高增益射频前端装置论文和设计-张少林

全文摘要

本申请涉及一种高增益射频前端装置，包括天线装置和射频收发装置，天线装置包括两个或两个以上的层叠设置的天线阵列层，射频收发装置包括滤波器、环形器、接收器和发射器，天线阵列层连接滤波器，滤波器通过光纤连接环形器，环形器通过光纤分别连接接收器和发射器；射频收发装置的数量为两个或两个以上，且各射频收发装置分别连接对应的天线阵列层。天线装置包括两个或两个以上的层叠设置的天线阵列层，射频收发装置的数量为两个或两个以上，且各射频收发装置分别连接对应的天线阵列层，形成多路信号收发通道。通过将天线装置设计为立体组阵结构，使得高增益射频前端装置可形成垂直面波束，进而提高天线整体增益，与传统的天线系统相比，提高了通信可靠性。

主设计要求

1.一种高增益射频前端装置，其特征在于，包括天线装置和射频收发装置，所述天线装置包括两个或两个以上的层叠设置的天线阵列层，所述射频收发装置包括滤波器、环形器、接收器和发射器，所述天线阵列层连接所述滤波器，所述滤波器通过光纤连接所述环形器，所述环形器通过光纤分别连接所述接收器和发射器；所述射频收发装置的数量为两个或两个以上，且各所述射频收发装置分别连接对应的天线阵列层。

设计方案

2.根据权利要求1所述的高增益射频前端装置，其特征在于，所述天线阵列层包括基板和天线阵列，所述天线阵列设置于所述基板，并连接所述滤波器。

3.根据权利要求2所述的高增益射频前端装置，其特征在于，所述天线阵列为双极化平面阵列。

4.根据权利要求3所述的高增益射频前端装置，其特征在于，所述双极化平面阵列包括多个双极化振子，所述双极化振子为正负45度极化正交设置。

5.根据权利要求4所述的高增益射频前端装置，其特征在于，所述天线阵列层还包括合路器，所述天线阵列中各双极化振子均通过所述合路器连接对应射频收发装置中的滤波器。

6.根据权利要求2所述的高增益射频前端装置，其特征在于，还包括固定底座，所述基板卡合固定于所述固定底座。

7.根据权利要求1所述的高增益射频前端装置，其特征在于，所述射频收发装置还包括低噪声放大器和功率放大器，所述环形器通过光纤连接所述低噪声放大器，所述低噪声放大器通过光纤连接所述接收器；所述环形器通过光纤连接功率放大器，所述功率放大器通过光纤连接所述发射器。

8.根据权利要求1所述的高增益射频前端装置，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置连接各射频收发装置中的接收器和发射器。

9.根据权利要求8所述的高增益射频前端装置，其特征在于，所述控制装置包括控制器、信号分配器和信号接收器，所述信号分配器连接各射频收发装置中的发射器，所述信号接收器连接各射频收发装置中的接收器，所述控制器连接所述信号分配器和所述信号接收器。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的高增益射频前端装置，其特征在于，所述天线阵列层通过射频跳线连接所述滤波器。

设计说明书

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种高增益射频前端装置。

背景技术

天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分。各类无线电设备所要执行的任务虽然不同，但天线在设备中的作用却是基本相同的。任何无线电设备都是通过无线电波来传递信息，因此就必须有能辐射或接收电磁波的装置。

传统的天线系统射频前端以单极化天线为主，也有阵列天线，但主要是垂直方向的阵列。这些天线结构均是二维设置，很难实现高增益，传统的天线系统存在通信可靠性低的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高通信可靠性的高增益射频前端装置。

一种高增益射频前端装置，包括天线装置和射频收发装置，所述天线装置包括两个或两个以上的层叠设置的天线阵列层，所述射频收发装置包括滤波器、环形器、接收器和发射器，所述天线阵列层连接所述滤波器，所述滤波器通过光纤连接所述环形器，所述环形器通过光纤分别连接所述接收器和发射器；所述射频收发装置的数量为两个或两个以上，且各所述射频收发装置分别连接对应的天线阵列层。

在其中一个实施例中，所述天线阵列层包括基板和天线阵列，所述天线阵列设置于所述基板，并连接所述滤波器。

在其中一个实施例中，所述天线阵列为双极化平面阵列。

在其中一个实施例中，所述双极化平面阵列包括多个双极化振子，所述双极化振子为正负45度极化正交设置。

在其中一个实施例中，所述天线阵列层还包括合路器，所述天线阵列中各双极化振子均通过所述合路器连接对应射频收发装置中的滤波器。

在其中一个实施例中，高增益射频前端装置还包括固定底座，所述基板卡合固定于所述固定底座。

在其中一个实施例中，所述射频收发装置还包括低噪声放大器和功率放大器，所述环形器通过光纤连接所述低噪声放大器，所述低噪声放大器通过光纤连接所述接收器；所述环形器通过光纤连接功率放大器，所述功率放大器通过光纤连接所述发射器。

