專利名稱：天線系統的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及天線領域。
背景技術：
為生產圓極化天線，傳統的方法是通過提供兩個饋源(feed，饋電)至天線來產生兩個正交線性極化電場分量。此兩個饋源激發兩個正交(例如，X方向、Y方向)電磁場模式，使得其中一個模式中的一個模式與另一個模式具有90°的相位延遲。也可通過使用單個饋源獲得圓極化(CP),這將通過該饋源沿方形貼片(square patch)中的其中一條對角線布置、通過在方形貼片中包括薄對角線狹槽、通過橢圓貼片形狀、或通過在方形貼片中修剪相對的角來實現。在某些情況下，制造CP的傳統方法可能是不適當的。此外，需要對天線系統進行重新配置，以產生類型盡可能多的極化類型，以增加其實用性。
發明內容
本發明的目的是提供一種可重構天線系統。針對上述目的，根據本發明第一方面提供了一種天線系統，包括:接地平面；以及天線元件，所述天線元件包括多個輸入節點并且安裝于所述接地平面的上方的平面中，其中，所述天線元件通過配置所述多個輸入節點中的至少一個來配置為期望的極化類型。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述多個輸入節點包括單個饋源節點，所述天線系統還包括電耦合至所述單個饋源節點的饋線探針；或者所述天線系統包括多個饋線探針，每個饋線探針電耦合至所述多個輸入節點的相應一個輸入節點。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述多個輸入節點包括多個接地節點，所述多個接地節點中的至少一個電耦合至所述接地平面。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，還包括:多個開關，每個開關位于所述多個接地節點的相應接地節點與所述接地平面之間，并且每個開關能控制以將所述相應接地節點電耦合至所述接地平面。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述多個開關的中每個包括相應的變容器。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述天線元件通過配置所述多個開關來配置為所述期望的極化類型。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述天線元件通過將所述多個接地節點中的一個或多個電耦合至所述接地平面來配置為所述期望的極化類型。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，還包括:多個輸入探針，每個輸入探針電耦合至所述多個輸入節點的相應一個輸入節點。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，還包括:至少一個開關，所述至少一個開關能控制以將相應輸入信號耦合至所述多個輸入探針。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述相應輸入信號將所述多個輸入節點中的每個輸入節點配置為饋源節點、接地節點、或開型節點。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述相應輸入信號將所述多個輸入節點中的一個輸入節點配置為饋源節點，并且將所述多個輸入節點中的一個輸入節點配置為接地節點，從而將所述天線元件配置為用于圓極化；或者，所述相應輸入信號將所述多個輸入節點中的兩個輸入節點配置為饋源節點，從而將所述天線元件配置為用于線形極化。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，還包括:具有耦合至所述多個饋線探針的輸出的差分移相器。