СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫХ СРЕДСТВ, СИСТЕМА АНТЕНН И УСТРОЙСТВО РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2005 года по МПК H01Q3/26 H01Q11/08 H04B7/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение имеет отношение к способу управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально, где N - целое число больше 1, и выполненных с возможностью передачи и/или приема радиочастотных (РЧ) сигналов. Изобретение также имеет отношение к системе антенн для передачи/приема РЧ сигналов, содержащей N элементов антенны, сконфигурированных спирально, где N - целое число больше 1, и выполненной с возможностью передачи и/или приема РЧ сигналов. Изобретение дополнительно касается устройства радиосвязи, содержащего такую систему антенн.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для применений антенн, в которых требуется обзор полусферы с круговой поляризацией, может использоваться четырехзаходная (квадрофилярная) спиральная антенна (ЧСА). Преимуществом ЧСА является способность формировать диаграмму направленности от игольчатого осевого главного лепестка до очень широкого главного лепестка, охватывающего почти всю сферу. В диаграмме также может потребоваться наличие пиков и провалов при некоторых углах. Это осуществляется путем возбуждения различных режимов излучения, осевого и/или радиального.

ЧСА состоит из четырех проводов вокруг цилиндрической или конической поверхности с постоянным углом наклона. Обычно, когда пространство ограничено, выбирается узкая и короткая цилиндрическая ЧСА, имеющая три степени свободы (например, диаметр, угол наклона, длину). Обеспечение конической поверхности дает одну дополнительную степень свободы и может значительно увеличить ширину полосы частот.

Дополнительно для получения определенных характеристик может быть осуществлена модификация спиралей. Например, каждая спираль для двойной настройки может быть расщеплена на две половины, имеющие разные длины. Также, если периметр является достаточно большим, то можно извивать спирали, чтобы уменьшить длину антенны. ЧСА возбуждается в нижнем или верхнем конце посредством цепи возбуждения антенны.

Из патентов и опубликованных патентных заявок известно несколько четырехзаходных спиральных антенн (ЧСА). Во многих из них описываются структуры четырехзаходных антенн для радиосигналов с круговой поляризацией. См., к примеру, WO 98/28815, WO 97 /06579, WO 97/ 11507, US 5191352, US 5255005 и US 5541617.

Во всех этих антенных структурах спиральные элементы возбуждаются с постоянной амплитудой и постоянным фазовым сдвигом между спиральными элементами. На фиг.1 показана типичная диаграмма направленности такой антенной структуры, установленной на переносном радиотелефоне. Диаграмма направленности имеет главный лепесток Г, направленный вверх, и, в большинстве случаев, боковой задний лепесток 3, направленный вниз при возбуждении антенны прогрессирующим со сдвигом фазы, приспособленным к направлениям вращения спиральных элементов. Между лепестками диаграмма направленности имеет слепой сектор СС, или нулевой СС, в котором прием/передача не могут быть осуществлены.

Для направления главного лепестка антенны к передатчику/приемнику (к примеру, спутнику), с которым требуется установить связь устройству радиосвязи, предусмотрены, к примеру, телефоны, имеющие антенную структуру, установленную на корпусе телефона с помощью вращательного соединения. Для хорошей передачи/приема сигнала ориентация антенной структуры затем может быть отрегулирована вручную. При изменении местоположения передатчика/приемника или при перемещении телефона могут быть осуществлены новые регулировки. Пример антенной структуры, установленной на телефоне с помощью вращательного соединения, описан в US-A-5628057.

В ЕР 0881782 описана подвижная станция в системе мобильной связи, имеющая много элементов антенны. Сигнал, принимаемый элементом антенны, демодулируют и обнаруживают фазу и мощность сигнала. На основе результатов устройство управления вычисляет фазу и мощность сигнала передачи, который передается к каждому элементу антенны. Расстояние между каждым элементом антенны превышает λ/2, что делает конфигурацию антенны достаточно большой, не подходящей для применений в портативных устройствах связи. Каждый элемент антенны предусматривается в приемнике и передатчике, что требует пространства, и таким образом также является неподходящим для применений в портативных устройствах связи.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему описанию должно быть понятно, что система антенн, предусмотренная изобретением, работает на прием или прием и передачу радиосигналов. Даже если здесь используется термин, предполагающий направление одного конкретного сигнала, то должно быть понятно, что такая ситуация может охватывать направление этого сигнала и/или обратного.

Основной задачей изобретения является создание способа управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), в зависимости от принимаемых сигналов.

Другой задачей изобретения является создание способа управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), при помощи которого можно избежать слепых секторов в диаграмме направленности.

Дополнительной задачей изобретения является создание способа управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), при помощи которого диаграмма направленности может быть приспособлена для осуществления оптимального приема/передачи.

Общей задачей согласно изобретению является получение антенны, которая может быть установлена на переносном устройстве связи, особенно на портативном устройстве радиосвязи типа телефона.

Решение этих и других задач достигается способом в соответствии с прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение дополнительно предлагает способ управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), при помощи которого в течение приема и/или передачи можно управлять диаграммой направленности.

Изобретение дополнительно предлагает способ управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), при помощи которого может быть снижена чувствительность к ориентации антенны и к положению передатчика/приемника.

Изобретение дополнительно предлагает способ управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), при помощи которого может быть улучшена эффективность антенных средств в убранном положении.

