特開 2024-16811 アンテナシステムおよびアンテナアレイ

(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】P2024016811

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】アンテナシステムおよびアンテナアレイ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/26 20060101AFI20240131BHJP

   H01Q 21/22 20060101ALI20240131BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20240131BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/26 C

H01Q21/22

H01Q21/08

H01Q13/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023114368

(22)【出願日】2023-07-12

(31)【優先権主張番号】111127883

(32)【優先日】2022-07-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】508024599

【氏名又は名称】▲啓▼碁科技股▲ふん▼有限公司

(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】鄭 佳尚

【テーマコード（参考）】

5J021

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA09

5J021AB06

5J021AB09

5J021CA03

5J021GA05

5J021HA05

5J021JA06

5J045AA26

5J045CA04

5J045DA10

(57)【要約】

【課題】 比較的低いサイドローブ放射の小型アンテナシステムを設計し、サイドローブ放射を抑制するアンテナシステムを提供する。
【解決手段】 アンテナシステムは、複数のアンテナユニットを含むアンテナアレイ、および前記アンテナアレイに隣接して配置されたフローティングメタル要素を含み、前記フローティングメタル要素と前記アンテナアレイとの間に結合距離が形成され、前記フローティングメタル要素は、前記アンテナアレイのサイドローブ放射を抑制するように構成される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナユニットを含むアンテナアレイ、および
前記アンテナアレイに隣接して配置されたフローティングメタル要素を含み、
前記フローティングメタル要素と前記アンテナアレイとの間に結合距離が形成され、
前記フローティングメタル要素は、前記アンテナアレイのサイドローブ放射を抑制するように構成されるアンテナシステム。

【請求項2】

前記アンテナアレイは、５７９５ＭＨｚ～５８４５ＭＨｚの動作周波数帯域をカバーし、前記結合距離は、前記動作周波数帯域の０．５倍の波長以下であり、アンテナユニットのうちの任意の隣接する２つの間の距離は、動作周波数帯域の０．２～０．８倍の波長であることができる請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項3】

前記フローティングメタル要素は、実質的に正方形の形状を有し、前記正方形の辺の長さは、前記動作周波数帯域の０．１～０．５倍の波長である請求項２に記載のアンテナシステム。

【請求項4】

前記フローティングメタル要素は、実質的に円形の形状を有し、前記円形の直径は、前記動作周波数帯域の０．１～０．５倍の波長（λ／１０～λ／２）である請求項２に記載のアンテナシステム。

【請求項5】

複数の前記アンテナユニットは、中央グループ、エッジグループ、およびコーナーグループに分割され、前記中央グループは、比較的大きな無線周波数（ＲＦ）電力に対応し、前記エッジグループは、比較的中央値のＲＦ電力に対応し、前記コーナーグループは、比較的小さいＲＦ電力に対応する請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項6】

複数の前記アンテナユニットは、第１のグループ、第２のグループ、第３のグループ、および第４のグループに分割され、前記第１のグループは、元の給電位相に対応し、前記第２のグループは、第１の遅延給電位相に対応し、前記第３のグループは、第２の遅延給電位相に対応し、前記第４のグループは、第３の遅延給電位相に対応する請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項7】

前記アンテナアレイは、
前記アンテナユニットに隣接して配置されたグランドプレーン層、および
単一の信号源に結合され、前記アンテナユニットが給電ブランチ層によって励起され、前記給電ブランチ層が電力分配および給電位相調整の機能を有する給電ブランチ層をさらに含む請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項8】

複数のアンテナユニットを含み、
前記アンテナユニットは、中央グループ、エッジグループ、およびコーナーグループに分割され、前記中央グループは、比較的大きな無線周波数（ＲＦ）電力に対応し、前記エッジグループは、比較的中央値のＲＦ電力に対応し、前記コーナーグループは、比較的小さいＲＦ電力に対応するアンテナアレイ。

【請求項9】

前記アンテナアレイは、５７９５ＭＨｚ～５８４５ＭＨｚの動作周波数帯域をカバーし、アンテナユニットのうちの任意の隣接する２つの間の距離は、動作周波数帯域の０．２～０．８倍の波長であることができる請求項８に記載のアンテナアレイ。

