[发明专利]天线系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及天线系统，特别涉及用于移动通信应用中的天线系统。

背景技术

近年来，移动通信系统正以日益迅猛的速度发展。这种系统一般包括多个按地理分布的基地站，称为信元的各基地站分别负责指定区域中移动通信的用户服务。当移动通信用户希望建立与另一用户的通信信道时，该移动通信用户将射频询问信号传送给最近的基地站。基地站天线接受询问信号，随后把询问信号传送给移动交换中心(MSC)，该中心提供被询问的连接。然后，基地站作为通信信道上的射频链，直至终止该通信信道。

移动通信系统一般使用许多基地站，以覆盖指定的区域。如上所述，每个基地站至少需要一个天线，用于接受用户的信号和向用户传送信号。天线通常安装在支杆上，该支杆被固定于信元范围内的制高点上，例如设置在大厦的顶部或山顶上，以获得对信元范围的全部覆盖。由于对于典型的系统需要大量的天线，所以较便宜地制造天线是很重要的。此外，由于安装定位的需要，使天线紧凑、重量轻和较容易地安装在支杆上也很重要。另外，天线还应该提供良好的性能特性，例如低损耗和线性运算。

在通信应用中，线路基本保持线性是很重要的。由于在使用多个邻近频率信道的系统中的非线性，可能造成系统的独立信道之间的干扰，所以在这种系统中，线路的线性尤为重要。也就是说，作为非线性的结果，来自一个或多个信道的频率成分可合并，形成在另一信道的频率范围中出现的交调产物。显然，这些交调产物将极大地降低系统性能。因此，应该努力使系统的非线性最小。

为了使天线系统更紧凑，可采用多层馈送配置。也就是说，电路结构可依存于两个或更多垂直层，而不是全都依存于相同的层，从而减少天线的整个外形尺寸。在这种多层系统中，必须设置用于在不同层之间耦合信号的装置。该耦合装置在不同层上的传输结构之间必须提供较好的阻抗匹配，并应该有较低的损耗。此外，耦合装置不应在天线外壳内产生不期望的传输模式(即在天线外壳内不应该辐射耦合)。

为了减小天线重量，一些系统在天线外壳内采用空气负荷(air loaded)传输线，以在输入/输出连接器和各辐射单元之间传输射频能量。一般来说，空气负荷传输线需要某些装置，以使中心导体悬挂在距一个或多个附近的接地构件预定距离，以实现需要的特性阻抗。以往的悬挂装置总是把介质负荷引入传输线，这在传输线上产生不期望的失配和损耗。为了降低失配的影响，以往的系统把悬挂装置设置在沿传输线的四分之一波距上，以便能够消除由邻近器件产生的反射。由于这种作法一般比支撑/悬挂中心导体需要更多的悬挂装置，所以使附加在系统上的附加重量和信号损失增加。

在设计用于大型通信系统的天线系统时，一个需要考虑的重要问题是易于安装。如上所述，典型的移动通信系统可能需要大批天线，以覆盖期望的服务区域。这些天线的安装和维护可能是需要很多工时，付出有关人工费的大量工作。因此，如果降低安装工艺过程的复杂性，那么就能够降低安装和维护成本。此外，降低天线安装复杂性能够减少系统的安装时间和提高安装者的安全。

发明概述

本发明涉及天线系统，特别涉及适合用于移动通信应用中的天线系统。该天线系统紧凑、重量轻，并且较便宜和易于制造和安装。此外，该天线系统较线性地工作。该天线系统有多层设计，从而降低了系统的整体尺寸，有把射频能量从一层传输给另一层的单一转换。

在本发明的构思中，充分认识到在传输通道或其它大电流区域中，存在金属与金属接触可导致的称为无源交叉调制的非线性电路效果。也就是说，在金属与金属接合处产生二极管效应，该效应可导致在系统的频率成分之间产生交调产物。这些交叉调制成分可产生在系统中各信道之间的干扰，因此，十分不期望产生这些交叉调制成分。按照本发明，可避免在大电流区域金属与金属的接触，从而防止产生无源交叉调制。