相控阵天线装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种相控阵天线装置。该装置包括：天线发射器的二维阵列；无线电频率(RF)收发器和转向子系统，该无线电频率(RF)收发器和转向子系统连接到所述天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的无线电频率信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个无线电频率信号的波束形成。

Phased Array Antenna Device

【技术实现步骤摘要】
相控阵天线装置本申请是申请日为2015年3月17日、申请号为201510117141.6、专利技术名称为“具有多个定向波束的阵列天线”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本专利申请要求于2014年6月30提交的名称为“相控阵天线(PHASEDARRAYANTENNAS)”的第62/019,321号美国临时专利申请，以及于2014年3月17日提交的名称为“接入点的天线阵列的管理(MANAGINGANARRAYOFANTENNAEOFANACCESSPOINT)”的第61/954,244号美国临时专利申请的优选权。这些权利申请的全文以引用的方式并入本文中。援引并入在本说明书中提及的公开文献和专利申请的全文以引用的方式并入本文中，该引用的程度就如同已特定地及个别地将各个公开文献或专利申请所揭示的内容以引用的方式并入一般。
本专利技术涉及包括相控阵天线和多个天线阵列的定向天线，以及该定向天线的操作方法。本专利技术还涉及用于相控阵天线的波束形成和/或滤波的紧凑型带孔透镜。
技术介绍
包括智能电话、平板电脑等移动设备的显著增长导致了对无线网络的巨大需求。特别地，基于电气与电子工程师协会(ElectricalandElectronicsEngineers，IEEE)802.11标准族的Wi-Fi网络变得越来越普遍。在典型的Wi-Fi网络中，最终用户设备(终端设备)可以在接入点(AccessPoint，AP)的无线电收发器的范围内自由移动的同时保持高速数据连接能力。在企业网、校园网等大规模网络中提供这样的Wi-Fi网络并不容易。其中一个挑战是从该Wi-Fi网络向用户提供期望的性能的同时如何提高AP的覆盖范围，以便利用一些AP来覆盖较大区域。在AP的覆盖范围内终端设备可以与该AP进行无线通信。AP的覆盖范围取决于它的天线。AP可以具有向该AP的周边区域提供覆盖的一个或多个全向和/或定向天线。全向天线向各个方向辐射无线电波(即，电磁波)，而定向天线向特定方向辐射电磁波。通常，在与天线相关联的方向上，定向天线比全向天线辐射出更高的功率。这使得该天线能够提高其传输和接收的性能。因为该天线工作在特定方向，所以通过该定向天线的通信只是面临来自工作在它的定向辐射中的设备的干扰。这比起全向天线有助于降低干扰。当前，为了促进大范围的Wi-Fi覆盖范围和提高性能，AP可以配备有多个定向天线。这种构建AP的方式要求各自的定向天线可以单独配置和管理。此外，在各自的天线覆盖范围内的终端设备经常为与AP的通话时间(即，AP和终端设备间的传输时间)而彼此竞争，导致该天线提供的无线带宽的利用率低。相控阵天线作为定向天线的一种，可以帮助解决上述问题。相控阵列是一种天线阵列，其中，馈入天线的各信号的相对相位以这样的一种方式变化：该阵列的有效辐射方向图在需要的方向得到加强，而在不需要的方向被抑制。因此，该天线可能被认为“定向型的”，因为从该天线发出的波束可能转向(形成)在所需的方向。在设备之间的通信中，从AP到一个或多个客户端设备，从客户端设备到AP，以及从AP和另一AP到基站或从基站到AP等，波束形成对于保持功率、信号强度和工作时间可能特别有用。现有的相控阵天线的波束形成透镜，例如，众所周知的罗特曼(Rotman)透镜，在微波系统中的使用已经被详细描述，并且可以用于RF系统。不幸地，这种透镜必须比较大且昂贵，特别是在RF频率范围内(例如，2GHz和50GHz之间)。虽然已经提出对罗特曼透镜的各种改进，但是这些改进通常降低了透镜的功效，并且需要较为昂贵和复杂的特征设置，包括多个电介质材料。例如，参见扎格卢勒等(Zaghlouletal.)的U.S.8736503，其需要平分正折射率介质的一条负折射率介质。因此，操作和生产都便宜的紧凑有效的电子透镜将是非常有用的。天线阵列可以是一组连接到公共源或负载以产生定向的辐射方向图的多个有源天线。各个天线的空间关系还可能对天线阵列的方向性起作用。术语“有源天线”可用于描述一种由于其自身存在能量来源(除了穿过电路的单纯的信号能量)而改变能量输出的元件，或是一种能量来源输出的能量受信号输入控制的元件。这种天线的一个常见的应用是标准多波段电视天线，其具有多个连接在一起的元件。本专利技术描述了通过将信号发射和接收集中在窄波束中，转而减少传输干扰和增加范围、以增强基站增益的相控阵天线。例如，本专利技术描述的相控阵天线可以用在基站应用中以解决传统宽波束和窄波束技术的关键限制。在宽波束通信中，信号在一个宽的角度上发射和接收，以克服物理障碍和不平坦的地势。不幸地，这种传输形式可能是低效的和有噪声的。窄波束通信需要许多天线和频段来提供与宽波束通信相关联的宽广的覆盖面。本专利技术描述的相控阵天线可以结合窄波束技术和基于时间的发射和接收的多路复用技术来克服这两个挑战。本专利技术描述的相控阵天线可能提供基站设计，其通过使用在各个方向的窄波束的结合，提供高的天线增益和宽的覆盖范围。这种设计可通过具有在不同时间发生的、不同方向上的波束发射和接收，允许频率的重复使用。这通过频带的重复使用提高了频谱的使用效率，使得同塔能够使用更多的无线电广播设备，以及能够在未经授权的频谱中有限频率带宽可用的环境下部署我们的产品。
技术实现思路
本专利技术提供了可以包括相控阵天线和/或多个天线的阵列的多方向天线装置，以及操作这些定向天线的方法。如在此所使用的，定向天线装置可能涉及可以天线系统设备，该设备控制多个波束形成多个天线波束方向图(天线方向图)，以便用于发射和/或接收数据。特别地，本专利技术描述的装置配置为像接入点(AP)那样运作，从而通过向每个接入点分配特定的定向波束与一个或多个站点设备通信，并且，至少在部分时间上使用分配的定向波束与每个站点设备通信。该装置可能使用有效的分配协议以预定的不频发的次数(例如，少于每分钟一次、每五分钟一次、每十分钟一次、每二十分钟一次、每三十分钟一次，等等)向站点设备分配定向波束，其中，在所述分配协议中，定向训练包以预定的次数从多个定向波束中的每一个定向波束发出，并且接收到一个或多个响应包(从站点设备返回以响应所述训练包)。该装置可以配置为分别或同时解释响应包的内容(其可以参考特定的定向波束，并且可能包括表明该定向波束的优度的优先级值)和/或接收到的响应包的强度，以便向站点设备指定特定的定向波束。这些装置和方法可能与任何能够选择性地操作多个定向波束的装置(包括具有多个定向天线和/或相控阵天线的装置)一起使用。除了用于控制具有多个定向波束的接入点的运作的装置和方法，本专利技术还描述了可能以这种方式运作的相控阵天线，以及可能用作相控阵天线的部分的系统、设备和方法(包括组件)，其特别适合于以接入点运作。例如，本专利技术描述了紧凑型无线电频率(RF)透镜，其可以用于相控阵天线的波束形成或运作为紧凑型RF滤波器，并且描述了适应USB接口以识别通过该USB接口连接的设备的系统和方法。例如，本专利技术提供了天线、天线系统，以及它们的制造和使用方法。本专利技术描述的任何一种天线可能是相控阵天线。该相控阵天线可能包括紧凑的波束形成透镜，该透镜具有多个穿过该透镜主体的开口。这些透镜可能被称为带孔透镜。通常，带孔透镜可能具有有着至少两个平行板的主体，这些平行板被介电材料隔开，并且该带孔透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相控阵天线装置，该装置包括：天线发射器的二维阵列；无线电频率(RF)收发器和转向子系统，该无线电频率(RF)收发器和转向子系统连接到所述天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的无线电频率信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个无线电频率信号的波束形成。

【技术特征摘要】
2014.03.17 US 61/954,244;2014.06.30 US 62/019,3211.一种相控阵天线装置，该装置包括：天线发射器的二维阵列；无线电频率(RF)收发器和转向子系统，该无线电频率(RF)收发器和转向子系统连接到所述天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的无线电频率信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个无线电频率信号的波束形成。2.一种相控阵天线装置，该装置包括：天线壳体，其包括；天线发射器的二维阵列，该二维阵列形成排布在所述天线壳体的前侧的平面中的圆盘形状的发射表面的两个或两个以上垂直列；一对沿着所述二维阵列的两边垂直延伸的向外展开的侧翼；无线电频率(RF)收发器和转向子系统，该无线电频率收发器和转向子系统连接到所述天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的无线电频率信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个无线电频率信号的波束形成，其中，所述无线电频率收发器和转向子系统包括无线电设备；以及两个或两个以上无线电频率连接器，该无线电频率连接器位于所述天线壳体的背面上，该无线电频率连接器配置为将所述无线电设备连接到所述发射器的二维阵列。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线发射器的二维阵列是平面阵列。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括天线壳体，其中，所述天线发射器的二维阵列排布在所述天线壳体的前侧的平面中。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一对沿着所述二维阵列的两边垂直延伸的向外展开的侧翼。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统包括无线电设备。7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述天线单元阵列的每个天线单元包括一排发射单元。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线单元阵列的每个天线单元都包括一排圆盘形状的发射单元。9.根据权利要求1所述的装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·森福德，S·达亚南丹，V·博纳姆帕拉姆，G·P·贾巴兹，R·J·佩拉，
申请(专利权)人：优倍快网络公司，
类型：发明
国别省市：美国,US