JP2017505075A - ビーム幅制御を伴うアンテナシステム - Google Patents

Abstract

本件開示の一例で提供されるのは、少なくとも１個の単位セルを備える偏波共用アンテナアレイである。当該少なくとも１個の単位セルは、第１輻射状態の輻射素子少なくとも１個と、第２偏波状態の輻射素子少なくとも２個と、を有する。第２偏波状態は第１偏波状態に対し直交する。上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子は、上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子の第１側及び第２側にずれた位置にある。

Description

［関連技術の相互参照］
本願は、この参照を以て本願中にその全体が繰り入れられるところの２０１４年１月３１日付米国暫定特許出願第６１／９３４４７２号に基づく優先権主張を伴う。本願は、この参照を以て本願中にその全体が繰り入れられるところの２０１４年３月１７日付米国暫定特許出願第６１／９５４３４４号に基づく優先権主張をも伴う。

［開示の分野］
本件開示は総じて交差偏波アンテナアレイに関し、より具体的には、ビーム幅が狭く且つアンテナ素子パッキングが効率的なアンテナアレイに関する。

セルラ基地局サイトは、例えば各セクタがセルサイトのロケーションから１２０°の角度範囲内にサービスする、というように、通常は、別々のアジマス（方位）ベアリングにサービスするよう配置された３個のセクタを以て構成及び配置される。各セクタは、そのアジマス輻射パターンによりそのセクタの覆域フットプリントが画定されるアンテナで構成される。基地局セクタアンテナのアジマス輻射パターンの半値電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）は、一般に約６５°で最適になる；それにより十分な利得が得られ、またネットワーク内に複数個あるサイト即ちセルラ網エリアにサービスする一群のサイトの効率的なトライセクタサイトテッセレーションが実現されるからである。

ＨＳＰＡ(High Speed Packet Access)及びＬＴＥ(Long Term Evolution；登録商標)を含め、大抵のモバイルデータセルラ網アクセス技術では、スペクトル効率及び容量を増大させるべく１：１即ちフルスペクトル再使用方式が採用されている。この攻勢的スペクトル再使用から酌める通り、セクタ間及びセル間干渉を抑えてスペクトル効率を高めうるようにする必要がある。アンテナのティルト、通常は電気移相アレイのビームティルトによってもたらされるティルトにより、セル間干渉に対処可能なネットワーク最適化自在性が実現されるのと対照的に、セクタ間干渉を最適化可能な手段はほぼ存在していない。セクタ間干渉の量を示すパラメタとしてはアンテナパターンの前後比（ＦＴＢ比）、フロント対サイド比（ＦＴＳ比）及びセクタ間電力比（ＳＰＲ）があり、ＦＴＢ及びＦＴＳが高いほどまたＳＰＲ値が小さいほどセクタ間干渉が少ないとされる。

ネットワーク性能改善手法の一つは、基地局アンテナのアジマスビーム幅を効果的に制御することである。このアジマスビーム幅は、通常、ＨＰＢＷなら−３ｄＢポジション、ＦＳＲなら−１０ｄＢポジションを以て計測される。大抵のセルラ向け展開では、通常、ＨＰＢＷビーム幅は６５°であることが求められ、またＦＳＲビーム幅は１２０°にセットされる；これは、隣のセルに電力が漏れ出さず、ひいては良好なキャリア対干渉（Ｃ／Ｉ）比が保たれるようにするためである。

上掲の３ｄＢアジマスビーム幅を６０°更には５５°へと狭めれば、通常はＳＰＲが改善されることとなろうが、基本サービス覆域向けのセルラ網テッセレーション効率に影響が及ぶかもしれないし、また狭めなビーム幅を実現すべくより幅広なアンテナが必然的に求められ、ひいてはゾーニング、風荷重及びレンタルの面でサイトに更なる負担がかかることとなる。例えば基地局アンテナを可変アジマスビーム幅型とすることが可能であり、それを用いれば、より良いセクタ間負荷バランスを実現すること及びセクタ対セクタ重複を調整することが可能となる。しかしながら、そうした策は、複数個のアレイを収容しひいては複数通りのスペクトル帯をサポートする、という、基地局アンテナに望まれる条件からすれば必ずしも適切ではない。加えて、そうした可変ビーム幅アンテナは、機械部分及び能動電子回路が必要な類いの策にあっては大きくなりかねず（サイズは実現可能な最小のビーム幅により決定づけられる）、ひいては配置及び保守のためのコストが潜在的に嵩むこととなりうる。

