特許 6165963 高周波信号を送信および／または受信するためのアンテナ・アレイ、そのアクセス・ネットワーク・ノードおよびビークル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6165963

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】高周波信号を送信および／または受信するためのアンテナ・アレイ、そのアクセス・ネットワーク・ノードおよびビークル

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/00 20060101AFI20170710BHJP

   H04B 7/10 20060101ALI20170710BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   H01Q21/00

   H04B7/10 A

   H04B7/10 B

   H01Q21/24

【請求項の数】14

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2016-505743(P2016-505743)

(86)(22)【出願日】2014年2月14日

(65)【公表番号】特表2016-515782(P2016-515782A)

(43)【公表日】2016年5月30日

(86)【国際出願番号】EP2014052917

(87)【国際公開番号】WO2014161688

(87)【国際公開日】20141009

【審査請求日】2015年11月19日

(31)【優先権主張番号】13305428.8

(32)【優先日】2013年4月3日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】391030332

【氏名又は名称】アルカテル−ルーセント

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120363

【弁理士】

【氏名又は名称】久保田 智樹

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(72)【発明者】

【氏名】シャペル，ヨーク

【審査官】 赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１００８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０３２８１７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０２７９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３３００２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１７５８６２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０９６１６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ２１／００

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

Ｈ０４Ｂ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波信号を送信および／または受信するためのアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）であって、
基本配置（ＢＡ１、ＢＡ２）を形成する第１のアンテナ素子（ＡＥ１）と少なくとも１つの第２のアンテナ素子（ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）とを備え、
前記第１のアンテナ素子（ＡＥ１）は、第１の偏波方向（ＰＤ１）を有する第１の電磁場、および前記第１の偏波方向（ＰＤ１）と異なる第２の偏波方向（ＰＤ２）を有する第２の電磁場を第１の励起エリア（ＥＡ１）内で励起するようになされ、
前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子（ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）は、前記第１のアンテナ素子（ＡＥ１）に隣接して配置されていると共に、前記第１の励起エリア（ＥＡ１）に平行でないように配置され前記第１の励起エリア（ＥＡ１）の方に向いている少なくとも１つの第２の励起エリア（ＥＡ２ａ、ＥＡ２ｂ、ＥＡ３）内で前記第１の偏波方向（ＰＤ１）に平行でないかつ前記第２の偏波方向（ＰＤ２）に平行でない第３の偏波方向（ＰＤ３）を有する第３の電磁場を少なくとも励起するようになされており、
前記アンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）は、前記基本配置（ＢＡ１、ＢＡ２）に隣接して配置されている前記基本配置（ＢＡ１、ＢＡ２）の少なくとも１つのさらなる配置（ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５、ＢＡ１−２−３、ＢＡ１−２−２）をさらに備え、
前記基本配置（ＢＡ１、ＢＡ２）の前記第１のアンテナ素子（ＡＥ１）および前記少なくとも１つのさらなる配置（ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５、ＢＡ１−２−３、ＢＡ１−２−２）のアンテナ素子は、第１のグループの平行に配置したアンテナ素子を構成し、
前記基本配置（ＢＡ１、ＢＡ２）の前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子（ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）および前記少なくとも１つのさらなる配置（ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５、ＢＡ１−２−３、ＢＡ１−２−２）のさらなるアンテナ素子は、少なくとも１つの第２のグループの平行に配置したアンテナ素子を構成する、
高周波信号を送信および／または受信するためのアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）において、
前記第１のグループの平行に配置したアンテナ素子、および前記少なくとも１つの第２のグループの平行に配置したアンテナ素子（ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）の各々が励起エリア（ＥＡ１、ＥＡ２ａ、ＥＡ３）を備え、
前記励起エリア（ＥＡ１、ＥＡ２ａ、ＥＡ３）の内の二つが所定の角度（ＰＨＩ）を形成しており、
前記第１のグループの平行に配置したアンテナ素子、および前記少なくとも１つの第２のグループの平行に配置したアンテナ素子（ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）は、前記励起エリア（ＥＡ１、ＥＡ２ａ、ＥＡ３）の中心点を含むアンテナ・アレイ平面（ＡＡＰ１、ＡＡＰ２）に沿って、少なくとも１つの方向に交互に配置されることを特徴とするアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）。

【請求項2】

前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子（ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）は、少なくとも前記第３の偏波方向（ＰＤ３）と異なる第４の偏波方向（ＰＤ４）を有する第４の電磁場を励起するようにさらになされている、請求項１に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）。

【請求項3】

前記第１の励起エリア（ＥＡ１）は、前記少なくとも１つの第２の励起エリア（ＥＡ２ａ、ＥＡ３）に直交配置されている、請求項１または２に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）。

【請求項4】

前記第１の偏波方向（ＰＤ１）、前記第２の偏波方向（ＰＤ２）、および前記第３の偏波方向（ＰＤ３）は、互いに直交配置される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）。

【請求項5】

前記基本配置（ＢＡ１）の前記少なくとも１つのさらなる配置（ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５）は、前記第１の励起エリア（ＥＡ１）によって張られた第１の平面と前記第２の励起エリア（ＥＡ２）によって張られた第２の平面との交線（ＩＬ）によって与えられる軸にほぼ沿って前記基本配置（ＢＡ１）に隣接して配置されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３）。

【請求項6】

前記基本配置（ＢＡ１）の前記少なくとも１つのさらなる配置（ＢＡ１−２−１、ＢＡ１−２−２）は、前記第１のアンテナ素子（ＡＥ１）の前記第１の励起エリア（ＥＡ１）および前記第２のアンテナ素子（ＡＥ２ａ）の前記第２の励起エリア（ＥＡ２）を中心で横切るさらなる交線（ＩＬ２）によって与えられる軸にほぼ沿って前記基本配置（ＢＡ１）に隣接して配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３）。

【請求項7】

前記基本配置（ＢＡ２）は、第３のアンテナ素子（ＡＥ３）をさらに備え、前記第３のアンテナ素子（ＡＥ３）は、前記第１のアンテナ素子（ＡＥ１）に隣接してかつ前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子（ＡＥ２ａ）に隣接して配置され、前記第３のアンテナ素子（ＡＥ３）は、前記第１の励起エリア（ＥＡ１）に平行でないかつ前記第２の励起エリア（ＥＡ２ａ）に平行でないように配置され前記第１の励起エリア（ＥＡ１）および前記第２の励起エリア（ＥＡ２ａ）の方に向いている第３の励起エリア（ＥＡ３）内で第５の偏波方向（ＰＤ５、ＰＤ６）を有する第５の電磁場を少なくとも励起するようになされている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ５）。

【請求項8】

前記第１の励起エリア（ＥＡ１）、前記第２の励起エリア（ＥＡ２ａ）、および前記第３の励起エリア（ＥＡ３）は、互いに直交配置される、請求項７に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ５）。

【請求項9】

前記基本配置（ＢＡ２）の前記少なくとも１つのさらなる配置（ＢＡ２−２、ＢＡ２−３、ＢＡ２−４、ＢＡ２−５、ＢＡ２−６）は、前記基本配置（ＢＡ２）の前記第３のアンテナ素子（ＡＥ３）および前記少なくとも１つのさらなる配置（ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５）のアンテナ素子が平行に配置された状態で前記基本配置（ＢＡ２）に隣接して配置されている、請求項７または８に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ５）。

