Антенное устройство с электронным сканированием луча

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для обеспечения высокоскоростных соединений типа «точка-точка» при работе радиорелейных станций в миллиметровом диапазоне длин волн. Технический результат - повышение эффективности излучения и уменьшение потерь сигнала. Устройство содержит диэлектрическую линзу с плоской поверхностью, первичные излучатели и линии передачи и переключающую схему для подачи электрической мощности по меньшей мере на один первичный излучатель, при этом первичные излучатели и линии передачи выполнены на высокочастотной диэлектрической плате, установленной на плоской поверхности линзы, а переключающая схема электрически соединена с первичными излучателями линиями передачи и установлена на высокочастотной диэлектрической плате. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к антенным устройствам с электронным сканированием луча. Настоящее изобретение может быть использовано для обеспечения высокоскоростных соединений типа «точка-точка» при работе радиорелейных станций в миллиметровом диапазоне длин волн.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Радиорелейные станции предназначены для обеспечения высокоскоростной связи типа «точка-точка» на расстояниях в несколько километров в условиях прямой видимости. В настоящее время радиорелейные станции используют различные радиочастотные диапазоны с несущей частотой в пределах от 10 до 100 ГГц. Повышение несущей частоты связано с постоянно возрастающими требованиями к скорости передачи данных. Увеличение скорости передачи данных основано на возможности использования более широкой полосы частот для передачи сигнала при большем значении несущей частоты.

Однако с увеличением несущей частоты возрастают потери при распространении сигнала в свободном пространстве. Для компенсации таких потерь используют апертурные антенны, размер которых существенно превосходит рабочую длину волны и которые обладают большим коэффициентом направленного действия. В частности, к апертурным антеннам относятся различные зеркальные антенны, рупорные антенны и линзовые антенны. В таких антеннах первичный излучатель излучает сигнал, а вторичное устройство большого размера формирует узкую диаграмму направленности. В качестве такого вторичного устройства могут быть использованы системы отражающих зеркал, различные диэлектрические линзы, а также комбинации зеркал и линз.

При использовании антенн с узкой диаграммой направленности возникают трудности, связанные с юстировкой и вероятностью сбоя связи даже при незначительных изменениях ориентации радиорелейной станции. Для обеспечения автоматической настройки направления луча в небольшом диапазоне углов, в несколько ширин диаграммы направленности, за небольшое время и без необходимости вмешательства специально обученного персонала могут быть использованы апертурные антенные устройства с электронным сканированием луча.

Известны зеркальные антенные устройства с электронным сканированием луча. К широко распространенным зеркальным антенным устройствам, в которых может быть реализовано электронное сканирование луча, относятся двухзеркальные антенны Кассегрена.

Конструкция антенны Кассегрена с электронным сканированием луча раскрыта, например, в патенте США №7834803. Предложенная конструкция содержит антенну Кассегрена и переключаемые рупорные антенны, выполняющие функцию первичных излучателей. Такая конструкция, в частности, позволяет осуществить электронное сканирование луча в различных радарных приложениях.

Однако использование в качестве первичных излучателей рупорных антенн является дорогостоящим. Кроме того, рупорные антенны имеют значительный размер и не могут быть размещены таким образом, чтобы при сканировании обеспечить перекрытие лучей по некоторому допустимому уровню, например уровню половинной мощности, при практически эффективных остальных параметрах. Таким образом, конструкция по патенту США №7834803 не позволяет обеспечить электронное сканирование в некотором непрерывном диапазоне углов со стабильной передачей сигнала в радиорелейной станции.

Еще одним типом антенных устройств, в которых может быть реализовано электронное сканирование луча, являются линзовые антенны. В международной заявке WO 2004051803 раскрыта линзовая антенна с вынесенным первичным излучателем. Сканирование в такой антенне осуществлено за счет использования решетки из переключаемых первичных излучателей, каждый из которых расположен на различном расстоянии от точки фокуса в перпендикулярной к оси линзы плоскости. Похожее антенное устройство, имеющее множество передающих и принимающих излучателей и линзу, раскрыто в патенте США US 6034641. В этих антенных устройствах излучатели расположены отдельно от линзы. Таким образом, к недостаткам таких антенн относятся трудность использования планарных технологий для изготовления первичных излучателей и осуществления непрерывного по углу сканирования, а также большой осевой размер антенны.

