KR20080078692A - Ｔｄｄ 중계기용 방향성 안테나 구성 - Google Patents

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케네트 엠 게이니
주니어 제임스 에이 프록터
크리스토퍼 스나이더
제임스 씨 오토
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퀄컴 인코포레이티드
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Abstract

주파수 변환용 중계기, 물리 계층 (PHY) 중계기, 시분할 듀플렉스 중계기 (TDD) 등을 포함한 중계기와 같은 무선 통신 노드는 한 쌍의 방향성 패치 안테나들과 전-방향성 안테나를 갖고 구성된다. 패치 안테나는 액세스 포인트나 기지국과 같은 스테이션과 통신하도록 중계기 패키지의 배향에 의존하여 선택될 수 있다. 전-방향성 안테나는 클라이언트와 같은 다른 스테이션으로 방향 될 수 있다. 패치 안테나들과 전-방향성 안테나들은 분리를 증가시키고 전자기 커플링을 감소시키도록 직교하게 분극될 수 있다. 다수의 안테나는 MIMO 구성들에서 사용될 수 있다.
중계기, 주파수 변환용 중계기, 전-방향성 안테나, 방향성 패치 안테나, 다이폴 패치 안테나, 모노폴 패치 안테나

Description

ＴＤＤ 중계기용 방향성 안테나 구성{DIRECTIONAL ANTENNA CONFIGURATION FOR TDD REPEATER}
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 무선 통신과 관련하고, 더욱 상세하게는 무선 시분할 듀플렉스 (Time Division Duplex: TDD) 중계기와 연관된 안테나 구성에 관한 것이며, 안테나 구성은 직교 분극과 분리 (isolation) 를 갖는 밀접하게 패킹된 안테나들로 이루어져 전자기 커플링을 감소시키고 높은 방향성 (directivity) 을 제공한다.
발명의 배경
동시에 TDD 패킷들의 송신과 수신이 가능한 TDD 기반 무선 시스템을 이용하여 동작하도록 설계된 TDD 중계기와 같은 무선 통신 노드에서, 안테나 유닛들의 배향은 수신기가 송신된 신호들에 의해 감도가 줄어들지 않는 것이 중요하기 때문에 비-간섭 동작을 확립하는데 결정적이다. 또한, 동일 패키지 내에 내장한 안테나 모듈들과 중계기 회로는 편리성과, 제조 비용 절감 등이 바람직하나, 이러한 패키징은 간섭 문제를 일으킬 수 있다.
TDD 시스템 내에서의 사용을 위한 풀 (full) 듀플렉스 중계기 패키지에서, 하나의 안테나나 안테나 세트는 예를 들어, 기지국과 동작할 수도 있고, 다른 안테나는 가입자와 동작한다. TDD 중계기용 주파수가 중계기의 양측에 대한 주파수 와 동일하거나, 적어도 매우 근접할 수 있기 때문에, 분리는 중계기의 양측에서 동시에 송신과 수신이 수행될 경우 특히 중요하게 된다. 또한, 중계기 유닛이 단일 패키지 내에 모든 회로를 하우징하기 때문에, 허용 가능한 이득과 많은 경우들에서 허용 가능한 방향성을 유지하면서 최소의 안테나-대-안테나 상호 작용을 갖는 상태로 안테나들을 근접하게 배치하는 것이 바람직하다. 안테나의 방향성은 신호 도달의 방향이 변하지 않거나, 적어도 중계기로부터 기지국이나 액세스 포인트 (AP) 로의 링크에서와 같이 드물게 변하는 링크들에서 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 높은 방향성을 갖는 안테나의 사용이 통상 시행착오 (trial-and-error) 수동 정렬에 의해 기지국이나 AP 와의 방향 정렬을 수행하는 것을 요구하는 어려움이 일어난다.
제조의 용이함을 위해, 예시적 중계기는 저 비용 패키징을 이용한 고용량 제조 작업에서 쉽게 생산될 수 있도록 구성되어야 한다. 예시적 중계기는 고객의 조작이 용이하도록 단순하게 설정되어야 한다. 그러나, 중계기와 회로를 매우 근접하게 패키징할 때 부가적 문제들이 일어난다. 우선, 심지어 방향성 안테나들이 사용되는 곳에서도 매우 물리적으로 근접함만으로 인한 안테나들 간의 높은 분리는 달성하는 것은 어렵게 된다. 전 방향성 안테나 패턴들을 갖는 안테나들이 사용되고 벽들, 가구 또는 다른 물체들과 같은 구조체들에 대한 중계기의 근접성이 예기되지 않을 수 있는 경우 분리는 더욱 어렵게 되고, 이로써 분리는 중계기 모듈의 최종 배치와 같이 알려지지 않은 것에 의해 우선적으로 보상될 수 없다.
단순히, 안테나들이 보다 가깝게 배치됨에 따라, 안테나들은 이것은 서로에 에너지를 커플링할 것이고, 중계기의 측면들 간의 분리를 감소시킨다. 서로에 대해 가깝게 배치되는 안테나들의 오버랩핑 방사 패턴들이 간섭 효과들을 생성하는 경향 때문에 전-방향성 또는 세미-전-방향성 안테나 패턴을 유지하는 것이 어렵게 된다. 안테나들에서의 에너지는 특히 다수의 안테나들이 통합되고 접지면이 작은 구조들에서 공유된 접지면과 같은 회로 요소들을 통해 더욱 전기적으로 커플링된다. 방향성 안테나의 사용이 증가된 범위와 롤리 페이딩 효과 (Raleigh fading effects) 에 의한 감소된 무선 신호 변화의 관점에서 중계기에 이점을 제공할 수 있으나, 방향성 안테나들이 평균 사용자의 능력이나 희망을 초과하는 방향성의 정렬에 대한 요구에 의해 실내 애플리케이션들에 대해서는 통상 사용되지 않는다.
몇몇 개선들은 중계기의 일 측에서 송신된 신호의 버전이 중계기의 타 측에서 나타나는 경우 동일 신호를 제거하도록 사용되는 제거 또는 유사 기술들을 통해 획득될 수 있다. 그러나, 이러한 제거는 부가 회로가 요구되는 점에서 고가일 수 있고, 이러한 제거가 중계기의 지연 요소의 도입으로 귀결되거나 대안적으로 제거 기능을 수행하는 더욱 고가이고 빠른 프로세서들의 사용을 요구할 수 있는 점에서 산술적으로 비쌀 수 있다.
