АНТЕННА БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА, АНТЕННА БЕСПРОВОДНОГО ПРИЕМА СИГНАЛА, СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА, СПОСОБ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА И СПОСОБ БЕСПРОВОДНОГО ПРИЕМА СИГНАЛА Российский патент 2018 года по МПК H01Q3/30 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к антенне беспроводной передачи сигнала, антенне беспроводного приема сигнала, системе беспроводной передачи сигнала, способу беспроводной передачи сигнала и способу беспроводного приема сигнала, которые формируют сигналы в спиральные пучки и выполняют ими связь беспроводным образом.

Уровень техники

[0002] Связь в диапазоне частот, используемых в настоящее время для беспроводной связи, приближается к пределу. Чтобы решить эту проблему, исследуется технология связи, которая добавляет орбитальный угловой момент (OAM) в беспроводные сигналы для формирования сигналов в спиральные пучки и передает и принимает их. Сигналы, которые сформированы в спиральные пучки, имеют характеристики, что поверхность равных фаз закручивается в спиральную форму. Посредством изменения шага спирали поверхности равных фаз спиральных пучков является возможным формирование бесконечных сигналов ортогональной моды. Поэтому, посредством использования спиральных пучков для беспроводной связи является возможным выполнение многоканальной связи на одной и той же частоте, достигая таким образом связи с более высокой скоростью и с большей пропускной способностью.

[0003] Исследования в области связи с использованием сигналов в спиральных пучках, к которым добавляется орбитальный угловой момент, описывается, например, в непатентной литературе 1 и непатентной литературе 2. В непатентной литературе 1 описывается формирование спирального пучка, где орбитальный угловой момент добавляется к сигналу посредством использования антенны 50 OAM, имеющей отражающий блок 51, в котором сделан вырез в части параболической антенны, как показано на фиг.16. В непатентной литературе 2 описывается эксперимент, изображающий, что, в результате формирования спирального пучка, используя антенну 50 OAM, и передачи сигнала, этот сигнал может приниматься в точке приема, расположенной на большом расстоянии.

Список ссылок

Непатентная литература

[0004] NPL1: «BR witnesses experiment on Radio Orbital Angular Momentum (OAM) with potential for drastic improvement in spectrum efficiency», ITU, Internet (URL: http://www.itu.int/en/ITU-R/trends/OAM/Pages/default.aspx)

NPL2: Fabrizio Tamburini, and five others, New Journal of Physics 2012/3/1 «Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental testʺ Internet (URL:http://iopscience.iop.org/1367-2630/14/3/033001)

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0005] В соответствии с антенной 50 OAM, описанной в непатентной литературе 1 и непатентной литературе 2, является возможным формирование спирального пучка и передача сигнала. Для фактической связи с высокой скоростью и большой пропускной способностью требуется мультиплексирование множества спиральных пучков с разными шагами спирали. Однако, так как антенна 50 OAM физически формирует спиральный пучок посредством использования отражающего блока 51, где сделан вырез в части параболической антенны, не является возможным изменение шага спирали спирального пучка. Таким образом, антенна OAM, описанная в непатентной литературе 1 и непатентной литературе 2, имеет проблему в том, что не является возможным формирование множества спиральных пучков с разными шагами спирали.

[0006] Примерной задачей настоящего изобретения является обеспечение антенны беспроводной передачи сигнала, антенны беспроводного приема сигнала, системы беспроводной передачи сигнала, способа беспроводной передачи сигнала и способа беспроводного приема сигнала, которые могут для беспроводной связи формировать сигнал в спиральный пучок и изменять шаг спирали сигнала и дополнительно могут одновременно использовать множество спиральных пучков с разными шагами спирали для беспроводной связи.

Решение проблемы

[0007] Одним примерным аспектом настоящего изобретения является антенна беспроводной передачи сигнала, включающая в себя средство излучения сигнала, имеющее антенные элементы в количестве N (где N представляет собой целое число, удовлетворяющее N≥2), равномерно разнесенные по окружности круга; и средство распределения сигнала для генерирования, из введенного первого сигнала, вторых сигналов в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому, и вывода вторых сигналов в количестве N на антенные элементы в количестве N, соответственно, так что спиральный пучок с поверхностью равных фаз, наклоненной по спирали, выводится из средства излучения сигнала.

[0008] Одним примерным аспектом настоящего изобретения является антенна беспроводного приема сигнала, включающая в себя средство приема сигнала, имеющее антенные элементы в количестве X (где X представляет собой целое число, удовлетворяющее X≥2), равномерно разнесенные по окружности круга; и средство синтеза сигнала для приема, в качестве вторых сигналов в количестве X, спиральных пучков с поверхностями равных фаз, наклоненными по спирали, принимаемых средством приема сигнала от антенных элементов в количестве X, соответственно, добавления разности фаз каждому из вторых сигналов в количестве X, и синтеза и вывода первого сигнала.