Изобретение дополнительно предлагает способ управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), при помощи которого могут быть улучшены среднее значение сигнала и отношение сигнал-шум.

Изобретение дополнительно предлагает способ управления диаграммой направленности антенных средств, содержащих N излучателей, сконфигурированных спирально (NCA), при помощи которого может быть снижена чувствительность к механическим допускам в антенных средствах.

Далее основной задачей изобретения является создание системы антенн, содержащей N элементов антенны, сконфигурированных спирально, с помощью которой можно управлять диаграммой направленности.

Другой задачей изобретения является создание системы антенн, с помощью которой можно избежать слепых секторов в диаграмме направленности.

Другой задачей изобретения является создание системы антенн, с помощью которой можно приспособить диаграмму направленности для осуществления оптимального приема/передачи.

Решение этих и других задач достигается с помощью системы антенн, соответствующей прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение дополнительно предлагает систему антенн, с помощью которой в течение приема и/или передачи можно управлять диаграммой направленности.

Изобретение дополнительно предлагает систему антенн, в которой может быть уменьшена чувствительность к ориентации антенны и положению передатчика/приемника.

Изобретение дополнительно предлагает систему антенн, с помощью которой может быть улучшена эффективность системы антенн с излучателями, находящимися в убранном положении.

Изобретение дополнительно предлагает систему антенн, с помощью которой могут быть улучшены среднее значение сигнала и отношение сигнал-шум.

Изобретение дополнительно предлагает систему антенн, в которой может быть снижена чувствительность к механическим допускам.

Далее основной задачей изобретения является создание устройства радиосвязи, имеющего систему антенн, с вышеупомянутыми задачами.

Решение этих и других задач достигается с помощью устройства радиосвязи, соответствующего прилагаемой формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 иллюстрирует типичную диаграмму направленности устройства N-заходной антенны.

Фиг.2 схематично иллюстрирует устройство четырехзаходной антенны со стандартной цепью возбуждения антенны согласно предшествующему уровню техники.

Фиг.3 иллюстрирует первый вариант осуществления системы антенн согласно изобретению.

Фиг.4 иллюстрирует диаграмму направленности в варианте осуществления системы антенн согласно изобретению, где фазы являются реверсированными относительно фаз для "нормального возбуждения антенны".

Фиг.5 иллюстрирует диаграмму направленности в варианте осуществления системы антенн согласно изобретению, где фазы являются реверсированными относительно фаз для "нормального возбуждения", когда излучающая структура убирается в перевернутое положение.

Фиг.6 иллюстрирует систему антенн согласно второму варианту осуществления изобретения.

Фиг.7 и 8 иллюстрируют разные возможности включения передающей/приемной (Тх/Rx) цепи (ей) в систему антенн согласно изобретению.

Фиг.9 иллюстрирует третий вариант осуществления системы антенн согласно изобретению.

Фиг.10 иллюстрирует четвертый вариант осуществления системы антенн согласно изобретению.

Фиг.11 иллюстрирует пятый вариант осуществления системы антенн согласно изобретению.

Фиг.12 иллюстрирует возможность разделения принимаемых сигналов и сигналов для передачи в две линии связи.

Фиг.13 иллюстрирует возможный "программный" вариант осуществления согласно фиг.9.

Фиг.14 иллюстрирует возможный "аппаратный" вариант осуществления согласно фиг.9.

Фиг.15 иллюстрирует направленный ответвитель, используемый в возможном варианте, показанном на фиг.14.

Фиг.16 иллюстрирует фазоквадратурное гибридное соединение, используемое в возможном варианте, показанном на фиг.14.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Следует отметить, что аналогичные, или соответствующие, части в чертежах приведены с одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг.2 схематично показан возможный вариант известной системы антенн, содержащей устройство антенны и устройство возбуждения антенны для передачи и приема РЧ-волн с круговой поляризацией, в соединении с устройством радиосвязи. Система антенн содержит излучающую структуру 10, которая имеет опору 11, несущую четыре проводящих спиральных излучателя 12 A-D, сконфигурированных совместно продольным образом и коаксиально.

Сформированная таким образом четырехзаходная излучающая структура имеет первый конец 15 и второй конец 14. На первом конце 15 спиральные излучатели 12 A-D снабжены соответствующими точками возбуждения антенны или частями 13 A-D возбуждения антенны.

Средства 20 возбуждения антенны соединены с излучающей структурой 10 для возбуждения антенны и приема сигналов. Средства 20 возбуждения антенны могут содержать диплексер 30, имеющий вход передачи Тх для сигналов, предназначенных для передачи системой антенн и приходящих из схем приемопередатчика устройства радиосвязи, и выход приема Rx для сигналов, принимаемых системой антенн, для передачи к схемам приемопередатчика устройства радиосвязи. Выход 31 диплексера 30 или выход схем приемопередатчика устройства радиосвязи соединен с фазирующей цепью 21. Фазирующая цепь содержит средства деления сигналов, поступающих на вход 22, на сигналы с фазовым сдвигом в 0°, 90°, 180° и 270° соответственно. Каждый из выходов фазирующей цепи 21 соединен, возможно, через согласующие средства 23 A-D с соответствующей частью 13 A-D возбуждения антенны так, чтобы получить прогрессирующий сдвиг фазы на частях 13 A-D возбуждения антенны. Сигнал, поданный на вход Тх диплексера и, таким образом, разделенный на сигналы с фазовым сдвигом и поданный к излучающей структуре 10, сформирует РЧ-волну с круговой поляризацией для излучения излучающей структурой 10.

