BR112016018915B1

BR112016018915B1 - Matriz de antena de celular

Info

Publication number: BR112016018915B1
Application number: BR112016018915-9A
Authority: BR
Inventors: Senglee Foo
Original assignee: Huawei Technologies Co., Ltd
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2022-08-30
Also published as: WO2015124067A1; EP3097608A4; RU2650622C2; US9899747B2; KR20160120332A; RU2016137157A3; CA2939944C; CN106463841A; KR101818633B1; BR112016018915A8; RU2016137157A; EP3097608A1; US20180109007A1; JP6284650B2; US11011856B2; US20150236430A1; JP2017510172A; BR112016018915A2; CN106463841B; CA2939944A1

Abstract

MATRIZ DE ANTENA DE CELULAR. Uma matriz celular de feixe vertical dual é aqui divulgada. Em uma modalidade, uma matriz celular (200) inclui radiadores discretos (207, 208) acoplados em pares e dispostos em linha. Os radiadores (207, 208) são conectados a acopladores híbridos (206) configurados para somar a saída a partir dos pares de radiadores discretos (207,208). Uma primeira rede de distribuição de potência (201) é configurada para receber uma primeira saída a partir dos acopladores híbridos (206) e produzir um primeiro feixe, e uma segunda rede de distribuição de potência (203) configurada para receber uma segunda saída dos acopladores híbridos (206) e produzir um segundo feixe. De acordo com algumas modalidades, o primeiro feixe é um feixe principal (202) com ganho elevado e o segundo feixe é um feixe de cobertura (204) com uma grande área de cobertura.

Description

[001] O presente pedido reivindica benefício para Pedido Não Provisório No. US 14/184.517, depositado em 19 de fevereiro de 2014, intitulado "Matriz Celular de Feixe Vertical Dual", cujo pedido é aqui incorporado por referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente invenção refere-se genericamente ao campo de matrizes de antenas. Mais especificamente, a presente invenção é relacionada com matrizes de antenas celulares que produzem feixes verticais duais. FUNDAMENTOS

[003] Como dispositivos sem fio explodiram em popularidade, a capacidade de fornecer cobertura suficiente para mais e mais usuários em grandes áreas é mais crucial do que nunca. Técnicas de matriz de antena celulares atuais atingem o fator limitante no atendimento dessas demandas. Tipicamente, estas matrizes de antenas produzem um único feixe estreito no plano vertical. Como tal, existe uma necessidade crescente para fornecer uma cobertura sem fio com maior capacidade sem aumento significativo em custo e complexidade.

[004] Em implementações atuais, matrizes celulares produzem tipicamente um único feixe estreito no plano vertical. Uma vez que o feixe vertical é normalmente estreito, o ângulo do feixe deve ser ajustado utilizando um subsistema para alcançar cobertura de rede ótima. A utilização de um subsistema, tal como uma inclinação de elevação remota (RET) aumenta a complexidade e o custo para a matriz celular.

[005] Além disso, é desejável produzir um feixe vertical com ampla meia largura de feixe de potência sem sacrificar diretividade geral da antena. Matrizes de antenas atuais com um comprimento de antena relativamente longo terão maior ganho, mas à custa de um padrão de feixe mais estreito. Por outro lado, matrizes de antenas com um padrão de feixe mais amplo tem um comprimento de antena reduzido, levando a menor diretividade e ganho no geral. Como tal, matrizes de antenas atuais tendem a produzir uma solução que oferece compromisso entre capacidade de rede geral e a cobertura global.

[006] Existe uma necessidade, então, para uma implementação de matriz celular que é simples e de baixo custo, enquanto ao mesmo tempo fornecendo uma grande área de cobertura confiável sem sacrificar diretividade e ganho. SUMÁRIO

[007] Uma matriz celular de feixe vertical dual é aqui revelada, em que dois feixes verticais simultâneos são produzidos utilizando uma única abertura de antena. Em uma abordagem, uma matriz celular possui um ou mais pares de radiadores discretos. Um ou mais acopladores híbridos são usados para somar a saída a partir dos pares de radiadores discretos. Uma primeira rede de distribuição de potência recebe uma primeira saída a partir de um ou mais acopladores híbridos e produz um primeiro feixe, e uma segunda rede de distribuição de potência recebe uma segunda saída a partir de um ou mais acopladores híbridos e produz um segundo feixe. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Os desenhos anexos, que são incorporados em e constituem uma parte desta especificação, ilustram modalidades da invenção e, em conjunto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção: a Figura 1 é um diagrama de blocos de uma arquitetura de matriz exemplar; a Figura 2 é um diagrama de blocos de um sistema de alimentação exemplar e esquema de formação de feixe de uma matriz de feixe vertical dual; a Figura 3A é um gráfico polar ilustrando um padrão de radiação de feixe vertical dual exemplar; e a Figura 3B é um gráfico retangular ilustrando padrões de ganho absolutos exemplares dos feixes verticais duais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES ILUSTRATIVAS

[009] Referência será feita agora em detalhe às várias modalidades. Enquanto o objeto irá ser descrito em conjunto com as modalidades alternativas, deverá ser entendido que não se destina a limitar a matéria reivindicada a estas modalidades. Pelo contrário, a matéria reivindicada tem a intenção de cobrir alternativas, modificações e equivalentes, que possam ser incluídos dentro do espírito e do âmbito da matéria reivindicada, como definido pelas reivindicações anexas.

