CN100541909C - 用于unii访问点的分集天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种近全向天线和内部贴片天线的组合，该组合根据FCC要求全部构建在访问点中。一般地，印刷天线阵列被用于近全向天线，并且内部贴片天线是TM10模多层贴片天线。机械检测开关根据天线系统的旋转状态自动地改变天线类型。或者，配置工具使得用户能够在现场安装天线时选择天线类型。该配置使得UNII访问点具有以各种方向进行安装的灵活性，并且使天线特性匹配安装要求。

Description

用于UNII访问点的分集天线
相关申请的交叉引用
本申请要求2002年3月3日提交的序号为10/091,164的美国申请的优先权。
技术领域
本发明一般地涉及无线通信系统，更具体地说，本发明涉及用于UNII频段的访问点的分集天线。
背景技术
联邦通信委员会(“FCC”)颁布了用于无许可证的国家信息基础设施(“UNII”)频段(5.15-5.35GHz和5725MHz到5825MHz)的规则。有三个UNII频段，每个频段为100MHz的频段。本申请涉及的是UNII-1频段(5150-5250MHz)和UNII-2频段(5250-5350MHz)。UNII-1频段被预留用于室内无线使用。UNII-2频段被设计用于室内或室外无线LAN，并且允许更高功率的可定制天线。通过对UNII-1规则的设计，同一系统可以用于UNII-1或UNII-2。但是，FCC UNII规则需要受俘天线(captured antenna)用于在UNII-1频段上操作的所有产品。实际上，该规则不允许用户改变现场的天线。
访问点(AP)受益于可以进行选择或空间定向以适合安装的各种天线。大多应用可以安装全向覆盖模式的偶极天线或者定向覆盖模式的外部贴片天线(patch antenna)。AP和天线可以安装在各种环境中。它们可以例如垂直安装在墙上，水平安装在架子上或悬挂在天花板上。
从而，需要用于UNII访问点的一种天线系统，该天线系统符合FCCUNII规则，在让天线特性匹配安装需求方面提供最大的灵活性。并且具有分集天线的益处。
在下面的描述中将部分阐述本发明的其他目的、优点和新特征，在本领域技术人员研究下面的描述后，该部分将变得很清楚，或者可以通过实践本发明来学习该部分。通过权利要求中特别指出的工具和组合可以实现并获得本发明的目的和优点。
发明内容
考虑到前面的需求，本发明构想了近全向天线(near omni-directionalantenna)(在H平面近似全向)和内部的可配置的低增益贴片阵列，它们根据FCC要求全部被构建在访问点中。该天线系统将是可旋转的以使得可以得到考虑到更优覆盖的正确天线方向。当使用近全向天线时，天线系统将被旋转到垂直方向，当使用贴片天线时，系统将被旋转到水平方向。本发明实质上提供了满足所遇到的大多数访问点安装需求的灵活性。较高频率的UNII频段(5GHz)使得在产品封装内有更小几何尺寸的天线成为可能。
近全向天线(近全天线)将与贴片天线构造在同一印刷电路板(PCB)上。这些天线具有(大约)180度的3dB波束宽度，并且具有仅约10dB的最大旁瓣抑制，主要是在其他近全向天线的方向。
定向天线包括典型的TM10模矩形贴片天线，该天线可以由多层寄生元件实现以满足带宽需求。大小和其他物理尺寸确定TM10模多层贴片天线阵列的特性。
用于选择天线类型(全向或者定向)的装置可以由安装时的配置工具或者小机械检测开关提供，所述小机械检测开关可以用来探测天线系统的方向。如果AP被安装在天花板上或书架上(或任何水平安装)，则应该使用近全向天线，并且安装者将旋转天线系统到竖直位置。机械检测开关将打开，使得近全向天线被使用。如果AP被安装在墙上，安装者将旋转天线系统到水平位置。使得检测开关关闭，从而使用贴片天线。
上述配置工具可以是微处理器，其具有存储在计算机可读介质上的计算机可读指令，所述计算机可读指令包括从用户接收输入的计算机可读指令；以及响应于所述输入基于所述输入选择所述天线类型的计算机可读指令。
本发明使得单个产品能够为UNII 1-2访问点提供企业2.4GHz访问点的几乎所有所需天线灵活性。本发明提供了用于5GHz的适合分集。OFDM系统对于多径环境有内在的鲁棒性，并且由MAC控制的逐个分组分集算法是可应用的。在正常的使用中，MAC分集算法自然地集中到作为缺省的最强天线，不论该天线是近全向天线还是定向贴片天线。本发明将以很低的成本提供很高程度的应用灵活性，这是因为所有的天线被构造在单个RF电路板上。
除了已经公开的这些益处和改进外，结合附图通过下面的描述，本发明的其他目的和优点将变得清楚。附图构成本说明书的一部分，并且包括本发明的多个示例性实施例，并且附图图示了本发明的各种目的和特征。
附图说明
附图图示了实现本发明目前所构想的最优模式。
在附图中：
图1是典型的近全向辐射模式的等轴视图；
图2是基本几何尺寸的多层贴片天线的等轴视图；
图3是TM10模多层贴片天线的典型三维辐射模式的等轴视图；
图4本发明的优选实施例的框图；
