JP2016528840A - High dielectric antenna array - Google Patents
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Abstract
アンテナフェーズドアレイを介して信号を無線で伝送するシステムと方法が開示されている。アレイ内の個々のアンテナ間の距離を減少させるため、アンテナは相互に直交するように配置されることに加えて、高誘電材料内に埋設される。これら両方の特徴は1以上のアンテナがカップリングすることを妨げる。さらに、RF信号を周囲で屈折させるためにワイヤが高誘電材料で被覆されており、アレイの中央側のアンテナに他の層を越えて成功裏に信号を伝送させる。【選択図】図3Systems and methods for wirelessly transmitting signals via an antenna phased array are disclosed. In order to reduce the distance between individual antennas in the array, the antennas are embedded in a high dielectric material in addition to being placed orthogonal to each other. Both of these features prevent one or more antennas from coupling. In addition, the wires are coated with a high dielectric material to refract the RF signal around, allowing the antenna on the center side of the array to successfully transmit the signal across the other layers. [Selection] Figure 3
Description
本発明は概ね、無線信号伝送の分野に関し、特に、工業用アンテナアレイ(配列)のための新規で有用なシステムおよび方法に関する。 The present invention relates generally to the field of wireless signal transmission, and more particularly to new and useful systems and methods for industrial antenna arrays.
多数の有用な利用形態が無線パルスの伝送に基づいている。その例には、伝送され、反射されたパルス(型)マイクロ波信号を使用したレーダ検出、並びに標的の身体組織を除去(アブレート)するためにパルスマイクロ波を利用する医療用アブレーション処置が含まれる。 A number of useful applications are based on the transmission of radio pulses. Examples include radar detection using transmitted and reflected pulsed (type) microwave signals, as well as medical ablation procedures that utilize pulsed microwaves to ablate target body tissue. .
その内容を本願で全面的に援用しているオシア社の2014年2月3日に出願された米国特許出願第14/171750号は、複数の受信機への無線電力の伝送を最良化する伝送機を開示した。無線で電力を伝送するには、高周波(RF、無線周波)電力を方向付けるためにフェーズド(位相段列)アレイ伝送機が使用される。 US patent application Ser. No. 14 / 171,750, filed Feb. 3, 2014, by Ossia Inc., the contents of which are fully incorporated herein by reference, is a transmission that optimizes the transmission of wireless power to multiple receivers. The machine was disclosed. To transmit power wirelessly, a phased array transmitter is used to direct high frequency (RF, radio frequency) power.
フェーズドアレイ伝送機の伝送効率はアレイのアンテナ数に比例する。例えば、90%を超える効率を到達するために、5mの距離で2.4GHzの信号を高効率で伝送するには、理論的にはアレイに約百万のアンテナを必要とする。しかし、標的から5m内外の距離内に百万のアンテナを配置することは非常に困難である。それぞれのアンテナは臨在するアンテナとの直接的なカップリング(結合)を回避するために、自身のスペースを必要とし、よって、アレイのサイズは5mの距離の数倍にもなり得る。加えて、アレイが大きくなるに従って効率の良さも消滅し、ほとんどのアンテナは5mの範囲を外れるであろう。よって、アンテナの近接性によって導入される束縛を克服しつつ、アレイのサイズを減少させる手段が求められている。 The transmission efficiency of a phased array transmitter is proportional to the number of antennas in the array. For example, in order to achieve efficiencies exceeding 90%, a 2.4 GHz signal transmitted at a distance of 5 m with high efficiency theoretically requires about a million antennas in the array. However, it is very difficult to place a million antennas within 5 m away from the target. Each antenna requires its own space to avoid direct coupling with the resident antenna, so the size of the array can be several times the distance of 5 meters. In addition, as the array grows, the efficiency disappears and most antennas will be out of the 5 meter range. Therefore, there is a need for means to reduce the size of the array while overcoming the constraints introduced by the proximity of the antenna.
アンテナの近接性によって導入される制約を克服しながらアレイのサイズを減少させる手段は本発明の実施態様において採用されている。 Means for reducing the size of the array while overcoming the constraints introduced by antenna proximity are employed in embodiments of the present invention.
