專利名稱：通用天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被設(shè)計(jì)用在無(wú)線鏈接上的天線系統(tǒng)，更具體地來說，涉 及一種被涉及用來在用于高比特率視頻傳輸?shù)膰?guó)內(nèi)環(huán)境中的天線系統(tǒng)。這樣
的系統(tǒng)必須具有拓樸集成分集(topologies integrating diversity)。
背景技術(shù)：
如果這涉及到例如使用無(wú)線鏈接鏈接屏幕和前端機(jī)頂盒，則在數(shù)字電視 領(lǐng)域中會(huì)遇到這樣的情況。
因此，這涉及在設(shè)備的兩個(gè)項(xiàng)目中實(shí)施無(wú)線鏈接，所述兩個(gè)項(xiàng)目具有不 同的幾何結(jié)構(gòu)和定位，卻是相同產(chǎn)品的一部分。輻射設(shè)備的集成約束 (integration constraints)主要是由設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)和布置來決定這約束了天線 類型的選擇。目前，由于要極化這樣的天線，所以例如在相同產(chǎn)品的設(shè)備的
于必須開發(fā)不同的設(shè)備，所以這會(huì)產(chǎn)生開發(fā)和生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出 一種能夠根據(jù)不同幾何構(gòu)造而使用的天線系統(tǒng)，從而集成到 呈現(xiàn)不同幾何約束的設(shè)備的兩個(gè)項(xiàng)目的系統(tǒng)可以是相同的。
本發(fā)明涉及一種用于在發(fā)送和接收中工作的無(wú)線鏈接的天線系統(tǒng)，包括 至少兩個(gè)輻射元件，具有根據(jù)第 一極化方向在接收(Rx)中工作的第 一輻射元 件和根據(jù)第二極化方向在發(fā)送(Tx)中工作的第二輻射元件。在這種情況下， 第 一輻射元件和第二輻射元件彼此相鄰安放，從而第 一天線系統(tǒng)與第二相同 天線系統(tǒng)一起工作，所述第二相同天線系統(tǒng)與第一天線系統(tǒng)平行或成90。定 位。
通過保持相同天線系統(tǒng)的兩個(gè)幾何上不同的構(gòu)造中的接收和發(fā)射中使用 于只需要一個(gè)結(jié)構(gòu)，所以這會(huì)限制開發(fā)和生產(chǎn)成本。
根據(jù)一實(shí)施例，輻射元件被在實(shí)現(xiàn)第一剛性基片上，所述第一剛性基片 包括延伸過接收輻射元件的部分的柔性材料層，所述柔性材料層在其另 一端 包括第二剛性基片。
可以將這樣的系統(tǒng)集成到具有不同幾何約束的設(shè)備的兩個(gè)項(xiàng)目中，而無(wú) 需修改天線系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)。
在一實(shí)施例中，柔性材料層構(gòu)成剛性基片的內(nèi)層。
在一實(shí)施例中，使用三個(gè)不同的輻射元件， 一個(gè)用于發(fā)送，兩個(gè)用于接收。
該實(shí)施例解決了 一個(gè)眾所周知的問題國(guó)內(nèi)環(huán)境(建筑物內(nèi)或室內(nèi)鏈接) 中的無(wú)線鏈接會(huì)受到與由信號(hào)在障礙物(墻、家具等)上反射而引起的多通路或 多路徑現(xiàn)象有關(guān)的傳播信道中的損耗。此外，還觀察到這種通道會(huì)根據(jù)例如 人們?cè)诜课葜械囊苿?dòng)而隨著時(shí)間改變。因此，接收到的信號(hào)電平會(huì)根據(jù)路徑 的構(gòu)造性或破壞性結(jié)合而發(fā)生波動(dòng)。為了解決這個(gè)問題，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 知道如何以這樣的方式使用兩個(gè)接收天線來集成空間、極化或輻射分集以便接收。
根據(jù)第一實(shí)施例，輻射元件在其集成的第一剛性基片的平面上輻射，使 用例如插槽、Vivaldi、印刷偶極子、Yagi偶極子類型的印制電路技術(shù)來實(shí)現(xiàn) 輻射元件。
