SE516105C2

SE516105C2 - En metod för att styra strålningsmönstret hos en antenn, ett antennsystem och en radiokommunikationsanordning

Info

Publication number: SE516105C2
Application number: SE9902213A
Authority: SE
Inventors: Paul Hallbjoerner
Original assignee: Allgon Ab
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2001-11-19
Also published as: CN1881831A; SE9902213D0; RU2253170C2; CN1355968A; US6396439B1; CN1311649C; AU5584400A; CA2376759A1; CA2376759C; BR0011471A; SE9902213L; WO2000077951A1

Description

20 25 30 . . 516 ms :f Modifieringar kan läggas till helixarna för att åstadkomma vissa egenskaper. Varje helix kan till exempel vara uppdelad i tvà, där halvorna har olika längd för dubbel avstämning.

Dessutom kan helixarna vara meandrade om omkretsen är tillräckligt stor, för att reducera längden pà antennen. En QHA matas antingen fràn botten eller toppen genom användning av ett matningsnätverk.

Flera kvadrifilära helixantenner (QHA) är kända fràn patent och publicerade patentansökningar. Ett stort antal av dessa beskriver kvadrifilâra antennstrukturer för cirkulärpolarise- rade radiosignaler. Se t.ex. WO 98/28815, WO 97/06579, WO 97/11507, US 5,l9l,352, US 5,255,005 och US 5,54l,6l7.

I samtliga dessa antennstrukturer matas de helixformade elementen med konstant amplitud och konstant fasskift mellan helixelementen. Fig. 1 visar ett typiskt stràlningsmönster hos en sådan antennstruktur monterad på en portabel radiotelefon.

Strálningsmönstret uppvisar en huvudlob M riktad uppåt och, i de flesta fallen, en mindre bakàtriktad lob B riktad nedàt när den matas med ett progressivt fasskift anpassat till helixelementens vridningsriktning. Mellan loberna har strälningsmönstret en blind sektor, eller noll BS, där mot- tagning/sändning inte kan utföras.

För att rikta huvudantennloben mot en sändare/mottagare (t.ex. en satellit) med vilken en radiokommunikationsanordning skall kommunicera, har till exempel tillhandahållits telefoner med en antennstruktur monterad pà telefonhöljet med en svängbar led. Orienteringen av antennstrukturen kan därvid justeras manuellt för god signalsändning/mottagning. Nya justeringar kan ske när sändaren/mottagaren har ändrat läge eller när telefonen har flyttats. Ett exempel på en antennstruktur som 236295834100; 00-10-19 10 15 20 25 516 1 05 šïï* är monterad med en svängbar led på en telefon beskrivs i US-A- 5,628,057.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN I denna beskrivning skall det förstås att antennsystemet en- ligt uppfinningen fungerar för att ta emot eller ta emot och sända radiosignaler. Även om en term används häri som antyder en speciell signalriktning skall det förstås att en sådan situation kan täcka den signalriktningen och/eller dess mot- SatS .

Ett huvudsyfte med uppfinningen är att tillhandahålla en metod för att styra strålningsmönstret hos en antenn innefattande N helixformigt konfigurerade strålande element (NHA) som svar på mottagna signaler.

Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en metod för att styra strålningsmönstret hos en antenn innefatt- ande N helixformigt konfigurerade strålande element (NHA), genom vilken metod blinda sektorer i strålningsmönstret kan undvikas.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en metod för att styra strålningsmönstret hos en antenn inne- fattande N helixformigt konfigurerade strålningselement (NHA), genom vilken metod strålningsmönstret kan anpassas till optimal mottagning/sändning.

Dessa och andra syften uppnås genom en metod enligt de bi- fogade metodkraven.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare en metod för att styra strålningsmönstret hos en antenn innefattande N helix- formigt konfigurerade strålningselement (NHA), genom vilken 23629Sea.dOC; 00-10-19 10 15 20 25 516 105 metod stràlningsmönstret kan styras under mottagning och/eller sändning.

Antennen tillhandahåller ytterligare en metod för styrning av stràlningsmönstret hos en antenn innefattande N helixformigt konfigurerade stràlningselement (NHA), genom vilken metod känsligheten för antennorientering och sândare/mottagarposi- tion kan reduceras.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare en metod för att styra stràlningsmönstret hos en antenn innefattande N helix- formigt konfigurerade stràlningselement (NHA), genom vilken metod prestandan hos antennen kan förbättras i nedstuvad posi- tion.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare en metod för att styra stràlningsmönstret hos en antenn innefattande N helix- formigt konfigurerade stràlningselement (NHA), genom vilken metod medelsignalen och signal-brus-förhållandet kan för- bättras.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare en metod för att styra stràlningsmönstret hos en antenn innefattande N helix- formigt konfigurerade stràlningselement (NHA), genom vilken metod känsligheten för mekaniska toleranser i antennen kan reduceras.

Ett ytterligare huvudsyfte med uppfinningen är att tillhanda- hålla ett antennsystem innefattande N helixformigt konfigure- rade antennelement, med vilket antennsystem stràlningsmönstret kan styras.

Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett antennsystem, med vilket blinda sektorer i stràlningsmönstret kan undvikas. 23629sea .doc; 00-10-19 10 15 20 25 516 105 Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla ett antennsystem, genom vilket stràlningsmönstret kan anpassas för optimal mottagning/sändning.

