CN205029667U

CN205029667U - 具有多个定向波束的阵列天线

Info

Publication number: CN205029667U
Application number: CN201520152678.1U
Authority: CN
Inventors: J·R·森福德; S·达亚南丹; V·博纳姆帕拉姆; G·P·贾巴兹; R·J·佩拉
Original assignee: You Beikuai Network Co
Current assignee: Uber Express
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: US9912053B2; US10916844B2; US11296407B2; CN105207700B; EP3120642A1; US20150263433A1; WO2015142723A1; EP3120642A4; US9368870B2; CN110086002B; US20210135354A1; EP3120642C0; EP3120642B1; CN110086002A; CN105207700A; US9843096B2; US20150263424A1; CN110011695A; US20180261916A1; CN110011695B

Abstract

本实用新型公开了一种多方向天线装置，其可能包括相控阵天线和/或多个天线的阵列，并且公开了操作这些定向天线的方法。具体地，本实用新型提供的装置配置为以接入点(AP)的方式运作，其通过向每个接入点分配特定的定向波束与一个或多个站点设备进行通信，并且使用分配的定向波束在至少部分时间与每个站点设备通信。方法和装置用于优化所述一个或多方定向波束的分配，并且使用所述的分配的定向波束在不同的站点设备间进行通信。

Description

具有多个定向波束的阵列天线

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。

本实用新型描述了通过将信号发射和接收集中在窄波束中，转而减少传输干扰和增加范围、以增强基站增益的相控阵天线。例如，本实用新型描述的相控阵天线可以用在基站应用中以解决传统宽波束和窄波束技术的关键限制。在宽波束通信中，信号在一个宽的角度上发射和接收，以克服物理障碍和不平坦的地势。不幸地，这种传输形式可能是低效的和有噪声的。窄波束通信需要许多天线和频段来提供与宽波束通信相关联的宽广的覆盖面。本实用新型描述的相控阵天线可以结合窄波束技术和基于时间的发射和接收的多路复用技术来克服这两个挑战。

本实用新型描述的相控阵天线可能提供基站设计，其通过使用在各个方向的窄波束的结合，提供高的天线增益和宽的覆盖范围。这种设计可通过具有在不同时间发生的、不同方向上的波束发射和接收，允许频率的重复使用。这通过频带的重复使用提高了频谱的使用效率，使得同塔能够使用更多的无线电广播设备，以及能够在未经授权的频谱中有限频率带宽可用的环境下部署我们的产品。

实用新型内容

本实用新型提供了可以包括相控阵天线和/或多个天线的阵列的多方向天线装置，以及操作这些定向天线的方法。如在此所使用的，定向天线装置可能涉及可以天线系统设备，该设备控制多个波束形成多个天线波束方向图(天线方向图)，以便用于发射和/或接收数据。特别地，本实用新型描述的装置配置为像接入点(AP)那样运作，从而通过向每个接入点分配特定的定向波束与一个或多个站点设备通信，并且，至少在部分时间上使用分配的定向波束与每个站点设备通信。该装置可能使用有效的分配协议以预定的不频发的次数(例如，少于每分钟一次、每五分钟一次、每十分钟一次、每二十分钟一次、每三十分钟一次，等等)向站点设备分配定向波束，其中，在所述分配协议中，定向训练包以预定的次数从多个定向波束中的每一个定向波束发出，并且接收到一个或多个响应包(从站点设备返回以响应所述训练包)。该装置可以配置为分别或同时解释响应包的内容(其可以参考特定的定向波束，并且可能包括表明该定向波束的优度的优先级值)和/或接收到的响应包的强度，以便向站点设备指定特定的定向波束。

这些装置和方法可能与任何能够选择性地操作多个定向波束的装置(包括具有多个定向天线和/或相控阵天线的装置)一起使用。除了用于控制具有多个定向波束的接入点的运作的装置和方法，本实用新型还描述了可能以这种方式运作的相控阵天线，以及可能用作相控阵天线的部分的系统、设备和方法(包括组件)，其特别适合于以接入点运作。例如，本实用新型描述了紧凑型无线电频率(RF)透镜，其可以用于相控阵天线的波束形成或运作为紧凑型RF滤波器，并且描述了适应USB接口以识别通过该USB接口连接的设备的系统和方法。

例如，本实用新型提供了天线、天线系统，以及它们的制造和使用方法。本实用新型描述的任何一种天线可能是相控阵天线。该相控阵天线可能包括紧凑的波束形成透镜，该透镜具有多个穿过该透镜主体的开口。这些透镜可能被称为带孔透镜。通常，带孔透镜可能具有有着至少两个平行板的主体，这些平行板被介电材料隔开，并且该带孔透镜可能具有多个至少部分穿过该透镜的主体的开口、缺口、孔等(空隙)。该透镜可能是微带。该透镜通常包括多个用于控制波束的波束端口和多个天线端口。施加到波束端口的信号(例如，RF电磁信号)将以每个天线端口的预定时间延迟从每个天线端口中发出，该时间延迟取决于波束端口的同一性、对天线的波束的控制。因此，每个波束端口具有关联的(例如，预定的)波束控制角度(例如，-90°和90°之间的任意角度，包括但不限于-50°、-45°、-40°、-35°、-30°、-25°、-20°、-15°、-10°、-5°、0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°)。该天线端口通常在透镜上位于与波束端口相对的一侧。

带孔透镜可以是用于天线单元阵列的波束形成的紧凑型电子透镜设备。例如，一种透镜设备，可能包括：透镜主体，该透镜主体包括由电介质分隔的平行板，该透镜主体具有外周和在该外周内的内部区域；多个波束端口，该多个波束端口位于所述透镜主体的所述外周，其中，每个波束端口对应预定的转向角；多个天线端口，该多个天线端口位于所述透镜主体的所述外周；以及多个开口，该多个开口在所述透镜主体的所述平行板的至少一个板内的所述透镜主体的内部区域中，其中，该开口被布置为穿过所述透镜主体，以致从所述波束端口的任意一个进入所述透镜主体的电磁信号将以一时间延迟从所述天线端口的每个离开，其中，该时间延迟对应所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述波束端口的所述预定的转向角。

一种带孔透镜还可能是紧凑型电子透镜，其可能用于天线单元阵列的波束形成，或者，它还可能用作放大器(类似于巴特勒矩阵放大器)，其包括：透镜主体，该透镜主体包括由电介质分隔的平行板，该透镜主体具有外周和在该外周内的内部区域；多个输入端口，该多个输入端口位于所述透镜主体的所述外周，其中，每个输入端口对应预定的转向角；多个输出端口，该多个输出端口位于所述透镜主体的所述外周；以及多个开口，该多个开口在所述透镜主体的所述平行板的至少一个板内的所述透镜主体的内部区域中，其中，该开口被布置为穿过所述透镜主体，以致从所述输入端口的任意一个进入所述透镜主体的电磁信号将以一时间延迟从所述输出端口的每个离开，其中，该时间延迟对应所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述输入端口的所述预定的转向角。所述输入端口和输出端口还可能被分别称为(特别当配置为波束形成时)波束端口和天线端口。

例如，紧凑型RF电子透镜设备可能包括：透镜主体，该透镜主体包括接地板、在该接地板上方的介质基板，以及在该介质基板上方的导体板；多个输入端口，该多个输入端口位于所述透镜主体的外周，其中，每个输入端口对应预定的转向角；多个输出端口，该多个输出端口位于所述透镜主体的所述外周；以及多个开口，该多个开口在所述透镜主体内穿过所述导体板，其中，该开口配置为使得从所述输入端口的任意一个进入所述透镜主体的电磁信号将以一时间延迟从所述输出端口的每个离开，其中，该时间延迟对应所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述输入端口的所述预定的转向角。

一种紧凑型RF透镜设备可能包括：透镜主体，该透镜主体具有上表面、厚度层和与所述上表面平行的下表面，该透镜主体具有外周和在该外周内的内部区域；多个输入端口，该多个输入端口位于所述透镜主体的外周，其中，每个输入端口对应预定的转向角；多个输出端口，该多个输出端口位于所述透镜主体的所述外周；以及多个开口，该多个开口在所述内部区域内穿过所述上表面，其中，该开口配置为使得从所述输入端口的任意一个进入所述透镜主体的电磁信号沿着围绕所述开口的多条路径并且以一时间延迟从所述输出端口的每个离开，其中，该时间延迟为所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述输入端口的所述预定的转向角所特有。

所述紧凑型RF透镜设备可以配置为用于天线单元阵列的波束形成的带孔透镜，并且可能包括：透镜主体，该透镜主体具有上表面、厚度层和与所述上表面平行的下表面，该透镜主体具有外周和在该外周内的内部区域；多个波束端口，该多个波束端口位于所述透镜主体的外周，其中，每个波束端口对应预定的转向角；多个天线端口，该多个天线端口位于所述透镜主体的所述外周；以及多个进入所述透镜主体的开口，该多个开口在所述内部区域内穿过所述上表面，其中，该开口配置为使得从所述波束端口的任意一个进入所述透镜主体的电磁信号沿着围绕所述开口的多条路径并且以一时间延迟从所述天线端口的每个离开，其中，该时间延迟为所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述波束端口的所述预定的转向角所特有。

通常，从任意一个输入端口(例如，波束端口)进入所述透镜主体的电磁信号沿着围绕所述开口的多条路径穿过所述透镜主体，并且以一时间延迟从所述输出端口(例如，天线端口)的每个离开，其中，该时间延迟为所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述波束端口的所述预定的转向角所特有。

如前所述，所述透镜可能包括微带(例如，所述透镜主体可能是微带)。通常，所述透镜主体可能具有方形。所述透镜主体可能是一般的方形(例如，它可能具有突出或“凸出”区域)，因此，整个形状是方形。通常，该透镜主体可能很小，特别是由所述透镜处理无线电波的频率，更是这样。例如，该透镜可能在2GHz和50GHz间(例如，2GHz和30GHz间、2GHz和20GHz间、3GHz和6GHz间、10GHz和21GHz间，等等)波束形成RF信号，并且该透镜主体可能具有小于大约10cm(小于大约9cm、小于大约8cm、小于大约7cm，等等)的最大直径(例如，所述透镜主体的直径小于大约8cm×8cm、7cm×7cm、9cm×9cm等等)。例如，所述透镜主体可能小于大约8cm×8cm，并且所述多个开口可以配置为使得从所述输入端口的任意一个进入所述透镜主体的在大约2GHz和30GHz间的电磁信号沿着围绕所述开口的多条路径穿过所述透镜主体，并且以一时间延迟从所述输出端口的每个离开，其中，该时间延迟为所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述输入端口的所述预定的转向角所特有。

所述输入端口可能通常设置在所述透镜主体与所述输出端口相对的所述外周。所述多个输入端口可能包括三个或三个以上的输入端口。例如，所述透镜可能具有五个输入端口，并且在这组输入端口中的每个输入端口可能具有专用的转向角(例如，-40°、-20°、0、20、40；-35、-17、0、17、35；等等)。输入端口的每一个可以具有处于或在大约-90°和90°之间的预定的转向角(例如，处于或在-45°和大约45°之间等等；处于或在-35°和35°之间)。

所述多个输出端口可能通常包括三个或三个以上单独的输出端口(例如，四个输出端口、五个输出端口、六个输出端口、七个输出端口、八个输出端口、九个输出端口、十个输出端口、十一个输出端口、十二个输出端口，等等)。

通常，所述透镜主体包括平行表面(平面)或板。在所述带孔透镜中，所述表面或板中的至少一个形成所述透镜的主体，其具有多个孔、开口、缺口等等(空隙)穿过其中。这些开口可能完全穿过所述透镜，或者可能只贯穿其中一个所述板和电介质。在所述透镜主体内的开口可能是任何适当尺寸(例如，在所述透镜主体的所述板的所述表面面积的大约2％到30％之间)。总的来说，穿过所述透镜主体的所述开口可能占据超过30％、40％、50％、60％、70％、80％(或以上)的透镜主体的表面面积(例如，上表面)。如前所述，在透镜主体中的开口可能贯穿所述板之间的电介质，例如，在所述透镜主体中的所述开口可能贯穿所述导体板并穿过所述电介质。在所述透镜主体中的所述开口可能贯穿所述上表面并穿过所述上表面和所述下表面之间的电介质。

通常，本实用新型提供了具有透镜主体的紧凑型电子透镜的操作方法，其中，所述透镜主体具有形成平面的上表面，与所述上表面平行的下表面，在所述上表面和所述下表面之间的电介质，以及多个穿过所述上表面的开口，该方法包括：向所述透镜主体的第一输入端口施加第一电磁信号，其中，所述第一输入端口与第一预定转向角相关联；所述第一电磁信号从所述第一输入端口沿着围绕所述开口的多条路径穿过所述透镜主体，使得所述第一电磁信号以每个输出端口的时间延迟从多个输出端口的每一个中离开，其中，该时间延迟为所述第一预定转向角所特有；向所述透镜主体的第二输入端口施加第二电磁信号，其中，所述第二输入端口与第二预定转向角相关联；所述第二电磁信号从所述第二输入端口沿着围绕所述开口的多条路径穿过所述透镜主体，使得所述第二电磁信号以每个输出端口的时间延迟从多个输出端口的每一个中离开，其中，该时间延迟为所述第二预定转向角所特有。

