CN1521892B - 角分集双天线系统 - Google Patents

Abstract

一种角分集天线系统，利用第一天线，第二天线，和一个与第一和第二天线耦合的面板组合器。在发射方式下，第一和第二天线耦合到面板组合器的发射和通道。在接收方式下，选择面板组合器的和通道或差通道作为工作通道。通过监视和通道和差通道，按照本发明的天线系统能够选择供给最大信号强度的通道。

Description

角分集双天线系统

技术领域

本发明涉及一种用于视线通信链路中的天线系统。更具体地，本发明涉及一种用于视线通信链路中的尺寸减小的角分集天线系统，它提供降低的风力载荷效应。

背景技术

在视线通信系统中，消息的长距离地面发射通过一系列称为“跳跃”的中继点来完成。各跳跃由一个塔和对应天线组成，其中信号从一个塔传播到下一个塔，信号在塔之间的传播之前被放大。该发射被称为“视线”，并且因此在第一塔上的天线必须从另一塔上的天线可见。

视线系统典型地利用具有大抛物面反射器的天线。在接收方式下，抛物面反射器起收集大面积的波前的作用，并且然后在位于天线焦点处的馈源处聚焦在波后中接收的能量。在发射方式下，反射器起接受从馈源点的辐射能量，并且向外反射能量的作用。馈源称为“微波馈源喇叭”，并且是在抛物面反射器前面伸出的天线的部分。

联邦通信委员会(FCC)公布了在发射方式下天线操作的技术标准。这些标准涉及在微波点对点通路的任一端上的站中所许可的各发射天线。类别A标准适用于在某些微波频段拥挤的区域内，或在对其他站有可预测干扰危险的区域内操作的所有站。

大抛物面反射器天线提供为满足FCC类别A要求所必需的适当增益和方向性，但是具有结构复杂的问题。抛物面天线的馈源结构的制造成本相当高，并且抛物面天线的大物理结构使结构遭受非常高的风力载荷。

例如，在5.925GHz与6.425GHz之间的频率范围内，具有约6英尺直径的抛物面反射器天线要求满足FCC类别A要求。这个尺寸的天线对于风力载荷代表超过28平方英尺的面积。

信号衰减是与使用抛物面反射器天线相关的另一个已知问题。衰减是由于引起信号通路弯曲的大气条件引起。信号通路的这个弯曲使得天线在垂直方向呈现不对准。

因此，需要的是一种减少尺寸的视线天线系统，它减少与抛物面反射器天线相关的问题，同时保持满足FCC类别A要求的能力。

发明内容

一种新颖的角分集天线系统，利用第一天线，第二天线，和一个与第一和第二天线耦合的面板组合器。在发射方式下，第一和第二天线与面板组合器的发射和通道耦合。在接收方式下，面板组合器的和通道和该面板组合器的差通道与一个接收器连接。接收器选择供给最大信号强度的通道。

在接收方式下利用角分集，以减少信号衰减的效应，并且第一和第二天线的低姿态结构起作用，以减少与风力载荷相关的问题。因而，在发射方式下利用通过和通道使第一与第二天线之间操作的适当间隔，以及在接收方式下选择和通道或差通道，提供一种能够满足FCC类别A要求的减少尺寸的天线系统。

现在参考附图将更全面地描述并且在权利要求中指出本发明的以上和其他特点，包括部件的结构和组合的各种各样和新颖的细节。将会理解实施本发明的具体特点仅作为说明而表示，并且不作为本发明的限制。在不偏离本发明的范围下，本发明的原理和特点可以用于各种各样和为数众多的实施例。

附图说明

参考附图通过详细描述其实施例，本发明的说明性非限制实施例的方面将变得更加明显，其中：

图1是按照本发明的双天线系统的后视图。

图2是按照本发明的双天线系统的侧视图。

图3是说明通过和通道操作双天线系统的标准化仰角图形的侧视图。

图4是说明通过差通道操作双天线系统的标准化仰角图形的侧视图。

图5表示按照本发明的和通道和差通道两者的仰角图形。

具体实施方式

以下本发明的说明性非限制实施例的描述公开具体布置、特点和操作。然而，这些实施例只是本发明的例子，并且因而以下描述的具体特点只用来更容易地描述这样的实施例，以及提供本发明的全面理解。

