专利名称：天线布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通信系统的天线布置，更具体地，涉及一
种用于超宽带(UWB)无线通信系统中的天线布置(arrangement )。
背景技术：
超宽带是一种^夸越非常宽的频率范围3.1 GHz至10.6GHz传输数字数据的无线电技术。其利用通常小于-41 dBm/MHz的超低传输功率，从而该一支术能够完全隐藏在诸如现有的Wi-Fi、 GSM和蓝牙的其他传输频率之下。这意味着超宽带能够与其他无线电频率才支术共存。然而，这具有将通信限制于通常为5米至10米的距离的限制。
存在两种用于UWB的方法时域方法，其由具有UWB特性的脉冲波形构成信号；以及频域调制方法，通过多(频)带l吏用传统的基于FFT的正交频分复用(OFDM),给出了 MB-OFDM。这两种UWB方法都产生了频谱分量，其覆盖频谱内的非常宽的带宽，因此，术i吾上称为超宽带，乂人而带宽占据中心频率(通常为500MHz)的20%以上。
与非常宽的带宽结合的超宽带的这些特性意味着UWB是用于在家庭或办公环境下提供高速无线通信的理想技术，从而通信装置在4皮此相3巨20 m的范围内。
5图1示出了在用于超宽带通信的多带正交频分复用
(MB-OFDM)中的频带的布置。MB-OFDM系统包括每一个均为528 MHz的14个子带，并且使用在子带之间每隔312 ns的跳频作为接入方法。在每个子带内，采用OFDM和QPSK或DCM编码来传输凄t据。应注意，在5GHz附近(当前为5.1-5.8GHz)的子带留出空白，以避免与现有的窄带系统(例如，802.11a WLAN系统)、安全代理通信系统、或航空工业发生干扰。
十四个子带一皮组织为五个带组，四个带组均具有三个528 MHz的子带，以及一个带组具有两个528 MHz的子带。如图l所示，第一带组包括子带1、子带2和子带3。示例性的UWB系统将在一个带组的子带之间采用跳频，以使在一个带组的第一频率子带内以第一 312.5 ns持续时间间隔传输第一数据符号，在带组的第二频率子带内以第二 312.5 ns持续时间间隔传输第二数据符号，以及在该带组的第三频率子带内以第三312.5 ns持续时间间隔传输第三凄t据符号。因此，在每个时间间隔期间，在具有528MHz的带宽的相应子带(例如，中心位于3960 MHz的具有528 MHz基带信号的子带2 )内传输数据符号。
超宽带的才支术特性意p未着其^皮用于K据通信领域内的应用。例如，存在各种各样的应用，其集中于在以下环境下的电缆替代
- 在PC和外围设备(即，诸如硬盘驱动器、CD记录器、打印机、扫描仪等的外部装置)之间的通信。
- 家庭娱乐，诸如通过无线装置连接的电视机和装置、无线扬声器等。
- 在手持装置和PC之间的通信，例如，移动电话和PDA,凄t石马相一几和MP3纟番》i:器等。
6在超宽带系统中使用的天线布置通常是全向的，意p木着从一个或多个有源辐射元件沿所有方向发射无线电信号。然而，期望能够
改变所发射的无线电信号的轮廓(profile),使得其在一个或多个特定方向从天线布置被发射。另外，期望能够将具有多于一个的有源辐射元件的天线布置从全向才莫式切换至天线布置服务(serve)许多不同扇区的^^莫式。
通过在一个或多个特定方向上引导(direct)所发射的无线电信号，能够减少与其他附近的通信链接的干扰，从而使通信系统的容量(根据可能的通信链接数量)增大。
尽管已知固定波束定向天线，例如，喇p八形天线(horn)、反射器或者基于多个有源辐射元件(每一个有源辐射元件被分别馈给并被适当相控)的平面线性和共形天线阵列，但是这些固定的传统布置仅能够利用定向波束提供有限的覆盖范围。此外，在这些传统布置中，波束的方向不能被特定地快速切换。多种定向波束技术受到辐射波束的主峰宽取决于所发射的无线电信号的波长的限制。基于多个被分别馈给(具有幅度和相位上的单一分布(tailoreddistribution ))的有源元件的相控天线阵在原理上能够提供可在形状和角位上调节的波束。然而，这些天线难以4矣受地昂贵。另外，这
不太能够覆盖UWB带宽。因此，这些传统的天线布置并不特别适合用于旨在用于消费者电子应用的超宽带系统中。
因此，本发明的目的在于提供一种用于超宽带系统中的定向天线布置，其克月良了上述传统系统所带来的问题。
发明内容
根据本发明的第 一方面，提供了 一种用于超宽带网络中的天线布置。该天线布置包^fe有源元件、以及布置在有源元件周围的多个无源元件。每个无源元件是可控制的，以选4奪性地反射或传输由有源元件发射的无线电信号，以便从有源元件产生期望的波束图案
