기업에 위치할 수 있는 UE(111), 기업(enterprise) 내에 위치할 수 있는 UE(112), WiFi 핫 스팟(hotspot) 내에 위치할 수 있는 UE(113), 제 1 가정(residence)에 위치할 수 있는 UE(114), 제 2 가정에 위치할 수 있는 UE(115), 휴대전화, 무선 랩탑 또는 무선 PDA(personal digital assistant) 등과 같은 모바일(mobile) 장치가 될 수 있는 UE(116)를 포함한다. 각각의 UE들(111-116)은 모바일 장치 또는 고정(stationary) 장치를 포함할 수 있다. 상기 eNB(103)는 상기 네트워크(130)에 대한 무선 광대역 접속을(상기 eNB(101)를 통해) 상기 eNB(103)의 커버리지 영역(125) 내에 있는 UE들로 제공한다. 상기 UE들은 UE(115) 및 UE(116)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 하나 또는 그 이상의 eNB들(111-113)은 서로서로 통신할 수 있고, LTE(long term evolution) 또는 LTE-A(long term evolution-advanced) 기술을 이용하여 상기 UE들(111-116)과 통신할 수 있다.

점선은 상기 커버리지 영역(120 및 125)의 대략적인 크기를 보여주고 있다. 여기에서, 상기 커버리지 영역(120 및 125)은 단지 설명을 위해 대략적인 원형으로 도시되고 있다. 상기 커버리지 영역(120 및 125)은 상기 eNB들의 구성, 자연적 그리고 인공적인 장애물과 관련된 무선 환경에서의 변화와 같은 구성요소들에 따라, 불규칙 적인 형상을 포함하는 다른 형상이 될 수 있다.

상기 네트워크 유형에 따라, 상기 각각의 구성요소(101-103)에 대해 “eNodeB”또는“eNB”대신 "기지국" 또는 "AP(access point)"와 같은 잘 알려진 다른 용어가 사용될 수도 있다. 편리성을 위해, 원격 무선 장치로의 무선 접속을 제공하는 각각의 네트워크 인프라구조 구성요소(infrastructure components)를 나타내기 위해“eNodeB”그리고“eNB”와 같은 용어가 여기에서 사용될 것이다. 또한, 상기 네트워크 유형에 따라 상기 각각의 구성요소(111-116)에 대해 “사용자 단말(user equipment, UE)”또는“UE”대신 "단말(mobile station, MS)", "가입자 국(subscriber station, SS)", "원격 단말(remote terminal, RT)", "무선 단말(wireless terminal, WT)" 및 "사용자 장치(user device)"와 같은 잘 알려진 다른 용어가 사용될 수도 있다. 편리성을 위해, 상기 UE가 휴대전화와 같은 모바일 장치이든, 데스크 탑 컴퓨터 또는 자판기와 같은 고정 장치이든지 간에 eNB에 무선으로 접속하는 원격 무선 장치를 나타내는 "사용자 단말" 및 "UE"와 같은 용어가 여기에서 사용될 것이다.

아래에서 상세하게 설명되듯이, 하나 또는 그 이상의 eNB들(101-103) 및/또는 하나 또는 그 이상의 UE들(111-116)은 각각 구성가능한 편파(configurable polarization)를 가진 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 상기 안테나 어레이는 다른 유형의 안테나 소자(element) 또는 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장(E-field) 방향을 가지고 있는 서브-어레이(sub-arrays)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 안테나 어레이는 SIW(substrate integrated waveguide) 안테나 소자에 인터리브된(interleaved) 패치 안테나(patch antennas)를 포함할 수 있다.

패치 안테나는 대략 26.5GHz부터 대략 40GHz까지의 주파수 범위에서 통신하는 안테나 어레이를 의미하는 Ka-밴드(band) 안테나 어레이에서 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 어레이 유형에서 사용되는 경우, 패치 안테나는 다양한 문제를 겪을 수 있다. 예를 들어, Ka-밴드에서의 패치 안테나는 열등한 원형 편파(circular polarization) 성능, 탐지 능력 부족, 다중-기판(multi-layer) 고-성능 PCB들(printed circuit boards)의 사용 요구와 같은 문제를 겪을 수 있다. 또한 그들은 안테나 소자들 간의 상호 결합(mutual coupling)과 같은 문제를 겪을 수 있고, 그들의 내재하는 선형 편파(linear polarization)는 편파 불일치로 인해 방위각 탐지에 있어 그들의 효과적인 이득을 더 감소시킨다. 패치 어레이를 사용하여 원형 편파를 얻기 위해서, 서브-어레이들은 다른 패치 소자를 순환시킴으로써, 또는 새로운 패치 형상을 사용하여 네트워크에 제공함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 순환되는 패치 소자를 가진 서브-어레이를 사용하는 것은 상기 서브-어레이의 큰 전기적 크기(electrical size)로 인해 어레이의 탐지 범위를 상당히 감소시킬 수 있다. 새로운 패치 형상을 사용하고 네트워크에 공급하는 것은 어레이가 매우 작은 축 비 대역폭(axial ratio bandwidth)을 가지게 할 수 있고, 적절하게 기능하게 하기 위해서, 생산 비용을 증가시킬 수도 있는 적어도 3 개의 PCB 층의 사용을 필요하게 만들 수 있다.

대안적인 PCB-기초 안테나 어레이 구성은 기판 집적 도파관들(substrate integrated waveguides, SIWs)에 인터리브된 슬롯들(slots)의 사용을 포함한다. 그러나, 기판 집적 도파관에서 슬롯을 사용하도록 디자인된 안테나 어레이는 본질적으로 선형 편파를 가지고 있다. 원형 편파를 얻기 위해 그들을 사용하는 것은 탐지 능력을 제한시키고, 추가적인 저항성 부하를 낳는다.

소비자 전자 장치와 같은 크기 및 비용이 제한된 플랫폼(platforms)에 있어서, 평면 안테나(planar antenna) 어레이는 그들이 표준 PCB 제조 기술과 호환되고, 다른 구성요소들과 쉽게 집적될 수 있기 때문에 종종 사용된다. 이와 같은 안테나 어레이는 모바일 사용자들을 추적하기 위해서 탐지를 수행할 수 있고, 서브-어레이 구성은 상기 장치들에서 송신/수신 체인(chains)의 수를 줄이기 위해 사용 될 수 있다. 단지 패치 안테나 소자 또는 SIW 안테나 소자를 사용하는 종래의 접근과 관련된 문제들을 줄이고 제거하는 동안, 다른 유형의 안테나 소자를 사용하여 형성된 안테나 어레이 또는 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향을 가지고 있는 서브-어레이는 이러한 모든 기준을 만족시킬 수 있다.

