CN101183889B - 多频天线阵、射频收发器和射频发射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多频天线阵、射频收发器和射频发射器，其中，多频天线阵包括第一天线电路和第二天线电路。第一天线电路具有第一辐射特性并调谐到第一载波频率。第一天线电路在所述第一载波频率发射射频(RF)信号的第一表示，其中所述第一载波频率对应于所述RF信号的载波频率和第一频率偏移。第二天线电路具有第二辐射特性并调谐到第二载波频率。第二天线电路在所述第二载波频率发射射频(RF)信号的第二表示，其中所述第二载波频率对应于所述RF信号的载波频率和第二频率偏移。

Description

多频天线阵、射频收发器和射频发射器
技术领域
本发明涉及无线通信系统，更具体地说，涉及这种无线通信系统内的射频(RF)收发器所使用的天线结构。
背景技术
通信系统用于支持无线和/或有线通信设备之间的无线和有线通信。这样的通信系统包括国内和/或国际蜂窝电话系统到互联网、点对点的内部无线网络到射频识别(RDIF)系统。每种类型的通信系统都根据一种或多种通信标准构造和操作。例如，无线通信系统可根据一种或多种标准操作，包括但不限于，射频识别(RFID)、IEEE 802.11、蓝牙、高级移动电话业务(AMPS)、数字AMPS、全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)、本地多点分配系统(LMDS)、多信道多点分配系统(MMDS)、和/或其变化形式。
根据无线通信系统的类型，例如蜂窝电话、对讲机、个人数字助理(PDA)、个人电脑(PC)、膝上电脑、家庭娱乐设备、RDIF阅读器、RDIF标签等之类的无线通信设备直接或间接地与其它无线通信设备通信。对于直接通信(也被称为点对点通信)，参与的无线通信设备将它们的接收器和发射器调谐到相同的一个或多个信道(例如，无线通信系统的多个射频(RF)载波中的一个)，并通过该信道通信。对于间接无线通信系统，每个无线通信设备都通过指定的信道直接与相关的基站(例如，对于蜂窝电话)和/或相关的接入点(例如，对于室内或者建筑内的无线网络)通信。为了完成无线通信设备之间的通信连接，相关的基站和/或相关的接入点通过系统控制器、公共交换电话网络、互联网、和/或某些其它的广域网与彼此直接通信。
对于参与无线通信的每个无线通信设备，它包括内置无线电收发器(也就是，接收器和发射器)，或者连接到相关的无线电收发器(例如，室内和/或建筑内无线通信网络的站点，RF调制解调器等)。众所周知，接收器连接到天线，包括低噪声放大器、一个或多个中频级、滤波级、以及数据恢复级。低噪声放大器通过天线接收入站RF信号，然后放大。所述一个或多个中频级将被放大的RF信号与一个或多个本地振荡混合，从而将被放大的RF信号转换为基带信号或者中频(IF)信号。滤波级对基带信号或者中频信号滤波，以削弱不期望的带外信号，生成滤波信号。数据恢复级根据特定的无线通信标准从被滤波信号中恢复原始数据。
众所周知，发射器包括数据调制级、一个或多个中频级、以及功率放大器。数据调制级根据特定的无线通信标准将原始数据转换为基带信号。所述一个或多个中频级将基带信号与一个或多个本地振荡混合，从而生成RF信号。功率放大器在通过天线传输之前，放大RF信号。
由于无线通信的无线部分开始和结束于天线，因此合理设计的天线结构是无线通信设备的重要部分。如大家所知道的，天线结构被设计得在操作频率上有期望的阻抗(例如，50Ohm)、中心位于期望操作频率上的期望带宽、以及期望的波长(例如，对于单极天线，为操作频率的1/4波长)。还如大家所知道的，天线结构可包括一个或多个单极天线和/或偶极天线，所述天线有分集天线结构、相同的极化、不同的极化和/或任意数量的其它电磁特性。
当天线结构包括一个以上的天线时，天线的辐射特性至少在一定程度上重叠。在重叠的区域，可发生零点(null)，其中一个天线发射的RF信号与另一个天线发射的相同RF信号反相180°，因此完全减小了RF信号的信号强度。如果目的接收器位于零点，它从RF信号中准确恢复数据的能力就削弱了。
因此，需要一种减小零点的发生几率的天线结构。
发明内容
本发明涉及的设备和操作方法在以下的附图说明、具体实施方式以及权利要求中有进一步的描述。
根据本发明的一个方面，一种多频天线阵，包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一载波频率，其中所述第一天线电路在所述第一载波频率发射射频(RF)信号的第一表示，其中所述第一载波频率对应于所述RF信号的载波频率和第一频率偏移；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二载波频率，其中所述第二天线电路在所述第二载波频率发射射频(RF)信号的第二表示，其中所述第二载波频率对应于所述RF信号的载波频率和第二频率偏移。
优选地，第一和第二天线电路中的每一个都包括：
天线，具有电阻部分、电感部分、以及电容部分，其中所述电阻部分、电感部分、以及电容部分的数值可提供对应第一或第二载波频率的共振频率，并提供第一和第二天线电路之间频谱重叠的预定级别的品质因子。
