CN103840865B - 一种支持多种网络制式的智能天线设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支持多种网络制式的智能天线设备，其主要内容包括：第一合路器的合路端口与配置的第一天线阵列中的第一振子相连；第二合路器的合路端口与配置的第二天线阵列中的第二振子相连，其中，所述第二振子与所述第一振子的水平位置相同；第一合路器的第一分路端口和第二合路器的第一分路端口分别与第一功分器的两个分路端口相连，第一功分器的合路端口通过移相网络与多制式天线端口相连，所述第一功分器通过确定第一振子和第二振子输出下行信号的幅值和相位，使得输出的水平面方向波束图形状满足多种网络制式信号的覆盖要求，这样在不改变现有智能天线结构的情况下，实现了多种制式网络信号的共存，节省了***建设的资源。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种支持多种网络制式的智能天线设备。
背景技术
随着移动通信技术发展，目前除了由第二代全球移动通信息***（2GGSM）网络以及正在建设的第三代时分同步的码分多址技术（3G TD-SCDMA等）网络之外，即将进入***时分长期演进（4G TD-LTE）网络的时代。但是，支持2G、3G网络的大量客户群将在一段相当长的时间内存在，因此，现有的通信网络***中将出现多种通信网络制式并存的情况。
目前，多个网络运营商都拥有2G、3G多种制式的网络***，考虑到4G网络的应用，将使得天馈资源变得非常紧张，因此，实现2G和3G通信网络共站址以及共天线成为发展必要。
在现有技术中，运营商在部署基站天线时，为了满足2G、3G以及LTE等多种网络制式信号同时覆盖的要求，出现了以下两种天线的部署方式：
第一种方式：将支持GSM制式的天线与支持TD-SCDMA制式的天线（即智能天线）上下放置，如图1所示，为支持GSM制式的天线与支持TD-SCDMA制式的天线并排垂直放置的示意图。
其中，支持GSM制式的天线中通常包含了一组天线阵列，支持TD-SCDMA制式的天线中通常包含了多组天线阵列（如：四组天线阵列）。
具体地，在支持TD-SCDMA制式的天线的上方架设支持GSM制式的天线；或者在支持GSM制式的天线的上方架设支持TD-SCDMA制式的天线。
其中，支持GSM制式的天线能发射的GSM制式的网络信号的频率为900M和1800M，或者单900M，或者单1800M；支持TD-SCDMA制式的天线能发射的TD-SCDMA制式的网络信号的频率为FAD频段（即1880-1920MHz、2010-2025MHz、2500-2690MHz）。
具体地，上下放置的天线宽度介于2700-3000mm之间，严重限制了这种架构的天线的大规模应用。
第二种方式：将支持GSM制式的天线与支持TD-SCDMA制式的天线水平并排放置，如图2所示，为支持GSM制式的天线与支持TD-SCDMA制式的天线水平并排放置的示意图。
具体地，在支持TD-SCDMA制式的天线的一侧架设支持GSM900/1800M制式的天线，水平并排放置的天线宽度介于450-500mm之间。
虽然第二种方式缩短了天线的宽度，但是在支持GSM制式的天线与支持TD-SCDMA制式的天线的相交区域（见图2中椭圆部分），GSM900的二次谐波信号对TD制式的F频段的信号影响较大，将使得TD制式噪声电平提高，影响通信质量；
发明内容
本发明实施例提供了一种支持GSM网络制式的智能天线设备，用于解决现有技术中在不改变现有智能天线宽度的情况下，无法实现GSM网络制式与3G网络制式共用的问题。
一种支持多种网络制式的智能天线设备，包括：至少包含第一天线阵列和第二天线阵列的天线阵列组、第一合路器、第二合路器和第一功分器，其中：
第一合路器的合路端口与配置的第一天线阵列中的第一振子相连；
第二合路器的合路端口与配置的第二天线阵列中的第二振子相连，其中，所述第二振子与所述第一振子的水平位置相同；
第一合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，以及第二合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，第一功分器的合路端口通过移相网络与多制式天线端口相连；
所述第一功分器，用于确定第一振子和第二振子输出下行信号的幅值和相位。
本发明有益效果如下：