本实用新型还提供了使用紧凑型电子透镜(例如，带孔透镜)的天线单元的波束形成的方法。所述紧凑型电子透镜可能具有透镜主体，其中，所述透镜主体具有形成平面的上表面，与所述上表面平行的下表面，在所述上表面和所述下表面之间的电介质，以及多个穿过所述上表面的开口。例如。一种采用带孔透镜的波束形成方法包括：向所述透镜主体的第一输入端口施加在大约2GHz和大约30GHz之间的第一电磁信号，其中，所述第一输入端口具有第一预定转向角；所述第一电磁信号从所述第一输入端口沿着围绕所述开口的多条路径穿过所述透镜主体，使得所述第一电磁信号以每个输出端口的时间延迟从多个输出端口的每一个中离开，其中，该时间延迟为所述第一预定转向角所特有；向所述透镜主体的第二输入端口施加第二电磁信号，其中，所述第二输入端口具有第二预定转向角；所述第二电磁信号从所述第二输入端口沿着围绕所述开口的多条路径穿过所述透镜主体，使得所述第二电磁信号以每个输出端口的时间延迟从多个输出端口的每一个中离开，其中，该时间延迟为所述第二预定转向角所特有。

所述第一预定转向角和所述第二预定转向角通常是不同的，并且可能在这里所述的任何一个范围中(例如，-90到90°、-60°到60°、-45°到45°、-35到35°、-30到30°等等)。

所述波束形成方法可能还包括从所述第一输入端口电切换到所述第二输入端口。通常可以使用任何合适的电切换技术。

所述方法还包括从多个天线单元的每一个发射信号，其中，每个天线单元都连接到所述输出端口中的一个。

本实用新型还提供了包括上述任意一种透镜(例如，带孔透镜)的相控阵天线设备。例如，一种具有用于波束形成的紧凑型电子透镜的相控阵天线设备，可能包括：无线电频率(RF)输入；电子透镜，该电子透镜具有透镜主体，其中，所述透镜主体具有形成平面的上表面，与所述上表面平行的下表面，在所述上表面和所述下表面之间的电介质，多个穿过所述透镜主体的所述上表面的开口，多个位于所述透镜主体的外周的输入端口，其中，每个输入端口对应预定的转向角，以及多个位于所述透镜主体的所述外周的输出端口；开关，用于在所述输入端口间切换所述RF输入；以及多个天线单元，其中，每个天线单元与所述多个输出端口的其中一个输出端口连接。

本实用新型还提供了具有用于波束形成的紧凑型电子透镜(例如，带孔透镜)的相控阵天线设备。一种相控阵天线可能包括：无线电频率(RF)输入，配置为连接到RF收发器；电子透镜，该电子透镜具有透镜主体，其中，所述透镜主体具有形成平面的上表面，与所述上表面平行的下表面，在所述上表面和所述下表面之间的电介质，多个穿过所述透镜主体的所述上表面的开口，多个位于所述透镜主体的外周的输入端口，其中，每个输入端口对应预定的转向角，以及多个位于所述透镜主体的所述外周的输出端口，其中，所述开口配置为使得从所述输入端口的任意一个进入所述透镜主体的电磁信号能够沿着围绕所述开口的多条路径穿过所述透镜主体，并以一时间延迟从所述输出端口的每个离开，该时间延迟为所述电磁信号进入所述透镜主体所通过的所述输入端口的所述预定的转向角所特有；转向控制，该转向控制用于控制开关以便在所述输入端口间切换所述RF输入，从而控制该设备；以及多个天线单元，其中，每个天线单元与所述多个输出端口的其中一个输出端口连接。

通常，一种具有用于波束形成的紧凑型电子透镜的相控阵天线设备可能包括：无线电频率(RF)输入，该RF输入具有垂直RF线和水平RF线；具有垂直透镜主体的垂直电子透镜，其中，所述垂直透镜主体具有形成平面的上表面，与所述上表面平行的下表面，在所述上表面和所述下表面之间的电介质，多个穿过所述垂直透镜主体的所述上表面的开口，多个位于所述垂直透镜主体的外周的输入端口，其中，每个输入端口对应预定的转向角，以及多个位于所述垂直透镜主体的所述外周的输出端口。所述设备还包括具有水平透镜主体的水平电子透镜，其中，所述水平透镜主体具有形成平面的上表面，与所述上表面平行的下表面，在所述上表面和所述下表面之间的电介质，多个穿过所述水平透镜主体的所述上表面的开口，多个位于所述水平透镜主体的外周的输入端口，其中，每个输入端口对应预定的转向角，以及多个位于所述水平透镜主体的所述外周的输出端口；开关，用于在所述垂直透镜主体的所述输入端口间切换所述垂直RF线，以及在所述水平透镜主体的所述输入端口间切换所述水平RF线；以及多个天线单元，其中，每个天线单元与所述水平透镜主体上的所述多个输出端口中的一个输出端口以及所述垂直透镜主体上的所述多个输出端口中的一个输出端口连接。

通常，本实用新型提供的任意一种紧凑型透镜可能都是相对较小的，与现有技术的工作在类似无线电频率的透镜相比尤其如此。例如，RF输入可以配置为传输在大约2GHz和大约50GHz之间(例如，2GHz和30GHz之间)的RF信号，并且所述上表面可能具有小于8cm×8cm(或小于约12cm的最大尺寸，例如，小于11cm、小于10cm、小于9cm、小于8cm等等)的表面积。

本实用新型提供的任意一种相控阵天线可能包括集成的收发器，或可以配置为使用RF输入设备与收发器紧密配合(例如，更通用的收发器)。所述收发器可能是RF无线电设备。

如上所述，本实用新型提供的任意一种相控阵天线可能包括多个(例如，带孔的)透镜。例如，这些设备的任意一个可能包括具有第二透镜主体的第二电子透镜，其中所述第二透镜主体具有形成平面的第二上表面，与所述第二上表面平行的第二下表面，在所述第二上表面和所述第二下表面之间的第二电介质，穿过所述第二透镜主体的所述第二上表面的第二多个开口，多个位于所述第二透镜主体的外周的输入端口，其中，每个输入端口对应预定的转向角，以及位于所述第二透镜主体的所述外周的第二多个输出端口。因此，相控阵天线可能具有用于发射/接收天线上的RF信号的水平极化路径和垂直极化路径，并且每个路径都可能具有专用透镜。

天线辐射单元(天线单元)可能是适合要发送和/或接收的频率的任何理想的尺寸和形状。例如，所述天线单元可能是辐射盘。在一些变化中，所述天线单元包括多个(分立的)电连接的辐射单元。例如，每个天线单元可能包括一排电连接的辐射盘。

作为本实用新型所述的相控阵天线的一部分所包含的一个或多个透镜可能包括本实用新型用于描述透镜的任何特性，这样的透镜主体包括微带、方形(或大致方形)的透镜主体、设置在透镜主体的外周于输出端相对的输入端，等等。

此外，本实用新型提供的任意一种相控阵天线可能包括一个或多个全向天线单元。例如，一种相控阵天线可能还包括连接到RF输入绕开垂直透镜和水平透镜的一个或多个全向天线单元。全向天线单元可能以非转向方式(例如，在一个很宽的方向范围)传播/接收，和/或可能在一个固定的方向范围传播/接收。例如，一种天线可能包括连接到垂直RF线和水平RF线并绕开垂直透镜和水平透镜的全向天线单元。

本实用新型还提供了包括使用一对USB连接器将无线电设备(例如，收发器)连接到天线，尤其是相控阵天线的方法和装置的技术，其中，所述连接器的接地部分用于所述无线电设备识别连接到该无线电设备的天线的类型。在一些变化中，这种连接可能还用于帮助控制(例如，引导)所述天线。识别和/或控制连接到RF无线电设备的天线的类型可能特别关系到配置为或适应于连接到各种不同天线的无线电(收发器)的变化。例如，一种无线电可能具有自足式主体，该主体带有一个或多个连接器(例如，水平RF连接器(输入/输出)和垂直RF连接器(输入/输出)以及USB连接器)。所述无线电和/或天线可能还通过USB连接器传送电能，包括以太网供电(POE)。

例如，一种将无线电设备连接到天线的方法可能包括：将具有第一USB连接器的(例如，自足式)无线电设备连接到具有第二USB连接器的天线；并且根据所述第二USB连接器上的接地引脚的电压识别所述天线。

一种将无线电设备连接和配置为与天线共同工作的方法，可能包括：将具有第一USB连接器的无线电设备连接到具有第二USB连接器的天线；根据所述第二USB连接器上的接地引脚的电压识别所述天线；并且根据所述天线的识别配置所述无线电设备以便使用所述天线发送和接收数据。

在任意一个这些变化中，所述方法可能还包括，当所述天线识别为相控阵天线时，从所述无线电设备向所述天线的波束形成透镜传输转向信息。所述方法可能还包括根据所述天线的识别配置所述无线电设备以便使用所述天线发送和接收数据。配置所述无线电设备可能包括向所述天线发送用于转向的控制信息，以及与所述天线相互发送/接收时序信号或其他处理信号。配置可能还包括当所述无线电设备与所述天线通信时，配置所述无线电设备的输出/输入。例如，配置可能包括从所述无线电设备向所述天线发送控制信息。配置可能包括从所述无线电设备向所述天线的波束形成透镜发送转向信息。因此，识别所述天线的类型可能包括识别所述天线的特征(从预定的一组信息，例如，基于感测到的参数的查找表)，如输入端口数量、输出端口数量等等。

连接的步骤可能包括在所述无线电设备和所述天线之间连接一个或多个无线电频率(RF)连接器。例如，如前所述，所述无线电可能包括水平和垂直RF连接器，每个RF连接器都可能连接到所述天线。

通常，连接可能包括将所述无线电设备的USB端口连接到所述天线的USB端口。此外，识别可能包括使用检测电路将所述第二USB连接器上的接地引脚的电压与预定电压进行比较。该检测电路可能是所述无线电设备的一部分或者可连接到所述无线电设备。该检测电路可能被称为识别电路，其识别无线电连接的天线的类型。

通常，识别所述天线可能包括根据所述第二USB连接器上的所述接地引脚的电压确定所述天线的数字标识符。识别可能包括将所述第二USB连接器上的接地引脚的电压与预定电压进行比较。

将天线连接和/或识别到无线电设备的方法可能还包括将所述第二USB连接器上的接地引脚偏置到预定电压(例如，天线USB连接器上的接地引脚)。

本实用新型还提供了适用于检测(和/或控制)所述无线电设备所连接的天线的类型的装置(例如，设备和系统，包括无线电/收发器设备)。例如，本实用新型描述的无线电设备可能与各种天线一起使用，并且配置为识别和/或控制通过USB连接器接地引脚连接的天线的类型。因此，无线电设备可能包括：接收器，该接收器配置为接收RF信号；发送器，该发送器配置为发送RF信号；至少一个RF输出/输入线；USB端口；以及检测电路，该检测电路连接到所述USB端口的接地引脚，并且配置为当所述无线电设备的所述USB端口连接到所述天线的所述USB端口时，将所述USB端口的电压与预定值进行比较并输出识别的天线的类型的指示符。

所述检测电路可能包括多个比较器，这些比较器用于将所述USB端口的接地引脚与预定值进行比较。权利要求13所述的无线电设备，其特征在于，所述检测电路用于进行电阻测量以便生成指示天线的类型的识别的数字信号。

如上所述，本实用新型描述的任意一种无线电设备可以配置为当所述检测电路检测到相控阵天线时，发送转向信息。

通常，本实用新型还提供了能够将多个不同的定向波束指定为接入点的天线装置(包括但不限于本实用新型描述的相控阵天线)的操作方法。因此，例如，本实用新型所述的任意一种天线可能用作接入点的一部分，或单独的，或与其他天线相结合。因此，本实用新型还提供了操作包括天线阵列的接入点的方法和系统。

例如，如上所述，本实用新型提供了在无线网络中操作接入点的方法，其中，所述接入点配置为操作多个定向波束，该方法包括：为所述接入点的所述多个定向波束中的每一个定向波束发送训练包，其中，每个训练包包括发送所述训练包的所述定向波束所特有的标识符；在所述接入点接收来自站点设备的响应包，以响应所述训练包，其中，所述响应包包括发送所述训练包的所述定向波束所特有的标识符，以及与用于定向波束选择的一个或多个标准相关联的优先级值；根据接收在所述响应包中的所述优先级值，从所述多个定向波束中指定一个定向波束以便与所述站点设备通信；以及使用指定给所述站点设备以便向所述站点设备发送数据的所述定向波束在所述接入点和所述站点设备间传输数据。

一种在无线网络中操作接入点的方法(其中，所述接入点配置为操作多个定向波束)可能包括：通过发送多个训练包，从所述多个定向波束中分配其中一个定向波束到站点设备，其中，每个训练包识别一个定向波束，并且使用所述识别的定向波束发送该训练包；从站点设备接收响应包，其中，所述响应包识别所述多个定向波束的其中一个定向波束，并且所述响应包包括与其中一个所述训练包中相关联的优先级值；根据所述优先级值为所述站点设备指定定向波束；以及使用指定给所述站点设备以便向所述站点设备发送数据的所述定向波束在所述接入点和所述站点设备间传输数据。

通过这种方法，可以为一个以上的站点设备分配定向波束。例如，这些方法的任意一种可能包括从所述多个定向波束中为第二站点设备分配定向波束。可能从所述多个定向波束中为第二站点设备分配定向波束，并且可能使用分配给所述第二站点设备的所述定向波束在所述接入点和所述第二站点设备之间传输数据。

