特許 7556940 アンテナ装置

(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】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-26

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 5/35 20150101AFI20240918BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20240918BHJP

【ＦＩ】

H01Q5/35

H01Q13/08

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022511092

(86)(22)【出願日】2020-08-31

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-07

(86)【国際出願番号】 EP2020074248

(87)【国際公開番号】W WO2021038110

(87)【国際公開日】2021-03-04

【審査請求日】2023-08-28

(31)【優先権主張番号】19194584.9

(32)【優先日】2019-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】519024245

【氏名又は名称】シバース ワイヤレス アクティエボラーグ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(72)【発明者】

【氏名】ホーカン バリ

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／１４５２６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１３７８５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２９１８３６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ５／３５

Ｈ０１Ｑ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のエッジを有するパッチ、前記パッチの第１のエッジで第１の接続ポートに接続された第１の送信経路及び前記パッチの前記第１のエッジで第２の接続ポートに接続された第２の送信経路を有するアンテナ部分を備え、前記第１の接続ポート及び前記第２の接続ポートは、前記第１のエッジに沿って互いに距離を置いて配置され、第１の送信機は、少なくとも前記第１の送信経路に接続され、第２の送信機は、少なくとも前記第２の送信経路に接続される、アンテナ装置。

【請求項2】

前記第１の送信経路は、前記第１の送信機及び前記第２の送信機並びに前記第１の接続ポートに接続された第１の信号結合器を備え、前記第２の送信経路は、前記第１の送信機及び前記第２の送信機並びに前記第２の接続ポートに接続された第２の信号結合器を備え、前記第１の信号結合器は、前記第１の送信機から発信される信号と前記第２の送信機から発信される信号との差を生成するように配置され、前記第２の信号結合器は、前記第１の送信機から発信される信号と前記第２の送信機から発信される信号の和を生成するように配置される、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記第１の送信経路は、第１の移相器を備え、前記第２の送信経路は、第２の移相器を備える、請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第１の移相器は、前記第１の信号結合器及び前記第１の接続ポートに接続され、前記第２の移相器は、前記第２の信号結合器及び前記第２の接続ポートに接続される、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記第１の移相器は、前記第１の送信機並びに前記第１の信号結合器及び前記第２の信号結合器に接続され、前記第２の移相器は、前記第２の送信機並びに前記第１の信号結合器及び前記第２の信号結合器に接続される、請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

各送信経路の移相器に接続されたビームコントローラを備える、請求項３から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

複数のアンテナ部分を備え、前記第１の送信機及び前記第２の送信機は、同様に全てのアンテナ部分に接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

無線周波数信号を送信する方法であって、
複数のエッジを有するパッチ、前記パッチの第１のエッジで第１の接続ポートに接続された第１の送信経路及び前記パッチの前記第１のエッジで第２の接続ポートに接続された第２の送信経路を有するアンテナ部分を備え、前記第１の接続ポート及び前記第２の接続ポートは、前記第１のエッジに沿って互いに距離を置いて配置された、アンテナ装置を設けることと、
第１の送信機によって第１の送信信号を生成することと、
第２の送信機によって第２の送信信号を生成し、前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を前記アンテナ部分に供給することと、
を備える方法。

【請求項9】

前記第１の送信信号と前記第２の送信信号との和を含むシグマ信号を生成することと、
前記第１の送信信号と前記第２の送信信号との間の差を含むデルタ信号を生成することと、
前記シグマ信号を前記第１の接続ポートに供給することと、
前記デルタ信号を前記第２の接続ポートに供給することと、
を更に備え、それにより、第１の偏波を有する第１の無線周波数信号及び前記パッチからの前記第１の偏波に直交する第２の偏波を有する第２の無線周波数信号を送信する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の送信信号と前記第２の送信信号との間の位相差を制御することを備える、請求項８から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記位相差を制御することは、前記位相差を０°及び１８０°のうちの一つに制御することを備える、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号は、前記シグマ信号及び前記デルタ信号を生成する前に位相シフトを受ける、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記シグマ信号及び前記デルタ信号は、前記第１の接続ポート及び前記第２の接続ポートに供給される前に位相シフトを受ける、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記アンテナ装置は、複数のアンテナ部分を備え、前記第１の送信機及び前記第２の送信機は、全てのアンテナ部分に接続され、前記アンテナ装置の出力信号のビームフォーミングを行うために前記アンテナ部分の間の位相差を制御することを備える、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線周波数パッチアンテナ装置の分野に関する。

