專利名稱：用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種在無線通信系統(tǒng)中使用的天線陣，更確切地說是涉及一種智能天線陣。
在4GHz以下通信頻段的無線通信領(lǐng)域內(nèi)，應(yīng)用智能天線是提高無線接入系統(tǒng)性能的一項重要技術(shù)。智能天線的基本概念是在包括蜂窩移動通信系統(tǒng)、集群通信系統(tǒng)、無線用戶環(huán)路系統(tǒng)及其它無線接入系統(tǒng)的無線通信基站或主站設(shè)備中，使用多套無線收發(fā)信機(jī)、多個天線單元及其饋線，再通過在基帶電路中，使用現(xiàn)代化的數(shù)字信息處理技術(shù)，運用一定算法對空間譜進(jìn)行分析，以對每一個收發(fā)支路的信號進(jìn)行處理，達(dá)到對該基站或主站天線波束賦形的目的。
所述的天線波束賦形對頻分多址(FDMA)系統(tǒng)來說，其目標(biāo)是同時為每個載頻提供一個波束；對時分多址(TDMA)系統(tǒng)來說，其目標(biāo)是同時為每個時隙提供一個波束；對碼分多址(CDMA)系統(tǒng)來說，則是同時為每個碼道提供一個波束。
波束賦形的作用是可集中能量實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳輸；有利于消除或減少干擾，提高信干比(Eb/Io)及系統(tǒng)容量，其最佳效果則是同時兼顧兩者。
由97202038.1所公開的中國實用新型專利技術(shù)，是一種用于無線通信系統(tǒng)的實用化的環(huán)形智能天線陣，由兩個或兩個以上完全相同的天線單元成環(huán)形(等間隔或不等間隔)排列在一個支撐面上構(gòu)成。該天線單元可以是直柱，該支撐面可以是一平面，兩個或兩個以上完全相同的直柱成環(huán)形直立并等間隔或不等間隔地排列在該平面上，構(gòu)成環(huán)形振子智能天線陣。該天線單元也可以是微帶，該支撐面可以是一立體環(huán)狀面，兩條以上完全相同的微帶縱向平行(等間隔或不等間隔)地貼置在該立體環(huán)狀面上，構(gòu)成環(huán)形微帶智能天線陣。其中的環(huán)形排列，可以是圓形、橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。
目前的用于無線通信系統(tǒng)基站端的實用智能天線，仍沿襲傳統(tǒng)的做法，即將天線單元與基站設(shè)備分開在兩個地點設(shè)置，一般將智能天線單元設(shè)置在室外，如高層建筑物的頂部或通信鐵塔上，而將包括功率放大器在內(nèi)的基站設(shè)備設(shè)置在通信機(jī)房內(nèi)，兩者間通過較長的饋線電纜進(jìn)行連接。由于大功率的射頻信號在基站射頻端口至天線單元間的饋線電纜上會發(fā)生較大損耗，故相對要求使用較高輸出功率的功率放大器和要求使用損耗相對低的饋線電纜，不僅增加了系統(tǒng)成本，而且對通信系統(tǒng)的接收機(jī)來說，還加大了噪音系數(shù)和降低了靈敏度。
本實用新型的目的是設(shè)計一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，可避免基站射頻端口到天線單元間饋線電纜損耗過大的問題，對發(fā)射機(jī)而言，在達(dá)到等效的功率發(fā)射密度或達(dá)到相同的覆蓋范圍時，可相對降低對功率放大器輸出功率的要求、降低對饋線電纜損耗性能的要求，以大大降低成本和提高發(fā)射機(jī)的可靠性。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是這樣的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于包括N個完全相同的天線單元和與天線單元數(shù)目相同的功率放大單元，各天線單元和與各天線單元對應(yīng)連接的各功率放大單元設(shè)置在同一支撐體上。
所述的N個完全相同的天線單元間隔地并成環(huán)形直立設(shè)置在所述支撐體的頂側(cè)，所述的與天線單元數(shù)目相同的各功率放大單元成環(huán)形直立設(shè)置在所述支撐體的底側(cè)，位于支撐體頂側(cè)的天線單元與位于支撐體底側(cè)的功率放大單元，成上下一一對應(yīng)設(shè)置。
所述功率放大單元的外殼上設(shè)置有散熱器，各散熱器面向外側(cè)并成環(huán)形設(shè)置。
所述的環(huán)形包括圓形、橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。
所述的間隔包括等間隔或不等間隔。
所述的支撐體是包括圓形、橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則多邊形的盤狀體。
