CN1492715A - 无线通信终端的有源天线系统 - Google Patents

Abstract

一种无线通信终端的有源天线系统，它包括：通过无线链路向基站发送和接收来自基站的射频信号的定向天线；和与该定向天线集成在同一个板上并用来放大和滤波射频信号的放大组件。根据本发明，无线通信终端的发送能力得到提高，有源天线和无线通信终端之间的传输路径的损耗可以得到补偿，即使在位于远离基站的区域内，该语音质量也能够保持在一定的水平之上。

Description

无线通信终端的有源天线系统

技术领域

本发明涉及无线通信终端，特别涉及无线通信终端的有源天线系统，这种系统可以改善位于无线环境弱化和语音质量受影响的区域内的无线通信终端的语音质量。

背景技术

通常，无线通信允许终端和基站通过无线链路交换诸如信号、代码、话音、数据等信息，对该无线通信，无线通信终端利用发送电路把数据转换成无线信号并通过天线将其发送，和利用接收电路从通过天线接收的无线信号中提取出有效数据。

图1示出根据现有相关技术的无线通信终端的通信系统。如图1所示，现有相关技术的通信系统包括：带有用来向外部发送和从外接收来自外部的射频(RF)信号的无源天线的无线通信终端1；和通过有线网络把无线通信终端发送和从无线终端接收的射频信号发送给确定的通信网络。

在无线环境有利时，无线通信终端1通过利用没有指定方向的廉价的偶极天线3来建立无线通信链路，或如果当距离基站很远或无线环境不好时，无线通信终端1通过利用指向基站2的定向天线来建立无线通信链路。在此，无线通信终端1和定向天线4之间的通信路径由传输线路5实现。

通常，利用其大约2.5dBi左右的增益和全向辐射的特性，偶极天线通常被设计成适用于移动通信。由于其较低的增益，偶极天线不适用于固定的无线通信终端。因此，无线通信终端通常通过一定长度的传输线路被连接至定向天线和定向天线被设置在户外或户内以建立无线通信链路。但是，定向天线存在由于传输线路所产生的损耗而致使语音质量下降的问题。

在相关技术的无线通信终端的通信系统内，由于偶极天线和定向天线为无源型，对天线性能的确定依赖于无线通信终端的性能。此外，虽然定向天线比偶极天线具有更好的方向性，但是它的语音质量会由于传输线路所产生的损耗而下降。由于天线特性是无源的，这使得在语音质量提高方面受到限制。

发明内容

本发明的一个实施例旨在提供一种无线通信终端的有源天线系统，它能够通过组合和集成天线和放大组件来提供增强了的语音质量。

另一实施例提供了一种无线通信终端的有源天线系统，它通过利用有源天线来改善无线通信终端的发送输出和接收灵敏度，从而来提高位于无线环境不好的区域内的无线通信终端的语音质量。

另一实施例提供了一种无线通信终端的有源天线系统，它包括：通过无线链路向基站发送和接收来自基站的射频信号的定向天线；和与该定向天线集成在同一个板上且用来放大和滤波射频信号的放大组件。

为了至少获得上述优点的全部或部分，进一步提供的无线通信终端的有源天线系统包括：向基站发送和接收来自基站的射频信号的定向天线；用来放大和滤波将被通过天线共用器发送的射频信号的发送端放大/滤波组件；用来放大和滤波通过天线共用器接收的射频信号的接收端放大/滤波组件；用来根据发送端放大/滤波组件输出的射频信号的发送功率来产生控制信号的闭环控制电路；和用来分开由无线通信终端通过传输线路发送的射频信号和直流电源的偏置组件。

为了至少获得上述优点的全部或部分，进一步提供的无线通信终端的有源天线系统包括：向基站发送和接收来自基站的射频信号的定向天线；用来放大和滤波将被发送的射频信号的发送端放大/滤波组件；用来放大和滤波接收的射频信号的接收端放大/滤波组件；和用来分开由无线通信终端通过传输线路发送的射频信号、直流电源和控制信号的偏置组件。

在另一实施例中，无线通信终端的有源天线系统包括：通过通信链路向通信节点发送和接收来自通信节点的通信信号的天线；和与该天线集成在同一个板上且用来放大和滤波通信信号的放大组件。

在另一实施例中，无线通信方法包括：通过通信链路向通信节点发送和接收来自通信节点的通信信号；和在与该天线集成在同一个板上的放大组件内放大和滤波通信信号。

在另一实施例中，无线通信方法包括：在定向天线内向通信节点发送和接收来自通信节点的射频信号；在发送端放大/滤波组件内放大和滤波将被通过天线共用器发送的射频信号；在接收端放大/滤波组件内放大和滤波通过天线共用器接收的射频信号。闭环控制电路根据发送端放大/滤波组件输出的射频信号的发送功率来产生控制信号，以及偏置组件用来分开由无线通信终端通过传输线路发送的射频信号和直流电源。

