(57)【要約】本発明は、無線通信において使用されるバック信号を抑制するための前方指向アレイアンテナの設計方法であって、（ａ）導体である反射パネル上に所定間隔で配置数が少ない短軸（ｘ軸）に対して及びｘ軸に対して垂直な方向である長軸（ｙ軸）に対して相互類似放射パターン特性を有するエレメントを配置する類似パターン要素配置ステップ、（ｂ）反射パネルのエッジで、所定の角度と長さを有し、前記エッジに配置されるエレメントに達する電波の方向に対して前面を中心に対称である反射表面を形成するための受信バランス化ステップ、（ｃ）ｘ軸シリーズ分配及び合成によって、ステップ（ｂ）の後のアレイアンテナの信号の合成において、ｘ軸配置に対する出力分配と合成のために、ｘ軸方向への伝達特性を抑制するシリーズ分配及び合成をｙ行の数と同じだけ実行するためのｘ軸方向信号抑制ステップ、（ｄ）ｙ軸シリーズ分配及び合成によって、ｘ軸配置に対する出力分配と合成のために、ｙ軸方向への分配及び合成を最終的に実行することにおいて、ｙ軸方向への伝達特性を抑制するシリーズ分配及び合成を実行するためのｙ軸方向信号抑制ステップ、及び（ｅ）ｙ軸の配置信号分配及び合成の結果をアンテナデバイスの外部の接触手段へ提供するためのバック抑制中実パターン出力ステップを備える、前方指向性アレイアンテナの設計方法を提供する。【選択図】図２
2007532077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信で使用されるバック信号を抑制するための前方指向性アレイアンテナを設計するための方法であって、
（ａ）導体である反射パネル上に所定間隔で配置数が少ない短軸（ｘ軸）に対して及びｘ軸に対して垂直な方向である長軸（ｙ軸）に対して相互類似放射パターン特性を有するエレメントを配置する類似パターン要素配置ステップと、
（ｂ）反射パネルのエッジで、所定の角度及び長さを有し、前記エッジに配置されるエレメントに達する電波の方向に対して前面を中心に対称である反射表面を形成するための受信バランス化ステップと、
（ｃ）ｘ軸シリーズ分配及び合成によって、ステップ（ｂ）の後のアレイアンテナの信号の合成において、ｘ軸配置に対する出力分配と合成のために、ｘ軸方向への伝達特性を抑制するシリーズ分配及び合成をｙ行の数と同じだけ実行するためのｘ軸方向信号抑制ステップと、
（ｄ）ｙ軸シリーズ分配及び合成によって、ｘ軸配置に対する出力分配と合成のために、ｙ軸方向への分配及び合成を最終的に実行することにおいて、ｙ軸方向への伝達特性を抑制するシリーズ分配及び合成を実行するためのｙ軸方向信号抑制ステップ、及び
（ｅ）ｙ軸の配置信号分配及び合成の結果をアンテナデバイスの外部の接触手段へ提供するためのバック抑制中実パターン出力ステップを備える方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）で、エレメントは、
λ／２ダイポールよりも相対的に小さい小さなダイポールを使用してロードマッチングを実行し、
小さなダイポールエレメントの反射パネルよりもλ／４未満の低い高さを有し、
小さなダイポールエレメントの幅としてλ／８よりも大きな広い幅を有し、及び
小さなダイポールエレメントに付加される前方指向性エレメントを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｘ又はｙ軸に対する伝達特性を抑制するためのシリーズ分配として、２項分布関数、チェビシェフ関数、テーラー関数、及びぺデスタルコサインの一つが、選択的に適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
無線通信システムにおいて使用される前方指向性アレイアンテナであって、
小さなダイポールエレメント３２３の幅としてλ／８よりも大きな広い幅を有し、前方指向特性及び隣接するエレメント同士間で非干渉特性を有するように前方指向性エレメント３２４をカップリングする、複数の前方指向性アンテナエレメント３１１と、
列（ｘ）と行（ｙ）においてλ／４未満の高さＨに前記複数のアンテナエレメントを面配置し且つ固定するためであって、２０度から６０度の反射曲率を有し、且つアンテナエレメントが両エッジ端に配置されるアンテナエレメント同士間の放射パターンのバランスを調節するように固定される高さと同様な高さを有するコーナー反射部３２２を有する反射パネルと、
２項分布に従ってシリーズ分配を適用してエレメント配置の数が、列及び行に配置及び固定されたアンテナエレメント３１１よりも少ない短軸（ｘ）に対してゼロ点を形成する、ｘ軸シリーズ分配部３１２と、