(beam pattern )。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种用于超宽带网络中的天线布置。该天线布置包括有源元件、以及布置在有源元件周围的多个无源元件。每个无源元件是可控制的，以选择性地反射或传输入射的无线电信号，以便将无线电信号从期望的一个方向或多个方向导向有源元4牛。
为了更好i也理角年本发明，并且为了更加清楚地示出如^T有岁文:t也
实现本发明，现在4又通过实例，对以下附图进4亍参考，其中
图1示出了 MB-OFDM系统的多带OFDM联盟(MBOA ) i人
可的频镨；
图2是根据本发明的实施例的天线布置的透视图3是图2的天线布置的顶一见图，其中，无源元件处于第一配
置；
图4是图2的天线布置的顶一见图，其中，无源元件处于第二配
置；图5是图2的天线布置的顶视图，其中，无源元件处于第三配
置；
图6是图2的天线布置的顶—见图，其中，无源元件处于第四配
置；
图7是图2的天线布置的顶;现图，其中，无源元件处于第五配
置；
图8是根据本发明的可选实施例的天线布置的顶视图，其中，无源元件处于第一配置；以及
图9是图8的天线布置的顶视图，其中，无源元件处于第二配置。
具体实施例方式
尽管当涉及用于超宽带网络中时进一步描述了本发明， <旦是应该理解，本发明能够适用于其他类型的网络。
图2是根据本发明的实施例的天线布置2的透视图。图3是图2的天线布置的顶;现图。天线布置2包括安装在基部6上的有源元件4。在该示例性实施例中，有源元件4为单才及的形式，尽管可以使用其他形式的元件。例如，有源元件4可以包括几个不同的部件。
有源元件4连接至发射机电路(未示出)，该电路提供将由有源元件4发射的信号。有源元件4可以可选地在天线布置2将用于接收无线电信号的情况下连接至接收机电路，或者在天线布置2将用于发送和接收无线电信号的情况下连接至收发信机电路。
9天线布置2还包括在基部6上设置在有源元件4周围的多个无 源元件8。在该实施例中，具有布置成IO行和10列的96个无源元 件8,其中，有源元件4位于该阵列的中间。然而，应该理解，4壬 《可凄史量的无源元件8老卩可以以任4可其他合适的两维或三维配置布置。
可控制每个无源元件8，使得其可以选^t奪性地传输或反射无线 电信号。从无源元件8对于入射的无线电信号可透过的角度来说， 无源元件8 "传输"无线电信号，即，入射的无线电信号通过无源 元件8而未^皮反射或基本上未失真。可控制每个无源元件8，以用 图1中的特定带或带组选择性地传输或反射信号，或者可控制每个 无源元件8,以跨越用于超宽带的整个无线电频谱选择性地传输或 反射信号。
在图3至图7中，无源元件8由圓圏表示；其中，空心圓"〇，， 表示无源元件8被控制以至少以期望的带传输无线电信号，以及实 心圓(filled-in circle ) " ，，表示无源元件8 ^皮控制以至少以期望的 带反射无线电信号。
在图3中，无源元件8均被控制，使得它们传输无线电信号。 在该配置中，当有源元件4发射无线电信号时，天线布置2形成全 向天线，这是因为无线电信号能够沿所有方向从有源元件4传4番出 去，而没有^皮无源元件8中的4壬一个反射。相反，当有源元件4用 于接收无线电信号时，无源元件8的配置允"i午4妄收来自所有方向的 信号。
在图4中，在天线布置2中的多个无源元件8 (例如，十二个 无源元件8)均;陂控制，4吏得它们反射无线电信号。十二个无源元 件8处于特定位置，使得它们在有源元件4周围形成抛物面反射器 轮廓。当有源元件4以期望的频带发射无线电信号时，无线电信号主要在由箭头10表示的方向上被反射。如图4所示的抛物面反射 器轮廓导致在期望的方向上产生聚焦波束。相反，当有源元件4用 于接收无线电信号时，所选4奪的十二个无源元件8的配置仅允许4妾 收来自特定方向的无线电信号。
在图5中，在天线布置2中的多个无源元件8 (例如，十五个 无源元件)均被控制，使得它们反射无线电信号。十五个无源元件 8处于特定位置，使得它们在有源元件4周围形成角形反射器轮廓。 当有源元件4以期望的带发射无线电信号时，无线电信号在由箭头 12表示的方向上被反射。相反，当有源元件4用于接收无线电信号 时，所选4奪的十五个无源元件8的配置允许4妄收来自 一个特定扇区 的无线电信号。
