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(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】2023-11-13
(54)【発明の名称】リフレクトアレイ及びリフレクトアレイのための方法
(51)【国際特許分類】
H01Q 15/14 20060101AFI20231106BHJP
【ＦＩ】
H01Q15/14 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023523134
(86)(22)【出願日】2021-10-14
(85)【翻訳文提出日】2023-05-25
(86)【国際出願番号】 US2021055067
(87)【国際公開番号】W WO2022081897
(87)【国際公開日】2022-04-21
(31)【優先権主張番号】63/091,776
(32)【優先日】2020-10-14
(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】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】アシュール，マハ
【テーマコード（参考）】
5J020
【Ｆターム（参考）】
5J020AA03
5J020BA02
5J020DA03
5J020DA04
5J020DA06
(57)【要約】
ワイヤレス通信で使用するアンテナシステムのためのリフレクトアレイについて記載されている。リフレクトアレイは、基板と、基板上のアレイ内に構成された複数のセルと、を含む。複数のセルのセルはそれぞれ、中央の双極子の長さが側方の双極子の長さよりも長い平行な構成で配列された、３つの双極子を含む。側方の双極子の長さは、中央の双極子の長さの６５％である。複数のセルは、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、第１の方向に直交する第２の方向にある第２の３つの平行双極子のセットと、を含むことができる。第１の３つの平行双極子のセット、及び第２の３つの平行双極子のセットは、アレイ内で第１の方向及び第２の方向の両方に沿って、半周期シフトしている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
リフレクトアレイであって、基板と、
前記基板上のアレイ内に構成された複数のセルであって、それぞれのセルが、中央の双極子の長さが側方の双極子の長さよりも長い平行な構成で配列された、少なくとも３つの双極子を含む複数のセルと、
を含むリフレクトアレイ。
【請求項2】
前記複数のセルが、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、第２の方向にある第２の３つの平行双極子のセットと、を含む、請求項１に記載のリフレクトアレイ。
【請求項3】
前記第１の方向及び前記第２の方向が互いに直交する、請求項２に記載のリフレクトアレイ。
【請求項4】
前記第１の３つの平行双極子のセット、及び前記第２の３つの平行双極子のセットが、前記アレイ内で前記第１の方向及び前記第２の方向の両方に沿って半周期シフトしている、請求項２に記載のリフレクトアレイ。
【請求項5】
前記第１の３つの平行双極子のセットの長さ、及び前記第２の３つの平行双極子のセットが、２つの直交偏波における位相シフトを提供するように構成されている、請求項２に記載のリフレクトアレイ。
【請求項6】
前記側方の双極子の前記長さが、前記中央の双極子の前記長さの２０％から９０％の間である、請求項１に記載のリフレクトアレイ。
【請求項7】
前記側方の双極子の前記長さが、前記中央の双極子の前記長さの６５％である、請求項１に記載のリフレクトアレイ。
【請求項8】
前記少なくとも３つの双極子の隣接する双極子間の離隔が０．５ｍｍから１ｍｍの間であり、前記少なくとも３つの双極子のそれぞれの幅が約０．１ｍｍから約０．５ｍｍである、請求項１に記載のリフレクトアレイ。
【請求項9】
リフレクトアレイを設計するためのプロセスであって、前記リフレクトアレイ内の複数のセルのそれぞれの双極子の配列を決定することと、
前記複数のセルのそれぞれの双極子長の関数としての位相曲線及び振幅曲線を計算することと、
前記計算された位相曲線及び振幅曲線に基づいて前記リフレクトアレイの反射係数を決定することと、
前記決定された反射係数に基づいて前記リフレクトアレイ内のセルの数を決定することと、
前記リフレクトアレイ内に前記決定された数のセルを製造することと、
を含むプロセス。
【請求項10】
位相限定合成を介して前記リフレクトアレイの位相分布を計算することと、前記計算された位相分布に基づいて前記リフレクトアレイ内の前記セルの数を精緻化することと、
をさらに含む請求項９に記載のプロセス。
【請求項11】
前記製造することが、前記リフレクトアレイ内に前記決定された数のセルをプリントすることを含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項12】
前記双極子の配列が、中央の双極子の長さが側方の双極子の長さよりも長い３つの双極子の平行な構成を含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項13】
前記側方の双極子の前記長さが、前記中央の双極子の前記長さの６５％である、請求項１２に記載のプロセス。
