專利名稱：天線裝置輻射圖形控制方法、天線系統(tǒng)及無線通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子，適用于發(fā)射和/或接收RF(射頻)信號，這里，N是一個大于1的整數(shù)。本發(fā)明還涉及用于發(fā)射/接收RF信號的一個天線系統(tǒng)，該天線系統(tǒng)包括N個成螺線狀配置的天線振子，適用于發(fā)射和/或接收RF信號，這里，N是一個大于1的整數(shù)。此外，本發(fā)明還涉及包括該天線系統(tǒng)的一個無線通信設(shè)備。
一個QHA由以具有恒定的螺距角繞圓柱形或圓錐形表面纏繞的四條導(dǎo)線組成。通常，當(dāng)空間受限時，選擇具有三維(例如直徑，螺距角，長度)的細(xì)而短的圓柱形QHA。使表面成圓錐形可給出額外的一維，并且能夠明顯地擴大帶寬。
可以對螺線進(jìn)行改進(jìn)以獲得某些功能。例如，可以把每條螺線一劈為二，每一部分有不同的長度，以實現(xiàn)雙路諧振。而且，如果周圍空間夠大，螺線可以曲折，以降低天線的長度。一個QHA可以通過一個饋入網(wǎng)絡(luò)在底部或頂部饋入信號。
從一些專利以及已經(jīng)公布的專利申請中可以已知一些四股螺線天線(QHA)。這些大量的專利公開了用于環(huán)狀偏振的無線天線信號的四股天線構(gòu)件。例如，參見WO98/28815、WO97/06579、WO97/11507、US5，191,352、US5,255,005以及US5,541,617。
在所有這些天線構(gòu)件中，在螺線狀振子之間，這些螺線狀振子被饋給恒定的幅值與相移。

圖1給出了安裝在便攜式無線電話上的這種天線構(gòu)件的一個典型的輻射圖。該輻射圖展示了指向上方的一個主波瓣M，和在多數(shù)情況下，當(dāng)被饋給一個與螺線狀振子的旋轉(zhuǎn)方向相適應(yīng)的遞增的相移時，一個指向下方的較小的后波瓣B。該輻射圖在這兩個波瓣之間有一個不能進(jìn)行接收/發(fā)射的肓區(qū)或無效的BS。
為使天線的主波瓣指向一個無線通信設(shè)備將與之進(jìn)行通信的發(fā)射器/接收器(例如衛(wèi)星)，作為示例，給出了具有使用轉(zhuǎn)軸接合安裝到電話機殼體上的天線構(gòu)件的電話機。為取得良好的發(fā)射/接收信號，可對天線構(gòu)件的方向進(jìn)行人工調(diào)整。當(dāng)發(fā)射器/接收器改變了位置或電話機已經(jīng)移動時，可以進(jìn)行新的調(diào)整。在US-A-5,628,057中公開了通過一個轉(zhuǎn)軸接合安裝到一部電話機上的一個天線構(gòu)件的例子。
在EP0881782中，對一個移動通信系統(tǒng)中的具有多個天線振子的一個移動臺進(jìn)行了描述。由一個天線振子接收的一個信號被解調(diào)，并對該信號的相位與功率進(jìn)行檢測。根據(jù)檢測結(jié)果，控制設(shè)備對發(fā)射至每個天線振子的發(fā)射信號的相位與功率進(jìn)行計算。每個天線振子之間的距離大于λ/2，這就使天線的分布很大，不適合于手持式通信的應(yīng)用。每個天線振子配有一個接收器與發(fā)射器。這也是占用空間的，因而也使其不適合于手持式通信的應(yīng)用。
本發(fā)明的一個主要目的是提供一種用于對天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子(NHA)，以響應(yīng)所接收的信號。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子(NHA)，通過該方法可以避免輻射圖形中的肓區(qū)。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種用于對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子(NHA)，通過該方法可使該輻射圖形適于最佳的接收/發(fā)射。
對于本發(fā)明而言，一個總的目的是獲得能夠安裝在一個便攜式通信設(shè)備，特別是一個手持式無線通信設(shè)備如一部電話機上的一個天線。
凡此種種目的均是由按照后附的與方法有關(guān)的權(quán)利要求的一個方法實現(xiàn)的。
本發(fā)明還提供了一種用于對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子(NHA)，通過該方法，在接收和/或發(fā)射期間能對輻射圖形進(jìn)行控制。
本發(fā)明還提供了一種用于對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀的配置的輻射振子(NHA)，通過該方法能夠降低對天線方向以及發(fā)射器/接收器位置的敏感度。
本發(fā)明還提供了一種用于對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子(NHA)，通過該方法，該天線在收起位置的性能能夠得到改善。