Dessa och andra syften uppnås genom ett antennsystem enligt de bifogade systemkraven.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare ett antennsystem, genom vilket stràlningsmönstret kan styras under mottagning och/eller sändning.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare ett antennsystem, med vilket känsligheten för antennorientering och sândare/mot- tagarposition kan reduceras.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare ett antennsystem, med vilket prestanda hos antennsystemet med de strålande elementen kan förbättras i nedstuvad position.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare ett antennsystem, genom vilket medelsignalen och signal-brus-förhållandet kan förbättras.

Uppfinningen tillhandahåller ytterligare ett antennsystem, med vilket känsligheten för mekaniska toleranser kan reduceras.

Ett ytterligare huvudsyfte med uppfinningen är att tillhanda- hålla en radiokommunikationsanordning som har ett antennsystem med ovan nämnda syften.

Dessa och andra syften uppnås genom en radiokommunikations- anordning enligt de bifogade kraven som hänför sig till en radiokommunikationsanordning. 236298631100; 00-10-19 10 15 20 25 516 105 " KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Fig. 1 visar ett typiskt stràlningsmönster hos en N-filär antennanordning.

Fig. 2 visar schematiskt en kvadrifilär antennanordning med ett typiskt matningsnätverk enligt känd teknik.

Fig. 3 visar en första utföringsform av ett antennsystem en- ligt uppfinningen.

Fig. 4 visar ett stràlningsmönster hos en utföringsform av ett antennsystem enligt uppfinningen där faserna är omvända jäm- fört med faserna för "normal matning".

Fig. 5 visar stràlningsmönstret hos en utföringsform av ett antennsystem enligt uppfinningen där faserna är omvända jäm- fört med faserna för "normal matning" när stràlningsstrukturen är nedstuvad i en upp-och-ner-position.

Fig. 6 visar ett antennsystem enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

Fig. 7 och 8 visar olika möjligheter för hur TX/Rx-kedjor kan inkluderas i ett antennsystem enligt uppfinningen.

Fig. 9 visar en tredje utföringsform av ett antennsystem en- ligt uppfinningen.

Fig. 10 visar en fjärde utföringsform av ett antennsystem en- ligt uppfinningen.

Fig. ll visar en femte utföringsform av ett antennsystem en- ligt uppfinningen.

Fig. 12 visar hur de mottagna signalerna och signalerna som skall skickas kan separeras i två länkar. 23629sea.doc; 00-10-19 10 15 20 25 .u n oo . n . .nu n» non-n ø::' :'H: .neu- u-øn :v z.. ' _ : : : . . . . . . . . .- Fig. 13 visar ett mjukvaruexempel av uppfinningen enligt fig. 9.

Fig. 14 visar ett hárdvaruexempel av utföringsformen enligt fig. 9.

Fig. 15 visar en dubbelriktad kopplare, som används i exemplet i fig. 14.

Fig. 16 visar en faskvadraturhybrid, som används i exemplet i fig. 14.

BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER Det skall noteras att liknande eller motsvarande delar har givits samma hänvisningssiffra i samtliga ritningar.

Med hänvisning till fig. 2 visas schematiskt ett exempel pà ett känt antennsystem som innefattar en antennanordning och matningsanordning för att sända och ta emot cirkulärpolarise- rade RF-vågor i anslutning till en radiokommunikationsanord- ning. Det inkluderar en strålande struktur 10, vilken innefat- tar ett stöd 11, vilket bär fyra ledande helixformade strål- ande element 12 A-D, vilka är samutsträckande och koaxiellt anordnade.

Den så formade kvadrifilära strålande strukturen 10 har en första ände 15 och en andra ände 14. Vid den första änden 15 är de helixformade strålande elementen 12 A-D försedda med en respektive matningspunkt eller matningsdel 13 A-D.

Ett matningsmedel 20 är anslutet till den strålande strukturen 10, för matning och mottagning av signaler. Matningsmedlet 20 innefattar möjligtvis en diplexer 30 som har en ingång Tx för signaler som skall sändas ut av antennsystemet och kommer från sändar-/mottagarkretsarna hos radiokommunikationsanordningen, 23629sea.doc; 00-10-19 10 15 20 25 30 516 105 och en utgång Rx för signaler mottagna av antennsystemet som skall skickas till sändar-/mottagarkretsarna hos radiokommunikationsanordningen. Utgången 31 hos diplexen 30 eller utgången hos sändar-/mottagarkretsarna hos radiokommunikationsanordningen är anslutna till ett fasningsnätverk 21. Fasningsnâtverket innefattar medel för att dela upp de inmatade signalerna vid ingång 22 till signaler som skall fasskiftas 0°, 90°, l80° respektive 270°. Var och en av utgångarna hos fasnätverket 21 är anslutna, möjligen via matchningsmedel 23 A-D, med respektive matningsdel 13 A-D, för att erhålla ett progressivt fasskift för matningsdelarna 13 A-D. En signal, som läggs på Tx-ingången hos diplexen och är så uppdelad i fasskiftade signaler och är matad till den strålande strukturen 10, kommer att skapa en cirkulärpolarise- rad RF-våg som skall utstrålas av den strålande strukturen 10.

Eftersom den strålande strukturen 10 och matningsmedlet 20 är passiva kommer de att fungera motsatt när man tar emot en cirkulärpolariserad RF-våg, vilken är polariserad i samma riktning.