本件開示の一例によれば、少なくとも１個の単位セル(unit cell)を備える偏波共用(dual-polarized)アンテナアレイが提供される。当該少なくとも１個の単位セルは、第１輻射状態(polarization state)の輻射素子少なくとも１個と、第２偏波状態の輻射素子少なくとも２個と、を有する。第２偏波状態は第１偏波状態に対し直交する。当該少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子は、当該少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子の第１側及び第２側にずれた位置にする。

本件開示の教示は、別紙図面と併せ後掲の詳細な説明を参酌することで速やかに理解することができる。

本件開示に係る基地局アンテナアレイシステムを示す図である。 本件開示に係るデュアルバンド基地局アンテナを示す図である。 本件開示に係る他の基地局アンテナアレイシステムを示す図である。 本件開示に係る他のデュアルバンド基地局アンテナを示す図である。 本件開示に係り分割(split)垂直定位(vertical-oriented)輻射素子を有する単位セルを備えるアンテナアレイの例を示す図である。 本件開示に係り、別様に配置された分割垂直定位輻射素子を有する単位セルを備えるアンテナアレイの例を示す図である。 本件開示に係り、別様に配置された分割垂直定位輻射素子を有する単位セルを備えるアンテナアレイの例を示す図である。 本件開示に係り分割水平定位(horizontal-oriented)輻射素子を有するアンテナアレイを示す図である。 本件開示に係り分割垂直定位輻射素子，分割水平定位輻射素子双方を有する偏波共用単位セルを備えるアンテナアレイを示す図である。 本件開示に係り分割垂直定位輻射素子，分割水平定位輻射素子双方を有する偏波共用単位セルを備えるアンテナアレイを示す図である。 本件開示に係り３個の分割垂直定位輻射素子を有する単位セルを示す図である。 本件開示に係り分割垂直定位輻射素子を有する単位セルを備えるアンテナアレイを上から見下ろした図である。 分割垂直定位輻射素子を有する単位セルを備えるアンテナアレイを示す図である。 分割垂直定位輻射素子を有し、各単位セルの垂直定位輻射素子が垂直方向に沿い互いに逆側にずれているアンテナアレイを示す図である。 分割垂直定位輻射素子を有し、各単位セルの垂直定位輻射素子が垂直方向に沿い互いに逆側にずれているアンテナアレイを示す図である。 分割垂直定位輻射素子を有し、各単位セルの垂直定位輻射素子が垂直方向に沿い互いに逆側にずれているアンテナアレイを示す図である。

理解を容易化するため、諸図に共通する同一の要素を指し示すのに、可能な限り同一の参照符号を使用している。

本件開示は、秀逸なセクタ間干渉緩和能、或いはセルラ網構成最適化に役立つセクタ重複可調性を提供可能で、セルラ基地局展開に適するアンテナアレイに関する。具体的には、本件開示では、アジマス輻射パターンのロールオフレート、半値電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）、フロント対サイド比（ＦＳＲ）及びセクタ電力比（ＳＰＲ）を制御する策が提供される。本件開示のアンテナアレイは、ことに、基地局アンテナのアジマス輻射特性によってセクタ間干渉が制限されるセクタ化基地局サイトでの使用に適している。本願では語「アンテナ」及び「アンテナアレイ」をほとんど同じ意味で使用する。一貫性に鑑みまた特記されてない限り、示されているいずれのアンテナアレイに関しても、実世界中での水平線がページの左から右へ／右から左への方向で表され、また上方向／垂直方向がページの下部からページの上部への方向であるものとする。

従来から、リフレクタ（反射器）上でのアンテナ素子の配置、それら素子の高さの選定、並びにそのリフレクタ及び能動電子回路の寸法が、アンテナのアジマスビーム幅を制御するのに用いられてきた。即ち、例えば、狭めなビーム幅を実現するのに幅広なアンテナが使用されてきた；これでは、ゾーニング、風荷重、レンタル等々の面でそのサイトに余分な負担がかかってしまう。対するに、本件開示の一実施形態に係るアンテナアレイは、そのアレイの長手沿いに垂直方向に並べられた複数個の単位セルを備える。ある実施形態では、各単位セルが、例えばリフレクタの幅に沿い中心を挟む、少なくとも２個の輻射素子を備える。ある実施形態では、各単位セルが二重直交直線偏波場、例えば＋４５°の斜め(slant)偏波と−４５°の斜め偏波（これらは例えば在来セルラ通信システムで好まれる）を輻射する。これとは別のある実施形態では、各単位セル内で輻射素子同士を互いに直交させるべく０°及び＋９０°で物理定位する。±４５°の輻射ベクトル／場を得る手段としては“仮想交差偏波”技術、即ちベクトル回転が実現されるよう垂直定位素子（向きが９０°の素子）及び水平定位素子（向きが０°の素子）に同相又は逆相で給電する技術を使用する。ある実施形態では、向きが＋９０°の素子即ち“垂直定位素子”を、更に、少なくとも２個の輻射素子に分離させて垂直輻射対にする。この垂直輻射対は水平方向に沿い単位セル内に配置する；その水平方向最大分離幅はリフレクタの幅に等しい。垂直輻射対に対しては、ＨＰＢＷ及びＦＳＲが顕著に低下するアジマス面内アレイファクタが実現されるよう同相で給電する。とりわけ、“仮想交差偏波”技術を新規な単位セル幾何に結びつけて使用することで、セルラ網配置の最適化に資する秀逸な対ＨＰＢＷ／ＦＳＲ及びＳＰＲパラメタ制御性が得られる。

