CN106299724A - 智能双频天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能双频天线系统，其包括：一个或多个双频天线单元，每个双频天线单元包括一个或多个双频天线振子、位于该水平极化双频天线阵子外侧的第一频段反射单元和第二频段反射单元、与第一频段反射单元对应的第一频段开关单元以及与第二频段反射单元对应的第二频段开关单元；和控制单元，其通过控制各个开关单元的开启和关断来改变每个双频天线单元的辐射方向图。与现有技术相比，本发明中的智能双频天线系统可以灵活控制天线辐射方向图。
Description
【技术领域】
本发明属于无线通讯领域，具体涉及智能双频天线系统。
【背景技术】
天线系统是通信系统组成中必不可少的，在以往的无线通信中，单个天线分别用于发射源和接收端。这种系统叫做SISO(单发单收)。这样的系统容易发生多径效应从而产生问题。当电磁波遇到丘陵、峡谷、建筑、电线电缆等障碍物时，会发生反射、绕射、散射等问题，因此电磁波会以多个路径到达目的地。延迟的散射信号会导致信号衰落、边缘掉话(悬崖效应)以及间歇性接收(如同尖桩篱栅的形态)。在数字通信系统中，例如互联网，这会导致数据传输速率下降，而且会增加系统误码率。
使用智能天线可以减少或消除由反射、偏转、折射、散射等多径传输带来的烦恼。智能天线是一种数字无线通信天线系统，它的分集效果在源(发射机)，目的地(接收机)都有明显的优势。分集效应的优势在于多个射频(RF)信号同时发射和/或接收，来提高数据传输速度，降低错误率。智能天线也被称为自适应天线阵、多天线，近来也被叫做MIMO(多发多收)，它是一种利用智能信号处理算法来识别空间来波方向(DOA)及特征的阵列天线，并计算出天线波束的形成量，利用控制单元控制天线的波束可以追踪和定位一个移动的目标。而新一代的技术标准802.11ac WAVE2协议可以支持MU-MIMO(多用户输入输出)，可以同时对不同位置的终端进行波束成形，然后发送数据，这样极大的提升了网络容量。
当前使用的大多数支持MU-MIMO的天线，其实质是利用发射和接收分集，以及非智能的天线阵列来产生有限的几种波束成形模式。然而天线本身的非智能并没有得到解决。此外全向性天线的增益普遍较低，定向覆盖能力较差，如果没有很精确的布局，经常会出现终端信号连接不稳定等现象。
因此，有必要提供一种可以灵活控制天线方向图(或称辐射方向图)的双频智能天线系统。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种实现动态扫描的双频智能天线系统，其可以灵活控制天线辐射方向图。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种天线系统，其包括：至少一个水平极化双频天线单元，所述水平极化双频天线单元包括多个水平极化双频天线模块，每个水平极化双频天线模块包括水平极化双频天线振子、位于该水平极化双频天线阵子外侧的第一频段水平极化反射单元和第二频段水平极化反射单元、与第一频段水平极化反射单元对应的第一频段水平极化开关单元以及与第二频段水平极化反射单元对应的第二频段水平极化开关单元，其中，每个水平极化反射单元分为相互间断的两段，每个水平极化开关单元藕接对应的水平极化反射单元的相互间断的两段；至少一个垂直极化双频天线单元，所述垂直极化双频天线单元包括垂直极化双频天线振子、围绕所述垂直极化双频天线振子间隔分布的多个垂直极化双频反射器，每个垂直极化双频反射器包括第一频段垂直平极化反射单元、第二频段垂直极化反射单元、与第一频段垂直极化反射单元对应的第一频段垂直极化开关单元以及与第二频段垂直极化反射单元对应的第二频段垂直极化开关单元，其中，每个垂直极化开关单元耦接于对应的垂直极化反射单元和地之间；和控制单元，其通过控制各个水平极化开关单元的开启和关断来改变所述水平极化双频天线单元的辐射方向图，通过控制各个垂直极化开关单元的开启和关断来改变所述垂直极化双频天线单元的辐射方向图。
进一步的，所述控制单元基于多个终端反馈回来的无线信号强度，来控制各个水平极化开关单元和/或垂直极化开关单元的开启和关断，以自适应获得最佳的辐射方向图。
进一步的，所述天线系统还包括控制基板，所述水平极化双频天线单元与所述控制基板平行且间隔一定高度的放置于所述控制基板的第一表面的上方所述垂直极化双频天线单元垂直安装于所述控制基板的第一表面上，每个垂直极化双频反射器中的第一频段垂直平极化反射单元和第二频段垂直极化反射单元相互平行间隔排布，每个水平极化双频天线模块中的第一频段水平极化反射单元和第二频段水平极化反射单元相互平行间隔排布。
