RU2650349C1 - Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device - Google Patents
Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650349C1 RU2650349C1 RU2016152509A RU2016152509A RU2650349C1 RU 2650349 C1 RU2650349 C1 RU 2650349C1 RU 2016152509 A RU2016152509 A RU 2016152509A RU 2016152509 A RU2016152509 A RU 2016152509A RU 2650349 C1 RU2650349 C1 RU 2650349C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric
- antenna
- dielectric coating
- radiation
- spatial matching
- Prior art date
Links
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 101
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 101
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 60
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 40
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 3
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013433 optimization analysis Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/068—Two dimensional planar arrays using parallel coplanar travelling wave or leaky wave aerial units
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
- H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
- H01Q1/242—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use
- H01Q1/243—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for hand-held use with built-in antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/26—Surface waveguide constituted by a single conductor, e.g. strip conductor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
- H01Q19/106—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces using two or more intersecting plane surfaces, e.g. corner reflector antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0075—Stripline fed arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Burglar Alarm Systems (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области связи, более конкретно к устройствам связи, в частности к антенному блоку для телекоммуникационного устройства и телекоммуникационному устройству, которые могут быть использованы в сетях связи 5-го поколения.The invention relates to the field of communication, and more particularly to communication devices, in particular to an antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device, which can be used in communication networks of the 5th generation.
Уровень техникиState of the art
Сеть связи 5 поколения (5G) представляет собой телекоммуникационный стандарт связи нового поколения. Все современные устройства, которые имеют доступ в Интернет, сейчас используют 3G и 4G (LTE). Стандарт нового поколения должен позволить пользователям тратить как можно меньше времени на то, чтобы получить искомое в сети Интернет. Стандарт пятого поколения работает на миллиметровых волнах, при этом дальность сигнала 5G значительно меньше дальности 4G.The 5th generation (5G) communications network is the next generation telecommunications communications standard. All modern devices that have Internet access now use 3G and 4G (LTE). The new generation standard should allow users to spend as little time as possible to get what they want on the Internet. The fifth generation standard operates on millimeter waves, while the 5G signal range is much less than the 4G range.
Известно решение US 8760352 B2 (опубл. 2005-10-04), в котором описывается мобильное устройство и его антенная решетка. В решении US 8760352 B2 описывается низкопрофильная антенна, содержащая чередующиеся элементы TX/RX антенны, которые обеспечивают охват в продольном (в плоскости телефона) и поперечном (перпендикулярно плоскости телефона) направлении. Антенна используется в технологии LTCC.Known solution US 8760352 B2 (publ. 2005-10-04), which describes a mobile device and its antenna array. Decision US 8760352 B2 describes a low-profile antenna containing alternating elements TX / RX antennas that provide coverage in the longitudinal (in the plane of the phone) and transverse (perpendicular to the plane of the phone) direction. The antenna is used in LTCC technology.
Однако данное решение не может быть реализовано в мобильном устройстве с металлическим корпусом, так как электромагнитное излучение искажается металлическим корпусом.However, this solution cannot be implemented in a mobile device with a metal casing, since electromagnetic radiation is distorted by the metal casing.
Известно решение US 3225351 (опубл. 1965-12-21), в котором описывается полосковая антенна с вертикальной поляризацией для системы управления полетом по глиссаде. В этом решении описывается антенная решетка бегущей волны для направления самолета на взлетно-посадочную полосу.A known solution is US 3225351 (publ. 1965-12-21), which describes a strip antenna with vertical polarization for a glide path flight control system. This solution describes a traveling wave antenna array for directing an airplane onto the runway.
Однако данное решение, хотя и использует аналогичный принцип, не может быть перенесено в область технологии мобильной связи, так как в нем не реализована возможность сканирования пространства, оно не может быть перенесено с возможностью функционирования в мобильное устройство с металлическим корпусом. Кроме того, размеры антенны в данном решении составляют 2-3 длины волны, что больше, чем в разработанном решении.However, this solution, although it uses a similar principle, cannot be transferred to the field of mobile communication technology, since it does not realize the possibility of scanning space, it cannot be transferred with the possibility of functioning to a mobile device with a metal case. In addition, the dimensions of the antenna in this solution are 2-3 wavelengths, which is larger than in the developed solution.
Известно решение US 7595765 B1 (опубл. 2009-09-29), в котором описывается встроенная антенна поверхностных волн с улучшенным функционированием в частотной полосе и улучшенными параметрами излучения.Known solution US 7595765 B1 (publ. 2009-09-29), which describes the built-in antenna of surface waves with improved functioning in the frequency band and improved radiation parameters.
В этом решении обеспечены встроенные антенные элементы поверхностных волн, содержащие различные диэлектрические материалы. Различные диэлектрические материалы могут быть расположены рядом с местом запитки, чтобы избежать нежелательных отражений от антенных элементов. Кроме того, или в качестве альтернативы, различные диэлектрические материалы могут быть выполнены с возможностью изменять скорость передачи энергии через антенный элемент и таким образом формировать диаграмму направленности антенны. Управление диаграммой направленности может дополнительно осуществляться посредством задания контура плоскости основы антенного элемента в области линзы антенного элемента.This solution provides integrated surface wave antenna elements comprising various dielectric materials. Various dielectric materials can be located near the power point to avoid unwanted reflections from antenna elements. In addition, or alternatively, various dielectric materials may be configured to vary the rate of energy transfer through the antenna element and thereby generate an antenna pattern. The radiation pattern can be further controlled by defining the outline of the base plane of the antenna element in the lens area of the antenna element.
Однако это решение сложно в реализации, не может осуществлять сканирования и имеет большие размеры, что является существенным недостатком в области мобильных телекоммуникационных устройств. Также оно предназначено для излучения в основном в поперечном направлении и его сложно встраивать в металлический корпус мобильного устройства.However, this solution is difficult to implement, cannot scan, and is large, which is a significant drawback in the field of mobile telecommunication devices. It is also intended for radiation mainly in the transverse direction and it is difficult to integrate it into the metal case of a mobile device.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
В одном аспекте изобретения раскрыт антенный блок для телекоммуникационного устройства, выполненного с возможностью беспроводной связи, содержащий:In one aspect of the invention, an antenna unit is disclosed for a telecommunication device configured for wireless communication, comprising:
- диэлектрическую подложку,- dielectric substrate,
- диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке,- dielectric coating on a dielectric substrate,
- антенную решетку, содержащую антенные элементы, размещенные в диэлектрической подложке, и выполненную с возможностью формировать излучение и передавать излучение для создания бегущей волны, распространяющейся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию,- an antenna array containing antenna elements placed in a dielectric substrate, and configured to generate radiation and transmit radiation to create a traveling wave propagating through the dielectric substrate and the dielectric coating,
- по меньшей мере один элементы пространственного согласования с диэлектрическим покрытием, выполненный в диэлектрической подложке и связанный с антенным элементом, при этом указанный элемент пространственного согласования выполнен с возможностью пространственного согласования антенной решетки с диэлектрическим покрытием и уменьшения отражения излучения от диэлектрического покрытия при распространении излучения от антенной решетки.- at least one spatial matching elements with a dielectric coating, made in a dielectric substrate and connected with the antenna element, wherein the spatial matching element is configured to spatially match the antenna array with the dielectric coating and reduce radiation reflection from the dielectric coating when the radiation propagates from the antenna lattice.
