模式/极化天线装置的制作方法

此处所描述的技术涉及一种模式/极化天线装置。
背景技术：
：现有多天线装置通过将具有相同特性的多个天线以半波长间隔布置，利用其形成了波束。这是因为，在具有相同特性的天线的情况下，若以半波长或更小的间隔布置，则由于天线之间的模式相似性和密切的物理距离而信道特性成为类似。但，在这种情况下，由于多个信道呈相互类似的特性而出现无法得到从多天线可获得的多路复用效果或针对多径衰落的鲁棒性等的缺点。由于这种缺点，将多个相同或双极化天线以半坡长间隔布置且利用其进行多输入多输出(mimo)通信。然而，这种情况下也需要将天线以半坡长间隔布置，因此具有天线占用空间大的缺点。此外，在最近研究的大规模mimo等超多天线技术的情况下，需要布置几十到几百个天线，因此，关于天线占用空间的问题正在抬头。另一方面，对具有不同模式的多个天线和具有不同偏振的多个天线进行了研究。相关现有技术文献包括韩国专利公开号2013-0082353(发明名称：开关模式波束形成天线的多面体阵列)和韩国专利公开号2013-0040536(发明名称：基于电磁场极化天线的移动通信系统、装置及方法)。技术实现要素：技术问题本发明的目的在于提供一种能够有效地获得模式、极化增益且可以制造成小尺寸的模式/极化天线装置。本发明的另一方面提供一种能够有效地获得模式、极化、空间增益且可以制造成小尺寸的模式/极化天线装置。用于解决问题的手段根据一实施例的模式/极化天线装置包括具有一维或二维排列结构的多个单位模式/极化天线，其中，所述多个单位模式/极化天线以半波长间隔布置，在所述多个单位模式/极化天线中各个单位模式/极化天线包括三个以上的天线，所述天线的主要模式的并集的元素个数大于或等于所述天线的个数。根据一实施例的模式/极化天线装置包括位于不同平面上的多个平面天线，其中，所述多个平面天线包括具有一维或二维排列结构的多个单位模式/极化天线，在所述多个单位模式/极化天线中各个单位模式/极化天线包括三个以上的天线，所述天线的主要模式的并集的元素个数大于或等于所述天线的个数。发明的效果根据本发明的实施例的模式/极化天线装置能够有效地获得模式、极化增益且可以制造成小尺寸。并且，根据本发明的实施例的模式/极化天线装置能够有效地获得模式、极化、空间增益且可以制造成小尺寸。附图说明图1为示出天线辐射模式系数的一实例的附图。图2为示出根据本发明的实施例的通信系统的附图。图3和图9为示出图2中所示的通信系统的基站或终端可采用的模式/极化天线装置的实例的附图，即，示出包括单位模式/极化天线的模式/极化天线装置的实例的附图。图4为示出图3中所示的单位模式/极化天线的一实例的附图。图5至图8为示出图3中所示的单位模式/极化天线所包括的天线的球矢量波模式系数的分布的实例的附图。图10和图11为示出图2中所示的通信系统的基站可采用的模式/极化天线装置的另一实例的附图，即，示出具有第一排列结构的模式/极化天线装置的实例的附图。图12和图13为示出图2中所示的通信系统的基站可采用的模式/极化天线装置的另一实例的附图，即，示出具有第二排列结构的模式/极化天线装置的实例的附图。图14为示出图2中所示的通信系统的基站可采用的模式/极化天线装置的另一实例的附图，即，示出具有第三排列结构的模式/极化天线装置的实例的附图。图15为用于说明利用图3或图9中示出的模式/极化天线装置形成单波束的方法的附图。图16为用于说明利用图3或图9中示出的模式/极化天线装置形成多波束的方法的附图。图17为用于说明利用图10至图14中示出的模式/极化天线装置中任一个模式/极化天线装置形成多波束的方法的附图。具体实施方式将下面描述的技术可以进行多种变形且包括各种实施例，因此将特定实施例示出在附图中并具体说明。然而，应理解的是，将下面描述的技术不限于所述特定实施例，而覆盖落到下面将说明的技术的思想和范围内的所有修改、等同物和替代物。将理解虽然术语“第一”、“第二”、“a”和“b”等在本文中可用于描述本发明的各要素，但是该要素不应受这些术语限制。这些术语仅用于将本发明的一要素与另一要素区别开来。