專利名稱：具有可變電傾角的相控陣天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可變電傾角的相控陣天線系統(tǒng)。所述天線系統(tǒng)適用于許多無線電通信系統(tǒng)，但是在蜂窩移動無線電網(wǎng)絡(luò)，一般稱作移動電話網(wǎng)絡(luò)中找到特定的應(yīng)用。更具體地說(但不限于)，本發(fā)明的天線系統(tǒng)可以與第二代(2G)移動電話網(wǎng)絡(luò)，諸如GSM系統(tǒng)和第三代(3G)移動電話網(wǎng)絡(luò)，諸如通用移動電話系統(tǒng)(UMTS)一起使用。
蜂窩移動無線電網(wǎng)絡(luò)的運營商一般使用他們自己的基站，其中每個基站都具有至少一個天線。在一個蜂窩移動無線電網(wǎng)絡(luò)中，在定義可以在其中與所述基站進行通信的覆蓋區(qū)方面，天線是一個首要因素。所述覆蓋區(qū)一般分為若干個重疊的小區(qū)，每個小區(qū)與各自的天線和基站相聯(lián)系。
每一個小區(qū)都包含基站，用于與小區(qū)內(nèi)的移動無線電設(shè)備進行無線電通信?；就ㄟ^其它通信裝置(一般是設(shè)置成網(wǎng)格或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固定陸線)互聯(lián)，允許整個小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的移動無線電設(shè)備彼此通信，以及與蜂窩移動無線電網(wǎng)絡(luò)以外的公共電話網(wǎng)絡(luò)通信。
使用相控陣天線的蜂窩移動無線電網(wǎng)絡(luò)是已知的這種天線包括各單獨的天線振子，諸如偶極子或者曲面片(patche)的陣列(一般八個或更多)。所述天線具有包括主瓣和多個側(cè)瓣的輻射圖。在接收方式下主瓣的中央是天線的最大靈敏度方向，而在發(fā)射方式下是它的主輸出輻射波束的方向。若天線振子所接收的信號被延遲一段隨著元件離開所述陣列邊沿的距離而改變的延誤時間，則所述天線的主輻射波束便被控制而移向延遲遞增的方向，這是相控陣天線的眾所周知的特性。在對應(yīng)于延遲的零和非零變化的主輻射波束中心之間的角度(亦即傾角)取決于延遲隨橫跨陣列的距離而改變的速率。
延遲可以等效地通過改變信號的相位來實現(xiàn)，因而稱為相控陣。因此，天線方向圖的主波束可以通過調(diào)整饋送至天線振子的各信號之間的相位關(guān)系來改變。這使得可以將波束轉(zhuǎn)向來改變天線的覆蓋區(qū)。
蜂窩移動無線電網(wǎng)絡(luò)中相控陣天線的操作員需要調(diào)整他們的天線垂直輻射圖，亦即方向圖在所述垂直平面上的截面。為了改變天線主波束的垂直角度，亦稱″傾角″，以便調(diào)整天線的覆蓋區(qū)，這是必要的。例如，為了補償蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的或者基站或者天線數(shù)目的改變，可能需要進行這樣的調(diào)整。以機械方式和電氣方式(它們各自單獨使用或者結(jié)合使用)調(diào)整天線傾角是已知。
可以通過使天線振子或者它們的外殼(天線罩)運動來以機械的方式調(diào)整天線傾角它稱作″機械傾角″的調(diào)整。正如前面描述的，可以在不作物理運動的情況下，通過改變饋送到每一個天線陣列元件(或者元件組)的信號或者從其中接收的信號的時間延遲或者相位來以電氣方式調(diào)整天線傾角這稱作″電傾角″的調(diào)整。
當用于蜂窩移動無線電網(wǎng)絡(luò)時，相控陣天線的垂直輻射圖(VRP)具有若干重大的必要的條件1.高的視軸增益；2.第一上側(cè)瓣電平要充分地低，以便避免干擾利用不同網(wǎng)絡(luò)中的基站的移動臺；3.第一下側(cè)瓣的電平要充分地高，以允許最接近天線的通信。
這些必要的條件是相互沖突的，例如，增大視軸增益將增大側(cè)瓣的電平。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對于視軸電平的-18dB的第一上側(cè)瓣電平，在總體系統(tǒng)性能上提供一個方便的折衷。
調(diào)整機械傾角或者電傾角的效果是重新定位視軸，使得對于一個處于垂直平面的陣列，它或者指向水平平面以上或者指向水平平面以下，由此改變所述天線的覆蓋區(qū)。最好能夠既改變蜂窩無線電基站天線的機械傾角又改變其電傾角這在小區(qū)覆蓋的優(yōu)化方面可以提供最大的靈活性，因為這些傾斜形式對天線的地面覆蓋以及對基站的緊鄰的其它天線具有不同的影響。另外，若能遙控地從天線組合件調(diào)整電傾角，則可提高工作效率。可以通過重新定位它的天線罩來調(diào)整天線的機械傾角，而改變它的電傾角卻要求附加的電子線路，這會增加天線的造價和復(fù)雜性。另外，若在若干運營商之間共享單一天線，則最好為每個運營商提供不同的電傾角。
需要來自共享天線的若干單獨的電傾角，這種需要至今造成天線性能的折衷。由于天線有效孔徑縮小(這是不可避免的而且在所有天線設(shè)計中都會發(fā)生)，視軸增益與傾角的余弦成正比地降低。作為這種改變傾角的方法的后果，視軸增益可能進一步縮小。
R.C.Johnson所著″Antenna Engineers Handbook″(天線工程師手冊)第三版，1993，McGraw Hill，ISBN 0-07-032381-X，第20章，圖20-2公開了一種在本地或者遙控地調(diào)整相控陣天線電傾角的已知方法。在所述方法中，射頻(RF)發(fā)射機載波信號饋送到天線，并分配到天線的輻射單元。每一個天線振子具有各自的與它相聯(lián)系的移相器，使得可以隨橫跨天線的距離而變地調(diào)整信號的相位，以便改變天線的電傾角。當天線不傾斜時，給天線振子的功率分布是按比例的，以便設(shè)置側(cè)瓣電平和視軸增益。當波陣面對全部傾角控制波陣面使得側(cè)瓣電平在整個傾斜范圍內(nèi)不增大時，獲得傾角的最佳控制。必要時可以利用伺服機構(gòu)控制移相器來遙控調(diào)整電傾角。
