CN101950846B - 一种有源一体化天线*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源一体化天线***，包括天线基座，天线基座装有天线阵列、馈电网络及电源与监控单元，所述天线基座还装有射频放大单元，射频放大单元与馈电网络和电源与监控单元连接，使得射频放大单元集成于天线***中，以在天线***实现对射频信号的接收与发射的同时，能够实现信号的有源放大与控制。本发明由于将放大电路集成于天线内部，输出功率直接连接天线阵列发射，中间没有任何能量损失，大大降低了由于馈线损耗带来的功率损耗以及噪声系数的增加，此外，本发明的结构设计使得无论在成本还是可靠性上都具有更大的优势。

Description

一种有源一体化天线***

技术领域

本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其是涉及一种有源一体化天线***。

背景技术

随着科学技术的发展和经济社会的进步，移动通信在人们的日常生活中已经发挥着越来越重要的作用。截止至2009年底，我国移动通信用户数量已经突破7亿，而且这个数量还在不断的高速增加。尤其从2009年3G牌照发放以来，运营商后开始了新一轮基站的大规模建设。

基站天线是移动通信最基本、必不可少的组成部分，以往的建设中，基站发射的下行信号通过馈线连接到基站天线进行发射；同理，基站天线接收的手机发射上行信号通过馈线连接到基站。而基站到基站天线之间的馈线少则十几米，多则上百米，馈线越长损耗也就越大；例如：GSM900***，100米馈线损耗至少都有4dB，相当于损失了60％的功率。对于其他制式，尤其是3G***，频率更高，馈线损耗也越大。对基站发射的下行信号而言，馈线损耗意味着大功率的损失，而大功率的实现将付出成本以及技术的高昂代价；对基站天线接收的手机发射上行信号而言，馈线损耗意味着噪声系数的增加，而噪声系数的增加将使基站接收灵敏度降低，减少基站的覆盖范围。目前对于馈线损耗较大的***只能在基站天线下面增加塔顶放大器来弥补，但塔顶放大器的增加一是造成***安装的复杂，二是大功率的塔顶放大器放置于室外其***的稳定性将大大降低。

即使基站与基站天线之间馈线损耗可以通过增加塔顶放大器的方法解决，但无源基站天线内部馈电网络的固有损耗是无法消除的，这个固有损耗至少都在1dB以上，相当于至少20％的能量损失，对于大信号来说也意味着更多能量的损失。

目前，节能减排是全人类共同的话题，中国政府也向国际社会承诺，到2020年，中国单位GDP碳排放量较2005年减少40％～45％，移动通信领域作为一个能源消耗非常大的领域节能减排也是势在必行。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低功耗、可靠性高的有源一体化天线***。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种有源一体化天线***，包括天线基座，天线基座装有天线阵列、馈电网络及电源与监控单元，其特征在于：所述天线基座还装有射频放大单元，射频放大单元与馈电网络和电源与监控单元连接，使得射频放大单元集成于天线***中，以在天线***实现对射频信号的接收与发射的同时，能够实现信号的有源放大与控制。

作为上述方案的进一步改进，所述天线基座由天线反射板和散热板组成，所述天线反射板和散热板与天线罩组合形成一空腔，上述天线阵列、射频放大单元、馈电网络及电源与监控单元容置于该空腔内共同构成一体化的天线***，反射板、天线罩与散热板构成一既防水又散热的天线***外壳。

进一步，所述射频放大单元包括一个上下行完整放大电路和一个单上行分集放大电路。

进一步，所述上下行完整放大电路包括两个双工器、上行信号放大电路、下行信号放大电路、上行射频控制电路、下行射频控制电路和射频监控电路，所述两个双工器与上行信号放大电路、下行信号放大电路、上行射频控制电路、下行射频控制电路两两相连形成合路，所述射频监控电路分别与上行射频控制电路和下行射频控制电路相连，所述一个双工器还与天线阵列相连，另一个双工器与馈电网络相连接。

进一步，所述单上行分集放大电路包括两个滤波器、上行信号放大电路和上行射频控制电路，所述两个滤波器与上行信号放大电路和上行射频控制电路相连，构成串联电路，其中，一个滤波器还与天线阵列相连，另一个滤波器与馈电网络相连。

