专利名称：覆盖特定区域的天线装置及方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种覆盖特定区域的天线装置及方法。
背景技术：
随着无线通信技术及多媒体业务的快速发展，由于高速数据业务较多地被应用在室内场景中，因此室内分布系统的覆盖质量将会影响到高速数据业务的质量。目前，室内分布系统多采用全向吸顶天线进行覆盖，尤其是面积较大的会议室或办公区等典型的室内场景。图Ia为现有技术中单个全向吸顶天线的覆盖效果图。但是，对于室内空间为方形且面积较大的室内场景，需要通过部署多个全向吸顶天线进行覆盖，例如图Ib和图Ic所示的采用多个全向吸顶天线典型覆盖效果。图Ib为现 有技术中多个全向吸顶天线覆盖方形区域的一种效果图，图Ic为现有技术中多个全向吸顶天线覆盖方形区域的另一种效果图。由于全向吸顶天线的理想覆盖效果是圆面，如图Ia所示，而室内场景一般为方形，因此，现有技术中覆盖室内场景所使用的全向吸顶天线会产生如图Ib所示的较多覆盖盲区；或者如图Ic所示的较多覆盖重复区。
发明内容
本发明提供一种用于覆盖特定区域的天线装置及方法，用以减少覆盖盲区和覆盖重复区。本发明的第一个方面是提供一种覆盖特定区域的天线装置，包括天线、背向反射板、侧面反射板和覆层；所述天线设置于所述背向反射板、所述侧面反射板和所述覆层构成的封闭空间中；所述天线用于向空间中辐射电磁波；所述背向反射板和所述侧面反射板用于反射所接收到的所述天线辐射的电磁波；所述覆层设置于所述天线辐射电磁波的出射方向一侧；所述覆层用于将所述天线辐射的电磁波和经所述背向反射板和所述侧面反射板反射的电磁波，辐射至特定区域；所述覆层的俯视图的形状由所述特定区域的形状决定。本发明的另一个方面是提供一种覆盖特定区域的方法，包括将天线设置于背向反射板、侧面反射板和覆层构成的封闭空间中；所述天线用于向空间中辐射电磁波；所述背向反射板和所述侧面反射板用于反射所接收到的所述天线辐射的电磁波；将所述覆层设置于所述天线辐射电磁波的出射方向一侧；所述覆层用于将所述天线辐射的电磁波和经所述背向反射板和所述侧面反射板反射的电磁波，辐射至特定区域；根据所述特定区域的形状设置所述覆层的俯视图的形状。本发明实施例提供的覆盖特定区域的天线装置和方法，通过在现有的天线和背向反射板的基础上，增设侧面反射板和覆层，将天线置于该背向反射板、侧面反射板和覆层构成的封闭空间中，使天线辐射的电磁波通过覆层的表面辐射至特定区域，根据所需要覆盖的特定区域的形状决定该覆层的俯视图的形状，从而使得该天线装置能够用于覆盖特定区域，使得覆盖效果更有针对性，有效地减少了覆盖盲区和覆盖重复区。
图Ia为现有技术中单个全向吸顶天线的覆盖效果图；图Ib为现有技术中多个全向吸顶天线覆盖方形区域的一种效果图；图Ic为现有技术中多个全向吸顶天线覆盖方形区域的另一种效果图；图2为本发明覆盖特定区域的天线装置实施例的结构示意图；
图3为本发明覆盖特定区域的天线装置实施例的一种覆盖效果示意图；图4为本发明覆盖特定区域的方法实施例的流程图。
具体实施例方式图2为本发明覆盖特定区域的天线装置实施例的结构示意图，如图2所示，该覆盖特定区域的天线装置包括天线11、背向反射板12、侧面反射板13和覆层14 ;所述天线11设置于所述背向反射板12、所述侧面反射板13和所述覆层14构成的封闭空间中；所述天 线11用于向空间中辐射电磁波；所述背向反射板12和所述侧面反射板13用于反射所接收到的所述天线11辐射的电磁波；所述覆层14设置于所述天线11辐射电磁波的出射方向一侧；所述覆层14用于将所述天线11辐射的电磁波和经所述背向反射板12和所述侧面反射板13反射的电磁波，辐射至特定区域；所述覆层14的俯视图的形状由所述特定区域的形状决定。