Фазированная антенная решетка с адаптируемой поляризацией

Изобретение относится к фазированной антенной решетке, более конкретно - к фазированной антенной решетке с адаптируемой поляризацией для мобильного устройства. Монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона содержит множество антенных элементов, радиочастотную интегральную схему (RFIC) и цепь питания. Причем каждый из упомянутых антенных элементов является антенным элементом сдвоенного типа, выполненным с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации. Цепь питания выполнена с возможностью соединения портов упомянутой RFIC с каждым из антенных элементов сдвоенного типа для возбуждения двух различных режимов поляризации и формирования луча. Технический результат заключается в обеспечении высокого коэффициента усиления при небольших размерах и эффективном использовании поверхности мобильного устройства. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

В настоящем изобретении раскрыта конструкция фазированной антенной решетки, более конкретно - фазированной антенной решетки с адаптируемой поляризацией, и ее интеграция в мобильные устройства.

Данную антенну можно использовать в устройствах, поддерживающих беспроводные локальные сети, такие как WiGig IEEE 802.11ad, WiHD, и мобильные сети 4G, 5G.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Эра 5G будет характеризоваться более высокими показателями производительности, основанными на опыте использования, включая такие факторы, как удобство установления связи с ближайшими устройствами и повышенная энергоэффективность [1]. Для технологий радиодоступа, работающих в диапазоне миллиметровых частот, множество фундаментальных проблем физики антенных решеток и конструкции высокоскоростного приемопередатчика и конструкции эквалайзера уже продемонстрировал стандарт WiGig/802.11ad [2]. При изменении положения устройства сканирование луча должно обеспечивать устойчивый канал связи [3].

Основными задачами для интеграции в миллиметровом диапазоне остаются стоимость, работа на низком уровне мощности, миниатюризация и повышение эффективности. Эти факторы обуславливают разработку антенн как составной части корпуса мобильного устройства. К мобильным фазированным антенным решеткам предъявляются следующие требования:

1. Повышенный коэффициент усиления, обусловленный высоким коэффициентом шума радиочастотной интегральной схемы (RFIC) и высокими потерями на распространение.

2. Всенаправленное действие: очень широкие углы формирования диаграммы направленности и сканирования луча, которые обеспечивают устойчивое соединение для устройства, в котором используется такая антенна.

3. Компактность антенного модуля.

4. Двухполяризационное формирование луча для увеличения скорости и повышения стабильности передачи данных.

Известные двухполяризационные антенные решетки можно разделить на следующие категории:

1. Взаимно смежные излучающие элементы или подрешетки, недостаток которых заключается в большом расстоянии между элементами решетки, что ограничивает диапазон сканирования и увеличивает вдвое их общие габариты, т.е. их невозможно использовать в мобильных устройствах.

2. Резонаторные антенны с двумя режимами, которые имеют ограничения по характеристикам резонансной частоты, и вследствие этого ограниченную полосу частот и параметры, зависящие от металлических или диэлектрических частей смартфона.

Существующие проблемы двухполяризационных антенных решеток:

1. Интеграция антенны в металлические или диэлектрические структуры устройства вызывает деполяризацию формирования луча и уменьшение коэффициента усиления антенны, вследствие этого ограничивается дальность связи и скорость передачи данных, и невозможно достижение устойчивой связи.

2. Существующие конструкции антенн миллиметрового диапазона имеют жесткие технологические допуски и вследствие этого дорогой процесс изготовления.

3. Высокий уровень кросс-поляризации, в результате чего не поддерживаются формирование луча с адаптируемой поляризацией или технологии связи с использованием MIMO или орбитального углового момента.

Поэтому настоящее изобретение направлено на создание способа и вариантов антенны миллиметрового диапазона для интеграции в мобильное устройство, имеющее металлическую или какую-либо иную рамку. Такие антенны нуждаются в механической изоляции от факторов окружающей среды и механических воздействий. Также в известном уровне существует потребность в способах, позволяющих удовлетворить требования по допускам и устойчивости к нагрузкам.

В частности, в уровне техники известны следующие технические решения:

Патент США 6426726 ʺПоляризованная фазированная антенная решеткаʺ (Northrop Grumman Corporation) описывает двухполяризационную фазированную антенную решетку с одноосевым сканированием, которая содержит предварительно заданное количество взаимно смежных излучающих линий, формирующих соответствующие лучи азимутального сканирования, причем в каждой излучающей линии используется диэлектрическая пластинка с малыми потерями. Этот узел пластинки работает как линза для коррекции сферической волны, вызванной малым возбуждением, в плоскую волну в пределах линии.

Данное решение имеет следующие недостатки:

1. Ограниченный угол сканирования, обусловленный использованием фокусирующей линзы.

2. Несовместимость с металлической рамкой мобильного устройства.

3. Невозможность интегрирования в мобильное устройство из-за большого расстояния между элементами решетки (половина длины волны в свободном пространстве).

В патенте США 8836596 ʺФильтрующая антеннаʺ (Cubic Corporation) описана многополюсная фильтрующая антенна, содержащая объемные резонаторы волны низшего типа, связанные с линией посредством щелевой апертуры, и полосковую антенну с возбуждаемым основным типом волны, связанную с линией посредством щелевой апертуры. Фильтрующая антенна может быть реализована в многослойной печатной плате или аналогичной структуре.

Данное решение имеет следующие недостатки:

1. Ограниченный угол сканирования из-за использования полосковых элементов.

2. Части металлической рамки деструктивно влияют на резонансные свойства. Резонанс антенны определяется полосковым элементом с возбужденным основным типом волны, связанным с линией посредством щелевой апертуры, причем критический эффект имеют технологические допуски.

3. Невозможность интегрирования в мобильное устройство из-за большого расстояния между элементами решетки, отсутствие поддержки режима осевого излучения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является решение или минимизация всех или по меньшей мере некоторых из перечисленных выше проблем известного уровня техники.

В одном аспекте настоящего изобретения предложен монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона, содержащий: множество антенных элементов, радиочастотную интегральную схему (RFIC) и цепь питания; в котором каждый из упомянутых антенных элементов является антенным элементом сдвоенного типа, выполненным с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации; и цепь питания выполнена с возможностью соединения портов упомянутой RFIC с каждым из антенных элементов сдвоенного типа для возбуждения двух различных режимов поляризации и формирования луча.

В одном из вариантов осуществления каждый антенный элемент сдвоенного типа включает в себя антенну бегущей волны, выполненную как часть антенны апертурного типа.

В одном из вариантов осуществления каждый антенный элемент сдвоенного типа образован апертурой волноводной щелевой антенны с переменной шириной щели на широких сторонах волновода, причем апертура волноводной антенны возбуждает поляризованное излучение, а щели переменной ширины возбуждают ортогонально поляризованное излучение бегущей волны.

В одном из вариантов осуществления упомянутые множество антенных элементов сдвоенного типа выполнены с возможностью обеспечения формирования луча с адаптацией поляризации.

В одном из вариантов осуществления упомянутое формирование луча с адаптацией поляризации осуществляется посредством фазоуправляемого питания упомянутых антенных элементов сдвоенного типа.

