CN1405992A - 利用辐射分集接收和/或发射信号的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于接收和/或发射信号的设备，该设备包括至少两个用于接收和/或发射槽形天线的电磁波的装置(10，11)，以及用来将接收和/或发射装置连接到用来开发信号的装置的装置，接收和/或发射电磁波装置相对于一个点对称的，连接装置包括电磁耦合到槽形天线的槽的供电线(12，13)，它们的一端连接到穿过对称点的平面中的公共供电线(14)，另一端连接到能够模拟一根供电线的一端短路或断路而另一根供电线的一端断路或短路的电子元件(15，16)。本发明适用于无线网络。

Description

利用辐射分集接收和/或发射信号的设备

技术领域

本发明涉及一种利用辐射分集接收和/或发射电磁信号的设备，该设备可以用于无线发射领域，特别是在封闭或半封闭的发射背景下，诸如家庭环境，体育馆，电视台，剧院等环境中。

背景技术

在已知的高速无线发射系统中，发射机发射的信号沿着多条路径到达接收机。当它们在接收机混合时，沿不同长度的路径传播的不同射线之间的相位差产生了能够引起明显的信号衰减或失真的干扰图形。

此外，随着时间的变化，如新物体的出现或人体的移动，衰减的位置会随时改变。由于多条路径引起的衰减可以造成接收信号的质量和系统性能的明显失真。为克服这些衰减现象，最常使用的是实现空间分集的技术。

如图1所示，该技术除了其它部分以外还包括使用一对具有空间覆盖范围大，通过供电线4、5连接到开关3的槽形天线，例如槽形天线1、2。由环形槽构成的两个天线1、2之间的距离必须大于等于λ₀/2，其中λ₀是与天线的工作频率对应真空中的波长。此外，供电线4、5在距其末端的长度kλ_m/4处与槽形天线的槽相交并且以线路长度等于k’λ_m/2的一段连接到开关3，其中λ_m是由供电线在中心操作频率以公式λ_m＝λ₀/√ε_reff引导的波长，λ₀是在真空中的波长，ε_reff是导线的有效允许值，k和k’是整数并且k是奇整数。

槽形天线也可以用接插形天线代替。利用这种类型的设备能够证明两个天线同时衰减的可能性很小。Kamilo Feher博士在“无线数字通信”第7章“移动无绳无线系统的分集技术”中描述了试验结果。它还能够证明在假设用理论概率计算方法的条件下，每个天线接收水平是完全独立的。由于使用开关3，通过检查由控制电路(未示出)接收的信号可以选择与最高级别的天线相连的支路。实际上，由于两个天线1、2距离足够远，因此得到了两个不相关的信道响应。这样就可以切换到两个天线中较好的一个，极大地降低了衰减的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术方案来替代上述利用空间分集的常规技术方案。

因此本发明的主题是用于接收和/或发射信号的设备，该设备包括至少两个用于接收和/或发射槽形天线的电磁波信号的装置，以及用于将该接收和/或发射装置连接到用于开发信号的装置的装置。其特征在于：

接收和/或发射电磁波的装置相对于一个点对称，其中连接装置包括电磁耦合到槽形天线的槽的供电线，它们的一端穿过对称点连接到平面中的公共供电线，另一端连接到能够模拟一根供电线的一端短路或断路而另一根供电线的一端断路或短路的电子元件。

根据辐射分集原理，上述技术方案提供了一种新的天线拓扑操作。它基于对彼此相距较近的全向辐射元件进行切换。

根据本发明的一个实施例，用于接收和/或发射槽形天线电磁波的装置由印刷的或共面技术产生的谐振槽组成。槽的形状可以是环形，正方形或长方形，或者由偶极子形成。根据一种变化，槽要装配能辐射圆极化波的装置。

此外，根据本发明，如果提供开关转换的电子元件很理想，短路和断路的工作也很理想，那么电子元件和电磁耦合到该供电线的槽之间的供电线的长度等于在kλ_m/4的中心操作频率，其中λ_m＝λ₀/√ε_reff，λ₀是在真空中的波长，ε_reff是导线的有效允许值，k是奇整数。如果电子元件不够理想，那么必须考虑导线长度与寄生元件匹配。