這種先有技術(shù)方法的天線具有若干缺點。每個天線振子需要移相器。由于所需的移相器數(shù)量，所述天線的造價高。通過對天線振子組而不是對各個元件使用延時裝置，會增大側(cè)瓣的電平?？捎醚訒r裝置的機械耦合來調(diào)整延遲，但難以正確完成；另外，要求機械的鏈接和齒輪，結(jié)果得出非最佳的延遲分布。當天線向下傾斜時，上側(cè)瓣的電平增大，因而產(chǎn)生對利用其它基站的移動臺的潛在的干擾源。若天線是若干運營商共享的，則這些運營商有共同的電傾角，而不是不同的角度。最后，若天線用于具有不同頻率的上行鏈路和下行鏈路的通信系統(tǒng)(頻分雙工系統(tǒng))(正如一般的做法)，則發(fā)射時電傾角便不同于接收時。
國際專利申請PCT/GB 2002/004166和PCT/GB 2002/004930描述借助于連接到天線的一對信號饋線之間的相位差，在本地或者遙控地調(diào)整天線的電傾角。
本發(fā)明的目的是提供一種相控陣天線系統(tǒng)的替換形式。
本發(fā)明提供一種具有可變電傾角并包括一系列天線振子的相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于它包括a)分割器，用于把射頻(RF)載波信號分割為第一和第二信號，b)可變移相器，用于在第一和第二信號之間引入可變的相對相移，c)相位至功率轉(zhuǎn)換器，用于把第一和第二信號的相對相移轉(zhuǎn)換為其功率是所述相對相移的函數(shù)的信號，d)第一和第二功率分配器，用于把轉(zhuǎn)換后的信號分割為至少兩組分割后的信號，這些組中分割的信號總數(shù)至少等于所述陣列中的天線振子數(shù)，e)功率至相位轉(zhuǎn)換器，用于組合來自功率分配器的各對分割后的信號，以便為位于相對于陣列中央的類似距離的各對天線振子提供具有適當相位的矢量和及矢量差分量。
在各種不同的實施例中，可以把本發(fā)明配置成提供各種各樣優(yōu)點，就是說a)每個運營商只需一個移相器或者時間延遲裝置來設(shè)置電傾角；b)可以提供良好的側(cè)瓣抑制電平；c)當向下傾斜時，具有受控的上側(cè)瓣電平；d)當用作共享天線時，可以為不同的運營商提供不同的傾角，e)可以提供對電傾角的或者本地的或者遠程的控制；f))可以用比同時代的具有類似的性能水平的天線低的造價來實現(xiàn)；以及g)可以按照運營商的選擇，具有與接收頻率下的電傾角相同的或不同的發(fā)射頻率下的電傾角。
本發(fā)明的系統(tǒng)可以有奇數(shù)個天線振子，包括位于每一對距離相似的天線振子的中央的中央天線振子。它可以包括第三功率分配器，后者連接在相位至功率轉(zhuǎn)換器以及第一和第二功率分配器之一之間并設(shè)置成把來自相位至功率轉(zhuǎn)換器的一部分功率轉(zhuǎn)移到中央元件。
相位至功率和功率至相位轉(zhuǎn)換器可以是移相器和90或者180度混合型耦合器的組合。所述分割器、移相器、相位至功率和功率至相位轉(zhuǎn)換器和功率分配器可以作為天線組合件與天線振子系列處于相同位置，而且所述組合件可以具有來自遠程源的單一RF輸入功率饋線。
分割器和移相器可以作為另一方案位于遠離相位至功率和功率至相位轉(zhuǎn)換器的位置，功率分配器和天線振子陣列作為天線組合件處于同一位置，而所述組合件可以具有來自遠程源的雙RF輸入功率饋線。它們可以與運營商使用的遠程源處于同一位置，用于改變電傾角。
所述系統(tǒng)可以包括雙工器，用于組合來自共享所述天線系統(tǒng)的不同運營商的信號或者分割送往這些運營商的信號。功率分配器可以設(shè)置成使所述天線振子接收從天線陣列中央的最大值到陣列末端的最小值降落的驅(qū)動電壓。
可以設(shè)置一個功率分配器來提供分別與天線陣列中央和它的各個末端相聯(lián)系地從最小值上升到最大值的一組電壓，這些電壓適合于建立橫跨所述天線陣列的前進波陣面，當傾角在一個傾斜的工作范圍內(nèi)增大時，所述波陣面基本上是線性的，這些電壓是合理視軸增益和側(cè)瓣抑制所需要的。
在一個替換方面，本發(fā)明提供在包括天線振子陣列的相控陣天線系統(tǒng)中提供可變電傾角的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟a)把射頻(RF)載波信號分割為第一和第二信號，
b)在所述第一和第二信號之間引入可變相對相移，c)把相對相移的第一和第二信號轉(zhuǎn)換為其功率是所述相對相移的函數(shù)的信號，d)利用功率分配器把轉(zhuǎn)換后的信號分割為至少兩組分割的信號，各組中分割的信號的總數(shù)至少等于所述陣列中天線振子的數(shù)量，e)組合來自不同的功率分配器的各對分割的信號，以便提供具有適當相位的矢量和及矢量差分量，并向位于相對于陣列中央相似距離處的各對天線振子提供這些分量。
所述天線陣列可以具有奇數(shù)個天線振子(EO至E7L)，包括位于每一對距離相似的天線振子的中央的中央天線振子(EO)。所述相控陣天線系統(tǒng)可以包括第三功率分配器，后者連接成接收其功率是所述相對相移的函數(shù)的信號，而且所述方法包括利用這樣的分配器把這樣的信號功率的一部分轉(zhuǎn)移到所述中央天線振子。
可以分別利用包括90或180度混合型耦合器的相位至功率和功率至相位的轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)相對相移的第一和第二信號的轉(zhuǎn)換和各對分割的信號的組合。
所述方法的步驟a)至e)可以利用與形成具有來自從遠程源饋送的單一輸入RF功率的天線組合件的天線振子陣列處于同一位置的部件來實現(xiàn)。作為另一方案，步驟a)和b)可以利用遠離天線振子陣列的部件來實現(xiàn)，而步驟c)至e)利用與所述陣列處于同一位置并與所述陣列形成具有從遠程源饋送的雙RF輸入功率的天線組合件的部件來實現(xiàn)。步驟b)可以包括改變相對相移，以便改變電傾角。
所述方法可以包括組合來自共享所述天線系統(tǒng)的不同運營商的信號或者分割送往這些運營商的信號。所述方法可以包括使天線振子接收從天線陣列中央的最大值向陣列末端的最小值降落的驅(qū)動電壓。
步驟d)可以包括使一組分割的信號與天線陣列中央和它的末端相聯(lián)系地分別從最小值上升到最大值，這些信號適合于建立橫跨所述天線陣列的前進波陣面，隨著傾角在傾斜工作范圍內(nèi)增大，所述波陣面基本上是線性的，這些信號是合理的視軸增益和側(cè)瓣抑制所需要的。
