反射器天线装置的制作方法
各种示例实施例总体上涉及天线，并且更具体地涉及反射器天线。
背景技术：
背景技术的以下描述可以包括见解、发现、理解或公开，或者与本发明之前相关领域未知但由本发明提供的关联。本发明的一些这样的贡献可以在下面具体指出，而本发明的其他这样的贡献将从它们的上下文中显而易见。
毫米波(mm波)通信将是即将到来的第五代(5g)无线通信系统在实现非常高的吞吐量方面的重要部分。虽然这些频率处的无线电频谱仍然很大程度上未使用，这意味着频谱拥塞不是问题，但毫米波的使用带来了在部署5g系统之前必须克服的其他挑战。一个这样的挑战是传播损耗随着频率的增加。除了增加的自由空间路径损耗之外，与当前一代通信系统中使用的无线电频率相比，通过例如墙壁和窗户的穿透损耗在毫米波处也明显增加。为了补偿高穿透损耗并因此在毫米波处提供高质量的宽带服务，任何室内天线都需要能够提供非常高的增益。
技术实现要素：
以下呈现了本发明的简要概述，以便提供对本发明的一些方面的基本理解。该发明内容不是对本发明的广泛综述。其并不旨在标识本发明的关键/重要元素或勾画本发明的范围。唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
本发明的各个方面包括独立权利要求中限定的方法、装置和计算机程序。在从属权利要求中公开了本发明的其他实施例。
附图说明
在下文中，将参考附图描述一些示例实施例，其中
图1图示了可以应用实施例的通信系统的示例；以及
图2a、图2b、图2c、图2d、图3a、图3b、图3c、图4a、图4b和图5图示了根据实施例的天线装置的示例。
具体实施方式
以下实施例是示例性的。虽然说明书可以指代若干位置中的“一”、“一个”或“一些”实施例，但这并不一定意味着每个这样的引用是针对相同的(一个或多个)实施例，或者该特征仅适用于单个实施例。还可以组合不同实施例的单个特征以提供其他实施例。
在下文中，将使用基于长期演进高级(lte高级，lte-a)或新空口(nr，5g)的无线电接入架构作为可以应用实施例的接入架构的一个示例来描述不同的示例性实施例，然而，不将实施例限制于这种架构。对于本领域技术人员显而易见的是，通过适当地调整参数和过程，实施例也可以应用于具有合适装置的其他种类的通信网络。用于合适系统的其他选项的一些示例是通用移动电信系统(umts)无线电接入网络(utran或e-utran)、长期演进(lte，与e-utra相同)、无线局域网(wlan或wifi)、全球微波接入互操作性(wimax)、
图1描绘了简化的系统架构的示例，其仅示出了一些元件和功能实体，所有元件和功能实体都是逻辑单元，其实现可能与所示的不同。图1中所示的连接是逻辑连接；实际的物理连接可能不同。对于本领域技术人员显而易见的是，该系统通常还包括除图1中所示的那些功能和结构之外的其他功能和结构。
然而，实施例不限于作为示例而给出的系统，而是本领域技术人员可以将该解决方案应用于被提供有必要属性的其他通信系统。
图1的示例示出了示例性无线电接入网络的一部分。
图1示出了用户设备100和102，其被配置为在小区中的一个或多个通信信道上处于无线连接中，其中接入节点(例如(e/g)节点b)104提供小区。从用户设备到(e/g)节点b的物理链路被称为上行链路或反向链路，并且从(e/g)节点b到用户设备的物理链路被称为下行链路或前向链路。应当理解，(e/g)节点b或其功能可以通过使用适合于这种使用的任何节点、主机、服务器或接入点等实体来实现。
通信系统通常包括多于一个(e/g)节点b，在这种情况下，(e/g)节点b还可以被配置为通过为此目的而设计的有线或无线链路来彼此通信。这些链接可以用于信令目的。(e/g)节点b是被配置为控制其耦合到的通信系统的无线电资源的计算设备。节点b还可以被称为基站、接入点、接入节点或包括能够在无线环境中操作的中继站的任何其他类型的接口设备。(e/g)节点b包括或耦合到收发器。从(e/g)节点b的收发器，连接被提供给天线单元，该天线单元建立到用户设备的双向无线电链路。天线单元可以包括多个天线或天线元件。(e/g)节点b还连接到核心网络110(cn或下一代核心ngc)。取决于系统，在cn侧上的对方可以是服务网关(路由和转发用户数据分组的s-gw)、用于提供用户设备(ue)到外部分组数据网络的连接的分组数据网络网关(p-gw)、或移动管理实体(mme)等。
用户设备(也称为ue、用户装备、用户终端、终端设备等)图示了空中接口上的资源被分配和指定给的一种类型的装置，因此本文描述的具有用户设备的任何特征可以用诸如中继节点的对应装置实现。这种中继节点的一个示例是朝向基站的第3层中继(自回程中继)。
