專利名稱：用于接收和/或傳送具有輻射分集的電磁信號的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于電磁信號傳輸的天線系統(tǒng)，系統(tǒng)用于無線傳輸領域，尤其是在封閉或半封閉的環(huán)境中進行傳輸的狀況，諸如家居環(huán)境，體育館，電視演播室，電影院和劇場等。
而且，衰減的位置在時間上取決于環(huán)境的變化如新物體的存在或人員的移動的變化。因多路徑而引起的衰減會導致所接收的信號的質量以及系統(tǒng)性能的顯著衰退。
為抑制衰減，最常用的技術是空間分集技術。該項技術的突出要點是使用一對大范圍空間覆蓋的天線，比如說組合成開關的貼片式的兩個天線構成。這兩個天線必須隔開一段大于或等于λ0/2的距離，這里λ0是與天線的工作頻率相對應的波長。利用這種類型的天線，就能夠驗證兩個天線同時處于一個衰減區(qū)中的可能性是非常低的。而且，借助于開關，就能夠以通過一個控制電路對接收信號進行檢測的方式來選擇與信號電平最高的天線連接的支路。
上述解決方案的主要缺陷是相當松散龐大。因此，申請人提出了上述解決方法之外的各種其他的解決方法。這些方法適用于通過線/縫過渡饋電的槽縫型天線，能夠實現輻射分集。
為此，已對槽縫型天線進行了研究，比如說通過切線/槽縫過渡來饋送信號的環(huán)形槽縫天線。

圖1中示出了這種類型的天線。天線制在一個基片1上，比如Chukoh Flo CGP 500基片上，這里Er＝2.6，TanD＝0.0018，而高度h＝0.76mm。它包括一個環(huán)狀槽縫2，其圓周長約為k’λs，這里k’是一個整數，而λs為槽縫的導波波長。
如圖1所示，環(huán)狀槽縫2通過在P點緊密相切的線/縫過渡來饋送信號。這一線/縫過渡包括在基片1上制成的微帶線3，微帶線從切點到槽縫2的距離為y。微帶線3在其一端3’至點P間的長度約為kλm/4，這里k是一個奇整數，而λm是在微帶線中的導波波長。而且，要對微帶線的特性阻抗進行選擇，以便能在端口1處提供50歐姆的阻抗。在這種情況下，槽縫與微帶線間的耦合屬于電磁耦合。為實現激勵微帶線與槽縫間的最大限度的耦合，有必要使微帶線處于短路面中。這樣，就可以通過調整槽縫2與激勵線3之間的距離來優(yōu)化耦合。由于耦合發(fā)生于微帶線短路平面一側或另一側的某一區(qū)域，就能以這種方式激勵的天線獲得寬帶效應，如表1中給出如下表1

圖2也示出了一個環(huán)狀槽縫2的反射系數S11，作為對應于表1中給出的y的不同值的頻率的函數。這些曲線給出了環(huán)狀槽縫與所述值的匹配。在該項研究中，還簡述了由切向饋線對稱激勵的兩個環(huán)狀槽縫在相反相位上輻射。這就實現了在經過零點的軸向上的輻射。
然而，與這種主張相反，本申請人已經注意到，在具有與這些槽縫相關的微帶線定位方式以便一個槽縫處于微帶線的短路面中的上述類型的結構中，這兩個環(huán)狀槽縫以相同相位進行輻射，這就產生了沿著具有純度很高的線極化的軸向的結構輻射。
本發(fā)明也提供一種如上所述天線的一種新穎的拓撲結構，能夠獲得在接收方面具有輻射分集的緊湊型天線設備。
本發(fā)明的主題是用于傳輸電磁信號的天線系統(tǒng)，包括用于傳輸槽縫天線型信號的第一裝置和把所述第一裝置連接到信號利用的裝置的第一饋線，第一饋線通過線/縫過渡與第一裝置電磁耦合，用于槽縫天線型信號傳輸，其特征在于，它包括用于傳輸槽縫天線型信號的第二裝置，第二裝置與第一裝置關于第一點P而對稱，第二裝置通過線/縫過渡與處于通過第一對稱點的平面內的所述第一饋線電磁耦合，所述過渡緊鄰饋線的短路面。
按照這種結構，能夠獲得高純度的線極化的天線。
按照本發(fā)明的另一特點，用于傳輸槽縫天線型信號的第一和第二裝置在45°或135°附近的位置上從穿過所述傳輸裝置的中心和對稱的第一點的平面提供了擾動，按照選擇的角度，附加的擾動將線極化轉換成為左或右圓極化。
