CN104641508A - 反射器装置、使用反射器装置的通信系统和通信方法 - Google Patents

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Abstract

一种反射器装置，具有第一反射板和第二反射板，反射表面以相对于旋转轴的指定倾斜角分别附接到所述第一反射板和第二反射板，其中，所述第一反射板(1)和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和/或所述第二反射板能够围绕所述旋转轴旋转。

Description

反射器装置、使用反射器装置的通信系统和通信方法
技术领域
本发明涉及一种反射器装置、一种使用该反射器装置的通信系统和一种使用该反射器装置的通信方法，并且具体地说，涉及利用通过反射器装置的反射来中继的通信系统和通信方法。
背景技术
使用抛物面天线的点到点系统被用作移动回程无线电系统。为了提供良好质量的通信，需要在天线之间的视线。换句话说，为了保证视线，需要在抬高的位置中安装天线。现代移动台小区已经被减少为小的小区，诸如微微小区或毫微微小区。结果，在城市区域中的移动台需要被安装在低的位置。这造成了下述问题：不能保证视线环境，并且，使得难以提供在点到点系统中的无线电通信。
专利文献1(PTL1)提出在发射天线和接收天线之间的中点处设置由背靠背耦合的两个天线构成的无源中继器，以防止因为衰减导致的断开连接。
如在专利文献1(PTL1)中所述的中继器的使用允许良好质量的通信，即使当入射角大时。然而，由背靠背耦合的两个天线构成的无源中继器具有高成本的问题，因为它需要两个天线。
一种处理该问题的现有技术是在非专利文献1(NPL1)中描述的反射器中继方法，其是用于在不在直接视线路径上的两个点之间中继微波的方法。专利文献2(PTL2)提出，具有以大约90度的角度面向彼此的两个反射表面的反射器被用作中继站，一个终端站向反射器发射信号，并且在另一个终端站处接收由该两个反射表面反射的信号。专利文献3(PTL3)提出，来自无线基站的无线电波被曲面反射板反射，以消除在移动通信系统中的盲区域。专利文献4(PTL4)提出了一种RFID(射频识别)通信系统，其中，反射板以对电机轴的某个倾斜角附接到电机轴，并且，通过围绕电机轴旋转的反射板向RFID标签反射来自天线的电磁波。
可以通过使用在专利文献2至4(PTL2至PTL4)和非专利文献1(NPL1)中描述的中继器系统来在非视线环境中提供点到点系统。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL1]日本公开专利公布No.Sho 63-246040
[PTL2]日本公开专利公布No.Sho 58-73205
[PTL3]日本公开专利公布No.Hei 7-154320
[PTL4]日本公开专利公布No.2007-299232
[非专利文献]
[NPL1]Tomohiro Komai,"Passive Reflector to Reduce Fading dueto Angle of Incidence Variations on Microwave Links",Journal of TheInstitute of Electronics,Information and Communication Engineers,B-II,Vol.J74-B-II,No.8,pp.447-453,1991年8月。
发明内容
[技术问题]
然而，如上所述的现有技术具有下面的问题。
当使用在专利文献2至4(PTL2至PTL4)和非专利文献1(NPL1)中提出的反射板的任何一个时，存在下述问题：以大入射角到达的无线电波的截面小得使得难以提供良好质量的通信。相反，需要增大反射板的大小，以便提供良好质量的通信。
本发明的目的是提供一种反射器装置并且提供一种使用该反射器装置的通信系统和一种使用该反射器装置的通信方法，所述反射器装置解决了上述问题，即当无线电波的入射角大时，难以通过在非视线通信中使用反射板来以低成本提供良好质量的通信。
[对于问题的解决方案]