【背景技術】

【0002】

パッチアンテナは、一般的には、上部の導電及び放射パッチと下部のグランドプレーンとの間に挟まれた誘電体基板によって構成される。パッチの通常の材料は、銅及び金である。通常、パッチは、正方形であるが、ほとんど全ての形状をとることができ、パッチの一方の端の近くで給電される。共振している場合は、パッチの中央で電流が最大になるとともにエッジで電圧が最大になる定在波が発生する。図１を参照。電流と電圧との比率が適切に整合している場合、パッチは、効果的に放射を行う。給電をいくつかの方法で行うことができるが、例えば、マイクロストリップ接続によるパッチの端の電気接続ポート、又は、例えば、基板の下のスロットまで延在するマイクロストリップによるパッチの下のスロットを介した磁気接続ポートが一般的である。同軸ケーブルのような他のフィーダーも使用されることがある。

【0003】

水平電界と垂直電界の両方で信号を送信するために又は同一のアンテナで二つの異なる送信信号を送信するために、パッチアンテナは、二重偏波アンテナとして実現される。この場合、追加の接続ポートが設けられる。追加の電気接続は、第１の接続のエッジに隣接するとともにそれに垂直な別のエッジで行われる。追加の磁気接続は、第１のスロットに垂直であるとともにそれに交差する追加のスロットによって行われる。したがって、従来、二重偏波アンテナは、二つの送信経路によって独立して給電される一つのパッチとして実現されている。

【0004】

オン又はオフにできるとともにそれぞれの接続ポートに接続されている二つの送信機の場合、パッチアンテナの送信電力は、それらの一つからの電力に制限される。両方の送信機が対角偏波（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を送信するためにアクティブになる場合、パッチは、対角方向に強制的に共振するが、これは最適ではない。そうである場合、パッチは、対角方向に共振するように設計される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

米国特許出願公開第２０１３／００５７４４９号明細書は、単一のパッチに接続された二つの電気接続ポートを有するそのようなパッチアンテナを開示している。接続ポートは、パッチの第１の励起ユニット及び第２の励起ユニットに接続され、互いに直交する第１の直線偏波及び第２の直線偏波を生成する。生成された出力信号は、二つの信号に分割され、第１の励起ユニット及び第２の励起ユニットにそれぞれ供給される。

【課題を解決するための手段】

【0006】

アンテナの効率を上げることは有利となる。この問題に対処するために、本発明の第１の態様では、複数のエッジを有するパッチ、パッチの第１のエッジで第１の接続ポートに接続された第１の送信経路及びパッチの第１のエッジで第２の接続ポートに接続された第２の送信経路を有するアンテナ部分を備え、第１の接続ポート及び第２の接続ポートは、第１のエッジに沿って互いに距離を置いて配置され、第１の送信機は及び第２の送信機は、アンテナ部分に接続される、アンテナ装置を提供する。

【0007】

両方の送信経路を同一のエッジで接続することにより、両方の接続が同相で駆動されるモードを取得することができる。これにより、パッチが一つの接続のみで駆動されるときに比べて各ポートで更に高いインピーダンスが得られる。それを、第１の場合と比べて直交な偏波をもたらすディファレンシャルモードで駆動することもできる。

【0008】

アンテナ装置の一実施形態によれば、第１の送信経路は、第１の送信機及び第２の送信機並びに第１の接続ポートに接続された第１の信号結合器を備え、第２の送信経路は、第１の送信機及び第２の送信機並びに第２の接続ポートに接続された第２の信号結合器を備え、第１の信号結合器は、第１の送信機から発信される信号と第２の送信機から発信される信号との差を生成するように配置され、第２の信号結合器は、第１の送信機から発信される信号と第２の送信機から発信される信号の和を生成するように配置される。信号結合器によって、直交偏波で二つの無線周波数信号を同時に送信するためにアンテナ装置を使用することができる。

