组合的全向和定向天线的制作方法

本发明一般地涉及无线通信领域，并且更特别地，但不排他地，涉及用于发射和接收射频信号的方法和装置。

背景技术：

本节介绍了可以有助于促进更好地理解本发明的各方面。因此，本节的陈述将鉴于此来阅读，并且将不被理解为关于什么在现有技术中或什么不在现有技术中的承认。本文中描述为已有的或可能的任何技术或方案被提出作为用于本发明的背景，但是没有由此作出如下承认：这些技术和方案在此之前被商业化，或者对除了发明人之外的其他人也是已知的。

天线通常是定向的或全向的。定向天线将射频(rf)信号功率定向在特定方向上，而全向天线将功率近似均等地分布在所有方向上。定向天线的结构通常与全向天线的结构非常不同。定向天线通常将辐射元件安装到地平面，而将rf功率聚焦在单个方向上。全向天线通常不具有地平面，因此rf在所有方向上大致均等地辐射，或者具有辐射元件和地平面的多个集合，每个集合均等地进行辐射以提供360度的覆盖。一些天线在单个组装件中组合定向天线和全向天线，竖直地堆叠天线，例如，全向天线在整体结构的底部并且定向天线被堆叠在顶部，或反之亦然。这样的结构由于各种原因在物理上可能太大而不合适。

技术实现要素：

发明人公开了可以有益地应用到例如射频发射和/或接收的各种装置和方法。虽然可以预期这样的实施例相对于已有的天线提供性能上的改进和/或成本或尺寸的降低，但是没有特定结果是本发明的要求，除非在特定权利要求中明确记载。

一个实施例提供了一种装置，例如，混合天线，其包括多个天线阵列。每个阵列包括天线元件，并且每个阵列位于多边形天线体上以使得每个阵列面向不同的方向。rf网络包括第一和第二双工器以及分配器。第一双工器被配置为将所接收的多频驱动信号划分成具有第一频率的第一分量和具有第二频率的第二分量。分配器被配置为将第一分量划分成衰减部分，并且将衰减部分中的一个衰减部分定向到多个天线阵列中的第一天线阵列。第二双工器被配置为将衰减部分中的另一衰减部分与第二驱动信号分量组合以形成组合驱动信号分量，并且将组合驱动信号分量定向到天线阵列中的第二天线阵列。

在一些实施例中，多边形天线体具有三角形横截面，并且多个天线阵列包括三个天线阵列。每个阵列具有在天线体的两个相邻侧面中的每个相邻侧面上的相邻天线阵列，并且天线阵列中的每个天线阵列被布置为相对于其相邻天线阵列中的每个相邻天线阵列以大约120°的角度定向射频能量。在一些实施例中，天线阵列围绕相对于地面竖直取向的轴线被布置。在一些实施例中，天线元件中的每个天线元件包括偶极天线。在一些实施例中，网络被配置为双向地进行操作。

另一实施例提供了一种装置，例如，混合天线，其包括第一和第二双工器以及功率分配器。双工器中的每个双工器具有共用端口、高通滤波器端口和低通滤波器端口。功率分配器包括共用端口和多个衰减端口。第一双工器的第一滤波器端口类型连接到第二双工器的相同滤波器端口类型。第一双工器的第二滤波器端口类型连接到功率分配器的共用端口。第二双工器的相同的第二滤波器端口类型连接到功率分配器的第一衰减端口。

一些实施例还包括连接到第二双工器的共用端口的第一天线阵列、以及连接到分配器的第二衰减端口的第二天线阵列。在一些这样的实施例中，天线元件中的每个天线元件包括偶极天线。一些实施例还包括连接到第二双工器的共用端口的第一天线阵列、连接到功率分配器的第二衰减端口的第二天线阵列、以及连接到功率分配器的第三衰减端口的第三天线阵列，其中第一、第二和第三天线阵列各自位于多边形天线体的不同侧面上，以使得每个阵列面向不同的方向。在一些实施例中，多边形天线体具有三角形横截面，并且多个天线阵列由三个天线阵列构成，每个天线阵列具有在两个相邻面中的每个相邻面上的相邻天线阵列，并且天线阵列中的每个天线阵列被布置为相对于其相邻天线阵列中的每个相邻天线阵列以大约120°的角度定向射频能量。

其他实施例包括例如制造装置的方法，该装置如针对前述实施例中的任何实施例所描述的被配置。

附图说明

当结合附图被采用时，通过参考以下详细描述可以获得对本发明的更完整的理解，在附图中：

图1a/b分别图示了具有彼此被取向为120°的三个面的常规全向天线的透视视图和轴向视图；

图2a/2b图示了图1a/1b的常规天线的程式化视图，其中天线被“展开”以提供天线的所有面在附图的平面中的视图；

图3图示了图1a/1b的常规天线，其中功率分配器在三个面之间大致均等地分布所传输的rf信号；以及

图4以程式化方式图示了根据一个或多个实施例的混合天线的三个面，其中两个双工器与功率分配器协作，以在三个面之间选择性地分布两个rf信号频率，以提供一个频率的全向传输和另一频率的单向传输。