在其中一个实施例中，高增益射频前端装置还包括控制装置，所述控制装置连接所述接收器和所述发射器。

在其中一个实施例中，所述控制装置包括控制器、信号分配器和信号接收器，所述信号分配器连接各射频收发装置中的发射器，所述信号接收器连接各射频收发装置中的接收器，所述控制器连接所述信号分配器和所述信号接收器。

在其中一个实施例中，所述天线阵列层通过射频跳线连接所述滤波器。

上述高增益射频前端装置，天线装置包括两个或两个以上的层叠设置的天线阵列层，射频收发装置的数量为两个或两个以上，且各射频收发装置分别连接对应的天线阵列层，形成多路信号收发通道。通过将天线装置设计为立体组阵结构，使得高增益射频前端装置可形成垂直面波束，进而提高天线整体增益，与传统的天线系统相比，提高了通信可靠性。

附图说明

图1为一实施例中高增益射频前端装置的结构框图；

图2为一实施例中天线装置的结构图；

图3为一实施例中高增益射频前端装置的结构原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供了一种高增益射频前端装置，如图1所示，该系统包括天线装置100和射频收发装置200，天线装置100包括两个或两个以上的层叠设置的天线阵列层，射频收发装置200包括滤波器210、环形器220、发射器230和接收器240，天线阵列层连接滤波器210，滤波器210通过光纤连接环形器220，环形器220通过光纤分别连接接收器240和发射器230。射频收发装置200的数量为两个或两个以上，且各射频收发装置200分别连接对应的天线阵列层。

具体地，天线装置100中的天线阵列层的数量并不唯一，可以是两层、三层等等，具体可根据实际需求调整。其中，各个天线阵列层之间的间距L至少为0.5λ，λ为天线系统中心频率的波长。可确保相邻天线阵列层之间信号不会相互影响，进而在配置天线时能够提系统性能。天线阵列层与滤波器210的连接方式并不唯一，本实施例中，天线阵列层通过射频跳线连接滤波器210。

进一步地，各射频收发装置200分别连接的天线阵列层的数量可完全相同，可部分相同，也可完全不同，每一个射频收发装置200与对应的天线阵列层连接构成一个信号收发通道，形成多输入多输出的射频前端结构。在一个实施例中，各射频收发装置200分别连接的天线阵列层的数量互不相同，例如，各射频收发装置200连接的天线阵列层的数量可以是依次递增，可根据实际需求选择对应的信号收发通道工作，提高了天线系统的操作便利性。

在一个实施例中，天线阵列层包括基板和天线阵列，天线阵列设置于基板并连接滤波器210。利用基板来布设天线阵列，操作简便快捷，且固定可靠性高。基板的材质并不唯一，可以是金属板或塑料板等，本实施例中，基板为金属基板，进一步提高天线固定可靠性。各天线阵列层中基板的尺寸可相同也可不同，具体可根据实际需求进行设置。

此外，在一个实施例中，高增益射频前端装置还包括固定底座，基板卡合固定于固定底座。通过固定底座将各天线阵列层的基板卡合固定，便于拆卸和安装，且固定可靠性高。

天线阵列层中天线阵列的具体类型也不是唯一的，在一个实施例中，天线阵列为双极化平面阵列。具体地，双极化平面阵列包括多个双极化振子，双极化振子为正负45度极化正交设置。如图2所示，在XYZ坐标轴中，将天线的双极化振子沿着X轴、Y轴和Z轴三个方向上进行布局，形成一个三维的立体阵列天线结构，每一个天线阵列层110由XOY平面阵列天线振子112构成，所有天线阵列层110沿Z轴反向层叠设置构成3D立体天线阵列。通过将多输入多输出天线射频前端设置为立体结构，使得高增益射频前端装置可形成垂直面波束，进而提高天线整体增益。

进一步地，在一个实施例中，天线阵列层110还包括合路器，天线阵列中各双极化振子均通过合路器连接对应射频收发装置200中的滤波器210。通过合路器对同一个天线阵列中的双极化振子接收的信号进行合路处理后输送至滤波器210，以便进行后续的信号处理。

在一个实施例中，如图3所示，射频收发装置200还包括功率放大器250和低噪声放大器260，环形器220通过光纤连接低噪声放大器260，低噪声放大器通过光纤连接接收器240；环形器220通过光纤连接功率放大器250，功率放大器250通过光纤连接发射器230。

具体地，为便于解释说明，用单个设计图

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