CN101292394A - 具有辐射分集的发射/接收天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有辐射分集的发射/接收天线，包括位于基板上的至少第一和第二辐射元件(10、11)，其通过馈电线路网络连接到电磁信号发射/接收电路，其中所述网络由第一馈电线路(22)和一组两个第二馈电线路(23、24)构成，其中所述第一馈电线路(22)连接到第一辐射元件(10)，所述一组两个第二馈电线路(23、24)每一个都经由开关元件(D1，D2)连接到第二辐射元件(11)，使得可以为两个辐射元件同相或者反相供电，所述一组两个馈电线路经由第三馈电线路(25)连接到第一馈电线路，第一和第三馈电线路经由公用馈电线路连接到电磁信号的发射/接收电路。

Description

具有辐射分集的发射/接收天线
技术领域
本发明涉及一种具有辐射分集的发射/接收天线。
背景技术
在无线网络领域，申请人提出了几种方案，解决了信号由于多路径效应而导致的衰减或显著的降低的问题。申请人由此在法国专利申请No.0110696中提出了一种基于有选择地馈电的环形缝隙型天线的具有辐射分集的天线拓扑。然而，这种类型的天线具有约3或4dB的指向性。然而，对于WADSL类型(无线ADSL)的应用来说，必须具有显著的指向性。实际上，在这种室内信号发射/接收中，由于在室内信号的渗透效应，系统损耗方面的约束非常高，其将在该信号中产生几个dB的衰减。为了不增加通过使用放大器的解决方案的成本，提高天线指向性是一个解决方案。此外，为了克服存在多路径导致的现象，例如对于WADSL类型的应用来说，很有必要使用分集。提出了一种解决方案，同时使用分集和指向性，该分集能够克服多路径问题，而该指向性避免了附加更强大但是更昂贵的放大器。
当前，为了生成具有良好指向性的天线，使用了如图1中类型的拓扑。该环形的天线拓扑包括连接到辐射元件和电磁信号的发射/接收电路的蚀刻在电介质基板上的微带线部分。
更具体地说，图1的装置包括有蚀刻在基板上的微带线实现的圆环A。四个微带线部分L1、L2、L3、L4连接到环A，其方式是外侧微带线L1、L4两个部分之间的距离等于3λ/4，其中λ为在操作中央频率处的波长，而其它微带线部分(L1、L2；L2、L3；L3、L4)之间的距离等于λ/4。由此可以得到环的周长等于6λ/4。这四个线部分每一个都具有阻抗Zo，形成四个通路1、2、3、4。通路1、3每一个都连接到未示出的辐射元件，而通路2、4连接到馈电电路。当组件通过通路2供电时，连接到通路1和3的两个辐射元件同相供电，当组件通过通路4供电时，连接到通路1和3的两个辐射元件反相供电。该混合环具有两个通路，由此需要在环的上游有开关元件，该开关元件使得可以实现从一个通道到另一个的切换操作。由于天线通路和电路以交错方式设置，该拓扑实施起来比较复杂和困难，且比较麻烦。
发明内容
本发明由此涉及一种具有辐射分集的发射/接收天线，其具有良好的指向性而且容易实施。
本发明涉及具有辐射分集的发射/接收天线，包括位于基板上的至少第一和第二辐射元件，通过馈电线路网络连接到电磁信号发射/接收电路，其中该网络由第一馈电线路和一组两个第二馈电线路构成，其中第一馈电线路连接到第一辐射元件，一组两个第二馈电线路每一个都经由开关元件连接到第二辐射元件，其方式是使得可以为两个辐射元件同相或者反相供电，所述一组两个馈电线路经由第三馈电线路连接到第一馈电线路，第一和第三馈电线路经由公用馈电线路连接到电磁信号的发射/接收电路。
根据本发明的第一实施例，辐射元件由缝隙型天线构成，更具体地说由环形缝隙或多边形缝隙天线构成。在这种情况下，缝隙型天线通过电磁耦合连接到馈电线路，馈电线路由蚀刻在基板上与承载缝隙型源天线的表面相对的表面上的微带线构成。
根据本发明的其他特征，第一馈电线路的长度等于所述第二馈电线路的长度和所述第三馈电线路的长度之和。
根据本发明的另一实施例，辐射元件由贴片型天线构成。在这种情况下，馈电线路优选由蚀刻在基板承载贴片型天线的表面上的微带线构成。
