CN214851265U - 一种相控阵天线、分布式相控阵天线和v2x路侧单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种相控阵天线、分布式相控阵天线和具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元，其中相控阵天线包括：由多个阵元组成的阵列组，阵列组开关，移相器、功率分配合成器；其中分布式相控阵天线包括：分布式相控阵天线组、收发切换开关、接收信号合成模块、发射信号切换模块和多个射频模块。一种具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元，包括中央处理器，分布式相控阵天线和相控阵安装支架。与现有的技术分案相比，本实用新型不仅提高了接收和发射射频信号的带宽，同时还可以获得更高的通信质量。

Description

一种相控阵天线、分布式相控阵天线和V2X路侧单元

技术领域

本实用新型涉及通讯领域，具体涉及一种相控阵天线、分布式相控阵天线和具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元。

背景技术

V2X的英文名称为(vehicle to everything)，即车对外界的信息交换，车辆通过与平台或者路侧感知设备的互联互通，能够及时获取实时的交通信息和路况信息；同时车辆作为交通环境的组成部分，也将自身的行驶状态和感知到的周边环境信息发送给其它车辆或者路侧服务单元。

V2X路侧单元是一种安装在道路两侧的基础设施，该设备可以获取路侧感知设备的感知信息，可以基于专业的无线通信模块与一定范围内的车辆实现直连通信，为一定覆盖范围内的车辆提供服务。

基于5G的无线通信模块，实现了车辆与路侧单元直连通信，是V2X设备必不可少的模块之一。随着越来越多的车辆安装V2X车载单元，同时V2X 设备的应用场景也日益丰富，人们对V2X无线通信性能也提出了更高的要求。因此使V2X路侧单元无线通信模块具有高带宽，低延迟，高通信可靠性，是人们需要解决的问题之一。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种相控阵天线、分布式相控阵天线和具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元，主要解决了现有技术方案中，V2X路侧单元通信区域覆盖半径小，通信带宽有限不能满足复杂场景的应用的需求等问题。

为达此目的，本实用新型提供了一种相控阵天线，包括：由多个阵元组成的阵列组，阵列组开关，移相器、功率分配合成器；

阵列组通过阵列开关与对应的移相器连接，各所述移相器连接功率分配合成器，所述移相器用于改变通过的射频信号的相位；

所述功率分配合成器用于按照工作模式将接收的射频信号分配至对应的阵列组，以及合成接收的射频信号。

在其中一个实施例中，所述功率分配合成器用于在发射模式下按照给定比例将接收的射频信号分配至对应的阵列组。

在其中一个实施例中，所述功率分配合成器用于在接收模式下，接收一路或多路阵列组的射频信号，并对接收的多路射频信号进行合成，得到第一合成射频信号。

一种分布式相控阵天线系统，包括：多个相控阵天线组成的相控阵天线组、收发切换开关、接收信号合成模块、发射信号切换模块和多个V2X射频模块；

所述相控阵天线组通过收发切换开关分别与接收信号合成模块和发射信号切换模块相连接，所述接收信号合成模块和发射信号切换模块与所述多个射频模块相连接；

所述相控阵天线组用于接收射频信号，并根据接收的射频信号合成第一合成射频信号，以及发射射频信号；

所述收发切换开关用于控制对应的相控阵天线收发状态，所述收发状态包括接收模式和发射模式；

所述接收信号合成模块用于接收多路相控阵天线的输入的第一合成射频信号，并对接收的所述多个相控阵天线产生的第一合成射频信号进行合成，同时分离出一路或者多路第二合成射频信号；

所述V2X射频模块用于产生射频信号，以及对接收的第二合成射频信号进行解码；

所述发射信号切换模块用于接收所述V2X射频模块发射的射频信号进行处理，并控制一个或者多个相控阵天线同步或者异步发射处理后的射频信号。

在其中一个实施例中，所述接收信号合成模块具体用于根据各所述V2X 射频模块的工作状态，将所述第二合成射频信号发射至空闲的所述V2X射频模块，以使所述空闲的V2X射频模块对所述第二合成射频信号进行解码。

在其中一个实施例中，所述发射信号切换模块具体将接收到的多路所述 V2X射频模块发射的射频信号直接通过相控阵天线同步或者异步发射，或者，首先将接收多路所述V2X射频模块发射的射频信号合成，得到第三合成射频信号，将所述第三合成射频信号从相控阵天线同步或者异步发射。

一种V2X路侧单元，包括：中央处理器、分布式相控阵天线系统以及安装支架，分布式相控阵天线系统安装在所述安装支架上，所述中央处理器用于处理V2X射频模块接收到的第二合成射频信号，以及控制所述V2X射频模块的工作状态。

在其中一个实施例中，所述安装支架的安装位置均匀分布，所述安装位置用于安装所述分布式相控阵天线系统的相控阵天线。

在其中一个实施例中，所述安装支架为环形安装支架。

一种相控阵天线，包括：由多个阵元组成的阵列组，阵列组开关，移相器、功率分配合成器；

阵列组通过阵列开关连接到各自的移相器上，然后将所有的移相器连接到功率分配合成器上，通过移相器与功率分配合成器实现对阵列组接收和发送射频信号的相位和能量的控制，其目的在于控制该阵列天线的射频信号的接收和发射的覆盖区域，实现射频信号的空域滤波；

进一步地，本实用新型专利提供了一种相控阵分布天线，包括，由多个相控阵天线组成的分布式相控阵天线组、收发切换开关、接收信号合成模块、发射信号切换模块和多个射频接收和发送模块；

分布式相控阵天线组通过收发切换开关分别与接收信号合成模块和发射信号切换模块相连接，然后上述模块再与多个射频模块相连接。所述分布式相控阵天线组由多个相控阵天线，用于接收和发射射频信号；所述收发切换开关用于切换对应的相控阵天线处于接收或者发送状态；所述接收信号合成模块和发射信号切换模块用于分别处理接收和发送的射频信号；所述射频模块用于产生微波信号或者对接收的射频信号进行解码；

进一步地，本实用新型提供了一种具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元，包括：中央处理器分布式相控阵天线和相控阵天线的安装支架；

所述中央处理器实现与射频模块的数据交互，并控制射频模块的工作状态；所述分布式相控阵天线中的相控阵天线通过相控阵天线安装支架布置安装；

本实用新型提出的一种相控阵天线、分布式相控阵天线和具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元有益效果如下：

1.多个射频模块和相控阵天线模块实现了冗余备份，当任意一个上述模块出现故障时，仍旧可以保证V2X路侧单元正常工作，提高了V2X设备稳定性。

2.分布式相控阵天线通过相控阵天线可以随时调整射频信号的接收和发射覆盖区域，与现有的全向天线相比，在同等的信号输出功率的条件下，相控阵天线可以获得更大信号覆盖半径，在给定区域内获得更加稳定的通信质量。

3.分布式相控阵天线可以在同一时刻接收或者发送多条微波数据，有效增加了射频信号的接收和发射带宽。

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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，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提供的相控阵天线示意图。

图中：

200、阵列组；201、阵元；202、阵列组开关；203、移相器；204、功率分配合成器；205、射频信号输入输出端子；

图2为本实用新型实施例提供的具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元示意图。

图中：

100、相控阵天线；101、收发切换开关；102、接收信号合成模块；103、发射信号切换模块；104、V2X射频模块；105、中央处理器

图3为本实用新型实施例提供的具有分布式相控阵天线的V2X路侧单元安装示意图；

301、阵列天线；302、环形安装支架；303、V2X路侧单元(不包含阵列天线)；

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、完整地描述，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做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。

如图1所示，本实用新型提供的一种相控阵天线301主要包括以下几个组成部分：

阵列天线的阵元101，为阵列天线的基本组成单元；其中若干个彼此相连接的阵元组成的一个阵列组100，阵列组切换开关102，用于控制当前阵列组是否处于工作状态；阵列组移相器103，用于改变通过的射频信号的相位；功率分配合成器104按照给定比例控制各所述阵列组接收和发送射频信号的能量。功率分配合成器，该功率分配合成器104可以将输入到该阵列天线的能量以给定的比例分配给阵列组。该功率分配合成器104还可以将阵列组输入的信号进行合成输出。可选地，该相控阵天线还可以包括：射频信号输入输出端子105，该输入输出端子105连接所述功率分配合成器104，用于将射频信号的输入和输出。

该相控阵天线的各个模块的主要功能和工作方式如下：

在发射模式下，功率分配合成器将输入的射频信号按照给定的比例输出到不同的阵列组，移相器调整射频信号的相位，经由射频开关通过阵列组将射频信号辐射出去。多个阵列组发射出去的射频信号，在空间进行干涉叠加，从而使得阵列天线的辐射出去的信号覆盖某一个特定区域。

在接收模式下，各个阵列组接收到的射频信号，经过射频开关，移相器和功率分配合成器得到合成后的信号。同样地，阵列天线对接收到的信号进行合成后输出，因此该阵列天线可以通过调整移相器和功率分配合成器，来增强在某一指定区域内的射频信号的接收能力，而屏蔽其它区域信号的干扰。

基于同样的发明构思，在其中一个实施例中，如图2所示，本实用新型提供的一种具有分布式相控阵天线V2X路侧单元主要包括以下几个组成部分：

由多个相控阵天线301组成的相控阵天线组200，收发切换开关201，接收信号合成模块202，发射信号切换模块203，多个V2X射频模块204，中央处理器205。该系统的各个模块的主要功能和工作方式如下：

相控阵天线组200中的相控阵天线301负责接收和发射射频信号到指定的区域，收发切换开关201可以切换当前相控阵天线工作的在接收或者发射模式。可选地，所有相控阵天线301均连接到接收信号合成模块202，该接收信号合成模块202用于将所有相控阵天线组的信号进行合成，同时分离出一路或者多路第二合成射频信号。可选地，相控阵天线301的接收端子连接到接收信号合成模块。

接收信号合成模块202一方面可以将多路相控阵天线组的信号进行合成，并分离出有用的射频信号，从而有效提高得射频信号的信噪比；另一方面该模块根据V2X射频模块的工作状态，有选择的将信号输出给接收空闲的模块进行解码，有效提高V2X的路侧单元的接收带宽。

发射信号切换模块203，可以将任意一个V2X射频模块产生的射频信号经过一个或者多个相控阵天线发射出去，也可以实现将多个V2X射频模块产生的射频信号进行合成，然后经一个或者多个相控阵天线发射出去。由于不同的相控阵天线具有不同的信号覆盖区域，因此可以根据实际需求，在向不同的区域同步或者异步发送射频信号，提高了V2X路侧单元的发送带宽。

基于同样的发明构思，在其中一个实施例中，还提出了一种V2X路侧单元，该V2X路侧单元包括：中央处理器、上述实施例中的分布式相控阵天线系统以及安装支架，该分布式相控阵天线系统安装在所述安装支架上，该中央处理器用于处理V2X射频模块接收到的第二合成射频信号，以及控制所述 V2X射频模块的工作状态，以进行数据的收发。

如图3所示，给出了一种上述实施例中的V2X路侧单元的安装方式。相控阵天线组中的相控阵天线301均匀分布安装在安装支架302上。可选地，该安装支架可以为环形安装支架上，相控阵天线的射频线集中连接到中央处理器303上。进一步地，根据实际的使用环境和性能要求，可以增加或者减少相控阵天线的数据，以及改变相控阵天线的布局方式。

本实用新型中应用了具体实施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 (10)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括：由多个阵元组成的阵列组，阵列组开关，移相器、功率分配合成器；

阵列组通过阵列开关与对应的移相器连接，各所述移相器连接功率分配合成器，所述移相器用于改变通过的射频信号的相位；

所述功率分配合成器用于按照工作模式将接收的射频信号分配至对应的阵列组，以及合成接收的射频信号。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述功率分配合成器用于在发射模式下按照给定比例将接收的射频信号分配至对应的阵列组。

3.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述功率分配合成器用于在接收模式下，接收一路或多路阵列组的射频信号，并对接收的多路射频信号进行合成，得到第一合成射频信号。

4.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括：射频信号输入输出端子，所述输入输出端子105连接所述功率分配合成器104，用于将射频信号的输入和输出。

5.一种分布式相控阵天线，其特征在于，包括：多个由权利要求1-4所述的相控阵天线组成的相控阵天线组、收发切换开关、接收信号合成模块、发射信号切换模块和多个V2X射频模块；

所述相控阵天线组通过收发切换开关分别与接收信号合成模块和发射信号切换模块相连接，所述接收信号合成模块和发射信号切换模块与所述多个射频模块相连接；

所述相控阵天线组用于接收射频信号，并根据接收的射频信号合成第一合成射频信号，以及发射射频信号；

所述收发切换开关用于控制对应的相控阵天线收发状态，所述收发状态包括接收模式和发射模式；

所述接收信号合成模块用于接收多路相控阵天线的输入的第一合成射频信号，并对接收的所述多个相控阵天线产生的第一合成射频信号进行合成，同时分离出一路或者多路第二合成射频信号；

所述V2X射频模块用于产生射频信号，以及对接收的第二合成射频信号进行解码；

所述发射信号切换模块用于接收所述V2X射频模块发射的射频信号进行处理，并控制一个或者多个相控阵天线同步或者异步发射处理后的射频信号。

6.根据权利要求5所述的分布式相控阵天线，其特征在于，

所述接收信号合成模块具体用于根据各所述V2X射频模块的工作状态，将所述第二合成射频信号发射至空闲的所述V2X射频模块，以使所述空闲的V2X射频模块对所述第二合成射频信号进行解码。

7.根据权利要求5所述的分布式相控阵天线，其特征在于，

所述发射信号切换模块具体将接收到的多路所述V2X射频模块发射的射频信号直接通过相控阵天线同步或者异步发射，或者，首先将接收多路所述V2X射频模块发射的射频信号合成，得到第三合成射频信号，将所述第三合成射频信号从相控阵天线同步或者异步发射。

8.一种V2X路侧单元，其特征在于，包括：中央处理器、如权利要求5-7任一项所述的分布式相控阵天线系统以及安装支架，分布式相控阵天线系统安装在所述安装支架上，所述中央处理器用于处理V2X射频模块接收到的第二合成射频信号，以及控制所述V2X射频模块的工作状态。

9.根据权利要求8所述的V2X路侧单元，其特征在于，所述安装支架的安装位置均匀分布，所述安装位置用于安装所述分布式相控阵天线系统的相控阵天线。

10.根据权利要求8或9所述的V2X路侧单元，其特征在于，所述安装支架为环形安装支架。

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