ES2925455T3 - Antena de alta ganancia y gran ancho de banda que incorpora un esquema de alimentación diferencial - Google Patents

Antena de alta ganancia y gran ancho de banda que incorpora un esquema de alimentación diferencial Download PDF

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Abstract

La presente descripción se refiere a un método y sistema de comunicación para hacer converger un sistema de comunicación de 5ª generación (5G) para admitir velocidades de datos más altas más allá de un sistema de 4ª generación (4G) con una tecnología para Internet de las cosas (IoT).). La presente divulgación puede aplicarse a servicios inteligentes basados en la tecnología de comunicación 5G y la tecnología relacionada con IoT, como hogar inteligente, edificio inteligente, ciudad inteligente, automóvil inteligente, automóvil conectado, atención médica, educación digital, venta minorista inteligente, seguridad y servicios de seguridad. Una antena y una estación base que incluye la antena. La antena incluye un subconjunto que incluye celdas unitarias primera y segunda y una red de alimentación. Las celdas unitarias primera y segunda comprenden parches primero y segundo, respectivamente, que tienen formas de cuadrilátero. La red de alimentación comprende una primera línea de transmisión que termina por debajo de las primeras esquinas de los parches primero y segundo, respectivamente; una segunda línea de transmisión que termina por debajo de las terceras esquinas de los parches primero y segundo, respectivamente; una tercera línea de transmisión que termina debajo de una segunda esquina del primer parche y una cuarta esquina del segundo parche; y una cuarta línea de transmisión que termina debajo de una cuarta esquina del primer parche y una segunda esquina del segundo parche. Las primeras esquinas son opuestas a las terceras esquinas en los respectivos parches primero y segundo y las segundas esquinas son opuestas a las cuartas esquinas en los respectivos parches primero y segundo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Antena de alta ganancia y gran ancho de banda que incorpora un esquema de alimentación diferencial Campo técnico
La presente divulgación se refiere a una estructura de antena. Más concretamente, la presente divulgación se refiere a una estructura de antena que genera una ganancia radiada moderada en una amplia gama de frecuencias.
Técnica anterior
A fin satisfacer la demanda de tráfico de datos inalámbricos que ha aumentado desde el despliegue de los sistemas de comunicación 4G, se han llevado a cabo esfuerzos para desarrollar un sistema de comunicación 5G o pre-5G mejorado. Por lo tanto, el sistema de comunicación 5G o anterior a 5G también se denomina "Rd más allá de 4G" o "Sistema Post LTE" Se considera que el sistema de comunicación 5G se implementa en bandas de frecuencia más altas (mmWave), por ejemplo, las bandas de 60GHz, para lograr mayores tasas de datos. A fin de disminuir la pérdida de propagación de las ondas de radio y aumentar la distancia de transmisión, se discuten las técnicas de formación de haz, entrada múltiple masiva y salida múltiple (MIMO), MIMO de dimensión completa (FD-MIMO), antena de conjunto, formación de haz analógica, y antena a gran escala en los sistemas de comunicación 5G. Además, en los sistemas de comunicación 5G, se está desarrollando una mejora de la red del sistema en base a celdas pequeñas avanzadas, Redes de Acceso por Radio (RAN) en la nube, redes ultradensas, comunicación de dispositivo a dispositivo (D2D), red de retorno inalámbrica, red móvil, comunicación cooperativa, Multipuntos Coordinados (CoMP), cancelación de interferencias en el extremo de la recepción y similares. En el sistema 5G se han desarrollado la Modulación Híbrida FSK y QAM (FQAM) y la codificación por superposición de ventana deslizante (SWSC) como una modulación de codificación avanzada (ACM), y multiportadora de banco de filtros (FBMC), acceso múltiple no ortogonal (NOMA) y acceso múltiple de código disperso (SCMA) como una tecnología de acceso avanzada.
El Internet, que es una red de conectividad centrada en el ser humano, en el que los humanos generan y consumen información, ahora está en evolución hacia el Internet de las cosas (IoT), en el que las entidades distribuidas, tales como las cosas, intercambian y procesan información sin intervención humana. Ha surgido el Internet de Todas las Cosas (IoE), que es una combinación de la tecnología IoT y la tecnología de procesamiento de grandes datos a través de la conexión con un servidor en la nube. A medida que los elementos tecnológicos, tales como la "tecnología de detección", la "infraestructura de red y comunicación por cable/inalámbrica", la "tecnología de interfaz de servicios" y la "tecnología de Seguridad" han sido requeridos para la implementación del loT, se ha investigado recientemente una red de sensores, una comunicación máquina a máquina (M2M), una comunicación tipo máquina (MTC), y así sucesivamente. Tal entorno de IoT puede proporcionar servicios inteligentes de tecnología de Internet que crean un nuevo valor para la vida humana por medio de la recopilación y el análisis de los datos generados entre las cosas conectadas. La loT se puede aplicar a una variedad de campos, que incluyen los hogares inteligentes, los edificios inteligentes, las ciudades inteligentes, los automóviles inteligentes o los automóviles conectados, las redes inteligentes, la atención sanitaria, los electrodomésticos inteligentes y los servicios médicos avanzados, a través de la convergencia y la combinación entre las tecnologías de la información (IT) existentes y diversas aplicaciones industriales.
De acuerdo con esto, se han llevado a cabo diversos intentos de aplicar los sistemas de comunicación 5G a las redes IoT. Por ejemplo, las tecnologías tales como la red de sensores, la comunicación de tipo máquina (MTC), y la comunicación de máquina a máquina (M2M) se pueden implementar por medio de la formación de radiación, MIMO, y antenas de matriz. La aplicación de una Red de Acceso por Radio (RAN) en la nube como tecnología de procesamiento de Grandes Datos descrita anteriormente también se puede considerar como un ejemplo de convergencia entre la tecnología 5G y la tecnología IoT.
El documento US 2013/0181880 A1 desvela un conjunto de antenas integradas de polarización dual de banda ancha y bajo perfil, en el que una impedancia activa de un elemento de antena se determina mediante el uso de técnicas de simulación y el elemento se diseña entonces con una impedancia activa modificada para compensar el efecto de acoplamiento mutuo y mejorar la pérdida de retorno del elemento. El documento US 2007/0126641 A1 desvela una estructura de antena de parche microstrip de polarización dual que comprende: un circuito de línea de alimentación microstrip dual debajo de un sustrato dieléctrico inferior, una capa de plano de tierra que cubre el sustrato dieléctrico inferior, la capa de plano de tierra que tiene aperturas de acoplamiento grabadas en la capa de plano de tierra y otras capas de parche sobre el plano de tierra, en las que las aperturas de acoplamiento de la capa de plano de tierra están provistas de una forma de pajarita no resonante para permitir el acoplamiento de apertura entre el circuito de línea de alimentación microstrip y las capas de parche.
Divulgación de la invención
Problema técnico
El concepto de Multi-Input Multi-Output (MIMO) masivo tiene como objetivo mejorar la cobertura y la eficiencia espectral de la próxima generación de sistemas de telecomunicaciones. En la próxima generación de sistemas de telecomunicaciones, los usuarios se dedican a una o varias direcciones espaciales para los fines de comunicación previstos. Los sistemas basados en MIMO masivo generan múltiples haces y forman haces de forma subjetiva para un usuario o un grupo de usuarios con el fin de aumentar la eficiencia de radiación deseada. Algunos sistemas de antenas MIMO masivas tienen un gran número de elementos de antena. Por lo tanto, el rendimiento global del sistema depende del rendimiento de los elementos individuales que tienen una alta ganancia y una estructura razonablemente pequeña en comparación con la longitud de onda en la frecuencia de funcionamiento. La frecuencia de funcionamiento puede oscilar entre 2,3 a 2,6 GHz y/o 3,4 a 3,6 GHz.
Debido a la frecuencia de diseño y a la longitud de onda resultante, surgen dificultades para diseñar un elemento de antena con una ganancia igual o mejor que ~6 dB y una radiación de banda ancha en un rango de 3,2-3,9 GHz, manteniendo al mismo tiempo una estructura de antena global simple y rentable que pueda ser producida en masa.
Además, las máscaras de filtrado solicitadas por los sistemas de comunicación MIMO masivos se llevan a cabo generalmente por medio de un filtro o filtros externos, tales como filtros de cavidad o de ondas acústicas de superficie, con el fin de proporcionar un alto roll-off para el rechazo fuera de banda. Estas máscaras de filtrado pueden provocar pérdidas asociadas a las interconexiones con el punto físico de los contactos, la soldadura y la restricción mecánica. Estas máscaras filtrantes suelen ser voluminosas y caras.
