CN114267944A - 天线结构、波束切换的方法及网络设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及通信领域，特别涉及一种天线结构、波束切换的方法及网络设备。本申请实施例提供的天线结构包括：垂直极化天线组件包括：插接于天线底板上的第一垂直极化立板、设置于第一垂直极化立板的正面且位于第一垂直极化立板的中轴位置的垂直辐射单元以及与垂直辐射单元馈电的垂直馈电单元；第一垂直极化立板的背面的中轴位置设置有第一金属地板；水平极化天线组件包括：插接于第一垂直极化立板上的水平介质板，与垂直辐射单元同轴设置于水平介质板的正面位置的水平辐射单元以及与水平辐射单元馈电的水平馈电单元。

Description

天线结构、波束切换的方法及网络设备

技术领域

本申请实施例涉及通信领域，特别涉及一种天线结构、波束切换的方法及网络设备。

背景技术

当今智能终端设备和移动互联网业务发展迅速，促使人们对各种在线数据服务的实时性和移动可用性的需求增长迅速。与移动蜂窝网相比，无线局域网(Wireless LocalArea Network，简称“WLAN”)网络具有宽带、价格低廉等优势，目前已在家庭、企业、校园和城市公共场所等多种场景广泛应用，成为最受大众欢迎的最后一公里网络接入技术。无线终端设备的发展与无线数据流量的迅猛增长，给WLAN技术带来了新的机遇与挑战，其现状已不能完全适应日益密集的用户数目和爆炸式的数据增长需求。目前通过全向波束天线提高天线的覆盖方向，或者通过定向波束为人口密集区域以满足用网需求。

然而，目前同时提供水平方向的全向波束和垂直方向的全向波束的天线，结构复杂，尺寸大，导致天线的成本高；产生水平极化波束和垂直极化波束的最高增益低，例如，最高增益为2dBi，不能满足用网需求。

发明内容

本申请实施例的主要目的在于提出一种天线结构、波束切换的方法及网络设备，能够提高天线的波束覆盖范围，提高吞吐率。

为实现上述目的，本申请实施例提供了一种天线结构，包括：天线底板、插接于天线底板上的垂直极化天线组件以及插接于述垂直极化天线组件上的水平极化天线组件；垂直极化天线组件包括：插接于天线底板上的第一垂直极化立板、设置于第一垂直极化立板的正面且位于第一垂直极化立板的中轴位置的垂直辐射单元以及与垂直辐射单元馈电的垂直馈电单元；第一垂直极化立板的背面的中轴位置设置有第一金属地板，其中，垂直辐射单元、第一金属地板以及垂直馈电单元共同产生垂直极化全向波束；水平极化天线组件包括：插接于第一垂直极化立板上的水平介质板，与垂直辐射单元同轴设置于水平介质板的正面位置的水平辐射单元以及与水平辐射单元馈电的水平馈电单元，其中，水平辐射单元和水平馈电单元共同产生水平极化全向波束。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种波束切换的方法，应用于上述的天线结构，方法包括：获取待切换的指定方向对应的编码信息，编码信息用于指示波束切换结构的状态；根据编码信息，调整波束切换结构的状态，以实现水平极化全向波束与指定方向的水平极化定向波束之间的相互切换。

为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种网络设备，包括：上述的天线结构；与天线结构连接的至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被所述至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的波束切换的方法。

本申请提出的天线结构，设置有垂直极化天线组件和水平极化天线组件，垂直极化天线组件通过第一金属地板、垂直辐射单元以及垂直馈电单元共同产生垂直极化全向波束，该垂直极化天线组件的结构简单；水平极化天线组件中的水平辐射单元与该垂直辐射单元同轴设置，可以减少水平极化天线组件与垂直极化天线组件之间的干扰，提高水平极化全向波束和垂直极化全向波束的覆盖范围；该天线结构可以同时接收和发送数据，提高了该天线的吞吐率。垂直极化天线组件和水平极化天线组件之间以插接的方式连接，结构简单，无需过大的结构即可实现双极化全向波束，降低了天线的成本。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例提供的一种天线结构的示意图；