根據(jù)第二實(shí)施例，輻射元件在垂直于其集成的第一剛性基片的平面的平 面上輻射，可以使用從印制電路、電介質(zhì)、陶瓷、3D金屬技術(shù)之中選擇的技 術(shù)來實(shí)現(xiàn)輻射元件。
在本發(fā)明的 一個(gè)特性中，當(dāng)?shù)?一極化方向和第二極化方向彼此垂直時(shí)， 相對(duì)于第一天線系統(tǒng)成90。定位第二天線系統(tǒng)。
可以很容易地將這樣的天線布局集成到設(shè)備的項(xiàng)目中。以這樣的方式使 用發(fā)送與接收之間的極化的正交性，從而能夠使這個(gè)天線方案匹配具有不同 方向(典型水平前端機(jī)頂盒)和垂直(等離子體屏幕)的設(shè)備的項(xiàng)目。實(shí)際上， 對(duì)于我們感興趣的高比特率鏈接，設(shè)備的兩個(gè)項(xiàng)目之間的鏈接通常是直觀的。 這就意味著如果設(shè)備的第一項(xiàng)目的發(fā)送天線的極化與設(shè)備的第二項(xiàng)目的接收 天線的極化相同時(shí)，該鏈接為最佳狀態(tài)，反之亦然。
根據(jù)一實(shí)施例，在波導(dǎo)、微帶連接板、偶極子、輻射槽之中選擇輻射元 件，波導(dǎo)可以用鍍錫模壓金屬或鑲嵌有金屬的塑料模塑來制造，也可是方形。


通過閱讀不同非約束性實(shí)施例的、參照附圖而進(jìn)行的描述，本發(fā)明的其
他特性和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)呈現(xiàn)，其中
圖la和lb以兩種不同的幾何構(gòu)造圖解示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的 輻射設(shè)備。
圖2示出了用于表示圖la和lb的兩個(gè)構(gòu)造中的輻射設(shè)備的反射系數(shù)的 兩個(gè)曲線圖。
圖3示出了用于表示用圖la和lb的兩個(gè)構(gòu)造中的輻射設(shè)備而得到的插
入損失的兩個(gè)曲線圖。
圖4a和4b圖解示出了使用根據(jù)圖1的實(shí)施例的幅射設(shè)備而實(shí)現(xiàn)的無(wú)線
鏈接，分別用于包括具有縱向和橫向輻射的輻射元件的設(shè)備。 圖5圖解示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的輻射設(shè)備。 圖6示出了為圖5的輻射設(shè)備的每個(gè)波導(dǎo)而獲得的3D和2D輻射圖形。 圖7是根據(jù)圖5的實(shí)施例的輻射設(shè)備的防護(hù)層的示圖。 圖8圖解示出了使用根據(jù)圖5的實(shí)施例的輻射設(shè)備而產(chǎn)生的無(wú)線鏈接。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的天線系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括集成在 第一剛性基片11上的三個(gè)輻射元件(Rxl, Rx2, Tx)和集成在第二剛性基片 12上的這些輻射元件的控制電路?？刂齐娐吠ǔ０ㄎ⒉ê突鶐Чδ芤约皵?shù) 字功能。系統(tǒng)10包括在兩個(gè)剛性平面基片11和12之間的柔性材料層13。 以這種方式在柔性部分13上集成一個(gè)或多個(gè)微波傳輸帶線14,從而建立剛 性基片11和12之間的連接。在保持集成了輻射元件的剛性基片11的位置不 變的同時(shí)，通過折疊柔性層13可以將柔性部分13用于改變?cè)O(shè)備10的幾何構(gòu) 造。剛性基片11和12最好是平坦的，并且能夠具有諸如夾套(clips)或甚至平 滑的凹槽(groove)等的固定裝置。
剛性材料層例如可以由諸如FR4型材料等的低成本材料制成。柔性材料 層可以由Kampton型材料制成，并且還可以構(gòu)成剛性基片11和12的中間層。 最后這個(gè)特性可以防止每個(gè)剛性基片11和12上提供的功能之間的線路中斷。 其他柔性材料，諸如聚乙歸對(duì)笨二酸(PET)或聚丁烯對(duì)苯二酸(PBT)或熱塑性
合成橡膠(TPE)型的衍生聚酯等的塑料材料，也可以在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中兼 容使用。
