(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】2024-03-13
(54)【発明の名称】４重偏波アンテナシステム
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/24 20060101AFI20240306BHJP
H01Q 25/00 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/24
H01Q25/00
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023558398
(86)(22)【出願日】2022-03-25
(85)【翻訳文提出日】2023-09-22
(86)【国際出願番号】 KR2022004213
(87)【国際公開番号】W WO2022203443
(87)【国際公開日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】10-2021-0039618
(32)【優先日】2021-03-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2022-0036777
(32)【優先日】2022-03-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】508112782
【氏名又は名称】ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001586
【氏名又は名称】弁理士法人アイミー国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ドゥク ヨン キム
(72)【発明者】
【氏名】スン ホヮン ソ
(72)【発明者】
【氏名】オ ソン チェ
(72)【発明者】
【氏名】ソン マン カン
(72)【発明者】
【氏名】ヒョン ソク ヤン
(72)【発明者】
【氏名】ヨン ウン セオ
(72)【発明者】
【氏名】ミュン ホヮ キム
(72)【発明者】
【氏名】ヨン ミン リ
(72)【発明者】
【氏名】キョ スン ジ
(72)【発明者】
【氏名】チ バク リュ
【テーマコード（参考）】
5J021
【Ｆターム（参考）】
5J021AA05
5J021AA07
5J021DB03
5J021GA02
5J021HA05
5J021JA05
(57)【要約】
【課題】アンテナの利得を高めるために、各自異なる偏波を有するビームを介して空間（セクタ）を分離するのに適合したアンテナアレイの構成とそれを用いたビームの空間多重化を提供する。
【解決手段】４重偏波アンテナシステムは、複数のＲＦチェーン、及び第１の２重偏波アンテナユニットの列と第２の２重偏波アンテナユニットの列が水平方向に交互に配列されたアンテナアレイを含む。第１の２重偏波アンテナユニットと第２の２重偏波アンテナユニットは互いに異なる２重偏波特性を有する。第１の２重偏波アンテナユニットの列は、＋／－４５°偏波を有する少なくとも１つの第１のビームと少なくとも１つの第２のビームを形成するために用いられ、第２の２重偏波アンテナユニットの列は０ ／９０°偏波を有する少なくとも１つの第３のビームと少なくとも１つの第４のビームを形成するために用いられる。第１のビーム、第２のビーム、第３のビーム、及び第４のビームは空間的に異なる方向に向かって形成され、第１のビームと第３のビームはメインローブに該当し、第２のビームと第４のビームはグレーティングローブに該当する。
【選択図】図３ａ
【解決手段】４重偏波アンテナシステムは、複数のＲＦチェーン、及び第１の２重偏波アンテナユニットの列と第２の２重偏波アンテナユニットの列が水平方向に交互に配列されたアンテナアレイを含む。第１の２重偏波アンテナユニットと第２の２重偏波アンテナユニットは互いに異なる２重偏波特性を有する。第１の２重偏波アンテナユニットの列は、＋／－４５°偏波を有する少なくとも１つの第１のビームと少なくとも１つの第２のビームを形成するために用いられ、第２の２重偏波アンテナユニットの列は０ ／９０°偏波を有する少なくとも１つの第３のビームと少なくとも１つの第４のビームを形成するために用いられる。第１のビーム、第２のビーム、第３のビーム、及び第４のビームは空間的に異なる方向に向かって形成され、第１のビームと第３のビームはメインローブに該当し、第２のビームと第４のビームはグレーティングローブに該当する。
【選択図】図３ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のＲＦチェーン、及び、第１の２重偏波アンテナユニットの列と第２の２重偏波アンテナユニットの列が水平方向に交互に配列されたアンテナアレイを含み、
前記第１の２重偏波アンテナユニットと前記第２の２重偏波アンテナユニットは互いに異なる２重偏波特性を有し、
