专利名称：非周期阵列天线的制作方法
背景技术：
各种类型的无线通信系统可以被用来在中央基站(或者接入点)和一个或更多的远端或移动单元之间提供无线电通信。它们所公有的是基站，基站通常是一个或更多由计算机控制的无线电收发机，在语音通信的情况下，收发机被互连到诸如公共交换电话网络(PSTN)的陆基网络，而对于数据通信，则被互连到无线局域网(WLAN)。基站包括用于把前向链路射频信号发射到移动单元的天线装置。基站天线也负责接收从每个移动单元传送的逆向链路射频信号。每个移动单元也包含用于接收前向链路信号和传送逆向链路信号的天线装置。典型的移动单元是数字蜂窝电话机或者耦合到个人计算机上的无线调制解调器或无线适配器。
在移动单元上用于传送和接收信号的最常见类型的天线是非定向单极子天线。这种类型的天线由耦合到用户单元内部的收发机的单根导线或天线单元构成。收发机接收要被从用户单元内的电路传送的逆向链路信号，并以分配给该用户单元的特定频率把信号调制到天线单元上。由天线单元在特定频率下接收到的前向链路信号被收发机解调并提供给用户单元内的处理电路。在很多类型的无线蜂窝系统中，多个移动用户单元可以在相同频率上传送和接收信号，并使用编码算法在每单元的基础上检测针对于各个用户单元的信令信息。
从单极子天线发射出的被传送信号本质上是非定向的。即，信号在基本水平的平面内在所有方向上被以相同的强度发射。同样地，用单极子天线单元接收信号也是非定向的。单极子天线在一个方向上检测信号的能力相对于其检测来自另一方向的相同或不同信号的能力并无差别。
发明概述本发明的一个方面涉及便携式设备中的波束形成。在说明性实施例中，能够传送或接收射频(RF)信号的有源天线单元被置于至少两个无源天线单元之间。有源天线最好偏离在两个无源天线单元之间所画出的假想线，以使有源单元不位于无源天线单元的公共平面上。在具体应用中，无源和有源天线单元被彼此平行的放置，天线单元形成了三角形天线阵列。更具体地说，有源天线被设置在顶点的天线阵列所形成的角能提供定向传输和360度的水平扫描。天线单元可被设置形成钝角。
本发明的另一方面涉及在便携式天线装置中设置有源和无源天线单元的组合。例如，包括无源和有源天线单元的天线阵列可以被设置在可折叠、易于存放的铰链连接、弹簧助力的面板中。当被打开时，天线装置可以形成固定的或可调的天线阵列。
通常可以调整至少为两个的无源天线单元的设置以改变由天线阵列所产生的输入/输出波束方向图。更具体地说，天线阵列的至少两个无源天线单元的每一个都能被单独地设为反射或透射模式，以改变对应的无线天线装置的例如输入/输出波束方向图的方向性和角波束宽度的特性。因此，可以更容易地把蜂窝设备的输入/输出波束方向图朝着例如基站的特定目标接收机进行定向，以便降低信噪干扰水平并增大对应天线装置的增益。
当无源天线单元被设定为反射模式时，通常把RF信号从无源天线反射掉以调整波瓣图案。相反，在透射模式时，每个无源天线单元允许RF信号相对无衰减地通过，并支持RF信号的方向性，提高了在特定方向上的波束传输。基于至少两个无源天线单元的设置，可以基于例如天线阵列的特定取向来调整输入/输出波束方向图。
可以基于经加权的控制信号来调整该至少两个无源天线的特性。即，依据驱动对应无源天线单元的加权控制信号，至少两个无源天线单元可以分别更多或更少地反射或透射。因此，天线阵列的输入/输出波束可以被选择性地倍增或控制以便支持在几乎任意方向上的波束定向。可以对输入/输出波束方向图进行扫描以找出用于传送或接收的最佳设置。
在一种应用中，至少一个无源天线单元包括两个无源天线单元，其中每一个均可以被选择性地设为透射或反射模式。有源天线单元可以被设置在两个无源天线单元之间。
有源天线单元和至少一个无源天线单元之间彼此间的间隔也可以依据应用改变。例如，依据工作频率，至少两个无源天线单元可以相对于彼此和有源天线单元间隔开。在一种应用中，无源天线单元被设置在距有源天线单元大约四分之一波长处以提高波束定向能力。对于在某些紧凑便携式蜂窝设备中的使用，有源和至少一个无源天线单元之间的间隔可以是大约3.5和4.5英寸，尽管这样的间隔小于对应的传送和接收信号的载波频率的四分之一波长。
本发明相对于现有技术具有很多优点。例如，可以采用被设置形成角度的有源天线单元和至少两个无源天线单元的组合来调整输入/输出波束方向图的定向性、增益和角波束宽度。和线性阵列相反，本发明的角天线阵列不包括如现有技术中那样的分裂或杂散波瓣。包含天线阵列的几个元件可以被很容易地装配到紧凑便携式蜂窝设备中。因此，包括根据本发明的原理的天线装置的紧凑蜂窝设备可以花费较少的代价制造而又提供降低的干扰和衰减的益处，这是仅使用用于传送和接收RF信号的标准有源单元所无法取得的。
支持根据本发明的原理的波束形成的另一益处是更好地和基站进行通信的能力。便携式设备的输出波束的定向性能减少功耗。包括天线阵列的可折叠天线装置可以被更容易地收起以利运输。
本发明的天线阵列的另一特征是产生可以在360度上任意定向的高增益方向图的能力。每个方向图可具有大致相等的增益。此外，这样的天线阵列可以支持非定向模式，集成到膝上型电脑中时也易于制造。
设计概念源于蜂窝无线天线系统对于基本的灵巧天线的需求。它们涵盖方位扫描(电学性质)、低成本(市场考虑)和易于使用(用户接口)的能力。假设天线单元是非定向的，则扫描整个方位角空间的能力至少需要三个元件。为了成本最低，三个元件中的两个被做成无源的。为了易于使用，阵列被排列成钝角三角形，这使得它几乎是平坦的，便于收藏。
源从连接无源单元的直线的微小偏移提供了形成单向波束的方法。如果没有偏移，则辐射图案将会具有两个相同的主波束，各位于阵列的一侧。单向波束可以提供额外3dB的宽面的方向性，以及向着波束后方的增高的干扰抑制。利用此偏移来形成单向波束以覆盖所有方位角。
本设计的重要性是它满足了蜂窝通信天线的要求的冗长列表。
1.)宽覆盖角本阵列扫描360度方位角的能力是高增益宽覆盖角。此外，本阵列具有非定向模式。
2.)高方向性本阵列具有定向器和反射器，所以它形成了高度定向的单向波束。考虑到其尺寸，它的大约6dBi的方向性被认为较高。
3.)干扰抑制这由图案具有单个可操纵主波束和至少一个零点的事实达到满足。
4.)小尺寸扫描360度的非定向单元阵列所需的最少单元数量是3个，所以对于该钝角三角形阵列选择了3个。
