RU2796807C2 - Антенная решетка с независимо вращающимися излучающими элементами - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к антенной технике, в частности, к антенной решетке с вращающимися излучающими элементами. Технический результат – обеспечение высокого коэффициента усиления и снижение радиопомех. Результат достигается тем, что предложена антенная решетка, которая включает в себя множество антенных ячеек, расположенных в глобальной системе координат антенной решетки, каждая из множества антенных ячеек имеет соответствующую локальную систему координат и включает в себя излучающий элемент, имеющий заданный угол поворота, определенный в глобальной системе координат, и антенный порт, соединенный с излучающим элементом, причем антенный порт расположен в конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат, конкретный набор координат антенного порта каждой из множества антенных ячеек одинаков. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Настоящее изобретение относится в целом к антеннам и, в частности, к антенной решетке с вращающимися излучающими элементами.

Предпосылки создания изобретения

Антенная решетка (или решетчатая антенна) представляет собой набор множества излучающих элементов, работающих вместе как одна антенна для передачи или приема радиоволн. Отдельные излучающие элементы (часто называемые просто «элементами») могут быть соединены с приемником и/или передатчиком схемой, применяющей соответствующую регулировку амплитуды и/или фазы сигналов, принятых и/или переданных излучающими элементами. При использовании для передачи радиоволны, излучаемые каждым отдельным излучающим элементом, сочетаются и накладываются друг на друга, усиливаясь (создавая конструктивную интерференцию) для повышения мощности, излучаемой в желательных направлениях, и ослабевая (создавая деструктивную интерференцию) для снижения мощности, излучаемой в других направлениях. Аналогичным образом, отдельные принятые сигналы от отдельных излучающих элементов, при их использовании для приема, комбинируются с надлежащим соотношением по амплитуде/фазе для усиления сигналов, принимаемых из желательных направлений, и подавления сигналов из нежелательных направлений.

Антенная решетка может обеспечивать повышение коэффициента усиления (направленности) с помощью более узкого луча радиоволн по сравнению с коэффициентом усиления, которого можно достичь с помощью одной антенны. Как правило, чем большее количество отдельных антенных элементов используется, тем выше коэффициент усиления и тем уже ширина луча. Некоторые антенные решетки (такие как РЛС с фазированной антенной решеткой) могут состоять из тысяч отдельных антенн. Решетки могут использоваться для достижения более высокого коэффициента усиления (что повышает надежность связи), устранения помех из конкретных направлений, для электронного направления радиолуча в разных направлениях и/или для радиолокационной пеленгации.

Изложение сущности изобретения

Один пример относится к антенной решетке, которая может включать в себя множество антенных ячеек, расположенных в глобальной системе координат антенной решетки. Каждая из множества антенных ячеек имеет соответствующую локальную систему координат и может включать в себя излучающий элемент, имеющий заданный угол поворота, определенный в глобальной системе координат, и антенный порт, соединенный с излучающим элементом, причем антенный порт расположен в конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат. Конкретный набор координат антенного порта каждой из множества антенных ячеек может быть одинаковым. Кроме того, заданный угол поворота излучающего элемента первой антенной ячейки из множества антенных ячеек представляет собой первый угол поворота в глобальной системе координат. Заданный угол поворота излучающего элемента второй антенной ячейки из множества антенных ячеек может представлять собой второй угол поворота в глобальной системе координат. Второй угол поворота может отличаться от первого угла поворота.

Другой пример относится к многослойной печатной плате (ПП), которая может включать в себя диаграммообразующий слой, имеющий множество дорожек, образующих диаграммообразующую схему (BFN - англ.: beam-forming network), причем диаграммообразующая схема соединена со множеством антенных портов, формирующих переходные отверстия, проходящие от диаграммообразующей схемы (BFN). BFN может включать в себя множество сумматоров/делителей, которые осуществляют преобразование между входным сигналом и множеством подсигналов. Каждый из множества подсигналов может иметь одинаковую мощность и набор фаз. Каждый из множества подсигналов может быть передан на антенный порт из множества антенных портов. Многослойная ПП может также включать в себя множество антенных ячеек, расположенных в глобальной системе координат многослойной ПП, для формирования регулярной мозаичной структуры. Каждая из множества антенных ячеек может иметь соответствующую локальную систему координат. Каждая антенная ячейка может включать в себя излучающий слой, содержащий излучающий элемент, который имеет заданный угол поворота в глобальной системе координат. Каждая антенная ячейка может также включать в себя фидерный слой, который может иметь фидер, соединяющий соответствующий антенный порт из множества антенных портов с излучающим элементом. Каждый антенный порт может пересекаться с фидерным слоем в конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат. Конкретный набор координат для каждой из множества антенных ячеек может быть одинаковым. Кроме того, заданный угол поворота излучающего элемента первой антенной ячейки из множества антенных ячеек может представлять собой первый угол поворота в глобальной системе координат. Заданный угол поворота излучающего элемента второй антенной ячейки из множества антенных ячеек может представлять собой второй угол поворота в глобальной системе координат, причем второй угол поворота может отличаться от первого угла поворота.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 представлен вид в горизонтальной проекции антенной решетки со множеством антенных ячеек.

На фиг. 2 представлен вид в горизонтальной проекции диаграммообразующей схемы (BFN), соединенной с антенной решеткой, показанной на фиг. 1.

На фиг. 3 представлен увеличенный вид BFN в горизонтальной проекции.

На фиг. 4 представлен пример массива BNF.

На фиг. 5 представлен вид в горизонтальной проекции другой антенной решетки со множеством антенных ячеек.

На фиг. 6 представлен вид в горизонтальной проекции другой BFN, соединенной с антенной решеткой, показанной на фиг. 5.

На фиг. 7 представлен другой расширенный вид в горизонтальной проекции другой BFN.

На фиг. 8 представлен вид в горизонтальной проекции еще одной антенной решетки со множеством антенных ячеек.

На фиг. 9 представлен вид в горизонтальной проекции еще одной BFN, соединенной с антенной решеткой, показанной на фиг. 8.

На фиг. 10 представлен увеличенный вид в горизонтальной проекции еще одной BFN.

На фиг. 11 представлен вид стека многослойной печатной платы для реализации системы с антенной решеткой и BFN.

На фиг. 12 представлена блок-схема системы, реализующей антенную решетку и BFN.

Подробное описание

В настоящем документе описана антенная решетка со множеством антенных ячеек, расположенных в глобальной системе координат, причем каждая антенная ячейка имеет свою собственную соответствующую локальную систему координат. Каждая антенная ячейка в антенной решетке может содержать излучающий элемент (например, щелевую полосковую антенну) с заданным углом поворота в глобальной системе координат. Кроме того, каждая антенная ячейка может иметь антенный порт, который может быть соединен с соответствующим излучающим элементом. Антенный порт может быть расположен в конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат. В некоторых примерах этот конкретный набор координат может быть одинаковым для каждой соответствующей локальной системы координат антенных ячеек. Другими словами, в некоторых примерах угол поворота каждой антенной ячейки во множестве антенных ячеек в глобальной системе координат не изменяет положение антенного порта в каждой соответствующей локальной системе координат.

Антенный порт каждой из множества антенных ячеек может быть соединен с диаграммообразующей схемой (BFN) посредством кристалла интегральной схемы (ИС), как описано в настоящем документе. Конструкция BFN может быть упрощена путем размещения каждого антенного порта в одинаковых координатах в каждой локальной системе координат. В частности, положения антенных портов могут быть регулярными, так что BFN может быть выполнена систематически и независимо от угла поворота излучающих элементов антенных ячеек. Кроме того, поворот антенных элементов может повышать чистоту поляризации. Другими словами, поворот антенных элементов приводит к увеличению отношения желательной компоненты поляризации к нежелательной компоненте.

На фиг. 1 представлен вид в горизонтальной проекции примера антенной решетки 100 со множеством антенных ячеек 102. Антенная решетка 100 может быть реализована, например, в виде фазированной антенной решетки. Антенные ячейки 102 могут быть размещены в виде регулярной мозаичной структуры. Антенная решетка 100 может быть сформирована на верхнем слое и/или области многослойной печатной платы (ПП), которая альтернативно может называться многослойной печатной монтажной платой (PWB - англ.: printed wire board). В целях упрощения объяснения некоторые слои опущены и/или изображены прозрачными. В настоящем примере имеется двенадцать (12) антенных ячеек 102, но в других примерах может быть больше или меньше антенных ячеек 102. Фактически в некоторых примерах может быть сто, тысяча или более антенных ячеек 102. Каждая из двенадцати (12) антенных ячеек отмечена буквами A–L. Соответственно, данную антенную ячейку 102 можно конкретно идентифицировать и обозначить. Например, первая антенная ячейка 102 может обозначаться как «антенная ячейка A 102», а восьмая антенная ячейка может обозначаться как «антенная ячейка H 102». Таким образом можно также обозначать антенные ячейки B–L 102.

В представленном примере каждая антенная ячейка 102 имеет шестиугольную форму. В других примерах для реализации множества антенных ячеек 102 могут использоваться другие формы, включая такие формы, как квадраты, прямоугольники или ромбы, которые обеспечивают регулярную мозаику.

Антенная решетка 100 включает в себя глобальную систему координат 104, которая определяет глобальное положение всей антенной решетки 100. Более конкретно, глобальная система координат 104 идентифицирует относительное положение каждой из множества антенных ячеек 102. Каждая из антенных ячеек 102 может иметь заданный угол поворота в глобальной системе координат 104. Кроме того, каждая из антенных ячеек 102 может включать в себя излучающий элемент 106 с заданным углом поворота в глобальной системе координат 104, который может отличаться (или быть таким же) от угла поворота антенной ячейки 102 в глобальной системе координат 104. Другими словами, угол поворота в глобальной системе координат 104 излучающего элемента 106 в данной антенной ячейке 102 может быть выбран независимо от угла поворота в глобальной системе координат 104 антенной ячейки 102.

Каждая из множества антенных ячеек 102 может иметь заданный угол поворота в глобальной системе координат 104. Кроме того, каждая антенная ячейка 102 может включать в себя локальную систему координат. В примере, показанном на фиг. 1, начало каждой локальной системы координат расположено в заданной вершине соответствующей антенной ячейки 102. В качестве примера локальная система координат для антенной ячейки A 102 отмечена как X_A, Y_A для обозначения соответствующих осей X и Y для локальной системы координат антенной ячейки A 102. Антенные ячейки B–H обозначены аналогичным образом.

