CN108461931B - 一种建筑用基板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建筑用基板，属于信号传输技术领域，包括：基板本体和天线部件，天线部件设置于基板本体上，天线部件用于接收来自于基板本体的一侧的沿预定方向传输的第一无线信号，并将第一无线信号转换为向基板本体的相对的另一侧辐射的第二无线信号。该基板本体尤其适用于解决建筑物室内无线信号差的问题，即将室外方向性强的第一无线信号转换成向室内因障碍物阻挡而信号差的区域辐射的第二无线信号，从而可以显著提升室内信号质量，进而可以提高通信质量。

Description

一种建筑用基板

技术领域

本发明涉及信号传输技术领域，尤其涉及一种建筑用基板。

背景技术

毫米波，是指波长在1～100mm范围内的电磁波信号。其具有以下几个优点：

1、通常认为毫米波频率范围为26.5～300GHz，因此其带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达135GHz，为微波以下各波段带宽之和的5倍。

2、在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个12cm的天线，在9.4GHz时波束宽度为18度，而94GHz时波束宽度仅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。

3、与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，可以认为具有全天候特性。

4、和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。

这个波段的电磁波目前主要用于卫星通信和军事领域，具有丰富的未开发的频谱资源，但随着无线通信的发展，现有移动通信频谱资源正吃紧，加上毫米波具有的以上优点，其将可能广泛应用于无线通信领域，其中包括未来的5g移动通信。

但是，毫米波在通信领域应用也有其缺点。其中最主要的是：和目前的3G、4G无线通信相比，其方向性较强，不容易绕开障碍物传播，通常无法传播到建筑物内部，易造成室内信号不稳定，甚至出现信号盲区。

为解决上述问题，现考虑采用波束重构技术。但是，目前常用的波束重构器件有两种：一是基于信号放大的，信号放大器；另一种是基于反射阵列的，信号反射波形重构器件。但是这两种均不适用于将毫米波信号向建筑物内散射。首先，信号放大器的主要作用是对较弱的信号进行放大继续传播，而上述问题并非由于信号弱，而是信号方向性较强，散射特性差，无法绕射到建筑内部进行传播的问题；而图1所示的基于反射阵列的波形重构器件，虽然可以改变信号传输方向以及波形形状，但是受其反射特性的影响，其接收信号和反射信号位于器件的同一侧，无法应用到建筑上将建筑物外部的信号散射到建筑物内部。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种建筑用基板，用于解决方向性强的无线信号容易被障碍物阻挡导致建筑物内部分区域信号差、甚至出现信号盲区的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种建筑用基板，包括：

一种建筑用基板，包括：基板本体和天线部件，天线部件设置于基板本体上，天线部件用于接收来自于基板本体的一侧的沿预定方向传输的第一无线信号，并将第一无线信号转换为向基板本体的相对的另一侧辐射的第二无线信号。

优选地，基板本体包括：相对设置的第一衬底基板和第二衬底基板；天线部件包括：接收单元，设置于第一衬底基板的外侧，用于接收第一无线信号、将第一无线信号转换为电信号；移相单元，设置于第一衬底基板和第二衬底基板之间，用于对电信号进行相位调整，得到相位调整后的电信号；发送单元，设置于第二衬底基板的外侧，用于将相位调整后的电信号转换为第二无线信号。

优选地，天线部件包括至少两个接收单元、至少两个移相单元和至少两个发送单元，接收单元与移相单元一一对应，发送单元与移相单元一一对应；至少两个移相单元得到的相位调整后的电信号的相位，满足使得至少两个发送单元发送的无线信号在空间内形成至少向一个指定方向辐射的第二无线信号。

优选地，天线部件包括至少两个接收单元、至少两个移相单元和一个发送单元，接收单元与移相单元一一对应，发送单元与至少两个移相单元对应；至少两个移相单元得到的相位调整后的电信号的相位相同。

优选地，移相单元包括信号传输线、接地线、液晶层和控制电路，信号传输线用于传输电信号，控制电路用于调整加载在液晶层上的直流电压以通过调整液晶层的介电常数来调整电信号的相位。

优选地，接地线与信号传输线相对设置在液晶层的两侧；控制电路，用于向接地线和信号传输线上加载直流电压，以调整液晶层的介电常数。

优选地，接地线与信号传输线共面设置在液晶层的一侧，移相单元还包括电容，电容包括第一电极和第二电极，第一电极与信号传输线复用，第二电极设置于液晶层的相对的另一侧；控制电路，用于向第一电极和第二电极上加载直流电压，以调整液晶层的介电常数。

