[发明专利]一种可远程控制的二维平面相控有源一体化天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种有源天线领域，尤其是涉及一种可远程控制的二维平面相控有源一体化天线。

背景技术

天线是各种无线通信系统的关键部件之一，衡量其优劣的主要技术指标有：阻抗带宽、波束宽度、副瓣电平、增益和效率等。天线辐射单元的导体损耗、介质损耗、馈电网络的插入损耗以及馈线的损耗会大大降低整个系统的效率，从而致使相当比例的发射机功率被天线和馈线所耗散，而且严重影响接收灵敏度。因此，高效率和智能化就成为下一代无线通信天线的研究目标。

传统的蜂窝移动通信基站主要由天线、馈线电缆和射频收发信机组成，塔顶的天线通过一定长度的馈线电缆与下面的收发信机相连接。对于下行链路，射频发射机的输出功率通过馈线电缆馈入安装于塔顶的天线并发射到空中；对于上行链路，手机信号被塔顶基站天线接收后通过馈线电缆进入塔下的射频接收机。传统基站天线大多采用扇面辐射方向图的定向天线，水平面波束宽度一般为120度（10dB波束宽度），增益一般约为14.5dBi。这样的天线一般由垂直方向的8～12个单元的阵列构成。天线辐射单元的导体损耗、介质损耗、馈电网络的插损以及馈线的损耗会大大降低天馈系统的效率，从而致使相当比例的发射机功率被天线和馈线所耗散，而且严重影响接收灵敏度。天线效率没有计及馈线电缆的损耗，显然对于上述基站来说，将天线与馈线（即：天馈系统）整体考虑更适合描述和分析无线通信系统的性能。为此，我们定义天馈效率如下

EAF=PePt]]>

式中，E_AF表示天馈效率（Efficiency of Antenna and Feeding Cable）,P_e是指真正辐射到空中的有效辐射功率，P_t是指射频发射机的输出功率。

对于传统基站和基站扇面天线情况，通常馈线长度可达几十米，损耗可达3dB，甚至更大；扇面天线内部馈电网络的损耗通常约1～2dB。相比之下，辐射单元的导体损耗、介质损耗以及良好匹配时的反射损耗要小很多。因此，从射频发射机输出的功率只有不到一半被辐射出去，也就是说，此时的天馈效率E_AF<50%。我们知道，在保证线性度的情况下射频发射机输出功率提高一倍，其成本将增加0.8～1倍，其直流功耗将增加1～1.2倍。

为了解决此问题，人们开始在实际应用中大量采用塔顶射频技术，即将部分射频或整个射频子系统置于塔顶天线附近，这样就可将馈线电缆压缩到1m左右，损耗缩减到1dB以内（包括接头损耗）。采用这种技术之后，显然可将天馈系统的损耗减小到3dB以下，从而可使得天馈效率达到50%～70%。

最近，有源一体化天线成为研究热点，其基本思想是将馈线电缆全部去掉，将部分或整个射频子系统与天线集成在一起。考虑到天线阵列的馈电网络仍然存在，采用有源一体化天线技术后，天馈效率可提高到80%左右。

但除了效率，实际中还经常要求基站天线方向图下倾角可电调，甚至方向图垂直面可赋形，水平面可扫描也是期望的。

因此，研究和实现高效率、波束可控、低功耗、低成本以及支持光纤无线电(Radio over Fiber，以下简称ROF)的各种优良特性的新型天线技术显得极为迫切。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高效节能波束可控的有源一体化天线，使其在水平和垂直平面内波束可控，并支持ROF。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可远程控制的二维平面相控有源一体化天线阵列，包括光模块、中频收发模块、中频信号功分器/合路器，射频收发模块和天线单元；与近端机相连的光模块通过中频收发模块与中频信号功分器/合路器相连接；中频信号功分器/合路器与若干射频收发模块相连，且每个射频收发模块连接有一个天线单元。