專利名稱：使用空間二次諧波的雙頻帶相控陣的制作方法
背景技術：
隨著無線網絡的成熟以及無線網絡的應用越來越廣泛，數據的傳輸速率越來越高。這樣的一個無線網絡實例就是無線局域網，該無線局域網采用802.11、80211a或80211b通訊協(xié)議，以下將這三種協(xié)議統(tǒng)稱為802.11協(xié)議。802.11協(xié)議規(guī)定2.4GHz(802.11b)載波頻率用于常規(guī)的服務，同時規(guī)定5.2GHz(802.11a)和5.7GHz(802.11g)載波頻率用于更新型的、更高速的數據服務。
與其他的無線電設備相似，無線網絡適配器包括發(fā)射裝置和接收裝置，這二裝置和天線相連。該天線可以在指定頻率上可提供最大的增益。舉例而言，如果某一單級天線在2.4GHz這一頻率上操作效率最高，則在5GHz這一頻率上，該單級天線不能很好地工作。同樣，如果某一定向天線在5GHz這一頻率上可最有效地工作，但這一定向天線對2.4GHz的兼容性比較差。
發(fā)明概述為了解決同時兼容多個無線網絡載波頻率這一問題，本發(fā)明中的定向天線可在多個工作頻率上提供高增益及較高的方向性。照此方式，使用這種新發(fā)明的定向天線系統(tǒng)可兼容多個無線系統(tǒng)，就802.11無線局域網而言，使用新型定向天線的系統(tǒng)可兼容2.4GHz和5GHz載波頻率；因此，這樣的系統(tǒng)具有向前及向后的兼容性。
定向天線的應用范圍很廣，其中定向天線的間距、長度、天線結構、接地阻抗以及基礎面結構都是支持多頻操作的具體因素。無源天線單元的多個空間諧波射流分布被用來建立多個工作頻帶，其中的無源天線單元從屬連接在至少一個有源天線單元上。
在本發(fā)明的某一實施方案中，本發(fā)明中的定向天線可在多個頻帶上工作，該定向天線包括有源天然單元以及至少一個與有源天線單元相連的無源天線單元。無源天線單元具有基本上優(yōu)化的長度和間距，從而無源天線單元可有選擇性地在與有源天線單元相關的基礎頻率上工作或在與基礎頻率相關的更高共諧頻率上工作。更高共諧頻率可以是基礎頻率的二次諧振頻率。
定向天線還包括與無源天線單元相連的其他裝置；通過將基礎共諧頻率或更高共諧頻率上的信號應用于可在多頻帶上操作的有源天線單元可形成天線波束，與無源天線單元相連的裝置可調整天線波束的方向。
定向天線可調整基礎頻率或更高共諧頻率上的天線波束的方向。
定向天線可進一步包括阻抗負載單元，阻抗負載單元之間通過無源天線單元和基礎面間的轉換開關相連。阻抗負載單元在操作上與無源天線相連，從而使相連的無源天線單元成為基礎頻率的反射器。同一阻抗負載單元可在更高的共諧頻率上將相關的無源天線變成定向天線。阻抗負載單元也可做到相反的狀態(tài)。
天線單元可以是單級天線，也可以是雙極天線。此外，天線單元可以是二維或三維天線單元，天線單元支持兩個以上的諧振。天線單元還具有一定的長度和間距，從而支持兩個以上的頻率。此外，天線單元可以支持多個更高的共諧頻率，這些共諧頻率并不是基礎頻率的整數倍。
天線單元可以以某一方式排列，在這種方式下，更高的共諧頻率是基礎頻率的非整數倍。定向天線還包括某一輸入阻抗，輸入阻抗在所需的頻帶上與天線組相連。使用以下優(yōu)化技術可對定向天線進行優(yōu)化，這些優(yōu)化技術包括在有源天線單元中加厚度適當的折疊臂、使用集總阻抗元件、使用發(fā)射桿或通過上述技術的組合來對定向天線進行優(yōu)化。