【請求項10】

複数の前記アンテナユニットは、第１のグループ、第２のグループ、第３のグループ、および第４のグループに分割され、前記第１のグループは、元の給電位相に対応し、前記第２のグループは、第１の遅延給電位相に対応し、前記第３のグループは、第２の遅延給電位相に対応し、前記第４のグループは、第３の遅延給電位相に対応する請求項８に記載のアンテナアレイ。

【請求項11】

前記アンテナユニットに隣接して配置されたグランドプレーン層、および
単一の信号源に結合される給電ブランチ層をさらに含み、
前記アンテナユニットは、前記給電ブランチ層によって励起され、
前記給電ブランチ層は、電力分配および給電位相調整の機能を有する、請求項８に記載のアンテナアレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２２年７月２６日に出願された台湾特許出願番号第１１１１２７８８３号についての優先権を主張するものであり、これらの全ては引用によって本願に援用される。

【0002】

本発明は、アンテナシステムに関するものであり、特に、サイドローブ放射を抑制するアンテナシステムに関するものである。

【背景技術】

【0003】

モバイル通信技術の進歩に伴い、ポータブルコンピューター、携帯電話、マルチメディアプレーヤー、およびその他のハイブリッド機能ポータブル電子デバイスなどのモバイルデバイスがより一般的になってきている。消費者の需要を満たすために、モバイルデバイスは通常、無線通信機能を実行することができる。一部のデバイスは広い無線通信エリアをカバーすることができ、これらは２Ｇ、３Ｇ、およびＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）システムを用いた携帯電話、および７００ＭＨｚ、８５０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、１８００ＭＨｚ、１９００ＭＨｚ、２１００ＭＨｚ、２３００ＭHz、および２５００ＭＨｚの周波数帯域を用いた携帯電話を含む。一部のデバイスは小さい無線通信エリアをカバーし、これらは、Ｗｉ－Ｆｉシステムを用いて、２．４ＧＨｚ、５．２ＧＨｚ、および５．８ＧＨｚの周波数帯域を用いる携帯電話を含む。

【0004】

アンテナは無線通信に欠かせない要素である。信号の受信および送信用のアンテナが高すぎるサイドローブ放射を有する場合、関連するモバイルデバイスの通信品質を低下させる。従って、アンテナ設計者にとって、比較的低いサイドローブ放射の小型アンテナシステムを設計することが重要な課題となっている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、比較的低いサイドローブ放射の小型アンテナシステムを設計し、サイドローブ放射を抑制するアンテナシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

例示的な実施形態では、本発明は、アンテナアレイおよびフローティングメタル要素を含むアンテナシステムを含む。アンテナアレイは複数のアンテナユニットを含む。フローティングメタル要素は、アンテナアレイに隣接している。結合距離は、フローティングメタル要素とアンテナアレイとの間に形成される。フローティングメタル要素は、アンテナアレイのサイドローブ放射を抑制するように構成される。

【0007】

いくつかの実施形態では、複数のアンテナユニットは、中央グループ、エッジグループ、およびコーナーグループに分割される。中央グループは、比較的大きな無線周波数（ＲＦ）電力に対応する。エッジグループは、比較的中央値のＲＦ電力に対応する。コーナーグループは、比較的小さいＲＦ電力に対応する。

【0008】

いくつかの実施形態では、複数のアンテナユニットは、第１のグループ、第２のグループ、第３のグループ、および第４のグループに分割される。第１のグループは、元の給電位相に対応する。第２のグループは、第１の遅延給電位相に対応する。第３のグループは、第２の遅延給電位相に対応する。第４のグループは、第３の遅延給電位相に対応する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明から、より完全に理解することができる。

【図1】図１は、本発明の一実施形態によるアンテナシステムの側面図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態によるアンテナシステムの軸比の図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）の上面図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素を用いたアンテナシステムの放射パターンである。

【図4A】図４Ａは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）の上面図である。

【図4B】図４Ｂは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素を用いたアンテナシステムの放射パターンである。

【図5A】図５Ａは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイの上面図である。

【図5B】図５Ｂは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイの上面図である。

【図5C】図５Ｃは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイの上面図である。

【図6A】図６Ａは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイの上面図である。

【図6B】図６Ｂは、本発明の一実施形態による給電ブランチ（ｆｅｅｄｉｎｇ ｂｒａｎｃｈ）層の上面図である。

【図7A】図７Ａは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメント（ｂｒａｎｃｈ ｔｕｎｉｎｇ ｓｅｇｍｅｎｔ）の上面図である。

