ПАССИВНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ РАДИОСИГНАЛА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Заявленная полезная модель относится к устройствам для усиления радиосигнала, более конкретно, к пассивным усилителям радиосигнала, обладающим фрактальной структурой усилительной решетки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известны различные активные антенны, обладающие фрактальной структурой решетки (см., например, US 7019695 В2 (COHEN NATHAN), 28.03.2006 (D1)). Данные антенны обязательно содержат фидер или иную передающую линию, что существенно снижает область и удобство применения такого рода активных антенн.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявленного решения является пассивный усилитель радиосигнала (пассивный ретранслятор радиосигнала), описанный в патентном документе JPH10209732 A (SANWA INSATSU KK), 07.08.1998 (D2). Известный из D2 пассивный усилитель радиосигнала представляет собой репитер радиосигнала, содержащий множество замкнутых частей, изготовленных из различных металлов, электроды которых соединены с плоским основанием на одной из сторон секции приема с образованием металлического контура, в котором пары электродов расположены параллельно друг другу. Известный из D2 пассивный усилитель радиосигнала предназначен для установки на корпусе мобильного устройства связи или на плоскости стекла (окна) помещения или транспортного средства.
Известный из D2 пассивный усилитель радиосигнала не обладает фрактальной структурой усилительной решетки, что существенно снижает эффективность усиления радиосигнала.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
О преимуществах фрактальной структуры решетки антенны известно из ряда публикаций, в частности, из публикаций [1-7]. Использование преимуществ фрактальной структуры принимающей решетки в техническом решении, относящемся к пассивным усилителям радиосигнала (пассивным ретрансляторам радиосигнала), позволяет достичь существенного повышения эффективности усиления радиосигнала, что напрямую влияет на качество связи в целом.
Таким образом, задачей заявленной полезной модели является создание эффективного пассивного (энергонезависимого) усилителя радиосигнала (ретранслятора радиосигнала).
Техническим результатом является обеспечение эффективности усиления радиосигнала и повышение качества связи устройства связи, которое содержит пассивный усилитель радиосигнала по настоящей полезной модели, без увеличения энергопотребления. Другим техническим результатом является обеспечение эффективного энергонезависимого пассивного усилителя радиосигнала. Еще одним техническим результатом является улучшение приемо-передающих свойств активной антенны устройства связи без изменения ее схемотехники.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что пассивный усилитель радиосигнала, представляет собой замкнутую решетку токопроводящего материала, выполненную в форме двумерной самоподобной структуры (двумерного фрактала), предпочтительно, фрактала «ковер Серпинского», плоскостные габариты которой равны или превышают плоскостные габариты активной антенны устройства связи, нанесенную на диэлектрическое основание, причем упомянутая решетка предназначена для размещения параллельно плоскости активной антенны устройства связи на минимально возможном от нее расстоянии таким образом, чтобы центр упомянутой решетки пересекал линию электромагнитного излучения активной антенны устройства связи, при этом упомянутый пассивный усилитель радиосигнала не содержит фидер и связан с антенной устройства связи только посредством магнитного поля антенны устройства связи. В некоторых вариантах осуществления заявленной полезной модели, плоскостные габариты упомянутой решетки составляют 16×16 мм или 32×32 мм. В некоторых других вариантах осуществления заявленной полезной модели упомянутый пассивный усилитель содержит крепежный элемент для установки его на или в корпусе устройства связи. Крепежным элементом, соответственно может являться, в частности, клейкое основание или ламинатная пленка.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Заявленный пассивный усилитель радиосигнала представляет собой замкнутую решетку токопроводящего материала, выполненную в форме двумерной самоподобной структуры (двумерного фрактала), предпочтительно, фрактала «ковер Серпинского», плоскостные габариты которой равны или превышают плоскостные габариты активной антенны устройства связи, нанесенную на диэлектрическое основание, причем упомянутая решетка предназначена для размещения параллельно плоскости активной антенны устройства связи на минимально возможном от нее расстоянии таким образом, чтобы центр упомянутой решетки пересекал линию электромагнитного излучения активной антенны устройства связи, при этом упомянутый пассивный усилитель радиосигнала не содержит фидер и связан с антенной устройства связи только посредством магнитного поля антенны устройства связи. Тот факт, что пассивный усилитель не имеет фидера или какого-либо иного питающего элемента, а связан с антенной устройства связи только посредством магнитного поля антенны устройства связи, указывает на то, что заявленный пассивный усилитель является энергонезависимым, а его усиливающие радиосигнал свойства проявляются на основании известного принципа взаимоиндукции. В некоторых вариантах осуществления заявленной полезной модели, плоскостные габариты упомянутой решетки составляют 16×16 мм или 32×32 мм. В некоторых других вариантах осуществления заявленной полезной модели упомянутый пассивный усилитель содержит крепежный элемент для установки его на или в корпусе устройства связи. Крепежным элементом, соответственно может являться, в частности, клейкое основание или ламинатная пленка.
