CN102577168B - 内置收发模块的基站天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内置收发模块的基站天线装置，该基站天线装置包括：一个以上的天线元件，用于收发射频信号；收发模块，其与上述天线元件相连接，用于形成上述射频信号的发送路径及接收路径；数字控制模块，其向上述收发模块传输数字控制信号，来对上述天线元件收发的射频信号进行数字控制；以及电源供应器，其向上述收发模块和上述数字控制模块供给工作电源，在上述收发模块的内部具有数字相位调节器和数字衰减器，以便进行电子束控制，并且在天线元件以一体方式内置上述收发模块，从而具有减少功率损失，减少信号噪音，提高天线特性的效果。

Description

内置收发模块的基站天线装置
技术领域
本发明涉及一种内置收发模块的基站天线装置。更详细而言，涉及一种如下的内置收发模块的基站天线装置：在形成射频(RF)信号的发送路径及接收路径的收发模块的内部具有数字相位调节器和数字衰减器，以便能够继续拧电子方式束控制，并且在天线元件以一体化方式内置上述收发模块，从而能够减少功率损失，减少噪音，提高天线特性。
背景技术
图1是表示现有的基站天线装置10的简要的结构图。
如图1所示，现有的基站天线装置10由一个以上的收发射频信号的天线元件11和分配及结合上述射频信号的功率分配器12构成。
此时，上述基站天线装置10与基站1之间连接有电缆2，用于从上述基站1输入/输出上述射频信号，在上述基站1内部形成有收发部3，该收发部3用于形成从上述基站1传输到上述基站天线装置10的射频信号的发送路径或者形成从上述基站天线装置10传输到上述基站1的RF(Radio Frequency：射频)信号的接收路径。
然而，如此在基站1内部形成射频信号的发送路径及接收路径时，由于形成发送路径并为了放大所发送的射频信号而使用的高功率放大器4包括在基站1内部的收发部3，因此出现因相互连接上述基站天线装置10和上述基站1的电缆2而导致降低发送效率的问题，并且，由于为了提高发送效率而应当使用需要高功率的高功率放大器4，因此使用适合于由上述高功率放大器4所输出的高功率的电缆，因而出现对其进行的设置成本增加的问题。
不但如此，与此同时，由于形成接收路径并为了放大所接收的射频信号而使用的低噪声放大部5包括在基站1内部的收发部3，因此出现因相互连接上述基站天线装置10和上述基站3的电缆2而导致在上述接收的射频信号中产生信号噪音的问题。
因此，目前切实需要关于不仅能够减少功率损失，还能减少随之而来的费用，同时可以减少信号噪音的现实而应用度高的基站天线装置的技术。
发明内容
技术问题
因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种内置形成射频信号的发送路径及接收路径的收发模块来减少功率损失，并减少信号噪音的内置收发模块的基站天线装置。
并且，本发明的目的在于，提供一种上述收发模块所包括的发送部和接收部的内部具有数字相位调节器和数字衰减器来调节射频信号的相位和大小，从而提高天线特性的内置收发模块的基站天线装置。
而且，本发明的目的在于，在上述发送部和接收部的内部包括串行-并行信号变换模块，由此能够有效地实现与数字控制模块连接的控制线的结构，在上述发送部的内部具有自适应模拟线性化模块来改善高功率放大器的线性化，以便能够稳定地进行高质量的信号传输。
并且，本发明的目的在于，上述收发模块所包括的发送部和接收部的内部还包括相互变换作为高频率信号的射频信号和作为中频率信号的IF信号的混频部，来降低功率损失和设置成本。
解决问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明一实施例的内置收发模块的基站天线装置，其特征在于，包括：一个以上的天线元件，用于收发射频信号；收发模块，其与上述天线元件相连接，用于形成上述射频信号的发送路径及接收路径；数字控制模块，其向上述收发模块传输数字控制信号，来对上述天线元件收发的射频信号进行数字控制；以及电源供应器，其向上述收发模块和上述数字控制模块供给工作电源。
