ПЕЧАТНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ШИРОКИМ УГЛОМ СКАНИРОВАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК H01Q23/00 H01Q1/38 H01Q21/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к радиотехнике, и, более конкретно, к широкоугольной сканирующей печатной антенной решетке.

Уровень техники

Постоянно возрастающие потребности пользователей обуславливают стремительное развитие технологий связи. В настоящее время ведется активная разработка перспективных сетей связи 5G и 6G, которые будут характеризоваться более высокими показателями производительности, такими как высокая скорость передачи и энергоэффективность.

Новые приложения требуют внедрения нового класса радио систем, способных осуществлять передачу/прием данных/энергии и имеющих возможности адаптивного изменения характеристик излучаемого электромагнитного поля. Важным компонентом таких систем являются управляемые антенные решетки, которые находят свое применение в системах передачи данных, таких как 5G (28ГГц), WiGig (60ГГц), Beyond 5G (60 ГГц), 6G(субТГц), системах беспроводной передачи мощности на большие расстояния (Long-distance wireless power transmission, LWPT) (24ГГц), системах автомобильных радаров (24ГГц, 79ГГц) и т.д.

Антенные решетки миллиметрового диапазона, используемые в упомянутых областях, должны отвечать нескольким основным требованиям:

- низкие потери и высокий коэффициент усиления;

- возможность гибкого управления лучом (направлением максимума излучения), т.е. сканирование луча и фокусировка излучаемого поля в широком диапазоне углов;

- компактная, недорогая, простая архитектура, применимая для серийного производства.

На сегодняшний день при создании излучателей миллиметрового диапазона широко используется технология печатных плат (PCB), так как данная технология позволяет получать устройства, характеризующиеся простотой конструкции и технологичностью, удобством интеграции на единой подложке с другими электронными узлами, возможностью достижения широкой полосы рабочих частот.

Печатная антенная решетка представляет собой массив патч-антенн.

Существующие технологии антенн миллиметрового диапазона обладают рядом ограничений, существенно влияющих на возможность их применения:

- малое расстояние между питающими портами антенных элементов;

- распространение поверхностных волн в PCB-антеннах;

- значительное падение коэффициента усиления на больших углах сканирования;

- предельно жесткие требования к точности изготовления и т.д.

При использовании в системах связи основные требования к антенной решетке в составе базовой станции - это обеспечение полного кругового (360 градусов) сканирования луча по азимуту и работа с двойной поляризацией. Это сканирование осуществляется путем комбинирования нескольких антенных решеток с ограниченным сектором сканирования. Очевидно, что количество необходимых для базовой станции решеток определяется диапазоном сканирования отдельных применяемых решеток. Таким образом, если сектор сканирования антенной решетки ограничен ± 45 градусов, что характерно для применяемых в настоящее время в базовых станциях антенных решеток, тогда требуются 4 решетки для обеспечения полного кругового (360 градусов) сканирования луча. При расширенном до ± 60 градусов секторе сканирования для решетки потребуется всего 3 решетки. Таким образом, увеличение сектора сканирования отдельной антенной решетки может привести к снижению требуемого количества антенных решеток для обеспечения заданного угла сканирования и, соответственно, снижению сложности управления антенными решетками.

Известные в настоящее время печатные антенные решетки зачастую обладают недостатком, заключающимся в асимметричной диаграмме направленности отдельной патч-антенны в составе всей решетки, что приводит к результирующей асимметрии при формировании луча антенной решеткой. Результатом этого является неоправданное падение коэффициента усиления при широких углах сканирования (больше 50 градусов). При этом стоит отметить, что при отклонении луча на угол более 45 градусов коэффициент усиления решетки падает значительно в одном направлении сканирования из двух, именно вследствие асимметрии диаграммы направленности отдельного антенного элемента решетки.

Упомянутая выше асимметрия возникает вследствие следующих причин. Известная из теории периодическая структура антенной решетки, изображенная на фиг. 1, приводит к возникновению паразитных поверхностных волн (PSW, parasitic surface wave). Вследствие ассиметричной структуры элемента антенной решетки с питающими линиями распространение PSW имеет определенное направление. При этом эффективность излучения элемента антенной решетки значительно падает из-за интерференции основной волны, излучаемой элементом решетки, и паразитной поверхностной волны. В результате, возникает нежелательное падение коэффициента усиления элемента решетки при некотором угле излучения относительно нормали.