Den ovan beskrivna antennanordningen och matningsanordningen kan användas för radiokommunikation i system, som använder satelliter, och även för att ta emot signaler i positions- system som använder satelliter, till exempel GPS.

Eftersom fasnätverket 21 ger ett bestämt fasskift mellan dess utgångar kommer stràlningsmönstret hos den strålande struktu- ren 10 att vara bestämd, såsom i fig. 1, och kan endast juste- ras genom att ändra orienteringen på den strålande strukturen 10, till exempel när den strålande strukturen 10 år fäst med en svängbar led.

Fig. 3 visar en första utföringsform av ett antennsystem 1 enligt uppfinningen vilken innefattar N strålande element 23629Sea.dOC; 00-10-19 10 15 20 25 30 121-l2N, där N är ett heltal större än 1. De strålande element- en 121-12N är företrädesvis helixformat konfigurerade, liknande dem som visas i fig. 2. Med helixformat konfigurerad menas i denna ansökan en generellt helixformad konfiguration med en strålande struktur 10, såsom visas i fig. 2, vilken kan ha ett cirkulärt eller annat än ett cirkulärt tvärsnitt, till exempel som en oval eller ett polygon och inkludera tvärsnitts- sektioner, vilka är konstanta såväl som tvärsnittssektioner som inte är konstanta utefter en longitudinell axel av den strålande strukturen 10 (t.ex. koniska NHA). Varje strålande element 121-12N är anslutet vid dess matningsdel 131-l3N till en av N portar 411-41N hos en matningsanordning 40. Var och en av portarna 411-41N utgör en första port av ett adaptivt matnings- medel 421-42N. Den andra porten av varje adaptivt matningsmedel 421-42N är ansluten till en effektkombinerare/delare 43, vilken är ansluten till antennporten 44. Antennporten 44 skall anslu- tas till sändar/mottagarkretsarna hos en radiokommunikations- anordning.

Varje adaptivt matningsmedel 421-42N omvandlar (dvs. multipli- cerar) en inkommande signal på en av dess portar med en funk- tion Aﬁﬂﬁ till en utgångssignal pà den andra porten, det vill säga både signaler som tas emot av någon av de strålande ele- menten och signaler som skall skickas av samma strålande ele- ment omvandlas med samma funktion. An är en dämpnings- eller förstärkningsfaktor (härefter kallad amplituden) och mn är ett fasskift för respektive adaptiva matningsmedel. Genom att jus- tera åtminstone en av An eller mn kan strålningsmönstret hos de strålande elementen 121-12N styras och justeras. Om till exem- pel faserna är omvända jämfört med faserna för "normal mat- ning" (när de strålande elementen 121-12N matas med progressivt fasskift anpassat för vridningsriktningen hos de helixformade strålande elementen 121-12N) ändras strålningsmönstret så att 23629sea.doc; 00-10-19 10 15 20 25 30 516 105 en - a n - - . ~ u u: 10 huvudloben M flyttas så att den riktas i motsatt riktning, så- som visas i fig. 4. Detta kan vara mycket fördelaktigt om de strålande elementen 121-l2N bärs upp av en strålande struktur 10, vilken är fäst till en telefonkropp med en svängbar led.

När den strålande strukturen 10 är undanstuvad i standby-posi- tion kan strålningsmönstret styras för maximal mottagning/- sändning, såsom illustreras i fig. 5. Ändringen av fasen kan vara mekaniskt påverkad när den strålande strukturen 10 förs till dess undanstuvade position, eller ske kontinuerligt.

I fig. 6 visas ett antennsystem enligt en andra utföringsform av uppfinningen och liknande den som visas i fig. 3. I denna utföringsform innefattar matningsmedlet 40 också ett bestämt matningsnàtverk 45, vilket har N elementportar 411-4lN anslutna till de N strålande elementen 121-12N. Matningsanordningen 40 innefattar ytterligare M adaptiva matningsmedel 421-42M vilka är anslutna till M matningsportar 461-46" hos det bestämda matningsnätverket 45, där M är ett heltal större än 1, vilket kan vara lika med N. Når M = N kan det bestämda mat- ningsnätverket 45 innefatta N ledare anslutna till var och en av matningsportarna 461-46M med en motsvarande elementport 411-41N. Det bestämda matningsnätverket 45 kan vara utformat så att fas och/eller amplitud på elementportarna 411-41N kan varieras, för att styra strålningsmönstret hos de strålande elementen 121-l2N, genom att variera fasen och/eller amplituden på matningsportarna 461-46" med hjälp av de adaptiva matnings- medlen 421-42". Det bestämda matningsnätverket 45 kan till exempel vara utformat så att fasen och/eller amplituden på elementportarna 411-41N kommer att orsaka att strålnings- mönstret hos de strålande elementen 121-l2N kan kopplas om mellan olika förutbestämda strâlningsmönster genom påläggning av signaler på endast en av matningsportarna 461-46M, och genom att ändra port på vilken signalerna matas in. I detta fall 23629Sea.dOC; 00-10-19 10 15 20 25 30 516 105 ll un. . e o n o o v o uu sätts Am till noll för samtliga av de adaptiva matningsmedlen 421-42" förutom ett. Funktionen vid sändning är motsatt mot den som beskrivits för mottagningsfunktionen.

Fig. 7 och 8 visar olika möjligheter för hur TX/Rx-kedjor 56, 561-56N kan inkluderas i ett antennsystem enligt uppfinningen.

