(57)【要約】      （修正有）【課題】単位サイズ当たりのＭＩＭＯ性能を改善するためのアンテナアレイ及び無線デバイスを提供する。【解決手段】アンテナアレイは、アンテナ１とアンテナ２で形成される第1のアンテナセットと、無線周波数レンズ１と無線周波数レンズ２で形成される無線周波数レンズセットで構成される。無線周波数レンズ１と無線周波数レンズ２は、アンテナ１とアンテナ２からの無線信号の間の位相差を増加させるために、誘電率が異なる材料１と材料２で形成される。信号を受信又は送信する無線デバイスは、アンテナアレイに接続された無線周波数回路で構成される。【選択図】図１
2020178345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1のアンテナセットと、第1の無線周波数レンズセットとを含むアンテナアレイであって、
前記第1のアンテナセットは、複数のアンテナを含み、前記第1の無線周波数レンズセットは、複数の無線周波数レンズを含み、前記第1のアンテナセット内の前記複数のアンテナ及び前記第1の無線周波数レンズセット内の前記複数の無線周波数レンズは、規則に従って配置され、前記規則は、
前記複数の無線周波数レンズが、前記複数のアンテナと1対1の対応関係にあり、各無線周波数レンズが、対応するアンテナ上に配置されることと、
前記複数の無線周波数レンズのうちいずれか1つが、波面位相調整量が異なる2つ以上の部分を含み、いずれかの到来方向における前記複数の無線周波数レンズの波面位相調整量が、以下の条件、すなわち、
到来方向における前記複数の無線周波数レンズに対応する複数の波面位相調整量が、前記到来方向に沿って単調に増加するという条件、及び
前記到来方向における前記複数の無線周波数レンズの前記複数の波面位相調整量のうち少なくとも2つが異なるという条件
を満たすことと
を含む、アンテナアレイ。
【請求項２】
前記第1の無線周波数レンズセット内の前記複数の無線周波数レンズは、複数の誘電体レンズであり、前記複数の誘電体レンズのうちいずれか1つは、異なる材料を有する2つ以上の部分を含み、前記異なる材料の誘電率は異なり、同じ厚さを有する2つの部分の波面位相調整量は、対応する部分の材料の誘電率に関係し、より大きい誘電率は、より大きい波面位相調整量を示す、請求項１に記載のアンテナアレイ。
【請求項３】
前記複数の誘電体レンズは、複数の誘電体半球であり、前記第1のアンテナセット内の前記複数のアンテナは、前記第1の無線周波数レンズセット内の対応する誘電体半球の球中心にそれぞれ位置する、請求項２に記載のアンテナアレイ。
【請求項４】
前記第1の無線周波数レンズセット内の少なくとも1つの誘電体レンズの少なくとも1つの部分は、反射防止構造を含み、前記反射防止構造は、前記部分の表面上にあり、前記反射防止構造の材料の誘電率は、前記部分の誘電率よりも小さく、前記反射防止構造の厚さは、前記反射防止構造の前記材料における電磁波の波長の4分の1である、請求項２又は３に記載のアンテナアレイ。
【請求項５】
前記第1の無線周波数レンズセット内の前記少なくとも1つの誘電体レンズは、融合構造を含み、前記融合構造は、前記誘電体レンズに対応するアンテナと、前記誘電体レンズの部分の間の界面との間にあり、前記融合構造の材料の誘電率は、前記誘電体レンズの前記部分の材料の最小の誘電率よりも小さい、請求項２乃至４のうちいずれか１項に記載のアンテナアレイ。
【請求項６】
前記第1のアンテナセット内の前記複数のアンテナは、直線に沿って列に配置され、各誘電体レンズは、異なる材料を有するが同じサイズを有する2つの部分を含み、前記2つの部分の間の界面は、前記直線に対して垂直であり、前記第1の無線周波数レンズセット内の前記複数の誘電体レンズの前記2つの部分の全ての対における全ての左部分の材料の誘電率は、前記直線に沿って左から右へ厳密に単調に増加し、前記第1の無線周波数レンズセット内の前記複数の誘電体レンズの前記2つの部分の全ての対における全ての右部分の材料の誘電率は、前記直線に沿って左から右へ厳密に単調に減少する、請求項２乃至５のうちいずれか１項に記載のアンテナアレイ。
【請求項７】
当該アンテナアレイは、第2のアンテナセットと、第2の無線周波数レンズセットとを更に含み、前記第2のアンテナセットは、複数のアンテナを含み、前記第2の無線周波数レンズセットは、複数の無線周波数レンズを含み、前記第2のアンテナセット内の前記複数のアンテナ及び前記第2の無線周波数レンズセット内の前記複数の無線周波数レンズは、前記規則に従って配置され、前記第1のアンテナセット内の前記複数のアンテナの偏波方向は同じであり、前記第2のアンテナセット内の前記複数のアンテナの偏波方向は同じであり、前記第1のアンテナセット内のいずれかのアンテナの偏波方向は、前記第2のアンテナセット内のいずれかのアンテナの偏波方向に直交する、請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のアンテナアレイ。
【請求項８】
平面上に配置された8つのアンテナと、8つの無線周波数レンズとを含むアンテナアレイであって、
前記8つのアンテナは正八角形に配置され、
前記8つの無線周波数レンズは、前記8つのアンテナと1対1の対応関係にあり、各無線周波数レンズは、対応するアンテナ上に配置され、
前記8つの無線周波数レンズのうちいずれか1つは、同じサイズを有する4つの領域を含み、
前後方向に沿った第1の直線と、前記いずれかの無線周波数レンズ内の前記4つの領域の間の界面のそれぞれとの間に45度の角度が形成され、左右方向に沿った第2の直線と、前記いずれかの無線周波数レンズ内の前記4つの領域の間の前記界面のそれぞれとの間に45度の角度が形成され、
前記8つの無線周波数レンズの全てにおいて前記4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての前領域の波面位相調整量は、前記第1の直線に沿って前から後へ厳密に単調に増加し、前記8つの無線周波数レンズの全てにおいて前記4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての後領域の波面位相調整量は、前記第1の直線に沿って前から後へ厳密に単調に減少し、前記8つの無線周波数レンズの全てにおいて前記4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての左領域の波面位相調整量は、前記第2の直線に沿って左から右へ厳密に単調に増加し、前記8つの無線周波数レンズの全てにおいて前記4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての右領域の波面位相調整量は、前記第2の直線に沿って左から右へ厳密に単調に減少する、アンテナアレイ。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のアンテナアレイと、前記アンテナアレイに接続された無線周波数回路とを含み、
前記無線周波数回路は、前記アンテナアレイを使用することにより信号を受信又は送信するように構成される、無線デバイス。
【請求項１０】