具体的，覆盖特定区域的天线装置可以用在室内分布系统中，利用该天线装置覆盖室内的特定区域。该覆盖特定区域的天线装置在现有的天线11和背向反射板12的基础上，增设了侧面反射板13和覆层14，将天线11置于背向反射板12、侧面反射板13和覆层14构成的封闭空间中。该覆盖特定区域的天线装置中所采用的天线11即为现有技术中的天线，用于向空间中辐射电磁波。当所需要覆盖的特定区域位于室内时，可以采用适用于室内分布系统的各种类型的天线，例如，室内分布系统中为了获得水平方向上良好的全向辐射特性，普遍采用的全向天线，其中常用的全向天线包括双锥天线、盘锥天线或盘形天线等。以上所述类型的天线均可以应用在本发明各实施例中的覆盖特定区域的天线装置中，由于本发明各实施例中利用覆层14来控制天线11辐射电磁波的范围，因此，可用的天线类型并不仅限于此。该覆盖特定区域的天线装置中除了包括现有的背向反射板12以外，还包括侧面反射板13。背向反射板12的作用是为了对天线11辐射到其上的电磁波进行反射，以使电磁波不从背向反射板12的一侧辐射至自由空间中，例如，当室内分布天线采用全向吸顶天线时，则该背向反射板12的作用是为了使电磁波向下辐射，以覆盖室内空间。由于该覆盖特定区域的天线装置用于覆盖特定的区域，因此，还增设有侧面反射板13，对天线11辐射到侧面反射板13的电磁波进行反射，以使电磁波不从侧面反射板13的一侧辐射至自由空间中。侧面反射板13将背向反射板12与覆层14连接起来，构成封闭空间，因此，侧面反射板13可以由四个面组成的，相应地其俯视图为矩形；侧面反射板13还可以为圆柱形，相应地其俯视图为圆形。背向反射板12和侧面反射板13可以采用多种具有反射功能的材料，其中优选的材料为金属材料，以获得较好的反射效果。该覆盖特定区域的天线装置中还增设了覆层14。该覆层14与背向反射板12和侧面反射板13构成封闭空间，该覆层14设置在天线11辐射电磁波出射的方向一侧，也就是说，使得设置于该封闭空间中的天线11的电磁波从覆层14的表面辐射至特定区域，以控制该天线装置所辐射出的电磁波的方向。其中，从覆层14表面辐射到特定区域的电磁波包括天线11自身辐射的电磁波，还包括经过背向反射板12和侧面反射板13反射后的电磁波。控制该天线装置将电磁波辐射至特定区域的方法为，由所覆盖的特定区域的形状决定该覆层14的俯视图的形状。此外，该天线装置相对于该特定区域的高度也会影响覆层14的大小，在天线装置相对于所覆盖的特定区域的高度较高时，覆层14的俯视图形状的周 长较小；在天线装置相对于所覆盖的特定区域的高度较低时，覆层14的俯视图形状的周长较大。覆层14的材料可以选用现有技术中适用于透射电磁波的材料。天线11所辐射的电磁波均通过覆层14的表面辐射出去，由于天线11是以其相位中心为球心辐射电磁波，因此，通过控制该覆层14的俯视图的形状，能够将该天线装置通过覆层14透射出的电磁波限制在一定的区域内，以实现对特定区域的覆盖。例如，若天线11为全向天线，其在水平方向上具有良好的全向辐射特性，当将天线11置于本发明实施例的天线装置中时，其所辐射的电磁波能覆盖的区域受到覆层14的俯视图形状的影响，从而能够对特定区域进行覆盖。并且，覆层14的表面可以为球面，平面或者其他种类，具体所采用的覆层14的表面的种类取决于待覆盖的特定区域的形状以及覆层14所采用的材料。可以理解的是，由于背向反射板12、侧面反射板13和覆层14构成封闭空间，因此侧面反射板13的大小根据覆层14的大小适应性地增大或者减小，也就是说，所采用的侧面反射板13的形状取决于背向反射板12和覆层14的形状，侧面反射板13的大小取决于背向反射板12和覆层14的大小。