专利名称：用于聚焦天线信号传送的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及天线，更具体地涉及一种用于聚焦天线信号传送 的系统和方法。
背景技术：
有时候，在无线电外壳中集成基本辐射结构。这些结构，比如偶极 天线、贴片天线和喇叭天线通常是低增益装置。可以使用反射器或者透 镜之类的结构来增大低增益并产生更具方向性的波束。但是，对于许多 天线应用，透镜可能过于昂贵并且太重。优选的是，装置能够增大低增 益而不会增加微波透镜的重量。减少材料的使用可以获得更节约成本的 产品°
该设计没有使用在分区透镜中使用的传统透镜理论和技术。其最适
合于具有方向性的12-25dB范围内的透镜。所得到的结构具备与形状像 普通放大镜的透镜相似的聚焦性能，但使用的总材料要少很多。
因此，在该行业中存在一个迄今尚未解决的需求，该需求即为解决 上述缺点和不足。
发明内容
本发明的实施方式提供了一种用于聚焦天线信号传送的系统和方 法。简要地说，在架构上，系统的其中一个实施方式可以实施如下。该 系统包含天线馈源(antenna feed)。信号与该天线馈源通信。该信号 具有波长和周期。信号透镜的外围部分比内部部分厚，其中所述信号射 到该信号透镜上。
本发明也可以被看成提供用于聚焦天线信号传送的方法。在这方面， 该方法的其中一个实施方式可以由下面的步骤粗略概述从天线馈源传送信号；经由信号透镜的内部部分传送该信号；经由所述信号透镜的外 围部分传送该信号，其中所述信号经由外围部分传送比经由所述内部部 分传送慢。
基于对下面的附图和详细描述的研究，本发明的其它系统、方法、 特征和优点对本领域的技术人员将会是显而易见的或者会变得显而易 见。本说明书旨在包括所有这样的其他系统、方法、特征和优点，这些 系统、方法、特征和优点都在本发明的范围内，且由随附的权利要求来 保护。
参照随后的附图可以更好地理解本发明的许多方面。图中的部件并 不一定是按比例绘制的，其重点在于清楚地说明本发明的原理。此外， 在所有图中，同样的附图标记表示相应的部分。
图1是依照本发明的第一示例性实施方式的天线系统的侧剖视图。 图2是依照本发明的第一示例性实施方式的天线系统的侧视图。 图3是依照本发明的第二示例性实施方式的天线系统的侧剖视图。 图4是示出一种用于聚焦天线信号传送的方法的流程图。
具体实施例方式
图1是依照本发明的第一示例性实施方式的天线系统10的侧剖视 图。图2是依照本发明的第一示例性实施方式的天线系统10的侧视图。 天线系统10包含天线馈源12。信号14与天线馈源12通信。信号14具 有波长16和周期。信号透镜18的外围部分20比内部部分22厚，其中 信号14至少部分地经由信号透镜18传播。
信号透镜18由允许信号经由其传播的材料制成。信号14经由信号 透镜18的传播比它在空气或者信号透镜18被浸入的任何介质中的传播 慢。信号透镜18的结构被设计为使得信号14经由信号透镜的外围部分 20传播的部分滞后于信号14经由内部部分22传播的部分。具体地说， 由于外围部分20比内部部分22厚，当信号14经由内部部分22传播的部分已经离开信号透镜18时，信号14经由外围部分20传播的部分将仍 在经由信号透镜18传播。
天线馈源12可以是任何对那些具有本领域的普通技术的人员所周知 的馈源。出于进一步聚焦传送和其它方面的节能的目的，天线馈源12可 以被设计成朝向信号透镜18来聚焦其信号14的传送，但是天线馈源不 需要为实施本发明而提供任何类型的方向性。
图3是依照本发明的第二示例性实施方式的天线系统110的侧剖视 图。天线系统110包含天线馈源112。信号114与天线馈源112通信。信 号114具有波长116和周期。信号透镜118具有外围部分120和通过内 部部分122形成的孔，其中信号114射到该信号透镜118上。
信号透镜118由允许信号经由其传播的材料制成。信号114经由信 号透镜118的传播比它在空气或者信号透镜118被浸入的任何介质中的 传播慢。信号透镜118的结构被设计为使得信号114经由信号透镜的外 围部分120传播的部分滞后于信号114经由内部部分122中的孔传播的 部分。具体地说，当信号114经由内部部分122传播的部分已经离开信 号透镜118的远端开口 124时，信号114经由外围部分120传播的部分 将仍在经由信号透镜118传播。
更具体地说，可以使信号114经由外围部分120传播的部分比信号 114经由内部部分122传播的部分穿过内部部分122大约多一个波长地穿 过外围部分120。换言之，对于到达信号透镜的近端开口 126和外围部分 的近端端部128的信号114，可以使信号114经由外围部分120传播的部 分到达外围部分120的远端端部130比信号114经由内部部分122传播 的部分到达远端开口 124落后大约一个波长。类似地，在经过信号透镜 118之后，信号114经由外围部分120传播的部分可能比信号114经由内 部部分122传播的部分落后大约一个波长的倍数。
如图3所示，远端开口 124比近端开口 126大。远端开口 124的直 径可以是信号114的波长的大约三倍以下，测试表明这可以获得积极的 效果。外围部分120的径向宽度W可以近似表示为A/(2n)，外围部分 120的长度L可以近似表示为入/(n-l)，其中n是透镜材料的介电常数。对于低损耗材料，它大约是透镜介电常数的平方根。对于由介电材料制