[010] Além disso, na descrição detalhada que segue, numerosos detalhes específicos são apresentados a fim de fornecer um entendimento completo do objeto reivindicado. No entanto, será reconhecido por um perito na arte que modalidades podem ser praticadas sem estes detalhes específicos, ou com seus equivalentes. Noutros casos, métodos, procedimentos, componentes e circuitos bem conhecidos não foram descritos em detalhe para não desnecessariamente obscurecer aspectos e características do objeto.

[011] Porções da descrição detalhada que segue são apresentadas e discutidas em termos de um método. As modalidades são bem adequadas para a execução de várias outros passos ou variações dos passos recitados no fluxograma das figuras aqui, e em uma sequência diferente daquela mostrada e aqui descrita.

[012] Algumas partes da descrição detalhada são apresentadas em termos de procedimentos, passos, blocos lógicos, processamento e outras representações simbólicas de operações em bits de dados que podem ser realizadas na memória do computador. Estas descrições e representações são os meios usados por aqueles peritos na arte de processamento de dados para transmitir de forma mais eficaz a substância do seu trabalho para outros especializados na técnica. Um procedimento, passo executado por computador, bloco lógico, processo, etc., é aqui, e, geralmente, concebido para ser uma sequência autoconsistente de passos ou instruções que conduzem a um resultado desejado. Os passos são aqueles que requerem manipulações físicas de quantidades físicas. Normalmente, embora não necessariamente, estas quantidades tomam a forma de sinais elétricos ou magnéticos capazes de serem armazenados, transferidos, combinados, comparados, e de outra forma manipulados em uma matriz de antena celular. Revelou-se conveniente, por vezes, principalmente por razões de utilização comum, se referir a estes sinais como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou similares.

[013] Deve-se ter em mente, no entanto, que todas estas e outras condições devem ser associadas com as quantidades físicas apropriadas e são meramente rótulos convenientes aplicados a estas quantidades. A menos que especificamente indicado de outra forma como aparente a partir das discussões seguintes, é apreciado que por toda parte, discussões utilizando termos como "acessar", "escrever", "incluir", "armazenar", "transmitir", "atravessar", "associar" "identificar" ou semelhantes, referem-se à ação e processos de uma matriz de antena, ou dispositivo de computação eletrônico semelhante, que manipula e transforma dados representados como grandezas físicas (eletrônicas) dentro de registradores e memórias do sistema em outros dados similarmente representados como grandezas físicas dentro das memórias ou registadores de sistema ou outros tais dispositivos de armazenamento, transmissão ou exibição de informação.

Matriz Celular de Feixe Vertical Dual

[014] A presente invenção relaciona-se com uma matriz celular com feixes verticais duais que podem fornecer maior ganho de rede com cobertura celular ampla no plano vertical. Com esta implementação, apontar feixe vertical utilizando um subsistema de RET não é necessário. A matriz de feixe dual realiza maior ganho de rede e uma ampla cobertura no plano de elevação usando dois feixes independentes no plano vertical. Em uma modalidade, a matriz de antena produz um feixe estreito principal para operação de alto ganho em baixos ângulos de inclinação (perto do horizonte). O segundo feixe tem um padrão de feixe amplo e/ou em forma de leque no plano de elevação e é otimizado para cobertura de sinal mais ampla na faixa mais estreita em ângulos de inclinação superiores. Este conceito melhora ganho de rede usando um feixe principal com padrão de feixe mais estreito sem perda de cobertura de elevação uma vez que o segundo feixe em forma de leque pode fornecer a cobertura necessária em maior inclinação para baixo.

[015] Como resultado da estrutura de alimentação, estes dois feixes são intrinsecamente ortogonais e os padrões de feixe podem ser concebidos de tal modo que o fator de acoplamento de feixe dos dois padrões de radiação é relativamente baixo para desempenho de rede ótimo. Isto assegura baixa interferência de sinal entre as duas regiões de cobertura. Como resultado, operação simultânea dos dois feixes espaciais em dois canais independentes utilizando o mesmo espectro de frequências é possível. Além disso, os dois feixes podem ser direcionados independentemente, se desejado.

[016] Além disso, ajuste de ângulo de apontamento de feixe in situ utilizando um dispositivo de inclinação para baixo remoto como o RET não é mais necessário. O conceito pode ser utilizado em qualquer rede celular de três ou seis setores típica, por exemplo. Esta matriz usa arquitetura de matriz linear de baixo custo típica e, portanto, não aumenta a complexidade geral. Pelo contrário, reduz o custo global da matriz por eliminar a necessidade de um subsistema de RET.

[017] Modalidades da invenção serão agora descritas, embora seja entendido que não se destinam a limitar a matéria reivindicada a estas modalidades.

