无线节点的天线设置的制作方法

文档序号:9402228阅读:251来源:国知局
无线节点的天线设置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线节点和操作无线节点的方法。
【背景技术】
[0002]在发达国家非常广泛地使用无线通信。例如,移动电话几乎无处不在并且通常总是由它们的用户携带。这样的电话传统上用于接打电话以及发送和接收短消息(SMS)。更高级的现代电话(通常称为智能电话)进一步预备高级数据服务,例如发送和接收电子邮件以及访问例如因特网等广域网。无线技术的进展导致无线标准的使用从原始模拟服务、通过GSM和3G发展为新兴的4G及相关标准。这些标准导致越来越有能力的手持设备的发展。
[0003]结合需要手持机的技术的进展,移动电话以及现在通常使用的更多数据密集型服务的增加使用导致提供无线服务的基础设施上的负载增加。移动电话无线网络已经典型地配置为一组无线基站,其覆盖一个或多个小区,这些小区然后连接到有线骨干电信服务内。由于对无线网络的需求越来越多,基站则位置为与更小小区更紧密地在一起。特别在城市地区,考虑到用户的高密度,假定基站必须具有到有线骨干电信服务内的有线连接,基站的定位变成重大的技术问题。并不总能在从无线网络预备的角度来看将是可取的精确位置中物理定位基站。
[0004]因此,本发明的目标是对已知技术加以改进。

