CN2755871Y - 直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置，通过将耦合校准网络与直线排列的智能天线阵组合成一体，使直线排列的智能天线阵具有耦合校准网络的校准功能。包括N个天线单元、N个耦合器和若干个功率分路/合路器(N≥2)。N个天线单元(21)成直线排列成直线天线阵；耦合器是微带定向耦合器，由两条近距离的金属平行微带组成；N个微带定向耦合器与若干个功率分路/合路器制作在一块校准耦合网络电路板(32)上，该电路板设置在直线天线阵辐射方向的后面，N个微带定向耦合器在校准耦合网络电路板上的分布随N个天线单元一一对应地分布；一块金属反射板(31)，设置在校准耦合网络电路板(32)后面，使直线天线阵实现定向覆盖。

Description

直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置
技术领域
本实用新型涉及无线通信***中使用的天线阵，更确切地说是涉及应用在移动通信***中的一种智能天线阵的耦合校准网络装置。
背景技术
近年来，在无线通信技术领域内，特别是在运用4GHz以下通信频段的无线通信技术领域内，智能天线阵的研究与开发已进入到实用阶段。
99111350.0中国发明专利技术中给出一种用于实时校准智能天线阵的方法和装置，其方法包括：设置由耦合结构、馈电电缆及信标收发信机连接构成的校准链路，其中的耦合结构与智能天线阵的N个天线单元成耦合连接，信标收发信机通过数字总线与基站的基带处理器连接；先利用矢量网络分析仪对耦合结构进行校准，分别记录其接收与发射传输***；然后再分别进行接收校准与发射校准。该专利技术中所建议的耦合结构的技术方案有两种：一种是使用一个耦合器与功分器组成的无源网络来实现耦合结构对智能天线阵的馈电与校准；另一种是使用一个在几何结构上对称的、处于天线近场区域的信标天线来对智能天线***进行校准。
01120547.4中国发明专利技术中给出一种无线通信***环形智能天线阵的耦合校准网络及耦合校准方法，该耦合校准网络包括N个天线单元、N个耦合器和若干个功率分路/合路器。N个天线单元成环形设置在一支撑体上，N个耦合器和若干个功率分路/合路器制作在一印刷电路板上，该印刷电路板固定在支撑体下方。
在该专利技术中，耦合校准包括发射***校准和接收***校准两个过程：发射***校准时，由基站***的N个发信机经N个射频收发端分别对应N个天线单元发射已知功率的射频信号，对应的N个耦合器将部分功率耦合至功率分路/合路器进行功率合成，再经射频校准接口输入基站***对N个发信机进行发射校准处理。接收校准时，由基站***通过射频校准接口发射已知功率的射频信号，输入功率分路/合路器进行功率分配后输入N个耦合器，耦合的部分功率信号从N个射频收发端输入基站***，对N个收信机进行接收校准。
由于该专利技术中的耦合校准网络通过在天线单元附近直接设置耦合器，达到将部分信号能量耦合输出到基站***进行处理的目的，从而将向空间自由传播的信号能量减至极弱，即使天线阵附近有遮挡物，被遮挡物反射回来的信号对接收天线的影响也是极其微弱的，可确保产生的误差值在校准精度范围内，这样就从根本上解决了基站***无线发射机及无线接收机的发射及接收校准精度受安装环境和架设地域影响的问题。
随着智能天线阵研制技术的发展，当前的智能天线阵已从技术相对成熟的环形排列(实现全向覆盖)向着直线排列(实现定向覆盖)发展，相应地也需要设计出一种用于直线排列的智能天线阵的耦合校准网络装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置，应用于直线排列的智能天线阵上，使直线排列的智能天线阵同环形排列的智能天线阵一样，也具有耦合校准网络的校准功能。
实现本实用新型目的的技术方案是：一种直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置，应用在由N个天线单元直线排列构成的直线天线阵上，N为大于等于2的正整数，其特征在于：
所述的耦合校准网络装置包括一校准耦合网络电路板，设置在所述直线天线阵辐射方向的后面，包括N个耦合器，所述耦合器在校准耦合网络电路板上的分布随N个天线单元一一对应地分布；还包括一块金属反射板，该金属反射板设置在所述校准耦合网络电路板后面，使直线天线阵实现定向覆盖。
所述的校准耦合网络电路板上设置有N个连接头，连接头连接天线单元和所述的耦合器。
所述的连接头是射频连接器或通过焊接射频电缆构成。
所述的连接头连接在天线单元的中部或上部或下部。
所述的耦合校准装置还包括功率分路/合路器，与所述的N个耦合器连接，所述的N个耦合器与功率分路/合路器皆制作在所述的校准耦合网络电路板上。
