Title:
Modulare Architektur des MIMO Radars
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Eine Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangsantenne (MIMO-Antenne) für ein Radarsystem, wobei die Antenne für mindestens ein erstes Modul eine Vielzahl von Antennenelementen aufweist, die eine lineare Anordnung bilden, wobei die Vielzahl von Antennenelementen in der linearen Anordnung gleichförmig um einen ersten Abstand voneinander getrennt sind; und für mindestens ein zweites Modul, das eine Vielzahl von Antennenelementen aufweist, die eine planare Anordnung bilden, wobei die Vielzahl von Antennenelementen in der planaren Anordnung gleichförmig um einen zweiten Abstand getrennt sind; und wobei das mindestens eine erste Modul und das mindestens eine zweite Modul selektiv konfiguriert sind, um als Sendermodule oder Empfängermodule zu funktionieren, und wobei eine Verschachtelung zwischen der Vielzahl von Antennenelementen in der linearen Anordnung des mindestens einen ersten Moduls mit der Vielzahl von Antennenelementen in der planaren Anordnung des mindestens einen zweiten Moduls eine gleichförmige virtuelle Antennenanordnung erzeugt. embedded image





Inventors:
Raphaeli, Dani (Herzliya Pituach, IL)
Bilik, Igal (Herzliya Pituach, IL)
Bialer, Oded (Herzliya Pituach, IL)
Application Number:
DE102017128499A
Publication Date:
06/07/2018
Filing Date:
11/30/2017
Assignee:
GM Global Technology Operations LLC (Mich., Detroit, US)
Silantrix Ltd. (Kfar Saba, IL)
International Classes:
H01Q21/06; G01S7/02
Attorney, Agent or Firm:
LKGLOBAL | Lorenz & Kopf PartG mbB Patentanwälte, 80333, München, DE
Claims:
Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangsantenne (MIMO-Antenne) für ein Radarsystem, die Antenne umfassend:
mindestens ein erstes Modul mit mehreren Antennenelementen, die eine lineares Anordnung bilden, wobei die Vielzahl von Antennenelementen in der linearen Anordnung gleichmäßig um einen ersten Abstand voneinander getrennt sind; und
mindestens ein zweites Modul mit einer Vielzahl von Antennenelementen, die eine planares Anordnung bilden, wobei die Vielzahl von Antennenelementen in der planaren Anordnung gleichmäßig um einen zweiten Abstand getrennt sind;
worin das mindestens eine erste Modul und das mindestens eine zweite Modul selektiv konfiguriert sind, um als Sendermodule oder Empfängermodule zu funktionieren, und wobei eine Verschachtelung zwischen der Vielzahl von Antennenelementen in der linearen Anordnung des mindestens einen ersten Moduls mit der Vielzahl von Antennenelementen in der planaren Anordnung des mindestens einen zweiten Moduls eine gleichförmige virtuelle Antennenanordnung erzeugt.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin das mindestens eine erste Modul und das mindestens eine zweite Modul ferner ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen beinhalten, die der Vielzahl von Antennenelementen in jedem der ersten und zweiten Module zugeordnet und in deren Nähe angeordnet sind, und wobei die Funktion des mindestens einen ersten Moduls und des mindestens einen zweiten Moduls als Sendermodul oder Empfängermodul basierend auf dem einen oder den mehreren elektronischen Vorrichtungen bestimmt wird.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin das mindestens eine erste Modul und das mindestens eine zweite Modul auf einzelnen Leiterplatten hergestellt sind.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin das mindestens eine erste Modul eine Vielzahl von ersten Modulen ist und das mindestens eine zweite Modul eine Vielzahl von zweiten Modulen ist, worin die Vielzahl von ersten Modulen angrenzend angeordnet sind, um parallele lineare Anordnungen zu bilden, und wobei die Vielzahl der zweiten Module angrenzend angeordnet sind, um eine kombinierte planare Anordnung zu bilden.

