CN101300716B - 极化分集天线系统 - Google Patents

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Abstract

一种极化分集天线系统，包括：天线元件，包括以直角弯曲的第一至第四槽线，第二槽线被设置为与第一槽线相邻，第三槽线与第一槽线对角线相对并且被设置为与第二槽线相邻，第四槽线被设置为与第三槽线相邻并且与第二槽线对角线相对；开关网络，其中，耦合单元形成在水平槽线的端部之间，以及竖直槽线的靠近竖直槽线和水平槽线的交叉处的端部之间，以确定极化。

Description

极化分集天线系统
技术领域
本发明涉及天线系统中的极化分集，更具体地说，涉及一种具有简单的结构和小尺寸的极化分集天线。
背景技术
在天线领域，极化意味着E场相对于电磁波的传播方向的极化方向。每个天线具有其自身的极化，发送和接收天线的极化方向的匹配是重要的考虑因素。极化可被分为线极化(linear polarization)和圆极化(circularpolarization)。
极化分集是一种利用相邻的小区基站的不同频率提高移动通信中的频率效率的技术。在这种技术中，两个频率信号利用单天线被交叉极化(cross-polarize)。
也就是说，不互相干涉并且具有正交相位的两个频率信号混合，以被用于单天线。按照这种方式，相同的频率可在相邻小区中被再使用，因而提高用户容量(user capacity)。
在相关技术中，双极化天线或机械旋转馈线(feed line)被用于实现上述极化分集。
但是，前者的问题在于：用于实现极化分集的结构非常复杂并且消耗大量的功率，而后者的问题在于：可靠性由于机械故障而降低。
第5,977,929号美国专利公开了一种极化分集天线的结构，如图1所示。
参照图1，交叉偶极天线包括四个天线元件12、14、16和18以及开关电路40。
开关电路40控制天线元件12、14、16和18的操作以提供竖直线极化和水平线极化，并且开关电路40用作具有多个PIN二极管的射频(RF)开关元件。
此外，开关电路40具有：电压源42，为开关电路40提供直流(DC)电压；一对DC阻隔电容器C1和C2；电感器L1、L2和L3，阻隔射频信号。
电容器C1连接到正RF信号输入端44，而电容器C2连接到负RF信号输入端46，以阻隔来自RF信号输入端44和46的DC电压。
电容器C1和C2可具有相同的值。
此外，电感器L1连接到电压源42以阻挡来自电压源42的RF信号，电感器L3连接到地以阻挡来自地的RF信号。
如果正偏置电置电压被通过电压源42施加到开关电路40，则PIN二极管D2和D3导通而PIN二极管D1和D4截止。因此，如图1中的箭头48所示，RF信号流经开关电路40的PIN二极管D2和D3。
因此，天线元件14与天线元件16耦合，而天线元件12与天线元件18耦合，从而施加到开关电路40的正DC偏置电压形成在图1中从左侧向右侧移动的水平线极化。
另一方面，如果负偏置电压被通过电压源42施加到开关电路40，则PIN二极管D1和D4导通而PIN二极管D2和D3截止。因此，如图1中由箭头50所示，RF信号流经开关电路40的PIN二极管D1和D4。
因此，天线元件12与天线元件14耦合，而天线元件16与天线元件18耦合，从而施加到开关电路40的负DC偏置电压形成在图1中从下侧向上侧移动的竖直线极化。
电感器L2的一端连接到PIN二极管D1和D3的阳极，而另一端连接到PIN二极管D2和D4的阴极。当偏置电流通过电感器L2传输时，电感器L2防止RF信号流动。
施加到端44的+Vrf和施加到端46的-Vrf表示用于开关电路40的RF驱动信号。与此相关，-Vrf相对于+Vrf具有180度的相差。
图1所示的分集天线与前一种天线相比具有更加简单和更加有效的结构。
发明内容
技术问题
但是，在分集天线中，需要利用双向偏置信号(bias signal)来控制开关电路。由于大多数RF装置具有单一的单极电源，所以这不是理想的解决方案。此外，还存在没有偏置电压就不能操作天线的问题。
技术方案
本发明的示例性实施例克服上述缺点和以上没有描述的其它缺点。另外，本发明不需要克服以上描述的缺点，并且本发明的示例性实施例可以不克服以上描述的任何问题。
根据本发明的各方面，提供了一种简单、小型和低成本的极化分集天线系统。
本发明的各方面不限于以上的这些描述，通过以下描述，本发明的其它方面将被本领域技术人员理解。
本发明的各方面提供了一种极化分集天线系统，其可包括：天线元件，包括直角弯曲的第一至第四槽线，第二槽线被设置为与第一槽线相邻，第三槽线与第一槽线对角线相对并且被设置为与第二槽线相邻，第四槽线被设置为与第三槽线相邻并且与第二槽线对角线相对；开关网络，其中，耦合单元形成在水平槽线的端部之间，以及竖直槽线的靠近竖直槽线和水平槽线的交叉处的端部之间，以确定极化。
附图说明
通过下面参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它方面将会变得更加清楚，其中：
图1显示了传统极化分集天线的结构；
图2显示了根据本发明示例性实施例的极化分集天线系统的结构；
图3显示了图2所示的极化分集天线系统的RF等效电路；
图4显示了根据本发明示例性实施例的当极化在水平方向上形成时的RF等效电路；
图5显示了根据本发明示例性实施例的当极化在竖直方向上形成时的RF等效电路；
图6显示了根据本发明另一示例性实施例的极化分集天线系统的结构。
具体实施方式
通过参照以下对示例性实施例和附图的详细描述，可更加容易地理解本发明的各方面和实现本发明的方法。但是，本发明可按照许多不同的形式来实现并且不应该被理解为限于在此阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例，从而使本公开变得更加彻底和完整，并且将本发明的构思完全传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求限定。
图2显示了根据本发明示例性实施例的极化分集天线系统的结构。
参照图2，极化分集天线系统200包括天线元件210、220、230和240以及开关网络250。
与此相关，天线元件210、220、230和240由半波长槽线(slotline)形成，并且构成每个天线元件的槽线以直角弯曲。
此外，开关网络250是用于将天线元件210、220、230和240耦合的单元，并且耦合单元的例子可以是PIN二极管。
PIN二极管被设置在水平延伸的槽线的端部，以及竖直延伸的槽线的靠近竖直延伸的槽线和水平延伸的槽线的交叉处(intersection)的端部。在图2中，前一处的二极管用252和256表示，后一处的二极管用254和258表示。
电容器260和262形成在竖直槽线的其它端，从而对RF信号短路并且对低频偏置电流(bias current)开路。图3显示了图2所示的极化分集天线系统的RF等效电路。
图4显示了根据本发明示例性实施例的当极化在水平方向上形成时的RF等效电路。
如果将零伏偏置电压(bias voltage)施加到开关网络250，则所有的PIN二极管都截止。也就是说，开关被断开，如图3所示。
如图4所示，在槽线的交叉处，经过四分之一波长，水平槽线的端部的开路转变为短路。
因此，沿着水平方向形成同相(in-phase)线极化。
另外，竖直槽线在其端部对RF信号封闭，并且用作四分之一波长短路短截线(stub)。竖直槽线在相位上彼此相反并且不辐射。
图5显示了根据本发明示例性实施例的当极化在竖直方向上形成时的RF等效电路。
如果正偏置电压被施加到开关网络250，则所有的PIN二极管都导通。
也就是说，如图3中所示，开关都连接起来，并且沿着竖直方向形成同相线极化。
在这种情况下，竖直槽线通过PIN二极管在槽线的交叉处短路。
水平槽线在其端部通过PIN二极管连接起来，并且被用作四分之一波长短路短截线。此外，水平槽线在相位上彼此相反并且不辐射。
偏置信号通过如图2所示的馈线传输，但是也可通过去耦电感器(L)分开。
图6显示了根据本发明另一示例性实施例的极化分集天线系统的结构。
参照图6，在极化分集天线系统600中，天线元件620和640被印刷在电介质基底的底侧，并且剩余的天线元件610和630被印刷在电介质基底的顶侧。
另外，不像图2中所示那样将电容器设置在竖直槽线的端部，而是形成端部敞开的四分之一波长微带(microstrip)短截线。
微带短截线对RF信号形成短路，对低频偏置电流形成开路。
偏置信号通过如图6所示的馈线传输，但是也可通过去耦电感器(L)分开。
对于本发明，图2和图6主要显示了线极化，但是图2和图6所示的结构可被变形为提供圆极化。
产业上的可应用性
虽然已经结合本发明的示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可做出各种修改和改变。因此，应该理解上述实施例是非限制性的，而是在所有方面都是阐述性的。
本发明的优点在于提供了一种具有简单结构的小型极化分集天线系统。
此外，本发明的优点在于通过单极偏置电压控制开关网络。

