CN102742079A

CN102742079A - 天线设备

Info

Publication number: CN102742079A
Application number: CN2010800634399A
Authority: CN
Inventors: H.阿斯普隆德; J.梅波; A.德尔内里; F.哈里松
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: EP2534732B1; EP2534732A4; WO2011099901A1; US20120306711A1; CN102742079B; US8890758B2; EP2534732A1

Abstract

天线（100，200，300，400，500）包括用于导向电池波的第一（110，210，310，410，430）和第二（120，220，320，420，440）结构，每个结构包括辐射单元的组（111，130，150，230，330；140，160，240，340，445，470）。对于结构中的相邻部分，至少以下之一适用：?辐射单元的组沿两个结构分布，使得第一结构中的组（110，130，150）部分或根本不重叠于第二结构中的组（120，140，160）。？所述组（230；240）内的辐射单元展示组内共同的且在第一与第二组之间相差至少10度的角度的主延伸方向。?组（330，340）的辐射单元沿结构（310，320）分布在面向不同方向的结构的侧面上。

Description

天线设备

技术领域

本发明公开一种新颖的天线设备。

背景技术

通常，在室内环境中部署诸如例如蜂窝系统的无线通信系统时，能够难以使用传统种类的天线。在此类环境中，使用有时转而由所谓的“泄漏缆线（leaky cable）”（有时也称为泄漏馈线或辐射缆线）形成。

泄漏缆线如其名所暗示的，是能够传导电能并且已提供有孔径以便使缆线辐射（即允许一些能量从缆线“泄漏”）的缆线，由此使得缆线能够充当天线。此类缆线（即泄漏缆线）将能够充当接收和传送天线。由于缆线的其性质，与传统天线相比，“泄漏缆线天线”将表现更像线源而不是点源，由此使得在隧道中或在使用点源天线时发生高程度的“遮蔽”之处更易于获得覆盖。后者的一个示例是室内情形，例如，景观式办公室布置（office landscape）。

美国专利4091367和美国专利5247270公开了预期用作入侵者检测系统的泄漏缆线系统，后一文档的公开尤其预期用于地下掩埋或矿井中使用。

发明内容

本发明的目的是提供与现有技术相比具有改进的性能的带有泄漏缆线的天线设备。

此类天线设备由本发明提供，其中公开了一种包括用于引导电磁波的第一和第二细长结构的天线设备。所述结构的每个结构展示延伸的纵向和横向方向，并且在其延伸的纵向方向中被相互并排放置。另外，所述结构的每个结构包括辐射单元的至少一组。

根据本发明，第一和第二结构被布置成使得对于至少两个相邻部分，每个结构中一个部分，以下至少之一适用：

• 辐射单元的组沿两个结构分布，使得第一结构中的组部分地或根本不重叠于第二结构中的组，

• 所述组内的辐射单元展示组内共同的且在第一与第二组之间相差至少10度的角度的主延伸方向，

• 组的辐射单元沿结构分布在面向不同方向的结构的侧面上。

本发明的优点因此是本发明天线设备能够用于两个结构之间的传送和接收分集，在本发明天线设备中几种分集是可能的，诸如，例如空间分集、极化分集和由于不同辐射方向图引起的分集，如从下面提供的详细描述将实现的一样。

本发明的又一优点是在两个结构之间能够保持低相关，这意味着本发明的天线设备也能够用于所谓的MIMO应用，多输入多输出。MIMO是正变得越来越普遍的一种技术，并且其需要至少两个信道（例如，两个天线），在它们之间带有低相关程度。