具体实施方式

现在参考附图来描述各种实施例，其中相似的参考标号始终用于指代相似的元件。尽管可以预期这样的实施例相对于常规方法提供性能上的改进和/或成本的降低，但是没有特定结果是本发明的要求，除非在特定权利要求中明确记载。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对一个或多个实施例的透彻理解。然而，可以明显的是，(多个)这样的实施例可以没有这些具体细节被实践。在其他实例中，以框图形式示出了公知的结构和设备，以便促进描述一个或多个实施例。

存在对于一种天线设计的需求，该天线设计针对一些频率定向地分布天线的功率，并且针对其他频率全向地分布天线的功率。一种已知的解决方案是竖直地堆叠天线。全向天线可以与堆叠在顶部的定向天线组合，或反之亦然。该解决方案在一些应用中是不合适的，例如，因为出于美学原因的尺寸约束可能不可取地约束天线的放置，而有害地影响组合天线的性能。

本文中公开的实施例解决了常规实施方式的一个或多个缺陷，例如，通过提供使用具有辐射元件和地平面的多个集合的全向天线的更加尺寸高效的技术，但是本文中公开的实施例使用内部双工器，使得定向图案所期望的频率仅去往辐射元件的一个集合，而全向覆盖所要求的频率继续去往所有的辐射元件的多个集合。

图1a/1b图示了常规全向天线100的各方面，以在随后对各种实施例的讨论中指导读者。图1a图示了天线100的透视视图，而图1b图示了图1a的天线100的自顶向下的平面视图。同时参考图1a和图1b，天线100包括多个天线元件110。天线元件110可以是，例如，偶极天线。可以辐射或接收rf信号的天线元件110被布置在线性阵列中，例如，三个阵列120a、120b、120c，在所图示的示例中，每个阵列包括四个天线元件110。接地平面130a、130b和130c名义上可以是矩形的，具有由接地的翼部140提供的附加接地参考。阵列120a/120b/120c和接地平面130a/130b/130c名义上围绕轴线或旋转150对称地被布置。

图2a图示了面向偶极阵列120b的天线100的侧视图。为了便于可视化，天线100的三角形布置可以被投影或“展开”到如图2b中图示的矩形平面上，其中仅为了说明的目的，接地平面130a、130b、130c被示出为位于该平面中。换言之，图2b中示出的布置是示意性的，并且不对应于天线阵列120a/120b/120c和接地平面130a/130b/130c的物理布置。

图3图示了向天线元件110输送功率的常规方案。在该方案中，驱动天线100的rf功率通常进入位于天线100底部的连接器，并且然后经由未标号的三路功率分配器被划分，而使得三个阵列130a/130b/130c中的每个阵列接收相同量的功率。全向图案由此可以被形成而具有相等强度的三个波束峰值。当然，这种输送功率的方法可以应用到具有多于三个天线阵列的其他常规天线。特别地，该常规方案未提供以定向方式使用天线100的能力。

图4图示了根据本公开的实施例的装置，例如，天线400。天线400类似于图2b示意性地被图示为示出与若干天线阵列的连接。该示意性表示可以对应于与常规天线100相类似的天线结构，但是不限于这样的常规布置。此外，在这样的天线具有类似于轴线150(图1)的旋转轴线的场合，这样的轴线可以垂直于地表面，但是不限于这样的配置。与常规天线100不同，天线400可以针对一些频率提供全向操作，并且针对其他频率提供单向操作。因此，不需要单独的定向天线阵列，并且在天线安装(例如，蜂窝塔)中可以节省空间。所图示的实施例不带限制地提出了一种配置，该配置适合于关于第一频率f1全向地操作并且关于第二频率f2单向地操作。天线400可以被考虑为并且被称为“混合”天线，以反映其以全向方式和/或单向方式发射和/或接收信号的能力。

在描述天线400的操作之前，阐述一些术语以帮助解释所描述的实施例和权利要求。

双工器是一种器件，其可以用于分离在共用端口处接收的携带两个频率分量(例如，f1和f2)的rf信号，并且在两个滤波器端口之一处输出每个频率。术语“滤波器端口”是指双工器从每个滤波器端口输出中排除两个接收频率之一的操作，但是该术语不暗示双工器的任何特定的内部配置，并且将不被解释为将双工器限于任何特定的内部配置。如本文中使用的，双工器具有两种类型的滤波器端口，高通滤波器端口和低通滤波器端口，输入信号的较高频率分量可以被定向到高通滤波器端口，输入信号的较高频率分量可以被定向到低通滤波器端口。在以下讨论中，任一种类型的端口可以被称为“第一类型”或“第二类型”。在第一双工器的滤波器端口被描述或声明为耦合到第二双工器的相同端口类型的场合，两个双工器的高通滤波器端口直接耦合(例如，除了rf电缆之外没有中间rf组件)，或者低通滤波器端口直接耦合。除非另有陈述，否则所描述或要求保护的任何双工器可以双向地操作，例如，以分离在共用端口处接收的两个频率分量，或者将在滤波器端口处接收的两个频率组合成单个信号。