进一步的，当一个水平极化开关单元开启时，与该水平极化开关单元对应的水平极化反射单元就能够有效反射所述水平极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号；当一个水平极化开关单元关断时，与该水平极化开关单元对应的水平极化反射单元就不能有效反射所述水平极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号。当一个垂直极化开关单元开启时，与该垂直极化开关单元对应的垂直极化反射单元就能够有效反射所述垂直极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号；当一个垂直极化开关单元关断时，与该垂直极化开关单元对应的垂直极化反射单元就不能有效反射所述垂直极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号。
进一步的，所述多个水平极化双频天线模块围绕中心馈点均匀间隔分布，每个水平极化双频天线振子到所述中心馈点的距离相等，相同频段的水平极化反射单元到中心馈点的距离相等。
进一步的，水平极化双频天线单元由PCB板制成，每个水平极化双频天线振子包括第一水平极化双频天线振子臂和与其对称分布的第二水平极化双频天线振子臂。每个水平极化双频天线单元中，水平极化双频天线振子的两个振子臂分别由同一PCB板的第一表面的金属层和与该第一表面相对的第二表面的金属层蚀刻制成，第一频段水平极化反射单元和第二频段水平极化反射单元由该PCB板的第一表面的金属层蚀刻制成，第一频段水平极化反射单元和/或第二频段水平极化反射单元为预定形状的金属条。
进一步的，第一水平极化双频天线振子臂由等长的馈线连接至中心馈点；第二水平极化双频天线振子臂由等长的馈线连接至中心馈点；第一频段水平极化反射单元到中心馈点的距离大于第二频段水平极化反射单元到中心馈点的距离。
进一步的，多个垂直极化双频反射器围绕所述垂直极化双频天线振子均匀间隔分布，相同频段的垂直极化反射单元到垂直极化双频天线振子的距离相等，第一频段水平极化反射单元和/或第二频段水平极化反射单元为预定形状的金属条。
进一步的，多个垂直极化双频反射器为三个，所述垂直极化双频天线单元包括正交排布的第一PCB板单元和第二PCB板单元，第一PCB板单元和第二PCB板单元均垂直于所述控制基板的第一表面，垂直极化双频天线振子和一个垂直极化双频反射器由第一PCB板单元的一表面上的金属层蚀刻制成；另外两个垂直极化双频反射器由第二PCB板单元的一表面的金属层蚀刻制成，该另外两个垂直极化双频反射器在第二PCB板单元对称分布。
进一步的，第一PCB板单元上还形成有与第二PCB板单元正交安装排布所需要的安装缝隙，当第二PCB板单元通过所述安装缝与第一PCB板单元正交安装排布时，另外该两个垂直极化双频反射器面向第一PCB板单元上的垂直极化双频天线振子。
进一步的，第一频段为2.4GHz，第二频段为5GHz；所述开关单元为二极管。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种天线系统，其包括：一个或多个双频天线单元，每个双频天线单元包括一个或多个双频天线振子、位于该水平极化双频天线阵子外侧的第一频段反射单元和第二频段反射单元、与第一频段反射单元对应的第一频段开关单元以及与第二频段反射单元对应的第二频段开关单元；和控制单元，其通过控制各个开关单元的开启和关断来改变每个双频天线单元的辐射方向图。
进一步的，所述控制单元基于终端反馈回来的无线信号强度，来控制各个开关单元的开启和关断，以自适应获得最佳的辐射方向图。当第一频段开关单元开启时，该第一频段开关单元对应的第一频段反射单元就能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第一频段无线电波信号，当第一频段开关单元断开时，该第一频段开关单元对应的第一频段反射单元就不能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第一频段无线电波信号。当第二频段开关单元开启时，该第二频段开关单元对应的第二频段反射单元就能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第二频段无线电波信号，当第二频段开关单元断开时，该第二频段开关单元对应的第二频段反射单元就不能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第二频段无线电波信号。