仍有的又一优点是与现有技术相比，能够降低横向方向中辐射单元的空间分离，这是有利的，因为可用于例如景观式办公室布置中等此类设备的空间的量通常有限。

在本发明的一个实施例中，第一和第二结构均包括多组辐射单元，这些辐射单元展示结构内共同的主延伸方向，每个结构中的组沿结构的延伸的纵向方向等距分隔。

在本发明的一个实施例中，所述组的辐射单元在所述组内沿结构的延伸的纵向方向等距分隔。

在本发明的一个实施例中，结构中的辐射单元的组被布置在离另一结构中最近的辐射单元的组的最小纵向距离处。

在本发明的一个实施例中，组的辐射单元沿结构分布在面向不同方向的结构的侧面上，所述方向的差别如从结构的径向方向中看到的在150到210度的间隔中。

在本发明的一个实施例中，第一和第二结构被布置成使得其延伸的纵向方向相互平行。

在本发明的一个实施例中，第一和第二结构是以下之一：

• 同轴缆线，

• 波导，

• 带状线（strip line）设备，

• 微带设备。

在本发明的一个实施例中，辐射单元是第一和第二结构中导体中的贯进（through-going）孔径。

在本发明的一个实施例中，所述天线设备包括用于将第一和第二结构锁定在相对于其纵向延伸以及相对于结构之间的距离和/或结构之间的径向旋转的与彼此有关的预定位置中的锁定设备。

在本发明的一个实施例中，锁定设备包括环绕所述第一和第二结构的每个结构的非传导材料的护套。

附图说明

在下述内容中，将参照附图更详细地描述本发明，其中：

图1示出提供空间分集的本发明的一实施例的第一示例，以及

图2示出提供极化分集的本发明的一实施例的第二示例，以及

图3a和3b示出提供辐射方向图分集的本发明的一实施例的第三示例的两个视图，以及

图4示出提供组合种类的分集的本发明的一实施例的第四示例，以及

图5示出本发明的一实施例的第五示例。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明，附图中用于引导电磁波的结构示为同轴缆线。然而，应指出的是，这只是要增强读者理解本发明的示例，并且不应视为限制结构的选择，结构例如能够也包括以下的一项或多项：

• 波导，

• 带状线设备，

• 微带设备。

此外，将借助于包括两个结构或缆线（其也将称为“天线”）的示例描述本发明。同样地，所示缆线的数量只是要增强读者理解本发明的示例，并且不应视为限制本发明的范围内能够使用的缆线的数量。

现在转到图1，图中示出本发明的一实施例100的第一示例，该示例预期在两个缆线（即两个“天线”）之间提供所谓的空间分集，这是从现在起也将引用两个缆线或结构的方式。

如图所示，实施例100包括第一同轴缆线110和第二同轴缆线120，所述同轴缆线的每个包括内导体104、107和通过介电层103、106与相应内导体分离的外导体102、105。对于介电层的一种备选是介电隔片，即，介电材料的隔片。第一缆线110包括辐射单元的组111、130、150、170，每个组带有至少一个辐射单元131、151，并且第二缆线120也包括辐射单元的组140、160，每个组带有至少一个辐射单元141、161。为了清晰的原因，图1中并非所有辐射单元已提供有引用标号。

实施例100的辐射单元是作为外导体102、105中贯进穿孔的细长槽，并且具有使这些槽辐射的主延伸方向。主延伸方向适当地对一个相同组中的所有槽是相同的，并且优选在此实施例中也在一个相同缆线的所有组之间是相同的。此处使用了术语“主延伸方向”，因为槽也将具有“次要”或“交叉”延伸方向。

使槽辐射的主延伸方向在不同种类的缆线之间不同：在同轴缆线中，如图所示，主延伸方向不应与缆线的主延伸长度一致。适合的偏离是10度或更大。在波导中或微带或带状线结构中，槽的主延伸方向能够与结构或缆线的主延伸方向一致，并且仍能够辐射。

至于辐射单元的确切形状，应指出的是，虽然它们在图中示为细长槽，并且在大部分的描述中以此方式来引用，但辐射单元的形状能够在外导体中从多种不同种类的穿孔来选择，但优选实施例包括细长矩形或椭圆槽。然而，应指出的是穿孔的大多数形状将产生辐射效应。此外，参照用于引导电磁波的其它种类的可能结构，如波导或带状线和微带结构，能够指出的是，形成辐射单元的穿孔应在此类结构的导体中被做出。

