一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统，包括：有源相控阵车载天线，车载设备；车载设备控制并调整所述有源相控阵车载天线的俯仰角度，使所述车载天线主瓣实时指向基站天线方向，有源相控阵车载天线能够提高系统发射功率，改善接收灵敏度，增强沿线信号强度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统。
技术介绍
增强型超高吞吐EUHT(EnhancedUltraHighThroughput),是新岸线公司主导开发的、拥有完全自主知识产权的无线高速通信技术，在EUHT高铁通信系统中，基站设备架设在铁路沿线的通信铁塔上，车载天线安装在列车外顶部，无线信号沿铁路形成带状覆盖。为提高覆盖距离，EUHT高铁车载天线采用前后两副高增益定向天线。当列车与基站天线相距最远时空间路损最大，无源车载天线的主瓣方向指向基站天线，可以满足远距离的覆盖场景；当列车行驶至基站天线下方时，空间路损最小，但由于无源天线的波束方向固定不变，此时处于车载天线和基站天线旁瓣覆盖范围，信号较弱容易出现塔下黑现象。另外，因车载天线安装在列车外顶部、车载设备安装在车厢内的机柜中，天线与车载设备之间需要较长的射频馈线相连，导致线损较大，降低系统发射功率，增加系统噪声系数，影响EUHT通信系统覆盖效果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统，在沿线覆盖范围内通过调整波束上仰角度使天线主瓣实时指向基站天线方向，能够改善接收灵敏度，改善塔下黑现象，提高沿线信号强度。一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统，包括：有源相控阵车载天线，车载设备；车载设备控制并调整所述有源相控阵车载天线的俯仰角，使所述车载天线主瓣实时指向基站天线方向；所述车载天线包括一对定向天线，所述一对定向天线为正交双极化定向天线；两个定向天线采用前后背靠背方式排布，其中前向天线主波束指向与车头方向相同，后向天线主波束指向相反方向；所述一对定向天线中，每副天线由M行N列，M*N个双极化振子组成天线阵列；其中，M，N为正整数；所述车载天线包括2*M*N个TR单元，在每个TR单元末级使用射频开关在前后两个定向天线间切换，每个TR单元分别给前后两个定向天线馈电。所述M*N个双极化振子包括零度相位振子，所述零度相位振子为天线相位参考点，不同仰角时相位始终为0°；去除零度相位振子TR单元中的移相器。一种车载设备，车载设备给有源相控阵车载天线提供电源，控制信号，输入射频信号；所述车载设备包括：电源模块，车载设备控制器，射频收发机；所述电源模块用于给所述车载天线提供电源；所述车载设备控制器，用于给有源天线提供串口，车载设备通过串口发送串口信号；所述串口信号包括：车载设备向天线端发送天线波束上仰角度命令；获取功率放大器PA发射功率和天线温度数据；获取天线版本信息和TR单元增益信息；所述车载设备控制器，还用于向车载天线发送前后天线切换信号；所述前后天线切换信号用于控制TR单元在两个定向天线之间切换；射频收发机，用于给两个定向天线的TR单元提供射频输入信号，接收天线TR单元的无线信号；所述收发控制信号用于控制一对定向天线的TR单元的收发开关、功率放大器、低噪声放大器和模数转换器的工作时序；车载设备控制功率检测电路，通过收发控制信号来控制模数转换器的工作时序，检测发送隙内TR单元的功率放大器输出功率；预先设定车载天线俯仰角命令与车载天线俯仰角一一对应关系；车载设备通过串口向车载天线发送俯仰角命令，车载天线收到俯仰角命令后，根据预设的俯仰角命令和俯仰角对应关系，调整各天线内部TR单元的相位值，控制车载天线指向对应的角度。进一步的，所述前后天线切换信号、串口信号、收发控制信号为差分信号。有源相控阵车载天线系统功控实现方式，包括开环功控和闭环功控。本专利技术技术方案有益效果：1.车载设备控制车载天线，实现天线波束调整，使得车载天线主瓣实时指向基站天线方向，提高系统发射功率和降低系统噪声系数；2.在TR单元末级使用射频开关切换至不同天线，有助于减少TR单元使用数量，降低功耗和系统成本；3.去除零度相位振子TR单元中的移相器，减少移相器数量有利于降低成本；4.车载设备通过与波束上仰角度一一对应的一组串口命令，控制各TR单元调整到指定相位，控制天线指向对应的角度，该方式有助于降低天线使用的复杂度；5.车载设备和有源天线之间的控制信号采用差分信号传输，增强抗干扰能力和驱动能力。为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。附图说明图1是本专利技术提供的相控阵天线原理图；图2是本专利技术实施例一提供的3行2列有源相控阵天线阵列图；图3是本专利技术实施例一提供的+45°极化TR单元射频框图；图4是本专利技术实施例二提供的车载天线安装示意图；图5是本专利技术实施例二提供的车载设备与有源天线硬件连接框图；图6是本专利技术实施例二提供的功率和温度检测原理图；图7是本专利技术应用实施例提供的有源相控阵天线系统波束调整示意图；图8是本专利技术应用实施例提供的不同天线波束上仰命令对应的垂直方向图；图9是本专利技术应用实施例提供的实时调整天线仰角后沿线信号强度分布图；具体实施方式以下描述和附图充分地示出本专利技术的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。根据阵列天线理论，各天线振子按照间距d组成天线线阵，如图1相控阵天线原理所示，各振子馈电幅度和相位按照一定规律分布，振子辐射信号在空间相干叠加后，形成特定指向的波束，按照一定规律改变馈电信号的幅度和相位，可以改变阵列天线的波束指向，即实现相控阵天线。相控阵天线分为有源相控阵天线和无源相控阵天线两类，有源相控阵天线的天线单元中包括收发单元TR(TransmitReceive)，TR单元中功率放大器PA(PowerAmplifier)和低噪声放大器LNA(LowNoiseAmplifier)位于末级，移相器和衰减器等器件位于TR单元前级，其损耗不影响有源相控阵天线最大发射功率和噪声系数。有源相控阵天线中有多个TR单元，每个TR单元中包含末级PA，多个PA发射的无线信号在空间相干叠加产生空间功率合成作用，提高了系统最大发射功率，并且每个TR单元中包含LNA，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统，其特征在于，包括：有源相控阵车载天线，车载设备；/n车载设备控制并调整所述有源相控阵车载天线的俯仰角，使所述车载天线主瓣实时指向基站天线方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于高铁的有源相控阵车载天线系统，其特征在于，包括：有源相控阵车载天线，车载设备；
车载设备控制并调整所述有源相控阵车载天线的俯仰角，使所述车载天线主瓣实时指向基站天线方向。


