專利名稱：L型室內(nèi)天線的制作方法
在常規(guī)蜂窩和PCS(個人通信系統(tǒng))無線系統(tǒng)中，從基站(小區(qū)站點(diǎn))發(fā)送到用戶(遠(yuǎn)端終端)的信號通常是通過全向天線接收的；通常是以短桿天線的形式。這些系統(tǒng)經(jīng)常犧牲帶寬以獲得更好的區(qū)域覆蓋，這是源于比理想的信號傳播特性差的結(jié)果。例如，典型蜂窩或PCS系統(tǒng)的比特(二進(jìn)制數(shù)字)對Hz的比經(jīng)常小于0．5。由于有效SNR(信噪比)或C／I(載波干擾比)通常低到20dB，因此使用較低的二進(jìn)制信號調(diào)制方式，例如BPSK(二進(jìn)制相移鍵控)。實(shí)際上，對于基于話音的信令，適當(dāng)?shù)男盘柦邮召|(zhì)量的閾值C／I(或S／N)比是大約17dB。
對于用于數(shù)據(jù)應(yīng)用的無線系統(tǒng)，希望充分增加SNR或C／I以便利用更高階的(二進(jìn)制)調(diào)制技術(shù)，例如QAM-64(正交幅度調(diào)制，具有復(fù)數(shù)構(gòu)象中的64個點(diǎn))。這些更高階的調(diào)制方案需要實(shí)際上更大的C／I(或S／N)閾值；通常高于26dB。對于MMDS(多用戶多路徑分布系統(tǒng))信號的情況，其中載波頻率更高(2500MHz左右)，傳播特性甚至更差。因此就需要能夠覆蓋(傳播)要求并且也產(chǎn)生高C／I或SNR電平的傳輸系統(tǒng)。
一種選擇是增加終端設(shè)備(TE)、遠(yuǎn)端設(shè)備的尺寸，或天線增益。這需要增加尺寸。另外，這有助于增加該天線的高度(即，地面上的垂直高度)。天線放得越高，系統(tǒng)增益越好。對于簡單的平面地形，總的系統(tǒng)路徑損耗(衰減)是每個(發(fā)射和接收)天線的方向性增益(彼此的朝向)的函數(shù)?？墒?，路徑損耗也是每個天線高度(從地面)的函數(shù)。因此，當(dāng)增加距地面的高度時，總的系統(tǒng)路徑損耗減少，這增加了總系統(tǒng)的鏈路性能，或系統(tǒng)增益。每次將一個天線距地面的高度加倍，鏈路性能(系統(tǒng))增益增加6dB。如果將兩個天線(發(fā)射和接收)的高度加倍，總增益提高12dB(6dB+6dB)。因此，將距地面高度加倍等于將該天線尺寸(面積)乘以四。
在常規(guī)模擬MMDS系統(tǒng)中，傳統(tǒng)地通過在樓頂或桿柱上安裝大反射器型天線(具有高達(dá)30dBi的方向性增益)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了(即，增加SNR或C／I)。缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜、困難和成本高；以及不美觀。
將MMDS頻率頻譜從模擬視頻系統(tǒng)移植到無線數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需對用戶要更友好(容易的)的安裝方法，具有更低成本。在此的困難是設(shè)計(jì)具有足夠方向性增益，克服穿過墻壁傳輸?shù)膿p耗，以及容易由用戶或其它沒有特殊技術(shù)的人安裝和定向的系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了容易安裝、高增益、全方向“室內(nèi)”天線，該天線提供全方向覆蓋。不需要安裝、“定向”或調(diào)向，而且該天線可以室內(nèi)安裝在房間一角。
按照本發(fā)明的另一個方面，四個天線單元形成一本“書”狀，即每兩個相互背靠背，具有相互呈90度方向的一對，以致每個單獨(dú)天線覆蓋90度扇區(qū)，以便和起來產(chǎn)生完整的360度覆蓋。


圖1是表示按照本發(fā)明一種形式天線的透視圖；圖2是圖1天線的俯視圖；圖3是表示按照本發(fā)明安裝在典型房間內(nèi)的天線的透視圖；圖4和5是表示按照本發(fā)明的兩個另外實(shí)施例的天線的圖，類似于圖1；圖6是表示合并／分路設(shè)備的方案；圖7是類似于圖1表示按照本發(fā)明另一個實(shí)施例的天線；圖8是類似于圖6圖示合并／分路設(shè)備的方案；圖9是圖示利用來自調(diào)制解調(diào)器控制的41RF開關(guān)的使用；圖10是表示按本發(fā)明一種方式天線具有內(nèi)部RF合并／分路器的示意圖；圖11是類似于圖10表示結(jié)合到天線組件中的RF收發(fā)信機(jī)或換能器的圖；圖12是類似于圖10和11表示合并到天線組件中的收發(fā)信機(jī)和調(diào)制解調(diào)器兩者的圖。
開始參照圖1和圖2，表示按照本發(fā)明的“書”狀天線系統(tǒng)20總結(jié)構(gòu)，具有兩個矩形部分22，24(在圖1中表示為正方形)沿一個公共邊連接在一起。兩個部分22、24以90度角連接，因此允許該天線20呈直角安裝在房間內(nèi)兩個墻壁之間的角上(見圖3)，以便類似于一本打開的“書”形狀。
利用微帶(貼片)天線技術(shù)允許部分22、24的厚度在一英寸以下。每個部分22、24由一個前面(26，28)和一個背面(29，30)組成，每個面(前面和后面)包括一個天線單元32、34、36、38(或一個陣列中的多重天線單元，見圖4、5和7)。因此有四個(4)不同的天線面，每個指向相互相反或正交的方向。