图2是根据本发明第一实施例提供的一种天线结构部分示意图；

图3是根据本发明第一实施例提供的天线底板的俯视图；

图4是根据本发明第一实施例提供的天线底板的底视图；

图5是根据本发明第一实施例提供的第一垂直极化立板的正面俯视图；

图6是根据本发明第一实施例提供的第一垂直极化立板的背面俯视图；

图7是根据本发明第一实施例提供的第二垂直极化立板的正面俯视图；

图8是根据本发明第一实施例提供的第二垂直极化立板的背面俯视图；

图9是根据本发明第一实施例提供的水平极化天线组件的俯视图；

图10是根据本发明第一实施例提供的水平极化天线组件的底视图；

图11是根据本发明第二实施例提供的一种天线结构的示意图；

图12是根据本发明第二实施例提供的扼流板的正面视图；

图13是根据本发明第二实施例提供的扼流板的背面视图；

图14是根据本发明第三实施例提供的水平极化天线组件的结构的示意图；

图15是根据本发明第三实施例提供的波束切换结构的示意图；

图16是根据本发明第三实施例提供的波束切换结构的示意图；

图17是根据本发明第四实施例提供的一种波束切换的方法的流程图；

图18是根据本发明第四实施例提供的水平极化天线组件四个二极管的位置示意图；

图19是根据本发明第四实施例提供的5种辐射状态下的S参数的示意图；

图20是根据本发明第四实施例提供的5种辐射状态下的增益方向图；

图21是根据本发明第四实施例提供的水平极化天线组件的仿真主瓣增益示意图；

图22是根据本发明第四实施例提供的垂直反射器上的四组二极管的位置示意图；

图23是根据本发明第四实施例提供的9种辐射状态下的S参数的示意图；

图24是根据本发明第四实施例提供的9种辐射状态下的增益方向图；

图25是根据本发明第四实施例提供的垂直极化天线组件的仿真主瓣增益示意图；

图26是根据本发明第五实施例提供的一种网络设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。

本发明的第一实施方式涉及一种天线结构，该天线结构包括：天线底板、插接于天线底板上的垂直极化天线组件以及插接于垂直极化天线组件上的水平极化天线组件；垂直极化天线组件包括：插接于天线底板上的第一垂直极化立板、设置于第一垂直极化立板的正面且位于第一垂直极化立板的中轴位置的垂直辐射单元以及与垂直辐射单元馈电的垂直馈电单元；第一垂直极化立板的背面的中轴位置设置有第一金属地板，其中，垂直辐射单元、第一金属地板以及垂直馈电单元共同产生垂直极化全向波束；水平极化天线组件包括：插接于第一垂直极化立板上的水平介质板，与垂直辐射单元同轴设置于水平介质板的正面位置的水平辐射单元以及与水平辐射单元馈电的水平馈电单元，其中，水平辐射单元和水平馈电单元共同产生水平极化全向波束。

本申请提出的天线结构，设置有垂直极化天线组件和水平极化天线组件，垂直极化天线组件通过第一金属地板、垂直辐射单元以及垂直馈电单元共同产生垂直极化全向波束，该垂直极化天线组件的结构简单；水平极化天线组件中的水平辐射单元与该垂直辐射单元同轴设置，可以减少水平极化天线组件与垂直极化天线组件之间的干扰，提高水平极化全向波束和垂直极化全向波束的覆盖范围；该天线结构可以同时接收和发送数据，提高了该天线的吞吐率。垂直极化天线组件和水平极化天线组件之间以插接的方式连接，结构简单，无需过大的结构即可实现双极化全向波束，降低了天线的成本。

下面本示例中将结合附图1～10对该天线结构进行介绍。

本示例中的天线结构可以安装在网络设备中，例如，安装于无线路由器中。该天线结构的应用场景可以是家庭，也可以是应用于人员流动频繁、地形复杂以及空间资源有限的车站、机场、体育馆、剧场、校园、企业大型办公场所、机房、轮船等场所，附图1、图2为该天线结构的示意图。该天线结构包括：天线底板101、垂直极化天线组件102以及水平极化天线组件103。为了便于理解，本实例中按照该天线结构的从下至上的顺序依次介绍以上三个结构。