【図7B】図７Ｂは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメントの上面図である。

【図8A】図８Ａは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメントの上面図である。

【図8B】図８Ｂは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメントの上面図である。

【図9】図９は、本発明の一実施形態によるアンテナシステムの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の目的、特徴、および利点を説明するために、本発明の実施形態および図を以下に詳細に示す。

【0011】

特定のシステム構成要素を指すために、特定の用語が下記の明細書および特許請求の範囲を通して用いられる。当業者であれば理解できるように、製造業者はある構成要素を異なる名前で呼ぶことがある。本願は、機能ではなく名前が異なる構成要素間を区別することを意図していない。下記の説明および特許請求の範囲では、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」および「包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、オープンエンド様式で用いられるため、「含むが～に限定されない」と意味するものと解釈すべきである。「実質的に」という用語は、値が許容誤差範囲内であることを意味している。当業者は、所定の誤差範囲内で技術的問題を解決し、提案された技術的性能を達成することができる。また、「結合（ｃｏｕｐｌｅ）」という用語は、間接的または直接的な電気的接続を意味することを意図している。従って、ある装置が別の装置に結合されている場合、その接続は、直接的な電気的接続、または他の装置および接続を介した間接的な電気的接続によって行われることができる。

【0012】

以下の開示は、提供される主題の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示において、第１の特徴が第２の特徴の上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴の間に形成される複数の実施形態を含むこともできる。また、本開示は、以下の実施形態（OR複数の例）において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。

【0013】

さらに、「下の方」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴と、別の（複数の）要素と（複数の）特徴との関係を記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態によるアンテナシステム１００の側面図である。例えば、アンテナシステム１００は、検出装置、無線アクセスポイント、または高速道路ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）システムに適用されることができるが、これらに限定されるものではない。図１の実施形態では、アンテナシステム１００は、アンテナアレイ１１０およびフローティングメタル要素１３０を含む。アンテナアレイ１１０は、複数のアンテナユニット１２０－１、１２０－２、…、および１２０－Ｎ（Ｎは４以上の正の整数）を含む。複数のアンテナユニット１２０－１、１２０－２、…、１２０－Ｎは、いずれも銅、銀、アルミニウム、鉄、またはそれらの合金などの金属材料で構成されることができる。

【0015】

複数のアンテナユニット１２０－１、１２０－２、…、１２０－Ｎの形状および種類は、本発明に限定されない。例えば、複数のアンテナユニット１２０－１、１２０－２、…、および１２０－Ｎのいずれかは、パッチアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、平面逆Ｆアンテナ（Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｆ Ａｎｔｅｎｎａ； ＰＩＦＡ）、またはハイブリッドアンテナであることができる。

【0016】

フローティングメタル要素１３０は、アンテナアレイ１１０に隣接して配置される。フローティングメタル要素１３０は、アンテナアレイ１１０から完全に分離している。結合距離ＤＧは、フローティングメタル要素１３０とアンテナアレイ１１０との間に形成される。本開示における「隣接」または「近接」という用語は、２つの対応する要素間の距離（間隔）が所定の距離（例えば、１０ｍｍ以下）より小さいことを意味するが、多くの場合、これは ２つの対応する要素が互いに直接接触している（例えば、前述の距離または間隔が０に短縮される）ことを意味しないことに留意されたい。実際の測定によれば、フローティングメタル要素１３０は、アンテナアレイ１１０のサイドローブ放射を抑制するように構成される。いくつかの実施形態では、アンテナシステム１００は、非導電性ハウジング（図示せず）をさらに含み、フローティングメタル要素１３０は非導電性ハウジングの内側に配置される。いくつかの実施形態では、フローティングメタル要素１３０はアンテナアレイ１１０の中心に隣接する。例えば、アンテナアレイ１１０が１Ｄ（一次元）アンテナアレイである場合、フローティングメタル要素１３０は、アンテナアレイ１１０の中心に隣接するアンテナユニット１２０－４と１２０－５との間に配置され得るが、その実際の位置は、異なる要件に応じて調整可能である。