用户设备通常是指包括在有或没有用户识别模块(sim)的情况下操作的无线移动通信设备的便携式计算设备，包括但不限于以下类型的设备：移动台(移动电话)、智能电话、个人数字助理(pda)、手机、使用无线调制解调器的设备(警报或测量设备等)、膝上型计算机和/或触摸屏计算机、平板计算机、游戏机、笔记本计算机和多媒体设备。应当理解，用户设备也可以是几乎独占的仅上行链路设备，其示例是将图像或视频剪辑加载到网络的相机或视频相机。用户设备也可以是具有在物联网(iot)网络中操作的能力的设备，在物联网(iot)网络的场景中对象被提供有通过网络传送数据的能力，而不需要人对人或人对计算机交互。用户设备还可以利用云。在一些应用中，用户设备可以包括具有无线电部件的小型便携式设备(诸如手表、耳机或眼镜)，并且计算在云中执行。用户设备(或在一些实施例中，第3层中继节点)被配置为执行用户设备功能中的一个或多个。用户设备也可以被称为订户单元、移动站、远程终端、接入终端、用户终端或用户设备(ue)，仅提及几个名称或装置。
本文描述的各种技术还可以应用于信息物理系统(cps)(协调物理实体的协作计算元件的系统)。cps可以使得嵌入在不同位置的物理对象中的大量互连的ict(信息和通信技术)设备(传感器、致动器、处理器微控制器等)能够实现和开发。其中所讨论的物理系统具有固有移动性的移动信息物理系统是信息物理系统的子类别。移动物理系统的示例包括移动机器人以及由人或动物运输的电子设备。
另外，尽管已经将装置描绘为单个实体，但是可以实现不同的单元、处理器和/或存储器单元(图1中未示出)。
5g允许使用多输入-多输出(mimo)天线，比lte多的基站或节点(所谓的小小区概念)，包括与较小的站合作操作的宏站点以及取决于服务需求、用例和/或可用频谱采用各种无线电技术。5g移动通信支持广泛的用例和相关应用，包括视频流式传输、增强现实、不同的数据共享方式和各种形式的机器类应用(诸如(大规模)机器类通信(mmtc))，包括车辆安全、不同的传感器和实时控制。预计5g具有多个无线电接口，即低于6ghz，cm波和mm波，并且还可以与现有的传统无线电接入技术(诸如lte)集成。与lte的集成至少在早期阶段可以被实现为一个系统，其中宏覆盖由lte提供，并且5g无线接口接入来自通过聚合到lte的小小区。换言之，5g计划支持rat间的可操作性(诸如lte-5g)和ri间可操作性(无线电接口间的可操作性，诸如低于6ghz-cm波，低于6ghz-cm波-mm波)。考虑在5g网络中使用的一个概念是网络切片，其中可以在同一基础设施内创建多个独立且专用的虚拟子网络(网络实例)，以运行对延时、可靠性、吞吐量和移动性具有不同要求的服务。
lte网络中的当前架构完全分布在无线电中并完全集中在核心网络中。5g中的低延时应用和服务需要使内容接近无线电，这导致本地中断和多接入边缘计算(mec)。5g使得分析和知识生成能够在数据源处发生。这种方法需要利用可能无法连续连接到网络的资源，诸如膝上型计算机、智能电话、平板计算机和传感器。mec为应用程序和服务托管提供分布式计算环境。它还具有在蜂窝订户附近存储和处理内容的能力，以用于更短的响应时间。边缘计算涵盖广泛的技术，如无线传感器网络、移动数据采集、移动签名分析、协作分布式点对点adhoc联网和处理，也可分类为本地云/雾计算和格子/网格计算、露水计算、移动边缘计算、朵云(cloudlet)、分布式数据存储和检索、自主自愈网络、远程云服务、增强和虚拟现实、数据高速缓存、物联网(大规模连接和/或延时关键)、关键通信(自动驾驶汽车、交通安全、实时分析、时间关键控制、医疗保健应用)。
通信系统还能够与诸如公共交换电话网络或互联网112的其他网络通信，或者利用由它们提供的服务。通信网络还能够支持云服务的使用，例如，核心网络操作的至少一部分可以作为云服务被执行(这在图1中由“云”114描绘)。通信系统还可以包括中央控制实体等，提供针对不同运营商的网络的设施以例如在频谱共享中进行协作。
可以通过利用网络功能虚拟化(nvf)和软件定义联网(sdn)将边缘云引入无线电接入网络(ran)中。使用边缘云可以意味着接入节点操作至少部分地在可操作地耦合到包括无线电部分的基站或远程无线电头的服务器、主机或节点中被执行。节点操作也可以分布在多个服务器、节点或主机之间。云ran架构的应用使得ran实时功能能够在ran侧(在分布式单元du104中)执行，并且非实时功能能够以集中方式(在集中式单元cu108中)执行。
还应该理解，核心网络操作与基站操作之间的劳动分配可能与lte的不同，或者甚至是不存在的。可能要使用的一些其他技术进步是大数据和全ip，这可能改变网络被构建和管理的方式。5g(或新空口，nr)网络被设计为支持多个层次结构，其中mec服务器可以放置在核心与基站或节点b(gnb)之间。应当理解，mec也可以应用于4g网络中。
5g还可以利用卫星通信来增强或补充5g服务的覆盖范围，例如通过提供回程。可能的用例是为机器对机器(m2m)或物联网(iot)设备或车载乘客提供服务连续性，或者确保针对关键通信的服务可用性以及未来的铁路/海事/航空通信。卫星通信可以利用静止地球轨道(geo)卫星系统，也可以利用低地球轨道(leo)卫星系统，特别是巨型星座(其中部署有数百个(纳米)卫星的系统)。巨型星座中的每个卫星106可以覆盖创建地面小区的若干卫星使能的网络实体。可以通过地面中继节点104或位于地面或卫星中的gnb来创建地面小区。