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述差分移相器配置為調整該差分移相器的輸出的相位，以將所述天線元件配置為所述期望的極化類型。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述差分移相器配置為轉換該差分移相器的輸出的相位，以將所述天線元件從右旋圓極化重新配置為左旋圓極化，反之亦然。具體地，根據本發明第一方面的天線系統，其中，所述天線元件配置使得，所述期望的極化類型對應于第一頻率信道上的第一極化類型以及對應于第二頻率信道上的第二極化類型。根據本發明的第二方面提供了一種天線系統，包括:接地平面；天線元件，所述天線元件安裝在所述接地平面上方的平面中，所述天線元件包括位于所述天線元件內的第一位置中的饋源節點以及位于所述天線元件內的第二位置中的接地節點，所述接地節點電耦合至所述接地平面；以及饋線探針，所述饋線探針電耦合至所述天線元件的所述饋源節點，其中，所述第一位置和所述第二位置選擇成使得，所述天線元件利用提供至所述饋線探針的單個饋源在期望的圓極化帶寬上配置為圓極化。具體地，根據本發明第二方面的天線系統，其中，所述天線元件的尺寸選擇為使得所述天線元件的所產生的阻抗帶寬基本匹配所述期望的圓極化帶寬。具體地，根據本發明第二方面的天線系統，其中，所述天線元件包括印刷型天線。根據本發明的天線系統能夠重新配置從而產生類型盡可能多的極化類型，增加了實用性。
包含于此并形成本說明書一部分的附圖與說明書一起闡釋了本發明，并用于解釋本發明的原理，并使本領域技術人員能夠制造和使用本發明的主題。圖1示出示例天線系統的俯視圖。圖2示出示例天線系統的側視圖。
圖3示出示例天線系統的三維視圖。圖4示出示例天線系統的側視圖。圖5示出示例天線系統的三維視圖。圖6示出示例天線系統的示例配置。圖7示出示例天線系統的俯視圖。圖8示出示例天線系統的側視圖。將參考附圖對本發明進行說明。一般地，元件第一次出現在的附圖通常由對應參考數字中最左位數字表示。
具體實施例方式提出了在寬頻帶上產生圓極性的系統和方法。此類系統和方法包括在天線元件中引入接地針(grounding pin,地針)。該接地針能夠實現25%或更多的阻抗和CP帶寬。圖1示出示例天線系統100的俯視圖。提供該示例天線系統100僅用于說明的目的，而不用于限制本發明的實施方式。示例天線系統100包括天線元件102、接地平面104、饋線探針110。如本領域技術人員基于此處的教導應當理解的，在其他實施方式中，天線系統100可以包括多個天線元件102或天線元件102的陣列。天線元件102可以是印刷式天線或微帶天線,如貼片天線(patch antenna)。如圖1示出，天線元件102為矩形，帶有X維度114和Y維度116。狹槽112形成在天線元件102內，附加地給予天線元件102 — U形形狀。在其他實施方式中，天線元件102可以是方形、橢圓形、圓形、或任何其他連續形狀。天線元件102安裝在接地平面104上方。在一個實施方式中，天線元件102使用居間的一個或多個電介質隔片層(圖1中未示出)安裝在接地平面104上方。天線元件102例如可通過將天線圖案蝕刻到電介質襯底或半導體襯底上形成。饋線(到達發射器或接收器)通過電耦合至饋線探針110的饋送節點106提供至天線元件102。接地線通過電耦合至接地平面104的接地節點108提供至天線元件102。在其他實施方式中，省去了接地線(和接地節點108)。根據一些實施方式，天線元件102配置為發射圓極化(CP)輻射。在圓極化中，發射的電磁波具有振幅恒定但在電磁波行進方向上旋轉的電場(相關聯的磁場也恒定且在垂直于該電場的方向上旋轉)。該電場可以順時針方式(右旋圓極化)或逆時針方式(左旋圓極化)進行旋轉。理想的CP電場由振幅相同且相對于彼此成90°異相的兩個正交線性極化電場分量構成。為產生CP天線，傳統的方法通過提供兩個饋源至天線來產生兩個正交線性極化電場分量。