[发明专利]多波束天线的系统

说明书

技术领域

本发明涉及多波束天线系统，特别是可以用在无线通信的背景下的多波束天线系统，更特别的是在电磁波的传播条件因多条路径而严重恶化的无线家庭网络中的多波束天线系统。

背景技术

对于诸如无线家庭网络、智能网络或类似类型网络之类的新兴应用，作为能够将辐射功率集中在空间的特定方向的天线的定向天线(directive antenna)的使用被证明特别有吸引力。但是，物理定律迫使天线有一个最小尺寸，随着天线更定向或随着它的工作频率降低，这个尺寸变得更加重要。

直到目前为止，定向天线的使用仍然局限于工作在极高频上、往往具有固定波束、和不具有诸如雷达应用或卫星应用的那些之类的尺寸约束的应用。因此，对于这些应用类型，已知有生成多个波束但由往往复杂并且昂贵的许多模块组成的天线设备。相反，称为反向天线(retrodirective antenna)的天线设备使定向波束能够在空间的优先方向非常简单地形成。反向天线网络基于网络的每个天线接收具有特征路径长度差，也就是说，不同相位的源的入射信号的事实。这种相差是发射源的方向特征。事实上，为了沿着源的该方向发射要发送的信号，发送时每个天线之间的相差与接收时每个天线之间的相差相反，以便预测返回路径上的路径长度差就足够。

在反向天线当中，最知名的网络是称为“Van-Atta”网络的网络，1959年10月6日的美国专利Nr 2908002对它作过显著描述。如图1所示，Van-Atta型反向网络由相对于网络的中心轴Oy对称的许多辐射元件1a、1b、2a、2b、3a、3b构成。经由具有相等电长度的传输线路(transmission line)1、2、3，这些辐射元件成对连接，辐射元件1a与辐射元件1b连接，辐射元件2a与辐射元件2b连接，辐射元件3a与辐射元件3b连接，这些天线相对于网络的中心轴是对称相对的。在这种情况下，传输线路引起的相差因此在所有辐射元件上都是相同的，以及两个连续辐射元件之间的相差在接收信号时和在发送反向到最近符号的信号时是相同的。因此，发送网络的辐射元件的信号之间的相差与接收网络的辐射元件的信号之间的相差相反。因此获得发送信号的反向性(retro-directivity)。

但是，这种方法具有一定数量的明显缺点。为了获得信号的反向性，入射波的前沿必须是平直的。另外，天线网络必须是平直的或相对于网络中心或多或少是对称的。由于入射波的前沿必须是平直的，所以有必要将辐射元件的网络设置在远离发送源的场区中。作为结果，直到现在为止，Van-Atta型网络的应用已经仅仅是卫星或雷达型应用。

作为对这些类型反向网络所作的研究的结果，本发明提出了使用辐射元件的网络的原理生成可以用在无线通信中的多波束天线系统，尤其在无线家庭网络中或在经由无线链路通信的对等型网络中，更特别的是，在MIMO(多输入多输出)系统的范围中，而且在具有与以定向天线工作的处理系统相关联的单个天线的天线系统中。

发明内容

因此，本发明的目的是包含N个辐射元件的网络的多波束天线系统，N是偶整数，该网络的元件经由传输线路两个两个地连接，其特征在于，它包含M个辐射源，M是大于或等于1的整数，该辐射源每一个都处在离网络中心的距离为Li的位置上，使得距离Li严格小于称为远场的场的距离，以及i从1变化到M。远场和近场的概念具体描述在如下文章中：《Radiating Zone Boundaries of Shortλ/2andλDipoles》，IEEE Antennas and Propagation Magazine vol.46，No.5，2004年10月。因此，对于相对波长的小尺寸源，距离Li小于1.6λ，其中λ是工作频率上的波长(在空气中，λ＝λ₀，并且在不同媒体中λ＝λ_g，使得其中ε_r和μ_r是媒体的电容率和磁导率)。

按照一个优选实施例，该网络的元件经由具有相同电长度的传输线路两个两个地对称连接，并且辐射源的数量严格大于1。优选的是，在MIMO系统的范围中，辐射源的数量等于MIMO系统的输入数量。

按照另一个实施例，该多波束天线系统包含一个辐射源，以及波束的方向性通过将使得线路的相差能够被修改的有源电路集成到至少一条传输线路中来获得。例如，有源电路可以是描述在2010年11月23日以THOMSONLicensing(汤姆森特许公司)的名称提交的法国专利申请第0958282号中的那些的类型的混合耦合器或滤波器。