(57)【要約】周波数変換リピータ、物理層（ＰＨＹ）リピータ、時分割二重通信方式（ＴＤＤ）リピータ及び類似のものを含む、例えばリピータの様な、無線通信ノードは、１対の指向性パッチ・アンテナと無指向性アンテナで構成される。該パッチ・アンテナは、リピータ・パッケージの向きに依存して、アクセス・ポイント又は基地局のような局と通信するために選択されることが出来る。無指向性アンテナは、クライアントのような別の局の方へ向けられる。該パッチ・アンテナと該無指向性アンテナは、分離性を向上させ電磁的カップリングを減少させるために、直角に偏極させられることが出来る。複数のアンテナは、多元入力多元出力（ＭＩＭＯ）構成で使用されることが出来る。
2009516989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムにおける無線通信ノードであって、該無線通信ノードは同時に受信することと送信することとを行うための受信機部分と送信機部分とを有し、該受信機部分と該送信機部分は重なり合う周波数領域に亘り同調する、該無線通信ノードは：
該受信機部分と該送信機部分に接続される実質的に無指向性のアンテナ、ここで、該実質的に無指向性のアンテナは第１インターバルの期間に該送信機部分を使用して送信するために構成される、及び
該受信機部分と該送信機部分とに接続される１対の指向性アンテナ、ここで、該指向性アンテナの対は該第１インターバルの期間に該送信機部分を使用して実質的に無指向性のアンテナを用いて送信しながら該受信機部分を使用して同時に受信するために構成される、
ここにおいて、該実質的に無指向性のアンテナは、第２インターバルの期間に該受信機部分を使用して受信するために更に構成され、そして該指向性アンテナの対は、該第２インターバルの期間に該受信機部分を使用して該実質的に無指向性のアンテナを用いて受信しながら該送信機部分を使用して同時に送信するために更に構成される、
により特徴づけられる、無線通信ノード。
【請求項２】
該指向性アンテナの対のうちの少なくとも１つは、該実質的に無指向性のアンテナと関係付けられる該重なり合う周波数のうちの１つとは異なる該重なり合う周波数のうちの１つを用いて使用されるために構成される、請求項１に従う無線通信ノード。
【請求項３】
該指向性アンテナの対は、無線基地局と関係付けられ、そして該実質的に無指向性のアンテナは、無線クライアントと関係付けられる、請求項１に従う無線通信ノード。
【請求項４】
該無線通信システムは、Ｗｉ−Ｆｉシステムを含み、そして該無線通信ノードは、Ｗｉ−Ｆｉ基地局からＷｉ−Ｆｉクライアントへの信号及び該Ｗｉ−Ｆｉクライアントから該基地局への信号を繰り返すために構成されるＷｉ−Ｆｉリピータを含む、請求項１に従う無線通信ノード。
【請求項５】
該無線通信ノードは、物理層（ＰＨＹ）リピータを含む、請求項１に従う無線通信ノード。
【請求項６】
該無線通信ノードは、リピータを含み、該リピータは、
該第１インターバルと該第２インターバルのうちの１つの期間に該受信機部分と該送信機部分のうちの１つを使用して基地局からクライアントへの、及び該第１インターバルと該第２インターバルのうちの他の１つの期間に該受信機部分と該送信機部分のうちの他の１つを使用して該クライアントから該基地局への、信号を繰り返すために、
該繰り返された信号に関係付けられるパケットを生成するために、及び
１又は複数の該生成されたパケットについて媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層アドレス動作を実行するために
構成される、請求項１に従う無線通信ノード。
【請求項７】
同時に受信しそして送信するために受信機と送信機とを有する周波数変換リピータであって、該リピータは：
該受信機と該送信機とに接続される実質的に無指向性のアンテナ、ここで、該送信機は第１繰返しインターバルの期間に該実質的に無指向性のアンテナを使用して送信するために構成される、及び
該受信機と該送信機とに接続される１対の指向性パッチ・アンテナ、ここで、該受信機は該第１繰返しインターバルの期間に送信しながら該指向性パッチ・アンテナの対を使用して同時に受信するために構成される、
ここにおいて、該受信機は、第２繰返しインターバルの期間に該実質的に無指向性のアンテナを使用して受信するために更に構成され、そして該送信機は、該第２繰返しインターバルの期間に受信しながら該指向性パッチ・アンテナの対を使用して同時に送信するために更に構成される、
により特徴づけられる、周波数変換リピータ。
【請求項８】
該実質的に無指向性のアンテナは、該指向性パッチ・アンテナの対と関係付けられる周波数とは異なる周波数上で動作するために構成される、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項９】
該第１繰返しインターバルの期間の使用のための該指向性パッチ・アンテナの対のうちの１つを選択するために構成されるアンテナ・スイッチにより更に特徴づけられる、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１０】
該第１繰返しインターバルの期間の使用のための該指向性パッチ・アンテナの対のうちの１つを選択するために構成されるアンテナ・スイッチにより更に特徴づけられ、ここで、該指向性パッチ・アンテナの対のうちの１つの該選択は初期設定インターバルの期間に受信された伝送と関係付けられる品質尺度に基づく、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１１】
該第１繰返しインターバルの期間の使用のための該指向性パッチ・アンテナの対のうちの１つを選択するために構成されるアンテナ・スイッチにより更に特徴づけられ、ここで、該指向性パッチ・アンテナの対のうちの１つの該選択は周期的な評価インターバルの期間に受信された伝送と関係付けられる品質尺度に基づく選択である、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１２】