配置の数が、ｘ軸シリーズ分配部３１２の信号に対し大きい長軸に関してチェビシェフ関数に従ってシリーズ分配を適用し、ｙ軸に対するゼロ点を形成するｙ軸シリーズ分配部３１３、及び
ｙ軸シリーズ分配部３１３のコンビネーション信号を外部に出力する入出力部３１４を備える前方指向アレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
１．技術分野
本発明は無線通信システムにおいて使用される前方指向性アンテナに関し、より具体的には、バック信号の伝達特性をゼロ（０）にするためのアイソレーションアンテナに関する。
２.関連技術
従来のアイソレーションアンテナの設計方法は、図１に示すように、アンテナエレメント配置ステップＳ１１、マルチバック遮蔽ステップＳ１２、信号合成ステップＳ１３、及びバック抑制パターン出力ステップＳ１４を含む。
【０００２】
アンテナエレメント配置ステップＳ１１では、アンテナエレメントを比較的広い間隔（例えば、０．７から１．５の波長）で配置し、少数のエレメントを使用することによって高指向性利得を得、少数の、すなわち１個又は２個のエレメント１１１を水平方向に配置し、多数の、すなわち４個から１０個のエレメントを垂直方向に配置して、アンテナを小型化する。
【０００３】
マルチバック遮蔽ステップＳ１２は、エレメント配置ステップＳ１１によって配置されたアンテナエレメントがバック信号を受信する時、屈折電波障害物１１５及び１１６を繰り返し置いてバック信号の受信強度を繰り返し弱めるステップである。
【０００４】
信号合成ステップＳ１３は、エレメント配置ステップＳ１１で配置されたアレイエレメントによって受信された信号を合成してバック信号がマルチバック遮蔽ステップによって弱められた状態にするステップである。
【０００５】
バック抑制パターン出力ステップＳ１４は、合成されたバック抑制パターン信号をアンテナの外部に出力することでユーザがその信号を使用できるようにするステップである。
【０００６】
ここで、図１のパターン１３０のように、出力信号のパターンは、屈折電波障害物によって片振幅が狭角（例えば、２０度）を有するメインビーム１３１及び広い幅を有するサイドローブ１３２を有する。
【０００７】
しかしながら、従来のアイソレーションアンテナは、バック信号の可能なゼロ点角度１３４が電波障害物の大きさ及び個数によって制限されるという問題を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前方向のために必要とされる様々な角度のメインビームを形成し、そのメインビームと比較して、１８０度の全後方向（例えば、前方向を０度と想定すると、９０〜２７０度）に関して−３０ｄｂ（１／１０００）の強度でバック信号の受信を抑制するアンテナデバイス、及びその設計方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、無線通信において使用されるバック信号を抑制するための前方指向性アレイアンテナの設計方法であって、（ａ）導体である反射パネル上に所定間隔で配置数が少ない短軸（ｘ軸）に対して及びｘ軸に対して垂直な方向である長軸（ｙ軸）に対して相互類似放射パターン特性を有するエレメントを配置する類似パターン要素配置ステップと、（ｂ）反射パネルのエッジで、所定の角度及び長さを有し、前記エッジに配置されるエレメントに達する電波の方向に対して前面を中心に対称である反射表面を形成するための受信バランス化ステップと、（ｃ）ｘ軸シリーズ分配及び合成によって、ステップ（ｂ）の後のアレイアンテナの信号の合成において、ｘ軸配置に対する出力分配と合成のために、ｘ軸方向における伝達特性を抑制するシリーズ分配及び合成をｙ行の数と同じだけ実行するためのｘ軸方向信号抑制ステップと、（ｄ）ｙ軸シリーズ分配及び合成によって、ｘ軸配置に対する出力分配と合成のために、ｙ軸方向における分配及び合成を最終的に実行することにおいて、ｙ軸方向における伝達特性を抑制するシリーズ分配及び合成を実行するためのｙ軸方向信号抑制ステップ、及び（ｅ）ｙ軸の配置信号分配及び合成の結果をアンテナデバイスの外部の接触手段へ提供するためのバック抑制中実パターン出力ステップを備える、前方指向性アレイアンテナの設計方法を提供する。
【００１０】