本発明によれば、アンテナの近接性によって導入(又は誘発)される制約を克服しつつ、アレイのサイズを減少させる手段が提供される。アレイ内の個別のアンテナ間の距離を減少させるため、(アンテナは)相互に直交するように配置することに加えて、アンテナは高誘電材料内に埋設されるが、それら両方の特徴は1以上のアンテナのカップリングを排除する。さらに、RF信号を周囲で屈折させるためにワイヤ(線体)を高誘電材料内で覆い、アレイの中心側のアンテナに対して、その上方に存在する層を越えて信号を成功裏に伝送させる。 The present invention provides a means for reducing the size of the array while overcoming the constraints introduced (or induced) by the proximity of the antenna. In order to reduce the distance between the individual antennas in the array, in addition to placing the antennas orthogonal to each other, the antennas are embedded in a high dielectric material, but both features are more than one Eliminate antenna coupling. In addition, a wire is wrapped in a high dielectric material to refract the RF signal around, allowing the antenna at the center of the array to successfully transmit the signal beyond the layers above it. .
上述した本発明の様々な特徴は、単独でも組み合わせても実施可能である。本発明のそれら並びにその他の特徴は、以下の本発明の詳細な説明において以下の図面と共にさらに詳細に説明されている。 The various features of the invention described above can be implemented alone or in combination. These as well as other features of the present invention are described in further detail in the following detailed description of the invention with the following figures.
本発明をさらに明確に説明するため、以下の図面に言及して、幾つかの実施例を例示として説明する。 In order to more clearly describe the present invention, several embodiments will be described by way of example with reference to the following drawings.
[詳細な説明]
本発明は添付の図面に図示されている本発明の幾つかの実施例に関連して、以下に詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解のために多数の特定の細部が記述されている。しかし、当該技術分野の技術者であれば、それら実施例はそれら特定の細部の一部または全部を除いても実施することが可能であることを理解するであろう。その他の場合には、本発明を不必要に曖昧化しないように、周知のプロセスステップ及び/又は周知の構造は詳細には説明されていない。実施例の特徴および利点は、図面および続く説明を参考にして理解されるであろう。
[Detailed description]
The present invention will be described in detail below with reference to several embodiments of the invention illustrated in the accompanying drawings. In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the embodiments may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well known process steps and / or well known structures have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the present invention. The features and advantages of the embodiments will be understood with reference to the drawings and the following description.
本発明の例示的な実施例の態様、特徴および利点は、添付の図面に関する以下の説明によって更に深く理解されるであろう。ここに提供されている本発明の説明されている実施例は本発明の説明のみを目的としたものであり、本発明の限定は意図されておらず、あくまで例示として提供されていることは当該技術の技術者には明白であろう。この明細書で開示されている全ての特徴部は、別個に明示的に記載されていない限り、同一目的または類似目的に適う別な特徴部によって置換が可能である。従って、それらの変更の多数の他の実施形態が、ここに定義されている本発明の範囲内およびその均等物の範囲内に入ることが想定されている。よって、例えば、“・・・となるであろう”、“・・・とはならないであろう”、“・・・であろう”、“・・・ではないであろう”、“・・・にならねばならない”、“・・・であってはならない”、“まず始めに”、“当初は”、“次に”、“続いて”、“・・・の前に”、“・・・の後に”、“最後に”および“最終的に”のごとき独立用語及び/又は順次用語は、ここに開示されている実施例が単なる例示であるため、本発明の範囲を限定する意味を有しない。 The aspects, features and advantages of exemplary embodiments of the present invention will be better understood from the following description with reference to the accompanying drawings. The described embodiments of the invention provided herein are for illustrative purposes only and are not intended to limit the invention and are provided as examples only. It will be obvious to the technical engineer. All features disclosed in this specification can be replaced by other features serving the same or similar purposes, unless expressly stated otherwise. Accordingly, it is envisioned that numerous other embodiments of those modifications will fall within the scope of this invention and its equivalents as defined herein. Thus, for example, "will be ...", "will not be ...", "... will", "will not ...", "...・ Must be ”,“ must not be ”,“ first ”,“ first ”,“ next ”,“ follow ”,“ before ”,“ .. Independent and / or sequential terms such as “after”, “finally” and “finally” are meant to limit the scope of the present invention as the embodiments disclosed herein are merely illustrative Does not have.
