Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности



Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности
Сканирующая антенная решетка, базовая станция, сеть беспроводной связи и способ формирования диаграммы направленности

 


Владельцы патента RU 2562756:

САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС КО., ЛТД. (KR)

Изобретение относится к антенной технике, в частности к сканирующей антенной решетке, базовой станции, сети беспроводной связи и способу формирования диаграммы направленности. Техническим результатом является повышение эффективности сканирования и формирования многолучевой диаграммы направленности в антенной решетке уже при наличии двух радиопередающих трактов. Согласно изобретению, в сканирующей антенной решетке количество каналов питания меньше количества излучающих элементов и больше или равно 2, при этом каждый канал имеет отдельный постоянный делитель мощности с фиксированными параметрами распределения амплитуды и фазы. Весовые коэффициенты сконфигурированы так, чтобы в совокупности у антенной решетки формировалась косекансная диаграмма направленности. Сканирование выполняется путем изменения фазы на входе по меньшей мере одного из делителей мощности. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к антенной технике, в частности к сканирующей антенной решетке, предназначенной для пространственного разделения каналов в сети беспроводной связи, базовой станции, сети беспроводной связи и способу формирования диаграммы направленности.

Уровень техники

В современных сетях мобильной связи наблюдается тенденция использования антенных решеток, содержащих множество излучающих элементов. Управляя фазой и амплитудой возбуждения на каждом излучающем элементе, можно динамически управлять направлением излучаемого луча и формой луча, излучаемого решеткой, или, иными словами, формировать многолучевую диаграмму направленности (ДН), что позволяет обеспечить многоканальный доступ к сети.

Одним из типовых решений для многолучевого разделения каналов связи является так называемая «интеллектуальная» антенна (Smart Antenna), широко описанная в литературе, например, в “Antenna Theory analysis and design” third edition by Constantine A. Balanis, published by John Wiley & Sons, 2005, стр.949-954 (Л1). Типовой пример «интеллектуальной» антенны, известной из уровня техники, показан на фиг.4. Такая антенна состоит из набора активных приемопередающих элементов A1-An, которые в совокупности представляют собой единую антенную решетку. Процессор 25 базовой станции «интеллектуально» управляет приемом и передачей сигналов в такой решетке, за счет чего в сети мобильной связи обеспечивается большая емкость каналов, а также большая зона 26 покрытия. Однако сигнал в каждом из излучающих элементов формируется соответствующим радиочастотным приемопередатчиком 24, и соответственно, с ростом числа излучающих элементов растет число радиочастотных приемопередатчиков, что приводит к существенному усложнению системы связи, и в результате к ее удорожанию пропорционально количеству радиоканалов.

Из уровня техники известны так называемые адаптивные антенные решетки, в которых для формирования сигналов во всех излучающих элементах используется только один радиочастотный приемопередатчик. Один из вариантов такого решения описан, например, в “Elevation radiation pattern shaping and control in broadband base station antenna arrays” by M. Barba, J. E. Page, J. A. Encinar, J. R. Montejo, ETSI Telecomunicación, Ciudad Universitaria s/n 28040 Madrid, SPAIN, Universidad Politécnica de Madrid, 12-14 Oct. 2005 (Л2). В источнике информации Л2 представлены улучшенные (по частотному диапазону и диаграмме направленности) планарные антенные решетки, предназначенные для работы в составе базовых станций мобильной связи в диапазонах GSM и UMTS (1710-2170 МГц). Как показано на фиг.5, электронно-управляемая система формирования диаграммы направленности согласно Л2 образована при помощи применения радиочастотного делителя 29 мощности, имеющего весовые коэффициенты, позволяющие сформировать косекансную диаграмму направленности через излучающие элементы 27. Сигнал с делителя 29 передается на излучатели через переключаемые фазовращатели 28. Переключаемые фазовращатели 28 управляются по команде процессора базовой станции 31 через специальную шину 30 управления, что позволяет осуществлять управление диаграммой направленности. Как видно, с помощью такой конструкции можно формировать только один луч, что улучшает энергетическое отношение сигнала к шуму, но из-за невозможности формирования многолучевой диаграммы направленности такой антенной решетке присуща весьма ограниченная емкость канала. Кроме того, несмотря на упрощение системы связи за счет уменьшения числа радиочастотных приемопередатчиков, ради возможности управления диаграммы направленности в такой адаптивной антенной решетке приходится использовать переключаемые фазовращатели, которые для столь высоких частот также достаточно дороги и имеют сравнительно большие потери.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции базовой станции при сохранении высокого усиления антенной решетки и многолучевой диаграммы направленности без провалов в зоне обслуживания.

Вышеуказанная задача решается с помощью уменьшения количества приемопередающих каналов связи и использования делителей мощности с фиксированными параметрами распределения амплитуды и фазы.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается сканирующая антенная решетка, в которой количество каналов питания существенно меньше количества излучающих элементов и больше или равно 2, при этом каждый канал имеет отдельный постоянный делитель мощности с фиксированными параметрами распределения амплитуды и фазы.

Сканирование выполняется путем изменения фазы на входе по меньшей мере одного из делителей мощности.

Весовые коэффициенты сконфигурированы так, чтобы в совокупности у антенной решетки формировалась косекансная диаграмма направленности.

В одном варианте осуществления сканирующая антенная решетка исполнена на печатной плате.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается базовая станция, содержащая вышеописанную антенную решетку.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается сеть беспроводной связи, содержащая такую базовую станцию.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предлагается способ формирования диаграммы направленности, выполняемый в вышеописанной антенной решетке.

Настоящее изобретение позволяет существенно упростить конструкцию базовой станции и за счет этого снизить ее себестоимость и повысить надежность.

Дополнительно обеспечивается снижение потерь и за счет этого повышается эффективность энергопотребления.

Кроме того, обеспечивается относительно большая емкость канала, высокое усиление, ДН без провалов в зоне обслуживания и большой угол сканирования.

Настоящее изобретение предлагает эффективный принцип формирования оптимальной диаграммы направленности антенной решетки при ограничениях по требованиям к минимальному усилению, равномерности зоны покрытия, а также лимитированного числа питающих фазированных каналов. Соответственно, настоящее изобретение позволяет модернизировать унаследованные базовые станции с малым количеством радиочастотных каналов путем простой замены антенны.

Иными словами, техническим результатом является повышение эффективности сканирования и формирования многолучевой диаграммы направленности в антенной решетке уже при наличии двух радиопередающих трактов.

Вышеприведенное представляет собой краткую неограничивающую сущность задач, аспектов и преимуществ настоящего изобретения. Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятны из нижеприведенного подробного описания изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - иллюстрация базовой станции в сети беспроводной связи, содержащей антенную решетку, соответствующую настоящему изобретению.

Фиг.2a - изменение диаграммы направленности антенны, представленной в настоящем изобретении, с синфазным и равномерным по мощности распределением весовых коэффициентов.

Фиг.2b - изменение диаграммы направленности антенны, представленной в настоящем изобретении, с неравномерным распределением весовых коэффициентов.

Фиг.3 - пример оптимальной реализации антенной решетки.

Фиг.4 - блок-схема, иллюстрирующая основной принцип построения и работы типичной «интеллектуальной» антенны.

Фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая основной принцип построения и работы типичной фазированной антенной решетки с управляемой косекансной диаграммой направленности.

Фиг.6a - пример применения антенной решетки согласно настоящему изобретению на практике.

Фиг.6b - результат моделирования, демонстрирующий соотношение усиления антенны и равномерность покрытия зоны обслуживания к расстоянию от базовой станции для обычной антенной решетки и антенны, предлагаемой в настоящем изобретении.

Фиг.7a - пример конструктивного исполнения антенной решетки согласно настоящему изобретению, состоящей из 72-х (8×9) печатных микрополосковых антенных излучающих элементов, в которой для сканирования в вертикальной плоскости применяется всего два канала управления, а вертикальный элемент линейной антенной решетки состоит из 2-х подрешеток с разным количеством излучающих элементов, 5 и 4.

Фиг.7b - результат симуляции диаграммы направленности в вертикальной плоскости антенны, предлагаемой в настоящем изобретении и изображенной на фиг.7а.

Подробное описание

При разработке предлагаемой в изобретении сканирующей антенной решетки необходимо выполнение предварительного моделирования для определения ее параметров в зависимости от требуемых конечных характеристик антенны с применением хорошо известных существующих методов. Предварительное моделирование включает в себя следующие этапы.

В соответствии с требуемыми параметрами усиления антенны и формы диаграммы направленности, исходящими из требований покрытия определенной зоны обслуживания, определяется требуемое общее число N излучателей. При этом, как правило, чем выше необходимое усиление антенны, тем больше минимально требуемое общее число излучателей. С другой стороны, чем меньше излучателей, тем антенная решетка в целом проще и дешевле.

Затем на основании общего числа излучателей формируются антенные подрешетки, при этом число антенных подрешеток либо может быть минимально возможным для обеспечения требуемых параметров излучения (например, усиление, форма диаграммы направленности), либо может быть предварительно определенным (например, для случая с унаследованной базовой станцией, уже имеющей определенное количество радиочастотных каналов (групп) питания антенны). Как показано на примере фиг.1, из N излучателей могут быть сформированы две антенные подрешетки 1 и 2, каждая из которых содержит n излучателей. Например, n может составлять N/2, и тогда антенная подрешетка 1 содержит излучатели A11 ...A1n, а антенная подрешетка 2 содержит излучатели A21 ...A2n.

Далее выбирается подходящий тип излучающих элементов A11 ...A1n и A21 ...A2n антенной решетки для каждой из антенных подрешеток 1 и 2 в зависимости от требований к материалу и размерам антенны, к рабочей полосе частот, согласованию с питающей линией, к направленности, поляризации, углу и плоскости сканирования. Например, в качестве подходящего типа может быть выбран полосковый дипольный излучатель, излучатель типа Вивальди или другой излучающий элемент, известный специалисту в данной области техники. Предпочтительно, чтобы для всей антенной решетки выбирался один и тот же тип излучателя.

После этого производится оптимизация размера излучателя. Размер излучателя может быть обратно пропорционален рабочей частоте (или прямо пропорционален длине волны). Например, для случая с дипольным излучателем размер может составить примерно λ/2 с учетом укорочения в материале.

Затем оптимизируется расположение выбранных излучающих элементов A11 ...A1n и A21 ...A2n антенной решетки как единой антенной решетки в зависимости от требуемой направленности, усиления, уровня боковых лепестков, поляризации, угла и плоскости сканирования.

Наконец, исходя из требований к зоне покрытия и требований к характеристикам излучения и угла сканирования, выполняется определение и оптимизация весовых коэффициентов 3, 4 (W11-W1n и W21-W2n) распределения фазы и амплитуды каждого излучающего элемента каждой антенной подрешетки в зависимости от выбранного типа излучателя и его места в антенной решетке.

Проведенное таким образом предварительное моделирование позволяет получить антенную решетку, соответствующую изначально заданным требованиям к антенне. То есть антенная решетка выполняется из определенного числа подрешеток в сумме из N излучателей, имеющих определенные параметры, а делители мощности для питания антенных подрешеток выполняются с учетом определенных весовых коэффициентов.

Динамическое сканирование в антенной решетке, полученной с применением данного моделирования, осуществляется путем изменения амплитуды и фазы по меньшей мере в одном приемопередающем тракте на величину, которая либо определяется на этапе определения весовых коэффициентов, либо обусловлена возможностями имеющегося оборудования.

Базовая блок-схема, иллюстрирующая базовую станцию в сети беспроводной связи, содержащую антенную решетку, соответствующую настоящему изобретению, представлена на фиг.1.

Вся антенная решетка разделена на две абсолютно независимые антенные подрешетки 1 и 2 с относительно высоким собственным усилением, например ≥12 дБи.

Обе подрешетки 1 и 2 питаются независимо друг от друга при помощи делителей 5 и 6 мощности с учетом заранее определенных в результате моделирования весовых коэффициентов 3 и 4 по фазе и амплитуде для каждой подрешетки.

Радиочастотные тракты базовой станции аналогичны тем, что применяются и для «интеллектуальных» антенн, и должны быть известны специалистам в данной области техники, поэтому подробно не раскрываются в настоящем описании. Следует отметить, что с применением предлагаемой антенной решетки достаточно использовать всего 2 приемопередающих радиотракта. Возможно использование и большего количества приемопередающих радиотрактов, но за счет того, что их количество существенно меньше, чем общее количество излучающих элементов в антенной решетке (NRF ports<<NANTel), конструкция базовой станции с такой антенной значительно проще, чем при применении «интеллектуальных» антенн.

Оба делителя 5 и 6 мощности подключаются к двум независимым каналам приемопередатчиков, состоящим из радиомодулей 7, 8 и цифровых модуляторов 9 и 10 соответственно.

Динамическое сканирование в антенной решетке осуществляется путем изменения фазы по меньшей мере в одном приемопередающем тракте на предварительно определенную величину, как показано ранее.

Вся цифровая базовая станция в целом управляется через единый процессорный модуль 11, а для калибровки излучаемого сигнала используется отдельный радиоканал 13, 14 с отдельно установленной внешней антенной 12.

При этом делители мощности согласно настоящему изобретению предлагается выполнять с применением неравномерного амплитудно-фазового распределения, так как при реализации делителей мощности в соответствии с традиционным подходом, основанным на равномерном амплитудно-фазовом распределении, может возникать проблема, которая заключается в том, что сканирование очень ограничено малым углом (фиг.2а), присутствует высокий уровень бокового лепестка, а диаграмма направленности при максимальном угле просто распадается на две части, имея при этом стабильные глубокие нули 17, что существенно уменьшает зону обслуживания.

Луч, излучаемый по нормали 14 на фиг.2а, образуется при равномерном распределении весов по амплитуде и фазе. После смещения по фазе одной из подрешеток на 90 градусов луч отклоняется (15) всего на 5 градусов, а после смещения на 180 градусов получается максимальное отклонение (16) на 10 градусов, и при этом луч распадается надвое.

Для равномерного и подобных распределений амплитудно-фазовых весовых коэффициентов в цепи питания излучающих элементов можно добиться максимально возможного усиления антенной решетки, но при этом получается ограниченный угол сканирования, глубокие нули 17 в диаграмме направленности, и как показывает моделирование, это напрямую отражается на покрытии сигналом зоны обслуживания (поясняется далее применительно к фиг.6b).

С помощью надлежащего неравномерного распределения фаз и амплитуд излучателей возможно получение необходимой формы диаграммы направленности при различных углах сканирования. Следует отметить, что для антенн с малым усилением порядок распределения весовых коэффициентов не имеет большого значения, так как диаграмма направленности таких антенн широкая. Однако, чем выше необходимое усиление антенны, тем уже ее диаграмма направленности, что создает серьезную проблему для сканирования в больших углах с целью увеличения зоны покрытия, особенно при малом числе каналов питания.

Задача подбора весовых коэффициентов так, чтобы при малом числе каналов питания антенны (в целях упрощения конструкции) одновременно обеспечить и высокое усиление, и большую емкость канала, и диаграмму направленности без провалов в зоне обслуживания, и большой угол сканирования, не является тривиальной и требует значительных усилий при поиске оптимального решения.

Авторы изобретения выявили, что данную проблему можно решить, применив амплитудно-фазовое распределение, позволяющее получить косекансную или близкую к ней по форме диаграмму 18 направленности (см. фиг.2b) так, чтобы функция распределялась одновременно по двум подрешеткам.

Как образец для демонстрации эффекта от применения такого распределения, на фиг.2a и 2b приведены диаграммы направленности, полученные путем моделирования одной и той же антенной решетки, состоящей из восьми линейно установленных диполей, разделенных на 2 подрешетки по 4 диполя, но с двумя разными установками весовых коэффициентов на каждой из подрешеток. Как указано выше, сканирование при этом осуществляется путем изменения фазы в одной из антенных подрешеток.

Для приведенного выше примера антенной решетки из восьми элементов (2 подрешетки по 4) в одном варианте осуществления настоящего изобретения может применяться следующее распределение весов:

Таблица 1
Распределение весовых коэффициентов
для получения косекансной ДН
Весовой коэффициент Амплитуда Фаза
W14 0,15 80
W13 0,25 50
W12 0,5 45
W11 1 0
W21 1 0
W22 0,5 -45
W23 0,25 -50
W24 0,15 -80

В приведенном примере управление осуществляется в подрешетке 1 по одному каналу путем изменения фазы в радиомодуле 7 на определенную величину.

Когда к исходной косекансной диаграмме 18 направленности, показанной на фиг.2b, добавляется сдвиг фазы в первую подрешетку на -150 градусов, диаграмма направленности изменяет форму и отклоняется влево (20), а при фазовом сдвиге +150 градусов - вправо (19).

На фиг.3 представлен один из возможных вариантов осуществления конструкции антенной решетки согласно настоящему изобретению. Антенная решетка 21 напечатана на печатной плате. Антенная решетка 21 содержит две подрешетки, сформированные из восьми излучающих элементов, по четыре излучающих элемента в каждой подрешетке. Кроме того, антенная решетка 21 содержит два постоянных делителя 22 и 23 мощности, в которых реализовано указанное в таблице 1 амплитудно-фазовое распределение весовых коэффициентов 3 и 4. Фазовое распределение реализуется разной длиной питающих полосков, а амплитудное - неравномерными полосковыми делителями. На вход каждого из делителей 22 и 23 мощности поступает сигнал с соответствующего радиопередающего тракта базовой станции. При прохождении через делители 22 и 23 мощности принятый сигнал распределяется и подается на соответствующие излучающие элементы с требуемыми амплитудами и фазами, которые соответствуют вышеупомянутым предварительно определенным значениям. При этом у антенной решетки в целом формируется косекансная или близкая к косекансной диаграмма направленности.

Когда по меньшей мере из одного приемопередающего тракта поступает сигнал со сдвигом фазы, диаграмма направленности поворачивается на некоторый угол, за счет чего выполняется сканирование.

В результате получается простая и дешевая конструкция с возможностью сканирования и требующая всего два управляемых канала питания.

Таким образом, в настоящем изобретении предлагается разделить единую антенную решетку на две или более подрешеток и управлять ими по принципу «интеллектуальной» антенны для реализации многолучевой системы передачи информации. При этом, несмотря на общее сходство оборудования, раскрываемого в настоящем изобретении, с известными устройствами из предшествующего уровня техники, показанными на фиг.4 и 5, предлагаемая в настоящем изобретении антенная решетка позволяет упростить конструкцию базовой станции и при этом сохранить относительно большую емкость канала.

Можно отметить, что принцип сканирования согласно настоящему изобретению позволяет заменить традиционное сканирование луча реконфигурацией диаграммы направленности с перемещением главного лепестка и изменением ее ширины по уровню половинной мощности. При этом структура и конструкция базовой станции существенно упрощается и, соответственно, повышается ее надежность.

Также, как выяснили авторы изобретения, поскольку весовые коэффициенты по амплитуде и фазе при распределении согласно настоящему изобретению являются заранее фиксированными и разными, то можно не оптимизировать расстояния между различными парами элементов (что, в сущности, также является подстройкой амплитудно-фазового распределения, но в малых пределах), а можно лишь заложить соответствующие сдвиги амплитуды и фазы в делителях мощности, поэтому нет необходимости делать неэквидистантную антенную решетку, что дополнительно упрощает процесс разработки, а в ряде случаев и изготовления антенны.

Кроме того, согласно настоящему изобретению, нет необходимости использования большого числа переключаемых фазовращателей, которые для высоких частот достаточно дороги и имеют сравнительно большие потери. То есть обеспечивается снижение потерь и за счет этого повышается эффективность энергопотребления.

Более того, это позволяет существенно улучшить распределение многолучевого излучения по зоне обслуживания сети мобильной связи с использованием ограниченного числа радиоканалов связи (например, двух).

Дополнительно настоящее изобретение позволяет модернизировать унаследованные базовые станции с малым количеством радиочастотных каналов путем простой замены антенны, улучшив за счет этого эффективность этих базовых станций.

Как результат использования предлагаемого конструктивного решения с использованием, например, структуры базовой станции по фиг.1, зона обслуживания сети разделяется на 3-4 сектора, в которых возможно независимо обслуживать большее число абонентов.

Антенную решетку согласно настоящему изобретению можно применять для формирования зон обслуживания как в вертикальной плоскости, так и в горизонтальной плоскости в зависимости от конструктивного исполнения антенной решетки. Наиболее предпочтительно применять ее для угломестного формирования лучей, как продемонстрировано на фиг.6а и 6b.

На фиг.6а показана типовая установка антенны базовой станции 32 на опорной мачте 33.

Вся зона обслуживания может быть разделена на три региона по углу места относительно поверхности земли: ближнюю 34, центральную 35 и дальнюю 36 зоны.

Результаты моделирования такой установки приведены на фиг.6b.

Для моделирования были взяты следующие начальные условия:

Высота мачты 25 м

Угол наклона антенны 10º

Суммарная мощность передатчиков в каналах PTX=40 дБм

Усиление передающей антенны GBSA=10 дБи

Диаграмма приемной антенны всенаправленная

Распространение радиоволн осуществляется в свободном пространстве без препятствий

На графике фиг.6b приведена мощность сигнала, принимаемого мобильным устройством в дБм в зависимости от расстояния до базовой станции. В среднем уровень принимаемого сигнала составляет примерно -30 - -40 дБм, но в случае с равномерным амплитудно-фазовым распределением весовых коэффициентов антенной решетки распределение 39 мощности в зависимости от расстояния получается очень неравномерное, особенно в ближней зоне 37, где принимаемый сигнал уменьшается более чем на 20 дБ.

При этом при применении антенной решетки, описанной в настоящем изобретении, распределение 38 мощности принимаемого сигнала в зависимости от расстояния становится, по существу, равномерным, что значительно улучшает работу сети связи.

Еще один характерный пример конструктивного исполнения антенной решетки согласно настоящему изобретению продемонстрирован на фиг.7a, а фиг.7b отображает результат симуляции изменения диаграммы направленности этой антенны в вертикальной плоскости. Позиция 40 на фиг.7b - это диаграмма направленности без дополнительных фазовых сдвигов между верхней и нижней подрешетками, позиция 41 отображает диаграмму направленности при сдвиге нижней подрешетки из четырех элементов по фазе относительно верхней на -100 градусов, а позиция 42 отображает диаграмму направленности при сдвиге верхней подрешетки относительно нижней на -160 градусов.

Планарная печатная антенная решетка, показанная на фиг.7a, состоит из 72-х печатных микрополосковых антенных излучающих элементов, поделенных между собой на 8 линейных блоков антенных подрешеток для формирования узких лучей в горизонтальной плоскости.

Антенные элементы в блоке выстроены в одну линию и имеют одинаковую поляризацию.

Каждый такой антенный линейный блок состоит из двух несимметричных антенных подрешеток с пятью и четырьмя излучающими элементами.

Для приведенного выше примера антенной решетки из девяти элементов (2 подрешетки по 5 и 4 соответственно) в данном варианте осуществления настоящего изобретения может применяться следующее распределение весов:

Таблица 2
Распределение весовых коэффициентов для получения косекансной ДН в линейной антенной решетке, состоящей из двух подрешеток с 5 и 4 элементами соответственно
Весовой коэффициент Амплитуда Фаза
W15 0,1 90
W14 0,15 80
W13 0,25 50
W12 0,45 45
W11 1 0
W21 0,75 -45
W22 0,55 -50
W23 0,35 -80
W24 0,3 -90

В приведенном примере управление осуществляется путем изменения фазы в канале питания одной из подрешеток относительно другой на определенную величину.

Применение двух фазированных антенных подрешеток с различным количеством излучающих элементов и имеющих амплитудное и фазовое распределение весовых коэффициентов в соответствии с данным изобретением в одном антенном блоке позволяет дополнительно увеличить зону сканирования, а также снизить уровень излучения паразитного бокового лепестка.

Промышленная применимость

Наилучшее применение настоящее изобретение может найти для антенн базовых станций 4-го и последующих поколений сетей мобильной связи, где используются технологии с множеством входов и множеством выходов (MIMO) или технологии формирования многолучевой связи по принципу «интеллектуальной» антенны.

1. Антенная решетка, содержащая:
M входов;
M подрешеток, сформированных последовательно из общего количества N излучающих элементов антенной решетки; и
M постоянных делителей мощности, каждый из которых соответствует отличающейся одной из M подрешеток и отличающемуся одному из M входов, и выполнен с возможностью
- приема сигнала с входа, соответствующего этому делителю мощности, и
- распределения и подачи принятого сигнала на излучающие элементы, содержащиеся в подрешетке, соответствующей этому делителю мощности, с амплитудами и фазами, которые соответствуют предварительно определенным весовым коэффициентам распределения амплитуды и фазы,
причем M является целым числом, большим или равным 2,
N является целым числом, большим, чем M,
весовые коэффициенты сконфигурированы так, чтобы в совокупности у антенной решетки формировалась косекансная или близкая к косекансной диаграмма направленности, и
вход по меньшей мере одного из делителей мощности дополнительно выполнен с возможностью приема сигнала с изменяющейся фазой.

2. Антенная решетка по п. 1, в которой
M равно 2,
N равно 8 и
весовые коэффициенты сконфигурированы в соответствии со
следующей таблицей:

Весовой коэффициент Амплитуда Фаза
W14 0,15 80
W13 0,25 50
W12 0,5 45
W11 1 0
W21 1 0
W22 0,5 -45
W23 0,25 -50
W24 0,15 -80

где Wij - весовой коэффициент, соответствующий j-му излучающему элементу в i-й подрешетке.

3. Антенная решетка по п. 1, в которой
M равно 2,
N равно 9 и
весовые коэффициенты сконфигурированы в соответствии со следующей таблицей:

Весовой коэффициент Амплитуда Фаза
W15 0,1 90
W14 0,15 80
W13 0,25 50
W12 0,45 45
W11 1 0
W21 0,75 -45
W22 0,55 -50
W23 0,35 -80
W24 0,3 -90

4. Антенная решетка по п. 1, причем антенная решетка исполнена на печатной плате, а излучающие элементы являются дипольными излучающими элементами.

5. Антенная решетка по п. 1, причем антенная решетка имеет линейную конфигурацию.

6. Антенная решетка по п. 1, причем антенная решетка предназначена для сканирования по углу места.

7. Базовая станция в сети беспроводной связи, содержащая антенную решетку по любому из пп. 1-6.

8. Сеть беспроводной связи, содержащая базовую станцию по п. 7.

9. Способ формирования диаграммы направленности антенной решетки, содержащей M входов, M подрешеток, сформированных последовательно из общего количества N излучающих элементов антенной решетки, и M постоянных делителей мощности, каждый из которых соответствует отличающейся одной из M подрешеток и отличающемуся одному из M входов, содержащий этапы, на которых:
принимают сигнал в каждом из M делителей мощности антенной решетки с входа, соответствующего этому делителю мощности; и
распределяют и подают принятый сигнал посредством каждого из M делителей мощности антенной решетки на излучающие элементы, содержащиеся в подрешетке, соответствующей этому делителю мощности, с амплитудами и фазами, которые соответствуют предварительно определенным весовым коэффициентам распределения амплитуды и фазы,
причем M является целым числом, большим или равным 2,
N является целым числом, большим, чем M,
весовые коэффициенты сконфигурированы так, чтобы в совокупности у антенной решетки формировалась косекансная или близкая к косекансной диаграмма направленности, и
по меньшей мере в одном из делителей мощности принимают сигнал с изменяющейся фазой.

10. Способ по п. 9, в котором
M равно 2,
N равно 8, и
весовые коэффициенты сконфигурированы в соответствии со следующей таблицей:

Весовой коэффициент Амплитуда Фаза
W14 0,15 80
W13 0,25 50
W12 0,5 45
W11 1 0
W21 1 0
W22 0,5 -45
W23 0,25 -50
W24 0,15 -80

где Wij - весовой коэффициент, соответствующий j-му излучающему элементу в i-й подрешетке.

11. Способ по п. 9, в котором
M равно 2,
N равно 9 и
весовые коэффициенты сконфигурированы в соответствии со следующей таблицей:

Весовой коэффициент Амплитуда Фаза
W15 0,1 90
W14 0,15 80
W13 0,25 50
W12 0,45 45
W11 1 0
W21 0,75 -45
W22 0,55 -50
W23 0,35 -80
W24 0,3 -90

12. Способ по п. 9, в котором антенная решетка исполнена на печатной плате, а излучающие элементы являются дипольными излучающими элементами.

13. Способ по п. 9, в котором антенная решетка имеет линейную конфигурацию.

14. Способ по п. 9, причем способ предназначен для сканирования по углу места.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР).

Изобретение относится к системам низкочастотных антенн, имеющих улучшенную направленность излучения. Техническим результатом является создание низкочастотной антенны, имеющей улучшенные рабочие характеристики, а именно обеспечение коэффициента сжатия волны больше единицы без изменения полного волнового сопротивления оболочки при переходе от ее внутренней части к внешней, которые реализуются посредством того, что структура или материал внешней части оболочки антенны выбраны так, что отношение магнитной проницаемости внешней части оболочки к диэлектрической проницаемости внешней части оболочки остается постоянным в пределах внешней части оболочки и равным отношению магнитной проницаемости внешней среды к диэлектрической проницаемости внешней среды.