优选地，第一和第二天线电路中的每一个都包括以下中的至少一个：
电阻，连接到天线，与天线的电阻部分一起提供第一或第二天线电路的电阻；
电容，连接到天线，与天线的电容部分一起提供第一或第二天线电路的电容；
电感，连接到天线，与天线的电感部分一起提供第一或第二天线电路的电感；其中所述电阻、电容、以及电感的至少一个与所述电阻部分、电感部分、以及电容部分一起提供对应第一或第二载波频率的共振频率，并提供第一和第二天线电路之间频谱重叠的预定级别的品质因子。
优选地，第一和第二天线电路中的每一个都包括以下中的至少一个：
可调电阻，连接到天线，与天线的电阻部分一起提供第一或第二天线电路的电阻；
可调电容，连接到天线，与天线的电容部分一起提供第一或第二天线电路的电容；
可调电感，连接到天线，与天线的电感部分一起提供第一或第二天线电路的电感；其中所述可调电阻、可调电容、以及可调电感的至少一个与所述电阻部分、电感部分、以及电容部分一起提供对应第一或第二载波频率的共振频率，并提供第一和第二天线电路之间频谱重叠的预定级别的品质因子。
优选地，第一和第二天线电路中的每一个都包括：
阻抗匹配电路，连接到天线，其中所述阻抗匹配电路被调谐，以提供第一和第二载波频率上的期望阻抗。
优选地，所述多频天线阵包括：
所述第一天线电路的天线与第二天线电路的天线的距离是载波频率的大约1/2波长。
优选地，第一和第二天线电路中的每一个都包括以下中的至少一个：单极天线；偶极天线；引向反射天线；以及螺旋天线。
优选地，所述多频天线阵包括：
第三天线电路，具有第三辐射特性并调谐到第三载波频率，其中所述第三天线电路在所述第三载波频率发射RF信号的第三表示，其中所述第三载波频率对应于所述RF信号的载波频率和第三频率偏移；以及
第四天线电路，具有第四辐射特性并调谐到第四载波频率，其中所述第四天线电路在所述第四载波频率发射RF信号的第四表示，其中所述第四载波频率对应于所述RF信号的载波频率和第四频率偏移。
优选地，所述多频天线阵包括：
第三天线电路，具有第三辐射特性并调谐到第一载波频率，其中所述第三天线电路在所述第一载波频率发射RF信号的第三表示，以及
第四天线电路，具有第四辐射特性并调谐到第二载波频率，其中所述第四天线电路在所述第二载波频率发射RF信号的第四表示。
根据本发明的一个方面，一种射频(RF)收发器，包括：
功率放大器模块，用于：
在第一发射载波频率生成出站RF信号的第一表示，其中所述第一发射载波频率对应于所述出站RF信号的载波频率和第一发射频率偏移；以及
在第二发射载波频率生成出站RF信号的第二表示，其中所述第二发射载波频率对应于所述出站RF信号的载波频率和第二发射频率偏移；低噪声放大器模块，用于：
在第一接收载波频率接收入站RF信号的第一表示，其中所述第一接收载波频率对应于所述入站RF信号的载波频率和第一接收频率偏移；
在第二接收载波频率接收入站RF信号的第二表示，其中所述第二接收载波频率对应于所述入站RF信号的载波频率和第二接收频率偏移；且
根据入站RF信号的第一和第二表示，生成入站RF信号；以及下变频模块，用于将入站RF信号转换为入站信号。
优选地，所述RF收发器还包括：
天线，用于将功率放大器模块连接到多频天线阵，其中所述多频天线阵包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一发射载波频率，其中所述第一天线电路发射出站RF信号的第一表示；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二发射载波频率，其中所述第二天线电路发射出站RF信号的第二表示。
优选地，所述RF收发器还包括：
天线，用于将低噪声放大器模块连接到多频天线阵，其中所述多频天线阵包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一接收载波频率，其中所述第一天线电路接收入站RF信号的第一表示；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二接收载波频率，其中所述第二天线电路接收入站RF信号的第二表示。
优选地，所述第一发射载波频率完全等于第一接收载波频率，所述第二发射载波频率完全等于第二接收载波频率。
优选地，所述RF收发器还包括：
多频天线阵，包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一发射载波频率，其中所述第一天线电路发射出站RF信号的第一表示；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二发射载波频率，其中所述第二天线电路发射出站RF信号的第二表示。
优选地，所述多频天线阵包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一接收载波频率，其中所述第一天线电路接收入站RF信号的第一表示；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二接收载波频率，其中所述第二天线电路接收入站RF信号的第二表示。
优选地，所述功率放大器模块包括：
