用于增强建筑物内电信信号传输范围的具有集成天线的面板的制作方法

用于增强建筑物内电信信号传输范围的具有集成天线的面板


背景技术：

1.本发明总体上涉及建筑面板及其制造方法，并且更具体地，本发明涉及一种具有集成天线网络的建筑面板，该建筑面板被配置和布置成增强使用该建筑面板的建筑物内部的电信信号传输范围。
2.我们越来越依赖电信网络。电信网络已经普遍成为无线网络。这种无线电信一般使用电磁波，特别是微波和毫米波，例如5g网络。随着波长的增加，信号的衰减变得更加明显。在建筑环境内保持信号强度是一个巨大的挑战。电信网络技术的进步包括带宽和下载速度的增加。由于这些改进，预计电信网络将不仅像现有的蜂窝网络一样为手机提供服务，还将用于如膝上型计算机和台式计算机等计算系统的互联网服务。进一步地，电信网络促进了物联网(iot)和机器对机器领域的新应用。


技术实现要素：

3.根据本发明的一个或多个实施例，一种建筑面板包括多个层，该多个层包括第一层和第二层。该建筑面板进一步包括该第一层上的第一天线。该第一天线传送入射在该第一层上的电信信号。该建筑面板进一步包括该第二层上的第二天线。该第一天线使用近场耦合将该电信信号穿过该第一层发射到该第二天线。该电信信号的波长大于该第一天线与该第二天线之间的距离。该第二天线使该电信信号辐射到该第一层的相反侧。
4.在本发明的一个或多个实施例中，该第一天线是天线阵列。在本发明的一个或多个实施例中，该第二天线是天线阵列。
5.在本发明的一个或多个实施例中，使用蚀刻、印刷、电镀和层压中的一种将第一天线添加到第一层。
6.在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板进一步包括第三层上的第三天线。第二天线使用近场耦合将电信信号发射到第三天线。电信信号的波长大于第二天线与第三天线之间的距离。第三天线使电信信号辐射到第一层的相反侧。
7.在本发明的一个或多个实施例中，第一天线层压在第一层的外表面上。使用层压片来层压第一天线，该层压片是具有小于与电信信号的频率范围相关联的预定阈值的介电吸收损耗的柔性基板。
8.在本发明的一个或多个实施例中，第一天线印刷在第一层。
9.在本发明的一个或多个实施例中，第二天线以预定偏移量和取向与第一天线对齐。预定偏移量减少了电信信号穿过第一层的衰减损耗和反射损耗。
10.在本发明的一个或多个实施例中，第一层在基片的外侧，该外侧是建筑物的暴露部分，并且第二层在该基片的内侧，该内侧面向该建筑物内部。
11.在本发明的一个或多个实施例中，在基片的内侧的第二天线连接到收发器。
12.在本发明的一个或多个实施例中，第一天线和第二天线是无电源天线。
13.在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板是具有低发射率涂层的玻璃面板。
14.根据本发明的一个或多个实施例，一种用于制造建筑面板的方法包括将第一天线
添加到基片的第一层。第一天线穿过基片传送入射到基片的第一层上的电信信号，该电信信号是5g信号。该方法进一步包括将第二天线添加到基片的第二层，其中，第一天线使用近场耦合将电信信号发射到第二天线。第一天线与第二天线之间的距离小于电信信号的波长。第二天线使电信信号辐射到基片的第一层的相反侧。
15.在本发明的一个或多个实施例中，使用减材制造在基片的第一层上形成第一天线。
16.在本发明的一个或多个实施例中，使用增材制造在基片的第一层上形成第一天线。
17.在本发明的一个或多个实施例中，第一天线层压在基片的第一层上，并且第二天线层压在基片的第二层上。
18.在本发明的一个或多个实施例中，使用层压片来层压第一天线，该层压片是具有小于与电信信号的频率范围相关联的预定阈值的介电吸收损耗的柔性基板。
19.在本发明的一个或多个实施例中，该方法进一步包括将第三天线添加到基片的第三层，其中，第二天线使用近场耦合将电信信号发射到第三天线。第二天线与第三天线之间的距离小于电信信号的波长。第三天线使电信信号辐射到基片的第一层的相反侧。
20.通过本文所述的技术实现了附加的特征和优点。本文详细描述了其他实施例和方面。为了更好理解，参考说明书和附图。
附图说明
21.在说明书结尾处的权利要求中特别指出并明确要求保护被视为本发明的主题。通过以下结合附图进行的详细描述，前述和其他特征以及优点将显而易见，在附图中：
22.图1描绘了根据本发明的一个或多个实施例的通过使用被配置为增强电信信号范围的建筑面板来促进建筑物内的无线通信的系统的框图；
23.图2描绘了根据本发明的一个或多个实施例的建筑面板的结构的框图；
24.图3a描绘了根据本发明的一个或多个实施例的被配置为使用近场耦合的集成天线网络的面板天线之间的通信的框图；
25.图3b示出了示例玻璃面板中的平均近场磁场强度；
26.图4描绘了根据本发明的一个或多个实施例的展示可以如何实施窗口天线的细节的框图；
27.图5描绘了根据本发明的一个或多个实施例的展示了执行从室外天线到消费者驻地设备的信号传输的方法的流程图；
28.图6描绘了根据本发明的一个或多个实施例的展示了执行从室内天线到室外天线的信号传输的方法的流程图；
29.图7描绘了根据本发明的一个或多个实施例的建筑面板的结构的框图；
30.图8描绘了根据本发明的一个或多个实施例的展示了制造建筑面板的方法的流程图；以及
31.图9描绘了根据本发明的一个或多个实施例的展示了制造建筑面板的方法的流程图。
32.应注意，本文的附图可能未按比例绘制。在附图和以下对本发明所披露的实施例
的详细描述中，图中所展示的各种元件被提供有两位、三位或四位数字的附图标记。在大多数情况下，每个附图标记的最左边的(多个)数字对应于第一次展示其元件的图。
具体实施方式
33.为了简洁起见，与制作和使用本发明的各方面相关的常规技术可以在本文中详细描述，也可以在本文中不详细描述。特别地，用于实施本文所描述的各种技术特征的材料、结构、计算系统和特定计算机程序的各个方面是众所周知的。因此，为了简洁起见，本文仅简要提及或完全省略了许多常规实施细节，而没有提供众所周知的系统和/或过程细节。
