本發(fā)明涉及適合于在無(wú)線局域網(wǎng)中使用的刀片天線，其包括至少一個(gè)刀片天線單元且優(yōu)選為兩個(gè)刀片天線單元，其中每一單元包括：

-接地平面，

-第一刀片結(jié)構(gòu)，其大體上垂直安裝到所述接地平面上，

其中所述接地平面和第一刀片結(jié)構(gòu)至少部分地由導(dǎo)電材料制成且彼此電絕緣，進(jìn)而形成刀片天線。

背景技術(shù)：

刀片天線通常用于收發(fā)無(wú)線電信號(hào)，且是從單極天線得出，所述單極天線是基于垂直定位到接地平面上的桿狀極。刀片天線不同于單極天線之處在于桿狀極被垂直定位到接地平面上的平面結(jié)構(gòu)或刀片代替。刀片和接地平面都需要至少部分地由導(dǎo)電材料制成以便充當(dāng)天線。

刀片天線一般來(lái)說(shuō)已知具有寬帶特性，這使得它們對(duì)于在例如wifi等無(wú)線局域網(wǎng)(wlan)中使用來(lái)說(shuō)先驗(yàn)地較不具有吸引力。wifi標(biāo)準(zhǔn)通常使用2.4和5.0ghz的頻率用于無(wú)線電信號(hào)的發(fā)射。適合于例如wifi等wlan的天線應(yīng)當(dāng)具有關(guān)于以上兩個(gè)頻帶的充分界定的帶寬。另一方面，刀片天線具有相對(duì)高效率的有吸引力的性質(zhì)，所述效率為由天線輻射的功率相對(duì)于由天線吸收(大部分為熱能)且不用于輻射目的的功率的比率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)適合于在無(wú)線局域網(wǎng)中使用的刀片天線。另外，目標(biāo)是提供可集成于接入點(diǎn)或橋接器中以在涵蓋室內(nèi)和室外使用的wlan中使用的刀片天線。

以上目標(biāo)通過(guò)提供如序文中所描述的刀片天線而滿足，其中每一刀片天線單元包括電介質(zhì)材料的主體，其中刀片結(jié)構(gòu)至少部分地嵌入所述主體中且所述主體充當(dāng)用于由所述刀片天線接收或發(fā)射的電磁波的透鏡結(jié)構(gòu)。通常，刀片結(jié)構(gòu)完全嵌入于所述透鏡結(jié)構(gòu)中。因此，根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的主要輻射表面是指向周圍透鏡結(jié)構(gòu)的外壁。

令人驚奇地，此透鏡結(jié)構(gòu)的提供帶來(lái)適合于在涵蓋室內(nèi)和室外使用的wlan用途中使用的刀片天線。刀片天線的使得其適合于既定使用的性質(zhì)涵蓋操作帶寬、效率以及增益水平(即輻射方向圖的方向性)。下文進(jìn)一步的實(shí)例中將展示一些具體實(shí)施例及其有利性質(zhì)。

刀片天線可含有一個(gè)或多個(gè)刀片天線單元，這取決于既定用途。當(dāng)?shù)镀炀€整體集成于壁裝式接入點(diǎn)中時(shí)，所述刀片天線包括兩個(gè)刀片天線單元是有利的。當(dāng)集成于天花板安裝式接入點(diǎn)中時(shí)，所述刀片天線包括一個(gè)刀片天線單元是有利的。

當(dāng)?shù)镀炀€包括兩個(gè)刀片天線單元時(shí)，其具有提供冗余的優(yōu)點(diǎn)，即在其中一者故障的情況下的備用單元。并且，如果一個(gè)單元在收發(fā)信號(hào)中受到例如干擾的妨礙，那么另一單元對(duì)于其不同位置仍可為有效的。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的刀片天線經(jīng)設(shè)計(jì)以使得一個(gè)且優(yōu)選地每一刀片天線單元包括

