特許 7497377 アンテナアレイを用いたビームフォーミングおよびビームステアリング

(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】

(24)【登録日】2024-05-31

(45)【発行日】2024-06-10

(54)【発明の名称】アンテナアレイを用いたビームフォーミングおよびビームステアリング

(51)【国際特許分類】

   H04B 7/06 20060101AFI20240603BHJP

   H04B 7/08 20060101ALI20240603BHJP

   H01Q 3/26 20060101ALI20240603BHJP

   H01Q 1/24 20060101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

H04B7/06 890

H04B7/08 710

H01Q3/26 Z

H01Q1/24 Z

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021576561

(86)(22)【出願日】2020-06-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-12

(86)【国際出願番号】 US2020039266

(87)【国際公開番号】W WO2020263911

(87)【国際公開日】2020-12-30

【審査請求日】2022-06-08

(31)【優先権主張番号】62/865,450

(32)【優先日】2019-06-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】519006872

【氏名又は名称】エイブイエックス・アンテナ・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100162846

【弁理士】

【氏名又は名称】大牧 綾子

(72)【発明者】

【氏名】パジョナ，オリバー

【審査官】北村 智彦

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３６５９００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００８９４１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３６７２６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－００３６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３６２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３７３１８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ ７／０２－７／０８

Ｈ０１Ｑ ３／２６

Ｈ０１Ｑ １／２４

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

３ＧＰＰ ＴＳＧ ＲＡＮ ＷＧ１－４

ＳＡ ＷＧ１－４

ＣＴ ＷＧ１，４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナシステムであって、
複数の第１のアンテナ要素を有する第１のアンテナアレイであって、前記第１のアンテナ要素は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）モードの通信プロトコルを介して１つまたは複数の信号を通信するように動作可能である、第１のアンテナアレイと、
複数の第２のアンテナ要素を有する第２のアンテナアレイと、
前記第２のアンテナアレイの前記第２のアンテナ要素のうちの１つまたは複数の動作を、第１のモードまたは第２のモードで切り換え制御するように構成された制御回路と、
を備え、
前記第１のモードでは、前記第２のアンテナ要素のうちの第１のサブセットは、前記通信プロトコルを介した前記第１のアンテナ要素の通信をサポートするための二次機能を提供し、前記第２のアンテナ要素の第２のサブセットは、前記第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように構成され、
前記第２のモードでは、前記第２のアンテナ要素のうちの第３のサブセットは、前記第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように構成され、前記第３のサブセットは、前記第２のサブセットに対して１つまたは複数の追加の第２のアンテナ要素を有する、
アンテナシステム。

【請求項2】

前記通信プロトコルは、５Ｇ通信プロトコルである、請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項3】

前記二次機能は、前記通信プロトコルを介した多入力多出力（ＭＩＭＯ）モード通信をサポートするために、１つまたは複数の追加のアンテナ要素を提供することを含む、請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項4】

前記二次機能は、ダイバーシティアンテナ要素として機能するように１つまたは複数の追加アンテナ要素を提供することを含む、請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項5】

前記第１のアンテナアレイは、４×４ＭＩＭＯアンテナアレイを含む、請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項6】

前記第２のアンテナアレイは、４×４ＭＩＭＯアンテナアレイを含む、請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項7】

前記第１のアンテナアレイおよび前記第２のアンテナアレイは、約２４ＧＨｚから約８６ＧＨｚまでの範囲の周波数帯で通信するように動作可能である、
請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項8】

複数の第３のアンテナ要素を有する第３のアンテナアレイをさらに備え、
前記制御回路は、前記第１のモードまたは前記第２のモードにおいて、前記第３のアンテナアレイ内の前記第３のアンテナ要素のうちの１つまたは複数の動作を制御するように構成され、前記第１のモードでは、前記第３のアンテナ要素のうちの１つまたは複数は、前記通信プロトコルを介した前記第１のアンテナ要素の通信をサポートするための二次機能を提供し、前記第２のモードでは、前記第３のアンテナ要素のうちの１つまたは複数は、前記第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように構成される、
請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項9】

前記制御回路は、
前記第１のアンテナアレイに結合された１つまたは複数の第１のスイッチを有する第１のスイッチングコンポーネントと、
前記第２のアンテナアレイに結合された１つまたは複数の第２のスイッチを有する第２のスイッチングコンポーネントと、
前記第１のスイッチングコンポーネントと前記第２のスイッチングコンポーネントの間に結合された位相シフトコンポーネントと、
を備える、
請求項１に記載のアンテナシステム。