フェーズドアレイアンテナのサイズはフェーズドアレイ内の素子(又は要素)間のスペース(空間)に直接的に比例する。これら素子間のスペースは、アンテナ素子が埋設されている材料内での高周波(RF)伝送に関与する物理理論によって決定され、いかに接近してアンテナ同士が配置できるかの限界を招く。 The size of the phased array antenna is directly proportional to the space between the elements (or elements) in the phased array. The space between these elements is determined by the physical theory involved in radio frequency (RF) transmission in the material in which the antenna elements are embedded, and it limits the extent to which the antennas can be placed close together.
最も単純なケースでは、対面する2つのアンテナが1波長分だけ離れて隣接配置できる。それより少しでも近いと、近接による様々な不都合な副作用が大きな問題となり、2つのアンテナを有することの利点を台無しにする。これら副作用の1つは、それら2つのアンテナが1つのアンテナとして機能することであり、逆効果になることである。なぜならフェーズドアレイアンテナによって無線信号を方向付ける可能性は、個別のアンテナ素子に割り当てられる独特な位相(フェーズ)を有することに依拠するからである。アンテナフェーズは注意深く制御され、相互に異なることが想定されている。よって、アンテナアレイ素子間の最低距離はアレイの最低サイズを決定する。 In the simplest case, two antennas facing each other can be arranged adjacent to each other by one wavelength. Beyond that, various adverse side effects due to proximity become a major problem and spoil the advantage of having two antennas. One of these side effects is that the two antennas function as one antenna, which is counterproductive. This is because the possibility of directing a radio signal with a phased array antenna relies on having a unique phase assigned to individual antenna elements. The antenna phases are carefully controlled and assumed to be different from each other. Thus, the minimum distance between antenna array elements determines the minimum size of the array.
アンテナ素子間の最低距離は波長に直接的に関係しており、その波長は周波数に反比例するので、伝送されている周波数と、アンテナ素子が埋設されている媒質(又は媒体、medium)とを知ることによってアンテナアレイのサイズが決定できる。無線信号の幾つかの可能な実施形態が存在するが、それぞれ図1で示すような好適な周波数を備える。図表(チャート)100は、異なる無線利用形態110に使用されるアンテナを説明する。周波数120は、無線利用形態110に関して通常に利用される周波数である。波長130は、周波数120に関連する真空または空気中のおよその波長値である。各無線利用形態110について、それぞれが1ワットの電力を伝送する際の対応する伝送範囲140が、提示されている。
Since the minimum distance between antenna elements is directly related to the wavelength, and the wavelength is inversely proportional to the frequency, the frequency being transmitted and the medium (or medium) in which the antenna element is embedded are known. Thus, the size of the antenna array can be determined. There are several possible embodiments of the radio signal, each with a suitable frequency as shown in FIG. A chart (chart) 100 describes antennas used in different
一般家庭またはビジネス環境内では、無線信号の周波数は1GHzから8GHzの範囲である。使用されている1つの一般的な周波数は、図1の図表100に示すように、真空中または空気中の12.5cmの波長に対応する2.4GHzである。例えば、立方体形状のフェーズドアレイの1辺のアンテナ素子数が40であれば、この一般的な周波数の下では、この立方体の各辺の長さは約16フィート(12.5cm×40=5m)となるであろう。これは真に一般家庭サイズのアレイである。しかし、この巨大な立方体内には一般家庭のための余地は存在しない。なぜなら、このアレイは、3方向の次元全てに、それぞれ約5インチ間隔で離れたアンテナ素子の集団を持たなければならないからである。よって、アンテナ素子間の距離を減少させつつ、アレイの有利な特性を保存する方法が発見されなければならない。 Within a general home or business environment, the frequency of the radio signal is in the range of 1 GHz to 8 GHz. One common frequency used is 2.4 GHz, corresponding to a wavelength of 12.5 cm in vacuum or air, as shown in diagram 100 of FIG. For example, if the number of antenna elements on one side of a cube-shaped phased array is 40, the length of each side of the cube is about 16 feet (12.5 cm × 40 = 5 m) under this general frequency. It will be. This is truly a home-sized array. However, there is no room for ordinary households in this huge cube. This is because the array must have a group of antenna elements spaced about 5 inches apart in all three dimensions. Thus, a method must be discovered that preserves the advantageous properties of the array while reducing the distance between antenna elements.
