TWI258888B

TWI258888B - Access point antenna for a wireless local area network

Info

Publication number: TWI258888B
Application number: TW093129732A
Authority: TW
Inventors: Michael J Lynch; Bing Chiang
Original assignee: Ipr Licensing Inc
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-07-21
Also published as: US7239288B2; WO2005034283A3; WO2005034283A2; TW200516800A; US20050088359A1

Description

1258888 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】本發明係有關無線區域網路領域（WLAN)，且更特別有關無線區域網路存取點天線。【先前技術】無線區域網路包含分隔存取點天線經由引線接點被連接至之分配系統。各存取點天線係具有傳送及接收射頻 (R F )信號之各區域，具有其對應區域中之客戶站。客戶站係被支援無線區域網路硬體及軟體來存取該分配系統。典型存取點天線係為標準單調天線。此類存取點天線係提供2. 3至2. 5GHz頻率範圍具有約2dBi增益之全方向涵蓋。雖然全方向涵蓋可預期，但2 dB i之天線增益係限制客戶站可與存取點天線分隔而仍可交換其間之射頻信號之範圍。標準單調存取點天線之替代，C u s h c r a f t T Μ係提供具有 3 . 5 2 dB i增益之全方向涵蓋之頂設存取點天線。 C u s h c r a f t T Μ亦為單調天線，但尺寸較大。若天線涵蓋變為方向性而非全方向，則天線增益可被進一步增加而不會增加存取點天線之尺寸。也就是說，高天線增益係被提供於固定方向。然而，固定方向外之天線增益很低。【發明内容】由於以上背景，本發明目的係提供具有改良天線增益而仍可提供全方向涵蓋之存取點天線。依據本發明之此及其他目的，特性及優點係藉由用於無線區域網路之存取點天線提供，包含一組合器網路，包

第6頁 1258888 五、發明說明(2) 括一饋送點地平面複饋送點動天線基板上質基板主分隔，外，被使存取線係具區域網組合器路及各導路徑等於其之射頻收之射可替代近，使施例中組合器導天線之介數傳導。複數元件係之共用，且被動天線使存取動指向點天線有優點路時可網路可主動天係放射他傳導信號相頻信號是，組組合器，各傳網路從元件從鄰接組合電質基板路徑係位主動天線被搞合至區域。被輛合至鄰元件及被點天線具矢天線元可提供全地提供具被遠距裝被放置共線元件間狀延伸自路徑長度位相同，相位相同合器網路網路及各導路徑長傳導元件組合器網器網路之一接地平面，及鄰接該接〇於該介電質基板上，且被耦合至該元件係延伸自該介電質基板，各主各傳導路徑且被均等分隔自介電質動指向矢天線元件係延伸自該介電接共用區域之接地平面。動指向矢天線元件可被裁製及彼此有3 . 5至5 . 0 dB i範圍之增益。此件可被放置共用區域之中央附近，方向涵蓋。依據本發明之存取點天涵蓋之高增益，其使天線支援無線設，特別是辦公室環境内。用區域之中央附近，使該組合器網之距離相同。此實施例中，複數傳組合器網路，而各傳導路徑長度係，使被組合器網路從傳導元件接收且被傳導天線元件從組合器網路接〇可被放置不在共用區域之中央附主動天線元件間之距離不同。此實度亦等於其他傳導路徑長度，使被接收之射頻信號相位相同，且被傳路接收之射頻信號相位相同。

第7頁 1258888 五、發明說明（3) 主動天線元件可以相同角度被與共用區域呈角度分隔。主動天線元件可被安置為共用區域附近之對向配對，而被動指向矢天線元件可與主動天線元件之對向配對角度交叉。被動指向矢天線元件及各主動天線元件可正交介電質基板。各主動天線元件可包含沿半徑朝向共用區域之扇葉天線元件。主動天線元件可被裁製使存取點天線可操作於2. 3至 2. 5 GHz之頻率範圍。可替代是，主動天線元件可被裁製使存取點天線可操作於4至6 G Η z之頻率範圍。介電質基板可包含一印刷電路板。傳導路徑可能包含微帶或共平面波導。本發明另一觀點係被引導至製造如上述天線之方法。該方法包含形成鄰接組合器網路之一接地平面，該組合器網路包含一饋送點，及形成鄰接該接地平面之介電質基板。複數傳導路徑係被形成於介電質基板上，且被耦合至該饋送點。該方法進一步包含從介電質基板延伸複數主動天線元件，及耦合各主動天線元件至各傳導路徑，使各主動天線元件被均等分隔自介電質基板上之共用區域。被動指向矢天線元件亦從介電質基板延伸，且被耦合至鄰接共用區域之接地平面。【實施方式】本發明現在將參考附圖做更完整說明，其中本發明較佳實施例係被顯示。然而，本發明可被具體化為許多不同型