本發(fā)明還提供了一種用于對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子(NHA)，通過該方法，一般信號以及信噪比能夠得到改善。
本發(fā)明還提供了一個用于對一個天線裝置的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置具有N個成螺線狀配置的輻射振子(NHA)，通過該方法能夠降低對天線裝置中的機械公差的敏感度。
本發(fā)明的另一個主要目的是提供一個具有N個成螺線狀配置的天線振子的天線系統(tǒng)，通過該天線系統(tǒng)可以對輻射圖形進(jìn)行控制。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個天線系統(tǒng)，通過該天線系統(tǒng)能夠避免輻射圖形中的肓區(qū)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個天線系統(tǒng)，通過該天線系統(tǒng)可以使輻射圖形適合于最佳的接收/發(fā)射。
凡此種種目的均是由按照后附的與天線系統(tǒng)有關(guān)的權(quán)利要求的一個天線系統(tǒng)實現(xiàn)的。
本發(fā)明還提供了一個天線系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，在接收和/或發(fā)射期間能對輻射圖形進(jìn)行控制。
本發(fā)明還提供了一個天線系統(tǒng)，在該天線系統(tǒng)中，能夠降低對天線方向以及發(fā)射器/接收器位置的敏感度。
本發(fā)明還提供了一個天線系統(tǒng)，具有輻射振子的該天線系統(tǒng)在收起位置的性能能夠得到改善。
本發(fā)明還提供了一個天線系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，一般信號以及信噪比能夠得到改善。
本發(fā)明還提供了一個天線系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中能夠降低對機械公差的敏感度。
本發(fā)明的另一個主要目的是提供一個具有符合上述目的一個天線系統(tǒng)的無線通信設(shè)備。
凡此種種目的均是按照后面所附的與一個無線通信設(shè)備有關(guān)的權(quán)利要求的一個無線通信設(shè)備實現(xiàn)的。
圖2示意性地給出了具有一個根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型的饋入網(wǎng)絡(luò)的一個四股天線設(shè)備。
圖3給出了根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)的第一實施例。
圖4給出了根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)的一個實施例的輻射圖形，其中相對于用于“正常饋送”的相位而言，相位是反向的。
圖5給出了根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)的一個實施例的輻射圖形，其中當(dāng)輻射構(gòu)件被倒置收放時，相對于用于“正常饋送”的相位而言，相位是反向的。
圖6給出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的一個天線系統(tǒng)。
圖7與圖8給出了如何才能把Tx/Rx波道(chain)包含于根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)中的不同的可能性。
圖9給出了根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)的第三實施例。
圖10給出了根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)的第四實施例。
圖11給出了根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)的第五實施例。
圖12給出了如何才能把所接收的信號與要被發(fā)射的信號分入兩個鏈路。
圖13給出了根據(jù)圖9的實施例的一個“軟件”的例子。
圖14給出了根據(jù)圖9的實施例的一個“硬件”的例子。
圖15給出了在圖14的例子中使用的一個方向耦合器。
圖16給出了在圖14的例子中使用的一個相位正交混合電路。
優(yōu)選實施例的描述應(yīng)該注意，在這些附圖中相同的或?qū)?yīng)的部分使用相同的標(biāo)號。
參見圖2，以圖形的方式給出了一個與一個無線通信設(shè)備相連的公知的天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于發(fā)射與接收成環(huán)狀偏振的RF波的一個天線設(shè)備和一個饋送設(shè)備。該系統(tǒng)包括一個輻射構(gòu)件10，其具有一個支撐件11，用于承載共同延伸的具同軸設(shè)置的四股導(dǎo)電的螺線狀的輻射振子12A-D。