В патентах США №7688263 и 7667665 раскрыта линза Люнеберга с электронным сканированием луча, выполненная в виде шара из неоднородного диэлектрика с коэффициентом преломления, зависящим от радиуса. Однако для обеспечения сканирования луча в таких антеннах первичные излучатели размещены на внешней сферической поверхности линзы, что делает невозможным использование дешевой планарной технологии, пригодной для массового производства.

Известны интегрированные линзовые антенны (например, из W.В. Dou, Z.L. Sun, “Ray tracing on extended hemispherical and elliptical silicon dielectric lenses”, International Journal of Infrared and Millimeter Waves, vol. 16, pp. 1993-2002, No. 1L, 1995, или D.F. Filipovic, G.P. Gauthier, S. Raman, G.M. Rebeiz, “Off-Axis Properties of Silicon and Quartz Dielectric Lens Antennas”, IEEE Trans, on Antennas and Propagation, vol. 45, No. 5, pp. 760-766, May 1997), позволяющие устранить вышеописанные недостатки, присущие другим антеннам с электронным сканированием, в частности значительную стоимость вследствие невозможности использования планарных технологий массового производства. В интегрированных линзовых антеннах переключаемые планарные излучатели непосредственно интегрированы на плоскую поверхность линзы.

Патент США 5185613 раскрывает гибридную структуру, содержащую линзу и решетку излучателей, сформированную на поверхности линзы. Указанные излучатели принимают излучение, фокусируемое линзой, одновременно с разных направлений. Антенна, раскрываемая в патенте США 5185613, может работать в режиме приема, что актуально для систем радиовидения и радаров, но не может работать в режиме передачи, что необходимо для приемопередатчиков систем связи.

Патент США №7683844 раскрывает интегрированную линзовую антенну, являющуюся наиболее близким аналогом настоящего изобретения. В этом патенте раскрыто антенное устройство с электронным сканированием луча, содержащее первичные излучатели и линии передачи, переключающую схему, выполненную с возможностью подачи электрической мощности по меньшей мере на один первичный излучатель, причем первичные излучатели, линии передачи и переключающая схема выполнены на полупроводниковой микросхеме (фиг. 1). При этом приемопередатчик и первичные излучатели электрически соединены с помощью проволочного соединения и интегрированы на плоскую поверхность полусферической линзы с цилиндрическим продолжением, выполненной из диэлектрика. Это антенное устройство может быть использовано в миллиметровых приемниках, передатчиках или приемопередатчиках с переключением режима на прием или передачу.

Однако недостатком такого антенного устройства является малая эффективность излучения антенны (менее 15%) и, как следствие, большие потери сигнала, связанные с выполнением первичных излучателей на полупроводниковой микросхеме.

Другим недостатком известных антенн является ограниченное число материалов, которые могут быть использованы для изготовления линзы. Это обусловлено известным требованием, касающимся того, чтобы в интегрированных линзовых антеннах были близкие значения диэлектрической проницаемости линзы и подложки, на которой расположена решетка излучателей и которая в уровне техники выполняется из полупроводникового материала. Большинство известных полупроводниковых технологий используют подложки с диэлектрической проницаемостью больше 10 (например, GaAs, КМОП и SiGe). В линзовой антенне, выполняемой из материала с диэлектрической проницаемостью больше 10 (например, из высокорезистивного кремния), наблюдается большое отражение излучения на границе линза-свободное пространство, что уменьшает эффективность работы такой антенны.

Еще одним недостатком известных антенн является отсутствие возможности сопряжения решетки излучателей с волноводным интерфейсом, широко используемым в современных системах радиорелейной связи.

Кроме того, практическая реализация антенн, раскрываемых в уровне техники, может быть очень затратной, поскольку она требует большой площади кристалла для выполнения решетки излучателей, обеспечивающей необходимый диапазон углов сканирования. Из уровня техники известно, что отклонение луча при возбуждении отдельного излучателя определяется диэлектрической проницаемостью линзы и отношением x/R (где x - смещение излучателя от оси линзы, R - радиус линзы). На практике x может быть порядка нескольких миллиметров или даже сантиметров, что не всегда допустимо (вследствие большой себестоимости) для антенн, в которых используются решетки излучателей, реализованные на полупроводниковом кристалле.