5.)最小的互耦损耗本阵列通过只使用一个有源单元来使得互耦损耗最小，所以它没有要耦合到的损耗性端口。阵列中的两个无源单元被设计成以很低的损耗散射。无源单元的损耗基本上在它连接到的负载上。所用负载是理论上无损的元件，例如开关、电感和电容器。即使在实际上，这些元件的损耗也很低，所以电气上很小的阵列中消除了高互耦损耗的问题。
6.)最小的电路损耗信号发生源向没有功率分散电路的单个有源单元供电，所以源电路损耗处于其最小值。无源单元负载放在实际上尽可能靠近端子的低损耗元件，所以无源单元电路损耗也是最小的。
7.)增益损耗被最小化，故阵列是高效率的，并且其增益高于相似尺寸的全有源阵列。
8.)高功率处理能力在全有源阵列中，供电电路中的所有元件(功率分配器，移相器等)必须处理较高的发射机功率。在本阵列中，因为只有一个有源单元，所以不使用功率分配器。此外，移相器由无源天线单元中的元件来处理。因为到达无源单元的功率是通过空间耦合的，所以无源天线单元只处理有源单元的功率的一小部分(通常低于距有源单元0.1波长处10dB)。所以这些元件可使其额定功率降低相同倍数。
9.)低成本只使用三个元件已经把成本降到最低。一个有源单元意味着无需功率分配元件，所以除了天线自身的成本以外没有用于硬件的成本。无源单元只需要成本较低的低功率开关和无功负载。无功负载可以是印制在构成天线的同一电路板上的短传输线部分，所以负载的成本被包括在天线中。剩余的成本是开关和控制器。开关和控制器复杂度是所需波束位置的数量的函数。它们的成本和其他系统的成本是等效的。但是，在本阵列中只需要两个开关，这和大多数其他系统中的超过两个不同。
10.)收藏方便阵列可以被很方便地收起为几乎平坦的钝角三角形形状。它也可以被收成完全平坦的。新颖的收藏概念在下面描述，其中，关闭膝上型电脑的正常操作也将阵列收起。该特征使得阵列方便用户。
其他各种问题在无线通信系统的移动用户单元上使用的现有技术天线中也是固有的。通常，具有扫描能力的天线阵列由很多个位于接地层上方的天线单元构成。对于满足便携性要求的用户单元，在物理上接地层必须比较小。例如，在蜂窝通信应用中，接地层通常小于所传送或接收的信号的波长。由于小的接地层和通常为单极子元件的天线单元之间的相互作用，即使波束自身被沿着水平线定向，由阵列所形成的波束的峰值强度也被抬升到水平线以上，例如，大约30度。对应地，沿着水平线的波束的强度比峰值强度低大约3dB。一般来说，用户单元距离基站较远，所以用户单元和基站之间的入射角大约是零。接地层将不得不远远大于所传送/接收的信号的波长以便能够将峰值波束拉向水平线。例如，在800MHz的蜂窝系统中，接地层的直径将必须远大于14英寸，而在1900MHz下工作的个人通信服务(PCS)系统(或者工作在相似频率下的WLAN)中，接地层直径将必须远大于大约6.5英寸。具有如此之大尺寸的接地层妨碍了将用户单元用作便携式设备。
使用平坦的接地层的现存现有技术天线的另一个不利之处是当接地层尺寸减小时，因为外部环境和天线直接耦合，阵列输入阻抗变得对环境高度地敏感，例如，当阵列被放在金属表面或桌面上时，即，外部环境变为天线的一部分。如果将接地层的尺寸增大到足够的尺寸，该耦合的问题被减到最小。但是，在很多应用中，不希望接地层尺寸很大。异形的接地层已经被用于将单极子阵列的波束拉向水平线。这些异形接地层具有较大的三维特征。即，人们期望使用不是太大和太笨拙的天线结构将波束向下推向水平线。
本发明大大地减少了前述现有技术天线系统所遇到的问题。本发明提供了便宜的天线阵列，用于和诸如CDMA蜂窝或WLAN通信网络的无线“同频”网络通信系统中的移动用户单元一起使用。本发明使用设置在接地层上方，但是和接地层电绝缘的至少两个无源天线和一个有源天线，以及位于每个无源天线下方的对应的谐振带。无源天线单元和谐振带围绕有源天线放置，并且谐振带耦合到对应的无源单元，以便通过更有效地利用可用的接地层面积来提高天线增益。此外，由于有源单元在接地层的上方，所以天线阵列的敏感度降低了，因为天线和外部环境因素之间的耦合被最小化了。
具体来说，耦合的谐振带和无源单元构成了不平衡偶极子天线单元，所以多个偶极子天线单元和有源天线单元共同形成了复合的输入/输出波束，该波束在位置上可以沿着和接地层基本上平行的地平线定向。此外，至少两个无源天线单元中的每一个都可以被分别设置为反射或透射模式，以改变天线装置的输入/输出波束方向图的特性。无源单元可以非周期性地围绕有源天线单元分布。
在一个实施例中，无源单元和耦合的谐振带可以在印刷电路板的一侧上形成，而有源单元在另一侧。电路板的厚度提供了从直线构造的偏移，以提供非周期性结构。
本发明的实施例也可以包括一个或更多的下列特征。接地层可以是柱面的，以使接地层的上侧是柱面的平面端，而接地层的底侧是柱面的相反的平面端。在这种排列中，每个谐振带均被置于接地层的各个狭缝中。每个狭缝的壁和谐振带的表面间隔开，并且用非金属材料填充壁和表面的间隔以使谐振带的非顶端部分和接地层电绝缘。
在其他的实施中，接地层由数量上和多个谐振带相等的多个平板组成。每个平板具有外缘和内缘。谐振带沿着各个平板的外缘对齐，并且平板的内缘和在接地层的中心连接在一起，与基本上和谐振带的轴平行的轴线形成中央接合部。有源单元沿着中央接合部的轴线对齐。中央接合部是便于把天线装置折叠到平坦紧凑单元中的铰链。
在某些实施例中，每个平板包括第一非金属衬底和该衬底一侧上的一层第一导电材料。接地层的导电部分和谐振带由相同的导电材料构成。每个平板可以包括第二非金属衬底，夹在第一衬底层和第二衬底层之间的第二导电材料，以及第二非金属衬底一侧上的一层第三导电材料。接地层的导电部分和谐振带的可以由第一导电材料和第三导电材料构成。
根据下面对附图中所示的本发明的优选实施例的更为具体的描述，本发明的前述和其他目的、特征和优点将很清晰，在附图中，同样的参考字符指示贯穿各个视图的相同部分。附图不一定是按比例的，相反，重点在于说明本发明的原理。
图1是框图，是根据本发明的某些原理的天线装置的局部透视图；图2是根据本发明的某些原理的耦合到收发机的天线装置的透视图；图3是根据本发明的某些原理的可折叠或铰链连接的天线装置的透视图；图4是框图，是根据本发明的某些原理的更详细的天线装置的局部透视图；图5是根据本发明的某些原理的铰链连接的天线装置的透视图；图6是根据本发明的某些原理的用于调整无源天线单元的特性的选择性受控阻抗元件的框图；图7是根据本发明的某些原理的用于调整无源天线单元的特性的选择性受控阻抗元件的框图；