前記第１の２重偏波アンテナユニットの列は、＋／－４５°偏波を有する少なくとも１つの第１のビームと少なくとも１つの第２のビームを形成するために用いられ、前記第２の２重偏波アンテナユニットの列は０ ／９０°偏波を有する少なくとも１つの第３のビームと少なくとも１つの第４のビームを形成するために用いられ、
前記第１のビーム、前記第２のビーム、前記第３のビーム、及び前記第４のビームは空間的に異なる方向に向かって形成され、前記第１のビームと前記第３のビームはメインローブに該当し、前記第２のビームと前記第４のビームはグレーティングローブに該当する、４重偏波アンテナシステム。
【請求項2】
前記第１のビームと前記第２のビームは互いに空間的に隣接せず、前記第３のビームと前記第４のビームは空間的に互いに隣接しない、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項3】
前記第１のビームと前記第２のビームのそれぞれは、前記第３のビームと前記第４のビームのうちの少なくとも1つに隣接して形成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項4】
前記第１の２重偏波アンテナユニットは、互いに垂直に交差する第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントを備え、前記第２の２重偏波アンテナユニットは、互いに垂直に交差する第３のアンテナエレメントと第４のアンテナエレメントを備える、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項5】
前記第１の２重偏波アンテナユニットのアンテナエレメントは、前記第２の２重偏波アンテナユニットのアンテナエレメントに対して４５度の角度をなす、請求項４に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項6】
前記第１の２重偏波アンテナユニットの列のそれぞれにて、前記第１のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第１のサブアレイを形成し、前記第２のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第２のサブアレイを形成し、前記第２の２重偏波アンテナユニットの列のそれぞれにて、前記第３のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第３のサブアレイを形成し、前記第４のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第４のサブアレイを形成し、
互いに異なる列に位置する一対の第１のサブアレイが第１のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第２のサブアレイが第２のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第３のサブアレイが第３のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第４のサブアレイが第４のＲＦチェーンにつながる、請求項４に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項7】
各ＲＦチェーン間の長さの差によって前記第１のビームないし第４のビームの方向が定義される、請求項６に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項8】
前記ＲＦチェーンの個数は、前記第１の２重偏波アンテナユニットの列の個数と前記第２の２重偏波アンテナユニットの列の個数との和と同一である、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、隣接するビームが互いに異なる２重偏波を有するようにビームを空間的に分離することによって無線チャネルの直交性を向上させてシステムのチャネル容量を増大させることができるアレイアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
この部分に記述された内容は単に本発明に関する背景情報を提供するだけで従来技術を構成するものではない。
【0003】
アンテナの偏波は、地球の表面に対する電波の電場（すなわちＥ平面）方向を指し、アンテナエレメントの物理的構造と方向に少なくとも部分的に依存して決定される。例えば、簡単な直線型アンテナエレメントは、垂直に取り付けられたときに１つの偏波を有し、水平に取り付けられたときに異なる偏波を有する。電波の磁場は電場と直角をなすが、慣例的にアンテナエレメントの偏波は電界の方向を指すことと理解される。
【0004】