비록 도 1이 무선 네트워크(100)의 한가지 예를 도시하고 있더라도, 다양한 변화가 도 1 에 만들어질 수 있다. 예를 들어, 상기 네트워크(100)는 적절한 배열에 따라 많은 수의 eNB들 및 UE들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 eNB(101)는 많은 수의 UE들과 직접 통신할 수 있고, 위 UE들에게 상기 네트워크(130)로의 무선 광대역 접속을 제공할 수 있다. 추가로, 상기 eNB(101)는 외부 전화 네트워크와 같은 다른 또는 추가적인 외부 네트워크로의 접속을 제공할 수 있다. 게다가, 상기 무선 네트워크(100)의 구성 또는 배열은 단지 설명을 위한 것이다. 아래에 설명될 상기 안테나 어레이는, 무선 통신에 이용되는 다른 적절한 장치 또는 시스템에서 이용될 수 있다.

도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 eNodeB(101)의 예를 도시한다. 도 1의 eNB들(102-103)에서와 동일하거나 유사한 구조가 사용될 수 있다. 도 2에 도시되었듯이, 상기 eNB(101)는 기지국 제어부(base station controller(BSC), 210) 및 하나 또는 그 이상의 기지국 트랜시버 서브시스템(base transceiver subsystems(BTSs), 220)을 포함할 수 있다. 상기 BSC(210)는 상기 BTS들(220)을 포함하는 상기 eNB(101)의 자원들을 관리한다. 각각의 BTS(220)는 BTS 제어부(225), 채널 제어부(235), 트랜시버 인터페이스(transceiver interface(IF), 245), RF(Radio Frequency) 트랜시버(250) 및 안테나 어레이(255)를 포함한다. 상기 채널 제어부(235)는 다수의 채널 소자(240)를 포함한다. 각각의 BTS(220)는 또한 핸드오프(handoff) 제어부(260) 및 메모리(270)를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 구성 요소들은 BTS(220) 외부에 존재할 수 있다.

상기 BTS 제어부(225)는 BSC(210)와 통신하고 상기 BTS(220)의 전반적인 동작을 제어하는 동작 프로그램을 수행할 수 있는 프로세싱 회로(processing circuitry) 및 메모리를 포함한다. 일반적인 조건에서, 상기 BTS 제어부(225)는 상기 채널 소자(240)가 순방향 채널(forward channels) 및 역방향 채널(reverse channels)에서 양방향으로 통신을 수행하는 채널 제어부(235)의 동작을 제어한다. 상기 트랜시버 IF(245)는 상기 채널 제어부(240) 및 RF 트랜시버(250) 사이에서 채널 신호를 전달한다. 상기 RF 트랜시버(250, 결합되거나 분리된 송신기 및 수신기 유닛들을 나타낼 수 있는)는 안테나 어레이(255)를 통해 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 상기 안테나 어레이(255)는 상기 eNB(101)의 상기 커버리지 영역에서 RF 트랜시버(250)로부터 UE들로 순방향 채널 신호를 송신할 수 있다. 상기 안테나 어레이(255)는 또한 상기 eNB(101)의 상기 커버리지 영역에서 상기 UE들로부터 수신된 역방향 채널 신호를 상기 트랜시버(250)로 송신할 수 있다.

아래에 설명되듯이, 상기 eNB(101)의 상기 안테나 어레이(255)는 다른 유형의 안테나 소자 또는 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향을 가지고 있는 서브-어레이를 포함할 수 있다. 다른 것들 중에서도, 상기 안테나 어레이(255)는 스캐닝 안테나(scanning antenna)를 포함하는 밀리미터-파(MMW) 안테나의 사용을 지원할 수 있다. 더욱이, 상기 안테나 어레이(255)는 표준 PCB 제조 기술을 사용하여 생산될 수 있다.

비록 도 2는 eNB(101)의 한 예를 설명하고 있지만, 다양한 변화가 도 2에 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 다양한 구성요소가 결합되거나 더 세분되거나 생략될 수 있고, 특정한 수요에 따라 추가적인 구성요소가 더해질 수 있다. 또한, 도 2는 상기 eNB(101)이 기지국으로 동작하는 것으로 설명하고 있는 반면, eNB들은 AP와 같은 다른 유형의 장치로서 동작하도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 UE(116)의 예를 도시한다. 도 1의 UE들(111-116)에서와 동일하거나 유사한 구조가 사용될 수 있다. 도 3에 도시되었듯이, 상기 UE(116)는 안테나(305), RF 트랜시버(310), 송신(transmit, TX) 프로세싱 회로(315), 마이크로폰(microphone, 320) 및 수신(receive, RX) 프로세싱 회로(325)를 포함할 수 있다. 상기 UE(116)는 또한 스피커(330), 메인 프로세서(main processor, 340), 입력/출력(I/O) 인터페이스(345), 키패드(350), 디스플레이(355) 및 메모리(360)를 포함할 수 있다. 상기 메모리(360)는 기본 운영 체제(basic operating system, OS) 프로그램(361) 및 하나 또는 그 이상의 어플리케이션(applications, 362)을 포함할 수 있다. 상기 어플리케이션(362)은 음성 통신, 웹 브라우징(web browsing), 생산성 어플리케이션(productivity applications), 게임과 같은 다양한 기능들을 지원할 수 있다.

상기 RF 트랜시버(310)는 eNB로부터 송신되어 입력되는 RF 신호를 상기 안테나(305)로부터 수신한다. 상기 RF 트랜시버(310)는 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호 또는 기저대역(baseband) 신호를 생성하기 위해 상기 입력되는 RF 신호를 하향-전환한다. 상기 IF 또는 기저대역 신호는 처리된 기저대역 신호(기저대역 또는 IF 신호를 필터링, 디코딩 및/또는 디지털화(digitizing)함으로써)를 생성하는 상기 RX 프로세싱 회로(325)로 전송된다. 상기 RX 프로세싱 회로(325)는 상기 처리된 기저대역 신호를, 예를 들어, 상기 스피커(330, 음성 데이터와 같은 것을 위해)로 송신하거나 추가적인 프로세싱을 위해 상기 메인 프로세서(340, 웹 브라우징 데이터와 같은 것을 위해)로 송신할 수 있다.