上述の計算に関与する距離は、真空中または空気中の電磁波長に基づく。これら距離の計算における重要な因子は自由空間の誘電率に深く関係する。もしアンテナアレイの本体を形成する材料の誘電率を変化させることができるなら、周波数を一定に保ちつつ関与する距離に影響を及ぼすことができる。これは、誘電媒質の誘電率が高いため、通常は真空または空気の誘電率よりも高い誘電率を有する誘電媒質内での電磁波の減少した速度のお陰である。 The distance involved in the above calculation is based on the electromagnetic wave length in vacuum or air. An important factor in calculating these distances is closely related to the permittivity of free space. If the dielectric constant of the material forming the body of the antenna array can be changed, it can affect the distance involved while keeping the frequency constant. This is due to the reduced speed of electromagnetic waves in a dielectric medium, which usually has a higher dielectric constant than that of vacuum or air, due to the high dielectric constant of the dielectric medium.
しかしながら、誘電媒質は注意深く選択されなければならない。なぜなら、異なる材料によって導入があり得る多数の他の副作用が存在するからである。例えば、金属は有利な高誘電率を有することができる。しかし、金属は利用形態と対立する多数の不都合な属性も導入する。金属は高周波(RF)を反射し、RF放射線を吸収して、それを熱に変換することができる。金属は様々な形状に加工されることで送信(伝送)/受信(受領)アンテナの構築にも使用され、よって、アンテナ素子が埋設される媒質(又は媒体)としては使用できない。 However, the dielectric medium must be carefully selected. This is because there are many other side effects that can be introduced by different materials. For example, the metal can have an advantageous high dielectric constant. However, metal also introduces a number of inconvenient attributes that conflict with usage. Metals can reflect radio frequency (RF), absorb RF radiation and convert it to heat. The metal is processed into various shapes to be used for constructing a transmission (transmission) / reception (reception) antenna, and therefore cannot be used as a medium (or medium) in which an antenna element is embedded.
有望な高誘電係数を備えた他の種類の材料は存在するが、それら材料は、それらを通過するRFエネルギーの減衰等の他の諸問題を発生させる。高重量は別の問題であり得る。これらの特性も本願では望まれていない。 Although there are other types of materials with promising high dielectric constants, they create other problems such as attenuation of RF energy passing through them. High weight can be another problem. These properties are also not desired in the present application.
しかし、望ましい誘電係数を有し、物理の分野の欠点は一切有していない材料の種類は存在する。その一部は法外な費用を必要とせずに入手できさえする。これらはロジャーズ材料(Rogers materials)であり、それらからRF4ファイバグラス回路ボード(および他の製品)が作製される。これら材料は、p=3からp=30の範囲の誘電係数を有する。p=30の誘電係数とは、図1の図表100の距離用語(即ち波長130および伝送範囲140)が、図表100の再び同一周波数120にて√30の因数によって減少又は除算できる(can be reduced)ことを意味する。このサイズ減少は図2において示されている。1例として、四半波長(quarter-wavelength)アンテナシステム200に対する材料誘電係数pの影響を考える。四半波長アンテナ210は図2(a)に示されている。四半波長アンテナ210は空気中であり、長さl(エル)を有する。使用されている材料が誘電係数pを有するところの、四半波長アンテナ220は図2(b)に示されている。四半波長アンテナ220の長さは、1/√p(ルートp分のイチ)の因数(又は倍数)に減少される。
However, there are types of materials that have the desired dielectric constant and do not have any disadvantages in the physical field. Some of them are even available without the prohibitive costs. These are Rogers materials from which RF4 fiberglass circuit boards (and other products) are made. These materials have a dielectric coefficient in the range of p = 3 to p = 30. The dielectric constant of p = 30 means that the distance term in the