为了实现如上所述的目的，根据本发明的一种反射器装置包括第一反射板和第二反射板，反射表面以对旋转轴的预定倾斜角附接到第一反射板和第二反射板的每一个，其中，所述第一反射板和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个围绕所述旋转轴可旋转。
根据本发明的一种使用反射器装置的通信系统包括：反射器装置，所述反射器装置包括第一反射板和第二反射板，反射表面以对旋转轴的预定倾斜角附接到第一反射板和第二反射板的每一个，其中，所述第一反射板和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个围绕所述旋转轴可旋转；
第一天线，所述第一天线向所述反射器装置的所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；以及
第二天线，所述第二天线接收被所述反射器装置的所述第一反射板反射并且然后被所述第二反射板的所述反射表面反射的所述无线电波。
根据本发明的一种通信方法在垂直方向上反射水平入射波作为第一反射波，
在水平方向上反射所述第一反射波作为第二反射波，并且
在不平行于所述入射波的方向上出射所述第二反射波。
根据本发明的一种使用反射器装置的通信方法是一种使用下述反射器装置的通信方法，所述反射器装置包括第一反射板和第二反射板，反射表面以对旋转轴的预定倾斜角附接到第一反射板和第二反射板的每一个，其中，所述第一反射板和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个围绕所述旋转轴可旋转；
第一天线，所述第一天线向所述反射器装置的所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；以及
第二天线，所述第二天线接收由所述反射器装置的所述第一反射板反射并且然后被所述第二反射板的所述反射表面反射的所述无线电波，
其中，所述反射器装置的所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个被水平旋转以将无线电波引导到所述第一天线和所述第二天线；
从所述第一天线向所述反射器装置的所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；并且
被所述反射器装置的所述第一反射板反射并且被所述第二反射板的所述反射表面进一步反射的所述无线电波被所述第二天线接收。
[本发明的有益效果]
本发明可以提供一种反射器装置和一种使用该反射器装置的通信系统和使用该通信系统的通信方法，所述反射器装置使用反射板在非视线通信中以低成本来提供良好质量的通信，即使当无线电波的入射角大时。
附图说明
图1是根据本发明的第一示例性实施例的反射器装置的外部视图。
图2是用于更详细地图示在图1中的反射器装置的操作的外部视图。
图3是用于图示使用根据本发明的第一示例性实施例的反射器装置的通信系统和通信方法的外部视图。
图4是用于图示使用根据本发明的第二示例性实施例的反射器装置的通信系统和通信方法的外部视图。
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的优选示例性实施例。
<第一示例性实施例>
首先参考附图来描述根据本发明的第一示例性实施例的反射器装置、使用该反射器装置的通信系统和使用该反射器装置的通信方法。图1是根据本发明的第一示例性实施例的反射器装置的外部视图，并且图2是用于更详细地图示在图1中的反射器装置的操作的外部视图。图3是用于图示使用根据本发明的第一示例性实施例的反射器装置的通信系统和通信方法的外部视图。
该示例性实施例的反射器装置10包括第一反射板1和第二反射板2。第一反射板1和第二反射板2以预定倾斜角附接到旋转轴，具有反射表面，并且被以反射表面面向彼此的方式布置。该板的至少一个围绕旋转轴可旋转。在这个示例性实施例中的预定倾斜角是45度。反射器装置10进一步包括：第一支架3，其包括在将第一反射板1的倾斜度保持在45度的同时水平地旋转的机构；第二支架4，其包括在将第二反射板2的倾斜度保持在45度的同时水平地旋转的机构；以及，天线罩(radome)5，其容纳第一反射板1、第二反射板2、第一支架3和第二支架4。
