一種多波束選擇智能天線陣列及具有該天線陣列的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種多波束選擇智能天線陣列及具有該天線陣列的系統(tǒng)。天線陣列包括基板、固定在基板上的若干個天線陣元?；宄蕡A環(huán)形，所有天線陣元繞基板的圓心均勻分布在基板的一個側(cè)面的圓形外周緣上而構(gòu)成環(huán)形陣列。基板上自基板的圓形端面向圓心開設(shè)有若干弧形凹陷和若干細(xì)縫，在相鄰兩個天線陣元之間布局有一個該弧形凹陷并由此形成天線隔離帶。每個天線陣元包括兩個天線振子，且在兩個天線振子之間布局有一個該細(xì)縫并由此形成天線耦合細(xì)縫，天線陣元的天線饋電點(diǎn)位于兩個天線振子之間。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)能做到全向空間掃描。本實(shí)用新型還公開采用該天線陣列的多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)。
【專利說明】
一種多波束選擇智能天線陣列及具有該天線陣列的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種無線通訊技術(shù)領(lǐng)域的一種多波束選擇智能天線陣列，尤其涉 及一種多波束選擇智能天線陣列及采用該天線陣列的多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著WIFI技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，WIFI已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡耐ㄐ攀?段，也成為政府和企業(yè)青睞的極其方便的通信技術(shù)。尤其是在新一輪的智慧城市建設(shè)熱潮 中，WIFI技術(shù)必將大放異彩。然而，在WIFI商用的過程中出現(xiàn)了諸多問題，這些問題很多已 經(jīng)嚴(yán)重影響到終端用戶的用戶體驗(yàn)。
[0003] 1.系統(tǒng)容量問題
[0004] 很多用戶都深有體會，在醫(yī)院、咖啡廳、展廳或者商場等人口密集的區(qū)域，明明有 免費(fèi)的WIFI信號而且信號強(qiáng)度很強(qiáng)，能連接上，但就是無法上網(wǎng)。這是因?yàn)閃IFI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議是 沖突檢測/沖突避免的策略，連接終端達(dá)到32個以上后，用戶上網(wǎng)的請求增多，競爭帶寬很 嚴(yán)重，造成大家都無法通信。就像高速路是3車道，但是上高速的卻有10條車流，擁塞造成車 流緩慢，甚至停滯而根本沒辦法流通。
[0005] 2.干擾問題
[0006] 例如在大的會議室安裝無線AP(無線訪問接入點(diǎn)(Wireless Access Point))是一 個很頭痛的問題。如會議室容量100-200人，要滿足100-200人同時上網(wǎng)，需要在會議室安裝 多個AP，則由于會議室空間有限，多個AP之間的無線電磁波相互干擾非常嚴(yán)重，會導(dǎo)致用戶 連接AP的體驗(yàn)明顯下降。
[0007] 3. AP覆蓋范圍不足問題
[0008]大部分的AP采用的是全向天線設(shè)計，會造成電磁波能量發(fā)散，為了增大覆蓋范圍， 只能簡單的增大AP的無線發(fā)射功率，大的發(fā)射功率，在射頻參數(shù)設(shè)計和調(diào)節(jié)上，難度系數(shù)加 大，做不好，反而會造成接收靈敏度下降。
[0009] 4. WIFI定位問題
[0010] 全向天線在接收終端過來的數(shù)據(jù)包時，無法判斷方向，只能判斷以AP為中心，距離 多少米半徑的范圍。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011] 有鑒于此，本實(shí)用新型提出了一種能全向空間掃描的多波束選擇智能天線陣列及 采用該天線陣列的多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)。
[0012] 本實(shí)用新型的解決方案是:一種多波束選擇智能天線陣列，其包括基板、固定在基 板上的若干個天線陣元;基板呈圓環(huán)形，所有天線陣元繞基板的圓心均勻分布在基板的一 個側(cè)面的圓形外周緣上而構(gòu)成環(huán)形陣列;基板上自基板的圓形端面向圓心開設(shè)有若干弧形 凹陷和若干細(xì)縫，在相鄰兩個天線陣元之間布局有一個該弧形凹陷并由此形成天線隔離 帶;每個天線陣元包括兩個天線振子，且在兩個天線振子之間布局有一個該細(xì)縫并由此形 成天線耦合細(xì)縫，天線陣元的天線饋電點(diǎn)位于兩個天線振子之間。
