多天線系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種天線系統(tǒng)(100)，該天線系統(tǒng)包括能夠操作用于在一定公共頻段發(fā)射和/或接收輻射的至少兩個(gè)天線模塊(110,120)。所述至少兩個(gè)天線模塊(110,120)沿公共軸線共線地布置以便沿該軸線提供低的增益，并且沿該軸線以公共頻段的至少幾個(gè)標(biāo)稱波長的距離互相隔開。所述至少兩個(gè)天線模塊(110,120)中的每兩個(gè)位置上相鄰的天線模塊以輻射的基本互相正交的極化進(jìn)行工作，從而在公共頻段抑制天線模塊之間的電磁耦合。
【專利說明】多天線系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】 [0001] 和【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明總體上處于天線領(lǐng)域，并且涉及被配置成用于減小相鄰天線之間的串?dāng)_的 多天線系統(tǒng)。
[0003] 各種天線系統(tǒng)利用多個(gè)天線元件來同時(shí)發(fā)射和/或接收電磁信號(hào)。在天線元件定 位成相對(duì)接近的情況下，接近的天線之間的顯著耦合和串?dāng)_從而會(huì)在發(fā)射和/或接收的信 號(hào)中引入噪聲。用于降低天線之間的隔離度的傳統(tǒng)技術(shù)包括：增加天線之間的距離和/或 在天線之間使用包括例如吸收材料和/或?qū)щ姲宓碾姶泡椛淦帘挝?。這樣的技術(shù)通常與系 統(tǒng)的大的尺寸和/或重量相關(guān)聯(lián)和/或與天線之間的低的隔離度相關(guān)聯(lián)，這使得這樣的技 術(shù)不適于某些應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本領(lǐng)域中需要這樣一種天線系統(tǒng)：其包括工作于基本相同的波長范圍（一般具有 交疊的波長范圍）的（一般至少兩個(gè)）天線模塊的陣列，并且同時(shí)保持天線之間的高電磁 隔離度以及天線系統(tǒng)的小的尺寸。具體地，本領(lǐng)域中需要這樣一種天線系統(tǒng)：其能夠以基本 類似的波長同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收，并同時(shí)提供天線之間的低的串?dāng)_和低的電磁耦合，從而 允許在發(fā)射和/或接收的信號(hào)中獲得高信噪比。特別地，在各種應(yīng)用如蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，需要一 種全向天線系統(tǒng)，其提供寬的方位角覆蓋（如360° )并且使得能夠在類似的波長處同時(shí)進(jìn) 行信號(hào)的發(fā)射和接收并且具有低的誘導(dǎo)噪聲。
[0005] 術(shù)語"噪聲"在本文中指相關(guān)的、可能由于天線之間的耦合而誘導(dǎo)出的非期望信 號(hào)。亦即，這樣的噪聲可以表現(xiàn)為一個(gè)天線由于其它天線的端口 /端子中的信號(hào)/電壓而 接收到或發(fā)射出的信號(hào)。相應(yīng)地，在本文中可互換地使用術(shù)語信噪比（SNR)和術(shù)語信號(hào)干 擾比（SIR)來指示待被天線接收/發(fā)射的期望信號(hào)與由于該天線與其它天線之間的耦合而 誘導(dǎo)出的非期望信號(hào)（干擾噪聲）之比。
[0006] 許多傳統(tǒng)天線系統(tǒng)利用偶極子天線來提供高傳輸效率以及在垂直于天線的縱軸 的方位角平面內(nèi)的高的增益。在利用多個(gè)天線用于多個(gè)信號(hào)的同時(shí)接收和/或發(fā)射的應(yīng)用 中，天線之間的電磁（EM)耦合和串?dāng)_可能是使信號(hào)質(zhì)量惡化以及消弱天線的作用的基本 噪聲源。
[0007] 靠近的天線元件（位置上相鄰的天線）之間的EM耦合由若干因素如天線元件/ 模塊之間的距離和它們的空間特性（空間傳輸方向圖/增益函數(shù)）決定。利用用于提供天 線之間的低的耦合的傳統(tǒng)技術(shù)通常與天線系統(tǒng)的大的尺寸（形狀因素）相關(guān)聯(lián)并且還可 能與大的重量相關(guān)聯(lián)。這是因?yàn)閷?duì)于所要獲得的高的隔離度，應(yīng)該提供天線之間的大的距 離--大于工作天線波長的幾個(gè)波長。另外，在使用電磁輻射屏蔽物（導(dǎo)電/吸收板）在 天線之間去耦合時(shí)，這樣的屏蔽物一般具有大的尺寸（如超過若干波長）。
[0008] 兩個(gè)天線之間的EM耦合（即串?dāng)_）可以通過以下之間的比率來定義：由于在另一 天線的發(fā)射或接收操作模式期間施加于第二天線的電壓而在一個(gè)天線的端子上生成的電 壓。具體地，兩個(gè)天線之間的耦合可以以對(duì)數(shù)分貝單位（dB)來計(jì)量并且定義為如下：
[0009] 等式⑴：Cdb = SOLogJViAg
[0010] 其中cdb是以dB為單位的天線之間的EM耦合的測(cè)量值，V2是在EM輻射的發(fā)射和 /或接收期間在第一天線上生成的電壓，以及L是響應(yīng)于作用于第一天線上的電壓而在第 二相鄰天線的端子上影響/誘導(dǎo)出的電壓。
[0011] 考慮例如具有施加于其端子的時(shí)諧（正弦）電壓V2的第一發(fā)射天線，由所述天線 轉(zhuǎn)化為EM輻射的所施加的電壓提供通過天線發(fā)射的如下功率P :
[0012] 等式⑵

【權(quán)利要求】