Также необходимо отметить, что в патентной заявке США 2009/0007185 раскрыт принцип поляризационного разнесения приема и передачи сигналов, позволяющий увеличить скорость передачи данных в системах связи. Однако этот принцип не может быть применен в системах связи типа «точка-точка» в миллиметровом диапазоне длин волн, поскольку не представляется возможным выполнить формирование узкого луча с использованием классической многоэлементной адаптивной антенной решетки. Таким образом, существует необходимость создания интегрированного линзового антенного устройства, обеспечивающего поляризационное разнесение для каждого луча, формируемого переключающей схемой.

Таким образом, существует необходимость создания при малых затратах антенного устройства с электронным сканированием луча, обеспечивающего электронное сканирование в некотором непрерывном диапазоне углов, а также позволяющего увеличить эффективность излучения и уменьшить потери сигнала.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание при малых затратах антенного устройства с электронным сканированием луча, обеспечивающего электронное сканирование в непрерывном диапазоне углов, а также позволяющего увеличить эффективность излучения и уменьшить потери сигнала. Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение соединения антенны с волноводным приемопередатчиком миллиметрового диапазона длин волн.

Поставленная задача решена благодаря антенному устройству с электронным сканированием луча, содержащему диэлектрическую линзу с плоской поверхностью, первичные излучатели и линии передачи и переключающую схему, выполненную на полупроводниковой микросхеме с возможностью подачи электрической мощности по меньшей мере на один первичный излучатель, отличающемуся тем, что первичные излучатели и линии передачи выполнены на высокочастотной диэлектрической плате, установленной на плоской поверхности линзы, а переключающая схема электрически соединена с первичными излучателями линиями передачи и установлена на высокочастотной диэлектрической плате.

Вышеуказанные задачи решены, таким образом, благодаря использованию высокочастотной диэлектрической платы, на которой выполнены первичные излучатели и линии передачи и с которой электрически соединена переключающая схема. Высокочастотная диэлектрическая плата имеет значительно меньшие потери, чем полупроводниковая микросхема, используемая в уровне техники для формирования первичных излучателей. Таким образом, реализация излучателей на диэлектрической плате обеспечивает уменьшение потерь сигнала в подложке по сравнению с известной интегрированной линзовой антенной, показанной на фиг. 1. Главным отличием между полупроводниковой микросхемой (используемой в уровне техники) и диэлектрической платой (раскрываемой в настоящем описании) является то, что полупроводниковая микросхема позволяет формировать активные схемы вместе с излучателями. Такая конструкция требует наличия полупроводниковой подложки, что ведет к увеличению потерь и ухудшению эффективности излучения излучателей. Диэлектрическая плата не допускает реализации активных схем, но обеспечивает значительно меньшие потери. В случае диэлектрической платы переключающая схема формируется на отдельной полупроводниковой микросхеме, которая электрически соединяется с первичными излучателями и устанавливается на этой высокочастотной диэлектрической плате.

Антенное устройство согласно приводимым вариантам реализации является низкостоимостным при изготовлении, поскольку на диэлектрической плате может быть легко выполнена решетка излучателей с произвольным количеством элементов, а переключающая схема, выполненная на полупроводниковой микросхеме, может быть установлена на этой плате.

Антенное устройство с электронным сканированием луча может дополнительно содержать приемопередатчик, выполненный на полупроводниковой микросхеме и электрически соединенный с переключающей схемой, причем приемопередатчик установлен на высокочастотной диэлектрической плате.

В одном из вариантов реализации изобретения приемопередатчик и переключающая схема выполнены на полупроводниковых микросхемах, электрически соединенных друг с другом и с высокочастотной диэлектрической платой посредством проволочных соединений. Переключающая схема может содержать по меньшей мере один переключатель типа 1×N, выполненный на полупроводниковых микросхемах, причем N≥2. Кроме того, каждый из переключателей может быть выполнен на отдельной полупроводниковой микросхеме.

Еще в одном варианте реализации приемопередатчик и переключающая схема установлены в глухие пазы, выполненные в высокочастотной диэлектрической плате. Это позволяет сократить длину проволочных соединений и уменьшить потери на внутреннее соединение.

Еще в одном варианте реализации приемопередатчик и переключающая схема выполнены на полупроводниковых микросхемах, электрически соединенных друг с другом и с высокочастотной диэлектрической платой по методу перевернутых кристаллов.