Антенный блок может дополнительно включать в себя металлическую рамку телекоммуникационного устройства, выполненного с возможностью беспроводной связи, сконфигурированную для согласования волн, распространяющихся в диэлектрическом покрытии, с окружающим пространством.The antenna unit may further include a metal frame of a telecommunication device configured for wireless communication, configured to match the waves propagating in the dielectric coating with the surrounding space.
Антенная решетка может быть образована полосковыми антенными элементами.The antenna array can be formed by strip antenna elements.
По меньшей мере один элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием предпочтительно выполнен так, чтобы в поперечном сечении иметь форму трапеции.The at least one spatial matching element with the dielectric coating is preferably configured to have a trapezoidal shape in cross section.
Элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием в одном из вариантов выполнения может состоять из первой, второй и третьей частей, причемThe spatial matching element with a dielectric coating in one embodiment may consist of first, second and third parts, moreover
первая часть выполнена с возможностью согласования антенной решетки с диэлектрическим покрытием, обеспечивая минимальный коэффициент стоячей волны посредством плавного перехода излучения от антенной решетки в диэлектрическое покрытие, the first part is adapted to match the antenna array with a dielectric coating, providing a minimum standing wave coefficient through a smooth transition of radiation from the antenna array to the dielectric coating,
вторая часть представляет собой диэлектрический волновод,the second part is a dielectric waveguide,
третья часть выполнена с возможностью обеспечения минимальных отражений от границ элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием.the third part is configured to provide minimal reflections from the boundaries of the spatial matching element with the dielectric coating.
Диэлектрическое покрытие может быть выполнено из материала, который имеет диэлектрическую проницаемость ε1, которая больше, чем диэлектрическая проницаемость ε2 материала диэлектрической подложки антенны.The dielectric coating can be made of a material that has a dielectric constant ε 1 that is larger than the dielectric constant ε 2 of the dielectric material of the antenna substrate.
В другом аспекте изобретения раскрыто телекоммуникационное устройство, выполненное с возможностью беспроводной связи, содержащее:In another aspect of the invention, there is disclosed a telecommunication device configured to wirelessly, comprising:
- корпус устройства с металлической рамкой,- the case of the device with a metal frame,
- диэлектрическую подложку, содержащую функциональные блоки для осуществления связи, закрепленную в корпусе устройства,- a dielectric substrate containing functional units for communication, fixed in the housing of the device,
- диэлектрическое покрытие на диэлектрической подложке,- dielectric coating on a dielectric substrate,
- антенную решетку, содержащую антенные элементы, размещенные в диэлектрической подложке, и выполненную с возможностью формировать излучение и передавать излучение для создания бегущей волны, распространяющейся по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию,- an antenna array containing antenna elements placed in a dielectric substrate, and configured to generate radiation and transmit radiation to create a traveling wave propagating through the dielectric substrate and the dielectric coating,
- по меньшей мере один элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием, выполненный в диэлектрической подложке и связанный с антенным элементом, при этом указанный элемент пространственного согласования выполнен с возможностью пространственного согласования антенной решетки с диэлектрическим покрытием и уменьшения отражения излучения от диэлектрического покрытия при распространении излучения от антенной решетки.- at least one element of spatial matching with a dielectric coating, made in a dielectric substrate and connected with the antenna element, while this spatial matching element is made with the possibility of spatial matching of the antenna array with a dielectric coating and to reduce the reflection of radiation from the dielectric coating when the radiation propagates from the antenna lattice.
Антенная решетка телекоммуникационного устройства может быть образована полосковыми антенными элементами.The antenna array of a telecommunication device may be formed by strip antenna elements.
По меньшей мере один элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием в предпочтительном варианте выполнения может иметь в поперечном сечении форму трапеции.At least one spatial matching element with a dielectric coating in a preferred embodiment may have a trapezoidal cross section.
Элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием телекоммуникационного устройства может состоять из первой, второй и третьей частей, причемThe spatial matching element with the dielectric coating of the telecommunications device may consist of first, second and third parts, moreover
первая часть выполнена с возможностью согласования антенной решетки с диэлектрическим покрытием, обеспечивая минимальный коэффициент стоячей волны посредством плавного перехода излучения от антенной решетки в диэлектрическое покрытие,the first part is adapted to match the antenna array with a dielectric coating, providing a minimum standing wave coefficient through a smooth transition of radiation from the antenna array to the dielectric coating,
вторая часть представляет собой диэлектрический волновод,the second part is a dielectric waveguide,
третья часть выполнена с возможностью обеспечения минимальных отражений от границ элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием.the third part is configured to provide minimal reflections from the boundaries of the spatial matching element with the dielectric coating.
Параметры третьей части элемента пространственного согласования определяются высотой металлической рамки.The parameters of the third part of the spatial matching element are determined by the height of the metal frame.
Диэлектрическое покрытие может иметь диэлектрическую проницаемость ε1, которая больше, чем диэлектрическая проницаемость ε2 диэлектрической подложки антенны.The dielectric coating may have a dielectric constant ε 1 , which is greater than the dielectric constant ε 2 of the dielectric substrate of the antenna.
Диэлектрическая подложка может являться диэлектрической подложкой печатной платы телекоммуникационного устройства, при этом печатная плата содержит функциональные блоки для осуществления связи, и антенная решетка выполнена в диэлектрической подложке печатной платы.The dielectric substrate may be a dielectric substrate of a printed circuit board of a telecommunication device, while the printed circuit board contains functional units for communication, and the antenna array is made in the dielectric substrate of the printed circuit board.
Элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием также может быть выполнен в диэлектрической подложке печатной платы.The spatial matching element with the dielectric coating can also be made in the dielectric substrate of the printed circuit board.
В одном из вариантов выполнения элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием может быть выполнен в многослойной печатной плате. Форма элемента пространственного согласования может быть обеспечена посредством межслойных металлизированных отверстий в печатной плате.In one embodiment, the spatial matching element with the dielectric coating can be made in a multilayer printed circuit board. The shape of the spatial matching element can be provided by interlayer metallized holes in the printed circuit board.
Сущность изобретения заключается в том, что в антенне возбуждаются бегущие волны, которые распространяются по диэлектрической подложке и диэлектрическому покрытию, огибают металлическую рамку корпуса устройства беспроводной связи и излучаются в направлении, которое соответствует направлению вдоль плоскости дисплея телекоммуникационного устройства (в продольном направлении) (см. фиг.1).The essence of the invention lies in the fact that traveling waves are excited in the antenna, which propagate along the dielectric substrate and the dielectric coating, envelope the metal frame of the housing of the wireless communication device and radiate in a direction that corresponds to the direction along the display plane of the telecommunication device (in the longitudinal direction) (see figure 1).
Технический результат, достигаемый решением, заключается в обеспечении формирования направленности излучения антенны, повышении диапазона сканирования, повышении эффективности антенны миллиметрового диапазона, уменьшении потерь сигнала, легкости использования в телекоммуникационных устройствах с металлической рамкой корпуса, улучшении связи.The technical result achieved by the solution is to ensure the formation of the radiation pattern of the antenna, increase the scanning range, increase the efficiency of the millimeter-wave antenna, reduce signal loss, ease of use in telecommunication devices with a metal frame of the case, improve communication.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг.1 показывает направления излучения от антенны телекоммуникационного устройства связи.Figure 1 shows the direction of radiation from the antenna of a telecommunication communication device.
Фиг.2 показывает массив микрополосковых излучателей антенной решетки на виде сверху телекоммуникационного устройства.Figure 2 shows an array of microstrip radiators of an antenna array in a plan view of a telecommunication device.
Фиг.3 показывает боковой вид антенной решетки.Figure 3 shows a side view of the antenna array.
Фиг.4 показывает реализацию элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием в виде пространственного преобразователя, размещенного в диэлектрической подложке.Figure 4 shows the implementation of the spatial matching element with a dielectric coating in the form of a spatial transducer located in a dielectric substrate.
Фиг.5 показывает эквивалентную электрическую схему излучателя и ее связь с элементами излучателя.Figure 5 shows the equivalent electrical circuit of the emitter and its connection with the elements of the emitter.
Фиг.6 показывает геометрические параметры элементов антенного блока.6 shows the geometric parameters of the elements of the antenna unit.
Фиг.7а показывает график зависимости усиления антенны от направления излучения для случая без согласования антенны с окружающим пространством.Figa shows a graph of the dependence of the antenna gain on the direction of radiation for the case without matching the antenna with the surrounding space.
Фиг.7б показывает график зависимости усиления антенны от направления излучения для случая с предложенным согласованием антенны с окружающим пространством.Fig.7b shows a graph of the dependence of the antenna gain on the direction of radiation for the case with the proposed matching of the antenna with the surrounding space.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Целью заявленного решения является создание антенного блока, который может быть размещен в корпусе телекоммуникационного устройства, в том числе в корпусе с металлической рамкой, обеспечивающего работу по стандарту 5G, 60GHz, WiGig и др. и при этом обеспечивающего охват требуемых направлений распространения сигнала антенной решетки телекоммуникационного устройства. Поперечное направление - это направление, перпендикулярное плоскости дисплея телекоммуникационного устройства, а продольное направление - это направление, которое параллельно плоскости дисплея телекоммуникационного устройства.The aim of the claimed solution is to create an antenna unit that can be placed in the housing of a telecommunication device, including in a housing with a metal frame, which provides operation according to the 5G, 60GHz, WiGig standards, etc. and at the same time provides coverage of the required directions of signal propagation of the telecommunication antenna array devices. The transverse direction is the direction perpendicular to the display plane of the telecommunication device, and the longitudinal direction is the direction that is parallel to the display plane of the telecommunication device.
Наиболее важными элементами, обеспечивающими достижение заявленной цели, являются антенна бегущей волны, имеющая множество антенных элементов и множество элементов, которые служат элементами пространственного согласования антенны с диэлектрическим покрытием, которые размещены на краю антенны бегущей волны и связаны с антенными элементами. Элемент пространственного согласования принимает, без отражений, излучение от антенны, преобразует и перенаправляет это излучение в свободное пространство в заданном направлении. Антенный элемент примыкает к элементу согласования, в частности может быть соединен с антенным элементом для получения контакта с ним. Антенный элемент и элемент пространственного согласования, который представляет собой волноведущую область, необходимую для формирования излучения антенны в заданном направлении, могут быть выполнены в подложке в одном процессе изготовления, например могут быть выполнены в печатной плате телекоммуникационного устройства в одном процессе изготовления печатной платы.The most important elements ensuring the achievement of the stated goal are a traveling wave antenna having a plurality of antenna elements and a plurality of elements that serve as spatial matching elements of a dielectric coated antenna that are located on the edge of the traveling wave antenna and are connected to the antenna elements. The spatial matching element receives, without reflections, radiation from the antenna, converts and redirects this radiation into free space in a given direction. The antenna element is adjacent to the matching element, in particular, can be connected to the antenna element to obtain contact with it. The antenna element and the spatial matching element, which is the waveguide region necessary for generating radiation of the antenna in a given direction, can be made in the substrate in one manufacturing process, for example, can be made in a printed circuit board of a telecommunication device in a single printed circuit board manufacturing process.
Элементы пространственного согласования могут быть объединены, так что стенки между ними отсутствуют, и образуется один большой элемент пространственного согласования на все излучатели, связанный со всеми антенными элементами.The spatial matching elements can be combined, so that the walls between them are absent, and one large spatial matching element is formed for all emitters associated with all antenna elements.
Антенна размещена в диэлектрической подложке и покрыта диэлектрическим материалом, который является замедляющей структурой для возбужденных волн, при этом покрытие из диэлектрического материала может представлять собой дисплей телекоммуникационного устройства, например мобильного устройства связи.The antenna is placed in a dielectric substrate and coated with a dielectric material, which is a slowdown structure for excited waves, while the coating of the dielectric material may be a display of a telecommunication device, such as a mobile communication device.
Поскольку материал диэлектрического покрытия имеет большую диэлектрическую проницаемость, чем материал диэлектрической подложки, в которой размещены антенные элементы и элементы пространственного согласования (пространственные преобразователи), он является замедляющей структурой для электромагнитных волн, возбужденных антенной решеткой. Поэтому, так как для покрытия соблюдаются условия, определяющие его как диэлектрический волновод (в основном параметры диэлектрической проницаемости и высоты покрытия), удается направить электромагнитные волны в продольном направлении в структуре диэлектрического покрытия и уменьшить излучение в поперечном направлении.Since the material of the dielectric coating has a higher dielectric constant than the material of the dielectric substrate in which the antenna elements and spatial matching elements (spatial converters) are placed, it is a slowing structure for electromagnetic waves excited by the antenna array. Therefore, since the conditions that define it as a dielectric waveguide are met for the coating (mainly the parameters of the dielectric constant and coating height), it is possible to direct electromagnetic waves in the longitudinal direction in the structure of the dielectric coating and reduce radiation in the transverse direction.
Разработанное решение обеспечивает возможность эффективного использования антенны миллиметрового диапазона, встроенной в телекоммуникационные устройства и другие устройства связи с металлическим корпусом или металлической рамкой корпуса.The developed solution provides the ability to effectively use the millimeter-wave antenna built into telecommunication devices and other communication devices with a metal case or metal frame of the case.
Телекоммуникационное устройство, выполненное с возможностью беспроводной связи, имеющее заявленный антенный блок, может представлять собой любое устройство мобильной связи, например мобильный телефон, планшетный компьютер с возможностью осуществления беспроводной связи, ноутбук, ультрабук, КПК, устройство отображения, выполненное с возможностью беспроводной связи, или любое иное устройство, имеющее дисплей и возможность размещения антенной решетки в корпусе телекоммуникационного устройства.A telecommunication device configured for wireless communication having the claimed antenna unit may be any mobile communication device, for example, a mobile phone, a tablet computer with wireless capability, a laptop, an ultrabook, a PDA, a display device configured for wireless communication, or any other device having a display and the ability to place an antenna array in the housing of a telecommunication device.
Антенный блок может быть встроен в блок связи телекоммуникационного устройства. Функционально блок связи телекоммуникационного устройства содержит источник излучения, блок питания, блок предоставления информации, блок пользовательского ввода и иные блоки, необходимые для реализации его назначения. Источник излучения осуществляет передачу и прием сигналов пользовательского ввода, состоит из преобразователей информации, получаемой от пользователя, в сигналы, пригодные для передачи на соответствующие устройства приема. Блок предоставления информации, может, в частности, содержать дисплей, отображающий пользователю необходимую для осуществления связи информацию, и громкоговоритель. Блок пользовательского ввода может включать в себя микрофон, клавиатуру, дисплей и любой другой блок, подходящий для приема информации от пользователя и направления ее в блок связи. Блок питания осуществляет подачу энергии для работы вышеупомянутых блоков.The antenna unit may be integrated in a communication unit of a telecommunication device. Functionally, the communication unit of a telecommunication device contains a radiation source, a power unit, an information providing unit, a user input unit, and other blocks necessary for realizing its purpose. The radiation source transmits and receives user input signals, consists of converters of information received from the user into signals suitable for transmission to respective receiving devices. The information providing unit may, in particular, comprise a display showing the user the information necessary for communication and a loudspeaker. The user input unit may include a microphone, keyboard, display, and any other unit suitable for receiving information from the user and forwarding it to the communication unit. The power supply unit supplies energy for the operation of the above units.
Благодаря использованию антенны бегущей волны согласно изобретению происходит огибание волной металлического корпуса телекоммуникационного устройства, что обеспечивает возможность излучения в продольном направлении. При этом нет необходимости делать в металлическом корпусе какие-либо окна или разрывы, нарушающие цельность корпуса.Due to the use of a traveling wave antenna according to the invention, the wave encircles the metal case of the telecommunication device, which allows radiation in the longitudinal direction. There is no need to make any windows or gaps in the metal case that violate the integrity of the case.
Схематично структура предложенного антенного блока поясняется на фиг.2, на которой показан вид сверху на антенный блок телекоммуникационного устройства, содержащего металлический корпус 2. Антенный блок имеет решетку антенных элементов - микрополосковых излучателей 3, которые покрыты диэлектриком, и элементы 4 пространственного согласования антенны с диэлектрическим покрытием, в данном случае - с дисплеем. В качестве варианта выполнения, не показанного на фигурах, элементы 4 пространственного согласования антенны могут быть объединены в единую область согласования. Элементы пространственного согласования могут примыкать друг к другу. Таким образом, формируется единая, общая область, где излучение от антенны перенаправляется в заданном направлении без искажений. Как уже указывалось, в другом варианте выполнения элементы пространственного согласования могут быть объединены, так что стенки между ними отсутствуют, и образуется один большой элемент пространственного согласования на все излучатели.Schematically, the structure of the proposed antenna unit is illustrated in figure 2, which shows a top view of the antenna unit of a telecommunication device containing a
Диэлектрический материал покрытия может представлять собой дисплей телекоммуникационного устройства и выполнять функцию диэлектрического волновода, покрывающего антенную решетку, представляющую собой совокупность излучателей 3 бегущей волны.The dielectric coating material can be a display of a telecommunication device and act as a dielectric waveguide covering the antenna array, which is a collection of traveling
Элемент 4 пространственного согласования антенны с дисплеем и свободным пространством представляет собой пространственный преобразователь электромагнитных волн, который соединен с антенным элементом и принимает излучение от излучателя 3, без отражений, преобразует и перенаправляет это излучение в свободное пространство в заданном направлении. Одна из его возможных форм показана на фиг.3. Предпочтительно для наилучшего согласования микрополоскового излучателя с диэлектрическим покрытием 1, в данном случае - с дисплеем и металлическим корпусом, форма элемента 4 пространственного согласования с дисплеем должна быть трапецеидальной в поперечном сечении, хотя допускается и выполнение элемента пространственного согласования, имеющего и другую геометрическую форму, например в виде плавно расширяющегося элемента. Эта форма может быть получена посредством, например, фрезеровки диэлектрической подложки 6, литья диэлектрической подложки или других производственных технологий для получения в подложке выемки или полости, образующей элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием, впоследствии заполняемой диэлектрическим материалом. В одном из возможных вариантов выполнения выемка, образующая элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием, снабжается слоем металлизации и заполняется диэлектриком, образующим диэлектрическую подложку антенны. Элемент пространственного согласования может быть получен также путем выполнения выемки или полости в подложке печатной платы, свободной от металла, и металлизации ее поверхности.The
На фиг.3 показан элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием, который представляет собой выемку, имеющую металлизационное покрытие на ее поверхности, заполненную диэлектриком. Элемент в поперечном сечении имеет форму трапеции и состоит из трех основных частей, причем первая часть (А) выполнена с возможностью согласования антенной решетки с трактом передачи бегущей волны, обеспечивая минимальный коэффициент стоячей волны посредством плавного перехода излучения от антенной решетки в диэлектрическое покрытие за счет плавной трансформации одного типа линии в другой, вторая часть (В) представляет собой диэлектрический волновод, третья часть (С) выполнена с возможностью обеспечения минимальных отражений от границ элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием.Figure 3 shows the spatial matching element with a dielectric coating, which is a recess having a metallization coating on its surface, filled with a dielectric. The element in the cross section has the shape of a trapezoid and consists of three main parts, the first part (A) made with the possibility of matching the antenna array with the transmission path of the traveling wave, providing a minimum standing wave coefficient through a smooth transition of radiation from the antenna array to the dielectric coating due to the smooth transforming one type of line into another, the second part (B) is a dielectric waveguide, the third part (C) is configured to provide minimal reflections from the face Spatial matching element with a dielectric coating.
Металлизация поверхности выемки или полости, образующей элемент пространственного согласования, не является обязательной, и другой возможный вариант выполнения элемента пространственного согласования показан на фиг.4. Антенная решетка и элемент 4 пространственного согласования с дисплеем в данном варианте выполнения реализованы в многослойной печатной плате телекоммуникационного устройства путем последовательного нанесения множества слоев диэлектрика 6, имеющих металлическое покрытие 5, согласно обычной технологии изготовления печатных плат. В многослойной печатной плате посредством задания размеров и конфигурации металлического покрытия 5 слоев 6 диэлектрика печатной платы формируется трапецеидальный элемент, выполняющий функции элемента пространственного согласования с дисплеем, по профилю которого располагают межслойные металлизированные отверстия 7 (VIA) между смежными слоями металлического покрытия 5 для блокирования прохождения волн между слоями печатной платы.Metallization of the surface of the recess or cavity forming the spatial matching element is optional, and another possible embodiment of the spatial matching element is shown in FIG. The antenna array and the
Заявленная конструкция антенного блока и телекоммуникационного устройства, содержащего такой блок, обеспечивает следующие преимущества:The claimed design of the antenna unit and a telecommunication device containing such a unit provides the following advantages:
- антенну с большим усилением;- high gain antenna;
- улучшенное сканирование в продольном направлении в диапазоне +/-50 градусов, при этом расширение сектора сканирования связано с замедляющими свойствами диэлектрического покрытия для волн, возбужденных антенным излучателем.- improved scanning in the longitudinal direction in the range of +/- 50 degrees, while the expansion of the scanning sector is associated with the slowing properties of the dielectric coating for waves excited by the antenna emitter.
Благодаря особенностям заявленной антенны обеспечено улучшение свойств направленности антенны бегущей волны в продольном направлении посредством поддержки поверхностных волн, обеспечено улучшение сканирования лучом диаграммы направленности в продольной плоскости без потерь сканирования из-за распространения электромагнитной волны в диэлектрическом покрытии.Due to the features of the claimed antenna, the directional properties of the traveling wave antenna in the longitudinal direction are improved by supporting surface waves, the beam scanning of the radiation pattern in the longitudinal plane is improved without loss of scanning due to the propagation of the electromagnetic wave in the dielectric coating.
Металлическая рамка корпуса телекоммуникационного устройства используется для согласования антенного блока с окружающим пространством. Использование бегущей волны позволяет излучению огибать металлическую рамку и эффективно распространяться в продольном направлении.The metal frame of the housing of the telecommunication device is used to align the antenna unit with the surrounding space. The use of a traveling wave allows the radiation to bend around the metal frame and efficiently propagate in the longitudinal direction.
Фазы на элементах антенной решетки рассчитываются исходя из соображений формирования максимума диаграммы направленности и плоского фазового фронта в нужном направлении излучения. Направленность антенны обеспечивается соблюдением необходимых фазовых соотношений между элементами антенного блока и условиями создания поверхностной волны.The phases on the elements of the antenna array are calculated on the basis of considerations of the formation of a maximum radiation pattern and a flat phase front in the desired direction of radiation. The directivity of the antenna is ensured by observing the necessary phase relationships between the elements of the antenna unit and the conditions for creating a surface wave.
На фиг.5 показана эквивалентная электрическая схема излучателя и ее связь с элементами излучателя, а на фиг.6 не в масштабе показаны геометрические параметры элементов антенного блока.Figure 5 shows the equivalent electrical circuit of the emitter and its relationship with the elements of the emitter, and Fig.6 does not show the scale of the geometric parameters of the elements of the antenna unit.
На фиг.7а показан график зависимости усиления антенны от направления излучения для случая без согласования антенны с окружающим пространством, а на фиг.7б показан график зависимости усиления антенны от направления излучения для случая с использованием заявленных средств согласования антенны с окружающим пространством.On figa shows a graph of the dependence of the antenna gain on the direction of radiation for the case without matching the antenna with the surrounding space, and on figb shows a graph of the dependence of the antenna gain on the direction of radiation for the case using the claimed means of matching the antenna with the surrounding space.
На фиг.7а и 7б направление 0 градусов соответствует продольному направлению излучения, а направление +90 градусов соответствует поперечному направлению. Из графиков на фиг.7а и 7б видно, что в случае использования заявленного решения достигается повышение усиления излучения в продольном направлении (около 8 дБ) по сравнению с традиционными технологиями (около 4,5 дБ). Также видно, что в заявленном решении обеспечивается диапазон сканирования около +/-50 градусов.On figa and 7b, the direction of 0 degrees corresponds to the longitudinal direction of the radiation, and the direction of +90 degrees corresponds to the transverse direction. From the graphs on figa and 7b it is seen that in the case of using the claimed solution, an increase in the radiation gain in the longitudinal direction (about 8 dB) is achieved in comparison with traditional technologies (about 4.5 dB). It is also seen that the claimed solution provides a scanning range of about +/- 50 degrees.
Как видно из фиг.7а и 7б, в заявленном решении излучение в направлении 90 градусов минимально, в то время как в известном из уровня техники решении излучение в направлении 90 градусов максимально.As can be seen from figa and 7b, in the claimed solution, the radiation in the direction of 90 degrees is minimal, while in the prior art solution, the radiation in the direction of 90 degrees is maximum.
Варианты осуществления изобретения не ограничиваются лишь приведенными выше вариантами.Embodiments of the invention are not limited to the above options.
Как работает предложенный антенный блокHow does the proposed antenna unit work?
Как пояснялось выше, предложенный антенный блок содержит диэлектрическую подложку, например печатную плату, в которой сформирован массив микрополосковых антенных элементов бегущей волны, возбуждаемых полосковой линией, выполненной в печатной плате.As explained above, the proposed antenna unit contains a dielectric substrate, for example a printed circuit board, in which an array of microstrip traveling wave antenna elements excited by a strip line made in the printed circuit board is formed.
Каждый полосковый элемент антенной решетки возбуждает бегущие волны, которые распространяются в элементе 4 пространственного согласования, который может быть также назван пространственным преобразователем, в диэлектрической подложке и в диэлектрическом покрытии 1, в частности в дисплее 1, затем излучение, огибая металлическую рамку корпуса, излучается в направлении базовой станции.Each strip element of the antenna array excites traveling waves, which propagate in the
Пространственный преобразователь обычно состоит из трех частей: первая часть (часть А на фиг.3) служит для согласования полосковой антенны с трактом передачи, состоящим из диэлектрического покрытия и диэлектрической подложки, вторая часть (часть B на фиг.3) является постоянной частью преобразователя и представляет собой диэлектрический волновод, третья часть (часть С на фиг.3) согласует антенну с диэлектрическим покрытием и окружающим пространством.The spatial converter usually consists of three parts: the first part (part A in figure 3) is used to align the strip antenna with the transmission path, consisting of a dielectric coating and a dielectric substrate, the second part (part B in figure 3) is a constant part of the converter and represents a dielectric waveguide, the third part (part C in figure 3) matches the antenna with a dielectric coating and the surrounding space.