进一步的，部分双频天线单元的每个反射单元分为相互间断的两段，所述开关单元藕接对应的反射单元的相互间断的两段；和/或，部分双频天线单元的每个开关单元耦接于对应的反射单元和地之间。
与现有技术相比，本发明的特点与优点在于，其能够值双频段应用，可实现动态波束扫描。可以适用于802.11ac wave2MU-MIMO技术。
本发明还有一些特点和优点将在下面的附图以及实例的实施方式中阐述。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中的双频、双极性智能天线系统在一个实施例中的立体示意图；
图2为图1中的智能天线系统的俯视图；
图3为图1所示智能天线系统中的一个水平极化双频天线单元的俯视图；
图4为图1所示智能天线系统中的一个水平极化双频天线单元的仰视图；
图5为图1所示智能天线系统中的一个水平极化双频天线单元的立体图；
图6为图1所示智能天线系统中的一个垂直极化双频天线单元立体图；
图7为图1所示智能天线系统中的一个垂直极化双频天线单元俯视图；
图8为图6所示的垂直极化双频天线单元的第一PCB单元部分的正视图；
图9为图6所示的垂直极化双频天线单元的第二PCB单元部分的正视图；
图10本发明中的智能天线系统在一个实施例中的结构框图；
图11为本发明在一个实施例中4×4MU-MIMO智能天线系统的工作框图。
【具体实施方式】
本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。本文中的耦接是指直接或间接的电性连接。
随着802.11ac wave2的正式商用，运营商正在寻找一种能够提供高并发能力且体积小，并且在水平方位具有最佳的无线功率覆盖，支持MU-MIMO(多用户输入输出)的智能天线系统。
本发明提供一种支持802.11ac WAVE2MU-MIMO技术应用的双频、水平+垂直双极化天线阵列结构方式与电子控制系统，来实现天线方向图动态波束扫描，自适应环境，可以同时为两组收发设备提供可靠、高效的通讯链路链接。在这两组收发设备中，一组为WIFI接入点(AP)设备，另一组是多个客户端设备(例如，计算机或移动电话)。
本发明的下述实施例中提供了一个支持4×4MU-MIMO的智能天线系统，其动态扫描每个可形成的方向图，根据与其连接的客户端返回的RSSI(无线信号强度)，自适应获得最佳的辐射方向图，并同时对多用户实现波束成形，从而给与其相连的多个客户端同时提供最可靠的链接。
请参考图1所示，其为本发明中的双频、双极化智能天线系统100在一个实施例中的立体示意图；图2为图1中的智能天线系统100的俯视图。结合图1和2所示，所述天线系统100包括控制基板130、两个水平极化双频天线单元110和两个垂直极化双频天线单元120。其中，水平极化双频天线单元110同时工作在第一频段和第二频段；垂直极化双频天线单元120同时工作在第一频段和第二频段，比如，第一频段为2.4Ghz，第二频段为5Ghz。
由图1和图2所示的智能天线系100可知，两个水平极化双频天线单元110与所述控制基板130平行，且间隔一定高度的放置于所述控制基板130的第一表面的上方，两个水平极化双频天线单元110放置于两个对角；两个垂直极化双频天线单元120垂直放置在控制基板130第一表面的另外两个对角。采用这种特殊的排布方式可以有效提高同极化天线单元间隔离度。需要了解的是，在其他的实施例中，所述水平极化双频天线单元110的个数也可以是1个，也可以是3、4或更多个，所述垂直极化双频天线单元120的个数也可以是1个，也可以是3、4或更多个，所述垂直极化双频天线单元120和所述水平极化双频天线单元110的个数可以不相同，也可以相同。
以下结合图3-5详细介绍图1中的水平极化双频天线单元110。
图3为图1所示智能天线系统中的一个水平极化双频天线单元的俯视图；图4为图1所示智能天线系统中的一个水平极化双频天线单元的仰视图；图5为图1所示智能天线系统中的一个水平极化双频天线单元的立体图。结合图3-5所示可知，水平极化双频天线单元110包括多个水平极化双频天线模块112，每个水平极化双频天线模块112包括水平极化双频天线振子1121、位于该水平极化双频天线阵子1121外侧的第一频段水平极化反射单元1122和第二频段水平极化反射单元1123，以及与第一频段水平极化反射单元1122对应的第一频段水平极化开关单元1124，与第二频段水平极化反射单元对应的第二频段水平极化开关单元1125。其中，每个水平极化反射单元分为相互间断的两段，每个水平极化开关单元藕接对应的水平极化反射单元的相互间断的两段。在一个实施例中，所述多个水平极化双频天线模块112围绕该水平极化双频天线单元的中心馈点111均匀间隔分布，第一频段水平极化反射单元1122和第二频段水平极化反射单元1123相互平行排布。在一个可选择的实施例中，所述多个水平极化双频天线模块112也可以围绕该水平极化双频天线单元的中心馈点111不均匀的分布，第一频段水平极化反射单元1122和第二频段水平极化反射单元1123也可以不完全相互平行排布。
