用于减少不希望方向上的信号辐射的天线系统和方法技术方案

提供了一种能够减少不希望方向上的信号辐射同时保持该不希望方向之外的信号辐射的天线系统。该天线系统可以包括信号输入源以及各自电耦合到该信号输入源的主天线和副天线。该主天线可以响应于来自该信号输入源的能量的第一部分而发射主信号以产生主辐射图案，并且该副天线可以响应于来自该信号输入源的能量的第二部分而发射次级信号以产生次级辐射图案。可以对该次级信号进行幅度修改和相移以定位该次级辐射图案，以便抵消或减少该主辐射图案的在不希望方向上延伸的部分，同时基本上保持该主辐射图案的在该不希望方向之外的部分。

An antenna system and method for reducing signal radiation in unwanted directions

【技术实现步骤摘要】
用于减少不希望方向上的信号辐射的天线系统和方法
本专利技术总体上涉及射频通信硬件。更具体地，本专利技术涉及用于减少不希望方向上的信号辐射而同时保持不希望方向之外的信号辐射的系统和方法。
技术介绍
技术优势和法规遵从性规则使得期望限制天线系统的在特定方向上延伸的信号辐射量。例如，在一些场景中，必须控制特定方向上的信号辐射以满足法规要求或减轻对其他系统的干扰。实际上，对于在5GHzU-NII1频带中工作的WiFi天线，联邦通信委员会(FCC)将在天顶周围+/-60°的锥形区域(即，向天空方向)中辐射的有效全向辐射功率(EIRP)限制到21dbm，这意味着对于最大输出功率为0.5W(27dBm)的无线电装置，向天空方向上的最大天线增益小于-6dBi。然而，在这种向天空方向之外(即，在主要的感兴趣区域)的天线增益必须维持特定增益要求，以获得良好RF通信信号。实际上，对于良好的通信链路，在5GHz频带中工作的WiFi天线可能要具有6dBi的峰值增益。因此，存在冲突要求，并且已知的系统和方法很难解决这种冲突要求。例如，限制特定方向上的信号辐射量的已知系统和方法包括减小天线系统的总增益、修改天线系统的辐射图案、以及修改天线系统的天线波束宽度。然而，这些系统和方法中的每一个都包括缺点。例如，降低天线系统的总增益的系统和方法使天线系统失谐、添加衰减器、或降低功率放大器的输出功率。然而，这种调整在所有方向上降低了来自天线系统的信号强度，而不是仅仅在不希望方向上，并且除了降低由天线系统发射的信号的信号强度之外，甚至还可能降低天线系统可以接收的信号的信号强度。此外，修改天线系统的辐射图案的系统和方法通过添加波束机械或电气倾斜以使辐射的主瓣偏离期望存在低水平信号辐射的不希望方向来实现。然而，当天线系统包括机械下倾时，天线系统必须安装在倾斜的固定或可调平台上，使得主天线波束指向背离不希望方向，从而添加要实施的大型且可能复杂的机械结构，这些机械结构依赖于操作员来实现正确安装。当天线系统包括电气下倾时，对天线阵列的各个天线元件实施渐进相移，使辐射的主瓣偏离不希望方向，但会限制范围，因为在较大的相移时，旁瓣开始出现并增加在不希望方向发射的信号辐射。更进一步地，修改天线系统的波束宽度的系统和方法通过向天线系统添加附加天线元件(比如反射器或引导器)或增加天线阵列中的天线元件的数量来实现。然而，这些附加元件需要附加体积并且可能增加峰值增益，从而超过FCC限制。
技术实现思路
鉴于上述情况，一直存在对可以减少不希望方向上的辐射而同时保持不希望方向之外的信号辐射的系统和方法的持续需求。本申请提供了一种能够减少不希望方向上的信号辐射同时保持该不希望方向之外的信号辐射的天线系统。该天线系统可以包括信号输入源以及各自电耦合到该信号输入源的主天线和副天线。该主天线可以响应于来自该信号输入源的能量的第一部分而发射主信号以产生主辐射图案，并且该副天线可以响应于来自该信号输入源的能量的第二部分而发射次级信号以产生次级辐射图案。可以对该次级信号进行幅度修改和相移以定位该次级辐射图案，以便抵消或减少该主辐射图案的在不希望方向上延伸的部分，同时基本上保持该主辐射图案的在该不希望方向之外的部分。附图说明图1是根据所披露实施例的天线系统的透视图；图2是根据所披露实施例的天线系统和天线馈送网络的框图；图3是根据所披露的实施例的天线系统在仰角平面中的主辐射图案的曲线图；图4是根据所披露的实施例的天线系统在仰角平面中的次级辐射图案的曲线图；并且图5是根据所披露的实施例的天线系统在仰角平面中的主辐射图案和总组合辐射图案的曲线图。具体实施方式尽管本专利技术具有许多不同形式的实施例，但是在附图中示出并且将在本文中详细描述其具体实施例，以理解本披露应被认为是对本专利技术的原理的例示。不旨在将本专利技术限制为具体的所展示实施例。本文披露的实施例可以包括一种能够减少不希望方向(例如，向天空方向)上的信号辐射而同时保持不希望方向之外的信号辐射的天线系统。该天线系统可以包括信号输入源、电耦合到信号输入源的主天线、以及电耦合到信号输入源的副天线。在一些实施例中，主天线可以包括天线阵列，在一些实施例中，主天线可以具有各种几何形状，包括偶极、单极和螺旋等，并且在一些实施例中，主天线可以是双极化的。在一些实施例中，副天线可以包括相对于主天线较小(体积和覆盖区)的贴片天线，在一些实施例中，副天线可以与主天线的类型相同，在一些实施例中，副天线可以具有比主天线更小的频率带宽，并且在一些实施例中，副天线可以具有单个极化或者是双极化的。主天线可以响应于来自信号输入源的能量而发射产生主辐射图案的主信号，并且副天线可以响应于来自信号源的能量而发射产生次级辐射图案的次级信号。可以对次级信号进行幅度修改和相移以定位次级辐射图案，以便抵消或减少主辐射图案的在不希望方向上延伸的部分，同时基本上保持主辐射图案的在不希望方向之外延伸的部分。例如，可以识别主辐射图案的在不希望方向上延伸的第一最大值点(峰值增益)，并且可以调整副天线的物理位置和到副天线的电输入以使得次级辐射图案的第二最大值点(峰值增益)以与主辐射图案的第一最大值点对准的角度在不希望方向上延伸。也就是说，次级信号的幅度(增益)和相移可以抵消或减小主辐射图案的在不希望方向上的峰值增益，但可以同时保持主辐射图案的在不希望方向之外的部分。在一些实施例中，接地平面可以耦合到主天线和副天线两者，并且接地平面可以在主天线与副天线之间是连续的或不连续的。在一些实施例中，接地平面可以包括各种反射器，比如角反射器，并且反射器可以与主天线和副天线之一或两者相关联，以用于定位主辐射图案和次级辐射图案。在一些实施例中，接地平面可以包括将主天线与副天线分开以辅助定位次级辐射图案的反射器部分。图1是根据所披露实施例的天线系统20的透视图。如图1所示，天线系统20可以包括耦合到例如连续接地平面28的第一主天线22、第二主天线24以及副天线26。连续接地平面28可以包括将第一主天线22和第二主天线24与副天线26分开的反射器部分30。图2是根据所披露实施例的天线系统20和天线馈送网络32的框图。如图2所示，天线系统20可以由电信号输入源34(例如，无线电装置)结合功率分配器或耦合器36、主移相器38和副移相器40来馈送。在操作中，功率分配器或耦合器36可以将由电信号输入源34发射的电能分成服务于第一主天线22和第二主天线24的主分支以及服务于副天线26的副分支。在一些实施例中，功率分配器或耦合器36可以在主分支与副分支之间不相等地分配由电信号输入源34发射的电能，使得馈送给副天线26的次级信号具有比馈送给第一主天线22和第二主天线24的主信号更低的幅度和增益。