为特定的站点设备(和进行了这种配置的装置)分配定向波束的方法可能被特别配置，以便很少执行分配的步骤(例如，发生训练包、接收响应包，和指定或重新指定定向波束)，例如，小于每半分钟一次、每分钟一次、每秒一次、每两秒一次、每五秒一次、每十秒一次、每十五秒一次、每三十秒一次、每一分钟一次、每两分钟一次、每三分钟一次、每五分钟一次、每十分钟一次、每十五分钟一次、每二十分钟一次、每三十分钟一次、每一小时一次等的预定间隔。例如，为所述多个定向波束的每一个发送训练包可能意味着发送训练包的频率低于每秒一次、每五秒一次，等等。

本实用新型提供的方法和装置可能还配置为使得所述接入点(例如，相控阵天线)和与该接入点通信的站点设备间的数据速率是可选择的，并且可能与特定的定向波束和/或专用于站点设备的特定的时隙和非特定的时隙的使用相匹配。例如，任意一种所述方法或装置可以配置为在分配给所述站点设备的第一时间段中使用分配给所述站点设备的定向波束以第一速率从所述站点设备向所述接入点发送信号，在第二时间段中不使用分配给所述站点设备的定向波束以第二、更低速率向所述接入点发送信号。

本实用新型提供的任意一种装置和方法可以配置为采用向站点设备发送数据和从站点设备接收数据的不同的定向波束运作。例如，本实用新型提供的方法和设备，其中，从所述接入点向所述站点设备发送数据可能包括使用第一指定的定向波束(用于该特定的站点设备)，以及在所述接入点接收来自所述站点设备的数据可能使用与所述指定的定向波束不同的第二定向波束。因此，在这些方法和装置的任意一种中，可能(例如，通过接入点)分配单独的接收定向波束和发送定向波束。例如，所述装置或方法可以配置为包括从所述多个定向波束中指定接收定向波束用于从所述站点设备接收信号。

如前所述，本实用新型提供的所述接入点的操作方法可能使用相控阵天线和/或使用多个包括定向天线的天线来实现。因此，例如，发送数据可能通常包括从形成所述接入点的多个定向天线中的一个定向天线发送数据，其中，每个定向天线与多个定向波束中的定向波束相关联。在一些变形例中，发送数据包括从形成接入点的相控阵天线发送数据，其中，所述相控阵天线包括与多个定向波束中的定向波束相关联的相位角。

所述相控阵天线可能以任何方式被波束形成，包括使用任意类型的移相器，或移相器阵列，和/或其可能使用透镜(例如，如本文所述的紧凑型带孔透镜)。发送数据可能包括以不同相位角从相控阵天线发送数据，其中，所述相控阵天线包括多个用于选择所述接入点的定向波束的移相器。

通常，本实用新型提供的方法和装置可以配置为构造训练包和接收响应包，从而使得定向波束可能分配给特定的站点设备。例如，所述方法(或用于执行该方法的装置)可能包括在接入点的处理器中构建训练包。可能为多个定向波束(例如，波束角)的每一个波束构造训练包，并且特定的定向波束所特有的训练包可能对该定向波束编码一个引用；接着，该训练包将通过接入点在该特定波束中被发送。对所述定向波束的引用可能包括对特定天线(例如，当使用专用的定向波束时)、相位角(例如，相位阵列天线)的引用，或任何其他表明来自接入点的定向波束的引用。

响应包通常包括对定向波束和发送该响应包的站点设备的参照，以及与所述站点设备接收的信号的优度相关的特定的优先级值。例如，所述优先级值可能包括以下一个或多个的指示符：信号强度；数据包错误率；或调制方案。在一些变化中，所述响应值可能是载波干扰噪声比(CINR)和/或误差向量幅度(EVM)。

如前所述，在任意一种变化中，所述装置可以配置为使用TDMA工作，并且为接入点和各自站点设备间的上行和/或下行发送/接收指定时隙。特别地，这些装置可能通过改变数据速率(以及定向波束)来工作，从而在所述接入点和特定站点设备间通信所专用的时隙，可以结合为该站点指定的定向波束，使用第一模式(例如，更高速率的传输模式)，而在不是特定的站点设备所专用的时隙(例如，未指定的时隙、通用时隙、溢出时隙，等等)，可以使用不同的，例如，更低速率的模式，无需用于该站点的特定定向波束。

例如，一种在无线网络中操作接入点的方法，其中，所述接入点配置为操作多个定向波束，该方法可能包括：从多个定向波束中为多个站点设备中的每一个站点设备指定一个定向波束；为每一个所述多个站点设备分配上行时隙，并且分配与单个站点设备无关的通用上行时隙；在分配给所述多个站点设备的其中一个站点设备的上行时隙期间中，并且使用分配给所述站点设备的定向波束，在所述接入设备以第一速率从所述站点设备接收数据；在作为通用上行时隙的第二上行时隙期间，在所述接入设备以第二数据速率从所述多个站点设备的其中一个站点设备接收数据。

例如，所述第一速率可能具有相比所述第二速率不同的调制方案；例如，所述第一速率可能高于所述第二速率。以所述第二速率接收数据可能包括使用与分配给所述站点设备的定向波束不同的定向波束。在一些变化中，不同的上行定向波束和下行定向波束可能用于所有或一些站点设备。这些方法的任意一种可能还包括向所述多个站点设备中的每一个分配下行时隙，并且在分配给所述多个站点设备的其中一个站点设备的下行时隙期间，并使用分配给所述站点设备的定向波束，向所述站点设备(例如，以第一速率)发送数据。

本实用新型还提供了在无线网络中操作接入点的方法，其中，所述接入点配置为操作多个定向波束，该方法可能包括：从多个定向波束中为多个站点设备中的每一个站点设备指定一个定向波束作为下行定向波束；从所述多个定向波束中为多个站点设备中的每一个站点设备分配一个定向波束作为上行定向波束；使用分配给所述多个站点设备的其中一个站点设备的下行定向波束从所述接入点向所述站点设备发送数据；并且使用分配给所述多个站点设备的其中一个站点设备的上行定向波束从所述站点设备接收数据。

如前所述，本实用新型提供了用于操作无线网络中的包括天线阵列的接入点的系统。在操作期间，所述接入点通过所述天线阵列的天线发送训练包。该训练包包括所述天线的标识符。接着，所述接入点从终端设备接收对应所述训练包的响应包。该响应包包括所述天线的标识符，以及与所述天线阵列的天线选择的一个或多个标准相关联的优先级值。根据所述优先权值，所述接入点确定所述天线为与终端设备通信所指定的天线。

在所述天线阵列中的至少一个天线可能是广播天线。所述接入点可能识别所述接入点没有指定天线的第二终端设备，并使用所述广播天线与所述第二终端设备通信。在所述天线阵列中的至少一个天线可能是虚拟广播天线，该虚拟广播天线与所述天线阵列的各自天线逻辑连接。所述训练包可能是多目的地数据包。

为了响应将天线选择为指定的天线，在分配给所述终端设备的专用的下行时隙期间，所述接入点可能通过所述天线向终端设备发送数据包。

天线选择标准中的一个准则可能对应：(1)终端设备的信号强度，(2)接入点和终端设备间的数据包错误率，或(3)调制方案。

本实用新型还提供了用于操作无线网络中的接入点的系统，该系统包括天线阵列。在操作期间，所述接入点通过所述天线阵列的天线发送训练包。该训练包包括所述天线的标识符。接着，所述接入点从终端设备接收对应所述训练包的无线确认应答包，并且根据所述无线确认应答包，确定与天线阵列的天线选择的一个或多个标准相关联的优先级值。根据所述确定的优先级值，所述接入点确定所述天线为用于与所述终端设备通信的指定的天线。所述接入点和所述终端设备可能争夺该接入点和该终端设备间的传输时间。所述接入点和所述终端设备间的争夺可以基于电气与电子工程师协会(IEEE)802.1标准族进行。所述训练包可能是所述终端设备的单目的地数据包。

本实用新型还提供了包括天线单元阵列的天线系统。所述天线单元的第一子集可能适合于发送全向信号。所述天线单元的第二子集可能适合于带有水平极化的定向信号。所述天线单元的第三子集可能适合于发送带有垂直极化的定向信号。所述天线系统可能还包括天线控制模块。在操作期间，所述天线控制模块可能通过天线单元的第一子集发送训练包，其中，所述训练包包括所述天线系统的标识符。接着，所述天线控制模块从终端设备接收对于该训练包的响应包，其中，所述响应包包括所述天线系统的标识符和与天线单元的选择的一个或多个标准相关联的优先级值。接着，所述天线控制模块确定用于与所述终端设备通信的方向和极化。

例如，本实用新型提供的相控阵天线装置，包括：控制器；连接到控制器的无线电频率(RF)输入；多个移相器，其中，每个移相器都连接到RF输入，并且，每个移相器都连接到所述控制器；多个天线端口，其中，每个天线端口都连接到移相器；天线单元阵列，其中，每个天线单元都连接到其中一个所述天线端口；其中，所述控制器配置为通过向定向波束设置每个所述移相器的相位角对所述装置进行波束形成；其中，所述控制器配置为根据响应由所述天线单元阵列发出的训练包而从站点设备接收到的响应包，向所述站点设备分配定向波束，并且使用所述分配的定向波束向所述站点设备发送数据。

通常，所述控制器可能被配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包，其中，所述训练包编码有所述定向波束的标识符。所述控制器可以配置为根据从站点设备接收的响应包向所述站点设备分配定向波束，其中，所述响应包包括定向波束的标识符和与所述训练包之一相关联的优先级值。所述控制器可以配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包。例如，所述控制器可以配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包，其中，所述周期小于每秒一次、每两秒一次、每五秒一次、每十五秒一次、每三十秒一次、每四十五秒一次、每一分钟一次，等等。

所述控制器可以配置为在第一时间窗使用分配的定向波束以第一速率从站点设备接收数据，并且在第二时间窗没有使用分配的定向波束而以第二、更慢的速率从所述站点设备接收数据。例如，所述控制器可能被配置为向所述站点设备分配上行时隙，并分配为未被分配给所述站点设备的通用上行时隙，并且在分配给所述站点设备的上行时隙期间，使用所述分配的定向波束以第一速率从所述站点设备接收数据，以及在未被分配给所述站点设备的第二上行时隙期间，以第二数据速率从所述站点设备接收数据。

通常，控制器可以配置为根据响应由天线单元阵列发出的训练包而从每个站点设备接收的响应包，向多个站点设备中的每一个站点设备站点设备分配定向波束，并且使用分配的定向波束向所述站点设备发送数据。

所述天线单元阵列可能是平面阵列；所述天线单元可能是平行(例如，垂直)排列的发射单元。例如，所述天线单元阵列的每个天线单元可能包括一排发射单元。所述天线单元阵列的每个天线单元可能包括一排圆盘形状的发射单元。

例如，相控阵天线装置可能包括天线发射器的二维阵列；以及无线电频率(RF)收发器和转向子系统，该无线电频率(RF)收发器和转向子系统连接到天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的RF信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个RF信号的波束形成。

通常，如上所述，所述无线电频率(RF)收发器和转向子系统可能包括，RF无线电设备(收发器)和单独的或可分离的转向装置。所述转向装置可能是控制器(例如，控制电路)和转向部件(例如，多个移相器和/或带孔透镜)。在一些变化中，所述控制电路为所述RF无线电设备(收发器)的一部分。因此，所述无线电频率(RF)收发器和转向子系统可以如(上述的)这些部件中每个部件的运作那样运作。

例如，所述无线电频率(RF)收发器和转向子系统可能包括多个移相器，其中，每个移相器都连接到所述RF收发器，并且，转向子系统配置为为每个所述移相器设置相位角。所述无线电频率(RF)收发器和转向子系统可能包括带孔透镜。所述无线电频率(RF)收发器和转向子系统可能配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包，其中，所述训练包编码有所述定向波束的标识符。

因此，本实用新型描述的任何所述相控阵天线可能包括：天线壳体；天线发射器的二维阵列，该天线发射器的二维阵列形成排布在所述天线壳体的前侧的平面中的圆盘形状的发射表面的两个或更多垂直列；一对沿着所述二维阵列的两边垂直延伸的向外展开的侧翼；无线电频率(RF)收发器和转向子系统，该无线电频率(RF)收发器和转向子系统连接到所述天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的RF信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个RF信号的波束形成，其中，所述无线电频率(RF)收发器和转向子系统包括无线电设备；以及在所述无线电壳体的背面上的两个或两个以上RF连接器，该RF连接器配置为将所述无线电设备连接到所述天线发射器的二维阵列。

如上所述，所述天线单元阵列的天线单元可能包括一排发射单元；例如，所述天线单元阵列的天线单元可能包括一排圆盘形状的发射单元。在一些变化中，所述天线单元的二维阵列的天线单元包括具有凹形发射表面的圆盘形状的发射单元。

附图说明

本实用新型的权利要求提出了本实用新型的主要新特征。下面参照附图的描述有助于更好地理解本实用新型。

图1A、1B、1C和1D分别为根据本实用新型的一个实施例的相控阵天线的前视图、侧视图、侧面透视图和后视图，该相控阵天线通过使用紧凑型(例如，带孔)透镜是可控制的，其中，该透镜具有多组(或列)可以用于引导天线的波束方向的辐射天线单元。

