特開 2024-132909 相補的なアレイ構成を使用した狭幅ＭＩＭＯ横並びアレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132909

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】相補的なアレイ構成を使用した狭幅ＭＩＭＯ横並びアレイ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/06 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024024607

(22)【出願日】2024-02-21

(31)【優先権主張番号】18/121,588

(32)【優先日】2023-03-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】523412463

【氏名又は名称】コミュニケーション コンポーネンツ アンテナ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】弁理士法人信栄事務所

(72)【発明者】

【氏名】ナスリン ホジャット

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA03

5J021AA04

5J021AA06

5J021AB03

5J021AB06

5J021GA04

5J021GA05

5J021HA05

5J021JA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】水平行および垂直列内に配設される素子の少なくとも１つの第１のアレイと、水平行及び垂直列内に配設される素子の少なくとも１つの第２のアレイを伴うセルラ用アンテナを提供する。
【解決手段】セルラ用アンテナにおいて、第１のアレイ及び第２のアレイは、アンテナ上において少なくとも部分的に横並びで配設される。第１のアレイの素子は、第１のアレイの素子専用の少なくとも１つの垂直素子列内に配設される。第２のアレイの素子は、第２のアレイの素子専用の少なくとも１つの垂直素子列内に配設される。第１のアレイの素子専用の少なくとも１つの垂直素子列と、第２のアレイの素子専用の少なくとも１つの垂直素子列の間に、別の少なくとも１つの中央垂直素子列を含む。中央垂直素子列は、第１のアレイ内のいくつかの素子および第２のアレイ内のいくつかの素子を含む。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

セルラ用アンテナであって、
水平行および垂直列内に配設される素子の少なくとも１つの第１のアレイと、
水平行および垂直列内に配設される素子の少なくとも１つの第２のアレイと、
を包含し、
前記第１のアレイおよび前記第２のアレイは、前記アンテナ上において少なくとも部分的に横並びで配設され、
前記第１のアレイの前記素子は、前記第１のアレイの素子専用の少なくとも１つの垂直素子列内に配設され、
前記第２のアレイの前記素子は、前記第２のアレイの素子専用の少なくとも１つの垂直素子列内に配設され、
前記アンテナは、前記第１のアレイの素子専用の前記少なくとも１つの垂直素子列と、前記第２のアレイの素子専用の前記少なくとも１つの垂直素子列の間に、別の少なくとも１つの中央垂直素子列を含み、前記中央垂直素子列は、前記第１のアレイ内のいくつかの素子および前記第２のアレイ内のいくつかの素子を含む、
セルラ用アンテナ。

【請求項2】

前記アンテナは、垂直素子列を３つ有し、前記第１のアレイは左側アレイであり、前記第１のアレイの素子専用の前記少なくとも１つの垂直素子列は、左垂直列であり、前記第２のアレイは右側アレイであり、前記第２のアレイの素子専用の前記少なくとも１つの垂直素子列は、右垂直列であり、前記中央垂直素子列は、これらの間である、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項3】

前記アンテナは、前記左垂直列、前記中央垂直列、および前記右垂直列にわたって、水平素子行を少なくとも２つ有し、前記アンテナの垂直の長さにわたり下方に向かって交番する素子行のそれぞれにおいて、前記中央垂直列内の素子は、前記左アレイに属し、垂直方向に次に続く行内の素子は、前記右アレイに属する、請求項２に記載のアンテナ。

【請求項4】

任意の水平素子行内において、前記左アレイまたは前記右アレイのいずれかが２つの素子を有するときは、前記素子の間において電力が均等に分割される、請求項３に記載のアンテナ。

【請求項5】

任意の水平素子行内において、前記左アレイまたは前記右アレイのいずれかが２つの素子を有するときは、前記素子の間において電力が不均等に分割される、請求項３に記載のアンテナ。

【請求項6】

任意の水平素子行内において、前記左アレイまたは前記右アレイのいずれかが２つの素子を有するときは、前記アンテナからの方位角のビーム幅を広幅化するために、前記左アレイの前記左垂直列または前記右アレイの前記右垂直列のいずれかの素子に対してより多くの電力が提供されるように、前記素子の間において電力が不均等に分割される、請求項５に記載のアンテナ。

【請求項7】

任意の水平素子行内において、前記左アレイまたは前記右アレイのいずれかが２つの素子を有するときは、前記アンテナからの方位角のビーム幅を狭幅化するために、前記中央垂直列内の前記左アレイまたは前記右アレイの素子に対してより多くの電力が提供されるように、前記素子の間において電力が不均等に分割される、請求項５に記載のアンテナ。

【請求項8】

前記左素子列と前記中央垂直素子列の間の水平距離は、奇数の水平素子行が存在するときであって、前記左アレイが前記右アレイより多くの素子を有するとき、前記中央素子列と前記右垂直素子列の間の水平距離より小さい、請求項３に記載のアンテナ。

【請求項9】

前記右素子列と前記中央垂直素子列の間の水平距離は、奇数の水平素子行が存在するときであって、前記右アレイが前記左アレイより多くの素子を有するとき、前記中央素子列と前記左垂直素子列の間の水平距離より小さい、請求項３に記載のアンテナ。

【請求項10】

前記左側アレイおよび前記右側アレイは、全体で４×４ ＭＩＭＯアンテナを形成する、請求項２に記載のアンテナ。

【請求項11】

前記４×４ ＭＩＭＯアンテナは、約４５度の方位角の帯域幅を有する、請求項１０に記載のアンテナ。

【請求項12】

前記左側垂直素子列と前記中央垂直素子列の間の水平距離および前記中央垂直素子列と前記右垂直素子列の間の水平距離は、約２１５ｍｍである、請求項１１に記載のアンテナ。

【請求項13】

前記４×４ ＭＩＭＯアンテナは、約６５度の方位角の帯域幅を有する、請求項１０に記載のアンテナ。

【請求項14】

前記左側垂直素子列と前記中央垂直素子列の間の水平距離および前記中央垂直素子列と前記右垂直素子列の間の水平距離は、約１６５ｍｍである、請求項１３に記載のアンテナ。

【請求項15】

隣接する素子の間の交差偏波および共偏波結合を防止するように、前記中央垂直素子列内の素子は、各水平行内において前記左および右の垂直素子列内の素子に対して垂直方向に約５０ｍｍオフセットされている、、請求項１３に記載のアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本件出願は、２０２０年９月３日に提出された米国特許仮出願第６３／０７４，３３２号の優先権を主張して２０２１年４月２１日に提出された１７／２３６，９６４からの一部継続出願であり、それらの文献は、その全体が参照によりこれに援用される。

【0002】

本発明は、アンテナに関する。より詳細には、本発明は、セルラ用アンテナのためのアンテナ素子およびアレイ構成に関する。

【背景技術】

【0003】

図１に、セルラ用アンテナの分野における先行技術の、１つの（４×４）低帯域ＭＩＭＯ（マルチ入力マルチ出力）構成および２つ（４×４）または１つ（８×８）の中帯域構成ＭＩＭＯをバイセクタ・ビーム毎に伴う、横並び２０ポート・ハイブリッドＢＳＡ（バイセクタ・アレイ）を図解する。

【0004】

図１は、ポート１および２が組み合わせによるビームフォーマ回路網を通じて低帯域アンテナ素子Ａ（１０個のダイポール）に給電し、ポート３および４が多様なビームフォーマ回路を通じて低帯域アンテナ素子Ｂ（１０個のダイポール）に給電する先行技術の例示的な構成を図解している。これらの素子ＡおよびＢは、例示的な（４×４）低帯域構成を表す。