为了实现上述目的，根据本发明一实施例的内置收发模块的基站天线装置，其特征在于，包括：一个以上的天线元件，用于收发射频信号；收发模块，其与上述天线元件相连接，上述收发模块包括发送部、接收部和双工器，上述发送部形成上述射频信号的发送路径，该发送部包括数字衰减器、第一数字相位调节器、串行-并行信号变换模块、高功率放大器以及自适应模拟线性化模块，上述数字衰减器通过电子方式束控制对在上述发送路径形成的射频信号的大小进行调节，上述第一数字相位调节器通过电子方式束控制对在上述发送路径形成的上述射频信号的相位进行调节，上述串行-并行信号变换模块对上述数字衰减器和上述第一数字相位调节器进行并行控制，上述高功率放大器对在上述发送路径形成的射频信号的功率进行放大，上述自适应模拟线性化模块安装在上述高功率放大器来形成反馈回路，用于改善上述高功率放大器的线性度，上述接收部形成上述射频信号的接收路径，该接收部包括数字衰减器、第二数字相位调节器、串行-并行信号变换模块以及低噪声放大器，上述数字衰减器通过电子方式束控制对在上述接收路径形成的射频信号的大小进行调节，上述第二数字相位调节器通过电子方式束控制对在上述接收路径形成的射频信号的相位进行调节，上述串行-并行信号变换模块对上述数字衰减器和上述第二数字相位调节器进行并行控制，上述低噪声放大器对在上述接收路径形成的射频信号的功率进行放大来防止噪音，上述双工器将上述射频信号的发送信号及接收信号分离到在上述发送部形成的射频信号的发送路径及在上述接收部形成的射频信号的接收路径；数字控制模块，其对上述收发模块的发送部所包含的数字衰减器、接收部所包含的数字衰减器、第一数字相位调节器以及第二数字相位调节器进行数字控制，从而使通过天线元件收发的射频信号的相位和大小得以调节；以及电源供应器，其向上述收发模块和上述数字控制模块供给工作电源。
发明的效果
如上所述，本发明具有如下效果：提供一种内置有形成射频信号的发送路径及接收路径的收发模块，从而减少功率损失，并减少信号噪音的内置收发模块的基站天线装置。
并且，本发明还具有如下效果：提供一种应用主动相位排列技术的基站天线装置，上述主动相位排列技术在上述收发模块所包括的发送部和接收部的内部具有数字相位调节器和数字衰减器来调节射频信号的相位和大小，以便能够继续拧电子方式束控制，从而能够提高所需的区域内的天线波束的光束方向性及定向增益等天线特性。
而且，还具有如下效果：在上述发送部和接收部的内部包括串行-并行信号变换模块，由此能够有效地实现与数字控制模块连接的控制线的结构，在上述发送部的内部具有自适应模拟线性化模块来改善高功率放大器的线性化，从而能够稳定地进行高质量的信号传输。
此外，还具有如下效果：在上述收发模块所包括的发送部和接收部的内部还包括相互变换作为高频率信号的射频信号和作为中频率信号的IF信号的混频部，从而减少功率损失和设置成本。
附图说明
图1是表示现有基站天线装置的简要结构图。
图2是表示根据本发明的一实施例，由RF电缆与基站连接而内置收发模块的基站天线装置的简要结构图。
图3是表示在根据本发明的一实施例的基站天线装置的内部以一体型内置的收发模块的细部结构图。
图4是在图3的收发模块中追加串行-并行信号变换模块和自适应模拟线性化模块的结构图。
图5是表示根据本发明的其他实施例，由IF电缆与基站连接而内置收发模块的基站天线装置的简要结构图。
图6是表示在根据本发明的其他实施例的基站天线装置的内部以一体型内置的收发模块的细部结构图。
图7是在图6的收发模块中追加串行-并行信号变换模块和自适应模拟线性化模块的结构图。
具体实施方式
根据本发明的内置收发模块的基站天线装置100、200，通过接收从基站101、201传输的信号，发送到自由空间或者将从自由空间接收的信号传输到基站101、201。
以下，参照附图详细说明根据本发明的优选的一实施例。
图2是表示根据本发明的一实施例，由RF电缆与基站连接而内置收发模块的基站天线装置的简要结构图。
如图2所示，根据本发明的一实施例的内置收发模块的基站天线装置100包括：一个以上天线元件110，用于收发射频信号；收发模块120，其与上述天线元件110相连接，用于形成上述射频信号的发送路径及接收路径；数字控制模块130，其向上述收发模块120传输数字控制信号来对借助上述天线元件110收发的射频信号进行数字控制；以及电源供应器140，其向上述收发模块120和上述数字控制模块130供给工作电源。
并且，根据本发明的一实施例的内置收发模块的基站天线装置100还包括多个功率分配器150，上述多个功率分配器150针对相同的信号，对通过在上述收发模块形成的发送路径及接收路径来进行输入/输出的发送信号或者接收信号分别进行分配或结合。
