(57)【要約】  運用の共用のためのアンテナシステムは、隣接する送信周波数を使用する。送信周波数は、正および負の偏波に関連したフィルタ１５８（＋）と１６０（−）とによって互いに分離された非隣接サブグループに分割される。受信周波数は、基地局受信ポートへの入力のためにフィルタリングされて５個の信号に分割される。非隣接送信周波数サブグループは、直交ハイブリッド１１０によって結合されて、９０度相対位相偏移をもって、互いに直交するように偏波されたセットのアンテナ素子ＡＳ（＋）、ＡＳ（−）に関連する互いに直交するアンテナスタックポートＰ（＋）、Ｐ（−）に行く。ポートＰ（＋）とＰ（−）は、ハイブリッド１１０によって互いに分離されている。９０度位相偏移は、左手円形偏波をもって放射される一方の送信サブグループと右手円形偏波をもって放射される他方の送信サブグループという結果をもたらす。相対的位相偏移を変化させることは、放射される偏波を線形または楕円形に変化させ、また信号振幅重み付けはアンテナビーム偏波方向の制御を与える。
2008544669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運用の共用のためのアンテナシステムであって、
ａ）隣接周波数を有する１セットの送信信号を、非隣接周波数を有する信号サブグループに分割するための手段と、
ｂ）それぞれのサブグループ内の送信信号を放射するためのアンテナであって、受信信号にも応答し、互いに直交するポートを有する少なくとも二つのアンテナと、
ｃ）結合された送信信号と、結合された受信信号のうちの少なくとも一方を備える結合された信号を生成するための結合手段であって、
ｉ）予め結合された信号間に分離を与え、
ｉｉ）異なるアンテナに関連する信号間への相対的遅延の導入によって、結合された信号のための偏波を予め整えるように、構成された結合手段とを有する、アンテナシステム。
【請求項２】
結合手段が、アンテナからの信号送信のための偏波を予め整えるように、異なるアンテナに行く送信信号サブグループ間に分離と相対的遅延とを与えるように構成される、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項３】
結合手段が、アンテナによる信号受信の最大感度に対応する偏波を予め整えるように、異なるアンテナによって受信される受信信号間に分離と相対的遅延とを与えるように構成される、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項４】
結合手段が、アンテナからの信号送信のための偏波とアンテナによる信号受信の最大感度に対応する偏波の両者を予め整えるために、異なるアンテナに行く送信信号サブグループ間と、異なるアンテナによって受信される受信信号間の両方に分離と相対的遅延とを与えるように構成される、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項５】
結合手段が、直交ハイブリッドである、請求項４に記載のアンテナシステム。
【請求項６】
結合手段が、各送信信号サブグループが相対的遅延をもって、異なるアンテナから放射されるように各送信信号サブグループをすべてのアンテナに経路指定するように構成される、請求項４に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
結合手段が、円形または楕円形信号偏波を予め整えるためのハイブリッド結合手段である、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項８】
結合手段が、同様な振幅重み付けを有する信号に対応する偏波とは異なる予め整えられた偏波方向性を取得するために異なった振幅で信号を重み付けするように整えられる、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項９】
少なくとも二つのアンテナが３個のアンテナであり、また結合手段が複数の相対的遅延を有する信号を結合するように構成される、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１０】
結合手段が、同様な振幅重み付けを有する信号に対応する偏波とは異なる予め整えられた偏波方向性を取得するために３個の振幅重み付け係数を使用して異なった振幅で信号を重み付けするように構成される、請求項９に記載のアンテナシステム。
【請求項１１】
少なくとも二つのアンテナが各々、多数のアンテナ素子を有する、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１２】
結合手段が、少なくとも二つのアンテナを含むアンテナアセンブリ内に配置される、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１３】
少なくとも二つのアンテナが、それ自体アンテナアセンブリの外部に配置される結合手段をもってマストヘッドに取り付けられたアンテナアセンブリ内に組み込まれる、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１４】
結合手段が、基地局に関連する送信信号サブグループ結合器と共に共同配置される、または送信信号サブグループ結合器の近くに配置される、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１５】
結合手段が、１８０度ハイブリッドである、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項１６】
隣接周波数を有する１セットの送信信号を使用しての多数の運用者間におけるアンテナシステムの運用の共用のための方法であって、
ａ）１セットの送信信号を、非隣接周波数を有する複数の信号サブグループに分割するステップと、
ｂ）それぞれのサブグループ内の送信信号を放射するためのアンテナであって、受信信号にも応答し、互いに直交するポートを有する少なくとも二つのアンテナを提供するステップと、
ｃ）結合された送信信号と、結合された受信信号のうちの少なくとも一方を備える結合された信号を生成するステップと、
ｄ）予め結合された信号間に分離を与えるステップと、
ｅ）結合された信号のための偏波を予め整えるために異なるアンテナに関連する信号間に相対的遅延を導入するステップとを有する、方法。
【請求項１７】
分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、アンテナからの信号送信のための偏波を予め整えるように、異なるアンテナに行く送信信号サブグループに適用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、アンテナによる信号受信の最大感度に対応する偏波を予め整えるように、異なるアンテナによって受信された受信信号に適用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、アンテナからの信号送信のための偏波とアンテナによる信号受信の最大感度に対応する偏波の両者を予め整えるように、異なるアンテナに行く送信信号サブグループと、異なるアンテナによって受信された受信信号とに適用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
各送信信号サブグループが相対的遅延をもって異なるアンテナから放射されるように、各送信信号サブグループをすべてのアンテナに供給するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、直交ハイブリッドを備える結合手段を使用して実行される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
相対的遅延を導入するステップが、円形または楕円形信号偏波を予め整える、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
同様な振幅重み付けを有する信号に対応する偏波とは異なる予め整えられた偏波方向性を得るために異なった振幅で信号を重み付けするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも二つのアンテナが３個のアンテナであり、相対的遅延を導入するステップが複数の相対的遅延を導入する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