Как описано в настоящем документе, каждый излучающий элемент 106 включает в себя множество составляющих структурных компонентов. В частности, в антенной решетке 100 каждый излучающий элемент 106 может включать в себя N щелевых элементов 110, где N - целое число, которое больше или равно единице (1), и металлический полосковый излучатель 114. Каждый щелевой элемент 110 может иметь Н-образную или гантелеобразную форму. Кроме того, хотя в показанном и описанном примере излучающий элемент 106 включает в себя N щелевых элементов 110 и металлический полосковый излучатель 114, возможны и другие типы излучателей для излучающего элемента 106. В показанном примере имеется два (2) щелевых элемента 110, которые могут по отдельности обозначаться с помощью подстрочного числа. Более конкретно, в показанном примере каждый излучающий элемент включает в себя первый щелевой элемент 110₁ и второй щелевой элемент 110₂, которые ортогонально ориентированы относительно друг друга. Другими словами, первый щелевой элемент 110₁ может иметь заданный угол поворота в глобальной системе координат 104, а второй щелевой элемент 110₂ может поворачиваться на 90 градусов относительно первого щелевого элемента 110₁. Таким образом, в совокупности первый щелевой элемент 110₁ и вторая щелевая антенна 110₂ могут иметь заданный угол поворота в глобальной системе координат 104, который может определять заданный угол поворота излучающего элемента 106 для антенной ячейки 102. Кроме того, в некоторых примерах может быть больше или меньше щелевых элементов 110, чем первый щелевой элемент 110₁ и второй щелевой элемент 110₂. Угол поворота в глобальной системе координат 104 может быть определен относительно конкретного структурного элемента или набора элементов данной антенной ячейки 102, такого как, помимо прочего, порт 118 (или множество портов 118). Аналогичным образом, в такой ситуации тот же конкретный структурный элемент или набор элементов в других антенных ячейках 102 можно использовать для определения угла поворота других антенных ячеек 102. Другими словами, угол поворота в глобальной системе координат 102 определяется аналогичным образом по каждой из антенных ячеек 102 A–L.

В некоторых примерах угол поворота в глобальной системе координат 104 для каждого излучающего элемента 106 может составлять, например, один из 0 градусов, +/- 30 градусов, +/- 90 градусов и +/- 150 градусов. В других примерах могут использоваться другие углы поворота в глобальной системе координат 104. Более того, диаграмма угла поворота излучающих элементов 106 антенных ячеек 102 может изменяться в зависимости от желаемых рабочих характеристик антенной решетки 100. Например, может быть желательно выбрать диаграмму направленности антенных элементов 106, обеспечивающую высокую степень чистоты поляризации в главном луче для сканирования во множестве направлений и поддержания боковых лепестков диаграммы излучения ниже определенного уровня.

Первый щелевой элемент 110₁ и второй щелевой элемент 110₂ интервала могут быть выполнены с возможностью передачи сигналов без существенного влияния на относительную разность фаз между сигналами первого щелевого элемента 110₁ и второго щелевого элемента 110₂. Например, каждый излучающий элемент 106 каждой соответствующей антенной ячейки 102 может быть выполнен с возможностью передачи сигналов с круговой поляризацией. Например, первый щелевой элемент 110₁ излучающего элемента 106 может быть выполнен с возможностью передачи сигналов с первой линейной поляризацией, а второй щелевой элемент 110₂ излучающего элемента 106 может быть выполнен с возможностью передачи сигналов со второй поляризацией. В качестве одного примера первая поляризация может быть смещена относительно второй поляризации. Кроме того, как отмечено, существуют примеры, в которых на каждый излучающий элемент 106 имеется только один щелевой элемент 110, и/или для излучающего элемента 106 используются излучатели других типов. В этих ситуациях излучающий элемент 106 также может быть выполнен с возможностью передачи сигналов с круговой поляризацией или с другими поляризациями, такими как линейная или эллиптическая поляризация.

Кроме того, как отмечено, излучающий элемент 106 каждой антенной ячейки 102 может включать в себя металлический полосковый излучатель 114, который может накладываться на первый щелевой элемент 110₁ и второй щелевой элемент 110₂ паза. Металлический полосковый излучатель 114 может накладываться на центр антенных ячеек 102. В некоторых примерах металлический полосковый излучатель 114 может быть образован на верхней поверхности антенной решетки 100. В такой ситуации металлический полосковый излучатель 114 может быть образован путем вытравливания части (верхнего) тонкого металлического слоя, причем невытравленный участок образует металлический полосковый излучатель 114.

В целях упрощения объяснения термины «накладываться», «наложенный», «располагаться под» и «расположенный под» (и их производные) используются в настоящем описании для обозначения относительного положения двух смежных поверхностей в выбранной ориентации. Кроме того, термины «верхний» и «нижний» используются в настоящем описании для обозначения противоположных поверхностей в выбранной ориентации. Аналогичным образом термины «верхний» и «нижний» используются для обозначения относительных положений в выбранной ориентации. Фактически примеры, используемые в настоящем описании, обозначают одну выбранную ориентацию. Однако в описанных примерах выбранная ориентация является произвольной, и возможны и другие ориентации (например, перевернутая, повернутая на 90 градусов и т.д.) в рамках объема настоящего описания.

Каждая антенная ячейка 102 может включать в себя N портов 118. Каждый порт 118 может электрически соединять BFN с соответствующим щелевым элементом 110. Таким образом, в показанном примере каждая антенная ячейка 102 может включать в себя первый порт 118₁ и второй порт 118₂. Каждая антенная ячейка 102 может также включать в себя N фидеров 122, сформированных в фидерном слое (проводящих дорожек), который пересекает соответствующий порт 118 в конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат Более того, каждый фидер 122 может соединять каждый щелевой элемент 110 с соответствующим портом 118. Более конкретно, в примере, показанном на фиг. 1, первый фидер 122₁ (проводящая дорожка) может соединять первый порт 118₁ с первым щелевым элементом 110₁. Аналогичным образом, второй фидер 122₂ (проводящая дорожка) может соединять второй порт 118₂ и второй щелевой элемент 110₂. Каждый фидер 122 в данной антенной ячейке 102 может иметь одинаковую длину. Таким образом, первый фидер 122₁ и второй фидер 122₂ антенной ячейки A 102 могут иметь одинаковую длину. В некоторых примерах фидеры 122 каждой из разных антенных ячеек 102 могут иметь одинаковую длину. Для сдвига (нейтрализации) эффектов поворота в каждой антенной ячейке 102 к сигналам, передаваемым конкретными антенными ячейками 102, можно применять дополнительную регулировку фазы (например, за счет последующего или предыдущего нормирования сигнала, как описано в настоящем документе). В качестве примера антенная ячейка A 102 и антенная ячейка D 102 могут иметь фидеры 122 одинаковой длины, но сигналы, передаваемые антенной ячейкой A 102 и антенной ячейкой D 102, имеют разные фазы. Регулирование фазы можно использовать для сдвига этих разных фаз.

В некоторых примерах каждый порт 118 может быть расположен вблизи периметра (например, вблизи вершины) соответствующей антенной ячейки 102. Соответственно, на виде в горизонтальной проекции, показанном на фиг. 1, каждый порт 118 размещен между соответствующим излучающим элементом 106 и периметром соответствующей антенной ячейки 102. В примере, показанном антенной решеткой 100 на фиг. 1, первый порт 118₁ и второй порт 118₂ расположены вблизи вершин антенной ячейки 102. Кроме того, первый порт 118₁ и второй порт 118₂ разделены заданной (единственной) вершиной, которая включает в себя начало локальной системы координат. Соответственно, в некоторых примерах каждый набор портов 118 для данной антенной ячейки 102 может быть расположен в одном и том же наборе локальных координат. Другими словами, первый порт 118₁ для каждой антенной ячейки 102 может быть расположен в одном и том же наборе локальных координат в каждой из антенных ячеек A–H 102. Аналогичным образом, второй порт 118₂ для каждой антенной ячейки 102 может быть расположен в одном и том же наборе локальных координат каждой из антенных ячеек A–L. Альтернативно, в других примерах положение каждого из N портов может варьироваться по локальным координатам каждой антенной ячейки 102.

Каждый из N портов 118 в каждой антенной ячейке 102 может быть образован как переходное отверстие (также называемое металлизированным сквозным отверстием), которое проходит через один или более слоев к кристаллам ИС и/или BFN в зависимости от конфигурации BFN. Таким образом, каждый из показанных портов 118 (включая первый порт 118₁ и второй порт 118₂) каждой антенной ячейки 102 может представлять собой контактную площадку переходного отверстия. В некоторых примерах каждый порт 118 можно рассматривать как длинный переход через всю многослойную ПП, на которой может быть сформирована антенная решетка 100. Дополнительно или альтернативно N портов 118 могут представлять собой интерфейсы других типов для передачи сигналов между BFN и каждой антенной ячейкой 102. Размещение каждого порта 118 вблизи периметра антенной ячейки 102 и вдали от излучающего элемента 106 антенной ячейки 102 (расположенного вблизи центра) может уменьшать электромагнитную связь. В некоторых примерах каждый порт 118 (или некоторое их подмножество) может быть окружен множеством изолирующих переходных отверстий 130, расположенных на одинаковом расстоянии от соответствующего порта 118, которые в альтернативном варианте осуществления могут называться экранирующими переходными отверстиями. В других примерах множество изолирующих переходных отверстий 130 может быть расположено на разных расстояниях от соответствующего порта 118. Изолирующие переходные отверстия 130 могут имитировать коаксиальное экранирование порта 118. В целях упрощения иллюстрации отмечены только некоторые из изолирующих переходных отверстий 130. Изолирующие переходные отверстия 130 могут полностью или частично проходить между множеством антенных ячеек 102 антенной решетки 100 и BFN. Антенная решетка 100 может быть выполнена таким образом, чтобы каждый порт 118 находился в непосредственной близости от пяти (5) изолирующих переходных отверстий 130.

Как показано, каждый порт 118 данной антенной ячейки 102 может быть расположен вблизи двух других портов 118 на двух других антенных ячейках 102. Кроме того, каждое из изолирующих переходных отверстий 130 может быть размещено вблизи вершины и/или по периметру антенной ячейки 102. Таким образом, одно и то же изолирующее переходное отверстие 130 может обеспечить экранирование для множества портов 118. Например, изолирующее переходное отверстие 130, размещенное на вершине, общей для антенных ячеек B, D и E 102, может одновременно обеспечивать экранирование для первого порта 118₁ антенных ячеек B, D и E 102. Соответственно, путем поворота каждой антенной ячейки 102 в глобальной системе координат 104, как показано, можно уменьшить общее количество изолирующих переходных отверстий 130, необходимых для обеспечения экранирования с пяти (5) сторон каждого порта 118.

Как отмечено, каждая антенная ячейка 102 может иметь некоторый угол поворота в глобальной системе координат 104. В некоторых примерах данная антенная ячейка 102 может быть повернута относительно другой антенной ячейки 102. Например, антенная ячейка B 102 может быть повернута в глобальной системе координат 104 относительно антенной ячейки A 102 на 120 градусов.

Кроме того, хотя излучающие элементы 106 каждой антенной ячейки 102 имеют угол поворота, заданный в глобальной системе координат 104, каждый излучающий элемент 106 также может иметь локальный угол поворота, заданный в соответствующей локальной системе координат. В такой ситуации локальный угол поворота излучающего элемента 106 данной антенной ячейки 102 может быть смещен от локального угла поворота излучающего элемента 106 другой антенной ячейки 102. Например, локальный угол поворота излучающего элемента 106 в локальной системе координат антенной ячейки B 102 может быть смещен от локального угла поворота излучающего элемента 106 в локальной системе координат антенной ячейки A 102 на 120 градусов.