在此，优选地，上述功率分配器150在上述收发模块120及上述基站101之间由RF电缆102来连接。
另一方面，在本发明的一实施例中，上述一个以上的天线元件110，为了向自由空间发送射频信号或者从自由空间接收射频信号，优选为，作为基站天线装置而广泛使用的具有双偏振特性的偶极子天线。
图3是表示在根据本发明的一实施例的基站天线装置内部以一体型内置的收发模块的细部结构图。
如图3所示，根据本发明的一实施例的收发模块120包括：发送部121，其形成上述射频信号的发送路径，该发送部121包括数字衰减器122、第一数字相位调节器123以及高功率放大器124，上述数字衰减器122接收上述数字控制模块130的数字控制信号来对在上述发送路径形成的射频信号的大小进行调节，上述第一数字相位调节器123接收上述数字控制模块的130数字控制信号来对在上述发送路径形成的射频信号的相位进行调节，上述高功率放大器124对在上述发送路径形成的射频信号的功率进行放大；接收部125，其形成上述射频信号的接收路径，该接收部125包括数字衰减器126、第二数字相位调节器127以及低噪声放大器128，上述数字衰减器126接收上述数字控制模块130的数字控制信号来对在上述接收路径形成的射频信号的大小进行调节，上述第二数字相位调节器127接收上述数字控制模块130的数字控制信息来对在上述接收路径形成的射频信号的相位进行调节，上述低噪声放大器128对在上述接收路径形成的射频信号的功率进行放大来防止噪音；以及双工器129，其将上述射频信号的发送信号及接收信号分离到在上述发送部121形成的射频信号的发送路径及在上述接收部125形成的射频信号的接收路径。
在此，参照图3详细说明，借助由发送部121、接收部125及双工器129构成的上述发送模块120来形成射频信号的发送路径及接收路径的操作流程，其为如下。
观察由上述发送部121形成的射频信号的发送路径，如果从基站101传输的射频信号通过功率分配器150来输入，则借助数字衰减器122来调节上述射频信号的大小，并且借助第一数字相位调节器123来改变上述射频信号的相位，以此状态供给到上述功率放大器124，供给到上述高功率放大器124的射频信号得到放大，通过上述双工器129，只将所需的频带的射频信号传输到上述天线元件110。
如上所述，根据本发明的一实施例的内置收发模块的基站天线装置100，由于能够减少借助具有包括高功率放大器124的发送部121的收发模块120从基站传输到基站天线装置100的射频信号的功率损失，因此在基站101能够有效地使用电力，还可以减少适合于用于相互连接基站天线装置100与基站101的高功率放大器124的发送用电缆的设置成本。
并且，观察由上述接收部125形成的射频信号的接收路径，从上述天线元件110接收到的射频信号通过双工器129只会检测到所需的频带的射频信号，检测到的射频信号借助低噪声放大器128来得到放大，如此放大的射频信号借助第二数字相位调节器127来改变相位，借助数字衰减器126来调节大小，以此状态传输到功率分配器150。
如上所述，根据本发明的一实施例的内置收发模块的基站天线装置100，由于在基站天线装置100的内部直接对借助具有包括低噪声放大器128的接收部125的收发模块120来使天线元件110接收的射频信号进行放大，因而能够减少从上述基站天线装置100传输到基站101的射频信号的信号噪音。
另一方面，根据本发明的一实施例的内置收发模块的基站天线装置100，具有能够提供应用主动相位排列技术的基站天线装置的效果，上述主动相位排列技术是指，为了能够继续拧电子方式束控制，在上述收发模块120所包括的发送部121和接收部125的内部具有数字相位调节器123、127和数字衰减器122、126来调节射频信号的相位和大小，从而能够提高需要天线波束模式的区域内的光束方向性及定向增益等天线特性。
图4是在图3的收发模块中追加串行-并行信号变换模块和自适应模拟线性化模块的结构图。
如图4所示，根据本发明的一实施例的内置收发模块的基站天线装置100，为了有效地实现与数字控制模块130连接的控制线的结构，在上述发送部121和接收部125的内部包括串行-并行信号变换(SPC：Serial to ParallelConverter)模块160，在上述发送部121的内部追加具备适合于适用小功率的自适应模拟线性化(AAL：Adaptive Analog Linearization)模块170，并将其安装在高功率放大器来改善上述高功率放大器的线性化，从而能够稳定地进行高质量的信息传输。