第8頁 1258888 五、發明說明（4) 式，且不應受限於在此說明之實施例來建構。再者，這些實施例係被提供使此揭示徹底及完整且完全傳達本發明範圍給熟練技術人士。遍及全文之相似數字係涉及相似元件’而主符號係被用來標示替代實施例中之類似元件。包含存取點天線1 2之無線區域網路1 〇之例現在參考第1圖來討論。所述存取點天線1 2係經由接引線1 6被連接至分配糸統1 2。存取點天線1 2係具有全方向涵蓋，其中可以客戶站1 8來傳送及接收射頻信號。無線區域網路1 〇中，存取點天線丨2係使用包含8 〇 2 .丨丨b及 8 0 2. 1 1 g之傳統2.4GHz載體頻率Mm協定。如熟練

人士立即明瞭者，視預期應線1 2可被設計以不同頻率操存取點天線1 2通常可被裝設直裝設至壁上，被水平裝設取點天線1 2被頂部裝設時，地平面2 2。也就是說，頂部斜更有效率朝向客戶站1 8發現在參考第2及3圖，存取點之組合器網路4 0，而接地平電質基板2 4係鄰接接地平面電質基板2 4上，且被耦合至複數主動天線元件3 〇係延伸元件3 0係被耦合至各傳導路基板2 4上之共用區域2 8。被用及對應協定而定，存取點天作，如用於8 0 2· 1 la之5GHz。於許多位置。例如，其可被垂至架上，或來自頂部15。當存天線圖案尖峰係被傾斜離開接裝設存取點天線1 2導致向下傾射。天線1 2係包含具有一饋送點4 1 面2 2係鄰接該組合器網路。介 2 2 °複數傳導路徑2 6係位於介饋送點4 1。自介電質基板24。各主動天線控2 6 ’且被均等分隔自介電質動指向矢天線元件3 2亦從介電

1258888 五、發明說明（5) 質基板2 4延伸，且被耦合至鄰接共用區域2 8之接地平面 2 2。微波可透包覆或鼻錐罩2 0可包圍主動天線元件3 0及被動指向矢天線元件3 2。例如，介電質基板2 4可為印刷電路板，而傳導路徑2 6可以銅來形成。熟練技術人士立即明瞭傳導路徑可為微帶，共平面波導或具有接地平面之共平面波導。如第2及3圖所示之組合器網路4 0可被放置共用區域2 8之中央附近，使該組合器網路及各主動天線元件3 0間之距離相同。此實施例中，傳導路徑2 6係放射狀延伸自組合器網路 4 0，且各傳導路徑長度係等於其他傳導路徑長度。傳導路徑2 6之長度係相等，使被組合器網路4 0從傳導元件3 0接收之射頻信號之相位及振幅相同，且被傳導天線元件從組合器網路接收之射頻信號之相位及振幅相同。主動天線元件3 0及被動指向矢天線元件3 2係被裁製且彼此分隔，使存取點天線具有3 . 5至5 . 0 dB i範圍内之增益。此外，被動指向矢天線元件3 2係被放置共用區域2 8之中央附近，使存取點天線1 2可提供全方向涵蓋。被動指向矢天線元件3 2可從各主動天線元件3 〇引導射頻能量遠離共用區域 2 8。依據本發明之存取點天線係具有優點地提供具全方向涵盍之咼增盈’其使該存取點天線支援無線區域網路1 ◦時可被遠距裝設，特別是辦公室環境内。、所纟會主動天線元件3 〇及被動天線元件3 2可正交介電質基板 2 4。然而，如熟練技術人士立即明暸者，元件3 〇，3 2亦可以非9 0度之角度從介電質基板2 4向外延伸。

