专利名称：应用数字微波的基站系统的制作方法
技术领域：
本发明属于通信领域，具体涉及一种基站系统。
背景技术：
近几年来，移动通信事业在我国发展十分迅速，3G通信网络也已逐渐得到了推广应用。但是由于信号在穿透建筑外墙及在各楼层中的损失，使得在室内实现3G数据的高速传输极具有挑战性，在几公里的范围内建立基站也不一定能够将高速数据服务提供给室内用户。随着信息化产业的发展，将有越来越多的家庭或者企业投入到网络信息的使用中，迫于自然条件等无法将光纤等传输网络的通道铺设到需要的地方。目前，我国有些地方无线通信网络的覆盖还没有完成，通信信号质量不稳定，尤其对需要稳定网络及通信信号的公司来说，已经给工作的开展带来了极大地困扰。
发明内容
为了解决现有通信系统中3G网络使用上存在的问题，本发明提供了一种基站系统，通过该基站系统可以使没有3G网络的用户享受到3G通信的便利，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种应用数字微波的基站系统，包括3G基站收发台、数字用户专线和两数字微波装置，所述两数字微波装置分别与所述数字用户专线和所述3G基站收发台连接，所述两数字微波装置经微波通信连接。进一步地，还包括与所述数字用户专线相连接的固定电话和智慧信息处理设备。进一步地,还包括与所述数字用户专线相连接的基站。进一步地，还包括与所述基站通信连接的移动通信终端。进一步地，所述数字微波装置包括室外单元、室内单元及天线单元，所述室外单元分别与所述室内单元和所述天线单元相连接；所述数字微波装置通过所述室内单元分别与所述数字用户专线、所述因特网络相连。进一步地,所述天线单元包括至少一个福射振子及一超材料单元,所述超材料单元用于将所述电磁波信号折射汇聚。进一步地，所述天线单元还包括一反射单元，用于将所述至少一个辐射振子产生的剩余部分电磁波反射至超材料单元，所述超材料单元用于将该部分电磁波也一同汇聚后向外辐射。进一步地，所述超材料单元的折射率在垂直于该超材料单元的中心轴上最大，以中心轴为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同，所述辐射振子位于所述超材料单元的中心轴向上。进一步地，所述超材料单元包括由多个超材料片层叠加形成，每一超材料片层包括片状基材以及附着在该片状基材上的多个人造微结构。进一步地，所述每一超材料片层中心点处的折射率最大，以中心点为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同。本发明的基站系统能够将3G网络应用到没有实现3G通信的地方，节约了 3G基站的建设、安装、维护费用，扩大了这些地方用户的数据上传及下载的速度，享受到更多更好的信息化服务，同时还可以将没有通信网络的地方实现无线通信，本基站系统在原有通信系统的基础上改造而成，能够在很大程度上降低3G通信基站的建设费用。
图1是本发明基站系统实施例1的模块图；图2是本发明基站系统数字微波装置实施例1的模块图；图3是本发明中基站系统中数字微波装置天线单元截面结构示意图；图4是图3所示的辐射振子产生的电磁波由超材料单元汇聚示意图；图5是图3所示的超材料单元相对中心轴对称的折射率分布示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做一步说明。如图1所示为本发明基站系统实施例1的模块图，该基站系统包括3G基站收发台(NodeB)、两数字微波装置和数字用户专线(DSL)，3G基站收发台一数字微波装置依次连接，另一数字微波装置和数字用户专线连接，两数字微波装置经微波通讯连接。数字用户专线接入家庭、公司或者需要网络的建筑物中，在与数字微波装置连接的数字用户专线的另一端连接固定电话和智慧信息处理设备以及基站，智慧信息处理设备主要包括PC、NB、PDA等，基站为进入数字用户专线接入场所的移动通信终端使用数字用户专线提供的网络服务，间接地提供了 3G无线网络，其中，基站与移动通信终端的通信连接主要是通过电磁波传输数据的无线连接。如图2所示为本发明基站系统数字微波装置实施例1的模块图，该数字微波装置包括室外单元、室内单元及天线单元，室外单元分别与室内单元和天线单元相连接，天线单元接收微波信号转换成电信号经室外单元传送到室内单元，数字用户专线的数据经室内单元输入到与数字用户专线相连的数字微波装置中，再经室外单元、天线单元转换成微波信号并发送出去，与因特网络连接数字微波装置的天线单元接收到微波信号后，经室外单元、室内单元转换后输出到因特网络。图3所示为本发明中基站系统中数字微波装置天线单元100的截面结构示意图，天线单元100包括反射单元101、至少一个辐射振子102及用于将所述至少一个辐射振子102产生的电磁波进行汇聚的超材料单元103。