Антенный блок для телекоммуникационного устройства и телекоммуникационное устройство

Изобретение относится к области связи, более конкретно к устройствам связи, в частности к антенному блоку для телекоммуникационного устройства и телекоммуникационному устройству, которые могут быть использованы в сетях связи 5-го поколения. Антенный блок содержит диэлектрическую подложку, диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке, щелевую антенную решетку, сформированную в металлическом слое, размещенном на диэлектрической подложке или в ней. При этом щелевая антенная решетка выполнена с возможностью формировать бегущую волну, распространяющуюся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию. Щелевая антенная решетка имеет две группы щелевых элементов, каждый щелевой элемент второй группы имеет меньшую длину, чем щелевой элемент первой группы. Щелевые элементы первой и второй группы расположены друг напротив друга, образуя пары щелевых элементов. При этом в паре расстояние от щелевого элемента первой группы до щелевого элемента второй группы выбрано так, чтобы обеспечить сдвиг фазы между излучаемыми ими волнами в 90°. Пары щелевых элементов размещены несоосно так, что четные пары щелевых элементов смещены относительно смежных нечетных пар щелевых элементов. Технический результат заключается в обеспечении формирования направленности излучения антенны, повышении диапазона сканирования, повышении эффективности антенны миллиметрового диапазона, уменьшении потерь сигнала. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области связи, более конкретно к устройствам связи, в частности к антенному блоку для телекоммуникационного устройства и телекоммуникационному устройству, которые могут быть использованы в сетях связи 5-го поколения.

Уровень техники

Сеть связи 5 поколения (5G) представляет собой телекоммуникационный стандарт связи нового поколения. Все современные устройства, которые имеют доступ в Интернет, сейчас используют 3G и 4G (LTE). Стандарт нового поколения должен позволить пользователям тратить как можно меньше времени на то, чтобы получать данные из сети Интернет. Стандарт пятого поколения работает на миллиметровых волнах, хотя дальность связи при этом уменьшается. Известно решение US8760352 B2 (опубл. 2005-10-04), в котором описывается мобильное устройство и его антенная решетка. В решении согласно US8760352B2 описывается низкопрофильная антенна, содержащая чередующиеся элементы TX/RX антенны, которые обеспечивают охват в продольном (в плоскости телефона) и поперечном (перпендикулярно плоскости телефона) направлении.

Однако данное решение не может быть реализовано в мобильном устройстве с металлическим корпусом, так как электромагнитное излучение искажается металлическим корпусом.

Известно решение согласно US3225351 (опубл. 1965-12-21), в котором описывается полосковая антенна с вертикальной поляризацией для системы управления полетом по глиссаде. В этом решении описывается антенная решетка бегущей волны для направления самолета на взлетно-посадочную полосу.

Однако данное решение, хотя и использует аналогичный принцип, не может быть перенесено в область технологии мобильной связи, так как в нем не реализована возможность сканирования пространства, оно не может быть перенесено с возможностью функционирования в мобильное устройство с металлическим корпусом. Кроме того, размеры антенны в данном решении составляют 2-3 длины волны, что больше, чем в разработанном решении.

Известна статья авторов Masataka Ohira, Amane Miura и Masazumi Ueba, опубликованная в марте 2007 в журнале «Международный журнал инфракрасных и миллиметровых волн» (International Journal of Infrared and Millimeter Waves), в которой раскрывается волноводная полость, встроенная в подложку, подавляющая обратное излучение и обеспечивающая очень низкий профиль этой антенны (всего около 4% от рабочей длины волны). Для улучшения согласования сопротивления используется ряд средств, таких как щелевой резонатор с полукруглым концом, четвертьволновый микрополосковый резонатор. Полученные результаты показывают, что эта антенна имеет широкую рабочую полосу частот в 54,3-67 ГГц, узкую диаграмму направленности и малый уровень кросс-поляризации.