如此構(gòu)成的四股輻射構(gòu)件10具有一個第一端15和一個第二端14。在第一端15，螺線狀輻射振子12A-D具有各自的饋送點，或饋送部分13A-D。
饋送裝置20與輻射構(gòu)件10連接，以便饋送與接收信號。饋送裝置20可能包括一個雙工器30，該雙工器30具有輸入端Tx和輸出端Rx，輸入端Tx用于將由該天線系統(tǒng)發(fā)射的以及來自該無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器電路的信號，輸出端Rx用于由該天線系統(tǒng)接收的將被發(fā)射至該無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器電路的信號。雙工器30的輸出端31或者無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器電路的輸出端與一個調(diào)相網(wǎng)絡(luò)21連接。該調(diào)相網(wǎng)絡(luò)包括把在輸入端22輸入的信號分成分別移相0°、90°、180°、270°的信號的裝置。調(diào)相網(wǎng)絡(luò)21的每個輸出可以通過匹配裝置23A-D與各自的饋送部分13A-D連接，以便在饋送部分13A-D獲得遞增的相移。加到雙工器輸入端Tx上的一個信號如上分成移相的多個信號，并饋送至輻射構(gòu)件10，將生成一個環(huán)狀偏振的RF波，由輻射構(gòu)件10進(jìn)行輻射。
由于輻射構(gòu)件10與饋送裝置20是無源的，因此，當(dāng)接收到在同一方向產(chǎn)生偏振的一個環(huán)狀偏振RF波時，它們將反相運行。
如此所述的天線設(shè)備與饋送設(shè)備可在使用衛(wèi)星的系統(tǒng)中用于無線通信，也可在利用衛(wèi)星進(jìn)行定位的系統(tǒng)，如GPS中用于接收信號。
由于調(diào)相網(wǎng)絡(luò)21在其輸出端之間給出固定的相移，如圖1中所示，輻射構(gòu)件10的輻射圖形將是固定的，并且只能通過改變輻射構(gòu)件10的取饋方向來進(jìn)行調(diào)整。(例如當(dāng)輻射構(gòu)件10是用一個轉(zhuǎn)軸接合時)。
圖3給出了根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)1的第一實施例，該系統(tǒng)具有N個輻射振子121-12N，其中N是一個大于1的整數(shù)。輻射振子121-12N最好與圖2中所示的相同，成螺線狀配置。所謂成螺線狀配置，在本申請中，指的是具有輻射構(gòu)件10的一個大體上的螺線狀外形，如在圖2中所示的沿著輻射構(gòu)件10(例如圓錐形的NHA)的縱軸其能夠有一個圓形的或非圓形的橫截面，如一個橢圓形或多邊形的橫截面，并且包括恒定的橫截面以及非恒定的橫截面。每個輻射振子121-12N在其饋送部分131-13N與饋送設(shè)備40的N個端口411-41N中的一個端口連接。每個端口411-41N構(gòu)成適配饋送裝置421-42N(adaptive feed means)的第一端口。每個適配饋送裝置421-42N的另一個端口與和天線端口44連接的功率組合器/分配器43連接。天線端口44將與一個無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器電路連接。
每個適配饋送裝置421-42N通過一個函數(shù)Anejφn把從它的一個端口輸入的信號變換(即放大)成在另一個端口上輸出的信號，即由任意一個輻射振子接收的信號以及將由同一個輻射振子發(fā)射的信號均由同一函數(shù)進(jìn)行變換。An是一個衰減或放大系數(shù)(下面稱為幅值)而φn是對于各個適配饋送裝置的相移。通過調(diào)整An和φn中的至少一個，輻射振子121-12N的輻射圖形就能受到控制或調(diào)整。例如，如果相對于用于“正常饋送”的相位，相位反相(當(dāng)輻射振子121-12N被饋給適應(yīng)螺線狀的輻射振子121-12N的旋轉(zhuǎn)方向的遞增的相移時)，則輻射圖形就被改變，如圖4中所示，被改動的主波瓣M被導(dǎo)入相反方向。如果輻射振子121-12N由通過轉(zhuǎn)軸接合與電話機機身連接的輻射構(gòu)件10來支撐，這一點就是非常有好處的。如圖5中所示，當(dāng)輻射構(gòu)件10被收起處于待機位置時，就能夠為了最大限度的接收/發(fā)射而對輻射圖形進(jìn)行控制。當(dāng)輻射構(gòu)件10被置入其收起位置，相位的改變可以機械的方式進(jìn)行或相位的變化能連續(xù)發(fā)生。
