專利名稱：天線陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線陣列和方法。
背景技術(shù)：
天線陣列是已知的。例如在許多移動電信系統(tǒng)中，大量基站被配置為使用通常位于基站的塔頂?shù)奶炀€陣列來與大量用戶設(shè)備進(jìn)行通信。每個基站在地理上彼此隔開，以便在大的區(qū)域上提供通信覆蓋。每個基站通常被配置為支持從基站位置向外延伸的多個“扇區(qū)”。每個扇區(qū)通常由一個天線陣列來支持，因此‘n’扇區(qū)基站將由‘n’個天線陣列來支持。每個天線陣列被安裝、定向并且配置為向用戶設(shè)備提供所需的地理覆蓋。雖然這種天線陣列支持用戶設(shè)備與基站之間的無線通信，但是它們的配備具有很 多缺點。因此，希望提供一種改進(jìn)的天線陣列。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方案，提供了一種天線陣列，包括多個有源天線元件，每個有源天線元件隔開預(yù)定的第一間隔距離；以及多個無源天線元件，每個無源天線元件隔開預(yù)定的第二間隔距離。第一方案認(rèn)識到現(xiàn)有天線陣列的一個問題在于如果有服務(wù)提供商希望增強網(wǎng)絡(luò)或者提供附加網(wǎng)絡(luò)，那么需要安裝附加的天線陣列。具體而言，如果當(dāng)前提供無源網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)提供商希望提供有源網(wǎng)絡(luò)，那么需要提供附加的有源天線陣列。這是因為當(dāng)前無源天線元件是在無源天線陣列上提供的，而有源天線元件是在有源天線陣列上提供的。并且，并非一直都能夠在擁擠的塔頂安裝附加的天線陣列。因此，提供了包括有源天線元件和無源天線元件兩者的天線陣列。通過提供有源天線元件和無源天線元件兩者，可以由同一天線陣列支持多個網(wǎng)絡(luò)。并且通過使得有源天線元件隔開第一間隔距離并且使得無源天線元件隔開第二間隔距離，可以容易地調(diào)節(jié)這些不同的網(wǎng)絡(luò)中的每個網(wǎng)絡(luò)的頻率特性?？梢钥闯鐾ㄟ^這種方式例如可以容易地升級使用無源天線的現(xiàn)有第二代(2G)基站實現(xiàn)方式，以支持需要在同一天線陣列中有有源天線元件的第三代(3G)或第四代(4G)基站實現(xiàn)方式。類似地，可以擴展例如現(xiàn)有3G天線陣列的功能以提供對于其他(通常是原有)網(wǎng)絡(luò)的支持。要認(rèn)識到，提供雙網(wǎng)絡(luò)天線顯著地簡化了基站配備，因為可以較容易地對現(xiàn)有基站站點進(jìn)行再利用。并且，需要在那些基站站點提供的天線陣列的數(shù)量可以顯著降低，從而降低塔頂擁擠程度并且還降低塔頂負(fù)荷，因為雙天線陣列的質(zhì)量以及其風(fēng)載荷特性將顯著地低于兩個單獨的天線陣列。在一個實施方式中，該天線陣列包括元件間隔機制，其用于改變該第一間隔距離和第二間隔距離中的至少一個。通過提供元件間隔機制，可以改變、調(diào)整或者修改元件之間的距離以適合所支持的網(wǎng)絡(luò)的特定操作頻率特性而無需針對可能需要的頻率特性的每種能夠想到的組合制造定制的天線陣列。例如，無源天線元件支持的網(wǎng)絡(luò)的頻率特性可能隨著基站的不同而不同。那些不同的頻率特性中的每種頻率特性需要該陣列中的無源天線元件之間具有不同間隔；通常，可以將天線之間的間隔設(shè)置為該操作頻率的波長的0.9倍。類似地，有源天線元件支持的網(wǎng)絡(luò)的頻率特性可能隨著基站的不同而不同，這需要該陣列中的每個有源天線元件之間距離的類似的改變。通過提供元件間隔機制，使得能夠根據(jù)該基站所需要的具體實現(xiàn)方式，容易地改變天線元件之間的間隔。在一個實施方式中，該元件間隔機制用于改變該第一間隔距離和第二間隔距離中的一個。因此為了簡化結(jié)構(gòu)，該元件間隔機制可以被配置為使得僅能夠改變該第一間隔距離或該第二間隔距離。