專利名稱：天線裝置及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括具有可排列成子陣列的多個(gè)輻射元件的天線節(jié)的天線裝置。本發(fā)明還涉及用于控制包括天線節(jié)的天線裝置中的波束成形的方法，其中天線節(jié)又包括可排列成子陣列的多個(gè)輻射元件。
背景技術(shù)：
當(dāng)今在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線電基站上使用的天線往往屬于扇形類型的。三個(gè)、六個(gè)或者更多這類天線則共同覆蓋360度方位角。一般希望能夠擴(kuò)展無線電基站的覆蓋。但需要高增益天線。一般來說，天線在機(jī)械上越長，則越容易提供更高增益而沒有改變方位角射波束寬度度。但是，即使在機(jī)械上較長的天線由于上述原因而具有吸引力，也存在與機(jī)械上較長的天線關(guān)聯(lián)的若干缺點(diǎn)。首先，機(jī)械上較長的天線不易于處理、運(yùn)輸和安裝。安裝變得費(fèi)時(shí)且昂貴。此外，必須結(jié)合用于使波束向下傾斜的部件，以便減少相鄰小區(qū)中的干擾。這種部件可能是機(jī)械的和/或電氣的。至于傾斜的提供，在這個(gè)方面還存在與長天線關(guān)聯(lián)的若干缺點(diǎn)。長天線的純機(jī)械傾斜可能導(dǎo)致天線與垂直線偏離相當(dāng)多，這意味著通常不會(huì)與天線安裝在其上的天線竿平行。此外，對于機(jī)械傾斜，高風(fēng)力載荷將產(chǎn)生大扭矩，可能導(dǎo)致對天線的損壞，以及可能使它出故障并且甚至可能易于完全折斷。此外，如果天線確實(shí)很長，則可能需要許多機(jī)械傾斜；這類天線將會(huì)很難看，以及天線越高，則所需機(jī)械偏離越長，并且缺陷越嚴(yán)重。
另一方面，如果具有給定數(shù)量的輻射元件的長天線的純電氣傾斜對于每個(gè)子陣列僅采用一個(gè)或極少元件來實(shí)現(xiàn)，則這需要相當(dāng)大數(shù)量的硬件。增加每個(gè)子陣列的輻射元件的數(shù)量、因而減少子陣列的數(shù)量會(huì)減少硬件的數(shù)量。但是，掃描范圍也會(huì)因產(chǎn)生增益減小以及減小的空間濾波的柵瓣而減小，這是一個(gè)缺點(diǎn)。
因此，到目前為止，沒有提出與提供例如從覆蓋或增益的角度來看符合要求的天線的問題相關(guān)的令人滿意的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要最初提到的天線裝置，它可制作為很長(機(jī)械上)，然而易于制造或?qū)崿F(xiàn)、易于安裝、易于運(yùn)輸，并且可快速便捷安裝。具體來說，需要一種裝置，可提供高增益，但無需改變方位角射波束寬度度。具體來說，需要一種天線裝置，它具有優(yōu)良的覆蓋和高增益，并且可在相鄰小區(qū)中減小其干擾。
還需要如最初提到的天線裝置，它有美感，更具體來說，需要一種天線裝置，它不易受到高風(fēng)力，具體來說不易受到不利或極端天氣條件、如狂風(fēng)而產(chǎn)生的大扭矩。
具體來說，需要如最初提到的裝置，通過它可通過簡易方式并且無需大量設(shè)備或硬件來提供傾斜。因此，具體來說，需要一種天線裝置，它是緊湊的、即不麻煩，并且不會(huì)在垂直于天線安裝在其上的天線竿或其它結(jié)構(gòu)的縱向、具體來說但不一定是垂直延伸的方向上伸出太多。更具體來說，需要一種裝置，它允許使用現(xiàn)有天線部件或市場出售的“現(xiàn)貨”天線以及使用為此設(shè)計(jì)的天線。更具體來說，需要一種天線裝置，其波束成形可被控制，和/或這樣地可輕松控制增益。還需要一種天線裝置，它是靈活的，并且允許對各種條件的高度控制和適配。更具體來說，需要一種天線裝置，通過其可提供減小的掃描損失，或者具體來說，與涉及具有大的子陣列的僅電氣傾斜的天線相比，在柵瓣開始之前，通過其允許增加的傾斜范圍。
因此，提供最初提到的天線，它另外包括還包含可分別排列成子陣列的多個(gè)輻射元件的至少一個(gè)另外的天線節(jié)，其中，所述至少兩個(gè)天線節(jié)基本上沿直線或者略微不規(guī)則地、例如不是在安裝結(jié)構(gòu)上的直線上安裝。天線裝置還包括用于為所述至少兩個(gè)天線節(jié)饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)以及用于控制天線節(jié)的饋電、從而允許波束成形控制的饋電網(wǎng)絡(luò)控制部件。天線裝置可通過許多不同方式來實(shí)現(xiàn)。天線節(jié)可特別為本發(fā)明的天線裝置制造、設(shè)計(jì)或面市，但是還能夠把傳統(tǒng)的現(xiàn)貨供應(yīng)天線節(jié)用于根據(jù)本發(fā)明概念進(jìn)行安裝。應(yīng)當(dāng)清楚，天線節(jié)優(yōu)選地為分開的單元。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)量的天線節(jié)中的至少兩個(gè)基本上是相同的。更具體來說，所有天線節(jié)基本上相同或者完全相同。在另一種實(shí)現(xiàn)中，至少兩個(gè)天線節(jié)不是相同的、即是不同的，更具體來說，所有天線節(jié)是不同的或者不是相同的。
天線節(jié)還可按照若干不同的方式安裝。在一個(gè)實(shí)施例中，天線節(jié)經(jīng)過安裝，使得相應(yīng)的相鄰天線節(jié)(逐對地)之間的間距基本上相等。在另一個(gè)實(shí)施例中，天線節(jié)經(jīng)過安裝，使得相應(yīng)的相鄰天線節(jié)(逐對地)之間的相應(yīng)間距是不同的，或者某些間距相等，而另外一個(gè)或多個(gè)間距則不同。在一個(gè)具體實(shí)施例中，天線節(jié)包括傳統(tǒng)的扇形天線，例如具有45°、60°或90°方位角射波束寬度度。這兩個(gè)特征還可按照任何方式進(jìn)行組合，例如，不相等天線節(jié)可與不同間距進(jìn)行組合。
饋電網(wǎng)絡(luò)裝置具體包括用于可變地控制多節(jié)天線的節(jié)之間的相位和/或幅度的部件，因而允許相位和/或幅度錐度，或者提供不同饋電信號(hào)的供應(yīng)，即，對于相位和/或幅度以不同方式使饋電信號(hào)適應(yīng)相應(yīng)的節(jié)。具體來說，它包括用于使波束相對于在其上安裝用于支撐包括所述天線節(jié)的天線裝置的支撐部件、如天線竿的實(shí)際或虛擬安裝平面的法線傾斜的部件。
在一個(gè)具體實(shí)施例中，用于使波束傾斜的部件包括用于以機(jī)械方式使天線節(jié)傾斜的機(jī)械傾斜部件。優(yōu)選地，以機(jī)械方式分別使至少兩個(gè)或者最有利地為所有天線節(jié)傾斜。
在另一個(gè)實(shí)施例中，以電氣方式使天線節(jié)預(yù)傾斜，即包括“內(nèi)置”波束傾斜，它可能對于所有天線節(jié)是相同的，或者對于不同天線節(jié)是不同的，或者對于一個(gè)或多個(gè)節(jié)根本沒有傾斜。具體來說，部分或全部天線節(jié)配備了可控電氣預(yù)傾斜，它是內(nèi)置的，即它們配置了電氣傾斜。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該裝置包括具體為通過饋電網(wǎng)絡(luò)裝置使多節(jié)天線電氣傾斜提供的部件。用于使多節(jié)天線裝置電氣傾斜的部件具體包括按照下列方式操作的饋電網(wǎng)絡(luò)中或者與其相關(guān)的相位延遲部件和/或時(shí)間延遲部件可對于相應(yīng)天線節(jié)引入相應(yīng)相位延遲和/或時(shí)間延遲，使得具有適當(dāng)相位延遲和/或時(shí)間延遲的饋電信號(hào)可提供給相應(yīng)天線節(jié)的每一個(gè)。