【請求項14】
前記複数のセルが、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、前記第１の方向に直交する第２の方向にある第２の３つの並列双極子のセットと、を含む、請求項９に記載のプロセス。
【請求項15】
前記第１の方向に配列された前記第１の３つの平行双極子のセットに対して、第１の偏波における第１の位相シフトのセットを提供することと、前記第２の方向に配列された前記第２の３つの平行双極子のセットに対して、第２の偏波における第２の位相シフトのセットを提供することと、
をさらに含む、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項16】
ワイヤレス通信のためのアンテナシステムであって、信号ビームを送信するために構成された基地局と、
前記信号ビームを非直視界エリアに反射するために構成されたリフレクトアレイであって、平行な構成で配列された３つの平行双極子をそれぞれが含む複数のセルを含むリフレクトアレイと、
を含むアンテナシステム。
【請求項17】
前記リフレクトアレイが、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、前記第１の方向に直交する第２の方向にある第２の３つの平行双極子のセットと、を含む、請求項１６に記載のアンテナシステム。
【請求項18】
前記第１の３つの平行双極子のセット、及び前記第２の３つの平行双極子のセットが、前記アレイ内で前記第１の方向及び前記第２の方向の両方に沿って半周期シフトしている、請求項１７に記載のアンテナシステム。
【請求項19】
前記平行な構成で配列された前記３つの平行双極子が、中央の双極子の長さの２０％から９０％の間の長さを有する側方の双極子を含む、請求項１６に記載のアンテナシステム。
【請求項20】
前記３つの平行双極子の隣接する双極子間の離隔が、０．５ｍｍから１ｍｍの間であり、前記３つの平行双極子のそれぞれの幅が、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍである、請求項１６に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２０年１０月１４日に出願された米国仮特許出願第６３／０９１，７７６号からの優先権を主張するものであり、その全体が参照によって本明細書に援用される。
[0001] 本出願は、２０２０年１０月１４日に出願された米国仮特許出願第６３／０９１，７７６号からの優先権を主張するものであり、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【0002】
背景
[0002] 第５世代のモバイル通信（５Ｇ）は、２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚ、及び６０ＧＨｚといったようなミリ波スペクトルの、より高周波数帯域の使用を増大し、セルラーネットワークで高速ワイヤレスアクセスを提供する。ミリ波５Ｇ通信の課題の１つは、これらの周波数での信号伝播に関連するものであり、これは、経路損失が大きく、物理的障壁に影響され易いことを特徴とする。基地局アンテナによって提供されるカバレッジは、（屋外シナリオにおける）建物、（屋内シナリオにおける）壁、又はその他の構造によって妨害され、不感地帯になる可能性がある。５Ｇ通信プロトコルがワイヤレスネットワークで広く採用可能になる前に、これらの課題のうちの１つ又は複数を解決する必要がある。したがって、ミリ波周波数での信号伝播に立ちはだかっている目下の課題を解決することができる改良された方法及び／又は装置が必要である。
[0002] 第５世代のモバイル通信（５Ｇ）は、２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚ、及び６０ＧＨｚといったようなミリ波スペクトルの、より高周波数帯域の使用を増大し、セルラーネットワークで高速ワイヤレスアクセスを提供する。ミリ波５Ｇ通信の課題の１つは、これらの周波数での信号伝播に関連するものであり、これは、経路損失が大きく、物理的障壁に影響され易いことを特徴とする。基地局アンテナによって提供されるカバレッジは、（屋外シナリオにおける）建物、（屋内シナリオにおける）壁、又はその他の構造によって妨害され、不感地帯になる可能性がある。５Ｇ通信プロトコルがワイヤレスネットワークで広く採用可能になる前に、これらの課題のうちの１つ又は複数を解決する必要がある。したがって、ミリ波周波数での信号伝播に立ちはだかっている目下の課題を解決することができる改良された方法及び／又は装置が必要である。
【0003】
図面の簡単な説明
[0003] 本出願は、添付の図面と併せて記載された以下の詳細な説明に関連して、より完全に理解することができ、添付の図面は、縮尺通りに描写されておらず、図面全体を通して、同様の参照符号は、同様の部分を指す。
[0003] 本出願は、添付の図面と併せて記載された以下の詳細な説明に関連して、より完全に理解することができ、添付の図面は、縮尺通りに描写されておらず、図面全体を通して、同様の参照符号は、同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1】[0004]対象技術の様々な実施形態による、ワイヤレス通信環境におけるリフレクトアレイ（ＲＡ：reflectarray）を図示している。