图8是根据本发明的某些原理的用于调整无源天线单元的特性的选择性受控阻抗元件的框图；图9A和图9B是由线性天线阵列所产生的波瓣图案的顶视图；图10A和图10B是由根据本发明的某些原理的天线装置产生的定向波束的顶视图；图11是由根据本发明的某些原理的天线装置产生的定向波束的顶视图和侧视图；图12是由根据本发明的某些原理的天线装置产生的定向波束的顶视图和侧视图；图13是由根据本发明的某些原理的天线装置产生的定向波束的顶视图和侧视图；图14是由根据本发明的某些原理的天线装置产生的定向波束的顶视图和侧视图；图15A是根据本发明的某些原理的由蜂窝系统中的移动用户单元使用的天线陈列的透视图；图15B是图15A的天线阵列的无源天线单元的全剖视图；图16是用于控制图15A的天线阵列的电子线路的系统级图示；图17A和17B示出了在印刷电路板上实现的非周期性阵列的另一个实施例；
图18A是根据本发明的某些原理的天线阵列的另一实施例的透视图；图18B是图18A的天线阵列的无源天线单元的全剖视图；图19是折叠到平坦紧凑单元中的图18A中的天线阵列的视图；图20是天线阵列平板的多个层的另一种结构；图21是根据本发明的某些原理的带有非周期性间隔着的无源天线单元的天线阵列的透视图。
具体实施例方式
下面是本发明的优选实施例的说明。
图1是框图，是根据本发明的某些原理的天线装置100的局部透视图；如图所示，有源天线单元120被设置在第一无源天线单元110和第二无源天线单元112之间。如图所示，有源天线单元120和无源天线单元110及112一般都是平行单极子单元。但是它们被设置成相对于彼此不位于同一垂直平面内。例如，在有源单元120处具有顶点的角度β由在这些元件的底部之间所画的线形成。通常，天线单元被设置成使得角度β是个钝角，例如在90度到180度之间，并且接近180度。但是，这个角度的精确量可以依据应用改变。
还应该注意，在天线装置100中使用的许多的无源天线单元的数量不一定仅仅是两个，并且在图1中所示的两个无源天线单元110和112的图解仅仅是一种可能的实施例。通过选择不同数量的单元，可以获得不同的定向辐射图案。
有源天线单元120和无源天线单元110和112都可以被固定到支撑表面140上。但是，天线装置100可以被设计成使得天线单元的部分或全部是可收起或可调节的。例如，天线单元的一部分或全部都可以被自动地、手动地、电子地或机械地调整，以便对应的包括天线装置100的设备在不使用时是紧凑的，但是在打开使用(如图所示)时仍可工作。因此，天线单元可以是便携式的，并在不使用时免受损坏。
表面140可以是接地层或者其他的导电平面，或者它可以是绝缘表面，诸如向上的桌面或者是安置天线装置100的塑料壳。
尽管所有的天线单元，即有源天线单元120和无源天线单元110和112被设置为形成角度β，但是据此原理的多个无源单元的实际定位可以依据应用改变。例如，每个无源天线单元可以与它最近的邻居间隔开四分之一个波长。这个间隔能够提高在有源天线120处的RF信号的接收和传输。在一个应用中，元件间的间隔从大约一英寸直到十英寸。
无源天线单元110和112可以和有源天线单元120间隔大于或小于四分之一个波长。例如，在一个天线工作在蜂窝电话无线电频率的应用中，每个无源天线单元110和112可以和有源天线单元120间隔4英寸。即使当天线单元的间隔大于或小于天线装置100发送和接收RF信号的载波频率的波长的四分之一时，天线装置100仍能有效地进行通信。
有源天线单元120可以是半波偶极子天线，偶极子或其他在所有方向上产生轴向向外的RF(射频)信号的非定向天线装置。应该注意，有源天线单元120也可以是定向天线装置。但是在工作中，依据如何设置无源天线单元110、112，由有源天线单元120产生的RF信号的一部分可以被从无源天线单元110、112反射掉。
通常，可以由控制单元150调整无源天线单元110、112，形成射频(RF)波束，当从上方观察时，该波束可以沿任意可能的360度取向。例如，控制单元150能够选择性地施加加权因子来调整每个无源天线单元110和112的阻抗，控制它们反射的角度。基于所选的加权，无源天线单元对应的特性可以被调整，以使它们反射更多或反射更少。此外，无源天线单元110和112对应的特性可以被调整，以使它们更多的透射或更少的透射。
无源天线的反射或透射状态取决于用于控制无源天线单元110和112的电路。
处理装置170和RF上行/下行转换器160连接，以便在有源天线单元120上传送或接收RF信号。通常，采用技术手段来确定用于在天线装置100上把例如编码数字分组的信号发送和接收到无线通信系统中的目标设备去的最佳方向和角波束宽度，无线通信系统以蜂窝语音或数据系统或局域数据网络为例。基于所需设置，处理装置170和控制单元150连接，控制单元150反过来选择性地调整无源天线单元110和112的特性。因此，和收发机装置650连接的个人计算机装置305能够在天线装置上传送和接收数据信息。
如所讨论的那样，天线装置100的输入/输出波束方向图依据如何设置无源天线单元110和112改变。例如，当任一无源天线单元被设为反射模式时，朝着对应的无源天线单元定向的入射RF信号被散射或在相反方向上反射。反之，当对应的无源天线单元被设为透射模式时，RF信号通过无源天线单元110和112被传送。因此输入/输出波束方向图的特性可以被动态地调整，更好地接收或传送RF信号。
图2是根据本发明的某些原理，可以被设置在铰链连接的面板中的天线装置的透视图。如图所示，第一面板215通过铰链225连接到第二面板218。铰链225可以是弹簧助力的，以使天线装置235在被放到平面上时(原文可能写错为225)打开形成角度β。通常，可以像书本那样打开和关闭天线装置。
有源天线单元235可以被沿着铰链225的轴线安置，而无源天线单元110和112被分别设置在第一面板215和第二面板218的向外展开的部分。天线装置235可以通过有线电缆146和收发机装置650耦合。
在一个实施中，铰链225包括机械制动以使第一面板215和第二面板218被打开时形成角度β。另外，面板也可以由用户调整到多个角度之一。通常，面板215和218也可以由便于紧凑存储的可折起或卷起的柔性塑料薄膜代替。在某些应用中，仅需要打开框架天线装置100即使有源和无源天线平行并形成所示的角度β。
