專利名稱：用于改進近程范圍內無線網絡性能的天線系統(tǒng)的制作方法
背景技術：
近程范圍無線電技術(例如IEEE802.11a，IEEE802.11b，藍牙@，超寬帶，家用RF，HIPERLAN等)在用于實現(xiàn)固定和便攜式設備之間通信的應用中變得越來越普遍。這種技術可以為大量用戶提供低功耗、低成本、高帶寬通信。在一種可能應用中，這種技術可用于在用戶設備和網絡接入節(jié)點之間提供無線通信。該網絡接入節(jié)點可作為例如接入互聯(lián)網或其它大型網絡的網關。這種網絡接入節(jié)點具有傳統(tǒng)上使用的全向天線，用于與周邊的用戶進行通信。因此，接入節(jié)點以外的用戶設備所接收到的信號強度將隨距離接入節(jié)點的距離增加而迅速下降。隨著接收信號強度的下降，在無線網絡聯(lián)接中保持的數(shù)據率也會相應下降。因此，最大數(shù)據率僅能在接入節(jié)點周圍的很小范圍內保持。人們總希望最大數(shù)據率在無線接入節(jié)點周圍所覆蓋的區(qū)域應當盡可能的大。而且希望可實現(xiàn)最大數(shù)據率的區(qū)域可以很容易與接入節(jié)點所部署的區(qū)域一致。


圖1示出根據本發(fā)明一實施例的天線系統(tǒng)的底視圖；圖2示出圖1所示天線系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D；圖3示出根據本發(fā)明另一實施例的天線系統(tǒng)的底視圖；圖4示出用于本發(fā)明至少一個實施例中以固定天線系統(tǒng)的側板角度的定位器的透視圖；圖5示出根據本發(fā)明一實施例，用于圖4中的定位器中的角塊的透視圖；圖6示出圖4中的定位器的透視圖，其中插入一個天線系統(tǒng)；圖7示出在天花板上安裝有圖1所示天線系統(tǒng)的房間的截面?zhèn)纫晥D，并示出該天線系統(tǒng)的可能覆蓋情況；圖8示出在墻壁上安裝有圖1所示天線系統(tǒng)的房間的截面?zhèn)纫晥D，并示出該天線系統(tǒng)的可能覆蓋情況；圖9示出根據本發(fā)明另一實施例的天線系統(tǒng)的底視圖；圖10示出圖9的天線系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D；
圖11示出在天花板上安裝有圖9所示天線系統(tǒng)的房間的截面?zhèn)纫晥D，并示出該天線系統(tǒng)的可能覆蓋情況；圖12示出在墻壁上安裝有圖9所示天線系統(tǒng)的房間的截面?zhèn)纫晥D，并示出該天線系統(tǒng)的可能覆蓋情況；圖13示出根據本發(fā)明另一實施例的天線系統(tǒng)的底視圖。
詳細描述在下面的詳細描述中，將參照附圖進行說明，該附圖示出實現(xiàn)本發(fā)明的特定實施例。對這些實施例的描述足夠詳細，本領域技術人員據此可以實踐本發(fā)明。應當理解本發(fā)明的多個實施例雖然不同，但彼此并非相互獨立。例如，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，結合一個實施例描述的特定特征、結構或特性可以在其它實施例中實現(xiàn)。另外，應當理解在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以改變每個所公開實施例中獨立元件的位置或設置。下面的詳細描述并非限制性的，本發(fā)明的范圍僅由權利要求來限定，該權利要求應當被解釋為權利要求所請求的所有等效范圍。在附圖中，相同的附圖標記表示在幾個附圖中的相同或相似的功能性部件。