【図3A】[0006]対象技術の様々な実施形態による、リフレクトアレイを上面図で図示している。
【図3B】[0006]対象技術の様々な実施形態による、リフレクトアレイを断面図で図示している。
【図4A】[0007]対象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３Ａ及び図３Ｂのリフレクトアレイ構成３００）のＶ偏波に対する双極子長の関数としての位相曲線及び振幅曲線のプロット図を図示している。
【図4B】[0007]対象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３Ａ及び図３Ｂのリフレクトアレイ構成３００）のＨ偏波に対する双極子長の関数としての位相曲線及び振幅曲線のプロット図を図示している。
【図5】[0008]対象技術の様々な実装形態による、リフレクトアレイの位相限定パターン合成の例示的な結果を図示している。
【図6A】[0009]対象技術の様々な実装形態による、リフレクトアレイの方位角面における放射パターンを図示している。
【図6B】[0009]対象技術の様々な実装形態による、リフレクトアレイの仰角面における放射パターンを図示している。
【図7A】[0010]対象技術の様々な実装形態による、異なる動作周波数でのリフレクトアレイの方位角面における放射パターンを図示している。
【図7B】[0010]対象技術の様々な実装形態による、異なる動作周波数でのリフレクトアレイの仰角面における放射パターンを図示している。
【図8】[0011]対象技術の１つ又は複数の実装形態による、リフレクトアレイを設計するプロセスのフローチャートを図示している。
【発明を実施するための形態】
【0005】
詳細な説明
[0012] 本開示は、５Ｇセルラーネットワークでのカバレッジを向上させることが可能なリフレクトアレイ（ＲＡ）の方法及び装置、並びにリフレクトアレイの設計に関する。本開示のＲＡは、特定の周波数帯域内で安定した挙動を示すように設計されており、特に、ミリ波５Ｇ通信に適用可能である。様々な実施形態及び実装形態に従って、開示されたリフレクトアレイ（受動成形ビーム）は、ワイヤレス通信用のアンテナシステムで展開することができる。ＲＡベースのアンテナ（例えば、受動ＲＡ）は、ミリ波スペクトルでのカバレッジを劇的に向上させることができる。受動ＲＡは、成形又は輪郭形成されたビームを生成するように設計することができ、プロファイルが平らであり、軽量で簡易、且つ、成形された金属反射素子よりも製造プロセスが安価である、という追加の利点を有する。
[0012] 本開示は、５Ｇセルラーネットワークでのカバレッジを向上させることが可能なリフレクトアレイ（ＲＡ）の方法及び装置、並びにリフレクトアレイの設計に関する。本開示のＲＡは、特定の周波数帯域内で安定した挙動を示すように設計されており、特に、ミリ波５Ｇ通信に適用可能である。様々な実施形態及び実装形態に従って、開示されたリフレクトアレイ（受動成形ビーム）は、ワイヤレス通信用のアンテナシステムで展開することができる。ＲＡベースのアンテナ（例えば、受動ＲＡ）は、ミリ波スペクトルでのカバレッジを劇的に向上させることができる。受動ＲＡは、成形又は輪郭形成されたビームを生成するように設計することができ、プロファイルが平らであり、軽量で簡易、且つ、成形された金属反射素子よりも製造プロセスが安価である、という追加の利点を有する。
【0006】
[0013] 開示されたＲＡは、例えば、２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚ、及び６０ＧＨｚを含むが、それらに限定されない様々な周波数において、二重直線偏波（例えば、水平直線偏波及び垂直直線偏波）で広幅の偏向ビームを生成するように設計することができる。開示されたＲＡ（単位セル）は、ある範囲の位相変化及び大きな入射角の下でのロバストな性能を提供することができる。様々な実施形態では、位相限定合成を適用してＲＡ上の位相分布を得て、５Ｇセルラーネットワークの制限内で様々な要件を満たすことができる。例えば、ＲＡは、特定エリアにいるユーザのワイヤレスアクセスを強化するために、基地局（ＢＳ）から受け取った電力をそのエリアに集中するように設計することができる。ほとんどのワイヤレスネットワークでは、ＲＡは、成形ビームを生成し、また、個々のユースケースのシナリオによって決定された事前設定要件に基づいてビームを特定の方向に偏向することができるように設計され、個々のケースのシナリオの１つを以下で図示し、説明する。
【0007】
[0014] 図１は、対象技術の様々な実施形態による、例示的なワイヤレス通信環境におけるリフレクトアレイ（ＲＡ）を図示している。図１は、不感地帯１４２のカバレッジを強化するために、基地局（ＢＳ）１３０によって入射電磁気ビームを受け取っているか、又は照らされているリフレクトアレイ（ＲＡ）１２０を有する典型的な５Ｇの屋外シナリオ１００を図示している。シナリオ１００は、図１で図示されているような地理的構成で、数棟の建物、例えば、建物１４０を含む。ＢＳ１３０の観点から、不感地帯１４２は、ＲＡ１２０からの反射ビーム１２２に沿って示された非直視界（ＮＬＯＳ：non-line of sight）エリアと見なされ、ＢＳ１３０からの入射ビーム１３２は、直視界（ＬＯＳ：line of sight）ゾーンの一部と見なされる。図１で図示されているＲＡ１２０は、従来の５Ｇの屋外シナリオのカバレッジを向上させるように設計された受動成形ビームＲＡである。ＲＡ１２０は、二重直線偏波（例えば、水平偏波及び垂直偏波の両方）で広幅の偏向ビームを発生させ、ＢＳ１３０からの入射角が大きいにもかかわらず、所与の周波数帯域内、例えば、２７．２～２８．２ＧＨｚの帯域で、ロバストな性能を示すことができる。