【0005】

中帯域素子に目を転ずると、ポート５および６をはじめ、ポート１３および１４は、中帯域アンテナ素子Ｃ（４０個のパッチ）に給電し；ポート７および８をはじめ、ポート１５および１６は、中帯域素子Ｄ（４０個のパッチ）に給電し；ポート９および１０をはじめ、ポート１７および１８は、中帯域素子Ｅ（４０個のパッチ）に給電し；ポート１１および１２をはじめ、ポート１９および２０は、中帯域素子Ｆ（４０個のパッチ）に給電する。これらの素子Ｃ－Ｆは、２つの（８×８）中帯域ＭＩＭＯ構成を表す。

【0006】

このため、図１に図解されている構成は、素子Ｃ－Ｆによって示されるとおり、４つの中帯域構成、すなわちそれぞれが４０個のパッチ素子の４つのバイセクタの独立アンテナアレイであり、全体で８列の中帯域素子の垂直列を有する。同一アンテナ上にある低帯域構成は、低帯域ダイポールＡおよびＢの２つの千鳥状列になっている。この構成は、たとえば、参照によって援用される特許文献１に基づいており、低帯域素子ＡおよびＢは、ダイポールアンテナであり、中帯域素子Ｃ－Ｆは、パッチ・アンテナである。この種のアンテナが組み込まれたパネルの全体の幅は、アンテナの中帯域素子の８列構成に起因して６００ｍｍを超える。

【0007】

しかしながら、４Ｇ／５Ｇ通信のための新しい傾向を考えると、より小さい、特により狭い幅を伴うアンテナ寸法を利用し、互いに隣接させてタワー内に多くの基地局アンテナを配置する必要性がこれまで以上に増加する。アンテナの幅を減少させるための１つの選択肢は、１列を取り除き、４列に代えて３列の中帯域アレイだけを採用することであるが、このアプローチは、方位角のサイドローブについてのアンテナの性能および利得特性を相当に減ずる。

【0008】

別のバージョンの類似する先行技術構成は、図２に示されているとおり、３列と４列の低帯域ダイポール素子の混合を使用する（参照によってこれに援用される特許文献１から採用したものであり、段落［００５２－００５３］の関連セクションに説明されている）。しかしながら、これの幅にわたって８列の物理的な列を中帯域パッチ素子が占有したままであり、したがって、図１の先行技術の構成と同様にアンテナの幅が６００ｍｍを超える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許公開第２０１８／０３０１８０１Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本構成は、アンテナの幅を、方位角のサイドローブおよび利得性能を損なうことなく、その幅を６００ｍｍより有意に小さくすることによって減少させることに向けられている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

１つの実施態様において、本構成は、前記性能を顕著に損なうことなく、アンテナの幅を狭くするために、絡み合ったアレイを伴う新しい構成を提供する。この構成において、中帯域アレイの交番する行（または、行のペア）が異なる列数を有する。左および右のアレイのための列の数は、アレイの幅が全体で８列に代わり垂直７列となるように相補的なフォーマットで割り当てられる。

【0012】

以下は、織り合わせアレイ構成の簡単な概要である。さらなる詳細および説明は、アレイの番号も含めて、この後に続くこの出願の図面および詳細な説明のセクションの中に見つけることが可能である。

【0013】

１つの実施態様において、１つの（４×４）低帯域ＭＩＭＯおよび１つ（８×８）または２つ（４×４）の中帯域ＭＩＭＯをバイセクタ・ビーム毎に伴う２０ポート・ハイブリッドＢＳＡ（バイセクタ・アレイ）のためのアンテナ構成が提供される。前記中帯域は、１６９５－２６９０ＭＨｚにおいて方位角ビーム幅が３３度であり、前記低帯域は、６９８－９６０ＭＨｚにおいて方位角ビーム幅が６５度である。前記中帯域アレイは、少なくとも２つの横並びアレイで配設され、それにおいて前記２つのアレイは、アンテナの上部および下部の両方において、列の数に関して相補的なフォーマットにより互いに絡み合わされる。これは、横並びの構成における垂直列の数を１列分減ずることになり、したがって、先行技術と比較したときのアンテナの幅を減ずる。たとえば、このアンテナの幅は、図１および２の先行技術にあるような６００ｍｍを超える幅に代えて、約５００ｍｍの幅とすることができる。

【0014】

この配置において、アンテナ構成は、２段の中帯域素子の横並びバイセクタ・アレイおよび２列の低帯域素子であり、２０ポート・アンテナ・アレイを形成する。アンテナ構成は、上左側のアレイのための３、３、４、４、３、３・・・、上右側のアレイのための４、４、３、３、４、４・・・とするパッチの構成を伴う２つの横並びバイセクタ・アレイである。これについては、たとえば図３Ａを用いてより詳細な説明を後述するが、簡潔に述べれば、これは、前記アンテナの上左から開始するアレイについて、素子のうちの水平の行１および２が３つのパッチ素子（垂直列１から３までの最上端部分）を有し、上右のアレイが、水平行１および２に４つのパッチ素子（垂直列４から７までの最上端部分）を有することを意味する。水平行３および４については、このパターンが逆になり、上左のアレイが４つのパッチ素子を有し、上右のアレイが３つのパッチ素子を有し、このパターンが下方にアンテナの垂直の長さにわたって繰り返される。

【0015】

このパターンを使用する本発明の例示的な実施態様は、アンテナの上左のアレイを３、３、４、４、３、３、４、４、上右を４、４、３、３、４、４、３、３とする８行のアレイを伴うが、垂直列が８列ではなく、合計で７列にしか及ばないアンテナとすることが可能である。列の番号付けについては、後述する詳細な説明の中でより詳細に説明する。たとえば、図３Ａの説明を参照されたい。

【0016】

別の実施態様において、前記パターン指定と同じコンセプトが使用され、アンテナ構成は、バイセクタ・アレイを伴う２つの横並びアレイであるが、列の数が３、４、３、４、３、４・・・、および４、３、４、３、４、３・・・となる。したがって、例示的なアンテナを、上右に３、４、３、４、３、４、３、４のアンテナ素子配置パターンを伴い、上左アレイのために４、３、４、３、４、３、４、３のアンテナ素子配置パターンを有する８行のアレイとすることが可能であるが、たとえば図３Ｂに示され、かつより詳細に後述するとおり、この場合においても合計の垂直列が７列である。

【0017】

類似する構成のパターンを、２つの横並びアレイを有するほかのサイズのアンテナに使用可能であることが理解される。たとえば、別の実施態様において、通常は６列の幅になる３３度アンテナのために合計で５列の垂直列を伴うアンテナ構成を実装することが可能であり、それの（５列構成における）列数は、２、２、３、３、２、２・・・、および３、３、２、２、３、３・・・である。したがって、例示的なアンテナを、アンテナの左側に２、２、３、３、２、２、３、３、２、２のアンテナ素子配置パターンを伴い、右アレイのために３、３、２、２、３、３、２、２、３、３のアンテナ素子配置パターンを有する、合計で５列の垂直列を伴う１０行のアレイとすることが可能である。これは、３１００－４２００ＭＨｚの高帯域周波数において実装されるアレイについて、約３００ｍｍから約２４０ｍｍにアレイの幅を減ずる。