Однако в этом решении нет возможности электронного сканирования, антенна имеет большие размеры, малое усиление в продольном направлении и большие потери в диэлектрическом материале.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретения раскрыт антенный блок для телекоммуникационного устройства, выполненного с возможностью беспроводной связи, содержащий:

- диэлектрическую подложку,

- диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке,

- щелевую антенную решетку, сформированную в металлическом слое, размещенном на диэлектрической подложке или в ней, при этом щелевая антенная решетка выполнена с возможностью формировать бегущую волну, распространяющуюся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию,

причем щелевая антенная решетка имеет по меньшей мере две группы щелевых элементов, каждый щелевой элемент второй группы имеет меньшую длину, чем щелевой элемент первой группы, щелевые элементы первой и второй группы расположены друг напротив друга, образуя пары щелевых элементов, при этом в паре расстояние от щелевого элемента первой группы до щелевого элемента второй группы выбрано так, чтобы обеспечить сдвиг фазы между излучаемыми ими волнами в 90°, причем пары щелевых элементов размещены несоосно так, что четные пары щелевых элементов смещены относительно смежных нечетных пар щелевых элементов.

В дополнительных аспектах раскрыто, что антенный блок дополнительно включает в себя металлическую рамку телекоммуникационного устройства, выполненную с возможностью осуществлять дополнительное согласование волн, распространяющихся в диэлектрическом покрытии, с окружающим пространством. Длина щелевых элементов первой и/или второй групп выбрана в диапазоне от половины длины бегущей волны до длины бегущей волны, при этом четные пары щелевых элементов смещены относительно нечетных пар щелевых элементов на величину, равную одной десятой длины волны. Антенный блок может дополнительно включать в себя по меньшей мере одну группу пассивных отражающих щелевых элементов, выполненных с возможностью отражения обратного излучения и/или отражающий обратное излучение металлический экран.

В другом аспекте изобретения раскрыто телекоммуникационное устройство, выполненное с возможностью беспроводной связи, содержащее:

- корпус устройства,

- диэлектрическую подложку, содержащую функциональные блоки для осуществления связи, закрепленную в корпусе устройства,

- диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке,

- щелевую антенную решетку, сформированную в металлическом слое, размещенном на диэлектрической подложке или в ней, при этом щелевая антенная решетка выполнена с возможностью формировать бегущую волну, распространяющуюся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию,

причем щелевая антенная решетка имеет по меньшей мере две группы щелевых элементов, каждый щелевой элемент второй группы имеет меньшую длину, чем щелевой элемент первой группы, щелевые элементы первой и второй группы расположены друг напротив друга, образуя пару щелевых элементов, при этом в паре расстояние от щелевого элемента первой группы до щелевого элемента второй группы выбрано так, чтобы обеспечить сдвиг фазы между излучаемыми ими волнами в 90°, причем пары щелевых элементов размещены несоосно так, что четные пары щелевых элементов смещены относительно смежных нечетных пар щелевых элементов.

В дополнительных аспектах раскрыто, что диэлектрическая подложка является печатной платой, содержащей функциональные блоки для осуществления связи, и щелевая антенная решетка выполнена на печатной плате или в ней. Корпус устройства дополнительно может содержать металлическую рамку, выполненную с возможностью осуществлять дополнительное согласование волн, распространяющихся в диэлектрическом покрытии, с окружающим пространством.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря предложенной конфигурации и размещению элементов щелевой антенной решетки в телекоммуникационном устройстве с диэлектрическим покрытием дисплея обеспечивается эффективное излучение в продольном направлении корпуса телекоммуникационного устройства. В предложенной конфигурации элементов щелевой антенной решетки формируются бегущие волны, которые распространяются по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию, огибают металлическую рамку корпуса телекоммуникационного устройства и излучаются вдоль плоскости дисплея телекоммуникационного устройства (в продольном направлении, см. фиг.1).

Решаемой задачей является улучшение направленных свойств антенны.

Технический результат, достигаемый заявленным решением, заключается в обеспечении направленности излучения антенны, увеличении диапазона сканирования, повышении излучения антенны миллиметрового диапазона в заданном направлении, уменьшении потерь сигнала, легкости использования в телекоммуникационных устройствах с металлической рамкой корпуса и, как итог, улучшении связи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает направления излучения от антенны телекоммуникационного устройства связи.

Фиг.2 показывает массив щелевых излучателей антенной решетки на виде сверху телекоммуникационного устройства.

Фиг.3 показывает боковой вид телекоммуникационного устройства c антенной решеткой.

Фиг.4 показывает реализацию пассивных отражающих щелей в телекоммуникационном устройстве.

Фиг.5 показывает реализацию щелевой антенной решетки и пассивных отражающих щелей в сочетании с металлическим отражающим экраном в случае расположения антенны под задней крышкой устройства.