在圖6中給出了根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例的并與圖3中所示的相似的一個天線系統(tǒng)。在該實施例中饋送設(shè)備40還包括一個固定的饋送網(wǎng)絡(luò)45，其具有與N個輻射振子121-12N連接的N個振子端口411-41N。饋送設(shè)備40還包括與固定的饋送網(wǎng)絡(luò)45的M個饋送端口461-46M連接的M個適配饋送裝置421-42M，這里M是一個大于1的整數(shù)，有可能等于N。當(dāng)M＝N時該固定的饋送網(wǎng)絡(luò)45能夠包括N個導(dǎo)體，把每個饋送端口461-46M與一個相應(yīng)的振子端口411-41N連接起來。固定的饋送網(wǎng)絡(luò)45能夠如此地構(gòu)成，以便為了對輻射振子121-12N的輻射圖形進(jìn)行控制，能夠借助于適配饋送裝置421-42M通過改變饋送端口461-46M上的相位和/或幅值的方式來改變振子端口411-41N上的相位和/或幅值。例如，固定饋送網(wǎng)絡(luò)45能夠如此構(gòu)成，以便振子端口411-41N上的相位和/或幅值通過僅在饋送端口461-46M的一個上施加信號，并改變信號輸入的端口，使輻射振子121-12N的輻射圖形能在不同的預(yù)選輻射圖形之間切換。在這種情況下對于除了一個之外所有的適配饋送裝置421-42M，Am被置為0。發(fā)射過程中的操作與所描述的接收操作中的情況相反。
圖7與圖8示出了如何把Tx/Rx波道56、561-56N包括于根據(jù)本發(fā)明的一個天線系統(tǒng)中的各種可能性。如圖所示，接收的信號和/或?qū)⒉òl(fā)射的信號能夠在被組合或分離之后或之前在Tx/Rx波道中進(jìn)行處理。把Tx/Rx波道進(jìn)行分離以便其部件分布于所示的位置并且也是居中的位置，這也是可能的。
在圖9中給出了本發(fā)明的第三實施例。由輻射振子121-12N接收的信號通過傳感器或耦合器481-48N在輻射振子121-12N與其相關(guān)的適配饋送裝置421-42N之間的每條連線中被檢測出(sense)，并在檢測與控制電路/算法裝置47，在本公開中也被稱為控制裝置47中被進(jìn)行測量。在該控制裝置47中，由輻射振子121-12N接收的每個信號的信號強度和/或相位被測量，而所接收的信號和/或?qū)⒈话l(fā)射的信號的幅值A(chǔ)n和/或相位φn則在各自的適配饋送裝置421-42N中被加以控制，以便獲得一個所要的、最好是能用于最佳接收/發(fā)射的輻射圖形。例如，由輻射振子121-12N接收的每個信號的被測量的信號強度和/或相位的值能夠與儲存于控制裝置47中的參考值進(jìn)行比較。這些參考值表示對于與輻射振子有關(guān)的所接收的信號的發(fā)射器(例如一個衛(wèi)星)的不同方向在各個輻射振子121-12N中的所接收的信號的信號強度和/或相位。這些參考值表示各個輻射振子121-12N中的所接收的信號的信號強度和/或相位，它們來自較早的測量，被儲存于檢測與控制電路/算法裝置47中，最好是與相位φn和幅值A(chǔ)n的相應(yīng)的參數(shù)值一起儲存。換句話說，各個輻射振子121-12N中的所接收的信號的信號強度和/或相位的值能夠互相比較，并且根據(jù)這些比較，所接收的信號和/或?qū)⒈话l(fā)射的信號的幅值A(chǔ)n和或相位φn在各自的適配饋送裝置421-42N中受到控制，以便獲得一個所要的、最好是能用于最佳的接收/發(fā)射的輻射圖形。測量與控制最好能在經(jīng)過一段時間之后重復(fù)進(jìn)行或者連續(xù)地進(jìn)行。
圖10給出了與圖9中的相似的本發(fā)明的第四實施例。這里，由輻射振子121-12N接收的信號通過傳感器或耦合器481-48N，在各自的適配饋送裝置421-42N與功率組合器/分配器43之間的每條線路中被檢測出。這意味著所檢測出的信號已由適配饋送裝置421-42N轉(zhuǎn)換。所檢測出的信號在檢測與控制電路/算法裝置47中進(jìn)行測量。在該控制裝置47中由輻射振子121-12N接收的每個信號的信號強度和/或相位被測量，而且所接收的信號和/或?qū)⒈话l(fā)射的信號的幅值A(chǔ)n和/或相位φn在各自的適配饋送裝置421-42N中進(jìn)行控制，以便獲得一個所要的、最好是用于最佳的接收/發(fā)射的輻射圖形。所測量的信號的值最好與用于控制的參考值進(jìn)行比較。這些參考值能表示各個輻射振子121-12N中的所接收的信號的信號強度和/或相位，它們來自較早的測量，被儲存于檢測與控制電路/算法裝置47中，最好是與相位φn和幅值A(chǔ)n相應(yīng)的參數(shù)一起儲存。最好是對于適配饋送裝置421-42N而言，參數(shù)相位φn和幅值A(chǔ)n中至少有一個被改變，例如，按照預(yù)定的或者隨機選擇的次數(shù)，按步驟地或者連續(xù)地，對于一次一個適配饋送裝置421-42N則一次有一個參數(shù)被改變，而所檢測出的具有用于適配饋送裝置421-42N的相位φn和幅值A(chǔ)n的不同的參數(shù)值的信號的信號強度和/或相位，最好是所有N個同時被測量。例如，每個所檢測出的信號的被測得的信號強度和/或相位的值能夠與儲存于控制裝置47中的參考值進(jìn)行比較，而對于所接收的信號和/或?qū)⒈话l(fā)射的信號的幅值A(chǔ)n和/或相位φn則在各自的適配饋送裝置421-42N中被控制，以便獲得一個所要的用于最佳的接收/發(fā)射的輻射圖形。