图3展示的是可以把天线装置235放平以装配进手提包310的实施例的透视图。此外，天线装置235可以足够小以装入便携式计算机305的内表面。
本发明的一个方面涉及把用户从不得不花费精力把天线装置235展开或收藏起来解放出来，而不是通常所要求的打开和关闭手提包。
在一个应用中，天线装置235支持2GHz的RF通信。在这样的应用中，在非压缩或打开位置，面板215和218的尺寸可以是在2.9”×1.7”×0.2”的量级。当天线装置235如此小时，它可以被保存在膝上型计算机305的内部。例如，可以取定天线装置235的尺寸为装入膝上型计算机305的屏幕和键盘手扶部分之间。
由于有源天线单元120和无源天线单元110和112所形成的阵列通常形成直线，该阵列的端射性能和类似的线性阵列的性能不同。天线装置235可以在非定向模式下工作。
图4是根据本发明的某些原理的天线装置100和对应的电子线路的更详细的视图。
如所述的那样，无源天线单元110及112被选择性地工作在两种模式之一反射模式和透射模式。处理器170和控制单元150可以提供该控制信号。
每个无源天线单元110及112均可以被调整到不同的阻抗。在反射模式中，通过感性地耦合到地，无源天线单元110及112被等效地加长。反之，在透射模式中，通过容性地耦合到地，无源天线单元110及112被等效地缩短。因此，通过了解哪个无源天线单元处于反射模式，哪个处于透射模式，能够确定由天线装置100掌控的波束的方向。通常，输入/输出波束方向图的方向扩展到/自有源天线单元120，投影在透射模式中通过无源天线单元，在反射模式中偏移无源天线单元。
在这个实施例中，天线装置100包括底平面140，其上可以固定两个无源天线单元110和112以及有源天线单元120。底平面140可以包括可调节阻抗元件。图5示出了本发明的铰链情形的实施例，其中固定了无源天线单元110和112以及有源天线单元120。
继续参考图4，根据天线装置100的工作，与对应的无源天线单元相关联的可选阻抗元件601和602可以是可独立可调的，以影响要被传送到或接收自收发机装置650的信号的方向性。通过利用有源天线单元120在信号传送过程中针对每个无源天线单元适当地调整相位，形成了在位置上可以朝着目标定向的复合波束。即，最佳的相位设置是使得装置100是针对反向辐射RF能量的每个无源天线单元110和112，帮助生成定向逆向链路信号的相位设置。结果是将更强的逆向链路信号定向到预定接收机基站方向上的天线装置100、235。
用于反向辐射传输信号的RF能量的相位设置也使得无源天线单元110和112允许有源天线单元120最优地接收从基站传送来的前向链路信号。由于每个无源天线单元可编程的本质和独立的相位设置，在有源天线120处只接收到从或多或少地位于基站位置的方向抵达的前向链路信号。无源天线单元110及112在本质上抑制不是像前向链路信号那样从类似位置上传送来的其他信号。换言之，通过独立地调整每个无源天线单元的相位形成了定向天线波束。这种隔离的形式能降低多个共享有限的无线带宽的用户之间的干扰。多路径衰减也能被降低。
可调阻抗元件以和分别利用和该特定可选阻抗元件相关联的阻抗设置反向辐射RF能量兼容的方式移动逆向链路信号的相位，该阻抗设置如同阻抗控制输入630所设置的那样。在一个实施例中，在和无源天线单元的数量2和每个可选阻抗元件601和602的阻抗状态数减1相乘相等的很多条线上提供阻抗控制输入730。例如，如果可选阻抗元件601和602具有两个状态，则有两条线。另外，可以采用状态的串行编码方法来减少控制线的数量。设置在底平面140或面板215、218上的解码电路可以被用来解码控制命令。
通过移动来自每个无源单元110和112的被传送信号的反向辐射RF能量的相位，被传送信号的某些部分将和被传送信号的其他部分更加同相。在这种方式下，信号彼此更加同相的部分将组合形成更强的复合波束。通过使用可选阻抗元件601和602，分别给每个天线单元110和112所提供的相移量确定了更强的复合波束将要被传送的方向，如上面按照反射和透射所描述的那样。
如上面所指出的那样，由可选阻抗元件601和602所提供的反向辐射来自每个无源天线单元110和112的RF能量的相位设置对从基站或其他的传送设备接收的前向链路频率信号具有类似的物理作用。即，当每个无源天线单元110和112反向辐射RF能量时，由于每个无源天线单元110和112在底平面140上的位置，各自接收的信号最初彼此是不同相的。可选阻抗元件601和602对每个接收到的信号进行相位调整。调整使得每个信号和其他的被反向辐射的信号同相。因此，当每个信号被有源天线单元120接收时，有源天线单元120处的复合接收信号在基站的方向上将更准更强。
为了最佳地给天线装置100中的每个可选阻抗元件601和602设置阻抗，可选阻抗元件601和602的控制值由控制单元150(图1)提供。通常，在优选实施例中，当收发机装置650既不通过天线装置100传送数据也不通过它接收数据时，控制单元150在空闲周期确定这些最佳的阻抗设置。在此期间，诸如前向链路引导信号的预先确定的被接收信号被从基站连续地发送，并在每个无源天线单元110和112和有源天线单元120上接收。即，在空闲周期期间，调整可选阻抗元件，例如通过使被接收信号的能量或其他链路品质因数最大，来优化来自基站的引导信号的接收。这为特定抵达角度提供了最佳的阻抗设置。
这样，处理器170基于当前引导信号的优化接收为每个无源天线单元110和112确定了最优的相位设置。随后处理器170为每个可选阻抗元件601和602提供并设置最佳阻抗。当天线装置100为了在基站和接收机装置650之间传送或接收信号而进入有源模式时，可选阻抗元件601和602的阻抗设置仍像在先前的空闲时间周期期间设置的那样。
在给出处理器170所进行的相位(即阻抗)设置计算的详细描述之前，应该再次理解，本发明的原理是部分基于基站的位置相对于任一便携式或移动用户单元(即收发机装置650)在本质上是接近圆周的。即，如果环绕移动用户单元画一个圆圈，并且在任意两个位置之间，假设不同位置具有最少为一度的间隔尺寸，则基站可位于很多不同的可能角度位置中的任何一个。例如假设准确度为1度，则针对天线装置100存在360个不同的可能的相位设置组合。每个相位设置组合可被认为是一组双阻抗值，电气连接到各个无源天线单元110和112的每个可选阻抗元件601和602各占一个。应该注意，收发机装置650可能包括任意适当数量的有源天线单元或无源天线单元。
