[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2629534C1 - Phased array antenna with adaptable polarization - Google Patents

Phased array antenna with adaptable polarization Download PDF

Info

Publication number
RU2629534C1
RU2629534C1 RU2016113669A RU2016113669A RU2629534C1 RU 2629534 C1 RU2629534 C1 RU 2629534C1 RU 2016113669 A RU2016113669 A RU 2016113669A RU 2016113669 A RU2016113669 A RU 2016113669A RU 2629534 C1 RU2629534 C1 RU 2629534C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
antenna module
antenna elements
wave
elements
Prior art date
Application number
RU2016113669A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Николаевич ХРИПКОВ
Геннадий Александрович Евтюшкин
Антон Сергеевич Лукьянов
Вонбин ХОНГ
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority to RU2016113669A priority Critical patent/RU2629534C1/en
Priority to KR1020160106383A priority patent/KR102589595B1/en
Priority to US15/366,358 priority patent/US10516201B2/en
Priority to CN201680084451.5A priority patent/CN108886202B/en
Priority to EP16898754.3A priority patent/EP3427342B1/en
Priority to PCT/KR2016/014287 priority patent/WO2017179792A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629534C1 publication Critical patent/RU2629534C1/en
Priority to US16/725,454 priority patent/US11050140B2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001Crossed polarisation dual antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/242Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
    • H01Q1/243Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H01Q13/085Slot-line radiating ends
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • H01Q13/18Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/22Longitudinal slot in boundary wall of waveguide or transmission line
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/20Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a curvilinear path
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: monolithic-integrated antenna module of the millimeter range contains the plurality of antenna elements, the radio-frequency integrated circuit (RFIC) and the power circuit. Each of the mentioned antenna elements is the antenna element of the dual type, configured to initiate two modes of orthogonal polarization. The power circuit is configured to connect the ports of the mentioned RFIC to each of the dual type antenna elements to initiate two different polarization modes and beam forming.
EFFECT: provision of the high amplification factor at small sizes and efficient use of the mobile device surface.
16 cl, 13 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

В настоящем изобретении раскрыта конструкция фазированной антенной решетки, более конкретно - фазированной антенной решетки с адаптируемой поляризацией, и ее интеграция в мобильные устройства.The present invention discloses the construction of a phased antenna array, more specifically, an adaptable polarized phased antenna array, and its integration into mobile devices.

Данную антенну можно использовать в устройствах, поддерживающих беспроводные локальные сети, такие как WiGig IEEE 802.11ad, WiHD, и мобильные сети 4G, 5G.This antenna can be used in devices that support wireless local area networks, such as WiGig IEEE 802.11ad, WiHD, and 4G, 5G mobile networks.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

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].The 5G era will be characterized by higher performance indicators based on experience in use, including factors such as the convenience of establishing connections with nearby devices and increased energy efficiency [1]. For radio access technologies operating in the millimeter frequency range, many fundamental problems in the physics of antenna arrays and the design of a high-speed transceiver and equalizer design have already been demonstrated by the WiGig / 802.11ad standard [2]. When changing the position of the device, beam scanning should provide a stable communication channel [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:The main tasks for integration in the millimeter range remain cost, low-power operation, miniaturization and increased efficiency. These factors lead to the development of antennas as part of the housing of a mobile device. The following requirements are imposed on mobile phased array antennas:

1. Повышенный коэффициент усиления, обусловленный высоким коэффициентом шума радиочастотной интегральной схемы (RFIC) и высокими потерями на распространение.1. Increased gain due to the high noise figure of the radio frequency integrated circuit (RFIC) and high propagation loss.

2. Всенаправленное действие: очень широкие углы формирования диаграммы направленности и сканирования луча, которые обеспечивают устойчивое соединение для устройства, в котором используется такая антенна.2. Omnidirectional action: very wide angles of beam formation and beam scanning, which provide a stable connection for a device in which such an antenna is used.

3. Компактность антенного модуля.3. The compactness of the antenna module.

4. Двухполяризационное формирование луча для увеличения скорости и повышения стабильности передачи данных.4. Bipolar beam forming to increase speed and increase data transmission stability.

Известные двухполяризационные антенные решетки можно разделить на следующие категории:Known bipolarization antenna arrays can be divided into the following categories:

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.1. Mutually adjacent radiating elements or sublattices, the disadvantage of which is the large distance between the lattice elements, which limits the scanning range and doubles their overall dimensions, i.e. they cannot be used on mobile devices.

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.2. Resonator antennas with two modes, which have limitations on the characteristics of the resonant frequency, and as a result, a limited frequency band and parameters depending on the metal or dielectric parts of the smartphone.

Существующие проблемы двухполяризационных антенных решеток:Existing problems of bipolarization antenna arrays:

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.1. Integration of the antenna into the metal or dielectric structures of the device causes a depolarization of the beam formation and a decrease in the antenna gain, as a result of which the communication range and data transfer rate are limited, and stable communication is impossible to achieve.

2. Существующие конструкции антенн миллиметрового диапазона имеют жесткие технологические допуски и вследствие этого дорогой процесс изготовления.2. Existing millimeter-wave antenna designs have tight manufacturing tolerances and, as a result, an expensive manufacturing process.

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.3. A high level of cross-polarization, as a result of which beam formation with adaptable polarization or communication technology using MIMO or orbital angular momentum is not supported.

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.Therefore, the present invention is directed to the creation of a method and variants of a millimeter-wave antenna for integration into a mobile device having a metal or any other frame. Such antennas need mechanical isolation from environmental factors and mechanical stresses. Also at a known level there is a need for methods to satisfy the requirements for tolerances and resistance to loads.

В частности, в уровне техники известны следующие технические решения:In particular, the following technical solutions are known in the prior art:

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.U.S. Patent 6426726 "Polyarizovannaya phased reshetka" (Northrop Grumman Corporation) discloses a dual-polarization phased array antenna with single-axis scanning, which comprises a predetermined number of mutually adjacent radiating lines forming the respective azimuthal scanning beams, wherein each radiating lines used dielectric plate with low losses. This plate assembly acts as a lens for correcting a spherical wave caused by low excitation into a plane wave within the line.

Данное решение имеет следующие недостатки:This solution has the following disadvantages:

1. Ограниченный угол сканирования, обусловленный использованием фокусирующей линзы.1. Limited scanning angle due to the use of a focusing lens.

2. Несовместимость с металлической рамкой мобильного устройства.2. Incompatibility with the metal frame of the mobile device.

3. Невозможность интегрирования в мобильное устройство из-за большого расстояния между элементами решетки (половина длины волны в свободном пространстве).3. The inability to integrate into a mobile device due to the large distance between the elements of the lattice (half the wavelength in free space).

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.U.S. Patent No. 8836596, “Filter Antenna” (Cubic Corporation), describes a multi-pole filter antenna comprising lower type surround resonators coupled to a line through a slit aperture and a strip antenna with an excited main wave type coupled to the line through a slit aperture. The filter antenna can be implemented in a multilayer printed circuit board or similar structure.

Данное решение имеет следующие недостатки:This solution has the following disadvantages:

1. Ограниченный угол сканирования из-за использования полосковых элементов.1. Limited scanning angle due to the use of strip elements.