34.对于无线电信网络，并且特别是微波或毫米波通信系统，在建筑物室外或外围的第一网络节点(例如，天线)与位于室内的第二网络节点(例如，客户端设备)之间建立无线链路可能是困难的。通常，由于墙壁、窗户、家具和其他这样的表面和物体，当通过如室内环境等环境传播时，这种连接会遭受显著的功率损耗。在一些情况下，由于电信信号的表面吸收，即使在两个天线(这两个天线都是室外或室内的)之间传播电信信号时，也可能发生功率损耗。第五代(5g)系统有望实现比当前无线系统更高的利用能力，允许更高密度的无线用户，具有更低的延迟，预计将在千兆赫频段内进行发射和接收。例如，“低频段5g”和“中频段5g”使用从600兆赫(mhz)到6千兆赫(ghz)的频率。“高频段5g”可以使用3.1ghz到5.0ghz的频率。“超高频段5g”可以使用24ghz到44ghz的频率。应该注意，这些范围内的特定频段可以用于特定应用、地理位置、网络提供商等，并且可以使用来自以上提供的频率范围的附加频率范围。频率为44ghz的信号具有6.8mm的波长，因此一些5g信号替代地被称为毫米波(“mmwave”)频谱。
35.然而，5g信号对建筑物的渗透性有限。在当前无线系统中，相邻天线之间的典型距离为约1.5-3.2千米(km)。相反，对于所提出的先进无线系统，如5g系统，相邻天线之间的距离可能需要减少到约200-300米。因此，与当前无线系统相比，下一代无线系统可能需要多达一百倍的天线数量。也就是说，与现有系统相比，有效使用5g频率用于电信网络需要更大的通信节点单元密度。
36.现代建筑面板(如干墙、玻璃、木材、泡沫聚苯乙烯和用于在建筑物中建造的其他面板等)具有金属型涂层，有助于热传递特性(即，反射红外辐射，但让光通过)。这种涂层会衰减射频(rf)信号，从而限制位于此类建筑物内或附近并且使用5g频谱的通信节点的范围。因此，存在将如客户驻地设备(cpe)等无线设备与如天线等电信网络节点通信地链接并限制这种通信中的传播损耗的技术挑战。电信网络节点可以在室内或室外。在5g通信中，信号主要依赖于视线传播，而不是4g和早期通信系统的衍射。对于信号传播，大多数高频信号可能被墙壁、屋顶、地板、电器、家具等表面阻挡。另外，人体也显著阻挡5g信号。
37.在一些情况下，可以放置在室内的cpe可以缓解室外-室内传播问题，但如果通信信号从室外通信节点穿过建筑面板的穿透被减弱，则cpe的这种缓解也受到限制。因此，存在将室外无线节点与室内无线设备通信地链接并限制这种通信中的传播损耗的技术挑战。
38.本文所述的本发明的实施例通过提供具有集成天线网络的建筑物建筑面板来解决无线电信网络中的上述缺点和技术挑战，这些集成天线网络被配置和布置为以最小化传输信号中的衰减损耗的方式耦合传输信号穿过建筑面板。在本发明的一些实施例中，集成天线网络包括位于建筑面板的第一外墙上的第一天线，以及位于建筑面板的第二外墙上的
第二天线。第一天线使用新颖的近场信号耦合方法，通过将传输信号从建筑面板的第一外墙上的第一天线耦合到建筑面板的第二外墙上的第二天线，来将传输信号从建筑面板的一侧耦合到建筑面板的另一侧。在本发明的实施例中，通过确保电信信号的波长大于建筑面板的厚度来实施新颖的近场耦合。
39.通过确保电信信号的波长大于电信信号在第一天线与第二天线之间传播的距离，近场耦合中的功率损耗被降低，因为从第一天线产生的电磁场被第二天线高效地耦合和接收而没有实质的衰减。特别是对于5g频率的信号，与其他信号相比，建筑面板可以更具反射性和吸收性。如果两个天线之间的距离大于入射在建筑面板上的信号的波长，则从第一天线产生的电磁场在该场可以与第二天线相互作用之前衰减，并且耦合效率降低。因此，在本发明的实施例中，因为两个连续天线之间的距离小于电信信号的波长，所以在近场区域中，第二天线可以经由电磁场接收电信信号，并重新辐射电信信号。
40.在本发明的实施例中，传输信号的波长大于第一天线与第二天线之间的距离。因此，本文所述的本发明的实施例有助于制造和使用具有天线网络的建筑面板，该天线网络被配置为利用上述新颖的近场耦合技术，该技术减少了cpe与无线天线之间的通信信号中的传播损耗。根据本文所述的本发明的实施例制造的建筑面板不会妨碍或以其他方式干扰建筑面板的正常功能。例如，将本发明的实施例结合到建筑面板中不会干扰建筑面板提供如本文所述的关于热传递、热绝缘等优点的能力。
41.图1描绘了促进建筑物101内的无线通信的系统100的框图。在本发明的实施例中，系统100包括室外天线106、建筑面板102和室内天线108，该室内天线可以通信地耦合到cpe 110。根据本发明的各方面，建筑面板102被配置和布置为增强例如从室外天线106穿过建筑面板102发射到室内天线108的电信信号104的范围。在本发明的各方面中，建筑物101使用建筑面板102将室内120与室外122分隔开来。例如，建筑面板102可以用作建筑物101的墙壁、窗户、门或任何其他元素的一部分。建筑物101可以是办公楼、单户住宅、多户住宅、商店、商场或任何其他类型的建筑物。应当理解，尽管示出了单个建筑面板102，但是建筑物101可以使用建筑面板102的若干个实例来建造。
42.如5g网络等无线电信网络促进cpe 110例如使用互联网、蜂窝网络、短消息服务等与服务器(未示出)和其他设备进行通信。通过向/从cpe 110发送和接收数据的至少一个室外天线106来促进这种通信。室内天线108促进cpe 110发送/接收数据。室外天线106使用必须穿过建筑面板102的电信信号104(“信号”)向/从室内天线108发送/接收数据。信号104可以是无线电信网络所使用的频谱中的电磁波或无线电波。例如，信号104可以处于5g频谱中。
43.室外天线106可以是单个天线、天线阵列、蜂窝塔或向建筑物101发射信号104的任何其他设备。cpe 110可以是任何通信设备，如计算设备、电话、平板计算机、路由器、调制解调器、电视、或促进使用信号104发送和接收数据的任何其他设备。
44.应当注意，尽管示出了单个室外天线106和单个cpe 110，但是在其他示例场景中，附加的室外天线和附加的室内cpe可以是系统100的一部分并且使用无线电信网络进行通信。
45.如前所述，建筑面板102中的一个或多个层可以包括多个层。每个层可以具有涂层和/或膜，如金属膜、偏振膜、隐私膜、热膜、装饰膜和其他这样的应用或其组合，以便改善室
内区域120的舒适度和/或装饰。这种膜和用于制造建筑面板102的层的材料可以抑制信号104在任何方向上穿透建筑面板102，即，室外到室内、室内到室外、室内到室内或室外到室外。