在具體實(shí)施例中，機(jī)械傾斜部件與電氣傾斜組合(“預(yù)傾斜”和/或通過饋電網(wǎng)絡(luò)，或者延遲部件/移相器等提供的電氣傾斜)。因此，具體來說，機(jī)械傾斜和如上所述通過饋電網(wǎng)絡(luò)(或特定部件)提供的電氣傾斜可按照任何預(yù)期方式進(jìn)行組合。
在單獨(dú)或分別應(yīng)用于不同天線節(jié)的機(jī)械傾斜的情況中，通過饋電網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償在分別使面板傾斜時(shí)產(chǎn)生的天線節(jié)的位移。另外，當(dāng)天線節(jié)預(yù)傾斜或者預(yù)先裝備以便分別應(yīng)用各天線節(jié)的電氣傾斜時(shí)，必須優(yōu)選地通過饋電網(wǎng)絡(luò)來補(bǔ)償產(chǎn)生于電氣傾斜操作的相前從各個(gè)天線節(jié)的位移。
通過在每個(gè)天線節(jié)級(jí)的機(jī)械傾斜的實(shí)現(xiàn)(與或者沒有與電氣傾斜結(jié)合，采用預(yù)先裝備天線節(jié)或者通過天線節(jié)級(jí)上的控制)與其中使整個(gè)天線或整個(gè)結(jié)構(gòu)機(jī)械傾斜的天線裝置相比，天線節(jié)級(jí)的機(jī)械傾斜實(shí)現(xiàn)緊湊天線多節(jié)裝置。例如，這顯著減小強(qiáng)風(fēng)的影響，因而產(chǎn)生于風(fēng)的扭矩也將減小，同時(shí)，天線裝置將更細(xì)并且更有美感。類似地，通過引入天線節(jié)級(jí)而不是天線子陣列級(jí)上的電氣傾斜，所需的硬件的預(yù)計(jì)數(shù)量將顯著減少。
因此，電氣和機(jī)械傾斜的組合是可行的，在需要時(shí)，對相前的補(bǔ)償通過饋電網(wǎng)絡(luò)或者通過控制饋電網(wǎng)絡(luò)的控制部件或獨(dú)立補(bǔ)償部件來提供。
在一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)中，饋電網(wǎng)絡(luò)裝置包括兩個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)，各以相應(yīng)極化對天線節(jié)饋電。具體來說，相同的饋電信號(hào)用來饋送第一和第二極化，以及相應(yīng)饋電網(wǎng)絡(luò)包括用于控制相應(yīng)極化的垂直面波束圖的控制部件，具體來說以便獲得具有互補(bǔ)垂直面覆蓋的相應(yīng)極化的垂直面波束圖，使得產(chǎn)生作為相應(yīng)垂直面波束圖的功率總和的組合圖案。為此，各饋電網(wǎng)絡(luò)具體可包括例如基于Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)的多端口垂直面饋電網(wǎng)絡(luò)。
最優(yōu)選地，所述/各個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)包括用于適當(dāng)分配饋送給相應(yīng)天線節(jié)的功率的功率分配部件。在一種實(shí)現(xiàn)中，功率在天線節(jié)之間相等地分配，特別是在它們相同的情況下。類似地，如果這些節(jié)或部分節(jié)不是相同的，則功率可經(jīng)過分配，以便在多節(jié)天線裝置上為每個(gè)單位長度提供相等功率分布。這些類型的饋電網(wǎng)絡(luò)在使天線增益為最大的方面極為有效。如果與增益不同的參數(shù)、如旁瓣電平是重要的，則可相應(yīng)地控制或優(yōu)化功率分布。單獨(dú)或以任何組合用于波束成形或波束整形的部件可用于控制幅度錐度、相位錐度、天線節(jié)電氣和/或機(jī)械傾斜、天線節(jié)之間的間距其中的一個(gè)或多個(gè)，或者提供不同的極化。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，這些部件用于波束成形或波束整形，以便控制輻射圖，使得在某些方向、例如主波束和旁瓣之間或者旁瓣之間的一個(gè)或多個(gè)“空白”、即極低的天線增益或者完全沒有信號(hào)可被“填充”，即增益下降減小到可接受電平或者完全被抑制。
以上提到的部件的任一個(gè)可單獨(dú)或者以相互之間的不同組合來使用。具體來說，相位可不同地分布于不同的天線節(jié)(提供相位錐度)，功率可不相等地分布于不同的節(jié)，因而提供幅度錐度，節(jié)可按照不同方式傾斜(機(jī)械和/或電氣上)，天線節(jié)可以不同方式位移和/或不相同?？刹捎镁哂胁煌瑯O化的其它輻射圖。
空白填充可通過適合于相干應(yīng)用的任何組合與波束傾斜結(jié)合。
應(yīng)當(dāng)清楚，多節(jié)天線裝置用于發(fā)送或接收或者發(fā)送和接收。
在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，裝置包括安裝在公共天線竿上的三個(gè)天線節(jié)。更一般來說，它可包括在公共天線竿或其它結(jié)構(gòu)上的2與6之間的或者在某些情況下更多的天線節(jié)。
具體來說，如上所述的裝置用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線電基站。
因此，本發(fā)明還提出一種用于控制包括多個(gè)天線節(jié)的天線裝置中的波束成形的方法，各天線節(jié)包括可排列成子陣列的多個(gè)輻射元件。在以上所述并且包括基本上沿直線、例如在天線竿或其它某種結(jié)構(gòu)上安裝的至少兩個(gè)天線節(jié)的天線裝置中，該方法包括以下步驟通過饋電網(wǎng)絡(luò)對天線節(jié)饋電；控制饋電，優(yōu)選地同時(shí)把各個(gè)波束傾斜以機(jī)械和/或電氣方式應(yīng)用于相應(yīng)天線節(jié)，和/或控制天線節(jié)相互之間的布置和/或相應(yīng)天線節(jié)的形狀/大小，以便控制增益和/或波束形狀。
具體來說，該方法包括以下步驟采用饋電網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償通過經(jīng)由為其配備的天線節(jié)所得到的機(jī)械傾斜和/或電氣傾斜引起的相前從相應(yīng)天線節(jié)的位移。
