АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ДВОЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ Российский патент 2022 года по МПК H01Q1/24 H01Q13/10 H01Q19/10 H01Q21/08 H01Q21/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Раскрытие относится к антенной решетке двойной поляризации, включающей в себя проводящую структуру, имеющую апертурный рисунок, состоящий из по меньшей мере одной первой апертуры, имеющей первую конфигурацию, и по меньшей мере одной второй апертуры, имеющей вторую конфигурацию.

Известный уровень техники

Будущие мобильные электронные устройства должны поддерживать диапазоны миллиметровых волн, например, 28 ГГц и 42 ГГц, а также диапазоны ниже 6 ГГц, чтобы обеспечить повышенную скорость передачи данных. Однако объем, отведенный для всех антенн в мобильном электронном устройстве, очень ограничен, и дополнительные антенны миллиметровых волн в идеале должны быть размещены в том же объеме, что и антенны суб-6 ГГц. Увеличение объема, отведенного под антенны, сделает электронное устройство более крупным, громоздким и менее привлекательным для пользователей. Существующие антенны миллиметровых волн либо требуют такого дополнительного объема, либо, если их разместить в том же объеме, значительно снижают эффективность антенн суб-6 ГГц.

Кроме того, движение к очень большим дисплеям, занимающим как можно большую часть электронного устройства, делает пространство, доступное для антенной решетки, очень ограниченным, что вынуждает либо значительно уменьшить размер антенной решетки и ухудшить ее производительность, либо сделать большую часть дисплея неактивной.

Кроме того, мобильные электронные устройства, такие как мобильные телефоны и планшеты, могут быть ориентированы в любом произвольном направлении. Поэтому такие электронные устройства должны демонстрировать как можно более близкий к полному сферический охват луча. Такого охвата трудно достичь, например, из-за того, что пучок излучения блокируется проводящим корпусом, большим дисплеем и/или рукой пользователя, держащего устройство.

Краткое изложение сущности изобретения

Задачей является обеспечение улучшенной антенной решетки двойной поляризации. Вышеизложенные и другие цели достигаются признаками независимого пункта формулы изобретения. Другие формы осуществления очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и рисунков.

По первому аспекту, предоставляется антенная решетка двойной поляризации, включающая в себя проводящую структуру с апертурным рисунком, включающим в себя по меньшей мере одну первую апертуру с первой конфигурацией и по меньшей мере одну вторую апертуру со второй конфигурацией, первая апертура непосредственно соединена с по меньшей мере одной второй апертурой, по меньшей мере один первый соединительный элемент соединен с первой линией антенного фидера, по меньшей мере один второй соединительный элемент соединен со второй линией антенного фидера, первый соединительный элемент настроен на возбуждение электрического поля с первой поляризацией, второй соединительный элемент сконфигурирован для возбуждения электрического поля, имеющего вторую поляризацию, причем каждый первый соединительный элемент по меньшей мере частично соединен с одной первой апертурой, что позволяет электрическому полю, имеющему первую поляризацию, передаваться и/или приниматься через первую апертуру, а каждый второй соединительный элемент по меньшей мере частично соединен с одной второй апертурой, что позволяет электрическому полю, имеющему вторую поляризацию, передаваться и/или приниматься через вторую апертуру.

Такое решение, включающее периодическую последовательность различных по форме апертур, облегчает создание антенной решетки двойной поляризации, расположенной в одном и том же пространстве проводящей структуры, что, в свою очередь, уменьшает объем, необходимый для обеспечения эффективной антенной решетки со всеохватывающим или близким к всеохватывающему охватом. Поскольку обе поляризации используют части одной и той же проводящей структуры, общая длина антенной решетки двойной поляризации может быть уменьшена. Кроме того, такое решение относительно просто в изготовлении, а также эстетически привлекательно, поскольку оно может быть спроектировано так, чтобы напоминать существующие прорези для микрофонов и решеток динамиков. Объемы каждой первой апертуры и каждой второй апертуры эффективно увеличиваются за счет их соответствующего прямого соединения, таким образом эффективно увеличивая эффективность и полосу пропускания антенных элементов, имеющих первую поляризацию, и антенных элементов, имеющих вторую поляризацию.

В одном из вариантов осуществления антенной решетки двойной поляризации первый элемент сопряжения и второй элемент сопряжения сконфигурированы для осуществления поляризационного MIMO и/или разнесенной беспроводной связи.