最好是在相位φn和/或幅值A(chǔ)n參數(shù)改變之后檢測出并測量的一個信號、或N個信號組成的一個信號集與先前的值進(jìn)行比較，并且然后在一段時間內(nèi)該參數(shù)被設(shè)定為給出所檢測與測量的信號或N個信號的信號集的最佳值的參數(shù)的值，然后，參數(shù)的變化與測量繼續(xù)進(jìn)行?；蛘?，在各個輻射振子121-12N中接收的信號的信號強度和/或相位的值能夠互相比較，并且根據(jù)這些比較，所接收的信號和/或?qū)⒈话l(fā)射的信號的幅值A(chǔ)n和/或相位φn在各自的適配饋送裝置421-42N中被控制，以便獲得一個所要的，最好是可用于最佳的接收/發(fā)射的輻射圖形。測量與控制最好在一段時間后重復(fù)進(jìn)行或者連續(xù)地進(jìn)行。
在圖11中給出了與圖10中的相似的本發(fā)明的第五實施例。在該實施例中，所接收的信號經(jīng)組合之后被檢測與測量。這里，最好是在用于適配饋送裝置421-42N的相位φn和幅值A(chǔ)n參數(shù)中至少有一個參數(shù)被改變，例如，按照預(yù)定的或者隨機選擇的次數(shù)有步驟地或者是連續(xù)地，對于一次一個適配饋送裝置421-42N則一次有一個參數(shù)被改變，并且用于適配饋送裝置421-42N的具有不同相位φn和幅值A(chǔ)n參數(shù)值的被檢測出信號的信號強度被測量。例如，所檢測信號的被測量出的信號強度值能夠與儲存于控制裝置47中的一個參考值進(jìn)行比較，而所接收的信號和/或?qū)⒈话l(fā)射的信號的幅值A(chǔ)n和/或相位φn則在各自的適配饋送裝置421-42N中被控制，以便獲得一個所要的用于最佳的接收/發(fā)射的輻射圖形。最好是在相位φn和/或幅值A(chǔ)n參數(shù)改變之后所檢測并測量的信號與先前的值進(jìn)行比較，并且然后在一段時間內(nèi)該參數(shù)被設(shè)定為給出被檢測與測量的信號的最佳值的參數(shù)的值，然后，參數(shù)的變化與測量繼續(xù)進(jìn)行。測量與控制最好在一段時間后重復(fù)進(jìn)行或者連續(xù)地進(jìn)行。
圖12給出了如何才能利用與輻射振子121-12N連接的雙工濾波器551-55N把所接收的信號與將被發(fā)射的信號分入兩個鏈路。在一個鏈路中，天線端口441與功率組合器/分配器431的“輸入”端口連接，而其N個“輸出”端口通過固定移相器531-53N與它們各自的N個雙工濾波器551-55N連接。在另一個鏈路中，天線端口442與功率組合器/分配器432的“輸入”端口連接，而其N個“輸出”端口通過適配饋送裝置421-42N與它們各自的N個雙工濾波器551-55N連接。這里，兩個鏈路中的任何一路均可用于所接收的信號，而另一路用于要被發(fā)射的信號。所接收的信號能被測量，而適配饋送裝置421-42N能以在其它實施例或例子中所描述的任何方法被控制。
圖13給出了根據(jù)圖9的實施例的“軟件”的例子。這是一個在兩個軸向波瓣間進(jìn)行組合的選擇的例子。這里N＝4，在輻射振子121-12N中接收的每個信號分出一部分(tapped-off)并輸入到檢測與控制電路/算法裝置47中，在這里根據(jù)一個用于控制的算法對每個信號進(jìn)行測量與處理。從檢測與控制電路/算法裝置47輸出的信號被輸入到每個適配饋送裝置541＝544，用于控制相移φn。在這一情況下適配饋送裝置541-544由按步驟地或者連續(xù)地變換相位的可變移相器構(gòu)成。為便于對該實施例的操作的理解，我們定義兩個矢量，表示兩個波瓣 一個指向上方，一個指向下方(相反方向) 這里，來自四個輻射振子121-124的信號組成一個四維矢量，其中 是與輻射振子12k對應(yīng)的單位矢量。在輻射振子121-124上的接收的信號由檢測與控制電路/算法裝置47利用傳感器481-484檢測出，并根據(jù)下式組成一個矢量 V→=V1u^1+V2u2+^V3u3+^V4u4^]]>這里，VK是輻射振子12K中接收的一個信號的復(fù)數(shù)信號值。然后，分別對表示兩個波瓣 中的信號強度的兩個信號S1，S2進(jìn)行計算 兩個信號S1與S2的電平在檢測與控制電路/算法裝置47中進(jìn)行比較，決定哪個相移應(yīng)加載到可變移相器541-544，使得如果S1＞S2，則相移 將被加載到各個可變移相器541-544，并且如果S2＞S1，則相移 將被加載到備各個可變移相器541-544。測量與控制處理最好隔一段時間之后重復(fù)進(jìn)行或者連續(xù)地進(jìn)行。在該實施例中所接收的信號與將被發(fā)射的信號在進(jìn)入與離開功率組合器/分配器43之前與之后在移相器541-544中分別進(jìn)行移相。與功率組合器/分配器43連接的天線端口44還與無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器連接?；蛘撸瑐鞲衅?81-484，檢測與控制電路/算法裝置47，以及移相器541-544能夠包括于電話電路中，而且饋送部分131-134與電話電路連接，最好是連于電話電路的PCB(印刷電路板)上的接線端上。