개요
본 발명은 2 개의 패치 안테나들 중 하나가 기지국, AP 등과 통신하도록 중계기 패키지의 배향에 의존하여 선택되고 일반적으로 다이폴 안테나가 가입자 디바이스, 사용자 디바이스, 무선 통신 노드 등과 같은 클라이언트 디바이스에 지향될 수 있도록 2 개의 근접하게 이격된 패치 안테나들이 다이폴 안테나와 결합되는 예시적 안테나 어레이 구조를 제공함으로써 상술한 문제점들을 극복한다. 패치 안테나들과 다이폴 안테나는 패치 안테나와 다이폴 안테나 간의 분리를 증가시키고 전자기적 커플링을 감소시키도록 직교적으로 분극된다. 안테나들은 공통 모드 전류를 감소시키도록 평형된 구성으로 제공될 수 있다. 다수의 스위칭된 방향성 안테나의 사용은 초기 구성 동안 최소의 사용자 상호 작용을 허락하며, 중계기 전자공학은 초기 구성 동안, 또는 동작 동안 주기적으로 사용하는 최상의 방향성 안테나의 자동 선택을 위해 이용될 수 있다.
예시적 안테나 구조는 중계기의 클라이언트 측을 향하는 모노폴, 다이폴, 또는 다른 사실상 전-방향성 안테나 요소와 중계기의 기지국 측을 향하는 2 개의 패치 안테나들을 포함할 수 있다. 패치 안테나들은 서로 평행하고 접지면과 같은 기판이 패치 안테나들 간에 위치된다. 클라이언트 측은 접지면 상에 배치될 수 있고, 언급된 바와 같이, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나 등일 수 있다. 어느 한쪽의 패치 안테나는 기지국 안테나와 통신하기 위해 최상의 신호 특성을 갖는 안테나에 의존하여 동작할 수 있다. 분리 펜스 (isolation fence) 는 클라이언트 측 안테나와 패치 안테나들 간에 패치 안테나의 평면들과 주 접지면/회로 기판에 대해 수직하게 배열되어 사용될 수 있다.
중계기 유닛의 배치는 기지국을 향하는 신호와 중계기 클라이언트 또는 클라이언트들을 향하는 신호, 양자의 신호 품질을 결정 시 큰 영향을 갖는 것으로 이해된다. 따라서, 중계기 성능은 분석될 수 있고, 사용자는 최적 신호 성능을 위 해 중계기를 재배치하도록 지시받을 수 있다. 본 발명에 따라, 2 개 이상의 스위칭 가능한 패치 안테나들의 사용은 시스템이 기지국으로 향하는 최상의 수신을 제공할 패치 안테나를 선택하도록 허용함으로써 배치 문제를 다소 해결할 수 있다.
도면의 간단한 설명
동일 참조 부호가 개별 도면들에 걸쳐 동일 또는 기능적으로 유사한 요소들을 나타내고, 이하의 상세한 설명과 함께 병합되며 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 다양한 실시형태들을 더 설명하고 본 발명에 따른 다양한 원리들과 장점들을 설명하도록 제공한다.
도 1 은 다양한 예시적 실시형태들에 따른 다이폴 어레이 구성들을 도시하는 도면이다.
도 2 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 그리고 분리 펜스를 갖지 않은 예시적 다이폴 어레이 구성의 다이폴 부분의 방사 패턴들을 도시하는 그래프이다.
도 3 은 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 그리고 분리 펜스를 갖지 않은 예시적 다이폴 어레이 구성의 패치 부분의 방사 패턴들을 도시하는 그래프이다.
도 4 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 예시적 다이폴 어레이 구성의 다이폴 부분과 패치 부분들의 결합된 방사 패턴들을 도시하는 그래프이다.
도 5 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 다이폴 어레이 구성의 다이폴 부분과 패치 부분 간의 분리 대 주파수를 도시하는 그래프이다.
도 6 은 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 그리고 분리 펜스를 갖지 않은 다이폴 어레이 구성의 다이폴 부분과 패치 부분에 대한 정재파비 (Voltage Standing Wave Ratio: VSWR) 을 도시하는 그래프이다.
도 7 은 다양한 예시적 실시형태들에 따라 모노폴 어레이 구성들을 도시하는 도면이다.
도 8 은 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 그리고 분리 펜스를 갖지 않은 예시적 모노폴 어레이 구성의 모노폴 부분의 방사 패턴들을 도시하는 그래프이다.
도 9 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 그리고 분리 펜스를 갖지 않은 예시적 모노폴 어레이 구성의 패치 부분의 방사 패턴들을 도시하는 그래프이다.
도 10 은 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 모노폴 어레이 구성의 모노폴 부분과 패치 부분 간의 분리 대 주파수를 도시하는 그래프이다.
도 11 은 다양한 예시적 실시형태들에 따라 분리 펜스를 갖는 그리고 분리 펜스를 갖지 않은 모노폴 어레이 구성의 모노폴 부분과 패치 부분에 대한 VSWR 을 도시하는 그래프이다.
도 12a 는 다이폴 어레이 구성을 포함한 다양한 예시적 실시형태들에 따라 안테나 어레이 구성에 대한 엔클로저 (enclosure) 를 도시하는 도면이다.
도 12b 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 엔클로저의 내부도를 도시하는 도면이다.
도 13a 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 안테나 어레이 구성에 대한 대안적 엔클로저를 도시하는 도면이다.
도 13b 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 도 13a 의 엔클로저의 내부도를 도시하는 도면이다.
도 14 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 방향성 안테나들 간의 스위칭을 위한 스위칭 유닛을 도시하는 도면이다.
도 15 는 다양한 예시적 실시형태들에 따라 클라이언트와 액세스 포인트를 갖는 시스템에서의 중계기를 도시하는 도면이다.