移動通信で、ＭＩＭＯ（multiple-input multiple-output）アンテナは、多重経路によるフェージング（fading）効果を低減させ、偏波ダイバーシティ（diversity）機能を遂行するために２重偏波（dual-polarized）アンテナとして設計されるのが一般的である。しかしながら、多重ビームを使用するマッシブ（Massive）マイモ（multi-input and multi-output）システムでは、互いに隣接するビーム間の干渉によって無線チャネルの相関係数が高くなり、これによって空間リソースを効率的に使用することが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、アンテナの利得を高めるために、各自異なる偏波を有するビームを介して空間（セクタ）を分離するのに適合したアンテナアレイの構成とそれを用いたビームの空間多重化を提示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る４重偏波アンテナシステムは、複数のＲＦチェーン、及び、第１の２重偏波アンテナユニットの列と第２の２重偏波アンテナユニットの列が水平方向に交互に配列されたアンテナアレイを含む。前記第１の２重偏波アンテナユニットと前記第２の２重偏波アンテナユニットは互いに異なる２重偏波特性を有する。
【0007】
前記第１の２重偏波アンテナユニットの列は、＋／－４５°偏波を有する少なくとも１つの第１のビームと少なくとも１つの第２のビームを形成するために用いられ、前記第２の２重偏波アンテナユニットの列は０°／９０°偏波を有する少なくとも１つの第３のビームと少なくとも１つの第４のビームを形成するために用いられる。前記第１のビームと前記第３のビームはメインローブに該当し、前記第２のビームと前記第４のビームはグレーティングローブに該当する。
【0008】
前記第１のビーム、前記第２のビーム、前記第３のビーム、及び前記第４のビームは空間的に異なる方向に向かって形成される。前記第１のビームと前記第２のビームは互いに空間的に隣接せず、前記第３のビームと前記第４のビームは空間的に互いに隣接しない。前記第１のビームと前記第２のビームのそれぞれは、前記第３のビームと前記第４のビームのうちの少なくとも1つに隣接して形成される。
【0009】
前記第１の２重偏波アンテナユニットは、互いに垂直に交差する第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントを備え、前記第２の２重偏波アンテナユニットは、互いに垂直に交差する第３のアンテナエレメントと第４のアンテナエレメントを備える。前記第１の２重偏波アンテナユニットのアンテナエレメントは、前記第２の２重偏波アンテナユニットのアンテナエレメントに対して４５度の角度をなす。
【0010】
前記第１の２重偏波アンテナユニットの列のそれぞれにて、前記第１のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第１のサブアレイを形成し、前記第２のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第２のサブアレイを形成する。前記第２の２重偏波アンテナユニットの列のそれぞれにて、前記第３のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第３のサブアレイを形成し、前記第４のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第４のサブアレイを形成する。
【0011】
互いに異なる列に位置する一対の第１のサブアレイが第１のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第２のサブアレイが第２のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第３のサブアレイは第３のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第４のサブアレイは第４のＲＦチェーンにつながる。一対のサブアレイの間のＲＦチェーンまでのＲＦ経路差（それによる位相差）によってビームの方向が決定される。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1a】２重偏波アレイを用いる４Ｔ４Ｒアンテナシステムの一例を示す。
【図2a】２重偏波アンテナアレイを用いた４Ｔ４Ｒアンテナシステムの別の例を示す。
【図3a】本開示の一側面に係る、４重偏波（quad-polarized）アンテナアレイを用いる４Ｔ４Ｒアンテナシステムの一例を示す。
