特許 7168146 アンテナアレイ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-31

(45)【発行日】2022-11-09

(54)【発明の名称】アンテナアレイ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/52 20060101AFI20221101BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20221101BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20221101BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/52

H01Q21/06

H01Q13/08

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021158497

(22)【出願日】2021-09-28

【審査請求日】2021-09-28

(31)【優先権主張番号】202110520119.1

(32)【優先日】2021-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】596039187

【氏名又は名称】台達電子工業股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＤＥＬＴＡ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼傑超

(72)【発明者】

【氏名】陳▲彦▼廷

(72)【発明者】

【氏名】許向榮

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１０－０１２４３６８（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１６９５５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０００６３６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１４３５５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３６５５３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １／００－ ２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の表面及び第２の表面を含む基板と、
前記第１の表面に設けられ、第１の偏波方向及び前記第１の偏波方向と逆である第２の偏波方向を有し、それぞれ第１のビアを有する複数のアンテナユニットと、
前記第２の表面に設けられる金属接地板と、
隣接する２つのアンテナユニットの間に設けられ、その配列方向が前記第１の偏波方向及び前記第２の偏波方向に垂直であり、それぞれ外側端及び前記外側端と対向するとともに第２のビアを介して前記金属接地板に接続される内側端を含む隣接する２つの隔離ユニットである第１の隔離ユニット群と、
を含むアンテナアレイ装置。

【請求項2】

それぞれ前記第１の隔離ユニット群に隣接し、且つ前記隣接する２つのアンテナユニットの間に設けられる第２の隔離ユニット群を更に含む請求項１に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項3】

前記第２の隔離ユニット群の配列方向は、前記第１の隔離ユニット群の配列方向に平行であり、前記アンテナユニットは、各々の前記第１のビアを介してアンテナ給電点に接続される請求項２に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項4】

前記隣接する２つのアンテナユニットの前記第１のビアの間の距離は、前記アンテナユニットの共振帯域の中心周波数の波長の二分の一である請求項３に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項5】

前記アンテナユニットの２つ毎のアンテナユニットの間には、それぞれ前記第１の隔離ユニット群及び前記第２の隔離ユニット群が設けられる請求項２に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項6】

第３の隔離ユニット群と、
第４の隔離ユニット群と、
を更に含み、
前記アンテナユニットの２つ毎のアンテナユニットの間には、それぞれ前記第３の隔離ユニット群及び前記第４の隔離ユニット群が設けられる請求項１に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項7】

前記２つの隔離ユニットは２つの金属ストリップからなり、前記金属ストリップの長さは、前記アンテナユニットの共振帯域の中心周波数の波長の四分の一である請求項１に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項8】

前記２つの隔離ユニットの間の距離は、前記アンテナユニットの共振帯域の中心周波数の波長の二十分の一より小さい請求項１に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項9】

前記アンテナユニットのそれぞれはエッジを含み、前記アンテナユニットと前記第１の隔離ユニット群の間に複数の間隔距離があり、前記間隔距離の長さは、前記エッジの長さの三分の一である請求項１に記載のアンテナアレイ装置。

【請求項10】

前記第１の偏波方向及び前記第２の偏波方向は何れも水平偏波方向、又は何れも垂直偏波方向である請求項１に記載のアンテナアレイ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第５世代の新たな無線システム（５Ｇ ｎｅｗ ｒａｄｉｏ；５Ｇ ＮＲ）の技術に関し、特に、アンテナアレイ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

第５世代の新たな無線システム（５Ｇ ｎｅｗ ｒａｄｉｏ；５Ｇ ＮＲ）のミリ波（ｍｍＷａｖｅ）アンテナアレイ（ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ）において、ステアリング角（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｇｌｅ）は、アンテナビーム（ａｎｔｅｎｎａ ｂｅａｍ）の達成可能なステアリング範囲の評価指標である。現在、パッチアンテナ（ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ）は、既に従来の５Ｇ ＮＲ ｍｍＷａｖｅアンテナアレイに広く適用されている。しかしながら、パッチアンテナの間のカップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）によって、そのステアリング角に影響を与える場合が多い。従って、如何にパッチアンテナの間のカップリング効果を減らしてステアリング角を増やすかは、当業者が早急に解決しようとする課題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、第１の表面及び第２の表面を含む基板と、第１の表面に設けられ、第１の偏波方向及び第１の偏波方向と逆である第２の偏波方向を有し、それぞれ第１のビアを有する複数のアンテナユニットと、第２の表面に設けられる金属接地板と、隣接する２つのアンテナユニットの間に設けられ、その配列方向が第１の偏波方向及び第２の偏波方向に垂直であり、それぞれ外側端及び外側端と対向するとともに第２のビアを介して金属接地板に接続される内側端を含む隣接する２つの隔離ユニットである第１の隔離ユニット群と、を含むアンテナアレイ装置を提供する。