為能更充分理解本發(fā)明，現(xiàn)將參照附圖只以舉例的方式描述其參考

圖1，其中表示天線12的垂直輻射圖(VRP)10a和10b，它是各個天線振子(未示出)的相移系列。天線12是平面的，具有中心14，并在垂直于所述圖平面的方向上延伸。VRP 10a和10b分別對應(yīng)于天線振子信號的延遲或者相位隨著陣列元件從陣列邊沿橫跨天線12的距離而發(fā)生的零和非零變動。它們具有各自的主瓣16a、16b，其中心線或者″視軸″為18a、18b；第一上側(cè)瓣20a、20b和第一下側(cè)瓣22a、22b；18c表示延遲的變動為零的視軸方向，與非零的相應(yīng)方向18b對比。當不加后綴a或b引用時，側(cè)瓣20不加區(qū)別地指任何相關(guān)的一對元件。VRP 10b(正如舉例說明的，向下)相對于VRP 10a，亦即主波束中心線18b和18c之間有一個角度-傾角，其振幅取決于延遲隨橫跨天線12而變化的速率。
VRP必須滿足若干判據(jù)a)高的視軸增益；b)第一上側(cè)瓣20必須處于足夠低的電平，以免引起對利用其他基站的移動電臺的干擾；以及c)第一下側(cè)瓣22必須處于足夠高的電平，以便使天線12緊鄰區(qū)域的通信成為可能。這些要求是彼此沖突的，例如，最大視軸增益會增大側(cè)瓣20、22。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對于視軸電平(主波束16的長度)，第一上側(cè)瓣電平為-18dB可在整個系統(tǒng)的性能方面提供方便的折中。由于天線有效孔徑縮小，視軸增益與傾角成正比地減小。根據(jù)傾角如何變化，視軸增益會進一步減小。
調(diào)整機械傾角或電傾角會使視軸重新定位，使之指向水平面以上或以下，因而會調(diào)整所述天線的覆蓋區(qū)。為了達到使用的最大靈活性，蜂窩無線電基站最好既能調(diào)整機械傾角，又能調(diào)整電傾角，因為機械傾角和電傾角各自對地面覆蓋以及對緊鄰的其他天線有不同的作用。若天線電傾角能夠在遠離天線處調(diào)整，也是很方便的。另外，如果在多個運營商之間共享單一天線，則最好為每一個運營商提供不同的電傾角，盡管這種天線的折中性能在先有技術(shù)中已經(jīng)有了。
現(xiàn)參考圖2，其中示出先有技術(shù)電傾角可調(diào)的相控陣天線系統(tǒng)30。系統(tǒng)30包括發(fā)射機射頻(RF)載波信號的輸入端32，所述輸入端連接到功率分配網(wǎng)絡(luò)34。網(wǎng)絡(luò)34通過移相器Phi.EO、Phi.E1L至Phi.E[n]L和Phi.E1U至Phi.E[n]U分別連接到相控陣天線系統(tǒng)30各自的輻射天線振子EO、E1L至E[n]L和E1U至E[n]U這里后綴U和L分別指示上和下，n是大于1的任意正整數(shù)，定義相控陣大小，而虛線諸如36表示相關(guān)元件由于任何所需的陣列大小而需要時可以被重復(fù)或除去。
相控陣天線系統(tǒng)30運行如下。RF發(fā)射機載波信號通過輸入端32饋送到功率分布網(wǎng)絡(luò)34網(wǎng)絡(luò)34把所述信號(不一定均等地)分到移相器Phi.EO、Phi.E1L至Phi.E[n]L和Phi.E1U至Phi.E[n]U之間，它們對它們各自的分割的信號進行相移，并連同相移把它們分別送到相關(guān)的天線振子EO、E1L至E[n]L、E1U至E[n]U。這些移相器選擇來選擇適當?shù)碾妰A角。當傾角為零時，選擇天線振子EO等之間的功率分布來適當設(shè)置側(cè)瓣電平和視軸增益。當這樣控制全部傾角的橫跨單元陣列EO等的波陣面使得在所述傾斜范圍內(nèi)側(cè)瓣電平不顯著地升高時，獲得電傾角的最佳控制。若有必要，可以利用伺服機構(gòu)控制可以以機械方式驅(qū)動的移相器Phii、EO、Phi.E1L至Phi.E[n]L和Phi.E1U至Phi.E[n]U來遙控地調(diào)整所述電傾角。
相控陣天線系統(tǒng)30有如下的若干缺點a)每一個天線振子或者(較不那么有利)每組天線振子需要一個移相器；b)由于所需的移相器的數(shù)量，天線的造價高；c)通過把移相器應(yīng)用于相應(yīng)的天線振子組而不是應(yīng)用于相應(yīng)的天線振子來降低成本，會使側(cè)瓣電平增大；d)難以用移相器的機械耦合來正確地設(shè)置延遲，使用機械的鏈接和齒輪得出非最佳的延遲方案；e)當天線向下傾斜時，上側(cè)瓣電平增加，產(chǎn)生對于利用其它基站的移動電臺的干擾源。
f)若一個天線由不同的運營商共享，則必須全都使用同一電傾角；以及g)在具有不同頻率的上行鏈路和下行鏈路的系統(tǒng)(頻分雙工系統(tǒng))中，在發(fā)射方式下的電傾角不同于在接收方式下的電傾角。
現(xiàn)參考圖3，其中表示本發(fā)明的電傾角可調(diào)的相控陣天線系統(tǒng)40。系統(tǒng)40包括輸入端42，用于RF發(fā)射機載波信號輸入端42作為輸入端連接到功率分配器44，后者提供兩個輸出信號V1a、V1b，它們分別是可變移相器46和固定的移相器48的輸入信號。移相器46和48作為時間延遲可被認為是等效的。它們向相位至功率轉(zhuǎn)換器50提供各自的輸出信號V2a和V2b，相位至功率轉(zhuǎn)換器50本身又分別向兩個功率分配器52和54提供輸出信號V3a和V3b。隨后更詳細描述相位至功率轉(zhuǎn)換器50。功率分配器52和54分別具有n個輸出，諸如52a和54a這里n是正整數(shù)，等于或大于2，而虛線箭頭輸出52b和54b表示每一種情況的輸出可以根據(jù)任何所需的相控陣大小的需要重復(fù)。