Solución al problema
De acuerdo con la presente divulgación, se proporciona una estación base de acuerdo con las reivindicaciones anexas, en la que la estación base comprende una pluralidad de transceptores, un plano de tierra y una capa primera a cuarta dispuesta en este orden sobre el plano de tierra, y una pluralidad de subarreglos de antena, en los que cada uno de los subarreglos de antena comprende un par de elementos de antena de primer parche que comprenden un primer parche y un segundo parche y están incluidos en la segunda capa que comprende un primer material dieléctrico, en el que cada uno de los elementos de antena de primer parche tiene una forma cuadrilátera con un primer ángulo, un segundo ángulo, un tercer ángulo opuesto al primer ángulo y un cuarto ángulo opuesto al segundo ángulo. En el que cada uno de los subconjuntos de antena comprende además una primera línea de transmisión que comprende un primer puerto de excitación y que está dispuesta en la primera capa y entre dos primeros puntos de terminación y está configurada para proporcionar una primera señal de alimentación a la primera esquina del primer parche a través de uno de los primeros puntos de terminación situado más cerca de la primera esquina que de un centro del primer parche y a la primera esquina del segundo parche a través del otro de los primeros puntos de terminación situado más cerca de la primera esquina que de un centro del segundo parche, que hace que cada uno de los primeros elementos de antena de parche transmita una primera señal de radiofrecuencia, RF, que tiene una primera polarización. En en el que cada uno de los subarreglos de antena comprende además una tercera línea de transmisión que comprende un segundo puerto de excitación y que está dispuesta en la primera capa y entre dos segundos puntos de terminación y está configurada para proporcionar una segunda señal de alimentación a la segunda esquina del primer parche a través de uno de los segundos puntos de terminación situado más cerca de la segunda esquina que de un centro del primer parche y a la cuarta esquina del segundo parche a través del otro de los segundos puntos de terminación situado más cerca de la cuarta esquina que de un centro del segundo parche, que hace que cada uno de los primeros elementos de antena de parche transmita una primera señal de RF que tiene una segunda polarización, en la que la primera polarización y la segunda polarización son ortogonales e incluyen polarizaciones inclinadas de 45 grados y 45 grados. En el que cada uno de los subarreglos de antena comprende además un par de elementos de antena de segundo parche dispuestos espaciados del par de elementos de antena de primer parche a través de la tercera capa que es una cavidad hueca formada por un recinto que comprende cuatro lados y que está abierta en cada extremo, las aberturas en cada extremo proporcionan un espacio de aire entre la segunda capa y la cuarta capa, en la que los elementos de antena de segundo parche se colocan en una cara inferior de la cuarta capa que comprende un segundo material dieléctrico y próxima a la cavidad hueca para corresponder a los elementos de antena de primer parche respectivamente a través del espacio de aire. En el que cada uno de los elementos de la segunda antena de parche es más grande que cada uno de los elementos de la primera antena de parche y en el que la pluralidad de subarreglos de antena está configurada para transmitir señales de RF de forma que las primeras señales de RF de los pares de los elementos de la primera antena de parche se transmiten a través del espacio de aire en una dirección hacia los pares de los elementos de la segunda antena de parche y las segundas señales de RF de los pares de los elementos de la segunda antena de parche se transmiten en una dirección hacia la cuarta capa.
En la presente divulgación, los términos módulo de antena, conjunto de antenas, haz y dirección del haz se utilizan con frecuencia. Un módulo de antena puede incluir una o más matrices. Un conjunto de antenas puede incluir uno o más elementos de antena. Cada elemento de antena puede ser capaz de proporcionar una o más polarizaciones, por ejemplo, la polarización vertical, la polarización horizontal o ambas polarizaciones, vertical y horizontal, al mismo tiempo. Las polarizaciones verticales y horizontales al mismo tiempo o alrededor de ellas se pueden refractar a una antena polarizada ortogonalmente. Un módulo de antena irradia la energía aceptada en una dirección determinada con una concentración de ganancia. La radiación de energía en una dirección determinada se conoce conceptualmente como haz. Un haz puede ser un patrón de radiación de uno o más elementos de antena o uno o más conjuntos de antenas.
Otras características técnicas pueden ser fácilmente evidentes para un experto en la técnica a partir de las siguientes figuras, descripciones, y reivindicaciones.
Antes de llevar a cabo la DESCRIPCIÓN DETALLADA a continuación, puede ser ventajoso establecer definiciones de determinadas palabras y frases utilizadas a lo largo de este documento de la presente divulgación. El término "acoplar" y sus derivados se refieren a cualquier comunicación directa o indirecta entre dos o más elementos, estén o no en contacto físico entre sí. Los términos "transmitir", "recibir" y "comunicar", así como sus derivados, abarcan tanto la comunicación directa como la indirecta. Los términos "incluir" y "comprender", así como sus derivados, significan inclusión sin limitación. El término "o" es inclusivo, y significa y/o. La frase "asociado con", así como sus derivados, significa incluir, estar incluido en, interconectar con, contener, estar contenido en, conectar a o con, acoplar a o con, ser comunicable con, cooperar con, intercalar, yuxtaponer, estar próximo a, estar unido a o con, tener, tener una propiedad de, tener una relación a o con, o similares. El término "controlador" significa cualquier dispositivo, sistema o parte del mismo que controla al menos una operación. Dicho un controlador puede implementarse en hardware o en una combinación de hardware y software y/o firmware. La funcionalidad asociada con cualquier controlador particular puede estar centralizada o distribuida, ya sea de manera local o remota. La frase "al menos uno de", cuando se utiliza con una lista de elementos, significa que se pueden utilizar diferentes combinaciones de uno o más de los elementos de la lista, y que sólo se puede necesitar un elemento de la lista. Por ejemplo, "al menos uno de: A, B y C" incluye cualquiera de las siguientes combinaciones: A, B, C, A y B, A y C, B y C, y A y B y C.
Además, varias funciones descritas a continuación pueden ser implementadas o soportadas por uno o más programas informáticos, cada uno de los cuales está formado por un código de programa legible por ordenador e incorporado en un medio legible por ordenador. Los términos "aplicación" y "programa" se refieren a uno o más programas informáticos, componentes de software, conjuntos de instrucciones, procedimientos, funciones, objetos, clases, instancias, datos relacionados, o una segmento de los mismos adaptados para su implementación en un código de programa legible por ordenador adecuado. La frase "código de programa legible por ordenador" incluye cualquier tipo de código informático, incluido código fuente, código objeto, y código ejecutable. La frase "medio legible por ordenador" incluye cualquier tipo de medio capaz de ser accedido por un ordenador, tal como una memoria de sólo lectura (ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM), una unidad de disco duro, un disco compacto (CD), un disco de vídeo digital (DVD), o cualquier otro tipo de memoria. Un medio legible por ordenador "no transitorio" excluye los enlaces de comunicación cableados, inalámbricos, ópticos, o de otro tipo que transportan señales eléctricas u otras señales transitorias. Un medio legible por ordenador no transitorio incluye medios en los que los datos pueden almacenarse de manera permanente y medios en los que los datos pueden almacenarse y sobrescribirse posteriormente, tal como un disco óptico regrabable o un dispositivo de memoria borrable.
A lo largo de la presente divulgación se proporcionan definiciones para otras palabras y frases determinadas. Los expertos en la técnica deben comprender que en muchos, si no en la mayoría de los casos, dichas definiciones se aplican tanto a usos anteriores como futuros de dichas palabras y frases definidas.
Efectos ventajosos de la invención
Las realizaciones de la presente divulgación incluyen una antena y una estación base que incluye una antena. Breve Descripción de los Dibujos
A fin de una comprensión más completa de la presente divulgación y sus ventajas, se hace referencia ahora a la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los cuales los números de referencia similares representan partes similares:
La FIG. 1 ilustra un sistema de una red de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación;
La FIG. 2 ilustra una estación base de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación;
La FIG. 3A es una vista superior de un subarreglo de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación;
La FIG. 3B es una vista lateral que ilustra un subarreglo de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación;
La FIG. 3C ilustra una vista en despiece ordenado de un subarreglo de acuerdo con una realización de la presente divulgación;
Las FIGS. 4A-4B ilustra un ejemplo de redes de alimentación de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La FIG. 5A ilustra una vista en perspectiva superior de un subarreglo de acuerdo con diversos ejemplos de la presente divulgación;
La FIG. 5B ilustra una vista lateral de un subarreglo de acuerdo con diversos ejemplos de la presente divulgación;
La FIG. 5C ilustra una vista en despiece de un subconjunto de acuerdo con diversos ejemplos de la presente divulgación; y
La FIG. 6 ilustra un ejemplo de una red de alimentación de un subarreglo de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
Modo de la invención
Las Figuras 1 a 6, discutidas a continuación, y las diversas realizaciones utilizadas para describir los principios de la presente divulgación en la presente divulgación son solo a modo de ilustración y no se deben interpretar de ninguna manera como limitantes del alcance de la divulgación. Los expertos en la técnica entenderán que los principios de la presente divulgación se pueden implementar en cualquier sistema de comunicación inalámbrica adecuado dispuesto.
A fin de satisfacer la demanda de tráfico de datos inalámbricos que ha aumentado desde el despliegue de los sistemas de comunicación 4G, se han llevado a cabo esfuerzos para desarrollar un sistema de comunicación 5G o pre-5G mejorado. Por lo tanto, el sistema de comunicación 5G o pre-5G también se denomina "red más allá de 4G" o "sistema post LTE"
Se considera que el sistema de comunicación 5G se implementa en bandas de frecuencia más altas (mmOnda), por ejemplo, las bandas de 3,5 GHz, para lograr mayores tasas de datos. A fin de disminuir la pérdida de propagación de las ondas de radio y aumentar la cobertura de transmisión, se discuten técnicas de formación de haces, múltiples entradas y múltiples salidas masivas (MIMO), MIMO de dimensión completa (FD-MIMO), antena de matriz, formación de haces analógica y antena a gran escala en los sistemas de comunicación 5G.
