CN110635251A - 2t2r对称天线系统及多输入多输出功率均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2T2R对称天线系统及多输入多输出功率均衡方法，该系统包括：对称两路传输及功率均衡模块和对称两路宽带天线模块，所述对称两路宽带天线模块包括尺寸相同且位置相互平行并分别与所述对称两路传输及功率均衡模块连接的第一路辐射天线和第二路辐射天线；所述对称两路传输及功率均衡模块用于生成等幅等频且同相的第一射频信号和第二射频信号并发送给对称两路宽带天线模块；所述第一路辐射天线和第二路辐射天线分别用于接收所述第一射频信号和第二射频信号并发送第一辐射信号和第二辐射信号。本发明提供的2T2R对称天线系统及多输入多输出功率均衡方法，实现了2T2R小基站两路辐射信号在室内空间上增益范围一致，实现良好的室内覆盖效果。

Description

2T2R对称天线系统及多输入多输出功率均衡方法

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别是涉及一种2T2R对称天线系统及多输入多输出功率均衡方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展，目前已经在多种移动通信系统中应用单输入多输出(Multiple-InputMultiple-Out-put，MIMO)技术以提升系统容量，比如：长期演进(LongTerm Evolution，LTE)系统和宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)系统等。

由于室内的通信业务比重越来越大，因此在室内移动通信系统中应用MIMO是非常必要的。目前，应用MIMO的2T2R对称天线系统及多输入多输出功率均衡方法主要是通过对称两路宽带天线接收两路等幅等频的射频信号后，发送两路等幅同相的辐射信号，从而为室内空间中的移动终端提供两路等幅同相的辐射信号。但是由于原室内覆盖系统结构工艺及质量的限制，造成同一点发送的两路辐射信号的覆盖范围不一致，幅度不一致，相位不一致，导致移动终端在移动过程中同一区域信号覆盖下只能接收到两路幅度不均匀射频信号，接收效果较差，MIMO应用效果不佳。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种2T2R对称天线系统及多输入多输出功率均衡方法，通过对称两路宽带微带阵列天线接收多个功率均衡模块处理发送的两路等幅等频且相位差为0度的射频信号后并发送辐射信号，从而在空间形成了沿两路传输方向形成矩形覆盖范围内的幅度相位一致的辐射信号，使移动终端在信号覆盖的范围内移动时都能够接收两路等幅等相的辐射信号，具有良好的接收效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种2T2R对称天线系统，包括对称两路传输及功率均衡模块和对称两路宽带天线模块，所述对称两路宽带天线模块包括尺寸相同且位置相互平行的第一路辐射天线和第二路辐射天线，所述第一路辐射天线和第二路辐射天线分别与所述对称两路传输及功率均衡模块连接；

其中，所述对称两路传输及功率均衡模块，用于生成等幅等频且同相的第一射频信号和第二射频信号并发送给所述对称两路宽带天线模块；

所述第一路辐射天线，用于接收所述第一射频信号并发送第一辐射信号；

所述第二路辐射天线，用于接收所述第二射频信号并发送第二辐射信号。

本系统通过对称两路宽带微带阵列天线模块上两个同相且等幅的天线接收功率均衡模块处理模块发送的两路等幅等频且相位差为0度的射频信号后并发送辐射信号，从而在空间形成了两路幅度相位一致且覆盖范围一致的辐射信号，使移动终端在信号覆盖的范围内移动时都能够接收两路等幅等相的辐射信号，具有良好的接收效果。

优选的，所述对称两路传输及功率均衡模块，包括2T2R小基站和功率均衡模块，所述2T2R小基站与所述功率均衡模块连接，所述功率均衡模块分别与所述第一路辐射天线和第二路辐射天线连接；

其中，所述2T2R小基站，用于生成等幅等频的第一射频信号和第二射频信号，并将所述第一射频信号和第二射频信号发送给所述功率均衡模块；

所述功率均衡模块，用于对接收的所述第一射频信号和/或第二射频信号进行功率分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位差为0度，并将所述第一射频信号发送给所述第一路辐射天线，将所述第二射频信号发送给所述第二路辐射天线。

通过功率均衡模块对射频信号进行相位处理，使第一射频信号和第二射频信号等频等幅且同相，在空间形成两路幅度相位一致且覆盖范围一致的射频信号。

优选的，所述功率均衡模块，包括射频功率均衡器、第一馈线和第二馈线，所述射频功率均衡器通过所述第一馈线与所述第一路辐射天线连接，所述射频功率均衡器通过所述第二馈线与所述第二路辐射天线连接；