【0018】

別の実施態様において、２つのバイセクタ・アレイを伴うアンテナ構成が、部分的に横並びであり、かつ共通エリア内においてのみ、相補的な列の数を使用して列の数が１つ減じられる。前記アンテナ構成は、これについてもより詳細に後述するが、１２ポートのアレイ構成内に４、４、４、４、４、４、４、４、３、３、および３、３、４、４、４、４、４、４、４、４の列を有する２つの部分的な横並びアレイを有することが可能である。この実装において、アンテナ幅が５７０ｍｍから４９６ｍｍに減じられ、また、異なる構成および２つの絡み合った行の追加に起因して高帯域の利得も約０．８ｄＢ増加した。

【0019】

別の実施態様において、この構成を使用して改善された４×４ ＭＩＭＯアンテナ（６５度または４５度）を提供することができる。たとえば、６５度の４×４ ＭＩＭＯアンテナのための先行技術の構成は、一般に、たとえば図１１（先行技術）に示されているとおり、２つの千鳥状の素子列を使用して形成される。しかしながら、２つの列を千鳥状にして方位角の帯域幅を６５度にコントロールしていることから、列当たりの素子の数が制限され（たとえば、図１１において列当たり８素子）、そのためこのアンテナからの利得が制限される。４５度の４×４ ＭＩＭＯアンテナに関して、通常、４列のアンテナを使用して作られ、設計された方位角４５度が達成される。たとえば、先行技術の図１２を参照されたい。これにおいて、各アレイ（左および右）が５行２列の中に１０個の素子を有し、したがって、アンテナ利得は十分であるが、フットプリント（占有面積）が過剰に広くなる。

【0020】

本構成は、改善された６５度または４５度の４×４ ＭＩＭＯアンテナを提供し、それにおいて３列の素子が使用され、左アレイは、素子の左１列を有し、右アレイは、素子の右１列を使用し、中央列の素子は、左および右のアレイの両方によって共有される。列の間の距離を適切に設定し、かつアンテナ素子の間の電力の分割を調整することによって、先行技術より大きな利得を伴い、かつより小さい（幅）フットプリントを伴う４×４ ＭＩＭＯアンテナを達成することが可能である。

【0021】

本発明は、以下の説明および次に列挙する添付図面を通じてもっとも良好に理解することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】８列の中帯域素子を伴う横並び中帯域バイセクタ・アレイおよび２列の低帯域６５度アレイのための先行技術のアンテナ構成を図解した平面図である。

【図2】８列の中帯域素子を伴う横並び中帯域バイセクタ・アレイおよびバイセクタ低帯域アレイのための別の先行技術のアンテナ構成を図解した斜視図である。

【図3A】１つの実施態様に従った、７列および共通の中点ラインを伴う絡み合った相互接続中帯域アレイを伴った横並びバイセクタ・アレイのための２つの異なるアンテナ構成を図解した平面図である。

【図3B】１つの実施態様に従った、７列および共通の中点ラインを伴う絡み合った相互接続中帯域アレイを伴った横並びバイセクタ・アレイのための２つの異なるアンテナ構成を図解した平面図である。

【図4】別の実施態様に従った、５列および共通の中点ラインを伴う絡み合った織り合わせ中帯域アレイを伴ったブロードサイド３３度の２つの横並びアレイのための例示的なアンテナ構成を図解した平面図である。

【図5】別の実施態様に従った、１０列および共通の中点ラインを伴う絡み合った織り合わせ中帯域アレイを伴った横並びマルチビーム・アレイのための例示的なアンテナ構成を図解した平面図である。

【図6】別の実施態様に従った、アレイの織り合わせ構造の一部を図解した平面図である。

【図7】１つの実施態様に従った、図３Ａからの例示的な部分的アレイ構成を図解した平面図である。

【図8A】１つの実施態様に従った、図３Ａからの部分的アレイを図解した斜視図である。

【図8B】１つの実施態様に従った、ＡＢＦＮ（方位角ビームフォーミング網－図８Ｂ）を図解した平面図である。

【図9A】先行技術と例示的なアレイの方位角（図９Ａ）のカバレッジ・パターンを比較した４つのチャートである。

【図9B】先行技術と例示的なアレイの俯仰角（図９Ｂ）のカバレッジ・パターンを比較した４つのチャートである。

【図10】先行技術と例示的なアレイの指向性を比較したグラフである。

【図11】先行技術の４×４ ＭＩＭＯの６５度アンテナを示した平面図である。

【図12】先行技術の４×４ ＭＩＭＯの４５度アンテナを示した平面図である。

【図13】１つの実施態様に従った、共有される中央列を伴う３列４×４ ＭＩＭＯアンテナを示した平面図である。

【図14A】２つの列内に素子を伴う行に使用するための図１３に示されているアンテナ内の均等方位角スプリッタを実装する第１の構成を示した説明図である。

【図14B】２つの列内に素子を伴う行に使用するための図１３に示されているアンテナ内の不均等方位角スプリッタを実装する追加の構成を示した説明図である。

【図14C】２つの列内に素子を伴う行に使用するための図１３に示されているアンテナ内の不均等方位角スプリッタを実装する追加の構成を示した説明図である。

【図15】１つの実施態様に従った、３方向方位角／俯仰角スプリッタを使用する図１３からの代替の３列４×４ ＭＩＭＯアンテナを示した説明図である。

【図16】１つの実施態様に従った、素子の数が減じられた図１３からの３列４×４ ＭＩＭＯアンテナの代替構成を示した説明図である。

【図17】１つの実施態様に従った、奇数の素子行数およびシフトした中央列を伴う図１３からの３列４×４ ＭＩＭＯアンテナの代替構成を示した説明図である。

【図18】１つの実施態様に従った、垂直にシフトした中央列を伴う６５度における３列４×４ ＭＩＭＯアンテナの具体的な実装を示した平面図である。

【図19】１つの実施態様に従った、図１１の先行技術のアンテナの方位角パターンと比較して図１８のアンテナ（６５度）の方位角パターンを示したチャートである。

【図20】１つの実施態様に従った、より広い間隔を列間に伴う４５度における３列４×４ ＭＩＭＯアンテナの具体的な実装を示した平面図である。

【図21】１つの実施態様に従った、図１２の先行技術のアンテナの方位角パターンと比較して図２０のアンテナ（４５度）の方位角パターンを示したチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明の１つの実施態様において、図３Ａに示されているとおり、１つの４×４ ＭＩＭＯ構成および２つの（４×４）または１つの８×８ ＭＩＭＯ構成を伴う２０ポートのハイブリッドＢＳＡ（バイセクタ・アレイ）１０が示され、バイセクタ・ビーム当たり、中帯域が１６９５－２６９０ＭＨｚにおいて動作し（２つの８×８ ＭＩＭＯ）、低帯域が６５度および６９８－９６０ＭＨｚ（１つの４×４ ＭＩＭＯ）において動作する。

【0024】

この例において、低帯域ダイポール素子の第１の垂直列１２がアンテナ１０の一方の側に配設され、それとは別の低帯域ダイポール素子の第２の垂直列１４がアンテナ１０の他方の側に配設されている。低帯域素子１２は、２０個のポートのうちのポート１および２に接続することが可能であり、低帯域素子１４は、２０個のポートのうちのポート３および４に接続することが可能であり、低帯域（６９８－９６０ＭＨｚ）の４×４ ＭＩＭＯを形成する。

