CN1268788A - 通信***用有源天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在DECT这样采用时分双工通信***中使用的有源天线,包括有源电路,所述的有源电路由发射放大装置、接收放大装置、收发转换控制装置连接构成;所述的有源电路在收发控制信号的控制下,完成对室内通信信号的放大发射和对室外通信信号的放大接收。利用此有源天线可以克服信号衰落,弥补电缆损耗,***的功能得到很大改善,使基于DECT的无线本地环路***的通信距离达到15Km。

Description

通信***用有源天线
本发明属于通信技术领域，特别涉及在诸如DECT这样的采用时分双工(TDD)的通信***中使用的天线。
基于欧洲数字无绳电话***(以下简称DECT)标准的无线接入***越来越引起人们的兴趣，除了DECT标准本身其他因素以外，其所工作的频率的固有传播特性也是该***通信距离受到制约的主要原因。具体讲，由于DECT工作在1900MHZ频率，各种建筑物和树木遮挡引起的信号衰落比较严重，使一个处在距离基站较近的某建筑物的底层的用户同外界通信都比较困难，而对于处在距离基站较远位置的用户，克服遮挡引起的通信困难的能力就更差。为了解决上述问题，可考虑把天线安装在室外高杆上，然后通过射频电缆把天线和其他部分连接起来。然而由于电缆的相当大的传输损耗，这样简单的改进并不能使***性能获得多少好处。
本发明的目的就是设计一种有源天线，利用此有源天线，***的性能将得到很大的改善，可有效克服信号衰落，降低电缆的传输损耗，使基于DECT的无线本地环路***的通信距离达到15km。
为达到上述目的，本发明的一种通信***用有源天线，包括有源电路，所述的有源电路由发射放大装置、接收放大装置、收发转换控制装置连接构成；所述的有源电路在收发控制信号的控制下，完成对室内通信信号的放大发射和对室外通信信号的放大接收。
所述的发射放大装置、接收装置分别为发射放大器、接收放大器；所述的收发转换控制装置由收发转换开关、控制电路和其他附属电路连接构成。
所述的其他附属电路由高通滤波器、低通滤波器、解调器连接构成，完成对室内信号的滤波和解调。
所述的室内信号包括已调载波通信信号、收发控制信号和电路工作用直流电源信号。
所述的收发控制信号通过控制电路控制收发转换开关，使有源电路在接收工作模式和发射工作模式之间进行转换，通过在收发两种工作模式之间增加一个既不工作于发射模式也不工作与接收工作模式的收发同时停止的工作状态，防止有源电路产生自激振荡。
所述的收发控制信号在室内设备中产生并调制在低于通信工作频率的载波上，其调制方式可以采用幅度调制、频率调制、相位调制。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是给出了本发明提出的有源天线构成框图。
图2是收发转换开关的另一种表示图
图3是收发转换开关工作的过渡期图
图4是收发转换开关防止自激振荡时工作的过渡期图
图5是控制电路的控制原理图
根据图1，本有源天线由标号为101的天线和标号为301的通常被称为塔放的有源电路两部分组成。为了保证用户之间的双向通信，有源电路301能够把整个通信***的其他设备(以下简称室内设备)送到端口114的通信信号放大然后经天线辐射出去，同时也要求有源电路301能够把从天线(101)接收到的信号放大后送到114。根据DECT标准，这两种工作方式在时间上是分开的，通常称之为时分双工。为满足这种要求，如图1所示，有源电路301主要包括：发射放大器104、接收放大器105、收发转换开关201和202、控制电路111和其他附属电路。同时，在使用本有源天线的通信***中，典型地，要求室内设备送到114的信号中包含以下三种信号：已调载波通信信号，限定有源电路工作状态的控制信号(简称收发控制信号)和电路工作必须的直流电源信号。其中的收发控制信号，是在室内设备中产生并调制在低于通信工作频率的某一载波上，然后同直流电源信号以及通信信号混合后经射频电缆一起传送到有源天线的114端口的。其中，当***只需要从有源天线接收信号时，室内设备沿射频电缆传送到有源天线的信号中只有直流电源和收发控制信号。收发控制信号的调制可以采用幅度调制、频率调制、相位调制等各种方式，与此相对应，解调器110的选择也就不同。
***工作时，由低通滤波器109从信号10中滤出频率较低的控制信号和直流电源信号，然后把直流电源信号经低通滤波器113进一步滤波得到整机工作直流电源。其中的控制信号则在经过高通滤波器112滤波后送到解调器110，解调出的收发控制信号被送到控制电路111中做进一步处理，得到控制J1、J2、J3、J4、J5、J6所需要的控制信号。
当***要求把信号10中已调载波通信信号经天线辐射出去(以下简称发射工作模式)时，加到J1、J2、J3的控制信号使开关102、106接通、发射放大器104正常工作；加到J4、J5、J6的控制信号使开关103、107断开、接收放大器105不工作。这样，信号10经高通滤波器108滤除控制信号和直流电源信号后再依次经过路径6、开关106、放大器104放大和开关102后到达天线101并由天线101辐射出去。
当***要求把从天线101接收到的信号传送到端口114(以下简称接收工作模式)时，加到J1、J2、J3的控制信号使开关102、106断开、发射放大器104不工作；加到J4、J5、J6的控制信号使开关103、107接通、接收放大器105正常工作。这样，从天线101接收到的信号1依次经过开关103、放大器105放大、开关107和高通滤波器108后到达端口114。
图1中的两个收发开关201和202当然可以表示成图2A和图2B所示的那样，但按照图1所示的方式会更有利于以下设计思想的描述。容易理解的是，在某一时刻，塔放301要么工作于发射模式，要么工作于接收模式，不可能同时工作在两种状态。因此容易想到的一种控制收发转换的简单方法就是，让控制信号J1、J2、J3和控制信号J4、J5、J6的极性相反，如图3所示。事实上，无论是控制信号的速度或是开关的响应时间都是有限的，于是便会出现图3所示的所谓过渡期，在这个固有的过渡期内，原来处于接通状态的开关开始逐步趋向断开，伴随的是***损耗逐步增加；原来处于断开状态的开关开始逐步趋向接通，伴随的是***损耗逐步减小；原来停止工作的放大器开始逐步趋向正常工作状态，伴随的是在规定方向传输增益逐步增加；原来正常工作的放大器开始逐步趋向停止工作，伴随的是在规定方向传输增益逐步减小。在此过渡期的一段时间里，开关102、103、106和107同时处于***损耗较大的准接通状态，放大器104和105同时处于在规定方向传输增益较低的准正常工作状态。于是，依次沿着开关106、发射放大器104、开关102、开关103、接收放大器105、开关107又到开关106构成了一个闭合的信号通路，使整个有源电路部分极易产生自激振荡，从而影响电路的正常工作。
根据本专利，使有源电路避免产生自激振荡的解决方法是，在有源电路收发两种工作模式转换之间增加一个既不工作于发射模式也不工作于接收模式的收发同时停止工作状态。具体在表现在控制信号上的变化如图4所示。总的设计思路是在发射工作模式向接收工作模式转换时，先停止发射工作，然后再启动接收工作模式；在接收工作模式向发射工作模式转换时，先停止接收工作，然后再启动发射工作模式。图4中说明性地假定开关102、103、106、107均是在控制信号为高电平时接通、低电平时断开；发射放大器104和接收放大器均是在控制信号为高电平时工作与正常放大状态、低电平时停止工作。
作为一个说明性的示例，我们依旧坚持图4中的假定，并进一步假设室内设备中控制信号的调制采用的是简单的调幅方式，则图5所示电路示意性地给出了一种实现图4所示的控制关系的控制电路111的设计方法。由解调器110解调出的控制信号如图5中信号8所示，通过低通滤波器使控制信号的上升沿和下降沿变的缓慢，然后分别输入到电压比较器402的同相端和403的反相端。在电压比较器402中，反相端参考比较电平VTref的设置如信号410所示；在电压比较器403中，同相端参考比较电平VRref的设置如信号411所示。根据以上假定，把电压比较器402的输出作为J1、J2和J3的控制信号，信号波形如图5所示；把电压比较器403的输出作为J4、J5和J6的控制信号，信号波形如图所示。这两组控制信号的相对关系表明，这种设计可以满足图4所述要求。
本发明所述之方法主要是针对基于欧洲数字无绳电话标准的无线接入通信***的。但是，很明显，对于本领域的技术人员来讲，本发明揭示的方法很可以容易地用到其他方面，比如用于设计各种收发组件等。

Claims (6)

1、一种通信***用有源天线，包括有源电路，其特征在于：所述的有源电路由发射放大装置、接收放大装置、收发转换控制装置连接构成；所述的有源电路在收发控制信号的控制下，完成对室内通信信号的放大发射和对室外通信信号的放大接收。
2、如权利要求1所述的有源天线，其特征在于：所述的发射放大装置、接收装置分别为发射放大器(104)、接收放大器(105)；所述的收发转换控制装置由收发转换开关(201、202)、控制电路(111)和其他附属电路连接构成。
3、如权利要求2所述的有源天线，其特征在于：所述的其他附属电路由高通滤波器(108、112)、低通滤波器(109、113)、解调器(110)连接构成，完成对室内信号的滤波和解调。
4、如权利要求3所述的有源天线，其特征在于：所述的室内信号包括已调载波通信信号、收发控制信号和电路工作用直流电源信号。
5、如权利要求1或4所述的有源天线，其特征在于：所述的收发控制信号通过控制电路(111)控制收发转换开关(201、201)，使有源电路在接收工作模式和发射工作模式之间进行转换，通过在收发两种工作模式之间增加一个既不工作于发射模式也不工作与接收工作模式的收发同时停止的工作状态，防止有源电路产生自激振荡。
6、如权利要求5所述的有源天线，其特征在于：所述的收发控制信号在室内设备中产生并调制在低于通信工作频率的载波上，其调制方式可以采用幅度调制、频率调制、相位调制。
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