本发明实施例通过在现有的智能天线结构的框架中，将智能天线阵列组中的几组天线阵列中的振子按照以下方式进行连接：第一合路器的合路端口与配置的第一天线阵列中的第一振子相连；第二合路器的合路端口与配置的第二天线阵列中的第二振子相连，其中，所述第二振子与所述第一振子的水平位置相同；第一合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，以及第二合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，第一功分器的合路端口通过移相网络与多制式天线端口相连，所述第一功分器用于确定第一振子和第二振子输出下行信号的幅值和相位，这样在不改变现有智能天线结构的情况下，实现了多种制式网络信号和3G网络制式信号的共存，节省了***建设的资源。
附图说明
图1为支持GSM制式的天线与支持TD-SCDMA制式的天线并排垂直放置的示意图；
图2为支持GSM制式的天线与支持TD-SCDMA制式的天线水平并排放置的示意图；
图3为本发明实施例的一种支持多种网络制式的智能天线设备的结构示意图；
图4（a）为在第一功分器的作用下输出水平方向图示意；
图4（b）为在第一功分器的作用下输出水平方向图示意；
图5为一种支持多种网络制式的智能天线设备的结构示意图。
具体实施方式
为了实现本发明的目的，本发明实施例提供了一种支持多种网络制式的智能天线设备，通过在现有的智能天线结构的框架中，将智能天线阵列组中的几组天线阵列中的振子按照以下方式进行连接：第一合路器的合路端口与配置的第一天线阵列中的第一振子相连；第二合路器的合路端口与配置的第二天线阵列中的第二振子相连，其中，所述第二振子与所述第一振子的水平位置相同；第一合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，以及第二合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，第一功分器的合路端口通过移相网络与多制式天线端口相连，所述第一功分器用于确定第一振子和第二振子输出下行信号的幅值和相位，这样在不改变现有智能天线结构的情况下，实现了多种制式网络信号和3G网络制式信号的共存，节省了***建设的资源。
下面结合说明书附图对本发明各个实施例进行详细描述。
如图3所示，为本发明实施例的一种支持多种网络制式的智能天线设备的结构示意图。
其中，本发明实施例采用的是常用的多通道双极化智能天线。所述多通道双极化智能天线中每一个振子（又称为辐射单元）的工作频率具有以下特征：
每一个振子支持至少两种以上的网络制式，且两个网络制式的工作频段是有一定的频段间隔的。
例如：智能天线的一个振子支持GSM网络制式和3G网络制式，其中，支持GSM网络制式的频段为1710~1880MHz，支持3G网络制式的频段为1880~2025MHz。也就是说，该智能天线的振子可覆盖的信号的频段为1710~2025MHz。
具体地，所述支持多种网络制式的智能天线设备包括：至少包含第一天线阵列和第二天线阵列的天线阵列组、第一合路器、第二合路器和第一功分器，其中：
第一合路器的合路端口与配置的第一天线阵列中的第一振子相连；
第二合路器的合路端口与配置的第二天线阵列中的第二振子相连，其中，所述第二振子与所述第一振子的水平位置相同；
第一合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，以及第二合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，第一功分器的合路端口通过移相网络与多制式天线端口相连；
所述第一功分器，用于确定第一振子和第二振子输出下行信号的幅值和相位。
以4*4智能天线阵列为例，其中，该智能天线包含了4组天线阵列，每一组天线阵列中包含了4个振子，所述4组天线阵列的标号为11、12、13和14；每一组天线阵列中包含的4个振子的标号依次为1、2、3和4。
在上述智能天线阵列中实现GSM制式网络信号的覆盖，以GSM制式网络信号覆盖需要的天线阵列为两组天线阵列，假设配置的第一天线阵列为智能天线阵列组中标号为12的天线阵列，配置的第二天线阵列为智能天线阵列组中标号为13的天线阵列。具体地，
第一合路器21的合路端口与配置的第一天线阵列12中的第一振子121相连；
