专利名称：天线布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通4言系统的天线布置(antenna arrangement)， 以及更具体地，涉及用在超宽带(UWB)无线通信系统中的天线布置。
背景技术：
超宽带是在整个非常宽的频率范围3.1 GHz-10.6 GHz内传输数 字数据的无线电技术。它使用通常低于-41 dBm/MHz的超低传输功 率，因此该技术可以完全包括在其它现有的例如Wi-Fi、 GSM和蓝 牙的传输频率内。这意p木着超宽带可以与其它射频才支术共存。然而， 这具有一^:为5米到20米的受限通信距离的限制。
有两种实现UWB的方案时域方案，以具有UWB特性的月永 冲波形构造信号，以及频域调制方案，^吏用传统的基于FFT的多 (频)带正交频分复用(OFDM),即MB-OFDM。两种UWB方案 均产生在频谱内覆盖非常宽的带宽的频谱分量，即术语超宽带，从 而该带宽占中心频率(通常至少500MHz)的20%以上。
超宽带的这些特性加上其非常宽的带宽，意味着UWB是用于 在通信装置之间的距离在20m范围内的家庭或办公环境中提供高 速无线通信的理想4支术。
4图1示出了用于超宽带通信的多带正交频分复用(MB-OFDM) 系统中的频带布置。MB-OFDM系统包括14个子带，每个子带为 528 MHz,并且MB-OFDM系统4吏用在子带之间的每312ns跳频作 为才妄入方法。在每个子带内，采用OFDM和QPSK或DCM编码来 传输凄t据。应当注意，空出5GHz左右的子带，通常为5.1 GHz-5.8 GHz,以避免与例如802.11 a WLAN系统的现有窄带系统、安全 理通4言系统、或4元空工业之间的干护0。
十四个子带组织为五个带组，其中四个带组均具有三个528 MHz的子带， 一个带组具有两个528 MHz的子带。如图1所示， 第一带组包括子带1、子带2和子带3。 一个示例性的UWB系统将 采用带组的子带间的跳频，以使得第 一数据符号在带组的第 一频率 子带中在第一 312.5 ns持续时间间隔内传输，第二数据符号在带组 的第二频率子带中在第二 312.5 ns持续时间间隔内传输，以及第三 数据符号在带组的第三频率子带内在第三312.5 n s持续时间间隔内 传输。因此，在每个时间间隔期间，数据符号在具有528 MHz带宽 的各个子带内传l命，例如具有以3960MHz为中心频率的528 MHz 基带信号的子带2。
超宽带的技术特性意味着其用于数据通信领域的应用。例如， 存在广泛的各种应用，这些应用集中在以下环境中的电缆替代
PC与外围设备之间的通信，即，诸如硬盘驱动器、光盘 刻录才几、打印才几、扫描仪等外部装置。
诸如电视和通过无线工具连接的装置、无线扬声器等家庭 娱乐设备。
例如移动电话和PDA、数码相才几和MP3播放器等手持装 置与PC之间的通信。用在超宽带系统中的天线布置通常是全向(omni-directional)的，即，乂人有源发射元^f牛(active radiating element)或元4牛纟且向戶斤有方向发射无线电信号。然而，也期望使用向特定方向或特定的多个方向发射无线电信号的天线布置。
固定射束定向天线，诸如对数周期天线，是已知的，在图2中示出了一种示例性的天线布置。对数周期天线2包括地平面4以及连4妄到4命入4言号线8的多个元4牛6a、 6b、 6c、 6d、 6e和6f。元寸牛6a-6f具有不同的长度，并在地平面4上按照尺寸顺序布置，最短的元件6a在一端，最长的元件6f在另一端布置。元件6a-6f中的各元件之间的距离从天线2具有元件6a的一端到天线2具有元件6f的一端对数性地增大。输入信号线8位于朝向最短的元件6a的位置，以使信号串行地提供到元件6a-6f中的每个。与6a-6f中的前一元件相比，输入信号传送到6a-6f中的后一元件所增大的长度4吏得元件6a-6f发射彼此轻纟鼓异相的信号。元件6a-6f的布置^f吏得天线2在箭头10表示的方向上发射信号。