根據本發(fā)明另一特點，能夠獲得傳輸中的輻射分集，系統(tǒng)包括用于傳輸由線/縫過渡饋送的槽縫天線型電磁波的第三裝置，第三裝置與兩個電磁波傳輸裝置中的一個相對于第二點對稱，并且，第二饋線與第一饋線共同連接到利用信號的裝置，第二饋線與通過由線/縫過渡饋送信號的槽縫天線型電磁波傳輸裝置電磁耦合，并位于穿過第二對稱點的一個平面內，第一與第二饋線的自由端與一個器件連接，這樣，就能夠在這兩條線中的一條線的自由端模擬一個短路或開路并在另一條線的自由端模擬一個開路或短路。
根據本發(fā)明的又一個特點，每條饋線在對稱點與器件間的長度約為kλm/4，這里k為一個整數，而λm則為在線中的導波波長，以便根據器件在含有對稱點的平面內的狀態(tài)來重建電氣短路或開路平面。在這種情況下，如果線長為kλm/4，這里k＝2，就足以使二極管的狀態(tài)發(fā)生翻轉，以便獲得上述性能。于是，對于k＝1，導通的二極管(CC)加上四分之一波長的饋線在過渡點處實現開路CO，而對于k＝2，截止的二極管(CO)加上半波長的饋線實現開路。
根據本發(fā)明的另一個特點，用于傳輸由線/縫過渡饋送的槽縫天線型電磁波的裝置包括環(huán)狀的或多角形的槽縫，而多角形可以是長方形，正方形，或任何其他已知的多角形。
而且，槽縫的周長約為k’λs，這里k是一個整數，而λs是在槽縫中的導波波長。
根據本發(fā)明的又一個特點，設備還包括與傳送裝置連接并通過線/縫過渡與中央電磁波傳輸裝置電磁耦合的第三饋線。
根據優(yōu)選的實施例，器件由二極管、晶體三極管、電子開關以及微電子機械系統(tǒng)組成。而且，這些饋線是利用微帶技術或共平面技術制成的。
圖2、示出了對應于圖1中的設備的曲線，給出了作為環(huán)狀槽縫的對應于不同y值的頻率的一個函數的反射系數S11。
圖3、根據第一實施例的具有切向饋線的兩個環(huán)狀槽縫的頂視平面簡圖。
圖3A與3B、均為曲線圖，分別給出了根據圖3的作為頻率的函數的反射系數S11以及天線系統(tǒng)的輻射模式。
圖4、根據本發(fā)明的第二實施例的天線系統(tǒng)的拓撲結構的頂視平面簡圖。
圖5、一條曲線，給出了作為在圖4中所示的拓撲結構的頻率的函數的反射系數S11。
圖6、示出了圖4的天線系統(tǒng)的三個狀態(tài)的輻射形狀。
圖7、本發(fā)明的另一個實施例的頂視平面簡圖。
圖8、一條曲線，給出了圖7中的天線的當圖7的二極管25與26處于導通狀態(tài)而二極管33處于截止狀態(tài)時，作為頻率的函數的反射系數。
圖9、示出了當圖7中的二極管25與26處于導通狀態(tài)，而二極管33處于截止狀態(tài)時，圖7中的天線的輻射模式。
首先，將參照附圖3，3A和3B對能夠獲得具有純度很高的線極化的寬帶天線系統(tǒng)的一個實施例進行描述。如圖3所示，天線系統(tǒng)包括由兩個環(huán)狀槽縫10，11組成的槽縫型天線，而槽縫10，11位于在點P’與兩個槽縫10，11相切的微帶線饋線12的每一側。在這一情況下，這兩個環(huán)形槽縫由線縫過渡饋電，所述線縫過渡給出了饋線12和槽縫之間的磁耦合。饋線在其遠離輸入端口的端子與切點之間的長度約為kλm/4，這里，k是一個奇整數，而λm是微帶線的導波波長。
如在圖1的情況中，每個環(huán)狀槽縫10、11的周長基本上等于k’λs，這里k’是一個整數，而λs是槽縫中的導波波長。利用該結構，由于位于微帶線12的每一側的每個槽縫10，11的橢圓極化是反向發(fā)出的，因此能夠產生純度很高的線極化，尤其是在沿著天線的軸向上。在這一情況下，為保持天線的主頻，每個環(huán)狀槽縫的周長要比k’λs稍小，這里λs是隔離的槽縫的導波波長。
圖3B示出了圖3的天線系統(tǒng)在中心工作頻率為5.7GHz時在E與H平面中的輻射方向圖。由于系統(tǒng)是在與圖1的系統(tǒng)相同的基片上制成的，因此可以看出，交叉極化小于-19.1dB，尤其是在天線的軸向上。
圖3A示出了圖3的系統(tǒng)的作用于測量與模擬的頻率的函數的反射系數S11。天線系統(tǒng)在-10dB時模擬中的匹配為15.7％，在測量時的匹配為22％。
這種類型的設備，比如說，可以用三重板技術在介電常數為εr1與εr2的兩上基片上制作。例如，在第一基片的頂面上蝕刻出兩個環(huán)狀槽縫。利用微帶技術制成的饋線在兩個基片之間制作，而接地面在第二基片的底面上形成。