Кроме того, в данном примере данная антенная ячейка 102 может иметь угол поворота в глобальной системе координат 104, который отличается от угла поворота в глобальной системе координат 104 для другой антенной ячейки 102. Кроме того, в данном примере излучающие элементы 106 данной и других антенных ячеек 102 могут иметь одинаковый угол поворота в глобальной системе координат 104. Например, антенная ячейка D 102 и антенная ячейка G 102 могут иметь разные углы поворота в глобальной системе координат 104. Однако излучающий элемент 106 антенных ячеек D и G 102 может иметь одинаковый угол поворота в глобальной системе координат 104, поскольку излучающий элемент 106 антенных ячеек D и G 102 может иметь разные углы поворота в соответствующих локальных системах координат. Как описано в настоящем документе, для учета разных углов поворота антенных ячеек 102 в глобальной системе координат 104 фазы сигналов, передаваемых излучающими элементами 106 антенных ячеек, можно регулировать.

В некоторых примерах каждая антенная ячейка 102 может быть членом группы антенных ячеек 102. В некоторых примерах данная группа антенных ячеек 102 может совместно использовать пересекающуюся точку (например, такую как общая вершина в примерах, где антенные ячейки 102 представляют собой многоугольники). Соответственно, в примере, показанном на фиг. 1, первая группа антенных ячеек может быть сформирована с помощью антенных ячеек A, B и C 102. Кроме того, вторая группа антенных ячеек 102 может быть сформирована с помощью антенных ячеек D, F и G 102. Антенная решетка 100 может быть выполнена таким образом, что угол поворота каждого излучающего элемента 106 в данной группе антенных ячеек 102 определяет схему поворота группы. В настоящем документе термин «схема поворота группы» обозначает конкретный набор поворотов излучающего элемента 106 для каждого члена группы. В качестве одного примера, если излучающий элемент 106 антенной ячейки A 102 имеет угол поворота 0 градусов, антенная ячейка B 102 имеет угол поворота 30 градусов, а антенная ячейка C 102 имеет угол поворота -30 градусов, объединенный набор 0 градусов, 30 градусов и -30 градусов в относительных местоположениях ячеек A, B и C 102 определяет схему поворота группы. В некоторых примерах антенная решетка 100 может быть выполнена таким образом, что смежные группы антенных ячеек имеют разные схемы поворота группы. Кроме того, в некоторых примерах может быть желательно избегать повторения одного и того же угла поворота излучающего элемента 106 для группы антенных ячеек 102 по всей антенной решетке 100, чтобы избежать приподнятых боковых лепестков для общей диаграммы излучения антенной решетки 100.

Во время работы антенная решетка 100 может передавать сигналы между свободным пространством и BFN. В частности, в режиме приема электромагнитный (ЭМ) сигнал, передаваемый в свободном пространстве, может подаваться на N щелевых элементов 110 соответствующим металлическим полосковым излучателем 114. N щелевых элементов 110 на соответствующей антенной ячейке 102 может преобразовывать излучаемый ЭМ-сигнал в управляемый ЭМ-сигнал. Каждый из N фидеров 122 может подавать электрические сигналы на соответствующий порт 118. Каждый порт 118 может подавать электрический сигнал на кристалл ИС, соединенный с BFN. В некоторых примерах кристалл ИС может представлять собой интегрированный компонент BFN. В других примерах кристалл ИС и BFN могут быть отдельными, но соединенными компонентами. Кристалл ИС может регулировать (например, комбинировать, усиливать и/или регулировать фазу) электрический сигнал и подавать отрегулированный электрический сигнал на BFN. BFN может комбинировать отрегулированный электрический сигнал для формирования сигнала принимаемого луча и подавать сигнал принимаемого луча на внешнюю систему для дополнительной обработки и/или декодирования.

В режиме передачи электрический сигнал может подаваться от BFN на кристаллы ИС. Кристаллы ИС могут регулировать сигналы и подавать отрегулированные сигналы на N портов 118 в каждой из антенных ячеек 102. Электрические сигналы могут быть поданы на соответствующие щелевые элементы 110 антенных ячеек 102. Щелевые элементы 110 могут преобразовывать управляемый ЭМ-сигнал в излучаемый ЭМ-сигнал, который передается на соответствующий металлический полосковый излучатель 114 каждой антенной ячейки 102. Полосковые антенны 114 могут передавать соответствующий ЭМ-сигнал в свободное пространство.

В некоторых примерах антенная решетка 100 может быть выполнена с возможностью работы исключительно в режиме приема или в режиме передачи. В других примерах антенная решетка 100 может работать в полудуплексном режиме, так что антенная решетка 100 может работать в режиме приема и режиме передачи периодически и/или асинхронно. В еще других примерах антенная решетка 100 может работать в дуплексном режиме, так что антенная решетка 100 может работать одновременно в режиме приема и в режиме передачи.

При реализации антенной решетки 100 можно выбирать излучающие элементы 106 каждой антенной ячейки 102 с углом поворота в глобальной системе координат 104, который не зависит от местоположения N портов 118 в каждой антенной ячейке 102. Другими словами, N щелевых элементов 110 для каждой антенной ячейки 102 (а именно, первого щелевого элемента 110₁ и второго щелевого элемента 110₂) может поворачиваться в глобальной системе координат 104 без необходимости изменения местоположения соответствующего N портов 118, а именно, первого порта 118₁ и второго порта 118₂. Вместо этого каждая антенная ячейка 102 может быть выполнена так, что местоположение портов 118 изменяется в зависимости от угла поворота всей отдельной антенной ячейки 102 и что угол поворота щелевых элементов 110 может изменяться независимо от угла поворота антенной ячейки 102. Соответственно, антенная решетка 100 может быть выполнена таким образом, чтобы местоположение портов 118 находилось в регулярных, заданных положениях в глобальной системе координат 104. Таким образом, как описано в настоящем документе, BFN, расположенная под антенной решеткой 100, может быть выполнена независимо от антенной решетки 100. Фактически, как подробно описано, BFN, расположенная под антенной решеткой 100, может иметь систематическую конструкцию.

На фиг. 2 представлен вид в горизонтальной проекции примера BFN 200, которую можно использовать для регулировки сигналов, передаваемых посредством антенной решетки 100, показанной на фиг. 1. BFN 200 может быть сформирована на внутреннем слое (например, слое BFN) многослойной ПП, применяемой для антенной решетки 100. Слой BFN может включать в себя множество дорожек (проводящих дорожек). В целях упрощения объяснения на фиг. 1 и 2 для обозначения одной и той же структуры используются одни и те же ссылочные позиции. BFN 200 может быть разделена на множество ячеек 202 BFN, каждая из которых вращается в глобальной системе координат 104. Как отмечено, BFN 200 может располагаться под антенной решеткой 100, показанной на фиг. 1. Кроме того, каждая ячейка 202 BFN может иметь такие же размер и форму (например, шестиугольник), как и наложенная антенная ячейка 102. Соответственно, ячейки 202 BFN отмечены буквами A–L для соответствия наложенным антенным ячейкам 202. Таким образом, ячейка A 202 BFN может быть расположена под антенной ячейкой A 202. Каждая ячейка 202 BFN может иметь ту же локальную систему координат, что и соответствующая антенная ячейка 102. Соответственно, ячейка A 202 BFN может иметь ту же локальную систему координат, что и антенная ячейка A 202.

Каждая ячейка 202 BFN может содержать N портов 118. В примере, показанном BFN 200, каждая ячейка 202 BFN включает в себя первый порт 118₁ и второй порт 118₂. Каждый порт 118 может представлять собой контактную площадку переходного отверстия к порту, показанному в антенной решетке 100. Например, первый порт 118₁ ячейки A 202 BFN может представлять собой клемму переходного отверстия, соответствующую первому порту 118₁ антенной ячейки A 102. Каждый из N портов 118 может находиться в одном и том же наборе координат в каждой соответствующей локальной системе координат. Каждый из N портов 118 может проходить от BFN 200 к антенной решетке 100. Как объяснено в отношении антенной решетки 100, каждый из N портов 118 может находиться в одном и том же наборе координат в каждой локальной системе координат.

Каждый из N портов 118 может быть окружен множеством изолирующих переходных отверстий 130, только некоторые из которых отмечены. Изолирующие переходные отверстия 130 могут соответствовать изолирующим переходным отверстиям 130, показанным на фиг. 1. В показанном примере имеется пять (5) изолирующих переходных отверстий в непосредственной близости к каждому порту 118. Однако в других примерах может быть большее или меньшее количество изолирующих переходных отверстий 130. Более того, изолирующие переходные отверстия 130 могут совместно использоваться портами 118 в разных ячейках 202 BFN, тем самым уменьшая общее количество изолирующих переходных отверстий 130, необходимых для обеспечения достаточного экранирования портов 118. Кроме того, в некоторых примерах некоторые из изолирующих переходных отверстий 130 могут проходить только частично между BFN 200 и антенной решеткой 100, показанной на фиг. 1.

BFN 200 может включать в себя порт 206 ввода-вывода (I/O - англ: input/output), который может быть соединен с внешней системой или с другой BFN дополнительных антенных ячеек описанным в настоящем документе способом. Порт 206 I/O может быть соединен с сумматором/делителем 208 первой ступени, который может быть соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 210 второй ступени. Таким образом, сумматор/делитель 208 первой ступени и сумматоры/делители 210 второй ступени имеют каскадную (иерархическую) взаимосвязь. Другими словами, сумматоры/делители 208 первой ступени могут работать в качестве первой ступени BFN 200, а сумматоры/делители 210 второй диаграммообразующей ступени могут работать в качестве второй диаграммообразующей ступени BFN 200. Каждый из сумматоров/делителей 210 второй ступени может быть соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 212 1 к 3, которые могут работать в качестве третьей диаграммообразующей ступени BFN 200. Каждый сумматор/делитель 212 1 к 3 может быть расположен на пересечении трех (3) ячеек 202 BFN.

