(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】2024-10-08
(54)【発明の名称】４重偏波アンテナ装置及びアンテナアレイ
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/24 20060101AFI20241001BHJP
H01Q 13/08 20060101ALI20241001BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/24
H01Q13/08
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024520727
(86)(22)【出願日】2022-10-05
(85)【翻訳文提出日】2024-05-08
(86)【国際出願番号】 KR2022014978
(87)【国際公開番号】W WO2023059057
(87)【国際公開日】2023-04-13
(31)【優先権主張番号】10-2021-0131632
(32)【優先日】2021-10-05
(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】ヨン チャン ムン
(72)【発明者】
【氏名】スン ホヮン ソ
(72)【発明者】
【氏名】オ ソー チェ
(72)【発明者】
【氏名】ヨン ウン セオ
(72)【発明者】
【氏名】新井 宏之
【テーマコード（参考）】
5J021
5J045
【Ｆターム（参考）】
5J021AB06
5J021HA05
5J045AA14
5J045CA01
5J045DA09
5J045NA01
(57)【要約】
【課題】単純でありながらもアンテナ素子間のカップリングを減らすことができる構造を提供する。
【解決手段】４重偏波アンテナ装置は、第１の２重偏波アンテナ素子と、少なくとも一部が前記第１の２重偏波アンテナ素子と重畳されるように前記第１の２重偏波アンテナ素子の下に配置される第２の２重偏波アンテナ素子と、前記第１の２重偏波アンテナ素子と前記第２の２重偏波アンテナ素子をつなぐ連結部と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】４重偏波アンテナ装置は、第１の２重偏波アンテナ素子と、少なくとも一部が前記第１の２重偏波アンテナ素子と重畳されるように前記第１の２重偏波アンテナ素子の下に配置される第２の２重偏波アンテナ素子と、前記第１の２重偏波アンテナ素子と前記第２の２重偏波アンテナ素子をつなぐ連結部と、を含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の２重偏波アンテナ素子と、少なくとも一部が前記第１の２重偏波アンテナ素子と重畳されるように前記第１の２重偏波アンテナ素子の下に配置される第２の２重偏波アンテナ素子と、
前記第１の２重偏波アンテナ素子と前記第２の２重偏波アンテナ素子をつなぐ連結部と、
を含む４重偏波アンテナ装置。
【請求項2】
前記第１の２重偏波アンテナ素子は、前記第２の２重偏波アンテナ素子よりも小さいサイズに形成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項3】
前記連結部は、前記第１の２重偏波アンテナ素子の接地面を構成する、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項4】
前記連結部は、前記第１の２重偏波アンテナ素子側の断面積が、前記第２の２重偏波アンテナ素子側の断面積よりも大きい形状に形成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項5】
前記連結部は、前記第１の２重偏波アンテナ素子から前記第２の２重偏波アンテナ素子に向かう方向に沿って断面積が漸進的に小さくなる形状に形成される、請求項４に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項6】
前記連結部は、円錐形状に形成される、請求項５に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項7】
前記第１の２重偏波アンテナ素子及び前記第２の２重偏波アンテナ素子は、パッチ（patch）タイプで構成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項8】
前記第１の２重偏波アンテナ素子は誘電体基板で構成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項9】
前記第２の２重偏波アンテナ素子は、リングパッチモデル（ring patch model）で構成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項10】
前記第２の２重偏波アンテナ素子は、中空形状に形成される、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項11】
前記第１の２重偏波アンテナ素子は、±４５°偏波用アンテナ素子である、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項12】
前記第２の２重偏波アンテナ素子は、Ｖ／Ｈ偏波用アンテナ素子である、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項13】
さらに、前記第１の２重偏波アンテナ素子を囲むように配置される放射抑制部材を含む、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項14】
