[发明专利]四端口螺旋天线小型化

说明书

本发明描述了具有四个独立端口的四线螺旋天线，用于降低高度。所述QHA包括绕在公共纵向天线轴上的四个导电螺旋迹线。所述导电螺旋迹线用于在选择的频段上进行发送或接收。每个所述导电螺旋迹线通过各自的发射线连接到所述天线的各自的端口。所述QHA还包括与所述导电螺旋迹线绝缘且叠加在所述导电螺旋迹线上的至少一个导电组件。所述至少一个导电组件用于在所述频段内提供阻抗匹配。

交叉申请

本发明要求2017年1月12日递交的发明名称为“四端口螺旋天线小型化”的第15/404,898号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及具有四个独立端口的四线螺旋天线(quadrifilar helical antenna，简称为QHA)的小型化，包括用于多入多出(multiple-input multiple-output，简称为MIMO)通信系统和其他无线通信系统。

背景技术

四线螺旋天线(QHA)由四个独立的螺旋迹线组成，具有四个独立的端口。QHA可由金属丝和导电条构成，或可以印在缠绕成圆柱形以通过合适的馈电网络产生圆形极化辐射的介电片上。QHA已被用于天线分集、陆地移动卫星(land mobile satellite，简称为LMS)通信以及其他卫星通信和导航系统。

QHA已被用作多入多出(MIMO)系统中应用的二元、三元或二乘二元阵列中的圆极化(circularly polarized，简称为CP)单端口天线振子。在MIMO应用中，通常实现仅具有两个独立物理端口的天线振子。与具有四个空间上分开的半波长偶极子的MIMO系统相比，在单天线MIMO系统中已经使用了四端口QHA天线振子。将多端口QHA用作天线阵列中的天线振子有助于减小所述天线阵列的总尺寸，这有利于小型化以及降低成本。

2015年8月28日递交的发明名称为“多线螺旋天线”的第14/839，192号美国专利申请案中描述了多端口QHA设计示例，其全部内容以引入的方式并入本文。通过修改该设计，可以得到有益效果，例如，降低天线高度、优化辐射图、减少端口之间的耦合和/或保持较宽的阻抗带宽。

发明内容

此处描述的各种示例提供了能够在MIMO和其他合适的应用中增加天线端口的数量的QHA设计。与现有技术中的QHA相比，通过在本文描述的示例中加入一个或多个电容(例如，金属)导电组件，本发明的QHA可以具有更紧凑的尺寸、优化的辐射图、足够宽的阻抗带宽且降低了成本。也可以增大容量(例如，用比特/秒为单位进行测量)与信噪比(signal-to-noise ratio，简称为SNR)之比。在一些示例中，与现有技术中的QHA相比，可以降低近70％的天线高度、优化辐射图、降低对端端口的耦合以及增加天线阻抗和图样带宽。

所公开的示例性QHA可以使四端口天线振子能够用于天线阵列(例如，用于大规模MIMO应用)，这可以使得阵列面板的尺寸与使用双端口天线振子的阵列相比得到减小(例如，在一些示例中，减小约42％的尺寸)。

在一些示例中，本发明描述了QHA。所述QHA包括绕在公共纵向天线轴上的四个导电螺旋迹线。所述导电螺旋迹线用于在选择的频段上进行发送或接收。每一个所述导电螺旋迹线通过各自的发射线连接到所述天线的各个端口。所述QHA还包括与所述导电螺旋迹线绝缘且叠加在所述导电螺旋迹线上(或下)的至少一个导电组件。所述至少一个导电组件用于在所述频段内提供阻抗匹配。

在一些示例中，本发明描述了天线阵列。所述天线阵列包括多个四端口QHA。每个QHA包括绕在公共纵向天线轴上的四个导电螺旋迹线。所述导电螺旋迹线用于在选择的频段上进行发送或接收。每个所述导电螺旋迹线通过各自的发射线连接到所述天线的各个端口。每个QHA还包括与所述导电螺旋迹线绝缘且叠加在所述导电螺旋迹线上(或下)的至少一个导电组件。所述至少一个导电组件用于在所述频段内提供阻抗匹配。