【図4a】本開示の他側面に係る、４重偏波アンテナアレイを用いた８Ｔ８Ｒアンテナシステムの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の一部の実施例を例示的な図面を通して詳しく説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたり、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面に表示されても可能な限り同一の符号を有するようにしていることに留意されたい。なお、本発明を説明するにあたり、関連された公知の構成又は機能についての具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には、その詳しい説明は省く。
【0014】
本開示の技術は、隣接するビームが互いに異なる２重偏波特性を有するように空間的な偏波分離を達成するのに有用なアンテナアレイ構成に関する。
【0015】
本開示に係るアンテナアレイは、第１の２重偏波アンテナユニットと第２の２重偏波アンテナユニットで構成される。第１の２重偏波アンテナユニットと第２の２重偏波アンテナユニットは互いに異なる２重偏波特性を有する。
【0016】
第１の２重偏波アンテナユニットは、少なくとも１つの第１のビームと少なくとも１つの第２のビームを生成するために使用され、第２の２重偏波アンテナユニットは、少なくとも１つの第３のビームと少なくとも１つの第４のビームを生成するのに使用される。第１のビームと第３のビームはメインローブ（main lobe）に該当し、第２のビームと第４のビームはグレーティングローブ（grating lobe）に該当する。第１のビームと第２のビームは同じ２重偏波特性を有し、第３のビームと第４のビームは同じ２重偏波特性を有し、一方、第１のビームと第２のビームは第３のビームと第４のビームとは異なる２重偏波特性を有する。
【0017】
第１のビームないし第４のビームは空間的に異なる方向に向かって形成され、第１のビームと第３のビームはメインローブ（main lobe）に該当し、第２のビームと第４のビームはグレーティングローブ（grating lobe）に該当する。
【0018】
第１のビームと第２のビームは互いに空間的に隣接せず、第３のビームと第４のビームは空間的に互いに隣接しない。一方、第１のビームと第２のビームのそれぞれは、第３のビームと第４のビームのうちの少なくとも１つに隣接して形成される。したがって、空間上で隣接するビームは互いに異なる２重偏波特性を有し、隣接するビームが同じ２重偏波特性を有するのに比べ、隣接するビーム間の干渉が効果的に減少される。
【0019】
提案された技術の技術的有用性をよりよく理解するために、２重偏波アレイを用いるアンテナシステムで、異なる偏波特性を有するビームを形成するために考慮されるソリューションについての説明から始めるのが有用である。
【0020】
【0021】
図１ａに図示された２重偏波アンテナアレイは、２重偏波アンテナユニットの２つの列で構成される。各２重偏波アンテナユニットは、＋４５°偏波の第１のアンテナエレメント１０１ａと－４５°偏波の第２のアンテナエレメント１０１ｂを含む。各列にて、アンテナエレメントは偏波別にフィーダライン（feeder line）につながる。すなわち、各列にて、＋４５°偏波の第１のアンテナエレメント１０１ａが第１のフィーダライン１１１ａにつながって第１のサブアレイを形成し、－４５°偏波の第２のアンテナエレメント１０１ｂが第２のフィーダライン１１１ｂにつながって第２のサブアレイを形成する。したがって、図１ａに図示された２重偏波アンテナアレイで、アンテナエレメントは４つのサブアレイに分割される。４つのサブアレイはフィーダラインを介して４つのアンテナポートにそれぞれつながる。各アンテナポートにはそれぞれのＲＦチェーンがつながる。ＲＦチェーンの各々は、ＬＮＡ（low noise amplifier）及びＰＡ（power amplifier）、フィルタなどのＲＦ素子を含み、ＲＦ送信経路とＲＦ受信経路を提供する。したがって、図１ａのアンテナシステムは４Ｔ４Ｒである。
【0022】
同じ偏波特性を有するアンテナエレメント間の間隔距離は０．５λであることが一般的であり、ここでλはアンテナアレイの周波数帯域の中心周波数地点の波長である。弱い相関関係を保証するために、間隔距離は大きいほど良い。すなわち、図示された図にて、隣接する列間の間隔距離は０．５λ～１λである。
【0023】
信号Ｓ１～Ｓ４に対する偏波合成と所望のビーム方向のためのデジタルドメイン（例えばデジタルユニット）での位相調整を介し、図１ａに図示された２重偏波アンテナアレイから、互いに異なる２重偏波特性を有する２つのビーム（すなわち、＋／－４５°偏波の第１のビームとＶ／Ｈ偏波を有する第２のビーム）を異なる空間方向に形成する。
【0024】