【0025】

アンテナ１０上には、４つの中帯域素子のアレイがあり、各アレイには合計で２８個の素子がある。第１のセットの中帯域素子１６は、２０個のポートのうちのポート５、６、１３、および１４に接続することが可能である。第２のセットの中帯域素子１８は、２０個のポートのうちのポート７、８、１５、および１６に接続することが可能である。第３のセットの中帯域素子２０は、２０個のポートのうちのポート９、１０、１７、および１８に接続することが可能である。第４のセットの中帯域素子２２は、２０個のポートのうちのポート１１、１２、１９、および２０に接続することが可能である。これらのセットの素子１６、１８、２０、および２２は、１つのまとまりとして中帯域（１６９５－２６９０ＭＨｚ）のための２つの８×８ ＭＩＭＯ（マルチ入力マルチ出力）を形成し、第１の８×８ ＭＩＭＯが左のビームに、第２の８×８ ＭＩＭＯが右のビームに関わる。各セットの２８個の素子（１６、１８、２０、および２２）は、右および左ビームの両方を生成する。

【0026】

図３Ａに示されているとおり、中帯域素子１６、１８、２０、および２２の４つのセットは、素子１６および１８がアンテナ１０の上部に２つの横並びアレイとして配設され、素子２０および２２がアンテナ１０の下部に横並びに配設される。アンテナ１０の上部において、素子１６および１８のアレイが、８つの水平行（上部の行１から８まで）内に配設され、アンテナの下部において、素子２０および２２が、８つの追加の水平行（下部の行１から８まで）内に配設される。

【0027】

上部の素子１６および１８のアレイ、および下部の素子２０および２２のアレイの両方について、合計で７つの垂直列しか存在しない（列１から７まで）。

【0028】

アンテナ１０の上端の行にわたって３つの素子１８および４つの素子１６が存在する。同じことが行２にも当て嵌まる。行３および４については、これが逆になり、４つの素子１８および３つの素子１６が存在する。それぞれの場合において、各行にわたり、列１から７までのそれぞれに１つ、合計で７つの素子が存在する。アンテナ１０の上半分の行５から８までにおいても、素子１６および１８のアレイについてこのパターンが反復される。

【0029】

このことは、列ベースでアンテナ１０の上半分の素子１８および１６のアレイを見たときに、素子１８が、行１および２において３列（たとえば、列１、２、および３）を、行３および４において４列（たとえば、列１、２、３、および４）を、行５および６において３列を、行７および８において４列を形成することを意味する。したがって、アンテナ１０の左上部において、行１から８までのそれぞれの中の素子１８の数を指定するパターン３、３、４、４、３、３、４、４を用いて素子１８の中帯域ＭＩＭＯアレイに注釈を施すことが可能である。素子１６の中帯域ＭＩＭＯアレイは、関連して、アンテナ１０の左上部において、行１から８までのそれぞれの中の素子１８の数を指定するパターン４、４、３、３、４、４、３、３、の注釈を施すことが可能である。図３Ａに示されているとおり、このパターンが再び、アンテナ１０の下半分の素子２２および２０のアレイのそれぞれについて反復される。この構成に基づけば、列１、２、および３内の素子は、素子１８だけであり、列５、６、および７内の素子は、素子１６だけである。

【0030】

しかしながら、図３Ａを見てわかるとおり、中心線の列４は、両方のアレイからの素子１６および１８を有する。たとえば、行１および２において、列４が上右アレイからの素子１６を有するが、行３および４において、列４が上左アレイからの素子１８を有する。このパターンが、中央の列４を下に向かって反復される。図３Ａに示されているとおり、ここで上右および上左のアレイが互いに『インターロック（かみ合う）』している。

【0031】

別の関連実施態様において、図３Ｂに示されているが、アンテナ１０の第１行にわたって４つの素子１６および３つの素子２０が存在する。行２にはその逆が当て嵌まり、３つの素子１６および４つの素子２０を有する。それぞれの場合において、各行にわたって合計で７つの素子があり、列１から７までの上端を形成する。素子１６および２０のアレイについてのこのパターンが、再びアンテナ１０の上部の行３から８まで反復される。同じパターンが、アンテナ１０の下部においても素子１８および素子２２のアレイについて保たれる。

【0032】

図３Ｂは、図３Ａと、１つの素子１６の次に１つの素子２０を有するという形のパターンがアンテナ１０の垂直下方に向かって続く中央の列４を除けば基本的に類似する。このことは、列４が、２行毎の交番ではなく、１行毎に交番することを意味する。

【0033】

このことは、列ベースでアンテナ１０の上半分の素子１６および２０のアレイを見たときに、７列の垂直列の上半分が開始する行１内に４つの素子１６および３つの素子２０があることを意味する。行２においてこれが逆になり、３つの素子１６だけと４つの素子２０が、次の７列の行を形成する。このパターンが、アンテナ１０の上部において行３から８まで反復される。したがって、中帯域ＭＩＭＯの素子１６のアレイは、４、３、４、３、４、３、４、３のパターンとして注釈を施すことが可能である。中帯域ＭＩＭＯの素子２０のアレイは、３、４、３、４、３、４、３、４のパターンとして注釈を施すことが可能である。図３Ｂに示されているとおり、このパターンが再び、アンテナ１０の下部の素子１８および２２のアレイのそれぞれについて反復される。

【0034】

図３Ｂに見られるとおり、中心線の列４は、素子１６および素子２０からの素子を有する。たとえば、行１において、列４が上左のアレイからの素子１６を有するが、行２において、列４が上右のアレイからの素子２０を有する。このパターンが、中央の列４の下に向かって反復される。図３Ｂに示されているとおり、ここで上右および上左のアレイが互いに『インターロック』している。図３Ａの構成と比較すると、図３Ｂの構成は、改善された俯仰角のパターンの提供に使用できるが、中央の列のためにわずかにより複雑な給電構造を有し、それは、２つの素子サブアレイを使用し、各素子を独立して給電することで取り組むことが可能である。図３Ａとの比較において改善される図３Ｂの実施態様における俯仰角のパターンは、左および右のアレイのそれぞれのための列４内の素子の間の垂直間隔がより小さいことに起因する。たとえば、図３Ａを見てわかるとおり、最大垂直間隔は、任意の２つの素子１６の間の３行であるが、図３Ｂにおいて、最大垂直間隔が、任意の２つの素子１６の間の２行である（列４内の素子１６、１８、２０、および２２のうちのいずれか２つについて同じである）。

【0035】

図３Ｂにおける１６、１８、２０、および２２の素子の構成には、この実施態様において、異なるポート割り当てを指定することが可能であるが、８×８ ＭＩＭＯアンテナを生成する任意の有効なポート割り当てを使用できることに注意する。ポート割り当ては、所望のビームに基づき、したがって、代替のポート実装としてカスタマがその種の実施態様を２つの４×４ ＭＩＭＯとして実装してもよいことに注意する。