46.图2描绘了示出可以如何根据本发明的一个或多个实施例实施建筑面板102的附加细节的框图。在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板102可以是低发射率(low-e)绝缘玻璃面板。为了改善热控制(绝缘和太阳能光学特性)，例如，使用热解化学气相沉积、磁控溅射等将薄膜涂层施加到玻璃面板。一旦涂层提高了玻璃片减少热传递的能力，从而节省了超过预定阈值的加热和冷却成本，玻璃片就被称为具有“低发射率”。这样的预定阈值可以基于如energy等标准。
47.可替代地或另外地，建筑面板102可以是绝缘夹层板。在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板102是多层的，并且包括第一层202、第二层204和在第一层202与第二层204之间的第三层206。在其他示例中，建筑面板102可以是面板。应当注意，建筑面板102可以包括本文所例示的面板中的任何类型的面板。
48.第一层202包括作为建筑面板102的外侧的第一侧202a。在这种情况下，“外侧”是指面向室外122的一侧。第一层202可以包括玻璃、纤维水泥、超高性能混凝土(uhpc)或有利于建造建筑物101的任何其他材料。在本发明的一些实施例中，第一层202可以包括介电材料，如瓷(陶瓷)、云母、玻璃、塑料和各种金属的氧化物。在本发明的一些实施例中，第一层202可以包括在本发明的一个或多个实施例中，第一层202包括面向室外122的/聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)片。在本发明的一个或多个实施例中，/pet片层压在建筑面板102的第一侧202上。
49.在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板102的层包括第二层204，该第二层包括作为建筑面板102的内侧的第二侧204a。这里，“内侧”是指面向室内120的一侧。第二层204可以包括玻璃、纤维水泥、uhpc或有利于建造建筑物101的任何其他材料。在本发明的一些实施例中，第二层204可以包括介电材料，如瓷(陶瓷)、云母、玻璃、塑料和各种金属的氧化物。在本发明的一些实施例中，第二层204可以包括在本发明的一些实施例中，第二层204包括面向室内120的/聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)片。在本发明的一些实施例中，/pet片层压在建筑面板102的第二层204上。第一层202和第二层204可以由或者可以不由相同的材料制成。
50.在一个示例中，建筑面板102是真空绝缘的，例如，真空绝缘玻璃(vig)，其中，抽真空空间(即，真空)位于第一层202与第二层204之间。
51.可替代地或另外地，多个层可以存在于第一侧202与第二侧204之间。图2示出了在第一层202与第二层204之间的第三层206。应当注意，尽管在第一层202与第二层204之间仅示出了单个层，即第三层206，但是在本发明的其他实施例中，第一层202与第二层204之间可以存在附加的或更少的层。如本文所使用的，第三层206可以是第一层202与第二层204之间的这种多个中间层中的任何一个。第三层206是聚乙烯(pe)、聚氨酯(pu)、聚苯乙烯泡沫(泡沫聚苯乙烯)、低密度聚乙烯和矿物材料的混合物、或任何其他材料或其组合。在本发明的其他实施例中，第三层206可以由除本文所述的示例之外的其他材料制成，这种其他材料具有与本文所列材料类似的与信号104的吸收有关的特性。
52.在本发明的一些实施例中，建筑面板102包括在第一层202与第二层204之间的附加层(未示出)，如建筑围护材料。当由本文所述的材料形成时，建筑面板102可以提供改进的密封、隔热和隔音性能以及多功能性、质量和吸引人的视觉外观。
53.在本发明的实施例中，建筑面板102被配置为包括集成天线网络，该集成天线网络包括第一面板天线210和第二面板天线212。更具体地，第一层202包括第一面板天线210，并且第二层204包括第二面板天线212。根据本发明的各方面，第一面板天线210和第二面板天线212被配置为利用新颖的近场耦合220以无线方式经由信号104发送/接收数据。在本发明的一个或多个实施例中，第三层206包括第三面板天线214。第一面板天线210使用近场耦合220经由第三天线214与第二面板天线212通信。例如，第一天线210向第三天线214发射(或从第三天线接收)电信信号104，该第三天线进而向第二天线212发射(或从第二天线接收)该电信信号。应当注意，尽管本文仅描述了三个面板天线210、212、214，但是在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板102可以包括附加数量的面板天线(例如，4个、5个、6个)，这些面板天线促进使用近场耦合220在第一面板天线210与第二面板天线212之间进行通信。应当注意，本文的示例描述了两个面板天线210、212之间的近场耦合220，然而，近场耦合220可以扩展为与多于两个面板天线一起工作。
54.面板天线210、212以增材或减材的方式在建筑面板102的层上形成。摄影光刻可以用于形成面板天线210、212。在本发明的一个或多个实施例中，层压片可以由柔性基板制成，在该柔性基板上蚀刻、电镀或印刷(多个)面板天线210、212。
55.蚀刻包括在基板上添加一层金属膜，并使用光刻在金属膜上定义特定的光刻胶图案。该图案被用作掩模以蚀刻金属膜以形成面板天线210、212。除了光刻之外，在本发明的一个或多个实施例中，还可以使用激光铣削来选择性地去除金属层并产生面板天线210、212。可替代地，在本发明的一个或多个实施例中，使用电镀形成面板天线210、212。在电镀中，在基板上沉积连续的导电种子层，并在种子层上形成光刻胶图案。随后进行电镀以在种子层的选定区域上生长金属层。光刻胶图案被去除，并且因此形成用于面板天线210、212的图案。又可替代地，在本发明的一个或多个实施例中，使用印刷形成面板天线210、212。印刷可以包括丝网印刷、喷墨印刷或将导电图案沉积在基板上并形成面板天线210、212的其他印刷技术。应当理解，在本发明的其他实施例中，可以使用其他增材和减材制造技术来形成面板天线210、212，并且以上是一些示例。