上述の四半波長アンテナシステム200で作製された、誘電係数=30の媒質に埋設されている40(個)の素子を含んだ立方体形状のアレイを考察するなら、この立方体のサイズを、3つの次元のそれぞれにおいて√30の因数で除算することにより減少させることで、高さ、幅および奥行き(深さ)が約36インチの新しい立方体が得られる。実際の新計算は、(12.5cm×40/√30=0.91m=35.9インチ)となり、それぞれの縁部(辺)が36インチを下回る立方体となる。さらに、アンテナの高密度状態での詰め込みが半波長程度にまでなり得ることを考慮すれば、その数値を18インチに半減させることは可能である。
If we consider a cube-shaped array made of the above-described quarter-
大量のアンテナをこの立方体内に収容するため、本発明の1実施例はプリント回路ボード(PCB)上でそれらを特定の形態に配置する。この構造では、図3に示すアンテナ構造300で図示するように、全てのタイプの偏向した信号を網羅するためにアンテナは立体的に敷設される。前面から背面まで回路ボードを貫通する当該アンテナの成分(コンポーネント)は、破線で表わされている。このアンテナ構造300は、相互の干渉を最小化しながら大量のアンテナを近接させて配置させるであろう。
In order to accommodate a large number of antennas in this cube, one embodiment of the present invention places them in a particular configuration on a printed circuit board (PCB). In this structure, the antenna is laid in three dimensions to cover all types of deflected signals, as illustrated by the
図4Aは、波偏向がワイヤ(導線)の配向方向に対して垂直方向であると想定して、仮に、その“波”410がRF放射波長440に等しい長さd又はそれ以下の間隔430をもった導電ワイヤ420によって遮られたら、どのようにして偏向するRF放射を遮断することができるかを示している。
FIG. 4A assumes that the wave deflection is perpendicular to the orientation of the wire, assuming that the “wave” 410 has a
本発明の1実施例によれば、もし、ワイヤ460が誘電率pの誘電材料内に埋設されていれば、間隔470はd/√pに減少し、図4Bに示すように高密度化された線(線の間隔)となる。よって、アレイ装置全体の最少サイズが減少する。
According to one embodiment of the present invention, if the
従って、アレイのサイズが規制された状態では、本発明の1実施例は、PCB上に回路を供給し制御するワイヤを誘電率p(pは実質的に1より大きい)の誘電材料内に埋設することを推奨する。 Thus, with the array size regulated, one embodiment of the present invention embeds the wires that supply and control the circuit on the PCB in a dielectric material with a dielectric constant p (p is substantially greater than 1). It is recommended that
図5で示すように、本発明の1実施例は、PCB上に導電トレースをエッチングするのと同じ技術を使用してエッチング加工したアンテナ500をPCB上に有しており、コンポーネントを追加することなく回路ボード内にアンテナを構築させ、アンテナの製造コストを低減させている。パターン510、520および530は、本発明のこの実施例に基づいてPCB上に容易に構築できる例示的な双極アンテナである。
As shown in FIG. 5, one embodiment of the present invention has an
図6に示すように、形態600における本発明の1実施例は、アンテナがPCBの誘電材料内に確実に十分に埋設されるように、アンテナをエッチングするために複数の層を備えたPCBの内部層610、620、630、640を使用する。
As shown in FIG. 6, one embodiment of the present invention in
図7は、空気の間隙720または他の低誘電材料によって包囲されているPCB材料内の、ほとんど視認できないトレース710を示しており、かくして、それらを高度に反射的なスペースとしている。但し、これは有用である、というのも、高誘電材料から低誘電材料への移動によって、殆どの信号はその境界で反射されるからである。
FIG. 7 shows traces 710 that are hardly visible in the PCB material surrounded by
図8Aに示すように、空気のごとき低誘電媒質820に対面して高誘電材料830を離れようとする信号810は、高い総内面反射角840を示し、高誘電材料830内に信号を滞留させるが、このことはアンテナアレイには不都合である。
As shown in FIG. 8A, a
この問題を回避するため、本発明の1実施例は図8Bの態様を含む。この態様では、PCBの外側層は、高誘電材料で作製されている内側層870の誘電率よりも低い誘電率の材料860で作製されている。これで内部信号880は、光学レンズのコーティングの場合と同様に、高い総内面反射角に遭遇して影響されることなく高誘電材料870から空気中に逃避することができる。
To circumvent this problem, one embodiment of the present invention includes the embodiment of FIG. 8B. In this embodiment, the outer layer of the PCB is made of a material 860 with a dielectric constant lower than that of the
相互に直交するアンテナの対が干渉し合わないことを考慮するなら、さらなる減少が実現可能である。このように、整合したアンテナによって、1つのアンテナと同じ体積に5つのアンテナが配置できる。 A further reduction is feasible if one considers that the mutually orthogonal antenna pairs do not interfere with each other. In this way, five antennas can be placed in the same volume as one antenna with matched antennas.