定向天線可用于蜂窩電話系統(tǒng)、手機、無線互聯(lián)網、無線局域網、接入點、遠程適配器、轉發(fā)器以及802.11網絡。
圖示簡介通過以下對本發(fā)明優(yōu)選實施方案的更詳細說明可清楚地展示本發(fā)明的目標、特點及優(yōu)勢；本文所附圖示表明了這些選實施方案。在不同的圖示中，相同的參照符號代表相同的部分。本文所附圖示并不一定是按比例繪制的，為了說明本發(fā)明的原理，某些地方進行了重調。


圖1是諸如802.11無線局域網這樣無線網絡的示意圖，在該無線網絡中使用了本發(fā)明的定向天線。
圖2A是某一無線基站圖，該無線基站采用了在圖1所示無線局域網中工作的單級定向天線。
圖2B是圖2A中定向天線的等比例放大圖。
圖2C是阻抗負載和轉換開關的示意圖，其中轉換開關被用來改變圖2B所示天線單元的相位。
圖3表明了三個雙極天線的線性排列，這種排列方式是圖2A所示定向天線的另一種實施方案。
圖4A是雙極天線的空間頻射流分布圖，該雙極天線用于圖2A所示定向天線的另一實施方案中。
圖4B是頻率的曲線圖，該圖表明了圖中4A中天線單元的諧振點。
圖5表明的是圖3所示定向天線的變化形式，其中雙極天線單元的下半部分連接在共同的基礎面上。
圖6是圖3所示雙極定向天線的實施方案以及該雙極天線的轉發(fā)情況。
圖7是圖與5所示定向天線的環(huán)形排列方式。
圖8A和圖8B是圖7所示定向天線在5GHz頻率下的一組發(fā)射模式。
圖9A和圖9B是圖7所示定向天線在2GHz頻率下的一組發(fā)射模式。
圖10是增益情況圖，圖中表明了圖7所示定向天線的方向性。
優(yōu)選實施方案的詳細說明以下是本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳細說明。
圖1是某一無線網絡的示意圖，在該無線網絡中使用了本發(fā)明的多頻帶定向天線。該無線網絡是帶有分布系統(tǒng)105的無線局域網絡100。接入點110a、110b和110c與分布系統(tǒng)105有線的連接。該無線網絡中的各個接入點110都有各自的區(qū)域115a、115b和115c，在各自的區(qū)域區(qū)，接入點可向基站120a、120b和120c發(fā)射射頻信號，并可從這些基站接收射頻信號，接入點由無線局域網的硬件和軟件所支持，接入點可據此進入分布系統(tǒng)105。
本發(fā)明技術提供接入點110和基站120，這二者帶有各種形式的天線。這種天線多樣性可使接入點110和基站120根據所收到信號的質量從二個天線中選擇一個，從而滿足發(fā)射和接收的需要。從兩個天線中選擇一個天線的原因是為了避免發(fā)生多路衰減，如果信號從二條不同的路徑去往天線，這會使某一處天線產生信號消失現(xiàn)象，但在另一天線處不會發(fā)生信號消失現(xiàn)象。另外，當同一天線收到二個不同的信號時，信號會出現(xiàn)干擾。在二個天線中選用一個天線的另一個原因是為環(huán)境的改變，例如將基站120c從第三區(qū)域115c分別進位到第一區(qū)域120a和第二區(qū)域120b。