В противоположном направлении распространение и излучение PSW отсутствует, и, следовательно, отсутствует интерференция PSW и основной волны излучателя. Как результат, не происходит падения усиления в направлении излучения противоположного угла.

Из предшествующего уровня техники известно решение, раскрытое в документе US 6147648 A, относящееся к двухполяризационной антенной решетке, содержащей множество антенных элементов, в которой позиции питающих портов, соответствующих одной поляризации, чередуются от элемента к элементу для подавления кросс-поляризации и подавления формирования паразитных лепестков диаграммы направленности антенны. В то же время положение портов, соответствующих второй поляризации, является постоянным для всех антенных элементов. Однако, такая антенная решетка не позволяет подавлять возникновение паразитной поверхностной волны вследствие своей периодической структуры, вследствие чего наблюдается несимметричность диаграммы направленности при больших углах. Кроме того, такая антенная решетка не позволяет осуществлять сканирование луча.

В статье «Surface waves minimization in Microstrip Patch Antenna using EBG substrate» авторов Naveen Jaglan и Samir Dev Gupta, опубликованной в 2015 INTERNATIONAL CONFERENCE ON SIGNAL PROCESSING AND COMMUNICATION (ICSC), описана печатная антенная решетка с поверхностью с EBG-структурой (структурой с электромагнитной запрещенной зоной) с резонансной частотой, лежащей в запрещенной зоне EBG-подложки. EBG-элемент представляет собой небольшой патч с закорачивающим переходным отверстием в центре. Два смежных элемента формируют резонатор и их комбинация подавляет паразитные поверхностные волны. Это позволяет получить некоторое улучшение характеристик антенны. Однако, для расположения EBG-структуры между антенными элементами требуется значительное пространство и это пространство ограничено максимально доступным расстоянием между элементами. Таким образом, такое решение требует дополнительного пространства, что значительно ограничивает возможности его применения. Кроме того, такая антенная решетка функционирует только с одной поляризацией.

В статье «Meta-Surface Wall Suppression of Mutual Coupling betweenMicrostrip Patch Antenna Arrays for THz-Band Applications» авторов Mohammad Alibakhshikenari, Bal S. Virdee и т.д., опубликованной в Progress In Electromagnetics Research Letters, выпуск 75, с.105-111, 2018, описывается печатная антенная решетка со стенками с метаповерхностью для увеличения изоляции между излучателями патч-антенн. Эта стенка располагается между патчами для снижения взимосвязи между ними. Таким образом, данное решение также требует дополнительного пространства, что значительно ограничивает возможности его применения, и функционирует только с одной поляризацией.

В статье «On the Merit of Asymmetric Phased Array Elements» автора Hans Steyskal, опубликованной в IEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, vol. 61(7), июль 2013, описана патч-антенна с несимметричными патчами. Конструкция патча получена посредством числовой оптимизации с генетическим алгоритмом. Однако, для реализации оптимальной несимметричной структуры требуется дополнительно пространство. Кроме того, такая антенная решетка функционирует только с одной поляризацией.

В документе US 6211824 B1 описана антенная решетка, использующая несколько патч-элементов для управления направлением луча с большими углами сканирования. Антенна содержит первую комбинированную подложку, множество первых патч-излучателей расположено на поверхности первой подложки, и множество вторых патч-излучателей расположено на поверхности второй подложки. Первая подложка сформирована из областей с переменной диэлектрической проницаемостью для эффективного предотвращения распространения поверхностных волн, тем самым увеличивая диапазон сканирования антенны. Однако, данное решение обладает очень сложной технологией изготовления, исключающей применение технологии печатных плат из-за наличия мультиплексных чередующихся областей с разной диэлектрической проницаемостью. Кроме того, такая антенная решетка функционирует только с одной поляризацией и непригодна для применений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне.

Таким образом, в уровне техники существует потребность в создании простой и недорогой структуры управляемой антенны с широким углом сканирования луча, низкими потерями, компактными размерами и высоким коэффициентом усиления.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение по меньшей мере некоторых из приведенных выше проблем.