根据优选实施例，电子元件由二极管，电子开关，晶体管或任何开关电路，如“微机电系统”或MEM，构成。

附图说明

本发明的其它特征和优点将通过参考附图对多个实施例进行描述变得显而易见。

图1(已描述)是根据本发明利用空间分集的发射/接收设备的示意图。

图2是根据本发明的发射/接收设备第一个实施例的示意图。

图3是用于模拟根据图2的设备的示意图。

图3a、3b和3c示出了根据三个天线操作状态的图3中设备的辐射。

图4示出了根据本发明的发射/接收设备另一个实施例的示意图。

图5和图6是允许具有圆极化操作的平面中两种变化的示意图。

图7是根据本发明利用共面技术的发射/接收设备另一个实施例的示意图。

图8示出了根据本发明的发射/接收设备另一个实施例的示意图。

具体实施方式

首先描述根据本发明的利用辐射分集接收和/或发射电磁信号的第一个实施例。

如图2所示，由印刷技术产生的用于接收和/或发射信号的设备包括由环形槽10和11形成的槽形天线的两个单元，如该实施例所示，这两个槽相对于平面P对称并且所实施例中所示在点P₀余切。

根据本发明，为了获得辐射分集，如该实施例所示，两个环形槽被布置成彼此重叠或相距很近的分离。两个槽形天线之间的最大距离最好等于2×λ_s/π，其中λ_s是以工作频率在槽中引导的波长。

如图2所示，两个环形槽形天线10和11由采用微带技术制造的供电线供电。通常，它们由长度等于kλ_m/4的两条微带供电线12、13供电的，其中λ_m＝λ₀/√ε_reff，λ₀是在真空中中心操作频率的波长，ε_reff是导线的有效允许值，k是奇整数。两个微带导线12、13位于两个槽10、11的接触面P的一边并且向槽的内部延伸。它们由尺寸满足其结构的公共导线供电。供电线14位于平面P的中心并且与供电线12、13垂直排列。供电线14的另一端连接到用于提供和开发由元件17符号化的信号的装置。这些装置由已知的发射和接收装置组成。

根据本发明，如图2所示，以特定方式连接到供电线12、13两端的二极管15、16控制微带导线/槽耦合。因此，以在供电线13的一端和地之间反向偏压来连接二极管15，同时以在供电线的一端和地之间正向偏压来连接二极管16。假设这两个二极管15、16是完全相同的并且具有大于0的偏压V1，那么这种特殊的二极管连接类型可以根据供电线14提供的偏压获得设备的三个操作状态。

状态1：如果选定的偏压v大于V1，在这种情况下，当二极管16截止时二极管15导通。结果，环形槽11被以有利的方式激发，而环形槽10更象是反射器。

在这种情况下将获得如图3a所示的辐射图形。它偏离环形槽11。

状态2：偏压v小于V1，即v＜V1。在这种情况下，当二极管15截止时二极管16导通。获得与状态1相反的情形。结果，环形槽10被激发，而环形槽11作为反射器。因此获得如图3b所示的偏离环形槽10的辐射图形。

状态3：偏压等于0。在这种情况下，二极管15和二极管16都截止，两个环形槽10、11被同时激发并具有与电场平行的反向感应。辐射图形的结果如图3c所示。

图3a和3b的辐射图形可以通过图3所示的模型装置获得。该模型显示了图2所示类型的发射和/接收设备。它包括两个在P₀相互余切的环形槽10、11。环形槽的半径R＝6.5mm并且宽度Ws＝0.4mm。它们由两条完全相同的长度Lm＝5.75mm和宽度为0.3mm的供电线14供电。它们在点P₀与长度Lm’＝3.6mm和宽度Wm’＝0.3mm并且接有匹配长度Lm”＝7.5mm和宽度Wm”＝0.25mm的供电线14相连。二极管15、16穿过两个半径r＝0.4mm的圆孔接地，并且放置在接近导线的一个尺寸为h＝3mm和D＝1.5mm的长方形金属底座上。用该模型执行的试验产生了如上所述的辐射分集。

因此，利用图2所示的设备，可以在三个实质上不同的辐射分集之间切换。因此获得了具有3个辐射分集的天线，这样大大提高了无线连接的质量。

该技术方案只需要使用两个二极管或类似的用于控制图形的开关元件，如MEM，使天线的尺寸很小。

利用印刷技术制造的根据本发明设备的多个实施例将参考图4到6进行描述。如图4所示，槽形天线的发射/接收装置由两个在点P₀对称的正方形槽20、21组成。

根据本发明，两个天线20、21由从点P₀开始向包含正方形槽的天线内部延伸并且长度等于kλ_m/4的供电线22、23供电，其中λ_m＝λ₀/√ε_reff，λ₀是在真空中中心工作频率的波长，ε_reff是导线的有效允许值，k是奇整数。

