CN1479958A - 接收和/或发送多波束信号的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于接收和/或发射多波束信号的设备，包括：一组接收和/或发射隙缝印制天线(1a，1b，1c，1d)纵向辐射电磁波的装置，该装置配置成能接收方位向宽扇形；能在接收时把一个接收和/或发射装置连到用该多波束信号的装置的装置。此外，这一设备包括能在发射时把一组接收和/或发射装置连到用该多波束信号的装置的装置(3)。本发明更具体地应用于无线传输领域。

Description

接收和/或发送多波束信号的设备

技术领域

本发明涉及接收和/或多波束信号的设备，这些信号在无线传输领域特别有用。

背景技术

在家用环境中特别有用的已知高通量无线传输系统中，由发射机发送的信号沿不同路径到达接收机，这导致在接收机处的电平干扰，引起传输信号的淡出或畸变，使要传输的信息损失或降级。为了补救这一缺点，通常使用喇叭、反射器或阵列型定向天线，在发射和/或接收端使用这些天线，有可能反抗或减少多路径效应。特别是，除了使用定向天线之外，空间滤波也能在一方面减少多路径数目，从而减少淡出数，另一方面减少与其它工作于相同频段的系统的干扰。

由于定向天线不能在方位向获得大范围覆盖，因此，以本申请人名义申请的法国专利申请No.9813855提出了一种紧缩天线，使它能根据扇形天线辐射图覆盖的物理空间分块，用重用频率的方法，增加天线阵的频谱效应。上述专利中提出的天线由围绕中心点同平面环形布置的Vivaldi型印制辐射单元组成，使它能提供时间顺序的几个定向波束，这组波束给出360°全空间覆盖。

在这类天线能使接收设备获得很好的工作的同时，它也经常能使发射获得全向性覆盖，例如，当发射把系统必须向所有用户申报自己或向几个接收机发射时。

发明内容

本发明的目的就是提出用于接收或发射多波束信号的设备，使它能满足这一要求。

因此，本发明的主题就是发射和/或接收多波束信号的设备，包括：

一组装置，用于接收和/获发射具有隙缝印刷天线的纵向辐射的波，所说的装置接收方位向的宽扇形，

装置，在接收时能把所说的接收和/或发射装置之一连到利用多波束信号的装置，

其特征在于：它还包括装置，在发射时把所说的接收和/或发射装置组连到利用多波束信号的装置。

根据一个实施例，在发射时，能连接接收和/或发射装置组的装置由微带线或与一组隙缝同平面正交的线组成，该组隙缝构成接收和/或发射装置，该线在两隙缝间的长度相等，在工作的中心频率等于kλm/2，线的一端与隙缝之间的线长度等于λm/4，其中λm＝λ0/√εreff。(λ0为真空中波长，εreff是线的有效相对介电常数)，k是整数。优先地，两隙缝间的线长等于kλm，使印刷天线同相工作。

在这种情况下，隙缝印刷天线的隙缝与线之间的跨接，在中心频率时，离λs＝λ0/√εleff。(λ0为真空中波长，εleff为隙缝的等效相对介电常数)的隙缝封闭端的距离为k’λs/4处，k’为奇整数，优先地，该线以其一端连接利用多波束信号的装置。

根据另一实施例，连接线与利用多波束信号装置的连接在两隙缝间，离一个隙缝的距离为kλm/2的线上。

根据本发明的更多特性，在接收时，能连接接收和/或发射装置之一的与利用多波束信号的装置的装置是由微带线或同平面线组成，每一部分与隙缝印刷天线的隙缝正交，并用开关设备连到利用多波束信号的装置。优先地，每一线部分与隙缝天线的隙缝部分的跨接，在中心频率时，离λs/4＝λ0/√εleff。(λ0为真空中波长，εleff为隙缝的等效相对介电常数)的隙缝封闭端的距离为k’λs/4，k’为奇整数。