Согласно одному аспекту изобретения предложена антенная решетка, содержащая: печатную плату, на которой расположены по меньшей мере две патч-антенны, каждая из которых имеет по меньшей мере один питающий порт, причем патч-антенны повернуты относительно друг друга вокруг нормали в центре симметрии патч-антенны таким образом, что соответствующие питающие порты патч-антенн, относящиеся к одной поляризации, повернуты относительно друг друга на 180 градусов, при этом фазы сигналов, подаваемых на упомянутые питающие порты, повернутые относительно друг друга, отличаются на 180 градусов плюс фазовый сдвиг для управления сканированием; диэлектрическое защитное укрытие, расположенное над печатной платой; и пассивные элементы для формирования диаграммы направленности каждого элемента решетки, расположенные на укрытии над патч-антеннами.

Согласно одному варианту осуществления антенной решетки соседние патч-антенны повернуты вокруг нормали в центре симметрии патч-антенны относительно друг друга на 180 градусов.

Согласно другому варианту осуществления антенной решетки пассивные элементы расположены на поверхности защитного укрытия, обращенной к печатной плате, над патч-антеннами.

Согласно другому варианту осуществления антенной решетки расстояние между поверхностью печатной платы и укрытием составляет приблизительно , а толщина укрытия задается для обеспечения прозрачности для излучения следующим образом:

,

где - средняя длина волны рабочей полосы частот, - диэлектрическая постоянная материала укрытия, - корректировка для компенсации реактивного влияния металлических элементов.

Согласно другому варианту осуществления антенной решетки пассивные элементы обладают осевой симметрией относительно направления поляризации патч-антенн.

Согласно другому варианту осуществления антенной решетки зазор между укрытием и печатной платой представляет собой воздушный зазор или заполнен слоем диэлектрика.

Согласно еще одному варианту осуществления антенная решетка содержит несколько подрешеток, причем в пределах каждой подрешетки патч-антенны расположены одинаково, причем патч-антенны соседних подрешеток повернуты относительно друг друга.

Согласно другому варианту осуществления антенная решетка является двухполяризационной антенной решеткой.

Настоящее изобретение позволяет получить управляемую антенну с простой архитектурой, низкими потерями, компактными размерами, высоким коэффициентом усиления, выполненную с возможностью осуществления фокусировки/сканирования луча.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

На фиг. 1 схематично изображен вид сверху и вид сбоку в разрезе участка известной антенной решетки.

На фиг. 2 изображен общий вид структуры антенной решетки в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 схематично изображен вид сверху и вид сбоку в разрезе участка антенной решетки в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 4 изображен альтернативный вариант расположения патч-антенн в антенной решетке согласно настоящему изобретению.

Подробное описание

В соответствии с примерным вариантом осуществления настоящее изобретение представляет собой фазированную антенную решетку, содержащую:

- печатную плату, на которой расположены по меньшей мере две патч-антенны, каждая из которых имеет по меньшей мере один питающий порт, причем питающие порты соседних патч-антенн повернуты вокруг нормали патч-антенны относительно друг друга;

- диэлектрическое защитное укрытие (radome), расположенное над печатной платой;

- пассивные элементы для формирования диаграммы направленности каждого элемента решетки, расположенные на укрытии над патч-антеннами.

Далее со ссылками на фиг. 2-3 будет подробно описан примерный вариант осуществления антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением.

На печатной плате расположено множество (по меньшей мере две) патч-антенн, которые при функционировании совместно формируют луч антенной решетки. Возбуждение каждой патч-антенны осуществляется посредством подачи на нее сигнала через по меньшей мере один питающий порт, определяющий поляризацию формируемого излучения. В примерном варианте осуществления питающий порт представляет собой переходное отверстие - via. Хотя, на фиг. 2 и 3 изображены двухполяризационные антенные элементы, т.е. элементы способные формировать два излучения с разной поляризацией, настоящее изобретение также может использоваться аналогичным образом и для антенных элементов с одной поляризацией. Патч-антенны являются единичными антенными элементами антенной решетки.

В примерном варианте осуществления настоящего изобретения соседние патч-антенны повернуты вокруг нормали в центре симметрии патч-антенны на 180 градусов относительно друг друга (см. фиг. 3), что приводит к соответствующему повороту питающих портов этих антенных элементов также на 180 градусов. При этом фаза сигнала, подаваемого через питающий порт, на повернутых патч-антеннах выбирается таким образом, чтобы компенсировать изменение положения порта в патч-антенне.