功率放大器电路，用于放大出站RF信号，以生成被放大的出站RF信号；
第一混频器，将被放大的出站RF信号与第一发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第一表示；以及
第二混频器，将被放大的出站RF信号与第二发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第二表示。
优选地，所述功率放大器模块包括：
第一阻抗匹配电路，连接到第一混频器的输出，其中第一阻抗匹配电路被调谐，以在第一发射载波频率提供期望的阻抗；以及
第二阻抗匹配电路，连接到第二混频器的输出，其中第二阻抗匹配电路被调谐，以在第二发射载波频率提供期望的阻抗。
优选地，所述功率放大器模块包括：
第一混频器，将出站RF信号与第一发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第一混频表示；
第二混频器，将出站RF信号与第二发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第二混频表示；
第一功率放大电路，用于放大出站RF信号的第一混频表示，以生成出站RF信号的第一表示；以及
第二功率放大电路，用于放大出站RF信号的第二混频表示，以生成出站RF信号的第二表示。
优选地，所述功率放大器模块包括：
混频器，用于将出站RF信号与第一发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第一混频表示和出站RF信号的第二混频表示，其中第一混频表示对应上边带，第二混频表示对应下边带；
第一功率放大电路，用于放大出站RF信号的第一混频表示，以生成出站RF信号的第一表示；以及
第二功率放大电路，用于放大出站RF信号的第二混频表示，以生成出站RF信号的第二表示。
根据本发明的一个方面，一种射频(RF)发射器，包括：
上变频模块，用于将出站信号转换成出站RF信号；以及
功率放大器模块，用于：
在第一发射载波频率生成出站RF信号的第一表示，其中所述第一发射载波频率对应于所述出站RF信号的载波频率和第一发射频率偏移；以及
在第二发射载波频率生成出站RF信号的第二表示，其中所述第二发射载波频率对应于所述出站RF信号的载波频率和第二发射频率偏移。优选地，所述RF发射器还包括：
天线，用于将功率放大器模块连接到多频天线阵，其中所述多频天线阵包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一发射载波频率，其中所述第一天线电路发射出站RF信号的第一表示；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二发射载波频率，其中所述第二天线电路发射出站RF信号的第二表示。
优选地，所述RF发射器还包括：
多频天线阵，包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一发射载波频率，其中所述第一天线电路发射出站RF信号的第一表示；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二发射载波频率，其中所述第二天线电路发射出站RF信号的第二表示。
优选地，所述功率放大器模块包括：
功率放大器电路，用于放大出站RF信号，以生成被放大的出站RF信号；
第一混频器，将被放大的出站RF信号与第一发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第一表示；以及
第二混频器，将被放大的出站RF信号与第二发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第二表示。
优选地，所述功率放大器模块包括：
第一阻抗匹配电路，连接到第一混频器的输出，其中第一阻抗匹配电路被调谐，以在第一发射载波频率提供期望的阻抗；以及
第二阻抗匹配电路，连接到第二混频器的输出，其中第二阻抗匹配电路被调谐，以在第二发射载波频率提供期望的阻抗。
优选地，所述功率放大器模块包括：
第一混频器，将出站RF信号与第一发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第一混频表示；
第二混频器，将出站RF信号与第二发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第二混频表示；
第一功率放大电路，用于放大出站RF信号的第一混频表示，以生成出站RF信号的第一表示；以及
第二功率放大电路，用于放大出站RF信号的第二混频表示，以生成出站RF信号的第二表示。
优选地，所述功率放大器模块包括：
混频器，用于将出站RF信号与第一发射频率偏移混频，以生成出站RF信号的第一混频表示和出站RF信号的第二混频表示，其中第一混频表示对应上边带，第二混频表示对应下边带；
第一功率放大电路，用于放大出站RF信号的第一混频表示，以生成出站RF信号的第一表示；以及
第二功率放大电路，用于放大出站RF信号的第二混频表示，以生成出站RF信号的第二表示。