前記第２の２重偏波アンテナ素子から前記第１の２重偏波アンテナ素子までの距離である高さｈは、０．１２λ以上である、請求項１に記載の４重偏波アンテナ装置。
【請求項15】
請求項１ないし請求項１４のうちのいずれか一項による４重偏波アンテナ装置がアレイ形態に複数個配列され、前記それぞれの４重偏波アンテナ装置の間隔は０．７λ以上である、４重偏波アンテナアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、４重偏波アンテナ装置及びアンテナアレイに関する。
【背景技術】
【0002】
この部分に記載されている内容は、単に本開示の背景情報を提供するだけであり、従来技術を構成するものではない。
【0003】
ＯＰＲＡ（Orthogonal Polarization Reuse Antenna）は、空間領域（space domain）で互いに異なる複数の直交偏波（orthogonal polarization）を再利用する技術である。ＯＰＲＡを用いると、セクタ構成（sector configuration）で構成要素相互間の干渉（又はカップリング）を減らすことができる。また、ＯＰＲＡを用いると、２重偏波アンテナを用いる３セクタ（3-sector）方式に比べて重畳領域での干渉を緩和してチャネル容量を増加させることができる。
【0004】
しかしながら、マッシブマイモ（Massive MIMO）アンテナのように水平に多くの素子が設置されると、アンテナのサイズが過度に大きくなる。アンテナのサイズを小さくするための手段として、図１に図示されたインターリーブ素子（inter-leaved element，図１（ａ））又はオーバーレイ素子（over-lay element，図１（ｂ））などが用いられる。
【0005】
インターリーブ素子又はオーバーレイ素子などを用いるにあたり、素子相互間のカップリング（coupling）を減少させる必要がある。アンテナ素子相互間のカップリングを減少させる周知の方式として、中性化（neutralization）方式及びデカップリング回路網（decoupling network）を適用する方式などがある。ただし、中性化方式は１/２λラインを設置できるサイズが必要なため、オーバーレイ素子などには適合せず、４５°４重偏波アンテナの場合、符号の異なるＹパラメータ（Y-parameter）の対があり、デカップリング回路網を適用することは困難である。また、アンテナの設計が複雑になるほど回路の面積が大きくなり、小型化が難しい。
【0006】
結果的に、単純でありながらもアンテナ素子相互間のカップリングを減らすことができる構造が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
一実施例に係る４重偏波アンテナ装置は、第１の２重偏波アンテナ素子、第２の２重偏波アンテナ素子、及び連結部を含む構造を介してアンテナ素子相互間のカップリングを減らせる。
【0008】
一実施例に係る４重偏波アンテナ装置は、第１の２重偏波アンテナ素子、第２の２重偏波アンテナ素子、及び連結部を含む構造を介して放射パターンなどのアンテナ性能を向上させることができる。
【0009】
本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、下の記載から通常の技術者に明確に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の一実施例によると、第１の２重偏波アンテナ素子と、少なくとも一部が前記第１の２重偏波アンテナ素子と重畳されるように前記第１の２重偏波アンテナ素子の下に配置される第２の２重偏波アンテナ素子と、前記第１の２重偏波アンテナ素子と前記第２の２重偏波アンテナ素子をつなぐ連結部と、を含む４重偏波アンテナ装置を提供する。
【発明の効果】
【0011】
一実施例によると、４重偏波アンテナ装置は、第１の２重偏波アンテナ素子、第２の２重偏波アンテナ素子、及び連結部を含む構造を介してアンテナ素子相互間のカップリングを減らせる効果がある。
【0012】
一実施例によると、４重偏波アンテナ装置は、第１の２重偏波アンテナ素子、第２の２重偏波アンテナ素子、及び連結部を含む構造を介して放射パターンなどのアンテナ性能を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】従来のインターリーブ素子及びオーバーレイ素子の配置を示す図である。
【図2】本開示の一実施例に係る４重偏波アンテナ装置の構造を示す図である。
【図3】本開示の一実施例に係る４重偏波アンテナ装置の数値解析のための構造及びパラメータを示す図である。
【図6】本開示の一実施例に係る第１の２重偏波アンテナ素子の放射パターンを示す図である。
【図7】本開示の一実施例に係る第２の２重偏波アンテナ素子の放射パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の一部の実施例を例示的な図面を用いて詳しく説明する。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、たとえ異なる図面上に表示されても、できるだけ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、本開示を説明するにあたり、関連される公知の構成又は機能に関する具体的な説明が本開示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。
【0015】
本発明の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を用いる場合がある。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためだけのものであり、その用語によって該当構成要素の性質や順番又は順序などが限定されない。