对于本领域技术人员显而易见的是，所描绘的系统仅是无线电接入系统的一部分的一个示例，并且在实践中，该系统可以包括多个(e/g)节点b，用户设备可以具有对多个无线电小区的访问并且系统还可以包括其他装置，诸如物理层中继节点或其他网络元件等。(e/g)节点b中的至少一个可以是家庭(e/g)节点b。另外，在无线电通信系统的地理区域中，可以提供多个不同种类的无线电小区以及多个无线电小区。无线电小区可以是宏小区(或伞形小区)，其是大小区，通常具有高达数十千米的直径，或者可以是更小的小区，例如微小区、毫微微小区或微微小区。图1的(e/g)节点b可以提供任何种类的这些小区。蜂窝无线电系统可以被实现为包括若干种小区的多层网络。通常，在多层网络中，一个接入节点提供一种或多种小区，并且因此需要多个(e/g)节点b来提供这种网络结构。
为了满足改善通信系统的部署和性能的需要，已经引入了“即插即用”(e/g)节点b的概念。通常，能够使用“即插即用”(e/g)节点b的网络除了家庭(e/g)节点b(h(e/g)节点b)之外还包括家庭节点b网关或hnb-gw(图1中未示出)。通常安装在运营商网络内的hnb网关(hnb-gw)可以将来自大量hnb的流量聚合回核心网络。
在一些实施例中，图1中所图示的系统可以是用于实现固定无线接入(fwa)(同样称为固定无线宽带)的系统。在上述实施例中，用户设备100、102可以包括一个或多个客户驻地设备(cpe)，其被配置为根据固定无线接入技术连接到至少一个接入点104(或接入单元)。概括地说，cpe可以包括驻留在用户的驻地(例如，用户的房屋或建筑物)上的任何通信设备。cpe可以包括例如电话、路由器、网络交换机、住宅网关(rg)、机顶盒、固定移动融合产品、家庭联网适配器和/或互联网接入网关中的一个或多个，其使得消费者能够访问由通信服务提供商提供的服务并且经由局域网使它们分布在他们的家中。可以通过连接到使用固定无线接入技术的上述cpe或被包括在上述cpe中的一个或多个室内和/或室外天线来为每个cpe提供到和来自接入点104的连接。每个cpe和对应的(一个或多个)天线可以包括可由用户购买和安装的设备和/或需要由特定服务提供商或运营商提供和安装的设备。
在与fwa有关的实施例中，元件114可以对应于或包括光纤接入网络或无源光网络(pon)。此外，元件110和/或108可以形成光纤接入网络114的中心部分，并且可以包括一个或多个光网络单元(onu)和一个或多个光线路终端(olt)。每个olt可以连接到一个或多个onu(通常，连接到多个onu)。(一个或多个)onu可以用于将从接入点104接收的电信号转换为将要经由光纤传输到olt的光信号，反之亦然，同时(一个或多个)olt可以用于控制光纤接入网络中的信息。
如上文所描述，毫米波通信将是即将到来的第五代(5g)无线通信系统的重要部分。虽然毫米波(即，属于极高频ehf范围的电磁波)可能能够提供非常高的通信吞吐量，但是与例如厘米波(即，属于超高频shf范围的电磁波)以及尤其是当前一代通信系统中使用的低厘米或甚至分米波频率相比，它们具有明显更大的传播损耗的根本缺点。除了增加的自由空间路径损耗之外，通过例如砖墙、混凝土墙和窗户的穿透损失与毫米波相比在毫米波处也明显增加。在设计任何以毫米波操作的发射器、接收器或收发器时，必须考虑这些因素。就工作在毫米波频率的cpe而言，可以通过使cpe位于建筑物内部并且将天线连接到位于建筑物外部的上述cpe来补偿上述不利影响。例如，天线可以安装在建筑物的外墙上，优选地安装在窗户附近，或者安装在窗户的表面上。这样，可以避免由于建筑物的墙壁和/或窗户造成的显著穿透损耗。
然而，这种方法呈现其自身的挑战。当使用室外天线时，必须提供室外天线与室内cpe的连接。一种传统的解决方案是提供包括天线本身以及无线电收发器的室外盒(即室外设备)，无线电收发器在基带或使用中频提供与cpe的连接。使用诸如同轴电缆或其他类型的电缆/波导的有线装置或者经由无线链路(例如，无线电链路或光学链路)来实现连接。上述链路还可以用于为外部盒供电。
虽然上述解决方案解决了如何在cpe与室外天线之间提供连接的问题，从而也提供了对毫米波处的高穿透损耗问题的解决方案，但是解决方案的复杂性是相当大的，因为该解决方案除了安装室内cpe之外，还需要在对应建筑物的外部安装多个通信设备。此外，必要设备的安装通常需要对外壁或窗框钻一个或多个孔以提供用于电缆的通路。因此，在没有专业安装人员的情况下，某些情况下安装必要的设备(尤其是户外设备)可能是困难的甚至是不可能的。因此，所有设备可以安装在建筑物内部(可能由用户自己而不需要卡车翻转)的解决方案将提供更简单且更省时的替代方案。这种类型的方法在较低频率(例如，6ghz以下频率)是常见的，其中穿透损耗不引起严重问题，但由于室内天线需要高增益来补偿穿透损耗在毫米波频率处有更多要求，并且这种类型的方法因此很少实现。