此外，該方法有利地包括以下步驟把各個(gè)時(shí)間延遲和/或相移應(yīng)用于相應(yīng)的天線節(jié)饋電信號(hào)，以便提供電氣波束傾斜或空白填充。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該方法包括以下步驟采用第一饋電網(wǎng)絡(luò)，以便利用饋電(RF)信號(hào)向天線節(jié)饋送第一極化；以及采用第二饋電網(wǎng)絡(luò)，以便利用相同饋電(RF)信號(hào)向天線節(jié)饋送第二極化。具體來說，該方法則包括以下步驟采用多端口垂直面饋電網(wǎng)絡(luò)，例如基于Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)為各極化提供多個(gè)波束。具體來說，該方法包括手動(dòng)控制饋電網(wǎng)絡(luò)裝置的步驟?；蛘?，該方法包括通過遠(yuǎn)程控制單元等遠(yuǎn)程控制饋電網(wǎng)絡(luò)裝置的步驟。饋電網(wǎng)絡(luò)裝置還可自動(dòng)控制。


下面將參照附圖以非限制方式進(jìn)一步描述本發(fā)明，附圖包括圖1說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)、以機(jī)械方式傾斜的天線裝置，圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的天線裝置，其中，天線裝置由分別以機(jī)械方式傾斜的三個(gè)天線節(jié)組成，圖3說明用于對包括功率分配器和固定相移的三個(gè)天線節(jié)饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)的第一實(shí)現(xiàn)，圖4說明向三個(gè)獨(dú)立天線節(jié)提供功率分配并且包括可變相移部件的饋電網(wǎng)絡(luò)的第二實(shí)施例，圖5說明包括功率分配部件并且包括可變時(shí)間延遲部件的饋電網(wǎng)絡(luò)的第三實(shí)施例，圖6說明根據(jù)本發(fā)明、具有包括功率分配部件和時(shí)間延遲部件的饋電網(wǎng)絡(luò)的天線裝置的另一個(gè)實(shí)施例，圖7完全示意說明根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的又一種實(shí)現(xiàn)，其中，天線節(jié)相互之間不相等地位移，圖8說明根據(jù)本發(fā)明的天線裝置的又一個(gè)實(shí)施例，其中使用不相同、即不同的天線節(jié)，圖9說明具有電氣傾斜天線節(jié)的天線裝置，圖10是簡圖，說明具有電氣和機(jī)械傾斜的天線裝置與僅具有電氣傾斜的天線裝置相比的波瓣，圖11是由無線電基站上的天線裝置所提供的輻射圖的截面圖，并且其中具有帶有或沒有空白填充的垂直面中的窄波束，圖12是簡圖，說明其中三個(gè)相同的天線節(jié)具有不同的相對幅度錐度的裝置與沒有幅度錐度的裝置之間的比較，圖13說明輻射圖的簡圖，說明其中在天線節(jié)之間為了空白填充目的提供了相位錐度的裝置與其中錐度是一致的裝置之間的比較，圖14說明結(jié)合用于空白填充的幅度錐度實(shí)現(xiàn)機(jī)械傾斜的裝置與沒有機(jī)械傾斜和幅度錐度的裝置相比的輻射圖，圖15是除了電氣傾斜之外還包括天線節(jié)之間的相位錐度的裝置與其中沒有電氣波束傾斜以及沒有相位錐度的裝置相比的輻射圖的簡圖，圖16說明簡圖，說明其中為了空白填充的目的以不同方式位移天線節(jié)(對照圖7)的裝置與具有均勻間距的裝置相比的輻射圖，圖17說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、具有雙極化天線節(jié)的天線裝置，以及圖18是簡圖，表明空白填充在應(yīng)用傾斜時(shí)沒有降級(jí)。
具體實(shí)施例方式
為了進(jìn)一步理解本文獻(xiàn)，簡要說明所使用的術(shù)語。本文中天線元件表示獨(dú)立的輻射元件；但是，術(shù)語“輻射元件”主要用于本文獻(xiàn)。本文中的子陣列表示一組天線元件、即輻射元件，它們以相互之間具有某種關(guān)系的方式排列。它們通常設(shè)置在直線上，在相應(yīng)天線元件或輻射元件之間具有相等或不相等的間距。天線節(jié)為物理單元。例如，它可能是現(xiàn)貨供應(yīng)的天線或者專門為了提供多節(jié)天線而制造的天線節(jié)。天線節(jié)可產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)波束，例如雙極化天線。具體來說，每個(gè)波束有一個(gè)RF連接器。天線節(jié)可能是市場出售的天線，例如具有45°、60°或90°方位角射波束寬度度的扇形天線。但是，它也可以是專門設(shè)計(jì)的天線節(jié)。
在根據(jù)本發(fā)明的天線裝置或者更簡單地來說為多節(jié)(即至少兩個(gè)節(jié))天線中，一定數(shù)量或者一組獨(dú)立天線節(jié)經(jīng)過排列，使得它們相互之間具有某種關(guān)系。一般來說，它們設(shè)置在基本上的直線上，在不同實(shí)施例中，間距在相應(yīng)天線節(jié)之間可能相等或者不同。另外，根據(jù)不同的實(shí)施例，天線節(jié)可能相同或不同，或者多節(jié)天線裝置中的天線節(jié)的一部分可能相同，而其它的則不同。
本發(fā)明的基本概念是，通過采用兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立天線節(jié)、或者更一般來說可能是市場出售的以及為此目的專門設(shè)計(jì)的、并且連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的天線，來提供長天線或者長天線裝置，具體來說用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中。一般來說，機(jī)械上更長的天線將提供更高增益因而提供擴(kuò)展覆蓋，而無需改變方位角射波束寬度度。根據(jù)不同的實(shí)施例，可結(jié)合波束的機(jī)械和/或電氣傾斜，例如以便使路徑增益為最大和/或減小相鄰小區(qū)中可能產(chǎn)生的干擾。但是，本發(fā)明不限于任何具體種類的傾斜的提供或者沒有傾斜?？傊鶕?jù)基本概念，如果傾斜以任何方式產(chǎn)生，它還可用于其它目的。下面將參照附圖。
圖1說明現(xiàn)有技術(shù)的天線裝置1000，其中包括連接到天線竿400并由饋電網(wǎng)絡(luò)(未示出)在饋電電纜300上饋電的天線100。所示天線100通過機(jī)械傾斜裝置500來傾斜。但是，這樣一種天線裝置遇到本文獻(xiàn)中先前提到的缺點(diǎn)。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明的天線裝置100，它包括全部基本上沿直線連接到天線竿40的三個(gè)天線節(jié)101、102、103。天線節(jié)101、102、103通過經(jīng)由饋電電纜211、212、213所連接的饋電網(wǎng)絡(luò)20饋電，其中的饋電電纜211、212、213在此具有不相等長度，以便補(bǔ)償通過不同的天線節(jié)來自公共饋電點(diǎn)以及至預(yù)期波束方向62上的遠(yuǎn)場的RF路徑的相位偏差。公共的主饋電電纜30對饋電網(wǎng)絡(luò)饋電。在這個(gè)實(shí)施例中，天線節(jié)101、102、103通過機(jī)械傾斜部件501、502、503以機(jī)械方式傾斜，并且它們可提供用于其它種類的傾斜，即，天線節(jié)波束方向無需與多節(jié)天線裝置的預(yù)期波束方向62重合。附圖中的虛線61說明補(bǔ)償之后來自天線節(jié)的公共相前。在這個(gè)實(shí)施例中，假定所有天線節(jié)是不相等的，以及它們之間的間距是不相等的，并且它們不是以完全相同的方式機(jī)械傾斜。這是根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的波束成形或波束整形的一種方式。