在一個實施方式中，該元件間隔機制包括延伸結(jié)構(gòu)，其用于保持該多個有源天線元件和該多個無源天線元件中的一個以使得該第一間隔距離和該第二間隔距離中的一個能夠改變。要認(rèn)識到延伸結(jié)構(gòu)提供特別方便的配置以使得那些天線元件的間隔能夠被調(diào)整到需要的間隔距離。在一個實施方式中，該多個有源天線元件和該多個無源天線元件中的一個包括模 塊化天線元件，并且該天線陣列包括保持結(jié)構(gòu)，該保持結(jié)構(gòu)用于以該第一間隔距離和該第二間隔距離中的對應(yīng)的一個間隔距離接收每個模塊化天線元件。因此，可以提供另一個天線元件作為保持在該天線陣列中的獨立的模塊，該保持結(jié)構(gòu)方便地提供了那些天線元件之間所需要的間隔?？梢钥闯鐾ㄟ^這種方式可以方便地設(shè)置該第一間隔距離和該第二間隔距離兩者。在一個實施方式中，該多個無源天線元件支持的頻率與該多個有源天線元件支持的頻率相等，并且該第一距離和該第二距離基本相等。因此，當(dāng)該無源網(wǎng)絡(luò)和該有源網(wǎng)絡(luò)的頻率大體相等時，該有源天線元件之間的距離與該無源天線元件之間的距離也大體相等。在一個實施方式中，該多個無源天線元件支持的頻率低于該多個有源天線元件支持的頻率，并且該第一距離大于該第二距離。因此，當(dāng)該無源網(wǎng)絡(luò)的頻率低于該有源網(wǎng)絡(luò)的頻率時，每個無源天線元件之間的間隔將大于每個有源天線元件之間的間隔。在一個實施方式中，該多個無源天線元件支持的頻率高于該多個有源天線元件支持的頻率，并且該第一距離小于該第二距離。因此，當(dāng)該無源網(wǎng)絡(luò)的頻率高于該有源網(wǎng)絡(luò)的頻率時，每個無源天線元件之間的間隔將小于每個有源天線元件之間的間隔。在一個實施方式中，每個有源天線元件包括兩個天線，該兩個天線中的每個天線彼此隔開，并且每個無源天線位于該兩個天線中的每個天線之間的區(qū)域。因此，當(dāng)該有源天線元件由兩個天線元件組成時，可以方便地利用這兩個天線元件之間的空間來放置該無源天線元件。要認(rèn)識到這提供了特別緊湊的天線陣列配置。在一個實施方式中，該兩個天線中的每個天線被定向為提供正交極化，并且每個無源天線位于由該定向所限定的區(qū)域中。因此，該天線元件的定向(其可能是四邊形的形狀)在該天線陣列上提供用來放置該無源天線元件的限定區(qū)域。再次要認(rèn)識到這提供了特別緊湊的天線陣列配置。在一個實施方式中，該無源天線比該有源天線從該天線陣列豎立得更高。通過提供超出有源天線元件的無源天線元件，降低了該天線陣列上的這些天線元件之間的任何空間干擾。要認(rèn)識到這提供了特別緊湊的天線陣列配置。在一個實施方式中，多個無源天線元件與沿該天線陣列布置的無源饋送網(wǎng)絡(luò)耦人
口 O根據(jù)第二方案，提供了一種方法，包括以下步驟提供多個有源天線元件；將每個有源天線元件隔開預(yù)定的第一間隔距離；提供多個無源天線元件；并且將每個無源天線元件隔開預(yù)定的第二間隔距離。在所附獨立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中闡述了其他具體和優(yōu)選的方案?？梢愿鶕?jù)需要將從屬權(quán)利要求的特征與獨立權(quán)利要求的特征結(jié)合并且與除了權(quán)利要求書中所明確闡述的那些特征之外的特征結(jié)合。



現(xiàn)在將參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實施方式，其中 圖1A-1C示意性地示出了根據(jù)多個實施方式的天線陣列的3種不同的配置；圖2示意性地示出了根據(jù)一個實施方式的模塊化有源天線元件的配置；并且圖3示意性地示出了根據(jù)一個實施方式的具有用于接收無源天線元件的軌道結(jié)構(gòu)的天線陣列。