图2a和图2b以分解图示出了根据一个示例性实施例的天线装置200，该分解图从两个不同的视角绘制，即从侧面(图2a)和从前面(图2b)绘制。此外，图2c和图2d图示了根据一个示例性实施例的相同天线装置200的局部侧视图和前视图，为了清楚起见，特别图示了图2a和图2b中未示出的第二馈电天线214。图示的天线装置200可以在室内使用，并且可以提供足够高的增益以补偿上面讨论的cpe通信场景中在毫米(和厘米)波频率处墙壁和窗户的穿透损耗。图示的天线装置200可以对应于cpe，其中cpe电子元件(即，电路)包括在天线装置200的基座210内。
天线装置200包括至少两个元件：适于发射和接收无线电信号的一个或多个馈电天线(其中一个在图2a和图2b中示为元件204，另一个在图2c和图2d中示为元件214)、以及布置在上述一个或多个馈电天线204、214周围的天线罩201。天线罩201的部分203可以实现为用于一个或多个馈电天线204、214的天线反射器。换言之，天线罩可以适于重定向由一个或多个馈电天线204、214中的上述至少一个提供的电磁能量，使得天线装置200对特定方向(例如，接入节点的方向)的增益增加。由于天线中互易性的基本原理，在接收中观察到相反的效果。换言之，天线罩203因此也适于将电磁能量从上述特定方向(例如，从接入节点)重定向到一个或多个馈电天线204、214。天线装置200还可包括下面将要详细讨论的平底座210、具有孔208的平台207、一个或多个天线支撑结构206、一个或多个馈电线209和对应的一个或多个馈电端口205。
一个或多个馈电天线204、214可以包括一个或多个不同类型的、不同操作频带的、不同定向行为(例如，定向天线和全向天线)的和/或不同极化(例如，竖直极化、水平极化、左旋圆极化和/或右旋圆极化)的馈电天线。一个或多个馈电天线204、214中的全部天线或仅一些天线可以适于利用天线罩201作为反射器以用于改善可实现的增益。一个或多个馈电天线204、214可以包括例如以下类型的一个或多个馈电天线：偶极天线、蝶形偶极天线、折叠偶极天线、交叉偶极天线、单极天线、喇叭天线、喇叭透镜天线、环形天线、对数周期天线、开槽天线和开槽阵列天线。
一个或多个馈电天线204、214可以由一个或多个天线支撑结构206、216(例如，天线支架)支撑。每个天线支撑结构206、216可以被固定到平台207和/或平底座210。每个天线支撑结构206、216可以由非金属材料制成，以避免可能恶化天线装置200的性能(例如，所产生的天线图案的形状)的不希望的反射。在一些实施例中，一个或多个天线支撑结构206、216可以是可调节的，如将结合图5详细描述的那样。
一个或多个馈电天线204、214还可以包括一个或多个阵列天线和/或一个或多个相控阵天线。阵列天线(或天线阵列)是一组连接的天线(或天线元件)，其作为单个天线一起工作，以发射或接收无线电波，而相控阵天线是阵列天线，其中馈送到阵列的每个天线元件的每个信号的相位可以使用移相器独立地调谐，以在不移动阵列天线的情况下提供天线波束方向的电子控制。包括在一个或多个馈电天线204、214中的每个(相控)阵列天线可以包括一个或多个天线元件，诸如不同形状(例如，矩形、圆形、椭圆形、十字形、环形)的平面或曲面贴片天线元件，其他的基于微带(即，印刷)的天线元件，偶极、折叠偶极、蝶形偶极、单极和环。
在一个实施例中，一个或多个馈电天线包括适于在第一频带操作的第一馈电天线204和适于在第二频带操作的第二馈电天线214。第一频带和第二频带可以彼此不连续，即，第一频带和第二频带可以不重叠。第一频带可以包括至少一个毫米波频率(即，30ghz和300ghz之间的频率)或高厘米波频率(例如，14ghz和30ghz之间的频率)，而第二频带可以由小于第一馈电天线204的第一频带的频率组成。根据一个实施例，第一频带包括至少一个高于20ghz且低于100ghz的频率，并且第二频带包括至少一个高于1ghz且低于6ghz的频率。具体地，第一频带可以包括28ghz、38ghz、39ghz和60ghz中的一个频率，和/或第二频带可以包括3.6ghz和5ghz中的一个频率。在一个实施例中，第一馈电天线适于在以包括以下的毫米波通信为目标的频带中的一个频带处操作：28ghz带(27.5ghz至28.35ghz或甚至24.25-29.5ghz)、38ghz带(37ghz至40ghz)、39ghz带(38.6ghz至40ghz)和60ghz带(57ghz至64ghz)。在不同国家的5g通信系统中使用的确切频率范围尚未确定，因此括号中给出的频率范围仅应视为示例。第一馈电天线204可以完全或部分地利用上述带中的任何带。
