CN103053071A - 天线以及天线控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种天线以及天线控制系统，属于通讯设备技术领域。实现了改变天线的垂直面波束宽度。该天线，包括一个层级波束特性控制结构和辐射单元；层级波束特性控制结构包括一个位于顶层的波束特性控制装置，以及至少两个位于底层的波束特性控制装置；每个波束特性控制装置有一个输入端和两个输出端；其中，顶层的波束特性控制装置的输入端用以接收信号，并且两个输出端直接或者间接的将所接收到的信号分配给至少两个底层的波束特性控制装置的输入端，至少两个底层的波束特性控制装置将各自所分配到的信号再次分配后由各自对应的输出端输出至辐射单元。本发明应用于改善天线的波束宽度。

Description

天线以及天线控制系统 技术领域
本发明属于通讯设备技术领域， 具体涉及一种天线以及天线控 制系统。
背景技术
随着移动通讯技术的发展， 对基站天线的功能需求越来越多。 对波束特性的控制要求越来越高， 所述的波束特性包括但不限于方 位角、 下倾角、 水平波宽、 垂直波宽等。 目前有通过调节天线的方 位角和下倾角来控制波束指向的技术方案， 但是对于波束宽度可调， 尤其是垂直面的波束宽度可调， 目前尚未实现。
发明内容
本发明实施例提供了一种天线以及天线控制系统， 能够改变天 线的垂直波宽覆盖范围。
为达到上述目 的， 本发明的实施例采用如下技术方案：
该天线， 包括一个层级波束特性控制结构和辐射单元； 所述层 级波束特,ί控制结构包括一个位于顶层的波束特性控制装置， 以及 至少两个位于底层的波束特性控制装置； 每个所述波束特性控制装 置有一个输入端和两个输出端； 其中， 所述顶层的波束特性控制装 置的输入端用以接收信号， 并且两个输出端直接或者间接的将所接 收到的信号分配给所述至少两个底层的波束特性控制装置的输入 端， 所述至少两个底层的波束特性控制装置将各自所分配到的信号 再次分配后由各自对应的输出端输出至所述辐射单元。
该天线控制系统， 包括一个层级波束特性控制结构， 所述层级 波束特'ί控制结构包括一个位于顶层的波束特性控制装置， 以及至 少两个位于底层的波束特性控制装置； 每个所述波束特性控制装置 有一个输入端和两个输出端； 其中， 所述顶层的波束特性控制装置 的输入端用以接收信号， 并且两个输出端直接或者间接的将所接收 到的信号分配给所述至少两个底层的波束特性控制装置的输入端， 所述至少两个底层的波束特性控制装置将各自所分配到的信号再次 分配后由各自对应的输出端输出。
波束特性控制装置通过改变相位来改变两路输出信号的大小， 使总的能量不发生改变， 而只是改变了两个端口的能量比， 所以波 束特性控制装置能改变两路输出信号的功率比， 在极限情况下， 可 以使其中一个输出端的能量为零， 从而改变了天线辐射的波束宽度， 实现了天线波束宽度可调。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下 面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于 本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图
图 1 为本发明的实施例 1 所提供的天线的结构示意图；
图 2为本发明的实施例 2所提供的天线的结构示意图；
图 3为本发明的实施例 2所提供的天线的另一种结构示意图； 图 4为本发明的实施例 2所提供的天线的另一种结构示意图； 图 5 为本发明的实施例 2所提供的天线中的波束特性控制装置 的结构示意图；
图 6 为本发明的实施例 3所提供的天线中的波束特性控制装置 的结构示意图；
图 7 为本发明的实施例 3所提供的天线中的波束特性控制装置 的另一种结构示意图；
图 8为本发明的实施例 4所提供的天线的结构示意图；
图 9为本发明的实施例 5所提供的天线控制系统的结构示意图； 图 1 0 为本发明的实施例 6 所提供的天线控制系统的结构示意 图。