56.层压片是使用在电信信号104频率范围内不具有强吸收的非金属材料制造的。换句话说，层压片的介电吸收损耗小于阈值(例如0.1分贝/毫米，或任何其他这样的值)。例如，层压片可以使用pet、聚酰亚胺、聚碳酸酯和任何其他材料或其组合中的至少一种来制造。层压片随后可以被固定在建筑面板102上，例如在第一侧202和第二侧204两者上。在示例中，使用粘合剂、紧固件、或任何其他技术或其组合来固定层压片。层压片可以固定在建筑面板102的两个或更多个侧上的特定位置，以便将建筑面板102不同侧上的面板天线210、212对齐。面板天线210、212的这种对齐促进两个或更多个对应的面板天线210、212使用近场耦合在它们之间传送电信信号104。
[0057]“近场”是物体(在这种情况下是天线210、212)周围的电磁场区域。电场强度(e)和磁场强度(b)随着近场中的距离而减小。通常，辐射场按距离平方的倒数减小，反应场按立方反比定律减小，从而导致电场部分的功率分别减小四次方和六次方的倒数。因此，近场耦
合的技术挑战是包含在近场中的功率减少了远离辐射部分(即，天线210、212)的几个波长。
[0058]
在本发明的实施例中，本文所述的建筑面板102通过确保电信信号104的波长大于从第一面板天线210到第二面板天线212的距离(d)来解决近场耦合的这种技术挑战，在图2所描绘的本发明的实施例中，该距离基本上与建筑面板102的厚度(t)相同。在本发明的一个或多个实施例中，在d≠t的情况下，信号104的波长大于第一面板天线210与第二面板天线212之间的距离(d)。
[0059]
通过确保电信信号的波长大于电信信号在第一天线与第二天线之间传播的距离，近场耦合中的功率损耗被降低，因为从第一天线产生的电磁场被第二天线高效地耦合和接收而没有实质的衰减。特别是对于5g频率的信号，与其他信号相比，建筑面板可以更具反射性和吸收性。如果两个天线之间的距离大于入射在建筑面板上的信号的波长，则从第一天线产生的电磁场在该场可以与第二天线相互作用之前衰减，并且耦合效率降低。因此，在本发明的实施例中，因为两个连续天线之间的距离小于电信信号的波长，所以在近场区域中，第二天线可以经由电磁场接收电信信号，并重新辐射电信信号。
[0060]
例如，对于频率为28ghz的电信信号104，波长是λ＝1.07厘米。如果在这种波长的电信信号104普遍存在的情况下使用建筑面板102，则距离d被配置为小于λ，例如，0.5厘米、0.7厘米或任何其他这样的值。应当理解，在本发明的其他实施例中，电信信号104可以使用5g频谱中的其他频率，并且可以根据正在使用/普遍使用的频率来配置d。
[0061]
对于其尺寸大于波长的一半的天线，夫琅禾费距离(fraunhofer distance)2l2/λ通常被用作近场与远场之间的边界距离，其中，l是天线的最大尺寸并且λ是电信信号104的波长。应当注意，尽管图2描绘了第一面板天线210和第二面板天线212，使得面板天线210的内表面与第一侧202a基本上共面，并且使得面板天线212的内表面与第二侧204a基本上共面，但是可设想面板天线210、212的其他位置。例如，在本发明的一些实施例中，面板天线210、212可以分别部分地或完全地嵌入在第一层202和第二层204内，使得面板天线210、212的任何表面都不与第一层202和第二层204的任何表面基本上共面。在本发明的一些实施例中，面板天线210完全地或部分地嵌入在第一层202中，使得面板天线210的外表面与第一侧202a基本上共面。在本发明的一些实施例中，面板天线212完全地或部分地嵌入在第二层204中，使得面板天线212的外表面与第二侧204a基本上共面。
[0062]
图3a描绘了根据本发明的一个或多个实施例的使用本文所述的新颖的近场耦合220的面板天线210、212之间的通信的框图。应当注意，并非系统100的所有部件都在图3a中重复，并且本文中的其他图描绘了这种部件。图3a描绘了建筑面板102的三维视图，其中，第一面板天线210和第二面板天线212分别位于建筑面板102的第一侧202a和第二侧204a上。近场耦合220在展开视图中示出。另外，标尺325描绘了第一面板天线210与第二面板天线212之间的近场磁强度。线路衰减(损耗)遵循所示的近场磁场强度的趋势，该线路衰减(损耗)是信号104在第一面板天线210与第二面板天线212之间退化了多少的度量。图3a描绘了频率为40ghz的电信信号104的示例场景。所产生的磁场222被可视化。如可以看出的，衰减是有限的，并且信号104在天线210、212之间进行通信，其中，衰减(损耗)低于预定阈值。预定阈值可以是可配置的，例如0.1分贝/毫米，或任何其他值。应当注意，衰减和其他值可以与图3a中描绘的值不同。
[0063]
图3b示出了示例玻璃面板中的平均近场磁场强度。应当理解，尽管描绘了玻璃面
板中的近场磁场强度，但是在本发明的其他实施例中，建筑面板102可以是任何其他材料。图3b图示了从面板的外表面到内表面的不同距离处的所有x-y平面内点的平均磁场强度。根据本发明的一个或多个实施例，曲线302描绘了由于入射信号104以及作为使用近场耦合天线的结果，面板中不同距离处的磁场强度，两个天线之间的距离小于入射电信信号的波长。例如，频率为40ghz的电信信号104的波长为约7.5毫米；并且天线之间的距离可以是5毫米。应当理解，在本发明的其他实施例中，信号的频率和天线之间的距离可以不同。曲线304描绘了由于入射信号104以及作为面板外表面上仅有一个天线的结果，面板中不同距离处的磁场强度。如可以看出的，通过使用用于近场耦合的面板天线210、212来增强磁场强度。
[0064]
为了促进近场耦合220，在本发明的一个或多个实施例中，面板天线210、212分别是在第一侧202a和第二侧204a上的印刷天线结构。在一个或多个示例中，面板天线210、212分别印刷在第一侧202a和第二侧204a。可替代地或另外地，在面板天线210、212已经被印刷或蚀刻在第一侧202a和第二侧204a上之后，组装建筑面板102的各种部件(例如，第一层202和第二层204)。
[0065]
图4描绘了展示面板天线400的框图，其是可以如何根据本发明的一个或多个实施例实施面板天线210和第二面板天线212的示例。
[0066]