功率分配器輸出，諸如52a和54a分別提供輸出信號Va1至Va[n]和Vb1至Vb[n]，它們組合為幾對VaiNbi(i＝1至n)，來自每一對中的每個分配器的一個信號；每對信號VaiNbi連接到(未示出)相應(yīng)的功率至相位變換器56i。第一功率至相位變換器561接收輸入Va1Nb1，并通過各自的固定的移相器58U1和58L1向作為陣列60最內(nèi)的單元的第一對等間距的相控陣天線振子60U1和60L1提供驅(qū)動信號。各對相鄰天線振子，諸如60U1和60L1彼此被中央間隔62隔開。第二功率至相位變換器562接收輸入信號Va2和Vb2它通過各自的固定的移相器58U2和58L2向作為各自的下一個最內(nèi)的單元60U1和60L1的第二對相控陣天線振子60U2和60L2提供驅(qū)動信號。類似地，第n個功率至相位變換器56n接收輸入Va[n]Nb[n]它通過各自的固定的移相器58Un和58Ln向第n對相控陣天線振子60n和60Ln提供驅(qū)動信號。所述第n對的中心64離開相應(yīng)的最內(nèi)的單元件60U1和60L1的距離為(n-1)個中央間隔62。這里如前所述，n是任意的正整數(shù)，等于或者大于2，但是對于功率分配器52和54的等于n的值，相控陣大小是2n個天線振子。功率至相位變換器56n和最外的天線振子60Un和60Ln用虛線表示，表示它們可以根據(jù)任何所需的相控陣大小的需要重復(fù)。
相控陣天線系統(tǒng)40運行如下。RF發(fā)射機載波信號通過輸入端42饋送(單路饋線)到功率分配器44，其中它被分成功率相等的信號V1a和V1b。信號V1a和V1b分別饋送到可變的和固定的移相器46和48?？勺円葡嗥?6施加運營商可選的相移或者時間延遲，而這里施加的相移程度控制天線振子58U1等的相控陣的電傾角。固定的移相器48施加固定的相移，為方便起見把所述固定的相移設(shè)置為由可變移相器46施加的最大值相移φM的一半。這使V1a相對于V1b在相位上在-φM/2至φM/2的范圍內(nèi)可變，而這些信號在移相后變?yōu)閂2a和V2b，如從移相器46和48輸出后所說的。
相位至功率轉(zhuǎn)換器50組合其輸入信號V2a和V2b并從它們產(chǎn)生兩個輸出信號V3a和V3b，輸出信號V3a和V3b具有取決于它的輸入信號之間的相對相位差的彼此相對的功率。功率分配器52和54把信號V3a和V3b分別分成n個輸出信號Va1至Va[n]和Vb1至Vb[n]，其中每一組Va1等和Vb1等信號的功率不一定等于所述組中其他信號的功率。分配器52是”振幅漸變(taper)的分配器”，控制著元件的功率，而分配器54是”傾角分配器”，控制傾角。
在各組Va1等和Vb1等中信號功率的變化對于陣列60中不同數(shù)目的天線振子60U1等是不同的，后面將描述固定尺寸的陣列的一些實例。
把輸出信號Va1/Vb1至Va[n]和Vb1至Vb[n]分成不同分配器的幾對，但都具有號碼相似的后綴，亦即，對Va1/Vb1、Va2/Vb2等。對Va1/Vb1等饋送到各自的功率至相位轉(zhuǎn)換器58等，把每一對轉(zhuǎn)換為彼此之間相位差不同的兩個天線振子驅(qū)動信號。每一個驅(qū)動信號都通過單獨的固定移相器58U1等送到各自的天線振子60U1等。固定移相器58U1等加上不同天線振子60U1等之間按照單元在陣列60上的幾何位置而線性變化的固定相移當由可變移相器46施加在信號V1a和V1b之間的相位差為零時，這是要設(shè)置對于陣列視軸的零基準方向(圖1中18a或18b)。固定移相器58U1等并不重要，但寧可采用它們，因為它們可以用來a)正確地分配由傾角處理引入的相移；b)在整個傾角范圍內(nèi)最佳抑制側(cè)瓣；以及c)引入可選的固定電傾角。
可以看出(正如隨后描述的)，可以利用一個可變移相器(可變移相器46)來改變陣列60的電傾角。與先有技術(shù)的需要多個可變移相器的情況比較，每個天線振子需要一個可變移相器。當由可變移相器46引入的相位差為正時，天線向一個方向傾斜，而當所述相位差為負時，天線向相反方向傾斜。
若有若干用戶，則每個用戶可以具有各自的相控陣天線系統(tǒng)40。作為另一方案，若要求這些用戶使用一個共同的天線60，則每一個用戶具有圖3中的各組元件42至58U/58L；以及需要組合網(wǎng)絡(luò)，把來自所得的多組移相器58U等的信號組合，饋送到天線陣列60。公開的國際專利申請No.WO 02/082581 A2描述了這樣的網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)參考圖4，該圖表示相位至功率轉(zhuǎn)換器輸出信號V3a和V3b的電壓，畫成由移相器46引入的V2a和V2b之間相位差的函數(shù)。這里V3a和V3b歸一化為1伏的最大值。信號V3a和V3b的相位角保持相等，而且作為由可變移相器46引入的V2a和V2b之間相對相位差改變的結(jié)果，當一個的功率減小時另一個增大。但是，V3b的負電壓代表相對于V3a的信號的相移180度。
圖5等效于圖4，只是它是功率(歸一化為1瓦)與信號Va3和Vb3的相位差V2a/V2b之間的關(guān)系曲線，信號Va3和Vb3的功率分別用P3a和P3b表示。該圖表明，當所述天線不傾斜時，亦即，當相位＝0時，P3a是最大值而P3b＝0因此，當phase＝0并且第二分配器54接收零功率時，所有的功率饋送到第一分配器52。因而，當所述天線不傾斜時，電壓的分布(Va1，Va2，....Va[n])確定視軸增益和零傾斜的側(cè)瓣電平。
橫跨相控陣天線振子的不同的電壓分布的影響是眾所周知的。圖6舉例說明具有17個天線振子的相控陣天線的三個不同的電壓分布，電壓畫成為與天線振子號碼的關(guān)系曲線在這里這些天線振子被認為設(shè)置在垂直平面上，中央天線振子編號為0。每一種情況下正和負天線振子號碼是按照所述天線振子是在中央天線振子0之上還是在之下分配的，而且在每一種情況下天線振子號碼與相關(guān)的天線振子和所述中央元件之間的間隔成正比。通過將天線振子電壓除以中央天線振子電壓而將天線振子電壓歸一化，于是，相對于其它天線振子，中央天線振子0具有電壓1.0。
若相控陣天線首先要求具有最大視軸增益，則使用天線振子電壓的矩形分布，亦即，天線振子全都具有同樣的驅(qū)動電壓，如線性水平線70所表明的。若要求側(cè)瓣電平的最大抑制，則使用天線振子電壓的二項式分布72。作為另一方案，可以使用分布74，它是部分矩形和部分二項式的。分布74是分布70和72的和的一半。在分布72中，最外的元件8和-8接收零功率，而且可能從所述相控陣被省略。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明中在所述最大電傾角下使所述側(cè)瓣電平最優(yōu)化是有利的。然后側(cè)瓣電平將小于對所述最大值以下所有傾角的最大傾角下的電平。再一次參考圖3，使相控陣天線60在電氣上傾斜，饋送到第二分配器54的功率從零增大；然后所述上和下天線振子60Ui和60Li(i＝1至n)接收具有由矢量合成信號Va[i]和Vb[i]確定的相位和振幅的驅(qū)動信號。饋送到第i個上元件60U[i]的信號的相移φu[i]由下式給出