加えて、１個又は複数個のＨ字状単位セルを備えるアンテナアレイが、集積アレイ（例えばデュアルバンド又はマルチバンドアレイ）における素子パッキングの最適化に適している。例えば、アレイ内で使用される単位セルの種類同士の比率に加え、Ｈ字状単位セル上での垂直方向部材分離幅を制御することにより、アジマス輻射パターンの形状を指定条件へと刈り込むことができるような、更なる設計自由度及び性能自由度がもたらされる。同時に、隣の集積アレイフェイスに対する“シャドウイング効果”が低減される。これらを含め本件開示の長所に関し、後掲の図面に示した諸例との関係でこれからより詳細に説明する。

まず、図１に、本件開示の一実施形態に係る基地局アンテナアレイシステム１００を示す；このシステムは２個のコーポレートフィード（ＣＦ）網（１１０）及び（１１１）を備えている；それらＣＦ網は、基地局無線周波数（ＲＦ）信号を、アンテナアレイ１２０の長手に沿い垂直方向に配置された複数の二重直線偏波単位セル（１３０〜１３２）用のアンテナ素子駆動信号へと変換する。各単位セル１３０〜１３２は、二重直交直線偏波場を、例えば好適にも＋４５°斜め偏波の輻射ベクトルと−４５°斜め偏波の輻射ベクトルで以て輻射する。なかでも、図中の単位セル１３０は、水平方向に沿い配置された２個の±４５°定位二重直線偏波クロスダイポールアンテナ素子１４０及び１４１を備えている。単位セル１３０内の各アンテナ素子１４０及び１４１は２個の輻射素子、即ち＋４５°の輻射素子（同順に１５０及び１５１）及び−４５°の輻射素子（同順に１６０及び１６１）を有している；それら輻射素子はそれぞれ電力分割器（ＰＤ）１７０及び１７１を介し各ＣＦ網１１０及び１１１から給電を受ける；これは、輻射素子対（１５０，１６０及び１５１，１６１）への給電に先立ち、信号を等位相等振幅分岐させるためである。この結果、アジマス面内にアレイファクタが形成される。単位セル１３０に発するアジマス輻射パターンは、単位セル１３０内アンテナ素子１４０及び１４１の分離幅如何で、最適化することができる。例えば、水平方向に沿い配置されている２個のアンテナ素子１４０及び１４１間の間隔が動作周波数での０．８λに当たる場合、もたらされるアジマスビーム幅は、通常、非分岐単位セル（例．“単体”の偏波共用クロスダイポールアンテナ素子例えば単位セル１３１又は１３２内のそれ）のアジマスビーム幅の半分になる。ある実施形態では、アンテナアレイに沿い垂直方向に配置された複数の分岐及び非分岐単位セルの組合せにより、所望の総合アレイビーム幅を選定可能となろう。だが、このアレイトポロジには、水平方向沿いにずれた位置にある２個の±４５°定位偏波共用クロスダイポールアンテナ素子を収容するため、かなり広めなアンテナソリューションが必要とされる、という短所がある。