[0009] Одним примерным аспектом настоящего изобретения является способ беспроводной передачи сигнала, включающий в себя генерирование, из введенного первого сигнала, вторых сигналов в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому; и вывод вторых сигналов в количестве N на антенные элементы в количестве N, соответственно, так что спиральный пучок с поверхностью равных фаз, наклоненной по спирали, выводится из средства излучения сигнала, имеющего антенные элементы в количестве N (где N представляет собой целое число, удовлетворяющее N≥2), равномерно разнесенные по окружности круга.

[0010] Одним примерным аспектом настоящего изобретения является способ беспроводного приема сигнала, включающий в себя прием, в качестве вторых сигналов в количестве X, спирального пучка с поверхностью равных фаз, принимаемого средством приема сигнала, имеющим антенные элементы в количестве X (где X представляет собой целое число, удовлетворяющее X≥2), равномерно разнесенные по окружности круга, от антенных элементов в количестве X, соответственно, добавление разности фаз каждому из вторых сигналов в количестве X, синтез из них первого сигнала и вывод первого сигнала.

[0011] Одним примерным аспектом настоящего изобретения является система беспроводной передачи сигнала, включающая в себя средство излучения сигнала для вывода сигнала передачи антенными элементами в количестве N (где N представляет собой целое число, удовлетворяющее N≥2); и средство распределения сигнала для генерирования, из введенного первого сигнала, вторых сигналов в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому, и вывода вторых сигналов в количестве N на антенные элементы в количестве N, соответственно, в которой антенные элементы в количестве N равномерно разнесены по окружности круга.

Полезные эффекты изобретения

[0012] В соответствии с антенной беспроводной передачи сигнала, антенной беспроводного приема сигнала, системой беспроводной передачи сигнала, способом беспроводной передачи сигнала и способом беспроводного приема сигнала согласно примерным аспектам настоящего изобретения является возможным формирование сигнала в спиральный пучок и изменение шага спирали сигнала для беспроводной связи, и, дополнительно, использование одновременно множества спиральных пучков с разными шагами спирали для беспроводной связи.

Краткое описание чертежей

[0013] Фиг.1 представляет собой вид, изображающий конструкцию антенны беспроводной передачи согласно первому примерному варианту осуществления.

Фиг.2 представляет собой вид, изображающий принцип работы схемы распределения сигнала, использующей схему питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера.

Фиг.3 представляет собой вид, изображающий то, как спиральный пучок формируется средством A излучения сигнала.

Фиг.4 представляет собой вид, изображающий принцип работы схемы распределения сигнала, использующей схему питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера с множеством портов ввода.

Фиг.5 представляет собой блок-схему последовательности операций, изображающую процесс формирования спирального пучка антенной беспроводной передачи.

Фиг.6 представляет собой вид, изображающий конструкцию схемы распределения сигнала, включенной в антенну беспроводной передачи, согласно второму примерному варианту осуществления.

Фиг.7 представляет собой вид, изображающий состояние, когда разные первые сигналы в количестве M вводятся в антенну беспроводной передачи.

Фиг.8 представляет собой блок-схему последовательности операций, изображающую процесс формирования разных спиральных пучков в количестве M антенной беспроводной передачи.

Фиг.9 представляет собой вид, изображающий конструкцию антенны беспроводного приема согласно третьему примерному варианту осуществления.

Фиг.10 представляет собой блок-схему последовательности операций, изображающую процесс приема спирального пучка антенной беспроводного приема.

Фиг.11 представляет собой вид, изображающий конструкцию схемы синтеза сигнала, включенной в антенну беспроводного приема, согласно четвертому примерному варианту осуществления.

Фиг.12 представляет собой блок-схему последовательности операций, изображающую процесс приема разных спиральных пучков в количестве M антенной беспроводного приема.

Фиг.13 представляет собой вид, изображающий конструкцию системы беспроводной передачи и приема согласно пятому примерному варианту осуществления.

Фиг.14 представляет собой вид, изображающий модифицированный пример антенны беспроводной передачи согласно седьмому примерному варианту осуществления.

Фиг.15 представляет собой вид, изображающий конструкцию антенны беспроводной передачи согласно восьмому примерному варианту осуществления.

Фиг.16 представляет собой вид, изображающий антенну OAM предшествующего уровня техники.

Описание вариантов осуществления

[0014] Первый примерный вариант осуществления

Примерные варианты осуществления настоящего изобретения описываются ниже в данном документе с ссылкой на чертежи.

[0015] [Первый примерный вариант осуществления]

Как показано на фиг.1, антенна 10 беспроводной передачи (система беспроводной передачи) включает в себя средство A излучения сигнала, имеющее антенные элементы A1, A2, …, AN в количестве N (где N представляет собой целое число, равное 2 или больше), которые равномерно разнесены по окружности круга, порт C ввода сигнала (средство ввода сигнала) для ввода первых сигналов S1, …, SM, и схему B распределения сигнала (средство распределения сигнала) для распределения введенных первых сигналов S1, …, SM во вторые сигналы S2 в количестве N равной мощности, и выводит их на антенные элементы A1, A2, …, AN, соответственно. Посредством такой конструкции, антенна 10 беспроводной передачи может формировать и передавать, из введенных первых сигналов S1, …, SM, сигнал передачи в спиральном пучке антенными элементами A1, A2, …, AN.

