具有可變電傾斜的多頻帶天線(xiàn)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有可變電傾斜的多頻帶天線(xiàn)
[0001] 本發(fā)明設(shè)及使用福射元件在超高頻范圍中發(fā)射無(wú)線(xiàn)電電波的電信天線(xiàn)的領(lǐng)域。該 些是如下的天線(xiàn)系統(tǒng)，該些天線(xiàn)系統(tǒng)被適配用于在許多電信系統(tǒng)中使用，并且特別是被適 配用于移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。它特別設(shè)及電傾斜能夠被調(diào)節(jié)的具有寬頻帶和 雙極化的基站平板天線(xiàn)。
[0002] 覆蓋區(qū)域一般被劃分為某個(gè)數(shù)目的小區(qū)，每個(gè)小區(qū)與一個(gè)基站及各自的天線(xiàn)相關(guān) 聯(lián)。移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)使用陣列天線(xiàn)，陣列天線(xiàn)包括個(gè)體福射元件（諸如偶極子） 的陣列。在此，術(shù)語(yǔ)"平板天線(xiàn)"是指在給定頻率范圍內(nèi)工作并且包括其自己的饋電系統(tǒng)的 福射元件的排列（alignment)。平板天線(xiàn)一般具有用于每個(gè)頻帶和每個(gè)極化的一個(gè)接入連 接器。
[0003] 天線(xiàn)主波束的垂直角度上的改變（也被稱(chēng)為"傾斜"），使得有可能調(diào)節(jié)天線(xiàn)的覆 蓋區(qū)域。天線(xiàn)的傾斜的角度能夠通過(guò)改變由形成天線(xiàn)的陣列的每個(gè)福射元件發(fā)送或接收的 信號(hào)的時(shí)間延遲或相位而被電調(diào)節(jié)，該被稱(chēng)為可調(diào)或者可變電傾斜。在平常的配置中，單個(gè) 可變電傾斜或VET控制系統(tǒng)掌控對(duì)于整個(gè)可用頻帶的對(duì)于每個(gè)極化的垂直平面中的天線(xiàn) 傾斜。如果可用的頻譜必須被劃分為多個(gè)窄頻帶，則引入雙工器變得有必要。然而，如果雙 工器被放置在通向VET電傾斜控制系統(tǒng)的入口處，則天線(xiàn)的電傾斜不能獨(dú)立地針對(duì)每個(gè)窄 頻帶進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0004] 與控制針對(duì)每個(gè)頻帶的可變電傾斜（VET)的可能性有關(guān)的一個(gè)解決方案是將一 個(gè)雙工器連接至每個(gè)福射元件，W及針對(duì)每個(gè)頻帶使用一個(gè)將被控制的可變電傾斜（VET) 饋電系統(tǒng)。術(shù)語(yǔ)"雙工器"是指取決于其所安裝的方向而執(zhí)行復(fù)用W將信號(hào)組合/分離為 不同頻帶的無(wú)源設(shè)備。在目前的情況下，雙工器表現(xiàn)為工作在不同頻帶的兩個(gè)濾波器，并且 它們的入口之一被共用。該樣的雙工器允許它所連接的福射元件，在發(fā)射和接收兩者時(shí)，同 時(shí)工作在與連接至該雙工器的兩個(gè)饋電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的頻帶的兩者中。存在幾種技術(shù)用于構(gòu) 造該些重量、體積、性能和成本變化的雙工器。