【0009】

アンテナ装置の実施形態によれば、第１の送信経路は、第１の移相器を備え、第２の送信経路は、第２の移相器を備える。これにより、送信信号の簡単な制御が得られる。

【0010】

アンテナ装置の一実施形態によれば、第１の移相器は、第１の信号結合器及び第１の接続ポートに接続され、第２の移相器は、第２の信号結合器及び第２の接続ポートに接続される。

【0011】

アンテナ装置の一実施形態によれば、第１の移相器は、第１の送信機並びに第１の信号結合器及び第２の信号結合器に接続され、第２の移相器は、第２の送信機並びに第１の信号結合器及び第２の信号結合器に接続される。

【0012】

アンテナ装置の一実施形態によれば、アンテナ装置は、各送信経路の移相器に接続されたビームコントローラを備える。これにより、制御されたビームフォーミングが可能になる。アンテナ装置が複数のアンテナ部分を備えるとき、好適には、アンテナ部分のパッチは、所望の構成のアレイとして配置される。

【0013】

アンテナ装置の実施形態によれば、各パッチの第１の送信経路及び第２の送信経路は、コモンモード及びディファレンシャルモードを含むいくつかの異なるモードでパッチに同一の送信信号を供給するように配置される。

【0014】

本発明の第２の態様では、無線周波数信号を送信する方法であって、複数のエッジを有するパッチ、パッチの第１のエッジで第１の接続ポートに接続された第１の送信経路及びパッチの第１のエッジで第２の接続ポートに接続された第２の送信経路を有するアンテナ部分を備え、第１の接続ポート及び第２の接続ポートは、第１のエッジに沿って互いに距離を置いて配置された、アンテナ装置を設けることを備える方法を提供する。さらに、方法は、第１の送信機によって第１の送信信号を生成することと、第２の送信機によって第２の送信信号を生成し、第１の送信信号及び第２の送信信号をアンテナ部分に供給することと、を備える。

【0015】

この方法は、上記のアンテナ装置と同一の利点を提供するとともに上記のアンテナ装置と同一の問題を解決する。

【0016】

この方法の実施形態によれば、方法は、第１の送信信号と第２の送信信号との和を含むシグマ信号を生成することと、第１の送信信号と第２の送信信号との間の差を含むデルタ信号を生成することと、シグマ信号を第１の接続ポートに供給することと、デルタ信号を第２の接続ポートに供給することと、を更に備え、それにより、第１の偏波を有する第１の無線周波数信号及びパッチからの第１の偏波に直交する第２の偏波を有する第２の無線周波数信号を送信する。

【0017】

本発明を、添付の図面を参照しながら更に詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】パッチアンテナの原理を示す。