前記無線周波数回路は、マルチプルインプット・マルチプルアウトプット方式で前記アンテナアレイを使用することにより前記信号を受信又は送信するように構成される、請求項９に記載の無線デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、通信分野に関し、特に、アンテナアレイ及び無線デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチプルインプット及びマルチプルアウトプット(英語:multiple-input  and  multiple-output,  MIMO)は、無線通信能力を改善するために、信号を受信又は送信するためのアンテナアレイを使用し、セルラ移動通信システム又は無線ローカルエリアネットワーク(英語:wireless  local  area  network,  WLAN)のような無線通信システムにおいて広く使用されている無線送信技術である。例えば、ロングタームエボリューション(英語:Long-Term  Evolution,  LTE)と呼ばれる第4世代(英語:4th  Generation,  4G)移動通信システム、第5世代(英語:5th  Generation,  5G)移動通信システムにおける新無線(英語:New  Radio,  NR)及びWLANは、アンテナの数を増加させることにより、システム容量を拡張する。例えば、LTE及びNRには64個よりも多いアンテナが存在してもよく、WLANには16個のアンテナが存在してもよい。MIMO原理によれば、MIMOアンテナアレイにおける隣接するアンテナの間の間隔は、少なくとも0.5λである必要がある。そうでなければ、アンテナの放射効率が低減され、したがって、MIMO性能が低下する。ここで、λは無線周波数キャリアの自由空間波長である。良好なMIMO性能を得るために、アンテナアレイにおける隣接するアンテナの間の間隔0.7λが、通常では、実際の用途で使用される。MIMO通信に加えて、アンテナアレイは、ビームフォーミング、ビーム到来方向の推定、ビームトラッキング及びマイクロ波イメージングのような分野に広く適用されている。これらの用途は、隣接するアンテナの間の間隔が少なくとも0.5λである必要があることを必要とする。さらに、外観、耐風性、耐荷重及びコストのようなエンジニアリング上の制約のため、アンテナアレイのサイズが大きすぎることはできない。これは、大数のアンテナの必要性と矛盾する。
【発明の概要】
【０００３】
この出願は、単位サイズ当たりのMIMO性能を改善するためのアンテナアレイ及び無線デバイスを提供する。
【０００４】
第1の態様によれば、アンテナアレイが提供される。アンテナアレイは、第1のアンテナセットと、第1の無線周波数レンズセットとを含む。第1のアンテナセットは、複数のアンテナを含む。第1の無線周波数レンズセットは、複数の無線周波数レンズを含む。第1のアンテナセット内の複数のアンテナ及び第1の無線周波数レンズセット内の複数の無線周波数レンズは、規則に従って配置される。規則は、以下のものを含む。
【０００５】
(1)複数の無線周波数レンズが、複数のアンテナと1対1の対応関係にあり、各無線周波数レンズが、対応するアンテナ上に配置される。
【０００６】
(2)複数の無線周波数レンズのうちいずれか1つが、波面位相調整量(wavefront  phase  adjustment  amount)が異なる2つ以上の部分を含み、いずれかの到来方向(英語:direction  of  arrival,  DOA)における複数の無線周波数レンズの波面位相調整量が、以下の条件を満たす。到来方向における複数の無線周波数レンズの複数の波面位相調整量は、当該方向に沿って単調に増加し、到来方向における複数の無線周波数レンズの複数の波面位相調整量のうち少なくとも2つは異なる。
【０００７】
アンテナアレイにおけるアンテナ及び無線周波数レンズは、上記の規則に従って配置されるので、アンテナからの無線信号の間の位相差を増加させるために、無線周波数レンズは、より遠くのアンテナに到来する電磁波とより近くのアンテナに到来する電磁波との間の等価波経路差を増加させるか或いは少なくとも減少させない。MIMO性能は、アンテナからの無線信号の間のカップリングに関係する。アンテナからの無線信号の間のより大きい位相差は、より低いカップリングを示す。したがって、アンテナアレイは、単位サイズ当たりより良いMIMO性能を有する。
【０００８】
第1の態様の規則(2)では、複数の無線周波数レンズは、到来方向における複数の無線周波数レンズの複数の波面位相調整量と1対1の対応関係にある。到来方向における複数の無線周波数レンズのうち1つの波面位相調整量は、無線周波数レンズの全ての部分の中の、対応する経路直線が通過する部分の波面位相調整量である。対応する経路直線は、到来方向に沿った、無線周波数レンズに対応するアンテナを通過する直線である。到来方向に沿った複数の波面位相調整量の順序は、基準直線上の複数の対応するアンテナの、当該方向に沿って基準直線上に配置される投影の順序である。基準直線は、到来方向に沿ったいずれかの直線でもよい。
【０００９】
第1の態様を参照して、第1の態様の第1の実現方式では、第1の無線周波数レンズセット内の複数の無線周波数レンズは、複数の誘電体レンズである。複数の誘電体レンズのうちいずれか1つは、異なる材料を有する2つ以上の部分を含み、異なる材料の誘電率は異なる。同じ厚さを有する2つの部分の波面位相調整量は、対応する部分の材料の誘電率に関係する。より大きい誘電率は、より大きい波面位相調整量を示す。ギガヘルツ周波数帯域における磁性材料の比透磁率は通常では1に近いので、ギガヘルツ周波数帯域及びギガヘルツよりも上の周波数帯域において高誘電率材料を使用することにより無線周波数レンズを作ることは、簡単な選択肢である。
【００１０】
第1の態様又は第1の態様の第1の実現方式を参照して、第1の態様の第2の実現方式では、複数の無線周波数レンズは、複数の誘電体半球である。第1のアンテナセット内の複数のアンテナは、第1の無線周波数レンズセット内の対応する誘電体半球の球中心にそれぞれ位置する。半球状誘電体レンズを使用することにより、入射電磁波は、無線周波数レンズの表面に対してちょうど垂直であり、それにより、屈折が生じるときに伝搬方向は変化しない。
【００１１】
第1の態様の第1の実現方式又は第1の態様の第2の実現方式を参照して、第1の態様の第3の実現方式では、第1の無線周波数レンズセット内の少なくとも1つの誘電体レンズの少なくとも1つの部分は、反射防止構造を含む。反射防止構造は、当該部分の表面上にある。反射防止構造の材料の誘電率は、当該部分の誘電率よりも小さい。反射防止構造の厚さは、反射防止構造の材料における電磁波の波長の4分の1である。電磁波は、異なる屈折率を有する材料の間の界面を通過するときに反射する。したがって、誘電体レンズの表面上の電磁波の反射を低減するために、反射防止構造が誘電体レンズに追加されてもよい。反射防止構造の原理は、光透過率を改善するために、光学ガラスの表面に反射防止コーティングを適用する原理と同じである。さらに、電磁波の反射を最小化するために、反射防止構造の材料の屈折率は、反射防止構造の両側の2つの材料の屈折率の幾何平均値である。
【００１２】
第1の態様の第1の実現方式〜第1の態様の第3の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第1の態様の第4の実現方式では、第1の無線周波数レンズセット内の少なくとも1つの誘電体レンズは、融合構造を含む。融合構造は、誘電体レンズに対応するアンテナと、誘電体レンズの部分の間の界面との間にある。融合構造の材料の誘電率は、誘電体レンズの部分の材料の最小の誘電率よりも小さい。電磁波は、異なる屈折率を有する材料の間の界面を通過するときに反射する。したがって、誘電体レンズ内の異なる材料の間の界面上での電磁波の反射を低減するために、融合構造が誘電体レンズに追加されてもよい。電磁波の反射を低減するために、融合構造の表面は、例えば、アーク形状に曲げられ、それにより、電磁波が大きい角度で表面を通過する。
【００１３】
第1の態様又は第1の態様の第1の実現方式〜第1の態様の第4の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第1の態様の第5の実現方式では、第1のアンテナセット内の複数のアンテナは、パッチアンテナ又はオンチップアンテナである。
