改进的天线布置的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线节点，并且涉及操作无线节点的方法。
【背景技术】
[0002]在发达国家，非常广泛地使用无线通信。例如，移动电话几乎无所不在，并且用户普遍随时携带。这样的电话通常用于接打电话和收发短信(SMS)。常常被称为智能电话的更先进的新式电话已进一步提供先进的数据服务，诸如收发电子邮件和访问诸如因特网的广域网。无线技术上的进步已导致无线标准从通过GSM和3G的最初的模拟服务至新兴的4G及相关的标准的在使用上的进展。这些标准已导致能力越来越强的手持式设备的发展。
[0003]联合手机所要求的技术上的进步，越来越多地使用现在普遍使用的移动电话和数据更密集的服务已导致提供无线服务的基础设施的负担增大。移动电话无线网络已经典型地配置为一组无线基站，该组无线基站覆盖一个或更多个小区，于是，该一个或更多个小区连接至有线主干网电信服务中。随着越来越多的需求强加于无线网络，则基站设置得更近，连同小区更小。尤其在城市地区，假设用户密度高，考虑到基站必须有线连接至有线主干网电信服务中，基站的定位正逐渐成为重大的技术问题。并不总是可能从提供无线网络的观点来看理想地将基站物理地定位于精确的位置。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目标是对已知的技术加以改进。
[0005]根据本发明的第一方面，提供一种无线节点，该无线节点包括:RF调制解调器；RF开关阵列，其连接至RF调制解调器，RF开关阵列包括夹在导电材料层之间的一层电路板；以及多个天线，其经由存在于导电材料层中的波导而连接至RF开关阵列的电路板，天线的第一子集布置于第一水平面上，并且天线的第二子集布置于第二水平面上，位于第一水平面下面。
[0006]根据本发明的第二方面，提供一种操作无线节点的方法，该无线节点包括:RF调制解调器；RF开关阵列，其连接至RF调制解调器，RF开关阵列包括夹在导电材料层之间的一层电路板；以及多个天线，其经由存在于导电材料层中的波导而连接至RF开关阵列的电路板，天线的第一子集布置于第一水平面上，并且天线的第二子集布置于第二水平面上，位于第一水平面下面，本方法包括如下步骤:在RF调制解调器生成无线电信号；将所生成的无线电信号通信至RF开关阵列；选择用于发送所生成的无线电信号的天线；以及从所选择的天线发送所生成的无线电信号。
[0007]由于本发明，有可能提供这样的无线节点:紧凑且易于构建，并且能够例如联合基站而用于将路由提供给不要求基站直接地连接至有线电信网络的有线主干网。天线设置在两个不同的水平面上，一个位于另一个上面，意味着能够在发送节点且在接收节点选择天线，使得大大地降低来自从地面反射的信号的相消干涉的可能性。天线的两个子集之间的水平高度上的差异提供足够的天线选项，以大大地降低来自地面反射的信号的相消干涉的风险。
[0008]创建竖直地堆叠的双天线配置的主要原因是帮助管理竖直多路径的作用。类似于更普遍地考虑的水平面等效物，在不同的时间到达的无线电信号将导致相消/相长干涉图案。在水平面示例中，接收天线仅必须移动1/4与1/2波长之间的距离，以从低的信号级的空间移出至一个更高的信号级，这在天线容易地移动于水平面上的情况下相对地容易进行。在与物理地固定的方向天线系统合作时，在水平面上，最成问题的多路径的影响极少，因为选择备选的信号路径解决该问题。竖直多路径(例如信号从大而平坦的马路或类似的表面反射)通过在竖直地分开的天线之间切换而解决。
[0009]无线节点每一节点使用多个天线，以形成与其他节点的多个任意的通信链接。未预先确定这些路径，系统自组织。独立的天线元件之间的切换用于提供方向性，而不是相控的阵列波束的形成。通过使用扇区天线切换，而不是极化，从而实现空间域滤波。无线节点的设计以物理地紧凑的包封实现独立的天线的阵列中的空间分集作用，并且不要求节点在其环境周围外部地被通知。
[0010]无线节点的结构使用由夹在两个金属板之间的电路板组成的RF开关阵列。RF开关阵列直接地连接至天线的两个水平子集，其中波导设置于金属板中，将RF信号从电路板传递至天线。这提供不要求将信号发射器焊接至电路板，也不要求将构件敷设电缆而连接在一起的稳健而紧凑的设计。在能够迅速地装配为单堆构件的例示中，将信号从电路板直接发射至波导提供无线电信号从无线电子系统至多个扇区天线的可靠的低损失的分配。金属板为节点提供良好的结构完整性，并且还充当传递电路板上的构件所生成的热而使该热离开RF开关阵列的热沉。
[0011]无线节点紧凑地配置，天线围绕RF开关阵列布置，意味着无线节点能够容易地设置在城市地区，多个天线提供极好的覆盖范围。多个这样的节点能够一起用于提供将创建无线基站与所要求的有线电信连接之间的接口的本地化的无线设备。无线节点能够定位于在城市环境中常见的分布广泛的路灯柱及其他类似的结构上。
[0012]在优选的实施例中，无线节点包括一系列层。无线节点的层(自下而上)是接口板(电源、防风雨的连接器和无源网络化接口构件)、数字处理板(CPU、存储器、网络交换、数字信号处理以及模数转换器)、无线电板(从I/Q基带至R/F的模拟无线电、波导过渡)、带有波导接口的双工器、带有波导过渡和与双工器的接口的开关板以及天线和天线阵列。