例如，在不脱离下面将说明的技术的思想和范围的限度内，第一要素可称作第二要素，类似地，第二要素也可称作第一要素。也如本文所使用的“和/或”是指并包括相关列举项中的一个或更多个的任何和所有可能的组合。在本说明书全文中，单数形式包括复数形式，除非上下文另外清楚地指出，且当在此使用术语“包含(comprise)”等时，指明所述特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在，但是不排除ー个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。在参照附图进行详细说明之前，需要明确的是，对本说明书中的构成部的区分仅是通过各构成部所担当的主要功能来区分的。即，以下所述的2个以上的构成部可以合为一个构成部，或者一个构成部按更为细分化的不同功能来划分为两个以上。并且，以下所述的各个构成部除了自己所担当的主要功能之外，还可以执行其他构成部担当的功能中的一部分或全部，当然，构成部分别担当的主要功能中的一部分功能被其他构成部负责来执行。并且，在执行方法或操作的过程中，除非上下文另外清楚地指出特定顺序，各步骤可以以不同于这里明确描述的顺序来执行。换言之，可以以与所述顺序相同的顺序、同时地或相反顺序来执行。天线辐射模式f(θ，φ)可以利用针对各个模式具有正交性的球矢量波模式由下面的数学式1表示。[数学式1]其中，aα(θ，φ)是指球矢量波模式，cα是指球矢量波模式的系数。其中，aα(θ，φ)是依照半径为1的球坐标系的。并且，球矢量波模式的阶数α是按α＝2(n(n+1)-1+(-1)sm)+τ确定。从而，球矢量波模式可表示为aα(θ，φ)＝aτσmn。其中，τ是指横磁(tm)或横电(te)极化。σ是指旋转辐射模式的方向，且s由该值确定。m和n是指复数球谐函数的系数。球矢量波模式相对于如屋顶天线等tm模式被表示为奇数模式，而相对于如偶极天线等te模式被表示为偶数模式。作为一个例子，表1示出τ、s、m及n的值和其阶数。[表1]n1111112222222222m0011110011112222s1111221111221122τ1212121212121212α34125611129101314781516图1为示出天线辐射模式系数的一实例的附图。参照图1，当阶数为2时，系数最大，而其值为0.30。如上所述，具有最大系数的阶数被称为代表模式。在附图所示的实例的情况下，代表模式为2。第二最大系数为0.22，且其阶数为5，而最大系数和第二最大系数的总和为0.52，其大于或等于0.5。如上所述，使得系数的总和大于或等于0.5的最小个数的阶数被称为主要模式。在附图所示的实例的情况下，主要模式为{2，5}，且主要模式的个数为2。用于判断一个模式是否为主导模式的标准根据接收部的性能不同。在上面说明，0.5是用于判断是否为主要模式的标准，但其值可以进行广泛变化，例如0.7、0.9等。图2为示出根据本发明的一实施例的通信系统的附图。参照图2，通信系统包括基站210和终端220。基站210可以根据通信标准不同地称为分布节点、enodeb、远程天线电头端(rrh)等，而终端220也可以根据通信标准不同地称为终端节点、用户终端等。所述基站210可以包括模式/极化天线装置212，而所述终端220可以包括，例如，模式/极化天线装置222。图3示出图2中所示的所述通信系统的基站或终端可采用的模式/极化天线装置的实例。参照图3，模式/极化天线装置300包括一个单位模式/极化天线310。单位模式/极化天线310包括多个天线320、330、340及350。优选地，单位模式/天线包括三个以上的天线，且三个以上天线的主要模式的并集中的元素个数大于或等于所述多个天线的个数。若单位模式/天线所包括的三个天线的主要模式为(2，3，5)、(4，5)及(10)，则主要模式的并集为(2，3，4，5，10)且并集的元素个数为5。从而，由于并集的元素个数(5)大于天线的个数(3)，因而满足上述条件。