在图3和图4所示的实施例中，水平极化双频天线单元110包括三个水平极化双频天线模块112，该三个水平极化双频天线模块112围绕中心馈点111间隔120度均匀分布，每个水平极化双频天线振子1121到所述中心馈点111的距离相等；相同频段的水平极化反射单元到中心馈点111的距离相等；第一频段水平极化反射单元1122到中心馈点111的距离大于第二频段水平极化反射单元1123到中心馈点111的距离。在另一个可替代的实时例中，所述水平极化双频天线模块112的个数也可以是2个，4个、5个等。
在图3和图4所示的实施例中，水平极化双频天线单元110由预定形状的PCB板114制成，每个水平极化双频天线振子1121包括第一水平极化双频天线振子臂1121a和与其对称分布的第二水平极化双频天线振子臂1121b。
图3示出了水平极化双频天线单元110在PCB板114的顶层金属层(比如铜箔)的结构，该PCB板114的顶层(即第一表面)金属层蚀刻有三个第一水平极化双频天线振子臂1121a，还在每个第一水平极化双频天线振子臂1121a外侧蚀刻有相互平行排布的第一频段水平极化反射单元1122和第二频段水平极化反射单元1123，第一频段水平极化反射单元1122和/或第二频段水平极化反射单元1123为预定形状的金属条。图3中，可以将每个第一水平极化双频天线振子臂1121a，以及位于其外侧的第一频段水平极化反射单元1122和第二频段水平极化反射单元1123视为一个部分112，PCB板114的顶层金属层上包含的这三个相同部分围绕中心馈点111间隔120度均匀分布，三个第一水平极化双频天线振子臂1121a由三条等长的馈线113连接至中心馈点111，三个第一频段水平极化反射单元1122到中心馈点111的距离相等；三个第二频段水平极化反射单元1123到中心馈点111的距离相等。
图4示出了水平极化双频天线单元110在PCB板114的底层金属层的结构，该PCB板114的底层(即第二表面)金属层蚀刻有三个第二水平极化双频天线振子臂1121b，三个第二水平极化双频天线振子臂1121b围绕中心馈点111间隔120度均匀分布，三个第二水平极化双频天线振子臂1121b由三条等长的馈线115连接至中心馈点111。
综上可知，水平极化双频天线单元110可由预定形状的PCB板制成，每个水平极化双频天线单元110中，水平极化双频天线振子1121的两个振子臂分别由同一PCB板的第一表面的金属层和与该第一表面相对的第二表面的金属层蚀刻制成，第一频段水平极化反射单元1122和第二频段水平极化反射单元1123由该PCB板的第一表面的金属层蚀刻制成。
详细参阅图5所示，第一频段水平极化反射单元1122分为相互间断的两段1122a、1122b，第一频段水平极化开关单元1124藕接第一频段水平极化反射单元1122的相互间断的两段1122a、1122b；第二频段水平极化反射单元1123分为相互间断的两段1123a、1123b，第二频段水平极化开关单元1125藕接第二频段水平极化反射单元1123的相互间断的两段1123a、1123b。
在一个实施例中，所述第一频段水平极化开关单元1124和第二频段水平极化开关单元1125均采用二极管。在电子学中，二极管是一个双端电子元件，具有非对称的电导。电流正向流过时，它具有很低(理想情况为零)的电阻值，电流逆向方向电阻值很高(理想情况为无穷大)。二极管最常见的功能是允许电流正向通过(即，二极管前向方向)，同时阻挡反向电流通过(即，二极管反向方向)。当前，最常见的一种半导体二极管是一种由半导体材料结晶片制成的p-n结，连接到两个电端子。通过控制二极管1124、1125导通与断开，水平极化双频天线单元110的辐射方向图相应的改变。当二极管1124、1125导通时，位于二极管1124、1125两端的两段反射单元物理相连，此时的反射单元1123、1124对天线的辐射方向图有反射的效果；当二极管1124、1125断开时，位于二极管1124、1125两端的两段反射单元物理上并不相连，此时的反射单元1123、1124对天线的辐射方向图影响不大。在图5所示的实施例中，第一频段和第二频段各有三个反射单元，理论上，单个水平极化双频天线单元110的两个频段均有23＝8种不同的辐射特性可供选择。