【図2】好適なアンテナ装置の構造のパッチの動作原理を示す。

【図3】図2の構造のブロック図である。

【図4】アンテナ装置の別の構造のブロック図である。

【図5】パッチに関連する対策を示す。

【図6】図４の構造を説明するための別のブロック図である。

【図7】アンテナ装置の別の構造のブロック図である。

【図8】アンテナ装置の別の構造のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図３に示すアンテナ装置１の第１の構造は、パッチの同一のエッジに関連付けられた二つの接続ポートを使用するためのいくつかの原理を示す。アンテナ装置１は、いくつかのエッジを有するパッチ３を有するアンテナ部分２を備える。図面中、パッチを、正方形のパッチとして示す。当業者によって理解されるように、多くの異なる形状が実現可能であるが、長方形又は修正された長方形の形状が好ましい。アンテナ部分２は、パッチ３の第１の接続ポート５に接続された第１の送信経路４と、パッチ３の第２の接続ポート７に接続された第２の送信経路６と、を更に備える。第１の接続ポート５及び第２の接続ポート７は、パッチ３の第１のエッジ８に設けられ、それは、第１のエッジ８に沿って互いに距離を置いて配置される。図５を参照すると、第１の接続ポート５が第１のエッジ８の一方の端部から距離ｄ１で配置される場合、第２の接続ポート７は、同一の端部から距離ｄ２で配置され、ここで、ｄ２＞ｄ１である。ｄ１とｄ２との間又はこれらの距離とエッジの全長Ｌとの間には、一般的に好ましい特別な関係はないが、設計作業の一環として、個々の状況ごとに最も望ましい測定値を決定する必要がある。それは、インピーダンスレベルに依存し、インピーダンスレベルは、基板の厚さ、誘電率等に依存する。当然、給電端子のスペースがないため、インピーダンスレベルを近づけすぎることは実用的ではない。さらに、本願で使用される「第１のエッジで」という表現は、接続ポート５，７を、第１のエッジ８に関連する動作の観点から第１のエッジ８の正確な位置から第１のエッジ８からずれた位置までの任意の場所に配置することを含むことに留意されたい。例えば、同軸給電端子を使用する場合、接続ポート５，７は、通常、パッチ３の中心に向かって変位したエッジからの距離に配置される。マイクロストリップを使用する場合、パッチ３は、通常、接続ポート５，７の入力インピーダンスを低減するためにマイクロストリップの側面にインセット（ｉｎｓｅｔ）が設けられる。

【0020】

アンテナ装置１がアンテナ部分２に接続された送信機２１を備える単一のアンテナ部分２のアンテナ装置１は、アンテナ装置１の基本的な代替である。しかしながら、更なる操作上の代替のために、アンテナ部分２の各送信経路４，６は、移相器９、１０を備え、アンテナ装置１は、第１の接続ポート５及び第２の接続ポート７に供給される送信信号の位相をそれぞれ制御するために移相器９，１０に接続されたビームコントローラ２０を更に備える。

【0021】

さらに、本発明の有利な応用は、ビームフォーミング機能を有するアンテナアレイとしてのものである。したがって、図３にも示すように、アンテナ装置１は、一般的には、一次元又は二次元アレイを形成する別のアンテナ部分１３を備える。別のアンテナ部分１３の各々は、パッチ１４の第１のエッジ１９に配置された第１の接続ポート１７及び第２の接続ポート１８にそれぞれ接続された第１の送信経路１５及び第２の送信経路１６を備える。別のアンテナ部分１３の各々の送信経路１５，１６はそれぞれ、ビームコントローラ２０に接続された移相器１１，１２を備える。移相器１１，１２は、送信機２１にも接続される。

【0022】

図４に示すように、アンテナ装置３０の第２の構造によれば、アンテナ装置３０は、二つの送信機、すなわち、第１の送信機３１及び第２の送信機３３を備える。第１の送信機は、第１の送信経路３２に接続され、第２の送信機３３は、第２の送信経路３４に接続される。複数のアンテナ部分３９を含むアンテナアレイに拡大するとき、第１の送信機は、各アンテナ部分３９の第１の送信経路３２に接続され、第２の送信機３３は、各アンテナ部分３９の第２の送信機３３に接続される。ビームコントローラ４２は、第１の構造と同様に、移相器４０，４１に接続される。

【0023】

図７に示すように、アンテナ装置５０の第３の構造によれば、アンテナ装置３０は、一つ以上のアンテナ部分６３と、各アンテナ部分６３に接続された第１の送信機５１及び第２の送信機５３と、を備える。更に具体的には、各アンテナ部分６３は、パッチ６５、パッチの第１の接続ポート６１に接続された第１の送信経路５２及びパッチ６５の第２の接続ポート６２に接続された第２の送信経路５４を備える。上記の構造と同様に、接続ポート６１，６２は、両方ともパッチ６５の同一のエッジに関連付けられる。第１の送信経路５２は、第１の接続ポート６１に接続された第１の移相器５５と、第１の接続ポート６１に接続された第１の信号結合器５７と、を備える。第２の送信経路５４は、第２の接続ポート６２に接続された第２の移相器５６と、第２の移相器５６に接続された第２の信号結合器５９と、を備える。