一般來說，饋電網(wǎng)絡(luò)20可按照不同方式工作，并且由包括在饋電網(wǎng)絡(luò)中或者饋電網(wǎng)絡(luò)可按照某種方式連接到其中的控制部件來控制；控制可根據(jù)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或遠(yuǎn)程執(zhí)行。
在相應(yīng)天線節(jié)之間分布功率的最簡單且最直接的方式是當(dāng)天線節(jié)相同時(shí)在其之間相等地分配功率。如果天線節(jié)不是相同的，則功率例如可采用功率分配器進(jìn)行分配，以便在天線裝置上為每個(gè)單位長度提供相等功率分布。這樣一種饋電網(wǎng)絡(luò)在使天線裝置的增益為最大的方面是有效的。
但是，與增益不同的其它參數(shù)、如旁瓣電平可能極為重要，根據(jù)不同的實(shí)施例，饋電網(wǎng)絡(luò)(信號(hào)分發(fā))可對于這類其它的參數(shù)也被優(yōu)化或者僅對于這類參數(shù)被優(yōu)化。
下面更透徹地說明，存在用于執(zhí)行波束成形或波束整形的若干部件。可采用的部件或動(dòng)作的一部分是例如通過提供天線節(jié)之間不等距間距以及通過混合極化來提供幅度錐度、相位錐度、天線節(jié)傾斜(在每節(jié)的級(jí)上)。
如上所述，用于在相應(yīng)天線節(jié)之間分發(fā)信號(hào)的饋電網(wǎng)絡(luò)可具有不同的復(fù)雜度，來自非常簡單的饋電網(wǎng)絡(luò)的一切只是包括如圖3所示的(相等)功率分配器(和固定相移)，在其中，饋電網(wǎng)絡(luò)20A包括具有連接到相應(yīng)天線節(jié)(未示出)的不同長度的饋電電纜21A1、21A2、21A3的功率分配器/組合器，其中的公共饋電電纜30A對饋電網(wǎng)絡(luò)20A饋電。
圖4說明饋電網(wǎng)絡(luò)20B的另一個(gè)實(shí)例，它略微更為復(fù)雜，并且包括通過相等長度的饋電電纜21B1、21B2、21B3連接到相應(yīng)天線節(jié)(未示出)的可變的不相等功率分配器/組合器和可變移相器22B1、22B2、22B3。如同前一個(gè)實(shí)施例中那樣，饋電網(wǎng)絡(luò)通過一個(gè)饋電電纜30B饋電。
圖5說明更為復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)20C的又一個(gè)實(shí)現(xiàn)，其中包括用于通過具有相等長度的饋電電纜21C1、21C2、21C3適當(dāng)延遲對相應(yīng)天線節(jié)(未示出)的相應(yīng)饋電信號(hào)的可變不相等功率分配器/組合器和可變時(shí)間延遲部件22C1、22C2、22C3。饋電網(wǎng)絡(luò)20C通過饋電電纜30C饋電，如同先前的實(shí)施例中那樣。如前面所述，饋電網(wǎng)絡(luò)中的幅度和時(shí)間延遲設(shè)定的控制可通過可結(jié)合在饋電網(wǎng)絡(luò)中的控制系統(tǒng)(未示出)手動(dòng)或者遠(yuǎn)程執(zhí)行。
圖6說明采用與圖5所述的饋電網(wǎng)絡(luò)相似的饋電網(wǎng)絡(luò)的天線裝置200，其中包括可變時(shí)間延遲部件(τ1、τ2、τ3)22D1、22D2、22D3。但是，饋電網(wǎng)絡(luò)20D通過相等長度的饋電電纜21D1、21D2、21D3連接到相等且等距連接的三個(gè)天線節(jié)10D1、10D2、10D3。(根據(jù)未示出的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)，能夠通過采用預(yù)定長度的電纜來取得所要求的時(shí)問延遲。)在這里假定天線節(jié)10D1、10D2、10D3以角度α同樣地機(jī)械傾斜。
與垂直軸的機(jī)械傾斜角α是相同的，以及通過附圖中的虛線(24D1、24D2、24D3)所示的各天線節(jié)的相前是平行的，因?yàn)榧俣ㄔ诟魈炀€節(jié)內(nèi)沒有電氣波束傾斜。源自相應(yīng)天線節(jié)的機(jī)械傾斜的相前之間的偏離需要補(bǔ)償，以便取得各天線節(jié)的復(fù)雜輻射圖的相干重疊。與差異是通過純機(jī)械傾斜、純電氣傾斜還是它們的組合所產(chǎn)生無關(guān)，天線節(jié)之間的相前的位移可能因相應(yīng)的時(shí)間延遲而引起。對于最大信號(hào)電平，天線節(jié)n的時(shí)間超前表示為τn＝dntan(α)/cdn是相位中心之間的距離，以及c是光速。
對于與圖4相似的、采用移相器的饋電網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)的相位超前將表示為Φn＝2πdntan(α)/λλ是RF信號(hào)波長。
相位超前通常實(shí)現(xiàn)為Φn模2π弧度(360°)。
圖7示意說明根據(jù)本發(fā)明的天線裝置300的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)。三個(gè)基本上相同的天線節(jié)10E1、10E2、10E3基本上沿直線、例如在天線竿40E上安裝。但是，在這種情況中，相應(yīng)天線節(jié)之間的距離是不同的，以及天線節(jié)10E3可被說成相對天線節(jié)10E2位移。天線節(jié)10E2與10E3之間的距離例如是相同方向上的天線節(jié)10E1與10E2之間的距離以及天線節(jié)10E3的長度(它在這種情況中與其它天線節(jié)的長度相同)的一半之和。天線節(jié)10E1、10E2、10E3經(jīng)由電纜21E1、21E2、21E3連接到通過饋電電纜30E饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)20E。無疑還可行的是，具有不同大小的天線節(jié)，即，它們是不相同的(它們還可能是在除了大小之外的其它方面不相同)，可采用兩個(gè)相同的，而第三個(gè)不同，等等。大小以及天線節(jié)間隔方面的任何變化原則上是可行的。毫無疑問，對于三個(gè)節(jié)的使用沒有限制，也可能有更多節(jié)(以及在其它實(shí)施例中有更少節(jié)，它們不提供相應(yīng)天線節(jié)之間的至少兩個(gè)不同的距離)。
在圖8中，公開又一個(gè)實(shí)施例，說明天線裝置400，它在這里也包括三個(gè)天線節(jié)10F1、10F2、10F3，它們經(jīng)由饋電電纜21F1、21F2、21F3通過饋電網(wǎng)絡(luò)20F饋電，饋電網(wǎng)絡(luò)20F又由饋電電纜30F饋電。但是，在這種情況中，天線節(jié)是不相同的，在這個(gè)具體情況中，假定天線節(jié)10F1和天線節(jié)10F3是相同的，而天線節(jié)10F2則更大。對于具有至少兩個(gè)天線節(jié)的裝置，可采用具有不同大小的天線節(jié)。天線節(jié)10F1無疑可具有另一種大小或者天線節(jié)10F3。任何變化原則上是可行的。在圖8中，距離在相應(yīng)天線節(jié)之間是相同的；另外，距離無疑還可能與以上所述的不同。還應(yīng)當(dāng)清楚，雖然在所有所述天線裝置中僅表示了三個(gè)天線節(jié)，但實(shí)際上，在任何或者幾乎所有情況中，可行的是，例如具有兩個(gè)天線節(jié)、四個(gè)天線節(jié)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)或八個(gè)或者任何適當(dāng)數(shù)量的天線節(jié)，但是為了清楚起見，這在任何附圖中沒有明確表示。
