用于干擾抑制的天線系統的制作方法
【專利說明】用于干擾抑制的天線系統
發明背景發明領域
[0001]本發明總體上涉及無線通信領域。具體地說，本發明涉及用于優化與預期收發器的通信鏈路質量的天線系統和方法。
相關技術說明
[0002]隨著新一代的手機、網關以及其他無線通信裝置嵌入有越來越多的應用并且對帶寬的需要變得更大，為了優化鏈路質量，將會要求新的天線系統。確切地說，將會要求更好地控制輻射場，以便提供與預期收發器的更好的通信鏈路質量，同時抑制來自不期望的收發器的信號。
[0003]此外，隨著這些新的手機和其他無線通信裝置變得更小并嵌入有越來越多的應用，要求新的天線設計以便解決這些裝置的固有限制并賦予新的能力。對于經典天線結構，生產處于特定頻率且具有特定帶寬的諧振天線結構要求特定物理體積。在多帶應用中，可能需要一個以上這種諧振天線結構。然而，此類復雜天線陣列的有效實現可能由于與移動裝置相關聯的尺寸約束而被禁止。另外，提供激勵多個天線所要求的多個功率放大器或饋電網絡在許多應用中成本昂貴。
[0004]通過調零或減少在干擾源的方向上的天線增益可以實現很大益處。一種常見技術是實現一種天線陣列，其中單獨天線元件發射或接收的RF信號的振幅和相位受到控制；可以施加對施加至這些元件或由這些元件接收的信號的加權，以便將在一個或多個干擾源的方向上形成減少的增益、或零陷。
[0005]這種自適應天線設計的目標是增加一個方向上的增益，這造成與全向圖案相比，對應于期望連接的鏈路預算提高并且來自不想要的源的干擾減少。典型地，多個天線被組裝成陣列配置，并且能夠更改這些單獨天線的振幅和相位的饋電網絡被連接至這些天線上。一種算法被開發來修改該天線陣列的復合輻射圖案以對天線波束賦形來增加期望的接收或發射方向上的增益和減少干擾源的方向上的增益。
[0006]這種方法的困難是將多個天線集成在無線裝置中要求的體積以及設計和實現饋電網絡以將RF信號分配至多個天線元件的復雜性。通過使用可以提供在干擾源的方向上形成零陷(null)的能力的單個驅動天線元件將會是大為有益的。
發明概述
[0007]在各種實施例中，一種有源可調諧的天線能夠進行有源波束調整以配置天線輻射圖案來在預期通信方向上提供增益極大值并且在一個或多個干擾源的方向上提供增益極小值。這種有源調諧被適配成用于通過增加預期信號并減少不期望的信號來使得鏈路預算提尚，從而提供提尚的?目噪比(SNR)性能。
附圖簡要說明
[0008]圖1示出有源模態天線，該有源模態天線能夠配置天線輻射圖案以在預期通信方向上提供增益極大值并且在一個或多個干擾源的方向上提供增益極小值。
[0009]圖2示出該有源模態天線的使用情況，輻射圖案被旋轉或更改以優化第一基站的鏈路質量、同時減少來自第二基站的干擾。
[0010]圖3進一步示出對更能自適應的天線系統的需要，這種天線系統提供修改移動天線的輻射圖案的能力，以在優化多個收發器的鏈路質量的同時最小化來自多個源的干擾。
[0011]圖4示出有源模態天線和通過激活寄生元件實現的各種天線輻射圖案，這些寄生元件定位在福射結構周圍以實現波束操控(beam steering)和/或零陷操控(nullsteering)，從而增強鏈路預算質量。
[0012]圖5示出根據實施例的有源模態天線，其中單個驅動天線元件被許多寄生元件和相關聯的有源調諧元件圍繞；天線調諧模塊(ATM)將控制信號提供給這些有源調諧元件以對天線輻射圖案賦形。
[0013]圖6示出根據實施例的有源模態天線，其中寄生元件和相關聯的有源調諧元件以二維來定位在驅動天線結構周圍；這些寄生元件是由天線調諧模塊控制的。
[0014]圖7示出根據本發明的實施例的有源模態天線。
[0015]圖8示出根據實施例的有源模態天線，其中寄生元件和相關聯的有源調諧元件以三維來定位在驅動天線元件周圍，以對輻射圖案控制提供另外的能力。
[0016]圖9示出根據實施例的有源模態天線，其中寄生元件和相關聯的有源調諧元件以三維來定位在驅動天線周圍，以對輻射圖案控制提供另外的能力。
[0017]圖10示出被適配成用于利用寄生元件和相關聯的有源調諧元件進行輻射圖案控制的有源模態天線；自適應處理器分析來自多個源的信號并向這些單獨有源元件發送控制信號以便提供最佳天線輻射圖案。
[0018]圖11示出另一個實施例，其中有源模態天線用于多用戶環境例如像WLAN應用；該有源模態天線能夠對輻射圖案賦形以最大化預期收發器的鏈路質量，同時最小化來自非預期收發器的干擾。
[0019]圖12示出更穩健的通信系統，其中所有用戶都配備有源模態天線；有源模態天線網絡提供了改進的干擾抑制和增加的通信鏈路質量。
[0020]圖13示出有源模態天線，其中連接至第一信號源上的第一驅動天線被寄生元件和相關聯的有源調諧元件圍繞；存在第二驅動天線并且該第二驅動天線連接至第二信號源上；并且天線調諧模塊(ATM)將控制信號提供給這些有源調諧元件以對天線輻射圖案賦形。
[0021]圖14示出圖13的天線系統，其中有源模態天線和無源結構這兩者都耦接到共享信號源上。
優選實施例的詳細說明
[0022]在以下描述中，為了解釋目的而非限制，闡明細節和描述以便提供對本發明的全面理解。然而，本領域的技術人員應當明白，本發明可以在偏離這些細節和描述的其他實施例中進行實踐。
[0023]在此所描述的這些天線系統利用波束操控技術來減少來自一個或多個源的干擾。一種平臺已被衍生用于基于天線輻射圖案的修改來增加鏈路預算，并且這種平臺是部分基于2008年3月5日提交的標題為“用于操控天線波束方向的天線和方法(ANTENNA ANDMETHOD FOR STEERING ANTENNA BEAM DIRECT1N) ”的美國序列號 12/043，090，該申請作為2011年3月22日提交的美國專利號7，911，402(以下稱為“402專利”)授予，該專利的內容通過引用結合在此。該‘402專利描述了一種能夠修改天線輻射圖案的結構，在此所描述的實施例中，可以將該結構用于在預期通信方向上提供增益極大值并且在一個或多個干擾源的方向上提供增益極小值。這將造成通過增加預期信號并減少不期望的信號來使得鏈路預算提高，從而提供提高的信噪比(SNR)性能。
[0024]在一個實施例中，一種天線系統包括:隔離磁偶極子(MD)天線元件；第一寄生元件；與該第一寄生元件相關聯的第一有源調諧元件；以及天線調諧模塊(ATM)，該ATM將控制信號提供給該有源調諧元件來控制該MD元件的輻射模式。該ATM可以包括處理器和算法，該處理器和算法在存在干擾信號時更改該天線系統的輻射圖案來增加與預期收發器的通信鏈路質量。接收信號強度指示符(RSSI)或其他系統度量是從相關信號源和第一干擾源采樣的，并且更改天線模式以便降低這個干擾源的信號電平。
[0025]在另一個實施例中，該天線包括:兩個或更多個寄生元件；與每個寄生元件相關聯的有源調諧元件；以及天線調諧模塊(ATM)，該ATM將控制信號提供給這些有源調諧元件來更改該MD元件的輻射模式。該ATM包含處理器和算法，該處理器和算法被適配成用于在存在一個或多個干擾信號時更改該天線系統的輻射圖案來增加與預期收發器的通信鏈路質量。RSSI或其他系統度量是從相關信號源和干擾源采樣的，并且更改天線模式以便降低干擾源的信號電平。
[0026]在另一個實施例中，用于控制天線系統的算法和軟件駐存于該天線調諧模塊(ATM)中。
[0027]在另一個實施例中，用于控制天線系統的算法和軟件可以駐存于與通信裝置或無線裝置相關聯的基帶處理器或其他處理器中。
[0028]在某些實施例中，有源調諧元件被適配成用于提供與該天線相關聯的分裂諧振頻率特性，例如像通過將相關聯的寄生元件短接到地進行提供。有源調諧元件可以被適