專利名稱：用于雙極化天線的隔離改進(jìn)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射和接收天線，尤其涉及在天線系統(tǒng)中天線之間的隔離。
背景技術(shù)：
為了在發(fā)射一個(gè)信號(hào)的同時(shí)接收另一個(gè)信號(hào)，在所設(shè)計(jì)的天線系統(tǒng)中面臨的一個(gè)問題是如何隔離接收子部件使得它不能拾取由發(fā)射子部件發(fā)射的信號(hào)。通過不同極化的發(fā)射和接收可以提供很大的隔離。但是即使在這種雙極化天線系統(tǒng)中也常常需要進(jìn)一步的隔離。
參照圖1，所示的一個(gè)普通的雙極化天線系統(tǒng)，它包括至少兩個(gè)相互正交元12、一個(gè)用于發(fā)射發(fā)射機(jī)信號(hào)的發(fā)射機(jī)天線元16以及一個(gè)用于同時(shí)接收接收機(jī)信號(hào)的接收機(jī)天線元17。所示的天線系統(tǒng)包括兩個(gè)陣列10和11，每個(gè)包括四個(gè)并行的天線元，每個(gè)陣列稱為一個(gè)天線。發(fā)射機(jī)信號(hào)經(jīng)過端口#1提供到發(fā)射機(jī)天線元10，而接收機(jī)信號(hào)在由接收機(jī)天線元11拾取后提供到端口#2。沒有隔離，即使兩個(gè)天線元16和17正交(并且陣列10的所有并行天線元正交于陣列11的在線天線元)，并且即使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)信號(hào)的頻率不同，接收機(jī)天線陣列11從發(fā)射機(jī)天線陣列10拾取一些信號(hào)。
為了抵消這種干擾作用，或者換句話說為了將接收機(jī)天線元與發(fā)射機(jī)天線元隔離，現(xiàn)有技術(shù)常常使用無源元件或?qū)щ姴牧细綦x層來提供隔離。這需要反復(fù)試驗(yàn)并因此是耗費(fèi)時(shí)間和昂貴的。另外，無源隔離層降低了天線性能，同時(shí)，無源元件或隔離層的特定配置僅用于一個(gè)頻帶；一般對于任何其他的頻帶必須使用不同的布置，并且將只用于一個(gè)特定的陣列幾何圖形。
在美國專利N0.5,373,297中，Briguglio的“具有寬帶有源和/或無源隔離控制的微波轉(zhuǎn)發(fā)器”公開了一種裝置，通過使用第二接收天線在微波轉(zhuǎn)發(fā)器中提供隔離，這里發(fā)射元發(fā)射由第一接收機(jī)元接收的信號(hào)，因此繼續(xù)它的傳播。第二接收天線聚焦在發(fā)射天線上以接收由發(fā)射天線輻射的一部分信號(hào)；它被對準(zhǔn)以便在它的輸出端提供發(fā)射信號(hào)，該信號(hào)(僅僅)具有與出現(xiàn)在第一接收天線輸出端的信號(hào)相同的增益和相位。隔離裝置包括耦合到發(fā)射天線和第一接收天線的放大器部分，用于放大和調(diào)制由第一接收天線接收的信號(hào)并且隨后提供它到發(fā)射天線；耦合到第二接收天線的移相器；以及具有耦合到第一接收天線和移相器的輸入端并且具有耦合到放大器部分的輸出端的功率合成器。功率合成器將由第一接收天線拾取的信號(hào)與由第二接收天線接收并且隨后由移相器移相的信號(hào)組合起來。這個(gè)移相信號(hào)與來自移相器的相同信號(hào)有180°的移相。(這樣，來自發(fā)射元不需要的信號(hào)出現(xiàn)在第一接收元的輸出端口，并且隨后在合成器中產(chǎn)生抵消)。
同樣在美國專利No.4,480,255中公開的Davidson的“用于獲得天線陣列之間高隔離的方法”，通過抵消不希望的信號(hào)提供隔離使得由射頻發(fā)生器驅(qū)動(dòng)的第一天線陣列和耦合到例如射頻通訊裝置的第二天線陣列可以是一個(gè)用于同時(shí)接收和發(fā)射的收發(fā)信機(jī)，可以相互靠近定位。在提供的隔離中，兩個(gè)天線陣列中每一個(gè)的各個(gè)元被認(rèn)為屬于第一或第二部分。每個(gè)發(fā)射陣列的兩個(gè)部分以90°相位差(相互間)和以相同的功率驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)天線陣列在空間上相互間足夠地靠近使得由一個(gè)陣列發(fā)射和由另一個(gè)陣列接收的輻射在到達(dá)與另一個(gè)陣列有關(guān)的射頻發(fā)生器之前經(jīng)受一個(gè)抵消效應(yīng)。