Как изображено на фиг. 3, соседние патч-антенны в антенной решетке геометрически повернуты относительно друг друга на 180 градусов в плоскости печатной платы. Стоит отметить, что поворот антенных элементов относительно друг друга приводит также и к повороту соответствующих питающих портов, относящихся к одной поляризации. Как видно на фиг. 1, расстояния между соответствующими портами патч-элементов, относящимися к одной поляризации, равны между собой (d1=d2=…=dN), что характеризует периодичность структуры. Такая периодическая структура способствует распространению PSW в антенной решетке. В то же время, в примерном варианте осуществления настоящего изобретения (см. фиг. 3) расстояния между соответствующими портами соседних патч-элементов, относящимися к одной поляризации, отличаются (d1≠d2) вследствие поворота патч-антенн относительно друг друга. Это нарушает периодичность структуры и подавляет распространение синфазной поверхностной волны. Как видно из фиг. 3, поверхностные волны компенсируют друг друга. В результате уровень паразитного излучения значительно снижается. Расширение диаграммы направленности отдельного антенного элемента решетки, обеспечиваемое таким взаимным расположением патч-антенн, позволяет увеличить диапазон сканирования луча всей антенной решетки.

При этом поворот антенного элемента требует также осуществления корректировки фазы сигнала (на 180 градусов плюс фазовый сдвиг для управления сканированием), поступающего на питающий порт повернутого антенного элемента, для компенсации измененного положения патча (см. фиг. 3). Это позволяет сохранить требуемую поляризацию антенной решетки. В случае отсутствия корректировки фазы сигнала излучение соседних патч-элементов будет находиться в противофазе и будет отсутствовать формирование направленного излучения (главного лепестка).

Новое фазовое распределение может быть представлено в следующем виде:

,

,

где - фаза опорного элемента, - фаза элемента, повернутого относительно опорного элемента, n=1, 2, …, N/2, где N - общее число элементов, - дискретный скачек фазы между соседними элементами, определяемый углом отклонения луча от нормали к антенной решетке. Отсчет элементов n ведется от крайнего элемента с какой-либо стороны решетки.

Описанное выше решение позволяет добиться практически симметричной диаграммы направленности при сканировании в обоих направлениях (в секторе ±60 градусов). Однако, потери при таких больших углах сканирования все еще остаются значительными.

Управление фазой сигнала может быть осуществлено по меньшей мере двумя способами:

- требуемая фаза и требуемая 180 градусная фазовая компенсация могут быть заданы для каждого канала посредством управляющей RFIC;

- 180 градусная корректировка фазы может быть осуществлена посредством дополнительной линии фазовой задержки в тракте сигнала питающего порта, т.е. посредством предварительного задания длины упомянутой дополнительной линии можно установить величину фазовой задержки.

Как изображено на фиг. 2 и 3, антенная решетка в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения дополнительно включает в себя диэлектрическое защитное укрытие (кожух, экран), расположенное над печатной платой. На поверхности укрытия, обращенной к печатной плате, над патч-антеннами сформированы пассивные элементы для формирования диаграммы направленности элементов решетки, которые представляют собой металлические элементы, способствующие расширению диаграммы направленности излучения отдельных антенных элементов. Это приводит к улучшению характеристик сканирования всей антенной решетки.

Пассивные элементы представляют собой вторичные излучатели, возбуждаемые основными элементами. Поскольку они не имеют выходного фидера, то наведенная на них мощность переизлучается. Это вторичное поле, складываясь с полем основного излучателя формирует новую диаграмму направленности с требуемыми параметрами в зависимости от размеров этих элементов, их формы и удаления от основных элементов.

В альтернативных вариантах осуществления пассивные элементы могут выполнены внутри диэлектрического слоя укрытия или на его верхней поверхности, обращенной от печатной платы. Кроме того, пассивные элементы могут быть реализованы как пакетированные многослойные элементы. Это позволяет дополнительно увеличить рабочую полосу частот антенной решетки.

Расстояние между поверхностью печатной платы и укрытием составляет приблизительно , где - средняя длина волны рабочей полосы частот. При таком расстоянии достигается наилучший эффект расширения диаграммы направленности основного элемента в совокупности с пассивным элементом.