更详细而言，就上述串行-并行信号变换模块160而言，如果按规定的时间间隔输入一个串行控制信号，则执行同时输出多个并行控制信号的作用，这可以减少为了相互连接上述数字控制模块130和上述衰减器122、126及上述数字相位调节器126、127而所需的许多控制线。
并且，上述自适应模拟线性化模块170，当采用使用于现有的移动通信基站的作为线性化改善方式的数字预失真(DPD：Digital Pre-Distortion)方式时，可以解决由于大小变大而难以将收发模块120内置在天线装置的问题。因此，上述自适应模拟线性化模块170能够设计成小功率用，以便能够单独安装在上述发送部121所包括的高功率放大器124，从而能够实现片上系统(SOC：System On Chip)。
图5是表示根据本发明的其他实施例，由IF电缆与基站连接而内置收发模块的基站天线装置的简要结构图。
如图5所示，根据本发明的其他实施例的内置收发模块的基站天线装置200包括：一个以上天线元件210，用于收发射频信号；收发模块220，其连接于上述天线元件210，形成上述射频信号的发送路径及接收路径；数字控制模块230，其向上述收发模块220传输数字控制信号来对借助上述天线元件210收发的射频信号进行数字控制；以及电源供应器240，其向上述收发模块220和上述数字控制模块230供给工作电源。
并且，根据本发明的其他实施例的，内置收发模块的基站天线装置200还包括多个功率分配器250，上述多个功率分配器250针对相同的信号，对通过在上述收发模块220形成的发送路径及接收路径输入/输出的发送信号或者接收信号分别进行分配或结合。
在此，优选地，上述功率分配器250，在上述收发模块220及上述基站201之间由IF电缆202来连接。
另一方面，在本发明的其他实施例中，上述一个以上的天线元件210，为了向自由空间发送射频信号或者从自由空间接收射频信号，优选为，作为基站天线装置而广泛使用的具有双偏振特性的偶极子天线。
图6是表示在根据本发明的其他实施例的基站天线装置内部以一体型内置的收发模块的细部结构图，对于与上述图3重复的结构来说，具有相同的特性，故而省去对其的详细说明。
如图6所示，根据本发明的其他实施例的收发模块220包括：发送部221，其包括数字衰减器222、第一数字相位调节器223及高功率放大器224；接收部225，其包括数字衰减器226、第二数字相位调节器227及低噪声放大器228；以及双工器229，其对收发信号进行分离。
此时，根据本发明的其他实施例，上述发送部221和接收部225各自还包括混频部(MIXER)280，该混频部280将作为高频率信号的射频信号变换为作为中频率信号的IF(Intermediate Frequency：中频)信号，或者将作为中频率信号的IF信号变换为作为高频率信号的射频信号。
在此，上述混频部280执行变换频率的作用，将借助上述天线元件210而输入到收发模块220的高频带(1～2GHz)的射频信号降低为低频带(数百MHz)的IF频率之后，通过上述功率分配器250发送到基站201，或者为了通过功率分配器250，将从基站201输入的低频带的IF频率发送到天线元件210，将会提高为高频带的RF频率。
如上所述，根据本发明的另一实施例的基站天线装置，由于在以一体型内置在内部的收发模块220的发送部220和接收部221还包括用于变换频率的混频部280，在基站201与收发模块220之间设置使用IF电缆来代替功率损失大且昂贵的RF电缆，从而具有减少功率损失，并节减设置成本的效果。
图7是在图6的收发模块中追加串行-并行信号变换模块和自适应模拟线性化模块的结构图。
如图7所示，根据本发明的其他实施例的内置收发模块的基站天线装置220，为了有效地实现与数字控制模块230连接的控制线的结构，在上述发送部221和接收部225的内部包括串行-并行信号变换(SPC：Serial to ParallelConverter)模块260，在上述发送部221的内部还具备适合于适用小功率的自适应模拟线性化(AAL：Adaptive Analog Linearization)模块270，并将其安装在高功率放大器来改善上述高功率放大器的线性化，从而能够稳定地进行高质量的信号传输。
更详细而言，就上述串行-并行信号变换模块260而言，如果按规定的时间间隔输入一个串行控制信号，则执行同时输出多个并行控制信号的作用，这可以减少为了相互连接上述数字控制模块230和上述衰减器222、226及上述数字相位调节器223、227而所需的许多控制线。
并且，上述自适应模拟线性化模块270，当采用使用于现有的移动通信基站的作为线性化改善方式的数字预失真(DPD：Digital Pre-Distortion)方式时，可以解决由于大小变大而难以将收发模块220内置在天线装置里的问题，因此，上述自适应模拟线性化模块270能够设计成小功率用以便能够单独安装在上述发送部221所包括的高功率放大器224，从而能够实现片上系统(SOC：System On Chip)。
如上所述，本发明具有如下效果：提供一种内置有形成射频信号的发送路径及接收路径的收发模块，由此减少功率损失，并减少信号噪音的内置收发模块的基站天线装置。
并且，本发明具有能够提供应用主动相位排列技术的基站天线装置的效果，上述主动相位排列技术，为了继续拧电子方式束控制，在上述收发模块所包括的发送部和接收部的内部具有数字相位调节器和数字衰减器来调节射频信号的相位和大小，从而能够提高需要天线波束模式的区域内的光束方向性及定向增益等天线特性。
而且，还具有如下效果：在上述发送部和接收部的内部包括串行-并行信号变换模块，由此能够有效地实现与数字控制模块连接的控制线的结构，在上述发送部的内部具有自适应模拟线性化模块来改善高功率放大器的线性化，从而能够稳定地进行高质量的信号传输。
此外，还具有如下效果：在上述收发模块所包括的发送部和接收部的内部还包括相互变换作为高频率信号的射频信号和作为中频率信号的IF信号的混频部，从而减少功率损失和设置成本。
虽然到此为止对本发明进行了详细的说明，然而，在其过程中提及的实施例仅作为示例，而并不局限于此。在本发明不脱离借助所附的权利要求书来提供的本发明的技术思想或技术领域的范围内，能够等同处理的程度的结构元件的变更，应视为属于本发明的范围。

Claims (3)

1.一种内置收发模块的基站天线装置，其特征在于，包括：
一个以上的天线元件，用于收发射频信号；
收发模块，其与上述天线元件相连接，上述收发模块包括发送部、接收部和双工器，上述发送部形成上述射频信号的发送路径，该发送部包括数字衰减器、第一数字相位调节器、串行-并行信号变换模块、高功率放大器以及自适应模拟线性化模块，上述数字衰减器通过电子方式束控制对在上述发送路径形成的射频信号的大小进行调节，上述第一数字相位调节器通过电子方式束控制对在上述发送路径形成的上述射频信号的相位进行调节，上述串行-并行信号变换模块对上述数字衰减器和上述第一数字相位调节器进行并行控制，上述高功率放大器对在上述发送路径形成的射频信号的功率进行放大，上述自适应模拟线性化模块安装在上述高功率放大器来形成反馈回路，用于改善上述高功率放大器的线性度，上述接收部形成上述射频信号的接收路径，该接收部包括数字衰减器、第二数字相位调节器、串行-并行信号变换模块以及低噪声放大器，上述数字衰减器通过电子方式束控制对在上述接收路径形成的射频信号的大小进行调节，上述第二数字相位调节器通过电子方式束控制对在上述接收路径形成的射频信号的相位进行调节，上述串行-并行信号变换模块对上述数字衰减器和上述第二数字相位调节器进行并行控制，上述低噪声放大器对在上述接收路径形成的射频信号的功率进行放大来防止噪音，上述双工器将上述射频信号的发送信号及接收信号分离到在上述发送部形成的射频信号的发送路径及在上述接收部形成的射频信号的接收路径；
数字控制模块，其对上述收发模块的发送部所包含的数字衰减器、接收部所包含的数字衰减器、第一数字相位调节器以及第二数字相位调节器进行数字控制，从而使通过天线元件收发的射频信号的相位和大小得以调节；以及
电源供应器，其向上述收发模块和上述数字控制模块供给工作电源。
2.根据权利要求1所述的内置收发模块的基站天线装置，其特征在于，还包括多个功率分配器，所述多个功率分配器针对相同的信号，对经由在上述收发模块形成的发送路径及接收路径来输入/输出的发送信号或者接收信号分别进行分配或结合。
3.根据权利要求1所述的内置收发模块的基站天线装置，其特征在于，上述发送部和接收部各自还包括混频部，该混频部将作为高频率信号的射频信号变换为作为中频率信号的中频信号，或者将作为中频率信号的中频信号变换为作为高频率信号的射频信号。
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