專利名稱：易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于帶狀波束信道、利用雙天線同相發(fā)送構(gòu)成的易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置，該裝置利用同相饋電的、間隔為二分之一無線載波頻率波長(λ/2)的雙天線發(fā)信號，可以實現(xiàn)在走廊、公路、鐵路等帶狀信道環(huán)境下的帶狀定向波束覆蓋，可以大幅度提高功率利用率，減少帶狀信道外的干擾，屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
使用智能天線的CDMA基站收發(fā)信設(shè)備是移動通信領(lǐng)域的高科技產(chǎn)品，可用于實現(xiàn)定向波束覆蓋。然而，智能天線CDMA基站收發(fā)信設(shè)備的價格極高，很難得到應(yīng)用和推廣。 在中國電信和中國聯(lián)通的移動通信網(wǎng)絡(luò)中就沒有使用智能天線技術(shù)。根據(jù)申請人的調(diào)研， 在走廊、公路、鐵路等帶狀信道環(huán)境下，由于其特殊的傳播環(huán)境，不必使用復(fù)雜的智能天線即可實現(xiàn)對帶狀信道環(huán)境的定向波束覆蓋。這種定向波束覆蓋可以用本發(fā)明給出的易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置實現(xiàn)，它利用同相饋電的、間隔λ/2雙天線發(fā)信號能實現(xiàn)帶狀定向波束發(fā)送。在發(fā)信功率不變的條件下，可以大幅度提高帶狀環(huán)境的覆蓋范圍，提高頻譜和發(fā)信功率的資源利用率，并減少帶狀信道外的干擾。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對以上還沒有相關(guān)技術(shù)資料說明如何利用雙天線定向發(fā)送裝置實現(xiàn)走廊、公路、鐵路等帶狀環(huán)境下的定向波束覆蓋，提出一種我們首創(chuàng)的、利用同相饋電的、間隔λ/2易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置，在滿足雙天線饋電載波相位相同的情況下，在雙天線連接線的垂直方向上會形成定向帶狀波束，而在接線的水平方向信號強度為零。
技術(shù)方案由于帶狀信道只需要一個帶狀定向波束覆蓋即可實現(xiàn)無盲區(qū)的通信， 所以可以利用我們首創(chuàng)的、同相饋電的、間隔λ/2雙天線發(fā)信號裝置產(chǎn)生的定向帶狀波束覆蓋帶狀信道，從而實現(xiàn)與帶狀信道形狀要求匹配的電波覆蓋。與單天線發(fā)送裝置相比，可以大幅度提高功率利用率，減少帶狀信道外的干擾；與智能天線定向發(fā)送裝置相比，可以大幅度降低工程費用，且具有簡單、易于實現(xiàn)的基本特點。本發(fā)明還具有設(shè)備簡單的基本特點，將使設(shè)備可靠性上升、費用下降，使定向發(fā)送裝置的推廣使用成為可能。
本發(fā)明的易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置，包括一個用于將已調(diào)信號Sm(t)分為兩路相同信號的第一分路電路(Π)，一個用于信號s2(t)移相的移相器(yI)，兩個分別用于將兩路信號放大的第一功率放大器(gl)、第二功率放大器(g2)，兩個分別用于將放大后信號分成兩路的第二分路電路(f2)、第三分路電路(f3)，一個用于鑒別兩路輸入信號S51 (t)、 S52 (t)是否同相的鑒相器(jl);兩根用于發(fā)送信號的天線Ap A2，它們之間的距離為二分之一無線載波頻率的波長；已調(diào)信號Sm (t)送入所述第一分路電路(fl)的輸入端，經(jīng)過所述第一分路電路(Π)，輸入信號被分成兩路相同的輸出信號S1⑴、S2⑴，信號S1⑴接所述第一功率放大器(gl)的輸入端，所述第一功率放大器(gl)輸出端接所述第二分路電路(f2)的輸入端，所述第二分路電路(f2)的一個輸出端接所述天線A1，另一個輸出端接所述鑒相器(jl)的一個輸入端；信號S2(t)接所述移相器(yl)的一個輸入端，所述移相器(yl) 的輸出端接所述第二功率放大器(g2)的輸入端，所述第二功率放大器(g2)的輸出端接所述第三分路電路(f3)的輸入端，所述第三分路電路(f3)的一個輸出端接所述天線A2，另一個輸出端接所述鑒相器(jl)的另一個輸入端，所述鑒相器(jl)的輸出端接所述移相器 (yl)的控制信號輸入端。
有益效果由于本發(fā)明利用同相饋電的、間隔λ/2雙天線發(fā)信號，形成帶狀定向波束發(fā)送，從而實現(xiàn)覆蓋走廊、公路、鐵路等帶狀信道的目的。該裝置與單天線發(fā)送裝置相比，可以大幅度提高功率利用率，減少帶狀信道外的干擾；與智能天線定向發(fā)送裝置相比， 可以大幅度降低工程費用，且具有簡單、易于實現(xiàn)的基本特點，使定向發(fā)送裝置的推廣成為可能。


圖I為本發(fā)明中用于實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送信號的電路原理框圖，其中包括第一分路電路(Π)、第二分路電路(f2)、第三分路電路(f3)、第一功率放大器(gl)、第二功率放大器(g2)、移相的移相器(yl)、鑒相器(jl)，用于鑒別兩路輸入信號S51 (t)、D52 (t)，用于發(fā)送信號的天線“
圖2為本發(fā)明中兩天線間隔為二分之一無線載波頻率波長(λ/2)的天線位置圖。
圖3為本發(fā)明中用兩天線間隔λ/2、饋電載波相位相同時的波束模擬圖。由圖可以看出在兩天線連線的延長線上(0°和180°方向)的大面積區(qū)域內(nèi)沒有波束覆蓋，因此沒有信號，而在在兩天線連線的中垂線上(90°和270°方向)會有兩天線發(fā)信號的同相疊加效應(yīng)，形成帶狀定向波束發(fā)送。
圖4為兩天線間隔λ、饋電載波相位相同時的波束模擬圖。由圖可以看出當(dāng)兩根天線間隔為λ時，會形成四個方向的波束，無法形成帶狀定向波束發(fā)送。
圖5為兩天線間隔10 λ、饋電載波相位相同時的波束模擬圖。由圖可以看出當(dāng)兩根天線間隔為10λ時，會形成更多方向的波束，無法形成帶狀定向波束發(fā)送。
具體實施方式
易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置的基本結(jié)構(gòu)是以λ/2為間隔，放置2根發(fā)天線。由于 2根發(fā)天線的饋電載波相位相同，所以根據(jù)2天線間隔為λ /2，饋電載波相位相同時的收信號表達式可以導(dǎo)出易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置將發(fā)出帶狀定向波束，可用于覆蓋由走廊、 公路、鐵路等帶狀通信環(huán)境下產(chǎn)生的帶狀信道。利用2天線間隔為λ/2、λ或10λ、饋電載波相位相同時的收信號表達式進行輻射波束模擬，所得模擬結(jié)果也可以證明只有在本發(fā)明給定的2天線間隔為λ/2的條件下，利用本發(fā)明給出的易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置才能發(fā)出帶狀定向波束，可用于覆蓋由走廊、公路、鐵路等帶狀通信環(huán)境下產(chǎn)生的帶狀信道。
根據(jù)雙天線間隔為λ/2，饋電載波相位相同時的收信號表達式為S^cos wt+cos[w(t-T)]可以導(dǎo)出本發(fā)明的易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置形成帶狀定向波束發(fā)送的數(shù)學(xué)表達式，其中的τ為由于兩根發(fā)天線的位置不同，引入的某根發(fā)天線的收信號時延。 根據(jù)上述數(shù)學(xué)表達式可以給出易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置原理圖。