【請求項10】

前記アンテナ・アレイ（ＡＡ５）のアンテナ素子（ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３）は、ほぼ菱面体の形態で配置されている、請求項７に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ５）。

【請求項11】

前記アンテナ素子（ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）の励起エリア（ＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３）の中心点は、平面内に配置される、あるいは凹面もしくは凸面を形成するまたは円柱の外側面を形成する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）。

【請求項12】

前記アンテナ素子（ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ２ｂ、ＡＥ３）はパッチ・アンテナである、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のアンテナ・アレイ（ＡＡ３、ＡＡ５）を備えるアクセス・ネットワーク・ノード（ＮＮ１、ＮＮ２）。

【請求項14】

請求項１３に記載のアクセス・ネットワーク・ノード（ＮＮ１、ＮＮ２）を備えるビークル（ＶＨ１、ＶＨ２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の各実施形態は、アンテナ・アレイによる高周波信号の送信および／または受信に関し、より詳細には、排他的なものでないが、３つの線形独立な空間方向に偏波部分を有する高周波信号の送信および／または受信に関する。

【背景技術】

【0002】

送信機と受信機の間の無線リンクの能力は、いわゆるＭＩＭＯ−、ＳＩＭＯ−、またはＭＩＳＯ送信（ＭＩＭＯ＝多重入出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＳＩＭＯ＝単一入力多重出力（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）、ＭＩＳＯ＝多重入力単一出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ））を適用することによって向上可能である。単一入力は、たった１つのアンテナ素子が送信機から高周波信号を送信するために適用されることを意味する。多重入力は、２つ以上のアンテナ素子が送信機から高周波信号を送信するための送信アンテナ・アレイを形成することを意味する。単一出力は、１つのアンテナ素子が受信機において高周波信号を受信するのに適用されることを意味する。多重出力は、２つ以上のアンテナ素子が受信機において高周波信号を受信するための受信アンテナ・アレイを形成することを意味する。

【0003】

通常、高周波信号は直線偏波され、偏波方向は高周波信号の電場ベクトルに対応する。電場ベクトルは、常に、高周波信号の伝搬方向に直交するように整合される。通常、送信アンテナ・アレイおよび受信アンテナ・アレイは、特に送信機および／または受信機が移動可能であるとき、互いに対して整合されない。さらに、送信アンテナ・アレイから受信アンテナ・アレイへの高周波信号の送信経路は、反射および散乱により、送信アンテナ・アレイと受信アンテナ・アレイの間の最短ルートに必ずしも同一ではない。したがって、受信した高周波信号の偏波方向は、最適に対応することができず、受信アンテナ・アレイのアンテナ素子の励起エリアの偏波方向に平行に整合することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数経路のチャネルを介して送信される高周波信号の偏波方向は、ワイヤレス送信システムの全体的なデータ・スループット（ｄａｔａ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）に影響している。したがって、本発明の各実施形態の目的は、ワイヤレス送信システムの全体的なデータ・スループットを増大させることである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本目的は、高周波信号を送信および／または受信するためのアンテナ・アレイによって達成される。アンテナ・アレイは、両方が第１の基本配置を形成する第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを含む。第１のアンテナ素子は、第１のほぼ平らな形態を有し、第１の偏波方向を有する第１の電磁場、および第１の偏波方向と異なる第２の偏波方向を有する第２の電磁場を第１の励起エリア内で励起するようになされている。第２のアンテナ素子も、第２のほぼ平らな形態を有する。第２のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子に隣接して配置されていると共に、第１の励起エリアに平行でないように配置され第１の励起エリアの方に向いている第２の励起エリア内で第１の偏波方向に平行でないかつ第２の偏波方向に平行でない第３の偏波方向を有する第３の電磁場を少なくとも励起するようになされている。

【0006】

好ましくは、第１のアンテナ素子は、例えば、銅などの金属材料を含有する正方形、８角形、円形、惰円形、または６角形のパッチを有する第１のパッチ・アンテナであり、第２のアンテナ素子は、好ましくは同じ形態および同じ材料を有する第２のパッチ・アンテナである。代替として、第１のアンテナ素子は、２つの平行でない交差したアンテナ・ロッドによって形成されてもよく、第２のアンテナ素子は、１つのさらなるアンテナ・ロッドによってまたは２つのさらなる平行でない交差したアンテナ・ロッドによって形成されてもよい。さらなる代替例では、マイクロストリップ・アンテナ（ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ）、例えば、矩形のマイクロストリップ・パッチ・アンテナ（ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ）またはいわゆる板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）は、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子に適用することができる。

【0007】

本発明の各実施形態は、高周波信号が同じ無線リソース（例えば、同じ時間スロット、および／または同じ副搬送波周波数、および／または同じ拡散コード）上で３つまでの直交偏波を共に有する複数の放射線ビームを用いて送信できるので、ワイヤレス送信システムの全体的なデータ・スループットを増加させるという第１の利益を提供する。

【0008】

本発明の各実施形態は、偏波方向が送信機において使用されるとしても、および偏波方向の変更が送信アンテナ・アレイから受信アンテナ・アレイへの送信経路上で生じたとしても、直線偏波された高周波信号の受信を可能にするアンテナ・アレイを提供するという第２の利益を提供する。

【0009】

本発明の各実施形態は、簡単な方法でアンテナ・アレイを製造することを可能にするという第３の利益を提供する。パッチ・アンテナに基づいたアンテナ・アレイの製造プロセス中、アンテナ素子の平らな接地板は、接地板の対応する縁で接続することができ、励起エリアを含む平らな要素は、プリント配線板のための標準的なプロセスによって製造することができる。アンテナ・アレイが基本的に平らな構造であるので、給電線は、アンテナ素子に容易に整合することができ、この給電線は、アンテナ素子に容易に接続できる。

【0010】

本発明の各実施形態は、相互に直交するパッチ・アンテナが平行なパッチ・アンテナを使用するのではなく提案した方法で完全に平らな表面に配置されるとき、さらなる利益をもたらす。アンテナ・アレイの放射特性はそのように改善され、立体角のより大きいフィールド（ｆｉｅｌｄ）において、ビームの方向は、アンテナ・アレイのアンテナ素子の少なくともサブセットにほとんど直交し、または少なくともこのサブセットのアンテナ素子の法線方向とビームの方向との間の角度が比較的小さい。交差したダイポールまたは交差したアンテナ・ロッドに基づいたアンテナ・アレイと比べて、いくつかのパッチ・アンテナを含むアンテナ・アレイは、半空間内で高周波信号を単に放射し、したがって高周波信号用の反射面を必要としない。

【0011】

好ましい実施形態によれば、第２のアンテナ素子は、少なくとも第３の偏波方向と異なる第４の偏波方向を有する第４の電場を励起するようにさらになすことができる。それによって、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子は共に、２つの異なる偏波方向を有する高周波信号を送信および／または受信することができる。

【0012】

さらに好ましい実施形態によれば、第１の励起エリアは、第２の励起エリアに直交配置される。好ましい実施形態は、同じ強さまたは強度で３つの可能な直交偏波方向全てを有し得る高周波信号の送受信を可能にする。

【0013】

さらに好ましい実施形態では、第１の偏波方向、第２の偏波方向、および第３の偏波方向は、互いに直交配置される。さらに好ましい実施形態も、同じ強さまたは強度で３つの可能な直交偏波方向全てを有し得る高周波信号の送受信を可能にする。

【0014】

第１の代替実施形態によれば、アンテナ・アレイは、第１の基本配置の少なくとも１つの第１のさらなるものをさらに含むことができ、この第１の基本配置の少なくとも第１のさらなるものは、第１の励起エリアによって張られた第１の平面と第２の励起エリアによって張られた第２の平面との交線によって与えられる軸に沿って第１の基本配置に隣接して配置されている。それによって、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子の第１の基本配置は、２×ｎ個のアンテナ素子（×：乗算記号、ｎ：例えば、行におけるアンテナ素子の個数）を有するアンテナ・アレイを構築するために第１の次元で広げられる。

【0015】

第２の代替実施形態によれば、アンテナ・アレイは、第１の基本配置の少なくとも１つの第２のさらなるものをさらに含み、この第１の基本配置の少なくとも第２のさらなるものは、第１のアンテナ素子の第１の励起エリアおよび第２のアンテナ素子の第２の励起エリアを中心で横切るさらなる交線によって与えられる軸にほぼ沿って第１の基本配置に隣接して配置されている。それによって、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子の第１の基本配置は、ｍ×１個のアンテナ素子（ｍ：例えば、列におけるアンテナ素子の個数）を有するアンテナ・アレイを構築するために第２の次元で広げられる。

【0016】

好ましくは、第１の基本配置の少なくとも第２のさらなるものおよび第１の基本配置は、アンテナ素子の励起エリアの複数の折り畳まれたエリアを形成する。側面図から、この複数の折り畳まれたエリアは、ジグザグ・パターン（ｚｉｇｚａｇ ｐａｔｔｅｒｎ）のように見える。

【0017】

さらに好ましい実施形態では、第１の代替実施形態および第２の代替実施形態は、ｍ×ｎ個のアンテナ素子を有するコンパクトな３次元アンテナ・アレイを構築するために２次元で第１の基本配置を広げるように組み合わせることができる。

【0018】

第３の代替実施形態では、アンテナ・アレイは、第３のアンテナ素子をさらに含む。第１の基本配置および第３のアンテナ素子は、第２の基本配置に配置される。第３のアンテナ素子は、第３のほぼ平らな形態を有し、第１のアンテナ素子に隣接して配置されていると共に第２のアンテナ素子に隣接して配置されている。第３のアンテナ素子は、第１の励起エリアに平行でないかつ第２の励起エリアに平行でないように配置され第１の励起エリアの方に向いていると共に第２の励起エリアの方に向いている第３の励起エリア内で第５の偏波方向を有する第５の電磁場を少なくとも励起するようになされている。それによって、アンテナ・アレイは、半空間内で、任意の偏波方向を有する任意の方向へ高周波信号を送信すると共に、任意の偏波方向を有する任意の方向からの高周波信号を受信することができる。

【0019】

好ましくは、第１の励起エリア、第２の励起エリア、および第３の励起エリアは、互いに直交配置される。それによって、アンテナ・アレイは、ほとんど同じ品質で、半空間内で、任意の偏波方向を有する任意の方向へ高周波信号を送信し、および／または任意の偏波方向を有する任意の方向から高周波信号を受信することができる。

【0020】

第３の代替実施形態の拡張としての第４の代替実施形態では、アンテナ・アレイは、第２の基本配置の少なくとも１つのさらなるものをさらに含み、この第２の基本配置の少なくともさらなるものは、第２の基本配置に隣接して配置されている。それによって、第１のアンテナ素子、第２のアンテナ素子、および第３のアンテナ素子の第２の基本配置は、ｍ×ｎ×ｏ個のアンテナ素子（ｏ：第３の次元に関してのアンテナ素子の個数）を有するアンテナ・アレイを構築するために３次元で広げられる。

【0021】

好ましくは、第４の代替実施形態のアンテナ・アレイのアンテナ素子は、ほぼ３角形、菱面体、または６角形の形態で配置される。そのような形態は、アンテナ・アレイのアンテナ素子の励起エリア全体が３次元空間内に平面を与えるとき、かつアンテナ・アレイが３次元空間内の平面に対して垂直から見られるときに与えられ得る。

【0022】

さらなる代替実施形態では、アンテナ素子の励起エリアの中心点は、平面内に配置される、あるいは凹面もしくは凸面を形成するまたは円柱の外側面を形成する。

【0023】

本発明の各実施形態のさらなる有利な特徴は、以下の詳細な説明において定められ、説明されている。

【0024】

本発明の各実施形態は、以下の詳細な説明において明らかになり、非限定の例示によって与えられる添付図面に示されている。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】２つのアンテナ素子を含むアンテナ・アレイの第１の基本配置の概略斜視図、および本発明の第１の実施形態によるアンテナ・アレイのアンテナ素子のうちの１つのさらなる斜視図である。

【図2】本発明の第２の実施形態による２つのアンテナ素子を含むアンテナ・アレイの第１の基本配置の概略斜視図である。

【図3】本発明の第１の実施形態のアンテナ・アレイのいくつかの第１の基本配置に基づいたアンテナ・アレイの概略斜視図である。

【図4】本発明の第４の実施形態によるアンテナ・アレイの第２の基本配置の概略斜視図である。

【図5】本発明の第４の実施形態のアンテナ・アレイのいくつかの第２の基本配置に基づいたアンテナ・アレイの概略斜視図である。

【図6】本発明の各実施形態のうちの１つによるアンテナ・アレイを含むアクセス・ネットワーク・ノードの第１の概略ブロック図、および本発明の各実施形態のうちの１つによるアンテナ・アレイに接続されたさらなるアクセス・ネットワーク・ノードの第２の概略ブロック図である。

【図7】本発明の各実施形態のうちの１つによるアンテナ・アレイを有するアクセス・ネットワーク・ノードを備えたビークル（ｖｅｈｉｃｌｅ）の第１の概略ブロック図、および本発明の各実施形態のうちの１つによるアンテナ・アレイに接続されているさらなるアクセス・ネットワークを備えたさらなるビークルの第２の概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

図１ａ）は、第１の基本配置ＢＡ１、第１のアンテナ素子ＡＥ１、および第２のアンテナ素子ＡＥ２ａを含むアンテナ・アレイＡＡ１を示す。第１のアンテナ素子ＡＥ１は、電場用の第１の正方形の励起エリアＥＡ１を直交座標系のｘ−ｙ平面内に含む。第１のアンテナ素子ＡＥ１は、ｘ方向に第１の偏波方向ＰＤ１を有する第１の電磁場を第１の励起エリアＥＡ１内で励起するようになされており、それによって第１の電磁場は、第１の励起エリアＥＡ１の反対側の縁から放射される。第１のアンテナ素子ＡＥ１は、ｙ方向に第２の偏波方向ＰＤ２を有する第２の電磁場を第１の励起エリアＥＡ１で励起するようにさらになされており、それによって第２の電磁場は、第１の励起エリアＥＡ１のさらなる残りの反対側の縁から放射される。これは、図１ａ）に示された実施形態に関して、第１の偏波方向ＰＤ１が第２の偏波方向ＰＤ２に直交していることを意味する。代替例では、両偏波方向ＰＤ１、ＰＤ２の間の角度は、励起エリアの幾何学的形態に応じて４５度から１３５度の間の範囲内、例えば８５度であり得、代替として、この励起エリアの幾何学的形態は、８角形、円形、楕円形、または６角形の形態を有してもよい。

【0027】

同じように、第２のアンテナ素子ＡＥ２ａは、直交座標系のｙ−ｚ平面内に電場用の第２の正方形の励起エリアＥＡ２ａを含む。第２のアンテナ素子ＡＥ２ａは、ｚ方向に第３の偏波方向ＰＤ３を有する第３の電磁場を第２の励起エリアＥＡ２ａ内で励起するようになされており、それによって第３の電磁場は、第２の励起エリアＥＡ２の反対側の縁から放射される。第２のアンテナ素子ＡＥ２ａは、ｙ方向に第４の偏波方向ＰＤ４を有する第４の電磁場を第２の励起エリアＥＡ２ａ内で励起するようにさらになされており、それによって第４の電磁場は、第２の励起エリアＥＡ２のさらなる残りの反対側の縁から放射される。これは、図１ａ）に示された実施形態に関して、第３の偏波方向ＰＤ３は第４の偏波方向ＰＤ４に直交しており、第３の偏波方向ＰＤ３は第１の偏波方向ＰＤ１および第２の偏波方向ＰＤ２にも直交しており、第４の偏波方向ＰＤ４は第２の偏波方向ＰＤ２に平行であることを意味する。第１の偏波方向ＰＤ１、第２の偏波方向ＰＤ２、および第３の偏波方向ＰＤ３が互いに直交している状態のそのような配置が、好ましい実施形態である。

【0028】

代替例では、第３の偏波方向ＰＤ３および第４の偏波方向ＰＤ４は、ｙ、ｚ方向に平行でないが、中間に直角も有する。さらなる代替例では、両偏波方向ＰＤ３、ＰＤ４の間の角度は、４５度から１３５度の間の範囲内、例えば８５度であり得る。さらなる代替例では、励起エリアＥＡ１、ＥＡ２の正面側から測った第１の励起エリアＥＡ１と第２の励起エリアＥＡ２ａとの間の角度ＰＨＩは、９０度の代わりに、好ましくは８０度から１３５度の間の範囲内、例えば１００度または１２０度とすることができる。

【0029】

第１のアンテナ素子ＡＥ１および第２のアンテナ素子ＡＥ２ａは、図１ａ）に示されているように、および図１ｂ）に関してより詳細に示されているように、例えば、いわゆるよく知られているパッチ・アンテナであり得る。パッチ・アンテナは、正方形の接地板などの導電性接地板Ｇ１、Ｇ２を含み、正方形の形態（図１ａ）および図１ｂ）参照）または６角形の形態をした導電性パッチは、励起エリアＥＡ１、ＥＡ２ａ、導電性パッチの第１の電気接触ＥＣ１のための第１の給電リンクＦＬ１、および導電性パッチの第２の電気接触ＥＣ２のための第２の給電リンクＦＬ２を与える。第１のアンテナ素子ＡＥ１の導電性パッチと第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの導電性パッチとの間の距離は、例えば、電磁場の半波長に等しいまたは電磁場の半波長の範囲内であり得る。

【0030】

第１のアンテナ素子ＡＥ１および第２のアンテナ素子ＡＥ２ａは、近くに位置し、互いに隣接している。導電性接地板Ｇ１、Ｇ２は、図１ａ）に示されるように接触している。代替として、導電性接地板は、互いから分離されていてもよい。

【0031】

典型的には、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２は、アンテナ素子にとって普通である５０オームの線が適用されるときのいわゆる５０オームの点に関してそれぞれ制御される。電気接触ＥＣ１、ＥＣ２の位置は、インピーダンス・レベル（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｌｅｖｅｌ）および偏波方向を定める。第１の電気接触ＥＣ１の位置は、例えば場のシミュレーションによって決定することができる。そのような決定は、当業者によく知られており、したがってより詳細には説明されない。

【0032】

第１の電気接触ＥＣ１は、例えば、第１のアンテナ素子ＡＥ１の場合には第１の偏波方向ＰＤ１を有する第１の電場または第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの場合には第３の偏波方向ＰＤ３を有する第３の電場を励起するために適用することができる。第２の電気接触ＥＣ２は、例えば、第１のアンテナ素子ＡＥ１の場合には第２の偏波方向ＰＤ２を有する第２の電場または第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの場合には第４の偏波方向ＰＤ４を有する第４の電場を励起するために適用することができる。

【0033】

金属板における第１の電気接触ＥＣ１および第２の電気接触ＥＣ２のそのような配置は、２つの直交偏波を有する２つの電場の励起を可能にし、これは、第１のアンテナ素子ＡＥ１の場合には第１の偏波方向ＰＤ１と第２の偏波方向ＰＤ２のいずれかを有し、または第２のアンテナ素子ＡＥ２の場合には第３の偏波方向ＰＤ３と第４の偏波方向ＰＤ４を有する。

【0034】

第１の給電線ＦＣ１の内側導体と第１の給電リンクＦＬ１との間の電気接触は、接地板Ｇ１、Ｇ２の第１の穴、および第１の給電線ＦＣ１から第１の給電リンクＦＬ１への第１の穴内の接続ＷＴＣ１を貫く第１の電線によって行われ得る。第２の給電線ＦＣ２の内側導体と第２の給電リンクＦＬ２との間の電気接触は、接地板Ｇ１、Ｇ２の第２の穴、および第２の給電線ＦＣ２から第２の給電リンクＦＬ２への第２の穴内の接続ＷＴＣ２を貫く第２の電線によって行われ得る。

【0035】

接地板Ｇ１、Ｇ２は、第１の給電線ＦＣ１の外側導体および／または第２の給電線ＦＣ２の外側導体に接続することができる。好ましくは、接続ＷＴＣ１を貫く第１の電線、および第１の給電リンクＦＬ１は、第１の連続した電線および接続ＷＴＣ２を貫く第２の電線によって実現することができ、第２の給電リンクＦＬ２は、第２の連続した電線によって実現することができる。第１の給電線ＦＣ１および第２の給電線ＦＣは、例えば同軸ケーブルとすることができる。

【0036】

代替として、パッチ・アンテナを適用する代わりに、少なくとも第１のアンテナ素子ＡＥ１は、電気的絶縁および高周波デカップリング（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）のために十分大きい距離であると共に電磁場の半波長と比べて小さい２つのアンテナ・ロッド間のダイポール距離を伴って、２つの平行でない交差したアンテナ・ロッドによって形成することができ、少なくとも第２のアンテナ素子ＡＥ２ａは、中間にダイポール距離をやはり伴って、１つのさらなるアンテナ・ロッドによってまたは２つのさらなる平行でない交差したアンテナ・ロッドによって形成することができる。さらなる代替例では、マイクロストリップ・アンテナ、例えば、矩形のマイクロストリップ・パッチ・アンテナまたはいわゆる板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）は、少なくとも第１のアンテナ素子および少なくとも第２のアンテナ素子に適用することができる。原理では、最大２つの異なる偏波方向で２つの電場を励起することができると共に、ほぼ平らな空間形態を有する全ての種類のアンテナ素子が、本発明に適用することができる。ほぼ平らな空間形態は、単一のアンテナ素子は、高周波信号を半空間の中に単に放射することができ、または半空間から高周波信号を単に受信することができ、この半空間は、アンテナ素子の励起エリアによって閉じ込められていることを意味する。

【0037】

図１ａ）に示されるような第１のアンテナ素子ＡＥ１の第１の励起エリアＥＡ１は、法線ベクトル

【数1】

を有し、第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの第２の励起エリアＥＡ２ａは、法線ベクトル

【数2】

を有する。アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａの各中心は、以下の式

【数3】

によって与えられる位置

【数4】

にあり、ただし、Ｄは、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａの横寸法であると共に、特に接地板Ｇ１、Ｇ２の縁の長さであり、この長さは、典型的には半波長λ／２以上の大きさの程度である。

【0038】

波数ベクトル

【数5】

の伝搬方向に進む入射電磁波は、以下の電場ベクトル

【数6】

によって記述することができ、ただし、

【数7】

すなわち、電場ベクトルは、波数ベクトル

【数8】

に直交している。

【0039】

入射電磁波は、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａの中心において以下の電場ベクトル

【0040】

【数9】

を有し、ただし、Ｅ_１は第１のアンテナ素子ＡＥ１の中心における電場ベクトルであり、Ｅ_２は第２のアンテナ素子ＡＥ２の中心における電場ベクトルである。

【0041】

第１のアンテナ素子ＡＥ１は、以下の式、すなわち、

【数10】

に従って、電場ベクトル

【数11】

のｘ成分Ｅ_１，ｘおよびｙ成分Ｅ_１，ｙを受信する。

【0042】

ｘ成分Ｅ_１，ｘの受信信号ｒ_１，ｘは、以下の式

【数12】

によって得ることができ、ただし、

【数13】

は、入射電磁波の伝搬方向の関数であり、第１のアンテナ素子ＡＥ１の向きおよび入射電磁波の偏波方向に依存し、第１のアンテナ素子ＡＥ１の向きに関しての伝搬方向に基づくアンテナ出力信号の強さを記述する。

【0043】

したがって、ｙ成分Ｅ_１，ｙの第１のアンテナ素子ＡＥ１における受信信号ｒ_１，ｙ、ｙ成分Ｅ_２，ｙの第２のアンテナ素子ＡＥ２ａにおける受信信号ｒ_２，ｙ、およびｚ成分Ｅ_２，ｚの第２のアンテナ素子ＡＥ２ａにおける受信信号ｒ_２，ｚは、以下の式によって与えられ得る。

【0044】

【数14】

【0045】

電磁波が、例えば、波数ベクトル方向に進む場合、

【数15】

であり、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａの中心における電場ベクトルは、以下の式

【数16】

によって与えられ、すなわち、２つの電場ベクトルは、同じ振幅および同じ位相を有する。逆に、２つのアンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａが同じ位相で励起される場合、送信された高周波信号は、波数ベクトル

【数17】

の逆伝搬方向に最大の強さを有する。

【0046】

図２は、第１のアンテナ素子ＡＥ１および第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂを含むさらなるアンテナ・アレイＡＡ２を示す。アンテナ・アレイＡＡ１とアンテナ・アレイＡＡ２との間のわずかな差は、さらなる第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂによる第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの置換である。アンテナ・アレイＡＡ２のさらなる第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂは、さらなる第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂの励起エリアＥＡ２ｂに関して、アンテナ・アレイＡＡ１の第２のアンテナ素子ＡＥ２ａと異なる。励起エリアＥＡ２ｂは、ｚ方向の第３の偏波方向ＰＤ３を有する第３の電場を励起するようにだけなされており、他の偏波方向を有するさらなる電場はない。これは、さらなるアンテナ・アレイＡＡ２の第４の偏波方向が、第１のアンテナ素子ＡＥ１および第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂにおいて３つの直交偏波方向ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３を用いるときに原理上冗長であり、存在しないことを意味する。

【0047】

第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂは、パッチ・アンテナがアンテナ素子ＡＥ２ｂに使用されるときに、図１ｂ）に示されるような導電性パッチにおける２つの電気接触ＥＣ１、ＥＣ２のうちのたった１つを適用することによって容易に実現することができる。代替として、単一のアンテナ・ロッドだけが、第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂのための単一のダイポールとして適用される。

【0048】

好ましくは、第１のアンテナ素子ＡＥ１の第１の偏波方向ＰＤ１および第２の偏波方向ＰＤ２と、アンテナ素子ＡＥ２ｂの第３の偏波方向ＰＤ３とは、互いに直交している。図１ａ）の実施形態に関して説明されたのと同様の代替例は、非直交偏波方向に適用することができる。

【0049】

図３は、５行のアンテナ素子と６列のアンテナ素子を備えた５×６アンテナ・アレイＡＡ３を概略的に示す。ある行内かつある列のアンテナ素子は、隙間なくまたは図１ａ）の実施形態に関して説明された隙間と同様の隙間で互いに隣接して配置することができる。

【0050】

さらなる代替例では、４×４アンテナ・アレイ、６×２アンテナ・アレイ、１×８
アンテナ・アレイ、または６×６アンテナ・アレイのように、アンテナ・アレイＡＡ３は、５行よりも少なくまたは多く有してもよく、および／またはアンテナ・アレイＡＡ３は、６列よりも少なくまたは多く有してもよい。

【0051】

アンテナ・アレイＡＡ３は、第１のアンテナ素子ＡＥ１および第２のアンテナ素子ＡＥ２ａからなる第１の基本配置ＢＡ１を含むと共に、直交座標系のｙ方向に互いに隣接した４つのさらなる基本配置ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５をさらに含む。結果として得られるアンテナ・アレイは、５×２アンテナ・アレイである。

【0052】

より一般的な方法では、１つのさらなる第１の基本配置ＢＡ１−１−２、またはいくつかのさらなる第１の基本配置ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５は、第１のアンテナ素子ＡＥ１の第１の励起エリアＥＡ１によって張られた第１の平面と第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの第２の励起エリアＥＡ２によって張られた第２の平面との交線ＩＬ１によって与えられる軸に沿って第１の基本配置ＢＡ１に隣接して配置することができる。結果として得られるアンテナ・アレイは、ｎ×２アンテナ・アレイである。

【0053】

アンテナ・アレイＡＡ３は、直交座標系のｘ方向およびｚ方向に互いに隣接したさらなる２つの基本配置ＢＡ１−２−２、ＢＡ１−２−３をさらに含む。結果として得られるアンテナ・アレイは、１×６アンテナ・アレイである。

【0054】

より一般的な方法では、１つのさらなる第１の基本配置ＢＡ１−２−１、またはいくつかのさらなる第１の基本配置ＢＡ１−２−２、ＢＡ１−２−３は、第１のアンテナ素子ＡＥ１の第１の励起エリアＥＡ１および第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの第２の励起エリアＥＡ２を中心で横切るさらなる交線ＩＬ１によって与えられる軸に沿って第１の基本配置ＢＡ１に隣接して配置することができる。結果として得られるアンテナ・アレイは、１×ｍアンテナ・アレイである。

【0055】

ｘ方向の２つのアンテナ素子間のオフセットのサイズは、ｚ方向に法線を有するアンテナ素子のサイズによって与えることができ、ｚ方向の２つのアンテナ素子間のオフセットのサイズは、ｘ方向に法線を有するアンテナ素子のサイズによって与えることができる。

【0056】

ｎ＝５およびｍ＝６で図３に示されるようにｎ×２アンテナ・アレイと１×ｍアンテナ・アレイを組み合わせてｎ×ｍアンテナ・アレイを形成するとき、第１の基本配置ＢＡ１の複数の隣接した配置ＢＡ１−１−２、ＢＡ１−１−３、ＢＡ１−１−４、ＢＡ１−１−５、ＢＡ１−２−２、ＢＡ１−２−３は、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３の励起エリアＥＡ１、ＥＡ２ａ、ＥＡ３の複数の折り畳まれたエリアを形成する。

【0057】

代替例では、アンテナ・アレイＡＡ２は、アンテナ・アレイＡＡ３のための第１の基本配置または構成要素を与えることができる。アンテナ・アレイＡＡ１およびアンテナ・アレイＡＡ２に関して説明されている全ての変形例および代替例は、アンテナ・アレイＡＡ３に適用することができる。

【0058】

法線ベクトル

【数18】

を有すると共にｘ−ｙ平面に対して平行に配置されているアンテナ・アレイＡＡ３のアンテナ素子は、ベクトル

【数19】

によって表されるそれらの中心を有することができ、法線ベクトル

【数20】

を有すると共にｙ−ｚ平面に対して平行に配置されているアンテナ・アレイＡＡ３のアンテナ素子は、ベクトル

【数21】

によって表されるそれらの中心を有することができる。ベクトル

【数22】

および

【数23】

は、以下の式、

【数24】

によって与えられ、ただし、ｉはｘ方向に関しての整数の添え字であり、ｊはｙ方向に関しての整数の添え字であり、ｋはｚ方向に関しての整数の添え字である。これは、アンテナ・アレイＡＡ３の全てのアンテナ素子の中心がアンテナ・アレイ平面ＡＡＰ１内にあることを意味する（図３参照）。

【0059】

波数ベクトル

【数25】

を有する電磁波についてのアンテナ素子の中心における電場のベクトルは、以下の式、

【数26】

によって得ることができ、ただし、ｋ_ｘ、ｋ_ｙ、ｋ_ｚは波数ベクトル

【数27】

のベクトル成分であり、ｋはｚ方向に関しての整数の添え字である。

【0060】

アンテナ・アレイＡＡ３のアンテナ素子の入力が、式（１１）および式（１２）に与えられるような位相を有するが符号が逆である高周波信号で供給される場合、アンテナ・アレイＡＡ３は、波数ベクトル

【数28】

の伝搬方向に高周波信号を送信する。高周波信号のビーム幅は、アンテナ・アレイＡＡ３に使用されるアンテナ素子の個数に依存すると共に、アンテナ・アレイＡＡ３への距離に依存する。

【0061】

入射電磁波が波数ベクトル方向で伝搬する場合、

【数29】

【0062】

であり、これは、アンテナ・アレイＡＡ３のアンテナ素子の励起エリアの中心または中心点を含むアンテナ・アレイ平面ＡＡＰ１に直交しており、電場ベクトルは、以下の式によって表すことができる。

【数30】

【0063】

式（１３）および式（１４）は、電場ベクトルの位相は添え字ｉ、ｊ、ｋから独立しており、すなわち、アンテナ・アレイＡＡ３の全アンテナ素子の励起エリアの中心における電磁場ベクトルは全て同じ位相を有することを示す。逆に、アンテナ・アレイＡＡ３のアンテナ素子の励起エリアの全部が同じ位相で励起され得る場合、アンテナ・アレイＡＡ３は、アンテナ・アレイ平面ＡＡＰ１に９０°の放射角ＲＡ１と直交する最大放射線ベクトルＭＲＶ１によって、図３に示される反対の波数ベクトル方向に最大振幅で高周波信号を送信する。これは、アンテナ・アレイＡＡ３のいわゆる中心方向である。

【0064】

アンテナ・アレイＡＡ３は、アンテナ・アレイ平面ＡＡＰ１によって閉じ込められていると共に３つの直交偏波方向ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３全部を使用する半空間の３次元内でビームを形成することができる。それは、ｘ−ｚ平面に平行である平面内で高い角度の広がりがあるがｘ−ｚ平面に垂直な低い角度の広がりがある環境にもっとも適している。

【0065】

図３に示されるような単一のアンテナ・アレイ平面内にアンテナ・アレイＡＡ３のアンテナ素子の励起エリアの中心全部を有する代わりに、さらなる代替例では、アンテナ・アレイＡＡ３のアンテナ素子の励起エリアの中心または中心点は、凹面もしくは凸面を形成することができ、または円柱の外側面を形成することができる。

【0066】

図４は、さらなるアンテナ・アレイＡＡ４を示し、このさらなるアンテナ・アレイＡＡ４は、アンテナ・アレイＡＡ１の第１のアンテナ素子ＡＥ１と、アンテナ・アレイＡＡ１の第１の基本配置ＢＡ１の第２のアンテナ素子ＡＥ２ａとを含むと共に、第３のアンテナ素子ＡＥ３を含む。第１の基本配置ＢＡ１および第３のアンテナ素子ＡＥ３は、第２の基本配置ＢＡ２を形成する。

【0067】

第３のアンテナ素子ＡＥ３は、第３のアンテナ素子ＡＥ３の第３の励起エリアＥＡ３によって閉じ込められている半空間の中に高周波信号を放射することができ、またはこの半空間から高周波信号を受信することができるほとんど平らな形態も有する。

【0068】

第３のアンテナ素子ＡＥ３は、直交座標系のｘ−ｚ平面に位置し、第１のアンテナ素子ＡＥ１に隣接して配置されていると共に、第２のアンテナ素子ＡＥ２に隣接して配置されている。これは、第３のアンテナ素子ＡＥ３が、直交座標系のｘ−ｚ平面内に電場のための第３の励起エリアＥＡ３を含むことを意味する。それによって、第３の励起エリアＥＡ３は、第１の励起エリアＥＡ１に平行でないかつ第２の励起エリアＥＡ２に平行でないように配置され、第３の励起エリアＥＡ３は、第１の励起エリアＥＡ１の方を向いており、および第２の励起エリアＥＡ２ａと同様の第２の励起エリアＥＡ２ａは、図１ａ）中の第１の励起エリアＥＡ１の方に向いている。

【0069】

好ましくは、第３のアンテナ素子ＡＥ３は、ｘ方向に第５の偏波方向ＰＤ５を有する第５の電磁場を第３の励起エリアＥＡ３内で励起するようになされていると共に、ｚ方向に第６の偏波方向ＰＤ６を有する第６の電磁場を第３の励起エリアＥＡ３で励起するようになされている。これは、第５の偏波方向ＰＤ５と第６の偏波方向ＰＤ６との間の角度がやはり９０度であり、第３のアンテナ素子ＡＥ３の第５の偏波方向ＰＤ５が第１のアンテナ素子ＡＥ１の第１の偏波方向ＰＤ１に平行であり、第３のアンテナ素子ＡＥ３の第６の偏波方向ＰＤ６が第２のアンテナ素子ＡＥ２ａの第３の偏波方向ＰＤ３に平行であることを意味する。好ましくは、偏波方向ＰＤ１、ＰＤ５のグループの偏波方向、偏波方向ＰＤ２、ＰＤ４のグループの偏波方向、および偏波方向ＰＤ３、ＰＤ６のグループの偏波方向は、互いに直交している。

【0070】

第３のアンテナ素子ＡＥ３は、第３の励起エリアＥＡ３を与える正方形の接地板および正方形の形態（図４参照）または６角形の形態をした導電性パッチなどの接地板Ｇ３を備えたパッチ・アンテナとして示されている。代替として、アンテナ・アレイＡＡ４のアンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３は、図１ａ）の実施形態に関して説明されたようなパッチ・アンテナ以外の他のタイプのものによって実現されてもよい。

【0071】

第１の代替例によれば、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３の導電性パッチは、互いに対して電気的に絶縁されている。第２の代替例に関しては、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３の導電性パッチのうちの２つは、単一のパッチを形成することができ、この単一のパッチは、直交座標系の軸の１つによって与えられるコーナーで回転させられる。そのような場合には、パッチは、矩形の金属縁の外形の形態を有することができ、４つの偏波方向のうちの２つだけが互いから独立している。第２の代替例は、制御信号が少なくて済むと共に、給電線が少なくて済むという利点をもたらし、これによりアンテナ素子の構成をあまり複雑でないものにさせ、コストを低減することができる。

【0072】

図１ａ）の実施形態に関して説明したのと同様の代替例は、アンテナ・アレイＡＡ４のアンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３の非直交偏波方向に適用することができる。

【0073】

図４に示されていない代替実施形態では、第２のアンテナ素子ＡＥ２ａおよび／または第３のアンテナ素子ＡＥ３は、単一の偏波方向を有するアンテナ・アレイＡＡ２の第２のアンテナ素子ＡＥ２ｂと同様のアンテナ素子によって置き換えることができ、置き換えられたアンテナ素子の少なくとも１つは、ｚ方向に偏波方向を与える。

【0074】

励起エリアＡＥ１、ＡＥ２ａ、およびＡＥ３が図４に示されるように互いに垂直であるとき、アンテナ素子の外側形態は正方形であることが好ましい。代替実施形態では、励起エリアＡＥ１、ＡＥ２ａ、およびＡＥ３が互いに垂直でないとき、アンテナ素子の外側形態は、例えば、菱形、またはフットボール用ボールの表面要素と同様の５角形および６角形の表面要素の混合とすることができる。

【0075】

好ましくは、アンテナ・アレイＡＡ４は、３つの次元の全てにおいて大きな角度の広がりがあるときに適用され得る。

【0076】

図４に示されるようにアンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、およびＡＥ３の中心は、以下の位置にある。

【数31】

【0077】

波数ベクトル

【数32】

の方向に進む入射電磁波は、電場ベクトル

【数33】

、ただし、

【数34】

（すなわち、電場ベクトルは波数ベクトル

【数35】

に直交している）によって記述することができ、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３の中心における以下の電場ベクトルを有する。

【0078】

【数36】

【0079】

第１のアンテナ素子ＡＥ１は、以下の式、すなわち、

【数37】

に従って入射電磁波のｘ成分Ｅ_１，ｘおよびｙ成分Ｅ_１，ｙを受信する。

【0080】

第１のアンテナ素子ＡＥ１におけるｘ成分Ｅ_１，ｘの受信信号ｒ_１，ｘは、式、

【数38】

によって表すことができ、ただし、

【数39】

は、波数ベクトル

【数40】

の関数であり、入射電磁波の伝搬の方向に基づいて第１のアンテナ素ＡＥ１の出力信号の強さを記述する。

【0081】

したがって、第１のアンテナ素子ＡＥ１におけるｙ成分Ｅ_１，ｙの受信信号ｒ_１，ｙ、第２のアンテナ素子ＡＥ２ａにおけるｙ成分Ｅ_２，ｙの受信信号ｒ_２，ｙ、第２のアンテナ素子ＡＥ２におけるｚ成分Ｅ_２，ｚの受信信号ｒ_２，ｚ、第３のアンテナ素子ＡＥ３におけるｚ成分Ｅ_３，ｚの受信信号ｒ_３，ｚ、および第３のアンテナ素子ＡＥ３におけるｘ成分Ｅ_３，ｘの受信信号ｒ_３，ｘは、以下の式によって表すことができる。

【数41】

【0082】

上記の式（２０）、（２１）、および（２２）は、アンテナ・アレイＡＡ４のアンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３の異なる出力における入射電磁波および受信信号の各パラメータ間の関係を記述する。逆に、アンテナ・アレイＡＡ４のアンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３のアンテナ・ポート（ａｎｔｅｎｎａ ｐｏｒｔ）に対応する信号を供給することによって、アンテナ・アレイＡＡ４は、３次元空間の八分円における任意の方向へのビームの送信を可能にし、これは、アンテナ・アレイＡＡ４からかなり遠くでほとんど平面波のように振る舞う。

【0083】

入射電磁波が波数ベクトルの方向に進むとき、

【数42】

であり、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３の励起エリアＥＡ１、ＥＡ２ａ、ＥＡ３の中心における電場ベクトルは、以下のように同一である。

【数43】

【0084】

逆に、アンテナ素子ＡＥ１、ＡＥ２ａ、ＡＥ３は同一の高周波信号が供給される場合、波数ベクトル

【数44】

を有する逆伝搬方向に最大振幅を有する出射電磁波が送信される。

【0085】

図５は、第２の基本配置ＢＡ２または図４に示されたようなアンテナ・アレイＡＡ４構成要素に基づいている１８個のアンテナ素子を備えたアンテナ・アレイＡＡ５を概略的に示す。代替として、アンテナ素子の個数は、１８個未満、例えば１５個またはそれより少なくてもよく、あるいは１８個より多く、例えば２４個またはさらにそれより多くてもよい。

【0086】

アンテナ・アレイＡＡ５は、第２の基本配置ＢＡ２の第１のＢＡ２−１、第２の基本配置ＢＡ２の第１のものに隣接した第２の基本配置ＢＡ２の第２のＢＡ２−２を含み、−ｘ方向およびｙ方向のオフセットは共に、単一のアンテナ素子の長手方向縁のサイズに等しい。同じように、アンテナ・アレイＡＡ５は、第２の基本配置ＢＡ２の第２のＢＡ２−２に隣接した第２の基本配置ＢＡ２の第３のＢＡ２−３をさらに含み、−ｘ方向およびｙ方向のオフセットは共に、単一のアンテナ素子の長手方向縁のサイズに等しい。同じように、アンテナ・アレイＡＡ５は、第２の基本配置ＢＡ２の第３のＢＡ２−３および第２のＢＡ２−２に隣接した第２の基本配置ＢＡ２の第４のＢＡ２−４をさらに含み、ｘ方向および−ｚ方向のオフセットは共に、第２の基本配置ＢＡ２の第３のＢＡ２−３に関して単一のアンテナ素子の長手方向縁のサイズに等しい。同じように、アンテナ・アレイＡＡ５は、第２の基本配置ＢＡ２の第４のＢＡ２−４に隣接した第２の基本配置ＢＡ２の第５のＢＡ２−５をさらに含み、ｘ方向および−ｚ方向のオフセットは共に、単一のアンテナ素子の長手方向縁のサイズに等しい。同じように、アンテナ・アレイＡＡ５は、第２の基本配置ＢＡ２の第５のＢＡ２−４および第１のＢＡ２−１に隣接した第２の基本配置ＢＡ２の第６のＢＡ２−６をさらに含み、−ｙ方向およびｚ方向のオフセットは共に、第２の基本配置ＢＡ２の第５のＢＡ２−５に関して単一のアンテナ素子の長手方向縁のサイズに等しい。それによって、第２の基本配置ＢＡ２の第１のＢＡ２−１、第２のＢＡ２−２、第３のＢＡ２−３、第４のＢＡ２−４、第５のＢＡ２−５、および第６のＢＡ２−６は、例えば、ほぼ３角形、菱面体、または６角形の形態をしたアンテナ・アレイ全体を形成するように互いに隣接して配置される。

【0087】

アンテナ・アレイＡＡ３の第２の基本配置ＢＡ２に関して説明される全ての変形例および代替例は、アンテナ・アレイＡＡ５に適用することができる。

【0088】

アンテナ・アレイＡＡ５の全てのアンテナ素子の中心は、図５に示されるように、アンテナ・アレイ平面ＡＡＰ２内にあることができる。ベクトルＭＲＶ２は、９０度の角度ＲＡ２でアンテナ・アレイ平面ＡＡＰ２に直交している。

【0089】

代替実施形態では、アンテナ・アレイＡＡ５のアンテナ素子の中心は、凹面もしくは凸面を形成するようにまたは円柱または球の外側面を形成するように配置されてもよい。

【0090】

入射電磁波がベクトルＭＲＶ２とは反対の伝搬方向

【数45】

に進むとき、全てのアンテナ素子の中心における受信信号の電場は、同じ位相を有する。

【0091】

逆に、全部のアンテナ素子が同じ位相で励起される場合、アンテナ・アレイＡＡ５は、ベクトルＭＲＶ２に平行である伝搬方向

【数46】

に信号を送信する。

【0092】

図５中のアンテナ・アレイの要素の異なる出力における入射電磁波および受信信号の各パラメータ間の関係は、図３に関して２次元の場合におけるのと同様の式によって説明することができる。逆に、アンテナ・ポートに対応する信号を供給することによって、３次元空間の八分円における任意の方向に関して（アンテナからかなり遠くで）ほとんど平面波のように振る舞うビームが送信することができる。送信ビームの幅は、使用されるアンテナ素子の個数、およびアンテナ・アレイＡＡ５への距離に依存する。

【0093】

典型的には、アンテナ・アレイＡＡ５は、方向

【数47】

が、送信チャネルの主方向を指すように取り付けることができる。

【0094】

図６ａ）を参照すると、アクセス・ネットワーク・ノードＮＮ１のブロック図が示されている。アクセス・ネットワーク・ノードＮＮ１は、アンテナ・アレイＡＡ、アンテナ・アレイＡＡ−Ｉに接続された送受信機ＴＲ、および送受信機ＴＲに接続されたコントローラまたはプロセッサＣＯＮをハウジングまたはケーシングＨＳ１内に含む。用語「プロセッサ」または「コントローラ」は、ソフトウェアを実行できるハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきでなく、限定するものではないが、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワーク・プロセッサ（ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェア記憶用のリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性記憶装置を暗黙的に含み得る。コントローラＣＯＮおよび送受信機ＴＲの一部は、いわゆるベースバンド・ボード（ｂａｓｅｂａｎｄ ｂｏａｒｄ）の一部であり得る。アンテナ・アレイＡＡ−Ｉは、上述のように、アンテナ・アレイＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３、ＡＡ４、またはＡＡ５のうちの１つとすることができる。

【0095】

図６ｂ）は、アクセス・ネットワーク・ノードＮＮ２のハウジングまたはケーシングＨＳ２の外側にアンテナ・アレイＡＡ−Ｏを含むアクセス・ネットワーク・ノードＮＮ２のさらなるブロック図を示す。アンテナ・アレイＡＡ−Ｏは、同軸ケーブルなどのケーブルであり得る接続ＣＯＮによってアクセス・ネットワーク・ノードＮＮ２の送受信機ＴＲに接続されている。アンテナ・アレイＡＡ−Ｏは、上述のように、アンテナ・アレイＡＡ１、ＡＡ２、ＡＡ３、ＡＡ４、またはＡＡ５のうちの１つとすることができる。

【0096】

アクセス・ネットワーク・ノードＮＮ１およびＮＮ２は、それぞれ、基地局、移動局、中継器、またはリレーであり得る。用語「基地局」は、ＬＴＥ ＮｏｄｅＢ（ＬＴＥ＝ロング・ターム・エボリューション（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ））、アクセス・ポイント基地局、アクセス・ポイント、マクロセル（ｍａｃｒｏ−ｃｅｌｌ）、マイクロセル（ｍｉｃｒｏｃｅｌｌ）、フェムトセル（ｆｅｍｔｏ−ｃｅｌｌ）、ピコセル（ｐｉｃｏ−ｃｅｌｌ）、ＷＬＡＮルータ（ＷＬＡＮ＝ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ））等などのベース・トランシーバ基地局と同義と考えることができおよび／またはそのように呼ぶことができ、ワイヤレス接続性を１つまたは複数の無線リンクを介して１つまたは複数の移動局に与える設備を記述することができる。用語「移動局」は、モバイル・ユニット（ｍｏｂｉｌｅ ｕｎｉｔ）、モバイル・ユーザ（ｍｏｂｉｌｅ ｕｓｅｒ）、アクセス端末、ユーザ装置、加入者、ユーザ、遠隔ステーションなどと同義であると考えることができ、以下、場合によっては、そのように呼ばれ得る。移動局は、例えば、携帯電話、携帯用コンピュータ、ポケット・コンピュータ（ｐｏｃｋｅｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ハンドヘルド・コンピュータ、携帯情報端末、または車載モバイル機器であり得る。用語「中継器」は、信号を受信し、より高いレベルもしくはより高い出力でまたは障害の別の側へ単にそれを再送信し、信号がより長い距離に及び得るようにしている電子デバイスと同義であると考えることができ、および／またはそのように呼ばれ得る。用語「リレー」は、ワイヤレス・アクセス・ネットワークの能力を向上させると共にワイヤレス・リンクの性能を改善するために、信号を受信し、異なる信号をより高いレベルもしくはより高い出力でだけでなく異なる周波数ならびに／あるいは異なる時間スロットおよび／または拡散コードでも再送信する電子デバイスと同義であると考えることができ、および／またはそのように呼ばれ得る。

【0097】

図７ａ）を参照すると、ビークルＶＨ１のブロック図が示されている。ビークルＶＨ１は、ビークルＶＨ１の内側のビークルの乗員とＵＭＴＳ（ＵＭＴＳ＝ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ））、ＬＴＥまたはＬＴＥ Ａｄｖａｎｃｅｄなどに基づいた無線アクセス・ネットワークとの間のワイヤレス・アクセスを可能にするためのアクセス・ネットワーク・ノードＮＮ１を含む。これは、アクセス・ネットワーク・ノードＮＮ１のアンテナ・アレイＡＡ−ＩがビークルＶＨ１内で適切に位置することを意味する。

【0098】

図７ｂは、アンテナ・アレイＡＡ−Ｏについての代替例の配置を備えたビークルＶＨ２のさらなるブロック図を示す。アンテナ・アレイＡＡ−Ｏは、ビークル本体ＶＢの外側に位置し、接続ＣＯＮによってアクセス・ネットワーク・ノードＮＮ２に接続されており、このアクセス・ネットワーク・ノードＮＮ２は、ビークル本体ＶＢの内側に位置する。

【0099】

ビークルＶＨ１およびＶＨ２は、自動車として示されている。用語「ビークル」は、トラック、バス、列車、路面電車もしくは市街電車、船、飛行機などと同義とさらに考えられ得、および／またはそのように呼ばれ得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】