專利名稱：用于unii訪問點(diǎn)的分集天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及無線通信系統(tǒng)，更具體地說，本發(fā)明涉及用于UNII頻段的訪問點(diǎn)的分集天線。
背景技術(shù)：
聯(lián)邦通信委員會(“FCC”)頒布了用于無許可證的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(“UNII”)頻段(5.15-5.35GHz和5725MHz到5825MHz)的規(guī)則。有三個UNII頻段，每個頻段為100MHz的頻段。本申請涉及的是UNII-1頻段(5150-5250MHz)和UNII-2頻段(5250-5350MHz)。UNII-1頻段被預(yù)留用于室內(nèi)無線使用。UNII-2頻段被設(shè)計(jì)用于室內(nèi)或室外無線LAN，并且允許更高功率的可定制天線。通過對UNII-1規(guī)則的設(shè)計(jì)，同一系統(tǒng)可以用于UNII-1或UNII-2。但是，F(xiàn)CC UNII規(guī)則需要受俘天線(captured antenna)用于在UNII-1頻段上操作的所有產(chǎn)品。實(shí)際上，該規(guī)則不允許用戶改變現(xiàn)場的天線。
訪問點(diǎn)(AP)受益于可以進(jìn)行選擇或空間定向以適合安裝的各種天線。大多應(yīng)用可以安裝全向覆蓋模式的偶極天線或者定向覆蓋模式的外部貼片天線(patch antenna)。AP和天線可以安裝在各種環(huán)境中。它們可以例如垂直安裝在墻上，水平安裝在架子上或懸掛在天花板上。
從而，需要用于UNII訪問點(diǎn)的一種天線系統(tǒng)，該天線系統(tǒng)符合FCCUNII規(guī)則，在讓天線特性匹配安裝需求方面提供最大的靈活性。并且具有分集天線的益處。
在下面的描述中將部分闡述本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)和新特征，在本領(lǐng)域技術(shù)人員研究下面的描述后，該部分將變得很清楚，或者可以通過實(shí)踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)該部分。通過權(quán)利要求中特別指出的工具和組合可以實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前面的需求，本發(fā)明構(gòu)想了近全向天線(near omni-directionalantenna)(在H平面近似全向)和內(nèi)部的可配置的低增益貼片陣列，它們根據(jù)FCC要求全部被構(gòu)建在訪問點(diǎn)中。該天線系統(tǒng)將是可旋轉(zhuǎn)的以使得可以得到考慮到更優(yōu)覆蓋的正確天線方向。當(dāng)使用近全向天線時，天線系統(tǒng)將被旋轉(zhuǎn)到垂直方向，當(dāng)使用貼片天線時，系統(tǒng)將被旋轉(zhuǎn)到水平方向。本發(fā)明實(shí)質(zhì)上提供了滿足所遇到的大多數(shù)訪問點(diǎn)安裝需求的靈活性。較高頻率的UNII頻段(5GHz)使得在產(chǎn)品封裝內(nèi)有更小幾何尺寸的天線成為可能。
近全向天線(近全天線)將與貼片天線構(gòu)造在同一印刷電路板(PCB)上。這些天線具有(大約)180度的3dB波束寬度，并且具有僅約10dB的最大旁瓣抑制，主要是在其他近全向天線的方向。
定向天線包括典型的TM10模矩形貼片天線，該天線可以由多層寄生元件實(shí)現(xiàn)以滿足帶寬需求。大小和其他物理尺寸確定TM10模多層貼片天線陣列的特性。
用于選擇天線類型(全向或者定向)的裝置可以由安裝時的配置工具或者小機(jī)械檢測開關(guān)提供，所述小機(jī)械檢測開關(guān)可以用來探測天線系統(tǒng)的方向。如果AP被安裝在天花板上或書架上(或任何水平安裝)，則應(yīng)該使用近全向天線，并且安裝者將旋轉(zhuǎn)天線系統(tǒng)到豎直位置。機(jī)械檢測開關(guān)將打開，使得近全向天線被使用。如果AP被安裝在墻上，安裝者將旋轉(zhuǎn)天線系統(tǒng)到水平位置。使得檢測開關(guān)關(guān)閉，從而使用貼片天線。