В качестве высокочастотной диэлектрической платы может быть использована плоская плата из низкотемпературной или высокотемпературной керамики. Еще в одном варианте реализации изобретения в качестве высокочастотной диэлектрической платы использована печатная плата. Одним из важных требований в интегрированных линзовых антеннах является необходимость в относительно небольшой разнице значений диэлектрической проницаемости подложки с решеткой излучателей и материала линзы, что необходимо для устранения эффекта поверхностных волн в подложке. В антенном устройстве согласно настоящему изобретению могут быть использованы различные планарные технологии в зависимости от материала линзы, например, печатные платы из политетрафторэтилена могут быть использованы для линз, выполненных из политетрафторэтилена, рексолита и плавленого кварца, или платы из низкотемпературной или высокотемпературной керамики могут быть использованы для установки на линзы из высокорезистивного кремния. Такая вариативность материала линз достигается за счет разделения полупроводниковой переключающей схемы и излучателей, выполненных на диэлектрической плате. Это позволяет расширить группу материалов для реализации линзы, которые могут быть эффективно использованы в интегрированных линзовых антеннах по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Еще в одном варианте реализации переключающая схема выполнена на полупроводниковых микросхемах, а приемопередатчик выполнен с использованием волноводных элементов и электрически соединен с высокочастотной диэлектрической платой посредством волноводно-микрополоскового перехода. Существует много типов волноводно-микрополосковых переходов, реализуемых в уровне техники с использованием высокочастотных диэлектрических плат. Способность соединять антенные устройства с волноводным приемопередатчиком миллиметрового диапазона длин волн является еще одним преимуществом настоящего изобретения по сравнению с известными интегрированными линзовыми антеннами.

Еще в одном варианте реализации предлагаемое антенное устройство дополнительно содержит еще одну переключающую схему, одна группа первичных излучателей выполнена с возможностью передачи сигнала с первой линейной поляризацией, другая группа первичных излучателей выполнена с возможностью приема сигнала со второй линейной поляризацией, ортогональной первой линейной поляризации, а каждая из переключающих схем выполнена с возможностью отдельного управления одной из указанных групп первичных излучателей. В этом варианте реализации антенное устройство обеспечивает поляризационное разнесение при передаче и приеме с использованием одной полосы частот и одного направления луча.

Еще в одном варианте реализации предлагаемое антенное устройство дополнительно содержит еще одну переключающую схему, каждый из первичных излучателей выполнен с возможностью передачи сигнала с первой линейной поляризацией и возможностью приема сигнала со второй линейной поляризацией, ортогональной первой линейной поляризации, а каждая из переключающих схем выполнена с возможностью отдельного управления первичными излучателями при передаче сигнала с первой линейной поляризацией и приеме сигнала со второй линейной поляризацией соответственно. При этом в качестве первичных излучателей могут быть использованы микрополосковые антенные элементы с двойной поляризацией.

Еще в одном варианте реализации в качестве первичных излучателей использованы микрополосковые антенные элементы.

Диэлектрическая линза в предлагаемом антенном устройстве формирует узкий луч и обеспечивает отклонение луча при сканировании. При этом плата с первичными излучателями и линиями передачи интегрирована на плоскую поверхность диэлектрической линзы. Согласно одному из вариантов реализации форма диэлектрической линзы может быть выбрана из группы, содержащей полуэллипсоидную форму с цилиндрическим продолжением, полусферическую форму с цилиндрическим продолжением, полуэллипсоидную форму с продолжением в виде усеченного конуса, полусферическую форму с продолжением в виде усеченного конуса и форму эллипсоида, усеченного плоскостью, перпендикулярной оси эллипсоида и проходящей вблизи его фокуса. Из уровня техники известно, что длина указанного цилиндрического продолжения обычно выбирается близкой по величине с оптическим фокусом линзы.

Еще в одном варианте реализации предлагаемое антенное устройство выполнено с возможностью обеспечения высокоскоростных соединений типа «точка-точка» при работе радиорелейной станции миллиметрового диапазона длин волн и возможностью обеспечения подстройки луча при первичной юстировке или небольших изменениях ориентации радиорелейной станции вследствие таких внешних воздействий, как ветер, вибрации, сжатие/расширение частей несущей конструкции при изменении температуры и т.д.