通过以下参照附图对本发明进行的详细描述，本发明的其他特征和优点将会变得明显。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明的无线通信系统的示意框图；
图2是根据本发明的无线通信系统的示意框图；
图3是根据本发明的多频天线阵的实施例的示意图；
图4是图3中的多频天线阵的响应的频域图；
图5是根据本发明的多频天线阵的另一个实施例的示意框图；
图6是根据本发明的多频天线阵的天线实施例的等效电路的示意框图；
图7是根据本发明的多频天线阵的另一个实施例的示意图；
图8是图7中的多频天线阵的一个实施例的响应频域图；
图9是图7中的多频天线阵的另一个实施例的响应频域图；
图10是根据本发明的功率放大器模块的实施例的示意框图；
图11是根据本发明的功率放大器模块的另一个实施例的示意框图；
图12是根据本发明的功率放大器模块的另一个实施例的示意框图；
图13是根据本发明的功率放大器模块的另一个实施例的示意框图；
图14是根据本发明的功率放大器模块的另一个实施例的示意框图；
图15是根据本发明的功率放大器模块的另一个实施例的示意框图。
具体实施方式
图1是根据本发明的通信系统10的示意框图，通信系统10包括多个基站和/或接入点12-16、多个无线通信设备18-32以及网络硬件组件34。无线通信设备18-32可以是膝上主机电脑18和26、个人数字助理主机20和30、个人电脑主机24和32和/或蜂窝电话主机22和28。无线通信设备的细节将会参照图2进行更详细的描述。
基站或接入点12通过局域网连接36、38和40连接到网络硬件34。网络硬件34可以是路由器、交换机、桥接器、调制解调器、系统控制器等，为通信系统10提供广域网连接42。为了与它的区域内的无线通信设备通信，每个基站或接入点12-16都有相关的天线或天线阵列。通常，无线通信设备向特定的基站或接入点12-14登记，以接收来自通信系统10的服务。对于直接连接(也就是，点对点通信)，无线通信设备通过分配的信道直接通信。
通常基站用于蜂窝电话系统和类似的系统，而接入点用于室内或建筑内无线网络。不论何种特定类型的通信系统，每种无线通信设备包括内置无线电装置和/或连接到无线电装置。无线电装置包括高线性放大器和/或可编程多级放大器，如在此所公开的，用于增强性能、降低成本、减小尺寸和/或增强宽带应用。
图2是无线通信设备的示意框图，包括主机18-32以及相关的无线电装置60。对于蜂窝电话主机，无线电装置60是内置部件。对于个人数字助理主机、膝上主机和/或个人电脑主机，无线电装置60是内置或外部连接的部件。本技术领域的人员将会理解，无线电装置60可以是单独的装置(也就是，与主机无关)和/或用在多个其它应用中以收发RF信号。
如图所示，主机设备18-32包括处理模块50、存储器52、无线电接口54、输入接口58、以及输出接口56。处理模块50和52执行通常由主机完成的对应指令。例如，对于蜂窝电话主机，处理模块50根据特定的蜂窝电话标准执行对应的通信功能。
无线电接口54允许从无线电装置60接收并向其发送数据。对于从无线电装置60接收的数据(例如，入站数据)，无线电接口54将数据提供给处理模块50供进一步处理和/或路由到输出接口56。输出接口56可连接到输出显示设备，例如显示器、监视器、扬声器等，从而显示所接收的数据。无线电接口54还将来自处理模块50的数据提供给无线电装置60。处理模块50可通过输入接口58从输入设备(例如，键盘、键区、麦克风等)接收入站数据，或者自己生成数据。对于通过输入接口58接收的数据，处理模块50可对数据执行对应的主机功能和/或通过无线电接口54将其路由到无线电装置60。
无线电装置60包括主机接口62、数字接收器处理模块64、数模转换模块66、滤波/增益模块68、下变频模块70、低噪声放大器模块72、本地振荡模块74、存储器73、数字发射处理模块76、数模转换器78、滤波/增益模块80、上变频模块82、功率放大器模块84、以及多频天线阵75，这将会参照图3-9中的一个或多个进行更详细的描述。要注意的是下变频模块70、低噪声放大器模块72、本地振荡模块74、上变频模块82和功率放大器模块84都可被统称为RF收发器90。
数字接收器处理模块64和数字发射处理模块76结合存储在存储器73和/或内部存储的操作指令，分别执行数字接收器功能和数字发射器功能。数字接收器功能包括但不限于，数字中频至基带转换、解调、星座解映射、解码、和/或解扰。数字发射器功能包括但不限于加扰、编码、星座映射、调制和/或数字基带至IF转换。数字接收器和发射器处理模块64和76可使用共享处理设备、单个处理设备或多个处理设备实施。这样的处理设备可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器、微电脑、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑设备、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或根据操作指令处理(模拟和/或数字)信号的任何设备。存储器73可以是单个存储设备或多个存储设备。这样的存储设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失存储器、非易失存储器、静态存储器、动态存储器、闪存和/或任何存储数字信息的设备。要注意的是，当处理模块64和/或76通过状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路实施它的一个或多个功能时，存储对应的操作指令的存储器嵌入在包括所述状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路中。