図２に示すように、多くの基地局アンテナにデュアルバンド合成アレイを組み込むことができる；このアレイは、低帯域動作（例．６９０〜９６０ＭＨｚ）用のスタック１個と高帯域動作（例．１６９５〜２６９０ＭＨｚ）用のスタック１個を併せ、アンテナ素子で構成されたアレイカラム又はスタックを２個有している。より複雑な基地局アンテナであれば、図２のデュアルバンドアンテナアレイ２００に示す如く３個のスタックを組み込むこともできる；このアレイでは、偏波共用アンテナ素子２１０で構成された低帯域スタックがリフレクタの中心に位置する一方、２個の高帯域アレイスタック２８０及び２９０がそれら低帯域素子２１０の各側に配置されている（図示容易化のため符号付けを図中の高帯域偏波共用アンテナ素子２３１のうち２個に留めてある）。これは、リフレクタ上の利用可能空間に幾ばくかの制約があり、低帯域素子・高帯域素子間のシャドウイング及び相互作用効果でアンテナ性能が落ちうることを、明らかに指し示している。素子間シャドウイングは、２個ある高帯域スタック２８０・２９０間の分離幅を増せば緩和可能である。しかしながら、かなり幅広なアンテナプラットフォームをもたらしかねないので、そうすることは一般に不利益である。

図３に基地局アンテナアレイシステム３００を示す；このシステムでは、アンテナアレイ３２０の単位セル３３０〜３３２それぞれが、０°定位及び９０°定位で相直交している輻射素子、即ち水平／垂直（Ｈ／Ｖ）定位の輻射素子群を有している。なかでも、単位セル３３０は、アジマスアレイファクタを形成する２個の分割垂直定位輻射素子３５０及び３５１を有している。単位セル３３０内の水平定位アンテナ素子３６０は従来のＨ／Ｖ定位偏波共用クロスダイポールでのそれ（例えば単位セル３３１又は３３２でのそれ）と同じポジションを保っているが、２個ある分割垂直定位輻射素子３５０及び３５１は、その水平定位アンテナ素子３６０の各側へとずらされている（即ち水平定位アンテナ素子３６０の両側に座している）。

基地局アンテナに相応しい±４５°斜め直線偏波の好適な輻射パターンを実現すべく、それら相直交するＨ／Ｖ定位輻射素子は、成果即ち仮想的＋４５°斜め直線偏波ベクトルを得るべく同相で（即ちＰ１ポート３８０を介しＣＦ網３１０から供給される情報信号がＰ２ポート３８２を介しＣＦ網３１１から送られてくる情報信号のコピーに対し等位相な状態で）給電され且つ−４５°斜め直線偏波ベクトルを生成すべく逆相で（即ちＰ２ポート３８２を介し供給される情報信号がＰ１ポート３８０を介し供給される同じ情報信号の他相即ち遅延版を構成する状態で）給電される。このことは、図３に示す単位セル３３０に関し詳示されている。電力分割器３７０は、Ｐ２ポート３８２からの信号を等位相等振幅分岐させたものを分割垂直定位輻射素子３５０及び３５１に供給する。このように、各単位セル３３０〜３３２の垂直輻射素子及び水平輻射素子は、互いに物理的に直交しているだけでなく、直交する±４５°斜め直線偏波輻射ベクトルでの送信及び／又は受信を行う。

ある実施形態では、このことが、マイクロ波回路例えば１８０°ハイブリッド／リングカプラ（又はハイブリッド合成器）、ラットレースカプラ、ディジタル信号処理回路及び／又はソフトウェア実現ソリューションを介し諸素子に給電することにより、実現される。例えば、給電信号を対象にした相対的な移相及び電力の分割によって、各単位セル３３０〜３３２の輻射素子からの輻射ベクトルが、所望の±４５°斜め直線偏波へと仮想的に回転される。