本发明实施例提供的覆盖特定区域的天线装置，通过在现有的天线和背向反射板的基础上，增设侧面反射板和覆层，将天线置于该背向反射板、侧面反射板和覆层构成的封闭空间中，使天线辐射的电磁波通过覆层的表面辐射至特定区域，根据所需要覆盖的特定区域的形状决定该覆层的俯视图的形状，从而使得该天线装置能够用于覆盖特定区域，使得覆盖效果更有针对性，有效地减少了覆盖盲区和覆盖重复区。进一步地，在上述实施例的基础上，所述覆层14采用折射率为零的超材料，以使经所述覆层14辐射出的电磁波的出射方向沿所述覆层14的法线方向。
sin沒,η.斯涅尔(Snell)定律为 -=;，其中，Θ i是电磁波的入射角，0t是电磁波的折射角，Iii是导向介质的折射率，nt是外界媒质的折射率。由Snell定律可知，当导向介质的折射率接近于零时，从导向介质内部向任意方向辐射的电磁波，出射到外界媒质时的折射角几乎为零，从而辐射到外界媒质中的电磁波的方向主要集中在该导向介质和外界媒质的法线方向上。
其中，该折射率几乎为零的导向介质可以是零折射率的超材料，即该超材料的折
射率为零。对于折射率为零的超材料的介质属性进行如下描述。介电常数ε和磁导率μ是两个基本的表示电介质材料属性的物理量。根据经典电磁场理论，电磁波在介质中的传播特点主要由介质的介电常数和磁导率所决定。
当ε和μ都是正数的时候，即常规材料介质的时候，电场强度Ε，磁场强度H和波矢量k三者之间服从右手法则，折射率《 = #>0;当ε和μ都是负数的时候，即左手材料介质的时候，电场强度Ε，磁场强度H和波矢量k三者之间服从左手法则，折射率η 二-巧<0.,当B和μ其中一个为零或者两者均为零时，电场强度Ε，磁场强度H和波矢量k三者之间不服从左手及右手法则，折射率《 = = O。折射率为零的超材料，即为介电常数和/或磁导率为零的材料介质。本发明各实施例中的覆层14可采用该折射率为零的超材料。利用该超材料的特性，使得经过该超材料辐射到自由空间中的电磁波的出射方向集中在该覆层14的法线方向，将天线11辐射出的电磁波的相位从球面波调整为均匀平面波，以提高该天线装置所辐射的电磁波的方向性。本发明实施例提供的覆盖特定区域的天线装置，通过采用折射率为零的超材料作为覆层，使得经过该覆层辐射出的电磁波的方向均沿该覆层的法线方向，从而利用该天线装置覆盖特定区域时，有效地提高了该天线装置辐射电磁波的方向性，并且能够有效地控制该天线装置对特定的区域进行覆盖，从而有效地减少了覆盖盲区和覆盖重复区。进一步地，在上述各实施例的基础上，该覆盖特定区域的天线装置的所述覆层14的表面为球面；所述覆层14的球面的球心与所述天线11的相位中心重合。为了较好地对特定区域进行覆盖，可以将覆层14的表面设置为球面，并且该覆层14的球形表面的球心，与该覆盖特定区域的天线装置中的天线11的相位中心是重合的。理论上，天线是以其相位中心为球心向外辐射电磁波。其中一种优选的实现方式为，采用折射率为零的超材料作为该覆层14的介质材料，并且将该覆层14的表面设置为球面，则当该覆层14的球面的球心与天线11的相位中心重合时，天线11所辐射的电磁波入射到该覆层14后，从该覆层14辐射出的电磁波均沿覆层14表面的法线方向，即覆层14的球面的法线方向，从而通过该覆层14辐射出的电磁波能够覆盖的区域范围即由该覆层14的俯视图的形状决定。举例说明，图3为本发明覆盖特定区域的天线装置实施例的一种覆盖效果示意图，如图3所示，abed所示范围为待覆盖的特定区域，该特定区域为矩形，天线11距离该特定区域的相对高度为H。由于该天线装置采用折射率为零的材料作为覆层14，并且该覆层14的表面为球面，该球面的球心与天线11的相位中心重合，因此通过设置适当的覆层14的球面的面积大小，可以使得电磁波的辐射边界被限制在虚线所示的范围内，从而使覆层14辐射出的电磁波均匀地地覆盖abed所示的区域。