MIMO-Antenne nach Anspruch 4, worin jedes der Vielzahl von ersten Modulen das gleiche ist und jedes der Vielzahl von zweiten Modulen das gleiche ist.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin entlang einer ersten Achse ein Zwischenelementabstand zwischen der Vielzahl von Antennen im mindestens einen ersten Modul relativ zu einem Zwischenelementabstand zwischen der Vielzahl von Antennen im mindestens einen zweiten Modul dicht ist; und entlang einer zweiten Achse der Zwischenelementabstand zwischen der Vielzahl von Antennen im mindestens einen zweiten Modul relativ zum Zwischenelementabstand zwischen der Vielzahl von Antennen im mindestens einen ersten Modul dicht ist.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin der zweite Abstand zwischen der Vielzahl von Antennen im mindestens einen zweiten Modul gleich dem ersten Abstand zwischen der Vielzahl von Antennen in mindestens einem ersten Modul mal einer Anzahl an Antennen in der linearen Anordnung ist.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin der erste Abstand zwischen der Vielzahl von Antennen im mindestens einen ersten Modul gleich 0,5 λ ist, wobei λ eine Wellenlänge eines Sendesignals der Antenne ist.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin der zweite Abstand zwischen der Vielzahl von Antennen im mindestens einen zweiten Modul gleich 0,5 λ-mal einer Anzahl der Vielzahl von Antennenelementen in der linearen Anordnung des mindestens einen ersten Moduls ist, wobei λ eine Wellenlänge eines Sendesignals der Antenne ist.

MIMO-Antenne nach Anspruch 1, worin eine Anzahl der Vielzahl von Antennenelemente in der linearen Anordnung des mindestens einen ersten Moduls gleich einer Anzahl der Vielzahl von Antennenelementen in der planaren Anordnung des mindestens einen zweiten Moduls ist.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Mehrfacheingangs-Mehrfachausgang (MIMO)-Antennenanordnungen und insbesondere auf eine modulare und konfigurierbare MIMO-Antennenanordnungsarchitektur.

HINTERGRUND

Erweiterte Radarsysteme, die heute im Einsatz sind, verwenden ein Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangskonzept (MIMO-Konzept), das mehrere Antennen am Sender verwendet, um unabhängige (orthogonale) Wellenformen zu übertragen und mehrere Antennen am Empfänger, um die Radarechos zu empfangen. In einer „zusammengestellten“ MIMO-Radarkonfiguration sind die Antennen in sowohl dem Sender als auch dem Empfänger ausreichend nahe beabstandet, sodass jede Antenne den gleichen Aspekt eines Objekts so sieht, dass ein Punktziel angenommen wird. In dem MIMO-Empfänger wird eine angepasste Filterbank verwendet, um die orthogonalen Wellenformkomponenten zu extrahieren. Wenn die orthogonalen Signale von verschiedenen Antennen übertragen werden, tragen die Echos von jedem Signal unabhängige Informationen über erfasste Objekte und die verschiedenen Ausbreitungspfade. Phasendifferenzen, die durch unterschiedliche Sendeantennen verursacht werden, zusammen mit Phasendifferenzen, die durch unterschiedliche Empfangsantennen verursacht werden, bilden mathematisch eine virtuelle Antennenanordnung, die für eine größere virtuelle Apertur unter Verwendung weniger Antennenelemente sorgt. Konzeptionell wird die virtuelle Anordnung durch eine Verschachtelung zwischen jedem der Sender-Tx- und Empfänger-Rx-Antennenelemente erzeugt, sodass die Elemente in der virtuellen Anordnung Tx-Rx-Paare für jede der Sender-Tx und Empfänger-Rx-Antennen in der MIMO-Anordnung repräsentieren. Für zusammengestellte MIMO-Antennen erzeugt eine Sendeanordnung mit NTx-Senderantennen und eine Empfangsanordnung mit NRx-Empfängerantennen eine virtuelle Anordnung mit NTxNRx virtuellen Empfängerelementen. Mit anderen Worten, die orthogonalen Wellenformen werden durch die angepassten Filter am Empfänger extrahiert, sodass in der virtuellen Anordnung insgesamt NTxNRx extrahierte Signale vorhanden sind.

