專利名稱：改進的天線裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種改進的天線裝置。
背景技術：
所謂的陣列天線一即具有設置成陣列的多個天線元件的天線一在例如蜂窩電話的系統(tǒng)中是常見的。陣列天線的常見實施例是具有雙極化天線元件的所謂的柱天線，其中， 具有不同極化的天線元件成對設置，其中，每對包括每個極化的一個天線元件，通常設置成交叉狀。蜂窩電話系統(tǒng)中的陣列天線一特別是柱天線一的常見問題是依靠單獨的天線元件獲得的方位波束寬度是大到足以引起各種問題的，其中有干擾。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，需要一種解決方案，依靠該解決方案，天線裝置一例如具有N個柱的天線柱一能夠被給予所獲得的天線波束中的減少的半功率波束寬度。由本發(fā)明提供這種解決方案，因為它公開了一種包括多個天線單元的天線裝置， 其中，每個天線單元包括-輸入端口，-功率分配器，用于將來自輸入端口的輸入信號分成主要和次要部分，其中，兩部分之間存在某一比率，_具有“和”輸入端口、“差”輸入端口以及第一和第二輸出端口的網(wǎng)絡。網(wǎng)絡是這樣使得在網(wǎng)絡的兩個輸出端口都輸出連接到網(wǎng)絡的“和”輸入端口的信號，其中，在兩個輸出端口的信號之間存在第一相位關系，并且在網(wǎng)絡的兩個輸出端口都輸出連接到網(wǎng)絡的 “差”輸入端口的信號，其中，在它們之間存在第二相位關系，-相應第一和第二極化的第一和第二天線元件。根據(jù)本發(fā)明，天線裝置中的天線單元設置成合作，這是因為它們的網(wǎng)絡和功率分配器設置成使得-到天線單元的輸入信號的主要部分連接到第一網(wǎng)絡的“和”或“差”端口，并且到天線單元的輸入信號的次要部分連接到第二網(wǎng)絡的另一個端口，例如，使得如果主要部分連接到第一網(wǎng)絡的“和”端口，則次要部分將連接到第二網(wǎng)絡的“差”端口，并且反之亦然。-網(wǎng)絡的第一和第二輸出端口連接到相同極化的第一和第二相鄰天線元件。 如將在本文中的詳細描述中所示出的，這種天線裝置提供具有比之前的天線裝置更低的半功率波束寬度的天線波束。適合地，第一相位關系是零度并且第二相位關系是180度。在本發(fā)明的一個實施例中，主要和次要部分之間的比率在至少兩個功率分配器中是相同的。在本發(fā)明的一個實施例中，功率分配器中的比率大于1 1或小于1 1。
在本發(fā)明的一個實施例中，天線裝置包括多個多于兩個天線單元。在本發(fā)明的一個實施例中，第一和第二相鄰天線單元成對合作，使得對中的天線單元之一中的網(wǎng)絡的兩個輸出端口中的每個連接到兩個天線單元中的第一極化的一個天線元件，并且所述對中的另一個網(wǎng)絡的兩個輸出端口中的每個連接到兩個天線單元中的另一極化的一個天線元件。在本發(fā)明的一個實施例中，天線單元成對合作，使得來自合作天線單元中的分配器的主要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的“和”或“差”端口，并且次要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的“和”或“差”端口中的另一個。在本發(fā)明的一個實施例中，功率分配器中的比率是復數(shù)，即它涉及幅度和相位二者，例如，以便影響信號的極化，并且還以便簡化對功率分配器的設計要求。在本發(fā)明的一個實施例中，天線裝置是互逆的，即天線單元設置成用于發(fā)射和用于接收二者，使得分配器在發(fā)射時充當分配器并且在接收時充當組合器。在下面給出的描述中將更詳細地描述本發(fā)明的這些和其他實施例以及依靠本發(fā)明得到的優(yōu)點。



