CN203607549U - 一种有源天线系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开一种有源天线系统，该系统的天线阵列包括相同数目的天线子阵列和馈电子网络；每个馈电子网络的传输单元的天线接口与天线子阵列的天线振子的正、负45度极化端口相连；每个传输单元的一输入端与一合路器的一接收端相连；每个传输单元的另一输入端与另一合路器的一接收端相连；每个传输单元的一输出端与一分路器的一发送端相连；每个传输单元的另一输出端与另一分路器的一发送端相连；合路器的发送端与射频拉远单元的输入端相连；分路器的接收端与射频拉远单元的输出端相连。采用本实用新型实施例，能够提高基站的上行信噪比增益，降低4G手机的发射功率，提高手机的续航能力；同时，能够降低AAS开发的复杂度，减少研发成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种有源天线系统。
背景技术
在无线接入网的变革中，有源天线系统（Active Antenna System，AAS）的出现具有重要意义。目前，AAS正朝着多频、多标准的方向演进，有望成为第三代移动通信技术（3rd-generation，3G）、第四代移动通信技术（4th-generation，4G）网络建设的利器。AAS可以帮助运营商解决系统工程安装的问题，同时AAS还能带来一些新的特性，帮助运营商以最小的成本提升网络容量，减少运营商建站的成本。
目前4G网络面临的主要问题在于手机耗电大、续航能力较差。而提高基站的上行信噪比增益，能够有效降低4G手机的发射功率，提高手机的续航能力。而现有的AAS技术方案并不能有效解决该技术问题。
同时，现有的AAS技术方案中，天线阵列与有源侧耦合紧密，使得有源侧电路结构的差异和变动都有可能对天线阵列造成影响，甚至需要天线阵列随之进行结构变动，不利于AAS的平台化设计，极大的增加了AAS开发的复杂度，使得研发成本较高。
实用新型内容
本实用新型提供了一种有源天线系统，能够提高基站的上行信噪比增益，有效降低4G手机的发射功率，提高手机的续航能力；同时，能够降低AAS开发的复杂度，减少研发成本。
第一方面，提供了一种有源天线系统，所述系统包括：天线阵列、馈电网络和射频拉远模块；其中，
所述天线阵列包括至少两组天线子阵列，每组所述天线子阵列包括至少一个天线振子；
所述馈电网络包括至少两组馈电子网络；所述天线子阵列和馈电子网络组数相同；
每个所述馈电子网络包括：至少一个传输单元、第一分路器、第二分路器、第一合路器和第二合路器；
所述传输单元与所述天线振子一一对应；每个所述传输单元的两个天线接口与对应的天线振子的正45度极化端口和负45度极化端口相连；
每个所述传输单元的第一输入端与所述第一合路器的一个接收端相连；每个所述传输单元的第二输入端与所述第二合路器的一个接收端相连；
每个所述传输单元的第一输出端与所述第一分路器的一个发送端相连；每个所述传输单元的第二输出端与所述第二分路器的一个发送端相连；
所述第一合路器的发送端和第二合路器的发送端均与所述射频拉远单元的输入端相连；所述第一分路器的接收端和第二分路器的接收端均与所述射频拉远单元的输出端相连。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述传输单元包括：第一双工器、第二双工器、输入移相器、输出移相器和低噪声放大器；
所述第一双工器的天线接口接对应的天线振子的正45度极化端口，所述第二双工器的天线接口接所述对应的天线振子的负45度极化端口；
所述第一双工器的接收端与所述第一低噪声放大器的第一端相连，所述第一低噪声放大器的第二端与所述第一输入移相器的第一端相连，所述第一输入移相器的第二端作为所述传输单元的第一输入端；
所述第一双工器的发送端与所述第一输出移相器的第一端相连，所述第一输出移相器的第二端作为所述传输单元的第一输出端；
所述第二双工器的接收端与所述第二低噪声放大器的第一端相连，所述第二低噪声放大器的第二端和所述第二输入移相器的第一端相连，所述第二输入移相器的第二端作为所述传输单元的第二输入端；
所述第二双工器的发送端与所述第二输出移相器的第一端相连，所述第二输出移相器的第二端作为所述传输单元的第二输出端。
结合第一方面和第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述射频拉远模块包括：至少两个大功率放大器、至少两个小信号放大器、射频发射接收模块和外设接口；其中，所述大功率放大器和小信号放大器的数目相同，均等于所述馈电子网络组数的2倍；
所述射频发射接收模块通过所述外设接口接基站；
所述第一分路器的接收端和第二分路器的接收端分别通过一个大功率放大器与所述射频发射接收模块的一个输出端相连；
所述第一合路器的发送端和第二合路器的发送端分别通过一个小信号放大器与所述射频发射接收模块的一个输入端相连。
结合第一方面和第一方面的上述任何一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述天线阵列和所述馈电网络采用盲插方式连接。
本实用新型实施例该有源天线系统中，该天线阵列和馈电网路是相互独立的，该天线阵列和馈电网络之间可以采用盲插的方式进行连接。具体的，该馈电网络具有天线接口，在使用时，只需要将天线阵列中每个天线振子的正45度极化端口和负45度极化端口和对应的天线接口进行插接即可，并不用考虑该馈电网络的内部电路构造。
本实用新型实施例中，该天线阵列和馈电网络、以及RRU都是相互独立的，因此，即使馈电网络或RRU的结构发生变化也不会对天线阵列造成影响，有利于AAS的平台化设计，极大的降低了AAS开发的复杂度，减少研发成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例的有源天线系统的结构图；
图2为本实用新型实施例的有源天线系统的简化示意图；
图3为现有技术的有源天线系统的简化示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了一种有源天线系统，能够提高基站的上行信噪比增益，有效降低4G手机的发射功率，提高手机的续航能力；同时，能够降低AAS开发的复杂度，减少研发成本。
参照图1，为本实用新型实施例的有源天线系统的结构图。如图1所示，该系统包括：天线阵列1、馈电网络2和射频拉远单元（Radio Remote Unit，RRU）3。
天线阵列1包括第一天线子阵列11和第二天线子阵列12，第一天线子阵列11和第二天线子阵列12结构相同，分别包括n个天线振子。每个天线振子具有两个端口，分别为正45度极化端口和负45度极化端口。其中，n为大于1的正整数。
馈电网络2包括第一馈电子网络21和第二馈电子网络22。第一馈电子网络21和第二馈电子网络22结构相同。下面以第一馈电子网络21为例进行介绍。
如图1所示，第一馈电子网络21包括n个传输单元、两个分路器和两个合路器。其中，两个分路器分别为：第一分路器201和第二分路器202；两个合路器分别为：第一合路器203和第二合路器204。
具体的，馈电子网络的个数与天线子阵列的个数相同。而且，每个馈电子网络包括的输出单元的个数与每个天线子阵列包括的天线振子的个数相同，且输出单元和天线振子一一对应。
本实用新型实施例中，n个传输单元的结构均相同。以图1中标注的传输单元205为例进行说明。
传输单元205包括两个天线接口，分别与对应的天线振子的正45度极化端口和负45度极化端口相连。
传输单元205包括两个输入端和两个输出端，具体的，传输单元205的第一输入端与第一合路器203的一个接收端相连；传输单元205的第二输入端与第二合路器204的一个接收端相连；传输单元205的第一输出端与第一分路器201的一个发送端相连；传输单元205的第二输出端与第二分路器202的一个发送端相连。
由此可见，第一合路器203具有n个接收端，分别接n个传输单元的第一输入端，第一合路器203的发送端与RRU3的一个输入端相连。第二合路器204具有n个接收端，分别接n个传输单元的第二输入端，第二合路器204的发送端与RRU3的一个输入端相连。
第一分路器201具有n个发送端，分别接n个传输单元的第一输出端，第一分路器201的接收端与RRU3的一个输出端相连。第二分路器202具有n个发送端，分别接n个传输单元的第二输出端，第二分路器202的接收端与RRU3的一个输出端相连。
具体的，以图1中标注的传输单元205为例进行说明。本实用新型实施例中，传输单元205可以包括：第一双工器2051、第二双工器2052、第一输入移相器PS1、第一输出移相器PS2、第二输入移相器PS3、第二输出移相器PS4、第一低噪声放大器LNA1和第二低噪声放大器LNA2。
如图1所示，第一双工器2051的天线接口接对应的天线振子的正45度极化端口，第二双工器2052的天线接口接对应的天线振子的负45度极化端口。
第一双工器2051的接收端Rx1与第一低噪声放大器LNA1的第一端相连，第一低噪声放大器LNA1的第二端和第一输入移相器PS1的第一端相连，第一输入移相器PS1的第二端作为传输单元205的第一输入端。
第一双工器2051的发送端Tx1与第一输出移相器PS2的第一端相连，第一输出移相器PS2的第二端作为传输单元205的第一输出端。
第二双工器2052的接收端Rx2与第二低噪声放大器LNA2的第一端相连，第二低噪声放大器LNA的第二端和第二输入移相器PS3的第一端相连，第二输入移相器PS3的第二端作为传输单元205的第二输入端。
第二双工器2052的发送端Tx2与第二输出移相器PS4的第一端相连，第二输出移相器PS4的第二端作为传输单元205的第二输出端。
这里需要说明的是，本实用新型实施例中，传输单元的个数与天线振子的个数相同，且传输单元与天线振子一一对应。在实际应用中，每个天线阵列包括的天线振子的数量，即为n的取值，可以根据实际中用户的需求具体设定，在此不做限制。
需要说明的是，上述实施例中的移相器可以为数字移相器或者机械移相器等。
具体的，本实用新型实施例的有源天线系统中：
天线振子，用于接收外部的输入信号，并输出至与其对应连接的传输单元。
传输单元，用于对接收自天线振子的输入信号进行放大、移相等处理后输出至对应的合路器。
合路器，用于对接收到的n个传输单元处理后的输入信号进行整合，并输出整合后的输入信号至RRU3。
RRU3，用于接收合路器整合后的输入信号，进行相应的处理后传输至基站；同时，接收基站发出的输出信号，进行相应处理后发送至对应的分路器。
分路器，用于接收RRU3发送的输出信号，将输出信号分离为n路后分别输出至每个传输单元。
传输单元，还用于对接收自分路器的分离后的输出信号进行移相、放大处理后，输出至对应的天线振子。
天线振子，还用于将接收自对应的传输单元的输出信号向外部发射。
本实用新型实施例中，RRU3可以包括：四个大功率放大器、四个小信号放大器和射频发射接收模块301。
馈电网络中，每个馈电子网络包括的每个分路器的接收端分别通过一个大功率放大器与射频发射接收模块301相连；每个馈电子网络包括的每个合路器的发送端分别通过一个小信号放大器与射频发射接收模块301相连。
具体的，射频发射接收模块301接收外接基站发射的输出信号，通过大功率放大器放大后，发送至馈电网络，经馈电网络中与该大功率放大器相连的分路器进行信号分离后，将输出信号分为n路，分别通过对应的输出单元传输至对应的天线振子，并由该天线振子发射出去。
天线振子接收来自外部的输入信号，将该输入信号通过对应的传输单元送入馈电网络中对应的合路器，合路器将来自n路天线振子的输入信号整合在一起后，通过小信号放大器放大后，发送至射频发射接收模块301，由射频发射接收模块301将整合后的n路输入信号发送至基站。
结合图1所示，本实用新型实施例中，以馈电网络包括两个馈电子网络为例进行说明。每个馈电子网络包括两个合路器和两个分路器，由于该大功率放大器与该分路器一一对应，而该小信号放大器与该合路器一一对应。因此，本实用新型实施例中，该RRU3包括四个大功率放大器和四个小信号放大器。
具体的，如图1所示，该四个大功率放大器分别为：第一大功率放大器HPA1、第二大功率放大器HPA2、第三大功率放大器HPA3、第四大功率放大器HPA4。该四个小信号放大器分别为：第一小信号放大器AMP1、第二小信号放大器AMP2、第三小信号放大器AMP3、第四小信号放大器AMP4。
由上述各实施例可知，本实用新型实施例该有源天线系统中，该天线阵列和馈电网路是相互独立的，该天线阵列和馈电网络之间可以采用盲插的方式进行连接。具体的，该馈电网络具有天线接口，在使用时，只需要将天线阵列中每个天线振子的正45度极化端口和负45度极化端口和对应的天线接口进行插接即可，并不用考虑该馈电网络的内部电路构造。
由此可知，本实用新型实施例中，该天线阵列和馈电网络、以及RRU都是相互独立的，因此，即使馈电网络或RRU的结构发生变化也不会对天线阵列造成影响，有利于AAS的平台化设计，极大的降低了AAS开发的复杂度，减少研发成本。
进一步的，本实用新型实施例该有源天线系统可以有效提高基站的上行信号的信噪比增益，从而降低4G手机的发射功率。具体的，结合附图2和附图3对本实用新型实施例的有源天线系统的工作原理进行详细介绍。
参照图2，为本实用新型实施例的有源天线系统的简化示意图；参照图3，为现有技术的有源天线系统的简化示意图。
如图2所述，本实用新型实施例中，该有源天线系统包括：天线阵列401、传输线402、馈电网络403和RRU404。
由于本实用新型实施例中，该天线阵列和馈电网络是独立存在的，因此，该有源天线系统的噪声系数NFtnew为：
NFtnew=At+NFfr （1）
其中，At为传输线的噪声系数；NFfr为馈电网络和RRU的噪声系数。
对于图3所示现有的有源天线系统，其馈电网络502和天线阵列501结合的比较紧密，且馈电网络502包括转换网络、移相器和输入电缆三部分，则图3所示的有源天线系统的噪声系数NFtold为：
NFtold=A1+A2+A3+NFr （2）
其中，A1、A2、A3分别为转换网络、移相器和输入电缆的噪声系数；NFr为RRU的噪声系数。
在实际应用中，可以通过具体的参数设计，使得本实用新型实施例的有源天线系统的馈电网络和RRU的噪声系数NFfr等于现有技术的有源天线系统的RRU的噪声系数NFr，即为：
NFr=NFfr （3）
进一步的，由本领域公知常识可知，传输线的噪声系数At一般为0.1～0.2dB；而现有技术的A1+A2+A3的和一般为2～3dB。
此时，比较式（1）和式（2）可知，本实用新型实施例的有源天线系统的噪声系数NFtnew小于现有技术的有源天线系统的噪声系数NFtold，改善值为1.8～2.9dB。
由此可见，本实用新型实施例该有源天线系统可以有效提高基站的上行信号的信噪比增益，从而降低4G手机的发射功率。
进一步的，结合图1可知，本实用新型实施例该AAS，该馈电网络网络中，与每个天线振子对应的传输单元均包括两个双工器，而双工器对天线系统的PIM有抑制作用，由此可见将整个系统对PIM的控制降至该双工器的端口，从而有效降低AAS系统对PIM的要求，改善对馈电网络中其他部件的PIM的要求。
以上对本实用新型所提供的一种有源天线系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (4)
1.一种有源天线系统，其特征在于，所述系统包括：天线阵列、馈电网络和射频拉远模块；其中，
所述天线阵列包括至少两组天线子阵列，每组所述天线子阵列包括至少一个天线振子；
所述馈电网络包括至少两组馈电子网络；所述天线子阵列和馈电子网络组数相同；
每个所述馈电子网络包括：至少一个传输单元、第一分路器、第二分路器、第一合路器和第二合路器；
所述传输单元与所述天线振子一一对应；每个所述传输单元的两个天线接口与对应的天线振子的正45度极化端口和负45度极化端口相连；
每个所述传输单元的第一输入端与所述第一合路器的一个接收端相连；每个所述传输单元的第二输入端与所述第二合路器的一个接收端相连；
每个所述传输单元的第一输出端与所述第一分路器的一个发送端相连；每个所述传输单元的第二输出端与所述第二分路器的一个发送端相连；
所述第一合路器的发送端和第二合路器的发送端均与所述射频拉远单元的输入端相连；所述第一分路器的接收端和第二分路器的接收端均与所述射频拉远单元的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的有源天线系统，其特征在于，所述传输单元包括：第一双工器、第二双工器、输入移相器、输出移相器和低噪声放大器；
所述第一双工器的天线接口接对应的天线振子的正45度极化端口，所述第二双工器的天线接口接所述对应的天线振子的负45度极化端口；
所述第一双工器的接收端与所述第一低噪声放大器的第一端相连，所述第一低噪声放大器的第二端与所述第一输入移相器的第一端相连，所述第一输入移相器的第二端作为所述传输单元的第一输入端；
所述第一双工器的发送端与所述第一输出移相器的第一端相连，所述第一输出移相器的第二端作为所述传输单元的第一输出端；
所述第二双工器的接收端与所述第二低噪声放大器的第一端相连，所述第二低噪声放大器的第二端和所述第二输入移相器的第一端相连，所述第二输入移相器的第二端作为所述传输单元的第二输入端；
所述第二双工器的发送端与所述第二输出移相器的第一端相连，所述第二输出移相器的第二端作为所述传输单元的第二输出端。
3.根据权利要求1或2所述的有源天线系统，其特征在于，所述射频拉远模块包括：至少两个大功率放大器、至少两个小信号放大器、射频发射接收模块和外设接口；其中，所述大功率放大器和小信号放大器的数目相同，均等于所述馈电子网络组数的2倍；
所述射频发射接收模块通过所述外设接口接基站；
所述第一分路器的接收端和第二分路器的接收端分别通过一个大功率放大器与所述射频发射接收模块的一个输出端相连；
所述第一合路器的发送端和第二合路器的发送端分别通过一个小信号放大器与所述射频发射接收模块的一个输入端相连。
4.根据权利要求1至3任一项所述的有源天线系统，其特征在于，所述天线阵列和所述馈电网络采用盲插方式连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140521 |