【0024】

第１の送信機５１は、第１の送信経路５２と第２の送信経路５４の両方に接続される。第２の送信機５３も、第１の送信経路５２と第２の送信経路５４の両方に接続される。更に具体的には、第１の送信機５１及び第２の送信機５３は、信号結合器５７，５９に接続される。第１の信号結合器５７は、デルタ要素、すなわち、第１の送信機５１から受信した第１の送信信号と第２の送信機５３から受信した第２の送信信号との間の差を構成するここではデルタ信号と呼ばれる出力信号を生成するように配置された減算器である。第２の信号結合器５９は、ガンマ要素、すなわち、第１の送信機５１から受信した第１の送信信号及び第２の送信機５３から受信した第２の送信信号の和を構成するここではシグマ信号と呼ばれる出力信号を生成するように配置された加算器である。

【0025】

さらに、他の構造と同様に、アンテナ装置は、全ての移相器５５、５６に接続されたビームコントローラ６４を備える。

【0026】

アンテナ装置５０がアレイに配置された複数のアンテナ部分６３を備えるとき、第１の送信機５１は、各アンテナ部分６３の第１の送信経路５２及び第２の送信経路５４に接続され、第２の送信機５３は、各アンテナ部分６３の第１の送信経路５２及び第２の送信経路５４に接続される。ビームコントローラ６４は、他の構造と同様に、全てのアンテナ部分６３の移相器５５、５６に接続される。更に具体的には、各アンテナ部分６３は、パッチ６５と、パッチ６５の接続ポート６１，６２に接続された第１の移相器５５及び第２の移相器５６と、を備える。第１の信号結合器５７は、全てのアンテナ部分６３によって共有される、すなわち、第１の信号結合器５７の出力部５８は、各アンテナ部分６３の第１の移相器５５に接続される。同様に、第２の信号結合器５９は、全てのアンテナ部分６３によって共有される、すなわち、第２の信号結合器５９の出力６０は、各アンテナ部分６３の第２の移相器５６に接続される。

【0027】

図８に示すように、アンテナ装置７０の第４の構造によれば、アンテナ装置７０は、一つ以上のアンテナ部分７６と、各アンテナ部分７６に接続された第１の送信機７１及び第２の送信機７２と、を備える。更に具体的には、各アンテナ部分７６は、パッチ７７、パッチ７７の第１の接続ポート７８に接続された第１の送信経路７４及びパッチ７７で第２の接続ポート７９に接続された第２の送信経路７５を備える。上記の構造と同様に、接続ポート７８，７９は、両方ともパッチ７７の同一のエッジに関連付けられる。第１の送信経路７４は、第１の接続ポート７８に接続された第１の信号結合器８２を備え、第２の送信経路７５は、第２の接続ポート７９に接続された信号結合器８４を備える。さらに、第１の送信経路７４は、第１の信号結合器８２及び第２の信号結合器８４に接続された第１の移相器８０を備え、第２の送信経路７５は、第２の信号結合器８４及び第１の信号結合器８２の両方に接続された第２の移相器８１を備える。

【0028】

第１の送信機７１は、第１の送信経路７４と第２の送信経路７５の両方に接続される。対応して、第２の送信機７２は、第１の送信経路７４に接続され、第２の移相器８１を介して第２の送信経路７５に接続される。更に具体的には、第１の送信機７１は、第１の移相器８０に接続され、第１の移相器８０を介して第２の信号結合器８４に接続される。第２の送信機７２は、第２の移相器８１に接続され、第２の移相器８１を介して第１の信号結合器８２に接続される。第３の構造と同様に、第１の信号結合器８２は、デルタ要素であり、第２の信号結合器８４は、シグマ要素である。