В возможной форме осуществления первого аспекта первой апертуры имеет большую площадь, чем второй апертуры, первый соединительный элемент настроен на возбуждение электрического поля горизонтальной поляризации, второй соединительный элемент настроен на возбуждение электрического поля вертикальной поляризации, что позволяет электрическим полям двойной поляризации излучаться через как можно меньшее общее окно апертуры, делая проводящую структуру механически прочной. При этом изоляция между первым соединительным элементом и вторым соединительным элементом улучшается за счет ортогонально настроенных электрических полей горизонтальной и вертикальной поляризации. Таким образом, эффективность антенной решетки двойной поляризации дополнительно повышается. Этот вариант осуществления изобретения также позволяет формировать и изменять форму луча электромагнитного излучения горизонтальной поляризации независимо и некоррелировано с формированием луча излучения вертикальной поляризации.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта первый конец второго соединительного элемента соединен со второй антенной фидерной линией на одной стороне второй апертуры, второй конец второго соединительного элемента соединен с проводящей структурой на противоположной стороне второй апертуры, что позволяет возбуждать вертикальную поляризацию путем создания напряжения на второй апертуре. Таким образом, второй элемент связи обеспечивает широкополосную высокоэффективную работу антенны за счет подавления паразитных электромагнитных мод и управления импедансом.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта второй конец второго элемента связи по меньшей мере один из гальванически, индуктивно и емкостно соединен с проводящей структурой, что позволяет выбирать между более надежным соединением и более простым изготовлением проводящей структуры.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта первый конец первого соединительного элемента соединен с первой антенной фидерной линией на одной стороне второй апертуры, а второй конец первого соединительного элемента по меньшей мере частично примыкает к первой апертуре, причем первая апертура находится рядом со второй апертурой, что позволяет создать прочную проводящую структуру с минимально возможной площадью апертуры. Такая структура обеспечивает работу широкополосной высокоэффективной антенны за счет подавления паразитных электромагнитных мод и обеспечения контроля импеданса.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта первый конец первого соединительного элемента соединен с первой антенной фидерной линией на одной стороне второй апертуры, а второй конец первого соединительного элемента по меньшей мере частично примыкает к первой апертуре, причем первая апертура находится рядом со второй апертурой, что дополнительно способствует созданию прочной проводящей структуры с минимально возможной площадью апертуры. Такая структура обеспечивает работу широкополосной высокоэффективной антенны за счет подавления паразитных электромагнитных мод и обеспечения контроля импеданса.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта второй конец первого соединительного элемента смещен от первого конца первого соединительного элемента в направлении к соседней, еще более широкой второй апертуре, что позволяет возбуждать горизонтальную поляризацию первым зондом, расположенным рядом с более широкой апертурой. Эта топология поддерживает двухрезонансную или многорезонансную частотную характеристику, дополнительно улучшая полосу пропускания и эффективность работы антенны.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта первый соединительный элемент и второй соединительный элемент соединены с одной из сбалансированной антенной фидерной линии и несимметричной антенной фидерной линии, что позволяет отсоединять соединительный элемент от проводящей структуры или соединять его с ней. Отсоединение соединительного элемента от проводящей структуры обеспечивает недорогой, механически устойчивый процесс сборки, а присоединение соединительного элемента к проводящей структуре позволяет уменьшить толщину антенны и повысить эффективность.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта антенная решетка двойной поляризации включает в себя в себя по меньшей мере две первые апертуры и по меньшей мере одну вторую апертуру, причем первые апертуры и вторые апертуры расположены в периодической последовательности таким образом, что каждая первая апертура отделена от соседней первой апертуры второй апертурой, а каждая вторая апертура непосредственно соединена с двумя соседними первыми апертурами, что позволяет формировать две поляризации на одном и том же участке проводящей структуры. Такая конфигурация позволяет формировать луч двойной поляризации. Каждый антенный элемент двойной поляризации изолирован от соседних антенных элементов двойной поляризации проводящей структурой, что дополнительно повышает эффективность и характеристики формирования луча.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта, первые соединительные элементы и вторые соединительные элементы расположены так, что каждое второй апертуры по меньшей мере частично примыкает ко второму соединительному элементу, а каждое второй апертуры по меньшей мере частично примыкает к первому соединительному элементу, и каждый первый соединительный элемент дополнительно по меньшей мере частично примыкает к одному первому апертуре, смежному со второй апертурой, причем первый соединительный элемент и второй соединительный элемент расположены со смещением друг относительно друга, что позволяет использовать несимметричные каналы. Чередование первых элементов связи и вторых элементов связи позволяет дополнительно уменьшить толщину антенны за счет использования микрополосковых или копланарных линий питания. Изоляция между соседними элементами связи дополнительно улучшается благодаря их пространственному разделению.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта один первый элемент связи и один второй элемент связи по меньшей мере частично сопряжены с одной второй апертурой, причем перекрытие первого элемента связи и второго элемента связи способствует более компактному решению. Благодаря совмещению первого элемента связи и второго элемента связи длина антенной решетки двойной поляризации уменьшается. Изоляция между смежными элементами сопряжения определяется ортогональными модами электромагнитных полей, генерируемых элементами сопряжения.

В еще одной возможной форме осуществления первого аспекта схема апертур включает в себя в себя по меньшей мере одну H-образную схему, каждая H-образная схема включает в себя в себя две первые апертуры и одну вторую апертуру, причем вторая апертура непосредственно соединяет первые апертуры, способствуя созданию более прочной проводящей структуры благодаря возможности иметь непрерывные участки проводящей структуры, простирающиеся между каждой H-образной схемой. Антенный элемент двойной поляризации, сконфигурированный каждой H-образной апертурой, обеспечивает формирование луча двойной поляризации. Каждый антенный элемент двойной поляризации изолирован от соседних антенных элементов двойной поляризации проводящей структурой, что дополнительно повышает эффективность и характеристики формирования луча.