図１ｂで＋／－４５°偏波の左上方向のビームは、異なる位相を有するＳ１信号を第１のアンテナポートと第３のアンテナポートに提供し、異なる位相を有するＳ２信号を第２のアンテナポートと第４のアンテナポートに提供することによって形成される。図１ｂでＶ／Ｈ偏波の右上方向のビームは、異なる位相を有するＳ３信号と異なる位相を有するＳ４信号を第１ないし第４のアンテナポートに提供することによって形成される。異なる位相を有するＳ３信号がアンテナアレイのサブアレイから放射されると、偏波合成の結果として９０°（Ｖ）偏波を形成し、異なる位相を有するＳ４信号がアンテナアレイのサブアレイから放射されると、偏波合成の結果として、０°（Ｈ）偏波を形成する。２重偏波アンテナアレイを用いて＋／－４５°偏波とＶ／Ｈ偏波を有するビームを形成する具体的な方法は、例えば、本願出願人によって２０２０年０４月１６日付にて出願された韓国特許出願番号第１０－２０２０－００４６２５６号に開示されている。
【0025】
図１ｂを参照すると、水平面に対して約４０°のビーム幅を有するビームが互いに異なる方向に向かって形成される。特に、隣接するビームは異なる２重偏波特性を有する。図１ｂにて各ビームの２重偏波特性を示すために表記された±４５°は、そのビームが＋４５°偏波と－４５°偏波を有することを示し、Ｖ／Ｈはそのビームが９０°（Ｖ）偏波と０ °（Ｈ）偏波を有することを示す。これは他の図でも同じである。例えば、左上側に向かって形成されたビームは＋４５°偏波の無線信号と－４５°偏波の無線信号を有し、右上側に向かって形成されたビームは９０°偏波の無線信号と０°偏波の無線信号を有する。
【0026】
図１ａのアンテナシステムは、同じ２重偏波特性を有する（６５度のビーム幅の）４つのビームを形成するレガシーアンテナシステムに比べ、容量（capacity）を増加させる。３．５ＧＨｚ以上の周波数帯域では、２重偏波アンテナユニットが占める空間に比べて函体の空間が広くて非効率的である。したがって、函体の空きスペースを積極的に活用するために、図２ａのようなより多くのサブアレイを有するアンテナアレイが考慮される。
【0027】
【0028】
図２ａに図示されたアンテナアレイは、２重偏波アンテナユニットの４つの列で構成される。各２重偏波アンテナユニットは、＋４５°偏波の第１のアンテナエレメント及び－４５°偏波の第２のアンテナエレメントを含む。各列にて、アンテナエレメントが偏波別にフィーダライン（feeder line）につながって第１のサブアレイと第２のサブアレイを形成する。したがって、図２ａに図示された２重偏波アンテナアレイで、アンテナエレメントは８つのサブアレイに分割される。８つのサブアレイはフィーダラインを介して８つのアンテナポートにそれぞれつながる。８つのアンテナポートはＲＦマトリックス（matrix）を介して４つのＲＦチェーンにつながる。したがって、図２ａのアンテナシステムは４Ｔ４Ｒである。
【0029】
図２ａのアンテナシステムは、ＲＦマトリックスの偏波再構成を介して異なる空間方向に４つの独立されたビーム（すなわち、＋／－４５°偏波の２つのビームとＶ／Ｈ偏波の２つのビーム）を形成する。ＲＦマトリックスは、ハイブリッドカプラ、方向性結合器、移相シフタのような受動素子によって具現される。ＲＦマトリックスの機能は、図１ａのアンテナシステムと同様に、デジタルドメインにてベースバンド信号に対するプロセシングで具現されてもよい。
【0030】
図２ｂを参照すると、水平面を基準にして約４０°のビーム幅を有する４つのビームが互いに異なる方向に向かって形成される。特に、隣接するビームは異なる２重偏波特性を有する。例えば、左から＋／－４５°のビームと０°／９０°のビームが交互に形成される。
【0031】
以上で説明したように、２重偏波アンテナアレイを用いるアンテナシステムは、デジタルドメイン又はＲＦドメインでの信号処理を介して異なる２重偏波特性を有するビームを空間的に分離することができる。しかしながら、デジタルドメインで遂行される偏波合成／分離を具現するための別途のハードウェアが要求され、それによってアンテナシステムの発熱が増加する。ＲＦマトリックスによる偏波再構成は、マトリックスを構成する素子による損失を伴い、正確なビーム間間隔の維持が困難である。
【0032】
上述のように、本開示は、隣接するビームが互いに異なる２重偏波特性を有するように空間的な偏波分離を達成するのに有用なアンテナアレイ構成を提示する。
【0033】
図３ａは、本開示の一側面に係る、４重偏波（quad-polarized）アンテナアレイを用いた４Ｔ４Ｒアンテナシステムの一例を示し、図３ｂは、図３ａに図示されたアンテナシステムによって具現される例示的な空間多重化されたビームパターンを示す。
【0034】
図３ａに図示されたアンテナアレイは、第１の２重偏波アンテナユニットと第２の２重偏波アンテナユニットで構成される。第１の２重偏波アンテナユニットと第２の２重偏波アンテナユニットは互いに異なる２重偏波特性を有する。例えば、第１の２重偏波アンテナユニットは、＋４５°偏波の第１のアンテナエレメント３０１ａ及び－４５°偏波の第２のアンテナエレメント３０１ｂを含み、第２の２重偏波アンテナユニットはＶ（９０°）偏波の第１のアンテナエレメント３０２ａ及び、Ｈ（０°）偏波の第２のアンテナエレメント３０２ｂを含む。したがって、本開示に係るアンテナアレイは、「４重偏波アンテナアレイ」と称される。
【0035】
図３ａに図示されたアンテナアレイで、＋４５°／－４５°の２重偏波アンテナユニットの列とＶ／Ｈの２重偏波アンテナユニットの列が交互に配列されている。すなわち、水平方向には＋４５°／－４５°の２重偏波アンテナユニットとＶ／Ｈの２重偏波アンテナユニットが交互に配列され、垂直方向には同じ２重偏波特性を有するアンテナユニットが配列されている。言い換えれば、互いに隣接する２重偏波アンテナユニットの列は、互いに異なる２重偏波特性を有する。
【0036】
各列にて、アンテナエレメントが偏波別にフィーダライン（feeder line）につながって第１のサブアレイと第２のサブアレイを形成する。
【0037】
具体的には、＋４５°／－４５°の２重偏波アンテナユニットの列（すなわち、1番目の列と３番目の列）にて、＋４５°偏波の第１のアンテナエレメント３０１ａが第１のフィーダライン３１１ａにつながって第１のサブアレイを形成し、－４５°偏波の第２のアンテナエレメント３０１ｂが第２のフィーダライン３１１ｂにつながって第２のサブアレイを形成する。Ｖ／Ｈの２重偏波アンテナユニットの列（すなわち、２番目の列と4番目の列）で、Ｖ偏波の第１のアンテナエレメント３０２ａが第１のフィーダライン３１２ａにつながって第１のサブアレイを形成し、Ｈ偏波の第２のアンテナエレメント３０２ｂが第２のフィーダライン３１２ｂにつながって第２のサブアレイを形成する。したがって、図３ａに図示された４重偏波アンテナアレイで、アンテナエレメントは８つのサブアレイに分割される。８つのサブアレイはフィーダラインを介して８つのアンテナポートにそれぞれつながる。８つのアンテナポートは４つのＲＦチェーンにつながる。したがって、図３ａのアンテナシステムは４Ｔ４Ｒである。ＲＦチェーンの個数は、第１の２重偏波アンテナユニットの列の個数と第２の２重偏波アンテナユニットの列の個数との合計に等しい。
【0038】
各偏波別にビームを形成するために、交互に配置された同じ偏波を有する２つのサブアレイに１つのＲＦチェーンが適用される。別途の移相シフタなしでも、２つのサブアレイ間にＲＦチェーンまでのＲＦ経路差（それゆえの位相差）によってビームの方向が決定される。
【0039】
注目すべき点は、同じ偏波を有する２つのサブアレイ間の間隔ｄがλよりも大きいことである。例えば、２つのサブアレイ間の間隔ｄは、１．５λないし２λである。λはアンテナアレイの周波数帯域の中心周波数地点の波長である。このような配列にて、所望のビーム方向に発生されるメインローブ（main lobe）の他に、位相が２πの倍数となる方向でメインローブの大きさに匹敵するサイドローブ（side lobe）であるグレーティングローブ（grating lobe）が発生する。グレーティングローブが発生する方向は、サブアレイ間の間隔ｄ、波長λ、メインローブが生成される所望のビーム方向へのビーム操舵角θによって決定される。
【0040】
本開示のアンテナシステムは、減衰させることが一般的なグレーティングローブを活用し、図２ｂと類似のビームパターンを形成する。
【0041】
図３ａを参照すると、1番目の列の＋４５°偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートと３番目の列の＋４５°偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートが＋４５°偏波のビームを形成するために第１の ＲＦチェーンに結合される。1番目の列の－４５°偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートと３番目の列の－４５°偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートが－４５°偏波のビームを形成するために第２のＲＦチェーンに結合される。＋４５°偏波のビームのメインローブと－４５°偏波のビームのメインローブが第１の空間方向に向かって形成され、＋４５°偏波のビームのグレーティングローブと－４５°偏波のビームのグレーティングローブが第２の空間方向に向かって形成され、したがって２つの空間方向に＋４５°／－４５°の２重偏波が存在する。
【0042】
そして、２番目の列のＨ（０°）偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートと、4番目の列のＨ（０°）偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートが、Ｈ（０°）偏波のビームを形成するために、 第３のＲＦチェーンに結合される。２番目の列のＶ（９０°）偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートと4番目の列のＶ（９０°）偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートがＶ（９０°）偏波のビームを形成するために第４のＲＦチェーンに結合される。Ｈ（０°）偏波のビームのメインローブとＶ（９０°）偏波のメインローブが第３の空間方向に向かって形成され、Ｈ（０°）偏波のビームのグレーティングローブとＶ（９０°）偏波のビームのグレーティングローブが第４の空間方向に向かって形成され、したがって２つの空間方向にＨ／Ｖ２重偏波が存在する。