图1中还示出坐标系统，该坐标系统指示两个缆线110、120延伸的轴向A和径向R方向，这两个缆线在此示例中被布置成使得它们的轴延伸基本上相互平行。

如能够看到的，在实施例100中，缆线中辐射单元的每组与相同缆线中紧邻的组分隔开最小距离d₁，每组被适当设计成以便至少是一组辐射单元的延伸。

如能够在图1中看到的，在实施例100中，辐射单元的两组（每个缆线中一组）的外缘之间的最近纵向距离保持大于最小距离d₂，这在图1中示出。在提供空间分集的实施例中采用的原则是，两个结构中辐射单元的组以一个结构中的组部分地或根本不重叠于另一结构中的组（后者是图1所示实施例中的情况，其中两个结构中组之间的纵向分离至少是d₂）的此类方式沿这两个结构分布。

如能够在图1中看到的，术语“重叠”在此处用于表示两个缆线中两个辐射单元之间的最小距离d₂优选使得一个缆线中辐射单元中的点未布置在从另一缆线中辐射单元中的点垂直的方向中。

借助于实施例100及其辐射单元的组的设备，如果一个相同的数据流D1通过缆线110、120的每个来传送，则实施例100将产生从两个缆线发射的信号之间低程度的空间相关，由此产生所谓的空间分集。

另外，实施例100也能够用作用于MIMO（多输入多输出）应用的天线。在MIMO应用中，将传送两个不同数据流D₁和D₂，每个缆线110、120中一个数据流，或者如果应用数据流的适当增益和/或相位加权，则能够在两个缆线110、120中均传送两个数据流。MIMO是一种依赖多个传送（或接收）数据流之间高程度解相关（de-correlation）的技术，并且为此原因实施例100极其适合于MIMO应用，因为如上所述和图1所示而布置的辐射单元的组将在从两个缆线110、120传送的信号之间产生高程度解相关。

图2示出预期借助于所谓极化分集在两个缆线210、220之间提供分集的本发明的第二实施例200。图2示出每个缆线210、220中辐射单元的一个组230、240，这当然只是示例。为清晰的原因，每组中仅一个辐射单元231、241已被赋予引用标号。

在实施例200中，辐射单元示为细长槽，但与图1的实施例100不同，在实施例200中，一个缆线210、220的辐射单元231、241被布置成使得它们具有组内共同的主延伸方向，但该方向与另一缆线中至少最近组的主延伸方向偏差至少预定义的角度，至少有10度，但90度的差别甚至更优选，因为此类角度将产生在两个缆线210、220之间正交的极化方向。适当的是，每个缆线中所有组具有共同的延伸方向。

在“极化分集”实施例的一优选实施例中，缆线210、220中的所有辐射单元基本相互平行，如图2所示。

如果一个相同的数据流D1通过缆线210、220的每个来传送，则实施例200将产生带有来自两个缆线210、220的不同极化的信号，由此造成所谓的极化分集。来自两个缆线210、220的信号之间的极化之间的差别将基本上对应于两个缆线中辐射单元之间的角度。

另外，实施例200也能够用作用于MIMO（多输入多输出）应用的天线。在MIMO应用中，将传送不同数据流D₁和D₂，缆线210、220的每个中一个数据流。如前面所提及的，MIMO是一种依赖多个传送（或接收）数据流之间高程度解相关的技术，这是实施例200将满足的条件，由此使它高度适合于MIMO应用。

图3a示出本发明的天线设备的第三实施例300。每个缆线310、320中只示出辐射单元的一个组330、340，这同样地只是一个示例。此外，作为示例，两个缆线310、320中的辐射单元331、341示为在每组内等距布置的细长槽。