结构一：天线底板101的结构如图3和图4所示，该图3为该天线底板101的俯视图，图4为该天线底板101的底视图。

具体地，天线底板101包括第一介质板1011，以及在第一介质板1011上表面的覆铜层1012；该第一介质板1011为厚度为1mm的FR-4介质板；FR-4介质板为PCB常用材料，加工方便，成本低。该天线底板101用于辅助垂直极化天线组件和水平极化天线组件103的馈电走线，同时该天线底板101可以作为支撑垂直极化天线组件和水平极化天线组件103的部件。在该天线底板101上可以开设有多个空气孔1013，该空气孔1013用于为水平极化天线组件的馈电线缆的走线孔，该空气孔1013的孔半径可以为1mm。空气孔1014用于为垂直极化天线组件103上的垂直辐射单元的馈电线缆的走线孔，该空气孔1014的孔半径可以为2mm。由于垂直极化天线组件插接于该天线底板101，本示例中的插接结构可以采用插针结构，可以在该天线底板上设置于插针连接的插针孔1015，该插针孔1015的孔半径与插针结构的插针匹配，例如，插针的半径为0.4mm，那么对应的该插针孔1015的孔半径可以为0.4mm。

结构二：垂直极化天线组件。

该垂直极化天线组件102包括插接于天线底板101上的第一垂直极化立板1021、设置于第一垂直极化立板1021的正面且位于第一垂直极化立板1021的中轴位置的垂直辐射单元1022以及与垂直辐射单元1022馈电的垂直馈电单元1023；第一垂直极化立板1021的背面的中轴位置设置有第一金属地板1024，其中，垂直辐射单元1022、第一金属地板1024以及垂直馈电单元1023共同产生垂直极化全向波束。

该第一垂直极化立板1021的结构如图5、图6所示。图5为该第一垂直极化立板1021的正面俯视图，图6为该第一垂直极化立板1021的背面俯视图。

该第一垂直极化立板1021由一块FR-4介质板构成，该第一垂直极化立板1021的介质板厚度可以为1mm。垂直辐射单元1022可以为单极子天线，用于辐射电磁波，该单极子天线1022的形状包括以下任意一种：矩形、方形、圆形或椭圆形。本示例中，该单极子天线1022的形状以矩形为例。该单极子天线1022的尺寸可以为13mm×2.8mm。该垂直馈电单元1023可以为微带馈线，微带馈线1023的尺寸可以为5mm×3mm。第一垂直极化立板1021的背面的中轴位置设置有第一金属地板1024，该第一金属地板1024的形状可以有多种，例如，该第一金属地板1024的形状可以为梯形、矩形、方形、圆形、椭圆等形状。本示例中，第一金属地板1024以梯形为例，如图6中所示，本示例中的第一金属地板1024的上底的尺寸、下底的尺寸、高度的尺寸可以分别为3mm、14mm和5mm。

在一个例子中，该天线结构还包括波束切换结构；波束切换结构设置于垂直极化天线组件上，用于垂直极化全向波束与指定方向的垂直极化定向波束之间的切换。或者，波束切换结构设置于水平极化天线组件上，用于水平极化全向波束与指定方向的水平极化定向波束之间的切换。或者，波束切换结构设置于水平极化天线组件和垂直极化天线组件上，用于水平极化全向波束与指定方向的水平极化定向波束之间的切换以及用于垂直极化全向波束与指定方向的垂直极化定向波束之间的切换。

在一个例子中，该波束切换结构可以包括：垂直反射器组，垂直反射器组围绕垂直辐射单元1022设置；垂直反射器组包括至少一个垂直反射器1025；垂直反射器1025包含至少4个垂直反射单元10251，每两个垂直反射单元10251之间通过第一开关元件10252连接。下面结合图5～图6介绍该垂直反射器组。