これらの直交配向性は、3次元での任意の方向性でクライエント装置(顧客に相当する装置)に信号を送付できるという利点も有する。この発明によれば、任意の角度がアンテナの配向に利用できる。 These orthogonal orientations also have an advantage that a signal can be sent to a client device (device corresponding to a customer) with an arbitrary directionality in three dimensions. According to the present invention, any angle can be used for antenna orientation.
図9で図示するように、上下に配置できる2つの形状パターンによって、45°の配向900であっても有効である。これらのパターンは45°のレイアウトのアンテナを有するだけでなく、それら2つのパターンは交互層上に上下に積層配置することができ、アンテナのそれら2つのアレイは相互に直交するであろう。
As shown in FIG. 9, even with a 45 °
多数のアンテナを接近配置し、全てのアンテナにRF信号を様々な方向に送出させると、立方形アレイの中央付近のアンテナが、信号をアレイの外部のクライエント装置に送付するための非妨害通路を有することができないことを想像することは容易であろう。結局のところ、その他のアンテナの数が重要である。本発明の1実施態様では、150を超える他の層のアンテナを百万のアンテナアレイの中央からの通路に有しており、信号は外出過程で全ての他のアンテナを回避する必要があるだけではなく、それらアンテナ回路に供給する相当程度の電力および接地配線も回避しなければならない。 When multiple antennas are placed close together and all antennas transmit RF signals in various directions, the antenna near the center of the cubic array is a non-disturbing path for sending signals to client devices outside the array. It would be easy to imagine that you can't have. After all, the number of other antennas is important. One embodiment of the present invention has over 150 other layers of antennas in the path from the center of the million antenna array, and the signal only needs to avoid all other antennas during the outing process. Rather, considerable power and ground wiring supplied to these antenna circuits must also be avoided.
必要とされるのは、直線状に進行し、進行方向の全行程において全ての他の配線を十分に回避できるように曲がるRF信号を作成することである。ワイヤは、蝋燭を作る要領で、徐々に高い高誘電材料を反復的にコーティングできる。ガラスによって光線が曲げられるように、RF信号通路は高誘電材料によって曲げられる。継続して高くなる誘電材料でコーティングされたワイヤの各層間のインターフェースを介してRFが十分に屈折されると、アンテナからのRF信号は全て内側のワイヤの周囲を通過するであろう。これでアレイは、そこ(ワイヤ)を通過するRFに対して本質的に“不可視”であるワイヤによって電力が供給される。 What is needed is to create an RF signal that travels in a straight line and bends so that all other wiring can be avoided sufficiently in the entire process in the direction of travel. The wire can be repeatedly coated with progressively higher dielectric materials in the manner of making a candle. The RF signal path is bent by a high dielectric material so that the light beam is bent by the glass. If the RF is sufficiently refracted through the interface between the layers of the continuously coated dielectric material, all RF signals from the antenna will pass around the inner wire. The array is now powered by a wire that is essentially “invisible” to the RF that passes through it.