功率分配器或简称“分配器”是一种器件，其可以不考虑频率而在两个或更多“衰减端口”之间划分在共用端口处接收的rf信号。除非另有陈述，否则该分配在衰减端口之间大致相等；因此，具有n个衰减端口的分配器可以将具有单位功率的信号划分成具有1/n功率的n个信号。除非另有陈述，否则所描述或要求保护的任何分配器可以双向地操作，例如，以在衰减端口之间划分在共用端口处接收的信号，或者将在衰减端口处接收的信号进行组合。

现在参考图4，针对由天线400发射信号的情况来描述天线400的操作。对相关领域的技术人员将立即明显的是，对于由天线400接收的信号的情况，该操作可以反转。此外，该实施例针对包括两个频率分量f1和f2(其中任一频率分量可以是较高频率)的信号的情况不带限制地被描述。

rf网络401接收包括f1和f2信号分量的rf信号。第一双工器410在共用端口420处接收rf信号，并且在对应的未标号的滤波器端口处提供分离的f1和f2信号分量。三路分配器430从双工器410接收f1信号分量，并且将f1信号分配成三个部分，使得该信号的大约三分之一出现在三个未标号的衰减端口中的每个衰减端口处。第一和第二衰减端口分别向天线阵列110a和天线阵列110b提供信号440和450以被发射。

第二双工器460从双工器410的相同滤波器端口类型接收所接收的rf信号的f2信号分量，并且从分配器430的第三衰减端口接收f1信号的一部分，将f1信号分量和f2信号分量进行组合，并且将组合的f1和f2信号470定向到天线阵列110c。因此，虽然天线阵列110a和110b仅接收f1信号，但是天线阵列110c可以接收f1信号和f2信号两者。该配置向天线400提供了针对f1发射全向图案并且针对f2发射单向图案的能力。

注意，f1和f2中的任何一个可以存在或不存在。此外，如先前所指出的，网络401可以双向地操作以从天线阵列110a、110b、110c接收具有频率f1的信号，和/或从天线阵列110c接收具有频率f2的信号，将f1和f2(如果两者都存在)进行组合，并且在双工器410的共用端口处提供所接收的(多个)信号分量以用于进一步处理。此外，所描述的原理可以应用到少至两个天线阵列，或者应用到多于三个天线阵列。所描述的原理还可以应用到如下的天线配置，在该天线配置中，所有的n个天线阵列被配置为在第一频率(例如，f1)处进行发射和/或接收，并且少于n个的任何数目的天线阵列被配置为在第二频率(例如，f2)处进行发射和/或接收。

除非另有明确陈述，否则每个数值和范围应当被解释为是近似的，就好像词语“大约”或“近似”在该值或范围的值之前。

将进一步理解，不偏离如随后的权利要求中所表达的本发明的范围，本领域的技术人员可以对已经描述和说明的部分的细节、材料和布置进行各种改变以解释本发明的性质。

权利要求中的附图编号和/或附图标号的使用旨在标识所要求保护的主题的一个或多个可能的实施例以便促进对权利要求的解释。这种使用将不被解释为必然将那些权利要求的范围限制于对应附图中所示出的实施例。

尽管随后的方法权利要求中的元素(如果有的话)以具有对应标记的特定次序被记载，但是除非权利要求的记载另外暗示了用于实施这些元素中的一些或全部元素的特定次序，否则这些元素不必然旨在限于以该特定次序来实施。

本文中对“一个实施例”或“一种实施例”的引用意味着关于该实施例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各处的短语“在一个实施例中”的出现不必然都指代相同的实施例，也不必然是与其他实施例必然互斥的分离的或替代的实施例。这同样适用于术语“实施方式”。

同样出于本描述的目的，术语“耦合”、“相耦合”、“耦合的”、“连接”、“相连接”、或“连接的”是指本领域中已知的或以后开发的允许在两个或更多元件之间传送能量的任何方式，并且一个或多个附加元件的插入被设想到，但是不被要求。相反地，术语“直接耦合的”、“直接连接的”等意味着不存在这样的附加元件。

本申请中的权利要求所覆盖的实施例限于(1)通过本说明书而成为可能的实施例，以及(2)对应于法定主题的实施例。未成为可能的实施例和对应于非法定主题的实施例明确被放弃，即使它们在形式上落入权利要求的范围内。

该描述和附图仅说明了本发明的原理。将因此明白，本领域的普通技术人员将能够设计各种布置，这些布置虽然未在本文中明确描述或示出，但是体现了本发明的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，本文所记载的所有示例主要旨在明确地仅用于教导目的，以帮助读者理解本发明的原理和(多位)发明人为促进本领域所贡献的概念，并且将被解释为没有限制这样具体记载的示例和条件。此外，本文中记载本发明的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体示例旨在涵盖其等同物。

尽管已经在附图中图示并且在前述的详细描述中描述了本发明的多个实施例，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是能够有许多重新布置、修改和替换，而不偏离由随后的权利要求阐述和限定的本发明。