图2说明了与排列在不同方位角位置的各种无线电设备通信的图1A-1D所示的相控阵天线的运作。

图3A示意性地说明了包含适用于相控阵天线的波束形成的紧凑型电子透镜的相控阵天线的一个变化。

图3B为图3A所示的相控阵天线的另一示意图。

图3C、3D和3E分别为图3B所示的相控阵天线的部件的一个例子的后视图、侧视图和前视图。

图4A、4B和4C为根据本实用新型的一个实施例的用于波束形成的各种紧凑型、电子透镜的顶视图。

图5为现有技术的罗特曼透镜的一个例子的顶视图。

图6A示意性地说明了同时具有水平和垂直发送/接收路径，并且包含单独的水平紧凑型(带孔)透镜和垂直紧凑型(带孔)透镜的相控阵天线的一个变化。

图6B示意性地说明了根据本实用新型的天线部分(显示了发射天线单元阵列)的一个例子。

图7A和7B为根据本实用新型的一个实施例的包含切换电路和紧凑型(带孔)透镜的相控阵天线的顶视图；所示的透镜可能与图3C所示的相控阵天线一起使用。

图8A为类似于图3E和6B所示的变化，具有多个垂直排列的发射单元的示例性天线阵列的前部透视图。

图8B为图8A所示的天线阵列的侧面透视图。

图9A为相控阵天线的天线(发射器)单元的另一例子的前视图。

图9B为图9A所示的相控阵天线发射器单元的后视图。

图9C显示了图9A所示的相控阵天线的天线(发射器)单元的一个例子。

图10A、10B和10C分别为可能与可拆装的/可替换的RF无线电设备(收发器)一起使用的相控阵天线的一个变化的前视图、侧视图和后视图。

图10D为图10A-10C所示的相控阵天线的后视图的另一例子。

图10E和10F分别为图10A-10C所示的相控阵天线的后透视图和顶视图。

图11为相控阵天线的部件分解图，该相控阵天线类似于图10A-10F所示的变化，可能与可拆装的RF无线电设备一起使用。

图12A示意性地说明了可能与可拆装的(例如，自足式的)RF无线电设备一起使用以根据USB连接器的接地引脚检测连接到所述无线电设备的天线的类型的传感(检测)电路。

图12B举例说明了当所述无线电设备连接时，使用图12A所示的电路识别天线。

图13示意性地说明了一旦由无线电设备识别了天线的类型，连接到RF无线电设备的相控阵天线的控制。

图14A-14M举例说明了一种设置相控阵天线的方法，包括将可拆装的RF无线电设备与相控阵天线连接(图14A-14H)，并且安装该连接了的相控阵天线(图14I-14M)。

图15A举例说明了作为AP的示例性天线阵列。

图15B举例说明了管理作为AP的天线阵列的示例性系统。

图15C举例说明了作为AP的示例性天线阵列，其包括广播天线。

图15D距离说明了作为AP的示例性天线阵列，其包括虚拟广播天线。

图16A为主动学习终端设备的天线关系的AP的示例性流程的流程图。

图16B为促进天线关系的主动学习的终端设备的示例性流程的流程图。

图17为被动学习终端设备的天线关系的AP的示例性流程的流程图。

图18为AP的示例性时分多址(TDMA)通道接入方式的示意图。

图19A为AP的示例性下行发送过程的流程图。

图19B为基于专用时隙的AP的示例性上行接收过程的流程图。

图19C为终端设备的示例性上行发送过程的流程图。

图20举例说明了示例性AP系统，该AP系统包括作为AP系统的天线阵列。

图21为另一个包括扇形天线阵列的系统的示意图，该扇形天线阵列可能被控制作为根据本实用新型的AP系统。

图22为另一个包括天线或天线单元的阵列的系统的示意图，每个相移(例如，转向)可能被控制作为根据本实用新型的AP系统。

具体实施方式

本实用新型公开了一种相控阵天线，包括具有用于天线的转向(波束形成)的紧凑型电子透镜的相控阵天线。以下将更为详细地描述这些阵列天线和包括这样的天线的系统的特征，可能包括：用于相控阵天线的转向的紧凑型电子透镜(例如，带孔透镜)，包含有这种紧凑型电子透镜的相控阵天线，适合于与可拆装的、自足式RF无线电(收发器)设备，用于识别连接有可拆装的、自足式RF无线电设备的天线的类型(包括相控阵天线的类型)的方法和设备，通过可拆装的、自足式RF无线电设备控制相控阵天线的方法和设备，以及在相控阵天线中的天线(发射)单元的排布。本实用新型还公开了使用天线阵列操作接入点的系统和方法，其可能包括一个或多个相控阵天线，包括本实用新型所公开的那些。本实用新型所描述的任意单元和特征可以单独使用，也可以结合在一起使用。

例如，图1A-1D举例说明了一个相控阵天线的变化。该变化配置为相控阵基站天线。相控阵天线可能包括多个发射天线单元，这些发射天线单元可能位于壳体101上或壳体101中。该壳体可能包括用于保护天线单元的盖体，例如，免受环境的影响。在图1A-1D中，该壳体还包括一对沿着四条边的两条边垂直延伸并向外展开的“侧翼”103。这些侧翼可能保护天线单元，并且可能是由金属(屏蔽)材料形成。

在图1A-1D中，如下面更详细的说明，该相控阵天线适合于安装在直立、垂直位置，并且可以由波束形成透镜控制而进行方位上的扫描或调整(例如，在水平方向)。图1D中所示的相控阵天线的壳体的背面举例说明了安装位置105、107和连接区域111。该壳体可能还包括用于协助该设备的校准的水平仪(例如，气泡水平仪)。

在操作中，相控阵天线可能通过RF信号传输与在相控阵天线范围内的一个或多个无线设备无线通信。如图2所示，单个相控阵天线209可能将波束引导到一个或多个无线设备。例如，在图2中，说明了三个示例性的设备211、213、215。该相控阵天线可能用电子的方式转向，无需天线的大幅度运动，与在空间上彼此分离(例如，方位上)的三个设备中的每一个设备通信。该相控阵天线可能连接到第二相控阵天线或另一类型的无线设备(包括天线)和/或可以配置作为接入点。图2为部署为与各种无线设备通信的相控阵天线的顶视图(例如，向下俯视)。该相控阵天线可以配置作为基站。

本实用新型提供的任意一种相控阵天线可能包括或可能适用于连接无线电(RF无线电)设备，该设备作为一个或多个期望频率的RF信号的收发器(发送器和接收器)。例如，图1A-1D所述的装置可以配置为适应RF无线电设备(例如，普遍存在的“RocketM5”)以及可能连接在该设备的一个部分(例如，背面)上的RF无线电设备。可选地，本实用新型提供的设备可能包括集成的无线电设备。因此，收发器还可以被纳入该设备中。

图3A示意性地说明了根据本实用新型的相控阵天线的操作。在这个例子中，该天线包括或连接到向天线提供输入的RF无线电设备301，包括转向角选择开关305和有效对所述天线发射单元311进行转向的电子透镜307。例如，该RF天线可能提供RF信号输入/输出，其可能是单个输入/输出，或可能包括多个(例如，平行的)输入/输出信号，包括水平和垂直极化信号。该无线电设备还可能使用任意适合的技术配置输出/输入信号，例如，单个和多个接入/编码，如频分多址接入(Frequency-DivisionMultipleAccess，FDMA)和频分双工(FrequencyDivisionDuplex，FDD)等等。最后，该无线电设备可能通过一个或多个连接被连接到相控阵天线，包括对该天线进行转向以引导该天线波束从该天线的方向朝着特定的目标方位角方向(例如，40°、20°、0°、-20、-40°)。在图3A中，开关305可能通过选择哪个输入端口(例如，“波束端口”)331馈入该透镜307从而选择相控阵天线的角度。在这个例子中，举例说明了五个波束端口。每个波束端口朝着特定的目标方位角方向(例如，40°、20°、0°、-20、-40°)。由于紧凑型电子透镜307的结构，该透镜的输出端口(例如，天线端口)333可能相对特定波束端口发送和/或接收的数据时延，导致波束向特定角度的转向，如所示的那样。例如，如果输入应用与-20°相位角相关的波束端口，从该波束端口施加到透镜中的信号将造成如图3A所示的波前341。类似的，通过在透镜307的其他波束端口331中的任意波束端口间切换，天线波束可能被转向到任何其他的预定方位角(在这个例子中用虚线表示)。在一些变化中，通过向波束端口的组合施加相同的信号，可能将波束转向到中间的目标，可选地，该装置可以配置为使得信号可能施加在单个波束端口上一定时间。以下将对该透镜的结构和操作进行更详细的描述。

图3B显示了相控阵天线的另一个示意性实施例，其与图3A所示的相控阵天线类似。在这个例子中，无线电设备301、转向角选择开关305和透镜307(包括波束端口和天线端口)可能与图3A所示的类似，然而天线311发射单元315将竖直放置，以允许RF信号的方位角转向。在这个例子中，该发射单元315配置为细长的发射单元；每个发射单元可能是单个发射器或多个连接的发射器，如图3E所示。

在图3B所示的例子中，开关305、透镜307和天线发射器可能包含在天线壳体中。在一些变化中，无线电设备还可能包含在相同的壳体中。例如，如图3C所示，单个PCB351可能用于支撑/形成在壳体中的开关和透镜，并且可能连接到每个天线发射单元。在图3C-3E中，PCB安装在支撑件的一面(例如，背面)，该支撑件还支撑有多个天线发射单元315。该透镜的每个天线端口通过电子连接(例如，导线、轨迹等)连接到每个天线发射单元315。在图3C中，该天线包括48个单独的天线发射单元315，这些天线发射单元以每列八个排列为垂直的六列；在这种排布中，每八个单独的单元是电连接的，因此，所以这八个单元同步发射/接收。这种将单独的发射单元连接成列的排布是特别有益的，并且可能有助于将波束集中在垂直面。然而，除了多个连接的单元，可能使用单个天线发射单元。

在图3C-3E中，该装置用于连接无线电设备(图中未示出)。如前所述，该无线电设备可能集成在该设备中，并且可能和透镜和开关形成在相同的PCB上。在这个例子中，天线由面板上的近似锥形的圆盘/圆片传送器315组成。天线板连接到电子透镜板，因此相控阵天线可能引导集中的无线电波信号的方向。任意合适的无线电设备(收发器)都可以连接到相控阵天线上，并且可以提供无线电波的定向传输。

本实用新型所述的紧凑型透镜适合于电子波束转向。这些透镜都是紧凑型波束转向透镜，它们由平行板(例如，带状线)形成，其中，在透镜主体的板中形成有多个开口(孔、缺口、空隙等)。

例如，该透镜主体可以由两个被电介质材料分开的平行的导电板形成。该透镜主体在一个平面延伸(每个板彼此平行)，并且，在该主体中的孔、缺口、空隙等可能形成这个平面。由于在透镜主体中的多个孔/开口/缺口/空隙，这些透镜可以被称为带孔透镜。

通常，带孔透镜允许对相控阵天线的波束进行转向而无需移相器。如上所述，参考图3A-3B，带孔透镜通常具有多个天线波束端口，其中，每个波束端口具有相关的(预先定义的和预先确定的)固定相位位移，并且具有多个天线输入/输出端口(例如，阵列输出端口)，所述天线输入/输出端口的每个均连接到天线辐射单元。该波束端口可能被称为天线波束端口、天线波束输入端口、输入端口或波束相位端口。这些波束端口可以连接到开关，从而允许在波束端口间切换以确定天线单元的波束的角度。该带孔透镜还包括多个用于连接天线单元的天线端口。该天线单元还可能被称为天线辐射/接收单元、辐射单元或天线接收单元。

天线单元通常连接在带孔透镜的一面上，而波束端口连接在该带孔透镜相反的一面。该带孔透镜可能还被认为是准微带(或准带线)电路，其中，通过在沿着行线性变换的相位馈入该天线单元(或从该天线单元接收)，每个波束端口在天线端口表现出(或造成)固定相位位移。相位的变化造成相控阵列的转向，如图3A所示。

图4A-4C举例说明了带孔透镜的变化。通常，带孔透镜具有精心挑选的形状以及穿过在该透镜的内部区域中的平行板的空隙或开口的位置；这些开口产生波前，该波前穿过由信号传输中的时间延迟相控的天线端口，因此，每个波束端口对应在输出上不同的波束角位移。该阵列天线可能涉及特定波束端口(或波束端口的组合)的选择。例如，该透镜可能具有N个波束端口和M个天线端口，其中，该N个波束端口中的每个波束端口对应不同的相位角，并且，该M个天线端口中的每个天线端口连接到不同的天线单元。

参见图4A。在这个例子中，带孔透镜具有五个波束端口405(在这个例子中，N为5)并且还具有五个天线端口410(M为5)。该透镜由微带形成，因此，在波束端口和天线端口间的透镜401主体内的形成透镜的平面中存在多个开孔区域403(开口、空隙等)。在这个例子中，该透镜可能形成印刷电路板(即，微带)结构，然而，可能使用其他的平行板结构。例如，该透镜可能是使用FR4(例如FR408)材料印刷的。FR408是具有低介电系数和低耗散因子的高性能的FR-4环氧树脂层压板。