描写のため、図３には電力分割器３９０、即ち各単位セル３３０〜３３２を構成する水平定位輻射素子，垂直定位輻射素子それぞれの実効輻射ベクトルを回転させ又は制御する回路も示されている。一例に係る電力分割器３９０はハイブリッドカプラ又は（１８０°）ハイブリッドリングカプラ例えばラットレースカプラを備えている；本願ではこれらがいずれもハイブリッド合成器と呼ばれうる。図３に示すように、電力分割器３９０は、Ｐ（正）入力ポート３９１（本願では同相入力とも称する）及びＭ（負）入力ポート３９２（本願では他相入力とも称する）の名が割り当てられている２個の入力ポート（送信向け信号との接続を想定）と、Ｖ出力ポート３９３及びＨ出力ポート３９４の名が割り当てられている２個の出力ポートとを有している。例えば、Ｐ（正）入力ポート３９１に入力された信号３４０及びＭ（負）入力ポート３９２に入力された信号３４１は、それぞれ、＋４５，−４５°直線斜め偏波での送信対象となろう。このことを描写するため、正入力ポート３９１にて入力され電力分割器３９０に入る信号３４０を考えよう；ここでは、電力分割器３９０が電力を２本のブランチに等分する１８０°ハイブリッドリングカプラであり、そのブランチのうち一方がＶ出力ポート３９３に向かい時計回りに伝搬するブランチ、他方がＨ出力ポート３９４に向かい反時計回りに伝搬するブランチであるものとする。更に、正入力ポート３９１・Ｈポート３９４間距離と正入力ポート３９１・Ｖポート３９３間距離が同距離であるとする。この距離は、例えば、単位セル３３０〜３３２の輻射素子を介し送受信される信号の周波数帯の中心周波数での９０°の位相に等価な距離か、或いはそれに十分に近い距離である。いずれにせよ、入力ポート３９１にて入力された信号３４０が同じ距離に亘り伝搬するため、２個ある出力ポート３９３及び３９４には同一電力同一位相というそっくりな信号が届くことになる（これらを例えば２個の“同相”成分信号と呼ぶ）。同様に、負入力ポート３９２にて入力され電力分割器３９０に入った信号３４１は、そこで２本のブランチ、即ち時計回りに伝搬するブランチ及び反時計回りに伝搬するブランチへと等電力分岐される。ここに、負入力ポート３９２・Ｖポート３９３間距離は正入力ポート３９１・Ｖ出力ポート３９３間距離、例えば９０°の位相シフトをもたらす距離と等しい。そのため、負入力ポート３９２からの信号３４１は、正入力ポート３９１側からの信号３４０と同じ位相で、Ｖ出力ポート３９３にたどり着く。反面、一例に係る負入力ポート３９２・Ｈ出力ポート３９４間距離は負入力ポート３９２・Ｖポート３９３間距離の３倍である。この距離は、例えば、信号例えば所望周波数帯の中心周波数にあるそれに２７０°の位相シフトをもたらす距離又は長さである。言い換えれば、負入力ポート３９２からＨポート３９４にやってきた信号３４１は、正入力端子３９１からＨ出力ポート３９４にやってきた信号３４０に対し、位相が１８０°異なっている。加えて、入力ポート３９２にて入力された信号３４１がその出力ポートまで伝搬してくる距離が異なるので、２個ある出力ポート３９３及び３９４で受け取る信号は、その電力が同じだが位相が１８０°異なる信号となる（これらを例えば２個の“逆相”成分信号と呼ぶ）。

上述の通り、Ｈ出力ポート３９４及びＶ出力ポート３９３は、いずれも、正入力端子３９１及び負入力端子３９２からの信号３４０及び３４１を受け取る。それらの信号は個々の出力端子３９３及び３９４にて合成され、対応するＣＦ網３１０及び３１１へと先送りされる。それらの信号は、次いで、ＣＦ網３１０及び３１１から、単位セル３３０〜３３２の各水平定位輻射素子及び垂直定位輻射素子に引き渡される。但し、ＣＦ網３１１発Ｐ２ポート３８２経由の信号は、単位セル３３０の分割垂直定位輻射素子３５０及び３５１を駆動するのに先立ち、２個の等振幅且つ同相なアンテナ素子駆動信号をもたらすべく電力分割器３７０により更に処理されることとなろう。

図３に示すアレイ３２０では、更に、分割垂直輻射素子を有するＨ字状単位セル（例．単位セル３３０）と、非分割垂直輻射単位セル／アンテナ素子（例．単位セル３３１及び３３２）とが組み合わされている。例えば、図３中の単位セル３３１及び単位セル３３２は非分岐Ｈ／Ｖ定位輻射素子を使用するセルであり、図示しないが、例えば仮想的な±４５°斜め直線偏波を供給すべく、各コーポレートフィード（ＣＦ）網３１０及び３１１から給電を受けている。好適なことに、図３の実施形態によれば、物理定位による±４５°偏波共用アンテナ素子を有するより在来的な基地局アンテナアレイに比べ、アレイフェイスを物理的に幅狭にすることができる。これは、基地局サイトにおける風荷重が問題含みである配置にあっては、ひときわ有益である。