【0029】

さらに、他の構造と同様に、アンテナ装置７０は、全ての移相器８０、８１に接続されたビームコントローラ７３を備える。

【0030】

アンテナ装置１の第１の構造は、以下のように動作する。各アンテナ部分２，１３について、送信機２１からの第１の送信信号及び第２の送信信号は、第１の送信経路４，１５及び第２の送信経路６，１６を介してパッチ３，１４に供給される。信号は、同一のソースから発信される。第１及び第２の送信信号が、コモンモードで、すなわち、同一の位相及び同一の振幅でパッチ３，１４に供給される場合、パッチ３，１４は、エッジで単一のポートを有する従来技術のパッチと同様に機能するが、各接続ポート５，７，１７，１８のインピーダンスは、単一ポートのインピーダンスの２倍である。しかしながら、パッチ３，１４によって送信される合計電力も２倍になる。すなわち、両方の送信信号からの電力が同相で加算され、それによって、送信電力が２倍になる。合計送信電力は、両方の接続ポート５，７，１７，１８が並列に動作するためにそれらの電力の和となる。パッチ３から送信される無線周波数信号はｙ偏波になる。図６を参照。

【0031】

第１の送信信号及び第２の送信信号がディファレンシャルモードで二つのポート５，７に供給される場合、すなわち、振幅は同一であるが１８０°の位相差があることを意味する極性が反対である場合、図2の右側の図に示すように、ポート５，７の対称面に最大電流が存在する。この場合も、送信電力は、両方のポート５，７の電力の合計になる。パッチ３から送信される無線周波数信号は、ｘ偏波を有する。図６を参照。したがって、結果として得られる送信無線周波数信号の両方の偏波、すなわち、ｘ偏波及びｙ偏波について、出力電力は、二つのポート５，７の電力の和になる。

【0032】

各パッチ３，１４に供給される第１の送信信号と第２の送信信号との間の相対位相を制御することに加えて、ビームコントローラ２０は、アンテナ装置１から送信された最終的な信号に対して所望のビームフォーミングを行うために、アンテナ部分２，１３の位相を相互に区別する。これは、当技術分野の当業者に周知の方法に従って行われるので、ここではそれ以上説明しない。

【0033】

図４に示す第２の構造では、二つの送信機３１，３３が同一の信号を送信するために使用されるとき、二つの送信機３１，３３によって供給される合計電力は、パッチ３７によって送信される。第１の送信機Ｔｘ１，３１は、各アンテナ部分３９の第１の送信経路３２に含まれ、それは、各アンテナ部分３９の第１の移相器４０に接続され、第１の移相器４０は、第１のポート３５に接続される。第２の送信機Ｔｘ２，３３は、各アンテナ部３９の第２の送信経路に含まれ、それは、各アンテナ部３９の第２の移相器４１に接続され、第２の移相器４１は、第２のポート３６に接続される。第１の送信機３１及び第２の送信機３３は、同一の信号を送信し、位相コントローラ４２は、ビーム方向を形成するとともに偏波を決定するために移相器４０，４１の位相を制御する。

【0034】

更に具体的には、アンテナ装置３０の一つのアンテナ部分３９を示す図６に示すように、第１の移相器４０と第２の移相器４１との間の位相差がゼロであるとき、パッチは、ｙ方向の偏波を生じる。位相差が１８０°になると、パッチ３７は、ｘ方向の偏波を生じる。両方の偏波で、合計の送信電力は両方のアンテナ経路の電力の和になる。それに対し、二つのポートがパッチの異なるエッジに配置されている従来技術のアンテナでは、通常、ポートは、交互にアクティブ化されてｘ偏波若しくはｙ偏波で送信を行う、又は、共にアクティブ化されて一方の送信信号の電力を有する対角偏波で送信を行う。その理由は、両方のケースにおいて、両方のポートがアクティブ化されるときに同相で加算が行われないからである。

【0035】

ビームフォーミングは、当業者に知られている任意の適切な一般的な技術のビームフォーミング方法に従ってアンテナ部分３９の間に位相差を設けることによって、同一の位相コントローラ４２により行われる。