具體實施例方式圖1A-1C示意性地示出了根據(jù)多個實施方式的天線陣列的不同的配置，該配置將有源陣列與無源陣列集成在一起。在無源陣列中，能夠提供對由該無源陣列支持的扇區(qū)之中的用戶設(shè)備的覆蓋。能夠?qū)碜栽摕o源陣列的單個傳輸施加相位和/或幅度偏移，以形成波束來形成向該扇區(qū)之中的所有用戶設(shè)備提供的覆蓋范圍。在有源陣列中，還能夠提供對由該有源陣列支持的扇區(qū)之中的用戶設(shè)備的覆蓋。但是，能夠?qū)碜栽摕o源陣列的每個傳輸施加相位和/或幅度偏移，以形成波束來形成向該扇區(qū)之中的每個用戶設(shè)備單獨提供的覆蓋范圍，這種配置顯著地改善了網(wǎng)絡(luò)之中的傳輸?shù)男旁氡?SNR)和信干比，其中信噪比和信干比在例如WCDMA的一些系統(tǒng)中是特別至關(guān)重要的度量。在單個天線陣列中結(jié)合有源陣列和無源陣列，通過特別是在已經(jīng)存在具有無源天線配置的2G基站的情況中，實現(xiàn)新出現(xiàn)的用于3G和4G實現(xiàn)方式的有源天線技術(shù)方案的共同部署，提供了成本有效的基站配置和部署。共置無源天線元件和有源天線元件將無源陣列集成到有源陣列中。這使得任意現(xiàn)有無源2G陣列能夠被雙有源/無源實現(xiàn)方式代替，并且從纜線到遠(yuǎn)程射頻頭(如果有的話)的剩下的2G基站設(shè)備以及任意支持基站機柜可以仍在原處以支持原有網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)需要3G或4G網(wǎng)絡(luò)時，與該網(wǎng)絡(luò)所需要的任意支持基站機柜一起，簡單地增加用于有源天線陣列的附加纜線。這使得即使當(dāng)前塔頂完全擁塞并且連再多一個天線陣列也無法支持時，也能夠?qū)ΜF(xiàn)有基站站點進(jìn)行再利用，因為該原有陣列可以被簡單去除并且由雙有源/無源實現(xiàn)方式來代替。在圖1A-1C所顯示的配置中，每個有源天線元件20包括成對天線30、40的配置，其中一個天線提供+45°極化發(fā)射器和-45°極化接收器，而第二個天線提供-45°極化發(fā)射器和+45°極化接收器。由通過數(shù)據(jù)和功率接頭25從位于地面的支持基站機柜(未顯示)提供的獨立的數(shù)字信號來驅(qū)動每個有源天線元件20。每個數(shù)字信號由有源天線元件20進(jìn)行解碼、放大、濾波和發(fā)射。提供這些有源天線元件20中的若干個，以構(gòu)建完整的天線陣列10A-10C。在所示實例中，在天線陣列10A-10C中的每一個中提供8個有源天線元件20。然而，要認(rèn)識到，可以提供更多或更少的有源天線元件20，以便產(chǎn)生合適尺寸的天線陣列來提供所需的功率輸出和增益。每個天線陣列10A-10C上還有多個無源天線50A-50C。這些無源天線50A-50C大體位于每個有源天線30、40之間限定的區(qū)域中。另外，每個無源天線50A-50C與有源天線30,40在空間上隔開，因為無源天線與有源天線元件30、40相比從該天線陣列的表面延伸出更大距離(即它們沿著出紙面的方向從天線陣列豎立)。每個無源天線50A-50C經(jīng)由射頻(RF)饋送55耦合，射頻(RF)饋送55繼而耦合到無源RF饋送網(wǎng)絡(luò)60A-60C以向輸入信號提供合適的幅度和/或相位偏移。無源RF饋送網(wǎng)絡(luò)60A-60C從位于地面的支持基站機柜(未顯示)接收RF信號。在圖1A-1C所顯示的配置中，對于每個實例而言，有源天線元件20之間的距離Da相同。但是要認(rèn)識到，根據(jù)有源天線元件20的發(fā)射頻率，距離Da可以隨著實施方式的不同而不同。通常而言，將距離Da設(shè)置為近似操作頻率的波長的0. 9倍。如圖IA中所示，無源天線50A與有源天線元件20大體操作在同一頻帶中(例如 有源天線元件20可以操作在UMTS2100中并且無源天線50A可以操作在GSM1800中)，相鄰的有源天線30、40之間的間隔被無源天線50a占據(jù)，并且無源天線50A之間的距離Dpa大體等于距離Da。在圖IB中，無源天線50B操作在比有源天線30、40更低的頻率(例如有源天線30、40可以操作在UMTS2100中并且無源天線50B可以操作在GSM900中)。在該配置中，有源天線30、40之間的每隔一個(或更少)間隔被無源天線50B占據(jù)。因此，無源天線50B之
