單極化定向天線/陣列定向天線及其時分雙工通信系統的製作方法

2023-10-09 08:07:14

專利名稱：單極化定向天線/陣列定向天線及其時分雙工通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及天線4支術領域，特別涉及單極化定向天線/陣列定向天線及其 時分雙工通信系統。
背景技術：
無線電發射機輸出的射頻信號，通過饋線輸送到天線，由天線以電磁波形 式輻射出去。電磁波到達接收地點後，由接收端的天線接收，並通過饋線送到 無線電接收機。可見，天線是發射和接收電磁波的一個重要的無線電設備，沒 有天線也就沒有無線電通信。移動通信網絡中，部署的每個基站都有單根或多根天線。這些天線發射的攜帶信號的無線電波會造基站之間的幹擾。尤其是時分雙工(Time Division Duplex, TDD)系統中，基站間的幹擾是需要考慮的重要的問題。遠端基站的 下行信號經傳播會產生延時，當落在本地基站的上行時段，會造成對本地基站 的上行同頻幹擾。為了避免這種幹擾， 一般會在系統的上下行的轉換點設置保 護間隔，以保證遠端基站的信號跨過保護間隔後會產生足夠的衰減，降低幹擾。 但是，由於基站間幹擾的產生是不確定的，有些情況下，無法避免幹擾。圖1以TD-SCDMA系統為例，給出了基站間幹擾的示意圖。如圖1所示， 如果遠端基站(即幹擾基站)產生的延遲為tl時，保護間隔(GP)起到保護 作用，因此沒有重疊，不會對本地基站產生幹擾；如果遠端基站產生的延遲為 t2時，其下行導頻時隙(DwPTS)與本地基站的上行導頻時隙(UpPTS)發 生重疊，如圖中的重疊l，這樣，產生對本地基站的幹擾；如果遠端基站產生 的延遲為t3時，其下行導頻時隙和時隙0與本地基站的上行導頻時隙、甚至 時隙l發生重疊，如圖中的重疊2，產生對本地基站的幹擾。對於普遍使用的定向天線， 一般採用垂直極化，其半功率角一般在65°~ 120。。當兩個天線安裝方向相對時，就需要結合頻率規劃才能規避幹擾。但是， 在現有系統大規模組網的情況下，頻段資源有限，利用頻率規劃難以實現。 發明內容本發明的目的是提供一種單極化定向天線/陣列定向天線及其時分雙工通 信系統，以克服現有技術中難以利用頻率規劃規避天線相對時產生的幹擾。為解決上述技術問題，本發明提供一種單極化定向天線/陣列定向天線及其時分雙工通信系統是這樣實現的一種單極化定向天線，所述單極化定向天線極化方向與垂直方向的夾角為 45。與預設值之和。所述預設值可以根據極化抑制要求預先設置。一種單極化陣列定向天線，所述單極化陣列定向天線極化方向與垂直方向 的夾角為45。與預設值之和。所述預設值可以根據極化抑制要求預先設置。一種單極化定向天線/陣列定向天線的時分雙工通信系統，該系統中的天 線的極化方向與垂直方向的夾角統一為45。與預設值之和；該系統中第一天線 正向覆蓋範圍內方向完全相對的第二天線與所述第一天線的極化方向夾角為 90° ;該系統中的天線為單極化定向天線/陣列天線。第一天線正向覆蓋範圍內，與該第一天線有相對關係的天線與所述第一天 線存在極化幹擾抑制作用。該系統中的天線採用極化隔離、時間隔離、頻率隔離、方向隔離和工程措 施抑制遠端基站的幹擾。由以上本發明實施例提供的技術方案可見，本發明提供的天線和系統，極 化方向與垂直方向的夾角為+45。或-45。，當兩個天線極化方向相同，且方向 相對時，接收天線與產生幹擾信號的發射天線的極化方向相差90。，這樣，可 以形成正交極化抑制，從而大大降低了幹擾。


圖1為現有技術由於延遲產生幹擾的示意圖；圖2為本發明單極化定向天線和單極化陣列定向天線的結構圖；圖3為本發明單極化陣列定向天線的幹擾抑制示意圖；圖4為本發明單極化定向天線系統的網絡應用示意圖；圖5為本發明幹擾抑制效果的仿真圖。
具體實施方式