此兩個饋源激勵兩個正交(例如，X方向、Y方向)電磁場模式，使得其中一個模式相對于另一個模式具有90°相位延遲。正交電場分量的振幅比率(所知的軸比(AR))是對產生的圓極性的質量的測量。當天線剛好在兩個受激模式的共振頻率中間操作時可獲得OdB的AR，使得兩個模式具有相同的振幅。在示例天線系統100中，在期望頻率范圍(期望的CP帶寬)上使用單個饋源可實現圓極性。因而與傳統設計相比，可省去至少一個饋源。根據一些實施方式，圓極性的實現可通過選擇/配置一個或多個X維度114、Y維度116、X維度114與Y維度116的比率、天線元件102相對于接地平面104的尺寸、饋源節點106在天線元件102內的位置、接地節點108在天線元件102內的位置、接地節點108相對于饋源節點106的位置，從而使得兩個正交電磁場模式在期望的CP帶寬上受激發。進一步調整以上列出的參數中的一個或多個使得所產生的圓極性在期望的CP帶寬上滿足期望的質量(例如，AR)。在一實施方式中，期望的CP質量通過僅配置/調整饋源節點106和接地節點108在天線元件102內的位置來實現。在另一個實施方式中，期望的CP質量通過僅配置/調整天線元件102的尺寸/形狀以及饋源節點106的位置來實現。除了潛在地有助于獲得圓極性，天線元件102的X緯度114和Y緯度116影響天線元件102的阻抗帶寬。較之于公知的阻抗(例如，500hms)，天線的阻抗帶寬是天線的可用頻率范圍。因而，在一些實施方式中，天線元件102的X維度114和Y維度116選擇成使得實現天線元件102的期望阻抗帶寬。天線元件102內的狹槽112也可用于通過減少天線元件102的信號反射來獲得期望的阻抗帶寬。此外，在一個實施方式中，進一步選擇/配置以下項目中的一個或多個:X維度114、Y維度116、X維度114與Y維度116的比率、天線元件102相對于接地平面104的尺寸、饋源節點106在天線元件102內的位置、接地節點108在天線元件102內的位置、以及接地節點108相對于饋源節點106的位置，從而使得天線元件102的阻抗帶寬在寬頻帶上與天線元件102的期望CP帶寬一致。這使得天線元件102能夠在較寬的可用頻率范圍上產生高質量的圓極性(即，其中天線元件102具有較低的回波損耗)。圖2示出以上圖1說明的示例天線系統的側視圖。如圖2示出，在一實施方式中，饋源節點106使用芯片通孔(through-chip via) 118電稱合至饋線探針110。相似地,接地節點108使用芯片通孔120電耦合至接地平面104。如本領域技術人員所理解的，也可使用其他方式將饋源節點106和接地節點108分別互連至饋線探針110和接地平面104。圖3示出示例天線系統300的三維視圖。提供該示例天線系統300僅用于說明的目的，而不用于限制本公開的實施方式。與示例天線系統100相似，示例天線系統300包括天線元件102、接地平面104、以及饋線探針110。如本領域技術人員基于此處的教導應當理解的，在其他實施方式中，天線系統300可以包括多個天線元件102或天線元件102的陣列。如圖3示出，天線元件102安裝在接地平面104上方。在一個實施方式中，天線元件102使用居間的一個或多個電介質隔片層(圖3中未示出)而安裝在接地平面104上方。饋線(到達發射器或接收器)經由利用芯片通孔118電耦合至饋線探針110的饋源節點106而提供至天線元件102。天線元件102還包括三個接地節點302a_c (可使用任何其他數量的接地節點)，所述接地節點中的每個均可以電耦合至接地平面104。在一些實施方式中，接地節點302a-c中的每一個可獨立于其他接地節點耦合至接地平面104。因此，任何數量的接地節點302a-c可以在任何時間耦合至接地平面104。例如，接地節點302a_c中多于一個的接地節點可在同時耦合至接地平面104。在一實施方式中，電耦合至接地平面104的接地節點302a_c的數量和/或位置由天線系統300的期望極性類型確定。例如，在一些實施方式中，對于圓極性，接地節點302a電耦合至接地平面104并且使接地節點302b和302c打開。