其中，所述射频功率均衡器，用于根据所述第一射频信号和第二射频信号的相位差以及所述第一馈线和第二馈线的幅度差调节所述第一射频信号和第二射频信号的功率和相位，对第一射频信号和第二射频信号的功率进行均衡和分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位和幅度均相同，并同时将所述第一射频信号和第二射频信号分别发送至所述第一馈线和第二馈线；

所述第一馈线，用于接收所述第一射频信号并将第一射频信号发送至所述第一路辐射天线；

所述第二馈线，用于接收所述第二射频信号并将第二射频信号发送至所述第二路辐射天线。

通过两路馈线分别将两路辐射天线与射频功率均衡器连接，保证信号传输的及时性和准确性。

优选的，所述对称两路宽带天线模块为对称两路宽带微带阵列天线模块。

减少背向辐射，保证两路辐射信号覆盖范围一致。

本发明还提供了一种应用2T2R对称天线系统进行的多输入多输出功率均衡方法，其技术方案如下：

一种多输入多输出功率均衡方法，包括以下步骤：

对称两路传输及功率均衡模块生成等幅等频且同相的第一射频信号和第二射频信号，并分别发送给第一路辐射天线和第二路辐射天线；

第一路辐射天线接收所述第一射频信号并发送第一辐射信号；

第二路辐射天线接收所述第二射频信号并发送第二辐射信号。

优选的，所述对称两路传输及功率均衡模块包括2T2R小基站和功率均衡模块，所述对称两路传输及功率均衡模块的工作步骤具体为：

2T2R小基站生成等幅等频的第一射频信号和第二射频信号，并将所述第一射频信号和第二射频信号发送给功率均衡模块；

功率均衡模块对接收的所述第一射频信号和/或第二射频信号进行功率分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位差为0度，并将所述第一射频信号发送给所述第一路辐射天线，将所述第二射频信号发送给所述第二路辐射天线。

优选的，所述功率均衡模块包括射频功率均衡器、第一馈线和第二馈线，所述功率均衡模块的工作步骤具体为：

所述射频功率均衡器根据所述第一射频信号和第二射频信号的相位差以及所述第一馈线和第二馈线的幅度差调节所述第一射频信号和第二射频信号的功率和相位，对第一射频信号和第二射频信号的功率进行均衡和分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位和幅度均相同，并同时将所述第一射频信号和第二射频信号分别发送至所述第一馈线和第二馈线；

所述第一馈线接收所述第一射频信号并将第一射频信号发送至所述第一路辐射天线；

所述第二馈线接收所述第二射频信号并将第二射频信号发送至所述第二路辐射天线。

本发明的5G信号覆盖的工作原理为：由室外的5G宏基站通过电缆发送信号给室内的2T2R小基站，2T2R小基站通过两根射频传输线将射频信号传输给射频功率均衡器，射频功率均衡器上连接有对称的两路辐射天线，射频功率均衡器通过内部的耦合电路对射频信号的功率进行均衡和分配，按照一定的比例分配一定的功率(预先设定值)给两路辐射天线，该射频功率均衡器还通过另外的两根射频传输线连接下一个射频功率均衡器，每组的两根射频传输线、射频功率均衡器和两路辐射天线组成一个节点，通过多个节点的串联，实现对整个室内楼层的信号覆盖，本发明中连接相邻两射频功率均衡器的射频传输线的长度相等，而且同一射频功率均衡器两端连接的四根射频传输线要保证高度的对称性，各射频功率均衡器上连接的多个辐射天线同样要保证高度的对称性，如此，可以使得射频信号一直保持着相位的一致性。对于每个节点中每路辐射天线上分配的功率保持一致，因此，不同的节点上的射频功率均衡器分配给对应的辐射天线的功率比例是不同的，由于射频传输线的长度为预先设定好的，因此射频信号在射频传输线传输时的损耗是已知的，因此，每个节点中的射频功率均衡器分配给该节点中的辐射天线的功率比例为：预定的辐射天线的分配功率/(上一节点传输来的功率-功率损耗)。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过对称两路宽带微带阵列天线接收多个功率均衡模块处理发送的两路等幅等频且相位差为0度的射频信号后并发送辐射信号，从而在空间形成了沿两路传输方向形成矩形覆盖范围内的幅度相位一致的辐射信号，使移动终端在信号覆盖的范围内移动时都能够接收两路等幅等相的辐射信号，具有良好的接收效果。