主分支可以进一步在第一主天线22与第二主天线24之间分离主信号，并且主信号的指向第二主天线24的部分可以通过主移相器38来馈送以使主辐射图案的由第一主天线22和第二主天线24共同形成的主瓣部分背离不希望方向倾斜。指向副天线26的次级信号可以通过次级移相器40来馈送以便抵消或减少主辐射图案的在不希望方向上延伸的部分，同时基本上保持主辐射图案的在不希望方向之外的部分。尽管图1和图2中所示的天线系统20和馈送网络32被示出为具有第一主天线22、第二主天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线系统，包括：信号输入源；主天线，所述主天线电耦合到所述信号输入源；以及副天线，所述副天线电耦合到所述信号输入源，其中，所述主天线响应于来自所述信号输入源的能量的第一部分来发射主信号以产生主辐射图案，其中，所述副天线响应于来自所述信号输入源的所述能量的第二部分来发射次级信号以产生次级辐射图案，并且其中，对所述次级信号进行幅度修改和相移以定位所述次级辐射图案，以便抵消或减少所述主辐射图案的在不希望方向上延伸的第一部分，同时基本上保持所述主辐射图案的在所述不希望方向之外的第二部分。

【技术特征摘要】
2018.03.02 US 15/910,6181.一种天线系统，包括：信号输入源；主天线，所述主天线电耦合到所述信号输入源；以及副天线，所述副天线电耦合到所述信号输入源，其中，所述主天线响应于来自所述信号输入源的能量的第一部分来发射主信号以产生主辐射图案，其中，所述副天线响应于来自所述信号输入源的所述能量的第二部分来发射次级信号以产生次级辐射图案，并且其中，对所述次级信号进行幅度修改和相移以定位所述次级辐射图案，以便抵消或减少所述主辐射图案的在不希望方向上延伸的第一部分，同时基本上保持所述主辐射图案的在所述不希望方向之外的第二部分。2.如权利要求1所述的天线系统，进一步包括耦合到所述主天线和所述副天线两者的连续接地平面。3.如权利要求2所述的天线系统，其中，所述接地平面包括反射器部分，所述反射器部分将所述主天线与所述副天线分开以辅助定位所述次级辐射图案。4.如权利要求1所述的天线系统，其中，所述主辐射图案的所述第一部分包括所述主辐射图案的在所述不希望方向上的最大值点。5.如权利要求1所述的天线系统，其中，所述次级信号的幅度基于所述主信号的在所述不希望方向上的第一增益与所述次级信号的在所述不希望方向上的第二增益的比率。6.如权利要求1所述的天线系统，其中，所述次级信号的相移量等于所述主信号的在所述不希望方向上的第一增益与所述次级信号的在所述不希望方向上的第二增益之间的差。7.如权利要求1所述的天线系统，其中，功率分配器在所述主天线与所述副天线之间分配来自所述信号输入源的所述能量。8.如权利要求7所述的天线系统，其中，所述功率分配器在所述主天线与所述副天线之间不相等地分配来自所述信号输入源的所述能量，使得所述次级信号具有比所述主信号更低的幅度。9.如权利要求1所述的天线系统，其中，所述主天线包括天线阵列。10.如权利要求1所述的天线系统，其中，所述不希望方向是朝向天空。11.一种方法，包括：识别主辐射图案的在不希望方向上延伸的第一最大值点，所述主辐射图案是由发射主信号的主天线产生的；将次级辐射图案的第二最大值点定位成在所述不希望方向上延伸并与所述主辐射图案的所述第一最大值点对准，所述次级辐射图案是由发射次级信号的副天线产生的...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·纳瓦萨里瓦拉，杰西·林，
申请(专利权)人：PCTEL公司，
类型：发明
国别省市：美国,US