[發(fā)明專利]多天線系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380018178.2
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN104303362B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 本雅明·阿爾莫格
• 申請（專利權(quán)）人: 埃爾塔系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: H01Q1/52
• 分類號: H01Q1/52;H01Q21/10;H01Q21/24
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 唐京橋,陳煒

技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)

本發(fā)明總體上處于天線領(lǐng)域，并且涉及被配置成用于減小相鄰天線之間的串擾的多天線系統(tǒng)。

各種天線系統(tǒng)利用多個天線元件來同時發(fā)射和/或接收電磁信號。在天線元件定位成相對接近的情況下，接近的天線之間的顯著耦合和串擾從而會在發(fā)射和/或接收的信號中引入噪聲。用于降低天線之間的隔離度的傳統(tǒng)技術(shù)包括：增加天線之間的距離和/或在天線之間使用包括例如吸收材料和/或?qū)щ姲宓碾姶泡椛淦帘挝?。這樣的技術(shù)通常與系統(tǒng)的大的尺寸和/或重量相關(guān)聯(lián)和/或與天線之間的低的隔離度相關(guān)聯(lián)，這使得這樣的技術(shù)不適于某些應用。

發(fā)明內(nèi)容

本領(lǐng)域中需要這樣一種天線系統(tǒng)：其包括工作于基本相同的波長范圍(一般具有交疊的波長范圍)的(一般至少兩個)天線模塊的陣列，并且同時保持天線之間的高電磁隔離度以及天線系統(tǒng)的小的尺寸。具體地，本領(lǐng)域中需要這樣一種天線系統(tǒng)：其能夠以基本類似的波長同時進行發(fā)射和接收，并同時提供天線之間的低的串擾和低的電磁耦合，從而允許在發(fā)射和/或接收的信號中獲得高信噪比。特別地，在各種應用如蜂窩網(wǎng)絡中，需要一種全向天線系統(tǒng)，其提供寬的方位角覆蓋(如360°)并且使得能夠在類似的波長處同時進行信號的發(fā)射和接收并且具有低的誘導噪聲。

術(shù)語“噪聲”在本文中指相關(guān)的、可能由于天線之間的耦合而誘導出的非期望信號。亦即，這樣的噪聲可以表現(xiàn)為一個天線由于其它天線的端口/端子中的信號/電壓而接收到或發(fā)射出的信號。相應地，在本文中可互換地使用術(shù)語信噪比(SNR)和術(shù)語信號干擾比(SIR)來指示待被天線接收/發(fā)射的期望信號與由于該天線與其它天線之間的耦合而誘導出的非期望信號(干擾噪聲)之比。

許多傳統(tǒng)天線系統(tǒng)利用偶極子天線來提供高傳輸效率以及在垂直于天線的縱軸的方位角平面內(nèi)的高的增益。在利用多個天線用于多個信號的同時接收和/或發(fā)射的應用中，天線之間的電磁(EM)耦合和串擾可能是使信號質(zhì)量惡化以及消弱天線的作用的基本噪聲源。

靠近的天線元件(位置上相鄰的天線)之間的EM耦合由若干因素如天線元件/模塊之間的距離和它們的空間特性(空間傳輸方向圖/增益函數(shù))決定。利用用于提供天線之間的低的耦合的傳統(tǒng)技術(shù)通常與天線系統(tǒng)的大的尺寸(形狀因素)相關(guān)聯(lián)并且還可能與大的重量相關(guān)聯(lián)。這是因為對于所要獲得的高的隔離度，應該提供天線之間的大的距離——大于工作天線波長的幾個波長。另外，在使用電磁輻射屏蔽物(導電/吸收板)在天線之間去耦合時，這樣的屏蔽物一般具有大的尺寸(如超過若干波長)。

兩個天線之間的EM耦合(即串擾)可以通過以下之間的比率來定義：由于在另一天線的發(fā)射或接收操作模式期間施加于第二天線的電壓而在一個天線的端子上生成的電壓。具體地，兩個天線之間的耦合可以以對數(shù)分貝單位(dB)來計量并且定義為如下：

等式(1)：C_db＝20Log₁₀(V₁/V₂)

其中C_db是以dB為單位的天線之間的EM耦合的測量值，V₂是在EM輻射的發(fā)射和/或接收期間在第一天線上生成的電壓，以及V₁是響應于作用于第一天線上的電壓而在第二相鄰天線的端子上影響/誘導出的電壓。

考慮例如具有施加于其端子的時諧(正弦)電壓V₂的第一發(fā)射天線，由所述天線轉(zhuǎn)化為EM輻射的所施加的電壓提供通過天線發(fā)射的如下功率P：

等式(2)：

其中Z為天線的阻抗。

對于各向同性天線，所發(fā)射的功率平均地分布在所有方向上。相應地，由這樣的各向同性的天線輻射的功率密度S₀僅依賴于距離天線的距離r并且平均地分布在這個距離處的球殼上，即：

公式(3)：S₀(r)＝P/4πr²。

非各向同性源/天線與空間天線增益(G(θ,φ))函數(shù)相關(guān)聯(lián)，其中空間天線增益(G(θ,φ))函數(shù)指示天線在遠場中的空間輻射方向圖。天線增益一般尤其由天線的輻射元件的物理結(jié)構(gòu)確定。天線增益是由特定天線針對一定坐標(距離為r并且以θ、φ給定的方向)提供的實際功率密度S與由各向同性天線/源提供至相同距離r的功率密度S₀相比較而得到的測量值。因而，考慮以對數(shù)dB為單位的天線增益函數(shù)G(θ,φ)，提供如下：