[0013] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，天線饋電點(diǎn)固定在基板的相對另一個側(cè)面上。
[0014] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在同一個天線陣元中，兩個天線振子采用微帶線與 天線饋電點(diǎn)電性連接。
[0015]進(jìn)一步地，微帶線固定在基板的相對另一個側(cè)面上。
[0016] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，兩個天線振子以相應(yīng)的天線耦合細(xì)縫為中心呈對稱 結(jié)構(gòu)設(shè)置。
[0017] 進(jìn)一步地，每個天線振子包括指向基板圓心的放射狀部、以基板的圓心為圓心的 扇環(huán)部;放射狀部的一端朝基板的圓心放射方向延伸至基板的邊緣，放射狀部的另一端連 接扇環(huán)部的一端，扇環(huán)部的另一端為自由端。
[0018] 再進(jìn)一步地，在同一天線陣元中，兩個扇環(huán)部相對設(shè)置，天線耦合細(xì)縫位于兩個扇 環(huán)部之間；兩個放射狀部位于天線陣元的兩端，天線隔離帶位于相鄰兩個天線陣元的兩個 放射狀部之間。
[0019] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該天線陣列配置有一個天線控制系統(tǒng)，所有天線饋 電點(diǎn)與該天線控制系統(tǒng)電性連接;該天線控制系統(tǒng)的電路板固定在基板上。
[0020] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，每個天線陣元設(shè)計為定向天線，其陣元波束以該環(huán) 形陣列的圓心為中心朝基板外發(fā)射，該環(huán)形陣列根據(jù)天線陣元的數(shù)目選擇不同的陣元波束 寬度。
[0021] 本實(shí)用新型還提供一種多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)，其采用上述任意多波束選 擇智能天線陣列。
[0022]本實(shí)用新型得到以下有益效果：
[0023] 1.全向空間掃描:天線陣列將全向360度空間分為8個小區(qū)域，通過開關(guān)控制可實(shí) 現(xiàn)全空間內(nèi)的掃描。
[0024] 2.采集客戶端信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)形成功率譜，判斷終端用戶的具體方位:通過天線陣 列的定向波束全向空間掃描后，系統(tǒng)采集終端用戶各個方向的信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)形成功率譜， 根據(jù)功率譜可判定終端用戶的具體方位。
[0025] 3.可實(shí)時更新用戶的具體方位：系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)廣播模式和工作模式的周期性切換， 廣播模式下系統(tǒng)可快速的更新用戶的最新方位信息。
[0026] 4.擴(kuò)充整機(jī)系統(tǒng)容量:無線通信較多的采用信道競爭機(jī)制，在公共場所，終端用戶 比較多的時候，如果采用常規(guī)的全向天線勢必造成大量用戶競爭同一個信道，競爭窗口增 大，導(dǎo)致信道堵塞。若采用切換式定向天線陣列，相比全向天線而言則可在某時段內(nèi)減小天 線覆蓋角度，從而減小用戶克爭激烈程度，減小克爭窗口，提尚整機(jī)的系統(tǒng)容量。
[0027] 5 .有利于提高天線增益，增加整機(jī)覆蓋距離：由于切換式天線采用定向天線替代 全向天線，定向天線比較容易做成高增益天線，天線增益提高可增加整機(jī)的覆蓋距離。
[0028] 6.有利于減少整機(jī)之間的相互干擾：在有多個整機(jī)同時覆蓋同一片區(qū)域的情況 下，若整機(jī)采用常規(guī)的全向天線，天線的最大增益同時指向覆蓋區(qū)，必然導(dǎo)致整機(jī)之間的相 互干擾增大。而采用定向波束切換式天線陣列，由于不同時刻天線的指向性不同，整機(jī)之間 天線最大增益指向重疊的概率減小，整機(jī)之間的干擾減小。
[0029] 7 .更精確的定位目標(biāo)的位置:通過波束選擇的方式，可以把目標(biāo)定位到一個比較 窄的一個扇形區(qū)域，并通過信號強(qiáng)度來得到距離大小，從而可以更精確的定位到目標(biāo)的具 體位置。
