CN102315517B - 一种定向天线设备、多输入多输出传输定向天线设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向天线设备，本发明实施例还提供一种多输入多输出传输定向天线设备和一种移动中继设备。本发明技术方案中的定向天线设备包括至少一个定向天线单元，每个定向天线单元包括一对定向天线，且该对定向天线之间有一个夹角，该定向天线单元的垂直方向的波束宽于水平方向的波束，该定向天线设备实现了设置于低高度的定向天线设备对道路两侧楼房的较好覆盖，适应了在密集城区中电磁波沿道路三维空间进行传播的环境。

Description

一种定向天线设备、多输入多输出传输定向天线设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种定向天线设备、多输入多输出传输定向天线设备及移动中继设备。 

背景技术

天线是移动通信网络基站天馈端的最末一级，起着发射及接收信号的作用，其技术的创新及发展对移动通信系统有着重大的影响。目前蜂窝网络的基站主要架设在高处，比如楼顶或塔顶，主要有包含三个定向天线单元或六个定向天线单元结构的设计，每个定向天线单元有一根或多根定向天线，有多根定向天线的定向天线单元中，各定向天线在天线面上是平行的，定向天线单元的最大增益位于正视方向；定向天线单元的水平方向的波束要宽于垂直方向的波束，以实现从高处对小区较为均匀的广角覆盖。 

在对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，在将来移动通信系统大量扩容时，小区密度会大幅度提高，基站间距将减小到100米以下，并且基站架设高度也会降低，比如电杆上或屋檐下，电磁波主要是沿着道路三维空间环境进行传播，而无法有效地向上翻越过建筑物的顶部以进行远距离传播，如果还沿用现有的基站天线模式的话，在水平方向上，如果天线发射功率较大，则容易沿道路方向发生远距离视距(Light of Sight，LOS)传播，造成小区间干扰；如果天线发射功率较小，则容易被道路两侧的建筑物遮挡，因穿墙损耗较大而造成大量的覆盖盲区；在垂直方向上，只能覆盖很低的楼层，不能对街区楼层进行立体的完整覆盖。所以，现有的基站的定向天线不再适应该电磁波传播环境。 

发明内容

本发明实施例提供一种定向天线设备、多输入多输出传输定向天线设备及移动中继设备。 

一种定向天线设备，包括： 

至少一个定向天线单元，该定向天线单元包括一对定向天线； 

该对定向天线发送相同的信号且该对定向天线之间有一夹角； 

定向天线单元的垂直方向的波束宽于水平方向的波束。 

一种多输入多输出传输定向天线设备，包括： 

至少一对定向天线单元，每个定向天线单元包括一对定向天线； 

该对定向天线发送相同的信号且该对定向天线之间有一夹角； 

定向天线单元的垂直方向的波束宽于水平方向的波束。 

一种移动中继设备，包括： 

两组定向天线，其中一组定向天线正对车头，一组定向天线正对车尾。 

本发明实施例的定向天线设备，包含至少一个定向天线单元，每个定向天线单元包括一对定向天线，该对定向天线发送相同的信号，且该对定向天线之间有一夹角，使得该定向天线单元的最大增益位于每一根定向天线的正前方，以实现对道路两侧建筑物的远距离的覆盖；每个定向天线单元在垂直方向的波束宽于水平方向的波束，使得对道路两侧建筑物远近高低都有较为均匀的覆盖，本发明实施例设计的定向天线设备适应了在密集城区中电磁波沿道路三维空间进行传播的环境。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是密集城区基站天线沿道路布置示意图； 

图2a是本发明包含四个定向天线单元的定向天线设备俯视示意图； 

图2b是本发明包含四个定向天线单元的定向天线设备正视示意图； 

图2c是本发明定向天线设备的定向天线单元中定向天线夹角的示意图； 

图3是本发明定向天线设备的定向天线单元优选例示意图； 

图4是本发明车顶移动中继天线设备正视示意图； 

图5是本发明车顶移动中继天线设备俯视示意图。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

本发明实施例提供一种基站扇区定向天线设备，本发明实施例还提供一种移动中继设备及多输入多输出传输定向天线设备。以下分别进行详细说明。 

请参阅图1、图2a、图2b及图2c，本发明实施例中基站扇区定向天线设备第一实施例包括： 

图1中方块表示街区，每个街区之间为道路；本发明的基站可以架设于密集城区的电杆或屋檐下，处于较低的位置；本发明的定向天线设备的定向天线单元的数量与需要覆盖的道路方向数量相同，如图1中包含两个定向天线单元的定向天线设备101，箭头正对的方向为定向天线单元中定向天线的方向，分别对应两个需要覆盖的道路方向；四个定向天线单元的定向天线设备102，箭头正对的方向为定向天线单元中定向天线的方向，分别对应四个需要覆盖的道路方向；三个定向天线单元的定向天线设备103，箭头正对的方向为定向天线单元中定向天线的方向，分别对应三个需要覆盖的道路方向。 