Фиг.6 показывает график зависимости усиления предложенного антенного блока от направления излучения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью заявленного решения является создание антенного блока, который может быть размещен в корпусе телекоммуникационного устройства, в том числе в корпусе с металлической рамкой, обеспечивающего работу по стандарту 5G, WiGig и др., и при этом обеспечивающего охват требуемых направлений распространения сигнала антенной решеткой телекоммуникационного устройства. Поперечное направление - это направление, перпендикулярное плоскости дисплея телекоммуникационного устройства, а продольное направление - это направление, которое параллельно плоскости дисплея телекоммуникационного устройства.

Предложенное решение обеспечивает улучшение направленных свойств антенны и в некоторых вариантах уменьшает обратное излучение антенны бегущей волны.

Предложенная антенна по меньшей мере в предпочтительном варианте осуществления обеспечивает

- надежный и стабильный прием сигнала даже при наличии у телекоммуникационного устройства металлической рамки;

- высокое усиление больше 10 дБ для 4-х пар антенных элементов;

- низкие потери на отражение (коэффициент отражения <-10 дБ);

- улучшенный диапазон сканирования +/- 75°;

- уменьшение излучения в обратном продольном направлении;

- электрическую развязку с другими элементами устройства в силу экранированности конструкции антенной решетки.

На фиг.2 не в масштабе показана структура антенной решетки на виде сверху. Показанный вариант антенной решетки состоит из щелевых элементов 1 первой группы и щелевых элементов 2 второй группы, представляющих собой прямоугольные вырезы, выполненные в металлическом слое, размещенном на диэлектрической подложке 3. Антенные щелевые элементы 1 и 2 имеют длину L1, ширину w1 и длину L2, ширину w2, соответственно, причем длина L соответствует размеру длинной стороны прямоугольного выреза, а ширина w соответствует размеру более короткой стороны прямоугольного выреза в металлическом слое. Щелевые элементы 1 первой группы объединены в пары со щелевыми элементами второй группы, щелевые элементы каждой пары находятся напротив друг друга, длинные стороны щелевых элементов первой и второй групп параллельны, и центральные оси щелевых элементов первой и второй групп, перпендикулярные длинным сторонам этих щелевых элементов, совпадают.

В каждой паре антенные щелевые элементы 1 первой группы и щелевые элементы 2 второй группы имеют разные длины: L1 и L2, соответственно, причем длина L1 антенных элементов 1 первой группы больше длины L2 антенных элементов 2 второй группы.

Разница в фазе между волнами, излучаемыми щелевыми элементами в паре, составляет 90°, и разные длины щелей обеспечивают эффективный наклон луча излучения вдоль апертуры щели и в результате обеспечивают общее излучение антенны в желаемом продольном направлении.

Антенные щелевые элементы 1, 2 могут быть расположены на диэлектрической подложке 3 или в диэлектрической подложке 3, например, могут быть вырезаны в металлическом слое, расположенном на диэлектрической подложке 3 или внутри диэлектрической подложки 3.

Длина (L1, L2) и ширина (w1, w2) щелей, в соответствии с общей теорией щелевых антенн, определяются выражениями:

λэф ф/2 < L2 < L1 <λэфф,

при этом w1, w2 ~ (0.1-0.3) λэфф, где λэфф - эффективная длина волны, пересчитанная для эквивалентного материала с усредненной диэлектрической постоянной ɛэфф и определяемая толщиной материала диэлектрической подложки h1 и толщиной материала диэлектрического покрытия h2:

Расстояние между парами щелей (D1 на фиг. 2), определяемое как расстояние от короткой стороны одной пары щелевых элементов до соответствующей короткой стороны смежной пары щелевых элементов, рассчитывается согласно общей теории антенных решеток: λ1/2 < D1 <λ1, где λ1 - длина волны в диэлектрической подложке.

Расстояние D2 между щелевыми элементами в каждой паре, определяемое как расстояние от одной длинной стороны щелевого элемента первой группы до соответствующей длинной стороны щелевого элемента второй или последующей группы, и примерно равно четверти длины волны. Такое расположение обеспечивает сдвиг фазы излучения этих антенных щелевых элементов 1, 2 на 90°. При наличии не двух, а большего числа групп щелевых элементов, то есть когда к паре щелевых элементов добавлен(ы) последующий щелевой элемент или последующие щелевые элементы, аналогичным образом, расстояние между каждыми смежными щелевыми элементами должно обеспечивать сдвиг фазы излучения этих антенных щелевых элементов на 90°.