【附圖說明】
[0030] 圖1是多波束選擇智能天線陣列的正面示意圖。
[0031] 圖2是圖1中多波束選擇智能天線陣列的背面示意圖。
[0032] 圖3是圖1中多波束選擇智能天線陣列的局部透視示意圖。
[0033] 圖4是天線控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)示意圖。
[0034]圖5是圖4中移相器的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。
[0035]圖6是圖4中FPGA邏輯控制模塊與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊之間的連接框圖。
[0036]圖7是圖4中FPGA邏輯控制模塊的串行協(xié)議編碼圖。
[0037]圖8是圖4中FPGA邏輯控制模塊在串行協(xié)議編碼時采用的時序圖。
[0038]圖9是軟件控制模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0039] 圖10是軟件控制模塊在做左右傾角變化時的掃描視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0041] 本實(shí)施例將介紹一套完整的多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括三部 分:天線陣列、天線控制系統(tǒng)和軟件控制模塊。天線陣列設(shè)置為環(huán)形陣列：多波束選擇智能 天線陣列，每個天線陣元均設(shè)計為定向天線，天線陣元的波束指向陣列圓心與陣元中心的 連線方向向外，根據(jù)天線陣元的數(shù)目選擇不同的陣元天線波束寬度，以保證全向覆蓋無盲 區(qū)。天線控制系統(tǒng)是一個開關(guān)選擇系統(tǒng)，通過開關(guān)控制天線陣列中天線陣元的開啟與關(guān)閉， 某一時刻保證只有一個天線陣元打開，其他關(guān)閉。天線控制系統(tǒng)受控于整機(jī)主板的CPU，通 過GPI0口與主板保持通信?？刂栖浖K主要負(fù)責(zé)接收端來波方向判斷(D0A)以及形成波 束選擇指令。廣播模式下控制軟件控制天線陣列全向波束掃描，獲取不同接收端在各方向 的RSSI(Received Signal Strength Indicator是接收信號的強(qiáng)度指示，它的實(shí)現(xiàn)是在反 向通道基帶接收濾波器之后進(jìn)行的），形成功率密度譜，以判斷接收端用戶的具體方位。工 作模式下控制軟件根據(jù)廣播模式獲取的用戶方位信息，形成波束選擇指令，選擇合適的指 向型波束指向用戶。
[0042] 請一并參閱圖1、圖2、圖3,多波束選擇智能天線陣列包括基板1、若干個天線陣元 2。天線陣元2的數(shù)量一般可選2~32個，在本實(shí)施例中，以8個為例舉例說明。
[0043] 基板1呈圓環(huán)形，在這里包括標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)形以及接近圓環(huán)形的情形。天線陣元2都是 固定在基板1上，而且所有天線陣元2繞基板1的圓心均勻分布在基板1的一個側(cè)面的圓形外 周緣上而構(gòu)成環(huán)形陣列。基板1上自基板1的圓形端面向圓心開設(shè)有若干弧形凹陷和若干細(xì) 縫，在相鄰兩個天線陣元2之間布局有一個該弧形凹陷并由此形成天線隔離帶3。
[0044] 每個天線陣元2設(shè)計為定向天線，其陣元波束以該環(huán)形陣列的圓心為中心朝基板1 外發(fā)射，該環(huán)形陣列根據(jù)天線陣元2的數(shù)目選擇不同的陣元波束寬度。每個天線陣元2包括 兩個天線振子4,且在兩個天線振子4之間布局有一個該細(xì)縫并由此形成天線耦合細(xì)縫7,兩 個天線振子4最好以相應(yīng)的天線耦合細(xì)縫7為中心呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置。
[0045]基板1的相對另一個側(cè)面上可設(shè)置有與8個天線陣元2相對應(yīng)的8個天線饋電點(diǎn)5、8 個微帶線6等，當(dāng)然天線饋電點(diǎn)5、微帶線6也可以與天線陣元2在基板1的同一側(cè)面上。天線 陣元2的天線饋電點(diǎn)5位于兩個天線振子4之間，在同一個天線陣元2中，兩個天線振子4可采 用微帶線6與天線饋電點(diǎn)5電性連接。
