CN101218710B - 用于点对点应用的改进转发天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于微波范围内的电信系统的点对点应用的转发天线(130，200)，该转发天线用于将传输从第一站点的第一无线电单元(110)连接到第二站点的第二无线电单元(160)。转发天线基本上是平面的，并且设计为具有至少第一(120)和第二(150)天线波束的行波天线，使得第一波束(120)可用于和所述第一无线电单元(110)进行来回传输，且第二波束可用于和所述第二无线电单元(160)进行来回传输。

Description

用于点对点应用的改进转发天线
技术领域
本发明公开一种用于微波范围内的电信系统的点对点应用的转发天线，该转发天线用于将传输从第一站点的第一无线电单元连接到第二站点的第二无线电单元。
背景技术
在微波范围内的诸如蜂窝电话系统的电信系统中，在基站尝试与位于基站覆盖区域中的用户进行通信时，可能存在许多问题。在城市地区中，这类问题的实例可能是高层建筑物阻碍到某些子区域的视线，或者在某些子区域中，用户的密度可能超过基站可处理的程度。
处理这些问题的一种方式是安装可覆盖所关注子区域的其它基站，通常是具有较小容量的基站，即所谓的“皮可站”。这些“皮可站”则需要以某种方式与网络连接，其中适当地采用皮可站作为点对点连接中的其中一个点。由于所关注子区域通常没有到基站的视线(LOS)，因此，所述点对点连接可通过转发站来建立，转发站从基站或者从网络中的高层指向“皮可站”。
常规的转发天线(repeater antenna)通常是由两个反射面天线设计而成的，这两个反射面天线往往是抛物柱面反射器天线，且通过波导连接并指向不同方向。由于诸如美学考虑以及找到用于转发器地点的充分空间的困难之类的许多因素，特别是在城市地区安装这类转发器正变得越来越困难。
另一种先前已知的转发器只是一大块反射材料，如金属。这样一种转发器具有许多缺点，例如因低方向性而引起的高损耗，并且一般不适合用于城市地区。
发明内容
如上所述，因而在点对点的电信系统中需要一种克服已知转发天线的以上所述缺点的转发天线。
本发明解决了这种需要，因为它公开一种用于微波范围内的电信系统的点对点应用的转发天线，该转发天线用于将传输从第一站点的第一无线电单元连接到第二站点的第二无线电单元。
转发天线基本上是平面的，并且设计为具有至少第一和第二天线波束的行波天线，这意味着，第一波束可用于和诸如基站的第一无线电单元进行来回传输，并且第二波束可用于和适当地为“皮可站”的第二无线电单元进行来回传输。
在一个实施例中，转发天线包括在一块导电材料上创建的天线元件，该转发天线还包括通过电介质材料与这些天线元件间隔开的地平面。
本发明的实施例提供一种转发天线，用于微波范围内的电信系统的点对点应用中，所述转发天线用于连接从第一站点的第一无线电单元到第二站点的第二无线电单元的传输，所述转发天线的特征在于，它基本上是平面的，并且设计为具有至少第一和第二天线波束的行波天线，使得所述第一波束可用于和所述第一无线电单元进行来回传输，并且所述第二波束可用于和所述第二无线电单元进行来回传输。
进一步地，上述转发天线可以包括在一块导电材料上创建的天线元件，所述天线还包括通过电介质材料与所述天线元件间隔开的地平面。
进一步地，上述转发天线除了基本上是平面之外，其基本上还是平坦的。
进一步地，上述转发天线可以是无源转发天线或者有源转发天线。
附图说明
在以下描述中，参照附图更详细地描述本发明，附图中：
图1示出在其中可应用本发明的系统的示意图，以及
图2-6示出本发明的转发天线的不同实施例。
具体实施方式
图1示出其中可采用本发明的转发天线的系统100。所示系统100是蜂窝电话系统，它应当仅看作是用于帮助说明本发明的实施例的一个实例，如本领域的技术人员已知的那样，转发天线可用于大量其它的应用中。
蜂窝系统100中的第一无线电单元110(在这种情况下为无线电基站)无法向其小区中的某个区域提供充分的服务，因为建筑物170阻碍了基站110对该区域的无线电覆盖。
为了服务于受阻碍区域，将第二无线电单元或基站160部署在建筑物170上，使得基站160的天线可覆盖受阻碍区域。第二无线电单元160可以是与基站110类似的基站，但它也可以是与基站110相比具有减小容量的基站，即所谓的“皮可站”。
为了将第一无线电单元110与第二无线电单元160连接，将本发明的转发天线130部署在建筑物140的某个位置上，它在这个位置上可将基站110与皮可站160连接。
为了使系统100的运营商能够在许多位置上部署转发天线130而不会引起过多的美学破坏，转发天线130基本上是平面的，因而可易于与背景合为一体，尤其是在由适当的天线罩覆盖时。
转发天线130具有第一天线波束120和第二天线波束150，通过它们可同时覆盖基站110、160。
如图1所示，第一波束120用于将转发天线130与基站110连接，换言之，第一波束用于在转发器130与基站110之间进行传输，并且转发器130的第二波束150用于将转发天线130与基站160连接，换言之，第二波束用于在转发器130与“皮可”站160之间进行传输。
现在参照图2-6来描述转发天线130的设计以及所述设计的一些变化。
图2示出本发明使用的天线200的一个实例。天线200是所谓的“行波”类型的阵列天线，其中具有相互之间间隔中心距离D串联设置的至少第一辐射元件211和第二辐射元件212。由于辐射元件相互串联，所以存在与天线200的输入/输出端口222、223附接的第一“端元件”211和第二“端元件”。
如图2所示，天线200具有第一和第二天线波束232、233，它们中的每个与天线端口222、223其中之一关联。这意味着，通过访问第一端口222可使用第一波束232，并且通过类似的方式，第二波束233与第二端口223关联。波束之间的角度由天线的天线元件之间的中心距离D决定。
在图2中还可以看到，行波天线的两个天线波束相对于在垂直于天线的方向上延伸的假象线是彼此的“镜像”。因此，这两个波束有时称作“加”或“减”方向。
图3示出本发明的天线的另一种形式300。在这种形式中，天线300包括结合图2说明和描述的种类的多个行波天线。在图3中，示出三个天线310、311、312，但天线的数量无疑可相当自由地改变。
根据前面所述的原理，三个行波天线的使用将产生六个不同的天线波束3L-3R，各波束与六个不同的天线端口331-337其中之一关联。
如果天线300将用于所谓的MIMO应用，则这可通过以下方式来进行：MIMO(多输入多输出)系统通过具有M个波束的天线传送N个数据流，其中M≥2N，且在不同的天线波束之间具有适当程度的解相关。一个MIMO波束可在这M个天线波束的每一个中被接收，并在其中的另一个天线波束中重传，其中由于天线的设计和使用使得在分别用于接收和重传的天线波束之间存在充分的解相关，从而使MIMO数据流之间的解相关在重传时被保持。
在图4a中，示出根据本发明的天线400的一种备选形式。天线400与图3所示的天线300之间的主要差别在于，天线300包括三个一维行波天线，通过它们可创建六个波束(每个天线各两个)，它们全部处于相同的仰角平面。
与天线300相比，图4中的天线400包括多个一维行波阵列410-440，它们在其相应末端还互连，因而创建二维阵列天线。该二维阵列天线是本领域的技术人员众所周知的概念，因此这里不进行详细描述。但是，如图4所示，天线400包括交换单元450和连接点460。连接到460处的天线的数据流可通过交换单元与图4所示的点A、B、C或D中的任一个点连接。
在图4b中，示出在与相应点A、B、C、D中的每个点连接时创建的四个不同的天线波束。图中将这些波束示为与图4a中的天线处于相同的平面，即处于相对于纸张“面向上”的平面中。
在图5中，示出本发明使用的一个备选天线500。天线500与图4所示的天线的相似之处在于，它包括多个一维行波阵列511、521、531、541，它们也在其相应末端互连，因而创建二维阵列天线，但在天线500中，可变相移器510设置在各个阵列的辐射元件之间，并且可变相移器520设置在将一维阵列相互连接的连接上。
在两个点A和B上对天线馈电，这两个点均如图6所示，天线产生两个波束，这两个波束均可通过相移器自适应地控制，其方式是众所周知的，其中相移器510用来控制第一方向的天线波束，且相移器520用来控制基本上与第一方向垂直的第二方向的天线波束。
到天线的连接是经由连接点A和B建立的。
也可在与图4的天线400配合使用的四个点中对天线500馈电，在此情况下将产生四个波束。
毫无疑问，天线500可以改变，例如它无需包括图5所示的所有相移器510、520。
本发明不限于以上所示的实施例的实例，而是可以在所附专利权利要求书的范围内自由改变。例如，作为行波天线的天线可通过与以上所示不同的方式来设计，并且不包括谐振元件。所谓的漏泄电缆是没有谐振元件的行波天线的一个实例。
图6示出行波天线的实施例600的另一个实例：波导具有用作辐射元件的多个孔610-660。与图2所示的天线200相似，分别在天线的两个端点A和B处对天线600馈电，并且与天线200相似，该天线创建两个波束。

Claims (6)

1.一种转发天线(130，200)，用于微波范围内的电信系统的点对点应用中，所述转发天线(130，200)用于连接从第一站点的第一无线电单元(110)到第二站点的第二无线电单元(160)的传输，所述转发天线的特征在于，它基本上是平面的，并且设计为具有至少第一(120)和第二(150)天线波束的行波天线，使得所述第一波束(120)可用于和所述第一无线电单元(110)进行来回传输，并且所述第二波束可用于和所述第二无线电单元(160)进行来回传输。
2.如权利要求1所述的转发天线，其特征在于，包括在一块导电材料上创建的天线元件，所述天线还包括通过电介质材料与所述天线元件间隔开的地平面。
3.如权利要求1所述的转发天线，其特征在于，除了基本上是平面之外，其基本上还是平坦的。
4.如权利要求2所述的转发天线，其特征在于，除了基本上是平面之外，其基本上还是平坦的。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的转发天线，其特征在于，它是无源转发天线。
6.如权利要求1-4中的任一项所述的转发天线，其特征在于，它是有源转发天线。
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