Wie der Fachmann versteht, erfordert die Verschachtelung zwischen den Sender-Tx- und Empfänger-Rx-Antennenelementen in gleichförmig beabstandeten linearen Anordnungen einen Zwischenelementabstand zwischen den Sende- oder Empfangsanordnungselementen um nicht eine halbe Wellenlänge, um eine gleichmäßige virtuelle Anordnung aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel, wie durch die Konfiguration der bekannten MIMO-Anordnung 10 in 1 veranschaulicht, wenn der Abstand dR zwischen Empfänger-Rx-Antennenelementen in der Empfangsanordnung 12 eine halbe Wellenlänge ist, muss der Abstand dT zwischen Sender-Tx-Antennenelementen in der Sendeanordnung 14 NRxdR sein, um einen gleichmäßigen Abstand in der virtuellen Anordnung 16 aufrechtzuerhalten, wobei NRx die Anzahl der Empfängerantennen ist. Die umgekehrte räumliche Beziehung (nicht dargestellt) gilt auch, wobei, wenn der Abstand dT zwischen den Sender-Tx-Antennenelementen in der Sendeanordnung eine halbe Wellenlänge ist, muss, um eine einheitliche virtuelle Anordnung aufrechtzuerhalten, der Abstand dR zwischen Empfänger-Rx-Antennenelementen in der Empfangsanordnung NtxdT sein, worin Ntx die Anzahl der Sender-Tx-Antennenelemente ist.

Traditionell werden MIMO-Antennenanordnungen, wie in 1 gezeigt, auf einer Signalplatine hergestellt und sind so ausgelegt, dass die Anordnungs-Hardware (d. h. Antennenelemente und zugeordnete elektronische Vorrichtungen) in einer festen Anordnung ausgerichtet ist und ihre Funktion auf die spezifischen Anwendungserfordernisse, für dies sie entworfen wurde, beschränkt ist.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangsantenne (MIMO-Antenne) für ein Radarsystem bereitgestellt, wobei die Antenne für mindestens ein erstes Modul eine Vielzahl von Antennenelementen aufweist, die eine lineare Anordnung bilden, wobei die Vielzahl von Antennenelementen in der linearen Anordnung gleichförmig um einen ersten Abstand voneinander getrennt sind; und für mindestens ein zweites Modul, das eine Vielzahl von Antennenelementen aufweist, die eine planare Anordnung bilden, wobei die Vielzahl von Antennenelementen in der planaren Anordnung gleichförmig um einen zweiten Abstand getrennt sind; und wobei das mindestens eine erste Modul und das mindestens eine zweite Modul selektiv konfiguriert sind, um als Sendermodule oder Empfängermodule zu funktionieren, und wobei eine Verschachtelung zwischen der Vielzahl von Antennenelementen in der linearen Anordnung des mindestens einen ersten Moduls mit der Vielzahl von Antennenelementen in der planaren Anordnung des mindestens einen zweiten Moduls eine gleichförmige virtuelle Antennenanordnung erzeugt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangsantenne (MIMO-Antenne) für ein Radarsystem bereitgestellt, wobei die Antenne für eine modulare Antennenanordnungsbaugruppe eine Vielzahl von Antennenplatinen aufweist, wobei jede der Vielzahl von Antennenplatinen eine Anordnungsabschnitt und einen Schaltungsabschnitt aufweist; und wobei der Anordnungsabschnitt von mindestens einer der Vielzahl von Antennenplatinen eine erste Vielzahl von Antennenelementen beinhaltet, die eine lineare Anordnung bilden, und wobei der Anordnungsabschnitt von mindestens einer anderen der Vielzahl von Antennenplatinen eine zweite Vielzahl von Antennenelementen beinhaltet, die eine planaren Anordnung bilden; und wobei der Schaltungsabschnitt von jeder der Vielzahl von Antennenplatinen eine oder mehrere elektronische Vorrichtungen beinhaltet, die konfiguriert sind, um die Anordnungsabschnitte der Vielzahl von Antennenplatinen zu steuern, um als eine Senderantennenanordnung oder als eine Empfängerantennenanordnung zu funktionieren, und wobei die modulare Antennenanordnungsbaugruppe mindestens eine der Vielzahl von Antennenplatinen aufweist, die als eine Senderantennenanordnung konfiguriert sind, und mindestens eine der Vielzahl von Antennenplatinen, die als eine Empfängerantennenanordnung konfiguriert sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Mehrfacheingangs-Mehrfachausgangs (MIMO)-Antenne für ein Radarsystem bereitgestellt, wobei die Antenne für eine modulare Antennenanordnungsbaugruppe eine oder mehrere lineare Antennenanordnungsplatinen aufweist, die jeweils eine Vielzahl von Antennenelementen aufweisen, die eine gleichförmige lineare Anordnung bilden und eine oder mehrere planare Antennenanordnungsplatinen, die jeweils eine Vielzahl von Antennenelementen aufweisen, die eine gleichmäßige planare Anordnung bilden, wobei jede der einen oder mehreren linearen Antennenanordnungsplatinen und jede der einen oder mehreren planaren Antennenanordnungsplatinen eine Schaltung umfasst, die konfiguriert ist, die linearen Anordnungen der einen oder der mehreren linearen Antennenanordnungsplatinen und der planaren Anordnungen der einen oder mehreren planaren Antennenanordnungsplatinen als entweder Senderanordnungen oder Empfängeranordnungen zu betreiben; wobei die modulare Antennenanordnungsbaugruppe eine gleiche Anzahl an linearen Antennenanordnungsplatinen und planaren Antennenanordnungsplatinen aufweist, und wenn die Schaltung der einen oder mehreren linearen Antennenanordnungsplatinen als eine von einer Senderanordnung oder eine von einer Empfängeranordnung arbeitet, dann arbeitet die Schaltung der einen von einer Senderanordnung oder einer Empfängeranordnung der einen oder mehreren planaren Antennenanordnungsplatinen wie die andere.