同様な振幅重み付けを有する信号に対応する偏波とは異なる予め整えられた偏波方向性を得るために３個の振幅重み付け係数を使用して異なった振幅で信号を重み付けするステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも二つのアンテナが各々、多数のアンテナ素子を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、少なくとも二つのアンテナを含むアンテナアセンブリ内に配置された結合手段を使用して実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも二つのアンテナが、マストヘッドに取り付けられたアンテナアセンブリ内に組み込まれており、また結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、アンテナアセンブリの外部に配置された結合手段を使用して実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、基地局に関連する送信信号サブグループ結合器と共に共同配置された、または送信信号サブグループ結合器の近くに配置された結合手段を使用して実行される、請求項１６に記載の方法。
【請求項３０】
結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップが、１８０度ハイブリッドを備える結合手段を使用して実行される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の運用者による運用の共用のためのアンテナシステムに関し、より具体的には、しかし排他的ではなく、セルラー移動無線システムにおける使用のためのこのようなシステムに関する。本発明のアンテナシステムは、レーダーおよび電気通信などの多くのフェーズドアレイ用途での使用のために意図されているが、一般に移動電話ネットワークと呼ばれるセルラー移動無線ネットワークに特別の用途を見出している。このようなネットワークは、ＧＳＭ、ＣＤＭＡ（ＩＳ９５）、Ｄ−ＡＭＰＳ（ＩＳ１３６）およびＰＣＳシステムなどの第２世代（２Ｇ）移動電話ネットワークと、ユニバーサル移動電話システム（ＵＭＴＳ）などの第３世代（３Ｇ）移動電話ネットワークと、他のセルラー無線システムとを含む。
【背景技術】
【０００２】
従来のセルラー無線ネットワークの運用者は一般に、各々が一つ以上のアンテナに接続された運用者自身の基地局を使用する。セルラー無線ネットワークと運用者の数は世界的に増加しつつあるので、アンテナサイトの数と１サイト当たりのアンテナの数は両方とも増加しつつある。配置を立案または区画する責任を有する法的当局は、環境に対するアンテナの視覚的影響を最小にすることを気にかけている。法的当局はアンテナサイトの数とアンテナ構造物のひどく目立つことへの制限などの制約をますます賦課しつつある。アンテナの共用は、サイトとアンテナの数を制限するという問題を緩和する可能性を有する。しかしながらこのことは、信号結合におけるＲＦ信号電力損失と信号偏波オプションに関する低下した柔軟性という問題を導入する。
【０００３】
信号結合におけるＲＦ信号電力損失は次のように発生する。送信モードでは、異なる送信周波数の混合が有害な相互変調生成物を生じさせるので、異なる送信周波数の混合を防止することが重要である。これを防止するために、予め結合された信号の間に分離を与えながら信号を結合するために３ｄＢ結合器を使用することが知られている。米国特許第５２２９７２９号明細書と米国特許第５５８４０５８号明細書は、各々が抵抗負荷で終端された一つのポートを有する一つ以上の３ｄＢ結合器を使用して信号を結合することを開示している。抵抗負荷は、有効に使用され得ないＲＦ電力を放散させる機能を有し、必要とされる信号への有害な影響を避けるために処分されなくてはならず、その結果、各３ｄＢ結合器は５０％電力損失を導入する。
【０００４】
基地局の多数の運用者による共用される運用のためのアンテナシステムは、欧州特許第０５６６６０３号明細書によって開示されている。この特許は、それぞれの帯域送信フィルタに、したがって１個の共通送信アンテナに接続された異なるタイプ（ＧＳＭ、ＥＴＡＣＳ、ＴＡＣＳ）の多数の基地局について説明している。信号偏波、分離および結合電力損失は検討されていない。
【０００５】
伝送性能を改善するために、ダイバーシティを使用すること、すなわち二つ以上のダイバース（異なる）信号を受信および／または送信することが知られている。ダイバース信号は、個別に、または組み合わせて処理される。ダイバーシティの３つの共通のタイプ、すなわちａ）周波数ダイバーシティ、ｂ）空間ダイバーシティおよびｃ）偏波ダイバーシティが存在する。送信モードでは移動セルラー無線送受器は、単一の偏波を有する搬送波を送信する単一のアンテナを有する。基地局は、＋４５度偏波を有する一方のアンテナ素子（または１セットの素子）と−４５度偏波を有する他方のアンテナ素子とを有する２重偏波アンテナを使用する。したがって送受器からの一つの信号は基地局アンテナにおいて二つの信号を生じさせる。基地局は、両受信信号を処理して一つの改善された信号を取得する。このアプローチは、送受器のアンテナの異なる配向とビルディングにおける反射などとによる無線信号の偏波の変化と戦って、信号が多数の偏波を有する基地局アンテナで受信されるようにする。
【０００６】
公開された国際公開第０２／００８２５８１号パンフレットは、周波数的に隣接する信号のペアが隣接周波数を有する１セットの信号を結合するための技法を開示している。この技法は、予め結合された信号に分離を与えることと、上記の３ｄＢ結合器において信号電力損失をこうむることを回避することと、の両方を行う。このセット内の信号を周波数の順序に順次に番号付けされるものとして取り扱って、国際公開第０２／００８２５８１号技法は、各ケースにおいてこれらの信号を非隣接周波数の奇数および偶数番号のサブグループにグループ分けする。奇数番号のサブグループは、アンテナシステムにおける一つの偏波のアンテナ素子に接続され、偶数番号のサブグループはこのアンテナシステムにおける直交偏波のアンテナ素子に接続される。二つのサブグループ内の信号は、アンテナから放射されるとき送信モードにおいて結合される。この仕方での結合は、送信信号がアンテナシステム内では結合されず、アンテナシステムから空中への放射時に結合されるので空中結合と呼ばれる。
【０００７】
国際公開第０２／００８２５８１号パンフレットにおいて開示された技法は、垂直に関して＋４５度および−４５度などの傾斜偏波アンテナのために適している。しかしながらこれは、通信性能を改善できる垂直および円形両方の偏波を実現する能力を有することが望ましい。国際公開第０２／００８２５８１号パンフレットの技法はまた、同じ偏波を有する送信および受信信号のために適している。傾斜偏波は、受信信号の場合の通信性能を改善することが知られているが、送信信号のための最適偏波ではない。これは、移動電話送受器内の受信アンテナが傾斜偏波された送信信号に直交する方向になり得るか、ほぼ、または有効にそうなる可能性があり（信号反射を考慮して）、これが送受器における受信信号の部分的または全面的損失という結果を招く。
【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、運用の共用のためのアンテナシステムの代替形式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、運用の共用のためのアンテナシステムであって、
ａ）隣接する周波数を有する１セットの送信信号を、非隣接周波数を有する複数の信号サブグループに分割するための手段と、
ｂ）それぞれのサブグループ内の送信信号を放射するためのアンテナであって、受信信号にも応答し、また互いに直交するポートを有する少なくとも二つのアンテナと、
ｃ）結合された送信信号と結合された受信信号とのうちの少なくとも一方を備える結合された信号を生成するための結合手段であって、
ｉ）予め結合された信号間に分離を与え、
ｉｉ）異なるアンテナに関連した信号間への相対的遅延の導入によって、結合された信号のための偏波を予め整えるように、構成された結合手段とを有するアンテナシステムを提供する。
【００１０】
