[发明专利]天线元件及天线元件的阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线元件，更具体地，涉及一种在使信号强度最大并减少干扰的超宽带网络中使用的天线元件。

背景技术

超宽带(ultra-wideband)是在非常宽的频率范围(3.1至10.6GHz)内传输数字数据的无线电技术。通过在大带宽上散布RF能量，所传输的信号实际上不能被传统的频率选择RF技术检测到。然而，低传输功率将通信距离限制为通常小于10至15米。

对于UWB存在两种方法：时域方法，其根据具有UWB性能的脉冲波形构建信号；以及频域调制方法，在多(频)带上使用传统的基于FFT的正交频分复用(OFDM)，称为MB-OFDM。UWB方法导致覆盖频谱内的非常宽带宽的频谱成分，因此称为术语超宽带，从而带宽占用百分之二十以上的中心频率，通常为至少500MHz。

超宽带的这些性能(与非常宽带宽结合)意味着UWB为用于在家庭或办公室环境中提供高速无线通信的理想技术，从而正在通信的设备在另一设备的10-15m的范围内。

图1示出了用于超宽带通信的多带正交频分复用(MB-OFDM)系统中的频带布置。MB-OFDM系统包括每个均为528MHz的14个子带，并且在子带之间使用每312.5ns的跳频作为接入方法。在每个子带内，采用OFDM和QPSK或DCM编码来传输数据。注意，5GHz周围的子带(目前为5.1-5.8GHz)被保留为空值，以避免与现有窄带系统(例如，802.11aWLAN系统，安全机构通信系统或航空工业)的干扰。

14个子带被组织成五个带组，四个带组具有三个528MHz的子带，一个带组具有两个528MHz的子带。如图1所示，第一带组包括子带1、子带2和子带3。典型UWB系统将在带组的子带之间采用跳频，使得第一数据符号在带组的第一频率子带内在第一312.5ns持续时间间隔内被传输，第二数据符号在带组的第二频率子带内在第二312.5ns持续时间间隔内被传输，以及第三数据符号在带组的第三频率子带内在第三312.5ns持续时间内被传输。从而，在每个时间间隔期间，数据符号在具有528MHz带宽的各自子带内被传输，例如，具有以3960MHz为中心的528MHz基带信号的子带2。

超带宽的技术性能意味着其被部署用于数据通信领域内的应用。例如，存在集中于以下环境中的电缆替换的多种应用：

-PC和外围设备(即，诸如硬盘驱动器、CD刻录器、打印机、扫描仪等的外部设备)之间的通信。

-家庭娱乐设备，诸如电视和通过无线设备、无线扬声器等连接的设备。

-手持设备和PC之间的通信，例如移动电话和PDA、数字相机和MP3播放器等。

用在超带宽系统中的天线布置通常是全向的，这意味着无线信号将从有源辐射元件向所有方向发射，并且许多全向性天线被设计成支持在3.1到10.6GHz的整个UWB带宽上的操作。

这使得来自特定环境(例如，住宅)中的一个设备的数据传送与来自另一设备的数据传送相互干扰。因此，在这种高速通信网络中需要方向性。

在目标在于非常高数据率应用的未来系统中，在使用许多较高增益元件方面有许多优点，其中每个元件均覆盖指定的角度区域(angular sector)。尽管可以使用可提供超带宽网络所需要的宽带宽的行波元件，但这种元件的阵列相对较大。

天线也可以包括扼流元件，其被设置成例如由于地平面使天线的操作与不利的衍射效果相隔离。这种扼流元件用于抑制沿金属结构流动的电流。

因此，本发明的目的在于提供天线元件以及用在超带宽系统中的天线布置，其克服了上述传统布置的问题。

发明内容

发明人已经发现，通过以与辐射元件有关的特定方式配置频率整形设备，频率整形设备可以对由辐射元件发射的信号起到宽带效应(broad-banding effect)的作用，而不是阻止该信号。

根据本发明的第一方面，提供一种用于超宽带网络的天线元件，该天线元件包括：辐射元件，用于响应于在馈电点接收的信号在频率范围内辐射信号；以及频率整形设备，定位在辐射元件的馈电点附近，频率整形设备被配置为具有用作辐射元件的宽带设备的轮廓。

优选地，该频率整形设备包括位于馈电点附近的多个单独的频率整形部。

优选地，多个单独的频率整形部包括同心配置的表面。

优选地，多个同心配置的表面具有各自的高度，沿垂直于天线元件的底板的方向测量同心配置的表面的高度。

优选地，多个同心配置的表面具有不同的高度。

优选地，辐射元件包括全向单极(monopole)。