[018] No que se refere agora à Figura 1, a arquitetura geral de uma matriz linear celular 100, que consiste em 12 linhas típicas de radiadores discretos (isto é, radiador 101) em uma única coluna, é descrita de acordo com algumas modalidades. Os elementos podem ser quaisquer radiadores de banda larga, como um fragmento de banda larga ou dipolos. Como discutido acima, dois feixes independentes são produzidos na porta de feixe principal 102 e porta de feixe de cobertura 103. O feixe principal fornece operação de alto ganho perto do horizonte. O feixe de cobertura com um padrão amplo e/ou em forma de leque lida com maior cobertura na faixa próxima em ângulos de inclinação para baixo elevados.

[019] No que se refere agora à Figura 2, a estrutura de alimentação e esquema de formação de feixe dual de matriz de antena 200 é representada, de acordo com algumas modalidades. Os radiadores (isto é, radiadores 207 e 208) são alimentados em par utilizando acopladores híbridos de 90 graus (isto é, acoplador híbrido 206). Nenhum deslocador de fase variável é necessário para o sistema de alimentação. O arranjo desta estrutura de alimentação assegura que as duas portas de feixe são ortogonais em todas as configurações de excitações de entrada.

[020] As saídas dos acopladores híbridos são coerentemente somadas usando duas redes de distribuição de potência separadas: rede de distribuição de potência de feixe principal 201 emite feixe principal 202 e rede de distribuição de potência de feixe de cobertura 203 emite feixe de cobertura 204. Feixe principal 202 e feixe de cobertura 204 são independentemente operáveis entre si.

[021] As Figuras 3A e 3B mostram padrões de radiação típicos de feixe principal 202 e feixe de cobertura 204. No que se refere agora à Figura 3A, os padrões de radiação de feixe vertical dual normalizados são mostrados como gráficos polares. O feixe principal 202 tem um padrão de radiação em forma de lápis com a largura de feixe diretamente proporcional ao comprimento total da matriz no plano vertical. O feixe de cobertura 204 tem padrão de radiação amplo e/ou em forma de leque que fornece cobertura angular maior no curto alcance (grandes ângulos de inclinação para baixo) do plano vertical.

[022] No que se refere agora à Figura 3B, os padrões de ganho absolutos de feixe vertical dual são descritos como gráficos retangulares. O ponto de cruzamento onde estes dois feixes se cruzam é crítico no fator de acoplamento de feixe geral é normalmente definido entre -9dB a 12dB. Além disso, lóbulos laterais verticais destes feixes em que os dois feixes se sobrepõem são tipicamente abaixo de -18dB para baixa interferência.

Claims

1. Matriz de antena celular (200), caracterizada pelo fato de que compreende: uma pluralidade de pares de radiadores discretos (207, 208) todos os radiadores discretos na matriz de antena celular (200) alinhados em uma em uma única coluna; uma pluralidade de acopladores híbridos (206), cada um dos acopladores híbridos (206) acoplados às saídas a partir de um respectivo um dos pares de radiadores discretos (207, 208); uma primeira rede de distribuição de potência (201) acoplada a uma primeira saída a partir de cada um dos acopladores híbridos (206) para produzir um primeiro feixe; e uma segunda rede de distribuição de potência (203) acoplada a uma segunda saída a partir de cada um dos acopladores híbridos (206) para produzir um segundo feixe.

2. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe é ortogonal em relação ao segundo feixe.

3. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada um do acoplador híbrido (206) produz um deslocamento de fase de 90 ° entre sua primeira saída e sua segunda saída.

4. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um ganho do primeiro feixe é maior que um ganho do segundo feixe.

5. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segundo feixe é um feixe amplo e/ou em forma de leque.

6. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe é mais estreito do que o segundo feixe.

7. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe e o segundo feixe têm um ponto de cruzamento entre -7 dB e -12 dB.

8. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe e o segundo feixe sobrepõem de tal forma que lóbulos laterais verticais onde os feixes sobrepõem são abaixo de - 18dB.

9. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe é produzido para apontar perto do horizonte da terra.

10. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segundo feixe é produzido em um maior ângulo de inclinação para baixo do que o primeiro feixe.

11. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segundo feixe é otimizado para cobertura de sinal amplo em um intervalo próximo.

12. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro e segundo feixe podem operar simultaneamente.

13. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o primeiro e o segundo feixe operam em dois canais independentes.

14. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe e o segundo feixe usam um mesmo espectro de frequência.

15. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o radiador discreto (207, 208) são antenas de fragmento de banda larga.

16. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os radiadores discretos (207, 208) são antenas de dipolo de banda larga.

17. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe é em forma de lápis.

18. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe é um feixe principal (202) e o segundo feixe é um feixe de cobertura (204).

19. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro feixe e segundo feixe são produzidos para apontar em um mesmo plano vertical.

20. Matriz de antena celular (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada um dos acopladores híbridos (206) é acoplado para os não adjacentes dos radiadores discretos (207, 208).