【0017】

図２は、本発明の一実施形態によるアンテナシステム１００の軸比の図である。横軸は動作周波数（ＭＨｚ）、縦軸は軸比（ｄＢ）を表している。図２の測定によれば、円偏波をサポートするアンテナアレイ１１０は、少なくとも５７９５ＭＨｚ～５８４５ＭＨｚの動作周波数帯域ＦＢ１をカバーすることができる。結合効果を最適化するために、フローティングメタル要素１３０とアンテナアレイ１１０との間の結合距離ＤＧは、動作周波数帯域ＦＢ１の０．５倍の波長（λ／２）以下であることができる。例えば、結合距離ＤＧは約３ｍｍであることができるが、これに限定されない。従って、アンテナシステム１００は、少なくとも車両伝送および無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）５ＧＨｚの広帯域動作をカバーすることができる。

【0018】

以下の実施形態では、アンテナシステム１００の異なる構成および詳細な構造的特徴を紹介する。これらの図および説明は、本発明を限定するものではなく、単に例示的なものであることを理解されたい。

【0019】

図３Ａは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍｅｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）３３０の上面図である。図３Ａの実施形態では、フローティングメタル要素３３０は、実質的に正方形の形状を有することができ、正方形の辺の長さＬ１は、アンテナシステム１００の動作周波数帯域ＦＢ１の０．１～０．５倍の波長（λ／１０～λ／２）である。例えば、前述の辺の長さＬ１は約９ｍｍであることができるが、これに限定されない。

【0020】

図３Ｂは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素３３０を用いたアンテナシステム１００の放射パターンである（ＸＺ平面に沿って測定されることができる）。横軸は測定角度（度）を表し、縦軸は正規化放射利得（ｄＢ）を表している。図３Ｂに示されるように、第１の曲線ＣＣ１は、フローティングメタル要素３３０のないアンテナシステム１００の動作特性を表しており、第２の曲線ＣＣ２は、フローティングメタル３３０を有するアンテナシステム１００の動作特性を表している。図３Ｂの測定によれば、正方形のフローティングメタル要素３３０は、アンテナシステム１００のサイドローブ放射を約４．４ｄＢ低減するのに役立つことができ、それにより、アンテナシステム１００の空間効率を大幅に改善することができる。

【0021】

図４Ａは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素４３０の上面図である。図４Ａの実施形態では、フローティングメタル要素４３０は、実質的に円形の形状を有することができ、円形の直径Ｌ２は、アンテナシステム１００の動作周波数帯域ＦＢ１の０．１～０．５倍の波長（λ／１０～λ／２）である。例えば、直径Ｌ２は約１０ｍｍであることができるが、これに限定されない。

【0022】

図４Ｂは、本発明の一実施形態によるフローティングメタル要素４３０を用いたアンテナシステム１００の放射パターンである（ＸＺ平面に沿って測定されることができる）。横軸は測定角度（度）を表し、縦軸は正規化放射利得（ｄＢ）を表している。図４Ｂに示されるように、第３の曲線ＣＣ３は、フローティングメタル要素４３０のないアンテナシステム１００の動作特性を表しており、第４の曲線ＣＣ４は、フローティングメタル４３０を有するアンテナシステム１００の動作特性を表している。図４Ｂの測定によれば、円形のフローティングメタル要素３３０は、アンテナシステム１００のサイドローブ放射を約３．５ｄＢ低減するのに役立つことができ、それにより、アンテナシステム１００の空間効率を大幅に改善することができる。

