(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第一ダイポール素子と、
第二偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第二ダイポール素子と、
第三偏波方向において電磁信号を送受信するように構成されたモノポール素子と、
アンテナ反射素子とを備え、
前記第一ダイポール素子と前記第二ダイポール素子と前記モノポール素子とが前記アンテナ反射素子上に配列され、前記第一偏波方向と前記第二偏波方向と前記第三偏波方向とが全て異なり、
前記第一ダイポール素子が前記モノポール素子の主方向に対して略４５°回転していて、前記第二ダイポール素子が前記モノポール素子の主方向に対して略−４５°回転していて、前記モノポール素子と前記第一ダイポール素子と前記第二ダイポール素子とが中心軸周りに対称に配置され、前記中心軸が前記アンテナ反射素子に直交していて、
前記モノポール素子が二つの誘電体基板を備え、各誘電体基板が二つの主面と、前記二つの主面を繋ぐ側面とを有し、前記二つの誘電体基板が互いに直交していて、導電パターンが各主面上に印刷されていて、各誘電体基板の側面が前記アンテナ反射素子上に配置されている、アンテナ素子。
【請求項２】
前記アンテナ素子が略λ／６の高さを有し、λが電磁信号の波長である、請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項３】
前記第一ダイポール素子と前記第二ダイポール素子とが交差二重ダイポール素子として互いに直交して配置されている、請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項４】
前記モノポール素子が略λ／６の高さを有する、請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項５】
前記第一偏波方向と前記第二偏波方向と前記第三偏波方向とが互いに直交している、請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項６】
前記モノポール素子が折り返しモノポール素子である、請求項１に記載のアンテナ素子。
【請求項７】
電磁信号通信のための方法であって、
モノポール素子によって、第一偏波方向において第一電磁信号成分を受信又は送信するステップと、
第一ダイポール素子によって、第二偏波方向において第二電磁信号成分を受信又は送信するステップと、
第二ダイポール素子によって、第三偏波方向において第三電磁信号成分を受信又は送信するステップとを備え、
前記第一ダイポール素子と前記第二ダイポール素子と前記モノポール素子とがアンテナ反射素子上に配列され、前記第一偏波方向と前記第二偏波方向と前記第三偏波方向とが全て異なり、
前記第一ダイポール素子が前記モノポール素子の主方向に対して略４５°回転していて、前記第二ダイポール素子が前記モノポール素子の主方向に対して略−４５°回転していて、前記モノポール素子と前記第一ダイポール素子と前記第二ダイポール素子とが中心軸周りに対称に配置され、前記中心軸が前記アンテナ反射素子に直交していて、
前記モノポール素子が二つの誘電体基板を備え、各誘電体基板が二つの主面と、前記二つの主面を繋ぐ側面とを有し、前記二つの誘電体基板が互いに直交していて、導電パターンが各主面上に印刷されていて、各誘電体基板の側面が前記アンテナ反射素子上に配置されている、方法。
【請求項８】
前記第一偏波方向と前記第二偏波方向と前記第三偏波方向とが互いに直交している、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
アンテナ反射素子と、
第一方向において前記アンテナ反射素子上に配置されたモノポール素子と、
第二方向において前記アンテナ反射素子上に配置された第一ダイポール素子と、
第三方向において前記アンテナ反射素子上に配置された第二ダイポール素子とを備え、
前記第一ダイポール素子が前記モノポール素子の主方向に対して略４５°回転していて、前記第二ダイポール素子が前記モノポール素子の主方向に対して略−４５°回転していて、前記モノポール素子と前記第一ダイポール素子と前記第二ダイポール素子とが中心軸周りに対称に配置され、前記中心軸が前記アンテナ反射素子に直交していて、
前記モノポール素子が二つの誘電体基板を備え、各誘電体基板が二つの主面と、前記二つの主面を繋ぐ側面とを有し、前記二つの誘電体基板が互いに直交していて、導電パターンが各主面上に印刷されていて、各誘電体基板の側面が前記アンテナ反射素子上に配置されている、アンテナ素子。
【請求項１０】
前記アンテナ反射素子が導電板である、請求項９に記載のアンテナ素子。
【請求項１１】