これは、図7に示す実施例のごとくに、PCB材料内に空気の間隙または何らかの他の低誘電材料で包囲されたトレースを創出し、配線ボード内のトレースを高度に反射的なスペースにすることを可能にすることで改善される。この高誘電材料から低誘電材料への信号の移動において、殆どの信号はその境界で反射し、ワイヤのごとき潜在的な妨害物体の周囲を進行することであろう。これは信号を受領するアンテナの性能に影響を及ぼすかも知れない、というのも、ワイヤの中央に直接的に照準された信号だけがアンテナリード線の周囲で偏向しないであろうからである。 This creates a trace surrounded by air gaps or some other low dielectric material in the PCB material, such as the embodiment shown in FIG. 7, making the trace in the wiring board a highly reflective space. It is improved by making it possible. In this signal transfer from a high dielectric material to a low dielectric material, most of the signal will be reflected at its boundary and travel around a potentially disturbing object such as a wire. This may affect the performance of the antenna receiving the signal, since only the signal aimed directly at the center of the wire will not deflect around the antenna lead.
図10に示すように、本発明の1好適実施例は、アレイ1000のアンテナが、全方向に非周期的(すなわち非反復的)な準結晶形態1010に配置されることを推奨する。画像1020は、五角形に収納されている5つのアンテナの全ての集積体を示しており、この配列の非周期性を示している。この非周期性デザインは、アレイの配置全般を通じてアンテナ密度を維持し、同時にアンテナが過度に相互接近することでカップリングすることがないようにしている。さらに、そのような非周期性デザインは、フェーズドアレイの自然な指向性を抑制し、自然な(すなわち不都合な)方向性を抑制することで、任意方向での増加した電力の搬送を可能にする。
As shown in FIG. 10, one preferred embodiment of the present invention recommends that the antennas of the
上記の準結晶配列は非周期性であるが、層内に同じデザインの幾つかの配列を有することは、いずれにしろ周期的な方向性を創出するであろう。これは信号増幅には不都合である。この問題を回避するため、本発明の1好適実施例は、異なった部分(セクション)の準結晶デザインから作成されるアレイの各層を有し、かくして、層内を通じて同じ積層パターンを回避するものである。 Although the above quasicrystalline array is non-periodic, having several arrays of the same design in the layer will in any case create periodic orientation. This is inconvenient for signal amplification. To circumvent this problem, one preferred embodiment of the present invention has each layer of the array made from quasicrystalline designs of different sections, thus avoiding the same stacking pattern throughout the layer. is there.
別な問題は、準結晶のデザインの中央部が大抵は所定の角度で対称であり、それらのパターンの非周期性を弱める。この問題を回避するため、本発明の1実施例は、中央部からさらに離れている準結晶のデザインの部分を活用する。 Another problem is that the central part of the quasicrystal design is usually symmetric at a given angle, which weakens the aperiodic nature of those patterns. In order to avoid this problem, one embodiment of the present invention utilizes a portion of the quasicrystal design that is further away from the center.
図11は、本発明のシステム1100の全体の1好適実施例を図示する。このシステムは複数のPCB1110を含んだ3次元形態で提供されており、それぞれのPCBは、高密度に詰め込まれたアンテナ1120のアレイを収納する高誘電材料を含んでおり、これらアンテナは相互に対して有角姿勢に配向されており、アンテナはさらに準結晶のパターンに配列されている。これらPCBは、高誘電材料に収納されているワイヤ1130を含んだ内部PCB接続によって電気的に結合されている。これらPCBは、RFに対し透過性の材料で作製された収容体1140内に収容されており、信号伝送を妨害しないようになっている。この収容体は、PCBの誘電率よりも低い誘電率を有した材料で作製することができる。
FIG. 11 illustrates one preferred embodiment of the
本発明は、無線信号伝送の範囲を犠牲にすることなくアンテナのフェーズドアレイのサイズを減少するためのシステムと方法を提供する。無線信号は、電力、データまたは無線で伝送できる任意の他の信号を含むことができる。そのようなシステムの利点は、限られたスペースにフェーズドアレイを保存する能力を含んでおり、無線信号伝送を、一般家庭または自動車でのごとき、さらに広範な範囲の状況において利用を可能にする。 The present invention provides a system and method for reducing the size of a phased array of antennas without sacrificing the range of wireless signal transmission. A wireless signal can include power, data, or any other signal that can be transmitted wirelessly. The advantages of such a system include the ability to store the phased array in a limited space, enabling wireless signal transmission to be used in a wider range of situations, such as in a home or car.