面板天线400包括短程收发器402、长程收发器404和支持电路系统406。在一个或多个示例中，短程收发器402可以是阿基米德螺旋天线。可替代地，短程收发器402可以包括贴片天线或微带线。在其他示例中可以使用其他形状的短程收发器402。短程收发器402向/从另一个(不同的)面板天线的短程收发器402传送信号104。换句话说，两个面板天线400(例如，第一面板天线210和第二面板天线212)的短程收发器402使用近场耦合220在彼此之间传送信号104。短程收发器是无电源天线。
[0067]
长程收发器404可以是从/向室外天线106和/或室内天线108接收和/或发射信号104的任何类型的天线。例如，在第一面板天线210的情况下，长程收发器404从/向室外天线106接收和发射信号104，而在第二面板天线212的情况下，长程收发器404从/向室内天线108接收和发射信号104。长程收发器404可以是喇叭天线、贴片天线或可以发射和接收电信信号(如5g信号)的任何其他类型的天线。长程收发器404可以辐射信号104以供室外天线106(或室内天线108)接收。
[0068]
支持电路系统(或模块)406处理由短程收发器402或长程收发器404接收的信号104。例如，支持电路系统406使用放大器或其他部件来放大信号104。
[0069]
短程收发器402从长程收发器404接收要使用近场耦合220发送的信号104。在面向室外122的第一面板天线202的情况下，长程收发器404向/从室外天线106发送/接收信号104。在面向室内120的第二面板天线212的情况下，长程收发器404向/从室内天线108发送/接收信号104。
[0070]
图5描绘了根据本发明的一个或多个实施例的方法500的流程图，该方法可以由系统100(图1所示)实施，用于将信号104从室外天线106穿过建筑面板102发射到室内天线108和cpe 110。在方法500的框502处，第一面板天线210的长程收发器404接收由室外天线106发射的信号104。第一面板天线210在建筑面板102的第一侧202并且面向室外122。
[0071]
在本发明的一个或多个实施例中，在框504处，支持电路系统406处理由长程收发器404接收的信号104。在框504处，支持电路系统406随后将信号104转发到短程收发器402。
[0072]
在框506处，短程收发器402经由近场耦合220将信号104发射到建筑面板102的另一侧(即第二侧204)上的第二面板天线212。第二侧204面向室内120。在508处，第二面板天线212的支持电路系统406处理信号104并将信号104转发到第二面板天线212的长程收发器404。在框510处，长程收发器404随后发射信号104以供室内天线108接收，并且进而由cpe 110接收。
[0073]
图6描绘了根据本发明的一个或多个实施例的方法600的流程图，该方法可以由系统100(图1所示)实施，用于将信号104从cpe 110的室内天线108发射到室外天线106。从cpe 110到室外天线106并进而到数据的目的地(其可以是服务器、另一cpe或任何其他这样的目的地设备)的数据传输以与图5中所描绘的方法500相反的方式操作。在这种情况下，在方法600的框602和框606处，第二面板天线212从室内天线108接收信号104，并经由近场耦合220将信号104发射到第一面板天线210。在框610处，第一面板天线210随后发射信号104以供室外天线106接收。在框604和框608处，面板天线210、212两者的支持电路系统406可以在经由近场耦合发射信号104之前和之后处理信号104。
[0074]
应当注意，图2仅描绘了在建筑面板102的任一侧上的第一面板天线210和第二面板天线212的单个实例。然而，在本发明的其他实施例中，建筑面板102可以在任一侧具有多个面板天线。
[0075]
图7描绘了根据本发明的一个或多个实施例的建筑面板802，其中，建筑面板802的集成天线网络包括面板天线210、212的多个实例。建筑面板802可以用来代替本文所示的建筑面板102。在这种情况下，第一侧202包括第一面板天线210的第一阵列810。类似地，第二侧204可以包括第二面板天线212的第二阵列812，并且第三层包括第三面板天线214的第三阵列814。(多个)面板天线210、212、214彼此对齐，使得近场耦合220可以以小于最大规定衰减阈值的方式促进信号104从第一侧202到第二侧204的传送。在本发明的一个或多个实施例中，面板天线210、212、214在层上的对齐在预定偏移量内。例如，第一面板天线210和对应的第二面板天线被对齐和定向，使得两个面板天线210、212的短程收发器的中心分别在第一侧202和第二侧204上基本上彼此横向相对地对齐。在此，使面板天线210、212基本上对齐可以包括在建筑面板102的两侧上的两个中心中添加预定偏移量。进一步地，使两个面板天线210、212对齐可以包括将两个面板天线210、212定向为使得它们同轴。对面板天线210、212进行定向可以包括旋转两个面板天线210、212。在此，每个阵列810、812、814本身可以被认为是天线。
[0076]
本文描述的本发明的实施例解决了促进电信信号以最小衰减发射到建筑物中并穿过建筑物的技术挑战。本文中的本发明的实施例通过使用建筑面板来解决这一技术挑战，该建筑面板包括用作建筑物的外侧的第一侧和用作建筑物的内侧的第二侧。在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板由玻璃制成。外侧和内侧两者都包括一个或多个面板天线。面板天线可以通过印刷、蚀刻、层压或使用任何其他技术添加到两侧。在一些示例中，玻璃面板可以具有低发射率涂层。
[0077]
图8描绘了根据本发明的一个或多个实施例的用于制造建筑面板的流程图。方法800包括在框802处制造基片。基片包括第一侧202和第二侧204。在示例中，基片至少包括在第一侧202与第二侧204之间的第三层206。基片可以使用已知的技术来制造。进一步地，在框804处，分别在第一侧202和第二侧204上形成面板天线210、212。
[0078]