設(shè)相鄰兩根天線間的距離d= λ /2，饋電載波相位相同時，收信號&的表達式為
Sr=cos wt+cos [w (t- τ ) ] (I)
當(dāng)收信機處于二根發(fā)天線連線的中垂線上(90°和270°方向)，由于兩根天線至收信機的距離相等，所以τ=0，從而得出&表達式為
Sr=cos wt+cos [w (t~ τ ) ] =2cos ω t (2)
顯然此時二根發(fā)天線的收信號在接收端為同相迭加，具有同相分集發(fā)送的效果。
當(dāng)收信機處于二根發(fā)天線連線的延長線上(0°和180°方向)，由于二根天線至收信機的距離相差λ/2。根據(jù)電磁波傳播理論當(dāng)電磁波傳播距離為波長λ時產(chǎn)生2π相移，所以當(dāng)d= λ/2時會產(chǎn)生π的相移，即WT = Ji，從而得出&表達式為
Sr=cos wt+cos [wt_ π )] =0 (3)
顯然此時在接收端，二根發(fā)天線的收信號互為反相，導(dǎo)致收信號為零。因此利用上述數(shù)學(xué)表達式可以部分證明本發(fā)明的正確性。
還利用上述數(shù)學(xué)表達式，在說明書附圖中的圖3中給出相鄰兩根天線間的距離 d=A/2，饋電載波相位相同時所產(chǎn)生波束的模擬圖，顯然，此時會產(chǎn)生一個定向帶狀波束， 進一步證明了本發(fā)明的正確性。
根據(jù)數(shù)學(xué)表達式(I)、(2)、(3)給出易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置電路原理圖，如說明書附圖中的圖I所示，該定向發(fā)送裝置包括一個用于將已調(diào)信號3 1(0分為兩路相同信號的第一分路電路fl，一個用于信號S2 (t)移相的移相器yl，兩個分別用于將兩路信號放大的第一功率放大器gl、第二功率放大器g2，兩個分別用于將放大后信號分成兩路的第二分路電路f2、第三分路電路f3，一個用于鑒別兩路輸入信號S51(t)、S52(t)是否同相的鑒相器jl;此處應(yīng)該設(shè)信號S51⑴、S52⑴的相位分別與S41⑴、S42⑴的相位相同。兩根用于發(fā)送信號的天線ApA2，它們之間的距離為二分之一無線載波頻率波長。已調(diào)信號5_ (0送入所述第一分路電路fl的輸入端，經(jīng)過所述第一分路電路Π，信號將被分成兩路相同的信號S1 (t)、S2(t)，信號S1 (t)接所述第一功率放大器gl的輸入端，所述第一功率放大器gl輸出端接所述第二分路電路f2的輸入端，所述第二分路電路f2的一個輸出端接所述天線A1, 另一個輸出端接所述鑒相器jl的一個輸入端；信號S2 (t)接所述移相器yl的一個輸入端， 所述移相器yl的輸出端接所述第二功率放大器g2的輸入端，所述第二功率放大器g2的輸出端接所述第三分路電路f3的輸入端，所述第三分路電路f3的一個輸出端接所述天線A2, 另一個輸出端接所述鑒相器jl的另一個輸入端，所述鑒相器jl的輸出端接所述移相器yl 的控制信號輸入端。
下面給出易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置的功率增益。設(shè)單天線系統(tǒng)的發(fā)信號幅度為 A，發(fā)功率為/^ = {Α/42 = A212，則兩天線總的發(fā)信功率為PT2V=2XPTS=A2。兩天線形成定向發(fā)送時的等效發(fā)功率
Pt 2 = {-y=) 2 = 2 A 2
兩天線形成定向發(fā)送時的賦形增益Gst
GST=PT2/PT2V=2
由上述數(shù)學(xué)表達式可以看出，雙天線定向發(fā)送時，其賦形增益為2。對收端而言，相當(dāng)于增加了一倍的發(fā)信功率。由說明書附圖中的圖3也可以看出雙天線發(fā)送使單天線發(fā)送時產(chǎn)生的圓形波束圖變?yōu)楝F(xiàn)在的定向帶狀波束，產(chǎn)生發(fā)信電波能量的集聚作用，更適用于覆蓋由走廊、公路、鐵路等帶狀通信環(huán)境下產(chǎn)生的帶狀信道。將增大有效收功率，還能減少帶狀信道外的輻射，使干擾下降。