-第一刀片結(jié)構(gòu)，其具有大體上由如下極函數(shù)界定的圓周：

其中a，b，n1≠0

且其中：

-ρd(φ)是位于xy平面中的曲線；以及

-φ∈[0，2∏)是角坐標(biāo)。

此極函數(shù)也被稱作超形，其在頒于j.gielis的美國(guó)專利7,620,527中描述。所述專利闡釋了包含圓形和多邊形的大多數(shù)幾何形式和規(guī)則形狀可如何被描述為以上極函數(shù)的公式的特殊實(shí)現(xiàn)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性(m1，m2)、指數(shù)(n1，n2.n3)和/或短軸和長(zhǎng)軸(a，b)的選擇或所謂的調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)廣泛多種自然且抽象的形狀。超形公式的詳細(xì)闡釋在為此目的參考的us’527專利中給出。

替代地，上文定義為ρd(φ)的極函數(shù)可被定義為若干極函數(shù)ρi的求和sf(θ)，如下：

其中

用于極函數(shù)ρd(φ)的此替代的定義sf(θ)在整個(gè)應(yīng)用中對(duì)于本發(fā)明的所有實(shí)施例是有效的，其中ρd(φ)一直指示為極函數(shù)。在此下文隨后的ρd(φ)的參數(shù)的任何所指示偏好也適用于替代定義sf(θ)。

已發(fā)現(xiàn)所述刀片結(jié)構(gòu)的此設(shè)計(jì)增強(qiáng)了刀片天線對(duì)于其既定用途的合適性。

優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線中，至少一個(gè)刀片結(jié)構(gòu)具有大體上由如下極函數(shù)界定的圓周：

其中m1＝m2＝4，且凸度參數(shù)n1、n2、n3相等且具有在1與4之間選擇的值。作為一個(gè)替代方案，在以上公式中m1＝m2＝4時(shí)，凸度參數(shù)n1、n2、n3可具有在1與4之間的范圍內(nèi)的不同值。

關(guān)于進(jìn)一步偏好，根據(jù)本發(fā)明的刀片天線被設(shè)計(jì)成使得一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元包括：

-大體上垂直安裝到接地平面上的一個(gè)或多個(gè)第二刀片結(jié)構(gòu)，其至少部分地由導(dǎo)電材料制成且與所述接地平面電絕緣，且至少部分地嵌入于所述透鏡結(jié)構(gòu)中。

每刀片天線單元的此多個(gè)刀片結(jié)構(gòu)提升了刀片天線的性能。

具體來(lái)說(shuō)優(yōu)選的是，一個(gè)且優(yōu)選每一第二刀片結(jié)構(gòu)具有大體上由如下極函數(shù)界定的圓周：

其中a，b，n1≠0

且其中：

-ρd(φ)是位于xy平面中的曲線；以及

-φ∈[0，2∏)是角坐標(biāo)。

當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的刀片天線包括第一和第二刀片結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選的是至少兩個(gè)且更優(yōu)選地全部都是實(shí)際上相同的。除更容易制造之外，以此方式還進(jìn)一步增強(qiáng)天線的功能。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的特殊實(shí)施例中，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的一個(gè)且優(yōu)選每一刀片結(jié)構(gòu)被劃分為導(dǎo)電連接的兩個(gè)主要部分，更優(yōu)選地所述刀片結(jié)構(gòu)被劃分為上部部分和下部部分。所述劃分使得所述兩個(gè)主要部分對(duì)于其大部分來(lái)說(shuō)并不彼此導(dǎo)電連接。

將刀片結(jié)構(gòu)劃分為兩個(gè)部分的優(yōu)點(diǎn)在于，可選擇所述劃分以使得每一個(gè)別部分的尺寸適合于在兩個(gè)不同頻率收發(fā)無(wú)線電信號(hào)，也被稱作雙頻帶能力。

在數(shù)學(xué)意義上，根據(jù)本發(fā)明的刀片天線可描述為由若干布爾型運(yùn)算修改的超形。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)條帶的布爾型減法，產(chǎn)生狹槽，其將所述超形劃分為下部和上部部分，這是刀片天線結(jié)構(gòu)的以上特征劃分為兩個(gè)主要部分的特殊實(shí)施例。

任選地，通過(guò)條帶的布爾型加法，每一下部部分具備呈靠近所述狹槽的條帶的形式的延伸。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的一個(gè)且優(yōu)選每一第二刀片結(jié)構(gòu)在共同縱向軸線上與第一刀片結(jié)構(gòu)相交。優(yōu)選地，刀片結(jié)構(gòu)的相交使得至少兩個(gè)刀片結(jié)構(gòu)處于彼此大體上垂直的定向。