总的来说，有至少两种不同的找到最佳阻抗值的方法。在第一种方法中，控制单元150进行一种类型的优化搜索，其中对所有可能的阻抗组合进行尝试。对每个阻抗设置(在此情况下，针对多个角度设置中的每一个)，两个预先计算的阻抗值被从例如控制单元150中的存储器储存位置读入，然后被施加到各个可选阻抗元件601和602。然后由控制单元150检测接收机处的响应。在测试了所有可能的角度以后，具有例如由最高的信噪比所衡量的(例如，每比特的能量Eb或每个芯片的能量Ec对整个干扰Io的比率)最佳接收机响应的一个可被用来传送或接收RF信号。
在第二种方法中，通过允许每个阻抗值改变而其他的阻抗值保持不变来单独地确定它。这种扰动方法迭代地到达两个阻抗设置中的每一个的最佳值。
图6是可选阻抗元件601的实施例，它耦合到其对应的无源天线单元110。可选阻抗元件601包括开关801a、容性负载805a和感性负载810a。如图所示，容性负载805a和感性负载810a均被连接到接地层。
开关801a是由控制线630上的信号控制的单刀双掷开关。当控制线630上的信号处于第一状态时(例如数字‘1’)，开关801a把无源天线单元110电气耦合到容性负载805a。容性负载使得无源天线单元110等效地更短。当控制线630上的信号处于第二状态时(例如数字‘0’)，开关801a把无源天线单元110电气耦合到感性负载810a，这使得无源天线单元110等效地更长，因此，呈反射性。
图7是耦合到其对应的无源天线单元110的可选阻抗元件601的另一实施例。在这个实施例中，可选阻抗元件601包括连接到几个不同的分立阻抗元件的SPMT(单刀多掷)开关801b，每个阻抗元件都具有多个预定值。
开关801b是由四条控制线630上的二进制编码的十进制(BCD)信号所控制的单刀多掷开关。四条控制线630上的信号命令开关801b的电极803把无源天线单元110电气连接到16选一阻抗元件。如图所示，只提供了9个阻抗元件用于耦合无源天线单元110。
可选阻抗元件可包括容性元件805b、感性元件810b和延迟线元件815。阻抗元件中的每一个在电气上位于开关801b和接地层之间。
在本实施例中，容性元件805b包括三个电容C1、C2和C3。每个电容器具有不同的电容以使得无源天线单元110在连接到无源天线单元110时具有不同的透射率。例如，容性元件805b的电容值彼此之间可能相差一个数量级。
类似地，感性元件810b可包括三个电感L1、L2和L3。感性元件810b可以具有彼此相差一个数量级的电感值以便在连接到无源单元110时为无源天线单元110提供不同的反射率。
类似地，延迟线元件815包括三条不同的线D1、D2和D3。延迟线815的尺寸可被定为在被无源天线单元110反向辐射的信号中以例如30度为增量产生相移。
在另一实施例中，开关801b可以是双刀双掷开关，以提供耦合到无源天线单元110的阻抗的不同组合以提供阻抗的各种组合。这样，无源天线单元110可被用来以各种相角把RF能量反射到有源天线单元120，以允许天线装置100以各种角度提供定向波束。在一种情况中，控制单元150(i)选择第一种阻抗组合，由天线装置100以一个角度来提供接收波束，和(ii)提供第二种阻抗元件组合，由天线装置100以第二个角度来提供传送波束。应该理解，选择可选阻抗元件805b、810b和815的组合在耦合到其他无源天线单元112的其他可选阻抗元件602处分别以类似的方式被做出。
开关801b的其他技术实施例是可能的。例如，开关801b可以由多个单刀单掷开关以各种组合构成。开关801b也可以由诸如GaAs开关或pin二极管开关的固态开关构成并以典型方式控制。可以想像，这样的开关包括可选阻抗元件特性以消除分立阻抗或延迟线元件。另一实施例包括微电子机械开关(MEMS)，它起到机械开关的作用，但是具有非常快的响应时间和极小的外形。
图8是连接到无源天线单元110的可选阻抗元件601的另一个实施例。在这个实施例中，可选阻抗元件601由变容器801c构成。变容器801c受控制线630上的模拟信号的控制。在另一实施例中，变容器801c由数字控制线上的BCD信号控制。如图所示，变容器801c被连接到接地层。变容器801c允许将模拟型的移相选择能力施加到无源天线单元601上。应该理解，在这个实施例中，每个无源天线单元110均被连接到对应的变容器，以便通过变容器实际上无穷多的可选阻抗值提供实际上无穷多的相移。这样，天线装置100能够提供实际上任意方向上的定向波束；例如，在圆周的180度中以1度为增量。
图9A和图9B是线性天线阵列的顶视图。通常，辐射图案沿着阵列的轴线是对称的。这样，至少发射波束的一部分被浪费掉了，因为它没有指向目标。因此增益被降低，图9A所示的波束能量的一半指向了和目标相反的方向。而在接收模式时，后瓣有可能收到有害的干扰信号。图9B示出线性阵列产生了分两叉的波瓣。
图10A和图10B均示出了用来在根据本发明的某些原理的非对称(即非周期的)阵列上传送和接收无线信号的定向波束。当无源天线单元110和112的阻抗被设为反射模式时，由天线装置100可以形成具有高增益的单波束。有源天线单元120从包括无源天线单元110和112的平面的小的位移提供了空间相位以消除后瓣，否则该波瓣将收到干扰信号。恰当地调整无源天线单元110、112形成了具有更高增益和方向性的更窄的波束。这个结构能以3dB(分贝)的系数提高增益。
在一个实施例中，对天线阵列100进行调谐以便在大约800MHz(兆赫)最佳地发射并具有6.9”×4”×0.5”的尺寸。即，无源天线单元110、112可被间隔开大约4”，每个天线单元具有大致7”的高度。有源天线单元120可从在每个无源天线单元110、112之间所画的假想线间隔开0.5”。
图11到图14示出了可以通过调整每个无源天线单元110、112的有效阻抗获得的定向波束。方位角平面示出如图中取向的向下俯视天线阵列的波瓣图案的顶视图。仰角平面示出了由天线装置100、235产生的波瓣图案的侧视图。如图所示，可获得的方向性的范围在5和7dBi之间，并且前后比在6和29之间。注意，每一个图标示出用来产生对应定向波束的每个无源天线110、112的阻抗设置。