本發(fā)明使得單個產(chǎn)品能夠?yàn)閁NII 1-2訪問點(diǎn)提供企業(yè)2.4GHz訪問點(diǎn)的幾乎所有所需天線靈活性。本發(fā)明提供了用于5GHz的適合分集。OFDM系統(tǒng)對于多徑環(huán)境有內(nèi)在的魯棒性，并且由MAC控制的逐個分組分集算法是可應(yīng)用的。在正常的使用中，MAC分集算法自然地集中到作為缺省的最強(qiáng)天線，不論該天線是近全向天線還是定向貼片天線。本發(fā)明將以很低的成本提供很高程度的應(yīng)用靈活性，這是因?yàn)樗械奶炀€被構(gòu)造在單個RF電路板上。
除了已經(jīng)公開的這些益處和改進(jìn)外，結(jié)合附圖通過下面的描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。附圖構(gòu)成本說明書的一部分，并且包括本發(fā)明的多個示例性實(shí)施例，并且附示了本發(fā)明的各種目的和特征。


附示了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目前所構(gòu)想的最優(yōu)模式。
在附圖中圖1是典型的近全向輻射模式的等軸視圖；圖2是基本幾何尺寸的多層貼片天線的等軸視圖；圖3是TM10模多層貼片天線的典型三維輻射模式的等軸視圖；圖4本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的框圖；圖5是本發(fā)明的另一個實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明使用受俘近全向天線和內(nèi)部貼片天線的組合，該組合被構(gòu)建在符合FCC要求的UNII訪問點(diǎn)中。該組合提供了靈活性以滿足對于訪問點(diǎn)的大多數(shù)安裝需求。在5GHz，較小幾何尺寸的天線是可能的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，近全向天線是元件的陣列，所述元件是在RF電路板上構(gòu)造的簡單結(jié)構(gòu)，該元件陣列提供了大約5-dBi的增益。整個天線系統(tǒng)可以被旋轉(zhuǎn)以使近全向天線可以垂直于地面，即使在訪問點(diǎn)被安裝在非垂直方向時，這是本領(lǐng)域公知的，并且在普通偶極設(shè)計(jì)中被使用。定向天線是TM10模貼片天線設(shè)計(jì)，其提供了適用于垂直安裝的訪問點(diǎn)的傳統(tǒng)半球模式。當(dāng)使用貼片天線時，天線系統(tǒng)被旋轉(zhuǎn)到水平位置。利用天線系統(tǒng)殼體中的檢測開關(guān)來進(jìn)行天線類型的選擇，所述檢測開關(guān)探測天線系統(tǒng)是垂直旋轉(zhuǎn)還是水平旋轉(zhuǎn)。
在另一個實(shí)施例中，使用了前面討論的天線。但是，安裝者利用訪問點(diǎn)的設(shè)置工具選擇要使用的天線類型，并且來自無線電MAC處理器的控制線切換天線類型。例如，如果安裝者希望更大的半球覆蓋模式，則他將天線系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)到水平位置，并且使用訪問點(diǎn)的設(shè)置工具選擇“貼片天線”(或者類似的天線)。MAC提供控制信號來進(jìn)行切換。
在安裝時選擇(用于實(shí)用的)天線類型(全向或定向)，并且這取決于所期望的覆蓋模式的類型。應(yīng)當(dāng)基于如何安裝訪問點(diǎn)來進(jìn)行該選擇。如果AP被水平地安裝(例如安裝在天花板或架子上)，則應(yīng)當(dāng)使用近全向天線。如果AP被安裝在墻上，則應(yīng)當(dāng)使用貼片天線。這個可選擇的天線特征允許在大多數(shù)安裝情況下使用一個單AP，即使所有的天線都與該AP自身稱為一體。
一旦在安裝時已進(jìn)行天線類型的選擇，則MAC控制AP的分集操作。即MAC將確定是(給定類型的)左天線還是(同一類型的)右天線產(chǎn)生最好的性能。
本發(fā)明使得單個產(chǎn)品能夠提供5GHz UNII訪問點(diǎn)，并具有類似于2.4GHz訪問點(diǎn)的選擇天線功能的靈活性，并且仍然考慮到低成本的解決方案。近全向天線和貼片天線被構(gòu)造在同一印刷電路板上，該印刷電路板與訪問點(diǎn)外殼成為一體以滿足FCC規(guī)則。近全向天線(以及分集)提供了傳統(tǒng)的圓形覆蓋模式。當(dāng)訪問點(diǎn)安裝在墻上時，TM10模貼片天線提供了傳統(tǒng)的半球模式，適于走廊或狹窄的房問。該訪問點(diǎn)天線系統(tǒng)以很低的成本提供了很高程度的應(yīng)用靈活性。
參照圖1，其示出了典型的近全向天線的輻射模式。為了圖1說明的目的，假定天線與Z軸對齊。天線輻射主要在X-Y軸方向傳播，與Z軸垂直。該天線的Z軸覆蓋很小，對于實(shí)用目的來說認(rèn)為不存在。通過利用類似于用于2.4GHz系統(tǒng)的可旋轉(zhuǎn)天線系統(tǒng)，可以以這樣的方式來使用近全向天線，即不論訪問點(diǎn)的方向如何，天線總是在垂直的位置。