如图2a、图2b为同一包含四个定向天线单元的定向天线设备的俯视示意图和正视示意图，201为其中一个定向天线单元，该定向天线单元的水平方向的波束宽度比垂直方向的波束宽度窄；优选的，为避免彻底重新设计定向天线单元的困难，可以采用将现有的板状定向天线的垂直方向与水平方向互换，即现有的板状定向天线的天线面在垂直方向上的宽度是小于高度的，而本发明中定向天线单元的天线面在垂直方向上的宽度是大于高度的，如图2a中的基站扇区的定向天线201所示； 

图2c是为图2a与图2b中定向天线单元201的定向天线夹角示意图，如图中箭头所示，一个定向天线单元的一对定向天线可以内置于一块板状定向天线 中，在板状定向天线的天线面上设置一对定向天线，这一对定向天线发送相同的信号；图中箭头指示方向为定向天线的正视方向， 

从图中可以看出，两根定向天线的正视方向与正前方各有一个角度，即两根定向天线之间有一夹角，该对定向天线接合处是可活动的，即该对定向天线之间的夹角大小可根据实际需要覆盖的范围进行设置；每一根定向天线的最大增益位于各自的正视方向，容易推出，定向天线单元201的最大增益位于两斜侧； 

优选的，请参阅图3，定向天线单元还可以由两块各有一根定向天线的板状定向天线301和302重叠而成，使得定向天线单元的最大增益位于两斜侧；两块板状定向天线的接合处是可活动的，使得能对两块板状定向天线之间的夹角的大小进行配置，以适应于不同的道路状况对信号覆盖的不同要求。 

在上述第一实施例中，定向天线设备的定向天线单元与需要覆盖的道路方向数量相同，每个定向天线单元对应覆盖一个道路方向，适应了密集城区中较低位置电磁波主要沿道路三维空间环境进行传播的特性；每个定向天线单元对称设置一对定向天线，发送相同的信号，一对定向天线之间设置一夹角，使定向天线单元的最大增益分别位于道路的两斜侧，避免了正视面道路方向因LOS传播而对邻近小区造成强干扰；本发明定向天线水平方向的波束宽度较窄，实现了对道路一侧建筑物远近较为均匀的覆盖；定向天线垂直方向的波束宽度较宽，实现了低高度的定向天线对道路两侧楼房的较好覆盖；优选例中，将现有的天线垂直方向与水平方向互换，避免了重新设计定向天线的困难；本发明第一实施例中基站扇区定向天线设备很好地解决了电磁波在密集城区沿着道路三维空间环境进行传播的环境。 

本发明实施例中多输入多输出传输定向天线设备第二实施例包括： 

本实施例中，多输入多输出传输定向天线设备包括至少一对定向天线单元，每一个定向天线单元设置有一对定向天线，这一对定向天线发送相同的信号；该对定向天线之间有一个夹角，该对定向天线的接合处是可活动的，所以该对定向天线之间的夹角的大小可根据实际需要达到的覆盖范围的需要进行设置；并且，该定向天线单元的水平方向的波束宽度较窄，垂直方向的波束宽 度较宽；优选的，为避免彻底重新设计定向天线单元的困难，可以采用将现有板状定向天线的垂直方向与水平方向互换，即现有的板状定向天线的天线面在垂直方向上的宽度是小于高度的，而本发明中定向天线单元的天线面在垂直方向上的宽度是大于高度的。 

一个定向天线单元的一对定向天线可以内置于一块板状定向天线中，在板状定向天线的天线面上设置一对定向天线，该对定向天线发送相同的信号，该对定向天线之间有一个夹角，该对定向天线接合处是可活动的，即该对定向天线之间的夹角大小可根据实际需要覆盖的范围进行设置；每一根定向天线的最大增益位于各自的正视方向，容易推出，定向天线单元的最大增益位于两斜侧； 

优选的，一对定向天线可以分别内置于两块板状定向天线中，其中每一块板状定向天线包含一根定向天线，并且该两块板状定向天线的接合处是可活动的，使得能对两块板状定向天线之间的夹角的大小进行配置，该优选例能更好地对现有的板状定向天线进行利用，减少了重新设计的困难。 

在本实施例中，将多输入多输出传输定向天线设备中的每一根定向天线用本发明实施例一中的一个向天线单元代替，实现了电磁波底高度三维道路传播环境的信号均匀全面的覆盖，适应了未来密集城区的特性。 

