多天线系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种天线系统(100)，该天线系统包括能够操作用于在一定公共频段发射和/或接收辐射的至少两个天线模块(110,120)。所述至少两个天线模块(110,120)沿公共轴线共线地布置以便沿该轴线提供低的增益，并且沿该轴线以公共频段的至少几个标称波长的距离互相隔开。所述至少两个天线模块(110,120)中的每两个位置上相邻的天线模块以辐射的基本互相正交的极化进行工作，从而在公共频段抑制天线模块之间的电磁耦合。
【专利说明】多天线系统
【技术领域】 [0001] 和【背景技术】
[0002] 本发明总体上处于天线领域，并且涉及被配置成用于减小相邻天线之间的串扰的 多天线系统。
[0003] 各种天线系统利用多个天线元件来同时发射和/或接收电磁信号。在天线元件定 位成相对接近的情况下，接近的天线之间的显著耦合和串扰从而会在发射和/或接收的信 号中引入噪声。用于降低天线之间的隔离度的传统技术包括：增加天线之间的距离和/或 在天线之间使用包括例如吸收材料和/或导电板的电磁辐射屏蔽物。这样的技术通常与系 统的大的尺寸和/或重量相关联和/或与天线之间的低的隔离度相关联，这使得这样的技 术不适于某些应用。
【发明内容】
[0004] 本领域中需要这样一种天线系统：其包括工作于基本相同的波长范围（一般具有 交叠的波长范围）的（一般至少两个）天线模块的阵列，并且同时保持天线之间的高电磁 隔离度以及天线系统的小的尺寸。具体地，本领域中需要这样一种天线系统：其能够以基本 类似的波长同时进行发射和接收，并同时提供天线之间的低的串扰和低的电磁耦合，从而 允许在发射和/或接收的信号中获得高信噪比。特别地，在各种应用如蜂窝网络中，需要一 种全向天线系统，其提供宽的方位角覆盖（如360° )并且使得能够在类似的波长处同时进 行信号的发射和接收并且具有低的诱导噪声。
[0005] 术语"噪声"在本文中指相关的、可能由于天线之间的耦合而诱导出的非期望信 号。亦即，这样的噪声可以表现为一个天线由于其它天线的端口 /端子中的信号/电压而 接收到或发射出的信号。相应地，在本文中可互换地使用术语信噪比（SNR)和术语信号干 扰比（SIR)来指示待被天线接收/发射的期望信号与由于该天线与其它天线之间的耦合而 诱导出的非期望信号（干扰噪声）之比。
[0006] 许多传统天线系统利用偶极子天线来提供高传输效率以及在垂直于天线的纵轴 的方位角平面内的高的增益。在利用多个天线用于多个信号的同时接收和/或发射的应用 中，天线之间的电磁（EM)耦合和串扰可能是使信号质量恶化以及消弱天线的作用的基本 噪声源。
[0007] 靠近的天线元件（位置上相邻的天线）之间的EM耦合由若干因素如天线元件/ 模块之间的距离和它们的空间特性（空间传输方向图/增益函数）决定。利用用于提供天 线之间的低的耦合的传统技术通常与天线系统的大的尺寸（形状因素）相关联并且还可 能与大的重量相关联。这是因为对于所要获得的高的隔离度，应该提供天线之间的大的距 离--大于工作天线波长的几个波长。另外，在使用电磁辐射屏蔽物（导电/吸收板）在 天线之间去耦合时，这样的屏蔽物一般具有大的尺寸（如超过若干波长）。
[0008] 两个天线之间的EM耦合（即串扰）可以通过以下之间的比率来定义：由于在另一 天线的发射或接收操作模式期间施加于第二天线的电压而在一个天线的端子上生成的电 压。具体地，两个天线之间的耦合可以以对数分贝单位（dB)来计量并且定义为如下：
[0009] 等式⑴：Cdb = SOLogJViAg
[0010] 其中cdb是以dB为单位的天线之间的EM耦合的测量值，V2是在EM辐射的发射和 /或接收期间在第一天线上生成的电压，以及L是响应于作用于第一天线上的电压而在第 二相邻天线的端子上影响/诱导出的电压。
[0011] 考虑例如具有施加于其端子的时谐（正弦）电压V2的第一发射天线，由所述天线 转化为EM辐射的所施加的电压提供通过天线发射的如下功率P :
[0012] 等式⑵
【权利要求】