圖14給出了根據(jù)圖9的實施例的一個“硬件”例子。這也是對兩個軸向波瓣進(jìn)行組合選擇的例子。這里也是N＝4，而且在輻射振子121-124中接收的每一個信號的一部分被分出并輸入到檢測與控制電路/算法裝置47中，在這里這些信號被測量與處理以提供輸出信號，輸入到每個適配饋送裝置542、544中，用于控制相移φn。在這一種情況下，只出現(xiàn)兩個適配饋送裝置542、544，并且它們由用步長0°與180°來改變相移的可變移相器組成。還有固定移相器531-534被設(shè)置于傳感器與功率組合器/分配器之間，用于把送往/來自輻射振子121-12N的信號分別移相0°、90°、180°、270°。這里，傳感器481-484由方向耦合器481-484構(gòu)成，用于把將被輸入到檢測與控制電路/算法裝置47的輸入端的接收信號分出一部分。該控制裝置47包括一個相位正交混合電路49，其具有一個用于每個方向耦合器481-484的輸入端口。相位正交混合電路49的兩個輸出端中的每一個與用于信號放大的放大器50A、50B連接。經(jīng)過放大的兩個信號中的每一個則通過積分器50A、50B饋入一個比較器52。根據(jù)輸入到比較器的這兩個信號哪個最高，輸出將是一個邏輯0或一個邏輯1。該比較器的輸出端與兩個移相器422、424連接，并且依據(jù)是邏輯0還是邏輯1被輸入到移相器422、424，相移將設(shè)為0°或者180°。
在上面的實施例中，如結(jié)合圖7與圖8所描述的，Tx/Rx波道能被包括于各個天線系統(tǒng)中。
圖15給出了一個在前面的圖14的實施例中使用的那種具有其指定端口的方向耦合器48。表示復(fù)數(shù)輸入信號與復(fù)數(shù)輸出信號轉(zhuǎn)換的擴散矩陣用下面的公式表示S=(ejx)·001-p-jp00-jp1-p1-p-jp00-jp1-p00]]>這里，在端口C(縱行C)上輸入并在端口1(橫行1)上輸出的一個信號的轉(zhuǎn)換由該矩陣給出。在該公式中，X表示一個任意的相位。在該矩陣中，P表示經(jīng)過耦合的部分。如果P被選為0.1，則信號功率的10％(-10dB)被分出用于控制。
圖16給出了一個在前面的圖14的實施例中使用的那種具有其指定端口標(biāo)號的相位正交混合電路49。表示復(fù)數(shù)輸入信號與復(fù)數(shù)輸出信號轉(zhuǎn)換的擴散矩陣用下面的公式給出S=(ejx2)·001-j-1j00j-1-j11jxxxx-j-1xxxx-1-jxxxxj1xxxx]]>這里，在端口C(縱行C)上輸入并在端口1(橫行1)上輸出的一個信號的變換由該矩陣給出。在該矩陣中，X表示一個無定義的值，在本應(yīng)用中無關(guān)。
在上面的各個實施例中，所接收的信號的特征信號強度和/或相位能夠測量。對于在同一個輻射振子121-12N中的接收信號而言相位可在不同的時間進(jìn)行測量，并且所獲得的值可進(jìn)行相互比較。此外，在輻射振子121-12N的至少兩個振子中接收信號的相位能被測量，并且所獲得的值可進(jìn)行比較。
對于上述除了一個之外的所有的實施例而言，相位φn和/或幅值A(chǔ)n由與每個輻射振子121-12N相關(guān)聯(lián)的饋送裝置421-42N進(jìn)行控制。由于對與每個輻射振子121-12N相關(guān)的信號之間的有關(guān)的幅值和/或相位進(jìn)行控制是有意義的，一個或者也許是多個適配饋送裝置421-42N能夠被一個直接耦合器或者一個固定(非可變的)饋送裝置(具有固定的φn和An)代替。
被測量的接收信號最好是一個在通信中使用的信號，但是也可能是一個專用的控制信號，最好是能夠例如通過其頻率或信息內(nèi)容標(biāo)識為一個控制信號。
最好根據(jù)本發(fā)明的天線系統(tǒng)被設(shè)置為能夠在一個便攜式的例如手持式用于和安裝在終端上，該終端最好能夠與衛(wèi)星，例如諸如Iridium、Global Star、ICO、GPS等系統(tǒng)中的衛(wèi)星進(jìn)行通信。對于這種安裝而言，輻射振子121-12N必須比較小。輻射振子121-12N最好如圖2中所示的那樣進(jìn)行配置，有一個共用的縱軸。但是，輻射振子121-12N可被設(shè)定為其他的外形，例如，如果N/2是一個整數(shù)，則輻射振子121-12N能被成對地配置，一對中的每個輻射振子被相互反向地配置(相對于一個縱軸而言實際分離180°)，并且每對能有獨立的縱軸。這樣的一對的輻射振子最好饋以180°的相對的相移。
雖然利用上面的例子對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是當(dāng)然在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有多種變化。
權(quán)利要求
1.一種對天線裝置(1)的輻射圖形進(jìn)行控制的方法，該天線裝置包括N個成螺線狀配置的輻射振子(121-12N)，這里N是一個大于1的整數(shù)，并且適合于接收或接收與發(fā)射RF信號，其特征在于所述方法包括以下步驟對來自至少一個所述輻射振子的至少一個接收信號的至少一個性能進(jìn)行測量，并響應(yīng)所述接收信號號的測得的性能，對于至少一個輻射振子(121-12N)的接收信號和/或?qū)⒈话l(fā)射的信號的相位(φn)和幅值(An)參數(shù)中的至少一個參數(shù)進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對至少一個接收信號的至少一個性能進(jìn)行測量的步驟包括對至少一個接收信號的信號強度與相位性能中的至少一個性能進(jìn)行測量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中對至少兩個輻射振子(121-124)的接收信號的信號強度進(jìn)行測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其中對至少兩個輻射振子(121-12N)的接收信號的相位進(jìn)行測量。
5.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的方法，其中響應(yīng)所述接收信號的測得的性能，對每個輻射振子(121-124)的接收的信號/將被發(fā)射的信號的所述至少一個參數(shù)進(jìn)行控制。
6.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的方法，還包括以下步驟在所述至少一個參數(shù)的多個預(yù)定值之間改變所述至少一個參數(shù)，其中對于所述至少一個參數(shù)的不同值，對在輻射振子(121-124)中接收的信號進(jìn)行測量，響應(yīng)所述測得的信號性能，在至少預(yù)定的時間內(nèi)，接收信號/將被發(fā)射的信號的所述至少一個參數(shù)被設(shè)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述改變所述至少一個參數(shù)的步驟包括至少把所述至少一個參數(shù)從第一個值改為第二個值一次。
8.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的方法，其中分別對于每個天線振子(121-124)，對所述至少一個接收信號的所述至少一個性能進(jìn)行測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任何一項權(quán)利要求的方法，還包括以下步驟組合在所述輻射振子(121-124)中接收的信號，其中對該組合信號執(zhí)行對至少一個性能進(jìn)行測量的所述步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中的任何一項權(quán)利要求的方法，其中對于每個天線振子(121-124)，所述至少一個參數(shù)一次改變一個。
11.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的方法，其中根據(jù)在無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器電路中執(zhí)行的算法對所述至少一個參數(shù)進(jìn)行控制。
12.根據(jù)前面的任何一項權(quán)利要求的方法，其中所述至少一個參數(shù)在各值之間被改變，以獲得至少兩個不同方向的輻射波瓣，在所述至少兩個不同方向的輻射波瓣中對由輻射振子(121-12N)接收的信號的信號強度進(jìn)行測量，所述至少一個參數(shù)至少在預(yù)定的時間內(nèi)被設(shè)定為給出最高信號強度的值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中至少兩個不同方向的輻射波瓣中的兩個波瓣基本上方向相反。
14.根據(jù)前面任何一項權(quán)利要求的方法，其中所述的測量與控制步驟在一段預(yù)定的或隨機選擇的時間之后重復(fù)進(jìn)行。
15.一個天線系統(tǒng)，用于接收或者是接收并發(fā)射RF信號，包括N個螺線狀配置的輻射振子(121-12N)和一個饋送設(shè)備(40)，其中N是一個大于1的整數(shù)，每個所述的輻射振子呈現(xiàn)一個與該饋送設(shè)備(40)連接的饋送部分(131-13N)，其特征在于該饋送設(shè)備(40)包括裝置(47，45，421-42N，541-54N)，用于對由至少一個天線振子(121-12N)接收的信號和/或?qū)⒁l(fā)射的信號的相位(φn)與幅值(An)參數(shù)中的至少一個參數(shù)進(jìn)行控制的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的天線系統(tǒng)，還包括用于對在至少一個所述輻射振子(121-12N)中接收的信號的至少一個性能進(jìn)行檢測(481-48N)與測量(47)的裝置，其中用于檢測的所述裝置(481-48N)和用于測量(47)的所述裝置與用于對至少一個所述參數(shù)進(jìn)行控制(47，421-42N，541-54N)的所述裝置連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的天線系統(tǒng)，其中用于檢測的所述裝置(481-48N)被配置用于檢測在所述至少一個輻射振子(121-12N)與其與所述的饋送設(shè)備(40)連接的端子之間的一個信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的天線系統(tǒng)，還包括一個功率組合器/分配器(43)，其可以通過對所述至少一個參數(shù)進(jìn)行控制的裝置(45，421-42N，541-54N)與N個輻射振子(121-12N)連接，并且與無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器電路連接，其中用于檢測的所述裝置(481-48N)被配置用于檢測在所述功率組合器/分配器(43)與用于對所述參數(shù)中的至少一個參數(shù)進(jìn)行控制的所述裝置(47，421-42N)之間的信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的天線系統(tǒng)，還包括功率組合器/分配器(43)，可以通過對所述至少一個參數(shù)進(jìn)行控制的裝置(47，45，421-42N)與N個輻射振子(121-12N)連接，并且與無線通信設(shè)備的發(fā)送接收器電路連接，其中用于檢測的所述裝置(481-48N)被配置用于檢測在所述功率組合器/分配器(43)與所述發(fā)送接收器電路之間的信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求15至19中的任何一項權(quán)利要求的天線系統(tǒng)，其中饋送設(shè)備(40)包括一個固定饋送網(wǎng)絡(luò)(45)，其具有N個振子端口(411-41N)，每個端口與N個輻射振子(121-12N)中的一個連接，并且該饋送設(shè)備(40)還包括M個裝置(421-42M)，用于對所述至少一個參數(shù)進(jìn)行控制，所述的M個裝置(421-42M)中的每一個與固定饋送網(wǎng)絡(luò)(45)M個饋送端口(461-46M)中的一個連接，這里M是一個大于1的整數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至20中的任何一項權(quán)利要求的天線系統(tǒng)，其中用于控制所述至少一個參數(shù)的所述裝置(47，45，421-42N，541-54N)包括一種算法。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的天線系統(tǒng)，其中所述算法被包含于一個無線通信設(shè)備的數(shù)字信號處理器中。
23.根據(jù)權(quán)利要求15至22中的任何一項權(quán)利要求的天線系統(tǒng)，其中所述的天線系統(tǒng)包括一個N線的天線設(shè)備。
24.一種無線通信設(shè)備，包括機殼、用戶端口和與天線系統(tǒng)連接的接收或接收和發(fā)射電路，其特征在于它包括根據(jù)權(quán)利要求15至22中的任何一項權(quán)利要求的一個天線系統(tǒng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的無線通信設(shè)備，其中N個輻射振子(121-12N)設(shè)置于一個可繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的與機殼連接的載體上。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的無線通信設(shè)備，其中N個輻射振子(121-12N)設(shè)置于一個能以滑動方式與機殼連接的一個載體上。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26中的任何一項權(quán)利要求的無線通信設(shè)備，其中對所述至少一個參數(shù)進(jìn)行控制的所述裝置(47，45，421-42N，541-54N)由所述載體來支撐。
28.根據(jù)權(quán)利要求24至27中的任何一項權(quán)利要求的無線通信設(shè)備，其中所述的無線通信設(shè)備是一個便攜式通信設(shè)備。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的無線通信設(shè)備，其中所述便攜式無線通信設(shè)備是一部手持電話。
全文摘要
一種用于控制天線裝置(1)的輻射射圖形的方法,天線裝置(1)包括N個螺線狀配置的輻射振子(1文檔編號H01Q3/26GK1355968SQ0080880
公開日2002年6月26日 申請日期2000年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月11日
發(fā)明者保羅·哈爾博約納 申請人:奧根公司