用于分布式無線通信系統(tǒng)的螺旋天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于分布式無線通信系統(tǒng)的天線。更具體地，該天線被配置為修 改的對數(shù)螺旋天線并且可以用于提供建筑物內(nèi)無線（IBW)通信的網(wǎng)絡(luò)中。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球存在數(shù)億個多住戶單元（MDU)，居住了全世界人口的約三分之一。為了給數(shù)量 日益增加的客戶提供所需的帶寬，需要更好的無線通信覆蓋。因此，除了新部署傳統(tǒng)的、大 型的"宏"蜂窩站點之外，還需要擴(kuò)大"微"蜂窩站點（諸如辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院、和住宅單元 之類的結(jié)構(gòu)內(nèi)的站點）的數(shù)量。建筑物內(nèi)無線（IBW)分布式天線系統(tǒng)（DAS)用于提高建筑 物和相關(guān)結(jié)構(gòu)內(nèi)的無線覆蓋。常規(guī)的DAS使用遍布在建筑物內(nèi)的策略性放置的天線或漏泄 同軸電纜（漏泄共軸線）來接收400MHz至6GHz頻率范圍內(nèi)的射頻（RF)信號。
[0003] 近年來，消費者要求移動裝置的高速率。新興的高速蜂窩和無線技術(shù)諸如3G、 WiMax、WiFi、和LTE已經(jīng)應(yīng)允并且正在提供移動寬帶無線連通性。因此，消費者用固定電話 線取代移動電話，并且期待來自無線服務(wù)提供商的無間斷覆蓋。因為現(xiàn)在所有移動通信的 一半以上都源自建筑物內(nèi)部，所以無線服務(wù)提供商計劃他們的網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率和容量的方式 正在快速地發(fā)生改變。在有限傳輸功率下數(shù)據(jù)速率的增加將導(dǎo)致蜂窩具有更小的半徑。這 種趨勢將導(dǎo)致室內(nèi)和室外的分布式天線系統(tǒng)（DAS)的快速發(fā)展和部署。
[0004] 用于IBW系統(tǒng)的室內(nèi)DAS的部署成本的一大部分是用來安裝和升級無線布線和 硬件的勞動力。因此，存在對于低成本且容易安裝和升級結(jié)構(gòu)化布線傳輸系統(tǒng)的需要。位 于天花板下方的結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)將分送有線信號（經(jīng)由企業(yè)級無源光網(wǎng)絡(luò)（PON))和無線 信號（蜂窩、PCS、遙測技術(shù)、WiFi、公共安全）。一種這樣的系統(tǒng)在共同未決的美國公布 2012-0293390和2012-0295486中進(jìn)行描述。這種結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括容易附 接到結(jié)構(gòu)化布線解決方案的寬帶天線；這些寬帶天線是直接附接到電纜或附接到遠(yuǎn)程無線 電單元。當(dāng)前的IBW DAS部署采用多根分立天線，由此每一項服務(wù)使用一個天線：一個天線 用于公共安全、一個天線用于WiFi，等等。
[0005] 在為不同無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供IBW布線（尤其是在較陳舊的建筑物和結(jié)構(gòu)內(nèi)）的過 程中，存在物理和美學(xué)的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括進(jìn)入建筑物、豎井中的有限分布空間、以及用 于電纜敷設(shè)和管理的空間。
[0006] 在美國之外，一些國家的法律要求載體來擴(kuò)大建筑物內(nèi)部的無線覆蓋率。在美國， 帶寬的需求和安全問題將促進(jìn)IBW應(yīng)用，尤其是在當(dāng)今世界進(jìn)入4G或以上的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，一種用于無線通信的天線包括具有第一側(cè)和相背對的 第二側(cè)的介電基板。具有第一修改的對數(shù)螺旋圖案的第一主臂設(shè)置在介電基板的第一側(cè) 上。具有第二修改的對數(shù)螺旋圖案的第二主臂設(shè)置在介電基板的第二側(cè)上，其中第一主臂 和第二主臂是由導(dǎo)電材料形成的。連接器耦接頭設(shè)置在修改的對數(shù)螺旋圖案的中心處，連 接器耦接頭具有耦接到第一主臂的第一部分和耦接到第二主臂的第二部分。該天線是自補(bǔ) 的。