通过将发射的无线电信号引导到特定方向或特定的多个方向上，能够减少与其它邻近的通信链路之间的干护O,从而4吏得通信系统的容量(在可能的通信链路的数量方面)增大。
然而，尽管该对数周期天线相对于地平面沿特定方向发射无线电信号，l旦该方向固定并且不可调节。
因此本发明的目的是4是供一种用在超宽带系统中的定向的天线布置，该天线布置使得发射的信号的方向上的某种程度可控。
发明内容
所以，本发明4是供了一种用在超宽带网络中的天线布置，该天
线布置包括多个元件，每个元件均具有用于发射无线电信号的有源部分(active potion )以及用于选择性地改变元件的有源部分的开关装置；以及用于控制多个开关装置以使整个天线布置的有源部分的长度改变的装置，其中，有源部分的长度的改变使无线电信号在特定方向上A人天线布置发射。
优选地，元件中的每个均是单极天线。
优选地，每个单极天线均朝向基本垂直于地平面的方向。
优选地，元件沿传输轴布置为一行。
在优选实施例中，用于控制多个开关装置的装置用于控制开关装置形成第一配置或第二配置，在第一配置中，元件的有源部分的长度从行的第一端向行的相反端增大，从而使得天线布置基本在从行的相反端朝向行的第一端的第一方向上沿传输轴发射无线电信号，以及在第二配置中，元件的有源部分的长度从行的相反端向行的第一端增大，乂人而使得天线布置基本在第一方向的反方向上沿传输轴发射无线电信号。
在另 一优选实施例中，该阵列进一步包括用于将激发信号提供给多个元件中的每个的装置，以使当开关装置处于第一配置中时，激发信号从位于行的第 一端处的元件串行4是供到位于4亍的相反端处的元件，以及当开关装置处于第二配置中时，将激发信号从位于行的相反端处的元件串行提供到位于行的第 一端处的元件。优选地，在第一配置或者第二配置中，元件的有源部分的长度从行的一端朝向行的另一端基本呈线性增大。
根据本发明的第二方面，提供了 一种用在超宽带网络中的通信装置，该装置包括上述的天线布置。
为了更好地理解本发明，以及更清楚地示出如何实现本发明，
将^f又以示例的方式来参照附图，其中
图1示出了由多带OFDM联盟认证通过的MB-OFDM系统的频谱；
图2示出了传统的定向天线布置；图3示出了根据本发明的天线布置；以及图4示出了才艮据本发明的可选天线布置。
具体实施例方式
尽管本文中将以在超宽带网络中的应用来进一步描述本发明，<旦应当理解，本发明也能够用于其它类型的网络中的应用。
图3示出了天线布置20,其包括地平面22和分别由24a、 24b、24c、 24d、 24e以及24f表示的多个发射元件24。尽管在图3的天线布置中示出了六个元件，^f旦应当理解，才艮据本发明可以4吏用大于一个的任意数目的元件。
8在该实施例中，元件24是基本垂直于地平面22的朝向的单极天线的形式。元件24沿地平面22排为一排或一4亍，该排或4亍表示传4lT轴。在本发明的可选实施例中，元4牛可以布置为阵列。在优选实施例中，元件24沿传输轴均匀布置。换言之，每个元件24之间的空间是相同的。在可选实施例中，元件24不沿传输轴均匀布置，而是元件24之间的空间距离绕天线布置20的中心对称。即，在该示例性实施例中，元4牛24a与元4牛24b之间的3巨离和元
24e与元4牛24f之间的3巨离才目同。同才羊i也，元4牛24b与元4牛24c之间的3巨离禾口元4牛24d与元4牛24e之间的-巨离才目同。
元件24中的每个均连接到为元件24提供信号以发射的输入信号线26。
