具有聚焦天线的集成收发器

摘要

装置包括包含天线的完全集成的自包含无线电设备(100)和天线元件(108)。无线电设备(100)和天线元件(108)被布置为使得由无线电设备(100)的天线(A)发射的无线电信号(106)在至少一个预定的空间方向上被放大。

权利要求

1.一种基于集成的自包含无线收发器的装置，包括：

包括天线(A)的无线电设备(100)；以及

天线元件(108)，

其中所述无线电设备(100)和所述天线元件(108)被布置为使得由所述无线电设备(100)的天线(A)发射的无线电信号(106)在至少一个预定的空间方向上被放大，其特征在于，所述无线电设备(100)是包括用于容纳所述天线(A)和无线电信号处理电路(S)的壳体(H)或封装的完全集成的自包含无电线设备，其中所述天线(A)是包括芯片上的天线、封装天线或天线板的集成天线；

所述无线电设备(100)包括接口(I)，所述接口(I)、所述无线电信号处理电路(S)以及所述天线(A)串联连接，并且所述接口(I)用于接收数字数据信号并输出数字数据信号的接口(I)，和耦接至所述接口(I)和所述天线(A)的无线电信号处理电路(S)，其中无线电信号处理电路(S)用于从所述接口(I)接收数字数据信号，对接收到的数字数据信号进行处理以生成所述无线电信号(106)并将所述无线电信号(106)提供至用于发射无线电信号的天线(A)，以及用于从所述天线(A)接收无线电信号，对接收到的无线电信号进行处理以生成数字数据信号并将所述数字数据信号提供至所述接口(I)；

所述天线元件(108)是无源聚焦天线；以及

所述装置包括用于在第一位置接纳所述无线电设备(100)并在第二位置接纳所述天线元件(108)的安装结构(116)，其中所述安装结构(116)用于提供所述天线元件(108)和所述无线电设备(100)之间的相对位置的机械调整以操控由所述天线元件(108)发射的波束。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述无线电设备(100)和所述天线元件(108)被布置为使得所述天线元件(108)将从所述至少一个预定的空间方向接收的无线电信号指引至所述无线电设备(100)的天线(A)。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述无线电设备(100)还包括用于接收控制信号的控制信号接口和用于接收电力信号的供电接口中的至少一个。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述无线电设备(100)的接口(I)用于接收控制信号和供电信号中的至少一个。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述无线电设备(100)的接口(I)包括串行接口。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述无线电设备(100)的天线(A)以比被所述天线元件(108)反射的无线电信号(110)的角度大的发射角度发射广角无线电信号(106)。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述天线元件(108)用于将所述无线电设备(100)的天线(A)传输的能量聚焦于聚焦点，并用于将接收到的能量聚焦于所述无线电设备(100)的天线(A)。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述天线元件(108)包括反射阵列天线或平面透镜天线。

9.如权利要求1所述的装置，包括至少一个包括天线(A)的另一完全集成的自包含无线电设备(200)，其中关于所述天线元件(108)布置所述无线电设备(100)和所述另一无线电设备(200)，以使得由无线电设备(100,200)的天线(A)发射的无线电信号(106,206)在至少两个不同的空间方向上被放大。

10.一种基于集成的自包含无线收发器的系统，包括：

第一装置，所述第一装置包括如权利要求9所述的装置；以及

多个第二装置，所述多个第二装置的每个包括如权利要求1所述的装置，所述多个第二装置布置在远离所述第一装置的不同位置处，以允许点对多点通信或中继通信。

说明书

具有聚焦天线的集成收发器

技术领域

[0001] 本发明涉及无线通信系统，尤其涉及无线收发器。

背景技术

[0002] 如完全集成的自包含无线收发器的传统无线收发器在本领域中是已知的，其被提供和设计用于短程通信。此类收发器的问题在于：由于短程通信，其无法提供链接的简单扩展，而是需要如中继器元件的额外的有源元件。自包含无线收发器内部的天线还限制增益和天线可达到的传输距离，从而另一缺点是不可能针对使用自包含无线收发器的环境中的细节修改或调整增益和可达到的传输距离。在封装或壳体中包括无线电信号处理电路和天线的自包含无线收发器具有支配天线发射的波束的形状和方向的天线，其不允许提供与在自包含无线收发器中原始提供的天线所限定的原始发射特性不同的期望的天线发射特性。