优选地，信号传输线为回形折线。

优选地，基板本体为玻璃材质。

优选地，第一无线信号和第二无线信号为毫米波。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明实施例提供的建筑用基板，能够将沿特定方向传播的第一无线信号转换成向其他方向辐射的第二无线信号，因此可以在信号强的位置(不受障碍物阻挡的位置或障碍物阻挡影响小的区域)接收第一无线信号转换成向信号弱区域(由于障碍物阻挡的原因导致第一无线信号难以辐射到的区域)辐射的第二无线信号。从而可以解决方向性强的无线信号容易被障碍物阻挡导致部分区域信号差、甚至出现信号盲区的问题。另外，由于第一无线信号位于基板本体的一侧，第二无线信号位于基板本体的另一侧，因此该基板本体尤其适用于解决建筑物室内无线信号差的问题，即将室外方向性强的第一无线信号转换成向室内辐射的第二无线信号，从而可以显著提升室内信号质量，进而可以提高通信质量。该建筑用基板可以安装到无线信号不容易受阻挡的建筑物外墙上，还可以作为建筑围护的组成部分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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他的附图。

图1为现有技术中基于反射阵列的波形重构器件的工作原理示意图；

图2为本发明一实施例的建筑用基板工作原理示意图；

图3为本发明一实施例的建筑用基板结构俯视示意图；

图4为图3中的A-A向剖视示意图；

图5为图3中的B-B向剖视示意图；

图6(a)为本发明一实施例的液晶层中的液晶分子原始排列状态图；

图6(b)为本发明一实施例的液晶层中的液晶分子在偏置电压为0V时的排列状态图；

图6(c)为本发明一实施例的液晶层中的液晶分子在偏置电压大于0V且小于最大偏置电压时的排列状态图；

图6(d)为本发明一实施例的液晶层中的液晶分子在偏置电压为最大时的排列状态图；

图7为本发明一实施例的移相单元的其中一种结构的俯视示意图；

图8(a)为图7所示移相单元没有加载电容时的剖视示意图；

图8(b)为图7所示移相单元加载电容后的剖视示意图；

图9为本发明另一实施例的建筑用基板结构俯视示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种建筑用基板，包括：基板本体和天线部件，天线部件设置于基板本体上，天线部件用于接收来自于基板本体的一侧的沿预定方向传输的第一无线信号，并将第一无线信号转换为向所述基板本体的相对的另一侧辐射的第二无线信号。

以图2中所示的建筑用基板为例，第一无线信号来自于基板的右侧上方，其预定的传播方向与基板的夹角较小且相对固定，经过基板转换后形成的第二无线信号，可以在基板左侧区域向任意方向辐射。

本发明实施例提供的建筑用基板，能够将沿特定方向传播的第一无线信号转换成向其他方向辐射的第二无线信号，因此可以在信号强的位置(不受障碍物阻挡的位置或障碍物阻挡影响小的区域)接收第一无线信号转换成向信号弱区域(由于障碍物阻挡的原因导致第一无线信号难以辐射到的区域)辐射的第二无线信号。从而可以解决方向性强的无线信号容易被障碍物阻挡导致部分区域信号差、甚至出现信号盲区的问题。另外，由于第一无线信号位于基板本体的一侧，第二无线信号位于基板本体相对的另一侧，因此该基板本体尤其适用于解决建筑物室内无线信号差的问题，即将室外方向性强的第一无线信号转换成向室内辐射的第二无线信号，从而可以显著提升室内信号质量，进而可以提高通信质量。该建筑用基板可以安装到无线信号不容易受阻挡的建筑物外墙上，还可以作为建筑围护的组成部分。

本发明实施例中的第一无线信号和第二无线信号可以是多种种类的电磁波信号，尤其是方向性比较强的电磁波信号，例如毫米波信号。

本发明实施例中的建筑用基板可以采用多种类型的结构，只要能够实现接收来自于基板本体的一侧的沿预定方向传输的第一无线信号，并将第一无线信号转换成向基板本体的相对的另一侧辐射的第二无线信号的功能即可。

下面将对本发明实施例中的建筑用基板的具体结构举例进行说明。

请参考图4和图5，上述实施例中的基板本体具体可以包括相对设置的第一衬底基板1和第二衬底基板2。基板本体具体可以为玻璃材质，也即第一衬底基板1和第二衬底基板2均为玻璃，该建筑用基板可以作为建筑玻璃，例如窗户玻璃或玻璃幕墙的玻璃构件。基板本体也可以是其他材料，或者，第一衬底基板1和第二衬底基板2中的一个为玻璃、另一个为其他材料。

上述实施例中的天线部件可以包括：接收单元3，设置于第一衬底基板1的外侧，用于接收第一无线信号、将第一无线信号转换为电信号；移相单元，设置于第一衬底基板1和第二衬底基板2之间，用于对电信号进行相位调整，得到相位调整后的电信号；发送单元7，设置于第二衬底基板2的外侧，用于将相位调整后的电信号转换为第二无线信号。

上述第一无线信号的方向是预定的，例如可以是无线信号基站发送信号时预定的，各个接收单元3的接收面与第一无线信号之间的夹角可以是不一样的。

作为本发明的一个优选实施例，上述天线部件具体包括：至少两个接收单元3、至少两个移相单元和至少两个发送单元7，接收单元3与移相单元一一对应，发送单元7与移相单元一一对应；至少两个移相单元得到的相位调整后的电信号的相位，满足使得至少两个发送单元7发送的无线信号在空间内形成至少向一个指定方向辐射的第二无线信号。

对几列电磁波来讲，当它们传到同一区域时，按照叠加原理，电磁波将产生矢量叠加，叠加结果不仅与各列电磁波的振幅大小有关，而且与它们在相遇区间内相互之间的相位差有关。电磁波的相位包含三部分：时间相位、空间相位和初相位，就初相位来说，当发送部件和工作频率确定后，其初相位就是确定的，而在几列电磁波相遇的时刻，时间相位也是确定的，只有空间相位可能发生变化，因为各发送部件的位置不同，各自发出的电磁波传到同一接收区域时所走的空间路径不同，这样就会造成空间相位的数值大小不相同。正是由于位于不同位置上的发送部件所发出的电磁波传到同一接收区域存在空间相位出现差别，从而使得几列同频率的电磁波在相遇区域同相位叠加，总场强增强，反相位叠加，总场强削弱，这就是波的相干叠加原理。该设有多个移相单元的相控阵天线部件，利用上述原理，通过移相单元调整波的相位，可以实现无线信号向指定方向辐射，从而可以精准解决室内部分区域信号差的问题。

上述天线部件的具体工作过程为：各个接收单元3在接收到第一无线信号后，分别将第一无线信号转换为对应的电信号，并传输给对应的移相单元；各移相单元再分别调整对应电信号的相位，并将相位调整后的电信号传输给对应的发送单元7；发送单元7再将相位调整后的电信号转换为对应的无线信号，两个或两个以上的发送单元7发出的无线信号在空间内根据波形叠加原理(具体是波的干涉)可以形成一个或多个向指定方向辐射的第二无线信号。

上述天线部件中的接收单元3、移相单元和发送单元7的数量可以根据需要设置。例如，图3提供的建筑用基板结构中，天线部件具体包括四个接收单元3、四个移相单元和四个发送单元7，一个接收单元3分别对应一个移相单元和一个发送单元7。另外，数量越多，各个发送单元7发出的无线信号在空间内根据相干原理形成的第二无线信号的指向性越强，而且还可以形成同时向多个指定方向辐射的第二无线信号。

本发明实施例中，上述移相单元优选液晶移相单元，其包括信号传输线6、接地线5和液晶层4和控制电路，信号传输线6用于传输电信号，控制电路用于调整加载在液晶层4上的直流电压以调整液晶层4的介电常数，液晶层4的介电常数发生变化使得信号传输线6中电信号的传播速度发生变化，进而使得信号传输线6中电信号的相位发生变化。

该移相单元可以有以下两种具体结构：

1、接地线5与信号传输线6相对设置在液晶层4的两侧，请参考图4和图5，可以通过控制电路在接地线5和信号传输线6上加载大小不同的直流电压，即偏置电压，来调整液晶层4的介电常数。偏置电压具体是通过改变液晶层4中液晶分子的排列方向来改变液晶层4的介电常数的，请参考图6(a)-图6(d)。这种移相单元的液晶层4的厚度较大(一般在50-100μm)，信号传输线6与接地线5之间的距离较大，不会大量增加信号传输线6的阻抗，因此损耗小。

2、接地线5与信号传输线6共面设置在液晶层4的一侧，请参考图7和图8(b)，移相单元还包括电容8，电容8包括第一电极81和第二电极82，第一电极81与信号传输线6复用，第二电极82设置于液晶层4相对的另一侧，通过控制电路在第一电极81和第二电极82上加载直流电压，能够调整液晶层4的介电常数。液晶层4介电常数变化造成电容8的大小发生变化，从而改变信号传输线6上的信号传播速度，进而改变相位。这种移相单元的液晶层4厚度比较小(一般在5-10μm)，因此其响应速度快。

上述移相单元的两种结构可根据实际需要选择，在其他可选的发明实施例中，上述移相单元也可以是其他移相单元，例如MEMS(微机电系统)移相器或BST(钛酸锶钡)移相器等。

另外，由于信号传输线6的长度与最大可调整的相位量有关，因此可以根据实际需要调整信号传输线6的长度。请参考图3和图9，本发明实施例中可以将信号传输线6设置为回形折线，以加长信号传输线6的长度，从而扩大移相范围。

作为本发明的另一个优选实施例，与图3提供的建筑用基板的区别在于：天线部件中的发送单元7仅有一个。也即，天线部件包括至少两个接收单元3、至少两个移相单元和一个发送单元7，接收单元3与移相单元一一对应，发送单元7与至少两个移相单元对应；至少两个移相单元得到的相位调整后的电信号的相位相同。该天线部件的具体工作过程为：各个接收单元3在接收到第一无线信号后，分别将第一无线信号转换为对应的电信号，并传输给对应的移相单元；各移相单元再分别调整对应电信号的相位且使得各个电信号的相位相同，并将相位调整后的电信号传输给发送单元7；发送单元7将各个移相单元调整后的相位相同的电信号汇总叠加后转换为对应的第二无线信号，第二无线信号向多个方向辐射。

请参考图9，本发明实施例的一种具体实例为：天线部件具有四个接收单元3、四个移相单元和一个发送单元7，一个接收单元3对应一个移相单元，四个移相单元传输给发送单元7的电信号的相位相同，由一个发送单元7将四个相位相同的电信号汇总后转换成第二无线信号。当第二无线信号的方向性要求不强时，可以简化控制过程，只将沿预定方向传输的第一无线信号对应的电信号移相并汇总后转换成向建筑用基板另一侧辐射的第二无线信号。例如，当建筑物室内进深比较浅时，不需要将第二无线信号传输到室内深处，传输距离短，就可以采用该种结构的天线部件。该种结构的天线部件将相位调整后的电信号汇总到一个发送单元7，由一个发送单元7向室内辐射第二无线信号，可以防止多个室内发送单元7发送的无线信号在室外相干叠加影响接收单元3的信号接收。

另外，除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种建筑用基板，其特征在于，包括：

基板本体和天线部件，所述天线部件设置于所述基板本体上，所述天线部件用于接收来自于所述基板本体的一侧的沿预定方向传输的第一无线信号，并将所述第一无线信号转换为向所述基板本体的相对的另一侧辐射的第二无线信号；

所述基板本体包括：相对设置的第一衬底基板和第二衬底基板；

所述天线部件包括：

接收单元，设置于所述第一衬底基板的外侧，用于接收所述第一无线信号、将所述第一无线信号转换为电信号；

移相单元，设置于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间，用于对所述电信号进行相位调整，得到相位调整后的电信号；

发送单元，设置于所述第二衬底基板的外侧，用于将所述相位调整后的电信号转换为所述第二无线信号；

所述移相单元包括信号传输线、接地线、液晶层和控制电路，所述信号传输线用于传输所述电信号，所述控制电路用于调整加载在所述液晶层上的直流电压以通过调整所述液晶层的介电常数来调整所述电信号的相位；

所述接地线与所述信号传输线共面设置在所述液晶层的一侧，所述移相单元还包括电容，所述电容包括第一电极和第二电极，所述第一电极与所述信号传输线复用，所述第二电极设置于所述液晶层的相对的另一侧；

所述控制电路，用于向所述第一电极和第二电极上加载直流电压，以调整所述液晶层的介电常数，所述液晶层的介电常数变化造成所述电容的大小发生变化，从而改变所述信号传输线上的所述电信号传播速度，进而改变所述电信号的相位。

2.根据权利要求1所述的建筑用基板，其特征在于，

所述天线部件包括至少两个所述接收单元、至少两个所述移相单元和至少两个所述发送单元，所述接收单元与所述移相单元一一对应，所述发送单元与所述移相单元一一对应；

所述至少两个所述移相单元得到的相位调整后的电信号的相位，满足使得所述至少两个所述发送单元发送的无线信号在空间内形成至少向一个指定方向辐射的第二无线信号。

3.根据权利要求1所述的建筑用基板，其特征在于，

所述天线部件包括至少两个所述接收单元、至少两个所述移相单元和一个发送单元，所述接收单元与所述移相单元一一对应，所述发送单元与至少两个所述移相单元对应；

所述至少两个所述移相单元得到的相位调整后的电信号的相位相同。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的建筑用基板，其特征在于，所述接地线与所述信号传输线相对设置在所述液晶层的两侧；

所述控制电路，用于向所述接地线和所述信号传输线上加载直流电压，以调整所述液晶层的介电常数。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的建筑用基板，其特征在于，所述信号传输线为回形折线。

6.根据权利要求1所述的建筑用基板，其特征在于，所述基板本体为玻璃材质。

7.根据权利要求1所述的建筑用基板，其特征在于，所述第一无线信号和所述第二无线信号为毫米波。

Images