实施例300也在从图3a中示出的两个缆线或天线310、320发射的信号之间产生分集。然而，在此实施例中，分集是由能够具有基本上类似辐射方向图或天线图的两个缆线310、320造成的分集，因为缆线被布置成使得两个缆线310、320的辐射单元331、341沿结构分布在面向不同方向的结构的侧面上。表述“面向不同方向”在图3a和3b中例示为在两个结构的径向方向中相差180度的方向，图3a和3b中所述180度使得不同方向是来自设备300的侧边，如图3a和3b中所示。然而，在其它实施例中，180度的差别也能够用于让辐射单元面向其它不同方向，诸如，例如“向上”和“向下”，这些方向相对于在图3b中如何显示结构来定义。另外，本发明也通过非180度的角度差别采用面向不同方向的条件，但优选的是150到210度的间隔中。

180度的差别也能够表述为比方说缆线310、320被布置成使得它们的相应辐射单元331、341在离彼此的最小径向距离d₄，或者缆线310、329被布置成使得它们的相应辐射单元在缆线的径向方向中相互背离。

因此，从两个缆线310、320传送的信号将借助于它们的指向不同方向的辐射方向图而相对于彼此是解相关的。这也将使实施例300适合于MIMO应用。

当然，上面描述的和图1-3所示的实现分集的方法能够相互组合以便获得传送的信号之间甚至更高程度的解相关。此类组合的一个示例在图4中示出，图4示出包括四个单独缆线410、420、430和440的天线设备400。设备400的缆线采用图2成对所示的设计，即，第一对缆线410、420和第二对缆线430、440包括辐射单元的组，这些组在每对缆线内遵循的原则是缆线对中一条缆线中组的辐射单元相互平行，并且相对于缆线对中另一缆线中辐射单元的组的辐射单元成某一角度，此处为90度。此外，一个缆线对中辐射单元的组被布置成使得每组的中心点与缆线对中另一缆线中组的中心点基本上一致。

因此，图4的设备将产生缆线对内的极化分集。然而，由于一个缆线对的辐射单元的组根据图1的原则相对于另一缆线对中的辐射单元的组而被布置，因此，图4的设备也将产生缆线对之间的空间分集。由于图1的原则在缆线对之间被使用，因此，存在缆线对中辐射单元的组之间的最小距离d₂以及组中辐射单元之间的轴最小距离d₁。因此，设备400将在缆线对410-420和430-440内产生极化分集，以及在缆线对之间产生空间分集。

当然，图4所示的组合只是示例，图1-3所示实施例能够以多种其它方式被组合，特别是如果使用多于两条缆线。

图5示出能够应用到图1-4所示任何实施例的天线设备500，但此处它示为被应用到图1的实施例100：为了确保天线设备100中缆线110、120之间的适当距离和角度，缆线110、120通过锁定部件510被锁定在相对于彼此的其位置中。锁定部件510能够以多种方式来设计，诸如，例如缆线之一中的交互突出部和另一缆线中的交互孔径、锁带或钩和环状固定器。适当的是，这些锁定部件假设每个缆线环绕有保护非传导护套，例如橡胶护套。

然而，图5的设备中的锁定部件510不同于上面所列的锁定部件：相反，图5所示的缆线110、120被封包在一块将它们锁定就位的介电材料510中，即，存在环绕每个缆线的非传导材料的护套。实现相同目标的另一方式是使每个缆线由非传导护套来环绕，并随后使共同的非传导护套用于将缆线锁定到位。

如已提及的，自/由本发明的设备中缆线传送/接收的信号之间的相关程度应低于预定义的阈值。此阈值当然是设计参数，但优选最大的相关程度是0.7。

此外，应指出的是，虽然本发明的设备已在上面主要参照传送进行了描述，但本发明设备对于接收同样工作得很好，并且因此将能够用于分集或MIMO接收。

也能够注意到的是，例如通过参照图1所示实施例，从两个结构中辐射单元的至少一个组到另一结构中最近辐射单元的最小距离d₂大于预定义最小距离也能够使得结构110、120的每个结构中一组（诸如，例如组111、121）之间存在一定程度的“重叠”。此类设计将造成解相关程度的降级，但仍在本发明的范围内。也将造成解相关程度降级的另一备选设计是直接对立于诸如例如组111、121的辐射单元的组而布置更小的孔径或辐射单元。此类更小的孔径例如能够是小孔的形状。