φu[i]=tan-1(Vb[i]Va[i])---(1)]]>饋送到第i個下元件60L[i]的信號的相移φ1[i]由下式給出φl[i]=-tan-1(Vb[i]Va[i])---(2)]]>方程式(1)和(2)表明，施加在第i個上天線振子60U[i]上的驅(qū)動信號的相位與施加在第i下天線振子60L[i]上的方向相反?，F(xiàn)在選擇從第二分配器54輸出的電壓，使之從Vb1增大到Vb[n]，亦即，Vb[n]＞...Vb[i]＞...Vb2＞Vb1因而，根據(jù)方程式(1)和(2)建立橫跨天線60的前進波陣面，使天線60具有非零點的電傾角。另外，隨著傾角增大，波陣面基本上保持線性，因而保持視軸增益和側(cè)瓣抑制。從方程式(1)和(2)可以看出，傾斜靈敏度是由第二分配器54發(fā)出的功率確定的。當用這樣的方法實現(xiàn)時，相控陣天線系統(tǒng)40具有一般為每10度相移1度電傾角的傾斜靈敏度。
可以以單路饋線系統(tǒng)或者雙路饋線系統(tǒng)(在每一種情況下按照每個營運商而言)的形式來實現(xiàn)天線系統(tǒng)40。在單路饋線系統(tǒng)中，單一的信號饋送42向可以安裝在天線塔上的天線陣列60提供信號Vin，圖3中的項目44至64與天線陣列一起安裝。它具有這樣的優(yōu)點，即，只需要饋送一個信號，從一個遠程用戶送到所述天線系統(tǒng)，但是與此相反，不訪問所述天線系統(tǒng)，一個遠程運營商便無法調(diào)整電傾角。另外，共享單一天線的運營商會全都具有同樣的電傾角。
在雙路饋線系統(tǒng)中，兩個信號V2a和V2b饋送到天線陣列圖3中的項目42至48(傾斜控制部件)可以與遠離天線陣列60的用戶一起，而項目50至64與所述天線陣列處于同一位置。用戶現(xiàn)在可以直接訪問移相器46來調(diào)整電傾角。降低傾斜靈敏度來減少饋線之間相位差的作用，因此減小運營商所需的電傾角和天線上的電傾角之間的差也很方便。利用與每一個運營商在一起并在位于運營商的基站的頻率選擇組合器輸入側(cè)的各組傾斜控制部件42至48，有可能實現(xiàn)具有每一個運營商單獨的傾角的共享天線系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個雙路饋線系統(tǒng)中，為了減少兩個饋線之間振幅和相位變動的影響，可以通過減少來自用于電傾斜的第二分配器54的功率來降低傾斜靈敏度。可以通過(a)把來自分配器54的一部分功率饋送到其相移是恒定的并定位在所述天線陣列的中央的附加的天線振子、或者通過(b)把所述功率中的一部分轉(zhuǎn)移到終端、或者通過(c)將(a)和(b)相結(jié)合來減少來自第二分配器54的傾斜功率。
為了避免不應(yīng)有地減少天線視軸增益的最大值，最好把第二分配器功率中的一部分轉(zhuǎn)移到附加的中央天線振子。當?shù)诙峙淦骺偣β实囊话腽佀偷街醒胩炀€振子時，所述傾斜靈敏度一般為每1度電傾斜20度相移。當所述傾斜角穿過零點時，所述中央天線振子上的相移改變180度。這具有在上和下側(cè)瓣電平之間引入不對稱的效果，不像圖1，其中這些瓣是對稱的，特別是所述不對稱抑制上側(cè)瓣(與20a對應(yīng))，以便進一步減小對利用其它基站的移動電話機的干擾的可能性。
本發(fā)明的實施例40提供若干優(yōu)點1.利用每個用戶一個而不是每個天線振子一個單一的可變時間延遲裝置或者移相器來實現(xiàn)傾斜；2.相位和振幅斜度在一定的傾斜范圍(4至6度，取決于頻率)內(nèi)基本上保持恒定；這里′斜度′是橫跨各天線振子的振幅或者相位分布；3.在整個傾斜范圍內(nèi)側(cè)瓣抑制保持有效，并且可以把側(cè)瓣電平控制到比視軸電平低18dB；4.可以把傾斜靈敏度設(shè)置為最佳值；5.各個傾角可以用來使多個用戶共享一個天線；6.發(fā)射方式下的傾角可以或者與接收方式下的傾角或者與其不同，盡管如隨后將要描述的，這些方式具有不同的頻率；以及7.可以獲得不對稱的側(cè)瓣電平，以便減小干擾利用其它基站的移動電臺的可能性。
現(xiàn)參考圖7，圖中示出用于相位至功率轉(zhuǎn)換和電壓拆分的電路80，類似于圖3的上部。將只描述不同點。與圖3對比的差異是，固定的移相器82與可變移相器84串聯(lián)(而不是并聯(lián))，給定相位至功率轉(zhuǎn)換的一個示例和兩個分配器88a和88b，每一個分配器分為7個輸出(Va1/Vb1等)。信號從固定的和可變的移相器82和84送到具有四個端子A，B，C和D的正交混合型定向耦合器86(″正交混合型″)。各對端子A至D之間的輸入-輸出途徑用曲線諸如92標示。相位至功率轉(zhuǎn)換是從固定的移相器82和耦合器86的組合獲得。如標記-90和-180所表明的，正交混合型86使它的輸入信號相移-90或者-180，取決于這樣的信號在那里輸入和輸出來自固定移相器86的信號V2a輸入端子B，并分別相移-90度和-180度之后在端子A和C輸出到分配器88a和88b。類似地，來自可變移相器84的信號V2b輸入端子D并在終端A和C輸出到88a和88b，分別相移-180度和-90度。分配器88a和88b如前面描述的，廣義而言提供功率分配。
在圖7中，如已經(jīng)敘述的，圖中示出利用正交混合電路(亦稱作90度混合電路，它也可以提供功率至相位轉(zhuǎn)換)實現(xiàn)的相位至功率轉(zhuǎn)換。另外，當與適當?shù)墓潭ǖ南嘁葡嗦?lián)系以便提供所需的總體功能時，相位至功率和功率至相位轉(zhuǎn)換已都可以用180度混合電路(亦稱作和差混合電路)實現(xiàn)。
此外，下面參考圖8，相控陣94連接到(未示出)電路80并包括示于上對/下對中的諸如96E1U和96E1L的14個天線振子96E1U至96E7U和96E1L至96E7L。圖8以舉例說明的方便方式示出背靠背的各對元件的電連接方案，但是在實踐中天線振子96E1U等排成一條直線，而且全都指向同一方向。上天線振子96E1U至96E7U通過各自的預(yù)置移相器98U1至98U7和固定的-90度移相器99U1至99U7，連接到正交混合型定向耦合器100C1至100C7。下天線振子96E1L至96E7L也通過各自的預(yù)置移相器98L1至98L7連接到耦合器100C1至100C7，每一個上/下天線振子對96EUi/96ELi(i＝1，2，...7)具有相應(yīng)的耦合器100Ci。預(yù)置移相器98L1至98L7是任選的它們給天線陣列96一個與零電傾角對應(yīng)的預(yù)先安排的視軸方向并優(yōu)化傾斜范圍內(nèi)的側(cè)瓣抑制。
每一個耦合器100C1等從分配器88a和88b接收各自一對輸入信號，亦即，第i個耦合器100Ci接收輸入信號Vai和Vbi，如前所述，i具有1至7的值。每一個耦合器100C1等都等效于前面提到的耦合器86，亦即，每一個都具有4個端點A至D，具有諸如102等曲線標示的中間的輸入-輸出路徑。耦合器100C1分別在B和D接收Va1和Vb2的輸入，并產(chǎn)生其中每一個的-90度和-180度的相移版本輸出端A接收相移-90度的Va1和相移-180度的Vb2，并且輸出端C接收相移-180度的Va1和相移-90度的Vb2。輸出端A通過-90度移相器99U1和預(yù)置移相器98U1連接到天線振子96E1U，而輸出端C通過預(yù)置移相器98L1連接到天線振子96E1L。類似的配置用于到其它上/下天線振子對96E2U/96EL2至96E7U/96E7L的功率饋送。第i個正交混合型耦合器100Ci和-90度移相器99Ui結(jié)合提供圖3的56所表示的功率至相位轉(zhuǎn)換。
此外，下面參考圖9，圖中以其實際的線性形式示出相控陣96，在左側(cè)示出每一個天線振子96E1U等，而相應(yīng)的矢量圖110U1至110L7在其右側(cè)。矢量圖110U1具有由矢量a1和b1矢量加法得出的合成的箭頭112，它們代表如前所述進行不同的相移之后施加在天線振子96E1U的信號Va1和Vb1。類似的說明適用于其它天線振子。第i個上天線振子96EiU接收矢量和ai+bi，而第i個下天線振子96EiL接收矢量差ai-bi，圖7中第一分配器88a的電壓和功率比列于表1。為描述方便起見，將所述功率電平歸一化，使離開所述分配器88a的總功率為1瓦。電壓是功率的平方根，于是它們也是相對值。天線振子電壓電平具有余弦平方分布。它類似于圖6的曲線74，只是嚴格地說曲線74是二項式，而不是余弦，而且曲率不同。
表1
圖7中第二分配器88b的電壓和功率比列于表2，以與表1相同的方式表示相對值或比率。
表2
現(xiàn)參考圖10和11，圖中示出對參照圖7至9描述的實施例的修改，以前描述過的部件采用類似的標號。它特別適用于本發(fā)明的雙路饋線實現(xiàn)方案，其中最好降低傾斜靈敏度，以便減小由于信號饋線之間相位差造成的可能的傾斜誤差。有兩個修改第一個修改是在耦合器86和第二分配器88b的輸出端C之間插入額外的分配器120-雙向分配器。這允許將至今饋送到第二分配器88b的一部分功率轉(zhuǎn)換成提供其他信號Vb0。如圖11所示，通過引入附加的天線振子122來修改陣列94，所述附加的天線振子通過固定的180度移相器124接收Vb0信號。附加的天線振子122位于陣列94的中央，此外，陣列94沒有變動；亦即，天線振子122定位在離開天線振子96E1U和96E1L中每一個的距離為S/2的位置，其中S是任何其它相鄰一對天線振子，諸如96E1U和96E2U之間的間隔。應(yīng)該指出，為了便于舉例說明，圖中以等于其它間隔S的形式示出附加的天線振子122之間的間隔，但是標記為S/2。
圖11等效于圖9，只是加上了天線振子122和移相器124如矢量圖126所表明的，天線振子122在不從分配器88a減去任何矢量信號的情況下接收信號Vb0。分配器88b的電壓和功率比列于表3。如前所述，將功率電平歸一化，使得離開分配器88b的總功率為1瓦。分配器88a相應(yīng)各項如上表1所列。
表3
相控陣天線的最大增益方向由它的天線振子上的電壓相位和振幅確定。若要求所述天線的性能在頻帶上大致地保持不變，則饋送到所述天線陣子的信號的相位和振幅在頻率變化時應(yīng)當保持相同。傳輸線的長度具有恒定的而且與頻率無關(guān)的延遲，因此它在沿著它傳輸?shù)男盘柹弦氲南嘁齐S著頻率的增大而增大。因而，采用傳輸線作為延遲元件的相控陣天線將具有隨著頻率而改變的性能。寬帶定向耦合器具有這樣的特性在它的端點相位關(guān)系在它的整個工作頻率范圍內(nèi)保持恒定。因而，若在相控陣天線中把定向耦合器用作延遲元件，則天線的性能將隨著頻率而保持恒定。作為補償側(cè)瓣電平隨著電傾角而發(fā)生的改變的手段，維持傳輸線作為延遲元件的使用也是有利的。若傳輸線和定向耦合器結(jié)合用于延遲/相移目的，則獲得最大的設(shè)計靈活性。
現(xiàn)參考圖12，該圖重復(fù)圖3的一部分并進行了修改以便舉例說明單路饋送裝置。從前描述的各部件類似地加前綴100引用，因而只描述改變的部分。單路信號饋送165向分配器144提供RF載波信號，所述分配器與全部部件146至160(含160)一起處于同一位置。這要求調(diào)整天線陣列160(天線陣列160可以處在天線塔上)的傾角。
圖13示出本發(fā)明的相控陣天線系統(tǒng)171，它等效于圖12所示的相控陣天線系統(tǒng)，只是作了修改以便用于接收和發(fā)射方式。以前描述過的部分采用類似的標號，因而只描述改變部分。用于控制傾角的可變移相器146現(xiàn)在只用于發(fā)射(Tx)方式，并在發(fā)送路徑173上連接在帶通濾波器(BPF)175和177之間，并與之串聯(lián)。還有類似的接收(Rx)路徑179，具有連接在帶通濾波器183和185之間并與之串聯(lián)的可變移相器181。接收/發(fā)射頻率一般相差足夠大，以便允許通過帶通濾波器175將它們彼此隔離。全部元件144至160在接收方式下以相反的方式運行，例如，分配器變?yōu)閺?fù)合器。所述兩種方式之間的差異只是，在發(fā)射方式下饋線165提供輸入并且發(fā)送路徑173被發(fā)射信號從左邊橫向移動到右邊，而在接收方式下接收路徑179被接收信號從右邊橫向移動到左邊并且饋線165提供輸出。這種配置是有利的，因為它允許電傾角在發(fā)射和接收方式下可以獨立調(diào)整，并做到相等一般這是不可能的(因而是不利的)，因為各分量具有取決于頻率的特性，各分量的特性在發(fā)射和接收頻率下是不同的。
