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特表2023-512699改善された無線通信カバレージエリア用のリフレクトアレイアンテナ
(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】2023-03-28
(54)【発明の名称】改善された無線通信カバレージエリア用のリフレクトアレイアンテナ
(51)【国際特許分類】
H01Q 15/22 20060101AFI20230320BHJP
H01Q 3/46 20060101ALI20230320BHJP
H01Q 21/24 20060101ALI20230320BHJP
H01Q 9/16 20060101ALI20230320BHJP
【ＦＩ】
H01Q15/22
H01Q3/46
H01Q21/24
H01Q9/16
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022547781
(86)(22)【出願日】2021-01-26
(85)【翻訳文提出日】2022-09-26
(86)【国際出願番号】 EP2021051689
(87)【国際公開番号】W WO2021156099
(87)【国際公開日】2021-08-12
(31)【優先権主張番号】20382077.4
(32)【優先日】2020-02-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520145207
【氏名又は名称】メタウェーブ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】シャハヴィルディ ディザジ イェカン，タハ
(72)【発明者】
【氏名】エンシナール ガルシヌーニョ，ホセ アントニオ
(72)【発明者】
【氏名】アレボラ バエナ，マニュエル
(72)【発明者】
【氏名】カラスコ イェペス，フランシスコ エドゥアルド
(72)【発明者】
【氏名】マルティネス デ リオハ デル ニド，エドゥアルド マリア
【テーマコード（参考）】
5J020
5J021
【Ｆターム（参考）】
5J020AA03
5J020BA06
5J020DA03
5J021AA06
5J021AA09
5J021AB03
5J021BA01
5J021DB03
5J021GA02
5J021HA05
(57)【要約】
本明細書において開示されている例は、改善された無線通信カバレージエリア用のリフレクトアレイアンテナに関する。改善された無線通信用途用のリフレクトアレイアンテナは、第１直線偏波において第１位相シフトを有する反射高周波（ＲＦ）ビームを放射するように構成された第１の複数の導電性要素と、第１の複数の導電性要素に対して直交するように構成された、及び第１直線偏波に直交する第２直線偏波において第１位相シフトのものに実質的に等価である第２位相シフトを有する反射ＲＦビームを放射するように構成された第２の複数の導電性要素と、を含むリフレクトアレイセルのアレイを含む。本明細書において開示されているその他の例は、リフレクトアレイアンテナを設計する方法と、リフレクトアレイアンテナのパターン合成を実行する方法と、に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
改善された無線通信用途用のリフレクトアレイアンテナであって、単一の基材層と、
リフレクトアレイセルのアレイと、
を有し、
前記リフレクトアレイセルのアレイは、前記単一の基材層上に位置し、
第１直線偏波において第１位相シフトを有する反射高周波（ＲＦ）ビームを放射するように構成された第１の複数の導電性要素と、
前記第１の複数の導電性要素に対して直交するように構成された、及び前記第１直線偏波に直交する第２直線偏波において前記第１位相シフトのものに実質的に等価である第２位相シフトを有する反射ＲＦビームを放射するように構成された、第２の複数の導電性要素と、
を有する、リフレクトアレイアンテナ。
【請求項2】
前記第１の複数の導電性要素は、第１軸に沿って横方向において延在する少なくとも１つのダイポールを有し、前記第２の複数の導電性要素は、前記第１軸に直交する第２軸に沿って横方向において延在する少なくとも１つのダイポールを有する、請求項１に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項3】
前記リフレクトアレイセルのアレイは、前記第１軸及び前記第２軸において３．０ミリメートル（ｍｍ）～５．０ｍｍの範囲のセルの周期を有する、請求項１又は２に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項4】
前記リフレクトアレイセルのアレイのそれぞれのリフレクトアレイセルは、前記第１の複数の導電性要素を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項5】
前記第２の複数の導電性要素のそれぞれの導電性要素は、前記第１の複数の導電性要素の間においてセンタリングされた場所において配置されている、請求項２に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項6】
前記第１の複数の導電性要素及び前記第２の複数の導電性要素のそれぞれは、変化する長さを有する複数のダイポールを有し、前記第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素のそれぞれのものの前記複数のダイポールは、互いに平行に構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項7】
前記第１の複数の導電性要素及び前記第２の複数の導電性要素のそれぞれは、第１長さを有する第１ダイポール、第２長さを有する第２ダイポール、及び第３長さを有する第３ダイポールを有し、前記第２ダイポールは、前記第１ダイポールと前記第３ダイポールの間において介在している、請求項６に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項8】
前記第２長さは、前記第１長さ及び前記第３長さ超であり、前記第１長さは、前記第３長さに実質的に等価である、請求項７に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項9】
前記第１長さ及び第３長さのそれぞれは、前記第２長さの既定の割合である、請求項８に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項10】
前記リフレクトアレイセルのアレイのそれぞれのリフレクトアレイセルは、基材、前記第１の複数の導電性要素及び前記第２の複数の導電性要素を有するパターン化された層、接地プレーン層、接合層、及び上層を有し、前記上層は、前記接合層の上部表面上において配設されており、前記接合層は、前記パターン化された層の上部表面上において配設されており、前記パターン化された層は、前記基材の上部表面上において配設されており、前記基材は、前記接地プレーン層の上部表面上において配設されている、請求項１～９のいずれか１項に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項11】
前記上層及び前記基材は、同一の複合材料を有する、請求項１０に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項12】
前記第１の複数の導電性要素及び前記第２の複数の導電性要素は、異なる形状の導電性印刷パッチである、請求項１～１１のいずれか１項に記載のリフレクトアレイアンテナ。
【請求項13】
製造のためにリフレクトアレイアンテナのパターン合成を実行する方法であって、フィードの場所及びリフレクトアレイ表面の初期幾何学的パラメータに少なくとも基づいて前記リフレクトアレイ表面上の正接反射フィールドを算出することと、
カバレージエリアの中心に向かってポイントされたペンシルビームを有する放射パターン仕様を判定することと、
既定の方位角において及び既定の仰角において前記カバレージエリアに向かってポイントされた非合焦ビームに基づいて前記リフレクトアレイ表面上のセルのアレイの初期位相分布を判定することと、
反復パターン合成アルゴリズムの複数のステップを前記初期位相分布に対して実行することと、
前記反復パターン合成アルゴリズムの前記複数のステップのそれぞれの後続のステップのために前記リフレクトアレイ表面のエッジにおける照明のレベルを増大させることと、
前記反復パターン合成アルゴリズムの結果から前記リフレクトアレイ表面上の合成された位相分布を判定することと、
前記合成された位相分布を使用してリフレクトアレイセルの１つ又は複数の幾何学的パラメータを変更することと、
前記リフレクトアレイアンテナを製造するために前記リフレクトアレイセルの前記変更された１つ又は複数の幾何学的パラメータを処理することと、
を有する方法。
【請求項14】
前記リフレクトアレイアンテナのアパーチャサイズに少なくとも基づいて利得を判定することを更に有し、前記利得の増大は、前記カバレージエリア内の前記リフレクトアレイアンテナの中心の周りの固定された数のリフレクトアレイ要素上の既定の照明レベルに対応している、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記非合焦ビームは、前記中心の周りのセルのリングを最適化するために照明の最小及び最大閾値レベルを設定することにより、前記反復パターン合成アルゴリズムのそれぞれの後続のステップにおいて前記リフレクトアレイアンテナの前記中心の周りの更なるリフレクトアレイ要素をカバーするように増大されている、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
技術分野
[0001] 本開示は、無線通信システムに関し、更に詳しくは、本開示は、改善された無線通信カバレージエリア用の反射フェーズドアレイアンテナに関する。
[0001] 本開示は、無線通信システムに関し、更に詳しくは、本開示は、改善された無線通信カバレージエリア用の反射フェーズドアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
背景
[0002] 新世代無線ネットワークが、益々、ユーザー需要に応えるための必需品となりつつある。モバイルデータトラフィックは、年毎に成長を継続しており、その結果、更なる高速の提供、更に多くの装置の接続、レイテンシーの更なる低減、及び一回当たりの益々大量のデータの送信という課題を無線ネットワークに突き付けている。ユーザーは、いまや、環境及び状況とは無関係に、オフィスビル内であるのか、パブリックスペースであるのか、オープンプリザーブであるのか、又は車両内であるのか、を問わず、即時の無線接続を期待している。これらの需要に応答して、近い将来において配備されるべく、新しい無線規格が設計されている。無線技術における大きな進歩は、第５世代（「５Ｇ」）のセルラー通信であり、これは、現時点の第４世代（「４Ｇ」）のロングタームイボリューション（「ＬＴＥ」）の能力を超えるものを包含しており、モバイルによる高速インターネット、固定無線、などの供給を約束している。５Ｇ規格は、ミリメートル波帯域に動作を拡張しており、これは、全世界において、６ＧＨｚ超の周波数をカバーしており、計画されている２４ＧＨｚ、２６ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、及び３９ＧＨｚ、並びに、最大で３００ＧＨｚまでをカバーし、高速データ通信に必要とされている広帯域を可能にしている。
[0002] 新世代無線ネットワークが、益々、ユーザー需要に応えるための必需品となりつつある。モバイルデータトラフィックは、年毎に成長を継続しており、その結果、更なる高速の提供、更に多くの装置の接続、レイテンシーの更なる低減、及び一回当たりの益々大量のデータの送信という課題を無線ネットワークに突き付けている。ユーザーは、いまや、環境及び状況とは無関係に、オフィスビル内であるのか、パブリックスペースであるのか、オープンプリザーブであるのか、又は車両内であるのか、を問わず、即時の無線接続を期待している。これらの需要に応答して、近い将来において配備されるべく、新しい無線規格が設計されている。無線技術における大きな進歩は、第５世代（「５Ｇ」）のセルラー通信であり、これは、現時点の第４世代（「４Ｇ」）のロングタームイボリューション（「ＬＴＥ」）の能力を超えるものを包含しており、モバイルによる高速インターネット、固定無線、などの供給を約束している。５Ｇ規格は、ミリメートル波帯域に動作を拡張しており、これは、全世界において、６ＧＨｚ超の周波数をカバーしており、計画されている２４ＧＨｚ、２６ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、及び３９ＧＨｚ、並びに、最大で３００ＧＨｚまでをカバーし、高速データ通信に必要とされている広帯域を可能にしている。
【0003】
[0003] ミリメートル波（「ｍｍ波」）スペクトルは、高大気減衰の影響を受けやすく（１キロメートルをわずかに上回る）近距離において動作しなければならない約１～１０ミリメートルの範囲の狭い波長を提供している。例えば、ストリートキャニオンを有する高密度散乱エリア内において及びショッピングモール内においては、マルチパス、シャドーイング、地理的障害物に起因してブラインドスポットが存在し得る。距離が相対的に大きく、しばしば大量の降雨を有する極端な天候状態が発生する辺鄙な地域においては、強力な風及び嵐に起因して、事業者が大きなアレイアンテナを使用することを環境条件が妨げている場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
[0004] 具体的には、ユーザー無線通信用の５Ｇ技術の将来の開発及び統合は、大きな課題を表している。具体的には、５Ｇ無線通信用の基地局は、特定の角度範囲にわたって一定のパワーを提供する必要がある。この観点において、アンテナは、無線通信用の重要なサブシステムであり、その理由は、アンテナは、自由空間において導波された波を伝播する波に変換する且つ逆も又真である装置であるからである。用途に応じて、サイズ、放射パターン、マッチング、などのアンテナの様々なパラメータを最適化することができる。多くのケースにおいて、望ましいエリアに対してパワーを十分にリダイレクトするために、成形されたビームパターンが必要とされている。５Ｇネットワーク用のミリメートル波無線通信の提供におけるこれらの及びその他の課題は、多くの信号及び周囲環境の構造物の間における干渉を回避しつつ、制御された方向において望ましいビーム形状を生成するための能力を含む野心的な目標をシステム設計に課している。
【課題を解決するための手段】
【0005】
概要
[0005] 本開示は、改善された無線通信カバレージエリア用のリフレクトアレイアンテナを提供している。具体的には、本開示は、大きな入射角度用の改善された性能を有する単一層リフレクトアレイセルに関する。大きな入射の角度の場合には、性能は、それぞれの直線偏波（例えば、Ｘ偏波（又は水平方向偏波）及びＹ偏波（又は垂直方向偏波））ごとに異なっている。５Ｇ無線ネットワークにおける偏波ダイバーシティの場合には、アンテナ性能は、両方の偏波（垂直及び水平）について同一であることを要する。主題技術のリフレクトアレイセルは、リフレクトアレイアンテナが任意のタイプの偏波について実質的に同一の放射パターンを放射することを許容している。いくつかの実装形態において、リフレクトアレイセルは、大きな位相範囲、広帯域、及び製造誤差に対する低感度を提供するために直交ダイポールの組を組み合わせている。リフレクトアレイセルは、それぞれの直線偏波ごとに独立した位相を提供している。この観点において、リフレクトアレイセルは、大きな入射角度の場合に（例えば、電界の偏波とは独立的に）両方の偏波について同一の位相シフトを提供するように最適化することができる。