這兩種方法根據(jù)所使用的相消抵消技術(shù)提供隔離。但是，在美國專利No.5,373,297中，Briguglio要求組合兩個(gè)接收信號(hào)，一個(gè)是移相的，在仔細(xì)對準(zhǔn)第二接收天線之后用于提供被移相的信號(hào)以便以正確增益和相位對一個(gè)信號(hào)提供移相。在美國專利No.4,480,255使用的方法中，Davidson限制了天線陣列的間隔?，F(xiàn)在需要一種提供隔離的方法，它比使用對準(zhǔn)的第二天線更始終如一和要求較少反復(fù)試驗(yàn)，以提供用于抵消的正確的相位和增益，不限制天線陣列在空間上如何放置。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的目的是提供一種隔離電路來改進(jìn)雙極化天線系統(tǒng)兩個(gè)端口之間的隔離，并且通過較少反復(fù)試驗(yàn)始終如一地提供這種隔離，采用的方式不限制發(fā)射天線和接收天線在空間上如何放置。
本發(fā)明在一個(gè)隔離電路中達(dá)到上述目的，用在一個(gè)雙極化天線系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有一個(gè)響應(yīng)發(fā)射信號(hào)并且連接到發(fā)射機(jī)天線的第一端口，用于提供發(fā)射機(jī)信號(hào)，也具有連接到接收機(jī)天線的第二端口，隔離電路包括一個(gè)耦合裝置，用于通過耦合到第一端口的發(fā)射信號(hào)從發(fā)射信號(hào)得到一抵消信號(hào)(canceling signal)，并且用于在第二端口提供抵消信號(hào)，耦合裝置提供的抵消信號(hào)的幅度大體上等于經(jīng)過接收機(jī)天線到達(dá)第二端口的發(fā)射機(jī)信號(hào)的幅度。抵消長度的導(dǎo)線用于從第一端口傳導(dǎo)抵消信號(hào)到第二端口，以及用于移相抵消信號(hào)；其中調(diào)節(jié)抵消長度使得如在第二端口提供的抵消信號(hào)與經(jīng)過接收機(jī)天線到達(dá)第二端口的發(fā)射機(jī)信號(hào)相比大體上有180°的相位差。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，耦合裝置包括第一離散耦合器用于耦合在第一端口的一部分發(fā)射信號(hào)到抵消長度的導(dǎo)線，以及第二離散耦合器用于耦合抵消長度導(dǎo)線以外的相移抵消信號(hào)到第二端口的接收機(jī)饋線，而且另外其中每個(gè)耦合器包括一個(gè)抵消長度導(dǎo)線的耦合長度和一個(gè)發(fā)射機(jī)或接收機(jī)饋線的耦合長度，并且保持導(dǎo)線耦合長度與饋線的耦合長度成一個(gè)固定的空間關(guān)系。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，耦合裝置包括第一離散耦合器用于耦合在第一端口的發(fā)射信號(hào)到抵消長度的導(dǎo)線，以及一個(gè)探測天線用于提供相移抵消信號(hào)經(jīng)過接收機(jī)天線到第二端口，其中第一耦合器包括一個(gè)抵消長度導(dǎo)線的耦合長度和一個(gè)發(fā)射機(jī)饋線的耦合長度，并且保持導(dǎo)線的耦合長度與饋線的耦合長度成一個(gè)固定的空間關(guān)系。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，耦合裝置包括第一耦合器用于耦合在第一端口的一部分發(fā)射信號(hào)到抵消長度的導(dǎo)線，以及第二耦合器用于耦合抵消長度導(dǎo)線以外的相移抵消信號(hào)到第二端口的接收機(jī)饋線。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，耦合裝置包括第一耦合器用于耦合在第一端口的發(fā)射信號(hào)到抵消長度的導(dǎo)線，以及一個(gè)探測天線用于提供相移抵消信號(hào)經(jīng)過接收機(jī)天線到第二端口。