在这个例子中，孔(其也可能被描述为开口、空穴、开孔等)为没有信号贯穿该透镜的主体的区域。因此，无线电信号必须在穿过沿着主体401的开口之间的区域的路径中传播。通常，开口可能为任意形状。虽然图4A显示了开口通常为矩形，但是该开口可能为正方形、三角形、圆形、五边形、六边形、七边形、八边形，等等。例如，图4C举例说明的开口具有不同的尺寸和形状，包括椭圆形和三角形。开口的数量也可能是不同的。例如，在一些变化中，开口的数量可能大于2、大于M、大于N、大于M×N，等等。可能根据路径长度和传播时间，以及通过具有多个单独的但是聚合的路径的平行板结构的建设性和破坏性作用，选择开口的形状和尺寸。在每种情况下，在特定波束端口的信号输入/输出可能是预先定义的(例如，具有期望的相位角和在透镜主体的边缘上的位置)，并且，天线波束端口的数量也可能是预定的。通过改变穿过透镜主体的开口的数量、尺寸和位置，可以解决一个或多个方案引起的预定时间延迟造成的在天线端口上的相位位移。在图4A-4C所示的例子中，开口关于横向垂直天线端口和波束端口的中线对称。这种对称可能不是必须的。此外，所示的这些例子旨在提供间隔相对平均的相位角位移。相位角之间的间隔可能是不规律的(例如，五个天线端口的一组，-40°、-30°、10°、15°、40°)，并且可能是自定义的。

因此，可以改变开口的排列以及形成透镜的主体的板的整体形状(例如，外部轮廓)来调整透镜的相位位移，并且可以通过实验确定或通过仿真得到开口的排列以及形成透镜的主体的板的整体形状。通常，由信号从每个波束端口穿过透镜的主体到每个天线端口(包括围绕孔的传播)的时序可以确定在每个天线端口的有效相位。每个天线端口到每个天线发射单元的长度和连接也可能包含在这种估计中，因此，可以确定方向的控制。此外，可能改变透镜主体的整体形状。例如，在图4A中，透镜主体为大致的矩形；而在图4B和4C中，透镜主体为更规则的矩形(或方形)。透镜主体可能为其他形状(例如，三角形、椭圆形、五边形、六边形、七边形、八边形，等等)。

通常，这些透镜工作在电磁信号的发送和接收中。例如，对要发送的波束的转向可能涉及向不同的输入端口中的一个端口馈入信号(或者，转向到中间角度、馈入组合的端口)。如上所述，根据所需的角度，通过来自发送单元阵列的传输的时间延迟对波束进行转向。从一个(或组合的)波束端口(在这些波束端口上“收听”)接收信号可能确定天线接收的信号的角度。

本实用新型涉及的透镜是特别紧凑和有效的。用于波束形成的传统透镜，如罗特曼透镜和其变形，有着不同的结构，并且因此比本实用新型的带孔透镜大得多。

例如，传统的罗特曼透镜具有带有固定/恒定相位位移的多个输入，均连接到辐射单元的多个输出，以及提供较少反射的终端的多个虚拟端口。罗特曼透镜通常具有精心选择的形状和合适的长度传输线，以便产生波前，该波前穿过由信号传输中的时间延迟相控的输出。例如，图5为传统罗特曼透镜的示意图。图5中的罗特曼透镜由沿着弧线的一组Nb个输入(波束)端口和一组Na个输出(阵列/天线)端口组成。在这两组端口间的透镜结构的作用相当于在单独的输入端和输出端之间的理想传输线。由输出端获得施加到输入端的信号，并且，在特定的输入端口和所有的输出端口之间不同的电长度生成穿过透镜的输出端的线性渐进相位位移。数量更大的末端或“虚拟”端口也是罗特曼透镜的主要部分，并且充当透镜的溢出部分的吸收体，因此，其减少了有害透镜性能的多次反射和驻波。根据透镜的几何结构，这些类型的透镜的设计由罗特曼-特纳(Rotman-Turner)设计方程所支配。这些方程假设了实心的平行板区域(例如，没有孔)，并且存在虚拟端口。

本实用新型的带孔透镜与传统罗特曼透镜相比，主要优点和区别在于尺寸。对于特定的频带，本实用新型的带孔透镜可能制作得比罗特曼透镜小得多。例如，典型的罗特曼透镜当工作在RF频率范围内(例如，2GHz到30GHz)可能要求大致12×12cm的透镜。本实用新型的带孔透镜可能在这个尺寸的一部分就具有可比的或更优的性能。例如，图4A-4C所示的带孔透镜和其他例子可以是约5cm×6cm或更小。不希望受特定工作原理的约束，在本实用新型的带孔透镜中，这可能是由于穿过透镜的主体的孔造成的路径长度的增加所引起的，如上所述。

图6A和6B举例说明了使用带孔透镜的相控阵天线的另一个例子。在这个例子中，相控阵天线接收来自RF无线电设备601的水平的和垂直的极化输入，并且可能单独通过专用的水平部分带孔透镜607和垂直部分带孔透镜609。发送/接收水平部分和垂直部分。在图6A中，可以与天线的其他部分集成在一起或相分离的无线电设备601将RF水平和垂直信号部分连接到开关605。可以使用额外的控制单元(处理器等)，既可以作为相控阵天线控制的一部分，也可以(更有可能)作为RF无线电设备的一部分。额外的控制可能确定相控阵天线的控制信息/配置，包括用到哪个波束端口，以及施加的能量的时序。这两个透镜可能一起转向(例如，联合地)或单独转向，并且每个透镜都可以(通过天线端口)连接到每个天线发射单元。在图6A中，每个透镜有五个天线端口，存在六个天线发射线。如图6B所示，每个天线发射线可能包括多个连接的天线发射单元。在图6B中，八个发射单元627的连接631、633在垂直线(其可能提高在垂直面中的聚焦)中。前五条天线发射单元线的每一条都连接到每个水平透镜607和垂直透镜609上的其中一个天线端口。此外，在这个例子中，第六条发射单元的天线发射单元线直接连接615、617到垂直和水平部分，无需通过透镜延时。因此，除了波束形成(目标的)组，该天线可能包括天线单元的全向组625。

图7A和7B举例说明了以上参照图6A和6B所述的一对透镜的一个例子，其中，透镜沿着开关(例如，在PCB上)形成，并且包括用于将天线端口连接到天线发送单元阵列的连接器703(在图7A和7B中不可见)。如图7B所示，这个例子具有五个用于水平透镜的天线端口705、一个水平全向连接707、五个用于垂直透镜的天线端口709，以及一个垂直全向连接711。

这些端口可能连接到天线发送单元(例如，在天线壳体的反面)。如图8A、8B、9A、9B和9C所示，该天线发射单元可能排成一个阵列，以致发射单元线(其可能被统称为天线单元，并因此包括一个或多个天线发射单元)连接到合适的天线端口。例如，图9A和9B分别显示了天线单元阵列的前部和背部。在图9A中，八个天线发射单元显示为连接在一起形成一条线(垂直线)得到天线单元。在图9B中，显示了到天线基板的背面的天线端口的连接。图9C为带有示意性尺寸的单个天线发送单元的放大视图。

图10A到10F举例说明了组装的相控阵天线的变化，其包括一对用于RF信号通行的水平部分和垂直部分的带孔透镜。在这个例子中，该装置配置为在天线的背面与RF无线电设备对接。它可以配置为容纳多种收发器。可选地，该收发器海口可以合并到该设备本身。

如前所述，在内部，该天线包含在平面上的锥形的圆盘/圆片收发器阵列。天线板连接到电子透镜板，使用相控阵列来引导集中的无线电波。图10D举例说明了相控阵天线的背面的一个变化，其包括安装区域1003和用于连接RF连接器1005、1005’(例如，水平和垂直RF部分连接器)的连接。如下面所讨论的，该背面可能还包括USB端口1007。还可以包含水准仪来帮助天线的校准。最后，该背面可能包括用于连接到RF无线电设备的连接件，包括一旦该无线电设备连接用于遮盖该无线电设备的盖体或护罩1013。

图11为图10A-10F的设备的部件分解图。在这个例子中，相控阵天线包括前盖1和后壳体2。后壳体可能包括上述侧翼/转向板，以及用于安装的附件(例如，无线电设备安装5、枢轴安装16、17；杆装式支架13、15、18和安装螺钉26、27)、连接电缆(例如，将RF无线电设备连接到天线的RF电缆10)以及RF无线电设备的盖体，该盖体可能连接到该设备的背部(未显示)。如上所述，水平仪(气泡水准仪)9可能集成在该盖体(即，后盖)中。在前盖和后盖之间的内部组件可能包括多个天线发射单元12(盘状的锥体)，每个天线发射单元通过螺钉/螺栓连接到天线PCB6。各个天线发射单元间的连接由导电单元(例如，导线或轨迹)实现。在图11中，该导电单元为导电胶带，其可以用于将一排的天线发射单元连接到接地的天线单元，如图所示，一排有八个单独的天线发射单元。带有透镜和控制电路(如开关等)的印刷电路板7(透镜PCB)可能位于天线PCB的后面。所示的接地板31将前天线面与后电路/透镜面分隔开来。多个电缆可能将透镜和控制电路连接到天线单元(例如，130mm电缆)。螺钉、螺栓等固定件可能用于固定各种组件。最后，如图11所示，可以在前盖和后盖之间放置密封装置3(例如，垫圈)。

上述例子举例说明了作为紧凑型波束形成单元的带孔透镜的使用。然而，本实用新型的透镜可能用于实现各种其他效果，尤其是放大器。例如，本实用新型的任意一种透镜可以用作(类似于巴特勒矩阵)多端口放大器，其能够通过将单个输入信号分成N个信号或者将N个信号合成单个输出实现有选择地(或逐个)放大。例如，两个或两个以上透镜设备(如图4A-4C所示的那些透镜设备)可以连接在一起(并且甚至为了紧凑组合而彼此叠加)以便相互馈入。例如，参考图4A，施加进输入端口(例如，任何一个输入端口)的能量可能分成M个输出端口；所有或者只是部分这些输出端口的输出可能(例如，个别地)被放大，放大的能量以及输出可以馈入另一透镜并重新组合。结果是，用于放大最后的输出的每个放大器将需要更少电源和/或可以更小、更紧凑(并且需要，例如，更小空间和更小间距来降温)。这可能进一步允许使用更小、更便宜的放大器，包括芯片放大器。

因此，本实用新型的透镜可能几乎用在巴特勒矩阵可以使用的任何应用中，然而，本实用新型的透镜具有超过巴特勒矩阵设备的许多优点，包括它们的紧凑尺寸。相比本实用新型的紧凑型单(例如，单介质)层透镜，巴特勒矩阵设备通常是更大的多层设备，并且可能不易使用。

到无线电设备/收发器的连接

如上所述，本实用新型提供的任意一种天线都可能与可拆装/可连接的RF无线电设备(也被称为收发器)一起使用。可选地，在一些变化中，该无线电设备可以是专用的和/或永久地集成在天线中。

在无线电设备可以连接到天线的变化中，该无线电设备可能是配置为与各种类型的天线一起运作，并且可拆装地连接到天线(如上所述的相控阵天线)的一种无线电设备。例如，该无线电设备可以是RF无线电设备。该无线电设备可能包括发送器和接收器，并且可能包括一个或多个输出/输入(例如，RF输出/输入)，如水平极化输出/输入和垂直极化输出/输入，以及包括USB连接器(其可以为任意合适的类型，如微型USB连接器)。本实用新型的任意一种天线还可能包括USB连接器或者任何合适的类型(例如，A类USB连接器)。如下面将更详细地描述，当连接该设备时，该无线电设备被连接以致数据输入/输出(如RF输出)连接到天线，并且无线电设备和天线之间的USB端口可能也被连接。电源(例如，POE)可能通过USB传输以对该天线供电。通常，该无线电设备(例如，收发器)，如2×2MIMO无线电设备，可以与天线配对使用进行发送/接收。

在无线电设备可能与各种不同的天线(包括在不同设备(例如，客户端装置、目标设备，如图3所示的无线设备)上的本实用新型所述的可以波束形成(对准的)的相控阵天线)一起使用的变化中，该无线电设备可能因为知道其连接的天线的标识而受益，从而在该无线电设备的工作过程中，该无线电设备可能控制波束的方向(例如，转向)。例如，该无线电设备可能控制调制技术(TDMA等)或进出该无线电设备的路由流量。因此，该无线电设备(其还可能被称为收发器)可能用于选择和识别与其配对的天线，包括向天线提供控制信号(例如，用于对准天线)。使用本实用新型所述的相控阵天线这可能特别有用。

通过在无线电设备和天线间使用USB连接以在该无线电设备和该天线间提供电能和/或数据，可以实现该无线电设备和该天线间检测和/或通信，而在这两个设备间无需额外的通信连接。一种将天线的标识发信号到无线电设备的简化电路可以使用USB连接的接地引脚。通过改变接地引脚的电压，该USB连接可以是在其他一般USB连接中的天线标识的静态标识符，无需使用该USB连接的数据线/引脚。所涉及的电路可能是极为健壮和简单的。

通常，无线电设备(收发器)可能包括与天线上的USB连接器匹配的USB连接器。如本文所述，用于无线电设备的USB连接器上的传统专用接地引脚和天线USB连接器可以适用于向无线电设备传递识别天线的信号，并且在一些变化中，从该无线电设备提供用于对天线进行转向的控制信息。因此，虽然该系统没有适用USB信号(通用串行总线信号)，但是可以适用该USB连接器和标准USB电缆使得专用接地引脚可以传递关于标识的信息和天线控制。