[0005] 本開示は、改善された無線通信カバレージエリア用のリフレクトアレイアンテナを提供している。具体的には、本開示は、大きな入射角度用の改善された性能を有する単一層リフレクトアレイセルに関する。大きな入射の角度の場合には、性能は、それぞれの直線偏波（例えば、Ｘ偏波（又は水平方向偏波）及びＹ偏波（又は垂直方向偏波））ごとに異なっている。５Ｇ無線ネットワークにおける偏波ダイバーシティの場合には、アンテナ性能は、両方の偏波（垂直及び水平）について同一であることを要する。主題技術のリフレクトアレイセルは、リフレクトアレイアンテナが任意のタイプの偏波について実質的に同一の放射パターンを放射することを許容している。いくつかの実装形態において、リフレクトアレイセルは、大きな位相範囲、広帯域、及び製造誤差に対する低感度を提供するために直交ダイポールの組を組み合わせている。リフレクトアレイセルは、それぞれの直線偏波ごとに独立した位相を提供している。この観点において、リフレクトアレイセルは、大きな入射角度の場合に（例えば、電界の偏波とは独立的に）両方の偏波について同一の位相シフトを提供するように最適化することができる。
【0006】
[0006] また、本開示は、リフレクトアレイパネルを設計する高速且つ正確なプロセスをも提供している。リフレクトアレイパネルは、数千個のセルから構成することが可能であり、すべてのリフレクトアレイセルを最適化する従来技術は、コンピュータ処理時間の観点において相当に負担となり得る。主題技術のプロセスは、基地局などのフィードがリフレクトアレイパネルから遠く離れた状態において配置されており、入射の角度が実際的に一定であるという前提に基づいている。いくつかの実装形態において、主題技術のプロセスは、１）リフレクトアレイ表面上のターゲット位相分布を判定するためにパターン合成を実行し、２）リフレクトアレイセルの幾何学的パラメータを判定し、３）それぞれのリフレクトアレイセル上のダイポール長を調節し、４）放射パターンを演算する、という４つの主要ステップを含む。いくつかの態様において、リフレクトアレイセルの幾何学的パラメータは、両方の直線偏波において滑らかな位相変動を取得するように判定されている。いくつかの態様において、リフレクトアレイセルの位相及び振幅曲線は、それぞれの偏波ごとにリフレクトアレイセルをコンピュータモデル化することによって取得されている。位相及び振幅曲線は、望ましい周波数帯域内の中心及び閾値周波数について取得されている。それぞれのセル上のダイポール長は、中心周波数において予め算出された位相曲線を使用してターゲット位相シフトを補間によって適切なダイポール長との間においてマッチングすることにより、調節されている。調節済みのリフレクトアレイセルダイポールを有するリフレクトアレイパネルの最終的な結果は、両方の直線偏波について同一の位相分布を保証している。また、それぞれの周波数及び直線偏波における位相及び振幅の予め演算された値を使用することにより、放射パターンが、中心及び閾値周波数においてコンピュータモデル化によって演算されている。
【0007】
[0007] また、本開示は、改善された位相のみのパターン合成をリフレクトアレイパネルを設計するプロセスの一部として提供している。ミリメートル波帯域において５Ｇ無線ネットワークによって提供されているカバレージエリアは、非常に大きな放射角度において見出されるシャドーエリアを含み得る。カバレージエリアシナリオ、周波数、及びリフレクトアレイパネルのサイズを考慮した場合に、パターン合成における従来の方式は、不安定になり、カバレージエリア内において見出されるヌルを依然として結果的にもたらし、これにより、５Ｇ無線ネットワークの性能を低減するフェージングエリアを生成している。従って、主題技術のパターン合成は、カバレージエリア内においてヌルを回避するためにリフレクトアレイセルを最適化するようにコンピュータモデル化によって実行されている。いくつかの実装形態において、主題技術のパターン合成プロセスは、１）幅広の非合焦ビームを開始点として提供すること、２）リフレクトアレイパネルのサイズに従って絶対利得において合成を実行すること、及び３）パターン用のターゲット低利得から始まって且つそれぞれのステップにおいて増分的に利得を増大させることにより、プロセスをいくつかのステップにパーティション化すること、を含む。
【0008】
図面の簡単な説明
[0008] 本出願は、添付図面との関連において提供される以下の詳細な説明との関連において更に十分に理解することができるが、添付図面は、正確な縮尺で描画されてはおらず、これらにおいて、同一の参照符号は、その全体を通じて同一の部分を参照しており、添付図面は、以下のとおりである。
[0008] 本出願は、添付図面との関連において提供される以下の詳細な説明との関連において更に十分に理解することができるが、添付図面は、正確な縮尺で描画されてはおらず、これらにおいて、同一の参照符号は、その全体を通じて同一の部分を参照しており、添付図面は、以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】[0009]リフレクトアレイアンテナが主題技術の様々な実装形態に従って無線通信を改善するように配備される環境を示す。
【図2】[0010]主題技術の様々な実装形態による様々なセル構成を有するリフレクトアレイアンテナの概略図を示す。
【図3】[0011]主題技術の様々な実装形態による改善された無線通信カバレージエリア用のリフレクトアレイアンテナを設計するための例示用のプロセスのフローチャートを示す。
【図4】[0012]主題技術の様々な実装形態によるプレーナーリフレクトアレイアンテナ及び対象のユニットの一例の概略図を示す。
【図5A】[0013]主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイアンテナの積層構成の断面図を有する概略図を示す。
【図5B】[0013]主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイアンテナの積層構成の断面図を有する概略図を示す。
【図6A】[0014]主題技術の様々な実装形態によるＸ偏波用のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図6B】[0014]主題技術の様々な実装形態によるＸ偏波用のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図8】[0016]主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイアンテナとの関係における基地局の幾何学的セットアップの概略図を示す。
【図9A】[0017]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図9B】[0017]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図9C】[0017]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図9D】[0017]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図12A】[0020]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図12B】[0020]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図12C】[0020]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図12D】[0020]主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセルにおけるＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示す。
【図15A】[0023]主題技術の様々な実装形態による異なる放射パターンの中心周波数における方位角及び仰角におけるメインカットのプロット図を示す。
【図15B】[0023]主題技術の様々な実装形態による異なる放射パターンの中心周波数における方位角及び仰角におけるメインカットのプロット図を示す。
【図15C】[0023]主題技術の様々な実装形態による異なる放射パターンの中心周波数における方位角及び仰角におけるメインカットのプロット図を示す。
【図15D】[0023]主題技術の様々な実装形態による異なる放射パターンの中心周波数における方位角及び仰角におけるメインカットのプロット図を示す。
【図17A】[0025]主題技術の様々な実装形態による異なる動作周波数及び基材における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図17B】[0025]主題技術の様々な実装形態による異なる動作周波数及び基材における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図17C】[0025]主題技術の様々な実装形態による異なる動作周波数及び基材における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図17D】[0025]主題技術の様々な実装形態による異なる動作周波数及び基材における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図18A】[0026]主題技術の様々な実装形態による異なる値の基材誘電率における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図18B】[0026]主題技術の様々な実装形態による異なる値の基材誘電率における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図18C】[0026]主題技術の様々な実装形態による異なる値の基材誘電率における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図18D】[0026]主題技術の様々な実装形態による異なる値の基材誘電率における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図19A】[0027]主題技術の様々な実装形態による異なる値の誘電体厚さにおける方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図19B】[0027]主題技術の様々な実装形態による異なる値の誘電体厚さにおける方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図19C】[0027]主題技術の様々な実装形態による異なる値の誘電体厚さにおける方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図19D】[0027]主題技術の様々な実装形態による異なる値の誘電体厚さにおける方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示す。
【図20】[0028]主題技術の様々な実装形態による屋外環境におけるリフレクトアレイアンテナの一例を概念的に示す。
【図21】[0029]リフレクトアレイアンテナが主題技術の様々な実装形態に従って５Ｇ無線カバレージ及び性能を大幅に改善するために配備され得る環境を示す。
【図22】[0030]主題技術の様々な実装形態による屋内環境におけるリフレクトアレイの配置を示す。
【図23】[0031]主題技術の様々な実装形態による屋内環境におけるリフレクトアレイアンテナの一例を概念的に示す。
【図24】[0032]主題技術の１つ又は複数の実装形態が実装され得る電子システムを概念的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0010】
詳細な説明
[0033] リフレクトアレイアンテナは、多くの異なる５Ｇ及びその他の無線用途に適しており、様々な環境及び構成において配備することができる。様々な例において、リフレクトアレイアンテナは、フィードからの入射高周波（「ＲＦ」）信号を単一の方向において合焦指向性ビームとして反射する導電性印刷要素を有するセルのアレイである。リフレクトアレイアンテナは、５Ｇ無線ネットワーク用の相対的に高い周波数において及び相対的に短い距離において動作することができる。一般的には本明細書において定義されているように設計され得るリフレクトアレイセルは、特定の周波数依存性の位相分布を導入するように空間的に分散された非周期的又は半周期的構造を有する。これらの設計及び構成は、屋内であるのか屋外であるのかを問わず、所与の用途又は配備についての幾何学的及びカバレージエリア検討事項によって決定されている。
[0033] リフレクトアレイアンテナは、多くの異なる５Ｇ及びその他の無線用途に適しており、様々な環境及び構成において配備することができる。様々な例において、リフレクトアレイアンテナは、フィードからの入射高周波（「ＲＦ」）信号を単一の方向において合焦指向性ビームとして反射する導電性印刷要素を有するセルのアレイである。リフレクトアレイアンテナは、５Ｇ無線ネットワーク用の相対的に高い周波数において及び相対的に短い距離において動作することができる。一般的には本明細書において定義されているように設計され得るリフレクトアレイセルは、特定の周波数依存性の位相分布を導入するように空間的に分散された非周期的又は半周期的構造を有する。これらの設計及び構成は、屋内であるのか屋外であるのかを問わず、所与の用途又は配備についての幾何学的及びカバレージエリア検討事項によって決定されている。
【0011】
[0034] 後述されている詳細な説明は、主題技術の様々な構成の説明として意図されており、主題技術が実施され得る唯一の構成を表すことを意図したものではない。添付の図面は、本明細書に内蔵されると共に詳細な説明の一部を構成している。詳細な説明は、主題技術の十分な理解の提供を目的として具体的な詳細事項を含む。但し、主題技術は、本明細書において記述されている特定の詳細に限定されるものではなく、１つ又は複数の実装形態を使用して実施することができる。１つ又は複数の例において、構造及びコンポーネントは、主題技術の概念を曖昧にすることを回避するためにブロック図の形態において示されている。その他の例においては、周知の方法及び構造は、例の説明を不必要に曖昧にすることを回避するために詳述されていない場合がある。また、例は、相互の組合せにおいて使用することができる。
【0012】
[0035] 図１は、リフレクトアレイアンテナが主題技術の様々な実装形態に従って無線通信を改善するために配備される環境を示している。無線ネットワーク１００は、ＢＳ１０２などの少なくとも１つの無線基地局（「ＢＳ」）の送信及び受信範囲内のユーザー機器（「ＵＥ」）に対してサービスしている。ＢＳ１０２は、ＵＥ１０４Ａ～Ｈなどのそのカバレージエリア内のＵＥとの間において無線信号を送信及び受信している。カバレージエリアは、環境内の建物又はその他の構造物によって妨害される場合があり、この結果、無線信号の品質が影響され得る。更に詳細に後述するように、ＵＥ１０４Ａ～Ｈの無線カバレージは、その近傍におけるリフレクトアレイアンテナ１０６の設置によって格段に改善することができる。例示を目的として単一のリフレクトアレイアンテナ１０６が示されているが、必要に応じて、複数のこのようなリフレクトアレイアンテナを無線ネットワーク１００内において配置することができる。