如上所述，為了不同的原因，往往希望能夠使波束相對于(虛擬)安裝平面的法線傾斜。一般來說，使波束傾斜的目的是把輻射功率引導(dǎo)向小區(qū)中的預(yù)期位置。例如由于高天線竿或者因地形的高度變化，當(dāng)水平線或小區(qū)邊界“低于基站上的水平平面”時(shí)，例如可能需要波束傾斜。使波束傾斜的另一個(gè)原因可能在于，天線裝置應(yīng)當(dāng)沿非垂直軸安裝。
波束傾斜是當(dāng)前饋電網(wǎng)絡(luò)中眾所周知且常用的技術(shù)。一般來說，存在兩種不同的實(shí)現(xiàn)，即電氣傾斜，在其中，波束對照圖5、圖6、通過在天線上應(yīng)用時(shí)間延遲、或者對照圖4通過相移來傾斜；另一個(gè)實(shí)現(xiàn)是機(jī)械傾斜，在其中，天線在物理上安裝，例如以便實(shí)現(xiàn)預(yù)期波束方向。這兩種技術(shù)還可結(jié)合，從而提供附加靈活性以便控制天線裝置的屬性和特性。但是，根據(jù)本發(fā)明，正是天線節(jié)被應(yīng)用了時(shí)間延遲或相移，或者以特定方式電氣安裝，即，電氣和/或機(jī)械波束傾斜不僅涉及單個(gè)天線、即一個(gè)節(jié)，而且還涉及兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的天線節(jié)。除此之外，各天線節(jié)還可能預(yù)先配備內(nèi)置電氣波束傾斜部件，即天線可被說成是預(yù)傾斜。
因此，根據(jù)本發(fā)明(如果實(shí)現(xiàn)傾斜)，各天線節(jié)分別被傾斜，或者，如果存在兩個(gè)以上天線節(jié)，則無疑可行的是，一般使天線節(jié)中的例如兩個(gè)傾斜，而另一個(gè)天線節(jié)(或者更多)分別被傾斜。
如上所述，在饋電網(wǎng)絡(luò)中補(bǔ)償當(dāng)天線節(jié)分別被傾斜時(shí)發(fā)生的相前的位移。
由于對每個(gè)天線節(jié)提供了機(jī)械傾斜或者至少兩個(gè)天線節(jié)分別被傾斜的事實(shí)，與使整個(gè)結(jié)構(gòu)、即整個(gè)天線在機(jī)械上傾斜(對照圖1)時(shí)相比，能夠獲得更緊湊的安裝。一個(gè)具體優(yōu)點(diǎn)在于，從強(qiáng)風(fēng)產(chǎn)生的扭矩被減小，同時(shí)能夠提供更有美感的安裝。
下面將以略微更詳細(xì)的方式來描述電氣傾斜。
首先，如果對于這種傾斜部件預(yù)先配備了天線節(jié)，則電氣傾斜可通過在各天線節(jié)內(nèi)分別應(yīng)用電氣傾斜來實(shí)現(xiàn)。則必須在饋電網(wǎng)絡(luò)中補(bǔ)償從電氣傾斜操作產(chǎn)生的相前從各個(gè)天線節(jié)的位移，與以上所述的等式相比。毫無疑問，在這種情況中，(與提供機(jī)械傾斜時(shí)相似)，也能夠僅對天線裝置的有限數(shù)量的天線節(jié)分別應(yīng)用相應(yīng)傾斜，或者對所有或者僅對有限數(shù)量應(yīng)用相等傾斜，或者對所有節(jié)應(yīng)用不同傾斜。任何變化原則上是可行的。
另一種方式是提供天線節(jié)之間的電氣傾斜。在實(shí)現(xiàn)為根據(jù)子陣列轉(zhuǎn)向、每個(gè)子陣列僅采用一個(gè)或幾個(gè)天線元件時(shí)，長天線的電氣波束傾斜將需要大量硬件。根據(jù)本發(fā)明，硬件的數(shù)量通過應(yīng)用天線節(jié)級(jí)上的電氣轉(zhuǎn)向被顯著減小。波束傾斜則可通過僅在饋電網(wǎng)絡(luò)中引入適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲或相移來應(yīng)用。
圖9示意說明天線裝置500，闡述其中對各天線節(jié)應(yīng)用某種電氣傾斜的這樣一種實(shí)施例。因此，適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲和/或相移被引入饋電網(wǎng)絡(luò)20G，饋電網(wǎng)絡(luò)20G通過長度不相等的饋電電纜21G1、21G2、21G3分別對各個(gè)天線節(jié)10G1、10G2、10G3饋電。除了僅補(bǔ)償相前的偏離之外，饋電網(wǎng)絡(luò)還可應(yīng)用與各個(gè)天線節(jié)所提供的不同的預(yù)期波束傾斜。這個(gè)波束傾斜范圍由于柵瓣的開始而受到限制，因?yàn)樘炀€節(jié)距離很大。
應(yīng)當(dāng)清楚，機(jī)械傾斜和電氣傾斜可按照任何方式結(jié)合。
圖10是簡圖，描述單位為dB的相對功率對Θ°，Θ在以下圖11中定義。此圖(圖10)涉及天線裝置(未明確示出)的一個(gè)實(shí)例，其中包括具有間隔0.82波長的八個(gè)天線元件的四個(gè)天線節(jié)。在圖中，實(shí)線(IE)描述僅具有天線節(jié)的電氣傾斜的三度波束傾斜的輻射圖，而虛線(IE+M)說明天線節(jié)的組合電氣和機(jī)械傾斜。因此，實(shí)線說明對于具有掃描波束三度(各天線節(jié)中沒有電氣波束傾斜)的各天線節(jié)的相位設(shè)定的情況的主波束和第一旁瓣。柵瓣因大間距而產(chǎn)生。如果天線節(jié)相對天線節(jié)的相位設(shè)定在機(jī)械上傾斜三度，則可避免柵瓣，與以上所述的虛擬相比。
特別是垂直面中的扇形天線的輻射圖的特征在于具有主波束和旁瓣。主波束與相應(yīng)旁瓣之間以及旁瓣之間的極低增益往往稱作“空白”。這些空白通常在n乘以半功率波束寬度處出現(xiàn)，n為整數(shù)。這些所謂的空白方向上的低天線增益產(chǎn)生低路徑增益，它嚴(yán)重影響基站與終端之間或者終端與基站之間的傳送。
對于具有常規(guī)(寬)垂直面波束寬度的天線，通常是最嚴(yán)重的、低于主波束的第一空白的方向?qū)?yīng)于距遠(yuǎn)不及到小區(qū)邊界的地點(diǎn)的距離。因此，低天線增益通過低路徑損失來補(bǔ)償，并且在移動(dòng)系統(tǒng)中沒有傳送問題。
另一方面，對于通常具有垂直面中的很窄波束寬度的高增益天線，結(jié)果是，與小區(qū)范圍相比，第一空白比較接近對應(yīng)于較大距離的主波束發(fā)生。這意味著，較低的天線增益不會(huì)通過較低的路徑損失來充分補(bǔ)償。這可能導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)的某些區(qū)域中的不良覆蓋。極為重要的是，傳送信號(hào)覆蓋整個(gè)小區(qū)(或者小區(qū)的盡可能多的部分)。因此，為了防止不良覆蓋，可應(yīng)用稱作“空白填充”的技術(shù)。這意味著，輻射圖經(jīng)過設(shè)計(jì)，使得在某些或者具體來說為某些所選空白方向中的增益下降限制到可接受電平。