[0046]每個天線振子4包括放射狀部41、扇環(huán)部42。放射狀部41指向基板1圓心，因此，所 有天線振子4的這些放射狀部41都以基板1的圓心為中心呈放射狀。扇環(huán)部42以基板1的圓 心為圓心，因此，所有天線振子4的這些扇環(huán)部42以基板1的圓心呈環(huán)形布局。放射狀部41的 一端朝基板1的圓心放射方向延伸至基板1的邊緣，放射狀部41的另一端連接扇環(huán)部42的一 端，扇環(huán)部42的另一端為自由端。
[0047]在本實(shí)施例中，兩個天線振子4以相應(yīng)的天線耦合細(xì)縫7為中心呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置。 在同一天線陣元2中，兩個扇環(huán)部42相對設(shè)置，天線耦合細(xì)縫7位于兩個扇環(huán)部42之間；兩個 放射狀部41位于天線陣元2的兩端，天線隔離帶3位于相鄰兩個天線陣元2的兩個放射狀部 41之間。
[0048] 該天線陣列可配置有一個天線控制系統(tǒng)，所有天線饋電點(diǎn)5與該天線控制系統(tǒng)電 性連接，該天線控制系統(tǒng)的電路板可固定在基板1上。該天線控制系統(tǒng)通過對定向天線陣列 不同時段不同方向的控制，可實(shí)現(xiàn)整機(jī)的空間全向掃描、功率譜采集和分析、用戶跟蹤等功 能。
[0049] 在本實(shí)施例中，天線陣列采用八單元固定波束選擇天線陣列，天線陣元2為平面印 制微帶縫隙耦合偶極子。天線陣列采用PCB印制集成在整機(jī)主板上，八個天線陣元2(陣元數(shù) 量一般主要選擇從4個到32個，數(shù)量不等，數(shù)量越多，波束越窄）呈圓形陣列均勻排布。天線 陣元2輻射的電磁波經(jīng)主板地8反射形成高增益指向性波束，指向性波束半功率角約為45 度，八個天線陣元2分別形成八個不同的指向性波束，八個波束合成全向360度的掃描波束。
[0050] 請參閱圖4,天線控制系統(tǒng)的電路板即整個多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)的硬件 架構(gòu)主要采用FPGA邏輯控制模塊11實(shí)現(xiàn)。該天線控制系統(tǒng)除了 FPGA邏輯控制模塊11之外， 還包括無線收發(fā)器(RF)12、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(DAC)13、移相器14、CPU 15。
[0051] 無線收發(fā)器12的RF信號經(jīng)過移相器14到天線陣列，CPU 15和無線收發(fā)器12共2路 R/T控制信號，經(jīng)過FPGA邏輯控制模塊11生成16路R/T信號控制天線陣列的收/發(fā)。CPU 15和 FPGA邏輯控制模塊11可采用2線通訊方式。
[0052] 如圖5所示，移相器14包括環(huán)行器21和至少一個變?nèi)荻O管22,在本實(shí)施例中，移 相器14采用環(huán)行器21和2個變?nèi)荻O管22組成的360度連續(xù)移相器。FPGA邏輯控制模塊11控 制DAC生成模擬電壓控制變?nèi)荻O管22的偏置電壓，改變電容，達(dá)到改變射頻相位的目的。 [0053]天線陣列要實(shí)現(xiàn)良好的智能多波束選擇，F(xiàn)PGA邏輯控制模塊11設(shè)計了數(shù)據(jù)傳遞性 能較佳的通訊協(xié)議，一般的設(shè)計雖然也能滿足，但是其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到本實(shí)用新型的設(shè)計 方式。如圖6所示，F(xiàn)PGA邏輯控制模塊11的協(xié)議解析單元完成串行-并行轉(zhuǎn)換，接收到的數(shù)據(jù) 暫存在DAC寄存器中，再通訊結(jié)束后同步啟動轉(zhuǎn)換，協(xié)議解析單元和CPU 15采用2線通訊協(xié) 議。DAC的設(shè)計，變?nèi)荻O管22的驅(qū)動電壓要求在0-15V范圍。如果采用獨(dú)立的DAC芯片，需要 24個，本著成本的考慮和電路設(shè)計的簡潔的思想，F(xiàn)PGA邏輯控制模塊11加上外部mosfet和 阻容構(gòu)成的電壓變換，使低通濾波器協(xié)助24路DAGDAC的核心是一個德爾塔-西格瑪調(diào)制器 輸出的PDM(脈沖密度調(diào)制）信號隨輸入的16bit無符號數(shù)(D)變化，經(jīng)過2級RC低通濾波器， 得到直流信號。改變D，就能改變輸出電壓。
[0054] 一、關(guān)于通訊協(xié)議，如下介紹。
[0055] CPU和FPGA采用2線簡化I2C協(xié)議(無應(yīng)答信號）