[0005] 如果福射元件的數(shù)目為高，則歸因于該種類(lèi)型的設(shè)備可能表示的體積、重量和成 本，將不可能使用所謂的"高性能"雙工器（例如，使用空氣腔體諧振器）。因此，選取了小 尺寸的雙工器，諸如，使用形成在具有高介電常數(shù)（諸如陶瓷）基板上的微帶線(xiàn)或者使用表 面聲波（SAW)技術(shù)的雙工器。該些小尺寸雙工器的性能低于使用例如空氣腔體諧振器的雙 工器。插入損耗（IL)、回波損耗巧L)、W及頻帶之間的隔離將顯著地影響天線(xiàn)的總RF性能。 此外，有必要具有專(zhuān)屬于每個(gè)頻帶的并且針對(duì)每個(gè)極化的將被控制的完整饋電陣列。取決 于被用來(lái)執(zhí)行該些功能的技術(shù)，歸因于單個(gè)雙工器和針對(duì)每個(gè)頻帶的饋電陣列的需求可能 表示的體積、重量和成本，該可能是令人望而卻步的。
[0006] 本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，并且更特別地，是提議一種簡(jiǎn)單的單饋電 系統(tǒng)，而使得有可能對(duì)寬帶天線(xiàn)的整體進(jìn)行饋電，并且個(gè)體地控制針對(duì)每個(gè)窄頻帶的該天 線(xiàn)在垂直平面中的可變電傾斜（VET)。
[0007] 本發(fā)明的主題是一種用于控制多頻帶天線(xiàn)的陣列福射元件的垂直平面中的可變 電傾斜的饋電系統(tǒng)，包括具有N個(gè)輸入和N個(gè)輸出的包括混合禪合器的己特勒矩陣，每個(gè)輸 入能夠接收無(wú)線(xiàn)電信號(hào)并且每個(gè)輸出能夠?qū)⒃撔盘?hào)傳輸給至少一個(gè)福射元件。至少一個(gè)己 特勒矩陣輸出被連接至允許針對(duì)每個(gè)頻帶的獨(dú)立電傾斜的模塊，該模塊包括：雙工器的第 一級(jí)，該第一級(jí)將該信號(hào)分離為不同頻帶；固定延遲線(xiàn)的第二級(jí)，該第二級(jí)對(duì)每個(gè)頻帶內(nèi)的 信號(hào)施加給定的電延遲；可變移相器的第=級(jí)，該第=級(jí)將信號(hào)的經(jīng)調(diào)節(jié)的相移引入到每 個(gè)頻帶；W及雙工器的第四級(jí)，該第四級(jí)對(duì)該些不同頻帶內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行組合，W便將它們傳 輸給至少一個(gè)福射元件。
[000引根據(jù)第一方面，該模塊借助于功率分配器和至少一個(gè)固定延遲線(xiàn)而被連接至一對(duì) 福射元件。優(yōu)選地，該模塊的輸出被連接至功率分配器的輸入，該功率分配器的輸出中的一 個(gè)輸出被連接至第一福射元件，并且該功率分配器的另一個(gè)輸出被連接至固定延遲線(xiàn)，該 固定延遲線(xiàn)被連接至第二福射元件。
[0009] 根據(jù)第二方面，該系統(tǒng)包括比己特勒矩陣的輸出的數(shù)目N少的數(shù)目的模塊。優(yōu)選 地，模塊的數(shù)目等于N-1。
[0010] 根據(jù)第一變型，該己特勒矩陣包括N個(gè)混合禪合器，其中N/2個(gè)混合禪合器屬于第 一組，并且N/2個(gè)混合禪合器屬于第二組。優(yōu)選地，該己特勒矩陣包括被連接至第一組中的 N/2個(gè)混合禪合器的N個(gè)輸入，第一組中的每個(gè)混合禪合器包括兩個(gè)輸出，并且每個(gè)輸出分 別被連接至第二組中的不同的混合禪合器。
[0011] 根據(jù)第二變型，該己特勒矩陣包括N+N/2個(gè)混合禪合器，其中N/2個(gè)混合禪合器屬 于第一組，并且N/2個(gè)混合禪合器屬于第二組，并且N/2個(gè)混合禪合器屬于第S組。優(yōu)選地， 該己特勒矩陣包括被連接至第一組中的N/2個(gè)混合禪合器的N個(gè)輸入，第一組中的每個(gè)混 合禪合器包括兩個(gè)輸出，第一輸出被直接連接至第二組中的一個(gè)混合禪合器，并且第二輸 出借助于第=組中的一個(gè)混合禪合器而被連接至第二組中的一個(gè)混合禪合器。