Además, en los sistemas de comunicación 5G, está en desarrollo una mejora de la red del sistema en base a células pequeñas avanzadas, redes de acceso por radio (RAN) en la nube, redes ultradensas, comunicación de dispositivo a dispositivo (D2D), red de retroceso inalámbrica, red en movimiento, comunicación cooperativa, multipuntos coordinados (CoMP), cancelación de interferencias en el extremo de la recepción y similares.
La FIG. 1 ilustra una red inalámbrica ejemplar de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación. La realización de la red inalámbrica que se muestra en la FIG. 1 es sólo a título ilustrativo. Se podrían utilizar otras realizaciones de la red inalámbrica 100 de comunicación sin apartarse del ámbito de la presente divulgación.
Como se muestra en la FIG. 1, la red inalámbrica puede incluir un gNB 101, un gNB 102, y un gNB 103. El gNB 101 se informa con el gNB 102 y el gNB 103. El gNB 101 también se comunica con al menos una red 130, tal como Internet, una red de Protocolo de Internet (IP) propia, u otra red de datos.
El gNB 102 proporciona acceso inalámbrico de banda ancha a la red 130 para una segunda pluralidad de UE dentro de un área de cobertura 120 del gNB 102. La primera pluralidad de UE incluye un equipo de usuario 111, que puede estar ubicado en una pequeña empresa (SB); un UE 112, que puede estar ubicado en una empresa (E); un UE 113, que puede estar ubicado en un punto de acceso WiFi (HS); un UE 114, que puede estar ubicado en una primera residencia (R); un UE 115, que puede estar ubicado en una segunda residencia (R); y un UE 116, que puede ser un dispositivo móvil (M), tal como un teléfono móvil, un ordenador portátil inalámbrico, una PDA inalámbrica, o similares. El gNB 103 proporciona acceso inalámbrico de banda ancha a la red 130 para una segunda pluralidad de UE dentro de un área de cobertura 125 del gNB 103. La segunda pluralidad de UE incluye el UE 115 y el UE 116. En algunas realizaciones, uno o más de los gNB 101-103 pueden comunicarse entre sí y con los UE 111-116 utilizando 5G, LTE, LTE-A, WiMAX, WiFi u otras técnicas de comunicación inalámbrica.
Dependiendo del tipo de red, el término "estación base" o "BS" se puede referir a cualquier componente (o conjunto de componentes) configurado para proporcionar acceso inalámbrico a una red, tal como un punto de transmisión (TP), un punto de transmisión-recepción (TRP), una estación base mejorada (eNodoB o eNB), una estación base 5G (gNB), una macrocélula, una femtocélula, un punto de acceso WiFi (AP), u otros dispositivos habilitados de forma inalámbrica. Las estaciones base pueden proporcionar acceso inalámbrico de acuerdo con uno o más protocolos de comunicación inalámbrica, por ejemplo, nueva interfaz/acceso de radio (NR) 5G 3GPP, evolución a largo plazo (LTE), LTE avanzada (Lt E-A), acceso a paquetes de alta velocidad (Hs Pa ), Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac, etc. Por propósitos de conveniencia, los términos "BS" y "TRP" se utilizan indistintamente en la presente divulgación para referirse a los componentes de la infraestructura de red que proporcionan acceso inalámbrico a los terminales remotos. Además, dependiendo del tipo de red, el término "equipo de usuario" o "UE" puede referirse a cualquier componente como "estación móvil", "estación de abonado", "terminal remoto", "terminal inalámbrico", "punto de recepción" o "dispositivo de usuario" Por propósitos de conveniencia, los términos "equipo de usuario" y "UE" se utilizan en la presente divulgación para referirse a los equipos inalámbricos remotos que acceden de forma inalámbrica a una EB, tanto si el UE es un dispositivo móvil (tal como un teléfono móvil o un smartphone) como si se considera normalmente un dispositivo fijo (tal como un ordenador de escritorio o una máquina expendedora).
Las líneas punteadas muestran las extensiones aproximadas de las áreas 120 y 125 de cobertura, que se muestran como aproximadamente circulares sólo para efectos de ilustración y explicación. Se debe comprender claramente que las áreas de cobertura asociadas a las estaciones base, por ejemplo, las áreas 120 y 125 de cobertura, pueden tener otras formas, que incluyen formas irregulares, que dependen de la configuración de las estaciones base y de las variaciones en el entorno radioeléctrico asociadas con obstrucciones naturales y artificiales.
Aunque la FIG. 1 ilustra un ejemplo de red inalámbrica, se pueden hacer diversos cambios a la FIG. 1. Por ejemplo, la red inalámbrica puede incluir cualquier número de gNB y cualquier número de UE en cualquier disposición adecuada. Además, el gNB 101 se puede comunicar directamente con cualquier número de UE y proporcionar a esos UE acceso de banda ancha inalámbrica a la red 130. Del mismo modo, cada gNB 102-103 se puede comunicar directamente con la red 130 y proporcionar a los UE acceso directo de banda ancha inalámbrica a la red 130. Además, los gNB 101, 102 y/o 103 pueden proporcionar acceso a otras redes externas o adicionales, tales como redes telefónicas externas u otros tipos de redes de datos.
La FIG. 2 ilustra un gNB ejemplar de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación. La realización del gNB 102 ilustrado en la FIG. 2 es sólo a título ilustrativo, y los gNB 101 y 103 de la FIG. 1 podría tener la misma o similar configuración. Sin embargo, los gNB se presentan en una amplia variedad de configuraciones, y la FIG. 2 no limita el alcance de esta divulgación a ninguna implementación particular de un gNB.
Como se muestra en la FIG. 2, el gNB 102 incluye una antena 305, un transceptores RF 210a-210n, un circuito 315 de procesamiento de transmisión (TX), un micrófono 215, y un circuito 220 de procesamiento de recepción (RX). El gNB 102 también incluye un controlador/procesador 225, una memoria 230 y una interfaz de red o backhaul 235. En diversas realizaciones, las antenas 205a-205n pueden ser una antena de alta ganancia y gran ancho de banda que se puede diseñar en base a un concepto de múltiples modos de resonancia y puede incorporar un esquema de antena apilada o de parches múltiples. Por ejemplo, en diversas realizaciones, cada una de las múltiples antenas 205a-205n puede incluir uno o más paneles de antena que incluyen uno o más subarreglos (por ejemplo, el subarreglo 300 ilustrado en las FIGS. 3A-C o el subarreglo 500 ilustrado en las FIGS. 5A-5C).
Los transceptores de RF 210a-210n reciben, desde las antenas 205a-205n, señales de RF entrantes, tales como las señales transmitidas por los UE en la red inalámbrica100. El transceptor de RF 210a-210n convierte por reducción la señal de RF entrante para generar una señales de IF o de banda base. Las señales de IF o banda base se envían al circuito de procesamiento RX 220, que genera una señal de banda base procesada por medio de la filtración, la decodificación, y/o la digitalización de la señal de banda base o IF. El circuito de procesamiento RX 220 transmite las señales de banda base procesadas al controlador/procesador 225 para su posterior procesamiento.
El circuito de procesamiento TX 215 recibe datos de voz analógicos o digitales a partir del micrófono 320 u otros datos de banda base salientes (tal como los datos de la web, correo electrónico, o datos de videojuegos interactivos) a partir del controlador/procesador 225. El circuito de procesamiento TX 215 codifica, multiplexa, y/o digitaliza los datos de banda base salientes para generar una señal de banda base o IF procesada. Los transceptores RF 210a-210n reciben la señal de salida de banda base o IF procesada a partir del circuito 215 de procesamiento de TX y convierte la señal de banda base o IF en una señal de RF que se transmite a través de las antenas 205a-205n. El controlador/procesador 225 puede incluir uno o más procesadores u otros dispositivos de procesamiento que controlan el funcionamiento general del gNB 102. Por ejemplo, el controlador/procesador 225 puede controlar la recepción de señales de canal avanzado y la transmisión de señales de canal inverso por los transceptores RF 210a-210n, el circuito de procesamiento RX 220 y el circuito de procesamiento TX 215 de acuerdo con principios bien conocidos. El controlador/procesador 225 puede soportar también funciones adicionales, tales como funciones de comunicación inalámbrica más avanzadas. Por ejemplo, el controlador/procesador 225 puede soportar operaciones de formación de haz o de enrutamiento direccional en las que las señales salientes de múltiples antenas 205a-205n se ponderan de manera diferente para dirigir eficazmente las señales salientes en una dirección deseada. El controlador/procesador 225 puede soportar cualquiera de una amplia variedad de otras funciones en el gNB 102.