【0016】
ある構成要素が他のコンポーネントに「連結」、「結合」、又は「接続」されると記載された場合、その構成要素は他の構成要素に直接つながったり接続されたりすることができるが、各構成要素の間にまた別の構成要素が「連結」、「結合」、又は「接続」されてもよいということを理解すべきである。
【0017】
明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」、「備える」と言うとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
【0018】
明細書に記載されている「…部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これはハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの結合で具現される。
【0019】
反対の記載がない限り、いずれか1つの実施例に関する説明は他の実施例にも適用され得ることを明らかにしておく。
【0020】
添付された図面と共に以下に開示される発明の説明は、本発明の例示的な実施例を説明しようとするものであり、本発明が実施される唯一の実施例を示そうとするものではない。
【0021】
図２は、本開示の一実施例に係る４重偏波アンテナ装置の構造を示す図である。
【0022】
図２を参照すると、本開示の一実施例に係る４重偏波アンテナ装置（quadri-polarization antenna apparatus）２００は、第１の２重偏波アンテナ素子（first dual-polarization antenna element）２１０、第２の２重偏波 アンテナ素子（second dual-polarization antenna element）２２０、連結部（connecting part）２３０、及び放射抑制部材（radiation suppression member）２４０を含む。
【0023】
第１の２重偏波アンテナ素子２１０は、第１の２重偏波を放射するように構成される。ここで、第１の２重偏波は±４５°偏波を意味する。第１の２重偏波アンテナ素子２１０は、第２の２重偏波アンテナ素子２２０と重畳されるように配置される。第１の２重偏波アンテナ素子２１０は、第２の２重偏波アンテナ素子２２０の上部に配置される。第１の２重偏波アンテナ素子２１０は、連結部２３０によって第２の２重偏波アンテナ素子２２０につながり、このとき、連結部２３０は第１の２重偏波アンテナ素子２１０の接地面（ground plane）を構成する。これにより、第２の２重偏波アンテナ素子２２０から放射される電磁波等が第１の２重偏波アンテナ素子２１０の接地面によって反射されることを防止し、第２の２重偏波アンテナ素子２２０の放射特性などを向上させる。この場合、第２の２重偏波アンテナ素子２２０は、リングパッチモデル（ring patch model）などで構成されて一般的なパッチアンテナよりも大きいサイズを有する。
【0024】
第１の２重偏波アンテナ素子２１０は、第２の２重偏波アンテナ素子２２０よりも小さいサイズで形成される。これにより、第２の２重偏波アンテナ素子２２０から放射される電磁波が反射される現象などを防止し、第２の２重偏波アンテナ素子２２０の入力特性と放射パターンなどの性能を向上させる。この場合、第１の２重偏波アンテナ素子２１０を小さいサイズに形成するために、誘電体基板（dielectric substrate）等で設計する。
【0025】
第１の２重偏波アンテナ素子２１０は、単純な構造を有し、外部の他の要因から影響を受けないように、パッチ（patch）タイプで構成される。第１の２重偏波アンテナ素子２１０の放射特性を向上させ、第２の２重偏波アンテナ素子２２０への放射を抑制するために、第１の２重偏波アンテナ素子２１０は放射抑制部材２４０に囲まれるように配置される。すなわち、放射抑制部材２４０は、第１の２重偏波アンテナ素子２１０を囲むように配置され、この場合、放射抑制部材２４０は金属などの素材で構成される。
【0026】
第２の２重偏波アンテナ素子２２０は、第２の２重偏波を放射するように構成される。ここで、第２の２重偏波はＶ／Ｈ偏波を意味する。第２の２重偏波アンテナ素子２２０は、第１の２重偏波アンテナ素子２２０と重畳されるように配置される。第２の２重偏波アンテナ素子２２０は、第１の２重偏波アンテナ素子２１０の下部に配置される。第２の２重偏波アンテナ素子２２０は、連結部２３０によって第１の２重偏波アンテナ素子２１０につながる。第２の２重偏波アンテナ素子２２０はパッチタイプで構成される。第２の２重偏波アンテナ素子２２０は、接地部２５０とつながって接地される。第２の２重偏波アンテナ素子２２０は中空（hollow）形状で形成される。
【0027】
連結部２３０は、第１の２重偏波アンテナ素子２１０と第２の２重偏波アンテナ素子２２０との間に配置されてこれらを互いにつなぐ。連結部２３０は、第１の２重偏波アンテナ素子２１０の接地面を構成する。連結部２３０は第１の２重偏波アンテナ素子２１０側の断面積が、第２の２重偏波アンテナ素子２２０側の断面積よりも大きい形状に形成される。連結部２３０は、第１の２重偏波アンテナ素子２１０から第２の２重偏波アンテナ素子２２０に向かう方向に沿って断面積が徐々に小さくなる形状、例えば円錐（cone）状に形成される。連結部２３０が第１の２重偏波アンテナ素子２１０の接地面を構成し、上述した形状（円錐等）に形成されることにより、第１の２重偏波アンテナ素子２１０と第２の２重偏波アンテナ素子２２０を強固につなぎながらも、第２の２重偏波アンテナ素子２２０から放射された電磁波が第１の２重偏波アンテナ素子２１０の接地面に反射されてアンテナ性能が低下されることを防止することができる。