Såsom illustreras kan de emottagna signalerna och/eller signa- ler som skall skickas ut bearbetas i Tx/Rx-kedjorna efter eller före det att de har kombinerats respektive delats. Det är också möjligt att I;/R,-kedjorna är uppdelade så att komponent- erna därav är distribuerade vid de visade lägena och också vid mellanliggande positioner.

I fig. 9 visas en tredje utföringsform enligt uppfinningen.

Signalerna som tas emot av de strålande elementen 121-l2N känns av i varje ledning mellan de strålande elementen 121-l2N och dessas associerade adaptiva matningsmedel 421-42N genom att an- vända sensorer eller kopplare 481-48N, och mäts i en avkän- nings- och styrkrets/algoritmmedel 47, också kallat styrmedel 47 i denna beskrivning. I detta styrmedel 47 mäts signal- styrkan och/eller fasen hos varje emottagen signal från de strålande elementen 121-l2N, och amplituden An och/eller fasen mn hos de emottagna signalerna och/eller signalerna, som skall skickas ut, styrs i de respektive adaptiva matningsmedlen 421-42N för att erhålla ett önskat stràlningsmönster, före- trädesvis för optimal mottagning/sändning. Värdet av den upp- mätta signalstyrkan och/eller fasen av varje signal, som tagits emot av de strålande elementen 121-l2N kan till exempel jämföras med ett referensvärde, som lagrats i styrmedlet 47.

Referensvärdet kan motsvara signalstyrkor och/eller faser för de emottagna signalerna i respektive strålande element 121-l2N för olika riktningar av sändaren (t.ex. en satellit) av de emottagna signalerna i förhållande till de strålande elementen. Referensvärdena kan representera signalstyrkor 23629sea.doc; 00-10-19 10 15 20 25 30 516 105 12 n o n Q ø o n n c n c nu och/eller faser för de emottagna signalerna i de respektive strålande elementen 121-l2N från tidigare mätningar, vilka är lagrade i avkännings- och styrkretsen/algoritmmedlet 47, företrädesvis lagrat med motsvarande värde hos parametrarna fas mn och amplitud An. Alternativt kan värdena hos signalstyrkorna och/eller faserna för de emottagna signalerna i respektive strålande element 121-12N jämföras med varandra och amplituden An och/eller fasen mn för de emottagna signalerna och/eller signalerna, som skall skickas ut, styras i respektive adaptiva matningsmedel 421-42N enligt dessa jämförelser för att erhålla ett önskat strålningsmönster, företrädesvis för optimal mottagning/sändning. Mätningarna och styrningen upprepas företrädesvis efter vissa tidsperioder eller utförs kontinuerligt.

Fig. 10 visar en fjärde utföringsform enligt uppfinningen liknande den i fig. 9. Här avkänns signalerna som tas emot av de strålande elementen 121-l2N genom att använda sensorer eller kopplare 481-48N i varje ledning mellan respektive adaptiva matningsmedel 421-42N och effektkombineraren/delaren 43. Detta innebär att signalerna som känns av har omvandlats av de adap- tiva matningsmedlen 421-42N. De avkända signalerna mäts i en avkännings- och styrkrets/algoritmmedel 47. I detta styrmedel 47 mäts signalstyrkan och/eller fasen av varje signal som tas emot av de strålande elementen 121-l2N, och amplituden An och/- eller fasen Qn för de emottagna signalerna och/eller signalerna som skall skickas styrs i respektive adaptiva matningsmedel 421-42N för att erhålla ett önskat strålningsmönster, företrä- desvis för optimal mottagning/sändning. Värdena av de uppmätta signalerna jämförs företrädesvis med referensvärden för styr- ningen. Referensvärdena kan representera signalstyrkor och/- eller faser för emottagna signaler hos respektive strålande element 121-12N från tidigare mätningar, vilka är lagrade i av- 23629sea.doc; 00-10-19 10 15 20 25 30 516 105 §II= " 13 kännings- och styrkretsen/algoritmmedlet 47, företrädesvis lagrade med de motsvarande parametervärdena fas mn och amplitud Am. Företrädesvis ändras minst en av parametrarna fas mn och amplitud An för det adaptiva matningsmedlet 421-42N, till exem- pel en parameter ät gängen för ett adaptivt matningsmedel 421-42N vid varje tillfälle, i steg eller kontinuerligt, vid förutbestämda eller slumpvis utvalda tidpunkter, och signalstyrkorna och/eller faserna hos de avkända signalerna med olika värden hos parametrarna fas mn och amplitud Am mäts för det adaptiva matningsmedlet 421-42N. Företrädesvis mäts samtliga N vid samma tidpunkt. Värdet av den uppmätta signalstyrkan och/eller fasen hos varje avkänd signal kan till exempel jämföras med ett referensvârde, som är lagrat i styrmedlet 47, och amplituden An och/eller fasen mn för de emottagna signalerna och/eller signalerna som skall skickas styrs i respektive adaptiva matningsmedel 421-42N, för att erhålla ett önskat strålningsmönster för optimal mottagning/sändning. Företrädesvis jämförs en signal, eller uppsättning av N signaler, vilka är avkända och uppmätta efter en förändring av en parameter fas mn och/eller amplitud Am med föregående värde och parametern (parametrarna) sätts därefter till värdet hos parametern som ger det optimala värdet för den avkända och mätta signalen, eller uppsättning av N signaler, för en tidsperiod, varefter ändringen av parameter (parametrar) och mätning (mätningarna) fortsätter. Alternativt kan värdena av signalstyrkorna och/eller faserna för de emottagna signalerna hos respektive strålande element 121-12N jämföras med varandra och amplituden An och/eller fasen mn för de emottagna signalerna och/eller signalerna, som skall sändas, styras i respektive adaptiva matningsmedel 421-42N enligt dessa jämförelser för att erhålla ett önskat stràlningsmönster, företrädesvis för optimal 23629sea.doc; 00-10-19 10 15 20 25 30 516 105 14 mottagning/sändning. Mätningarna och styrningen äterupprepas företrädesvis efter vissa tidsperioder eller utförs kontinuerligt.