Под плоскостными габаритами понимается длина и ширина решетки пассивного усилителя радиосигнала. Предпочтительно, чтобы длина и ширина решетки пассивного усилителя радиосигнала были равны длине и ширине его диэлектрического основания, на котором выполняется упомянутая фрактальная решетка. В качестве устройства связи может быть использовано любое известное устройство связи, содержащее активную плоскую (полосковую) антенну, такое как смартфон, сотовый телефон, планшетный компьютер, фаблет, персональный компьютер, внешний модуль связи (Wi-Fi или Bluetooth) и т.п. Токопроводящим материалом может являться любой известный из уровня техники материал, обладающий проводниковыми свойствами, например, металлическая фольга, в частности, золотая фольга.
Заявленный пассивный усилитель радиосигнала располагается параллельно активной антенне устройства связи на минимально возможном от нее расстоянии, определяемом конструктивными особенностями пассивного усилителя радиосигнала и активной антенны устройства связи, при этом центр решетки пассивного усилителя радиосигнала пересекает линию электромагнитного излучения активной антенны устройства связи. Электромагнитное излучение, генерируемое активной антенной устройства связи, проецируется на решетку пассивного усилителя радиосигнала. Возникающий согласно принципу взаимоиндукции резонанс повышает уровень исходящего излучения активной антенны устройства связи. В свою очередь посредством упомянутой решетки внешнее электромагнитное излучение поляризуется и фокусируется на активной антенне, что повышает чувствительность антенны устройства связи в целом. Таким образом, пассивный усилитель, используемый в заявленном устройстве связи, является энергонезависимым. Коэффициент эффективности применения заявленного пассивного усилителя радиосигнала в обоих случаях определяется геометрическими размерами обоих элементов (активной антенны устройства связи и решетки пассивного усилителя радиосигнала) и порядком фрактального узора усилителя.
Решетка пассивного усилителя радиосигнала, расположенная над излучающей плоскостью активной антенны, выполнена в виде каскадного соединения самоподобных структур из модели изгиба токопроводящего материала на угол, предпочтительно определяемый фракталом «ковер Серпинского» или любым другим фракталом, если при этом соблюдается сопоставимость плоскостных габаритов пассивного усилителя и активной антенны устройства связи. Полная матрица А-параметров всей решетки может быть определена в виде степени матриц передачи [а] для элементарной структуры и приведена к виду:
Входной импенданс, соответственно, определяется соотношением:
где All, А12, А21 - элементы матрицы эквивалентного закрытого контура, которые определяются выражением (1).
Так, для усилителя радиосигнала на основе фрактала «ковер Серпинского» первого порядка с плоскостными габаритами 32×32 мм, расположенного над проводящей плоскостью активной антенны устройства связи сопоставимых размеров и выполненного из токопроводящего материала толщиной 100 мкм, на высоте над экраном активной антенны h=1 мм, были получены коэффициенты 1,273-1,826 при взаимоиндукции на резонансных частотах 0,093-6,517 ГГц.