[0003] 为了用于远程通信，已知传统方案，如在卫星通信系统中，其中连同反射器一起提供接收或馈送天线，然而，不存在无线电系统的完全集成。例如，在卫星通信的领域中，存在具有用于信号处理的间歇频率接口和分离的调制解调器的卫星LNB。

[0004] 另一方案为提供专用的高增益天线和馈电结构来替代反射器，如P.Serbe等在2007年第八届固定无线网络与技术欧洲会议中的“SencityTM link 60–无线点对点透明以太网网桥”中所描述的。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种基于集成的自包含无线收发器的以增大的通信范围操作的改良装置和系统。

[0006] 此目的是通过本发明的实施例提供的装置和系统实现的。

[0007] 本发明提供一种装置，包括：包括天线的完全集成的自包含无线电设备，和天线元件，其中无线电设备和天线元件被布置为使得由无线电设备的天线发射的无线电信号在至少一个预定的空间方向上被放大。

[0008] 根据实施例，无线电设备和天线元件被布置为使得天线元件将从至少一个预定的空间方向接收的无线电信号指引至无线电设备的天线。

[0009] 根据实施例，无线电设备包括：用于接收数据信号并输出数据信号的接口，以及耦接至接口和天线的无线电信号处理电路，其中无线电信号处理电路用于从接口接收数据信号，对接收到的数据信号进行处理以生成无线电信号并将无线电信号提供至用于发射无线电信号的天线，以及用于从天线接收无线电信号，对接收到的无线电信号进行处理以生成数据信号并将数据信号提供至接口。

[0010] 根据实施例，无线电设备还包括用于接收控制信号的控制信号接口和用于接收电力信号的供电接口中的至少一个。

[0011] 根据实施例，无线电设备的接口用于接收控制信号和供电信号中的至少一个。

[0012] 根据实施例，无线电设备的接口包括用于接收和输出数字数据的串行接口。

[0013] 根据实施例，无线电设备的天线包括天线芯片、封装天线或天线板。

[0014] 根据实施例，无线电设备的天线以比被天线元件反射的无线电信号的角度大的发射角度发射广角无线电信号。

[0015] 根据实施例，天线元件用于将无线电设备的天线传输的能量聚焦于聚焦点，并用于将接收到的能量聚焦于无线电设备的天线。

[0016] 根据实施例，天线元件包括反射阵列天线或平面透镜天线。

[0017] 根据实施例，无线电设备包括用于容纳天线和无线电信号处理电路的壳体或封装。

[0018] 根据实施例，装置包括用于在第一位置接纳无线电设备和在第二位置接纳天线元件的安装结构。

[0019] 根据实施例，安装结构用于提供天线元件和无线电设备之间的相对位置的机械调整，以操控由天线元件发射的波束。

[0020] 根据实施例，装置包括至少一个包括天线的另一完全集成的自包含无线电设备，其中关于天线元件布置无线电设备和另一无线电设备以使得由无线电设备的天线发射的无线电信号在至少两个不同的空间方向上被放大。

[0021] 本发明提供一种包括第一发明装置的系统，第一发明装置具有用于在第一位置接纳无线电设备和在第二位置接纳天线元件的安装结构，其中安装结构用于提供天线元件和无线电设备之间的相对位置的机械调整以操控由天线元件发射的波束，或具有至少一个包括天线的另一完全集成的自包含无线电设备，其中关于天线元件布置无线电设备和另一无线电设备以使得由无线电设备的天线发射的无线电信号在至少两个不同的空间方向上被放大，该系统还包括布置在远离第一装置的不同位置处的多个第二发明装置，以允许点对多点通信或中继通信。