进一步，所述天线阵列由多个天线振子组成，所述天线振子与射频放大单元直接相连或两两合路后与射频放大单元直接相连。

此外，所述天线振子为可根据不同***需要使用不同频段的双极化振子。

本发明的有益效果是：

本发明作为一种有源一体化天线***，一方面，由于本发明直接将放大电路集成于天线内部，输出功率直接连接天线阵列发射，中间没有任何能量损失，大大降低了由于馈线损耗带来的功率损耗以及噪声系数的增加；另一方面，传统的无源天线利用馈电网络将输入的大功率信号分路成小功率后经过天线阵列发射，而有源一体化***中信号先经过馈电网络分路成多路然后经过放大电路放大后直接进入天线阵列发射，在保证原有输出功率相等的情况下，大功率被分成了若干小功率之和，而小功率的实现，无论是在成本还是可靠性上都具有更大的优势；其次，由于采取一体化设计的思想，使得基站***更加简化，方便了***的组网与安装；此外，本发明的有源一体化天线***解决了原有***基站与基站天线之间的馈线损耗以及无源天线内馈电网络带来的功率浪费问题，使得整个基站***的效率大大提高，为整个***节约了大量的电能。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：

图1是本发明整体结构方框图；

图2是本发明射频放大单元内部关系方框图；

图3是本发明主通路***原理图；

图4是本发明分集通路***原理图；

图5是本发明天线阵列和天线反射板示意图；

图6是本发明天线散热板、射频放大单元、电源与监控单元结构示意图；

图7是本发明外观结构示意图。

具体实施方式

参照图1～图4，一种有源一体化天线***，包括天线基座，天线基座装有天线阵列1、馈电网络3及电源与监控单元4，其特征在于：所述天线基座还装有射频放大单元2，射频放大单元2与馈电网络3和电源与监控单元4连接，使得射频放大单元2集成于天线***中，以在天线***实现对射频信号的接收与发射的同时，能够实现信号的有源放大与控制。

所述天线基座由天线反射板5和散热板7组成，所述天线反射板5和散热板7与天线罩6组合形成一空腔，上述天线阵列1、射频放大单元2、馈电网络3及电源与监控单元4容置于该空腔内共同构成一体化的天线***，反射板5、天线罩6与散热板7构成一既防水又散热的天线***外壳。

作为本发明优选的实施方式，所述射频放大单元2包括一个上下行完整放大电路21和一个单上行分集放大电路22，所述上下行完整放大电路21包括两个双工器211、上行信号放大电路212、下行信号放大电路213、上行射频控制电路214、下行射频控制电路215和射频监控电路216，所述两个双工器211与上行信号放大电路212、下行信号放大电路213、上行射频控制电路214、下行射频控制电路215两两相连形成合路，所述射频监控电路216分别与上行射频控制电路214和下行射频控制电路215相连，所述一个双工器211还与天线阵列1相连，另一个双工器211与馈电网络3相连接；所述单上行分集放大电路22包括两个滤波器221、上行信号放大电路212和上行射频控制电路214，所述两个滤波器221与上行信号放大电路212和上行射频控制电路214相连，构成串联电路，其中，一个滤波器221还与天线阵列1相连，另一个滤波器221与馈电网络3相连。

如图1～图4所示，射频放大单元2的主通路和分集通路分别对应双极化振子的两个不同方向。上下行完整放大电路21为两路单独放大的射频通路，分别放大上下行信号，其中下行主要采用大功率放大得到较大的发射功率，而上行主要是采用低噪声放大降低上行接收的噪声系数，提高基站接收灵敏度。上下行完整放大电路21的两个端口都通过集成双工器211进行上下行信号的合路，再与天线阵列1和馈电网络3连接。单上行分集放大电22路只对天线阵列1接收的手机发射上行信号进行放大，内部集成上行滤波器221，对基站发射下行信号进行抑制，单上行分集放大电路22一端连接天线阵列1，另一端连接馈电网络3，其作用主要是采用低噪声放大降低上行接收的噪声系数，提高基站接收灵敏度，单上行分集放大电路22中会使用集成上行滤波器221对下行信号进行滤波处理，避免下行信号干扰正常的上行信号放大。

上述射频控制电路214能监控射频通路的状态，包括增益、功率、温度、驻波比、低噪放告警、功放告警等。当异常情况发生时能对通路进行保护控制并能根据需要调整上下行通路增益和下行信号的最大输出功率，满足开站以及用户的需要，当有异常情况发生时能切断上下行通路，保护内部模块，避免造成更为严重的故障，射频监控电路214通过内部接口与射频放大单元通信，能够监控射频通路，一方面能读取包括温度、功率、告警等状态，另一方面能设置射频通路的增益、功率等量。

上述馈电网络3利用分合路器以及射频电缆的长度来改变到每个天线振子的幅度与相位，从而实现特定的天线方向图，馈电网络3可以根据不同的方向图需求进行设计。进入天线的信号先通过馈电网络3进行分路与调整，得到每个天线振子特定的幅度与相位，再进入射频放大单元2对每路进行同幅同相放大，所以一方面最后的放大电路可以弥补馈电网络3带来的损耗，另一方面，同幅同相放大也不会改变馈电网络3对天线振子幅度与相位的设计。

上述电源与监控单元4能将外部供电转化为内部每个射频放大单元所需的直流电，其使用DC/DC砖块电源，将外部DC-48V电源输入转化成内部射频放大单元所需的DC+28V供电；监控部分将+28V总供电分成多路供给多个射频放大单元，同时对每路的供电进行监控，并设有控制电路，当有异常情况发生时，能切断对单元的供电，提供保护。此外，所述电源与监控单元4可对整个***内部进行集中监控，包括电源模块以及每个射频放大单元，且外部能通过其对整个***进行检测与控制，包括对每个射频放大单元进行增益、功率等参数的设置。

作为本发明优选的实施方式，所述天线阵列1由多个天线振子11组成，所述天线振子11与射频放大单元2直接相连或两两合路后与射频放大单元2直接相连，天线振子11为可根据不同***需要使用不同频段的双极化振子。

如图5～图7所示，上述天线阵列1可根据不同频段选择对应频段的天线振子11，也可根据天线辐射参数的不同选择不同数量以及形式的天线振子11。双极化振子其中一个主极化方向实现主通路下行信号的发射和上行信号的接收，另一个极化方向实现分集通路上行信号的接收。

上述天线反射板5为天线阵列1的载体，调整天线辐射性能，并实现天线阵列1和内部射频放大单元2、电源与监控单元4的电磁隔离。天线反射板5承载着天线阵列1，可以根据天线振子11辐射需求改变其尺寸或形状，同时反射板为全金属材质，反射板5上面的固定孔必须用金属螺钉固定，达到金属屏蔽的效果，从而使天线振子11辐射的信号不能通过反射板5的空隙干扰射频放大单元2和电源与监控单元4。

上述天线罩6用防水材料制成，为天线阵列1以及内部其他部分提供防水保护。

上述散热板7，作为内部所有部件的载体，内部有源模块通过散热板进行自然散热，并与天线罩6一起对天线内部提供防水保护。散热板承载着射频放大单元2、电源与监控单元4、反射板5等内部所有部分，其中射频放大单元2与电源直接紧贴散热板，所产生的热量传导到散热板7自然散热到外部，保证***工作的稳定性，并与天线罩6一起形成一个封闭的整体，保证***内部的不进水。

综上所述，本发明结构新颖、一体化程度高且功耗低、性能可靠，因此应用前景广阔。

以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种有源一体化天线***，包括天线基座，天线基座装有天线阵列(1)、馈电网络(3)及电源与监控单元(4)，其特征在于：所述天线基座还装有射频放大单元(2)，射频放大单元(2)与馈电网络(3)和电源与监控单元(4)连接，使得射频放大单元(2)集成于天线***中，以在天线***实现对射频信号的接收与发射的同时，能够实现信号的有源放大与控制，

所述射频放大单元(2)包括一个上下行完整放大电路(21)和一个单上行分集放大电路(22)；  

所述上下行完整放大电路(21)包括两个双工器(211)、上行信号放大电路(212)、下行信号放大电路(213)、上行射频控制电路(214)、下行射频控制电路(215)和射频监控电路(216)，所述两个双工器(211)与上行信号放大电路(212)、下行信号放大电路(213)、上行射频控制电路(214)、下行射频控制电路(215)两两相连形成合路，所述射频监控电路(216)分别与上行射频控制电路(214)和下行射频控制电路(215)相连，所述一个双工器(211)还与天线阵列(1)相连，另一个双工器(211)与馈电网络(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种有源一体化天线***，其特征在于：所述天线基座由天线反射板(5)和散热板(7)组成，所述天线反射板(5)和散热板(7)与天线罩(6)组合形成一空腔，上述天线阵列(1)、射频放大单元(2)、馈电网络(3)及电源与监控单元(4)容置于该空腔内共同构成一体化的天线***，反射板(5)、天线罩(6)与散热板(7)构成一既防水又散热的天线***外壳。

3.根据权利要求1所述的一种有源一体化天线***，其特征在于：所述单上行分集放大电路(22)包括两个滤波器(221)、上行信号放大电路(212)和上行射频控制电路(214)，所述两个滤波器(221)与上行信号放大电路(212)和上行射频控制电路(214)相连，构成串联电路，其中，一个滤波器(221)还与天线阵列(1)相连，另一个滤波器(221)与馈电网络(3)相连。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种有源一体化天线***，其特征在于：所述天线阵列(1)由多个天线振子(11)组成，所述天线振子(11)与射频放大单元(2)直接相连或两两合路后与射频放大单元(2)直接相连。

5.根据权利要求4所述的一种有源一体化天线***，其特征在于：所述天线振子(11)为可根据不同***需要使用不同频段的双极化振子。

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