以下结合图6-9介绍图1中的垂直极化双频天线单元120。
图6为图1所示智能天线系统中的一个垂直极化双频天线单元的立体图；图7为图1所示智能天线系统中的一个垂直极化双频天线单元的俯视图；图8为图6所示的垂直极化双频天线单元的第一PCB单元的正视图；图9为图6所示的垂直极化双频天线单元的第二PCB单元的正视图。
结合图6-9所示可知，垂直极化双频天线单元120包括垂直极化双频天线振子122，围绕所述垂直极化双频天线振子122均匀分布的多个垂直极化双频反射器124，每个垂直极化双频反射器124包括第一频段垂直极化反射单元1241、第二频段垂直极化反射单元1242、与第一频段垂直极化反射单元1241对应的第一频段垂直极化开关单元1243和与第二频段垂直极化反射单元对应的第二频段垂直极化开关单元1244，其中，每个垂直极化开关单元耦接于对应的垂直极化反射单元和地之间。第一频段垂直极化反射单元和/或第二频段垂直极化反射单元为预定形状的金属条。
在图6-9所示的实施例中，每个垂直极化双频天线单元120包括三个垂直极化双频反射器124，三个垂直极化双频反射器124围绕所述垂直极化双频天线振子122间隔120度均匀分布，相同频段的垂直极化反射单元到垂直极化双频天线单元122的距离相等。在其他可替代的实施例中，所述垂直极化双频反射器124的个数也可以是1、2、4或其他个数个。
在图6-9所示的实施例中，所述垂直极化双频天线单元120包括正交排布的第一PCB板单元126和第二PCB板单元128，且第一PCB板单元126和第二PCB板单元128均垂直于所述控制基板130的第一表面。图8示出了垂直极化双频天线单元120在第一PCB板单元126的结构，垂直极化双频天线振子122和一个垂直极化双频反射器124由第一PCB板单元126的一表面上的金属层蚀刻制成，且垂该直极化双频反射器124位于垂直极化双频天线振122子的一侧，第一PCB板单元126的另一表面没有蚀刻金属层；在第一PCB板单126上，位于垂直极化双频天线振子122的另一侧还形成有与第二PCB板单元128正交安装排布所需要的安装缝隙129。
图9示出了垂直极化双频天线单元在第二PCB板单元128的结构，另外两个垂直极化双频反射器124由第二PCB板单元128的一表面的金属层蚀刻制成，且该另外两个垂直极化双频反射器124在第二PCB板单元128上对称分布，第二PCB板单元126通过所述安装缝129与第一PCB板单元126正交排布，另外该两个垂直极化双频反射器120关于第一PCB板单元126对称。
结合图6的结构设计可知，垂直极化双频天线振子122到三个第一垂直极化反射单元1241的距离相同，且三个第一垂直极化反射单元1241以垂直极化双频天线振子122为中心，旋转间隔120度分布；垂直极化双频天线振子122到三个第二垂直极化反射单元1242的距离相同，且三个第二垂直极化反射单元1242以垂直极化双频天线振子122为中心，旋转120度分布。此外，信号通过馈点127直接联通垂直极化双频天线振子122；第一频段垂直极化开关单元1243藕接于第一频段垂直平极化反射单元1241和地之间，第二频段垂直极化开关单元1244藕接于第二频段垂直平极化反射单元1242和地之间。
在一个实施例中，所述第一频段垂直极化开关单元1243和第二频段垂直极化开关单元1244均采用二极管。通过控制二极管1243、1244导通与断开，垂直极化双频天线单元120的辐射方向图相应的改变。当二极管1243、1244导通时，垂直平极化反射单元1241、1242接地，此时垂直平极化反射单元1241、1242对天线的辐射方向图有反射的效果；当二极管1243、1244断开时，垂直平极化反射单元1241、1242与物理地并不相连，此时的垂直平极化反射单元1241、1242对天线的辐射方向图影响不大。在图6所示的实施例中，第一频段和第二频段各有三个反射单元，理论上，单个垂直极化双频天线单元120的两个频段均有23＝8种不同的辐射特性可供选择。
在MU-MIMO(多用户输入输出)技术出现之前，所有802.11设备在一个时间段内只能与一台终端通信。应用了MU-MIMO技术后，一台主设备可以同时给多个终端发送数据。本发明中涉及到的4×4智能天线系统，可以同时给4个终端发送数据。
请参考图10所示，其为本发明中的智能天线系统在一个实施例中的结构框图。如图10所示的，所述天线系统包括：至少一个水平极化双频天线单元110、至少一个垂直极化双频天线单元120和控制单元140。所述水平极化双频天线单元110的个数可以根据需要确定，比如1、2或更多个，图10中示意出了m个，分别标记为110-1,110-2,110-m，其中m为大于等于1的自然数。所述垂直极化双频天线单元120的个数可以根据需要确定，比如1、2或更多个，图10中示意出了n个，分别标记为120-1,120-2,120-n，其中n为大于等于1的自然数。