在图6中，在天线布置2中的十个无源元件8被控制，使得它 们反射无线电信号。十个无源元件8处于特定位置，使得它们于有 源元件4的一侧形成直线反射器轮廓。当有源元件4以期望的带发 射无线电信号时，无线电信号在由箭头14表示的方向上被反射。 相反，当有源元件4用于接收无线电信号时，所选择的十个无源元 件8的配置允许接收来自 一个特定扇区的无线电信号。
在图7中，在天线布置2中的十六个无源元件8^皮控制，佳_得 它们反射无线电信号。十六个无源元件8处于特定位置，使得它们 形成为"X"形式的反射器轮廓，其中，有源元件4在"X"的中 心处。当有源元件4以期望的带发射无线电信号时，无线电信号主 要在由箭头16表示的两个方向上被反射。相反，当有源元件4用 于接收无线电信号时，所选择的十六个无源元件8的配置允许接收 来自两个特定扇区的无线电信号。假设在天线布置2中存在足够数量的无源元件8，则可以通过 控制适当的无源元件8来形成任意期望的反射器轮廓，以反射无线 电信号。
如上所述，每个无源元件8由一种材料或多种材料形成，该一 种材料或多种材料使无源元件8被控制在该元件反射无线电信号的 状态和该元件传输无线电信号的状态之间。在优选实施例中，每个 无源元件8可以由聚合物棒(polymer rod )形成。
这些聚合物棒可以包括基于聚苯胺(polyaline)或聚吡咯的塑 料合成物，尽管应该想到也可以使用其他聚合物棒、或由其他材料 制成的棒。另外，可以基于分别被激发的等离子体列来合成地形成 无源元件8。
优选地，可以利用电流来控制无源元件8， -使其乂人反射状态变 为传输状态，并且反之亦然。这使得无源元件9在两种状态之间被 快速地切换，这意味着可以快速地改变在反射状态下由无源元件8 形成的反射器轮廓。
可选地，无源元件8的高反射率和低反射率可以通过提供分布 在其长度周围的少量开关来实现，以便通过改变该元件8的激发长 度，可以调整相关联的反射率。应该理解，当导电的无源元件8的 激发长度小于入射辐射的波长的四分之一(为带内的最高频率)时， 该元件8对于入射的辐射大体上是可透过的，而当激发长度远大于 该波长的四分之一时，该元件8用作入射辐射的实体(substantial) 反射器。
图8和图9示出了根据本发明的可选实施例的天线布置18的 顶—见图。在该实施例中，天线布置18包括具有安装在基部6上的 四个分离的部^f牛4a、 4b、 4c和4d的有源元4牛4。有源元4牛的部4牛
124a、 4b、 4c和4d可以3皮控制以作为单个有源元件(即，当有源元 件发射无线电信号时，每个部件4a、 4b、 4c和4d发射相同的信号)， 或者可以被分别控制(即，当有源元件发射无线电信号时，每个部 件4a、 4b、 4c和4d发射相应的信号)，或者可以作为不同的组来 控制(例如，当有源元件发射无线电信号时，部件4a和4b都发射 第一信号，同时部件4c和4d都发射第二信号)。
天线布置18还包括在有源元件的部件4a、 4b、 4c和4d周围
i殳置在基部6上的多个无源元件8。而且，无源元件8由圓圏表示， 其中，空心圓"〇"表示无源元件8被控制，以至少以期望的带传 输无线电信号，以及实心圆表示无源元件8^皮控制，以至少 以期望的带反射无线电信号。
在该所示的实施例中，具有布置成九行和九列的77个无源元 件8，其中，有源元件的部件4a、 4b、 4c和4d位于该阵列的中间 附近。至少一个无源元件(图8中的元件22)位于有源元件的部件 4a、 4b、 4c和4d中的一些或所有部4牛之间。
当然，应该理解，可以以任何其他合适的二维或三维配置来布 置任意数量的无源元件8。
如上，可控制每个无源元件8，使得其能够选择性地传输或反 射无线电信号。
在图8中，控制所有的无源元件8，使得它们传输无线电信号。 在该配置中，当有源元件的部件4a、 4b、 4c和4d中的至少一个发 射无线电信号时，由于无线电信号能够从有源元件4沿所有方向传 播出去而不被任何无源元件8反射，所以天线布置18形成全向天 线。相反，当有源元件4用于4妻收无线电信号时，无源元件8的配 置允许接收来自所有方向的信号。然而，天线布置18还可以用于多扇区配置中。在这种情况下， 有源元件的部件4a、 4b、 4c和4(M皮分别或作为至少两个不同的组 控制。在图9中，具有四个不同的扇区，每个扇区均由相应的部4牛 4a、 4b、 4c或4d服务。控制在天线布置18中的十七个无源元件8, 使得它们反射无线电信号。十七个无源元件8处于特定位置，使得 它们形成为"+ "形式的反射器轮廓，其中，每个部件4a、 4b、 4c、 4d均位于"+ "的各个扇区。该反射器轮廓有效地将天线布置18 分为四个分离的天线，每个天线月艮务相应的扇区A、 B、 C或D。 当有源元件的部件4a、 4b、 4c和4d以期望的带发射无线电信号时， 来自每个部件的无线电^f言号分别沿由箭头20a、 20b、 20c和20d表 示的方向被反射。相反，当有源元件的部件4a、 4b、 4c和4d用于 接收无线电信号时，所选择的十七个无源元件8的配置仅使来自一 个特定扇区的无线电信号^皮每个部件4a、 4b、 4c和4d所接收。
