專(zhuān)利名稱(chēng)：用于聚焦天線(xiàn)信號(hào)傳送的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及天線(xiàn)，更具體地涉及一種用于聚焦天線(xiàn)信號(hào)傳送 的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
有時(shí)候，在無(wú)線(xiàn)電外殼中集成基本輻射結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)，比如偶極 天線(xiàn)、貼片天線(xiàn)和喇叭天線(xiàn)通常是低增益裝置。可以使用反射器或者透 鏡之類(lèi)的結(jié)構(gòu)來(lái)增大低增益并產(chǎn)生更具方向性的波束。但是，對(duì)于許多 天線(xiàn)應(yīng)用，透鏡可能過(guò)于昂貴并且太重。優(yōu)選的是，裝置能夠增大低增 益而不會(huì)增加微波透鏡的重量。減少材料的使用可以獲得更節(jié)約成本的 產(chǎn)品°
該設(shè)計(jì)沒(méi)有使用在分區(qū)透鏡中使用的傳統(tǒng)透鏡理論和技術(shù)。其最適
合于具有方向性的12-25dB范圍內(nèi)的透鏡。所得到的結(jié)構(gòu)具備與形狀像 普通放大鏡的透鏡相似的聚焦性能，但使用的總材料要少很多。
因此，在該行業(yè)中存在一個(gè)迄今尚未解決的需求，該需求即為解決 上述缺點(diǎn)和不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種用于聚焦天線(xiàn)信號(hào)傳送的系統(tǒng)和方 法。簡(jiǎn)要地說(shuō)，在架構(gòu)上，系統(tǒng)的其中一個(gè)實(shí)施方式可以實(shí)施如下。該 系統(tǒng)包含天線(xiàn)饋源(antenna feed)。信號(hào)與該天線(xiàn)饋源通信。該信號(hào) 具有波長(zhǎng)和周期。信號(hào)透鏡的外圍部分比內(nèi)部部分厚，其中所述信號(hào)射 到該信號(hào)透鏡上。
本發(fā)明也可以被看成提供用于聚焦天線(xiàn)信號(hào)傳送的方法。在這方面， 該方法的其中一個(gè)實(shí)施方式可以由下面的步驟粗略概述從天線(xiàn)饋源傳送信號(hào)；經(jīng)由信號(hào)透鏡的內(nèi)部部分傳送該信號(hào)；經(jīng)由所述信號(hào)透鏡的外 圍部分傳送該信號(hào)，其中所述信號(hào)經(jīng)由外圍部分傳送比經(jīng)由所述內(nèi)部部 分傳送慢。
基于對(duì)下面的附圖和詳細(xì)描述的研究，本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、 特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)是顯而易見(jiàn)的或者會(huì)變得顯而易 見(jiàn)。本說(shuō)明書(shū)旨在包括所有這樣的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)，這些 系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)都在本發(fā)明的范圍內(nèi)，且由隨附的權(quán)利要求來(lái) 保護(hù)。


參照隨后的附圖可以更好地理解本發(fā)明的許多方面。圖中的部件并 不一定是按比例繪制的，其重點(diǎn)在于清楚地說(shuō)明本發(fā)明的原理。此外， 在所有圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部分。
圖1是依照本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的天線(xiàn)系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。 圖2是依照本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的天線(xiàn)系統(tǒng)的側(cè)視圖。 圖3是依照本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式的天線(xiàn)系統(tǒng)的側(cè)剖視圖。 圖4是示出一種用于聚焦天線(xiàn)信號(hào)傳送的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是依照本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的天線(xiàn)系統(tǒng)10的側(cè)剖視 圖。圖2是依照本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的天線(xiàn)系統(tǒng)10的側(cè)視圖。 天線(xiàn)系統(tǒng)10包含天線(xiàn)饋源12。信號(hào)14與天線(xiàn)饋源12通信。信號(hào)14具 有波長(zhǎng)16和周期。信號(hào)透鏡18的外圍部分20比內(nèi)部部分22厚，其中 信號(hào)14至少部分地經(jīng)由信號(hào)透鏡18傳播。
