技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及天線陣領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生雙垂直波束的蜂窩天線陣。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線設(shè)備的爆炸式普及，為越來(lái)越多的用戶(hù)在提供大范圍的充分覆蓋變得比以往更加重要。當(dāng)前蜂窩天線陣技術(shù)在滿(mǎn)足這些需求上受到了限制。通常，這些天線陣在垂直面產(chǎn)生單個(gè)窄波束。因此，越來(lái)越需要在不顯著增加成本和復(fù)雜性的情況下提供更高容量的無(wú)線覆蓋。

在當(dāng)前實(shí)現(xiàn)中，蜂窩陣通常在垂直面產(chǎn)生單個(gè)窄波束。由于垂直波束通常較窄，必須使用子系統(tǒng)來(lái)調(diào)整波束角度，以實(shí)現(xiàn)最佳網(wǎng)絡(luò)覆蓋。子系統(tǒng)的使用，如遠(yuǎn)程電調(diào)(簡(jiǎn)稱(chēng)RET)等，增加了蜂窩陣的復(fù)雜性和成本。

此外，最理想的是在不犧牲天線整體方向性的情況下產(chǎn)生具有寬半功率波束寬度的垂直波束。當(dāng)前天線陣具有較長(zhǎng)的天線長(zhǎng)度，以較窄波束圖為代價(jià)換來(lái)更高增益。相反，具有較寬波束圖的天線陣的天線長(zhǎng)度減小，導(dǎo)致整體方向性和增益降低。因此，當(dāng)前天線陣易于產(chǎn)生一種實(shí)現(xiàn)整體網(wǎng)絡(luò)容量和整體覆蓋的折衷的解決方案。

那么就需要一種簡(jiǎn)單且具有成本效益的蜂窩陣列實(shí)現(xiàn)，其同時(shí)在不犧牲方向性和增益的情況下提供大而可靠的覆蓋范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開(kāi)了一種雙垂直波束蜂窩陣，其中，兩個(gè)同步垂直波束通過(guò)使用單個(gè)天線孔徑產(chǎn)生。一種方法中，所述蜂窩陣具有一對(duì)或多對(duì)離散輻射器。一個(gè)或多個(gè)混合耦合器用于計(jì)算來(lái)自所述離散輻射器對(duì)的輸出的總和。第一配電網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自所述一個(gè)或多個(gè)混合耦合器的第一輸出并產(chǎn)生第一波束；第二配電網(wǎng)絡(luò)接收來(lái)自所述一個(gè)或多個(gè)混合耦合器的第二輸出并產(chǎn)生第二波束。

附圖說(shuō)明

包含在本說(shuō)明書(shū)中且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，并結(jié)合描述來(lái)解釋本發(fā)明的原理。

圖1為示例性陣列架構(gòu)的方框圖；

圖2為雙垂直波束陣的示例性饋電結(jié)構(gòu)和波束成形方案的方框圖；

圖3A為用于解釋示例性雙垂直波束輻射圖的極坐標(biāo)圖；

圖3B為用于解釋雙垂直波束的示例性絕對(duì)增益圖的直角坐標(biāo)圖。

具體實(shí)施例

現(xiàn)詳細(xì)參考幾個(gè)實(shí)施例。雖然本發(fā)明結(jié)合可選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但可以理解的是，其并不旨在將本發(fā)明申請(qǐng)限制于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明申請(qǐng)旨在涵蓋所附權(quán)利要求定義的可包含在本發(fā)明申請(qǐng)精神和范圍內(nèi)的替代、修改和同等物。

此外，以下詳細(xì)描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)，以供深入了解本發(fā)明申請(qǐng)。但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，各實(shí)施例可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)或有其等價(jià)物的情況下實(shí)行。在其他實(shí)例中，未詳細(xì)說(shuō)明的公知的方法、流程、部件和電路未必不使本發(fā)明各方面和特征變得含糊。

以下詳細(xì)描述中的部分以方法的形式呈現(xiàn)并加以討論。所有實(shí)施例均非常適合執(zhí)行各其他步驟或本文附圖的流程圖中描述的所述步驟的變形，除本文另有說(shuō)明，均按順序描述。

所述詳細(xì)描述的一些部分以能夠在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器上執(zhí)行的對(duì)數(shù)據(jù)位操作的流程、步驟、邏輯塊、處理以及其他象征性陳述的形式呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)利用這些描述和陳述，向本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員最有效地傳達(dá)他們工作的內(nèi)容。流程、計(jì)算機(jī)執(zhí)行的步驟、邏輯塊、過(guò)程等在這里通常認(rèn)為是帶來(lái)預(yù)期結(jié)果的有條理順序的步驟或指令。所述步驟為需要物理量的物理操作的步驟。通常，但不一定，這些量的形式為能夠存儲(chǔ)、傳輸、組合、比較或者在蜂窩天線陣中操作的電信號(hào)或磁信號(hào)。已經(jīng)得到證明的是，主要出于通用原因，有時(shí)將這些信號(hào)稱(chēng)作比特、值、元素、符號(hào)、字符、術(shù)語(yǔ)、數(shù)字等很方便。

但應(yīng)知道的是，所有這些或類(lèi)似術(shù)語(yǔ)均與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)，且僅是適用這些量的便利標(biāo)簽。除非另有特別說(shuō)明，否則從以下討論中很顯然地看出，整個(gè)討論所使用術(shù)語(yǔ)，如“訪問(wèn)”、“寫(xiě)”、“包括”、“存儲(chǔ)”、“傳輸”、“遍歷”、“關(guān)聯(lián)”、“識(shí)別”等指天線陣或類(lèi)似電子計(jì)算設(shè)備的動(dòng)作和過(guò)程，所述動(dòng)作和過(guò)程操作并將表示為系統(tǒng)的寄存器和處理器內(nèi)的物理(電子的)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為類(lèi)似表示為系統(tǒng)存儲(chǔ)器或寄存器或其他這類(lèi)信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)的物理量的其他數(shù)據(jù)。

雙垂直波束蜂窩陣

本發(fā)明涉及具有雙垂直波束的蜂窩陣，其能夠增加網(wǎng)絡(luò)增益，且在垂直面有寬蜂窩覆蓋。有了這一實(shí)現(xiàn)，則垂直波束指向不需要使用RET子系統(tǒng)。所述雙波束陣使用垂直面上兩個(gè)獨(dú)立波束在高程面實(shí)現(xiàn)較高網(wǎng)絡(luò)增益和寬覆蓋。在一實(shí)施例中，天線陣在低傾斜角(接近地平線)處產(chǎn)生用于高增益操作的主窄波束。第二波束在高程面具有寬波束圖和/或扇形波束圖，對(duì)所述第二波束進(jìn)行優(yōu)化以使高傾斜角處較近范圍內(nèi)的信號(hào)覆蓋更廣。由于第二扇形波束能提供較高下傾角處所需覆蓋，這一思想使得在不損失高程覆蓋的情況下使用具有較窄波束圖的主波束提高網(wǎng)絡(luò)增益。

由于饋電結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)波束實(shí)際上正交，且能夠設(shè)計(jì)波束圖，使得對(duì)于最佳網(wǎng)絡(luò)性能來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)輻射圖的波束耦合因數(shù)較低。這確保了兩個(gè)覆蓋區(qū)域間的低信號(hào)干擾。因此，在兩個(gè)獨(dú)立信道中這兩個(gè)空間波束使用相同的頻譜進(jìn)行同步操作變得可能。此外，若需要，所述兩個(gè)波束可獨(dú)立行進(jìn)。

此外，原位波束指向角調(diào)整不再需要使用遠(yuǎn)程下調(diào)設(shè)備，如RET等。本思想能用在任何典型蜂窩網(wǎng)，例如，三扇區(qū)蜂窩網(wǎng)或六扇區(qū)蜂窩網(wǎng)。該陣列使用典型的低成本線性陣列架構(gòu)，因此不會(huì)增加整體復(fù)雜性。相反，通過(guò)消除對(duì)RET子系統(tǒng)的需求，該陣列的整體成本降低。

現(xiàn)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，然而應(yīng)理解的是，其并不旨在將本發(fā)明申請(qǐng)限制于這些實(shí)施例。

現(xiàn)參考圖1，根據(jù)一些實(shí)施例描述了蜂窩線性陣列100的大體架構(gòu)，所述蜂窩線性陣列100包括單列12行離散輻射器(即輻射器101)。該元件可以是任何寬帶輻射器，如寬帶貼片或偶極。如上所述，在主波束口102和覆蓋波束口103產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立波束。主波束在地平線附近提供高增益操作。具有寬波束圖和/或扇形波束圖的覆蓋波束在高下傾角處的近范圍內(nèi)進(jìn)行較大范圍覆蓋。

現(xiàn)參考圖2，根據(jù)一些實(shí)施例描述了天線陣200的饋電結(jié)構(gòu)和雙波束成形方案。通過(guò)使用90度混合耦合器(即混合耦合器206)對(duì)輻射器(即輻射器207和208)進(jìn)行成對(duì)饋電。饋電系統(tǒng)不需要可變移相器。該饋電結(jié)構(gòu)的布置確保了對(duì)輸入激勵(lì)的所有設(shè)置，且所述兩個(gè)波束口都相互正交。

通過(guò)兩個(gè)單獨(dú)的配電網(wǎng)絡(luò)對(duì)所述混合耦合器的輸出進(jìn)行相干加和。主波束配電網(wǎng)絡(luò)201輸出主波束202，覆蓋波束配電網(wǎng)絡(luò)203輸出覆蓋波束204。所述主波束202和覆蓋波束204可相互獨(dú)立操作。

圖3A和3B示出了主波束202和覆蓋波束204的典型輻射圖?，F(xiàn)參考圖3A，歸一化的雙垂直波束輻射圖描述為極坐標(biāo)圖。所述主波束202具有鉛筆狀的輻射圖，波束寬度與垂直面上天線的整體長(zhǎng)度成正比。所述覆蓋波束204具有寬輻射圖和/或扇形輻射圖，其在垂直面的近范圍(高下傾角)內(nèi)提供更大角度覆蓋。

現(xiàn)參考圖3B，雙垂直波束的絕對(duì)增益圖描述為直角坐標(biāo)圖。這兩個(gè)波束的交叉點(diǎn)對(duì)整體波束耦合因數(shù)至關(guān)重要，其通常設(shè)置在-9dB和-12dB之間。此外，所述兩個(gè)波束重疊處，波束的垂直旁瓣通常低于-18dB，以實(shí)現(xiàn)低干擾。