Поскольку излучающая структура и средства 20 возбуждения антенны являются пассивными, они будут функционировать ответно при приеме РЧ-волны с круговой поляризацией, поляризованной в том же направлении.

Описанные таким образом устройство антенны и устройство возбуждения антенны могут быть использованы для радиосвязи в системах, использующих спутники, а также для приема сигналов в системах позиционирования, использующих спутники, к примеру, в глобальной системе позиционирования (ГСП).

Так как фазирующая цепь 21 дает фиксированный фазовый сдвиг между ее выходами, то диаграмма направленности излучающей структуры будет фиксирована, как показано на фиг.1, и может быть отрегулирована только путем изменения ориентации излучающей структуры 10, к примеру, когда излучающая структура 10 присоединена с помощью вращательного соединения.

Фиг.3 иллюстрирует первый вариант осуществления системы 1 антенн согласно изобретению, содержащей N излучателей 12₁-12_N, где N - целое число больше 1. Излучатели 12₁-12_N предпочтительно сконфигурированы спирально, аналогично показанным на фиг.2. Под сконфигурированными спирально в этой заявке понимается вообще спиральная конфигурация с излучающей структурой, аналогичной показанной на фиг.2, которая может иметь круглое или отличное от круглого поперечное сечение, к примеру, овальное или многоугольное, включая неизменные и изменяющиеся поперечные сечения вдоль продольной оси излучающей структуры (например, конические NCA.). Каждый излучатель 12₁-12_N соединен в своей части 13₁-13_N возбуждения антенны с одним из N портов 41₁-41_N устройства 40 возбуждения антенны. Каждый из портов 41₁-41_N состоит из первого порта адаптивных средств 42₁-42_N возбуждения антенны. Другой порт каждого адаптивного средства 42₁-42_N возбуждения антенны соединен с сумматором/делителем 43 мощности, соединенным с портом 44 антенны. Порт 44 антенны должен быть соединен со схемами приемопередатчика устройства радиосвязи.

Каждое адаптивное средство 42₁-42_N возбуждения антенны преобразует (то есть умножает) с помощью функции A_n e^jϕn сигнал, поступающий на один из его портов, в сигнал, выходящий на другой порт, то есть сигналы, принимаемые любым из излучателей, и сигналы для передачи тем же самым излучателем преобразованы с помощью одной и той же функции. A_n является коэффициентом ослабления или усиления (далее называемым амплитудой), а ϕ_n является фазовым сдвигом для соответствующего адаптивного средства возбуждения антенны. Путем регулирования по меньшей мере одного из параметров A_n и ϕ_n можно управлять или регулировать диаграммой направленности излучателей 12₁-12_N. Если, к примеру, фазы являются реверсивными относительно фаз для "нормального возбуждения антенны" (когда излучатели 12₁-12_N возбуждаются с прогрессирующим сдвигом фазы, приспособленным для направлений вращения спиральных излучателей 12₁-12_N), то диаграмма направленности изменяется так, чтобы главный лепесток М был направлен в противоположном направлении, как показано на фиг.4. Это может быть очень полезным, если излучатели 12₁-12_N поддерживаются излучающей структурой 10, присоединенной к корпусу телефона вращательным соединением. Когда излучающую структуру 10 убирают в резервное положение, как иллюстрируется фиг.5, можно управлять диаграммой направленности для осуществления максимального приема/передачи. Изменение фазы может быть активизировано механически, когда излучающая структура приведена в убранное положение, или изменение фазы может происходить непрерывно.

На фиг.6 показана система антенн согласно второму варианту осуществления изобретения, подобная системе антенн, иллюстрируемой фиг.3. В этом варианте осуществления устройство 40 возбуждения антенны также содержит фиксированную цепь 45 возбуждения антенны, имеющую порты 41₁-41_N, соединенные с N излучателями 12₁-12_N. Устройство 40 возбуждения антенны дополнительно содержит М адаптивных средств 42₁-42_M возбуждения антенны, соединенных с М портами 46₁-46_м возбуждения антенны фиксированной цепи 45 возбуждения антенны, где М - целое число больше 1, которое может быть равным N. При М=N фиксированная цепь 45 возбуждения антенны может содержать N проводников, соединяющих каждый из портов 46₁-46_M возбуждения антенны с соответствующим портом 41₁-41_N. Фиксированная цепь 45 возбуждения антенны может быть сформирована так, чтобы фаза и/или амплитуда на портах 41₁-41_N для управления диаграммой направленности излучателей 12₁-12_N могла быть изменена путем изменения фазы и/или амплитуды на портах 46₁-46_M возбуждения антенны посредством адаптивных средств 42₁-42_м возбуждения антенны. Фиксированная цепь 45 возбуждения антенны может быть, к примеру, сформирована так, чтобы фаза и/или амплитуда на портах 41₁-41_N вызывала возможность переключения диаграммы направленности излучателей 12₁-12_N между различными предварительно выбранными диаграммами направленности путем применения сигналов только на одном из портов 46₁-46_м возбуждения антенны, и изменения порта, на который подаются сигналы. В этом случае A_m устанавливается в нуль для всех адаптивных средств 42₁-42_м возбуждения антенны, кроме одного. Функционирование при передаче является противоположным описанному функционированию при приеме.