在無線局域網100中，接入點A和C采用常規(guī)的2.4GHz載波頻率802.11通訊協(xié)議。然而，接入點B采用更新的高帶寬5GHz載波頻率802.11通訊協(xié)議。這意味著當基站120c從第三區(qū)域115c移動到第二區(qū)域115b時，如果基站120c的天線在第一區(qū)域115a和第三區(qū)域115c是采用2.4GHz載波頻率的話，則這種提供不同路徑的天線無法在第二區(qū)域115b提供最大的增益。與此相類，如果天線是在5GHz頻率下工作的話，則天線在第一區(qū)域和第三區(qū)域的2.4GHz頻率上不能提供最大的增益。在這二種情況的任何一種情況下，數據的傳輸速率都會因天線不在“自家”區(qū)域而受到損失。此外，通常用于天線集合的單極天線有一定的缺陷，單極天線的全向波束形式所具有的增益是固定不變的。
提供天線多樣性的定向天線與簡單的單極天線形成了對照，定向天線有時被稱為天線陣列。這一天線陣列可用來調整天線波束的方向，從而在某一特定方向天上產生最大的增益。2001年5月16號提交的題為“用于無線通訊系統(tǒng)的自適應天線”(律師文件卷號是2479.2042-001)的美國09/859,001號專利對此有所有論述，該專利的全文在此通過引證被并入本文。某種類型的天線陣利用到了這種特點，當四分之一波無源單極天線或半波雙極天線單元在接近其基本共諧頻率時，不同的負載條件可使天線具有反射性和定向性。如果有源天線和無源天線都加長的話，則定向增益會增加。
本發(fā)明在此概念上又前進了一步，如果像半波單極天線或全波雙極天線這樣的無源天線單元在加長后，在空間諧波諧振頻率附近，例如在二次空間諧波諧振頻率附近，無源天線單元可以具有反射性和定向性，并且可在多個頻帶上操作。
利用在空間諧波附近產生諧振這一概念，使用本發(fā)明原理的直線形、環(huán)形或其他幾何形狀的天線陣列比非諧振定向天線的帶寬高出50％，達3DB，且定向增益幾乎增加一倍。當加入第一諧振頻率(即基礎頻率如2.4GHz)后，整個頻帶完全覆蓋了兩個單獨子頻帶的倍頻帶。
因此，當圖1中的第三基站120c從第三區(qū)域115c經地第二區(qū)域115b而移動到第一區(qū)域115a時，由于基站通過與接入點C、B和A的連接而與分布系統(tǒng)105形成無縫的無線連接，從而基站120在移動過程享有較高的天線增益；即便第三基站120c從2.4GHz 802.11遷移到5GHz802.11然后再回到2.4GHz 802.11時，基站120c應能享有較高的天線增益。
圖2A是第一基站120a的等比例放大圖，該基站使用定向天線陣列200，該天線陣為環(huán)形陣，位于第一基站120a主體部分之外。在另一實施方案中，定向天線陣200可放置在位于第一基站120a的內部的PCMCIA(個人計算機存儲卡)卡上。無論在哪種實施方案中，定向天線陣200都可含有5個單極無源天線單元205a、205b、205c、205d、205e(統(tǒng)稱為無源天線單元205)以及至少一個單極有源天線單元206。在另一實施方案中，定向天線陣200最少可由從屬連接在至少一個有源天線單元上的一個無源天線單元組成。定向天線陣200通過USB(通用串行總線)接口215連接到基站120a上。
定向天線陣列200中的無源天線單元205從屬連接在有源天線單元206上，從而可使定向天線陣列200實現(xiàn)掃描。這里的掃描是指定向天線陣列200的至少某一天線波束在無源天線單元205的數量增加時可以轉過360°。舉例而言，確定掃描角度的技術是在每個掃描角度上采樣波束信號，然后選取信號/噪音比最大的角度?？梢詫ζ渌男阅苓M行測試，也可以使用更高級的技術來確定最佳的掃描角度，并將這些高級技術與定向天線陣列200結合使用。