在該配置中，兩個正交電磁場模式受激發。對于橢圓輻射，接地節點302b電耦合至接地平面104并且使接地節點302a和302c打開。對于線性極化，接地節點302c電耦合至接地平面104并且使接地節點302a和302b打開。該配置激發單個電磁場模式。通過同時耦接接地節點302a-c中的多于一個接地節點也可實現其他類型的極化。如以上說明的示例天線系統100那樣，可在天線系統300中在期望的極化帶寬上用單個饋源來實現每個不同類型的極化(即，圓形、橢圓、線性)。因此，在圓極化的情況下，與傳統設計相比，省去了至少一個饋源。在一些實施方式中，除了選擇耦合至接地平面104的接地節點302a_c的數量和/或位置，也可能需要配置/調整天線系統300的其他參數。這些參數包括以下項目中的一個或多個，例如，X維度114、Y維度116、X維度114與Y維度116的比率、天線元件102相對于接地平面104的尺寸、饋源節點106在天線元件102內的位置、接地節點302a-c在天線元件102內的位置、以及接地節點302a-c相對于饋源節點106的位置。在一個實施方式中，可通過控制位于接地節點302與接地平面104之間的相應開關(圖3中未示出)來使接地節點302a-c中的每一個電耦合至接地平面104或打開。使用相應控制信號可以控制相應的開關。因此，可通過控制相應開關如期望的那樣來動態地調節天線系統300的極化類型。例如，在涉及由多個子信道組成的寬頻帶的應用中，天線系統300可以重新配置為在每個子信道輻射不同的極性類型。圖4示出以上圖3中說明的示例天線系統300的側視圖。如圖4示出，在一個實施方式中，接地節點302a-c中的每一個通過相應的芯片通孔304和相應的開關306耦合至接地平面104。圖4中，僅示出對應于接地節點302a的芯片通孔304a和開關306a。當開關306a閉合時，接地節點302a電耦合至接地平面104。在其他情況下，接地節點302a打開。在一個實施方式中，開關306a包括變容器(可變容二極管)，所述變容器受相應控制信號控制以改變其電容。其他類型的有源開關也可以用于開關306a。如本領域技術人員所理解的，也可以使用其他方式將接地節點302a-c互連至接地平面104。圖5示出示例天線系統500的三維視圖。提供示例天線系統500僅用于說明的目的，而不用于限制本公開的實施方式。該示例天線系統500包括天線元件502、接地平面104、以及多個輸入探針510a-c。如本領域的技術人員基于此處的教導應當理解的，在其他實施方式中，天線系統500可以包括多個天線元件502或天線元件502的陣列。天線元件502可以是印刷式天線或微帶天線，比如貼片天線。如圖5示出，天線元件502具有方形形狀。兩個狹槽504和506形成在天線元件502內，額外地給予天線元件102 一 W形形狀。在其他實施方式中，天線元件502可以是矩形、橢圓形、圓形、或任何其他連續形狀。天線元件502安裝在接地平面104上方。在一個實施方式中，天線元件502使用居間的一個或多個電介質隔片層(圖5中未示出)安裝在接地平面104上方。天線元件102例如可以通過將天線圖案蝕刻到電介質襯底或半導體襯底上形成。天線元件502包括多個節點508a_c。節點508a_c分別使用相應芯片通孔512a_c電耦合至輸入探針510a_c。根據一些實施方式，輸入探針510a_c可用于易變饋源天線元件502，以使得節點508a-c中的每一個可彼此獨立地配置為饋源節點、接地節點、或開型節點。在一個實施方式中，轉換機構(包括一個或多個開關，未在圖5中不出)用于將相應輸入信號稱合至輸入探針510，從而配置節點508a-c。根據節點508a_c的配置，可使用天線系統500實現相應極化類型。例如，可以對天線元件502饋送以激發兩個正交模式，從而產生(右旋或左旋)圓極化輻射。替換地，可以對天線元件502饋送以激發單個模式，從而產生線性極化輻射。節點508a-c可重新配置以如期望的那樣調節天線系統500的極化。如以上說明的示例天線系統100那樣，可在天線系統500中在期望的極化帶寬上用單個饋源實現每個不同類型的極化(即，圓形、橢圓形、線性)。因此，在圓極化的情況下，與傳統設計相比，省去了至少一個饋源。在其他實施方式中，使用兩個或更多個饋源來實現不同的極化。圖6示出了示例天線系統500的示例配置。如本領域的技術人員根據此處的教導應當理解的，提供圖6的示例配置僅用于說明的目的，而不用于限制本公開的實施方式。如以上說明的，由此，使用示例天線系統500并通過配置節點508a_c可獲得不同的極化類型。例如，如圖6示出，通過將節點508b配置為接地節點、將節點508c配置為饋源節點、并且將節點508a配置為開型節點，可產生右旋圓極化(RHCP)。在一個實施方式中，這通過將O (伏特)輸入信號耦合(使用轉換機構)至輸入探針510b (該輸入探針耦合至節點508b)，以及將+V (伏特)輸入信號耦合至輸入探針510c (該輸入探針耦合至節點508c)來實現。使輸入探針510a打開。相似地，通過以相同的方式將節點508b配置為接地節點、將節點508a配置為饋源節點、并且將節點508a配置為開型節點，可產生左旋圓極化(LHCP)。在一個實施方式中，通過將節點508a和508c配置為饋源節點并使節點508b為開型節點，可實現線性極化。由此，+V (伏特)和-V (伏特)輸入信號被分別施加至輸入探針510a和510c，并且使輸入探針510b打開。在一個實施方式中，可通過適當地配置轉換機構的配置來激活輸入探針510a_c的任一不同的饋電模式。在一實施方式中，將輸入信號-V (伏特)、0 (伏特)、以及+V (伏特)提供至轉換機構，所述轉換機構根據天線系統500的期望配置將輸入信號耦合至輸入探針5IOa-C中的相應一個。圖7示出示例天線系統700的俯視圖。提供示例天線系統700僅用于說明的目的，而不用于限制本公開的實施方式。示例天線系統700包括天線元件102、接地平面104、以及多個饋線探針704a-b。如本領域的技術人員應基于此處的教導應當理解的，在其他實施方式中，天線系統700可以包括多個天線元件102或天線元件102的陣列。天線元件102安裝在接地平面104上方。在一個實施方式中，天線元件102使用居間的一個或多個電介質隔片層(圖7中未示出)來安裝在接地平面104上方。天線元件102包括多個饋源節點702a-b (也可使用任何其他數量的饋源節點)，所述多個饋源節點中的每一個電耦合至饋線探針704a-b中相應的一個饋線探針。天線元件102也可以包括一個或多個接地節點(圖7中未示出)。根據實施方式，饋線探針704a_b可用于提供單個差分饋源至天線系統700。在一個實施方式中，單個差分饋源配置為激發兩個正交模式，以使得天線系統700在期望的CP帶寬上輻射圓極化波。在其他實施方式中，單個差分饋源在相位上進行了調整，以產生其他類型的極化。在一個實施方式中，饋線探針704a_b耦合至差分移相器(圖7中未示出)的輸出。移相器可用于調節其輸出的相位(+/-0-180° )，包括通過將+/-180°的相移施加至其輸出來執行相轉換。調節移相器的輸出的相位改變了天線系統700的極化類型。由此，天線系統700的極化可通過配置/重新配置施加至饋線探針704a-b的移相器的輸出的相移來進行配置/重新配置。在一個實施方式中，移相器用于對其輸出施加相轉換，從而使饋線探針704a-b的極性(以及由此，饋源節點702a-b的極性)轉換。由此，天線系統700的圓極化可從左旋圓極化重新配置為右旋圓極化，反之亦然。圖8示出以上圖7中說明的示例天線系統700的側視圖。如圖7中示出，在一個實施方式中，饋源節點702a和702b通過相應的芯片通孔706a和706b分別電耦合至饋線探針704a和704b。如本領域技術人員所理解的，也可使用其他方式將饋源節點702a和702b分別互連至饋線探針704a和704b。以上已借助示出實施方式的具體功能及其關系的執行方式的功能構建模塊對實施方式進行了說明。為了方便說明，這些功能構建模塊的邊界在此處是任意定義的。只要實施方式的具體功能及其關系得以適當地執行，也可定義替換的邊界。
具體實施方式
的前述詳細說明將充分揭示本公開的一般屬性，因此，通過運用相關領域知識在沒有過度試驗并且在不違背本公開的一般概念的情況下，本領域的技術人員可容易地修改和/或調整這些具體實施方式
的各種應用。因此，根據此處公開的教導和指導，這種調整和修改旨在落在所公開實施方式的等同物的含義和范圍內。應當理解，此處的措辭和術語僅用于說明而不是限制的目的，是使得本領域的技術人員在參閱了本文的教導和指導后能理解本說明書中的措辭和術語。本公開實施方式的廣度和范圍不應由上述示例性示意性實施方式中的任一個限制，而僅由所附的權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種天線系統，包括: 接地平面；以及 天線元件，所述天線元件包括多個輸入節點并且安裝于所述接地平面的上方的平面中， 其中，所述天線元件通過配置所述多個輸入節點中的至少一個來配置為期望的極化類型。
2.根據權利要求1所述的天線系統，其中， 所述多個輸入節點包括單個饋源節點，所述天線系統還包括電耦合至所述單個饋源節點的饋線探針；或者 所述天線系統還包括多個饋線探針，每個饋線探針電耦合至所述多個輸入節點的相應一個輸入節點。
3.根據權利要求2所述的天線系統，其中，所述多個輸入節點包括多個接地節點，所述多個接地節點中的至少一個電耦合至所述接地平面。
4.根據權利要求3所述的天線系統，還包括: 多個開關，每個 開關位于所述多個接地節點的相應接地節點與所述接地平面之間，并且每個開關能控制以將所述相應接地節點電耦合至所述接地平面。
5.根據權利要求4所述的天線系統，其中，所述多個開關的中每個包括相應的變容器。
6.根據權利要求1所述的天線系統，還包括: 多個輸入探針，每個輸入探針電耦合至所述多個輸入節點的相應一個輸入節點。
7.根據權利要求6所述的系統，還包括: 至少一個開關，所述至少一個開關能控制以將相應輸入信號耦合至所述多個輸入探針，其中，所述相應輸入信號將所述多個輸入節點中的每個輸入節點配置為饋源節點、接地節點、或開型節點。
8.根據權利要求7所述的系統，其中， 所述相應輸入信號將所述多個輸入節點中的一個輸入節點配置為饋源節點，并且將所述多個輸入節點中的一個輸入節點配置為接地節點，從而將所述天線元件配置為用于圓極化；或者。
所述相應輸入信號將所述多個輸入節點中的兩個輸入節點配置為饋源節點，從而將所述天線元件配置為用于線形極化。
9.根據權利要求1所述的天線系統，還包括: 具有耦合至所述多個饋線探針的輸出的差分移相器，所述差分移相器配置為調整該差分移相器的輸出的相位，以將所述天線元件配置為所述期望的極化類型。
10.一種天線系統，包括: 接地平面； 天線元件，所述天線元件安裝在所述接地平面上方的平面中，所述天線元件包括位于所述天線元件內的第一位置中的饋源節點以及位于所述天線元件內的第二位置中的接地節點，所述接地節點電耦合至所述接地平面；以及 饋線探針，所述饋線探針電耦合至所述天線元件的所述饋源節點， 其中，所述第一位置和所述第二位置選擇成使得，所述天線元件利用提供至所述饋線探針的單個饋源在期 望的圓極化帶寬上配置為圓極化(CP)。
全文摘要
本發明涉及天線領域，并提供了一種天線系統，其包括接地平面；以及天線元件，所述天線元件包括多個輸入節點并且安裝于所述接地平面的上方的平面中，其中，所述天線元件通過配置所述多個輸入節點中的至少一個來配置為期望的極化類型。本發明能夠重新配置從而產生高質量的圓地、橢圓地、或線性地極化輻射的天線系統。
文檔編號H01Q1/48GK103107421SQ20121036596
公開日2013年5月15日 申請日期2012年9月27日 優先權日2011年11月4日
發明者赫里索烏拉·A·基里亞齊多 申請人:美國博通公司