用于分布式无线通信系统的螺旋天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于分布式无线通信系统的天线。更具体地，该天线被配置为修 改的对数螺旋天线并且可以用于提供建筑物内无线（IBW)通信的网络中。
【背景技术】
[0002] 全球存在数亿个多住户单元（MDU)，居住了全世界人口的约三分之一。为了给数量 日益增加的客户提供所需的带宽，需要更好的无线通信覆盖。因此，除了新部署传统的、大 型的"宏"蜂窝站点之外，还需要扩大"微"蜂窝站点（诸如办公楼、学校、医院、和住宅单元 之类的结构内的站点）的数量。建筑物内无线（IBW)分布式天线系统（DAS)用于提高建筑 物和相关结构内的无线覆盖。常规的DAS使用遍布在建筑物内的策略性放置的天线或漏泄 同轴电缆（漏泄共轴线）来接收400MHz至6GHz频率范围内的射频（RF)信号。
[0003] 近年来，消费者要求移动装置的高速率。新兴的高速蜂窝和无线技术诸如3G、 WiMax、WiFi、和LTE已经应允并且正在提供移动宽带无线连通性。因此，消费者用固定电话 线取代移动电话，并且期待来自无线服务提供商的无间断覆盖。因为现在所有移动通信的 一半以上都源自建筑物内部，所以无线服务提供商计划他们的网络的覆盖率和容量的方式 正在快速地发生改变。在有限传输功率下数据速率的增加将导致蜂窝具有更小的半径。这 种趋势将导致室内和室外的分布式天线系统（DAS)的快速发展和部署。
[0004] 用于IBW系统的室内DAS的部署成本的一大部分是用来安装和升级无线布线和 硬件的劳动力。因此，存在对于低成本且容易安装和升级结构化布线传输系统的需要。位 于天花板下方的结构化布线系统将分送有线信号（经由企业级无源光网络（PON))和无线 信号（蜂窝、PCS、遥测技术、WiFi、公共安全）。一种这样的系统在共同未决的美国公布 2012-0293390和2012-0295486中进行描述。这种结构化布线系统的关键部件包括容易附 接到结构化布线解决方案的宽带天线；这些宽带天线是直接附接到电缆或附接到远程无线 电单元。当前的IBW DAS部署采用多根分立天线，由此每一项服务使用一个天线：一个天线 用于公共安全、一个天线用于WiFi，等等。
[0005] 在为不同无线网络架构提供IBW布线（尤其是在较陈旧的建筑物和结构内）的过 程中，存在物理和美学的挑战。这些挑战包括进入建筑物、竖井中的有限分布空间、以及用 于电缆敷设和管理的空间。
[0006] 在美国之外，一些国家的法律要求载体来扩大建筑物内部的无线覆盖率。在美国， 带宽的需求和安全问题将促进IBW应用，尤其是在当今世界进入4G或以上的网络架构时。
【发明内容】
[0007] 根据本发明的示例性方面，一种用于无线通信的天线包括具有第一侧和相背对的 第二侧的介电基板。具有第一修改的对数螺旋图案的第一主臂设置在介电基板的第一侧 上。具有第二修改的对数螺旋图案的第二主臂设置在介电基板的第二侧上，其中第一主臂 和第二主臂是由导电材料形成的。连接器耦接头设置在修改的对数螺旋图案的中心处，连 接器耦接头具有耦接到第一主臂的第一部分和耦接到第二主臂的第二部分。该天线是自补 的。
[0008] 在另一方面，该天线具有标度不变性。
[0009] 在另一方面，第一主臂是由第一次级臂和第二次级臂的组合形成的，第一次级臂 和第二次级臂各自具有对数螺旋图案形状并且各自具有相同的面积。在另外的方面，第二 次级臂被取向成使得其从距第一次级臂180度的位置旋转约112度。在另一方面，第二主臂 是由第一次级臂和第二次级臂的组合形成的，第一次级臂和第二次级臂各自具有对数螺旋 图案形状并且各自具有相同的面积，其中第二次级臂被取向成使得其从距第一次级臂180 度的位置旋转约112度。在另外的方面，第一次级臂和第二次级臂各自包括形成于其末端 部分上的半圆形端盖。
[0010] 在另一方面，该天线具有从约500MHz至约IOGHz扩展的带宽。在另一方面，该天 线具有从约700MHz至约6GHz扩展的带宽。
[0011] 在另一方面，连接器耦接头包括同轴接收器和中心销，所述同轴接收器具有能够 安装到主臂中的一个主臂的主体安装部分，所述中心销被配置成用于穿过介电基板并连接 到另一个主臂。
[0012] 在另一方面，天线具有50欧姆的阻抗。
[0013] 在另一方面，第一主臂和第二主臂基本上不重叠。
[0014] 在另一方面，天线还包括用于支撑介电基板的外壳，外壳具有薄型覆盖物。在另一 方面，天线还包括能够安装到墙壁、天花板或其它安装表面的支撑板。在另外的方面，支撑 板的一侧包括用于将天线安装到安装表面上的粘合背衬。
[0015] 在另一方面，天线的每个主臂包括对数螺旋臂，对数螺旋臂具有：部分地由公式 (1)定义的第一螺旋线
[0016] r = rQeat，公式（1);
[0017] 其中！是距原点的径向距离，a是螺旋的扩展速率，并且Γ(ι是原点处的半径；和
[0018] 部分地由公式（2)定义的第二螺旋线，
[0019]
【主权项】