每刀片天線單元的刀片結(jié)構(gòu)的此配置整體提升了刀片天線的性能。確切地說(shuō)，兩個(gè)相交葉片的垂直定向增強(qiáng)了天線的全方向性。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的特定實(shí)施例中，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的一個(gè)且優(yōu)選每一刀片結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以在5ghz頻帶中操作，其中所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度在4與12mm之間。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的另一特定實(shí)施例中，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的一個(gè)且優(yōu)選每一刀片結(jié)構(gòu)經(jīng)配置以在2.4ghz頻帶中操作，其中所述結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度在8與24mm之間。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線中優(yōu)選的是，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的透鏡結(jié)構(gòu)的高度小于或等于30mm，優(yōu)選為25mm或更小。

此高度限制常常是必要的，以將刀片天線集成到用于wlan目的的接入點(diǎn)或橋接器裝置中。

出于用于將刀片天線集成于接入點(diǎn)或橋接器裝置中的有限空間的同一原因，下文指示刀片天線的更優(yōu)選的尺寸。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線中進(jìn)一步優(yōu)選的是，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的透鏡結(jié)構(gòu)具有圓柱形形狀且優(yōu)選地具有10到15mm的直徑。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的透鏡結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)材料具有在2與90之間的值的介電常數(shù)。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線中進(jìn)一步優(yōu)選的是，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的透鏡結(jié)構(gòu)具有折射率n，其中n≠1。

有利的是，在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線中，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元的接地平面是具有10到15mm的直徑的大體上圓形平面。

在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線中，優(yōu)選的是一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元經(jīng)配置以在第一頻帶和第二頻帶中通信。此雙頻帶刀片天線優(yōu)選地包括用于在兩個(gè)頻帶之間切換的至少一個(gè)處理器。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的刀片天線中優(yōu)選的是，一個(gè)且優(yōu)選每一刀片天線單元包括具有大體上由如下極函數(shù)界定的基本輪廓的透鏡結(jié)構(gòu)：

其中a，b，n1≠0

且其中：

-ρd(φ)是位于xy平面中的曲線；以及

-φ∈[0，2∏)是角坐標(biāo)。

此透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)一步貢獻(xiàn)于刀片天線對(duì)于既定目的的合適性。

當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的刀片天線包括至少兩個(gè)刀片天線單元時(shí)，優(yōu)選的是每一單元的個(gè)別接地平面位于共同平面中或平行平面上。關(guān)于特定偏好，此刀片天線進(jìn)一步特征在于刀片天線單元通過(guò)優(yōu)選為電絕緣材料的間隔結(jié)構(gòu)而固定到彼此。

在根據(jù)本發(fā)明的包括至少兩個(gè)刀片天線單元的刀片天線中，優(yōu)選的是刀片天線單元的接地平面位于共同平面中且彼此處于60到100mm、優(yōu)選地70到90mm的距離。

當(dāng)?shù)镀炀€包括根據(jù)本發(fā)明的間隔結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選地所述間隔結(jié)構(gòu)具有15mm或更小的寬度。此外，所述間隔結(jié)構(gòu)優(yōu)選地由電介質(zhì)聚合物制成，具體來(lái)說(shuō)由復(fù)合材料fr4制成。

當(dāng)根據(jù)本發(fā)明所述刀片天線含有一個(gè)刀片天線單元時(shí)，優(yōu)選的是一個(gè)且更優(yōu)選每一刀片結(jié)構(gòu)具有大體上圓形或橢圓形的圓周。

此設(shè)計(jì)已證實(shí)最適合于在頻帶天線是天花板安裝時(shí)使用。

此天花板安裝式頻帶天線優(yōu)選地具有圓柱形透鏡結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有12到30mm的直徑以及15到30mm的高度。接地平面優(yōu)選地具有與所述圓柱形透鏡結(jié)構(gòu)的底部平面相比大體上較大的直徑。