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五、發明說明（6〕如第3圖所示，當組合器網路之饋送點4 1被連接至收發器 4 2時’存取點天線1 2亦可當做重複器。收發器4 2接著與被連接至無線區域網路1 0之分配系統1 4之接引線1 6互連。所繪存取點天線1 2中，係具有被以9 0度間距分隔於介電質基板2 4上之4個主動天線元件3 0。各所繪主動天線元件3 0 係包含被沿半徑朝向共用區域2 8之扇葉天線元件。如熟練技術人士立即明瞭者，主動天線元件3 0之實際數量可視預期應用及增益而改變。工

如上述’傳導路徑2 6可放射狀延伸自共用區域2 8 天線兀件3 〇得以相同距離被放射狀與共用區域分隔。主動天線元件3 0亦可以相同角度被與共用區域2 8呈角度性分隔。主動天線元件30亦可被安置為共用區域28附近之對向 =角動指向矢天線元件32得以主動天線元件之對：開口；^。所述被動指向矢天線元件30係位於提供一 =於共用區域28上且被連…地平面22之„橋"部件4 主動天線元件3 〇及被動 % 點天線1 2得以操作於2. 3至2 5GHz之V牛！32係被裁製使存取頻率及增益之存取點天夕5GHj之頻率範圍。操作於此低之高度及6英吋或較低之尺寸/係具有2. 5英吋或較頻率範圍，尺寸及掸只瓜。备然’存取點天線丨2之 30，32可被裁製“：：視預期應用而改變。例如率範圍。 &存取點天、線^得以操作於4至㈣^件來自組合器網路、书馬5 0歐姆。組合μ

之預期輸出阻抗通常 1258888 五、發明說明（7) 網路4 0可匹配傳導路徑2 6之阻抗使中央接點處具有5 0歐姆。有了配傳導路徑之4配對，各路徑可於該接點處呈現 2 0 0歐姆，使組合器網路4 0得以提供組合器網路4 0輸出處之5 0歐姆組合有效阻抗。各傳導路徑2 6之邊遠端係鄰接主動天線元件3 0，阻抗匹配亦被提供來匹配通常為用於四分之一波長單調天線元件之主動天線元件3 0之阻抗至傳導路徑。如熟練技術人士立即明瞭者，此可藉由網路，四分之一波長傳輸線路，或其他阻抗匹配組件。現在參考第4圖，頂部裝設存取點天線1 2 ’之另一實施例將被討論。此實施例中，組合器網路4 0 ’不被放置共用區域 2 8 ’之中央附近，使組合器網路及各主動天線元件間之距離不同。為了維持被組合器網路4 0 ’從傳導元件3 0接收之射頻信號相位及振幅相同，且被傳導天線元件從組合器網路接收之射頻信號相位及振幅相同，各傳導路徑2 6 ’之長度係等於其他傳導路徑之長度。第5 a，5 b及5 c圖係針對存取點天線1 2提供三維圖，一組方位及2. 4 5 0GHz之高程輻射圖案。該模擬係以使用高頻結構模擬器（HFSS)工具被導出之有限元件模型來執行。所繪三維圖7 0係藉由高頻結構模擬器模型來提供。因為所繪存取點天線1 2係被頂部裝設，所以此類裝設配置係導致天線波束向下傾斜更有效率朝向客戶站1 8發射，如用於方位之圖 7 0及用於高程之圖7 2所標示者。也就是說，波束尖峰係被傾斜遠離接地平面2 2。

第12頁 1258888 五、發明說明（8) 製造無線區域網路1 0之存取點天線1 2之方法現在將參考第 6圖之流程圖來討論。從開始（塊8 0 )，該方法包含形成鄰接塊8 2處之組合器網路4 0之接地平面2 2，其中該組合器網路包含一饋送點4 1。介電質基板2 4係被形成鄰接塊8 4處之接地平面2 2。複數傳導路徑2 6係被形成於介電質基板2 4上，且被耦合至塊8 6處之饋送點4 1。該方法進一步包含從介電質基板2 4延伸複數主動天線元件3 0，及耦合各主動天線元件至各傳導路徑2 6 使各主動天線元件被與塊8 8處之介電質基板上之共用區域 2 8均等分隔。被動指向矢天線元件3 2延伸自介電質基板 24，且被耦合至鄰接塊9 0處之共用區域2 8之接地平面22。具有備呈現於上述說明及相關圖示之傳授利益之本發明許多修改及其他實施例係浮現於熟練技術人士之腦海中。例如，在此被揭示之天線並不限於無線區域網路之存取點。例如，天線可經由如U S B介面被連接至客戶站，使客戶站可傳送及接收射頻信號。因此，應了解本發明不限於被揭示之特定實施例，且該修改及實施例係預期被包含於附帶申請專利範圍内。