Figurenliste

Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und worin:

  • 1 eine bekannte Konfiguration für eine MIMO-Antennenanordnung zeigt; und
  • 2 eine exemplarische Architektur einer MIMO-Antennenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
  • 3 eine virtuelle Anordnung, die durch die MIMO-Antennenanordnung von 2 gebildet wird, veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)

Das System und Verfahren, die nachfolgend beschrieben werden, sind auf eine modulare und konfigurierbare MIMO-Antennenanordnungsarchitektur gerichtet. In einer Ausführungsform enthält die modulare Anordnung eine Vielzahl von Antennenmodulen, von denen jedes eine Vielzahl von Antennenelementen aufweist, die angeordnet sind, um entweder eine lineare oder eine planare Anordnung zu bilden. Jedes Antennenmodul beinhaltet ferner eine Sender- oder Empfängerschaltung, sodass die linearen und planaren Anordnungen auf jeder Platine so konfiguriert werden können, dass sie entweder als Senderanordnung oder als Empfängeranordnung arbeiten. Der Zwischenelementabstand zwischen den Antennenelementen sowohl in den linearen als auch in den planaren Anordnungen ist so gewählt, dass die MIMO-Antennenanordnung, die durch eine Auswahlkombination der linearen und planaren Anordnungen gebildet ist, eine gleichförmig beabstandete virtuelle Anordnung bildet.