若abed所示的区域为矩形，则该天线装置在空间中的有效辐射范围构成e点与abed点构成的类似于四棱锥体的形状，该四棱锥形状的顶点和覆层14的球面的球心位置重合，也就是与天线11的相位中心重合，则四棱锥形状与覆层14表面相交的部分的外表面即为该覆层14的外表面。可以理解的是，当待覆盖的特定区域不变，且覆层14表面的形状相同时，若天线11相对于该区域的相对高度较低，则该覆层14的面积相应地较大，也就是说，该覆层14的俯视图形状的 周长相应地较大；若天线11相对于该区域的相对高度较高，则该覆层14的面积相应地较小，也就是说，该覆层14的俯视图形状的周长较小。同理，当天线11相对于待覆盖的特定区域的相对高度不变，天线装置的覆层14表面的形状相同时，若待覆盖的特定区域的范围较小，则该覆层14的面积较小，也就是说，该覆层14的俯视图形状的周长较小，若待覆盖的特定区域的面积较大，则该覆层14的面积较大，也就是说，该覆层14的俯视图形状的周长较大。在覆层14的表面为球面时，覆层14的俯视图的形状由待覆盖的特定区域的形状决定，也就是说，该覆层14的俯视图的形状与待覆盖的特定区域的形状一致。例如，当abed所示的区域为矩形时，该覆层14的俯视图即为矩形。可以理解的是，在覆层14的表面为球面时，待覆盖区域为圆形或椭圆形时，该覆层14的俯视图的形状即可相应地为圆形或椭圆形，待覆盖区域为正方形时，该覆层14的俯视图的形状即可相应地为正方形。以上举例仅为部分实现方式，覆层14表面采用球面仅为一种优选的实现方式，采用球面可以使得对特定区域的覆盖更均匀，可选的实现方式并不仅限于此。本发明实施例提供的覆盖特定区域的天线装置，通过将覆层表面设置为球面，并将该覆层的球面的球心与天线的相位中心重合，能够使得从覆层辐射出的电磁波更加均匀地对特定区域进行覆盖，有效地提高了对特定区域的覆盖效果，有利于减少覆盖盲区和覆盖重复区。图4为本发明覆盖特定区域的方法实施例的流程图，如图4所示，该方法包括步骤101、将天线设置于背向反射板、侧面反射板和覆层构成的封闭空间中；其中，所述天线用于向空间中辐射电磁波；所述背向反射板和所述侧面反射板用于反射所接收到的所述天线辐射的电磁波；步骤102、将所述覆层设置于所述天线辐射电磁波的出射方向一侧；其中，所述覆层用于将所述天线辐射的电磁波和经所述背向反射板和所述侧面反射板反射的电磁波，辐射至特定区域；步骤103、根据所述特定区域的形状设置所述覆层的俯视图的形状。本发明实施例提供的覆盖特定区域的方法，通过在现有的天线和背向反射板的基础上，增设侧面反射板和覆层，将天线置于该背向反射板、侧面反射板和覆层构成的封闭空间中，使天线辐射的电磁波通过覆层的表面辐射至特定区域，根据所需要覆盖的特定区域的形状决定该覆层的俯视图的形状，从而使得该天线装置能够用于覆盖特定区域，使得覆盖效果更有针对性，有效地减少了覆盖盲区和覆盖重复区。进一步地，在上述实施例的基础上，所述覆层采用折射率为零的超材料，以使经所述覆层辐射出的电磁波的出射方向为所述覆层的法线方向。本发明实施例提供的覆盖特定区域的方法，通过采用折射率为零的超材料作为覆层，使得经过该覆层辐射出的电磁波的方向均沿该覆层的法线方向，从而利用该天线装置覆盖特定区域时，有效地提高了该天线装置辐射电磁波的方向性，并且能够有效地控制该天线装置对特定的区域进行覆盖，从而有效地减少了覆盖盲区和覆盖重复区。进一步地，在上述各实施例的基础上，所述覆层的表面为球面；所述覆层的球面的球心与所述天线的相位中心重合。进一步地，在上述各实施例的基础上，所述天线为全向天线。