因此，對于常規(guī)的短天線，出現(xiàn)“空白”的問題不是如此嚴(yán)重，因?yàn)樗鼈兙哂袑挷ㄊ鴮τ诰哂写怪泵嬷械恼ㄊ鴮挾鹊母咴鲆嫣炀€，這個(gè)問題將嚴(yán)重得多。
圖11是垂直面相交，說明來自具有高增益天線裝置10’、因而具有垂直面的窄波束寬度的基站10D的輻射圖。BNF、即虛線說明具有送往例如沿虛線設(shè)置的終端MS的空白、即沒有空白填充的輻射圖。BF0(實(shí)線)說明低于主波束的第一空白的填充，即，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)某種空白填充，因而使得能夠讓MS與基站進(jìn)行通信，這在沒有空白填充時(shí)不是可能的。Θ是基本上垂直的、并且天線裝置10’安裝在其上的直線與主波束的中心之間的角度。
可實(shí)現(xiàn)若干不同的技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)空白填充，并且適用于高增益天線。
為了減小輻射圖中的空白，不相等的功率分布可提供給相應(yīng)的天線節(jié)。圖12是簡圖，說明對于包括具有0dB、-3dB和-6dB的相對幅度錐度的三個(gè)相同天線節(jié)的天線裝置(未示出)，與沒有實(shí)現(xiàn)幅度錐度時(shí)相比、即實(shí)線IIAN，具有采用幅度錐度的空白填充、即虛線IIAT的單位為dB的相對功率對Θ°的輻射圖(Θ如圖11中定義)。在這個(gè)裝置中，假定各天線節(jié)由間隔0.82波長的八個(gè)輻射元件組成。應(yīng)當(dāng)清楚，該裝置例如可與本申請中先前所述的機(jī)械和/或電氣傾斜結(jié)合。
圖13是簡圖，描述對于提供空白填充并且基于天線節(jié)之間的不相等相位分布的使用的另一個(gè)裝置的輻射圖、單位為dB的相對功率對圖11中定義的Θ，這因而描述了用于減小輻射圖中的空白的另一方法。在該裝置(未示出)中，假定采用三個(gè)相同的天線節(jié)，例如與圖12的裝置相似，但是在這里沒有幅度錐度而是具有0°、-30°和0°的相對相位錐度。在圖中，虛線IIIPT涉及與均勻錐度、即實(shí)線IIIUT、即沒有任何空白填充相比具有相位錐度的實(shí)現(xiàn)。
或者，能夠使天線裝置的天線節(jié)以不同方式在機(jī)械上傾斜，以便減小輻射圖中的空白。
圖14示意說明對于其中參照圖12、圖13所述的三個(gè)天線節(jié)相對垂直平面以0°、0°和+2°在機(jī)械上傾斜α的裝置、作為單位為dB的相對功率對Θ的輻射圖。與圖12的實(shí)施例相似，添加為0dB、0dB、-6dB的相對幅度錐度。圖中的實(shí)線說明沒有機(jī)械傾斜以及沒有幅度錐度的相應(yīng)裝置IVUT，而虛線IVM+AT則涉及包括機(jī)械傾斜和幅度錐度的上述實(shí)施例。
在其它實(shí)現(xiàn)中，輻射圖中的一個(gè)或多個(gè)空白可通過以不同方式在電氣上使天線節(jié)傾斜來減少。在一個(gè)有利實(shí)施例中，所選傾斜與天線節(jié)之間的相位錐度結(jié)合。
在圖15中，說明一個(gè)簡圖，描述包括電氣傾斜0°、0°和+1°的三個(gè)天線節(jié)的上述裝置的輻射圖，在其中，除此之外，還應(yīng)用0°、0°和20°的相對相位錐度。虛線VE+PT說明包括電氣波束傾斜和相位錐度的裝置的相對功率，而實(shí)線VUT則是與其中沒有應(yīng)用波束傾斜以及相位錐度的對應(yīng)裝置的比較。
另外的空白填充可通過采用天線節(jié)之間的不相等間距來實(shí)現(xiàn)，如參照圖7所示及所述。
圖16是簡圖，描述與說明沒有位移時(shí)的輻射圖的實(shí)線VI0相比，當(dāng)一個(gè)天線節(jié)位移與參照圖7所述的半節(jié)的長度或?qū)挾葘?yīng)的長度時(shí)的情況的輻射圖(虛線VID)。大家清楚，其它天線裝置可采用其它天線節(jié)間距來實(shí)現(xiàn)。
從各圖中可看到，空白可通過實(shí)現(xiàn)上述空白填充技術(shù)的任一個(gè)有效地減少。但是，還能夠?qū)崿F(xiàn)其它空白填充技術(shù)；例如，輻射圖中的空白可通過連接不相同天線節(jié)來減少，對照圖8。
另外，輻射圖中的空白可通過連接具有不同(雙)輻射圖極化的天線節(jié)來減小。
還可提供不相同(雙)極化用于波束成形，以及圖17說明具有安裝在天線竿40H等上以及經(jīng)由具有不相等長度的饋電電纜21H11、21H12、21H13連接到包括功率分配器/組合器的第一饋電網(wǎng)絡(luò)20H1、并且還經(jīng)由也具有不相等長度的饋電電纜21H21、21H22、21H23連接到包括功率分配器/組合器的第二饋電網(wǎng)絡(luò)20H2的三個(gè)雙極化天線節(jié)10H1、10H2、10H3的天線裝置600。饋送RF信號(hào)的第一饋電網(wǎng)絡(luò)20H1又通過饋電電纜30H1饋電，該信號(hào)經(jīng)由第一極化來發(fā)送/接收，而饋電電纜30H2采用經(jīng)由第二極化發(fā)送/接收的RF信號(hào)對第二饋電網(wǎng)絡(luò)20H2饋電。因此，兩個(gè)分開的饋電網(wǎng)絡(luò)20H1、20H2向整個(gè)天線裝置饋送兩個(gè)極化。饋電網(wǎng)絡(luò)20H1、20H2可分別優(yōu)化，以便提供相應(yīng)極化的特定預(yù)期垂直面波束圖。
在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)輻射圖設(shè)計(jì)成具有互補(bǔ)垂直面覆蓋，使得當(dāng)兩個(gè)極化采用相同RF信號(hào)來饋送時(shí)，作為兩個(gè)極化特定圖案的功率總和的組合圖案被產(chǎn)生，功率合計(jì)圖案具有預(yù)期特性的新集合、例如沒有空白深度。
通過采用多端口垂直面饋電網(wǎng)絡(luò)，例如根據(jù)Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)，可為各極化提供多個(gè)波束，由此允許兩個(gè)或兩個(gè)以上波束采用極化特定輻射圖的上述功率求和來產(chǎn)生。
圖18是簡圖，描述具有與電氣波束傾斜結(jié)合的空白填充的輻射圖、即虛線VIIPT+BT，與其中沒有實(shí)現(xiàn)波束傾斜的實(shí)線相比。圖18中所示的裝置(未示出)描述在其中空白填充技術(shù)與波束傾斜結(jié)合的一個(gè)實(shí)施例?？瞻滋畛湓谶@里僅采用四個(gè)相同天線節(jié)之間的相位錐度來實(shí)現(xiàn)，其中各天線節(jié)包括八個(gè)輻射元件。主波束以下的第一和第二空白被填充，以及波束可通過在對第一填充空白幾乎沒有任何影響的天線節(jié)之間應(yīng)用相位梯度來電氣掃描。
因此，應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明的概念可按照大量方式來改變，而沒有背離所附權(quán)利要求的范圍。還應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明不限于任何具體數(shù)量的天線節(jié)，而是根據(jù)應(yīng)用，可存在2、3、4、5、6、7、8等。它也不限于天線節(jié)中的具體數(shù)量的輻射元件，并且它們可按照許多不同種類或大小來提供。