射频模块150能够驱动水平极化双频天线单元110和垂直极化双频天线单元120。水平极化双频天线单元110和垂直极化双频天线单元120可以为附图1-9中所示的水平极化双频天线单元和垂直极化双频天线单元。
在水平极化双频天线单元110中，当一个水平极化开关单元(1122、1123)开启时，与该水平极化开关单元(1122、1123)对应的水平极化反射单元(1124、1125)就能够有效反射所述水平极化双频天线振子1121发射于其上的无线电波信号，从而导致所述天线系统在该水平极化开关单元(1122、1123)开启时的辐射方向图与所述天线系统在该水平极化开关单元(1122、1123)关断时的辐射方向图不同，从而实现灵活的控制所述天线系统的辐射方向图。
在垂直极化双频天线单元120中，当一个垂直极化开关单元(1243、1244)开启时，与该垂直极化开关单元(1243、1244)对应的垂直极化反射单元(1241、1242)就能够有效反射所述垂直极化双频天线振子122发射于其上的无线电波信号，从而导致所述天线系统在该垂直极化开关单元(1243、1244)开启时的辐射方向图与所述天线系统在该垂直极化开关单元(1243、1244)关断时的辐射方向图不同，从而实现灵活的控制所述天线系统的辐射方向图。
请参考图11所示，其为本发明在一个实施例中，4×4MU-MIMO智能天线系统的工作框图。智能天线系统收到四个终端(客户1-4)反馈回来的信道矩阵后，在极短的时间内计算出多用户波束成形矩阵，并通过控制单元控制每个独立的双频天线单元中的各自的反射单元对应的开关单元的导通和断开，以自适应获得最佳的辐射方向图。并同时对多用户实现波束成形，从而给与其相连的多个客户端同时提供最可靠的链接。
在上述实施例中，本发明中的天线系统设计用于4×4多用户输入输出(MU-MIMO)的Wi-Fi网络架构，同样的设计也适用于2×2、3×3MIMO。熟悉本领域的技术人员应当了解，这个设计同样可以应用于N×M的MU-MIMO硬件架构。本发明的特点与优点之一包括：
天线系统包含四个独立的双频天线单元，工作频段覆盖2.4GHz和5GHz，其中两个为水平极化双频天线单元，另外两个为垂直极化双频天线单元，这些天线单元按特定的位置排布，由各自的射频(RF)源驱动；
每个天线单元都是PCB(印刷电路板)制成，其中水平极化双频天线单元水平放置于控制基板上方，垂直极化双频天线单元垂直放置于控制基板上，四个天线单元可以同时工作在2.4GHz/5GHz频段，大大节省了空间；
每个天线单元均支持波束成形，四个天线单元支持MU-MIMO多用户波束成形；
四个独立的双频天线单元的物理排列是紧凑而特殊的，它提供了一个覆盖性能最佳的方式。
所述开关单元也可以更换为其他电子可控开关单元，比如MOS(metal oxidesemiconductor)晶体管、MEMS(Micro-electro-mechanical-Systems)开关等。
本发明中的“连接”、“相连”或“相接”等表示电性连接的词语都表示电性的间接或直接连接。上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (14)
1.一种天线系统，其特征在于，其包括：
至少一个水平极化双频天线单元，
所述水平极化双频天线单元包括多个水平极化双频天线模块，每个水平极化双频天线模块包括水平极化双频天线振子、位于该水平极化双频天线阵子外侧的第一频段水平极化反射单元和第二频段水平极化反射单元、与第一频段水平极化反射单元对应的第一频段水平极化开关单元以及与第二频段水平极化反射单元对应的第二频段水平极化开关单元，其中，每个水平极化反射单元分为相互间断的两段，每个水平极化开关单元藕接对应的水平极化反射单元的相互间断的两段；
至少一个垂直极化双频天线单元，所述垂直极化双频天线单元包括垂直极化双频天线振子、围绕所述垂直极化双频天线振子间隔分布的多个垂直极化双频反射器，每个垂直极化双频反射器包括第一频段垂直平极化反射单元、第二频段垂直极化反射单元、与第一频段垂直极化反射单元对应的第一频段垂直极化开关单元以及与第二频段垂直极化反射单元对应的第二频段垂直极化开关单元，其中，每个垂直极化开关单元耦接于对应的垂直极化反射单元和地之间；和
控制单元，其通过控制各个水平极化开关单元的开启和关断来改变所述水平极化双频天线单元的辐射方向图，通过控制各个垂直极化开关单元的开启和关断来改变所述垂直极化双频天线单元的辐射方向图。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，