Толщина укрытия задается для обеспечения прозрачности для излучения следующим образом:

,

где - средняя длина волны рабочей полосы частот, - диэлектрическая постоянная материала укрытия, - корректировка для компенсации реактивного влияния металлических элементов, которая в зависимости от формы элементов, их расположения и структуры укрытия задается аналитически или таблично из справочников по укрытиям, либо определяется посредством моделирования.

Пассивные элементы должны иметь сравнимые размеры с патч-антеннами. В примерном варианте осуществления по фиг.2 и 3 эти пассивные элементы выполнены в виде колец. Однако эти пассивные элементы могут иметь любую другую подходящую форму, которая обладает осевой симметрией относительно направлений поляризации патч-антенны. Для однополяризационной антенной решетки пассивные элементы должны обладать осевой симметрией относительно только одного направления поляризации патч-антенн, в то время как для двухполяризационной антенной решетки пассивные элементы должны обладать осевой симметрией относительно обоих направлений поляризации патч-антенн.

Такая структура антенной решетки позволяет получить симметричную диаграмму направленности с потерями менее 3дБ даже в крайних положениях сканирования в диапазоне ± 60 градусов. Кроме того, защитное укрытие обеспечивает защиту антенной решетки от окружающей среды.

Пассивные элементы, сформированные на укрытии, не требуют дополнительного пространства на печатной плате антенной решетки, что позволяет сохранить компактные размеры антенной решетки.

Зазор между укрытием и печатной платой может представлять собой воздушный зазор или может быть заполнен слоем диэлектрика.

В качестве альтернативы в случае двухполяризационной антенной решетки антенные элементы могут также поворачиваться на ±90 градусов, а не на 180 градусов. Варианты такой конфигурации изображены на фиг. 4. В этом случае питающий порт и фазовая компенсация выбираются такими, чтобы сохранить требуемую возбуждаемую поляризацию в патч-элементе. Такая структура обладает гибкостью для сложных питающих систем, однако подавление поверхностных паразитных волн осуществляется только для излучения с одной поляризацией.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления раскрытый выше поворот может осуществляться не для отдельных антенных элементов, а для фрагментов антенной решетки, т.е. подрешеток, включающих в себя несколько антенных элементов (например, 2х2, 4х4 и т.д.). В таком случае упомянутые подрешетки должны быть идентичными. Таким образом, в пределах каждой подрешетки патч-антенны расположены одинаково, причем патч-антенны соседних подрешеток повернуты относительно друг друга. Такая структура также позволяет подавить распространение поверхностной волны в антенной решетке. При этом такая структура является более простой в производстве, а упомянутые подрешетки могут быть выполнены на разных печатных платах.

В описанном выше примерном варианте осуществления настоящего изобретения патч-антенны имеют форму квадрата. Однако, в качестве альтернативы упомянутые патч-антенны могут иметь и другую форму, преимущественно осесимметричную форму (круг, шестиугольник и т.д.).

Таким образом, настоящее изобретение позволяет расширить диапазон сканирования антенной решетки, повысить ее эффективность и снизить потери. При этом антенная решетка в соответствии с настоящим изобретением имеет компактные размеры, а также простую и недорогую архитектуру, подходящую для массового производства.

Антенная решетка согласно настоящему изобретению предназначена для использования в миллиметровом диапазоне длин волн. Однако, альтернативно могут быть использованы любые диапазоны длин волн, для которых возможно осуществить излучение и управляемую направленность электромагнитных волн. Например, в качестве альтернативы может быть использовано коротковолновое, субмиллиметровое (терагерцовое) излучение и т.д.

Компактные и высокоэффективные системы с управляемой антенной решеткой в соответствии с настоящим изобретением могут найти применение в системах беспроводной связи перспективных стандартов 5G, 6G и WiGig. При этом настоящее изобретение может использоваться как в базовых станциях, так и в антеннах мобильных терминалов. В этом случае базовая станция реализует управление лучом с разделением по времени между пользователями. Антенны терминалов пользователей управляются для наведения на позицию антенны базовой станции.

Настоящее изобретение может найти применение в системах LWPT всех типов: наружных/внутренних, автомобильных, мобильных и т.д. При этом обеспечивается высокая эффективность передачи мощности при любых сценариях. Устройство передачи мощности может быть построено на основании описанной структуры антенной решетки и таким образом может реализовывать фокусировку луча при зарядке устройств в зоне ближнего поля или сканирование луча для передачи мощности устройствам, находящимся в дальней зоне антенны передатчика.