图5是本发明的另一个实施例的框图。
具体实施方式
本发明使用受俘近全向天线和内部贴片天线的组合，该组合被构建在符合FCC要求的UNII访问点中。该组合提供了灵活性以满足对于访问点的大多数安装需求。在5GHz，较小几何尺寸的天线是可能的。
在优选实施例中，近全向天线是元件的阵列，所述元件是在RF电路板上构造的简单结构，该元件阵列提供了大约5-dBi的增益。整个天线系统可以被旋转以使近全向天线可以垂直于地面，即使在访问点被安装在非垂直方向时，这是本领域公知的，并且在普通偶极设计中被使用。定向天线是TM10模贴片天线设计，其提供了适用于垂直安装的访问点的传统半球模式。当使用贴片天线时，天线系统被旋转到水平位置。利用天线系统壳体中的检测开关来进行天线类型的选择，所述检测开关探测天线系统是垂直旋转还是水平旋转。
在另一个实施例中，使用了前面讨论的天线。但是，安装者利用访问点的设置工具选择要使用的天线类型，并且来自无线电MAC处理器的控制线切换天线类型。例如，如果安装者希望更大的半球覆盖模式，则他将天线系统旋转到水平位置，并且使用访问点的设置工具选择“贴片天线”(或者类似的天线)。MAC提供控制信号来进行切换。
在安装时选择(用于实用的)天线类型(全向或定向)，并且这取决于所期望的覆盖模式的类型。应当基于如何安装访问点来进行该选择。如果AP被水平地安装(例如安装在天花板或架子上)，则应当使用近全向天线。如果AP被安装在墙上，则应当使用贴片天线。这个可选择的天线特征允许在大多数安装情况下使用一个单AP，即使所有的天线都与该AP自身称为一体。
一旦在安装时已进行天线类型的选择，则MAC控制AP的分集操作。即MAC将确定是(给定类型的)左天线还是(同一类型的)右天线产生最好的性能。
本发明使得单个产品能够提供5GHz UNII访问点，并具有类似于2.4GHz访问点的选择天线功能的灵活性，并且仍然考虑到低成本的解决方案。近全向天线和贴片天线被构造在同一印刷电路板上，该印刷电路板与访问点外壳成为一体以满足FCC规则。近全向天线(以及分集)提供了传统的圆形覆盖模式。当访问点安装在墙上时，TM10模贴片天线提供了传统的半球模式，适于走廊或狭窄的房间。该访问点天线系统以很低的成本提供了很高程度的应用灵活性。
参照图1，其示出了典型的近全向天线的辐射模式。为了图1说明的目的，假定天线与Z轴对齐。天线辐射主要在X-Y轴方向传播，与Z轴垂直。该天线的Z轴覆盖很小，对于实用目的来说认为不存在。通过利用类似于用于2.4GHz系统的可旋转天线系统，可以以这样的方式来使用近全向天线，即不论访问点的方向如何，天线总是在垂直的位置。
图2示出了基本几何尺寸的圆形TM10模贴片天线，该天线被一般地标明为20。取决于带宽的需求，用于UNII访问点的典型TM10天线20的辐射器21近似为17mm×17mm，并且在电路板上方大约4mm高度处配置有寄生元件。图3示出了图2所描述的TM10模贴片天线的辐射模式30。TM10模贴片天线的典型模式是半球，其中在自由空间中，E平面的3dB波束宽度大约65度，H平面的3dB波束宽度大约60度。
要使用的天线类型是安装时通过配置工具或者通过天线系统印刷电路板开关上的检测开关来选择的。图4是可配置天线系统的优选实施例的框图40，其示出了成对的近全向天线和贴片天线，这在分集系统中是很普遍的。两个天线端口，左天线42和右天线44，都具有可访问它们的垂直近全向天线46和矩形TM10模贴片天线20。检测开关48控制天线类型选择。一般地，单刀双掷GaAs开关可以用于检测开关48，但是本领域技术人员可以很容易地理解，许多开关可用来执行等同的功能。如果天线系统被旋转到垂直方向，则开关打开，并且自动使用近全向天线。如果天线系统被旋转到水平方向，则检测开关被关闭，并且自动使用贴片天线。该操作在安装时只做一次。
在另一个实施例中，在图5中示出了该实施例的框图，并且被一般地标明为50，介质访问控制器天线类型选择信号(MAC ATS信号)52用于选择天线类型。安装者确定所需的天线覆盖类型，将天线系统旋转到期望的位置(垂直或水平)，接着使用访问点的设置工具来设置天线类型。然后MAC控制器基于在安装时所选择的天线类型来设置开关54。通常，开关54应当是半导体开关。使用的天线类型与优选实施例中的相同，但是选择的方法不同。
在另一个实施例中，现场中的用户或访问点可以改变天线类型，而不需要能够改变AP自身外部的天线。
一旦已经在安装时选择了天线类型，则MAC 52将基于系统性能动态地选择左天线或右天线。OFDM系统对于多径环境有内在的鲁棒性，并且逐个分组(或其他)分集算法由完全在无线电板上的MAC处理器控制。
在该可配置天线系统板上不需要任何分集选择设备。不论分集算法如何，(无线电上的)MAC都将找出右天线或左天线上的最优质量信号来使用。
虽然已经根据优选实施例和另一个实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以容易地意识到本发明是很灵活的。例如，贴片天线可以被安装在单个RF电路板上或中安装在多个RF电路板上。近全向天线46可以是外部的受俘天线，其进行可旋转地安装，使得它们可以总是以合适的方式布置。除了访问点，本发明还可以用于其他固定环境，例如转发器，或者用于被用作转发器的移动单元。