本发明的其它优点、目标和特性将在随后的说明中部分地描述，经过以下检验和从本发明的实践中学习，上述优点、目的对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。本发明的目标和优点可以如所附权利要求中所特别指出的来实现和获得。

附图说明

现在，结合下面附图对本发明进行详细说明，其中相同的参考数字代表相同的元件。

图1示出根据现有相关技术的无线通信系统的通信系统；

图2示出根据本发明的一个实施例的无线通信终端的通信系统；

图3A为示出根据本发明的一个实施例的无线通信终端的有源天线系统的透视图；

图3B为部分图3A的放大透视图；

图4示出根据本发明的一个实施例的无线通信终端的有源天线系统；

图5示出根据本发明的一个实施例的无线通信终端的有源天线系统；和

图6A和图6B为根据本发明的一个实施例的有源天线的经改制的偏置T接头的电路图和示出经改制的偏置T接头的控制信号特性的图表。

具体实施方式

现在，结合附图对根据本发明的各种实施例的无线通信终端的有源天线系统进行说明。

图2示出根据本发明的无线通信终端的通信系统。如图2所示，组合了定向天线和放大组件的有源天线102通过传输线路104被连接至固定的无线通信终端101，并在有源天线102和基站103之间建立无线通信链路。

图3A和图3B是图2所示的无线通信终端的有源天线系统的详细示图，其中，图3A为示出根据本发明的有源天线的透视图和图3B为图3A中的“A”部分的放大图。在一个实施例中，本发明在定向天线之中使用微带贴片阵列天线(micro strip patch array antenna)。

如图3A所示，在电介质板121的一侧布置了多个微带贴片阵列天线122，而在电介质板121的另一侧集成了一个放大组件(A)，在这一侧的对面布置了微带贴片阵列天线121。也就是说，通过在板121上集成微带贴片阵列天线和放大组件(A)，可以降低在传输线路上产生的损耗。

如图3B所示，关于放大组件，该放大组件被分成发送器和接收器，它们分别包括匹配组件203、放大器204、滤波器205和电源组件206。发送器和接收器共享两个发送和接收天线共用器202和207、天线馈线201、偏置T接头208和传输线路209。

偏置T接头208分开经由传输线路209输入的射频信号和直流电源，这使得无需另加供电线缆。特别地，本发明建义使用带有带通滤波器的经改制的偏置T接头。经改制的偏置T接头能把经由传输线路输入的信号分为射频信号、控制信号和直流电压。也就是说，输入到经改制的偏置T接头内的信号包含控制信号以及射频信号和直流电压。

图4为根据本发明的一个实施例的无线通信终端的有源天线系统的结构图，其中应用了闭环。如图4所示，在由发送器和接收器组成的有源天线内，发送器和接收器分别包括放大器305、307、309和311、滤波器306和310以及向放大器305、307、309和311供电的电源组件303a和303b，并通过天线共用器302和308被连接至天线和传输线路301。

有源天线包括根据发送器的放大器307的输出的功率来输出控制信号的闭环控制电路350和把通过传输线路301输入的信号分为射频信号和直流电源的偏置T接头302。

该闭环控制电路350包括用来耦合发送器的放大器307的输出的耦合器350a和用来通过耦合器350a检测放大器307的输出和输出控制信号的检测控制器350b。

现在，结合附图对无线通信终端的有源天线系统的工作过程进行说明。在外部发送射频信号的情况中，来自无线通信终端的射频信号通过传输线路301被输入到有源天线内。在此，用于驱动有源天线的直流电源也和射频信号一样被同时输入到传输线路301中。

发送到传输线路301内的直流电源由偏置T接头302从射频信号中分开，并被提供给有源天线的第一电源组件303a。第一电源组件303a向第一放大器305和第二放大器306提供直流电源作为驱动电源。

被偏置T接头302分开的射频信号由第一天线共用器304滤波并被输入到发送器的第一放大器305中，并将从第一放大器305输出的射频信号通过第一滤波器306和第二放大器307放大并被发送给第二天线共用器308。发送给第二天线共用器308的射频信号经由天线馈线201馈电给微带贴片天线122。微带贴片天线122在空中发送相应的射频信号。