如图4、图5，本发明实施例中移动中继设备第三实施例包括： 

在第一实施例密集城区基站架设于密集城区的电杆或屋檐下，电磁波主要是沿着道路三维空间环境进行传播的环境下，行驶在道路上的车辆将同时与道路上的多处基站定向天线之间存在LOS路径，因此容易出现强小区间干扰；车辆的移动有其重要的特性，即主要是沿着道路的方向移动，并且在移动过程中车身一般保持与道路方向平行； 

基于以上特征，可以在车辆车顶上设置两组定向天线，一组正对车头方向，该定向天线的最大增益位于正车头方向；一组正对车尾方向，该定向天线的最大增益位于正车尾方向；每组定向天线可以只包含一根定向天线，也可以包含多根定向天线。 

本发明实施例中车顶移动中继设备的两组定向天线不同时进行中继，即在同一时刻只有其中的一组定向天线与基站进行中继；具体的实现方式有多种， 例如：可以在一组定向天线在中继时，如果信号减弱到一个预设的门限时，进行切换，切换到另一组定向天线进行中继；或者还可以定时对车体前后接收的信号进行比较，如果另外一组定向天线所在的方向的信号强于当前正在中继的定向天线，则进行切换；等等。 

如图5所示，图5是每组定向天线只包含一根定向天线的移动中继设备的俯视示意图，方框为汽车的车顶平面，定向天线401的正视方向为车头的方向，定向天线402的正视方向为车尾的方向；在两组组定向天线中，每一组可以只包含一根定向天线，一组正对车头方向，一组正对车位方向，即一根定向天线正对车头方向，一根定向天线正对车位方向，如图所示，定向天线401正对车头方向，定向天线402正对车尾方向。 

如图4所示，图4是每组只包含一根定向天线的移动中继设备的正视示意图，图4与图5表示的是同一移动中继设备的不同视角示意图；401是正对车头前方的一根定向天线，402是正对车尾后方的一根定向天线，每根定向天线与车顶水平线有一个夹角α，夹角α小于90度。 

在每一组定向天线中，可以包含多根定向天线，在两组定向天线中，一组正对车头方向，一组正对车位方向，同一组的多根定向天线都指向同一个方向；每一根定向天线与车顶水平线有一个小于90度的夹角。 

当从道路前方和道路后方到达车辆的LOS信号都很强时，可以从两组定向天线中选择一组进行中继，以克服全向天线在这种场景下存在的强干扰问题，当选择向前的定向天线时，道路后方的LOS干扰信号被抑制，当选择向后的定向天线时，道路前方的LOS干扰信号被抑制。 

在上述实施例中，移动中继设备通过设置一组正对车头前方和一组正对车尾后方的定向天线，车辆在道路上行驶时，可以选择一组定向天线进行中继，克服了强干扰问题，有效地提高了信干燥比。 

以上对本发明实施例所提供的一种定向天线设备、多输入多输出传输定向天线设备及移动中继设备进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 

Claims (10)

1.一种定向天线设备，其特征在于，包括：

至少一个定向天线单元，所述定向天线单元包括一对定向天线；

所述一对定向天线发送相同的信号且该对定向天线之间有一夹角，所述夹角可根据实际需要覆盖的范围进行设置，以使所述定向天线单元的最大增益分别位于道路两侧；

所述定向天线单元的垂直方向的波束宽于水平方向的波束。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述一对定向天线的接合处是可活动的，使得能对该对定向天线之间的夹角的大小进行配置。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述一对定向天线可以内置于一块板状定向天线中。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述一对定向天线可以分别内置于两块板状定向天线中，其中每一块板状定向天线包含一根定向天线。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：

所述两块板状定向天线的接合处是可活动的，使得能对两块板状定向天线之间的夹角的大小进行配置。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

所述定向天线单元的数量与需要覆盖的道路方向的数量相同。

7.一种多输入多输出传输定向天线设备，其特征在于，包括：

至少一对定向天线单元，每个所述定向天线单元包括一对定向天线；

所述一对定向天线发送相同的信号且该对定向天线之间有一夹角，所述夹角可根据实际需要覆盖的范围进行设置，以使所述定向天线单元的最大增益分别位于道路两侧；

所述定向天线单元的垂直方向的波束宽于水平方向的波束。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：

所述一对定向天线的接合处是可活动的，使得能对该对定向天线之间的夹角的大小进行配置。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：

所述一对定向天线可以内置于一块板状定向天线中。

10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：

所述一对定向天线可以分别内置于两块板状定向天线中，其中每一块板状定向天线包含一根定向天线，并且所述两块板状定向天线的接合处是可活动的，使得能对两块板状定向天线之间的夹角的大小进行配置。

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