【0004】

以上に基づいて、本発明の提供するアンテナアレイ装置は、２つのアンテナユニットの間に設けられた隔離ユニットによってアンテナユニットの間の隔離度を増やすことで、アンテナユニットのステアリング角を増やすことができる。また、２つのアンテナユニットの間における隔離ユニットの数を増やすことでアンテナユニットのステアリング角を更に大幅に増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】本発明の実施例によるアンテナアレイ装置を示す上面図である。

【図2】本発明の実施例によるアンテナアレイ装置の一部を示す上面図である。

【図3】本発明の実施例によるアンテナアレイ装置の一部を示す側面図である。

【図4】本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置を示す上面図である。

【図5】本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置の一部を示す上面図である。

【図6】本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置の一部を示す側面図である。

【図7】本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置の一部の共振帯域及び隔離度（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

図１は、本発明の実施例によるアンテナアレイ装置１００を示す上面図であり、且つｘ－ｙ平面における上面図である。図２は、本発明の実施例によるアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰを示す上面図であり、且つｘ－ｙ平面における上面図である。図３は、本発明の実施例によるアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰを示す側面図であり、且つｘ－ｚ平面における上面図である。図１～図３を同時に参照し、アンテナアレイ装置１００は、基板Ｍと、第１のアンテナアレイＰ１と、第２のアンテナアレイＰ２と、金属接地板Ｇと、を含んでよい。

【0007】

なお、基板Ｍは、相互に対応する第１の表面ＳＦ１及び第２の表面ＳＦ２を含んでよい。第１のアンテナアレイＰ１は、複数のアンテナユニット（例えば、図１に示すアンテナユニット１１０ａ）を含んでよく、第１のアンテナアレイＰ１における複数のアンテナユニットは、第１の表面ＳＦ１に設けられてよく、且つ第１の偏波方向（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）（例えば、－ｘ方向）を有してよい。

【0008】

また、第２のアンテナアレイＰ２も、複数のアンテナユニット（例えば、図１に示すアンテナユニット１１０ｂ）を含んでよく、第２のアンテナアレイＰ２における複数のアンテナユニットも、第１の表面ＳＦ１に設けられてよく、且つ上記第１の偏波方向と逆である第２の偏波方向（例えば、ｘ方向）を有してよい。

【0009】

注意すべきなのは、図１～図３における第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２は、水平偏波方向（即ち、－ｘ方向及びｘ方向）を有するが、垂直偏波方向を有してもよい（例えば、図１～図３における第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２を反時計回りに９０度回転した場合、第１のアンテナアレイＰ１の偏波方向及び第２のアンテナアレイＰ２の偏波方向は、それぞれ－ｙ方向及びｙ方向となる）ことである。

【0010】

なお、金属接地板Ｇは、第２の表面ＳＦ２に設けられてよい。いくつかの実施例において、第１のアンテナアレイＰ１における複数のアンテナユニット及び第２のアンテナアレイＰ２における複数のアンテナユニットは、何れも各々のビア（ｖｉａ）（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける第１のビアｖｉａ１）を介してアンテナ給電点に接続されてよい。

【0011】

また、第１のアンテナアレイＰ１は複数の隔離ユニット群（例えば、図１の隔離ユニット群１２０ａ）を更に含んでよく、第２のアンテナアレイＰ２も複数の隔離ユニット群（例えば、図１の隔離ユニット群１２０ｂ）を含んでよい。更に、隔離ユニット群は、隣接する２つのアンテナユニットの間に設けられてよく（即ち、何れの隣接する２つのアンテナユニットの間にも１つの隔離ユニットが設けられてよい）、隔離ユニット群の配列方向は、第１の偏波方向及び第２の偏波方向に垂直である（例えば、第１の偏波方向及び第２の偏波方向がそれぞれ－ｘ方向及びｘ方向である場合、隔離ユニット群の配列方向はｙ方向となる）。

【0012】

この実施例において、隔離ユニット群は、隣接する２つの隔離ユニット（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける隔離ユニットｓｔｒｉｐ）であってよく、２つの隔離ユニットのそれぞれは、外側端（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける隔離ユニットｓｔｒｉｐの外側端ｏｕｔｅｒ）及び外側端と対向する内側端（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける隔離ユニットｓｔｒｉｐの内側端ｉｎｎｅｒ）を含んでよく、且つ内側端がビア（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける隔離ユニットｓｔｒｉｐの第２のビアｖｉａ２）を介して金属接地板Ｇに接続可能である。