进一步地，在 上述各实施例的基础上，所述背向反射板和所述侧面反射板为金属材料。具体的，本发明实施例提供的覆盖特定区域的方法可以参见上述装置实施例中描述的处理步骤，此处不再赘述。本发明实施例提供的覆盖特定区域的方法，通过将覆层表面设置为球面，并将该覆层的球面的球心与天线的相位中心重合，能够使得从覆层辐射出的电磁波更加均匀地对特定区域进行覆盖，有效地提高了对特定区域的覆盖效果，有利于减少覆盖盲区和覆盖重复区。本领域普通技术人员可以理解实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种覆盖特定区域的天线装置，其特征在于，包括天线、背向反射板、侧面反射板和覆层； 所述天线设置于所述背向反射板、所述侧面反射板和所述覆层构成的封闭空间中；所述天线用于向空间中辐射电磁波； 所述背向反射板和所述侧面反射板用于反射所接收到的所述天线辐射的电磁波； 所述覆层设置于所述天线辐射电磁波的出射方向一侧；所述覆层用于将所述天线辐射的电磁波和经所述背向反射板和所述侧面反射板反射的电磁波，辐射至特定区域； 所述覆层的俯视图的形状由所述特定区域的形状决定。
2.根据权利要求I所述的覆盖特定区域的天线装置，其特征在于，所述覆层采用折射率为零的超材料，以使经所述覆层辐射出的电磁波的出射方向为所述覆层的法线方向。
3.根据权利要求I或2所述的覆盖特定区域的天线装置，其特征在于，所述覆层的表面为球面；所述覆层的球面的球心与所述天线的相位中心重合。
4.根据权利要求I或2所述的覆盖特定区域的天线装置，其特征在于，所述天线为全向天线。
5.根据权利要求I或2所述的覆盖特定区域的天线装置，其特征在于，所述背向反射板和所述侧面反射板为金属材料。
6.一种覆盖特定区域的方法，其特征在于，包括 将天线设置于背向反射板、侧面反射板和覆层构成的封闭空间中；所述天线用于向空间中辐射电磁波；所述背向反射板和所述侧面反射板用于反射所接收到的所述天线辐射的电磁波； 将所述覆层设置于所述天线辐射电磁波的出射方向一侧；所述覆层用于将所述天线辐射的电磁波和经所述背向反射板和所述侧面反射板反射的电磁波，辐射至特定区域； 根据所述特定区域的形状设置所述覆层的俯视图的形状。
7.根据权利要求6所述的覆盖特定区域的方法，其特征在于，所述覆层采用折射率为零的超材料，以使经所述覆层辐射出的电磁波的出射方向为所述覆层的法线方向。
8.根据权利要求6或7所述的覆盖特定区域的方法，其特征在于，所述覆层的表面为球面；所述覆层的球面的球心与所述天线的相位中心重合。
9.根据权利要求6或7所述的覆盖特定区域的方法，其特征在于，所述天线为全向天线。
10.根据权利要求6或7所述的覆盖特定区域的方法，其特征在于，所述背向反射板和所述侧面反射板为金属材料。
全文摘要
本发明提供了一种覆盖特定区域的天线装置及方法，其中覆盖特定区域的天线装置包括天线、背向反射板、侧面反射板和覆层；所述天线设置于所述背向反射板、所述侧面反射板和所述覆层构成的封闭空间中；所述天线用于向空间中辐射电磁波；所述背向反射板和所述侧面反射板用于反射所接收到的所述天线辐射的电磁波；所述覆层设置于所述天线辐射电磁波的出射方向一侧；所述覆层用于将所述天线辐射的电磁波和经所述背向反射板和所述侧面反射板反射的电磁波，辐射至特定区域；所述覆层的俯视图的形状由所述特定区域的形状决定，能够有效地减少覆盖盲区和覆盖重复区。
文档编号H01Q19/12GK102760972SQ20121022821
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者傅强, 吕召彪, 李新中, 杨军, 王健全, 陈新明, 陈旭东, 黄晓明 申请人:中国联合网络通信集团有限公司