Размещение пар антенных щелевых элементов является несоосным и нелинейным, то есть смежные пары антенных щелевых элементов не расположены вдоль какой-либо одной общей оси. Например, четные пары щелевых элементов могут быть расположены в одном ряду, нечетные пары щелевых элементов - в другом ряду так, что длинные стороны всех щелей параллельны, а боковые стороны смежных пар щелевых элементов обращены друг к другу, но пары расположены не по одной оси, и четные пары смещены относительно смежных нечетных пар на расстояние D3, равное расстоянию между соответствующими длинными сторонами щелей четной и нечетной пары. Величина смещения D3 примерно равна одной десятой длины волны, чтобы подавлять распространение паразитных волн вдоль металлического корпуса.

Расстояние D4, определяемое как расстояние от края диэлектрической подложки, который может соответствовать положению металлической рамки корпуса телекоммуникационного устройства, до длинной стороны ближайшего к данному краю щелевого элемента, приблизительно кратно λэфф/2 и определяется целями минимизации отражения электромагнитных волн, распространяющихся в диэлектрическом покрытии, от металлического корпуса.

На фиг.3 показан вид сбоку телекоммуникационного устройства с предложенной антенной решеткой.

Телекоммуникационное устройство в данном варианте выполнения содержит диэлектрическую подложку 3, например, многоуровневую печатную плату 7, покрытую металлическим слоем 5. На подложке расположено диэлектрическое покрытие - диэлектрический экран дисплея 4 телекоммуникационного устройства. В металлическом слое 5 сформированы группы щелей 1 и 2, к которым подают сигнал через питающую линию 8 подачи сигнала, которая в одном из вариантов выполнения представляет собой микрополосковую линию. Особенностью работы предложенного антенного блока является то, что металлическая рамка 6 телекоммуникационного устройства не является препятствием для бегущей волны, формируемой антенным блоком.

Каждая пара антенных щелевых элементов состоит из по меньшей мере двух щелевых антенных элементов 1 и 2 первой и второй групп. Но при наличии дополнительных групп щелевых элементов, например, третьей, четвертой и т.д., к парам щелевых элементов могут быть добавлены последующие щелевые элементы, относящиеся к указанным дополнительным группам, то есть в таком варианте выполнения пара будет включать в себя не только щелевых элементы первой и второй групп, но и дополнительные щелевые элементы третьей и последующих групп. Каждый щелевой антенный элемент пары последовательно возбуждается бегущей волной, идущей через питающую микрополосковую линию. Для максимального излучения первая щель расположена на расстоянии, равном примерно половине длины волны, распространяющейся в диэлектрической подложке, от места короткого замыкания на землю питающей линии.

Вторая и последующие щели при их наличии должны быть расположены на таком расстоянии от первой (или предыдущей) щели вдоль питающей линии, чтобы сдвиг фазы между излучаемыми ими волнами был 90°.

Длина каждой щели составляет от половины длины волны до одной длины волны, при этом одна щель в паре меньше по длине, чем другая щель, аналогично принципу, реализующемуся в антеннах типа «волновой канал», в которых более короткий излучатель является директором для более длинного излучателя.

Наличие над щелевыми антенными элементами телекоммуникационного устройства диэлектрического экрана дисплея с большей диэлектрической проницаемостью по сравнению с диэлектрической проницаемостью подложки обеспечивает лучшее направление излучения в продольном направлении. Диэлектрический экран дисплея представляет собой линию задержки для щелевых антенных элементов, он удерживает поверхностные волны в диэлектрике и предотвращает преждевременное излучение в поперечном направлении, что улучшает направленные свойства бегущей волны, излучаемой щелевой антенной решеткой, и увеличивает направленность и общее усиление антенной решетки.

Элементы щелевой антенной решетки размещены несоосно, то есть смежные щелевые элементы первых и вторых групп и смежные четные и нечетные пары щелевых элементов смещены относительно друг друга так, что расстояние от края диэлектрической подложки до четных и нечетных пар является различным. Такое расположение позволяет подавить распространение паразитных волн вдоль металлического корпуса, которое появляется в результате синфазного отражения от корпуса. Небольшой сдвиг фазы примерно в одну десятую длины волны устраняет синфазность у отраженных поверхностных волн и увеличивает усиление антенной решетки.