具体地，本示例中，垂直反射器1025中的垂直反射单元10251竖直排成一列，且与垂直辐射单元1022垂直。例如，如图5和图6组合的该垂直反射器组中包括4个垂直反射器，在该第一垂直极化立板1021上垂直反射器1025围绕在垂直辐射单元1022，可以是在该第一垂直极化立板1021上基于中心位置对称设置两个垂直反射器1025。本示例中垂直反射器1025可以采用矩形形状，该垂直反射器1025的尺寸可以为16mm×1.5mm。每个反射器包含4个垂直反射单元10251，4个垂直反射单元10251之间通过第一开关元件10252连接，该第一开关元件10252可以是PIN二极管。

在垂直反射器1025处于第一运行状态下，垂直反射器1025用于将垂直极化全向波束的方向切换为指定方向的垂直极化定向波束，第一运行状态为垂直反射器中的每个第一开关元件10252均导通的状态；在垂直反射器处于第二运行状态下，垂直反射器1025用于将指定方向的垂直极化定向波束切换为垂直极化全向波束，第二运行状态为垂直反射器1025中的任意一个第一开关元件10252处于断开的状态。

具体地，当第一开关元件10252均导通时，垂直反射器1025处于第一运行状态，若该垂直反射器1025中存在一个第一开关元件10252断开，那么该垂直反射器1025处于第二运行状态。在该第一垂直极化立板1021上还对称设置有对应的偏置线10253-1，偏置线10253的一端通过金属化通孔212向第一开关元件10252提供偏置电压，偏置线10253的另一端通过插针接地。金属化通孔212的半径可以为0.2mm，其中，偏置线10253-3为水平极化天线组件的插针。插针孔25和插针孔26用来连接弯形插针，半径可以为0.4mm。

在一个例子中，第一垂直极化立板1021的中间位置设置有第一缝隙结构1026；垂直极化天线组件102还包括：通过第一缝隙结构1026与第一垂直极化立板1021插接的第二垂直极化立板1027；第二垂直极化立板1027的正面围绕中心位置设置有至少一个垂直反射器1025；第二垂直极化立板的背面1027与垂直反射器1025匹配的位置设置有第一偏置线10253-2，第一偏置线10253-2为垂直反射器1025中的第一开关元件提供偏置电压。

具体地，垂直极化天线组件上设置有第一插针结构，水平极化天线组件上设置有与第一插针结构匹配的第一插孔结构；垂直极化天线组件上设置有第二插针结构，天线底板上设置有与第二插针结构匹配的第二插孔结构。第一缝隙结构1026用于第一垂直极化立板1021与第二垂直极化立板1027插接。该第一垂直极化立板1021上可以设置插针孔25和26用来连接弯形插针，半径可以为0.4mm。插针孔和插针形成第一插针结构，该第一插针结构与天线底板的插针孔1015对应。

下面结合图7、图8对第二垂直极化立板1027进行介绍。图7为第二垂直极化立板1027的正面俯视图，图8为第二垂直极化立板1027的背面俯视图。

具体地，第二垂直极化立板1027由一块FR-4介质板构成，介质板厚度可以为1mm。两个对称放置的垂直反射器1025用来改变波束指向，其尺寸可以为16mm×1.5mm。每个垂直反射器1025分成4个垂直反射单元10251，中间通过第一开关元件10252连接，如PIN二极管。当二极管导通时，垂直反射器1025处于第一运行状态，反之，则处于第二运行状态。对称放置的偏置线10253-1一端通过金属化通孔312向第一开关元件10252提供偏置电压，另一端通过插针接地。偏置线35为水平极化天线组件的插针。金属化通孔312的半径可以为0.2mm。第三缝隙结构1026-1和第一缝隙结构1026用以实现第一垂直极化立板1021和第二垂直极化立板1027的拼装插接。插针孔33和34用来连接弯形插针，半径为0.4mm。

垂直极化天线组件的工作原理：垂直极化天线的中心结构为单极子天线、微带馈线及第一金属地板，外围结构为四个垂直反射器组成的垂直反射器组。其中，中心结构单极子天线、微带馈线及第一金属地板可以共同作用产生全向波束，辐射垂直极化波并覆盖360°；外围结构中任意一个垂直反射器处于第一运行状态时，可以产垂直极化定向波束。