定向天線陣列200也可以以全方位形式使用，這樣天線陣列就變成了全方位模式(圖中沒有示出)。基站120可采用用于載波信號發(fā)射前的全方位模式。當向接入點110發(fā)送信號或從接入點110接收信號時，基站120也可采用選定的定向天線。在“專用”網絡中，基站120可以還原為全單向天線，因為基站120可以同其他基站120進行通訊。
除了具有掃描特點外，定向天線陣列200可以提供2.4GHz波束220a以及5GHz波束220b(統(tǒng)稱為波束220)。波束220可以在同一時間生成，也可在不同的時間生成。通過選擇適當的天線長度和間距就可生成波束。其他像接地、輸入阻抗、天線形狀等因素也對天線形式雙工波束的能力有一定的影響。應該理解的是，2.4GHz和5GHz只是示范性頻率，根據本發(fā)明的原理，通過選擇適當的天線形式可使天線在多個整型或非整型倍數的基礎頻率上工作。
圖2B是定向天線陣列200的詳細視圖，該天線陣列包括前面所述的無源天線單元205和有源天線單元206。定向天線陣列200還包括基礎面330，無源天線單元與基礎面形式成導電連接，以下將結合圖2C對此進行說明。
定向天線陣列200可生成定向天線波瓣，例如可生成2.4GHz、802.11協(xié)議的無線局域網絡的天線波瓣220a，該波瓣與天線單元205a和205e離開一定的角度。這表明天線單元205a和205e處于“轉發(fā)”或“定向”模式，而天線單元205b、205c和205d處于“發(fā)射”模式。換句話就是，有源天線單元206與無源天線單元205間的相互連接可使定向天線陣列200掃描定向天線波瓣220a，在這種情況下，無源天線單元205的設定模式表明了這一結果，無源天線單元205的不同模式的組合可形成不同的天線波瓣220a模式以及不同的角度。
圖2c是某一具體電路或裝置的示意圖，該電路或裝置可用來將無源天線單元205設置為反射或發(fā)射模式。反射模式由長虛線305表示，發(fā)射或定向模式由短虛線310表示。標志虛線305和310是通過將無源天線單元205a分別經由感應元件320或電容元件325與基礎面330連接起來。無源天線單元205a與電感元件320或電容元件325之間的連接是通過轉換器315實現(xiàn)的。該轉換器可以是機械轉換器，也可是電子轉換器，該轉換器可以按適于頻率應用的方式將無源天線單元205與基礎面330連接起來。轉換器315是由控制信號335在典型的開關控制模式下設置的。
在經電感320與基礎面330連接起來之后，無源天線單元205a被有效地加長了，情況如長虛線305所示。這可以被看作是為頻率信號提供了一個“背板”，該背板通過與有源天線206間的相互連接而與無源天線單元205a連接起來。在圖2B所示的情況中，無源天線單元205a和205e分別經由電感320與基礎面330相連。同時，在圖2B所示的實施方案中，其他無源天線單元205b、205c、和205d分別通過電容元件325與基礎面330相連。這種電容式連接有效地縮短了無源天線的長度，情況如較短虛線310所表明的。將所有無源天線單元205按電容方式連接起來可有效地將定向天線陣列200設定為全向天線。
應該理解的是，也可以使用其他連接技術將無源天線單元205與基礎面330連接起來，例如使用延遲線和集總阻抗技術將無源天線單元與基礎面連接起來。