[0013]优选地，各天线包括喇叭，该喇叭在喇叭的近端连接至RF开关阵列，在喇叭的远端张开，并且优选地，相邻的天线彼此直接接触。天线作为在一端连接至RF开关区域且在另一端张开的喇叭的配置提供简单而高效的天线布置，而还为无线输出提供宽视场。天线优选地是开槽的喇叭天线，从而可能构建具有高性能的短天线。在一个实施例中，天线仅使用螺栓连接在一起，然后螺栓连接至开关底盘中的平板。在第二实施例中，天线由仅两个元件构建，每个元件相对地容易在数控机床上构建。
[0014]有利地，天线的各子集限定大于180度且小于270度的围绕RF开关阵列的弧。天线提供无线节点的视场，并且所提供的视场越大，为了提供必要的路由而放置无线节点时所给予的灵活性就越大。天线放置于围绕中心RF开关阵列的两个水平面上，这导致天线定位于围绕RF开关阵列的弧中，并且根据来自无线节点的无线电信号的期望的路由而控制使用哪个天线。
[0015]优选地，天线的各子集中的相邻的天线彼此间隔开，并且，天线的子集中的两个相邻的天线之间的间隔由天线的另一个子集中的天线填补。在优选的实施例中，半数天线定位于第一水平面上，并且半数天线定位于第二水平面上。该布置中的天线间隔开，各天线之间的间隔大致是天线的宽度。这创建天线的两个水平子集，在其间存在空间。天线的两个子集如此安装，使得两个子集异相，所以，一个子集中的两个相邻的天线之间的间隙由另一个子集中的天线填补，其位于两个天线之间的间隙的正下方或正上方。
[0016]理想地，无线节点还包括包含无线节点的内部构件的基底和天线罩。RF子系统形成紧凑且易于装配的电路板和铝材料的水平层的中心核心。天线能够连接在构件层的顶部，并且全部这些内部构件都能够定位在基底和天线罩内。基底和天线罩提供内部构件的防风雨的屏蔽物，并且还提供一种在构件运转时从构件散热的方式。无线节点自下而上提供内部构件的堆叠组件、电热粘合物的隔离物以及来自防风雨的密封件和简单的构造的配合的表面。
【附图说明】
[0017]现在，将参考附图而仅经由示例来描述本发明的实施例，在附图中:
图1是无线节点的构件的示意图，
图2是无线节点的构件的另一示意图，
图3是从无线节点的内部构件的上面观察到的透视图，
图4是无线节点的天线配置的侧视图，
图5是无线节点的RF开关阵列的透视图，
图6是无线节点的构件的俯视图，
图7是穿过图6的线A-A的截面，
图8是一部分RF开关阵列的仰视图，
图9是从无线节点的外部的上面观察到的透视图，以及图10是两个所安装的无线节点之间的RF路径的示意图。
【具体实施方式】
[0018]图1示意性地示出网络化无线电节点10的构件。无线节点10包括连接至基带处理器4的一组外部数据接口 2。电源6连接至系统控制构件8，该系统控制构件8还连接至基带处理器4。无线节点10还包括RF调制解调器12和RF开关阵列14，RF开关阵列14通过双工器30、发送器32以及接收器34而连接至RF调制解调器12。RF调制解调器12还连接至基带处理器4和系统控制构件8。节点10还包括连接至RF开关阵列14的多个天线16。如能够在图3中看到的，天线16在两个水平面上物理地围绕RF开关阵列14布置。无线节点10包括将电路板的水平层和导电材料联锁的中心核心，除了天线16以外，电路板的水平层和导电材料构成图1的构件。
[0019]节点10的RF子系统以实现提供使收发RF信号丢失保持为极小值的最佳的一对信号路径的许多系统关键目标的新颖的且巧妙的方式配置且布置。波导用于将RF能量从RF系统中的一个点输送至另一个。在要求RF能量过渡至、运载在电路板(PCB)组件或从电路板(PCB)组件过渡离去的情况下，全部波导转换器都实施为PCB的一部分。不要求将波导焊接至任何PCB组件。节点10由电路板和铝层构建。
[0020]在由发送器32、接收器34、双工器30、多路天线开关14以及天线16组成的RF构建块级别处的RF子系统配置成提供180度与270度之间的水平面覆盖角。RF子系统块的机械实施方式和所得的堆叠组件提供对节点10的设计的新颖的且巧妙的简化。双工器30包括两个单向端口和一个双向端口。一个单向端口连接至发送器32，并且另一个单向端口连接至接收器34。双工器30的双向端口连接至RF开关阵列14。
[0021]图2示意性地示出节点10内的构件的物理布置，该布置包括在基底50和天线罩56内所包含的中心核心100和天线16。位于中心核心100的底部的是电源及连接器PCB21 (包含外部数据接口 2和电源6)、基带及控制PCB 23 (包含基带处理器4和系统控制8)以及基带及控制热沉和盖25。位于该底部上面的是RF调制解调器12，RF调制解调器12包括夹在导电材料的层间的电路板24的三个水平层，该三个水平层是RF调制解调器基底26和RX及TX盖28。RF调制解调器基底26和RX/TX盖28中的空腔形成波导，该波导通过蚀刻于RF调制解调器PCB 24上的PCB痕量探针而联接，从而允许发送器32发送RF功率且允许接收器34接收RF信号。
[0022]RX盖和TX盖28(其形成为单个连续块)以及双工器基底块30中的用机器加工的空腔使波导延续，从而将双工器30的双向端口连接至RF开关阵列14的公共点。双工器结构30本身由可调谐的空腔和波导段的复合布置形成。RF开关阵列14包括夹在导电