2.如权利要求1所述的有源相控阵车载天线，其特征在于，包括：
预先设定车载天线俯仰角命令与车载天线俯仰角一一对应关系。


3.如权利要求1或2所述的有源相控阵车载天线系统，其特征在于，
车载设备通过串口向车载天线发送俯仰角命令，车载天线收到俯仰角命令后，根据预设的俯仰角命令和俯仰角对应关系，调整各天线内部TR单元的相位值，控制车载天线指向对应的角度。


4.如权利要求1所述的有源相控阵车载天线，其特征在于，
所述车载天线包括一对定向天线，所述一对定向天线为正交双极化定向天线；两个定向天线采用前后背靠背方式排布，其中前向天线主波束指向与车头方向相同，后向天线主波束指向相反方向。


5.如权利要求4所述的有源相控阵车载天线，其特征在于，
所述一对定向天线中，每副天线由M行N列，M*N个双极化振子组成天线阵列；M，N为正整数；
所述车载天线包括2*M*N个TR单元，在每个TR单元末级使用射频开关在前后两副定向天线间切换，每个TR单元分别给前后两个定向天线馈电。


6.如权利要求5所述的有源相控阵车载天线，其特征在于，
所述M*N个双极化振子包括零度相位振子，所述零度相位振子为天线相位参考点，不同仰角时相位始终为0°；
去除零度相位振子TR单元中的移相器。


7.如权利要求1所述的有源相控阵车载天线系统，其特征在于，
输入射频信号经功分器后分为M*N路信号给M*N个TR单元馈电；
输入信号在各TR单元内经衰减器、移相器、射频收发开关、功率放大、低噪放大后，给前向或后向天线振子馈电。


8.一种车载设备，其特征在于，
车载设备给有源相控阵车载天线提供电源，控制信号，输入射频信号；
所述车载...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑高伟，楼旭东，杨利，鲍东山，
申请(专利权)人：北京新岸线移动多媒体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11