Фиг.7 и 8 иллюстрируют разные возможности включения Tx/Rx цепи (ей) 56, 56₁-56_N в систему антенн согласно изобретению. Как показано, принимаемые сигналы и/или сигналы для передачи могут обрабатываться в Tx/Rx цепи (ях) после суммирования или разделения соответственно или перед суммированием или разделением. Также возможно, что Tx/Rx цепь (ей) делится, чтобы ее составляющие были распределены в показанных местоположениях, а также в промежуточных положениях.

На фиг.9 показан третий вариант осуществления изобретения. Сигналы, принимаемые излучателями 12₁-12_N, обнаруживаются в каждой линии связи между излучателями 12₁-12_N и соответствующими им адаптивными средствами 42₁-42_N возбуждения антенны посредством датчиков или ответвителей 48₁-48_N и измеряются в средстве 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления, в этом описании также называемом средством 47 управления. В этом средстве 47 управления измеряется уровень сигнала и/или фаза каждого сигнала, принимаемого излучателями 12₁-12_N, и в соответствующих адаптивных средствах 42₁-42_N возбуждения антенны осуществляется управление амплитудой А_n и/или фазой ϕ_n для принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи, чтобы получить диаграмму направленности, предпочтительно требуемую для осуществления оптимального приема/передачи. Значение измеренного уровня сигнала и/или фазы каждого сигнала, принимаемого излучателями 12₁-12_N, может, к примеру, сравниваться с опорным значением, которое хранится в средстве 47 управления. Опорные значения могут представлять собой уровни сигнала и/или фазы принимаемых сигналов в соответствующих излучателях 12₁-12_N для различной ориентации передатчика (к примеру, спутника) принимаемых сигналов относительно излучателей. Опорные значения могут представлять собой уровни сигнала и/или фазы принимаемых сигналов в соответствующих излучателях 12₁-12_N из более ранних измерений, которые хранятся в средстве 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления, предпочтительно хранятся вместе с соответствующими значениями параметров фазы ϕn и амплитуды A_n. В качестве альтернативы, значения уровней сигнала и/или фаз принимаемых сигналов в соответствующих излучателях 12₁-12_N могут сравниваться друг с другом, и управление амплитудой A_n и/или фазой ϕ_n принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи осуществляется в соответствующих адаптивных средствах 42₁-42_N возбуждения антенны в соответствии с этими сравнениями, чтобы получить диаграмму направленности, предпочтительно требуемую для осуществления оптимального приема/передачи. Предпочтительно измерения и управление выполняются непрерывно или повторяются после определенных периодов времени.

Фиг.10 иллюстрирует четвертый вариант осуществления изобретения, подобный варианту осуществления, показанному на фиг.9. Здесь сигналы, принимаемые излучателями 12₁-12_N, обнаруживаются посредством датчиков или ответвителей 48₁-48_N в каждой линии связи между соответствующими адаптивными средствами 42₁-42_N возбуждения антенны и сумматором/делителем 43 мощности. Это означает, что обнаруженные сигналы преобразуются адаптивными средствами 42₁-42_N возбуждения антенны. Обнаруженные сигналы измеряют в средстве 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления. В этом средстве 47 управления измеряют уровень сигнала и/или фазу каждого сигнала, принимаемого излучателями 12₁-12_N, а в соответствующих адаптивных средствах 42₁-42_N возбуждения антенны осуществляется управление амплитудой A_n и/или фазой ϕ_n принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи, чтобы получить диаграмму направленности, предпочтительно требуемую для осуществления оптимального приема/передачи. Для управления значения измеренных сигналов предпочтительно сравнивают с опорными значениями. Опорные значения могут представлять собой уровни сигнала и/или фазы принимаемых сигналов в соответствующих излучателях 12₁-12_N из более ранних измерений, которые хранятся в средстве 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления, предпочтительно хранятся с соответствующими значениями параметров фазы ϕ_n и амплитуды А_n. Предпочтительно изменяют по меньшей мере один из параметров: фазу ϕ_n и амплитуду A_n для адаптивных средств 42₁-42_N возбуждения антенны, к примеру, в заданные или выбранные случайно моменты времени, пошагово или непрерывно, один параметр для одного адаптивного средства 42₁-42_N возбуждения антенны одновременно, и измеряются уровни сигнала и/или фазы обнаруженных сигналов с различными значениями параметров фазы ϕ_n и амплитуды A_n для адаптивных средств 42₁-42_N возбуждения антенны, предпочтительно все N одновременно. Значение измеренного уровня сигнала и/или фазы каждого обнаруженного сигнала можно, к примеру, сравнивать с опорным значением, которое хранится в средстве 47 управления, и в соответствующих адаптивных средствах 42₁-42_N возбуждения антенны осуществляется управление амплитудой A_n, и/или фазой ϕ_n принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи, чтобы получить диаграмму направленности, требуемую для осуществления оптимального приема/передачи. Предпочтительно, сигнал или группу из N сигналов, обнаруженных и измеренных после изменения параметра фазы ϕ_n и/или амплитуды А_n, сравнивают с предыдущим значением и затем параметр(ы) устанавливают в значение параметра, дающее оптимальное значение обнаруженного и измеренного сигнала, или группы из N сигналов, для периода времени, после которого продолжаются изменение параметра(ов) и измерение(я). В качестве альтернативы, значения уровней сигнала и/или фаз принимаемых сигналов в соответствующих излучателях 12₁-12_N можно сравнивать друг с другом и на основе этих сравнений в соответствующих адаптивных средствах 42₁-42_N возбуждения антенны осуществляется управление амплитудой A_n, и/или фазой ϕ_n принимаемых сигналов, и/или сигналов для передачи, чтобы получить диаграмму направленности, предпочтительно требуемую для осуществления оптимального приема/передачи. Предпочтительно измерения и управление выполняют непрерывно или повторяют после определенных периодов времени.

На фиг.11 показан пятый вариант осуществления изобретения, подобный варианту осуществления, иллюстрируемому фиг.10. В этом варианте осуществления принимаемые сигналы обнаруживают и измеряют после суммирования. Здесь предпочтительно изменяется по меньшей мере один из параметров фаза ϕ_n и амплитуда A_n для адаптивных средств 42₁-42_N возбуждения антенны, к примеру, в заданные или выбранные случайно моменты времени, пошагово или непрерывно, один параметр для одного адаптивного средства 42₁-42_N возбуждения антенны одновременно, и измеряют уровень сигнала обнаруженных сигналов с разными значениями параметров фазы ϕ_n и амплитуды A_n для адаптивных средств 42₁-42_N возбуждения антенны. Значение измеренного уровня сигнала обнаруженного сигнала можно, к примеру, сравнивать с опорным значением, которое хранится в средстве 47 управления, и в соответствующих адаптивных средствах 42₁-42_N возбуждения антенны осуществляется управление амплитудой A_n и/или фазой ϕ_n для принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи, чтобы получить диаграмму направленности, требуемую для осуществления оптимального приема/передачи. Предпочтительно, сигнал, обнаруженный и измеренный после изменения параметра фазы ϕ_n и/или амплитуды A_n, сравнивают с предыдущим значением и затем параметр устанавливают в значение, дающее оптимальное значение обнаруженного и измеренного сигнала для периода времени, после которого продолжаются изменение параметра(ов) и измерение(я). Предпочтительно, измерение(я) и управление выполняют непрерывно или повторяют после определенного периода времени.

Фиг.12 иллюстрирует, как посредством дуплексных фильтров 55₁-55_N, соединенных с излучателями 12₁-12_N, принимаемые сигналы и сигналы для передачи могут быть разделены в две линии связи. В одной линии связи порт 44₁ антенны соединен с "входным" портом сумматора/делителя 43₁ мощности, а N его "выходных" портов соединены с соответствующими им N дуплексными фильтрами 55₁-55_N через фиксированные фазовращатели 53₁-53_N. В другой линии связи порт 44₂ антенны соединен с "входным" портом сумматора/делителя 43₂ мощности, а N его "выходных" портов соединены с соответствующими им N дуплексными фильтрами 55₁-55_N через адаптивные средства 42₁-42_N возбуждения антенны. Здесь любая из двух линий связи может использоваться для принимаемых сигналов, в то время как другая используется для сигналов, предназначенных для передачи. Измерение принимаемых сигналов и управление адаптивными средствами 42₁-42_N возбуждения антенны можно осуществлять любым описанным в другом варианте осуществления, или возможном варианте, способом.

Фиг.13 иллюстрирует возможный "программный" вариант осуществления, соответствующий фиг.9. Это возможный вариант выборочного суммирования между двумя осевыми лепестками. Здесь N=4, и часть каждого из сигналов, принимаемых в излучателях 12₁-12₄, отводится и подается на вход средства 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления, в котором каждый сигнал измеряют и обрабатывают согласно алгоритму управления. Сигналы, выходящие из средства 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления, подают на вход каждого из адаптивных средств 54₁-54₄ возбуждения антенны для управления фазовым сдвигом ϕ_n. Адаптивные средства 54₁-54₄ возбуждения антенны в этом случае состоят из регулируемых фазовращателей, изменяющих фазу пошагово или непрерывно. Для понимания работы этого варианта осуществления определяют два вектора, представляющих два лепестка из которых один направлен вверх, а другой направлен вниз (противоположное направление), как в выражениях

где сигналы из четырех излучателей 12₁-12₄ формируют четырехразмерный вектор, где U_K является единичным вектором, соответствующим излучателю 12_K. Принимаемые на излучателях 12₁-12₄ сигналы считывают средством 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления посредством датчиков 48₁-48₄, и формируют в вектор согласно выражению

где v_k является значением комплексного сигнала, принимаемого в излучателе 12_K. Затем вычисляют два сигнала s₁, s₂, представляющие уровень сигнала в двух лепестках b₁, b₂ соответственно:

В средстве 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления сравнивают уровни двух сигналов s₁, s₂, и оно принимает решение, какой фазовый сдвиг должен быть загружен в регулируемые фазовращатели 54₁-54₄ так, что

ϕ₁=0°

ϕ₂=90°

если s₁>s₂, то фазовые сдвиги ϕ₃=180°

ϕ₄=-90°

будут загружены в соответствующий регулируемый фазовращатель 54₁-54₄, а

ϕ₁=0°

ϕ₂=-90°

если s₂>s₁, то фазовые сдвиги ϕ₃=180°

ϕ₄=90°

будут загружены в соответствующий регулируемый фазовращатель 54₁-54₄. Предпочтительно процесс измерения и управления выполняют непрерывно или повторяют после определенного периода времени. В этом варианте осуществления и принимаемые сигналы и сигналы для передачи будут иметь фазовые сдвиги, в фазовращателях 54₁-54₄ до и после входа и выхода в сумматор/делитель 43 мощности соответственно. Порт 44 антенны, соединенный с сумматором/делителем 43 мощности, также соединен со схемами приемопередатчика устройства радиосвязи. В качестве альтернативы датчики 48₁-48₄, средство 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления и фазовращатели 54₁-54₄ могут быть включены в телефонную линию, и затем части 13₁-13₄ возбуждения антенны подсоединяют к телефонной линии, предпочтительно к выводам на ПП (печатной плате) телефонной линии.

Фиг.14 иллюстрирует возможный "аппаратный" вариант осуществления, соответствующий фиг.9. Это также возможный вариант выборочного суммирования с двумя осевыми лепестками. Здесь также N=4, и часть каждого из сигналов, принимаемых в излучателях 12₁-12₄, отводится и подается на вход средства 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления, в котором сигналы измеряют и обрабатывают для обеспечения выходных сигналов, которые подают на вход каждого из адаптивных средств 54₂, 54₄ возбуждения антенны для управления фазовым сдвигом ϕ_n. В этом случае имеется только два адаптивных средства 54₂, 54₄ возбуждения антенны, и они составлены из регулируемых фазовращателей, которые изменяют фазовый сдвиг с шагами 0° и 180°. Также между датчиками и сумматором/делителем мощности размещаются фиксированные фазовращатели 53₁-53₄ для фазового сдвига сигналов к излучателям 12₁-12₄ и от них на 0°, 90°, 180°, 270° соответственно. Здесь датчики 48₁-48₄ составлены из направленных ответвителей 48₁-48₄, отводящих часть принимаемых сигналов на вход средства 47 схем/алгоритмов обнаружения и управления. Это средство 47 управления содержит устройство 49 фазоквадратурного гибридного соединения, имеющее один входной порт для каждого направленного ответвителя 48₁-48₄. Каждый из двух выходов устройства 49 фазоквадратурного гибридного соединения соединен с усилителями 50_A, 50_в для усиления сигналов. Затем каждый из двух усиленных сигналов подается компаратором 52 через интеграторы 50_A, 50_в. В зависимости от того, какой из двух сигналов на входе компаратора сильнее, на выходе будет логический 0 или логическая 1. Выход компаратора соединен с двумя фазовращателями 42₂, 42₄, и в зависимости от того, подается ли логический 0 или логическая 1 на вход фазовращателей 42₂, 42₂, фазовый сдвиг будет установлен 0° или 180°.

Как описано согласно фиг.7 и 8, в описанных выше вариантах осуществления в соответствующую систему антенн могут быть включены Tx/Rx цепи.

Фиг.15 иллюстрирует направленный ответвитель 48, типа используемого в предыдущем варианте осуществления согласно фиг.14, с обозначением портов. Следующая формула показывает матрицу рассеяния, которая показывает преобразование комплексных сигналов на входе в комплексные сигналы на выходе:

где матрицей задано преобразование сигнала на входе порта с (столбец с) в сигнал на выходе порта 1 (строка 1). В формуле х обозначает произвольную фазу. В матрице р обозначает присоединенную часть. Если р выбрать равным 0,1, то 10% мощности сигнала (-10 dB) отводится для управления.

Фиг.16 иллюстрирует устройство 49 фазо-квадратурного гибридного соединения, типа используемого в предыдущем варианте осуществления согласно фиг.14, с обозначением портов. Следующая формула показывает матрицу рассеяния, которая показывает преобразование комплексных сигналов на входе в комплексные сигналы на выходе:

где матрицей задано преобразование сигнала на входе порта с (столбец с) в сигнал на выходе порта 1 (строка 1). В матрице х представляет неопределенное значение, не имеющее отношение к этой заявке.

В соответствующих вариантах осуществления, описанных выше, можно измерить характеристику уровня сигнала и/или фазу принимаемых сигналов. Фаза может быть измерена в разные моменты времени для сигналов, принимаемых в одном и том же излучателе 12₁-12_N, и можно осуществить сравнение полученных значений. В качестве альтернативы можно измерить фазу сигналов, принимаемых по меньшей мере в двух из излучателей 12₁-12_N, и можно осуществить сравнение полученных значений.

Для всех описанных выше вариантов осуществления, кроме одного, фазой (ϕ_n) и/или амплитудой (A_n) управляют адаптивными средствами 42₁-42_N возбуждения антенны, соответствующими каждому из излучателей 12₁-12_N. Поскольку представляет интерес управление относительными амплитудами и/или фазами между сигналами, относящимися к каждому из излучателей 12₁-12_N, один или, возможно, большее количество адаптивных средств 42₁-42_N возбуждения антенны можно заменить прямым соединением или фиксированным (не переменным) средством возбуждения антенны (с фиксированными ϕ_n и A_n).

Измеряемый принимаемый сигнал предпочтительно является сигналом, используемым в связи, но также может быть специальным управляющим сигналом, предпочтительно имеющим возможность для идентификации в качестве управляющего сигнала, например, через частоту или содержание информации.