当接收时，本连接装置实施例与前面发送时连接装置实施例相连系时，构成发送时连接装置的传输线与构成接收时连接装置的传输线段间的距离，在中心频率时，等于k”λs/2，λs＝λ0/√εleff。(λ0为真空中波长，εleff为隙缝的等效相对介电常数)，k”为整数。

根据优选的实施例，每一隙缝印刷天线制在基底上，该基底包括至少一条在第一面的激励微带线，与刻蚀在第二面上的隙缝线相耦合。优先地，隙缝线逐渐张开到基底的边缘。形成Vivaldi型天线。构成接收和/或发射纵向辐射波的这组天线隙缝规则地配置在同平面的一点周围，使能在360°的扇形角范围内辐射。

附图说明

本发明的其它特点和优点在阅读了各实施例的说明后会很明显，这种说明结合附图给出如下，其中：

图1代表本发明第一实施例的示意图，

图2代表线/隙缝过渡的示意图，使它能解释图1设备的工作，

图3代表图2中过渡的等效电路图，

图4代表当长度为谐振时，图2中过渡的等效电路图，

图5，6，和7分别代表用于模拟图1中设备工作的线/隙缝过渡的电路，各接入点的信号电平作为频率的函数处于全向激励模式，且两隙缝端信号的相位也处于全向激励模式，

图7代表本发明第二实施例的示意图，

图9是隙缝/双线过渡的示意图，使图1和9的设备工作于全向和扇形模式，

图10和11表示工作于发射状态的图9电路的结构，和在全向模式中，在各接入点上的信号电平作为频率函数的曲线，

图12和13等效于图10和11工作于接收状态时的扇形模式的情况，

图14和15是本发明第三和第四实施例的示意图，

图16是本发明的第六实施例的平面图。

具体实施方式

为了说明的简单起见，图中同样的单元用同样的符号表示。

图1所表示的是法国专利申请No.9813855中的紧缩天线。为了在方位向宽扇形角内接收，纵向辐射的接收和/或发射装置由四个隙缝印刷天线1a，1b，1c，1d组成，它们有规则地分布在中心点2的周围。如图1所示，隙缝天线包括隙缝一线1’a，1’b，1’c，1’d，它们从中心2向结构端部伸长，以这样的状态构成Vivaldi型天线。业内人士熟悉Vivaldi型天线的结构和性能，并具体描述在“IEEE Transactions on Antennas andPropagation”by S.Prasad and S.Mahpatra，Volume 2 AP-3 1 No.3，May 1983和“Study of Discontinuities in open waveguide-application to improvement ofradiating source model”by A.Louzir，R.Clequin，S.Toutin and P.Gelin，LestUra CNRS No.1329。

如图1所示，四个Vivaldi天线1a，1b，1c，1d在公共基底(未画出)上互相垂直放置。根据本发明和图1，四个天线1a，1b，1c和1d用微带线3连在一起，这一微带线使它能产生线/隙缝过渡，并且两隙缝之间的线长度，如1’c-1’b，1’b-1’a，或1’a-1’d，在系统工作的中心频率，等于k(λm/2)，优先为kλm，其中λm＝λ0√εreff，λ0是真空中波长，λreff为微带线的等效相对介电常数。此外，为获得正确的无方向性模式工作，微带线3的端部离最接近隙缝1’d的距离为k’λm/4，k’是奇整数，λm由前面的关系给定。微带线的另一端发射时连到发射已知类型信号的装置，特别是包括功率放大器。当Vivaldi天线的隙缝由长度为λm或kλm的微带线馈电时，如图1所示，获得天线的同相操作，给出最佳辐射图，如图1中代表辐射电场的箭头E所示。

图1设备的工作原理，参考图2至7，作比较具体的说明。

如上所述，Vivaldi天线的馈电依赖于微带线与隙缝间的过渡的使用，具体地说，依赖于微带线与几个隙缝间串联过渡。图2所示是有两个隙缝11、12的微带线10的过渡。在图2的情况下，微带线10由发生器13馈电，隙缝11和12的短路端cc在距离分别为λs2/4和λs1/4的地方，或更一般的说，为λs2/4和λs1/4的奇数倍的地方。此外，两相继隙缝间的距离选择得等于半波长的倍数，即kλm/2，使对每一过渡处于180°内一个相同的相位面内。此外，如图2所示，隙缝12位于离微带线的端部λm/4或k’λm/4(k’为奇数)处，所有值λs/4，λs2/4，λs1/4和λm/2在系统的中心工作频率有效，线/隙缝过渡的一般等效电路如图3所示。

这一等效电路首先由B，Knorr提出的从微带线与隙缝间简单过渡的等效电路获得，它由相应于隙缝11的特征阻抗Z_s与自感应电抗X_s(相应于隙缝终端短路线的端部效应)经由特征阻抗为Z_s和电长度为θ_s(相应于隙缝线的1/4波长短截线，长度为λ_s1/4)的线送回并联，其组合连到变换比为N：1的阻抗变换器，阻抗变换器的另一分支与电容感抗X_m(相应于微带线终端开路的端部效应)经由特性阻抗Z_m和电长度θ_m(相应于微带线1/4波长短截线，长度为λ_m1/4)的线送回，与特征阻抗为Z_m，电长度θ_m1(相应于长度kλ_m/2的微带线)的微带线串联。这条线连到变换比为1：N的另一阻抗变换器，它连接相应于第二隙缝线1/4波长短截线(长度λ_s2/4)和隙缝线12的等效电路，其组合连到位于激励微带线顶部的发生器13。

在这类线路中，当连接近谐振时，即当微带线长度和微带线与隙缝端之间的长度分别等于λm/4和λs/4时，线的等效电路转换成短路线，而隙缝等效电路Xs转换成开路，因此，等效电路变成图4所表示的电路，其中只留下了发生器13，发生器13两输出端的电阻131，132，变比为1/N的第一变压器133，电阻Zs安装其上，和变比为1/N，跨接在输出端的第二变压器135，阻抗Zs安装其中。因此很明显，隙缝在微带线上的并接等效于阻抗Z₁和Z₂等中串联，Z₁，Z₂等是各过渡呈现的阻抗。在相同过渡的情况下，在每一被激励的隙缝有相等的功率分布，因而这种工作模式保证各Vivaldi天线以这样的状态馈电，使其获得全向性辐射。

本发明的这一设备的工作原理用图5表示的电路来模拟，这一电路包括(1)馈电的微带线，在离端部λm/4处，线10切割隙缝12，它属于Vivaldi天线。这一隙缝能通过入口(3)进入。此外，隙缝的端部离带微带的距离为λs/4，端口(2)和(3)使它能显现各Vivaldi天线上恢复的能量。

如图6和7中的曲线所示，可看到，在微带线馈电入口(1)发送的信号正确地发送到各隙缝。特别是，箭头S11表示的反射系数在5.2与6GHz间的整个频带内小于-16dB。此外，因为传输系数S21和S31基本上是相同的，如图6上面的两条曲线所示，所以分配到通道(2)和(3)的功率是平衡的。此外，图7所示是在通道(2)和(3)上恢复的信号相位，相移II相应于两隙缝分开λm/2距离。

图8是图1设备的变形，在这种情况下，微带线30不像图1的情况，其一端不与利用信号的装置连接，微带线用微带线段30’连接，后者在天线1a和天线1b之间。为了使两个Vivaldi天线1a和1b相位匹配，线段30’位于离一个天线，即天线1a，λm/2处，离另一天线，即天线1b，λm处，对业内人士很明显，λm/2和λm的倍数值也可应用。在这种情况下，与四个Vivaldi天线正交的微带线30的两端离相应的Vivaldi天线，即天线1c和1d的距离为为λm/4，优先为k’λm/4，k’为奇数。用图8的结构获得与图1结构同类型的工作。