在操作中，无线电装置60通过主机接口62从主机设备接收出站数据94。主机接口62将出站数据94路由到数字发射处理模块76，发射处理模块76根据特定无线通信标准(例如，IEEE 802.11a、、IEEE 802.11b、蓝牙等)处理出站数据94，以生成数字发射格式的数据96。数字发射格式的数据96可以是数字基带信号或者数字低中频信号，其中数字低中频处于零至几兆赫兹的频率范围。
数模转换模块78包括一个或多个数模转换器，将数字发射格式的数据96从数字域转换成模拟域。滤波/增益模块80在将模拟信号提供给上变频模块82之前，滤波和/或调节模拟信号的增益。上变频模块82基于本地振荡模块74提供的发射器本地振荡83，将模拟基带或低中频信号直接转换为RF信号。功率放大器模块84将参照图10-13进行更详细的描述，它放大RF信号以生成出站RF信号98。多频天线阵75将出站RF信号98发射到目的设备，例如基站、接入点和/或另一个无线通信设备。
无线电装置60还通过多频天线阵75接收入站RF信号88，其中入站RF信号88由基站、接入点或另一个无线通信设备发射。多频天线阵75将入站RF信号88提供给低噪声放大器模块72，低噪声放大器模块72可包括一个或多个低噪声放大器，以放大入站RF信号88，从而生成被放大的入站RF信号。低噪声放大器模块72将被放大的入站RF信号提供给下变频模块70，下变频模块70基于本地振荡模块74提供的接收器本地振荡81，直接将被放大的入站RF信号转换为入站低中频信号。下变频模块70将入站低中频信号提供给滤波/增益模块68，滤波/增益模块68在将信号提供给模数转换器模块66之前，滤波和/或调节信号的增益。
模数转换模块66包括一个或多个数模转换器，将被滤波的入站低中频信号从模拟域转换为数字域，以生成数字接收格式的数据90。数字接收器处理模块64解码、解扰、解映射和/或解调数字接收格式的数据90，以根据无线电装置实施的特定无线通信标准，重新获取入站数据92。主机接口62通过无线电接口54将重新获取的入站数据92提供给主机设备18-32。
本技术领域的人员将会理解，无线电装置60可通过一个或多个集成电路实施。例如，整个无线电装置60可以集成在一个IC上，包括多频天线阵75。在另一个例子中，无线电装置60可以在一个IC上实施，没有多频天线阵75，多频天线阵75在另一个IC或印刷电路板上实施、和/或作为自由结构实施。作为另一个例子，RF收发器在一个IC上实施，无线电装置60的剩余部分(多频天线阵75除外)可以在另一个IC上实施。作为另一个例子，数字接收器和发射器处理模块64和76可以位于一个IC上，而无线电装置60的剩余模块，除去多频天线阵75之外，都位于另一个IC上。
图3是多频天线阵75的实施例的示意图，多频天线阵75包括第一天线电路100和第二天线电路102。第一天线电路100有第一辐射特性(pattern)100，它取决于天线的类型和极化天线。在这个例子中，天线可以是单极天线、偶极天线、引向反射天线、或螺旋天线，这在序列号为11/386,247、申请日为2006年3月21日、标题为“PLANER HELICAL ANTENNA”以及序列号为11/451,752、申请日为2006年6月12日、标题为“PLANER ANTENNASTRUCTURE”的同时另案待审的专利申请中公开。
第一天线100调谐到第一载波频率，第一载波频率取决于RF信号的载波频率(例如，入站RF信号88和/或出站RF信号98)和第一频率偏移112。第一频率偏移112的数值将RF信号的频率改变相对较小的量，从而使它保持在RF收发器90的带宽内。例如，参照图4，RF信号88或98位于900MHz的频带内，入站RF信号96有880MHz的载波频率，和/或出站RF信号98有920MHz的载波频率。频率偏移可高达载波频率的几个百分点(例如，高达27MHz)，这样RF信号88或98的载波频率位于第一载波频率(也就是，RF信号88或98的载波频率加上或减去第一频率偏移(Δfl)112)。
第二天线电路102距第一天线电路100 1/2波长(λ)，有第二辐射特性110，第二辐射特性110取决于天线的类型和极化天线。在这个例子中，天线可以是单极天线、偶极天线、引向反射天线、或螺旋天线，这在序列号为11/386,247、申请日为2006年3月21日、标题为“PLANER HELICALANTENNA”以及序列号为11/451,752、申请日为2006年6月12日、标题为“PLANER ANTENNA STRUCTURE”的同时另案待审的专利申请中公开。