【請求項10】

前記位相シフトコンポーネントは、１つまたは複数の位相シフタを含む、請求項９に記載のアンテナシステム。

【請求項11】

前記位相シフトコンポーネントは、電気的長さが異なる１つまたは複数の伝送線を含む、請求項９に記載のアンテナシステム。

【請求項12】

モバイル機器であって、
複数の第１のアンテナ要素を有する第１のアンテナアレイであって、前記第１のアンテナ要素は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）モードの通信プロトコルを介して１つまたは複数の信号を通信するように動作可能である、第１のアンテナアレイと、
複数の第２のアンテナ要素を有する第２のアンテナアレイと、
前記第２のアンテナアレイの前記第２のアンテナ要素のうちの１つまたは複数の動作を、第１のモードまたは第２のモードで切り換え制御するように構成された制御回路と、
を備え、
前記第１のモードでは、前記第２のアンテナ要素のうちの第１のサブセットは、前記通信プロトコルを介した前記第１のアンテナ要素の通信をサポートするための二次機能を提供し、前記第２のアンテナ要素の第２のサブセットは、前記第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように構成され、
前記第２のモードでは、前記第２のアンテナ要素のうちの第３のサブセットは、前記第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように構成され、前記第３のサブセットは、前記第２のサブセットに対して１つまたは複数の追加の第２のアンテナ要素を有する、
モバイル機器。

【請求項13】

前記第１のアンテナアレイおよび前記第２のアンテナアレイは、前記モバイル機器の異なる表面に近接して配置される、請求項１２に記載のモバイル機器。

【請求項14】

前記第１のアンテナアレイと前記第２のアンテナアレイは、前記モバイル機器の同じ表面に近接して配置される、請求項１２に記載のモバイル機器。

【請求項15】

複数の第１のアンテナ要素を有する第１のアンテナアレイと、複数の第２のアンテナ要素を有する第２のアンテナアレイとを備えるアンテナシステムを構成する方法であって、
多入力多出力モードで通信プロトコルを介して１つまたは複数の信号を通信するように、前記第１のアンテナアレイの前記複数の第１のアンテナ要素を動作させるステップと、
前記第２のアンテナアレイを第１のモードで動作させるステップであって、前記複数の第２のアンテナ要素の第１のサブセットは、前記通信プロトコルを介した前記第１のアンテナ要素の通信をサポートするための二次機能を提供し、前記複数の第２のアンテナ要素の第２のサブセットは、前記第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように構成される、動作させるステップと、
前記第２のアンテナアレイの動作を前記第１のモードから第２のモードに切り換えるステップであって、前記第２のモードでは、前記複数の第２のアンテナ要素の第３のサブセットは、前記複数の第１のアンテナ要素にビームフォーミングまたはビームステアリングを提供するように構成され、前記第３のサブセットは、前記第２のサブセットに対して１つまたは複数の追加の第２のアンテナ要素を有する、切り換えるステップと、
を備える、方法。

【請求項16】

前記二次機能は、前記通信プロトコルを介した多入力多出力（ＭＩＭＯ）モード通信をサポートするために、前記複数の第２のアンテナ要素の前記第１のサブセットに含まれる１つまたは複数の第２のアンテナ要素を動作させることを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記二次機能は、ダイバーシティアンテナ要素として機能させるように、前記複数の第２のアンテナ要素の前記第１のサブセットに含まれる１つまたは複数の第２のアンテナ要素を動作させることを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記通信プロトコルは、５Ｇ通信プロトコルであり、前記１つまたは複数の信号は、約２４ＧＨｚから約８６ＧＨｚの範囲の周波数帯内である、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

優先権主張
[0001]本出願は、２０１９年６月２４日に出願された「アンテナアレイを用いたビームフォーミング(beam forming)およびビームステアリング(beam steering)」というタイトルの米国仮出願第６２/８６５,４５０号の優先権の利益を主張するものであり、この出願は参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

[0002]本開示は、一般に、５Ｇセルラー通信システムで使用するためのアンテナシステムなど、無線通信システム用のアンテナシステムに関するものである。

【背景技術】

【0003】

[0003]ラップトップ、タブレット、スマートフォン、ＩｏＴ（インターネットオブシングス）機器などの電子機器は、セルラーネットワーク上で通信することができる。４Ｇで動作するセルラーネットワークが豊富に使用されており、最近では、広い地域で安定した信頼性の高いネットワークで音声通信とともに中程度から高いデータレートの伝送を提供するように進化している。通信システムは、５Ｇのプロトコルとネットワークに移行しつつある。５Ｇネットワークは、実質的により高いデータレートとより低い遅延を実現することができ、音声アプリケーション、データアプリケーション、ＩｏＴアプリケーションに適用することができる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