例如，无线电设备可能包括以下USB引脚，并且配置为微型USB连接器(引脚使用如下)：Pin1＝电源VCC；Pin2＝数字时钟；Pin3＝串行数据；Pin4＝IDNC；Pin5＝USBGND；Shell＝Earth_gnd。类似的，天线设备(例如，相控阵天线设备)可以配置为A类USB连接器，并且包括以下引脚配置：Pin1＝电源VCC；Pin2＝数字时钟；Pin3＝串行数据；Pin4＝GND信号；Shell＝Earth_gnd。

该无线电设备可能检测到它被连接到相控阵天线，以致它可以接着调整波束转向的控制。这可能使用连接到USB接地引脚的逻辑电路实现。逻辑检测电路可能用于检测何时该无线电设备连接有特定的(例如，预定的)天线类型，如具有已知数量的相位角(波束端口，N)和天线单元(天线端口，M)的相控阵天线。

例如，该无线电USB连接可以是数字电路，其只使用连接器Shell作为该USB连接器上的数字传输的地参考。专用的接地引脚(在上述例子中，为在天线侧的Pin4/在无线电设备侧的Pin5)可能被无线电设备用于检测预定的天线类型。在一些变化中，该无线电设备包括天线检测电路，该天线检测电路可以检测天线(例如，相控阵天线)并向无线电设备给回该无线电设备已经连接到预定类型的相控阵天线的反馈(例如，软件控制该无线电设备和/或天线)。该预定类型的天线可能包括，例如，具有特定数目的天线(辐射)单元和/或预定转向角、预定的带宽等的相控阵天线。

通常，检测电路可能是操作地连接到USB端口的专用接地引脚的模拟检测电路。例如，天线检测电路(或“传感”电路)可能使用两个(或以上)具有参考电压的比较器，以及紧密度容限电阻分压器。参见图12A，显示了传感电路的一个例子。在天线上，来自USB端口的专用接地引脚(Pin4)可能用作到电阻值检测，以便接地来完成电路。如图12A所示，可能比较来自USB地的输入来确定天线的标识。在天线侧，预定类型的天线可能具有设为特定值的USB的接地引脚(Pin4)，该值与其他类型的天线具有的值不同，并且不同于所有其他(例如，非预定的)天线可能具有的“正常的”USB接地值。例如，具有六条带有水平和垂直极化的RF路径(总共12条路径)工作在特定频带(例如，在5GHz带宽内)的第一类型的相控阵天线可能具有在(或设为)第一电压值的USB接地引脚(Pin4)，以及，具有八条带有水平和垂直极化的RF路径(总共16条路径)工作在第二频带(例如，也在5GHz带宽内)的第二类型的相控阵天线可能具有在(或设为)第二电压值的USB接地引脚(Pin4)。如图12A和12B所示，该传感/检测电路可能使用在天线上的USB接地引脚(Pin4)的值来确定天线连接的四种可能性存在哪一种：默认；第一类型的相控阵天线(波束板1)；第二类型的相控阵天线(波束板2)；非波束板天线。虽然图12A中所示的传感/检测电路只包括两个二进制位(例如，四种可能)，该电路可能包括额外的“数字位”并因此包括额外数量的预定天线类型。在这个例子中，该传感/检测电路为逻辑电路，其向无线电设备提供数字输出，以及指示连接的天线的类型，并因此可以帮助该设备自动配置使用该天线的发送/接收。该信息也可以提供给用户或者远程设备来控制和/或改变天线和/或无线电设备的操作。因此，通常，该无线电设备使用来自使用USB电缆连接的天线的专用USB接地信号(USB_GND)和比较器感测电压并报告结果。如上所述，检测到的天线信息可能通过输出报告给主CPU上的GPIO数字信号。

在无线电设备控制相控阵天线的运作的变化中，该无线电设备(或处理器/远程CPU、用户等，通过无线电设备操作)可能控制天线的运作。例如，在使用透镜来光束整形(转向)的相控阵天线中，透镜板可能使用若干数字电子IC和RF有源部分来控制天线的运作，包括切换波束端口并因此对天线进行转向。在一些变化中，可能使用无线电设备和天线间的USB连接发送这种控制信息，可能通过USB连接器发送天线控制数据等数据，已经传递电能从而为天线供电。因此，天线可能从USB连接器接收电能，如由该无线电设备提供的来自USB连接器的电能，例如，在约4.2到5VDC之间。还可能使用来自USB连接的控制信息控制该天线(例如，对该天线进行转向)。例如，还可能使用移位寄存器来解码串行数据流并将其转换为并行数据，接着，该并行数据将被馈入到RF开关矩阵从而在电子透镜上选择正确的RF波束用于波束形成(例如，RF透镜)。图13大概展示了该过程。在这个例子中，天线从无线电设备(包括来自USB连接)接收电能和数据。来自该USB连接的数据可以通过控制相位角选择开关来控制上述波束形成，该相位角选择开关在多个波束端口间进行选择从而选择预定的相位角并因此对波束进行转向。在图13中，该RF开关矩阵确定哪个波束端口来馈入特定信息，以致该天线在适当的空间引导该信息。在一些变化中，该电路作为透镜电路的一部分被包含在天线上，如上所述。

图14A-14M显示了一个连接、配置和校准具有单独的RF无线电单元的相控阵天线的方法的例子。在这个例子中，该相控阵天线配置为用于单点对多点连接的相控阵基站天线。在这个例子中，该相控阵天线(没有无线电设备)的尺寸大约为356×568×254mm(14.02×22.36×10英寸)，重约6kg(13.23lb)并且主体(例如，壳体)由注塑成型的聚碳酸酯和外壳材料形成。所示的装置的频率范围在大约5.1-5.9GHz之间，并且波束宽度大约为18°(带有4°电调下倾角度)。

在这个例子中，该RF无线电设备与集成的相控阵天线相分离，并且连接到图14A-14H所示的天线。所示的相控阵天线装置与图10A-F和11举例说明的变化类似，并且包括USB端口、水平RF连接器和垂直RF连接器、无线电设备安装支架和一旦RF无线电设备安装到天线上所用到的盖体或护罩，以及用于将天线安装到杆或表面的安装件。在图14A中，该RF无线电设备(在这个例子中为Ubiqiuti^TMRocketM5AC无线电设备，然而，任何其他合适的收发器都可以使用)通过拆下无线电设备上的盖体从而暴露出以太网连接器和USB端口，为连接相控阵天线做好准备。在图14B中，以太网连接器可能连接到以太网电缆。接着，USB电缆可以连接到USB端口，如图14C所示，并且，盖体取代了无线电设备。在这个例子中，无线电设备包括一对RF连接器(例如，水平部分连接和垂直部分连接)。在图14D中，该连接器可能连接到RF电缆。

在图14E中，一端连接到无线电设备的USB电缆可以接着连接到在天线的背面的天线的USB(例如，A类USB)连接器。此后，可能使用无线电安装支架将该无线电设备安装在天线的背部，如图14F所示，其中，该无线电设备滑进安装支架中直到被锁定到位。在图14G中，RF电缆的其他端(垂直的和水平的和/或链1和链0)接着将连接到天线背面的连接件上，然后，盖体(例如，护罩)将定位在无线电设备上并锁定到位，盖住连接和电缆。盖体可能包括密封装置来防止组件暴露(例如，水)。如上所述，将该无线电设备连接到天线可能还启动或触发检测(例如，通过无线电设备和/或天线)是否已经连接好，并且进一步向无线电设备提供关于该无线电设备连接的天线的类型的信息，如上所述，参考图12A和12B。接着，该无线电设备可能自身进行配置从而该相控阵天线上发送和控制该相控阵天线。

如图14H到14M所示，该相控阵天线装置(包括无线电设备)可能安装在杆上、墙上、树上或任何其他结构或表面。例如，在图14H中，U型支架可能连接到天线壳体的背部，并通过装配用悬架固定，如图所示。当安装到杆上，杆安装件可能连接到支架，如图14J所示。接着，杆夹具可能连接到U型支架(如图14K所示)并固定。此后，安装的装配件可能连接到杆上，如图14L所示。例如，该杆夹具可以锁定在安装件上并通过螺栓收紧。在这个例子中，安装的装配件用于为安装到38-47mm直径的杆上，但是，必要时可以改变该安装件以适应任何合适的杆/表面。

一旦安装好，可以调整(“校准”)该天线以便设置视角的高度和方位场。由于该设备是电转向的，不需要精确的校准，但是，可以按图14M所示进行调整。例如，可以调整安装件以增加或减少倾斜(升降调整)，并且一旦选择好所需的倾斜，可以使用螺栓固定/夹紧设备。

天线阵列的管理

本实用新型所提供的任何装置(系统和设备)都可能用作无线网络的一部分。因此，这里描述了无线网络，和管理该无线网络的方法和系统。本实用新型还提供了管理定向天线(例如，作为单个天线)的方法和系统。

例如，本实用新型所提供的方法和系统通过从天线阵列中为在AP覆盖范围中的各自终端设备确定最合适的天线，并将该天线指定用于该AP和该终端设备间的通信，解决了作为单个AP的天线阵列的管理问题。这些技术可能还适用于为单个(或一组)相控阵天线的转向确定转向角。

终端设备可以是与AP无线通信的任何设备(例如，计算机、手机和平板电脑)。该AP可以为各个天线周期性地产生训练包，并通过相应的天线(或通过在天线阵列中的各自天线)将该训练包发送到天线覆盖范围中的终端设备。根据接收到的训练包，各个终端设备生成响应包，并将该响应包发送回AP，其中，该响应包包括各个天线的天线关系(例如，信号强度)的一个或多个标准的优先级值。根据该优先级值，AP从阵列中为终端设备指定最合适的天线，从而成为受过该终端设备的训练。

例如，如果该标准是AP的信号强度，那么该优先级值可以是在终端测量的各自天线的信号强度。终端设备使用该响应包将在该终端设备测量的各自天线的信号强度通知给该AP。接着，该AP指定具有最可取的测量的信号强度值的天线用于与该终端设备的后续通信。其他标准的例子包括但不限于，数据包错误率和调制方案。如果数据包错误率是标准，那么由该终端设备成功接收到的训练包的数目可以是相应的天线关系信息，并且该响应包的优先级值可以是数据包数。

图15A举例说明了根据本实用新型的一个实施例的示例性的作为AP的天线阵列。在这个例子中，在无线网络100中，AP110包括定向天线阵列，包括天线112、114和116。外部上看，天线112、114和116表现为单个AP110(例如，使用相同的AP标识符)。天线112、114和116的水平波束宽度分别为122、124和126。波束宽度122、124和126彼此重叠，这些波束宽度一起为AP110创建了波束宽度120。以这种方式，天线112、114和116一起通过波束宽度120促进了由AP110提供的覆盖范围，从而作为单个AP110。波束宽度122、124和126可以是彼此不同的(例如，天线112、114和116可以具有不同的辐射方向图)。在一些实施例中，天线112、114和116向AP110提供多输入多输出(MIMO)支撑(例如，对IEEE802.11n标准的支持)。

注意到，天线112、114和116作为单个AP110是不同于具有多个扇形天线的AP。扇形天线通常创建天线提供无线服务的扇形服务区域。相反，天线112、114和116被一起管理以便互相配合运作，创建由波束宽度120所表示的单个服务区。由AP110通过一个或多个天线112、114和116向该服务区中的终端设备提供无线服务。

因为天线112、114和116具有各自的覆盖区域(由它们各自的波束宽度所表示)，对于天线112、114和116在外部表现为单个AP，这些天线必须一同管理。假设若干终端设备132、134、136和138在AP110的覆盖范围中。这些终端设备物理上可以被不同的天线覆盖。例如，即使终端设备132和134认为它们自身在AP110的覆盖范围中，然而，终端设备132和134分别物理地分别在天线112和114的覆盖范围中。

为了解决这个问题，AP110可以周期性地为各个天线生成训练包，并通过相应的天线发送该训练包。该训练包包括天线的天线标识符，该天线标识符与天线相对应。在一些实施例中，训练包是多目的地数据包(例如，广播数据包)。各天线可以简单地周期性发送这种多目的地数据包，在该天线的覆盖范围中的各终端设备可以接收该数据包。例如，AP110可以生产天线112的训练包，包括在该训练包中的天线112的标识符，并且周期性地通过天线112发送该训练包。由在天线112的覆盖范围中的各终端设备(例如，终端设备132和138)接收该训练包。类似的，AP110周期性地生成天线114和116的训练包，包括在相应的训练包中的天线114和116的标识符，并且通过分别天线114和116发送相应的训练包。

根据接收的训练包，各终端设备生成相应数据包。例如，终端设备138通过天线112接收训练包，其包括天线112的天线标识符。根据接收到的训练包，终端设备138生成响应包，该响应包包括指示终端设备138与天线112的关系的一个或多个标准的优先级值。类似地，终端设备138还通过天线114接收训练包，其包括天线114的天线标识符。根据接收的训练包，终端设备138生成响应包，该响应包包括指示终端设备138与天线114的关系的一个或多个标准的优先级值。

如果该标准是信号强度，那么该优先级值可以是在终端设备138测量的天线112的信号强度。在该响应包中，终端设备138包括天线112的标识符和在终端设备138测量的天线112的信号强度，该终端设备138向AP110发送该响应包。类似地，为了响应来自天线114的训练包，终端设备138测量天线114的信号强度。在该响应包中，终端设备138包括天线114的标识符，以及在终端设备138测量的天线114的信号强度，该终端设备138向AP110发送该响应包。