在本发明的一个或多个实施例中，面板天线210、212被添加到基片的层中。面板天线210、212是使用预定图案丝网印刷或电镀的。在示例中，添加面板天线210、212包括添加pet、聚酰亚胺、聚碳酸酯或其组合中的至少一种的层，并在这样的层上形成部件。面板天线210、212可以使用印刷、电镀、三维印刷或任何其他增材制造技术来形成。面板天线210、212可以使用如铜、铝、银、碳等金属或可以促进近场耦合220的任何其他金属或金属合金来形成。
[0079]
在本发明的一个或多个实施例中，使用减材制造来形成面板天线210、212。例如，使用如激光蚀刻、化学蚀刻等蚀刻或任何其他减材制造技术来形成面板天线210、212。在这种情况下，基板膜包括金属或金属合金层，例如铜层，其被光刻限定和蚀刻以形成面板天线210、212。
[0080]
在本发明的一个或多个实施例中，附加层(例如，第三层206)上的(多个)面板天线214也类似于面板天线210、212形成。在示例中，在第一侧202和第二侧204上形成面板天线210、212之前在中间层上形成面板天线214。
[0081]
进一步地，在框806处，将如电线等支持电路系统406丝网印刷在基片，以促进面板天线210、212的操作。电线和支持电路系统406可以由铜、铝或任何其他导电材料制成。另外，其他支持电路系统可以放置在窗户的边缘，并通过印刷电线与天线连接。
[0082]
然后，建筑面板102可以用于在建筑物101中建造一个或多个表面。
[0083]
图9描绘了根据本发明的一个或多个实施例的用于制造建筑面板的流程图。方法900包括在框902处在基板膜上形成一个或多个面板天线。应当注意，在基板膜上形成时，可能不知道面板天线将固定在建筑面板的哪一侧。
[0084]
在本发明的一个或多个实施例中，使用增材制造来形成面板天线210、212。基板膜可以由pet、聚酰亚胺、聚碳酸酯或其组合中的至少一种制成。面板天线210、212、214使用印刷、电镀、三维印刷或任何其他增材制造技术来形成。面板天线210、212、214可以使用如铜、铝、银、碳等金属或可以促进近场耦合220的任何其他金属或金属合金或导电材料来形成。
[0085]
在本发明的一个或多个实施例中，使用减材制造来形成面板天线210、212、214。例如，使用如激光蚀刻、化学蚀刻等蚀刻或任何其他减材制造技术来形成面板天线210、212、214。在这种情况下，基板膜包括金属或金属合金层，例如铜层，其被光刻限定和蚀刻以形成面板天线210、212、214。在这种情况下，基板膜包括金属或金属合金层，例如铜层，其被光刻限定和蚀刻以形成面板天线。
[0086]
在框904处，在基板膜上形成支持电路系统。在一种情况下，可以使用增材制造在基板膜上形成支持电路系统。在本发明的另一实施例中，使用减材制造在基板膜上形成支持电路系统。
[0087]
在框906处，将两个或更多个基板膜(在这些基板膜中的每一个上形成面板天线)固定在基片的两个或更多个层上。基片至少包括第一侧202和第二侧204。在示例中，基片包括第三层206和在第一侧202与第二侧204之间的其他层。基片可以使用已知的技术来制造。例如，使用层压、紧固件或任何其他技术将基板膜固定到基片的层上。将各层上的基板膜的位置对齐，使得每两个连续侧(例如，202、204)上的面板天线基本上对齐，以促进经由近场耦合220传送电信信号104。
[0088]
(多个)基板膜可以层压在已经在建筑物101中使用的建筑面板102上。可替代地或另外地，(多个)基板膜可以层压在随后在建造中使用的建筑面板102上。
[0089]
本文所述的本发明的实施例促进制造在相反侧上具有对应地面板天线210、212的建筑面板102，其中，面板天线210、212使用近场耦合220在彼此之间发射电信信号102，并且进而在穿透建筑面板102时减小电信信号104的衰减损耗。在本发明的一个或多个实施例中，建筑面板102包括附加面板天线(例如，214)，这些附加面板天线促进电信信号104在第一面板天线210与第二面板天线212之间的传送。本发明的实施例提供了用于通过改善电信信号104的范围来改善电信网络的实际应用，特别是在使用(多个)建筑面板102的建筑物内。
[0090]
根据一个或多个实施例，建筑面板包括多个层，该多个层包括第一层和第二层。建筑面板进一步包括第一层上的第一天线，该第一天线传送入射在该第一层上的电信信号。建筑面板进一步包括第二层上的第二天线，其中，第一天线使用近场耦合将电信信号穿过该第一层发射到该第二天线，该电信信号的波长大于该第一天线与该第二天线之间的距离，并且其中，该第二天线使该电信信号辐射到该第一层的相反侧。
[0091]
在一个或多个实施例中，第一天线包括天线阵列。
[0092]
在一个或多个实施例中，第二天线包括天线阵列。
[0093]
在一个或多个实施例中，使用蚀刻、印刷、电镀和层压中的一种将第一天线添加到第一层。
[0094]
在一个或多个实施例中，建筑面板进一步包括多个层中的第三层上的第三天线，其中，第二天线使用近场耦合将电信信号发射到该第三天线，该电信信号的波长大于该第二天线与该第三天线之间的距离，并且其中，该第三天线使该电信信号辐射到第一层的相反侧。
[0095]
在一个或多个实施例中，第一天线层压在第一层的外表面上。
[0096]
在一个或多个实施例中，使用层压片来层压第一天线，该层压片是具有小于与电信信号的频率范围相关联的预定阈值的介电吸收损耗的柔性基板。
[0097]
在一个或多个实施例中，第一天线印刷在第一侧。
[0098]
在一个或多个实施例中，第二天线以预定偏移量和取向与第一天线对齐。
[0099]
在一个或多个实施例中，预定偏移量减少了电信信号穿过第一层的衰减损耗和反射损耗。
[0100]
在一个或多个实施例中，第一层在建筑面板的外侧，该外侧是建筑物的暴露部分，并且第二层在该建筑面板的内侧，该内侧面向该建筑物内部。
[0101]
在一个或多个实施例中，在建筑面板的内侧的第二天线连接到收发器。
[0102]
在一个或多个实施例中，第一天线和第二天线是无电源天线。
[0103]
在一个或多个实施例中，建筑面板是具有低发射率涂层的玻璃面板。
[0104]
根据一个或多个实施例，一种用于制造建筑面板的方法包括将第一天线添加到基片的第一层，该第一天线穿过该基片传送入射在该基片的该第一层上的电信信号。进一步地，该方法包括将第二天线添加到基片的第二层，其中，第一天线使用近场耦合将电信信号发射到该第二天线，该第一天线与该第二天线之间的距离小于该电信信号的波长，并且其中，该第二天线使该电信信号辐射到该基片的该第一层的相反侧。