ステップ（ａ）で、エレメントは、λ／２ダイポールよりも相対的に小さい小さなダイポールを使用してロードマッチングを実行し、小さなダイポールエレメントの反射パネルよりもλ／４未満の低い高さを有し、小さなダイポールエレメントの幅としてλ／８よりも大きな広い幅を有し、及び小さなダイポールエレメントに付加される前方指向性エレメントを備える。
【００１１】
ｘ又はｙ軸に対する伝達特性を抑制するためのシリーズ分配として、２項分布関数、チェビシェフ関数、テーラー関数、及びぺデスタル（方形）コサインの内に一つが、選択的に適用される。
【００１２】
本発明は、更に、無線通信システムにおいて使用される前方指向性アレイアンテナであって、小さなダイポールエレメント３２３の幅としてλ／８よりも大きな広い幅を有し、前方指向特性と隣接するエレメント同士間で非干渉特性を有するように前方指向性エレメント３２４をカップリングする、複数の前方指向性アンテナエレメント３１１、列（ｘ）と行（ｙ）においてλ／４未満の高さＨに前記複数のアンテナエレメントを面配置し且つ固定するためであって、２０度から６０度の反射曲率を有し、且つアンテナエレメントが両エッジ端に配置されるアンテナエレメント同士間の放射パターンのバランスを調節するように固定される高さと同様な高さを有するコーナー反射部３２２を有する反射パネルと、２項分布に従ってシリーズ分配を適用してエレメント配置の数が、列及び行に配置及び固定されたアンテナエレメント３１１よりも少ない短軸（ｘ）に対してゼロ点を形成する、ｘ軸シリーズ分配部３１２と、配置の数が、ｘ軸シリーズ分配部３１２の信号に対して大きい長軸に関してチェビシェフ関数に従ってシリーズ分配を適用してｙ軸に対するゼロ点を形成するｙ軸シリーズ分配部３１３、及びｙ軸シリーズ分配部３１３のコンビネーション信号を外部に出力する入出力部３１４を備える前方指向アレイアンテナを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の上記及び他の特徴と利点は、添付された図面を参照して詳細に好適な実施の形態を記述することによって当業者にとってより明確になる。
【００１４】
本発明は、ここで、本発明の好適な実施の形態が示される添付の図面を参照して以下により十分に記述される。しかしながら、この発明は、異なる形態に具体化されることが出来、ここで述べられる実施の形態に制限されるものとして解釈されるべきではない。寧ろ、これらの実施の形態は、本発明の開示が、綿密であり完全であるように提供され、且つ本発明の範囲を当業者に十分に提供する。図面において、層及び領域の厚みは、明瞭化のために誇張される。同様な参照番号は、明細書全文を通して類似の要素を指す。
【００１５】
図２は、本発明に従うバック信号を抑制するためのアレイアンテナを設計するための方法を示すフロー図である。図２に示されるように、アレイアンテナを設計する方法は、類似パターンエレメント配置ステップＳ２１，受信バランス化ステップＳ２２、ｘ軸方向信号抑制ステップＳ２３、ｙ軸方向信号抑制ステップＳ２４，及びバック抑制中実パターン出力ステップＳ２５を備える。
【００１６】
類似パターンエレメント配置ステップＳ２１は、アンテナの反射パネル上で夫々のアンテナエレメントに類似パターンを持たせるステップである。エッジに配置されるエレメントと中央部に配置されるエレメントとは、それらが同じサイズであっても相互干渉に起因して互いに異なる特性を有するので、アレイアンテナの放射パターンの制御においてエラーが発生する可能性があり、それによって、望ましくないビームパターンが形成される可能性がある。このため、エレメントが反射パネルに配置された状態において放射パターンが類似するエレメントを使用することが好ましい。
【００１７】
図３は、所定の配置間隔（例えば、半波長）で類似放射パターンを有するアンテナエレメントを作るための方法を示す図である。従来のアンテナエレメントにおいて、半波長（λ／２）ダイポールが使用され、且つ設置高さＨは、反射パネル３２１からλ／４である。しかしながら、本発明のアンテナエレメントは、λ／４よりも低い高さ（λ／８からλ／１６）を有する。従って、本発明のアレイアンテナは、アンテナエレメントを反射パネル３２１に近接して配置することによって隣接するエレメント同士間で発生する反射干渉の強度を減少できる。
【００１８】
低い高さのアンテナエレメントを作ることにおいて、エレメント３２３は、広い幅Ｗ（例えば、λ／８よりも大きい）を持つように作られ、それによって、反射パネル３２１上で発生される逆位相電力を遮蔽でき、前方指向性を誘起でき、それによって、エレメント同士間の干渉強度を減少する。
【００１９】