При использовании в робототехнике можно использовать предложенную антенну для обнаружения/избежания препятствий.

Настоящее изобретение также может использоваться в радарах автономных транспортных средств.

Следует понимать, что хотя в настоящем документе для описания различных элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций, могут использоваться такие термины, как "первый", "второй", "третий" и т.п., эти элементы, компоненты, области, слои и/или секции не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент, компонент, область, слой или секцию от другого элемента, компонента, области, слоя или секции. Так, первый элемент, компонент, область, слой или секция может быть назван вторым элементом, компонентом, областью, слоем или секцией без выхода за рамки объема настоящего изобретения. В настоящем описании термин "и/или" включает любые и все комбинации из одной или более из соответствующих перечисленных позиций. Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Функциональность элемента, указанного в описании или формуле изобретения как единый элемент, может быть реализована на практике посредством нескольких компонентов устройства, и наоборот, функциональность элементов, указанных в описании или формуле изобретения как несколько отдельных элементов, может быть реализована на практике посредством единого компонента.

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

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

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

Очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие компьютерно-читаемого носителя данных. Примеры компьютерно-читаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.

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

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

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к широкоугольной сканирующей печатной антенной решетке. Технический результат - расширение диапазона сканирования антенной решетки, повышение ее эффективности и снижение потерь. Антенная решетка содержит: печатную плату, на которой расположены по меньшей мере две патч-антенны, каждая из которых имеет по меньшей мере один питающий порт, причем патч-антенны повернуты относительно друг друга вокруг нормали в центре симметрии патч-антенны таким образом, что соответствующие питающие порты патч-антенн, относящиеся к одной поляризации, повернуты относительно друг друга на 180 градусов, при этом фазы сигналов, подаваемых на упомянутые питающие порты, повернутые относительно друг друга, отличаются на 180 градусов плюс фазовый сдвиг для управления сканированием; диэлектрическое защитное укрытие, расположенное над печатной платой; и пассивные элементы для формирования диаграммы направленности элементов решетки, расположенные на укрытии над патч-антеннами. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Антенная решетка, содержащая:

- печатную плату, на которой расположены по меньшей мере две патч-антенны, каждая из которых имеет по меньшей мере один питающий порт, причем патч-антенны повернуты относительно друг друга вокруг нормали в центре симметрии патч-антенны таким образом, что соответствующие питающие порты патч-антенн, относящиеся к одной поляризации, повернуты относительно друг друга на 180 градусов, при этом фазы сигналов, подаваемых на упомянутые питающие порты, повернутые относительно друг друга, отличаются на 180 градусов плюс фазовый сдвиг для управления сканированием;

- диэлектрическое защитное укрытие, расположенное над печатной платой; и

- пассивные элементы для формирования диаграммы направленности элементов решетки, расположенные на укрытии над патч-антеннами.

2. Антенная решетка по п.1, в которой соседние патч-антенны повернуты вокруг нормали в центре симметрии патч-антенны относительно друг друга на 180 градусов.

3. Антенная решетка по п.1, в которой пассивные элементы расположены на поверхности защитного укрытия, обращенной к печатной плате, над патч-антеннами.

4. Антенная решетка по п.1, в которой расстояние между поверхностью печатной платы и укрытием составляет приблизительно , а толщина укрытия задается для обеспечения прозрачности для излучения следующим образом:

,

где - средняя длина волны рабочей полосы частот, - диэлектрическая постоянная материала укрытия, - корректировка для компенсации реактивного влияния металлических элементов.

5. Антенная решетка по п.1, в которой пассивные элементы обладают осевой симметрией относительно направления поляризации патч-антенн.

6. Антенная решетка по п.1, в которой зазор между укрытием и печатной платой представляет собой воздушный зазор или заполнен слоем диэлектрика.

7. Антенная решетка по п.1, содержащая несколько подрешеток, причем в пределах каждой подрешетки патч-антенны расположены одинаково, причем патч-антенны соседних подрешеток повернуты относительно друг друга.

8. Антенная решетка по п.1, причем антенная решетка является двухполяризационной антенной решеткой.