アンテナ・スイッチとプロセッサにより更に特徴づけられ、ここで、該アンテナ・スイッチは該第１繰返しインターバルの期間の使用のための該指向性パッチ・アンテナの対のうちの１つを選択するために構成され、該選択は該プロセッサを使用して評価される基準に基づく、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１３】
物理層（ＰＨＹ）リピータを含む、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１４】
該第１繰返しインターバルと該第２繰返しインターバルのうちの１つの期間に基地局からクライアントへの、及び該第１繰返しインターバルと該第２繰返しインターバルのうちの他の１つの期間に該クライアントから該基地局への、信号を繰り返すために、
該繰り返された信号に関係付けられるパケットを生成するために、及び
１又は複数の該生成されたパケットについて媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層アドレス動作を実行するために
構成される、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１５】
該リピータ、該実質的に無指向性のアンテナ及び該指向性パッチ・アンテナの対は、アレイ・ユニット中に統合されそしてコンパクトな筺体に共に収納される、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１６】
電気的なソケットに差し込む電気的なプラグにより更に特徴づけられ、ここにおいて、該リピータ、該実質的に無指向性のアンテナ、該指向性パッチ・アンテナの対、及び該電気的なプラグは、アレイ・ユニット中に統合されそしてコンパクトな筺体に共に収納される、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１７】
該リピータ、該実質的に無指向性のアンテナ及び該指向性パッチ・アンテナの対は、アレイ・ユニット中に統合されそしてコンパクトな筺体に共に収納され、ここで、該コンパクトな筺体は作業面上への設置のために及び作業面とは別の近隣表面との最小相互作用のための配向のために構成される、請求項７に従う周波数変換リピータ。
【請求項１８】
無線通信ノードにおける統合されたアンテナ・アレイであって、該統合されたアンテナ・アレイは：
第１端部と第２端部及び互いに対向する側面部を有する基板、ここで、該基板は地板及び該無線通信ノードと関係付けられる回路構成を含む、
該基板の側面部のうちの第１側面部を覆い該基板の該第１端部に設置される第１パッチ・アンテナ素子、
該基板の側面部のうちの第２側面部を覆い該基板の該第１端部に設置される第２パッチ・アンテナ素子、ここで、該第１及び第２パッチ・アンテナ素子は同一の極性を有する、
該第１端部から離れた該基板の第２端部上に設置される実質的に無指向性のアンテナ素子、ここで、該実質的に無指向性のアンテナ素子は該第１及び第２パッチ・アンテナ素子の極性に直交する極性を有する、
により特徴づけられる、統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項１９】
該第１端部と該第２端部との間で該基板に接続される導電性遮蔽により特徴づけられ、ここで、該導電性遮蔽は該第１及び第２パッチ・アンテナ素子と該実質的に無指向性のアンテナ素子との間の分離性を向上させるために該第１及び第２パッチ・アンテナ素子と該実質的に無指向性のアンテナ素子のうちの少なくとも１つのパターンを修正する、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項２０】
該第１及び第２パッチ・アンテナ素子は、プリント回路基板（ＰＣＢ）材料から組み立てられる、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項２１】
該第１及び第２パッチ・アンテナ素子は、スタンプされた金属と切り出された金属のうちの１つから組み立てられる、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項２２】
該無線通信ノードは、Ｗｉ−Ｍａｘシステム、Ｗｉ−Ｂｒｏシステム、８０２．１６システム、８０２．２０システム、ＴＤＤ無線システムのうちの１つにおいて動作するように構成される、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項２３】
受信機部と送信機部とにより更に特徴づけられ、ここで、該第１及び第２パッチ・アンテナ素子と該実質的に無指向性のアンテナ素子は該受信機部と該送信機部に接続される、そしてここにおいて、該送信機部と該受信機部は、該第１及び第２パッチ・アンテナ素子と該実質的に無指向性のアンテナ素子のうちの何れかの上でそれぞれ独立に送信しそして受信するために構成される、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項２４】
該無線通信ノードは、多元入力多元出力（ＭＩＭＯ）に基づくアクセス・ポイント（ＡＰ）内に設置される、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項２５】
該無線通信ノードは、多元入力多元出力（ＭＩＭＯ）に基づくクライアント内に設置される、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【請求項２６】