前方指向性エレメント３２４（例えば、プロジェクタ）が、隣接するエレメント同士間の干渉を減少するために、夫々のエレメント３２３の前部に追加で配置されてもよい。
【００２０】
ここで、放射エレメントは、λ／２のダイポール以外のλ／４の長さＬを有する小さいダイポールを使用してロードマッチングを実行し、それによって、隣接するエレメント同士間の隣接距離が、相互干渉を減少するために分離される。
【００２１】
類似放射パターンエレメント同士間の配置間隔は、サイドローブを制御することが容易なλ／２であることが好ましい。
【００２２】
受信バランス化ステップＳ２２で、エッジ上に配置されたエレメントによって受信された信号は、電波の到着方向に依存すると共に両端間で非対称である異なる利得とパターンを有する。
【００２３】
上述の理由で、本発明に従うコーナー反射部を示す図４に示されるように、エッジ上に配置される反射器は、適切な間隔、反射角度、及び高さを必要とし、それによって、両エッジ端に配置されたアンテナエレメント３１１は、類似放射パターン２１４特性を誘発できる。
【００２４】
即ち、受信バランス化ステップＳ２２は、図４に示されるコーナー部３２２と同様に、実際の測定によって両エッジ端の放射パターン同士を比較してエッジ反射器のモデルを決定するためのステップである。
【００２５】
ｘ軸方向信号抑制ステップＳ２３とｙ軸方向信号抑制ステップＳ２４は、バック信号を抑制するための原理を示す図である図５を参照して説明される。
【００２６】
ｘ軸方向信号抑制ステップＳ２３は、類似放射パターンエレメント配置ステップＳ２１と受信バランス化ステップＳ２２を受けたアレイアンテナエレメントが、分配信号の割合によってビームを自由に制御する特徴を有する。特に、λ／２間隔の２項分布のようなシリーズ分布が、反射器面の方向、即ち、前方が０度であると仮定すると、＋９０度及び−９０度の方向に関して、限界ゼロ点を形成する特徴がある。
【００２７】
ここで、反射パネルのエッジが、エッジ受信バランス化ステップＳ２２による適切なコーナー反射器モデルを有する場合、バック側の信号源は、自由空間を介するアレイアンテナの全てのエレメントへの直接の信号送信パスを備えないが、個々のエレメントの放射パターンが実際に測定される時に、所定量（例えば、メインビームに匹敵する約−２０ｄｂ）が測定される。本発明では、バック信号受信現象は、バック信号が、反射パネルのエッジを介してカップリングされ、反射パネルの前部で共振し、次に、反射パネルの前部へ再放射するものとして解釈される。
【００２８】
このように、ｘ軸の対する第１の直列結合が実行される時に示される水平パターン２２１において、シリーズ分配によるビーム制御モデルに従うバック部分のフロント信号と放射パターンは、ｘ軸のビーム制御がｘ軸に対してゼロ点を形成するように実行される場合、反射パネル上のｙ軸の共振信号が個々のエレメントの分極方向で受信され且つバック信号が残るものとして解釈される。
【００２９】
ｙ軸方向信号抑制ステップＳ２４は、ｘ軸方向信号抑制ステップＳ２３と同様な原理を有し、シリーズ分配が、類似放射パターンエレメント配置ステップＳ２１と受信バランス化ステップＳ２２を受けたアレイアンテナエレメントに適用され、特に、λ／２間隔の２項分布のような直列分布が、反射器面の方向、即ち、前方が０度であると仮定した場合、ｙ軸上で＋９０度及び−９０度の方向に関して、限界ゼロ点を形成する特徴を有する。
【００３０】
このように、ｙ軸に対して限界ゼロ点を形成することは、ｘ軸に対する抑制後に測定されたバック方向のｙ軸共振信号に対して２次限界オフセットを引き起こし、それによって、前方信号の伝達特性を維持しながら、全てのバック方向信号の伝達特性をゼロにする放射パターン２２３と２２４を形成する。
【００３１】
バック抑制中実パターン出力ステップＳ２５は、短軸ラインシリーズ合成を使用するｘ軸方向信号抑制ステップＳ２３及び長軸ラインシリーズ合成を使用するｙ軸方向信号抑制ステップＳ２４によってバック信号が除去されるフロント信号をアレイアンテナの外部で使用されるべき外部へ出力するためのステップである。
【００３２】
ここで、ｘ軸方向信号抑制ステップＳ２３とｙ軸方向信号抑制ステップＳ２４においてｘとｙ軸への伝達特性を抑制するシリーズ分配として、２項分布、チェビシェフ関数、テーラー関数、及びぺデスタルコサインの内の一つが選択される。
【００３３】
図６は、本発明に従うアンテナ構成を示す図とパターン図である。
【００３４】