[0056] 1. SCLK為串行時鐘SDIN為串行數(shù)據(jù)。每幀數(shù)據(jù)以開始信號啟動，以結(jié)束信號終止； MSB在前，SCLK的上升沿接收數(shù)據(jù)(SDIN在SCLK的上升沿保持穩(wěn)定）。上電后，DAC寄存器的初 始值=〇，檢測到結(jié)束信號后啟動DAC。
[0057] 2.幀格式，如下表所示。
[0058] L〇〇59J 3.命令字：
[0060] b7:b6
[0061] QQ:保留；
[0062] 01:固定地址模式；
[0063] 10:數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸模式
[0064] 11:保留
[0065] 1)固定地址模式
[0066] 傳輸格式:開始+地址(8b i t) +數(shù)據(jù)（16b i t) +結(jié)束
[0067] 地址命令的最高2bit為01，低6bit為地址 [0068]固定地址模式下只有前2個by te數(shù)據(jù)有效。
[0069] 2)數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸模式
[0070]傳輸格式:開始+起始地址+數(shù)據(jù)1+數(shù)據(jù)2+…+數(shù)據(jù)n+結(jié)束 [0071] 地址命令的最高2bit為10,低6bit為地址
[0072] 在數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸模式中，如果地址更新為18H-1FH，讀寫無效。（DAC寄存器地址范 圍為:00h-l 7H)，如果地址> 1??，將回環(huán)。
[0073] 訪問20H地址，實(shí)際訪問00H/DAC0，訪問21H地址，實(shí)際訪問01H/DAC1。
[0074] 3)接收到停止信號后啟動轉(zhuǎn)換，該操作模式可同步DAC。
[0075] b5:保留
[0076] b4:b3
[0077] 〇〇:陣列 〇
[0078] 01:陣列 1
[0079] 10:陣列2
[0080] 11:保留
[0081 ] b2: bl: b0與b4，b3-起構(gòu)成DAC寄存器的地址。
[0082]二、關(guān)于DAC的計算公式，如下介紹。
[0083] Vout = Vref*D/65536，Vref=10V(電路設(shè)計中為TL431構(gòu)建的電壓基準(zhǔn)，以實(shí)際測 量為準(zhǔn)），D =輸入的16bit無符號數(shù)。
[0084]三、關(guān)于串行協(xié)議編碼，如下介紹，請參閱圖7。
[0085]開始:SCLK為高電平的時候來了 SDIN的下降沿；
[0086] 結(jié)束:SCLK為高電平的時候來了 SDIN的上升沿；
[0087] "Γ :SCLK上升沿的時候SDIN為高電平；
[0088] "0" ：SCLK上升沿的時候SDIN為低電平。
[0089]四、關(guān)于時序，如圖8所示。
[0090]多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)的軟件控制模塊即多波束選擇智能天線通信裝置， 如圖9所示，該多波束選擇智能天線通信裝置通過天線陣列的天線陣元組合，組成不同的無 線波束對連接的工作站進(jìn)行掃描，找到信號最強(qiáng)的路徑，產(chǎn)生定向波束與之連接，確保終端 與AP之間是最短路徑。該多波束選擇智能天線通信裝置主要包括工作站監(jiān)測單元、波速掃 描算法單元、底層通信單元。
[0091] Scan Function--波速掃描算法單元:實(shí)時檢測連接的工作站，記錄下工作站的 MAC地址；
[0092] Wave-form Func--工作站監(jiān)測單元:在360度的空間范圍，用定向波束掃描，找 到RSSI最佳的波束；
[0093] IO-CRTL Func--底層通信單元:發(fā)送命令控制流到FPGA邏輯控制模塊11，通過 FPGA邏輯控制模塊11控制電氣開關(guān)和電容管來調(diào)節(jié)天線陣列組成特定的波形。
[0094]針對底層通信單元，也稱I0-CTRL底層通信模塊，其包括全局函數(shù)添加子單元、控 制函數(shù)編寫子單元、接口函數(shù)編寫子單元。主要設(shè)計步驟:添加對FPGA邏輯控制模塊11的 GPI0管腳操作的全局函數(shù)，提供給智能天線驅(qū)動使用；編寫FPGA邏輯控制模塊11的DATA_ PIN和CLK_PIN兩個管腳的控制函數(shù);參考FPGA邏輯控制模塊11的串行通信協(xié)議，編寫發(fā)送 控制命令bi ts流的接口函數(shù)，該函數(shù)通過調(diào)用上述的DATA-ΡΙΝ和CLK_PIN的管腳控制函數(shù) 實(shí)現(xiàn)。