さて、図４に示すように、本件開示の諸実施形態によれば、複数個の高帯域アレイスタックを限られたリフレクタ空間内で低帯域アレイスタックと同居させることもできる。一般的な低帯域周波数域及び高帯域周波数域については、図２との関係で上述してある。但し、ご理解頂けるように、本件開示は何か特定の周波数又は周波数域に限定されるものではないし、どのようなものであれ特定の値への言及は専ら説明目的のものである。図４に例示する三スタックアンテナアレイ４００では、高帯域素子で構成される２個のスタック４８０及び４９０が、分岐低帯域素子４１１及び非分岐低帯域素子４１２及び４１３を有する低帯域スタック４１０内に、効率的にパッキングされている。注記すべきことに、もたらされるアレイフェイストポロジは、そのトポロジを構成する低帯域素子が高帯域素子に対しシャドウイングしないものとなる。高帯域素子に対するシャドウイング効果を排除することで、低帯域アンテナ素子・高帯域アンテナ素子間相互結合を低減することができる。しかも、低帯域素子４１１〜４１３は、図３に示したそれと同じ又はそれに類するコーポレートフィードを介し給電可能であり、また同じく±４５°斜め直線偏波仮想回転実効輻射ベクトルを提供可能である。その一方で、高帯域アレイ４８０及び４９０の高帯域アンテナ素子が、物理定位された±４５°輻射素子を有するクロスダイポールで構成されうるため、高帯域アンテナ素子に在来手段で給電可能である。

図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに本件開示の更なる実施形態を示す；これらの実施形態では、分割垂直定位偏波輻射素子を有するＨ字状単位セルの個数、並びにアンテナアレイの垂直長に沿ったそれらの位置に、変化が付けられている。例えば、図５Ａには、アンテナアレイ５１０の長手沿いに分散配置されたＨ字状分岐単位セル５１１〜５１４が示されている。図５Ｂには、アンテナアレイ５２０の長手沿いでの分岐単位セル（５２１及び５２２）及び非分岐単位セル（５２３及び５２４）の組合せが示されている。図５Ｃには、アンテナアレイ５３０の長手に沿い交互に現れる分岐単位セル（５３１及び５３３）及び非分岐単位セル（５３２及び５３４）が示されている。特記すべきことに、こうして分岐単位セル及び非分岐単位セルの個数及び位置を変えることで、様々な所望アジマスビーム幅が実現される。加えて、図５Ａ〜図５Ｃの例のいずれも、デュアルバンドアンテナアレイ及びマルチバンドアンテナアレイ、例えば図４の実施形態に類するアレイに実装することができる。

図６に更なる実施形態を示す；この実施形態のアンテナアレイ６００は、分割水平定位輻射素子を特徴とする１個又は複数個の単位セル、例えば単位セル６１１及び６１３を有している。就中、分割垂直定位偏波輻射素子を有する単位セル例えば単位セル６１０及び６１２の組み込みはアジマスビーム幅の制御に有用たり得、また分岐横方向偏波輻射素子を有する単位セル例えば単位セル６１１及び６１３はエレベーション（仰角）ビーム幅の制御、例えば分岐横方向偏波輻射素子を有する単位セルの個数、スタックに対するその種の単位セルの位置等々に基づくそれに有用たり得る。

図７Ａ及び図７Ｂに、分割垂直定位輻射素子，分割水平定位輻射素子双方を有する偏波共用単位セルを備えるアンテナアレイを示す。図７Ａ及び図７Ｂに示す配置では、更に、分割垂直定位輻射素子，分割水平定位輻射素子双方を有する偏波共用単位セルと共に、分割垂直定位アンテナ素子又は標準的Ｈ／Ｖ定位偏波共用アンテナ素子がアレイに組み込まれている。例えば、図７Ａに示すアンテナアレイ７１０では、分割垂直定位アンテナ素子７１１及び７１３が水平及び垂直分岐アンテナ素子７１２及び７１４と交互に位置している。図７Ｂに示すアンテナアレイ７２０では、標準的Ｈ／Ｖ定位アンテナ素子７２１及び７２３が水平及び垂直分岐アンテナ素子７２２及び７２４と交互に位置している。ここでもまた、様々な種類の単位セルの組合せ、例えば±４５°定位アンテナ素子、標準的Ｈ／Ｖ定位アンテナ素子、分割垂直アンテナ素子、分割水平アンテナ素子、分割垂直輻射素子及び分割水平輻射素子双方を伴うアンテナ素子等々を有するものの様々な組合せを、アジマス，エレベーション双方のビーム幅制御や、半値電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）、フロント対サイド比（ＦＳＲ）、セクタ電力比（ＳＰＲ）等々のために、アンテナアレイ／アンテナスタックにて使用することができる。

図８に本件開示の更なる実施形態を示す；この実施形態の単位セル８００は、水平輻射素子８０４に沿い様々な位置に配された３個の分割垂直定位輻射素子８０１、８０２及び８０３を有している。特記すべきことに、各垂直輻射素子の間隔（例．８０１・８０２間、８０２・８０３間及び８０１・８０３間）を変化させることで、付加的なアジマス輻射パターンが、セルラ基地局の設計者及び運用者にとり利用可能となる。

図９に本件開示のまた別の実施形態を示す；この実施形態は分割垂直定位輻射素子９２０及び９２１を伴う単位セル９１０を有している；垂直定位分岐素子９２０及び９２１がＤ２なる水平距離で搭載されていることが（アンテナアレイ９００を上から見下ろす）図で示されている；Ｄ２は、典型的には、アジマスアレイファクタの開口を最大にすべく、アンテナリフレクタ９３０全体の幅より少し小さい値とする。水平輻射素子は参照符号９６０で示してある。垂直定位素子９２０及び９２１はθで決まる折れ角９４０で搭載可能であり、そのθによって、垂直定位輻射素子同士の輻射部間の分離距離Ｄ１が決まってくる。こうすることで、アンテナの前方風荷重を抑えるべくアンテナ９００を覆う所望外形のレドーム内に、垂直定位輻射素子９２０及び９２１を効率的にパッケージングすることができる。特に、垂直定位輻射素子９２０及び９２１を、アンテナアレイ９００のアレイフェイス接地面を含む平面に対し直交する角度から離れた角度に、傾斜させるとよい。

図１０Ａ〜図１０Ｄは本件開示の更なる実施形態を示すためのものである；これらの実施形態では、分割垂直定位輻射素子が水平定位輻射素子を基準に様々な位置へと垂直方向に沿いずらされている。比較のため、図１０Ａに、垂直分岐アンテナ素子１０１１〜１０１３を有するアンテナアレイ１０１０を示す。図１０Ｂに示すアンテナアレイ１０２０では、幾組かの分割垂直定位輻射素子１０２１及び１０２２が、対応する水平定位輻射素子１０２３を中心にして逆方向にずらされている。図１０Ｃに示すアンテナアレイ１０３０では、水平定位輻射素子１０３３が、分割垂直定位輻射素子１０３１の中点に対し、また分割垂直定位輻射素子１０３２の端に対し整列している。図１０Ｄに示すアンテナアレイ１０４０は、図１０Ｃのアンテナアレイ１０３０に類似しているが、更なる水平定位輻射素子１０４４が付加されている。幾組かの分割垂直定位輻射素子１０４１及び１０４２並びに水平定位輻射素子１０４３は図１０Ｃ中の対応部材と同様である。図１０Ｂ〜図１０Ｄの諸例は、アレイトポロジパッキングに関する追加的な選択肢を、図１０Ａの例及び上述した諸図の例に加えて提供するものである。

注記すべきことに、本件開示の諸例では±４５°斜め直線偏波の使用を唱っている。しかしながら、直線偏波が典型的だとはいうものの、また諸例が直線偏波を用い示されているものの、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）には明らかな通り、本件開示の他の実施形態、例えば二重直交楕円偏波或いは左手円偏波及び右手円偏波を伴うそれにも問題なく到達することができる。

以上、本件開示の１個又は複数個の態様に従い様々な例を説明したが、本件開示の１個又は複数個の態様に係る他の例及び更なる例を、後掲の特許請求の範囲で規定される本件開示の技術的範囲及びその均等範囲から逸脱することなく案出可能である。

Claims (18)

