[发明专利]多天线系统

说明书

技术领域和背景技术

本发明总体上处于天线领域，并且涉及被配置成用于减小相邻天线之间的串扰的多天线系统。

各种天线系统利用多个天线元件来同时发射和/或接收电磁信号。在天线元件定位成相对接近的情况下，接近的天线之间的显著耦合和串扰从而会在发射和/或接收的信号中引入噪声。用于降低天线之间的隔离度的传统技术包括：增加天线之间的距离和/或在天线之间使用包括例如吸收材料和/或导电板的电磁辐射屏蔽物。这样的技术通常与系统的大的尺寸和/或重量相关联和/或与天线之间的低的隔离度相关联，这使得这样的技术不适于某些应用。

发明内容

本领域中需要这样一种天线系统：其包括工作于基本相同的波长范围(一般具有交叠的波长范围)的(一般至少两个)天线模块的阵列，并且同时保持天线之间的高电磁隔离度以及天线系统的小的尺寸。具体地，本领域中需要这样一种天线系统：其能够以基本类似的波长同时进行发射和接收，并同时提供天线之间的低的串扰和低的电磁耦合，从而允许在发射和/或接收的信号中获得高信噪比。特别地，在各种应用如蜂窝网络中，需要一种全向天线系统，其提供宽的方位角覆盖(如360°)并且使得能够在类似的波长处同时进行信号的发射和接收并且具有低的诱导噪声。

术语“噪声”在本文中指相关的、可能由于天线之间的耦合而诱导出的非期望信号。亦即，这样的噪声可以表现为一个天线由于其它天线的端口/端子中的信号/电压而接收到或发射出的信号。相应地，在本文中可互换地使用术语信噪比(SNR)和术语信号干扰比(SIR)来指示待被天线接收/发射的期望信号与由于该天线与其它天线之间的耦合而诱导出的非期望信号(干扰噪声)之比。

许多传统天线系统利用偶极子天线来提供高传输效率以及在垂直于天线的纵轴的方位角平面内的高的增益。在利用多个天线用于多个信号的同时接收和/或发射的应用中，天线之间的电磁(EM)耦合和串扰可能是使信号质量恶化以及消弱天线的作用的基本噪声源。

靠近的天线元件(位置上相邻的天线)之间的EM耦合由若干因素如天线元件/模块之间的距离和它们的空间特性(空间传输方向图/增益函数)决定。利用用于提供天线之间的低的耦合的传统技术通常与天线系统的大的尺寸(形状因素)相关联并且还可能与大的重量相关联。这是因为对于所要获得的高的隔离度，应该提供天线之间的大的距离——大于工作天线波长的几个波长。另外，在使用电磁辐射屏蔽物(导电/吸收板)在天线之间去耦合时，这样的屏蔽物一般具有大的尺寸(如超过若干波长)。

两个天线之间的EM耦合(即串扰)可以通过以下之间的比率来定义：由于在另一天线的发射或接收操作模式期间施加于第二天线的电压而在一个天线的端子上生成的电压。具体地，两个天线之间的耦合可以以对数分贝单位(dB)来计量并且定义为如下：

等式(1)：C_db＝20Log₁₀(V₁/V₂)

其中C_db是以dB为单位的天线之间的EM耦合的测量值，V₂是在EM辐射的发射和/或接收期间在第一天线上生成的电压，以及V₁是响应于作用于第一天线上的电压而在第二相邻天线的端子上影响/诱导出的电压。

考虑例如具有施加于其端子的时谐(正弦)电压V₂的第一发射天线，由所述天线转化为EM辐射的所施加的电压提供通过天线发射的如下功率P：

等式(2)：

其中Z为天线的阻抗。

对于各向同性天线，所发射的功率平均地分布在所有方向上。相应地，由这样的各向同性的天线辐射的功率密度S₀仅依赖于距离天线的距离r并且平均地分布在这个距离处的球壳上，即：

公式(3)：S₀(r)＝P/4πr²。

非各向同性源/天线与空间天线增益(G(θ,φ))函数相关联，其中空间天线增益(G(θ,φ))函数指示天线在远场中的空间辐射方向图。天线增益一般尤其由天线的辐射元件的物理结构确定。天线增益是由特定天线针对一定坐标(距离为r并且以θ、φ给定的方向)提供的实际功率密度S与由各向同性天线/源提供至相同距离r的功率密度S₀相比较而得到的测量值。因而，考虑以对数dB为单位的天线增益函数G(θ,φ)，提供如下：