AP110接收天线112和114的响应包，从各响应包中提取各测量的信号强度，并确定天线112和114中的哪个天线具有在终端设备138测量的更好的信号强度。在一些实施例中，AP110在一段时期从多个响应包中提取测量的信号强度(或任何其他与任何其他标准相关的优先级值)，并根据当前和历史值(例如，通过滑动平均)为终端设备138指定天线。假设天线112具有在终端设备138测量的更好的信号强度。接着，AP110为AP110和终端设备138间的数据通信分配天线112，从而训练AP110从天线阵列中为终端设备138指定天线。接着，天线112可以被称为终端设备138的指定天线。

以相同的方式，AP110使用训练包来确定天线112、114和116分别为与终端132、134和136通信的指定的天线。这种根据主动接收的响应包为终端设备指定天线而训练AP的方式可以称为主动学习。一旦AP受到终端设备的训练，AP110使用指定的天线与终端设备通信。从AP110到终端设备的通信可以称为下行通信，而终端设备到AP110的通信可以称为上行通信。

在一些实施例中，即使在AP110的覆盖范围中的所有终端设备都具有指定的天线，AP110仍继续周期性地发送训练包。如果有终端设备移进AP110的覆盖范围，与该终端设备相关的优先级值可能改变。这样，通过训练包的连续发送，AP110可以被训练，并为终端设备选择不同的指定的天线。此外，当新的终端设备移进AP110的覆盖范围，该新的终端设备接收训练包，并发送回相应的响应包。这使得AP110能够为新的终端设备指定天线。

在AP110中，来自各自天线的辐射可能具有垂直极化和水平极化。该水平和垂直极化指示由该天线生成的无线电波的电场的方向。以这种方式，天线112、114和116可以具有AP110可以辐射无线电波的六个方向的组合。当AP为终端设备指定天线，AP110可以同时使用天线的水平和垂直极化来与终端设备通信。

在一些实施例中，AP110可能使用天线112、114和116中的任意一个天线的一个或多个垂直和水平极化来与终端设备通信。在这种情况下，AP110向各天线的各自极化分配标识符。当AP110通过天线112、114和116的各自的极化发送训练包，AP110包括在相应的训练包中的极化的标识符。根据从相应的极化接收的相应包，AP110向终端设备指定天线112、114和116中的任意一个天线的一个或多个垂直和水平极化。例如，根据训练，AP110可以指定带有水平极化的天线112的无线电波用于和终端设备132通信。在另一个例子中，AP110可以指定带有垂直极化的天线112的无线电波和带有水平极化的天线114的无线电波用于和终端设备138通信。在其他实施例中，对于特定的终端设备，AP110可能同时使用两个天线，一个带有水平极化，另一个带有垂直极化。这样的设置对于室内应用是很有用的，因为障碍物(如墙或天花板)经常对不同的极化做出不同响应，并且使用在一个方向带有水平极化的一个天线和在另一个方向带有垂直极化的另一个天线，可以以最有效的方式与终端设备通信。

在一些实施例中，AP110使用基于竞争的媒介共享方案，其要求每个终端设备都来竞争AP110的带宽(例如，获得向AP110发送数据或从AP110接收数据的权限)并为每个接收到的数据包发送确认应答。基于竞争的媒介共享方案可以基于电气与电子工程师协会(IEEE)802.11标准族。在这种情况下，AP100向设备132、134、136和138发送单独的训练包。根据接收的训练包，各终端向AP110发送回确认应答。根据该确认应答，AP110测量与一个或多个标准相关的优先级值。

如果该标准是信号强度，AP110测量各接收的响应包的信号强度，并根据测量的信号强度值为各终端设备确定指定的天线。例如，AP110测量来自终端设备138的响应包的信号强度。AP110可以测量在一段时间内的多个确认应答包的信号强度(或与任何其他标准相关的任何其他优先级值)。假设AP110确定了通过天线114接收到的来自终端设备138的确认应答包的信号强度是最强的。作为响应，AP110指定天线114用于与终端设备138的通信。这种基于接收的无线确认应答为终端设备指定天线的方法可以被称为主动学习。

在一些实施例中，可以通过远程系统管理AP110。图15B举例说明了一种管理作为AP的天线阵列的示例性系统。在这个例子中，通过一个或多个有线和/或无线连接将系统150(例如，计算机系统)连接到AP。系统150可以在本地生成训练包，并向AP110发送该训练包，或者可以命令AP110生成该训练包。根据接收的响应包，AP110可以向系统150发送响应包，该系统150其依次从响应包中提取优先级值，并向各终端设备指定天线。AP110还可以从接收的响应包中提取优先级值，并将提取的优先级值发送到系统150，该系统150依次为各终端设备指定天线。

在图15A所示的例子中，为了在波束宽度120上发送多目的地数据包，AP110通过天线112、114和116发送数据包。为了解决这个问题，在AP110中的天线阵列可以包括广播天线。图15C举例说明了天线阵列的一个示例，其包括工作为AP的广播天线。在这个例子中，AP110包括带有波束宽度128的广播天线118，其与波束宽度120完全重叠。如果AP110需要发送多目的地数据包(例如，广播、多路广播或未知的单播数据包)，AP110通过天线118向终端设备132、134、136和138发送数据包，而不是分别通过天线112、114和116发送数据包。此外，当AP110没有受终端设备的训练(例如，新的终端设备已经移进AP110的覆盖范围)，AP110可以使用天线118来与终端设备通信。

图15D举例说明了天线阵列的一个示例，其包括作为AP的虚拟广播天线。在这个例子中，AP110包括虚拟广播天线160，其逻辑连接到天线112、114和116。如果AP110需要发送多目的地数据包，AP110向虚拟广播天线160发送数据包。这样，相应的无线电频率(RF)信号被发送到天线112、114和116。每个天线112、114和116在它们各自对应的覆盖区域内发送数据包。以这种方式，数据包在波束宽度120上朝向终端设备132、134、136和138发送。

图16A显示了AP主动学习终端设备的天线关系的示例性流程。在工作过程中，AP构造包括各天线的相应天线标识符的训练包(操作202)，并通过相应的AP的天线发送该训练包(操作204)。在一些实施例中，该训练包括多目的地数据包。该AP从各终端设备接收对应该训练包的响应包(步骤206)。接着，AP从接收的响应包中提取相应的天线标识符和一个或多个标准的优先级值(操作208)。对于各接收的相应包，AP根据提取的天线标识符识别与从响应包中提取的优先级值相关联的天线(操作210)。该操作使得AP能够将该优先级值与终端已经确定了优先级值的天线联系起来。对于各终端设备，AP接着根据提取的优先级值确定指定的天线(操作212)。在一些实施例中，AP在一个时间段内从多个响应包中提取优先级值，并且根据当前和历史值(例如，通过滑动平均)为终端设备指定天线。

图16B显示了促进天线关系的主动学习的终端设备的示例性流程。在工作过程中，终端设备从AP接收包括天线标识符的训练包(操作254)并且确定一个或多个标准的优先级值(操作254)。接着，该终端设备为相应的天线构造响应包，该响应包包括天线识别符和确定的优先级值(操作256)，该终端设备将该响应包发送到AP(操作258)。在一些实施例中，终端设备向与该天线标识符相关的天线发送响应包。标准的例子包括但不限于：信号强度、数据包错误率以及调制方案。优先级值的例子包括但不限于：在终端设备测量的信号强度、数据包识别符，以及与调制方案相关的比特误码率。

在一些实施例中，AP使用基于竞争的媒介共享方案，其要求每个终端设备都来竞争AP的带宽(例如，获得向AP发送数据或从AP接收数据的权限)并为每个接收到的数据包发送确认应答。在一些实施例中，如图17所示，为AP被动学习终端设备的天线关系的示例性流程。在工作过程中，AP为各天线构造训练包，该训练包包括相应的各自的终端设备的天线标识符(步骤302)。接着，AP通过AP相应的天线(例如，与该天线标识符相关联的天线)发送该训练包到相应的终端设备(例如，打算使用该训练包的终端设备)(步骤304)。AP从相应的终端设备接收相应的训练包的无线确认应答(操作306)。在一些实施例中，该无线确认应答是基于IEEE802.11标准族。对于相应的终端设备，AP根据接收到的确认应答确定相应的天线的一个或多个标准的优先级值(操作308)，并且根据确定的优先级值确定指定的天线(操作310)。在一些实施例中，AP在一个时间段内从多个确认应答包中确定优先级值，并且根据当前和历史值(例如，通过滑动平均)为终端设备指定天线。

图18显示了AP的示例性TDMA通道接入方式。该AP将它的通信时间划分为多个时间帧402和404。各时间帧包括上行部分和下行部分。例如，时间帧402包括上行部分412和下行部分414，并且，时间帧404包括上行部分416和下行部分418。

AP将时间帧的下行部分划分为在它的覆盖范围中的终端设备中的时隙。在一些实施例中，下行部分412的时隙是不相等的，并且可以基于终端设备的带宽需求和/或规定。如果AP在它的覆盖范围中具有四个终端设备，结合图15A所示，AP将上行部分412划分为四个时隙422、424、426和428，并且为相应的终端设备分配时隙。AP在它分配的时隙期间，向终端设备发送下行数据包。

AP将时间帧的下行部分划分为专用部分452和通用部分454。AP还将专用部分452划分为在它的覆盖范围中的终端设备中的时隙。在一些实施例中，专用部分452的时隙是不相等的，并且可以基于终端设备的带宽需求和/或规定。如果AP在它的覆盖范围中具有四个终端设备，结合图15A所示，AP将专用部分452划分为四个时隙432、434、436和438，并为带有比阈值更多的数据包的各终端设备分配时隙。该终端设备在它分配的时隙期间，向AP发送上行数据包。如果终端设备不具有比阈值更多的数据包，该终端设备在通用部分454与AP覆盖范围中的其他终端设备竞争，并且，如果根据竞争，该终端设备允许发送，那么它将向AP发送数据包。在一些实施例中，该竞争基于IEEE802.11标准族。注意到，在通用部分454，带有下行时隙的终端设备还可以竞争。

图19A显示了AP的示例性下行传输过程。在工作期间，AP接收终端设备的数据包(操作502)并且为该数据包确定与终端设备相关的下个可用的下行时隙(操作504)。接着，AP检查该AP是否受该终端设备的训练(操作506)。如果AP已经被该终端设备训练，那么该AP选择与该终端设备相关的指定的天线(操作512)，并通过指定的天线在确定的时隙发送数据包(操作514)。否则，AP在确定的时隙期间通过物理/虚拟广播天线发送数据包(操作516)，结合图15C和15D所示。这使得AP能够向没有对AP进行关于天线关系的训练的终端设备发送数据包(例如，当新的终端设备来到AP的覆盖范围中)。

图19B显示了基于专用时隙的AP的示例性上行接收过程。在工作中，AP启动当前时间帧的上行部分(操作532)并为个带有比阈值更多的数据包的终端设备确定时隙(操作534)。终端设备可以通知AP关于需要发送给AP的数据包的数量(或数据量)(例如，通过搭载或消息)。接着，AP检查该AP是否受到相应的终端设备的训练(操作536)。如果该AP已经被该相应的终端设备训练，那么该AP选择与该终端设备相关的指定的天线(操作542)并在确定的时隙期间通过指定的天线收听数据包(操作544)。否则，AP在确定的时隙期间通过物理/虚拟广播天线收听数据包(操作546)。以这种方式，AP可以从没有对AP进行关于天线关系的训练的终端设备接收数据包(例如，当新的终端设备来到AP的覆盖范围中)。

图19C显示了终端设备的示例性上行传输过程。在工作中，终端设备生产上行数据包(操作552)并检查该终端设备是否具有比阈值更多的数据包(操作554)。如果有，该终端设备为该数据包确定与终端设备相关的下一个可用的上行时隙(操作556)，并在确定的时隙期间发生该数据包(操作558)。否则，该终端设备在通用上行时间竞争上行传输时间(操作560)，并通过政治检测获得的传输时间(操作562)。如果该终端设备通过竞争具有获得的传输时间，该终端设备通过竞争在获得的时间期间发生数据包(操作564)。否则，该终端设备等待下个时间帧的上行部分(操作566)。

示例性AP系统

图20举例说明了一种示例性AP系统，其包括作为AP系统的天线阵列。在这个例子中，AP系统600包括处理器602、存储器604和通信模块606，该通信模块606可以包括收发器和天线阵列(未显示)。通信模块606与各终端设备通信，结合图19A和19B所示。

在AP系统中还包括训练模块608、通道接入模块610和竞争模块612。在工作中，训练模块608训练各终端设备，以便从天线阵列中为该终端设备指定天线，结合图16A和3所示。通道接入模块610促进到终端设备的通道接入，结合图18所示。竞争模块612促进基于竞争的通道接入，结合图17和18所示。

图8A举例说明了示例性天线阵列，图8B显示了这种天线阵列的透视图。在这个例子中，天线系统800包括天线单元804阵列，这些天线单元804位于壳体801上。注意到，在正常工作期间，壳体801可能具有保护天线单元804免受不良天气等因素的影响的盖体。壳体801还包括一对张开部分802，该张开部分802由金属制成，并以一定角度延伸。张开部分802提高了来自对天线系统没有用的方向的噪声的抑制，如来自天线系统800的前面或侧面。