本發明提供一種單極化定向天線/陣列定向天線及其時分雙工通信系統， 天線的極化方向與垂直方向的夾角為+45。或-45°，也可以是+45。與預設值之 和或-45°與預設值之和。當兩個天線方向相對，且極化方向相同時，接收天 線與產生幹擾信號發射天線的極化方向相差90°，或是一個小於90°的門限 值，以形成正交極化抑制。現有技術中，遠端基站的信號到達本地基站一般是通過視距或超視距傳 播。視距傳播的距離通常在幾十公裡；對於移動通信使用的幾百MHz到幾GHz 的頻段,超視距傳播的主要途徑是對流層散射，以及小概率情況下的大氣波導。 幹擾的傳播有時會超過上百公裡。當幹擾較強時，會影響上行接入與業務的正 常進行。TDD系統中，實現基站間幹擾的抑制通常的方法是時間隔離、頻率隔離、 方向隔離，以及工禾呈方法。時間隔離需要在TDD系統的下行和上行的轉換之間提供足夠的保護時 間。如果根據最遠幹擾的傳播延遲預留較長的保護間隔，則會嚴重P爭低系統效 率。頻率隔離的方式是對有可能產生幹擾的站點採用不同的頻率，避免同頻幹 擾。但是受限於分配的頻段寬度和頻點個數，不可能進行上百公裡範圍內的頻 率復用，同時這樣做會降低頻譜利用率。方向隔離使用高增益波束天線，可以避免在期望方向以外產生幹擾，適用 於點對點通信。在點對多點的廣覆蓋系統中(如移動通信系統)應用時，幹擾 抑制的效果受到限制。工程措施包括基站高度的設置，基站下傾角的設置等。通過現有的這些措施都可以在一定程度上抑制幹擾的產生以及對幹擾的 接收，但是受各種因素限制，幹擾抑制效果受到影響。為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明。本發明提出的天線結構如圖2所示。分別為單極化定向天線和單極化陣列 定向天線的結構圖。極化方向與垂直方向的夾角為+45°或-45°。這樣，當兩 個天線方向相對，如圖3所示的單極化陣列定向天線，由於極化方向相同，接 收天線與產生幹擾信號發射天線的極化方向相差90。，由於被幹擾基站的天線 僅對與其極化方向相同的信號產生響應，而對極化方向正交的幹擾信號則不產生響應，從而可以形成正交極化抑制，就可以有效的抑制幹擾。當然，也可以根據極化抑制要求設置一個預設值，使極化方向與垂直方向 的夾角為+45。與預設值之和，或是-45。與預設值之和。在特定應用環境中， 經過遠距離傳播的幹擾其極化方向可能發生一定的偏轉，到達被幹擾基站時其 極化方向與垂直方向的夾角會減小(或增大)。通過增加預設值，可以在一定 程度上抵消這種極化旋轉，使千擾信號與被幹擾基站的天線極化方向保持更好 的正交性。當這個預設值設為0。時，所述的極化方向與垂直方向的夾角即為 + 45°或-45° 。圖4示出了單極化定向天線的時分雙工通信系統系統的正交極化幹擾抑 制原理。整個網絡可以應用同形式的天線，即統一為+45°或-45° 。這樣， 這種天線正向覆蓋範圍內方向相對的天線與其極化方向夾角為90° 。而如果 在正向覆蓋範圍內不是完全正對，但仍有相對關係時，仍可達到極化方向夾角 接近90°的效果，雖然不如完全正對時效果好，仍然可以形成較好的正交極 化抑制，因此仍可以較有效的抑制幹擾。即使兩個天線面的水平方向相差90 ° ,即相互垂直時，經過計算，這兩個天線的極化方向仍相差60° ，理論上 仍可達到6dB的正交極化抑制效果。典型的，例如圖4中按照位置的差異， 在可能產生幹擾的三個基站A (三扇區天線分別為Al, A2， A3), B(三扇區 天線分別為B1， B2， B3), C (三扇區天線分別為Cl, C2， C3 )的天線A1， B2， C3間，兩兩都可以形成極化方向相差接近90。，從而達到較好的正交極 化抑制效果。與此類似的，使用單極化陣列定向天線的時分雙工通信系統系統在幹擾抑制的效果與此類似。考慮到一般的網絡中，當兩個天線存在一定的夾角時，天線方向產生的背為天線方向圖與極化部分正交性在相應方向上的疊加。圖5是一種典型情況下的仿真結果圖，如圖中所示，方向圖曲線表明當 兩個天線同向放置時(對應橫坐標0° ),由於天線的背向抑制作用，幹擾信 號被抑制在20dB以上；而當不同基站的兩個天線相對時(對應橫坐標180° )， 兩個基站間幹擾沒有方向抑制。圖中的極化抑制曲線為採用本發明45°極化 天線時僅考慮極化特性的幹擾抑制效果圖，其表明當兩個天線同向放置，由 於兩個天線的極化方向相同，沒有極化抑制效果；而當不同基站的兩個天線相 對時(對應橫坐標180° )，這兩個天線正好形成正交極化抑制。