Согласно изобретению систему антенн предпочтительно конфигурируют для использования и установки на переносном, к примеру, портативном терминале, который предпочтительно может осуществлять связь со спутником, например спутником в системе типа Иридиум, Глобал Стар, ПКО (промежуточная круговая орбита), ГСП и т.д. Для таких установок излучатели 12₁-12_N должны быть относительно небольшими. Предпочтительно, излучатели 12₁-12_N конфигурируют имеющими общую продольную ось, как показано на фиг.2. Однако излучатели 12₁-12_N могут быть выполнены в других конфигурациях, к примеру, если N/2 является целым числом, то излучатели 12₁-12_N могут быть сконфигурированы попарно, каждый излучатель пары конфигурируют противоположно другому (180°-ное реальное разделение относительно продольной оси), и каждая пара может иметь отдельные продольные оси. Излучатели такой пары предпочтительно возбуждают с относительным фазовым сдвигом 180°.

Хотя изобретение описано посредством упомянутых выше возможных вариантов, естественно, возможно осуществление многих изменений в объеме изобретения.

Изобретение относится к способу управления диаграммой направленности антенных средств, системе антенн для передачи и приема радиочастотных сигналов с круговой поляризацией и к устройству радиосвязи, содержащему такую систему антенн. Техническим результатом является избежание слепых секторов в диаграмме направленности, управление диаграммой направленности и приспособление диаграммы направленности для осуществления оптимального приема/передачи. Способ управления диаграммой направленности антенных средств для приема сигналов с круговой поляризацией, выполненных с возможностью применения для переносного терминала, содержащих N излучателей (12₁-12_N), сконфигурированных спирально и выполненных с возможностью приема или приема и передачи радиочастотных сигналов, при этом N излучателей (12₁-12_N) выполнены с возможностью соединения с общим приемником, основанным на измерении по меньшей мере одной характеристики по меньшей мере одного принимаемого сигнала от по меньшей мере двух из упомянутых излучателей и управлении по меньшей мере одним из параметров фазой и амплитудой принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи для первого и по меньшей мере второго из упомянутых излучателей (12₁-12₄) в зависимости от измеренной характеристики принимаемого сигнала. Система антенн содержит N излучателей (12₁-12_N) и устройство (40) возбуждения антенны, причем каждый из излучателей имеет часть (13₁-13_N) возбуждения антенны, соединенную с устройством (40) возбуждения антенны, при этом N излучателей (12₁-12_N) выполнены с возможностью соединения с общим приемником через устройство (40) возбуждения антенны, при этом устройство (40) возбуждения антенны содержит средства (47, 45, 42₁-42_N, 54₁-54_N) управления по меньшей мере одним из параметров фазой и амплитудой принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи первым и по меньшей мере вторым из упомянутых излучателей (12₁-12_N). Устройство радиосвязи содержит корпус, интерфейс пользователя и приемные схемы или приемные и передающие схемы, соединенные с системой антенн. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Способ управления диаграммой направленности антенных средств (1) для приема сигналов с круговой поляризацией, выполненных с возможностью применения для переносного терминала, содержащих N излучателей (12₁-12_N), сконфигурированных спирально, где N - целое число больше 1, и выполненных с возможностью приема или приема и передачи радиочастотных (РЧ) сигналов, при этом N излучателей (12₁-12_N) выполнены с возможностью соединения с общим приемником (Rx), отличающийся тем, что измеряют по меньшей мере одну характеристику по меньшей мере одного принимаемого сигнала от по меньшей мере двух из упомянутых излучателей и управляют по меньшей мере одним из параметров фазой (ϕn) и амплитудой (A_n) принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи для первого и по меньшей мере второго из упомянутых излучателей (12₁-12₄) в зависимости от измеренной характеристики принимаемого сигнала.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении по меньшей мере одной характеристики по меньшей мере одного принимаемого сигнала измеряют по меньшей мере одну из характеристик: уровень сигнала или фазу по меньшей мере одного принимаемого сигнала.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что уровень принимаемых сигналов измеряют по меньшей мере для двух излучателей (12₁-12₄).4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что фазу принимаемых сигналов измеряют по меньшей мере для двух излучателей (12₁-12₄).5. Способ по п.1, отличающийся тем, что управляют упомянутым по меньшей мере одним параметром принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи для каждого излучателя (12₁-12₄) в зависимости от измеренной характеристики принимаемого сигнала.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно изменяют упомянутый по меньшей мере один параметр между рядом заданных значений упомянутого по меньшей мере одного параметра причем измеряют сигналы, принимаемые в излучателях (12₁-12₄), для различных значений упомянутого по меньшей мере одного параметра и устанавливают упомянутый по меньшей мере один параметр принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи для заданного периода времени в зависимости от упомянутой измеренной характеристики сигнала.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что при изменении упомянутого по меньшей мере одного параметра изменяют упомянутый по меньшей мере один параметр с первого значения на второе значение по меньшей мере один раз.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутую по меньшей мере одну характеристику упомянутого по меньшей мере одного принимаемого сигнала измеряют отдельно для каждого излучателя (12₁-12₄).9. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно суммируют сигналы, принимаемые в упомянутых излучателях (12₁-12₄), причем измерение по меньшей мере одной характеристики выполняют после суммирования сигналов.10. Способ по п.6, отличающийся тем, что изменяют упомянутый по меньшей мере один параметр за один раз для каждого излучателя (12₁-12₄).11. Способ по п.1, отличающийся тем, что управляют упомянутым по меньшей мере одним параметром согласно алгоритму управления, применяемому в средстве управления схемы приемопередатчика устройства радиосвязи.12. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют упомянутый по меньшей мере один параметр между рядом заданных значений для обеспечения по меньшей мере двух различно направленных лепестков диаграммы направленности антенны, измеряют уровни сигналов, принимаемых излучателями (12₁-12_N) в по меньшей мере двух различно направленных лепестках диаграммы направленности антенны, и устанавливают упомянутый по меньшей мере один параметр в значение, дающее наивысший уровень сигнала для заданного периода времени.13. Способ по п.12, отличающийся тем, что два из по меньшей мере двух различно направленных лепестков диаграммы направленности антенны по существу являются противоположно направленными.14. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторяют измерение и управление после заданного или выбранного случайным образом периода времени.15. Система антенн для приема или приема и передачи радиочастотных (РЧ) сигналов с круговой поляризацией, выполненная с возможностью применения для мобильной связи, содержащая N излучателей (12₁-12_N), сконфигурированных спирально, где N - целое число больше 1, и устройство (40) возбуждения антенны, причем каждый из излучателей имеет часть (13₁-13_N) возбуждения антенны, соединенную с устройством (40) возбуждения антенны, при этом N излучателей (12₁-12_N) выполнены с возможностью соединения с общим приемником через устройство (40) возбуждения антенны, отличающаяся тем, что устройство (40) возбуждения антенны содержит средства (47, 45, 42₁-42_N, 54₁-54_N) управления по меньшей мере одним из параметров фазой (ϕn) и амплитудой (An) принимаемых сигналов и/или сигналов для передачи первым и по меньшей мере вторым из упомянутых излучателей (12₁-12_N).16. Система антенн по п.15, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства (48₁-48_N) обнаружения и измерения (47) по меньшей мере одной характеристики сигнала, принимаемого по меньшей мере в одном из излучателей (12₁-12_N), при этом средства (48₁-48_N) обнаружения и измерения (47) соединены со средствами (47, 42₁-42_N, 54₁-54_N) управления по меньшей мере одним из упомянутых параметров.17. Система антенн по п.16, отличающаяся тем, что средства (48₁-48_N) обнаружения сконфигурированы для обнаружения сигнала, имеющегося между по меньшей мере одним излучателем (12₁-12_N) и его соединением (41₁-41_N) с упомянутым устройством (40) возбуждения антенны.18. Система антенн по п.16, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сумматор/делитель (43) мощностей, соединенный с N излучателями (12₁-12_N) через средства (45, 42₁-42_N, 54₁-54_N) управления упомянутым по меньшей мере одним параметром, и который должен быть соединен со схемами приемопередатчика устройства радиосвязи, причем средства (48₁-48_N) обнаружения сконфигурированы для обнаружения сигнала, имеющегося между сумматором/делителем (43) мощностей и средствами (47, 42₁-42_N) управления по меньшей мере одним из упомянутых параметров.19. Система антенн по п.16, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сумматор/делитель (43) мощностей, соединенный с N излучателями (12₁-12_N) через средства (47, 45, 42₁-42_N) управления упомянутым по меньшей мере одним параметром, и который должен быть соединен со схемами приемопередатчика устройства радиосвязи, причем средства (48₁-48_N) обнаружения сконфигурированы для обнаружения сигнала, имеющегося между сумматором/делителем (43) мощностей и упомянутыми схемами приемопередатчика.20. Система антенн по любому из п.п.15-19, отличающаяся тем, что устройство (40) возбуждения антенны содержит фиксированную цепь (45) возбуждения антенны, имеющую N портов (41₁-41_N), каждый из которых соединен с одним из N излучателей (12₁-12_N), и устройство 40 возбуждения антенны дополнительно содержит М средств (42₁-42_M) управления упомянутым по меньшей мере одним параметром, каждое из упомянутых М средств (42₁-42_M) соединено с одним из М портов (46₁-46_M) возбуждения антенны, где М - целое число больше 1.21. Система антенн по п.15, отличающаяся тем, что средства (47, 45, 42₁-42_N, 54₁-54_N) управления упомянутым по меньшей мере одним параметром измеряют и обрабатывают принимаемые сигналы согласно алгоритму управления, применяемому в средстве управления схемы приемопередатчика устройства радиосвязи.22. Система антенн по п.21, отличающаяся тем, что упомянутое средство управления содержит цифровой сигнальный процессор устройства радиосвязи и при этом упомянутый алгоритм выполняется в цифровом сигнальном процессоре.23. Система антенн по п.15, отличающаяся тем, что содержит N-заходную излучающую структуру.24. Устройство радиосвязи, содержащее корпус, интерфейс пользователя и приемные схемы или приемные и передающие схемы, соединенные с системой антенн, отличающееся тем, что оно содержит систему антенн по любому из пп.15-22.25. Устройство радиосвязи по п.24, отличающееся тем, что N излучателей (12₁-12_N) сконфигурированы на структуре, присоединенной к корпусу вращательным соединением.26. Устройство радиосвязи по п.24, отличающееся тем, что N излучателей (12₁-12_N) сконфигурированы на структуре, присоединенной к корпусу скользящим соединением.27. Устройство радиосвязи по любому из пп.24-26, отличающееся тем, что средства (47, 45, 42₁-42_N, 54₁-54_N) управления упомянутым по меньшей мере одним параметром поддерживаются упомянутой структурой.28. Устройство радиосвязи по п.24, отличающееся тем, что оно является переносным устройством связи.29. Устройство радиосвязи по п.28, отличающееся тем, что переносное устройство радиосвязи является переносным телефоном.