若单位模式/天线所包括的三个天线的主要模式为(3，4)、(3)及(4)，则主要模式的并集为(3，4)，且并集的元素个数为2。从而，由于并集的元素个数(2)小于天线的个数(3)，因而不满足上述条件。优选地，单位模式/极化天线310被集成到单位模式/极化天线的工作频率的半波长内。通常，工作频率具有预定带宽而不是特定频率。从而，工作频率的半波长只要是属于预定带宽的任一频率的半波长即可。如上所述，为了将多个天线集成到半波长内，由多个天线分别可用的物理空间受到限制。由于通过有限的物理空间可获得的天线的方向性和带宽有限，各个天线难以使用高阶数的球矢量波模式。从而，优选地，单位模式/极化天线310所包括的天线320、330、340及350的主要模式都等于或于30。图4为示出图3中所示的单位模式/极化天线的一实例的附图。参照图4，单位模式/极化天线400包括基底410、位于基底410上的电场天线420、430和磁场天线440、450。电场天线420、430可以具有分布在偶数模式的辐射模式且可以以朝向不同方向的方式被集成到基底410上。例如，所述电场天线420、430可以使用贴片天线来实现。磁场天线440、450可以具有分布在奇数模式的辐射模式且可以以朝向不同方向的方式被集成到所述基底410上。例如，磁场天线440、450可以使用缝隙天线来实现。图5为示出图3中所示的单位模式/极化天线所包括的天线的球矢量波模式系数的分布的实例的附图。参照图5，c1α至c4α分别是指第一至第四天线的球矢量波模式系数。第一至第四天线分别具有一个主要模式，且第一至第四天线具有彼此不同的主要模式。第一天线的主要模式为2，第二天线的主要模式为3，第三天线的主要模式为11，第四天线的主要模式为10。作为一个例子，具有奇数模式的第一天线可以使用屋顶天线来实现。并且，具有偶数模式的第二天线可以使用偶极天线来实现。图6为示出图3中所示的单位模式/极化天线所包括的天线的球矢量波模式系数的分布的另一实例的附图。参照图6，c1α至c4α分别是指第一至第四天线的球矢量波模式系数。第一至第四天线分别具有两个主要模式。第一天线的主要模式为2、5，第二天线的主要模式为3、6，第三天线的主要模式为10、11，第四天线的主要模式为8、10。作为一个例子，第一至第四天线可以使用定向天线来实现。优选地，从第一至第四天线可获得的任意一对的天线(天线1、2；天线1、3；天线1、4；天线2、3；天线2、4；及天线3、4)也具有至少一个不同的主要模式。例如，在由第一天线和第二天线组成的一对天线中，第一天线具有与第二天线不同的主要模式2、5，而第二天线具有与第一天线不同的主要模式3、6。并且，在由第三天线和第四天线组成的一对天线中，第三天线具有与第四天线不同的主要模式11，而第四天线具有与第三天线不同的主要模式8。如上所述，当单位模式/极化天线所包括的一对天线具有不同的主要模式时，天线的辐射模式之间的相关性会降低。图7为示出图3中所示的单位模式/极化天线所包括的天线的球矢量波模式系数的分布的另一实例的附图。参照图7，c1α至c4α分别是指第一至第四天线的球矢量波模式系数。第一至第四天线分别具有两个主要模式。作为一个例子，第一至第四天线包括具有相同主要模式但具有不同相位的至少一对天线。第一天线和第二天线具有相同的主要模式2、5，但具有不同的相位。作为一个例子，第一天线和第二天线的主要模式的系数可以为c12＝+0.30、c22＝+0.30、c15＝+0.22及c25＝-0.22。第三天线和第四天线也具有相同的主要模式4、11，但具有不同的相位。如上所述，当单位模式/极化天线包括具有相同的主要模式但具有不同的相位的一对天线时，天线的辐射模式之间的相关性会降低。作为另一个实例，第一至第四天线包括具有相同的主要模式但由主要模式的系数形成的矢量之间具有小于或等于0.7的相关性的至少一对天线。其中，矢量c12、c15与矢量c22、c25之间的相关性由下面的数学式2求得。[数学式2]图8为示出图3中所示的单位模式/极化天线所包括的天线的球矢量波模式系数的分布的另一实例的附图。参照图8，c1α至c4α分别是指第一至第四天线的球矢量波模式系数。