圖1示出根據本發(fā)明一個實施例的天線系統(tǒng)10的底視圖。在至少一個應用中，天線系統(tǒng)10用于為希望連結到網絡的用戶提供近程無線接入節(jié)點服務。這里所使用的詞匯“近程”是指100米或其以內的距離。如圖中所示，該天線系統(tǒng)10包括主板12和四個可樞轉的側板14、16、18、20。主板12和各側板14、16、18、20都具有布置在其上的對應天線元件22陣列。元件22的每個陣列都可用于在系統(tǒng)工作期間產生(接收和/或發(fā)射)對應的天線波束。因此，在正常工作期間，圖1的天線系統(tǒng)10可以產生5個主波束(也存在旁瓣)。圖2示出圖1中天線系統(tǒng)10的截面?zhèn)让鎴D，示出側板16、20利用鉸鏈24與主板12的連接。可以使用任何形式的鉸鏈。更詳細地說，當天線系統(tǒng)10最終被安裝時，可以提供鎖定機構將各側板14、16、18、20鎖定在固定位置。該天線系統(tǒng)10還包括用于將系統(tǒng)10安裝在部署區(qū)域(例如提供網絡接入服務的區(qū)域)內的安裝臺(mount)26。安裝臺26可包括任何可以便于將天線系統(tǒng)10安裝在部署區(qū)域中的指定位置的結構。安裝26還可以為將要連接到天線系統(tǒng)的電線和/或饋線提供管道。
當部署天線系統(tǒng)10時，將天線系統(tǒng)10安裝在部署區(qū)域中的較高位置。這些安裝包括例如天花板安裝、桿安裝、墻壁安裝或其它相似的安裝位置。在天線工作期間，由天線系統(tǒng)10產生的各波束都總方向向下(generally downward direction)傳播，從而“照射”下面的樓面面積(floor space)的對應部分。天線系統(tǒng)10的整體覆蓋圖形為這些波束中每一個的單獨覆蓋區(qū)的組合。在安裝天線系統(tǒng)10的過程中，安裝者需要根據特定部署區(qū)域的特性，對天線系統(tǒng)10進行調節(jié)，從而實現(xiàn)對該區(qū)域的最佳覆蓋圖形。即，需要對天線系統(tǒng)10進行調節(jié)，從而將其設計為最大化部署區(qū)域中可支持最大數(shù)據率的面積。為了實現(xiàn)該目的，安裝者例如需要調節(jié)并適當?shù)毓潭ǜ鱾劝?4、16、18、20相對于主板12的角度取向。
應當根據部署區(qū)域的物理特征，例如所安裝的天線系統(tǒng)10與下面的樓面之間的距離(即部署高度)，來調節(jié)側板14、16、18、20的角度。當天線系統(tǒng)10的部署高度較低(例如當天線系統(tǒng)安裝在天花板上而天花板高度較低)時，需要使用較大的側板角度，從而擴大最大數(shù)據率覆蓋區(qū)域。相反，當部署高度較大時，需要使用較小的側板角度，從而在該區(qū)域中實現(xiàn)更均勻地覆蓋。在一種可能的安裝技術中，安裝者可以首先估計天線系統(tǒng)10的部署高度，然后相應地調節(jié)并固定側板14、16、18、20的角度?？梢蕴峁┮粋€列表，列出對于不同部署高度范圍應當采用的適當側板角度。在實際安裝天線系統(tǒng)10之前或之后都可以調節(jié)側板角度。
在安裝期間也可以使用其他用于調節(jié)側板14、16、18、20的角度的技術。例如，在一種方法中，可以在天線系統(tǒng)10的一個或更多側板上提供平板反射元件(例如鏡子)，以便用于調節(jié)側板14、16、18、20。然后在一個安裝者控制例如一個激光指向設備從對應光束應當會聚的點瞄準反射元件的同時，另一個安裝者可以調節(jié)側板的角度。當激光指向器直接返回到原位置，則將側板的角度固定在此處。相似的技術可以利用安裝者的視線來確定是否已經實現(xiàn)了光束的正確對準。即，一個安裝者站在對應光束應當會聚的點并利用光學設備例如雙眼望遠鏡或望遠鏡觀察反射元件，而另一個安裝者調節(jié)對應側板的角度。當?shù)谝粋€安裝者在反射器中看到自己的圖像時，它指示第二個安裝者將側板固定在當前位置。安裝者可以根據一些標準，例如房間的大小和形狀、部署高度、天線束寬度知識等來確定在調節(jié)期間占據的適當位置。