現(xiàn)參考圖14，圖中示出本發(fā)明的相控陣天線系統(tǒng)200，相控陣天線系統(tǒng)200由單一相控陣天線205的多個(兩個)運營商201和202用于發(fā)射和接收方式。與從前描述等效的那些部件采用類似的標號，具有前綴200。該圖具有若干不同的通道不同的通道中等效的各部件采用具有一個或多個后綴的在數(shù)字上相似的標號后綴T或者R表示發(fā)射或者接收信道，后綴1或者2表示第一或者第二運營商201或者202，而后綴A或者B表示路徑A或者B。
首先描述第一運營商201的發(fā)射通道207T1。所述發(fā)射通道具有饋送給分配器244T1的RF輸入242，分配器244T1在可變和固定移相器246T1A和248T1B之間分割所述輸入。信號分別從移相器246T1A和248T1B傳輸?shù)皆诓煌碾p工器211A和211B中的帶通濾波器(BPF)209T1A和209T1B。帶通濾波器209T1A和209T1B具有第一運營商201的發(fā)送頻率的通帶中心，如附圖中所表明的，所述頻率用Ftx1標示。第一運營商201還具有用Frx1標示的接收頻率，而第二運營商202相應(yīng)的是Ftx2和Frx2。
第一雙工器211A把第一運營商在頻率Ftx1下的從最左邊的帶通濾波器209T1A輸出的發(fā)射信號，與以類似方法衍生的第二運營商在頻率Ftx2下的從相鄰帶通濾波器209T2A輸出的發(fā)射信號組合。這些復(fù)合信號沿著饋線213A傳輸?shù)皆谠缙谑纠忻枋龅念愋偷奶炀€傾角網(wǎng)絡(luò)215，從那里傳輸?shù)较嗫仃囂炀€205。類似地，第二雙工器211B把另一個第一運營商在頻率Ftx1下的從帶通濾波器209T1B輸出的發(fā)射信號，與以類似方法衍生的第二運營商在頻率Ftx2下的從相鄰帶通濾波器209T2B輸出的發(fā)射信號組合。這些復(fù)合信號通過天線傾角網(wǎng)絡(luò)215沿著第二饋線213B傳輸?shù)较嗫仃囂炀€205。盡管利用同樣的相控陣天線205，但是兩運營商可以獨立地在遠離天線205的地方，分別通過調(diào)整可變移相器246T1A和246T2A調(diào)整改變它們的發(fā)射電傾角。
類似地，從天線205通過網(wǎng)絡(luò)215和饋線213A和213B回來的接收信號被雙工器211A和211B分開。然后，對這些分割的信號進行濾波，以便在帶通濾波器209R1A、209R2A、209R1B和209R2B中分離各個頻率Frx1和Frx2，這些帶通濾波器分別向可變和固定移相器246R1A、246R2A、248R1B和248R2B提供信號。然后，可以由運營商201和202獨立地分別通過調(diào)整它們的可變移相器246R1A和246R2A來調(diào)整接收電傾角。
權(quán)利要求
1.一種具有可變電傾角并包括天線振子(60U1至60L[n])的陣列(60)的相控陣天線系統(tǒng)，其特征在于它包括a)分割器(44)，用于把射頻(RF)載波信號分割為第一和第二信號；b)可變移相器(46)，用于在第一和第二信號之間引入可變的相對相移；c)相位至功率轉(zhuǎn)換器(50)，用于把所述相對相移的第一和第二信號轉(zhuǎn)換為其功率是所述相對相移的函數(shù)的信號；d)第一和第二功率分配器(52，54)，用于把轉(zhuǎn)換后的信號分割為至少兩組分割的信號，在所述組中分割的信號的總數(shù)至少等于所述陣列中天線振子的數(shù)量；e)功率至相位變換器(56)，用于組合來自不同功率分配器的各對分割的信號，以便向位于相對于陣列中央(62)的類似距離處的各對天線振子(例如，60U[n]，60L[n])提供具有適當相位的矢量和分量和矢量差分量。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于它具有奇數(shù)個天線振子(E0至E7L)，包括位于每對距離相似的天線振子(例如E7U，E7L)的中央的中央天線振子(E0)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于它包括第三功率分配器(120)，所述第三功率分配器(120)連接在所述相位至功率轉(zhuǎn)換器和所述第一和第二功率分配器(88a，88b)之一之間并設(shè)置成把來自所述相位至功率轉(zhuǎn)換器(82/86)的一部分功率轉(zhuǎn)移到中央天線振子(E0)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述相位至功率和功率至相位變換器(50，56)是移相器(82)和正交混合型耦合器(86)的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述相位至功率和功率至相位變換器是移相器和180度混合型耦合器的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述分割器(144)、移相器(146)、相位至功率和功率至相位變換器(150，156)和功率分配器(152，154)與所述天線振子的陣列(160)作為天線組合件(144)處于同一位置，而所述組合件(144)具有來自遠程源的單一RF輸入功率饋送(165)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述分割器(例如244T1)和移相器(例如，246T1A)的位置遠離作為天線組合件處于同一位置的所述相位至功率和功率至相位變換器、功率分配器(集體地標記為215)以及天線振子陣列(205)，并且所述組合件具有來自遠程源的雙RF輸入功率饋送(213A，213B)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述分割器(例如244T1)和移相器(例如246T1A)與所述遠程源處于同一位置，由運營商(201，202)用于改變電傾角。