在一些实施例中，第一馈电天线可以被配置为与ieee802.11ad(60ghz无线千兆联盟(wirelessgigabitalliance)，60ghzwigig)兼容。因此，第一频带可以全部或部分地包括全局可用的60ghz免许可带中的一个或多个带，即57.05ghz至64.00ghz、57.00ghz至64.00ghz、57.00ghz至66.00ghz、59.00ghz至64.00ghz、59.00ghz至66.00ghz、59.4ghz至62.90ghz。在一些实施例中，第二馈电天线适于在所谓的公民宽带无线电服务(cbrs)带(3.55ghz至3.70ghz)或上述带的子带中操作。备选地，第二馈电天线可以使用在3.4ghz至3.8ghz范围内的另一频带，诸如，如由3gpp规定的td3500频带(3.4ghz至3.6ghz)或td3700频带(3.6ghz至3.8ghz)。在一些实施例中，第二馈电天线适于在5ghz频带(即，5.0ghz至5.9ghz范围内的频带)处或在这种带的子带中操作。
在一个实施例中，第一馈电天线204是包括一个或多个天线元件的一维或二维平面相控阵天线。具体地，一个或多个天线元件可以是例如贴片天线元件的微带天线元件(即，印刷天线元件)。在图2a和图2b中示出了用作第一馈电天线204的示例性二维平面相控阵列的简化几何形状。更详细的示例几何形状在图3a、图3b和图3c中示出，并且稍后将结合上述附图进行讨论。
第二馈电天线214可以是一维或二维平面相控阵天线，其包括与第一馈电天线、贴片天线或偶极天线类似的一个或多个天线元件。由于特别是在毫米波频率处需要高增益并且需要随着频率的增加缩小谐振贴片的尺寸，所以第二馈电天线(如果被实现为阵列天线)可以仅包括几个天线元件(例如，四贴片天线元件)，而第一馈电天线可以包括更多数目的贴片天线元件(例如，如图2a、图3b和图3c中所示的数十个贴片天线元件)。
在图2c和图2d中，示出了示例性第二馈电天线214(即偶极天线)以及其在平台207上的位置和第一馈电天线204(为清楚起见用虚线示出)。偶极天线214可以是半波偶极(在操作频率处具有约为波长的一半的长度的偶极)，其提供全向辐射图案。在图示的示例中，偶极天线经由平衡-不平衡转换器(balun)215连接到馈电线219，平衡-不平衡转换器215是用于转换平衡信号(在这种情况下，诸如同轴电缆的馈电线219中的信号)和不平衡信号(馈送偶极天线204的信号)的设备。平衡-不平衡转换器215可以是例如火箭炮式(bazooka)或套筒平衡-不平衡转换器。
在一些备选实施例中，第一馈电天线204可以是喇叭天线或喇叭透镜天线(即，具有集成透镜以提高增益的喇叭天线)。备选地，在天线罩内的空间允许的情况下，第二馈电天线可以是如上所列的任何天线，诸如偶极天线、单极天线和喇叭天线。
如上所述，天线装置200可以包括一个或多个馈电线209、219。每个馈电线209、219可以被连接到一个或多个馈电天线204中的一个馈电天线，以使能馈送一个或多个馈电天线204中的所述一个馈电天线。换句话说，每个馈电线可以向一个或多个馈电天线中的一个馈电天线馈送第一信号，该第一信号随后由天线发射(假设第一信号在一个或多个馈电天线中的所述一个馈电天线的操作频带内)。相反，所述馈电线209、219可以接收由一个或多个馈电天线204、214中的所述一个馈电天线接收的第二信号。每个馈电线209、219可以被连接到对应馈电天线的馈电点或馈电端口205(即，天线的适于接收信号使得天线被激励并因此引起所述信号的发射的一部分)。一个或多个馈电线209、219可以是例如同轴电缆。
如前所述，天线罩201的部分可以被实现为用于一个或多个馈电天线204、214的天线反射器。为了实现该功能，天线罩可以包括两个部分：金属部分203和非金属部分202。具体地，金属部分可以使得天线罩能够用作用于一个或多个馈电天线204中的所述至少一个馈电天线的天线反射器，而非金属部分可以允许无线电波，至少在包括一个或多个馈电天线204的操作频率的频率范围处，仅以最小的衰减穿透非金属部分(即，类似于常规的天线罩操作)。天线罩201可以通过如下来被实现：提供由例如聚氨酯或聚丙烯制成的常规天线罩，以及金属化(即，利用金属涂覆)天线罩201的外表面和/或内表面的某些表面区域以产生金属(或在该情况下被金属化的)部分203。备选地，金属部分203可以是单独的金属部件(或元件)，其形状被设计成提供天线反射器的功能并且被固定到天线罩201(即，常规的非金属天线罩)。在这种情况下，天线罩201可以被固定到天线罩201的内表面或外表面。在一些实施例中，可以在天线罩201中为金属部分203设置孔。
天线罩201可以具有如图示的示例所示的球形空心圆顶的形状或者是切割抛物线形状或两者的组合。天线罩201可以相对较薄，以便不会由其非金属部分202引起显著的衰减。球形圆顶可以被限定为由平面切掉的球的一部分。圆顶的高度可以等于球的半径(半球)，小于球的半径(球冠)或者大于球的半径但小于球的直径。相应地，金属部分203可以具有从球形表面切出的截面形状或抛物线形状。在前一种情况下，如果金属部分203包括球形圆顶表面的相对小的区域(如图2a和图2b所示的示例)，则金属部分203可以被认为是近似抛物线(或准抛物线)，这是由于在这种情况下金属部分的形状近似于抛物面表面的形状。在这种情况下，用作球面反射器的金属部分203(即，用于无线电波的球面镜)将从其反射的无线电波聚焦到类似于抛物面反射器的单个焦点，但是以略微不完美的方式。换句话说，从金属部分203的不同部分反射的波聚焦在略微不同的位置。这种效应被称为球面像差。然而，如果所有波从球面的小区域(相对于球的面积小)反射，则球面像差对反射器性能的影响很小或可忽略不计，如上所述。