因此，本领域技术人员将会容易认识到本发明不限于以下所述的具体实施例。此外，为了清楚和简洁，省略了本领域技术人员已知的本发明的各种布置、特点和操作的描述。而且，应该理解这里使用的措词和术语是为了描述，而不应该作为限制。

图1和2画出按照本发明的说明性实施例的天线系统100。天线102和天线104通过连接电缆106和面板组合器108相互耦合。安装结构110用来保持天线102与104之间的适当对准，以及将双天线结构安装到塔(未表示)上。和通道112和差通道114装设在面板组合器108上，并且与收发器202耦合。收发器202包括接收器和发射器两者。

在一个说明性实施例中，将一个180°混合耦合器用作面板组合器108。面板组合器108是一个可逆四端口装置，它当从和通道112馈给时从通道116和118输出两个等振幅同相信号，而当从差通道14馈给时输出两个等振幅180°异相信号。

相反，输入到通道116和118的信号将在和通道112相加，并且两个信号的差将在差通道114出现。因而，如果将两个同样信号输入到通道116和118，它们将相加并在和通道112出现，而在差通道114将无信号出现。另一方面，如果相同输入信号相互之间为180°异相，则所有功率将在差通道114出现。

图3和图4画出按照本发明的角分集双天线系统100的标准化天线图形。天线图形画出由天线发射或接收的信号的增益。图形中表示最大响应(或增益)的方向的部分称为“波瓣”，并且表示最小响应的那些称为“零位”。天线的增益一般规定为其主波瓣的增益。

天线图形一般取两种形式，即仰角图形和方位角图形。仰角图形是从侧面对其观察时天线辐射能量的截面的曲线图。方位角图形就好像你从天线上方直接对其观察时天线辐射能量的截面的曲线图。

由于电磁能量以波的形式传播，所以它由于衍射现象而通过空间展开。个别波建设性地和破坏性地两方面组合，以形成一个衍射图形，它以天线的主波瓣和侧波瓣表现本身。不定向天线对从所有方向达到它们的信号具有相等增益。另一方面，定向天线对来自某些方向的信号更为敏感，并且因此它们的增益基于方向变化。

天线就其敏感性和响应来说对它们所接收的信号不同。一个较敏感天线称为具有较多“增益”，因为它通过比一个具有较低增益的天线对接收器产生一个较大信号输出，而对它所截取的信号作出响应。

图3画出当面板组合器108的和通道112用作工作通道时的仰角图形。如图3能见，产生一个具有单主波瓣的仰角图形。单主波瓣是由于天线102和104通过面板组合器108的和通道112馈给而产生。相反，如图4所示，当面板组合器108的差通道114是工作通道时，由于差通道114的相位差而产生一个具有两个主波瓣的仰角图形。

在本发明的说明性实施例中，天线102和天线104是取椭圆的一般形状的平板天线，尺寸约5’×1’，各面板包括32×8元件阵列。天线102和104的小尺寸和低姿态结构减少了利用抛物面反射器的天线系统所常见的风力载荷问题。

平板天线102和104为相当方向性，因为它们在垂直和水平面两者中沿一个方向将其大部分功率辐射。各阵列的元件具有相同辐射图形和极化特性，并且在空间中沿相同方向定向。

如图1所示，天线102和天线104各具有一个水平输入120和一个垂直输入122。水平输入120和垂直输入122涉及传播能量的极化。通过提供水平输入120和垂直输入122两者，天线系统100的极化能为水平或垂直。在说明性实施例中，图1画出通过水平输入120连接的天线102和天线104。

当在发射方式下的时候，连同天线102与104之间的适当间隔，通过面板组合器108的和通道112而操作天线系统100，能在仰角中对半功率点实现最大2.2度的波束宽度。天线102和104的精确辐射元件分布在方位角中对半功率点产生最大2.2度的波束宽度。半功率点波束宽度是主波瓣的宽度测量值。这个波束宽度满足FCC类别A要求，而不要求与具有大抛物面反射器的天线相关的复杂结构。

如图5所示，与通过差通道114的操作比较，通过和通道112的操作产生较高增益。虽然对于满意的接收或发射来说最小增益量是必需的，但是较大增益总是较好并不一定为真。例如，不集中在仅有一个主波瓣的天线图形使得一个天线系统能够从大量入射方向接收信号。

在接收方式下通过使天线系统100能够在和通道112与差通道114之间切换，处理与信号衰减相关的问题。通过在接收方式下能够选择差通道114，由于如图4所示具有两个主波瓣的仰角图形，而提供角分集。

在接收方式期间，入射信号可能从不同方向到达天线102和104，这些入射信号可能为同相或异相。当在接收方式下的时候，通过利用面板组合器108的差通道114，天线系统100将能够在较大仰角范围内接收信号。

到达天线102和天线104的完全同相的入射信号将从天线102和104耦合到面板组合器108的和通道112。相反，到达天线102和104的180°异相的入射信号将从天线102和104耦合到面板组合器108的差通道114。

然而，典型地，信号将不会完全同相或完全异相到达，并且因而天线102和104将把接收信号的部分耦合到和通道112，并且把信号的部分耦合到差通道114。当在接收方式下的时候，通过监视和通道112和差通道114，收发器202能够选择供给最大信号强度的通道。

提供实施例的先前描述，以使本领域技术人员能够实施并利用本发明。此外，对本领域技术人员来说，这些实施例的各种变更将会容易明白，而且无需创造性劳动，这里限定的一般原理和具体例子可以应用于其他实施例。例如，以上讨论的不同实施例的特点的一些或全部可以组合到一个单实施例中。相反，以上讨论的一个单实施例的特点的一些可以从该实施例中删除。因此，本发明不打算限于这里描述的实施例，而将符合由权利要求的特征及其等同物所限定的最广泛范围。

Claims (14)

1.一种天线系统，包括：

第一天线；

第二天线，与所述第一天线布置在同一平面中；和

一个与所述第一天线和所述第二天线耦合的组合器，其中所述组合器包括一个和通道，

其中所述第一天线和所述第二天线在所述同一平面中分开预定距离，从而使得通过所述和通道操作的所述第一天线和所述第二天线在仰角中对半功率点提供一个最大2.2度的波束宽度，所述天线系统工作在5.925GHz至6.425GHz的频率范围内。

2.根据权利要求1的天线系统，其中在发射方式期间将发射信号耦合到所述组合器的和通道。

3.根据权利要求2的天线系统，其中当发射信号耦合到所述组合器的和通道时，形成一个具有一个主波瓣的仰角图形。

4.根据权利要求2的天线系统，其中在发射方式期间，所述组合器对所述第一天线输出第一信号，并且对所述第二天线输出第二信号，第一信号和第二信号相互同相，

其中第一信号由所述第一天线输出，并且第二信号由所述第二天线输出，由所述第一天线和所述第二天线输出的信号形成一个具有一个主波瓣的仰角图形。

5.根据权利要求2的天线系统，其中所述组合器还包括一个差通道。

6.根据权利要求5的天线系统，还包括一个接收器，

其中在接收方式期间，所述第一天线和第二天线将所接收的信号耦合到所述组合器，

其中所述接收器选择接收在所述组合器的和通道上的信号或者在所述组合器的差通道上的信号，所述选择是基于所述和通道还是所述差通道提供较强的信号强度。

7.根据权利要求6的天线系统，其中如果所述接收器在接收方式期间选择和通道，则产生一个具有一个主波瓣的仰角图形。

8.根据权利要求7的天线系统，其中如果所述接收器在接收方式期间选择差通道，则产生一个具有两个主波瓣的仰角图形。

9.根据权利要求6的天线系统，其中通过所述组合器的和通道操作的所述第一天线和第二天线在方位角和仰角中对半功率点提供一个最大2.2度的波束宽度。

10.根据权利要求1的天线系统，其中所述第一天线和第二天线是平板天线，所述第一天线和第二天线中的每一个都包括元件阵列，所述元件阵列的每个元件具有相同辐射图形和极化特性，并且在空间中以相同方向定向。

11.根据权利要求10的天线系统，其中所述第一天线和第二天线具有低姿态形状，从而对所述第一天线和第二天线提供一个减小的风力载荷。

12.根据权利要求10的天线系统，其中所述平板天线中的每一个平板天线都包括一个32×8元件阵列。

13.根据权利要求6的天线系统，其中如果所述接收器在接收方式期间选择差通道，则产生一个具有两个主波瓣的仰角图形。

14.根据权利要求1的天线系统，其中所述第一天线和所述第二天线的尺寸约为5’×1’，并且所述第一天线和所述第二天线中的每一个都具有包括元件阵列的面板。

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