[0095]模塊調(diào)試時，可使用邏輯分析儀或示波器，檢查DATA和CLK兩個管腳的輸出波形是 否對齊和符合時序要求。
[0096] 工作站監(jiān)測單元包括更新子單元、代碼設(shè)計子單元、兩個結(jié)構(gòu)變量子單元。更新子 單元用于在AP啟動進(jìn)入工作狀態(tài)后，隨時都有工作站接入或離開，從而對工作站的變化實(shí) 時更新狀態(tài)和MAC地址列表。代碼設(shè)計子單元用于在MAC地址列表的更新算法，具體地，其代 碼設(shè)計，主要在MAC地址列表的更新算法:采用簡單的冒泡算法，新舊兩張表對比，將新MAC 插入舊表，整合成新表。兩個結(jié)構(gòu)變量子單元，一個用于記錄和獲取新MAC地址，另一個用于 記錄每個工作站對應(yīng)的最大RSSI值和波束序號。
[0097] 波束掃描算法單元包括波束掃描子單元、左右傾角變化子單元。在本實(shí)施例中，天 線陣列的天線陣元是8個，因此，波束掃描子單元先將整個空間分成8等分域，每個域占45°， 做波束掃描。
[0098] 左右傾角變化子單元用于找到信號強(qiáng)度最大的那個域，如圖10所示。做左右傾角 變化，將左右兩個信號強(qiáng)度與基準(zhǔn)的值進(jìn)行比較，如果值一樣，停止繼續(xù)掃描。如果比基準(zhǔn) 值小，縮小角度繼續(xù)掃描。如果比基準(zhǔn)值大，將最大那個做為新基準(zhǔn)值，繼續(xù)做左右傾角變 化掃描。
[0099] 為了做到掃描最有效率，每兩個相鄰域之間，22.5°是臨界點(diǎn)，所以掃描的左右傾 角次序:加減11°，加減6°，加減3°，加減2°，加減1°。這是本實(shí)用新型的創(chuàng)新之一，經(jīng)實(shí)踐證 明這樣做掃描效率比普通的提高1倍以上。另外，還可以進(jìn)行算法優(yōu)化：當(dāng)所有工作站都掃 描一遍后，基本確認(rèn)了各個工作站的最強(qiáng)信號方向。當(dāng)信號強(qiáng)度發(fā)生變化的工作站會再做 掃描。
[0100] 綜上所述，本實(shí)用新型能夠解決以下技術(shù)問題：
[0101] 1.本實(shí)用新型可以將連接用戶做排隊(duì)，消除因大家競爭信道造成的擁塞問題，從 而提升了無線終端的連接數(shù)量，解決系統(tǒng)容量問題；
[0102] 2.還能智能避開相互間的干擾，提升用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)，解決干擾問題；
[0103] 3.由天線陣列將電磁波集中在一個方向，可以在不增大發(fā)射功率的基礎(chǔ)上，增大 無線的覆蓋范圍，同時可以避免干擾，提升接收數(shù)據(jù)包成功率，解決AP覆蓋范圍不足問題；
[0104] 4.通過方向加距離的方式，來確定終端的具體位置，從而解決WIFI定位問題。
[0105] 因此，本實(shí)用新型得到以下有益效果：
[0106] 1.全向空間掃描:天線陣列將全向360度空間分為8個小區(qū)域，通過開關(guān)控制可實(shí) 現(xiàn)全空間內(nèi)的掃描。
[0107] 2.采集客戶端信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)形成功率譜，判斷終端用戶的具體方位:通過天線陣 列的定向波束全向空間掃描后，系統(tǒng)采集終端用戶各個方向的信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)形成功率譜， 根據(jù)功率譜可判定終端用戶的具體方位。
[0108] 3.可實(shí)時更新用戶的具體方位：系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)廣播模式和工作模式的周期性切換， 廣播模式下系統(tǒng)可快速的更新用戶的最新方位信息。
[0109] 4.擴(kuò)充整機(jī)系統(tǒng)容量:無線通信較多的采用信道競爭機(jī)制，在公共場所，終端用戶 比較多的時候，如果采用常規(guī)的全向天線勢必造成大量用戶競爭同一個信道，競爭窗口增 大，導(dǎo)致信道堵塞。若采用切換式定向天線陣列，相比全向天線而言則可在某時段內(nèi)減小天 線覆蓋角度，從而減小用戶克爭激烈程度，減小克爭窗口，提尚整機(jī)的系統(tǒng)容量。