상기 TX 프로세싱 회로(315)는 마이크로폰(320)으로부터 아날로그 또는 디지털 음성 데이터를 수신하거나, 상기 메인 프로세서(340)로부터 출력되는 기저대역 데이터(웹, 이메일, 또는 상호작용하는 비디오 게임 데이터와 같은)를 수신할 수 있다. 상기 TX 프로세싱 회로(315)는 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 생성하기 위해 상기 출력되는 기저대역 데이터를 인코딩, 다중화 및/또는 디지털화할 수 있다. 상기 RF 트랜시버(310)는 상기 TX 프로세싱 회로(315)로부터 상기 출력되는 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 수신할 수 있고, 상기 기저대역 또는 IF 신호를 상기 안테나(305)를 통해 송신되는 RF 신호로 상향-전환할 수 있다.

상기 메인 프로세서(340)는 상기 UE(116)의 모든 동작을 제어하기 위해 상기 기본 OS 프로그램(361)을 수행한다. 예를 들어, 상기 메인 프로세서(340)는 잘 알려진 원리에 따라 상기 RF 트랜시버(310), RX 프로세싱 회로(325) 및 TX 프로세싱 회로(315)에 의해 순방향 채널 신호의 수신 및 역방향 채널 신호의 송신을 제어할 수 있다.

상기 메인 프로세서(340)는 또한 상기 어플리케이션(362)과 같은 다른 프로세스 및 프로그램을 실행할 수 있다. 상기 메인 프로세서(340)는 상기 OS 프로그램(361), 사용자 또는 eNB로부터의 입력과 같은 다양한 입력들에 기초하여 이러한 어플리케이션(362)을 실행할 수 있다. 일부 실시 예에서, 상기 메인 프로세서(340)는 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 마이크로컨트롤러(microcontroller)가 된다. 상기 메모리(360)는 RAM(random access memory) 및 플레시 메모리(Flash memory) 또는 다른 ROM(read-only memory)과 같은 임의의 적합한 저장 장치를 포함할 수 있다.

상기 메인 프로세서(340)는 상기 I/O 인터페이스(345)와 결합될 수 있다. 상기 I/O 인터페이스(345)는 상기 UE(116)에 랩탑 컴퓨터 및 핸드헬드(handheld) 컴퓨터와 같은 다른 장치에 연결할 능력을 제공할 수 있다. 상기 I/O 인터페이스(345)는 이러한 액세서리들과 메인 프로세서(340) 사이의 통신 경로이다. 상기 메인 프로세서(340)는 키패드(350) 및 디스플레이 유닛(355)과 결합될 수 있다. 상기 UE(116)의 사용자는 상기 UE(116)로 데이터를 입력하기 위해 상기 키패드(350)를 사용할 수 있다. 상기 디스플레이(355)는 텍스트(text) 및/또는 웹 사이트로부터 최소한의 제한된 그래픽을 제공할 수 있는 액정 디스플레이(liquid crystal display)가 될 수 있다. 다른 실시 예는 또한 사용자의 입력을 수신할 수 있는 터치스크린 디스플레이와 같은 다른 유형의 디스플레이를 사용할 수 있다.

아래에 설명되듯이, 상기 UE(116)의 상기 안테나(305)는 다른 유형의 안테나 소자 또는 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향을 가지고 있는 서브-어레이를 포함하는 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 다른 것들 중에서도, 상기 안테나(305)는 스캐닝 안테나를 포함하는 MMW 안테나를 나타낼 수 있다. 더욱이, 상기 안테나(305)는 표준 PCB 제조 기술을 사용하여 생산될 수 있다.

비록 도 3은 UE(116)의 한 가지 예를 도시하였지만, 다양한 변화가 도 3에 만들어 질 수 있다. 예를 들어, 다양한 구성요소가 결합되거나 더 세분되거나 생략될 수 있고, 특정한 수요에 따라 추가적인 구성요소가 더해질 수 있다. 또한, 도 3은 상기 UE(116)가 모바일 전화로 동작하는 것으로 설명하고 있는 반면, UE들은 모바일 또는 고정 장치와 같은 다른 유형의 장치로서 동작하도록 구성될 수 있다.

도 4 내지 도 17b는 본 개시의 실시 예에 따른 구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이의 한 가지 예 및 관련 세부 정보를 도시한다. 도 4에 도시되었듯이, 상기 안테나 어레이(400)는 서로 인터리브된(interleaved) 패치 서브-어레이들(402) 및 SIW 서브-어레이들(404)과 같은 두 가지 유형의 서브-어레이를 포함한다. 각각의 패치 서브-어레이(402)는 일반적으로 다중으로 직렬-연결된 패치 소자(element, 406)를 포함하고, 이들 각각은 큰 전도성(conductive)의 "접지면(ground plane)"으로부터 분리된 도전 재료(conductive material, 전형적으로 정사각형 또는 직사각형)의 평평한 "패치"를 나타낸다. 각각의 SIW 서브-어레이(404)는 일반적으로 슬롯(slot)이 나있는 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide)을 포함한다. 기판 집적 도파관은 상기 접지면으로부터 분리된 전도성 플레이트(conductive plate, 408) 영역을 나타낸다. 그리고 도전 재료로 채워진 비아들(vias)의 열들(rows)은 상기 전도성 플레이트(408) 및 상기 접지면 사이에서 형성된다. 상기 SIW 서브-어레이(404)에 포함된 상기 플레이트(408)는 다양한 슬롯들(410)을 포함하도록 변경될 수 있다.