每个元件24均包括沿其长度设置的至少一个开关28以改变元件24的有源发射部分的有效长度。开关28将每个元件24有效地分为多个段，并用于将这些段选择性地连接到输入信号线26上的信号或选择性地将这些段与输入信号线上的信号隔离。可以使用半导体开关或各种无功器件(reactive device)或本领域4支术人员
已知的其它合适的开关来实J见开关28。
在示例性实施例中，每个元件24均包括相应的开关28 (28a、28b、 28c、 28d、 28e和28f),其一务各元4牛24划分为两个,殳，下l史30 (30a、 30b、 30c、 30d、 30e和30f)和上段32 (32a、 32b、 32c、32d、 32e和32f)。当开关28a、 28b、 28c、 28d、 28e和28f关断时，元件24的有源部分的长度(即，与元件24的与输入信号线26电连4妾的4殳的长度)分另'J只于应于下,殳30a、 30b、 30c、 30d、 30e详口30f的长度。当开关28a、 28b、 28c、 28d、 28e和28f才妾通时，每个元件24的有源部分的长度增大，并对应于各个上段和下,殳30a和32a、 30b和32b、 30c和32c、 30d和32d、 30e和32e的组合长度。在本发明的可选实施例中，每个元件24均可以沿其长度包括大量开关，从而增大有源部分的可能的长度变化的数量。
为了控制开关28的操作，提供控制装置以控制天线布置20的操作。该控制装置未在图3中示出，^f旦可以釆取处理器的形式，该处理器连接到开关28中的每个，并且该处理器输出信号以使各个开关28从"关断"状态变为"4妄通"状态，反之亦然。
控制装置在多种配置之间操作开关，在该多种配置中存在整个天线布置的有源部分的长度变化，这使得由各元件24发射的无线电信号的方向受控。
从图3可以看出，元件24的上段32和下段30的长度彼此不相等，并且开关28也沿元件24位于不同的位置。这4吏得由每个元件24发射的无线电信号形成为射束，从而使得无线电信号沿特定方向发射。
例4口， /人图3可以看出，当开关28a、 28b牙口 28c关断而开关28d、 28e和28f接通时，由元件24a、 24b、 24c、 24d、 24e和24f
的有源部分的长度组成的天线布置20的4仑廓对应于由元件6a、6b、 6c、 6d、 6e和6f的长度组成的图2中的对凄史周期天线布置2的4仑廓。因此，当开关28处于这种配置中时，来自元件24的无线电信号基本在箭头34表示的方向上沿传输轴发射。
当天线布置20改变为其中开关28a、 28b和28c 4妄通而开关28d、 28e和28f关断的第二种酉己置时，由元4牛24a、 24b、 24c、 24d、
24e和24f的有源部分的长度组成的天线布置20的4仑廓对应于由元4牛6a、 6b、 6c、 6d、 6e和6f的长度纟且成的图2中的只于凄史周其月天线布置2的相反轮廓。因此，当开关28处于这种配置中时，来自元件24的无线电信号基本在箭头36表示的方向上沿传输轴发射， 该方向与由箭头34表示的方向相反。
因此，乂人该示例性实施例可以看出，整个天线布置20的有源 部分的长度的变化对应于元件24的有源部分的长度的沿行近似线 性增加。然而，应当理解，才艮据所需射束的特性，其它配置也是 可能的。
在该示例性实施例中，元件24串行连接到输入信号线26，这 意味着行中的一个元件24在该行中下一个元件24之前接收到输 入信号。
为了使天线布置20中的元件24发射的信号彼此同相，当天线 布置20在两种配置间切4灸时，需要改变向元件24才是供，餘入信号 的顺序。因此在输入信号线26中4是供第一开关38和第二开关40。
如上所述，在第一配置中，开关28a、 28b和28c关断并且开 关28d、28e和28f 4妄通，无线电信号在由箭头34表示的方向发射。 在该配置中，开关38接通并且开关40关断，这使得输入信号从 元件24a到元件24f串行提供到元件24。因此，各元件24在由箭 头34表示的方向发射的信号将4皮此同相。