本発明は、共用アンテナシステムの多数のユーザまたは運用者がアンテナ形状配列によって規定される偏波（単数または複数）に制約されないという利点を提供する。代わって送信信号と受信信号の一方、または任意選択的に両方は、相対的遅延の選択によってプログラムされた、予め整えられた偏波を有することができ、いずれの場合の偏波もアンテナ形状配列に関連した偏波とは異なり得る。予め整えられた偏波は線形、円形または楕円形であり得る。送信信号の場合、予め整えられた偏波は、アンテナから放射される信号の偏波を意味する。受信信号の場合、予め整えられた偏波は、アンテナによる信号受信の最大感度に対応する信号偏波を意味する。本発明の更なる利益は、これが比較的妥当なコストでの既存のアンテナシステムの可能な改造であることである。
【００１１】
少なくとも二つのアンテナは各々、フェーズドアレイ動作のための能力を与えるために多数のアンテナ素子、例えばダイポールまたはパッチを有し得る。結合手段は、直交ハイブリッドであり得る。これは、各送信信号サブグループを、このようなサブグループが相対的遅延をもって異なるアンテナから放射されるように、すべてのアンテナに経路指定するように構成され得る。これは、信号を異なった振幅で重み付けするように構成され、３個の振幅重み付け係数を使用し得る。信号の振幅重み付けは、アンテナ素子の２次元アレイであるアンテナの偏波の配向の制御を与え、またアンテナ素子の３次元アレイであるアンテナのための偏波の配向の制御とアンテナビーム方向の制御の両方を与える。
【００１２】
少なくとも二つのアンテナは、３個のアンテナである可能性があり、結合手段は複数の相対的遅延を有する信号を結合するように構成されたハイブリッド結合手段であり得る。
【００１３】
少なくとも二つのアンテナは、それ自体がアンテナアセンブリの内部または外部いずれかに配置された結合手段をもってマストヘッドに取り付けられたアンテナアセンブリに組み込まれ得る。代替として結合手段は、基地局に関連する送信信号サブグループ結合器と共に共同配置され得るか、またはこの送信信号サブグループ結合器の近くに配置され得る。これは１８０度ハイブリッドであり得る。
【００１４】
代替の態様において本発明は、隣接する周波数を有する１セットの送信信号を使用しての多数の運用者間におけるアンテナシステムの運用の共用のための方法であって、
ａ）１セットの送信信号を、非隣接周波数を有する信号サブグループに分割するステップと、
ｂ）それぞれのサブグループ内の送信信号を放射するためのアンテナであって、受信信号にも応答し、また互いに直交するポートを有する少なくとも二つのアンテナを提供するステップと、
ｃ）結合された送信信号と結合された受信信号とのうちの少なくとも一方を備える結合された信号を生成するステップと、
ｄ）予め結合された信号間に分離を与えるステップと、
ｅ）結合された信号のための偏波を予め整えるために異なるアンテナに関連する信号間に相対的遅延を導入するステップと、を有する方法を提供する。
【００１５】
本方法は、本発明のアンテナシステム態様の利点と同様な利点を提供する。
【００１６】
分離を与え、相対的遅延を導入するステップは、アンテナからの信号送信のための偏波とアンテナによる信号受信の最大感度に対応する偏波とのいずれか、または両方を予め整えるためにアンテナ送信信号とアンテナ受信信号のうちのいずれか一方または任意選択的に両方に適用可能である。
【００１７】
本方法は、各送信信号サブグループが相対的遅延をもって異なるアンテナから放射されるように、各送信信号サブグループをすべてのアンテナに供給するステップを含み得る。
【００１８】
結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップは、直交ハイブリッドを備える結合手段を使用して実行される可能性があり、また予め整えられた偏波は円形または楕円形信号偏波であり得る。
【００１９】
少なくとも二つのアンテナは、３個のアンテナである可能性があり、相対的遅延を導入するステップは複数の相対的遅延を導入し得る。各アンテナは、多数のアンテナ素子を有し得る。本方法は、同様の振幅重み付けを有する信号に対応する偏波とは異なる予め整えられた偏波方向性を取得するために異なった振幅で信号を重み付けするステップを含み得る。このステップは、３個の振幅重み付け係数を使用し得る。
【００２０】
結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップは、少なくとも二つのアンテナを含むアンテナアセンブリ内に配置された結合手段を使用して実行され得る。
【００２１】
少なくとも二つのアンテナは、マストヘッドに取り付けられたアンテナアセンブリ内に組み込まれることが可能であり、結合された信号を生成し、分離を与え、相対的遅延を導入するステップは、アンテナアセンブリの外部に配置された結合手段を使用して実行され得る。代替として結合手段は基地局に関連する送信信号サブグループ結合器と共に共同配置され得るか、またはこの送信信号サブグループ結合器の近くに配置され得る。これは１８０度ハイブリッドであり得る。
【００２２】
本発明がより十分に理解されるために、本発明の実施形態は単に例として下記の添付図面を参照しながら説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、国際公開第０２／００８２５８１号パンフレットに記載された種類の従来技術のアンテナシステムを示す。これは、一般に５０によって示されており、５個の送信（ＴＸ）ポートと５個の受信（ＲＸ）ポート（図示せず）とを有する基地局のために意図されている。基地局は、周波数昇順に１から５と番号付けされた５個の隣接送信周波数の第１のセットと、同様に番号付けされた５個の隣接受信周波数の第２のセットと、を使用する。送信周波数は隣接しているので、これらは、一つの周波数のためのフィルタが直接に隣接した周波数を有する信号に悪影響を与えるような有限の周波数カットオフ特性を有する従来のフィルタによって分離されることはできない。
【００２４】
これらのセットの送信および受信周波数は、異なる周波数帯域にあるが、両者とも同じセルラー無線システムに関連している。基地局は、アンテナアセンブリＡＡ内のアンテナスタックＡＳの正（＋４５度）および負（−４５度）の偏波から引き続いて放射される送信信号を生成する。図面において（＋）と（−）は、一体化アンテナ信号給電部ＣＦ（＋）およびＣＦ（−）と偏波給電線ＰＦ（＋）およびＰＦ（−）とに現れる。これは、それぞれ正および負の偏波をもってアンテナスタックＡＳから放射されるように意図された送信信号との関連と、またこのような偏波をもってアンテナスタックＡＳで受信される受信信号との関連とを示す。厳密に言えば、表現「偏波」とは、アンテナシステム５０内の信号に適用されるときにはあまり意味をなさないが、信号と装置素子とが関連する偏波の点から、またアンテナスタックＡＳから送信され、またアンテナスタックＡＳによって受信される信号の偏波に対応して、信号と装置素子とを指すためには好都合である。
【００２５】
送信信号は、信号１、３および５の奇数番号付けされた周波数サブグループと信号２および４の偶数番号付けされた周波数サブグループとに分割される。これは、各サブグループ内の信号が隣接しないという効果を有する。この結果、各サブグループ内の信号は結合されることができ、また無限の周波数カットオンおよびカットオフ特性に欠けている従来のフィルタを使用して後に分割されることが可能であり、１サブグループ内の一つの信号に適用されるフィルタリングはこのサブグループ内の他の信号にあまり影響を与えない。
【００２６】
受信信号は、奇数および偶数番号付けされた周波数サブグループへの分割を必要としない。これらの信号は送信信号より遥かに低いパワーであって、基地局受信器は、これらが隣接周波数環境で動作することを可能にする隣接チャネル拒否能力を有する。
【００２７】
奇数番号の周波数を有するＴＸ１、ＴＸ３およびＴＸ５で示された送信信号は、矢印Ａ１、Ａ３およびＡ５によって示されるように、それぞれの基地局ポートから、正の偏波に関連し、３個の帯域送信フィルタ５８ａ、５８ｂおよび５８ｃと１個の帯域受信フィルタ５８ｄとを有する第１のフィルタバンク５８（＋）に供給される。受信フィルタ５８ｄからの５個すべての受信周波数における出力信号は、正の偏波に関連する受信スプリッタＲＳ（＋）によって５個の信号（便宜上、３個だけが示されている）に分割され、分割された信号はそれぞれの基地局受信ポートに行く。
【００２８】