【0013】

いくつかの実施例において、基板Ｍは、絶縁材質で製造されたプリント回路板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）であってよく、その材質がテフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）又はエポキシ樹脂（ＦＲ４）等の、ＰＣＢの製造によく用いられる材質であってよい。それにより、第１のアンテナアレイＰ１、第２のアンテナアレイＰ２及び隔離ユニット群を直接印刷により基板Ｍに設けることができる（例えば、第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２として基板Ｍに複数のパッチアンテナを印刷してよく、また隔離ユニット群における隔離ユニットとして基板Ｍに複数の金属ストリップ（ｓｔｒｉｐ）を印刷してよい）。また、金属接地板Ｇは、銅箔等の金属材質で製造されてよい。

【0014】

いくつかの実施例において、隔離ユニット群における隔離ユニットの長さ（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける長さＬ１）は、何れも第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２の共振帯域の中心周波数の波長の四分の一であってよい。

【0015】

いくつかの実施例において、隔離ユニット群における隔離ユニットの間の距離（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける距離Ｄ１）は、何れも第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２の共振帯域の中心周波数の波長の二十分の一より小さくてよい。

【0016】

いくつかの実施例において、上記したアンテナユニット（即ち、第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２における全てのアンテナユニット）のうちの隣接する両者の第１のビアの間の距離（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける距離Ｄ２）は、第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２の共振帯域の中心周波数の波長の二分の一である。

【0017】

いくつかの実施例において、第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２におけるアンテナユニットは、何れも２つのエッジ（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおけるエッジＥ１及びＥ２）を含んでよく、２つのエッジの長さ（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける長さＬ２）は等しくてよい。更なる実施例において、アンテナユニット及び隣接する隔離ユニット群の間の距離（例えば、図２のアンテナアレイ装置１００の一部ＳＰにおける距離Ｄ３）は、上記エッジの長さの三分の一であってよい。

【0018】

いくつかの実施例において、隔離ユニット群は、これらのアンテナユニットの間の信号を隔離するように、各々のビアによってこれらのアンテナユニットと共振することができる。つまり、アンテナユニットの発生した信号の一部は、隔離ユニット群のビアの位置を経由して近くのアンテナユニットを干渉する可能性があるため、これらのビアによってアンテナユニットと共振することで、アンテナユニットの発生した信号の一部が近くのアンテナユニットを干渉することを防止することができる。それにより、これらのアンテナユニットの間の隔離度（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を大幅に増やして、各アンテナユニットのステアリング角（ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｇｌｅ）を増やすことができる。

【0019】

以上に基づいて、上記アンテナアレイ装置１００は、２つの隣接するアンテナユニットの間に設けられた１つの隔離ユニット群によってアンテナユニットの間の隔離度を増やすことで、各アンテナユニットのステアリング範囲を大幅に大きくすることができる。

【0020】

注意すべきなのは、２つの隣接するアンテナユニットの間に、１つの隔離ユニット群以外、更に２つ目の隔離ユニット群を設けてもよいことである。従って、以下、２つの隣接するアンテナユニットの間に２つの隔離ユニット群が設けられる実施例を提案する。

【0021】

図４は、本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置２００を示す上面図であり、且つｘ－ｙ平面における上面図である。図５は、本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置２００の一部ＳＰ'を示す上面図であり、且つｘ－ｙ平面における上面図である。図６は、本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置２００の一部ＳＰ'を示す上面図であり、且つｘ－ｚ平面における上面図である。図４～図６を同時に参照し、アンテナアレイ装置２００は、図１～図３におけるアンテナアレイ装置１００と類似する配置形態を採用してよく、両者の相違点は、２つの隣接するアンテナユニットの間に設けられた隔離ユニット群の数が異なることのみにある（即ち、アンテナアレイ装置２００は、２つの隔離ユニット群の設置形態を採用するが、アンテナアレイ装置１００は、１つの隔離ユニット群の設置形態を採用する）。従って、ここで相違点のみについて説明し、その他の類似する部分について繰り返して説明しない。

【0022】

具体的には、アンテナアレイ装置２００の第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２における隣接する２つのアンテナユニットの間に、１つの隔離ユニット群（例えば、図４における隔離ユニット群１２０ａ及び１２０ｂ）以外、更に別の隔離ユニット群（例えば、図４における別の隔離ユニット群１３０ａ及び１３０ｂ）を設けてもよい。つまり、別の隔離ユニット群は、それぞれ１つの隔離ユニット群に隣接し、且つ隣接する２つのアンテナユニットの間に設けられ、これらの別の隔離ユニット群の配列方向は、それぞれこれらの１つの隔離ユニット群の配列方向に平行である。