2、通过功率均衡模块对射频信号进行相位处理，使第一射频信号和第二射频信号等频等幅且同相，在空间形成两路幅度相位一致且覆盖范围一致的射频信号。

3、通过两路馈线分别将两路辐射天线与射频功率均衡器连接，保证信号传输的及时性和准确性。

4、对称两路宽带天线模块为对称两路宽带微带阵列天线模块，减少背向辐射，保证两路辐射信号覆盖范围一致。

附图说明

图1为本发明实施例所述2T2R对称天线系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述对称两路传输及功率均衡模块的结构示意图；

图3为本发明实施例所述功率均衡模块的结构示意图；

图4为本发明实施例所述多输入多输出功率均衡方法的流程图；

图5为本发明实施例所述对称两路传输及功率均衡模块的工作流程图；

图6为本发明实施例所述功率均衡模块的工作流程图。

附图标记说明：

1、对称两路传输及功率均衡模块；11、2T2R小基站；12、功率均衡模块；121、射频功率均衡器；122、第一馈线；123、第二馈线；

2、对称两路宽带天线模块；21、第一路辐射天线；22、第二路辐射天线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种2T2R对称天线系统，包括对称两路传输及功率均衡模块121和对称两路宽带天线模块2，所述对称两路宽带天线模块2为对称两路宽带微带阵列天线模块，可减少背向辐射，保证两路辐射信号覆盖范围一致，所述对称两路宽带天线模块2包括尺寸相同且位置相互平行的第一路辐射天线21和第二路辐射天线22，所述第一路辐射天线21和第二路辐射天线22分别与所述对称两路传输及功率均衡模块121连接；

其中，所述对称两路传输及功率均衡模块121，用于生成等幅等频且同相的第一射频信号和第二射频信号并发送给所述对称两路宽带天线模块2；

所述第一路辐射天线21，用于接收所述第一射频信号并发送第一辐射信号；

所述第二路辐射天线22，用于接收所述第二射频信号并发送第二辐射信号。

对称两路宽带微带阵列天线模块根据室内移动通信系统应用MIMO的具体需求传输符合MIMO应用所需频率的两路射频信号分别为第一射频信号和第二射频信号，其中，第一射频信号和第二射频信号的幅度和频率相同，相位差为0度。可以理解的是，由于具体的室内移动通信系统不同，应用MIMO所需的频率也不同，例如，若在LTE中应用MIMO所需要的频率是2500-2690MHZ的辐射射频信号，则对称两路传输及功率均衡模块121传输的第一射频信号和第二射频信号的频率是2500-2690MHZ。2T2R小基站11将等幅等频且相位差为0度的第一射频信号和第二射频信号发送给对称两路宽带微带阵列天线模块，从而保证第一射频信号和第二射频信号的传输路径相等，在到达对称两路宽带微带阵列天线模块时，第一射频信号和第二射频信号的相位相同，幅度相同。

对称两路宽带微带阵列天线模块上包括第一路辐射天线和第二辐射天线，第一路辐射天线和第二辐射天线的尺寸和结构工艺完全相同，并且第一路辐射天线和第二辐射天线同相且平行。值得注意的是，本领域的技术人员可以理解的是对称两路宽带微带阵列天线模块的尺寸大小是根据室内移动通信系统中应用MIMO所需要的频率而具体设定的。

对称两路宽带微带阵列天线模块通过第一路辐射天线21接收第一射频信号，并通过第二路辐射天线22接收第二射频信号。第一路辐射天线21在接收第一射频信号后向室内空间发送第一辐射信号，第二路辐射天线22在接收第二射频信号后向室内空间发送第二辐射信号。由于第一射频信号和第二射频信号等幅等频且相位差为0度，并且第一路辐射天线21和第二路辐射天线22同相平行，因此第一射频信号和第二射频信号的电场矢量在空间上相互平行并且具有等幅效果，从而第一辐射信号和第二辐射信号具有相关性，由于第一路辐射天线21和第二路辐射天线22的尺寸和结构工艺完全相同，并且位于同一个对称两路宽带天线上，因此，第一辐射信号和第二辐射信号的辐射范围在空间上一致，室内移动终端在信号覆盖范围内移动的过程中，始终能够接收两路相关的辐射信号，能够获得良好的等幅接收效果，在室内移动通信系统中最大限度的应用MIMO。

因此，本系统通过对称两路宽带微带阵列天线模块上两个同相且等幅的天线接收功率均衡模块12处理模块发送的两路等幅等频且相位差为0度的射频信号后并发送辐射信号，从而在空间形成了两路幅度相位一致且覆盖范围一致的辐射信号，使移动终端在信号覆盖的范围内移动时都能够接收两路等幅等相的辐射信号，具有良好的接收效果。同时，由于本实施例提供的室内分布天线系统中只用了一个对称两路宽带天线模块2即实现了两路信号的发射，天线轻便，有利于在室内布置。

在其中一个实施例中，如图2所示，所述对称两路传输及功率均衡模块121，包括2T2R小基站11和功率均衡模块12，所述2T2R小基站11与所述功率均衡模块12连接，所述功率均衡模块12分别与所述第一路辐射天线21和第二路辐射天线22连接；

其中，所述2T2R小基站11，用于生成等幅等频的第一射频信号和第二射频信号，并将所述第一射频信号和第二射频信号发送给所述功率均衡模块12；

所述功率均衡模块12，用于对接收的所述第一射频信号和/或第二射频信号进行功率分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位差为0度，并将所述第一射频信号发送给所述第一路辐射天线，将所述第二射频信号发送给所述第二路辐射天线22。

通过功率均衡模块12对射频信号进行相位处理，使第一射频信号和第二射频信号等频等幅且同相，在空间形成两路幅度相位一致且覆盖范围一致的射频信号。

在其中一个实施例中，如图3所示，所述功率均衡模块12，包括射频功率均衡器121、第一馈线122和第二馈线123，所述射频功率均衡器121通过所述第一馈线122与所述第一路辐射天线21连接，所述射频功率均衡器121通过所述第二馈线123与所述第二路辐射天线22连接；

其中，所述射频功率均衡器121，用于根据所述第一射频信号和第二射频信号的相位差以及所述第一馈线122和第二馈线123的幅度差调节所述第一射频信号和第二射频信号的功率和相位，对第一射频信号和第二射频信号的功率进行均衡和分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位和幅度均相同，并分别发送所述第一射频信号和第二射频信号至所述第一馈线122和第二馈线123；

所述第一馈线122，用于接收所述第一射频信号并将第一射频信号发送至所述第一路辐射天线21；

所述第二馈线123，用于接收所述第二射频信号并将第二射频信号发送至所述第二路辐射天线22。

由于第一射频信号和第二射频信号的频率相同，所以第一射频信号和第二射频信号的波长和传播周期相同，由于第一射频信号通过第一馈线122传输，第二射频信号通过第二馈线123传输，因此，第一馈线122的长度为第一射频信号的传输路径，第二馈线123的长度为第二射频信号的传输路径。射频功率均衡器121根据所获取的第一射频信号和第二射频信号的同相位以及第一馈线122和第二馈线123的长度对称一致性，保持发送第一射频信号和第二射频信号的同频同相性，从而控制第一射频信号和第二射频信号的发送功率，以使第一射频信号通过第一馈线122传输至第一路辐射天线21、第二射频信号通过第二馈线123传输至第二路辐射天线22时，第一射频信号和第二射频信号的功率等幅减少且同相。

射频功率均衡器121接收到第一射频信号和第二射频信号后，对第一射频信号和第二射频信号进行功率分配，均衡处理，从而根据第一射频信号和第二射频信号的具体功率大小对第一射频信号和/或第二射频信号进行功率分配，等幅同相处理。射频功率均衡器121将等幅等频且相位差为0度的第一射频信号和第二射频信号通过两根等长的馈线发送给对称两路宽带天线模块2，从而保证第一射频信号和第二射频信号的传输路径相等，在到达对称两路宽带天线模块2时，第一射频信号和第二射频信号的相位差仍然为0度。通过两路馈线分别将两路辐射天线与射频功率均衡器121连接，保证信号传输的及时性和准确性。

如图4所示，一种多输入多输出功率均衡方法，包括以下步骤：

S1、对称两路传输及功率均衡模块121生成等幅等频且同相的第一射频信号和第二射频信号，并分别发送给第一路辐射天线21和第二路辐射天线22；

S2、第一路辐射天线21接收所述第一射频信号并发送第一辐射信号；第二路辐射天线22接收所述第二射频信号并发送第二辐射信号。

在其中一个实施例中，如图5所示，所述对称两路传输及功率均衡模块121包括2T2R小基站11和功率均衡模块12，所述对称两路传输及功率均衡模块121的工作步骤具体为：

S11、2T2R小基站11生成等幅等频的第一射频信号和第二射频信号，并将所述第一射频信号和第二射频信号发送给功率均衡模块12；

S12、功率均衡模块12对接收的所述第一射频信号和/或第二射频信号进行功率分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位差为0度，并将所述第一射频信号发送给所述第一路辐射天线，将所述第二射频信号发送给所述第二路辐射天线22。

在其中一个实施例中，如图6所示，所述功率均衡模块12包括射频功率均衡器121、第一馈线122和第二馈线123，所述功率均衡模块12的工作步骤具体为：

S121、所述射频功率均衡器121根据所述第一射频信号和第二射频信号的相位差以及所述第一馈线122和第二馈线123的幅度差调节所述第一射频信号和第二射频信号的功率和相位，对第一射频信号和第二射频信号的功率进行均衡和分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位和幅度均相同，并分别发送所述第一射频信号和第二射频信号至所述第一馈线122和第二馈线123；

S122、所述第一馈线122接收所述第一射频信号并将第一射频信号发送至所述第一路辐射天线21；所述第二馈线123接收所述第二射频信号并将第二射频信号发送至所述第二路辐射天线22。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种2T2R对称天线系统，其特征在于，包括对称两路传输及功率均衡模块和对称两路宽带天线模块，所述对称两路宽带天线模块包括尺寸相同且位置相互平行的第一路辐射天线和第二路辐射天线，所述第一路辐射天线和第二路辐射天线分别与所述对称两路传输及功率均衡模块连接；

其中，所述对称两路传输及功率均衡模块，用于传输和均衡处理等幅等频且同相的第一射频信号和第二射频信号并发送给所述对称两路宽带天线模块；

所述第一路辐射天线，用于接收所述第一射频信号并发送第一辐射信号；

所述第二路辐射天线，用于接收所述第二射频信号并发送第二辐射信号。

2.根据权利要求1所述的2T2R对称天线系统，其特征在于，所述对称两路传输及功率均衡模块，包括2T2R小基站和功率均衡模块，所述2T2R小基站与所述功率均衡模块连接，所述功率均衡模块分别与所述第一路辐射天线和第二路辐射天线连接；

其中，所述2T2R小基站，用于生成等幅等频的第一射频信号和第二射频信号，并将所述第一射频信号和第二射频信号发送给所述功率均衡模块；

所述功率均衡模块，用于对接收的所述第一射频信号和/或第二射频信号进行功率分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位差为0度，并将所处理后的述第一射频信号发送给所述第一路辐射天线，将所述第二射频信号发送给所述第二路辐射天线。

3.根据权利要求2所述的2T2R对称天线系统，其特征在于，所述功率均衡模块，包括射频功率均衡器、第一馈线和第二馈线，所述射频功率均衡器通过所述第一馈线与所述第一路辐射天线连接，所述射频功率均衡器通过所述第二馈线与所述第二路辐射天线连接；

其中，所述射频功率均衡器，用于根据所述第一射频信号和第二射频信号的相位差以及所述第一馈线和第二馈线的幅度差调节所述第一射频信号和第二射频信号的功率和相位，对第一射频信号和第二射频信号的功率进行均衡和分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位和幅度均相同，并同时将所述第一射频信号和第二射频信号分别发送至所述第一馈线和第二馈线；

所述第一馈线，用于接收所述第一射频信号并将第一射频信号发送至所述第一路辐射天线；

所述第二馈线，用于接收所述第二射频信号并将第二射频信号发送至所述第二路辐射天线。

4.一种应用如权利要求1-3中任一项所述的2T2R对称天线系统进行的多输入多输出功率均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：

对称两路传输及功率均衡模块生成等幅等频且同相的第一射频信号和第二射频信号，并分别发送给第一路辐射天线和第二路辐射天线；

第一路辐射天线接收所述第一射频信号并发送第一辐射信号；

第二路辐射天线接收所述第二射频信号并发送第二辐射信号。

5.根据权利要求4所述的多输入多输出功率均衡方法，其特征在于，所述对称两路传输及功率均衡模块的工作步骤具体为：

2T2R小基站生成等幅等频的第一射频信号和第二射频信号，并将所述第一射频信号和第二射频信号发送给功率均衡模块；

功率均衡模块对接收的所述第一射频信号和/或第二射频信号进行功率分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位差为0度，并将所述第一射频信号发送给所述第一路辐射天线，将所述第二射频信号发送给所述第二路辐射天线。

6.根据权利要求5所述的多输入多输出功率均衡方法，其特征在于，所述功率均衡模块的工作步骤具体为：

所述射频功率均衡器接收所述第一射频信号和第二射频信号并根据第一射频信号和第二射频信号的相位差以及所述第一馈线和第二馈线的幅度差调节第一射频信号和第二射频信号的功率和相位，对第一射频信号和第二射频信号的功率进行均衡和分配，使得所述第一射频信号和第二射频信号的相位和幅度均相同，并同时将所述第一射频信号和第二射频信号分别发送至所述第一馈线和第二馈线；

所述第一馈线接收所述第一射频信号并将第一射频信号发送至所述第一路辐射天线；

所述第二馈线接收所述第二射频信号并将第二射频信号发送至所述第二路辐射天线。

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