多元入力多元出力（ＭＩＭＯ）に基づくシステムにおける動作のための該第１及び第２パッチ・アンテナ素子と該実質的に無指向性のアンテナ素子のうちの複数のものにより更に特徴づけられる、請求項１８に従う統合されたアンテナ・アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に無線通信に係わり、より具体的に、無線時分割二重通信方式（Time Division Duplex）（ＴＤＤ）リピータと関係付けられるアンテナ構成に関する、ここで、アンテナ構成は、電磁的カップリングを軽減するためにそして高指向性を提供するために直交極性と分離性とを有する密にパッケージされた複数のアンテナから成る。
【背景技術】
【０００２】
無線通信ノード、例えば、ＴＤＤパケットの同時の送信と受信とが可能なＴＤＤベースの無線システムを用いて動作するように設計されたＴＤＤリピータ、においては、受信機が送信される信号により感度抑制されないことが決定的なので、アンテナ・ユニットの配置は、非干渉的動作を確立するに際して極めて重要である。更に、同一パッケージ内にアンテナ・モジュールとリピータ回路構成をまとめることは、便利さ、製造コスト削減等々にとっては望ましいが、そのようなパッケージングは、干渉問題を引き起こす可能性がある。
【０００３】
ＴＤＤシステムにおける使用のための全二重通信方式リピータ・パッケージでは、１つのアンテナ又は複数アンテナのセットが、例えば、基地局で動作することが出来て、別のアンテナが加入者で動作する。ＴＤＤリピータに対する周波数は同一であることが出来るので、或いは両方の側の該リピータに対して少なくとも周波数的に極めて近接することがあり得るので、両方の側のリピータで同時に送信及び受信が実行される場合は特に、分離性が重要になる。更に、リピータ・ユニットは、全ての回路構成を単一パッケージ内部に収容するので、許容可能な利得と多くの場合許容可能な指向性を維持しながらアンテナとアンテナとの相互作用を最小にする複数のアンテナを密に配置することが望ましい。アンテナの指向性は、例えばリピータから基地局又はアクセス・ポイント（Access Point）（ＡＰ）への回線におけるように到着信号の方向が変わらない、或いは少なくとも滅多に変わらない、諸回線における使用のために望ましい。しかしながら、高指向性アンテナの使用は、基地局又はアクセス・ポイントとの方向的調整が一般的には試行錯誤的な人手による調整により実行されることを要求する、という困難が発生する。
【０００４】
製造の容易さのために、例示的なリピータは、低コスト・パッケージングを使用して大量生産操業でそれが容易に生産されることが出来るように、構成されるべきである。該例示的なリピータは、需要家の取り扱いを容易にするために据え付け組立するのに単純でなければならない。しかしながら、リピータ・アンテナと回路構成を接近させてパッケージングしようとすると、付加的な問題が発生する。第１に、指向性アンテナが使用される場合でも専ら物理的近接のために複数のアンテナ間で高い分離性を実現することは困難になる。無指向性アンテナ・パターンを有するアンテナが使用される場合、及び、リピータの壁、装備品、又はその他の物体のような構造物への近接が予測されることが出来ない、従って、リピータ・モジュールの最終設置位置のような未知のもののために前もって補償されることが出来ない場合、分離はより一層困難になる。
【０００５】
複数のアンテナが互いにより接近して設置されるようにするだけで、該複数のアンテナが互いにエネルギーを結合する可能性がますます高くなり、このことはリピータの両側面部間の分離性を低減する。互いに接近して配置された複数のアンテナの重なり合う放射パターンは、干渉効果を生起する傾向があるので、無指向性又は準無指向性アンテナ・パターンを保持することは困難になる。複数のアンテナからのエネルギーは、回路素子を介して、例えば、特に多数のアンテナが統合され且つ地板が小さい構成において共有地板を介して、電気的に更に結合されることが出来る。指向性アンテナの使用は、交信範囲の向上及びレーリー・フェージング効果起因の無線信号変動の低減という観点でリピータに利益を与えることが出来るけれども、指向性アンテナは、平均的な利用者の能力又は願望を超える指向性調整に対する要求により、一般的には屋内利用のために使用されない。
【０００６】
リピータの一方の側で送信される信号のあるバージョンは、もしそれが該リピータの他方の側上に現れる場合、同一信号を除去するために使用されるキャンセル技術若しくは類似の技術を通して、ある改良が得られることが出来る。しかしながら、このようなキャンセル技術は、追加の回路構成が必要とされるという点で高価になる可能性があり、そして、このようなキャンセル技術は、リピータにおける遅延要素の導入を招く可能性がある、又は代わりに、該キャンセル機能を実行するためにより高価で高速なプロセッサの使用を要求する可能性があるという点で、計算に関して高価になる可能性がある。
【特許文献１】米国特許出願番号第１０／５３６，４７１号
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、２枚の接近した間隔で置かれたパッチ・アンテナが双極アンテナと組み合わせられる例示的なアンテナ・アレイ構成を提供することにより、上述の諸問題を克服する、その結果、該パッチ・アンテナの１つは、基地局、ＡＰ、又は同種のものと通信するために、リピータ・パッケージの配置に依存して選択されることが出来、そして、該双極アンテナは、一般に、加入者デバイス、利用者デバイス、無線通信ノード、又は同種のもののような、クライアント・デバイスに向けられることが出来る。該パッチ・アンテナと該双極アンテナは、分離性を向上させそしてパッチ・アンテナと双極アンテナ間の電磁的カップリングを低減するために、直角に分極されている。該アンテナは、コモン・モード電流を低減するために均衡のとれた配置で給電されことが出来る。複数個の切り替えられる指向性アンテナの使用は、初期配置の期間に利用者の介入の最小化を可能にし、そしてリピータ電子機器が、初期配置の期間に、そして同様に稼働中定期的に、使用のための最良の指向性アンテナの自動選択のために、利用されることが出来る。