Также предложен способ высокоскоростных соединений типа «точка-точка» в миллиметровом диапазоне длин волн, согласно которому берут антенное устройство с электронным сканированием луча, содержащее первичные излучатели и линии передачи, по любому из описанных вариантов реализации и регулируют направление луча в ответ на изменение ориентации радиорелейной станции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже приведено подробное описание реализации изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи:

на фиг. 1 проиллюстрировано известное антенное устройство с электронным сканированием луча;

на фиг. 2 показаны примеры осевых сечений предлагаемой интегрированной линзовой антенны согласно различным вариантам размещения приемопередатчика и переключающей схемы: фиг. 2(A) соответствует варианту реализации, в котором глухие пазы выполнены в диэлектрической плате, а фиг. 2(B) и фиг. 2(C) соответствуют варианту реализации, в котором использован метод перевернутых кристаллов, причем в случае, показанном на фиг. 2(C), полупроводниковые микросхемы размещены со стороны диэлектрической линзы;

на фиг. 3 показано осевое сечение предлагаемой интегрированной линзовой антенны согласно варианту реализации, в котором приемопередатчик выполнен с использованием волноводных элементов и подключен к плате с помощью волноводно-микрополоскового перехода;

на фиг. 4 проиллюстрирован вариант реализации с разделением функций одновременного приема и передачи сигнала, причем на фиг. 4(A) показан пример конфигурации с двумя независимыми решетками первичных излучателей, а на фиг. 4(B) показан пример конфигурации с одной решеткой первичных излучателей и двумя отдельными входами;

на фиг. 5 проиллюстрированы примеры переключающих схем для 16 первичных излучателей, причем на фиг. 5(A) показан вариант реализации с использованием переключателей типа 1×2, а на фиг. 5(B) показан вариант реализации с использованием переключателей типа 1×4;

на фиг. 6 проиллюстрированы полуэллипсоидная и полусферическая формы диэлектрической линзы с цилиндрическим продолжением, используемой в предлагаемой линзовой антенне;

на фиг. 7 проиллюстрирована полусферическая форма диэлектрической линзы c продолжением в виде усеченного конуса, используемой в предлагаемой линзовой антенне;

на фиг. 8 проиллюстрирован вариант реализации с конфигурацией микрополоскового антенного элемента, используемого в качестве первичного излучателя;

на фиг. 9 проиллюстрирован вариант реализации с конфигурацией микрополоскового антенного элемента с двойной поляризацией, используемого в качестве первичного излучателя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение подробно описано ниже на примере вариантов реализации интегрированной линзовой антенны с электронным сканированием луча, используемой для обеспечения высокоскоростных соединений типа «точка-точка» при работе радиорелейных станций в миллиметровом диапазоне длин волн.

На фиг. 2(A), (B) и (C) показаны осевые сечения предлагаемой интегрированной линзовой антенны согласно различным вариантам реализации. В одном из вариантов реализации антенна содержит однородную диэлектрическую линзу 1, первичные излучатели 4, линии передачи (не показаны) для соединения излучателей, переключающую схему 3, выполненную с возможностью подачи электрической мощности по меньшей мере на один первичный излучатель, и приемопередатчик 2. Переключающая схема 3 и приемопередатчик 2 выполнены на основе полупроводниковых микросхем. Первичные излучатели 4 и линии передачи выполнены на высокочастотной диэлектрической плате 5, в качестве которой использована многослойная печатная или керамическая плата, и интегрированы на плоскую поверхность однородной диэлектрической линзы 1.

На фиг. 2(A), (B) и (C) проиллюстрированы различные варианты размещения приемопередатчика 2 и переключающей схемы 3 на плате 5. В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 2(A), плата 5 имеет глухие пазы для установки приемопередатчика 2 и переключающей схемы 3. При этом приемопередатчик 2 и переключающая схема 3 электрически соединены с линиями передачи с помощью проволочных соединений 6. Еще в одном варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 2(B), приемопередатчик 2 и переключающая схема 3 электрически соединены с платой 5 посредством соединений 7, реализованных методом перевернутых кристаллов. Еще в одном варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 2(C), приемопередатчик 2 и переключающая схема 3 электрически соединены с платой 5 посредством соединений 7, реализованных методом перевернутых кристаллов, со стороны диэлектрической линзы 1. При этом в линзе выполнены специальные вырезы для приемопередатчика 2 и переключающей схемы 3. Такая конфигурация может быть использована даже в случае однослойной диэлектрической платы 5, выполненной, например, из высокотемпературной керамики. Кроме того, в такой конфигурации необходимо минимизировать побочное излучение от приемопередатчика 2 и переключающей схемы 3 и места их соединения с платой 5 в тело диэлектрической линзы 1, например, путем покрытия металлом внутренней поверхности вырезов в линзе 1.