【0023】

図５Ａは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイ５１０の上面図である。図５Ａの実施形態では、アンテナアレイ５１０は、複数のアンテナユニットＡ００、Ａ０１、…、およびＡ１５、ならびにグランドプレーン層５４０を含む４×４パッチアンテナアレイである。グランドプレーン層５４０は金属材料からなり、アンテナユニットＡ００、Ａ０１、…、およびＡ１５に隣接している。また、アンテナユニットＡ００、Ａ０１、…、およびＡ１５のうちの任意の隣接する２つの間の距離Ｄ１は、アンテナアレイ５１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．２～０．８倍の波長（０．２λ～０．８λ）であることができる。いくつかの実施形態では、アンテナユニットＡ００、Ａ０１、…、およびＡ１５は、中央グループ５５１、エッジグループ５５２、およびコーナーグループ５５３に分割される。具体的には、４つのアンテナユニットＡ０５、Ａ０６、Ａ０９、およびＡ１０を含む中央グループ５５１は、比較的大きな無線周波数（ＲＦ）電力に対応し得る。８つのアンテナユニットＡ０１、Ａ０２、Ａ０４、Ａ０７、Ａ０８、Ａ１１、Ａ１３、およびＡ１４を含むエッジグループ５５２は、比較的中央値のＲＦ電力に対応し得る。４つのアンテナユニットＡ００、Ａ０３、Ａ１２、およびＡ１５を含むコーナーグループ５５３は、比較的小さいＲＦ電力に対応することができる。実際の測定によれば、アンテナアレイ５１０が信号の送受信に不均等なＲＦ電力を用いた場合、アンテナアレイ５１０のサイドローブ放射はさらに抑制され得る。代替実施形態では、アンテナアレイ５１０は独立して用いられ、前述のフローティングメタル要素と一緒に用いられない。

【0024】

いくつかの実施形態では、アンテナアレイ５１０の相対的な電力分布は、以下の表、表１（０＜Ｘ＜１および０＜Ｙ＜１）に記載される。

【0025】

【表1】

表１： アンテナアレイ５１０の相対的な電力分布
（「Ｘ・Ｙ」はＸとＹの積を意味する）

【0026】

図５Ｂは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイ５１０の上面図である。図５Ｂの実施形態では、 アンテナアレイ５１０は、ＲＨＣＰ（右旋円偏波）をサポートし、複数のアンテナユニットＡ００、Ａ０１、…、およびＡ１５は、第１のグループ５６１、第２のグループ５６２、第３のグループ５６３、および第４のグループ５６４に分割される。具体的には、４つのアンテナユニットＡ０２、Ａ０３、Ａ０６、およびＡ０７を含む第１のグループ５６１は、元の給電位相（例えば、０度）に対応することができる。４つのアンテナユニットＡ００、Ａ０１、Ａ０４、およびＡ０５を含む第２のグループ５６２は、第１の遅延給電位相（例えば、－９０度）に対応することができる。４つのアンテナユニットＡ０８、Ａ０９、Ａ１２、およびＡ１３を含む第３のグループ５６３は、第２の遅延給電位相（例えば、－１８０度）に対応することができる。４つのアンテナユニットＡ１０、Ａ１１、Ａ１４、およびＡ１５を含む第４のグループ５６４は、第３の遅延給電位相（例えば、－２７０度）に対応することができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、ＲＨＣＰをサポートするアンテナアレイ５１０の相対給電位相（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｈａｓｅｓ）は、以下の表、表２（０°≦Ａ＜３６０°および０°≦Ｂ＜３６０°）に記載される。

【0028】

【表2】

表２： アンテナアレイ５１０（ＲＨＣＰ）の相対給電位相

【0029】

図５Ｃは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイ５１０の上面図である。図５Ｃの実施形態では、 アンテナアレイ５１０は、ＲＨＣＰ（左旋円偏波）をサポートし、複数のアンテナユニットＡ００、Ａ０１、…、およびＡ１５は、第１のグループ５７１、第２のグループ５７２、第３のグループ５７３、および第４のグループ５７４に分割される。具体的には、４つのアンテナユニットＡ０２、Ａ０３、Ａ０６、およびＡ０７を含む第１のグループ５７１は、元の給電位相（例えば、０度）に対応することができる。４つのアンテナユニットＡ１０、Ａ１１、Ａ１４、およびＡ１５を含む第２のグループ５７２は、第１の遅延給電位相（例えば、－９０度）に対応することができる。４つのアンテナユニットＡ０８、Ａ０９、Ａ１２、およびＡ１３を含む第３のグループ５７３は、第２の遅延給電位相（例えば、－１８０度）に対応することができる。４つのアンテナユニットＡ００、Ａ０１、Ａ０４、およびＡ０５を含む第４のグループ５７４は、第３の遅延給電位相（例えば、－２７０度）に対応することができる。