构成第一反射板1的金属板以45度倾斜，使得第一反射板1垂直向下地反射水平入射无线电波。该金属板在形状上是椭圆的，使得无线电波的截面从传播方向上看是圆形的。第二反射板2是以45度倾斜的金属板，使得由第一反射板1反射并向下垂直地传播的无线电波在水平方向上被反射。该金属板在形状上是椭圆的，使得无线电波的截面从传播方向上看是圆形的。
第一支架3包括在保持第一反射板1的倾斜度的同时水平地旋转的机构。第二支架4包括在保持第二反射板2的倾斜度的同时水平地旋转的机构。可以对于第一支架3和第二支架4两者提供该旋转机构。因为在第一反射板1和第二反射板2之间的角度关系是相对的，所以可以仅对于第一支架3和第二支架4之一提供旋转机构。
天线罩5在形状上是圆柱形的，容纳第一反射板1、第二反射板2、第一支架3和第二支架4，并且相对于天气保护它们。天线罩5由诸如FRP(玻璃纤维增强塑料)或聚碳酸酯的塑料树脂构成。
现在将描述这个示例性实施例的反射器装置10的操作。如图1中所示，水平入射的无线电波被第一反射板1反射，垂直向下地传播，被第二反射板2反射，并且水平地传播。在将第二反射板2的倾斜度保持在45度的同时水平地旋转的第二反射板2a被在图2中的虚线表示。在该设置中，已经被第一反射板1反射的无线电波已经垂直向下传播，并且已经被第二反射板2进一步反射，如在图2中的虚线所示地传播。
将描述使用如上所述的反射器装置10的通信系统。如图3中所示，该通信系统包括：第一天线20，用于向反射器装置10发射线性偏振的无线电波，如图1和2中所示；以及，第二天线30，用于接收由反射器装置10反射的线性偏振的无线电波。第一天线20和第二天线30是诸如抛物面天线的定向天线。在反射器装置10中，线性偏振波的偏振面根据反射角倾斜。具体地说，如图2中所示被在将倾斜度保持在45度的同时水平地旋转的第二反射板2a反射的线性偏振的无线电波的偏振面相对于被由实线指示的第二反射板2反射的无线电波旋转。第一天线20和/或第二天线30具有偏振角调整机构，其根据在反射器装置10中的线性偏振波的偏振面的倾斜度来调整线性偏振波的偏振角。该偏振角调整机构的一个示例可以如图3中所示围绕天线的镜面反射器的最大辐射方向平行的旋转轴20a旋转第一天线20，以调整偏振角，并且在该调整后，固定第一天线20。类似地，该机构可以如图3中所示围绕天线的镜面反射器的最大辐射方向平行的旋转轴30a旋转第二天线30，以调整偏振角，并且在该调整后，固定第二天线30。第一天线20和/或第二天线30的这样的调整允许调整无线电波的偏振角以支持通信。
现在描述使用如上所述的反射器装置10的通信方法。如图3中所示，水平地旋转反射器装置10的第一反射板1和第二反射板2，以将无线电波引导到第一天线20和第二天线30。然后，从第一天线20发射线性偏振的无线电波。在反射器装置10中，第一反射板1在垂直方向上反射无线电波。在垂直方向上反射的无线电波在第二反射板2处被再一次水平地发射。在这个过程中，无线电波的偏振面根据反射方向在第一反射板1和第二反射板2处旋转。在第二天线30处接收其偏振面已经旋转的无线电波。通过由第一天线20和第二天线30的至少一个的偏振角调整机构预先调整偏振角，可以提供良好质量的通信。另一方面，当无线电波被从第二天线30发射并且在第一天线20处被接收时，通过与如上所述的操作类似的操作来提供通信。将省略该操作的说明。
将描述与这个示例性实施例的反射器装置10的第一反射板1和第二反射板2的大小相关的设计。如果垂直于无线电波的入射方向的反射板的截面的大小D被选择得等于或大于第一菲涅尔半径，则可以提供下述通信，该通信具有与经由反射器装置10从第一天线20到第二天线30的距离大体相等的距离等同的传播损耗。具体地说，使得从反射器装置到天线的距离分别被表示为d1和d2，并且总距离被表示为d＝d1+d2，则可以根据如下的弗林斯传输方程来获得传播损耗L[dB]：
L＝+20*log10((4πd)/λ)[dB]
其中，λ是自由空间波长。