所述刀片天線的透鏡結(jié)構(gòu)優(yōu)選地當(dāng)選定電介質(zhì)材料是熱塑性聚合物時(shí)通過(guò)在刀片天線上的注射模制來(lái)構(gòu)造。所述電介質(zhì)也可以是熱固性聚合物，且在所述情況下可使用熱固性聚合物的領(lǐng)域中的全部已知方法來(lái)制作刀片周圍的透鏡。替代地，所述透鏡可由模塊化元件形成，所述模塊化元件組裝于刀片天線周圍且保持在一起以使得獲得包圍的透鏡主體，所述主體由所述組裝的模塊化元件構(gòu)成。

制造金屬刀片結(jié)構(gòu)的有效方式是通過(guò)在薄電介質(zhì)層上的金屬層的光刻印刷。在透鏡結(jié)構(gòu)的后續(xù)包覆模制期間，電介質(zhì)層對(duì)金屬刀片結(jié)構(gòu)提供機(jī)械支撐。天線單元通過(guò)聚合物鉚釘或者替代地通過(guò)適當(dāng)選擇的自粘膠帶而固定于相關(guān)接地平面上。

優(yōu)選地，所述金屬刀片結(jié)構(gòu)是通過(guò)在薄電介質(zhì)層的兩側(cè)上沉積相同形狀的金屬層而形成。當(dāng)兩個(gè)金屬刀片結(jié)構(gòu)組合于一個(gè)刀片天線單元中時(shí)，優(yōu)選的是這兩個(gè)金屬刀片結(jié)構(gòu)沿著其中央縱向線的二分之一具有切口，以使得所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)可通過(guò)使所述切口滑動(dòng)進(jìn)入彼此而機(jī)械地固定在一起。

替代地，所述金屬刀片結(jié)構(gòu)可使用其中形成固體金屬刀片結(jié)構(gòu)的任何適當(dāng)過(guò)程形成，其中不存在額外電介質(zhì)層。所述刀片結(jié)構(gòu)可例如通過(guò)金屬片的切割而形成，或者通過(guò)使用具有適當(dāng)幾何形狀的掩模在合適的剛性或柔性載體上的金屬結(jié)構(gòu)的電化學(xué)形成而形成。

在接地平面的背側(cè)上，通過(guò)使用焊接到微帶技術(shù)的匹配線的同軸電纜而實(shí)現(xiàn)天線前端和電連接。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的刀片天線集成于用于無(wú)線局域網(wǎng)的接入點(diǎn)或橋接器裝置中。因此，wlan裝置適合于墻壁或天花板安裝(取決于刀片天線單元的數(shù)目)，且具有用于收發(fā)無(wú)線電信號(hào)的有吸引力的性能。

在第二方面中，本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)刀片天線的無(wú)線局域網(wǎng)，其中每一個(gè)別刀片天線符合前述技術(shù)方案中的一者。

此多個(gè)刀片天線使得有可能建置多輸入多輸出(mimo)系統(tǒng)。在mimo系統(tǒng)中，多個(gè)天線放置在通信系統(tǒng)的輸入和輸出側(cè)以提升帶寬效率，且因此數(shù)據(jù)速率的加速。

附圖說(shuō)明

將通過(guò)附圖的描述進(jìn)一步闡釋本發(fā)明，其中：

-圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的優(yōu)選實(shí)施例；

-圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的刀片天線的另一優(yōu)選實(shí)施例；

-圖3示出了集成于接入點(diǎn)中的刀片天線的優(yōu)選實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示出了適合于壁裝式接入點(diǎn)(wlan)的刀片天線1的三維圖片，所述刀片天線包括兩個(gè)相同的刀片天線單元3，其中每一單元包括：

-接地平面5，

-第一刀片結(jié)構(gòu)7，其大體上垂直安裝到接地平面5上，

-第二刀片結(jié)構(gòu)9，其大體上垂直安裝到接地平面5上。

刀片結(jié)構(gòu)7、9以及接地平面5由導(dǎo)電材料制成。所述兩個(gè)刀片結(jié)構(gòu)處于彼此的大體上垂直定向上。每一刀片結(jié)構(gòu)7、9被劃分為通過(guò)桿10導(dǎo)電連接的上部部分和下部部分。第二刀片結(jié)構(gòu)9在與桿10一致的共同軸線上連接到第一刀片結(jié)構(gòu)7。刀片結(jié)構(gòu)7、9在底部銷8處會(huì)聚，所述底部銷導(dǎo)電連接到間隔結(jié)構(gòu)14的底側(cè)上提供的饋電線(未圖示)。底部銷8延伸通過(guò)接地平面5的中心中的電介質(zhì)材料的絕緣圓盤(pán)6。因此，整個(gè)刀片結(jié)構(gòu)7、9安裝到接地平面5上，同時(shí)與接地平面電絕緣。