[0004]本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明に部分的に記載され、または説明から学ぶことができ、または実施形態の実践を通じて学ぶことができる。

【0005】

[0005]本開示の１つの例示的な態様は、アンテナシステムに向けられている。アンテナシステムは、複数の第１のアンテナ要素を有する第１のアンテナアレイを含む。第１のアンテナ要素は、多入力多出力（ＭＩＭＯ）モードの通信プロトコルを介して１つまたは複数の信号を通信するように動作可能である。アンテナシステムは、複数の第２のアンテナ要素を有する第２のアンテナアレイを含む。アンテナシステムは、第１のモードまたは第２のモードで、第２のアンテナアレイの第２のアンテナ要素のうちの１つまたは複数の動作を制御するように構成された制御回路を含む。第１のモードでは、第２のアンテナ要素のうちの１つまたは複数は、通信プロトコルを介した第１のアンテナ要素の通信をサポートするための二次機能を提供するように構成される。第２のモードでは第２のアンテナ要素のうちの１つまたは複数は、第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように構成される。

【0006】

[0006]様々な実施形態のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することにより、よりよく理解されるであろう。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本開示の実施形態を示し、説明と合わせて、関連する原理を説明する役割を果たす。

【0007】

[0007]当業者に向けられた実施形態の詳細な議論は、添付の図を参照する本明細書に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】[0008]図１は、本開示の例示的な実施形態によるアンテナシステムを有するモバイル機器を示す図である。

【図2】[0009]図２は、本開示の例示的な実施形態によるアンテナシステムにおけるアンテナアレイの構成を示す図である。

【図3】[0010]図３Ａは、本開示の例示的な実施形態による例示的なビームフォーミングまたはビームステアリングを示す図である。図３Ｂは、本開示の例示的な実施形態による例示的なビームフォーミングまたはビームステアリングを示す図である。図３Ｃは、本開示の例示的な実施形態による例示的なビームフォーミングまたはビームステアリングを示す図である。

【図4】[0011]図４は、本開示の例示的な実施形態によるアンテナシステムを構成するための例示的な制御回路を示す図である。

【図5】[0012]図５は、本開示の例示的な実施形態による例示的な方法のフロー図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[0013]次に、１つまたは複数の例が図面に示されている実施形態を詳細に参照する。各例は、実施形態の説明のために提供されるものであり、本開示を限定するものではない。実際、本開示の範囲や思想から逸脱することなく、実施形態に様々な修正や変形を加えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または説明された特徴は、別の実施形態で使用して、さらに別の実施形態をもたらすことができる。したがって、本開示の態様は、そのような修正および変形をカバーすることが意図される。

【0010】

[0014]本開示の例示的な態様は、５Ｇ通信システムなどの通信システムにおいて、アンテナアレイを用いるビームフォーミングおよび／またはビームステアリングのためのシステムおよび方法に向けられている。例えば、機器用のアンテナシステムは、複数の異なるアンテナアレイを含むことができる。各アンテナアレイは、複数の異なるアンテナ要素を有することができる。アンテナ要素は、二次機能（例えば、多入力多出力（ＭＩＭＯ）、ダイバーシティ）を提供するため、通信プロトコル（例えば、５Ｇ通信プロトコル）を介した主通信をサポートするため、またはビームフォーミングおよび／またはビームステアリングをサポートするためのいずれかのために、アレイ間で共有することができる。

【0011】

[0015]５Ｇ通信プロトコルは、例えば、ＭＩＭＯ通信および／またはより高い周波数帯（例えば、約２４ＧＨｚから約８６ＧＨｚの範囲の周波数帯）での通信のために構成されたアンテナアレイを使用して実装することができる。これらのアンテナアレイの各々は、複数のアンテナ要素を含むことができる。アンテナ要素を、ＭＩＭＯモード（例えば、４×４ＭＩＭＯモード）で信号（例えば、ＲＦ信号）を通信するように、個別におよび／または集合的に制御することができる。これにより、無線通信において、より高いデータレートとより低い遅延を提供することができる。