下面给出两个替代实施例。
在一个替代实施例中，用于UNII访问点的分集天线系统包括：内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线；安装在访问点内部的电路板，该电路板包括近全向天线和TM10模贴片天线；以及用于选择天线类型的配置装置，所述天线类型是所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线的组中的一个。
在另一替代实施例中，用于UNII访问点的分集天线系统包括：内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线；安装在访问点内部的电路板，该电路板包括近全向天线、TM10模贴片天线和半导体开关，所述半导体开关用于切换到所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线中的一个；连接装置，适于将所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线连接到所述半导体开关；以及配置装置，适于使得所述半导体开关选择天线类型，所述天线类型是所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线的组中的一个。
尽管已经参照某个优选实施例示出和描述了本发明，但是很明显，本领域技术人员通过阅读和理解本说明书可以想到等同替换和修改。本发明包括所有的这些等同替换和修改，并且本发明只由权利要求的范围限制。

Claims (12)

1.一种分集天线系统，包括：
近全向天线的分集对；
内部贴片天线的分集对；和
用于选择天线类型的配置装置，所述天线类型是由所述近全向天线的分集对和所述内部贴片天线的分集对构成的组中的一个。
2.如权利要求1所述的分集天线系统，其中所述分集天线系统被可旋转地安装。
3.如权利要求1所述的分集天线系统，其中所述内部贴片天线包括TM10模贴片天线。
4.如权利要求1所述的分集天线系统，其中所述配置装置是如下的组中的一个，所述组包括：
机械检测开关，可操作以确定要使用的所述天线类型，和
微处理器，具有存储在计算机可读介质上的计算机可读指令，所述计算机可读指令包括：
用于从用户接收输入的计算机可读指令；
响应于所述输入用于基于所述输入选择所述天线类型的计算机可读指令。
5.如权利要求1所述的分集天线系统，所述配置装置包括机械检测开关，所述机械检测开关探测所述分集天线系统是垂直旋转还是水平旋转，并且基于探测结果选择所述天线类型。
6.如权利要求1所述的分集天线系统，其中所述近全向天线的分集对和所述内部贴片天线的分集对构造在同一印刷电路板上。
7.如权利要求1所述的分集天线系统，其中所述分集天线系统是无线访问点的组件。
8.一种用于无许可证的国家信息基础设施访问点的分集天线系统，包括：
内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线；
安装在所述访问点内部的电路板，所述电路板包括：
近全向天线，
TM10模贴片天线；和
用于选择天线类型的配置装置，所述天线类型是所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线的组中的一个。
9.如权利要求8所述的分集天线系统，其中所述配置装置包括机械检测开关。
10.如权利要求8所述的分集天线系统，其中所述配置装置包括：
半导体开关；和
微处理器，具有存储在计算机可读介质上的计算机可读指令，所述计算机可读指令包括：
用于从用户接收输入的计算机可读指令；
响应于所述输入用于基于所述输入通过控制所述半导体开关选择所述天线类型的计算机可读指令。
11.如权利要求8所述的天线系统，其中所述访问点是从由无许可证的国家信息基础设施-1服务点和无许可证的国家信息基础设施-2访问点构成的组中选择的。
12.一种用于无许可证的国家信息基础设施访问点的分集天线系统，包括：
内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线；
安装在所述访问点内部的电路板，所述电路板包括：
近全向天线，
TM10模贴片天线，
半导体开关，用于切换到所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线中的一个；
连接装置，适于将所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线连接到所述半导体开关；以及配置装置，适于引起所述半导体开关选择天线类型，所述天线类型是所述内部的受俘的可旋转地安装的近全向天线、所述近全向天线和所述TM10模贴片天线的组中的一个。
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