第13頁 1258888 圖式簡單說明第1圖為依據本發明包含存取點天線之無線區域網路略圖。第2圖為依據本發明無鼻錐罩之頂部裝設存取點天線之一實施例剖面圖。第3圖為第2圖所示頂部裝設存取點天線之斷層側面圖。第4圖為依據本發明無鼻錐罩之頂部裝設存取點天線之另一實施例剖面圖。第5 a，5 b及5 c圖分別為依據本發明之頂部裝設存取點天線之三維圖，一組方位及2. 4 5 0 GHz之高程輻射圖案。 ❶ 第6圖為依據本發明製造存取點天線之流程圖。【主要元件符號說明】 1 2、1 2 ’存取點天線 1 5頂部 18客戶站 2 2接地平面 2 6、2 6 ’傳導路徑 3 0主動天線元件 4 0、4 0 ’組合器網路 4 2收發器 _ 1 0無線區域網路 1 4分配系統 1 6接引線 2 0鼻錐罩 2 4介電質基板 28、28’共用區域 3 2被動指向矢天線元件 41饋送點

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Claims

1258888 六、申請專利範圍 1 . 一種無線區域網路（W L A N )之存取點天線，包含：包括一饋送點之一組合器網路；鄰接該組合器網路之一接地平面；鄰接該接地平面之一介電質基板；位於該介電質基板上且耦合至該饋送點之複數傳導路徑；延伸自該介電質基板之複數主動天線元件，各主動天線元件係耦合至各傳導路徑且被與該介電質基板上之共用區域均等分隔；及一被動指向矢天線元件，延伸自該介電質基板且耦合至鄰接該共用區域之該接地平面。 f 2 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該組合器網路係被放置於該共用區域中央附近，使該組合器網路及各主動天線元件間之距離相同。 3 .如申請專利範圍第2項之存取點天線，其中該複數傳導路徑係放射狀延伸自該組合器網路，而各傳導路徑長度係等於該其他傳導路徑長度。 4.如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該組合器網路係不放置在該共用區域中央附近，使該組合器網路及各主動天線元件間之距離不同。 I 5 .如申請專利範圍第4項之存取點天線，其中各傳導路徑長度係等於該其他傳導路徑長度。 6 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該複數主動天線元件係以相同角度與該共用區域呈角度分隔。 7.如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該複數主動

第15頁 1258888 六、申請專利範圍天線元件係被安置為該共用區域附近之對向配對；且其中該被動指向矢天線元件可與主動天線元件之該對向配對角度交叉。 8 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該被動指向矢天線元件及各主動天線元件係正交該介電質基板。 9 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中各主動天線元件係包含沿半徑朝向該共用區域之扇葉天線元件。 1 〇 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該複數主動天線元件係被裁製，使該存取點天線可操作於2. 3至 2. 5GHz之頻率範圍。 1 1 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該複數主動天線元件係被裁製，使該存取點天線可操作於4至6GHz之頻率範圍。 1 2 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該複數主動天線元件及該被動指向矢天線元件係被裁製及彼此分隔，使存取點天線具有3. 5至5. OdBi範圍内之增益。 1 3 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該被動指向矢天線元件係放置於該共用區域中央附近，使該存取點天線可提供全方向涵蓋。 1 4.如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該介電質基板係包含一印刷電路板。 1 5 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該複數傳導路徑係包含複數微帶或複數共平面波導其中至少之一。 1 6 .如申請專利範圍第1項之存取點天線，其中該複數主動

第16頁 1258888 六、申請專利範圍天線元件係包含以9 0度間距分隔之4個主動天線元件。 1 7. —種天線，包含·· 包括一饋送點之一組合器網路；鄰接該組合器網路之一接地平面；鄰接該接地平面之一介電質基板；位於該介電質基板上且耦合至該饋送點之複數傳導路徑；延伸自該介電質基板之複數主動天線元件，各主動天線元件係耦合至各傳導路徑且與該組合器網路均等分隔；及一被動指向矢天線元件，延伸自該介電質基板且耦合至鄰接該共用區域之該接地平面。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該複數傳導路徑係放射狀延伸自該組合器網路，而各傳導路徑長度係等於該其他傳導路徑長度。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該複數主動天線元件係以相同角度被與該組合器網路呈角度分隔。 « 2 0 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該複數主動天線元件係安置為該共用區域附近之對向配對；且其中該被動指向矢天線元件可與主動天線元件之該對向配對角度交叉。 2 1 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該被動指向矢天線元件及各主動天線元件係正交該介電質基板。 2 2 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中各主動天線元件係包含沿半徑朝向該組合器網路之扇葉天線元件。 2 3 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該複數主動天線