[0022] 因此，根据本发明，与无源聚焦天线相结合地使用意在用于短程通信的集成的自包含无线收发器以建立远程定向通信链接。

[0023] 与传统方案相比，特别是与传统的集成的自包含无线收发器相比，在没有如中继器或类似的额外的有源元件的情况下的大幅度链接扩展是可实现的。可以按照期望地按比例调整装置至特定天线增益和距离以及提供附加的天线方向图以允许如扇形波束的期望天线特性。发明方案是有益的，因为与诸如以上述提及的卫星通信系统的传统方案相比其允许具有大幅度的尺寸和重量削减的简单机械构造，因为原始高度集成的自包含无线收发器连同反射器一起被提供，而不需要提供额外的、分离的通信元件。使用大规模市场产品和大规模生产技术允许降低装置的成本。另一优点在于，不会因大天线孔径而导致额外的馈电损失。

附图说明

[0024] 下面将参考附图描述本发明的实施例，其中：

[0025] 图1是根据本发明的实施例的装置的示意性表示；

[0026] 图2是可根据本发明的实施例使用的集成的自包含无线收发器的示意性表示；

[0027] 图3展示了描绘用于相对于彼此安装收发器和天线元件的示例的本发明的实施例，其中图3(a)描绘结构的侧视图，图3(b)是图3(a)的结构的俯视图；

[0028] 图4根据示例展示了当使用关于图3中描绘的可调节支撑时的收发器的不同位置；

[0029] 图5展示了包括被布置在相对于反射器的不同位置处的两个集成的自包含无线收发器的本发明的实施例；以及

[0030] 图6展示了如本发明所教示的包括三个收发器/反射器组合的系统的示例。

具体实施方式

[0031] 下面，将关于附图更详细地描述本发明的实施例，附图中具有相同或相似功能的元件具有与其相关联的相同的附图标记。

[0032] 图1是根据本发明的实施例的装置的示意性表示。该装置包括包含天线和调制解调器或无线电信号处理电路的自包含收发器100。收发器100(也称为无线电设备)包括连接外部连接线104的接口102。该接口可以是用于通过线104接收例如数据比特的数据信号的串行数字接口。接收到的数据信号被收发器100内部的调制解调器处理，并被提供至用于发射广角无线电信号106的天线收发器100。装置还包括可以是反射阵列的天线元件108。以如下方式布置收发器100和天线元件108：由收发器100的天线发射的无线电信号106被指引至天线元件108，该天线元件108以将聚焦的无线电信号110反射到期望方向的方式进行构造。根据实施例，收发器100作为发射器操作，而在其他实施例中，其也可作为接收器操作。当作为接收器操作时，天线元件100接收无线电信号并将接收到的无线电信号指引或将无线电信号反射至收发器100的天线上。因此，根据实施例，如图1所示，完全集成的自包含无线发射器和接收器(收发器)100被安置于聚焦反射器108的前面，以使得来自收发器天线的所传输的能量106被聚焦于远程站，并且使得来自远程站的能量被聚焦于收发器天线。

[0033] 根据示例，聚焦反射器108被建构为包括印刷电路板112的无源反射阵列，其上以特定形式或形状安置有多个反射元件或反射片(patches)114。各个反射元件114的设计使得来自某个方向的平面无线电波聚焦于聚焦点。反射器和反射片的大小和特性适应于收发器天线、馈送天线的传输模式，并且适应于收发器100相对于反射器108的位置。

[0034] 图2是可根据本发明的实施例使用的集成的自包含无线收发器的示意性表示。收发器100包括集成天线A，其可以是芯片上的天线、封装天线或天线板。集成天线A发射广角无线电信号106以及接收信号。无线电设备100还包括连接或耦接于接口102和天线A之间的无线电信号处理电路S。电路S经由接口102接收信号(例如数据信号)，生成用于传输的无线电信号并通过天线A提供用于传输的无线电信号。并且，电路S从天线A接收无线电信号并对无线电信号进行处理以生成经由接口102输出的数据信号。接口102可以是数字数据接口，例如，如以太网接口或USB接口的串行接口。接口102也可允许将控制信号和供电信号交互至收发器100。可选地，可提供例如分离的控制信号接口和分离的供电接口的分离接口来替代将控制信号和供电接口嵌入或集成于接口102。

[0035] 如图2示例性地描绘，收发器100包括壳体H或封装，其中布置收发器100的各个元件(即天线A和电路S)以使得元件100成为完全集成的自包含无线通信设备，其自身允许短程无线通信，正如其他传统的无线通信设备。关于图1所描述的发明方案允许大幅度扩展收发器100的短程通信范围，而不需要任何无线通信设备的修改，从而(例如)可以以本发明方案使用任意的传统的短程无线收发器并且可通过连同反射阵列一起使用此传统的自包含完全集成的收发器来改进通信距离，因而允许关于可实现的通信特性的上述概括的优点。

[0036] 图3展示了描绘用于相对于彼此安装收发器和天线元件108的示例的本发明的实施例。图3(a)中描绘了结构的侧视图，图3(b)是图3(a)的结构的俯视图。根据实施例，提供安装结构116，其包括搁置在地面或安装表面120上的底部118。反射器元件108可被附接至底部118以固定。安装结构116还包括具有安装于底座118的第一端和收发器100所安装的第二端的支撑臂122。安装结构118包括第一铰链或枢转点124以允许支撑臂122绕底部118在x/y平面中旋转，如图3(b)中的箭头126示意性地指示。本发明的实施例可提供在第二端处包括另一铰链结构128的安装结构116，该另一铰链结构128用于安装待以期望角度相对于安装表面120倾斜的收发器，如箭头130示意性地指示(见图3(a))。此外，支撑臂122可包括允许收发器100相对于底部118的垂直位移的中部铰链132。

[0037] 虽然图3描绘了允许收发器位置相对于反射阵列108的机械调整的安装结构116，其他实施例可以提供不允许机械调整而只提供用于以如下方式相对于彼此安装收发器100和反射器108的安装结构：来自收发器100的天线的信号被反射阵列反射到期望方向，或者使得在反射器处接收的信号被指引至收发器100的天线。

[0038] 提供用于收发器位置的机械调整的可能性是有益的，因为其允许操控从反射器108发射的波束110或经由反射器108的来自不同方向的接收信号。图4根据示例展示了当使用关于图3中描绘的可调节支撑时的收发器100的不同位置。图4中，实线表示收发器100的第一位置，和从收发器朝向反射器108输出的信号106以及反射的信号110。由箭头134示意性地表示机械调整，从而收发器100的位置相对于反射器108的位置而改变，因而将波束110操控至不同方向，如波束110’指示。

[0039] 根据另一实施例，可提供两个或更多个集成的收发器100。图5展示了包括在相对于反射器108的不同位置处布置的两个集成的自包含无线收发器100和200的本发明的实施例。另一收发器200可具有与收发器100相同的结构并且输出广角无线电信号206，其被反射器108反射为聚焦信号210。以关于图5描绘的方式提供两个或更多个集成的收发器允许以不同的反射角度的信号传输，如聚焦信号110和210所示，并且还允许不同的聚焦点和具有不同偏振的传输。

[0040] 根据另一实施例，本发明提供集成有多个收发器和反射器的系统，以允许点对多点的通信和/或中继通信。图6展示了如本发明所教示的包括三个收发器/反射器组合的系统的示例。例如，第一装置或组合可以是，例如关于图5所描述的包括两个收发器100和200的装置。在可选的实施例中，可提供如图4所示的包括允许机械调整的安装结构的收发器。系统包括：包括收发器300和反射器308以及收发器400和反射器408的其他装置。在此结构中，实现了从包括收发器100和200的第一装置至布置有接收器300和400的不同点的通信。

[0041] 已经在反射阵列的上下文中描述了本发明，然而，可提供用于提供聚焦信号110的其他天线元件，例如平面透镜天线等。

[0042] 以上关于不同的实施例描述的本发明提供由用于与分离的天线元件进行数字数据通信的无线电部件所形成的组合，以使得在各个空间方向上放大由无线电部件或无线电设备的集成天线发射的无线电信号，其中无线电设备是完全自包含的并且经由数字的串行接口交换数据，天线元件可以是反射阵列或平面透镜。

[0043] 尽管在装置的上下文中已经描述了所述概念的一些方面，显然地，这些方面也表示对应方法的描述，其模块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应模块或物体或特征的描述。

[0044] 上述实施例仅仅表示本发明的原理。应理解，本文所述的布置和细节的任何修改和变形对于本领域的其他技术人员是显而易见的。因此，此意在仅由待决权利要求的范围限制，而不是通过本文实施例的描述和解释给出的特定细节限制。

[0045] 得出这些结果的研究工作是由欧盟推动的。