在第二西己置中，开关28a、 28b和28c接通并且开关28d、 28e 和28f关断，无线电信号在由箭头36表示的方向发射。在该配置 中，开关38关断并且开关40 4妄通，这4吏得输入信号乂人元件24f 到元件24a串行提供到元件24。因此，由各元件24在由箭头36 表示的方向上发射的信号将彼此同相。
图4示出了才艮据本发明的可选天线布置20。在该图中，天线布 置20与参照图3描述的一样，并且图中的相同的参考标号表示相
ii同特征。然而，在该布置20中，发射元件24a-24f中的每个均具 有相同的长度。另外，每个元件24均沿其长度提供有两个开关28 、 29以改变该元件24的发射部分的有源长度。开关28, 29将各元 件24有效地划分为三萃殳，并再次用于将这些萃殳选择性地连^妻到输 入信号线26上的信号或选择性地将这些段与输入信号线上的信号 隔离。
如所示，每个元件24均包括相应的下部开关28 (28a、 28b、 28c、 28d、 28e和28f)以及上部开关29 (29a、 29b、 29c、 29d、 29e牙口 29f )。因;t匕每个元4牛24 土匀4皮分为下,殳30 ( 30a、 30b、 30c、 30d、 30e和30f),中段32 (32a、 32b、 32c、 32d、 32e和32f)以 及上段33 (33a、 33b、 33c、 33d、 33e和33f)。
当开关28a、 28b、 28c、 28d、 28e和28f关断时，it/f牛24的有 源部分的长度(即，元件24与输入信号线26电连接的段的长度) 分另'J对应于下段30a、 30b、 30c、 30d、 30e和30f的长度。当开关 28a、 28b、 28c、 28d、 28e禾口 28f才妄通时，每个元4牛24的有源吾卩 分的长度增大，并且该长度对应于各个中革殳和下萃殳30a和32a、30b 禾口 32b、 30c禾口 32c、 30d禾口 32d、 30e禾口 32e的纟且合长度。
在图4中可以看出，当开关28a、 28b、 28c、 29d、 29e和29f 关断并且开关29a、 29b、 29c、 28d、 28e和28f接通时，由元件 24a、 24b、 24c、 24d、 24e禾口 24f的有源吾卩分的长A纟且成的天纟戋布 置20的4仑廓〗寸应于图2中的元4牛6a、 6b、 6c、 6d、 6e和6f的长
度组成的对凄史周期天线布置2的4仑廓。因此，当开关28和29处 于这种配置中时，来自元件24的无线电信号基本在由箭头34表 示的方向上沿传输轴发射。由于在该配置中开关28a、 28b和28c 关断，所以开关29a、 29b和29c是关断还是4妄通均无所谓。当天线布置20改变为其中开关28a、 28b和28c接通并且开关 29a 、 29b 、 29c 、 28d、 28e和28f关断6勺第二种酉己置日寸，元4牛24a、 24b、 24c、 24d、 24e和24f的有源部分的长度组成的天线布置20 的專仑4M于应于图2中的元4牛6a、 6b、 6c、 6d、 6e和6f的长度纟且成 的对凄t周期天线布置2的相反4仑廓。因此，当开关28和29处于 这种配置中时，来自元件24的无线电信号基本在由箭头36表示 的方向上沿传输轴发射，该方向与由箭头34表示的方向相反。由 于在该配置中开关28d、 28e和28f关断，所以开关29d、 29e和 29f是关断还是接通均无所谓。
提供发射元件24之间的相差的开关38和40的4喿作如参照图3 所述。
可以在该天线布置20中4是供第三种配置才莫式。具体地，可以 接通所有开关28和29,这意味着整个阵列20中的每个发射元件 24的有源长度均相同。