【发明内容】

[0005]根据本发明的第一方面,提供有无线节点,其包括:RF调制解调器;连接到该RF调制解调器的RF开关阵列,该RF开关阵列包括夹在传导材料层之间的电路板层;和多个天线,其设置在水平面中并且经由传导材料层中存在的波导连接到RF开关阵列的电路板。
[0006]根据本发明的第二方面,提供有操作无线节点的方法,该无线节点包括:RF调制解调器;连接到该RF调制解调器的RF开关阵列,该RF开关阵列包括夹在传导材料层之间的电路板层;和多个天线,其设置在水平面中并且经由传导材料层中存在的波导连接到RF开关阵列的电路板,该方法包括以下步骤:在RF调制解调器处生成无线电信号,将所生成的无线电信号传送到RF开关阵列,选择天线用于传输所生成的无线电信号以及从选择的天线传输所生成的无线电信号。
[0007]由于本发明,提供紧凑且易于构造并且可以例如结合基站使用以提供到有线骨干(其不需要基站直接连接到有线电信网络)的路由的无线节点是可能的。无线节点的紧凑配置(其中天线设置在RF开关阵列周围)意指无线节点可以容易处于城市地区,其中多个天线提供很好的覆盖领域。多个这样的节点可以在一起用于提供局部化无线预备,其将在无线基站与所需的有线电信连接之间形成接口。无线节点可以定位在路灯柱和城市环境中常见且广布的其他相似结构上。电路板和传导(金属)层的紧凑堆叠有助于实现快的开关速度,这对于部署节点的系统的性能是必不可少的。“测量、决策、开关”环因为天线和RF开关的物理实现未引入比必需的更多的延迟而可以是快的(100ns)。
[0008]与较小、密集分布的蜂窝基站同位置的设备必须在物理上紧凑、低成本且在它们的无线电性能方面尽可能高效(通过在S-TDMA实现中实现快速开关,以及使RF路径中的损耗最小化)。改进的无线节点的本质因此是实现紧凑、高性能无线回程系统,其制造起来也很简单且成本高效。改进的无线节点优选地使用快速开关S-TDMA操作并且利用从紧凑且成本高效的物理结构实现高性能无线链路的最小损耗RF开关设置以在20GHz至60GHz范围内的频率操作。
[0009]无线节点的结构使用RF开关阵列,其由夹在两个金属板之间的电路板组成。RF开关阵列直接连接到水平天线阵列,其中波导在将RF信号从电路板传递到天线的金属板中提供。这提供稳健且紧凑的设计,其不需要信号发射物到电路板的任何焊接,它也不需要使部件连接在一起的任何布线。在可以快速组装为单个部件堆叠的例示中,信号从电路板到波导的直接发射的使用提供无线电信号从无线电子系统到多个扇区天线的可靠且低损分布。金属板对节点提供良好的结构完整性并且也充当热汇,用于将由电路板上的部件生成的热远离RF开关阵列传递。
[0010]在优选实施例中,无线节点包括一系列层。无线节点的层(从底到顶)是接口板(电力供应、防风雨连接器和无源联网接口部件)、数字处理板(CPU、存储器、网络交换、数字信号处理和模数转换)、无线电板(从I/Q基带到R/F的模拟无线电、波导转换)、具有波导接口的双工器、具有到双工器和天线的波导转换和接口的开关板以及天线阵列。
[0011]优选地,每个天线包括喇叭(horn),其在喇叭的近端连接到RF开关阵列并且在喇叭的远端开放,并且优选地,相邻天线彼此直接接触。天线作为喇叭(其在一端处连接到RF开关区并且在另一端处开放)的配置提供天线的简单且高效设置同时还对无线输出提供宽的视场。天线优选地是带有缝隙的喇叭天线,其使得构建具有高性能的短天线成为可能。在一个实施例中,天线仅使用平板,其通过螺栓连接在一起并且然后通过螺栓连接到开关柜内。在第二实施例中,天线仅由两个元件构建,其中的每个相对易于在CNC机器上构建。
[0012]有利地,天线在RF开关阵列周围限定大于180度并且小于270度的弧。天线提供无线节点的视场并且提供的视场越大,在无线节点的放置中给予的灵活性越多,以便提供必需的路由。天线放置在中央RF开关阵列周围的水平面中,这导致天线定位在RF开关阵列周围的弧中,并且这根据无线电信号从无线节点的期望路由来控制使用哪个天线。
[0013]理想地,无线节点还包括底座和天线罩,其包含无线节点的内部部件。RF子系统形成电路板和铝材料的水平层(其紧凑且易于组装)的中央核。天线可以在部件层的顶部连接并且这些内部部件中的全部可以定位在底座和天线罩内。底座和天线罩提供内部部件的风雨屏蔽并且在部件操作时还提供耗散来自部件的热的方式。无线节点提供内部部件的堆叠组件、电和热结合与配合面从防风雨密封的分离以及自上而下的简单构造。
【附图说明】
[0014]现在将仅通过示例参考附图描述本发明的实施例,其中:
图1是无线节点的部件的示意图,
图2是无线节点的部件的另外的示意图,
图3至11是无线节点的部件的透视图,
图12是电路板的平面图,其示出连接到天线波导内的耦合探针, 图13至22是在构造无线节点时它的透视图,以及图23和24示出天线的备选实施例的透视图。
【具体实施方式】
[0015]图1示意地示出联网无线电节点10的部件。该无线节点10包括一组外部数据接口 2,其连接到基带处理器4。电力供应6连接到系统控制部件8,其也连接到基带处理器4。无线节点10还包括RF调制解调器12和RF开关阵列14,其通过双工器30以及传送器32和接收器34连接到RF调制解调器12。RF调制解调器12也连接到基带处理器4和系统控制部件8。节点10还包括多个天线16,其连接到RF开关阵列14。如可以在图3中看到的,天线16在水平面中物理设置在RF开关阵列14周围。无线节点10包括电路板和传导材料(例如适合的金属)的互锁水平层的中央核,这些层组成图1的部件,但天线16除外。
[0016]用于节点10的RF子系统采用实现许多系统关键目标(其提供使传输和接收RF信号损失保持为最小的最佳信号路径对)的新颖且巧妙的方式配置和设置。波导用于将RF能量从RF系统中的一个点输送到另一个。在需要RF能量转换到、携带于或转换离开电路板(PCB)组件的情况下,所有波导转换实现为PCB的一体化部分。需要波导未焊接到PCB组件中的任一个。节点10由电路板和铝层构造。
[0017]RF子系统在RF构建块级由传送器32、接收器34、双工器30、多路天线开关14和天线16的阵列组成,该天线阵列配置成提供在180与270度之间的水平面角覆盖。RF子系统块的机械实现和所得的堆叠组件对节点10的设计提供新颖且完美的简洁性。双工器30包括两个单向端口和一个双向端口。一个单向端口连接到传送器32并且另一单向端口连接到接收器34。双工器30的双向端口连接到RF开关阵列14。
[0018]图2示意地示出节点10内的部件的物理设置,该节点10包括包含在底座50和天线罩56内的中央核100和天线16。电力和连接器PCB 21 (其包含外部数据接口 2和电力供应6)、基带和控制PCB 23 (其包含基带处理器4和系统控制8)以及基带和控制热汇及罩25在中央核100的底部处。RF调制解调器12在此之上,其包括夹在传导材料层(其是RF调制解调器底座26以及RX和TX罩28)之间的电路板24的三个水平层。RF调制解调器底座26和RX/TX罩28中的腔形成波导,其通过在RF调制解调器PCB 24上蚀刻的PCB迹线探针而耦合入,从而允许传送器32发送RF功率并且允许接收器34接收RF信号。
[0019]RX罩和TX罩28 (其形成为单个连续块)和双工器底座块30中的加工腔使波导持续,从而使双工器30的双向端口连接到RF开关阵列14的共同点。双工器结构30本身由可调谐的腔和波导段的复杂设置形成。RF开关阵列14包括夹在传导材料层(开关PCB底座20和开关PCB罩22)之间的电路板18的三个水平层。双工器底座和罩30中的腔形成波导,其通过在开关PCB 18上蚀刻的PCB迹线探针而耦合入。
[0020]开关PCB罩22和底座20形成从开关节点到连接到系统的天线16中的每个的波导,其中PCB探针再次使开关RF信号耦合于所得的波导。RF开关阵列14从设置在RF开关阵列14周围的天线16的阵列选择天线16用于RF传输。这样设置天线16以提供宽的视场并且由RF开关阵列14根据传输的无线电信号的路由来选择适合的天线16。中央核100中的波导使RF能量传输通过节点10。
[0021]图3示出无线节点10的部分的组装图。该图示出调制解调器12、双工器30、RF开关阵列14和喇叭天线16中的一些的完整组件。已去除天线16中的三个以使得余下的组件更加可见。每个天线16包括喇叭16,其在喇叭16的近端处连接到RF开关阵列14并且在喇叭16的远端处开放。在RF开关阵列14周围的水平阵列中存在总共十二个天线16,并且它们提供270度覆盖。相邻天线16彼此直接接触。
[0022]图4示出图3的相同视图,但开关罩22和PCB 18从RF开关阵列14去除。定位在使RF开关阵列14的电路板18连接到天线16的开关PCB底座20内的波导36是可见的。每个天线I6具有相应波导36,其从RF开关阵列14接收携带传输的无线电信号的RF能量。接收的无线电信号反向从天线16行进到RF开关阵列14中的相应波导36。其他波导在节点10的部件之间携带RF能量的开关PCB底座20中也可见。
[0023]图5示出与图4相似的无线节点10的内部部件的视图,但从中央核100去除开关底座20。示出双工器30的顶部。可以在双工器的顶部上看到单个双向波导端口 38。RF能量经过端口 38到达RF开关阵列14以及从RF开关阵列14经过端口 38。较大的孔40用于将电缆从RF调制解调器PCB 24和下面引导到开关PCB罩22上
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