【００１４】
第1の態様の第1の実現方式〜第1の態様の第5の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第1の態様の第6の実現方式では、第1のアンテナセット内の複数のアンテナは、直線に沿って列に配置され、各誘電体レンズは、異なる材料を有するが同じサイズを有する2つの部分を含む。2つの部分の間の界面は、直線に対して垂直である。第1の無線周波数レンズセット内の複数の誘電体レンズの2つの部分の全ての対における全ての左部分の材料の誘電率は、直線に沿って左から右へ厳密に単調に増加する。第1の無線周波数レンズセット内の複数の誘電体レンズの2つの部分の全ての対における全ての右部分の材料の誘電率は、直線に沿って左から右へ厳密に単調に減少する。
【００１５】
第1の態様又は第1の態様の第1の実現方式〜第1の態様の第6の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第1の態様の第7の実現方式では、アンテナアレイは、第2のアンテナセットと、第2の無線周波数レンズセットとを更に含む。第2のアンテナセットは、複数のアンテナを含む。第2の無線周波数レンズセットは、複数の無線周波数レンズを含む。第2のアンテナセット内の複数のアンテナ及び第2の無線周波数レンズセット内の複数の無線周波数レンズは、規則に従って配置される。第1のアンテナセット内の複数のアンテナの偏波方向は同じである。第2のアンテナセット内の複数のアンテナの偏波方向は同じである。第1のアンテナセット内のいずれかのアンテナの偏波方向は、第2のアンテナセット内のいずれかのアンテナの偏波方向に直交する。
【００１６】
第2の態様によれば、アンテナアレイが提供される。アンテナアレイは、平面上に配置された8つのアンテナと、8つの無線周波数レンズとを含む。8つのアンテナは正八角形に配置される。8つの無線周波数レンズは、8つのアンテナと1対1の対応関係にある。各無線周波数レンズは、対応するアンテナ上に配置される。8つの無線周波数レンズのうちいずれか1つは、同じサイズを有する4つの領域を含む。前後方向に沿った第1の直線と、いずれかの無線周波数レンズ内の4つの領域の間の界面のそれぞれとの間に45度の角度が形成され、左右方向に沿った第2の直線と、いずれかの無線周波数レンズ内の4つの領域の間の界面のそれぞれとの間に45度の角度が形成される。8つの無線周波数レンズの全てにおいて4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての前領域の波面位相調整量は、第1の直線に沿って前から後へ厳密に単調に増加する。8つの無線周波数レンズの全てにおいて4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての後領域の波面位相調整量は、第1の直線に沿って前から後へ厳密に単調に減少する。8つの無線周波数レンズの全てにおいて4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての左領域の波面位相調整量は、第2の直線に沿って左から右へ厳密に単調に増加する。8つの無線周波数レンズの全てにおいて4つの領域の全ての組み合わせにおける全ての右領域の波面位相調整量は、第2の直線に沿って左から右へ厳密に単調に減少する。
【００１７】
第2の態様を参照して、第2の態様の第1の実現方式では、8つの無線周波数レンズは、8つの誘電体レンズである。領域において異なる波面位相調整量を有する隣接する領域は、異なる部分に属し、異なる部分の材料は異なり、異なる材料の誘電率は異なる。同じ厚さを有する2つの部分の波面位相調整量は、対応する部分の材料の誘電率に関係する。より大きい誘電率は、より大きい波面位相調整量を示す。
【００１８】
第2の態様又は第2の態様の第1の実現方式を参照して、第2の態様の第2の実現方式では、8つの無線周波数レンズは、8つの誘電体半球である。8つのアンテナは、対応する誘電体半球の球中心に位置する。
【００１９】
第2の態様の第1の実現方式又は第2の態様の第2の実現方式を参照して、第2の態様の第3の実現方式では、8つの無線周波数レンズのうち少なくとも1つの少なくとも1つの部分は、反射防止構造を含む。反射防止構造は、当該部分の表面上にある。反射防止構造の材料の誘電率は、当該部分の誘電率よりも小さい。反射防止構造の厚さは、反射防止構造の材料における電磁波の波長の4分の1である。
【００２０】
第2の態様の第1の実現方式〜第2の態様の第3の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第2の態様の第4の実現方式では、8つの無線周波数レンズのうち少なくとも1つは、融合構造を含む。融合構造は、無線周波数レンズに対応するアンテナと、無線周波数レンズの部分の間の界面との間にある。融合構造の材料の誘電率は、無線周波数レンズの部分の材料の最小の誘電率よりも小さい。
【００２１】
第2の態様又は第2の態様の第1の実現方式〜第2の態様の第4の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第2の態様の第5の実現方式では、8つのアンテナは、パッチアンテナ又はオンチップアンテナである。
【００２２】
第3の態様によれば、アンテナアレイが提供される。アンテナアレイは、平面上に配置された複数のアンテナと、複数の無線周波数レンズとを含む。複数のアンテナは、矩形に配置される。複数の無線周波数レンズは、複数のアンテナと1対1の対応関係にある。各無線周波数レンズは、対応するアンテナ上に配置される。複数の無線周波数レンズのうちいずれか1つは、同じサイズを有する4つの領域を含む。いずれかの無線周波数レンズ内の4つの領域の間の界面は、平面に対して垂直である。いずれかの無線周波数レンズ内の4つの領域の間の界面は、少なくとも矩形の1つの辺に平行である。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの行における全ての左前領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に増加する。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの行における全ての左後領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に増加する。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの行における全ての右前領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に減少する。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの行における全ての右後領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に減少する。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの列における全ての左前領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に増加する。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの列における全ての左後領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に減少する。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの列における全ての右前領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に増加する。複数の無線周波数レンズ内の無線周波数レンズのいずれかの列における全ての右後領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に減少する。