В одном из вариантов осуществления антенный модуль изготовлен по технологии LTCC, PCB или другой технологии изготовления многослойных монолитных структур на основе многослойных проводящих и диэлектрических материалов.

В одном из вариантов осуществления цепь питания имеет многоярусную топологию линий питания для упомянутых антенных элементов.

В другом аспекте настоящего изобретения предложено устройство для беспроводной связи, содержащее монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона и корпус, содержащий: проводящие структуры с по меньшей мере одной апертурой для согласования антенного модуля с внешним пространством; причем монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона содержит: множество антенных элементов сдвоенного типа; радиочастотную интегральную схему (RFIC) и цепь питания; каждый из упомянутых антенных элементов представляет собой антенный элемент сдвоенного типа, выполненный с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации; цепь питания выполнена с возможностью соединения портов RFIC с каждым из антенных элементов сдвоенного типа для возбуждения двух различных режимов поляризации и формирования луча; антенный модуль миллиметрового диапазона изолирован от свободного пространства корпусом, электромагнитное поле излучается в свободное пространство через проводящие структуры корпуса.

В одном из вариантов осуществления корпус дополнительно содержит каркас для установки антенного модуля миллиметрового диапазона.

В одном из вариантов осуществления антенный модуль конформно интегрирован с устройством.

В одном из вариантов осуществления корпус дополнительно содержит металлическую рамку, и антенные элементы соединены со свободным пространством через структуру бегущей волны металлической рамки.

В одном из вариантов осуществления антенный модуль работает в более чем одном режиме формирования луча.

В одном из вариантов осуществления антенный модуль имеет следующие режимы формирования луча: режим антенной решетки, режим бегущей волны, смешанный режим.

В одном из вариантов осуществления антенные элементы выполнены в виде излучающих планарных волноводных резонаторов, корпус дополнительно содержит металлическую рамку, и металлическая рамка соединяет планарные волноводные резонаторы со свободным пространством.

В одном из вариантов осуществления антенные элементы выполнены в виде излучающих планарных волноводных резонаторов, корпус дополнительно содержит металлическую рамку, и в резонатор вставлен пластик на внешней стороне металлической рамки.

В одном из вариантов осуществления одна сторона заполненного пластиком волновода открыта в свободное пространство.

Настоящее изобретение направлено на антенны миллиметрового диапазона с адаптируемой поляризацией для мобильных устройств с пластиковой или металлической рамкой. Устойчивость рабочих характеристик антенны повышается за счет точности формирования решетки волноводных возбудителей в PCB и гибкого соединения этих волноводных возбудителей с нерезонансными излучающими апертурами мобильного устройства. В типовом примере толщина пластиковых и металлических элементов, отделяющих антенну от свободного пространства, превышает (мкм). При этом бегущая волна неизбежно распространяется через поверхность мобильного устройства [4]. Следовательно, антенны вытекающей волны весьма эффективны для мобильных применений миллиметрового диапазона: они обеспечивают высокий коэффициент усиления при физически коротких размерах и при этом эффективно используют поверхность мобильного устройства.

Согласно настоящему изобретению апертуры антенных элементов для вертикальной поляризации образуют элементы антенны бегущей волны для горизонтальной поляризации. Двухполяризационная антенная решетка питает структуры бегущей волны, которые образуют излучающие апертуры на поверхностях мобильного устройства.

Антенны вытекающей волны с диэлектрическими и металлическими рефлекторными решетками широко изучались в прошлом. Известно, что одновременное достижение широкой полосы частот и сохранение формирования луча с частотно-независимым углом отклонения остается сложной задачей для антенн вытекающей волны [5]. В документе [6] предложен широкополосный маловыступающий возбудитель поверхностной волны, обеспечивающий питание поверхности излучения вытекающей волны. Однако до сих пор не была разработана решетка волноводных возбудителей для фазоуправляемого формирования луча, которые бы совместно использовали одну и ту же поверхность вытекающей волны.

Настоящее изобретение имеет следующие отличия от известного уровня техники:

Новая конструкция антенны сдвоенного типа: горизонтально поляризованная антенна бегущей волны выполнена как часть вертикально поляризованной антенны апертурного типа (объединение антенны бегущей волны и апертурной антенны в одной и той же апертуре не было известно ранее).

Двухполяризационная фазоуправляемая антенная решетка вытекающей волны имеет более одного режима формирования луча: режим антенной решетки, режим бегущей волны, смешанный режим (фазоуправляемые антенны, работающие в более чем в одном режиме, не известны).

Реализация антенной решетки, соединенной с диэлектрической и/или металлической структурой мобильного устройства.

Предложенная фазированная антенная решетка обладает адаптируемой поляризацией, работает на частотах миллиметрового диапазона и обеспечивает формирование луча с вертикальной и горизонтальной поляризациями в мобильных устройствах.

Элементы антенной решетки сдвоенного типа построены на основе апертурного излучения и излучения бегущей волны. Каждый антенный элемент имеет структуру излучения бегущей волны, образованную как часть структуры апертурного излучения.

Независимое формирование различных типов излучения (бегущей волны и апертурного) в одном и том же антенном элементе обеспечивает управление формированием луча с двухполяризационным излучением. Каждая из двух поляризаций формируется соответствующим типом излучения. В примерe варианта исполнения изобретения вертикально поляризованное излучение формируется структурой апертурного излучения, а горизонтально поляризованное излучение - излучением типа бегущей волны.

Изобретение позволяет решить следующие задачи для мобильного устройства с модулем связи миллиметрового диапазона:

- Фазоуправляемое всенаправленное двухполяризационное формирование луча.

- Минимальное пространство, занимаемое элементами антенной решетки с адаптируемой поляризацией.

- Антенная решетка миллиметрового диапазона имеет простую конструкцию и встраивается в проводящие поверхности, что потенциально полезно для конформной интеграции с мобильным устройством.

- Антенна миллиметрового диапазона может быть интегрирована в мобильный телефон с металлической рамкой благодаря предложенной конструкции.

- Механическая изоляция антенн от факторов внешней среды и механических воздействий, так как антенна скрыта в металлической рамке корпуса мобильного устройства.

- Антенна миллиметрового диапазона отвечает требованиям по допускам и устойчивости к нагрузкам.

- Высокая изоляция линий питания антенны при ортогональных поляризациях.

Техническим результатом настоящего изобретения является формирование луча с адаптацией поляризации для устойчивой связи при любом направлении и ориентации устройства с антенным модулем, спрятанным в корпусе устройства.

Предложенный антенный модуль предназначен для всех типов устройств связи. Предложены примеры вариантов для мобильных устройств и их можно расширить на любое другое устройство, не выходя за рамки идеи и сущности настоящего изобретения.

Предложенная интеграция фазированной антенной решетки в мобильное устройство основана на излучающем резонаторе, соединенном с фазоуправляемой решеткой антенных элементов. Резонатор образует структуры вытекающей волны внутри рамки мобильного устройства. Эта конфигурация образует апертуру излучения быстрой волны на поверхности мобильного устройства. Фазоуправляемая решетка позволяет формировать диаграмму направленности с адаптируемой поляризацией с полусферическим покрытием. Разброс частот уменьшается благодаря использованию квази-однородных структур вытекающей волны с квази-поперечными электромагнитными модами (TEM), или поперечными электрическими модами (TE), или поперечными магнитными модами (ТМ), далекими от критической частоты. Разработана исчерпывающая параметрическая модель, основанная на теории антенн вытекающей волны, для объяснения работы предложенной антенны и определения основных принципов ее конструирования.

Предпочтительный вариант антенной решетки сдвоенного типа внутри металлической рамки мобильного устройства содержит множество антенн бегущей волны, выполненных как часть структуры волновода: в резонатор на внешней стороне металлической рамки вставлен диэлектрик. Одна сторона заполненного диэлектриком волновода открыта в свободное пространство.

Структуры металлической рамки освещаются с задней плоской стороны, тем самым отделяя антенные элементы от излучающей апертуры. При этом смещение антенных элементов относительно структур металлической рамки не ухудшает параметры антенны. Эта технология обеспечивает заявленный технический результат.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1A иллюстрирует пример структуры антенного элемента сдвоенного типа.

Фиг. 1B иллюстрирует поперечное сечение структуры антенного элемента сдвоенного типа.

Фиг. 2A иллюстрирует пример варианта исполнения двухполяризационной антенной решетки для формирования луча с разнесением по поляризации.

Фиг. 2B иллюстрирует пример варианта исполнения двухполяризационной антенной решетки для формирования луча с разнесением по поляризации, вариант проводящих стенок с использованием сквозного соединения в PCB.

Фиг. 2C иллюстрирует пример вариантов исполнения монолитно-интегрированной двухполяризационной антенны.

Фиг. 3 иллюстрирует монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона.

Фиг. 4 иллюстрирует взаимосвязь линий питания внутри многоярусной структуры антенного модуля.

Фиг. 5 иллюстрирует возбуждающие линии питания антенных элементов сдвоенного типа в двух различных режимах поляризации.

Фиг. 6A иллюстрирует пример компоновки модуля антенной решетки, верхний слой.

Фиг. 6B иллюстрирует пример компоновки модуля антенной решетки, нижний слой.

Фиг. 6C иллюстрирует пример расположения RFIC на модуле антенной решетки.

Фиг. 7A-7B иллюстрируют пример компоновки линий питания антенной решетки.

Фиг. 8A иллюстрирует изоляцию между смежными структурами излучения бегущей волны.

Фиг. 8B иллюстрирует согласование импедансов для антенного элемента сдвоенного типа.

Фиг. 9 иллюстрирует геометрическую форму и расположение двухполяризационной антенной решетки внутри мобильного устройства.

Фиг. 10A иллюстрирует интеграцию двухполяризационной конформной антенной решетки с металлической рамкой мобильного устройства.

Фиг. 10B иллюстрирует установку двухполяризационной конформной антенной решетки в углу мобильного устройства.

Фиг. 10C иллюстрирует установку двухполяризационной конформной антенной решетки в углу мобильного устройства с пластиковым корпусом.

Фиг. 11A иллюстрирует структуру двухполяризационной антенны вытекающей волны.

Фиг. 11B иллюстрирует конфигурацию частично отражающей поверхности.

Фиг. 12A иллюстрирует распределение поля двухполяризационной антенны вытекающей волны, режим вертикальной поляризации.

Фиг. 12B иллюстрирует распределение поля двухполяризационной антенны вытекающей волны, режим горизонтальной поляризации.

Фиг. 13 иллюстрирует диаграммы излучения двухполяризационной антенны вытекающей волны.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Структура антенных элементов сдвоенного типа основана на апертурном излучении и излучении бегущей волны. Каждый антенный элемент имеет структуру излучения бегущей волны, образованную как часть структуры апертурного излучения. Фиг. 1A иллюстрирует пример структуры антенного элемента 100 сдвоенного типа, в основе которой лежит прямоугольный волновод, имеющий щелевые линии с экспоненциальным профилем на широких стенках. Вертикально поляризованное излучение формируется структурой 106 апертурного излучения. В некоторых вариантах структура 106 апертурного излучения построена на основе прямоугольного волновода, поддерживающего тип волны TE10. Вертикально поляризованные волны излучаются апертурой прямоугольного волновода, согласованного со свободным пространством посредством металлодиэлектрического элемента 108 для преобразования импеданса.

Горизонтально поляризованная волна излучается структурой 101 излучения бегущей волны. В некоторых вариантах структура 101 излучения бегущей волны построена на основе симметричных неизлучающих щелевых линий, выполненных на широких сторонах волновода. Питающая полосковая линия проложена от узкой стенки к прямоугольному волноводу для питания щелевой линии.

В примере варианта исполнения свойства широкополосного согласования импеданса достигаются следующими средствами:

- Профиль щели переменной ширины для преобразования импеданса горизонтально поляризованной волны.

- Металлодиэлектрический элемент, выполненный для преобразования импеданса вертикально поляризованной волны.

- Пассивные согласующие элементы, размещенные на конце антенного элемента 100 сдвоенного типа.

В примере варианта исполнения, развязка структуры 106 апертурного излучения и структуры 101 излучения бегущей волны осуществляется следующими средствами:

- Волна типа TE10 не связана с полосковой линией, так как полосковая линия находится на линии геометрической симметрии и перпендикулярна электрическому полю волны типа TE10.

- Структура 101 излучения бегущей волны выполнена в виде симметричных неизлучающих щелевых линий в центре широких сторон волновода.

В некоторых вариантах антенный элемент 100 сдвоенного типа выполнен на печатной плате (PCB), в других вариантах - на монолитно-интегрированных подложках, и еще в других вариантах - с применением формованного пластика с вытравленными на нем проводящими элементами.

Фиг. 1B иллюстрирует поперечное сечение структуры антенного элемента 100 сдвоенного типа по фиг. 1A, где распределенные векторы 111 электрического поля находятся между полосковой линией 105 щелевого ответвителя и металлическими элементами структуры 106 апертурного излучения. Электромагнитные волны режима горизонтальной поляризации излучаются щелевой линией. Полосковая линия 105 щелевого ответвителя наводит токи на щелевой линии структуры 101 излучения бегущей волны. Электромагнитные волны 113 и 114 режима вертикальной поляризации формируются портом прямоугольного волновода. Электромагнитные волны 113 и 114, распространяющиеся через щелевую структуру, являются волнами типа квази-TE10.

СТРУКТУРА ДВУХПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛУЧА С РАЗНЕСЕНИЕМ ПО ПОЛЯРИЗАЦИИ

Концептуальная структура антенного элемента, показанная на фиг. 1, преобразована в практическую структуру, оптимизированную для ее изготовления. В предпочтительном варианте антенная решетка изготовлена в виде монолитно-интегрированного антенного модуля миллиметрового диапазона. Далее будут описаны различные варианты выполнения практических структур антенны.

На фиг. 2 показан пример варианта антенных элементов 100 сдвоенного типа в решетке. Структура 101 излучения бегущей волны образована щелевой антенной 201 с переменной шириной щели. Горизонтально поляризованные волны излучаются щелевой антенной 201 с переменной шириной щели, питающейся от полосковой линии 105 щелевого ответвителя.

Пример варианта монолитно-интегрированного антенного модуля миллиметрового диапазона изготавливается с применением PCB, LTCC (низкотемпературной совместно обжигаемой керамики) или других технологий изготовления монолитных многослойных структур с применением любых диэлектрических материалов. Для ясности, далее будет описан пример антенного модуля, выполненного в PCB 110. Подобные структуры равно применимы для всех других вариантов без отступления за рамки настоящего изобретения.

Вертикально поляризованные волны излучаются структурой 106 апертурного излучения, образованной рупорной антенной 202. Рупорная антенна 202 сформирована из двух проводящих слоев и двух стенок щелевой антенны 201 с переменной шириной щели. Элементы вспомогательной антенны 102 расположены в рупорной антенне 202 на PCB. Каждая вспомогательная антенна 102 в рупорной антенне 202 образует структуру 106 апертурного излучения. Эти элементы запитываются полосковыми линиями 104, выполненными в PCB 110.

Фиг. 2A иллюстрирует антенный элемент 100 сдвоенного типа, включающий в себя структуру 101 излучения бегущей волны и вертикально поляризованные элементы вспомогательной антенны 102, которая питает полосковую линию 104 для вертикально поляризованных элементов вспомогательной антенны 102 и питает полосковую линию 105 щелевого ответвителя для горизонтально поляризованных антенных элементов. Для обеспечения изоляции между щелевой антенной 201 с переменной шириной щели и вертикально поляризованными элементами вспомогательной антенны 102 используется дроссель 103. Горизонтально поляризованные волны излучаются элементами щелевой антенны 201 с переменной шириной щели. Эти элементы щелевой антенны 201 с переменной шириной щели запитываются полосковой линией 105 щелевого ответвителя, выполненной в PCB 110.

Другой пример варианта элемента двухполяризационной конформной антенной решетки показан на фиг. 2B, фиг. 2C. Горизонтально поляризованное излучение может формироваться щелевой антенной 201 с переменной шириной щели со следующими изменениями, которые обеспечивают низкие потери на отражение в широкой полосе частот.

В некоторых вариантах полосковая линия 105 щелевого ответвителя закорочена на боковой поверхности щелевой антенны 201 с переменной шириной щели. В других вариантах полосковая линия 105 щелевого ответвителя незамкнута; к концу полосковой линии присоединен трансформатор согласования импеданса.

В некоторых вариантах согласующий шлейф образует структуру 107 согласования волнового импеданса для горизонтальной поляризации. Она согласует щелевую антенну 201 с переменной шириной щели со свободным пространством в широкой полосе частот. Вертикальные металлические стенки щелевой антенны 201 с переменной шириной щели в PCB 110 выполнены из проводящих столбиков 109, расположенных, как показано на фиг. 2C.

В некоторых вариантах развязка смежных антенных элементов 100 сдвоенного типа в решетке достигается с помощью дросселей 103 с высоким импедансом. Длина дросселя 103 составляет 0,18λ, а ширина - 0,024λ. Дроссели 103 расположены симметрично с соответствующими элементами вспомогательной антенны 102.

МОНОЛИТНО-ИНТЕГРИРОВАННЫЙ АНТЕННЫЙ МОДУЛЬ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Пример варианта фазоуправляемой решетки антенных элементов 100 сдвоенного типа для интеграции в мобильные устройства будет основан на монолитно-интегрированном антенном модуле 300 миллиметрового диапазона. Он содержит двухполяризационную антенную решетку, линии питания вертикально поляризованных антенных элементов 401, линии питания горизонтально поляризованных антенных элементов 402 и линии питания для силовых и линий 406 связи RFIC 310.

Фиг. 3 иллюстрирует многоярусную структуру монолитно-интегрированного антенного модуля 300 миллиметрового диапазона, содержащую:

- Проводящие слои для широкой стороны антенной решетки, (L1-L5),

- Проводящие слои для линий питания горизонтально поляризованной антенны осевого излучения, (L5-L9),

- Проводящие слои для линий питания вертикально поляризованной антенны осевого излучения, (L9-L13),

- Проводящие слои для линий подачи питания и передачи данных RFIC, (L13-L17).

Линии питания горизонтально и вертикально поляризованной антенны выполнены в виде полосковых линий. Проводящие дорожки и заземляющие плоскости разделены диэлектриком 407 указанного модуля. Ширина дорожек и высота подложки сконфигурированы посредством укладки пар слоев с обеспечением минимальных потерь на линиях питания.

Предложенная двухполяризационная решетка имеет антенные элементы, расположенные с высокой плотностью, что достигается структурами элементов сдвоенного типа (Фиг. 1) и многоярусной топологией линий питания.

Фиг. 4 иллюстрирует многоярусную структуру 400 модуля, которая используется для антенных элементов 100 сдвоенного типа. Линии питания вертикально поляризованных антенных элементов 401 расположены на слое L11 модуля 300 (см. фиг. 3), линии питания горизонтально поляризованных антенных элементов 402 - на слое L7. Линии питания от контактного слоя 404 RFIC 310 проходят к сигнальным слоям с использованием сквозного соединения 405. Сигнальные слои образуют полосковую линию 105 щелевого ответвителя структуры 101 излучения бегущей волны и полосковые линии 104 вспомогательной антенны 102 в рупорной антенне 202. Взаимная изоляция соседних сигнальных слоев обеспечивается слоями земли 403.

Возбуждение антенных элементов сдвоенного типа в двух различных режимах поляризации обеспечивается линиями питания вертикально поляризованных антенных элементов 401 и линиями питания горизонтально поляризованных антенных элементов 402 (Фиг. 5). Некоторые линии питания для горизонтально поляризованных антенных элементов 402 расположены в слое L11 модуля 300 и проходят в слои L7-L11 антенного элемента через сквозное соединение 408.

Фиг. 6A, 6B и 6С иллюстрируют примерную компоновку модуля антенной решетки, включая RFIC 310. Полосковые линии 104 питания и полосковые линии 105 щелевого ответвителя проложены от выходов 304 RFIC 310 к щелевой антенне 201 с переменной шириной щели и элементам рупорной антенны 202 (Фиг. 7). Все эти элементы выполнены внутри монолитно-интегрированного антенного модуля 300 миллиметрового диапазона.

В примере варианта модуль 300 изготовлен по технологии LTCC, PCB или других технологий изготовления многослойных монолитных структур на основе проводящих и диэлектрических материалов. Модуль 300 расположен в углу телефона 303. Модуль 300 имеет щелевые структуры 306, которые образуют структуру 101 излучения бегущей волны. В примере варианта исполнения площадь, занимаемая RFIC 310 и антенной решеткой, составляет 2,4λ×3λ.

RFIC 310 расположена на минимальном расстоянии от щелевой антенны 201 с переменной шириной щели и вспомогательной антенны 102 (Фиг. 6C), чтобы минимизировать потери линий питания в полосковой линии 105 щелевого ответвителя и полосковой линии 104, которые проложены от RFIC 310 к щелевой антенне 201 с переменной шириной щели и вспомогательной антенне 102 (Фиг. 7A-7B).

Предложенная структура обеспечивает максимальную суммарную мощность излучения за счет минимизации потерь в линиях питания и соединениях. Все части монолитно-интегрированного антенного модуля миллиметрового диапазона изготовлены в рамках обычной технологической последовательности изготовления монолитного модуля. Следовательно, максимизируются технологические допуски и выход продукции.

На фиг. 8A показана развязка между соседними структурами 101 излучения бегущей волны. Связь между смежными одно- поляризованными элементами 801 проиллюстрирована для структур 101 излучения бегущей волны, которые излучают горизонтально поляризованную волну. Связь между смежными кросс-поляризованными элементами 802 проиллюстрирована для структуры 106 излучения апертурного излучения, которая излучает вертикально поляризованные волны, и смежных структур 101 излучения бегущей волны. На фиг. 8B показаны согласование импеданса для горизонтальной поляризации 803 и согласование импеданса для вертикальной поляризации 804 для структуры 101 излучения бегущей волны и структуры 106 апертурного излучения, соответственно.

Согласно представленным результатам, кросс-поляризационная связь в антенне пренебрежимо мала и не влияет на формирование луча антенной решеткой. Согласование импеданса обеспечивает максимальную передачу мощности и минимальные паразитные отражения сигнала.

ИНТЕГРАЦИЯ СТРУКТУР АНТЕННЫ ВЫТЕКАЮЩЕЙ ВОЛНЫ С МОБИЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ

Фиг. 9 иллюстрирует компоновку мобильного устройства 800 с модулем связи миллиметрового диапазона и решеткой антенных элементов 100 сдвоенного типа. Металлическая рамка 509 держит основную PCB 110, экран 1001 и заднюю крышку 1003. В предпочтительном варианте антенные элементы 100 сдвоенного типа выполнены на основной PCB 110 мобильного устройства 800. В другом варианте решетка антенных элементов 100 сдвоенного типа выполнена как отдельный модуль, установленный внутри мобильного устройства 800. Решетка антенных элементов 100 сдвоенного типа интегрирована с резонатором 1002 мобильного устройства 800. Частично отражающая поверхность 505 защищает антенную решетку от окружающей среды, которая может содержать пыль и воду. Решетка антенных элементов 100 сдвоенного типа, интегрированная с резонатором 1002, который соединен со структурой 500 вытекающей волны через порт 501, образует антенную решетку вытекающей волны. Эта антенная решетка работает в трех режимах формирования луча: режиме апертурного излучения антенной решетки, режиме излучения бегущей волны и смешанном режиме излучения.

Следует отметить, что в данном контексте мобильное устройство может также взаимозаменяемо именоваться как аппарат, например, аппарат для беспроводной связи.

В одном варианте аппарат для беспроводной связи содержит монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона и корпус, включающий в себя: проводящие структуры с по меньшей мере одной апертурой для согласования антенного модуля с открытым пространством. Монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона содержит множество антенных элементов сдвоенного типа, радиочастотную интегральную схему (RFIC) и цепь питания. Каждый из упомянутых антенных элементов представляет собой антенный элемент сдвоенного типа, предназначенный для возбуждения двух режимов ортогональной поляризации. Цепь питания выполнена с возможностью соединения портов упомянутой RFIC с каждым из антенных элементов сдвоенного типа для возбуждения двух различных режимов поляризации и формирования луча. Антенный модуль миллиметрового диапазона изолирован от свободного пространства корпусом, и электромагнитное поле излучается в свободное пространство через проводящие структуры корпуса. Корпус аппарата может содержать каркас для установки антенного модуля миллиметрового диапазона. Корпус может содержать металлическую рамку, и антенные элементы могут быть соединены со свободным пространством через структуру бегущей волны металлической рамки. Антенные элементы могут быть выполнены в виде резонаторов излучающего планарного волновода, и металлическая рамка может соединять резонаторы планарного волновода со свободным пространством. В резонатор на внешней стороне металлической рамки может быть вставлен пластик.

Фиг. 10A и 10B иллюстрируют расположение решетки антенных элементов 100 сдвоенного типа и структуры 500 вытекающей волны в углу мобильного устройства 800 в металлической рамке 509. Расстояние между PCB 110 и металлической рамкой 509 согласовано с механическими требованиями по устойчивости к нагрузкам. Конформная решетка антенных элементов 100 сдвоенного типа позволяет увеличить диапазон угла сканирования.

Фиг. 10C иллюстрирует антенную решетку без металлической рамки или пластикового корпуса. Она содержит заполненный диэлектриком волновод 901 и двухполяризационные порты 902 питания. Поляризатор 906 на фиг. 10C соединен с двухполяризационными портами 902 питания. Двухполяризационные порты 902 питания основаны на монолитно-интегрированной технологии. Поляризатор 906 основан на поляризационном фильтре 904. Вертикально поляризованная электромагнитная волна в поляризаторе 906 возбуждается волновым портом 905. Горизонтально поляризованная электромагнитная волна в поляризаторе 906 возбуждается волновым портом 903.

СТРУКТУРЫ ВЫТЕКАЮЩЕЙ ВОЛНЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РАМКЕ

Фиг. 11A иллюстрирует предпочтительный вариант двухполяризационной структуры 500 вытекающей волны. Эта структура размещена в металлической рамке 509, которая содержит волновод 502 вытекающей волны и частично отражающую поверхность 505. Частично отражающая поверхность 505 образована диэлектрическим покрытием 508 с проводящими структурами 504. Пример варианта проводящей структуры 504 основан на формованных металлических полосках. Другие варианты могут включать в себя металлизированные рисунки, нанесенные методом лазерного гравирования, напыления металла или соответствующими технологиями.

Волновод 502 вытекающей волны размером 0,64λ×0,8λ×5λ имеет одну открытую стенку, покрытую частично отражающей поверхностью 505. На фиг. 11B показана конфигурация частично отражающей поверхности 505. Она содержит два слоя проводящих структур 504 (которые являются металлическими полосками) с шагами 0,34λ и 0,27λ. Проводящие структуры 504 имеют конфигурацию 0,02λ×0,8λ. Толщина частично отражающей поверхности 505 составляет 0,1λ, как показано на фиг. 11B.

Такой волновод обеспечивает распространение электромагнитных волн 503 двух типов: вертикально поляризованной волны 506 и горизонтально поляризованной волны 507. Они распространяются через волновод 502 вытекающей волны в свободное пространство через частично отражающую поверхность 505. При этом луч формируется в заранее заданном направлении. Особенностью этой конструкции является то, что антенна работает в трех режимах: основном режиме, смешанном режиме и режиме вытекающей волны.

Фиг. 12A и 12B иллюстрируют распределение электромагнитных волн 503, которые распространяются через структуры 500 вытекающей волны. Фиг. 12A изображает работу структуры 500 вытекающей волны, когда проходит вертикально поляризованная волна 506. Фиг. 12B изображает работу структуры 500 вытекающей волны, когда проходит горизонтально поляризованная волна 507.