【0013】
[0036] 様々な例において、リフレクトアレイアンテナ１０６は、ＢＳ１０２とＵＥ１０４Ａ～Ｈの間において受動型リレー又は能動型リレーとして機能することができる。リフレクトアレイアンテナ１０６は、所定の入射角度（又は方向）においてＢＳ１０２から信号を受け取り、この信号をＵＥ１０４Ａ～Ｈについて狙いが定められた１つ又は複数の指向性ビームとして反射している。カットアウト１０８は、仰角θＩＮ及び方位角φＩＮを有する入射角度から到来する入射ビームを描いており、仰角θＯＵＴ及び方位角φＯＵＴを有する反射角度において放射する反射ビームを描いている。リフレクトアレイアンテナ１０６の指向性は、更に詳しく後述するように、無線ネットワーク１００の幾何学的構成（例えば、ＢＳ１０２の配置、リフレクトアレイアンテナ１０６との関係における距離、など）のみならず、ネットワーク１００内のリフレクトアレイアンテナ１０６のアンテナ仕様を検討することにより、実現されている。特定の設計を実装するために及び特定のカバレージエリア制約を充足するために、様々な構成、形状、及び寸法を使用することができる。リフレクトアレイアンテナ１０６は、郊外の静かなエリアであろうと、高密度の都市ブロックなどの交通量の多いエリアであろうと、任意の無線ネットワーク環境内において配置することができる。リフレクトアレイアンテナ１０６などの及び本明細書において開示されているように設計されたリフレクトアレイの使用は、場合によっては現時点の５Ｇデータレートの１０倍の大きな性能改善を結果的にもたらし得る。リフレクトアレイアンテナ１０６は、低費用の、製造及びセットアップが容易なリフレクトアレイであり、その動作に対する手動調節を必要とすることなしに自己較正することができる。
【0014】
[0037] 次に、図２を参照すれば、これは、主題技術の様々な実装形態による様々なセル構成を有するリフレクトアレイアンテナ２００の概略図を示している。リフレクトアレイアンテナ２００は、行及び列において編成されたセルのアレイを含む。リフレクトアレイアンテナ２００は、受動型又は能動型であってよい。受動型リフレクトアレイは、一旦定位置において配置されたら入射ビームを特定の合焦方向に受動的にリダイレクトすることから、なんらの能動型回路又はその他の制御装置を含んでいなくてもよい。リフレクトアレイアンテナ２００は、その個々のセル及びそのセル内の個々の導電性印刷要素のサイズ及び構成に起因して、指向性及び大きな帯域幅及び利得を提供している。
【0015】
[0038] 様々な例において、リフレクトアレイアンテナ２００内のセルは、様々な形状の導電性印刷パッチを含む。その他の例において、リフレクトアレイセルは、マイクロストリップ、ギャップ、パッチ、ダイポール、などから構成することができる。特定の設計を実装するために及び特定の制約を充足するために、様々な構成、形状、及び寸法を使用することができる。図示のように、リフレクトアレイアンテナ２００は、長さｌ及び幅ｗを有する矩形のリフレクトアレイである。その他の例においては、リフレクトアレイアンテナ２００は、半径ｒを有する円形であってよい。リフレクトアレイアンテナ２００内のそれぞれのセルは、導電性印刷要素を有する。また、導電性印刷要素は、正方形パッチ、矩形パッチ、ダイポール、複数のダイポール、などのような異なる構成を有することもできる。また、ＢＳとの関係におけるリフレクトアレイアンテナ２００の場所、望ましい利得及び指向性性能、などのような所与の５Ｇ又はその他の無線用途用の設計基準を充足するために、その他の形状（例えば、平行四辺形、六角形、など）を設計することもできる。
【0016】
[0039] 例えば、リフレクトアレイアンテナ２００は、それぞれ、その幅及び長さについて寸法ｗｃ及びｌｃを有する矩形セルであるセル２０２を含む。セル２０２は、寸法ｗｒｅ及びｌｒｅを有する導電性印刷要素２０４を含む。導電性印刷要素の寸法は、サブ波長範囲
であり、この場合に、λは、その入射又は反射ＲＦ信号の波長を示している。その他の例においては、リフレクトアレイアンテナ２００は、クロスダイポール要素２０８を有するセル２０６を含む。更に詳しく後述するように、リフレクトアレイアンテナ２００の設計は、屋内であるのか屋外であるのかを問わず、所与の用途又は配備についての幾何学的検討事項によって決定されている。従って、リフレクトアレイアンテナ２００の寸法、形状、及びセル構成は、特定の用途に依存することになる。
【数1】
【0017】
[0040] 次に、図３を参照すれば、これは、主題技術の様々な実装形態による改善された無線通信カバレージエリア用のリフレクトアレイアンテナを設計する例示用のプロセス３００のフローチャートを示している。説明を目的として、例示用のプロセス３００は、主には、図４、図５Ａ～Ｂ、図６Ａ～Ｂ、図７Ａ～Ｂ、及び図２４の電子システム２４００を参照して記述されているが、例示用のプロセス３００は、図２４の電子システム２４００に限定されるものではなく、例示用のプロセス３００は、図２４の電子システム２４００の１つ又は複数のその他のコンポーネントによって実行することもできる。更には、説明を目的として、例示用のプロセス３００のブロックは、連続的に又は線形で発生するものとして本明細書においては記述されている。但し、例示用のプロセス３００の複数のブロックは、並行して発生し得る。これに加えて、例示用のプロセス３００のブロックは、図示の順序とは異なる順序において実行することが可能であり、及び／又は、例示用のプロセス３００のブロックの１つ又は複数は実行されてない。
【0018】
[0041] 例示用のプロセス３００は、ステップ３０２において開始しており、ここで、アンテナ仕様が判定されている。いくつかの実装形態において、アンテナ仕様は、リフレクトアレイの形状、リフレクトアレイ内の要素の数、要素の周期、材料の電気プロパティ、リフレクトアレイのアパーチャサイズ、方位角及び仰角における放射ビームの形状、放射ビームの方向、リフレクトアレイとＢＳの間の距離、デカルト座標内の基地局の配置、リフレクトアレイのビーム半値幅（ＨＰＢＷ）、動作周波数、などに関する情報を含むことができる。
【0019】
[0042] 説明を目的として、アンテナ仕様を判定するステップについては、図４に示されているリフレクトアレイ構成４００の一例を参照して説明することとする。次に図４を参照すれば、これは、主題技術の様々な実装形態によるプレーナーリフレクトアレイアンテナ及び対象のユニットの一例の概略図を示している。リフレクトアレイ構成４００は、その表面上において入射電界を生成するフィード４０２によって照明されたリフレクトアレイアンテナ４０４を含む。フィード４０２は、いくつかの実装形態においては、無線送受信機を有するＢＳであってもよく、又はその他の実装形態においては、ホーンアンテナであってもよい。いくつかの例においては、リフレクトアレイアンテナ４０４は、矩形であり、８８×８８の矩形グリッドにおいて約７７４４個の要素から構成されている。その他の例においては、リフレクトアレイアンテナ４０４は、６６×６６の矩形グリッドにおいて約４３５６個の要素から構成されている。リフレクトアレイアンテナ４００は、本開示の範囲を逸脱することなしに、図４に示されているものとは異なる数の要素を有するグリッドを有する異なる形状を含み得る。フィード４０２は、リフレクトアレイアンテナ４０４の中心との関係における既定の距離において配置することができる。いくつかの態様においては、フィード４０２は、ｃｏｓｑθ関数としてモデル化することができる。
【0020】
[0043] 図４に示されているカットアウト４１０は、セルのサブアレイ、即ち、セル４１２、４１４、４１６、及び４１８を含む。それぞれのセルは、それぞれの直線偏波ごとに複数の平行ダイポールの組を含むパターン化された層から構成されている。それぞれのセルの（ｘ軸に沿った）長さ及び（ｙ軸に沿った）幅は、それぞれ、ＰＸ及びＰＹとして描かれている。長さは、３．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲であってよく、幅は、３．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲であってよい。カットアウト４１０内のセルの周期は、両方の軸（例えば、ｘ、ｙ）において、３．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲であり、これは、グレーティングローブを回避するために、約２８ＧＨｚの動作周波数における波長の半分未満である。動作周波数は、２７．５ＧＨｚ～２８．５ＧＨｚの範囲であり、更に詳しくは、約２８ＧＨｚの中心周波数を有する。
【0021】
[0044] ダイポールの間の分離は、ｙ軸に沿った分離の場合にはＳＡに設定され、ｘ軸に沿った分離の場合にはＳＢに設定されている。いくつかの態様においては、分離（ＳＡ、ＳＢ）は、ダイポールの寸法に応じて０．４ｍｍ～１．１ｍｍの範囲において設定することができる。カットアウト４１０は、ｘ軸に沿って横方向において延在するダイポールを有する第１要素タイプ（例えば、４２０）と、ｙ軸に沿って横方向において延在するダイポールを有する第２要素タイプ（例えば、４２２）と、を含む。いくつかの実装形態において、それぞれの要素タイプは、第１長さ（ｌＡ１、ｌＢ１として表記されている）を有する２つの平行ダイポールと、平行構成において２つの第１長さダイポールの間において介在する第２長さ（ｌＡ２、ｌＢ２と表記されている）を有する１つのダイポールと、を含む。いくつかの態様において、第２長さは、第１長さが第２長さの規定の割合となるように第１長さ超である。例えば、既定の割合は、０．５～０．８の範囲である割合値に設定されている。ダイポールのそれぞれのものの幅は、０．２ｍｍ～０．４ｍｍの範囲であってよい。カットアウト４１０は、セル４１２、４１４、４１６、及び４１８のそれぞれにおける第１要素タイプと、セル４１２、４１４、４１６、及び４１８の間においてセンタリングされたカットアウト４１０の中心において配置された第２要素タイプと、を含む。いくつかの実装形態において、第１要素タイプ（例えば、４２０）の構成は、第２要素タイプ（例えば、４２２）のものに直交しており、この場合に、第１要素タイプは、ｘ軸に平行に延在しており、第２要素タイプは、ｙ軸に平行に延在している。図４に描かれているように、カットアウト４１０は、動作周波数において、３．６４～３．７２の範囲である相対誘電率εｒと、０．００７２～０．００９５の範囲である損失正接δと、を有する単一の基材層を含む。いくつかの例において、基材層は、０．２５４ｍｍ（又は１０ミル）～１．５２４ｍｍ（又は６０ミル）の範囲の厚さ（又は高さｈ）を有する。
【0022】
[0045] 次に図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、これは、主題技術の様々な実装形態による様々なリフレクトアレイアンテナの積層構成の断面図を有する概略図を示している。いくつかの実装形態において、図４に描かれている基材層は、図５Ａ及び図５Ｂに描かれている積層構成の１つに又はその少なくとも一部分に対応し得る。図５Ａは、第１積層構成５００の断面図を示し、図５Ｂは、第２積層構成５５０の断面図を示している。但し、描かれているコンポーネントのすべてが使用されなくてもよく、１つ又は複数の実装形態は、図に示されてはいない更なるコンポーネントを含むことができる。本明細書において記述されている請求項の範囲を逸脱することなしに、コンポーネントの構成及びタイプの変形を実施することができる。更なるコンポーネント、異なるコンポーネント、又は更に少ない数のコンポーネントを提供することができる。
【0023】
[0046] 図５Ａにおいて、第１積層構成５００は、上層５０２と、接合層５０４と、基材５０８と、導電層５０６及び５１０と、を含む。いくつかの実装形態において、上層５０２は、１０ＧＨｚにおいて誘電定数＝１．１及び損失正接＝０．００３を有しており、これは、市販のＲＯＨＡＣＥＬＬ ＨＦ７１に対応し、０．５０８ｍｍ（又は２０ミル）～１．５２４ｍｍ（又は６０ミル）の厚さを有する。接合層５０４は、１０ＧＨｚにおいて誘電定数＝２．３２及び損失正接＝０．００１３を有するエチレンアクリル酸熱可塑性コポリマーを含む予め含浸された複合材料であり、これは、市販のＣｕＣｌａｄ６２５０に対応し、約０．０６４ｍｍ（又は約２．５ミル）の厚さを有する。いくつかの実装形態において、基材５０８は、１０ＧＨｚにおいて誘電定数＝３．６５及び損失正接＝０．０１２５を有し、これは、市販のＩＳＯＬＡ ＦＲ４０８に対応し、約１．５ｍｍ（又は５９ミル）の厚さを有する。いくつかの実装形態において、導電層５０６及び５１０は、１．０未満の銅密度を含む。いくつかの態様において、導電層５０６は、信号プレーンとして機能するパターン化された層であり、導電層５１０は、接地プレーンとして機能している。
【0024】
[0047] 図５Ｂにおいては、第２積層構成５５０は、上層５５２と、接合層５５４と、基材５５８と、導電層５５６及び５６０と、を含む。いくつかの実装形態において、上層５５２及び基材５５８は、同一の材料を含み、この場合に、それぞれの層は、１０ＧＨｚにおいて誘電定数＝３．６５及び損失正接＝０．０１２５を有し、これは、市販のＩＳＯＬＡ ＦＲ４０８に対応し、約０．７１１ｍｍ（又は２８ミル）の厚さを有する。接合層５５４は、１０ＧＨｚにおいて誘電定数＝３．６及び損失正接＝０．００１を有する予め含浸された複合材料であり、約０．１ｍｍ（又は４ミル）の厚さを有する。いくつかの実装形態において、導電層５５６及び５６０は、１．０未満の銅密度を含む。いくつかの態様において、導電層５５６は、信号プレーンとして機能するパターン化された層であり、導電層５６０は、接地プレーンとして機能している。
【0025】
[0048] 再度図３を参照すれば、ステップ３０４において、リフレクトアレイセルの位相及び振幅曲線が、対象の帯域内の１つ又は複数の周波数における第１及び第２直線偏波用のアンテナ仕様からリフレクトアレイセル内のダイポール長の関数として算出されている。例えば、第１及び第２直線偏波は、それぞれ、Ｘ偏波及びＹ偏波に対応している。対象の帯域は、いくつかの態様においては、約２７．７ＧＨｚにおいて中心周波数を有する２７．２ＧＨｚ～２８．２ＧＨｚの範囲又は約２８．０ＧＨｚにおいて中心周波数を有する２７．５ＧＨｚ～２８．５ＧＨｚの範囲などのミリメートル帯域内の５Ｇ無線通信に適用可能な周波数に対応し得る。位相及び振幅曲線は、閾値周波数を含む中心周波数において取得することができる。位相及び振幅曲線は、リフレクトアレイ要素によって生成される位相シフトのみならず信号損失をもダイポール長の関数として示し得る。
【0026】
[0049] 次に図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、これらは、Ｘ偏波のダイポール長の関数として位相及び振幅曲線のプロット図を示している。図６Ａ及び図６Ｂのプロットは、セルの幾何学的パラメータ及び基材のプロパティに基づいて生成されている。図６Ａにおいて、例えば、セルの周期は、ダイポール長ｌＡ１＝０．６×ｌＡ２でありダイポール幅＝０．４ｍｍである状態において、５．０ｍｍに設定され、ダイポールの分離は、１．１ｍｍに設定されている。基材層は、誘電定数＝３．６５及び損失正接＝０．００９５を有する。リフレクトアレイセルの位相及び振幅応答は、２８ＧＨｚの動作周波数において直角の入射角度において入射する直線偏波された平面波用の無限周期アレイ環境において分析されている。プロット６１０は、それぞれ、２７．５ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、２８．５ＧＨｚという３つの周波数についてｌＡ２ダイポール長の関数として３つの位相曲線を描いている。プロット６１２は、それぞれ、２７．５ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、２８．５ＧＨｚという同一の３つの周波数についてｌＡ２ダイポール長の関数として３つの振幅曲線を描いている。観察され得るように、プロット６１０の位相曲線は、２．０ｍｍ～４．５ｍｍのダイポール長の範囲にわたって約４００度の位相範囲を示している。同様に、プロット６１２内の振幅曲線も、２．０ｍｍ～４．５ｍｍのダイポール長の範囲に対応する振幅損失を示している。この情報により、望ましい位相シフトを実現する対応するダイポール長を判定することができる。