По второму аспекту, предоставляется электронное устройство, включающее дисплей, шасси устройства и антенную решетку двойной поляризации в соответствии с вышеизложенным, проводящая структура антенной решетки двойной поляризации включает в себя металлическую раму, шасси устройства, по крайней мере, частично закрыто дисплеем и металлической рамкой, первые элементы связи и вторые элементы связи антенной решетки двойной поляризации соединены с металлической рамкой. Такое решение позволяет создать двухполяризованную антенную решетку, электромагнитные поля которой излучаются с краев электронного устройства, что улучшает охват антенной решетки при формировании луча и управлении лучом. Характеристики связи электронного устройства дополнительно улучшаются за счет формирования луча, направленного вдоль краев электронного устройства, поскольку эти края остаются открытыми для свободного пространства в типичных сценариях пользователя.

В возможной форме осуществления второго аспекта проводящая структура дополнительно включает в себя печатную плату, причем печатная плата простирается по меньшей мере частично параллельно металлической рамке, между металлической рамкой и корпусом устройства, причем корпус устройства по меньшей мере частично закрыт дисплеем и металлической рамкой, первые соединительные элементы и вторые соединительные элементы антенной решетки двойной поляризации расположены на печатной плате. Схема апертур, предусмотренная в металлической рамке и печатной плате (PCB), не только обеспечивает двухполяризацию, но и способствует созданию как можно меньшего общего окна апертуры, что делает металлическую раму механически прочной. Поскольку обе поляризации используют части одной и той же проводящей структуры, общая длина антенной решетки двойной поляризации может быть уменьшена. Кроме того, возможно сосуществование с антеннами диапазона ниже 6 ГГц, поскольку диаграмма направленности апертуры не ухудшает характеристики антенны в низком диапазоне.

В возможной форме осуществления второго аспекта электронное устройство дополнительно включает в себя в себя отражающую структуру, простирающуюся параллельно по меньшей мере одной первой апертуре и по меньшей мере одной второй апертуре проводящей структуры, увеличивая связь с металлической рамкой. Кроме того, формирование луча антенной решетки двойной поляризации улучшается за счет направления электромагнитного излучения от краев электронного устройства.

В еще одной возможной форме осуществления второго аспекта антенная решетка с двойной поляризацией настроена на генерирование частот миллиметровых волн, что облегчает внедрение антенн миллиметровых волн без ущерба для внешнего вида, прочности или технологичности электронного устройства. Антенны миллиметровых волн обеспечивают беспроводную связь в электронных устройствах 5G и выше 5G.

В еще одной возможной форме осуществления второго аспекта антенная решетка с двойной поляризацией включает в себя в себя по меньшей мере один антенный элемент с торцевым обстрелом, что облегчает формирование диаграммы направленности антенной решетки с торцевым обстрелом, необходимой для достижения всеохватывающего покрытия. Производительность связи электронного устройства дополнительно улучшается за счет формирования луча, направленного вдоль краев электронного устройства, поскольку эти края остаются открытыми для свободного пространства в типичных сценариях пользователя.

В возможной форме осуществления второго аспекта проводящая структура дополнительно включает в себя печатную плату, причем печатная плата простирается по меньшей мере частично параллельно металлической рамке, между металлической рамкой и корпусом устройства, причем корпус устройства по меньшей мере частично закрыт дисплеем и металлической рамкой, а первые элементы связи и вторые элементы связи антенной решетки двойной поляризации расположены на печатной плате. Схема апертур, предусмотренная в металлической рамке и печатной плате (PCB), не только обеспечивает двухполяризацию, но и способствует созданию как можно меньшего общего окна апертуры, что делает металлическую раму механически прочной. Поскольку обе поляризации используют части одной и той же проводящей структуры, то общая длина антенной решетки двойной поляризации может быть уменьшена. Кроме того, возможно сосуществование с антеннами диапазона ниже 6 ГГц, поскольку диаграмма направленности апертуры не ухудшает характеристики антенны в низком диапазоне.

В возможной форме осуществления второго аспекта электронное устройство дополнительно включает в себя в себя отражающую структуру, простирающуюся параллельно по меньшей мере одной первой апертуре и по меньшей мере одной второй апертуре проводящей структуры, увеличивая связь с металлическим каркасом. Кроме того, формирование луча антенной решетки двойной поляризации улучшается за счет направления электромагнитного излучения от краев электронного устройства.

В еще одной возможной форме осуществления второго аспекта, антенная решетка с двойной поляризацией настроена на генерирование частот миллиметровых волн, что облегчает внедрение антенн миллиметровых волн без ущерба для внешнего вида, прочности или технологичности электронного устройства. Антенны миллиметровых волн обеспечивают беспроводную связь в электронных устройствах 5G и выше 5G.

В еще одной возможной форме осуществления второго аспекта, антенная решетка с двойной поляризацией включает в себя в себя по меньшей мере один антенный элемент с торцевым обстрелом, что облегчает формирование диаграммы направленности антенной решетки с торцевым обстрелом, необходимой для достижения всеохватывающего покрытия. Производительность связи электронного устройства дополнительно улучшается за счет формирования луча, направленного вдоль краев электронного устройства, поскольку эти края остаются открытыми для свободного пространства в типичных сценариях пользователя.