在接收射频信号的情况下，如下所述，反向执行如上所述的发送过程。由微带贴片天线122接收的射频信号通过第二天线共用器308滤波并被输入到接收端的第三放大器309。从第三放大器309输出的射频信号通过第二滤波器310和第四放大器311放大并被发送给第一天线共用器304。此时，与第一和第二放大器305和307一样，第三和第四放大器309和311由直流电源驱动，该直流电源经由传输线路301被提供给第一电源组件303a。发送器的第一和第二放大器305和307为功率放大器，而接收器的第三和第四放大器309和311为可变增益低噪声放大器和固定增益低噪声放大器。也就是说，第三放大器309的增益随着从检测控制器350b输出的控制信号而变化。

在发送和接收射频信号的过程中，闭环控制电路350被用作允许无线通信终端保持一定的语音质量水平的作用。该闭环控制电路350利用耦合器350a来转发(branch)发送器的第二放大器307的输出并通过检测控制器350b来检测发送功率。

闭环控制电路350允许发送器的功率放大器保持恒定增益并控制接收器的可变增益低噪声放大器309的增益。例如，如果发送器的发送输出升高，检测控制器350b产生一个相应的直流电源来提高接收器的可变增益低噪声放大器309的增益。同时，如果发送器的发送输出下降，则检测控制器350b降低接收器的可变增益低噪声放大器309的增益。也就是说，检测控制器350b根据检测到的发送器的输出来控制增益。

在这种方式中，有源天线能够通过利用闭环控制来使语音质量保持在一定的水平之上。此时，只有射频信号和直流电源被施加到连接在无线通信终端和有源天线之间的传输线路301上，而没有施加控制信号。

图5为根据本发明的第二实施例的无线通信终端的有源天线系统的框图，其中，通过执行增益控制但不利用闭环来保持语音质量。

如图5所示，发送器和接收器包括：放大器405、407、409和411，滤波器406和410以及向放大器405、407、409和411供电的电源组件403a和403b，并通过天线共用器404和408被连接至传输线路401和天线。该有源天线系统包括用来把通过传输线路401输入的信号分为射频信号、直流电源和控制信号的改制的偏置T接头402。

经改制的偏置T接头402控制有源天线内的可变增益功率放大器405的增益和可变增益低噪声放大器409的增益。

图6A示出经改制的偏置T接头的构造和图6B为示出经改制的偏置T接头的控制信号线路特性的图表。

如图6A所示，经改制的偏置T接头402是通过在一个偏置T接头上添加用来分开控制信号路径的带通滤波器402a和第二终端2T构造而成的，偏置T接头通过第一终端1T、第三终端3T和第四终端4T来分开射频信号和直流电源。将第一终端与传输线路401连接，控制信号通过第二终端2T来分开，而直流电源和射频信号通过第三和第四终端3T和4T来分开。

在图6B的图表中，可以注意到控制信号S21在0-500MHz的频率范围内具有良好的输出特性，而射频信号(S11)在2000-2500MHz的频率范围内具有良好的输出特性。

如果接收器的接收信号的强度被降低，则无线通信终端产生一个控制信号以调整有源天线系统内的可变增益功率放大器405的增益和可变增益低噪声放大器409的增益，并通过传输线路401发送该控制信号。在通过偏置T接头402的带通滤波器402a之后，控制信号被发送给有源天线内的发送器和接收器的可变增益功率放大器405和可变增益低噪声放大器409，并控制每个放大器的增益。也就是说，控制信号和射频信号以及直流电源一样也被施加到连接在无线通信终端和有源天线之间的传输线路上。

以这种方式，在本发明的第二实施例中，该无线通信终端通过传输线路直接控制有源天线的增益。根据这种方式，可以使无线通信终端的语音质量保持在一定的水平之上。

根据上面的说明，本发明的无线通信终端的有源天线系统具有以下优点。

也就是说，相对于天线和放大组件分开设计和耦合的情况，本发明由于集成了天线和放大组件，能够使损耗达到最小，同时由于天线和无线通信终端之间的传输线路而产生的损耗也能够得到补偿。

此外，能够使有源天线系统的增益保持在一定的水平之上，从而可以使位于远离基站的区域内的语音质量保持在一定的水平之上。

上述实施例和优点仅仅是示例性的，不能构成为对本发明的限制。本发明的教导可以很容易地应用于其它类型的装置。本发明的描述用于说明，但不用来对权利要求的范围进行限制。许多改变、修改和变化对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。在权利要求中，装置加功能的条款用于覆盖实现所述功能的结构，不仅包括结构上的等效，还包括等效的结构。

Claims (24)

1.一种无线通信终端的有源天线系统，它包括：

定向天线，其通过无线链路向基站发送和接收来自基站的射频信号；和

放大组件，其与所述定向天线集成在一个板上，并用来放大和滤波所述射频信号。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述放大组件集成在形成所述定向天线的一侧的相对侧的上部。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述放大组件包括：

多个天线共用器，其分开射频信号的发送路径和接收路径；

发送端放大/滤波组件，其放大和滤波发送的射频信号；

接收端放大/滤波组件，其放大和滤波接收的射频信号；和

偏置组件，其分开通过连接至无线通信终端的传输线路输入的射频信号和直流电源。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述放大组件进一步包括：

闭环控制电路，其检测发送输出并产生/输出控制信号。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述闭环控制电路包括：

耦合组件，其转发来自发送端放大/滤波组件的最终端的发送输出；和

检测控制器，其检测所述转发的发送输出的功率强度并产生一个增益控制信号。

6.如权利要求3所述的系统，其中所述偏置组件进一步包括：

只能通过特定频段内的信号的带通滤波器。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述带通滤波器分开控制信号。

8.一种无线通信终端的有源天线系统，它包括：

定向天线，其向基站发送和接收来自基站的射频信号；

发送端放大/滤波组件，其放大和滤波将被通过天线共用器发送的射频信号；

接收端放大/滤波组件，其放大和滤波被通过天线共用器接收的所述射频信号；

闭环控制电路，其根据发送端放大/滤波组件输出的射频信号的发送功率来产生控制信号；和

偏置组件，其分开由无线通信终端通过传输线路发送的射频信号和直流电源。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述天线共用器分开在发送端放大/滤波组件和接收端放大/滤波组件两端的射频信号的发送路径和接收路径。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述发送端放大/滤波组件和接收端放大/滤波组件分别包括：

多个放大器，其放大发送的射频信号和接收的射频信号；

滤波器，其滤波位于放大器之间的每个信号；和

电源组件，其向每个放大器提供电源。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述电源组件提供由所述偏置组件发送的直流电源。

12.如权利要求8所述的系统，其中所述接收端放大/滤波组件包括一个可变放大器，其根据控制信号把接收的射频信号放大到与几乎可变增益一样大。

13.如权利要求8所述的系统，其中所述闭环控制电路包括：

耦合组件，其转发来自发送端放大/滤波组件的最终端的发送输出；和

检测控制器，其根据所述转发的发送输出的功率强度产出一个控制信号和把该控制信号施加到所述可变增益放大器中。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述控制信号使发送输出和所述变量增益放大器的增益互相成比例。

15.一种无线通信终端的有源天线系统，它包括：

定向天线，其向基站发送和接收来自基站的射频信号；

发送端放大/滤波组件，其放大和滤波发送的射频信号；

接收端放大/滤波组件，其放大和滤波接收的射频信号；和

偏置组件，其分开由无线通信终端通过传输线路发送的射频信号、直流电源和控制信号。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述偏置组件包括一个带通滤波器，它只能通过经由传输线路发送的信号中的控制信号。

17.如权利要求15所述的系统，其中所述发送端放大/滤波组件和接收端放大/滤波组件被连接至用来分开两端的发送路径和接收路径的天线共用器。

18.如权利要求15所述的系统，其中所述发送端放大/滤波组件和接收端放大/滤波组件分别包括：

多个放大器，其放大发送的射频信号和接收的射频信号；

滤波器，其滤波位于放大器之间的每个信号；和

电源组件，其向每个放大器提供电源。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述电源组件向所述放大器提供由所述偏置组件发送的直流电源。

20.如权利要求15所述的系统，其中所述发送端放大/滤波组件和接收端放大/滤波组件包括一个可变增益放大器，它根据控制信号把接收的射频信号放大到几乎与可变增益一样大。

21.如权利要求3所述的系统，其中所述偏置组件进一步包括一个滤波器，它只通过满足预定的滤波标准的信号。

22.一种无线通信终端的有源天线系统，它包括：

天线，其通过通信链路向通信节点发送和接收来自通信节点的通信信号；和

放大组件，其与所述天线集成在同一个板上，并用来放大和滤波该通信信号。

23.一种无线通信方法，其包括：

在天线内通过通信链路向通信节点发送和接收来自通信节点的通信信号；和

在与该天线集成在同一个板上的放大组件内放大和滤波该通信信号。

24.一种无线通信方法，它包括：

在定向天线内向通信节点发送和接收来自通信节点的射频信号；

在发送端放大/滤波组件内放大和滤波将要通过天线共用器发送的射频信号；

在接收端放大/滤波组件内放大和滤波通过天线共用器接收的射频信号；

闭环控制电路，其根据发送端放大/滤波组件输出的射频信号的发送功率来产生控制信号；和

偏置组件，其分开由无线通信终端通过传输线路发送的射频信号和直流电源。

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