El controlador/procesador 225 también es capaz de ejecutar otros procedimientos y programas residentes en la memoria 230, tal como un OS. El controlador/procesador 225 puede mover datos dentro o fuera de la memoria 230, de acuerdo con lo requiera un procedimiento de ejecución.
El controlador/procesador 225 también está acoplado a la interfaz backhaul o de red 235. La interfaz de red o backhaul 235 permite al gNB 102 comunicarse con otros dispositivos o sistemas a través de una conexión backhaul o de una red. La interfaz 235 puede soportar las comunicaciones a través de cualquier conexión adecuada por cable o inalámbrica. Por ejemplo, cuando el gNB 102 se implementa como parte de un sistema de comunicación celular (tal como uno que soporta 5G, LTE o LTE-A), la interfaz 235 puede permitir que el gNB 102 se comunique con otros gNB a través de una conexión backhaul alámbrica o inalámbrica. Cuando el gNB 102 se implementa como un punto de acceso, la interfaz 235 puede permitir que el gNB 102 se comunique a través de una red de área local alámbrica o inalámbrica o a través de una conexión alámbrica o inalámbrica a una red mayor (tal como Internet). La interfaz 235 incluye cualquier estructura adecuada que soporte las comunicaciones a través de una conexión alámbrica o inalámbrica, como un transceptor Ethernet o de RF.
La memoria 230 está acoplada al controlador/procesador 225. Parte de la memoria 230 puede incluir una RAM, y otra parte de la memoria 230 puede incluir una memoria Flash u otra ROM.
Aunque la FIG. 2 ilustra un ejemplo del gNB102, se pueden hacer diversos cambios a la FIG. 2. Por ejemplo, el gNB 102 puede incluir cualquier número de cada componente mostrado en la FIG. 2. Como un ejemplo particular, un punto de acceso puede incluir un número de interfaces 235, y el controlador/procesador 225 puede soportar funciones de enrutamiento para enrutar datos entre diferentes direcciones de red. Como otro ejemplo particular, aunque se muestra que incluye una única instancia de circuitos de procesamiento de transmisión 215 y una única instancia de circuitos de procesamiento de recepción 220, el gNB 102 puede incluir múltiples instancias de cada uno (tal como una por transceptor de RF). Además, diversos componentes de la FIG. |2 se pueden combinar, subdividir, u omitir, y se pueden añadir componentes adicionales de acuerdo con las necesidades particulares.
La FIGS. 3A-3C ilustra un subarreglo de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación. La FIG. 3A ilustra una vista en perspectiva superior de un subarreglo de acuerdo con varias realizaciones de la presente divulgación. La FIG. 3B ilustra una vista lateral de un subarreglo de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación. La FIG. 3C ilustra una vista en despiece ordenado de un subarreglo de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
El subarreglo 300 incluye una primera célula unitaria y una segunda célula unitaria (por ejemplo, la primera célula unitaria 401 y la segunda célula unitaria 402 descritas en las FIGS. 4A-4B). La primera célula unitaria incluye un primer parche 321 y la segunda célula unitaria incluye un segundo parche 322. Se proporciona una red de alimentación 350 que alimenta cada una de las primeras células unitarias y las segundas. El subarreglo 300, que incluye la primera célula unitaria y la segunda célula unitaria, comprende un plano de tierra 305, una primera capa 310, una segunda capa 320, una tercera capa 330 y una cuarta capa 340. El plano de tierra 305 está compuesto de metal y se sitúa en la parte inferior de la primera capa 310.
La primera capa 310 está compuesta por un sustrato. La primera capa 310 incluye una red de alimentación 350 colocada en el lado opuesto de la primera capa 310 desde el plano de tierra 305. La red de alimentación 350 transmite energía a la primera célula de la unidad y a la segunda célula de la sub-red 300. La red de alimentación 350 puede ser una red de alimentación en serie/corporativa. La red de alimentación 350 incluye una primera línea de transmisión 351, una segunda línea de transmisión 352, una tercera línea de transmisión 353, una cuarta línea de transmisión 354, un primer puerto de excitación 361 y un segundo puerto de excitación 362. La red de alimentación 350 está configurada para corresponder al primer parche 321 y al segundo parche 322 que se proporcionan en la segunda capa 320.
La segunda capa 320 está compuesta por un sustrato. Por ejemplo, la segunda capa 320 puede ser una capa de material electromagnético (EM) o dieléctrico. En algunas realizaciones, se proporciona un espacio entre la primera capa 310 y la segunda capa 320. El espacio incluye la red de alimentación 350, pero por lo demás es una ausencia de elementos de metalización. Aunque se ilustra como un espacio vacío lleno de aire, el espacio puede incluir un material dieléctrico. La segunda capa 320 incluye el primer parche 321 y el segundo parche 322. En algunas realizaciones, el primer parche 321 y el segundo parche 322 se colocan encima de la segunda capa 320. Por ejemplo, el primer parche 321 y el segundo parche 322 pueden ser pegados, estacados o cultivados en la segunda capa 320. El material dieléctrico de la segunda capa 320 permite que la radiación EM pase a través del material dieléctrico de la segunda capa 320 a la cavidad hueca de la tercera capa 330. En otras realizaciones, cuando la segunda capa 320 es un material EM, el primer parche 321 y el segundo parche 322 pueden comprender un material dieléctrico que permite que la radiación EM pase a través del primer parche 321 y el segundo parche 322 a la cavidad hueca de la tercera capa 330.
Cada uno de los primeros parches 321 y los segundos 322 están provistos de una forma cuadrilátera e incluyen cuatro esquinas. Por ejemplo, el primer parche 321 incluye una primera esquina 321a, una segunda esquina 321b, una tercera esquina 321c y una cuarta esquina 321d. La primera esquina 321a está dispuesta frente a la tercera esquina 321c. La segunda esquina 321b está dispuesta de forma opuesta a la cuarta esquina 321d. Esta descripción no se debe interpretar como limitativa. En varias realizaciones, el primer parche 321 puede ser un cuadrado, un rectángulo o cualquier otra forma en la que una primera esquina está opuesta a una tercera esquina y una segunda esquina está opuesta a una cuarta esquina.
El segundo parche 322 incluye una primera esquina 322a, una segunda esquina 322b, una tercera esquina 322c y una cuarta esquina 322d. La primera esquina 322a está dispuesta frente a la tercera esquina 322c. La segunda esquina 322b está dispuesta de forma opuesta a la cuarta esquina 322d. Esta descripción no se debe interpretar como limitativa. En varias realizaciones, el segundo parche 322 puede ser un cuadrado, un rectángulo o cualquier otra forma en la que una primera esquina está opuesta a una tercera esquina y una segunda esquina está opuesta a una cuarta esquina.
La red de alimentación 350 alimenta tanto la primera célula unitaria como la segunda célula unitaria y está configurada para corresponder al primer parche 321 y al segundo parche 322 de la segunda capa 320. Por ejemplo, la primera línea de transmisión 351 incluye el primer puerto de excitación 361 y termina debajo de la primera esquina 321a del primer parche 321 y de la primera esquina 322a del segundo parche 322. La segunda línea de transmisión 352 termina debajo de la tercera esquina 321c del primer parche 321 y de la tercera esquina 322c del segundo parche 322. La tercera línea de transmisión 353 incluye el segundo puerto de excitación 362 y termina debajo de la segunda esquina 321b del primer parche 321 y de la cuarta esquina 322d del segundo parche 322. La cuarta línea de transmisión 354 termina debajo de la cuarta esquina 321d del primer parche 321 y de la segunda esquina 322b del segundo parche 322. Aunque a continuación se describen los puntos de terminación de la primera línea de transmisión, la segunda línea de transmisión, la tercera línea de transmisión y la cuarta línea de transmisión, esta descripción es relativa y no se debe interpretar como una limitación de la orientación de las antenas o subarreglos que aquí se tratan. El punto de terminación puede ser modificado para la perspectiva y está destinado a abarcar cualquier posición por encima, alrededor, cerca o al lado de cualquiera de las respectivas esquinas descritas anteriormente. Por ejemplo, el término terminar se puede utilizar para describir cualquiera de la primera línea de transmisión, la segunda línea de transmisión, la tercera línea de transmisión y la cuarta línea de transmisión que termina más cerca de la esquina que del centro del parche respectivo.
La tercera capa 330 es una cavidad hueca formada por un recinto. La parte cerrada comprende cuatro lados y está abierta en cada extremo. Las aberturas en cada extremo del recinto de la cavidad proporcionan un espacio de aire 335 entre la segunda capa 320 y la cuarta capa 340. El espacio de aire 335 permite que la transmisión electromagnética desde el primer parche 321 y el segundo 322 fluya a través de la cavidad hueca hacia la cuarta capa 340. La tercera capa 330 mejora el aislamiento y la directividad del subarreglo 300.