通過保持適用于給定無(wú)線鏈接的極化方向，柔性材料的使用在天線系統(tǒng) 10的使用和定位中提供了極大的靈活性。
使用HFSS 3D電磁?；浖?Ansoft)模擬了圖1中提出的兩個(gè)構(gòu)造中存 在的操作。因此，所選擇的剛性材料屬于FR4型(Er-4.4; tanA =0.023; h=0.54 mm),柔性材料屬于Kapton型(Er:3.5; tanA=0.009; h=0.075 mm)。模擬了 特性阻抗為50 ohm的微波傳輸帶線。50 ohm微波傳輸帶線的寬度在電路部 分和輻射元件的剛性基片級(jí)等于0.14 mm，而在唯獨(dú)柔性材料級(jí)為0.185 mm。
在圖2和3中示出了根據(jù)阻抗匹配和插入損失而得到的結(jié)果。曲線2a表 示為圖la的平面系統(tǒng)觀測(cè)到的反射系數(shù)，而曲線2b表示為圖lb的折疊系統(tǒng) 觀測(cè)到的反射系數(shù)。曲線3a示出了為圖la的平面設(shè)備觀測(cè)到的插入損失， 而曲線3b示出了為圖lb的折疊設(shè)備觀測(cè)到的插入損失。因此，證明了，在 其中要求操作本發(fā)明的天線系統(tǒng)的頻域中，強(qiáng)加于柔性基片上的機(jī)械力沒有 損害阻抗匹配或插入損失。實(shí)際上，反射系數(shù)在兩種情況下都非常低 (<-25dB)，這意味著在線路一端注入的幾乎全部能量被有效地發(fā)送到另一端。 同樣地，需要注意的是，插入損失在兩種線路構(gòu)造中非常低(0.3dB)，這意味 著沿著這條線路幾乎沒有能量消耗。
圖4a和4b示出了在播放視頻的等離子體屏幕41與使用根據(jù)本發(fā)明的一 對(duì)天線系統(tǒng)10的前端機(jī)頂盒之間實(shí)現(xiàn)的無(wú)線連接的兩個(gè)使用例子。根據(jù)來自 電纜或衛(wèi)星解碼器或甚至服務(wù)器的發(fā)射的數(shù)字接收改變并進(jìn)行視頻內(nèi)容處 理。前端機(jī)頂盒可以遠(yuǎn)離屏幕，并且位于同一房間或相鄰房間。因此，無(wú)線 鏈接特別適合于這樣的應(yīng)用。本來等離子體屏幕就非常平直并安裝在墻上或 豎直安放在基座上，而前端機(jī)頂盒為平行六面體形狀并在水平位置上使用。 等離子體屏幕和前端機(jī)頂盒是這樣的特性，從而它們的幾何尺寸在垂直尺寸
上延伸。由于實(shí)施無(wú)線鏈接所需要的天線系統(tǒng)的安裝最好不要涉及增加這兩 個(gè)技術(shù)元件的尺寸，所以本發(fā)明在此獲得應(yīng)用。
在圖4a中，集成了三個(gè)不同的輻射元件 一個(gè)用于發(fā)送Tx,而兩個(gè)用 于接收Rxl和Rx2,箭頭表示所使用的線性極化的方向。采用兩個(gè)用于接收 的輻射元件能夠獲得用于接收的2階分集(order 2 diversity diagram)。如附圖 中所圖解示出的輻射圖形(radiation pattems)44和45中所示，由三個(gè)輻射元件
發(fā)射的波具有水平線性極化和在基片的平面上的縱向輻射。在這種情況下，
可以將如圖la中所示的天線系統(tǒng)水平放置在前端機(jī)頂盒上，而沒有任何折疊
約束。但是，對(duì)屏幕而言，相同的天線系統(tǒng)必須在垂直方向上延伸其尺寸以 保證屏幕的低厚度。然后垂直放置相同系統(tǒng)以根據(jù)輻射和極化保證兼容性，
這種定位需要系統(tǒng)以圖lb所示的方式彎曲，從而使集成了輻射元件的剛性基 片呈水平。例如在揚(yáng)聲器43處找到可以安裝這樣的設(shè)備的空間。然后極化方 向適用于發(fā)射和接收。
具有縱向輻射的輻射元件最好通過采用印制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)應(yīng)于例 如Vivaldi、印刷偶極子、印刷Yagi型等的結(jié)構(gòu)。
圖4b示出了其中使用橫向輻射輻射元件的另一示例，也就是在如圖4b 圖解所示的輻射圖形44和45所示的、垂直于基片的平面中。然后無(wú)線鏈接 的構(gòu)造改變。接下來將需要折疊的系統(tǒng)安裝在前端機(jī)頂盒上，并且將另一系 統(tǒng)垂直平坦地安放在屏幕上。