주기적으로 이러한 두 가지의 유형의 서브-어레이들(402-404)을 인터리빙함(interleaving)으로써, 일관된 축 비 및 다양한 편파들이 상기 어레이(400)에서 형성될 수 있다. 일반적으로, 상기 안테나 어레이(400)는 슬롯이 나있는 임의의 수의 SIW 서브-어레이들(404)이 인터리브된(interleaved) 임의의 수의 직렬-공급된 패치 서브-어레이들(402)을 포함할 수 있다. 이러한 서브-어레이들(402-404)의 사용은 상기 어레이(400)가 단일-기판 PCB 구조와 함께 원형 편파(CP) 또는 이중 선형 편파(LP) 방사(radiation)를 얻게 한다. 게다가, 즉각적인 이중-원형 편파들 및 이중-선형 편파들은 상이한 입력 위상(phase) 조합을 사용함으로써 얻어질 수 있다. 이 경우, 도 4의 입력 포트들 #1 - #32로 제공되는 신호들의 위상은 적절한 CP 또는 이중 LP 동작을 얻기 위하여 조정될 수 있다. 즉각적인 이중-선형 편파 이중-빔 방사는 또한 상기 패치 서브-어레이들(402) 및 상기 SIW 서브-어레이들(404)을 분리하여 페이징(phasing)함으로써 실현될 수 있다.

상기 패치 서브-어레이들(402)의 상기 패치 소자들(406) 및 상기 SIW 서브-어레이들(404)의 상기 전도성 플레이트(408)는 하나 또는 그 이상의 금속 또는 다른 전도성 물질과 같은 임의 적절한 재료로부터 형성될 수 있다. 또한, 상기 패치 서브-어레이들(402)의 상기 패치 소자들(406) 및 상기 SIW 서브-어레이들(404)의 상기 전도성 플레이트(408)는 상기 도전 재료를 적절한 형태로 침착(depositing)시키고 에칭(etching) 하는 것과 같은 임의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 상기 슬롯들(410)은 또한 상기 플레이트(408)들을 에칭하는 것(상기 플레이트들(408)을 제조하는데 사용되는 동일한 에칭 또는 분리된 에칭 동안)과 같은 임의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 게다가, 상기 패치 서브-어레이들(402)의 상기 패치 소자들(406) 및 상기 SIW 서브-어레이들(404)의 상기 전도성 플레이트(408)는 상기 동일한 제조 공정들 동안 또는 상이한 제조 공정들 동안 형성될 수 있다. 추가로, 상기 패치 서브-어레이들(402)의 상기 패치 소자들(406) 및 상기 SIW 서브-어레이들(404)의 상기 전도성 플레이트(408)는 각각 임의의 적절한 크기 및 형태를 가질 수 있다.

상기 안테나 어레이(400)는 각각의 서브-어레이(402-404)의 임의 적절한 수를 포함할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 상기 서브-어레이들(402-404)이 주기적으로 인터리브된(interleaved) 16 개의 패치 서브-어레이들(402) 및 16 개의 SIW 서브-어레이들(404)이 존재한다. 그러나, 임의의 다른 적절한 수의 각각의 서브-어레이(402-404)가 사용될 수 있다. 그리고 상기 서브-어레이들(402-404)의 임의의 다른 적절한 구성도 사용될 수 있다.

여기에서, 상기 안테나 어레이(400)는 상기 어레이에서 물리적이라기보다는 전기적으로, 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장을 이루기 위해 두 개의 상이한 유형의 안테나 소자들을 사용한다. 상기 상이한 유형의 안테나 소자들은 일직선으로 정렬되거나 주기적으로 원형을 이루며 배치되거나 임의의 다른 적절한 구성으로 배치됨으로써 인터리브될 수 있다. 상기 어레이(400)는 즉각적인 LP 및 CP 빔들을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 상기 CP 빔은 상기 서브-어레이들(402-404)의 포트들로 신호들을 제공하는 공급-라인들에서의 단순한 위상 변이(phase shifts)에 의해 LHCP(left-hand circular polarization) 또는 RHCP(right-hand circular polarization)를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 어레이(400)는 또한 두 개의 분리된 이중-LP 빔들을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 상기 두 개의 빔들은 독립적으로 제어될 수 있다. 단지 단일 기판 층이 상기 어레이(400)의 제조를 위해 필요한 경우, 표준 단일-층 PCB 제조 기술을 사용하게 할 수 있고, 비용을 줄일 수 있다. 게다가, 상기 서브-어레이들(402-404)에 포함된 상기 안테나 소자들은 상기 소자들 간의 상기 직교 모드로 인해 감소되거나 최소화된 양의 커플링(coupling)을 경험할 수 있다. 그밖에, 어레이 소자들은 위상 천이기들(phase shifters)에 직접적으로 연결될 수 있기 때문에, CP 방사를 형성하기 위해서 어떠한 공급 네트워크도 불필요하다. 그리고 우수한 축 비는 상기 탐지 범위를 통해 유지될 수 있다. 최종적으로, 서브-어레이는 상기 안테나 구조(structure)와 함께 사용되는 상기 송신/수신 체인들의 수를 감소하기 위해 상기 안테나 구조에 있는 단일 소자로서 총괄적으로 사용될 수 있다.

도 4의 각각의 포트 #1 - #32는 안테나 서브-어레이를 외부 장치 또는 시스템에 결합하기 위한 임의 적절한 구조(structure)를 나타낸다. 각각의 포트 #1 - #32는 위상 천이기 또는 다른 외부 장치 또는 시스템에 전기적으로 결합될 수 있는 단일 라인(line)을 나타낸다. 이러한 예에서, 32 개의 포트들이 존재하나, 이러한 수는 상기 어레이(400)에서 사용되는 서브-어레이들(402-404)의 수에 기초하여 변화될 수 있다.

비록 본 개시의 다양한 부분들이 밀리미터-파(MMW) 주파주에서의 통신을 지원하는 맥락에서 상기 안테나 어레이(400)를 사용하는 것으로 설명하고 있지만, 상기 어레이(400)는 대략 100MHz에서 대략 300GHz의 주파주들 또는 극히 낮은 주파수들을 가지는 무선 신호와 같은 임의의 다른 적절한 통신 스펙트럼(spectrum)에서 사용될 수 있음을 유의하여야 한다. 또한 도 4에서, 상기 SIW 서브-어레이들(404)의 상기 전도성 플레이트(408)는 그들의 코너들(corners)에서 함께 결합된다. 이는 단지 설명을 위한 것이다. 상기 SIW 서브-어레이들(404)에 있는 하나 또는 그 이상의 전도성 플레이트들(408)은 다른 SIW 서브-어레이들(404)에 있는 다른 전도성 플레이트들(408)과 결합되지 않은 각각의 구조를 나타낼 수 있다.