La cuarta capa 340 está compuesta por un sustrato. Por ejemplo, la cuarta capa 340 puede ser una capa de material EM o dieléctrico. La cuarta capa 340 incluye un tercer parche 341 y un cuarto parche 342. En algunas realizaciones, el tercer parche 341 y el cuarto parche 342 están colocados en la parte inferior de la cuarta capa 340, cerca de la cavidad hueca de la tercera capa 330. Por ejemplo, el tercer parche 341 y el cuarto parche 342 pueden ser pegados, estacados o cultivados en la cuarta capa 340. El material dieléctrico de la cuarta capa 340permite que la radiación EM pase a través de la cuarta capa 340 para ser radiada por la antena 205a-205n. En otras realizaciones, cuando la cuarta capa 340 es un material EM, el tercer parche 341 y el cuarto parche 342 pueden comprender un material dieléctrico que permite que la radiación EM pase a través del tercer parche 341 y el cuarto parche 342 para ser irradiada por la antena 205a-205n.
El tercer parche 341 y el cuarto parche 342 corresponden al primer parche 321 y al segundo parche 322, respectivamente, en la segunda capa 320. La primera célula unitaria incluye el primer parche 321 y el tercer parche 341. La segunda célula unitaria incluye el segundo parche 322 y el cuarto parche 342. El tercer parche 341 y el cuarto parche 342 son más grandes que el primer parche 321 y el segundo parche 322, respectivamente. En otras palabras, el tercer parche 341 de la primera célula unitaria es mayor que el primer parche 321 de la primera célula unitaria y el cuarto parche 342 de la segunda célula unitaria es mayor que el segundo parche 322 de la segunda célula unitaria.
En el subarreglo 300, el primer parche 321 y el segundo parche 322 están colocados cerca de la red de alimentación 350 y separados de la red de alimentación 350 por la primera capa 310. El tercer parche 341 y el cuarto parche 342 están separados del primer parche 321 y del segundo parche 322 por el espacio de aire 335 proporcionado por la tercera capa 330. Esta configuración permite que el subarreglo 300 logre la radiación deseada con una alta ganancia y una menor relación de rechazo de polarización cruzada.
En algunas realizaciones, uno o más subarreglos 300 pueden ser incluidos en una antena, por ejemplo una antena 205a-205n. Por ejemplo, uno o más subarreglos 300 se pueden desarrollar en una antena 205n que comprenda ocho subarreglos 300 dispuestos en un arreglo de dos por cuatro, mientras que tanto el aislamiento de subarreglo a subarreglo como el de puerto a puerto se mantienen en niveles altos. En otro ejemplo, uno o más subarreglos 300 se pueden desarrollar en una antena 205n que comprende dieciséis subarreglos 300 dispuestos en arreglos de uno por dieciséis, dos por ocho o cuatro por cuatro, mientras que tanto el aislamiento de subarreglo a subarreglo como el de puerto a puerto se mantienen en niveles altos. Estos ejemplos no pretenden ser limitativos, y en algunas realizaciones uno o más subarreglos 300 se pueden desarrollar en antenas 205n que comprenden cien o más subarreglos 300 mientras que tanto el aislamiento de subarreglo a subarreglo como el de puerto a puerto se mantienen en niveles altos. En cualquiera de los ejemplos anteriores, el subarreglo 300 propaga los campos en las polarizaciones inclinadas de 45 grados y -45 grados al mismo tiempo o alrededor del mismo. Las realizaciones de la presente divulgación, por ejemplo las descritas en las FIGS. 3A-3C, irradia polarización ortogonal con un nivel ventajoso de rechazo de la polarización cruzada.
En varias realizaciones, el área disponible para cada subarreglo 300 dispuesta en la antena 205a-205n puede ser inferior a 10.000 milímetros cuadrados. Por ejemplo, el subarreglo 300 dispuesto en la antena 205a-205n puede estar dispuesto en un área de 62,5 mm por 132 mm. Esta disposición particular, cuando se implementa en una antena 205a-205n, se puede utilizar para irradiar el campo en las polarizaciones ortogonales altamente aisladas, que incluyen las polarizaciones inclinadas de 45 grados y -45 grados, como se ha descrito anteriormente. En algunas realizaciones en las que se utilizan dieciséis subconjuntos 300 para crear una antena 205a-205n, los subconjuntos 300 pueden tener una separación de 0,74 A hacia el acimut y una separación de 1,48 A hacia la dirección de elevación.
La FIGS. 4A-4B ilustra un ejemplo de redes de alimentación de un subarreglo de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgación. La subarreglo 400 puede ser el subarreglo 300. La red de alimentación 405 puede ser la red de alimentación 350. La red de alimentación 405 puede ser una red de alimentación en serie/corporativa.
La red de alimentación 405 puede ser la red de alimentación 350 ilustrada en las FIGS. 3A-3C. La red de alimentación 405 se deposita sobre un sustrato. La red de alimentación 405 incluye una primera línea de transmisión 431, una segunda línea de transmisión 432, una tercera línea de transmisión 433 y una cuarta línea de transmisión 434. La primera línea de transmisión 431 incluye un primer puerto de excitación 441. La tercera línea de transmisión 433 incluye un segundo puerto de excitación 442. La primera línea de transmisión 431 puede ser la primera línea de transmisión 351, la segunda línea de transmisión 432 puede ser la segunda línea de transmisión 352, la tercera línea de transmisión 433 puede ser la tercera línea de transmisión 353, la cuarta línea de transmisión 434 puede ser la cuarta línea de transmisión 354, el primer puerto de excitación 441 puede ser el primer puerto de excitación 361, y el segundo puerto de excitación 442 puede ser el segundo puerto de excitación 362.
Las FIGS. 4A-4B también ilustran una primera célula unitaria 401 y una segunda célula unitaria 402. La primera célula unitaria 401 incluye un primer parche 411 y un tercer parche 421. La segunda célula unitaria 402 incluye un segundo parche 412 y un cuarto parche 422. El primer parche 411 puede ser el primer parche 321. El segundo parche 412 puede ser el segundo parche 322. El tercer parche 421 puede ser el tercer parche 341. El cuarto parche 422 puede ser el cuarto parche 342.
La disposición de las líneas de transmisión 431-434 proporciona un esquema de alimentación diferencial que reduce la polarización cruzada del subarreglo 400 y el ajuste de fase de ambas polarizaciones. Por ejemplo, la primera línea de transmisión 431 está configurada para proporcionar un esquema de alimentación diferencial para una primera polarización que es una polarización inclinada de 45 grados y -45 grados. La primera línea de transmisión 431 alimenta la primera esquina 411a del primer parche 411 y la primera esquina 412a del segundo parche 412. La tercera línea de transmisión 433 está configurada para proporcionar un esquema de alimentación diferencial para una segunda polarización que es una polarización inclinada de 45 grados y -45 grados. La tercera línea de transmisión 433 alimenta la segunda esquina 411b del primer parche 411 y la cuarta esquina 412d del segundo parche 412.
La segunda línea de transmisión 432 proporciona un ajuste de fase para la primera polarización que es alimentada por la primera línea de transmisión 431. La segunda línea de transmisión 432 alimenta la tercera esquina 411c del primer parche 411 y la tercera esquina 412c del segundo parche 412. La cuarta línea de transmisión 434 proporciona un ajuste de fase para la segunda polarización que es alimentada por la tercera línea de transmisión 433. La cuarta línea de transmisión 434 alimenta la cuarta esquina 411d del primer parche 411 y la segunda esquina 412b del segundo parche 412.
Las líneas de transmisión 431-434 están interconectadas por el primer parche 411 y el segundo parche 412. En algunas realizaciones, el mecanismo de alimentación alimentado a cada una de la primera célula unitaria 401 y la segunda célula unitaria 402 por la primera línea de transmisión 431 y la tercera línea de transmisión 433 se puede denominar alimentación diagonal. En algunas realizaciones, el mecanismo de alimentación alimentado al subarreglo 400 por las líneas de transmisión 431-434 a través del primer parche 411 y el segundo parche 412 se puede denominar alimentación en esquina o alimentación en cruz. Por ejemplo, la energía puede ser introducida en el subarreglo 400 por el primer puerto de excitación 441. Desde el primer puerto de excitación 441, la potencia se divide por la mitad y se alimenta a través de la primera línea de transmisión 431 a cada una de las primeras esquinas 411a del primer parche 411 y la primera esquina 412a del segundo parche 412. La potencia se puede dividir por la mitad por medio de un divisor de potencia (no aparece en la imagen). La potencia puede ser transferida desde la primera línea de transmisión 431 al primer parche 411 y al segundo parche 412 por excitación de acoplamiento de proximidad. La excitación por acoplamiento de proximidad permite transferir la potencia al primer parche 411 y al segundo parche 412 sin contacto físico. Esto permite que la primera línea de transmisión 431 y el primer parche 411 y el segundo parche 412 estén situados en diferentes capas del subconjunto 400.
Desde la primera esquina 411a, la potencia es alimentada a través del primer parche 411 y recibida por la segunda línea de transmisión 432 en la tercera esquina 411c. La segunda línea de transmisión 432 ajusta la fase de la potencia y la envía a la tercera esquina 412c. A continuación, la energía pasa por el segundo parche 412 y se recibe en la primera esquina 412a. Al mismo tiempo, la potencia introducida por el subarreglo 400 también se alimenta a través de la primera línea de transmisión 431 a la primera esquina 412a. Desde la primera esquina 412a, la potencia es alimentada a través del segundo parche 412 y recibida por la segunda línea de transmisión 432 en la tercera esquina 412c. La segunda línea de transmisión 432 ajusta la fase de la potencia y la envía a la tercera esquina 411c. A continuación, la energía pasa por el primer parche 411 y se recibe en la primera esquina 411a.