2 veranschaulicht eine exemplarische Architektur für eine MIMO-Antennenanordnung 20 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Antennenanordnung 20 ist eine modulare Struktur, die durch eine Vielzahl von Antennenmodulen 22 gebildet wird, die jeweils einen Anordnungsabschnitt 24 und einen Schaltungsabschnitt 26 aufweisen, der auf einer Oberfläche 28 mit Bezugsachsen in der horizontalen (Azimut) und vertikalen (Elevation) Richtung angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die Oberfläche 28 eine Leiterplatte, die elektronische Komponenten der Antennenanordnung 20 unter Verwendung von Leiterbahnen, Kontaktflächen und anderen Merkmalen, die aus auf ein nichtleitendes Substrat laminierten Kupferblechen geätzt sind, mechanisch unterstützt und elektrisch verbindet. Die Leiterplatten können einseitig, doppelseitig oder mehrschichtig sein. Leiter auf verschiedenen Schichten können mit durchkontaktierten Bohrungen verbunden werden, die als Durchkontaktierungen bezeichnet werden. Die elektronischen Komponenten können auf die Leiterplatte gedruckt werden und/oder können Komponenten enthalten, die in das Substrat eingebettet sind. Daher können in einer Ausführungsform die Antennenmodule 22 auch als Antennenplatinen bezeichnet werden. Die Anordnung des Anordnungsabschnitts 24 und des Schaltungsabschnitts 26 in jedem der Antennenmodule 22 ist so ausgelegt, dass sie kompakt ist und die Ausnutzung des verfügbaren Oberflächenbereichs auf der Leiterplatte maximiert.

Der Anordnungsabschnitt 24 jedes Antennenmoduls 22 beinhaltet eine Vielzahl von Antennenelementen 30, die angeordnet sind, um entweder eine lineare Anordnung 32 oder eine planare Anordnung 34 zu bilden. Somit ist jedes der Antennenmodule 22 in der Antennenanordnung 20 entweder als ein lineares Anordnungsmodul 22a oder als ein planares Anordnungsmodul 22b konfiguriert. Wie von Fachleuten verstanden wird, beeinflusst die Form des Antennenelements 30 die Antennenreaktion. In Übereinstimmung mit Kraftfahrzeuganwendungen sind die Antennenelemente in der dargestellten Ausführungsform in der horizontalen Achse schmal und in der vertikalen Achse lang, was einen engen Abstrahlwinkel in der vertikalen Achse und einen breiten Winkel in der horizontalen Achse erzeugt. Die Form der Antennenelemente in der dargestellten Ausführungsform ist jedoch nur exemplarisch und nicht einschränkend. Ein Durchschnittsfachmann erkennt, dass die hierin offenbarte Anordnungskonfiguration für jedes der Antennenmodule 22 auf jedes geeignet geformte Antennenelement anwendbar ist.

Die Antennenelemente 30 in den linearen Anordnungsmodulen 22a sind um einen Abstand dLA voneinander getrennt, was in einer Ausführungsform gleichförmig und gleich 0,5 λ ist, um ein einheitliches und eindeutiges Strahlenmuster im Azimutbereich aufrechtzuerhalten. Bezugnehmend auf das planare Anordnungsmodul 22b weist die planare Anordnung 34 eine Vielzahl von Spalten und Reihen mit insgesamt MPA x NPA Antennenelemente 30 auf, wobei MPA die Anzahl der Antennenelemente in jeder Spalte und NPA die Anzahl der Antennenelemente in jeder Zeile ist. In einer Ausführungsform sind die angrenzenden Antennenelemente 30 in jeder gegebenen Reihe oder Spalte der planaren Anordnung 30 äquidistant mit dem Zwischenelementabstand dPA. In einer Antennenanordnung mit mindestens einem linearen Anordnungsmodul 22a und mindestens einem planaren Anordnungsmodul 22b ist der Abstand zwischen den Elementen dPA proportional zur Apertur der linearen Anordnung 32, um einen gleichmäßigen Abstand in der virtuellen Anordnung aufrechtzuerhalten. In einer Ausführungsform ist der Zwischenelementabstand dPA = dLANLA, worin dLA der Abstand zwischen den Antennenelementen 30 in den linearen Anordnungsmodulen 22a ist und NLA die Anzahl an Antennenelementen 30 im linearen Anordnungsmodul 22a ist. Während der Abstand d Phasenzentren der Antennenelemente 30 in der planaren Anordnung 34 in den horizontalen und vertikalen Achsen der gleiche ist, erscheint das physikalische Erscheinungsbild des Abstands zwischen den Antennenelementen 30 in der horizontalen und vertikalen Achse aufgrund der Geometrie der Antennenelemente unterschiedlich. Mit anderen Worten erscheint der physikalische Abstand zwischen den Antennenelementen 30 in jeder Reihe entlang der horizontalen Achse relativ zum physikalischen Abstand zwischen den Antennenelementen 30 in jeder Spalte entlang der vertikalen Achse breiter.

Der Schaltungsabschnitt 26 von jedem der Antennenmodule 22 enthält eine oder mehrere elektronische Vorrichtungen 36, die der Vielzahl von Antennenelementen 30 zugeordnet sind. Die elektronischen Vorrichtungen 36 können ohne Einschränkung Komponenten und/oder Vorrichtungen beinhalten, die eine Sender- und Empfängerschaltung umfassen, wie zum Beispiel Leistungsteiler, Verstärker, Wandler, Filter usw., wie in der Technik bekannt ist. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die elektronischen Vorrichtungen 36 integrierte Schaltungen oder Chips, die auf der Oberfläche 28 der Leiterplatte angeordnet sind und sich in der Nähe jedes der Elemente 30 befinden. Die elektronischen Vorrichtungen 36 sind konfiguriert, um die Antennenelemente 30 im Anordnungsabschnitt 24 der Antennenmodule 22 zu steuern, um entweder als Sender- oder Empfängerantennen zu arbeiten. Auf diese Weise können die linearen Anordnungen 32 in den linearen Anordnungsmodulen 22a und die planaren Anordnungen 34 in den planaren Anordnungsmodulen 22b entweder als Senderanordnungen oder als Empfängeranordnungen implementiert werden, die die gleichen Hardware-Antennenelementkomponenten verwenden. In einer Ausführungsform sind die elektronischen Vorrichtungen 36 entfernbar (z. B. elektronische Chips), sodass die Anordnungsmodule 22a, 22b konfiguriert sein können, um entweder als Sende- oder als Empfangsanordnungen zu arbeiten, indem die elektronischen Vorrichtungen 36 ersetzt werden.

In der in 2 gezeigten exemplarischen Ausführungsform, ist die Antennenanordnung 20 durch eine Kombination von vier Antennenmodulen 22 gebildet, von denen zwei lineare Anordnungsmodule 22a sind und von denen zwei planare Anordnungsmodule 22b sind. Die linearen Anordnungsmodule 22a sind angrenzend angeordnet, sodass die linearen Anordnungen 32 entlang der horizontalen Achse parallel sind. Die planaren Anordnungsmodule 22b sind auch angrenzenden angeordnet, sodass die planaren Anordnungen eine kombinierte planare Anordnung bilden. In dem in 2 gezeigten nicht einschränkenden Beispiel ist die Anzahl NLA der Antennenelemente 24 in jedem linearen Anordnungsmodul 22a gleich 8 und die Anzahl NPA der Antennenelemente 24 in jedem planaren Anordnungsmodul 22b ist gleich 8. Die resultierende modulare Antennenanordnung 20 ist dann eine 32-Element-Antennenanordnung 20 mit einer planaren Anordnung mit 16 Antennenelementen und zwei parallelen linearen Anordnungen mit insgesamt 16 Antennenelementen. Wie von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird, kann die Anzahl der Antennenelemente 24 in jedem der Antennenmodule 22 in Abhängigkeit von der gewünschten Größe der gesamten Antennenanordnung, der Größe der Montagefläche und/oder der Leistungsmetriken der MIMO-Antennenanordnung variieren. Jedes lineare Anordnungsmodul 22a ist jedoch das gleiche und jedes planare Anordnungsmodul 22b ist das gleiche, so dass jedes lineare Anordnungsmodul 22a die gleiche Anzahl und Konfiguration von Antennenelementen hat und jedes planare Anordnungsmodul 22b die gleiche Anzahl und Konfiguration von Antennenelemente hat.

Darüber hinaus arbeiten, im Allgemeinen, die linearen Anordnungsmodule 22a zusammen und die planaren Anordnungsmodule 22b zusammen, sodass alle linearen Anordnungsmodule 22a in einer Antennenanordnung 20 konfiguriert sind, um auf dieselbe Sender- oder Empfängerweise (d. h. als eine Einheit entweder einer Sender- oder Empfängeranordnung) zu arbeiten, und alle planaren Anordnungsmodule 22b in der Antennenanordnung 20 sind konfiguriert, um in der gleichen Sender- oder Empfängerweise zu arbeiten. Mit anderen Worten funktionieren die linearen Anordnungen 32 für eine bestimmte Anordnung alle entweder als Empfängeranordnungen oder Senderanordnungen, aber nicht beide in einer gegebenen Antennenanordnung 20. Dasselbe gilt für die planaren Anordnungen 34, in denen alle als Empfängeranordnungen oder Senderanordnungen fungieren, aber nicht beides. Zusätzlich haben die linearen Anordnungen 32 und die planaren Anordnungen 34 eine unterschiedliche und entgegengesetzte Funktionalität darin, dass, wenn die linearen Anordnungen 32 konfiguriert sind, um als Empfängeranordnungen zu arbeiten, die planaren Anordnungen 34 konfiguriert sind, um als Senderanordnungen zu arbeiten und umgekehrt. Zum Beispiel würden in einer bestimmten Implementierung, wenn die in 2 gezeigten linearen Anordnungsmodule 22a als Empfängermodule konfiguriert sind, sodass die linearen Anordnungen 32 als Empfängeranordnungen funktionieren, die planaren Anordnungsmodule 22b als Sendermodule konfiguriert, sodass die planare Anordnungen 34 als Empfängeranordnungen fungieren würden.

Die linearen Anordnungsmodule 22a und die planaren Anordnungsmodule 22b, beide als einzelne Module relativ zueinander und als eine kombinierte modulare Antennenanordnung 20, wie in 2 gezeigt, sind selektiv so ausgerichtet, dass der MIMO-Betrieb zwischen Azimut- und Elevationsbereichen gemischt wird. Mit anderen Worten sind die linearen Anordnungsmodule 22a und die planaren Anordnungsmodule 22b so angeordnet, dass die Dichte des Zwischenelementabstandes in jeder der jeweiligen Anordnungen 32, 34 sowohl in Bezug auf die horizontale als auch die vertikale Apertur der Antennenanordnung 20 gemischt ist. So ist beispielsweise ist aus der Perspektive der horizontalen Apertur der Antennenanordnung 20 der Zwischenelementabstand zwischen den Antennenelementen 30 in der/den planaren Anordnung(en) 34 relativ gering (d. h. weit beabstandet) im Vergleich zum relativ dichten Zwischenelementabstand zwischen den Antennenelementen 30 in der/den linearen Anordnung(en) 32. Umgekehrt ist aus der Perspektive der vertikalen Apertur der Antennenanordnung 20 der effektive Abstand zwischen den Antennenelementen 30 in der/den planaren Anordnung(en) 34 relativ dicht im Vergleich zum relativ geringen Abstand zwischen der/den linearen Empfängeranordnung(en) 32.

Wie von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden wird, muss zum Bilden einer virtuellen Anordnung mit gleichmäßigem Abstand der Zwischenelementabstand zwischen gleichen Elementen 30 in angrenzenden Modulen (d. h. zwischen angrenzenden linearen Anordnungsmodulen 22a und zwischen angrenzenden planaren Anordnungsmodulen 22b) ebenfalls gemäß der dargelegten Konvention beabstandet sein. Genauer gesagt muss der Abstand zwischen den Antennenelementen 30 in den Zeilen und Spalten zwischen angrenzenden planaren Anordnungsmodulen 22b ebenfalls äquidistant und gleich dem Zwischenelementabstand dPA sein, wie in 2 gezeigt, worin eine gleichförmige virtuelle Anordnung beibehalten wird, worin dPA = dLANLA ist, wobei dLA der Abstand zwischen den Antennenelementen 30 in den linearen Anordnungsmodulen 22a ist und NLA die Anzahl an Antennenelementen 30 im linearen Anordnungsmodul 22a ist. Wenn zwei oder mehr lineare Anordnungsmodule 22a kombiniert werden, wie in 2 gezeigt ist, sind die linearen Anordnungen 32 um den Abstand dLVA in der vertikalen Achse voneinander getrennt. Der Abstand dLva zwischen den linearen Anordnungen 32 ist proportional zur Größe und Konfiguration der gesamten planaren Anordnungen, die durch die Kombination von einem oder mehreren planaren Anordnungsmodulen 22b erzeugt werden. In einer Ausführungsform ist dLva = Mt dPA, wobei Mt die Anzahl an Antennenelementen 30 in jeder Spalte der planaren Anordnungen 34 ist.