在下面將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中圖1示出在本發(fā)明中使用的組成部分，以及圖2-4示出本發(fā)明的實施例的例子，以及圖5示出依靠本發(fā)明獲得的結(jié)果。
具體實施例方式圖1示出在本發(fā)明中使用的組成部分一網(wǎng)絡100，其合適地是所謂的混合網(wǎng)絡，例如移相巴特勒矩陣。像這樣的這類網(wǎng)絡對于本領域技術人員是眾所周知的，并且因此這里將僅簡要描述。如圖1中所示，網(wǎng)絡100具有兩個輸入端口一 “和”輸入端口 105和“差”輸入端口 110，并且網(wǎng)絡100還具有第一 115和第二 120輸出端口。網(wǎng)絡是這樣使得在兩個輸出端口都輸出在“和”輸入端口 105輸入的信號，其中，在兩個輸出端口的信號之間存在第一相位關系，并且在兩個輸出端口都輸出在“差”端口 110輸入的信號，其中，在兩個輸出端口的信號之間存在第二相位關系φ。合適地，第一相位關系是零度，并且第二相位關系是180度， 它們是將被用在下面的描述中的值，但是，如還將示出的，其他值也很有可能。在圖1中依靠兩個輸入信號“1”和“2”示出網(wǎng)絡的功能，在網(wǎng)絡100的每個輸入端口輸入其中之一。如圖所示，在輸出端口 115、120 二者都以相同的相位一即以相位關系 “零” 一輸出在“和”端口 105輸入的信號“1”，而在輸出端口 115、120 二者都輸出在“差”端口 110輸入的輸入信號“2”，其中，在兩個輸出端口的信號之間存在相位關系φ。相位關系φ 能夠改變，這取決于期望獲得的效果，但是在這里示出的例子中，將說明180度差別的相位關系的效果?，F(xiàn)在將參考圖2來描述本發(fā)明的實施例200的第一個例子。實施例200包括兩個天線單元220、230，但是，天線單元的數(shù)量能夠在本發(fā)明的范圍內(nèi)改變。
每個天線單元220、230包括輸入端口 201、203，其連接到功率分配器或分離器 202、204。分配器將輸入信號分成具有比率1 X的主要和次要輸出信號，其中，比率定義為輸出信號之間的功率比。合適地但不必要地，比率因數(shù)X對于天線裝置中的全部分配器是相同的，并且還合適地，因數(shù)“X”大于或小于1，使得分配器不分成相等的部分。在一個實施例中，比率還能夠例如在天線裝置的工作期間改變，以便改變波束寬度。每個天線單元還包括具有結(jié)合圖1描述的功 能的網(wǎng)絡211、216，并且每個天線單元還包括第一極化的天線元件215、217以及第二極化的天線元件214、218。在圖2的例子200中，相鄰天線單元220、230合作，使得來自每個分配器202、204 的主要輸出信號連接到分配器的“自身”天線單元220、230的網(wǎng)絡211、216的“和”輸入端口 205、207，而來自每個分配器202、204的次要輸出信號連接到相鄰天線單元的網(wǎng)絡216、 211的“差”輸入端口 208,206o此外，如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明，網(wǎng)絡的第一和第二輸出端口連接到相同極化的第一和第二相鄰天線元件。因此，網(wǎng)絡211的第一輸出端口 209連接到第二極化的天線元件214，天線元件214是天線單元220的第二極化的天線元件，并且網(wǎng)絡211的第二輸出端口 210連接到第二極化的天線元件218，天線元件218是相鄰天線單元230的第二極化的天線元件。類似地，網(wǎng)絡216的第一輸出端口 212連接到第一極化的天線元件215，天線元件 215是相鄰天線單元220的第一極化的天線元件，并且網(wǎng)絡216的第二輸出端口 213連接到第一極化的天線元件217，天線元件217是天線單元230的第一極化的天線元件。