[0105]
在一个或多个实施例中，使用减材制造在基片的第一层上形成第一天线。
[0106]
在一个或多个实施例中，使用增材制造在基片的第一层上形成第一天线。
[0107]
在一个或多个实施例中，第一天线层压在基片的第一层上，并且第二天线层压在基片的第二层上。
[0108]
在一个或多个实施例中，使用层压片来层压第一天线，该层压片是具有小于与电信信号的频率范围相关联的预定阈值的介电吸收损耗的柔性基板。
[0109]
在一个或多个实施例中，该方法进一步包括将第三天线添加到基片的第三层，其中，该第二天线使用近场耦合将电信信号发射到该第三天线，该第二天线与该第三天线之间的距离小于该电信信号的波长，并且其中，该第三天线使该电信信号辐射到该基片的第一层的相反侧。
[0110]
在本发明的一个或多个实施例中，一种计算机可读存储介质可以存储计算机可执行指令，这些计算机可执行指令在由一个或多个处理单元执行时，使得一个或多个处理单元来执行本文所述的方法。
[0111]
在本说明书中，术语“计算机程序介质”、“计算机可用介质”、“计算机程序产品”和“计算机可读介质”通常用于指代如存储器等介质。计算机程序(也称为计算机控制逻辑)存储在存储器中。这样的计算机程序在运行时使计算机系统能够执行本文所讨论的本发明的特征。特别地，计算机程序在运行时使控制器能够执行本文所述的特征和操作。因此，这种计算机程序可以计算机系统的控制器。
[0112]
计算机可读存储介质可以是可以保留和存储指令以供指令执行设备使用的有形设备。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备，或者前述任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例的非详尽列表包括以下各项：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、数字通用磁盘(dvd)、记忆棒、软盘、如穿孔卡或凹槽中具有记录在其上的指令的凸起结构等机械编码设备、以及上述任何合适的组合。如本文所使用的计算机可读存储介质本身不应被解释为瞬态信号，如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)或通过导线传输的电信号。
[0113]
本说明书中描述的许多功能单元已被标记为模块。本发明的实施例适用于各种各样的模块实施方式。例如，模块可以实施为硬件电路，该硬件电路包括定制vlsi电路或门阵列、现成的半导体(如逻辑芯片、晶体管)或其他离散部件。模块也可以在可编程硬件设备中实施，如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等。
[0114]
模块也可以用软件来实施，以供各种类型的处理器执行。识别的可执行代码模块可以例如包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，这些计算机指令可以例如被组织为对象、程序或功能。然而，所识别的模块的可执行程序不需要物理地定位在一起，而是可以包括存储在不同位置的不同指令，这些不同指令在逻辑上连接在一起时构成模块并实现模块的所述目的。
[0115]
以下定义和缩写用于解释权利要求书和说明书。如本文所用，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有
(has)”、“具有(having)”、“含有(contain)”或“含有(containing)”或其任何其他变型均旨在涵盖非排他性的包含。例如，包含一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、制品、或装置不必仅限于这些要素，而是可以包括其他未明确列出的要素或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或装置固有的要素。
[0116]
本文所使用的术语用于以下目的：仅描述具体实施例并且不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一个/一种(a、an)”和“所述/该(the)”旨在也包含复数形式。应进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定所陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。
[0117]
另外地，术语“示例性”和其变体在本文中用于意指“用作示例、实例或说明”。在本文中被描述为“示例性”的任何实施例或设计并不一定要被解释为相较于其他实施例或设计更优选或有利。术语“至少一个”、“一个或多个”和其变体可以包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”和其变体可以包括大于或等于二的任何整数，即二、三、四、五等。术语“连接”和其变体可以包括间接“连接”和直接“连接”两者。
[0118]
术语“约”、“基本上”、“大约”和其变体旨在包括与基于提交申请时可用的设备测量特定数量相关联的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的
±
8％、或5％或2％的范围。
[0119]
短语“在信号通信中”、“与之通信”、“通信地耦合到”和其变体在本文中可以互换地使用，并且可以指使用任何系统、硬件、软件、协议或格式使用电信号交换信息或数据的任何耦合、连接或交互，而不管交换是以无线方式发生还是通过有线连接发生。
[0120]
本文参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本发明的各方面。应当理解，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以通过计算机可读程序指令来实施。
[0121]
附图中的流程图和框图展示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在此方面，流程图或框图中的每个框可以表示模块、片段或一部分指令，这些指令包括用于实施(多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代性实施方式中，框中所提到功能可以不以图式中所提到的顺序发生。例如，实际上可以基本上同时执行按顺序示出的两个框，或者有时候可以按相反的顺序执行这些框，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或者流程图图示中的框的组合可以由基于专用硬件的系统来实施，这些系统执行指定的功能或动作或者执行专用硬件和计算机指令的组合。
[0122]
以下权利要求中的所有装置或步骤加功能要素的对应结构、材料、操作以及等同物旨在包括用于与具体要求保护的其他要求保护的要素组合地执行功能的任何结构、材料或动作。已出于说明和描述的目的呈现了本发明的描述，但本发明的描述并非旨在是详尽的或以所披露的形式限于本发明。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对本领域普通技术人员而言将是显而易见的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理和实际应用，并且当适合于所构想的特定用途时，使得本领域的其他普通技术人员能够针对具有各种修改的各个实施例理解本发明。
[0123]
将理解的是，本领域的技术人员，无论是现在还是将来，都可以进行落入以下权利
要求的范围内的各种改进和增强。

技术特征：
1.一种建筑面板，其包括：多个层，所述多个层包括第一层和第二层；所述第一层上的第一天线，所述第一天线传送入射在所述第一层上的电信信号；以及所述第二层上的第二天线，其中，所述第一天线使用近场耦合将所述电信信号穿过所述第一层发射到所述第二天线，所述电信信号的波长大于所述第一天线与所述第二天线之间的距离，并且其中，所述第二天线使所述电信信号辐射到所述第一层的相反侧。2.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述第一天线包括天线阵列。3.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述第二天线包括天线阵列。4.如权利要求1所述的建筑面板，其中，使用蚀刻、印刷、电镀和层压中的一种将所述第一天线添加到所述第一层。5.如权利要求1所述的建筑面板，其进一步包括所述多个层中的第三层上的第三天线，其中，所述第二天线使用近场耦合将所述电信信号发射到所述第三天线，所述电信信号的波长大于所述第二天线与所述第三天线之间的距离，并且其中，所述第三天线使所述电信信号辐射到所述第一层的相反侧。6.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述第一天线层压在所述第一层的外表面上。7.如权利要求6所述的建筑面板，其中，使用层压片来层压所述第一天线，所述层压片是具有小于与所述电信信号的频率范围相关联的预定阈值的介电吸收损耗的柔性基板。8.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述第一天线印刷在所述第一侧。9.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述第二天线以预定偏移量和取向与所述第一天线对齐。10.如权利要求7所述的建筑面板，其中，所述预定偏移量减少了所述电信信号穿过所述第一层的衰减损耗和反射损耗。11.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述第一层在所述建筑面板的外侧，所述外侧是建筑物的暴露部分，并且所述第二层在所述建筑面板的内侧，所述内侧面向所述建筑物内部。12.如权利要求11所述的建筑面板，其中，在所述建筑面板的内侧的所述第二天线连接到收发器。13.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述第一天线和所述第二天线为无电源天线。14.如权利要求1所述的建筑面板，其中，所述建筑面板是具有低发射率涂层的玻璃面板。15.一种制造建筑面板的方法，所述方法包括：将第一天线添加到基片的第一层，所述第一天线穿过所述基片传送入射在所述基片的所述第一层上的电信信号；以及将第二天线添加到所述基片的第二层，其中，所述第一天线使用近场耦合将所述电信信号发射到所述第二天线，所述第一天线与所述第二天线之间的距离小于所述电信信号的波长，并且其中，所述第二天线使所述电信信号辐射到所述基片的所述第一层的相反侧。16.如权利要求15所述的方法，其中，使用减材制造在所述基片的所述第一层上形成所述第一天线。17.如权利要求15所述的方法，其中，使用增材制造在所述基片的所述第一层上形成所
述第一天线。18.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一天线层压在所述基片的所述第一层上，并且所述第二天线层压在所述基片的所述第二层上。19.如权利要求18所述的方法，其中，使用层压片来层压所述第一天线，所述层压片是具有小于与所述电信信号的频率范围相关联的预定阈值的介电吸收损耗的柔性基板。20.如权利要求18所述的方法，其进一步包括，将第三天线添加到所述基片的第三层，其中，所述第二天线使用近场耦合将所述电信信号发射到所述第三天线，所述第二天线与所述第三天线之间的距离小于所述电信信号的波长，并且其中，所述第三天线使所述电信信号辐射到所述基片的所述第一层的相反侧。

技术总结
一种用于增强建筑物内的电信信号传输范围的具有集成天线的建筑面板包括多个层，该多个层包括第一层和第二层。该建筑面板进一步包括该第一层上的第一天线。该第一天线传送入射在该第一层上的电信信号。该建筑面板进一步包括该第二层上的第二天线。该第一天线使用近场耦合将该电信信号穿过该第一层发射到该第二天线。该电信信号的波长大于该第一天线与该第二天线之间的距离。该第二天线使该电信信号辐射到该第一层的相反侧。还描述了用于制造该建筑面板的一种或多种方法。筑面板的一种或多种方法。


技术研发人员：W
受保护的技术使用者：杜邦电子公司
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2023/10/11