应该理解，各个无源元件8之间的分离应该在最^f氐程度上为最 短工作波长的顺序。还应该理解，本7>开提出了可配置的波束天线， 其以在最低程度上保持波长依赖性的这种方式^皮合成。例如，合成 的抛物线形状将仅需要位于焦点的单个有源馈给元件4,并因此确 保了最小的波长依赖性。
因此，提供了一种用于超宽带通信网络(其可以用于全向、定 向或分成扇区的配置中)的天线布置，并且该天线布置可以^皮乂人一 种配置快速地改变为下一种配置。
应该注意，上述实施例说明本发明而不是限制本发明，并且在 不背离所附权利要求的范围的情况下，本领域的技术人员将能够设 计许多可选实施例。措词"包括"不排除除了在权利要求中所列出 的元件或步骤之外的元件的或步骤的存在，以及"一个"并不排除
权利要求
1. 一种用于超宽带网络中的天线布置，所述天线布置包括有源元件；以及多个无源元件，布置在所述有源元件周围；每个无源元件是可控制的，以选择性地反射或传输由所述有源元件发射的无线电信号，以便从所述有源元件产生期望的波束图案。
2. 才艮据权利要求1所述的天线布置，其中，所述无源元件以二维 阵列布置在所述有源元件周围。
3. 4艮据4又利要求1所述的天线布置，其中，所述无源元件以三维 阵列布置在所述有源元件周围。
4. 冲艮据前述任一项权利要求所述的天线布置，其中，所述有源元 件包括单个辐射元件。
5. 4艮据^l利要求4所述的天线布置，其中，所述单个辐射元件是 全向的。
6. 根据权利要求l、 2、或3中的任一项所述的天线布置，其中， 所述有源元件包括多个辐射部件。
7. 才艮据权利要求6所述的天线布置，其中，每个辐射部件发射相 应的无线电信号，以及其中，所述多个无源元件是可控制的， 以乂人所述辐射部件中的每一个产生相应的波束图案。
8. 才艮据前述任一项权利要求所述的天线布置，其中，每个无源元 件包括电子控制的导电聚合物棒。
9. 才艮据前述《壬一项^l利要求所述的天线布置，其中， 一个或多个 无源元件包括分布在其长度周围的一个或多个开关，可选"^性 地控制所述一个或多个开关以改变所述无源元件的有效长度。
10. —种用于超宽带网络中的天线布置，所述天线布置包括有源元4牛；以及多个无源元件，布置在所述有源元件周围；每个无源元 件是可控制的，以选择性地反射或传输入射的无线电信号，以 便将无线电信号从期望的一个方向或多个方向导向所述有源 元件。
11. 根据权利要求IO所述的天线布置，其中，所述无源元件以二 维阵列布置在所述有源元件周围。
12. 才艮据斥又利要求10所述的天线布置，其中，所述无源元件以三 维阵列布置在所述有源元件周围。
13. 才艮据要求10、 11或12所述的天线布置，其中，所述有源元件 包括单个接收元件。
14. 根据权利要求13所述的天线布置，其中，所述单个接收元件 是全向的。
15. 才艮据权利要求10、 11或12中的任一项所述的天线布置，其中， 所述有源元件包括多个4妄收部件。
16. 才艮据一又利要求15所述的天线布置，其中，所述多个无源元件 是可控制的，以将无线电信号/人相应的一个方向或多个方向引 导至相应的接收部件。
17. 根据权利要求10至16中的任一项所述的天线布置，其中，每 个无源元件包括电子控制的导电聚合物棒。
18. 根据权利要求10至17中的任一项所述的天线布置，其中，一 个或多个无源元件包括分布在其长度周围的一个或多个开关， 可选择性i也、控制所述一个或多个开关以改变所述无源元<牛的 有效长度。
19. 一种超宽带装置，包括如前述任一项权利要求所述的天线布置。
全文摘要
本发明提供了一种用于超宽带网络中的天线布置，该天线布置包括有源元件；以及布置在有源元件周围的多个无源元件；每个无源元件是可控制的，以选择性地反射或传输由有源元件发射的无线电信号，以便从有源元件产生期望的波束图案。
文档编号H01Q1/00GK101485043SQ200780025663
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