【００２３】
第3の態様を参照して、第3の態様の第1の実現方式では、複数の無線周波数レンズは、複数の誘電体レンズである。領域において異なる波面位相調整量を有する隣接する領域は、異なる部分に属し、異なる部分の材料は異なり、異なる材料の誘電率は異なる。同じ厚さを有する2つの部分の波面位相調整量は、対応する部分の材料の誘電率に関係する。より大きい誘電率は、より大きい波面位相調整量を示す。
【００２４】
第3の態様又は第3の態様の第1の実現方式を参照して、第3の態様の第2の実現方式では、複数の無線周波数レンズは、複数の誘電体半球である。複数のアンテナは、対応する誘電体半球の球中心に位置する。
【００２５】
第3の態様の第1の実現方式又は第3の態様の第2の実現方式を参照して、第3の態様の第3の実現方式では、複数の無線周波数レンズのうち少なくとも1つの少なくとも1つの部分は、反射防止構造を含む。反射防止構造は、当該部分の表面上にある。反射防止構造の材料の誘電率は、当該部分の誘電率よりも小さい。反射防止構造の厚さは、反射防止構造の材料における電磁波の波長の4分の1である。
【００２６】
第3の態様の第1の実現方式〜第3の態様の第3の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第3の態様の第4の実現方式では、複数の無線周波数レンズのうち少なくとも1つは、融合構造を含む。融合構造は、無線周波数レンズに対応するアンテナと、無線周波数レンズの部分の間の界面との間にある。融合構造の材料の誘電率は、無線周波数レンズの部分の材料の最小の誘電率よりも小さい。
【００２７】
第3の態様又は第3の態様の第1の実現方式〜第3の態様の第4の実現方式のうちいずれか1つを参照して、第3の態様の第5の実現方式では、複数のアンテナは、パッチアンテナ又はオンチップアンテナである。
【００２８】
第4の態様によれば、無線デバイスが提供される。無線デバイスは、第1の態様、第2の態様、第3の態様又は上記の態様のうちいずれか1つのいずれかの実現方式によるアンテナアレイを含む。無線デバイスは、アンテナアレイに接続された無線周波数回路を更に含む。無線周波数回路は、アンテナアレイを使用することにより信号を受信又は送信するように構成される。
【００２９】
第4の態様を参照して、第4の態様の第1の実現方式では、無線周波数回路は、マルチプルインプット・マルチプルアウトプット方式でアンテナアレイを使用することにより信号を受信又は送信するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態によるアンテナアレイの例の構造図である。
【図２】本発明の実施形態による概念図である。
【図３】本発明の実施形態に従って複数のアンテナを無線信号の到来方向に投影することにより得られる画像の概略図である。
【図４】本発明の実施形態によるアンテナアレイの他の例を示す。
【図５】本発明の実施形態による反射防止構造を含む誘電体レンズの構造図である。
【図６】本発明の実施形態に従って電磁波が異なる屈折率を有する材料の間の界面を通過するときに反射する概略図である。
【図７】本発明の実施形態に従って融合構造が追加された後に得られる誘電体レンズの構造図である。
【図８】本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例1を示す。
【図９】本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例2を示す。
【図１０】本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例3を示す。
【図１１】本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例4を示す。
【図１２】本発明の実施形態に従って菱形として配置されたアンテナアレイの例1を示す。
【図１３】本発明の実施形態に従って菱形として配置されたアンテナアレイの例2を示す。
【図１４】本発明の実施形態に従って三角形として配置されたアンテナアレイを示す。
【図１５】本発明の実施形態に従って六角形として配置されたアンテナアレイを示す。
【図１６】本発明の実施形態による複数の独立したアンテナセットを含むアンテナアレイを示す。
【図１７】本発明の実施形態に従って円形として配置されたアンテナアレイの例を示す。
【図１８】本発明の実施形態による無線デバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、図１〜図１８を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態によるアンテナアレイの例の構造図である。図２は、本発明の実施形態による概念図である。
【００３３】
MIMO性能は、MIMOチャネルの間の相関により大きく影響を受ける。MIMOチャネルの間のより強い相関は、より劣ったMIMO性能を示す。同じ無線チャネル条件では、MIMOチャネルの間の相関は、アンテナからの無線信号の間の位相差に関係する。通常では、隣接するアンテナの間のより小さい間隔は、アンテナからの無線信号の間のより小さい位相差及びMIMOチャネルの間のより強い相関を示す。単位サイズ当たりのアンテナアレイのMIMO性能を改善するために、本発明のこの実施形態では、アンテナからの無線信号の間の位相差を増加させるために、無線周波数レンズが使用される。各無線周波数レンズは、対応するアンテナを覆うか或いは包む。
【００３４】
本発明のこの実施形態では、アンテナアレイにおけるアンテナは、プリント回路基板又は他の担体上のパッチアンテナでもよい。例えば、半導体プロセスを使用したチップ上のパッチアンテナ、すなわち、オンチップアンテナ(英語:on-chip  antenna)がアンテナアレイにおけるアンテナとして使用される。アンテナアレイにおけるアンテナは、代替として、他の平面アンテナでもよい。
【００３５】
本発明のこの実施形態では、アンテナアレイは、平面上に配置されてもよい。アンテナアレイは、代替として、非平面上に配置されてもよい。例えば、アンテナアレイは、曲面上に配置されるか、或いは、階段状の底板上に配置される。アンテナアレイの配置は、中央部でより高く、周囲でより低くてもよい。
【００３６】
無線周波数レンズは、無線信号がアンテナに到来したときに得られる波面位相を変化させることができるデバイスである。例えば、無線周波数レンズ又は無線周波数レンズの一部は、誘電体で作られてもよく、誘電体の屈折率は、空気の屈折率よりも高い。言い換えると、無線周波数レンズは、誘電率又は透磁率が空気のものとは異なる材料で作られてもよい。異なる材料の誘電率又は透磁率は、無線信号の周波数によって変化し得るので、無線周波数レンズが作られる材料は、アンテナアレイの適用可能な周波数に基づいて選択されてもよい。例えば、ギガヘルツ(GHz)周波数帯域における磁性材料の比透磁率は、通常では1に近いので、GHz周波数帯域及びGHzよりも上の周波数帯域において高誘電率材料を使用することにより無線周波数レンズを作ることは、より良い選択肢である。
【００３７】