所述至少一个辐射振子102产生的部分电磁波经由所述超材料单元103汇聚并向外辐射，而辐射振子102产生的剩余部分的电磁波经过反射单元101反射至所述超材料单元103上,所述超材料单元103将该部分被反射的辐射波汇聚后向外辐射。在本实施方式中，辐射振子的个数为2个。参见图4和图5，超材料单元103对入射电磁波的折射率分布如图5所示，中心轴向处的折射率为nl，以中心轴AA'与超材料单元的交点为圆心，随着半径的逐渐增加折射率逐渐变小，而且随着半径的增大，折射率的变化量逐渐增大，其中nl > n2 > n3 >...>np, (nm-nm-1) > (nm-l-nm-2), m为大于3小于等于q的自然数。
由上述描述可知，超材料单元103的设计至关重要，下面对超材料单元103做具体说明，由辐射振子102产生的电磁波经由超材料单元103平行射出，在该超材料单元103基材上设置人造微结构，基材采用介电绝缘材料制成，可以为陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料等，例如高分子材料可以为环氧树脂或聚四氟乙烯。人造微结构为以一定的几何形状附着在基材上的金属线，金属线可以是剖面为圆柱状或者扁平状的铜线、银线等，当然金属线的剖面也可以为其他形状，金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等工艺附着在基材上，每一超材料片层划分为多个单元(包括该单元中的单元基材和附着在该单元基材上的人造微结构)，每个单元都具有一个人造微结构，每一个单元都会对通过其中的电磁波产生响应，从而影响电磁波在其中的传输，每个单元的尺寸取决于需要响应的电磁波，通常为所需响应的电磁波波长的十分之一，否则空间中包含人造微结构的单元所组成的排列在空间中不能被视为连续。在基材选定的情况下，通过调整人造微结构的图案、尺寸及其在基材上的空间分布，可以调整超材料上各处的等效介电常数及等效磁导率进而改变超材料各处的等效折射率。当人造微结构采用相同的几何形状时，某处人造微结构的尺寸越大，则该处的等效介电常数越大，折射率也越大。本实施例采用的人造微结构的图案为工字形、雪花状及其衍生结构，上述人造微结构的尺寸从中心向周围逐渐变小，在基板中心处，雪花状的人造微结构的尺寸最大，并且在距离中心相同半径处的雪花状人造微结构的尺寸相同，因此基板的等效介电常数由中间向四周逐渐变小，中间的等效介电常数及等效磁导率最大，因而基板的折射率从中间向四周逐渐变小，中间部分的折射率最大。由馈源S发出的电磁波经过超材料单元汇聚后沿SI方向平行传出时，偏折角 Θ 与折射率的关系为:Sin Θ = q.Δ η (参见 Metamaterials:Theory, Design, andApplications, Publisher:Springer, ISBN 1441905723, 75 页-76 页)，其中 q 是沿轴向排列的人造微结构的厚度；Λη表示相邻单元的折射率变化量，且O < q.Λη < 1，由上述公式可知，超材料单元上相邻单元的折射率变化量大小相同时，对于传输到该位置的电磁波的偏折角相同，折射率变化量越大，偏折角越大。
材料的折射率与其介电常数及磁导率存在如下关系:n=kV^，其中k为比例系数，k取值为正负1，ε为材料的介电常数，u为材料的磁导率，通过对超材料空间中每一点的介电常数ε的精确设计，可以实现由发射源发出的电磁波经超材料折射后平行射出的汇聚特性。若干人造微结构可通过人工仿真技术实现，即可由人工对具有特定电磁特性的人造微结构进行设计，将片状基板划分为多个单元，每个单元中的基材与附着在该单元上的人造微结构的等效介电常数ε与等效磁导率μ的选择方法为:通过计算机仿真和实验测试，先预设发射源与超材料单元的距离，预选一个单元(包括该单元中的基材和附着在基材上具有一定几何形状的人造微结构)作为中心处的单元，将若干单元(包含不同几何参数的人造微结构)响应发射源发出的电磁波的电磁特性进行测量，存储测量得到的电磁响应曲线，确定各种不同单元结构的等效介电常数以及等效磁导率并存在于一个数据库中；然后根据公式Sin Θ = q.Δη,(参见Metamaterials:Theory, Design, and Applications, Publisher:Springer, ISBN 1441905723,75 页-76页)，对于不同的偏转角度，确定折射率的变化量，确定不同半径处的折射率，根据折射率与介电常数和磁导率的关系从数据库中选择符合条件的单元结构。人造微结构的图案可以是二维、也可以是三维结构，不限于该实施例中使用的“工”字形，也可以是其他的几何形状，其中不同的人造微结构可以是图案相同，但是其设计尺寸不同；也可以是图案和设计尺寸均不相同。构成超材料的基板的数量根据需要可增可减，每一片基板的结构可以相同，也可以不同，只要满足由天线单元发出的电磁波经过超材料单元传播后可以平行射出即可。通过使用在天线单元前端添加一超材料单元103，从而将辐射振子102产生的大部分电磁波经由超材料单元折射汇，而将辐射振子102产生的剩余部分电磁波经过反射单元101反射至超材料单元103并折射汇聚同，从而大大减少了辐射波波瓣的宽度，使基站天线10的增益得以显著提高，保证了基站天线的信号强度以确保为移动通讯无线电磁波的接收和发射。由于天线单元基于超材料单元能是天线辐射能量集中，因此在达到相同指标天线单元，其体积可以大大减少，而采用片上系统(SOC)技术也减少室外单元的体积，因此将两者设置于一体时。大大减少了室外天线装置的体积和重量。使得一体化的天线设备体积小型化，且测试将使其应用更加高效。以上是对本发明实施例的描述，不脱离本发明宗旨下的改变均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.一种应用数字微波的基站系统，包括3G基站收发台、数字用户专线和两数字微波装置，所述两数字微波装置分别与所述数字用户专线和所述3G基站收发台连接，所述两数字微波装置经微波通信连接。
2.根据权利要求1所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，还包括与所述数字用户专线相连接的固定电话和智慧信息处理设备。
3.根据权利要求2所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，还包括与所述数字用户专线相连接的基站。
4.根据权利要求2所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，还包括与所述基站通信连接的移动通信终端。
5.根据权利要求1到4任一项所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，所述数字微波装置包括室外单元、室内单元及天线单元，所述室外单元分别与所述室内单元和所述天线单元相连接；所述数字微波装置通过所述室内单元分别与所述数字用户专线、所述因特网络相连。
6.根据权利要求5所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，所述天线单元包括至少一个辐射振子及一超材料单元，所述超材料单元用于将所述电磁波信号折射汇聚。
7.根据权利要求6所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，所述天线单元还包括一反射单元，用于将所述至少一个辐射振子产生的剩余部分电磁波反射至超材料单元，所述超材料单元用于将该部分电磁波也一同汇聚后向外辐射。
8.根据权利要求6或7任一项所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，所述超材料单元的折射率在垂直于该超材料单元的中心轴上最大，以中心轴为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同，所述辐射振子位于所述超材料单元的中心轴向上。
9.根据权利要求8所述的应用数字微波的基站系统，其特征在于，所述超材料单元包括由多个超材料片层叠加形成，每一超材料片层包括片状基材以及附着在该片状基材上的多个人造微结构。
10.根据权利要求8所述的室外天线装置，其特征在于，所述每一超材料片层中心点处的折射率最大，以中心点为圆心，随着半径的增大，折射率逐渐变小且折射率的变化量逐渐增大，相同半径处的折射率相同。
全文摘要
本发明提供了一种应用数字微波的基站系统，包括3G基站收发台、数字用户专线和两数字微波装置，两数字微波装置分别与数字用户专线和所述3G基站收发台连接，两数字微波装置经微波通信连接。本发明的基站系统能够将3G网络应用到没有实现3G通信的地方，扩大了这些地方用户的数据上传及下载的速度，能够享受到更多更好的信息化服务，同时还可以将没有通信网络的地方实现无线通信，本基站系统在原有通信系统的基础上改造而成，能够在很大程度上降低3G通信基站的建设费用。
文档编号H01Q19/10GK103096520SQ201110338099
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者刘若鹏, 徐冠雄, 尹武, 谢利夫·威尔森·沙克尔 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司