【0027】
[0050] いくつかの実装形態において、位相及び振幅は、基材厚さの影響を受けている。プロット６２０は、異なる基材厚さ、即ち、２０ミル、３０ミル、５０ミル、及び６０ミル、についてｌＡ２ダイポール長の関数として４つの位相曲線を描いている。例えば、位相は、基材厚さ２０ミル、３０ミルとの比較において、基材厚さ５０ミル、６０ミルについて相対的に滑らかに遷移している。この観点において、プロット６２２は、対応する基材厚さについて４つの振幅曲線を描いており、この場合に、振幅損失は、その他の基材厚さ５０ミル、６０ミルとの比較において、基材厚さが約２０ミル、３０ミルに設定されている際には、約３．０ｍｍのダイポール長において相対的に大きくなっている。
【0028】
[0051] 図６Ｂにおいては、セル周期が、５．０ｍｍの代わりに４．５ｍｍに設定されており、リフレクトアレイセルは、２８ＧＨｚの動作周波数において直角の入射角度において入射する直線偏波された平面波について無限周期アレイ環境内において分析されている。プロット６３０は、異なる基材厚さ、即ち、２０ミル、３０ミル、５０ミル、及び６０ミルについてｌＡ２ダイポール長の関数として４つの位相を描いている。この例において、位相は、基材厚さ２０ミル、３０ミルとの比較において、基材厚さ５０ミル、６０ミルについて相対的に滑らかに遷移している。位相シフトは、３０ミル未満の基材厚さの場合に、約３．０ｍｍにおいて相対的に大きく変化している。プロット６３２は、対応する基材厚さについて４つの振幅曲線を描いており、この場合に、振幅損失は、その他の基材厚さ５０ミル、６０ミルとの比較において、基材厚さが約２０ミル、３０ミルに設定されている際には、約３．０ｍｍのダイポール長において相対的に大きくなっている。プロット６４２との比較において、プロット６３２内の振幅損失は、２０ミルの基材厚さの場合に相対的に小さく出現している。プロット６４０及び６４２は、それぞれ、入射プレーン波が０度の方位角及び５０度の仰角に設定された際の位相及び振幅曲線を描いている。プロット６３０及び６３２との比較において、プロット６４０の位相曲線は、基材厚さ５０ミル、６０ミルの場合には、相対的に高速で変化する位相を示すように出現しており、振幅損失は、対応するダイポール長において基材厚さ５０ミルの場合にプロット６４２内において相対的に優勢である。
【0029】
[0052] 再度図３を参照すれば、ステップ３０６において、リフレクトアレイ表面上のターゲット位相分布が、位相のみパターン合成により、アンテナ仕様から判定されている。特定方向において高利得のペンシルビームパターン用のリフレクトアレイアンテナの設計は、解析方程式によって判定することができるが、標準的ではないビームのパターン合成は、困難であり、５Ｇ無線用途におけるものなどの厳格な仕様を有する用途においては、最適化アルゴリズムの使用を必要としている。ステップ３０６における位相のみパターン合成は、コポーラー及びクロスポーラー仕様を含む５Ｇ無線通信用のリフレクトアレイアンテナのパターン最適化を提供している。いくつかの実装形態において、パターン合成は、リフレクトアレイセルの最適化用の一般化された交差方式（ＩＡ）アルゴリズムの使用に基づいている。いくつかの実装形態においては、主題技術のパターン合成は、２つのステージにパーティション化されている。第１に、位相のみ合成方式が、望ましい成形された放射パターンを生成する位相シフト分布を得るためにＩＡアルゴリズムによって実行されている。第２に、それぞれのセルの寸法を調節する（例えば、それぞれのセル内のダイポール長を変更する）ことにより、リフレクトアレイアンテナのレイアウトが取得されている。
【0030】
[0053] 主題技術においては、リフレクトアレイセルは、大きな入射角度について両方の直線偏波について同一の位相シフトを提供するように最適化されている。この観点において、パターン合成は、それぞれの直線偏波ごとに１つずつ、２つの位相シフト分布を取得するように実行されている。いくつかの態様においては、同一の位相シフト分布を両方の直線偏波について使用することができる。
【0031】
[0054] 次に図７を参照すれば、これは、主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイアンテナ設計を最適化するために図３のステップ３０６において記述されている位相のみパターン合成を実行するための例示用のプロセス７００のフローチャートを示している。説明を目的として、例示用のプロセス７００は、本明細書においては、主に図２４の電子システム２４００を参照して説明されているが、例示用のプロセス７００は、図２４の電子システム２４００に限定されるものはなく、例示用のプロセス７００は、図２４の電子システム２４００の１つ又は複数のその他のコンポーネントによって実行することができる。更には、説明を目的として、例示用のプロセス７００のブロックは、本明細書においては、順番に又は線形で発生するものとして記述されている。但し、例示用のプロセス７００の複数のブロックは、並行して発生し得る。これに加えて、例示用のプロセス７００のブロックは、図示の順序とは異なる順序において実行することが可能であり、及び／又は、例示用のプロセス７００のブロックの１つ又は複数は、実行されていない。
【0032】
[0055] 例示用のプロセス７００は、ステップ７０２において始まっており、ここでは、カバレージエリアが、フィードの場所に少なくとも基づいて判定されている。このステップは、ＵＥとの関係においてＢＳの幾何学的セットアップを判定することを伴っている。幾何学的セットアップは、無線ネットワーク内のＢＳの位置を含み、これには、リフレクトアレイアンテナからのその距離及びリフレクトアレイアンテナ自体の向き及び位置が含まれている。次に、図８を参照すれば、これは、リフレクトアレイアンテナ８００の中心において位置決めされたデカルト（ｘ，ｙ，ｚ）座標系からＤ０において配置されたＢＳ８０２の幾何学的セットアップを示している。リフレクトアレイアンテナ８００は、ｙ軸がそのボアサイトを示している状態で、ｘ軸に沿って位置決めされている。ＢＳ８０２は、仰角θ０及び方位角φ０を有する。幾何学的セットアップの判定は、例えば、レーザー距離測定器及び角度測定器などの単純な幾何学的ツールを伴う単純な手順であることに留意されたい。これは、リフレクトアレイアンテナ８００のセットアップの容易性を強調しており、その大きな無線カバレージ及び性能の改善が、屋内であるのか屋外であるのかを問わず、任意の５Ｇ無線環境において容易に配備され得る高度な製造性を有するリフレクトアレイによって低費用で実現された際にその使用を更に動機付けしている。リフレクトアレイアンテナ８００は、例えば、仰角θ１及び方位角φ１により、リフレクトアレイアンテナ８００から距離Ｄ１において配置されたＵＥ８０４などのＢＳ８０２によってサービスされている５Ｇネットワーク内のＵＥから入射ＲＦ波を反射するために使用することができる。
【0033】
[0056] 再度図７を参照すれば、ステップ７０４において、リフレクトアレイ表面上の正接反射フィールドが、フィードの場所及びリフレクトアレイ表面の初期幾何学的パラメータに少なくとも基づいて算出されている。主題技術のパターン合成は、アルゴリズムの動作原理が次式として記述され得るように、正接反射フィールドに対してそれぞれの反復ｉにおいて２つの動作を実行する反復的アルゴリズムであり、
ここで、
は、（アンテナによる放射フィールドをアンテナ仕様に準拠したフィールドの組上に投射する）前方プロジェクタであり、
は、（アンテナ仕様に準拠したフィールドをアンテナによって放射され得るフィールドの組上に投射する）後方プロジェクタであり、
は、リフレクトアレイ表面上の正接反射フィールドである。図４を再度参照すれば、リフレクトアレイアンテナ４０４は、フィード４０２によって照明され、これにより、その表面上において入射電界が生成されている。それぞれのリフレクトアレイ要素におけるリフレクトアレイ表面上の正接反射フィールドは、次式として表現することが可能であり、
ここで、Ｒｌは、反射係数行列であり、（ｘｌ、ｙｌ）は、リフレクトアレイ要素ｌの中心の座標であり、
は、フィードから入射する固定入射フィールドである。行列Ｒｌの構成要素は、リフレクトアレイセルの電磁的振る舞いを十分に特徴付ける複素数である。反射係数行列は、次式の形態を有しており、
ここで、
及び
は、直接係数と呼称される一方で、
及び
は、交差係数と呼称されている。コポーラーパターンは、直接係数に依存してもよく、クロスポーラーパターンは、すべての係数に依存している。いくつかの態様において、係数は、局所的周期を仮定することにより、全波解析ツールによって演算されている。
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【数9】
【数10】
【数11】
【数12】
【0034】
[0057] その後に、ステップ７０６において、アルゴリズムが焦点がリフレクトアレイアンテナの中心に位置した状態において始まっており、この場合に、要素の約２０％は、中心において合焦されている。この理由は、リフレクトアレイアンテナの中心がフィードによって最も照明されているからである。
【0035】
[0058] 放射パターンの最適化の一部として、放射パターン仕様が、コポーラー及びクロスポーラーコンポーネント内において課されている。主題技術のパターン合成を実行する際には、リフレクトアレイセルの分析の単純化に起因して、コポーラー要件のみが考慮されている。ＩＡアルゴリズムにおいては、コポーラー仕様は、２つのマスクテンプレート、即ち、最小（Ｔｍｉｎ）及び最大（Ｔｍａｘ）値、によって表されており、これらは、コポーラー放射パターンがその間において位置するものと予想される最小及び最大閾値である。この観点において、マスク閾値との関係におけるコポーラー利得Ｇｃｐは、次式として表現することが可能であり、
Ｔｍｉｎ（ｕ，ｖ）≦Ｇｃｐ（ｕ，ｖ）≦Ｔｍａｘ（ｕ，ｖ） 式（４）
ここで、ｕ＝ｓｉｎθｃｏｓφ及びｖ＝ｓｉｎθｓｉｎφは、ファーフィールドが演算される角度座標である。
Ｔｍｉｎ（ｕ，ｖ）≦Ｇｃｐ（ｕ，ｖ）≦Ｔｍａｘ（ｕ，ｖ） 式（４）
ここで、ｕ＝ｓｉｎθｃｏｓφ及びｖ＝ｓｉｎθｓｉｎφは、ファーフィールドが演算される角度座標である。
【0036】
[0059] 次いで、ステップ７０８において、リフレクトアレイ表面上のコポーラー反射係数の初期位相分布が、既定の仰角プレーン及び既定の方位角プレーンにおいてカバレージエリアに向かってポイントされている非合焦放射ビームに少なくとも基づいて判定されている。上述のように、パターン合成の目的は、望ましい成形された放射パターンを生成する位相シフト分布を取得するというものである。この観点において、パターン合成用の初期位相分布は、解析によって取得されてもよく、これは、次式として表現することが可能であり、
∠ρ（ｘｌ，ｙｌ）＝ｋ０（ｄｌ－ｄ０－（ｘｌｃｏｓφ０＋ ｙｌｓｉｎφ０）ｓｉｎθ０） 式（５）
ここで、∠ρ（ｘｌ，ｙｌ）は、直接反射係数（それぞれ、直線偏波Ｘ及びＹの場合には、ρｘｘ又はρｙｙ）であり、ｄｌは、フィードからｌ番目の要素までの距離であり（図４の４１０を参照されたい）、ｄ０は、非合焦ビームに対応するフィードの変位であり（非合焦距離）、（φ０，θ０）は、合焦ビームのポイントする方向である。いくつかの態様において、角度（φ０，θ０）は、望ましい成形されたビームが相対的に大きな利得を有する方向において選択されている。この観点において、非合焦ビームは、ペンシルビームが最大利得を有する方向に対応する方向に向かってポイントされている。
∠ρ（ｘｌ，ｙｌ）＝ｋ０（ｄｌ－ｄ０－（ｘｌｃｏｓφ０＋ ｙｌｓｉｎφ０）ｓｉｎθ０） 式（５）
ここで、∠ρ（ｘｌ，ｙｌ）は、直接反射係数（それぞれ、直線偏波Ｘ及びＹの場合には、ρｘｘ又はρｙｙ）であり、ｄｌは、フィードからｌ番目の要素までの距離であり（図４の４１０を参照されたい）、ｄ０は、非合焦ビームに対応するフィードの変位であり（非合焦距離）、（φ０，θ０）は、合焦ビームのポイントする方向である。いくつかの態様において、角度（φ０，θ０）は、望ましい成形されたビームが相対的に大きな利得を有する方向において選択されている。この観点において、非合焦ビームは、ペンシルビームが最大利得を有する方向に対応する方向に向かってポイントされている。
【0037】
[0060] その後に、ステップ７１０において、反復パターン合成アルゴリズムの第１ステップが、第１ターゲット利得により、初期位相分布に対して実行されている。いくつかの実装形態においては、反復パターン合成アルゴリズムのそれぞれのステップは、前方投射動作及び後方投射動作を実行することを含む。いくつかの態様においては、前方投射動作は、両方の直線偏波についてファーフィールドの放射パターンを演算することと、アンテナによって放射された現時点の利得のファーフィールド利得をトリミングすることと、を含む。いくつかの実装形態において、それぞれのステップは、同一のパラメータにより、固定された数の動作の反復を実行することができる。いくつかの態様においては、実行される反復の数は、実装形態に応じてステップの間において変化し得る。
【0038】
[0061] いくつかの実装形態において、リフレクトアレイセルは、理想的な位相シフタとしてモデル化されており、この場合には、損失も存在しておらず（例えば、
であり）、要素の交差偏波も存在していない（例えば、
である）。従って、反射係数行列は、次式として単純化され、
ここで、φｌは、対応する反射係数の位相である。この観点において、それぞれの偏波の正接反射フィールドは、両方の直接係数の位相、即ち、
及び
に基づいている。リフレクトアレイアンテナは、プレーナーアパーチャとして分類することが可能であり、ファーフィールドは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを使用することにより、判定することができる。例えば、ＦＦＴは、リフレクトアレイアンテナによって放射された現時点のファーフィールドを演算している。
【数13】
【数14】
【数15】
【数16】
【数17】
【0039】
[0062] Ｘ偏波用のファーフィールド放射パターンは、次式として表現することが可能である。
【数18】
【0040】
[0063] その一方で、Ｙ偏波については、ファーフィールド放射パターンは、次式として表現することが可能であり、
この場合には、次式のとおりである。
【数19】
【数20】
【0041】
[0064] いくつかの実装形態において、両方の直線偏波のコポーラー成分は、球面座標内のファーフィールドから取得されている。コポーラーファーフィールド放射パターンが取得されたら、フィールド振幅又は利得の二乗が演算されている。例えば、利得は、フィードによって放射された合計パワーを演算することにより、推定することができる。また、前方投射動作は、ファーフィールド利得をマスク閾値に従ってトリミングすることを含む（例えば、Ｔｍｉｎ（ｕ，ｖ）≦Ｇｃｐ（ｕ，ｖ）≦Ｔｍａｘ（ｕ，ｖ））。例えば、リフレクトアレイアンテナの現時点の利得がＴｍａｘ超である場合には、Ｇｃｐは、Ｔｍａｘに低減され、逆にＧｃｐがＴｍｉｎ未満である場合には、ＧｃｐがＴｍｉｎに増大される。前方投射動作によるトリミング動作の結果は、アンテナ仕様に準拠する変更済みのファーフィールドである。