与图2中的实施例安装方法完全相同的二极管25、26分别接在每个供电线23、22的末端。即，二极管25以在供电线23的末端和地之间反向偏压安装，而二极管26以在供电线22的末端和地之间正向偏压安装。两条供电线22、23在点P₀连接到公共导线24。垂直于两条供电线23、22的供电线24在对称平面P’上，并且具有与发射/接收电路(未示出)匹配的尺寸。

现在参考图5和6描述根据本发明的另外两个发射/接收设备的实施例。

在这个例子中，槽形天线允许辐射圆极波。在图5的实施例中，天线包括穿过接触点相对于平面对称的环形槽30、31。为了产生圆极化，槽30、31插在带对角线的切口30’、31’。

根据本发明，天线30、31由具有与图2中供电线12、13、14相同特征的供电线32、33、34供电。此外，供电线32、33连接到安装在供电线末端和地之间的二极管36、35，与图2实施例中二极管15、16的连接方法相同。因此，图5中设备的操作与图2中设备的操作完全相同并且可以根据提供给二极管的偏压获得三种状态。

图6示出了允许天线圆极化的另一个实施例。在这个例子中，天线包括两个相对于它们的一个顶点S对称的长方形槽40、41。根据本发明，天线40、41由如图4实施例中的微带供电线42、43、44供电。二极管46、45分别连接到供电线42、43的末端，与图4中实施例的方法相同。

图7示出了由共平面技术产生的，根据本发明的发射/接收设备，在这个例子中，包括两个由共平面技术产生的天线50、51。因此，将金属层A设置在底座上，这样就在该层上产生了两个在点B余切的环形槽50、51。在这个例子中，在开关元件理想的情况下，供电线由包含长度等于kλ_m/4的导线元件52和导线元件53组成，其中λ_m和k与上述的值相同。

根据本发明，两个导线部分52、53的端部通过特定连接二极管56、55接到金属层A形成的地。

两个共平面导线元件52、53沿着穿过点B的平面连接到垂直的供电线54，这条线也是由共平面技术产生的。

现在参考图8描述根据本发明的另一个实施例。在这个例子中，两个天线由相对于平面P1对称的偶极天线组成。在这个例子中，两个天线由T形偶极天线60、61组成，T形分支的长度接近λ₀/2，其中λ₀是在真空中的波长。T的每个分支在其中部设置有槽60’、61’。每个偶极天线通过由印刷技术产生的供电线62、63的电磁耦合供电。供电线62和63都连接到对称面P1中的公共供电线64。在开关元件理想的情况下，供电线62、63到槽60’、61’的长度等于λ_m/2，并且延伸出槽的供电线的长度等于λ_m/4，其中λ_m是微带导线中引导的波长。

根据本发明，以与其它实施例中相同的方式连接的二极管65、66接在两条供电线62、63的末端。二极管65以导线62的末端和地之间反向偏压连接，而二极管66以在导线63的末端和地之间正向偏压连接。

如图所示，供电线62和63与槽60’、61’在距离该槽内层末端底部λ_s/4处进行电磁耦合。此外，如实施例所示，供电线62、63在距离偶极天线末端λ_s/10处。

Claims (7)

1.一种用于接收和/或发射信号的设备，包括至少两个用于接收和/或发射槽形天线(10，11；20，21；30，31；40，41；50，51；60，61)的电磁波的装置，以及用来将接收和/或发射装置连接到用来开发信号的装置的装置，其特征在于：

接收和/或发射电磁波装置相对于一个点对称，其中连接装置包括电磁耦合到槽形天线的槽的供电线(12，13；22，23；32，33；42，43；52，53；62，63)，供电线的一端连接到穿过对称点的平面中的公共供电线(14，24，34，44，54，64)，另一端连接到能够模拟一根供电线的一端短路或断路而另一根供电线的一端断路或短路的电子元件(15，16；25，26；35，36；45，46；55，56；65，66)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于用于接收和/或发射槽形天线的电磁波的装置包括由印刷或共平面技术产生的谐振槽。

3.根据权利要求1和2所述的设备，其特征在于槽为环形，正方形或长方形或者由偶极天线(60，61)形成。

4.根据前面任何一项权利要求所述的设备，其特征在于这些槽装配有可以辐射圆极化波的装置(30’，31’；40，41)。

5.根据1到4中的任何一项权利要求所述的设备，其特征在于理想的电子元件和电磁耦合到所述导线的槽之间的供电线长度等于处于kλ_m/4的中心操作频率，其中λ_m＝λ₀/√ε_reff，λ₀是在真空中的波长，ε_reff是导线的有效允许值，k是奇整数。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于利用微带技术或共平面技术制成供电线。

7.根据1到6中的任何一项权利要求所述的设备，其特征在于电子元件由二极管，电子开关，晶体管或微机电系统组成。

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