【0036】

アンテナ装置の第３の構造は、次のように動作する。第１の送信機５１から出力された第１の送信信号は、第１の信号結合器５７及び第２の信号結合器５９に供給される。第２の送信機５３から出力された第２の送信信号は、第２の信号結合器５９に供給される。各アンテナ部分６３について、第１の信号結合器５７から出力されたデルタ信号は、第１の送信経路５２の第１の移相器５５に供給され、さらに、経路６５の第１の接続ポート６１に供給される。第２の信号結合器５９から出力されるシグマ信号は、第２の移相器５６に供給され、さらに、第２の接続ポート６２に供給される。第１の移相器５５及び第２の移相器５６を、パッチ６５から送信された無線周波数信号の極性を変更するために、又は、複数のアンテナ部分６３の場合にアンテナ装置５０から送信されたビームを導くために、デルタ信号及びシグマ信号を相互に位相シフトするのに使用してもよい。

【0037】

デルタ信号をｔｘΔで示し、シグマ信号をｔｘΣで示し、第１の送信信号をｔｘ１で示し、第２の送信信号をｔｘ２で示す場合、次のようになる。
ｔｘΔ＝ｔｘ１－ｔｘ２ （式１）
ｔｘΣ＝ｔｘ１＋ｔｘ２ （式２）

【0038】

したがって、第１の送信信号ｔｘ１を、第１接続ポート６１及び第２の接続ポート６２においてコモンモードで受信し、第２の送信信号ｔｘ２を、ディファレンシャルモードで受信する。その結果、上記で説明したように、第１の送信信号ｔｘ１は、パッチ６５からｙ偏波の無線周波数信号として送信され、第２の送信信号ｔｘ２は、パッチ６５からｘ偏波で送信される。両方の信号は同時に送信される。必要に応じて、移相器５５，５６によって、第１の送信信号ｔｘ１がｘ偏波で送信されるとともに第２の送信信号ｔｘ２がｙ偏波で送信されるように、送信信号の偏波を切り替えることができる。

【0039】

第３の構造と同様に、アンテナ装置７０の第４の構造は、二つの同時に送信される無線周波数信号を生成し、それは、直交偏波、すなわち、ｘ偏波及びｙ偏波で送信され、一方は、第１の送信機７１から発信され、他方は、第２の送信機７２から発信される。各送信経路７４，７５の信号結合器８２，８４及び移相器８０，８１のシフトされた位置によって引き起こされる第３の構造との違いは、送信信号ｔｘ１と送信信号ｔｘ２との間の改善された分離である。

【0040】

当業者には明らかなように、アンテナ装置は、無線周波数信号を受信するためにも使用することができる。第３の構造によるアンテナ装置５０及び第４の構造によるアンテナ装置７０では、パッチ６５，７７の二つの偏波間の固有の分離により、送信信号ｔｘ１が送信機ＴＸ２のインピーダンスと無関係である。これにより、アクティブでない経路でのインピーダンス整合が不十分になることなく異なる偏波で又は時分割モードで信号を同時に送受信することができる。

【0041】

その結果、本発明によれば、アンテナアレイは、両方の偏波で全てのチャネルからの電力を送信しながらビーム方向及び偏波の両方を制御するために多数のビームフォーミングチャネルを利用できるように設計される。二つの送信機を使用するとともに信号結合器を組み込むことにより、二つの送信機の相互の偏波を制御することができる。

【0042】

以前の解決に対するこの解決の利点の一つは、二つの偏波で２倍の電力を送信できることである。

【0043】

本発明を図面及び上記の説明において詳細に例示及び説明したが、そのような例示及び説明は、実例又は回折のためのものであり、限定的ではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。