所述的校准耦合网络电路板上还设置有N个天线阵输入/输出接头和一个校准口输入/输出接头，N个天线阵输入/输出接头对应连接N个耦合器与基站***的N个射频收发信机；一个校准口输入/输出接头连接功率分路/合路器与基站***的射频校准接口。
所述校准耦合网络电路板上的耦合器为微带定向耦合器，由两条近距离的金属平行微带构成，每一个微带定向耦合器的一条微带一端对应连接一个天线单元，该微带的另一端对应连接一个连接头，每一个微带定向耦合器的另一条微带一端连接功率分路/合路器，该微带的另一端接地。
所述直线天线阵的排列成直线的N个天线单元等间隔或不等间隔排列。
所述的直线天线阵固定在一支撑体上，该支撑体和所述的校准耦合网络电路板固定在所述的金属反射板上。
本实用新型的直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置，将耦合校准网络与直线排列的智能天线阵组合成一体，在直线排列的每个天线单元附近都设置一个微带定向耦合器，各微带定向耦合器在印刷电路板上的分布随对应的天线单元在支撑体上的分布而分布，其定向耦合作用通过两条微带间的信号耦合实现，达到将部分信号能量耦合传输给基站***的目的，还可确保将产生的误差值控制在校准精度范围内。由于将多个完全相同的微带定向耦合器制作在一块印刷电路板上，可从工程设计上保证多个微带定向耦合器的性能一致性，有利于产品的生产与调试，简化产品生产过程和提高校准的精确度。
附图说明
图1是一个8天线单元的耦合校准网络电路原理图；
图2是一个8天线单元的直线排列的智能天线阵校准网络装置结构示意图。
具体实施方式
图1中所示是8(N＝8)天线单元智能天线阵耦合校准网络的实施电路设计，实施例采用1:2(一路分两路或两路合一路)的功率分路/合路器。
实施电路包括8个天线单元21、8个完全相同的微带定向耦合器22、7个功率分路/合路器23、8个射频连接器24、8个射频收发接口25和一个射频校准接口26。每个天线单元21通过射频连接器24连接微带定向耦合器22，与微带定向耦合器22连接的射频收发接口25连接基站***的射频收发信机。8个微带定向耦合器22通过7个功率分路/合路器23的合路/分路端与射频校准接口26连接，射频校准接口26与基站***连接。
功率分路/合路器23的个数由其分路/合路数决定，图中实施例采用1:2的功率分路/合路器，因而共需要7个功率分路/合路器来完成8路信号的分/合路，若采用1:3的功率分路/合路器，在设置9个天线单元及9个微带定向耦合器时，则需要4个功率分路/合路器来完成9路信号的分/合路。
微带定向耦合器22是制作在印刷电路板上的两条近距离的金属平行微带，故而具有极佳的产品性能一致性。微带定向耦合器22在印刷电路板上的分布与天线单元在支撑体上的分布应保持一致。每个微带定向耦合器22的一条微带，其一端对应连接一个天线单元21，另一端连接基站***对应的射频收发信机的射频收发端，每个微带定向耦合器22的另一条微带，一端接地，另一端连接功率分路/合路器的分路/合路端。
该耦合校准网络在对基站作无线发射***校准时，基站的8个发信机分别利用射频收发接口25向对应的天线单元21发射已知功率的射频信号，通过微带定向耦合器22的耦合作用，将部分信号能量耦合到功率分路/合路器23，然后经过多级功率分路/合路器23，对8路输入信号进行合路，合路信号通过射频校准接口26进入基站***发信机进行计算处理，实现对无线发射***的校准。
该耦合校准网络在对基站作无线接收***校准时，基站发射一个已知功率的射频信号，并从射频校准接口26输入，该射频信号经过多级功率分路/合路器23，将一路射频分配为8路并到达每一个微带定向耦合器22的一个输入端，通过微带定向耦合器22的耦合作用，耦合到对应的天线单元21并通过各射频接口25将耦合信号输入基站***的各无线接收机进行计算处理，实现对无线接收***的校准。
参见图2，图中示出一个8天线单元的直线排列的智能天线阵校准网络装置结构。8个天线单元21成直线排列，对于直线排列的天线阵，其扇区覆盖设计为定向覆盖，天线阵覆盖角度小于180度。
8个直线排列的天线单元21固定在一个支撑体上(图中未示出支撑体，天线单元可以是辐射体如立柱，辐射体固定在支撑体上，也可以是微带电路，微带电路附着在支撑体上)，8个天线单元21可等间隔或不等间隔排列。一块校准耦合网络电路板32固定在8个直线排列的天线单元21侧旁，两者间保持平行关系，图1所示电路中的微带定向耦合器22和功率分路/合路器23均制作在该校准耦合网络电路板32上，但要保持各微带定向耦合器22在电路板32上的分布随各自连接的天线单元21在支撑体上的分布而分布(等间隔或不等间隔)，实现各天线单元21与对应的微带定向耦合器22间的连接。校准耦合网络电路板32底部引出8个天线阵输入/输出接头34和一个校准口输入/输出接头35，该天线阵输入/输出接头34可以是射频收发接口25也可通过直接焊接电缆与基站***连接，该校准口输入/输出接头35可以是射频校准接口26也可通过直接焊接电缆与基站***连接。