偶数番号の周波数を有するＴＸ２およびＴＸ４で示された送信信号は、矢印Ａ２およびＡ４によって示されるように、それぞれの基地局送信ポートから、負の偏波に関連し、２個の帯域送信フィルタ６０ａおよび６０ｂと１個の帯域受信フィルタ６０ｃとを有する第２のフィルタバンク６０（−）に供給される。受信フィルタ６０ｃからの５個すべての受信周波数における出力信号は、負の偏波に関連する受信スプリッタＲＳ（−）によって５個の信号（３個だけが示されている）に分割され、分割された信号はそれぞれの基地局受信ポートに行く。第１および第２のフィルタバンク５８（＋）および６０（−）と受信スプリッタＲＳ（＋）およびＲＳ（−）は、まとめて基地局結合器ユニット６１を形成する。
【００２９】
正の偏波に関連する送信信号ＴＸ１、ＴＸ３およびＴＸ５は、それぞれ１、３および５と番号付けされた送信周波数に中心を持つ通過帯域を有する帯域フィルタ５８ａから５８ｃによってフィルタリングされる。これらの周波数通過帯域の外側でフィルタ５８ａから５８ｃは、基地局送信ポートを互いに分離する信号減衰を与える。この分離は、他の基地局ポートに置ける異なる送信周波数に関連する回路内に伝播する一つの周波数の信号から生じる有害な周波数相互変調生成物の発生を防止する。
【００３０】
フィルタリングの後、送信信号ＴＸ１、ＴＸ３およびＴＸ５は、正の偏波給電線ＰＦ（＋）上で結合されるので、フィルタ５８ａから５８ｃは結合フィルタとして機能する。同様に、負の偏波に関連する送信信号ＴＸ２およびＴＸ４は第２のフィルタバンク６０（−）に送られ、基地局送信ポート分離を与えるそれぞれのフィルタ６０ａおよび６０ｂによってフィルタリングされる。フィルタリングの後、送信信号ＴＸ２およびＴＸ４は負の偏波給電線ＰＦ（−）上で結合される。
【００３１】
正および負の偏波給電線ＰＦ（＋）およびＰＦ（−）は、正および負の偏波ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ６２（＋）および６２（−）（点線の内側）に接続され、これらのアセンブリは、今度はそれぞれ一体化アンテナ信号給電部ＣＦ（＋）およびＣＦ（−）のそれぞれの入力ポート（図示せず）に接続される。フィルタアセンブリ６２（＋）および６２（−）は、正の偏波に関連する奇数番号送信信号サブグループＴＸ１、ＴＸ３およびＴＸ５と負の偏波に関連する偶数番号送信信号サブグループＴＸ２およびＴＸ４とをそれぞれ送信するＴによって示される送信帯域フィルタを有する。これらの信号サブグループは、一体化アンテナ信号給電部ＣＦ（＋）およびＣＦ（−）に、したがって自由空間への放射のためのＡＳ（＋）およびＡＳ（−）などのアンテナスタックの正および負の偏波アンテナ素子に行く。ＡＳ（＋）およびＡＳ（−）などの正および負の偏波素子は、互いに直交するように偏波され、その結果、正の偏波素子からの放射は、負の偏波素子によって受信される可能性はなく、逆もまた同じである。
【００３２】
フィルタアセンブリ６２（＋）および６２（−）はまた、Ｒによって示される受信帯域フィルタのペアと、フィルタＴおよびＲによって送信信号からの過負荷に対して保護された、受信帯域フィルタ間の低雑音増幅器ＬＮＡと、を有する。受信帯域フィルタＲは各々、５個すべての受信信号周波数を送信する。５個の受信信号周波数は、偏波給電線ＰＦ（＋）およびＰＦ（−）を介して受信フィルタ５８ｄ、６０ｃに、したがって正および負の偏波にそれぞれ関連する基地局受信ポートに分割された信号を与えるスプリッタＲＳ（＋）およびＲＳ（−）に行く。
【００３３】
前述のように従来技術のアンテナシステム５０は、その送信および受信信号の両方が傾斜偏波を有するので、垂直または円形偏波のための能力を有さないという欠点を負っている。傾斜偏波は、送信信号のために最適ではない。これは、移動電話送受器内のアンテナが傾斜偏波された基地局送信信号に直交するように（またはそれに近く）方向付けられる可能性があり、これが送受器における受信信号の損失と送受器ユーザによって経験される信号フェージングという結果を招くからである。
【００３４】
図２は、一般に１００によって示される本発明のアンテナシステムを示す。これは、信号経路に挿入された直交ハイブリッド結合器（ハイブリッド）１１０を有する従来技術のアンテナシステム５０と同等である。図１を参照しながら説明された部分と同等の部分は、数字参照符号の場合だけ、接頭辞１００を付けて同様に参照される。ハイブリッド１１０以外の図２の要素は、図１の同様に参照される要素と同等であって同じ動作モードを有し、詳細には説明されない。図２の説明は、図１と比較して異なる態様に向けられる。
【００３５】
アンテナシステム１００は、従来技術システム５０と同様の＋４５度および−４５度傾斜偏波（すなわち直交的に偏波された）ポートを有するアンテナスタックＡＳをもって示されているが、これは本質的ではない。後で詳細に説明されるように、本発明は種々のアンテナタイプによって実現され得る。
【００３６】
ハイブリッド１１０は、４個のポートＡ、Ｂ、ＣおよびＤを有するハイブリッド信号結合装置である。ポートＡとポートＣは各々、ポートＢとＤに接続されているが、このハイブリッドの互いに反対側のポートのペアは、互いに電気的に分離されている。すなわちポートＡおよびＣは互いに絶縁されており、ポートＢおよびＤもまたそうである。
【００３７】
表現「ハイブリッド」とは、そのポートの二つの間を通る信号に予め整えられた非ゼロの位相偏移を加える装置を示す。この点について、ポートＡ、Ｄ間およびポートＢ、Ｃ間の表現「−９０」はポートＡからポートＤに、またはポートＢからポートＣに行く信号が−９０度の位相偏移を経験することを示す。これはまた、ポートＤからポートＡに、またはポートＣからポートＢに逆方向に行く信号にも当てはまる、すなわち−９０度位相偏移は、双方向的である。同様にポートＡ、Ｂ間の表現「０」は、これらのポート間をいずれかの方向に行く信号がゼロ位相偏移を経験することを示しており、ポートＣ、Ｄに関しても同様である。これらの位相偏移値は、ハイブリッド１１０が更なる位相偏移を課し得るということにおいて相対的であるが、そうであればこれはすべての信号に等しく影響を与えて、無視され得る。
【００３８】
ポートＡは正の偏波給電線ＰＦ（＋）に接続され、ポートＣは負の偏波給電線ＰＦ（−）に接続される。ポートＢは正の偏波ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ１６２（＋）に接続され、ポートＣは負のフィルタアセンブリ１６２（−）に接続される。ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ１６２（＋）および１６２（−）は、今度は一体化アンテナ信号給電部ＣＦ（＋）およびＣＦ（−）にそれぞれ接続され、したがってアンテナスタックＡＳに接続される。
【００３９】
ハイブリッド１１０は、ポートＡまたはポートＣに入力されて、ポートＢ、Ｄ間で分割された信号の等しい、または等しくない振幅分割を与え得る。等しくなければ、分割は０度位相偏移経路（ポートＡからポートＢへの、またはポートＣからポートＤへの）を通るパワーのＸ２％であり得るので、−９０度経路を通るパワーは（１−Ｘ２）％である（ポートＡからポートＤへの、またはポートＣからポートＢへの）。これは非理想的構成要素による損失を無視している。同様の考察は受信モードでは逆に当てはまる。
【００４０】
正および負の偏波給電線ＰＦ（＋）およびＰＦ（−）間と、正および負の偏波ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ１６２（＋）および１６２（−）間へのハイブリッド１１０の導入の効果は、次の通りである。正の偏波給電線ＰＦ（＋）は信号１、３および５の奇数番号周波数サブグループの入力をポートＡに与え、負の偏波給電線ＰＦ（−）は信号２および４の偶数番号周波数サブグループの入力をポートＣに与える。これら両入力はポートＢおよびＤに出力を生じさせる。奇数番号周波数サブグループはポートＢにゼロ位相偏移をもって現れ、ポートＤに−９０度位相偏移をもって現れる。偶数番号周波数サブグループはポートＢに−９０度位相偏移をもって現れ、ポートＤにゼロ位相偏移をもって現れる。ポートＡ、Ｃ間の分離のせいで、これらのポートの各々における入力信号は、他の、またはこれらに接続された偏波給電線ＰＦ（＋）またはＰＦ（−）に到達せず、したがって信号混合から生じる有害な相互変調生成物を生じさせる可能性はない。