1. 一种用于无线通信的天线，包括： 介电基板，所述介电基板具有第一侧和相背对的第二侧； 具有第一修改的对数螺旋图案的第一主臂，所述第一主臂设置在所述介电基板的所述 第一侧上； 具有第二修改的对数螺旋图案的第二主臂，所述第二主臂设置在所述介电基板的所述 第二侧上，其中所述第一主臂和所述第二主臂是由导电材料形成的； 连接器禪接头，所述连接器禪接头设置在所述修改的对数螺旋图案的中屯、处，所述连 接器禪接头具有禪接到所述第一主臂的第一部分和禪接到所述第二主臂的第二部分，并且 其中所述天线为自补的。
2. 根据权利要求1所述的天线，其中所述天线具有标度不变性。
3. 根据权利要求1所述的天线，其中所述第一主臂是由第一次级臂和第二次级臂的组 合形成的，所述第一次级臂和所述第二次级臂各自具有对数螺旋图案形状并且各自具有相 同的面积。
4. 根据权利要求3所述的天线，其中所述第二次级臂被取向成使得其从距所述第一次 级臂180度的位置旋转约112度。
5. 根据权利要求3所述的天线，其中所述第一次级臂和所述第二次级臂各自包括形成 于其末端部分上的半圆形端盖。
6. 根据权利要求1所述的天线，具有从约400MHz至约6GHz扩展的带宽。
7. 根据权利要求1所述的天线，其中所述连接器禪接头包括同轴接收器和中屯、销，所 述同轴接收器具有能够安装到主臂中的一个主臂的主体安装部分，所述中屯、销被配置成穿 过所述介电基板并连接到另一个主臂。
8. 根据权利要求1所述的天线，其中所述天线具有50欧姆的阻抗。
9. 根据权利要求4所述的天线，其中所述第二主臂是由第一次级臂和第二次级臂的组 合形成的，所述第一次级臂和所述第二次级臂各自具有对数螺旋图案形状并且各自具有相 同的面积，其中所述第二次级臂被取向成使得其从距所述第一次级臂180度的位置旋转约 112 度。
10. 根据权利要求1所述的天线，其中所述第一主臂和所述第二主臂基本上不重叠。
11. 根据权利要求1所述的天线，还包括用来支撑所述介电基板的外壳，所述外壳具有 薄型覆盖物。
12. 根据权利要求11所述的天线，还包括能够安装到墙壁、天花板或其它安装表面的 支撑板。
13. 根据权利要求12所述的天线，其中所述支撑板的一侧包括粘合背衬。
14. 根据权利要求1所述的天线，其中每个主臂包括对数螺旋臂，所述对数螺旋臂具 有；部分地由公式（1)限定的第一螺旋线 r=r〇eat，公式（1); 其中r是距原点的径向距离，a是螺旋的扩张速率，并且r。是原点处的半径；和 部分地由公式（2)限定的第二螺旋线， -\-(〇 二 /;户cos(棘} >) = /;'"'sin側公式（2) 其中公式（2)乘W常数K=e^ae，其中w是弧度速度并且0是与X轴的角度。
15. 根据权利要求14所述的天线，其中"a"具有从约0. 4至约0. 8的值；0具有从约 1. 0至约1. 3 (弧度）的值；并且《具有从约1. 1至约1. 8 (弧度）的值。
16. 根据权利要求15所述的天线，其中a= . 59, 0 = 1. 15,《 = 1. 5 (弧度），并且所 述螺旋具有1. 5应数。
17. 根据权利要求1所述的天线，其中所述天线不包括平衡-不平衡转换器。
18. -种包括根据权利要求1所述的天线的定向天线，其中所述天线设置在外壳中，所 述定向天线还包括设置成位于所述外壳的一侧附近并与所述外壳的所述一侧间隔开的金 属背板。
19. 根据权利要求18所述的定向天线，还包括吸收体材料，其中所述金属背板设置在 所述吸收体和所述外壳的一侧之间。
20. -种用于无线通信的天线，包括： 第一主臂，所述第一主臂具有限定第一平面的第一修改的对数螺旋图案； 第二主臂，所述第二主臂具有限定第二平面的第二修改的对数螺旋图案，其中所述第 一主臂和所述第二主臂是由导电材料形成的；和 连接器禪接头，所述连接器禪接头设置在所述修改的对数螺旋图案的中屯、处，所述连 接器禪接头具有禪接到所述第一主臂的第一部分和禪接到所述第二主臂的第二部分，其中 所述主臂由气隙间隔开，并且其中所述臂基本上不重叠。
【专利摘要】本发明公开了一种用于无线通信的天线，所述天线包括具有第一侧和相背对的第二侧的介电基板。具有第一修改的对数螺旋图案的第一主臂设置在所述介电基板的第一侧上。具有第二修改的对数螺旋图案的第二主臂设置在所述介电基板的第二侧上，其中所述第一主臂和所述第二主臂是由导电材料形成的。连接器耦接头设置在修改的对数螺旋图案的中心处，所述连接器耦接头具有耦接到所述第一主臂的第一部分和耦接到所述第二主臂的第二部分。所述天线是自补的。所述天线可实现在整个宽带范围内好于10dB的回波损耗。
【IPC分类】H01Q1-24, H01Q1-38
【公开号】CN104798254
【申请号】CN201380059580
【发明人】康斯坦德·E·耶梅隆
【申请人】3M创新有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2013年10月25日
【公告号】EP2920843A1, US20140132479, WO2014078058A1