一种多波束选择智能天线阵列及具有该天线阵列的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种无线通讯技术领域的一种多波束选择智能天线阵列，尤其设及一 种多波束选择智能天线阵列及采用该天线阵列的多波束选择智能天线通信系统。
【背景技术】
[0002] 随着WIFI技术的不断发展和完善，WIFI已经成为人们日常生活不可或缺的通信手 段，也成为政府和企业青睐的极其方便的通信技术。尤其是在新一轮的智慧城市建设热潮 中，WIFI技术必将大放异彩。然而，在WIFI商用的过程中出现了诸多问题，运些问题很多已 经严重影响到终端用户的用户体验。
[0003] 1.系统容量问题
[0004] 很多用户都深有体会，在医院、咖啡厅、展厅或者商场等人口密集的区域，明明有 免费的WIFI信号而且信号强度很强，能连接上，但就是无法上网。运是因为WIFI标准协议是 冲突检测/冲突避免的策略，连接终端达到32个W上后，用户上网的请求增多，竞争带宽很 严重，造成大家都无法通信。就像高速路是3车道，但是上高速的却有10条车流，拥塞造成车 流缓慢，甚至停滞而根本没办法流通。
[0005] 2.干扰问题
[0006] 例如在大的会议室安装无线AP(无线访问接入点(Wireless Access Point))是一 个很头痛的问题。如会议室容量100-200人，要满足100-200人同时上网，需要在会议室安装 多个AP，则由于会议室空间有限，多个AP之间的无线电磁波相互干扰非常严重，会导致用户 连接AP的体验明显下降。
[0007] 3. AP覆盖范围不足问题
[000引大部分的AP采用的是全向天线设计，会造成电磁波能量发散，为了增大覆盖范围， 只能简单的增大AP的无线发射功率，大的发射功率，在射频参数设计和调节上，难度系数加 大，做不好，反而会造成接收灵敏度下降。
[0009] 4. WIFI定位问题
[0010] 全向天线在接收终端过来的数据包时，无法判断方向，只能判断WAP为中屯、，距离 多少米半径的范围。
【发明内容】
[0011] 有鉴于此，本发明提出了一种能全向空间扫描的多波束选择智能天线阵列及采用 该天线阵列的多波束选择智能天线通信系统。
[0012] 本发明的解决方案是:一种多波束选择智能天线阵列，其包括基板、固定在基板上 的若干个天线阵元;基板呈圆环形，所有天线阵元绕基板的圆屯、均匀分布在基板的一个侧 面的圆形外周缘上而构成环形阵列;基板上自基板的圆形端面向圆屯、开设有若干弧形凹陷 和若干细缝，在相邻两个天线阵元之间布局有一个该弧形凹陷并由此形成天线隔离带;每 个天线阵元包括两个天线振子，且在两个天线振子之间布局有一个该细缝并由此形成天线 禪合细缝，天线阵元的天线馈电点位于两个天线振子之间。
[0013] 作为上述方案的进一步改进，天线馈电点固定在基板的相对另一个侧面上。
[0014] 作为上述方案的进一步改进，在同一个天线阵元中，两个天线振子采用微带线与 天线馈电点电性连接。
[0015] 进一步地，微带线固定在基板的相对另一个侧面上。
[0016] 作为上述方案的进一步改进，两个天线振子W相应的天线禪合细缝为中屯、呈对称 结构设置。
[0017] 进一步地，每个天线振子包括指向基板圆屯、的放射状部、W基板的圆屯、为圆屯、的 扇环部;放射状部的一端朝基板的圆屯、放射方向延伸至基板的边缘，放射状部的另一端连 接扇环部的一端，扇环部的另一端为自由端。
[0018] 再进一步地，在同一天线阵元中，两个扇环部相对设置，天线禪合细缝位于两个扇 环部之间；两个放射状部位于天线阵元的两端，天线隔离带位于相邻两个天线阵元的两个 放射状部之间。
[0019] 作为上述方案的进一步改进，该天线阵列配置有一个天线控制系统，所有天线馈 电点与该天线控制系统电性连接;该天线控制系统的电路板固定在基板上。
[0020] 作为上述方案的进一步改进，每个天线阵元设计为定向天线，其阵元波束W该环 形阵列的圆屯、为中屯、朝基板外发射，该环形阵列根据天线阵元的数目选择不同的阵元波束 宽度。