Щелевые элементы антенной решетки возбуждают поверхностные волны в диэлектрическом покрытии, что позволяет обеспечить выход излучения, переносимого этими волнами, через металлическую рамку телекоммуникационного устройства или другие металлические препятствия, которые могут быть в корпусе телекоммуникационного устройства.

Однако при таком решении может присутствовать небольшое паразитное излучение в направлении, противоположном основному направлению излучения. Для подавления этого паразитного излучения используются пассивные отражающие щелевые элементы 9, расположенные позади излучающих щелей 1 со стороны, противоположной основному прямому направлению излучения (серая стрелка на фиг.4). Эти пассивные отражающие щели отражают поверхностные волны, распространяющиеся в диэлектрике. Для их эффективной работы они размещаются на расстоянии примерно λ2/4 - λ2/2 от излучающих щелевых элементов, обеспечивая противофазное сложение прямых и обратных волн, где λ2 - длина волны в диэлектрическом покрытии. Длина отражающих щелей, также аналогично принципу антенн типа «волновой канал», несколько больше длины основных излучающих щелей, и они, имея индуктивный характер импеданса, являются для них «рефлекторами». Ширина пассивных отражающих щелей при этом приблизительно равна ширине излучающих щелей w1, w2. В общем случае можно использовать одну отражающую щель для каждого антенного элемента решетки, однако разделение их на несколько щелей (например, использование пары отражающих щелей, длинные стороны которых расположены на одной линии, параллельной длинным сторонам излучающих щелевых элементов в паре) позволяет дополнительно подавить синфазность обратного излучения. Такое решение позволяет существенно подавить паразитное излучение в обратном продольном направлении и увеличить направленные свойства в прямом продольном направлении. Как показано на фиг.4, каждой паре излучающих щелевых элементов могут соответствовать два пассивных отражающих щелевых элемента, размещенных симметрично относительно центральной оси каждой пары излучающих щелевых элементов так, что длинные стороны пассивных отражающих щелевых элементов параллельны длинным сторонам излучающих щелевых элементов.

Как показано на Фиг. 5, в качестве отражающего элемента могут быть использованы не только пассивные отражающие щели, но и металлический отражающий экран по отдельности или в комбинации. Например, в качестве отражающего элемента может быть использована металлическая стенка, которая расположена на расстоянии несколько большем, чем половина длины бегущей волны в диэлектрике, так как она отражает часть излучения, распространяющегося в свободном пространстве. Например, функцию металлического отражающего экрана может выполнять металлическая стенка 10 камеры, встроенной в телекоммуникационное устройство, расположенная в плоскости антенной решетки для случая, если антенная решетка расположена под задней крышкой устройства, диэлектрические параметры которой удовлетворяют описанным ниже параметрам волноведущей структуры.

На фиг.6 показаны результаты моделирования работы предложенного антенного блока. Жирная черная линия показывает график зависимости усиления антенного блока от направления излучения, точка m1 соответствует продольному направлению излучения. Диапазон сканирования при этом обеспечивается от точки m2 до точки m3 и составляет 150° (+/- 75°).

Разработанный антенный блок может быть реализован на или в диэлектрической многослойной печатной плате при последующем плотном соединении ее с дисплеем (например, с помощью клея). При этом параметры соединения также учитываются в расчетной модели (например, учитывается толщина и диэлектрические характеристики клеевого соединения).

Поскольку материал диэлектрического экрана дисплея имеет большую диэлектрическую проницаемость, чем материал диэлектрической подложки, в которой размещены антенные элементы, он является замедляющей структурой для электромагнитных волн, возбужденных антенной решеткой. Поэтому, так как для дисплея соблюдаются условия, определяющие его как диэлектрический волновод (в основном параметры диэлектрической проницаемости и высоты дисплея), удается направить электромагнитные волны в продольном направлении в структуре диэлектрического дисплея и уменьшить излучение в поперечном направлении.

Разработанное решение обеспечивает возможность эффективного использования антенны миллиметрового диапазона, встроенной в телекоммуникационные устройства и другие устройства связи с металлическим корпусом или металлической рамкой корпуса.

Телекоммуникационное устройство, выполненное с возможностью беспроводной связи, имеющее заявленный антенный блок, может представлять собой любое устройство мобильной связи, например, мобильный телефон, планшетный компьютер с возможностью осуществления беспроводной связи, ноутбук, ультрабук, КПК, устройство отображения, выполненное с возможностью беспроводной связи, или любое иное устройство, имеющее дисплей и возможность размещения антенной решетки в корпусе телекоммуникационного устройства.