許多其它的不同傾斜和/或空白填充技術(shù)可按照任何預(yù)期方式結(jié)合，以及機(jī)械和電氣傾斜可按照任何適當(dāng)方式結(jié)合，天線節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)之間的距離可能改變；只有兩個(gè)或者三個(gè)天線節(jié)之間可能是不同的，或者任何對天線節(jié)之間可能是不同的，以及天線節(jié)可能是相同的，例如不同天線節(jié)的不相等子陣列長度或者可能不是，并且不同的大小可與不同的距離以及不同程度的機(jī)械傾斜結(jié)合。作為補(bǔ)充或替代，天線節(jié)的部分(或全部)可包括內(nèi)置電氣傾斜和/或通過前面所述的其它方式提供的電氣傾斜，或者可實(shí)現(xiàn)任何種類的空白填充和雙極化。另外，在其它方面，本發(fā)明不限于具體所述的實(shí)施例。除了本文獻(xiàn)中提到的其它優(yōu)點(diǎn)之外，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，天線裝置可安裝在不同種類的結(jié)構(gòu)上，不規(guī)則的或規(guī)則的，具有給定形狀，垂直或傾斜等。
權(quán)利要求
1.一種天線裝置(100；200；300；400；500；600)，包括天線節(jié)，所述天線節(jié)包括可排列成陣列或子陣列的多個(gè)輻射元件，其特征在于它包括至少一個(gè)另外的天線節(jié)，所述至少兩個(gè)天線節(jié)(101，102，103；10D1，10D2，10D3；10E1，10E2，10E3；10F1，10F2，10F3；10G1，10G2，10G3；10H1，10H2，10H3)基本上沿直線、非直線或者不規(guī)則地安裝在安裝結(jié)構(gòu)(40；40D；40E；40F；40G；40H)上，它包括饋電網(wǎng)絡(luò)裝置(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H1；20H2)，用于對所述至少兩個(gè)天線節(jié)(101，102，103；10D1，10D2，10D3；10E1，10E2，10E3；10F1，10F2，10F3；10G1，10G2，10G3；10H1，10H2，10H3)饋電，其中具有饋電網(wǎng)絡(luò)控制部件，用于控制天線節(jié)(101，102，103；10D1，10D2，10D3；10E1，10E2，10E3；10F1，10F2，10F3；10G1，10G2，10G3；10H1，10H2，10H3)的饋電，從而允許波束成形控制。
2.如權(quán)利要求1所述的天線裝置(200；300；400；500；600)，其特征在于所述數(shù)量的天線節(jié)中的至少兩個(gè)基本上是相同的。
3.如權(quán)利要求2所述的天線裝置(200；300；400；500；600)，其特征在于所有天線節(jié)基本上是相同的。
4.如權(quán)利要求1或2所述的天線裝置(100；400)，其特征在于至少兩個(gè)天線節(jié)(101；102；103；10F1，10F2，10F3)是不相同的、即不同。
5.如權(quán)利要求1所述的天線裝置(100)，其特征在于所有天線節(jié)是不相同的(101，102，103)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的天線裝置(200；400；500；600)，其特征在于所述天線節(jié)經(jīng)過安裝，使得相應(yīng)的相鄰天線節(jié)之間的間距基本上相等。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的天線裝置，其特征在于所述天線節(jié)經(jīng)過安裝，使得相應(yīng)的相鄰天線節(jié)之間的間距不同。
8.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的天線裝置，其特征在于所述天線節(jié)包括傳統(tǒng)的扇形天線，例如具有45°、60°或90°方位角的射波束寬度度。
9.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述饋電網(wǎng)絡(luò)裝置(20；20A；20B；20C；20D；20E；20F；20G；20H1；20H2)包括用于可變地控制所述天線節(jié)之間的相位和/或幅度、因而提供相位和/或幅度錐度的部件。
10.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于它包括用于使波束相對于在其中安裝用于支撐所述天線節(jié)的支撐部件、例如天線竿的實(shí)際或虛擬安裝平面的法線傾斜的部件。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述用于使波束傾斜的部件包括用于以機(jī)械方式使所述天線節(jié)傾斜的機(jī)械傾斜部件。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于以機(jī)械方式分別使至少兩個(gè)、優(yōu)選地為全部天線節(jié)傾斜。
13.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于以電氣方式使所述天線節(jié)中的至少一部分預(yù)傾斜，即，包括“內(nèi)置”傾斜，它對于不同的天線節(jié)可以是相同的或不同的。
14.至少如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述用于使波束傾斜的部件包括用于以電氣方式使天線節(jié)傾斜的部件。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述用于以電氣方式使天線節(jié)傾斜的部件能夠分別使各個(gè)天線節(jié)傾斜，即，包括用于分別和獨(dú)立地控制各個(gè)天線節(jié)的部件。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述饋電網(wǎng)絡(luò)裝置包括相位延遲部件(22B1，22B2，22B3)和/或時(shí)間延遲部件(22C1，22C2，22C3)，以及天線節(jié)的電氣傾斜通過對相應(yīng)天線節(jié)引入相位延遲和/或時(shí)間延遲來實(shí)現(xiàn)。
17.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述饋電網(wǎng)絡(luò)裝置包括兩個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)(20H1，20H2)，各以相應(yīng)的不同極化對天線節(jié)饋電。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于相同信號(hào)用來饋送第一和第二極化，所述相應(yīng)饋電網(wǎng)絡(luò)(20H1，20H2)包括用于控制相應(yīng)極化的垂直面波束圖的控制部件，具體來說，以便獲得具有互補(bǔ)垂直面覆蓋的相應(yīng)極化的垂直面波束圖，使得產(chǎn)生作為所述相應(yīng)垂直面波束圖的功率總和的組合圖案。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于各饋電網(wǎng)絡(luò)(20H1，20H2)包括例如基于Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)的多端口垂直面饋電網(wǎng)絡(luò)。