도 5는 상기 패치 서브-어레이들(402)의 한 가지 실시 예를 도시한다. 두 개의 패치 소자들(406a-406b)은 마이크로스트립(microstrip) 전송 라인(502)을 통해 직렬로 연결된다. 상기 마이크로스트립 라인(502)은 통신 주파수의 반-파장(half-wavelength)과 동일한 길이를 가질 수 있다. 공급 라인(feeding line, 504)은 상기 서브-어레이(402)에 대해 엑사이테이션(excitation)을 제공하는 상기 패치 소자(406a)에 결합된다. 상기 공급 라인(504)은 위상 천이기와 같은 임의 적절한 외부 방치 또는 시스템에 결합될 수 있다. 각각의 상기 라인들(502-504)은 임의 적절한 도전 재료 및 임의 적절한 방식에 의해 형성될 수 있다.

상기 두 개의 패치 소자들(406a-406b) 및 마이크로스트립 라인(502)의 전기적 길이가 반-파장이라면, 무선 주파수(RF) 신호가 적용된 경우, 정재파(standing wave)는 상기 패치 소자들(406a-406b) 사이에서 형성될 수 있다. 그 결과, 에너지는 상기 패치 소자들에서 자유 공간(free space)으로 복사된다. 도 6은 상기 패치 서브-어레이(402)에 대한 전-파(full-wave) 시뮬레이션(simulation)에서의 전압 정재파 비(voltage standing wave ratio, VSWR)를 도시한다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 2보다 낮은 VSWR 값에 대해, 우수한 대역폭이 얻어질 수 있다.

이러한 구성의 정재파 특성은 또한 일반적으로 대칭의 방사 패턴들을 제공할 수 있다. 상기 패치 서브-어레이(402)에 대해 27.6GHz, 27.9GHz, 및 28.3GHz에서 시뮬레이션된 방사 패턴들이 도 7a 내지 7c에 도시된다. 이러한 도면에서, 라인(702a-702c)은 H-평면 방사 패턴을 나타내고, 라인(704a-704c)은 E-평면 방사 패턴을 나타낸다. 여기에서 볼 수 있듯이, 상기 E-평면 및 H-평면 방사 패턴은 25dB보다 더 나은 교차-편파 서프레션(cross-polarization suppression)을 가지고, 완전한 대칭을 이룬다. 대략 9dBi에서 대략 10dBi의 조준 이득(boresight gain)은 상기 대역폭을 통해 실현될 수 있다. 이러한 평면에서(방위각) 상기 전체 어레이(400)가 ±30°범위에서 탐지하는 경우, 상대적으로 넓은 H-평면 빔폭(beamwidth)은 우수한 이득 지속성(consistency)을 제공할 수 있다. 상기 어레이가 앙각(elevation)에 있어서 ±10°범위에서 탐지하는 경우, 상대적으로 좁은 E-평면 대역폭은 또한 감소되거나 최소화된 이득 변화를 충분히 제공할 수 있다. 이러한 서브-어레이(402)의 선택은 궁극적으로 높은 이득, 감소된 송신/수신 체인의 수 및 전체 탐지 범위 내에서 최소화된 이득 롤-오프(roll-off)를 제공할 수 있다.

이러한 실시 예에서, 양-소자 직렬-공급된 패치 구성이 사용됨을 유의하여야 한다. 그러나, 각각의 서브-어레이(402)는 직렬로 연결된 3 개 또는 그 이상의 패치 안테나 소자(406)를 포함할 수 있다. 앙각에 있어 상기 탐지 각을 제한할 수 있는, 이와 같은 구성의 상기 대역폭 및 상기 H-평면 빔폭은 유지될 수 있고, 상기 서브-어레이 이득은 증가할 수 있으며, 상기 E-평면 빔폭은 감소될 수 있다.

각각의 패치 서브-어레이(402)는 저절로, 단지 선형 편파를 제공할 수 있다. 원형 편파를 얻기 위해서, "이미지" 서브-어레이가 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장을 위해 사용될 수 있다. 상기 슬롯이 나있는 SIW 서브-어레이들(404)은 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

도 8은 상기 슬롯이 나있는 SIW 서브-어레이(404)의 한 가지 실시 예를 도시한다. 도 8에 도시되었듯이, 상기 SIW 서브-어레이(404)는 상기 슬롯들(401)을 가지는 상기 전도성 플레이트(408)를 포함한다. 채워진 비아들(802,vias)는 마이크로스티립-SIW 전환 라인(804)에 결합되어 있는 상기 전도성 플레이트(408)를 둘러싼다. 상기 비아들(802)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board) 또는 다른 기판(806)을 통해 형성될 수 있고, 하나 또는 그 이상의 도전 재료로 입혀지는 것과 같은 임의 절절한 재료들로 채워질 수 있다. 이러한 예에서, 4 개의 슬롯들(410)은 방사를 위한 상기 도파관의 상위 표면에서 형성되고, 상기 도파관의 한 끝단(808)은 상기 정재파 모드 방사를 강화하기 위해 상기 비아들(802)에 의해 둘러싸인다.

상기 마이크로스트립-SIW 전환 라인(804)은 일반적으로 좌측(마이크로스트립 공급 라인에 결합될 수 있는)으로부터 우측(상기 전도성 플레이트(408)로 연결될 수 있는)으로 너비를 증가시킨다. 이는 마이크로스트립 공급 라인을 사용하는 구조의 엑사이테이션을 용이하게 한다.

이러한 예에서, 상기 플레이트(408)에 형성된 4 개의 슬롯들(410)이 존재한다. 이 경우, 다른 수의 슬롯들(410)이 사용될 수도 있다. 또한, 상기 슬롯들(410) 가운데 하나는 상기 도파관의 상기 끝단(808)에서 상기 단락 벽(shorting wall)에 의해 야기되는 원거리-장(far-field) 대칭에 있어 효과를 보상하기 위해, 길이가 짧아질 수 있다. 상기 슬롯들(410)의 상기 너비, 길이 및 분리는 미세하게 조정될 수 있다. 그 결과, 상기 전체의 구조는 상기 패치 서브-어레이들(402)로서 주로 동일한 주파수에서 공진(resonate)한다. 상기 SIW 서브-어레이들(404)은 E-평면 및 H-평면 특성이 반전된 것을 제외하고 상기 패치 서브-어레이들(402)과 거의 동일한 방사 패턴을 제공하기 위해 설계될 수 있다.