当大小D小于第一菲涅尔半径时，每一个反射板被近似地看作具有直径D的天线，并且等同增益Gref1[dBi]和Gref2[dBi]是
Gref1＝Gref2＝20*log10(πD/λ)[dBi]
从反射器装置10到第一天线20和第二天线30的传播损耗可以被写为
L1＝-20*log10(πD/λ)+20*log10((4πd1)/λ)[dB]
L2＝-20*log10(πD/λ)+20*log10((4πd2)/λ)[dB]
并且，总的传播损耗是
L＝L1+L2[dB]
例如，假定频率是60GHz，并且d1＝d2＝200m，则，
对于D＝大约1.4[m]，L＝大约120[dB]，并且
对于D＝大约0.3[m]，L＝137[dB]。
以这种方式，可以根据所需的传播损耗值来选择在该示例性实施例中使用的反射板的大小。
根据这个示例性实施例，可以通过旋转第一反射板1或第二反射板2来调整从第一天线20或第二天线30到达反射器装置10的无线电波的入射角θ。另一方面，无线电波在第一反射板1或第二反射板2处的入射角总是45度。因此，即使当入射角θ大时，也可以不用增大反射板的面积而提供良好质量的非视线通信。
以这种方式，在其中在第一天线20和第二天线30之间的路径上存在障碍物40的非视线环境中，安装反射器装置10，并且，反射无线电波，使得无线电波围绕障碍物40迂回，以支持良好质量的点到点通信。使用根据现有技术的反射板，因为反射板的大小限制，所以仅当入射角小时通信是可能的。相反，这个示例性实施例的反射器装置10能够反射无线电波，而不使用具有增大的大小的反射板，即使当入射角θ接近90度时。
根据这个示例性实施例，可以以低成本来实现良好质量的无线电通信系统，因为未使用如在专利文献1(PTL1)中的具有背对背耦合的两个天线的中继器。而且，因为第一天线20和/或第二天线30具有调整线性偏振波的偏振角的偏振角调整机构，所以可以调整偏振角，以允许偏振面匹配，即使当偏振角在反射器装置10中的反射时旋转。
<第二示例性实施例>
将参考附图来描述根据本发明的第二示例性实施例的反射器装置、使用该反射器装置的通信系统和使用该反射器装置的通信方法。与第一示例性实施例的那些类似的元件被给出相同的附图标号，并且将省略那些元件的详细说明。该示例性实施例是不同的实施例，其使用根据第一示例性实施例的反射器装置。
将描述使用这样的反射器装置10的通信系统。如图4中所示，该通信系统包括：第一天线50，其向在图1和2中所示的反射器装置10发射圆形偏振无线电波；第二天线60，其接收在反射器装置10处反射的圆形偏振无线电波。第一天线50和第二天线60是诸如抛物面天线的定向天线。在这个示例性实施例中的定向天线是圆形偏振天线。
将描述使用作为如上所述的一个的反射器装置10的通信方法。如图4中所示，反射器装置10的第一反射板和第二反射板水平地旋转使得将无线电波分别引导到第一天线50和第二天线60。然后，从第一天线50发射圆形偏振波，例如右手圆形偏振(RHCP)无线电波。在反射器装置10中，第一反射板1在垂直方向上反射无线电波。在垂直方向上反射的无线电波在第二反射板2处被再一次在水平方向上发射。另一方面，当无线电波从第二天线60发射并且在第一天线50处被接收时，通过与如上所述的操作类似的操作来提供通信。将省略该操作的说明。
根据这个示例性实施例，如在第一示例性实施例中那样，可以通过旋转第一反射板1或第二反射板2来调整从第一天线50或第二天线60到达反射器装置10的无线电波的入射角θ。另一方面，在第一反射板1或第二反射板2处的无线电波的入射角总是45度。因此，即使当入射角θ大时，可以不增大反射板的面积而提供良好质量的非视线通信。
以这种方式，在其中在第一天线50和第二天线60之间的路径上存在障碍物40的非视线环境中，安装反射器装置10，并且反射无线电波使得无线电波围绕障碍物40迂回，以支持良好质量的点到点通信。使用根据现有技术的反射板，因为反射板的大小限制，所以仅当入射角小时通信是可能的。相反，如图第一实施例的反射器装置10，这个示例性实施例的反射器装置10能够反射无线电波，而不使用具有增大的大小的反射板，即使当入射角θ接近90度时。
根据这个示例性实施例，可以以低成本来实现良好质量的无线电通信系统，因为未使用如在专利文献1(PTL1)中的具有背对背耦合的两个天线的中继器。