誘電体における電磁波の波長は、自由空間における電磁波の波長よりも小さいので、同じ距離の後に、誘電体における電磁波の波面位相は、自由空間における電磁波の波面位相よりも大きく変化する。誘電体レンズに加えて、電磁波の波面位相を変化させることができるいずれかのデバイスは、無線周波数レンズとして機能してもよい。例えば、無線周波数レンズ又は無線周波数レンズの一部は、可変の波面位相調整量を提供するために、人工誘電体(英語:artificial  dielectric)材料又は他のメタマテリアル(metamaterial)で作られてもよい。人工誘電体は、サブ波長サイズを有し且つ規則的に配置された他の材料(例えば、金属)の粒子、ワイヤ又はシートのような構造体を、誘電体の電磁気特性を変化させるように誘電体に人工的に加えることにより形成された、特定の要件を満たす一種の人工誘電体である。例えば、人工誘電体の有効誘電率が加えられてもよい。
【００３８】
同じ厚さを有するが異なる誘電率又は透磁率を有する材料は、異なる波面位相調整量を有する。図１に示すように、アンテナアレイにおける各アンテナに対応する無線周波数レンズは、異なる波面位相調整量を有する部分を含む。特定の方向からの無線信号は、異なるアンテナに到来する前に異なる材料を通過し、それにより、アンテナからの無線信号の間の位相差を増加させるように、無線信号が異なるアンテナに到来したときに得られる波面位相は異なる。図１は、本発明のこの実施形態によるアンテナアレイの簡単な例を示す。アンテナアレイは、2つのアンテナと、2つの対応する無線周波数レンズとを含む。2つの無線周波数レンズは、双方ともに半球状であり、同じ半径を有する。無線周波数レンズの半径はrである。アンテナ1は、無線周波数レンズ1に対応する。アンテナ2は、無線周波数レンズ2に対応する。各無線周波数レンズは、2つの部分を含む。2つの部分の間の界面は、2つのアンテナを通過する直線に対して垂直である。アンテナアレイの外側に位置する各無線周波数レンズの部分は、材料1で作られ、アンテナアレイの内側に位置する各無線周波数レンズの部分は、材料2で作られる。材料1の誘電率(すなわち、比誘電率)はεr1であり、材料2の誘電率はεr2である。ここではεr1<εr2である。
【００３９】
図２は、本発明のこの実施形態の原理を示すための、図１に示すアンテナアレイの断面図である。図２に示すように、入射角がθである電磁波は、2つの平行な光線により表される。アンテナ1に到来する電磁波は、点P1において、無線周波数レンズ1の材料2で作られた部分に放射される。アンテナ2に到来する電磁波は、点P2において、無線周波数レンズ2の材料1で作られた部分に放射される。自由空間(空気)において、アンテナ1に到来する電磁波とアンテナ2に到来する電磁波との間の波経路差は、長さP1Fである。P1Fは、点P1と点Fとの間の線分を示す。点Fは、P2からC1P1までの垂線の足である。C1P1は、点C1と点P1との間の線分を示す。無線周波数レンズがアンテナアレイに導入されるか否かにかかわらず、アンテナ1に到来する電磁波とアンテナ2に到来する電磁波との間に、少なくとも波経路差P1Fが存在する。本発明のこの実施形態における無線周波数レンズが導入された後に、アンテナ1に到来する電磁波は、P1から始まってC1P1を通じてC1に到来するので、電磁波は長さがrである材料2を通過する。長さがrである材料2を通過する電磁波の等価波経路はn2rである。電磁波の等価波経路は、自由空間における伝搬中の電磁波の波面位相変化量が誘電体における伝搬中の電磁波の波面位相変化量と同じであるときの、電磁波が自由空間において通過する波経路である。ここで、n2は電磁波についての材料2の屈折率であり、n2=(εr2μr2)1/2である。ここで、μr2は電磁波についての材料2の比透磁率である。μr2が1である場合、n2=εr21/2である。長さがrである材料2を通過する電磁波の等価波経路はεr21/2rである。同様に、アンテナ2に到来する電磁波は、P2から始まってC2P2を通じてC2に到来するので、電磁波は長さがrである材料1を通過する。長さがrである材料1を通過する電磁波の等価波経路はn1rであり、n1は電磁波についての材料1の屈折率であり、n1=(εr1μr1)1/2である。ここで、μr1は電磁波についての材料1の比透磁率である。μr1が1である場合、n1=εr11/2である。長さがrである材料1を通過する電磁波の等価波経路はεr11/2rである。アンテナ1に到来する電磁波とアンテナ2に到来する電磁波との間の波経路差δはP1F+(εr21/2-εr11/2)rである。εr1<εr2であるので、P1F+(εr21/2-εr11/2)r>P1Fである。本発明のこの実施形態における無線周波数レンズが導入された後に、アンテナ1に到来する電磁波の等価波経路とアンテナ2に到来する電磁波の等価波経路との間の波経路差が増加することが習得できる。対応して、アンテナからの無線信号の間の位相差が増加する。
【００４０】
本発明のこの実施形態における無線周波数レンズは、アンテナからの無線信号の間の位相差を増加させるために導入できるので、アンテナアレイのMIMO性能は、アンテナアレイのサイズを変更することなく改善できる。さらに、アンテナアレイのMIMO性能が低減されないことが確保される一方で、本発明のこの実施形態における無線周波数レンズは、アンテナアレイのサイズを低減するために導入できる。
【００４１】
図１及び図２に示すアンテナアレイが例として使用される。無線周波数レンズ1が無線周波数レンズ2に近く、θ=π/6である場合、長さP1Fは2r×sin(π/6)=rであり、δ=P1F+(εr21/2-εr11/2)r=(1+εr21/2-εr11/2)rである。アンテナアレイが、無線周波数レンズを有さないアンテナの間の距離0.5λを有するアンテナアレイの等価なMIMO性能を達成する必要がある場合、δはδ0以上である必要があり、δ0は、無線周波数レンズを有さないアンテナの間の距離0.5λを有し且つθ=π/6を有する無線信号が伝搬されるアンテナアレイにおけるアンテナの間の等価波経路差であり、δ0=0.5λ×sin(π/6)=0.25λである。したがって、r=λ/4(1+εr21/2-εr11/2)である。εr1=4、εr2=9且つr=λ/8である場合、本発明のこの実施形態における無線周波数レンズが導入された後に、アンテナの間の距離は、0.25λに低減されてもよく、無線周波数レンズを有さないアンテナの間の距離の半分である。
【００４２】
図１及び図２は、本発明のこの実施形態の簡単な実現方式のみを示す。より複雑なアンテナアレイは、本発明のこの実施形態の原理に従って実現されてもよい。
【００４３】
例えば、上記の実施形態では、無線周波数レンズの表面は球面であり、アンテナは球中心に位置し、入射電磁波は無線周波数レンズの表面に対してちょうど垂直であるので、屈折が生じるときに伝搬方向は変化しない。本発明のこの実施形態のいくつかの具体的な実現方式では、球面を有する無線周波数レンズは使用されなくてもよい。例えば、球面に類似した多面体面が、無線周波数レンズの加工難度を低減するために使用される。他の例では、ほぼ水平方向に入射する電磁波は、他の無線周波数レンズにより遮断されるので、上部分が半球面を有し、下部分が他の形状の表面を有する無線周波数レンズを得るために、電磁波の伝搬特性に基づいて、水平面部分に近い無線周波数レンズの形状、例えば、円筒面が設計されてもよい。他の例では、指向性アンテナの指向パターンの特性に適合する無線周波数レンズ、例えば、楕円体面を有する無線周波数レンズが、指向性アンテナ用に設計されてもよい。
【００４４】
