[发明专利]一种基于定向天线的射频前端装置及其通信控制方法

说明书

技术领域

本发明属于数控定向天线技术领域，特别涉及一种基于定向天线的射频前端装置及其通信控制方法。

背景技术

随着通信技术的发展，人们对于无线网络、移动通信距离和范围的要求也越来越高。使用定向天线可以有效的提高通信距离即扩大无线通信的有效通信距离，定向天线具有增益高、方向性强等优点，因而倍受现代通信应用的亲睐，而其使用不灵活、固定架设、无法直接满足动中通的缺点使其应用范围受到制约。

天线是影响无线网络通信距离的一个重要因素。与普通的全向天线相比,定向天线在某一方向上接收网络信号良好，能达到很远的通信距离，但其方向性太强，需要准确指向信号源，方向稍一偏离信号就可能中断，这使得定线天线在信号源移动的情况下使用起来尤为困难。所以，定向天线对准是一项非常困难的工作。这对天线自动控制系统设计提出了很高的要求。靠人工操作架设和调整定向天线的方法已不适应移动通信的要求。

目前，在一般的移动通信终端和无线数据接入设备，如手机、无线路由器、移动基站上均配备有全向天线，该全向天线用于实现设备无线电信号的收发功能。但是，全向天线的终端设备通信距离较近，无线路由器等设备提供的数据通信服务覆盖范围较小。在“移动通信系统中用定向天线实现多波束智能天线的方法及装置”（中国专利公开号：CN101056451A）中提出：按照基站要覆盖的区域，用多面相互独立的预先调整好波束指向的定向天线对基站服务区进行空间分割，由主处理器单元、协处理器和天线选择单元控制天线对信号的发射和接收，实现空分多址。但是存在如下缺陷：每个定向天线相互独立，增加了成本；由于通过天线选择单元处理给各个面定向天线的输入信号能量是一定的，通过天线辐射的能量也就是一定的，限制了通信范围和覆盖半径。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于定向天线的射频前端装置及其通信控制方法。该基于定向天线的射频前端装置在全空域内形成专用的电磁波辐射通道，不仅具有了定向天线的高增益优点，扩大了通信距离，同时使得定向天线从在安装使用时不必考虑方向对准的问题，具有动中通的能力，提高了通信距离和抗干扰性能。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种基于定向天线的射频前端装置，包括第1射频单元至第L射频单元、功率分配/合成器、以及用于收发射频信号的定向天线，L为大于1的自然数，所述功率分配/合成器分别电连接第1射频单元至第L射频单元；每个射频单元用于对射频信号进行放大处理、移相处理和衰减处理；所述功率分配/合成器用于将所述L个射频单元输出的射频信号进行功率合成、或者用于将需要发送的射频信号分配至所述L个射频单元；

所述定向天线包括圆柱体、以及位于圆柱体侧面上的天线阵列；所述天线阵列按照高度的不同分为N层结构，N为大于1的自然数；所述每层结构包括：周向均匀分布在圆柱体侧面上的M个天线阵元，M为大于1的自然数；所述天线阵列由L个天线阵元组构成，每个天线阵元组至少包括一个天线阵元，每个天线阵元组对应设置有一个天线阵元切换开关；每个天线阵元切换开关的一端选择性地电连接一个天线阵元，另一端对应电连接一个射频单元；

所述基于定向天线的射频前端装置还包括控制器，所述控制器分别电连接所有天线阵元切换开关的控制端；所述控制器用于在需要接收射频信号或需要发送射频信号时，控制每个天线阵元切换开关的切换状态。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

所述控制器分别电连接所有射频单元，用于在需要接收射频信号或需要发送射频信号时，向射频单元发送控制信号；

所述射频单元，用于根据收到的控制信号，对射频信号进行移相处理和衰减处理。

所述每个射频通道包括环行器、射频接收单元、射频发射单元、收发转换开关和数字衰减器；

所述射频发射单元包括第一数字移相器和功率放大器（PA模块），所述第一数字移相器的输出端电连接功率放大器的输入端；所述射频接收单元包括低噪声放大器（LNA模块）和第二数字移相器，所述低噪声放大器的输出端电连接第二数字移相器的输入端；所述环行器具有三个端口，其中，第一端口电连接对应的天线阵元切换开关，第二端口电连接低噪声放大器的输入端，第三端口电连接功率放大器的输出端；所述收发转换开关的一端选择性地电连接第一数字移相器的输入端或第二数字移相器的输出端，另一端电连接数字衰减器的一端；数字衰减器的另一端电连接功率分配/合成器；