Сумматоры/делители 210 второй ступени могут быть расположены симметрично относительно сумматоров/делителей 208 первой ступени. Сумматоры/делители 210 второй ступени могут быть изготовлены на слоях BFN 200, отличных от ячеек 202 BFN. В целях упрощения иллюстрации различные толщины и/или структуры линий используются для обозначения различных слоев BFN. Набор ячеек 202 BFN, сумматор/делитель 212 1 к 3, делитель 210 второй ступени могут образовывать диаграммообразующую ступень, которая имеет локальную систему координат. Таким образом, каждая диаграммообразующая ступень (комбинация ячеек 202 BFN, сумматора/делителя 212 1 к 3 и делителя 210 второй ступени) может иметь одну и ту же геометрическую форму в локальной системе координат. Более того, диаграммообразующие ступени могут быть повернуты в глобальной системе координат 104 для облегчения систематического проектирования BFN 200. Кроме того, систематический характер диаграммообразующих ступеней BFN 200, имеющих одинаковую геометрическую форму, также может присутствовать на дополнительных ступенях по всей подрешетке, такой как показана на фиг. 3. Другими словами, на фиг. 3 геометрическая форма первых трех диаграммообразующих ступеней имеет такую же геометрическую форму, что и другие экземпляры первых трех диаграммообразующих ступеней в решетке. Таким образом, в некоторых примерах геометрическая форма первых четырех ступеней может дополнительно иметь такую же геометрическую форму, что и другие первые четыре ступени в решетке. Соответственно, каждый экземпляр диаграммообразующей ступени имеет такую же геометрическую форму, что и другой экземпляр диаграммообразующей ступени одной и той же ступени. Другими словами, данная диаграммообразующая ступень BFN 200 имеет такую же геометрическую форму, что и другая диаграммообразующая ступень BFN 200, если данная и другая диаграммообразующая ступени являются одной и той же ступенью (например, как данная, так и другая ступень являются первыми ступенями, вторыми ступенями и т.д.).

В настоящем документе концепция каждой диаграммообразующей ступени, имеющей одинаковую геометрическую форму, подразумевает, что диаграммообразующая ступень имеет одинаковую форму с зеркальным отражением и/или поворотом в глобальной системе координат, как показано на фиг. 3. Более того, две диаграммообразующие ступени могут также рассматриваться как имеющие одинаковую геометрическую форму, если две диаграммообразующие ступени симметричны относительно одной или более линий симметрии. Кроме того, две диаграммообразующие ступени считаются имеющими одинаковую геометрическую форму, если две диаграммообразующие ступени по существу идентичны без зеркального отражения и/или поворота.

Каждая ячейка BFN 202 может быть соединена с кристаллом 220 интегральной схемы (ИС) (или множеством кристаллов ИС) и/или другими цепями, которые могут регулировать сигналы. Микросхема 220 может быть установлена в нижней части многослойной ПП, на которой реализуется BFN. Таким образом, каждый кристалл ИС 220 может располагаться под BFN 200. Каждый кристалл ИС 220 может быть соединен с сумматором/делителем 212 1 к 3 и с N портов 118 ячейки 202 BFN. В качестве примера первый порт 118₁ и второй порт 118₂ ячейки A 102 BFN могут быть соединены с кристаллом 220 ИС ячейки A 202 BFN, который соединен с сумматором/делителем 212 1 к 3, расположенным между ячейкой A 202 BFN, ячейкой B 202 BFN и ячейкой C 202 BFN. Каждый кристалл ИС 220 может регулировать электрические сигналы. Такая регулировка может включать в себя усиление, регулировку фазы, комбинирование и/или разделение сигналов. В некоторых примерах кристалл ИС 220 трех разных ячеек 202 BFN, таких как ячейки 202 A, B и C BFN, может регулировать сигнал, передаваемый посредством соответствующего сумматора 212 1 к 3, на некоторую величину для компенсации поворота излучающих элементов, таких как излучающие элементы 106, показанные на фиг. 1.

Сумматоры/делители, описанные в настоящем документе, могут выполнять операцию разделения и/или операцию комбинирования, которые осуществляют преобразование между входным/выходным сигналом и множеством подсигналов. В примерах, описанных в настоящем документе, каждая выполняемая операция разделения может разделять входной сигнал на множество подсигналов, имеющих одинаковую мощность и набор фаз. И наоборот, в примерах, описанных в настоящем документе, в операции комбинирования множество подсигналов с набором фаз могут быть объединены в один комбинированный сигнал.

В режиме передачи сумматоры/делитель 208 первой ступени могут быть выполнены с возможностью разделения (например, равномерного или неравномерного, синфазного или несинфазного) входного сигнала, подаваемого на порт 206 I/O, на подсигналы, которые подаются на сумматоры/делители 210 второй ступени. Аналогичным образом, в режиме передачи каждый сумматор/делитель 210 второй ступени может разделять (например, равномерно или неравномерно, синфазно или несинфазно) сигнал, принятый от сумматора/делителя 208 первой ступени, на два (2) подсигнала, которые соединены с сумматорами/делителями 212 1 к 3. Каждый сумматор/делитель 1 к 3 может разделять (например, равномерно или неравномерно, синфазно или несинфазно) сигнал на три (3) подсигнала, каждый из которых подается на кристалл ИС 220, соответствующий трем (3) разным ячейкам 202 BFN. Например, сумматор/делитель 212 1 к 3, расположенный на пересечении ячеек A, B и C 202 BFN, может подавать сигнал на кристалл 220 ИС ячеек A, B и C 202 BFN.

Продолжая работу в режиме передачи, кристалл ИС 220 каждой ячейки 202 BFN может быть выполнен/запрограммирован с возможностью регулировки (усиления, регулировки фазы и/или разделения) сигнала на N сигналов, подаваемых на N портов 118. Например, кристалл ИС 220 ячейки 202 BFN может быть выполнен с возможностью усиления и разделения сигнала от сумматора/делителя 212 1 к 3 на два (2) подсигнала, подаваемых на первый порт 118₁ и второй порт 118₂ ячейки A 202 BFN. Затем сигналы могут передаваться способом, описанным со ссылкой на фиг. 1.

В режиме приема сигналы, полученные на каждом из N портов 118 в каждой из ячеек 202 BFN, могут быть скомбинированы и отрегулированы (усилены и/или отрегулированы по фазе) соответствующим кристаллом 220 ИС и переданы на соответствующий сумматор/делитель 212 1 к 3. Например, каждый из кристаллов 220 ИС, соответствующий ячейкам A, B и C 202 BFN, может подавать отрегулированный сигнал на сумматор/делитель 212 1 к 3 на пересечении ячеек A, B и C 202 BFN.

Продолжая работу в режиме приема, каждый из сумматоров/делителей 212 1 к 3 может комбинировать отрегулированные подсигналы и подавать комбинированный сигнал на соответствующий сумматор/делитель 210 второй ступени. В свою очередь, сумматоры/делители 212 второй ступени могут снова комбинировать подсигналы и подавать комбинированный сигнал на сумматор/делитель 208 первой ступени. Сумматор/делитель 208 первой ступени может комбинировать подсигналы и выводить комбинированный сигнал на порт 206 I/O.

Аналогично антенной решетке 100, показанной на фиг. 1, BFN 200 может быть выполнена с возможностью работы исключительно в режиме передачи или в режиме приема. Кроме того, BFN 200 может быть выполнена с возможностью периодического и/или асинхронного переключения между режимом передачи и режимом приема. Кроме того, в некоторых примерах BFN 200 может одновременно работать в режиме передачи и в режиме приема.

Как показано на примере антенной решетки 100 на фиг. 1 и BFN 200 на фиг. 2, антенные ячейки 102 и ячейки 202 BFN могут обмениваться сигналами через N портов 118. Более того, антенная решетка 100 может быть выполнена с возможностью поворота излучающих элементов 106 независимо от местоположения портов 118. Соответственно, угол поворота излучающих элементов 106 необязательно влияет на физическое размещение BFN 200. Таким образом, BFN 200 и антенная решетка 100 могут быть выполнены независимо на основании заданных положений каждого из N портов 118 для каждой ячейки 202 BFN и каждой антенной ячейки 102. Таким образом, можно упростить общую конструкцию BFN 200 и антенной решетки 100. Фактически систематическая конструкция BFN 200 дополнительно демонстрирует возможности BFN, когда BFN 200 совмещена с антенной решеткой 100, показанной на фиг. 1 (или ее вариантом). В частности, разработчик BFN может не беспокоиться об индивидуальном расположении портов 118. Вместо этого порты 118 находятся в регулярных, предсказуемых положениях, которые легко вмещаются различными типами антенных ячеек 102 антенной решетки 100.

В некоторых примерах BFN 200 может быть выполнена с систематически симметричными модулями, масштабируемыми для размещения практически любого числа уровней иерархии. В частности, хотя BFN 200 описана с двумя (2) ступенями сумматоров/делителей, а именно сумматором/делителем 208 первой ступени и сумматорами/делителями 208 второй ступени, проиллюстрированную BFN 200 можно использовать в качестве модуля или схемы для реализации более масштабной BFN, включая BFN 300, показанную на фиг. 3.

В BFN 300 четыре (4) экземпляра BFN 200, показанной на фиг. 2, соединены по каскадной (иерархической) схеме. В частности, порт 302 I/O соединен с сумматором/делителем 304 первой ступени, который соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 306 второй ступени. Каждый сумматор/делитель 306 второй ступени может быть соединен с портом 206 экземпляра BFN 200 (модулем BFN 300). Таким образом, четыре (4) экземпляра BFN 200 соединены друг с другом по каскадной схеме. Кроме того, в других примерах множество экземпляров BFN 300 могут быть соединены по другой каскадной схеме, таким образом обеспечивая систематическую конструкцию для BFN 300. Кроме того, в некоторых примерах множество BFN 300 могут быть включены в массив BFN, такой как массив 320 BFN, показанный на фиг. 4

В массиве 320 BFN три (3) экземпляра BFN 300, показанной на фиг. 3, расположены в виде массива. Более того, хотя экземпляры BFN 300 не соединены на фиг. 4, в других примерах массива 320 BFN каждый экземпляр BFN 300 или некоторое их подмножество могут быть соединены для обеспечения другой каскадной (иерархической) схемы.

На фиг. 5 представлен другой вид в горизонтальной проекции примера антенной решетки 400. Антенная решетка 400 может быть сформирована на верхнем слое и/или области многослойной ПП. Антенная решетка 400 может включать в себя множество антенных ячеек 402, размещенных в виде мозаичной структуры. Каждая антенная ячейка 402 может иметь квадратную форму. Пример, показанный антенной решеткой 400, включает в себя восемь (8) антенных ячеек 402, обозначенных как антенные ячейки A–H. Каждая из множества антенных ячеек 402 может быть размещена в глобальной системе координат 404. Более того, каждая антенная ячейка 402 может включать в себя экземпляр излучающего элемента 406. Каждый излучающий элемент 406 может включать в себя N щелевых элементов 408. В показанном примере каждая антенная ячейка 402 включает в себя два ортогонально расположенных щелевых элемента 408, а именно первый щелевой элемент 408₁ и второй щелевой элемент 408₂. Каждый излучающий элемент 406 также может включать в себя металлический полосковый излучатель 410.