[0008] 在另一方面，該天線具有標(biāo)度不變性。
[0009] 在另一方面，第一主臂是由第一次級臂和第二次級臂的組合形成的，第一次級臂 和第二次級臂各自具有對數(shù)螺旋圖案形狀并且各自具有相同的面積。在另外的方面，第二 次級臂被取向成使得其從距第一次級臂180度的位置旋轉(zhuǎn)約112度。在另一方面，第二主臂 是由第一次級臂和第二次級臂的組合形成的，第一次級臂和第二次級臂各自具有對數(shù)螺旋 圖案形狀并且各自具有相同的面積，其中第二次級臂被取向成使得其從距第一次級臂180 度的位置旋轉(zhuǎn)約112度。在另外的方面，第一次級臂和第二次級臂各自包括形成于其末端 部分上的半圓形端蓋。
[0010] 在另一方面，該天線具有從約500MHz至約IOGHz擴(kuò)展的帶寬。在另一方面，該天 線具有從約700MHz至約6GHz擴(kuò)展的帶寬。
[0011] 在另一方面，連接器耦接頭包括同軸接收器和中心銷，所述同軸接收器具有能夠 安裝到主臂中的一個主臂的主體安裝部分，所述中心銷被配置成用于穿過介電基板并連接 到另一個主臂。
[0012] 在另一方面，天線具有50歐姆的阻抗。
[0013] 在另一方面，第一主臂和第二主臂基本上不重疊。
[0014] 在另一方面，天線還包括用于支撐介電基板的外殼，外殼具有薄型覆蓋物。在另一 方面，天線還包括能夠安裝到墻壁、天花板或其它安裝表面的支撐板。在另外的方面，支撐 板的一側(cè)包括用于將天線安裝到安裝表面上的粘合背襯。
[0015] 在另一方面，天線的每個主臂包括對數(shù)螺旋臂，對數(shù)螺旋臂具有：部分地由公式 (1)定義的第一螺旋線
[0016] r = rQeat，公式（1);
[0017] 其中！是距原點的徑向距離，a是螺旋的擴(kuò)展速率，并且Γ(ι是原點處的半徑；和
[0018] 部分地由公式（2)定義的第二螺旋線，
[0019]
【主權(quán)項】
1. 一種用于無線通信的天線，包括： 介電基板，所述介電基板具有第一側(cè)和相背對的第二側(cè)； 具有第一修改的對數(shù)螺旋圖案的第一主臂，所述第一主臂設(shè)置在所述介電基板的所述 第一側(cè)上； 具有第二修改的對數(shù)螺旋圖案的第二主臂，所述第二主臂設(shè)置在所述介電基板的所述 第二側(cè)上，其中所述第一主臂和所述第二主臂是由導(dǎo)電材料形成的； 連接器禪接頭，所述連接器禪接頭設(shè)置在所述修改的對數(shù)螺旋圖案的中屯、處，所述連 接器禪接頭具有禪接到所述第一主臂的第一部分和禪接到所述第二主臂的第二部分，并且 其中所述天線為自補(bǔ)的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述天線具有標(biāo)度不變性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述第一主臂是由第一次級臂和第二次級臂的組 合形成的，所述第一次級臂和所述第二次級臂各自具有對數(shù)螺旋圖案形狀并且各自具有相 同的面積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，其中所述第二次級臂被取向成使得其從距所述第一次 級臂180度的位置旋轉(zhuǎn)約112度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，其中所述第一次級臂和所述第二次級臂各自包括形成 于其末端部分上的半圓形端蓋。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，具有從約400MHz至約6GHz擴(kuò)展的帶寬。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述連接器禪接頭包括同軸接收器和中屯、銷，所 述同軸接收器具有能夠安裝到主臂中的一個主臂的主體安裝部分，所述中屯、銷被配置成穿 過所述介電基板并連接到另一個主臂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述天線具有50歐姆的阻抗。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其中所述第二主臂是由第一次級臂和第二次級臂的組 合形成的，所述第一次級臂和所述第二次級臂各自具有對數(shù)螺旋圖案形狀并且各自具有相 同的面積，其中所述第二次級臂被取向成使得其從距所述第一次級臂180度的位置旋轉(zhuǎn)約 112 度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述第一主臂和所述第二主臂基本上不重疊。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，還包括用來支撐所述介電基板的外殼，所述外殼具有 薄型覆蓋物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線，還包括能夠安裝到墻壁、天花板或其它安裝表面的 支撐板。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線，其中所述支撐板的一側(cè)包括粘合背襯。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中每個主臂包括對數(shù)螺旋臂，所述對數(shù)螺旋臂具 有；部分地由公式（1)限定的第一螺旋線 r=r〇eat，公式（1); 其中r是距原點的徑向距離，a是螺旋的擴(kuò)張速率，并且r。是原點處的半徑；和 部分地由公式（2)限定的第二螺旋線， -\-(〇 二 /;戶cos(棘} >) = /;'"'sin側(cè)公式（2) 其中公式（2)乘W常數(shù)K=e^ae，其中w是弧度速度并且0是與X軸的角度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其中"a"具有從約0. 4至約0. 8的值；0具有從約 1. 0至約1. 3 (弧度）的值；并且《具有從約1. 1至約1. 8 (弧度）的值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的天線，其中a= . 59, 0 = 1. 15,《 = 1. 5 (弧度），并且所 述螺旋具有1. 5應(yīng)數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述天線不包括平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。
18. -種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線的定向天線，其中所述天線設(shè)置在外殼中，所 述定向天線還包括設(shè)置成位于所述外殼的一側(cè)附近并與所述外殼的所述一側(cè)間隔開的金 屬背板。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的定向天線，還包括吸收體材料，其中所述金屬背板設(shè)置在 所述吸收體和所述外殼的一側(cè)之間。
20. -種用于無線通信的天線，包括： 第一主臂，所述第一主臂具有限定第一平面的第一修改的對數(shù)螺旋圖案； 第二主臂，所述第二主臂具有限定第二平面的第二修改的對數(shù)螺旋圖案，其中所述第 一主臂和所述第二主臂是由導(dǎo)電材料形成的；和 連接器禪接頭，所述連接器禪接頭設(shè)置在所述修改的對數(shù)螺旋圖案的中屯、處，所述連 接器禪接頭具有禪接到所述第一主臂的第一部分和禪接到所述第二主臂的第二部分，其中 所述主臂由氣隙間隔開，并且其中所述臂基本上不重疊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于無線通信的天線，所述天線包括具有第一側(cè)和相背對的第二側(cè)的介電基板。具有第一修改的對數(shù)螺旋圖案的第一主臂設(shè)置在所述介電基板的第一側(cè)上。具有第二修改的對數(shù)螺旋圖案的第二主臂設(shè)置在所述介電基板的第二側(cè)上，其中所述第一主臂和所述第二主臂是由導(dǎo)電材料形成的。連接器耦接頭設(shè)置在修改的對數(shù)螺旋圖案的中心處，所述連接器耦接頭具有耦接到所述第一主臂的第一部分和耦接到所述第二主臂的第二部分。所述天線是自補(bǔ)的。所述天線可實現(xiàn)在整個寬帶范圍內(nèi)好于10dB的回波損耗。
【IPC分類】H01Q1-24, H01Q1-38
【公開號】CN104798254
【申請?zhí)枴緾N201380059580
【發(fā)明人】康斯坦德·E·耶梅隆
【申請人】3M創(chuàng)新有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2013年10月25日
【公告號】EP2920843A1, US20140132479, WO2014078058A1