此外，开关元件例如由二极管，MEMS或微机电系统、晶体管或能实现开关功能(商用“开关”式)的任意其它元件构成。在使用二极管的情况下，该二极管被头尾相接地安装并由相同的电压控制。
附图说明
本发明的其他特性和优点在阅读下面对各实施例的描述之后变得明显，该描述参考附图而进行，在附图中：
图1，上文中已经描述，非常示意性地示出了根据现有技术的天线拓扑；
图2是根据本发明具有辐射分集的天线的第一实施例的方块图；
图3是与图2所示相同的视图，示出了根据本发明的天线的两种操作模式；
图4是说明二极管组件的示意图；
图5示出了根据图3所示的两种构型的天线的辐射图；
图6是根据本发明的具有辐射分集的天线的第二实施例的方块图；
图7是与图6所示相同的视图，示出了根据本发明的天线的两种操作模式；
图8示出了根据图7所示的两种构型的天线的阻抗匹配曲线；
图9示出了示出了根据图7所示的两种构型的天线的辐射图；
具体实施方式
参考图2和图3，将首先描述根据本发明的具有辐射分集的天线的第一实施例。如图2中示意性地所示，天线包括两个辐射元件10、11，其由在电介质基板上通过蚀刻以公知的方式实现的环形缝隙构成。在该实施例中，两个环形缝隙具有等于kλs的直径，其中λs是在选定频率下该缝隙中的波长。对于本领域技术人员来说显然缝隙可以是多边形形状以及具有各种不同的尺度。
在该实施例中，分析型天线由通过根据公知的Knorr方法的电磁耦合源来馈电。然而，诸如缝隙的切向供电这样的其他方法也可以被使用而不背离本发明的范围。更具体的说，如图2所示，第一天线10由线路22供电，该线路22在基板与实现了环形缝隙的面相对的面上实现。线路22在它的末端的k’λm/4处切过缝隙10，其中λm为在操作中央频率处微带中的波长。
如图2所示，第二环形缝隙11由一组两个馈电线路23、24供电。所述两个馈电线路23和24通过在基板上与接收了缝隙11的表面相对的表面上蚀刻的微带线实现。对于第一环形缝隙10，供电通过根据Knorr方法的电磁耦合实现，电线23和24在点P和点P’处与缝隙交叉，所述点P和点P’位于距离其末端k’λm/4处。在这种情况下，电线23与缝隙11的交叉点P和电线24与缝隙11的交叉点P’径向相对，由此以便于获得同相或者反相的供电，这将在后文中描述。两个馈电线路23和24连接到第三馈电线路25，该第三馈电线路25本身与馈电线路路22一起连接到公用馈电线路26，该公用馈电线路26使得这一组线路连接到未示出的电磁波形发射/接收电路。
此外，根据本发明，在每一条馈电线路23和24上，分别安装了二极管D1和二极管D2。所述二极管D1和D2被头尾相接地安装并连接到公用的电压，以致当一个二极管导通时，另一个为非导通，反之亦然。图4给出了二极管的安装的示意图。如图所示，二极管D1被安装为在短路SC和馈电线路之间传导，而二极管D2被安装为在馈电线路和短路SC之间传导。因此，为了使通路2(或3)生效，必须向二极管D2(或D1)施加负(或正)电压使得二极管D2导通(或非导通)且二极管D1非导通(或导通)。
根据本发明第一馈线路22具有长度L1，其为了使操作最佳化等于馈电线路25的长度L3和第二馈电线路23或24之一的长度L2之和。
下面将参考图3对图2的具有辐射分集的天线的操作进行描述。
因此，如图3的a)部分所示，当二极管D1非导通时，二极管D2导通且两个环形缝隙10、11被同相供电，缝隙11的供电通过电线25和24实现。与此相反，如图3的b)部分所示，当二极管D2非导通且二极管D1导通时，缝隙11由电线25和23供电，在这种情况下，两个环形缝隙10和11反相供电。由此，在一种情况下，可以获得下列两种结果中的一种，即当两环形缝隙同相供电时与两辐射图之和相应的辐射图或当两环形缝隙反相供电时与两辐射图之差相应的辐射图。因此，图5示出了使用图3中所示的缝隙型天线获得的“和”和“差”图。注意到“和”图具有6.6dB的指向性，而“差”图具有3.6dB的指向性。“和”图在方位平面中具有主瓣，而“差”图在方位平面中具有零点且在+/-60°平面中具有主瓣。
下面将参考图6到9对本发明的另一实施例进行描述。