[0012] 本發(fā)明屬于用于整相（phasing)信號(hào)的禪合電路的技術(shù)領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明 設(shè)及控制相控多元件天線(xiàn)的相位。相控多元件天線(xiàn)的每個(gè)福射元件處理相對(duì)于由天線(xiàn)內(nèi)的 其他福射元件所處理的信號(hào)而言被相移的信號(hào)。該樣做的原因是，相控多元件天線(xiàn)在單個(gè) 遠(yuǎn)點(diǎn)處所引發(fā)的組合福射場(chǎng)是由相控天線(xiàn)中的個(gè)體福射元件所產(chǎn)生的福射場(chǎng)的矢量和。通 過(guò)正確地控制由相控多元件天線(xiàn)所處理的信號(hào)的各自的相位，有可能在所期望的方向上并 且W所期望的福射方向圖形狀，非常強(qiáng)地聚焦組合福射場(chǎng)。
[0013] 該個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它使得有可能在多個(gè)用戶(hù)之間（即包括多個(gè)輸入的天線(xiàn)）和/ 或在多個(gè)較窄的頻帶之間共享寬帶天線(xiàn)。
[0014] 重要的是要理解，不論選取饋電系統(tǒng)的哪個(gè)輸入用于使用，該饋電系統(tǒng)都使得有 可能控制多頻帶天線(xiàn)的方向圖的傾斜。無(wú)論連接是上行鏈路還是下行鏈路，該些輸入中的 每個(gè)輸入均可W接收單頻帶或多頻帶信號(hào)。該個(gè)系統(tǒng)利用單個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)而使得針對(duì)每個(gè)窄 頻帶的獨(dú)立電傾斜成為可能。獨(dú)立地針對(duì)每個(gè)頻帶來(lái)控制天線(xiàn)的福射方向圖的垂直平面中 的可變電傾斜（VET)。不論頻帶的數(shù)目，僅一個(gè)饋電系統(tǒng)是必要的。例如，在多個(gè)用戶(hù)正在 共享多頻帶天線(xiàn)的情況下，他們中的一個(gè)需要使用多個(gè)子帶。各入口中的任何一個(gè)入口可 W被指配給該用戶(hù)，因?yàn)樵擆侂娤到y(tǒng)能夠經(jīng)由該些入口之一來(lái)對(duì)多個(gè)頻率子帶進(jìn)行操作， 并且能夠適當(dāng)?shù)鬲?dú)立控制它們。
[0015] 該天線(xiàn)的入口不特定于預(yù)定的頻帶，該意味著給定頻帶中的傳入信號(hào)可W被連接 至輸入連接器中的任何一個(gè)輸入連接器。相同的結(jié)論對(duì)于傳出信號(hào)也是正確的。入口的數(shù) 目獨(dú)立于由可變電傾斜（VET)可W控制的頻帶的數(shù)目。該系統(tǒng)是雙功能的，因?yàn)樗仍谝?方向上工作并且無(wú)需修改又在相反方向上工作。
[0016] 本發(fā)明的進(jìn)一步的主題是用于借助于根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)的饋電系統(tǒng)來(lái) 控制多頻帶天線(xiàn)的陣列福射元件的垂直平面中的可變電傾斜的方法，其特征在于，借助于 將己特勒矩陣連接至該些福射元件的模塊，獨(dú)立地針對(duì)每個(gè)頻帶來(lái)調(diào)節(jié)該電傾斜，該模塊 包括在每個(gè)頻帶中的信號(hào)的路徑上的可變移相器。
[0017] 重要的是注意到，組成它的各種元件的順序和布置影響?zhàn)侂娤到y(tǒng)的功能。它們不 能被修改而不導(dǎo)致在饋電系統(tǒng)如何工作上的改變。
[001引一經(jīng)閱讀對(duì)一個(gè)實(shí)施例的W下描述（其自然是通過(guò)非限制性示例的方式給出的）W及在附圖中，本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中：
[0019]-圖1描繪了不具有延遲線(xiàn)的4X4己特勒炬utler)矩陣的原理，
[0020] -圖2描繪了用于四天線(xiàn)福射元件的饋電系統(tǒng)的第一實(shí)