信號(hào)透鏡18由允許信號(hào)經(jīng)由其傳播的材料制成。信號(hào)14經(jīng)由信號(hào) 透鏡18的傳播比它在空氣或者信號(hào)透鏡18被浸入的任何介質(zhì)中的傳播 慢。信號(hào)透鏡18的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為使得信號(hào)14經(jīng)由信號(hào)透鏡的外圍部分 20傳播的部分滯后于信號(hào)14經(jīng)由內(nèi)部部分22傳播的部分。具體地說(shuō)， 由于外圍部分20比內(nèi)部部分22厚，當(dāng)信號(hào)14經(jīng)由內(nèi)部部分22傳播的部分已經(jīng)離開(kāi)信號(hào)透鏡18時(shí)，信號(hào)14經(jīng)由外圍部分20傳播的部分將仍 在經(jīng)由信號(hào)透鏡18傳播。
天線(xiàn)饋源12可以是任何對(duì)那些具有本領(lǐng)域的普通技術(shù)的人員所周知 的饋源。出于進(jìn)一步聚焦傳送和其它方面的節(jié)能的目的，天線(xiàn)饋源12可 以被設(shè)計(jì)成朝向信號(hào)透鏡18來(lái)聚焦其信號(hào)14的傳送，但是天線(xiàn)饋源不 需要為實(shí)施本發(fā)明而提供任何類(lèi)型的方向性。
圖3是依照本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方式的天線(xiàn)系統(tǒng)110的側(cè)剖視 圖。天線(xiàn)系統(tǒng)110包含天線(xiàn)饋源112。信號(hào)114與天線(xiàn)饋源112通信。信 號(hào)114具有波長(zhǎng)116和周期。信號(hào)透鏡118具有外圍部分120和通過(guò)內(nèi) 部部分122形成的孔，其中信號(hào)114射到該信號(hào)透鏡118上。
信號(hào)透鏡118由允許信號(hào)經(jīng)由其傳播的材料制成。信號(hào)114經(jīng)由信 號(hào)透鏡118的傳播比它在空氣或者信號(hào)透鏡118被浸入的任何介質(zhì)中的 傳播慢。信號(hào)透鏡118的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為使得信號(hào)114經(jīng)由信號(hào)透鏡的外 圍部分120傳播的部分滯后于信號(hào)114經(jīng)由內(nèi)部部分122中的孔傳播的 部分。具體地說(shuō)，當(dāng)信號(hào)114經(jīng)由內(nèi)部部分122傳播的部分已經(jīng)離開(kāi)信 號(hào)透鏡118的遠(yuǎn)端開(kāi)口 124時(shí)，信號(hào)114經(jīng)由外圍部分120傳播的部分 將仍在經(jīng)由信號(hào)透鏡118傳播。
更具體地說(shuō)，可以使信號(hào)114經(jīng)由外圍部分120傳播的部分比信號(hào) 114經(jīng)由內(nèi)部部分122傳播的部分穿過(guò)內(nèi)部部分122大約多一個(gè)波長(zhǎng)地穿 過(guò)外圍部分120。換言之，對(duì)于到達(dá)信號(hào)透鏡的近端開(kāi)口 126和外圍部分 的近端端部128的信號(hào)114，可以使信號(hào)114經(jīng)由外圍部分120傳播的部 分到達(dá)外圍部分120的遠(yuǎn)端端部130比信號(hào)114經(jīng)由內(nèi)部部分122傳播 的部分到達(dá)遠(yuǎn)端開(kāi)口 124落后大約一個(gè)波長(zhǎng)。類(lèi)似地，在經(jīng)過(guò)信號(hào)透鏡 118之后，信號(hào)114經(jīng)由外圍部分120傳播的部分可能比信號(hào)114經(jīng)由內(nèi) 部部分122傳播的部分落后大約一個(gè)波長(zhǎng)的倍數(shù)。
