CN117063349A - 一种天线模块及基站系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种天线模块及基站系统。该天线模块可以透射一定频段的电磁波。该基站系统包括：信号塔、第一天线模块和第二天线模块；第一天线模块和第二天线模块分别固定在信号塔上，并且共用信号塔上的同一天面；第一天线模块的中心点与信号塔的距离小于第二天线模块的中心点与信号塔的距离；第一天线模块的第一工作频段和第二天线模块的第二工作频段不同；第二天线模块可透射第一工作频段的电磁波、以及辐射或接收第二工作频段的电磁波；本申请的方案可以使基站系统实现多频段覆盖的目的，系统中的天线模块不仅可以独立工作、互不影响，还可以分离式安装和拆卸。
Description
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线模块及基站及系统。
随着5G的高速发展和商用进程的深化，基站中天线的形式越来越复杂，工作频段也越来越多。在布置基站的站点有限的条件下，通信运营商租用基站的天面资源的成本逐渐提升，同时4G的优先发展占据了大量站点的有利挂高位置，导致5G天线覆盖受限。因此，如何在不影响现有的网络业务基础上，实现更高的站点共享率及更高效的天面利用率是本领域需解决的问题。
现有技术中采用的一种方法是一体化封装两种频段天线；具体是通过将有源天线与无源天线部分并排设置，以共享基站的天面资源，且保证两者表面基本平行，以最大限度减小两种天线间的相互影响。
这种设计虽然可以扩展天线的频段范围，实现多频段多模的目的，解决了天面资源缺少和降低租用天面资源成本的问题，但是会导致天线占用的天面资源较大，利用率较低，还会带来更大的风阻。此外，该技术方案中必须要重新加工天线模块，无法利用现有的天线模块，使得设计天线的成本增高，而且天线模块一旦加工完成，天线中振子间的组合便固定，不能满足多变的安装环境需求。
现有技术中的另一种方法是采用紧凑双频双极化天线滤波结构设计天线。此种方案的目的是将高频振子放置于低频振子的空隙中，实现不同频段的天线共享天面的目的。并且，还通过在两个振子间引入滤波结构，以降低两个振子间的耦合，让两个振子可以保持自身的电磁特性。但此种方案同样存在需要重新加工天线模块、以及无法满足多变的安装环境要求的问题。
发明内容
为了解决上述的问题，本申请的实施例提供了一种天线模块及基站系统，天线模块采用可以透射一定频段的电磁波的部件，基站中多个频段的天线模块采用分离式安装，各天线模块可以共享信号塔的同一天面，且天线模块之间互不影响工作，以解决上述存在的问题。
第一方面，本申请提供一种天线模块，该天线模块包括：依次连接的第一天线辐射单元、金属反射地板和第一天线馈电网络；
所述第一天线辐射单元，用于辐射或接收所述第一工作频段的电磁波；
所述金属反射地板，用于反射所述第一工作频段的电磁波；
所述第一天线馈电网络，用于传递所述第一工作频段的电磁波对应的电信号；
所述天线模块固定在信号塔的挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述天线模块的位置；
所述天线模块在所述信号塔上的高度与第二天线模块在信号塔上的高度满足第一条件，且所述天线模块在所述信号塔上的方位角和所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角满足第二条件，所述第二天线模块为所述信号塔上与所述天线模块共用同一天面的天线模块。
由上，天线模块可以和第二天线模块共用同一天面，实现所属基站系统扩充天线频段的效果。
在一种可能的实施方式中，所述天线模块和所述第二天线模块分别固定在信号塔的不同或同一挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述天线模块或所述第二天线模块的位置。
在一种可能的实施方式中，所述第一条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的高度与所述第二天线模块在所述信号塔上的高度的差值小于第一高度阈值，所述第一高度阈值根据所述天线模块的高度和所述第二天线模块的高度确定。
在一种可能的实施方式中，所述第二条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域与所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域有重叠。
第二方面，本申请实施例提供一种天线模块，该天线模块包括：依次连接的第二辐射单元、电磁透射地板和第二馈电网络；
所述第二辐射单元，用于辐射或接收第二工作频段的电磁波；
所述电磁透射地板，用于反射所述第二工作频段的电磁波，以及透射第一工作频段的电磁波，所述第一工作频段包括除所述第二工作频段之外的任一工作频段；
所述第二馈电网络，用于传递所述第二工作频段的电磁波对应的电信号，以及透射所述第一工作频段的电磁波。
由上，天线模块可以和第一天线模块共用同一天面，实现所属基站系统扩充天线频段的效果。