【0012】

[0016]電子機器（例えば、モバイル機器、ＩｏＴ機器、または他の電子機器）は、複数の異なるアンテナアレイ（例えば、２つのアンテナアレイ、３つのアンテナアレイ、４つのアンテナアレイ）を含むことができる。アンテナアレイのうちの１つ（例えば、メインアンテナアレイ）は、通信プロトコル（例えば、３Ｇ、４Ｇ（ＬＴＥ）、５Ｇプロトコルなどのセルラー通信プロトコル）を介した主通信に使用することができる。１つまたは複数の異なるアンテナアレイを使用して、メインアンテナアレイの通信をサポートするための二次機能を提供することができる。例えば、アンテナアレイは、メインアンテナアレイのＭＩＭＯ動作および／またはダイバーシティ動作をさらに強化するために使用することができる。

【0013】

[0017]本開示の例示的な態様によれば、複数の異なるアンテナアレイから選択されたアンテナ要素は、メインアンテナアレイの「ビームフォーミング」または「ビームステアリング」をサポートするために使用することができる。ビームフォーミングとは、特定の方向（例えば、基地局の方向）の信号強度を高めて通信リンクを強化するために、異なるアンテナビームを組み合わせることをいう。「ビームステアリング」とは、アンテナビームの利得の高い方向が特定の方向（例えば、基地局の方向）に向くように、アンテナビームを動的にステアリングすることをいう。

【0014】

[0018]例えば、メインアンテナアレイの１つまたは複数のアンテナ要素を、ＭＩＭＯおよび／またはダイバーシティをサポートするために使用することから、ビームステアリングまたはビームフォーミングのために使用することに切り替えることができる。加えて、および／または代替として、異なるアンテナアレイからの１つまたは複数の追加のアンテナ要素を、ＭＩＭＯおよび／またはダイバーシティをサポートするために使用することから、ビームステアリングまたはビームフォーミングのために使用することに切り替えることができる。このようにして、本開示の態様は、ＭＩＭＯ／ダイバーシティをサポートするため、および／またはビームステアリングもしくはビームフォーミングのために、異なるアンテナアレイ間の異なるアンテナ要素を共有して、アンテナアレイ内の利用可能なリソースの使用を強化し、無線性能を向上させることができるという技術的効果を有することができる。

【0015】

[0019]本明細書では、「モバイル機器」とは、無線通信が可能で、通常の動作時にはユーザが手で持ち運べる電子機器である。例示的なモバイル機器は、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、ウェアラブル機器、パーソナルデジタルアシスタント、およびポータブルデジタルミュージックプレイヤーを含む。本明細書では、数値に関連して「約」という用語を使用することは、記載された数値の１０％以内を意味する。

【0016】

[0020]図１は、本開示の例示的な実施形態による、セルラー通信をサポートし、ビームステアリング機能またはビームフォーミング機能を有する例示的なモバイル機器１００を示す。図示するように、モバイル機器は、ハウジング１０４を含む。ハウジング１０４は、複数の異なる表面（例えば、エッジ表面）を含むことができる。例えば、ハウジング１０４は、第１の表面１０７および第２の表面１０９、ならびに他の表面（指定されていない）を有する。モバイル機器１００は、ユーザがモバイル機器１００と対話できるように、インターフェース要素（例えば、タッチスクリーン、タッチパッド、キーボード、カメラ、マイクロフォン）を含むことができる。

【0017】

[0021]ハウジング１０４は、第１のアンテナアレイ１１０、第２のアンテナアレイ１２０、および第３のアンテナアレイ１３０の３つのアンテナアレイを収容する。３つのアンテナアレイは、説明および議論の目的で図示されている。当業者であれば、本明細書で提供される開示を利用して、本開示の範囲から逸脱することなく、より多いまたはより少ないアンテナアレイを使用できることを理解するであろう。

【0018】

[0022]第１のアンテナアレイ１１０、第２のアンテナアレイ１２０、および第３のアンテナアレイ１３０のそれぞれは、複数のアンテナ要素を含むことができる。各アンテナ要素を、５Ｇ通信プロトコルなどのセルラー通信プロトコルを介して１つまたは複数の信号を通信するように構成することができる。各アンテナ要素を、約２４ＧＨｚから約８６ＧＨｚの範囲の周波数帯で１つまたは複数の信号を通信するように構成することができる。いくつかの実施形態では、各アンテナアレイは、基板（例えば、回路基板）上に配置された複数のアンテナ要素（例えば、放射要素）を含むことができる。