【００４１】
ポートＢは正の偏波ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ１６２（＋）に接続されているので、このアセンブリはゼロ位相偏移を有する奇数番号周波数サブグループの入力と−９０度位相偏移を有する偶数番号周波数サブグループの入力とを受信する。同様にポートＤに接続された負の偏波ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ６２（−）は−９０度位相偏移を有する奇数番号周波数サブグループの入力とゼロ位相偏移を有する偶数番号周波数サブグループの入力とを受信する。これらの信号サブグループは、一体化アンテナ信号給電部ＣＦ（＋）およびＣＦ（−）のポートＰ（＋）およびＰ（−）に、したがってそれぞれ自由空間への放射のためのＡＳ（＋）およびＡＳ（−）などの正および負の偏波アンテナ素子に行く。ＡＳ（＋）およびＡＳ（−）などの正および負の偏波素子は、互いに直交するように偏波されており、したがってまた一体化アンテナ信号給電部ポートＰ（＋）およびＰ（−）もそうである。その結果、正の偏波素子からの放射は負の偏波素子によって受信される可能性はなく、逆も同じである。信号の混合は自由空間において発生する。奇数番号周波数サブグループは、ＡＳ（＋）などの正の偏波アンテナ素子からはゼロ位相偏移をもって、ＡＳ（−）などの負の偏波アンテナ素子からは−９０度位相偏移をもって放射される。自由空間における混合は、左手円形偏波を有する奇数番号周波数の放射という結果を生じさせる。
【００４２】
偶数番号周波数サブグループは、ＡＳ（−）などの負の偏波アンテナ素子からはゼロ位相偏移をもって、ＡＳ（＋）などの正の偏波アンテナ素子からは−９０度位相偏移をもって放射される。これは、アンテナ素子偏波に関する位相偏移の逆に対応し、したがって自由空間における混合は、右手円形偏波（前述の左手とは反対の）を有する偶数番号周波数の放射という結果を生じさせる。円形偏波は、アンテナスタックと移動電話送受器アンテナとの間の偏波不整合による信号の損失を阻止するので、有益である。
【００４３】
前に示したようにハイブリッド１１０は、信号相互変調生成物の発生を防止するために異なる給電線上の信号を互いに分離しながら、正および負の偏波給電線ＰＦ（＋）およびＰＦ（−）からこのハイブリッドに来る送信信号を結合する。これはまた、異なるアセンブリから出力される信号を互いに分離しながら、正および負の偏波ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ１６２（＋）および１６２（−）からこのハイブリッドに来る受信信号を結合する。したがってこれは、結合された送信信号と結合された受信信号の両方を生成し、また給電線またはフィルタアセンブリからの入力としてこれにやって来る信号の間に分離を与える。結合のためにハイブリッド１１０に来る送信および受信信号は、本明細書においては「予め結合された」信号と呼ばれる。
【００４４】
システム５０および１００は、各々がアンテナダイポールと直交ポートとを有するアンテナスタックＡＳを有する。ここでスタックは、アンテナ素子の１本のライン（垂直であることが多いが、必ず垂直というわけではない）である。このラインに沿った多数のアンテナ素子位置（通常、等間隔の）には１個、２個または３個のアンテナ素子が存在し得る。このラインに沿った一つの位置に２個または３個のアンテナダイポールが存在すれば、これらは互いに直交するように方向付けられる。ここで「直交的」とは一つのアンテナ素子に送り込まれる送信信号がこのラインに沿った同じ点に位置するもう一つのアンテナ素子によって、如何なる有意な程度にも受信されないことを意味する。表現「直交ポート」とは、一つのアンテナポートに入力された送信信号がこのアンテナのもう一つのポートから如何なる有意な出力も生じさせないことを意味する。受信モードではアンテナは、これらのポートの一つにおいてゼロ出力を、もう一つのポートにおいて非ゼロ出力を生じさせる、アンテナに入射する受信信号の特定の偏波が存在すれば、直交ポートを有する。
【００４５】
アンテナ素子のラインに沿った各位置に３個のアンテナ素子が存在し、各アンテナ素子がダイポールであれば、これらおよび関連するアンテナポートは、これらのダイポールが実質的に直角に互いに交差、または方向付けされて、またこれらの中心が一致する場合に、互いに直交する。ここで表現「実質的に直角に」とは、素子間の送信信号結合が無視し得るほど互いに関して９０度に十分近く配置された素子を含む。デカルトＸ、ＹおよびＺ座標を画定するように配置されたダイポールは、直交している。
【００４６】
ハイブリッド１１０は、
ａ）アンテナ支持マストヘッド（図示せず）におけるアンテナアセンブリＡＡ内に、または
ｂ）マストヘッドに、ではあるがアンテナアセンブリＡＡの外部に、または
ｃ）基地局結合器ユニット１６１内に、またフィルタ１５８（＋）および１６０（−）からの出力信号を受信して給電線ＰＦ（＋）およびＰＦ（−）に送信信号を供給するように接続されて、配置され得る。
【００４７】
ハイブリッド１１０に関するこれらの可能な位置の上記のａ）は、ハイブリッドとアンテナアセンブリ１００との間の信号給電線（ジャンパーケーブル）が意図されたアンテナ放射パターンを保持するように互いに適切な信号位相（例えば、位相整合）を与えることを必要とし、ｃ）は、ハイブリッド１１０からアンテナアセンブリＡＡへの全信号経路において適切な相対的信号位相が与えられることを必要とする。これは、例えば国際公開第０３／０４３１２７号パンフレットに開示されているように、他の目的のために位相整合した給電線を必要とするアンテナシステムにおいて欠点ではない。
【００４８】
アンテナシステム１００は、直交ハイブリッド１１０を和差（ｓｕｍ−ａｎｄ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）ハイブリッドとしても知られている１８０度ハイブリッドに変更することによって修正され得るが、この場合、
ａ）そのように修正されたアンテナシステムは、一方のサブグループの垂直に偏波された信号と他方のサブグループの水平に偏波された信号とを放射するし、
ｂ）それらの信号が垂直および水平に偏波されるようにアンテナ素子が回転させられるならば、アンテナシステムは一方のサブグループの＋４５度傾斜偏波された信号と他方のサブグループの−４５度傾斜偏波された信号とを放射する。
【００４９】
アンテナシステム１００は、送信モードに関して説明されてきた。受信モードでは受信信号はアンテナスタックＡＳから基地局へ逆方向に通り、また自由空間からアンテナスタックＡＳに入射する無線電波は、その偏波が信号を受信するアンテナ素子のためにハイブリッド１１０によって予め整えられた偏波に一致するときに最大の受信信号を生じさせる。
【００５０】
等しくない電力分割を有する直交ハイブリッドは、直交ハイブリッド１１０の代わりにアンテナシステム１００内で使用され得るが、この場合には放射される偏波タイプと偏波配向（線形であれば偏波の方向、楕円形であれば楕円軸の方向）の両方を独立に設定することが可能である。一方のセットの同様に偏波されたアンテナ素子、例えばＡＳ（＋）への電力が減らされて他方のセット、例えばＡＳ（−）への電力が増やされれば、放射される偏波は線形に留まるが、偏波角はより高い電力を有するアンテナ素子セットの配向に動く。
【００５１】
アンテナスタックＡＳは、ダイポールである多数のアンテナ素子の２セット、例えばＡＳ（＋）とＡＳ（−）とを有する。これはフェーズドアレイ原理を使用する運用を可能にするので、このような多数のアンテナ素子を有することは好都合である。しかしながらこれは本質的ではない。本発明は、各々がダイポールまたはパッチなどの唯一の素子を有する二つのアンテナによって実現され得る。
【００５２】
アンテナシステム１００は、隣接周波数の非隣接サブグループへのグループ化を実行する。これは、アンテナシステム１００が隣接周波数を使用する運用者によるセルラー移動無線システムの共通の特徴の共用を可能にすることを意味するので、有益である。
【００５３】
さて図３を参照すると、本発明を実行するために適した種々のアンテナスタックＡからＦが示されている。アンテナスタックＡおよびＢはそれぞれ、垂直および傾斜送信偏波を有する単一スタック単一ポートのアンテナスタックである。アンテナスタックＡは、必要とされる送信ビーム形状のために適した位相と振幅とを有する信号をＥａなどのアンテナ素子に供給するための一体化給電部ＣＦａに接続された単一信号ポートＰａを有する。同様にアンテナスタックＢは、単一ポートＰｂと傾斜しているＥｂなどのアンテナ素子への信号供給のための一体化給電部ＣＦｂとを有する。