在一个实施例中，天线单元阵列804可能包括若干列的天线单元。一列(例如，最右列)可以用于发送全向信号(例如，在通过模式中透过这些单元发送的信号)。余下的天线单元列根据引入到每个天线单元的信号路径的相位变化用于生产定向波束传输。在一个实施例中，一小套天线单元用于水平极化的信号的传输，相位操纵用于实现用于这种水平极化的信号的不同波束方向，引起由这些天线单元发送的信号的干扰。类似的，另一小套天线单元用于在各方向的垂直极化的信号的传输。

在一个实施例中，天线系统800还可以包括信号处理模块，其负责将信号分发到天线单元804并促进该信号合适的相位改变以实现期望的波束方向。

如上所述，相控阵天线(如图1A-3E所示)是AP系统的另一个例子，其包括作为AP系统的上述天线单元阵列。在这个例子中，AP系统包括处理器、存储器和通信模块，该通信模块可以包括无线电收发器和天线阵列(相控阵天线)。通信模块与该相控阵天线所指向的各设备通信。图22为另一个相位位移的天线组的系统2201的例子，其作为AP系统。在这个例子中，多个天线2203的每一个天线接收相位位移的输入2207，该相位位移的输入以预定的方式延迟2205。输入2209、2211可能来自单个无线电设备(例如，具有垂直和水平极化的无线电设备)。

类似地，天线阵列可能是扇形天线阵列，如图21所示。在这个例子中，三个扇形天线2105、2105’、2105”通过开关2103连接到单个无线电设备2101。该系统可能按上述控制作为AP系统。

在这一部分所详细描述的方法和过程可以具体体现为代码和/或数据，其可以存储在上述计算机可读存储介质中。当计算机系统读取和执行存储在计算机可读存储设备上的代码和/或数据，该计算机系统执行存储在计算机可读存储介质中的数据结构和代码所体现出的方法和过程。

此外，这里所述的方法和过程可以包含在硬件模块或装置中。这些模块或装置可能包括但不限于，专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)、执行特定软件模块或在特定时间执行一段代码的专用或共用处理器，和/或现在已知或后期开发的其他可编程逻辑器件。当该硬件模块或装置被激活，它们将实现包含在它们中的方法和过程。

在本实用新型所述的相控阵天线设备的一些变化(如，配置为用作接入点)中，该设备可能包括如图6B所示的多个天线发射单元，但是可以使用多个相位位移单元执行RF波束形成，如图22所示。如上所述，控制器可能选择相位角来设置相位位移单元以便对来自该设备的波束进行转向(例如，选择定向波束)。当使用TDMA时，这样的配置可能是特别有用的，在TDMA下，该设备可以为与接入点(特别是固定的接入点)通信的多个站点设备的每个站点设备分配定向波束(如上所述，例如，通过发送训练包和接收训练包)。本实用新型所述的方法对训练的开销要求相对较低，因为不需要经常发送训练包。这些方式的任意一种还可能允许接入点装置将多个定向波束与相同的天线关联，包括在一个用于在AP从站点接收数据(上行定向波束)，一个用于从AP向站点发送数据(下行定向波束)。此外，本实用新型所述的任意一种系统可能还配置为用作MIMO(多用户MIMO)系统；例如，两个水平和垂直极化可以用于在AP和站点间的发送/接收。

在本实用新型所述的装置和设备中，特别是在相控阵天线用于形成定向波束的变化中，向站点分配定向波束可能反复地进行。根据发送到移相器阵列中的每个相位移动单元上的信号，这些系统中的任意一个系统可能具有用于波束形成的大量的可能方向(例如，相位角)。因此，在一些变化中，选择大致分开的定向波束(例如，在-45和+45间延伸的五个定向波束)的初始范围的迭代过程将被首先使用。当从设备所特有的一个或多个响应包中接收的信息表明“最佳的”定向波束(例如，根据上述定向波束选择标准)，可以在更窄的定向波束范围上发送第二(或更多)轮的训练包，例如，如果最佳的响应包对应-22.5定向波束，然后，接下来的五个训练包可能在-32.5和-12.5之间。对于每个站点，或者单独对于每个站点或一些站点形成的组，该过程可能被重复。因此，到特定目标的定向波束的分配可以被微调。

如上所述，例如，本实用新型所述的响应包通常涉及特定的定向波束、站点和定向波束选择的一个或多个标准。例如，选择定向波束(特定定向波束的“优度”)的标准可能包括CINR或载波干扰噪声比等信息。该信息可能表明只与一个方向(例如，上行传输)有关的干扰，并且可能因此能够在不同的上行和下行定向波束中选择，如上所述。

例如，在波束训练期间，AP装置可能(例如，从每个定向波束或扫描全部或大多数波束角的广播波束)发出通用训练包。CINR可能被包含作为发送的信息的一部分。例如，AP可能使用特定的波束组合(例如，AP可以读取每个站点设备的Tx和Rx，包括CINR)。在给定的方向可能存在干扰，例如，系统想要避免的来自比较近(但不是很远)的附近的波束的干扰。波束训练包(例如，广播数据包)可能用于最小化学习数据包的链路容量。该AP可能在工作中分配特定的时隙来送回波束训练包。对于下行链路，当，例如，普通训练包广播到所有站点时，可能不存在特定的时隙。在上行链路中可能存在竞争，因为可能由多个站点，而这些站点不能同时被AP“收听”。该AP可能动态地基于需求地分配时隙(例如，上行链路/下行链路时隙)，而不是向每个站点指定时隙，以便提供效率，因此只有需要在阈值上(或其他优先化)发送到AP的那些站点才可能被分配预定的时隙。在竞争周期(或通用周期)，AP可能从任意一个站点接收信号，其不需要专用的时隙或需要比分配的时隙所允许的稍微更多的时间。该AP可能因此指定训练时隙来发送CINR训练包，因而避免冲突。当AP提供CINR训练时隙，以致AP将在特定波束收听，该CINR可能被发送并用于确定定向波束的分配和/或传输信息的速率。例如，CINR可能被编码在一个比特位，因此每个站点具有CINR的时间序列值；一旦该AP将波束尺寸应用到CINR训练值，它可能根据定向波束将其转化为二进制，并且它可以基于CINR(例如，波束和时间)进行分类。增加其他的尺寸(波束)，每个波束将具有CINR值的时间序列。因此，CINR值的使用，或者作为训练包的一部分，或者作为单独数据包的一部分，可能增强每个站点的定向波束的确定。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

当本文中的特征或要素被称为在另一特征或要素“上”，它可以直接在另一特征或要素上，或者也可能出现介于中间的特征和/或要素。相反，当特征或要素被成为“直接在”另一特征或要素“上”，则不存在介于中间的特征和/或要素。也可以理解，当特征或要素被称为是“连接”、“附加”或“联接”到另一特征或要素上，它可以是直接连接、附加或联接在另一特征或要素上，或者可能出现介于中间的特征和/或要素。相反，当特征或要素被成为“直接连接”、“直接附加”或“直接联接”到另一特征或要素上，则不存在介于中间的特征和/或要素。虽然参照一个实施例进行描述和显示，但是这样描述或显示的特征和要素可以应用到其他实施例。本领域技术人员还可以理解的是，对结构或与另一特征“相邻的”特征的参考可以具有与该相邻的特征重叠或派生的部分。

本文使用的技术只是为了描述特定的实施例，并不是用于限制本实用新型。例如，如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”、“该”，除上下文明显另有所指外，是包括复数形式。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”，当使用在本说明书中时，指定了所述的特征、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在。如本文所述使用的，术语“和/或”包括相关的所列的术语的任意一个和一个或多个的全部组合，并且能够被缩写为“/”。

空间相关的术语，如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之上”、“上面的”等等，本文可以用来方便描述如附图所说明的一个要素或特征相对另一个要素或特征的关系。可以理解的是，空间相关的术语旨在除了图中描述的方向，还包含使用中或工作中的设备的不同的方向。例如，如果在图中的设备是倒转的，描述为在其他要素或特征“之下”的要素，然后可能会朝向其他要素或特征“之上”。因此，示例性的术语“之下”可以包含上方和下方两个方向。该设备可能有截然不同的朝向(旋转90度或以其他方向)，并且本文使用的空间相关的描述被相应地解释。类似地，除非另有特别指明，本文使用的“向上地”、“向下地”、“垂直的”、“水平的”等术语只是为了举例说明。

虽然术语“第一”和“第二”可能在本文中用于描述各种特征/要素，但是除非另有特别指明，，这些特征/要素被这些术语现在。这些术语可以用来将一个特征/要素与另一特征/要素区分开来。因此，以下描述的第一特征/要素可以称为第二特征/要素，类似地，以下讨论的第二特征/要素可以称为第二特征/要素，而不脱离本实用新型的范围。

如在说明书和权利要求书所使用的，包括在实施例中所使用的，除非另外明确说明，所有的数可以解读为具有前缀“约”或“大致”，即使这些术语没有明确出现。短语“约”或“大致”可以在描述大小和/或位置时使用，以表明所述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期的范围内。例如，数值可能具有设定值(或值的范围)的+/-0.1％的值、设定值(或值的范围)的+/-1％的值、设定值(或值的范围)的+/-2％的值、设定值(或值的范围)的+/-5％的值、设定值(或值的范围)的+/-10％的值，等等。本文列举的任意数值范围意在包括所有包含在其中的子范围。

虽然上面描述了各种说明性实施例，可以对各种实施例做出任意数量的变化而不脱离权利要求所述的本实用新型的范围。例如，描述的各种方法步骤被执行的顺序在可选的实施例中可以经常被改变，并且在其他可选的实施例中，可以跳过一个或多个方法步骤。各种设备和系统实施例的可选特征可以包含在一些实施例中，也可以不包含在其他实施例中。因此，提供前面的描述主要是为了示例性说明的目的，并且不应当解释为对权利要求所提出的本实用新型的范围的限制。

本文所包含的例子和图示通过举例而不是限制的方式显示了实施本实用新型的主题的具体实施例。如前所述，可以利用和衍生出其它实施例，已知可以做出结构和逻辑的替换以及改变，而不脱离本实用新型的范围。本实用新型的主题的这些实施例可以通过术语“实用新型”在此被单独或共同提出，该术语“实用新型”仅仅是为了方便，而无意自觉将本申请的范围限制到任何单个实用新型或实用新型构思，如果实际上公开了多个的话。因此，虽然本文已经说明和描述了具体的实施例，但是任何能够实现相同目的的配置都要可能代替所示的具体实施例。本实用新型旨在覆盖各自实施例的所有适应和变化。对于本领域技术人员而言，通过阅读上面的描述，上述实施例的组合以及本文没有详细描述的其他实施例是显而易见的。

Claims

1.一种相控阵天线装置，其特征在于，该装置包括：

天线发射器的二维阵列；

无线电频率收发器和转向子系统，该无线电频率收发器和转向子系统连接到所述天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的无线电频率信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个无线电频率信号的波束形成。

2.一种相控阵天线装置，其特征在于，该装置包括：

天线壳体，其包括；

天线发射器的二维阵列，该二维阵列形成排布在所述天线壳体的前侧的平面中的圆盘形状的发射表面的两个或两个以上垂直列；

一对沿着所述二维阵列的两边垂直延伸的向外展开的侧翼；

无线电频率收发器和转向子系统，该无线电频率收发器和转向子系统连接到所述天线发射器的二维阵列，并配置为生成多个相对彼此相移的无线电频率信号，用于由所述天线发射器的二维阵列发射的所述多个无线电频率信号的波束形成，其中，所述无线电频率收发器和转向子系统包括无线电设备；以及

两个或两个以上无线电频率连接器，该无线电频率连接器位于所述天线壳体的背面上，该无线电频率连接器配置为将所述无线电设备连接到所述发射器的二维阵列。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线发射器的二维阵列是平面阵列。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括天线壳体，其中，所述天线发射器的二维阵列排布在所述天线壳体的前侧的平面中。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一对沿着所述二维阵列的两边垂直延伸的向外展开的侧翼。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统包括无线电设备。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述天线单元阵列的每个天线单元包括一排发射单元。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线单元阵列的每个天线单元都包括一排圆盘形状的发射单元。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线单元的二维阵列的每个天线单元包括具有凹形发射表面的圆盘形状的发射单元。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统包括多个移相器，其中，每个移相器都连接到所述无线电频率收发器，并且，转向子系统配置为为每个所述移相器设置相位角。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统包括带孔透镜。

12.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统被配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包，其中，所述训练包把所述定向波束的标识符编码。

13.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统可分离成具有一个或多个无线电频率输出的无线电频率收发器，以及连接到所述一个或多个无线电频率输出的转向控制器。

14.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统配置为根据从站点设备接收的响应包向所述站点设备分配定向波束，其中所述响应包包括定向波束的标识符和与所述训练包的其中一个训练包相关联的优先级值。

15.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包。

16.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包，其中，所述周期小于每分钟一次。

17.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统配置为周期性地在多个定向波束的每一个波束上发送训练包，其中，所述周期小于每五分钟一次。

18.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述无线电频率收发器和转向子系统配置为：根据响应于由所述天线单元阵列发射的训练包从多个站点设备的每一个接收的响应包向所述多个站点设备的每一个分配定向波束，并且使用分配的定向波束向所述站点设备发送数据。