天线组件的制作方法
【专利说明】天线组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求每个以下美国临时专利申请的优先权:2014年4月I日提交的美国临时专利申请61/973，750 (题为“天线组件”)；2014年4月11日提交的美国临时专利申请61/978，755，(标题为“天线组件”);和2014年10月31日提交的美国临时专利申请62/073,833，(标题为“多焦点天线组件”)。这些临时专利申请均在此通过引用以其整体并入本文。
[0003]通过引用而并入本文
[0004]本说明书中提及的所有公开文献和专利申请都通过引用整体并入本文中，其中每个公开文献或专利申请都分别通过引用而并入本文中。
技术领域
[0005]本文所描述的是可以形成宽带无线系统的一部分的无线电和天线装置及方法。该装置可用于接入互联网，即使是在相对偏远的地区，特别是其可以作为具有单发射体的多输入、多输出(multiple input, multiple output,缩写为ΜΙΜΟ)天线操作，该单发射体能够引导多个(例如，三个或更多个)波束。本文所描述的无线发射站也可以被配置为用于室内，室外，或室内和室外使用。
【背景技术】
[0006]对射频(RF)通信系统的需求日益增加，以提供可靠的高速数据传输。为了提供通过无线信道的高速数据传输，其使用有限的带宽和功率，增加容量可能是重要的。接收信号的可靠性可能因为时强时弱，遮蔽，波衰减，干扰等的原因而变差。能够进行多输入/多输出(MMO)操作，而不需要一定数量的单独的天线和/或单独的天线发射体，并且是能够被可靠且廉价地制造的天线可以解决这些问题，并提供了许多其它的优点。典型地，MMO天线技术使用空间多路复用技术，用于高速发送数据，而不进一步增加系统的带宽，这是通过在发射器或接收器上使用多个天线以便同时发送不同的数据而实现的。然而，使用多个天线对实际成本和装置的尺寸和大小而言可以是昂贵的。因此，提供一种可以以MIMO配置操作，尤其是以ixp安排(其中，i是大于3的正整数，P是大于2的整数)进行操作的天线将是特别有益的，这将允许从单个紧凑型天线，并且特别是具有单发射体的天线操作多个射频数据流。
[0007]迄今为止，绝大多数MIMO天线具有使用多个辐射器(发射体)的阵列天线的结构，并且由于是使用了多个辐射器，辐射器之间可能发生干扰。这种干扰会扭曲辐射模式，或在辐射器之间产生相互耦合的效应。为了最大限度地减少辐射器之间的干扰，MMO天线可以使用隔离元件，即一个单独的部件，或者可以使用一种结构，其中所述辐射器以宽距离被彼此分离。在这些情况下，提供所需的隔离基本上涉及:在两个天线之间提供足够的距离，即使在使用单独的隔离元件的情型中。然而，由于对于较小的终端的需求是一个持续的要求，并且由于在多个天线之间提供足够的距离不仅是非常困难的，也有悖于提供较小尺寸的终端，因此需要这样的隔离技术，它可以被应用于相互之间定位相对紧密地多个天线。
[0008]在没有有线连接的地区(例如，在传统的通信媒介(如光缆，铜线，和/或其它的基于固定的线的技术)无法达到的区域)的家庭和企业可能依赖固定的无线服务而得到一些服务(如宽带接入)。可以通过有效地利用现有的客户端设备(customer premisesequipment，缩写为CPE)而使得固定无线服务变得更能吸引顾客。
[0009]人们越来越需要开发系统，以便为远程和服务不足的地区提供宽带，而在这些地区传统的宽带(例如，有线或缆线输送)是不可用或不可能的。在服务不足和未深入的地区提供高性能网络是具有挑战性的，这是因为缺乏持久和强大的系统，包括基于天线的系统，其能够以足够的灵活性进行操作，以便在客户站(例如，家庭或商业场所)和互联网服务提供商(包括无线互联网服务提供商)之间提供点对点，以及点对多点的通信。
[0010]为了保持这些装置的低成本，以使它们可以以合理的价格被提供给服务不足的社区，所述天线应是可靠的，易于制造，并易于使用。另外，这些天线应在一个合适的频段中具有足够大的带宽。此外，这些装置应是紧凑的，但具有最小的线辐射和其他噪声源。