第二天线电路102调谐到第一载波频率，第一载波频率取决于RF信号的载波频率(例如，入站RF信号88和/或出站RF信号98)和第二频率偏移114。第二频率偏移114的数值将RF信号的频率改变相对较小的量，从而使它保持在RF收发器90的带宽内。例如，参照图4，RF信号88或98位于900MHz的频带内，入站RF信号96有880MHz的载波频率，和/或出站RF信号98有920MHz的载波频率。第二频率偏移114可高达载波频率的几个百分点(例如，高达27MHz)，但是与第一频率偏移不同，这样RF信号88或98的载波频率位于第二载波频率(也就是，RF信号88或98的载波频率加上或减去第二频率偏移(Δf2)114)。
参照图3和图4，第一天线电路100的响应118和第二天线电路102的响应120取决于天线电路100和102的特征。此外，在天线电路的设计中，涉及可接受级别的频谱重叠因子116。例如，天线电路的品质因子影响天线响应118和120的选择性(也就是，带宽和复制(roll off))。天线电路100和102的品质因子(Q)由它的电感、电阻和电容特性决定。例如，在串联共振电路中ω0L＝1/ω0C，因此Q＝ω0L/R或者Q＝1/ω0CR；对于并联共振电路，ω0＝√(1/LC)*√(1-1/Q2)，且半功率点对应dv＝v0*Q/2，其中v0是共振频率，dv是距v0的半功率频率偏移。这样，天线电路100和102可调谐到期望的频率和选择性，以实现如图4所示的频谱。
图5是多频天线阵75的另一个实施例的示意图，多频天线阵75包括第一天线电路100和第二天线电路102。在这个实施例中，第一和第二天线电路100和102中的每一个都分别包括天线132和130以及阻抗匹配电路136和134。天线130和132可以是单极天线、偶极天线、引向反射天线、或螺旋天线，这在序列号为11/386,247、申请日为2006年3月21日、标题为“PLANERHELICAL ANTENNA”以及序列号为11/451,752、申请日为2006年6月12日、标题为“PLANER ANTENNA STRUCTURE”的同时另案待审的专利申请中公开。
阻抗匹配电路134和136用于将对应天线130和132的阻抗与功率放大器模块84和/或低噪声放大器模块72匹配，阻抗匹配电路134和136中的每一个都包括与天线130和132串联和/或并联的不平衡变压器、电容和/或电感，以在期望的操作频率实现期望的电感匹配。
图6是根据本发明的多频天线阵75的天线130或132实施例的等效电路的示意框图，多频天线阵75连接到信号源(例如，RF信号88或98的第一和第二表示104或106)。在这个例子中，天线是偶极天线(例如，总长度对应它所接收信号的频率的波长的1/2)，并包括电阻部分(R)、电感部分(L)以及电容部分(C)。如前面所提及的，天线的响应基于其质量因子(Q)，质量因子(Q)基于电感、电阻和电容特性。这样，通过控制天线的R、L、和/或C，可获得期望的响应。在一个实施例中，天线130或132的固有R、L、和/或C可被控制，其实现期望的响应。在另一个实施例中，外部R、L、和/或C与天线130或132串联和/或并联，以提供期望的响应。在另一个实施例中，外部R、L、和/或C可调节，以精确调谐天线响应118或120。
因此，通过多天线发射RF信号，每个天线都有不同的响应，并发射RF信号的不同表示(例如，利用载波频率发射RF信号，所述载波频率对应RF信号的载波频率加上或减去频率偏移)，利用相同的载波频率、通过多天线发射信号所产生的零点减少了。此外，通过选择相对较小的频率偏移，不需要改变收发器的信道带宽。
图7是根据本发明的多频天线阵75的另一个实施例的示意图；多频天线阵75包括第一天线电路100、第二天线电路102、第三天线电路146、以及第四天线电路144。天线电路100、102、144和146中的每一个都有对应的辐射特性108、110、148和150，这些辐射特性由波束赋形和/或不同的天线极化产生。天线电路100、102、144和146之间的距离约为1/2波长，或者是被发射的RF信号的波长的其他部分。要注意的是第三和第四天线电路146和144有与第一和第二天线电路100和102类似的结构，但是有不同的辐射特性148和150。
在实施例中，第三天线电路146在第三载波频率发射RF信号的第三表示140(例如，入站RF信号88或者出站RF信号98)，第三载波频率对应RF信号的载波频率和第三频率偏移。第四天线电路144在第四载波频率发射RF信号的第四表示142，第四载波频率对应RF信号的载波频率和第四频率偏移。这个实施例的频域图在图9中示出，其中四个表示104、106、140和142中的每一个都在频率上偏移RF信号88或98的载波频率不同的频率偏移112、114、160和162。
再回到图7的讨论和另一个实施例，第三天线电路146被调谐到第一载波频率。这样，第三天线电路146在第一载波频率发射RF信号的第三表示140。第四天线电路144被调谐到第二载波频率。这样，第四天线电路144在第二载波频率发射RF信号的第四表示142。在这个例子中，由于第三天线电路的辐射特性与第一天线电路的辐射特性大致方向相反，将会有最小的空中信号合并，因此生成的零点是最少的，第二和第四天线结构的应用类似。这个天线阵75的频率域图在图8中示出。