Каждый из N щелевых элементов 408 может поворачиваться в глобальной системе координат 404. Кроме того, каждая антенная ячейка 402 может включать в себя локальную систему координат, обозначенную осью начала координат, расположенной вблизи угла каждой антенной ячейки 402. Каждая антенная ячейка 402 может включать в себя N портов 414, которые соединяют каждую соответствующую антенную ячейку 402 с BFN, расположенной под антенной решеткой 400. Каждый порт 414 может включать в себя переходное отверстие для соединения каждой соответствующей антенной ячейки 402 с BFN. Более того, каждый порт 414, показанный на фиг. 5, может представлять собой контактную площадку переходного отверстия. В показанном примере каждая антенная ячейка включает в себя два (2) порта 414, а именно первый порт 414₁ и второй порт 414₂. Кроме того, в показанном примере каждый из первого порта 414₁ и второго порта 414₂ может быть расположен на смежных углах антенных ячеек 402. В настоящем документе термин «смежные углы» определяют как два угла, которые имеют общую сторону многоугольника. Каждая антенная ячейка 402 может включать в себя N фидеров 416, сформированных на фидерном слое антенной решетки 400. В показанном примере имеется два (2) фидера, а именно первый фидер 416₁ и второй фидер 416₂. Каждый фидер 416 может соединять порт 414 с соответствующим щелевым элементом 408. Каждый из N фидеров 416 антенной решетки 400 имеет одинаковую длину. Сигналы, передаваемые излучающими элементами 406, можно регулировать по фазе для компенсации (нейтрализации) вращения излучающих элементов 406.

Каждый из портов 414 может быть окружен множеством изолирующих переходных отверстий 415, расположенных на одинаковом расстоянии от соответствующего порта 414. В показанном примере имеется четыре (4) изолирующих переходных отверстия 415 в непосредственной близости к каждому порту 414. Однако в других примерах может быть большее или меньшее количество изолирующих переходных отверстий 415. Более того, изолирующие переходные отверстия 415 могут совместно использоваться портами 414 в разных антенных ячейках 402, тем самым уменьшая общее количество изолирующих переходных отверстий 415, необходимых для обеспечения достаточного экранирования портов 414. Кроме того, в некоторых примерах некоторые из изолирующих переходных отверстий 415 могут проходить только частично между BFN и антенной решеткой 400.

Каждый из N портов 414 в каждой антенной ячейке 402 может быть расположен в наборе координат в соответствующей локальной системе координат, которая может представлять собой один и тот же набор координат в каждой локальной системе координат. В таких примерах порты 414 могут пересекать фидерный слой, который содержит фидеры 416, в наборе координат в локальной системе координат каждой антенной ячейки 402. Другими словами, первый порт 414₁ антенной ячейки A 402 может иметь такой же набор координат в соответствующей локальной системе координат, что и первый порт 414₁ антенной ячейки B 402. Таким образом, порты 414 могут быть размещены в регулярных, заданных положениях по всей антенной решетке 400.

В некоторых примерах угол поворота каждого излучающего элемента 406 в глобальной системе координат 404 может составлять 0 градусов, +/- 90 градусов, +/- 180 градусов и +/- 270 градусов. В других примерах возможны другие углы поворота в глобальной системе координат 104. Кроме того, антенная решетка 400 может работать таким же (или аналогичным образом), как и антенная решетка 100, показанная на фиг. 1. Соответственно, каждая антенная ячейка 402 антенной решетки 400 может быть выполнена с возможностью обмена РЧ-сигналами со свободным пространством. Другими словами, антенная решетка 400 может быть выполнена с возможностью по меньшей мере одного из следующего: передача РЧ-сигналов в свободное пространство и прием РЧ-сигналов из свободного пространства. Такие переданные сигналы могут быть настроены с помощью BFN и (в некоторых примерах) кристалла ИС, как описано в настоящем документе.

На фиг. 6 представлен вид в горизонтальной проекции примера BFN 500, которую можно использовать для связи с антенной решеткой 400, показанной на фиг. 5. Некоторые элементы BFN 500 могут быть сформированы на внутреннем слое многослойной ПП, применяемой для антенной решетки 400, а другие элементы могут быть сформированы на внешнем слое BFN 500, таком как нижний слой BFN 500. В целях упрощения объяснения на фиг. 5 и 6 для обозначения одной и той же структуры используются одни и те же ссылочные позиции. BFN 500 может быть разделена на множество ячеек 502 BFN, каждая из которых вращается в глобальной системе координат 404. Как отмечено, BFN 500 может располагаться под антенной решеткой 400, показанной на фиг. 5. Кроме того, каждая ячейка 502 BFN может иметь такие же размер и форму (например, квадрат), как и наложенная антенная ячейка 402. Соответственно, ячейки 502 BFN отмечены буквами A–H для соответствия наложенной антенной ячейке 402 с тем же самым обозначением A–H. Таким образом, ячейка А 502 BFN расположена под антенной ячейкой А 402. Каждая ячейка 502 BFN может иметь одну и же локальную систему координат, что и соответствующая антенная ячейка 402.

Каждая ячейка 502 BFN может содержать N портов 414. В примере, показанном BFN 500, каждая ячейка 502 BFN включает в себя первый порт 414₁ и второй порт 414₂. Каждый порт 414 может представлять собой контактную площадку переходного отверстия к порту 414, показанному в антенной решетке 400. Как объяснено в отношении антенной решетки 400, каждый из N портов 414 может находиться в одном и том же наборе координат в каждой соответствующей локальной системе координат.

Каждый из N портов 414 может быть окружен множеством изолирующих переходных отверстий 415, только некоторые из которых отмечены. Изолирующие переходные отверстия 415 могут соответствовать изолирующим переходным отверстиям 415, показанным на фиг. 5. В некоторых примерах некоторые из изолирующих переходных отверстий 415 могут проходить только частично между BFN 500 и антенной решеткой 400, показанной на фиг. 5.

BFN 500 может включать в себя порт 506 I/O, который может быть соединен с внешней системой. Порт 506 I/O может быть соединен с сумматором/делителем 508 первой ступени, который может быть соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 510 второй ступени посредством переходных отверстий 512. В некоторых примерах переходные отверстия 512 могут быть короче переходных отверстий портов 414. Кроме того, сумматор/делитель 508 первой ступени и сумматоры/делители 510 второй ступени имеют каскадную схему.

Сумматоры/делители 510 второй ступени могут быть расположены симметрично относительно первой ступени 508. Кроме того, в такой ситуации ячейки 502 BFN и сумматор/делитель 510 второй ступени могут определять диаграммообразующую ступень, которая имеет локальную систему координат. Таким образом, каждая диаграммообразующая ступень (комбинация ячеек 502 BFN и делителя 510 второй ступени) может иметь одну и ту же геометрическую форму в локальной системе координат. Более того, каждая диаграммообразующая ступень может поворачиваться в глобальной системе 404 координат.

Каждая ячейка BFN 502 может соответствовать кристаллу 520 ИС (или множеству кристаллов ИС), который может регулировать сигналы. Каждый кристалл 520 ИС может быть расположен на нижнем слое BFN 500. В некоторых примерах каждый кристалл 520 ИС может быть интегрирован с BFN 500, а в других примерах каждый кристалл 520 ИС может представлять собой отдельный компонент, который обменивается сигналами с BFN 500. Каждый кристалл 520 ИС может быть соединен с сумматором/делителем 510 и с N портов 414 ячейки 502 BFN. В некоторых примерах каждый кристалл 520 ИС может усиливать, регулировать фазу, комбинировать и/или разделять сигналы.

BFN 500 может работать аналогично BFN 200, показанной на фиг. 2. Таким образом, BFN 500 может работать в по меньшей мере одном из режимов: режиме передачи и режиме приема.

Как показано на примере антенной решетки 400 на фиг. 5 и BFN 500 на фиг. 6, антенные ячейки 402 и ячейки 502 BFN могут обмениваться сигналами через N портов 414. Более того, антенная решетка 400 может быть выполнена с возможностью поворота щелевых элементов 408 независимо от местоположения портов 414. Соответственно, угол поворота щелевых элементов 408 необязательно влияет на физическое размещение BFN 500. Таким образом, BFN 500 и антенная решетка 400 могут быть выполнены независимо на основании заданных положений каждого из N портов 414 для каждой ячейки 502 BFN и каждой антенной ячейки 402. Таким образом, можно упростить общую конструкцию BFN 500 и антенной решетки 400.

В некоторых примерах BFN 500 может быть выполнена систематически с симметричными модулями, масштабируемыми для размещения практически любого числа уровней. В частности, хотя BFN 500 описана с двумя (2) ступенями сумматоров/делителей, а именно сумматором/делителем 508 первой ступени и сумматорами/делителями 510 второй ступени, проиллюстрированную BFN 500 можно использовать в качестве модуля или схемы для реализации более масштабной BFN, включая BFN 600, показанную на фиг. 7.

В BFN 600 восемь (8) экземпляров BFN 500, показанных на фиг. 6, соединены по каскадной (иерархической) схеме. В частности, порт 602 I/O соединен с сумматором/делителем 604 первой ступени, который соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 606 второй ступени. Каждый сумматор/делитель 606 второй ступени может быть соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 608 третьей ступени. Каждый сумматор/делитель 608 третьей ступени может быть соединен с двумя экземплярами входного порта 506 экземпляра BFN 500 (модуля BFN 600). Таким образом, восемь (8) экземпляров BFN 600 соединены друг с другом по каскадной схеме. Кроме того, в других примерах множество экземпляров BFN 600 могут быть соединены по каскадной схеме.

На фиг. 8 представлен другой вид в горизонтальной проекции примера антенной решетки 700. Антенная решетка 700 может быть сформирована на верхнем слое и/или области многослойной ПП. Антенная решетка 700 может включать в себя множество антенных ячеек 702, которые могут быть размещены в виде регулярной мозаичной структуры. Каждая антенная ячейка 702 может иметь квадратную форму. Пример, показанный антенной решеткой 700, включает в себя восемь (8) антенных ячеек 702, обозначенных как антенные ячейки A–H. Каждая из множества антенных ячеек 702 может быть размещена в глобальной системе координат 704. Более того, каждая антенная ячейка 702 может включать в себя экземпляр излучающего элемента 706. Каждый излучающий элемент 706 может включать в себя N щелевых элементов 708. В показанном примере каждая антенная ячейка 702 включает в себя два ортогонально расположенных щелевых элемента 708, а именно первый щелевой элемент 708₁ и второй щелевой элемент 708₂. Каждый излучающий элемент 706 также может включать в себя металлический полосковый излучатель 710.

Каждый из N щелевых элементов 708 может поворачиваться в глобальной системе координат 704. Кроме того, каждая антенная ячейка 702 может включать в себя локальную систему координат, обозначенную осью начала координат, расположенной вблизи угла каждой антенной ячейки 702. Каждая антенная ячейка 702 может включать в себя N портов 714, которые соединяют каждую соответствующую антенную ячейку 702 с BFN, расположенной под антенной решеткой 700. В показанном примере каждая антенная ячейка включает в себя два (2) порта 714, а именно первый порт 714₁ и второй порт 714₂. Кроме того, в показанном примере каждый из первого порта 714₁ и второго порта 714₂ может быть расположен на смежных углах антенных ячеек 702. Другими словами, первый порт 714₁ и второй порт 714₂ расположены по диагонали относительно друг друга. Каждый порт 714 может быть окружен множеством изолирующих переходных отверстий 715, расположенных на равном расстоянии от соответствующего порта 714, только некоторые из которых отмечены. В показанном примере имеется четыре (4) изолирующих переходных отверстия 715 в непосредственной близости к каждому порту 714. Однако в других примерах может быть большее или меньшее количество изолирующих переходных отверстий 715. Более того, изолирующие переходные отверстия 715 могут совместно использоваться портами 714 в разных антенных ячейках 702, тем самым уменьшая общее количество изолирующих переходных отверстий 715, необходимых для обеспечения достаточного экранирования портов 714. Кроме того, в некоторых примерах некоторые из изолирующих переходных отверстий 715 могут проходить только частично между BFN и антенной решеткой 700.