在一些实施例中，天线罩21可以具有近似于上述天线罩天线形状的多面体形状。类似地，金属部分201可以对应于球形或抛物线表面的多面近似。
为了实现由一个或多个馈电天线204、214接收/传输的无线电波的聚焦，一个或多个馈电天线204、214(或者特别是它们的相位中心)可以被布置在金属部分230(即，天线反射器)的焦点处或者至少紧邻金属部分203的焦点。术语“紧邻”在这里可以被理解为到焦点的位置距离足够小，使得由于非理想的馈电相位中心而导致的天线效率的降低对于给定应用在合理限度内。换句话说，天线装置可以表现为具有共享的抛物线反射器203的一个或多个偏移抛物线反射器天线，每个馈电天线204、214与抛物线反射器203一起形成其自身的偏移抛物线反射器天线。在图示的天线装置200中，假设金属部分203的焦点至少在水平面上(当天线罩201被降低以与平台207相遇时)大致位于天线罩21的中心。水平面可以被定义为与天线罩的高度方向正交的平面。因此，第一馈电天线204和第二馈电天线214(或者具体地，第一馈电天线和第二馈电天线的相位中心)位于焦点中或至少靠近焦点。在其他实施例中，天线罩201以及具体地金属部分203可以被适配为在天线罩201内的不同位置处(在天线罩201的水平中心或水平偏心并且在相对于平底座210或平台207的不同高度处)或者在天线罩的内表面或外表面上的位置处提供焦点。后一种场景的示例将关于图4a和图4b被详细讨论。
考虑到某个馈电天线204、214，即使金属部分203的区域大，但是只要馈电天线204、214的波束仅照射金属部分203的表面的一小部分区域，球形天线罩的金属部分203就可以表现为(准)抛物线反射器。根据一些实施例，金属部分203覆盖小于天线罩的表面区域的一半。如果天线罩21的表面区域的多于一半被金属部分203覆盖，则金属部分203可以导致接收/传输的无线电信号被阻挡或不需要的反射，从而使得馈电天线的增益模式(或方向性模式)恶化。
沿着天线罩的表面的金属部分203的区域可以具有切割椭圆的形状，如图2a和图2b所示。在其他实施例中，可以使用其他形状，诸如抛物线形状、完整椭圆形、圆形、切割圆形、矩形或多边形。
金属部分203的尺寸可以基于第二馈电天线(或者通常，通过在最低频带操作的一个或多个馈电天线204、214中的一个馈电天线)来限定。例如，如果第二馈电天线214具有大约5ghz的频带，则抛物线反射器203(即，金属部分)可以具有12cm的直径，其对应于在5ghz的自由空间波长的两倍。所述直径可以用于金属部分203的垂直和/或水平尺寸。金属部分的直径d、深度d和焦距f之间的关系可以通过d＝(d/2)2/(4f).来定义。
在一些实施例中，金属部分201可以具有平坦表面。在这种情况下，金属部分201(作为无线电波的简单反射镜)不能如在抛物线反射器的情况中那样提供聚焦。然而，一个或多个馈电天线204、214的增益仍然可以得到改进。例如，偶极天线(或其他全向天线)的增益可以通过放置在距金属板四分之一波长的距离处来改进。显然，如果没有为天线反射器限定焦点，则根据所述馈电天线的频带，对于每个馈电天线，在天线反射器和一个或多个馈电天线204、214之间的间隔可以不同。
天线罩201和由一个或多个支撑结构206、216支撑的一个或多个馈电天线204可以被布置在平台207上，平台207可以被支撑在平底座210。平台207在一个或多个馈电天线204附近可以具有孔204(或者一个或多个孔)。所述孔204可以使得经由一个或多个馈电端口205连接到一个或多个馈电天线204的一个或多个馈电线209能够穿过可以为空心的平底座210。每条馈电线209的另一端可以被连接到无线电收发器(可能位于平底座210内)。平底座210还可以包括一个或多个电路装置，其被配置为实现一个或多个cpe功能。所述一个或多个电路装置可以包括前述收发器或与其相连。平台207和平底座210可以由金属(即反射)或非金属(即非反射)材料制成。在一些实施例中，如将关于图5进行详细描述，平台207可以独立于平底座210旋转。
图3a、图3b和图3c分别从正上方、透视图上方和透视图下方说明了在毫米波频带或高厘米波频带操作的示例性天线。图示的天线可以对应于图2a和图2b中的天线204。
参考图3a、图3b和图3c，天线301是基于微带(即印刷的)的二维(相控)阵列天线301(或天线阵列)，包括6×6个天线元件302。天线元件302被印刷在由金属接地平面支撑的基板303上(即，在另一侧完全金属化的介电材料板上)。图示的天线阵列可以使用任何已建立的印刷电路板(pcb)技术进行印刷。在图示示例中，尽管其他形状(例如，矩形)可以在其他实施例中同等使用，但是每个天线元件302具有十字形状。