结构三：水平极化天线组件。

水平极化天线组件103的具体结构如图9、图10所示，其中图9为该水平极化天线组件103的俯视图，图10为该水平极化天线组件103的底视图。

水平极化天线组件103包括：插接于第一垂直极化立板1021上的水平介质板1031，与垂直辐射单元1022同轴设置于水平介质板1031的正面位置的水平辐射单元1032以及与水平辐射单元1032馈电的水平馈电单元1033，其中，水平辐射单元1032和水平馈电单元1033共同产生水平极化全向波束。

若在水平极化天线组件中设置有波束切换结构，那么为了为该波束切换结构提供偏执电压，可以在该第一垂直极化立板1021上设置第二偏置线为水平极化天线的插针。金属化通孔212的半径为0.2mm。

在一个例子中，水平辐射单元1032为印刷于水平介质板1031的正面上的天线环；天线环包括4段相互间隔的圆弧金属微带，每段金属微带与水平馈电单元1033连接。

具体地，水平介质板1031的材质为FR-4，该水平介质板1031的半径可以为30mm，厚度可以为1mm，水平介质板1031上层印刷有爱福特(Alford)天线环，用以产生周向水平极化辐射波，本示例中，天线环包括4段相互间隔的圆弧金属微带，每段圆弧金属微带的扇形角可以设置为63.5°，天线环的圆环内径为12mm，外径为16mm；该水平馈电单元1033可以为功分器。

在一个例子中，水平介质板1031的背面上、与水平辐射单元1032相对的位置设置有第二金属地板1034；水平极化天线组件103还包括：短路枝节1035；短路枝节1035通过水平介质板1031上的第一金属化孔112与第二金属地板1034连接，短路枝节1035用于辅助水平馈电单元1033与水平辐射单元1032的阻抗相匹配。

具体地，短路枝节1035位于功分器上，用于改善功分器与天线环的阻抗相匹配，扩展天线带宽。该短路枝节1035的尺寸可以为3mm×0.7mm。短路枝节1035通过第一金属化孔112，贯穿水平介质板1031与第二金属地板1034相连接，第一金属化通孔112半径可以为0.3mm。另外，该水平介质板1031上还对称有四个空气孔19，该空气孔19为插针孔，半径可以为0.4mm。

波束切换结构可以包括水平反射组件。下面介绍水平反射器组设置于水平极化天线组件上的情况，结合附图9、图10。

在一个例子中，水平反射器组围绕水平辐射单元1032设置；水平反射器组包括至少一个水平反射器1036；水平反射器1036包括至少两个水平反射单元10361，每两个水平反射单元之间通过第二开关元件10362连接；在水平反射器10361处于第三运行状态下，水平反射器10361用于将水平极化全向波束的方向切换为指定方向的水平极化定向波束，第三运行状态为水平反射器1036中每个第二开关元件10362均导通的状态；在水平反射器1036处于第四运行状态下，水平反射器1036用于将指定方向的水平极化定向波束切换为水平极化全向波束，第四运行状态为水平反射器1036中每任意一个第二开关元件10362处于断开的状态。

具体地，水平介质板1031的正面还设置有：与水平反射器1036连接的第二偏置线1037，用于为水平反射器1036中的第二开关元件10362提供偏执电压。水平介质板1031设置四个对称的水平反射器1036用来改变波束指向，每个水平反射器1036的扇形角可以为21°，外径为26mm，内径为24mm；水平反射器1036中间由第二开关元件10362连接，第二开关元件10362可以为PIN二极管，第二偏置线1037提供偏置电压来控制第二开关元件10362的通断，当第二开关元件10362处于导通的状态时水平反射器1036处于第三运行状态，当第二开关元件10362断开时水平反射器1036处于第四运行状态。空气孔19半径可以为0.4mm，用来插入插针11(图2所示)，并连接第二偏置线1037。水平极化天线组件由直径为1mm的同轴线馈电，同轴线内导体穿过半径为0.35mm的空气孔114，连接在水平介质板1031的正面的焊盘113上，焊盘半径可以为1.5mm，外导体直接连接在水平介质板1031背面的第二金属地板1034上，该第二金属地板1034可以为圆形，圆形地板半径为10mm。可以理解的是，水平介质板1031可以设置为圆形，该天线底板101可以设置方形。