Антенный блок может быть встроен в блок связи телекоммуникационного устройства. Функционально блок связи телекоммуникационного устройства содержит источник излучения, блок питания, блок предоставления информации, блок пользовательского ввода и иные блоки, необходимые для реализации его назначения. Источник излучения осуществляет передачу и прием сигналов пользовательского ввода, состоит из преобразователей информации, получаемой от пользователя, в сигналы, пригодные для передачи на соответствующие устройства приема. Блок предоставления информации, может, в частности, содержать дисплей, отображающий пользователю необходимую для осуществления связи информацию, и громкоговоритель. Блок пользовательского ввода может включать в себя микрофон, клавиатуру, дисплей и любой другой блок, подходящий для приема информации от пользователя и направления ее в блок связи. Блок питания осуществляет подачу энергии для работы вышеупомянутых блоков.

Благодаря использованию антенны бегущей волны согласно изобретению происходит огибание волной металлического корпуса телекоммуникационного устройства, что обеспечивает возможность излучения в продольном направлении. При этом нет необходимости делать в металлическом корпусе какие-либо окна или разрывы, нарушающие цельность корпуса.

Заявленная конструкция антенного блока и телекоммуникационного устройства, содержащего такой блок, обеспечивает следующие преимущества:

- антенну с большим усилением;

- улучшенное сканирование в продольном направлении в диапазоне +/- 75°, при этом расширение сектора сканирования связано с замедляющими свойствами диэлектрического дисплея для волн, возбужденных антенным излучателем.

Благодаря особенностям заявленной антенны обеспечено улучшение свойств направленности антенны бегущей волны в продольном направлении, посредством поддержки поверхностных волн обеспечено улучшение сканирования лучом диаграммы направленности в продольной плоскости без потерь сканирования из-за распространения электромагнитной волны в диэлектрическом дисплее.

Металлическая рамка корпуса телекоммуникационного устройства используется для согласования антенного блока с окружающим пространством. Использование бегущей волны позволяет излучению огибать металлическую рамку и эффективно распространяться в продольном направлении.

Варианты осуществления изобретения не ограничиваются лишь приведенными выше вариантами.

Как работает предложенный антенный блок

Как пояснялось выше, предложенный антенный блок содержит диэлектрическую подложку, например печатную плату, на или в которой сформирован массив щелевых антенных элементов для формирования бегущей волны, возбуждаемых микрополосковой линией, выполненной в печатной плате.

Каждый щелевой элемент антенной решетки возбуждает бегущие волны, которые распространяются в диэлектрическом экране дисплея и диэлектрической подложке, затем излучение, огибая металлическую рамку корпуса, излучается в направлении базовой станции.

Антенна бегущей волны с распространением волны в диэлектрике имеет большую реактивную составляющую выходного сопротивления и должна быть согласована с окружающим пространством.

Металлические элементы, например, такие как металлическая рамка корпуса устройства, на конце диэлектрика используются для эффективной компенсации этой реактивной составляющей выходного сопротивления и для обеспечения направленного излучения в окружающее пространство. В общем случае само наличие «ступеньки» металлического объекта будет являться введением согласующей реактивности. При значениях больше λ(в воздухе)/8 толщина рамки металлического корпуса перестает оказывать сильное влияние. Однако при меньших значениях, в случае, если этот параметр может варьироваться производителем, он также может учитываться при оптимизационном анализе.

Диэлектрические материалы дисплея и подложки могут обладать различным соотношением характеристик диэлектрической проницаемости, например, если диэлектрическая проницаемость дисплея равна ε1, а диэлектрическая проницаемость диэлектрика подложки равна ε2, то могут быть их различные соотношения: ε12, ε12 или ε12.

В заявленном изобретении диэлектрический экран дисплея, который может представлять собой как стекло, так и любой другой диэлектрический материал, должен иметь диэлектрическую проницаемость ε1, которая больше диэлектрической проницаемости ε2 диэлектрика подложки, в которой выполнена антенна. При таком соотношении в заявленном изобретении реализуется замедляющий эффект диэлектрического дисплея, который позволяет удерживать электромагнитные волны в толще диэлектрического экрана дисплея и уменьшать преждевременное излучение волн в поперечном направлении.

В одном из вариантов осуществления описанная антенная решетка может располагаться под задней крышкой телекоммуникационного устройства, если ее диэлектрическая проницаемость больше диэлектрической проницаемости диэлектрика подложки и она удовлетворяет условиям замедляющей волноведущей структуры, как это было определено для диэлектрического экрана дисплея.

В одном из вариантов осуществления используемое устройство связи имеет корпус формы «Edge», то есть содержит скругленный по краям дисплей. Такой вариант осуществления также обеспечивает функционирование заявленного устройства так, как было описано выше, и обеспечивает достижение тех же полезных эффектов, которые по отдельности и в совокупности обеспечивают лучшую связь телекоммуникационного устройства связи с базовой станцией.

Если телекоммуникационное устройство не имеет металлической рамки, или металлическая рамка находится значительно ниже уровня расположения антенных элементов и нижней поверхности дисплея (>λ/4 - λ/2), то согласующую со свободным пространством реактивность можно вводить другими способами, например, используя согласующие шлейфы и т.п.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, и специалисту в данной области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в данной области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства, известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также варианты реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.

Любые числовые значения, указанные в материалах настоящего описания или на фигурах, предназначены для включения всех значений от нижнего значения до верхнего значения указанных диапазонов.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены для ограничения изобретения, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации, возможные в рамках формулы изобретения, могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

1. Антенный блок для телекоммуникационного устройства, выполненного с возможностью беспроводной связи, содержащий:

- диэлектрическую подложку,

- диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке,

- щелевую антенную решетку, сформированную в металлическом слое, размещенном на диэлектрической подложке или в ней, при этом щелевая антенная решетка выполнена с возможностью формировать бегущую волну, распространяющуюся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию,

причем щелевая антенная решетка имеет по меньшей мере две группы щелевых элементов, каждый щелевой элемент второй группы имеет меньшую длину, чем щелевой элемент первой группы, щелевые элементы первой и второй группы расположены напротив друг друга, образуя пары щелевых элементов, при этом в паре расстояние от щелевого элемента первой группы до щелевого элемента второй группы выбрано так, чтобы обеспечить сдвиг фазы между излучаемыми ими волнами в 90°, причем пары щелевых элементов размещены несоосно так, что четные пары щелевых элементов смещены относительно смежных нечетных пар щелевых элементов.

2. Антенный блок по п. 1, который дополнительно включает в себя металлическую рамку телекоммуникационного устройства, выполненную с возможностью осуществлять дополнительное согласование волн, распространяющихся в диэлектрическом покрытии, с окружающим пространством.

3. Антенный блок по п. 1, в котором длина щелевых элементов первой и/или второй группы выбрана в диапазоне от половины длины бегущей волны до длины бегущей волны.

4. Антенный блок по п. 1, в котором четные пары щелевых элементов смещены относительно нечетных пар щелевых элементов на величину, равную одной десятой длины волны.

5. Антенный блок по п. 1, содержащий дополнительную группу пассивных отражающих щелевых элементов, выполненных с возможностью отражения обратного излучения.

6. Антенный блок по п. 1, дополнительно содержащий отражающий обратное излучение металлический экран.

7. Телекоммуникационное устройство, выполненное с возможностью беспроводной связи, содержащее:

- корпус устройства,

- диэлектрическую подложку, содержащую функциональные блоки для осуществления связи, закрепленную в корпусе устройства,

- диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке,

- щелевую антенную решетку, сформированную в металлическом слое, размещенном на диэлектрической подложке или в ней, при этом щелевая антенная решетка выполнена с возможностью формировать бегущую волну, распространяющуюся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию,

причем щелевая антенная решетка имеет по меньшей мере две группы щелевых элементов, каждый щелевой элемент второй группы имеет меньшую длину, чем щелевой элемент первой группы, щелевые элементы первой и второй группы расположены напротив друг друга, образуя пару щелевых элементов, при этом в паре расстояние от щелевого элемента первой группы до щелевого элемента второй группы выбрано так, чтобы обеспечить сдвиг фазы между излучаемыми ими волнами в 90 градусов, причем пары щелевых элементов размещены несоосно так, что четные пары щелевых элементов смещены относительно смежных нечетных пар щелевых элементов.

8. Устройство по п. 7, в котором диэлектрическая подложка является печатной платой, содержащей функциональные блоки для осуществления связи, и щелевая антенная решетка выполнена на печатной плате или в ней.

9. Устройство по п. 7, в котором корпус устройства дополнительно содержит металлическую рамку, выполненную с возможностью осуществлять дополнительное согласование волн, распространяющихся в диэлектрическом покрытии, с окружающим пространством.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике СВЧ, в частности к активным фазированным антенным решеткам (АФАР) Х-диапазона, расположенным в носовой части самолета или вертолета.

Изобретение относится к радиолокации. Способ основан на изменении фазового распределения в апертуре антенной системы с электронным управлением лучом (АС с ЭУЛ) путем электронного управления фазовым сдвигом СВЧ-сигнала в каждом ее излучателе и формировании зоны электронного сканирования с телесным углом, равным ±θ, где θ - угол отклонения луча АС с ЭУЛ от нормали к ее апертуре, размещении АС с ЭУЛ на поворотном устройстве, обеспечивающем ее вращение вокруг своей оси на угол β, изменяемый от 0° до 360°, суммировании зон электронного и механического сканирования.

Изобретение относится к антенной технике. Регулируемое фазовращающее устройство антенной решетки для передачи сигнала между общим входным портом и несколькими портами, содержащее проводниковую камеру, разветвленную сеть фидеров, диэлектрический элемент и рычаг тяги.
Изобретение относится к проектированию и синтезу многолучевых самофокусирующихся адаптивных антенных решеток (МЛ СФААР). Способ позволяет выполнить синтез МЛ СФААР, обеспечивающей максимизацию отношения сигнал/помеха+шум (ОСПШ) на выходе антенной решетки (АР) в условии взаимной корреляции сигналов источников излучения при изменении параметров сигнально-помеховой обстановки (СПО).
Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для усиления мощности радиочастотного сигнала, в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки, в частности радиолокационной станции, работающей в импульсном режиме.
Изобретение относится к радиолокационным станциям с последовательным сканированием пространства неподвижными фазированными антеннами решетками, разнонаправленными в пространстве по секторам, и может быть использовано для обнаружения, измерения координат и определения свойств космических и воздушных объектов.

Изобретение относится к антенной технике. Способ включает вычисление сигнала F0 по формуле: .

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.

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.

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.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для приёма широкополосных сигналов. Устройство содержит приёмник, процессор формирования диаграммы направленности, запоминающее устройство, шину данных, управляющую ЭВМ, дешифратор адреса, генератор тактовых импульсов, гетеродин и совокупность трактов приёма сигналов от антенн, являющихся частью антенной решётки. Причём каждый из трактов приёма сигналов связан с шиной данных, а управляющая ЭВМ, дешифратор адресного сигнала и генератор тактовых импульсов являются общими для каждого из трактов приёма сигналов. Упомянутый тракт приёма сигналов включает два блока дискретизации сигнала антенны, связанные с дешифратором адреса, управляющей ЭВМ, приёмником и трактами управления антеннами решётки по азимуту и углу места, с дешифратором адреса, управляющей ЭВМ, приёмником связаны блоки задержки последовательности импульсов – по одному на каждый канал дискретизации. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства фазирования антенн антенного поля при приёме от антенного поля широкополосных сигналов. 2 н.и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области связи, более конкретно к устройствам связи, в частности к антенному блоку для телекоммуникационного устройства и телекоммуникационному устройству, которые могут быть использованы в сетях связи 5-го поколения. Антенный блок содержит диэлектрическую подложку, диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке, щелевую антенную решетку, сформированную в металлическом слое, размещенном на диэлектрической подложке или в ней. При этом щелевая антенная решетка выполнена с возможностью формировать бегущую волну, распространяющуюся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию. Щелевая антенная решетка имеет две группы щелевых элементов, каждый щелевой элемент второй группы имеет меньшую длину, чем щелевой элемент первой группы. Щелевые элементы первой и второй группы расположены друг напротив друга, образуя пары щелевых элементов. При этом в паре расстояние от щелевого элемента первой группы до щелевого элемента второй группы выбрано так, чтобы обеспечить сдвиг фазы между излучаемыми ими волнами в 90°. Пары щелевых элементов размещены несоосно так, что четные пары щелевых элементов смещены относительно смежных нечетных пар щелевых элементов. Технический результат заключается в обеспечении формирования направленности излучения антенны, повышении диапазона сканирования, повышении эффективности антенны миллиметрового диапазона, уменьшении потерь сигнала. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх