CN101471711B - 具有波束调向和/或成形天线的数据处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有波束调向和/或成形天线的数据处理设备。本发明涉及一种用于处理经由无线链路接收的信号的数据处理设备(1；1’)，所述设备包括：布置在所述数据处理设备(1；1’)上的第一波束调向和/或成形天线(5)，适于经由所述无线链路接收数据；布置在所述数据处理设备(1；1’)上且与所述第一波束调向和/或成形天线(5)成一角度的第二波束调向和/或成形天线(6)，所述第二波束调向和/或成形天线(6)适于经由所述无线链路接收数据；以及处理装置(10)，适于处理通过所述第一(5)和第二(6)波束调向和/或成形天线接收的信号。本发明还涉及适于经由波束调向和/或成形天线发送信号的类似数据处理设备。

Description

具有波束调向和/或成形天线的数据处理装置
技术领域
本发明涉及一种用于处理经由无线链路接收和/或发射的信号的数据处理设备。
背景技术
在私人及办公相关的室内和室外应用中，存在对设备间的无线数据传输的不断增长的需要。例如，源设备(数据发送设备)和信宿设备(数据接收设备)之间的诸如音频和/或视频数据的任何类别数据的传输越来越多地借助于无线技术而不是以前所用的有线连接来实现。特别是在办公或私人环境中无线数据传输的方面不仅具有较高的美学价值，而且在自由定位和放置无线设备方面具有较高的灵活性的优点，不受电缆和电线等的约束。
因此，现代数据源和数据信宿(data sink)设备可包括使得能够经由无线链路传输和/或接收数据的天线及其他所需元件。例如，具有HDMI接口或USB接口的软件狗、现代电视机，监视器，投影仪等(作为数据信宿设备的非限制性示例)，可配备有使得能够从任何类型的数据源设备无线接收数据的必要元件。另一方面，例如具有HDMI接口或USB接口的软件狗、电视接收器，DVD播放器，计算机等的数据源设备可配备有使得能够无线发送数据到数据信宿设备的必要元件。
本发明的目标是提供一种用于处理经由无线链路接收的信号的数据处理设备，以及一种用于处理经由无线链路发送的信号的数据处理设备，所述数据处理设备能够独立于相应设备所在的相应位置而接收或发送信号。
发明内容
上述目标通过一种用于处理经由无线链路接收的信号的数据处理设备来实现，该数据处理设备包括：布置在所述数据处理设备上的第一波束调向和/或成形天线，其适于经由所述无线链路接收数据；布置在所述数据处理设备上且与所述第一波束调向和/或成形天线成一角度的第二波束调向和/或成形天线，所述第二波束调向和/或成形天线适于经由所述无线链路接收数据；以及处理装置，其适于处理通过所述第一波束调向和/或成形天线和所述第二波束调向和/或成形天线接收的信号。上述目标还可以通过用于处理要经由无线链路发送的信号的数据处理设备而得以实现，所述数据处理设备包括：布置在所述数据处理设备上的第一波束调向和/或成形天线，其适于经由所述无线链路发送数据；布置在所述数据处理设备上且与所述第一波束调向和/或成形天线成一角度的第二波束调向和/或成形天线，所述第二波束调向和/或成形天线适于经由所述无线链路发送数据；以及处理装置，其适于处理要通过所述第一波束调向和/或成形天线和第二波束调向和/或成形天线发送的信号。根据本发明，用于处理经由无线链路接收的信号的数据处理设备包括：布置在所述处理设备上且适于经由所述无线链路接收数据的第一波束调向(beam steering)和/或成形(forming)天线；与所述第一波束调向和/或成形天线成角度地布置在所述数据处理设备上的第二波束调向和/或成形天线，所述第二波束调向和/或成形天线适于经由所述无线链路接收数据；以及适于处理由所述第一和所述第二波束调向和/或成形天线接收的信号的处理装置。根据本发明，用于处理经由无线链路发送的信号的数据处理设备包括：布置在所述数据处理设备上且适于经由所述无线链路发送数据的第一波束调向和/或成形天线；与所述第一波束调向和/或成形天线成角度地布置在所述数据处理设备上的第二波束调向和/或成形天线，所述第二波束调向和/或成形天线适于经由所述无线链路发送数据；以及适于处理由所述第一和所述第二波束调向和/或成形天线发送的信号的处理装置。
因此，本发明建议使用二个(或更多)波束调向和/或成形天线(也称为指向或定向天线)，所述天线相互成一角度布置，也就是说，所成角度不为零，从而使得信号能从不同的方向上发送或接收。通常，波束调向和/及成形天线具有主辐射方向，当辐射方向图未被转向时，辐射方向图指向该主辐射方向。因此，以这样一种方式来布置波束调向和/或成形天线：主辐射方向互不相同，但是根据天线的布置和想要的波束方向，完全能够将这些主辐射方向转向到相同或类似的方向。因此，不管该设备在室内或室外环境中是如何相对于从其接收信号或向其发送信号的其他相应设备定位的，都能通过相应地控制和转向波束调向和/或成形天线，以非常灵活和简便的方式建立无线链路。据此，例如，所有波束调向和/或成形天线都能被转向到能够建立无线链路的方向，也就是说，波束调向和/或成形天线的波束将组合为合成的辐射方向图，或每个波束调向和/或成形天线能被转向到分离的波束方向，使得可建立几个无线链路，或者可以只选择和使用指向想要的方向的一个波束调向和/或成形天线。本申请中使用的术语波束调向和/或成形天线意图覆盖具有定向和/或成形辐射特性的所有种类的天线，所述特性包括全向辐射特性，由此可控制或改变辐射方向图的方向和/或形状(或外形)。举例来说，可使用具有窄波束或宽波束(即辐射方向图)的天线。
有利地，在根据本发明的数据处理设备中，所述处理装置靠近第一和第二波束调向和/或成形天线放置。在本发明的数据处理装置适于在高频无线系统中接收/发送信号的情况中，所述高频无线系统例如使用毫米波频率的系统，如GHz段的频率(例如但不限于30至300Ghz)，该处理装置包含诸如调制解调器单元的数字处理单元，和/或高频处理单元(或射频电路)，诸如下变频单元，其适用于将所接收的信号从无线链路的高频下变频到中频和/或基带频率，或上变频单元，其适用于将信号从基带和/或中频带转换到发送信号的高频。可选地，该射频电路可被包含在波束调向和/或成形天线中。在其它无线系统中，根据相应的需求提供不同种类的处理装置。然而，与为第一和第二波束调向和/或成形天线每一个都提供这种处理装置的情况相比，通过为第一和第二波束调向和/或成形天线两者使用单个处理装置，可以降低制造费用。此外，通过靠近第一和第二波束调向和/及成形天线提供所述处理装置，也就是说尽可能接近第一和第二波束调向和/或成形天线提供所述处理装置，可避免由不必要长的信号线所导致的插入损耗。可选地，所述处理装置可以仅靠近第一波束调向和/或成形天线放置，由此其通过合适的信号线(如波导)与第二波束调向和/或成形天线相连。举例来说，通过使用基片集成波导，与其他信号线相比，可提供具有减小的传播损耗的信号，并且减少了费用。具体地，通过为基片集成波导使用柔性基片材料，与刚性波导或刚性电缆相比，具有减小的传播损耗的更灵活的集成是可能的。
通常，第一和第二波束调向和/或成形天线可以在相应数据处理设备的外壳中、外壳下或外壳上实施。许多数据信宿和数据源设备具有外壳，该外壳具有至少部分矩形的侧壁。有利地，第一和第二波束调向和/或成形天线(也就是主辐射方向)因此互相垂直。这种布置还能够覆盖几乎所有必需和可能的方向，以便建立与另一个设备的无线链路，从而接收或发送信号。但是，取决于数据处理设备的特定形状，波束调向和/或成形天线之间的任何其他非零角度当然也是可能的。
更有利的是，依照本发明的数据处理设备包括第三波束调向和/或成形天线。因此，上文所解释的处理装置可靠近第一和第二波束调向和/或成形天线放置，而第三波束调向和/或成形天线通过信号线(例如上文所解释的波导)连接到该处理装置。例如，第三波束调向和/或成形天线可布置在与第一或第二波束调向和/或成形天线相同的平面上(或数据处理设备的外壳的侧壁上)，或可与第一和第二波束调向和/或成形天线成一角度(非零)布置。因此，取决于数据处理设备的外壳形状，第一、第二和第三波束调向和/或成形天线例如可以互相垂直地布置，也就是说布置在外壳的三个分别互相垂直的侧壁上。因此，甚至更多的不同空间方向被覆盖并可以从中选择，以便建立与另一个设备的无线链路。
有利的是，第一、第二和/或第三波束调向和/或成形天线是相控阵天线，分别包括布置在同一平面上的两个或更多个天线元件。通常，相控阵天线是一组天线元件，其中馈送到天线的各个信号的相对相位发生变化，使得在希望的方向上加强阵列的有效辐射方向图，而在不希望的方向上抑制了有效辐射方向图。在相控阵天线中，馈送到天线元件的各个信号起源于公共源或负载，从而使相控阵天线的每个天线元件发射相同的信号，但是相位分别相同。相控阵天线的天线元件通常布置在公共平面上，例如基片，使得根据本发明，第一、第二和/或第三波束调向天线的平面互成角度(不为零)布置。按照上文所释，相控阵天线的平面因此可以是互相垂直的。此外，本发明的数据处理设备可包括波束转向控制装置，其适于使波束调向和/或成形天线的波束转向。可选地，数据处理设备可包括适于形成波束调向和/或成形天线的波束的波束转向控制装置。
可选地，本发明的波束调向和/或成形天线可以是双极天线或天线阵或相控阵天线。因此，本发明的处理设备进一步可以包括极化控制装置，其适于控制双极天线的极化，从而使它们的相应波束转向。
本发明的数据处理设备意欲覆盖能够通过无线链路接收或发送信号的所有类型的装置，例如数据信宿装置，数据源装置及其任何类型的组合。因此，按照本发明的适于处理经由无线链路所接收的信号的数据处理设备可包括或也可以不包括其他功能和元件，所述其他功能和元件使得该设备能够通过波束调向和/或成形天线或其他有线或无线接口发送所接收的信号或其他信号到其他设备。相似地，按照本发明的适于处理经由无线链路发送的信号的数据处理设备可以包括功能和元件，以通过波束调向和/或成形天线或其他有线或无线接口接收将被发送的信号或来自其他设备的信号。还有，根据本发明的用于处理通过无线链路接收或发送的信号的数据处理设备的功能可以被组合到单个设备中。根据本发明的用于处理通过无线链路接收的信号的数据处理设备的非限制性示例为电视机，监视器，投影仪(beamer)，放映机(projector)等，其中该设备的处理装置适于以这样的方式处理所接收的信号：获得信号中所接收的数据，并将其转换为能够实现该数据的相应显示的格式。根据本发明的用于处理将要经由无线链路发送的信号的数据处理设备的非限制性示例包括电缆或地面电视或无线电接收器，DVD播放器，CD播放器，MP3播放器，个人计算机，膝上型计算机，服务器，游戏控制台，可携式摄像机(camcorder)，静止图像照相机，或任何其他视频和/或音频数据源装置。此外，按照本发明的处理设备可以是仅包括发送和/或接收信号的天线功能和信号处理功能(没有其他功能)的设备，并能连接到上文所述的数据源或信宿。
在无线链路中接收和/或发送的数据可包括任何类型的调制，编码，加密，格式化等的任何类型的数据，且可以由任何现有或将有类型的音频和/或视频数据或任何其他数据组成，如信令数据，控制数据等。用于无线链路的无线系统可以是能够发送和/或接收携带任何类型的数据的无线信号的任何类型的系统，所述无线信号例如电磁信号，红外信号等。在电磁信号的情况中，本发明的设备可适于在任何所需的现有或将有的频率范围中接收和/或发送信号，所述频率范围例如但不限于毫米波频率范围，即在30MHz和300MHz之间的频率范围。对于短程和/或中程限制系统(例如室内系统)来说，大约60GHz的频率可能是有利的，但也可使用任何其他合适的频率。
附图说明
在下面与附图相关的优选实施例的描述中进一步详细解释了本发明，在附图中：
图1示意性地显示了根据本发明的具有第一，第二和第三波束调向和/或成形天线的数据处理设备，
图2示意性地显示了根据本发明的数据处理设备的框图，
图3示意性地显示了根据本发明的具有第一，第二和第三波束调向和/或成形天线的数据处理设备的另一个实施例，
图4示意性地显示了具有波束转向控制装置的相控阵天线的功能框图，
图5显示了相控阵天线的示例的透视图，
图6显示了图5的相控阵天线的天线元件的透视图，和
图7显示了图6的天线元件的顶视图。
具体实施方式
图1显示了数据处理设备1的第一示例，其适于处理经由无线链路接收和/或发送的信号。数据处理设备1包括外壳，该外壳至少具有三个互相垂直的侧壁2，3，4，由此侧壁2在x-z平面延伸，侧壁3在x-y平面延伸，侧壁4在y-z平面延伸。相控阵天线形式的第一波束调向和/或成形天线5布置在侧壁4上，相控阵天线形式的第二波束调向和/或成形天线6布置在侧壁3上，相控阵天线形式的第三波束调向和/或成形天线7布置在侧壁2上。
第一波束调向和/或成形天线5，第二波束调向和/或成形天线6和第三波束调向和/或成形天线7彼此非常接近地位于数据处理设备1的外壳的拐角上，也就是在彼此直接相邻的各个侧壁2，3和4的拐角上。一般而言(同样对于其他实施例)，如果天线彼此接近，但相互之间具有大于1/4工作频率(工作频率带宽的中央)的最小距离，那么这可能是有利的。由此，波束调向和/或成形天线5，6，7可布置在数据处理设备1的外壳之外，或者可集成于数据处理设备1的外壳的侧壁2，3，4中，从而使得天线元件自由而开放地暴露于外部，以便能够经由无线通信链路接收和/或发送信号。可选地，波束调向和/或成形天线5，6，7可布置在侧壁2，3，4中的相应窗口中，通过这些窗口，天线元件自由而开放地暴露于外部，以便能够经由无线通信链路接收和/或发送信号。因此，可以用透明，半透明或不透明的材料或栅格来覆盖所述窗口，其允许无线链路的信号无衰减或非常少衰减地通过。可选地，数据处理设备1的外壳可以由允许无线链路的信号无衰减或非常少衰减地通过的材料制成。在该情况中，波束调向和/或成形天线5，6，7可直接布置在相应侧壁2，3，4的下面。
图1所示的数据处理设备1的示例的波束调向和/或成形天线5，6，7分别包括分别布置在同一平面上的两个或更多个(在所示例子中是四个)天线元件8。换言之，相应波束调向和/或成形天线5，6，7的所有天线元件8布置在同一个平面上。图1显现了每个波束调向和/或成形天线5，6，7的天线元件8，在所示的示例中，所述天线元件由扁平的矩形面的导电层形成，所述导电层例如由金属制成，并具有槽或凹口形式的辐射元件9。例如，每个波束调向和/或成形天线5，6，7的每个天线元件8的每个导电层可布置在公共基片上，使得每个波束调向和/或成形天线5，6，7的每个天线元件8布置在相同平面上。如上所述，波束调向天线5，6，7的各个平面分别互相垂直。波束调向和/或成形天线5，6，7适于辐射和/或接收电磁信号，例如毫米波信号。波束调向和/或成形天线5，6，7在所需的预定工作频带宽度内具有定向辐射方向图，并且连接到例如无线射频发射机、接收机或收发机的模拟前端电路，如图2中所示以及下文关于图2所进一步解释的那样，模拟前端电路可以包括在处理装置10中。在图1的示例中所示的天线元件8被设计为有利地工作在GHz频率范围内，更特别地工作在20到120GHz频率范围内，甚至更特别地工作在50到70GHz范围内，且更特别地工作在59到65GHz频率范围内。但是，可以理解的是，天线元件8只是示例，并且波束调向和/或成形天线5，6，7的操作不受限于所提到的频率范围，而是可以通过使用不同类型的天线元件，适于工作在不同的频率范围内。例如，波束调向和/或成形天线5，6，7可以用双极天线或天线阵的形式来实现，其中可以改变水平和垂直极化，以便使辐射方向图转向。此外，波束调向和/或成形天线5，6，7可以但不必互相相同。换言之，波束调向和/或成形天线5，6，7可分别包括不同类型的相控阵天线或相同的相控阵天线。
在图1所示的例子中，三个(至少几乎)正交或垂直的波束调向和/或成形天线5，6，7适于覆盖xyz坐标系的三个(在六个中)可能的方向，由此每个波束调向和/或成形天线5，6，7由于定向辐射方向图而覆盖例如半个球体的空间，从而使得它基本上在数据处理设备1的所有可能的安装和定位可能性中应该可以建立数据处理设备1和另一个设备之间的无线链路。在某些应用中，为了获得充分的覆盖，只提供第一波束调向和/或成形天线5和第二波束调向和/或成形天线6可能就足够了。例如，如果第一波束调向和/或成形天线5所在的侧壁4是数据处理设备1的前侧壁，且如果侧壁3是向上指的侧壁，例如在室内应用中，由于第一波束调向和/或成形天线5可被用于经过房间地板或房间侧墙的直接链路(视线)以及反射链路(非视线)，且第二波束调向和/或成形天线6可被用于经过房间天花板的反射链路，则在大多数定位或安装情况中可以建立与另一个设备的无线链路。然而，可能提供甚至更多的波束调向和/或成形天线，例如与侧壁4相对的侧壁上的附加波束调向和/或成形天线以及与侧壁2相对的侧壁上的另一个附加的波束调向和/或成形天线，或者甚至是与侧壁3相对的侧壁上的附加的波束调向和/或成形天线。