刀片結(jié)構(gòu)7、9的總體圓周大體上由用于gielis公式的超形的極函數(shù)界定：

其中m1＝m2＝4，且凸度參數(shù)n1、n2、n3相等且具有2.5的所選值。此外，所述超形由若干布爾型運(yùn)算修改：

通過(guò)條帶的布爾型減法產(chǎn)生狹槽，其將所述超形劃分為下部部分和上部部分。通過(guò)條帶的布爾型加法，每一下部部分具備呈靠近所述狹槽的條帶的形式的延伸。

此外，每一刀片天線單元3包括透鏡結(jié)構(gòu)12，其呈電介質(zhì)材料的圓柱形主體12的形式，其中刀片結(jié)構(gòu)7、9封閉于所述透鏡結(jié)構(gòu)中且所述透鏡結(jié)構(gòu)充當(dāng)用于由刀片天線1接收或發(fā)射的電磁波的透鏡結(jié)構(gòu)。透鏡結(jié)構(gòu)12的底部平面覆蓋接地平面5。

所述兩個(gè)刀片天線單元3通過(guò)間隔結(jié)構(gòu)14固定到彼此，所述間隔結(jié)構(gòu)為例如用于印刷電路板的電絕緣材料，優(yōu)選地為復(fù)合fr4。在所述間隔結(jié)構(gòu)的底側(cè)處的電線不可見(jiàn)，所述電線對(duì)刀片結(jié)構(gòu)7、9提供電饋送。

圖2示出了適合于用于wlan的天花板安裝式接入點(diǎn)的刀片天線20的三維圖片，所述刀片天線包括一個(gè)刀片天線單元23，其包括：

-接地平面25，

-第一刀片結(jié)構(gòu)27，其大體上垂直安裝到接地平面25上，

-第二刀片結(jié)構(gòu)29，其大體上垂直安裝到接地平面25上。

刀片結(jié)構(gòu)27、29以及接地平面25由導(dǎo)電材料制成。所述兩個(gè)刀片結(jié)構(gòu)處于彼此的大體上垂直定向上。每一刀片結(jié)構(gòu)27、29被劃分為導(dǎo)電連接的上部部分和下部部分。第二刀片結(jié)構(gòu)25在共同縱向軸線34上連接到第一刀片結(jié)構(gòu)27。刀片結(jié)構(gòu)27、29的總體圓周大體上是圓形。接地平面25具有比透鏡結(jié)構(gòu)32的底部平面顯著更大的直徑，例如4或5倍大。

類似于圖1，刀片結(jié)構(gòu)27、29在底部銷(未圖示)處會(huì)聚，所述底部銷導(dǎo)電連接到接地平面25下方提供的饋電線。所述銷延伸通過(guò)接地平面25，同時(shí)使用包圍著通過(guò)接地平面的銷的絕緣結(jié)構(gòu)而與接地平面電絕緣。

圖3示出了集成于用于wlan的壁裝式接入點(diǎn)30中的刀片天線1的三維圖片。所述圖片示出了用于在接入點(diǎn)30中裝配刀片天線1的有限空間。刀片天線1與圖1中描畫(huà)的刀片天線相同。

實(shí)例

圖1中描繪的刀片天線1具有以下性質(zhì)：

-在2.4ghz和5.0ghz處的雙頻帶操作；

-在2.4ghz處的89％以及在5.0ghz處的96％的效率；

-在2.4ghz處的3.3dbi以及在5.0ghz處的3.2dbi的峰值增益電平。

圖2中描繪的刀片天線20具有以下性質(zhì)：

-在2.4ghz和5.0ghz處的雙頻帶操作；

-在2.4ghz處的95％以及在5.0ghz處的95％的效率；

-在2.4ghz處高于2.0dbi以及在5.0ghz處高于3.0dbi的峰值增益電平。