本発明は幾つかの実施態様に関連させて説明されているが、本発明の範囲内に別態様、変更、置換、および均等物が存在する。ここには本発明の説明の助けとなるように区分名(sub-section titles)が提供されているが、それら区分名は単に説明のためであり、本発明の範囲を限定することは意図されていない。 Although the invention has been described with reference to several embodiments, there are alternatives, modifications, substitutions, and equivalents within the scope of the invention. Although sub-section titles are provided here to aid in the description of the invention, they are merely illustrative and are intended to limit the scope of the invention. Not.
本発明の方法および装置を利用する多数の別方法が存在することは理解されるべきである。従って、「特許請求の範囲」は、本発明の精神と範囲内に入るそのような全ての別態様、変更、置換および均等物を含むものと解釈されるべきである。 It should be understood that there are many alternative ways of utilizing the method and apparatus of the present invention. Accordingly, the claims should be construed to include all such alternatives, modifications, substitutions and equivalents that fall within the spirit and scope of the invention.
Claims (15)
フェーズドアレイアンテナを形成すると共に、相互に対し実質的に直角な配置に配設されている複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子を実質的に埋設するように設けられた実質的に高い誘電率の誘電絶縁体であって、前記複数のアンテナ素子のそれぞれの間のスペースを減少させると共に、前記複数のアンテナ素子に、該複数のアンテナ素子の周囲でRF信号を屈折させて信号伝送を増強させ、前記フェーズドアレイアンテナの中央付近の該複数のアンテナ素子の部分集合に、アンテナ素子の他の層を越えて信号を成功裏に伝送させることを可能にする、実質的に高い誘電率の誘電絶縁体と、
を備えてなることを特徴とするアンテナアレイ。 A compact antenna array configured to transmit signals wirelessly,
A plurality of antenna elements forming a phased array antenna and disposed in an arrangement substantially perpendicular to each other;
A dielectric insulator having a substantially high dielectric constant provided so as to substantially embed the plurality of antenna elements, the space between each of the plurality of antenna elements being reduced, and the plurality of antennas Enhance the signal transmission by refracting the RF signal around the plurality of antenna elements and allowing the element to a subset of the plurality of antenna elements near the center of the phased array antenna beyond the other layers of the antenna elements. A substantially high dielectric constant dielectric insulator that allows the signal to be transmitted successfully;
An antenna array comprising:
実質的に直角な異なる位相を有するアンテナ素子のフェーズドアレイから高周波(RF)信号を放出し、前記アンテナ素子間での信号干渉を回避するステップと、
前記アンテナ素子のフェーズドアレイを結合するワイヤの周囲で前記RF信号を屈折させて信号伝送を増強し、アンテナ素子のフェーズドアレイの実質的に中央付近のアンテナ素子のアレイの部分集合に、前記アンテナ素子のフェーズドアレイの他の層を越えて信号を成功裏に伝送させるステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。 A method of transmitting wireless communication signals and wireless power transmission,
Emitting radio frequency (RF) signals from a phased array of antenna elements having different phases that are substantially orthogonal, avoiding signal interference between said antenna elements;
Refracting the RF signal around a wire coupling the phased array of antenna elements to enhance signal transmission, the antenna element being a subset of the array of antenna elements substantially near the center of the phased array of antenna elements Successfully transmitting signals across other layers of the phased array of
A method characterized by comprising.
相互に実質的に直角である素子のアレイを高誘電率の回路ボード上に直接的にエッチング加工するステップと、
前記回路ボードの隙間層内に素子の前記アレイを形成するステップと、
高誘電率材料の層と低誘電率材料の層との間に間隙を形成するステップと、
素子の前記アレイを結合するワイヤを高誘電率の誘電材料でコーティングするステップと、
を備えてなることを特徴とする方法。 A method for producing an element of a phased array antenna,
Etching an array of elements substantially perpendicular to each other directly onto a high dielectric constant circuit board;
Forming the array of elements in a gap layer of the circuit board;
Forming a gap between the layer of high dielectric constant material and the layer of low dielectric constant material;
Coating a wire coupling the array of elements with a dielectric material of high dielectric constant;
A method comprising the steps of:
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