1. 一種天線系統(tǒng)，包括具有一定公共電磁（EM)輻射頻段的至少兩個(gè)天線模塊，其中： 所述至少兩個(gè)天線模塊沿公共軸線共線地布置，以便沿所述軸線提供低的增益； 所述至少兩個(gè)天線模塊沿所述軸線以對(duì)應(yīng)于所述頻段的至少幾個(gè)標(biāo)稱波長的距離互 相隔開；以及 所述至少兩個(gè)天線模塊中的每兩個(gè)位置上相鄰的天線模塊以輻射的基本互相正交的 極化進(jìn)行工作，從而在所述公共頻段抑制天線模塊之間的EM耦合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，其中，位置上相鄰的天線模塊包括磁偶極子（MD) 天線模塊和電偶極子（ED)天線模塊，所述MD天線模塊和所述ED天線模塊中的每一個(gè)的特 征在于關(guān)于所述公共軸線同軸的環(huán)形EM輻射方向圖，從而沿所述軸線提供低的增益。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線系統(tǒng)，包括與所述至少兩個(gè)天線模塊中的至少一個(gè)相關(guān) 聯(lián)的至少一個(gè)信號(hào)饋送模塊，所述信號(hào)饋送模塊限定經(jīng)過所述至少兩個(gè)天線模塊中的至少 另一天線模塊附近的傳輸線，所述饋送模塊包括適于抑制由所述至少另一天線模塊在所述 饋送模塊上誘導(dǎo)的噪聲信號(hào)的誘導(dǎo)電流抑制體，從而減小所述至少兩個(gè)天線模塊之間的EM 耦合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線系統(tǒng)，其中，所述誘導(dǎo)電流抑制體包括適于反射所述饋 送模塊所暴露的噪聲信號(hào)的一個(gè)或更多個(gè)四分之一波短路變換器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)四分之一波短路變換器 包括電連接到與所述傳輸線相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽物的一個(gè)或多個(gè)四分之一波長導(dǎo)電部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，由所述饋送模塊限定的所述傳 輸線在所述至少另一天線模塊的中心對(duì)稱軸附近經(jīng)過，從而減小由至少所述另一天線模塊 在所述饋送模塊上誘導(dǎo)的噪聲信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，包括被配置和操作成用于在對(duì)應(yīng)于 所述頻段的頻率中諧振的一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路的布置；所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天線 電路布置在所述至少兩個(gè)天線模塊的附近，用于散射所述天線模塊通過其而發(fā)生電磁耦合 的殘余EM輻射中的至少一些，從而減小所述天線模塊之間的串?dāng)_。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路包括被配 置和操作成用于吸收所述殘余EM輻射中的至少一些的至少一個(gè)負(fù)載諧振電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路的布置 被配置和操作成用于對(duì)所述殘余EM輻射中的至少一部分進(jìn)行移相，以產(chǎn)生與所述殘余EM 輻射中的其它部分的相消干擾，從而在所述至少兩個(gè)天線模塊之間減小串?dāng)_并且抑制所述 殘余EM輻射。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，所述天線模塊之間的距離對(duì) 應(yīng)于至多5個(gè)標(biāo)稱波長。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，所述至少兩個(gè)天線模塊被配 置用于提供具有大約3°的精確度的基本互相正交的極化，從而在所述頻段的至少一些部 分將所述天線模塊之間的EM耦合減小約25dB的量級(jí)，并且從而拓寬在所述至少兩個(gè)天線 模塊之間具有低的EM耦合的有效頻段。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線系統(tǒng)，其中，所述誘導(dǎo)電流抑制體被配置和操作成用于 將所述天線模塊之間的耦合減小約15dB。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，所述至少兩個(gè)天線模塊之間 的EM耦合在所述頻帶的標(biāo)稱頻率的約10%的頻段上低于45dB。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路的布置被 配置成用于消散和/或吸收殘余EM輻射中的至少一些，以從而將所述至少兩個(gè)天線模塊之 間的EM耦合抑制約5dB。
15. -種天線系統(tǒng)，包括： 具有一定公共電磁（EM)輻射頻段的至少兩個(gè)天線模塊，其中：所述至少兩個(gè)天線模塊 沿公共軸線共線地布置，以便沿所述軸線提供低的增益；所述至少兩個(gè)天線模塊沿所述軸 線以對(duì)應(yīng)于所述頻段的至少幾個(gè)標(biāo)稱波長的距離互相隔開；以及所述至少兩個(gè)天線模塊中 的每兩個(gè)位置上相鄰的天線模塊以輻射的基本互相正交的極化進(jìn)行工作，從而在所述公共 頻段抑制天線模塊之間的EM耦合； 與所述至少兩個(gè)天線模塊中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)信號(hào)饋送模塊，所述信號(hào)饋 送模塊限定經(jīng)過所述至少兩個(gè)天線模塊中的至少另一天線模塊附近的傳輸線，所述饋送模 塊包括適于抑制由所述至少另一天線模塊在所述饋送模塊上誘導(dǎo)的噪聲信號(hào)的誘導(dǎo)電流 抑制體，從而減小所述至少兩個(gè)天線模塊之間的EM耦合。
16. -種天線系統(tǒng)，包括沿公共軸線以隔開關(guān)系布置的一定數(shù)量的天線模塊的陣列并 且包括以交替方式布置的互相正交極化的天線模塊，以使得每兩個(gè)位置上相鄰的天線模塊 是互相正交極化的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線系統(tǒng)，其中，位置上相鄰的天線模塊包括磁偶極子 (MD)天線模塊和電偶極子（ED)天線模塊，所述MD天線模塊和所述ED天線模塊中的每一個(gè) 的特征在于關(guān)于所述公共軸線同軸的環(huán)形EM輻射方向圖，從而沿所述軸線提供低的增益。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線系統(tǒng)，包括與所述兩個(gè)天線模塊中的至少一個(gè)天線模 塊相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)信號(hào)饋送模塊，所述信號(hào)饋送模塊限定經(jīng)過所述兩個(gè)天線模塊中的另 一天線模塊附近的傳輸線，所述饋送模塊包括適于抑制由所述另一天線模塊在所述饋送模 塊上誘導(dǎo)的噪聲信號(hào)的誘導(dǎo)電流抑制體，從而減小所述兩個(gè)天線模塊之間的EM耦合。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的天線系統(tǒng)，其中，所述誘導(dǎo)電流抑制體包括適于反射所述 饋送模塊所暴露的噪聲信號(hào)的一個(gè)或更多個(gè)四分之一波短路變換器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)四分之一波短路變換 器包括電連接至與所述傳輸線相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電屏蔽物的一個(gè)或更多個(gè)四分之一波長導(dǎo)電部 分。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，所述饋送模塊限定的所述 傳輸線在所述另一天線模塊的中心對(duì)稱軸附近經(jīng)過，從而減小由至少所述另一天線模塊在 所述饋送模塊上誘導(dǎo)的噪聲信號(hào)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，包括被配置和操作成用于在對(duì)應(yīng) 于所述頻段的頻率中諧振的一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路的布置；所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天 線電路布置在所述至少兩個(gè)天線模塊附近，用于散射所述天線模塊通過其而發(fā)生電磁耦合 的殘余EM輻射中的至少一些，從而減小所述天線模塊之間的串?dāng)_。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路包括被 配置和操作成用于吸收所述殘余EM輻射中的至少一些的至少一個(gè)負(fù)載諧振電路。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路的 布置被配置和操作成用于對(duì)所述殘余EM輻射中的至少一部分進(jìn)行移相，以產(chǎn)生與所述殘 余EM輻射的其它部分的相消干擾，從而在所述至少兩個(gè)天線模塊之間減小串?dāng)_并且抑制 所述殘余EM輻射。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16至24中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，所述天線模塊之間的距離 對(duì)應(yīng)于至多5個(gè)標(biāo)稱波長，從而對(duì)所述天線模塊之間的EM耦合提供約30dB的抑制。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16至25中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)天線模塊被配置 成提供具有3°量級(jí)的精確度的基本互相正交的極化，從而在所述頻段的至少一些部分將 所述天線模塊之間的EM耦合減小約25dB的量級(jí)，并且從而拓寬在所述至少兩個(gè)天線模塊 之間具有低的EM耦合的有效頻段。
27. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的天線系統(tǒng)，其中，所述誘導(dǎo)電流抑制體被配置和操作成用 于將所述天線模塊之間的耦合減小約15dB。
28. 根據(jù)權(quán)利要求16至27中任一項(xiàng)所述的天線系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)天線模塊之間的 EM耦合在所述頻段的中心頻率的約10%的頻段上低于45dB。
29. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的天線系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或更多個(gè)寄生天線電路的布置 被配置成用于消散和/或吸收殘余EM輻射中的至少一些，從而將所述兩個(gè)天線模塊之間的 EM耦合抑制約5dB。
【文檔編號(hào)】H01Q21/10GK104303362SQ201380018178
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月7日
【發(fā)明者】本雅明·阿爾莫格 申請(qǐng)人:埃爾塔系統(tǒng)有限公司