图2显示了数据处理设备1’的另一个示例的框图，其示意图显示于图3中。数据处理设备1’非常类似于显示于图1中且对照图1所解释的数据处理设备1，因此上文关于数据处理设备1所作出的关于功能、特征等的所有上面的陈述同样也与数据处理设备1’相关。唯一的差别是，数据处理设备1’的第三波束调向和/或成形天线7’布置在数据处理设备1’的外壳的相同侧壁上，且因此在与第一波束调向和/或成形天线5相同的平面中。但是，如图3所示，第三波束调向和/或成形天线7’布置在侧壁的与第一波束调向和/或成形天线5相距一定距离的相对拐角中，该距离相当于数据处理设备1’的宽度。因此，在第一波束调向和/或成形天线5和第三波束调向和/或成形天线7’所布置的侧壁4’是数据处理设备1’的前侧的情况下，波束调向和/或成形天线的这种布置允许更好的空间覆盖和建立到另一个设备的可靠无线链路的更多可能性。附加的波束调向和/或成形天线可布置在与侧壁4’相对的侧壁上，或在数据处理设备1’的其他侧壁上。同样，另一个波束调向和/或成形天线可布置在与侧壁2相对的侧壁上靠近天线5，6的地方，使得天线布置类似于具有附加天线7’的图1的情况。关于图1所示的例子中的第三波束调向和/或成形天线7所作出的所有其他解释对于图3所示的例子中的第三波束调向和/或成形天线7’同样是正确的。
根据本发明的数据处理设备进一步包括处理装置或处理单元，其适于处理将要通过波束调向和/或成形天线发送或通过波束调向和/或成形天线接收的信号。在图2和3所示的示例中，示意性地显示了处理装置10，但应当理解的是，处理装置10还可以被提供在关于图1所解释和显示的示例的数据处理设备1中。在数据处理设备1’适于处理经由无线链路接收的信号的情况下，取决于用于该无线链路的传输或通信系统，处理装置10适于处理通过第一波束调向和/或成形天线5、第二波束调向和/或成形天线6和/或第三波束调向和/或成形天线7’所接收的信号。在电磁信号被用于无线链路的情况中，所述电磁信号例如GHz频率范围(或毫米范围)的高频信号，处理装置10可以是或包括适于将所接收的高频信号下变频到中频或基带信号的高频或射频单元。最后，处理装置10可附加地包括其他功能，例如解调单元，基带处理单元和其他必须和需要的功能。在数据处理设备1’适于处理将要经由无线链路发送的信号的情况中，处理装置10包括处理将要通过第一波束调向和/或成形天线5、第二波束调向和/或成形天线6和/或第三波束调向和/或成形天线7’发送的信号所必需的功能。在无线链路基于高频范围内的电磁信号传输的情况中，处理装置10可以是或包括适于将基带或中频带信号上变频为高频的高频或射频单元。可选地，高频或射频电路可以是天线5、6、7、7’的一部分，且处理装置10可包括其他必需的功能。
附加地，或可选地，处理装置10可包括其他功能，例如调制功能，基带处理功能等。正如图2和3中所示意性地显示的，如果数据处理设备1’只包括连接到第一波束调向和/或成形天线5、第二波束调向和/或成形天线6和第三波束调向和/或成形天线7’的单个处理装置10，那将是有利的。因此，如果处理装置10和波束调向和/或成形天线尽可能彼此靠近地放置，即定位为使得尽可能多地减少损耗，则是更有利的。如图2和3所示意性显示的，第一波束调向和/或成形天线5和第二波束调向和/或成形天线6靠近或直接相邻于处理装置10，使得由处理装置10与第一和第二波束调向和/或成形天线5，6之间的信号线所引起的所有类型的损耗都能被避免或至少被减少。然而，对于第三波束调向和/或成形天线7’来说，其与第一和第二波束调向和/或成形天线5，6相距一定距离且因此与处理装置10也相距一定距离，可取的是使用适当的元件来将波束调向和/或成形天线7’所接收的信号提供给处理装置10或反之亦然。在图2和3中，示意性地显示了该供给元件16。例如，该供给元件16可以是波导，或基片集成波导，由此该基片集成波导可包括例如柔性基片材料，以便提供更灵活的集成可能性，并减少传播损耗。但是，也可以提供和实施其他类型的供给元件16，例如同轴电缆等。
本发明的数据处理设备1，1’进一步包括适于使波束调向和/或成形天线5，6，7，7’的定向波束转向的波束转向控制装置。因此，取决于波束调向和/或成形天线的实施方式，每个波束调向和/或成形天线5，6，7，7’可由其自己的具体分配的波束转向控制装置控制，或者在各个数据处理设备1，1’中的所有波束调向和/或成形天线都能被一个公共的波束转向控制装置控制。图4为类似于参照图1所解释的具有四个天线元件8的相控阵天线的功能框图，其还具有附加的波束转向元件15和相控阵天线的实际实施必需的其他元件。每个天线8具有分别分配的相移元件15，以作为例如相移器组，借助于该相移元件可改变各个天线元件8的相位，从而改变相控阵天线的整个辐射方向图。由此，改变每个天线8的相位输入，并且随后使每个天线元件8的各个辐射方向图转向，相控阵天线的整个辐射方向图可以在辐射方向图的主波瓣方向周围的特定角度范围内被转向，所述主波瓣方向是垂直(正交)于来自相应天线平面的平面(planar)天线元件8阵列的平面的方向(例如图1中的箭头所示)。图4由此显示了特定实施电路的建议，以便实现波束转向可能性。每个相移15经由RF开关11连接到其各自的天线元件。此外，每个相移器15通过另一个RF开关12连接到相应的功率分配器13。这两个功率分配器13连接到主功率分配器14。功率分配器13和14用于将相等的信号强度分到(在天线元件8用于发送信号的情况中)四个天线元件8(在发送的情况下)或将相等的信号强度求和(在天线元件8用于接收信号的情况中)到模拟射频前端(在接收的情况下)。此外，诸如微带线的馈电结构(未显示)可用作每个天线元件8的馈电线。相移器9用于对每个天线元件8处的信号进行移相，以便获得所需的波束转向方向图方向。因此，相移器15形成用于包括天线元件8的相控阵天线的波束转向控制装置。在可选的实施方式中，相移器可以被实现为使用数字信号处理技术工作在数字域的数字元件。然而，也可以使用其他波束转向控制装置，这取决于用作波束调向和/或成形天线5，6，7，7’的天线类型。例如，如果双极天线或天线阵被用作波束调向和/或成形天线5，6，7，7’，那么(数字)极化控制装置或单元可被用作波束转向控制装置，以便改变这种天线的垂直和水平极化。
通常，处理装置10可以在例如内部控制信息或处理装置所接收的外部控制信息的基础上控制波束转向控制装置。例如，处理装置10可测量链路状况或接收相应信息，并在此基础上控制波束转向装置。
此外，处理装置10例如可以只选择本发明的该至少两个波束调向和/或成形天线中的其中一个，用于信号的接收和/或发送，由此该单个所选天线的波束被转向到所需的方向。可选地，所有可用的波束调向和/或成形天线可用于接收或发送相同的数据，同时它们的波束被组合以建立单个无线链路，或者它们的波束被单独用以建立几个无线链路。此外，可通过被单独转向的几个波束调向和/或成形天线来接收或发送不同的数据。可选地，所有或一些可用的波束调向和/或成形天线可以被用于接收或发送相同的数据。
图5显示了可被用作本发明的波束调向和/或成形天线5，6，7，7’的相控阵天线17的非限制性示例的透视图。图5的天线阵17显示了在公共基片18上的成方形结构的四个天线元件8的实施方式。换言之，公共基片18具有四个印刷在其顶侧面的平面导电层，所述公共基片例如是单层基片，每个平面导电层包括凹口形式的辐射元件9。下文将解释天线17的馈电结构17。天线17可包括反射器平面20，所述反射器平面例如与基片18相距预定距离的金属层。然而，反射器平面20也可以被省略，这取决于应用。在天线17中可提供更多或更少的天线元件8，而不是四个天线元件8。因此，天线17可具有方形结构，该方形结构具有相同的长度r13和宽度r14，例如5毫米或更多。然而，天线17也可具有不同的长度和宽度。
图6显示了用于辐射和/或接收毫米波信号的天线17的天线元件8的透视图。天线17在预定的工作频带宽度内具有高增益定向辐射方向图，且可连接到例如无线RF收发机的模拟(或数字)前端电路。天线17被设计为有利地工作在GHz频率范围，更特别地工作在20到120GHz频率范围，甚至更特别的是工作在50到70GHz频率范围，最特别的是工作在59到65GHz频率范围。但是，天线操作不限于这些频率范围，而是可以通过相应缩小或增大天线尺度(measure)和比率，被用于工作在不同的频率范围。
正如所提到的，天线17包括基片18，该基片可由任何合适的材料形成，例如介电材料等，且可形成为单层。在每个天线元件8中，例如通过使用印刷技术在基片18的上面形成铜层，在基片18上形成平面导电层21。在平面导电层21中，形成辐射元件9，其具有槽的形状。该槽例如是通过蚀刻技术形成的。