第一至第四天线分别被配置为用于扇区的天线。优选地，各个用于扇区的天线具有三个以上的主要模式。第一天线具有主要模式3、10及12，第二天线具有主要模式2、11及12，第三天线具有主要模式2、13及16，第四天线具有主要模式3、5、9、10及14。如上所述，当单位模式/极化天线所包括的一对天线具有不同主要模式布置时，天线的辐射模式之间的相关性会降低。作为一个例子，单位模式/极化天线包括由球矢量波模式的系数形成的矢量之间具有小于或等于0.7的相关性的一对天线。作为一个例子，各个矢量可以包括从阶数为1的系数至阶数为16的系数即总共16个系数。作为另一个实例，各个矢量可以包括从阶数为1的系数至阶数为30的系数即总共30个系数。图9为示出图3中所示的单位模式/极化天线的变形例的附图。参照图9，单位模式/极化天线900包括第一区域910和第二区域920。第一区域910与第二区域920之间的间隔大于或等于工作频率的半波长。第一区域910包括一个或多个天线911、912，且第二区域920也包括一个或多个天线921、922。单位模式/极化天线900所包括的多个天线911、912、921及922包括具有不同模式的至少两个天线和具有不同偏振的至少两个天线。当多个天线被集成于小空间时，天线之间的干扰增加，从而各个天线的性能降低。如上所述，若将多个天线布置在两个区域，则由于干扰引起的性能降低会减少，并通过模式/极化的增益会得到提高。图10为示出图2中所示的通信系统的基站可采用的模式/极化天线装置的一个实例的附图。参照图10，模式/极化天线装置1000包括具有一维排列结构的多个单位模式/极化天线1010、1020、1030及1040。在附图中示出四个单位模式/极化天线1010、1020、1030及1040。然而，不同于图中所示，具有一维排列结构的所述单位模式/极化天线1000可以实现为小于4或大于或等于4个模式/极化天线。在附图中示出沿水平方向布置的所述模式/极化天线1010、1020、1030及1040。然而，不同于图中所示，模式/极化天线1010、1020、1030及1040可以沿垂直方向布置。作为一个例子，多个模式/极化天线1010、1020、1030及1040布置在相同的平面上。作为一个例子，多个模式/极化天线1010、1020、1030及1040具有相同的结构。优选地，多个模式/极化天线1010、1020、1030及1040之间的间隔相当于模式/极化天线装置1000的工作频率的半波长。通常，工作频率具有预定带宽而不是特定频率。从而，工作频率的半波长只要是属于预定带宽的任一频率的半波长即可。图11为示出图10中所示的具有一维排列结构的模式/极化天线装置的变形例的附图。参照图11，模式/极化天线装置1100包括一维布置的多个单位模式/极化天线1110、1120、1130及1140。各个单位模式/极化天线为如图9所示分为两个区域的单位模式/极化天线。单位模式/极化天线1110包括第一区域1111和第二区域1112。第一区域1111包括一个或多个天线1113、1114，且第二区域1112也包括一个或多个天线1115、1116。单位模式/极化天线彼此具有半波长间隔，且第一区域1111和第二区域1112具有半波长或更大的间隔。作为一个例子，多个模式/极化天线1010、1020、1030及1040布置在相同的平面上。作为一个例子，多个单位模式/极化天线1110、1120、1130及1140具有相同的结构。在附图中示出模式/极化天线分为两个区域的实例。然而，不同于图中所示，单位模式/极化可以分为三个以上的区域。在这种情况下，三个以上的区域可以包括第一区域、从第一区域沿第一方向(例如，垂直或水平方向)以半波长或更大的间隔布置的第二区域、及从第二区域沿第一方向以半波长或更大的间隔布置的第三区域。并且，三个以上的区域可以包括第一区域、从第一区域沿第一方向(例如，垂直方向)以半波长或更大的间隔布置的第二区域、及从第一区域沿第二方向(例如，水平方向)以半波长或更大的间隔布置的第三区域。