1. 一种天线系统，包括具有一定公共电磁（EM)辐射频段的至少两个天线模块，其中： 所述至少两个天线模块沿公共轴线共线地布置，以便沿所述轴线提供低的增益； 所述至少两个天线模块沿所述轴线以对应于所述频段的至少几个标称波长的距离互 相隔开；以及 所述至少两个天线模块中的每两个位置上相邻的天线模块以辐射的基本互相正交的 极化进行工作，从而在所述公共频段抑制天线模块之间的EM耦合。
2. 根据权利要求1所述的天线系统，其中，位置上相邻的天线模块包括磁偶极子（MD) 天线模块和电偶极子（ED)天线模块，所述MD天线模块和所述ED天线模块中的每一个的特 征在于关于所述公共轴线同轴的环形EM辐射方向图，从而沿所述轴线提供低的增益。
3. 根据权利要求1所述的天线系统，包括与所述至少两个天线模块中的至少一个相关 联的至少一个信号馈送模块，所述信号馈送模块限定经过所述至少两个天线模块中的至少 另一天线模块附近的传输线，所述馈送模块包括适于抑制由所述至少另一天线模块在所述 馈送模块上诱导的噪声信号的诱导电流抑制体，从而减小所述至少两个天线模块之间的EM 耦合。
4. 根据权利要求3所述的天线系统，其中，所述诱导电流抑制体包括适于反射所述馈 送模块所暴露的噪声信号的一个或更多个四分之一波短路变换器。
5. 根据权利要求4所述的天线系统，其中，所述一个或更多个四分之一波短路变换器 包括电连接到与所述传输线相关联的导电屏蔽物的一个或多个四分之一波长导电部分。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的天线系统，其中，由所述馈送模块限定的所述传 输线在所述至少另一天线模块的中心对称轴附近经过，从而减小由至少所述另一天线模块 在所述馈送模块上诱导的噪声信号。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的天线系统，包括被配置和操作成用于在对应于 所述频段的频率中谐振的一个或更多个寄生天线电路的布置；所述一个或更多个寄生天线 电路布置在所述至少两个天线模块的附近，用于散射所述天线模块通过其而发生电磁耦合 的残余EM辐射中的至少一些，从而减小所述天线模块之间的串扰。
8. 根据权利要求7所述的天线系统，其中，所述一个或更多个寄生天线电路包括被配 置和操作成用于吸收所述残余EM辐射中的至少一些的至少一个负载谐振电路。
9. 根据权利要求7或8所述的天线系统，其中，所述一个或更多个寄生天线电路的布置 被配置和操作成用于对所述残余EM辐射中的至少一部分进行移相，以产生与所述残余EM 辐射中的其它部分的相消干扰，从而在所述至少两个天线模块之间减小串扰并且抑制所述 残余EM辐射。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的天线系统，其中，所述天线模块之间的距离对 应于至多5个标称波长。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的天线系统，其中，所述至少两个天线模块被配 置用于提供具有大约3°的精确度的基本互相正交的极化，从而在所述频段的至少一些部 分将所述天线模块之间的EM耦合减小约25dB的量级，并且从而拓宽在所述至少两个天线 模块之间具有低的EM耦合的有效频段。
12. 根据权利要求3所述的天线系统，其中，所述诱导电流抑制体被配置和操作成用于 将所述天线模块之间的耦合减小约15dB。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的天线系统，其中，所述至少两个天线模块之间 的EM耦合在所述频带的标称频率的约10%的频段上低于45dB。
14. 根据权利要求7所述的天线系统，其中，所述一个或更多个寄生天线电路的布置被 配置成用于消散和/或吸收残余EM辐射中的至少一些，以从而将所述至少两个天线模块之 间的EM耦合抑制约5dB。