按照本發(fā)明的附加特征，兩個環(huán)狀槽縫可用已知的方式提供轉換線極化成為圓極化的擾動。特別地，每個環(huán)狀槽縫具有兩個對角線相反的擾動，擾動位于穿過所述傳輸裝置中心和對稱的第一點的平面的45°或135°周圍。擾動可用現有技術由切割或各種形狀的突出形成。
下面將參照附圖4，5與6對本發(fā)明的可獲得輻射分集的實施例進行描述。輻射模式利用上述的基本結構。
如圖4所示，電磁信號傳輸系統(tǒng)的新穎的拓撲結構由環(huán)狀槽縫型的三個天線組成。這些槽縫在點P1和P2處成對相切。詳細講，環(huán)狀槽縫20與21在點P1處相切，而槽縫21與22在點P2處相切。因此，點P1與P2是對稱點，一個平面，詳細講是一個切面，可以通過這兩點。
如圖4所示，槽縫20，21，22由分別通過點P1與P2的切面中的微帶線23，24饋電。
如圖4所示，微帶線23，24通過一個T型接頭與端口1連接以便與饋電電路(未示出)相連。
而且，在點P1或P2與遠離端口1的端子23’或24’之間的線23或24的長度最好約為kλm/4，這里，k是一個整數，而λm是引入饋線的導波波長。
如圖4所示，在每條線23，24的端子上安裝一個電子器件，能在每條線的端子上模擬短路或開路，而在另一條線的端子上模擬開路或短路。詳細講，一個二極管25反向安裝在端子23’與地之間，而一個二極管26正向安裝在端子24‘和地之間。這種安裝方式能夠根據二極管25與26的偏壓狀態(tài)在三個狀態(tài)間轉換輻射方向圖，這種偏壓是以為業(yè)內人士所知的方式產生的。下面的表2中示出了不同的轉換狀態(tài)。表2

從圖4的結構可以獲得如圖5中所示的曲線，能夠給出作為頻率的函數的反射系數S11。根據曲線將會發(fā)現，在-10dB的情況下，當單個二極管截止時匹配帶寬為22％，而當兩個二極管均截止時為17.8％。
還有，圖6示出了當工作頻率為5.4GHz時，與兩個理想二極管的狀態(tài)對應的天線的三個輻射狀態(tài)。于是，為天線設備獲得了第三級的輻射分集。
為獲得具有圖4所示的天線拓撲結構的傳輸通道，如圖7所示，建議通過設置微帶線27來供電中央環(huán)狀槽縫即槽縫21，以產生Knorr描述的常規(guī)的線/縫過渡。這條線由在接收模式中在線27的端子上重建一個短路的二極管33來終結。
為確保發(fā)送與接收間的最大限度的隔離，兩個二極管25與26必須處于導通狀態(tài)，也就是說在發(fā)送模式中在微帶線23與24的端子上有一個短路，而二極管33必須處于截止狀態(tài)，也就是說在發(fā)送模式中在傳輸帶27的端子上有一個開路CO。在這種情況下，如在下面的表3中所示，圖7中所示的系統(tǒng)有四個操作狀態(tài)表3

能夠操縱這四種狀態(tài)的控制設備通過對這三個二極管中的每一個進行獨立控制的設備來提供。例如，控制設備由在T型接頭與饋線23，24之間安裝的阻塞設備28’，28組成。這些阻塞設備由人們熟知的類型的DC阻塞器組成。在轉輸帶27與端口2之間也設置了一個DC阻塞器29。而且，線端子或“抽頭”30，31，32安置于各自的線23，24和27與用于對各個二極管25，26和33施加偏壓的終結頭之間。每條輻射線端子的長度的設置要能夠在交點上重建一個開路。通過這種方式向每個二極管施加偏壓，而不會干擾射頻RF(輻射可透過狀態(tài))。此外，在訪問天線期間，DC阻塞設備能夠濾除DC電流。
利用圖7所示的系統(tǒng)，可以獲得一條曲線，能給出設備的作為傳輸頻率的函數的參數S的幅值，也就是在圖8中的二極管25與26處于短路狀態(tài)時。將會注意到，在這一情況下，傳輸通道的匹配帶寬大于22％。
而且，在傳輸中，可以獲得設備的如圖9中所示的輻射方向圖。觀察不同的輻射方向圖就會發(fā)現，在天線的軸向上可以獲得高質量的線極化。而且，可以獲得發(fā)送與接收間的高水平的隔離以及對于發(fā)送與接收而言的相同的極化。此外，緊湊型的天線擴展器可以提供第三級的輻射方向圖分集。