[0011 ] 所述系统可以包括用户友好的装置，其包括耐用的放大、宽带无线电/天线(包括可在户外区域使用的无线电/天线)，且易于安装和使用。本文所述的天线可以用于MMO操作，其可能会解决上述问题，并提供了一种天线，其具有单一、图形天线辐射发射体，用于发射三个或更多个独立的波束。这些天线因此也可以被称为多焦点天线。如下面更详细描述的，本文所描述的天线可以在使用单一(相对小的)发射体的情况下提供三个或更多个波束的隔离。
[0012]对于向远程和服务不足的地区提供宽带数据服务而言，本文所描述的装置可以是特别有用的，而传统的宽带(例如，有线或缆线输送)对此是不可用或不可能的。为服务不足和未深入地区提供高性能网络是具有挑战性的，这是因为缺乏持久和强大的系统，包括基于天线的系统，其能够以足够的灵活性进行操作，以在客户站(例如，家庭或商业场所)和互联网服务提供商(包括无线互联网服务提供商)之间提供点对点，以及点对多点的通信。此外，本文所描述的系统对于在拥挤的城市地区(这些地区对传输造成了众多障碍)传送信息而言是特别有用的。因此，这里描述了设备(例如，装置和系统)，以及操作它们的方法，其可能解决上述提出的问题。
【发明内容】
[0013]本文所描述的是可以被配置为无线传送站，如无线宽带接入装置的天线组件。这些天线组件可以包括具有单个发射/接收板(例如，图形天线辐射发射体)的主馈电，其适于在三个或更多个独立的波束中发送和接收电磁能量。发射/接收板可以在本文中被称为发射体，或图形天线辐射发射体，或类似的。图形天线辐射发射体被配置为使得三个或更多个独立的(并互相分离的)输入馈电连接到该图形天线辐射发射体。
[0014]本文所述的任何天线组件还可以被配置为包括双天线反射器，其用于多个波束在同一方向上的传输(例如，从同一对双反射器)。所发射的射频(RF)信号，其可以被称为波束，从主馈电发射，并且可以包括多个(2个或更多，例如，3，4，5，等)被不同地极化的波束。例如，所述波束可以是相对彼此而言是被旋转的版本，包括正交波束。所述相同的主馈电，其包括单个发射表面，可用于发射所有的不同极化的波束。每个不同极化的波束从所述主馈电的图形天线发射表面的不同部分发射，从而使不同极化的波束被引导到次反射器，其被定位在主馈电的图形天线发射表面的对面，并把所发射的波束向主反射器反射，该主反射器被定向为把所述波束向外发出，远离所述主馈电的图形天线发射表面。每个不同极化的波束可以是从所述次反射器的不同子区域反射，然后从所述主反射器的子区域反射出来。次反射器可以是一个大致凸形的反射器，其把电磁能(波束)引导向所述主反射器。所述主反射器可以是一大致凹形的反射器，其引导电磁能量。例如，该次反射器可以是在抛物面形的主反射器内形成的凹部中。在包括双反射器的变型中，所述不同极化的波束可以从主反射器以相同的方向发射，而所有的波束的相位波前可以是一致的。任何这些装置可包括具有合适形状的、在主(和次)反射器上的天线罩，以帮助调整穿过所述天线罩发送的射频能量的相位波前(例如，通过所述天线罩的透镜效应)。在一些变型中，可以使用一对天线罩，其中包括一个被弯曲的天线罩以充当透镜，以使所发射的射频信号的相位波前更一致。射频信号(波束)可以以类似的方式被所述装置接收，例如，被所述主反射器反射到所述次反射器，以及到所述主馈电的图形天线发射表面上。
[0015]本文所述的天线组件和方法，包括装置和系统，可以是可配置为点对点或点对多点站的无线宽带接入装置。
[0016]本文所述的任何天线组件可以包括无线电电路，其用于产生和/或接收不同极化(例如，η个不同的极化，其中，η大于2，大于3等)的射频信号。无线电(例如，控制)电路可被配置为控制从天线(及向天线)传输和接收宽带信息。
[0017]例如，在此描述了多焦点天线装置，其具有单发射体，其适于发射三个或更多个独立的波束。这样的装置可以包括:图形天线辐射发射体，其中，所述图形天线辐射发射体包括金属片，其具有沿所述图形天线辐射发射体的一个或多个边缘的多个切出的区域；η个天线输入馈电，其中η为3以上，其分别延伸到所述图形天线辐射发射体，其中，η个天线输入馈电中的每个馈电是独立的并且彼此电隔离；以及连接到所述η个天线输入馈电中的每个馈电的无线电电路，其中，所述无线电电路被配置为发送射频(RF)信号，以便所述η个天线输入馈电中的每个馈电以不同的极化发送，其中，所述图形天线辐射发射体发射η个波束，其中，η个波束中的每个波束有不同地极化，并且其中所述波束不相互耦合。
[0018]在操作中，η个波束中的每个波束可以充当独立的“天线”以用于ΜΜ0，因为每个波束将具有在发射器和接收器之间的不同的路径。因此，能够从单个发射体元件产生多个天线波束的单个天线，如本文描述的，可以在MIMO配置中被使用。
[0019]本文所述的任何装置可包括主反射器，其分别反射各个波束。例如，所述反射器可以具有η个楔形表面区域，所述η个表面区域中的每个区域反射η个被发射波束中的一个波束。该装置还可以包括具有η个楔形表面区域的次反射器，所述η个表面区域中的每个区域可以把η个被发射波束中的一个波束反射到主反射器的η个表面区域之中的一个区域。
[0020]在一些变型中，η等于3。所得的波束可以是彼此之间以120度分开(例如，等间隔地分开)，或在一些变型中，彼此之间以不同地间隔(例如，两个彼此间隔90度且与第三个分开180度等)。在一些变型中，η等于4，且波束是，例如，彼此成90度。一般来说，η可以是大于3的任何整数(例如，3，4，5，6，7，8，9，10，等等)。
[0021]通常，图形天线辐射发射体的形状可以是任何适当的形状。所述形状在中央区域是大致的平面，具有向下折叠的边缘区域。图形天线区域可包括在边缘处和/或在中央(平面)区域中的切出的区域。在一些变型中，所述图形天线辐射发射体具有大致是三角形，矩形，六边形，圆形等的形状。例如，所述图形天线辐射发射体的形状可以是大致三角形的形状。如上所述，(在所述被弯曲边缘之间的)中央区域可以是平坦的或基本平坦的。
[0022]例如，图形天线辐射发射体可以包括平坦的中央表面，以及从所述图形天线辐射发射体的中央平面向下折叠(离开该中央平面)的一个或多个边缘。所述η个天线输入馈电可以直接耦合到所述图形天线辐射发射体的η个边缘区域。所述图形天线辐射发射体可以是由单张金属片形成的。
[0023]在一些变型中，所述图形天线辐射发射体包括切出的区域(例如，孔，开口，通道，等等)，一结构，例如光导管，发射二极管(LED)，或类似物可以通过该切出的区域。该切出的区域可以是在所述图形天线辐射发射体的中心。例如，所述图形天线辐射发射体可以包括一个中央开口，用于使一个光端口通过。因此，在一般情况下，该装置可以包括穿过所述图形天线辐射发射体的光导管。
[0024]在一些变型中，所述装置，尤其是所述图形天线辐射发射体，适于(例如，所述图形天线辐射发射体的尺寸被做成适于)以5GHz (千兆赫兹)以及2GHz两种规制进行操作。例如，所述图形天线辐射发射体可以具有大约在5厘米和12厘米之间的平均直径的发射表面。因为所述发射表面(例如，所述平坦的/平面的中央表面)可以是有着不规则形状，包括非圆形的，三角形的，或不对称的形状，所述直径可以指最大的或平均的直径。
[0025]通常，所述无线电电路可以被配置为发送射频(RF)信号，以使所述η个天线输入馈电的每一个以不同的极化、频谱信号、和/或延迟发送。
[0026]因此，在此描述的是具有单发射体的多焦点天线装置，其适于发射三个或更多个独立的波束，并可作为多输入，多输出(MMO)天线使用。例如，这样的装置可以包括:底板；定位在所述底板上的整体的图形天线辐射发射体，其中所述图形天线辐射发射体包括单个金属片，其具有沿所述图形天线辐射发射体的一个或多个外边缘的多个切出的区域；11个天线输入馈电，其中η为3或以上，其通过底板延伸到所述图形天线辐射发射体，其中，所述η个天线输入馈电中的每个都是独立的并且彼此之间电隔离；以及，耦合到所述η个天线输入馈电中的每个馈电的无线电电路，其中，所述无线电电路被配置为发送射频(RF)信号，以使所述η个天线输入馈电以不同的极化、频谱信号、和/或延迟发送信号，其中所述图形天线辐射发射体发射η个独立的和不耦合的波束。