【0043】
図３ｂを参照すると、水平面を基準に４つのビームを互いに異なる方向に向かって形成される。特に、隣接するビームは異なる２重偏波特性を有し、例えば左側から＋／－４５°の２重偏波ビームと０°／９０°の２重偏波ビームが交互に形成される。＋／－ ４５°の２重偏波ビームのうちの１つはメインローブによるものであり、もう１つはグレーティングローブによるものである。さらに、０°／９０°の２重偏波ビームのうちの１つはメインローブによるものであり、もう1つはグレーティングローブによるものである。
【0044】
図３ａに図示されたアンテナシステムは、ＲＦドメイン上でアンテナエレメントのサブアレイをＲＦチェーンにつなぐ簡単なコンバインナ（combiner）を構成することで、偏波ビームの空間多重化を達成することができる。空間多重化されたビームパターンの形成は純粋なＲＦ回路構成で具現可能であるので、デジタルドメインで具現されるべき図１ａに図示されたアンテナシステムに比べ、信号処理のためのハードウェアが要求されず、それによる発熱問題も改善される。さらに、図２ａに図示されたアンテナシステムに比べて正確なビーム間間隔の維持が可能であり、ＳＩＮＲに影響を及ぼすビーム間のオーバーラップされる領域を最小化することができる。
【0045】
図４ａは、本開示の他側面に係る、４重偏波アンテナアレイを用いた８Ｔ８Ｒアンテナシステムの一例を示し、図４ｂは、図４ａに図示されたアンテナシステムによって具現される例示的な空間多重化されたビームパターンを示す。アンテナアレイの構成を強調するために、ＲＦチェーンとデジタルユニットは図４ａから省略される。
【0046】
図４ａに図示されたアンテナアレイは、互いに交互に配列された＋４５°／－４５°の２重偏波アンテナユニットの４つの列と、Ｖ／Ｈの２重偏波アンテナユニットの４つの列を含む。すなわち、水平方向には＋４５°／－４５°のアンテナユニットとＶ／Ｈのアンテナユニットが交互に配列されており、垂直方向には同じ２重偏波特性を有するアンテナユニットが配列されている。
【0047】
各列にて、アンテナエレメントが偏波別にフィーダライン（feeder line）につながって第１のサブアレイと第２のサブアレイを形成する。したがって、図４ａに図示された４重偏波アンテナアレイで、アンテナエレメントは１６個のサブアレイに分割される。１６個のサブアレイはフィーダラインを介して１６個のアンテナポートにそれぞれつながる。１６個のアンテナポートは８個のＲＦチェーン（図示せず）につながる。
【0048】
各偏波ごとにビームを形成するために、異なる列に位置する同一の偏波を有する２つのサブアレイに１つのＲＦチェーンが適用される。２つのサブアレイ間にＲＦチェーンまでのＲＦ経路差（それによる位相差）によってビームの方向が決定される。
【0049】
多様な角度のビーム方向をサポートするために、１つのＲＦチェーンに結合されたサブアレイ間の水平方向の間隔が図３ａに比べて大きい。例えば、1番目の列の＋４５°偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートと、５番目の列の＋４５°偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートが＋４５°偏波のビームを形成するために１つのＲＦチェーンに結合される。２番目の列のＨ（０°）の偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートと６番目の列のＨ（０°）の偏波を有するアンテナエレメントがつながったアンテナポートが１つのＲＦチェーンに結合される。図４ｂを参照すると、水平面を基準に８つのビームが互いに異なる方向に向かって形成され、隣接するビームは異なる２重偏波を有する。前述したように、８つのビームのうちで、４つのビームはグレーティングローブによるものである。
【0050】
以上の説明は、本発明の実施例の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能であるだろう。したがって、本実施例は、本発明の技術思想を限定するものではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【0051】
［関連出願の相互参照］
本特許出願は、本明細書にその全体が参考として含まれる、２０２１年３月２６日付にて韓国に出願した特許出願番号第１０-２０２１-００３９６１８号及び２０２２年３月２４日付にて韓国に出願した特許出願番号第１０-２０２２-００３６７７７号に対して優先権を主張する。