【0008】
[0015] 理解を明確にするために、特定の寸法で、図１で図示されている例示的な５Ｇシナリオ１００をさらに説明する。この例は、限定するものではなく、むしろ説明的なものである。この特定の例では、環境１００の幾何学的パラメータのうちのいくつかが、図２Ａ及び図２Ｂに関して説明されている。この非限定的な例では、ＲＡの寸法、より具体的には、ＲＡパネルは、８０ｃｍ ｘ ４０ｃｍである。ＲＡ１２０は、ＢＳ１３０のアンテナによって照らされる。このアンテナは、例えば、４２ｍ距離をおいたところに位置し、図２Ａ及び図２Ｂで図示されているように、方位角面、すなわち水平方向の面で、５１°の角度を形成している。ＲＡ１２０とＢＳ１３０とは、同じ高さであることに留意されたい。不感地帯１４２のカバレッジを向上させるために、ビームは、方位角で５１°及び仰角で１８°の角度で放射され、方位角で５．５°、及び仰角で１．５°の電力半値ビーム幅（ＨＰＢＷ：half power beamwidth）を示す。比較のために、同じ方向にコリメートされたビームを生成するように設計された同じ寸法８０ｃｍ ｘ ４０ｃｍを有する従来のＲＡであれば、方位角で２°、及び仰角で０．７°のＨＰＢＷになる。従来のＲＡと比較しての改良として、本開示のＲＡ１２０は、方位角及び仰角の両方、垂直面、水平面で入射ビーム１３２の幅を２倍よりも大きく広げ、ＢＳ１３０の鏡反射方向に対してビームを仰角で１８°偏向させる。
【0009】
[0016] 引き続きこの例を用いると、ＲＡ１２０及びＢＳ１３０を有する図１の５Ｇ環境の幾何学的形状が、図２Ａの方位角グラフ２００及び図２Ｂの仰角グラフ２１０に図示されている。グラフは、ＲＡ１２０とＢＳ１３０との間の距離が大きいと、ＲＡセル上の入射角（θｉ、φｉ）の変化が小さくなっていることを示している。図２Ａ及び図２Ｂで示されている幾何学的形状では、θｉの最大変化は、５１°に対して±０．３°未満であるが、一方、φｉは、８９．３°から９０．７°の間で変化する（ｘ軸がφｉ＝０°の基準として使用されていることに留意されたい）。５Ｇ及び様々な指向性ビームシステムにおける重要な改良点は、従来のアンテナ性能で水平方向（Ｈ）と垂直方向（Ｖ）の両方の直線偏波で同じ偏波ダイバーシティを実現することを含み、これは、ＲＡ上での大きな入射角に結びつく。したがって、システムが包括的であるほど、偏波ダイバーシティを実現することがより困難になる。本開示で開示されている技術の実施形態及び実装形態は、本出願で開示されているＲＡセル及び技術を使用することで、これらの欠陥及び他の欠陥を克服する。
【0010】
[0017] 図３Ａ及び図３Ｂは、対象技術の様々な実施形態による、例示的なリフレクトアレイ（ＲＡ）３００を上面図及び断面図で、それぞれ図示している。ＲＡ３００は、図３Ａでは単位セルとして図示されているが、これは、特定の周波数帯域又は複数の帯域、例えば、限定ではないが２７．２～２８．２ＧＨｚの帯域などで作動し、大きな入射角（およそ５０°のθｉ）の下でＶ偏波及びＨ偏波において同じ性能を提供するように設計されている。図３Ａで図示されているように、単位セルの寸法は、４．５ｍｍ ｘ ４．５ｍｍであり、およそ２８ＧＨｚのアンテナの動作周波数で０．５λ未満である。様々な実施形態及び実装形態では、単位セルの寸法は、第１の次元（例えば、ｘ軸又はｘ方向）に約３ｍｍから約９ｍｍまでの範囲、第２の次元（例えば、ｙ軸又はｙ方向）に約３ｍｍから約９ｍｍまでの範囲とすることができる。上記の寸法を有する単位セルは、約１０ＧＨｚ～約１００ＧＨｚのアンテナの動作周波数で動作するように実装することができる。各直線偏波を制御するためのＲＡセル３０２は、（Ｖ偏波の場合）ｘ軸の方向、すなわち第１の方向又はｘ方向に向き、及び／又は（Ｈ偏波の場合）ｙ軸の方向、すなわち第２の方向又はｙ方向に向いた３０４のような、３つの平行双極子（例えば、３－双極子構成）で構成されている。（ＲＡ３００の）セルは、（Ｈ偏波の場合）ｙ方向に向いた双極子が、Ｖ偏波の場合、双極子（すなわち３－双極子構成）に対して、ｘ軸及びｙ軸の両方に沿って半周期シフトするように配列されている。或いは、セルは、（Ｖ偏波の場合）ｘ方向に向いた双極子が、Ｈ偏波の双極子に対して、ｘ軸及びｙ軸の両方に沿って半周期シフトするように配列することができる。
【0011】
[0018] ここで、図３Ｂを参照すると、双極子３１２が、その下にある誘電体３１４の上にプリントされているＲＡ３００の積み重ね構成３１０が図示されており、この積み重ね構成は、厚さ１．５ｍｍの基板などの基板であり、限定ではないが、例えば、ＦＲ４基板などを含む任意の適切な基板とすることができる。ＦＲ４基板は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂ラミネート材、又は難燃性のエポキシ樹脂バインダを有するガラス繊維織物から構成された複合材料を含むことができる。基板の誘電率は３．６、損失正接は０．０１とすることができる。様々な実装形態では、ＦＲ４基板は、（厚さ７６μｍ、誘電率２．３及び損失正接０．００１３を有する）銅クラッド（CuClad）６２５０ボンディングフィルムの１つの層を使用して、（誘電率１．１及び損失正接０．００４を有する）厚さ１．５ｍｍのロハセルフォーム（Rohacell foam）基板３１６に接合することができる。様々な実施形態では、上部の発泡体基板３１６の目的は、プリントされた双極子３１２を保護することである。図３Ａ及び図３Ｂに関して図示され、説明されている例示的な積み重ね構成は、説明を目的としたものであり、したがって非限定的なものである。なぜなら、動作周波数は、積み重ね構成の様々なパラメータによって決まるからである。