【0030】

いくつかの実施形態では、ＬＨＣＰをサポートするアンテナアレイ５１０の相対給電位相は、以下の表、表３（０°≦Ａ＜３６０°および０°≦Ｂ＜３６０°）に記載される。

【0031】

【表3】

表３： アンテナアレイ５１０（ＲＨＣＰ）の相対給電位相

【0032】

図６Ａは、本発明の一実施形態によるアンテナアレイ６１０の上面図である。図６Ａの実施形態では、アンテナアレイ６１０は、複数のアンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、および６２０－６４、ならびにグランドプレーン層６４０を含む８×８パッチアンテナアレイである。放射パターンを微調整するために、複数のアンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、および６２０－６４のうちの任意の隣接する２つは、その間の距離がわずかに異なる距離とすることができる。例えば、アンテナユニット６２０－１２と６２０－４との間の距離Ｄ２は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．６４倍の波長（０．６４λ）に実質的に等しいものとすることができる。アンテナユニット６２０－２０と６２０－１２との間の距離Ｄ３は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．４９倍の波長（０．４９λ）に実質的に等しいものとすることができる。アンテナユニット６２０－２８と６２０－２０との間の距離Ｄ４は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．６４倍の波長（０．６４λ）に実質的に等しいものとすることができる。アンテナユニット６２０－３６と６２０－２８との間の距離Ｄ５は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．６２倍の波長（０．６２λ）に実質的に等しいものとすることができる。アンテナユニット６２０－２９と６２０－２８との間の距離Ｄ６は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．６４倍の波長（０．６２λ）に実質的に等しいものとすることができる。アンテナユニット６２０－３０と６２０－２９との間の距離Ｄ７は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．６５倍の波長（０．６５λ）に実質的に等しいものとすることができる。アンテナユニット６２０－３１と６２０－３０との間の距離Ｄ８は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．５４倍の波長（０．５４λ）に実質的に等しいものとすることができる。アンテナユニット６２０－３２と６２０－３１との間の距離Ｄ９は、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の０．５４倍の波長（０．５４λ）に実質的に等しいものとすることができる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。代替実施形態では、前述の距離は、異なる要件に応じて調整可能である。

【0033】

図６Ｂは、本発明の一実施形態による給電ブランチ層６５０の上面図である。図６Ｂの実施形態では、前述のアンテナアレイ６１０は、給電ブランチ層６５０をさらに含む。給電ブランチ層６５０は、単一の信号源６９０に結合される。複数のアンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、および６２０－６４は、給電ブランチ層６５０によって励起される。例えば、グランドプレーン層６４０は、アンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、および６２０－６４と給電ブランチ層６５０との間に配置されることができる。給電ブランチ層６５０は、グランドプレーン層６４０の複数のビアホール（図示せず）を通って延在し、アンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、６２０－６４にそれぞれ結合されることができる。このような給電ブランチ層６５０の設計により、アンテナアレイ６１０は、信号の送受信に単一の信号源６９０を用いることができ、その全体のサイズを大幅に縮小することができる。いくつかの実施形態では、給電ブランチ層６５０は、第１のブランチチューニングセグメント６５１、第２のブランチチューニングセグメント６５２、および第３のブランチチューニングセグメント６５３を含み、電力分配および給電位相調整の機能を提供することができる。

【0034】

いくつかの実施形態では、第１のブランチチューニングセグメント６５１は、均等な電力分配（Ｅｑｕａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｓｐｌｉｔ）とその間の１８０°の給電位相差（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を提供し、第２のブランチチューニングセグメント６５２および第３のブランチチューニングセグメント６５３のそれぞれは、均等な電力分配とその間の９０°の給電位相差を提供する。上述の実施形態では、アンテナアレイ６１０の複数のアンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、および６２０－６４は、第１のグループ６６１、第２のグループ６６２、第３のグループ６６３、および第４のグループ６６４に分割される。第１のグループ６６１は、元の給電位相（例えば、０度）に対応することができる。第２のグループ６６２は、第１の遅延給電位相（例えば、－９０度）に対応することができる。第３のグループ６６３は、第２の遅延給電位相（例えば、－１８０度）に対応することができる。第４のグループ６６４は、第３の遅延給電位相（例えば、－２７０度）に対応することができる。