本特許出願は、本明細書にその全体が参考として含まれる、２０２１年３月２６日付にて韓国に出願した特許出願番号第１０-２０２１-００３９６１８号及び２０２２年３月２４日付にて韓国に出願した特許出願番号第１０-２０２２-００３６７７７号に対して優先権を主張する。
【図1a】
【図1b】
【図2a】
【図2b】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【手続補正書】
【提出日】2023-09-22
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のＲＦチェーン、及び、第１の２重偏波アンテナユニットの列と第２の２重偏波アンテナユニットの列が水平方向に交互に配列されたアンテナアレイを含み、
前記第１の２重偏波アンテナユニットと前記第２の２重偏波アンテナユニットは互いに異なる２重偏波特性を有し、
前記第１の２重偏波アンテナユニットの列は、＋／－４５°偏波を有する少なくとも１つの第１のビームと少なくとも１つの第２のビームを形成するために用いられ、前記第２の２重偏波アンテナユニットの列は０ ／９０°偏波を有する少なくとも１つの第３のビームと少なくとも１つの第４のビームを形成するために用いられ、
前記第１のビーム、前記第２のビーム、前記第３のビーム、及び前記第４のビームは空間的に異なる方向に向かって形成され、前記第１のビームと前記第３のビームはメインローブに該当し、前記第２のビームと前記第４のビームはグレーティングローブに該当する、４重偏波アンテナシステム。
【請求項2】
前記第１のビームと前記第２のビームは互いに空間的に隣接せず、前記第３のビームと前記第４のビームは空間的に互いに隣接しない、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項3】
前記第１のビームと前記第２のビームのそれぞれは、前記第３のビームと前記第４のビームのうちの少なくとも1つに隣接して形成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項4】
前記第１の２重偏波アンテナユニットは、互いに垂直に交差する第１のアンテナエレメントと第２のアンテナエレメントを備え、前記第２の２重偏波アンテナユニットは、互いに垂直に交差する第３のアンテナエレメントと第４のアンテナエレメントを備える、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項5】
前記第１の２重偏波アンテナユニットのアンテナエレメントは、前記第２の２重偏波アンテナユニットのアンテナエレメントに対して４５度の角度をなす、請求項４に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項6】
前記第１の２重偏波アンテナユニットの列のそれぞれにて、前記第１のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第１のサブアレイを形成し、前記第２のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第２のサブアレイを形成し、前記第２の２重偏波アンテナユニットの列のそれぞれにて、前記第３のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第３のサブアレイを形成し、前記第４のアンテナエレメントがフィーダラインにつながって第４のサブアレイを形成し、
互いに異なる列に位置する一対の第１のサブアレイが第１のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第２のサブアレイが第２のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第３のサブアレイが第３のＲＦチェーンにつながり、互いに異なる列に位置する一対の第４のサブアレイが第４のＲＦチェーンにつながる、請求項４に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項7】
サブアレイから対応するＲＦチェーンまでのＲＦ経路差によって前記第１のビームないし第４のビームの方向が定義される、請求項６に記載の４重偏波アンテナシステム。
【請求項8】
前記ＲＦチェーンの個数は、前記第１の２重偏波アンテナユニットの列の個数と前記第２の２重偏波アンテナユニットの列の個数との和と同一である、請求項１に記載の４重偏波アンテナシステム。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1a】
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図2a】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図3a】
【国際調査報告】