依靠圖2的實施例200，將經(jīng)由第一極化的天線元件215、217通過“和模式”來發(fā)射施加于輸入端口 201的信號，其中，波束峰在垂直于天線元件的方向上，這是因為施加于這兩個元件的信號具有相同的相位，并且經(jīng)由第二極化的天線元件214、218通過“差模式” 來發(fā)射施加于輸入端口 201的信號，其中，零陷(null)在垂直于天線元件的方向上，這是因為施加于這兩個元件的信號具有180度的相位差。這里應該提及的是，雖然已經(jīng)依靠用于發(fā)射的例子描述了本發(fā)明的天線裝置，但是，本發(fā)明的裝置是適合地互逆的，使得它能夠用于發(fā)射和/或用于接收二者。因此，如果裝置被用于接收，則網(wǎng)絡(參考圖1)將組合來自端口 115、120的輸入信號，并且將在端口 105、110輸出信號，以與上述方式相反的方式。同樣地，在接收時，分配器將充當組合器，以與上述方式相反的方式。因此，如圖2中所示，本發(fā)明的一個原理是，第一和第二相鄰天線單元成對合作， 使得對中的天線單元之一中的網(wǎng)絡的兩個輸出端口連接到兩個天線單元中的第一極化的天線元件，并且在所述對中的另一個網(wǎng)絡的兩個輸出端口連接到兩個天線單元中的另一極化的天線元件。現(xiàn)在將示出并描述本發(fā)明的實施例，以便說明，根據(jù)本發(fā)明，還可能讓天線單元成對合作，使得來自對中的兩個天線單元中的分配器的主要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的“和” 或“差”端口，并且次要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的“和”或“差”端口中的另一個。但是，在這種實施例中，來自天線網(wǎng)絡的輸出能夠連接到合作對“之外”的天線單元的天線元件，如將依靠圖3的實施例300所示出的。圖3示出圖2的天線單元220、230以及第三和第四天線單元320、330。如能夠看到的，從輸入端口 201、203到分配器202、204的連接以及從分配器202、204到網(wǎng)絡211、216 的連接與圖2中示出的那些是相同的，由于這個原因，這里將不再描述它們。但是，與圖2的實施例相反，來自網(wǎng)絡211、216的輸出連接到非相鄰天線單元的天線元件。如能夠看到的，網(wǎng)絡211的第一輸出連接到網(wǎng)絡的“自身”天線單元的第 二極化的天線元件214，并且網(wǎng)絡211的第二輸出連接到相鄰天線單元的第二極化的天線元件218， 這與圖2的實施例200中的是相同的。如還能夠在圖3中看到的，網(wǎng)絡216的第一輸出連接到第三天線單元320的第二極化的天線元件234，第三天線單元320不需要是相鄰天線單元，雖然這是圖3中所示出的情況。網(wǎng)絡216的第二輸出連接到第四天線單元330的第二極化的天線元件237。還如圖 3中所示，來自第三320和第四天線單元330的網(wǎng)絡的輸出中的每個各自連接到同一極化的相鄰天線元件之一。已經(jīng)在圖3的實施例300中使用的原理是，第一和第二相鄰天線單元一即天線單元220和320以及天線單元230和330-成對合作，使得對中的天線單元之一中的網(wǎng)絡的兩個輸出端口連接到兩個天線單元中的第一極化的天線元件，并且對中的另一個網(wǎng)絡的兩個輸出端口連接到兩個天線單元中的另一極化的天線元件。因此，在本實施例中也遵守將相同極化的兩個相鄰天線元件用于網(wǎng)絡的輸出的原理。圖4示出實施例400的另一個例子，其利用讓網(wǎng)絡的第一和第二輸出端口連接到相同極化的第一和第二相鄰天線元件的原理實施例示出圖2的天線單元220、230以及具有相應網(wǎng)絡411和416的第三和第四天線單元420、430。如圖所示，第一天線單元220的網(wǎng)絡211的第一輸出端口連接到第一天線單元的第二極化的天線元件214，并且因此網(wǎng)絡211的第二輸出端口連接到相同極化一即第二極化一的相鄰天線元件218。