宽带相控移动天线阵列设备、系统和方法技术方案

宽带相控移动天线阵列设备、系统和方法包括以基本线性阵列布置并且在基板上被放置和调整以实现在端射方向上的聚合辐射方向图的天线元件。在一些实施例中，每个天线元件包括两对天线臂，一对位于基板的任一侧。在一些实施例中，每对天线臂被构造成对称地调整和放置以产生端射辐射方向图。在一些实施例中，线性阵列中的每个天线元件彼此间隔开大致等于λ/2的距离，其中λ是与天线系统的期望工作频率范围内的频率相关联的波长。

Equipment, system and method of wideband phased mobile antenna array

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽带相控移动天线阵列设备、系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求提交于2017年10月11日的美国临时申请No.62/570,908的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
本文所公开的主题一般地涉及移动天线系统和设备。更具体地，本文所公开的主题涉及宽带相控移动天线阵列。
技术介绍
第五代移动通信网络(又称5G)预期提供移动通信中的数据传输速率的显著改进。一些估计显示，下载速度的改进是比4G/长期演进(LTE)的快100-1000倍之间。在一些应用中，特别是5G移动终端，需要改进天线系统以满足更高数据速度的要求。在移动终端应用中，不仅需要满足与5G相关的吞吐量需求，而且移动终端的任何天线系统都必须足够小，以满足成本和尺寸限制。此外，希望为5G移动终端创建天线系统，其设计用于平衡宽带/多波段操作、宽扫描角度、稳定的辐射方向图和小尺寸。因此，下文公开了用于移动终端的宽带相控移动天线阵列系统，其不仅满足5G移动通信网络的吞吐量需求，而且其尺寸也足够小，使得不久的将来的移动终端不会过大。
技术实现思路
根据本公开，描述了宽带相控移动天线阵列设备、系统和方法。本公开的天线阵列系统包括多模平面天线阵列，即四模平面天线阵列。四个天线元件的四个模式将分别具有不同的辐射方向图。然而，当天线元件组合成一个阵列时，它们具有相似的嵌入辐射方向图。由于天线阵列的元件的宽嵌入辐射方向图，得到的天线阵列具有宽扫描角。如下文所讨论的，在一些实施例中，四模平面天线阵列的中心频率为约28GHz，并且带宽为中心频率的约+/-25％至约+/-36％(即，例如，当中心频率为28GHz时为7-10ghz)，或者甚至更大。在本公开的另一实施例中，每个天线元件包括由槽间隔开的一对偶极形臂，对于上述的28GHz中心频率和带宽，该槽可以具有小至约0.5mm-2mm的间隙或者宽度。在本公开的一些实施例中，可以对设计进行尺寸缩放以处理不同的频率，同时保持大分数带宽。在本公开的一个方面中，提供了一种天线系统，所述天线系统包括：在阵列中布置的多个多模天线元件；其中，所述多个多模天线元件相对于彼此放置，并且构造成使得所述多个多模天线元件中的每一个所产生的辐射方向图在一个或多个第一方向上彼此相长干涉，并且在一个或多个第二方向上彼此相消干涉，以实现所需的聚合辐射方向图。在另一方面中，多个多模天线元件以基本线性阵列布置。在再一方面中，多个多模天线元件的相邻元件彼此间隔开大致等于λ/2的距离，其中λ是与天线系统的期望工作频率范围内的频率相关联的波长。在本公开的又一方面中，提出了一种供在多模天线系统中使用的天线元件，所述天线元件包括：布置在基板的第一侧的第一对天线臂，第一对天线臂以相对于彼此的第一角度布置；布置在基板的第二侧的并连接到第一对天线臂的第二对天线臂，第二对天线臂以相对于彼此的第二角度布置；其中，选择第一对天线臂的长度、第二对天线臂的长度、第一角度和第二角度以定义对应于不同频率的四个天线模式。尽管本文公开的主题的一些方面已经在上文中陈述，并且这些方面全部或部分是由本公开的主题实现，但是当结合下面描述的最优附图进行描述时，随着描述的进行，其他方面将变得明显。附图说明通过参考以下示例图，可以更好地理解本公开的主题。图中的组件不一定要按比例缩放，而是强调说明当前公开的主题的原理(通常是示意性的)。在图中，在不同的视图中的类似附图标记指定了相应的部分。通过参考附图的图示中所述的实施例，可以获得对本公开主题的进一步理解。尽管所示实施例仅是用于执行本公开主题的系统、设备和方法的示例，但是通过参考图纸和以下说明，可以更容易地理解本公开主题的一般组织和操作方法以及其进一步的目标和优点。附图的目的不在于限制本公开主题的范围，本公开主题在所附权利要求或随后修改的权利要求中具有特殊性，而仅仅是为了澄清和举例说明本公开主题。为了更全面地理解本公开主题，现在参考以下示例性附图，在附图中：图1示出了根据本公开主题的实施例的元件位于基板的相对侧的天线元件的透视侧视图；图2A示出了根据本公开主题的实施例的在印刷电路板(PCB)上的天线元件的俯视图；图2B示出了根据本公开主题的实施例的在PCB上的天线元件的仰视图；图3示出了根据本公开主题的实施例的被配置用于连接同轴电缆的天线元件的布置的分解透视图；图4示出了根据本公开主题的实施例的与同轴电缆连接的天线元件的侧剖视图；图5A示出了根据本公开主题的实施例的识别对应于相关联天线的两个频率模式的天线元件的第一对臂的位置的俯视图；图5B示出了根据本公开主题的实施例的识别对应于相关联天线的两个频率模式的天线元件的第二对臂的位置的仰视图；图6A是根据本公开主题的实施例示出的改变第一对天线臂之间的角度对频率反射系数的影响的曲线图；图6B-6E是根据本公开主题的实施例以不同兴趣频率示出的通过改变第一对天线臂之间的角度对每个模式的辐射方向图的影响的曲线图；图6F是根据本公开主题的实施例示出的通过改变第一对天线臂之间的角度的频率最大增益的变化的曲线图；图7A是根据本公开主题的实施例示出的改变第二对天线臂之间的角度对频率反射系数的影响的曲线图；图7B-7E是根据本公开主题的实施例以不同兴趣频率示出的通过改变第二对天线臂之间的角度对每个模式的辐射方向图的影响的曲线图；图7F是根据本公开主题的实施例示出的通过改变第二对天线臂之间的角度的频率最大增益的变化的曲线图；图8A-8D是根据本公开主题的实施例示出的在各种模式下工作的天线元件的辐射方向图的曲线图；图9示出了根据本公开主题的实施例的天线元件阵列的俯视图；图10A-10D是根据本公开主题的实施例示出的具有在各种模式下工作的八个天线元件的天线阵列的辐射方向图的曲线图；图11A-11D是根据本公开主题的实施例示出的具有在各种模式下工作的两个天线元件的天线阵列的辐射方向图的曲线图；图12A-12D是根据本公开主题的实施例示出的具有在各种模式下工作的三个天线元件的天线阵列的辐射方向图的曲线图；图13是示出天线阵列的增益随阵列中天线元件的数量的变化的曲线图；图14是根据本公开主题的实施例示出的天线阵列的嵌入反射系数的曲线图；图15是根据本公开主题的实施例示出的天线阵列的频率范围的增益的曲线图；图16A-16D是根据本公开主题的实施例示出的在各种模式下工作的天线阵列的总扫描方向图的曲线图；以及图17是根据本公开主题的实施例示出的在25Ghz到35Ghz的频率范围内天线阵列的覆盖效率的曲线图。具体实施方式本公开的主题提供一种多模(例如，四模)平面天线阵列，其具有宽带宽(例如，高达中心频率的约+/-25％至约+/-36％，或约7-10GHz或比约28GHz的中心频率更大)和小间隙(clearance)(例如，约28GHz的中心频率下约0.5mm至2mm)。如上文所讨论的，在本公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线系统，包括：/n以阵列布置的多个多模天线元件；/n其中，所述多个多模天线元件相对于彼此放置，并且构造成使得所述多个多模天线元件中的每一个所产生的辐射方向图在一个或多个第一方向上彼此相长干涉，并且在一个或多个第二方向上彼此相消干涉，以在端射方向上达到聚合辐射方向图。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171011 US 62/570,9081.一种天线系统，包括：
以阵列布置的多个多模天线元件；
其中，所述多个多模天线元件相对于彼此放置，并且构造成使得所述多个多模天线元件中的每一个所产生的辐射方向图在一个或多个第一方向上彼此相长干涉，并且在一个或多个第二方向上彼此相消干涉，以在端射方向上达到聚合辐射方向图。