圖3是雙極天線陣列300的示意圖，該天線陣由3根雙極天線組成，該天線陣在此用于說明多頻波束掃描的概念。半波有源雙極天線D位于天線陣列的中央，并由發(fā)生器G供電。雙極天線D的物理長度用實線表示。位于有源雙極天線D1兩側的雙極天線D1和D2也用實線表示，雙極天線D1和D2上帶有阻抗線圈或阻抗元件X1和X2。阻抗線圈X1和X2的值可使某一雙極天線(如D1)成為反射天線，而使另一雙極天線(如D2)成為定向天線，從而使天線陣列300類似于經典的Yagi(八木天線)陣。
如圖中虛線所示，當三根雙極天線D、D1、D2加長時(即天線的長度相對于頻率按比例加長)，這三根雙極天線會接近第二諧振點，此時每根天線的總電子長度大約為全波長度。雙極無線D1和D2在帶有相同負載X1和X2的情況下再次成為轉發(fā)天線和定向天線。接近二次諧波諧振頻率的特征是轉發(fā)天線和定向天線間的位置交換，這種位置交換是由二次諧波諧振頻率造成的，二次諧波諧振頻率與一次諧振頻率具有不同的阻抗特性。
圖4A是無源天線單元D1和D2的空間諧波射流分布示意圖?；A頻率的空間諧波射流分布405在天線單元上有一個單峰值，二次空間諧波射流分布410沿天線單元有二個峰，三次空間諧波射流分布(未在圖中表明)有三個峰，峰值數量可以以此類推。
圖4B是無源天線單元D1和D2的反饋圖，這種反饋是由于無源天線單元與有源天線單元206之間的從屬連接造成的。有源天線單元206發(fā)射出一定范圍的載波頻率。在每個實軸交匯點上，無源天線發(fā)生諧振。無源天線發(fā)生諧振的范圍在實軸交匯點的±5％之內，無源天線諧振會對復合波束(如圖2中的波束220a和220b)的生成產生較大的作用。
圖5是另一單極天線陣列500的示意圖，該天線陣列采用本發(fā)明的原理。該單級天線陣列500包括有源天線D和無源天線單元D1和D2。基礎面505是豎直的，這種直形狀可產生一個平衡的諧振結構，該結構可以映射無源單級天線單元D1和D2。無源天線單元D1和D2從屬連接在有源天線單元D并分別通過阻抗元件X1和X2與基礎面505形成導電連接。通過選定轉換開關(圖中未表明)的狀態(tài)，無源天線單元D1和D2可以與基礎面505形成導電連接，此外，阻抗元件X1和X2可以加以調節(jié)。
在操作中，單級天線陣列500通過重發(fā)射載波信號(例如2.4GHz或5GHz)控制天線波束，由有源天線D傳輸，形成一個復合波束(波束220a和220b的復合)。重發(fā)射可以看作是相位遞增的，通過有源天線和無源天線的諧振的方式產生，如圖6中所示。
參見圖6，定向天線200從左至右具有相位遞增特性。遞增的相位諧振過程如下有源天線D在載波頻率(如基礎頻率或二次諧波頻率)上產生諧振，轉發(fā)無源天線單元D1在同一頻率上諧振，當無源轉發(fā)天線單元D1產生的電磁波通過時，有源天線單元D繼續(xù)產生諧振，然后無源定向天線D2產生諧振。射頻波605a、605b和605c按此順序產生，所生產的復合波束(如圖2中的波束220a)向箭頭610所指的方向發(fā)射出去?？傮w而言，有源天線單元D的長度小于無源天線單元D1和D2的長度具有一定的益處，這樣可對轉發(fā)的波束產生更小的干擾。
圖7表明的是圖5所示的單極天線陣列500排列成環(huán)狀陣列的情況。通過調節(jié)賦予阻抗元件X1-X6的阻值可以使所形成的復合波束(如結合圖8A、8B、9A和9B說明的)覆蓋全方位。
以下是摸擬單極天線環(huán)形陣列700的結果。該單極環(huán)形陣列700的直徑為1.3英寸，高為1.72英寸。無源天線單元中有三個連續(xù)的單元被加載3歐姆的阻抗(通常為短路開關的短路阻抗)，其余的三個天線單元被加載3+j600歐姆的阻抗。