现参考图9至15，讨论本发明的其它特点，它能在接收时把一个Vivaldi天线连接到利用多波束信号的装置，这一特点由图9所示的布置组成，它允许两条微带线同时与Vivaldi天线天线耦合。如图9所示，Vivaldi天线的隙缝20被第一微带线21(它相应于前面所述的微带线)交叉通过，并允许工作于全方向性模式，因此，微带线的一端通过功率放大器连到发射机电路22。如图9所示，微带线21的另一端离隙缝20的距离为λm/4。虽然在图中未示出，微带线21也交叉通过其它Vivaldi天线天线，如第一实施例中那样。此外，在离微带线21λs/2处，另一微带线23切割隙缝20，微带线23的一端通过开关25连到接收机电路24，例如开关25为二极管开关，依其状态可接通或断开，接收机电路包括低噪声放大器LAN。隙缝20的端部离微带线23的距离为λs/4。在上述实施例中，在系统工作的中心频率，距离λs/4和λs/2中的λs＝λ0√/εreff，λ0为真空中波长，εreff为隙缝的等效相对介电常数，而λm＝λ0√εreff，其中λ0为真空中波长，εreff为微带线的等效相对介电常数。与LNA相连系的开关电路的使用，使它能在接收时工作于扇形模式。

与图3和4同类型的等效电路图也能用于图9的结构，实际上它相应于隙缝与双微带线之间的双过渡，在这种情况下，很明显，隙缝上的并接线等效于各过渡呈现的阻抗的并联。

现参考图10，11，12，和13，来说明图9的电路在发射和接收时的工作。

发射时的工作用图10的结构来模拟，在发射时，本发明的设备工作于全方向模式，在这种情况下，信号发送到微带线21，而线23在其端口呈现约1MΩ的高阻抗，传输系数S12，反射系数S22和隔离系数S32，随频率5和6GHz之间的变化示于图11。

如图11的曲线所示，可看到，在微带线21的馈电端(2)发送的信号正确地发送到隙缝20，特别是箭头S22表示的反射系数很小，在5.2与6GHz的整个频带内，小于-10dB，此外，因为S12表示的传输系数，在这同一频带内，大于-2dB，所以功率很好地分配到入口(1)，最后，因为S32表示的隔离小于-26dB，所以没有功率传递到入口(3)。

在接收时，即工作于扇形模式，的工作结合图12和13讨论。在这种情况下，微带线23借助于开关25闭合连到接收电路，发射级带来很高的阻抗，即微带线21入口处约1MΩ的阻抗Z₂。用这种类型的电路，可获得传输系数S31，反射系数S11和隔离系数S21随频率在5和6GHz间变化的曲线，如图13所示。

与图12的曲线所示，可看到，在隙缝20的入口(1)收到的信号正确地传送到相应于接收入口的微带线23。特别是，反射系数S11很小，在5.2与6GHz的整个频带内低于-10dB，此外，因为传输系数S31在同一频带高于-2dB，功率很好地分配到入口(3)，最后，因为隔离系数S21小于-29dB，所以没有能量传递到入口(2)。

图14和15是根据本发明的发射/接收设备的两个实施例，正如图1一样，接收/发射装置由四个隙缝印制天线1a，1b，1c，1d组成，它们规则地布置在中心点周围，印制天线是Vivaldi天线。四个Vivaldi天线的指向互相垂直，隙缝1’a，1’b，1’c，1’d用微带线3像图1的实施例那样连在一起，以这种方法发射时工作于全方向模式。此外，每一隙缝1’a，1’b，1’c，1’d用微带线段4a，4b，4c，4d交叉连接，后者由开关5a，5b，5c，5d连到接收电路，这样获得扇形模式的工作，如前面所说明的那样。微带线3，4a，4b，4c，4d的尺寸和位置与前面所说明的相应。

图15的实施例与图14的基本相同，因为太大，隙缝1”a，1”b，1”c，1”d的端部向内弯曲，如同微带线4’a，4’b，4’c，4’d的部分。

根据与图14和15相同类型设备的另一实施例图16，相应于微带线的馈线由呈现两个隙缝11和12并金属化m的同平面线组成，在这种情况下，构成Vivaldi天线的隙缝线1a，1b，1c，1d被金属化m分开，同样，该线部分由同平面线部分4”a，4”b，4”c，4”d组成，它们像图14和15中的实施例那样，由开关5a，5b，5c，5d连接，对业内人士十分明显，上述结构的任何混合都是可设想的，例如：

·全方向模式：微带线/扇形模式：微带线。

·全方向模式：同平面线/扇形模式：微带线。

·全方向模式：微带线/扇形模式：同平面线。

·全方向模式：同平面线/扇形模式：同平面线。

业内人士很明显，在不偏离下面权利要求中的范围，特别是Vivaldi天线数目，馈电型式或开关类型等，上述各实施例可修改。

Claims (13)

1.一种用于接收和/或发射多波束信号的设备，包括：

一组接收和/或发射纵向辐射电磁波的隙缝印制天线(1a，1b，1c，1d)装置，所述装置接收方位向宽扇形，

装置，能在接收时把接收和/或发射装置之一与利用多波束信号的位置相连接的装置，

其特征在于，包括装置(3)，在发射时把接收和/或发射装置组与利用多波束信号的装置连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于发射时能连接接收和/或发射装置的装置由微带(3)或同平面线与印制隙缝天线的隙缝(1’a，1’b，1’c，1’d)组成，后者构成接收和/或发射装置，在系统工作的中心频率，两隙缝间线的长度等于kλm/2，线一端与隙缝间的线长度等于λm/4，其中λm＝λ0/√εreff，λ0为真空中波长，εreff为微带线等效相对介电常数，k为整数。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于两隙缝间线的长度等于kλm。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于隙缝印制天线的隙缝与线之间，在系统工作的中心频率，离λs＝λ0/√εleff，(λ0为真空中波长，εleff为隙缝的等效相对介电常数)的隙缝封闭端的距离为k’λs/4的地方实现跨接，k’为奇整数。

5.根据权利要求2至4任一所述的设备，其特征在于线的一端连到利用多波束信号的装置。

6.根据权利要求2至4任一所述的设备，其特征在于连接线与利用多波束信号的装置的连接在两隙缝间的线段上离一个隙缝的距离为kλm/2的地方。

7.根据前面任一权利要求中的设备，其特征在于，在接收时能把一个接收和/或发射装置连到利用多波束信号的装置的装置由微带线段(4a，4b，4c，4d)或同平面线(4”a，4”b，4”c，4”d)组成，每段与隙缝印制天线的隙缝正交，并用开关连到利用多波束信号的装置。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于每一线段与隙缝印制天线的隙缝，在中心频率，离λs＝λ0/√εleff，(λ0为真空中波长，εleff是隙缝的等效相对介电常数)的隙缝封闭端的距离为k’λm/4的地方跨接，k’为奇整数。

9.根据前面任一权利要求所述的设备，其特征在于构成发射时连接装置的线与构成接收时连接装置的线段间的距离，在中心频率，等于k”λs/2，λs＝λ0/√εleff，(λ0为真空中波长，εleff为隙缝的等效相对介电常数)，k”为整数。

10.根据前面任一权利要求所述的设备，其特征在于每一隙缝印制天线由基底制成，它包括至少在第一面的一条激励线，与刻蚀在第二面的隙缝线相耦合。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于隙缝线逐渐向基底的边缘伸长。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于天线为Vivaldi天线。

13.根据权利要求10至12任一所述的设备，其特征在于天线围绕同平面的一点有规则的配置，这样使它能在360°扇形角内辐射。

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