他の例では、上記の実施形態では、アンテナアレイは、床上の無線信号のみを受信又は送信するために使用されるので、無線周波数レンズは半球状である。アンテナアレイの動作方向が空間の上半分でない場合、球形の形状、4分の1の球形の形状又は8分の1の球形の形状のような対応する形状を有する無線周波数レンズが使用されてもよい。
【００４５】
他の例では、アンテナアレイは、2つより多くのアンテナ及び無線周波数レンズを含んでもよい。本発明のこの実施形態では、数「2つ以上」は、まとめて「複数」と呼ばれる。したがって、2つのアンテナ及び無線周波数レンズの場合が検討される。この場合、本発明のこの実施形態におけるアンテナアレイは、複数のアンテナと、複数の対応する無線周波数レンズとを含む。これらのアンテナ及び無線周波数レンズは、本発明のこの実施形態の規則に従って配置される。他の例では、アンテナアレイは、2つ以上の独立したアンテナセットを含んでもよく、各アンテナセットは、対応する無線周波数レンズセットを含む。各無線周波数レンズセットは、上記の規則に従って配置される。異なるアンテナセットは、異なる偏波方向における複数のアンテナをそれぞれ含む。各アンテナセット内の全てのアンテナの偏波方向は同じである。異なるアンテナセットの偏波方向は直交する。異なるアンテナセットの偏波方向は直交し、異なるアンテナセットにおいて無線信号の間のカップリングは存在しない。したがって、異なるアンテナセットは、上記の規則に従って独立して配置されてもよい。
【００４６】
単位サイズ当たりのアンテナアレイのMIMO性能を改善するために、本発明のこの実施形態における規則は、少なくとも以下の条件を満たす必要がある。
【００４７】
(1)各アンテナは、対応する無線周波数レンズを有する必要がある。対応する無線周波数レンズは、対応するアンテナ上に配置される。
【００４８】
(2)同じ方向から入射する無線信号において、より遠くのアンテナに到来する電磁波の等価波経路は、より近くのアンテナに到来する電磁波の等価波経路よりも長い。等価波経路差を増加させるか或いは少なくとも減少させないために、各無線周波数レンズは、異なる波面位相調整量を有する2つ以上の部分を含み、それにより、同じ方向から入射する無線信号において、対応する無線周波数レンズにより、より遠くのアンテナに到来する電磁波に追加される等価波経路は、対応する無線周波数レンズにより、より近くのアンテナに到来する電磁波に追加される等価波経路よりも長いか或いは等しい必要がある。より遠く或いはより近くのアンテナは、入射方向における無線信号の信号源により遠く或いはより近くのアンテナである。上記の説明では、電磁波がアンテナに到来する方向から、電磁波の等価波経路の間の関係が記載されている。対称性に基づいて、電磁波がアンテナを離れる方向から観測が行われる場合、電磁波の等価波経路は、同じ関係を有する。上記の目的を達成するために、無線周波数レンズの全ての部分の波面位相調整量は、以下の方法で配置される。
【００４９】
いずれかの方向における複数の無線周波数レンズの複数の波面位相調整量は、対応する方向に沿って単調に増加する。当該方向における各無線周波数レンズの波面位相調整量は、無線周波数レンズの全ての部分の中の、対応するアンテナ(すなわち、無線周波数レンズによりカバーされたアンテナ)に到来する電磁波が通過する部分の波面位相調整量である。
【００５０】
波面位相調整量は、対応する方向に沿って単調に増加し、すなわち、無線信号の信号源からアンテナへの方向に沿って単調に増加する。具体的には、複数のアンテナが無線信号の到来方向に投影される(言い換えると、基準直線上に投影され、基準直線は、到来方向に平行ないずれかの直線である)場合、無線信号の信号源からアンテナへの方向における対応する無線周波数レンズの波面位相調整量は、当該方向に沿って配置された投影の順に単調に増加する。
【００５１】
(3)全てのアンテナの電磁波の間の等価波経路差が減少すらしない場合、単位サイズ当たりのアンテナアレイのMIMO性能は改善できない。単位サイズ当たりのアンテナアレイのMIMO性能を改善するために、少なくとも2つのアンテナの電磁波の間の波経路差は増加する必要がある。したがって、一方向における少なくとも2つのアンテナに対応する無線周波数レンズは、当該方向において異なる波面位相調整量を有する。条件(2)は、当該方向における2つの無線周波数レンズの波面位相調整量が、当該方向に沿って単調に増加することを既に必要としているので、異なる波面位相調整量は、当該方向における2つの無線周波数レンズの波面位相調整量が、当該方向に沿って厳密に増加することを示す。
【００５２】
図３は、複数のアンテナを無線信号の到来方向に投影することにより得られる画像を記述する概略図である。図３におけるアンテナアレイは、4つのアンテナと、対応する無線周波数レンズとを含む。図３におけるアンテナアレイは、直線状に配置される。アンテナの投影は、アンテナの中心の投影により表されてもよい。アンテナ1〜アンテナ4の中心は、順にC1〜C4である。無線信号の到来方向におけるC1〜C4の投影は、順にF1〜F4である。図３に示す基準直線は、到来方向に平行な破線Lである。投影は、以下の順に、すなわち、アンテナ4、アンテナ3、アンテナ2及びアンテナ1の順に、無線信号の信号源からアンテナへの方向に沿って配置される。当該方向における対応する無線周波数レンズの波面位相調整量は、順に、材料1の波面位相調整量、材料2の波面位相調整量、材料3の波面位相調整量及び材料4の波面位相調整量である。材料1の波面位相調整量、材料2の波面位相調整量、材料3の波面位相調整量及び材料4の波面位相調整量がそれぞれM1、M2、M3及びM4である場合、M1≦M2≦M3≦M4という条件が満たされる必要があり、M1、M2、M3及びM4のうち少なくとも2つの値は等しくない。例えば、M1<M2<M3<M4である。
【００５３】
均質材料では、波面位相の変化は、波経路で乗算され、次いで波長により除算された屈折率に比例する。或る方向における誘電体レンズの波面位相調整量は、当該方向に沿って入射する電磁波が通過する経路上の材料の波面位相調整量の和として考えられてもよい。誘電体レンズは、当該方向において複数の材料の層を含んでもよい。材料は、均質でもよく、或いは、勾配誘電率及び/又は透磁率を有してもよい。(誘電率及び/又は透磁率が急激に変化/変化する場合、誘電率及び/又は透磁率が急激に変化/変化する部分は、両側の異なる材料の間の界面として使用されてもよい。)材料における電磁波の伝搬の複雑な特性を考慮することなく、或る方向における波面位相調整量は、屈折率に基づくメトリックMとして近似的に使用されてもよい。Mは、以下の式に従って計算される。
【数１】
2020178345.tif 000003
【００５４】
当該式において、Pは誘電体レンズの表面上の電磁波の入射点であり、Cは電磁波がアンテナに到来する点であり、xは電磁波が誘電体レンズ内で通過する経路上の点であり、n(x)は点xにおける誘電体レンズの屈折率である。
【００５５】
均質材料が例として使用され、M=2πnr/λである。ここで、nは或る方向における誘電体レンズの材料の屈折率であり、rは誘電体レンズの半径である。
【００５６】
例えば、詳細については、図４を参照する。図４は、本発明の実施形態によるアンテナアレイの他の例を示す。図４に示すように、アンテナアレイは、2つのアンテナと、2つの対応する誘電体レンズとを含む。2つの誘電体レンズは、双方ともに半球状であるが、異なる半径を有する。誘電体レンズ1の半径はr1である。誘電体レンズ2の半径はr2である。ここで、r1>r2である。各誘電体レンズは、2つの部分に分割される。2つの部分の間の界面は、2つのアンテナを通過する直線に対して垂直である。誘電体レンズ1の左半分は、材料1で作られる。誘電体レンズ2の左半分は、材料3で作られる。誘電体レンズ1及び誘電体レンズ2の右半分は、それぞれ材料2で作られる。材料1の誘電率はεr1である。材料2の誘電率はεr2である。材料3の誘電率はεr3である。