圖8A和圖8B繪制的是在5GHz頻率下模擬所產生的基本面模式。射角“杯突”在右側(圖8A)，方位的“杯突”在左側(圖8B)。正如模擬所示的，這些“杯突”在3.4GHz到5.7GHz這一頻率范圍內保持著基本一致的形狀。頻帶的覆蓋范圍是50％，對于相控雙極天線陣列而言，這一覆蓋范圍是非常大的。在這一頻帶范圍內的方向性系數在7+dBj到9+dBj之間，這一系數同樣是非常高的。
圖9A和9B所示的是2GHz頻率下模擬輻射的模式。射角形式是θ的函數，如圖9B右側所示，當θ＝60度時，穿過波束的錐形杯突如圖9A的左側所示。方向性系數為3dBi。在兩個頻率下方位模式的明顯不同之處在于波束方向性，2GHz頻率的波束指向南方，而5GHz頻率的波束指向北方。這表明存在著兩種不同的模式。在5GHz頻率帶中，天線陣列的電子指標高于2GHz頻帶，所以天線陣列的上端可以產生更高的增益。在這一特定實施方案中，模擬的增益差為5.5dB。在5GHz頻率下，3dB的帶寬是較寬的，超過50％。這是因為有兩種不同的增益優(yōu)化因素在起作用?；幸粋€是天線單元的諧振峰，另一個是天線陣列的峰。這兩個峰在頻率上是錯開的，并隨帶寬而加寬。
圖10所示的是儀表測量的天線增益值，天線的增益性能很易隨頻率而增大。圖10還表明了兩個模擬模型的方向性系數，這兩個模擬模型為環(huán)形陣列700，直徑分別為1.3英寸和1.7英寸。當第一個模型放大到IEEE801.11b和802.1a無線局域網頻率時，其方向性系數分別為2.9和7.1dBi。第二個模型的性能更加優(yōu)越，當放大時，第二模型的方向性系數分別為3.5和8.2-8.7dBi。使用這種排列，一個天線陣列可以覆蓋802.11的所有頻帶。在另外一種情況下，其他無線網絡的頻帶也可以被覆蓋，其中載波頻率基本上是另一載波頻率的諧振頻率，或載波頻率不是整數倍整形諧波頻率，但定向天線陣列可被設計為支持非整數倍諧波諧振。
通過采用可折疊單極天線技術可以匹配有源天線的輸入阻抗。使用可折疊的單極天線，可在單極天線單元上并行添加可折疊的天線臂(未在圖中表明)，該可折疊天線作為旁路可與基礎面相連。該可折疊部分可作為輸入阻抗的調整因子。此外，通過添加反饋元件可以進行匹配，這一點是必要的，因為天線陣列所覆蓋基本帶寬將不可避免地產生波動，而這可以對波動進行補償。天線的發(fā)射段也可用來實現(xiàn)阻抗匹配。使用現(xiàn)有的線路板建立這樣的發(fā)射線具有一定的優(yōu)勢。為了在較寬頻帶上對阻抗匹配進行優(yōu)化，可以使用這三種技術，這樣做有時甚至是必要的?；A面不必一定是豎直的。基礎面有一部份可以是水平的，或者全部是水平的。
采用本發(fā)明定向天線的系統(tǒng)后可實現(xiàn)雙頻帶操作，應用電子掃描的無源天線陣列，例如使用前面所述的環(huán)形天線陣列。當需要使用寬帶掃描天線陣列時，這種技術也可以加以應用。本發(fā)明應用于帶寬時所產生的增益比采用現(xiàn)有技術為基礎的共諧天線陣列高出一倍。因此，本發(fā)明在雙頻帶及更高的寬頻帶上支持采用以往基礎共諧天線陣列中相同類型的天線和電子元件，所以采用本發(fā)明技術不會造成成本的增加。
雖然本發(fā)明是結合優(yōu)選實施方案進行具體說明的，但應該理解的是，在不脫離本文所附權利要求所涵蓋的本發(fā)明范圍情況下，本技術領域的技術人員可在形式及細節(jié)上對本發(fā)明進行各種修改。