下面給出雙天線定向發(fā)送裝置中的雙天線之間的距離。根據(jù)電磁波傳輸理論公式V= λ f (V是電磁波的傳播速度，λ是電磁波波長，f是電磁波頻率)，在3G信道環(huán)境下， v=3X 108m/s, f=2GHz=2X IO9Hz0 所以得出波長 λ 為
λ =v/f=3 X IO8/ (2 X IO9) =0. 15m
由此可以得出雙天線之間的距離d=X /2=0. 075m。
由說明書附圖中的圖3、圖4、圖5也可以看出只有取雙天線之間的距離(1=入/2 時，才能形成圖3中的定向帶狀波束。這也是本發(fā)明中需要論證的一個基本問題。該發(fā)明在應(yīng)用時，應(yīng)按照如圖2所示的雙天線位置放置雙天線。此時在兩天線連線的垂直方向上會形成定向帶狀波束，可用于覆蓋整個帶狀信道。
實施例一
本實施例用于雙天線距離為λ/2，饋電載波相位相同的情況下定向發(fā)送裝置。該定向發(fā)送裝置包含一個用于將已調(diào)信號Sm(t)分為兩路相同信號的第一分路電路fl，一個用于信號S2(t)移相的移相器yl，兩個分別用于將兩路信號放大的第一功率放大器gl、第二功率放大器g2，兩個分別用于將放大后信號分成兩路的第二分路電路f2、第三分路電路 f3, 一個用于鑒別兩路輸入信號S51 (t)、S52 (t)是否同相的鑒相器jl。
兩根用于發(fā)送信號的天線Ap A2，它們之間的距離為二分之一無線載波頻率波長。 已調(diào)信號3 1(0送入所述第一分路電路fl的輸入端，經(jīng)過所述第一分路電路Π，信號將被分成兩路相同的信號S1U)、S2(t)，信號S1U)接所述第一功率放大器gl的輸入端，經(jīng)過所述第一功率放大器gl，信號變?yōu)镾31 (t)，在所述第一功率放大器gl輸出端接所述第二分路電路f2的輸入端，經(jīng)過所述第二分路電路f2，信號S31⑴變?yōu)閮陕沸盘朣41 (t)、S51⑴，信號S41(t)經(jīng)所述第二分路電路f2的一個輸出端接所述天線A1，信號S51 (t)經(jīng)所述第二分路電路f2的另一個輸出端接所述鑒相器jl的一個輸入端；信號S2 (t)接所述移相器yl的一個輸入端，所述移相器yl的輸出端輸出信號S21 (t)接所述第二功率放大器g2的輸入端，所述第二功率放大器g2的輸出端信號為S32(t)接所述第三分路電路f3的輸入端，經(jīng)過所述第三分路電路f3輸出兩路信號S42 (t) ,S52⑴，信號S42⑴)接所述天線A2，信號S52⑴接所述鑒相器jl的另一個輸入端，所述鑒相器jl的輸出信號U(t)接所述移相器yl的控制信號輸入端。
當(dāng)S51⑴、S52⑴同相時，所述鑒相器jl的輸出端輸出信號電壓U(t)約等于0，此時不用調(diào)節(jié)移相器；設(shè)信號S51⑴、S52(t)的相位分別與S41(t)、S42(t)的相位相同，此時可以保證送到天線Ap A2的載波信號S41 (t)和S42 (t)的相位相同。S51 (t)、S52 (t)不同相時， 所述鑒相器jl的輸出端輸出信號電壓U(t)不等于0，將U(t)送入所述移相器yl的控制信號輸入端，通過所述移相器yl的移相作用，使送到天線ApA2的載波信號S41 (t)和S42(t) 的相位相同。可以滿足雙天線饋電載波相位相同的要求。
圖3為本發(fā)明中用兩天線間隔λ/2、饋電載波相位相同時的波束模擬圖。由圖可以看出在兩天線連線的延長線上(0°和180°方向)的大面積區(qū)域內(nèi)沒有波束覆蓋，在實際應(yīng)用中，這兩個方向?qū)]有收信號；在兩天線連線的中垂線上(90°和270°方向)會有兩天線發(fā)信號的同相疊加效應(yīng)，導(dǎo)致收信號增強，形成定向帶狀波束。