본 발명의 상세한 설명
본 명세서에서는 TDD 중계기와 같은 무선 통신 노드에 대해서 방향성 안테나 구성을 개시하고 기술한다. 예시적 안테나 구성은 모노폴, 다이폴, 또는 대안적으로 중계기의 클라이언트 측을 향하는 "F" 형상으로 된 안테나 등과 같은 전-방향성 또는 유사 전-방향성 안테나 요소 또는 구성과 중계기의 기지국을 향하는 2 개의 패치 안테나들을 포함할 수 있다. 패치 안테나들은 서로에 대해서, 그리고 패치 안테나들 사이에 배치되고, 클라이언트 측과 같은 일 측에서 패치 안테나들 너머까지 연장하는 접지면에 대해서 평행하게 배치된다. 클라이언트 측 요소는 접지면 상에 배치될 수 있고, 언급된 바와 같이, 모노폴 안테나, 다이폴 안테나 등일 수 있다. 패치 안테나들 모두는 클라이언트 측 안테나에 대해서 직교하게 분극되고, 바람직하게는 직교하게 분극되나, 클라이언트 측 안테나는 수평하 게 분극된다. 2 개의 패치 안테나들 중 어느 한쪽의 패치 안테나는, 어느 안테나가 기지국 안테나와 통신하기 위해 최상의 신호 특성들을 갖는지에 따라 동작으로 스위칭될 수 있다.
또한, 중계기용 회로는 패치 안테나들 간의 접지면 상에 배치될 수 있고, 이로써 최대 잡음 억제 (maximum noise rejection) 를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 접지면 또는 중계기 회로 보드 기판 (board substrate) 을 통해 생성된 커플링을 감소시키기 위해, 안테나들은 다른 안테나의 피드 (feed) 구조체로 신호 커플링의 어느 일부가 최대 억제를 위한 공통 모드 커플링이도록 평형된 방식 (balanced fashion) 으로 유도될 수 있다. 더욱 분리를 개선하고 링크 효율을 증가시키기 위해, 분리 펜스는 패치 안테나들과 클라이언트 측 안테나 간에 사용될 수 있다. 분리 펜스는 예를 들어, 제 2 접지면 또는 패치 안테나들과 주 접지면/회로 기판의 면들에 대해서 직각으로 배치된 평면 도전체 부분으로 이루어진다.
중계기 유닛의 배치가 기지국으로 향하고 중계기 클라이언트나 클라이언트들로 향하는 양자 모두의 신호 품질의 결정 시 큰 영향을 미치는 것으로 이해된다. 몇몇 실시형태들에서, 주위 신호 (surrounding signal) 는 중계기 성능을 분석하는데 사용될 수 있다. 분석에 기초하여, 사용자는 최적 신호 성능을 위해 중계기 유닛을 재배치하도록 지시받을 수도 있다. 본 발명에 따라, 2 개의 스위칭 가능한 패치 안테나들의 사용은 시스템이 기지국으로 향하는 최상의 수신을 제공하는 패치 안테나를 선택하도록 허용함으로써 배치 문제를 다소 해결할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 예시적 중계기는 도 1 에 도시된 바와 같은 다이 폴 패치 어레이 (100) 로 구성될 수 있다. 장치들 (110 및 120) 에서, 한 쌍의 평행한 패치 안테나들 (114 및 115) 은 또한 중계기 회로용 회로 기판으로 이용될 수 있는 접지면 (113) 의 양쪽에 배치될 수 있다. 패치 안테나들 (114 및 115) 의 각각은 접지면 (113) 과 평행으로 배치되고, 인쇄 회로 기판 (Printed Circuit Board: PCB), 배선 기판 등 상에 인쇄되거나 플라스틱 하우징 내에 내장된 압연 금속 부분으로 구성될 수 있다. 접지면 (113) 과 연관된 PCB 의 평면 부분은 예를 들어, 내장된 트레이스 (trace) 로서 구성되고 중계기의 클라이언트 측으로 지향된 다이폴 안테나 (111) 와 같은 안테나를 포함할 수 있다. 패치 안테나들 (114 및 115) 의 배향이 다이폴 안테나 (111) 에 대해서 직교하고, 이로써 직교적으로 분극되어 보다 큰 분리와 링크 효율을 유도하는 것으로 이해된다. 통상, 패치 안테나들 (114 및 115) 은 수직적으로 분극되고, 다이폴 안테나 (111) 는 수평적으로 분극된다.
장치 (110) 에서 도시된 바와 같이, 분리 펜스 (112) 와 같은 도전성 배리어는, 서로에 대해 커플링하기 쉬운 패치 안테나들 (114 및 115) 과 다이폴 섹션 (111) 의 물리적 영역들 간의 전자기 배리어를 제공하도록 사용될 수 있다. 장치 (120) 에서, 분리 펜스는 존재하지 않는다. 분리 펜스는 접지면 (113) 과 전기적으로 커플링되어 공통 모드 잡음 억제 (noise rejection) 를 더욱 강화할 수 있다.
도 2 에서는 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나와 다이폴 안테나 (111) 를 이용한 다양한 실시형태들에서 다이폴 패치 어레이의 사용 의 결과를 도시하며, 여기서 방사 플롯은 다이폴 안테나 (111) 에 대해서 이득 대 방위각과 고도각을 도시하는 것을 나타낸다. 트레이스 (210) 에서, 다이폴 안테나 (111) 의 이득 대 방위각은 펜스 (112) 가 없는 예시적 다이폴 패치 어레이에 대해 도시된다. 트레이스 (211) 는 펜스 (112) 가 없는 다이폴 안테나 (111) 의 이득 대 고도각을 나타낸다. 4.7 dBi 인 피크 이득은 160°인 방위각과 75°인 고도각으로 달성된다. 펜스 (112) 가 사용되는 경우, 피크 이득 및 방향성에서 개선이 발견될 수 있다. 예를 들어, 트레이스 (220) 는 펜스 (112) 를 갖는 다이폴 안테나 (111) 의 이득 대 방위각을 도시하고, 트레이스 (221) 는 펜스 (112) 를 갖는 다이폴 안테나 (111) 의 이득 대 고도각을 도시한다. 펜스 (112) 사용의 경우, 5.5 dBi 인 피크 이득은 130°인 방위각과 65°인 고도각으로 달성된다.
도 3 에서는 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나와 다이폴 안테나 (111) 를 이용한 다양한 실시형태들에서 다이폴 패치 어레이의 사용의 추가적 결과를 도시하며, 여기서 방사 플롯은 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나에 대해서 이득 대 방위각과 고도각을 도시되는 것을 나타낸다. 트레이스 (310) 에서, 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나에 대한 이득 대 방위각은 펜스 (112) 가 없는 예시적 다이폴 패치 어레이에 대해 도시된다. 트레이스 (311) 는 펜스 (112) 가 없는 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나에 대한 이득 대 고도각을 도시한다. 7.8 dBi 인 피크 이득은 65°인 방위각과 70°인 고도각으로 달성된다. 펜스 (112) 가 사용되는 경우, 외부 패턴 영역들에서 개선된 롤 오프 (roll off) 가 발견된다. 예를 들어, 트레이스 (320) 는 펜스 (112) 를 갖는 패치 안테나 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나에 대한 이득 대 방위각을 도시하고, 트레이스 (321) 는 펜스 (112) 를 갖는 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나에 대한 이득 대 고도각을 나타낸다. 펜스 (112) 사용의 경우, 7.5 dBi 인 피크 이득은 70°인 방위각과 75°인 고도각으로 달성되나, 언급된 바와 같이 다이폴 안테나 (111) 과의 간섭을 쉽게 야기하는 90°초과 -90°미만 영역들에서 롤 오프가 개선된다.
상술된 성능 관계들은 도 4 에 도시되는 결합된 플롯에서 더욱 잘 이해된다. 도 4 에서, 다이폴 안테나 (111) 의 방사 패턴 (430) 은 펜스 (112) 를 이용한 예시적 다이폴 패치 어레이에서 패치 안테나들 (114 및 115) 의 방사 패턴들 (410 및 420) 에 대비하여 도시된다. 안테나들의 구조와 펜스 분리의 사용의 결과로서, 도 5 에서는, 특히 IEEE 802.1(b) 사양이나 "Wi-Fi" 로 공통으로 칭하는 802.11(g) 사양과 공통으로 연관된 2.44 GHz 주파수 밴드와 같은, 본 실시예에 대한 원하는 주파수에서 도시되다. 본 발명이 또한 다른 네트워크들이나 Wi-Max 시스템들, Wi-Bro 시스템, 및/또는 802.16(e) 시스템들과 같은 개별 서브 파트들을 포함한 802.16 시스템과 802.20 시스템들과 같은 공지된 IEEE "802" 표준들에 따라 동작하는 시스템들 또는 어느 TDD 무선 시스템에서 사용될 수 있음이 이해되어야 한다. 트레이스 (510) 는 펜스 (112) 가 없는 예시적 다이폴 패치 어레이에 대한 안테나 요소들 대 주파수 간의 분리를 도시한다. 2.44 GHz 밴드 내에서, 분 리가 펜스 (112) 를 이용한 분리와 2.44 GHz 대역에서 개선된 분리를 도시하는 트레이스 (511) 와 비교하여 지역적으로 양호하지 않다는 것이 주목되어야 한다.
펜스 (112) 의 사용은 예를 들어, 안테나 매칭의 영역에서, 특히, 도 6 에서 도시될 수 있는 바와 같이 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나에 대해서 추가적 개선을 유도할 수 있음이 이해된다. 트레이스 (610) 는 펜스 (112) 가 없는 다이폴 안테나 (111) 에 대한 VSWR 대 주파수를 도시한다. VSWR 이 바람직한 주파수 영역에 걸쳐 상대적으로 평탄한 것은 주목된다. 트레이스 (611) 는 펜스 (112) 가 없는 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 패치 안테나에 대한 VSWR 대 주파수를 도시한다. 도시될 수 있는 바와 같이, 원하는 대역폭에서 VSWR 은 미스매칭 및 감소된 방사와 수신 효율을 표시하는 펜스 (112) 가 없는 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 하나의 패치 안테나에 대해서 양호하지 않다. 펜스 (112) 를 이용함으로써, VSWR 에서 오직 약간의 개선은 트레이스 (620) 에 도시된 바와 같이 다이폴 안테나 (111) 에 대해서 달성된다. 그러나, 펜스 (112) 사용의 경우, VSWR 성능은 트레이스 (621) 에 도시된 바와 같이 패치 안테나들 (114 및 115) 중 선택된 패치 안테나에 대해서 급격히 개선된다.
다양한 대체 실시형태들에 따르면, 상기에 언급된 바와 같이, 예시적 중계기는 도 7 에 도시된 바와 같이 모노폴 패치 어레이 (700) 으로서 구성될 수 있다. 다이폴 구성의 경우와 같이, 한 쌍의 평행 패치 안테나들 (714 및 715) 은 또한 중계기 회로용 회로 기판으로서 사용될 수 있는 접지면 (713) 의 어느 한쪽에 배치될 수 있다. 패치 안테나들 (714 및 715) 의 각각은 접지면 (713) 과 평행하게 배치되고, PCB, 배선 기판 등에 인쇄될 수 있거나, 플라스틱 하우징 내에 내장된 압연 금속 부분으로 구성될 수 있다. 접지면 (713) 과 연관된 PCB 의 평면 부분은 예를 들어, 내장된 트레이스로서 구성되고 중계기의 클라이언트 측으로 방향 된 모노폴 안테나 (711) 와 같은 안테나를 포함할 수 있다. 패치 안테나들 (714 및 715) 의 배향은 모노폴 안테나 (711) 에 대해서 직교하고, 이로써 직각으로 분극되어 더욱 큰 분리와 링크 효율을 유도하는 것으로 이해된다. 통상, 패치 안테나들 (714 및 715) 은 수직적으로 분극되고, 모노폴 안테나 (711) 는 수평적으로 분극된다.
분리 펜스 (712) 는 서로 커플링하기 쉬운 패치 안테나들 (714 및 715) 과 모노폴 안테나 (711) 의 물리적 영역들 간에 전자기 배리어를 제공하는데 사용될 수 있다. 분리 펜스는 접지면 (713) 과 전기적으로 커플링되어 공통 모드 잡음 억제를 더욱 강화할 수 있다.