根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種用于改善雙極化天線的第一端與第二端口之間隔離的方法，所述的第一端口將一個(gè)發(fā)射信號(hào)經(jīng)過一條發(fā)射機(jī)饋線提供給一個(gè)發(fā)射機(jī)天線單元，所述的第二端口經(jīng)由一條接收機(jī)饋線連接到一個(gè)接收機(jī)天線單元，所述的發(fā)射機(jī)天線單元提供與所述的發(fā)射信號(hào)相對應(yīng)的一個(gè)發(fā)射機(jī)信號(hào)，其特征在于，所述的方法包括以下步驟a)通過經(jīng)由所述的發(fā)射機(jī)饋線耦合到所述第一端口的發(fā)射信號(hào)，以得到一個(gè)抵消信號(hào)；b)移動(dòng)所述抵消信號(hào)的相位；和c)將一個(gè)探測天線用于輻射所述的抵消信號(hào)，以使所述的抵消信號(hào)被所述的接收機(jī)天線單元接收到；其中所述的移動(dòng)所述抵消信號(hào)的相位的步驟的結(jié)果是到達(dá)所述接收機(jī)天線單元的所述抵消信號(hào)與到達(dá)所述接收機(jī)天線單元的所述發(fā)射機(jī)信號(hào)相比基本上有180°的相位差；和其中執(zhí)行所述的利用探測天線輻射所述抵消信號(hào)的步驟可使到達(dá)所述接收機(jī)天線單元的所述抵消信號(hào)在幅度上基本上等于到達(dá)所述接收機(jī)天線單元的發(fā)射機(jī)信號(hào)的幅度。
與Briguglio的美國專利No.5,373,297的隔離電路相比較，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(如下面主要附圖所示)將更始終如一地完成并且將只有很少的反復(fù)試驗(yàn)，因?yàn)榕c使用對準(zhǔn)的第二天線提供正確的增益和相位相比較，它使用直接耦合。
與Davidson的美國專利No.4,480,255中使用的方法相比較，本發(fā)明較簡單(沒有任何驅(qū)動(dòng)發(fā)射元件，標(biāo)識(shí)為包括兩組元件，具有90°相位差)，并且可以使用本發(fā)明而不限制發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線在空間上如何放置。


考慮下面的詳細(xì)描述結(jié)合附圖，本發(fā)明上面和其他的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，其中
圖1是普通的天線電路，沒有本發(fā)明的隔離改進(jìn)電路；圖2是本發(fā)明的使用兩個(gè)離散耦合器隔離改進(jìn)電路的天線電路；圖3是本發(fā)明的使用單個(gè)離散耦合器改進(jìn)電路、使用非離散的第二耦合器的天線電路。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照圖2，在優(yōu)選實(shí)施例示出一個(gè)用于雙極化天線的隔離改進(jìn)電路包括并行發(fā)射機(jī)天線元10，在物理或者電氣意義上它正交面向并行接收機(jī)天線元11，以及包括耦合器#1，它響應(yīng)提供到端口#1的發(fā)射信號(hào)，用于經(jīng)過抵消長度的導(dǎo)線24提供給耦合器#2一個(gè)延時(shí)信號(hào)S21，D。導(dǎo)線24的抵消長度是固定的使得到達(dá)端口#2的延時(shí)發(fā)射信號(hào)S21，D與經(jīng)過接收機(jī)天線到達(dá)端口#2的發(fā)射機(jī)信號(hào)的S21部分相比較不同相大約等于載波波長的一半，即使得S21和S21，D在相位上相差大約180°。
在圖2、圖1和圖3中描述的天線元16和17只用于說明在雙極化天線中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線元是相互正交的。雖然這些描述建議發(fā)射機(jī)和接收機(jī)元件在物理上正交，所需的正交也可以用電子方式提供，使用相位陣列，一個(gè)用于發(fā)射一個(gè)用于接收。
選擇兩個(gè)耦合器#1和#2以組合提供大約如S21相同幅度的延時(shí)發(fā)射信號(hào)S21，D。這樣，端口#2接收不需要的發(fā)射機(jī)信號(hào)以及抵消信號(hào)的一部分S21，延時(shí)發(fā)射信號(hào)S21，D在幅度上大約等于S21但相位相差180°。因此抵消信號(hào)S21，D大體上抵消了不需要的信號(hào)S21。