下面給出示出了天線元件一AE—的表格，每個網(wǎng)絡的第一和第二輸出端口( “輸出端口 1、2”)連接到這些天線元件。網(wǎng)絡AE，輸出端口 1 AE，輸出端口 2216215217411435437416434438已經(jīng)在圖4的實施例400中使用的原理是，天線單元一在這種情況下是天線單元 220-230以及420-430-成對合作，使得來自對中的兩個天線單元中的分配器的主要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的“和”或“差”端口，并且次要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的“和”或“差” 端口中的另一個。如能夠看到的，在實施例400中也遵守讓網(wǎng)絡的第一和第二輸出端口連接到相同極化的第一和第二相鄰天線元件的原理。本領域技術人員將認識到能夠在大量的變化中使用這一原理，這些變化全部都落于本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖5示出重新配置的天線方向圖的例子，其已經(jīng)依靠本發(fā)明獲得。示出“初始”方向圖，表示為“0”，以及表示為“ t ”的“目標方向圖”，具有65度的HPBW，并且針對分配器中的比率1 X(X = 0.3)的“合成”獲得的方向圖表示為“S”。正如所看到的，獲得的方向圖提供比初始方向圖更高的增益以及減少的干擾擴展(interference spread)，這是由于改進的波束形狀。 能夠給出關于在本發(fā)明中使用的網(wǎng)絡和分配器的性質(zhì)的一些意見如結(jié)合圖1所解釋的，在基本實施例中，網(wǎng)絡是這樣使得以相同的幅度和相位在兩個輸出端口都輸出連接到“和”輸入端口的信號，而在兩個輸出端口都輸出連接到“差”輸入端口的信號，其中， 兩個輸出端口之間具有相同的幅度但是存在相位差9_通常是180度，這導致指向垂直于天線元件、并且因此還通常垂直于天線單元和整個天線裝置的方向的天線波束。但是，能夠獲得指向相對于天線元件的不同方向的天線波束，如果網(wǎng)絡改為設計成使得在兩個輸出端口都輸出在網(wǎng)絡的“和”輸入端口輸入的信號，其中，在兩個輸出端口的信號之間存在相位關系“A”，并且在兩個輸出端口都輸出在網(wǎng)絡的“差”端口輸入的信號， 其中，在兩個輸出端口的信號之間存在相位關系A + φ。因此，在圖1中，在端口 115的輸出信號在這種實施例中會保持不變，而在端口 120的輸出信號會是1+Α和2 + A + φ。由所得到的天線波束的期望方向決定“Α”的值。關于分配器，沒有對于在輸出端口的信號之間存在某一相位關系以便獲得期望的效果的要求。最后，應該指出的是，雖然已經(jīng)借助于其中每個天線單元包括第一和第二天線元件的實施例描述了本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于天線單元每個只有一對天線元件。因此，在本發(fā)明的很多實施例中，每個天線單元將包括多個成對的天線元件，其中，每個極化一個天線元件。本發(fā)明不限于上面描述的和附圖中示出的實施例的例子，而是可以在所附權利要求書的范圍內(nèi)自由地改變。
權利要求
1.一種天線裝置(200、300、400)，包括多個天線單元(220,230 ；320,330 ；420、430)，每個天線單元包括-輸入端口 (201、202)，-功率分配器(202、204;402、404)，用于將來自所述輸入端口的輸入信號分成主要和次要部分，其中，在所述部分之間存在某一比率(1 X)，-具有“和”輸入端口、“差”輸入端口以及第一和第二輸出端口的網(wǎng)絡(211、216 ；411、 416)，其中，在兩個輸出端口都輸出連接到所述“和”輸入端口的信號，其中，在所述兩個輸出端口的信號之間存在第一相位關系，并且在兩個輸出端口都輸出連接到所述“差”輸入端口的信號，其中，它們之間存在第二相位關系，-相應第一和第二極化的第一 (215,217 ；235,237 ；435,437)和第二天線(214,218 ； 234,238 ；434,438)元件，所述天線裝置(200、300、400)的特征在于在所述多個中的天線單元設置成合作，這是因為它們的網(wǎng)絡和功率分配器設置成使得-到天線單元的輸入信號的所述主要部分連接到第一網(wǎng)絡的所述“和”或所述“差”端口，并且到天線單元的輸入信號的所述次要部分連接到第二網(wǎng)絡的另一個端口，-網(wǎng)絡的所述第一和第二輸出端口連接到相同極化的第一和第二相鄰天線元件。
2.如權利要求1所述的天線裝置(200、300、400)，其中，所述比率在至少兩個功率分配器(202,204 ；402,404)中是相同的。
3.如權利要求1或2所述的天線裝置(200、300、400)，其中，功率分配器(202,204； 402、404)中的所述比率大于或小于1 1。
4.如權利要求1-3中的任一所述的天線裝置(200、300、400)，包括多個多于兩個天線單元(220,230 ；320,330 ；420,430)。
5.如權利要求1-4中的任一所述的天線裝置(300)，其中，第一(220、320)和第二 (230,430)相鄰天線單元成對合作，使得對中的所述天線單元之一中的所述網(wǎng)絡的所述兩個輸出端口連接到兩個天線單元中的所述第一極化的所述天線元件，并且所述對中的另一個網(wǎng)絡的所述兩個輸出端口連接到兩個天線單元中的另一極化的所述天線元件。
6.如權利要求1-4中的任一所述的天線裝置(200、400)，其中，所述天線單元成對 (220-420 ；230-430)合作，使得來自所述對的兩個天線單元中的所述分配器的所述主要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的所述“和”或“差”端口，并且所述次要部分連接到相鄰天線網(wǎng)絡的所述“和”或“差”端口中的另一個。
7.如權利要求1-6中的任一所述的天線裝置(200、300、400)，其中，至少一個功率分配器(202、204)中的所述比率是復數(shù)，即它涉及幅度和相位二者，以便影響所述信號的所述極化。
8.如權利要求1-7中的任一所述的天線裝置(200、300、400)，是互逆的，即所述天線單元設置成用于發(fā)射和用于接收二者，使得所述分配器在發(fā)射時充當分配器并且在接收時充當組合器。
9.如權利要求1-8中的任一所述的天線裝置(200、300、400)，其中，所述第一相位關系是零度。
10.如權利要求1-8中的任一所述的天線裝置(200、300、400)，其中，所述第二相位關系 是180度。
全文摘要
一種具有天線單元(220、230)的天線裝置(200、300、400)，包括輸入端口(201、202)、用于將輸入信號分成具有比率11的主要和次要部分的功率分配器(202、204)、具有“和”輸入端口、“差”輸入端口以及第一和第二輸出端口的網(wǎng)絡(211、216)、第一和第二極化的第一(215、217)和第二天線(214、218)元件。輸出“和”輸入端口的信號，其中，它們之間存在第一關系，并且以第二相位關系輸出“差”輸入端口的信號。天線單元設置成使得輸入信號的主要部分連接到網(wǎng)絡的“和”端口并且輸入信號的次要部分連接到另一個網(wǎng)絡的“差”端口，并且網(wǎng)絡的第一和第二輸出端口連接到相同極化的第一和第二相鄰天線元件。
文檔編號H01Q25/02GK102439786SQ200980159526
公開日2012年5月2日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權日2009年5月27日
發(fā)明者B·G·約翰尼森, D·阿斯特利, S·O·彼得森 申請人:瑞典愛立信有限公司