[發(fā)明專利]一種礦用5G通信基站射頻能量損耗優(yōu)化方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011574338.X
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112887990B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張立亞;李晉豫;孟慶勇
• 申請（專利權(quán)）人: 煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W52/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王萌

本公開關(guān)于一種礦用5G基站射頻能量損耗優(yōu)化方法和裝置。所述優(yōu)化方法包括以下步驟：選擇同軸電纜型號，獲得衰減系數(shù)和直徑比參數(shù)；根據(jù)巷道情況確定同軸電纜安裝彎折后呈現(xiàn)的長度與彎折角度之間的幾何關(guān)系；并且基于失配系數(shù)與角度之間的關(guān)系確定衰減最弱時的彎折角度和長度，其中，礦用5G通信的天線和基站在巷道中的安裝與實(shí)現(xiàn)連接的同軸電纜之間的幾何關(guān)系為等腰三角形，該等腰三角形相等的兩條邊的長度為所述同軸電纜長度的一半，并且所述等腰三角形的頂角為所述同軸電纜的彎折角度。由此，能夠提高5G基站射頻能量的發(fā)射效率，提高5G基站的覆蓋距離，降低5G基站的布設(shè)數(shù)量，降低建設(shè)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及礦山領(lǐng)域，尤其涉及用于礦用5G通信基站射頻能量損耗優(yōu)化方法和裝置。

背景技術(shù)

目前，隨著智能礦山技術(shù)的發(fā)展，5G通信系統(tǒng)在大中型煤礦已有應(yīng)用案例，井下5G基站的覆蓋為井下無人駕駛、井下高清視頻傳輸、綜采及掘進(jìn)工作面透明監(jiān)測、井下工業(yè)控制、機(jī)器人智能巡檢、AR增強(qiáng)培訓(xùn)等打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。5G?NR主要包括了兩大頻譜范圍，其中，F(xiàn)R1的頻率范圍為450MHz-6000MHz，也即Sub-6GHz，F(xiàn)R1的頻率范圍為24250MHz-52600MHz，也即毫米波。商用的主流頻譜為2515MHz-2675MHz、?3400MHz-3600MHz和4800MHz-4900MHz，可以看出，5G?NR相較于4G?LTE或更早的移動通信制式來說，頻譜有了明顯的提高，5G基站的覆蓋范圍會相對更小。同時，根據(jù)國標(biāo)《GB3836.1-2010爆炸性環(huán)境設(shè)備通用要求》，射頻為9kHz-60GHz的連續(xù)發(fā)射和脈沖時間超過熱起燃時間的脈沖發(fā)射的閾功率，I類設(shè)備應(yīng)滿足不超過6W。

同軸電纜是設(shè)備間傳輸模擬信號和數(shù)字信號的主要媒介，也是連接煤礦井下通信基站和射頻天線的主要線纜設(shè)備。同軸電纜屬于傳輸線，考慮到實(shí)際情況中所傳輸?shù)男盘栴l率范圍較廣，其電氣參數(shù)可通過傳輸線理論的長線模型建立分布參數(shù)模型進(jìn)行計(jì)算。

同軸電纜的固有衰減屬于傳輸線的內(nèi)稟屬性，在實(shí)際中只能盡量通過使用較短的同軸電纜來減少此類損耗。而傳輸線的阻抗失配在一般工程上可以通過在負(fù)載端之前增加傳輸線變壓器，從而將阻抗相匹配。但是傳輸線變壓器通常具有固定的型號和參數(shù)，對于特征阻抗隨同軸電纜彎折程度的變化而浮動的情況響應(yīng)較慢，并且傳輸變壓器多針對同軸電纜和負(fù)載特征阻抗相差很大的情況而設(shè)計(jì)，在減小因饋線受擠壓或彎折情況造成的阻抗失配問題上功能較為受限。傳輸變壓器的磁芯也有最佳工作頻段，當(dāng)傳輸信號的頻率改變時，還需要根據(jù)實(shí)際傳輸情況更換傳輸變壓器，否則還有可能造成磁芯損耗，導(dǎo)致傳輸效率下降。

發(fā)明內(nèi)容

在5G高頻譜條件下，同時在6W以內(nèi)射頻功率限定條件下，如何在使用同軸電纜的同時提高井下5G基站射頻能量的利用率，減少能量損耗，成了亟需解決的問題。

為此，本公開引入了在安裝時以固定角度整理饋線，在此角度下饋線將能夠以最小阻抗失配損耗滿足基站和天線安裝條件，從而提高5G基站射頻能量的發(fā)射效率，提高5G基站的覆蓋距離，降低5G基站的布設(shè)數(shù)量，降低建設(shè)成本。

根據(jù)本公開的一個方面，提供一種礦用5G基站射頻能量損耗優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：選擇同軸電纜型號，獲得衰減系數(shù)和直徑比參數(shù)；根據(jù)巷道情況確定同軸電纜安裝彎折后呈現(xiàn)的長度與彎折角度之間的幾何關(guān)系；并且基于失配系數(shù)與角度之間的關(guān)系確定衰減最弱時的彎折角度和長度，其中，礦用5G通信的天線和基站在巷道中的安裝與實(shí)現(xiàn)連接的同軸電纜之間的幾何關(guān)系為等腰三角形，該等腰三角形相等的兩條邊的長度為所述同軸電纜長度的一半，并且所述等腰三角形的頂角為所述同軸電纜的彎折角度。

在本公開的一個實(shí)施例中，所述失配系數(shù)代表所述同軸電纜彎折所導(dǎo)致的適配程度，并且用公式表示為η＝ln(A?sinα)/ln?A，其中A為所述同軸電纜的外導(dǎo)體半徑與內(nèi)導(dǎo)體半徑的比值，并且α為所述同軸電纜的所述彎折角度的一半。

在本公開的一個實(shí)施例中，選定的同軸電纜的外導(dǎo)體半徑為7.5mm，內(nèi)導(dǎo)體半徑為2.25mm，并且特征阻抗為50Ω。