[0016] Антенные элементы A1, …, AN равномерно разнесены по окружности круга, например, диаметра 30 см. Это множество антенных элементов A1, …, AN составляет средство A излучения сигнала. Средство A излучения сигнала соответствует отражающему блоку 51, который представляет собой параболическую антенну с вырезом, показанную на фиг.16. Параболическая антенна может использоваться, например, в виде каждого из антенных элементов A1, …, AN. Средство A излучения сигнала и схема B распределения сигнала соединены сигнальным волноводом D. Сигнальный волновод D имеет сигнальные линии D1, …, DN в количестве N одинаковой длины. Сигнальные линии D1, …, DN соединяют порты B1, …, BN излучения сигнала в количестве N схемы B распределения сигнала и антенные элементы A1, …, AN. Коаксиальные кабели или волноводы могут использоваться в качестве сигнальных линий D1, …, DN.

[0017] Схема B распределения сигнала распределяет первый сигнал S, который вводится с любого из множества портов C1, …, CM ввода сигнала, во вторые сигналы G1, …, GN в количестве N равной мощности и излучает их с портов B1, …, BN излучения сигнала. Схема питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера, например, может использоваться в качестве схемы B распределения сигнала. Как широко известно, диаграммообразующая матрица Батлера используется для изменения направления передачи пучков.

[0018] Как показано на фиг.2, в соответствии со схемой B распределения сигнала, использующей схему питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера, когда первый сигнал S1 вводится с порта C1 ввода сигнала, вторые сигналы G1, …, GN в количестве N равной мощности выводятся распределенным образом с портов B1, …, BN излучения сигнала. В это же время схема B распределения сигнала добавляет разность фаз с линейным углом θ1 наклона вторым сигналам G1, …, GN в количестве N, подлежащим излучению с портов B1, …, BN излучения сигнала. Спиральный пучок H формируется с использованием таких свойств. Если быть точнее, сигнальные линии D1, …, DN одинаковой длины подсоединены от портов B1, …, BN излучения сигнала к антенным элементам A1, …, AN (см. фиг.1).

[0019] Кроме того, антенные элементы A1, …, AN равномерно разнесены по окружности круга. Таким образом, когда вторые сигналы G1, …, GN излучаются с антенных элементов A1, …, AN последовательно в заданные интервалы в некотором направлении кручения (кручение вправо или кручение влево), спиральный пучок H формируется от средства A излучения сигнала, как показано на фиг.3. Направление кручения спирального пучка меняется по соответствию между антенными элементами A1, …, AN и сигнальными линиями D1, …, DN. Мода OAM для формирования спирального пучка H включает в себя случай N=2. В случае N=2 направление кручения может быть любым из кручения вправо и кручения влево. В случае N=3 или более, может определяться направление кручения спирального пучка H.

[0020] Как показано на фиг.4, диаграммообразующая матрица Батлера обычно имеет множество портов C1, …, CM ввода сигнала (где M представляет собой положительное целое число, удовлетворяющее M≤N), и посредством смены портов C1, …, CM ввода сигнала для ввода первых сигналов S1, …, SM является возможным изменять угол θN наклона разности фаз с линейным углом наклона, которая появляется на портах B1, …, BN излучения сигнала. Например, первый сигнал S2, который вводится в порт C2 ввода сигнала, выводится в качестве вторых сигналов G1, …, GN, к которым добавляется разность фаз с линейным углом θ2 наклоном. Используя такие свойства, шаг спирали спирального пучка H может меняться в соответствии с портами C1, …, CM ввода сигнала. Таким образом, является возможным формирование сигнала, подлежащего выводу из средства A излучения сигнала, в виде спирального пучка H, имеющего шаг спирали, соответствующий портам C1, …, CM ввода сигнала, поверхность равных фаз которого наклонена по спирали.

[0021] Конкретно, схема B распределения сигнала генерирует, из введенного первого сигнала S, вторые сигналы G1, …, GN в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому, и выводит вторые сигналы G1, …, GN в количестве N на антенные элементы A1, …, AN в количестве N, соответственно, так что спиральный пучок H, поверхность равных фаз которого наклонена по спирали, выводится из средства A излучения сигнала. В это же время, схема B распределения сигнала распределяет сигнал, так что вторые сигналы G1, …, GN, имеющие заданную разность фаз, причем разность фаз увеличивается инкрементными шагами (на одинаковую разность) в направлении по окружности, вводятся в антенные элементы A1, …, AN, которые являются смежными в средстве A излучения сигнала. Хотя пример использования схемы питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера для схемы B распределения сигнала показан в вышеупомянутом описании, может использоваться любая схема, если она может выводить вторые сигналы G1, …, GN так, что спиральный пучок H формируется с каждого из антенных элементов A1, …, AN, которые равномерно разнесены по окружности круга. Кроме того, разности фаз, добавляемые ко вторым сигналам, необязательно с равными интервалами (с равными разностями).