В радиорелейных станциях, работающих в миллиметровом диапазоне длин волн, приемопередатчик в некоторых случаях выполняют на основе волноводных элементов ввиду пока еще ограниченной доступности эффективных технологий производства полупроводниковых кристаллов с требуемыми для миллиметрового диапазона характеристиками. На фиг.3 показано осевое сечение предлагаемой линзовой антенны согласно варианту реализации, в котором приемопередатчик 8 выполнен на основе волноводных элементов и подключен к плате 5 с помощью волновода 9 и волноводно-микрополоскового перехода 10. При этом переключающая схема 3 может быть размещена на плате 5 в соответствии с одной из конфигураций, приведенных на фиг. 2(A), (B) и (C).

На фиг. 4(A) и 4(B) проиллюстрирован вариант реализации с разделением функций одновременного приема и передачи сигнала. Согласно варианту реализации, проиллюстрированному на фиг. 4(A), предлагаемая интегрированная линзовая антенна содержит две интегрированные на линзу 1 переключаемые решетки первичных излучателей 13, одна из которых выполнена с возможностью передачи сигнала с первой линейной поляризацией, а другая выполнена с возможностью приема сигнала со второй линейной поляризацией, ортогональной первой линейной поляризации. Предлагаемая антенна содержит две переключающие схемы, каждая из которых выполнена с возможностью отдельного управления одной из указанных решеток первичных излучателей.

Согласно еще одному варианту реализации, проиллюстрированному на фиг. 4(B), каждый из первичных излучателей 13 выполнен с возможностью передачи сигнала с первой линейной поляризацией и возможностью приема сигнала со второй линейной поляризацией, ортогональной первой линейной поляризации. Предлагаемая антенна содержит две переключающие схемы, каждая из которых выполнена с возможностью отдельного управления первичными излучателями при передаче сигнала с первой линейной поляризацией и приеме сигнала со второй линейной поляризацией соответственно.

Согласно одному из вариантов реализации, переключающая схема содержит по меньшей мере один переключатель типа 1×N, выполненный на полупроводниковых микросхемах или волноводных элементах, причем N≥2. На фиг. 5 проиллюстрированы примеры переключающих схем для 16 первичных излучателей, причем на фиг. 5(A) показан случай использования переключателей типа 1×2, а на фиг. 5(B) показан случай использования переключателей типа 1×4. Каждый из переключателей может быть реализован на отдельной полупроводниковой микросхеме.

На фиг. 6 проиллюстрированы полуэллипсоидная и полусферическая формы с цилиндрическим продолжением диэлектрической линзы 1, используемой в предлагаемой линзовой антенне. Длина цилиндрического продолжения выбирается на основании анализа конечных характеристик предлагаемой линзовой антенны с конкретным первичным излучателем. Основным требованием к материалу диэлектрической линзы является малый уровень потерь при распространении сигнала.

Еще в одном варианте реализации масса линзы уменьшена путем усечения части линзы, не дающей положительного вклада в коэффициент направленного действия линзовой антенны. На фиг. 7 проиллюстрирована соответствующая полусферическая форма диэлектрической линзы с продолжением в виде усеченного конуса. Уменьшение массы линзы является существенным для больших антенн, используемых в радиорелейных станциях.

На фиг. 8 проиллюстрирована конфигурация микрополоскового антенного элемента, используемого в качестве первичного излучателя в предлагаемой линзовой антенне. В такой конфигурации возбуждение резонансного элемента 17 излучателя осуществляется посредством электромагнитного взаимодействия через щель 15 в земляном экране 16.

Еще в одном варианте реализации, проиллюстрированном на фиг. 9, в качестве первичного излучателя использован микрополосковый антенный элемент с двойной поляризацией, обеспечиваемой посредством двух точек возбуждения через соответствующие переходные отверстия 91 для прямого подведения сигнала.

В качестве планарных первичных излучателей также могут быть использованы различные диполи, щелевые антенны и т.д. Однако при небольшом значении диэлектрической проницаемости линзы наиболее предпочтительны такие излучатели, в которых основная часть излучения сосредоточена в одном полупространстве, т.е. полупространстве со стороны линзы. В частности, к таким излучателям относятся описанные выше микрополосковые антенные элементы с различными способами подведения сигнала, наличие большого земляного экрана в которых обеспечивает диаграмму направленности, сосредоточенную в одном полупространстве со стороны линзы.

Как показано, например, на фиг. 2, при подаче электрической мощности на один из первичных излучателей 4, каждый из которых смещен относительно вертикальной оси линзы 1, формируется диаграмма направленности с узким лучом в определенном направлении. При первичной юстировке антенны или небольших изменениях ориентации радиорелейной станции вследствие таких внешних воздействий, как ветер, вибрации или сжатие и/или расширение частей несущей конструкции, направление узкого луча может быть скорректировано путем переключения первичных излучателей 4 при помощи переключающей схемы 3. Небольшой размер первичных излучателей 4 позволяет разместить их таким образом, чтобы при электронном сканировании обеспечить перекрытие лучей на допустимом уровне, например уровне половинной мощности.

Таким образом, предлагаемая интегрированная линзовая антенна имеет малую стоимость производства и обеспечивает электронное сканирование луча в непрерывном диапазоне углов, а также позволяет увеличить эффективность излучения и уменьшить потери сигнала.

Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, приведенными в настоящем описании только в качестве примеров. Настоящее изобретение охватывает все модификации и варианты, находящиеся в пределах объема настоящего изобретения, задаваемого формулой изобретения.

1. Антенное устройство с электронным сканированием луча, содержащее диэлектрическую линзу с плоской поверхностью, первичные излучатели и линии передачи и переключающую схему, выполненную на полупроводниковой микросхеме с возможностью подачи электрической мощности по меньшей мере на один первичный излучатель, отличающееся тем, что первичные излучатели и линии передачи выполнены на высокочастотной диэлектрической плате, установленной на плоской поверхности линзы, а переключающая схема электрически соединена с первичными излучателями посредством линий передачи и установлена на высокочастотной диэлектрической плате.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее приемопередатчик, выполненный на полупроводниковой микросхеме и электрически соединенный с переключающей схемой, причем приемопередатчик установлен на высокочастотной диэлектрической плате.

3. Устройство по п. 2, в котором приемопередатчик и переключающая схема электрически соединены друг с другом и с первичными излучателями посредством проволочных соединений.

4. Устройство по п. 3, в котором приемопередатчик и переключающая схема установлены в глухие пазы, выполненные в высокочастотной диэлектрической плате.

5. Устройство по п. 2, в котором приемопередатчик и переключающая схема электрически соединены друг с другом и с первичными излучателями методом перевернутых кристаллов.

6. Устройство по п. 1, в котором в качестве высокочастотной диэлектрической платы использована плата из низкотемпературной или высокотемпературной керамики.

7. Устройство по п. 1, в котором в качестве высокочастотной диэлектрической платы использована печатная плата.

8. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее приемопередатчик, выполненный с использованием волноводных элементов и электрически соединенный посредством волноводно-микрополоскового перехода с переключающей схемой, установленной на высокочастотной диэлектрической плате.

9. Устройство по п. 3 или 5, в котором переключающая схема содержит по меньшей мере один переключатель типа 1×N, выполненный на полупроводниковой микросхеме, причем N≥2.

10. Устройство по п.9, в котором по меньшей мере один переключатель типа 1×N выполнен на отдельной полупроводниковой микросхеме.

11. Устройство по п. 1, которое дополнительно содержит еще одну переключающую схему и в котором первичные излучатели содержат две группы первичных излучателей, одна из которых выполнена с возможностью передачи сигнала с первой линейной поляризацией, другая из которых выполнена с возможностью приема сигнала со второй линейной поляризацией, ортогональной первой линейной поляризации, а каждая из переключающих схем выполнена с возможностью отдельного управления одной из указанных групп первичных излучателей.

12. Устройство по п. 1, которое дополнительно содержит еще одну переключающую схему и в котором каждый из первичных излучателей выполнен с возможностью передачи сигнала с первой линейной поляризацией и возможностью приема сигнала со второй линейной поляризацией, ортогональной первой линейной поляризации, а каждая из переключающих схем выполнена с возможностью отдельного управления первичными излучателями при передаче сигнала с первой линейной поляризацией и приеме сигнала со второй линейной поляризацией соответственно.

13. Устройство по п. 12, в котором в качестве первичных излучателей использованы микрополосковые антенные элементы с двойной поляризацией.

14. Устройство по п. 1, в котором форма диэлектрической линзы выбрана из группы, содержащей полуэллипсоидную форму с цилиндрическим продолжением, полусферическую форму с цилиндрическим продолжением, полуэллипсоидную форму с продолжением в виде усеченного конуса, полусферическую форму с продолжением в виде усеченного конуса и форму эллипсоида, усеченного плоскостью, перпендикулярной оси эллипсоида и проходящей вблизи его фокуса.

15. Устройство п. 1, в котором в качестве первичных излучателей использованы микрополосковые антенные элементы.

16. Устройство п. 1, выполненное с возможностью обеспечения высокоскоростных соединений типа «точка-точка» при работе радиорелейной станции в миллиметровом диапазоне длин волн и возможностью обеспечения подстройки луча при первичной юстировке или небольших изменениях ориентации радиорелейной станции вследствие таких внешних воздействий, как ветер, вибрации, сжатие и/или расширение частей несущей конструкции при изменении температуры и т.д.

17. Радиорелейная станция для высокоскоростных соединений типа «точка-точка» в миллиметровом диапазоне длин волн, содержащая антенное устройство по любому из пп. 1-16.

18. Способ высокоскоростных соединений типа «точка-точка» в миллиметровом диапазоне длин волн, согласно которому
берут антенное устройство с электронным сканированием луча, содержащее первичные излучатели и линии передачи, по любому из пп. 1-16 и
регулируют направление луча в ответ на изменение ориентации радиорелейной станции.



 

Похожие патенты:

Способ динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны заключается в том, что осциллятор выполняют в виде трехмерной фигуры с множеством граней и ребер.

Изобретение относится к области телекоммуникационных технологий, а более конкретно - к устройствам для управления плоскими электромагнитными волнами. Технический результат заключается в обеспечении снижения величины управляющего напряжения и вносимых электромагнитных потерь.

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к высокоскоростным соединениям типа «точка-точка» и «точка-многоточка» миллиметрового диапазона длин волн, обеспечиваемым посредством станций радиорелейной (РРС) связи с электронным сканированием луча.

Изобретение относится к антенной технике. .

Изобретение относится к антенной технике. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи. .

Изобретение относится к радиотехнике и м.б. .

Изобретение относится к радиосвязи. Технический результат - повышение эффективности воздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов на средства широкополосной радиосвязи без увеличения напряженности электромагнитного поля.

Изобретение относится к управлению угловым движением космических аппаратов. Для разгрузки системы силовых гироскопов от накопленного кинетического момента используют токовые контуры фазированной антенной решетки (ФАР).

Изобретение относится к антенной технике преимущественно в СВЧ-диапазоне волн. Технический результат - повышение разрешающей способности антенны и увеличение точности пеленгации целей.

Изобретение относится к конструктивному исполнению элементов радиотехнических систем и может быть использовано в качестве антенно-мачтового устройства для радиорелейных станций, работающих в полевых условиях.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для создания в условиях завода-изготовителя вибраторных, фазированных или цифровых антенных решеток (АР) для приема/передачи сигналов в метровом диапазоне частот различной поляризации в широком секторе однолучевого сканирования по срокам и стоимости на порядок меньшими, чем создание существующих крупногабаритных АР.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в РЛС. .

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в обзорных трассовых радиолокаторах. .

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для преобразования линейно-поляризованной электромагнитной волны в электромагнитную волну с круговой поляризацией вне зависимости от ориентации плоскости линейной поляризации падающей электромагнитной волны при заданном направлении распространения падающей волны.

Изобретение относится к способам формирования и приема импульсных электромагнитных сигналов сверхкороткой длительности без несущей и может использоваться в радиосвязных и радиолокационных системах ближнего действия.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиопеленгации и радиосвязи. .

Изобретение относится к области телекоммуникационных технологий, а более конкретно - к устройствам для управления плоскими электромагнитными волнами. Технический результат заключается в обеспечении снижения величины управляющего напряжения и вносимых электромагнитных потерь.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для обеспечения высокоскоростных соединений типа «точка-точка» при работе радиорелейных станций в миллиметровом диапазоне длин волн. Технический результат - повышение эффективности излучения и уменьшение потерь сигнала. Устройство содержит диэлектрическую линзу с плоской поверхностью, первичные излучатели и линии передачи и переключающую схему для подачи электрической мощности по меньшей мере на один первичный излучатель, при этом первичные излучатели и линии передачи выполнены на высокочастотной диэлектрической плате, установленной на плоской поверхности линзы, а переключающая схема электрически соединена с первичными излучателями линиями передачи и установлена на высокочастотной диэлектрической плате. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх