專利名稱：相控陣天線裝置中產(chǎn)生副輻射方向圖的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置，它用于在有多個用戶的無線電通信系統(tǒng)中產(chǎn)生各安排在相控陣天線裝置的水平錯置的主輻射方向圖之間的副輻射方向圖。為了控制天線陣裝置這樣地在其前串接布特勒(butler)陣列使得為產(chǎn)生對準(zhǔn)第一用戶區(qū)域的第一主輻射方向圖，把第一用戶信號切換到所述布特勒陣列的第一輸入端，為產(chǎn)生對準(zhǔn)第二用戶區(qū)域的相鄰的第二主輻射方向圖，把第二用戶信號切換到所述布特勒陣列的第二輸入端，并且使得該兩個主輻射方向圖相互呈相同偏振。
公知其中借助于所謂的“全自適應(yīng)性”天線裝置為各用戶服務(wù)的無線電通信系統(tǒng)。其中依據(jù)各個用戶的所在位置產(chǎn)生分配給該用戶的主輻射方向圖，所述的主輻射方向圖在用戶的所在位置變更時進行跟蹤。由于全自適應(yīng)天線的高控制費用這種無線電通信系統(tǒng)只能用非常高的成本實現(xiàn)。
為了降低這種費用，采用具有自適應(yīng)天線的無線電通信系統(tǒng)，其中確定多個固定的、部分地重疊的、相同偏振的水平主輻射方向圖。將每個用戶依據(jù)其所在位置分配給主輻射方向圖。在此，固定主輻射方向圖互呈相同偏振，并且得出有偏離基準(zhǔn)場強的典型的3分貝吸收的饋送特性。
從“Performance Evaluation of Adaptive Antenna Base Stations in aCommercial Network，”Henrik Dam et al，Erisson Radio System AB，Sweden，VTC`99(0-7803-5435-4/99，1999 IEEE)和從“Adaptive Base-Station Antenna Arrays”，Anders Derneryd，Bjoern Johannisson，Ericsson Revie No3，1999，公知一些方法，這些方法通過在主輻射方向圖之間產(chǎn)生附加的副輻射方向圖降低饋電特性的吸收，但其中副輻射方向圖與主輻射方向圖不是相同偏振的。
本發(fā)明的目的是這樣地構(gòu)成一種裝置，它產(chǎn)生各安排在相控陣天線裝置的水平錯置的主輻射方向圖之間的副輻射方向圖，并使副輻射方向圖的偏振與主輻射方向圖的相同。
本發(fā)明的目的通過權(quán)利要求1的特征部分解決。本發(fā)明的有利的擴展在從屬權(quán)利要求中給出。
本發(fā)明的應(yīng)用例子存在于通信系統(tǒng)中，特別是在移動無線電系統(tǒng)中。
下面參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施例。在附圖中

圖1根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的主輻射方向圖和與之相鄰排列的副輻射方向圖，圖2主輻射方向圖和根據(jù)本發(fā)明的排列在其間的副輻射方向圖，圖3用于控制相控陣天線裝置以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的主輻射方向圖和副輻射方向圖的裝置，圖4根據(jù)圖3的裝置中的控制裝置的電路舉例。
圖1示出借助于圖中未示的自適應(yīng)天線裝置產(chǎn)生的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的水平的主輻射方向圖HS1、HS2、HS3和HS4，和與之相鄰安排的副輻射方向圖NS12、NS23、NS34和NS35。
主輻射方向圖HS1至HS4是相同偏振的，在此例如是+45度偏振，并且相互水平地錯置，其中每個主輻射方向圖各負責(zé)一個空間的區(qū)域，或者說負責(zé)相應(yīng)分配給各個區(qū)域的用戶。第一主輻射方向圖HS1和與其相鄰的第二主輻射方向圖典型地在點P12搭接，此點特征是對參照場強EREF的場強下降3分貝。對于由主輻射方向圖H2、H3、H4的搭接相應(yīng)產(chǎn)生的點P23和P24也是這樣的。
借助于自適應(yīng)天線裝置產(chǎn)生與主輻射方向圖HS1至HS4相鄰的副輻射方向圖NS12、NS13、NS14和NS15，它們也是彼此相同偏振的，但是對于主輻射方向圖HS1至HS4偏振不相同的。從而在此副輻射方向圖NS12至NS5的偏振是-45度，第一和第二主輻射方向圖HS1及HS2例如與排列在其間的副輻射方向圖NS12在點P1及P2搭接，這些點的特征是對參照場強EREF的場強典型地下降0.6分貝。由相應(yīng)的主輻射方向圖和副輻射方向圖H2至H4和NS12至NS5的搭接產(chǎn)生的點P3、P4、P5、P6和P7也是這樣的。