[0027]在本文描述的任何变型中，所述底板可以被配置为接地板。
[0028]在一个例子中，在此描述的天线装置包括三焦点的天线装置，其具有适于发射三个独立的波束的单一发射体，该装置包括:图形天线辐射发射体，其中，所述图形天线辐射发射体包括具有沿一个或多个外边缘的多个切出的区域的金属片；三个天线输入馈电，其各自分别延伸到所述图形天线辐射发射体，其中所述三个天线输入馈电中的每个馈电是独立的并且彼此之间电隔离；以及，耦合到所述三个天线输入馈电中的每个馈电的无线电电路，其中，所述无线电电路被配置为发送射频(RF)信号，以使所述三个天线输入馈电的每个以不同的极化发送信号，其中，所述图形天线辐射发射体发射三个独立和不耦合的波束。如上所述，图形天线辐射发射体可以具有大致三角形的形状，并且可以是平坦的(至少在中心区域是平坦的；而边缘可以是向下折叠的)。所述天线输入馈电可以连接到所述向下折叠的边缘的一部分。如所提到的，所述图形天线辐射发射体可以包括中央开口，用于使光端口通过，这样，光导管可通过所述图形天线辐射发射体。
[0029]例如，所述三个天线输入馈电可以直接耦合到所述图形天线辐射发射体的三个边缘区域。所述图形天线辐射发射体可以是由单片金属形成。所述图形天线辐射发射体的尺寸可被设计为在5GHz和2GHz的规制下操作。例如，所述图形天线辐射发射体可包括具有约5厘米和12厘米之间的平均直径的发射表面。
[0030]在一些变型中，所述无线电电路被配置为发送射频(RF)信号，以使三个天线输入馈电中的每个以不同的极化、频谱信号、和/或延迟发送信号。
[0031]在一些变型中，天线装置被配置为具有单发射体的三焦点天线装置，其适于发射三个独立波束，可被作为多输入，多输出(MMO)天线使用。例如,装置可包括:底板；定位在底板上，大致为三角形的天线辐射发射体，其中所述大致三角形的天线辐射发射体包括金属片，其具有沿一个或多个外边缘的多个切出的区域；穿过大致三角形的天线辐射发射体的中央区域的光端口开口 ；通过底板延伸到所述三角形天线辐射发射体的三个天线输入馈电，其中所述三个天线输入馈电中的每个馈电是独立的并且彼此电隔离；以及，耦合到所述三个天线输入馈电中的每个馈电的无线电电路，其中，所述无线电电路被配置为发送射频(RF)信号，以使所述三个天线输入馈电中的每个馈电以不同的极化、频谱信号、和/或延迟发送信号，其中所述三角形天线辐射发射体发射三个独立和不耦合的波束。
[0032]本文还描述了无线传送站，包括无线宽带接入装置。任何本文描述的天线可以被配置为宽带接入装置和/或无线接入点(access point,缩写为“AP”)的一部分。这些设备，包括装置和系统，可以是可配置为点对点或点对多点站的无线宽带接入装置。通常，在此描述的装置可以包括天线和控制电路，该控制电路被配置为控制向该天线传送(和从该天线接收)宽带信息。本文所述的天线还可以被配置为和/或被称为平面天线。如所提到的，在一些变型中，天线组件包括馈电喇叭天线，其发射η个信号，其中η > 2，主反射器，次反射器，和收集器。某些本文中描述的天线被配置为馈电喇叭天线。馈电喇叭天线可具有介入喇叭和辐射器的波导管，所述辐射器被配置为发射η个波束，其中，每个波束可以包括一个信号。所述主反射器具有η个区域，每个区域引导独一无二地对应于η个信号中的一个信号的电能量波，每个区域具有抛物面形的表面。次反射器可以具有η个区域，每个区域把独一无二地对应于η个信号中的一个信号的电能量波引导向所述主反射器中的和它相对应的区域，每个区域具有双曲线形的表面。所述收集器可吸收被引导向次反射器的电能量波的一部分，该电能量波的一部分仅包括那些如不被吸收则可能会被反射回馈电喇叭天线的波。
[0033]如所提到的，本文描述的任何天线组件可被配置为引导所发射的波束