상기 SIW 서브-어레이(404)의 시뮬레이션된 VSWR는 도 9에 도시된다. 여기에 도시되듯이, 880MHz 대역폭은 27.9GHz 중심 주파수에서 형성될 수 있다. 상기 SIW 서브-어레이(4040)의 상기 대역폭은 상기 슬롯들(410)의 수, 상기 슬롯들(410)의 분리 정도, 상기 기판(806)의 상기 두께와 관련되어 있다. 이러한 또는 다른 파라미터들(parameters)을 조정함으로써, 더 넓거나 더 좁은 대역폭이 형성될 수 있다.

27.6GHz, 27.9GHz, 및 28.2GHz에서 상기 SIW 서브-어레이(404)의 시뮬레이션된 방사 패턴들이 도 10a 내지 도 10c에 도시된다. 상기 도 10a 내지 도 10c에서 라인(1002a-1002c)은 상기 H-평면 방사 패턴을 나타내고, 라인(1004a-1004c)은 상기 E-평면 방사 패턴들을 나타낸다. 대략 8dBi에서 대략 9dBi의 조준 이득 및 우수한 패턴 대칭이 상기 대역폭을 통해 실현될 수 있다. 도 7a 내지 도 7c에 도시된 상기 패치 서브-어레이(402)의 상기 방사 패턴들과 비교해 볼 때, 상기 SIW 서브-어레이(404)를 위한 상기 방사 패턴은 교환된 동일 편파(co-polarization) 및 교차-편파와 완전한 유사성을 보여준다. 상기 패치 서브-어레이(402)에 의해 형성된 상대적으로 넓은 H-평면 빔 및 상대적으로 좁은 E-평면 빔에 대응되는, 상대적으로 넓은 E-평면 빔 및 상대적으로 좁은 H-평면 빔이 형성될 수 있다. 상기 두 개의 서브-어레이들(402-404)이 직교 위상 오프셋(quadrature phase offsets)과 함께 사용되는 경우, 전체 탐지 영역을 통한 지속적으로 낮은 축 비가 얻어질 수 있다.

도 8에서 상기 SIW 서브-어레이(404)가 4 개의 슬롯들(410)을 포함하는 반면, 상기 SIW 서브-어레이(404)가 임의 적절한 수의 슬롯들(410)을 포함할 수 있음을 유의하여야 한다. 감소 된 H-평면 빔폭과 함께, 더 높은 이득을 얻기 위하여 4 개 이상의 슬롯들(410)이 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 SIW 서브-어레이(404)는, 비록 앙각에 있어 상기 탐지 각을 감소시킬 수 있다 하더라도, 이득 레벨들 및 빔폭들을 대응시키기 위한 2 개 이상의 패치 소자들을 가진 각각의 패치 서브-어레이들(402)과 쌍을 이룰 수 있다.

위에서 설명되었듯이, 도 4에 도시된 특정 실시 예에서, 상기 안테나 어레이(400)는 모두 32개의 서브-어레이들(16 패치 서브-어레이들(402) 및 16 SIW 서브-어레이들(404))이 인터리브된(interleaved) 양-소자 패치 서브-어레이들(402) 및 4중-슬롯 SIW 서브-어레이들(404)을 포함한다. 탐지를 위해 사용되는 위상 천이기의 수는 어떠한 서브-어레이의 사용이 없는 어레이들과 비교할 때, 상기 안테나 어레이(400)를 사용하는 두 개의 인자에 의해 감소될 수 있다. 더 적은 수의 위상 천이기들을 위해, 패치 서브-어레이(402) 당 두 개 이상의 소자들을 가지고, SIW 서브-어레이(404) 당 4 개 이상의 소자를 가진 실시 예가 사용될 수 있다. 상기 패치 서브-어레이들(402) 및 상기 SIW 서브-어레이들(404)의 상기 위상 중심은 상기 전체 탐지 범위에서 지속적인 축 비들을 유지하기 위해 일렬로 유지되도록 조정될 수 있다.

상기 안테나 어레이(400)의 인접한 포트들 사이의 시뮬레이션된 상호 결합(mutual couplings)이 도 11a 및 도 11b에 도시된다. 특히, 포트 #1 (상기 패치 서브-어레이(402)의) 및 포트 #17(상기 SIW 서브-어레이(404)의)이 설명을 위해 선택된다. 위 어레이 구성에서 가능한 높은 커플링 레벨을 나타내는 상기 6 개의 인접한 포트들로부터의 결합 계수들(Coupling coefficients)이 도시된다. 여기에서 보여지듯이, 오직 가장 가까운 SIW 및 패치 서브-어레이 소자들 사이에 발생하는, 서브-어레이들(402-404) 사이의 최대 커플링은 -25dB보다 작다. 본 개시의 실시 예는 대체적으로(substantially) 직교 모드 방향을 가지는 두 개의 상이한 서브-어레이들을 취하기 때문에, 이는 본질적으로 감소되고, 발생하는 것으로부터의 큰 상호 결합을 방지한다.

도 12는 본 개시의 실시 예에 따른 상기 안테나 어레이(400) 사용의 한 가지 예를 도시한다. 도 12에 도시되었듯이, 상기 안테나 어레이(400)는 다중 위상 천이기들(1202a-1202n)과 결합된다. 비록 단순화를 위해 여기에 도시되지는 않았지만, 상기 안테나 어레이(400)의 각각의 포트 #1 - #32는 상기 위상 천이기들(1202a-1202n) 가운데 하나에 결합될 수 있다. 각각의 위상 천이기들(1202a-1202n)은 또한 분리된 트랜시버 또는 다른 장치 또는 시스템에 결합될 수 있다. 각각의 위상 천이기(1202a-1202n)는 상기 안테나 어레이(400)와 관련된 서브-어레이로부터 수신되거나 상기 서브-어레이로 송신된 신호의 위상을 적절한 양만큼 변이시킬 수 있다. 아래에 설명되듯이, 상기 위상 천이기들(1202a-1202n)에 의해 제공된 상기 위상 변이를 전환하는 것은 상기 안테나 어레이(400)가 상이한 편파들을 형성할 수 있게 한다. 그렇게 함으로써, 상기 안테나 어레이(400)의 구성가능한(configurable) 그리고 재구성가능한(reconfigurable) 편파들을 지원한다. 각각의 위상 천이기(1202a-1202n)는 신호의 위상을 변이하기 위한 임의 적절한 구조를 포함할 수 있다.

전방 방사(broadside radiation)(0°조향각(steering angle))를 위해, 0°위상 변이는 상기 패치 서브-어레이들(402) 및 상기 SIW 서브-어레이들(404) 사이에 적용될 수 있다. +90°/-90°위상 변이는 즉각적인 RHCP/LHCP를 얻기 위해서 상기 패치 및 SIW 서브-어레이들(402-404) 사이에 적용될 수 있다. RHCP(도 13a) 및 LHCP(도 13b)를 위해 28GHz에서 획득된 방사 패턴들은 도 13a 및 도 13b에 도시된다. 27.6GHz에서 28.2GHz까지, 상기 방사 패턴들은 도 7a 내지 도 7c 및 도 10a 내지도 10c에 도시되고, 도 13a 내지 도 13b에는 포함되지 않은 서브-어레이 방사로부터 기대되는 것과 매우 유사하다. 또한, 후방(back) ±30°에서 상기 어레이 성능 도시되지 않는데, 이는 여기에서의 이득이 -10dBi에 비해 매우 낮기 때문이다. 이러한 예시에서, 22.8dBi/22.6dBi RHCP/LHCP 실현된 이득은 1.8dB/2.6dB 축 비에 대응되는 3.5dBi/6dBi 근처의 RHCP/LHCP 이득과 함께 얻어진다. 추가적인 위상 조정이 더 나은 축 비 값을 제공할 수 있다는 점을 유의하여야 한다.

선형 편파를 위해, 0°/180°위상 변이가 상기 패치 및 SIW 서브-어레이(402-404) 사이에 적용된다. 상기 결과들은 도 14a 및 14b에 도시된다. 상기 CP 모드로써 상기 동일한 이득 레벨들이 더 나은 20dB 교차-편파 서프레션과 함께 얻어진다. 도 14a 및 도 14b의 이차원 평면도에서, 비록 상기 E-평면 및 H-평면을 위한 빔폭(beamwidths)이 동일하다 하더라도 전체 빔은 상기 어레이(400)와 함께 사용되는 틈(aperture)의 크기로 인해 여전히 타원 형태를 가진다.

도 15a 및 도 15b는 방위각 평면에서 -30°의 조향각을 가지는 28GHz에서의 상기 어레이 방사 패턴들을 도시한다. 방위각 0°에서, ±10°범위의 앙각 탐지를 위하여, 위상 변이는 y-방향에서 인접한 서브-어레이 소자들 사이에 적용될 수 있다. 이러한 실시 예에서, ±90°위상 단차(phase step)는 앙각 평면에서 ±10°빔 조정을 위해 사용될 수 있다. 이중-CP 또는 이중-LP는 상기 두 개의 상이한 서브-어레이들(402-404) 사이의 위상 변이에 기초하여 형성될 수 있다. 도 16a 및 도 16b는 -10° RHCP 빔 조정을 보여준다. 여기에서, 22.3dBi 조준 이득은 우수한 축 비(1.8dB)와 함께 얻어진다. 그레이팅 로브(grating lobe)는 상기 y-방향에서 서브-어레이들 간의 상기 위상 중심으로 인해 앙각 15°에서 나타난다. 그럼에도 불구하고, 도 13a 내지 도 13b로부터 보여지듯, 이러한 실시 예는 앙각에 있어 20° 3dB 빔폭을 형성할 수 있다. 그런데 이는 ±10°앙각 탐지 요구가 궁극적으로 시스템 레벨 설계 요구를 단순화하는 실질적인 탐지 없이 수행된다는 사실을 나타낸다.

도 17a 및 17b는 상기 메인(main) 빔이 방위각 평면에서 -30 °만큼 조정되고, 앙각 평면에서 10°만큼 조정되는 경우, 상기 안테나 어레이(400)의 원형 편파 이득 매핑(mappings)을 도시한다. 상기 메인 빔(RHCP)은 1.8dB 축 비와 함께 조준(boresight)에서 19.5dBi 이득을 얻는다. 상기 교차-편파(LHCP) 로브들은, 그러나, 탐지 범위 밖으로 급등한다. (Θ > 30°)

상기 안테나 어레이(400)의 각각의 구성요소는 임의 적절한 재료들을 사용하여 형성될 수 있다. 그리고 상기 안테나 어레이(400)는 임의 적절한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 도전 재료는 상기 안테나 어레이(400)의 다양한 전도성 구조를 형성하기 위하여 기판(PCB와 같은)에 침착되고 에칭될 수 있다. 특정한 제조 기술은 표준 PCB 프로세싱 기술, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 제조 기술, LTCC(fabrication techniques, and low temperature cofired ceramic) 제조 기술을 포함한다. 위에서 설명된 상기 안테나 어레이(400)는 도 1 내지 도 3의 상기 eNB들(101-103) 및 UE들(111-116)을 포함하는 임의 적절한 장치들 또는 시스템들에서 사용될 수 있다.

비록 도 4 내지 도 17b는 구성가능한 편파를 가진 안테나 어레이(400) 및 이와 관련된 구체적인 내용에 관한 한가지 예를 도시하고 있지만, 다양한 변화가 도 4 내지 도 17에 만들어질 수 있다. 예를 들어, 도 4 내지 도 17b가 특정한 수의 패치 및 SIW 서브-어레이들(402-404)을 사용한 상기 안테나 어레이(400)의 특정한 실시 예를 도시하는 반면, 상기 서브-어레이들의 유형, 수 및 배치는 단지 설명을 위한 것이다. 게다가, 방사 패턴, 결합 계수, 전압 정재파 비, 이득 매핑 및 상기 안테나 어레이(400)의 잠재적인 동작을 설명하는 다른 도면은 이에 제한되지 않는다. 이러한 도면들은 단지 본 개시의 특정 실시 예의 가능한 기능적 측면을 설명하기 위한 것이다. 이러한 도면들은 이러한 도면들에 도시된 특정한 방식을 통해 동작하는 모든 발명 장치를 암시하는 것은 아니다.

상기 명세서는 패치 및 SIW 서브-어레이들을 포함하는 상기 안테나 어레이(400)를 설명해왔다. 그러나, 상기 안테나 어레이(400)는 단지 패치 및 SIW 서브-어레이들과 함께 사용되는 것에 제한되지 아니한다. 일반적으로, 상기 안테나 어레이(400)는 임의의 안테나 소자들 또는 서브-어레이들을 포함한다. 여기에서 상이한 안테나 소자들 또는 서브-어레이들은 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향을 가지고 있다. 다른 실시 예에서, 상기 안테나 어레이(400)는 상이한 서브-어레이들에서 사용되는 다이폴(dipole)/모노폴(monopole) 안테나 소자들 및 링(ring) 안테나 소자, 상이한 서브-어레이에서 사용되는 다이폴/모노폴 안테나 소자들 및 SIW 안테나 소자들 및 상이한 서브-어레이에서 사용되는 다이폴/모노폴 안테나 소자들 및 패치 안테나 소자들을 포함한다. 다중 안테나 소자들 또는 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향을 가지고 있는 안테나 서브-어레이들이 사용될 수 있다.

또한, 도 4가 상이한 서브-어레이들이 인터리브된(interleaved) 것을 도시한 반면, 상기 안테나 어레이의 상기 다중 안테나 소자들 또는 안테나 서브-어레이들은 임의 적절한 방식으로 배치될 수 있다. 가능한 배치는 줄지어, 인터리브되어(interleaved) 그리고 십자형으로 배치되는 것을 포함한다. 이와 다른 배치 또한 사용될 수 있다.

비록 본 개시는 다양한 실시 예들을 설명하였지만, 다양한 변화 및 수정이 당업자에게 제안될 수 있다. 예를 들어, 상기 설명에서 주어진 다양한 값들(각도 값, 임피던스 대역폭들, AR 대역폭들, 구성요소 크기와 같은)은 단지 대략적인 값이다. 추가적으로, 하나 또는 그 이상의 다른 실시 예들이 하나 또는 그 이상의 다른 실시 예들과 결합되는 것은 본 개시의 범위 내에 포함된다. 본 개시는 첨부된 청구항의 범위 내에 있는 그러한 변화 및 수정을 포함하도록 의도된다.

Claims

장치에 있어서,
다중 서브-어레이들(multiple sub-arrays)에 배치된 다중 안테나 소자들(multiple antenna elements)을 포함하는 안테나 어레이(antenna array)를 포함하고,
상기 안테나 소자들은, 적어도 두 개의 상이한 유형(type)들의 서브-어레이들에 배치되고,
상기 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들은, 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향들을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나 소자들은, 다중 패치(patch) 서브-어레이들 및 다중 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide, SIW) 서브-어레이들에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 패치 서브-어레이들은, 상기 SIW 서브-어레이들에 인터리브되는(interleaved) 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 패치 서브-어레이들 각각은, 직렬로 결합된(coupled) 적어도 두 개의 패치 안테나 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 SIW 서브-어레이들 각각은, 전도성 플레이트(conductive plate) 및 상기 전도성 플레이트 내의 다중 슬롯들(slots)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 SIW 서브-어레이들은, 상기 패치 서브-어레이들과 주로 동일한 주파수에서 공진하도록(resonate) 구성되는 것을 특징으로 하는 장치
제 1 항에 있어서,
상기 안테나 어레이는,
원형 편파(circular polarization)와,
이중 선형 편파(dual linear polarization, LP)와,
즉각적인 이중-원형 편파 및 이중-선형 편파와,
동시적인 이중-선형 편파 이중-빔 방사(dual-beam radiation) 각각을 지원하도록 재구성가능한(reconfigurable) 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서브-어레이들의 입력들(inputs)과 결합된 다중 위상 천이기들(multiple phase shifters)을 더 포함하고,
상기 위상 천이기들은, 상기 서브-어레이들로 제공되는 신호들의 위상들을 변이(alter)하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
시스템에 있어서,
다중 서브-어레이들(multiple sub-arrays)에 배치된 다중 안테나 소자들(multiple antenna elements)을 포함하는 안테나 어레이(antenna array)와,
상기 안테나를 통해 무선으로 통신하도록 구성되는 트랜시버(transceiver)를 포함하고,
상기 안테나 소자들은, 적어도 두 개의 상이한 유형(type)들의 서브-어레이들에 배치되고,
상기 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들은, 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향들을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 시스템은, 사용자 단말(user equipment)의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 시스템은, 기지국(eNodeB)의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 트랜시버는, 밀리미터 파(millimeter wave) 주파수를 통해 통신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
방법에 있어서,
안테나 어레이(antenna array)를 사용하여, 출력되는 무선 신호들을 송신하는 과정 및 입력되는 무선 신호들을 수신하는 과정 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 안테나 어레이는 다중 서브-어레이들(multiple sub-arrays)에 배치된 다중 안테나 소자들(multiple antenna elements)을 포함하고,
상기 안테나 소자들은, 적어도 두 개의 상이한 유형(type)들의 서브-어레이들에 배치되고,
상기 적어도 두 개의 상이한 유형들의 서브-어레이들은, 대체적으로(substantially) 직교하는 전기장 방향들을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 안테나 소자들은, 다중 패치(patch) 서브-어레이들 및 다중 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide, SIW) 서브-어레이들에 배치되고,
상기 패치 서브-어레이들은, 상기 SIW 서브-어레이들에 인터리브되고(interleaved),
상기 패치 서브-어레이들 각각은, 직렬로 결합된(coupled) 적어도 두 개의 패치 안테나 소자들을 포함하고,
상기 SIW 서브-어레이들 각각은, 전도성 플레이트(conductive plate) 및 상기 전도성 플레이트 내의 다중 슬롯들(slots)을 포함하고,
상기 SIW 서브-어레이들은, 상기 패치 서브-어레이들과 주로 동일한 주파수에서 공진하는(resonate) 것을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 안테나 어레이는,
원형 편파(circular polarization)와,
이중 선형 편파(dual linear polarization, LP)와,
즉각적인 이중-원형 편파 및 이중-선형 편파와,
동시적인 이중-선형 편파 이중-빔 방사(dual-beam radiation) 각각을 지원하도록 재구성가능한(reconfigurable) 것을 특징으로 하는 장치.