【０００８】
例示的なアンテナ配置は、単極アンテナ、双極アンテナ、又はリピータのクライアント側と向き合う他の実質的に無指向性のアンテナ素子、及びリピータの基地局側と向き合う２つのパッチ・アンテナを含むことが出来る。該パッチ・アンテナは、互いにそして両者の間に置かれる地板のような基板に平行な関係にある。クライアント側の素子は、該地板上に配置されることが出来て、特記されたように、単極アンテナ、双極アンテナ、又は類似のものであることが出来る。どのアンテナが基地局アンテナと通信するための最良の信号特性を有するかに従って、いずれか一方のパッチ・アンテナが、動作することが出来る。該パッチ・アンテナと、該パッチ・アンテナ面及び主地板／回路基板面に垂直な関係で配置された、クライアント側のアンテナとの間に分離フェンスが使用されることが出来る。
【０００９】
リピータ・ユニットの配置が基地局に向けられる信号品質及びリピータ・クライアント間又はクライアント間の信号品質双方を決定する上で大きな影響を有することが認識されるであろう。従って、リピータの性能が解析されることが出来るので、利用者は、リピータ・ユニットを最適な信号性能のために再配置するように注力させられることが出来る。本発明に従えば、２以上の切り替え可能なパッチ・アンテナの使用は、何れのパッチ・アンテナが基地局に対して最良の受信を提供するかを、システムが選択することを可能にすることによる程度まで、該配置問題を取り扱うことが出来る。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
添付図面においては、同じ参照番号は、別々の図面全体に亘り一貫して同一の要素又は機能的に類似の要素を指し、該図面は、以下の詳細な説明と共に本明細書の一部に組み込まれそしてそれを構成する。該図面は、種々の実施形態を更に図説するために、そして、本発明に従う種々の原理と利点を説明するために、働く。
【００１１】
本明細書では、ＴＤＤリピータのような無線通信ノードのための指向性アンテナ構成が開示されそして説明される。例示的なアンテナ構成は、リピータのクライアント側に面する単極、双極、又はそれに代わる“Ｆ”形アンテナ又は類似アンテナのような無指向性又は準無指向性アンテナ素子又は構成、及びリピータの基地局側に面する２つのパッチ・アンテナ、を含むことが出来る。該パッチ・アンテナは、互いに平行な関係で配置され、そして２つのパッチ・アンテナ間に配置されそして一方の側に、例えばクライアント側に該パッチ・アンテナを越えて延びる地板との関係で配置される。クライアント側の素子は、地板上に配置されることが出来て、記されたように、単極アンテナ、双極アンテナ、又は類似のアンテナであることが出来る。パッチ・アンテナは、両方共クライアント側のアンテナに関して直角に偏極されていて、好ましくは垂直に偏極されている。他方、クライアント側のアンテナは、水平に偏極されている。該２つのパッチ・アンテナの何れか一方が、何れのアンテナが基地局アンテナと通信するために最良の信号特性を有するかに従って、動作状態に切り替えられることが出来る。
【００１２】
該２つのパッチ・アンテナ間の地板上にリピータのための回路構成が、更に配置されることが出来て、その結果雑音を最大限に除去するために構成されることが出来る。例えば、地板すなわちリピータ回路基板を介する一般的なカップリングを低減するために、アンテナは、別のアンテナの給電構造にカップリングする信号の如何なる部分も最大限にキャンセルするためにコモン・モード・カップリングになるように、均衡の取られた方法で動作させられることが出来る。分離性をさらに改良しそして回線効率を向上させるために、パッチ・アンテナとクライアント側アンテナ間に分離フェンスが使用されることが出来る。該分離フェンスは、例えば、パッチ・アンテナと主地板／回路基板の諸平面に関して垂直に配置される、第２地板又は平面導体部から構成される。
【００１３】
リピータ・ユニットの設置は、基地局に向かう信号品質及びリピータ・クライアント又はクライアントに向かう信号品質、両者を決定することに対して大きな影響を有することが理解される。ある複数の実施形態では、音声信号がリピータの性能を解析するために使用されることが出来る。該解析に基づいて、利用者は、最適な信号性能のためにリピータ・ユニットを再配置するように指示されることが出来る。本発明に従えば、２つの切り替え可能なパッチ・アンテナの使用は、何れのパッチ・アンテナが基地局に対して最良の受信を提供するかを、システムが選択することを可能にすることによる程度まで、該配置問題を処理することが出来る。
【００１４】
上記されたように、例示的なリピータは、図１に示されるように双極パッチ・アレイ１００として構成されることが出来る。アレイ１１０と１２０では、１対の平行なパッチ・アンテナ１１４と１１５が地板１１３の両側に配置されることが出来る。該地板は、リピータ回路構成のための回路基板として使用されることも出来る。パッチ・アンテナ１１４と１１５のそれぞれは、地板１１３と平行に配置され、そしてプリント回路基板（printed circuit board）（ＰＣＢ）、配線板又は類似のものの上にプリントされることが出来る、或いはプラスチック・ハウジングに埋め込まれるスタンプされた金属部分から組み立てられることが出来る。地板１１３と関係付けられるＰＣＢの平面部は、例えば、その上に埋め込まれたトレースとして構成されそしてリピータのクライアント側に向けられる双極アンテナ１１１のような、アンテナを含むことが出来る。パッチ・アンテナ１１４と１１５の向きは、双極アンテナ１１１に関して直角であって、従って直角に偏極されていてより大きな分離性と回線効率をもたらすことが理解される。一般的には、パッチ・アンテナ１１４と１１５は、垂直に偏極されていて、そして双極アンテナ１１１は水平に偏極されている。
【００１５】