图11。右边射图案。所示阵列在800MHz下仿真。阵列宽4”，厚0.5”，形成了152度的角。元件高6.9”。负载阻抗被示为Z1和Z2。3欧姆是等效损耗电阻。用100欧姆，容性，波束在右侧面形成。方向性为5.33dBi，增益是5.08dBi。方位角图案在左侧示出，而仰角图案在右侧示出。前后比是6dB。
图12。左边射。Z 1和Z2的电抗被修改为25欧姆，感性。图案点在左侧。800MHz方向性是5.25dB，增益为4.64dB。
图13。端射图案。该图案通过两个无源单元之一开路(由500欧姆的开关电子表示)而另一个短路获得。800MHz方向性是6.49dBi，增益是5.42dBi。可以用更好的阻抗匹配来提高增益。前后比是10dB。
图14。偏移端射图案。当阻抗被进一步操纵时，可以使得发射图案指向任意方位角方向。一个例子是Z1是容性的，Z2被短路。图案指向偏移端射右边大约25度。方向性是7dBi，增益是6.73dBi。前后比是29dB。
如前面的讨论中所述，无源天线单元的数量取决于特定的应用，如图1所示的使用两个无源天线单元110和112只是为了说明的目的。
图17A和17B示出了非周期性天线装置100的另一个实施例。此处，两个无源天线单元110和112被形成在印刷电路板700的一侧，有源单元120形成在另外一侧。印刷电路板的厚度提供了所需的从精确平面排列的偏移。在这个实施例中，阻抗元件601和602，甚至还有收发机606的一部分可以被很方便地设置在印刷电路板700上。(为了清晰，在这个实施例中消除了控制线等的细节)在这个具体实施例中，还示出了地结构708和对应的谐振图形710和712。地结构708发挥了在上面较早的实施例中描述的接地层的功能。
谐振图形710和712分别提供了无源单元110和112的额外的发射镜像。这样，每个无源单元实际上变成了单极子，其镜像作为偶极子元件出现。事实上，无源发射元件110、112不是偶极子，而是具有其对应谐振镜像的单极子。这种差别的重要性在于这个具体实施例不需要用于馈电或加负载的不平衡变压器。
如图17B所示，印刷电路板的厚度提供了无源单元110和112相对于有源单元120在平面位置上的差别，从而形成了角度β，如图所示。
在一个优选实施例中，地结构718和有源单元120一样也位于电路板700的同一侧。地结构708和718帮助消除了目标之间，诸如人手之间的临近阻抗的影响。从该图示应该理解，谐振结构710和712最好被连接到地结构708，或者连接到其一部分。谐振图形710和712大致是四分之一波长，带有能谐振的自由端。在其他实施例中，这也可以是二分之一波长，带有提供所需谐振的短路端。
此外，虽然谐振结构710和712被示为直的矩形部分，但是它们也可以被实现为弯曲的线或其他所需的奇异形状。重要的是它们提供连接到接地层的一部分的谐振结构，以便平衡掉无源单元110或112中对应的一个带来的单极子。
在另一实施例中，可以在印刷电路板700的相反一侧把天线单元实现为所需的偶极子元件。
可以用各种方法实现无源单元相对于有源单元的间隔，只要它能提供所需的非周期性间隔。例如，考虑圆周的弧形，无源单元可以位于弧形上，中心元件从弧形的中心偏离开。
通过另一个例子，图15A示出了具有由五个无源天线单元110/112所围绕的单个有源天线120的天线装置1110。无源天线单元110/112中的每一个都作为根据较早描述的原理和技术的无源天线单元110或无源天线单元112工作。即，如果无源天线单元110/112之一被标为无源天线单元110，则在其任意一侧的无源天线单元将起到无源天线单元112的作用。
天线装置1110作为用户单元1111籍以完成和基站1112的信号传送和接收的装置，用户单元1111例如耦合到无线蜂窝调制解调器的膝上型计算机1114。用户单元提供无线数据和/或语音服务，并能把例如膝上型计算机1114或个人数字助理(PDA)等的设备通过基站1112连接到网络，网络可以是公共交换电话网络(PSTN)、分组交换计算机网络，或其他的数据网络，例如因特网或私有的企业内部互联网。基站1112可以在很多不同的通信协议上和网络进行通信，通信协议如基本ISDN，或者如果网络是例如因特网的以太网网络，则甚至是TCP/IP。用户单元在本质上可以是移动的，并且可以在和基站1112通信的同时从一个位置传播到另外一个。在典型情况中，很多个用户接入单元1111位于包围着基站1112的区域内，并享受公共基站的服务。但是，其他的安排也是可能的。
本领域熟练技术人员也应该理解，图15A可以是标准蜂窝型通信系统，诸如CDMA、TDMA、GSM或其他的无线电信道被分配，用于在基站1112和用户单元1114之间传送数据和/或语音信号的系统。在一个优选实施例中，图15A是类似CDMA的系统，使用例如美国专利NO.6,151,332中所定义的码分复用原理。
天线装置1110包括柱形的底面或接地层1120，底面或接地层1120上面固定有源天线单元120和五个无源天线单元110/112。如图所示，天线装置1110被耦合到膝上型计算机1114(未按比例绘制)。天线装置1110允许膝上型计算机1114通过从基站1112传送来的前向链路信号1130和传送到基站1112去的逆向链路信号1132进行无线通信。
在所示实施例中，天线单元如图所示，以分散的方式设置在接地层1120上。即，实施例包括五个非对称地围绕着接地层1120周围间隔开的无源天线单元110/112，以及位于和接地层1120中心相对应的位置的有源天线单元。
把注意力转向图16，示出了控制用户接入单元1111的电子线路的框图。用户接入单元1111包括天线装置或阵列1110和电子线路部件1142。有源天线单元120通过双工滤波器1162被直接连接到电子线路部件1142，而每一个无源天线单元110/112则被连接到延迟器1158、可变或集总阻抗元件1157和开关1159。
无线信号在基站1112和有源天线单元120之间通信。反过来，有源天线单元120把信号提供给电子线路部件1142或者从电子线路部件1142接收信号。无源天线单元110/112要么反射信号，要么把信号定向到有源天线单元120。如图16所示，控制器1172可以提供控制信号1178用于控制无源天线单元110/112的延迟器1158、阻抗元件1157和开关1159。
在传送方向，电子线路部件1142所提供的射频信号被直接馈送到向基站1112发送信号的有源天线单元120。
在接收方向，电子线路部件1142在双工滤波器1162处从有源天线单元120接收无线电信号，双工滤波器1162把接收到的信号提供给无线电接收机1164。无线电接收机1164把经过解调的信号提供给去除调制编码的解码电路1166。例如，这样的解码器可以以现有技术中已知的方式工作，以便去除码分多址(CDMA)类型的编码，分离出针对特定用户单元的各种信号，码分多址(CDMA)类型的编码可能涉及使用伪随机码和/或沃尔什(Walsh)码。经过解码的信号随后被馈送到数据缓存电路1168，然后数据缓存电路1168再把经解码的信号馈送到数据接口电路1170。然后数据接口电路1170可以把信号提供给典型的计算机接口，例如可以是通用串行总线(USB)、PCMCIA类型接口、串行接口或其他的与膝上型计算机1114兼容的公知计算机接口。控制器1172可以从数据接口从消息接口电路1174接收消息和/或把消息传送到消息接口电路1174，以控制解码器1166、编码器1174的工作和发射机1176及接收机1164的调谐。
现在参考图15B，每个无源天线单元110/112均被固定到接地层1120的上方。传送馈线1182在底部馈电点1183连接到无线天线单元110/112和延迟线1158，延迟线1158又被连接到可变或集总阻抗元件1157和开关1159。无源天线单元110/112和传送馈线1182以及接地层1120电气绝缘。延迟线1158、可变或集总阻抗元件1157和开关1159位于接地层1120内，但是也和接地层电气绝缘。传送线1182为控制信号提供了到达无源天线单元110/112的路径。
被置于接地层1120上所形成的狭缝1192内的谐振带1190位于每个无源天线单元110/112下方。狭缝1192的尺寸比谐振带1190略大以限定出间隔1194。谐振带1190顶端1196被电气耦合到接地层1120。但是，间隔1194被用非金属材料填充，例如像是聚苯乙烯或聚四氟乙烯的PCB材料，以便使谐振带1190的非顶端部分1198和接地层1120电气绝缘。
无源天线单元110/112和对应的谐振带1190都由例如铜制成。对于在PCS带宽(1850MHz到1990MHz)的应用，无源天线单元110/112的长度大约为工作信号的波长的四分之一，厚度大约为波长的十分之一。每个谐振带也都是大约长四分之一波长，十分之一波长厚。谐振带1190的底部位于接地层1120的底部上方大约八分之一个波长的高度“h”处，尽管谐振带1190的底部可以几乎和接地层1120的底部接触。
使用中，信号被传送到有源天线单元120，并且也从有源天线单元120处接收，以使天线阵列1110能够和基站1112进行通信。接地层1120的弯曲的外表面1200把由天线阵列1110形成的波束向下拉向水平线，因为弯曲表面1200的表面法线指向水平线。由于谐振带1190存在，无源天线单元110/112和对应的谐振带1190耦合，形成等效的不平衡偶极子天线。这样以来，无源天线单元110/112和谐振带1190的组合提供了把阵列波束沿着水平线进一步定向的能力，故此接地层1120的尺寸可以被减小而不需要牺牲天线阵列1110的波束定向能力。事实上作为不平衡偶极子天线单元阵列，天线阵列1110能够形成具有不超过地平线10度乃至更少，例如恰好不超过0度的峰值波束强度的波束。
此外，无源天线单元110/112和谐振带1190的耦合增大了天线的有效面积，因而提高了增益。并且，因为天线单元110/112被固定在接地层1120的上方，天线阵列对外部环境因素(例如当天线被放置在金属台面上时)的敏感性降低了，因为天线单元110/112和这些因素的直接耦合被最小化了。
天线阵列也可以用非柱面的接地层来实现。例如，如图18A中所示的具有由6个平板1204构成的接地层1202的天线阵列120。7个天线单元以和图中所示类似的方式被固定在接地层1202上。即，该实施例包括6个无源定向器/反射器元件110/112，它们环绕接地层1202的周围间隔开，位于每个平板1204的外缘1208以上，而第七有源单元120被放置在和接地层1202的中心对应的位置。每个平板1204的内缘1207在接地层1202的中心处被和其他的内缘1207接合在一起形成铰链1209。铰链1209可以是弹簧助力的，以便使平板1204可折叠形成平坦紧凑单元(图19)，从而使得天线阵列便于运输。
具体参考图18B，每个天线单元110/112被固定在接地层1202的顶部，但是和接地层1202电气绝缘。天线单元110/112在底部馈电点1212处被连接到传送馈线1210。每个平板1204配备有连接到集总或可变阻抗元件1215的延迟线1214和开关1216，延迟线1214和开关1216被连接到天线单元110/112。传送馈线1210、延迟线1214、集总或可变阻抗元件1215和开关1216起到和参考图15A和图15B所描述的实施例的传送馈线1182、延迟线1158、可变或集总阻抗元件1157和开关1159相同的作用。
每个平板1204还配备有沿着平板1204的外缘1208放置的谐振带1216。谐振带1216顶端1220被顶部段1203电气耦合到接地层1202。
每个平板1204都包括由例如像是聚苯乙烯或聚四氟乙烯的PCB材料制成的非金属电介质衬底1222。对于PCS应用，衬底具有工作信号的波长的大约三分之一的高度和十分之一波长的宽度，大约是0.03英寸厚。用印刷电路板(PCB)技术，通过在衬底1222的一侧1218上淀积厚度大约为0.0015英寸的铜，然后把铜光刻成所需形状，生成接地层1202和谐振带1216。这样，接地层1202、谐振带1216和顶部段1203形成了包围衬底1222的内部区域1224的连续的铜层。此外，存在一个高度为“h1”的薄的区域1226，把谐振带1216的底部与平板1204的底部分离开。PCB技术也被用来在衬底1222的相反一侧上印刷传输馈线1210、延迟线1214、集总或可变阻抗元件1215和开关1216。天线单元110/112和谐振带1216大约是长四分之一个波长，十分之一个波长宽。