【0012】
[0019] ＲＡ３００の幾何学的形状は、大きな入射角（およそ５０°のθｉ）に対する広帯域性能を実現するように調節されている。様々な実装形態では、双極子３０４の長さを使用して、各直線偏波で導入された位相シフトを制御し、図３Ａで図示されているように、各配列の中央の双極子（ｌＡ２及びｌＢ２）の長さと、側方の双極子（ｌＡ１及びｌＢ１）との間で固定されたスケール係数０．６５を保っている。ＲＡ３００のセルの電磁気分析は、効率的なモーメント法コードを適用し、セルが周期的な環境に置かれていると仮定することにより実行されている。
【0013】
[0020] 様々な実施形態及び実装形態では、ＲＡ３００は矩形又は正方形のパネルとすることができ、４，３５６個のセル（ｘ方向に沿って６６個のセル及びｙ方向に沿って６６個のセル）、若しくは３１，６８４個のセル（ｘ方向に沿って１７８個のセル及びｙ方向に沿って１７８個のセル）、又は所望のＲＡ３００の構成、及び動作周波数に応じて、任意の適切な数のセルを含むことができる。格子状ローブを最小限に抑える（又は回避する）ために、図３Ａで図示されているように、周期性は、ｘ方向及びｙ方向の両方で４．５ｍｍであり、これは、作動周波数２７．７ＧＨｚでの波長の半分未満である。図３Ａで図示されているように、リフレクトアレイ構成３００は、双極子間が約０．７ｍｍ離隔しており、一方、すべての双極子の幅は、約０．２５ｍｍである。様々な実施形態及び実装形態では、離隔は、双極子間で約０．５ｍｍから１ｍｍの間とすることができ、すべての双極子の幅は、その間のあらゆる寸法を含めて、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍとすることができる。双極子長は、例えば、最長の双極子の６５％、すなわち、ｌＡ１（ｌＢ１）＝０．６５＊ｌＡ２（ｌＢ２）に設定されている。様々な実装形態では、３－双極子（例えば、３つの平行双極子）配列における側方の双極子（例えば、側方の双極子ｌＡ１及び／又はｌＢ１）の双極子長は、最長の双極子（例えば、中央の双極子ｌＡ２及び／又はｌＢ２）の２０％から９０％までのどこにでも（例えば、３０％から８０％、４０％から７５％、若しくは５０％から７０％を含めて）設定することができる。
【0014】
[0021] 図４Ａ及び図４Ｂは、対象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３Ａ及び図３Ｂのリフレクトアレイ構成３００及び３１０）のＶ偏波及びＨ偏波に対する双極子長（例えば、ｌＡ２及びｌＢ２）の関数としての位相曲線及び振幅曲線のプロット図を図示している。図４は、双極子長の関数としてのセル反射係数の位相曲線及び振幅曲線のプロットを編集したものであり、Ｖ偏波でのシナリオ及びＨ偏波でのシナリオでの平均入射角を考慮している。これらのプロットでは、反射係数は、ＲＡの中央の動作周波数及び両極端の動作周波数（２７．２、２７．７及び２８．２ＧＨｚ）における、ｌＡ２（Ｖ偏波の場合）及びｌＢ２（Ｈ偏波の場合）の関数であり、斜め入射が、図１及び図２の例の平均入射角に相当するθｉ＝５１°、φｉ＝９０°であると仮定している。図４Ａ及び図４Ｂに見られるように、位相変化の範囲は、両方の偏波において３６０°よりも大きく、位相曲線がなだらかに傾斜している。ほとんどの双極子長では、損失は１ｄＢ未満である。
【0015】
[0022] 仰角及び方位角の両方でビームを成形するために、位相限定パターン合成を考慮されたい。図５は、対象技術の様々な実装形態による、リフレクトアレイの位相限定パターン合成の例示的な結果を図示している。各直線偏波に導入された位相シフトのみが問題の自由度として使用され、これにより、同極成分をそれぞれ独立して制御するが、ＲＡパネルによって導入された交差偏波を制御しないようにすることが可能になる。この場合、一般化交差アプローチは、方位角及び仰角の両方でフラットトップビームを合成するために使用されており、ＨＰＢＷは要件５．５°及び１．５°をそれぞれカバーし、最大リップルは３ｄＢに制限されている。このアルゴリズムは、複雑なビーム要件を有するＲＡの合成及び最適化において非常に効率的であることが実証されている。ここでは、カバレッジ要件はそれほど複雑ではないが、それでも、入射角及びアンテナの電気的サイズが原因で難易度は高い。合成プロセスは、集束を向上させるために、いくつかの段階において行われたが、これは、反射係数の解析的位相分布で得られたカバレッジの中心に向けられたペンシルビームから始まり、各段階で複数の自由度（図５で素子の数として表示されているＲＡセル）を導入している。このことは、第１段階における問題には、必要なものよりも小さいＲＡが含まれ、そのサイズは最終的なサイズにまで増加されることを意味する。
【0016】