成的信号透镜118，这些信号透镜118的尺寸大小定为允许信号114经由 外围部分120传播的部分滞后于信号114经由内部部分122传播的部分 一个波长。于是，信号114经由外围部分120传播的部分与信号114经 由内部部分122传播的部分的随后的循环同相地结合。
在第二示例性实施方式中示出的信号透镜118具有圆锥形状。其他 形状的信号透镜118，比如喇叭口形(toroidal)也是可行的，从而获得 与如这里描述的本发明相似的结果，且这种信号透镜118的形状也被认 为在本发明的范围之内。
图4是示出了根据本发明的第一示例性实施方式的用于聚焦天线信 号传送的方法的流程图200。值得注意的是，流程图中的任何过程描述或 者方框应该被理解为代表性的模块、片段、代码部分、或者步骤，它们 包括一个或者多个用于在过程中执行特定逻辑功能的指令，并且替换实 施方式也被包括在本发明的范围中，其中功能可能不按照示出或者讨论 的顺序执行，包括实质上以同时或者相反的顺序执行，这依赖于所涉及 到的功能，就像本发明领域中的那些技术人员所应理解的那样。
如方框202所示，信号14自天线馈源12传送。信号14的一部分经 由信号透镜18的内部部分22传播(方框204)。信号14的一部分经由 信号透镜18的外围部分20传播(方框206)，其中信号14的相应部分 经由外围部分20的传播比经由内部部分22的传播慢。当信号14经由外 围部分20传播的部分离开信号透镜18时，它与信号14经由内部部分22 传播的部分的随后的循环同相地结合(方框208)。
尽管本发明描述为聚焦信号14自天线馈源12传送，但本发明同样 地可以应用于在天线馈源12接收到的聚焦信号14。
这里所公开的设计可以使材料使用减少，其与微波透镜相比提供了 更节省成本的产品。本设计不使用在分区透镜中使用传统透镜理论或技 术。具有方向性的12-25dB范围内的透镜是最适宜的。所得到的结构具 备与形状像普通放大镜的透镜相似的聚焦性能，但使用的总原材料要少 很多。应该强调的是，上面描述的本发明的实施方式，特别是任何"优选 的"实施方式，仅仅是实施方式可能实施例，仅仅是为了清楚地理解本 发明的原理而阐述的。只要不实质性地脱离本发明的精神和原理，可以 作出对上面描述的本发明的实施方式进行许多变动和修改。所有这样的 修改和变动都被包括在本公开和本发明的范围内且由随后的权利要求保 护。
权利要求
1、一种天线系统，该天线系统包括天线馈源；与该天线馈源通信的信号，该信号具有波长；和信号透镜，该信号透镜的外围部分比内部部分厚，其中该信号射到该信号透镜上。
2、 如权利要求1所述的天线系统，其中所述信号透镜还包括喇叭口 形状。
3、 如权利要求1所述的天线系统，该系统还包括形成在该内部部分 中的孔。
4、 如权利要求3所述的天线，其中所述外围部分相对于所述内部部 分的厚度大小为这样，即使得所述信号经由该内部部分的中间部分的 传播比所述信号经由该外围部分的传播少大约一个波长。
5、 如权利要求l所述的天线，其中所述外围部分相对于所述内部部 分的厚度大小为这样，即所述信号比该信号经由所述外围部分的传播少大约一个波长地穿过所述内部部分的中间部分。
6、 如权利要求l所述的天线，该天线系统还包括在所述内部部分中 形成的近端开口和远端开口，其中该远端开口比该近端开口大。
7、 如权利要求6所述的天线，其中该远端的透镜孔大约不超过该信 号波长的三倍。
8、 如权利要求6所述的天线，其中所述外围部分的径向宽度大约为 入/(2n)，所述外围部分的长度大约为入/(n-l)。
9、 如权利要求l所述的天线，其中信号经由该内部部分的中间部分 的传播比信号经由该外围部分的传播少大约一个波长的倍数。
10、 如权利要求1所述的天线，其中所述信号透镜还包括分段的圆 锥形状。
11、 如权利要求l所述的天线，其中所述信号透镜聚焦所述信号。
12、 一种使用天线馈源的通信方法，所述方法包括以下步骤自所述天线馈源发送信号；经由信号透镜的内部部分传播所述信号的一部分；和 经由所述信号透镜的外围部分传播所述信号的一部分，其中经由该 外围部分传播的步骤比经由该内部部分传播的步骤慢。
13、 如权利要求12所述的方法，其中所述信号经由所述外围部分的 传送比经由所述内部部分的传送慢大约一个相位。
14、 如权利要求12所述的方法，其中所述信号透镜为大致喇叭口形的。
15、 如权利要求12所述的方法，其中所述信号透镜为大致圆锥段。
16、 如权利要求12所述的方法，其中所述天线馈源是贴片天线。
17、 如权利要求12所述的方法，该方法还包括将所述信号经由所述 信号透镜的所述外围部分传播的部分与所述信号经由所述信号透镜的所 述内部部分传播的部分的随后的循环同相地结合。
全文摘要
一种系统，该系统包含天线馈源。信号与该天线馈源通信。该信号具有波长和周期。信号透镜的外围部分比内部部分厚，其中所述信号经由该信号透镜传播。该信号透镜被设计成使得该信号经由该信号透镜的该外围部分的传播比经由该信号透镜的该内部部分的传播慢大约一个波长。
文档编号H01Q13/00GK101548432SQ200880000963
公开日2009年9月30日 申请日期2008年1月22日 优先权日2007年1月25日
发明者约翰·桑福德 申请人:卡施卡拉夫特公司