在至少一種實現(xiàn)方式中，與側板14、16、18、20相聯(lián)系的一個或更多天線陣列22具有電子束控制能力。即，可以使用相控陣列技術來為波束定向提供進一步的調節(jié)能力。也可以使用相控陣列技術提供一定程度的束成形能力。安裝者可以使用這些能力來進一步提高部署區(qū)域內的最大數(shù)據率覆蓋圖形(例如，在已經使用機械調節(jié)之后)。例如，安裝者可以指導波束從一個側板向左或向右運動，從而在例如房間的不規(guī)則形狀角落中獲得更高的覆蓋率。安裝者還可以決定調節(jié)天線波束的形狀(例如波束寬度)從而更好地適應特定的部署區(qū)域。為了電子調節(jié)與一側板相聯(lián)系的主波束的方向，可以調節(jié)對應陣列元件的激勵相位。為了電子調節(jié)主波束的形狀，可以調節(jié)對應陣列元件的激勵相位和幅度。通常使用可調節(jié)的波束生成器網絡來提供這種功能性。這種波束生成技術是公知技術。當安裝者已經實現(xiàn)了最佳的波束方向和/或與一側板相聯(lián)系的波束的形狀時，可以在相聯(lián)系的波束生成器中固定對應相位和/或幅度值，并不再改變他們(除非以后移動天線系統(tǒng)10或對其執(zhí)行周期性的重新校準)。
應當理解圖1中的天線系統(tǒng)10僅是特定發(fā)明原理的示意性說明，還可以對其進行多種修改。例如，可以使用任何數(shù)目的可樞轉側板。在一個可能的實現(xiàn)方式中，例如可以僅提供一個可樞轉側板。另外，側板和主板可以采用任何形狀。例如，在另一可能實現(xiàn)方式中，主板12具有六邊形形狀，并提供六個側板，每個側板與該六邊形中的一個邊緣鉸接。很明顯，可一使用很多不同的結構。同樣地，可以改變各陣列中的天線元件的數(shù)目和結構。在至少一個實施例中，如圖3所示，提供一種天線系統(tǒng)30，它包括具有單獨天線元件28的主板12和每一個都包括一個元件陣列的側板14、16、18和20。還希望在一個或更多側板內僅包括一個單獨元件。在本發(fā)明的天線系統(tǒng)中可以使用大量不同天線元件類型中的任何一種。在一種例子中，例如可以在各板上使用微帶連接板元件(patchelement)。其他可用的元件類型包括例如偶板子、水平面、縫隙、環(huán)形、以及其他類型，包括上述類型的組合?？梢允褂玫臉O化類型包括例如線性、圓、橢圓、或正交極化。
如上所述，圖1中的天線系統(tǒng)10通常包括一個或更多用于在安裝期間將側板14、16、18、20鎖定在各自位置的鎖定機構。很明顯，可以使用任何可以將可樞轉側板鎖定在適當位置的結構。在一種方案中，例如，將側板與主板耦合在一起的鉸鏈24包括螺絲(例如具有翼狀螺帽)，可以旋緊該螺絲從而將對應板鎖定在適當位置。也可以使用夾子、支架、以及其他機械結構。圖4示出在本發(fā)明至少一個實施例中使用的定位器36的透視圖，它用于固定側板14、16、18、20的角度。該定位器36包括一個基底部分38，該基底部分38具有位于其對應的角處的多個塊。在一種方案中，基底部分38包括可以將角塊40、42、44、46保持在各自位置的線框。也可以使用平面材料。這些塊40、42、44、46最好為錐體形狀，也可以使用其他形狀(例如正方形、矩形等)。各塊的實際形狀通常取決于所使用的側板的數(shù)目和設置。如圖5所示，塊40、42、44、46可以包括位于適當側面上的多個定位槽48，他們具有對應角度指示，用于設定對應側板的角度。還可以提供止動機構(停止槽)50，從而設定這些板的角度的最高和最低限制。
圖6示出圖1所示的天線系統(tǒng)10插入到圖4所示的定位器36時的透視圖。如圖所示，天線系統(tǒng)10的側板16、18、20中的每一個都壓入配合在對應一對塊之間。在將天線系統(tǒng)10插入定位器36之后，安裝者可以通過將板移動到對應塊上的適當定位槽，來調節(jié)各側板14、16、18、20的角度。然后通過塊的壓力將板保持在所處位置。該天線系統(tǒng)10可以在其部署壽命內保持在固定位置。在一個實施例中，塊40、42、44、46由輕質塑料材料形成，但是也可以使用其他材料。這些材料最好具有電介質性。在至少一種實現(xiàn)方式中，可以在定位器36的塊40、42、44、46上安裝無線屏蔽器結構，從而在部署期間覆蓋和保護該天線系統(tǒng)10。用于無線屏蔽器的材料最好相對于天線系統(tǒng)10的工作頻率范圍內的射頻(RF)為低損耗或透明的。
如上所述，本發(fā)明的天線系統(tǒng)最好安裝在部署區(qū)域內的架高位置。然后按照提高該區(qū)域內的最大數(shù)據率覆蓋范圍的方式調節(jié)并固定側板角度覆蓋范圍。圖7示出一房間60的局部側面圖，其中在該房間60內具有一安裝在天花板上的天線系統(tǒng)10從而為無線用戶提供網絡接入服務。如圖所示，天線系統(tǒng)10的主板12產生總方向向下的主波束62，它覆蓋了房間樓面面積的中心部分(還產生了側波瓣)。相似的，側板16產生總方向向下的主波束64，它覆蓋了樓面面積的側邊部分，側板20產生總方向向下的主波束66，它覆蓋了樓面面積的相對側邊部分。利用天線系統(tǒng)10其他側板14、18可以產生相似的波束。由于幾乎整個樓面面積都以較為均勻的方式被輻射，因此在整個房間60內可以支持最大數(shù)據率。圖8示出房間70，它具有一安裝在墻壁上的天線系統(tǒng)10，該天線系統(tǒng)10包括一主板12和一側板16。主板12產生總方向向下的波束72，它覆蓋了房間70的樓面面積的第一側邊部分，側板16產生總方向向下的波束74，它覆蓋了房間70的樓面面積的第二側邊部分。很明顯，還可以有許多附加天線系統(tǒng)部署方案。
圖9示出根據本發(fā)明的其他實施例的天線系統(tǒng)80的底視圖。該天線系統(tǒng)80包括一個單獨的板82，該板82上具有布置其上的多個獨立天線陣列84、86、88、90、92。在所示實施例中，板82包括位于板82中心的主陣列84和分布在主陣列84周圍的四個側陣列86、88、90、92。板82上這些陣列的數(shù)目、大小和排列以及板82的大小和形狀都根據實施方式而變化。在工作中，板82上的各陣列84、86、88、90、92產生對應的天線波束(接收和/或發(fā)射)。可以在安裝期間對天線系統(tǒng)80進行電子調節(jié)，從而最大化該對應部署區(qū)域內的全數(shù)據率覆蓋范圍。在一種方案中，例如，各側陣列86、88、90、92具有電子可控波束，安裝者可以在安裝過程中調節(jié)這些電子可控波束。例如，安裝者可以在部署區(qū)域內進行一種或多種測量(例如部署高度、房間大小、距離墻壁尺寸等)，然后利用相控陣列技術相應地設定各波束的角度。在至少一個實施例中，還可以在安裝期間調節(jié)各獨立波束中的一個或更多個的形狀(通過例如調節(jié)對應陣列內的各個元件的激發(fā)幅度和相位)。主陣列84所產生的波束可以或不可以調節(jié)。在至少一個實施例中，可以使用一個單獨天線元件來代替主陣列84?？梢詾榘?2上的各陣列84、86、88、90、92提供獨立的波束生成器。一旦安裝者已經實現(xiàn)了與陣列84、86、88、90、92中的一個相聯(lián)系的波束的最佳波束方向和/或最佳值，則在相關波束生成器中可以固定該對應相位和/或幅度值，今后不再改變(除非以后將移動該天線系統(tǒng)80或執(zhí)行周期性重新校準)。
圖10示出圖9中的天線系統(tǒng)80的局部側示圖。如圖所示，該天線系統(tǒng)80可包括與板82耦合的選擇性安裝臺94，它用于將系統(tǒng)80安裝在部署區(qū)域內。該安裝臺可以包括任何便于將天線系統(tǒng)80安裝在部署區(qū)域內的架高位置的一個或多個結構。
圖11示出一房間100的局部側面圖，其中在該房間100內具有一安裝在天花板上的天線系統(tǒng)80從而為無線用戶提供網絡接入服務。如圖所示，天線系統(tǒng)80的主板82產生總方向向下的主波束102，它覆蓋了房間100的樓面面積的中心部分。相似的，板82上的一個側陣列產生覆蓋了樓面面積的側邊部分的波束104，另一側陣列產生覆蓋了樓面面積的相對側邊部分的波束106。利用板82上的其他側陣列可以產生相似的波束。由于幾乎整個樓面面積都以相對均勻的方式被輻射，因此在整個房間100內可以支持最大數(shù)據率。圖12示出房間110，它具有一安裝在墻壁上的天線系統(tǒng)80，該板82上的主天線陣列產生覆蓋了房間110的樓面面積的第一側邊部分的波束112，板82上的側陣列產生覆蓋了房間110的樓面面積的第二側邊部分的波束114。很明顯，還可以有許多附加天線系統(tǒng)使用方案。
圖13示出根據本發(fā)明的其他實施例的天線系統(tǒng)120的底視圖。該天線系統(tǒng)120包括一個單獨的板122，該板122上具有布置其上的天線元件陣列124。陣列124內的元件的數(shù)目和類型和板122的尺寸和形狀根據不同的實施方式而變化。在工作中，陣列124在部署區(qū)域內同時產生多個天線波束(接收和/或發(fā)射)。可以與陣列124結合使用多波束波束生成網絡，從而產生多個天線波束。該多波束波束生成網絡通常與天線系統(tǒng)120協(xié)同定位。這種波束形成結構是本領域公知技術。在一種實施方式中，可以對陣列124所產生的一個或更多波束進行電子控制，從而使安裝者對波束進行調節(jié)，從而提高系統(tǒng)120在該部署區(qū)域內的最大數(shù)據率覆蓋范圍。在特定部署區(qū)域內已經實現(xiàn)了最佳波束位置后，可以固定波束生成器的設定從而使波束今后保持穩(wěn)定。
雖然結合特定實施例對本發(fā)明進行說明，但是應當理解在不脫離本領域技術人員所能理解的本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以進行多種修改和變化。這些修改和變化將被認為落入本發(fā)明和所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種用于給網絡提供近程無線接入的天線系統(tǒng)，包括第一板，具有布置于其上的至少一個天線元件，用于產生第一天線波束；和第二板，與所述第一板可樞轉地耦合，具有布置于其上的至少一個天線元件，以便產生第二天線波束。
2.如權利要求1所述的天線系統(tǒng)，包括安裝臺，與所述第一板耦合，用于將所述天線系統(tǒng)安裝在部署區(qū)域內的高架位置，從而使所述第一和第二天線波束指向總方向向下的方向。
3.如權利要求2所述的天線系統(tǒng)，其中所述安裝臺包括天花板安裝臺。
4.如權利要求2所述的天線系統(tǒng)，其中所述安裝臺包括墻壁安裝臺。
5.如權利要求1所述的天線系統(tǒng)，包括至少一個可樞轉地與所述第一板耦合的附加板，具有布置在其上的至少一個天線元件，從而產生至少一個附加天線波束。
6.如權利要求1所述的天線系統(tǒng)，其中所述第一板包括天線元件陣列，以便產生所述第一天線波束。
7.如權利要求1所述的天線系統(tǒng)，其中所述第二板包括天線元件陣列，以便產生所述第二天線波束。
8.如權利要求1所述的天線系統(tǒng)，包括鎖定機構，用于以相對于所述第一板的固定角度位置鎖定所述第二板。
9.如權利要求8所述的天線系統(tǒng)，其中所述鎖定機構包括具有多個塊的定位器，從而利用壓力將所述第二板保持在固定位置。
10.如權利要求1所述的天線系統(tǒng)，包括與所述第二板耦合的平面反射元件，用于在安裝期間調節(jié)第二板相對于所述第一板的角度。
11.一種用于給網絡提供近程無線接入的天線系統(tǒng)，包括具有用于產生第一天線波束的至少一個第一天線元件和用于產生第二天線波束的第二天線元件陣列的板，其中可以相對于所述第一天線波束電子控制所述第二天線波束；安裝臺，與所述板耦合，用于將所述天線系統(tǒng)安裝在網絡接入部署區(qū)域內的架高位置，從而使所述第一天線波束和第二天線波束在網路接入部署區(qū)域內指向總方向向下的方向。
12.如權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中所述板還包括至少一個附加天線元件陣列，以便產生至少一個附加天線波束，其中可相對于所述第一天線波束和第二天線波束對所述至少一個附加天線波束進行電子控制。
13.如權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中所述至少一個第一天線元件包括天線元件陣列。
14.如權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中所述安裝臺包括天花板安裝臺。
15.如權利要求11所述的天線系統(tǒng)，其中所述安裝臺包括墻壁安裝臺。
16.一種用于給網絡提供近程無線接入的天線系統(tǒng)，包括具有布置其上的天線元件陣列的板，所述天線元件陣列與多波束波束生成器矩陣一起產生多個同時天線波束，所述多個同時天線波束包括至少一個可電子控制的波束；和安裝臺，與所述板耦合，用于將所述天線系統(tǒng)安裝在網絡接入部署區(qū)域內的高架位置，從而使所述多個同時天線波束在網絡接入部署區(qū)域內指向總方向向下的方向。
17.如權利要求16所述的天線系統(tǒng)，其中所述安裝臺包括天花板安裝臺。
18.如權利要求16所述的天線系統(tǒng)，其中所述安裝臺包括墻壁安裝臺。
19.一種天線系統(tǒng)，包括用于在總方向向下方向產生第一天線波束的裝置；用于在總方向向下方向產生第二天線波束的裝置；用于相對與第一天線波束調節(jié)第二天線波束方向的裝置，用于提高無線網絡接入點的最大數(shù)據率覆蓋范圍。
20.如權利要求19所述的天線系統(tǒng)，其中所述用于產生第一天線波束的裝置包括其上布置有至少一個天線元件的第一板；和所述用于產生第二天線波束的裝置包括其上布置有至少一個天線元件的第二板，所述第二板與所述第一板樞轉耦合。
21.如權利要求19所述的天線系統(tǒng)，其中所述用于產生第一天線波束的裝置包括置于一板上的天線元件的第一陣列；和所述用于產生第二天線波束的裝置包括置于所述板上的天線元件的第二陣列。
22.如權利要求19所述的天線系統(tǒng)，其中所述用于產生第一天線波束的裝置和所述用于產生第二天線波束的裝置各自包括相同的天線元件陣列。
全文摘要
一種用于為無線用戶提供網絡接入服務的天線系統(tǒng)(10)產生至少第一(62)和第二(64)天線波束，其中第二天線(64)波束可相對于第一天線波束移動。還可以產生附加天線波束(66)。在天線系統(tǒng)(10)的安裝期間，安裝者可以調節(jié)第二天線波束(64)(還可能是附加天線波束)的位置，以便提高天線系統(tǒng)對于給定部署區(qū)域的最大數(shù)據率覆蓋范圍。
文檔編號H01Q3/02GK1615562SQ03802253
公開日2005年5月11日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權日2002年8月7日
發(fā)明者D·利珀, T·德馬基 申請人:英特爾公司