間的距離Dpb大于距離Da。在圖IC中，無源天線50C操作在比有源天線30、40更高的頻率(例如有源天線30、40可以操作在LTE900中并且無源天線50C可以操作在GSM1800或UMTS2100中)。在該配置中，在有源天線30、40之間放置多個無源天線50C。因此，無源天線50C之間的距離
Dpc小于距離Da。將無源天線50A-50C的饋送網(wǎng)絡(luò)60A-60C放置到有源天線元件20之后或天線陣列的側(cè)面。使用同軸纜線55將來自饋送網(wǎng)絡(luò)60A-60C的信號饋送入天線元件50A-50C。圖2更詳細(xì)地示出了有源天線元件20的示例性配置。如圖可見，將有源天線元件20作為模塊來提供，可以將這些模塊放在一起以形成具有合適的特性的天線陣列。模塊化有源天線元件20的提供由于設(shè)計路徑的頻帶分離特性而降低了天線陣列的共用器規(guī)格，而同時提供了在有源天線30、40之間的空間70中放置其他天線的機會。要認(rèn)識到，有源天線30、40的其他配置是可行的，并且本文所述的原理也適用。通過使用有源天線30、40之間的空間70并且在該空間中放置無源放射器，將無源陣列集成到有源結(jié)構(gòu)中以提供緊湊的雙天線陣列。有源結(jié)構(gòu)和無源結(jié)構(gòu)可以操作在同一頻帶中或者不同頻帶中。在給出的實例中，為每個有源天線元件提供了兩個有源天線30、40，從而使集成特別簡單，但是其他配置也是可行的。通過使用這些模塊化有源天線元件20，還能夠通過簡單地將這些元件20隔開預(yù)定距離來改變每個元件20之間的距離。要認(rèn)識到，這提供了一種方便的技術(shù)來改變有源天線元件20所支持的頻帶。
圖3示出了使得無源天線50A-50C能夠被隔開任意具體的預(yù)定距離的示例性配置。雖然認(rèn)識到能夠?qū)⒚總€無源天線50A-50C固定到有源天線元件20的表面，但是要認(rèn)識到這可能不是特別方便并且可能限制天線陣列未來的再配置。因此，在每個有源天線30、40之間提供了軌道80，軌道80沿天線陣列的長度延伸。然后將無源天線50A-50C放置在該軌道80上并且沿該軌道80以針對預(yù)期的無源網(wǎng)絡(luò)操作頻率的所需要的間隔距離置于該軌道80上。這使得能夠根據(jù)所需要的實現(xiàn)方式，容易地設(shè)置或改變無源網(wǎng)絡(luò)的頻率。一旦無源天線50A-50C就位，再次經(jīng)由無源RF饋送網(wǎng)絡(luò)60A-60C和耦合同軸纜線55對這些無源天線50A-50C進(jìn)行饋送。因此，可以看出實施方式允許不僅作為單個技術(shù)方案而且作為原有產(chǎn)品來提供有源天線陣列，因為可以在同一站點繼續(xù)使用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施(例如2G GSM基站)，而仍然提供增強的服務(wù)。通過用新的有源/無源集成天線(其包括有源3G或4G天線陣列以及無源2G天線陣列)來代替現(xiàn)有的無源2G天線陣列，無需安裝額外的單獨的天線陣列就能夠升級該系統(tǒng)，并且同時運營商可以繼續(xù)操作任意當(dāng)前設(shè)備。此外，可以顯著地降低網(wǎng)絡(luò)升級期間天線擁塞的發(fā)生。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，本文的任意方框圖表示用于體現(xiàn)本發(fā)明的原理的示例性電路的概念圖。說明書和附圖僅僅示出了本發(fā)明的原理。因此應(yīng)該認(rèn)識到本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能夠想到雖然本文沒有明確描述或顯示但是體現(xiàn)了本發(fā)明的原理并且包括在本發(fā)明的精神和范圍中的各種配置。此外，本文闡述的全部實例原則上僅意圖用于示范的目的以輔助讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明人對推進(jìn)本領(lǐng)域所貢獻(xiàn)的概念，并且應(yīng)該被解釋為不限于具體所述的實例和條件。并且，用于闡述本發(fā)明的原理、方案和實施方式的本文的全部陳述以及它們的具體實例意圖包括它們的等同形式。
權(quán)利要求
1.一種天線陣列，包括 多個有源天線元件，每個有源天線元件隔開預(yù)定的第一間隔距離；以及 多個無源天線元件，每個無源天線元件隔開預(yù)定的第二間隔距離。
2.如權(quán)利要求I所述的天線陣列，包括元件間隔機制，其用于改變所述第一間隔距離和第二間隔距離中的至少一個。
3.如權(quán)利要求2所述的天線陣列，其中，所述元件間隔機制用于改變所述第一間隔距離和第二間隔距離中的一個。
4.如權(quán)利要求3所述的天線陣列，其中，所述元件間隔機制包括延伸結(jié)構(gòu)，其用于保持所述多個有源天線元件和所述多個無源天線元件中的一個以使得所述第一間隔距離和所述第二間隔距離中的所述一個能夠改變。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的天線陣列，其中，所述多個有源天線元件和所述多個無源天線元件中的一個包括模塊化天線元件，并且所述天線陣列包括保持結(jié)構(gòu)，所述保持結(jié)構(gòu)用于以所述第一間隔距離和所述第二間隔距離中的對應(yīng)的一個間隔距離來接收每個模塊化天線元件。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的天線陣列，其中，所述多個無源天線元件支持的頻率與所述多個有源天線元件支持的頻率相等，并且所述第一距離和所述第二距離基本相等。
7.如權(quán)利要求1-5中的任意一個所述的天線陣列，其中，所述多個無源天線元件支持的頻率低于所述多個有源天線元件支持的頻率，并且所述第一距離大于所述第二距離。
8.如權(quán)利要求1-5中的任意一個所述的天線陣列，其中，所述多個無源天線元件支持的頻率高于所述多個有源天線元件支持的頻率，并且所述第一距離小于所述第二距離。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的天線陣列，其中，每個有源天線元件包括兩個天線，所述兩個天線中的每個天線彼此隔開，并且每個無源天線位于所述兩個天線中的每個天線之間的區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9所述的天線陣列，其中，所述兩個天線中的每個天線被定向為提供正交極化，并且每個無源天線位于由所述定向所定義的區(qū)域。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的天線陣列，其中，所述無源天線比所述有源天線從所述天線陣列豎立得更高。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的天線陣列，其中，所述多個無源天線元件與沿所述天線陣列布置的無源饋送網(wǎng)絡(luò)耦合。
13.一種方法，包括以下步驟 提供多個有源天線元件； 將每個有源天線元件隔開預(yù)定的第一間隔距離； 提供多個無源天線元件；并且 將每個無源天線元件隔開預(yù)定的第二間隔距離。
全文摘要
公開了一種天線陣列和方法。該天線陣列包括多個有源天線元件，每個有源天線元件隔開預(yù)定的第一間隔距離；以及多個無源天線元件，每個無源天線元件隔開預(yù)定的第二間隔距離。通過提供有源天線元件和無源天線元件兩者，可以由同一天線陣列支持多個網(wǎng)絡(luò)。提供雙網(wǎng)絡(luò)天線顯著地簡化了基站配備，因為可以更容易地對現(xiàn)有基站站點進(jìn)行再利用。并且，需要在那些基站站點處提供的天線陣列的數(shù)量可以顯著降低，從而降低塔頂擁擠程度并且還降低塔頂負(fù)荷，因為雙天線陣列的質(zhì)量以及其風(fēng)載荷特性將顯著地低于兩個單獨的天線陣列。
文檔編號H01Q1/24GK102804489SQ201080031656
公開日2012年11月28日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者F·皮維特, F·J·馬拉尼 申請人:阿爾卡特朗訊