[發明專利]天線與射頻前端的組合結構及其用于多載波通信的方法

有效

• 申請號: 200710198522.7
• 申請日: 2007-12-12
• 公開（公告）號: CN101459454A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 李群
• 申請（專利權）人: 李群
• 主分類號: H04B7/04
• 分類號: H04B7/04;H04B1/707
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于移動通信基站的射頻前端與天線的組合結構設計及其用于多載波通信的方法。?

背景技術

傳統設計的移動通信基站的射頻前端需要大功率射頻輸出的功率放大器(簡稱PA)。由于下列原因使得基站的電功率消耗非常大：?

1.PA自身效率低，但需要的功率大。PA自身的效率對GSM而言不高過一半。對CDMA，OFDM制式，使用最新技術約有25％的效率，但要大幅增加成本和復雜度，降低可靠性。例如每100W的PA會相應釋放100W及300W的熱量；?

2.從基站的射頻前端到天線一般有很長的饋線要走因而有很大的電纜損耗。以歐美移動基站為例，80％的天線塔高30～50米，低損耗饋線加上兩邊的跳線，接頭以及機柜內接插件的接頭等共約有5～7dB的射頻功率損耗，即70～80％的射頻能量轉化為熱量；?

3.對多載波GSM基站，每一路載波都要在地面基站先單獨由自身的PA放大，然后使用合路器兩兩合并至一路，再由昂貴粗重的低損耗饋線傳至天線。以四載波GSM基站為例，載波合路會造成大約80％(7dB)的功放射頻輸出變成熱量，且熱量隨著載波數的增加而增加；?

4.為了將PA的高熱量散出，基站內部需要加裝笨重易失效的散熱風扇系統，熱交換器直至空調。尤其因為功放的熱量集中，散熱遠較一般電子線路困難，需要強烈風冷。用于PA散熱的風扇及電源自身要貢獻額外三成的熱量。?

基站電源消耗的約70％都源于功放的需要，綜上所述為功放所消耗的能源中僅有不到2.5％轉化為有效的天線端口功率，97.5％以上電能都在基站內部轉換為有害的熱能，造成移動通信基站非常低的總體效率和可靠性。功放因為高熱而與其散熱系統成為基站內失效率最高的部分?；驹O備的成本，重量，尺寸，功耗，噪聲，維護頻度因此都大幅增加，以致越來越難于在居民樓頂立足，站址的費用逐年增加以至在一些地區高過基站設備費用。?

采用自動調諧的腔體合路器可以減少合路損失但不能綜合解決上述問題，且要付出高的器件成本代價。射頻拉遠模式可能可以減少饋線損耗，但每扇區上萬個電子器件與高熱功放置于一體，又要放于塔頂天線附近，其可安置性，可靠性，維修性與攀塔維護費用等等都成為突出問題。在歐美地區，射頻拉遠基站只能置于塔下，以避免過高的故障時間和維修費用。?

本發明的目的是：1。避免天線至基站的饋線損耗，提升一般無線基站的功放效率；2。降低塔頂設備安裝復雜度，確保高可靠性及易維修性；3。分離功放與基站主機柜，使基站主機柜熱量減少七成，大幅度簡化散熱系統，降低電源消耗，減小機柜尺寸，提高系統可靠性；4。采用功率相對小很多例如小十倍以上的小功率功放，充分利用天線原有機械結構自然散?熱，避免使用風扇等低可靠的轉動部件及笨重的散熱器，降低設備總體重量，提升塔上設備的可靠性；5。采用防水，可帶電插拔的獨立模塊結構以實現簡易的，完全不影響通信狀態的塔頂維修操作；6。不采用及少采用多載波合路器，進一步提升GSM基站的效率；7。不使用昂貴，粗重，難安裝，易失效的大口徑射頻同軸饋線(一般至少需要兩根做分集接收)；8。采用低成本的多載波冗余方案，大幅降低網絡故障時間；9。采用大小不同的功率配置及不同的下傾角子輻射器對應不同的載波，服務于遠近不同的區域，以進一步減少功耗，降低網絡同頻干擾，提升數據率和通信質量，同時減少環境的射頻污染。綜合上述目的和措施可以減少基站近七成耗電量，大幅提高通信可靠性，降低基站的重量，尺寸，熱耗，噪聲，射頻污染以及設備成本和運行維護成本。本發明的大部分技術和方法都可以應用在各種標準的無線通信基站中。?

發明內容

為了達成上述目的，提供了一種新的射頻前端與天線的結構設計，采取的步驟：1。改變天線后部原承重結構為PA自然散熱腔體；2。將小功率PA及低噪放(簡稱LNA)，雙工器自基站中移出，組成可帶電插拔的獨立射頻模塊，置于天線后部的自然散熱腔體中；3。采用雙極化雙陣列的定向天線，以多載波的空間合路取代傳統合路器；兩個陣列的下傾角不同；4。傳統設計的兩根粗饋線由一根由若干細饋線組成的饋線束纜所取代。?

根據這個技術方案：?

每一個載波都單獨被一個小功率PA放大。這些小PA不放在地面的基站柜中(圖1)，而是放在塔頂的天線結構中(圖2)。PA大小可與載波數量成反比。以四載波為例，功率的合并約損失五倍，饋線損耗至少三倍，故可以采用功率小十五倍的四個小PA取代傳統設計所需要的四個大PA，因而從尺寸重量熱耗和可靠性的角度看，這些PA容易置于天線背部。?