本发明的特征在于上面所示的特征，这些特征也在随附专利权利要求中被概述。借助于本发明的设计，能够发现在传送期间满足以下一项或多项的至少两个平行的部分（用于引导电磁波的两个结构的每个结构中一个部分）：

• 所述部分之一比另一部分发射更多辐射，

• 所述两个部分以不同极化来辐射，

• 所述两个部分在不同方向中辐射。

本发明并不限于上面所述和图中所示的实施例的示例，而是可在随附权利要求的范围内自由变化。

Claims

1. 一种包括用于引导电磁波的第一（110，210，310，410，430）和第二（120，220，320，420，440）细长结构的天线设备（100，200，300，400，500），所述结构的每个结构展示延伸的纵向(A)和横向方向(R)，所述结构在其延伸的纵向方向中被相互并排放置，所述结构的每个结构包括辐射单元的至少一组（111，130，150，230，330；140，160，240，340，445，470），所述天线设备特征在于所述第一和第二结构被布置成使得对于至少两个相邻部分，每个结构中一个部分，以下的至少之一适用：

辐射单元的所述组沿所述两个结构分布，使得所述第一结构中的组（110，130，150）部分地或根本不重叠于所述第二结构中的组（120，140，160），

所述组（230；240）内的辐射单元展示组内共同且在所述第一与所述第二组之间相差至少10度的角度的主延伸方向，

所述组（330，340）的辐射单元沿所述结构（310，320）分布在面向不同方向的所述结构的侧面上。

2. 如权利要求1所述的天线设备（100，200，300，400，500），其中所述第一（110，210，310，410，430）和所述第二（120，220，320，420，440）结构包括辐射单元的多个组，所述辐射单元展示结构内共同的主延伸方向，每个结构中的组沿该结构的延伸的纵向方向等距分隔。

3. 如权利要求1或2所述的天线设备（100，200，300，400，500），其中所述组的辐射单元沿结构的延伸的纵向方向在所述组内等距分隔。

4. 如权利要求1-3的任一项所述的天线设备（100，500），其中所述结构中辐射单元的组被布置在离另一结构（120，110）中最近的辐射单元的组的最小纵向距离(d₂)处。

5. 如权利要求1-4的任一项所述的天线设备(300)，其中所述组（330，340）的辐射单元沿所述结构（310，320）分布在面向不同方向的所述结构的侧面上，所述方向之间的差别如在所述结构的径向方向中看到的在150到210度的间隔中。

6. 如权利要求1-5的任一项所述的天线设备（100，200，300，400，500），其中所述第一和第二结构被布置成使得其延伸的纵向方向相互平行。

7. 如权利要求1-6的任一项所述的天线设备（100，200，300，400，500），其中所述第一和和第二结构是以下之一：

同轴缆线，

波导，

带状线设备，

微带设备。

8. 如权利要求7所述的天线设备（100，200，300，400，500），其中所述辐射单元是所述第一和第二结构中导体中的贯进孔径。

9. 如权利要求1-7的任一项所述的天线设备(500)，包括用于将所述第一和所述第二结构锁定在相对于其纵向延伸以及相对于所述结构之间的距离和/或所述结构之间的径向旋转的与彼此有关的预定位置中的锁定设备。

10. 如权利要求9所述的天线设备(500)，其中所述锁定设备包括环绕所述第一和第二结构的每个结构的非传导材料的护套。

11. 如权利要求10所述的天线设备(500)，其中所述锁定设备包括以下一项或多项：

所述缆线之一中的交互突出部和另一缆线中的交互孔径，

锁带，

钩和环状固定器。