從而自適應(yīng)天線裝置具有典型的0.6分貝吸收的空間饋送特性，然而向用戶發(fā)送的信號的偏振取決于其所在位置，并且從而取決于相應(yīng)分配給它的主輻射方向圖和副輻射方向圖。
例如將其分配給第一主輻射方向圖HS1的用戶的信號從而呈+45度偏振發(fā)射。
如果該用戶搬動，并且因此例如將其分配給副輻射方向圖NS12，則確定的信號的偏振從+45度變化到-45度。
圖2示出主輻射方向圖HSD1、HSD2、HSD3和HSD4和根據(jù)本發(fā)明排列在其間的副輻射方向圖NSD12、NSD23和NSD24。與圖1比較，主輻射方向圖HSD1、HSD2、HSD3和HSD4分別在各點PD12、PD23和PD34再次搭接，這些點的特征是對參照場強EREF的場強下降3分貝，并且副輻射方向圖NSD12、NSD23和NSD24分別在各點PD1、PD2、PD3、PD4、PD5和PD6與主輻射方向圖HSD1、HSD2、HSD3和HSD4搭接，在這些點的特征是對參照場強EREF場強下降0.6分貝。
然而與公知的現(xiàn)有技術(shù)比較，根據(jù)本發(fā)明主輻射方向圖HSD1至HSD4相互是相同偏振的，并且與副輻射方向圖NSD12至NSD34也相同偏振。
例如將其分配給主輻射方向圖HSD1的用戶的信號從而總是相同偏振地發(fā)射，即使在用戶搬動并且因而將其分配給副輻射方向圖NSD12時也是這樣。
圖3示出用于控制相控陣天線裝置以產(chǎn)生圖2中所示的根據(jù)本發(fā)明的主輻射方向圖和副輻射方向圖的裝置。
帶有四個輸入端E1、E2、E3和E4以及四個輸出端的布特勒陣列BM起控制相控陣天線裝置ANT的作用，所述的相控陣天線裝置由交叉偏振的各個天線ANT1、ANT2、ANT3和ANT4組成。對于每個在此包含的偏振帶有各自的天線輸入端的每個天線ANT1、ANT2、ANT3和ANT4含有一或多個連接在一起的+45度激勵系統(tǒng)，該激勵系統(tǒng)起產(chǎn)生+45度偏振的輻射方向圖的作用，或同樣含有的一或多個連接在一起的-45度激勵系統(tǒng)，該激勵系統(tǒng)起產(chǎn)生-45度偏振的輻射方向圖的作用。從而相控陣天線裝置ANT具有八個輸入端用于接受用戶信號，四個用于激勵+45度的及四個用于激勵-45度的偏振的輻射方向圖。
布特勒陣列BM的每個輸出端與相控陣天線裝置剛好呈+45度的輸入端連接。對布特勒陣列BM的四個輸入端的每一個前面串接各有四個輸入端的并且各有一個輸出端的組合器CB1、CB2、CB3及CB4，以使得組合器CB1、CB2、CB3及CB4的輸出端與布特勒陣列BM的四個輸入端E1-E4的剛好一個連接。對于組合器CB1至CB4的每一個也是前面串接各帶有相應(yīng)的輸出端和每個輸入端的控制裝置ANS1、ANS2、ANS3及ANS4，以使得四個組合器CB1至CB4的第一至第四輸入端各與第一至第四控制裝置ANS1、ANS2、ANS3及ANS4的輸出端連接。
控制裝置ANS1至ANS4的每個前面串接各具有輸出端的載波單元CU1、CU2、CU3及CU4，使得控制裝置ANS1至ANS4的每個輸入端與剛好載波單元CU1至CU4的輸出端連接。通過載波單元CU1至CU4把用戶信號傳送給相應(yīng)的控制裝置ANS1至ANS4。
借助于在此所述的排列和控制裝置ANS1至ANS4，依據(jù)于用戶，如圖2所示，產(chǎn)生四個主輻射方向圖和三個排列在其間的副輻射方向圖。
為了產(chǎn)生主輻射方向圖HSD1，例如載波單元CU1的第一用戶信號TN1經(jīng)過第一控制裝置ANS1和經(jīng)第一組合器CB1抵達布特勒陣列BM的剛好一個輸入端E1，并且經(jīng)此輸入端E1抵達相控陣天線裝置ANT的+45度輸入端。把信號TN1在布特勒陣列BM內(nèi)如此劃分并且進行相移，以使得在其發(fā)射時例如出現(xiàn)從圖2所知的主輻射方向圖HSD1。
為產(chǎn)生與此相鄰的主輻射方向圖HSD2，例如第一載波單元CU1的第二用戶信號TN2同樣地經(jīng)第一控制裝置ANS，但是接著經(jīng)第二組合器CB2抵達剛好是布特勒陣列BM的第二輸入端E2，并且經(jīng)此輸入端E2抵達相控陣天線裝置ANT的+45度的輸入端。把信號TN2也在布特勒陣列BM內(nèi)如此劃分并且進行相移，以使得在其發(fā)射時例如出現(xiàn)從圖2所知的主輻射方向圖HSD2。在此布特勒陣列BM的輸入端E1和E2是彼此相鄰的。
為產(chǎn)生排列在主輻射方向圖HSD1與HSD2之間的副輻射方向圖NSD12，在此例如是向第二載波單元輸送的第三用戶信號TN3，經(jīng)第二控制裝置ANS2，并且經(jīng)第一和第二組合器CB1及CB2同相地抵達兩個輸入端E1和E2。