所述控制单元基于多个终端反馈回来的无线信号强度，来控制各个水平极化开关单元和/或垂直极化开关单元的开启和关断，以自适应获得最佳的辐射方向图。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，其还包括控制基板，
所述水平极化双频天线单元与所述控制基板平行且间隔一定高度的放置于所述控制基板的第一表面的上方，
所述垂直极化双频天线单元垂直安装于所述控制基板的第一表面上，
每个垂直极化双频反射器中的第一频段垂直平极化反射单元和第二频段垂直极化反射单元相互平行间隔排布，
每个水平极化双频天线模块中的第一频段水平极化反射单元和第二频段水平极化反射单元相互平行间隔排布。
4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，
当一个水平极化开关单元开启时，与该水平极化开关单元对应的水平极化反射单元就能够有效反射所述水平极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号；当一个水平极化开关单元关断时，与该水平极化开关单元对应的水平极化反射单元就不能有效反射所述水平极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号，
当一个垂直极化开关单元开启时，与该垂直极化开关单元对应的垂直极化反射单元就能够有效反射所述垂直极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号；当一个垂直极化开关单元关断时，与该垂直极化开关单元对应的垂直极化反射单元就不能有效反射所述垂直极化双频天线振子发射于其上的无线电波信号。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，
所述多个水平极化双频天线模块围绕中心馈点均匀间隔分布，每个水平极化双频天线振子到所述中心馈点的距离相等，相同频段的水平极化反射单元到中心馈点的距离相等。
6.根据权利要求5所述的天线系统，其特征在于，
水平极化双频天线单元由PCB板制成，每个水平极化双频天线振子包括第一水平极化双频天线振子臂和与其对称分布的第二水平极化双频天线振子臂，
每个水平极化双频天线单元中，水平极化双频天线振子的两个振子臂分别由同一PCB板的第一表面的金属层和与该第一表面相对的第二表面的金属层蚀刻制成，第一频段水平极化反射单元和第二频段水平极化反射单元由该PCB板的第一表面的金属层蚀刻制成，第一频段水平极化反射单元和/或第二频段水平极化反射单元为预定形状的金属条。
7.根据权利要求6所述的天线系统，其特征在于，
第一水平极化双频天线振子臂由等长的馈线连接至中心馈点；
第二水平极化双频天线振子臂由等长的馈线连接至中心馈点；
第一频段水平极化反射单元到中心馈点的距离大于第二频段水平极化反射单元到中心馈点的距离。
8.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，
多个垂直极化双频反射器围绕所述垂直极化双频天线振子均匀间隔分布，相同频段的垂直极化反射单元到垂直极化双频天线振子的距离相等，第一频段水平极化反射单元和/或第二频段水平极化反射单元为预定形状的金属条。
9.根据权利要求8所述的天线系统，其特征在于，
多个垂直极化双频反射器为三个，所述垂直极化双频天线单元包括正交排布的第一PCB板单元和第二PCB板单元，第一PCB板单元和第二PCB板单元均垂直于所述控制基板的第一表面，
垂直极化双频天线振子和一个垂直极化双频反射器由第一PCB板单元的一表面上的金属层蚀刻制成；
另外两个垂直极化双频反射器由第二PCB板单元的一表面的金属层蚀刻制成，该另外两个垂直极化双频反射器在第二PCB板单元对称分布。
10.根据权利要求9所述的天线系统，其特征在于，
第一PCB板单元上还形成有与第二PCB板单元正交安装排布所需要的安装缝隙，
当第二PCB板单元通过所述安装缝与第一PCB板单元正交安装排布时，另外该两个垂直极化双频反射器面向第一PCB板单元上的垂直极化双频天线振子。
11.根据权利要求1述的天线系统，其特征在于，
第一频段为2.4GHz，第二频段为5GHz；
所述开关单元为二极管。
12.一种天线系统，其特征在于，其包括：
一个或多个双频天线单元，
每个双频天线单元包括一个或多个双频天线振子、位于该水平极化双频天线阵子外侧的第一频段反射单元和第二频段反射单元、与第一频段反射单元对应的第一频段开关单元以及与第二频段反射单元对应的第二频段开关单元；和