图10是功率放大器模块84的实施例的示意框图，功率放大器模块84包括功率放大器电路170(可以是功率放大器或预放大器)、混频器174和176、以及频率偏移信号源172和178。功率放大器170放大出站RF信号98，以生成被放大的RF信号。第一信号源172生成第一频率偏移(Δf1)112，第二信号源生成第二频率偏移(Δf2)114。要注意的是，第一和第二频率偏移112和114可以是具有期望频率的正弦信号。
第一混频器174将被放大的RF信号与第一频率偏移112混频，以生成RF信号98的第一表示104。第二混频器176将被放大的RF信号与第二频率偏移114混频，以生成RF信号98的第二表示106。要注意的是天线电路100和102有期望的品质因子和半功率因子，两个正弦信号相乘所生成的另一边带位于天线的频带之外，因此可被忽略。选择性的，天线电路和/或功率放大器模块可包括滤波，以进一步削弱另一边带。还要注意的是，天线电路100和102可调谐到混频器174或176生成的边带，一个天线电路可被调谐到上边带，而另一个天线电路可被调谐到下边带。还要注意的是，第一和第二频率偏移可以有相同的频率，其中RF信号的一个表示对应下边带，RF信号的另一个表示对应上边带。在后一种选择性实施例中，功率放大器模块84可仅包括一个混频器和一个信号源，以生成RF信号98的第一和第二表示104和106。
图11是功率放大器模块84的另一个实施例的示意框图，功率放大器模块84包括功率放大器电路170、混频器174和176、频率偏移信号源172和178、以及阻抗匹配电路180和182。功率放大器电路170放大出站RF信号98，以生成被放大的RF信号。第一信号源172生成第一频率偏移(Δfl)112，第二信号源生成第二频率偏移(Δf2)114。要注意的是，第一和第二频率偏移112和114可以是具有期望频率和/或相同频率的正弦信号。
第一混频器174将被放大的RF信号与第一频率偏移112混频，以生成RF信号98的第一表示104。第二混频器176将被放大的RF信号与第二频率偏移114混频，以生成RF信号98的第二表示106。第一阻抗匹配电路180包括不平衡变压器、电容和/或电感，将RF信号98的第一表示104提供给天线阵列75。第二阻抗匹配电路182包括不平衡变压器、电容和/或电感，将RF信号98的第二表示106提供给天线阵列75。
图12是功率放大器模块84的另一个实施例的示意框图，功率放大器模块84包括第一和第二功率放大电路190和192(每一个都可以是功率放大器或预放大器)、混频器174和176、以及频率偏移信号源172和178。功率放大电路190和192放大出站RF信号98，以生成两个被放大的RF信号。第一信号源172生成第一频率偏移(Δf1)112，第二信号源生成第二频率偏移(Δf2)114。要注意的是，第一和第二频率偏移112和114可以是具有期望频率的正弦信号。
第一混频器174将两个被放大的RF信号中的第一个与第一频率偏移112混频，以生成RF信号98的第一表示104。第二混频器176将两个被放大的RF信号中的第二个与第二频率偏移114混频，以生成RF信号98的第二表示106。
图13是功率放大器模块的另一个实施例的示意框图，功率放大器模块包括第一和第二功率放大电路190和192(每一个都可以是功率放大器或预放大器)、混频器174和176、以及频率偏移信号源172和178。功率放大电路190和192放大出站RF信号98，以生成两个被放大的RF信号。第一信号源172生成第一频率偏移(Δf1)112，第二信号源生成第二频率偏移(Δf2)114。要注意的是，第一和第二频率偏移112和114可以是具有期望频率的正弦信号。
第一混频器174将被放大的RF信号与第一频率偏移112混频，以生成RF信号98的第一表示104。第二混频器176将被放大的RF信号与第二频率偏移114混频，以生成RF信号98的第二表示106。第一阻抗匹配电路180包括不平衡变压器、电容和/或电感，将RF信号98的第一表示104提供给天线阵列75。第二阻抗匹配电路182包括不平衡变压器、电容和/或电感，将RF信号98的第二表示106提供给天线阵列75。
图14是功率放大器模块的另一个实施例的示意框图，功率放大器模块包括第一和第二功率放大电路190和192(每一个都可以是功率放大器或预放大器)、混频器174和176、以及频率偏移信号源172和178。第一混频器174将出站RF信号98与第一频率偏移112混频，以生成RF信号98的第一混频表示。第二混频器176将被出站RF信号与第二频率偏移114混频，以生成RF信号98的第二混频表示。功率放大器电路190放大RF信号98的第一混频表示，以生成RF信号98的第一表示104，功率放大器电路192放大RF信号98的第二混频表示，以生成出站RF信号98的第二表示106。
图15是功率放大器模块84的另一个实施例的示意框图，功率放大器模块84包括第一和第二功率放大电路190和192(每一个都可以是功率放大器或预放大器)、混频器174、以及频率偏移信号源172。混频器174将出站RF信号98与第一频率偏移112混频，以生成RF信号98的第一混频表示和第二混频表示。在这个实施例中，第一混频表示对应上边带105，第二混频表示对应下边带107。功率放大器电路190放大RF信号98的第一混频表示，以生成RF信号98的第一表示104，功率放大器电路192放大RF信号98的第二混频表示，以生成出站RF信号98的第二表示106。