圖2示出了基本幾何尺寸的圓形TM10模貼片天線，該天線被一般地標(biāo)明為20。取決于帶寬的需求，用于UNII訪問點(diǎn)的典型TM10天線20的輻射器21近似為17mm×17mm，并且在電路板上方大約4mm高度處配置有寄生元件。圖3示出了圖2所描述的TM10模貼片天線的輻射模式30。TM10模貼片天線的典型模式是半球，其中在自由空間中，E平面的3dB波束寬度大約65度，H平面的3dB波束寬度大約60度。
要使用的天線類型是安裝時通過配置工具或者通過天線系統(tǒng)印刷電路板開關(guān)上的檢測開關(guān)來選擇的。圖4是可配置天線系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的框圖40，其示出了成對的近全向天線和貼片天線，這在分集系統(tǒng)中是很普遍的。兩個天線端口，左天線42和右天線44，都具有可訪問它們的垂直近全向天線46和矩形TM10模貼片天線20。檢測開關(guān)48控制天線類型選擇。一般地，單刀雙擲GaAs開關(guān)可以用于檢測開關(guān)48，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地理解，許多開關(guān)可用來執(zhí)行等同的功能。如果天線系統(tǒng)被旋轉(zhuǎn)到垂直方向，則開關(guān)打開，并且自動使用近全向天線。如果天線系統(tǒng)被旋轉(zhuǎn)到水平方向，則檢測開關(guān)被關(guān)閉，并且自動使用貼片天線。該操作在安裝時只做一次。
在另一個實(shí)施例中，在圖5中示出了該實(shí)施例的框圖，并且被一般地標(biāo)明為50，介質(zhì)訪問控制器天線類型選擇信號(MAC ATS信號)52用于選擇天線類型。安裝者確定所需的天線覆蓋類型，將天線系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)到期望的位置(垂直或水平)，接著使用訪問點(diǎn)的設(shè)置工具來設(shè)置天線類型。然后MAC控制器基于在安裝時所選擇的天線類型來設(shè)置開關(guān)54。通常，開關(guān)54應(yīng)當(dāng)是半導(dǎo)體開關(guān)。使用的天線類型與優(yōu)選實(shí)施例中的相同，但是選擇的方法不同。
在另一個實(shí)施例中，現(xiàn)場中的用戶或訪問點(diǎn)可以改變天線類型，而不需要能夠改變AP自身外部的天線。
一旦已經(jīng)在安裝時選擇了天線類型，則MAC 52將基于系統(tǒng)性能動態(tài)地選擇左天線或右天線。OFDM系統(tǒng)對于多徑環(huán)境有內(nèi)在的魯棒性，并且逐個分組(或其他)分集算法由完全在無線電板上的MAC處理器控制。
在該可配置天線系統(tǒng)板上不需要任何分集選擇設(shè)備。不論分集算法如何，(無線電上的)MAC都將找出右天線或左天線上的最優(yōu)質(zhì)量信號來使用。
雖然已經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例和另一個實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地意識到本發(fā)明是很靈活的。例如，貼片天線可以被安裝在單個RF電路板上或中安裝在多個RF電路板上。近全向天線46可以是外部的受俘天線，其進(jìn)行可旋轉(zhuǎn)地安裝，使得它們可以總是以合適的方式布置。除了訪問點(diǎn)，本發(fā)明還可以用于其他固定環(huán)境，例如轉(zhuǎn)發(fā)器，或者用于被用作轉(zhuǎn)發(fā)器的移動單元。
盡管已經(jīng)參照某個優(yōu)選實(shí)施例示出和描述了本發(fā)明，但是很明顯，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀和理解本說明書可以想到等同替換和修改。本發(fā)明包括所有的這些等同替換和修改，并且本發(fā)明只由權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種分集天線系統(tǒng)，包括近全向天線；內(nèi)部貼片天線；和用于選擇天線類型的配置裝置，所述天線類型是由所述近全向天線和所述內(nèi)部貼片天線構(gòu)成的組中的一個。
2.如權(quán)利要求1所述的分集天線系統(tǒng)，其中可配置的天線系統(tǒng)被可旋轉(zhuǎn)地安裝。
3.如權(quán)利要求1所述的分集天線系統(tǒng)，其中所述內(nèi)部貼片天線包括TM10模貼片天線。
4.如權(quán)利要求1所述的分集天線系統(tǒng)，其中所述配置裝置是如下的組中的一個，所述組包括機(jī)械檢測開關(guān)，可操作以確定要使用的所述天線類型，和微處理器，具有存儲在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令包括用于從用戶接收輸入的計(jì)算機(jī)可讀指令；響應(yīng)于所述輸入用于基于所述輸入選擇所述天線類型的計(jì)算機(jī)可讀指令。
5.如權(quán)利要求1所述的分集天線系統(tǒng)，所述配置裝置包括機(jī)械檢測開關(guān)，所述機(jī)械檢測開關(guān)探測所述分集天線的方向，并且基于所述方向選擇所述天線類型。
6.一種用于無許可證的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施訪問點(diǎn)的分集天線系統(tǒng)，包括內(nèi)部的受俘的可旋轉(zhuǎn)地安裝的近全向天線；安裝在所述訪問點(diǎn)內(nèi)部的電路板，所述電路板包括近全向天線，TM10模貼片天線；和用于選擇天線類型的配置裝置，所述天線類型是所述內(nèi)部的受俘的可旋轉(zhuǎn)地安裝的近全向天線、所述近全向天線和所述TM10模貼片天線的組中的一個。
7.如權(quán)利要求6所述的分集天線系統(tǒng)，其中所述配置裝置包括機(jī)械檢測開關(guān)。
8.如權(quán)利要求6所述的分集天線系統(tǒng)，其中所述配置裝置包括半導(dǎo)體開關(guān)；和微處理器，具有存儲在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令包括用于從用戶接收輸入的計(jì)算機(jī)可讀指令；響應(yīng)于所述輸入用于基于所述輸入通過控制所述半導(dǎo)體開關(guān)選擇所述天線類型的計(jì)算機(jī)可讀指令。
9.如權(quán)利要求6所述的天線系統(tǒng)，其中所述訪問點(diǎn)是從由無許可證的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施-1訪問點(diǎn)和無許可證的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施-2訪問點(diǎn)構(gòu)成的組中選擇的。
10.一種用于無許可證的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施訪問點(diǎn)的分集天線系統(tǒng)，包括內(nèi)部的受俘的可旋轉(zhuǎn)地安裝的近全向天線；安裝在所述訪問點(diǎn)內(nèi)部的電路板，所述電路板包括近全向天線，TM10模貼片天線，半導(dǎo)體開關(guān)，用于切換到所述內(nèi)部的受俘的可旋轉(zhuǎn)地安裝的近全向天線、所述近全向天線和所述TM10模貼片天線中的一個；連接裝置，適于將所述內(nèi)部的受俘的可旋轉(zhuǎn)地安裝的近全向天線、所述近全向天線和所述TM10模貼片天線連接到所述半導(dǎo)體開關(guān)；和配置裝置，適于使得所述半導(dǎo)體開關(guān)選擇天線類型，所述天線類型是所述內(nèi)部的受俘的可旋轉(zhuǎn)地安裝的近全向天線、所述近全向天線和所述TM10模貼片天線的組中的一個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近全向天線和內(nèi)部貼片天線的組合，該組合根據(jù)FCC要求全部構(gòu)建在訪問點(diǎn)中。一般地，印刷天線陣列被用于近全向天線，并且內(nèi)部貼片天線是TM10模多層貼片天線。機(jī)械檢測開關(guān)根據(jù)天線系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)自動地改變天線類型?；蛘撸渲霉ぞ呤沟糜脩裟軌蛟诂F(xiàn)場安裝天線時選擇天線類型。該配置使得UNII訪問點(diǎn)具有以各種方向進(jìn)行安裝的靈活性，并且使天線特性匹配安裝要求。
文檔編號H01Q21/28GK1639906SQ03805358
公開日2005年7月13日 申請日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月4日
發(fā)明者斯蒂芬·薩利加, 弗瑞德·安德森, 詹姆斯·馬斯, 蒂莫西·弗蘭克 申請人:思科技術(shù)公司