[0022] Процесс способа беспроводной передачи, который формирует спиральный пучок H антенной 10 беспроводной передачи, кратко описывается ниже в данном документе с ссылкой на фиг.5.

[0023] В антенне 10 беспроводной передачи схема B распределения сигнала распределяет первый сигнал S, который вводится в любой из портов C1, …, CM ввода сигнала, во вторые сигналы G1, …, GN в количестве N равной мощности (S100). Схема B распределения сигнала добавляет инкрементную разность фаз каждому из вторых сигналов G1, …, GN в количестве N, подлежащих выводу (S101). Схема B распределения сигнала распределяет вторые сигналы G1, …, GN в количестве N на антенные элементы A1, …, AN в количестве N, соответственно, так что спиральный пучок H, поверхность равных фаз которого наклонена по спирали, формируется из средства A излучения сигнала (S102).

[0024] Как описано выше, в соответствии с антенной 10 беспроводной передачи, сигнал, который выводится с каждого из антенных элементов A1, …, AN, может формироваться в виде спирального пучка H, поверхность равных фаз которого наклонена по спирали. Кроме того, в соответствии с антенной 10 беспроводной передачи, при формировании сигнала в спиральный пучок H, шаг спирали спирального пучка H может меняться произвольным образом.

[0025] [Второй примерный вариант осуществления]

В первом примерном варианте осуществления, сигнал, который выводится с каждого из антенных элементов A1, …, AN, формируется в виде спирального пучка, имеющего шаг спирали, соответствующий портам C1, …, CM ввода сигнала, поверхность равных фаз которого наклонена по спирали, в антенне 10 беспроводной передачи. В этом примерном варианте осуществления множество спиральных пучков, имеющих разные шаги спирали, формируются с использованием антенны 10 беспроводной передачи для мультиплексирования связи. В нижеследующем описании одинаковые названия и символы используются для элементов, которые являются одинаковыми с элементами в первом примерном варианте осуществления, и излишнее описание, соответствующим образом, опускается.

[0026] Как показано на фиг.6, антенна 10 беспроводной передачи включает в себя схему B распределения сигнала, которая имеет множество портов C1, …, CM ввода сигнала и множество портов B1, …, BN излучения сигнала. Конструкция схемы B распределения сигнала, которая имеет схему питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера с 8 (=M) входами и 8 (=N) выходами, показана в данном примере. Когда первые сигналы S1, …, SM вводятся в любой из портов C1, …, CM ввода сигнала, к ним добавляются разности фаз с разными линейными углами наклона, и вторые сигналы G1, …, GN в количестве N равной мощности выводятся с портов B1, …, BN излучения сигнала, соответственно (см. фиг.4). Таким образом, из введенного первого сигнала S формируются спиральные пучки H1, …, HM в количестве M с разными шагами спирали в соответствии с портами C1, …, CM ввода сигнала.

[0027] Как показано на фиг.7, когда разные первые сигналы S1, …, SM в количестве M вводятся, соответственно, в порты C1, …, CM ввода сигнала в количестве M, разности фаз с разными линейными углами θ1, …, θN наклона добавляются, соответственно, ко вторым сигналам G1, …, GN в количестве N равной мощности, соответствующим портам C1, …, CM ввода сигнала, и вторые сигналы G1, …, GN в количестве N равной мощности выводятся, соответственно, с портов B1, …, BN излучения сигнала. Вторые сигналы G1, …, GN, соответствующие портам C1, …, CM ввода сигнала, последовательно выводятся с антенных элементов A1, …, AN в заданные моменты времени с равными интервалами, и, таким образом, одновременно формируются спиральные пучки H1, …, HM в количестве M с разными шагами спирали. Поэтому, антенна 10 беспроводной передачи может одновременно мультиплексировать и передавать множество спиральных пучков H1, …, HM.

[0028] Процесс способа беспроводной передачи, который формирует множество спиральных пучков H с разными шагами спирали посредством антенны 10 беспроводной передачи, кратко описывается ниже в данном документе с ссылкой на фиг.8.

[0029] В антенне 10 беспроводной передачи, схема B распределения сигнала распределяет и выводит каждый из разных первых сигналов S1, …, SM в количестве M, которые вводятся в каждый из портов C1, …, CM ввода сигнала, во вторые сигналы G1, …, GN в количестве N равной мощности, соответствующие портам C1, …, CM ввода сигнала (S200). Схема B распределения сигнала добавляет разную инкрементную разность фаз к каждому из распределенных вторых сигналов G1, …, GN в количестве N и выводит их с портов B1, …, BN излучения сигнала (S201). Схема B распределения сигнала распределяет вторые сигналы G1, …, GN на антенные элементы A1, …, AN в количестве N, соответственно, так что средство A излучения сигнала формирует разные спиральные пучки H в количестве M, поверхности равных фаз которых наклонены по спирали (S202).

[0030] Как описано выше, в соответствии с антенной 10 беспроводной передачи, является возможным одновременно мультиплексировать и передавать множество спиральных пучков H1, …, HM.