前記二つの誘電体基板の一方のみが入力ポートを備え、前記二つの誘電体基板の他方が入力ポートを備えない、請求項９に記載のアンテナ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１５年６月２０日出願の「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  Ｓｉｇｎａｌｓ  ｗｉｔｈ  Ｔｈｒｅｅ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｓ」との名称の米国特許出願第１４／７４５４２１号の優先権を主張し、その内容全体は参照として本願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、三偏波方向を有する信号用の小型アンテナ素子と、そのアンテナ素子の動作方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
基地局アンテナは高トラフィックの都市部に設けられることが多い。その結果として、小型アンテナモジュールが、審美的に好ましく（例えば、目立たない）、また設置及び保守が簡単であるので、嵩張るものよりも好まれる。多くの基地局アンテナは、先進のアンテナ機能、例えば、ビームフォーミング等を達成するためアンテナ素子のアレイを展開する。従って、個々のアンテナ素子の外形を低減し、また、アンテナ素子アレイのサイズ（例えば、幅等）を低減するための方法及び設計が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施形態によると、アンテナ素子は、第一偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第一ダイポール素子と、第二偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第二ダイポール素子と、第三偏波方向において電磁信号を送受信するように構成されたモノポール素子とを備える。アンテナ素子はアンテナ反射素子を更に備え、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とモノポール素子とはアンテナ反射素子上に配列され、第一偏波方向と第二偏波方向と第三偏波方向とは全て異なる。
【０００５】
本発明の一実施形態によると、電磁信号通信のための方法は、モノポール素子によって第一偏波方向において第一電磁信号成分を受信又は送信するステップと、第一ダイポール素子によって第二偏波方向において第二電磁信号成分を受信又は送信するステップと、第二ダイポール素子によって第三偏波方向において第三電磁信号成分を受信又は送信するステップとを備え、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とモノポール素子とはアンテナ反射素子上に配列され、第一偏波方向と第二偏波方向と第三偏波方向とは全て異なる。
【０００６】
本発明の一実施形態によると、アンテナ素子は、アンテナ反射素子と、第一方向においてアンテナ反射素子上に配置されたモノポール素子と、第二方向においてアンテナ反射素子上に配置された第一ダイポール素子と、第三方向においてアンテナ反射素子上に配置された第二ダイポール素子とを備え、第二方向は第一方向に対して略＋４５°の角度で配置され、第三方向は第一方向に対して略−４５°の角度で配置され、モノポール素子と第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とは中心軸周りに配置され、中心軸はアンテナ反射素子に直交している。
【０００７】
本発明の一実施形態によると、アンテナ素子に対して電磁信号を通信するための方法が開示される。アンテナ素子は、アンテナ反射素子と、第一方向においてアンテナ反射素子上に配置されたモノポール素子と、第二方向においてアンテナ反射素子上に配置された第一ダイポール素子と、第三方向においてアンテナ反射素子上に配置された第二ダイポール素子とを備え、第二方向は第一方向に対して略＋４５°の角度で配置され、第三方向は第一方向に対して略−４５°の角度で配置され、モノポール素子と第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とは中心軸周りに配置され、中心軸はアンテナ反射素子に直交している。本方法は、モノポール素子によって第一電磁信号成分を受信又は送信するステップと、第一ダイポール素子によって第二電磁信号成分を受信又は送信するステップと、第二ダイポール素子によって第三電磁信号成分を受信又は送信するステップとを備える。
【０００８】
本発明の一実施形態によると、システムは、第一偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第一ダイポール素子と、第二偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第二ダイポール素子と、第三偏波方向において電磁信号を送受信するように構成されたモノポール素子と、アンテナ反射素子とを備えるアンテナ素子を含み、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とモノポール素子とはアンテナ反射素子上に配列され、第一偏波方向と第二偏波方向と第三偏波方向とは全て異なる。
【０００９】
本発明及びその利点のより完全な理解のため、添付図面を参照して以下説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１ａ】一実施形態に係る三直交偏波の小型アンテナ素子を示す。
【図１ｂ】一実施形態に係る小型アンテナ素子がどのように構成されるのかを示す。
【図２ａ】一実施形態に係るモノポールアンテナ素子の三次元図を示す。
【図２ｂ】一実施形態に係るモノポール素子の第一誘電体基板を示す。
【図２ｃ】一実施形態に係るモノポール素子の第二誘電体基板を示す。
【図３ａ】一実施形態に係るダイポールアンテナ素子の三次元図を示す。
【図３ｂ】一実施形態に係るダイポールアンテナ素子の断面図を示す。
【図３ｃ】一実施形態に係るダイポールアンテナ素子の断面図を示す。
【図３ｄ】一実施形態に係る頂部基板の詳細を示す。
【図３ｅ】一実施形態に係るダイポールアンテナ素子の上面図を示す。
【図４ａ】図４ａ及び図４ｂはモノポール素子及びダイポール素子の放射パターンを示す。
【図４ｂ】図４ａ及び図４ｂはモノポール素子及びダイポール素子の放射パターンを示す。
【図５ａ】小型アンテナ素子の電気性能のプロットを示す。
【図５ｂ】小型アンテナ素子の電気性能のプロットを示す。
【図５ｃ】小型アンテナ素子の電気性能のプロットを示す。
【図５ｄ】小型アンテナ素子の電気性能のプロットを示す。
【図６】小型アンテナ素子を動作させるための方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
システムオペレータは多重入出力（ＭＩＭＯ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ）アンテナの益々のキャパシティを要求している。このようなシステムのキャパシティを増大させる一方法は、三直交偏波方向を有するアンテナを提供することである。
【００１２】
本実施形態は、三直交偏波方向を有する小型アンテナ素子を提供する。本実施形態は三つの独立した入力ポートを有するアンテナ素子を更に提供する。アンテナ素子は、三つの配列素子、例えば、二つのダイポール素子と一つのモノポール素子とを備え得る。第一ダイポール素子はモノポール素子に対して４５°の角度で回転可能であり、第二ダイポール素子はモノポール素子に対して−４５°の角度で回転可能である。モノポール素子及び小型アンテナ素子全体は略λ／６の高さを有し得る。一部実施形態では、小型アンテナ素子は、折り返しモノポールと配列させた交差ダイポールを備え、各交差ダイポールは小型バランを含む。更なる実施形態では、小型アンテナ素子を動作させるための方法が説明される。
【００１３】
本発明の実施形態は、ＭＩＭＯアンテナ素子のキャパシティを増大させること、利用可能な不動産及び空間を効率的に用いること、アンテナ素子のサイズを低減することという利点を含む。更なる利点は、このような小型アンテナ素子はあらゆる電磁信号を検出可能であるという点である。
【００１４】
図５ａ〜図５ｄを参照して詳細に説明するように、小型アンテナ素子１０の性能は、素子２０、３０及び５０を互いに離すよりも近づける場合に驚異的に良好となる。これら三つの独立したアンテナ素子は中心軸（Ｃ軸）周りにほぼ完全に対称に配列される。その対称性は、三つの配列された素子間の高度の分離を得るのに重要である。本実施形態では、ポート間分離は、図５ａに示されるように３０ｄＢよりも良好であり、また、交差偏波識別度（偏波純度）も図５ｂ〜図５ｄに示されるように良好である。
【００１５】
図１ａ〜図１ｂは、三直交偏波の小型アンテナ素子１０を示す。小型アンテナ素子１０は、二つのダイポール素子２０、３０とモノポール素子５０とアンテナ反射素子６０という四つの独立した素子で構成される。第一ダイポール素子２０は第一偏波方向において電磁信号を送受信するように構成され得て、第二ダイポール素子３０は第二偏波方向において電磁信号を送受信するように構成され得て、モノポール素子５０は第三偏波方向において電磁信号を送受信するように構成され得る。一部実施形態では、ダイポール素子２０は、＋４５°又は略＋４５°の偏波ダイポール素子であり、ダイポール素子３０は−４５°又は略−４５°の偏波ダイポール素子であり、モノポール素子５０は垂直偏波モノポール素子である。略４５°は４５°±５％又は２％を意味する。
【００１６】
一部実施形態では、二つのダイポール素子２０、３０はそれぞれモノポール素子５０の主方向Ｍに対して略４５°回転している。二つの偏波ダイポール素子２０、３０は互いに９０°回転している。小型アンテナ素子１０は、反射素子６０（例えば、アンテナ水平反射体、接地）の上に置かれる。小型アンテナ素子１０の高さｈ（ｚ方向）は略λ／６．５であり、ここでλは電磁信号の波長である。略λ／６．５はλ／６．５±１０％、又はλ／６．５±５％、又はλ／６．５±２％を意味する。小型アンテナ素子１０の長さｌ（ｘ方向）は略λ／２であり、小型アンテナ素子１０の幅ｗ（ｙ方向）は略λ／２である。一部実施形態では、小型アンテナ素子１０は中心軸周りに対称である。略λ／２はλ／２±１０％、又はλ／２±５％、又はλ／２±２％を意味する。一部実施形態では、上方ダイポールプローブの端から端までの全長は周波数帯の下端近くで略λ／２であり、一方、より小型の下方ダイポールプローブの端から端までの全長は周波数帯の上端近くで略λ／２である。
【００１７】
図１ｂは、どのようにしてダイポール素子２０、３０とモノポール素子５０とを配列して小型アンテナ素子１０を形成するのかを示す。素子２０、３０及び５０は中軸軸（Ｃ軸）周りに位置するように共通のアンテナ反射素子６０上に配置され得る。Ｃ軸は、アンテナ反射素子６０の中心点を通り、アンテナ反射素子６０に直交するものとして定義され得る。素子２０、３０及び５０はＣ軸周りに対称に位置するように配列され得る（図１ａを参照）。
【００１８】
ダイポール素子２０、３０及びモノポール素子５０は全て誘電体基板を備え得る。一般的に、各誘電体基板は大抵の場合は略６００μｍ、又は略５００μｍよりも薄い厚さを有する薄膜基板であるが、より厚い基板構造も技術的に可能である。薄膜基板は電気絶縁体、例えば誘電体を備え、導電層を備える場合も備えない場合もある。基板は積層体を有し得る。一部実施形態では、薄膜基板は半導体を含まない。典型的な薄膜基板の物質はフレキシブルプリント回路基板の物質、例えばポリイミド箔、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）箔、ポリエチレン箔、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）箔、液晶ポリマー（ＬＣＰ）箔等であり得る。更なる基板の物質として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や他のフッ化ポリマー、例えば、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）やフッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、タコニック（Ｔａｃｏｎｉｃ）社製のＣｙｔｏｐ（登録商標）（アモルファスフルオロカーボンポリマー）やＨｙＲｅｌｅｘといった物質が挙げられる。一部実施形態では、基板は多重誘電体層基板である。
【００１９】
図２ａ〜図２ｃに開示されるように、モノポール素子５０は折り返しモノポール素子であり得る。折り返しモノポール５０は二つの誘電体基板５１、５２で構成され得る。基板５１、５２はアンテナ反射素子６０上に配置される。基板５１、５２はアンテナ反射素子６０上で交差又はＸ字を形成するように接続され得て、また、互いに直交して配置され得る。基板５１、５２は中心点ＣＰを通る中心のＣ軸周りに対称であり得る。各誘電体基板５１、５２の各側部又はウイング５１６〜５１９の長さは中心点ＣＰから測って同じであり得る。
【００２０】
図２ｂは、第一主面５１０及び第二主面５１１を有する誘電体基板５１を示し、第二主面５１１は第一主面５１０の反対側である。第一主面５１０及び第二主面５１１は側面５２１〜５２８を介して繋がれる。側面５２２はアンテナ反射素子６０に機械的に接続される。一部実施形態では、基板５１はＵ字を形成し、水平な側面５２６は垂直な側面５２５、５２７よりも長い。他の実施形態では、基板５１はＶ字形状や他の同様の形状等の異なる形状を有し得る。一部実施形態では、モノポール５０は誘電体基板を有さずに金属のみから作製され得る。
【００２１】
第一導電層パターン（例えば、金属パターン）５３５が基板５１の第一主面５１０上に印刷され得て、第二導電層パターン（例えば、金属パターン）５３６が基板の第二主面５１１上に印刷され得る。第一パターン５３５はエッジ（縁）メッキ（例えば、側面５２７、５２８、又は側面５２７及び５２８の両方に位置する電気接続部）又はビアを介して第二パターン５３６に電気的に接続され得る。この接続部以外では、二つのパターン５３５、５３６は誘電体５１の基板物質を介して分離される。第一パターン５３５は、垂直導電線によって給電点５３７を第二パターン５３６に接続し、基板５１の内側形状を反映して、例えばＵ字を形成する。第二パターン５３６は、エッジ（縁）接続又はビアによって第一パターン５３５に接続され、導電線を側面５２２に向けて斜め下方に送る。パターン５３６は、Ｕ字の頂部から、側面５２１／５２２によって形成された角に向けて斜め下方に送られ得る。パターン５３５及び５３６は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、又はこれらの組み合わせを備え得る。パターン５３６は、側面５２１／５２２の角においてアンテナ反射素子６０に電気的に接続され得る。対照的に、給電点５３７はアンテナ反射素子６０から電気的に絶縁され得る。基板５１は凹部を有し得て、その凹部内に第二基板５２を配置可能とする。
【００２２】
基板５１は略２λ／５の長さと、略λ／６の高さとを有し得て、ここでλは電磁信号の波長である。略２λ／５は、２λ／５±１０％、又は２λ／５±５％、又は２λ／５±２％を意味する。
【００２３】
図２ｃは第一主面５４０及び第二主面５４１を有する基板５２の側面図である。基板５２は基板５１と同じであり得て、基板５１に関して説明したのと同じ特徴を有し得る。しかしながら、基板５２は給電点を全く有さず、給電点５３７も有さない。
【００２４】
図２ａに戻ると、各基板５１、５２は、他方の基板５２、５１の幅に等しい幅を有する凹部、溝又はスリットを有し得て、図２ａに示されるように二つの基板５１、５２が機械的に接続され、互いに配置され得る。第二基板５２の導電層パターン５４３、５４４は、貫通ビアによって又は点５３９における電気はんだ接続によって基板５１の導電層パターン５３５、５３６に接続され得る。
【００２５】
図３ａ〜図３ｅは、ダイポール素子２０、３０の色々な図面を示す。図３ａ〜図３ｅに関して、ダイポール素子３０はダイポール素子２０と同一であるので、ダイポール素子２０のみを説明する。しかしながら、一部実施形態では、ダイポール素子３０はダイポール素子２０と比較して異なるものであり得る。
【００２６】
図３ａはダイポール素子２０の三次元図を示す。ダイポール素子２０は三つの誘電体基板２１０、２３０、２５０（例えば、回路基板）を備える。ダイポール素子２０は垂直基板２１０と第一水平基板２３０と第二水平基板２５０とを備える。垂直基板２１０はアンテナ反射素子６０の平面に直交して配置され得て、一方、第一水平基板２３０及び第二水平基板２５０はアンテナ反射素子６０に平行に配置され得る。垂直基板２１０の側面がアンテナ反射素子６０上に配置され得る。
【００２７】
各ダイポール素子２０、３０は、誘電体基板に統合され、下方ダイポール及び上方ダイポールのダイポールプローブに電気的に接続されたマイクロストリップバランを備え得る。下方ダイポールが上方ダイポールを励起し得る。
【００２８】
図３ｂ及び図３ｃを参照すると、垂直基板２１０は第一主面２１１と、第二主面２１２と、第一主面２１１及び第二主面２１２を繋ぐ側面２１３〜２１６を有する。垂直基板２１０はアンテナ反射素子６０上に配置され得て、アンテナ反射素子６０が基板２１０の側面２１６に機械的に接続されるようにする。
【００２９】
垂直基板２１０は、第一主面２１１によって支持された、又は第一主面２１１上に印刷された導電線２２５を備え得る。導電線２２５は給電点２２６に接続され得る。給電点２２６はアンテナ反射素子６０から電気的に絶縁され得る。垂直基板２１０は、第二主面２１２によって支持された、又は第二主面２１２上に印刷された導電板２２７、２２８を更に備え得る。導電板２２７、２２８はアンテナ反射素子６０に電気的に接続（例えば、はんだ付け）され得る。導電板２２７、２２８は互いに接続されず、ギャップによって間隔が空けられる。ギャップは、この点において差動インピーダンスを励起するのに必要である。厳密な差動インピーダンスはギャップの寸法の影響を受けやすい。ギャップを有する垂直基板２１０は、下方ダイポールプローブ２３５に対する平衡型給電接続を与える。平衡型給電接続は略９０Ωの平衡型給電ギャップであり得る。印刷パターン２２５、２２７、２２８を有する垂直基板２１０は、不平衡型５０Ω給電点２２６を有するバランを形成し得る。
【００３０】
垂直基板２１０は、４０ｍｍから８０ｍｍまでの間の長さｌ１又は略６０ｍｍ（±１０％）の長さと、２０ｍｍから４０ｍｍまでの間の幅ｗ１又は略３０ｍｍ（±１０％）の幅を有し得る。導電線２２５、給電点２２６及び導電板２２７、２２８は、銅や銅合金、又はアルミニウムやアルミニウム合金等の同じ導電体を備え得る。一部実施形態では、線２２５と板２２７、２２８との物質は異なり得る。導電板２２７、２２８はバラン接地であり得る。
【００３１】
第一水平基板２３０は下方ダイポール素子であり得る。第一水平基板２３０にはその主面２３１、２３２（図３ｂを参照）のうち一方の上にのみ導電体パターン２３５、例えば下方ダイポールプローブ（図３ｅを参照）が印刷され得る。下方ダイポールプローブ２３５は第一主面（例えば、上方主面）２３１に位置するか、又は第二主面（例えば、下方主面）２３２に位置し得る（図３ｂを参照）。下方ダイポールプレート２３５は、菱形やダイヤモンド形状等の正多角形の同一形状を有する二つの導電板２３７、２３９を備え得る。菱形は対称な菱形ではないものであり得て、中心点Ｃｈｓに近い方に長辺２４２、２４３を有し得る。代わりに、板２３７、２３９は曲線形状を有し得て、又は、中心点Ｃｈｓ近くの狭い部分と先端の幅広の部分とを有する多角形であり得て、良好な帯域幅及び放射パターンを与える。中心点近くの狭さは、下方ダイポールプローブ２３５の二つの導電板２３７、２３９がバランギャップ差動給電点に近づくようにすることが望ましい。これは下方ダイポールパッチに対する導電接続を促進する。各板２３７、２３９の五つの頂点は尖ったもの又は丸みを帯びたものであり得る。板は五つよりも多い又は少ない頂点を有し得る。一部実施形態では、板２３７、２３９は矩形ではないものであり得る。各板２３７、２３９は接続部２４５、２４７に電気的に接続され得て、接続部２４５、２４７は貫通ビア又はエッジ（縁）接続素子であり得る。電気接続部２４５、２４７は垂直基板２１０及び第一水平基板２３０の導電パターンをはんだ付けすることによって設けられ得る。下方ダイポールプローブ２３５の板２３７、２３９は電気接続部２３４、２４７を介してバランの平衡型給電点（導電板２２７と２２８との間のギャップ）に接続される。導電板２２７、２２８のギャップは導体２４５と２４７との間のギャップと同じであり得る。この平衡型給電点はバラン入力ポート２２６によって励起されるように構成される。
【００３２】
第一水平基板２３０は、６０ｍｍから１００ｍｍまでの間の長さｌ２又は略８０ｍｍ（±１０％）の長さｌ２と、２０ｍｍから４０ｍｍまでの間の幅ｗ２又は略３０ｍｍ（±１０％）の幅ｗ２とを有し得る。下方ダイポールプローブ２３５の各導電板２３７、２３９は略λ／４の長さｌｄ１を有し得る。略λ／４は、λ／４±１０％、又はλ／４±５％、又はλ／４±２％を意味する。第一水平基板２３０は第一垂直基板２１０よりも長いものであり得る。導電体パターンは、銅や銅合金、又はアルミニウムやアルミニウム合金等の導電体を備え得る。
【００３３】
第二水平基板２５０は上方ダイポール素子であり得る。第二水平基板２５０は、その主面２５１、２５２（図３ｂを参照）の一方の上のみに導電体パターン２５５、例えば、上方ダイポールプローブ（図３ｅを参照）が印刷されたものであり得る。上方ダイポールプローブ２５５は第一主面（例えば、上方主面）２５１に位置し得る。上方ダイポールプローブ２５５は、菱形やダイヤモンド形状等の正多角形の同一形状を有する二つの導電板２５７、２５９を有し得る。菱形は対称な菱形ではないものであり得て、中心点Ｃｈｓに近い方に長辺２６２、２６３を有し得る。代わりに、板２５７、２５９は円形形状を有し得て、又は、板２３７、２３９に関して上述したような多角形であり得る。上方ダイポールプローブ２５５の板２５７、２５９は中心点Ｃｈｓに近づき、そこに小キャパシタンスが小誘導結合で位置するようにし得る。一部実施形態では、板２５７、２５９は矩形ではないものであり得る。各板２５７、２５９はキャパシタ２６５に容量結合（又は一部実施形態では誘導結合）され得る。キャパシタ２６５は下方（第二）主面２５２に位置し得る。キャパシタ２６５は平行板キャパシタであり得る。キャパシタ２６５は二つの板２５７と２５９との間に容量結合を生じさせる。下方ダイポールプローブ２３５には容量結合やキャパシタは存在しない。キャパシタ２６５は、ダイポール入力インピーダンス整合の周波数帯を広げる効果を有する。
【００３４】
第二水平基板２５０は、８０ｍｍから１２０までの間の長さｌ２又は略１００ｍｍ（±１０％）の長さｌ２と、３０ｍｍから５０ｍｍまでの間の幅ｗ２又は略４０ｍｍ（±１０％）の幅ｗ２を有し得る。上方ダイポールプローブ２３５の各導電板２５７、２５９は略λ／４の長さｌｄ２を有し得る。上方ダイポールプローブ２５５の端から端までの全長は、周波数帯の下端近くで略λ／２であり、一方、より小型の下方ダイポールプローブ２３５の端から端までの全長は周波数帯の上端近くで略λ／２である。一部実施形態において、このような構成は、高帯域幅をもたらすのに役立つ。
【００３５】
一部実施形態では、上方ダイポールの全長は略６．２５ｃｍであり、下方ダイポールの全長は略６ｃｍであり得る（Ｗｉ‐Ｆｉ（登録商標）２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚの場合）。高さは略２ｃｍ（λ／６）であり得る。
【００３６】
第二水平基板２５０は第一水平基板２３０よりも長くて幅広であり得る。導電体パターンは、銅や銅合金、又はアルミニウムやアルミニウム合金等の導電体を備え得る。
【００３７】
一部実施形態では、第一ダイポール素子２３５と第二ダイポール素子２５５との間に導電接続が存在しない。下方ダイポール素子２３０から上方ダイポール素子２５０までの距離は結合強度に影響し得る。その距離は、略１ｍｍから５ｍｍ、又は略２ｍｍから３ｍｍであり得る。
【００３８】
図４ａはダイポール素子２０、３０の放射パターンを示し、図４ｂはモノポール５０の放射パターンを示す。
【００３９】
図５ａ〜図５ｄは、１．７ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚ帯の信号用に最適化された小型三極アンテナ素子１０の一実施形態のついての電気性能プロットを示す。図５ａは、入力ポートＳ１１、Ｓ２２及びＳ３３におけるリターンロスが−１０ｄＢよりも低く、結合効率Ｓ１３、Ｓ３２及びＳ２１は−３０ｄＢよりも低い。
【００４０】
図５ｂは、１．７ＧＨｚ、２．２ＧＨｚ及び２．７ＧＨｚにおける（小型アンテナ素子１０に統合された）第一ダイポール素子２０の同一偏波（ｃｏ‐ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，ｃｏｐｏｌ，共偏波）放射及び交差偏波（ｃｒｏｓｓ‐ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，ｘｐｏｌ）放射を示し、一方、図５ｃは、同じ周波数についての第二ダイポール素子３０の同一偏波放射及び交差偏波放射を示す。プロットから見て取れるように、第一ダイポール素子２０及び第二ダイポール素子３０の交差偏波パターンは−１５ｄＢよりも低い。両ダイポール素子は、周波数範囲全体において同じ優れた性能、即ち、低サイドローブ（−２０ｄＢよりも低い）、低後方放射、及び周波数範囲内におけるビーム幅の小さな変動を示す。図５ｄは、１．７ＧＨｚ、２．２ＧＨｚ及び２．７ＧＨｚにおける（小型アンテナ素子１０に統合された）モノポール素子５０の同一偏波放射及び交差偏波放射を示す。他の素子と同様に、モノポール素子５０は非常に優れた電気性能を示す。交差偏波利得は−２２ｄＢよりも低く、一方、同一偏波最大利得は略５ｄＢである。
【００４１】
図６は、小型アンテナ素子を動作させるための方法３００を示す。ステップ３０２では、二つのダイポール素子を一つのモノポール素子と配列させて備える小型アンテナ素子が電磁信号を受信する。電磁信号は、各直交偏波方向についての電磁信号成分を有し得る。垂直偏波モノポール素子は、その偏波方向において（第一）電磁信号成分を受信又はピックアップし、第一偏波ダイポール素子は、その偏波方向において（第二）電磁信号成分を受信又はピックアップし、第二偏波ダイポール素子は、その方向において（第三）電磁信号成分を受信又はピックアップする（ステップ３０４）。小型アンテナ素子は、小型アンテナ素子の各給電点に電磁信号成分を送信する。例えば、第一電磁信号成分はモノポール素子の給電点に送信され、第二電磁信号成分は第一ダイポール素子の給電点に送信され、第三電磁信号成分は第二ダイポール素子の給電点に送信される。
【００４２】
本発明の実施形態は複数の小型アンテナ素子を備えるアンテナアレイを含み得る。例えば、アンテナアレイはＭＩＭＯアンテナとして実施され得る。
【００４３】
アンテナ素子の実施形態は、３００ＭＨｚから３０ＧＨｚまでの間の周波数帯で使用され得る。例えば、アンテナはＧＳＭ（登録商標）、ＵＭＴＳ、又はＬＴＥワイヤレスシステムで動作可能である。適用可能な周波数帯は７９０ＭＨｚ〜８６０ＭＨｚ、１．７ＧＨｚ〜１．９ＧＨｚ、２．５ＧＨｚ〜２．７ＧＨｚであり得る。アンテナ素子の更なる実施形態は２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ、５ＧＨｚ〜６ＧＨｚで使用され得る（ＷｉＦｉ（登録商標）帯）。代わりに、アンテナ素子の実施形態は、６０ＧＨｚ帯（例えば、５７ＧＨｚ〜６６ＧＨｚ）、Ｅバンド（例えば、７１ＧＨｚ〜７６ＧＨｚ、８１ＧＨｚ〜８６ＧＨｚ）、９０ＧＨｚ帯（例えば、９２ＧＨｚ〜９５ＧＨｚ）で使用され得る。
【００４４】
本発明の実施形態は、自動車レーダー等のレーダーシステムや、基地局やユーザー装置（例えば、携帯型デバイス）のトランシーバー応用等の通信応用に適用され得る。
【００４５】
本発明の実施形態は、第一偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第一ダイポール素子と、第二偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第二ダイポール素子と、第三偏波方向において電磁信号を送受信するように構成されたモノポール素子と、アンテナ反射素子とを備え、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とモノポール素子とがアンテナ反射体上に配列され、第一偏波方向と第二偏波方向と第三偏波方向とが全て異なる、アンテナ素子を含む。
【００４６】
実施形態は、アンテナ素子が略λ／６の高さを有し、λが電磁信号の波長であることを提供する。
【００４７】
更なる実施形態は、第一ダイポール素子がモノポール素子の主方向に対して略４５°回転していて、第二ダイポール素子がモノポール素子の主方向に対して略−４５°回転していることを提供する。
【００４８】
実施形態は、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子が交差二重ダイポール素子として互いに直交して配置されていることを提供する。
【００４９】
実施形態は、交差二重ダイポール素子が対称であることを提供する。
【００５０】
実施形態は、モノポール素子が対称であり、略λ／６の高さを有することを提供する。
【００５１】
実施形態は、第一偏波方向と第二偏波方向と第三偏波方向とが互いに直交していることを提供する。
【００５２】
実施形態は、モノポール素子が折り返しモノポール素子であることを提供する。
【００５３】
一部実施形態は、アンテナ素子を動作させるための方法であって、モノポール素子において第一電磁信号成分を受信するステップと、第一ダイポール素子において第二電磁信号成分を受信するステップと、第二ダイポール素子において第三電磁信号成分を受信するステップとを備える方法を提供する。
【００５４】
本発明の実施形態は、アンテナ反射素子と、第一方向においてアンテナ反射素子上に配置されたモノポール素子と、第二方向においてアンテナ反射素子上に配置された第一ダイポール素子と、第三方向においてアンテナ反射素子上に配置された第二ダイポール素子とを備え、第二方向が第一方向に対して略＋４５°の角度で配置され、第三方向が第一方向に対して略−４５°の角度で配置され、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とが中心軸周りに配置されていて、中心軸がアンテナ反射素子と直交している、アンテナ素子を含む。
【００５５】
実施形態は、アンテナ反射体が導電板であり、モノポール素子が二つの誘電体基板を備え、各誘電体基板が二つの主面と、二つの主面を繋ぐ側面とを有し、二つの誘電体基板が互いに直交して配置され、導電パターンが各主面上に印刷され、各基板の側面がアンテナ反射素子上に配置されていることを提供する。
【００５６】
実施形態は、二つの誘電体基板の一方のみが入力ポートを備え、誘電体基板の他方が入力ポートを備えないことを提供する。
【００５７】
更なる実施形態は、モノポール素子が略λ／６．５の高さを有し、λが電磁信号の波長であることを提供する。
【００５８】
更なる実施形態は、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子との各々が三つの誘電体基板を備え、各誘電体基板が二つの主面と、二つの主面を繋ぐ側面とを有し、第一誘電体基板の底部側面がアンテナ反射素子上に配置され、第二誘電体基板と第三誘電体基板とがアンテナ反射素子に平行に配置され、第三誘電体基板が第一誘電体基板の頂部側面上に配置されていることを提供する。
【００５９】
実施形態は、各ダイポール素子が、第二誘電体基板上に配置された下方ダイポールプローブと、第三誘電体基板上に配置された上方ダイポールプローブとを備えることを提供する。
【００６０】
実施形態は、上部ダイポールプローブが下方ダイポールプローブよりも大きく、各ダイポール素子がバランを備えることを提供する。
【００６１】
実施形態は、アンテナ素子を動作させるための方法であって、モノポール素子において第一電磁信号成分を受信するステップと、第一ダイポール素子において第二電磁信号成分を受信するステップと、第二ダイポール素子において第三電磁信号成分を受信するステップとを備える方法を提供する。
【００６２】
本発明の実施形態は、アンテナ素子を備えるシステムを含む。アンテナ素子は、第一偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第一ダイポール素子と、第二偏波方向において電磁信号を送受信するように構成された第二ダイポール素子と、第三偏波方向において電磁信号を送受信するように構成されたモノポール素子と、アンテナ反射素子とを備え、第一ダイポール素子と第二ダイポール素子とモノポール素子とがアンテナ反射素子上に配列され、第一偏波方向と第二偏波方向と第三偏波方向とが全て異なる。
【００６３】
例示的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、この説明は限定的に解釈されるものではない。例示的な実施形態の多様な修正や組み合わせ、また、本発明の他の実施形態は、本説明を参照することで当業者に明らかとなるものである。従って、添付の特許請求の範囲はこのような修正や実施形態を含むものである。
【符号の説明】
【００６４】
１０  小型アンテナ素子
２０  第一ダイポール素子
３０  第二ダイポール素子
５０  モノポール素子
６０  アンテナ反射素子
【図１ａ】
0006579589.tif 000002
【図１ｂ】
0006579589.tif 000003
【図２ａ】
0006579589.tif 000004
【図２ｂ】
0006579589.tif 000005
【図２ｃ】
0006579589.tif 000006
【図３ａ】
0006579589.tif 000007
【図３ｂ】
0006579589.tif 000008
【図３ｃ】
0006579589.tif 000009
【図３ｄ】
0006579589.tif 000010
【図３ｅ】
0006579589.tif 000011
【図４ａ】
0006579589.tif 000012
【図４ｂ】
0006579589.tif 000013
【図５ａ】
0006579589.tif 000014
【図５ｂ】
0006579589.tif 000015
【図５ｃ】
0006579589.tif 000016
【図５ｄ】
0006579589.tif 000017
【図６】
0006579589.tif 000018