Como otro ejemplo, la energía puede ser introducida en el subarreglo 400 por el segundo puerto de excitación 442. Desde el segundo puerto de excitación 442, la potencia se divide por la mitad y se alimenta a través de la tercera línea de transmisión 433 a cada una de la segunda esquina 411b del primer parche 411 y la cuarta esquina 412d del segundo parche 412. La potencia se puede dividir por la mitad por medio de un divisor de potencia (no aparece en la imagen). La potencia puede ser transferida desde la tercera línea de transmisión 433 al primer parche 411 y al segundo parche 412 por excitación de acoplamiento de proximidad. Desde la segunda esquina 411b, la potencia es alimentada a través del primer parche 411 y recibida por la cuarta línea de transmisión 434 en la cuarta esquina 411d. La cuarta línea de transmisión 434 ajusta la fase de la potencia y envía la potencia a la segunda esquina 412b. A continuación, la energía pasa por el segundo parche 412 y se recibe en la cuarta esquina 412d. Al mismo tiempo, la potencia introducida por el subarreglo 400 también se alimenta a través de la tercera línea de transmisión 433 a la cuarta esquina 412d. Desde la cuarta esquina 412d, la potencia es alimentada a través del segundo parche 412 y recibida por la cuarta línea de transmisión 434 en la segunda esquina 412b. La cuarta línea de transmisión 434 ajusta la fase de la potencia y envía la potencia a la cuarta esquina 411d. A continuación, la energía pasa por el primer parche 411 y se recibe en la segunda esquina 411b.
En algunas realizaciones, la potencia puede ser introducida en el subarreglo 400 por el primer puerto de excitación 441 y el segundo puerto de excitación 442 al mismo tiempo o alrededor del mismo, dando como resultado que cada esquina del primer parche 411 y del segundo parche 412 sea alimentada con potencia que es equilibrada por una potencia igual desde otra esquina. Por ejemplo, la potencia introducida en la primera esquina 411a se equilibra con la potencia introducida en la tercera esquina 411c. Del mismo modo, la potencia introducida en la segunda esquina 411b se equilibra con la potencia introducida en la cuarta esquina 411d. Además, la potencia introducida en la primera esquina 411a se equilibra con la potencia introducida en la primera esquina 412a y la potencia introducida en la segunda esquina 411b se equilibra con la potencia introducida en la cuarta esquina 412d.
Como se ha descrito anteriormente, la segunda línea de transmisión 432 ajusta la fase de la potencia a medida que fluye entre el primer parche 411 y el segundo parche 412. El ajuste de fase llevado a cabo por la segunda línea de transmisión 432 asegura que las fases de potencia en cada extremo de la segunda línea de transmisión 432 sean iguales. Del mismo modo, la cuarta línea de transmisión 434 ajusta la fase de la potencia a medida que fluye entre el primer parche 411 y el segundo parche 412. El ajuste de fase llevado a cabo por la cuarta línea de transmisión 434 asegura que las fases de potencia en cada extremo de la cuarta línea de transmisión 434 sean iguales. Al utilizar dos líneas de transmisión separadas para ajustar la fase entre la primera célula unitaria 401 y la segunda célula unitaria 402, se estabiliza el patrón de radiación del subarreglo 400 y la alimentación diferencial del subarreglo 400 entre la primera célula unitaria 401 y la segunda célula unitaria 402. La alimentación diferencial al primer parche 411 y al segundo parche 412 puede ser proporcionada por la primera línea de transmisión 431 y la tercera línea de transmisión 433. Además, el ajuste de fase entre la primera célula unitaria 401 y la segunda célula unitaria 402 mejora la eficacia del subconjunto 400 y controla la relación de rechazo de la polarización cruzada.
En las realizaciones que utilizan la alimentación de esquinas cruzadas descrita anteriormente, cada una de la primera célula unitaria 401 y la segunda célula unitaria 402 son excitadas diferencialmente con excitación ponderada para controlar el nivel de lóbulos laterales por debajo de 18 dB. En las realizaciones en las que la potencia se introduce en el subarreglo 400 tanto por el primer puerto de excitación 441 como por el segundo puerto de excitación 442 al mismo tiempo o alrededor del mismo, los lóbulos laterales se pueden cancelar. Al introducir la potencia a través del primer puerto de excitación 441 y del segundo puerto de excitación 442 al mismo tiempo o alrededor de él y reducir el nivel de los lóbulos laterales, se mejora la eficiencia de la relación global entre la ganancia y el área física. Cuando el subarreglo 400 se incluye en una antena de arreglo de destino, la antena de arreglo de destino puede no tener el espaciamiento óptimo entre los subarreglos 400 en base a los lóbulos laterales cancelados. Esto puede reducir el coste de implementación del sistema a costa de una capacidad limitada de dirección del haz. Sin embargo, el coste de implementación del sistema se puede superar a nivel de sistema por medio de algoritmos ejecutados por un procesador, por ejemplo el controlador/procesador 225, a lo largo del proceso de optimización.
Por ejemplo, el subarreglo 400 ilustrado en la FIG. 4A, que incluye la primera célula unitaria 401 y la segunda célula unitaria 402 aisladas, se excita diferencialmente con excitación ponderada para controlar el nivel de lóbulos laterales por debajo de 18 dB debido a la naturaleza de la red de alimentación 405. El subarreglo 400 puede exhibir una ganancia radiada de aproximadamente 11,5 dB mientras que la polarización ortogonal - polarización cruzada que puede exhibir una ganancia radiada de más de 20 dB.
Las iteraciones actuales de antenas de matriz MIMO masiva utilizan máscaras de filtrado externas, tales como filtros de cavidad o de ondas acústicas de superficie, para proporcionar un alto roll-off para el rechazo fuera de banda. Las máscaras de filtrado son estructuras grandes, comparables en tamaño a la propia antena, que sufren pérdidas asociadas a las interconexiones con el punto físico de los contactos, la soldadura y la restricción mecánica. Las pérdidas asociadas a las interconexiones dan lugar a un intervalo de cobertura reducido. Otros inconvenientes de las máscaras de filtrado son las emisiones y las interferencias de los filtros codiseñados con la radiación de la antena. Las máscaras de filtrado necesarias son un obstáculo importante para lograr la eficiencia deseada en términos de la potencia isotrópica equivalente generada (ERIP) y la ganancia radiada. Las realizaciones de la presente divulgación, como se ilustran en la FIG. 4B, pretenden superar este obstáculo por medio de la inclusión de una o más estructuras de filtrado 450 integradas en la red de alimentación 405 del subarreglo 400.
Por ejemplo, la Figura 4B ilustra un par de estructuras de filtrado 450 incorporadas en cada una de la primera línea de transmisión 431 y la tercera línea de transmisión 433. Cada una de las una o más estructuras de filtrado 450 puede incluir diversas estructuras de filtrado para una red de RF, tales como filtros SMD, componentes comercialmente disponibles (COTS), elementos parásitos, pines de cortocircuito o cavidades de la caja para cumplir con los requisitos de los elementos de filtrado que tradicionalmente se encuentran en los filtros externos. Al incorporar una o más estructuras de filtrado 450 dentro de la red de alimentación 405, es posible mejorar la ganancia de un subarreglo 400 hasta igualar o superar los 11,5 dB, mejorar el aislamiento entre los subarreglos 400 cuando se disponen múltiples subarreglos 400 en estrecha proximidad en un conjunto de antenas, mantener un bajo acoplamiento puerto a puerto y proporcionar un diseño libre de filtros externos que suelen ser voluminosos y costosos. Más concretamente, las una o más estructuras de filtrado 450 ayudan a evitar la radiación fuera de banda por parte de los sistemas de antena asociados y, por tanto, a conseguir total o parcialmente la(s) máscara(s) de frecuencia deseada(s).
En algunas realizaciones, se pueden introducir filtros adicionales en la red de alimentación 405. Por ejemplo, aunque se ilustra en la FIG. 4B como incluyendo un par de estructuras de filtrado 450 incorporadas en cada una de la primera línea de transmisión 431 y la tercera línea de transmisión 433, algunas realizaciones pueden incluir dos pares de estructuras de filtrado 450 incorporadas en cada una de la primera línea de transmisión 431 y la tercera línea de transmisión 433. En estas realizaciones, la inclusión de estructuras de filtrado adicionales 450 puede resultar en la consecución de una característica de filtrado de orden superior. Esta descripción no se debe interpretar como limitativa. Se puede incorporar cualquier número adecuado de estructuras de filtrado 450 en cualquiera de la primera línea de transmisión 431, la segunda línea de transmisión 432, la tercera línea de transmisión 433 y la cuarta línea de transmisión 434 para lograr los requisitos de filtrado deseados.