Claims (10)

1.一种极化分集天线系统，包括：
天线元件，包括以直角弯曲的第一至第四槽线，第二槽线被设置为与第一槽线相邻，第三槽线与第一槽线对角线相对并且被设置为与第二槽线相邻，第四槽线被设置为与第三槽线相邻并且与第二槽线对角线相对，其中，第一槽线至第四槽线的四个顶点向内布置；
开关网络，其中，耦合单元形成在水平槽线的外端部之间以及竖直槽线的靠近竖直槽线和水平槽线的交叉处的端部之间，以确定极化。
2.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，耦合单元各自包括PIN二极管。
3.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，第一至第四槽线被设置在电介质基底的同一侧。
4.如权利要求3所述的极化分集天线系统，其中，竖直槽线的端部通过电容器对RF信号短路，并且对低频偏置电流开路。
5.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，当零伏偏置电压被施加到开关网络时，耦合单元断开并且线极化沿着水平方向形成。
6.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，当正偏置电压被施加到开关网络时，耦合单元连接并且线极化沿着竖直方向形成。
7.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，第一和第三槽线被设置在电介质基底的一侧，而第二和第四槽线被设置在电介质基底的另一侧。
8.如权利要求7所述的极化分集天线系统，其中，在竖直槽线的端部设置有微带短截线，以对RF信号提供短路并且对低频偏置电流提供开路。
9.如权利要求8所述的极化分集天线系统，其中，微带短截线为端部敞开的四分之一波长式。
10.一种极化分集天线系统，包括：
电介质基底；
第一和第二天线元件，设置在电介质基底的第一侧，其中，第一和第二天线元件以直角弯曲，并且第二天线元件与第一天线元件对角线相对；
第三和第四天线元件，设置在电介质基底的第二侧，其中，第三和第四天线元件以直角弯曲，并且第四天线元件与第三天线元件对角线相对，其中，第三和第四天线元件被设置为在电介质基底的相对侧与第一和第二天线元件相邻，其中，第一天线元件至第四天线元件的四个顶点向内布置；
开关网络，其中，耦合单元被设置在水平天线元件的外端部之间以及竖直天线元件的靠近竖直天线元件和水平天线元件的交叉处的端部之间，以确定极化。
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