I fig. 11 visas en femte utföringsform enligt uppfinningen, liknande den i fig. 10. I denna utföringsform avkänns och mäts de emottagna signalerna efter kombinering. Här föredras det att åtminstone en av parametrarna fas on och amplitud An för de adaptiva matningsmedlen 421-42N ändras, till exempel en para- meter ät gången för ett adaptivt matningsmedel 421-42N vid ett tillfälle, i steg eller kontinuerligt vid förutbestämda eller slumpmässigt valda tidpunkter, och signalstyrkan hos de av- kända signalerna med olika värden hos parametrarna fas on och amplitud An för de adaptiva matningsmedlen 421-42N uppmäts.

Värdet hos den uppmäta signalstyrkan för en avkând signal kan till exempel jämföras med ett referensvärde som lagras i styr- medlet 47, och amplituden An och/eller fasen mn för de emot- tagna signalerna och/eller signalerna, som skall skickas, styrs i respektive adaptiva matningsmedel 421-42N, för att erhàlla ett önskat stràlningsmönster för optimal mottagning/sändning. Företrädesvis jämförs en avkând och uppmätt signal efter en förändring av en parameter fas on och/eller amplitud Aﬂ med det föregående värdet, och parametern sätts därefter till värdet av den parameter som ger det optimala värdet av den mottagna och uppmätta signalen för en tidsperiod, varefter ändringen av parameter (parametrar) och mätning (mätningar) fortsätter. Mätningen (mätningarna) och styrningen upprepas företrädesvis efter vissa tidsperioder eller utförs kontinuerligt.

Fig. 12 visar hur de emottagna signalerna och signalerna som skall skickas kan separeras i två länkar genom användning av duplexfilter 551-SSN, vilka är anslutna till de strålande ele- 23629sea.doc,~ 00-10-19 10 15 20 25 516 105 15 menten 121-l2N. I en länk anslutes antennporten 441till in- gångsporten hos effektkombineraren/delaren 431, och de Nzte ut- gångsportarna därav anslutes till deras respektive N duplex- filter 551-55N, via bestämda fasskiftare 531-53N. I den andra länken anslutes antennporten 442 till ingångsporten hos effekt- kombineraren/delaren 432, och de Nzte utgångsportarna därav an- slutes till deras respektive N duplexfilter 551-55N, via adap- tiva matningsmedel 421-42N. Här kan någon av de två länkarna användas för emottagna signaler medan den andra används för signaler som skall sändas. De emottagna signalerna kan mätas och de adaptiva matningsmedlen 421-42N kan styras på något av sätten som beskrivs i de andra utföringsformerna eller exemp- len.

Fig. 13 visar ett ”mjukvaruexempel” av utföringsformen enligt fig. 9. två axiella lober. Här är N=4, och en del av var och en av Detta är ett exempel av selekteringskombinering mellan signalerna som emottas i de strålande elementen 121-124 av- tappas och matas in till avkännings- och styrkretsen/algoritm- medlet 47, där varje signal uppmätes och bearbetas enligt en algoritm för styrningen. Signalerna som matas ut från avkän- nings- och styrkretsen/algoritmmedlet 47 matas in till var och en av de adaptiva matningsmedlen 541-544 för styrning av fas- skiftet mn. De adaptiva matningsmedlen 541-544 består i detta fall av variabla fasskiftare, vilka varierar fasen i steg eller kontinuerligt. För att förstå funktionen hos denna ut- föringsform definierar vi två vektorer, vilka representerar _» två lober Ä, bz, en riktad uppåt, den andra riktad nedåt (den motsatta riktningen) såsom: I .A b, =ü, +jü, -123 -jü, 2 =ü1“Ju2 “äs +jü4 23629Sea; 00-10-19 :av en 10 15 nu. .nu n n un nn n nu n n n uu nn nn vn n nn 3 n_ nu u n n un un un un n n n .nu nnn n u- nn n. n n nn n n I nn . un n u n n n n n nn nu unn nn 16 där signalerna fràn de fyra strålande elementen 121-124 utgör en fyrdimensionell vektor, där ük är enhetsvektorn som mot- svarar det strålande elementet 121. De emottagna signalerna på de strålande elementen 121-124 avläses genom avkännings- och styrkretsen/algoritmmedlet 47 genom användning av sensorer 481-484, och formas till en vektor V enligt: §=W@+5@+%@+Wﬁ där vk är det komplexa signalvärdet av en mottagen signal i det strålande elementet 121. Två signaler q, Q, heräknas därefter vilka representerar signalstyrkan i de respektive tvà loberna Q, b,: Nivàerna av de två signalerna Q, Q jämförs i avkännings- och styrkretsen/algoritmmedlet 47, vilken bestämmer vilket fasskift som skall laddas till variabelfasskiftarna 541-544 så att V71 = Oc . 772 = 90. . om m>s2, kommer fasskiften att laddas till go, = 180° 974 = “900 respektive variabla fasskiftare 541-544, och Wu = O.

. Wz = _90° . om s¿>s,, kommer fasskiften Q att laddas till (o, = 180 94 = goa 23629sea; 00-10-19 10 15 20 25 30 516 105 šII=šII°* 17 respektive variabla fasskiftare 541-544. Mätningen och styr- processen återupprepas företrädesvis efter bestämda tids- perioder eller utförs kontinuerligt. I denna utföringsform kommer både de emottagna signalerna och signalerna som skall skickas att fasskiftas i fasskiftarna 541-544 före respektive efter att de går in i respektive lämnar effektkombineraren/delaren 43. Antennporten 44, vilken är ansluten till effektkombineraren/-delaren 43, är också ansluten till sändar-/mottagarkretsarna hos radiokommunikationsanordningen. Alternativt kan sensorerna 481-484, avkännings- och styrkretsen/algoritmmedlet 47 och fasskiftarna 541-544 vara inkluderade i telefonkretsen, och då ansluts matningsdelarna 131-134 till telefonkretsen, företrädesvis till anslutningarna på PCB:n (kretskortet) hos telefonkretsen.

Fig. 14 visar ett ”hàrdvaruexempel” av en utföringsform enligt fig. 9. Detta är också ett exempel på selekteringskombinering av två axiella lober. Också här är N=4 och en del av var och en av signalerna som tas emot i de strålande elementen 121-124 tappas av och matas till avkännings- och styrkretsen/algoritm- medlen 47, där signalerna uppmätes och bearbetas för att er- hålla utgångssignaler, vilka inmatas på var och en av de adap- tiva matningsmedlen 542,544, för styrning av fasskiftet mn. I detta fall finns endast två adaptiva matningsmedel närvarande 542,544, och de består av variabla fasskiftare, vilka varierar fasskiften i stegen 0° och 180°. Även bestämda fasskiftare 531-534 är anordnade mellan sensorerna och effektkombineraren- /delaren för fasskiftning av signalerna till/från de strålande elementen 121-l2N 0°, 90°, 180° respektive 270°. Sensorerna 481-484 består här av riktningskopplare 481-484 som tappar av en del av de emottagna signalerna som skall matas in på ingången till avkännings- och styrkretsen/algoritmmedlet 47. Detta 23629sea.d0C; 00-10-19 u .en n 10 15 20 25 516 ms 18 u a un» nu styrmedel 47 innefattar en faskvadraturhybrid 49, vilken har en ingàngsport för varje riktad kopplare 481-484. Var och en av de två utgángarna av faskvadraturhybriden 49 är anslutna till förstärkare 50A, 505 för förstärkning av signalerna. Var och en av de två förstärkta signalerna matas därefter till en komparator 52 via integrerare 50A, 503. Beroende pà vilken av de tvâ inmatade signalerna till komparatorn som är störst kommer utgången att vara en logisk 0 eller en logisk 1.

Utgängen hos komparatorn år ansluten till tvà fasskiftare 422, 424 och beroende på om en logisk O eller en logisk 1 inmatas till fasskiftarna 422, 424 kommer fasskiftet att sättas till 0° eller 1805 I utföringsformerna ovan kan TX/Rx-kedjorna inkluderas i respektive antennsystem, såsom beskrivs i anslutning till fig. 7 och 8.

Fig. 15 visar en riktad kopplare 48 av den typ som används i den tidigare utföringsformen, i fig. 14, med dess designerade portar. Spridningsmatrisen vilken visar transformationen av komplexa ingàngssignaler till komplexa utgàngssignaler visas i följande formel: 0 0 Jl-p -JJF 0 0 -Jk/É Jl-p Lhwﬂ-JÉ-JJ; 0 o -Jx/EJÉ 0 0 där transformationen av en utsignal inmatad till port c (kolumn c) och utmatad på port 1 (linje 1) ges av matrisen. I formeln betecknar x en godtycklig fas. I matrisen betecknar p den kopplade delen. Om p väljs till 0,1, tappas 10% av signal- effekten (-10 dB) av för styrning. 23629Sea.dOC; 00-10-19 10 15 20 25 516 105 19 Fig. 16 visar en faskvadraturhybrid 49 av den typ som används i den tidigare utföringsformen, i fig. 14, med dess designera- de portar. Spridningsmatrisen vilken visar transformationen av komplexa ingàngssignaler till komplexa utgängssignaler visas i följande formel: 0 0 1 -j -1 j 0 0 1 -I -j 1 S=(eF)' 1 J x x x x 2 -1 -1 x x x x -1 -j x x x x j 1 x x x x där transformationen av en signal som matas in på port c (kolumn c) och matas ut pà port 1 (linje 1) ges av matrisen. I matrisen representerar x ett icke-definierat värde, vilket inte är av nàgot intresse i denna applikation.

I respektive utföringsformer ovan kan egenskaperna signal- styrka och/eller fas hos de emottagna signalerna mätas. Fasen kan mätas vid olika tidpunkter för emottagna signaler hos samma strålande element 121-l2N, och de erhållna värdena kan jämföras. Alternativt kan fasen mätas för emottagna signaler i åtminstone tvà av de strålande elementen 121-l2N och de er- hàllna värdena kan jämföras.