图12为示出图2中所示的通信系统的基站可采用的模式/极化天线装置的另一实例的附图。参照图12，模式/极化天线装置1200包括具有二维排列结构的多个单位模式/极化天线1211、1212、1213、1214、1221、1222、1223、1224、1231、1232、1233及1234。在附图中示出12个单位模式/极化天线1211至1214、1221至1224及1231至1234。然而，不同于图中所示，具有二维排列结构的模式/极化天线装置1200可以实现为小于12或等于或大于12个模式/极化天线。例如，多个模式/极化天线1211至1214、1221至1224及1231至1234布置在相同的平面上。例如，多个模式/极化天线1211至1214、1221至1224及1231至1234具有相同的结构。优选地，多个模式/极化天线1211至1214、1221至1224及1231至1234之间的间隔相当于模式/极化天线装置1200的工作频率的半波长。通常，工作频率具有预定带宽而不是特定频率。从而，工作频率的半波长只要是属于预定带宽的任一频率的半波长即可。多个模式/极化天线1211至1214、1221至1224及1231至1234沿第一方向(例如，水平方向)以半波长间隔布置且沿第二方向(例如，垂直方向)以半波长间隔布置。图13为示出图12中所示的具有二维排列结构的模式/极化天线装置的变形例的附图。参照图13，模式/极化天线装置1300包括一维排列的多个单位模式/极化天线1310和一维排列的多个模式/极化天线1320。单位模式/极化天线彼此沿水平方向具有半波长间隔且沿垂直方向具有半波长间。包括于单位模式/极化天线的两个区域彼此之间具有半波长或更大的间隔，例如，彼此之间具有一波长的间隔。例如，多个模式/极化天线1310、1320布置在相同的平面上。例如，多个模式/极化天线1310、1320具有相同的结构。在附图中示出模式/极化天线分为两个区域的实例。然而，不同于图中所示，单位模式/极化可以分为三个以上的区域。在这种情况下，三个以上的区域可以包括第一区域、从第一区域沿第一方向(例如，垂直或水平方向)以半波长或更大的间隔布置的第二区域、及从第二区域沿第一方向以半波长或更大的间隔布置的第三区域。并且，三个以上的区域可以包括第一区域、从第一区域沿第一方向(例如，垂直方向)以半波长或更大的间隔布置的第二区域、及从第一区域沿第二方向(例如，水平方向)以半波长或更大的间隔布置的第三区域。图14为示出图2中所示的通信系统的基站可采用的模式/极化天线装置的另一实例的附图。参照图14，模式/极化天线装置1400包括具有三维排列结构的多个单位模式/极化天线。为此，模式/极化天线装置1400包括多个平面天线1410、1420、1430、1440、1450及1460。多个平面天线1410、1420、1430、1440、1450及1460位于不同平面上。各个平面天线包括一维或二维排列的多个单位模式/极化天线1411、1412、1413及1414。在附图中示出各个平面天线包括二维布置的多个单位模式/极化天线的实例。不同于图中所示，参照图10至图14说明的一维或二维排列的多个单位模式/极化天线可以用作各个平面天线。在附图中示出呈六棱柱状的模式/极化天线装置。然而，不同于图中所示，对具有三维排列结构的模式/极化天线装置的形状可以进行各种变形。例如，模式/极化天线装置可以具有包括三棱柱形状、正方棱柱形状、五棱柱形状、七棱柱形状、八棱柱形状等的各种棱柱形状。例如，模式/极化天线装置可以具有圆柱形状。例如，模式/极化天线装置可以具有包括四面体形状、六面体形状等的多面体形状。例如，模式/极化装置可以具有从上述棱镜形状、圆柱形状和多面体形状中省略一表面的形状。例如，模式/极化天线装置可以具有从正方形棱柱省略一表面而成的形状。在这种情况下，模式/极化天线装置具有其上排列有单位模式/极化天线的三个表面。例如，模式/极化天线装置可以具有省略了底面的六棱柱形状。在这种情况下，模式/极化天线装置具有其上排列有单位模式/极化天线的五个表面。