【００５７】
ここで、εr1<εr2<εr3である。
【００５８】
さらに、誘電体レンズ1の左半分の波面位相調整量M1Lはn1r1に等しい。誘電体レンズ1の右半分の波面位相調整量M1Rはn2r1に等しい。誘電体レンズ2の左半分の波面位相調整量M2Lはn3r2に等しい。誘電体レンズ2の右半分の波面位相調整量M2Rはn1r2に等しい。ここで、n1=εr11/2、n2=εr21/2且つn3=εr31/2である。r1>r2であるので、M1R>M2Rである。さらに、材料3の誘電率は、M1L<M2L、言い換えると、εr11/2r1<εr31/2r2となるように、十分に大きい必要がある。
【００５９】
或る方向における無線周波数レンズの波面位相調整量は、無線周波数レンズの構造、材料及びサイズに関係するので、複数の異なる無線周波数レンズが設計されてもよい。無線周波数レンズのサイズに関して、隣接する無線周波数レンズは、互いに密着してもよく、或いは、代替として、隣接する無線周波数レンズの間に大きい或いは小さい距離が存在してもよい。
【００６０】
電磁波は、異なる屈折率を有する材料の間の界面を通過するときに反射する。したがって、誘電体レンズの表面上の電磁波の反射を低減するために、反射防止構造が誘電体レンズに追加されてもよい。反射防止構造は、誘電体レンズの各部分の表面上にある。反射防止構造の材料の屈折率は、対応する部分の屈折率よりも小さい。反射防止構造の厚さは、反射防止構造における電磁波の波長の4分の1である。反射防止構造の原理は、光透過率を改善するために、光学ガラスの表面に反射防止コーティング(英語:anti-reflection  coating)を適用する原理と同じである。図５は、反射防止構造を含む誘電体レンズの構造図である。材料3の屈折率n3は、材料1の屈折率n1よりも小さく、材料4の屈折率n4は、材料2の屈折率n2よりも小さい。材料3で作られた反射防止構造の厚さは、反射防止構造における電磁波の波長の4分の1である。材料4で作られた反射防止構造の厚さは、反射防止構造における電磁波の波長の4分の1である。電磁波の反射を最小化するために、反射防止構造の材料の屈折率は、反射防止構造の両側の2つの材料の屈折率の幾何平均値である必要がある。反射防止構造は誘電体レンズの表面上にあり、反射防止構造の外側の空間は自由空間であり、屈折率は約1であるので、反射防止構造の材料の屈折率は、反射防止構造の内側の材料の屈折率の平方根である必要がある。例えば、図５における誘電体レンズの左半分における電磁波の反射を最小化するために、n3は(n1)1/2に等しくてもよい。図５における誘電体レンズの右半分における電磁波の反射を最小化するために、n4は(n2)1/2に等しくてもよい。
【００６１】
電磁波は、異なる屈折率を有する材料の間の界面を通過するときに反射する。したがって、誘電体レンズ内の異なる材料の間の界面上での電磁波の反射を低減するために、融合構造が誘電体レンズに追加されてもよい。図６に示すように、電磁波の一部は、材料の間の界面により反射されてもよい。融合構造が追加された誘電体レンズが図７に示されており、それにより、材料の間の界面上での電磁波の反射が低減できる。図７に示すように、融合構造は、アンテナと、誘電体レンズの部分の間の界面との間にある。融合構造の材料の屈折率は、融合構造に接続された各部分の屈折率よりも小さい。例えば、融合構造は空洞でもよい。具体的には、融合構造の屈折率は、約1である。電磁波の反射を低減するために、融合構造の表面は、例えば、アーク形状に曲げられ、それにより、電磁波が大きい角度で表面を通過する。
【００６２】
上記は、本発明の実施形態における線形アンテナアレイの例を示しているが、本発明の実施形態におけるアンテナアレイは、様々な方式で配置されてもよい。例えば、アンテナアレイは、線形、平行四角形、菱形、矩形、円形、三角形、六角形、台形又はいずれかの他の種類のモザイク(英語:tessellation)モードでもよい。以下に、アンテナアレイの配置のいくつかの例を提供する。これらの例では、アンテナアレイの配置及び無線周波数レンズの部分の波面位相調整量を示すために、上面図が使用される。部分のより大きい値は、当該部分のより大きい波面位相調整量を示す。アンテナアレイがどのように配置されるかにかかわらず、アンテナアレイにおけるアンテナ及び無線周波数レンズは、上記の規則に従って配置される。
【００６３】
図８は、本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例1を示す。アンテナアレイは、4つのアンテナと、4つの無線周波数レンズとを含む。各無線周波数レンズは、4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００６４】
図９は、本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例2を示す。アンテナアレイは、8つのアンテナと、8つの無線周波数レンズとを含む。各無線周波数レンズは、4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００６５】
図１０は、本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例3を示す。アンテナアレイは、16個のアンテナと、16個の無線周波数レンズとを含む。各無線周波数レンズは、4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００６６】
図１１は、本発明の実施形態に従って矩形として配置されたアンテナアレイの例4を示す。アンテナアレイは、64個のアンテナと、64個の無線周波数レンズとを含む。各無線周波数レンズは、4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００６７】
図８〜図１１に示す、矩形として配置されたアンテナアレイの配置規則は、以下のように要約されてもよい。アンテナアレイは、平面上に配置される。複数の無線周波数レンズのうちいずれか1つは、同じサイズを有する4つの領域を含む。4つの領域の間の界面は、配置が行われる平面に対して垂直であり、少なくとも矩形の1つの辺に平行である。無線周波数レンズのいずれかの行における全ての左前領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に増加する。無線周波数レンズのいずれかの行における全ての左後領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に増加する。無線周波数レンズのいずれかの行における全ての右前領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に減少する。無線周波数レンズのいずれかの行における全ての右後領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に減少する。無線周波数レンズのいずれかの列における全ての左前領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に増加する。無線周波数レンズのいずれかの列における全ての左後領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に減少する。無線周波数レンズのいずれかの列における全ての右前領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に増加する。無線周波数レンズのいずれかの列における全ての右後領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に減少する。2つの隣接する領域の波面位相調整量が異なる場合、2つの隣接する領域は、2つの部分に属する。2つの隣接する領域の波面位相調整量が同じである場合、2つの隣接する領域は、同じ部分に属する。上記の前後及び左右の方向は、アンテナアレイの配置方向である。前後及び左右の方向はそれぞれ対称的である。具体的には、方向の名称は交換可能である。図１１は、前後及び左右の方向の間の関係を示す。