【0042】
[0065] 後方投射動作は、トリミングされた利得とアンテナによって放射された現時点の利得との間の距離を極小化し、これにより、アンテナ仕様を充足するために相対的に近接した放射パターンを生成する正接反射フィールドが得られる。従って、後方投射動作は、次式として表現することができる。
【数21】
【0043】
[0066] いくつかの実装形態において、この動作は、Levenberg-Marquardt Algorithm（ＬＭＡ）などの最小化アルゴリズムによって実行されている。最適化変数は、反射係数の位相であってよく、Ｘ偏波の場合には、φｘｘであり、Ｙ偏波の場合には、φｙｙである。その他の実装形態においては、直接最適化レイアウトをＩＡアルゴリズムによって実行することが可能であり、この場合に、最適化変数は、反射係数の位相の代わりにダイポール長を表している。いくつかの態様においては、２つの偏波を独立的に合成することができる。いくつかの実装形態においては、ＬＭＡによる後方投射動作は、その他のものに加えて、ヤコビ行列（Ｊ）による勾配演算を実行することと、行列乗算（ＪＴＪ）を実行することと、を含み得る。
【0044】
[0067] 次いで、ステップ７１２において、反復パターン合成アルゴリズムの次のステップが利用可能であるかどうかについての判定が実施されている。アルゴリズムの次のステップが利用可能である場合には、プロセス７００は、ステップ７１４に進む。さもなければ、プロセス７００は、ステップ７１８に進む。いくつかの実装形態において、パターン合成アルゴリズムは、アルゴリズムの別のステップが利用可能であるかどうかについてアルゴリズムの収束を判定することを含む。この観点において、アルゴリズムが収束しない場合には、プロセス７００は、ステップ７１４に進む。
【0045】
[0068] 上述のように、アルゴリズムは、リフレクトアレイアンテナの中心において焦点を有する状態において始まっており、この場合に、要素の約２０％は、中心において合焦されている。いくつかの態様においては、中心の周りのセルのリングのみを最適化するように照明の最小及び最大閾値レベルを設定することにより、焦点が、それぞれの後続のステップにおいて中心の周りの更なる要素に対して増大されている。最適化（及び／又は改善）を必要としているセルは、照明レベルに従って選択することができる。いくつかの実装形態においては、次のステップのために反復の数を調節する方式を判定するために、それぞれのステップの後の誤差が演算されている。
【0046】
[0069] ステップ７１４において、利得が、第１ターゲット利得超である第２ターゲット利得に増大されている。いくつかの実装形態においては、利得は、増分的に（例えば、０．５ｄＢの増大により）、増大されている。その他の態様においては、利得の増大は、カバレージエリア内のリフレクトアレイアンテナの中心の周りの固定された数のリフレクトアレイ要素上の規定の照明レベルに対応している。この観点において、利得の増分的増大は、調節済みの合焦ビームに対応し得る。パターン合成は、アルゴリズムの収束を更に改善するために利得を徐々に増大させることにより、複数のステップにおいて実行されている。
【0047】
[0070] ステップ７１６において、反復パターン合成アルゴリズムの次のステップが、第２ターゲット利得により、初期位相分布に対して実行されている。ステップ７１６の終了の際に、プロセス７００は、次のステップが利用可能であるかどうかを判定するために、ステップ７１２に戻っている。
【0048】
[0071] ステップ７１８において、リフレクトアレイ表面上のターゲット位相分布がパターン合成の結果から判定されている。本明細書において使用されている「ターゲット位相分布」という用語は、パターン合成に対するその関係を表記するために「合成された位相分布」という用語を意味し得ると共に、用語は、本開示の範囲を逸脱することなしに相互交換可能に使用され得る。
【0049】
[0072] 再度図３を参照すれば、ステップ３０８において、位相曲線からの位相が、特定の直線偏波におけるリフレクトアレイセル用のターゲット位相分布の位相と比較されている。その後に、ステップ３１０において、比較された位相がマッチングしているかどうかについての判定が実施されている。位相がマッチングしている場合には、プロセス３００は、ステップ３１４に進む。さもなければ、プロセス３００は、ステップ３１２に進む。
【0050】
[0073] ステップ３１２において、ターゲット位相分布の位相にマッチングした位相に対応するリフレクトアレイセル上の１つ又は複数のダイポール長が、算出された位相曲線を使用して、そのリフレクトアレイセルについて調節されている。図７を再度参照すれば、ステップ７２０において、リフレクトアレイセルの幾何学的パラメータが、合成された位相分布から改良されている。例えば、その要素によって提供される位相シフトが合成された位相分布において表されている対応する位相シフトとマッチングするように、それぞれのリフレクトアレイセルのダイポール長が調節されている。いくつかの態様においては、必要とされる位相シフトを提供するダイポールサイズの値を近似するために、一次方程式が使用されている。
【0051】
[0074] 次いで、ステップ３１４において、次の直線偏波が存在しているどうかについての判定が実施されている。次の直線偏波が存在している場合には、プロセス３００は、ステップ３０８に戻る。さもなければ、プロセス３００は、ステップ３１６に進む。いくつかの実装形態においては、ダイポール長の調節は、２つの直線偏波について独立的に実行されている。例えば、ステップ３１２において実施されている初期ダイポール長の調節は、Ｘ偏波を対象にしたものであってもよく、ステップ３１４は、Ｙ偏波におけるダイポール長の調節が必要とされていると判定しており、逆も又真である。
【0052】
[0075] ステップ３１６において、次のリフレクトアレイセルが存在しているかどうかについての判定が実施されている。次のリフレクトアレイセルが存在している場合には、プロセス３００は、ステップ３０８に戻る。さもなければ、プロセス３００は、ステップ３１８に進む。ここで、すべてのリフレクトアレイセルが処理済みである場合には、プロセス３００は、望ましい成形された放射パターンを生成する最終的なリフレクトアレイアンテナレイアウトを判定するために、ステップ３１８に進む。
【0053】
[0076] その後に、ステップ３１８において、既定の反射係数を使用して、それぞれの直線偏波ごとに、リフレクトアレイアンテナの第１放射パターンが算出されている。例えば、第１放射パターンは、式７～式１０における放射ファーフィールドの解析的表現を使用して生成することができる。次いで、ステップ３２０において、調節済みの１つ又は複数のダイポール長を有するリフレクトアレイアンテナの第２放射パターンが、それぞれの直線偏波ごとに算出されている。合成された位相分布に対してＦＦＴ演算を実行することにより、第２放射パターンを生成することができる。いくつかの態様において、第２放射パターンは、全体可視領域のｕ－ｖプレーン内においてファーフィールドのコポーラー成分及びファーフィールドのクロスポーラー成分を含み得る。
【0054】
[0077] その後に、ステップ３２２において、第１放射パターンを第２放射パターンと比較することにより、リフレクトアレイアンテナの幾何学的パラメータが検証されている。いくつかの態様においては、利得及び／又は損失の任意の差を判定するために２つの放射パターンを比較することができる。いくつかの実装形態においては、仕様が充足される方式を相対的に良好に判定するために、マスク閾値と共に、両方の直線偏波の仰角及び方位角におけるメインカットが取得されている。いくつかの態様においては、サイドローブレベル（ＳＬＬ）を最小及び最大閾値レベルとの関係において観察することができる。
【0055】
[0078] 次いで、ステップ３２４において、リフレクトアレイアンテナを製造するために、検証済みの幾何学的パラメータが提供されており、この場合に、それぞれのセルは、両方の直線偏波のターゲット位相分布をもたらす最適化されたダイポール長及びセルの幾何学的パラメータによって製造されている。いくつかの態様においては、検証済みの幾何学的パラメータを有するリフレクトアレイアンテナ設計は、電子装置（図２４を参照されたい）により、ネットワーク上において、電子装置のネットワークインターフェイスを通じて、１つ又は複数の製造プロセスを実行する別の電子装置に提供されている。
【0056】
[0079] リフレクトアレイは、製造されたら、屋内であるのか屋外であるのかを問わず、任意の５Ｇ又はその他の無線用途の無線カバレージ及び性能を格段にブーストするために、配置及び動作のための準備完了状態にある。設計が完了し、リフレクトアレイが製造され、高性能無線用途を可能にするために環境内において配置された後にも、リフレクトアレイは、依然として、リフレクトアレイに装着されたいわゆる回転メカニズムの使用により、調節され得ることに留意されたい。多くの構成に加えて、本明細書において開示されているリフレクトアレイは、無線ネットワーク内におけるＵＥとＵＥにサービスしているＢＳの間の無線通信を改善するために、合焦された指向性を有する狭いビームを生成することができる。リフレクトアレイは、低費用であり、製造及びセットアップが容易であり、５Ｇ又は無線ネットワーク事業者がその動作を調節することを必要とすることなしに自己較正され得る。これらは、受動型であってもよく（又は統合されたトランスミッタによって能動型であってもよく）、ＭＩＭＯ様の利得を実現し得ると共に、マルチパス環境の質を向上させることができる。これらのリフレクトアレイは、５Ｇの望ましい性能及び高速データ通信の実現を事実上可能にしていることを理解されたい。
【0057】
[0080] 図９Ａ及び図９Ｄは、主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセル（例えば、図４のリフレクトアレイ構成４００）のＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示している。この例においては、対象のリフレクトアレイアンテナは矩形であり、３１６８４個のセル（主軸において１７８個の要素）から構成されている。周期は、両方の軸において４．５ｍｍであり、これは、グレーティングローブを極小化（又は回避）するために、２７．７ＧＨｚの動作周波数における波長の半分未満である。フィード（又は基地局）は、フィードとリフレクトアレイアンテナの間の４３ｍの距離を伴って、リフレクトアレイの中心との関係において（－３３．５、－１０．３、２４．９）ｍにおいて配置することができる。リフレクトアレイ構成４００は、ダイポールの間において約０．７ｍｍの分離を有する一方で、すべてのダイポールの幅は、約０．２５ｍｍである。ダイポール長は、ＬＡ１（ＬＢ１）＝０．６５＊ＬＡ２（ＬＢ２）に設定されている。ファーフィールド仕様との関連において、５Ｇ基地局用の選択されたパターンは、方位角スパンにおいて一定のパワーフラックスを提供するために、方位角における二乗コセカントビームと、仰角における扇形のビームと、を有する。ビームは、１６°の仰角及び０°の方位角においてポイントされている。この方向は、高利得によってマスキングする仕様の領域に対応し得る。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、プロット９１０及び９１２は、それぞれ、無限周期アレイモデル及びリフレクトアレイアンテナの中心上におけるフィード（又は基地局）からの入射角度に対応する角度（θ＝５４．５°、φ＝１７°）において入射する線形偏波平面波の傾斜入射を仮定することにより、Ｘ偏波におけるリフレクトアレイセルの位相及び振幅曲線を示している。図９Ｃ及び図９Ｄにおいて、プロット９２０及び９２２は、それぞれ、図９Ａ及び図９Ｂのプロットにおいて示されているものと同一の条件下において得られたＹ偏波におけるリフレクトアレイセルの位相及び振幅曲線を示している。
【0058】
[0081] 図１０は、主題技術の様々な実装形態による図９のリフレクトアレイセルと共に使用されるＸ及びＹ偏波のターゲット位相シフト分布のプロット図を示している。プロット１０１０は、図７において記述されているパターン合成動作から出力された合成された位相分布を表している。いくつかの態様において、プロット１０１０は、主軸用の要素のアレイを示しており、この場合に、アレイ内の特定のｉ番目の要素の場所は、両方の直線偏波の必要とされている位相シフトに対応している。プロット１０２０においては、合成された位相分布は、所与のダイポール長のＸ偏波を対象としている。同様に、Ｙ偏波におけるダイポール長を対象とした合成された位相分布も、プロット１０３０において示されている。いくつかの実装形態においては、同一の位相分布が両方の直線偏波において実装されている。いくつかの態様においては、リフレクトアレイアンテナは、入射フィールドの偏波に応じて、デュアルＬＰ（直線偏波）又はデュアルＣＰ（円偏波）を放射することができる。
【0059】
[0082] 図１１Ａ～図１１Ｆは、主題技術の様々な実装形態による図１０の合成された位相分布からの望ましい放射パターンを描くプロット図を示している。図１１Ａにおいて、プロット１１１０は、（それぞれ、マスク１及びマスク２として描かれた）マスク閾値１１１２及び１１１４と共に、Ｘ偏波におけるコポーラーパターンの仰角におけるメインカットを表している。マスク閾値１１１２は、最大利得閾値に対応し、マスク閾値１１１４は、最小利得閾値に対応している。放射パターン信号１１１６は、－２５°～＋２５°の方位角範囲において最小及び最大閾値の間において演算される現時点の利得を有する。図１１Ｂは、望ましい放射パターンのコポーラー成分の３次元表現であるファーフィールド放射パターン１１２０を示している。図１１Ｃ及び図１１Ｄにおいて、プロット１１３０及び１１３２は、それぞれ、中心周波数におけるコポーラー及びクロスポーラー反射係数の既定の振幅及び位相（又は事前合成演算）を使用して偏波Ｘの初期放射パターンを描いており、この場合に、ファーフィールドのコポーラー及びクロスポーラー成分は、それぞれ、全体可視領域用のｕ－ｖプレーン内において示されている。例えば、プロット１１３０及び１１３２は、２７．７ＧＨｚの動作周波数におけるリフレクトアレイアンテナの放射パターンを描いており、これらは、必要とされている位相シフトを提供する及びゼロ誘電体損失を有する理想的なリフレクトアレイセル（又は理想的な位相シフタ）を考慮することによって生成されている。図１１及び図１１Ｆにおいて、プロット１１４０及び１１４２は、それぞれ、合成された位相分布を使用して偏波Ｘの望ましい放射パターンの、それぞれ、コポーラー及びクロスポーラー成分を描いている。いくつかの例においては、プロット１１３０（図１１Ｃ）のカバレージエリア内のコポーラー最大値は、約３．２１ｄＢｉである一方で、プロット１１４０（図１１Ｅ）のカバレージエリア内のコポーラー最大値は、約２．１６ｄＢｉであり、これは、プロット１１３０との関係において約１ｄＢの損失である。
【0060】
[0083] 図１２Ａ～図１２Ｄは、主題技術の様々な実装形態による所与のリフレクトアレイセル（例えば、図４のリフレクトアレイ構成４００）のＸ及びＹ偏波のダイポール長の関数としての位相及び振幅曲線のプロット図を示している。この例においては、対象のリフレクトアレイアンテナは、矩形であり、４３５６個のセル（主軸における６６個の要素）から構成されている。周期は、両方の軸において４．５ｍｍであり、これは、グレーティングローブを極小化（又は回避）するために、２７．７ＧＨｚの動作周波数における波長の半分未満である。フィード（又は基地局）は、フィードとリフレクトアレイアンテナの間の１５ｍの距離を伴って、リフレクトアレイ中心の中心との関係において（－１１．７、－１．３、９．３）ｍにおいて配置することができる。リフレクトアレイ構成４００は、ダイポールの間において約０．７ｍｍの分離を有する一方で、すべてのダイポールの幅は、約０．２５ｍｍである。ダイポール長は、ＬＡ１（ＬＢ１）＝０．６５＊ＬＡ２（ＬＢ２）に設定されている。ファーフィールド仕様との関連において、５Ｇ基地局用の選択されたパターンは、方位角スパンにおいて一定のパワーフラックスを提供するために、方位角における二乗コセカントビーム及び仰角における扇形のビームを有する。ビームは、１６°の仰角及び０°の方位角においてポイントされている。この方向は、高利得によってマスキングする仕様の領域に対応し得る。図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、プロット１２１０及び１２１２は、それぞれ、無限周期アレイモデル及び角度（θ＝５１．７°，φ＝６．３５°）において入射する直線偏波平面波の傾斜入射を仮定することにより、Ｘ偏波のリフレクトアレイセルの位相及び振幅曲線を示しており、これは、リフレクトアレイアンテナの中心上のフィード（又は基地局）からの入射角度に対応している。図１２Ｃ及び図１２Ｄにおいて、プロット１２２０及び１２２２は、それぞれ、図１２Ａ及び図１２Ｂのプロットにおいて示されているものと同一の条件下において得られたＹ偏波のリフレクトアレイセルの位相及び振幅曲線を示している。
【0061】
[0084] 図１３は、主題技術の様々な実装形態による図１２のリフレクトアレイセルと共に使用されるＸ及びＹ偏波のターゲット位相シフト分布のプロット図を示している。プロット１３１０は、図７において描かれているパターン合成動作から出力された合成された位相分布を表している。いくつかの態様においては、プロット１３１０は、主軸用の要素のアレイを示しており、この場合に、アレイ内の特定のｉ番目の要素の場所は、両方の直線偏波の必要とされている位相シフトに対応している。プロット１３２０において、合成された位相分布は、所与のダイポール長におけるＸ偏波を対象としている。同様に、Ｙ偏波におけるダイポール長を対象とした合成された位相分布も、プロット１３３０において示されている。いくつかの実装形態においては、同一の位相分布が両方の直線偏波において実装されている。いくつかの態様において、リフレクトアレイアンテナは、入射フィールドの偏波に応じて、デュアルＬＰ（直線偏波）又はデュアルＣＰ（円偏波）において放射することができる。
【0062】
[0085] 図１４Ａ～図１４Ｃは、主題技術の様々な実施形態による図１３の合成された位相分布からの望ましい放射パターンを描くプロット図を示している。図１４Ａにおいて、プロット１４１０は、（それぞれ、マスク１及びマスク２として描かれている）マスク閾値１４１２及び１４１４と共に、Ｘ偏波におけるコポーラーパターンの仰角におけるメインカットを表している。マスク閾値１４１２は、最大利得閾値に対応し、マスク閾値１４１４は、最小利得閾値に対応している。放射パターン信号１４１６は、－２５°～＋２５°の方位角範囲内の最小及び最大閾値の間において演算された現時点の利得を有する。図１４Ｂにおいて、プロット１４２０は、中心周波数におけるコポーラー及びクロスポーラー反射係数の既定の振幅及び位相（又は事前合成演算）を使用して偏波Ｘの初期放射パターンを描いており、この場合に、ファーフィールドのコポーラー成分は、全体可視領域のｕ－ｖプレーン内において示されている。例えば、プロット１４２０は、２７．７ＧＨｚの動作周波数におけるリフレクトアレイアンテナの放射パターンを描いており、これらは、必要とされている位相シフトを提供する及びゼロの誘電体損失を有する理想的なリフレクトアレイセル（又は理想的な位相シフタ）を考慮することにより、生成されている。図１４Ｃは、望ましい放射パターンのコポーラー成分の３次元表現であるファーフィールド放射パターンを示している。
【0063】
[0086] 図１５Ａ～図１５Ｄは、主題技術の様々な実装形態による異なる放射パターンの中心周波数における方位角及び仰角におけるメインカットのプロット図を示している。図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、プロット１５１０及び１５１２は、それぞれ、（ＣＰ｜理想として描かれている）理想的なリフレクトアレイセル、（ＣＰ／ＸＰ｜係数として描かれている）設計されたリフレクトアレイセルの事前に演算された反射係数、及び（ＣＰ／ＸＰ｜ダイポールとして描かれている）最適化されたダイポールを有する設計されたリフレクトアレイアンテナの全波シミュレーションを使用して得られた放射パターンのメインカットを描いている。観察され得るように、事前演算された反射係数を使用した放射パターンは、利得が方位角において相対的に小さく観察され得る状態において、理想的なリフレクトアレイセルを使用して得られた放射パターンにかなり対応している一方で、最適化されたダイポールによって設計されたリフレクトアレイの全波シミュレーションを使用して得られた放射パターンは、方位角及び仰角における事前に演算された反射係数を使用した放射パターンに緊密に対応している。図１５Ｃ及び図１５Ｄにおいて、プロット１５２０及び１５２２は、それぞれ、（ＣＰ／ＸＰ｜ΔＬとして描かれている）変化する程度のダイポール長によって得られた放射パターンのメインカットを描いている。放射パターンは、ダイポール長の変化とは無関係に、仰角及び方位角の両方において互いに対応していることが観察される。
【0064】
[0087] 図１６は、主題技術の様々な実装形態による図１４の望ましい放射パターンと共に使用されるＸ及びＹ偏波の中心周波数における度を単位とした位相誤差のプロット図を示している。プロット１６１０は、図７において描かれているパターン合成動作から出力された合成された位相分布を表している。いくつかの態様において、プロット１６１０は、主軸用の要素のアレイを示しており、この場合に、アレイ内の特定のｉ番目の要素の場所は、両方の直線偏波の必要とされている位相シフトに対応している。プロット１６２０において、合成された位相分布との関係における位相誤差は、Ｘ偏波を対象としている。同様に、Ｙ偏波を対象とした合成された位相分布との関係における位相誤差も、プロット１６３０に示されている。
【0065】
[0088] 図１７Ａ～図１７Ｄは、主題技術の様々な実施形態による異なる動作周波数及び基材における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示している。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、プロット１７１０及び１７１２は、それぞれ、（ＣＰ／ＸＰ｜２７．２ＧＨｚとして描かれている）第１閾値周波数において、（ＣＰ／ＸＯ｜２７．７ＧＨｚとして描かれている）中央周波数において、及び、（ＣＰ／ＸＰ｜２８．２ＧＨｚとして描かれている）第２閾値周波数において、得られた放射パターンのメインカットを示している。観察され得るように、放射パターンは、互いにかなり対応するように出現しているが、第１及び第２閾値周波数において得られた放射パターンは、中心周波数において得られた放射パターンのものよりも小さな利得を有しており、この場合に、第２閾値周波数において得られた放射パターンは、第１閾値周波数において得られた放射パターンのものよりも小さな利得を有する。図１７Ｃ及び図１７Ｄにおいて、プロット１７２０及び１７２２は、それぞれ、（ＣＰ／ＸＰ｜ｔａｎδ＝０．０１２５として描かれている）第１損失正接を有する、（ＣＰ／ＸＰ｜ｔａｎδ＝０．０２５）として描かれている）第２損失正接を有する、及び、（ＣＰ／ＸＰ｜ｔａｎδ＝０．０５）として描かれている）第３損失正接を有する、基材によって得られた放射パターンのメインカットを描いている。放射パターンは、仰角及び方位角の両方において互いにかなり対応していることが観察されるが、第１損失正接を有する基材は、最大利得を有する放射パターンをもたらし、第３損失正接を有する基材は、最小利得を有する放射パターンをもたらしている。
【0066】
[0089] 図１８Ａ及び図１８Ｄは、主題技術の様々な実装形態による異なる基材誘電率における方位角及び仰角における放射パターンのメインカットのプロット図を示している。図１８Ａ及び図１８Ｂにおいて、プロット１８１０及び１８１２は、それぞれ、（ＣＰ／ＸＰ｜εｒ＝３．６５として描かれている）第１基材誘電率において、（ＣＰ／ＸＰ｜εｒ＝３．４５として描かれている）第２基材誘電率において、及び、（ＣＰ／ＸＰ｜εｒ＝３．８５として描かれている）第３基材誘電率において、得られた放射パターンのメインカットを描いている。観察され得るように、放射パターンは、基材誘電率の変化とは無関係に、互いにかなり対応するように出現している。図１８Ｃ及び図１８Ｄにおいて、プロット１８２０及び１８２２は、それぞれ、異なる基材誘電率に対応する偏波Ｘの放射パターンを描いており、この場合に、ファーフィールドのコポーラー成分は、全体可視領域のｕ－ｖプレーン内において示されている。例えば、プロット１８２０は、基材誘電率εｒ＝３．６５を有するリフレクトアレイアンテナの放射パターンを描いている一方で、プロット１８２２は、基材誘電率εｒ＝３．８５を有するリフレクトアレイアンテナの放射パターンを描いている。プロット１８２０との関係におけるいくつかの変動をプロット１８２２において観察することができる。
【0067】
[0090] 図１９Ａ～図１９Ｄは、主題技術の様々な実装形態による異なる値の誘電体厚さにおける方位角及び仰角における放射パターンメインカットのプロット図を示している。図１９Ａ及び図１９Ｂにおいて、プロット１９１０及び１９１２は、それぞれ、（ＣＰ／ＸＰ｜ｈ＝１．５ｍｍとして描かれている）第１誘電体厚さにおいて、（ＣＰ／ＸＰ｜ｈ＝１．３７ｍｍとして描かれている）第２誘電体厚さにおいて、及び、（ＣＰ／ＸＰ｜ｈ＝１．６３ｍｍとして描かれている）第３誘電体厚さにおいて、得られた放射パターンのメインカットを描いている。観察され得るように、放射パターンは、誘電体厚さの変化とは無関係に互いにかなり対応するように出現している。図１９Ｃ及び図１９Ｄにおいて、プロット１９２０及び１９２２は、それぞれ、異なる誘電体厚さに対応する偏波Ｘの放射パターンを描いており、この場合に、ファーフィールドのコポーラー成分は、全体可視領域のｕ－ｖプレーン内において示されている。例えば、プロット１９２０は、誘電体厚さｈ＝１．５ｍｍを有するリフレクトアレイアンテナの放射パターンを描いている一方で、プロット１９２２は、誘電体厚さｈ＝１．３７ｍｍを有するリフレクトアレイアンテナの放射パターンを描いている。プロット１９２０との関係におけるいくつかの変動をプロット１９２２において観察することができる。
【0068】
[0091] 図２０は、主題技術の様々な実装形態による屋外環境２０００内のリフレクトアレイアンテナの一例を概念的に示している。無線基地局（ＢＳ）２００２は、スタジアム２０３０の屋根上において設置された無線送受信機２００６から無線信号２００４を送信及び受信している。無線送受信機２００６は、そのカバレージエリア内のモバイル装置との間において無線信号を送信及び受信することができる。カバレージエリアは、屋外環境においては、建物又はその他の構造物によって妨害される場合があり、これは、無線信号の品質に影響を及ぼし得る。図２０において描かれているように、スタジアム２０３０及びその構造的特徴は、視準線（ＬＯＳ）ゾーンを有するように、ＢＳ２００２及び／又は無線送受信機２００６のカバレージエリアに影響を及ぼし得る。ＬＯＳゾーンの外側に位置するＵＥは、無線アクセスを有することができない場合があり、大幅に低減されたカバレージを有している場合があり、又は劣化されたカバレージを有している場合がある。５Ｇネットワークトラフィックに利用されている非常に高い周波数帯域（例えば、ミリメートル波周波数）が付与された場合に、無線送受信機２００６のＬＯＳゾーンの外側においてカバレージエリアを拡張することは困難であり得る。
【0069】
[0092] 無線カバレージは、構造物（例えば、屋根、壁、柱、窓、など）の表面上においてリフレクトアレイアンテナを設置することにより、ＬＯＳゾーンの外側のユーザーについて大幅に改善することができる。図２０に描かれているように、リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２は、スタジアム２０３０の個別の場所において配置されている。例えば、それぞれのリフレクトアレイアンテナは、ルーフラインのエッジ上において配置することができる。
【0070】
[0093] リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２のそれぞれは、ネットワークカバレージを大幅に改善するために、改善された場所において位置決めされた安定した且つ低費用の受動型リレーアンテナである。図示のように、リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２のそれぞれは、スタジアム２０３０の一部として形成されているか、配置されているか、構成されているか、埋め込まれているか、又はその他の方法で接続されている。複数のリフレクトアレイが例示を目的として示されているが、実装形態に応じて、単一のリフレクトアレイをスタジアム２０３０の外部及び／又は内部表面内において配置することができる。
【0071】
[0094] いくつかの実装形態において、リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２のそれぞれは、ＬＯＳゾーンの内部又は外部において無線送受信機２００６とエンドユーザーの間における受動型リレーとして機能することができる。その他の実装形態においては、リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２は、反射された無線信号に送信パワーの増大を提供することにより、能動型のリレーとして機能することができる。非視準線（「ＮＬＯＳ」）ゾーン内のエンドユーザーは、リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２から反射された無線送受信機２００６から無線信号を受け取ることができる。いくつかの態様においては、リフレクトアレイアンテナ２０１０は、無線送受信機２００６から単一ＲＦ信号を受け取ることができると共に、その信号をターゲットである場所又は方向への合焦ビーム２０２０としてリダイレクトすることができる。その他の態様においては、リフレクトアレイアンテナ２０１２は、無線送受信機２００６から単一のＲＦ信号を受け取ることができると共に、その信号を異なる場所に対する異なる位相の複数の反射信号２０２２としてリダイレクトすることができる。特定の設計を実装するために及び特定の制約を充足するために、様々な構成、形状、及び寸法を使用することができる。リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２は、図示の環境において任意の望ましい場所から特定の方向において無線送受信機２００６からの無線信号を直接的に反射するように設計することができる。
【0072】