用于根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生其它的在圖2中示出的為載波單元CU1至CU4的其它用戶的主輻射方向圖或副輻射方向圖或為其對布特勒陣列BM的輸入端E1至E4分配也有同樣意義。
每個控制裝置ANS1至ANS4也是這樣的情況，依據(jù)用戶及其所在位置，為產(chǎn)生主輻射方向圖和副輻射方向圖把相應(yīng)的用戶信號借助于組合器CB1至CB4要么它連接到布特勒陣列BM的輸入端E1至E4的僅一個上，要么它把相應(yīng)的用戶信號同相位地接通在布特勒陣列BM的兩個相鄰的輸入端E1至E4上。
在一個其中各個用戶信號在時間上相繼地用時隙傳輸?shù)臒o線電通信系統(tǒng)中，例如在GSM或者帶有TDD的UMTS中，把相應(yīng)于其時隙的各個用戶信號借助于控制裝置ANS1至ANS4接通在布特勒陣列BM的相應(yīng)輸入端上。
圖4示出在根據(jù)圖3的裝置中的控制裝置ANS的電路舉例?？刂蒲b置ANS有四個輸出端A1、A2、A3和A4和一個輸入端E1。該四個輸出端A1、A2、A3、A4經(jīng)公共的星形匯接點SP與控制電路ANS的輸入端E1連接。
在分配給輸入端E1的控制裝置ANS的輸入支路上設(shè)有一個經(jīng)第一連接點AP1排列在橫向支路中的由電容器CE1和置于補償電位P0上可開關(guān)的分流PIN二極管DE1組成的串聯(lián)電路。在每個從星形匯流點SP通到四個輸出端A1、A2、A3和A4的輸出支路上各提供一個經(jīng)橫向支路中的每一個第二連接點AP2置于補償電位P0的可開關(guān)的分流PIN二極管DA1、DA2、DA3及DA4。
電容器CE1和在第一連接點AP1到星形匯接點SP之間存在的線路距離ae1起阻抗匹配的作用，并且這樣地設(shè)計，使得控制裝置ANS的輸入端E1具有基本上是實數(shù)的輸入阻抗ZE1，該輸入阻抗典型地為50歐姆。
在每個分配給輸出端A1至A4的輸出支路上，各第二連接點AP2具有對星形匯接點SP線路距離aa1、aa2、aa3和aa4。在各個線路距離aa1、aa2、aa3和aa4的尺寸要使得在分流PIN二極管DA1、DA2、DA3及DA4導(dǎo)通時，相應(yīng)的輸出端A1、A2、A3及A4高阻地與星形匯接點SP分隔開。通過在導(dǎo)通的分流PIN二極管DA1、DA2、DA3及DA4情況下補償電位P0達到相應(yīng)的第二連接點AP2，并且在一定程度上作為經(jīng)具有典型的分配給用戶的載波頻率的1/4波長的電氣長度的所屬的線路距離aa1、aa2、aa3和aa4的短路，這基本上在星形匯接點SP上無載運行。
第一連接點AP1至星形匯接點SP的線路距離基本上為分配給用戶的載波頻率波長的1/10及1/12。
為產(chǎn)生在圖2中所示的主輻射方向圖，這樣地切換輸入支路中的分流PIN二極管DE1和分配給各自輸出支路的分流PIN二極管DA1、DA2、DA3和DA4，使得輸出端A1至A4的三個由星形匯接點高阻地分隔開。同時輸入支路中的分流PIN二極管截止，由此電容器CE1及串聯(lián)電路對阻抗變換不起作用。在此例如分流PIN二極管DA2、DA3和DA4接通輸出支路，而第一輸出支路中的分流PIN二極管和輸入支路的分流PIN二極管截止。由此在輸入端E1上的用戶信號TN11抵達第一輸出端A1。
為了產(chǎn)生圖2中所示的副輻射方向圖，相反地，出端A1至A4的兩個以高阻與星形匯接點SP分隔開，并且同時地接通輸入端支路的分流PIN二極管DE1以進行星形匯流點SP的阻抗匹配。
例如導(dǎo)通設(shè)在第三和第四輸出支路中的分流PIN二極管DA3和DA4，由此第三和第四輸出端A3和A4以高阻與星形匯流點分隔開。因為在此例中不導(dǎo)通存在于第一和第二輸出支路中的分流PIN二極管DA1和DA2，在輸入端E1上的用戶信號NT31同時既抵達第一輸出端A1和第二輸出端A2。
這樣，如圖3所示相應(yīng)的用戶信號TN11或TN31抵達布特勒陣列的相應(yīng)的輸入端。
為了產(chǎn)生副輻射方向圖在公共的星形匯流點SP上例如存在基本上實數(shù)的典型25歐姆的阻抗。通過電容器CE1并且借助于經(jīng)線路距離aa1的轉(zhuǎn)換作用把它轉(zhuǎn)換成基本上實數(shù)的典型50歐姆的輸入阻抗ZE1。
權(quán)利要求
1.在具有多個用戶(TN1、TN2、TN3)的無線電通信系統(tǒng)中產(chǎn)生各安排在相控陣天線裝置(ANT)的水平錯置的主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)之間的副輻射方向圖(NSD12、NSD23、NSD34)的裝置，為了控制相控陣天線裝置(ANT)在其前如此串接布特勒陣列(BM)，以使得為產(chǎn)生對準(zhǔn)第一用戶區(qū)域的第一主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)，把第一用戶信號(TN1、TN2、TN3)切換到所述布特勒陣列(BM)的第一輸入端(E1、E2、E3、E4)，為產(chǎn)生對準(zhǔn)第二用戶區(qū)域的相鄰的第二主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)，把第二用戶信號(TN1、TN2、TN3)切換到所述布特勒陣列(BM)的第二輸入端(E1、E2、E3、E4)，并且使得兩個主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)相互相同偏振，其特征在于，-為產(chǎn)生對準(zhǔn)第三用戶區(qū)域的副輻射方向圖(NSD12、NSD23、NSD34)，同相位地把第三用戶信號(TN1、TN2、TN3)切換到所述布特勒陣列(BM)的第一和第二輸入端(E1、E2、E3、E4)，并且-把布特勒陣列(BM)這樣地連接到相控陣天線裝置(ANT)，使得副輻射方向圖(NSD12、NSD23、NSD24)與相鄰的主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)相同偏振。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，布特勒陣列(BM)有N個輸入端(E1、E2、E3、E4)和N個輸出端，并且每個輸出端各與相控陣天線裝置(ANT)的剛好一個輸入端連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，相控陣天線裝置(ANT)有N個主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)和N-1個各在其間安排的副輻射方向圖(NSD12、NSD23、NSD34)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，在布特勒陣列(BM)的N個輸入端(E1、E2、E3、E4)的每個前如此串接一個各有N個輸入端的并且各有一個輸出端的組合器(CB1、CB2、CB3及CB4)，使得組合器輸出端與布特勒陣列(BM)的N個輸入端(E1、E2、E3、E4)的剛好一個連接。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，在N個組合器(CB1、CB2、CB3、CB4)的每個前如此串接一個各有N個輸出端和一個輸入端的控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3和ANS4)，使得N個組合器的各第一至第N輸入端各與第一至第N控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3和ANS4)的一個輸出端連接。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，在N個控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)的每個前如此串接一個各有一個輸出端的載波單元(CU1、CU2、CU3及CU4)，使得控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3、ANS2)的每個輸入端與剛好一個載波單元(CU1、CU2、CU3、CU4)的輸出端連接，其中多個用戶(TN1、TN2、TN3)的用戶信號經(jīng)過所述載波單元(CU1、CU2、CU3、CU4)抵達控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，-在分配給輸入端(E1)的控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)的一個輸入支路上設(shè)有一個經(jīng)第一連接點(AP1)安排在橫向支路中的由電容器(CE1)和置于補償電位(P0)上的可開關(guān)的分流PIN二極管(DE1)組成的串聯(lián)電路，-在經(jīng)公共的星形匯接點(SP)與控制電路(ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)的輸入支路連接的分配給N個輸出端(A1、A2、A3和A4)的輸出支路上各提供一個經(jīng)橫向支路中的每一個第二連接點(AP2)置于補償電位(P0)的可開關(guān)的分流PIN二極管(DA1、DA2、DA3及DA4)，-這樣地確定設(shè)在輸入支路的橫支路中的電容器(CE1)和從第一連接點(AP1)與星形匯接點(SP)之間存在的線路距離(AE1)的尺寸，使得控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)的輸入端(E1)具有基本上是實數(shù)的輸入阻抗(ZE1)。-在每個分配給N個輸出端(A1、A2、A3、A4)的輸出支路上，這樣地確定相應(yīng)的第二連接點(AP2)到星形匯接點(SP)的線路距離(aa1、aa2、aa3和aa4)的尺寸，使得在輸出支路的分流PIN二極管(DA1、DA2、DA3及DA4)導(dǎo)通時，輸出端(A1、A2、A3和A4)以高阻與星形匯接點(SP)分隔開。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，這樣地設(shè)計控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)，-使得輸入阻抗有基本上是50歐姆的阻值，-使得在每個輸出端(A1、A2、A3和A4)，第二連接點(AP2)至星形匯接點(SP)的線路距離(aa1、aa2、aa3和aa4)基本上為分配給用戶(TN1、TN2、TN3)的載波頻率波長的1/4，-使得第一連接點(AP1)至星形匯接點(SP)的線路距離(ae1)基本上為分配給用戶(TN1、TN2、TN3)的載波頻率的波長的十分之一或者十二分之一。
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，為產(chǎn)生副輻射方向圖(NSD12、NSD23、NSD34)，如此切換設(shè)在控制裝置(ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)的輸入支路中的分流PIN二極管(DA1、DA2、DA3和DA4)，使得相鄰的輸出端(A1、AN2、AN3、A4)的二個分流PIN二極管(DA1、DA2、DA3和DA4)與星形匯接點(SP)以高阻分隔開，同時其余的分流PIN二極管(DE1、DA1、DA2、DA3和DA4)導(dǎo)通補償電位(P0)，而為產(chǎn)生主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)，如此切換設(shè)分流PIN二極管(DE1、DA1、DA2、DA3和DA4)，使得剛好一個輸出支路的分流PIN二極管(DA1、DA2、DA3和DA4)與和輸入支路的分流PIN二極管(DA1、DA2、DA3和DA4)以高阻截止，并且其余的分流PIN二極管(DA1、DA2、DA3和DA4)導(dǎo)通補償電位(P0)。
10.如以上權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，如此構(gòu)成無線電通信系統(tǒng)使得用戶信號(TN1、TN2、TN3)用時隙傳輸，并且各個用戶信號(TN1、TN2、TN3)相應(yīng)其時隙通過控制裝置ANS1、ANS2、ANS3、ANS4)抵達布特勒陣列(BM)的相應(yīng)輸入端(E1、E2、E3、E4)，以產(chǎn)生各個主輻射方向圖(HSD1、HSD2、HSD3、HSD4)或者副輻射方向圖(NSD12、NSD23、NSD24)。
11.如以上權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，相控陣天線裝置(ANT)具有帶基本上相互處于正交激勵系統(tǒng)的交叉偏振的各個天線(ANT1、ANT2、ANT3、ANT4)，其中為產(chǎn)生安排在主輻射方向圖之間的副輻射方向圖(NSD12、NSD23、NSD34)，采用相應(yīng)的相同偏振的激勵系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在具有多個用戶的無線電通信系統(tǒng)中產(chǎn)生安排在相控陣天線裝置的水平錯置的主輻射方向圖之間的副輻射方向圖的裝置。為了控制天線陣裝置，在其前串接布特勒陣列(BM)，以使得為產(chǎn)生主輻射方向圖把用戶信號(TN1、TN2、TN3)切換到所述布特勒陣列剛好一個輸入端，為產(chǎn)生副輻射方向圖把用戶信號切換到所述布特勒陣列(BM)的剛好二個相鄰的輸入端。
文檔編號H04Q7/36GK1561563SQ02819122
公開日2005年1月5日 申請日期2002年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月27日
發(fā)明者F·舒馬赫 申請人:西門子公司