第二合路器31的合路端口与配置的第二天线阵列13中的第二振子131相连，其中，所述第二振子与所述第一振子的水平位置相同。
第一合路器21的第一分路端口与第一功分器41的第一分路端口相连，以及第二合路器31的第一分路端口与第一功分器41的第一分路端口相连，第一功分器41的合路端口通过移相网络与多制式天线端口相连。
所述第一合路器21，用于将接收到不同网络制式的信号在不同时刻通过不同的分路端口传输给天线振子。
需要说明的是，本发明实施例中涉及的合路器都具有第一合路器的功能，其中，第一合路器、第二合路器、第三合路器和第四合路器中的“第一”、“第二”、“第三”和“第四”只是用来区分合路器连接的振子不同，没有其他含义，并且合路器的功能相同。
所述第一功分器41，用于确定第一振子和第二振子的输出下行信号的幅值和相位。
由于功分器是一种将一路输入的下行信号的分成两路或者多路输出的器件，其中，各路输出下行信号的幅值和相位可以相同也可以不同，因此，第一功分器的合路端口通过移相网络接收到多制式天线输入的信号时，根据功分器设置的分配策略将接收到的信号的幅度和相位进行分离，形成两种下行信号，一个下行信号通过一路分路端口传输给第一振子，另一下行信号通过另一路分路端口传输给第二振子，由第一振子和第二振子按照接收到的下行信号发射出去。
其中，一个下行信号的幅度与另一下行信号的幅度可以相同也可以不同；一个下行信号的相位与另一下行信号的相位可以相同也可以不同。
较优地，当第一功分器为第一一分二功分器时，所述第一一分二功分器，在天线下行工作状态时用于将移相网络输入的下行信号按照特定的幅度比例和相位差进行分离，并将分离后的两路信号分别传输给第一振子和第二振子。
由于阵列天线在实现波束赋形时，是通过各阵元信号的幅值和相位产生特定的方向图形状，达到所需的覆盖要求，因此，最终生成的方向图形状取决于第一功分器所确定的幅值和相位。
第一功分器在对输入的下行信号的幅值和相位进行分离时，设定的划分比例不同，那么通过第一振子和第二振子输出下行信号所形成水平波束赋形的方向图也不同。
如图4（a）所示，为在第一功分器的作用下输出水平波束赋形的增益示意图，当幅相权值比为A=[0.5,1]，P=[15，0]时，得到水平波束赋形的方向图增益为BW＝63；如图4（b）所示，为在第一功分器的作用下输出水平波束赋形的增益示意图，当幅相权值比为A=[0.4,1]，P=[20，0]时，得到水平波束赋形的方向图增益为BW＝66。
较优地，所述设定的幅度比例为1:1，相位差相同；所述第一一分二功分器，用于将输入的下行信号的幅度比例进行均分、且相位差相同得到两路幅值相同、相位相同的下行信号。
较优地，当所述第一功分器为第一一分N路功分器，所述设备还包括：第N合路器，其中：
第N合路器的合路端口与配置的第N天线阵列的第N振子相连，其中，所述第N振子与所述第一振子的水平位置相同；
第N合路器的第一分路端口与第一N路功分器的第N路分路端口相连、第一合路器的第一分路端口与第一N路功分器的第一分路端口相连、第二合路器的第一分路端口与第一N路功分器的第二分路端口相连，第一N路功分器的合路端通过移相网络与多制式天线信号端口相连；
所述第一一分N路功分器，用于确定第一振子、第二振子和第N振子输出下行信号的幅值和相位，其中，N为大于2的正整数。
对于第一合路器的第二分路端口，所述第一合路器的第二分路端口与第一天线阵列中的另一个振子所连合路器的第二分路端口相连，连接的交点通过馈电网络与智能天线信号的输入端口相连。
较优地，如图5所示，为一种支持多种网络制式的智能天线设备的结构示意图，所述设备还包括：第三合路器22、第四合路器32、第二功分器42和电调设备51，其中：
第三合路器22的合路端口与配置的第一天线阵列中的第三振子122相连；
第四合路器32的合路端口与配置的第二天线阵列中的第四振子132相连，其中，所述第三振子与所述第四振子的水平位置相同；
第三合路器的第一分路端口与第二功分器的第一分路端口相连以及第四合路器的第一分路端口与第二功分器的第二分路端口相连，第一功分器合路端口和第二功分器的合路端口相连，连接的交点通过馈电网络与电调设备的输出端口相连，电调设备的输入端口与多制式天线信号端口相连；
所述电调设备51，用于调整第一天线阵列和第二天线阵列输出下行信号形成的波束赋形方向图的下倾角。
在本发明实施例中使用了电调设备，实现了智能天线与多种网络制式天线的下倾角的独立调整。
其中，所述多种网络制式包含了GSM网络制式、LTE网络制式中的至少一种或者多种。
所述天线阵列组中用于接收多种制式天线信号的振子支持的频率至少包括1710~2025MHz。
所述天线阵列组中用于接收智能天线信号的振子支持的频率至少包括1710~1880MHz、1880~1920MHz、2010~2025MHz和2500~2690MHz中的一种或者多种。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种支持多种网络制式的智能天线设备，其特征在于，包括：至少包含第一天线阵列和第二天线阵列的天线阵列组、第一合路器、第二合路器和第一功分器，其中：
第一合路器的合路端口与配置的第一天线阵列中的第一振子相连；
第二合路器的合路端口与配置的第二天线阵列中的第二振子相连，其中，所述第二振子与所述第一振子的水平位置相同；
第一合路器的第一分路端口与第一功分器的第一分路端口相连，以及第二合路器的第一分路端口与第一功分器的第二分路端口相连，第一功分器的合路端口通过移相网络与多制式天线端口相连；
所述第一功分器，用于确定第一振子和第二振子输出下行信号的幅值和相位。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述第一合路器的第二分路端口与第一天线阵列中的另一个振子所连合路器的第二分路端口相连，连接的交点通过馈电网络与智能天线端口相连。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一功分器为第一一分二功分器；
所述第一一分二功分器，用于将移相网络输入的下行信号按照设定的幅度比例和相位差进行分离，并将分离后的两路信号分别传输给第一振子和第二振子。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设定的幅度比例为1:1，相位差相同；
所述第一一分二功分器，用于将输入的下行信号的幅度比例进行均分、且相位差相同得到两路幅值相同、相位相同的下行信号。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一功分器为第一一分N路功分器；
所述设备还包括：第N合路器，其中：
第N合路器的合路端口与配置的第N天线阵列的第N振子相连，其中，所述第N振子与所述第一振子的水平位置相同；
第N合路器的第一分路端口与第一一分N路功分器的第N路分路端口相连、第一合路器的第一分路端口与第一一分N路功分器的第一分路端口相连以及第二合路器的第一分路端口与第一一分N路功分器的第二分路端口相连，第一一分N路功分器的合路端通过移相网络与多制式天线信号端口相连；
所述第一N路功分器，用于确定第一振子、第二振子和第N振子输出下行信号的幅值和相位，其中，N为大于2的正整数。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：第三合路器、第四合路器、第二功分器和电调设备，其中：
第三合路器的合路端口与配置的第一天线阵列中的第三振子相连；
第四合路器的合路端口与配置的第二天线阵列中的第四振子相连，其中，所述第三振子与所述第四振子的水平位置相同；
第三合路器的第一分路端口与第二功分器的第一分路端口相连以及第四合路器的第一分路端口与第二功分器的第二分路端口相连，第一功分器合路端口和第二功分器的合路端口相连，连接的交点通过馈电网络与电调设备的输出端口相连，电调设备的输入端口与多制式天线信号端口相连；
所述电调设备，用于调整第一天线阵列和第二天线阵列输出下行信号形成的波束赋形方向图的下倾角。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多种网络制式包含了GSM网络制式、LTE网络制式中的至少一种。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述天线阵列组中用于接收多种制式天线信号的振子支持的频率至少包括1710～2025MHz。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述天线阵列组中用于接收智能天线信号的振子支持的频率至少包括1710～1880MHz、1880～1920MHz、2010～2025MHz和2500～2690MHz中的一种。
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