所以，^是供了一种用在超宽带系统中的定向天线布置，该天线 布置使得信号发射的方向可调。该优选实施例描述了根据元件24 中的开关28的配置怎才羊布置天线以在第一方向或第二方向上形成 射束。应当理解，才艮据元件24和开关28的布置，其它配置也是 可能的，该其它配置包括射束的方向大于两个方向，或者两个或 多个射束方向处于与示出角度不同的相对角度。
应当注意，上述实施例是为示出的目的，而非为了限制本发明， 并且在不背离所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员能 够设计出很多可选实施例。词语"包括"并不排除不同于权利要求 中所列出的元件或步骤的存在，"一个"并不排除多个，并且单个 处理器或者其它单元可能实现权利要求中引用的几个单元的功能。,围。
1权利要求
1. 一种用在超宽带网络中的天线布置，所述天线布置包括多个元件，每个元件均具有用于发射无线电信号的有源部分以及用于选择性地改变所述元件的所述有源部分的多个开关装置；以及用于控制所述多个开关装置以使整个所述天线布置的所述有源部分的长度改变的装置，其中，所述有源部分的长度的改变使所述无线电信号在特定方向上从所述天线布置发射。
2. 根据权利要求1所述的天线布置，其中，所述元件中的每个均 是单极天线。
3. 根据权利要求2所述的天线布置，其中，每个所述单极天线均 朝向基本垂直于i也平面的方向。
4. 才艮据前述任一项4又利要求所述的天线布置，其中，所述元件沿 传输轴布置为一行。
5. 根据权利要求4所述的天线布置，其中，用于控制所述多个开 关装置的所述装置用于控制所述开关装置形成第一配置或第 二配置，在所述第一配置中，所述元件的所述有源部分的长度 从所述行的第一端向所述4于的相反端增大，乂人而4吏得所述天线 布置基本在,人所述^f于的所述相反端朝向所述^于的所述第一端 的第一方向上沿所述传输轴发射无线电信号，以及在所述第二端朝向所述行的所述第一端增大，从而4吏得所述天线布置基本 在所述第一方向的反方向上沿所述传输轴发射无线电信号。
6. 根据权利要求5所述的天线布置，进一步包括用于将激发信号 提供给所述多个元件中的每个的装置，以使当所述开关装置处 于所述第一配置中时，所述激发信号从位于所述行的所述第一 端处的所述元件串行4是供到位于所述4亍的所述相反端处的所 述元件，以及当所述开关装置处于所述第二配置中时，所述激 发信号从位于所述行的所述相反端处的所述元件串行提供到 位于所述行的所述第 一端处的所述元件。
7. 根据权利要求5或6所述的天线布置，其中，在所述第一配置 或者所述第二配置中，所述元件的所述有源部分的长度乂人所述 行的一端朝向所述行的另一端基本呈线性增大。
8. —种用在超宽带网络中的通信装置，所述装置包括根据前述任 一项一又利要求所述的天线布置。
9. 一种基本如文中参照附图的图3和图4所述，并且在附图的图 3和图4中示出的天线布置。
全文摘要
一种用在超宽带网络中的天线布置，包括多根有源单极天线。每根单极天线均朝向基本垂直于地平面的方向，并沿传输轴布置成一行。每根单极天线均具有用于发射无线电信号的有源部分和用于选择性地改变有源部分的长度的开关装置。在第一配置中，提供有控制多个开关装置的控制装置以使单极天线的有源部分的长度从该行的第一端向该行的相反端增大，从而使得由天线布置发射的无线电信号基本从该行的相反端朝向该行的第一端在第一方向上沿传输轴发射。在第二配置中，单极天线的有源部分的长度从该行的相反端朝向该行的第一端增大，从而使得由天线布置发射的无线电信号基本在第一方向的反方向上沿传输轴发射。
文档编号H01Q3/24GK101485047SQ200780025683
公开日2009年7月15日 申请日期2007年7月6日 优先权日2006年7月7日
发明者迈克尔·菲利帕基斯 申请人:Iti苏格兰有限公司