[发明专利]用于无线通信的智能天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线，在优选实施例中，涉及用于无线通信的紧致低成本智能天线。

背景技术

智能天线可以向期望用户引导其主要波束，同时在干扰信号的方向上形成零值。其是未来陆地无线通信、卫星通信和雷达的关键技术之一。其可以通过提高频谱效率同时降低发射功率显著提高无线通信网络的容量。

随着智能天线增益的提高，其能够降低数字链路上的信噪比(SNR)，从而减少通信链路的误比特率(BER)。这允许现代接收机以更高的数据速率操作。

传统的智能天线由许多天线元件的阵列组成，每个元件需要其自身的接收和发射RF前端，该RF前端包括RF滤波器、低噪声放大器、混频器、以及RF功率放大器。每个元件还需要其自身的模拟至数字(A/D)和数字至模拟(D/A)转换器。这些使智能天线极为昂贵和笨拙，妨碍了其在商用无线通信网络中的广泛应用。

电子可引导无源阵列辐射器(ESPAR)天线是用于构造低成本智能天线系统的有前景的结构，其采用单个RF前端。可以通过使用例如低成本的变容二极管天线调谐每个元件的无功负载，来实现ESPAR天线的相移性能。典型的ESPAR结构由一个固定的受驱元件和围绕受驱元件的多个可调谐寄生元件组成。得到最广泛研究的ESPAR天线包括7个垂直安装并在水平面上扫描的1/4波长单极。一个1/4波长单极置于阵列中心，其他六个1/4波长单极被置于这一个1/4波长单极周围，等间隔地位于1/2波长直径圆上。所报导的ESPAR天线已报导了2至4dBi区域内的增益。然而，这些天线增益较小，并且通常过小以致无法以期望的高数据速率工作。

H.Scott和V.F.Fusco在“360°Electronically controlled beam scan array”，IEEE transactions on antennas and propagation，Vol.52，No.1，Jan.2004中介绍了具有高增益的电子波束扫描天线。这在整个360°方位角扫描范围上具有12dBi的增益。其包括：以两个同心环在水平面上布置的25个线元件的圆形阵列。每个寄生元件以两状态的无功元件为负载，允许它们被配置为反射器阵列。

发明内容

本发明寻求提供改进的智能天线以及优选地改进的低成本智能天线。

根据本发明的一个方面，提供了一种智能天线，包括多个寄生天线元件，所述多个寄生天线元件具有：配置器件；电压源，被配置为耦合至配置器件并提供DC电压；以及控制单元，用于调谐施加于配置器件的DC电压，其中，每个寄生天线元件能够基于施加于该寄生天线元件的电压被重新配置为反射器或导向器。

所述配置器件可以是多个电子组件中的任一个。在优选实施例中，每个配置器件包括变容二极管或pin二极管。

有利地，智能天线采用可重配置的方向性天线作为受驱元件。这产生波束可以被引导的受驱元件，在优选实施例中，波束可沿90°和270°、30°和210°、以及150°和330°的方向引导。

优选实施例提供了具有较小尺寸和低成本的电子波束转换或波束扫描智能天线，能够实现超过10dBi的增益。下面描述了这样的小智能天线的优选结构。将理解的是：术语波束转换和波束扫描通常描述相同的功能并且因此可以互换使用。

优选实施例提供了紧致低成本的电子波束转换或波束扫描智能天线，覆盖从2.45GHz到2.55GHz的频带。受驱元件是包括3个倒置F型天线(IFA)元件的方向性天线。除了受驱元件，在优选实施例中，还有12个IFA寄生元件，配置在受驱元件周围，并以配置器件(通常是变容二极管或pin二极管)为负载。通过调谐施加于配置器件的DC电压，每个寄生IFA天线元件可以被重新配置为反射器或导向器。这提供了对波束的转换或扫描机制。优选地，天线的半径为50mm，高度为40mm。与其他波束转换智能天线相比，该天线尺寸更小，成本更低，增益更高。

有利地，受驱元件被至少一个寄生元件环形阵列包围。这提高了智能天线的增益，从而使得与现有技术设备相比尺寸减小。在优选实施例中，受驱元件被至少第一和第二寄生元件环形阵列包围。理论上，对寄生元件环形阵列数目没有限制，理论上，环形阵列数目越多，天线增益越大，但成本和天线体积越大。已经发现：两个寄生元件环形阵列提供性能、成本和大小之间的良好折中。

优选地，每个环形阵列圆周对称。在每个阵列中，可以存在6个、12个或3的其他偶数倍个天线元件。

附图说明

以下参照附图，仅以示例方式，描述本发明的实施例，附图中：