根据馈电给每个单独天线元件302的信号的相位，相控阵天线301的远光可以指向宽侧方向(与阵列平面正交的方向)，还可以指向在宽侧方向和端射方向(沿着阵列的平面的方向)之间的特定方向。图示的天线301可以是相控阵天线，其中可以通过改变馈电到每个天线元件302的信号的相位来电子控制波束方向，或者它可以是(非相控阵)阵列天线，其中可以对使用移相器馈电到每个天线元件302的信号施加不同的相移，但是不可能对所述相位进行电调谐。元件305可以形成中空腔，该中空腔可以包括被配置成实现必要移相的电路装置。
由于毫米波信号的有效传输、放大、调制和其他操纵比针对成熟技术解决方案广泛可用的较低射频(例如，在3ghz)执行相应操作要求更高，因此通常优选地仅在将信号馈电到毫米波天线之前将要发送的信号转换到所需的毫米频带。可以通过将射频(rf)混频器中的中频(if)(即，感兴趣的信号)与本地振荡器频率混合来执行所述转换，以产生要发送的具有所需毫米波频率的信号。举例来说，中频可以被定义为1ghz至5ghz的频率范围，本地振荡器频率可以是14.5ghz，并且馈电天线具有59ghz-63ghz的操作带宽。当if信号和lo信号被馈电到rf混频器时，得到的输出信号包括一组谐波频率(即，flo、fif、|flo±fif|、|fif±flo|、|2flo+fif|、|fif+2flo|、……)。所述谐波频率中的一个谐波频率是4flo+fif.＝59ghz–63ghz，即信号被传输。可以使用通带滤波器对其他谐波频率进行滤波。元件305的空腔可以进一步包括电路装置，该电路装置被配置成执行所描述的从中频到所需毫米波频率(例如，60ghz)的转换。元件305还可以用作所述电路装置的散热器。
为了提供大约60ghz的工作频带，6×6阵列天线301的尺寸可以是大约2cm×2cm。通过向上或向下缩放天线301的尺寸，类似的天线设计可以分别用于任何其他更高毫米波频率或更低毫米或厘米波频率。
图4a和图4b图示了根据一个实施例的另一示例性天线装置。具体地，图4a和图4b分别从侧视图和前视图示出了根据一个实施例的天线罩和两个馈电天线。在图4a和图4b中，天线罩的非金属部分被绘制为透明的，而虚线用于表示从视图中被另一个物体遮挡的物体的几何形状。除了所述图示的元件之外，天线装置还可以包括平底座、平台(可能具有孔)、一个或多个天线支撑结构、一个或多个馈电线和/或相应的一个或多个馈电端口，类似于如关于图3a、图3b和图3c所述的。
图4a和图4b的天线装置类似于图3a、图3b和图3c中所示的天线装置，并且具有一些显著差异。天线罩101包括金属部分403和非金属部分402。然而，金属部分403的定位和/或形状与图4a和图4b所示的不同。在该示例中，金属部分403不是在天线罩的水平中心处提供焦点，而是在天线罩401的与金属部分403相对的内表面或外表面上的位置处提供焦点。因此，两个馈电天线被定位在所述表面焦点中或至少靠近所述表面焦点。
天线装置可以包括阵列天线404和交叉偶极天线，交叉偶极天线包括天线元件405、406的(同样称为旋转门天线)。阵列天线可以类似于图2a、2b、2c和2d的阵列天线204和/或图3的阵列天线301。天线阵列可以由天线支撑结构(例如，类似于图2a、2b、2c和2d的元件206)支撑，或者它可以被固定或可拆卸地固定到天线罩401(或者特别是到天线罩401的非金属部分402)。
交叉偶极天线包括两个偶极天线元件405、406，两个偶极天线元件405、40具有彼此成直角安装的相同尺寸。两个偶极天线元件405、406可以以相位正交方式被馈电，也就是说，通过两条馈电线(在图4a和4b中未示出)施加到偶极子的两个电流可以彼此相差90°。具有前述的馈电布置的交叉偶极天线可以提供接近于具有双极化行为的全向辐射图案。天线元件中的一个天线元件405可以基本上沿着垂直方向(即，沿着天线罩401的高度)被布置，而另外的406基本上沿着水平方向(与垂直方向正交的方向)被布置。如图4a所示，每个偶极天线元件404、405的臂可以成形为与天线罩401的表面一致。两个偶极天线元件405、406可以具体地是半波偶极天线元件。交叉偶极天线可以由天线支撑结构(类似于图2a、2b、2c和2d的元件206)支撑，或者交叉偶极天线可以被固定、可拆卸地固定或集成(例如，印刷)到天线罩401(或者，特别是到天线罩401的非金属部分402)。在一些实施例中，交叉偶极天线可以形成天线天线罩401的第二金属部分。所述第二金属部分可以，例如，使用金属化来实现。
在一些实施例中，交叉偶极天线的偶极天线元件404、405可以以同相方式被馈电(相对于彼此没有相移)而导致圆极化，而不是如前一段中描述的实施例中的线性极化。
在一些实施例中，交叉偶极天线可以用具有类似功能的另一类馈电天线代替，该另一类馈电天线包括适于发送和接收水平极化无线电波的第三天线元件和适于发送和接收垂直极化无线电波的第四天线元件。在其他实施例中，交叉偶极天线可以由在关于图2中列出的任何天线代替。例如，交叉偶极天线可以由弯曲的半波偶极天线或其他弯曲的共振天线代替，其他弯曲的共振天线通过将天线直接印刷在天线罩的非金属部分202上而被集成到天线罩中。