【0044】

開示された実施形態に対する他の変形を、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許発明を実施する当業者によって理解することができるとともに実施することができる。請求項において、「備える」という語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に記載したいくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の測定値が相互に異なる従属クレームに記載されているという単なる事実は、これらの測定値の組合せを有利に使用できないことを示すものではない。特許請求の範囲内の参照記号は、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
本明細書に開示される発明は以下を含む。
［態様１］
複数のエッジを有するパッチ、前記パッチの第１のエッジで第１の接続ポートに接続された第１の送信経路及び前記パッチの前記第１のエッジで第２の接続ポートに接続された第２の送信経路を有するアンテナ部分を備え、前記第１の接続ポート及び前記第２の接続ポートは、前記第１のエッジに沿って互いに距離を置いて配置され、第１の送信機は、少なくとも前記第１の送信経路に接続され、第２の送信機は、少なくとも前記第２の送信経路に接続される、アンテナ装置。
［態様２］
前記第１の送信経路は、前記第１の送信機及び前記第２の送信機並びに前記第１の接続ポートに接続された第１の信号結合器を備え、前記第２の送信経路は、前記第１の送信機及び前記第２の送信機並びに前記第２の接続ポートに接続された第２の信号結合器を備え、前記第１の信号結合器は、前記第１の送信機から発信される信号と前記第２の送信機から発信される信号との差を生成するように配置され、前記第２の信号結合器は、前記第１の送信機から発信される信号と前記第２の送信機から発信される信号の和を生成するように配置される、態様１に記載のアンテナ装置。
［態様３］
前記第１の送信経路は、第１の移相器を備え、前記第２の送信経路は、第２の移相器を備える、態様２に記載のアンテナ装置。
［態様４］
前記第１の移相器は、前記第１の信号結合器及び前記第１の接続ポートに接続され、前記第２の移相器は、前記第２の信号結合器及び前記第２の接続ポートに接続される、態様３に記載のアンテナ装置。
［態様５］
前記第１の移相器は、前記第１の送信機並びに前記第１の信号結合器及び前記第２の信号結合器に接続され、前記第２の移相器は、前記第２の送信機並びに前記第１の信号結合器及び前記第２の信号結合器に接続される、態様３に記載のアンテナ装置。
［態様６］
各送信経路の移相器に接続されたビームコントローラを備える、態様３から５のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
［態様７］
複数のアンテナ部分を備え、前記第１の送信機及び前記第２の送信機は、同様に全てのアンテナ部分に接続されている、態様１から６のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
［態様８］
無線周波数信号を送信する方法であって、
複数のエッジを有するパッチ、前記パッチの第１のエッジで第１の接続ポートに接続された第１の送信経路及び前記パッチの前記第１のエッジで第２の接続ポートに接続された第２の送信経路を有するアンテナ部分を備え、前記第１の接続ポート及び前記第２の接続ポートは、前記第１のエッジに沿って互いに距離を置いて配置された、アンテナ装置を設けることと、
第１の送信機によって第１の送信信号を生成することと、
第２の送信機によって第２の送信信号を生成し、前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号を前記アンテナ部分に供給することと、
を備える方法。
［態様９］
前記第１の送信信号と前記第２の送信信号との和を含むシグマ信号を生成することと、
前記第１の送信信号と前記第２の送信信号との間の差を含むデルタ信号を生成することと、
前記シグマ信号を前記第１の接続ポートに供給することと、
前記デルタ信号を前記第２の接続ポートに供給することと、
を更に備え、それにより、第１の偏波を有する第１の無線周波数信号及び前記パッチからの前記第１の偏波に直交する第２の偏波を有する第２の無線周波数信号を送信する、態様８に記載の方法。
［態様１０］
前記第１の送信信号と前記第２の送信信号との間の位相差を制御することを備える、態様８から９のいずれか一つに記載の方法。
［態様１１］
前記位相差を制御することは、前記位相差を０°及び１８０°のうちの一つに制御することを備える、態様１０に記載の方法。
［態様１２］
前記第１の送信信号及び前記第２の送信信号は、前記シグマ信号及び前記デルタ信号を生成する前に位相シフトを受ける、態様９に記載の方法。
［態様１３］
前記シグマ信号及び前記デルタ信号は、前記第１の接続ポート及び前記第２の接続ポートに供給される前に位相シフトを受ける、態様９に記載の方法。
［態様１４］
前記アンテナ装置は、複数のアンテナ部分を備え、前記第１の送信機及び前記第２の送信機は、全てのアンテナ部分に接続され、前記アンテナ装置の出力信号のビームフォーミングを行うために前記アンテナ部分の間の位相差を制御することを備える、態様８から１３のいずれか一つに記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】