在實(shí)現(xiàn)優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明的隔離電路中，在決定隔離電路之前，即在確定導(dǎo)線24的抵消長度之前，以及在確定耦合器#1和#2組合中需要提供適當(dāng)?shù)牡窒鹊鸟詈现?，測量S21的相位和幅度。通過將導(dǎo)線24的一部分并行放置于從端口#1或者到端口#2引入的饋線而提供耦合。虛線矩形26包圍耦合發(fā)生的導(dǎo)線部分和饋線部分；虛線的矩形包圍這里稱為端口#1的導(dǎo)線的耦合長度和端口#1的饋線的耦合長度。
在端口#1的導(dǎo)線耦合長度被在線安排于端口#1的饋線的耦合長度并且根據(jù)特定的應(yīng)用通過不同裝置保持與端口#1的饋線的固定的空間關(guān)系。例如修改本發(fā)明到個(gè)人通訊(PC)天線系統(tǒng)的情況下(一般在1.85-1.99GHz的頻率范圍內(nèi))，這里饋線常常是被蝕刻進(jìn)印刷電路板的微條饋線，設(shè)計(jì)端口#1的導(dǎo)線的耦合長度在線安排于支座的饋線以提供所需的增益，一般為千分之幾或幾十英寸。一般地，這種情況下導(dǎo)線的耦合長度本身也蝕刻進(jìn)印刷電路板，因此與端口#1的饋線的耦合長度保持固定的空間關(guān)系。
在某些應(yīng)用中，最好使用在線(in-line)耦合器。再次參照圖2，這樣一種耦合器將包括端口#1的導(dǎo)線的耦合長度(在虛線矩形18內(nèi)的部分)以及端口#1的饋線的耦合長度(在相同虛線矩形18內(nèi)的饋線部分)。在在線耦合器的情況下，圖2的虛線矩形表示包圍導(dǎo)線和饋線耦合長度的外殼，并且將結(jié)構(gòu)支持兩個(gè)耦合長度成一固定的空間關(guān)系。饋線耦合長度的端21和22隨后將焊接到饋線上，導(dǎo)線耦合長度的下游端25將焊接到導(dǎo)線24的另一端。
耦合器無論是否在線，最好是一個(gè)較窄帶的耦合器，即僅僅特別響應(yīng)發(fā)射機(jī)信號(hào)的載波頻率。
在在線耦合器的情況下，無論天線系統(tǒng)用于射頻或微波通訊，從用戶的立場來說，耦合器單元基本上是相同的。在線耦合器一般是密封的模塊，橫截面通常是矩形，并且如上所述在一個(gè)外殼內(nèi)支持饋線的耦合長度和導(dǎo)線的耦合長度為一個(gè)固定的空間關(guān)系。如果天線系統(tǒng)是用于微波通訊的，在耦合器內(nèi)部將是各種已知的耦合結(jié)構(gòu)中任何一個(gè)，用于從一個(gè)波導(dǎo)耦合微波到另一個(gè)波導(dǎo)，抵消長度的導(dǎo)線在這種情況下是各種各樣的波導(dǎo)(例如橫向電波矩形波導(dǎo))。如果天線系統(tǒng)用于射頻通訊，在耦合器內(nèi)部將是各種已知的耦合結(jié)構(gòu)中任何一個(gè)，用于從一個(gè)導(dǎo)線耦合射頻信號(hào)到另一個(gè)導(dǎo)線，在這種情況下抵消長度的導(dǎo)線是適用于射頻通訊的，如同軸電纜。耦合器本身內(nèi)部，即耦合發(fā)生的區(qū)域的導(dǎo)線的耦合長度，如由虛線矩形26表示的耦合器#1，不必如耦合器外部抵消長度導(dǎo)線的相同導(dǎo)線形式，對于饋線耦合長度和耦合器外邊的饋線也是如此。例如，在耦合器內(nèi)部，導(dǎo)線24的耦合長度可以是蝕刻到印刷電路板的傳導(dǎo)金屬，但在耦合器外邊的導(dǎo)線24可以是同軸電纜。
本發(fā)明不打算限制使用任何特別類型的導(dǎo)線用于提供發(fā)射信號(hào)的延時(shí)。傳導(dǎo)發(fā)射信號(hào)以便提供可調(diào)節(jié)延時(shí)的任何裝置被確定在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如導(dǎo)線24可以是同軸電纜、并行線、地上線(wire overground)、帶狀條，或者屏蔽帶狀條傳輸線，或者任何不同配置的波導(dǎo)。另外，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很明顯導(dǎo)線24可以包括各種電容或電感元件，這些元件幫助產(chǎn)生提供到端口#2的發(fā)射信號(hào)的延時(shí)。在一些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)這些電容和電感元件，以及導(dǎo)線的長度有益地確定了導(dǎo)線24。在其他實(shí)施例中，完全通過調(diào)節(jié)這些電容和電感元件完成確定導(dǎo)線24。