[0110] 5.有利于提高天線增益，增加整機(jī)覆蓋距離：由于切換式天線采用定向天線替代 全向天線，定向天線比較容易做成高增益天線，天線增益提高可增加整機(jī)的覆蓋距離。 [0111] 6.有利于減少整機(jī)之間的相互干擾：在有多個整機(jī)同時覆蓋同一片區(qū)域的情況 下，若整機(jī)采用常規(guī)的全向天線，天線的最大增益同時指向覆蓋區(qū)，必然導(dǎo)致整機(jī)之間的相 互干擾增大。而采用定向波束切換式天線陣列，由于不同時刻天線的指向性不同，整機(jī)之間 天線最大增益指向重疊的概率減小，整機(jī)之間的干擾減小。
[0112] 7 .更精確的定位目標(biāo)的位置:通過波束選擇的方式，可以把目標(biāo)定位到一個比較 窄的一個扇形區(qū)域，并通過信號強(qiáng)度來得到距離大小，從而可以更精確的定位到目標(biāo)的具 體位置。
[0113]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多波束選擇智能天線陣列，其包括基板（I)、固定在基板（1)上的若干個天線陣 元(2);其特征在于:基板(1)呈圓環(huán)形，所有天線陣元(2)繞基板(1)的圓心均勻分布在基板 (1)的一個側(cè)面的圓形外周緣上而構(gòu)成環(huán)形陣列；基板（1)上自基板（1)的圓形端面向圓心 開設(shè)有若干弧形凹陷和若干細(xì)縫，在相鄰兩個天線陣元（2)之間布局有一個該弧形凹陷并 由此形成天線隔離帶(3);每個天線陣元(2)包括兩個天線振子(4)，且在兩個天線振子(4) 之間布局有一個該細(xì)縫并由此形成天線耦合細(xì)縫(7)，天線陣元(2)的天線饋電點(diǎn)（5)位于 兩個天線振子(4)之間。2. 如權(quán)利要求1所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:天線饋電點(diǎn)（5)固定在 基板(1)的相對另一個側(cè)面上。3. 如權(quán)利要求1所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:在同一個天線陣元(2) 中，兩個天線振子(4)采用微帶線(6)與天線饋電點(diǎn)(5)電性連接。4. 如權(quán)利要求3所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:微帶線（6)固定在基板 (1)的相對另一個側(cè)面上。5. 如權(quán)利要求1所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:兩個天線振子(4)以相 應(yīng)的天線耦合細(xì)縫(7)為中心呈對稱結(jié)構(gòu)設(shè)置。6. 如權(quán)利要求5所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:每個天線振子(4)包括 指向基板（1)圓心的放射狀部(41)、以基板（1)的圓心為圓心的扇環(huán)部(42);放射狀部(41) 的一端朝基板(1)的圓心放射方向延伸至基板（1)的邊緣，放射狀部(41)的另一端連接扇環(huán) 部(42)的一端，扇環(huán)部(42)的另一端為自由端。7. 如權(quán)利要求6所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:在同一天線陣元(2)中， 兩個扇環(huán)部(42)相對設(shè)置，天線耦合細(xì)縫(7)位于兩個扇環(huán)部(42)之間;兩個放射狀部(41) 位于天線陣元(2)的兩端，天線隔離帶(3)位于相鄰兩個天線陣元(2)的兩個放射狀部(41) 之間。8. 如權(quán)利要求1所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:該天線陣列配置有一個 天線控制系統(tǒng)，所有天線饋電點(diǎn)(5)與該天線控制系統(tǒng)電性連接;該天線控制系統(tǒng)的電路板 固定在基板(1)上。9. 如權(quán)利要求1所述的多波束選擇智能天線陣列，其特征在于:每個天線陣元(2)設(shè)計 為定向天線，其陣元波束以該環(huán)形陣列的圓心為中心朝基板(1)外發(fā)射，該環(huán)形陣列根據(jù)天 線陣元(2)的數(shù)目選擇不同的陣元波束寬度。10. -種多波束選擇智能天線通信系統(tǒng)，其采用天線陣列，其特征在于:該天線陣列為 如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的多波束選擇智能天線陣列。
【文檔編號】H01Q13/10GK205565000SQ201620358574
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】姚定軍, 盧葦, 傅強(qiáng)
【申請人】深圳前海智訊中聯(lián)科技有限公司