【００６８】
図１２は、本発明の実施形態に従って菱形として配置されたアンテナアレイの例1を示す。アンテナアレイは、8つのアンテナと、8つの無線周波数レンズとを含む。各無線周波数レンズは、2つ又は4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００６９】
図１３は、本発明の実施形態に従って菱形として配置されたアンテナアレイの例2を示す。アンテナアレイは、16個のアンテナと、16個の無線周波数レンズとを含む。各無線周波数レンズは、2つ、3つ又は4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００７０】
図１４は、本発明の実施形態に従って三角形として配置されたアンテナアレイを示す。アンテナアレイは、6個のアンテナと、6個の無線周波数レンズとを含む。各無線周波数レンズは、4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００７１】
図１５は、本発明の実施形態に従って六角形として配置されたアンテナアレイを示す。アンテナアレイは、1つのアンテナセットと、1つの無線周波数レンズセットとを含み、1つの別個のアンテナと、1つの別個の無線周波数レンズとを更に含む。アンテナセットは5つのアンテナを含み、無線周波数レンズセットは5つの無線周波数レンズを含む。無線周波数レンズセット内の各無線周波数レンズは、6つの部分に分割される。別個の無線周波数レンズは、複数の部分に分割されない。無線周波数レンズ及び無線周波数レンズの部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００７２】
図１６は、本発明の実施形態による複数の独立したアンテナセットを含むアンテナアレイを示す。異なるアンテナセットは、異なる偏波方向における複数のアンテナをそれぞれ含む。図では、異なる偏波方向におけるアンテナを表すために、異なる方向(45度方向及び135度方向である)におけるアンテナが使用される。アンテナアレイにおける第1のアンテナセットは、8つのアンテナを含み、第1の無線周波数レンズセットは、第1のアンテナセット内のアンテナに対応する8つの無線周波数レンズを含む。アンテナアレイにおける第2のアンテナセットは、8つのアンテナを含み、第2の無線周波数レンズセットは、第2のアンテナセット内のアンテナに対応する8つの無線周波数レンズを含む。第1の無線周波数レンズセット内の各無線周波数レンズは、2つ又は4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。第2の無線周波数レンズセット内の各無線周波数レンズは、2つ又は4つの部分に分割される。部分の波面位相調整量は、図に示すように配置される。
【００７３】
図１〜図４及び図８〜図１６に示す実施形態では、各アンテナセット内のアンテナは、上記の3つの規則を厳密に満たす。しかし、円形として配置されたアンテナアレイについては、全ての上記の要件を満たすために、複雑なアンテナ構造が必要とされる。例えば、円形として配置された8つのアンテナを含むアンテナアレイについては、各アンテナは、全ての上記の要件を満たすために、16個の領域に分割される必要がある。より多くのアンテナが存在する場合、設計はより複雑であり、その結果、アンテナアレイの高い製造上の複雑性を生じる。過度に複雑な構造を使用することなく、単位サイズ当たりのアンテナアレイのMIMO性能を改善するために、上記の要件を部分的に満たすアンテナアレイが設計されてもよい。アンテナアレイのMIMO性能は、設計がいずれかの角度において少なくとも1対のアンテナからの無線信号の間の位相差を増加させるために使用されるという条件で、改善できる。例えば、円形として配置されたアンテナアレイは、正八角形に配置された8つのアンテナと、8つの対応する無線周波数レンズとを含む。図１７に示すように、これらの無線周波数レンズのそれぞれは、4つの領域を含む。同じ材料及び構造を有する隣接する領域は、同じ部分に属する。
【００７４】
図１７において、異なる部分は短い破線により分離され、同じ部分に属する隣接する領域は点線により分離されている。図１７には、それぞれ前後方向及び左右方向を表す2つの長い破線が存在する。2つの長い破線のそれぞれと、各無線周波数レンズの4つの領域の間の界面のそれぞれとの間に45度の角度が形成される。図１７に示すように、全ての無線周波数レンズにおいて前領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に増加する。全ての無線周波数レンズにおいて後領域の波面位相調整量は、前から後へ厳密に単調に減少する。全ての無線周波数レンズにおいて左領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に増加する。全ての無線周波数レンズにおいて右領域の波面位相調整量は、左から右へ厳密に単調に減少する。
【００７５】
図１７は、本発明の実施形態に従って円形として配置されたアンテナアレイの例を示す。円形として配置されたアンテナアレイがより大きい場合、アンテナアレイは、図１７に示す少なくとも8つのアンテナを含む。
【００７６】
図１〜図３及び図８〜図１７に示す実施形態におけるアンテナのいずれかの部分は、図４〜図７に示す構造又はこれらのいずれかの組み合わせを使用してもよい。図１８に示すように、本発明の実施形態は、上記のアンテナアレイを使用する無線デバイスを更に含む。無線デバイスは、アンテナアレイを使用することにより信号を受信又は送信するように構成された無線周波数回路を更に含む。無線周波数回路はまた、無線周波数モジュールとも呼ばれ、無線周波数信号を受信及び送信する電子デバイスである。無線周波数回路は、別個のチップでもよく、或いは、他のチップに統合されてもよい。無線周波数回路は、無線周波数ケーブルを使用することによりアンテナアレイに接続される。信号がMIMO方式で受信及び送信されるとき、アンテナアレイは、無線デバイスにとって十分なMIMO性能を提供できる。例えば、無線デバイスは、セルラ移動ネットワークデバイス、無線ローカルエリアネットワーク(英語:wireless  local  area  network,  WLAN)デバイス、ブルートゥースデバイス又はジグビー(ZigBee)デバイスのような独立した装置でもよく、或いは、アクティブアンテナユニット(英語:active  antenna  unit,  AAU)又は遠隔無線ユニット(英語:remote  radio  unit,  RRU)のような他のデバイスと協働するモジュール式ハードウェアでもよい。
【００７７】
上記の説明は、単なる本発明の特定の実施形態であるが、本発明の保護範囲を限定することを意図するものではない。本発明に開示された技術的範囲内で当業者により容易に解明される如何なる変更又は置換も、本発明の保護範囲に入るものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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