【0035】

代替の実施形態では、Ｐ×Ｑアンテナアレイが用いられる場合、Ｐ×Ｑ－４個のブランチチューニングセグメントに対応することができ、ＰおよびＱのそれぞれは正の整数である。例えば、８×８のアンテナアレイは、６０個のブランチチューニングセグメントに対応することができ、１０×８のアンテナアレイは、７６個のブランチチューニングセグメントに対応することができるが、これに限定されない。さらに、これらのブランチチューニングセグメントの構造は、以下の実施形態で詳細に説明する。

【0036】

図７Ａは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメント７６０の上面図である。図７Ａの実施形態では、ブランチチューニングセグメント７６０は、第１のブランチ７６１、第２のブランチ７６２、および共通ブランチ７６３を含む。第２のブランチ７６２の幅は、第１のブランチ７６１の幅と等しい。共通ブランチ７６３が供給されたとき、第１のブランチ７６１と第２のブランチ７６２は同じ出力電力を提供することができる。

【0037】

図７Ｂは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメント７７０の上面図である。図７Ｂの実施形態では、ブランチチューニングセグメント７７０は、第１のブランチ７７１、第２のブランチ７７２、および共通ブランチ７７３を含む。第２のブランチ７７２の幅は、第１のブランチ７７１の幅よりも小さい。共通ブランチ７７３が供給されたとき、第１のブランチ７７１と第２のブランチ７７２は異なる出力電力を提供することができる。いくつかの実施形態では、ブランチチューニングセグメント７７０の第１のブランチ７７１および第２のブランチ７７２のそれぞれは、インピーダンス変成器（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いて、そのインピーダンス整合を微調整する。

【0038】

図８Ａは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメントの上面図である。図８Ａの実施形態では、ブランチチューニングセグメント８６０は、第１のブランチ８６１、第２のブランチ８６２、および共通ブランチ８６３を含む。第２のブランチ８６２の長さは、第１のブランチ８６１の長さと等しい。共通ブランチ８６３が供給されたとき、第１のブランチ８６１と第２のブランチ８６２は同じ給電位相を提供することができる。

【0039】

図８Ｂは、本発明の一実施形態によるブランチチューニングセグメントの上面図である。図８Ｂの実施形態では、ブランチチューニングセグメント８７０は、第１のブランチ８７１、第２のブランチ８７２、および共通ブランチ８７３を含む。第２のブランチ８７２の長さは、第１のブランチ８７１の長さより長い。共通ブランチ８７３が供給されたとき、第１のブランチ８７１と第２のブランチ８７２は異なる給電位相を提供することができる。

【0040】

図９は、本発明の一実施形態によるアンテナシステム９００の上面図である。図９の実施形態では、アンテナシステム９００は、図３Ａのフローティングメタル要素３３０と図６Ａのアンテナアレイ６１０を含むが、複数のアンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、および６２０－６４の形状はわずかに調整されている。例えば、複数のアンテナユニット６２０－１、６２０－２、…、および６２０－６４のそれぞれは、実質的に六角形の形状を有し、アンテナアレイ６１０の円偏波特性を強化することができる。フローティングメタル要素３３０は、アンテナアレイ６１０の中心に隣接している。具体的には、フローティングメタル要素３３０は、アンテナアレイ６１０のアンテナユニット６２０－２８、６２０－２９、６２０－３６、および６２０－３７の間に配置される。例えば、フローティングメタル要素３３０とアンテナユニット６２０－２８との間の距離ＤＡは、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の１倍の波長（１λ）以下であることができる。フローティングメタル要素３３０とアンテナユニット６２０－２９との間の距離ＤＢは、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の１倍の波長（１λ）以下であることができる。フローティングメタル要素３３０とアンテナユニット６２０－３６との間の距離ＤＣは、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の１倍の波長（１λ）以下であることができる。フローティングメタル要素３３０とアンテナユニット６２０－３７との間の距離ＤＤは、アンテナアレイ６１０の動作周波数帯域ＦＢ１の１倍の波長（１λ）以下であることができる。いくつかの実施形態では、前述の距離ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、およびＤＤは、互いに実質的に等しい。上述の要素のサイズの範囲は、多くの実験結果に従って計算されて得られたものであり、アンテナシステム９００のサイドローブ抑圧比を最適化するのに役立つ。代替の実施形態では、アンテナシステム９００は、前述の給電分岐層６５０をさらに含み、電力分配および給電位相調整の機能を提供することができる。