水平极化天线组件的工作原理：水平极化天线组件的中心结构为Alford天线环，外围结构为四个水平反射器组成的水平反射器组。其中，中心结构Alford天线环可以提供全向波束，产生水平极化辐射波并覆盖360°；外围结构水平反射器处于第三运行状态时，可以产生水平极化定向波束。

本发明的第二实施方式涉及一种天线结构，本实施例中的天线结构是对第一实施例的进一步改进，主要改进之处在于，本实施方式中还包括：扼流板104。该天线结构的示意图如图11所示。

扼流板104插接于天线底板101、并位于第一垂直极化立板1021与第二垂直极化立板1027之间；扼流板104包括插接于天线底板101上的介质板1041以及覆盖于介质板1041上的覆铜层1042；覆铜层1042上刻蚀有倒L形的第二缝隙结构。

具体地，图12和图13分别为扼流板104的正面视图和背面视图。扼流板104由一块厚度为1mm的FR-4介质板1041及表面覆铜层1042构成，覆铜层1042上刻蚀有倒L形的第二缝隙1043。插针孔1044用来插入插针1045，进而使扼流板104与天线底板101固定在一起。插针孔1044的半径可以为0.4mm。

扼流板104可以抑制同轴电缆外导体表面感应电流产生的二次辐射。

本发明的第三实施方式涉及一种天线结构，与第一实施例和第二实施例大致相同，主要区别在于，本实施例中水平反射器设置有6个，其水平极化天线组件的结构如图14所示。

具体地，水平反射器的个数可以根据需要进行设置，可以是1个，2个或2个以上，本示例中为了增加定向波束的个数，以6个水平反射器为例进行说明，在水平介质板上围绕水平辐射单元均匀设置6个水平反射器。

同理，垂直反射器的个数也可以有多个，例如，6个，此处将不再进行赘述。另外，水平反射器和垂直反射器的形状可以有多种，例如，梯形或三角形等。如图15和图16所示。

可以理解的是，垂直反射器和水平反射器的尺寸可以根据需要进行设置，并不限于本申请所列举的尺寸。

本发明的第四实施方式涉及一种波束切换的方法，其流程如图17所示，包括：

步骤401：获取待切换的指定方向对应的编码信息，编码信息用于指示波束切换结构的状态。

具体地，该方法用于控制第一至第三实施例中的天线结构。本示例中，采用同轴线馈电获得电磁功率，通过波束切换结构中的开关元件的导通和断开控制波束切换结构工作，开关元件如PIN二极管，使二极管具有“0”、“1”两种数字编码状态。通过对二极管的“0”、“1”状态的控制，形成天线的数字编码方案，进而控制天线辐射方向图中的波束指向，实现指定方向的辐射方向图。

步骤402：根据编码信息，调整波束切换结构的状态，以实现水平极化全向波束与指定方向的水平极化定向波束之间的相互切换。

根据编码信息，可以控制二极管的导通和断开以形成编码信息，进而得到对应的指定波束。

为了便于理解，下面以一个具体的例子介绍波束切换的过程。

(1)水平极化天线波束切换实施方式。

水平极化天线组件四个二极管(D1，D2，D3，D4)位置如图18所示。当二极管加正向电压时处于导通状态1，否则处于断开状态0。表1给出了水平极化天线波束切换控制方法，包括5种编码状态及其产生的方向图特征(1种全向波束和4种定向波束)。图19给出了5种辐射状态下的S参数(图中示出了S21和S22)。图20给出了5种辐射状态下的增益方向图。从图18与图19中可知，本示例的水平极化天线组件在5.15GHz到5.925GHz的反射系数均低于-10dB，并且实现了全向波束与4种定向波束之间的切换。图21给出了为本示例中水平极化天线组件在表1所示各个编码方案下的仿真主瓣增益。从图中可知，在5.5GHz下测试的各个波束的主瓣增益均大于4.1dBi，峰值增益为5dBi。

预先设置波束指向与编码信息之间到的对应关系，如表1所示。

表1水平极化天线波束切换控制方法

(2)垂直极化天线波束切换实施方式。

垂直极化天线每个反射器通过三个二极管连接，当三个二极管都加正向电压时，反射器起作用，否则不起作用。以每个垂直反射器上的三个二极管为一组，四组二极管(Dg1，Dg2，Dg3，Dg4)的位置如图22所示。当二极管加正向电压时处于导通状态1，否则处于断开状态0。表2给出了垂直极化天线波束切换控制方法，包括9种编码状态及其产生的方向图特征(1种全向波束和8种定向波束)。图23给出了9种辐射状态下的S参数(图中示出了参数S21和S22)。图24给出了9种辐射状态下的增益方向图。从图23与图24中可知，本发明设计的垂直极化天线在5.15GHz到5.925GHz的反射系数均低于-10dB，并且实现了全向波束与8种定向波束之间的切换。图25给出了为本示例垂直极化天线组件在表2所示各个编码方案下的仿真主瓣增益。从图25中可知，本本示例的垂直极化天线在表2给出的编码方案下，在5.5GHz下测试的主瓣增益大于3.6dBi，峰值增益为4.6dBi。预先设置垂直波束指向与编码信息之间到的对应关系，如表2所示：

表2垂直极化天线波束扫描控制方法

本实施方式中，实现了全向波束与8种定向波束切换，同时具备双极化和高增益的特点，抗干扰度高，稳定性良好，适用于无线局域网系统。

本发明第五实施方式涉及一种网络设备，其结构框图如图26所示，该电子设备包括：至少一个处理器501；以及，与至少一个处理器501通信连接的存储器502；其中，存储器502存储有可被至少一个处理器501执行的指令，指令被至少一个处理器501执行，以使至少一个处理器501能够执行上述的故障定位的方法。

其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

Claims (15)

1.一种天线结构，其特征在于，包括：天线底板、插接于所述天线底板上的垂直极化天线组件以及插接于所述垂直极化天线组件上的水平极化天线组件；

所述垂直极化天线组件包括：插接于所述天线底板上的第一垂直极化立板、设置于第一垂直极化立板的正面且位于所述第一垂直极化立板的中轴位置的垂直辐射单元以及与所述垂直辐射单元馈电的垂直馈电单元；所述第一垂直极化立板的背面的中轴位置设置有第一金属地板，其中，所述垂直辐射单元、所述第一金属地板以及所述垂直馈电单元共同产生垂直极化全向波束；

所述水平极化天线组件包括：插接于所述第一垂直极化立板上的水平介质板，与所述垂直辐射单元同轴设置于所述水平介质板的正面位置的水平辐射单元以及与所述水平辐射单元馈电的水平馈电单元，其中，所述水平辐射单元和所述水平馈电单元共同产生水平极化全向波束。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，还包括：波束切换结构；

所述波束切换结构设置于所述垂直极化天线组件上，用于所述垂直极化全向波束与指定方向的垂直极化定向波束之间的切换；

或者，

所述波束切换结构设置于所述水平极化天线组件上，用于所述水平极化全向波束与指定方向的水平极化定向波束之间的切换；

或者，

所述波束切换结构设置于所述水平极化天线组件和所述垂直极化天线组件上。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述波束切换结构包括：垂直反射器组，所述垂直反射器组围绕所述垂直辐射单元设置；

所述垂直反射器组包括至少一个垂直反射器；

所述垂直反射器包含至少4个垂直反射单元，每两个所述垂直反射单元之间通过第一开关元件连接；

在所述垂直反射器处于第一运行状态下，所述垂直反射器用于将所述垂直极化全向波束的方向切换为指定方向的垂直极化定向波束，所述第一运行状态为所述垂直反射器中的每个所述第一开关元件均导通的状态；

在所述垂直反射器处于第二运行状态下，所述垂直反射器用于将所述指定方向的垂直极化定向波束切换为所述垂直极化全向波束，所述第二运行状态为所述垂直反射器中的任意一个所述第一开关元件处于断开的状态。

4.根据权利要求3所述天线结构，其特征在于，所述第一垂直极化立板的中间位置设置有第一缝隙结构；

所述垂直极化天线组件还包括：通过所述第一缝隙结构与所述第一垂直极化立板插接的第二垂直极化立板；

所述第二垂直极化立板的正面围绕中心位置设置有至少一个所述垂直反射器；

所述第二垂直极化立板的背面与所述垂直反射器匹配的位置设置有第一偏置线，所述第一偏置线为所述垂直反射器中的所述开关元件提供偏置电压。

5.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述垂直反射器中的所述垂直反射单元竖直排成一列，且与所述垂直辐射单元垂直。

6.根据权利要求4所述的天线结构，其特征在于，还包括扼流板；

所述扼流板插接于所述天线底板、并位于所述第一垂直极化立板与所述第二垂直极化立板之间；

所述扼流板包括插接于所述天线底板上的介质板以及覆盖于所述介质板上的覆铜层；

所述覆铜层上刻蚀有倒L形的第二缝隙结构。

7.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述水平介质板的背面上、与所述水平辐射单元相对的位置设置有第二金属地板；

所述水平极化天线组件还包括：短路枝节；

所述短路枝节通过所述水平介质板上的第一金属化孔与所述第二金属地板连接，所述短路枝节用于辅助所述水平馈电单元与所述水平辐射单元的阻抗相匹配。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的天线结构，其特征在于，所述波束切换结构包括：水平反射器组，所述水平反射器组围绕所述水平辐射单元设置；

所述水平反射器组包括至少一个水平反射器；

所述水平反射器包括至少两个水平反射单元，每两个所述水平反射单元之间通过第二开关元件连接；

在所述水平反射器处于第三运行状态下，所述水平反射器用于将所述水平极化全向波束的方向切换为指定方向的水平极化定向波束，所述第三运行状态为所述水平反射器中每个所述第二开关元件均导通的状态；

在所述水平反射器处于第四运行状态下，所述水平反射器用于将所述指定方向的水平极化定向波束切换为所述水平极化全向波束，所述第四运行状态为所述水平反射器中每任意一个所述第二开关元件处于断开的状态。

9.根据权利要求8所述的天线结构，其特征在于，所述水平介质板的正面还设置有：与所述水平反射器连接的第二偏置线，用于为所述水平反射器中的所述第二开关元件提供偏执电压。

10.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，所述水平辐射单元为印刷于所述水平介质板的正面上的天线环；

所述天线环包括4段相互间隔的圆弧金属微带，每段所述金属微带与所述水平馈电单元连接。

11.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，所述垂直极化天线组件上设置有第一插针结构，所述水平极化天线组件上设置有与所述第一插针结构匹配的第一插孔结构；

所述垂直极化天线组件上设置有第二插针结构，所述天线底板上设置有与所述第二插针结构匹配的第二插孔结构。

12.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述波束切换结构的形状包括以下任意一种：矩形、方形、圆形或椭圆形。

13.根据权利要求1或2所述的天线结构，其特征在于，所述垂直辐射单元为单极子天线；

所述单极子天线的形状包括以下任意一种：矩形、方形、圆形或椭圆形。

14.一种波束切换的方法，其特征在于，应用于权利要求2至13任一项所述的天线结构，所述方法包括：

获取待切换的指定方向对应的编码信息，所述编码信息用于指示所述波束切换结构的状态；

根据所述编码信息，调整所述波束切换结构的状态，以实现所述水平极化全向波束与指定方向的水平极化定向波束之间的相互切换。

15.一种网络设备，其特征在于，包括：权利要求1至13任一项所述的天线结构；

与天线结构连接的至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求14的波束切换的方法。

Images