Все параметры первой части (А) элемента пространственного согласования определяются из соображений обеспечения минимального коэффициента стоячей волны (КСВ) конкретных элементарных излучателей, используемых в антенной решетке. Как показано на фиг. 6, высота первой части (Htr) элемента пространственного согласования в общем случае определяется стандартными соотношениями высоты расположения микрополосковых излучателей и лежит в пределах λ1/4 - λ1/2.All parameters of the first part (A) of the spatial matching element are determined from the considerations of ensuring the minimum standing wave coefficient (SWW) of specific elementary radiators used in the antenna array. As shown in FIG. 6, the height of the first part (H tr ) of the spatial matching element is generally determined by standard ratios of the height of the microstrip emitters and lies in the range λ1 / 4 - λ1 / 2.
Вторая часть (В) соответствует регулярному участку волноведущей структуры элемента пространственного согласования, и в общем случае ее длина составляет около или более четверти длины волны (λ1/4). Причем чем длиннее участок, тем направленнее антенна.The second part (B) corresponds to the regular portion of the waveguide structure of the spatial matching element, and in the general case its length is about or more than a quarter of the wavelength (λ1 / 4). Moreover, the longer the section, the more directional the antenna.
Параметры третьей части (С) определяются из эквивалентной схемы на фиг.5, с целью обеспечения минимальных отражений на границе волноведущих структур. Форма третьей части обеспечивает плавность выхода электромагнитных волн.The parameters of the third part (C) are determined from the equivalent circuit in figure 5, in order to ensure minimal reflections at the boundary of waveguide structures. The shape of the third part provides a smooth output of electromagnetic waves.
Практически во всех современных устройствах рамка телекоммуникационного устройства выполняется из металла, и в случае, если в направлении излучения антенны находится металлическое препятствие, например металлическая рамка корпуса устройства, то параметры третьей части (С) пространственного преобразователя рассчитываются исходя из эквивалентной схемы, показанной на фиг.5.In almost all modern devices, the frame of the telecommunication device is made of metal, and if there is a metal obstruction in the direction of radiation of the antenna, for example a metal frame of the device’s case, then the parameters of the third part (C) of the spatial converter are calculated based on the equivalent circuit shown in FIG. 5.
Антенна бегущей волны с распространением волны в диэлектрике имеет большую реактивную составляющую выходного сопротивления и должна быть согласована с окружающим пространством.The traveling wave antenna with wave propagation in the dielectric has a large reactive component of the output impedance and must be consistent with the surrounding space.
Металлические элементы, например, такие как металлическая рамка корпуса устройства, на конце диэлектрика используются для эффективной компенсации этой реактивной составляющей выходного сопротивления и для обеспечения направленного излучения в окружающее пространство. В общем случае само наличие «ступеньки» металлического объекта будет являться введением согласующей реактивности. При значениях больше λ(в воздухе)/8 толщина рамки металлического корпуса перестает оказывать сильное влияние. Однако при меньших значениях, в случае, если этот параметр может варьироваться производителем, он также может учитываться при оптимизационном анализе.Metal elements, for example, such as the metal frame of the device’s body, are used at the dielectric end to effectively compensate for this reactive component of the output resistance and to provide directional radiation to the surrounding space. In the general case, the very presence of a “step” of a metal object will be the introduction of matching reactivity. For values greater than λ (in air) / 8, the thickness of the frame of the metal casing ceases to exert a strong influence. However, at lower values, if this parameter can be varied by the manufacturer, it can also be taken into account in the optimization analysis.
Для определения параметров этих металлических элементов может быть использована эквивалентная схема антенны бегущей волны, представленная на фиг.5, где микрополосковый излучатель представлен источником сигнала 401, вторая постоянная часть пространственного преобразователя представлена волноводом 402, третья согласующая часть пространственного преобразователя представлена трансформатором 403, а металлический элемент корпуса представлен выходным согласующим сопротивлением 404. На фиг.5 сопротивление Z0 представляет собой сопротивление окружающей среды.To determine the parameters of these metal elements, the equivalent traveling wave antenna circuit shown in FIG. 5 can be used, where the microstrip emitter is represented by a
Используя параметры будущей системы, указанные на фиг. 6, такие какUsing the parameters of the future system indicated in FIG. 6 such as
h2 - высота диэлектрического покрытия,h 2 - the height of the dielectric coating,
htr - высота элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием,h tr is the height of the spatial matching element with the dielectric coating,
hm - высота металлической рамки телекоммуникационного устройства относительно плоскости, в которой расположен антенный элемент (которая, как правило, соответствует поверхности диэлектрической подложки антенны),h m is the height of the metal frame of the telecommunication device relative to the plane in which the antenna element is located (which, as a rule, corresponds to the surface of the dielectric substrate of the antenna),
определяют реактивность (jB), и, опираясь на приближенные значения параметров элемента пространственного согласования, таких как Ltr - длина третьей части (С) элемента пространственного согласования, dtr - расстояние от третьей части (С) элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием до металлической рамки телекоммуникационного устройства, получают конкретные параметры Ltr и dtr, используемые в дальнейшем для оптимизации параметров всего антенного блока. Результатом процесса оптимизации параметров элементов антенного блока будет минимизация коэффициента отражения антенных элементов и максимизация коэффициента усиления всей антенной решетки. Алгоритмы оптимизации известны из уровня техники и не являются предметом настоящего изобретения.determine the reactivity (jB), and, based on approximate values of the parameters of the spatial matching element, such as L tr is the length of the third part (C) of the spatial matching element, d tr is the distance from the third part (C) of the spatial matching element with a dielectric coating to metal the framework of the telecommunication device, receive specific parameters L tr and d tr , which are used in the future to optimize the parameters of the entire antenna unit. The result of the process of optimizing the parameters of the elements of the antenna unit will be to minimize the reflection coefficient of the antenna elements and maximize the gain of the entire antenna array. Optimization algorithms are known in the art and are not the subject of the present invention.
Высота hm металлической рамки, которая служит для согласования антенны с окружающим пространством, относительно плоскости, в которой расположен антенный элемент, может совпадать с толщиной диэлектрического покрытия, в данном случае с толщиной дисплея, но может быть как меньше этой толщины, так и больше этой толщины, но не более λ1/10.The height h m of the metal frame, which serves to align the antenna with the surrounding space, relative to the plane in which the antenna element is located, can coincide with the thickness of the dielectric coating, in this case, with the thickness of the display, but can be either less than this thickness or more than this thickness, but not more than λ 1/10.
Диэлектрические материалы покрытия и подложки могут обладать различным соотношением характеристик диэлектрической проницаемости, например, если диэлектрическая проницаемость покрытия равна ε1, а диэлектрическая проницаемость диэлектрика подложки равна ε2, то могут быть их различные соотношения: ε1 > ε2, ε1< ε2 или ε1= ε2.The dielectric materials of the coating and the substrate may have a different ratio of dielectric permittivity characteristics, for example, if the dielectric constant of the coating is ε 1 and the dielectric constant of the dielectric of the substrate is ε 2 , then their different ratios can be: ε 1 > ε 2 , ε 1 <ε 2 or ε 1 = ε 2 .
В заявленном изобретении диэлектрическое покрытие, которое может представлять собой как стекло, так и любой другой диэлектрический материал, должно иметь диэлектрическую проницаемость ε1, которая больше диэлектрической проницаемости ε2 диэлектрика подложки, в которой выполнена антенна и диэлектрика, заполняющего элемент пространственного согласования с диэлектрическим покрытием, если они являются одинаковыми. При таком соотношении в заявленном изобретении реализуется замедляющий эффект диэлектрического покрытия, который позволяет удерживать электромагнитные волны в толще диэлектрического покрытия и уменьшить срывание волн в поперечном (бродсайд) направлении.In the claimed invention, the dielectric coating, which can be either glass or any other dielectric material, must have a dielectric constant ε 1 that is greater than the dielectric constant ε 2 of the dielectric of the substrate, in which the antenna and the dielectric filling the spatial matching element with the dielectric coating are made if they are the same. With this ratio, the claimed invention implements the decelerating effect of the dielectric coating, which allows you to hold electromagnetic waves in the thickness of the dielectric coating and to reduce the stalling of waves in the transverse (Broadside) direction.
Для оптимального направления поверхностной волны в диэлектрическом покрытии высота htr элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием должна составлять примерно четверть длины волны - λ2/4, а Ltr+ dtr должны быть примерно равны эффективной длине волны λэфф. При этом длина волны λ2 - это длина волны в диэлектрике, заполняющем элемент пространственного согласования антенного элемента с диэлектрическим покрытием (пространственный преобразователь), с диэлектрической проницаемостью ε2, λэфф - длина волны в объеме диэлектрика с диэлектрической проницаемостью εэфф.For optimum direction of the surface wave in the dielectric coating height h tr spatial matching element with a dielectric coating should be about a quarter wavelength - λ 2/4, and L tr + d tr should be approximately equal to the effective wavelength λ eff. In this case, the wavelength λ 2 is the wavelength in the dielectric filling the spatial matching element of the antenna element with a dielectric coating (spatial transducer), with a dielectric constant ε 2 , λ eff is the wavelength in the volume of a dielectric with a dielectric constant ε eff .
Диэлектрическая проницаемость εэфф определяется следующим образом:The dielectric constant ε eff is determined as follows:
и характеризует значение диэлектрической проницаемости, которое имеет место для излучения, движущегося через два диэлектрика, имеющих диэлектрическую проницаемость ε1 и ε2, и форму, показанную на фиг.6, где первый диэлектрик - это диэлектрическое покрытие дисплея, а второй диэлектрик - это диэлектрический материал, которым заполнена полость элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием (дисплеем), который может представлять собой тот же материал, что и диэлектрический материал подложки.and characterizes the value of the dielectric constant, which takes place for radiation moving through two dielectrics having a dielectric constant εoneand ε2and the form shown in FIG. 6, where the first dielectric is the dielectric coating of the display and the second dielectric is the dielectric material that fills the cavity of the spatial matching element with the dielectric coating (display), which may be the same material as dielectric substrate material.
Через εэфф определяется эффективная длина волны λэфф., через нее определяется расстояние dtr до металлической рамки корпуса.Through εeffthe effective wavelength λ is determinedeff., the distance d is determined through ittr to the metal frame of the case.
Так как диэлектрическое покрытие имеет диэлектрическую проницаемость ε1, которая больше, чем диэлектрическая проницаемость ε2 диэлектрической подложки антенны, диэлектрическое покрытие формирует слой задержки, который удерживает электромагнитные поверхностные волны в диэлектрике и препятствует преждевременному излучению в поперченном направлении.Since the dielectric coating has a dielectric constant ε 1 , which is larger than the dielectric constant ε 2 of the dielectric substrate of the antenna, the dielectric coating forms a delay layer that holds electromagnetic surface waves in the dielectric and prevents premature radiation in the transverse direction.
Поверхностная волна в диэлектрическом покрытии складывается с электромагнитной волной в элементе пространственного согласования с диэлектрическим покрытием и излучается от края диэлектрического покрытия.The surface wave in the dielectric coating is added to the electromagnetic wave in the spatial matching element with the dielectric coating and is emitted from the edge of the dielectric coating.
Элемент пространственного согласования антенны с диэлектрическим покрытием, интегрированный в диэлектрическую подложку, обеспечивает лучшее распространение волн без излишних потерь распространения.The spatial matching element of a dielectric-coated antenna integrated into the dielectric substrate provides better wave propagation without unnecessary loss of propagation.
Комбинация диэлектрического покрытия и элемента пространственного согласования антенны формирует высокую направленность элементов предлагаемой полосковой антенны в продольном направлении, увеличивает усиление антенны и обеспечивает более широкий диапазон сканирования диаграммы направленности в азимутальной плоскости без потерь, которые имеют место особенно для антенных решеток с малым количеством элементов (например, с четырьмя элементами), т.е. формирование направленности излучения.The combination of the dielectric coating and the spatial matching element of the antenna generates a high directivity of the elements of the proposed strip antenna in the longitudinal direction, increases the antenna gain and provides a wider scanning range of the radiation pattern in the azimuthal plane without loss, which occurs especially for antenna arrays with a small number of elements (for example, with four elements), i.e. radiation directivity formation.
В одном из вариантов осуществления используемое устройство связи имеет корпус формы «Edge», то есть содержит скругленный по краям дисплей. Такой вариант осуществления также обеспечивает функционирование заявленного устройства так, как было описано выше, и обеспечивает достижение тех же полезных эффектов, которые по отдельности и в совокупности обеспечивают лучшую связь устройства связи с базовой станцией.In one embodiment, the communication device used has an “Edge” shape housing, that is, it has a display rounded at the edges. This embodiment also ensures the operation of the claimed device as described above, and ensures the achievement of the same beneficial effects that individually and collectively provide better communication between the communication device and the base station.
Если телекоммуникационное устройство не имеет металлической рамки, или металлическая рамка находится значительно ниже уровня расположения антенных элементов и нижней поверхности дисплея (>λ/4-λ/2), то согласующую со свободным пространством реактивность можно вводить другими способами, например, используя согласующие шлейфы и т.п. В вариантах без металлической рамки корпуса устройства, согласования со свободным пространством удавалось достичь и за счет формы третьей части элемента пространственного согласования с диэлектрическим покрытием (пространственного преобразователя).If the telecommunication device does not have a metal frame, or if the metal frame is significantly below the level of the antenna elements and the lower surface of the display (> λ / 4-λ / 2), then the reactivity matching the free space can be introduced by other methods, for example, using matching loops and etc. In variants without a metal frame of the device’s body, coordination with free space was also achieved due to the shape of the third part of the spatial matching element with a dielectric coating (spatial transducer).