【0041】

上述の複数のアンテナアレイのサイズは、単に例示的なものであることを理解されたい。実際、これらの複数のアンテナアレイのサイズは、異なる要件に応じて調整可能である。例えば、５×５、６×６、７×７、９×９、または１０×１０のアンテナアレイに変更されることができるが、これらに限定されない。

【0042】

本発明は、新規なアンテナシステムおよび新規なアンテナアレイを提案する。従来の設計と比較して、本発明は、少なくともサイドローブを抑制し、交差マージンを増加させるという利点を有する。従って、本発明は、様々な通信装置への用途に適している。また、本発明が高速道路ＥＴＣシステムに適用される場合、ツーサイドのノイズ（ｔｗｏ－ｓｉｄｅ ｎｏｉｓｅ）が全体の通信品質を低下させることを防止することができる。

【0043】

上述の要素サイズ、要素形状、および周波数範囲は本発明を限定するものではないことに留意されたい。アンテナ設計者は、異なる要件に応じてこれらの設定または値を微調整することができる。本発明のアンテナシステムおよびアンテナアレイは、図１～図９の構成に限定されないことを理解されたい。本発明は、図１～図９のいずれか１つ以上の実施形態のいずれか１つ以上の特徴のみを含むことができる。換言すれば、図に示された特徴の全てが本発明のアンテナシステムおよびアンテナアレイに実装されることを必要とするわけではない。

【0044】

クレーム要素を変えるための、請求項における「第１の」、「第２の」、「第３の」等の序数詞の使用は、それ自体が、その方法の行為が行なわれる１つのクレーム要素を他のクレーム要素と比較して優先度、序列、又は順序を示唆するものではなく、むしろ、単にクレーム要素を区別するために、特定の名前を有する１つのクレーム要素を同じ名前を有する他の要素から区別するためのラベルとして（だけ、序数詞を）用いている。

【0045】

本開示は、実施例の方法を用いて、且つ実施形態の観点から記述されてきたが、本開示は開示された実施形態に限定するものではないということを理解されたい。逆に、（当業者には明らかであるように）種々の変更及び同様の配置を含むように意図される。よって、添付の特許請求の範囲は、全てのそのような変更および類似の配置を包含するように、最も広義な解釈が与えられるべきである。

【符号の説明】

【0046】

１００、９００ アンテナシステム
１１０、５１０、６１０ アンテナアレイ
１２０－１、１２０－２、１２０－４、１２０－５、１２０－Ｎ、Ａ００、Ａ０１、Ａ０２、Ａ０３、Ａ０４、Ａ０５、Ａ０６、Ａ０７、Ａ０８、Ａ０９、Ａ１０、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、６２０－１、６２０－２、６２０－４、６２０－１２、６２０－２０、６２０－２８、６２０－２９、６２０－３０、６２０－３１、６２０－３２、６２０－３６、６２０－３７、６２０－６４ アンテナユニット
１３０、３３０、４３０ フローティングメタル要素
５４０、６４０ グランドプレーン層
５５１ 中央グループ
５５２ エッジグループ
５５３ コーナーグループ
５６１、５７１、６６１ 第１のグループ
５６２、５７２、６６２ 第２のグループ
５６３、５７３、６６３ 第３のグループ
５６４、５７４、６６４ 第４のグループ
６５０ 給電ブランチ層
６５１ 第１のブランチチューニングセグメント
６５２ 第２のブランチチューニングセグメント
６５３ 第３のブランチチューニングセグメント
７６０、７７０、８６０、８７０ ブランチチューニングセグメント
６９０ 信号源
７６１、７７１、８６１、８７１ 第１のブランチ、
７６２、７７２、８６２、８７２ 第２のブランチ
７６３、７７３、８６３、８７３ 共通ブランチ
ＣＣ１ 第１の曲線
ＣＣ２ 第２の曲線
ＣＣ３ 第３の曲線
ＣＣ４ 第４の曲線
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、ＤＡ、ＤＢ、ＤＣ、ＤＤ 距離
ＤＧ 結合距離
ＦＢ１ 動作周波数帯域
Ｌ１ 辺の長さ
Ｌ２ 直径
Ｘ Ｘ軸
Ｙ Ｙ軸
Ｚ Ｚ軸

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】