舉例而言，本發(fā)明的天線單元可以不是單極或雙極天線。天線單元可以是其他任何類型的天線，只要這些天線單元能夠支持基礎共諧頻率之上的諧振。同樣，天線陣列的間距也不必限制于只適合于三次諧波或更高次的諧波。
實際的天線單元諧振點可以不是整數倍基礎頻率，采用2維或3維的天線形狀可以支持諧振。通過選擇天線單元的形狀及調節(jié)天線單元的形狀可以利用這一特點，從而在所需要的頻帶上產生諧振。出于相同的原因，天線陣列的諧振間距不必一定遵循多個整型系列值。這是因為，當天線陣列為了2維環(huán)形結構時，天線陣列有其自身特定的諧振系列值。對天線陣列結構的優(yōu)化是使其從一個天線單元到另一個天線單元間形成相位增加，這樣波束基本上可在一個方向上傳輸出去，從而形成定向波束。這種諧振間距上的特性也可使優(yōu)化天線陣列的頻帶更具靈活性。
應該理解的是，本發(fā)明中的定向天線可應用干各種無線電子裝置中，例如應用于手機、接入點及轉發(fā)器中；本發(fā)明中的定向天線還可應用于網絡中，例如應用于蜂窩系統(tǒng)、天線互聯(lián)網、無線局域網及802.11網絡中。
權利要求
1.一種定向天線，該定向天線可在多個頻帶下工作，該定向天線包括有源天線單元；至少一個無源天線單元，該無源天線單元從屬連接的有源天線單元，無源天線單元的長度和間距基本上是優(yōu)化的，從而可使定向天線有選擇地在(1)與有源天線單元相關基礎頻率；或(2)比基礎頻率更高的共諧頻率上工作；與至少一個所述的無源天線單元相連的裝置，調節(jié)至少一個通過在有源天線上采用一個基礎頻率或更高的共諧頻率形成的天線波束在多個頻帶下工作。
2.如權利要求1中的定向天線，其中更高共諧頻率是基礎頻率的二次共諧頻率。
3.如權利要求1中的定向天線，其中定向天線可同時調節(jié)基礎頻率及更高共諧頻率上的天線波束。
4.權利要求1中的定向天線還包括反饋負載，該反饋負載將所述的至少一個無源天線單元與基礎而連接起來。
5.如權利要求4中的定向天線，其中反饋負載使相關的無源天線單元在基礎頻率上成為轉發(fā)器，同一反饋負載使用相關的無源天線單在更高的諧振頻率上成為定向天線單元；或者反饋負載使相關的無源天線單元在基礎頻率上成為定向天線單元，而在更高的諧振頻率上成為轉發(fā)器。
6.如權利要求1中的定向天線，其中天線單元是單極天線或雙極天線。
7.如權利要求1中的定向天線，其中天線單元支持兩個以上的諧振頻率。
8.如權利要求1中的定向天線，其中天線單元的長度和間距支持兩個以上的頻帶。
9.如權利要求1中的定向天線，其中天線單元支持多個更高的諧振頻率，這些諧振頻率不是整數倍的基礎頻率。
10.如權利要求1中的定向天線，其中天線單元以某種方式排列，在這種排列方式下更高的諧振頻率不是整數倍的基礎頻率。
11.權利要求1中的定向天線還包括輸入阻抗，該輸入阻抗在定向天線的工作頻帶上與天線陣列相連，從而對工作頻帶上的諧振進行優(yōu)化；該輸入阻抗包括以下的至少一種折疊臂、集總阻抗元件、感應元件、電容元件或發(fā)射天線部分。
12.權利要求1中的定向天線應用于蜂窩系統(tǒng)、手機、無線聯(lián)網、無線局域網、接入點、遠程適配器、基站、轉發(fā)器以及802.11網絡。