図６に示されるように、本発明のアンテナは、無線通信において使用される前方指向性アレイアンテナであり、複数のアンテナエレメント３１１、コーナー反射部３２２を有する反射パネル３２１、ｘ軸シリーズ分配部３１２、ｙ軸シリーズ分配部３１３、及び入出力部３１４を含む。
【００３５】
複数のアンテナエレメント３１１は、幅が広い、例えば、λ／８よりも大きい小さなダイポールエレメント３２３を有し、反射パネル３２１の全表面に関して反射パネル３２１上で発生される反位相電力を遮蔽し、それによって、前方指向性を誘起して隣接するエレメント同士間の干渉を減少する。
【００３６】
更に、プロジェクタのような前方指向性エレメント３２４が、小さなダイポールエレメント３２３の前部に追加で配置され、それによって、隣接するエレメント同士間の干渉を顕著に減少する。
【００３７】
アンテナエレメント３１１は、コーナー反射部３２２を有する反射パネル３２１からλ／４の高さに設置される。
【００３８】
ここで、アンテナエレメント３１１は、サイドローブを制御することが容易であるλ／２の間隔で配置されるのが好ましい。
【００３９】
コーナー反射部３２２が形成される反射パネル３２１は、エッジに配置されるアンテナエレメントと中央部に配置されるアンテナエレメントとの間で放射パターンをバランスさせるために、複数のアンテナエレメント３１１が、行と列の方向にλ／４未満の高さで平面に配置され固定されるように構成され、この反射パネル３２２は、両エッジ端に位置されるアンテナエレメント同士間で放射パターンのバランスを調節するために２０度から６０度の反射曲率を有し且つアンテナエレメントの固定高さと同様の高さを有するコーナー反射部３２２を有する。
【００４０】
ｘ軸シリーズ分配部３１２は、２項分布に従うシリーズ分配を適用してｘ軸に対してゼロ点を形成する。
【００４１】
ｙ軸シリーズ分配部３１３は、チェビシェフ関数のようなシリーズ分布をｘ軸シリーズ分配部３１２の信号に適用してｙ軸に対するゼロ点を形成する。
【００４２】
入出力部３１４は、ｙ軸シリーズ分配部３１３のコンビネーション信号を外部へ出力する。
【００４３】
図６のバック抑制信号パターンのように、本発明のアンテナデバイスによる実際の放射パターンは、前部サイドローブがλ／２間隔の２項分布の特徴に起因して発生しないので、バック信号に対する完全なゼロ点を形成するのみならず、単一のビーム３３１を形成し、且つバックゼロ点が前部に延出するという特徴を有する。
【００４４】
このように、バック信号が、常にゼロ点を維持し、ｘとｙ軸の配置エレメントの数によって前部水平及び垂直ビームの幅を設計できる利点がある。更に、完全なゼロ点を形成するためのシリーズ分配として、２項分布と同様に、チェビシェフ関数、テーラー関数、及びぺデスタルコサインのような種々のシリーズ分配を適用することによって、ｘとｙ軸に対する抑制度を自由に決定でき、従って、フロント／バック（Ｆ／Ｂ）比を制御でき、且つ望ましい電力半値角、フロント／サイド（Ｆ／Ｓ）比、及び利得を設計できる。
【００４５】
前述のように、無線通信システムで使用される本発明のアレイアンテナに従い、最大のＦ／Ｂ比を設計でき、従って、通信が必要ない方向に対する十分なアイソレーション性能を得る効果がある。
【００４６】
特に、本発明のアレイアンテナは、ＡＭＰＳ、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＴＲＳ、ＰＳＣ、衛星放送、ＷＣＤＭＡ、携帯インターネット、ＰＨＳ、軍事通信、ＣＤＭＡ  ＥＶ−ＤＯのデータ通信等の種々の無線通信システムへ適用されることができる。ダイレクトＲＦリレー及び不必要な電波の遮蔽が実行できるので、経済的にサービスエリアを拡大でき、且つ軍部が電子戦争を容易に実行できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、従来の技術に従うバック信号抑制方法及びアンテナデバイスを示す図である。
【図２】本発明に従うバック信号を抑制するためのアレイアンテナを設計するための方法を示すフロー図である。
【図３】本発明に従うアンテナデバイスを示す図である。
【図４】本発明に従うコーナー反射部を示す図である。
【図５】本発明に従うバック信号抑制原理を示す図である。
【図６】本発明に従うアンテナデバイスの構成と測定されたパターンの例を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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