在此情况下，在基板上实现的两个辐射元件由通过蚀刻基板的接地平面而获得的的两个贴片30、31构成。这些贴片的尺度以公知的方式确定以便于在所需的频率处操作。
如图6所示，贴片30由馈电线路40供电，而贴片31由对称地连接到贴片31的每一侧的两个馈电线路41、42供电。两个馈电线路41、42连接到公用馈电线路43。
根据本发明，在馈电线路41和42上，二极管D1、D2分别头尾相接安装且由公用电压供电。
参考图7，将对图4所示的天线的操作给出描述。
当如图7的a)部分所示，安装在馈电线路42上的二极管D2非导通而二极管D1导通时，两个贴片同相供电，而当如图7的b)部分所示，安装在馈电线路41上的二极管D1非导通而二极管D2导通时，两个贴片反相供电。
使用公知的软件对如图6和7所示辐射元件为贴片的具有辐射分集的天线进行模拟。在这种情况下，两个贴片30和31的尺度以公知的方式确定以便于在5.25GHz下操作，且它们被集成到上述的网络中。
图8中，示出了相应于图7中所示的两种构型的阻抗匹配曲线。该图示出了贴片30的阻抗匹配曲线S(1，1)和贴片31的阻抗匹配曲线S(2，2)。期望在端口1和2的再结合过程中，阻抗匹配最好等于对于每一个贴片所观察到的阻抗匹配。将注意到相应的带宽与辐射元件的选择直接相关。
在图9中，示出了图7的构型a)和b)的辐射图。在第一构型的情况下，两个贴片30和31同相供电，因此所获得的辐射图是两个贴片的辐射图之和。该图示出了在方位平面中的主瓣以及在此方向相关的指向性为9.3dB。在构型2中，贴片反相供电。在这种情况下，辐射图为贴片的辐射图之差。由此，该图在方位平面具有零点且在且在+/-60°平面中具有两个主瓣。与这些主瓣相关的指向性为8dB。因此，使用这种类型的天线获得的指向性远大于根据现有技术的具有辐射分集的天线所获得的指向性。
对于本领域技术人员来说很显然上述例子仅仅是示例性的。

Claims (10)

1、具有辐射分集的发射/接收天线，包括位于基板上的至少第一和第二辐射元件(10、11；30、31)，其通过馈电线路网络连接到电磁信号发射/接收电路，其特征在于：
所述网络由第一馈电线路(22；40)和一组两个第二馈电线路(23、24；41、42)构成，其中所述第一馈电线路(22；40)连接到第一辐射元件(10；30)，所述一组两个第二馈电线路(23、24；41、42)每一个都经由开关元件(D1、D2)连接到第二辐射元件(11；31)，其方式是使得可以为两个辐射元件同相或者反相供电，所述一组两个馈电线路经由第三馈电线路(25；43)连接到第一馈电线路，第一和第三馈电线路经由馈电线路共同连接到电磁信号的发射/接收电路。
2、如权利要求1所述的天线，其特征在于所述辐射元件(10、11)由缝隙型天线构成。
3、如权利要求2所述的天线，其特征在于所述缝隙型天线由环形缝隙或多边形缝隙构成。
4、如权利要求2或3所述的天线，其特征在于所述缝隙型天线通过电磁耦合连接到所述馈电线路。
5、如权利要求1到4中的任一项所述的天线，其特征在于所述馈电线路(22、23、24、25、26)由微带线构成，所述微带线蚀刻在基板上与承载缝隙型天线的表面相对的表面上。
6、如权利要求1到5中任一项所述的天线，其特征在于所述第一馈电线路(22)的长度(L1)等于所述第二馈电线路(23、24)之一的长度(L2)和所述第三馈电线路(25)的长度(L3)之和。
7、如权利要求1所述的天线，其特征在于所述辐射元件(30、31)由贴片型天线构成。
8、如权利要求7所述的天线，其特征在于所述馈电线路(40、41、42、43)由微带线构成，所述微带线蚀刻在基板承载贴片型天线的表面上。
9、如权利要求1到8中任一项所述的天线，其特征在于所述开关元件由二极管(D1、D2)，晶体管、开关电路或MEMS(微机电系统)构成。
10、如权利要求9所述的天线，其特征在于所述二极管被头尾相接地安装并由相同的电压控制。
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