【0036】

上に説明されているとおり、図３Ａおよび３Ｂに示されている実施態様は、両方ともに、中央の交互配置した列を有していない図１の先行技術の実装より狭幅である。具体的な一例として、図１に示されている先行技術のアンテナは、幅が６６２ｍｍであるが、図３Ａおよび３Ｂに示されている実施態様は、幅が４９６ｍｍしかなく、１６６ｍｍの幅の低減が得られる。幅の低減の大部分は、左および右側のアレイの両方からの素子を共有する交互配置した中央の列が関わる。また、その種の構成は、方位角の千鳥化の除去、横並びのアレイの全般的な間隔の低減、およびいくらかの機械的なマージン等を含め、一層のさらなる幅の低減のためのそのほかの改善された構造を可能にする。たとえば、図３Ａおよび３Ｂの例において、１６６ｍｍの幅の低減は、１つの列の低減からの７０ｍｍ、隣接するアレイの間における３０ｍｍの間隔の低減、千鳥化の除去による３５ｍｍ、およびそのほかの許容可能な機械的な変更の３１ｍｍで説明することが可能である。いずれの場合においても、両方の横並びのアレイからの素子を含む中央の列および全体の列における１列の低減は、先行技術に対する幅フットプリントを大きく改善する。

【0037】

まとめると、図３Ａおよび３Ｂに示されている素子１６、１８、２０、および２２の４つの８行アレイを伴うアンテナ１０の構成は、幅方向に合計で７列を有し、図３Ａには、４、４、３、３、４、４、３、３パターン（素子１６および２０）のアレイが絡み合った３、３、４、４、３、３、４、４パターン（素子１８および２２）のアレイが示され、図３Ｂには、３，４、３，４、３，４、３，４パターン（素子１８および２２）のアレイが絡み合った４、３、４、３、４、３、４、３パターン（素子１６および１８）のアレイが示されている。上に説明されている構成は、例示的なものであることが意図されている。その種の特徴は、そのほかの異なる数の列、行を伴う、異なる周波数帯域のためのアンテナ構成に対しても等しく適用することができる。

【0038】

たとえば、図３Ａおよび３Ｂに示されている両方のアンテナ１０は、いずれも、アレイ毎に８行ではなく、１０行の素子を有するアレイを含むことができる。これは、単純に、アレイ毎により多くの合計の素子を伴った、図３Ａおよび３Ｂに示されているアンテナのより大きなバージョンとなる。図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ、素子１６、１８、２０、および２２のそれぞれが２８素子を有する。しかしながら、アレイ毎に１０行を伴う代替構成は、アレイ毎に３４または３６のいずれかの数の素子１６、１８、２０、および２２を有することになるか（中央の列に２素子毎の交番がある場合）またはアレイ毎に３５の素子１６、１８、２０、および２２を有することになり（中央の列に素子毎の交番がある場合）、すべてが、アンテナ１０の垂直の長さにわたって下方に繰り返される同じ反復インターロック・パターンを伴う。

【0039】

図３Ａおよび３Ｂにおいて、アンテナ素子１６、１８、２０、および２２がパッチ素子として図解されているが、本発明がこの点に限定されないことへの理解に注意する。たとえば、類似するアレイ／アレイ素子の構成およびインターロックを、たとえば次に説明する図４および５の例に示されように、ダイポール素子、またはアンテナ上において使用することが可能な任意のそのほかのタイプの放射素子を用いて達成することができ、低減した幅による利益をもたらし得る。

【0040】

また、図４に示されている別の実施態様において、合計して（先行技術の６列に代わり）５つの垂直列を伴うブロードサイド３３度のアンテナ１０を配設することが可能であり、それにおいて、たとえば、１０個の行に配設される素子１６の各アレイが３、３、２、２、３、３、２、２、３、３のパターン（たとえば、行１および２が３つの素子を有し、行３および４が２つの素子を有するといったパターン）を伴うアレイを左側に有することが可能であり、アンテナ１０の右側のインターロックする素子１８のアレイが２、２、３、３、２、２、３、３、２、２のパターン（たとえば、行１および２が２つの素子を有し、行３および４が３つの素子を有するといったパターン）になる。この構成において、左側のアレイからの素子が垂直列１および２のすべてを満たすことになり、右側のアレイからの素子が垂直列４および５のすべてを満たすことになり、中央の列３は、各アレイが２行毎に交番する左および右アレイ両方からの素子を有する。図３Ａおよび３Ｂの実施態様における図１の先行技術に対する幅の低減と同様に、この実施態様もまた、結果として約６０ｍｍの低減（先行技術の幅３００ｍｍから２４０ｍｍに低減）をもたらす。

【0041】

図５に示されているさらに別の実施態様において、その種の織り合わせ設計が、使用された絡み合いコンセプトと同じコンセプトを使用することによって、１２列から１０列へというように、１を超える列数のさらなる低減を含むことが可能である。たとえば、それぞれが６つの行、すなわち行１から６までを有する２つの横並びアレイを伴うアンテナは、１から１０までの１０個の垂直列（先行技術の１２個の列に代えて）で配設することが可能である。図３Ａおよび３Ｂの実施態様における図１の先行技術に対する幅の低減と同様に、この実施態様もまた、結果として約１００ｍｍの低減（先行技術の幅５６０ｍｍから４６０ｍｍに低減）をもたらす。

【0042】

素子１６のこの構成は、左側のアレイについて６、５、４、６、５、４パターンとすることが可能であり、これに４、５、６、４、５、６パターンの素子１８の右側のアレイが交互配置する。これは、アンテナの行１が左側のアレイからの６つの素子１６および右側のアレイからの４つの素子１８を有することを意味する。行２は、左および右側のアレイの両方からの５つの素子１６および１８を有することになる。行３は、左側のアレイからの４つの素子１６および右側のアレイからの６つの素子１８を有することになる。このパターンが行４、５、および６について反復される。これは、垂直列１、２、３、および４が左側のアレイからの素子だけを有することになり、列７、８、９、および１０が右側のアレイからの素子だけを有することになり、列５および６が両方のアレイからの素子を行に応じて有することを意味する。

【0043】

図６に示されている別の実施態様において、２つの重複する中帯域グループ５２および５４を伴う２つの４×４ ＭＩＭＯアレイ５０が図解されている。このアレイは、ビーム当たり１つの４×４ ＭＩＭＯを提供する。図に示されているとおり、上部のグループ５２は、アレイ５０の右側にオフセットされ、下部のグループ５４は左側にオフセットされている。上部のグループ５２は、４、４、４、４、３のパターンとして配設される一連のパッチ素子５６から作られ、下部のグループ５４は、３、４、４、４、４のパターンとして配設される一連のパッチ素子５８から作られる。その種の実施態様は、低帯域４×４ ＭＩＭＯを形成する２つの千鳥状のダイポール６０および６２の垂直列を支持することも可能である。これは、先行技術における５６０ｍｍの幅を４９６ｍｍまで減ずる。

【0044】

図６に示されている構成には、アレイ５０の上端から開始して、上部の行１から１０までだけを上部のグループ５２の素子５６が占有し、下部のグループ５４の素子５８が下部の行８から１７までを占有する１７の水平行が存在する。したがって、行１にわたって、垂直列１から３までは空（別々の低帯域素子６０および６２を除く）であり、列４から７までは素子５６を有する。同じことが、行２から７までに当て嵌まる。行８から１０までにおいて、素子５６が列５から７までだけを占有し、素子５８は、列１から３までを占有する。行９内の列４には、素子５６または５８が存在しない。下部のグループ５４に関して、行８および９内の素子５８が列１から３までを占有する。行１０から１７までは、素子５８が列１から４までを占有する。

【0045】

図３Ａおよび３Ｂと同様に、中央の列４は、上部および下部のグループ５２および５４の両方によって共有され、行１から８までは列４内に素子５６を伴い、行１０から１７までは素子５８が列４を占有する（行９の列４は空である）。

【0046】

この種のアンテナ５０は、狭い幅とともに１２個のポートのアレイを有することが可能であり、８行に代わって１０行を有することによって各アレイの利得が増加される。ポート５から１２までがグループ５２および５４に給電して中帯域の８×８ ＭＩＭＯを形成し、ポート１から４までがダイポール６０および６２の２つの千鳥状の垂直列に給電して低帯域の４×４ ＭＩＭＯを形成する。

【0047】

１つの実施態様において、３／４列アンテナ構成のための例示的な新しい方位角のビームフォーマが、たとえばアンテナアレイ１０および５０からのこの種のテスト・アレイへの信号供給に使用するために設計されたことに言及する。図８Ａは、たとえば、図６の上部の素子５４のグループと類似の３３、４４、４４、４４、４４アンテナ５０を図解した部分的な描写である。３列ビームフォーマ４０が図８Ｂに略図的に示されており、それが、図８Ａにおいて素子５４の隣に配置されている。

【0048】

ビームフォーマ４０は、列の間に９０度／－９０度の位相差および０．７、１、０．７の励起振幅を導入することによって２つのバイセクタ・ビームを生成する３出力ＢＦＮ（ビームフォーミング網）として実装され得る。ビームフォーマ４０の入力ポートは、４つの列を伴う行内において使用される４列ビームフォーマとの絶対位相整合を生成するような方法で割り当てることができる。たとえば、所望の俯仰角のパターンのための正しい位相整合を有するために、位相中心を３つの列を伴う行と４つの列を伴う行で整合させる必要がある。この位相中心は、省かれる列が最右翼となるか、または最左翼の列となるかに依存する。

【0049】

パターンの有効性をはじめ、方位角のサイドローブおよび利得性能を確認するために、上記のコンセプトを証明する少なくとも２つのプロトタイプをこの設計の左アレイに類似するアレイを用いて作成し、テストし、パターンおよび指向性に対する効果を調べた。

【0050】

これらのプロトタイプのために、素子５８の１つのアレイには、３、３、４、４、４、４、４、４、４、４パターンを用い（図６のアンテナ５０の下部のグループに類似）、図７に示されている素子１８の別のアレイは、３、３、４、４、３、３、４、４、３、３構成（すなわち、図７は、図３Ａのアンテナ１０の上左に類似である）を用いて作成した。

【0051】

図９Ａおよび９Ｂは、比較対象の先行技術の１０行４、４、４、４、４、４、４、４、４、４（先行技術の図１）および同じく先行技術の８行４、４、４、４、４、４、４、４（先行技術、図示せず）構成と、１６９５－２６９０ＭＨｚをカバーする中帯域タイプのパッチ素子である素子（たとえば、５８または１８）を用いた１０行３、３、４、４、４、４、４、４、４、４パターン（たとえば、図６）および１０行の３、３、４、４、３、３、４、４、３、３（図７／３Ａに示されている構成に類似）の本発明の２つの実施態様の方位角および俯仰角のパターンの比較である。方位角の比較を図９Ａに示し、俯仰角のパターンの比較を図９Ｂに示す。

【0052】

図９Ａおよび９Ｂを見てわかるとおり、方位角および俯仰角のパターンの形状における変化はわずかでしかなく、図６および７の本発明の７列のアンテナ１０が、先行技術の図１に示されている先行技術の８列アンテナと本質的に同じ性能およびパターンを有することが示される一方、幅は、物理的に約１００ｍｍ狭い。また、期待されたとおり、１０行構成のアンテナのすべてが、８行構成と比較してより狭い俯仰角のビーム幅を有する（１０行の６．６度と比較して８行は８．４度）。

【0053】

図１０は、図９Ａおよび９Ｂにおいて比較された、上述のサンプル構成のアレイ指向性の比較である（すなわち、アンテナの損失を考慮しない、アンテナの放射パターンによってのみ決定されるアンテナの指向性利得の最大値）。見てわかるとおり、３、３、４、４、４、４、４、４、４、４パターンの本実施態様（たとえば、図６）は、図１に図解されているもの等の先行技術の４、４、４、４、４、４、４、４、４、４パターンと殆ど同じ指向性を有する。完全に絡み合わせた／織り合わせた３、３、４、４、３、３、４、４、３、３パターンの本実施態様（たとえば、図７）もまた良好な指向性を有し、８行４、４、４、４、４、４、４、４の先行技術の構成と比較すると０．５ｄＢ良好である。

【0054】

別の実施態様において、この構成を使用して改善された４×４ ＭＩＭＯアンテナ（６５度または４５度）を提供することができる。上述のとおり、先行技術の６５度の４×４ ＭＩＭＯアンテナは、一般に、たとえば図１１（先行技術）に示されているとおり、２つの千鳥状の素子列を使用して形成される。しかしながら、２つの列を千鳥状にして方位角の帯域幅を６５度にコントロールしていることから、列当たりの素子の数が制限され（たとえば、図１１において列当たり８素子）、そのためこのアンテナからの利得が制限される。

【0055】

４５度の４×４ ＭＩＭＯアンテナに関して、通常、先行技術の図１２に示されているとおり、４列のアンテナを使用して作られ、設計された方位角４５度が達成される。ここでは、２つの素子列が４５度の信号パターンを達成する必要があることから（たとえば、列の間に約２００ｍｍの間隔を伴う）各アレイ（左および右）は、５行２列の中に１０個の素子を有し、したがって、アンテナ利得は十分であるが、フットプリントが過剰に広くなる。

【0056】

先行技術の図１１および１２の両方において、特定されている左および右のアレイが、表示されているとおり低帯域ダイポールのためのものであることに注意する。同じ反射器上の残りの中帯域のより小さいダイポールは、多くの場合において、考察されている４×４ ＭＩＭＯが、複数周波数帯域のアレイを有するアンテナ上に実際的に実装され得る状況のためにだけ示されている。

【0057】

図１３に図解されているとおりの本構成は、改善された６５度または４５度の４×４ ＭＩＭＯアンテナを提供し、それにおいて３列の素子が使用され、左アレイは、素子の左１列を有し、右アレイは、素子の右１列を使用し、中央列の素子は、左および右のアレイの両方によって共有される。以下の図１３－２１の説明全体を通じて使用されるときの『６５度』および『４５度』は、近似的（たとえば、実質的に４５度および実質的に６５度）であることに注意する。この種の方位角の角度の表記が、通常、正確に４５または６５度であることはなく、これらが方位角のビーム幅を近似するために使用されること、また４５および６５度が、ここでは過剰な冗語を回避するために『近似的に』の反復なしに使用されることは、この分野の当業者によって理解されよう。

【0058】

たとえば、図１３に図解されているとおり、アンテナ１００は、左から右に列１、列２、および列３としてラベル付けされた３つの垂直列内に配設されたアンテナ素子１０１の行を８行有する。ここには、４×４ ＭＩＭＯアレイを形成する２つのアレイ１０２（左）および１０３（右）が存在する。左アレイ１０２は、左列＃１内のすべてに素子を、また中央の列＃２内に１つおきに素子１０１を含む。右アレイ１０３は、右列＃３内のすべてに素子を、また中央の列＃２内に１つおきに素子１０１を含む。簡単のために左アレイ１０２用の信号供給網だけを示しているが、右アレイ１０３用も同じであることが企図されている。