【００５４】
アンテナスタックＣもまた、単一スタック単一ポートのアンテナスタックであるが、選択可能な送信偏波を有する。これはＥｃなどのアンテナ素子に供給するための一体化給電部ＣＦｂに接続された単一ポートＰｃを有する。これらのアンテナ素子は各々が左下にＩｃなどの単一入力または給電ポイントを有するパッチである。アンテナスタックＣは、パッチ給電ポイントＩｃなどの構造と配置とに依存して垂直、傾斜または円形いずれかの偏波を与え得る。図示のようにこれは、各パッチの左下の給電ポイントが左下から右上に延びるパッチ対角線上に放射性定在波を生成するので、４５度傾斜偏波を与える。
【００５５】
アンテナスタックＤは、左と右にそれぞれ給電部ＣＦｄ１およびＣＦｄ２に接続されたＥｄなどの＋４５度および−４５度送信偏波ダイポールアンテナ素子を有する単一スタック二重ポートアンテナである。信号ポートＰｄ１およびＰｄ２は、給電部ＣＦｄ１およびＣＦｄ２を介してそれぞれの素子偏波に接続される。ポートＰｄ１とＰｄ２は、ポートＰｄ１に入る送信信号が如何なる有意の程度にもポートＰｄ２からは現れないという点で送信モードにおいて直交している。実際にこれらのポートは、３０ｄＢ以上だけ互いに分離（ポート間分離）される。
【００５６】
アンテナスタックＥは、＋４５度および−４５度送信偏波アンテナ素子を有する単一スタック二重ポートアンテナであるが、この場合アンテナ素子はＥｅなどのパッチである。これは、給電部ＣＦｅ１およびＣＦｅ２を介してそれぞれのアンテナ素子偏波に接続された信号ポートＰｅ１およびＰｅ２を有する。アンテナ素子またはパッチの偏波は、左下、右下それぞれの各パッチに接続されたＩｅ１およびＩｅ２などの二つの給電ポイントの配置によって実現される。図示のようにこれは、＋４５度および−４５度傾斜送信偏波を与える。これは、左下および右下の給電ポイントＩｅ１およびＩｅ２が左下から右上に、また右下から左上にそれぞれ互いに直交して延びるパッチ対角線上に二つの定在電波を生成するからである。したがってポートＰｅ１とＰｅ２は、互いに直交している。Ｉｅ１およびＩｅ２などのパッチ給電ポイントは、垂直または代替として円形または楕円形偏波に対する如何なる角度においても線形偏波をアンテナスタックＥからの放射に与えるためにパッチＥｅなどに関して位置決めされ得る。このアンテナスタックは、図２を参照して説明されたアンテナシステム１００におけるダイポールアンテナスタックＡＳの代わりに用いられ得る。
【００５７】
アンテナスタックＦは、Ｘ、ＹおよびＺのデカルト座標軸（擬似３次元的に図示されている）にそれぞれ平行に方向付けされたＥｆ１、Ｅｆ２およびＥｆ３などのダイポールアンテナ素子を有する単一スタック３重ポートアンテナである。ここでＸおよびＹ軸は水平面内に在り、Ｚ軸は垂直面にあるので、アンテナスタックＦは二つの水平に偏波された送信信号と一つの垂直に偏波された送信信号とを与え、これら３個すべての送信信号は互いに直交している。信号ポートＰｆ１、Ｐｆ２およびＰｆ３は、それぞれ給電部ＣＦｅ１、ＣＦｅ２およびＣＦｅ３を介してＸ、ＹおよびＺダイポールアンテナ偏波に接続される。ポートＰｆ１、Ｐｆ２およびＰｆ３は、前述の理由から互いに直交している。
【００５８】
図３に示されたポートＰｄ１／Ｐｄ２、Ｐｅ１／Ｐｅ２およびＰｆ１／Ｐｆ２／Ｐｆ３は通常、受信モードでは直交しない。これらは、偶然にもそれぞれのアンテナスタックＤ、ＥまたはＦに入射するときにこの信号がこの信号を受信するアンテナ素子のラインの偏波と一致する偏波を有する場合にだけ受信信号に直交する。この基準が満足されなければ、受信信号は両ポートＰｄ１／Ｐｄ２またはＰｅ１／Ｐｅ２から、または３個すべてのポートＰｆ１／Ｐｆ２／Ｐｆ３から現れる。
【００５９】
本発明のアンテナシステム１００は、アンテナＤの形態のアンテナスタックＡＳによって説明されたが、アンテナスタックＡからＦの如何なるものも使用できる。これはまた送信信号に関して説明されたが、送信信号と比較して逆方向のアンテナスタックＡＳから基地局ポートに伝播する受信信号にも等しく当てはまる。
【００６０】
さて図４を参照すると、ボックスＢ１からＢ８は、それぞれのリム２０２ａ／２０２ｂおよび２０４ａ／２０４ｂを有する二つの互いに直交して交差するダイポール２０２および２０４からなるアンテナ２００に関する８個の異なる送信信号偏波Ｐ１からＰ８を示している。ダイポール２０２および２０４は、同じではあるが相対的位相差または遅延φを有する信号を受信する。入力２０６は、信号Ｖｉｎを、この信号を等しい振幅と位相の二つの信号に分割するスプリッタ２０８に与える。これら分割された二つの信号の一方は、ダイポール２０２および２０４それぞれに遅延した信号Ｅ（−）と遅延しない信号Ｅ（＋）とを与えるために、移相器２１０において他方に関してφだけ遅延させられる。
【００６１】
ボックス１は、φ＝０であるとき、したがって信号Ｅ（−）とＥ（＋）が互いに同位相にあるときにアンテナ２００から放射される線形垂直偏波Ｐ１を有する信号を示す。ボックス２では、φ＝４５度であるときに、したがって信号Ｅ（＋）が信号Ｅ（−）よりπ／４だけ進んでいるときに垂直な長軸を持った（図示のように）楕円形偏波Ｐ２を有する信号が得られる。Ｐ２は、矢印Ｐ２ａによって示されるように左手楕円形偏波を有する。φ＝９０度の状況が、すなわち矢印Ｐ３ａによって示されるように左手円形偏波を有する放射信号がボックス３に示されている。φ＝１３５度の状況、すなわち矢印Ｐ４ａによって示されるように左手楕円形偏波Ｐ４と水平な長軸を有する放射信号がボックス４に示されている。ボックス５には、φ＝１８０であるときの線形水平偏波Ｐ５を有する信号という結果が示されている。ボックス６、７および８は、ボックス４、３および２の鏡像である、φ＝２２５、２７０および３１５度の状況を示す。すなわちこれらはそれぞれ同じ楕円形または円形偏波を有するが、偏波の手は逆であって、それは左手の代わりに右手である。より詳細に後述されるように、振幅重み付けを使用して信号Ｅ（−）およびＥ（＋）の相対的振幅を変化させることによって線形偏波の、または楕円形偏波長軸の方向を変化させることが可能である。
【００６２】
図５は、一般に２００によって示される本発明のアンテナシステムの更なる実施形態を示す。これは、送信信号のための円形偏波と受信信号のための傾斜偏波とを与える。これは、追加の送信フィルタＴと送信信号経路に挿入された直交ハイブリッド２１０への接続の変更とを有する、図２を参照して説明された前述の実施形態１００と同等である。図２を参照しながら説明された部分と同等の部分は、数字参照符号の場合だけ、接頭辞１００の代わりに接頭辞２００を付けて同様に参照される。図２の同様に参照される要素と同等であって同じ動作モードを有する図５の要素は、説明されない。図５の説明は、異なる態様に向けられる。
【００６３】
追加の送信フィルタＴを無視すると、前述の実施形態１００と比較されたアンテナシステム２００の主要な変更点は、受信信号が今度はハイブリッド２１０に接続されないで、それをバイパスすることである。しかしながら送信信号はハイブリッド２１０に接続されて、前のようにそれを通過する。この結果、送信信号は、前述のように円形偏波を有するアンテナスタックＡＳから放射される。しかしながら、受信信号はＡＳ１およびＡＳ２などの互いに直交する傾斜偏波されたアンテナダイポール素子に入射し、これらの素子に投影されるベクトルとしての基地局における受信信号の検出はハイブリッド２１０によって影響されない。したがって受信信号は直交傾斜偏波信号として受信される。
【００６４】
送信モードにおける円形偏波は、アンテナスタックと移動送受器アンテナとの異なって方向付けられた偏波によって基地局から移動送受器へのダウンリンクに発生する空白（ゼロ振幅受信信号）の可能性を減少させる。移動送受器から基地局に向かうアップリンク方向では、基地局アンテナは受信信号のために傾斜偏波ダイバーシティを保持し、それによってアップリンク通信性能を改善するためにこれらの信号を選択または結合し得る。
【００６５】
アンテナシステム２００は、二重給電線ＰＦ（＋）およびＰＦ（−）を使用する。これは、送信および受信信号のために別々の給電線を使用することによって４給電線同等物に変換され得る。これは、アンテナアセンブリＡＡにおける二つの二重フィルタの必要性を除去し、またこれは奇数および偶数結合フィルタバンク２５８（＋）および２６０（−）における受信フィルタ２５８ｄおよび２６０ｃを除去する。これは、基地局受信器の感度低下を引き起こす基地局受信帯域内の降下から給電線内に生成される周波数相互変調生成物（ＩＰ）を防止する。
【００６６】
送信および受信信号経路を交換することによって実施形態２００のもう一つの変形例を作ることが可能である。すなわち変形例では、送信信号はハイブリッド２１０をバイパスし、その逆に受信信号はそれを通過する。その結果、変形例は円形偏波を有する受信信号に対して優先的に高感度になり、送信信号は互いに直交する傾斜偏波アンテナダイポール素子から放射され、したがって直交傾斜偏波信号になる。これを実行するために図５を配置換えすることは簡単であり、説明されない。
【００６７】
実施形態１００、図３および図４、実施形態２００および上記の変形例は、本発明が種々のアンテナタイプのために送信および受信モードの一方または両方における偏波に対する制御を与えることを実証している。特に例えば＋４５度偏波と−４５度傾斜偏波を与えるが線形、楕円形または円形である予め整えられた偏波を有する直交アンテナ素子を有するアンテナスタックを送信および受信モードのどちらか、または両方で使用することは可能である。線形であれば予め整えられた偏波は、垂直であるか、そうでなければ＋または−４５度傾斜偏波とは異なる可能性がある。
【００６８】
図６は、一般に４００によって示される本発明のアンテナシステムの更なる実施形態を示す。これは、３次元ダイポールアンテナ構造ＡＳ［３］を使用する、送信および受信モードの各々における１２個の隣接周波数のそれぞれの１セットのために構成された図２を参照して説明された前述の実施形態１００と同等である。これは直交ハイブリッドの代わりに送信および受信信号経路に挿入された６ポートハイブリッド結合器（６ポートハイブリッド）４１０を有する。図２を参照して説明された部分と同等の部分は、数字参照の場合にだけ、接頭辞１００の代わりに接頭辞４００を付けて同様に参照される。更に参照符号接尾辞「（Ｘ）」、「（Ｙ）」および「（Ｚ）」はそれぞれ、水平偏波、Ｘに関して９０度回転した水平偏波および垂直偏波を表す。これらの接尾辞は、前述の実施形態１００において＋４５および−４５度傾斜偏波を表した「（＋）」および「（−）」に取って代わる。図２の同様に参照される要素と同等であって、同じまたは同等の動作モードを有する図６の要素は詳細には説明されず、図６の説明は異なる態様に向けられる。
【００６９】
基地局結合器ユニット４６１は、それぞれの基地局送信ポート（図示せず）から１から１２と番号付けされた１２個の隣接送信周波数の１セットを受信する。これらの周波数は３個の送信サブグループＳＧ１、ＳＧ２およびＳＧ３に分割されて異なる送信／受信フィルタバンク、すなわちフィルタバンク４５８、４６０および４６３にそれぞれ供給される。サブグループＳＧ１は、１、４、７および１０と番号付けされた送信周波数からなり、サブグループＳＧ２は２、５、８および１１と番号付けされた送信周波数からなり、サブグループＳＧ３は３、６、９および１２と番号付けされた送信周波数からなる。したがってサブグループＳＧ１、ＳＧ２およびＳＧ３の各々は、非隣接周波数からなる。送信フィルタは、ａ、ｂ、ｃまたはｅによって接尾辞付けされた参照符号４５８から４６３を有するＴ１からＴ１２とラベル付けされたボックスによって示される。各送信／受信フィルタバンク４５８、４６０または４６３はまた、１セットの搬送波１から１２における１２個すべての受信周波数を受け入れる受信フィルタ４５８ｄ、４６０ｄまたは４６３ｄを有する。代替として基地局受信器の入力に引き起こされる雑音レベルを減らすために、個別の受信周波数のために別々の受信フィルタが使用され得る。それぞれのフィルタバンク４５８、４６０および４６３内の受信スプリッタＲＳ（Ｘ）、ＲＳ（Ｙ）およびＲＳ（Ｚ）は、受信信号を１２に分割し（図面には３分割が示されている）、個別の受信周波数へのフィルタリングのために、分割された信号を基地局ポート（図示せず）に中継する。
【００７０】
図示の便宜上、６ポートハイブリッド４１０の構造の詳細は示されていない。その代わりにこのハイブリッド内の信号経路は、加えられる位相偏移とこれらの経路内の信号によって経験される信号振幅重み付けとによってラベル付けされる。すなわち「０  ｄｅｇｓ」、「−１２０  ｄｅｇｓ」および「−２４０  ｄｅｇｓ」と記されたボックスは、それぞれ０度、−１２０度および−２４０度の加えられた位相偏移を表しており、「Ｋ１」、「Ｋ２」および「Ｋ３」と記されたボックスは、それぞれ信号振幅重み付け係数Ｋ１、Ｋ２およびＫ３を表す。ここで、
Ｋ１２＋Ｋ２２＋Ｋ３２＝１であって、６ポートハイブリッド４１０の特性の理想的特性からの離脱による電力損失を無視している。
【００７１】
Ｋ１、Ｋ２およびＫ３が等しいように選択されれば、各々は３−１／２である。これらは信号分割によって実施される。
【００７２】
送信／受信フィルタバンク４５８、４６０および４６３からのフィルタリングされた送信信号サブグループＳＧ１、ＳＧ２およびＳＧ３は、給電線ＰＦ（Ｘ）、ＰＦ（Ｙ）およびＰＦ（Ｚ）によって第１、第２および第３のハイブリッド入力Ｉ／Ｐ１、Ｉ／Ｐ２およびＩ／Ｐ３に接続される。これらのサブグループは各々、入力Ｉ／Ｐ１、Ｉ／Ｐ２およびＩ／Ｐ３に到達した後に３つに振幅分割され、またすべては０度、−１２０度および−２４０度の位相偏移を受けて、Ｋ１、Ｋ２およびＫ３によって振幅重み付けされる。６ポートハイブリッド４１０は、それぞれ第１、第２および第３の一体化給電部ＣＦ（Ｘ）、ＣＦ（Ｙ）およびＣＦ（Ｚ）に接続された第１、第２および第３の出力Ｏ／Ｐ（Ｘ）、Ｏ／Ｐ（Ｙ）およびＯ／Ｐ（Ｚ）を有する。
【００７３】
６ポートハイブリッド出力Ｏ／Ｐ（Ｘ）、Ｏ／Ｐ（Ｙ）およびＯ／Ｐ（Ｚ）は、多数の、位相偏移されて振幅重み付けされた送信信号を受信するためにリンク４６７によって交差接続される。第１の出力Ｏ／Ｐ（Ｘ）は中心に配置されて、−１２０度だけ位相偏移されてＫ２によって重み付けされた第１の送信信号サブグループＳＧ１を受信する。これは−２４０度だけ位相偏移されてＫ３によって重み付けされた第２の送信信号サブグループＳＧ２とゼロ位相偏移を有しＫ１によって重み付けされた第３の送信信号サブグループＳＧ２とを受信する。第２の出力Ｏ／Ｐ（Ｙ）は右に配置されて、−２４０度だけ位相偏移されてＫ３によって重み付けされた第１の送信信号サブグループＳＧ１を受信する。これはゼロ位相偏移を有しＫ１によって重み付けされた第２の送信信号サブグループＳＧ２と−１２０度だけ位相偏移されてＫ２によって重み付けされた第３の送信信号サブグループＳＧ２とを受信する。第３の出力Ｏ／Ｐ（Ｚ）は左に配置されて、ゼロ位相偏移を有しＫ１によって重み付けされた第１の送信信号サブグループＳＧ１を受信する。これは−１２０度だけ位相偏移されてＫ２によって重み付けされた第２の送信信号サブグループＳＧ２と−２４０度だけ位相偏移されてＫ３によって重み付けされた第３の送信信号サブグループＳＧ２とを受信する。
【００７４】
前述のように出力Ｏ／Ｐ（Ｘ）、Ｏ／Ｐ（Ｙ）およびＯ／Ｐ（Ｚ）は、今度は３次元ダイポールアンテナ構造体ＡＳ［３］に接続された一体化給電部ＣＦ（Ｘ）、ＣＦ（Ｙ）およびＣＦ（Ｚ）のポートＰ（Ｘ）、Ｐ（Ｙ）およびＰ（Ｚ）に接続される。この構造体は３個の交差したダイポールのセットの垂直アレイであって、各セットは水平に偏波されたＡＳ（Ｘ）などのそれぞれの第１のダイポールと、水平に偏波されてＡＳ（Ｘ）に関して９０度回転させられたＡＳ（Ｙ）などのそれぞれの第２のダイポールと、垂直に偏波されたＡＳ（Ｚ）などのそれぞれの第３のダイポールとを有する。ここで「交差した」とは、３個のダイポールが空間的に共通の１点にこれらのダイポール中心を有することを意味する。
【００７５】
第１の一体化給電部ＣＦ（Ｘ）はダイポールセットの各々の水平に偏波された第１のダイポール、例えばＡＳ（Ｘ）に接続され、第２の一体化給電部ＣＦ（Ｙ）はダイポールセットの各々の回転して水平に偏波された第２のダイポール、例えばＡＳ（Ｙ）に接続され、第３の一体化給電部ＣＦ（Ｚ）はダイポールセットの各々の垂直に偏波された第３のダイポール、例えばＡＳ（Ｚ）に接続される。ＡＳ（Ｘ）、ＡＳ（Ｙ）およびＡＳ（Ｚ）などの３個の交差したダイポールのセットは、互いに直交するように偏波されており、その結果、一体化給電部ＣＦ（Ｘ）、ＣＦ（Ｙ）およびＣＦ（Ｚ）のポートＰ（Ｘ）、Ｐ（Ｙ）およびＰ（Ｚ）もそうなっている。
【表１】
2008544669.tif 000003
【００７６】
上記の表１は、周波数番号とダイポール（Ｘ）、ダイポール（Ｙ）およびダイポール（Ｚ）と呼ばれる各セットにおけるダイポールによって受信される信号の位相とを示す。各ダイポールは３つすべての送信信号サブグループを受信するが、異なるダイポール偏波は異なるサブグループ位相偏移に関連する。６ポートハイブリッド４１０は、アンテナスタックＡＳ［３］のダイポールが、結合された信号によって駆動されるように、送信信号サブグループからの信号を結合する。動作時にアンテナスタックＡＳ［３］は、そのダイポール、例えばＡＳ（Ｘ）の偏波とは異なる可能性のある偏波を有する仮想アンテナスタックをシミュレートする。
【００７７】
相対的振幅Ｋ１、Ｋ２およびＫ３は、システム４００によってシミュレートされる３個の仮想アンテナ（必ずしもダイポールではない）のための平面を、またそれによって第１、第２および第３の一体化給電部ＣＦ（Ｘ）、ＣＦ（Ｙ）およびＣＦ（Ｚ）からの信号に応じてアンテナスタックＡＳ［３］から出力される３本の放射ビームの方向を決定する。これらの方向の各々は、他の二つの偏波のダイポールＡＳ（Ｙ）およびＡＳ（Ｚ）などの存在しないときに起こる任意の一つの偏波のダイポールＡＳ（Ｘ）などのビーム方向とは異なる可能性があり、また通常は異なる。
【００７８】
アンテナスタックＡＳ［３］から送信された３本の出力放射ビームは、それぞれの一体化給電部ＣＦ（Ｘ）、ＣＦ（Ｙ）およびＣＦ（Ｚ）を介して結合されて供給された信号の相対的位相によって決定される偏波を有する。本実施形態では、Ｋ１＝Ｋ２＝Ｋ３と上記に表にされた位相偏移とによって６ポートハイブリッド４１０は、仮想アンテナ素子の３本のラインまたはセットを生じさせ、このようなライン各々における素子は同様に偏波され、また同様に偏波されたダイポール、例えばＡＳ（Ｘ）、ＡＳ（Ｙ）またはＡＳ（Ｚ）などのそれぞれの実際のラインに対して４５度に方向付けられる。したがって各仮想アンテナ素子は、４５度傾斜偏波を与える。これらの素子は、他のアンテナ素子がシミュレートされ得るのでダイポールであり得るが、必ずしもダイポールではなく、また他の位相関係は前述のように円形または楕円形偏波を与え得る。
【００７９】
今度は図７も参照すると、Ｋ１＝Ｋ２＝Ｋ３と前に表にされた位相偏移とを有するアンテナシステム４００に関する一般に５００によって示された水平放射パターンが示されている。アンテナシステム４００は、点線の中心線を有する３個の２ローブ放射パターン５０２、５０４または５０６を発生させ、各ローブはこのパターン内の他のローブの方向とは反対方向に延びている。パターン５０２から５０６は、アンテナスタックＡＳ［３］によってサービスされる移動電話セルのカバレージを決定する。パターン５０２はセルＣ１ＡとＣ１Ｂとを与え、パターン５０４はセルＣ２ＡとＣ２Ｂとを与え、パターン５０６はセルＣ３ＡとＣ３Ｂとを与える。６ポートハイブリッド４１０における信号結合とアンテナスタックＡＳ［３］からの引き続いて起こる放射とによって生成される効果は、
ａ）第１の信号サブグループＳＧ１が＋４５度傾斜偏波をもってセルＣ１ＡとＣ１Ｂとに放射され、
ｂ）第２の信号サブグループＳＧ２が＋４５度傾斜偏波をもってセルＣ２ＡとＣ２Ｂとに放射され、
ｃ）第３の信号サブグループＳＧ３が＋４５度傾斜偏波をもってセルＣ３ＡとＣ３Ｂとに放射される、ということである。
【００８０】
図８は、信号遅延に関して、ある値を選択することによってプログラム可能である送信信号偏波をもって放射するように構成された本発明のアンテナシステムの更なる実施形態４００を示す。これは、遅延装置２６７の追加を有する、図５を参照して前に説明された実施形態２００と同等である。図２を参照して説明された部分と同等な部分は同様に参照され、更には説明されない。遅延装置２６７は、ハイブリッドポートＤと負の偏波一体化給電部ＣＦ（−）との間をいずれの方向に通る信号にも遅延または位相偏移φを加える。その結果、そしてもう一度図４を参照すると、φの適切な値を選択することによって異なる一体化給電部ＣＦ（＋）とＣＦ（−）に供給された信号間に、任意の所望の遅延または位相偏移が得られることが可能である。図８に示されたその位置の代わりにハイブリッドポートＢと正の偏波一体化給電部ＣＦ（＋）との間に遅延装置２６７を挿入することによって、反対の方向の遅延または位相偏移φが得られ得る。
【００８１】
本発明の種々の実施形態は、次のことを可能にする。
ａ）直交周波数割当てを有するアンテナシステムの運用者が、ある幾つかの従来技術システムにおけるように一つ以上の３ｄＢハイブリッド結合器の使用に関連する５０％以上の電力損失をこうむることなく、それらの信号を結合させ得ること、
ｂ）直交アンテナポートに供給される信号間の遅延を変化させることによって種々のアンテナ偏波が取得可能であり、送信および受信モードにおいて異なる偏波が取得可能であること、
ｃ）信号の振幅重み付けがアンテナ素子の２次元アレイに関する偏波の配向の制御を与え、またアンテナ素子の３次元アレイに関する偏波の配向の制御とアンテナビーム方向の制御の両者を与えること、
ｄ）ダイポールまたはパッチアンテナ素子が使用可能であること、
ｅ）妥当な追加コストでの既存のアンテナ設計の改良、
ｆ）アンテナアセンブリ内部における、すなわちアンテナスタックの近くにおける本発明を実施する品目の配置、または代替として基地局装置と一緒の配置、および
ｇ）「遠近」（“Ｎｅａｒ−Ｆａｒ”）問題の緩和。この問題は移動無線送受器などの同じ発信元から信号を受信する別々に配置されたアンテナによって発生する。発信元が他方のアンテナからよりも一方のアンテナから遠く配置されていて、この遠いアンテナと通信するならば、近いアンテナの基地局受信装置との干渉またはこの受信装置の妨害を引き起こすことが、遠いアンテナと通信するために十分に高い電力を要求する可能性がある。本発明によって容易にされるアンテナ共用は、少なくとも共用アンテナによって受信される信号に関しては、これを防止する。これは、共用アンテナが、発信元から等距離にあり、したがってこの発信元からの信号によって等しく影響される、離れてはいるが位置的に一致する多数のアンテナと同等であるからである。すなわち同様なアンテナと偏波と基地局受信装置とを仮定すると、一つの一致するアンテナは、もう一つのこのようなアンテナによって通常の強度で受信される信号によって妨害されない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】従来技術の共用アンテナシステムの模式図である。
【図２】送信および受信モード両者のための円形偏波を与える本発明の共用アンテナシステムの模式図である。
【図３】本発明を実施する際の使用のために適した単一スタックマルチポートアンテナを示す。
【図４】異なる位相の等振幅信号によって本発明を使用して取得可能な送信または受信偏波オプションを示す。
【図５】送信信号のための円形偏波と受信信号のための傾斜偏波とを実現する本発明の第２の実施形態の模式図である。
【図６】直交ダイポールアンテナ素子の３次元アンテナアセンブリを有する本発明の一実施形態の模式図である。
【図７】図６の実施形態の水平放射パターンである。
【図８】信号遅延に関して、ある値を選択することによってプログラム可能である送信信号偏波に備える本発明の更なる実施形態の模式図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月22日(2008.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ポートＡは正の偏波給電線ＰＦ（＋）に接続され、ポートＣは負の偏波給電線ＰＦ（−）に接続される。ポートＢは正の偏波ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ１６２（＋）に接続され、ポートＤは負のフィルタアセンブリ１６２（−）に接続される。ＴＸ／ＲＸフィルタアセンブリ１６２（＋）および１６２（−）は、今度は一体化アンテナ信号給電部ＣＦ（＋）およびＣＦ（−）にそれぞれ接続され、したがってアンテナスタックＡＳに接続される。
【国際調査報告】
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