圖2表示該天線系統(tǒng)的俯視圖，標(biāo)志出了四個不同面26、28、29和30。每個面包括一個微帶／貼片天線32、34、36和38。對于該具體示例，每個貼片天線32、34、36和38產(chǎn)生90度方位角的波束寬度。四個90度波束組合產(chǎn)生有效的360度覆蓋；由此仿真一個全方向天線。
圖3表示在兩個墻角42、44上的天線20的安置。為最佳性能，該天線系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)安置得盡可能高(即接近天花板46)以使對基站(未示出)的信號接收和發(fā)射最大。
圖4和5表示天線單元類型的兩個不同改變，可以用作或替代前面實(shí)施例的天線單元32、34、36和38。圖4表示在“書”狀天線20a的每個面26a、28a上貼片／微帶天線單元52、54的垂直陣列(多重單元)。應(yīng)當(dāng)理解，圖4中的看不見的背面上有相似的陣列。對于多重天線單元(在每個面上)的情況，將使用并聯(lián)或串聯(lián)合作饋電結(jié)構(gòu)(未示出)，設(shè)計(jì)來用于校正幅度和相位匹配，以產(chǎn)生所希望方位角的波束。可是，圖5表示在“書”狀天線20b面26b、28b上使用偶極子天線單元62、64的相同類型陣列。相同的偶極子陣列也用在圖5中不可見的其它兩個表面上。
圖6表示合并／分路裝置72，其中來自前面圖中任何一個“書”狀天線每個表面上的天線單元的輸入／輸出路徑進(jìn)行RF相加以產(chǎn)生到／來自天線系統(tǒng)的單一RF輸入／輸出路徑。對于四個表面的每一個，該陣列組合饋電(或RF傳輸線，對于單一單元的情況)被與其它表面的同相相加，以產(chǎn)生單一RF輸入／輸出。
到這時，假設(shè)該系統(tǒng)的發(fā)射和接收波段都在單一貼片／微帶(或偶極子)單元的VSWR帶寬內(nèi)。可是，對于系統(tǒng)發(fā)射和接收波段進(jìn)一步分開的情況(例如，大于載波頻率的10％)，則可以對每個表面使用兩個不同陣列。圖7所示的是在天線20c的每個表面26c、28c上有發(fā)射(Tx)貼片／微帶(或偶極子)陣列(垂直的)82、86和接收(Rx)陣列(垂直的)84、88的情況。在圖7不可見表面上將使用相同設(shè)計(jì)的Tx和Rx單元。將使用圖6所示的兩個不同類型的合并／分路電路(見圖8)-一個用于Tx而一個用于Rx，產(chǎn)生兩個不同的、單獨(dú)的RF端口(一個用于發(fā)射波段，而一個用于接收波段)。因此該天線系統(tǒng)可以輸出兩個不同RF傳輸線，或電纜，或(頻率)或復(fù)用它們到單一RF傳輸線或電纜90中(通過頻率雙工器模塊95，見圖8)。
迄今所描述的概念產(chǎn)生了一個全方向系統(tǒng)，其將來自輸入／輸出傳輸線的功率(四路)分路給每個獨(dú)立的90度扇區(qū)“表面”，如圖8所表示。可是，分路／合并設(shè)備72(72a)具有減少系統(tǒng)總方向性增益6dB的效果?？朔囊环N方法是替換4∶1RF開關(guān)92如圖9所示。這可以是PIN二極管的組合(未示出)，其通過來自調(diào)制解調(diào)器96的控制線(或控制線組)偏置／控制。調(diào)制解調(diào)器96或相關(guān)控制器或“PC”98可以被編程以順序地將RF路徑切換到每個天線表面，測量RF功率，和然后選擇具有最大功率的表面。一種適合的RF收發(fā)信機(jī)／換能器(Tc)100放置在4∶1RF開關(guān)92與調(diào)制解調(diào)器96之間。在此情況下，該系統(tǒng)仍然將具有全方向能力，而且增加總的系統(tǒng)增益6dB。這額外地減少了全網(wǎng)絡(luò)上所散射的信號數(shù)量，并且增加了總的網(wǎng)絡(luò)C／I。這也增加了系統(tǒng)的用戶友好性能，允許由用戶容易地安裝而由系統(tǒng)自己進(jìn)行天線的“定向”。
圖10表示在兩個墻壁42、44角上的本發(fā)明“書”狀天線的一個實(shí)施例，具有一個內(nèi)部(即建立在天線結(jié)構(gòu)內(nèi))的RF相加器／分路器或一個4∶1開關(guān)110，具有在利用4∶1RF開關(guān)情況下的來自用虛線表示的調(diào)制解調(diào)器96的控制。來自該天線系統(tǒng)的FR輸出(同軸線)90可以沿墻角布置到RF收發(fā)信機(jī)100(或“換能器”，如同MMDS行業(yè)表示的)。RF收發(fā)信機(jī)100通過一條IF電纜102(同軸或雙絞線)接口到調(diào)制解調(diào)器96。RF開關(guān)110可以物理地安裝在形成部分22、24之一的基板或背板(例如印刷電路板或卡板)表面上。
圖11表示一個實(shí)施例，其中RF收發(fā)信機(jī)(“換能器”)100也安置在天線組件內(nèi)。這可以通過掛接在單元上的單獨(dú)(收發(fā)信機(jī))盒子實(shí)現(xiàn)，或通過將收發(fā)信機(jī)電子線路組合在作為微帶天線的相同的PCB材料中實(shí)現(xiàn)。
圖12表示收發(fā)信機(jī)100和調(diào)制解調(diào)器96兩者組合到天線組件內(nèi)。在此，以太網(wǎng)或USB(通用串行總線)電纜120可以沿墻角直接布置到PC98，或LAN網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上。
本發(fā)明的天線可以用于許多應(yīng)用，包括但不限于MMDS(無線互聯(lián)網(wǎng))MMDS(模擬視頻)蜂窩(室內(nèi))PCS(室內(nèi))3G系統(tǒng)盡管已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例和應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于在此所公開的精確結(jié)構(gòu)和組成，根據(jù)前面的說明可進(jìn)行各種修改、改變和變形而不脫離附帶的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種天線系統(tǒng)，包括具有第一對相反平面支撐表面的一個第一支撐元件，具有第二對相反平面支撐表面的一個第二支撐元件，所述第一和第二支撐元件沿公共邊連接并且定向以便第一對平面支撐表面基本上與第二對支撐表面正交；和在所述第一和所述第二對支撐表面的每個所述支撐表面上安裝了至少一個天線單元。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，其中所述第一和第二支撐元件包括印刷電路板。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，其中每個所述天線單元包括一個單一微帶／貼片單元。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，其中每個所述天線單元包括一個單一偶極子單元。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，其中每個所述天線單元包括一個天線陣列。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的天線系統(tǒng)，其中每個所述天線陣列包括微帶／貼片天線單元的一個陣列。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的天線系統(tǒng)，其中每個所述天線陣列包括偶極子天線單元的一個陣列。
8．根據(jù)權(quán)利要求5的天線系統(tǒng)，其中每個所述天線陣列包括以垂直列排列的多個天線單元。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，其中至少兩個天線單元被安裝在每個所述支撐表面上，一個發(fā)射而一個接收。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的天線系統(tǒng)，其中每個所述發(fā)射和接收天線單元包括天線單元的一個陣列。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的天線系統(tǒng)，其中每個所述陣列的天線單元通常以垂直列排列。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括有效地耦合到所述天線單元的一個合并／分路電路，該合并／分路電路對來自／到所述天線單元的射頻信號進(jìn)行合并／分路以產(chǎn)生來自天線系統(tǒng)的單一射頻輸入／輸出路徑。
13．根據(jù)權(quán)利要求5的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括組合饋電結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有效地將每個天線陣列相互連接。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與每個天線陣列的所述組合饋電結(jié)構(gòu)有效地耦合的一個合并／分路電路，該電路同相相加到和來自每個陣列的射頻信號以產(chǎn)生單一的RF輸入／輸出路徑。
15．根據(jù)權(quán)利要求13或14的天線系統(tǒng)，其中所述組合饋電結(jié)構(gòu)提供幅度和相位匹配以產(chǎn)生所希望的方位角波束。
16．根據(jù)權(quán)利要求9的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個頻率雙工器用于將所述發(fā)射和接收天線復(fù)用為單一傳輸線。
17．根據(jù)權(quán)利要求9的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合到接收天線的第一合并／分路電路和耦合到發(fā)射天線的第二合并／分路電路，用于產(chǎn)生各自發(fā)射和接收RF輸入／輸出端口。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個頻率雙工器用于將所述兩個RF端口復(fù)用為單一傳輸線。
19．根據(jù)權(quán)利要求12、14或17的天線系統(tǒng)，其中所述合并／分路電路安裝在所述支撐元件上。
20．根據(jù)權(quán)利要求1的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個RF開關(guān)和被編程以便順序地切換RF路徑，通過所述RF開關(guān)到安裝在每個支撐表面的天線單元的一個調(diào)制解調(diào)器，以選擇具有最大所接收RF信號電平的天線單元。
21．根據(jù)權(quán)利要求1或9的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合到所述支撐元件上的一個收發(fā)信機(jī)／換能器。
22．根據(jù)權(quán)利要求20的天線系統(tǒng)，其中所述RF開關(guān)安裝在所述支撐元件上。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的天線系統(tǒng)，其中一個調(diào)制解調(diào)器安裝在所述支撐元件上并且與所述RF開關(guān)有效地耦合。
24．根據(jù)權(quán)利要求22或23的天線系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合到所述支撐元件上的一個收發(fā)信機(jī)／換能器。
25．一種構(gòu)成天線系統(tǒng)的方法，包括將具有第一對相反平面支撐表面的第一支撐元件沿公共邊與具有第二對相反平面支撐表面的第二支撐元件連接；定向所述第一和第二支撐元件以便第一對平面支撐表面基本上與所述第二對平面支撐表面正交；和安裝至少一個天線單元到所述第一和所述第二對支撐表面的每個所述支撐表面上。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，包括安裝多個所述天線單元到每個所述支撐表面，并且將天線單元在每個支撐表面上排列成為天線陣列。
27．根據(jù)權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括將每個陣列的多個天線單元排列成垂直列。
28．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，包括將至少兩個天線單元安裝到每個所述支撐表面上，并且指定至少一個所述天線單元發(fā)射和至少一個所述天線單元接收。
29．根據(jù)權(quán)利要求26的方法，包括指定在每個支撐表面上的一個或更多所述天線單元的第一組作為發(fā)射天線單元，而指定在每個支撐表面上的一個或更多所述天線單元的第二組作為接收天線單元。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，包括通常以垂直列排列每個所述第一和第二組天線單元。
31．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，進(jìn)一步包括將來自天線單元的射頻信號合并／分路以產(chǎn)生單一射頻輸入／輸出。
32．根據(jù)權(quán)利要求26的方法，進(jìn)一步包括同相相加來自到每個陣列的射頻信號以產(chǎn)生單一RF輸入／輸出路徑。
33．根據(jù)權(quán)利要求26或32的方法，包括安排組合饋電結(jié)構(gòu)以提供幅度和相位匹配以便產(chǎn)生所希望的仰角波束。
34．根據(jù)權(quán)利要求29的方法，包括相加接收天線單元組到一個信號輸出端，而從一個信號輸入端分路成為發(fā)射天線單元組。
35．根據(jù)權(quán)利要求34的方法，進(jìn)一步包括將所述信號輸出端和信號輸入端復(fù)用成為單一傳輸線。
36．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，進(jìn)一步包括順序地切換RF路徑到安裝在每個支撐表面上的天線單元，以選擇具有最大接收RF信號電平的天線單元。
37．根據(jù)權(quán)利要求31的方法，包括將用于執(zhí)行所述合并和分路的一個合并／分路電路安裝在至少一個所述支撐元件上。
38．根據(jù)權(quán)利要求37的方法，包括將一個收發(fā)信機(jī)／換能器耦合到所述合并／分路電路，并且將所述收發(fā)信機(jī)／換能器安裝到至少一個所述支撐元件上。
39．根據(jù)權(quán)利要求36的方法，包括將一個RF開關(guān)安裝在至少一個所述支撐元件上以執(zhí)行所述順序切換。
40．根據(jù)權(quán)利要求39的方法，包括將一個調(diào)制解調(diào)器有效地耦合到所述RF開關(guān)上，并且將所述調(diào)制解調(diào)器安裝在至少一個所述支撐元件上。
41．根據(jù)權(quán)利要求39或40的方法，進(jìn)一步包括將一個收發(fā)信機(jī)／換能器耦合到所述RF開關(guān)上，并且將所述收發(fā)信機(jī)／換能器安裝到至少一個所述支撐元件上。
全文摘要
一種天線系統(tǒng)包括具有第一對相反平面支撐表面的第一支撐元件和具有第二對相反平面支撐表面的第二支撐元件。第一和第二支撐元件沿公共邊連接并且定向使得第一對平面支撐表面基本上與第二對支撐表面正交。至少一個天線單元安裝到第一和第二對支撐表面的每個支撐元件上。
文檔編號H01Q1/00GK1293465SQ00130690
公開日2001年5月2日 申請日期2000年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月15日
發(fā)明者M·D·朱德 申請人:安德魯公司