[发明专利]用于多模式可重新配置扇形天线的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及扇形天线(sector antenna)，并且更具体地涉及用于可配置扇形天线的系统和方法，该扇形天线具有能够基于有效辐射阵列的特性以多个扇形角之一辐射以便覆盖多个扇区(sector area)中的一个扇区的多个辐射阵列。

背景技术

天线是发射或接收信号的电气装置。更具体地，天线担当将射频(RF)能量辐射到外界或从外界接收射频能量所经由的端口。普通的天线为全向天线。全向天线在所有的方向上、基本上以360度模式辐射。然而，这样的天线并非要求辐射的定向性或聚焦性更强的问题的有效解决方案。能够将辐射功率聚焦在多个特定区域之一上的单个稳健天线是理想的，部分原因在于其有效的功率分配，部分原因在于在生产中直接的成本节约以及在更先进的商业应用中的可能应用。

扇形天线提供对该问题的普通解决方案。扇形天线是将360度的球形区域分为更小区段、例如两个180度、三个120度或四个90度区域的天线。扇形天线于是一般主要朝特定区段的方向辐射以向特定地理位置提供更加聚焦的辐射。这种在特定方向上的集中辐射提高天线的定向增益，使天线更加有效。然而，这些标准的扇形天线存在缺点。每个特定的扇形天线被设计和构造为仅以特定度数的角度辐射以覆盖预定的区域。一旦将标准的扇形天线构造用于满足这些预定的规格，就不能对该天线加以修改。例如，可以将扇形天线构造为将其辐射对准45度的角度以覆盖特定的地理区域。若改变应用并且需要向不同的区域或以不同的角度辐射，则出现问题。在这种情况下，必须针对与不同地理区域对应的各种不同孔径角设计并制造多个扇形天线。由于每个扇形天线仅适合于特定的情形，因此有必要改变天线的特性以响应情形的变化。因此，传统上需要用适合于新情形的替换扇形天线来调换天线或在电学上修改现有天线以应付情形的变化。由于必须制造两个单独的天线，替换天线增加了生产成本，并且要求完全替换整个天线。

在某些情况下，扇形天线可以是在电学上可修改的，或“智能的”。智能扇形天线可被用于尝试满足不同的参数或规范。切换波束天线正是这种类型的智能天线。然而切换波束天线同时产生多个波束，导致更加复杂和昂贵的设计，并且多个有效波束导致损耗和低效。通常，与标准的不可重新配置的扇形天线相比，用于控制上述智能扇形天线的构造有在电学上可修改的射频(RF)开关的双向天线由于电子重新配置而具有大约3到3.5dB的损耗。该损耗在许多敏感应用中是不能被接受的。因此，智能扇形天线由于系统复杂性、成本和它固有的额外信号损耗在许多情况下都不是可行的选择。

此外，扇形天线被构造为以固定的极化辐射。天线的极化涉及电磁波在离它们的源一定距离处的方向。例如，电磁波可能垂直取向或水平取向。合适的极化使天线性能最佳化，并且通常当发射天线的极化与接收天线的极化匹配时获得最佳的结果。这样的天线的极化和方向性被嵌入到天线辐射器结构中，并且不能被改变。因此，当需要在一个区域上以一种与扇形天线的极化不匹配的极化辐射信号时产生问题。在这种情况下，扇形天线的替换以及它所导致的缺陷又成为唯一可行的选择。

发明内容

从前述内容，显而易见的是，直接需要能够激活多个辐射阵列中的一个以在多个方向中的一个方向上辐射的单个可配置的扇形天线，从而满足用户的不断变化的需要，避免替换整个扇形天线，并且实现由于单个稳健的多模式产品的大量制造而导致的生产成本节约，同时避免由扇形天线的电气修改(electricalmodification)而导致的信号强度损耗。此外，理想的是提供能够被配置用于以不同的极化辐射以便满足变化的终端用户极化需要的单个扇形天线。因此，本发明的目的是通过提供涉及能够激活多个辐射阵列中的一个以便在多个极性的多个地理位置上以多个不同角度中的一个角度辐射的单个可配置扇形天线的系统和方法来克服上述问题。

在这个目的范围内，本发明的特征在于用于可配置用于通过激活多个辐射阵列中的一个而在多个扇区中的至少一个扇区中辐射的扇形天线的系统和方法。为了提高效率并且降低成本，单个扇形天线组件包括多个辐射阵列，每个都具有不同的特性，其中单个辐射阵列在特定的时间是有效的。此外，基于有效的辐射阵列，单个扇形天线可以以不同的极化辐射信号。这降低成本，促进能够用于多种应用的单个产品的稳健的大量制造，并且提高效率和性能。