[实用新型]具有多个定向波束的阵列天线

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2014年6月30提交的名称为“相控阵天线(PHASEDARRAYANTENNAS)”的第62/019,321号美国临时专利申请，以及于2014年3月17日提交的名称为“接入点的天线阵列的管理(MANAGINGANARRAYOFANTENNAEOFANACCESSPOINT)”的第61/954,244号美国临时专利申请的优选权。这些权利申请的全文以引用的方式并入本文中。

援引并入

在本说明书中提及的公开文献和专利申请的全文以引用的方式并入本文中，该引用的程度就如同已特定地及个别地将各个公开文献或专利申请所揭示的内容以引用的方式并入一般。

技术领域

本实用新型涉及包括相控阵天线和多个天线阵列的定向天线，以及该定向天线的操作方法。本实用新型还涉及用于相控阵天线的波束形成和/或滤波的紧凑型带孔透镜。

背景技术

包括智能电话、平板电脑等移动设备的显著增长导致了对无线网络的巨大需求。特别地，基于电气与电子工程师协会(ElectricalandElectronicsEngineers，IEEE)802.11标准族的Wi-Fi网络变得越来越普遍。在典型的Wi-Fi网络中，最终用户设备(终端设备)可以在接入点(AccessPoint，AP)的无线电收发器的范围内自由移动的同时保持高速数据连接能力。

在企业网、校园网等大规模网络中提供这样的Wi-Fi网络并不容易。其中一个挑战是从该Wi-Fi网络向用户提供期望的性能的同时如何提高AP的覆盖范围，以便利用一些AP来覆盖较大区域。在AP的覆盖范围内终端设备可以与该AP进行无线通信。AP的覆盖范围取决于它的天线。AP可以具有向该AP的周边区域提供覆盖的一个或多个全向和/或定向天线。全向天线向各个方向辐射无线电波(即，电磁波)，而定向天线向特定方向辐射电磁波。

通常，在与天线相关联的方向上，定向天线比全向天线辐射出更高的功率。这使得该天线能够提高其传输和接收的性能。因为该天线工作在特定方向，所以通过该定向天线的通信只是面临来自工作在它的定向辐射中的设备的干扰。这比起全向天线有助于降低干扰。

当前，为了促进大范围的Wi-Fi覆盖范围和提高性能，AP可以配备有多个定向天线。这种构建AP的方式要求各自的定向天线可以单独配置和管理。此外，在各自的天线覆盖范围内的终端设备经常为与AP的通话时间(即，AP和终端设备间的传输时间)而彼此竞争，导致该天线提供的无线带宽的利用率低。

相控阵天线作为定向天线的一种，可以帮助解决上述问题。相控阵列是一种天线阵列，其中，馈入天线的各信号的相对相位以这样的一种方式变化：该阵列的有效辐射方向图在需要的方向得到加强，而在不需要的方向被抑制。因此，该天线可能被认为“定向型的”，因为从该天线发出的波束可能转向(形成)在所需的方向。在设备之间的通信中，从AP到一个或多个客户端设备，从客户端设备到AP，以及从AP和另一AP到基站或从基站到AP等，波束形成对于保持功率、信号强度和工作时间可能特别有用。

现有的相控阵天线的波束形成透镜，例如，众所周知的罗特曼(Rotman)透镜，在微波系统中的使用已经被详细描述，并且可以用于RF系统。不幸地，这种透镜必须比较大且昂贵，特别是在RF频率范围内(例如，2GHz和50GHz之间)。虽然已经提出对罗特曼透镜的各种改进，但是这些改进通常降低了透镜的功效，并且需要较为昂贵和复杂的特征设置，包括多个电介质材料。例如，参见扎格卢勒等(Zaghlouletal.)的U.S.8736503，其需要平分正折射率介质的一条负折射率介质。因此，操作和生产都便宜的紧凑有效的电子透镜将是非常有用的。

天线阵列可以是一组连接到公共源或负载以产生定向的辐射方向图的多个有源天线。各个天线的空间关系还可能对天线阵列的方向性起作用。术语“有源天线”可用于描述一种由于其自身存在能量来源(除了穿过电路的单纯的信号能量)而改变能量输出的元件，或是一种能量来源输出的能量受信号输入控制的元件。这种天线的一个常见的应用是标准多波段电视天线，其具有多个连接在一起的元件。