도 8 에서는 패치 안테나들 (714 및 715) 중 선택된 하나의 패치 안테나와 모노폴 안테나 (711) 를 갖는 다양한 실시형태들에서 모노폴 패치 어레이의 사용의 결과를 도시하고, 여기서 방사 플롯은 모노폴 안테나 (711) 에 대해서 이득 대 방위각과 고도각을 도시되는 것을 나타낸다. 트레이스 (810) 에서, 모노폴 안테나 (711) 의 이득 대 방위각은 펜스 (712) 가 없는 예시적 모노폴 패치 어레이에 대해서 도시된다. 트레이스 (811) 는 펜스 (712) 가 없는 모노폴 안테나 (711) 의 이득 대 고도각을 도시한다. 펜스 (712) 가 사용되는 경우, 국소 지향성의 개선을 확인할 수 있다. 예를 들어, 트레이스 (820) 는 펜스 (712) 를 갖는 모 노폴 안테나 (711) 의 이득 대 방위각을 도시하고, 트레이스 (821) 는 펜스 (712) 를 갖는 모노폴 안테나 (711) 의 이득 대 고도각을 도시한다. 펜스 (712) 사용의 경우, 1.8 dBi 인 피크 방위각 이득은 달성되고, 2.8 dBi 인 피크 고도각 이득은 달성된다.
도 9 에서는 패치 안테나들 (714 및 715) 중 선택된 하나의 패치 안테나와 모노폴 안테나 (711) 를 갖는 다양한 실시형태들에서 모노폴 패치 어레이의 사용의 추가적 결과를 도시하고, 여기서 방사 플롯은 이득 대 방위각과 고도각이 패치 안테나들 (714 및 715) 중 선택된 패치 안테나에 대해서 도시된다. 트레이스 (910) 에서, 선택된 패치 안테나 (714 및 715) 의 이득 대 방위각은 펜스 (712) 가 없는 예시적 모노폴 패치 어레이에 대해서 도시된다. 트레이스 (911) 는 펜스 (712) 가 없는 선택된 패치 안테나 (714 및 715) 의 이득 대 고도각을 도시한다. 7.6 dBi 인 피크 이득은 60°인 방위각과 80°인 고도각으로 달성된다. 펜스 (712) 가 사용되는 경우, 외부 패턴 영역들에서 롤 오프에서의 일부 변경은 아무리 성능이 비-펜스 성능와 가깝게 매칭하더라도 발견된다. 예를 들어, 트레이스 (920) 는 펜스 (712) 를 갖는 선택된 패치 안테나 (714 및 715) 의 이득 대 방위각을 도시하며, 트레이스 (921) 는 펜스 (712) 를 갖는 선택된 패치 안테나 (714 및 715) 의 이득 대 고도각을 도시한다. 펜스 (712) 사용의 경우, 7.4 dBi 인 피크 이득은 60°인 방위각과 80°인 고도각으로 달성되며, 이 피크는 펜스가 없는 성능과 거의 동일하다. 마찬가지로, 펜스의 사용을 이용한 분리는 도 10 에 도시된 바와 같이 명목상의 개선을 도시한다. 트레이스 (1010) 는 펜스 (712) 가 없는 예시적 모노폴 패치 어레이에 대해 안테나 요소들 대 주파수 간의 분리를 도시한다. 펜스 (712) 를 갖는 분리를 나타내는 트레이스 (1011) 와의 비교에서, 개선된 분리의 작은 마진은 달성된다.
펜스 (712) 의 사용은 도 11 에 도시될 수 있는 패치 안테나들 (714 및 715) 중 선택된 패치 안테나에 대해서 VSWR 의 미약한 개선만을 유도하나, 모노폴 안테나 (711) 에 대해서 VSWR 성능을 실제로 약간 감소시킨다. 트레이스 (1110) 는 펜스 (712) 가 없는 모노폴 안테나 (711) 에 대한 VSWR 대 주파수를 도시한다. VSWR 은 바람직한 주파수 범위에 걸쳐 상대적으로 평탄한 것이 주목된다. 트레이스 (1111) 는 펜스 (712) 가 없는 패치 안테나들 (714 및 715) 중 선택된 패치 안테나에 대해서 VSWR 대 주파수를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, VSWR 은 바람직한 주파수 범위에 걸쳐 상대적으로 평탄하다. 펜스 (712) 를 이용함으로써, VSWR 의 미약한 열화는 트레이스 (1120) 내에 도시된 바와 같이 모노폴 안테나 (711) 에 대해서 달성된다. 펜스 (712) 사용의 경우, VSWR 성능은 트레이스 (1121) 에서 도시된 바와 같이 패치 안테나들 (714 및 715) 의 선택된 패치 안테나에 대해서 이름 뿐으로만 개선된다.
중계기 전자공학에 따른 예시적 다이폴 또는 모노폴 패치 어레이가 도 12a 에 도시된 바와 같이 콤팩트 엔클로저 (1200, compact enclosure) 내에 효율적으로 하우징될 수 있는 것이 이해된다. 엔클로저 (1200) 의 구조는 2 가지 방식 중 하나로 자연적으로 배향되도록 일 수 있으나, 명령들은 신호 수신을 최대화하도록 엔클로저를 어떻게 배치할 것인지를 유도할 수 있다. 도 12b 에서는 예시적 다 이폴 패치 어레이를 도시하며, 여기서 바람직하게는 중계기 전자공학용 PCB 와 결합되는 접지면 (1213) 은 예를 들어, 스탠드오프들 (1220) 을 이용하여 2 개의 패치 안테나들 (1214 및 1215) 간에 병렬로 배치될 수 있다. 몇몇 실시형태들에서, 비용을 절감하기 위하여, 스탠드오프들은 엔클로우저 (1200) 가 조립될 때의 위치에서 접지면 (1213) 과 2 개의 패치 안테나들 (1214 및 1215) 을 지지하도록 슬롯들이나 다른 고정 구조체들로 몰딩될 수 있는 것은 불필요하다는 것이 이해된다. 분리 펜스 (1212) 는 위에서 언급되는 것과 같이 많은 경우들에서 분리를 개선하도록 사용될 수 있다. 도 13a 및 도 13b 에서 도시된 바와 같이 대안적 실시형태들에서, 대합조개 엔클로저 (310) 는 예를 들어, 위에서 기술된 바와 같이 그 내에 위치된 접지면/PCB 기판 (1313) 과, 다이폴 안테나, 모노폴 안테나 등일 수 있는 패치 안테나들 (1314) 과 클라이언트 측 안테나 (1311) 를 이용하여 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 방향성 안테나는 도 14 에 도시된 바와 같이 예시적 시나리오 (1400) 에서 기술된 바와 같이 스위칭될 수 있는 패치 안테나와 같은 2 개 이상의 안테나들을 포함한다. 예시적 중계기 유닛은 방향성 안테나 섹션 (1410), 전-방향성 또는 유사 전-방향성 안테나 섹션 (1420) 및 RF 프론트 엔드 섹션 (1430) 을 포함할 수 있다. 방향성 안테나 섹션 (1410) 은 제 1 방향성 안테나 (1411), 제 2 방향성 안테나 (1412), 인쇄 회로 기판 재료로 식각된 패치 부분들을 포함할 수 있거나 위의 본 명세서에 기술된 바와 같은 금속으로부터 압연되거나 적층될 수 있는 가능한 추가 안테나를 포함한다. 제 1 방향성 안테나 (1411) 와 제 2 방향성 안테나 (1412) 또는 추가 안테나는 어느 방향성 안테나가 최상의 신호 특성들을 갖는지에 따라 안테나 스위치 (1413) 를 이용하여 동작으로 스위칭될 수 있다. 사용자에 의해 수행될 수 있는 설정 절차에서, 중계기는 원하는 기지국 또는 AP 근처에 배치되고 버튼이 프레싱된다. 대리인 도켓 번호가 WF02-09/27-007 이고 참조로서 본 발명에 병합되는, "IMPROVED WIRELESS NETWORK REPEATER" 인 발명의 명칭으로 2005년 03월 26일자로 출원되어 진행 중인 미국 특허 출원 제 10/536,471 호에 기술된 바와 같은 버튼 프레스 절차에 따라 구성되도록 허락하는 중계기에 입력을 제공한다.
따라서, 예시적 중계기는 제 1 방향성 안테나 (1411) 를 선택할 수 있고, AP 로부터 비콘 송신들을 위한 모든 허용 가능한 주파수 채널들을 스캔한다. 중계기는 각각의 수신된 비콘과 테이블 내의 비콘과 연관된 신호의 품질에 관한 정보를 저장한다. 이후, 중계기는 제 2 방향성 안테나 (1412) 를 선택하고, 위에서 언급된 바와 같은 허용 가능한 주파수 채널들의 스캔을 반복한다. 추가적 방향성 안테나가 사용되면, 중계기는 모든 방향성 안테나들에 대한 비콘 신호 정보를 스캔 및 기록하고, 테이블 내에 그 정보를 저장한다. 스캐닝이 모든 방향성 안테나들에 대해 완료한 경우, 2 개의 안테나들 간의 전력, 신호 대 잡음 비율 (SNR) 등과 같은 최상의 품질 메트릭을 갖는 비콘 신호 정보와 연관된 방향성 안테나를 마스터 또는 타깃 AP 로서 선택하고 식별하며, 통상 타깃 AP 의 MAC 주소인 BSS_ID 와 같은 ID 를 저장한다. 이후, ID 는 다음의 스타트 업 동안 참조를 위해 "제휴된" AP 를 나타내는 중계기에 제공될 수 있다. 일단 제휴된 AP 에 대한 BSS_ID 와 같은 제휴된 AP 가 저장되고 스캐닝 작업이 완료한 것으로 표시되면, 사용자는 중계기를 재-위치한다.
일단 중계기가 재위치되고 전력이 공급되면, 상술된 스캔 프로세스나 변경된 스캔 프로세스는 반복될 수 있다. 그러나, 일단 제휴된 AP 와 연관된 정보가 제 1 스캔 또는 스캐닝 절차의 제 1 부분에서 획득되면, 이것은 어떤 패치 안테나가 최상의 신호 품질을 갖는 것으로 간주되는 결정을 행하는데 사용될 수 있고, 따라서 초기 동작에 대한 패치로서 선택된다. 몇몇 실시형태들에서, AP 를 위치시키고 최상의 신호 패치 안테나를 선택하는 결합된 스캔 절차는 하나의 초기화 절차로서 사용될 수 있다는 것이 더 이해된다. 초기화가 완료한 경우, "구성된" 표시는 단순한 LED 표시기 (미도시) 와 같이 사용자에게 제공된다.
추가적 스캐닝은 다양한 스캔 기준들에 기초하여 수행될 수 있다. 예를 들어, AP 신호의 수신된 전력 레벨을 포함한 품질 메트릭이 임계값 미만으로 떨어질 경우, 패킷 에러율이 임계값을 초과할 경우, 또는 다양한 다른 기준들이 충족될 경우, 추가적 스캔은 시간 기간의 만료 후 주기적으로 수행될 수 있다. 또한, 추가적 스캐닝은 예를 들어, 무선 MAC 프로토콜의 알려진 특성들에 기초하여 중계기 링크를 통해 중요하지 않은 정보를 송신하거나 송신될 기간들 동안에 편의주의적으로 수행될 수 있다.
도 15 에서는 무선 TDD 시스템에서 예시적 중계기의 배치를 설명하기 위하여, 예시적 무선 네트워크 시나리오 (1500) 를 도시한다. 도 15 에서 기지국 (1510) 은 클라이언트 (1530) 와 통신을 위해 중계기 (1520) 와 통신할 수 있다. 에어 인터페이스 (1511) 는 하나 이상의 방향성 안테나들 (1521) 을 통해 기지국 (1510) 과 중계기 (1520) 로 및 기지국 (1510) 과 중계기 (1520) 로부터 통신을 위해 사용될 수 있고, 이들 방향성 안테나들 중 하나는 스위치 (1522) 를 이용하여 최적의 동작을 위해 선택될 수 있다. 안테나들 (1521) 의 선택은 주기적 스캐닝 기간 또는 본 명세서에서 상술한 바와 같은 추가적 기준들에 기초하여 수행된 스캐닝에 따라서 변경될 수 있다. 중계기 유닛 (1523) 은 동시에 기지국 (1510) 으로 및 기지국 (1510) 으로부터 송신 및 수신을 핸들링할 수 있으면서, 방향성 안테나 (1524) 를 이용하여 클라이언트 (1530) 와 통신함으로써 에어 인터페이스 (1525) 를 통해 클라이언트 (1530) 에 중계된 신호를 브로드캐스팅하고, 또한 클라이언트 (1530) 으로부터의 신호 에너지를 수신하여 기지국 (1510) 으로 재-송신한다. 또한, 특정 실시형태에 의존하여, 중계기 (1523) 가 패킷 헤더 등과 같은 프로토콜 정보를 파싱하지 않고 단순히 재-송신하는 물리 (PHY) 계층 중계기로서 행동할 수 있거나, 중계기 (1523) 가 상위 계층 프로토콜과 통상 연관되는 헤더 파싱, 에러 정정, 라우팅 등을 요구하는 매체 액세스 제어 (MAC) 기능들과 같은 추가적 상위 계층 프로토콜 기능들을 제공할 수 있도록 추가적 인텔리전스 (intelligence) 가 제공될 수 있다.