将天线指向正确的方向对于实现高信号电平非常重要，因此对于任何通信链路都具有良好的性能。如果在通信链路的发送和/或接收端使用具有窄波束宽度的天线，这通常是在使用毫米波频率时的情况，则尤其如此。根据实施例，为了便于用于天线装置的天线的所述指向，根据任何先前实施例的天线装置可以包括一个或多个指向机构，指向机构用于在仰角中执行指向(即，改变天线的方向)和/或或(一个或多个)方位角方向。
图5示出了用于在方位角和仰角方向上调整单个馈电天线的方向的示例性实施例。可以为根据任何先前实施例的天线装置中的任何其他馈电天线装置类似的功能。元件501至505和508至510可以类似于图2的元件201至205和208至210。在图5中，天线罩的非金属部分被呈现为透明的(类似于图4a和4b)。
为了实现馈电天线504在方位角方向上的指向方向的可调节性，平台507可以是可旋转平台，可旋转平台可旋转地固定到平底座510并且不可旋转地固定到天线罩501和(可能经由任何对应的支撑结构506，如果存在的话)一个或多个馈电天线504。具体地，可旋转平台507可以适于提供一个或多个馈电天线504和天线罩501围绕旋转轴511的方位角旋转，旋转轴511被定义为与平底座510正交(独立于平底座510)。所述旋转轴可以被定义为位于天线罩501的水平中心。在cpe通信场景的上下文中，平底座510可以包括提供cpe功能的一个或多个电路，其可以连接到延伸超出天线装置的导线，并连接到，例如，另外的设备或电插座。所描述的设置使得一个或多个馈电天线的自由方位角旋转不受所述导线的阻碍，如果整个底座将旋转，导线由于它们的刚性或缺乏间隙而限制旋转。
为了实现馈电天线504在仰角方向上的指向方向的可调节性，支撑馈电天线504并固定到可旋转平台507的天线支撑结构506可以是可调节天线支撑结构。可调节天线支撑结构可以适于提供馈电天线504相对于平行于平底座510(或平台507)的平面的仰角的旋转。在一些实施例中，可调节天线支撑结构506中的一些或全部可调节天线支撑结构不仅可以在仰角方面调节，而且可以相对于可旋转平台507的对应的馈电天线504的高度调节。
方位角和/或(一个或多个)仰角方向上的馈电天线方向的调节可以手动执行(即，手动地旋转平台507和/或手动地弯折或弯曲可调节天线支撑结构506)或者通过使用连接到机械部件机械旋钮或拨盘执行，该机械部件用于在方位角和/或(一个或多个)仰角方向上改变馈电天线的方向。
在一些实施例中，天线装置可以包括电路，该电路响应于天线的指向方向正确或接近正确的指向方向而向用户提供视觉和/或听觉信号的。可以使用由一个或多个馈电天线中的任何一个接收的无线电信号中包括的相对信号强度指示符(rssi)来实现该功能。基带电路可以被配置为基于接收的无线电信号导出rssi并将其进一步传送到控制微处理器。控制微处理器又可以被配置为根据接收的信号强度接通多个led(发光二极管)。备选地或同时地，蜂鸣器可以以强度随信号强度增长的方式被激活。通过用户按下按钮可以启动和终止指示过程。
在一些实施例中，可以仅实现用于在方位角和仰角方向上调整馈电天线方向的两个功能中的一个功能。
如在本申请中所使用的，术语“电路”可以指以下中的一个或多个或全部：
(a)仅硬件电路实现方式(注入仅在模拟和/或数字电路中的实现方式)，以及
(b)硬件电路和软件的组合，诸如(在适用时)：
(i)模拟和/或(一个或多个)数字硬件电路与软件/固件的组合；以及
(ii)具有软件的(一个或多个)硬件处理器的任何部分(包括(一个或多个)数字信号处理器、软件和(一个或多个)存储器，它们一起工作以使得诸如移动电话或服务器之类的装置执行各种功能)，以及
(c)(一个或多个)硬件电路和/或(一个或多个)处理器，诸如(一个或多个)微处理器或(一个或多个)微处理器的一部分，其要求软件(例如，固件)用于操作，但是软件在不需要用于操作时可能不存在。
电路的该定义适用于本申请中该术语的所有用途，包括在任何权利要求中。作为另一示例，如在本申请中使用的，术语电路还覆盖仅硬件电路或处理器(或多个处理器)或者硬件电路或处理器的一部分及它的(或它们的)伴随的软件和/或固件的实施方式。作为示例并且如果适用于特定的权利要求元素，术语电路还覆盖用于移动设备的基带集成电路或处理器集成电路、或者在服务器、蜂窝网络设备、或其他计算或网络设备中的类似的集成电路。
即使上文参考根据附图的示例描述了本发明，但是清楚的是，本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以若干方式被修改。因此，所有词语和表达应当被广义地解释，并且它们旨在说明而不是限制该实施例。对本领域技术人员将明显的是，随着技术的进步，发明性概念可以按各种方式来实施。此外，对本领域技术人员清楚的是，所描述的实施例可以但不要求以各种方式与其他实施例组合。
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