[发明专利]具有偶极子的三重偏振苜蓿叶形天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线设备，包括用于提供恒定电流电回路的近似(approximation)的装置，所述恒定电流电回路的近似被布置成提供第一基本为超环面形(toroid-shaped)的辐射图，其中所述天线设备进一步包括第一和第二电偶极子，所述电偶极子基本上被彼此正交(orthogonal)布置，并且被布置成提供第二和第三基本为超环面形的辐射图，所述第二和第三基本为超环面形的辐射图彼此基本上正交并且都与第一基本为超环面形的辐射图正交。

背景技术

对无线通信系统的需求已经稳步发展，并且仍然继续发展，并且在此发展期间已经取得了多个技术改进阶段。为了通过使用不相关的传播路径来使无线系统获得增加的系统容量，已经考虑用MIMO(多输入多输出Multiple Input Multiple Output)系统来构建用于提高容量的优选技术。MIMO使用多个独立无关的信号路径，例如借助于若干发射和接收天线。所期望的结果是具有多个不相关的天线端口以供接收和发射。

对MIMO来说，所期望的是对信道进行估计并且连续地更新此估计。可以通过以先前已知的方式连续地发射所谓的导频信号来执行此更新。所述信道的估计产生信道矩阵。如果多个发射天线Tx向多个接收天线Rx发射信号(所述信号构成所发射的信号向量)，则在每个Rx天线中对所有Tx信号求和，并且借助于线性组合来形成所接收的信号向量。通过使所接收的信号向量与所反向的信道矩阵相乘，可以对所述信道进行补偿并且获取原始信息，即如果知道确切的信道矩阵，那么就有可能获取确切的发射信号向量。因此信道矩阵分别充当在Tx和Rx天线的天线端口之间的耦合。这些矩阵大小为MxN，其中M是Tx天线的输入(天线端口)的数目而N是Rx天线的输出(天线端口)的数目。这对于MIMO系统领域中的技术人员都是已知的。

为了使MIMO系统能够有效地运行，就需要发射信号是不相关的或至少基本上不相关的信号。在这里术语“不相关的信号”指的是辐射图基本上是正交的。这一点对于一个适于以至少两个正交偏振进行接收和发射的天线来说是可能的。如果要对一个天线使用两个以上的正交偏振，那么必须在所谓的具有多个独立传播路径的富散射环境中使用该天线，这是因为如果不那样的话便不可能得益于两个以上的正交偏振。当许多电磁波在空间中的单个点重合时，就认为出现了富散射环境。因此，在富散射环境中，由于多个独立的传播路径使天线的所有自由度都能够被利用，所以就能够利用两个以上的正交偏振。

MIMO系统的天线可以利用空间分离，即物理分离，以便在天线端口的接收信号之间实现低相关性。然而这会导致不适于例如便携式终端的大型阵列。另一种用于获得不相关信号的方式是借助于偏振分离，即通常利用正交偏振来发送和接收信号。

于是对具有三个端口的MIMO天线来说建议使用三个正交偶极子，但是这种天线制造起来很复杂并且当在较高频率使用时需要大量空间，例如用于MIMO系统的那些天线(大约2GHz)。

在US2002/0113748中，公开了两种优选正交布置的偶极子和回路元件。如所述申请的图5所示，所述回路元件采用环的形式，并且在所述环中的某一点进行馈送。

因为建议回路元件的直径高达工作频率的一个波长，从而表明所述回路可以长达若干个波长。

然而，为了使用依照US2002/0113748的天线设备来获取基本上与偶极子图正交的辐射图，一种方法是使用小型回路。这种小型回路应当具有大约在工作频率的十分之一波长的直径，从而产生恒定电流电回路元件的近似。使用恒定电流电回路或至少其充分的近似是用于获取基本上与偶极子图正交的辐射图的有利方法。

尽管在US2002/0113748中并没有明确地建议，但可以根据所述文献来推导出这种小型回路天线。然而，所述小型回路天线带宽相当窄并且由此难以适当地匹配，这是因为它具有高电抗和低电阻。此外，这种小型回路天线明显小于相邻的偶极子天线，从而导致难以实施的构造。

因此，依照US2002/0113748的天线设备存在着问题，这是因为回路元件必须非常小以便作为恒定电流回路元件的充分近似。

本发明所解决的目标问题是提供一种适于MIMO系统的天线设备，所述天线设备能够以三个基本上不相关的偏振进行发送和接收，并且应当包括两个基本上正交的偶极子和恒定电流电回路元件的近似。此外，恒定电流电回路元件的近似应当易于被匹配并且与根据现有技术方案推出的带宽相比具有大带宽。

发明内容