在一种可能的实施方式中，所述电磁透射地板对所述第一工作频段的电磁波的透射率大于第一阈值，所述第一阈值根据所述第一工作频段、所述第一工作频段对应的第一天线 模块的接收性能、和/或所述第一天线模块的发射性能确定。
在一种可能的实施方式中，所述电磁透射地板对所述第二工作频段的电磁波的透射率小于第二阈值，所述第二阈值根据所述天线模块的工作频段、接收性能和/或发射性能确定。
在一种可能的实施方式中，所述第二馈电网络对所述第一工作频段的电磁波的透射率大于第一阈值，所述第一阈值根据所述第一工作频段、所述第一工作频段对应的第一天线模块的接收性能、和/或所述第一天线模块的发射性能确定。
在一种可能的实施方式中，所述天线模块和所述第一工作频段对应的第一天线模块分别固定在信号塔的不同或同一挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述天线模块或所述第一天线模块的位置。
在一种可能的实施方式中，所述天线模块在所述信号塔上的高度与所述第一工作频段对应的第一天线模块在信号塔上的高度满足第三条件，且所述天线模块在所述信号塔上的方位角和所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角满足第四条件，以共用所述信号塔上的同一天面。
在一种可能的实施方式中，所述第三条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的高度与所述第一天线模块在所述信号塔上的高度的差值小于第二高度阈值，所述第二高度阈值根据所述天线模块的高度和所述第一天线模块的高度确定。
在一种可能的实施方式中，所述第四条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域与所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域有重叠。
第三方面，本申请实施例还提供一种基站系统，该基站系统包括：信号塔、第一天线模块和第二天线模块；
所述第一天线模块和所述第二天线模块分别固定在所述信号塔的不同或同一挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述第一天线模块或所述第二天线模块的位置；
所述第一天线模块在所述信号塔上的高度与所述第二天线模块在所述信号塔上的高度满足第五条件，且所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角和所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角满足第六条件，以共用所述信号塔上的同一天面；
所述第一天线模块的中心点与所述信号塔的距离小于所述第二天线模块的中心点与所述信号塔的距离；
所述第一天线模块的第一工作频段和所述第二天线模块的第二工作频段不同；
所述第一天线模块，用于辐射或接收所述第一工作频段的电磁波；
所述第二天线模块，用于透射所述第一工作频段的电磁波、以及辐射或接收所述第二工作频段的电磁波。
由上，该基站系统中第一天线模块和第二天线模块可实现共用同一天面的目的。而且，第二天线模块不遮挡第一天线模块的电磁波，两个天线模块互不影响，可以独立工作。同时两个天线模块采用上述的分离式安装方式，可使两个天线模块灵活安装和拆卸。
在一种可能的实施方式中，所述第一天线模块与所述第二天线模块的距离大于0.1λ，λ为所述第一天线模块的工作频段的波长。
在一种可能的实施方式中，所述第一天线模块和所述第二天线模块之间相对的两个表面的夹角介于-90°-90°之间。
在一种可能的实施方式中，所述第一天线模块包括：依次连接的第一天线辐射单元、金属反射地板和第一天线馈电网络；
所述第一天线辐射单元，用于辐射或接收所述第一工作频段的电磁波；
所述金属反射地板，用于反射所述第一工作频段的电磁波；
所述第一天线馈电网络，用于传递所述第一工作频段的电磁波对应的电信号；
所述天线模块固定在信号塔的挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述天线模块的位置；
在一种可能的实施方式中，所述第二天线模块包括：依次连接的第二辐射单元、电磁透射地板和第二馈电网络；
所述第二辐射单元，用于辐射或接收第二工作频段的电磁波；
所述电磁透射地板，用于反射所述第二工作频段的电磁波，以及透射第一工作频段的电磁波，所述第一工作频段包括除所述第二工作频段之外的任一工作频段；
所述第二馈电网络，用于传递所述第二工作频段的电磁波对应的电信号，以及透射所述第一工作频段的电磁波。
在一种可能的实施方式中，所述第五条件包括：所述第一天线模块在所述信号塔上的高度与所述第二天线模块在所述信号塔上的高度的差值小于第三高度阈值，所述第三高度阈值根据所述第一天线模块的高度和所述第二天线模块的高度确定。
在一种可能的实施方式中，所述第六条件包括：所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域与所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域有重叠。
下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请提供的一种安装有多个天线的基站系统结构图；
图2为本申请实施例提供的基站系统结构图；
图3为本申请实施例提供的基站系统的俯视图；
图4为本申请实施例提供的基站系统中天线模块A和B的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的基站系统中天线模块A和B之间电磁波的路线图；
图6a为本申请实施例提供的基站系统中天线模块B采用电磁透射地板的极化方向图；
图6b为本申请实施例提供的基站系统中天线模块B采用金属反射地板的极化方向图；
图7a为本申请实施例提供的基站系统中不设置天线模块B时天线模块A的极化方向图；
图7b为本申请实施例提供的基站系统中天线模块A和B处于同一挂高位置时天线模块A的极化方向图。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在本申请实施例的描述中，“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”、“例如”或者“举例来说”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”、“例如”或者“举例来说”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。另外，除非另有说明，术语“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个系统是指两个或两个以上的系统，多个屏幕终端是指两个或两个以上的屏幕终端。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
图1示出了一种安装有多个天线的基站系统结构图。如图1所示，基站系统中的信号塔上安装有三个不同频段的天线模块，且位于基站的三个不同的挂高位置。
基站系统是公用的移动通信系统，同时是移动终端接入互联网的接口设备，可以通过电磁波同一定范围内的移动终端建立通信连接关系，并进行信息传递。
基站系统通过例如图1所示的天线模块来收发相应频段的电磁波，实现与终端侧的移动终端的通信。基站系统还通过传输网络连接核心网侧，从核心网侧获取移动终端需要的 信息。
以核心网侧到移动终端的传输流程为例，说明信息的传递过程。
基站系统将核心网侧的控制指令、语音呼叫或数据业务信息通过传输网络传送到基站系统。基站系统对这些信息经过基带和射频处理，然后通过射频馈线送到上述天线模块中进行辐射。移动终端则通过无线信道接收天线模块辐射的无线电波(电磁波)，从中获得属于自己的信息。
移动终端到核心网侧的传输流程与前述的流程相反，但原理相似。
基站系统除了图1示出的信号塔和天线模块，还包括一些基础设施，比如基站房，电线等结构部件。其中，基站房内主要配备信号收发器，监控装置，灭火装置，供电设备和空调设备。
信号收发器用来接收或发射来自天线模块或核心网侧传输来的信息，是信息传递的交换站，包括发射机和接收机两部分。
监控装置、灭火装置和空调设备是基站系统的安全辅助装置，提供监视和降温等功能。
信号塔上除了安装有天线模块，还包括：防雷接地系统，塔体，基础，支架，电缆和辅助设施等几个部分的结构。根据形状，信号塔可分为角钢塔，单管塔，顶杆，电缆塔等多种不同形式。
基站系统还包括基站控制器，包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制器(CSC)、话音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于扩充的多路端接口(EMPI)。
一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。收发台即前述的天线模块。
基站控制器的核心是交换网络和公共处理器(CPR)。公共处理器对控制器内部各模块进行控制管理，并通过通信协议与操作维护中心(OMC)相连接。交换网络将完成接口和接口之间的64kbit/s数据/话音业务信道的内部交换。控制器通过接口设备数字中继器(DTC)与移动交换中心相连，通过接口设备终端控制器(TCU)与收发台相连，构成一个简单的通信网络。
在一种可能的实施方式中，基站系统除了上述的各设备之外，还可以包括基站系统：管理所述基站系统的主控单元、与所述主控单元连接的中射频单元，用于处理中射频信号；用于处理基带信号的基带单元；与所述基带单元连接的传输单元，并通过传输接口与网络 控制器连接；
此外，在一些实例中，还可以包括：
模式管理单元，与所述中射频单元、主控单元、基带单元和传输单元连接，用于根据所述基站系统在通信网络中的组网形态，配置所述基站系统工作在不同的工作模式；
第一载频接口和第二载频接口，所述第一载频接口用于在级联组网时与连接的上一级设备通信，所述第二载频接口用于级联组网时与连接的下一级设备通信。
天线模块的频段可以是任意一个频段，包括：4G频段和5G频段。本申请实施例不对天线模块的频段做具体限定。
其中，4G(第四代移动通信技术)是在3G(第三代移动通信技术)技术上的一次更好的改良，其相较于3G通信技术，存在一个强大的优势，是将WLAN技术和3G通信技术进行了很好的结合，使图像的传输速度更快，让传输图像的质量和图像看起来更加清晰。在智能通信设备中应用4G通信技术，可让用户的上网速度更加迅速，速度可以高达100Mbps。
类似地，5G(第五代移动通信技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。5G规范要求速度高达20Gbit/s，可以实现宽信道带宽和大容量MIMO，在上网速度上有进一步的提升。
每一代的通信技术一般都拥有多个工作频段。对4G来讲，频段包括：移动运营商的频段1880-1900MHz、2320-2370MHz和2575-2635MHz；联通运营商的频段2300-2320MHz和2555-2575MHz；电信运营商的频段2370-2390MHz和2635-2655MHz。
对5G来讲，频段包括：移动运营商的频段2515MHz-2675MHz和4800MHz-4900MHz；联通运营商的频段3500MHz-3600MHz；电信运营商的频段3400MHz-3500MHz。
天线模块是应用上述移动通信技术的一种变换器，它可以把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换，该电磁波的工作频段是对应移动通信技术中一个频段。
一般熟知的，电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，具有波粒二象性；由同向振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁波在真空中速率固定，速度为光速。
电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变化的电场会产生磁场(即电流会产生磁场)，变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变 动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。
一般来讲，常规的天线模块包括：天线辐射单元、金属反射地板和天线馈电网络三层结构。
天线辐射单元是构成天线模块基本结构的单元，它能能有效地辐射或接收无线电波，具体作用是将电信号转换成一定工作频段的电磁波并辐射、以及将接收到的电磁波转换成电信号并传至天线馈电网络。
金属反射地板位于天线辐射单元和天线馈电网络之间，作用是将天线辐射单元辐射的电磁波反射出去。
天线馈电网络的作用是传递电磁波对应的电信号，包括将发射机传来的电信号发送至天线辐射单元、以及将天线辐射单元传来的电信号发送至接收机。
天线辐射单元可以是一种标准的对置单元，在单元的辐射方向上有两对振子，通过等幅同相方式进行馈电，振子对为标准的半波振子，采用同轴线进行馈电，该天线口径面积大，辐射效率较高。天线辐射单元可采用赫兹电振子、赫兹磁振子或惠更斯元辐射器。
金属反射地板的作用是反射天线辐射单元辐射的电磁波。
在一种可能的实施方式中，金属反射地板可以由多个双频带可调谐结构单元阵列组合布置而成。双频带可调谐结构单元包括金属铜片、第一层介质板、双介质膜、第二层介质板和接地板，金属铜片朝向天线，接地板背向天线，金属铜片由正方形铜片和方环形铜片组成，双介质膜包括内层复合介质膜和外层复合介质膜，内层复合介质膜和外层复合介质膜之间具有空气缝隙。
在一种可能的实施方式中，上述介质板可以是由金属材质制成的金属板，或者是由塑料板表面涂有金属层制成。
天线馈电网络也是天线模块中重要组成部分。它连接天线模块的端口与阵列单元，构成射频信号传输的通路，实现阻抗匹配、幅度相位分配等功能。
在一种可能的实施方式中，天线馈电网络的结构可以包括：主馈线外导体和位于主馈线外导体内的主馈线内导体，两个主馈线内导体之间依靠一个导体部件连接，主馈线外导体其中一面为开放式结构。
在一种可能的实施方式中，天线馈电网络的结构可以包括：馈电网络外导体和馈电网络内导体。
上述馈电网络外导体设置在反射地板的背面，所述馈电网络外导体包括多个导体，所述多个导体中相邻导体之间设有空隙，所述馈电网络内导体设置在所述空隙中，所述馈电 网络内导体在功分与拐角处为一体结构。
在一种可能的实施方式中，天线馈电网络的结构可以包括两个子差分馈电网络。两个子差分馈电网络分别置于金属反射地板相对的两个表面，向双极化天线辐射单元差分馈电，实现双极化差分馈电网络小型化。
天线辐射单元、金属反射地板和天线馈电网络在不同安装环境下可以采用不同的结构，本申请实施例不对天线辐射单元、金属反射地板和天线馈电网络的结构做具体限定。只要能实现本申请实施例记载的天线模块的功能即可。
按照上述介绍，图1中的三个天线模块是应用上述移动通信技术中不同频段的设备。比如：一个支持4G频段的天线模块和两个支持不同5G频段的天线模块。
以一个支持5G频段的天线模块为例，其辐射的电磁波覆盖信号塔周围一定范围内的区域，天线模块的覆盖距离与其发射功率相关。在覆盖范围内的用户使用无线通讯设备请求访问数据时，向该天线模块发送其工作频段的电磁波。天线模块接收该请求访问的电磁波，将接收到的电磁波进行转换后，经过馈线馈入接收机，接收机获得相应的数据，经过馈线送至天线模块，天线模块将数据以电磁波的形式发给用户。
无线通讯设备可以是手机、平板等可以实现无线通讯的设备，本申请实施例不对无线通讯设备做具体限定。同时，无线通讯设备中还需安装可以发射和接收基带信号的基带芯片。基带芯片可以合成即将发射的基带信号，并且解码接收到的基带信号。发射基带信号时，把音频信号编译成基带码；接收信号时，把基带码译码为音频信号。同时，基带芯片也负责地址信息、文字信息和图片信息等的编译。
基带芯片是一种集成度非常复杂的SOC，主流的基带芯片支持多种网络制式，即在一颗基带芯片上支持所有的移动网络和无线网络制式，包括2G、3G、4G和WiFi等，多模移动终端可实现全球范围内多个移动网络和无线网络间的无缝漫游。目前大部分基带芯片的基本结构是微处理器和数字信号处理器，微处理器是整颗芯片的控制中心，大部分使用的是ARM核，而DSP子系统负责基带处理。
以智能手机为例，布置在于智能手机中的基带芯片可以理解为一个结构复杂的SoC芯片，可通过辐射或接收一定工作频段的电磁波，与周围的天线模块进行通信。这种芯片具有多种功能，各个功能的正常工作是通过微型处理器进行配置与协调的。这种复杂的芯片以ARM微型处理器为中心，它通过ARM微型处理器的专用总线(AHB总线)来控制和配置ARM微型处理器周围的各个外设功能模块，包括GSM、WiFi、GPS、蓝牙、DSP和内存等，并且每一个功能模块都有独立的内存和地址空间，他们的功能是相互独立的，互不影响的。
智能手机还包括天线、移动通信模块和调制解调器。
示例性的，天线用于发射和接收基站系统的天线模块辐射的电磁波信号。
移动通信模块可以提供应用在智能手机上的包括2G/3G/4G/5G等无线通信的解决方案。移动通信模块可以包括至少一个滤波器，开关，功率放大器，低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)等。
调制解调器可以包括调制器和解调器。
考虑到实际的安装要求，当天线模块的辐射角度为120°时，基站的一个水平面上只能安装三个天线模块。因此，本申请实施例提供了一种多频段分离式的基站系统，系统中天线模块采用共用同一天面的安装方式，以突破天线模块个数的限值，实现扩充基站系统频段的目的。
图2示出了本申请实施例提供的一种基站系统结构图。如图2所示，该基站系统具备多频段分离式的天线模块架构，包括信号塔、第一天线模块A和第二天线模块B。天线模块A和B共享信号塔的同一天面，达到节省天面资源的效果。天线模块A和天线模块B采用不同频段的天线设备，以实现扩充频段的目的。
在一种可能的实施方式中，天线模块A和B采用分离式安装方式。即天线模块A和天线模块B分别固定在信号塔的不同挂高位置上，且天线模块A距离基站较近，天线模块B距离基站远一些。这样设置，还使得两个天线模块可以灵活组装和拆卸。
在一种可能的实施方式中，天线模块A和B可以采用组合安装的方式。即先将天线模块A和天线模块B组合固定，然后将组合后的模块安装在信号塔的一个挂高位置上。
为实现上述实施方式中共享信号塔同一天面的目的，天线模块A和B不能相距太远，因此需对两个模块在信号塔上的高度和方位角做出限定。因此，天线模块A在信号塔上的高度和天线模块B在信号塔上的高度需满足一定的条件。同时，天线模块A在信号塔上的方位角和天线模块B在信号塔上的方位角同样需满足一定范围的要求。
在本申请实施例中，设定两个天线模块共享同一天面的条件为：
条件1.两个天线模块在信号塔上的高度差小于一个高度阈值；当以天线模块的中心点为参考点计算天线模块在信号塔上的高度时，该高度阈值为两个模块的自身高度之和的一半。
条件2.两个天线模块在信号塔上的方位角所在扇形区域有重叠。图3示出了两个天线模块在信号塔上的俯视图。如图3所示，从信号塔上方俯视两个天线模块，虚线框表示天线模块A，两条虚线成的夹角为天线模块A在信号塔上的方位角
实线框表示天线模块 B，两条实线成的夹角为天线模块B在信号塔上的方位角
上述条件2中描述的两个扇形区域重叠是表征能够共用同一天面的一个特征，并不强调两个扇形区域必须100％叠加在一起。例如，当两个扇形区域各有30％的区域叠加时，可以实现共用天面的效果，即可认定两个扇形区域重叠。
在本申请实施例中的方位角是在以信号塔的底部中心为原点建立的球坐标系中的方位角。具体地，以天线模块A为例，参阅图3，天线模块A的方位角
为模块A下方的两个边缘点与原点的连线在投影面所成的夹角，其中，两个边缘点为模块A下方两侧棱边的中点。
在本申请实施例中，为方便表述，将天线模块A的工作频段称之为第一工作频段，将天线模块B的工作频段称之为第二工作频段。
天线模块A辐射或接收所述第一工作频段的电磁波；天线模块B透射所述第一工作频段的电磁波、以及辐射或接收所述第二工作频段的电磁波。
上述天线模块A和B在信号塔上的设置方式还需要注意的是，天线模块B不能对天线模块A的工作造成影响，即实现前述的天线模块B透射第一工作频段的效果。因此天线模块B的结构与天线模块A的结构不同。同时，天线模块A和天线模块B位置关系存在一些特殊性。本申请实施例从天线模块A和模块B之间的位置关系和内部构造两个方面来实现两个模块之间独立工作、互不影响的目的。
下面，先示例性的介绍本申请实施例中基站系统的天线模块A和模块B的位置关系。
此方面包括天线模块A和B之间的距离和角度。
其一，为保证天线模块A和B之间可以相互独立解耦。本申请实施例参照天线模块A工作频段的波长设置天线模块A和B之间的距离。天线模块A与天线模块B的距离大于0.1λ，λ为天线模块A的工作频段的波长。
此外，在一种可能的实施方式中，天线模块A的中心点与信号塔的距离小于天线模块B的中心点与信号塔的距离。
其二，天线模块A和B之间相对表面的夹角也会影响天线模块A的工作，需予以调整。在本申请实施例中，天线模块A和天线模块B之间相对的两个表面的夹角介于-90°-90°之间。
接下来介绍本申请实施例中天线模块A和天线模块B的内部结构。
在本申请实施例中，天线模块A可以采用第一天线辐射单元、金属反射地板和第一天线馈电网络的结构。第一天线辐射单元、金属反射地板和第一天线馈电网络依次连接。
其中，第一天线辐射单元辐射或接收所述第一工作频段的电磁波；金属反射地板反射所述第一工作频段的电磁波；第一天线馈电网络传递所述第一工作频段的电磁波对应的电信号。
根据上述的介绍可知，天线模块A介于基站和天线模块B之间，如果不对天线模块B进行改造，天线模块B采用和天线模块A同样的构造，天线模块B就会阻碍天线模块A辐射和接收电磁波，影响天线模块A的工作效果。
本申请实施例为尽量较少天线模块B对天线模块A性能的影响，对天线模块B进行了特殊的设计。具体地，将常规的天线模块结构中的反射地板设置成电磁透射地板、以及将馈电网络设置成可以透射电磁波的馈电网络。天线模块B的电磁透射地板和馈电网络可以透射天线模块A的工作频段的电磁波，也就是说，透射的电磁波在天线模块B的电磁透射地板和馈电网络上的入射角度是任意的。
由上，本申请实施例中的天线模块B包括：第二辐射单元、电磁透射地板和第二馈电网络；第二辐射单元、电磁透射地板和第二馈电网络依次连接。
其中，第二辐射单元辐射或接收第二工作频段的电磁波；电磁透射地板可以反射所述第二工作频段的电磁波，以及可以透射第一工作频段的电磁波；第二馈电网络传递所述第二工作频段的电磁波对应的电信号，以及透射所述第一工作频段的电磁波。
为实现电磁透射地板对天线模模块A的第一工作频段的电磁波的透射效果。电磁透射地板对天线模模块A的工作频段的电磁波的透射率大于第一阈值，天线模块B改造后的馈电网络的透射率同样大于第一阈值。
第一阈值需参考天线模块A的工作频段、辐射性能和/或接收性能进行设置。此外，电磁透射地板还需要反射天线模块B的工作频段的电磁波，因此，电磁透射地板对天线模块B的透射率小于第二阈值，第二阈值根据天线模块B的工作频段、辐射性能和/或接收性能进行设置。本申请实施例中，第一阈值为-0.5dB，第二阈值为-10dB。
下面结合附图，示例性的对本申请实施例中天线模块A和天线模块B的结构作进一步描述。
图4示出了本申请实施例提供的基站系统中天线模块A和B的结构示意图。如图4所示，在天线模块B一侧望向信号塔的方向上，天线模块B包括：依次连接的天线辐射单元1、电磁透射地板2和馈电网络3，天线模块A包括：依次连接的天线辐射单元4、金属反射地板5和馈电网络6。天线辐射单元1和天线辐射单元4的结构可以一致，也可以不一致，可根据实际的安装环境选择；馈电网络3具备透射天线模块A工作频段的电磁波的能 力。
接下来，示例性的通过对天线模块A和B之间电磁波的路线和上面的特殊设计产生的相应效果进行详细描述。
图5示出了本申请实施例的基站中两个天线模块之间电磁波的路线图。如图5所示，天线模块B的电磁透射地板在其天线辐射单元辐射出电磁波后，将其反射出去，同时，电磁透射地板不会阻挡天线模块A的工作频段的电磁波；天线模块B中馈电网络也会透射天线模块A工作频段的电磁波，使得天线模块B不影响天线模块A的正常工作。
其中，天线模块A的工作频段的电磁波由天线模块A中天线辐射单元生成，天线模块B的工作频段的电磁波由天线模块B中的天线辐射单元生成。
接下来，本申请实施例结合天线模块的极化方向图说明天线模块A和B互不影响工作的效果。下面列举的极化方向图均为极坐标方向图。
图6a示出了天线模块B采用电磁透射地板的极化方向图，图6b示出了天线模块B采用金属反射地板的极化方向图。结合如图6a和图6b所示的方向图中的两种极化，可以看出，天线模块B使用电磁透射地板时的主极化和交叉极化，与使用金属反射地板时主极化和交叉极化相比，具有极好的保形效果，说明将金属反射地板替换成电磁透射地板对天线模块自身的工作频段的电磁波的影响很小。
图7a示出了基站中不设置天线模块B时天线模块A的极化方向图，图7b示出了基站中天线模块A和B处于同一挂高位置时天线模块A的极化方向图。结合如图7a和图7b所示的方向图中的两种极化，可以看出天线模块A和B处于同一挂高位置时，天线模块B对天线模块A的两种极化基本无影响，可以实现让模块A保持自身的电磁辐射特性的目的。
天线极化是描述天线辐射电磁波矢量空间指向的参数。由于电场与磁场有恒定的关系，故一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。也可以理解为，极化是在最大辐射方向上电场矢量端点运动的轨迹。由于天线本身物理结构的原因，天线辐射远场的电场矢量除了有所需要方向的运动外，还在其正交方向上存在分量，即上述描述中天线的交叉极化。
天线的极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化和垂直极化；圆极化又分为左旋圆极化和右旋圆极化。
电场矢量在空间的取向固定不变的电磁波叫线极化。有时以地面为参数，电场矢量方向与地面平行的叫水平极化，与地面垂直的叫垂直极化。电场矢量与传播方向构成的平面叫极化平面。垂直极化波的极化平面与地面垂直；水平极化波的极化平面则垂直于入射线、 反射线和入射点地面的法线构成的入射平面。
当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0ˉ360度周期地变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90度或270度时，可以得到圆极化。圆极化，若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。
当两个方向的极化合成矢量端点的轨迹为一个椭圆时。椭圆极化波的椭圆长短轴之比，称为轴比，当椭圆的轴比等于1，椭圆极化波即是圆极化波。当轴比为无穷时，电波的极化为线极化。根据电场旋转方向不同，椭圆极化和圆极化可分为右旋极化和左旋极化两种。沿波的传播方向看去，电场矢量在截面内顺时针方向旋称右旋极化，逆时针方向旋称左旋极化。
极化方向图是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强随方向变化的图形，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。天线方向图又称之为辐射方向图(radiation pattern)、远场方向图(far-field pattern)。在地面架设的线天线一般采用两个相互垂直的平面来表示其方向图，比如水平面方向图和铅垂面方向图。超高频天线通常采用与场矢量相平行的两个平面来表示，即E平面方向图，H平面方向图。按照坐标的选择，天线的极化方向图可分为：直角坐标方向图，极坐标方向图，立体方向图等。
本申请的实施例中的方案在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而不对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (19)
- 一种天线模块，其特征在于，所述天线模块包括：依次连接的第一天线辐射单元、金属反射地板和第一天线馈电网络；所述第一天线辐射单元，用于辐射或接收所述第一工作频段的电磁波；所述金属反射地板，用于反射所述第一工作频段的电磁波；所述第一天线馈电网络，用于传递所述第一工作频段的电磁波对应的电信号；所述天线模块固定在信号塔的挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述天线模块的位置；所述天线模块在所述信号塔上的高度与第二天线模块在信号塔上的高度满足第一条件，且所述天线模块在所述信号塔上的方位角和所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角满足第二条件，所述第二天线模块为所述信号塔上与所述天线模块共用同一天面的天线模块。
- 根据权利要求1所述的天线模块，其特征在于，所述天线模块和所述第二天线模块分别固定在信号塔的不同或同一挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述天线模块或所述第二天线模块的位置。
- 根据权利要求1或2任一项所述的天线模块，其特征在于，所述第一条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的高度与所述第二天线模块在所述信号塔上的高度的差值小于第一高度阈值，所述第一高度阈值根据所述天线模块的高度和所述第二天线模块的高度确定。
- 根据权利要求1至3任一项所述的天线模块，其特征在于，所述第二条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域与所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域有重叠。
- 一种天线模块，其特征在于，所述天线模块包括：依次连接的第二辐射单元、电磁透射地板和第二馈电网络；所述第二辐射单元，用于辐射或接收第二工作频段的电磁波；所述电磁透射地板，用于反射所述第二工作频段的电磁波，以及透射第一工作频段的电磁波，所述第一工作频段包括除所述第二工作频段之外的任一工作频段；所述第二馈电网络，用于传递所述第二工作频段的电磁波对应的电信号，以及透射所述第一工作频段的电磁波。
- 根据权利要求5所述的天线模块，其特征在于，所述电磁透射地板对所述第一 工作频段的电磁波的透射率大于第一阈值，所述第一阈值根据所述第一工作频段、所述第一工作频段对应的第一天线模块的接收性能、和/或所述第一天线模块的发射性能确定。
- 根据权利要求5或6所述的天线模块，其特征在于，所述电磁透射地板对所述第二工作频段的电磁波的透射率小于第二阈值，所述第二阈值根据所述天线模块的工作频段、接收性能和/或发射性能确定。
- 根据权利要求5-7任一所述的天线模块，其特征在于，所述第二馈电网络对所述第一工作频段的电磁波的透射率大于第一阈值，所述第一阈值根据所述第一工作频段、所述第一工作频段对应的第一天线模块的接收性能、和/或所述第一天线模块的发射性能确定。
- 根据权利要求5-8任一所述的天线模块，其特征在于，所述天线模块和所述第一工作频段对应的第一天线模块分别固定在信号塔的不同或同一挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述天线模块或所述第一天线模块的位置。
- 根据权利要求5-9任一所述的天线模块，其特征在于，所述天线模块在所述信号塔上的高度与所述第一工作频段对应的第一天线模块在信号塔上的高度满足第三条件，且所述天线模块在所述信号塔上的方位角和所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角满足第四条件，以共用所述信号塔上的同一天面。
- 根据权利要求10所述的天线模块，其特征在于，所述第三条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的高度与所述第一天线模块在所述信号塔上的高度的差值小于第二高度阈值，所述第二高度阈值根据所述天线模块的高度和所述第一天线模块的高度确定。
- 根据权利要求10或11所述的天线模块，其特征在于，所述第四条件包括：所述天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域与所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域有重叠。
- 一种基站系统，其特征在于，所述基站系统包括：信号塔、第一天线模块和第二天线模块；所述第一天线模块和所述第二天线模块分别固定在所述信号塔的不同或同一挂高位置上，所述挂高位置为所述信号塔上安装所述第一天线模块或所述第二天线模块的位置；所述第一天线模块在所述信号塔上的高度与所述第二天线模块在所述信号塔上的 高度满足第五条件，且所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角和所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角满足第六条件，以共用所述信号塔上的同一天面；所述第一天线模块的中心点与所述信号塔的距离小于所述第二天线模块的中心点与所述信号塔的距离；所述第一天线模块的第一工作频段和所述第二天线模块的第二工作频段不同；所述第一天线模块，用于辐射或接收所述第一工作频段的电磁波；所述第二天线模块，用于透射所述第一工作频段的电磁波、以及辐射或接收所述第二工作频段的电磁波。
- 根据权利要求13所述的基站系统，其特征在于，所述第一天线模块与所述第二天线模块的距离大于0.1λ，λ为所述第一天线模块的工作频段的波长。
- 根据权利要求13或14所述的基站系统，其特征在于，所述第一天线模块和所述第二天线模块之间相对的两个表面的夹角介于-90°-90°之间。
- 根据权利要求13-15任一所述的基站系统，其特征在于，所述第一天线模块包括：如权利要求1-4任一所述的天线模块。
- 根据权利要求13-16任一所述的基站系统，其特征在于，所述第二天线模块包括：如权利要求5-12任一所述的天线模块。
- 根据权利要求13-17任一所述的基站系统，其特征在于，所述第五条件包括：所述第一天线模块在所述信号塔上的高度与所述第二天线模块在所述信号塔上的高度的差值小于第三高度阈值，所述第三高度阈值根据所述第一天线模块的高度和所述第二天线模块的高度确定。
- 根据权利要求13-18任一所述的基站系统，其特征在于，所述第六条件包括：所述第一天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域与所述第二天线模块在所述信号塔上的方位角所在扇形区域有重叠。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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