[0023] 検討中のケースでは、ＲＡは、パネルのサイズ及び上記で定義されたＲＡ素子に従って、１７８個×９０個のセル（図５で示されているように、ｘで１７８個までの素子の数、及びｙで９０個までの素子の数）から構成される。したがって、最終的なパネルは、１６，０００個を超える周期的なセルを含み、これは、合成アルゴリズムの各偏波における１６，０００を超える自由度を意味する。Ｖ偏波の場合に得られた最終的な位相シフトが図５に示されており、同図では、ビームを傾斜させるのに必要な累進性の位相（progressive phase）をはっきりと確認することができる。ビーム成形は、等位相線の小さな屈曲及び非平行な挙動によって行われる。非常によく似た結果がＨ偏波の場合に得られる。
【0017】
[0024] ＲＡ上にプリントされた素子は、それぞれの直線偏波ごとに位相限定合成によって計算された位相分布を導入するように設計された。ｘ方向に向いた双極子及びｙ方向に向いた双極子の長さは、２つの直交偏波における位相シフト（例えば、Ｖ偏波及びＨ偏波において必要な位相シフト）を提供するように、セルごとに（例えば、個々のセルベースで）調整された。設計されたＲＡは、上述のモーメント法及び局所周期性アプローチに基づく電磁気コードを使用してシミュレートされた。
【0018】
[0025] 図６Ａ及び図６Ｂは、設計周波数が、限定ではないが、例えば、Ｖ偏波及びＨ偏波で２７．７ＧＨｚの、リフレクトアレイの方位角面及び仰角面における放射パターンを図示している。シナリオ仕様の適合性を評価するために、図６Ａ及び図６Ｂは、ビームが指す方向でセンタリングされ、各平面で必要なＨＰＢＷを表示しているマスク（黒色の実線）を含んでいる。確認できるように、設計されたＲＡは、ビームが指す方向（方位角で５１°、及び仰角で１８°）、並びに（方位角で５．５°、及び仰角で１．５°の）ＨＰＢＷに関する要件をすべて満たす。ＲＡは、両方の直線偏波においてほぼ同じ性能を示すが、これは、偏波ダイバーシティを実現するための必須要件である。それに加え、交差極レベルは、ＲＡへの入射角が大きいにもかかわらず、主ローブ領域内の同極成分よりも、２５ｄＢ超低くなっている。
【0019】
[0026] リフレクトアレイの性能は、５Ｇ通信に使用される２７．２～２８．２ＧＨｚ帯域内で評価された。中央の周波数及び両極端の周波数でのＶ偏波における放射パターンの比較は以下で説明する通りである。図７Ａ及び図７Ｂは、対象技術の様々な実装形態による、異なる動作周波数でのリフレクトアレイの方位角面及び仰角面（例えば、方位角カット及び仰角カットの両方）における放射パターンを図示している。リフレクトアレイは、動作帯域で安定した性能を示し、同様のレベルのサイドローブ及び交差極成分を保っている。仰角で小さなビーム偏向（±０．２５°）があるだけであるが、これは、リフレクトアレイの設計をより精緻化することによって、低減することができる。Ｈ偏波の結果は、図７Ａ及び図７ＢのＶ偏波の結果に非常によく似ている。
【0020】
[0027] ５Ｇセルラーネットワークのワイヤレスカバレッジを強化するために、本本稿では、受動二重極性化成形ビームリフレクトアレイが提案されている。ＲＡは、ＢＳの鏡反射方向に対して仰角で１８°外れた幅広のビームを生成するように設計されている。ＲＡは、Ｈ偏波及びＶ偏波で同じ放射パターンを提供し、５Ｇ通信に使用される２７．２～２８．２ＧＨｚ帯域内で満足できる性能を示している。シミュレーションの結果は、本出願のＲＡアンテナの潜在能力を確認するものであった。
【0021】
[0028] 様々な実施形態及び実装形態に従って、リフレクトアレイは、８０ｃｍ ｘ ４０ｃｍ、又は４０ｃｍ ｘ ４０ｃｍの寸法を有することができる。したがって、リフレクトアレイのサイズに基づいて、セル（又は本明細書で呼ばれるように、素子）の数は、リフレクトアレイの動作周波数に応じて、それぞれ１７８個×９０個、又は９０個×９０個とすることができる。
【0022】
[0029] 図８は、対象技術の１つ又は複数の実装形態による、リフレクトアレイを設計するプロセス８００のフローチャートを図示している。リフレクトアレイを設計するためのプロセス８００は、ステップ８１０において、リフレクトアレイ内の複数のセルのそれぞれの双極子の配列を決定することと、ステップ８２０において、複数のセルのそれぞれの双極子長の関数としての位相曲線及び振幅曲線を計算することと、ステップ８３０において、計算された位相曲線及び振幅曲線に基づいてリフレクトアレイの反射係数を決定することと、ステップ８４０において、決定された反射係数に基づいてリフレクトアレイ内の最適なセルの数を決定することと、ステップ８５０において、リフレクトアレイ内に決定された数のセルを製造することと、を含む。
【0023】
[0030] 様々な実施形態では、プロセスは、ステップ８６０において、位相限定合成を介してリフレクトアレイの位相分布を計算することを任意に含み、また、ステップ８７０において、計算された位相分布に基づいてリフレクトアレイ内のセルの数を精緻化することを任意に含む。様々な実施形態では、製造することは、リフレクトアレイ内に決定された数のセルをプリントすることを含む。様々な実施形態では、双極子の配列は、中央の双極子の長さが側方の双極子の長さよりも長い３つの双極子の平行な構成を含む。様々な実施形態では、側方の双極子の長さは、中央の双極子の長さの６５％である。様々な実施形態では、複数のセルは、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、第１の方向に直交する第２の方向にある第２の３つの平行双極子のセットと、を含む。