现在参考图20，示出了平板1204的另一种布置。这里，导电材料1304，例如铜被夹在由电介质材料制成的两个衬底1302A和1302B之间。在衬底1302A和1302B外侧，各有对应的导电材料层1306A和1306B。内导电材料1304被用于天线单元110/112、延迟线1214、集总或可变阻抗元件1215和开关1216的传送线活动，它们通常被埋入衬底1302A或1302B之一。外层导电材料1306A和1306B起到了接地层1202和谐振带1216的作用。
图15A和图18A中所示的元件110/112当在实际中使用时，最好是非均匀间隔开的，这样由天线阵列1110或1201在各个方向上所形成的波束不一定具有同样的形状。
在某些情况下，天线阵列1110或1201在物理上被膝上型计算机1114的计算机屏幕1115所阻挡，如图21所示，或者阵列可能被其他的物体所阻挡。阵列的这些被阻挡的区域3000需要较少的天线单元，所以在这些区域中，天线单元的间隔可以较大。因此，在阵列的相反一侧3002上的元件的间隔可以较小。在阵列的特定区域，用更多的无源单元，或者更高的元件密度，天线阵列通过能够以更高的频率工作而不受增益减小栅瓣的影响，在该区域的方向上能够覆盖更宽的频带。
当被朝着如图21中的基站1112相对于天线阵列1110的位置所示的具有较多的通信终端的地理区域定向的阵列的某些元件被更紧密地分布在阵列的区域3002内时，阵列1110或1201的无源单元110/112的非均匀间隔或非周期性间隔还提供了更好的性能。通过在所选的方向上具有较低的旁瓣水平，天线阵列的性能得到提高。
还需记得，在上面所描述的某些实施例中，特别是在其中每个无源天线单元110和112被连接到对应的变容器的那些，通过变容器实际上无穷多的可选阻抗值，天线阵列提供了实际上无穷多的相移。这样，具有被连接到这种变容器的无源单元110/112的天线阵列1110或1201能够提供实际上沿着任意方向的定向波束，例如，在180度的圆周上以一度为增量。具有如此细致的调整辐射方向的能力，使得天线阵列1110或1201具有非均匀分布的无源单元，因而是非周期性的，增加了对天线阵列的另一维控制。
注意，上面所描述的实施例仅仅是为了说明的目的，而非对本发明的限制。例如，尽管分别如图15A和18A所示的天线阵列1110和1201的无源天线单元110/112和各自的延迟线、阻抗元件和开关相关联，但是可以用先前描述的任意设备和过程来操作单元110/112。具体来说，可以用任何在讨论天线阵列1110和1201之前所描述的技术和设备将单元110/112中的每一个在透射模式和反射模式之间切换。
虽然参考本发明的优选实施例对其进行了具体的描述和展示，但是本领域普通技术人员应该理解，可以在形式和细节上做出各种变化而不偏离由所附权利要求限定的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于在无线通信用户单元中使用的天线装置，包括至少两个无源天线单元和一个有源天线单元；无源天线单元被置于有源天线周围，以使无源天线单元不位于至少一个和有源单元公共的平面内，并使至少两个无源天线单元中的每一个都可独立地设为反射或透射模式以改变天线装置的输入/输出波束方向图的特性。
2.权利要求1所述的天线装置，还包括位于每个无源单元下方的对应的谐振带，每个无源天线单元和对应的谐振带的组合构成了不平衡偶极子天线单元，从而多个偶极子天线单元形成了可被沿着水平线定向的复合输入/输出定向波束。
3.如权利要求1所述的天线装置，还包括被设置于临近至少一部分天线单元的接地层。
4.如权利要求2所述的天线装置，其中，接地层是柱面的，接地层的上侧是柱面的平面端，而接地层的底侧是柱面的相反的平面端。
5.如权利要求2所述的天线装置，其中，每个谐振带被置于接地层的对应的狭缝中，每个狭缝的壁与对应谐振带的表面间隔开，壁和表面的间隙以非金属材料填充以使谐振带的非顶端部分和接地层电气绝缘。
6.如权利要求3所述的天线装置，还包括由和多个谐振带数目相等的多个平板构成的接地层。
7.如权利要求6所述的天线装置，其中，每个平板具有外缘和内缘，谐振带沿着对应平板的外缘对齐，平板的内缘在接地层中心接合在一起，形成具有和谐振带的轴基本平行的轴线的中央接合部，有源单元沿着中央接合部的轴线对齐。
8.如权利要求7所述的天线装置，其中，中央接合部是便于把天线装置折叠入平坦紧凑单元中的铰链。
9.如权利要求7所述的天线装置，其中，每个平板包括第一非金属衬底和第一衬底一侧上的一层第一导电材料，接地层的导电部分和谐振带由第一导电材料构成。
10.如权利要求7所述的天线装置，其中，每个平板包括第二非金属衬底、夹在第一衬底层和第二衬底层之间的第二导电材料，以及第二非金属衬底的相反一侧上的一层第三导电材料，接地层的导电部分和谐振带分别由第一导电材料和第三导电材料构成。
11.如权利要求2所述的天线装置，其中，定向波束升起超过地平线的角度为0度到10度。
12.如权利要求1所述的天线装置，其中，无源天线单元围绕有源天线单元非周期性地分布。
13.如权利要求1所述的天线装置，其中，无源天线单元在印刷电路板的一侧形成，有源单元在印刷电路板的另一侧形成。
14.如权利要求13所述的天线装置，还包括临近每个无源单元放置，并和对应的无源单元位于印刷电路板的同一侧的对应的谐振图形。
15.如权利要求13所述的天线装置，还包括临近无源单元放置的地结构。
16.如权利要求13所述的天线装置，还包括临近有源单元放置的接地结构。
17.如权利要求13所述的天线装置，其中谐振图形平衡对应的无源单元。
全文摘要
一种天线阵列，它使用被设置在接地层上方，但是和接地层电气绝缘的至少两个无源天线(110，112)和一个置于接地层(140)下、但与接地层电绝缘的有源天线(120)，以及位于每个无源天线下方的对应的谐振带(1216)。无源天线单元围绕有源单元放置，并且至少两个无源天线单元中的每一个都可独立地设为反射或透射模式以改变天线装置的输入/输出波束方向图的特性。
文档编号H01Q21/12GK1788389SQ03807603
公开日2006年6月14日 申请日期2003年2月3日 优先权日2002年2月1日
发明者常兵, 格里芬·K·葛萨尔德, 克里斯托夫·A·施耐德, 威廉姆·R·帕尔玛, 迈克尔·J·林奇, 托马斯·E·戈萨基, 肯尼斯·M·盖尼, 小詹姆斯·A·普罗克特 申请人:Ipr特许公司