而當採用本 發明45°極化天線時，考慮極化特性並考慮極化特性和方向性的總體效果， 其曲線為總增益曲線，該曲線形表明當兩個天線同向放置，兩個天線的極化 方向相同，沒有增益，但是由於天線的背向抑制作用，幹擾信號被抑制在20dB 以上；而當不同基站的兩個天線相對時(對應橫坐標180° )，從方向上幹擾 抑制沒有增益，但這兩個天線正好形成正交極化抑制，其總的幹擾抑制效果也 可達到20dB以上。應用在網絡中的較典型的情況，當兩個有相對關係的定向天線，例如單極 化定向天線或單極化陣列定向天線，儘管不是完全相對(即兩個天線方向相差 180° )，但是兩個天線之間仍存在極化方向夾角，且該夾角大於60° ，即兩 個天線有相對關係時，仍能產生千擾抑制效果。從圖5中的總增益曲線可以看出，應用本發明的天線和系統，在各個方向 上都可以獲得較好的幹擾抑制效果，從而在網絡中無法對基站和天線位置、方 向進行嚴格要求時，不需要考慮大範圍的頻率規劃就可避免一定的幹擾。圖2中兩個單極化陣列定向天線產生正交抑制效果的原理，兩個單極化定 向天線產生正交抑制效杲原理與此類似，在此不再贅述。當然，兩個天線中一 個為單極化定向天線，另一個為單極化陣列定向天線，由於仍具備正交性，也能達到類似的效果。網絡中全部應用陣列天線，及混合應用分離天線與陣列天 線的原理和效果與此相同。本發明提出的單極化定向天線和單極化陣列定向天線，可以與前述提到的 時間隔離、頻率隔離、方向隔離和工程措施等方法相結合，這樣能得到更好的 抑制效果。由以上實施例可見，本發明提供的單極化定向天線和單極化陣列定向天線，極化方向與垂直方向的夾角為+45°或-45° ，當兩個天線方向相對，且 極化方向相同時，接收天線與產生幹擾信號發射天線的極化方向相差90。，這 樣，可以形成正交才及化抑制，/人而大大降低了千擾。雖然通過實施例描繪了本發明，本領域普通技術人員知道，本發明有許多 變形和變化而不脫離本發明的精神，希望所附的權利要求包括這些變形和變化 而不脫離本發明的精神。
權利要求
1. 一種單極化定向天線，其特徵在於，所述單極化定向天線極化方向與垂直方向的夾角為45°與預設值之和。
2、 如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述預設值可以根據極化抑 制要求預先設置。
3、 一種單極化陣列定向天線，其特徵在於，所述單極化陣列定向天線極 化方向與垂直方向的夾角為45。與預設值之和。
4、 如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述預設值可以根據極化抑 制要求預先設置。
5、 一種單極化定向天線/陣列定向天線的時分雙工通信系統，其特徵在於， 該系統中的天線的極化方向與垂直方向的夾角統一為45。與預設值之和；該系 統中第一天線正向覆蓋範圍內方向完全相對的第二天線與所述第一天線的極 化方向夾角為90。；該系統中的天線為單極化定向天線/陣列天線。
6、 如權利要求5所述的單極化定向天線/陣列定向天線的時分雙工通信系 統，其特徵在於，第一天線正向覆蓋範圍內，與該第一天線有相對關係的天線 與所述第一天線存在極化幹擾抑制作用。
7、 如權利要求5所述的單極化定向天線/陣列定向天線的時分雙工通信系 統，其特徵在於，該系統中的天線採用極化隔離、時間隔離、頻率隔離、方向 隔離和工程措施抑制遠端基站的幹擾。
全文摘要
本發明提出了一種單極化定向天線/陣列定向天線及其時分雙工通信系統。一種單極化定向天線/陣列定向天線，所述單極化定向天線極化方向與垂直方向的夾角為45°與預設值之和。一種單極化定向天線/陣列定向天線的時分雙工通信系統，該系統中的天線的極化方向與垂直方向的夾角統一為45°與預設值之和；該系統中第一天線正向覆蓋範圍內方向完全相對的第二天線與所述第一天線的極化方向夾角為90°；該系統中的天線為單極化定向天線/陣列天線。利用本發明，接收天線與產生幹擾信號的發射天線的極化方向相差90°或接近90°，這樣，可以形成正交極化抑制，從而大大降低了幹擾。
文檔編號H01Q21/06GK101267065SQ200710064370
公開日2008年9月17日 申請日期2007年3月13日 優先權日2007年3月13日
發明者孫長果, 王映民, 蔡月民 申請人:大唐移動通信設備有限公司