15. -种天线系统，包括： 具有一定公共电磁（EM)辐射频段的至少两个天线模块，其中：所述至少两个天线模块 沿公共轴线共线地布置，以便沿所述轴线提供低的增益；所述至少两个天线模块沿所述轴 线以对应于所述频段的至少几个标称波长的距离互相隔开；以及所述至少两个天线模块中 的每两个位置上相邻的天线模块以辐射的基本互相正交的极化进行工作，从而在所述公共 频段抑制天线模块之间的EM耦合； 与所述至少两个天线模块中的至少一个相关联的至少一个信号馈送模块，所述信号馈 送模块限定经过所述至少两个天线模块中的至少另一天线模块附近的传输线，所述馈送模 块包括适于抑制由所述至少另一天线模块在所述馈送模块上诱导的噪声信号的诱导电流 抑制体，从而减小所述至少两个天线模块之间的EM耦合。
16. -种天线系统，包括沿公共轴线以隔开关系布置的一定数量的天线模块的阵列并 且包括以交替方式布置的互相正交极化的天线模块，以使得每两个位置上相邻的天线模块 是互相正交极化的。
17. 根据权利要求16所述的天线系统，其中，位置上相邻的天线模块包括磁偶极子 (MD)天线模块和电偶极子（ED)天线模块，所述MD天线模块和所述ED天线模块中的每一个 的特征在于关于所述公共轴线同轴的环形EM辐射方向图，从而沿所述轴线提供低的增益。
18. 根据权利要求16所述的天线系统，包括与所述两个天线模块中的至少一个天线模 块相关联的至少一个信号馈送模块，所述信号馈送模块限定经过所述两个天线模块中的另 一天线模块附近的传输线，所述馈送模块包括适于抑制由所述另一天线模块在所述馈送模 块上诱导的噪声信号的诱导电流抑制体，从而减小所述两个天线模块之间的EM耦合。
19. 根据权利要求18所述的天线系统，其中，所述诱导电流抑制体包括适于反射所述 馈送模块所暴露的噪声信号的一个或更多个四分之一波短路变换器。
20. 根据权利要求19所述的天线系统，其中，所述一个或更多个四分之一波短路变换 器包括电连接至与所述传输线相关联的导电屏蔽物的一个或更多个四分之一波长导电部 分。
21. 根据权利要求18至20中任一项所述的天线系统，其中，所述馈送模块限定的所述 传输线在所述另一天线模块的中心对称轴附近经过，从而减小由至少所述另一天线模块在 所述馈送模块上诱导的噪声信号。
22. 根据权利要求16至21中任一项所述的天线系统，包括被配置和操作成用于在对应 于所述频段的频率中谐振的一个或更多个寄生天线电路的布置；所述一个或更多个寄生天 线电路布置在所述至少两个天线模块附近，用于散射所述天线模块通过其而发生电磁耦合 的残余EM辐射中的至少一些，从而减小所述天线模块之间的串扰。
23. 根据权利要求22所述的天线系统，其中，所述一个或更多个寄生天线电路包括被 配置和操作成用于吸收所述残余EM辐射中的至少一些的至少一个负载谐振电路。
24. 根据权利要求22或23所述的天线系统，其中，所述一个或更多个寄生天线电路的 布置被配置和操作成用于对所述残余EM辐射中的至少一部分进行移相，以产生与所述残 余EM辐射的其它部分的相消干扰，从而在所述至少两个天线模块之间减小串扰并且抑制 所述残余EM辐射。
25. 根据权利要求16至24中任一项所述的天线系统，其中，所述天线模块之间的距离 对应于至多5个标称波长，从而对所述天线模块之间的EM耦合提供约30dB的抑制。
26. 根据权利要求16至25中任一项所述的天线系统，其中，所述两个天线模块被配置 成提供具有3°量级的精确度的基本互相正交的极化，从而在所述频段的至少一些部分将 所述天线模块之间的EM耦合减小约25dB的量级，并且从而拓宽在所述至少两个天线模块 之间具有低的EM耦合的有效频段。
27. 根据权利要求18所述的天线系统，其中，所述诱导电流抑制体被配置和操作成用 于将所述天线模块之间的耦合减小约15dB。
28. 根据权利要求16至27中任一项所述的天线系统，其中，所述两个天线模块之间的 EM耦合在所述频段的中心频率的约10%的频段上低于45dB。
29. 根据权利要求22所述的天线系统，其中，所述一个或更多个寄生天线电路的布置 被配置成用于消散和/或吸收残余EM辐射中的至少一些，从而将所述两个天线模块之间的 EM耦合抑制约5dB。
【文档编号】H01Q21/10GK104303362SQ201380018178
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年2月7日 优先权日:2012年2月7日
【发明者】本雅明·阿尔莫格 申请人:埃尔塔系统有限公司