在与导电层21相对的基片18的侧面上，提供了馈电结构19，通过该馈电结构电磁信号被提供给辐射元件9以便被发送，或者通过该馈电结构辐射元件9所接收的电磁信号被提供给与馈电结构相连的处理电路，如处理装置10。此外，在距离提供馈电结构19的基片18的侧面的预定距离处放置有通过导电平面(例如金属)形成的反射器平面20。所述反射器平面用作电磁波屏(screen)，以反射通过辐射元件9发射和/或接收的电磁波，从而消除或抑制基片18背面的辐射，并增加天线主方向上的天线增益，所述主方向为垂直于导电层21的平面且从基片18向外指去的方向。然而，可能存在其中可以实施本发明的天线而不需要这种反射器平面20的应用。
馈电结构19可以是任何类型的合适的馈电结构，但有利地被实现为微带馈电线(microstrip feeding line)，通过印刷技术将所述微带馈电线涂敷到基片18的背面。因此，微带馈电线有利地具有50欧姆的阻抗。
天线元件8的工作原理如下所述。通过馈电结构19将激励电磁波引导到辐射元件9。在辐射元件9(即槽)中，激励电磁波的磁场分量在该槽内激发电场。因此，为了获得工作频率上的大频带宽度，例如10％的工作频率的频带宽度，辐射元件9包括中间部分9a和两个外侧部分9b，外侧部分通过所述中间部分9a连接，且远离所述中间部分9a延伸，从而形成槽形天线(slot antenna)。在图6的馈电结构19和平面导电层21的透视图以及图7中天线元件8的顶视图中，更详细显示了辐射元件9的特定形状。
在所示的天线元件8的实施例中，辐射元件9的槽通常呈U形，其中通过所提到的外侧部分9b形成U形的两个臂，通过中间部分9a形成连接两个外侧部分9b的基部。两个外侧部分9b通常互相平行并且垂直于中间部分9a地延伸。所示U形槽产生了大约10％工作频率的频带宽度，例如6GHz频带宽度，以及大约60GHZ的工作频率。在所示实施例中，中间部分9a和两个外侧部分或臂9b之间的过渡是圆的。但是，在不同的应用中，中间部分9a和两个外侧部分9b之间的过渡可以是带拐角的矩形。
如图7中所示，平面导电层21的形状通常为具有等长的边r11和r12的矩形，呈正方形。但是，可以应用不同的形状，其中r11小于或大于r12。
作为天线元件8的顶视图的图7还显示了基片背面上的馈电结构19，以便显示馈电结构19相对于辐射元件9的布置。具体而言，在所示实施例中为印刷微带线的馈电结构19馈送或引导信号远离辐射元件9的中间部分9a。因此，馈电结构位于基片18的背面，与平面导电层21和槽9相对，从而使得馈电结构和辐射元件去耦，以便抑制辐射特性的旁瓣。因此，馈电结构19从与辐射元件9的两个外侧部分9b的延伸方向相反的方向将信号馈送至辐射元件9的中间部分9a。在图7中所呈现的两维投影中，可以看到馈电结构19与辐射元件9的中间部分9a重叠，以便确保跨过基片18的良好耦合。
平面导电层21具有两个对称轴A和B，这两个对称轴将导电层21在长度和宽度方向上分为两半。由此，馈电结构19沿着对称轴A对称地延伸，且辐射元件9的槽镜像对称于(mirror symmetrically)轴A布置。换言之，辐射元件9的两个外侧部分9b大致平行于轴A延伸，并且相对轴A镜像对称。辐射元件9的中间部分9a的基线布置在对称轴B上。换言之，中间部分9a的基线之间的距离为导电层21在此方向上的长度的一半。
通常，如果两个外侧部分9b为锥形，也就是如果两个外侧部分9b的宽度在远离中间部分9a的方向上增加，则是有利的。因此，辐射元件的复阻抗的虚部可以被减小，使得天线1的总体阻抗被减小，并能与馈电结构的例如50欧姆的阻抗相匹配。
此外，在两个外侧部分9b为锥形的情况下，这两个外侧部分在其端部的宽度w1大于中间部分9a的宽度w2。有利地，两个外侧部分9b的端部的宽度w1大于中间部分9a的宽度w2的两倍。此外，中间部分9a的长度13大于两个外侧部分9b的端部的宽度w1。换言之，两个外侧部分9b之间的距离大于相应的宽度w1。此外，辐射元件9的总体宽度w3大于其长度12，由此两个外侧部分9b每一个的长度12都比其宽度w1长。所示辐射元件9和平面导电层21的形状和尺寸特别适合于辐射和接收在50到70GHz频率范围内的信号。

Claims (12)

1.用于处理经由无线链路接收的信号的数据处理设备(1；1’)，包括： 