【0024】
[0031] 様々な実施形態では、プロセスは、ステップ８８０において、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットに対して、第１の偏波における第１の位相シフトのセットを提供することと、ステップ８９０において、第２の方向に配列された第２の３つの平行双極子のセットに対して、第２の偏波における第２の位相シフトのセットを提供することと、を任意に含む。
【0025】
[0032] 様々な実施形態及び実装形態に従って、リフレクトアレイを説明する。リフレクトアレイは、５Ｇネットワークにおけるようなワイヤレス通信用のアンテナシステムで展開することができる。リフレクトアレイは、基板と、基板上のアレイ内に構成された複数のセルと、を含む。複数のセルのセルはそれぞれ、中央の双極子の長さが側方の双極子の長さよりも長い平行な構成で配列された、少なくとも３つの双極子を含むことができる。
【0026】
[0033] 様々な実施形態では、複数のセルは、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、第２の方向にある第２の３つの平行双極子のセットと、を含む。様々な実施形態では、第１の方向及び第２の方向は、互いに直交する。様々な実施形態では、第１の３つの平行双極子のセット、及び第２の３つの平行双極子のセットは、アレイ内で第１の方向及び第２の方向の両方に沿って、半周期シフトしている。様々な実施形態では、第１の３つの平行双極子のセットの長さ、及び第２の３つの平行双極子のセットの長さは、２つの直交偏波における位相シフトを提供するように構成されている。様々な実施形態では、側方の双極子の長さは、中央の双極子の長さの２０％から９０％の間である。様々な実施形態では、側方の双極子の長さは、中央の双極子の長さの６５％である。様々な実施形態では、少なくとも３つの双極子の隣接する双極子間の離隔は、０．５ｍｍから１ｍｍの間であり、少なくとも３つの双極子のそれぞれの幅は、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍである。
【0027】
[0034] 様々な実施形態及び実装形態に従って、リフレクトアレイを設計するための方法を説明する。このプロセスは、リフレクトアレイ内の複数のセルのそれぞれの双極子の配列を決定することと、複数のセルのそれぞれの双極子長の関数としての位相曲線及び振幅曲線を計算することと、計算された位相曲線及び振幅曲線に基づいてリフレクトアレイの反射係数を決定することと、決定された反射係数に基づいてリフレクトアレイ内のセルの数を決定することと、リフレクトアレイ内に決定された数のセルを製造することと、を含む。
【0028】
[0035] 様々な実施形態では、プロセスは、位相限定合成を介してリフレクトアレイの位相分布を計算することと、計算された位相分布に基づいてリフレクトアレイ内のセルの数を精緻化することと、をさらに含む。様々な実施形態では、製造することは、リフレクトアレイ内に決定された数のセルをプリントすることを含む。様々な実施形態では、双極子の配列は、中央の双極子の長さが側方の双極子の長さよりも長い３つの双極子の平行な構成を含む。様々な実施形態では、側方の双極子の長さは、中央の双極子の長さの６５％である。様々な実施形態では、複数のセルは、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、第１の方向に直交する第２の方向にある第２の３つの平行双極子のセットと、を含む。様々な実施形態では、プロセスは、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットに対して、第１の偏波における第１の位相シフトのセットを提供することと、第２の方向に配列された第２の３つの平行双極子のセットに対して、第２の偏波における第２の位相シフトのセットを提供することと、をさらに含む。
【0029】
[0036] 様々な実施形態及び実装形態に従って、ワイヤレス通信用のアンテナシステムを説明する。アンテナシステムは、信号ビームを送信するために構成された基地局と、信号ビームを非直視界エリアに反射するために構成されたリフレクトアレイと、を含む。リフレクトアレイは、平行な構成で配列された３つの平行双極子をそれぞれが含む、複数のセルを含むことができる。
【0030】
[0037] 様々な実施形態では、リフレクトアレイは、第１の方向に配列された第１の３つの平行双極子のセットと、第１の方向に直交する第２の方向にある第２の３つの平行双極子のセットと、を含む。様々な実施形態では、第１の３つの平行双極子のセット、及び第２の３つの平行双極子のセットは、アレイ内で第１の方向及び第２の方向の両方に沿って、半周期シフトさせることができる。
【0031】
[0038] 様々な実施形態では、平行な構成で配列された３つの平行双極子は、中央の双極子の長さの２０％から９０％の間の長さを有する側方の双極子を含む。様々な実施形態では、３つの平行双極子の隣接する双極子間の離隔は、０．５ｍｍから１ｍｍの間であり、３つの平行双極子のそれぞれの幅は、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍである。
