特表 2023-507969 差動時間遅延シフタ装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-28

(54)【発明の名称】差動時間遅延シフタ装置および方法

(51)【国際特許分類】

   H01P 1/18 20060101AFI20230220BHJP

   H01Q 23/00 20060101ALI20230220BHJP

【ＦＩ】

H01P1/18

H01Q23/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022537185

(86)(22)【出願日】2020-12-16

(85)【翻訳文提出日】2022-08-15

(86)【国際出願番号】 US2020065420

(87)【国際公開番号】W WO2021127049

(87)【国際公開日】2021-06-24

(31)【優先権主張番号】62/949,152

(32)【優先日】2019-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521371072

【氏名又は名称】メンロ・マイクロシステムズ・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＮＬＯ ＭＩＣＲＯＳＹＳＴＥＭＳ，ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100220489

【弁理士】

【氏名又は名称】笹沼 崇

(74)【代理人】

【識別番号】100187469

【弁理士】

【氏名又は名称】藤原 由子

(74)【代理人】

【識別番号】100225026

【弁理士】

【氏名又は名称】古後 亜紀

(72)【発明者】

【氏名】モブス・クリストファー・イアン

(72)【発明者】

【氏名】セス・マーティン・エー・イー

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021DB03

5J021DB06

5J021FA06

(57)【要約】

【課題】信頼性の高い差動時間遅延シフタを提供する。
【解決手段】差動時間遅延シフタは、１対Ｎスイッチ（Ｎは１より大きい整数）を含んでいてもよく、スイッチは、極コンタクト、Ｎ個の投コンタクト、および極コンタクトを投コンタクトの１つに選択的に結合するための極アームを有し得る。１つの投コンタクトは、第１のスイッチ位置における第１の投コンタクトであってもよく、最後のスイッチ位置における最後の投コンタクトであってもよい。シフタは、それぞれがＮ個の投コンタクトのうちの２つの間に電気的に接続される１つ以上の伝送線路をさらに含んでもよく、電磁信号を生成するように構成されたソースをさらに含んでもよい。ソースは、信号を極コンタクトに伝達するために、極コンタクトに電気的に結合されてもよい。シフタは、１つ以上の負荷をさらに備えてもよく、そのうちの１つは、第１の投コンタクトに電気的に結合される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

差動時間遅延シフタであって、この差動時間遅延シフタは、
１対Ｎスイッチ（Ｎは１より大きい整数）であって、
１個の極コンタクトと、
Ｎ個の投コンタクトと、
極コンタクトを前記Ｎ個の投コンタクトのうちの０個またはそれ以上に選択的に電気的に結合するように構成された極アームと、を備え、
前記Ｎ個の投コンタクトのうち、１つの投コンタクトは、この１対Ｎスイッチの最初の位置における最初の投コンタクトであり、
前記Ｎ個の投コンタクトのうち、１つの投コンタクトは、この１対Ｎスイッチの最後の位置における最後の投コンタクトである、１対Ｎスイッチと、
１個以上の伝送線路であって、伝送線路のそれぞれが前記Ｎ個の投コンタクトの２つの間を電気的に接続する、１個以上の伝送線路と、
電磁（ＥＭ）信号を生成するように構成されたソースであって、前記極コンタクトに電気的に結合されて前記極コンタクトに前記電磁信号を伝達するソースと、
１つ以上の負荷であって、第１の負荷は前記最初の投コンタクトに電気的に結合されている１つ以上の負荷と、
を備える、差動時間遅延シフタ。

【請求項2】

請求項１に記載の差動時間遅延シフタにおいて、前記１つ以上の負荷のうちの第２の負荷は、前記最後の投コンタクトに電気的に結合される、差動時間遅延シフタ。

【請求項3】

請求項１に記載の差動時間遅延シフタにおいて、前記１対Ｎスイッチのスイッチ位置は、
（ｉ）前記ＥＭ信号を前記１個以上の伝送線路のうちのＭ個（Ｍは０以上の整数）を通じて前記第１の負荷に伝搬させ、
（ｉｉ）前記ＥＭ信号を前記１個以上の伝送線路のＮ－Ｍ個を通じて前記第２の負荷に伝搬させる、差動時間遅延シフタ。

【請求項4】

請求項１に記載の差動時間遅延シフタにおいて、前記Ｍ個の伝送線路は、前記Ｎ－Ｍ個の伝送線路と異なる、差動型時間遅延シフタ。

【請求項5】

請求項１に記載の差動時間遅延シフタにおいて、前記極アームは、前記極コンタクトを一度に前記Ｎ個の投コンタクトのうちの１つだけに選択的に電気的に結合するように構成される、差動時間遅延シフタ。

【請求項6】

請求項１に記載の差動時間遅延シフタにおいて、前記極アームは、前記極コンタクトを前記Ｎ個の投コンタクトの２つ以上に同時に選択的に電気的に結合するように構成される、差動時間遅延シフタ。

【請求項7】

請求項１に記載の差動時間遅延シフタにおいて、前記極アームが、前記極コンタクトを、
（ｉ）前記Ｎ個の投コンタクトのいずれにも選択的に電気的に結合しないか、
（ｉｉ）一度に前記Ｎ個の投コンタクトの１つだけに選択的に電気的に結合するか、または
（ｉｉｉ）前記Ｎ個の投コンタクトの２つ以上に同時に選択的に電気的に結合するように構成される、差動時間遅延シフタ。

【請求項8】

請求項１に記載の差動時間遅延シフタにおいて、さらに、前記スイッチ、前記負荷、前記ソース、および前記１個以上の伝送線路のうちの１つのインピーダンスを、前記スイッチ、前記負荷、前記ソース、および前記１個以上の伝送線路のうちの別のもののインピーダンスに整合するように構成される１つ以上の整合部品をさらに備える、差動時間遅延シフタ。

【請求項9】

電磁（ＥＭ）信号に時間遅延を適用する方法であって、
１対Ｎスイッチ（Ｎは１より大きい整数）が、
（ｉ）１個の極コンタクトと、
（ｉｉ）Ｎ個の投コンタクトと、
（ｉｉｉ）前記極コンタクトを前記Ｎ個の投コンタクトの１つに選択的に電気的に結合するように構成された極アームであって、前記Ｎ個の投コンタクトのうちの１つの投コンタクトは前記１対Ｎスイッチの最初の位置における最初の投コンタクトであり、前記Ｎ個の投コンタクトのうちの１つの投コンタクトは１対Ｎスイッチの最後の位置における最後の投コンタクトである、極アームと、
（ｉｖ）１個以上の伝送線路であって、それぞれの伝送線路が、前記Ｎ個の投コンタクトの２つの間に電気的に接続される１つ以上の伝送線路と、を有するように１対Ｎスイッチを構成することと、
電磁（ＥＭ）信号を発生させるように構成されるソースを前記極コンタクトに電気的に結合することと、
第１の負荷を前記最初の投コンタクトに電気的に結合することと、
前記極コンタクトが前記Ｎ個の投コンタクトの１つに電気的に結合するように前記極アームを操作することと、を含む、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法において、第２の負荷を前記最後の投コンタクトに電気的に結合することをさらに含む、方法。

【請求項11】

請求項９に記載の方法において、前記ＥＭ信号を前記１個以上の伝送線路のＭ個（Ｍは０以上の整数）を通して前記第１の負荷に伝搬させ、前記ＥＭ信号を前記１個以上の伝送線路のＮ－Ｍ個を通して前記第２の負荷に伝搬させることをさらに含む、方法。

【請求項12】

請求項９に記載の方法において、前記極コンタクトを、一度に前記Ｎ個の投コンタクトのうちの１つだけに選択的に電気的に結合することをさらに含む、方法。

【請求項13】

請求項９に記載の方法において、前記極コンタクトを前記Ｎ個の投コンタクトのうちの２つ以上に同時に選択的に電気的に結合することをさらに含む、方法。

【請求項14】

請求項９に記載の方法において、前記極コンタクトを、（ｉ）前記Ｎ個の投コンタクトのいずれにも選択的に電気的に結合しないか、（ｉｉ）一度に前記Ｎ個の投コンタクトのうちの１つのみに選択的に電気的に結合するか、または（ｉｉｉ）前記Ｎ個の投コンタクトのうちの２つ以上に同時に選択的に電気的に結合することをさらに含む、方法。

【請求項15】

アンテナアレイフィードシステムであって、
少なくとも１列の放射素子を有するアンテナアレイと、
電磁気（ＥＭ）信号をアンテナアレイに分配するように構成された少なくとも１つの遅延シフトネットワークであって、
（ｉ）少なくとも１つの１対Ｎスイッチと、
（ｉｉ）１個以上の伝送線路であって、それぞれの伝送線路が前記１対ＮスイッチのＮ個の投コンタクトの２つの間に電気的に接続された、１個以上の伝送線と、
を含む、少なくとも１つの遅延シフトネットワークと、
前記アンテナアレイの前記放射素子のそれぞれであって、前記少なくとも１つの１対Ｎスイッチの投コンタクトに電気的に結合されて前記１個以上の伝送線路の端点に配置される、それぞれの放射素子と、
を含む、アンテナアレイフィードシステム。

【請求項16】

請求項１５に記載のアンテナアレイフィードシステムにおいて、前記１対Ｎスイッチは、前記ＥＭ信号を一度に前記Ｎ個の投コンタクトのうちの１つのみに選択的に電気的に結合するように構成される、アンテナアレイフィードシステム。

【請求項17】

請求項１５に記載のアンテナアレイフィードシステムにおいて、前記１対Ｎスイッチは、前記ＥＭ信号を前記Ｎ個の投コンタクトのうちの２つ以上に同時に選択的に電気的に結合するように構成される、アンテナアレイフィードシステム。

【請求項18】

請求項１５に記載のアンテナアレイフィードシステムにおいて、前記１対Ｎスイッチは、前記ＥＭ信号を（ｉ）前記Ｎ個の投コンタクトのいずれにも選択的に電気的に結合しないか、（ｉｉ）前記Ｎ個の投コンタクトのうち一度に１つのみに選択的に電気的に結合するか、または（ｉｉｉ）前記Ｎ個の投コンタクトのうち２つ以上に同時に選択的に電気的に結合するように構成される、アンテナアレイフィードシステム。

【請求項19】

請求項１５に記載のアンテナアレイフィードシステムにおいて、前記アンテナアレイが放射素子の少なくとも２つの列を含み、前記少なくとも１つの遅延シフトネットワークが、前記ＥＭ信号を前記少なくとも２つの列の放射素子に分配して、各列の素子が同じ差動遅延パターンを経験するように構成される、アンテナアレイフィードシステム。

【請求項20】

請求項１５に記載のアンテナアレイフィードシステムにおいて、前記アンテナアレイが放射素子の少なくとも２つの列を含み、前記少なくとも１つの遅延シフトネットワークが、前記ＥＭ信号を前記少なくとも２つの列の放射素子に分配して、各列の素子が異なる差動遅延パターンを経験するように構成される、アンテナアレイフィードシステム。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

本出願は、２０１９年１２月１７日に出願された米国仮出願第６２／９４９，１５２号の利益を主張するものである。上記出願の教示全体は、参照により本明細書に取り入れたものとする。

【背景技術】

【0002】

セルラー通信システムにおいて、セル間の周波数再利用を促進するために、隣接するセルの基地局間の干渉を最小化する必要がある。基地局送信機の放射パターン制御は、そのようなセル間干渉を低減するための１つの方法である。例えば、セルサイト間の干渉を低減する方法の１つとして、アンテナの垂直（仰角）パターンを地面に向かって下方に傾けることにより、セルサイトのカバーエリアを減少させることが挙げられる。これは、調整可能なブラケットを用いてアンテナを機械的に下方に傾斜させることによって達成され得るが、この傾斜は、代替的に、フェーズドアレイアンテナ構成を使用して送信ビームを下方に操縦することによっても達成され得る。

【0003】

フェーズドアレイアンテナは、電磁（ＥＭ）放射のビームを指向的に操縦するために使用され得る。フェーズドアレイアンテナシステムの先行技術例が、図１に示されている。アンテナ素子１２のアレイは、送信機１４によって駆動される。各アンテナ素子のためのフィード電流は、位相シフタ１６を通過する。位相シフタ１６によって実施される位相シフトがすべて同じである場合、アンテナ素子１６のアレイからの送信波は結合して、アンテナ軸２０に垂直な波面１８を形成する。位相シフタ１６の位相シフトがアレイ全体にわたって（例えば、図１のアレイの上から下へ）漸増する場合、アンテナ素子１６のアレイからの送信波は、アンテナ軸２０に対して角度θで向けられる波面２２を形成するように組み合わされる。アンテナ素子１６の例示的な一次元アレイでは、送信ＥＭビームは、位相シフタ１６の各々によって提供される位相シフトを変えることによって、単一の平面（例えば、垂直平面）内で操縦され得る。

【0004】

アンテナビームの角度θは、個々の位相シフタ１６の位相シフトを変更することによって変更することができる。図２は、この目的のために使用され得る可変位相シフタ２８の先行技術例を示す。可変位相シフタ２８は、ピボット結合器３８を中心に回転可能なワイパーアーム３６から構成されており、ワイパーアーム３６の遠位端は弧状の導電性ストリップ４０を走査する。ワイパーアーム３６の遠位端と導電性ストリップ４０の間の結合は容量性である。ワイパーアーム３６がピボットカプラ３８を中心に回転すると、第１のポート３０と第２のポート３２との間の経路長、及び第１のポート３０と第３のポート３４との間の経路長が変化し、第２のポート３２及び第３のポート３４で出力される信号の位相が変化する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図２に示される位相シフタ２８はスライダ機構であるため、出力ポートでの位相を変更するためにワイパーアーム３６を物理的に動かす（例えば、回転させる）必要がある。図２の位相シフタを遠隔制御可能にするためには、ステッピングモータまたは他のそのような駆動機構を位相シフタのワイパーアームに関連付ける必要がある。位相シフタ２８および関連するステッピングモータの機械的性質によって、送信機／アンテナシステムに信頼性の低下および性能問題が生じる可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様では、本発明は、１対Ｎスイッチを含む差動時間遅延シフタであってよい。ここで、Ｎは１より大きい整数である。この１対Ｎスイッチは、１個の極コンタクトと、Ｎ個の投コンタクトと、極コンタクトをＮ個の投コンタクトのうちの０個以上と選択的に電気的に結合するように構成された極アームを有してもよい。Ｎ個の投コンタクトのうちの１つは、１対Ｎスイッチの最初の（第１の）位置における最初の投コンタクトであってもよく、Ｎ個の投コンタクトのうちの１つは、１対Ｎスイッチの最後の位置における最後の投コンタクトであってもよい。差動時間遅延シフタは、それぞれがＮ個の投コンタクトの２つの間に電気的に接続される１個以上の伝送線路をさらに含んでもよい。差動時間遅延シフタは、電磁（ＥＭ）信号を生成するように構成されたソースをさらに含んでもよい。ソースは、ＥＭ信号を極コンタクトに伝えるために極コンタクトに電気的に結合されてもよい。差動時間遅延シフタは、１つ以上の負荷をさらに備えてもよく、そのうちの最初の負荷は、最初の投コンタクトに電気的に結合される。