布置在所述数据处理设备(1；1’)的第一侧壁(4)上的第一波束调向和/或成形天线(5)，其适于经由所述无线链路接收数据， 
布置在所述数据处理设备(1；1’)的第二侧壁(3)上的且与所述第一波束调向和/或成形天线(5)垂直的第二波束调向和/或成形天线(6)，所述第二波束调向和/或成形天线(6)适于经由所述无线链路接收数据， 
布置在所述数据处理设备(1；1’)的第三侧壁(2)上的且与所述第一波束调向和/或成形天线(5)以及所述第二波束调向和/或成形天线(6)垂直的第三波束调向和/或成形天线(7)，所述第三波束调向和/或成形天线(7)适于经由所述无线链路接收数据； 
其中，所述第一波束调向和/或成形天线(5)、所述第二波束调向和/或成形天线(6)以及所述第三波束调向和/或成形天线(7)被布置在所述数据处理设备(1；1’)的由相互垂直的所述第一侧壁(4)、第二侧壁(3)以及第三侧壁(2)形成的角落处； 
处理装置(10)，其适于处理通过所述第一波束调向和/或成形天线(5)、所述第二波束调向和/或成形天线(6)以及所述第三波束调向和/或成形天线(7)接收的信号。 
2.用于处理要经由无线链路发送的信号的数据处理设备(1；1’)，包括： 
布置在所述数据处理设备(1；1’)的第一侧壁(4)上的第一波束调向和/或成形天线(5)，其适于经由所述无线链路发送数据， 
布置在所述数据处理设备(1；1’)的第二侧壁(3)上的且与所述第一波束调向和/或成形天线(5)垂直的第二波束调向和/或成形天线(6)，所述第二波束调向和/或成形天线(6)适于经由所述无线链路发送数据， 
布置在所述数据处理设备(1；1’)的第三侧壁(2)上的且与所述第一波束调向和/或成形天线(5)以及所述第二波束调向和/或成形天线(6)垂直的第三波束调向和/或成形天线(7)，所述第三波束调向和/或成形天线(7)适于经由所述无线链路发送数据； 
其中，所述第一波束调向和/或成形天线(5)、所述第二波束调向和/或成形天线(6)以及所述第三波束调向和/或成形天线(7)被布置在所述数据处理设备(1；1’)的由相互垂直的所述第一侧壁(4)、第二侧壁(3)以及第三侧壁(2)形成的角落处； 
处理装置(10)，其适于处理要通过所述第一波束调向和/或成形天线(5)、第二波束调向和/或成形天线(6)以及所述第三波束调向和/或成形天线(7)发送的信号。 
3.根据权利要求1或2的数据处理设备(1；1’)，其中所述处理装置(10)靠近第一波束调向和/或成形天线(5)和第二波束调向和/或成形天线(6)放置。 
4.根据权利要求1或2的数据处理设备(1；1’)，其中所述处理装置(10)靠近第一波束调向和/或成形天线(5)放置，且所述第二波束调向和/或成形天线(6)通过波导连接到所述处理装置。 
5.根据权利要求1或2的数据处理设备(1；1’)，其中所述处理装置(10)靠近第一波束调向和/或成形天线(5)和第二波束调向和/或成形天线(6)放置，且所述第三波束调向和/或成形天线(7)通过波导(16)连接到所述处理装置。 
6.根据权利要求4的数据处理设备(1；1’)，其中所述波导为基片集成波导。 
7.根据权利要求1或2的数据处理设备(1；1’)，其中 
所述波束调向和/或成形天线(5，6，7)为分别包括布置在同一 平面中的两个或更多个天线元件(8)的相控阵天线，其中所述第一波束调向和/或成形天线(5)、所述第二波束调向和/或成形天线(6)以及所述第三波束调向和/或成形天线(7)的平面彼此垂直布置。 
8.根据权利要求1或2的数据处理设备(1；1’)，包括波束转向控制装置(15)，用于使所述波束调向和/或成形天线(5，6，7)的波束转向。 
9.根据权利要求1或2的数据处理设备(1；1’)，包括波束转向控制装置(15)，用于形成所述波束调向和/或成形天线(5，6，7)的波束。 
10.根据权利要求1或2的数据处理设备(1；1’)，其中所述波束调向和/或成形天线(5，6，7)是双极天线。 
11.根据权利要求10的数据处理设备(1；1’)，包括极化控制装置，用于控制所述双极天线的极化。 
12.根据权利要求5的数据处理设备(1；1’)，其中，所述波导是基片集成波导。 
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