Пассивный усилитель радиосигнала изготавливают путем придания токопроводящему материалу самоподобной геометрической формы, в частности, формы фрактала «ковер Серпинского». Вместе с тем, любая геометрическая форма может быть использована. Выбор геометрической формы определяется лишь необходимостью того, чтобы плоскостные габариты фрактальной решетки пассивного усилителя были сопоставимы или, как минимум, превышали плоскостные габариты антенны устройства радиосвязи. Такая структура может быть получена известными способами, в частности, аддитивным и субтрактивным.
В частности, в случае аддитивного метода, из основания, являющегося изоляционным материалом (диэлектриком), в частности, текстолитовым или стеклотекстолитовым, плотной бумагой, полимерным материалом, вырезают требуемую основную геометрическую двумерную форму пассивного ретранслятора. Толщина диэлектрика определяется требуемой механической и/или электрической прочностью. Основание при этом, соответственно, может содержать так же клейкое основание для прикрепления его на элемент устройства связи. Затем на полученную основную двумерную форму наносят проводник в виде фольгированного материала (металлической фольги). Выбор фольгированного материала осуществляется, исходя из требований, предъявляемым к материалоемкости процесса изготовления заявленного пассивного ретранслятора, а также требуемого коэффициента усиления. Нанесение фольгированного материала на полученную основную двумерную форму осуществляется посредством метода горячего тиснения с помощью пресс-формы, максимально точно повторяющей рисунок фрактальной решетки пассивного ретранслятора.
В случае с субтрактивным методом сначала изготавливают требуемую основную двумерную форму пассивного ретранслятора из изоляционного материала, содержащего на одной из сторон металлизированное покрытие. После этого на полученную форму защитным слоем наносят рисунок фрактальной решетки пассивного ретранслятора и осуществляют травление незащищенных участков химическими методами, например, посредством вытравливания в водном растворе хлорида железа. Защитный слой, в частности, может быть нанесен фотолитографическим способом.
Вместе с тем, специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что так же и иные способы нанесения фольгированного материала на диэлектрик таким образом, чтобы фольгированным материалом создавалась фрактальная решетка пассивного усилителя радиосигнала, могут быть использованы, если такие способы обеспечивают требуемую точность и порядок фрактальной решетки. Такими способами, в частности, может быть способ лазерной гравировки, а также некоторые высокоточные способы механической обработки.
Настоящее описание осуществления заявленной полезной модели демонстрирует лишь частный вариант осуществления и не ограничивает иные варианты реализации заявленной полезной модели, в частности, иные формы фрактальной структуры решетки пассивного усилителя, поскольку возможные альтернативные варианты осуществления заявленной полезной модели, не выходящие за пределы объема информации, изложенной в настоящей заявке, должны быть очевидными для специалиста в данной области техники, имеющим обычную квалификацию, на которого рассчитана заявленная полезная модель.
Список цитированных непатентных источников:
1. Flexible Substrate Antennas (HINDAWI PUBLISHING CORPORATION), 2012.
2. Study of the "Sierpinski′s Carpet" Fractal Planar Antenna by the Renormalisation Method (C. LARBI et al.), 01.01.2007.
3. Stacked Microstrip Patch Antenna: Gain and Bandwidth Improvement, Effect of patch rotation A (RUSHIT D TRIVEDI et al.), 31.12.2014.
4. Experimental Study of Stacked Rectangular Microstrip Antenna for Dual-Band (RAJESH KUMAR VISHWAKARMA et al.), 02.2010.
5. A STACKED MICROSTRIP PATCH ANTENNA WITH FRACTAL SHAPED DEFECTS (H. TIWARI et al), 2010.
6. STACKED SIERPINSKI CARPET FRACTAL ANTENNA FOR X-BAND APPLICATIONS (ANUJ ATTRI), 07.2013.
7. Фрактальные антенны (В.И. СЛЮСАРЬ), 09.2002.