【0019】

[0023]第１のアンテナアレイ１１０および第２のアンテナアレイ１２０は、モバイル機器１００の同じ表面、すなわち表面１０７に近接しているように図示されている。第３のアンテナアレイ１３０は、第１のアンテナアレイ１１０および第２のアンテナアレイ１２０に対して異なる表面（例えば、表面１０９）にあるものとして図示されている。このように、アンテナアレイを、モバイル機器１００の同じ表面に近接して配置することも、異なる表面に近接して配置することもできる。

【0020】

[0024]図２は、本開示の例示的な実施形態による、第１のアンテナアレイ１１０および第２のアンテナアレイ１２０の例示的な構成を示す。より詳細には、構成２０２において、複数の第１のアンテナ要素１１２は、通信プロトコル（例えば、５Ｇ通信プロトコル）を介した主通信をサポートするように構成される。複数の第１のアンテナ要素１１２は、ＭＩＭＯモードで通信プロトコルを介して通信可能である。例えば、複数の第１のアンテナ要素１１２は、４×４ＭＩＭＯモードで動作するように構成することができる。

【0021】

[0025]構成２０２では、第２のアンテナアレイ１２０に関連する複数の第２のアンテナ要素１２２が、第１のアンテナアレイ１１０内の第１のアンテナ要素１１２の主通信をサポートするための二次機能を提供するように構成される。例えば、第２のアンテナアレイ１２０の複数の第２のアンテナ要素１２２は、第１のアンテナアレイ１１０内の第１のアンテナ要素１１２に対して追加のＭＩＭＯ能力および／またはダイバーシティを提供することができる。

【0022】

[0026]構成２０２では、第２のアンテナ要素１２２の第１のサブセット１２６が、第１のアンテナアレイ１１０の第１のアンテナ要素１１２をサポートするための二次機能を提供するように構成される。第１のサブセット１２６は、第２のアンテナアレイ１２０内の第２のアンテナ要素１２２のすべてを含む。第２のアンテナアレイ１２０の第２のサブセット（アンテナ要素なし）は、第１のアンテナアレイ１１０の第１のアンテナ要素１１２のビームステアリングまたはビームフォーミングをサポートするように構成される。

【0023】

[0027]本開示の例示的な態様によれば、制御回路は、第１のアンテナアレイ１１０および第２のアンテナアレイ１２０の構成を構成２０２から構成２０４に調整することができる。構成２０４では、第２のアンテナ要素１２２のサブセット１２４は、第１のアンテナアレイ１１０の第１のアンテナ要素１１２のビームステアリングまたはビームフォーミングをサポートするように構成されている。第２のアンテナ要素１２２のサブセット１２６は、第１のアンテナアレイ１１０の第１のアンテナ要素１１２の二次機能（例えば、ＭＩＭＯ、ダイバーシティ）をサポートするように構成されたままである。

【0024】

[0028]図２の例では、説明および議論の目的で、２つのアンテナアレイにわたるアンテナ要素の構成を議論している。当業者であれば、本明細書で提供される開示内容を用いて、本開示の範囲から逸脱することなく、アンテナ要素を単一のアンテナアレイまたは２つ以上のアンテナアレイに関連付けることができることを理解するであろう。例えば、アンテナ要素１１２および１２２は、本開示の範囲から逸脱することなく、単一のアンテナアレイのすべての部分とすることができる。別の例として、本開示の範囲から逸脱することなく、第１のアンテナアレイ１１０にわたるアンテナ要素、第２のアンテナアレイ１２０にわたるアンテナ要素、および第３のアンテナアレイ１３０にわたるアンテナ要素を使用することができる。

【0025】

[0029]いくつかの実施形態では、本例のビームフォーミングまたはビームステアリングのためのアンテナ要素を構成するためのメカニズムを、例えば、アンテナ要素に通信される信号に位相シフトを導入することによって実施することができる。いくつかの実施形態では、位相シフトは、遅延線を用いて通信される信号に時間遅延を導入する遅延線を用いて実装することができる。いくつかの実施形態では、位相シフトは、位相シフタを用いて実装することができる。