具体实施方式 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术 方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明 一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本 领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其 他实施例， 都属于本发明保护的范围。
实施例 1 :
如图 1 所示， 本发明实施例所提供的天线包括一个层级波束特 性控制结构和辐射单元 3 ; 层级波束特性控制结构包括一个位于顶 层的波束特性控制装置 1 - 1 , 以及至少两个位于底层的波束特性控 制装置 1 - 4 至 1 - 7 ; 每个波束特性控制装置有一个输入端和两个输 出端； 其中， 顶层的波束特性控制装置的输入端用以接收信号， 并 且两个输出端直接或者间接的将所接收到的信号分配给至少两个底 层的波束特性控制装置的输入端， 至少两个底层的波束特性控制装 置将各自所分配到的信号再次分配后由各自对应的输出端输出至辐 射单元 3。
波束特性控制装置通过改变相位来改变两路输出信号的大小， 使总的能量不发生改变， 而只是改变了两个端口的能量比， 所以波 束特性控制装置能改变两路输出信号的功率比， 在极限情况下， 可 以使其中一个输出端的能量为零， 从而改变了天线辐射的波束宽度， 实现了天线波束宽度可调。 如果将各个辐射单元竖直排列， 或者在 竖直方向上有一定的位差， 则可以更为直接的调节垂直面的波束宽 度。
另外， 波束特性控制装置的数量越多， 层级波束特性控制结构 的层数就越多， 能够逐级控制输出信号的功率比， 使信号的输出功 率得到更加精确的控制， 从而得到更加理想的波束宽度。
实施例 2 :
本实施例与实施例 1基本相同， 其不同点在于： 如图 2所示， 底层的波束特性控制装置 1 - 4 至 1 - 7 的每个输出端与多个辐射单元 3相连。 作为一个优选方案， 每个输出端上的辐射单元 3竖直排列。 对于多辐射单元 3 的天线， 使用一个输出端控制多个辐射单元 3, 可以简化天线的结构， 而且还可以 0 实现。 至 70° 之间的不同波瓣 宽度， 比如 3。 、 6。 、 10。 、 12。 、 33。 、 45。 、 60。 等。 当然， 每 个输出端上的辐射单元也可以水平排列， 如图 3 所示； 或者以某个 角度斜向排列。
本发明实施例中， 至少一个波束特性控制装置的输出端或者输 入端上设有相位控制装置。 作为一个优选方案， 每个波束特性控制 装置的输出端上设有相位控制装置 2-1 至 2-3。 相位控制装置通过 控制辐射信号的相位，能够控制天线辐射信号的俯仰角（ 即下倾角 ）， 使天线辐射信号的覆盖范围更为合适。 当然， 也可以如图 4 所示， 只在部分波束特性控制装置的输出端上设置相位控制装置 2-1 至 2_3。
本发明实施例中， 如图 5所示， 波束特性控制装置 1 由功分器 11、 移相器 12、 电桥 13 组成； 功分器 11 的两个输出端与电桥 13 相连， 移相器 12位于功分器 11 的一个输出端与电桥 13之间。
波束特性控制装置 1中的功分器 11能将一路输入信号分成两路 输出信号， 其中一路经过移相器 12 改变相位后接入电桥 13, 另一 路直接接入电桥 13。 因为输出信号的能量是两个输入信号的功率和 相位矢量叠加后形成的， 所以通过改变相位来改变两路信号功率的 大小， 总的能量不发生改变。 波束特性控制装置 1 能改变两路输出 信号的功率比， 在极限情况下， 可以使其中一个输出端的能量为零， 从而改变天线的垂直面的波宽。
实施例 3:
本实施例与实施例 2基本相同， 其不同点在于： 波束特性控制 装置 1 由功分器、 移相器和电桥 13组成； 功分器和移相器为一体化 设计， 移相器的两个输出端与电桥 13相连。