可以使用印制技術(shù)(插入、環(huán)形縫隙天線等)、電介質(zhì)或陶瓷(DRA:電介質(zhì) 共振器天線等)、3D金屬(PIFA:平面倒置F天線、波導(dǎo)等)來實(shí)現(xiàn)呈橫向輻射 的輻射元件。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的天線系統(tǒng)10。在這個(gè)實(shí)施例中， 系統(tǒng)包括至少兩個(gè)輻射元件， 一個(gè)用于接收Rx，而一個(gè)用于發(fā)送Tx，彼此 具有成90°角的極化方向。在圖5中，示出了三個(gè)輻射元件，兩個(gè)用于接收 Rxl和Rx2,而一個(gè)用于發(fā)送Tx。因此獲得用于接收的2階分集圖。輻射元 件Tx發(fā)射的波具有與輻射元件Rx接收的波垂直的極化。因此，可以通過將 系統(tǒng)之一相對(duì)于另一個(gè)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)90。來實(shí)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)之間的無(wú)線鏈接。這
用相同的系統(tǒng)。
在圖5中，在開波導(dǎo)技術(shù)中示出了輻射元件。例如可以使用鍍錫模壓金 屬、在折疊金屬片中實(shí)現(xiàn)的鑲嵌有金屬的塑料模塑或復(fù)制模塑來制造這樣的 結(jié)構(gòu)。同時(shí)最好將模塑實(shí)現(xiàn)為屏幕機(jī)箱和/或前端機(jī)頂盒。但是，也可以使用 諸如印制技術(shù)(插板、偶極子、輻射槽等)、接線基座(wire-base)技術(shù)等的各 種技術(shù)來制造輻射元件。也可以在相同設(shè)備中使用幾個(gè)所述技術(shù)例如，矩 形波導(dǎo)用于接收，而偶極子用于發(fā)送。還可以使用方形波導(dǎo)來替代矩形波導(dǎo) 以增加極化分集圖。 基于有限元方法，通過使用Ansoft公司的HFSS軟件模擬了圖5中所示 的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括三個(gè)彼此相鄰安裝的相同矩形開波導(dǎo)，其尺寸為a二18mm、 b = 36mm、 h = 40 mm。每個(gè)波導(dǎo)之間的距離為d=13 mm。因此，總尺寸為 98 mm x 36 mm x 40 mm。這適用于其中無(wú)線鏈接可用的多種應(yīng)用中。
在圖6中示出了在5500 MHz工作獲得的輻射圖形。這些輻射圖形符合 為分別獲取的開波導(dǎo)而得到的輻射圖形，并且具有由于存在第二波導(dǎo)Rx2而 導(dǎo)致的波導(dǎo)Rxl的輻射圖形的輕微變形，反之亦然。
如圖7所示，可以在圖5的波導(dǎo)之間放置附加屏蔽層(shielding)70,以防 止電磁泄漏并獲得良好的電磁適應(yīng)性。屏蔽層70由其上安放了波導(dǎo)的鍍板構(gòu) 成。
圖8示出了圖5中所示的系統(tǒng)50的使用的示例。在屏幕81中，設(shè)備50 被垂直放置，而在前端機(jī)頂盒82中卻^皮水平安^:。
因此，本發(fā)明使相同型號(hào)的天線系統(tǒng)能夠用于不同幾何結(jié)構(gòu)的多種應(yīng)用 系統(tǒng)，而無(wú)需改變其上實(shí)施無(wú)線鏈接的物體的尺寸。因此本發(fā)明對(duì)所得到的 輻射設(shè)備的應(yīng)用具有非常廣泛的通用性。因此，方便實(shí)施無(wú)線鏈接。需要注 意的是，這樣的鏈接的開發(fā)和生產(chǎn)成本由于本發(fā)明而變低。此外，可以在根 據(jù)本發(fā)明的輻射設(shè)備中使用 一般公眾產(chǎn)品中廣泛使用的材料，從而減少了這 個(gè)方案的成本。
本發(fā)明并不局限于所述實(shí)施例，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要意識(shí)到還存 在不同的實(shí)施例變化，諸如使用各種輻射元件的分集圖、剛性和柔性部件的 不同設(shè)計(jì)可能性、在尋找符合本方案的集成區(qū)的輻射元件的尺寸中存在的單 獨(dú)約束、諸如在例如機(jī)場(chǎng)和車站中的平板顯示的不同應(yīng)用等。