【0026】

[0030]図３Ａから３Ｃは、アンテナ要素間に実装された３つの異なる位相シフトに対応する３つの異なる放射パターンの例を示している。この例では、モバイル機器は、Ｙ方向に最も高い利得を有する第１の放射パターンを生成する第１のアンテナアレイまたは第１のアンテナアレイの１つまたは複数の第１のアンテナ要素と、Ｚ方向に最も高い利得を有する第２の放射パターンを生成する第２のアンテナアレイまたは第２のアンテナアレイの１つまたは複数の第２のアンテナ要素と、を含むように構成される。図３Ａは、第２の放射パターンからの寄与がほとんど無視できるように時間遅延または位相シフトが設定され、その結果、Ｙ方向に最も高い利得を有する複合放射パターンが得られる第１のモードを示す。図３Ｂは、第１の放射パターンと第２の放射パターンが位相的に共存するように時間遅延または位相シフトが設定され、その結果、Ｙ＋Ｚ方向に最も高い利得を有する複合放射パターンが得られる第２のモードを示す。図３Ｃは、第１の放射パターンからの寄与がほとんど無視できるように時間遅延または位相シフトを設定し、その結果、Ｚ方向に最も高い利得を有する複合放射パターンが得られる第３のモードを示す。

【0027】

[0031]図４は、本開示の例示的な実施形態によるアンテナアレイを構成するように構成された例示的な制御回路２００の概略図を示す。この例では、５Ｇ通信プロトコルを含む第１から第Ｎのプロトコルが、複数のアンテナ要素を有する第１のアンテナアレイ１１０でサポートされる場合を示している。第１のアンテナアレイ１１０は、図１および図２に図示された第１のアンテナアレイ１１０と同様とすることができる。複数のアンテナ要素を有する第２のアンテナアレイ１２０を、二次機能（例えば、ＭＩＭＯ、ダイバーシティ）のために構成されるか、またはビームステアリングもしくはビームフォーミングのために構成されるかのいずれかによって、第１のアンテナアレイ１１０の通信をサポートするために使用することができる。第２のアンテナアレイ１２０は、図１および図２に図示された第２のアンテナアレイ１２０と同様とすることができる。

【0028】

[0032]制御回路２００は、第１のアンテナアレイ１１０および第２のアンテナアレイ１２０のうちのアンテナ要素を、二次機能をサポートすることと、ビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートすることとの間で構成するように動作可能である。

【0029】

[0033]第１から第Ｎのトランシーバ３０２は、５Ｇ通信プロトコルを含む第１～第Ｎのプロトコルによる信号を処理するために、第１のアンテナアレイ１１０に関連付けられている。トランシーバ３０２によってサポートされる他のプロトコルは、２Ｇプロトコル、３Ｇプロトコル、４Ｇ（ＬＴＥ）プロトコルなどを含むことができる。（Ｎ＋１）番目から（Ｎ＋Ｍ）番目のトランシーバ３０４は、５Ｇ通信プロトコルを含む第１～第Ｎのプロトコルのうちの１つまたは複数と連携して、本来意図された機能を実行するために、第２のアンテナアレイ１２０に関連付けられている。トランシーバ３０４によってサポートされる他のプロトコルは、２Ｇプロトコル、３Ｇプロトコル、４Ｇ（ＬＴＥ）プロトコルなどを含むことができる。

【0030】

[0034]制御回路２００は、第１のスイッチングコンポーネント２２０と第２のスイッチングコンポーネント２２４とを含むことができる。第１のスイッチングコンポーネント２２０と第２のスイッチングコンポーネント２２４とを、位相シフトコンポーネント２２７を介して互いに結合することができる。位相シフトコンポーネント２２７を、ビームステアリング機能および／またはビームフォーミング機能を実装するために、第１のアレイ１１０および１２０のアンテナ要素間で通信される信号間に複数の位相シフトを提供するように構成することができる。

【0031】

[0035]例えば、位相シフトコンポーネント２２７は、第１のスイッチングコンポーネント２２０および第２のスイッチングコンポーネント２２４を使用して１つまたは複数のアンテナ要素に選択的に結合することができる遅延線として機能することができる、電気的長さが異なる複数の伝送線を含むことができる。加えておよび／または代替として、位相シフトコンポーネント２２７は、位相シフトコンポーネント２２７を介して通信される信号に位相シフトを実装するように構成された１つまたは複数の位相シフタを含むことができる。

【0032】

[0036]第１のスイッチングコンポーネント２２０は、第１のアンテナアレイ１１０の個々のアンテナ要素を位相シフトコンポーネント２２７に選択的に結合するように構成された複数の第１のスイッチ（例えば、トランジスタ、または他のスイッチング機器）を含むことができる。第２のスイッチングコンポーネント２２４は、第２のアンテナアレイ１２０の個々のアンテナ要素を位相シフトコンポーネント２２７に選択的に結合するように構成された複数の第２のスイッチ（例えば、トランジスタ、または他のスイッチング機器）を含むことができる。第１のスイッチングコンポーネント２２４は、ブロック２３６で表されるように、システム内のコンポーネントまたはモジュールにオープン、接地、またはショートするパスを含むことができる。

