波束可控天线设备、系统和方法技术方案

用于厘米波和毫米波移动终端的紧凑型波束可控天线阵列的设备、系统和方法，该天线阵列具有不带移相器的可控波束。在一些实施例中，一种天线阵列包括有源天线元件和与有源天线元件间隔开的至少一个寄生元件。至少一个寄生元件中的每一个与接地元件之间的阻抗是可调节的，以沿着所需方向在有源天线元件上操纵信号束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波束可控天线设备、系统和方法相关申请交叉引用本申请要求2018年1月5日提交的序列号为62/614,083的美国临时专利申请的优先权益，该申请的全部公开内容在此纳入作为参考。
本文公开的主题一般地涉及移动天线系统和设备。更具体地说，本文公开的主题涉及厘米波和毫米波移动终端以及其他移动设备。
技术介绍
第五代移动通信网络(也称为5G)预计在几个频率范围内运行，包括3-30GHz甚至超过30GHz。3-30GHz波段被称为厘米波段，而30-300GHz波段被称为毫米波段。与目前的第四代(4G)通信网络长期演进(LTE)相比，使用这些频段，5G移动通信网络有望在数据传输速率、可靠性和延迟方面提供重大改进。在厘米波(cm-wave)和毫米波(mm-wave)频率下，必须同时在发射和接收端都应用具有高增益的波束可控天线阵列。常规地，波束可控阵列是通过利用移相器和馈电网络改变每个元件的相位来实现的。然而，在厘米波段和毫米波段，移相器和馈电网络的损耗非常大，这增加了波束可控天线系统的功耗。由于移动终端的电池寿命短，该问题极大地限制了厘米波和毫米波在移动终端中的应用。
技术实现思路
根据本公开提供了用于制造波束可控天线的设备、系统和方法。在一个方面，一种波束可控天线包括第一寄生元件、与所述第一寄生元件间隔开的第二寄生元件，以及位于所述第一寄生元件与所述第二寄生元件之间的有源天线元件。所述第一寄生元件与所述接地元件之间的第一阻抗以及所述第二寄生元件与所述接地元件之间的第二阻抗分别可独立调节，并且所述第一阻抗和所述第二阻抗是可调节的，以沿着所需方向在所述有源电线元件上操纵信号。本文公开的主题提供的一些优点包括在没有用于改变相位的移相器和复杂馈电网络的情况下操纵波束。继而，本文下面公开的主题比以前的方法更简单且更具成本效益。此外，本文公开的主题具有紧凑型配置，该配置可以灵活地放在移动终端内部拥挤环境的空闲区域。在此上下文中，术语“灵活”表示无需将阵列放置在电话底架周围的任何特定位置。根据涉及的实际情况，阵列可以根据所涉及的实际方案放在电话底架周围的许多位置。此外，可以将天线阵列、开关和负载的短路和/或断开传输装置一起集成到封装中。尽管上文已经描述了本文公开的主题的某些方面，并且这些方面全部或部分地通过当前公开的主题实现，但是当结合下面最佳描述的附图阅读时，其他方面也随着描述的进行变得显而易见。附图说明通过应该结合仅作为说明性的非限制性示例给出的附图阅读的以下详细描述，本主题的特征和优点更容易理解，其中：图1示出了根据本公开主题的实施例的设置在移动设备上的波束可控天线系统的透视俯视图；图2示出了根据本公开主题的实施例的波束可控天线系统的示意性电路图；图3示出了根据本公开主题的实施例的波束可控天线系统的透视俯视图；图4示出了根据本公开主题的实施例的波束可控天线系统的平面图；图5示出了根据本公开主题的实施例的用于调节波束可控天线系统的寄生元件的阻抗的开关的示意性表示；图6示出了根据本公开主题的实施例的波束可控天线系统的平面图；图7A至7D是示出根据本公开主题的实施例的在寄生元件系统的各种阻抗设置下的波束可控天线的辐射方向图的图形；图8A至8G是示出根据本公开主题的实施例的在寄生元件系统的各种阻抗设置下的波束可控天线的辐射方向图的图形；图9是示出根据本公开主题的实施例的波束可控天线系统的工作频带内实现的增益的图形；以及图10是示出根据本公开主题的实施例的波束可控天线系统的S参数的图形。具体实施方式本公开的主题提供了一种用于厘米波和毫米波移动终端的不带移相器的紧凑型波束可控天线阵列。图1示出了根据本公开主题的实施例的设置在移动设备100上的波束可控天线系统102的透视俯视图。在一些实施例中，移动设备100的宽度是其长度的一半。在一些实施例中，例如但不限于，移动设备100长约150mm，宽约75mm。在一些实施例中，波束可控天线系统102例如但不限于定位在移动设备100的一侧上，大约在移动设备100的每一端之间的一半处。在一些其他实施例中，波束可控天线系统102定位在移动设备100的任一侧，并且位于沿着移动设备100的任一侧的任何位置。在一些实施例中，移动设备100是5G移动终端。在一些实施例中，移动设备100是移动设备或其他无线通信设备。在一些实施例中，波束可控天线系统102被定位为更靠近移动设备100的边缘并且不那么靠近移动设备100的侧面的中心。在一个方面，本公开的主题提供了一种天线系统，其中存在一个有源天线元件202和至少一个无源寄生元件或无源单极子。例如，在图2所示的配置中，波束可控天线系统102可以包括第一寄生元件204、与第一寄生元件204间隔开的第二寄生元件206，以及位于第一寄生元件204与第二寄生元件206之间的有源天线元件202。在一些实施例中，例如但不限于，波束可控天线系统102可以包括三个或更多个寄生元件。在一些实施例中，例如但不限于，阵列的元件间距离可以小于由波束可控天线系统102传播的电磁波的波长的一半。例如但不限于，在一些实施例中，有源和无源元件可以彼此间隔约3mm至4mm。在这种布置中，无源单极子可以提供足够的散射能量以与有源单极子的辐射叠加。在一些实施例中，第一寄生元件204和第二寄生元件206是无源单极子。尽管在图2和3中示出并且在本文中描述的实施例包括两个寄生元件：第一寄生元件204和第二寄生元件206，但是本公开的主题的其他实施例可以包括一个寄生元件或两个以上的寄生元件。此外，第一寄生元件204、第二寄生元件206和有源天线元件202中的每一个之间的元件间隔可以被设计成基本类似(例如但不限于，所有寄生元件与有源天线元件202基本上隔开相同距离)或不同(例如但不限于，一个或多个元件比其他天线元件更靠近有源天线元件202)。在一些实施例中，例如但不限于，第一寄生元件204、第二寄生元件206和有源天线元件202中的每一个之间的元件间隔可以在约3mm至约4mm之间。在一些实施例中，例如但不限于，第一寄生元件204、第二寄生元件206和有源天线元件202中的每一个之间的元件间隔可以在约3.25mm至约3.75mm之间。在任何布置中，通过改变一个或多个寄生元件的阻抗(例如，在每个寄生元件的靠近接地元件218的一端处或附近)，寄生元件与接地元件218(例如，接地面)之间的阻抗实际上变得更具电感性或电容性。以此方式，一个或多个寄生元件可以用作反射器和/或指向矢，其中寄生元件的阻抗分别为主要是电感性的或主要是电容性的，以沿着所需方向在有源天线元件上操纵信号束。取决于寄生元件的数量和/或它们在有源天线元件202周围的布置，可以更改操纵信号束方向的精度。例如但不限于，结合更多寄生元件的配置能够提供对波束转向的更大控制。替代地或附加地，在不同方向上将第一寄生元件204和第二寄生元件206与有源天线元件202间隔开可以在波束转向的方向上提供附加的自由度。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波束可控天线，包括：/n有源天线元件；以及/n与所述有源天线元件间隔开的至少一个寄生元件；/n其中所述至少一个寄生元件中的每一个与接地元件之间的阻抗是可调节的，以沿着所需方向在所述有源天线元件上操纵信号束。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180105 US 62/614,0831.一种波束可控天线，包括：
有源天线元件；以及
与所述有源天线元件间隔开的至少一个寄生元件；
其中所述至少一个寄生元件中的每一个与接地元件之间的阻抗是可调节的，以沿着所需方向在所述有源天线元件上操纵信号束。


2.根据权利要求1所述的波束可控天线，其中所述至少一个寄生元件中的每一个均连接到一个或多个阻抗元件。


3.根据权利要求1所述的波束可控天线，其中所述至少一个寄生元件包括：
第一寄生元件；以及
与所述第一寄生元件间隔开的第二寄生元件；
其中所述有源天线元件位于所述第一寄生元件与所述第二寄生元件之间；并且
其中所述第一寄生元件与所述接地元件之间的第一阻抗以及所述第二寄生元件与所述接地元件之间的第二阻抗分别可独立调节。


4.根据权利要求3所述的波束可控天线，其中所述第一寄生元件连接到第一阻抗元件，其中调节所述第一阻抗元件的阻抗会调节所述第一寄生元件与所述接地元件之间的所述第一阻抗；并且
其中所述第二寄生元件连接到第二阻抗元件，其中调节所述第二阻抗元件的阻抗会调节所述第二寄生元件与所述接地元件之间的所述第二阻抗。


5.根据权利要求2所述的波束可控天线，其中所述一个或多个阻抗元件中的一个或多个包括至少一个传输线元件，所述传输线元件具有短路或断开的第一端以及连接到所述至少一个寄生元件的第二端。


6.根据权利要求2所述的波束可控天线，其中所述一个或多个阻抗元件中的一个或多个包括具有不同长度的多个传输线元件，其中所述多个传输线元件中的每一个具有短路或断开的第一端以及通过开关选择性地连接到所述至少一个寄生元件的第二端。


7.根据权利要求6所述的波束可控天线，其中所述开关包括MEMS多掷开关或绝缘体上硅(SOI)多掷开关之一。


8.根据权利要求2所述的波束可控天线，其中所述一个或多个阻抗元件包括一个或多个可调元件。


9.根据权利要求2所述的波束可控天线，其中所述一个或多个阻抗元件包括一个或多个固定电感器或一个或多个固定电容器。


10.根据权利要求2所述的波束可控天线，其中所述一个或多个阻抗元件包括固态变抗器、SOI电容调节器、MEMS电容调节器、电感器或MEMS阻抗调节器中的一个或多个。


11.根据权利要求1所述的波束可控天线，包括至少三个寄生元件。


12.一种用于在天...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，伊戈尔·锡尔伊辛，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