一種改進型八木天線陣列的制作方法
【專利說明】一種改進型八木天線陣列
[0001]相關申請
[0002]本申請是一個共同美國申請?zhí)枮?4/270，362，名稱為一種無線應用中的可切換天線、申請日為2014年5月6的部分連續(xù)申請。
技術領域
[0003]本發(fā)明屬于天線領域，具體涉及一種集成天線陣列的結構，以及通過電子控制來形成所需要的輻射方向圖，自適應環(huán)境，為收發(fā)設備提供可靠、高效的通信鏈路鏈接。
【背景技術】
[0004]天線系統(tǒng)是通信系統(tǒng)組成中必不可少的部分。在現(xiàn)有的無線通信中，單天線分別用于發(fā)射源和接收端。這種系統(tǒng)叫做SISO(單發(fā)單收)。這樣的系統(tǒng)容易發(fā)生多徑效應從而產生問題。當電磁波遇到丘陵、峽谷、建筑、電線電纜等障礙物時，會發(fā)生反射、繞射、散射等問題，因此電磁波會以多個路徑到達目的地。延遲的散射信號會導致信號衰落、邊緣掉話(懸崖效應)以及間歇性接收(如同尖粧籬柵的形態(tài))。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，例如互聯(lián)網，這會導致數(shù)據傳輸速率下降，而且會增加系統(tǒng)誤碼率。
[0005]使用智能天線可以減少或消除由反射、偏轉、折射、散射等多徑傳輸帶來的煩惱。智能天線是一種數(shù)字無線通信天線系統(tǒng)，它的分集效果在源(發(fā)射機)，目的地(接收機)都有明顯的優(yōu)勢。分集效應的優(yōu)勢在于多個射頻(RF)信號同時發(fā)射和/或接收，來提高數(shù)據傳輸速度，降低錯誤率。智能天線也被稱為自適應天線陣、多天線，近來也被叫做Mnro(多發(fā)多收)，它是一種利用智能信號處理算法來識別空間來波方向(DOA)及特征的陣列天線，并計算出天線波束的形成量，利用控制單元控制天線的波束可以追蹤和定位一個移動的目標。
[0006]當前使用的大多數(shù)智能天線都有令人難以接受的方向圖零點。在無線電學中，方向圖零點是指在其扇區(qū)內的某些方位，從不同發(fā)射體發(fā)出的信號幾乎完全相互抵消了。如果沒有很精確的布局，方向圖零點會阻礙信號接收或者使該區(qū)域無法發(fā)送信號。因此，急需一種既可以靈活控制天線方向圖又沒有方向圖零點的天線系統(tǒng)。
[0007]—般情況下，一個天線陣列或系統(tǒng)包括很多天線單元，通過不同的結構排布以及控制來得到不同的輻射方向圖。當這些可以獨立控制、激勵的天線單元集成在一起時，需要特別的設計來減少天線單元之間以及天線單元與饋電系統(tǒng)之間的相互作用。
[0008]本發(fā)明公開的了一種天線結構，將天線單元集成在一塊平面上，最大限度的減少天線單元間以及天線單元與饋電系統(tǒng)間的相互作用。

【發(fā)明內容】

[0009]這段描述的目的在于總結本發(fā)明的一些架構，然后介紹一些優(yōu)選的具體實施例，在這段描述與在摘要中的描述會有一些簡化和省略，為的是避免混淆本段的描述與摘要的描述。這樣的簡化并不是在限制本發(fā)明的范圍。
[0010]本發(fā)明涉及到一種通過電子控制天線單元來形成所需要的輻射方向圖的天線陣列，它能自適應環(huán)境，為兩個收發(fā)設備提供可靠、高效的通信鏈路鏈接。根據本發(fā)明的一個方面，在這兩個收發(fā)設備中，一個為WIFI接入點(AP)設備，另一個是客戶端設備(例如，計算機或移動電話)。WIFI AP設備中組成天線陣列的天線單元可以通過電子控制的方式，給與其相連的所有客戶端提供最可靠的鏈接。
[0011]根據本發(fā)明的另一個方面，天線陣列由不少于一個集成天線單元組成。集成天線單元包括兩組天線單元，可以選擇性的激勵任意一組或兩組，來實現(xiàn)理想的覆蓋。每組天線單元包括兩個平行的天線單元，每個天線單元又包括一個反射器，一個振子以及一個或多個引向器。一塊表面覆有導電材料的基板用來承載天線整列的同時，又被設計為反射器。振子分成兩部分分別覆在一種非金屬板(例如印制電路板，簡稱PCB)的兩側，這種PCB垂直的安裝在基板上。
[0012]根據本發(fā)明的另一個方面，每個天線單元PCB兩側的兩條傳輸線分別激勵位于PCB兩側的振子，以盡量減少天線單元之間的相互作用。
[0013]根據本發(fā)明的另一個方面，一種雙面PCB用來做天線單元，利用兩面銅箔蝕刻出天線振子和引向器，這種PCB天線單元垂直的安裝在基板上。
[0014]通過電子控制天線單元的狀態(tài)(導通或斷開)，來獲得不同的天線陣列輻射方向圖，來提供最可靠的鏈路給客戶端。理論上，如果天線陣列有η個天線單元，且每個天線單元均可以獨立控制，那么根據不同的實施方式將有2η個不同的輻射特性可供選擇。
[0015]根據不同的用途，本發(fā)明可以應用于一種解決方案、一種裝置或一個系統(tǒng)的一部分。根據一個實施例，本發(fā)明是一種天線系統(tǒng)，其特征在于，其包括:一個平整的金屬基板；多個集成天線單元，每個集成單元又包含4個天線單元，每個天線單元包括:一塊平整的金屬基板構成的反射器；一塊垂直安裝在所述金屬基板上的印刷電路板(PCB)，所述PCB上蝕刻有振子和至少一個引向器；4個PCB天線單元均垂直的安裝在所述金屬基板上并形成一個開口的盒子。
[0016]根據另一個實施例，本發(fā)明是一種天線系統(tǒng)，該天線系統(tǒng)包括:一個外殼；一個金屬基板，其內置于所述外殼內并被配置為一個反射器，一塊垂直安裝在所述金屬基板上的印刷電路板(PCB)，所述PCB上蝕刻有振子和至少一個引向器，這樣構成了一個有反射器、振子以及引向器的八木天線結構。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供了一種體積小、工作頻帶寬、方向圖性能強并且成本更低更容易制造的智能天線。本發(fā)明還有一些特點和優(yōu)點將在下面的附圖以及實例的實施方式中闡述。
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中
[0019]圖1所示為本發(fā)明的天線單元100在一個具體實施例中的立體示意圖；
[0020]圖2Α所示為圖1中天線單元的其中一面結構示意圖；
[0021]與圖2B所示為圖1中天線單元的另一面結構示意圖，振子被分成兩部分分別蝕刻在印制電路板(PCB)的兩側；
[0022]圖3A所示為天線單元100在WiFi 2.4GHz頻段的電壓駐波比圖；
[0023]圖3B所示為天線單元100的垂直面輻射方向圖；
[0024]圖3C所示為天線單元100的水平面輻射方向圖；
[0025]圖4A所示為由四個天線單元100組成的天線陣列或天線系統(tǒng)的立體示意圖；
[0026]圖4B所示為圖4A所示集成天線單元的俯視示意圖；
[0027]圖5A所示為集成天線單元垂直極化單元的垂直面輻射方向圖；
[0028]圖5B所示為集成天線單元垂直極化單元的水平面輻射方向圖；
[0029]圖6A所示為集成天線單元水平極化單元的垂直面輻射方向圖；
[0030]圖6B所示為集成天線單元水平極化單元的水平面輻射方向圖；
[0031]圖7所示為圖4A所示的天線陣列的一種變化方式，圖中電磁波極化方向既不水平也不垂直；
[0032]圖8所示為本發(fā)明的天線系統(tǒng)在一個具體實施例中的框圖。
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0034]本發(fā)明的詳細描述包含了過程、步驟、邏輯運算、處理以及其他使用符號直接或間接的表明通信裝置與饋電網絡的耦合等類似的操作。這些過程的描述通常被熟悉本領域的技術人員用來與其他同領域的技術人員作有效的溝通。
[0035]以下描述中用到的“一個具體實施例”或“具體實施例”是指結合該具體實施例中所描述的特定特征、結構或特性，并至少包含在本發(fā)明內的一個具體實施例。出現(xiàn)的“在一個具體實施例中”并不一定是指在同一個具體實施例，這些具體實施例也不存在相互排斥或相互替換。此外，本實施例中流程框圖所提到的具體實施例的順序并不表示任何特定的順序，也未做限制。
[0036]運營商一直在尋找一種高增益并且體積小的天線系統(tǒng)。另外，理想狀況下是能夠根據不同的應用場景，調整合適的射頻(RF)覆蓋扇區(qū)，從而部署合適的天線系統(tǒng)。本發(fā)明的一個實施例提供了一種天線陣列的設計，通過饋線(例如:金屬線)激勵天線單元以最大限度的減少對方向圖的影響。
[0037]八木天線是一種用于天線系統(tǒng)中的天線類型，是一種定向天線，由多個平行的偶極子天線(包含反射器、引向器)排成一條線陣，通常由金屬棒構成。一個單個的振子通過傳輸線連接到激勵源上(發(fā)射機或接收機)。這種獨特的設計相比簡單的偶極子天線，在方向性和增益上都有巨大的提高。
[0038]為了滿足這種天線結構，傳輸線(例如50歐姆同軸線)需要想辦法連接到位于反射器與引向器之間的振子上。換句話說，饋線改變天線結構，影響天線性能的可能性將大大增加，這是不希望產生的結果，此外這樣也增加了分析的難度使天線變得難以控制。另一方面，在無線網絡應用中，天線通常需要與其他電子器件集成在一起，這樣需要一塊基板(例如一塊接地板)來承載它們?yōu)橄到y(tǒng)工作。本發(fā)明的一個實施例將基板當做天線結構的一部分，完全消除了天線單元與饋電系統(tǒng)之間的影響。
[0039]請參閱圖1，其為發(fā)明的天線單元100在一個具體實施例中的立體示意圖。如圖1所示，其中的數(shù)字標號會在多個圖中出現(xiàn)多次。根據本發(fā)明的一個實施例，圖1所示的天線單元100與八木天線有著基本類似的結構。所述基板102被設計成天線單元100的反射器。在一個實施例中，所述基板102是一塊金屬板。在另一個實施例中，基板102具有導電性的表面。以下，所述