【0032】
[0039] 開示された例の前述の説明は、当業者が本開示を作成又は使用できるようにするために提供されていることが分かる。これらの例に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかになり、本明細書で定義された一般的な原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の例に適用することができる。よって、本開示は、本明細書に示されている例に限定されるように意図するものではなく、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるものとする。
【0033】
[0040] 本明細書で使用されるように、一連の項目に先行する「のうちの少なくとも１つ」という句は、項目のいずれかを区切る「及び」若しくは「又は」という用語とともに、リストの各部材（すなわち、各項目）ではなく、リスト全体を修飾するものである。「のうちの少なくとも１つ」という句は、少なくとも１つの項目を選択する必要はなく、むしろ、この句は、項目のいずれか１つのうちの少なくとも１つ、及び／又は項目のいずれかの組み合わせのうちの少なくとも１つ、及び／又は項目のそれぞれのうちの少なくとも１つを含む意味を許容している。例として、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」若しくは、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ」という句は、それぞれ、Ａのみ、Ｂのみ、又はＣのみ、Ａ、Ｂ、及びＣのいずれかの組み合わせ、及び／又は、Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれのうちの少なくとも１つを指す。
【0034】
[0041] さらに、「含む（include）」、「有する（have）」などの用語が本明細書又は特許請求の範囲で使用されている限り、このような用語は、特許請求の範囲で「含む（comprise）」が移行語として用いられたときに解釈されるように、「含む（comprise）」という用語と同様のやり方で包括的であることが意図される。
【0035】
[0042] 単数形の要素への言及は、特に明記されていない限り、「ただ１つの（one and only one）」を意味するように意図するものではなく、むしろ「１つ又は複数（one or more）」を意味する。「いくつか（some）」という用語は、1つ又は複数を指す。下線及び／又はイタリック体の、見出し並びに小見出しは、単に便宜上使用されているものであり、対象技術を限定するものではなく、対象技術の説明の解釈に関連して参照されるものではない。本開示全体を通して記載された様々な構成の要素に対する、当業者に知られている、又は後に知られるようになるすべての構造的及び機能的な均等物は、参照によって本明細書に明示的に援用され、対象技術に包含されるように意図するものである。それに加え、本明細書の開示は、このような開示が上記の説明に明示的に記載されているかどうかにかかわらず、公衆専用であることを意図しているわけではない。
【0036】
[0043] 本明細書には多くの具体的な内容が含まれているが、これらは特許請求され得る範囲を限定すると解釈されるものではなく、むしろ、主題の特定の実装形態の説明として解釈されるものとする。別個の実装形態の文脈において本明細書で説明されるある特定の特徴もまた、単一の実装形態で組み合わせて実装され得る。逆に、単一の実装形態の文脈で説明されている様々な特徴も、複数の実装形態で、別個に、又は任意の適切な部分的組み合わせで実装することができる。それに加え、特徴はある特定の組み合わせで作用するものとして上述され、当初はそのように請求さえされ得るが、請求された組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、場合によっては組み合わせから除外することができ、請求された組み合わせは部分的組み合わせ又は部分的組み合わせの変形例を対象とし得る。
【0037】
[0044] 本明細書の主題は、特定の態様に関して説明してきたが、他の態様も実装可能であり、以下の特許請求の範囲内にある。例えば、動作が特定の順序で図面に描かれているが、望ましい結果を実現するためには、このような動作を示されている特定の順序若しくは一連の順序で実行すること、又は図示された動作をすべて実行することが必要であると理解されないものとする。特許請求の範囲に記載されている行為は、異なる順序で実行することができ、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、添付図面に描かれたプロセスは、望ましい結果を実現するためには、必ずしも示された特定の順序、又は一連の順序を必要としない。それに加え、上述した態様での様々なシステムの構成要素の離隔は、すべての態様でこのような離隔を必要とすると理解されないものとし、説明したプログラムコンポーネント及びシステムは、概して、単一のハードウェア製品にまとめて統合するか、又は複数のハードウェア製品にパッケージ化することができると理解されるものとする。他の変形例は、以下の特許請求の範囲内にある。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【国際調査報告】