不必使用如圖2所示的兩種離散耦合器。除了使用第二離散耦合器以外，提供發(fā)射信號(hào)作為抵消信號(hào)到端口#2的其他裝置也是可以想像的。例如，現(xiàn)在參照圖3，代替兩個(gè)離散耦合器實(shí)施例，在端口#1由耦合器#1提取的抵消信號(hào)通過將它從探測天線32發(fā)射到饋給端口#2的接收天線11而提供到端口#2，探測天線和接收天線11組成第二非離散耦合器。如在優(yōu)選實(shí)施例中，相同抵消長度的導(dǎo)線用于提供一個(gè)適當(dāng)?shù)南辔谎舆t使得當(dāng)由探測天線32提供的信號(hào)到達(dá)端口#2時(shí)，它大體上與S21的相位相差180°。在這個(gè)實(shí)施例中，耦合器#1的增益必須預(yù)置使得當(dāng)經(jīng)過探測天線32提供的信號(hào)S21，D到達(dá)端口#2時(shí)，它實(shí)際的幅度等于到達(dá)端口#2的發(fā)射信號(hào)部分S21。
應(yīng)該理解上面描述的安排只不過是本發(fā)明原理應(yīng)用的說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出許多其他修改和其他的安排而不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且附加的權(quán)利要求書要包括這種修改和安排。
權(quán)利要求
1.一種用于改善雙極化天線的第一端與第二端口之間隔離的方法，所述的第一端口將一個(gè)發(fā)射信號(hào)經(jīng)過一條發(fā)射機(jī)饋線提供給一個(gè)發(fā)射機(jī)天線單元(10)，所述的第二端口經(jīng)由一條接收機(jī)饋線連接到一個(gè)接收機(jī)天線單元(11)，所述的發(fā)射機(jī)天線單元(10)提供與所述的發(fā)射信號(hào)相對應(yīng)的一個(gè)發(fā)射機(jī)信號(hào)，其特征在于，所述的方法包括以下步驟a)通過經(jīng)由所述的發(fā)射機(jī)饋線耦合到所述第一端口的發(fā)射信號(hào)，以得到一個(gè)抵消信號(hào)；b)移動(dòng)所述抵消信號(hào)的相位；和c)將一個(gè)探測天線(32)用于輻射所述的抵消信號(hào)，以使所述的抵消信號(hào)被所述的接收機(jī)天線單元(11)接收到；其中所述的移動(dòng)所述抵消信號(hào)的相位的步驟的結(jié)果是到達(dá)所述接收機(jī)天線單元(11)的所述抵消信號(hào)與到達(dá)所述接收機(jī)天線單元(11)的所述發(fā)射機(jī)信號(hào)相比基本上有180°的相位差；和其中執(zhí)行所述的利用探測天線(32)輻射所述抵消信號(hào)的步驟可使到達(dá)所述接收機(jī)天線單元(11)的所述抵消信號(hào)在幅度上基本上等于到達(dá)所述接收機(jī)天線單元(11)的發(fā)射機(jī)信號(hào)的幅度。
全文摘要
一個(gè)用于雙極化天線的隔離改進(jìn)電路，雙極化電路包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線用于同時(shí)發(fā)射發(fā)射信號(hào)和接收接收機(jī)信號(hào)，其中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線的配置使得物理或電氣相互正交以便減少被接收機(jī)天線拾取的發(fā)射機(jī)信號(hào)。隔離改進(jìn)電路通過提供延時(shí)發(fā)射信號(hào)減少出現(xiàn)在接收機(jī)天線輸出端口的發(fā)射機(jī)信號(hào)的電平，該發(fā)射信號(hào)破壞性地干擾由接收機(jī)元件拾取的發(fā)射機(jī)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B1/52GK1567652SQ200410056220
公開日2005年1月19日 申請日期1999年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月27日
發(fā)明者羅納德·A·馬里諾 申請人:半導(dǎo)體射頻系統(tǒng)公司