Использование: для приема и передачи сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Сущность изобретения заключается в том, что приемопередающая широкодиапазонная антенная решетка наклонной поляризации из 2*N-ПАР V-образных вибраторов, расположенных в плоскости, жестко закрепленная на основании, состоящая из N-пар антенных излучателей, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов одинаковой электрической длины, отличающаяся тем, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N-пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, плечи всех вибраторов состоят из двух диполей разной длины, длина первого диполя равна от 0.2*λcp1 до 0.3*λcp1, длина второго диполя равна от 0.2*λcp2 до 0.3*λcp 2, где λcp1, λcp2 - средние длины волн первого и второго диапазонов.
Изобретение относится к фазированным антенным решеткам. Технический результат изобретения заключается в расширении арсенала технических средств реализации оптической ФАР.

Изобретение относится к радиолокации, точнее к фазированным антенным решеткам (ФАР) СВЧ диапазона, и может быть использовано в пассивной и активной радиолокации для осуществления непрерывного параллельного контроля пространства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиоэлектронных передающих и приемных устройствах различного назначения. Технический результат - упрощение конструкции электронной решетки.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, в системах связи и других устройствах, в которых используются последовательности мощных радиоимпульсов.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокационных станциях различного назначения, станциях радиосвязи, использующих два далеко разнесенных частотных диапазона, например сантиметровый и миллиметровый диапазоны волн.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к широкополосным антенным системам, рабочий диапазон частот которых перекрывает несколько октав. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот комбинированной антенной системы, работающей в активном и пассивном режимах.

Изобретение относится к области гидролокации и может быть использована при конструировании антенн гидролокационных станций. Технический результат состоит в создании технологичной конструкции гидролокационной фазированной антенной решетки с заданной полосой пропускания преобразователей и повышенным сроком службы.

Использование: для проектирования и изготовления активной фазированной антенной решетки (АФАР). Сущность изобретения заключается в том, что способ охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР) включает: размещение охлаждающих средств и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды; в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубы эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, в контакте с внешней поверхностью боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, которые устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха. Технический результат: обеспечение возможности интенсивного отвода тепла с поверхностей корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для приема и передачи сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Сущность изобретения заключается в том, что приемопередающая антенная решетка вибраторов, жестко закрепленная на основании, состоящая из N-пар антенных излучателей, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов одинаковой электрической длины, при этом все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N-пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N-пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N-пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N-пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N-пары. Технический результат: обеспечение возможности создания приемопередающей антенной решетки, имеющей более широкую диаграмму обратного рассеяния. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области волноводных антенн с эллиптической поляризацией, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах. Сущность: волноводная антенна содержит круглый волновод, в полости которого установлен поляризатор, выполненный в виде диэлектрической пластины, на открытый конец волновода в плоскости его раскрыва установлен круглый металлический экран в виде кольца с внешним диаметром D<2·λ, где λ - длина волны, а кромка волновода продолжена за плоскость раскрыва в виде четырех пилообразных выступов с высотой зуба h=d/4, где d - диаметр волновода. Технический результат: расширение диаграммы направленности по уровню половинной мощности, не изменяя поляризационных характеристик излучения. 3 ил.

Свч-модуль // 2566328
Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Технический результат изобретения заключается в повышении удобства монтажа СВЧ-модуля за счет обеспечения простоты и удобства установки печатной платы в корпус при одновременном сохранении высоких радиотехнических характеристик СВЧ-модуля вследствие установки печатной платы с минимально допустимым зазором. СВЧ-модуль содержит корпус и расположенную в нем радиоэлектронную ячейку, содержащую печатную плату с радиоэлектронными элементами. В печатной плате с одной из сторон, предназначенных для соединения полосковых линий с центральными проводниками герметичных СВЧ-переходов, выполнены первые вырезы в количестве, равном количеству центральных проводников, имеющие форму и размеры, позволяющие разместить в них центральные проводники герметичных СВЧ-переходов с зазором, и второй вырез, имеющий форму и размеры, позволяющие обеспечить размещение центральных проводников герметичных СВЧ-переходов в упомянутых первых вырезах. Расстояния между продольными осями центральных проводников герметичных СВЧ-переходов и продольными осями первых вырезов одинаковы. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Использование: для радиосистем навигации, посадки, управления воздушным движением. Сущность изобретения заключается в том, что многоцелевая самолетная антенно-фидерная система содержит антенную часть, коммутационно-разделительное устройство, устройство управления, антенная часть содержит передние UHF антенну, правую и левую антенны горизонтальной поляризации диапазонов L, S, антенну вертикальной поляризации диапазонов L, S, заднюю антенну горизонтальной поляризации диапазонов UHF, L, S и антенну вертикальной поляризации диапазонов L, S, коммутационно-разделительное устройство, устройство управления, пять коммутаторов на два направления, пять частотно-разделительных устройств, управляемый фазовращатель, устройство управления входами соединено с UHF, L, S радиооборудованием, гировертикалью, определителем курсового угла радиомаяка, а выходами - с коммутационно-разделительным устройством, коммутаторами и фазовращателем, первый коммутатор соединен с одной стороны с коммутационно-разделительным устройством, а с другой стороны - с антеннами непосредственно или через частотно-распределительные устройства, а с задней антенной горизонтальной поляризации - через фазовращатель. Технический результат: обеспечение возможности устойчивой работы UHF радиооборудования при круговом обзоре пространства в азимутальной плоскости, в том числе в интерференционных зонах, и в L, S частотных диапазонах при значительных кренах летательного объекта. 3 ил.

Использование: изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР). Сущность: приемо-передающий СВЧ-модуль содержит корпус и расположенную в нем радиоэлектронную ячейку, содержащую несущую печатную плату, на которой расположен узел, предназначенный для управления модулем, узел, предназначенный для питания модуля, и радиоэлектронные элементы, образующие по меньшей мере два приемо-передающих канала и узел, предназначенный для передачи СВЧ-сигнала. На несущей печатной плате установлены экранирующие жесткие перегородки, разделяющие приемо-передающие каналы, и экранирующая жесткая, по существу, четырехугольная рамка, ограничивающая область расположения узла, предназначенного для управления модулем, и узла, предназначенного для питания модуля. Две смежные стороны рамки выполнены с открытыми снизу каналами, обеспечивающими размещение узла, предназначенного для передачи СВЧ-сигнала. Каждая из упомянутых перегородок и упомянутая рамка закреплены через несущую печатную плату на дне корпуса резьбовыми соединениями. Технический результат: изобретение позволяет снизить шумы при работе модуля, повысить электромагнитную совместимость и повысить жесткость конструкции в целом за счет особенностей экранирования различных функциональных узлов и каналов модуля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокационных станциях, предназначенных для обнаружения целей, определения дальности до цели и определения координат цели. Технический результат заключается в повышении точности определения координат цели за счет многоканального приема, цифровой совместной апостериорной обработки разночастотных сигналов и случайного распределения сигналов с различными частотами по номерам излучающих элементов при одновременном повышении быстродействия за счет однократного излучения и приема разночастотных сигналов и получения информации о радиолокационной обстановке в рабочей зоне на этапе обработки, а не за счет многократного зондирования пространства во времени. Для этого в многочастотную антенную решетку, содержащую систему формирования когерентной сетки эквидистантно расстроенных частот и N излучающих элементов, дополнительно введены: N аналоговых приемников, N аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), устройство хранения результатов измерений, суммирующее устройство, N умножителей, вычислительное устройство, устройство отображения результатов измерений и устройство управления. 6 ил.

Изобретение относится к антенным системам направленного излучения и приема. Получаемым техническим результатом является создание АФАР со структурой построения, обеспечивающей, при размещении на самолете, одновременно круговой многолучевой прием запросных сигналов и излучение ответного сигнала в направлении запроса узким лучом с целью скрытости радиоизлучения. Сущность изобретения состоит в том, что АФАР разделена на четыре одинаковых модуля, размещаемых на передних, задних кромках правого и левого крыла самолета, при этом в модули АФАР введены амплитудно-фазовые формирующие части отдельно для передаваемых и принимаемых сигналов, которые связаны с общим излучателем через приемопередающие модули, имеющие раздельные передающий и приемный входы, причем входы передатчиков обслуживаемого радиооборудования подключены через делители мощности, число выходов которых равно числу излучателей и входов приемной амплитудно-фазовой формирующей части, и такое же количество выходов каналов связи (лучей), сформированных амплитудно-фазовой формирующей частью приемных сигналов, подключены к своему приемнику, а выход информационного сигнала каждого из приемников подключен ко входу введенного в модуль АФАР мультиплексора, выход мультиплексного канала связи которого соединен с обслуживаемым радиооборудованием, которое связано через блок управления и контроля с управляемыми элементами фазовращателями АФАР. 14 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - уменьшение помех сигналов или многолучевой интерференции Для этого принимают на датчике, расположенном возле приемной антенны, сигнал отражения, отраженный по меньшей мере от одной поверхности летательного аппарата, с которой соединена конформная отражательная фазированная антенная решетка, настроенная для управления прохождением сигнала отражения. Сигналом отражения управляют с использованием конформной отражательной фазированной антенной решетки, чтобы уменьшать амплитуду сигнала отражения на приемной антенне на основе сигнала отражения, принятого на датчике. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат выражается в простоте конструкции и высокой выходной мощности антенны, оптимальном выходном сопротивлении, согласуемом с сопротивлением нагрузки, а также высокой надежности работы антенны. Для этого антенная решетка с обработкой сигнала состоит из М=2, 3, 4, … рядов линейных вибраторов, лежащих в одной плоскости и равноудаленных друг от друга на расстояние кратное λ/2, причем в каждом ряду имеется N=2, 3, 4, … вибраторов каждый длиной l=λ/2, а расстояние между концами соседних вибраторов в каждом ряду d<<λ, где λ - длина волны электромагнитного излучения СВЧ диапазона радиоволн, и содержит (N-1)М диодов, распределенных таким образом, что в каждом из М рядов концы соседних вибраторов соединены между собой по постоянному току (N-1) диодами, включенными по постоянному току последовательно и однополярно, а свободные концы крайних вибраторов М рядов соединены между собой параллельно и однополярно и подключены к нагрузке антенны. 4 ил.
Наверх