Las FIGS. 5A-5C ilustran una estación base de acuerdo con una realización de la presente divulgación. La FIG. 5A ilustra una vista en perspectiva superior de un subarreglo de acuerdo con diversos ejemplos de la presente divulgación. La FIG. 5B ilustra una vista lateral de un subarreglo de acuerdo con diversos ejemplos de la presente divulgación. La FIG. 5C es una vista en despiece ordenado de un subarreglo de acuerdo con diversos ejemplos de la presente divulgación.
El subarreglo 500 incluye una primera célula unitaria y una segunda célula unitaria (por ejemplo, la primera célula unitaria 601 y la segunda célula unitaria 602 descritas en las FIG. 6). La primera célula unitaria incluye un primer parche 531 y una pluralidad de alimentaciones verticales 556. La segunda célula de la unidad incluye un segundo parche 532 y una pluralidad de alimentaciones verticales 556. El subarreglo 500, que incluye la primera célula unitaria y la segunda célula unitaria, está dispuesta en una primera capa 510, una segunda capa 520 y una tercera capa 530.
La primera capa 510 comprende un sustrato e incluye una red de alimentación 550, un primer puerto de excitación 561 y un segundo puerto de excitación 562. La red de alimentación 550 transmite energía a la primera célula de la unidad y a la segunda célula de la subred 500. La red de alimentación 550 puede ser una red de alimentación en serie/corporativa. La red de alimentación 550 incluye una primera línea de transmisión 551, una segunda línea de transmisión 552, porciones de cambio de fase 553, acopladores híbridos 554 y una pluralidad de alimentaciones verticales 556. La primera línea de transmisión 551 está acoplada al primer puerto de excitación 561. La segunda línea de transmisión 552 está acoplada al segundo puerto de excitación 562.
La segunda capa 520 es una cavidad hueca formada por un recinto. La parte cerrada comprende cuatro lados, pero la segunda capa 520 está abierta en cada extremo. Las aberturas en cada extremo del recinto de la cavidad proporcionan un espacio de aire 525 entre la red de alimentación 550 de la primera capa 510 y el primer parche 531 y el segundo parche 532 de la tercera capa 530. El espacio de aire 525 permite que la transmisión electromagnética fluya a través de la cavidad hueca de la segunda capa 520. El espacio de aire 525 proporciona además un área cerrada para la pluralidad de alimentaciones verticales 556 que se extienden desde la red de alimentación 550 en la primera capa 510 para conectarse a las alimentaciones horizontales 542 en la tercera capa 530.
La tercera capa 530 está compuesta por un sustrato. Por ejemplo, la tercera capa 530 puede ser una capa de material EM. La tercera capa 530 incluye elementos de desacoplamiento 535a, 535b, el primer parche 531 y el segundo parche 532. Los elementos de desacoplamiento 535a, 535b están situados entre el primer parche 531 y el segundo parche 532 para mejorar la relación de rechazo de la polarización cruzada. El elemento de desacoplamiento 535a lleva a cabo una función de desacoplamiento en la primera línea de transmisión 551 y el elemento de desacoplamiento 535b lleva a cabo una función de desacoplamiento en la segunda línea de transmisión 552.
En algunos ejemplos, el primer parche 531 y el segundo parche 532 pueden comprender un material dieléctrico. El material dieléctrico del primer parche 531 y del segundo parche 532 permite que la radiación EM pase a través del material EM para ser radiada por la antena 205a-205n. Cada uno de los primeros parches 531 y los segundos parches 532 incluyen alimentaciones horizontales 542 y aberturas 544. Cada una de las aberturas 544 corresponde a un avance horizontal 542 y a un avance vertical 556. Por ejemplo, cada una de las aberturas 544 está configurada para permitir que una de la pluralidad de alimentaciones verticales 556 pase a través de la tercera capa 530 y se acople a una alimentación horizontal 542.
La primera línea de transmisión 551 y la segunda línea de transmisión 552 transfieren la potencia a través del subconjunto 500. En uno de los ejemplos, la energía puede ser introducida en el subarreglo 500 por uno o ambos puertos de excitación 561 y el segundo puerto de excitación 562. Desde el primer puerto de excitación 561, la potencia se divide por la mitad y se alimenta a través de la primera línea de transmisión 551 a las alimentaciones verticales 556 tanto de la primera célula unitaria como de la segunda. La potencia se puede dividir por la mitad por medio de un divisor de potencia (no aparece en la imagen). Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 5C, la primera línea de transmisión 551 alimenta dos alimentaciones verticales 556 que corresponden al primer parche 531 y dos alimentaciones verticales 556 que corresponden al segundo parche 532.
Desde el segundo puerto de excitación 562, la potencia se divide por la mitad y se alimenta a través de la segunda línea de transmisión 552 a las alimentaciones verticales 556 tanto de la primera célula unitaria como de la segunda célula unitaria. La potencia se puede dividir por la mitad por medio de un divisor de potencia (no aparece en la imagen). Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 5C, la segunda línea de transmisión 552 alimenta dos alimentaciones verticales 556 que corresponden al primer parche 531 y dos alimentaciones verticales 556 que corresponden al segundo parche 532. La segunda línea de transmisión 552 forma un acoplador híbrido integrado de 180 grados.
Los alimentadores verticales 556 transfieren la potencia, que se recibe desde el primer puerto de excitación 561 y el segundo puerto de excitación 562 y se alimenta a través de la primera línea de transmisión 551 y la segunda línea de transmisión 552, a través de la cavidad hueca formada por la segunda capa 520. Los alimentadores verticales 556 pasan a través de las aberturas 544 y transfieren la potencia a los alimentadores horizontales 542 acoplados a los alimentadores verticales 556, respectivamente. Las alimentaciones horizontales 542 transfieren la potencia desde un perímetro del primer parche 531 y del segundo parche 532 hacia el interior de cada uno de los primeros parches 531 y del segundo parche 532, respectivamente, donde terminan las alimentaciones horizontales 542. Desde el punto de terminación, la potencia puede ser irradiada desde el subarreglo 500 en forma de transmisión. Los elementos de desacoplamiento 535a, 535b ayudan a aislar la radiación del subarreglo 500 al reducir el acoplamiento entre el primer parche 531 y el segundo parche 532. En combinación, las funciones de los elementos de desacoplamiento 535a, 535b aíslan la radiación resultante y mejoran la relación de rechazo de polarización cruzada del subarreglo 500 para reducir o cancelar los lóbulos laterales de la radiación.
Se pueden obtener varias ventajas en las antenas, por ejemplo las antenas 205a-205n, que utilizan el diseño descrito en las FIGS. 5A-5C. Por ejemplo, la ganancia radiada se puede medir en más de 11,5 dB. La relación de rechazo a la polarización cruzada se puede medir en más de 18 dB. Se puede medir una pérdida de retorno superior a 20 dB. El aislamiento puerto a puerto del subarreglo 500 se puede medir en más de 20 dB. En el plano se pueden medir más de 25 dB. El acoplamiento cruzado se puede medir a más de 30 dB. El ancho de banda se puede medir a 200 MHz.
La FIG. 6 ilustra un ejemplo de una red de alimentación de un subarreglo de acuerdo con diversos ejemplos de la presente divulgación. El subarreglo 600 puede ser el subarreglo 500 descrito en las FIGS. 5A-5C. La red de alimentación 605 puede ser la red de alimentación 550 descrita en las FIGS. 5A-5C.
Como se ilustra en la FIG. 6, el subarreglo 600 incluye la red de alimentación 605, los elementos de desacoplamiento 610a, 610b, una primera célula unitaria 601 y una segunda célula unitaria 602. La primera célula unitaria 601 incluye un primer parche 611, alimentadores horizontales 622, una pluralidad de aberturas 624, y una pluralidad de alimentadores verticales (no representados, por ejemplo los alimentadores verticales 556 ilustrados en las FIGS. 5A-5C). La segunda célula de la unidad 602 incluye un segundo parche 612, alimentadores horizontales 622, una pluralidad de aberturas 624, y una pluralidad de alimentadores verticales (no representados, por ejemplo los alimentadores verticales 556 ilustrados en las FIGS. 5A-5C). Los elementos de desacoplamiento 610a, 610b pueden ser los elementos de desacoplamiento 535a, 535b. El primer parche 611 puede ser el primer parche 531. El segundo parche 612 puede ser el segundo parche 532.
La red de alimentación 605 incluye una primera línea de transmisión 630, un primer puerto de excitación 632, una segunda línea de transmisión 640, un segundo puerto de excitación 642, alimentaciones horizontales 622, una pluralidad de alimentaciones verticales (no representadas), y una pluralidad de aberturas 624. La primera línea de transmisión 630 puede ser la primera línea de transmisión 551. La segunda línea de transmisión 640 puede ser la segunda línea de transmisión 552. Las alimentaciones horizontales 622 pueden ser las alimentaciones horizontales 542. La pluralidad de alimentaciones verticales puede ser la pluralidad de alimentaciones verticales 556. La pluralidad de aberturas 624 puede ser la pluralidad de aberturas 544. El primer puerto de excitación 632 puede ser el primer puerto de excitación 561. El segundo puerto de excitación 642 puede ser el segundo puerto de excitación 562.