第17頁 1258888 六、申請專利範圍元件係被裁製，使該存取點天線可操作於2. 3至2. 5GHz之頻率範圍。 2 4 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該複數主動天線元件係被裁製，使該存取點天線可操作於4至6GHz之頻率範圍。 2 5 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該複數主動天線元件及該被動指向矢天線元件係被裁製及彼此分隔，使存取點天線具有3. 5至5. OdBi範圍内之增益。 2 6 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該被動指向矢天線元件係被放置該組合器網路中央附近，使該存取點天線可提供全方向涵蓋。 2 7 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該介電質基板係包含一印刷電路板。 2 8 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該複數傳導路徑係包含複數微帶或複數共平面波導其中至少之一。 2 9 .如申請專利範圍第1 7項之天線，其中該饋送點係被配置被耦合至無線區域網路之分配系統，使該天線可當作存取點天線。 3 0 .如申請專利範圍第1 7項之天線，進一步包含搞合至該饋送點之收發器使該該天線可當作重複器。 3 1 . —種製造天線之方法，包含：形成鄰接組合器網路之一接地平面，該組合器網路包含一饋送點；形成鄰接該接地平面之一介電質基板；

第18頁 1258888 六、申請專利範圍形成複數傳導路徑於該介電質基板上，且耦合該複數傳導路徑至該饋送點；從該介電質基板延伸複數主動天線元件，及耦合各主動天線元件至各傳導路徑，使各主動天線元件被均等分隔自該介電質基板上之共用區域；及從該介電質基板延伸被動指向矢天線元件，及耦合該被動指向矢天線元件至鄰接該共用區域之該接地平面。〇 3 2 .如申請專利範圍第3 1項之方法，其中該組合器網路係被放置在該共用區域中央附近，使該組合器網路及各主動天線元件間之距離相同。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項之方法，其中該複數傳導路徑係放射狀延伸自該組合器網路，而各傳導路徑長度係等於該其他傳導路徑長度。 3 4.如申請專利範圍第3 1項之方法，其中該組合器網路係不放置在該共用區域中央附近，使該組合器網路及各主動天線元件間之距離不同。 3 5 .如申請專利範圍第3 4項之方法，其中各傳導路徑長度係等於該其他傳導路徑長度。 3 6 .如申請專利範圍第3 1項之方法，其中該複數主動天線元件係以相同角度與該共用區域呈角度分隔。 3 7 .如申請專利範圍第3 1項之方法，其中該複數主動天線元件係被安置為該共用區域附近之對向配對；且其中該被動指向矢天線元件可與主動天線元件之該對向配對角度交叉0

第19頁 ^1258^88 ^ 1 卜.....…：-— 六、申請專利範圍’^____ _ 3 8 ·如申請專利範園線元件及各主動天項之方法’其中該被動指向矢天 3 9 ·如申請專利範圍線^兀件係正交該介電質基板。係包含沿半徑朝向α第3 1項之方法，其中各主動天線元件 4 0 ·如申請專利範圍★、用區域之扇葉天線元件。元件係被裁製，使士第3 1項之方法，其中該複數主動天線頻率範圍。 4存取點天線可操作於2. 3至2. 5GHz之 4 1 ·如申請專利範圍第元件係被裁製，使今負之方法，其中該複數主動天線範圍。 "存取點天線可操作於4至6GHz之頻率

4 2 ·如申請專利簕園 ^ ^ ^ 乾W弟31項之方法，其中該複數主動天線 μ被動指向矢天線元件係被裁製及彼此分隔，使存 …、占天線具有3.5至S.OdBi範圍内之增益。 43·如申請專利範圍第31項之方法，其中該被動指向矢天線元件係被放置該共用區域中央附近，使該存取點天線可提供全方向涵蓋。

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