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.2. Parts of the metal frame destructively affect the resonant properties. The resonance of the antenna is determined by the strip element with the excited main type of wave associated with the line through the slotted aperture, and technological tolerances have a critical effect.

3. Невозможность интегрирования в мобильное устройство из-за большого расстояния между элементами решетки, отсутствие поддержки режима осевого излучения.3. The inability to integrate into a mobile device due to the large distance between the elements of the lattice, the lack of support for the axial radiation mode.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Целью настоящего изобретения является решение или минимизация всех или по меньшей мере некоторых из перечисленных выше проблем известного уровня техники.The aim of the present invention is to solve or minimize all or at least some of the above problems of the prior art.

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.In one aspect of the present invention, there is provided a monolithic integrated millimeter-wave antenna module, comprising: a plurality of antenna elements, a radio frequency integrated circuit (RFIC) and a power circuit; in which each of the aforementioned antenna elements is a dual type antenna element, configured to excite two modes of orthogonal polarization; and the power circuit is configured to connect the ports of the aforementioned RFIC to each of the dual-type antenna elements to excite two different polarization and beamforming modes.

В одном из вариантов осуществления каждый антенный элемент сдвоенного типа включает в себя антенну бегущей волны, выполненную как часть антенны апертурного типа.In one embodiment, each dual type antenna element includes a traveling wave antenna configured as part of an aperture type antenna.

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.In one embodiment, each dual-type antenna element is formed by an aperture of a waveguide slot antenna with a variable slit width on wide sides of the waveguide, the aperture of the waveguide antenna exciting polarized radiation and slots of variable width exciting orthogonally polarized traveling wave radiation.

В одном из вариантов осуществления упомянутые множество антенных элементов сдвоенного типа выполнены с возможностью обеспечения формирования луча с адаптацией поляризации.In one embodiment, said plurality of dual antenna elements are configured to provide beamforming with polarization adaptation.

В одном из вариантов осуществления упомянутое формирование луча с адаптацией поляризации осуществляется посредством фазоуправляемого питания упомянутых антенных элементов сдвоенного типа.In one embodiment, said beam forming with polarization adaptation is carried out by means of a phase-controlled power supply of said dual type antenna elements.

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.In one embodiment, the antenna module is manufactured using LTCC, PCB, or other technology for producing multilayer monolithic structures based on multilayer conductive and dielectric materials.

В одном из вариантов осуществления цепь питания имеет многоярусную топологию линий питания для упомянутых антенных элементов.In one embodiment, the power circuit has a multi-tiered topology of power lines for said antenna elements.

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.In another aspect of the present invention, there is provided a device for wireless communication, comprising a monolithically integrated millimeter-wave antenna module and a housing, comprising: conductive structures with at least one aperture for matching the antenna module with external space; moreover, a monolithic integrated antenna module of the millimeter range contains: a plurality of antenna elements of the double type; radio frequency integrated circuit (RFIC) and power circuit; each of the aforementioned antenna elements is a dual type antenna element, configured to excite two modes of orthogonal polarization; the power circuit is configured to connect RFIC ports to each of the dual-type antenna elements to excite two different polarization and beamforming modes; the millimeter-wave antenna module is isolated from the free space by the housing, the electromagnetic field is radiated into the free space through the conductive structures of the housing.

В одном из вариантов осуществления корпус дополнительно содержит каркас для установки антенного модуля миллиметрового диапазона.In one embodiment, the housing further comprises a chassis for mounting a millimeter-range antenna module.

В одном из вариантов осуществления антенный модуль конформно интегрирован с устройством.In one embodiment, the antenna module is conformally integrated with the device.

В одном из вариантов осуществления корпус дополнительно содержит металлическую рамку, и антенные элементы соединены со свободным пространством через структуру бегущей волны металлической рамки.In one embodiment, the housing further comprises a metal frame, and the antenna elements are connected to the free space through the traveling wave structure of the metal frame.

В одном из вариантов осуществления антенный модуль работает в более чем одном режиме формирования луча.In one embodiment, the antenna module operates in more than one beamforming mode.

В одном из вариантов осуществления антенный модуль имеет следующие режимы формирования луча: режим антенной решетки, режим бегущей волны, смешанный режим.In one embodiment, the antenna module has the following beamforming modes: antenna array mode, traveling wave mode, mixed mode.

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.In one embodiment, the antenna elements are made in the form of radiating planar waveguide resonators, the housing further comprises a metal frame, and a metal frame connects the planar waveguide resonators to the free space.

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.In one embodiment, the antenna elements are made in the form of radiating planar waveguide resonators, the housing further comprises a metal frame, and plastic is inserted into the resonator on the outside of the metal frame.

В одном из вариантов осуществления одна сторона заполненного пластиком волновода открыта в свободное пространство.In one embodiment, one side of the plastic-filled waveguide is open in free space.

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

Figure 00000001
(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.The present invention is directed to adaptive polarized millimeter-wave antennas for mobile devices with a plastic or metal frame. The stability of the antenna’s performance is increased due to the accuracy of the formation of the array of waveguide exciters in the PCB and the flexible connection of these waveguide exciters with non-resonant radiating apertures of the mobile device. In a typical example, the thickness of the plastic and metal elements separating the antenna from the free space exceeds
Figure 00000001
(microns). In this case, a traveling wave inevitably propagates through the surface of a mobile device [4]. Consequently, leaky-wave antennas are highly effective for mobile millimeter-wave applications: they provide high gain with physically short sizes and effectively use the surface of a mobile device.

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.According to the present invention, the apertures of the antenna elements for vertical polarization form the traveling wave antenna elements for horizontal polarization. The bipolar antenna array feeds the traveling wave structures that form the radiating apertures on the surfaces of the mobile device.

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.Leak wave antennas with dielectric and metal reflex gratings have been extensively studied in the past. It is known that the simultaneous achievement of a wide frequency band and maintaining beam formation with a frequency-independent deflection angle remains a challenge for leaky wave antennas [5]. The document [6] proposed a broadband low-protruding surface wave pathogen that provides power to the radiation surface of the leaky wave. However, a lattice of waveguide pathogens has not yet been developed for phase-controlled beam forming, which would share the same surface of the leaky wave.

Настоящее изобретение имеет следующие отличия от известного уровня техники:The present invention has the following differences from the prior art:

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).The new design of the dual-type antenna: a horizontally polarized traveling wave antenna is made as part of a vertically polarized aperture-type antenna (the combination of a traveling wave antenna and an aperture antenna in the same aperture was not previously known).

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).A bipolar phase-controlled antenna array of a leaky wave has more than one beamforming mode: antenna array mode, traveling wave mode, mixed mode (phase-controlled antennas operating in more than one mode are not known).

Реализация антенной решетки, соединенной с диэлектрической и/или металлической структурой мобильного устройства.An implementation of an antenna array connected to the dielectric and / or metal structure of a mobile device.

Предложенная фазированная антенная решетка обладает адаптируемой поляризацией, работает на частотах миллиметрового диапазона и обеспечивает формирование луча с вертикальной и горизонтальной поляризациями в мобильных устройствах.The proposed phased antenna array has an adaptable polarization, operates at millimeter wave frequencies and provides beamforming with vertical and horizontal polarizations in mobile devices.

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.The elements of the double antenna array are based on aperture radiation and traveling wave radiation. Each antenna element has a traveling wave emission structure formed as part of the aperture radiation structure.

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.The independent formation of various types of radiation (traveling wave and aperture) in the same antenna element provides control of beam formation with bipolar radiation. Each of the two polarizations is formed by the corresponding type of radiation. In an example embodiment of the invention, vertically polarized radiation is formed by the aperture radiation structure, and horizontally polarized radiation is generated by traveling wave type radiation.

Изобретение позволяет решить следующие задачи для мобильного устройства с модулем связи миллиметрового диапазона:The invention allows to solve the following problems for a mobile device with a millimeter-wave communication module:

- Фазоуправляемое всенаправленное двухполяризационное формирование луча.- Phase-controlled omnidirectional bipolar beam formation.

- Минимальное пространство, занимаемое элементами антенной решетки с адаптируемой поляризацией.- The minimum space occupied by elements of the antenna array with adaptable polarization.

- Антенная решетка миллиметрового диапазона имеет простую конструкцию и встраивается в проводящие поверхности, что потенциально полезно для конформной интеграции с мобильным устройством.- The millimeter-wave antenna array has a simple design and is built into conductive surfaces, which is potentially useful for conformal integration with a mobile device.

- Антенна миллиметрового диапазона может быть интегрирована в мобильный телефон с металлической рамкой благодаря предложенной конструкции.- The millimeter-wave antenna can be integrated into a mobile phone with a metal frame due to the proposed design.

- Механическая изоляция антенн от факторов внешней среды и механических воздействий, так как антенна скрыта в металлической рамке корпуса мобильного устройства.- Mechanical isolation of antennas from environmental factors and mechanical stresses, since the antenna is hidden in the metal frame of the mobile device’s casing.

- Антенна миллиметрового диапазона отвечает требованиям по допускам и устойчивости к нагрузкам.- The millimeter-wave antenna meets the requirements for tolerances and resistance to loads.

- Высокая изоляция линий питания антенны при ортогональных поляризациях.- High isolation of antenna power lines with orthogonal polarizations.

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.The technical result of the present invention is the formation of a beam with the adaptation of polarization for stable communication in any direction and orientation of the device with the antenna module, hidden in the device.

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.The proposed antenna module is designed for all types of communication devices. Examples of options for mobile devices are proposed and can be expanded to any other device without going beyond the scope of the idea and essence of the present invention.

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.The proposed integration of a phased array antenna into a mobile device is based on a radiating resonator connected to a phase-controlled array of antenna elements. The resonator forms a leaky wave structure within the frame of the mobile device. This configuration forms an aperture of fast wave radiation on the surface of the mobile device. A phase-controlled array allows you to create a radiation pattern with adaptive polarization with a hemispherical coating. Frequency spread is reduced by using quasi-uniform structures of the leaky wave with quasi-transverse electromagnetic modes (TEM), or transverse electric modes (TE), or transverse magnetic modes (TM), far from the critical frequency. An exhaustive parametric model based on the theory of leaky-wave antennas has been developed to explain the operation of the proposed antenna and determine the basic principles of its design.

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.A preferred embodiment of a dual array antenna array inside the metal frame of a mobile device comprises a plurality of traveling wave antennas made as part of the waveguide structure: a dielectric is inserted into the resonator on the outside of the metal frame. One side of the dielectric-filled waveguide is open into free space.

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.The structures of the metal frame are illuminated from the rear flat side, thereby separating the antenna elements from the radiating aperture. In this case, the displacement of the antenna elements relative to the structures of the metal frame does not degrade the parameters of the antenna. This technology provides the claimed technical result.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1A иллюстрирует пример структуры антенного элемента сдвоенного типа.FIG. 1A illustrates an example structure of a dual type antenna element.

Фиг. 1B иллюстрирует поперечное сечение структуры антенного элемента сдвоенного типа.FIG. 1B illustrates a cross section of the structure of a dual type antenna element.

Фиг. 2A иллюстрирует пример варианта исполнения двухполяризационной антенной решетки для формирования луча с разнесением по поляризации.FIG. 2A illustrates an example embodiment of a bipolarization array antenna for polarized beam forming.

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.FIG. 2B illustrates an example embodiment of a bipolar antenna array for beam forming with polarization diversity, an embodiment of conductive walls using an end-to-end connection in a PCB.

Фиг. 2C иллюстрирует пример вариантов исполнения монолитно-интегрированной двухполяризационной антенны.FIG. 2C illustrates an example embodiment of a monolithically integrated bipolarisation antenna.

Фиг. 3 иллюстрирует монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона.FIG. 3 illustrates a monolithic integrated millimeter-wave antenna module.

Фиг. 4 иллюстрирует взаимосвязь линий питания внутри многоярусной структуры антенного модуля.FIG. 4 illustrates the relationship of power lines within a multi-tiered structure of an antenna module.

Фиг. 5 иллюстрирует возбуждающие линии питания антенных элементов сдвоенного типа в двух различных режимах поляризации.FIG. 5 illustrates the drive lines of a dual-type antenna element in two different polarization modes.

Фиг. 6A иллюстрирует пример компоновки модуля антенной решетки, верхний слой.FIG. 6A illustrates an example arrangement of an antenna array module, top layer.

Фиг. 6B иллюстрирует пример компоновки модуля антенной решетки, нижний слой.FIG. 6B illustrates an example arrangement of an antenna array module, bottom layer.

Фиг. 6C иллюстрирует пример расположения RFIC на модуле антенной решетки.FIG. 6C illustrates an example of the arrangement of an RFIC on an antenna array module.

Фиг. 7A-7B иллюстрируют пример компоновки линий питания антенной решетки.FIG. 7A-7B illustrate an example arrangement of power lines of an antenna array.

Фиг. 8A иллюстрирует изоляцию между смежными структурами излучения бегущей волны.FIG. 8A illustrates isolation between adjacent traveling wave emission structures.

Фиг. 8B иллюстрирует согласование импедансов для антенного элемента сдвоенного типа.FIG. 8B illustrates impedance matching for a dual type antenna element.

Фиг. 9 иллюстрирует геометрическую форму и расположение двухполяризационной антенной решетки внутри мобильного устройства.FIG. 9 illustrates the geometric shape and location of a bipolar antenna array within a mobile device.

Фиг. 10A иллюстрирует интеграцию двухполяризационной конформной антенной решетки с металлической рамкой мобильного устройства.FIG. 10A illustrates the integration of a bipolar conformal antenna array with a metal frame of a mobile device.

Фиг. 10B иллюстрирует установку двухполяризационной конформной антенной решетки в углу мобильного устройства.FIG. 10B illustrates the installation of a bipolar conformal antenna array in a corner of a mobile device.

Фиг. 10C иллюстрирует установку двухполяризационной конформной антенной решетки в углу мобильного устройства с пластиковым корпусом.FIG. 10C illustrates the installation of a bipolar conformal antenna array in the corner of a mobile device with a plastic case.

Фиг. 11A иллюстрирует структуру двухполяризационной антенны вытекающей волны.FIG. 11A illustrates the structure of a bipolar polarized leaky wave antenna.

Фиг. 11B иллюстрирует конфигурацию частично отражающей поверхности.FIG. 11B illustrates a configuration of a partially reflective surface.

Фиг. 12A иллюстрирует распределение поля двухполяризационной антенны вытекающей волны, режим вертикальной поляризации.FIG. 12A illustrates a field distribution of a bipolar antenna of an outgoing wave, a vertical polarization mode.

Фиг. 12B иллюстрирует распределение поля двухполяризационной антенны вытекающей волны, режим горизонтальной поляризации.FIG. 12B illustrates the field distribution of a bipolar antenna of a leaky wave, horizontal polarization mode.

Фиг. 13 иллюстрирует диаграммы излучения двухполяризационной антенны вытекающей волны.FIG. 13 illustrates radiation patterns of a bipolar antenna of a leaky wave.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION

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.The structure of the antenna elements of the double type is based on aperture radiation and radiation of a traveling wave. Each antenna element has a traveling wave emission structure formed as part of the aperture radiation structure. FIG. 1A illustrates an example of the structure of a dual-type antenna element 100 based on a rectangular waveguide having slit lines with an exponential profile on wide walls. Vertically polarized radiation is formed by the aperture radiation structure 106. In some embodiments, the aperture radiation structure 106 is constructed based on a rectangular waveguide supporting the TE10 wave type. Vertically polarized waves are emitted by the aperture of a rectangular waveguide matched to the free space by means of a metal dielectric element 108 for impedance conversion.

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.A horizontally polarized wave is emitted by the traveling wave radiation structure 101. In some embodiments, the traveling wave radiation pattern 101 is constructed based on symmetric non-radiating slit lines made on wide sides of the waveguide. The supply strip line is laid from a narrow wall to a rectangular waveguide to power the slot line.

В примере варианта исполнения свойства широкополосного согласования импеданса достигаются следующими средствами:In an example embodiment, the properties of broadband impedance matching are achieved by the following means:

- Профиль щели переменной ширины для преобразования импеданса горизонтально поляризованной волны.- Slit profile of variable width to convert the impedance of a horizontally polarized wave.

- Металлодиэлектрический элемент, выполненный для преобразования импеданса вертикально поляризованной волны.- Metal-dielectric element made to convert the impedance of a vertically polarized wave.

- Пассивные согласующие элементы, размещенные на конце антенного элемента 100 сдвоенного типа.- Passive matching elements located at the end of the antenna element 100 of the double type.

В примере варианта исполнения, развязка структуры 106 апертурного излучения и структуры 101 излучения бегущей волны осуществляется следующими средствами:In an example embodiment, the decoupling of the aperture radiation structure 106 and the traveling wave radiation structure 101 is carried out by the following means:

- Волна типа TE10 не связана с полосковой линией, так как полосковая линия находится на линии геометрической симметрии и перпендикулярна электрическому полю волны типа TE10.- The wave of type TE10 is not connected with the strip line, since the strip line is located on the line of geometric symmetry and is perpendicular to the electric field of the wave of type TE10.

- Структура 101 излучения бегущей волны выполнена в виде симметричных неизлучающих щелевых линий в центре широких сторон волновода.- The structure 101 of the radiation of a traveling wave is made in the form of symmetric non-radiating slot lines in the center of the wide sides of the waveguide.

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.In some embodiments, the dual-type antenna element 100 is made on a printed circuit board (PCB), in other embodiments, on monolithically integrated substrates, and in other embodiments, using molded plastic with etched conductive elements on it.

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.FIG. 1B illustrates a cross section of the structure of the dual type antenna element 100 of FIG. 1A, where the distributed electric field vectors 111 are located between the strip line 105 of the slit coupler and the metal elements of the aperture radiation structure 106. Electromagnetic waves of the horizontal polarization mode are emitted by a slit line. The slit coupler strip line 105 induces currents on the slit line of the traveling wave radiation structure 101. The electromagnetic waves 113 and 114 of the vertical polarization mode are formed by a rectangular waveguide port. The electromagnetic waves 113 and 114 propagating through the gap structure are quasi-TE10 waves.

СТРУКТУРА ДВУХПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛУЧА С РАЗНЕСЕНИЕМ ПО ПОЛЯРИЗАЦИИSTRUCTURE OF TWO-POLARIZATION ANTENNA ARRAY FOR FORMING A BEAM WITH POLARIZATION DISTANCE

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.The conceptual structure of the antenna element shown in FIG. 1, transformed into a practical structure optimized for its manufacture. In a preferred embodiment, the antenna array is made in the form of a monolithic integrated antenna module of the millimeter range. Next, various embodiments of practical antenna structures will be described.

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.In FIG. 2 shows an example of a variant of the antenna elements 100 of the double type in the array. The traveling wave radiation pattern 101 is formed by a slot antenna 201 with a variable slit width. Horizontally polarized waves are emitted by a slot antenna 201 with a variable slit width powered by a strip line 105 of the slot coupler.

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.An example of a variant of a monolithic integrated antenna module of the millimeter range is made using PCB , LTCC (low-temperature co-fired ceramics) or other technologies for the manufacture of monolithic multilayer structures using any dielectric materials. For clarity, an example of an antenna module implemented in PCB 110 will now be described. Similar structures are equally applicable to all other options without departing from the scope of the present invention.

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.Vertically polarized waves are emitted by the aperture radiation structure 106 formed by the horn antenna 202. The horn antenna 202 is formed of two conductive layers and two walls of the slot antenna 201 with a variable slot width. Elements of the auxiliary antenna 102 are located in the horn antenna 202 on the PCB. Each auxiliary antenna 102 in the horn antenna 202 forms an aperture radiation structure 106. These elements are fed by strip lines 104 made in 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.FIG. 2A illustrates a dual-type antenna element 100 including a traveling wave radiation structure 101 and vertically polarized auxiliary antenna elements 102, which feeds a strip line 104 for vertically polarized auxiliary antenna elements 102 and feeds a slotted coupler strip line 105 for horizontally polarized antenna elements. An inductor 103 is used to provide isolation between the slot antenna 201 with a variable slot width and the vertically polarized elements of the auxiliary antenna 102. Horizontally polarized waves are emitted by the elements of the slot antenna 201 with a variable slot width. These elements of the slot antenna 201 with a variable slit width are fed by the strip line 105 of the slot coupler provided in the 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.Another example of a variant element of a bipolar conformal antenna array is shown in FIG. 2B, FIG. 2C. Horizontally polarized radiation can be generated by a slot antenna 201 with a variable slit width with the following changes, which provide low reflection losses in a wide frequency band.

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.In some embodiments, the slotted coupler strip line 105 is shorted on the side surface of the slotted antenna 201 with a variable slot width. In other embodiments, the strip line 105 of the slotted coupler is open; an impedance matching transformer is connected to the end of the strip line.

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.In some embodiments, the matching loop forms a wave impedance matching structure 107 for horizontal polarization. It matches the slot antenna 201 with a variable slit width with free space in a wide frequency band. The vertical metal walls of the slotted antenna 201 with variable slit width in the PCB 110 are made of conductive posts 109 arranged as shown in FIG. 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.In some embodiments, decoupling of adjacent dual antenna elements 100 in the array is achieved using high impedance chokes 103. The length of the inductor 103 is 0.18λ and the width is 0.024λ. The chokes 103 are located symmetrically with the corresponding elements of the auxiliary antenna 102.

МОНОЛИТНО-ИНТЕГРИРОВАННЫЙ АНТЕННЫЙ МОДУЛЬ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНАMONOLITHIC-INTEGRATED ANTENNA MODULE OF MILLIMETER RANGE

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.An example of a variant of a phase-controlled array of dual antenna elements 100 for integration into mobile devices will be based on a monolithic-integrated antenna module of 300 mm range. It contains a bipolar antenna array, power lines of vertically polarized antenna elements 401, power lines of horizontally polarized antenna elements 402, and power lines for power and communication lines 406 of RFIC 310.

Фиг. 3 иллюстрирует многоярусную структуру монолитно-интегрированного антенного модуля 300 миллиметрового диапазона, содержащую:FIG. 3 illustrates a multi-tiered structure of a monolithic integrated antenna module 300 mm range, containing:

- Проводящие слои для широкой стороны антенной решетки, (L1-L5),- Conductive layers for the wide side of the antenna array, (L1-L5),

- Проводящие слои для линий питания горизонтально поляризованной антенны осевого излучения, (L5-L9),- Conductive layers for power lines of a horizontally polarized axial radiation antenna, (L5-L9),

- Проводящие слои для линий питания вертикально поляризованной антенны осевого излучения, (L9-L13),- Conductive layers for power lines of a vertically polarized axial radiation antenna, (L9-L13),

- Проводящие слои для линий подачи питания и передачи данных RFIC, (L13-L17).- Conductive layers for power and data transmission lines 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.Power lines of horizontally and vertically polarized antennas are made in the form of strip lines. Conducting paths and grounding planes are separated by a dielectric 407 of the specified module. The width of the tracks and the height of the substrate are configured by stacking pairs of layers with minimal losses on the supply lines.

Предложенная двухполяризационная решетка имеет антенные элементы, расположенные с высокой плотностью, что достигается структурами элементов сдвоенного типа (Фиг. 1) и многоярусной топологией линий питания.The proposed bipolarization array has antenna elements located with a high density, which is achieved by the structures of the elements of the double type (Fig. 1) and a multi-tier topology of power lines.

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.FIG. 4 illustrates a multi-tiered module structure 400 that is used for dual-type antenna elements 100. The power lines of vertically polarized antenna elements 401 are located on the layer L11 of the module 300 (see Fig. 3), the power lines of horizontally polarized antenna elements 402 are located on the layer L7. The power lines from the RFIC 310 contact layer 404 extend to the signal layers using an end-to-end connection 405. The signal layers form the strip line 105 of the slotted coupler of the traveling wave radiation pattern 101 and the strip lines 104 of the auxiliary antenna 102 in the horn antenna 202. Mutual isolation of adjacent signal layers is provided by the layers land 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.The excitation of dual type antenna elements in two different polarization modes is provided by the power lines of vertically polarized antenna elements 401 and the power lines of horizontally polarized antenna elements 402 (Fig. 5). Some power lines for horizontally polarized antenna elements 402 are located in layer L11 of module 300 and extend into layers L7-L11 of antenna element through an end-to-end connection 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.FIG. 6A, 6B, and 6C illustrate an exemplary arrangement of an antenna array module, including RFIC 310. Strip power lines 104 and strip lines 105 of a slot coupler are routed from outputs 304 of RFIC 310 to slot antenna 201 with variable slot width and horn antenna elements 202 (FIG. 7) . All these elements are made inside a monolithic-integrated antenna module of 300 mm range.

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.In an example embodiment, module 300 is manufactured using LTCC, PCB, or other technologies for manufacturing multilayer monolithic structures based on conductive and dielectric materials. A module 300 is located in the corner of the telephone 303. The module 300 has slotted structures 306 that form a traveling wave radiation structure 101. In an example embodiment, the area occupied by the RFIC 310 and the antenna array is 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).The RFIC 310 is located at a minimum distance from the slot antenna 201 with variable slit width and the auxiliary antenna 102 (Fig. 6C) to minimize power line losses in the strip line 105 of the slot coupler and strip line 104 that are routed from RFIC 310 to the slot antenna 201 s variable slit width and auxiliary antenna 102 (Fig. 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.The proposed structure provides the maximum total radiation power by minimizing losses in the power lines and connections. All parts of a monolithic integrated antenna module of the millimeter range are manufactured within the usual technological sequence of manufacturing a monolithic module. Consequently, technological tolerances and product yields are maximized.

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.In FIG. 8A shows a decoupling between adjacent traveling wave radiation structures 101. The relationship between adjacent unipolar elements 801 is illustrated for traveling wave radiation structures 101 that emit a horizontally polarized wave. The relationship between adjacent cross-polarized elements 802 is illustrated for an aperture radiation pattern 106 that emits vertically polarized waves and adjacent traveling wave pattern 101. In FIG. 8B shows impedance matching for horizontal polarization 803 and impedance matching for vertical polarization 804 for traveling wave radiation pattern 101 and aperture radiation pattern 106, respectively.

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.According to the presented results, the cross-polarization coupling in the antenna is negligible and does not affect beam formation by the antenna array. Impedance matching provides maximum power transfer and minimal spurious signal reflection.

ИНТЕГРАЦИЯ СТРУКТУР АНТЕННЫ ВЫТЕКАЮЩЕЙ ВОЛНЫ С МОБИЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМINTEGRATION OF STRUCTURES OF AN OUTLET WAVE ANTENNA WITH A MOBILE DEVICE

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.FIG. 9 illustrates a layout of a mobile device 800 with a millimeter-wave communication module and a dual array antenna array 100. A metal frame 509 holds the main PCB 110, the screen 1001 and the back cover 1003. In a preferred embodiment, the dual-type antenna elements 100 are formed on the main PCB 110 of the mobile device 800. In another embodiment, the array of dual-type antenna elements 100 is made as a separate module installed inside the mobile device 800. The dual array antenna elements 100 is integrated with the resonator 1002 of the mobile device 800. The partially reflective surface 505 protects the antenna array from the environment, which may contain dust and water. The array of antenna elements 100 of the double type integrated with the resonator 1002, which is connected to the structure 500 of the leaky wave through the port 501, forms the antenna array of the leaky wave. This antenna array operates in three beamforming modes: aperture radiation mode of the antenna array, traveling wave radiation mode and mixed radiation mode.

Следует отметить, что в данном контексте мобильное устройство может также взаимозаменяемо именоваться как аппарат, например, аппарат для беспроводной связи.It should be noted that in this context, a mobile device may also be used interchangeably as an apparatus, for example, an apparatus for wireless communication.

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.In one embodiment, the apparatus for wireless communication comprises a monolithically integrated millimeter-wave antenna module and a housing including: conductive structures with at least one aperture for matching the antenna module with open space. The monolithic-integrated millimeter-wave antenna module contains multiple dual-type antenna elements, a radio frequency integrated circuit (RFIC), and a power circuit. Each of the aforementioned antenna elements is a dual type antenna element designed to excite two modes of orthogonal polarization. The power circuit is configured to connect the ports of the aforementioned RFIC with each of the dual-type antenna elements to excite two different polarization and beamforming modes. The millimeter-wave antenna module is isolated from the free space by the housing, and the electromagnetic field is radiated into the free space through the conductive structures of the housing. The housing of the apparatus may include a frame for mounting an antenna module of the millimeter range. The housing may comprise a metal frame, and the antenna elements may be connected to the free space through the traveling wave structure of the metal frame. Antenna elements can be made in the form of resonators emitting a planar waveguide, and a metal frame can connect the resonators of the planar waveguide with free space. Plastic can be inserted into the resonator on the outside of the metal frame.

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.FIG. 10A and 10B illustrate the arrangement of the array of dual-type antenna elements 100 and the leakage wave structure 500 in the corner of the mobile device 800 in the metal frame 509. The distance between the PCB 110 and the metal frame 509 is consistent with the mechanical requirements for load resistance. The dual array conformal array of antenna elements 100 allows you to increase the scan angle range.

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.FIG. 10C illustrates an antenna array without a metal frame or plastic case. It contains a dielectric-filled waveguide 901 and bipolar supply ports 902. The polarizer 906 in FIG. 10C is connected to bipolar power supply ports 902. The bipolar polarization ports 902 are based on monolithic integrated technology. The polarizer 906 is based on a polarizing filter 904. A vertically polarized electromagnetic wave in the polarizer 906 is excited by the wave port 905. A horizontally polarized electromagnetic wave in the polarizer 906 is excited by the wave port 903.

СТРУКТУРЫ ВЫТЕКАЮЩЕЙ ВОЛНЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ РАМКЕEMISSION WAVE STRUCTURES IN THE METAL FRAME

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.FIG. 11A illustrates a preferred embodiment of a bipolarization leaky wave structure 500. This structure is housed in a metal frame 509 that contains a leaky waveguide 502 and a partially reflective surface 505. The partially reflective surface 505 is formed by a dielectric coating 508 with conductive structures 504. An example of a variant of the conductive structure 504 is based on molded metal strips. Other options may include metallic patterns applied by laser engraving, metal sputtering, or appropriate technologies.

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.A 0.64λ × 0.8λ × 5λ waveguide 502 of the leaky wave has one open wall covered by a partially reflective surface 505. In FIG. 11B shows the configuration of the partially reflective surface 505. It contains two layers of conductive structures 504 (which are metal strips) with steps of 0.34λ and 0.27λ. The conductive structures 504 have a configuration of 0.02λ × 0.8λ. The thickness of the partially reflective surface 505 is 0.1λ, as shown in FIG. 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.Such a waveguide provides the propagation of electromagnetic waves 503 of two types: a vertically polarized wave 506 and a horizontally polarized wave 507. They propagate through the waveguide 502 of the leaky wave into free space through a partially reflecting surface 505. In this case, a beam is formed in a predetermined direction. A feature of this design is that the antenna operates in three modes: main mode, mixed mode and leaky wave mode.

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.FIG. 12A and 12B illustrate the distribution of electromagnetic waves 503 that propagate through leaky wave structures 500. FIG. 12A depicts the operation of the leaky wave structure 500 when a vertically polarized wave 506 passes. FIG. 12B depicts the operation of the leaky wave structure 500 when a horizontally polarized wave 507 travels.

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.FIG. 13 illustrates radiation patterns of two types of waves 506, 507. It can be seen that a vertically polarized wave 506 provides beam formation at 105 degrees 701 in the azimuthal plane with respect to the line of symmetry. Frequency-dependent beam deflection is ± 5 degrees in the working frequency band. A horizontally polarized wave 507 provides the formation of a beam at 100 degrees 702 in the azimuthal plane relative to the line of symmetry. The frequency-dependent deviation of the beam is the same as with a vertically polarized wave of ± 5 degrees in the working frequency band. This method avoids frequency-dependent beam deflection at extremely inclined beam angles and reduces beam scanning losses.

СЦЕНАРИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯSCRIPT OF USE

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.The phased outgoing wave antenna array is designed for devices such as a mobile phone, tablet, wearable electronics, as well as stationary devices: base stations, routers, and other types of transmitters. This antenna array can be integrated into a mobile device to provide multi-gigabit communications services such as high-definition television (HDTV) and ultra-high-definition video (UHDV), data file sharing, movie download / download, cloud services and other scenarios.

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.The present invention supports such methods of increasing network bandwidth as simultaneous transmission (space reuse), multiple input and multiple output (MIMO) method, and full duplex method.

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.The present invention enables the following millimeter-wave communication standards to be supported: personal wireless networks (WPAN) or local area networks (WLANs), for example, ECMA-387, IEEE 802.15.3c, and 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.In one example embodiment, the physical layer and MAC layer support multi-gigabit wireless applications, including instant wireless synchronization, wireless high-definition (HD) streaming, wireless computing, and Internet access.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Изобретение может применяться в бытовой электронике:The invention can be applied in consumer electronics:

- в мобильных устройствах, поддерживающих стандарты беспроводных локальных сетей WiGig IEEE 802.11ad, WiHD и мобильных сетей 4G и 5G;- in mobile devices that support the standards of wireless local area networks WiGig IEEE 802.11ad, WiHD and mobile networks 4G and 5G;

- в серийных мобильных устройствах, содержащих металлическую рамку;- in serial mobile devices containing a metal frame;

- для формирования осевого излучения с углом сканирования до 210 градусов.- for the formation of axial radiation with a scanning angle of up to 210 degrees.

В предпочтительном варианте настоящего изобретения антенны расположены в угловой части мобильного устройства (фиг. 9). В другом варианте антенны расположены на кромке мобильного устройства.In a preferred embodiment of the present invention, the antennas are located in the corner of the mobile device (Fig. 9). In another embodiment, the antennas are located on the edge of the mobile device.

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.The achievable scan angle and antenna gain are equal or better than a stand-alone antenna module without a mobile device. Spurious effects of the device case are excluded. The dimensions of the aperture gaps of the structures of the leaky wave make it possible to obtain small-sized antenna modules with a high gain.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY

1. Bangerter, B., Talwar, S., Arefi, R., & Stewart, K. (2014). Networks and Devices for the 5G Era. Communications Magazine, IEEE, 52(2), 90-96.1. 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.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, 2013.3. 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. 3535,349, 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, 2007.4. A. A. Oliner and D. R. Jackson, e Leaky-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, 2013.5. 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 2015.6. 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.

Claims (31)

1. Монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона, содержащий:1. Monolithic integrated antenna module of the millimeter range, containing: множество антенных элементов,many antenna elements радиочастотную интегральную схему (RFIC), иradio frequency integrated circuit (RFIC), and цепь питания;power circuit; причем каждый из упомянутых антенных элементов является антенным элементом сдвоенного типа, выполненным с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации; иmoreover, each of the aforementioned antenna elements is a dual type antenna element, configured to excite two modes of orthogonal polarization; and 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.the power circuit is configured to connect the ports of the aforementioned RFIC with each of the antenna elements of the dual type to excite two different modes of polarization and beam formation. 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.2. The antenna module according to claim 1, wherein each dual-type antenna element includes a traveling wave antenna made as part of an aperture-type antenna. 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.3. The antenna module according to claim 1, wherein each dual-type antenna element is formed by an aperture of a waveguide slot antenna with a variable slit width on wide sides of the waveguide, the aperture of said waveguide antenna exciting polarized radiation, and said variable width slits exciting orthogonally polarized traveling wave radiation . 4. Антенный модуль по п. 1, в котором множество антенных элементов сдвоенного типа выполнены с возможностью обеспечения формирования луча с адаптацией поляризации.4. The antenna module according to claim 1, wherein the plurality of antenna elements of the dual type are configured to provide beam formation with polarization adaptation. 5. Антенный модуль по п. 4, в котором упомянутое формирование луча с адаптацией поляризации осуществляется посредством фазоуправляемого питания упомянутых антенных элементов сдвоенного типа.5. The antenna module according to claim 4, wherein said beam forming with polarization adaptation is carried out by means of a phase-controlled power supply of said twin antenna elements. 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.6. The antenna module according to claim 1, wherein the antenna module is manufactured using LTCC, PCB or other technology for manufacturing multilayer monolithic structures based on multilayer conductive and dielectric materials. 7. Антенный модуль по п. 1, в котором цепь питания имеет многоярусную топологию линий питания для упомянутых антенных элементов.7. The antenna module according to claim 1, wherein the power circuit has a multi-tiered topology of power lines for said antenna elements. 8. Устройство для беспроводной связи, содержащее:8. A device for wireless communication, comprising: - монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона; и- monolithic integrated antenna module of the millimeter range; and - корпус, содержащий: проводящие структуры с по меньшей мере одной апертурой для согласования антенного модуля с внешним пространством;- a housing comprising: conductive structures with at least one aperture for matching the antenna module with the external space; причемmoreover - монолитно-интегрированный антенный модуль миллиметрового диапазона содержит:- monolithic integrated antenna module of the millimeter range contains: множество антенных элементов сдвоенного типа;multiple antenna elements of the double type; радиочастотную интегральную схему (RFIC); иradio frequency integrated circuit (RFIC); and цепь питания;power circuit; - каждый из упомянутых антенных элементов является антенным элементом сдвоенного типа, выполненным с возможностью возбуждения двух режимов ортогональной поляризации;- each of the aforementioned antenna elements is a dual-type antenna element configured to excite two modes of orthogonal polarization; - 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;- the power circuit is configured to connect the ports of the aforementioned RFIC with each of the antenna elements of the double type to excite two different modes of polarization and beam formation; - антенный модуль миллиметрового диапазона изолирован от свободного пространства корпусом, электромагнитное поле излучается в свободное пространство через проводящие структуры корпуса.- the millimeter-wave antenna module is isolated from the free space by the housing, the electromagnetic field is radiated into the free space through the conductive structures of the housing. 9. Устройство по п. 8, в котором корпус дополнительно содержит каркас для установки антенного модуля миллиметрового диапазона.9. The device according to p. 8, in which the housing further comprises a frame for installing an antenna module of the millimeter range. 10. Устройство по п. 8, в котором антенный модуль конформно интегрирован с устройством.10. The device according to claim 8, in which the antenna module is conformally integrated with the device. 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.11. The device according to claim 8, in which the housing further comprises a metal frame and the antenna elements are connected to the free space through the traveling wave structure of the metal frame. 12. Устройство по п. 8, в котором антенный модуль работает в более чем одном режиме формирования луча.12. The device according to claim 8, in which the antenna module operates in more than one beamforming mode. 13. Устройство по п. 12, в котором антенный модуль имеет следующие режимы формирования луча: режим антенной решетки, режим бегущей волны, смешанный режим.13. The device according to p. 12, in which the antenna module has the following modes of beam formation: antenna array mode, traveling wave mode, mixed mode. 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.14. The device according to claim 8, in which the antenna elements are made in the form of radiating planar waveguide resonators, the housing further comprises a metal frame and a metal frame connects the planar waveguide resonators to the free space. 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.15. The device according to claim 8, in which the antenna elements are made in the form of radiating planar waveguide resonators, the housing further comprises a metal frame and plastic is inserted into the resonator on the outside of the metal frame. 16. Устройство по п. 15, в котором одна сторона заполненного пластиком волновода открыта в свободное пространство.16. The device according to p. 15, in which one side of the plastic-filled waveguide is open in free space.
RU2016113669A 2016-04-11 2016-04-11 Phased array antenna with adaptable polarization RU2629534C1 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113669A RU2629534C1 (en) 2016-04-11 2016-04-11 Phased array antenna with adaptable polarization
KR1020160106383A KR102589595B1 (en) 2016-04-11 2016-08-22 Wireless communication device with polarization-agile traveling wave phased array antenna
US15/366,358 US10516201B2 (en) 2016-04-11 2016-12-01 Wireless communication system including polarization-agile phased-array antenna
CN201680084451.5A CN108886202B (en) 2016-04-11 2016-12-07 Wireless communication system including variable polarization phased array antenna
EP16898754.3A EP3427342B1 (en) 2016-04-11 2016-12-07 Wireless communication system including polarization-agile phased-array antenna
PCT/KR2016/014287 WO2017179792A1 (en) 2016-04-11 2016-12-07 Wireless communication system including polarization-agile phased-array antenna
US16/725,454 US11050140B2 (en) 2016-04-11 2019-12-23 Wireless communication system including polarization-agile phased-array antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113669A RU2629534C1 (en) 2016-04-11 2016-04-11 Phased array antenna with adaptable polarization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629534C1 true RU2629534C1 (en) 2017-08-29

Family

ID=59797514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016113669A RU2629534C1 (en) 2016-04-11 2016-04-11 Phased array antenna with adaptable polarization

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3427342B1 (en)
KR (1) KR102589595B1 (en)
CN (1) CN108886202B (en)
RU (1) RU2629534C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787961C1 (en) * 2022-01-31 2023-01-13 Акционерное общество "ОКБ-Планета" (АО "ОКБ-Планета") Optically switchable phased array antenna

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102471197B1 (en) * 2016-08-25 2022-11-28 삼성전자 주식회사 Antenna apparatus and electronic device including the same
KR20190060283A (en) 2017-11-24 2019-06-03 삼성전자주식회사 An electronic device comprising an antenna
JP7013586B2 (en) * 2018-03-08 2022-01-31 ソニーグループ株式会社 Board-integrated waveguide antenna
KR102449170B1 (en) 2018-11-16 2022-09-30 한국전자통신연구원 Semiconductor based beamforming antenna
US11996629B2 (en) 2018-11-30 2024-05-28 Huawei Technologies Co., Ltd. Beam steering antenna structure and electronic device comprising said structure
JP7120327B2 (en) 2018-12-13 2022-08-17 ソニーグループ株式会社 antenna device
CN110034374B (en) * 2019-04-08 2022-05-17 Oppo广东移动通信有限公司 Electronic device
CN114128041B (en) * 2019-07-16 2023-10-20 华为技术有限公司 Dual polarized antenna element and antenna array
CN110534924B (en) * 2019-08-16 2021-09-10 维沃移动通信有限公司 Antenna module and electronic equipment
WO2021230403A1 (en) * 2020-05-15 2021-11-18 엘지전자 주식회사 Electronic device having antenna
CN213026486U (en) * 2020-07-08 2021-04-20 瑞声科技(新加坡)有限公司 Radio frequency module
CN112599960B (en) * 2020-11-30 2023-12-08 维沃移动通信有限公司 Electronic equipment
US12107321B2 (en) 2020-12-31 2024-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Antenna and electronic device including same
KR102314805B1 (en) 2021-07-15 2021-10-18 국방과학연구소 All metal wideband tapered slot phased array antenna
EP4360162A1 (en) * 2021-07-22 2024-05-01 Huawei Technologies Co., Ltd. Dual-polarization antenna element for generation of millimeter-wave frequency radiation
CN113451760A (en) * 2021-07-28 2021-09-28 福州大学 Millimeter wave broadband MIMO antenna applied to 5G mobile communication
US20230090399A1 (en) * 2021-09-22 2023-03-23 Qualcomm Incorporated Link establishment using leaky-wave antennas
KR102577272B1 (en) * 2021-12-30 2023-09-12 충남대학교 산학협력단 A piston-type waveguide array antenna capable of beam steering by mechanical manipulation
CN114678684B (en) * 2022-03-09 2023-02-07 北京理工大学 Dual-polarized end-fire phased-array antenna applied to 5G millimeter-wave mobile terminal
KR102701997B1 (en) * 2022-12-08 2024-09-02 포항공과대학교 산학협력단 A radiator module and an antenna apparatus for performing broadside and end-fire radiation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3623112A (en) * 1969-12-19 1971-11-23 Bendix Corp Combined dipole and waveguide radiator for phased antenna array
DE3625113A1 (en) * 1986-07-29 1988-02-04 Siemens Ag Aerial element which is provided for a phased-array antenna
US6426726B1 (en) * 2001-08-15 2002-07-30 Northrop Grumman Corporation Polarized phased array antenna
US8836596B2 (en) * 2013-01-15 2014-09-16 Cubic Corporation Filter antenna

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5461392A (en) * 1994-04-25 1995-10-24 Hughes Aircraft Company Transverse probe antenna element embedded in a flared notch array
US5877731A (en) * 1996-07-11 1999-03-02 Bobowicz; Daniel Phased array antenna having an integrated ground plane and method for providing the same
US6377558B1 (en) * 1998-04-06 2002-04-23 Ericsson Inc. Multi-signal transmit array with low intermodulation
KR100544331B1 (en) * 2003-10-16 2006-01-23 국방과학연구소 A broadband array antenna with curve aperture
US7589689B2 (en) * 2006-07-06 2009-09-15 Ibahn General Holdings Corporation Antenna designs for multi-path environments
CN101944657B (en) * 2010-07-23 2013-04-24 中国电子科技集团公司第五十四研究所 Combined dual-linearly-polarized array antenna
US8466846B1 (en) * 2010-09-29 2013-06-18 Rockwell Collins, Inc. Ultra wide band balanced antipodal tapered slot antenna and array with edge treatment
US20140225805A1 (en) * 2011-03-15 2014-08-14 Helen K. Pan Conformal phased array antenna with integrated transceiver
US20130278468A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-24 Wilocity Arrangement of millimeter-wave antennas in electronic devices having a radiation energy blocking casing
KR101497678B1 (en) * 2013-06-24 2015-03-09 주식회사 마이크로페이스 Dual Linear Polarization Horn Antenna Element for Flat Array Antenna
US9590315B2 (en) * 2014-07-15 2017-03-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Planar linear phase array antenna with enhanced beam scanning
US9620464B2 (en) * 2014-08-13 2017-04-11 International Business Machines Corporation Wireless communications package with integrated antennas and air cavity
KR102138909B1 (en) * 2014-09-19 2020-07-28 삼성전자주식회사 Antenna device and method for operation of the same
CN105226400B (en) * 2015-09-16 2020-07-14 哈尔滨工业大学(威海) Broadband dual-polarization phased array antenna and full-polarization beam forming method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3623112A (en) * 1969-12-19 1971-11-23 Bendix Corp Combined dipole and waveguide radiator for phased antenna array
DE3625113A1 (en) * 1986-07-29 1988-02-04 Siemens Ag Aerial element which is provided for a phased-array antenna
US6426726B1 (en) * 2001-08-15 2002-07-30 Northrop Grumman Corporation Polarized phased array antenna
US8836596B2 (en) * 2013-01-15 2014-09-16 Cubic Corporation Filter antenna

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787961C1 (en) * 2022-01-31 2023-01-13 Акционерное общество "ОКБ-Планета" (АО "ОКБ-Планета") Optically switchable phased array antenna

Also Published As

Publication number Publication date
KR102589595B1 (en) 2023-10-17
EP3427342A1 (en) 2019-01-16
EP3427342A4 (en) 2019-03-13
EP3427342B1 (en) 2020-02-26
CN108886202B (en) 2021-07-13
CN108886202A (en) 2018-11-23
KR20170116558A (en) 2017-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2629534C1 (en) Phased array antenna with adaptable polarization
US11050140B2 (en) Wireless communication system including polarization-agile phased-array antenna
Chen et al. A novel stacked antenna configuration and its applications in dual-band shared-aperture base station antenna array designs
RU2622483C1 (en) Mobile device with phased antenna array of the outground wave
US10522900B2 (en) Wireless communication device with leaky-wave phased array antenna
Dia’aaldin et al. High gain and low cost differentially fed circularly polarized planar aperture antenna for broadband millimeter-wave applications
US10522919B2 (en) Surface integrated waveguide antenna and a transceiver including a surface integrated waveguide antenna array
US11955738B2 (en) Antenna
Vilenskiy et al. Reconfigurable transmitarray with near-field coupling to gap waveguide array antenna for efficient 2-D beam steering
JP2017533675A (en) Stripline coupled antenna with periodic slots for wireless electronic devices
JP2000261235A (en) Triplate line feeding type microstrip antenna
Yang et al. A shared-aperture antenna for (3.5, 28) GHz terminals with end-fire and broadside steerable beams in millimeter wave band
CN105990651A (en) Dual polarization antenna
Zhu et al. Wideband dual-polarized endfire phased array antenna with small ground clearance for 5G mmWave mobile terminals
Afshani et al. Dual-polarized patch antenna excited concurrently by a dual-mode substrate integrated waveguide
Wang et al. Novel Pattern Reconfigurable Epsilon-Near-Zero (ENZ) Antenna for Intelligent IoT Communication Applications
Han et al. Millimeter-Wave High-Gain Substrate Integrated Multi-Slot Antenna Array with A Low Cross Polarization Level
JP7579782B2 (en) Phased antenna array system with fixed feed antennas
Suman et al. High-Gain SIW Antenna with Ridge Gap Waveguide Feed for W-Band Applications
Baghel et al. SICL fed Ka-band dual polarized dipole antenna array for 5G endfire application
Zhu et al. Single-Layer Dual-Polarized End-Fire Phased Array Antenna for 5G Mm-Wave Mobile Terminals
Koul et al. Antenna Systems for Smartphones
Li et al. Compact Decoupled Antenna Based on Mode Cancellation Method and its Multibeam Application
Koul et al. Gain Switchable Antenna Modules
Hirokawa Recent Progress of Corporate-Feed Slot Array Antennas for Non-far Region Communication