Фиг. 13 иллюстрирует диаграммы излучения двух типов волны 506, 507. Видно, что вертикально поляризованная волна 506 обеспечивает формирование луча на 105 градусах 701 в азимутальной плоскости относительно линии симметрии. Частотно-зависимое отклонение луча составляет ±5 градусов в рабочей полосе частот. Горизонтально поляризованная волна 507 обеспечивает формирование луча на 100 градусах 702 в азимутальной плоскости относительно линии симметрии. Частотно-зависимое отклонение луча такое же, как при вертикально поляризованной волне ±5 градус в рабочей полосе частот. Этот способ позволяет избежать частотно-зависимого отклонения луча на экстремально наклоненных углах луча и снизить потери на сканировании луча.

СЦЕНАРИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Фазированная антенная решетка вытекающей волны предназначена для таких устройств, как мобильный телефон, планшет, носимая электроника, а также стационарных устройств: базовых станций, маршрутизаторов и других видов передатчиков. Эту антенную решетку можно встроить в мобильное устройство для обеспечения мульти-гигабитных услуг связи, таких как телевидение высокой четкости (HDTV) и видео ультравысокой четкости (UHDV), обмен файлами данных, загрузка/скачивание фильмов, облачные сервисы и другие сценарии.

Настоящее изобретение поддерживает такие способы увеличения пропускной способности сети, как одновременная передача (повторное использование пространства), метод множества входов и множества выходов (MIMO) и полнодуплексный метод.

Настоящее изобретение позволяет поддерживать следующие стандарты связи для миллиметрового диапазона: персональные беспроводные сети (WPAN) или локальные беспроводные сети (WLAN), например, ECMA-387, IEEE 802.15.3c и IEEE 802.11ad.

В одном примере варианта воплощения физический уровень и MAC-уровень поддерживают мульти-гигабитные беспроводные приложения, включая мгновенную беспроводную синхронизацию, беспроводное отображение потоков высокой четкости (HD), беспроводные вычисления и доступ в интернет.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Изобретение может применяться в бытовой электронике:

- в мобильных устройствах, поддерживающих стандарты беспроводных локальных сетей WiGig IEEE 802.11ad, WiHD и мобильных сетей 4G и 5G;

- в серийных мобильных устройствах, содержащих металлическую рамку;

- для формирования осевого излучения с углом сканирования до 210 градусов.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения антенны расположены в угловой части мобильного устройства (фиг. 9). В другом варианте антенны расположены на кромке мобильного устройства.

Достижимые угол сканирования и коэффициент усиления антенны равны или лучше, чем у автономного антенного модуля без мобильного устройства. Исключены паразитные эффекты корпуса устройства. Размеры апертурных щелей структур вытекающей волны позволяют получить малогабаритные антенные модули с высоким коэффициентом усиления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bangerter, B., Talwar, S., Arefi, R., & Stewart, K. (2014). Networks and Devices for the 5G Era. Communications Magazine, IEEE, 52(2), 90-96.

2. IEEE 802.11ad-2012 - Telecommunications and information exchange between systems--Local and metropolitan area networks--Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 3: Enhancements for Very High Throughput in the 60 GHz Band.

3. Rappaport, T.S.; Shu Sun; Mayzus, R.; Hang Zhao; Azar, Y.; Wang, K.; Wong, G.N.; Schulz, J.K.; Samimi, M.; Gutierrez, F., "Millimeter Wave Mobile Communications for 5G Cellular: It Will Work!," Access, IEEE, vol.1, no., pp.335,349, 2013.

4. A. A. Oliner and D. R. Jackson, ʹʹLeaky-wave antennas,ʹʹ in Antenna Engineering Handbook, J. L. Volakis, Ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill, 2007.

5. Gomez-Tornero, Jose Luis, et al. "Substrate integrated waveguide leaky-wave antenna with reduced beam squint." Microwave Conference (EuMC), 2013 European. IEEE, 2013.

6. Zhuozhu Chen; Zhongxiang Shen, "Wideband Flush-Mounted Surface Wave Antenna of Very Low Profile," in Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol.63, no.6, pp.2430-2438, June 2015.

1. Монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона, содержащий:

множество антенных элементов,

радиочастотную интегральную схему (RFIC), и

цепь питания;

причем каждый из упомянутых антенных элементов является антенным элементом сдвоенного типа, выполненным с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации; и

цепь питания выполнена с возможностью соединения портов упомянутой RFIC с каждым из антенных элементов сдвоенного типа для возбуждения двух различных режимов поляризации и формирования луча.

2. Антенный модуль по п. 1, в котором каждый антенный элемент сдвоенного типа включает в себя антенну бегущей волны, выполненную как часть антенны апертурного типа.

3. Антенный модуль по п. 1, в котором каждый антенный элемент сдвоенного типа образован апертурой волноводной щелевой антенны с переменной шириной щели на широких сторонах волновода, причем апертура упомянутой волноводной антенны возбуждает поляризованное излучение, а упомянутые щели переменной ширины возбуждают ортогонально поляризованное излучение бегущей волны.

4. Антенный модуль по п. 1, в котором множество антенных элементов сдвоенного типа выполнены с возможностью обеспечения формирования луча с адаптацией поляризации.

5. Антенный модуль по п. 4, в котором упомянутое формирование луча с адаптацией поляризации осуществляется посредством фазоуправляемого питания упомянутых антенных элементов сдвоенного типа.

6. Антенный модуль по п. 1, причем антенный модуль изготовлен по технологии LTCC, PCB или другой технологии изготовления многослойных монолитных структур на основе многослойных проводящих и диэлектрических материалов.

7. Антенный модуль по п. 1, в котором цепь питания имеет многоярусную топологию линий питания для упомянутых антенных элементов.

8. Устройство для беспроводной связи, содержащее:

- монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона; и

- корпус, содержащий: проводящие структуры с по меньшей мере одной апертурой для согласования антенного модуля с внешним пространством;

причем

- монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона содержит:

множество антенных элементов сдвоенного типа;

радиочастотную интегральную схему (RFIC); и

цепь питания;

- каждый из упомянутых антенных элементов является антенным элементом сдвоенного типа, выполненным с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации;

- цепь питания выполнена с возможностью соединения портов упомянутой RFIC с каждым из антенных элементов сдвоенного типа для возбуждения двух различных режимов поляризации и формирования луча;

- антенный модуль миллиметрового диапазона изолирован от свободного пространства корпусом, электромагнитное поле излучается в свободное пространство через проводящие структуры корпуса.

9. Устройство по п. 8, в котором корпус дополнительно содержит каркас для установки антенного модуля миллиметрового диапазона.

10. Устройство по п. 8, в котором антенный модуль конформно интегрирован с устройством.

11. Устройство по п. 8, в котором корпус дополнительно содержит металлическую рамку и антенные элементы соединены со свободным пространством через структуру бегущей волны металлической рамки.

12. Устройство по п. 8, в котором антенный модуль работает в более чем одном режиме формирования луча.

13. Устройство по п. 12, в котором антенный модуль имеет следующие режимы формирования луча: режим антенной решетки, режим бегущей волны, смешанный режим.

14. Устройство по п. 8, в котором антенные элементы выполнены в виде излучающих планарных волноводных резонаторов, корпус дополнительно содержит металлическую рамку и металлическая рамка соединяет планарные волноводные резонаторы со свободным пространством.

15. Устройство по п. 8, в котором антенные элементы выполнены в виде излучающих планарных волноводных резонаторов, корпус дополнительно содержит металлическую рамку и в резонатор на внешней стороне металлической рамки вставлен пластик.

16. Устройство по п. 15, в котором одна сторона заполненного пластиком волновода открыта в свободное пространство.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоприемной технике и может быть использовано в авиационных системах радиосвязи МВ-ДМВ диапазона. Способ предлагает одновременное выполнение следующих операций: оценку вектора текущих значений параметров сигнала методом нелинейной фильтрации с использованием оценки вектора амплитудно-фазового распределения сигнала на элементах антенной системы ; оценку вектора амплитудно-фазового распределения сигнала с использованием алгоритма линейной фильтрации и с использованием оценки вектора текущих значений параметров сигнала , а также параметров алгоритма линейной фильтрации AH и RH, полученных в результате адаптации; адаптацию априорно неизвестных параметров алгоритма линейной фильтрации AH и RH вектора амплитудно-фазового распределения сигнала методом максимального правдоподобия с использованием оценки вектора текущих значений параметров сигнала , а также оценки вектора амплитудно-фазового распределения сигнала .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве наземной передающей и/или приемной антенны с эллиптической (круговой) поляризацией. Антенна содержит четыре одинаковых симметричных вибратора, установленные на опоре-мачте и наклоненные на одинаковый угол по отношению к плоскости.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам формирования диаграммы направленности цифровыми антенными решетками при обзоре пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС).

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем во вторичной радиолокации. Антенная система вторичного радиолокатора состоит из основной антенны канала запроса, антенны канала подавления боковых лепестков, установленной вне основной антенны канала запроса.

Изобретение относится к технике измерений ФАР с большим числом N элементов и может применяться для их диагностики при частичном или полном отказе устройства управления фазой части излучателей тестируемой ФАР в процессе разработки, изготовления, настройки и эксплуатации ФАР.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке устройств для излучения радиоволн преимущественно дециметрового и более длинноволнового диапазона электромагнитных волн.

Изобретение относится к антенной технике. Устройство для беспроводной связи, содержащее: антенный модуль миллиметрового диапазона, содержащий по меньшей мере два антенных элемента, корпус, включающий в себя проводящие структуры с апертурой для согласования антенного модуля с внешним пространством.

Изобретение относится к радиоэлектронной аппаратуре и может применяться в антенной технике в качестве полотна антенного фазированной антенной решетки (ФАР). Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции, точность позиционирования и надежность крепления большого количества элементов ФАР.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в составе радиолокационных станций. Способ формирования круговой зоны электронного сканирования цилиндрической фазированной антенной решетки, основан на размещении на ее поверхности излучателей, объединенных по образующей цилиндра в эквидистантно расположенные линейки излучателей, формирующие одинаковые диаграммы направленности, определении размеров углового сектора расположения линеек излучателей, излучении плоского поля путем электронного управления фазовым сдвигом сигналов, проходящих через излучатели.

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной антенной решетки наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии является то, что 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.

Изобретение относится к антенной технике и, в частности, к конструированию цифровых кольцевых антенных решеток (ЦКАР). Цифровая кольцевая антенная решетка содержит печатные антенные излучатели, полосковые и микрополосковые линии передачи, линии питания и управления, антенна выполнена в виде круглой формы, где установлены печатные антенные излучатели, основание выполнено в виде составного металлического многогранника, аппроксимирующего тороид, на лицевой стороне основания расположены печатные излучатели антенные (тип антенны - Вивальди), соединенные высокочастотными разъемами с цифровыми приемопередающими модулями, расположенными на противоположной стороне основания, модули системы питания, модули функционального управления и обработки информации, модуль синтезатора сигналов и разветвителя частоты, которые установлены на составное металлическое основание через теплопроводящую прокладку и прижимаемые резьбовыми фиксаторами. Технический результат заключается в повышении точности определения координат и повышении быстродействия за счет цифровой обработки и синтеза сигналов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах связи при передаче широкополосных сигналов в условиях ведения радиоразведки, а также для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и электромагнитной экологии. В передающую адаптивную антенную решетку, содержащую N антенных элементов, N блоков комплексного взвешивания сигналов, адаптивный процессор, выполненный из совокупности К блоков формирования весовых коэффициентов, дополнительно введены система усилителей, N цифро-аналоговых преобразователей, система распределения мощности, источник питания, возбудитель, модулятор, в адаптивный процессор дополнительно введен блок аппроксимации вектора весовых коэффициентов, а в каждый из К блоков формирования вектора весовых коэффициентов дополнительно введены блок формирования управляющего вектора и блок формирования помехового вектора. Технический результат заключается в возможности обеспечения передачи широкополосных сигналов в необходимых направлениях в условиях обеспечения радиоскрытности, электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и электромагнитной экологии. 7 ил.

Изобретение относится к устройству для мультистатических измерений сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов с антенным устройством, которое содержит несколько антенных кластеров, и к способу выполнения устройства. Способ конфигурации мультистатического измерительного устройства с антенным устройством (100), которое образуется из нескольких антенных кластеров (101), где каждый антенный кластер (101) содержит несколько передающих антенн (11) и несколько приемных антенн (12). Конфигурационная группа (102, 108, 109, 110, 111, 112) конфигурируется посредством размещения подгруппы антенных кластеров (101) антенного устройства (100) в конфигурационной группе (102, 108, 109, 110, 111, 112). Подгруппа антенных кластеров (101) данной конфигурационной группы (102, 108, 109, 110, 111, 112) конфигурируется в качестве приемного кластера, в котором активируются исключительно приемные антенны (12) антенного кластера (101). Подгруппа антенных кластеров (101) конфигурационной группы (102, 108, 109, 110, 111, 112) конфигурируется в качестве передающих кластеров (105) посредством активации передающих антенн (11). СВЧ-сигналы, излучаемые всеми передающими антеннами (11) всех передающих кластеров (105) конфигурационной группы (102, 108, 109, 110, 111, 112) и отражаемые от объекта, измеряются в каждой приемной антенне (12) приемных кластеров (104) конфигурационной группы (102, 108, 109, 110, 111, 112). Технический результат заключается в возможности получать изображение с относительно низкими требованиями к вычислительным ресурсам. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в радиолокации, а также в системах радиоэлектронного подавления. Устройство содержит систему формирования когерентной сетки частот (1), излучающие элементы (2), управляемые фазовращатели (3), систему управления фазовращателями (4), импульсные модуляторы (5), импульсный генератор (6), управляемые линии задержки (7), систему управления задержкой импульса (8), опорный генератор (9) и синхронизатор систем управления линиями задержки и управляемыми фазовращателями (10). Технический результат изобретения заключается в устранении зависимости периода формируемых импульсов от количества спектральных компонент сигнала для заданной ширины спектра. 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ- и КВЧ-диапазонов. Модуль проходной фазированной антенной решетки (ФАР) содержит основание модуля в виде печатной платы и элементы ФАР, соединенные с основанием модуля. На основании модуля в пространстве между элементами ФАР размещены драйверы системы управления лучом (СУЛ), выполненные в виде интегральных микросхем и электронных компонентов. При этом печатная плата элемента ФАР может содержать вырез между контактными площадками, в котором размещены микросхемы драйверов СУЛ и электронные компоненты. Микросхема драйвера СУЛ обеспечивает управление одним или несколькими фазовращателями элементов ФАР путем подачи на элемент управления каждого фазовращателя двух разнополярных управляющих импульсов напряжения с регулируемыми длительностями и интервалом между ними, а также контроль установленных управляемых фазовых сдвигов и контроль целостности электрических цепей и фазовращателей элементов ФАР. Технический результат состоит в обеспечении возможности управления фазовращателями элементов ФАР непосредственно в модуле проходной ФАР при шаге расположения элементов ФАР, позволяющем обеспечить однолучевое электрическое сканирование с максимальным углом отклонения луча от нормали к раскрыву ФАР не менее 45°. Применение таких модулей при построении ФАР с широкоугольным электрическим сканированием луча позволяет существенно уменьшить габариты антенной системы, включающей ФАР и систему управления лучом, значительно упростить коммутацию цепей управления фазовращателями элементов ФАР за счет исключения длинных проводников, соединяющих фазовращатели с системой управления лучом, и в результате повысить технологичность сборки и надежность антенной системы в целом, а также увеличить коэффициент усиления ФАР за счет снижения погрешности установки требуемых фазовых сдвигов в фазовращателях. Использование модулей проходной ФАР в антенных системах с количеством элементов 10000 и более дает возможность сохранить низкое вносимое элементом ФАР ослабление за счет отсутствия необходимости увеличения его длины при большом количестве элементов в модуле ФАР и, таким образом, сохранить высокий коэффициент усиления ФАР. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться для калибровки приемных активных фазированных антенных решеток (АФАР), применяемых в радиолокационных станциях дальнего обнаружения. На вход каждого приемного модуля подают калибровочный сигнал в виде когерентной последовательности N радиоимпульсов, мощность которых имеет значения одного порядка с мощностью сигналов, поступающих на входы приемных модулей при работе РЛС в штатном режиме. После их усиления, преобразования на промежуточную частоту и аналого-цифрового преобразования с выделением квадратурных составляющих комплексных амплитуд выходных сигналов приемных модулей осуществляют их последовательное N-кратное когерентное суммирование. Формируют комплексные калибровочные коэффициенты путем сравнения комплексной амплитуды накопленного выходного сигнала приемного модуля, принятого за опорный, с комплексными амплитудами накопленных выходных сигналов калибруемых приемных модулей. Выравнивание комплексных коэффициентов передачи приемных модулей для обеспечения равномерного амплитудно-фазового распределения поля на раскрыве АФАР осуществляют путем комплексного умножения комплексных амплитуд выходных сигналов калибруемых приемных модулей на соответствующие комплексные калибровочные коэффициенты. Причем диаграмму направленности АФАР формируют путем весового суммирования комплексной амплитуды выходного сигнала опорного приемного модуля со скорректированными значениями комплексных амплитуд выходных сигналов всех калибруемых приемных модулей. Технический результат заключается в повышении точности калибровки при одновременном упрощении конструкции приемного модуля АФАР. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к антеннам, предназначенным для излучения и приема волн двух ортогональных поляризаций. Результат достигается тем, что в турникетной антенне, содержащей два крестообразно расположенных вибратора, к зазору в средней точке которых присоединены входные коаксиальные кабели, плечи вибраторов выполнены из металлического листа в виде равнобедренных прямоугольных треугольников, расположенных в одной плоскости, с вершинами прямого угла в центре антенны. Дальние от центра антенны края каждого вибратора соединены между собой металлической полосой, расположенной по биссектрисе прямого угла. Ширина металлической полосы и высота ее расположения над вибраторами много меньше длины рабочей волны. Входные кабели проложены от центра антенны по металлическим полосам к одному из плеч каждого вибратора и по нему к зазору между плечами вибратора. Технический результат изобретения состоит в расширении частотного диапазона, упрощении конструкции, уменьшении габаритов, улучшении согласования. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различных устройствах, требующих получения радиоимпульсов с высокой импульсной мощностью, например в системах дальней космической связи и радиолокации. В изобретении используется прототип, включающий в себя сканирующую антенную решетку и фазированную антенную решетку (ФАР) проходного типа. Прототип позволяет формировать и излучать импульсные сигналы, мощность которых в N2 раз превышает мощность, подводимую к одному элементу сканирующей решетки, где N - количество элементов сканирующей антенной решетки. Однако энергопотенциал прототипа ограничен площадью эффективной поверхности раскрыва ФАР проходного типа. С целью увеличения энергопотенциала в прототип введена двухзеркальная антенна, ФАР проходного типа выполняет роль облучателя вспомогательного зеркала этой антенны, при этом передающая апертура этой ФАР сфокусирована на точку, отличающуюся от точки фокуса основного зеркала двухзеркальной антенны. Эффективная поверхность двухзеркальной антенны может на порядки превосходить эффективную поверхность ФАР прототипа, позволяя пропорционально увеличить энергопотенциал устройства. 9 ил.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для калибровки приемно-передающих активных фазированных антенных решеток (ФАР). Способ калибровки активной ФАР, в котором для калибровки приемных каналов приемно-передающих модулей на их входы подают контрольный сигнал, на основе сравнения амплитуд и фаз выходных сигналов приемных каналов калибруемых модулей с амплитудой и фазой выходного сигнала приемного канала опорного приемно-передающего модуля формируют корректирующие сигналы, которые используют для регулировки комплексных коэффициентов передачи приемных каналов калибруемых приемно-передающих модулей. Аналогично осуществляют калибровку и передающих каналов приемно-передающих модулей, причем калибровка передающих каналов модулей производится независимо от калибровки приемных каналов модулей, в качестве опорного выбирается приемно-передающий модуль, расположенный в центре апертуры активной ФАР, а формирование корректирующих сигналов осуществляют с учетом обеспечения требуемого закона амплитудного распределения поля на апертуре приемно-передающей активной ФАР. Техническим результатом является повышение точности калибровки передающих каналов приемно-передающих модулей активной ФАР, расширение области возможных применений способа калибровки и обеспечение требуемого амплитудного распределения на апертуре антенны. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Способ включает вычисление сигнала F0 по формуле: . Дополнительно вычисляют два сигнала F1 и F2 по формулам: , и определяют параметр а: . Выходной сигнал V0 приемной антенной решетки формируют в зависимости от параметра а, в соответствии с выражением: Технический результат заключается в снижении уровня боковых лепестков при сохранении ширины основного лепестка диаграммы направленности приемной антенной решетки. 10 ил.

Изобретение относится к фазированной антенной решетке, более конкретно - к фазированной антенной решетке с адаптируемой поляризацией для мобильного устройства. Монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона содержит множество антенных элементов, радиочастотную интегральную схему и цепь питания. Причем каждый из упомянутых антенных элементов является антенным элементом сдвоенного типа, выполненным с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации. Цепь питания выполнена с возможностью соединения портов упомянутой RFIC с каждым из антенных элементов сдвоенного типа для возбуждения двух различных режимов поляризации и формирования луча. Технический результат заключается в обеспечении высокого коэффициента усиления при небольших размерах и эффективном использовании поверхности мобильного устройства. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Наверх