[0031] [Третий примерный вариант осуществления]

Антенна, которая имеет такую же конструкцию, что и антенна 10 беспроводной передачи, может использоваться также в качестве антенны приема для антенны 10 беспроводной передачи.

[0032] Как показано на фиг.9, антенна 20 беспроводного приема включает в себя средство K приема сигнала, имеющее антенные элементы K1, …, KX в количестве X (где X представляет собой целое число, равное 2 или больше), которые равномерно разнесены по окружности круга, схему T синтеза сигнала (средство синтеза сигнала) для синтеза первого сигнала Q из вторых сигналов P1, …, PX в количестве X одинаковой мощности, которые принимаются от антенных элементов K1, …, KX, соответственно, и средство R вывода сигнала, имеющее порты R1, …, RY вывода сигнала в количестве Y (где Y представляет собой положительное целое число, удовлетворяющее Y≤X) для вывода первого сигнала Q. Посредством этой конструкции, антенна 20 беспроводного приема выводит принимаемый спиральный пучок H в виде первого сигнала Q с портов R1, …, RY вывода сигнала. Количество X антенных элементов K1, …, KX может быть больше количества N антенных элементов A1, …, AN в антенне 10 беспроводной передачи.

[0033] Антенные элементы K1, …, KX равномерно разнесены по окружности круга с диаметром, например, 30 см. Это множество антенных элементов K1, …, KX составляет средство K приема сигнала. Параболическая антенна может использоваться, например, в качестве каждого из антенных элементов K1, …, KX. Средство K приема сигнала и схема T синтеза сигнала соединены посредством сигнального волновода U. Сигнальный волновод U имеет сигнальные линии U1, …, UX в количестве X равной длины. Сигнальные линии U1, …, UX соединяют порты V1, …, VX ввода сигнала в количестве X схемы T синтеза сигнала и антенные элементы K1, …, KX. Коаксиальные кабели или волноводы могут использоваться в качестве сигнальных линий U1, …, UX.

[0034] Схема T синтеза сигнала синтезирует сигнал из вторых сигналов P1, …, PX равной мощности, которые вводятся с множества портов V1, …, VX ввода сигнала, и выводит синтезированный сигнал в виде первого сигнала Q с любого из портов R1, …, RY вывода сигнала в соответствии с шагом спирали спирального пучка H. Схема питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера может использоваться, например, в качестве схемы T синтеза сигнала. Схема T синтеза сигнала имеет такую же конструкцию, что и схема B распределения сигнала в антенне 10 беспроводной передачи (см. фиг.2). Таким образом, если вторые сигналы P1, …, PX вводятся в схему B распределения сигнала противоположным образом, первый сигнал Q синтезируется и выводится, что представляет собой работу схемы T синтеза сигнала. Поэтому, антенна 20 беспроводного приема может выводить спиральный пучок H в виде первого сигнала Q посредством операции, которая противоположна операции антенны 10 беспроводной передачи.

[0035] Конкретно, спиральный пучок, поверхность равных фаз которого наклонена по спирали, который принимается средством K приема сигнала, имеющим антенные элементы K1, …, KX в количестве X, равномерно разнесенные по окружности круга, вводится в виде вторых сигналов P1, …, PX в количестве X в схему T синтеза сигнала от антенных элементов K1, …, KX в количестве X, соответственно, и схема T синтеза сигнала добавляет разность фаз каждому из вторых сигналов P1, …, PX в количестве X, синтезирует из них первый сигнал Q и выводит первый сигнал Q. Затем схема T синтеза сигнала добавляет заданную разность фаз вторым сигналам P1, …, PX в количестве X, которые вводятся от антенных элементов, смежных в средстве K приема сигнала, так что разность фаз уменьшается декрементными шагами в направлении окружности.

[0036] Хотя пример использования схемы питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера для схемы T синтеза сигнала показан в вышеупомянутом описании, любая схема может использоваться, если она может принимать спиральный пучок H от каждого из антенных элементов K1, …, KX, равномерно разнесенных по окружности круга, и может выводить первый сигнал Q. Кроме того, разности фаз, подлежащие добавлению ко вторым сигналам P1, …, PX, необязательно с равными интервалами.

[0037] Процесс приема спирального пучка H антенной 20 беспроводного приема описывается ниже в данном документе со ссылкой на фиг.10.

[0038] Когда спиральный пучок H передается с антенны 10 беспроводной передачи, антенна 20 беспроводного приема последовательно принимает вторые сигналы P1, …, PX в некотором направлении кручения от антенных элементов K1, …, KX в количестве X, соответственно, которые равномерно разнесены по окружности круга (S300). Так как инкрементная разность фаз была добавлена к каждому из вторых сигналов P1, …, PX, схема T синтеза сигнала добавляет декрементную разность фаз, противоположно инкрементной разности фаз, каждому из вторых сигналов P1, …, PX и синтезирует из них (S301). Схема T синтеза сигнала выводит первый сигнал Q с любого из портов R1, …, RY вывода сигнала (S302).

[0039] Как описано выше, в соответствии с антенной 20 беспроводного приема, является возможным выводить принимаемый спиральный пучок H в виде первого сигнала Q.