Каждая антенная ячейка 702 может включать в себя N фидеров 716, сформированных на фидерном слое. В показанном примере в каждой антенной ячейке 702 имеются два (2) фидера 716, а именно: первый фидер 716₁ и второй фидер 716₂. Каждый фидер 716 может соединять порт 714 с соответствующим щелевым элементом 708. В некоторых примерах первый фидер 716₁ и второй фидер 716₂ в пределах данной антенной ячейки 702 могут иметь одинаковую длину.

Каждый из N портов 714 в каждой антенной ячейке 702 может быть расположен в наборе координат в соответствующей локальной системе координат, которая может представлять собой один и тот же набор координат в каждой локальной системе координат. Соответственно, в некоторых примерах N портов 714 в каждой антенной ячейке 702 может пересекать фидерный слой в одном и том же наборе координат в соответствующей локальной системе координат. Следовательно, первый порт 714₁ антенной ячейки A 702 может иметь такой же набор координат в соответствующей локальной системе координат, что и первый порт 714₁ антенной ячейки B 702. Таким образом, порты 714 размещены в регулярных положениях по всей антенной решетке 700.

В некоторых примерах угол поворота каждого излучающего элемента 706 в глобальной системе координат 704 может составлять 0 градусов, +/- 90 градусов, +/- 180 градусов и +/- 270 градусов. В других примерах возможны другие углы поворота в глобальной системе координат 704. Антенная решетка 700 может работать таким же (или аналогичным образом), как и антенная решетка 100, показанная на фиг. 1. Соответственно, каждая антенная ячейка 702 антенной решетки 700 может быть выполнена с возможностью обмена РЧ-сигналами со свободным пространством. Другими словами, антенная решетка 700 может быть выполнена с возможностью по меньшей мере одного из следующего: передача РЧ-сигналов в свободное пространство и прием РЧ-сигналов из свободного пространства. Такие переданные сигналы могут быть настроены с помощью BFN и (в некоторых примерах) кристалла ИС, как описано в настоящем документе.

На фиг. 9 представлен другой вид в горизонтальной проекции примера BFN 800, которую можно использовать для связи с антенной решеткой 700, показанной на фиг. 8. Некоторые компоненты BFN 800 могут быть сформированы на внутреннем слое многослойной ПП, применяемой для антенной решетки 700. Более того, как описано в настоящем документе, некоторые компоненты BFN 800 могут быть сформированы или установлены на внешнем слое (например, нижнем слое) BFN 800. В целях упрощения объяснения на фиг. 8 и 9 для обозначения одной и той же структуры используются одни и те же ссылочные позиции. BFN 800 может быть разделена на множество ячеек 802 BFN, каждая из которых вращается в глобальной системе координат 704. Как отмечено, BFN 800 может располагаться под антенной решеткой 700, показанной на фиг. 8. Кроме того, каждая ячейка 802 BFN может иметь такие же размер и форму (например, квадрат), как и наложенная антенная ячейка 702. Соответственно, ячейки 802 BFN отмечены буквами A–H для соответствия наложенной антенной ячейке 702. Таким образом, ячейка А 802 BFN расположена под антенной ячейкой А 702. Каждая ячейка 802 BFN может иметь ту же самую локальную систему координат, что и соответствующая антенная ячейка 702.

Каждая ячейка 802 BFN может содержать N портов 714. В примере, показанном BFN 800, каждая ячейка BFN включает в себя первый порт 714₁ и второй порт 714₂. Каждый порт 714 может представлять собой контактную площадку переходного отверстия к порту, показанному в антенной решетке 700. Каждый из N портов 714 может находиться в одном и том же наборе координат в каждой соответствующей локальной системе координат. Как объяснено в отношении антенной решетки 700, каждый из N портов 714 может находиться в одном и том же наборе координат в каждой локальной системе координат.

Каждый из N портов 714 может быть окружен множеством изолирующих переходных отверстий 715, только некоторые из которых отмечены. Изолирующие переходные отверстия 715 могут соответствовать изолирующим переходным отверстиям 715, показанным на фиг. 8. Кроме того, в некоторых примерах некоторые из изолирующих переходных отверстий 715 могут проходить только частично между BFN 800 и антенной решеткой 700, показанной на фиг. 8.

BFN 800 может включать в себя порт 806 I/O, который может быть соединен с внешней системой. Порт 806 I/O может быть соединен с сумматором/делителем 808 первой ступени, который может быть соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 810 второй ступени посредством переходных отверстий 812. В некоторых примерах переходные отверстия 812 могут быть короче переходных отверстий портов 714. Сумматор/делитель 808 первой ступени и сумматоры/делители 810 второй ступени могут иметь каскадную схему.

Каждая ячейка BFN 802 может соответствовать кристаллу 820 ИС (или множеству кристаллов ИС), который может регулировать сигналы. Каждый кристалл ИС 820 может быть расположен на нижнем слое BFN 800. В некоторых примерах каждый кристалл ИС 820 может быть интегрирован с BFN 800, а в других примерах каждый кристалл ИС 820 может представлять собой отдельный компонент, который обменивается сигналами с BFN 800. Каждый кристалл ИС 820 может быть соединен с сумматором/делителем 810 второй ступени и с N портов 714 ячейки 802 BFN. Каждый кристалл ИС 820 может усиливать, регулировать фазу, комбинировать и/или разделять сигналы.

Сумматоры/делители 810 второй ступени могут быть расположены симметрично относительно первой ступени 808. Кроме того, в такой ситуации ячейки 802 BFN и сумматор/делитель 810 второй ступени могут определять диаграммообразующую ступень, которая имеет локальную систему координат. Таким образом, каждая диаграммообразующая ступень (комбинация ячеек 802 BFN и сумматора/делителя 810 второй ступени) может иметь одну и ту же геометрическую форму в локальной системе координат. Более того, каждая диаграммообразующая ступень может поворачиваться в глобальной системе координат 704.

BFN 800 может работать аналогично BFN 200, показанной на фиг. 2. Таким образом, BFN 800 может работать в по меньшей мере одном из режимов: режиме передачи и режиме приема.

Как показано на примере антенной решетки 700 на фиг. 8 и BFN 800 на фиг. 9, антенные ячейки 702 и ячейки 802 BFN могут обмениваться сигналами через N портов 714. Более того, антенная решетка 700 может быть выполнена с возможностью поворота щелевых элементов 708 независимо от местоположения портов 714. Соответственно, угол поворота щелевых элементов 708 необязательно влияет на физическое размещение BFN 800. Таким образом, BFN 800 и антенная решетка 700 могут быть выполнены независимо на основании заданных положений каждого из N портов 714 для каждой ячейки 802 BFN и каждой антенной ячейки 702. Таким образом, можно упростить общую конструкцию BFN 800 и антенной решетки 700.

В некоторых примерах BFN 800 может быть выполнена систематически с симметричными модулями, масштабируемыми для размещения практически любого числа уровней. В частности, хотя BFN 800 описана с двумя (2) ступенями сумматоров/делителей, а именно сумматором/делителем 808 первой ступени и сумматорами/делителями 810 второй ступени, проиллюстрированную BFN 800 можно использовать в качестве модуля или схемы для реализации более масштабной BFN, включая BFN 900, показанную на фиг. 10.

В BFN 900 восемь (8) экземпляров BFN 800, показанных на фиг. 9, соединены по каскадной (иерархической) схеме. В частности, порт 902 I/O соединен с сумматором/делителем 904 первой ступени, каждый из которых может быть соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 906 второй ступени. Каждый сумматор/делитель 906 второй ступени может быть соединен с двумя (2) сумматорами/делителями 908 третьей ступени. Каждый сумматор/делитель 908 третьей ступени может быть соединен с двумя экземплярами входного порта 806 экземпляра BFN 800 (модуля BFN 900). Таким образом, восемь (8) экземпляров BFN 900 соединены друг с другом по каскадной схеме. Кроме того, в других примерах множество экземпляров BFN 900 могут быть соединены по каскадной схеме.

На фиг. 11 представлен вид стека (в поперечном сечении) многослойной ПП 1000 (или другой диэлектрической подложки), которая может включать в себя антенную решетку 1002, наложенную на BFN 1004, сформированную на слое BFN. Многослойную ПП 1000 можно использовать для реализации системы, которая может выполнять по меньшей мере одно из следующего: передача и прием РЧ-сигналов. Антенная решетка 1002 может быть реализована, например, с помощью антенной решетки 100, показанной на фиг. 1; антенной решетки 400, показанной на фиг. 5; или антенной решетки 700, показанной на фиг. 8. BFN 1004, сформированная на слое BFN, может иметь множество дорожек (например, проводящих дорожек). BFN 1004 может быть реализована, например, в виде BFN 200, показанной на фиг. 2; BFN 300, показанной на фиг. 3; части массива 320 BFN, показанного на фиг. 4; BFN 500, показанной на фиг. 6 BFN 600, показанной на фиг. 7; BFN 800, показанной на фиг. 9; или BFN 900, показанной на фиг. 10. На фиг. 11 включена часть многослойной ПП 1000. Многослойная ПП 1000 может включать в себя слои 1008 материала сердцевины (например, диэлектрического слоистого материала), слои 1010 материала, предварительно пропитанного связующим веществом (предварительно пропитанного материала, такого как материал на основе эпоксидной смолы), и слои 1012 проводящего материала (например, плоскости заземления).

Область 1014 кристалла ИС может включать в себя слои для установки кристалла 1016 ИС на нижнюю поверхность BFN 1004. Кристалл 1016 ИС может быть реализован, например, в виде экземпляра кристалла 220 ИС, показанного на фиг. 2; кристалла 520 ИС, показанного на фиг. 6; или кристалла 820 ИС, показанной на фиг. 9. Многослойная ПП 1000 может включать в себя порт 1018, реализованный в виде переходного отверстия, соединяющего с возможностью связи кристалл 1016 ИС с антенной решеткой 1002. Многослойная ПП 1000 также может включать в себя изолирующее переходное отверстие 1020, которое обеспечивает экранирование порта 1018. Область 1014 кристалла ИС может обмениваться сигналами с BFN 1004 через переходное отверстие 1022, которое соединяет с возможностью связи сумматор/делитель, которые могут быть сформированы на нижнем (внешнем) слое BFN 1004, с кристаллом 1016 ИС. Сумматор/делитель может быть реализован, например, в виде сумматора/делителя 212 3 к 1, показанного на фиг. 2, сумматора/делителя 510 второй ступени, показанного на фиг. 6, или сумматора/делителя 810 второй ступени, показанного на фиг. 9. Кроме того, кристалл 1016 ИС может быть подключен к источнику питания через переходное отверстие 1026, которое может соединять кристалл 1016 ИС с областью 1028 источника питания постоянного тока (DC - англ.: direct current) многослойной ПП 1000. Кроме того, кристалл 1016 ИС может быть подключен к электрически нейтральному узлу (например, заземлению) через переходное отверстие 1030.

