[發明專利]多波束天線的系統

有效

• 申請號: 201110404930.X
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102544772A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: J-F.平托斯;A.洛齊爾;D.洛西恩童
• 申請（專利權）人: 湯姆森特許公司
• 主分類號: H01Q25/02
• 分類號: H01Q25/02;H01Q3/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 呂曉章

技術領域

本發明涉及多波束天線系統，特別是可以用在無線通信的背景下的多波束天線系統，更特別的是在電磁波的傳播條件因多條路徑而嚴重惡化的無線家庭網絡中的多波束天線系統。

背景技術

對于諸如無線家庭網絡、智能網絡或類似類型網絡之類的新興應用，作為能夠將輻射功率集中在空間的特定方向的天線的定向天線(directive?antenna)的使用被證明特別有吸引力。但是，物理定律迫使天線有一個最小尺寸，隨著天線更定向或隨著它的工作頻率降低，這個尺寸變得更加重要。

直到目前為止，定向天線的使用仍然局限于工作在極高頻上、往往具有固定波束、和不具有諸如雷達應用或衛星應用的那些之類的尺寸約束的應用。因此，對于這些應用類型，已知有生成多個波束但由往往復雜并且昂貴的許多模塊組成的天線設備。相反，稱為反向天線(retrodirective?antenna)的天線設備使定向波束能夠在空間的優先方向非常簡單地形成。反向天線網絡基于網絡的每個天線接收具有特征路徑長度差，也就是說，不同相位的源的入射信號的事實。這種相差是發射源的方向特征。事實上，為了沿著源的該方向發射要發送的信號，發送時每個天線之間的相差與接收時每個天線之間的相差相反，以便預測返回路徑上的路徑長度差就足夠。

在反向天線當中，最知名的網絡是稱為“Van-Atta”網絡的網絡，1959年10月6日的美國專利Nr?2908002對它作過顯著描述。如圖1所示，Van-Atta型反向網絡由相對于網絡的中心軸Oy對稱的許多輻射元件1a、1b、2a、2b、3a、3b構成。經由具有相等電長度的傳輸線路(transmission?line)1、2、3，這些輻射元件成對連接，輻射元件1a與輻射元件1b連接，輻射元件2a與輻射元件2b連接，輻射元件3a與輻射元件3b連接，這些天線相對于網絡的中心軸是對稱相對的。在這種情況下，傳輸線路引起的相差因此在所有輻射元件上都是相同的，以及兩個連續輻射元件之間的相差在接收信號時和在發送反向到最近符號的信號時是相同的。因此，發送網絡的輻射元件的信號之間的相差與接收網絡的輻射元件的信號之間的相差相反。因此獲得發送信號的反向性(retro-directivity)。

但是，這種方法具有一定數量的明顯缺點。為了獲得信號的反向性，入射波的前沿必須是平直的。另外，天線網絡必須是平直的或相對于網絡中心或多或少是對稱的。由于入射波的前沿必須是平直的，所以有必要將輻射元件的網絡設置在遠離發送源的場區中。作為結果，直到現在為止，Van-Atta型網絡的應用已經僅僅是衛星或雷達型應用。

作為對這些類型反向網絡所作的研究的結果，本發明提出了使用輻射元件的網絡的原理生成可以用在無線通信中的多波束天線系統，尤其在無線家庭網絡中或在經由無線鏈路通信的對等型網絡中，更特別的是，在MIMO(多輸入多輸出)系統的范圍中，而且在具有與以定向天線工作的處理系統相關聯的單個天線的天線系統中。

發明內容

因此，本發明的目的是包含N個輻射元件的網絡的多波束天線系統，N是偶整數，該網絡的元件經由傳輸線路兩個兩個地連接，其特征在于，它包含M個輻射源，M是大于或等于1的整數，該輻射源每一個都處在離網絡中心的距離為Li的位置上，使得距離Li嚴格小于稱為遠場的場的距離，以及i從1變化到M。遠場和近場的概念具體描述在如下文章中：《Radiating?Zone?Boundaries?of?Shortλ/2andλDipoles》，IEEE?Antennas?and?Propagation?Magazine?vol.46，No.5，2004年10月。因此，對于相對波長的小尺寸源，距離Li小于1.6λ，其中λ是工作頻率上的波長(在空氣中，λ＝λ₀，并且在不同媒體中λ＝λ_g，使得其中ε_r和μ_r是媒體的電容率和磁導率)。

按照一個優選實施例，該網絡的元件經由具有相同電長度的傳輸線路兩個兩個地對稱連接，并且輻射源的數量嚴格大于1。優選的是，在MIMO系統的范圍中，輻射源的數量等于MIMO系統的輸入數量。

按照另一個實施例，該多波束天線系統包含一個輻射源，以及波束的方向性通過將使得線路的相差能夠被修改的有源電路集成到至少一條傳輸線路中來獲得。例如，有源電路可以是描述在2010年11月23日以THOMSONLicensing(湯姆森特許公司)的名稱提交的法國專利申請第0958282號中的那些的類型的混合耦合器或濾波器。