В еще одной возможной форме осуществления второго аспекта, электронное устройство включает в себя в себя по меньшей мере одну дополнительную антенную решетку, причем дополнительная антенная решетка конфигурируется шасси устройства и металлической рамкой с фидерными линиями, простирающимися частично рядом с антенной решеткой двойной поляризации и частично через зазор между шасси устройства и металлической рамкой, причем дополнительная антенная решетка генерирует частоты немиллиметровых волн, что позволяет расположить два типа антенн в одном пространстве без существенного ухудшения характеристик любой из антенн. Сосуществование антенной решетки двойной поляризации миллиметровых волн и другой антенной решетки в одном и том же объеме зазора между шасси устройства и металлической рамкой дополнительно уменьшает общий объем антенны, необходимый в электронном устройстве, и позволяет еще больше увеличить поверхность дисплея. Сосуществование антенной решетки двойной поляризации с дополнительной антенной решеткой возможно, так как апертурная диаграмма металлической рамки не ухудшает характеристики дополнительной антенной решетки.

Этот и другие аспекты будут очевидны из описанных ниже вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

В следующей подробной части настоящего раскрытия, аспекты, варианты осуществления и осуществления будут рассмотрены более подробно со ссылкой на примеры вариантов осуществления, приведенные на прилагаемых чертежах, на которых показано:

на Фиг. 1a-1c – схематические иллюстрации диаграмм направленности апертур, используемых в антенной решетке двойной поляризации в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 2a – схематический перспективный вид антенной решетки двойной поляризации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 2b – схематический вид в перспективе антенной решетки с двойной поляризацией в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 3a – дополнительная схематическая иллюстрация варианта осуществления, показанного на Фиг. 1a;

на Фиг. 3b – схематическая иллюстрация образца апертуры, используемой в антенной решетке двойной поляризации в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 4 – дополнительная схематическая иллюстрация варианта осуществления, показанного на Фиг. 3b, показывающая возможное соотношение между различными размерами;

на Фиг. 5a – частичный перспективный вид антенной решетки двойной поляризации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 5b – схематический вид сверху антенной решетки двойной поляризации в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 5c – более подробный частичный перспективный вид вариантов осуществления, показанных на Фиг. 5a и 5b;

на Фиг. 6a – частичный перспективный вид антенной решетки двойной поляризации в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 6b – частичный покомпонентный вид варианта осуществления, показанного на Фиг. 6a;

на Фиг. 7 – схематический вид в поперечном сечении электронного устройства в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

на Фиг. 8a – частичный перспективный вид электронного устройства с проводящей структурой в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

на Фиг. 8b – вид спереди варианта осуществления, показанного на Фиг. 8a;

на Фиг. 9 – схематический вид в поперечном сечении электронного устройства и излучения электромагнитного поля, генерируемого электронным устройством, в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

На Фиг. 7 показан вариант осуществления электронного устройства 9, такого как мобильный телефон или планшет, содержащего дисплей 10, корпус 11 устройства и антенную решетку 1 двойной поляризации, которая включает в себя проводящую структуру 2, состоящую из металлической рамки 14 и печатной платы 12, содержащей схему апертуры.

Схема апертуры, схематично показанная на Фиг. 1a-1c, включает в себя по меньшей мере одну первую апертуру 3, имеющую первую конфигурацию, и по меньшей мере одну вторую апертуру 4, имеющую вторую конфигурацию. Каждая первая апертура 3 непосредственно соединена по меньшей мере с одной второй апертурой 4. Форма апертур может включать в себя по существу прямоугольную форму, как показано на Фиг. 2a, по существу эллиптическую форму с закругленными углами, как показано на Фиг. 2b, комбинацию обеих форм или любую другую подходящую форму. На Фиг. 3a показана антенная решетка 1 двойной поляризации, включающая в себя большее количество первых апертур 3, причем каждая пара из двух первых апертур 3 соединена одной второй апертурой 4 таким образом, что образуется цепочкообразная структура.

В одном из вариантов осуществления антенная решетка 1 двойной поляризации включает в себя по меньшей мере две первые апертуры 3 и по меньшей мере одну вторую апертуру 4, причем первые апертуры 3 и вторые апертуры 4 расположены в периодической последовательности таким образом, что каждая первая апертура 3 отделена от соседней первой апертуры 3 второй апертурой 4, а каждая вторая апертура 4 непосредственно соединена с двумя соседними первыми апертурами 3. На Фиг. 3b показана антенная решетка (1) двойной поляризации, состоящая из двух первых апертур 3 и одной второй апертуры 4, непосредственно соединяющей две первые апертуры 3, т.е. схема апертуры на Фиг. 3b состоит из двух H-образных схем. Антенная решетка 1 двойной поляризации может включать в себя только одну такую Н-образную схему или несколько последовательных Н-образных схем, как показано на Фиг. 4.

Антенная решетка 1 двойной поляризации далее включает в себя по меньшей мере один первый соединительный элемент, т.е. проводник, 5, который подключен к первой антенной фидерной линии 6, и по меньшей мере один второй соединительный элемент, т.е. проводник, 7, который подключен ко второй антенной фидерной линии 8, как показано на Фиг. 5a-5c и 8a-8b.

В одном из вариантов осуществления, показанном на Фиг. 5a-5c, первые соединительные элементы 5 и вторые соединительные элементы 7 расположены таким образом, что каждая вторая апертура 4 по меньшей мере частично совмещается со вторым соединительным элементом 7, и каждая вторая апертура 4 по меньшей мере частично совмещается с первым соединительным элементом 5. Каждый первый соединительный элемент 5 дополнительно по меньшей мере частично совмещается с одной первой апертурой 3, соседней со второй апертурой 4.

Первый соединительный элемент 5 предназначен для возбуждения электрического поля первой поляризации, а второй соединительный элемент 7 предназначен для возбуждения электрического поля второй поляризации. Каждый первый соединительный элемент 5 по меньшей мере частично совмещается с одной первой апертурой 3, что позволяет передавать и/или принимать электрическое поле, имеющее первую поляризацию, с помощью первой апертурой 3. Соответственно, каждый второй соединительный элемент 7 по меньшей мере частично совмещается с одной второй апертурой 4, что позволяет передавать и/или принимать электрическое поле второй поляризации с помощью второй апертуры 4.

В одном из вариантов осуществления первая апертура 3 имеет большую площадь, чем вторая апертура 4, и первый соединительный элемент 5 настроен на возбуждение электрического поля с горизонтальной поляризацией, а второй соединительный элемент 7 настроен на возбуждение электрического поля с вертикальной поляризацией, как показано на Фиг. 5c.

Первый конец 7a второго соединительного элемента 7 может соединяться со второй антенной фидерной линией 8 на одной стороне второй апертуры 4, в то время как второй конец 7b второго соединительного элемента 7 соединен с проводящей структурой 2 на противоположной стороне второй апертуры 4 со вторым антенным фидером 8, как ясно показано на Фиг. 5c. Второй конец 7b второго соединительного элемента 7 соединен с проводящей структурой 2 по меньшей мере либо гальванической, либо индуктивной, либо емкостной связью.

Соответственно, первый конец 5a первого соединительного элемента 5 может соединяться с первой антенной фидерной линией 6 на одной стороне второй апертуры 4, а второй конец 5b первого соединительного элемента 5 по меньшей мере частично совмещается с одной из первых апертур 3, которая расположена рядом со второй апертурой 4. Второй конец 5b первого соединительного элемента 5 смещен относительно первого конца 5a первого соединительного элемента 5 в направлении к другой, соседней второй апертурой 4, как показано на Фиг. 5c.

На Фиг. 5c показан первый соединительный элемент 5, у которого второй конец 5b продолжается только в одном направлении.

Несимметричная фидерная линия 6a, 8a подключается к различным типам проводников, т.е. к соединительным элементам 5, 7, для разнополярных токов. Например, обратный ток может протекать через общую землю или другие проводящие части. Несимметричная фидерная линия 6a, 8a по своей природе соединяется с общей землей, что обычно приводит к значительной взаимной связи между близко расположенными несимметричными фидерными линиями. Чтобы снизить взаимную связь между фидерными линиями 6a, 8a, они обычно физически смещены, как показано на Фиг. 5a-5c. Например, если в решетке двойной поляризации требуется разделение элементов на λ/2, расстояние между фидерными линиями 6a, 8a разной поляризации может составлять λ/4. Здесь и далее λ – длина волны на центральной частоте антенной решетки 1 двойной поляризации.

На Фиг. 5b показаны предпочтительные размеры антенной решетки 1 двойной поляризации. L1, λ/4~λ/2, определяет межэлементное расстояние, которое будет влиять на направленность решетки и определять максимальный диапазон управления без лепестков решетки. L2, λ/4~λ/2, определяет самую низкую рабочую частоту для горизонтальной поляризации. L3, приблизительно λ/4, определяет длину зонда, которая определяет резонансную частоту для горизонтальной поляризации. L4, λ/8~λ/4, определяет длину проводника, которая определяет резонансную частоту для вертикальной поляризации, т.е. длину второго соединительного элемента 7, который продолжается через вторую апертуру 4. L5, λ/15-λ/4, определяет зазор между двумя противоположными "зубьями" антенной решетки 1 двойной поляризации, который изменяется, чтобы, в свою очередь, изменить резонансную частоту.

В другом варианте осуществления, показанном на Фиг. 6a, 6b, первые соединительные элементы 5 и вторые соединительные элементы 7 расположены таким образом, что как один первый соединительный элемент 5, так и один второй соединительный элемент 7 по меньшей мере частично совмещены друг с другом, причем первый соединительный элемент 5 и второй соединительный элемент 7 расположены совместно.

Первый соединительный элемент 5 и второй соединительный элемент 7 также могут соединяться с симметричными фидерными линиями 6b, 8b. Как показано на Фиг. 6a, 6b, первый соединительный элемент 5 может включать в себя два проводника, т.е. два вторых конца 5b, продолжающихся в двух противоположных направлениях, обеспечивая симметричное возбуждение двух соседних первых апертур 3. Геометрически сбалансированная фидерная линия 6b, 8b симметрична, и поэтому проводники для положительного и отрицательного токов идентичны, как видно из Фиг. 6a, 6b. Кроме того, оба проводника одинаково соединяются с проводящей структурой 2 и с другими частями. В идеале дифференциальный режим сбалансированной фидерные линии вообще не подразумевает соединения с проводящей структурой 2 или другими близлежащими металлическими объектами. Поэтому две ортогонально-поляризованные симметричные фидерные линии 6b, 8b могут располагаться совместно, причем обе фидерные линии взаимно развязаны, как показано на Фиг. 6b). Такой вариант осуществления улучшает изоляцию и уровни кросс-поляризации каждой фидерной линии. Сбалансированное решение может базироваться на емкостной связи второго конца 7b второго соединительного элемента 7 с проводящей структурой 2.