控制单元，其通过控制各个开关单元的开启和关断来改变每个双频天线单元的辐射方向图。
13.根据权利要求12所述的天线系统，其特征在于，
所述控制单元基于终端反馈回来的无线信号强度，来控制各个开关单元的开启和关断，以自适应获得最佳的辐射方向图，
当第一频段开关单元开启时，该第一频段开关单元对应的第一频段反射单元就能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第一频段无线电波信号，当第一频段开关单元断开时，该第一频段开关单元对应的第一频段反射单元就不能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第一频段无线电波信号，
当第二频段开关单元开启时，该第二频段开关单元对应的第二频段反射单元就能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第二频段无线电波信号，当第二频段开关单元断开时，该第二频段开关单元对应的第二频段反射单元就不能够有效反射所述双频天线振子发射于其上的第二频段无线电波信号。
14.根据权利要求12所述的天线系统，其特征在于，
部分双频天线单元的每个反射单元分为相互间断的两段，所述开关单元藕接对应的反射单元的相互间断的两段；和/或，
部分双频天线单元的每个开关单元耦接于对应的反射单元和地之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Hangzhou City, Zhejiang province 310000 Binjiang District River Street Chunxiao Road No. 529 South Building 2 constellation of 2 unit 601, room 602 Applicant after: Kangkai Technology (Hangzhou) Co.,Ltd. Address before: Hangzhou City, Zhejiang province 310051 Chunxiao Road No. 529 south building two unit 6 floor sign B Applicant before: Kangkai Technology (Hangzhou) Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Intelligent dual band antenna system Effective date of registration: 20211206 Granted publication date: 20190712 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Kangkai Technology (Hangzhou) Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002460 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20221213 Granted publication date: 20190712 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Kangkai Technology (Hangzhou) Co.,Ltd. Registration number: Y2021330002460 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Intelligent dual-band antenna system Effective date of registration: 20230216 Granted publication date: 20190712 Pledgee: Hangzhou High-tech Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Kangkai Technology (Hangzhou) Co.,Ltd. Registration number: Y2023330000395 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |