[發明專利]一種可遠程控制的二維平面相控有源一體化天線

有效

• 申請號: 201310408097.5
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103441338A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 洪偉;李林盛;陳鵬;陳繼新;蒯振起;陳喆
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q23/00;H01Q3/30
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種有源天線領域，尤其是涉及一種可遠程控制的二維平面相控有源一體化天線。

背景技術

天線是各種無線通信系統的關鍵部件之一，衡量其優劣的主要技術指標有：阻抗帶寬、波束寬度、副瓣電平、增益和效率等。天線輻射單元的導體損耗、介質損耗、饋電網絡的插入損耗以及饋線的損耗會大大降低整個系統的效率，從而致使相當比例的發射機功率被天線和饋線所耗散，而且嚴重影響接收靈敏度。因此，高效率和智能化就成為下一代無線通信天線的研究目標。

傳統的蜂窩移動通信基站主要由天線、饋線電纜和射頻收發信機組成，塔頂的天線通過一定長度的饋線電纜與下面的收發信機相連接。對于下行鏈路，射頻發射機的輸出功率通過饋線電纜饋入安裝于塔頂的天線并發射到空中；對于上行鏈路，手機信號被塔頂基站天線接收后通過饋線電纜進入塔下的射頻接收機。傳統基站天線大多采用扇面輻射方向圖的定向天線，水平面波束寬度一般為120度（10dB波束寬度），增益一般約為14.5dBi。這樣的天線一般由垂直方向的8～12個單元的陣列構成。天線輻射單元的導體損耗、介質損耗、饋電網絡的插損以及饋線的損耗會大大降低天饋系統的效率，從而致使相當比例的發射機功率被天線和饋線所耗散，而且嚴重影響接收靈敏度。天線效率沒有計及饋線電纜的損耗，顯然對于上述基站來說，將天線與饋線（即：天饋系統）整體考慮更適合描述和分析無線通信系統的性能。為此，我們定義天饋效率如下

EAF=PePt]]>

式中，E_AF表示天饋效率（Efficiency?of?Antenna?and?Feeding?Cable）,P_e是指真正輻射到空中的有效輻射功率，P_t是指射頻發射機的輸出功率。

對于傳統基站和基站扇面天線情況，通常饋線長度可達幾十米，損耗可達3dB，甚至更大；扇面天線內部饋電網絡的損耗通常約1～2dB。相比之下，輻射單元的導體損耗、介質損耗以及良好匹配時的反射損耗要小很多。因此，從射頻發射機輸出的功率只有不到一半被輻射出去，也就是說，此時的天饋效率E_AF<50%。我們知道，在保證線性度的情況下射頻發射機輸出功率提高一倍，其成本將增加0.8～1倍，其直流功耗將增加1～1.2倍。

為了解決此問題，人們開始在實際應用中大量采用塔頂射頻技術，即將部分射頻或整個射頻子系統置于塔頂天線附近，這樣就可將饋線電纜壓縮到1m左右，損耗縮減到1dB以內（包括接頭損耗）。采用這種技術之后，顯然可將天饋系統的損耗減小到3dB以下，從而可使得天饋效率達到50%～70%。

最近，有源一體化天線成為研究熱點，其基本思想是將饋線電纜全部去掉，將部分或整個射頻子系統與天線集成在一起?？紤]到天線陣列的饋電網絡仍然存在，采用有源一體化天線技術后，天饋效率可提高到80%左右。

但除了效率，實際中還經常要求基站天線方向圖下傾角可電調，甚至方向圖垂直面可賦形，水平面可掃描也是期望的。

因此，研究和實現高效率、波束可控、低功耗、低成本以及支持光纖無線電(Radio?over?Fiber，以下簡稱ROF)的各種優良特性的新型天線技術顯得極為迫切。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種高效節能波束可控的有源一體化天線，使其在水平和垂直平面內波束可控，并支持ROF。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種可遠程控制的二維平面相控有源一體化天線陣列，包括光模塊、中頻收發模塊、中頻信號功分器/合路器，射頻收發模塊和天線單元；與近端機相連的光模塊通過中頻收發模塊與中頻信號功分器/合路器相連接；中頻信號功分器/合路器與若干射頻收發模塊相連，且每個射頻收發模塊連接有一個天線單元。