[0040] [Четвертый примерный вариант осуществления]

Антенна 20 беспроводного приема может принимать мультиплексированные спиральные пучки H в количестве Y с разными шагами спирали, которые передаются антенной 10 беспроводной передачи во втором примерном варианте осуществления, и может выводить их в виде первых сигналов Q в количестве Y. В нижеследующем описании одинаковые названия и символы используются для элементов, которые являются одинаковыми с элементами в других примерных вариантах осуществления, и, соответствующим образом, опускается излишнее описание.

[0041] Как показано на фиг.11, антенна 20 беспроводного приема включает в себя схему T синтеза сигнала, имеющую множество портов V1, …, VX ввода сигнала и множество портов R1, …, RY вывода сигнала. Конструкция схемы T синтеза сигнала, которая имеет схему питания на основе диаграммообразующей матрицы Батлера, где X=8 и Y=8, показана в данном примере. Схема T синтеза сигнала имеет такую же конструкцию, что и схема B распределения сигнала во втором варианте осуществления. Конкретно, когда схема T синтеза сигнала принимает спиральные пучки в количестве Y с разными шагами спирали, она добавляет линейные разности фаз, имеющие углы наклона, которые противоположны углам наклона, соответствующим портам R1, …, RY вывода сигнала, принимаемым вторым сигналам P1, …, PX в количестве X, соответственно, синтезирует из них первые сигналы Q в количестве Y и выводит первые сигналы Q в количестве Y с портов R1, …, RY вывода сигнала, соответственно, операцией, противоположной операции схемы B распределения сигнала.

[0042] Ниже в данном документе описывается процесс приема сигналов, содержащих спиральные пучки H в количестве Y с разными шагами спирали антенной 20 беспроводного приема с ссылкой на фиг.12.

[0043] Когда спиральные пучки H в количестве Y с разными шагами спирали передаются с антенны 10 беспроводной передачи, антенна 20 беспроводного приема принимает вторые сигналы P1, …, PX в некотором направлении кручения, соответственно, от антенных элементов K1, …, KX в количестве X, которые равномерно разнесены по окружности круга (S400). Так как инкрементная разность фаз была добавлена ко вторым сигналам P1, …, PX, схема T синтеза сигнала добавляет декрементную разность фаз, противоположно инкрементной разности фаз, каждому из вторых сигналов P1, …, PX и синтезирует из них первые сигналы Q (S401). Схема T синтеза сигнала выводит первые сигналы Q в количестве Y с портов R1, …, RY вывода сигнала (S402).

[0044] Как описано выше, в соответствии с антенной 20 беспроводного приема, является возможным принимать мультиплексированные спиральные пучки H в количестве Y с разными шагами спирали, которые передаются антенной 10 беспроводной передачи, и выводить их в качестве первых сигналов Q в количестве Y.

[0045] [Пятый примерный вариант осуществления]

Посредством антенны 10 беспроводной передачи и антенны 20 беспроводного приема, описанным выше, является возможным передавать и принимать сигналы беспроводным образом, используя спиральные пучки H.

[0046] Как показано на фиг.13, система 100 беспроводной передачи и приема включает в себя антенну 10 беспроводной передачи и антенну 20 беспроводного приема. В соответствии с системой 100 беспроводной передачи и приема является возможным передавать и принимать сигналы, содержащие мультиплексированные спиральные пучки H в количестве Y с разными шагами спирали.

[0047] [Шестой примерный вариант осуществления]

Как описано в непатентной литературе 2, спиральный пучок H увеличивается во внешнем диаметре подобно тору, когда расстояние передачи и приема становится больше. С другой стороны, диаметр окружности, где антенные элементы K1, …, KX размещены в антенне 20 беспроводного приема, может меняться, основываясь на расстоянии передачи и приема. Например, диаметр окружности антенны 20 беспроводного приема может увеличиваться, когда является большим расстояние передачи и приема. Кроме того, чтобы сдерживать увеличение внешнего диаметра спирального пучка H, диаметр окружности, где антенные элементы A1, …, AN размещены в антенне 10 беспроводной передачи, может меняться, основываясь на расстояния передачи и приема. Например, диаметр окружности антенны 10 беспроводной передачи может увеличиваться, когда является большим расстояние передачи и приема.

[0048] [Седьмой примерный вариант осуществления]

Как показано на фиг.14, антенные элементы A1, …, AN антенны 10 беспроводной передачи могут представлять собой сегмент антенной решетки, вместо параболической антенны, который образует антенну 40 беспроводной передачи. Аналогично, антенные элементы K1, …, KX антенны 20 беспроводного приема могут представлять собой сегмент антенной решетки, вместо параболической антенны (не показана).