[0095] 屋外環境２０００内のＵＥ及びその他のものの場合には、リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２は、ＢＳ２００２及び／又は無線送受信機２００６から戦略的な方向にＲＦ信号を反射することにより、大きな性能及びカバレージのブーストを実現することができる。それぞれの個々のリフレクトアレイが無線カバレージ及び性能の改善のために到達することを必要とするリフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２の設計及び方向の決定は、屋外環境２０００の幾何学的構成（例えば、無線送受信機２００６の配置、リフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２との関係における距離、など）のみならず、屋外環境２０００内における無線送受信機２００６からリフレクトアレイアンテナ２０１０までのリンクバジェット計算を考慮している。例えば、本明細書において記述されている大きな入射角度における単一層デュアル直線偏波リフレクトアレイアンテナを定義する新規のパターン合成動作を実行することによるリフレクトアレイアンテナ２０１０及び２０１２の設計及び最適化は、ＬＯＳ及びＮＬＯＳゾーン内におけるカバレージの望ましいエリアの実現を支援することができる。
【0073】
[0096] 図２１は、リフレクトアレイが無線カバレージ及び性能を格段に改善するために配備され得る別の環境を示している。環境２１００内において、ＢＳ２１０２は、橋２１０４の下のＮＬＯＳエリア内において配置され得るＵＥを含むそのリーチ内のＵＥに良好な無線カバレージ及び性能を提供することを困難にしている建物の上部において配置されている。環境２１００内のこれらのＵＥ及びその他のものの場合には、リフレクトアレイ２１０６は、ＲＦ信号をＵＥからＢＳ２１０２に至る合焦された方向に反射することにより、大きな性能及びカバレージのブーストを実現している。リフレクトアレイ２１０６の設計は、更に詳細に上述されているように、環境２１００の幾何学的構成（例えば、ＢＳ２１０２の配置、リフレクトアレイ２１０６との関係における距離、など）のみならず、環境２１００内のＢＳ２１０２からリフレクトアレイ２１０６までのリンクバジェット計算を考慮している。
【0074】
[0097] リフレクトアレイは、屋外及び屋内環境の両方において配置され得ることに留意されたい。図２２は、様々な例による屋内環境におけるリフレクトアレイの配置を示している。部屋２２００は、そのコーナーの１つにおいて配置された無線送受信機２２０２を有する。送受信機２２０２は、固定された無線ネットワーク内などのように、部屋２２００内のＵＥに対する無線カバレージを提供している。任意の所与の時点において、部屋２２００内には、高速データ通信に対する大きな需要を有する任意の数のＵＥが存在し得る。既定の場所におけるリフレクトアレイ２２０４～２２０６の配置は、部屋２２００内のＵＥからのＲＦ波が無線送受信機２２０２に到達し性能のブーストを提供することを可能にしている。リフレクトアレイ２２０４～２２０６によって実現される性能のブーストは、すべてのそのセル及びその導電性印刷要素から反射された指向性を有するビームの肯定的な効果に起因している。肯定的な効果は、５Ｇ無線通信及びその他のデータ集約的無線用途を可能にするために重要である受動型（又は能動型）の低費用の且つ製造が容易なリフレクトアレイによって実現されていることに留意されたい。多くの構成に加えて、本明細書において開示されているリフレクトアレイは、例えば、異なる材料による、異なる周波数（例えば、単一、デュアル、マルチ帯域、又は広帯域）を有する、例えば、方位角において狭く且つ仰角において広いなどのように、必要に応じて狭い又は広いビームを生成することができる。リフレクトアレイは、任意の無線環境において、様々な方向及び場所に到達し得る。これらのリフレクトアレイは、低費用であり、製造及びセットアップが容易であり、その動作に対する手動調節を必要とすることなしに自己較正され得る。
【0075】
[0098] 図２３は、主題技術の様々な実装形態による屋内環境２３００における配置を有するリフレクトアレイアンテナ２３０４の一例を概念的に示している。屋内環境２３００は、無線通信信号をＵＥ（例えば、セルラー電話機）に送信するための既定の場所（図示されてはいない）において配置された無線送受信機を有することができる。例えば、無線送受信機は、固定された無線ネットワーク内などのような、屋内環境２３００内において配置された１つ又は複数のＵＥに無線ネットワークカバレージを提供することができる。任意の所与の時点において、屋内環境２３００内には、高速データ通信に対する大きな需要を有する任意の数のＵＥが存在し得る。場所２３０２におけるリフレクトアレイアンテナ２３０４の配置は、リフレクトアレイアンテナ２３０４が、無線送受信機からのＲＦ波（例えば、２３０６）が中継されたＲＦ波２３０８によって任意の方向に到達すること及び性能のブーストをオリジナルのＲＦ信号に提供することを可能にし得るように、スキャニングシステム（図示されてはいない）からのスキャニング結果を通じて判定することができる。リフレクトアレイアンテナ２３０４によって実現されている性能のブーストは、リフレクトアレイアンテナ２３０４内のセルのすべて及びこのようなセル内の導電性印刷要素から反射された指向性を有するビームの肯定的な効果に起因し得る。肯定的な効果は、５Ｇ用途を可能にするために重要である受動型の（又は能動型の）低費用の且つ製造が容易であるリフレクトアレイによって実現することができる。多くの構成に加えて、本明細書において開示されているリフレクトアレイは、必要に応じて、例えば、異なる材料により、異なる周波数（例えば、シングル、デュアル、マルチ帯域、又は広帯域）において、例えば、方位角において狭く又は仰角において広いなどのような、狭い又は広いビームを生成することができる。リフレクトアレイは、任意の無線ネットワーク環境内において様々な方向及び場所に到達し得る。リフレクトアレイは、低費用であることが可能であり、製造及びセットアップが容易であることが可能であり、その動作に対する手動的調節を必要とすることなしに自己較正され得る。いくつかの実装形態においては、リフレクトアレイアンテナ２３０４は、メタ構造を含むことができる。
【0076】
[0099] 図２４は、主題技術の１つ又は複数の実装形態が実装され得る電子システム２４００を概念的に示している。例えば、電子システム２４００は、コンピュータであってもよく、サーバーであってよく、又は一般的には、コンピュータモデル化によるリフレクトアレイの設計を設計及び最適化するためにプログラムを実行する任意の電子装置であってよい。このような電子システムは、様々なタイプのコンピュータ可読媒体及び様々なその他のタイプのコンピュータ可読媒体用のインターフェイスを含む。電子システム２４００は、バス２４０８、１つ又は複数の処理ユニット２４１２、システムメモリ２４０４（及び／又は、バッファ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２４１０、永久ストレージ装置２４０２、入力装置インターフェイス２４１４、出力装置インターフェイス２４０６、及び１つ又は複数のネットワークインターフェイス２４１６、又はこれらのサブセット又は変形を含む。
【0077】
[0100] バス２４０８は、電子システム２４００の多数の内部装置を通信自在に接続しているすべてのシステム、周辺装置、及びチップセットバスを集合的に表している。１つ又は複数の実装形態において、バス２４０８は、１つ又は複数の処理ユニット２４１２をＲＯＭ２４１０、システムメモリ２４０４、及び永久ストレージ装置２４０２と通信自在に接続している。これらの様々なメモリユニットから、１つ又は複数の処理ユニット２４１２は、主題開示のプロセスを実行するために、実行するべき命令と、処理するべきデータと、を取得している。例えば、１つ又は複数の処理ユニット２４１２は、プロセス３００及び７００などの１つ又は複数のプロセスを実行する命令を実行することができる。１つ又は複数の処理ユニット２４１２は、異なる実装形態においては、シングルプロセッサ又はマルチコアプロセッサであってよい。
【0078】
[0101] ＲＯＭ２４１０は、電子システム２４００の１つ又は複数の処理ユニット２４１２及びその他のモジュールによって必要とされている静的なデータ及び命令を保存している。その一方で、永久ストレージ装置２４０２は、読み出し及び書込みメモリ装置であってよい。永久ストレージ装置２４０２は、電子システム２４００がオフ状態である際にも命令及びデータを保存する不揮発性メモリユニットであってよい。１つ又は複数の実装形態において、（磁気又は光ディスク及びその対応するディスクドライブなどの）マスストレージ装置を永久ストレージ装置２４０２として使用することができる。
【0079】
[0102] １つ又は複数の実装形態において、（フロッピーディスク、フラッシュドライブ、及びその対応するディスクドライブなどの）着脱自在のストレージ装置を永久ストレージ装置２４０２として使用することができる。永久ストレージ装置２４０２と同様に、システムメモリ２４０４も、読み出し及び書込みメモリ装置であってよい。但し、永久ストレージ装置２４０２とは異なり、システムメモリ２４０４は、ランダムアクセスメモリなどの揮発性の読み出し及び書込みメモリであってよい。システムメモリ２４０４は、１つ又は複数の処理ユニット２４１２がランタイムにおいて必要とし得る命令及びデータの任意のものを保存することができる。１つ又は複数の実装形態において、主題開示のプロセスは、システムメモリ２４０４、永久ストレージ装置２４０２、及び／又はＲＯＭ２４１０内において保存されている。これらの様々なメモリユニットから、１つ又は複数の処理ユニット２４１２は、１つ又は複数の実装形態のプロセスを実行するために、実行するべき命令と、処理するべきデータと、を取得している。
【0080】
[0103] また、バス２４０８は、入力及び出力装置インターフェイス２４１４及び２４０６にも接続している。入力装置インターフェイス２４１４は、ユーザーが電子システム２４００に情報を伝達しコマンドを選択することを可能にしている。入力装置インターフェイス２４１４と共に使用され得る入力装置は、例えば、英数キーボード及び（「カーソル制御装置」とも呼称される）ポインティング装置を含むことができる。出力装置インターフェイス２４０６は、例えば、電子システム２４００によって生成された画像の表示を可能することができる。出力装置インターフェイス２４０６と共に使用され得る出力装置は、例えば、プリンタと、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、フレキシブルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ、半導体ディスプレイ、プロジェクタ、又は情報を出力する任意のその他の装置などの表示装置と、を含むことができる。１つ又は複数の実装形態は、タッチスクリーンなどの入力及び出力装置の両方として機能する装置を含むことができる。これらの実装形態においては、ユーザーに提供されるフィードバックは、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックなどの感覚フィードバックの任意の形態であることが可能であり、ユーザーからの入力は、音響、発話、又は触覚入力を含む任意の形態において受け取ることができる。
【0081】
[0104] また、最後に、図２４に示されているように、バス２４０８は、１つ又は複数の無線ネットワークインターフェイスなどの１つ又は複数のネットワークインターフェイス２４１６を通じて電子システム２４００をネットワーク（図示されてはいない）に及び／又は１つ又は複数の装置に結合している。この結果、電子システム２４００は、（ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、又はイントラネットワークなどのコンピュータのネットワーク又はインターネットなどのネットワークのネットワークの一部であってよい。電子システム２４００の任意の又はすべてのコンポーネントを主題開示との関連において使用することができる。
【0082】
[0105] 開示された例に関する以上の説明は、当業者が本開示を実施又は使用することを可能にするために提供されていることを理解されたい。これらの例に対する様々な変更が当業者には容易に明らかとなり、本明細書において定義されている一般的な原理は、本開示の精神及び範囲を逸脱することなしに、その他の例に適用することができる。従って、本開示は、本明細書において示されている例に限定されることを意図したものではなく、これには、本明細書において開示されている原理及び新規の特徴と一貫性を有する最も広い範囲を付与することを要する。
【0083】
[0106] 次に、以下の条項を参照し、主題技術の第１の態様について説明することとする。
【0084】
[0107] 条項１．改善された無線通信用途用のリフレクトアレイアンテナであって、単一の基材層と、リフレクトアレイセルのアレイと、を有し、リフレクトアレイセルのアレイは、単一の基材層上に位置し、第１直線偏波において第１位相シフトを有する反射高周波（ＲＦ）ビームを放射するように構成された第１の複数の導電性要素と、第１の複数の導電性要素に直交するように構成された、及び第１直線偏波に直交する第２直線偏波において第１位相シフトのものに実質的に等価である第２位相シフトを有する反射ＲＦビームを放射するように構成された第２複数の導電性要素と、を有する。
【0085】
[0108] 条項２．請求項１に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１の複数の導電性要素は、第１軸に沿って横方向において延在する少なくとも１つのダイポールを有し、第２の複数の導電性要素は、第１軸に直交する第２軸に沿って横方向において延在する少なくとも１つのダイポールを有する。
【0086】
[0109] 条項３．請求項２に記載のリフレクトアレイアンテナであって、リフレクトアレイセルのアレイは、第１軸及び第２軸において３．０ミリメートル（ｍｍ）～５．０ｍｍの範囲のセルの周期を有する。
【0087】
[0110] 条項４．請求項１に記載のリフレクトアレイアンテナであって、リフレクトアレイセルのアレイのそれぞれのリフレクトアレイセルは、第１の複数の導電性要素を有する。
【0088】
[0111] 条項５．請求項２に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第２の複数の導電性要素のそれぞれの導電性要素は、第１の複数の導電性要素の間においてセンタリングされた場所において配置されている。
【0089】
[0112] 条項６．請求項１に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素のそれぞれは、変化する長さを有する複数のダイポールを有し、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素のそれぞれのものの複数のダイポールは、互いに平行に構成されている。
【0090】
[0113] 条項７．請求項６に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素のそれぞれは、第１長さを有する第１ダイポール、第２長さを有する第２ダイポール、及び第３長さを有する第３ダイポールを有し、第２ダイポールは、第１ダイポールと第３ダイポールの間において介在している。
【0091】
[0114] 条項８．請求項７に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第２長さは、第１長さ及び第３長さ超であり、第１長さは、第３長さに実質的に等価である。