13.某種應用于無線通訊系統(tǒng)中用戶單元的方法，該方法包括向某一天線集群發(fā)送射頻信號或從該天線集群接收射頻信號；其中該天線集群至少包括一個有源天線單元以及至少一個無源天線單元，無源天線單元與所述的至少一個有源天線單元形成電磁連接；通過使空間諧波射流分布與所述的至少一個無源天線單元相適應可形成第一和第二工作頻帶；獨立可選阻抗元件與天線集群中所述的至少一個無源天線單元形成導電連接，選定的獨立可選阻抗元件的阻抗狀態(tài)可影響每一天線單元的相位、轉發(fā)的相位以及射頻信號的相位，從而在第一和第二工作頻帶上形成至少一個復合波束。
14.如權利要求13中的方法，其中第二工作頻帶是第一工作頻帶的二次諧波頻率。
15.權利要求13中的方法還包括同時對與第一工作頻帶相對應的復合波束以及與第二工作頻帶相對應的復合波束進行調節(jié)。
16.如權利要求13中的方法，其中通過操作與阻抗元件相關的轉換開關可以確定獨立阻抗元件的阻抗狀態(tài)。
17.如權利要求16中的方法，其中選擇阻抗的狀態(tài)可使相應的無源天線單元在第一工作頻帶上成為轉發(fā)器，且同一阻抗狀態(tài)可使用相應的無源天線單元在第二工作頻帶上成為定向天線單元；或者同一阻抗狀態(tài)使相應的無源天單元在第一工作頻帶上成為定向天線單元，而在第二工作頻帶上使相應的無源天線單元成為轉發(fā)器。
18.如權利要求13中的方法，其中天線單元是單極天線或雙極天線。
19.如權利要求13中的方法，其中選定獨立阻抗元件的阻狀態(tài)會影響兩個以上諧振頻率的相位。
20.如權利要求13中的方法，其中天線單元的長度及天線單元之間的間距支持兩個以上的工作頻帶。
21.如權利要求13中的方法，其中第二工作頻帶不是整數倍的第一工作頻帶。
22.如權利要求13中的方法，其中天線單元以某種方式排列，在這種排列方式下更高的諧振頻率不是整數倍的基礎頻率。
23.權利要求13中的方法還包括調整天線集總的輸入阻抗。
24.如權利要求13中的方法，其中定向天線應用于蜂窩系統(tǒng)、手機、無線聯(lián)網、無線局域網、接入點、遠程適配器、基站、轉發(fā)器以及802.11網絡。
25.一種定向天線，該定向天線可在多個頻帶上操作，該定向天線包括向天線集總發(fā)射或從天線集總接收射頻信號的裝置；其中天線集總包括至少一個有源天線單元和多個無源天線單元，無源天線單元與至少一個所述的有源天線單元形成電磁連接；選定獨立阻抗元件狀態(tài)的裝置，其中獨立阻抗元件與天線集總中的各個無源天線單元形成電子連接，通過使無源天線單元的空間諧波射流分布相一致可以影響各個無源天線單元以及轉發(fā)信號的相位，從而在第一和第二工作頻帶上生成復合波束。
全文摘要
本文涉及可在多頻帶上操作的定向天線，其中定向天線包括有源天線單元和至少一個無源天線單元，無源天線單元從屬連接在有源天線上。無源天線單元具有基本上優(yōu)化的長度和間距，從而在與有源天線單元相關的基礎頻率上工作；同時無源天線單元還可在與基礎頻率相關的更高諧振頻率上操作。無源天線單元的空間諧波射流分布被用來建立多個天線操作頻帶。定向天線還包括與無源天線單元相連的其他裝置；通過將基礎共諧頻率或更高共諧頻率上的信號，或同時將這兩種信號應用于可在多頻帶上操作的有源天線單元可形成天線波束；與無源天線單元相連的裝置可調整天線波束的方向。
文檔編號H01Q21/20GK1613167SQ02826713
公開日2005年5月4日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權日2001年11月9日
發(fā)明者姜檳, 邁克爾·J·林奇, 格里芬·K·葛薩爾德 申請人:Ipr特許公司