具体的， 功分器和移相器的结构可以是如图 6 所示， 信号线与 一转轴 14相连， 通过转轴 14的指针在弧 15上旋转来改变两路信号 的相位； 功分器和移相器的结构也可以是如图 7 所示， 在功分部位 的传输线上设置可滑动的介质 1 6 , 通过滑动介质 1 6 来改变两路的 电长度， 从而改变两路信号的相位。
上述两种实现方式的共同点， 都是利用功分移相器同时调节两 路输出信号的相位， 然后两路信号输入电桥 1 3 , 进行矢量叠加， 效 果与实施例 2 相同， 都是通过改变两路输出信号的功率比， 来改变 天线的垂直面的波宽
实施例 4 :
本实施例与实施例 1基本相同， 其不同点在于： 如图 8所示， 本实施例中， 还包括直接与天线的信号输入端相连的辐射单元 3。 由于波束特性控制装置的个数和布局取决于辐射单元 3 的个数， 在 辐射单元 3 的个数为奇数或其他情况下， 波束特性控制装置可仅与 奇数个辐射单元中的偶数个辐射单元相连接， 剩余的辐射单元直接 与天线的信号线相连。 只要设置适当的控制参数， 都能够得到良好 的控制效果， 而与层级波束特性控制的具体形式关系不大。
实施例 5 :
如图 9 所示本发明实施例所提供的天线控制系统， 包括一个层 级波束特,ί控制结构， 层级波束特,ί控制结构包括一个位于顶层的 波束特性控制装置 1 - 1 , 以及至少两个位于底层的波束特性控制装 置 1 - 4至 1 - 7 ; 每个波束特性控制装置有一个输入端和两个输出端； 其中， 顶层的波束特性控制装置的输入端用以接收信号， 并且两个 输出端直接或者间接的将所接收到的信号分配给至少两个底层的波 束特性控制装置的输入端， 至少两个底层的波束特性控制装置将各 自所分配到的信号再次分配后由各自对应的输出端输出。
波束特性控制装置通过改变相位来改变两路输出信号的大小， 使总的能量不发生改变， 而只是改变了两个端口的能量比， 所以波 束特性控制装置能改变两路输出信号的功率比， 在极限情况下， 可 以使其中一个输出端的能量为零， 从而改变了天线辐射的波束宽度， 实现了天线波束宽度可调。
另外， 波束特性控制装置的数量越多， 层级波束特性控制结构 的层数就越多， 能够逐级控制输出信号的功率比， 使信号的输出功 率得到更加精确的控制， 从而得到更加理想的波束宽度。
实施例 6 :
本实施例与实施例 5基本相同， 其不同点在于： 如图 1 0所示， 本实施例中， 至少一个波束特性控制装置的输出端或者输入端上设 有相位控制装置。 具体的， 本实施例中， 在靠近顶层的三个波束特 性控制装置的输出端上设有相位控制装置 2 - 1 至 2 - 3。 相位控制装 置通过控制辐射信号的相位， 能够控制天线辐射信号的俯仰角， 使 天线辐射信号的覆盖范围更为合适。 当然， 也可以只在部分波束特 性控制装置的输出端或者输入端上设置相位控制装置。
本发明实施例中， 波束特性控制装置由功分器、 移相器、 电桥 组成； 功分器的两个输出端与电桥相连， 移相器位于功分器的一个 输出端与电桥之间。
波束特性控制装置中的功分器能将一路输入信号分成两路输出 信号， 其中一路经过移相器改变相位后接入电桥， 另一路直接接入 电桥。 因为输出信号的能量是两个输入信号的功率和相位矢量叠加 后形成的， 所以通过改变相位来改变两路信号功率的大小， 总的能 量不发生改变。 波束特性控制装置能改变两路输出信号的功率比， 在极限情况下， 可以使其中一个输出端的能量为零， 从而改变天线 的垂直面的波宽。
实施例 7 :
本实施例与实施例 6基本相同， 其不同点在于： 波束特性控制 装置由功分器、 移相器和电桥组成； 功分器和移相器为一体化设计， 移相器的两个输出端与电桥相连。
具体的， 功分器和移相器的结构可以是信号线与一转轴相连， 通过转轴的指针在弧上旋转来改变两路信号的相位； 功分器和移相 器的结构也可以是， 在功分部位的传输线上设置可滑动的介质， 通 过滑动介质来改变两路的电长度， 从而改变两路信号的相位。