權(quán)利要求
1.一種用于在發(fā)送和接收中工作的無(wú)線鏈接的天線系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)輻射元件，所述兩個(gè)輻射元件為根據(jù)第一極化方向在接收(Rx)中工作的第一輻射元件和根據(jù)第二極化方向在發(fā)送(Tx)中工作的第二輻射元件，其特征在于所述第一輻射元件和第二輻射元件是彼此相鄰安放的，從而第一天線系統(tǒng)與第二相同天線系統(tǒng)一起工作，所述第二相同天線系統(tǒng)與第一天線系統(tǒng)平行或成90°定位。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于所述輻射元件被實(shí)現(xiàn)在第一 剛性基片上，所述第一剛性基片包括延伸過接收輻射元件的部分的柔性材料 層，所述柔性材料層在其另一端包括第二剛性基片。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于柔性材料層(13)構(gòu)成剛性基 片的內(nèi)層。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述輻射元件(ll) 在所述第一剛性基片的平面上輻射。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于使用印制電路技術(shù)來實(shí)現(xiàn)所 述輻射元件(ll)。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述輻射元件(ll)具有從插 槽、Vivaldi、印刷偶極子、Yagi偶極子類型之中選擇的結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1至3之一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述輻射元件(ll) 在垂直于第一剛性基片的平面的平面上輻射。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于采用從印制電路、電介質(zhì)、 陶瓷、3D金屬技術(shù)之中選擇的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)所述輻射元件(11)。
9. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述第一極化方向和第二 極化方向互相垂直時(shí)，相對(duì)于所述第一天線系統(tǒng)成90。定位所述第二天線系 統(tǒng)。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于從波導(dǎo)、微帶連接板、偶 極子、輻射槽之中選擇輻射元件。
11. 如上述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于其包括 三個(gè)輻射元件，其中在接收端工作的兩個(gè)輻射元件(Rxl, Rx2)圍繞在輻射端 工作的輻射元件(Tx)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種被設(shè)計(jì)在無(wú)線鏈接中使用的天線系統(tǒng)(10，50)，具有分別用于接收(Rx)和發(fā)送(Tx)的極化方向，所述極化方向與分別用于類似系統(tǒng)的發(fā)送和接收的極化方向相同，所述類似系統(tǒng)被放置在不同于第一系統(tǒng)的幾何使用構(gòu)造中。本發(fā)明使相同設(shè)備能夠在設(shè)備的獨(dú)立項(xiàng)目中和不同位置中被實(shí)施，同時(shí)使天線對(duì)能夠正確工作。
文檔編號(hào)H04B1/38GK101171757SQ200680015335
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月3日
發(fā)明者弗蘭克·蘇多, 弗朗索瓦·萊博爾澤, 科琳·尼古拉斯 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司