Один из первого соединительного элемента 5 и второго соединительного элемента 7 может подключаться к симметричной фидерной линии 6a, 8a, а другой соединительный элемент подключен к несимметричной фидерной линии 6a, 8a, независимо от того, расположены первый соединительный элемент 5 и второй соединительный элемент 7 вместе или нет.

Независимо от того, является ли фидерная линия 6, 8 и, следовательно, соединительный элемент 5, 7 симметричным или несимметричным, соединительные элементы 5, 7 могут соединяться с проводящей структурой 2 гальванически, индуктивно или емкостной связью. При гальваническом соединении либо оба конца симметричной фидерной линии 6a, 8a, либо сигнальный и заземляющий проводники в случае несимметричной фидерной линии 6b, 8b гальванически соединяются с проводящей структурой 2. Этот вариант наиболее целесообразен при использовании несимметричной вертикально поляризованной фидерной линии, но может использоваться и в других случаях. Несимметричная вертикально поляризованная фидерная линия 8b также может реализовываться с емкостной связью. В этом случае сигнал будет подключен к определенной области проводящей структуры 2 через большой параллельно-пластинчатый конденсатор на втором конце 7b, а также через площадку заземления. Это облегчило бы процесс изготовления, поскольку не требуется гальваническое соединение.

В другом варианте осуществления связь также может осуществляться за счет использования магнитных полей, так что токи в фидерной линии 6, 8 наводят токи в проводящей структуре 2.

Как упоминалось выше и показано на Фиг. 7, электронное устройство 9 включает в себя дисплей 10, корпус 11 устройства и антенную решетку 1 двойной поляризации. Проводящая структура 2 антенной решетки 1 двойной поляризации включает в себя по меньшей мере металлическую рамку 14, а корпус 11 устройства по меньшей мере частично закрыт дисплеем 10 и металлической рамкой 14. Первый соединительный элемент 5 и второй соединительный элемент 7 антенной решетки 1 двойной поляризации соединены с металлической рамкой 14.

Проводящая структура 2 может дополнительно включать в себя печатную плату 12. Первые соединительные элементы 5 и вторые соединительные элементы 7 расположены на печатной плате 12, которая продолжается по меньшей мере частично параллельно металлической рамке 14, между металлической рамкой 14 и корпусом 11 устройства. Соединительные элементы 5, 7, расположенные на печатной плате 12, относительно просты и недороги в изготовлении.

В одном из вариантов осуществления первые соединительные элементы 5, вторые соединительные элементы 7 и проводящая структура 2 сконфигурированы с использованием по меньшей мере одного из технологии литого монтажного основания, технологии прямого лазерного структурирования, гибких печатных схем, методов напыления металла и смежных технологий.

Для обеспечения прочности и герметичности схема апертуры в металлической рамке 14 может заполняться диэлектрическим материалом, например, пластиком.

В одном из вариантов осуществления, электронное устройство 9 включает в себя отражающую структуру 13, продолжающуюся параллельно по меньшей мере одной первой апертуре 3 и по меньшей мере одной второй апертуре 4 проводящей структуры 2, как показано на Фиг. 5a и 7. Отражающая структура 13 может быть существующим компонентом электронного устройства 9, таким как корпус 11 устройства, батарея, экранирующая структура или другой проводящий компонент. Отражающая структура 13 может располагаться на расстоянии приблизительно λ/4 от схемы апертуры на проводящей структуре 2, чтобы направлять излучение наружу от электронного устройства.

Антенная решетка 1 с двойной поляризацией может быть сконфигурирована для генерирования частот миллиметровых волн. Кроме того, антенная решетка 1 двойной поляризации может включать в себя по меньшей мере один антенный элемент с излучением вдоль оси.

Электронное устройство 9 может также включать в себя по меньшей мере одну дополнительную антенную решетку 16, рассчитанную на генерирование частот немиллиметровых волн, например, антенну с частотой ниже 6 ГГц, являющуюся частью металлической рамки 14. Дополнительная антенная решетка 16 расположена на корпусе 11 устройства и металлической рамке 14 с фидерными линиями 17, продолжающимися частично по соседству с антенной решеткой 1 двойной поляризации и частично поперек зазора 15 между корпусом 11 устройства и металлической рамкой 14.

Характеристики связи электронного устройства 9 дополнительно улучшаются за счет формирования луча, направленного вдоль краев электронного устройства в направлениях, указанных стрелками на Фиг. 7. Края металлической рамки 14 подвергаются воздействию свободного пространства в типичных сценариях пользователя. Управление лучей двойной поляризации в этих направлениях обеспечивает всенаправленность.

Настоящее изобретение позволяет уменьшить размер апертур в металлической рамке 14 и толщину Lt антенны, показанные на Фиг. 7, с обычных для предшествующего уровня техники λ/2 (4-5 мм) и λ/4 (2 мм) до λ/20 (0,5 мм), т.е. уменьшить примерно на 40% и 80% соответственно. В одном из вариантов воплощения необходимая высота апертуры составляет 3 мм. В другом варианте воплощения толщина Lt антенны в направлении зазора 15 составляет 0,3 мм.

Как упоминалось выше, проводящая структура 2 антенной решетки 1 двойной поляризации может быть сконфигурирована металлической рамкой 14 и печатной платой 12, как показано на Фиг. 8a и Фиг. 8b, на которой диэлектрические структуры для наглядности скрыты. Конфигурация апертур проводящей структуры 2 следующая: вторые апертуры 4 определяются слоями металлизации печатной платы 12, а первые апертуры 3 определяются слоями металлизации печатной платы 12 и отверстием в металлической рамке 14. Такое решение позволяет сосуществовать антеннам диапазона ниже 6 ГГц с антеннами 5G миллиметровых волн: как антенны 16 диапазона ниже 6 ГГц, так и антенная решетка 1 миллиметровых волн с двойной поляризацией совместно занимают один и тот же объем металлической рамки 14 и один и тот же объем зазора 15 между металлической рамкой 14 и шасси 11. Отверстие в металлической рамке 14 не ухудшает характеристики антенн 16 диапазона ниже 6 ГГц.

Излучение электромагнитного поля, генерируемого электронным устройством 9, показано на Фиг. 9. Линии равного электрического потенциала показаны для излучения с горизонтальной поляризацией, которое генерируется первыми соединительными элементами 5. Реактивное электрическое поле генерируется в зазоре 15 между корпусом 11 устройства и металлической рамкой 14, иллюстрируя эффективное использование объема зазора 15 для улучшения полосы пропускания и эффективности антенны. В то же время, антенная решетка 1 двойной поляризации не требует наличия проводящих структур внутри зазора 15, что позволяет сосуществовать с вышеупомянутой дополнительной антенной решеткой 16, которая генерирует частоты немиллиметровых волн, как показано на Фиг. 7.

В настоящем документе различные аспекты и варианты осуществления были описаны в связи с различными вариантами воплощения. Однако другие варианты осуществления раскрытых воплощений могут подразумеваться и осуществляться специалистами в данной области при практическом применении заявленного объекта на основе изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле выражение слово "включающий в себя" не исключает других элементов или этапов, а неопределенный артикль "a" или "an" не исключает множественного числа. Само по себе то, что некоторые меры указаны в независимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована там, где это принесет пользу.

Ссылочные позиции, используемые в формуле изобретения, не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.

Группа изобретений относится к антенной решетке двойной поляризации и электронному устройству. Антенная решетка включает в себя проводящую структуру. Проводящая структура имеет рисунок апертуры, включающий в себя по меньшей мере две первые апертуры. Каждая из первых апертур имеет первую конфигурацию и по меньшей мере одну вторую апертуру. Вторая апертура имеет вторую конфигурацию первой апертуры и непосредственно соединена с по меньшей мере одной второй апертурой. Каждая первая апертура отделена от соседней первой апертуры второй апертурой. Каждая вторая апертура непосредственно соединена с двумя соседними первыми апертурами. Первый соединительный элемент подключен к первой антенной фидерной линии. Второй соединительный элемент подключен ко второй антенной фидерной линии. Первый соединительный элемент предназначен для возбуждения электрического поля первой поляризации, а второй соединительный элемент предназначен для возбуждения электрического поля второй поляризации. Первый соединительный элемент совмещен с первой апертурой. Второй соединительный элемент совмещен со второй апертурой. Достигается улучшение антенной решетки двойной поляризации. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Антенная решетка (1) двойной поляризации, включающая в себя

проводящую структуру (2), имеющую рисунок апертуры, включающий в себя по меньшей мере две первые апертуры (3), каждая из которых имеет первую конфигурацию, и по меньшей мере одну вторую апертуру (4), имеющую вторую конфигурацию, упомянутая первая апертура (3) непосредственно соединена по меньшей мере с одной второй апертурой (4), причем упомянутые первые апертуры (3) и упомянутая вторая апертура (4) расположены в периодической последовательности таким образом, что каждая первая апертура (3) отделена от соседней первой апертуры (3) второй апертурой (4), а каждая вторая апертура (4) непосредственно соединена с двумя соседними первыми апертурами (3),

по меньшей мере один первый соединительный элемент (5) подключен к первой антенной фидерной линии (6), по меньшей мере один второй соединительный элемент (7) подключен ко второй антенной фидерной линии (8), причем первый соединительный элемент (5) предназначен для возбуждения электрического поля первой поляризации, а второй соединительный элемент (7) предназначен для возбуждения электрического поля второй поляризации,

каждый первый соединительный элемент (5) по меньшей мере частично совмещен с одной первой апертурой (3), что позволяет передавать и/или принимать электрическое поле первой поляризации с помощью первой апертуры (3), каждый второй соединительный элемент (7) по меньшей мере частично совмещен с одной второй апертурой (4), что позволяет передавать и/или принимать электрическое поле второй поляризации с помощью второй апертуры (4).

2. Антенная решетка (1) двойной поляризации по п. 1, в которой первая апертура (3) имеет большую площадь, чем вторая апертура (4), первый соединительный элемент (5) предназначен для возбуждения электрического поля горизонтальной поляризации, второй соединительный элемент (7) предназначен для возбуждения электрического поля вертикальной поляризации.

3. Антенная решетка (1) двойной поляризации по п. 1 или 2, в которой первый конец (7a) второго соединительного элемента (7) соединен с второй антенной фидерной линией (8) с одной стороны упомянутой второй апертуры (4), а второй конец (7b) упомянутого второго соединительного элемента (7) соединен с упомянутой проводящей структурой (2) на противоположной стороне упомянутой второй апертуры (4).

4. Антенная решетка (1) двойной поляризации по п. 3, в которой второй конец (7b) второго соединительного элемента (7) соединен с проводящей структурой (2) по меньшей мере либо гальванически, либо индуктивно, либо емкостной связью.

5. Антенная решетка (1) двойной поляризации по любому из предшествующих пунктов, в которой первый конец (5a) упомянутого первого соединительного элемента (5) соединен с упомянутой первой антенной фидерной линией (6) с одной стороны упомянутой второй апертуры (4), а второй конец (5b) упомянутого первого соединительного элемента (5) по меньшей мере частично совмещен с упомянутой первой апертурой (3), причем упомянутая первая апертура (3) находится рядом с упомянутой второй апертурой (4).

6. Антенная решетка (1) двойной поляризации по п. 5, в которой второй конец (5b) первого соединительного элемента (5) смещен относительно первого конца (5a) первого соединительного элемента (5) в направлении соседней второй апертуры (4).

7. Антенная решетка (1) двойной поляризации по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутый первый соединительный элемент (5) и упомянутый второй соединительный элемент (7) соединены с одной из несимметричных антенных фидерных линий (6a, 8a) и симметричных антенных фидерных линий (6b, 8b).

8. Антенная решетка (1) двойной поляризации по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутые первые соединительные элементы (5) и упомянутые вторые соединительные элементы (7) расположены так, что каждая вторая апертура (4) по меньшей мере частично совмещена со вторым соединительным элементом (7), а каждая вторая апертура (4) по меньшей мере частично совмещена с первым соединительным элементом (5), причем каждый первый соединительный элемент (5) дополнительно по меньшей мере частично совмещен с одной первой апертурой (3), соседней с упомянутой второй апертурой (4).

9. Антенная решетка (1) двойной поляризации по любому из пп. 1-7, в которой один первый соединительный элемент (5) и один второй соединительный элемент (7) по меньшей мере частично совмещены с одной второй апертурой (4).

10. Антенная решетка (1) двойной поляризации по п. 9, в которой упомянутая схема апертуры представляет собой по меньшей мере одну H-образную схему, причем каждая H-образная схема включает в себя две первые апертуры (3) и одну вторую апертуру (4), при этом вторая апертура (4) непосредственно соединяет первые апертуры (3).

11. Электронное устройство (9), включающее в себя дисплей (10), корпус (11) устройства и антенную решетку (1) двойной поляризации по любому из пп. 1-10, причем проводящая структура (2) антенной решетки (1) двойной поляризации включает в себя металлическую рамку (14), корпус (11) устройства по меньшей мере частично закрыт дисплеем (10) и упомянутой металлической рамкой (14), первые соединительные элементы (5) и вторые соединительные элементы (7) антенной решетки двойной поляризации (1) соединены с металлической рамкой (14).

12. Электронное устройство (9) по п. 11, в котором упомянутая проводящая структура (2) дополнительно включает в себя печатную плату (12), причем печатная плата (12) продолжается по меньшей мере частично параллельно упомянутой металлической рамке (14) между упомянутой металлической рамкой (14) и упомянутым корпусом устройства (11), причем упомянутые первые соединительные элементы (5) и упомянутые вторые соединительные элементы (7) упомянутой антенной решетки (1) двойной поляризации расположены на упомянутой печатной плате (12).

13. Электронное устройство (9) по п. 11 или 12, дополнительно включающее в себя отражающую структуру (13), продолжающуюся параллельно по меньшей мере одной первой апертуре (3) и по меньшей мере одной второй апертуре (4) упомянутой проводящей структуры (2).

14. Электронное устройство (9) по любому из пп. 11-13, в котором упомянутая антенная решетка (1) двойной поляризации сконфигурирована для генерирования частот миллиметрового диапазона волн.

15. Электронное устройство (9) по п. 14, в котором антенная решетка (1) двойной поляризации включает в себя по меньшей мере один антенный элемент с излучением вдоль оси.

16. Электронное устройство (9) по любому из пп. 11-15, дополнительно включающее в себя по меньшей мере одну дополнительную антенну (16), причем упомянутая дополнительная антенна (16) сконфигурирована корпусом (11) и металлической рамкой (14) устройства с фидерными линиями (17), продолжающимися отчасти рядом с антенной решеткой (1) двойной поляризации и отчасти через зазор (15) между корпусом (11) устройства и металлической рамкой (14), при этом дополнительная антенна (16) генерирует частоты немиллиметрового диапазона волн.