몇몇 실시형태들에 따르면, 다수의 안테나 모듈들은 예를 들어, 다중-입력-다중-출력 (Multiple-Input-Multiple-Output: MIMO) 환경 또는 시스템에서 사용하는 다수의 전-방향성 또는 유사 전-방향성 안테나들과 상술된 바와 같이 다수의 방향성 안테나들이나 안테나 쌍들과 같은 동일한 중계기나 디바이스 내로 구성될 수 있다.
본 개시물은 본 발명의 사실, 의도, 공정한 범위와 사상을 제한하기 보다 본 발명에 따라 다양한 실시형태들을 어떻게 만들고 이용할 것인지를 설명하도록 의도된다. 상술한 설명은 철저하도록 의도되지 않고, 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 상기와 같은 교시에 비춰 변경들과 변동들은 가능하다. 실시형태(들)은 본 발명의 원리와 현실적 적용의 최선예를 제공하도록 선택되고 기술되었고, 당업자가 다양한 실시형태들에서 본 발명을 이용하는 것이 가능하고 예기된 특정 사용에 적합되는 것과 같은 다양한 변경들을 갖는다. 모든 이러한 변경들과 변동들은 본 발명의 범위 내에 있다. 상술한 다양한 회로들은 구현에 의해 희망되는 바와 같이 이산 회로들이나 병합된 회로들 내에 구현될 수 있다. 또한, 본 발명의 부분들은 당업자에 의해 이해되고 본 명세서에 기술된 내용과 연관된 방법들로서 구체화될 수 있는 것으로서 소프트웨어 등으로 구현될 수도 있다.

Claims (26)

  1. 동시에 수신 및 송신하기 위한 수신기부와 송신기부를 가지고, 상기 수신기부 및 상기 송신기부는 오버랩핑 주파수들의 범위상에서 튜닝하는, 무선 통신 시스템의 무선 통신 노드로서,
    제 1 기간 동안 상기 송신기부를 이용하여 송신하도록 구성되고, 상기 수신기부와 상기 송신기부에 커플링된 사실상 전-방향성 (omni-directional) 안테나; 및
    상기 제 1 기간 동안 상기 송신기부를 이용하는 상기 사실상 전-방향성 안테나로 송신함과 동시에, 상기 수신기부를 이용하여 수신하도록 구성되고, 상기 수신기부와 상기 송신기부에 커플링된 한 쌍의 방향성 안테나를 포함하고,
    상기 사실상 전-방향성 안테나는 또한 제 2 기간 동안 상기 수신기부를 이용하여 수신하도록 구성되며, 상기 한 쌍의 방향성 안테나는 또한 상기 제 2 기간 동안 상기 수신기부를 이용하는 상기 사실상 전-방향성 안테나로 수신함과 동시에 상기 송신기부를 이용하여 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 노드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 방향성 안테나 중 적어도 하나의 방향성 안테나는, 상기 오버랩핑 주파수들 중 상기 사실상 전-방향성 안테나와 연관된 오버랩핑 주파수와 상이한 오버랩핑 주파수에서 사용되도록 구성되는, 무선 통신 노드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 방향성 안테나는, 무선 기지국과 연관되고, 상기 사실상 전-방향성 안테나는 무선 클라이언트와 연관되는, 무선 통신 노드
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 시스템은 Wi-Fi 시스템을 포함하고, 상기 무선 통신 노드는 Wi-Fi 기지국에서 Wi-Fi 클라이언트로 및 상기 Wi-Fi 클라이언트에서 상기 Wi-Fi 기지국으로 신호를 중계하도록 구성된 Wi-Fi 중계기를 포함하는, 무선 통신 노드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 노드는 물리 계층 (PHY) 중계기를 포함하는, 무선 통신 노드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 통신 노드는 중계기를 포함하고,
    상기 중계기는,
    상기 제 1 기간 및 상기 제 2 기간 중 하나의 기간 동안 상기 송신기부 및 상기 수신기부 중 하나를 이용하여 기지국에서 클라이언트로 신호를 중계하며, 상기 제 1 기간 및 상기 제 2 기간 중 다른 하나의 기간 동안 상기 송신기부 및 상기 수신기부 중 다른 하나를 이용하여 상기 클라이언트에서 상기 기지국으로 신호를 중계하고,
    상기 중계된 신호와 연관된 패킷들을 생성하며,
    상기 하나 이상의 생성된 패킷들에 대한 매체 액세스 제어 (Media Access Control: MAC) 계층 주소 연산을 수행하도록 구성되는, 무선 통신 노드.
  7. 동시에 수신 및 송신하기 위한 수신기와 송신기를 갖는 주파수 변환용 중계기로서,
    상기 수신기 및 상기 송신기와 커플링된 사실상 전-방향성 (omni-directional) 안테나로서, 상기 송신기가 제 1 중계 기간 동안 상기 사실상 전-방향성 안테나를 이용하여 송신하도록 구성되는, 상기 사실상 전-방향성 안테나; 및
    상기 수신기 및 상기 송신기와 커플링된 한 쌍의 방향성 패치 안테나로서, 상기 제 1 중계 기간 동안 송신함과 동시에, 상기 수신기가 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나를 이용하여 수신하도록 구성된, 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나를 포함하고,
    상기 수신기는 또한 제 2 중계 기간 동안 상기 사실상 전-방향성 안테나를 이용하여 수신하도록 구성되며, 상기 송신기는 또한 상기 제 2 중계 기간 동안 수신함과 동시에 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나를 이용하는 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변환용 중계기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 사실상 전-방향성 안테나는 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나와 연관된 주파수와 상이한 주파수에서 동작하도록 구성되는, 주파수 변환용 중계기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 중계 기간 동안 사용되는 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 중 하나의 방향성 패치 안테나를 선택하도록 구성된 안테나 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환용 중계기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 중계 기간 동안 사용되는 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 중 하나의 방향성 패치 안테나를 선택하도록 구성된 안테나 스위치를 더 포함하고, 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 중 상기 하나의 방향성 패치 안테나의 선택은 초기 구성 기간 동안 수신된 송신과 연관된 품질 메트릭에 기초하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환용 중계기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 중계 기간 동안 사용되는 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 중 하나의 방향성 패치 안테나를 선택하도록 구성된 안테나 스위치를 더 포함하고, 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 중 하나의 방향성 패치 안테나의 선택은 주기적 평가 기간 동안 수신된 송신과 연관된 품질 메트릭에 기초하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환용 중계기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    안테나 스위치와 프로세서를 더 포함하며,
    상기 안테나 스위치는 상기 제 1 중계 기간 동안 사용되는 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 중 하나의 방향성 패치 안테나를 선택하도록 구성되며, 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 중 상기 하나의 방향성 패치 안테나의 선택은 상기 프로세서를 이용하여 평가된 기준에 기초하는 것을 특징으로 하는 주파수 변환용 중계기.
  13. 제 7 항에 있어서,
    물리 계층 (PHY) 중계기를 포함하는, 주파수 변환용 중계기.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 중계 기간 및 상기 제 2 중계 기간 중 하나의 중계 기간 동안 기지국에서 클라이언트로 신호를 중계하며, 상기 제 1 중계 기간 및 상기 제 2 중계 기간 중 다른 하나의 중계 기간 동안 상기 클라이언트에서 상기 기지국으로 신호를 중계하고,
    상기 중계된 신호와 연관된 패킷들을 생성하며,
    상기 하나 이상의 생성된 패킷들에 대한 매체 액세스 제어 (MAC) 계층 주소 연산을 수행하도록 구성되는, 주파수 변환용 중계기.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 주파수 변환용 중계기, 상기 사실상 전-방향성 안테나 및 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나는 어레이 유닛으로 통합되고, 콤팩트 하우징 (compact housing) 내에 함께 포함되는, 주파수 변환용 중계기.
  16. 제 7 항에 있어서,
    전기 소켓에 플러깅하는 전기 플러그를 더 포함하며, 상기 주파수 변환용 중계기, 상기 사실상 전-방향성 안테나, 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나 및 상기 전기 플러그는 하나의 어레이 유닛으로 통합되고, 콤팩트 하우징에 함께 포함되는 것을 특징으로 하는 주파수 변환용 중계기.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 주파수 변환용 중계기, 상기 사실상 전-방향성 안테나 및 상기 한 쌍의 방향성 패치 안테나는 하나의 어레이 유닛으로 통합되고, 콤팩트 하우징에 함께 포함되며, 상기 콤팩트 하우징은 작동면 (working surface) 상에 배치 및 상기 작동 면 이외의 인접 면과의 최소의 상호작용을 위한 배향을 위해 구성되는, 주파수 변환용 중계기.
  18. 무선 통신 노드에서의 통합형 안테나 어레이로서,
    제 1 단부, 제 2 단부 및 서로 대향하는 측면부들을 갖는 기판으로서, 상기 기판은 접지면 및 상기 무선 통신 노드와 연관된 회로를 포함하는, 상기 기판;
    상기 기판의 상기 제 1 단부상에 상기 기판의 상기 측면부들 중 제 1 측면부 위에 위치된 제 1 패치 안테나 요소;
    상기 기판의 상기 제 1 단부상에 상기 기판의 상기 측면부들 중 제 2 측면부 위에 위치된 제 2 패치 안테나 요소로서, 상기 제 1 패치 안테나 요소와 상기 제 2 패치 안테나 요소는 동일 분극을 갖는, 상기 제 2 패치 안테나 요소; 및
    상기 제 1 단부로부터 이격된 상기 기판의 상기 제 2 단부에 위치되고, 상기 제 1 패치 안테나 요소 및 상기 제 2 패치 안테나 요소의 분극에 직교하는 분극을 갖는 사실상 전-방향성 안테나 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 안테나 어레이.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에서 상기 기판에 커플링된 도전성 배리어를 더 포함하며, 상기 도전성 배리어는 상기 제 1 및 제 2 패치 안테나 요소들과 상기 사실상 전-방향성 안테나 요소 간의 분리를 증가시키도록 상기 사실상 전-방향성 안테나 요소와 상기 제 1 및 상기 제 2 패치 안테나 요소들 중 적어도 하나의 패턴을 변경하는 것을 특징으로 하는 통합형 안테나 어레이.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 패치 안테나 요소들은 인쇄 회로 기판 (Printed Circuit Board: PCB) 재료로 구성되는, 통합형 안테나 어레이.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 패치 안테나 요소들은 압연된 금속 및 절삭된 금속 중 하나로 구성되는, 통합형 안테나 어레이.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 무선 통신 노드는 Wi-Max 시스템, Wi-Bro 시스템, 802.16 시스템, 802.20 시스템, TDD 무선 시스템 중 하나의 시스템에서 동작하도록 구성되는, 통합형 안테나 어레이.
  23. 제 18 항에 있어서,
    수신기부 및 송신기부를 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 패치 안테나 요소들과 상기 사실상 전-방향성 안테나 요소는 상기 수신기부 및 상기 송신기부와 커플링되고, 상기 수신기부 및 상기 송신기부는 상기 제 1 및 제 2 패치 안테나 요셀와윷 상기 사실상 전-방향성 안테나 요소 중 어느 하나의 요소를 통해 각각 독립적으로 송신 및 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 통합형 안테나 어레이.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 무선 통신 노드는 MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) 기반 액세스 포인트 (AP) 에 위치하는, 통합형 안테나 어레이.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 무선 통신 노드는 MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) 기반 클라이언트에 위치하는, 통합형 안테나 어레이.
  26. 제 18 항에 있어서,
    MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) 기반 시스템에서 동작을 위하여 상기 사실상 전-방향성 안테나 요소와 상기 제 1 및 제 2 패치 안테나 요소들 중 다수의 요소들을 포함하는 것을 더 특징으로 하는 통합형 안테나 어레이.
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