【0028】
このように、本開示に係る４重偏波アンテナ装置２００は、第１の２重偏波アンテナ素子２１０、第２の２重偏波アンテナ素子２２０、及びそれらをつなぐ連結部２３０を含む三次元構造を通じて第１の２重偏波アンテナ素子２１０と第２の２重偏波アンテナ素子２２０との間の距離を延ばし、それによって第１の２重偏波アンテナ素子２１０の給電点と第２の２重偏波アンテナ素子２２０の給電点との間の距離も延びることで、アンテナ素子相互間のカップリングを減らすことができる。
【0029】
図３は、本開示の一実施例に係る４重偏波アンテナ装置の数値解析のための構造及びパラメータを示す図である。
【0030】
図３でＷＶＨ＝０．５６λ、Ｗｇ＝０．３５λ、ｈ＝０．３λ、ｈｓ＝０．０４λ、ｈｐ＝０．０６λ、ｈｔｏｔａｌ＝０．４２λ、ｒ＝０．１λである。
【0031】
【0032】
図４のａはＳ２１（第２の２重偏波アンテナ素子２２０－第１の２重偏波アンテナ素子２１０）、ｂはＳ１１（第１の２重偏波アンテナ素子２１０）、及びｃはＳ２２（第２の２重偏波アンテナ素子２２０）を意味する。ここで、Ｓ（scattering）パラメータは、ＲＦ（Radio Frequency）で最も広く用いられる回路結果値であり、周波数分布上で入力電圧と出力電圧の比を意味する。例えば、Ｓ２１は、１番ポートで入力した電圧と２番ポートで出力された電圧との比率を意味する。本開示で、Ｓ２１は、第１の２重偏波アンテナ素子２１０から入力した電圧と第２の２重偏波アンテナ素子２２０から出力された電圧との比率を意味する。図４のグラフで、誘電体基板で形成可能な第１の２重偏波アンテナ素子２１０のＳパラメータ分布が狭帯域（narrow band）で示されるが、これは他の広帯域（broadband）アンテナ素子に変更することによって改善される。
【0033】
【0034】
図５のグラフは、４重偏波アンテナ装置の高さｈとアンテナ素子の相互カップリングとの関係を示す。図５で、ａは、第１の２重偏波アンテナ素子２１０と第２の２重偏波アンテナ素子２２０が同一平面上に配置された場合を、ｂはｈ=０．１２λである場合を、ｃはｈ＝０．５λである場合を示す。
【0035】
第１の２重偏波アンテナ素子２１０と第２の２重偏波アンテナ素子２２０が同一平面上に配置されたａの場合、アンテナ素子の相互カップリングは-６ｄＢまで発生することが分かる。一方、ｈ＝０．１２λあるｂと、ｈ＝０．５λであるｃの場合、アンテナ素子の相互カップリングが-１０ｄＢ以下に減少することが分かる。また、ｈ＝０．１２λの小さな高さでも-１０dB以下までカップリング特性を改善することができる。
【0036】
図６は、本開示の一実施例に係る第１の２重偏波アンテナ素子の放射パターンを示す図である。
【0037】
図７は、本開示の一実施例に係る第２の２重偏波アンテナ素子の放射パターンを示す図である。
【0038】
具体的には、図６は、本開示に係る４重偏波アンテナ装置２００が２Ｘ２構造で配置された４重偏波アンテナアレイの第１の２重偏波アンテナ素子２１０の放射パターン（図６（ａ）はＥ平面、図６（ｂ）はＨ平面）を示し、図７は、本開示に係る４重偏波アンテナ装置２００が２Ｘ２構造に配置された４重偏波アンテナアレイの第２の２重偏波アンテナ素子２２０の放射パターン（図７（ａ）はＥ平面、図７（ｂ）はＨ平面）を示す。図６及び図７を参照すると、本開示に係る４重偏波アンテナ装置２００を複数個配列したアンテナアレイで、第１の２重偏波アンテナ素子２１０と第２の２重偏波アンテナ素子２２０のリップル（ripple）が改善されることが確認できる。
【0039】
以上の説明は、本実施例の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本実施例が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本実施例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ろう。したがって、本実施例は、本実施例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実施例の技術思想の範囲が限定されるものではない。本実施例の保護範囲は、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、本実施例の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【0040】
[関連出願への相互参照（CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIOIN）]
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１０月０５日付にて韓国に特許出願した特許出願番号第１０-２０２１-０１３１６３２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１０月０５日付にて韓国に特許出願した特許出願番号第１０-２０２１-０１３１６３２号に対して優先権を主張する。
【符号の説明】
【0041】
２００ ４重偏波アンテナ装置
２１０ 第１の２重偏波アンテナ素子
２２０ 第２の２重偏波アンテナ素子
２３０ 連結部
２４０ 放射抑制部材
２５０ 接地部
２１０ 第１の２重偏波アンテナ素子
２２０ 第２の２重偏波アンテナ素子
２３０ 連結部
２４０ 放射抑制部材
２５０ 接地部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】