[0021] 本发明还提供一种多波束选择智能天线通信系统，其采用上述任意多波束选择智 能天线阵列。
[0022] 本发明得到W下有益效果：
[0023] 1.全向空间扫描:天线阵列将全向360度空间分为8个小区域，通过开关控制可实 现全空间内的扫描。
[0024] 2.采集客户端信号强度数据形成功率谱，判断终端用户的具体方位:通过天线阵 列的定向波束全向空间扫描后，系统采集终端用户各个方向的信号强度数据形成功率谱， 根据功率谱可判定终端用户的具体方位。
[0025] 3.可实时更新用户的具体方位：系统可实现广播模式和工作模式的周期性切换， 广播模式下系统可快速的更新用户的最新方位信息。
[0026] 4.扩充整机系统容量:无线通信较多的采用信道竞争机制，在公共场所，终端用户 比较多的时候，如果采用常规的全向天线势必造成大量用户竞争同一个信道，竞争窗口增 大，导致信道堵塞。若采用切换式定向天线阵列，相比全向天线而言则可在某时段内减小天 线覆盖角度，从而减小用户竞争激烈程度，减小竞争窗口，提局整机的系统容量。
[0027] 5 .有利于提高天线增益，增加整机覆盖距离：由于切换式天线采用定向天线替代 全向天线，定向天线比较容易做成高增益天线，天线增益提高可增加整机的覆盖距离。
[0028] 6.有利于减少整机之间的相互干扰：在有多个整机同时覆盖同一片区域的情况 下，若整机采用常规的全向天线，天线的最大增益同时指向覆盖区，必然导致整机之间的相 互干扰增大。而采用定向波束切换式天线阵列，由于不同时刻天线的指向性不同，整机之间 天线最大增益指向重叠的概率减小，整机之间的干扰减小。
[0029] 7 .更精确的定位目标的位置:通过波束选择的方式，可W把目标定位到一个比较 窄的一个扇形区域，并通过信号强度来得到距离大小，从而可W更精确的定位到目标的具 体位置。
【附图说明】
[0030] 图1是多波束选择智能天线阵列的正面示意图。
[0031] 图2是图1中多波束选择智能天线阵列的背面示意图。
[0032] 图3是图1中多波束选择智能天线阵列的局部透视示意图。
[0033] 图4是天线控制系统的硬件架构示意图。
[0034] 图5是图4中移相器的结构设计图。
[0035] 图6是图4中FPGA逻辑控制模块与数模转换模块之间的连接框图。
[0036] 图7是图4中FPGA逻辑控制模块的串行协议编码图。
[0037] 图8是图4中FPGA逻辑控制模块在串行协议编码时采用的时序图。
[0038] 图9是软件控制模块的系统结构图。
[0039] 图10是软件控制模块在做左右倾角变化时的扫描视图。
【具体实施方式】
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0041] 本实施例将介绍一套完整的多波束选择智能天线通信系统，该系统主要包括=部 分:天线阵列、天线控制系统和软件控制模块。天线阵列设置为环形阵列：多波束选择智能 天线阵列，每个天线阵元均设计为定向天线，天线阵元的波束指向阵列圆屯、与阵元中屯、的 连线方向向外，根据天线阵元的数目选择不同的阵元天线波束宽度，W保证全向覆盖无盲 区。天线控制系统是一个开关选择系统，通过开关控制天线阵列中天线阵元的开启与关闭， 某一时刻保证只有一个天线阵元打开，其他关闭。天线控制系统受控于整机主板的CPU,通 过GPIO口与主板保持通信。控制软件模块主要负责接收端来波方向判断(DOA) W及形成波 束选择指令。广播模式下控制软件控制天线阵列全向波束扫描，获取不同接收端在各方向 的RSSI(Received Si即al Shength Indicator是接收信号的强度指示，它的实现是在反 向通道基带接收滤波器之后进行的），形成功率密度谱，W判断接收端用户的具体方位。工 作模式下控制软件根据广播模式获取的用户方位信息，形成波束选择指令，选择合适的指 向型波束指向用户。
[0042] 请一并参阅图1、图2、图3，多波束选择智能天线阵列包括基板1、若干个天线阵元 2。