本申請(qǐng)案主張?jiān)?015年12月9日申請(qǐng)的相同標(biāo)題的第14/964,374號(hào)共同未決且共同擁有的美國(guó)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，所述申請(qǐng)案以全文引用的方式并入本文。

版權(quán)

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及天線解決方案且在一個(gè)示范性方面中更特定地涉及包含極性及空間分集兩者且以其它方式支持一或多個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)(例如，美學(xué)上吸引人的外觀)的天線解決方案。

背景技術(shù)：

無線通信網(wǎng)絡(luò)中的天線對(duì)于發(fā)射及接收放大及不放大的無線信號(hào)兩者來說是至關(guān)重要的裝置。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展從更少技術(shù)能力到更多技術(shù)能力的變遷；例如，第三代系統(tǒng)(“3G”)到具有更高功率的第四代系統(tǒng)(“4G”)，對(duì)可清晰地接收具有最小失真的基本頻率或信號(hào)的天線的需要變得更加緊要。信號(hào)接收期間經(jīng)歷的失真大部分是歸因于這些基本信號(hào)的混合的副產(chǎn)物。無源互調(diào)或PIM是這些混合信號(hào)的不想要的副產(chǎn)物，這可嚴(yán)重地干擾并抑制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接收所需信號(hào)的能力的效率。由于現(xiàn)代無線通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷的較高的載波功率電平，需要具有峰值PIM性能的低PIM天線(例如，相對(duì)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的載波(“dBc”)低大約-155分貝(例如3G(例如，3GPP、3GPP2及UMTS)、HSDPA/HSUPA、TDMA、CDMA(例如，IS-95A、WCDMA等)、GSM、WiMAX(802.16)、長(zhǎng)期演進(jìn)(“LTE”)及高級(jí)LTE(“LTE-A”)等))。

雖然在例如建筑物內(nèi)存在用于提供無線接入的天線拓?fù)?，但是這些現(xiàn)有技術(shù)天線通 常美學(xué)上不吸引人且提供有限的性能能力。例如，現(xiàn)有技術(shù)中存在全方向多輸入多輸出(“MIMO”)天線；然而，這些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方案通常具有有限的帶寬。具體地說，這些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方案具有趨向于只覆蓋一些主要的天線操作頻帶以最小化天線大小的MIMO分支。此外，極化分集通常沒有在現(xiàn)有實(shí)施方案中使用；而是，使用共享共同接地平面的兩個(gè)垂直天線元件實(shí)施空間分集實(shí)施方案(例如，兩個(gè)垂直天線元件)(通常為了試圖減小天線大小)；然而，用于此類實(shí)施方案的低于天花板的高度通常超過100mm(3.9英寸)，從而使天線顯著地從天花板的平面或安裝天線的其它表面突出，且因此使其甚至對(duì)于漫不經(jīng)心的觀察者也非常引人注意。其本身還容易被(例如)偏離的梯子或由個(gè)體攜帶的其它高的物品碰到。

最后，這些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方案通常利用聚合物天線罩，其通常需要被上漆以匹配上面最終安裝天線的周圍表面(例如，天花板)的顏色，從而必需至少一些美觀的“定制”，這在安裝期間消耗了額外時(shí)間及工作。

因此，需要提供更寬的操作帶寬、極化及/或空間分集以及美學(xué)上更適合的天線罩中的一或多者的設(shè)備、系統(tǒng)及方法。此外，還需要改善操作頻帶之間的天線隔離同時(shí)提供最小失真水平的輻射圖案(即，使天線以更全方向方式操作)的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

前述提及的需要在本文中是通過提供天線設(shè)備、系統(tǒng)及方法來滿足，這尤其提供了更寬的操作帶寬、極化及/或空間分集及滿足一或多個(gè)美學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)(例如，更小的空間占用、安裝之前不需要美學(xué)定制等)的天線罩。

在第一方面，揭示了一種天線設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，所述天線設(shè)備被配置為多輸入多輸出(MIMO)天線，且包含垂直極化天線元件；及水平極化天線元件。所述水平極化天線元件包括半透明材料，其向所述水平極化天線元件的至少一部分賦予美學(xué)上吸引人的外觀的至少一個(gè)暴露表面。

在第一變體中，所述水平極化天線元件包含多層材料，其包含頂部天線罩層、底部天線罩層及安置在所述頂部天線罩層與所述底部天線罩層之間的柔性印刷電路(FPC)層。

在另一變體中，所述頂部及底部天線罩層在不使用粘合劑的情況下固定到所述FPC層。

在又另一變體中，所述水平極化天線元件包含安置在FPC層內(nèi)的輻射器網(wǎng)。

在又另一變體中，所述輻射器網(wǎng)包含近似三十微米(30μm)的數(shù)量級(jí)的線寬及近似兩 千微米(2000μm)的數(shù)量級(jí)的間距。

在又另一變體中，所述水平極化天線元件包含多個(gè)寬頻帶陣列元件，每一寬頻帶陣列元件包含多個(gè)低頻帶偶極子元件。

在又另一變體中，所述水平極化天線元件進(jìn)一步包含多個(gè)高頻帶孔隙，所述高頻帶孔隙中的每一者位于相鄰安置的低頻帶偶極子元件之間。

在又另一變體中，包含多個(gè)零填充偶極子元件，每一零填充偶極子元件安置在所述高頻帶孔隙中的相應(yīng)者內(nèi)。

在又另一變體中，所述垂直極化天線元件包含安置在天線罩管座內(nèi)的寬頻帶圓錐形偶極子天線元件。

在又另一變體中，所述垂直極化天線元件的所述天線罩管座經(jīng)配置以被接收并固定在天花板瓷磚的安裝孔內(nèi)。

在又另一變體中，所述垂直極化天線元件經(jīng)配置以位于所述天花板瓷磚的底面上方，而所述水平極化天線元件經(jīng)配置以位于所述天花板瓷磚的所述底面下方。

在第二實(shí)施例中，所述天線設(shè)備包含垂直極化天線元件及水平極化天線元件。所述水平極化天線元件包含多層且進(jìn)一步包含安置在所述多層中的至少一些層內(nèi)的多個(gè)特征。所述多層的至少一部分是部分使用半透明聚合物層形成。

在一個(gè)變體中，所述多層材料包含：頂部天線罩層；包括輻射網(wǎng)的電路板層；底部天線罩層；及低PIM襯底層。

在又另一變體中，揭示了具有外部導(dǎo)體及內(nèi)部導(dǎo)體的同軸饋電元件。所述外部導(dǎo)體電耦合到所述電路板層且所述內(nèi)部導(dǎo)體電耦合到所述低PIM襯底層。

在第二方面，揭示了水平極化天線元件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述水平極化天線元件包括安置在半透明聚合物結(jié)構(gòu)上的輻射器網(wǎng)。

在第三方面，揭示了垂直極化天線元件。在一個(gè)實(shí)施例中，所述垂直極化天線元件包含天線罩管座、接地管及輻射元件。

在第三方面，揭示了單輸入單輸出(SISO)天線設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，所述SISO天線設(shè)備包含前面提及的水平極化天線元件。在替代實(shí)施例中，所述SISO天線設(shè)備包含前面提及的垂直極化天線元件。

在第五方面，揭示了一種天線設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，所述天線設(shè)備至少部分是由具有安置在其中的輻射元件的半透明聚合物結(jié)構(gòu)形成。

在另一實(shí)施例中，所述天線設(shè)備包含天線元件，其由多層形成且具有安置在所述多層中的至少一些層內(nèi)的多個(gè)特征；其中所述多層的至少部分是部分使用半透明聚合物層 形成。

在第一變體中，所述多層材料包括頂部天線罩層、底部天線罩層及安置在所述頂部天線罩層與所述底部天線罩層之間的電路板層。

在另一變體中，所述頂部及底部天線罩層經(jīng)配置以在不使用粘合劑的情況下夾住所述電路板層。

在又另一變體中，揭示了一種低無源互調(diào)(PIM)層，所述低PIM層安置在所述頂部及底部天線罩層兩者下方；其中所述低PIM層包含安置在其底面上的一或多個(gè)傳輸線，所述一或多個(gè)傳輸線耦合到饋電點(diǎn)。

在又另一變體中，一或多個(gè)開放式貼片元件安置在所述低PIM層的頂面上，所述低PIM層的所述頂面比所述低PIM層的所述底面更靠近所述電路板層。

在又另一變體中，揭示了一種安置在所述電路板層上的輻射器網(wǎng)。

在第六方面，揭示了制造前面提及的天線設(shè)備及前面提及的天線元件的方法。

在第七方面，揭示了使用前面提及的天線設(shè)備及前面提及的天線元件的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包含在建筑物的天花板瓷磚內(nèi)安置孔；將天線設(shè)備的至少一部分插入在所述孔內(nèi)；及將所述天線設(shè)備固定到所述天花板瓷磚，使得所述天線設(shè)備的至少一部分安置在所述天花板瓷磚上方且所述天線設(shè)備的至少另一部分安置在所述天花板瓷磚下方。

在第八方面，揭示了利用前面提及的天線設(shè)備及前面提及的天線元件的建筑物。

在第九方面，揭示了與前面提及的天線設(shè)備及前面提及的天線元件相關(guān)聯(lián)的性能特性。

根據(jù)示范性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述連同附圖，本發(fā)明標(biāo)的物的各種目的、特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。

附圖說明

本發(fā)明的特征、目的及優(yōu)點(diǎn)將通過下文結(jié)合圖式陳述的詳細(xì)描述而變得更顯而易見，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的安裝在天花板瓷磚內(nèi)的半透明內(nèi)置寬頻帶全方向雙極化天花板安裝MIMO天線設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的圖1的MIMO天線設(shè)備的透視圖。

圖1B是根據(jù)本發(fā)明的原理的被示為安裝到天花板瓷磚的圖1的MIMO天線設(shè)備的正視平面圖。

圖1C是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1A的MIMO天線設(shè)備的水平極化天線元件的詳細(xì)透視圖，其說明并入其中的網(wǎng)。

圖1D是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1C中說明的水平極化天線元件的俯視平面圖。

圖1E是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1D中說明的水平極化天線元件的饋電結(jié)構(gòu)的詳細(xì)俯視平面圖。

圖1F是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1E中說明的水平極化天線元件的饋電結(jié)構(gòu)的詳細(xì)仰視平面圖。

圖1G是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1C到1F中說明的水平極化天線元件的詳細(xì)橫截面圖。

圖1H是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1A的MIMO天線設(shè)備的垂直極化天線元件的透視圖。

圖1I是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1H的垂直極化天線元件的正視平面圖，其中已從視圖中移除了管座。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1的MIMO天線設(shè)備的電壓駐波比(VSWR)依據(jù)頻率變化的標(biāo)繪圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1的MIMO天線設(shè)備的S參數(shù)依據(jù)頻率變化的標(biāo)繪圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1的MIMO天線設(shè)備的總效率依據(jù)頻率變化的標(biāo)繪圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1的MIMO天線設(shè)備的峰值增益依據(jù)頻率變化的標(biāo)繪圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1的MIMO天線設(shè)備的包絡(luò)相關(guān)系數(shù)依據(jù)頻率變化的標(biāo)繪圖。

圖7A是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1A的水平及垂直極化天線元件在720MHz下的輻射圖案的標(biāo)繪圖。

圖7B是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1A的水平及垂直極化天線元件在1.70GHz下的輻射圖案的標(biāo)繪圖。

圖7C是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1A的水平及垂直極化天線元件在2.20GHz下的輻射圖案的標(biāo)繪圖。

圖7D是根據(jù)本發(fā)明的原理的圖1A的水平及垂直極化天線元件在2.70GHz下的輻射圖案的標(biāo)繪圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考圖式，其中相同的數(shù)字在全文是指相同部分。

如本文中使用，術(shù)語“美學(xué)”是指(不限于)組件或組合件(例如，天線組合件或其組件)的外觀或存在的一或多個(gè)特征、屬性或刻面。美學(xué)特征、屬性或刻面可例如通過個(gè)體(例如，客戶或客戶的設(shè)計(jì)者)、個(gè)體團(tuán)體(例如，焦點(diǎn)團(tuán)體)、外觀或吸引力的預(yù)存標(biāo)準(zhǔn)及/或其它度量的視覺感知來評(píng)估，使得美學(xué)效果的吸引力或程度可由一般技術(shù)者根據(jù)本發(fā)明輕易確定。

如本文中使用，術(shù)語“天線”是指(不限于)并有單個(gè)元件、多個(gè)元件或接收/發(fā)射及/或傳播電磁輻射的一或多個(gè)頻帶的一或多個(gè)元件陣列的任何系統(tǒng)。輻射可為數(shù)種類型，例如微波、毫米波、射頻、數(shù)字調(diào)制、模擬、模擬/數(shù)字編碼、數(shù)字編碼的毫米波能量等。能量可使用一或多個(gè)中繼器鏈路從一個(gè)位置發(fā)射到另一位置，且一或多個(gè)位置可為移動(dòng)的、固定的或固定到地球上的某個(gè)位置，例如基站。

如本文中使用，術(shù)語“襯底”通常是指且不限于上面可安置其它組件的任何大體上平坦或彎曲表面或組件。例如，襯底可包括單層或多層印刷電路板(例如，F(xiàn)R4)、半導(dǎo)電裸片或晶片或甚至外殼或其它裝置組件的表面，且可為大體上剛性或替代地至少有點(diǎn)柔性。

此外，如本文中使用，術(shù)語“輻射器”及“輻射元件”是指(不限于)可充當(dāng)接收及/或發(fā)射射頻電磁輻射的系統(tǒng)的部分的元件；例如，天線。因此，示范性輻射器可接收電磁輻射；發(fā)射電磁輻射，或這兩者。

術(shù)語“饋電”是指(不限于)可轉(zhuǎn)移能量、變換阻抗、增強(qiáng)性能特性及使傳入/傳出的RF能量信號(hào)之間的阻抗性質(zhì)符合例如輻射器等一或多個(gè)連接元件的阻抗性質(zhì)的任何能量導(dǎo)體及耦合元件。

如本文中使用，術(shù)語“頂部”、“底部”、“側(cè)面”、“上”、“下”、“左”、“右”等僅僅意味著一個(gè)組件對(duì)另一者的相對(duì)位置或幾何形狀，且決不意味著參考或任何所需定向的絕對(duì)框架。例如，當(dāng)組件被安裝到另一裝置(例如，安裝到PCB的下側(cè))時(shí)，組件的“頂部”部分可實(shí)際上駐留在“底部”部分下方。

如本文中使用，術(shù)語“無線”意指任何無線信號(hào)、數(shù)據(jù)、通信或其它接口，包含(不限于)Wi-Fi(例如，IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.11a/b/g/n/v/as)、藍(lán)牙、3G(例如，3GPP、3GPP2及UMTS)、HSDPA/HSUPA、TDMA、CDMA(例如，IS-95A、WCDMA等)、FHSS、DSSS、GSM、PAN/802.15、WiMAX(802.16)、802.20、窄頻帶/FDMA、OFDM、PCS/DCS、長(zhǎng) 期演進(jìn)(LTE)及高級(jí)LTE(LTE-A)、模擬蜂窩、無線個(gè)域網(wǎng)、近場(chǎng)通信(NFC)/RFID、CDPD、衛(wèi)星系統(tǒng)(例如GPS及格洛納斯)及毫米波或微波系統(tǒng)。

概述

本發(fā)明尤其提供用于室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的天線設(shè)備，且在一個(gè)示范性方面提供了改進(jìn)的內(nèi)置寬頻帶全方向雙極化空間分集(例如，MIMO)天線設(shè)備組件、組合件及其制造及使用方法。

在示范性實(shí)施例中，內(nèi)置寬頻帶全方向雙極化天花板安裝MIMO天線設(shè)備經(jīng)建構(gòu)以滿足一或多個(gè)美學(xué)或裝飾設(shè)計(jì)目標(biāo)(例如視覺上吸引人的性質(zhì))。具體地說，只有MIMO設(shè)備的水平極化天線元件是可見的，因?yàn)樗鯩IMO天線設(shè)備的剩余部分駐留在天花板瓷磚上方且看不見。此外，所述水平極化天線元件的天線罩在一些實(shí)施例中是由大體上半透明聚合物蓋制成且包含“瘦”的輻射網(wǎng)，所述半透明聚合物蓋消除了對(duì)天線罩蓋上漆及/或以其它方式上色的需要以將天線設(shè)備隱身在周圍的天花板瓷磚表面中。垂直極化天線元件連同任選的反射器元件駐留在所述天花板瓷磚上且通?？床灰?，在示范性實(shí)施例中，所述任選的反射器元件是由導(dǎo)電金屬制成以從天花板朝向地板的一般方向操控天線元件的輻射。此外，MIMO天線設(shè)備的天線元件支持水平及垂直極化分集兩者以及天線設(shè)備的空間分集。

還揭示了示范性MIMO天線設(shè)備的性能特性及制造并使用前面提及的MIMO天線設(shè)備的方法。

示范性實(shí)施例

現(xiàn)在提供本發(fā)明的設(shè)備及方法的各種實(shí)施例及變體的詳細(xì)描述。雖然主要在由半透明材料制成的水平極化天線元件的背景中加以討論，但是應(yīng)了解，可容易用替代性不透明材料選擇來代替。例如，針對(duì)本文中描述的水平極化天線元件設(shè)想出尤其為了降低成本的目的而由不透明、更具成本效益的聚合物材料制成的實(shí)施例。

此外，雖然主要在示范性MIMO天線設(shè)備實(shí)施例的背景中加以討論，但是應(yīng)了解，可針對(duì)其它天線應(yīng)用輕易地修改本文中描述的天線設(shè)備的替代變體。例如，本文中還設(shè)想出單輸入單輸出(SISO)天線設(shè)備應(yīng)用。僅作為一個(gè)實(shí)例，某些實(shí)施例中可消除垂直極化天線元件，同時(shí)提供美學(xué)上吸引人的水平極化天線元件。此外，在替代實(shí)施例中，可此類SISO應(yīng)用中為了支持垂直極化天線元件而消除水平極化天線元件。

最后，雖然主要在其中天花板材料本身是由非導(dǎo)電材料制成的天花板實(shí)施例的背景中加以討論，但是應(yīng)了解，在其中天花板瓷磚本身導(dǎo)電(例如，由金屬制成)的應(yīng)用中，水平極化天線元件及垂直極化天線元件兩者現(xiàn)在將各自有可能需要被安裝在天花板瓷 磚下方。此外，本文中描述的天線實(shí)施例被安裝在天花板內(nèi)不一定是先決條件。例如，應(yīng)了解，本文中描述的天線設(shè)備的變體可適用于例如墻壁、地板、其它結(jié)構(gòu)等中。一般技術(shù)者根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容將輕易了解這些及其它變體。

寬頻帶全方向雙極化MIMO天線設(shè)備-

現(xiàn)在參考圖1，詳細(xì)地示出并描述了內(nèi)置寬頻帶全方向雙極化天花板安裝MIMO天線設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例。圖1說明安裝在天花板瓷磚內(nèi)的MIMO天線設(shè)備并演示尤其與室內(nèi)無線電網(wǎng)絡(luò)一起使用的天花板安裝MIMO天線的低型面、視覺上吸引人的性質(zhì)。優(yōu)選地，天花板瓷磚將由所屬領(lǐng)域中通常已知的類型的非導(dǎo)電材料制成。具體地說且如圖1中可見，在天花板瓷磚190下方只可看見水平極化天線元件102及配套的不透明區(qū)域/罩104，其中MIMO天線設(shè)備的剩余部分駐留在天花板瓷磚上且因此看不見。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，水平極化天線元件的天線罩是由大體上半透明聚合物蓋制成，所述半透明聚合物蓋消除了對(duì)天線罩上漆及/或以其它方式上色以向周圍的天花板瓷磚表面?zhèn)窝b天線設(shè)備的需要。所說明的實(shí)施例在此存在突出優(yōu)點(diǎn)，即，水平極化天線元件的半透明性質(zhì)自然地符合最終安裝有MIMO天線設(shè)備的天花板瓷磚的基本顏色。組成水平極化天線元件的實(shí)施例的基本材料隨后在本文中關(guān)于圖1G加以描述。此外，在所說明的實(shí)施方案中，只有不透明區(qū)域/罩104相對(duì)于天花板瓷磚190的背景可容易注意到，從而與現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方案相比使MIMO天線設(shè)備100美學(xué)上吸引人。然而，還設(shè)想到在某些實(shí)施例中，蓋104本身可由半透明材料制成，而無論整體還是部分。此外，雖然水平極化天線元件102主要被描述為是用半透明聚合物制成，但是應(yīng)了解，可輕易用較低成本的非半透明材料來代替，以便尤其降低MIMO天線設(shè)備的總成本。

圖1A說明圖1的MIMO天線設(shè)備100，其中天花板瓷磚已從視圖中移除以更好地說明天線設(shè)備的主要組件。具體地說，所說明的MIMO天線設(shè)備包含通常駐留在天花板瓷磚下方的的水平極化天線元件102。通常，垂直極化天線元件150連同任選的反射器元件180駐留在天花板瓷磚上方且通常看不見，在示范性實(shí)施方案中，所述任選的反射器元件180是由導(dǎo)電金屬制成以從天花板朝向地板的一般方向操控天線元件102、150的輻射。雖然反射器元件180的示范性實(shí)施例是由導(dǎo)電金屬材料制成，但是應(yīng)了解，此反射器元件在替代實(shí)施例中可使用眾所周知的制造技術(shù)(例如，2012年4月4日申請(qǐng)的且標(biāo)題是“緊湊極化天線及方法(Compact Polarized Antenna and Methods)”的第8,988,296號(hào)共同擁有的美國(guó)專利中所描述的激光直接成型(LDS)，所述專利以全文引用的方式并入本文中)由導(dǎo)電電鍍聚合物材料制成。替代變體可使用例如以下專利申請(qǐng)案中描述的沉積技術(shù)而制成：在2013年3月1日申請(qǐng)且標(biāo)題是“沉積天線設(shè)備及方法(Deposition Antenna Apparatus and Methods)”的第13/782,993號(hào)共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；在2015年2月11日申請(qǐng)的且標(biāo)題是“用于導(dǎo)電元件沉積及形成的方法及設(shè)備(Methods and Apparatus for Conductive Element Deposition and Formation)”的第14/620,108號(hào)共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；及在2015年6月10日申請(qǐng)的相同標(biāo)題的第14/736,040號(hào)共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案。前述申請(qǐng)案中的每一者的內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。

需要注意的是，任選的導(dǎo)電反射器180不一定電連接到基本天線元件，且在某些實(shí)施例中一旦MIMO天線設(shè)備100已被安裝到天花板瓷磚上，任選的導(dǎo)電反射器180便可咬合到垂直極化天線元件150上，從而消除復(fù)雜的安裝技術(shù)。然而，應(yīng)了解，導(dǎo)電反射器可經(jīng)由其它已知技術(shù)(包含例如通過將導(dǎo)電反射器旋擰到垂直極化天線元件上或經(jīng)由使用環(huán)氧基附接技術(shù)且甚至在一些變體中經(jīng)由使用焊接、銅焊及/或前述各者的組合)耦合到垂直極化天線元件。

現(xiàn)在參考圖1B，MIMO天線設(shè)備100的正視平面圖被示為安裝到天花板瓷磚190上。如圖1B中說明，水平極化天線元件102被示為在天花板瓷磚190下方，使得從其中安裝MIMO天線設(shè)備100的房間內(nèi)只可看見此天線元件102連同不透明區(qū)域/罩104。MIMO天線設(shè)備在所說明的實(shí)施例中憑借被旋擰到垂直極化天線元件150上的安裝螺母182固定到天花板瓷磚。垂直極化天線元件上的螺紋(未示出)的量/長(zhǎng)度優(yōu)選地經(jīng)選取以使得MIMO天線設(shè)備能夠被并入到多個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)厚度的天花板瓷磚上，以便于這些裝置的安裝者進(jìn)行安裝。還設(shè)想出替代實(shí)施方案。例如，在某些實(shí)施方案中，咬合特征(未示出)位于垂直極化元件上，使得天線設(shè)備100可插入到其中咬合特征在那里嚙合的天花板瓷磚孔中，且防止其輕易移除。此外，在又其它實(shí)施方案中，天線元件102可繞天線元件150的中心軸旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)使得突出部分能夠從天線元件150中退出到天花板瓷磚中和/或天花板瓷磚上方，從而將天線設(shè)備100固定在適當(dāng)位置中。在又其它實(shí)施方案中，粘合劑等可被施加于天線元件102的頂側(cè)或天線元件150的垂直壁以將天線設(shè)備固定到天花板瓷磚。此外，在天線元件102、150安裝在天花板瓷磚上之后，任選的金屬反射器180在示范性實(shí)施方案中被安裝到垂直極化天線元件150上以便于安裝，但是此絕不是實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的必要條件?，F(xiàn)在描述優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方案的各種尺寸及優(yōu)點(diǎn)。

支持低頻帶操作(例如，608MHz及更高)的當(dāng)前室內(nèi)無線電網(wǎng)絡(luò)天線通常具有大的直徑且在天花板瓷磚的表面下方延伸多達(dá)150mm(5.9英寸)。將此尺寸與圖1B中說明的尺寸相比較。在所說明的實(shí)施例中，垂直極化天線元件102擁有比天花板瓷磚190的 表面低小于10mm(0.4英寸)的可見高度110。此外，水平極化天線元件擁有350mm(13.8英寸)的直徑108，其中不透明區(qū)域/罩104擁有114mm(4.5英寸)的直徑106。垂直極化天線元件150的直徑在所說明的實(shí)施例中近似66mm(2.6英寸)。任選的金屬反射器180的直徑184在所說明的實(shí)施例中是450mm(17.7英寸)，且天花板瓷磚的底面到金屬反射器180之間的距離近似為210mm(8.3英寸)。具有上述尺寸的MIMO天線設(shè)備可輕易地以全MIMO支持來支持從608MHz到2700MHz的頻率。此外，天線元件102、150分別支持水平及垂直極化兩者，其尤其實(shí)現(xiàn)天線設(shè)備的極化分集以及空間分集。此外，雖然上文說明的尺寸是示范性的，但是應(yīng)了解，所述尺寸可在替代實(shí)施例中改變。例如，如果最低操作頻帶增加(即，增加到大于608MHz的頻率)，那么MIMO天線設(shè)備100的總大小可按比例縮小，即，垂直極化天線元件150的長(zhǎng)度可縮短及/或水平極化天線元件的直徑減小。

現(xiàn)在參考圖1C，說明圖1A的MIMO天線設(shè)備的水平極化天線元件102的詳細(xì)透視圖，其演示并入其中的網(wǎng)112。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，半透明網(wǎng)材料是通過蝕除鍍銅的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)襯底而制成。在所說明的實(shí)施例中，網(wǎng)(也在圖1D到1F中加以說明)擁有30μm的線寬和2000μm的間距，但是應(yīng)了解，這些尺寸在替代實(shí)施方案中可改變。例如，線寬及間距參數(shù)的選擇一般來說起因于光學(xué)透明度與天線輻射效率之間的平衡。因此，將間距增加到大于2000μm且將線寬降低到30μm以下將通常導(dǎo)致降低天線輻射效率。此外，完全移除網(wǎng)使得這些網(wǎng)區(qū)域現(xiàn)在包含固體輻射元件將會(huì)導(dǎo)致光學(xué)透明度變小。一般技術(shù)者根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容將輕易明白這些及其它設(shè)計(jì)選擇。

現(xiàn)在參考圖1D，詳細(xì)地示出并描述圖1C中說明的示范性水平極化天線元件的俯視平面圖。注意，在圖1D的所說明實(shí)施例中，蓋的半透明性質(zhì)已變?yōu)椴煌该饕愿p易地看到先前描述的網(wǎng)112的外形及水平極化天線元件102的其它特征/幾何形狀。如示出，水平極化天線元件由四個(gè)(4)元件寬頻帶陣列組成，每一元件由兩個(gè)(2)低頻帶偶極子分支118組成。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，不透明區(qū)域/罩104包含50歐姆的饋電點(diǎn)連同被構(gòu)建在此區(qū)域內(nèi)的功率分配器/阻抗變換器，但是應(yīng)了解，取決于天線設(shè)備的特定應(yīng)用，可輕易用其它阻抗來代替。在所說明的實(shí)施例中，低頻帶操作是由周邊偶極子分支118形成，而高頻帶是由形成于這些低頻帶偶極子分支118之間的高頻帶孔隙116形成。在所說明的實(shí)施例中，高頻帶孔隙包括Vivaldi型狹槽。Vivaldi型天線是有利的，原因在于其寬頻帶特性適用于超寬帶信號(hào)。此外，其制造起來相對(duì)簡(jiǎn)單且使用微帶線模型化方法，其阻抗易于匹配饋電線。此外，增加額外的零填充偶極子120(例如，2.7GHz的零填充偶極子)以使最高頻率的水平平面輻射圖案更具全方向性質(zhì)(又參見下文討論的圖7D)。

現(xiàn)在參考圖1E，說明水平極化天線元件的饋電結(jié)構(gòu)142的詳細(xì)俯視平面圖。在所說明的實(shí)施例中，水平極化天線元件饋電包含同軸饋電。同軸饋電的外部導(dǎo)體122被焊接到由例如聚酰亞胺(“PI”)類型的聚合物制成的柔性印刷電路(“FPC”)。還參見本文中隨后討論的圖1G。饋電結(jié)構(gòu)142包含從天線元件饋電向外輻射的四個(gè)彎頭狀結(jié)構(gòu)。此饋電結(jié)構(gòu)包含每一天線元件112的電容式接地126。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，電容式接地126是由PI襯底上的經(jīng)蝕刻不透明銅圖案制成。然而，在替代變體中，應(yīng)了解，電容式接地可使用例如以下專利申請(qǐng)案中揭示的沉積制造技術(shù)而制成：在2013年3月1日申請(qǐng)且標(biāo)題是“沉積天線設(shè)備及方法(Deposition Antenna Apparatus and Methods)”的第13/782,993號(hào)共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；在2015年2月11日申請(qǐng)的且標(biāo)題是“用于導(dǎo)電元件沉積及形成的方法及設(shè)備(Methods and Apparatus for Conductive Element Deposition and Formation)”的第14/620,108號(hào)共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；及在2015年6月10日申請(qǐng)的相同標(biāo)題的第14/736,040號(hào)共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案，前述申請(qǐng)案中的每一者的內(nèi)容在上文并入。注意，在所說明的實(shí)施例中，此電容式接地結(jié)構(gòu)不與圖案饋電點(diǎn)124重疊。換句話來說，由于圖1D的所說明實(shí)施例中的Vivaldi型圖案基本上被說明為天線(即，在此實(shí)例中，半透明網(wǎng)112)的接地平面上的錐形開放端狹槽，所以同軸饋電的外部導(dǎo)體122需要耦合到此網(wǎng)。因此，在操作中，Vivaldi圖案是使用開放式貼片元件(125，圖1F)由與Vivaldi狹槽交叉且終止于狹槽的相對(duì)側(cè)上的半透明網(wǎng)表面的短路傳輸饋電線(128，圖1F)激發(fā)。

現(xiàn)在參考圖1F，詳細(xì)示出并描述圖1E中說明的水平極化天線元件的饋電結(jié)構(gòu)142的詳細(xì)仰視平面圖。在所說明的實(shí)施例中，同軸饋電122的中心導(dǎo)線被焊接到低無源互調(diào)(“PIM”)襯底上。還參見本文中隨后討論的圖1G。此外，饋電線128被說明為從同軸饋電122鋪設(shè)到每一圖案饋電點(diǎn)124。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，饋電線128是由雙側(cè)低PIM襯底上的經(jīng)蝕刻不透明銅圖案制成。然而，替代地應(yīng)了解，饋電線128可使用例如以下專利申請(qǐng)案中揭示的沉積制造技術(shù)而制成：在2013年3月1日申請(qǐng)且標(biāo)題是“沉積天線設(shè)備及方法(Deposition Antenna Apparatus and Methods)”的第13/782,993號(hào)共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；在2015年2月11日申請(qǐng)的且標(biāo)題是“用于導(dǎo)電元件沉積及形成的方法及設(shè)備(Methods and Apparatus for Conductive Element Deposition and Formation)”的第14/620,108號(hào)共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；及在2015年6月10日申請(qǐng)的相同標(biāo)題的第14/736,040號(hào)共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案，前述申請(qǐng)案中的每一者的內(nèi)容在上文并入。

在一個(gè)示范性實(shí)施方案中，圖案饋電點(diǎn)124包括將相應(yīng)的饋電線128連接到開放式 貼片元件125的電鍍通孔。這些饋電線形成用于水平極化天線元件的功率合成網(wǎng)絡(luò)。這些饋電線進(jìn)一步終止于高電容耦合(開放式貼片元件125位于饋電線的端處)到半透明輻射器網(wǎng)112。這些開放式貼片元件125在示范性實(shí)施例中是由位于低PIM層壓板的底側(cè)上的經(jīng)蝕刻不透明銅圖案制成。然而，在替代實(shí)施例中，這些開放式貼片元件可使用例如以下專利申請(qǐng)案中揭示的沉積制造技術(shù)而制成：在2013年3月1日申請(qǐng)且標(biāo)題是“沉積天線設(shè)備及方法(Deposition Antenna Apparatus and Methods)”的第13/782,993號(hào)共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；在2015年2月11日申請(qǐng)的且標(biāo)題是“用于導(dǎo)電元件沉積及形成的方法及設(shè)備(Methods and Apparatus for Conductive Element Deposition and Formation)”的第14/620,108號(hào)共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案；及在2015年6月10日申請(qǐng)的相同標(biāo)題的共同擁有且共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)案，前述申請(qǐng)案中的每一者的內(nèi)容在上文并入。

現(xiàn)在參考圖1G，說明圖1C到1F中的水平極化天線元件102的詳細(xì)橫截面圖。在所說明的實(shí)施例中，同軸饋電122的外部導(dǎo)體被焊接到位于FPC層137上的焊點(diǎn)130。FPC層137在示范性實(shí)施例中還包含電容式接地(126，圖1E)以及水平極化天線元件同軸饋電的外部導(dǎo)體(122，圖1E)。在一個(gè)示范性實(shí)施方案中，F(xiàn)PC層137是由PI制成，但是應(yīng)了解，可輕易地用其它聚合物材料來代替。在所說明的實(shí)施例中，F(xiàn)PC層137被膠合到半透明FPC層138。半透明FPC層138在示范性實(shí)施例中包含半透明輻射器網(wǎng)(112，圖1E、1F)、高頻帶孔隙(116，圖1D)、偶極子分支(118，圖1D)及零填充偶極子(120，圖1D)。

水平極化天線元件的輻射器被包含在此半透明FPC層138內(nèi)，其中沒有電接觸到同軸導(dǎo)線外部導(dǎo)體122。聚合物層134在示范性實(shí)施例中包含饋電線(128，圖1F)及開放式/電容式貼片元件(125，圖1F)。聚合物層136、140有效地夾住這些FPC層137、138。在一個(gè)示范性實(shí)施方案中，聚合物層136、140在不使用粘合劑的情況下有效地夾住FPC層137、138。本文的突出優(yōu)點(diǎn)在于水平極化天線元件102。通過消除粘合劑的使用以將層136、140接合到FPC層137、138，避免所得的氣泡通向在安裝表面(例如示范性天花板瓷磚)的表面下方可見的MIMO天線設(shè)備的部分的美學(xué)上吸引人的表面。

在一個(gè)示范性實(shí)施例中，聚合物層136由形成天線元件102的底部天線罩的透明聚碳酸酯(“PC”)聚合物組成。此外，類似于聚合物層136，聚合物層140在一個(gè)示范性實(shí)施例中由透明PC聚合物組成且形成天線元件102的頂部天線罩。雖然透明PC材料的使用是示范性的，但是應(yīng)了解，聚合物層136、140可由其它聚合物材料形成，而不論由相同類型的聚合物材料還是不同的聚合物材料組成。層134由PCB襯底(例如低PIM 襯底)組成，其中同軸電纜的中心導(dǎo)體耦合在內(nèi)部導(dǎo)體焊接頭132處。低PIM襯底由雙側(cè)襯底組成，從而形成通孔以用于經(jīng)由使用例如共晶焊料、導(dǎo)電粘合劑等的已知附接技術(shù)而附接到同軸電纜的中心導(dǎo)體。底層104由安置在水平極化天線元件102的底側(cè)上的不透明區(qū)域/罩104組成。

現(xiàn)在參考圖1H，詳細(xì)地示出并描述圖1A中說明的MIMO天線設(shè)備100的垂直極化天線元件的透視圖。垂直極化天線元件是由與給水平極化天線元件102饋電的同軸電纜122分離并隔開的同軸電纜154來饋電。垂直極化天線元件容納在聚合物天線罩/管座152內(nèi)。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，聚合物天線罩/管座是由阻燃劑PC材料制成，所述阻燃劑PC材料在示范性實(shí)施例中保持不透明以降低與MIMO天線元件相關(guān)聯(lián)的成本。具體地說，在示范性實(shí)施例中選擇不透明材料能夠降低與半透明聚合物相關(guān)聯(lián)的較高成本，因?yàn)榫酆衔锾炀€罩/管座以其它方式隱藏在聚合物天線罩/管座以其它方式所附接的天花板瓷磚內(nèi)。圖1H中說明的天線罩/管座的半透明性質(zhì)僅僅被選擇來說明其中所含的內(nèi)含物，但是容易了解，天線罩/管座在替代實(shí)施例中可由半透明聚合物制成。

現(xiàn)在參考圖1I，示出了圖1H的垂直極化天線元件的正視平面圖，其中從視圖中移除了聚合物天線罩/管座。天線元件150由接地管156及輻射元件162組成。在示范性實(shí)施例中，接地管及輻射元件是由導(dǎo)電板金屬材料形成。此外，在示范性實(shí)施例中，輻射元件162是由三個(gè)(3)塑形鰭片形成，塑形鰭片結(jié)合接地管156形成寬頻帶的圓錐形偶極子天線元件。給水平極化天線元件饋電的同軸饋電122在接地管內(nèi)鋪設(shè)。接地管內(nèi)還定位有給垂直極化天線元件饋電的垂直同軸電纜154。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，垂直同軸電纜154的中心導(dǎo)體經(jīng)由位于耦合位置160處的焊接頭耦合到輻射元件162。雖然焊料的使用是示范性的，但是應(yīng)了解，本文中還設(shè)想出例如使用經(jīng)由眾所周知的焊接技術(shù)及/或使用導(dǎo)電環(huán)氧材料的其它附接技術(shù)。垂直同軸電纜的外部導(dǎo)體進(jìn)一步在耦合位置158處附接到接地管156。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，垂直同軸電纜154的外部導(dǎo)體經(jīng)由位于耦合位置158處的焊接頭耦合到接地管156。然而，雖然焊料的使用是示范性的，但是應(yīng)了解，本文中還設(shè)想出例如經(jīng)由使用眾所周知的焊接技術(shù)及/或使用導(dǎo)電環(huán)氧材料的其它附接技術(shù)?，F(xiàn)在詳細(xì)地示出并描述前面提及的MIMO天線設(shè)備100的各種性能方面。

寬頻帶全方向雙極化MIMO天線設(shè)備性能-

現(xiàn)在參考圖2到7D，詳細(xì)地示出并描述了關(guān)于圖1到1I說明的示范性MIMO天線設(shè)備的示范性性能結(jié)果。

圖2說明水平極化天線元件(示為線202)以及垂直極化天線元件(示為線204)兩者的電壓駐波比(“VSWR”)200依據(jù)頻率的變化。為了使無線電裝置(無論是發(fā)射器還是接 收器)將功率傳遞到天線，無線電及傳輸線的阻抗必須充分匹配天線的阻抗。參數(shù)VSWR以數(shù)字形式描述天線與其連接的無線電及/或傳輸線的阻抗匹配的程度。因此，線202、204說明近似608MHz到2700MHz的所需頻率范圍內(nèi)的VSWR值。

現(xiàn)在參考圖3，針對(duì)圖1到1I中說明的水平極化天線元件(S1,1；302)、垂直極化天線元件(S2,2；304)以及水平極化天線元件與垂直極化天線元件之間的隔離值(S2,1；306)說明S參數(shù)值依據(jù)頻率300的變化。

現(xiàn)在參考圖4，針對(duì)如線402處說明的垂直極化天線元件以及如線404處說明的水平極化天線元件兩者說明總效率依據(jù)頻率400的變化。

現(xiàn)在參考圖5，針對(duì)如線502處說明的垂直極化天線元件以及如線504處說明的水平極化天線元件兩者說明峰值增益依據(jù)頻率500的變化。

現(xiàn)在參考圖6，針對(duì)垂直極化天線元件以及水平極化天線元件兩者說明包絡(luò)相關(guān)系數(shù)依據(jù)頻率600的變化。具體地說，在線602處說明包絡(luò)相關(guān)系數(shù)值。

現(xiàn)在參考圖7A，圖1到1I中說明的MIMO天線元件在720MHz下的全方向輻射圖案被說明為依據(jù)水平極化天線元件以及垂直極化天線元件兩者的高程700而變化以及依據(jù)方位角710而變化。

現(xiàn)在參考圖7B，圖1到1I中說明的MIMO天線元件在1.7GHz下的全方向輻射圖案被說明為依據(jù)水平極化天線元件以及垂直極化天線元件兩者的高程720而變化以及依據(jù)方位角730而變化。

現(xiàn)在參考圖7C，圖1到1I中說明的MIMO天線元件在2.2GHz下的全方向輻射圖案被說明為依據(jù)水平極化天線元件以及垂直極化天線元件兩者的高程740而變化以及依據(jù)方位角750而變化。

現(xiàn)在參考圖7D，圖1到1I中說明的MIMO天線元件在2.7GHz下的全方向輻射圖案被說明為依據(jù)水平極化天線元件以及垂直極化天線元件兩者的高程760而變化以及依據(jù)方位角770而變化。

將意識(shí)到，雖然本發(fā)明的某些方面是就具體設(shè)計(jì)實(shí)例來描述，但是這些描述只說明本發(fā)明的更廣泛方法，且可按特定設(shè)計(jì)所需進(jìn)行修改。某些步驟在某些境況下可呈現(xiàn)為沒有必要或任選的。此外，某些步驟或功能性可被添加到所揭示的實(shí)施例，或兩個(gè)或更多步驟的執(zhí)行次序可變更。所有此類變動(dòng)被視為涵蓋在本文中描述并主張的本發(fā)明內(nèi)。

雖然以上詳細(xì)描述已示出、描述并指出了如應(yīng)用于各種實(shí)施例的本發(fā)明的新穎特征，但是將理解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的原理的情況下對(duì)所說明的裝 置或過程的形式及細(xì)節(jié)作出各種省略、替換及改變。前述描述是當(dāng)前預(yù)期實(shí)行本發(fā)明的最佳模式。此描述絕不打算進(jìn)行限制，而應(yīng)被視為說明本發(fā)明的一般原理。應(yīng)參考權(quán)利要求書來確定本發(fā)明的范圍。