1. 少なくとも１個の単位セルを備え、
   上記少なくとも１個の単位セルが、第１輻射状態の輻射素子少なくとも１個と、その第１偏波状態に対し直交する第２偏波状態の輻射素子少なくとも２個と、を有し、
   上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子が、上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子の第１側及び第２側にずれた位置にある偏波共用アンテナアレイ。
2. 請求項１記載の偏波共用アンテナアレイであって、上記第１偏波状態が水平直線偏波であり且つ上記第２偏波状態が垂直直線偏波である偏波共用アンテナアレイ。
3. 請求項１記載の偏波共用アンテナアレイであって、上記第１偏波状態が垂直直線偏波であり且つ上記第２偏波状態が水平直線偏波である偏波共用アンテナアレイ。
4. 請求項１記載の偏波共用アンテナアレイであって、
   更に第１無線周波数ハイブリッド合成器を備え、
   上記少なくとも１個の単位セルによる第１の４５°斜め直線偏波での送信又は受信が企図されている第１信号が、上記第１無線周波数ハイブリッド合成器の同相入力への接続により二通りの同相成分信号に分岐され、当該第１信号の第１同相成分信号が、上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子用の駆動信号として使用され、且つ当該第１信号の第２同相成分信号が、上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子を駆動すべく電力分割器により更に分岐され、
   上記少なくとも１個の単位セルによる第２の４５°斜め直線偏波での送信又は受信が企図されている第２信号が、上記第１無線周波数ハイブリッド合成器の逆相入力への接続により二通りの逆相成分信号に分岐され、当該第２の４５°斜め直線偏波が上記第１の４５°斜め直線偏波に直交し、当該第２信号の第１逆相成分信号が、上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子用の駆動信号として使用され、且つ当該第２信号の第２逆相成分信号が、上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子を駆動すべく上記電力分割器により更に分岐される偏波共用アンテナアレイ。
5. 請求項４記載の偏波共用アンテナアレイであって、上記単位セルによる送信又は受信が企図されている上記第１信号及び当該単位セルによる送信又は受信が企図されている上記第２信号が、直交円偏波、直交楕円偏波或いは他の直交直線偏波状態になるよう構成されている偏波共用アンテナアレイ。
6. 請求項４記載の偏波共用アンテナアレイであって、
   上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子が、少なくとも２個の第１偏波状態輻射素子を含む偏波共用アンテナアレイ。
7. 請求項６記載の偏波共用アンテナアレイであって、更に、上記少なくとも２個の第１偏波状態輻射素子を駆動すべく上記第１信号の上記第１同相成分信号を分岐させ、且つ上記第２信号の上記第１逆相成分信号を更に分岐させる、更なる電力分割器を備える偏波共用アンテナアレイ。
8. 請求項１記載の偏波共用アンテナアレイであって、更に、少なくとも１個の偏波共用クロスダイポールアンテナ素子を備え、
   上記少なくとも１個の偏波共用クロスダイポールアンテナ素子及び上記少なくとも１個の単位セルが、本偏波共用アンテナアレイの長手に沿い垂直定位されている偏波共用アンテナアレイ。
9. 請求項１記載の偏波共用アンテナアレイであって、上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子が傾斜しており、その傾斜の角度が、本偏波共用アンテナアレイのアレイフェイス接地面を含む平面に直交する角度から隔たっている偏波共用アンテナアレイ。
10. 請求項１記載の偏波共用アンテナアレイであって、上記少なくとも１個の単位セルが第１周波数帯用であり、更に、
    少なくとも１個の第２周波数帯用アンテナ素子を備えると共に、上記少なくとも１個の単位セルを有する第１スタックと、当該少なくとも１個の第２周波数帯用アンテナ素子を有する第２スタックと、を伴うデュアルスタック構成を呈する偏波共用アンテナアレイ。
11. 請求項１記載の偏波共用アンテナアレイであって、上記単位セルが、更に第３の第２偏波状態輻射素子を有し、
    上記第３の第２偏波状態輻射素子が上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子の間に位置する偏波共用アンテナアレイ。
12. 偏波共用アンテナアレイを使用する方法であって、
    第１の４５°斜め直線偏波での送信用の第１信号を受け取るステップと、
    上記第１信号を第１同相成分信号及び第２同相成分信号に分岐させるステップと、
    上記第１の４５°斜め直線偏波に直交する第２の４５°斜め直線偏波での送信用の第２信号を受け取るステップと、
    上記第２成分信号を第１逆相成分信号及び第２逆相成分信号に分岐させるステップと、
    第１偏波状態の輻射素子少なくとも１個を上記第１同相成分信号及び上記第１逆相成分信号で駆動するステップと、
    第２偏波状態の輻射素子少なくとも２個を上記第２同相成分信号及び上記第２逆相成分信号で駆動するステップと、
    を有し、上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子及び上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子が、上記偏波共用アンテナアレイの単位セルの構成要素である方法。
13. 請求項１２記載の方法であって、上記第１偏波状態が水平直線偏波であり且つ上記第２偏波状態が垂直直線偏波である方法。
14. 請求項１２記載の方法であって、上記第１偏波状態が垂直直線偏波であり且つ上記第２偏波状態が水平直線偏波である方法。
15. 請求項１２記載の方法であって、上記少なくとも２個の第２偏波状態輻射素子が、上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子の第１側及び第２側にずれた位置にある方法。
16. 請求項１２記載の方法であって、上記第１信号及び上記第２信号が、直交円偏波、直交楕円偏波或いは他の直交直線偏波状態になるよう構成される方法。
17. 請求項１２記載の方法であって、
    上記少なくとも１個の第１偏波状態輻射素子が、少なくとも２個の第１偏波状態輻射素子を含む方法。
18. 請求項１７記載の方法であって、更に、
    上記少なくとも２個の第１偏波状態輻射素子を駆動すべく上記第１信号の上記第１同相成分信号を分岐させ且つ上記第２信号の上記第１逆相成分信号を分岐させるステップを有する方法。

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