【0023】

いくつかの実施例において、別の隔離ユニット群及び隣接する隔離ユニット群の間の距離（例えば、図５のアンテナアレイ装置２００の一部ＳＰ'における距離Ｄ１）は、第１のアンテナアレイＰ１及び第２のアンテナアレイＰ２の共振帯域の中心周波数の波長の二十分の一より小さくてよい。

【0024】

いくつかの実施例において、隣接する２つのアンテナユニットの間に設けられた２つの隔離ユニット群の各々のビアは、これらのアンテナユニットの間の信号を隔離するように、これらのアンテナユニットと共振することができる。つまり、１つのアンテナユニットの発生した信号の一部は、この２つの隔離ユニット群のビアの位置を経由して近くのアンテナユニットを干渉する可能性があるため、これらのビアによってアンテナユニットと共振することで、このアンテナユニットの発生した信号の一部が近くのアンテナユニットを干渉することを防止することができる。それにより、これらのアンテナユニットの間の隔離度（この隔離度は、隣接する２つのアンテナユニットの間に単一の隔離ユニット群のみが設けられた場合の隔離度よりも好ましい）を更に増やし、各アンテナユニットのステアリング範囲を更に大きくすることができる。

【0025】

注意すべきなのは、この別の隔離ユニット群は、隔離ユニット群と同じ構造を有してよいことであるため、ここで繰り返して説明しない。

【0026】

図７は、本発明の別の実施例によるアンテナアレイ装置２００の一部ＳＰ'の共振帯域及び隔離度（カップリング係数（ｓ－ｐａｒａｍｅｔｅｒ）及び周波数）を示す模式図である。図４～図７を同時に参照し、アンテナアレイ装置２００の一部ＳＰ'の共振帯域ｏｐは約２７．０８ＧＨｚ～２９．９３ＧＨｚであり（－１０ｄＢの帯域より小さい）、その中心周波数は約２８ＧＨｚである。このように、アンテナアレイ装置２００の一部ＳＰ'の隔離度ｉｓｏは約－２５ｄＢである。つまり、アンテナアレイ装置２００の一部ＳＰ'の隔離度ｉｓｏは、第５世代の新たな無線システム（５Ｇ ｎｅｗ ｒａｄｉｏ；５Ｇ ＮＲ）規格の隔離度の要求（即ち、－２０ｄＢより小さい）を満たすことができる。

【0027】

以上に基づいて、上記アンテナアレイ装置２００は、２つの隣接するアンテナユニットの間に設けられた２つの隔離ユニット群によってアンテナユニットの間の隔離度を更に増やすことで、各アンテナユニットのステアリング角を大幅に増やすことができる。

【0028】

以上を纏めると、本発明のアンテナアレイ装置は、上記隔離ユニットの設置形態によってアンテナユニットの隔離度を大幅に増やすことができる。それにより、各アンテナユニットの隔離度が大幅に増やされた場合、カップリング効果（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）を招くことなくアンテナユニットのステアリング角を大幅に増やすことができる。

【0029】

本発明は、実施例により前述の通りに開示されたが、実施例が本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修飾を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、下記特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。

【符号の説明】

【0030】

１００、２００ アンテナアレイ装置
１１０ａ、１１０ｂ アンテナユニット
１２０ａ、１２０ｂ 隔離ユニット群
１３０ａ、１３０ｂ 別の隔離ユニット群
Ｐ１ 第１のアンテナアレイ
Ｐ２ 第２のアンテナアレイ
Ｍ 基板
Ｇ 金属接地板
ＳＰ、ＳＰ' アンテナアレイ装置の一部
Ｄ１～Ｄ３ 距離
Ｌ１～Ｌ２ 長さ
ｖｉａ１ 第１のビア
ｖｉａ２ 第２のビア
ｏｕｔｅｒ 外側端
ｉｎｎｅｒ 内側端
Ｅ１～Ｅ２ エッジ
ｓｔｒｉｐ 隔離ユニット
ＳＦ１ 第１の表面
ＳＦ２ 第２の表面
ｏｐ 共振帯域
ｉｓｏ 隔離度

【要約】

【課題】アンテナアレイ装置を提供する。
【解決手段】第１の表面及び第２の表面を含む基板と、第１の表面に設けられ、第１の偏波方向及び第１の偏波方向と逆である第２の偏波方向を有し、それぞれ第１のビアを有する複数のアンテナユニットと、第２の表面に設けられる金属接地板と、隣接する２つのアンテナユニットの間に設けられ、その配列方向が第１の偏波方向及び第２の偏波方向に垂直であり、それぞれ外側端及び外側端と対向するとともに第２のビアを介して金属接地板に接続される内側端を含む隣接する２つの隔離ユニットである第１の隔離ユニット群と、を含むアンテナアレイ装置。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】