优选地，多个模式/极化天线1411、1412、1413及1414之间的间隔相当于模式/极化天线装置1400的工作频率的半波长。通常，工作频率具有预定带宽而不是特定频率。从而，工作频率的半波长只要是属于预定带宽的任一频率的半波长即可。上述的具有一维、二维及三维排列结构的模式/极化天线装置可以有效地得到通过现有多输入多输出(mimo)方法无法获得的增益。尤其，具有三维排列结构的模式/极化天线装置在沿所有x、y和z方向多出现分散和反射的环境中是有效的，且可以得到与给定天线空间相比接近上限的高传输容量。图15为用于说明利用图3或图9中示出的模式/极化天线装置形成单波束的方法的附图。根据图15的方法，可以通过使用包括单位模式/极化天线的模式/极化天线装置来形成波束。参照图15，将通过位于单位模式/极化天线的多个天线传输的信号可以由下面的数学式3表示。[数学式3]αh[α1，α2,…,αn,…，α(n-1)，αn]h其中，αn是指将通过第n天线传输的信号，而n是指单位模式/极化天线所包括的天线的个数。在附图中示出n＝4的情况。如图所示，可以利用单位模式/极化天线适用一个波束形成加权值集来形成一个波束。其可以由下面的数学式4表示。[数学式4]其中，wn是指相当于第n天线的波束形成加权值。在附图中，a1w1至a4w4是指通过第一至第四天线输出的信号，而ahw是指从单位模式/极化天线输出到空间的信号。图16为用于说明通过图3或图9中示出的模式/极化天线装置形成多波束的方法的附图。根据图16的方法，可以利用包括单位模式/极化天线的模式/极化天线装置来形成多波束。参照图16，可以通过使用多个波束形成加权值集并以叠加原理形成多波束。其可以由下面的数学式5表示。[数学式5]其中，wk是指第k波束形成加权值集。并且，wk，n是指相当于在第k波束形成加权值集中的第n天线的波束形成加权值。在图15和图16中示出利用单位模式/极化天线所包括的所有天线来形成波束的实例。然而，不同于图中所示，可以通过用单位模式/极化天线所包括的天线中一些天线来形成波束。其中，一些天线可以根据信道条件、根据模式/极化天线的特性或者考虑到通信对方的特性来选择。而且，当以叠加原理形成多个波束时，第一波束可以使用多个天线中的一些天线(例如，第一、第二和第三天线)来形成，且第二波束可以使用多个天线中的其他一些天线(例如，第一、第三和第四天线)来形成。图17为示出通过图10至图14中示出的模式/极化天线装置中任一个模式/极化天线装置形成多波束的方法和装置的附图。根据图17的方法，可以利用一维至三维排列的模式/极化天线装置来形成多波束。参照图17，amn是指将通过布置在第m单位模式/极化天线的多个天线中的第n天线传输的信号。vmn是指amn的波束形成加权值。m是指模式/极化天线装置所包括的单位模式/极化天线的个数，而n是指模式/极化天线装置所包括的天线的个数。作为一个例子，可以利用在多个单位模式/极化天线所包括的多个天线中具有相同模式/极化特性的天线(例如，a11、…、am1、…及am1)来形成波束。当如上所述形成波束时，可以形成总共n个波束。n个波束可以由下面的数学式6表示。[数学式6]其中，bn是指使用在各个单位模式/极化天线中第n天线来形成的波束。在附图中示出使用具有相同模式/极化特性的m个天线来形成波束的实例。然而，不同于图中所示，可以使用具有相同模式/极化特性的m个天线中的一些天线来形成波束。并且，不同于图中所示，可以利用具有相同模式/极化特性的多个天线和具有与此不同的模式/极化特性的至少一个天线来形成波束。并且，虽然在附图中示出形成总共n个波束的实例，但一些波束可以省略。在附图中，模式/极化天线装置所包括的多个单位模式/极化天线具有相同的结构。然而，不同于图中所示，一个或多个单位模式/极化天线可以具有与其它模式/极化天线不同的结构。本说明书中记载的实施例和附图仅用于明确地描述上述技术所包括的技术概念的一部分。显而易见的是，本发明所属
技术领域：
的普通技术人员在所述说明书中记载的技术概念和上述技术附图的范围内可容易得出变形和具体的实施例。当前第1页12