Фидерный слой 1032 антенной решетки 100 может быть расположен под излучающими элементами 1034 антенной решетки 1002. Фидерный слой 1032 может включать в себя экземпляр фидера 1036. Фидер 1036 может соединять порт 1018 с щелевым элементом 1038 излучающих элементов 1034. Щелевой элемент 1038 может быть электромагнитным способом соединен с полосковой антенной 1039 излучающих элементов 1034.

На фиг. 11 показана стрелка, представляющая собой сигнал 1040, проходящий через многослойную ПП 1000, работающую в режиме передачи. Сигнал 1040 может подаваться, например, в виде электрического сигнала (управляемого ЭМ-сигнала) от внешней системы. Сигнал 1040 проходит через сумматор/делитель 1024 и подается на кристалл 1016 ИС через переходное отверстие 1022. Кристалл 1016 ИС может регулировать (например, усиливать, регулировать фазу и/или разделять) сигнал 1040. Кроме того, сигнал 1040 может быть подан на порт 1018, а антенная решетка 1002 принимает сигнал 1040. Сигнал 1040 может быть подан на щелевой элемент 1038 по фидеру 1036. Щелевой элемент 1038 может преобразовывать управляемый ЭМ-сигнал в излучаемый ЭМ-сигнал, который передается полосковой антенной 1039 в свободное пространство. В режиме приема сигналы работают в обратном направлении относительно сигнала 1040.

На фиг. 12 представлена блок-схема системы 1100, которая иллюстрирует логическое взаимное соединение антенной решетки 1102 и BFN 1104. Антенная решетка 1002 может быть реализована, например, с помощью антенной решетки 100, показанной на фиг. 1; антенной решетки 400, показанной на фиг. 5; или антенной решетки 700, показанной на фиг. 8. BFN 1004 может быть реализована, например, как BFN 200, показанная на фиг. 2; BFN 300, показанная на фиг. 3; BFN 500, показанная на фиг. 6; BFN 600, показанная на фиг. 7; BFN 800, показанная на фиг. 9; или BFN 900, показанная на фиг. 10.

В некоторых примерах антенная решетка 1102 может работать исключительно в режиме передачи или в режиме приема. В других примерах антенная решетка 1102 может работать в полудуплексном режиме, при этом антенная решетка 1102 переключается между режимом приема и режимом передачи. В еще других примерах антенная решетка 1102 может работать в режиме дуплекса, при этом антенная решетка 1102 работает одновременно в режиме приема и в режиме передачи.

В показанном примере K антенных ячеек 1106 обмениваются сигналами с BFN 1104, где K представляет собой целое число, которое больше или равно двум (2). Каждая из K антенных ячеек 1106 может включать в себя излучающий элемент 1108. Излучающий элемент 1108 может представлять собой N ортогонально размещенных щелевых элементов 1110 и полосковую антенну 1114. В показанном примере имеются два щелевых элемента 1110, а именно первый щелевой элемент 1110₁ и второй щелевой элемент 1110₂. Каждая из K антенных ячеек 1106 может обмениваться сигналами с соответствующим кристаллом ИС 1116. В показанном примере каждый кристалл ИС 1116 может включать в себя сумматор/делитель 1120, который может комбинировать и/или разделять сигналы, проходящие через кристалл ИС 1116. Кроме того, каждый кристалл ИС 1116 может включать в себя N трактов для связи с N щелевыми элементами 1110 соответствующей антенной ячейки 1106. В настоящем примере каждый кристалл ИС 1116 может включать в себя первый тракт 1122 и второй тракт 1124. Кроме того, в некоторых примерах первый тракт 1122 и второй тракт 1124 каждого кристалла ИС 1116 могут представлять собой множество трактов, которые могут быть дополнительно разделены на приемный тракт и передающий тракт.

Каждый из первого тракта 1122 и второго тракта 1124 может включать в себя усилитель 1130 и фазовращатель 1132 для регулирования сигналов, передаваемых с помощью соответствующего излучающего элемента 1108 и/или BFN 1104.

Первый тракт 1122 может быть соединен с первым портом 1134₁ соответствующей антенной ячейки 1106, а второй тракт 1124 может быть связан со вторым портом 1134₂ соответствующей антенной ячейки 1106. Первый порт 1134₁ антенной ячейки 1106 может быть выполнен с возможностью передачи сигналов между первым трактом 1122 кристалла ИС 1116 и первым щелевым элементом 1110₁, которые находятся в первой поляризации. Второй порт 1134₂ антенной ячейки 1106 может быть выполнен с возможностью передачи сигналов между вторым щелевым элементом 1110₂ со второй поляризацией, перпендикулярной первой поляризации. Например, первая поляризация может представлять собой горизонтальную поляризацию, а вторая поляризация может представлять собой вертикальную поляризацию или наоборот. В такой ситуации антенная решетка 1102 может обмениваться сигналами с правой круговой поляризацией (RHCP - англ.: right hand circular polarization) или левой круговой поляризацией (LHCP - англ.: left hand circular polarization). Альтернативно в некоторых примерах может присутствовать только один щелевой элемент 1110, а поляризация может представлять собой линейную поляризацию.

Кристаллы ИС 1116 могут принимать управляющие сигналы от контроллера 1140, который может быть реализован на внешней системе. В некоторых примерах контроллер 1140 может быть реализован в виде микроконтроллера со встроенными командами. В других примерах контроллер 1140 может быть реализован в виде компьютера общего назначения с исполняемым на нем программным обеспечением. В некоторых примерах управляющие сигналы могут управлять режимом работы системы 1100. То есть в некоторых примерах управляющие сигналы могут вызывать переключение кристаллами ИС 1116 антенной решетки 1102 из режима приема в режим передачи или наоборот. Кроме того, в некоторых примерах управляющие сигналы, подаваемые от контроллера 1140, могут управлять переменной величиной регулировки амплитуды, применяемой каждым усилителем 1130. Таким образом, в некоторых примерах каждый усилитель 1130 может быть реализован в виде усилителя с переменным коэффициентом усиления, переключаемой схемы аттенюатора и т.д. Аналогичным образом, в некоторых примерах управляющие сигналы, подаваемые от контроллера 1140, могут управлять переменной величиной регулирования фазы, вносимой каждым фазовращателем 1132.

Во время работы в режиме приема контроллер 1140 может заставлять кристаллы ИС 1116 направлять сигналы от K антенных ячеек 1106 к BFN 1104. Кроме того, в режиме приема ЭМ-сигнал (и РЧ-сигнал) в первой поляризации может приниматься полосковой антенной 1114 и обнаруживаться первыми щелевыми элементами 1110₁ каждой из K антенных ячеек 1106 (или некоторым их подмножеством). Аналогичным образом, ЭМ-сигнал (РЧ) во второй поляризации может приниматься полосковой антенной 1114 и обнаруживаться вторым щелевым элементом 1110₂. Каждый из первых щелевых элементов 1110₁ и вторых щелевых элементов 1110₂ может преобразовывать принятые ЭМ-сигналы в электрический сигнал, который может быть подан на соответствующий кристалл ИС 1116 для регулировки. Сигналы, подаваемые от первого щелевого элемента 1110₁, могут подаваться в первый тракт на кристалл ИС 1116, а сигналы, подаваемые от второго щелевого элемента 1110₂, могут подаваться во второй тракт 1124 кристалла ИС 1116.

Продолжая работу в режиме приема, каждый усилитель 1130 в первом тракте 1122 кристалла ИС 1116 может усиливать сигнал, подаваемый от первого щелевого элемента 1110₁,, и каждый фазовращатель 1132 первого тракта 1122 может применять регулировку фазы для вывода сигнала на сумматор/делитель 1120. Аналогичным образом, каждый усилитель 1130 во втором тракте 1124 кристалла ИС 1116 может усиливать сигнал, подаваемый от второго щелевого элемента 1110₂, и каждый фазовращатель 1132 второго тракта 1124 может применять регулировку фазы для вывода сигнала на сумматор/делитель 1120. Каждый сумматор/делитель 1120 может комбинировать сигнал от первого тракта 1122 с сигналом от второго тракта 1124, так что K кристаллов ИС 1116 может выводить K подсигналов. K подсигналов может быть подано на BFN 1104. BFN 1104 может комбинировать K подсигналов для формирования сигнала принимаемого луча, который может быть подан в локальную систему для демодуляции и обработки.

Во время работы в режиме передачи контроллер 1140 может настраивать кристаллы ИС 1116 для подачи сигнала от BFN 1104 к K антенным ячейкам 1106. Таким образом, K антенных ячеек 1106 могут передавать сигнал передающего луча, который может быть передан от внешней системы на BFN 1104. BFN 1104 может разделять сигнал передающего луча на K подсигналов, которые могут быть поданы на K кристаллов ИС 1116. Каждый кристалл ИС 1116 из K кристаллов ИС 1116 может регулировать соответствующий подсигнал для генерирования отрегулированного сигнала, который может подаваться на соответствующую антенную ячейку 1106. В показанном примере регулировка может включать в себя разделение соответствующего подсигнала на первый сигнал и второй сигнал.

Первый сигнал может подаваться в первый тракт 1122 кристалла ИС 1116, а второй сигнал может подаваться во второй тракт 1124 кристалла ИС 1116. Фазовращатель 1132 первого тракта 1122 может применять регулировку фазы к первому сигналу, а усилитель 1130 первого тракта 1122 может усиливать первый сигнал. Первый сигнал может подаваться на первый щелевой элемент 1110_1. Первый щелевой элемент 1110₁ может преобразовывать первый сигнал в ЭМ-сигнал (РЧ-сигнал) в первой поляризации, который может передаваться на полосковую антенну 1114. Аналогичным образом, фазовращатель 1132 второго тракта 1124 может применять регулировку фазы ко второму сигналу, а усилитель 1130 второго тракта 1124 может усиливать второй сигнал. Второй сигнал может подаваться на второй щелевой элемент 1110_2. Второй щелевой элемент 1110₂ может преобразовывать второй сигнал в ЭМ-сигнал (РЧ-сигнал) во второй поляризации, который может передаваться на полосковую антенну 1114. Полосковая антенна 1114 может передавать ЭМ-сигнал в первой поляризации и ЭМ-сигнал во второй поляризации в свободное пространство.