【0033】

[0037]制御回路２００は、ある期間中に第１のアンテナアレイ１１０の個々のアンテナ要素に結合されるトランシーバ３０２のうちの１つまたは複数を選択するように構成されたモジュール２４０を含むことができる。モジュール２４０を、信号をアンテナアレイ１１０および／または第１のスイッチングコンポーネント２２０に提供することの間で選択するように構成することができる電力コンバイナ／スプリッタ２４２に結合することができる。制御回路２００は、ある期間中に、第２のアンテナアレイ１２０の個々のアンテナ要素に結合されるトランシーバ３０４のうちの１つまたは複数を選択するように構成されたモジュール２４５を含むことができる。

【0034】

[0038]コントローラ２４４（例えば、１つまたは複数のメモリ機器に格納されたコンピュータ可読命令を実行するように構成されたプロセッサ、マイクロプロセッサなど）を、パス／位相シフトの選択を制御するために、第１のスイッチングコンポーネント２２０、第２のスイッチングコンポーネント２２４、位相シフトコンポーネント２２７、モジュール２４０、モジュール２４５、および電力コンバイナ／スプリッタ２４２など、制御回路２００の様々なコンポーネントに結合することができる。

【0035】

[0039]制御回路２００は、モジュール２４０を制御して、トランシーバ３０２の選択されたトランシーバを第１のアンテナアレイ１１０内の１つまたは複数のアンテナ要素に結合することにより、通信プロトコルを介して１つまたは複数の信号を通信するように要素を制御することができる。通信プロトコルを、例えば、５Ｇ通信プロトコルとすることができる。第１のアンテナアレイ１１０内のアンテナ要素のうちの１つまたは複数を、ＭＩＭＯモードで通信プロトコルを介して信号を通信するように構成することができる。

【0036】

[0040]制御回路２００は、第２のアンテナアレイ１２０内のアンテナ要素のうちの１つまたは複数が、第１のモードまたは第２のモードになるように構成することができる。第１のモードでは、第２のアンテナ要素のうちの１つまたは複数が、通信プロトコルを介した第１のアンテナ要素の通信をサポートするための二次機能（例えば、ＭＩＭＯ、ダイバーシティ）を提供するように構成される。

【0037】

[0041]より詳細には、第２のアンテナアレイ１２０内の１つまたは複数のアンテナ要素がＭＩＭＯまたはダイバーシティのために使用される場合、コントローラ２４４は、第２のアンテナアレイ１２０のアンテナ要素のうちの１つまたは複数をトランシーバ３０４のうちの適切なトランシーバに選択的に結合するように、第２のスイッチングコンポーネント２２４およびモジュール２４５を制御することができる。さらに、コントローラ２４４は、第１のアンテナアレイ１１０のアンテナ要素のうちの１つまたは複数をブロック２３６に選択的に結合するように（例えば、オープン、接地、短絡など）、第１のスイッチングコンポーネント２２４を制御することができる。コントローラ２４４は、第１のアンテナアレイ１１０の１つまたは複数のアンテナ要素を第２のアンテナアレイ１２０の１つまたは複数のアンテナ要素から別の方法で切り離すようにコンポーネントを制御することもできる。

【0038】

[0042]第２のモードにあるとき、制御回路２００は、第１のアンテナ要素のビームフォーミングまたはビームステアリングをサポートするように、第２のアンテナアレイ１２０および／または第１のアンテナアレイ１１０のアンテナ要素のうちの１つまたは複数を制御することができる。例えば、第１のスイッチングコンポーネント２２０および第２のスイッチングコンポーネント２４０は、コントローラ２４４によって制御することができ、第１のアンテナアレイ１１０および／または第２のアンテナアレイ１２０のうちの２つ以上のアンテナ要素を結合するように、パスを位相シフトコンポーネント２２７に接続することができる。位相シフトコンポーネント２２７は、ビームフォーミングまたはビームステアリングのために、アンテナ要素に関連する放射パターン間の位相シフトを行うことができる。

【0039】

[0043]図５は、本開示の例示的な実施形態による例示的な方法（４００）のフロー図を示している。方法（４００）は、例えば、図１～４に示されたアンテナシステムを使用して実施することができる。図５は、説明および議論の目的で、特定の順序で実行されるステップを示している。当業者であれば、本明細書で提供される開示を利用して、本明細書で説明される方法のいずれかの様々なステップを、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な方法で適応する、省略する、再配置する、図示されていないステップを含ませる、同時に実行する、および／または変更することができることを理解するであろう。