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, и специалисту в данной 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.Embodiments are not limited to the embodiments described herein, and other embodiments of the invention will become apparent to those skilled in the art based on the information set forth in the description and knowledge of the prior art without departing from the spirit and scope of the present invention.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.The elements mentioned in the singular do not exclude the plurality of elements, unless specifically indicated otherwise.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.The functional connection of elements should be understood as a connection that ensures the correct interaction of these elements with each other and the implementation of one or another functionality of the elements. Particular examples of functional communication may be communication with the possibility of exchanging information, communication with the possibility of transmitting electric current, communication with the possibility of transmitting mechanical motion, communication with the possibility of transmitting light, sound, electromagnetic or mechanical vibrations, etc. The specific type of functional connection is determined by the nature of the interaction of the mentioned elements, and, unless otherwise indicated, is provided by well-known means using principles well known in the art.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в данной 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, компьютерах либо комбинации вышеозначенного.The application does not indicate specific software and hardware for the implementation of the blocks in the drawings, but one skilled in the art should understand that the essence of the invention is not limited to a specific software or hardware implementation, and therefore, any software and hardware may be used to implement the invention, known in the art. So hardware can be implemented in one or more specialized integrated circuits, digital signal processors, digital signal processing devices, programmable logic devices, user programmable gate arrays, processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, electronic devices, and other electronic modules configured to carry out the functions described in this document, computers or a combination of the above.
Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также варианты реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.The features mentioned in the various dependent claims, as well as the embodiments disclosed in various parts of the description, can be combined to achieve beneficial effects, even if the possibility of such a combination is not explicitly disclosed.
Любые числовые значения, указанные в материалах настоящего описания или на фигурах, предназначены для включения всех значений от нижнего значения до верхнего значения указанных диапазонов.Any numerical values indicated in the materials of the present description or in the figures are intended to include all values from the lower value to the upper value of the indicated ranges.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно 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.Although exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, it should be understood that such embodiments are merely illustrative and not intended to limit the broader invention, and that the invention should not be limited to the particular arrangements and structures shown and described, since various other modifications may be apparent to those skilled in the art.
Claims (30)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152509A RU2650349C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device |
| KR1020170134786A KR102440555B1 (en) | 2016-12-29 | 2017-10-17 | Electronic device including antenna unit |
| EP17887822.9A EP3507860B1 (en) | 2016-12-29 | 2017-12-28 | Electronic device having antenna unit |
| PCT/KR2017/015643 WO2018124772A1 (en) | 2016-12-29 | 2017-12-28 | Electronic device having antenna unit |
| US15/857,398 US10651570B2 (en) | 2016-12-29 | 2017-12-28 | Electronic device having antenna unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152509A RU2650349C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2650349C1 true RU2650349C1 (en) | 2018-04-11 |
Family
ID=61976959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152509A RU2650349C1 (en) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3507860B1 (en) |
| KR (1) | KR102440555B1 (en) |
| RU (1) | RU2650349C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU202871U1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-03-11 | Общество с ограниченной ответственностью «ТопМедиа» | ANTENNA UNIT ANT |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230030813A (en) * | 2021-08-26 | 2023-03-07 | 삼성전자주식회사 | Antenna and electronic device including the same |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561435A (en) * | 1995-02-09 | 1996-10-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Planar lower cost multilayer dual-band microstrip antenna |
| US20040201526A1 (en) * | 2003-04-11 | 2004-10-14 | Gareth Knowles | Matrix architecture switch controlled adjustable performance electromagnetic energy coupling mechanisms using digital controlled single source supply |
| RU2325741C1 (en) * | 2006-10-06 | 2008-05-27 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Phased antenna array element |
| US7595765B1 (en) * | 2006-06-29 | 2009-09-29 | Ball Aerospace & Technologies Corp. | Embedded surface wave antenna with improved frequency bandwidth and radiation performance |
-
2016
- 2016-12-29 RU RU2016152509A patent/RU2650349C1/en active
-
2017
- 2017-10-17 KR KR1020170134786A patent/KR102440555B1/en active IP Right Grant
- 2017-12-28 EP EP17887822.9A patent/EP3507860B1/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561435A (en) * | 1995-02-09 | 1996-10-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Planar lower cost multilayer dual-band microstrip antenna |
| US20040201526A1 (en) * | 2003-04-11 | 2004-10-14 | Gareth Knowles | Matrix architecture switch controlled adjustable performance electromagnetic energy coupling mechanisms using digital controlled single source supply |
| US7595765B1 (en) * | 2006-06-29 | 2009-09-29 | Ball Aerospace & Technologies Corp. | Embedded surface wave antenna with improved frequency bandwidth and radiation performance |
| RU2325741C1 (en) * | 2006-10-06 | 2008-05-27 | Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" | Phased antenna array element |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU202871U1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-03-11 | Общество с ограниченной ответственностью «ТопМедиа» | ANTENNA UNIT ANT |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3507860B1 (en) | 2020-10-21 |
| KR102440555B1 (en) | 2022-09-06 |
| EP3507860A4 (en) | 2019-09-25 |
| EP3507860A1 (en) | 2019-07-10 |
| KR20180078130A (en) | 2018-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2652169C1 (en) | Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device | |
| JP7395714B2 (en) | Antenna module and electronic equipment | |
| RU2629534C1 (en) | Phased array antenna with adaptable polarization | |
| KR102505800B1 (en) | Wireless communication device with leaky wave phased array antenna | |
| US10651570B2 (en) | Electronic device having antenna unit | |
| US20220294107A1 (en) | 5G MIMO Antenna Array With Reduced Mutual Coupling | |
| CN110783702A (en) | Antenna module and electronic equipment | |
| EP4007067A1 (en) | Antenna unit and electronic device | |
| RU2650349C1 (en) | Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device | |
| Huang et al. | Dielectric-loaded SIW H-plane horn antenna with gradient air slots | |
| KR102274497B1 (en) | Antenna device including parabolic-hyperbolic reflector | |
| CN113471680A (en) | Broadband line source based on multilayer parallel plate waveguide | |
| KR20130078298A (en) | Rotman lens with asymmetrical sturcture and beam forming antenna by using thereof | |
| WO2020191610A1 (en) | Smart antenna, antenna feeder system, antenna communication system and ap | |
| Javanbakht et al. | Reducing side-lobe level of surface mounted printed leaky-wave antenna | |
| CN210926348U (en) | Array antenna and mobile terminal | |
| Linghui | Design and analysis of dielectric waveguide antennas | |
| Zhang et al. | Design of a double-layer slotted waveguide array with a partially corporate feed circuit installed in the bottom layer and its fabrication by diffusion bonding of laminated thin plates in 38GHz band | |
| Nitas et al. | Fully planar CSRR-SIW slot antennas of optimized gain and enhanced bandwidth for millimeter wave and 5G communications | |
| WO2020233211A1 (en) | Antenna system and terminal | |
| WO2023221144A1 (en) | Antenna unit, antenna module and mobile terminal | |
| Yan et al. | A Ka-band phased array of antennas with parallel-plate parabolic reflector feeding network for high energy-efficient radiation | |
| Machac et al. | Radiation from the conductor-backed slotline | |
| Zhang et al. | A 40 GHz-band double-layer waveguide slot array fed from four corners to suppress sidelobes | |
| Puskely et al. | Novel planar horn antenna for 75/85 GHz experimental wireless link |