【0007】

一実施形態では、１つ以上の負荷のうちの第２の負荷は、最後の投コンタクトに電気的に結合されてもよい。１対Ｎスイッチのスイッチ位置は、（ｉ）ＥＭ信号が１個以上の伝送線路のうちのＭ個を通って第１の負荷に伝搬し、（ｉｉ）ＥＭ信号が１個以上の伝送線路のうちのＮ－Ｍ個を通って第２の負荷に伝搬する。ここで、Ｍは０以上の整数であってよい。Ｍ個の伝送線路は、Ｎ－Ｍ個の伝送線路と異なっていてもよい。極アームは、極コンタクトを一度にＮ個の投コンタクトのうちの１つだけに選択的に電気的に結合するように構成されてもよい。極アームは、極コンタクトをＮ個の投コンタクトのうちの２個以上に同時に選択的に電気的に結合させるように構成されてもよい。極アームは、極コンタクトに対し、（ｉ）Ｎ個の投コンタクトのいずれにも選択的に電気的に結合しないか、（ｉｉ）一度にＮ個の投コンタクトのうちの１つのみに選択的に電気的に結合するか、または（ｉｉｉ）Ｎ個の投コンタクトのうちの２つ以上に同時に選択的に電気的に結合するように、構成されてもよい。

【0008】

差動時間遅延シフタは、スイッチ、負荷、ソース、および１個以上の伝送線路のうちの１つのインピーダンスを、スイッチ、負荷、ソース、および１個以上の伝送線路のうちの別のもののインピーダンスに整合するように構成された１つ以上の整合部品をさらに備えてもよい。

【0009】

別の態様では、電磁（ＥＭ）信号に時間遅延を適用する方法は、Ｎを１より大きい整数として、（ｉ）１個の極コンタクトと、（ｉｉ）Ｎ個の投コンタクトと、（ｉｉｉ）極コンタクトをＮ個の投コンタクトの１つに選択的に電気的に結合するように構成された極アームであって、Ｎ個の投コンタクトのうちの１つは、１対Ｎスイッチの最初の位置における最初の投コンタクトであり、Ｎ個の投コンタクトのうちの１つは、１対Ｎスイッチの最後の位置における最後の投コンタクトである、極アームと、（ｉｖ）１つまたは複数の伝送線路であって、その各々がＮ個の投コンタクトのうちの２つの間に電気的に接続されている、１つまたは複数の伝送線と、を備えるように１対Ｎスイッチを構成することを含んでもよい。この方法はさらに、電磁（ＥＭ）信号を生成するように構成されたソースを極コンタクトに電気的に結合することと、第１の負荷を第１の投コンタクトに電気的に結合することと、極アームを操作して極コンタクトをＮ個の投コンタクトの１つに電気的に結合することとをさらに含んでもよい。

【0010】

本方法は、第２の負荷を最後の投コンタクトに電気的に結合させることをさらに含んでもよい。本方法は、Ｍを０以上の整数として、ＥＭ信号が１個以上の伝送線路のうちのＭ個を通って第１の負荷に伝搬するようにし、ＥＭ信号が１個以上の伝送線路のうちのＮ－Ｍ個を通って第２の負荷に伝搬するようにすることをさらに含んでもよい。本方法は、極コンタクトを一度にＮ個の投コンタクトのうちの１つだけに選択的に電気的に結合させることをさらに含んでもよい。本方法はまた、極コンタクトをＮ個の投コンタクトのうちの２個以上に同時に選択的に電気的に結合させることを含んでもよい。本方法は、代替的に、極コンタクトを、（ｉ）Ｎ個の投コンタクトのいずれにも選択的に電気的に結合させないこと、（ｉｉ）一度にＮ個の投コンタクトのうちの１つのみに選択的に電気的に結合させること、または（ｉｉｉ）Ｎ投コンタクトのうちの２つ以上に同時に選択的に電気的に結合させることを含んでいてもよい。

【0011】

さらに別の態様では、アンテナアレイフィードシステムは、放射素子の少なくとも１つの列を有するアンテナアレイと、アンテナアレイに電磁（ＥＭ）信号を分配するように構成された少なくとも１つの遅延シフトネットワークとを備えてもよい。少なくとも１つの遅延シフトネットワークは、少なくとも１つの１対Ｎスイッチと、１個以上の伝送線路であって伝送線路のそれぞれが１対ＮスイッチのＮ個の投コンタクトのうちの２つの間に電気的に接続される、１個以上の伝送線路とを備えてもよい。アンテナアレイの放射素子のそれぞれは、少なくとも１つの１対Ｎスイッチの投コンタクトに電気的に結合され、各放射素子は１個以上の伝送線路の端点に配置されてもよい。

【0012】

実施形態において、１対Ｎスイッチは、一度にＮ個の投コンタクトのうちの１つだけに選択的に電気的にＥＭ信号が結合するように構成されてもよい。１対Ｎスイッチは、Ｎ個の投コンタクトのうちの２つ以上に同時に選択的に電気的にＥＭ信号が結合するように構成されてもよい。１対Ｎスイッチは、ＥＭ信号が（ｉ）Ｎ個の投コンタクトのいずれにも選択的に電気的に結合しないか、（ｉｉ）Ｎ投コンタクトのうち一度に１つのみに選択的に電気的に結合するか、または（ｉｉｉ）Ｎ個の投コンタクトのうち２つ以上に同時に選択的に電気的に結合するように構成されてもよい。

【0013】

アンテナアレイは、放射素子の少なくとも２つの列から構成されてもよい。少なくとも１つの遅延シフトネットワークは、各列の素子が同じ差動遅延パターンを経験するように、ＥＭ信号を少なくとも２つの列の放射素子に分配する構成としてもよい。アンテナアレイは、放射素子の少なくとも２つの列から構成されてもよい。少なくとも１つの遅延シフトネットワークは、各列の素子が異なる差動遅延パターンを経験するように、ＥＭ信号を少なくとも２つの列の放射素子に分配する構成としてもよい。

【0014】

本特許または出願のファイルには，色つきで作成した少なくとも１つの図面が含まれる。色つきの図面を含むこの本特許または特許出願公開の写しは，請求と必要な手数料の支払によって，官庁から提供される。

【0015】

前述した事項は、例示的な実施形態をさらに詳細に示す以下の記載から明らかになるであろう。添付図面においては、異なる図を通して同じ参照文字が同じ部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに実施形態を示すことに重点が置かれている。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、フェーズドアレイアンテナシステムの先行技術例を示す図である。

【図2】図２は、可変位相シフタの先行技術例を示す図である。

【図3】図３は、本発明による差動遅延シフタの例示的な実施形態である。

【図4】図４は、本発明による差動遅延シフタのシミュレーションモデルの一例を示す図である。

【図5A】図５Ａは、図４に示すシミュレーションモデルに関連するシミュレーション結果を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、図４に示すシミュレーションモデルに関連するシミュレーション結果を示す図である。

【図6A】図６Ａは、本発明による差動遅延シフタの代替的な実施形態を示す図である。

【図6B】図６Ｂは、本発明による差動遅延シフタの代替的な実施形態を示す図である。

【図6C】図６Ｃは、本発明による差動遅延シフタの代替的な実施形態を示す図である。

【図6D】図６Ｄは、本発明による差動遅延シフタの代替的な実施形態を示す図である。

【図7】図７は、マルチエレメントアレイの２軸を操縦するために使用され得る遅延シフトのカスケードネットワークの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、例示的な実施形態について説明する。

【0018】

説明された実施形態は、電磁（ＥＭ）信号ソースから負荷への離散的な時間遅延経路を提供し得る差動実時間遅延シフタに関するものである。

【0019】

図３は、本発明による差動遅延シフタの例示的な実施形態を示し、これは、単極４投スイッチ１０２と、第１の伝送線路１０４と、第２の伝送線路１０６と、第３の伝送線路１０８とを備える。スイッチ１０２は、極アーム１１２に電気的に結合された極１１０を含んでよく、この極１１２は、第１のコンタクト１１４、第２のコンタクト１１６、第３のコンタクト１１８、および第４のコンタクト１２０のうちの１つに選択的な結合が（電気的に）されるように構成されている。第１の伝送線路１０４（ＴＬ１）は、第１のコンタクト１１４と第２のコンタクト１１６との間に電気的に結合される。第２の伝送線路１０６は、第２のコンタクト１１６と第３のコンタクト１１８との間に電気的に結合されている。第３の伝送線路１０８は、第３のコンタクト１１８と第４のコンタクト１２０との間に電気的に結合される。ソース１２２（Ｓ１）は極１１０に電気的に結合され、第１の負荷（Ｌ１）１２４は第１のコンタクト１１４に電気的に結合され、第２の負荷（Ｌ２）１２６は第４のコンタクト１２０に電気的に結合されている。

【0020】

スイッチ１０２が極１１０を第１のコンタクト１１４に電気的に結合すると、（ｉ）ソース１２２から第１の負荷１２４への直接的な伝送経路、ならびに（ｉｉ）ソース１２２から伝送線路ＴＬ１ １０４、ＴＬ２ １０６、およびＴＬ３ １０８を介しての第２の負荷１２６への伝送経路が存在する。

【0021】

スイッチ１０２が極１１０を第２のコンタクト１１６に電気的に結合すると、（ｉ）ソース１２２から伝送線路ＴＬ１ １０４を介しての第１の負荷１２４への伝送経路、ならびに（ｉｉ）ソース１２２から伝送線路ＴＬ２ １０６およびＴＬ３ １０８を介しての第２の負荷１２６への、伝送経路が存在する。

【0022】

スイッチ１０２が極１１０を第３のコンタクト１１８に電気的に結合すると、（ｉ）ソース１２２から伝送線路ＴＬ１ １０４およびＴＬ２ １０６を介しての第１の負荷１２４への伝送経路、ならびに（ｉｉ）ソース１２２から伝送線路ＴＬ３ １０８を介しての第２の負荷１２６まで伝送経路が存在する。

【0023】

スイッチ１０２が極１１０を第４のコンタクト１２０に電気的に結合すると、（ｉ）ソース１２２から伝送線路ＴＬ１ １０４、ＴＬ２ １０６、およびＴＬ３ １０８を介しての第１の負荷１２４への伝送経路、ならびに（ｉｉ）ソース１２２から第２の負荷１２６への直接的な伝送経路が存在する。

【0024】

スイッチ１０２を上述の４つの状態のうちの１つに設定することによって、ソース１２２から第１の負荷１２４への伝送経路は、ＴＬ１、ＴＬ１＋ＴＬ２、またはＴＬ１＋ＴＬ２＋ＴＬ３になるように構成されてもよく、ソース１２２から第２の負荷１２６への伝送経路は、ＴＬ３、ＴＬ２＋ＴＬ３、またはＴＬ１＋ＴＬ２＋ＴＬ３になるように構成されてもよい。各伝送線路ＴＬ１ １０４、ＴＬ２ １０６、ＴＬ３ １０８は、伝送線路を伝搬する信号の時間遅延を実施する。この遅延は、伝送線路の長さを、伝送線路を通る信号の伝搬速度で割ったものに等しい。その結果、伝搬する信号の位相遅延は、信号の周波数（波長）に依存する。例えば、２４ｍｍ（０．０２４ｍ）の伝送線路では，伝搬速度がｃ＝３ｘ１０⁸であるとすると，０．０２４ｍ／（３ｘ１０⁸ｍ／ｓ）＝８０ｐＳの時間遅延が生じる。波長０．５ｎｓの２ＧＨｚ伝搬信号では８０ｐＳの時間遅延は約５８°の位相遅延に対応することになる。このように、スイッチで選択された伝送経路の特定のセットから生じる時間遅延は、対応する位相遅延を生じさせる。スイッチ１０２は、極が投コンタクトのいずれにも電気的に結合されておらず、極が投コンタクトから電気的に絶縁されている第５の状態を特徴としてもよい。

【0025】

上記の例は、本発明の概念を説明するために提示されたものであり、限定することを意図していない。本発明の実施形態は、任意の数の投を利用してもよい（例えば、単極Ｎ投スイッチ（Ｎは整数））。スイッチの投コンタクト間の伝送線路（例えば、ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３）は、任意の長さであってよく、必ずしも等しくなくてもよい。伝送線路の長さは、特定のスイッチ設定に対して所望の伝搬遅延を実現するために、適宜選択されてもよい。追加の伝送線セグメント（整合セグメント）は、（ｉ）伝送線路間、（ｉｉ）スイッチ１０２から伝送線路まで、（ｉｉｉ）ソースからスイッチまで、および（ｉｖ）伝送線路から負荷までのインピーダンス整合を提供するために差動遅延シフタに含まれてもよい。整合セグメントは、ソース１２２から負荷１２４、１２６への伝送経路に長さを追加してもよく、これは、上述したように、負荷における位相遅延の増加に対応する。

【0026】

図３に関して上述した例示的な実施形態を参照すると、ＴＬ１の長さ＝ＴＬ２の長さ＝ＴＬ３の長さ＝２４ｍｍであり、Ｓ１によって駆動される信号が０～４ＧＨｚの範囲の周波数を有すると仮定する。スイッチ１１２が極１１０と第１のコンタクト１１４を接続すると、Ｓ１ １２２とＬ１ １２４の信号の時間遅延差は０ｐＳとなり、Ｓ１ １２２とＬ２ １２６の信号の時間差は約２４０ｐＳとなる。スイッチ１０２が極１１０を第２のコンタクト１１４に接続する場合、Ｓ１ １２２とＬ１ １２４における信号の時間差は約８０ｐＳとなり、Ｓ１ １２２とＬ２ １２６における信号の時間差は約１６０ｐＳとなるであろう。スイッチ１０２が極１１０を第３のコンタクト１１６に接続すると、Ｓ１ １２２とＬ１ １２４における信号間の時間差は約１６０ｐＳとなり、Ｓ１ １２２とＬ２ １２６における信号間の時間差は約８０ｐＳとなるだろう。スイッチ１０２が極１１０を第４のコンタクト１１８に接続する場合、Ｓ１ １２２とＬ１ １２４における信号の時間差は約２４０ｐＳとなり、Ｓ１ １２２とＬ２ １２６における信号の時間差は約０ｐＳとなるであろう。以上説明した実装形態例を表１にまとめる。

【0027】

【表1】

【0028】

図４は、ソースＰ３ ２２２からの信号を第１の負荷Ｐ１ ２２４および第２の負荷Ｐ２ ２２６に分配する１極４投スイッチ２０２を含む差動遅延シフタのシミュレーションモデルの例を示している。この例示的な実施形態における第１および第２の負荷２２４、２２６は、１００オームのインピーダンス負荷であるように描かれ、ソース２２２は、５０オームのインピーダンス負荷であるように描かれているが、これらの特定の値は、例示であって、制限されることを意図していない。この例のシミュレーションモデルにおけるスイッチ２０２は、Menlo Microsystems, Inc.のＭＭ５１３０スイッチであり、１極４投のスイッチング機構を特徴としている。第１の伝送線路２０４は、１２ｍｍ、１００Ωの伝送線路（Ｌｉｎｅ８）と、２つの整合セグメント（Ｌｉｎｅ９およびＬｉｎｅ３）を備え、それぞれＺ＝ｚｍ（整合インピーダンス）のインピーダンスとｌｍ（整合長さ）の長さとを有する。第２の伝送線路２０６は、１２ｍｍ、１００Ωの伝送線路（Ｌｉｎｅ５）と、２つの整合セグメント（Ｌｉｎｅ１、Ｌｉｎｅ２）とから構成されている。第３の伝送線路２０８は、１２ｍｍ、１００Ωの伝送線路（ｌｉｎｅ７）と、２つの整合セグメント（Ｌｉｎｅ４およびＬｉｎｅ１１）とを備える。整合セグメント２３０は、第１の負荷２２４を第１のセグメント２０４と、およびスイッチ２０２とに整合させる。整合セグメント２３２は、第２の負荷２２６を第３のセグメント２０８と、およびスイッチ２０２とに整合させる。整合セグメント２３４は、ソース２２２をスイッチ２０２に整合させる。

【0029】

図５Ａおよび図５Ｂは、図４に示されたシミュレーションモデルに関連するシミュレーション結果を示す図である。図５Ａは、ソース２２２と第１の負荷２２４との間の伝送損失５０２（ｄＢ（Ｓ［２，３］））およびソース２２２と第２の負荷２２６との間の伝送損失５０４（ｄＢ（Ｓ［３，１］））を示し、電力の均等分割（３ｄＢ）に近いことを表している。図５Ｂは、４つのスイッチ位置５０６、５０８、５１０、および５１２のそれぞれについて、周波数の関数として、第１の負荷２２４と第２の負荷２２６との間の時間遅延差を示している。

【0030】

説明された実施形態は、図２に関して説明されたワイパーアーム位相シフタの離散化版または量子化版についてのものである。しかしながら、記載された実施形態は、高周波数（例えば、１ＧＨｚより大きい）において実質的に改善された性能を提供する。

【0031】

より小さなスイッチ（例えば、図３および図４に示す例示的な実施形態で使用される１極４投スイッチ）は、より高い数の投コンタクト（例えば、８、１６、または３２投コンタクト）を有する単一のスイッチデバイスが使用されてもよいが、その代わりに、図６Ａおよび図６Ｂの例示的な実施形態に示されるように、より大きなスイッチを形成するために組み合わされてもよい。図６Ａは、２つの１極４投スイッチを組み合わせて実際上の１極８投スイッチを形成し、それに対応してより多くの伝送線路を有することを示しており、選択できる位相遅延の数を増加させることができる。同様に、図６Ｂは、４つの１極４投スイッチを組み合わせて、実際上の１極１６投スイッチを形成している。図６Ａおよび図６Ｂの例示的な実施形態に示されるような構成は、それぞれの個別のスイッチが、極コンタクトをどの投コンタクトからも絶縁した第５の「無コンタクト」状態を可能にすることを必要とし、これにより、任意の時点で１つのスイッチのみがアクティブであり、その極コンタクトを投コンタクトに電気的に接続することになる。

【0032】

上述のように、いくつかの実施形態は、所与の時間に１つのスイッチのみがアクティブであることを提供し得るが、代替の実施形態は、所与の時間に複数のスイッチを閉じるためのシステムの利点を利用し得て、これにより、１つのスイッチのみがアクティブである場合には利用できない追加の位相状態を生成し得る。同様に、スイッチがアクティブでない構成は、アンテナ素子を切断し、それによって、少なくとも１つの素子が送信源に接続されるときには利用できない新しいアンテナパターンを生成することができる。

【0033】

本明細書に記載された位相シフタの離散（すなわち、量子化）バージョンは、上記のように複数のスイッチを有効化するために使用され得るが、実際のワイパーアーム位相シフタは、類似の状態を容易にすることはできない。言い換えれば、先行技術のワイパーアーム位相シフタは、一度に１つのワイパー位置しか実装できず、これは、離散型位相シフタについて記載した実施形態における、１つのスイッチの有効化に対応する。ワイパーアーム型位相シフタは、機械的なものであって、遅延線上のトウポイントに同時に接触することができない。したがって、離散型位相シフタの２つ以上のスイッチの実装は、従来技術では想定されておらず、また、想定することもできなかったものである。

【0034】

２つのスイッチ経路を同時に閉じると、伝送線路の隣接ノードに一緒に接続されるので、これらのノード間の伝送線路の部分は、回路内の寄生素子になる。これは、隣接ノード間のループの半分の長さとインピーダンスＺｏ／２（Ｚｏは伝送線路を通してのインピーダンス）を有する開回路スタブ線路として考えることができる。遅延ループの長さが約４分の１波長以下であれば（これは９０度の位相ステップに対応する）、開回路スタブによる寄生効果を容易に調整することができる。９０度以上の位相差では、この手法の有効性が損なわれる。実際には、一般的に位相ステップは９０度よりも小さいので、大きな制限にはならない。

【0035】

本明細書で説明する差動遅延シフトネットワークは、アンテナ素子のアレイの単一軸における調整またはビーム操縦を提供することに限定されない。図７の例示的な実施形態に示すように、遅延シフトのカスケード型ネットワークは、それぞれ４つの素子の２列を有するマルチ素子アレイ７０２の２軸を操縦するために使用されてもよい。この実施形態では、方位角と仰角の両方が調整される。第１の遅延シフトネットワーク７０４は、素子の個々の列にフィードする相対的な信号遅延を制御することを可能にし、それによって方位角のビーム操縦が提供される。各列内では、ＲＦ信号７０５によって駆動される追加の遅延シフトネットワークによって、仰角のビーム操縦が提供される。第１の遅延シフトネットワーク７０４からの第１の出力ＲＦ信号７０７ａは、第１の結合器（カプラ）７４２に提供され、この結合器は、第１の出力ＲＦ信号７０７ａを分割し、その信号のバージョンを第１の外方仰角遅延シフトネットワーク７０６および第１の内方仰角遅延シフトネットワーク７０８に分配する。第１の遅延シフトネットワーク７０４からの第２の出力ＲＦ信号７０７ｂは、第２の結合器７４４に提供され、この結合器は、第２の出力ＲＦ信号７０７ｂを分割し、その信号のバージョンを第２の外方仰角遅延シフトネットワーク７１２および第２の内方仰角遅延シフトネットワーク７１０に分配する。

【0036】

各列に４つの放射素子を有する例示的な実施形態では、各列は、２つの外側素子（例えば、第１の列の素子７２０および素子７２８、ならびに第２の列の素子７３０および素子７３８）、および２つの内側素子（例えば、第１の列の素子７２２および素子７２４、ならびに第２の列の素子７３２および素子７３４）から構成される。第１の外方仰角遅延シフトネットワーク７０６は、第１の列の２つの外方仰角要素７２０および７２８を駆動し、第２の外方仰角遅延シフトネットワーク７１２は、第２の列の２つの外方仰角素子７３０および７３８を駆動する。同様に、第１の内方仰角遅延シフトネットワーク７０８は、第１の列の２つの内方仰角素子７２２および７２４を駆動し、第２の内方仰角遅延シフトネットワーク７１０は、第２の列の２つの外方仰角素子７３２および７３４を駆動する。

【0037】

典型的には、個々の列は同じ差動遅延を経験するように制御されるであろうが、列は、遅延シフタを個別に調整することによって、要求される放射パターンに応じて異なる仰角に設定され得る。

【0038】

本発明の例示的な実施形態は、低寄生、全直列スイッチ素子（例えば、本明細書に記載されるＭＭ５１３０スイッチ）を有するマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチを用いてスイッチ１０２を実装してもよい。このようなＭＥＭＳスイッチは、シャント回路素子を組み込んだ、より従来型のソリッドステートスイッチを使用するのに比べて、回路の実装を著しく単純にする。ＭＥＭＳスイッチの使用は特定の利点を提供し得るが、このようなＭＥＭＳスイッチベースのアーキテクチャの例示的な使用は、そのように限定することを意図するものではない。

【0039】

本明細書に記載される差動遅延シフタのスイッチベースの実施形態は、配備されたアンテナ設備が一般に周波数分割複信（ＦＤＤ）として動作するものであるので、従来技術には記載されていない。ＦＤＤシステムは、信号を同時に送信および受信することができるので、パッシブ相互変調（ＰＩＭ）を制御するために非線形性を緩和する必要がある。スイッチの接点がオーミックであると，かなりの非線形性が生じ、その結果，許容できないほど高いＰＩＭ値が生じることがあるので、従来、スイッチベースの位相シフタは、本書に示すような容量結合型スライダで実装されてきた。このように、スイッチベースの位相シフタ機構は、非線形性とＦＤＤシステムとが両立しないので、アンテナの設置の際に考慮されるものでない。

【0040】

新興のセルラーアーキテクチャ（例えば、５Ｇシステム）は、ＥＭ信号を同時に送信および受信しない時分割複信（ＴＤＤ）通信を利用することがあるので、本明細書に記載されるスイッチベースの差動遅延シフタの実施形態は、アンテナのダウンチルトへの応用においてに実効的な有用性を持ちうる。

【0041】

例示的な実施形態が特に示され、説明されてきたが、添付の請求項によって包含される実施形態の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における様々な変更がそこでなされ得ることは、当業者によって理解されるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【国際調査報告】