2.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述多个多模天线元件以基本线性阵列布置。


3.根据权利要求2所述的天线系统，其中所述多个多模天线元件的相邻天线元件彼此间隔开大致等于λ/2的距离，其中λ是与所述天线系统的期望工作频率范围内的频率相关联的波长。


4.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述天线系统包括2至8个多模天线元件。


5.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述多个天线元件中的每一个包括：
布置在基板的第一侧的第一对天线臂，所述第一对天线臂以相对于彼此的第一角度布置；以及
布置在所述基板的第二侧的并连接到所述第一对天线臂的第二对天线臂，所述第二对天线臂以相对于彼此的第二角度布置；
其中，选择所述第一对天线臂的长度、所述第二对天线臂的长度、第一角度和第二角度以定义对应于不同频率的四个天线模式，所述四个天线模式具有不同的电流分布和不同的辐射方向图。


6.根据权利要求5所述的天线系统，其中第二对天线臂中的每一个臂通过通孔穿过所述基板连接到所述第一对天线臂的对应臂。


7.根据权利要求1所述的天线系统，进一步包括：
带状线，包括带状线内导体和带状线外导体；以及
同轴电缆，包括同轴电缆内导体和同轴电缆外导体；
其中，所述带状线与所述多个多模天线元件通信；
其中，所述同轴电缆内导体连接到所述带状线内导体，并且所述同轴电缆外导体连接到所述带状线外导体；以及
其中所述同轴电缆充当天线系统的馈电线。


8.一种用于多模天线系统的天线元件，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·锡尔伊辛，张帅，格特·弗罗伦德·佩德森，
申请(专利权)人：维斯普瑞公司，
类型：发明
国别省市：美国;US