所述的天線單元是直柱狀。
所述的成環(huán)形分布的N個天線單元外側(cè)還設(shè)置有防護(hù)外罩。
所述的與天線單元數(shù)目相同的功率放大單元外側(cè)還設(shè)置有防雨罩。
所述的N為大于或等于2的正整數(shù)。
本實用新型的用于無線通信系統(tǒng)的智能天線陣，將智能天線單元與功率放大單元組裝在一起，并設(shè)置在室外高層建筑樓頂或通信鐵塔上，而形成塔放式智能天線陣。由于將每個功率放大單元對應(yīng)設(shè)置在每個智能天線單元下面并以最短距離直接連接，從而避免了以往的智能天線單元至基站射頻端口之間饋線電纜損耗過高的問題；對于基站發(fā)射機(jī)來說，由于輸出至各功率放大單元的激勵信號是微弱的小信號，在達(dá)到等效的功率發(fā)射密度或達(dá)到相同的覆蓋范圍時，可以相對降低功率放大單元的輸出功率，如可以采用較小功率的功率管作功率放大器，不僅可降低功率放大器的設(shè)計成本，還可提高發(fā)射機(jī)的可靠性；對于通信系統(tǒng)的接收機(jī)來說，由于相對減少了發(fā)射功率，而可降低系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，提高系統(tǒng)的接收靈敏度，有利于降低掉話率；由于塔放式智能天線陣降低了從基站射頻端口至智能天線陣功率放大單元間電纜饋線的損耗要求，故可大大降低所用饋線電纜的成本。
下面結(jié)合實施例及附圖進(jìn)一步說明本實用新型的技術(shù)。


圖1是塔放式智能天線陣功率放大單元原理性結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是塔放式智能天線陣立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖2所示塔放式智能天線陣俯視平面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是天線單元與功率放大單元連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是天線單元、功率放大單元與天線陣支撐平面的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖1，圖1所示是傳統(tǒng)的智能天線陣雙工功率放大單元的原理性結(jié)構(gòu)框圖。包括天線單元101、腔體濾波器(BPF)102、功率檢測單元(OPD)103、環(huán)形器104、低噪聲放大器(LNA)105、功率放大器(PA)106、時分開關(guān)(TDD)107和功率檢測單元(IPD)108。功率放大單元由電源單元(PSU)109供電，并接入控制電路110與告警檢測電路111的輸出信號。
接收時，信號經(jīng)天線單元101、腔體濾波器(BPF)102、環(huán)形器104、低噪聲放大器(LNA)105、時分開關(guān)(TDD)107輸出至基站設(shè)備的接收機(jī)；發(fā)射時，基站設(shè)備發(fā)信機(jī)的輸出信號經(jīng)時分開關(guān)(TDD)107、功率放大器(PA)106、環(huán)形器104、腔體濾波器(BPF)102至天線單元101發(fā)射。圖中RF TRXU為功率放大單元的輸出輸入射頻信號。
參見圖2，圖中示出N＝8的塔放式智能天線陣結(jié)構(gòu)。包括由8個直柱狀天線單元21經(jīng)分布排列后構(gòu)成的環(huán)形振子天線陣、支撐平面22和8個功率放大單元23。
結(jié)合參見圖3，8個直柱狀天線單元21等間隔地并成環(huán)形直立分布在支撐平面22的頂部，8個功率放大單元23等間隔地并成環(huán)形直立分布在支撐平面22的底部，各直柱狀天線單元21與各功率放大單元23上下一一對應(yīng)連接。圖中所分布的環(huán)形為圓形，還可以分布成橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。圖中所示的支撐平面22也為圓形，是一圓盤體，也可以是橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則的多邊形盤體。
各功率放大單元23的外側(cè)面殼體上固定散熱器231，8個散熱器231分布環(huán)繞成圓形，也可以分布環(huán)繞成橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。實施時，各天線單元21的環(huán)形分布與各功率放大單元23及其散熱器231的環(huán)形分布，通常采用同形。各功率放大單元23的內(nèi)側(cè)殼體內(nèi)安裝功率放大單元電路，通過饋線電纜與基站設(shè)備連接。
各天線單元21的中心間隔L不能超過工作頻帶最高頻率電磁波波長的一半。
支撐平面22頂部的8個天線單元21外側(cè)可設(shè)置玻璃鋼防護(hù)罩(圖中未示出)，支撐平面22底部的8個功率放大單元23外側(cè)可設(shè)置帶有散熱孔的防雨罩(圖中未示出)。
實施時可將該塔放式智能天線陣固定在一柱形支架上，便于安裝、使用和維護(hù)。
結(jié)合參見圖4、圖5，圖中示出天線單元21與功率放大單元23的連接和與支撐平面22間的固定，天線單元21與功率放大單元23通過射頻連接器211可實現(xiàn)最短距離且最方便的連接(如螺接)。天線單元21與功率放大單元23上下對應(yīng)地直立固定在支撐平面22上。
本實用新型的用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，由于將功率放大單元移出基站設(shè)備，并與天線單元組裝在一起，不僅大大降低了對饋線電纜損耗的要求，而且使基站設(shè)備體積大大縮小，如使機(jī)柜縮小1/3。
本實用新型的用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，可用于4GHz以下的無線通信系統(tǒng)的基站設(shè)備中，具有實用化的可滿足環(huán)境使用條件的整體結(jié)構(gòu)特征。
權(quán)利要求1.一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于包括N個完全相同的天線單元和與天線單元數(shù)目相同的功率放大單元，各天線單元和與各天線單元對應(yīng)連接的各功率放大單元設(shè)置在同一支撐體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的N個完全相同的天線單元間隔地并成環(huán)形直立設(shè)置在所述支撐體的頂側(cè)，所述的與天線單元數(shù)目相同的各功率放大單元成環(huán)形直立設(shè)置在所述支撐體的底側(cè)，位于支撐體頂側(cè)的天線單元與位于支撐體底側(cè)的功率放大單元，成上下一一對應(yīng)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述功率放大單元的外殼上設(shè)置有散熱器，各散熱器面向外側(cè)并成環(huán)形設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的環(huán)形包括圓形、橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則的多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的間隔包括等間隔或不等間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的支撐體是包括圓形、橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則多邊形的盤狀體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的天線單元是直柱狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的成環(huán)形分布的N個天線單元外側(cè)還設(shè)置有防護(hù)外罩。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的與天線單元數(shù)目相同的功率放大單元外側(cè)還設(shè)置有防雨罩。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無線通信系統(tǒng)的塔放式智能天線陣，其特征在于所述的N為大于或等于2的正整數(shù)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于無線通信系統(tǒng)的智能天線陣,包括N(≥2)個完全相同的天線單元和相同數(shù)目的功率放大單元,各天線單元和各功率放大單元設(shè)置在同一支撐體的頂側(cè)與底側(cè),形成塔放式智能天線陣。N個天線單元及相同數(shù)目的功率放大單元成間隔地并成環(huán)形直立分布在支撐體兩側(cè),成上下一一對應(yīng)設(shè)置并連接。功率放大單元的外殼上設(shè)置散熱器,各散熱器面向外側(cè)并成環(huán)形?？山档蛯驹O(shè)備射頻端口至天線單元間饋線電纜的損耗要求,減少成本。
文檔編號H01Q21/28GK2466800SQ0120147
公開日2001年12月19日 申請日期2001年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月14日
發(fā)明者陳洪濤, 楊幼良 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院