Выше были описаны примеры. Конечно, невозможно описать каждую возможную комбинацию компонентов или способов, но для специалиста в данной области будет очевидно, что возможны и многие дополнительные комбинации и перестановки. Соответственно, настоящее описание охватывает все такие изменения, модификации и вариации, которые входят в объем данной заявки, включая прилагаемую формулу изобретения. Используемый в настоящем документе термин «включает в себя» означает «включает в себя, без ограничений», а термин «включающий в себя» означает «включающий в себя, без ограничений». Термин «основанный на» означает «по меньшей мере частично основанный на». Кроме того, если в описании или формуле изобретения упоминается термин, соответствующий грамматической форме единственного числа для элемента, термин «первый» или «еще один» элемент, или их эквивалент, его следует интерпретировать как включающий в себя один или более таких элементов, не требующих и не исключающих два и более таких элементов.

Claims (40)

1. Антенная решетка, содержащая:

множество антенных ячеек, расположенных в глобальной системе координат антенной решетки, причем каждая из множества антенных ячеек имеет соответствующую локальную систему координат и содержит:

излучающий элемент, имеющий заданный угол поворота, определенный в глобальной системе координат; и

антенный порт, соединенный с излучающим элементом, причем антенный порт расположен в конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат;

причем конкретный набор координат антенного порта каждой из множества антенных ячеек является одинаковым; и

причем заданный угол поворота излучающего элемента первой антенной ячейки из множества антенных ячеек представляет собой первый угол поворота в глобальной системе координат, а заданный угол поворота излучающего элемента второй антенной ячейки из множества антенных ячеек представляет собой второй угол поворота в глобальной системе координат, причем второй угол поворота отличается от первого угла поворота.

2. Антенная решетка по п. 1, отличающаяся тем, что антенный порт каждой из множества антенных ячеек представляет собой первый антенный порт, а каждая из множества антенных ячеек дополнительно содержит второй антенный порт, причем второй антенный порт расположен во втором наборе координат в соответствующей локальной системе координат, при этом второй антенный порт каждой из множества антенных ячеек расположен в одном и том же втором наборе координат в каждой соответствующей локальной системе координат.

3. Антенная решетка по п. 2, отличающаяся тем, что первый антенный порт и второй антенный порт каждой из множества антенных ячеек обмениваются сигналами, имеющими разность фаз, составляющую 90 градусов.

4. Антенная решетка по любому из пп. 1–3, отличающаяся тем, что вторая антенная ячейка поворачивается в глобальной системе координат относительно первой антенной ячейки.

5. Антенная решетка по п. 4, отличающаяся тем, что излучающий элемент первой антенной ячейки из множества антенных ячеек имеет первый локальный заданный угол поворота в локальной системе координат первой антенной ячейки, а излучающий элемент второй антенной ячейки из множества антенных ячеек имеет второй локальный заданный угол поворота в локальной системе координат второй антенной ячейки, причем второй локальный заданный угол поворота смещен относительно первого локального заданного угла поворота на заданный угол в локальной системе координат первой антенной ячейки и локальной системе координат второй антенной ячейки.

6. Антенная решетка по любому из пп. 1–5, отличающаяся тем, что третья антенная ячейка из множества антенных ячеек поворачивается в глобальной системе координат относительно первой антенной ячейки из множества антенных ячеек, а излучающий элемент третьей антенной ячейки и излучающий элемент первой антенной ячейки не поворачиваются относительно друг друга в глобальной системе координат.

7. Антенная решетка по любому из пп. 1–6, отличающаяся тем, что антенный порт каждой из множества антенных ячеек содержит переходное отверстие, соединенное с диаграммооборазующей схемой (BFN).

8. Антенная решетка по п. 7, отличающаяся тем, что BFN содержит множество сумматоров/делителей, которые осуществляют преобразование между входным/выходным сигналом и множеством подсигналов, причем каждый из множества подсигналов передается на антенный порт соответствующей антенной ячейки из множества антенных ячеек посредством кристалла интегральной схемы (ИС).

9. Антенная решетка по любому из пп. 1–8, отличающаяся тем, что антенный порт каждой из множества антенных ячеек представляет собой сигнальный интерфейс для передачи сигналов между антенной ячейкой и кристаллом интегральной схемы (ИС), соединенным с диаграммообразующей схемой (BFN).

10. Антенная решетка по любому из пп. 1–9, отличающаяся тем, что каждая из множества антенных ячеек дополнительно содержит фидер, соединяющий соответствующий излучающий элемент и антенный порт соответствующей антенной ячейки, причем длина каждого соответствующего фидера из множества антенных ячеек одинакова.

11. Антенная решетка по п. 10, отличающаяся тем, что третья антенная ячейка из множества антенных ячеек поворачивается в глобальной системе координат относительно первой антенной ячейки из множества антенных ячеек, а излучающий элемент третьей антенной ячейки и излучающий элемент первой антенной ячейки не поворачиваются относительно друг друга в глобальной системе координат.

12. Антенная решетка по любому из пп. 1–11, отличающаяся тем, что конкретный набор координат для каждой из множества антенных ячеек размещен между соответствующим излучающим элементом и периметром соответствующей антенной ячейки.

13. Антенная решетка по любому из пп. 1–12, дополнительно содержащая множество изолирующих переходных отверстий, причем данное изолирующее переходное отверстие из множества изолирующих переходных отверстий совместно используется антенным портом по меньшей мере трех из множества антенных ячеек.

14. Антенная решетка по любому из пп. 1–13, отличающаяся тем, что антенный порт каждой из множества антенных ячеек соединен с диаграммообразующей схемой (BFN), причем BFN содержит множество диаграммообразующих ступеней, причем каждая из множества диаграммообразующих ступеней имеет соответствующую локальную систему координат, и каждая из множества диаграммообразующих ступеней имеет одну и ту же геометрическую форму в соответствующей локальной системе координат; и

причем данная диаграммообразующая ступень из множества диаграммообразующих ступеней имеет такую же геометрическую форму, что и другая диаграммообразующая ступень из множества диаграммообразующих ступеней, причем данная диаграммообразующая ступень и другая диаграммообразующая ступень являются ступенями одного иерархического уровня, и данная диаграммообразующая ступень поворачивается в глобальной системе координат относительно другой диаграммообразующей ступени.

15. Антенная решетка по любому из пп. 1–14, отличающаяся тем, что каждая из множества антенных ячеек размещена во множестве групп антенных ячеек и имеет схему поворота группы, которая определяет заданный угол поворота в глобальной системе координат для каждого излучающего элемента в соответствующей группе антенных ячеек.

16. Антенная решетка по п. 15, отличающаяся тем, что схема поворота группы для смежных групп антенных ячеек различна.

17. Антенная решетка по любому из пп. 1–16, отличающаяся тем, что излучающий элемент шести из множества антенных ячеек имеет разный угол поворота в глобальной системе координат.

18. Многослойная печатная плата (ПП), содержащая:

диаграммообразующий слой, имеющий множество дорожек, которые формируют диаграммообразующую схему (BFN), причем диаграммообразующая схема соединена со множеством антенных портов, формирующих переходные отверстия, проходящие от диаграммообразующей схемы (BFN), причем BFN содержит:

множество сумматоров/делителей, которые осуществляют преобразование между входным/выходным сигналом и множеством подсигналов, причем каждый из множества подсигналов имеет одинаковую мощность и набор фаз, причем каждый из множества подсигналов передается на антенный порт из множества антенных портов;

множество антенных ячеек, расположенных в глобальной системе координат многослойной ПП, для формирования регулярной мозаичной структуры, причем каждая из множества антенных ячеек имеет соответствующую локальную систему координат и содержит:

излучающий слой, содержащий излучающий элемент, который имеет заданный угол поворота в глобальной системе координат; и

фидерный слой, имеющий фидер, который соединяет соответствующий антенный порт из множества портов антенны с излучающим элементом, причем каждый антенный порт пересекает фидерный слой в конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат;

причем конкретный набор координат для каждой из множества антенных ячеек является одинаковым; и

причем заданный угол поворота излучающего элемента первой антенной ячейки из множества антенных ячеек представляет собой первый угол поворота в глобальной системе координат, а заданный угол поворота излучающего элемента второй антенной ячейки из множества антенных ячеек представляет собой второй угол поворота в глобальной системе координат, причем второй угол поворота отличается от первого угла поворота.

19. Многослойная ПП по п. 18, отличающаяся тем, что множество сумматоров/делителей BFN расположены в виде множества диаграммообразующих ступеней, причем каждая из множества диаграммообразующих ступеней имеет соответствующую локальную систему координат и каждая из множества диаграммообразующих ступеней имеет одну и ту же геометрическую форму в соответствующей локальной системе координат; и

причем данная диаграммообразующая ступень из множества диаграммообразующих ступеней имеет такую же геометрическую форму, что и другая диаграммообразующая ступень из множества диаграммообразующих ступеней, причем данная диаграммообразующая ступень и другая диаграммообразующая ступень являются ступенями одного иерархического уровня, и данная диаграммообразующая ступень поворачивается в глобальной системе координат относительно другой диаграммообразующей ступени.

20. Многослойная ПП по любому из пп. 18, 19, отличающаяся тем, что каждая из множества диаграммообразующих ступеней соответствует первой схеме и второй схеме, причем первая схема и вторая схема усиливают сигнал и сдвигают фазу сигнала, передаваемого между соответствующими диаграммообразующими ступенями и соответствующим излучающим элементом соответствующей антенной ячейки из множества антенных ячеек.

21. Многослойная ПП по любому из пп. 18–20, отличающаяся тем, что антенный порт каждой из множества антенных ячеек представляет собой первый антенный порт, а каждая из множества антенных ячеек дополнительно содержит второй антенный порт, который пересекает фидерный слой во втором конкретном наборе координат в соответствующей локальной системе координат, а второй конкретный набор координат для каждой из антенных ячеек является одинаковым.

22. Многослойная ПП по п. 21, отличающаяся тем, что первый антенный порт и второй антенный порт каждой из множества антенных ячеек обмениваются сигналами, имеющими разность фаз, составляющую 90 градусов.

23. Многослойная ПП по любому из пп. 18–22, отличающаяся тем, что третья антенная ячейка из множества антенных ячеек поворачивается в глобальной системе координат относительно первой антенной ячейки из множества антенных ячеек, а излучающий элемент третьей антенной ячейки и излучающий элемент первой антенной ячейки не поворачиваются относительно друг друга в глобальной системе координат.

24. Многослойная ПП по любому из пп. 18–23, отличающаяся тем, что конкретный набор координат для каждой из множества антенных ячеек размещен между соответствующим излучающим элементом и периметром соответствующей антенной ячейки.

25. Многослойная ПП по любому из пп. 18–24, отличающаяся тем, что каждая из множества антенных ячеек размещена во множестве групп антенных ячеек и имеет схему поворота группы, которая определяет заданный угол поворота в глобальной системе координат для каждого излучающего элемента в соответствующей группе антенных ячеек.

26. Многослойная ПП по п. 25, отличающаяся тем, что схема поворота группы для смежных групп антенных ячеек различна.

Images