【0040】

[0044]（４０２）において、本方法は、アンテナシステムを用いた通信のための通信プロトコルを選択するステップを含むことができる。通信プロトコルは、例えば、５Ｇ通信プロトコルとすることができる。５Ｇ通信プロトコルは、アンテナのＭＩＭＯ動作、および／または、約２４ＧＨｚから約８６ＧＨｚの範囲の周波数帯など、より高い周波数帯での通信を求めることができる。

【0041】

[0045]（４０４）において、本方法は、通信プロトコルを介して通信するように第１のアンテナ要素を構成するステップを含むことができる。例えば、モバイル機器内の１つまたは複数のアンテナアレイにわたる複数のアンテナ要素を、例えばＭＩＭＯモードで、５Ｇ通信プロトコルを介して信号を通信するために、トランシーバに結合することができる。

【0042】

[0046]（４０６）において、本方法は、通信プロトコルを介した第１のアンテナ要素による１つまたは複数の信号の通信をサポートするための二次機能を提供するように、１つまたは複数の第２のアンテナ要素を動作させるステップを含むことができる。二次機能は、通信プロトコルを介してＭＩＭＯ通信をサポートするように第２のアンテナ要素を構成することを含むことができる。二次機能は、１つまたは複数の第２のアンテナ要素をダイバーシティアンテナ要素として動作させることを含むことができる。１つまたは複数の第２のアンテナ要素は、第１のアンテナ要素と同じアンテナアレイの一部、および／または、異なるアンテナアレイとすることができる。

【0043】

[0047]（４０８）において、本方法は、ビームステアリングまたはビームフォーミングをサポートするために第２のアンテナ要素の動作モードを調整するための信号を受信するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、動作モードを調整する信号は、アンテナシステムと基地局との間の通信リンクに関連するチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）に基づくことができる。例えば、動作モードを調整する信号は、通信リンクのＣＱＩを向上させるように実施することができる。例示的なＣＱＩは、信号対雑音比（ＳＮＲ）、信号対干渉プラス雑音比（ＳＩＮＲ）、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）、ビットエラーレート（ＢＥＲ）および他のメトリックのうちの１つまたは複数を含み、これらはチャネル品質インジケータ（ＣＱＩ）と呼ばれる。他のトリガ／信号を、ある期間の満了、定期的な間隔、特定の基地局との通信時など、第２のアンテナ要素の動作モードを調整するために使用することができる。

【0044】

[0048]（４１０）において、本方法は、上で詳細に説明したように、ビームステアリングまたはビームフォーミングをサポートするために、１つまたは複数の第２のアンテナ要素を動作させるステップを含むことができる。例えば、信号を、１つまたは複数の遅延線、位相シフタなどを含む位相シフタモジュールを通過させて、第２のアンテナ要素を用いたビームステアリングおよび／またはビームフォーミングを実施することができる。

【0045】

[0049]（４１２）において、本方法は、二次機能をサポートするために第２のアンテナ要素の動作モードを調整するための信号を受信するステップを含むことができる。いくつかの実施形態では、動作モードを調整する信号は、アンテナシステムと基地局との間の通信リンクに関連するＣＱＩに基づくことができる。例えば、動作モードを調整する信号は、通信リンクのＣＱＩを向上させるように実施することができる。他のトリガ／信号を、ある期間の満了、定期的な間隔、特定の基地局との通信時など、第２のアンテナ要素の動作モードを調整するために使用することができる。

【0046】

[0050]（４１２）で信号を受信すると、本方法は（４０６）に戻ることができ、通信プロトコルを介した第１のアンテナ要素による通信をサポートするための二次機能を提供するモードで、１つまたは複数の第２のアンテナ要素を動作させることができる。このようにして、二次機能サポート（例えば、ＭＩＭＯ、ダイバーシティ）と、ビームステアリングサポートまたはビームフォーミングサポートとの間の第２のアンテナ要素の動的調整を通じて、通信リンク品質を高めることができる。

【0047】

[0051]本主題は、その特定の例示的な実施形態に関して詳細に説明されてきたが、当業者は、上述の理解を得た上で、そのような実施形態に対する変更、変形、および等価物を容易に作り出し得ることが理解されるであろう。したがって、本開示の範囲は、限定というよりむしろ例示によるものであり、本開示は、当業者に容易に明らかになるような変更、変形、および／または追加を本主題に含めることを排除するものではない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】