正如这里用到的，术语“基本上”或“大约”对相应的术语和/或术语之间的关系提供了一种业内可接受的公差。这种业内可接受的公差从小于1％到50％，并对应于，但不限于，组件值、集成电路处理波动、温度波动、上升和下降时间和/或热噪声。术语之间的这些关系从几个百分点的区别到极大的区别。正如这里可能用到的，术语“可操作地连接”包括术语之间的直接连接和间接连接(术语包括但不限于，组件、元件、电路和/或模块)，其中对于间接连接，中间插入术语并不改变信号的信息，但可以调整其电流电平、电压电平和/或功率电平。正如在此进一步使用的，推断连接(亦即，一个元件根据推论连接到另一个元件)包括两个元件之间用相同于“连接”的方法直接和间接连接。正如在此进一步使用的，术语“可用于”指包括一个或多个功率连接、输入、输出等，以执行一个或多个对应的功能，还包括推断地连接到一个或多个其它术语。正如在此进一步使用的，术语“与。。。相关”包括直接或间接连接分离的术语和/或一个术语嵌入另一个术语。正如在此进一步使用的，术语“比较结果有利”，指两个或多个元件、项目、信号等之间的比较提供一个想要的关系。例如，当想要的关系是信号1具有大于信号2的振幅时，当信号1的振幅大于信号2的振幅或信号2的振幅小于信号1振幅时，可以得到有利的比较结果。
以上还借助于说明特定功能的执行及其关系的方法步骤对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块和方法步骤的界限在此处被专门定义。只要这些特定的功能和关系被适当地实现，选择性的界限和顺序也可被适当执行。任何这样的选择性界限和顺序都落入本发明的范围和精神内。
以上还借助于说明某些重要功能的功能模块对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块的界限在此处被专门定义。只要这些重要的功能被适当地实现时，也可定义选择性的界限。类似地，流程图模块也在此处被专门定义来说明某些重要的功能，为广泛应用，流程图模块的界限和顺序可以被另外定义，只要仍能实现这些重要功能。上述功能模块、流程图功能模块的界限及顺序的变化仍应被视为在权利要求保护范围内。本领域技术人员也知悉此处所述的功能模块，和其它的说明性模块、模组和组件，可以如示例或由分立元件、特殊功能的集成电路、带有适当软件的处理器及类似的装置组合而成。

Claims (4)

1.一种多频天线阵，其特征在于，包括：
第一天线电路，具有第一辐射特性并调谐到第一载波频率，其中所述第一天线电路在所述第一载波频率发射射频信号的第一表示，其中所述第一载波频率对应于所述射频信号的载波频率和第一频率偏移；以及
第二天线电路，具有第二辐射特性并调谐到第二载波频率，其中所述第二天线电路在所述第二载波频率发射射频信号的第二表示，其中所述第二载波频率对应于所述射频信号的载波频率和第二频率偏移；或者所述多频天线阵还包括：
第三天线电路，具有与所述第一辐射特性方向相反的第三辐射特性并调谐到所述第一载波频率，其中所述第三天线电路在所述第一载波频率发射射频信号的第三表示；以及
第四天线电路，具有与所述第二辐射特性方向相反的第四辐射特性并调谐到所述第二载波频率，其中所述第四天线电路在所述第二载波频率发射射频信号的第四表示。
2.根据权利要求1所述的多频天线阵，其特征在于，第一和第二天线电路，或者第一、第二、第三和第四天线电路中的每一个都包括：
天线，具有电阻部分、电感部分、以及电容部分，其中所述电阻部分、电感部分、以及电容部分的数值可提供对应第一或第二载波频率的共振频率，并提供第一和第二天线电路之间频谱重叠的预定级别的品质因子。
3.根据权利要求2所述的多频天线阵，其特征在于，第一和第二天线电路，或者第一、第二、第三和第四天线电路中的每一个都包括以下中的至少一个：
电阻，连接到天线，与天线的电阻部分一起提供第一或第二天线电路的电阻；
电容，连接到天线，与天线的电容部分一起提供第一或第二天线电路的电容；
电感，连接到天线，与天线的电感部分一起提供第一或第二天线电路的电感；其中所述电阻、电容、以及电感的至少一个与所述电阻部分、电感部分、以及电容部分一起提供对应第一或第二载波频率的共振频率，并提供第一和第二天线电路之间频谱重叠的预定级别的品质因子。
4.根据权利要求2所述的多频天线阵，其特征在于，第一和第二天线电路，或者第一、第二、第三和第四天线电路中的每一个都包括以下中的至少一个：
可调电阻，连接到天线，与天线的电阻部分一起提供第一或第二天线电路的电阻；
可调电容，连接到天线，与天线的电容部分一起提供第一或第二天线电路的电容；
可调电感，连接到天线，与天线的电感部分一起提供第一或第二天线电路的电感；其中所述可调电阻、可调电容、以及可调电感的至少一个与所述电阻部分、电感部分、以及电容部分一起提供对应第一或第二载波频率的共振频率，并提供第一和第二天线电路之间频谱重叠的预定级别的品质因子。
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