上述的實施例是借助于范例給出的，而且可以用多種方式進行修改，對于精于此業(yè)的人士而言這是不言自明的。因而，槽縫可以是環(huán)形之外的其他形狀，可以是多邊形的，即正方形或長方形的，或者其他形狀等。饋線可以利用微帶線技術或共平面技術生產。二極管可以用其他器件如晶體三極管，電子開關以及微電子機械系統(tǒng)來替代。
權利要求
1.一種用于傳輸電磁信號的天線系統(tǒng)，包括用于傳輸槽縫天線型信號(10)的第一裝置以及用于所述第一裝置與利用信號的裝置連接的第一饋線(12)，第一饋線通過線/縫過渡與用于傳輸槽縫天線型信號的第一裝置電磁耦合，其特征在于它包括用于傳輸槽縫天線型信號(11)的第二裝置，第二裝置相對于第一點P與第一裝置對稱，第二裝置通過線/縫過渡與處于經由第一對稱點的平面內的所述第一饋線電磁耦合，所述過渡緊鄰饋線的短路平面。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括用于傳輸由線/縫過渡饋電的槽縫天線型電磁波(22)的第三裝置，第三裝置相對于第二點(P2)與兩個電磁波傳輸裝置中的一個對稱，還包括第二饋線(24)與第一饋線共同與信號利用裝置連接，第二饋線與由線/縫過渡提供的槽縫天線型電磁波傳輸裝置電磁耦合并位于經由第二對稱點的平面中，第一和第二饋線的自由端子與一個器件(25，26)連接，能在一條饋線的端子模擬短路或開路而在另一條饋線的端子模擬開路或短路。
3.根據權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于在電子器件與對稱點之間的饋線(23’，24’)的長度約為kλm/4，這里k是一個整數，而λm是饋線的導波波長，以便根據器件在包含對稱點的平面內的狀態(tài)來重建一個電氣短路或開路平面。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于用于傳輸由線/縫過渡饋電的槽縫天線型(10，11，20，21，22)電磁波的裝置由環(huán)狀或多角形的槽縫組成。
5.根據權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，槽縫的周長約為k’λs的波長，這里k’是整數而λs是槽縫的導波波長。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括與一傳輸裝置連接并通過線/縫過渡與中央電磁波傳輸裝置電磁耦合的第三饋線(27)。
7.根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，在傳送模式中，在第一與第二饋線的端子處的電子器件被饋電，以便模擬短路。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，器件(25，26，33)由二極管、晶體三極管、電子開關以及微電子機械系統(tǒng)組成。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，饋線是利用微帶技術或共平面技術制作的。
10.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個用于傳輸槽縫天線型信號的第一和第二裝置提供兩個擾動，所述擾動位于穿過所述傳輸裝置的中心和第一對稱點的平面的45°或135°周圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于接收和/或傳送電磁信號的設備，包括在兩個點P1和P2成對相切的三個環(huán)狀槽縫(20，21，22)。這些槽縫由兩條饋線(23，24)饋電，以便生成一個線/縫過渡。一條饋線23經由點P1而另一條饋線24經由點P2，兩條饋線通過一個T型接頭連接于公共端口1。二極管25或26安裝于每條饋線的自由端子上，這就使在一條饋線的端子模擬一個短路或開路并在另一條饋線上模擬一個開路或短路成為可能。
文檔編號H01Q13/10GK1417959SQ02148068
公開日2003年5月14日 申請日期2002年10月24日 優(yōu)先權日2001年10月29日
發(fā)明者菲利普·米納爾, 阿里·盧齊耶, 弗蘭克·圖多, 弗朗索瓦絲·勒博爾澤 申請人:湯姆森許可貿易公司