20.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述/各個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)包括用于適當(dāng)?shù)胤峙漯佀徒o所述相應(yīng)天線節(jié)的功率的功率分配部件。
21.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于它包括波束成形部件，用于控制輻射圖，使得增益可被控制，以便限制至少在一個(gè)所選方向上的增益下降，即，提供所述至少一個(gè)方向上的“空白填充”。
22.至少如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述波束成形部件包括用于以機(jī)械和/或電氣方式使所述波束傾斜的一個(gè)或多個(gè)部件。
23.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述天線節(jié)經(jīng)過如此設(shè)置，使得所述輻射圖可被控制，使得增益下降可在至少一個(gè)所選方向上被限制/防止。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于至少一個(gè)天線節(jié)不同于其它天線節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)，和/或至少一個(gè)天線節(jié)經(jīng)過如此設(shè)置，使得到相鄰天線節(jié)的距離不同于至少兩個(gè)其它天線節(jié)之間或者所述天線節(jié)與另一個(gè)相鄰天線節(jié)之間的距離。
25.如權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述饋電網(wǎng)絡(luò)裝置包括兩個(gè)分開的饋電網(wǎng)絡(luò)(20H1，20H2)，各饋電網(wǎng)絡(luò)以雙極化對所述天線節(jié)中的每個(gè)饋電。
26.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述天線節(jié)(101，102，103；10D1，10D2，10D3；10E1，10E2，10E3；10F1，10F2，10F3；10G1，10G2，10G3；10H1，10H2，10H3)包括分開的單元。
27.如權(quán)利要求1-26中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于它包括2、3、4、5、6或7個(gè)天線節(jié)，它們安裝在公共天線竿或者其它任何安裝結(jié)構(gòu)(40；40D；40E；40F；40G；40H)上。
28.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于它被用來發(fā)送或者用來接收或者用來發(fā)送和接收信號(hào)。
29.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的天線裝置，其特征在于所述天線節(jié)可安裝在非平面的表面上，所述天線節(jié)例如采用不相等取向來安裝。
30.蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線電基站中如權(quán)利要求1-29中任一項(xiàng)所述的裝置的使用。
31.一種用于控制包括多個(gè)天線節(jié)的天線裝置中的波束成形的方法，各天線節(jié)包括可排列成子陣列的多個(gè)輻射元件，其特征在于至少兩個(gè)天線節(jié)基本上沿直線或者不規(guī)則地安裝在安裝結(jié)構(gòu)上，以及所述方法包括以下步驟-通過饋電網(wǎng)絡(luò)對所述天線節(jié)饋電，-控制所述饋電，同時(shí)以機(jī)械和/或電氣方式把獨(dú)立波束傾斜應(yīng)用于相應(yīng)天線節(jié)，以便控制增益和/或波束形狀。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于它包括以下步驟-采用所述饋電網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償由機(jī)械傾斜和/或電氣預(yù)傾斜引起的相前從相應(yīng)天線節(jié)的位移。
33.如權(quán)利要求31或32所述的方法，其特征在于它包括以下步驟-把各個(gè)時(shí)間延遲和/或相移應(yīng)用于相應(yīng)天線節(jié)，以便提供電氣波束傾斜。
34.如權(quán)利要求31-33中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于它包括以下步驟-在所有天線節(jié)中采用第一饋電網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)饋送給具有第一極化的元件，-在所有天線節(jié)中采用第二饋電網(wǎng)絡(luò)把相同信號(hào)饋送給具有第二極化的元件。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于它包括以下步驟-采用多端口垂直面饋電網(wǎng)絡(luò)，例如基于Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)為各極化提供多個(gè)波束。
36.如權(quán)利要求31-35中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于它包括以下步驟-手動(dòng)或者經(jīng)由遠(yuǎn)程控制單元來控制所述饋電網(wǎng)絡(luò)裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括天線節(jié)的天線裝置(100)，所述天線節(jié)包括可排列成陣列或子陣列的多個(gè)輻射元件。它還包括至少一個(gè)另外的天線節(jié)，所述至少兩個(gè)天線節(jié)(101，102，103)基本上沿直線、非直線或者不規(guī)則地安裝在安裝結(jié)構(gòu)(40)上。它包括用于為所述至少兩個(gè)天線節(jié)(101，102，103)饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)裝置(20)，其中具有饋電網(wǎng)絡(luò)控制部件，用于控制天線節(jié)(101，102，103)的饋電，從而允許波束成形控制。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK101076923SQ200480044574
公開日2007年11月21日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者A·德納伊德, S·彼得森, S·約翰遜, M·N·約翰遜 申請人:艾利森電話股份有限公司