而且，在这个示例性实施例中，圆形偏振波用于定向天线的偏振波。在第一实施例中，定向天线的偏振角调整机构用于调整偏振，因为偏振波的偏振面根据在反射器装置10中的无线电波的反射角而改变。另一方面，根据第二示例性实施例，可以消除对于在天线处的偏振的调整的需要，因为使用圆形偏振波。
虽然已经参考附图描述了优选示例性实施例，但是本发明不限于这些示例性实施例。下面汇总如上所述的实施例的新颖技术特征。然而，本发明不必限于这些特征。
(补充说明1)一种反射器装置，包括第一反射板和第二反射板，反射表面以对旋转轴的预定倾斜角附接到第一反射板和第二反射板的每一个，其中，所述第一反射板和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个围绕所述旋转轴可旋转。
(补充说明2)根据补充说明1所述的反射器装置，进一步包括：第一支架，所述第一支架以所述预定倾斜角固定所述第一反射板；第二支架，所述第二支架以所述预定倾斜角固定所述第二反射板；天线罩，所述天线罩容纳所述第一和第二反射板与所述第一和第二支架。
(补充说明3)根据补充说明1所述的反射器装置，其中，所述第一反射板和所述第二反射板的每一个的所述反射表面在形状上大体是椭圆的。
(补充说明4)根据补充说明1至3的任何一项所述的反射器装置，其中，所述第一反射板和所述第二反射板的每一个的被投影在平行于所述旋转轴的平面上的形状是大体圆形的。
(补充说明5)根据补充说明1至4的任何一项所述的反射器装置，其中，所述预定角是大约45度。
(补充说明6)一种使用根据补充说明1至5的任何一项所述的反射器装置的通信系统，所述通信系统包括：第一天线，所述第一天线向所述反射器装置的所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；以及，第二天线，所述第二天线接收被所述反射器装置的所述第一反射板反射并且然后被所述第二反射板的所述反射表面反射的所述无线电波。
(补充说明7)根据补充说明6所述的通信系统，其中，所述第一天线发射线性偏振的无线电波，并且所述第一天线和所述第二天线的至少一个包括调整线性偏振的偏振角的偏振角调整机构。
(补充说明8)根据补充说明6所述的通信系统，其中，由所述第一天线发射的所述无线电波是圆形偏振波，并且由所述第二天线接收的所述无线电波是圆形偏振波。
(补充说明9)一种使用反射器装置的通信方法，所述反射器装置在垂直方向上反射水平入射波作为第一反射波，在水平方向上反射所述第一反射波作为第二反射波，并且在不平行于所述入射波的方向上出射所述第二反射波。
(补充说明10)一种通信方法，使用：
反射器装置，所述反射器装置包括第一反射板和第二反射板，反射表面以对旋转轴的预定倾斜角附接到第一反射板和第二反射板的每一个，其中，所述第一反射板和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个围绕所述旋转轴可旋转；
第一天线，所述第一天线向所述反射器装置的所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；以及
第二天线，所述第二天线接收由所述反射器装置的所述第一反射板反射并且然后被所述第二反射板的所述反射表面反射的所述无线电波，
其中，所述反射器装置的所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个被水平旋转以将无线电波引导到所述第一天线和所述第二天线,从所述第一天线向所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；并且，被所述反射器装置的所述第一反射板反射并且被所述第二反射板的所述反射表面进一步反射的所述无线电波被所述第二天线接收。
(补充说明11)根据补充说明10所述的通信方法，其中，所述第一天线发射线性偏振的无线电波，并且所述第一天线和所述第二天线的至少一个包括调整线性偏振的偏振角的偏振角调整机构。
(补充说明12)根据补充说明10所述的通信方法，其中，由所述第一天线发射的所述无线电波是圆形偏振波，并且由所述第二天线接收的所述无线电波是圆形偏振波。
可以明白，本发明不限于如上所述的示例性实施例，并且在权利要求中限定的本发明的范围内，各种修改是可能的，并且不必说，那些修改也落在本发明的范围内。
本申请基于并且要求于2012年9月18日提交的日本专利申请No.2012-204376的优先权，其公开通过引用被整体并入在此。
[附图标记列表]
1         第一反射板
2         第二反射板
3         第一支架
4         第二支架
5         天线罩
10        反射器装置
20、50    第一天线
30、60    第二天线
20a、30a  旋转轴
40        障碍物

Claims (10)

1.一种反射器装置，所述反射器装置包括第一反射板和第二反射板，反射表面以对旋转轴的预定倾斜角附接到所述第一反射板和所述第二反射板的每一个，其中，
所述第一反射板和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个围绕所述旋转轴可旋转。
2.根据权利要求1所述的反射器装置，进一步包括：第一支架，所述第一支架以所述预定倾斜角固定所述第一反射板；第二支架，所述第二支架以所述预定倾斜角固定所述第二反射板；天线罩，所述天线罩容纳所述第一和第二反射板与所述第一和第二支架。
3.根据权利要求1所述的反射器装置，其中，所述第一反射板和所述第二反射板的每一个的所述反射表面在形状上大体是椭圆的。
4.根据权利要求1至3的任何一项所述的反射器装置，其中，所述第一反射板和所述第二反射板的每一个的被投影在平行于所述旋转轴的平面上的形状是大体圆形的。
5.根据权利要求1至4的任何一项所述的反射器装置，其中，所述预定角是大约45度。
6.一种使用根据权利要求1至5的任何一项所述的反射器装置的通信系统，所述通信系统包括：第一天线，所述第一天线向所述反射器装置的所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；以及，第二天线，所述第二天线接收被所述反射器装置的所述第一反射板反射并且然后被所述第二反射板的所述反射表面反射的所述无线电波。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其中，所述第一天线发射线性偏振的无线电波，并且所述第一天线和所述第二天线的至少一个包括调整线性偏振的偏振角的偏振角调整机构。
8.根据权利要求6所述的通信系统，其中，由所述第一天线发射的所述无线电波是圆形偏振波，并且由所述第二天线接收的所述无线电波是圆形偏振波。
9.一种使用反射器装置的通信方法，所述反射器装置在垂直方向上反射水平入射波作为第一反射波，在水平方向上反射所述第一反射波作为第二反射波，并且在不平行于所述入射波的方向上出射所述第二反射波。
10.一种通信方法，使用：
反射器装置，所述反射器装置包括第一反射板和第二反射板，反射表面以对旋转轴的预定倾斜角附接到所述第一反射板和所述第二反射板的每一个，其中，所述第一反射板和所述第二反射板被定位得面向彼此，并且所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个围绕所述旋转轴可旋转；
第一天线，所述第一天线向所述反射器装置的所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波；以及
第二天线，所述第二天线接收被所述反射器装置的所述第一反射板反射并且然后被所述第二反射板的所述反射表面反射的所述无线电波；
其中，所述反射器装置的所述第一反射板和所述第二反射板的至少一个被水平旋转以将无线电波引导到所述第一天线和所述第二天线,从所述第一天线向所述第一反射板的所述反射表面发射无线电波，被所述反射器装置的所述第一反射板反射并且被所述第二反射板的所述反射表面进一步反射的所述无线电波被所述第二天线接收。
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