Wie in 3b gezeigt ist, erzeugt die durch die Antennenanordnung 20 gebildete resultierende virtuelle Anordnung 40 eine große virtuelle Apertur, die eine hohe Winkelauflösung sowohl in der Azimut- als auch in der Elevationsdimension liefert und einen gleichmäßigen Abstand in der horizontalen Achse und der vertikalen Achse hat. Unter Verwendung der Funktionsprinzipien in Bezug auf MIMO ist die durch die Antennenanordnung 20 gebildete virtuelle Anordnung 40 eine 256-Element(NPANLA)-Empfängeranordnung mit 32 gleichmäßig beabstandeten Elementen 42 im Azimut und 8 gleichmäßig beabstandeten Elementen 42 in der Elevation. Wie von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden wird, ist aufgrund des Betriebs einer MIMO-Antennenanordnung die Anzahl an virtuellen Empfängerantennen in der horizontalen Apertur der virtuellen Anordnung, die durch eine zusammengestellte MIMO-Antennenanordnung gebildet wird, gleich NPHNLH, worin NPH die Anzahl an Antennenelementen 30 in der planaren Anordnung 34 ist, die entlang der horizontalen Achse der Antennenanordnung 20 positioniert sind, und NLH ist die Anzahl an Antennenelementen 30 in der linearen Anordnung 32, die entlang der horizontalen Achse der Antennenanordnung 20 positioniert sind. In ähnlicher Weise ist die Anzahl der virtuellen Empfängerantennen in der vertikalen Apertur gleich NPVNLV, worin NPV die Anzahl der Antennenelemente 30 in der ebenen Anordnung 34 ist, die entlang der vertikalen Achse der Antennenanordnung 20 positioniert sind und NLV ist die Anzahl an Antennenelementen 30 in der linearen Anordnung 32, die entlang der vertikalen Achse der Antennenanordnung 20 positioniert sind. Darüber hinaus ist bekannt, dass die virtuellen MIMO-Anordnungspositionen eine Faltung herkömmlicher Sende- und Empfangsanordnung-Elementpositionen sind.

Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die besondere(n) hierin offenbarte(n) Ausführungsform(en) beschränkt, sondern ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche definiert. Darüber hinaus beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung gemachten Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkungen des Umfangs der Erfindung oder der Definition der in den Patentansprüchen verwendeten Begriffe zu verstehen, außer dort, wo ein Begriff oder Ausdruck ausdrücklich vorstehend definiert wurde. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der/den ausgewiesenen Ausführungsform(en) sind für Fachleute offensichtlich. Alle diese anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollten im Geltungsbereich der angehängten Patentansprüche verstanden werden.

Wie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, sind die Begriffe „zum Beispiel“, „beispielsweise“, „wie“ und „gleich“ und die Verben „umfassen“, „aufweisen“, „enthalten“ und ihre anderen Verbformen bei ihrer Verwendung mit einer Auflistung einer oder mehrerer Komponenten oder anderen Gegenständen jeweils als offen anzusehen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht so zu verstehen ist, als dass sie andere, zusätzliche Komponenten oder Elemente ausschließt. Andere Begriffe sind in deren weitesten vernünftigen Sinn auszulegen, es sei denn, diese werden in einem Kontext verwendet, der eine andere Auslegung erfordert.