【0092】
[0115] 条項９．請求項８に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１長さ及び第３長さのそれぞれは、第２長さの既定の割合である。
【0093】
[0116] 条項１０．請求項１に記載のリフレクトアレイアンテナであって、リフレクトアレイセルのアレイのそれぞれのリフレクトアレイセルは、基材、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素を有するパターン化された層、接地プレーン層、接合層、及び上層を有し、上層は、接合層の上部表面上において配設されており、接合層は、パターン化された層の上部表面上において配設されており、パターン化された層は、基材の上部表面上において配設されており、基材は、接地プレーン層の上部表面上において配設されている。
【0094】
[0117] 条項１１．請求項１０に記載のリフレクトアレイアンテナであって、上層及び基材は、同一の複合材料を有する。
【0095】
[0118] 条項１２．請求項１に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素は、異なる形状の導電性印刷パッチである。
【0096】
[0119] 条項１３．条項１又は条項２のいずれか１つに記載のリフレクトアレイアンテナであって、リフレクトアレイセルのアレイは、第１軸及び第２軸において３．０ミリメートル（ｍｍ）～５．０ｍｍの範囲のセルの周期を有する。
【0097】
[0120] 条項１４．条項１～３のいずれか１つに記載のリフレクトアレイアンテナであって、リフレクトアレイセルのアレイのそれぞれのリフレクトアレイセルは、第１の複数の導電性要素を有する。
【0098】
[0121] 条項１５．条項２に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第２の複数の導電性要素のそれぞれの導電性要素は、第１の複数の導電性要素の間においてセンタリングされた場所において配置されている。
【0099】
[0122] 条項１６．条項１～５のいずれか１つに記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素のそれぞれは、変化する長さを有する複数のダイポールを有し、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素のそれぞれのものの複数のダイポールは、互いに平行に構成されている。
【0100】
[0123] 条項１７．条項６に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１の複数の導電性要素及び第２複数の導電性要素のそれぞれは、第１長さを有する第１ダイポール、第２長さを有する第２ダイポール、及び第３長さを有する第３ダイポールを有し、第２ダイポールは、第１ダイポールと第３ダイポールの間において介在している。
【0101】
[0124] 条項１８．条項７に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第２長さは、第１長さ及び第３長さ超であり、第１長さは、第３長さに実質的に等価である。
【0102】
[0125] 条項１９．条項８に記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１長さ及び第３長さのそれぞれは、第２長さの既定の割合である。
【0103】
[0126] 条項２０．条項１～９のいずれか１つに記載のリフレクトアレイアンテナであって、リフレクトアレイセルのアレイのそれぞれのリフレクトアレイセルは、基材、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素を有するパターン化された層、接地プレーン層、接合層、及び上層を有し、上層は、接合層の上部表面上において配設されており、接合層は、パターン化された層の上部表面上において配設されており、パターン化された層は、基材の上部表面上において配設されており、基材は、接地プレーン層の上部表面上において配設されている。
【0104】
[0127] 条項２１．条項１０に記載のリフレクトアレイアンテナであって、上層及び基材は、同一の複合材料を有する。
【0105】
[0128] 条項２２．条項１～１１のいずれか１つに記載のリフレクトアレイアンテナであって、第１の複数の導電性要素及び第２の複数の導電性要素は、異なる形状の導電性印刷パッチである。
【0106】
[0129] 次に、以下の条項を参照し、主題技術の第２の態様について説明することとする。
【0107】
[0130] 条項２３．リフレクトアレイアンテナを設計する方法であって、方法は、パターン合成アルゴリズムによってリフレクトアレイセルのアレイを有するリフレクトアレイパネル用のターゲット位相分布を判定することと、リフレクトアレイセルの表面上において予め演算された反射係数を使用してリフレクトアレイセルのアレイにおいてそれぞれのセルの幾何学的パラメータを判定することと、ターゲット位相分布との比較に少なくとも基づいてリフレクトアレイセルのアレイ内のそれぞれのセル内の１つ又は複数のダイポール長を変更することと、少なくとも１つの直線偏波について、リフレクトアレイセルのアレイ内の変更された１つ又は複数のダイポール長に少なくとも基づいて第１放射パターンを演算し及び予め演算された反射係数から第２放射パターンを演算することと、第１放射パターンと第２放射パターンの間の比較に少なくとも基づいてリフレクトアレイセルのアレイ内のそれぞれのセルの幾何学的パラメータを検証することと、リフレクトアレイアンテナの製造のために検証済みの幾何学的パラメータを提供することと、を有する。
【0108】
[0131] 条項２４．請求項２３に記載の方法であって、リフレクトアレイアンテナと基地局の間の幾何学的セットアップを含むアンテナ仕様を判定することと、対象の帯域内の１つ又は複数の周波数において第１及び第２直線偏波用のアンテナ仕様からリフレクトアレイセルの位相及び振幅曲線を算出することと、位相曲線からの第１位相を第１及び第２直線偏波の少なくとも１つにおけるリフレクトアレイセル用のターゲット位相分布の第２位相と比較することと、を更に有し、リフレクトアレイセルの１つ又は複数のダイポール長は、位相曲線からの第１位相がターゲット位相分布の第２位相とマッチングしていない際に第１位相及び第２位相が実質的に収束するようにするべく変更されている。
【0109】
[0132] 条項２５．請求項２３に記載の方法であって、ターゲット位相分布を判定することは、フィードの場所及びリフレクトアレイセルのアレイ内のそれぞれのセルの初期幾何学的パラメータに少なくとも基づいてリフレクトアレイパネルの表面上の正接反射フィールドを算出することと、カバレージエリアの中心に向かってポイントされたペンシルビームを有する放射パターン仕様を判定することと、既定の方位角において及び既定の仰角においてカバレージエリアに向かってポイントされた非合焦ビームに基づいてリフレクトアレイパネルの表面上においてリフレクトアレイセルのアレイ用の初期位相分布を判定することと、初期位相分布に対して反復パターン合成アルゴリズムの複数のステップを実行することと、反復パターン合成アルゴリズムの複数のステップのそれぞれの後続のステップのために非合焦ビームの利得を増大させることと、を有する。
【0110】
[0133] 条項２６．請求項２５に記載の方法であって、リフレクトアレイアンテナのアパーチャサイズに少なくとも基づいて利得を判定することを更に有し、利得の増大は、カバレージエリア内のリフレクトアレイアンテナの中心の周りの固定された数のリフレクトアレイ要素上の既定の照明レベルに対応している。
【0111】
[0134] 条項２７．請求項２５に記載の方法であって、リフレクトアレイアンテナの中心の周りのセルのリングを最適化するために照明の最小及び最大閾値レベルを設定することを更に有し、利得を増大させることは、反復パターン合成アルゴリズムの後続のステップに対応する照明の最小及び最大閾値レベル内のレベルにリフレクトアレイパネルのエッジにおける照明レベルを増大させることを有する。
【0112】
[0135] 次に、以下の条項を参照し、主題技術の第３の態様について説明することとする。
【0113】
[0136] 条項２８．製造のためにリフレクトアレイアンテナのパターン合成を実行する方法であって、方法は、フィードの場所及びリフレクトアレイ表面の初期幾何学的パラメータに少なくとも基づいてリフレクトアレイ表面上の正接反射フィールドを算出することと、カバレージエリアの中心に向かってポイントされたペンシルビームを有する放射パターン仕様を判定することと、既定の方位角において及び既定の仰角においてカバレージエリアに向かってポイントされた非合焦ビームに基づいてリフレクトアレイ表面上のセルのアレイの初期位相分布を判定することと、初期位相分布に対して反復パターン合成アルゴリズムの複数のステップを実行することと、反復パターン合成アルゴリズムの複数のステップのそれぞれの後続のステップのためにリフレクトアレイ表面のエッジにおける照明のレベルを増大させることと、反復パターン合成アルゴリズムの結果からリフレクトアレイ表面上の合成された位相分布を判定することと、合成された位相分布を使用してリフレクトアレイセルの１つ又は複数の幾何学的パラメータを変更することと、リフレクトアレイアンテナを製造するためにリフレクトアレイセルの変更された１つ又は複数の幾何学的パラメータを処理することと、を有する。
【0114】
[0137] 条項２９．請求項２８に記載の方法であって、リフレクトアレイアンテナのアパーチャサイズに少なくとも基づいて利得を判定することを更に有し、利得の増大は、カバレージエリア内のリフレクトアレイアンテナの中心の周りの固定された数のリフレクトアレイ要素上の既定の照明レベルに対応している。
【0115】
[0138] 条項３０．請求項２９に記載の方法であって、非合焦ビームは、中心の周りのセルのリングを最適化するために照明の最小及び最大閾値レベルを設定することにより、反復パターン合成アルゴリズムのそれぞれの後続のステップにおいてリフレクトアレイアンテナの中心の周りの更なるリフレクトアレイ要素をカバーするように増大されている。
【0116】
[0139] 項目の任意のものを分離するために「及び」又は「又は」という用語を伴って本明細書において使用されている一連の項目に先行する「～の少なくとも１つ」というフレーズは、リストのそれぞれの構成要素（即ち、それぞれの項目）ではなく、リストを全体として修飾している。「～の少なくとも１つ」というフレーズは、少なくとも１つの項目の選択を必要としてはおらず、フレーズは、項目の任意のものの少なくとも１つ及び／又は項目の任意の組合せの少なくとも１つ及び／又は項目のそれぞれのものの少なくとも１つを含む意味を許容している。例として、「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」又は「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」というフレーズは、それぞれ、Ａのみ、Ｂのみ、又はＣのみ、Ａ、Ｂ、及びＣの任意の組合せ、及び／又は、Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれのものの少なくとも１つを意味している。
【0117】
[0140] 更には、「含む（include）」、「有する（have）」という用語、又はこれらに類似したものが説明及び請求項において使用されている限りにおいては、このような用語は、請求項において移行語として利用された際に「有する（comprise）」が解釈されるように、「有する（comprise）」という用語に類似した方式で包含的となるように意図されている。
【0118】
[0141] 単数形における要素に対する参照は、具体的に記述されていない限り、「１つの及び唯一の」を意味することが意図されてはおらず、むしろ、「１つ又は複数の」を意味するように意図されている。「いくつかの」という用語は、１つ又は複数を意味している。下線の及び／又はイタリック体のヘッディング及びサブヘッディングは、利便のみを目的として使用されており、主題技術を限定してはおらず、主題技術の説明の解釈との関連において参照されるものではない。当業者には既知の又は当業者に後から既知となる本開示の全体を通じて記述されている様々な構成の要素のすべての構造的且つ機能的均等物は、引用により、本明細書において明示的に内蔵されており、主題技術によって包含されるように意図されている。更には、本明細書において開示されているものは、いずれも、そのような開示が以上の説明において明示的に記述されているかどうかとは無関係に、公衆への提供を意図したものではない。
【0119】
[0142] 本明細書は、多くの具体的事項を含んでいるが、これらは、特許請求され得る範囲に対する限定として解釈されてはならず、むしろ、主題の特定の実装形態の説明として解釈することを要する。また、別個の実施形態の文脈において本明細書において記述されている特定の特徴は、単一の実施形態において組合せにおいて実装することもできる。また、逆に、単一の実施形態の文脈において記述されている様々な特徴は、複数の実施形態において別個に又は任意の適切なサブ組合せにおいて実装することもできる。更には、特徴は、特定の組合せにおいて機能するものとして上述されている場合があり、場合によってはそのように当初特許請求されている場合があるが、特許請求されている組合せからの１つ又は複数の特徴は、いくつかのケースにおいては、組合せから除去することが可能であり、特許請求されている組合せは、サブ組合せ又はサブ組合せの変形を対象とすることができる。
【0120】
[0143] 以上、本明細書の主題は、特定の態様の観点において記述されているが、その他の態様を実装することも可能であり、これらも添付の請求項の範囲に含まれている。例えば、動作は、特定の順序において図面において描かれているが、これは、望ましい結果を実現するために、このような動作が図示の特定の順序において又は順番に実行される又はすべての図示されている動作が実行されることを必要としているものと理解してはならない。請求項において記述されているアクションは、異なる順序において実行することが可能であり、望ましい結果を依然として実現することができる。一例として、添付の図において描かれているプロセスは、望ましい結果を実現するために、必ずしも図示の特定の順序又はシーケンシャルな順序を必要としてはいない。更には、上述の態様における様々なコンポーネントの分離は、このような分離をすべての態様において必要とするものとして理解されてはならず、記述されているプログラムコンポーネント及びシステムは、一般に、単一のハードウェア製品内において１つに統合することが可能であり、又は複数のハードウェア製品として統合することができることを理解されたい。その他の変形も添付の請求項の範囲に含まれている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図11F】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図12D】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図17D】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図18D】
【図19A】
【図19B】
【図19C】
【図19D】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【国際調査報告】