对于直线排列的扇区天线阵，天线阵覆盖角度是小于180度的定向覆盖，所以天线阵的后面还应该设置金属反射板31，该金属反射板31起到后向隔离、固定天线单元支撑体和整个天线阵的工程安装固定作用。校准耦合网络电路板32安装在金属反射板31上，通过电缆或连接器与每个天线单元相联。
图中33是校准耦合网络和天线单元的连接头，可以是射频连接器24，即利用射频连接器24直接连接，也可以是电缆连接头，即采用焊接电缆连接。连接位置可以在天线单元21的中部或者天线单元21的上部或下部(如图中所示)。
所示实施例的直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置，直线排列的智能天线阵、校准耦合网络电路板32与金属反射板31间从前至后依序成平行设置，即校准耦合网络电路板32设置在直线排列的智能天线阵辐射方向的后面，金属反射板31设置在校准耦合网络电路板32后面，使直线天线阵实现定向覆盖。
本实用新型根据直线排列的智能天线阵的实际情况，重新考虑耦合校准网络电路板的排列和校准网络的安装位置，设计出一种适合直线阵排列的智能天线阵的耦合校准网络装置，用在直线排列的智能天线阵上，使直线排列的智能天线阵同环形排列的智能天线阵相同，具有耦合校准网络的耦合校准功能。
上述实施例是8天线单元的智能天线阵的耦合校准网络装置，按相同的原理也可设计2天线单元、4天线单元、12天线单元等的直线排列的智能天线阵的耦合校准网络装置(N≥2)。

Claims (10)

1.一种直线排列智能天线阵的耦合校准网络装置，应用在由N个天线单元直线排列构成的直线天线阵上，N为大于等于2的正整数，其特征在于：
所述的耦合校准网络装置包括一校准耦合网络电路板，设置在所述直线天线阵辐射方向的后面，包括N个耦合器，所述耦合器在校准耦合网络电路板上的分布随N个天线单元一一对应地分布；还包括一块金属反射板，该金属反射板设置在所述校准耦合网络电路板后面，使直线天线阵实现定向覆盖。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的校准耦合网络电路板上设置有N个连接头，连接头连接天线单元和所述的耦合器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的连接头是射频连接器或通过焊接射频电缆构成。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的连接头连接在天线单元的中部或上部或下部。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的耦合校准装置还包括功率分路/合路器，与所述的N个耦合器连接，所述的N个耦合器与功率分路/合路器皆制作在所述的校准耦合网络电路板上。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的校准耦合网络电路板上还设置有N个天线阵输入/输出接头和一个校准口输入/输出接头，N个天线阵输入/输出接头对应连接N个耦合器与基站***的N个射频收发信机；一个校准口输入/输出接头连接功率分路/合路器与基站***的射频校准接口。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述校准耦合网络电路板上的耦合器为微带定向耦合器，由两条近距离的金属平行微带构成，每一个微带定向耦合器的一条微带一端对应连接一个天线单元，该微带的另一端对应连接一个连接头，每一个微带定向耦合器的另一条微带一端连接功率分路/合路器，该微带的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述直线天线阵的排列成直线的N个天线单元等间隔或不等间隔排列。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的直线天线阵固定在一支撑体上，该支撑体和所述的校准耦合网络电路板固定在所述的金属反射板上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述的天线单元是固定在支撑体上的辐射体或者是附着在支撑体上的微带电路。
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