アレイ１１０で示されるように、分離フェンス１１２のような導電性障壁が、互いにカップリングする可能性が最も高いパッチ・アンテナ１１４と１１５の物理領域と双極部分１１１との間に電磁障壁を与えるために、使用されることが出来る。アレイ１２０では、分離フェンスは存在しない。分離フェンスは、地板１１３に電気的に接続されることが出来て、コモン・モード雑音除去を更に強化する。
【００１６】
パッチ・アンテナ１１４と１１５のうちの選択された１つ及び双極アンテナ１１１を持つ種々の実施形態での双極パッチ・アレイの使用の結果は、図２で示されることが出来る。図２では放射プロットは、方位角に対する利得及び仰角に対する利得が双極アンテナ１１１に対して示される、ということを示す。トレース２１０では、双極アンテナ１１１の方位角に対する利得がフェンス１１２のない場合の例示的な双極パッチ・アレイに対して示される。トレース２１１は、フェンス１１２のない場合の双極アンテナ１１１の仰角に対する利得を示す。最高利得４．７ｄＢｉが方位角１６０°且つ仰角７５°の場合に実現される。フェンス１１２が使用される場合、利得と指向性における改良が見られることが出来る。例えば、フェンス１１２ありの場合、トレース２２０は、双極アンテナ１１１の方位角に対する利得を示し、そして、トレース２２１は、双極アンテナ１１１の仰角に対する利得を示す。フェンス１１２が使用される場合、最高利得５．５ｄＢｉが方位角１３０°且つ仰角６５°の場合に実現される。
【００１７】
パッチ・アンテナ１１４と１１５のうちの選択された１つ及び双極アンテナ１１１を持つ種々の実施形態での双極パッチ・アレイの使用の更なる結果は、図３で示されることが出来る。図３では、放射プロットは、方位角に対する利得及び仰角に対する利得がパッチ・アンテナ１１４と１１５のうちの選択された１つに対して示される、ということを示す。トレース３１０では、選択されたパッチ・アンテナ１１４と１１５の方位角に対する利得がフェンス１１２のない例示的な双極パッチ・アレイに対して示される。トレース３１１は、フェンス１１２のない場合の選択されたパッチ・アンテナ１１４と１１５の仰角に対する利得を示す。最高利得７．８ｄＢｉが方位角６５°且つ仰角７０°の場合に実現される。フェンス１１２が使用される場合、外部パターン領域における改良されたロールオフが見られる。例えば、フェンス１１２ありの場合、トレース３２０は、選択されたパッチ・アンテナ１１４と１１５の方位角に対する利得を示し、そして、トレース３２１は、選択されたパッチ・アンテナ１１４と１１５の仰角に対する利得を示す。フェンス１１２が使用される場合、最高利得７．５ｄＢｉは、方位角７０°且つ仰角７５°の場合に実現されるが、しかしながら、記されたように９０°より大きく−９０°より小さな領域、該領域は双極アンテナ１１１との干渉を最も引き起こす可能性が高い、におけるロールオフが改良される。
【００１８】
上に説明された性能の関係は、図４で示される組み合わせられたプロットにおいて更に良く見られる。図４では、フェンス１１２を使用する例示的な双極パッチ・アレイにおいて、双極アンテナ１１１の放射パターン４３０がパッチ・アンテナ１１４と１１５の放射パターン４１０と４２０に対して示される。アンテナの構成とフェンス分離の使用の結果として、図５で見られるように、特に、本例に対する希望周波数、例えばＩＥＥＥ８０２．１１（ｂ）仕様又は通常“Ｗｉ−Ｆｉ”と呼ばれる８０２．１１（ｇ）仕様と通常関係付けられる２．４４ＧＨｚ周波数帯、においてである。本発明は、例えば、Ｗｉ−ｍａｘシステム、Ｗｉ−Ｂｒｏシステム、及び／又は８０２．１６（ｅ）システムのような関連するサブパーツを含む８０２．１６システム及び８０２．２０システムのような周知のＩＥＥＥ“８０２”標準に従って動作するシステムのような他のネットワーク又はシステムにおいて、或いは任意のＴＤＤ無線システムにおいて、使用されることも出来るということは認識されるべきである。トレース５１０は、フェンス１１２がない例示的な双極パッチ・アレイに関して、周波数に対するアンテナ素子間の分離性を示す。２．４４ＧＨｚ帯域内では、該分離性は、トレース５１１と比較して局所的に劣るということは、注意されるべきであり、そのトレース５１１はフェンス１１２のある場合の分離性を示し２．４４ＧＨｚ帯域内での改良された分離性を示す。
【００１９】
フェンス１１２の使用は、例えば、図６で見られるように、特にパッチ・アンテナ１１４と１１５のうちの選択された１つに対するアンテナ・マッチングの領域において、更なる改良をもたらすことが出来ることが理解されるであろう。トレース６１０は、フェンス１１２がない場合の双極アンテナ１１１に関して、周波数に対するＶＳＷＲを示す。理解されるように、該ＶＳＷＲは、望ましい周波数領域全体に亘り比較的平坦である。トレース６１１は、フェンス１１２がない場合のパッチ・アンテナ１１４と１１５のうちの選択された１つに関して、周波数に対するＶＳＷＲを示す。見て取られるように、フェンス１１２がない場合のパッチ・アンテナ１１４と１１５のうちの選択された１つに対して希望帯域におけるＶＳＷＲは、劣質であって、ミスマッチングと放射及び受信効率の低下を示す。フェンス１１２を使用することによって、双極アンテナ１１１に対してはトレース６２０で示されるように、取るに足らない改良しか実現されない。しかしながら、フェンス１１２を使用することによって、パッチ・アンテナ１１４と１１５のうちの選択された１つに対して、トレース６２１で示されるように、ＶＳＷＲ性能は劇的に改良される。
【００２０】