上述两种实现方式的共同点， 都是利用功分移相器同时调节两 路信号的相位， 然后两路信号输入电桥， 进行矢量叠加， 效果与实 施例 6 相同， 都是通过改变两路输出信号的功率比， 来改变天线的 垂直面的波宽。
以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围 并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范 围之内。 因此， 本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

  1. 权 利 要 求 书
    1、 一种天线， 其特征在于： 包括一个层级波束特性控制结构和 辐射单元；
    所述层级波束特, f生控制结构包括一个位于顶层的波束特, f生控制 装置， 以及至少两个位于底层的波束特性控制装置；
    每个所述波束特性控制装置有一个输入端和两个输出端； 其中， 所述顶层的波束特性控制装置的输入端用以接收信号， 并 且两个输出端直接或者间接的将所接收到的信号分配给所述至少两 个底层的波束特性控制装置的输入端， 所述至少两个底层的波束特性 控制装置将各自所分配到的信号再次分配后由各自对应的输出端输 出至所述辐射单元。
  2. 2、 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于： 所述底层的波束 特性控制装置的每个输出端与多个辐射单元相连。
  3. 3、 根据权利要求 1或 2所述的天线， 其特征在于： 至少一个所 述波束特性控制装置的输出端或者输入端上设有相位控制装置。
  4. 4、 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于： 所述波束特性控 制装置包括功分器、 移相器、 电桥；
    所述功分器的两个输出端与所述电桥相连，所述移相器位于所述 功分器的一个输出端与所述电桥之间。
  5. 5、 根据权力要求 1 所述的天线， 其特征在于： 所述波束特性控 制装置包括功分器、 移相器和电桥；
    所述功分器和所述移相器为一体化设计，所述移相器的两个输出 端与所述电桥相连。
  6. 6、 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于： 还包括直接与所 述天线的信号输入端相连的辐射单元。
  7. 7、 根据权利要求 1 所述的天线， 其特征在于： 所述的波束特性 控制控制装置为功率控制装置。
    8、 一种天线控制系统， 其特征在于： 包括一个层级波束特性控 制结构， 所述层级波束特, f生控制结构包括一个位于顶层的波束特, f生控 制装置， 以及至少两个位于底层的波束特性控制装置；
    每个所述波束特性控制装置有一个输入端和两个输出端； 其中， 所述顶层的波束特性控制装置的输入端用以接收信号， 并 且两个输出端直接或者间接的将所接收到的信号分配给所述至少两 个底层的波束特性控制装置的输入端， 所述至少两个底层的波束特性 控制装置将各自所分配到的信号再次分配后由各自对应的输出端输 出。
  8. 9、 根据权利要求 8 所述的天线控制系统， 其特征在于： 至少一 个所述波束特性控制装置的输出端或者输入端上设有相位控制装置。
  9. 1 0、 根据权利要求 8所述的天线控制系统， 其特征在于： 所述波 束特性控制装置由功分器、 移相器、 电桥组成；
    所述功分器的两个输出端与所述电桥相连，所述移相器位于所述 功分器的一个输出端与所述电桥之间。
  10. 1 1、 根据权力要求 8所述的天线控制系统， 其特征在于： 所述波 束特性控制装置由功分器、 移相器和电桥组成；
    所述功分器和所述移相器为一体化设计，所述移相器的两个输出 端与所述电桥相连。
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