【0059】

方位角スプリッタ１０４は、列＃１と＃２の間において単一の行内の２つの素子１０１と、左アレイ１０２がその行内に２つの素子を有する場合に接続し、俯仰角スプリッタ１０５は、行＃１および＃２からの素子１０１の両方と接続する。これが、各ペアの行（たとえば、＃１と＃２、＃３と＃４等）について反復される。図１３に示されているとおり、俯仰角スプリッタ１０５は、アンテナ１００からのビームを傾斜させる位相シフタを含む４方向俯仰角ビームフォーマ１０６に接続される。最後に、ビームフォーマ１０６は、アンテナ１００の１つの入力ポート１０７に接続され、それにより左アレイ１０２のための素子給電網が完成する。

【0060】

この構成は、本配置に従った４５度および６５度両方の４×４ ＭＩＭＯアンテナ１００のための基本形式である。その種の構成が４５度応用と６５度応用のためにどのように実装されるかに関しての具体的な考察については、より詳細に後述する。

【0061】

図１４Ａに示されているとおり、俯仰角スプリッタ１０５が、例示的な１Ｗの信号電力を垂直方向および水平（？？）方向（行＃１と行＃２の間において）の３つの素子１０１に等しく０．５Ｗで分割することがさらに企図されている。俯仰角スプリッタ１０５に結合された方位角スプリッタ１０４は、均等スプリッタとして構成され、行＃２内の、列＃１内の素子１０１と列＃２内の素子１０１の間において再び信号を半分に分割する。これが、左アレイ１０２内の各ペアの行について列＃１および＃２において下方に反復される。ここでの同じ水平（方位角）の行内の素子１０１の間における分割は、それぞれ０．２５Ｗである。

【0062】

しかしながら、別の配置において、均等方位角スプリッタ１０４の使用に代えて、同じ水平行の２つの素子１０１（たとえば、左アレイ１０２の状況において、行＃２に、列＃１（左）内の１つおよび列＃２（中央）内の１つ）の間における方位角の電力分割を調整することが可能な不均等方位角スプリッタ１０４ａが使用される。図１４Ｂに示されているとおり、左列＃１内の素子１０１は０．３５Ｗの電力を受け取るが、左側のアレイ１０２の同じ行＃２内の中央の列＃２内の素子１０１は０．１５Ｗを受け取る。この場合において、外側の垂直列素子１０１に対してより多くの電力が供給されることから、この列が左アレイ１０２の主要な列であるために、方位角のビーム幅がより広くなる。このアプローチは、４×４ ＭＩＭＯアンテナ１００の角度調整が必要なときに使用することができる。

【0063】

それに代えて、図１４Ｃに示されているとおり、左アレイ１０２の状況において、左列＃１内の素子１０１が０．１５Ｗの電力を受け取り、同じ左アレイ１０２内の中央列＃２内の素子１０１が０．３５Ｗを受け取るように、不均等方位角スプリッタ１０４ｂが同じ水平行＃２の２つの素子１０１の間の方位角の電力分割の調整に使用される。この場合において、より少ない電力が主要な垂直列素子１０１に対して供給されることから、方位角のビーム幅がより狭くなる。これにおいても、これが、アンテナ１００の基本的な構成を変更することなく、Ａｚ－ＢＷをわずかに調整する方法を提供する。

【0064】

明瞭性のために、図１４Ｂおよび１４Ｃの構成は、アンテナ１００のための本構成において、より多くの電力が、左アレイ１０２内の素子が２つある行のうちの外側の主要な垂直列（たとえば、左列＃１）の素子１０１に供給された場合に、左アレイ１０２の方位角のビーム幅がより広くなり、外側の垂直列の素子１０１の方が共有される中央列＃２内の素子１０１より供給される電力が少ない場合には、方位角のビーム幅がより狭くなることを実証する。不均等な０．３５および０．１５の重みは、例示的であり、これに対するそのほかの変量が、必要な広幅化または狭幅化の程度に応じて使用できることに注意する。

【0065】

図１５に示されているアンテナ１００のための別の実施態様において、２方向方位角スプリッタ１０４および２方向俯仰角スプリッタ１０５を、所望の方位角のビーム幅の調整も含め、適切な電力分割比を用いて両方の構成要素を置き換えることが可能な単一の３方向スプリッタ１０８に置き換えることができる。

【0066】

図１６に示されているアンテナ１００のための別の実施態様において、中央の列＃２に素子１０１を部分的にのみ埋めて方位角のビーム幅をコントロール（左外側の列＃１に対するより多くの信号（？）の重み付けを用いてより広くする）すること、また、より高い帯域のアレイのためといった同一反射器上におけるそのほかの応用のために空間を空けることもできる。上記のように、これは、アンテナ１００の方位角のビーム幅を調整する別の方法である。中央の列＃２内の素子１０１を省略することによって、アレイ１０２と１０３の間において共有される中央の素子１０１を有する行の数が相応じて減じられ、両方のアレイの方位角のビーム幅がより広くなるという結果がもたらされる。理想的には、４×４ ＭＩＭＯアンテナ１００応用のために、中央の列＃２内の素子１０１の省略は、好ましくはペア（偶数の行数）として行われ、したがって、左側および右側のアレイ１０２および１０３の両方が同じ数の素子１０１を有する。

【0067】

たとえば、図１６において、８行構成の列＃２の上部および下部から４つの素子１０１が省かれ、それらのうちの２つは、それぞれ（図１３の完全な構成のように）左および右のアレイ１０２および１０３に属する。偶数を有することは、素子１０１を省いたときに、アンテナ１００からのすべてのＭＩＭＯビームについて方位角のビーム幅を同じ値に保つ補助となる。しかしながら、いくつかの応用において左および右のアレイ１０２および１０３のために異なるビーム幅が必要とされる場合には、所望に応じて中央の列＃２、左アレイ１０２、または右アレイ１０３のいずれかから単一の素子１０１を省くことが可能である。

【0068】

別の実施態様において、列＃１と列＃２の間の間隔Ｄ１と、列＃２と列＃３の間の間隔Ｄ２が異なることが可能である。奇数の行数（たとえば、行＃１－＃８ではなく＃１－＃７）を伴うアンテナ１００の構成の場合には、たとえば左アレイ１０２が右アレイ１０３より多くの素子１０１を有する。たとえば、図１７において、左アレイ１０２が１１個の素子１０１を有し（行＃１－＃７のそれぞれに２、１、２、１、２、１、２で配設される）、右アレイ１０３が１０個の素子１０１を有する（行＃１－＃７のそれぞれに１、２、１、２、１、２、１で配設される）。列＃１－＃２および＃２－＃３のそれぞれの間が等距離であれば、これは、右アレイ１０３と比較して左アレイ１０２の方位角のビーム幅がより狭くなるという結果をもたらす。図１７に示されているとおりに列＃１と＃２の間の距離Ｄ１を列＃２と＃３の間の距離Ｄ２より小さくして列間隔を不均等にすることによって、右アレイ１０３のビーム幅が減少し、左アレイ１０２のビーム幅が増加して、左アレイ１０２内の追加の素子１０１の上記の効果を補償することが可能である。

【0069】

図１３の基本構成を使用した６５度４×４ ＭＩＭＯアンテナ１００の具体的な実装を振り返ると、低い周波数範囲（たとえば、６１７－８９６ＭＨｚ）における広帯域６５度４×４ ＭＩＭＯアンテナ１００が図１８に示されている。図１８に示されているそのほかのより小さい素子は、ほかの周波数範囲のほかのアレイが同一反射器上に存在し得る状況だけのためのものであることに注意する。

【0070】

通常、単一列のクロスダイポール・アンテナ素子は、６５度を超える、一般に７５度から９０度までの範囲内の方位角のビーム幅を有する。図１１等の先行技術において、アレイの方位角のビーム幅を望ましい６５度まで減ずるために、列内における素子の千鳥化（たとえば、図１３の左および右の『列』参照）が使用される。しかしながら、この先行技術の千鳥化アプローチは、軸外れのグレーティング・ローブを生成する結果となる千鳥化によって生じる素子の間に高い空間的距離が必要とされることに起因して利得値の増加に限界を有する。

【0071】

左アレイ１０２と右アレイ１０３の間において中央の列＃２の素子１０１が共有される素子１０１の３列構成を使用する図１８に示されている本構成において、方位角のビーム幅を減少させる一方、利得の増加の制限は存在しない。

【0072】

素子１０１の垂直列＃１－＃２と列＃２－＃３の間の間隔が、必要とされる周波数帯域およびアンテナ１００の利用可能なビーム幅に依存し、通常、低帯域（６１４－９６０ＭＨｚ）については約１６０ｍｍから２００ｍｍまで変化が可能であることに注意する。図１８に示されている６５度４×４ ＭＩＭＯのための構成において、垂直列＃１－＃２の間と＃２－＃３の間の列間隔が（等しく）１６５ｍｍに設定される。列＃１と＃２（左アレイ１０２）の素子１０１と列＃２と＃３（右アレイ１０３）の素子１０１の近さから、必要な場合には、左および右の列に関して中央の列＃２内の素子を垂直にシフトし、素子間の交差偏波（cross polar）および共偏波(co-polar)結合を減ずることができる。たとえば、図１８に示されているアンテナ１００の構成において、列＃２内の素子１０１に対して５０ｍｍの垂直シフトが使用される

【0073】

前述のとおり、中央の列＃２の素子１０１は、中央の列＃２の１番目の行＃１の素子１０１が左アレイ１０２において使用され、中央の列＃２の２番目の行＃２の素子１０１が右アレイ１０３において使用されるという交番形式が下方に行＃８まで続く方法で左アレイ１０２と右アレイ１０３の間において共有される。中央の列＃２からのこれらの追加の素子１０１を左アレイ１０２（列＃１）または右アレイ１０３（列＃３）のいずれかにおける残りの素子１０１に加えることは、グレーティング・ローブを導入することなく、両方のアレイ１０２／１０３の方位角のビーム幅を減じ、その一方で先行技術（たとえば、図１１）と同じアンテナ１００の物理的な幅を維持する。これは、図１１の先行技術に示されているような標準の６５度に関してアンテナ１００の（６５度における）利得を約０．７ｄＢ改善する。

【0074】

図１９は、図１１の先行技術の構成と比較した図１８からの６５度方位角パターンのアンテナ１００の比較を示しており、方位角の帯域幅が、先行技術からのより広い７４度（より広い）から６３度（より狭い）に、アンテナ１００のための同じ５００ｍｍの全幅の中に収まるにもかかわらず改善されることが示されている。たとえば、図１９に示されているこの周波数（低帯域）において、１３．６ｄＢから１４．３ｄＢへの利得の増加（０．７ｄＢの増加）が獲得され、正規化後のパターンは、狭幅化された方位角のビーム幅を示す（利得の増加に対応する）。

【0075】

別の実施態様における例示的な４５度４×４ ＭＩＭＯアンテナ１００を図２０に示す。図２０において、素子１０１および左および右のアレイ１０２および１０３が、低い周波数範囲（たとえば、６９８－９６０ＭＨｚ）の４５度での４×４ ＭＩＭＯを形成する。アンテナ１００は、周波数範囲（たとえば、１６９５－２６９０ＭＨｚ）の８×８ ＭＩＭＯ（たとえば、１２ポート・アンテナ）のために使用することが可能な中帯域素子２００も有することに注意する。それにおいて、中帯域素子２００の６つの列およびそれらから形成される、別々の中帯域８×８ ＭＩＭＯを生成するためのアレイが、本構成に類似するアプローチを使用できることが理解される（中央の列（１つ以上）内の素子が共有されるが、要点を図解するために低帯域素子１０１および左および右のアレイ１０２および１０３のみを詳細に考察する）。

【0076】

図１８の６５度の実施態様と同様に、図２０に示されているこの低帯域４５度構成において、素子１０１の中央の垂直列＃２は、左（列＃１）および右（列＃３）のアレイ１０２および１０３の両方と素子を共有する。この配置において、結合問題はおそらくないことから、素子１０１の中央の垂直列＃２が上にシフトされないが、垂直列＃１と＃２の間をはじめ垂直列＃２と＃３の間の間隔は、アンテナ１００の方位角のビーム幅が４５度となるように約２１５ｍｍである。図１２等の先行技術において、４５度ビームを生成するためにそれぞれのアレイ毎に２つの列が使用される。したがって、先行技術の４５度４×４ ＭＩＭＯ構成は、組み合わせ後の左および右のアレイが合計して４列のアレイを有し、それが、全体的なアンテナの物理的な幅を２倍に（たとえば、２ポート（２×２ ＭＩＭＯ）４５度アレイ－－たとえば、図１２の左側－－と比較して）増加させる。図２０の本構成を使用すれば、アンテナ１００の合計幅の増加は、４つのポートを取り扱う２つの完全なアレイを有するにもかかわらず、単一の２ポート・アレイの約１．５４倍にしかならない。それにもかかわらず、利得性能の方位角のビーム幅は、ほぼ同じである。

【0077】

たとえば、図２１に、図１２の先行技術のアンテナの方位角のパターンと、１つの実施態様に従った図２０のアンテナ（４５度）の方位角のパターンの比較を示す。

【0078】

ここでは、本発明の特定の特徴のみを図解し、説明してきたが、これによりこの分野の当業者は、多くの修正、代用、変更、または均等を思いつくことになるであろう。したがって、この出願に、本発明の真の精神に含まれるその種のすべての修正および変更の保護が意図されていることは理解されるものとする。

【符号の説明】

【0079】

１０ アンテナ
１２ 第１の垂直列、低帯域素子
１４ 第２の垂直列、低帯域素子
１６ 第１のセットの中帯域素子、素子
１８ 第２のセットの中帯域素子、素子
２０ 第３のセットの中帯域素子、素子
２２ 第４のセットの中帯域素子、素子
４０ ビームフォーマ
５０ ４×４ ＭＩＭＯアレイ、アレイ、アンテナ
５２ グループ、上部のグループ
５４ グループ、下部のグループ、素子
５６ パッチ素子、素子
５８ パッチ素子、素子
１００ アンテナ
１０１ アンテナ素子、素子
１０２ 左アレイ
１０３ 右アレイ
１０４ 均等方位角スプリッタ
１０４ａ 不均等方位角スプリッタ
１０４ｂ 不均等方位角スプリッタ
１０５ 俯仰角スプリッタ
１０６ ４方向俯仰角ビームフォーマ、ビームフォーマ
１０７ 入力ポート
１０８ ３方向スプリッタ
２００ 中帯域素子
６０および６２ ダイポール

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【外国語明細書】