種々の代わりの実施形態に従えば、上記されたように、例示的なリピータは、図７に示されるように単極パッチ・アレイ７００として構成されることが出来る。双極構成の場合と同じように、１対の平行パッチ・アンテナ７１４と７１５が、リピータ回路構成のための回路基板としても使用されることが出来る地板７１３の両側に配置されることが出来る。パッチ・アンテナ７１４と７１５のそれぞれは、地板７１３と平行に配置され、そしてプリント回路基板（ＰＣＢ）、配線板又は類似のものの上にプリントされることが出来る、或いはプラスチック・ハウジングに埋め込まれるスタンプされた金属部分から組み立てられることが出来る。地板７１３と関係付けられるＰＣＢの平面部は、例えば、その上に埋め込まれたトレースとして構成されそしてリピータのクライアント側に向けられる単極アンテナ７１１のような、アンテナを含むことが出来る。パッチ・アンテナ７１４と７１５の向きは、単極アンテナ７１１に関して直角であって、従って直角に偏極されてより大きな分離性と回線効率をもたらすことが理解される。一般的には、パッチ・アンテナ７１４と７１５は垂直に偏極されていて、そして単極アンテナ７１１は水平に偏極されている。
【００２１】
分離フェンス７１２は、互いにカップリングする可能性が最も高いパッチ・アンテナ７１４と７１５の物理領域と単極アンテナ７１１との間に電磁障壁を与えるために使用されることが出来る。分離フェンスは、地板７１３に電気的に接続されることが出来て、コモン・モード雑音除去を更に強化する。
【００２２】
パッチ・アンテナ７１４と７１５のうちの選択された１つ及び単極アンテナ７１１を持つ種々の実施形態での単極パッチ・アレイの使用の結果は、図８で見られることが出来る。図８では、放射プロットは、方位角に対する利得及び仰角に対する利得が単極アンテナ７１１に関して示される、ということを示す。トレース８１０では、単極アンテナ７１１の方位角に対する利得がフェンス７１２のない場合の例示的な単極パッチ・アレイに関して示される。トレース８１１は、フェンス７１２のない場合の単極アンテナ７１１の仰角に対する利得を示す。フェンス７１２が使用される場合、局所化された指向性における改良が見られることが出来る。例えば、フェンス７１２ありの場合、トレース８２０は、単極アンテナ７１１の方位角に対する利得を示し、そして、トレース８２１は、単極アンテナ７１１の仰角に対する利得を示す。フェンス７１２が使用される場合、最高方位角方向利得１．８ｄＢｉが実現され、そして最高仰角方向利得２．８ｄＢｉが実現される。
【００２３】
パッチ・アンテナ７１４と７１５のうちの選択された１つ及び単極アンテナ７１１を持つ種々の実施形態での単極パッチ・アレイの使用の更なる結果は、図９で見られることが出来る。図９では放射プロットは、方位角に対する利得及び仰角に対する利得がパッチ・アンテナ７１４と７１５のうちの選択された１つに関して示される、ということを示す。トレース９１０では、選択されたパッチ・アンテナ７１４と７１５の方位角に対する利得がフェンス７１２のない場合の例示的な単極パッチ・アレイに関して示される。トレース９１１は、フェンス１１２のない場合の選択されたパッチ・アンテナ７１４と７１５の仰角に対する利得を示す。最高利得７．６ｄＢｉが方位角６０°で且つ仰角８０°の場合に実現される。フェンス７１２が使用される場合、外部パターン領域におけるロールオフに幾らかの変化が見られるが、しかしながら、性能は、フェンスのない場合の性能の近くに合致している。例えば、フェンス７１２ありの場合、トレース９２０は、選択されたパッチ・アンテナ７１４と７１５の方位角に対する利得を示し、そして、トレース９２１は、選択されたパッチ・アンテナ７１４と７１５の仰角に対する利得を示す。フェンス７１２が使用される場合、最高利得７．４ｄＢｉは、方位角６０°且つ仰角８０°の場合に実現されるが、これはフェンスなしの場合の性能とほとんど同等である。同様に、フェンス使用の場合の分離性は、図１０に示されるように名ばかりの改良しか示さない。トレース１０１０は、フェンス７１２なしの場合の周波数に対するアンテナ素子間の分離性を例示的な単極パッチ・アレイに対して示す。フェンス７１２ありの場合の分離性を示すトレース１０１１と比較して、僅かなマージンの改良された分離性しか認められない。
【００２４】
フェンス７１２の使用は、図１１に見られるように、パッチ・アンテナ７１４と７１５のうちの選択された１つに対して取るに足らないＶＳＷＲの改良しかもたらさない、他方単極アンテナ７１１に対しては実際にはＶＳＷＲ性能を僅かに低下させる。トレース１１１０は、フェンス７１２のない場合の単極アンテナ７１１に関して、周波数に対するＶＳＷＲを示す。ＶＳＷＲは、望ましい周波数領域全体に亘り比較的平坦であることが注目される。トレース１１１１は、フェンス７１２なしの場合のパッチ・アンテナ７１４と７１５のうちの選択された１つに関する周波数に対するＶＳＷＲを示す。見られることが出来るように、ＶＳＷＲは、望ましい周波数領域全体に亘り比較的平坦である。フェンス７１２を使用することによって、トレース１１２０に示されるように、ＶＳＷＲの僅かな劣化が単極アンテナ７１１に対して認められる。フェンス７１２使用の場合、トレース１１２１に示されるように、パッチ・アンテナ７１４と７１５のうちの選択された１つに対してＶＳＷＲ性能は、名ばかりに改善されるに過ぎない。
【００２５】
例示的な双極又は単極パッチ・アレイは、図１２Ａに示されるように、リピータの電子機器共にコンパクトな筺体１２００の中に効率的に収納されることが出来ることが理解される。筺体１２００の構造は、２つの方向のうちの１つに自然に向けられるようなものであることが出来る、しかしながら、指示書は、信号受信を最大化するように該筺体を設置する仕方を利用者に指導することが出来る。例示的な双極パッチ・アレイが図１２Ｂに示される。該図では、地板１２１３が、好ましくはリピータの電子機器のためのＰＣＢと統合されて、例えば隔離絶縁器１２２０を使用する２つのパッチ・アンテナ１２１４と１２１５の間で平行に配置されることが出来る。ある実施形態では、費用削減のため、隔離絶縁器は不要であることが理解される、というのは、筺体１２００は、該筺体１２００が組み立てられる時、地板１２１３及び２つのパッチ・アンテナ１２１４と１２１５を所定位置に保持するためのスロット又は他の据付構造と共に鋳造されることが出来るからである。上述で特記されたように、多くの場合分離フェンス１２１２が分離性を改良するために使用されることが出来る。これに代わる実施形態では、図１３Ａと図１３Ｂで示されるように、クラムシェル型筺体１３１０が、その中に設置される地板／ＰＣＢ基板１３１３及びパッチ・アンテナ１３１４とクライアント側アンテナ１３１１を備えて、使用されることが出来て、該アンテナは、上に説明されたように、例えば、双極アンテナ、単極アンテナ又は類似のアンテナであることが出来る。
【００２６】
上に説明されたように、指向性アンテナは、パッチ・アンテナのような２以上のアンテナを含み、それ等は図１４で示される例示的なシナリオ１４００で図説されるように切り替えられることが出来る。例示的なリピータ・ユニットは、指向性アンテナ部分１４１０、無指向性又は準無指向性アンテナ部分１４２０及び無線周波数（radio frequency）（ＲＦ）フロント・エンド部分１４３０を含むことが出来る。指向性アンテナ部分１４１０は、第１指向性アンテナ１４１１、第２指向性アンテナ１４１２、及び恐らく追加のアンテナを含み、該アンテナは、プリント回路基板材料にエッチングされたパッチ部分を含むことが出来る、又は本明細書の上に説明されたように金属からスタンプされそして薄片状にされることが出来る。該第１指向性アンテナ１４１１、第２指向性アンテナ１４１２、又は追加のアンテナは、アンテナ・スイッチ１４１３を使用して何の指向性アンテナが最良の信号特性を有するかに従って切り替えられて動作に入ることが出来る。利用者によって実行されることが出来るセット・アップ手順においては、リピータは、所望の基地局又はＡＰの近傍に設置されてボタンが押される。入力は、リピータに供給され、それはボタン押手順に従って該リピータが設定されることを可能にする。該ボタン押手順は、例えば本明細書に参照として組み込まれる、２００５年５月２６日に出願された“改良された無線ネットワーク・リピータ”と題する、出願中の米国特許出願番号第１０／５３６，４７１号、代理人整理番号ＷＦ０２−０９／２７−００７、に記載されている。
【００２７】
従って、例示的なリピータは、第１指向性アンテナ１４１１を選択することが出来てＡＰからのビーコン伝送に対して全ての許容される周波数チャネルを掃引する。リピータは、それぞれの受信ビーコンと該ビーコンに関係付けられる信号品質についての情報を表中に記憶する。次にリピータは、第２指向性アンテナ１４１２を選択して上記のように許容される周波数チャネルの掃引を繰り返す。もし更なる指向性アンテナが使用されるならば、次にリピータは、全ての指向性アンテナに対するビーコン信号情報を掃引して記録し、そして該情報を表中に記憶する。全ての指向性アンテナに対して掃引が完了すると、２つのアンテナ間における最良の品質尺度、例えば電力、信号対雑音比（signal-to-noise-ratio）（ＳＮＲ）、又は類似のものの様な品質尺度、を有する該ビーコン信号情報と関係付けられる指向性アンテナが選択されてマスターＡＰ又はターゲットＡＰとして識別され、そして、一般的にはターゲットＡＰのＭＡＣアドレスであるＢＳＳ＿ＩＤのような識別子が記憶される。次に該識別子は、該リピータに供給されて後続のスタート・アップの期間中参照のための“提携された”ＡＰを示す。一旦、提携されたＡＰに対するＢＳＳ＿ＩＤのような提携されたＡＰ情報が記憶されそして掃引タスクが完了したと指示されると、利用者は、リピータの位置を変えることが出来る。
【００２８】
リピータが再配置されそして電源が投入されると、上に説明された掃引処理又は変更された掃引処理が繰り返されることが出来る。しかしながら、一旦提携されたＡＰと関係付けられる情報が第１掃引すなわち掃引手順の第１部分で取得されると、該情報は、何れのパッチ・アンテナが最良の信号品質を有すると思われるか、従って、初期動作のためのパッチとして選択されるかに関する決定を行うに際して利用されることが出来る。ある複数の実施形態では、ＡＰの所在を決めそして最良信号のパッチ・アンテナを選択する組合せ掃引手順は、１つの初期化手順で使用されることが出来ることが更に理解される。初期化が完了すると、“設定された”という指示が、利用者、例えば簡単なＬＥＤ指示器（示されない）に供給される。
【００２９】
追加の掃引が種々の掃引基準に基づいて実行されることが出来る。例えば、追加の掃引は、ある時間インターバルの終了後に定期的に、ＡＰ信号の受信強度水準を含む品質尺度がある閾値より下に低下する時、パケット誤りレートがある閾値を超える時、或いは種々の他の基準が満たされる時、実行されることが出来る。追加の掃引は、重要な情報が、例えば、無線ＭＡＣプロトコルの公知の特性に基づくリピータ・リンクを介して、何も送信されない若しくは送信されないであろう期間に便宜的に実行されることも出来る。
【００３０】
無線ＴＤＤシステムにおける例示的なリピータの設置を図説するために、例示的な無線ネットワーク・シナリオ１５００が図１５に示される。図１５では、基地局１５１０は、クライアント１５３０との通信のためにリピータ１５２０と通信することが出来る。無線インターフェース１５１１が１又は複数の指向性アンテナ１５２１、そのうちの１つが最適動作のためにスイッチ１５２２を使用して選択されることが出来る、を介して基地局１５１０とリピータ１５２０を行き来する通信のために使用されることが出来る。アンテナ１５２１の選択は、周期的な掃引インターバルに従って、或いは本明細書の上に説明されたような付加的基準に基づいて実行される掃引に従って、変更されることが出来る。リピータ・ユニット１５２３は、指向性アンテナ１５２４を使用してクライアント１５３０と通信しながら同時に基地局１５１０と送信及び受信情報をやり取りすることが出来る。該アンテナ１５２４は、再生された信号を無線インターフェース１５２５を介してクライアント１５３０に一斉送信し、そしてしかも、クライアント１５３０から信号エネルギーを受信して基地局１５１０に再送信する。以下のことも同様に理解される、即ち、個々の実施形態次第で、リピータ１５２３は、パケット・ヘッダ又は類似のもののようなプロトコル情報を構文解析せずに単純に再送信する物理（physical）（ＰＨＹ）層リピータとして働くことが出来る、又は、付加的情報を提供されることが出来て、その結果、リピータ１５２３は、ヘッダ構文解析、誤り訂正、経路選択、及び一般的にはより上位層のプロトコルと関係付けられる類似のもの、を必要とする媒体アクセス制御（media access control）（ＭＡＣ）機能のような、付加的なより上位層のプロトコル機能を提供することが出来る。
【００３１】
ある複数の実施形態に従えば、複数のアンテナ・モジュールが同一リピータ又はデバイス内に組み込まれることが出来て、そのようなものとして、例えば、多元入力多元出力（multiple-input-multiple-output）（ＭＩＭＯ）環境又はシステムにおける使用のための複数の指向性アンテナ又は上記で説明されたようなアンテナ対及び複数の無指向性又は準無指向性アンテナがある。
【００３２】
本開示は、本発明の真の、意図される、及び公平な範囲と精神を限定するためというよりもむしろ本発明に従う種々の実施形態の形作り方と使用法を説明するために意図される。前記の説明は、包括的であることは意図されておらず、また、本発明を開示された精確な形式に限定することは意図されてない。修正又は変更は、上記の教えるところに照らして可能である。（諸）実施形態は、本発明の原理とその実際的な適用の最良の説明を提供するために、そして当業者が、種々の実施形態においてそして企図される個々の使用に適合されるような種々の変更を加えて、本発明を利用することを可能にするために、選択されそして説明された。全てのその様な修正及び変更は、本発明の範囲内である。上記で説明された種々の回路は、個別的回路又は集積回路において実装されることが出来る。更に、本発明の複数の部分は、当業者により理解されるようにソフトウェア又は類似のものにおいて実装されることが出来る、そして、本明細書で説明された内容と関係付けられる方法として具体化されることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の種々の例示的な実施形態に従う双極アレイ構成を図説する略図を示す図。
【図２】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンス有の場合となしの場合の例示的な双極アレイ構成の双極部分の放射パターンを図説するグラフを示す図。
【図３】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンス有の場合となしの場合の例示的な双極アレイ構成のパッチ部分の放射パターンを図説するグラフを示す図。
【図４】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンスを持つ例示的な双極アレイ構成の双極部分とパッチ部分の組み合わせられた放射パターンを図説するグラフを示す図。
【図５】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンスを持つ双極アレイ構成の双極部分とパッチ部分との間の周波数に対する分離性を図説するグラフを示す図。
【図６】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンス有の場合となしの場合の双極アレイ構成の双極部分とパッチ部分に対する電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を図説するグラフを示す図。
【図７】本発明の種々の例示的な実施形態に従う単極アレイ構成を図説する略図を示す図。
【図８】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンス有の場合となしの場合の例示的な単極アレイ構成の単極部分の放射パターンを図説するグラフを示す図。
【図９】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンス有の場合となしの場合の例示的な単極アレイ構成のパッチ部分の放射パターンを図説するグラフを示す図。
【図１０】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンスを持つ単極アレイ構成の単極部分とパッチ部分との間の周波数に対する分離性を図説するグラフを示す図。
【図１１】本発明の種々の例示的な実施形態に従う分離フェンス有の場合となしの場合の単極アレイ構成の単極部分とパッチ部分に対する電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を図説するグラフを示す図。
【図１２Ａ】本発明の双極アレイ構成を含む種々の例示的な実施形態に従うアンテナ・アレイ構成のための筺体を図説する略図を示す図。
【図１２Ｂ】本発明の種々の例示的な実施形態に従う図１２Ａの筺体の内部図を図説する略図を示す図。
【図１３Ａ】本発明の種々の例示的な実施形態に従うアンテナ・アレイ構成のための代わりの筺体を図説する略図を示す図。
【図１３Ｂ】本発明の種々の例示的な実施形態に従う図１３Ａの筺体の内部図を図説する略図を示す図。
【図１４】本発明の種々の例示的な実施形態に従う複数の指向性アンテナ間で切り替えるための切り替えユニットを図説する略図を示す図。
【図１５】本発明の種々の例示的な実施形態に従うクライアントとアクセス・ポイントを持つシステムにおけるリピータを図説する略図を示す図。
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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