如圖3所示，遠(yuǎn)端開(kāi)口 124比近端開(kāi)口 126大。遠(yuǎn)端開(kāi)口 124的直 徑可以是信號(hào)114的波長(zhǎng)的大約三倍以下，測(cè)試表明這可以獲得積極的 效果。外圍部分120的徑向?qū)挾萕可以近似表示為A/(2n)，外圍部分 120的長(zhǎng)度L可以近似表示為入/(n-l)，其中n是透鏡材料的介電常數(shù)。對(duì)于低損耗材料，它大約是透鏡介電常數(shù)的平方根。對(duì)于由介電材料制
成的信號(hào)透鏡118，這些信號(hào)透鏡118的尺寸大小定為允許信號(hào)114經(jīng)由 外圍部分120傳播的部分滯后于信號(hào)114經(jīng)由內(nèi)部部分122傳播的部分 一個(gè)波長(zhǎng)。于是，信號(hào)114經(jīng)由外圍部分120傳播的部分與信號(hào)114經(jīng) 由內(nèi)部部分122傳播的部分的隨后的循環(huán)同相地結(jié)合。
在第二示例性實(shí)施方式中示出的信號(hào)透鏡118具有圓錐形狀。其他 形狀的信號(hào)透鏡118，比如喇叭口形(toroidal)也是可行的，從而獲得 與如這里描述的本發(fā)明相似的結(jié)果，且這種信號(hào)透鏡118的形狀也被認(rèn) 為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方式的用于聚焦天線(xiàn)信 號(hào)傳送的方法的流程圖200。值得注意的是，流程圖中的任何過(guò)程描述或 者方框應(yīng)該被理解為代表性的模塊、片段、代碼部分、或者步驟，它們 包括一個(gè)或者多個(gè)用于在過(guò)程中執(zhí)行特定邏輯功能的指令，并且替換實(shí) 施方式也被包括在本發(fā)明的范圍中，其中功能可能不按照示出或者討論 的順序執(zhí)行，包括實(shí)質(zhì)上以同時(shí)或者相反的順序執(zhí)行，這依賴(lài)于所涉及 到的功能，就像本發(fā)明領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員所應(yīng)理解的那樣。
如方框202所示，信號(hào)14自天線(xiàn)饋源12傳送。信號(hào)14的一部分經(jīng) 由信號(hào)透鏡18的內(nèi)部部分22傳播(方框204)。信號(hào)14的一部分經(jīng)由 信號(hào)透鏡18的外圍部分20傳播(方框206)，其中信號(hào)14的相應(yīng)部分 經(jīng)由外圍部分20的傳播比經(jīng)由內(nèi)部部分22的傳播慢。當(dāng)信號(hào)14經(jīng)由外 圍部分20傳播的部分離開(kāi)信號(hào)透鏡18時(shí)，它與信號(hào)14經(jīng)由內(nèi)部部分22 傳播的部分的隨后的循環(huán)同相地結(jié)合(方框208)。
盡管本發(fā)明描述為聚焦信號(hào)14自天線(xiàn)饋源12傳送，但本發(fā)明同樣 地可以應(yīng)用于在天線(xiàn)饋源12接收到的聚焦信號(hào)14。
這里所公開(kāi)的設(shè)計(jì)可以使材料使用減少，其與微波透鏡相比提供了 更節(jié)省成本的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)不使用在分區(qū)透鏡中使用傳統(tǒng)透鏡理論或技 術(shù)。具有方向性的12-25dB范圍內(nèi)的透鏡是最適宜的。所得到的結(jié)構(gòu)具 備與形狀像普通放大鏡的透鏡相似的聚焦性能，但使用的總原材料要少 很多。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，上面描述的本發(fā)明的實(shí)施方式，特別是任何"優(yōu)選 的"實(shí)施方式，僅僅是實(shí)施方式可能實(shí)施例，僅僅是為了清楚地理解本 發(fā)明的原理而闡述的。只要不實(shí)質(zhì)性地脫離本發(fā)明的精神和原理，可以 作出對(duì)上面描述的本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行許多變動(dòng)和修改。所有這樣的 修改和變動(dòng)都被包括在本公開(kāi)和本發(fā)明的范圍內(nèi)且由隨后的權(quán)利要求保 護(hù)。
權(quán)利要求
1、一種天線(xiàn)系統(tǒng)，該天線(xiàn)系統(tǒng)包括天線(xiàn)饋源；與該天線(xiàn)饋源通信的信號(hào)，該信號(hào)具有波長(zhǎng)；和信號(hào)透鏡，該信號(hào)透鏡的外圍部分比內(nèi)部部分厚，其中該信號(hào)射到該信號(hào)透鏡上。
2、 如權(quán)利要求1所述的天線(xiàn)系統(tǒng)，其中所述信號(hào)透鏡還包括喇叭口 形狀。
3、 如權(quán)利要求1所述的天線(xiàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括形成在該內(nèi)部部分 中的孔。
4、 如權(quán)利要求3所述的天線(xiàn)，其中所述外圍部分相對(duì)于所述內(nèi)部部 分的厚度大小為這樣，即使得所述信號(hào)經(jīng)由該內(nèi)部部分的中間部分的 傳播比所述信號(hào)經(jīng)由該外圍部分的傳播少大約一個(gè)波長(zhǎng)。
5、 如權(quán)利要求l所述的天線(xiàn)，其中所述外圍部分相對(duì)于所述內(nèi)部部 分的厚度大小為這樣，即所述信號(hào)比該信號(hào)經(jīng)由所述外圍部分的傳播少大約一個(gè)波長(zhǎng)地穿過(guò)所述內(nèi)部部分的中間部分。
6、 如權(quán)利要求l所述的天線(xiàn)，該天線(xiàn)系統(tǒng)還包括在所述內(nèi)部部分中 形成的近端開(kāi)口和遠(yuǎn)端開(kāi)口，其中該遠(yuǎn)端開(kāi)口比該近端開(kāi)口大。
7、 如權(quán)利要求6所述的天線(xiàn)，其中該遠(yuǎn)端的透鏡孔大約不超過(guò)該信 號(hào)波長(zhǎng)的三倍。
8、 如權(quán)利要求6所述的天線(xiàn)，其中所述外圍部分的徑向?qū)挾却蠹s為 入/(2n)，所述外圍部分的長(zhǎng)度大約為入/(n-l)。
9、 如權(quán)利要求l所述的天線(xiàn)，其中信號(hào)經(jīng)由該內(nèi)部部分的中間部分 的傳播比信號(hào)經(jīng)由該外圍部分的傳播少大約一個(gè)波長(zhǎng)的倍數(shù)。
10、 如權(quán)利要求1所述的天線(xiàn)，其中所述信號(hào)透鏡還包括分段的圓 錐形狀。
11、 如權(quán)利要求l所述的天線(xiàn)，其中所述信號(hào)透鏡聚焦所述信號(hào)。
12、 一種使用天線(xiàn)饋源的通信方法，所述方法包括以下步驟自所述天線(xiàn)饋源發(fā)送信號(hào)；經(jīng)由信號(hào)透鏡的內(nèi)部部分傳播所述信號(hào)的一部分；和 經(jīng)由所述信號(hào)透鏡的外圍部分傳播所述信號(hào)的一部分，其中經(jīng)由該 外圍部分傳播的步驟比經(jīng)由該內(nèi)部部分傳播的步驟慢。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述信號(hào)經(jīng)由所述外圍部分的 傳送比經(jīng)由所述內(nèi)部部分的傳送慢大約一個(gè)相位。
14、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述信號(hào)透鏡為大致喇叭口形的。
15、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述信號(hào)透鏡為大致圓錐段。
16、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述天線(xiàn)饋源是貼片天線(xiàn)。
17、 如權(quán)利要求12所述的方法，該方法還包括將所述信號(hào)經(jīng)由所述 信號(hào)透鏡的所述外圍部分傳播的部分與所述信號(hào)經(jīng)由所述信號(hào)透鏡的所 述內(nèi)部部分傳播的部分的隨后的循環(huán)同相地結(jié)合。
全文摘要
一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含天線(xiàn)饋源。信號(hào)與該天線(xiàn)饋源通信。該信號(hào)具有波長(zhǎng)和周期。信號(hào)透鏡的外圍部分比內(nèi)部部分厚，其中所述信號(hào)經(jīng)由該信號(hào)透鏡傳播。該信號(hào)透鏡被設(shè)計(jì)成使得該信號(hào)經(jīng)由該信號(hào)透鏡的該外圍部分的傳播比經(jīng)由該信號(hào)透鏡的該內(nèi)部部分的傳播慢大約一個(gè)波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H01Q13/00GK101548432SQ200880000963
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日
發(fā)明者約翰·桑福德 申請(qǐng)人:卡施卡拉夫特公司