[0049] [Восьмой примерный вариант осуществления]

Как показано на фиг.15, антенна 30 беспроводной передачи включает в себя другие порты Z1, …, ZN ввода сигнала в количестве M для ввода других разных первых сигналов W в количестве M, ортогональных первому сигналу S, для формирования спирального пучка J, который является ортогонально поляризованной волной спирального пучка H, передаваемого антенной 10 беспроводной передачи, и другую схему E распределения сигнала, которая принимает другие первые сигналы W и выводит другие вторые сигналы F1, …, FN в количестве N, ортогональные вторым сигналам G1, …, GN. Антенна 30 беспроводной передачи, таким образом, может передавать спиральный пучок I с VH-поляризованными волнами (с вертикальной поляризацией при передаче и горизонтальной поляризацией при приеме). С использованием антенны беспроводного приема (не показана), имеющей такую же конструкцию, что и антенна 30 беспроводной передачи, является возможным принимать спиральный пучок I с VH-поляризованными волнами и выводить первые сигналы в количестве M и другие разные первые сигналы в количестве M.

[0050] Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным примерным вариантом осуществления и может быть изменено многими способами в пределах объема настоящего изобретения. Например, для антенных элементов A1, …, AN и антенных элементов K1, …, KX могут использоваться дипольные антенны, спиральные антенны или рупорные антенны, например, кроме тех, которые описаны в вышеприведенных примерных вариантах осуществления. Кроме того, для антенных элементов K1, …, KX на приемной стороне могут использоваться антенны Яги.

[0051] Хотя настоящее изобретение описано в виде аппаратной конфигурации в вышеприведенных примерных вариантах осуществления, настоящее изобретение не ограничивается ими. Настоящее изобретение может быть осуществлено выполнением данной обработки посредством цифровой обработки сигналов (DSP), и оно может быть осуществлено исполнением программы на процессоре цифровой обработки сигналов (DSP) или осуществлено при помощи логической схемы, выполненной на программируемой вентильной матрице (FPGA) или специализированной интегральной схеме (ASIC).

[0052] Программа может храниться и предоставляться компьютеру с использованием считываемого компьютером долговременного носителя любого типа. Считываемый компьютером долговременный носитель включает в себя материальный носитель данных любого типа. Примеры считываемого компьютером долговременного носителя включают в себя магнитные носители данных (такие как дискеты, магнитные ленты, накопители на жестком диске и т.д.), оптико-магнитные носители данных (например, магнитооптические диски), CD-ROM (компакт-диск, постоянное запоминающее устройство), CD-R (компакт-диск с однократной записью), CD-R/W (перезаписываемый компакт-диск) и полупроводниковые памяти (такие как масочное постоянное запоминающее устройство (ROM), программируемое ROM (PROM), стираемое PROM (EPROM), флэш-ROM, оперативное запоминающее устройство (RAM) и т.д.). Программа может предоставляться компьютеру с использованием считываемого компьютером кратковременного носителя любого типа. Примеры считываемого компьютером кратковременного носителя включают в себя электрические сигналы, оптические сигналы и электромагнитные волны. Считываемый компьютером кратковременный носитель может предоставлять программу компьютеру посредством проводной линии связи, такой как электрический провод или оптоволокно или линия беспроводной связи.

[0053] Хотя изобретение было конкретно показано и описано с ссылкой на его примерные варианты осуществления, изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления. Для специалиста в данной области техники понятно, что в нем могут выполнены различные изменения в форме и деталях без отступления от сущности и объема настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения.

Список ссылочных позиций

[0054]

10 - антенна беспроводной передачи

20 - антенна беспроводного приема

30 - антенна беспроводной передачи

40 - антенна беспроводной передачи

50 - антенна OAM

51 - отражающий блок

100 - система беспроводной передачи и приема

A - средство излучения сигнала

A1, …, AN - антенный элемент

B - схема распределения сигнала

B1, …, BN - порт излучения сигнала

C1, …, CM - порт ввода сигнала

D - сигнальный волновод

D1, …, DN - сигнальная линия

E - схема распределения сигнала

F1, …, FN - другой второй сигнал

G1, …, GN - второй сигнал

H - спиральный пучок

H1, …, HM - спиральный пучок

I - спиральный пучок

J - спиральный пучок

K - средство приема сигнала

K1, …, KX - антенный элемент

M - целое число

N - целое число

P1, …, PX - второй сигнал

Q - первый сигнал

R - средство вывода сигнала

R1, …, RY - порт вывода сигнала

S1, …, SM - первый сигнал

T - схема синтеза сигнала

W - первый сигнал

X - целое число

Y - целое число

Z1, …, ZN - порт ввода сигнала

Изобретение относится к антенной технике. Антенна содержит средство излучения сигнала, первое средство распределения сигнала для генерирования, из введенного первого сигнала, вторых сигналов в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому, и вывода вторых сигналов в количестве N на антенные элементы в количестве N соответственно, так что спиральный пучок с поверхностью равных фаз, наклоненной по спирали, выводится из средства излучения сигнала и второе средство распределения сигнала для приема третьего сигнала, имеющего фазу, ортогональную фазе первого сигнала, и вывода четвертых сигналов в количестве N, имеющих фазы, ортогональные фазам вторых сигналов, так что ортогонально поляризованные волны спирального пучка формируются средством излучения сигнала. Технический результат заключается в обеспечении возможности выполнения многоканальной связи на одной и той же частоте, достигая, таким образом, связи с более высокой скоростью и с большей пропускной способностью. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Антенна беспроводной передачи сигнала, содержащая:

средство излучения сигнала, имеющее антенные элементы в количестве N (где N представляет собой целое число, удовлетворяющее N≥2), равномерно разнесенные по окружности круга;

первое средство распределения сигнала для генерирования из введенного первого сигнала вторых сигналов в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому, и вывода вторых сигналов в количестве N на антенные элементы в количестве N соответственно, так что спиральный пучок с поверхностью равных фаз, наклоненной по спирали, выводится из средства излучения сигнала; и

второе средство распределения сигнала для приема третьего сигнала, имеющего фазу, ортогональную фазе первого сигнала, и вывода четвертых сигналов в количестве N, имеющих фазы, ортогональные фазам вторых сигналов, так что ортогонально поляризованные волны спирального пучка формируются средством излучения сигнала;

причем когда вводятся разные первые сигналы в количестве M (где M представляет собой целое число, удовлетворяющее M≤N) и разные третьи сигналы в количестве M, первое средство распределения сигнала и второе средство распределения сигнала генерируют и выводят вторые сигналы и четвертые сигналы на каждый антенный элемент в количестве N соответственно, так что разные спиральные пучки в количестве M выводятся из средства излучения сигнала; и

причем первое средство распределения сигнала и второе средство распределения сигнала распределяют вторые сигналы и четвертые сигналы соответственно, так что сигналы, имеющие заданную разность фаз, которая увеличивается инкрементными шагами в направлении окружности, вводятся в смежные антенные элементы в средстве излучения сигнала.

2. Антенна беспроводной передачи сигнала по п. 1, в которой диаметр окружности, где размещены антенные элементы, меняется на основе расстояния передачи и приема сигнала.

3. Система беспроводной передачи сигнала, содержащая:

средство излучения сигнала для вывода сигнала передачи антенными элементами в количестве N (где N представляет собой целое число, удовлетворяющее N≥2), равномерно разнесенные по окружности круга;

первое средство распределения сигнала для генерирования из введенного первого сигнала вторых сигналов в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому, и вывода вторых сигналов в количестве N на антенные элементы в количестве N соответственно, так что спиральный пучок с поверхностью равных фаз, наклоненной по спирали, выводится из средства излучения сигнала; и

второе средство распределения сигнала для приема третьего сигнала, имеющего фазу, ортогональную фазе первого сигнала, и вывода четвертых сигналов в количестве N, имеющих фазы, ортогональные фазам вторых сигналов, так что ортогонально поляризованные волны спирального пучка формируются средством излучения сигнала;

причем когда вводятся разные первые сигналы в количестве M (где M представляет собой целое число, удовлетворяющее M≤N) и разные третьи сигналы в количестве M, первое средство распределения сигнала и второе средство распределения сигнала генерируют и выводят вторые сигналы и четвертые сигналы на каждый антенный элемент в количестве N соответственно, так что разные спиральные пучки в количестве M выводятся из средства излучения сигнала; и

причем первое средство распределения сигнала и второе средство распределения сигнала распределяют вторые сигналы и четвертые сигналы соответственно, так что сигналы, имеющие заданную разность фаз, которая увеличивается инкрементными шагами в направлении окружности, вводятся в смежные антенные элементы в средстве излучения сигнала.

4. Система беспроводной передачи сигнала по п. 3, причем диаметр окружности, где размещены антенные элементы, меняется на основе расстояния передачи и приема сигнала.

5. Способ беспроводной передачи сигнала, содержащий:

генерирование из введенного первого сигнала вторых сигналов в количестве N, имеющих разность фаз от одного к другому; и

вывод вторых сигналов в количестве N на антенные элементы в количестве N соответственно, так что спиральный пучок с поверхностью равных фаз, наклоненной по спирали, выводится из средства излучения сигнала, имеющего антенные элементы в количестве N (где N представляет собой целое число, удовлетворяющее N≥2), равномерно разнесенные по окружности круга;

генерирование из введенного третьего сигнала, имеющего фазу, ортогональную фазе первого сигнала, четвертых сигналов в количестве N, имеющих фазы ортогональные фазам вторых сигналов, имеющих разность фаз от одного к другому, и

вывод четвертых сигналов в количестве N, так что ортогонально поляризованные волны спирального пучка формируются средством излучения сигнала; и

причем когда вводятся разные первые сигналы в количестве M (где M представляет собой целое число, удовлетворяющее M≤N) и разные третьи сигналы в количестве M, генерируются и выводятся вторые сигналы и четвертые сигналы на каждый антенный элемент в количестве N соответственно, так что разные спиральные пучки в количестве M выводятся из средства излучения сигнала; и

причем вторые сигналы и четвертые сигналы распределяются соответственно, так что сигналы, имеющие заданную разность фаз, которая увеличивается инкрементными шагами в направлении окружности, вводятся в смежные антенные элементы в средстве излучения сигнала.

6. Способ беспроводной передачи сигнала по п. 5, в котором диаметр окружности, где размещены антенные элементы, меняется на основе расстояния передачи и приема сигнала.