La FIG. 6 ilustra la relación entre la red de alimentación 605, los elementos de desacoplamiento 610a, 610b, la primera célula unitaria 601 y la segunda célula unitaria 602. Más específicamente, la Figura 6 ilustra que los puntos de terminación de la primera línea de transmisión 630 y de la segunda línea de transmisión 640 corresponden a las aberturas 624 para conectar la primera línea de transmisión 630 y la segunda línea de transmisión 640 con los alimentadores horizontales 622 a través de la pluralidad de alimentadores verticales (no representados). La FIG. 6 ilustra además que el elemento de desacoplamiento 610a está dispuesto para corresponder a la primera línea de transmisión 630 y que el elemento de desacoplamiento 610b está dispuesto para corresponder a la segunda línea de transmisión 640. Esta disposición permite que el elemento de desacoplamiento 610a realice una función de desacoplamiento en la primera línea de transmisión 630 y que el elemento de desacoplamiento 610b realice una función de desacoplamiento equivalente en la segunda línea de transmisión 640. Las funciones de desacoplamiento llevadas a cabo por los elementos de desacoplamiento 610a, 610b se pueden combinar para aislar la radiación resultante y mejorar la relación de rechazo de polarización cruzada del subarreglo 600. En algunos ejemplos, los elementos de desacoplamiento 610a, 610b pueden reducir o cancelar los lóbulos laterales de la radiación del subconjunto 600.
En algunas realizaciones, la progresión gradual de la fase de las ondas electromagnéticas es el resultado de la progresión de un cambio de fase en las redes de alimentación del panel de la antena. Por ejemplo, el haz puede ser dirigido al manipular la polarización cruzada de las redes de alimentación mediante el uso de las corrientes de RF recibidas a través de los puertos de excitación.
Esta divulgación no se debe interpretar como limitativa. Son posibles diversas realizaciones.
En algunas realizaciones, la red de alimentación está configurada para proporcionar alimentación transversal al subarreglo.
En algunas realizaciones, las líneas de transmisión primera y tercera están configuradas para proporcionar una polarización cruzada de la primera célula unitaria y de la segunda célula unitaria a través de la alimentación cruzada. En la realización de la presente invención, la polarización cruzada incluye una diferencia de 45 y -45 grados.
En algunas realizaciones, la red de alimentación comprende además un filtro proporcionado en al menos una de las líneas de transmisión primera, segunda, tercera o cuarta.
En la realización de la presente invención, la primera línea de transmisión resulta en una primera polarización del subarreglo y la tercera línea de transmisión resulta en una segunda polarización del subarreglo, la primera línea de transmisión y la tercera línea de transmisión proporcionan una polarización cruzada del subarreglo,
En algunas realizaciones, la segunda línea de transmisión está configurada para proporcionar ajuste de fase para la segunda polarización; y la cuarta línea de transmisión está configurada para proporcionar ajuste de fase para la primera polarización.
En la realización de la presente invención, el subarreglo comprende además una primera capa que incluye la red de alimentación, una segunda capa que incluye el primer parche y el segundo parche, una tercera capa que comprende una cavidad hueca formada por un recinto, y una cuarta capa que incluye un tercer parche y un cuarto parche. En la realización de la presente invención, la primera célula unitaria comprende además el tercer parche, la segunda unidad comprende además el cuarto parche, el tercer parche es más grande que el primer parche, y el cuarto parche es más grande que el segundo parche.
En algunas realizaciones, el tercer parche está situado directamente encima del primer parche y el cuarto parche está situado directamente encima del segundo parche.
En algunas realizaciones, la cavidad hueca proporciona un espacio de aire entre (i) el primer parche y el tercer parche, y (ii) el segundo parche y el cuarto parche.
En algunas realizaciones, la red de alimentación está configurada para proporcionar alimentación diferencial al subarreglo.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una estación de base (102), que comprende:
una pluralidad de transceptores (210a~n);
un plano de tierra (305) y una capa primera a cuarta (310, 320, 330, 340) dispuestas en este orden sobre el plano de tierra; y
una pluralidad de subconjuntos de antenas (300), cada uno de los cuales comprende
un par de elementos de antena de primer parche que comprenden un primer parche (321) y un segundo parche (322) y que están incluidos en la segunda capa que comprende un primer material dieléctrico, en el que cada uno de los elementos de antena de primer parche (321, 322) tiene una forma cuadrilátera con un primer ángulo, un segundo ángulo, un tercer ángulo opuesto al primer ángulo y un cuarto ángulo opuesto al segundo ángulo,
una primera línea de transmisión (351) que comprende un primer puerto de excitación (361) y que está dispuesta en la primera capa y entre dos primeros puntos de terminación y está configurada para proporcionar una primera señal de alimentación a la primera esquina (321a) del primer parche (321) a través de uno de los primeros puntos de terminación situado más cerca de la primera esquina que de un centro del primer parche (321) y a la primera esquina (322a) del segundo parche (322) a través del otro de los primeros puntos de terminación situado más cerca de la primera esquina que de un centro del segundo parche (322), de forma que cada uno de los elementos de la primera antena de parche (321, 322) transmite una primera señal de radiofrecuencia, RF, que tiene una primera polarización, una tercera línea de transmisión (353) que comprende un segundo puerto de excitación (362) y está dispuesta en la primera capa y entre dos segundos puntos de terminación y está configurada para proporcionar una segunda señal de alimentación a la segunda esquina (321b) del primer parche (321) a través de uno de los segundos puntos de terminación situado más cerca de la segunda esquina (321b) que de un centro del primer parche (321) y a la cuarta esquina (322d) del segundo parche (322) a través del otro de los segundos puntos de terminación situado más cerca de la cuarta esquina (322d) que de un centro del segundo parche (322), de forma que cada uno de los elementos de la primera antena de parche (321, 322) transmite una segunda señal de RF que tiene una segunda polarización, en la que la primera polarización y la segunda polarización son ortogonales e incluyen polarizaciones inclinadas de 45 grados y -45 grados,
un par de elementos de antena de segundo parche (341, 342) dispuestos a distancia del par de elementos de antena de primer parche (321, 322) a través de la tercera capa que es una cavidad hueca formada por un recinto que comprende cuatro lados y está abierta en cada extremo, las aberturas en cada extremo proporcionan un espacio de aire (335) entre la segunda capa y la cuarta capa, donde los segundos elementos de antena de parche (341, 342) están situados en una cara inferior de la cuarta capa que comprende un segundo material dieléctrico y próximos a la cavidad hueca para corresponder a los primeros elementos de antena de parche (321, 322) respectivamente a través del espacio de aire (335), en los que cada uno de los elementos de la segunda antena de parche (341, 342) es mayor que cada uno de los elementos de la primera antena de parche (321, 322),
en los que la pluralidad de subarreglos de antenas (300) está configurada para transmitir señales de RF de tal manera que la primera y/o la segunda señales de RF de los pares de los primeros elementos de antena de parche (321, 322) se transmiten a través del espacio de aire en una dirección hacia los pares de los segundos elementos de antena de parche (341, 342) y las terceras señales de RF de los pares de los segundos elementos de antena de parche (341, 342) se transmiten en una dirección hacia la cuarta capa.
2. La estación base (102) de la reivindicación 1, en la que una potencia correspondiente a la primera señal de alimentación se divide y alimenta a través de la primera línea de transmisión (351) a la primera esquina del primer parche (321) y a la primera esquina del segundo parche (322).
3. La estación base (102) de la reivindicación 1 o 2, en la que una potencia correspondiente a la segunda señal de alimentación se divide y alimenta a través de la tercera línea de transmisión (353) a la segunda esquina (321b)del primer parche (321) y a la cuarta esquina (322d) del segundo parche (322).
4. La estación base (102) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el segundo material dieléctrico está configurado para permitir que las terceras señales de RF transmitidas en una dirección hacia la cuarta capa pasen a través del segundo material dieléctrico.
5. La estación base (102) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la primera línea de transmisión (351) y la tercera línea de transmisión (353) forman parte de una red de alimentación (350), en la que la red de alimentación (350) comprende además una segunda línea de transmisión (352) configurada para proporcionar ajuste de fase para la primera polarización alimentada por la primera línea de transmisión (351) y una cuarta línea de transmisión (354) configurada para proporcionar ajuste de fase para la segunda polarización alimentada por la tercera línea de transmisión (353).
6. La estación base (102) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que cada uno de los segundos elementos de antena de parche (341, 342) está separado del respectivo par de elementos de antena de parche (321, 322) en una dirección normal de la segunda capa y está dispuesto de forma plana-paralela al respectivo par de elementos de antena de parche.
7. La estación base (102) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que cada uno de los subarreglos de antenas (300) está dispuesto en una superficie de 62,5 mm por 132 mm.
8. La estación base (102) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende ocho subarreglos de antenas (300) dispuestos en una disposición de dos por cuatro.
9. La estación base (102) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende dieciséis subarreglos de antenas (300) dispuestos en una disposición de uno por dieciséis, dos por ocho o cuatro por cuatro.
10. La estación base (102) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que el primer material dieléctrico de la segunda capa está configurado para permitir que las primeras y/o segundas señales pasen a través del primer material dieléctrico de la primera capa al espacio de aire (335).
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