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于它包括雙工器(211A，211B)，用于組合從共享所述天線系統(tǒng)(200)的不同的運營商(20，202)傳送來的信號或者分割輸送到這些運營商的信號。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述功率分配器(52，54)設(shè)置成保證所述天線振子(例如60U1)接收從所述天線陣列(60)中央的最大值降到陣列末端(60U[n]，60L[n])的最小值的驅(qū)動電壓。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述功率分配器(54)設(shè)置成提供分別與所述天線陣列中央和它的末端相關(guān)聯(lián)地從最小值上升到最大值的一組電壓，所述一組電壓適合于建立跨越所述天線陣列的前進的波陣面，隨著傾角在傾角工作范圍內(nèi)增大，所述波陣面基本上是線性的，所述一組電壓是合理的視軸增益和側(cè)瓣抑制所需要的。
12.一種在包括天線振子(例如60U1)的陣列(60)的相控陣天線系統(tǒng)(40)中提供可變電傾角的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟a)把射頻(RF)載波信號分割為第一和第二信號，b)在所述第一和第二信號之間引入可變相對相移，c)把所述相對相移的第一和第二信號轉(zhuǎn)換為其功率是所述相對相移的函數(shù)的信號，d)利用功率分配器(52，54)，把所述轉(zhuǎn)換后的信號分為至少兩組分割的信號，在這些組中分割的信號的總數(shù)至少等于所述陣列中天線振子的數(shù)量，e)組合來自不同功率分配器(52，54)的各對分割的信號，以便提供具有適當相位的矢量和分量和矢量差分量并把這些分量提供給位于相對于陣列中央類似距離處的各對天線振子。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述天線陣列具有奇數(shù)個天線振子(E0至E7L)，包括位于每對距離相似的天線振子(例如，E1U，E1L)的中央的中央天線振子(E0)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述相控陣天線系統(tǒng)包括第三功率分配器(120)，所述第三功率分配器(120)連接成接收其功率是所述相對相移的函數(shù)的信號之一，而且所述方法包括利用這樣的分配器把這樣的信號中的功率的一部分轉(zhuǎn)移到中央元件(E0)。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于分別利用包括90度或者180度混合型耦合器的相位至功率和功率至相位變換器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換所述相對相移的第一和第二信號以及組合各對分割的信號。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于利用部件(144至158)來實現(xiàn)步驟a)至e)，所述部件(144至158)與天線振子的陣列(160)處于同一位置而形成具有來自遠程源的單一RF輸入功率饋送(165)的輸入的天線組合件。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于利用處于遠離所述天線振子陣列(205)的部件(例如244T1，246T1A)來實現(xiàn)步驟a)和b)，并且利用部件(215)來實現(xiàn)步驟c)至e)，所述部件(215)與陣列(205)處于同一位置因而與其形成具有來自遠程源的雙RF輸入功率饋送(213A，213B)的天線組合件。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于步驟b包括改變所述相對相移，以便改變所述電傾角。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于它包括組合來自共享所述天線系統(tǒng)(200)的不同的運營商(201，202)的信號或者分割送往這些不同的運營商的信號。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于它包括保證所述天線振子接收從所述天線陣列中央的最大值降低到陣列末端的最小值的驅(qū)動電壓。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于步驟d)保證一組分割的信號分別與所述天線陣列中央和其末端相關(guān)聯(lián)地從最小值上升至最大值，所述一組分割的信號適合于建立橫跨所述天線陣列的前進波陣面，當在傾角工作范圍內(nèi)增大傾角時所述波陣面基本上是線性的，這是合理的視軸增益和側(cè)瓣抑制所需要的。
全文摘要
一種具有可變電傾角的相控陣天線系統(tǒng)包括天線振子(60L1)等的陣列(60)，所述相控陣天線系統(tǒng)包括把射頻(RF)載波信號分割為兩個信號的分割器(44)，移相器(46)在所述兩個信號之間引入可變相移。相位至功率轉(zhuǎn)換器(50)把所述相移后的信號轉(zhuǎn)換為其功率取決于所述相移的信號。功率分配器(52，54)把轉(zhuǎn)換后的信號分為兩組分割的信號，所述分割的信號的總數(shù)等于所述陣列中天線振子的數(shù)量。功率至相位變換器(561)等組合來自不同功率分配器(52，54)的分割的信號對這提供具有適當相位的矢量和分量和矢量差分量，以便提供給位于離開陣列中央等距離的相應(yīng)的天線振子對(60U1，60L1)等。調(diào)整移相器(46)提供的相移調(diào)整，改變所述天線陣列(60)的電傾角。對由移相器(46)提供的相移的調(diào)整改變了天線陣列(60)的電傾角。
文檔編號H01Q3/30GK1795581SQ200480014536
公開日2006年6月28日 申請日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月2日
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