För samtliga utföringsformer ovan, förutom en, styrs fasen on och/eller amplituden An med ett adaptivt matningsmedel 421-42N vilket är associerat med vart och ett av de strålande elementen 121-l2N. Eftersom det är av intresse att styra de relativa amplituderna och/eller faserna mellan signalerna som associeras med varje strålande element 121-l2N, kan en eller möjligtvis flera av de adaptiva matningsmedlen 421-42N ersättas av en direkt koppling eller ett bestämt (icke-variabelt) matningsmedel (med bestämd mn och An). 23629sea.doc; 00-10-19 .nu .n 10 15 20 516 105 20 Den emottagna signalen, vilken uppmätes, är företrädesvis en signal som används i kommunikationen, men den kan också vara en speciell styrsignal, företrädesvis möjlig att identifiera som en styrsignal, till exempel genom dess frekvens eller informationsinneháll.

Antennsystemet enligt uppfinningen är företrädesvis anordnat att användas och monteras på en bärbar, till exempel en hand- hàllen terminal, vilken företrädesvis kan kommunicera med en satellit, till exempel en satellit i ett system såsom Iridium, Global Star, ICO, GPS, etc. För sådana monteringar måste de strålande elementen 121-l2N vara relativt små. Företrädesvis är de strålande elementen 121-l2N anordnade såsom visas i fig. 2, vilka har en gemensam longitudinell axel. Emellertid kan de strålande elementen 121-12” vara anordnade i andra konfigure- ringar, till exempel om N/2 är ett heltal kan de strålande elementen 121-12N vara anordnade i par, där varje strålande element hos ett par är anordnat motstående varandra (l80° fysisk separation avseende pà en longitudinell axel), och varje par kan ha separata longitudinella axlar. De strålande elementen hos ett sådant par år företrädesvis matat med ett relativt fasskift av 180°.

Fastän uppfinningen har beskrivits genom de ovanstående exemplen kan naturligtvis många variationer vara möjliga inom omfånget av uppfinningen. 23629sea.doc; 00-10-19 o aan .-

Claims

1. 0 15 20 25 516 105 21 PATENTKRAV

1. En metod för styrning av strålningsmönstret hos en antenn (1), anpassad för mobila applikationer, innefattande N helixformigt konfigurerade strålande element (121-l2n), där N är ett heltal större än 1, och vilka är anpassade för mottagning eller mottagning och sändning av RF-signaler, samt att nämnda N strålande element (121-12n) är avsedda att anslutas till samma mottagare (Rx), k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda metod innefattar stegen: - mätning av åtminstone en egenskap hos åtminstone en emottagen signal från åtminstone ett av nämnda strålande element, och - styrning av åtminstone en av parametrarna fas (on) och amplitud (An) för emottagna signaler och/eller signaler som skall skickas för åtminstone ett av de strålande elementen (121-124) som ett svar på den uppmätta egenskapen av nämnda emottagna signal.

2. Metod enligt krav l, varvid - steget för att mäta åtminstone en egenskap av åtminstone en emottagen signal innefattar mätning av åtminstone en av egenskaperna signalstyrka och fas av åtminstone en emottagen signal.

3. Metod enligt krav 2, varvid - signalstyrkan av emottagna signaler uppmätes för åtminstone två strålande element (121-124).

4. Metod enligt krav 2 eller 3, varvid - fasen av de emottagna signalerna uppmätes för åtminstone två strålande element (121-124). 23629sec korrigerade krav.doc; 01-06-14 10 15 20 25 30

5.

6. 516 105 22 Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda åtminstone en parameter för emottagna signaler/signaler som skall skickas styrs för varje ((l21*l24) antennelement som ett svar på den uppmätta egenskapen hos nämnda emottagna signal. Metod enligt något av föregående krav, ytterligare innefattande stegen:

7. variering av nämnda åtminstone en parameter mellan ett antal förutbestämda värden hos nämnda åtminstone en parameter, varvid signaler som tas emot i antennelementen (121-124) uppmätes för olika värden hos nämnda åtminstone en parameter, och nämnda åtminstone en parameter för emottagna signaler/signaler som skall skickas sätts, som ett svar till nämnda uppmätta signalegenskap, för åtminstone en förutbestämd tidsperiod. Metod enligt krav 6, varvid nämnda steg för att variera nämnda åtminstone en parameter innefattar variering av nämnda åtminstone en parameter åtminstone en gång från ett första till ett andra värde.

8. Metod enligt något av föregående krav, varvid - nämnda åtminstone en egenskap hos nämnda åtminstone en emottagen signal uppmätes separat för varje antennelement (121-124).

9. Metod enligt något av kraven 1-7, ytterligare innefattande stegen: kombinering av signaler som mottagits i nämnda strålande element (121-124), varvid nämnda steg för att mäta åtminstone en egenskap utförs på den kombinerade signalen. 23629sec korrigerade krav.doc; 01-06-14 10 15 20 25

10.

11. ll.

12.

13.

14.

15. 516 105 23 Metod enligt något av kraven 6-9, varvid nämnda åtminstone en parameter varieras en åt gången för varje antennelement (121-129. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda åtminstone en parameter styrs enligt en algoritm som är implementerad i sändar-/mottagarkretsarna hos en radiokommunikations anordning. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda åtminstone en parameter varieras mellan värden för att erhålla åtminstone två olika riktade strålningslober, signalstyrkorna hos signalerna som tas emot av de strålande elementen (121-12N) i nämnda åtminstone två olika riktade strålningslober mäts, och nämnda åtminstone en parameter sätts till värdet som ger den högsta signalstyrkan för åtminstone en förutbestämd tidsperiod. Metod enligt krav 12, varvid två av de åtminstone två olika riktade strålningsloberna är riktade väsentligen motsatt varandra. Metod enligt föregående krav, varvid nämnda steg för mätning och styrning upprepas efter en förutbestämd eller slumpvis vald tidsperiod. Ett antennsystem för mottagning eller mottagning och sänd- ning av RF-signaler, anpassat för mobila applikationer, innefattande N helixformigt konfigurerade strålande element (121-l2N), där N är ett heltal större än 1, och en matningsanordning (40), där var och en av nämnda strålande element uppvisar en matningsdel (131-13N) ansluten till matningsanordningen (40), samt att nämnda N strålande element 23629sec korrigerade krav.doc; 01-06-14 10 15 20 25 30 516 105 24 (121-l2n) är avsedda att anslutas till samma mottagare via nämnda matningsanordning, k ä n n e t e c k n a t a v att

16.

17.

18. matningsanordningen (40) innefattar medel (47, 45, 421-42N, 541-54N) för att styra åtminstone en av parametrarna fas (mn) och amplitud (An) för mottagna signaler och/eller signaler som skall skickas ut genom åtminstone en av antennelementen (121-12N). Antennsystem enligt krav 15, ytterligare innefattande: medel för avkänning (481-48N) och mätning (47) av åtminstone en egenskap av en signal är emottagen i åtminstone en av nämnda strålande element (121-l2N), varvid nämnda medel för avkänning (481-48N) och mätning (47) är anslutna till nämnda medel för att styra (47, 421-42N, 541-54N) av åtminstone en av nämnda parametrar. Antennsystem enligt krav 16, varvid nämnda medel för avkänning (481-48N) är anordnade att avkänna en signal som är närvarande mellan nämnda (121-12N) åtminstone ett strålande element och dess anslutning (411-41N) till nämnda matningsmedel (40). Antennsystem enligt krav 16, ytterligare innefattande: en effektkombinerare/delare (43) vilken är ansluten till de N strålande elementen (121-l2N), möjligtvis via medel (45, 421-42N, 541-54N) för styrning av nämnda åtminstone en parameter, och för att anslutas till sändar- /mottagarkretsar i en radiokommunikationsanordning, varvid nämnda medel för avkänning (481-48N) är anordnad att avkänna en signal som är närvarande mellan nämnda effektkombinerare/delare (43) och nämnda medel för styrning (47, 421-42N) av åtminstone en av nämnda parametrar. 23629sec korrigerade krav.doc; 01-06-14 10 15 20 25 30

19.

20.

21.

22.

23. 516 105 25 Antennsystem enligt krav 16, ytterligare innefattande: en effektkombinerare/delare (43) vilken är ansluten med N strålande element (121-12N), möjligtvis via medel (47, 45, 421-42N) för styrning av nämnda åtminstone en parameter, och för att anslutas till sändar-/mottagarkretsar på en radiokommunikationsanordning, varvid nämnda medel för avkänning (481-48N) är anordnade att avkänna en signal närvarande mellan nämnda effekt- kombinerare/delare (43) och nämnda sändar-/mottagarkretsar. Antennsystem enligt något av kraven 15-19, varvid matningsanordningen (40) innefattar ett bestämt matningsnätverk (45), vilket har N elementportar (411-41N), där varje är ansluten till en av de N strålande elementen (121-12N), och matningsanordningen (40) innefattar ytterligare M medel (421-42M), för styrning av nämnda åtminstone en parameter, där var och en av nämnda M medel (421-42M) är anslutna till en av M matningsportar (461-46M) hos det bestämda matningsnätverket (45), där M är ett heltal större än l. Antennsystem enligt något av kraven 15-20, varvid nämnda medel (47, 45, 421-42N, 541-54N) för styrning av nämnda åtminstone en parameter innefattar en algoritm. Antennsystem enligt krav 21, varvid nämnda algoritm inkluderas i en digital signalprocessor hos en radiokommunikationsanordning. En mobil radiokommunikationsanordning innefattande ett hölje, ett användargränssnitt, och mottagning eller mottagnings- och sändningskretsar anslutna till ett antennsystem, k ä n n e t e c k n a d a v att 23629sec korrigerade krav.doc; 01-06-14 10 516 105 26 anordningen innefattar ett antennsystem enligt något av kraven 15-22.

24. Radiokommunikationsanordning enligt krav 23, varvid - de N stràlande elementen (121-12N) är anordnade pà en bärare som är svängbart anordnad på höljet.

25. Radiokommunikationsanordning enligt krav 23, varvid - de N strålande elementen (121-l2N) är anordnade pà en bärare som är glidbart anordnad pà höljet.

26. Radiokommunikationsanordning enligt nàgot av kraven 23-25, varvid nämnda medel (47, 45, 421-42N,541-54N) för styrning av nämnda åtminstone en parameter bärs upp av nämnda bärare. 23629sec korrigerade krav.doc; 01-06-14