圖4為兩天線間隔λ、饋電載波相位相同時的波束模擬圖。由圖可以看出當(dāng)兩根天線間隔為λ時，會形成四個方向的定向波束，導(dǎo)致輻射能量的浪費，也不能覆蓋帶狀信道環(huán)境。
圖5為用兩天線間隔10 λ、饋電載波相位相同時的波束模擬圖。由圖可以看出當(dāng)兩根天線間隔為10λ時，會形成更多方向的定向波束，導(dǎo)致輻射能量的浪費，也不能覆蓋帶狀信道環(huán)境。
從上述波束模擬圖對比可知，如果雙天線間隔不是λ/2而是其它值時，無法形成定向帶狀波束。
此處，利用簡單的數(shù)學(xué)分析方法、清晰的物理概念和準(zhǔn)確的模擬圖形證明了在二根發(fā)天線的情況下，一定會形成某種定向發(fā)送波束。只要利用同相饋電的、間隔λ/2的發(fā)信號裝置就可以實現(xiàn)在走廊、公路、鐵路等帶狀通信環(huán)境下的定向帶狀波束發(fā)送。
除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式，也可以用于已調(diào)信號的定向帶狀波束的發(fā)送。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.ー種易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置，其特征是該定向發(fā)送裝置包括一個用于將已調(diào)信號分為兩路相同信號的第一分路電路(fI)，一個用于信號る￠)移相的移相器(yl)，兩個分別用于將兩路信號放大的第一功率放大器(gl)、第二功率放大器(g2)，兩個分別用于將放大后信號分成兩路的第二分路電路(f2)、第三分路電路(f3)，ー個用于鑒別兩路輸入信號冬辦)、冬2⑴是否同相的鑒相器(jl);兩根用于發(fā)送信號的天線為、為,它們之間的距離為二分之一無線載波頻率的波長；已調(diào)信號送入所述第一分路電路(fl)的輸入端，經(jīng)過所述第一分路電路(Π)，輸入信號被分成兩路相同的輸出信號ら(わ、^ ，信號接所述第一功率放大器(gl)的輸入端，所述第一功率放大器(gl)輸出端接所述第二分路電路(f2)的輸入端，所述第二分路電路(f2)的ー個輸出端接所述天線為，另ー個輸出端接所述鑒相器(jl)的一個輸入端；信號ち(り接所述移相器(yl)的一個輸入端，所述移相器(yl)的輸出端接所述第二功率放大器(g2)的輸入端，所述第二功率放大器(g2)的輸出端接所述第三分路電路(f3)的輸入端，所述第三分路電路(f3)的ー個輸出端接所述天線為，另ー個輸出端接所述鑒相器(jl)的另ー個輸入端，所述鑒相器(jl)的輸出端接所述移相器(yl)的控制信號輸入端。
全文摘要
易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置是一種適用于帶狀信道、利用雙天線同相發(fā)送構(gòu)成的帶狀定向波束發(fā)送裝置，常見的帶狀信道應(yīng)用環(huán)境包含走廊、公路、鐵路等設(shè)施要求的無線電波傳播環(huán)境。該雙天線定向發(fā)送裝置可用于移動通信等無線頻段的帶狀信道環(huán)境，具有極其廣泛的應(yīng)用價值。利用同相饋電、間隔為二分之一無線載波頻率波長的雙天線發(fā)信號表達式可以導(dǎo)出形成帶狀定向波束發(fā)送的數(shù)學(xué)表達式，根據(jù)該數(shù)學(xué)表達式給出易實現(xiàn)雙天線定向發(fā)送裝置，還利用波束模擬的方法證明了該裝置用于形成帶狀定向波束的有效性。該裝置與單天線發(fā)送裝置相比，可以大幅度提高功率利用率，減少帶狀信道外的干擾；與相控陣天線定向發(fā)送裝置相比，可以大幅度降低工程費用，且具有簡單、易于實現(xiàn)的基本特點，使定向發(fā)送裝置的推廣成為可能。
文檔編號H04B7/06GK102983897SQ201210480518
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者楊龍祥, 田啟順, 傅海陽, 譚勝 申請人:南京郵電大學(xué)