CN101689696A - 用于通过波束操控来补偿辐射波束的方法 - Google Patents

用于通过波束操控来补偿辐射波束的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101689696A
CN101689696A CN200780053450A CN200780053450A CN101689696A CN 101689696 A CN101689696 A CN 101689696A CN 200780053450 A CN200780053450 A CN 200780053450A CN 200780053450 A CN200780053450 A CN 200780053450A CN 101689696 A CN101689696 A CN 101689696A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
sub
panel
antenna element
distributed network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200780053450A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101689696B (zh
Inventor
M·约翰逊
S·O·彼得森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clastres LLC
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Original Assignee
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB filed Critical Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Publication of CN101689696A publication Critical patent/CN101689696A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101689696B publication Critical patent/CN101689696B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/005—Damping of vibrations; Means for reducing wind-induced forces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于对提供区域中的覆盖的天线设备的辐射波束方向图进行调节的方法。所述天线设备包括具有连接到分布网络的至少一个天线元件阵列的天线，所述分布网络被配置生成辐射波束方向图。所述方法包括：将所述阵列的天线元件布置在与参考平面相关的天线平面的至少一列中，每列包括被布置在至少两个子面板中的多个天线元件；将运动传感器布置到该天线设备上，所述运动传感器被配置为检测天线元件相对于参考平面的偏差；以及基于所检测的天线偏差，通过控制该分布网络来调节该辐射波束方向图的波束形状以维持该区域中的覆盖。本发明还涉及一种天线设备和基站。

Description

用于通过波束操控来补偿辐射波束的方法
技术领域
本发明涉及一种用于当天线结构经受运动即移动或位移时补偿该天线结构的辐射波束的方法和系统。
背景技术
在许多情况下天线被安装到非刚性或非固定的结构上，当该结构遭受各种力时所述结构的运动可导致时变的天线定向。因而，这种天线的辐射方向图的方向(例如对于定向天线，这是相对于主波束峰测量的)也会随时间而变化。这种安装情况的一个示例是当天线被装配在杆或塔上时，该杆或塔在遭受变化的风力状况(风力载荷)时会移动(摇摆)。这种运动一般导致天线的平移和旋转。对于典型基站天线安装而言，最大天线摇摆处于±1度(或更小)的量级。
天线运动影响系统性能的程度取决于若干东西，就考虑运动的旋转方面时其中最重要的可能是天线仰角波束宽度。当天线旋转角度以及对应的波束偏斜(beam-squint)显著小于仰角波束宽度(在波束偏斜的平面内)时，一般可以忽略其对系统性能的影响。在蜂窝通信系统的现有基站中使用的几乎所有天线安装的情况就是如此。然而，为了提高覆盖，一种日益流行的解决方案是使用具有与常规基站天线的典型增益数值相比更高增益的天线。这些新的更高增益天线往往被实现具有很窄的仰角半功率波束宽度。在转让给爱立信公司(Telefonaktiebolaget LMEricsson)的已公布的国际专利申请WO 2006/065172(参考文献[1])中公开了这种天线的示例。
窄仰角波束宽度强调天线(装配结构)运动的影响并且如果不认真应对则可能产生问题。存在其中在选择安装高度时将杆运动考虑在内的已经现有的天线安装。一个示例是无线电链路天线，所述无线电链路天线在某些情况下故意安装在杆或塔上的其中旋转很少的位置，例如装配结构谐振节点之间的中间位置，以便确保链路传输质量。
一般可以忽略天线结构运动的平移方面，原因在于平移相对低速并且因此产生可忽略的平移相关影响(例如多普勒频移)。
对于给定的杆或塔结构，可能由于与运动有关的性能降低的风险而不能(或适合)使用具有期望的窄仰角波束宽度的天线。
互补问题描述是安装和使用期望的窄波束天线可能需要更刚性的(昂贵的)杆或塔结构、或者天线安装高度在理想条件下是次优的但必须确保在非理想条件下的期望性能。
在美国专利5,894,291(参考文献[2])中公开了这个问题的解决方案，该专利示出了一种用于通过修改天线驱动信号以便朝期望的方向电操控所述塔上装配的有源天线从而动态抵消天线塔摇摆的方法。而且，该专利公开了一个或更多被配置为检测天线塔运动的运动传感器，如图1所示。
现有技术[2]的问题在于该方法仅补偿天线结构运动，即天线塔。天线的运动可能与天线结构的运动不同，原因在于天线的摇摆/倾斜可能不一定与装配结构(塔/杆)的摇摆/倾斜相关，尤其是对于安装在不同类型的结构上时更不相关。通过重定向波束的补偿是仅针对波束方向上的旋转移动而获得的，如图2a和2b所示。
因而，需要提供一种用于补偿天线运动的更复杂方法。
发明内容
本发明的目标是提供一种鉴于天线运动而调节天线的辐射波束方向图以与现有技术相比降低天线性能敏感度的方法。
该目标的解决方案是通过提供用于调节波束的波束形状的装置而获得的。这可以通过提供用于将天线划分成在至少一列中的许多子面板的装置来获得，每个子面板具有至少一个天线元件并且经过公共馈电点与分布网络进行通信。一个或更多运动传感器被布置到天线设备(antenna arrangement)上并且被配置为检测天线相对参考平面的偏差。天线元件被布置在天线平面内，该天线平面相对于参考平面进行布置。所检测的偏差被用来调节辐射波束方向图的波束形状。
本发明的另一目标是提供一种用于由于天线的面内旋转运动而补偿天线的辐射波束方向图的方法。
该目标的解决方案是通过提供用于补偿辐射波束方向图的装置而获得的。这可以通过提供用于将天线划分成在至少两个并行列中的许多子面板的装置来获得，每个子面板具有至少一个天线元件并且经过公共馈电点与分布网络进行通信。一个或更多运动传感器被布置到天线设备上并且被配置为在天线元件所布置的天线平面内检测相对参考平面的面内旋转运动。该面内旋转运动被用来补偿辐射波束方向图。
本发明的优点是由于可补偿天线运动所以可使用更廉价或更简单的装配结构。
通过详细描述，其他目标和优点对本领域技术人员是显而易见的。
附图说明
图1示出了用于动态抵消天线塔摇摆的现有技术的波束操控布置。
图2a和2b示出了由于天线摇摆对天线覆盖的影响。
图3a和3b示出了本发明的第一和第二实施例。
图4a和4b示出了该发明在向前倾斜时的数值示例。
图5a和5b示出了说明图4a和4b中的数值示例的曲线图。
图6示出了该发明对特定天线的影响的曲线图。
图7a和7b示出了分别与未旋转和旋转的标称孔径垂直安装的天线的方向图的球面图。
图8示出了根据该发明的过程的流程图。
图9a-9c示出了如图7a和7b所示的旋转对覆盖性能的影响。
图10a-10c示出了本发明补偿面内旋转运动的一种实施方式。
具体实施方式
图1描述了现有技术的波束操控布置10以抵消天线塔摇摆。一个或更多传感器11被布置到天线结构12上。所检测的天线结构12摇摆被用来控制天线波束操控逻辑13以通过修改来自无线电基站(RBS)的驱动信号而动态地调节波束。所修改的驱动信号被提供给天线14的天线元件。
图2a说明了未受影响(非摇摆)的天线结构12的天线覆盖，即天线元件被布置在垂直的参考平面内。天线波束方向图20覆盖从点A延伸到点B的区域。
图2b说明了受影响(摇摆)的天线结构12的天线覆盖，即天线元件向前倾斜角度α。所倾斜的天线波束方向图21覆盖比未受影响的天线结构的显著小很多的区域。图2a中的点A被移动一小部分较靠近天线结构，如由点A’所示。点A和点A’之间的差被表示为22。图2a中的点B被相当大移动较靠近天线结构12，如由点B’所示。点B和B’之间的差被表示为23。出现在表示为23的区域中的任何移动单元将经历与RBS通信的可用性下降或者甚至丧失与RBS通信的可能性。
根据该发明的天线设备与现有技术不同之处在于提供天线集成的或天线装配的传感器。这是关键的，原因在于假如在装配结构中存在大量的可能振动模式则杆装配的传感器将不必提供天线的正确指向。该发明还解决了天线运动(而不是“天线塔运动”)的问题。
在由若干子阵列或子面板组成的天线系统中，波束方向由于天线(装配结构)运动所引起的变化可以借助于波束操控而得到补偿。
关于旋转和平移的信息被用来调节波束指向和/或波束形状，所述旋转和平移是借助于作为补偿系统的一部分的一个或更多传感器而检测的。
人们能够想象很多不同的实施方式，从仅在一个空间维度中工作且其中天线由两个子面板组成(子面板是具有公共参考/馈电点的天线元件子阵列)的较简单实施方式变化到在两个或更多维度中工作且其中天线由若干子面板组成的更复杂实施方式。
图3a示出了具有在参考平面Ref内布置的两个子面板31、32的天线30的简单实施方式的示例，其中固定传输线馈电网络用馈电网络33替代，其中分支之一配备有可变移相器34或者可变延时单元。天线30被改造为具有外部运动传感器35，该外部运动传感器35被配置为检测子面板31、32中的天线元件相对于参考平面Ref的偏差，并且基于所检测的天线30偏差使用移相器34来调节所生成辐射波束方向图的波束形状从而维持与移动单元的通信。
图3b示出了如关于图3a所描述的相同天线的类似实施方式。运动传感器36被集成到天线30内，该运动传感器36被配置为检测子面板31、32中的天线元件相对于参考平面Ref的偏差。
无线电链的数量不受影响并且对RF(射频)执行调节(补偿)。该补偿单元(运动传感器)能够视为天线的“附加物”，要么如图3a所示那样与天线集成要么如图3b所示那样被安装在天线结构上。
该补偿是自动的且与来自RBS或更高级网络控制中心的控制信令无关。事实上，该补偿对整个系统是不可见的，除了在某种意义上其减轻了对安装结构在给定的参考方向上的指向误差的增益灵敏度。
数值示例-向前倾斜
这里介绍示出该发明将如何对现实天线配置起作用的数值示例，此时使用移相器或延时单元来执行天线运动补偿。
假设我们具有天线子面板之间的线性分隔距离d的天线，参见图4a和4b。还假设标称载波频率是f且机械(空间)角度位移(旋转)是α。
图4a和4b示出了包括具有分隔距离d的两个子面板41、42的天线40的示意图，未旋转的(参考)天线安装示于图4a中而以角度位移α旋转的天线安装示于图4b中。黑点指示各自子面板的假想相位中心44。每个子面板包括六个天线元件43。
天线40(及其元件43)沿参考平面Ref内的垂直轴进行理想的布置，参见图4a。当天线垂直时，在天线40的(假想)孔径宽边(broadside)的方向上在水平面内选择波束参考方向x。优选的是将在波束参考方向x上子面板41、42的辐射方向图之间的相位差(可能零度)也维持在小角度位移α(α＜＜1弧度)的间隔上，即当天线向前倾斜时子面板的辐射方向图需要在波束参考方向x上进行同相。
从两个子面板的相位参考点(或中心)发出的射线在波束参考方向上的路径长度差为d sin(α)。表示为相位Φ(并忽略带宽)，这就变成：
Φ＝2πd sin(α)f/c。
选择具有f＝1.9GHz且d＝2.5m的样本天线并且使α＜＜1弧度，这就能够写成：
Φ≈95＊π/3α≈100α(弧度)。
因而，在栅瓣没有变成主波束的情况下能够补偿的理论上最大的角度位移α是αmax＝±180/100＝±1.8度。实际限制诸如栅瓣的开始发生会降低αmax。在所讨论的情况下，实际最大补偿角度可能为大约±1度。
注意，给定的最大理论补偿角度可能对于比最大补偿角度更大的角度位移足以。没有角度位移补偿的已有天线在遭受位移时具有与波束宽度成正比的增益性能。因而，配备有根据该发明的补偿设备的天线将给从有限辐射方向图波束宽度导出的已经现有内建容差增加位移容差。相对天线位移、天线大小、子面板分隔距离与波束参考方向上的相对增益之间的关系示于图5中，图5给出了作为相对天线旋转角度函数的相对增益的“通用”描述。图5示出了作为相对天线旋转角度函数的相对增益，这是在所有子面板在波束参考方向上都同相时计算的。
相对增益是在具有对应未旋转天线(参见图4a)的最大增益的方向上计算的。相对旋转角度是天线旋转角度α除以天线半功率波束宽度θ3dB。不同的曲线代表具有不同子面板数量的天线实施方式。高斯波束用作倾斜天线的相对天线增益G的模型，
G＝-12([θ-(90+α)]/θ3dB)2，
其是对于小角度的波束形状的良好近似。这里，G以dB表示，θ是观测方向，而θ3dB是半功率波束宽度。
三个列举的位置(圆圈)用于解释曲线图的内容。第一位置51示出由已被旋转了半功率波束宽度的四分之一的一个子面板组成的天线在波束参考方向上的相对增益。这对应于0.75dB的增益下降。如果维持该指向但天线(以及子面板)被制得两倍大，则我们终止在第二位置52，其中增益下降为3dB(与新的较大天线的最大增益相比)，这由高斯波束模型推断。如果新的较大天线被划分成能够单独相对彼此进行相位调节(或“延时”)的两个子面板，则我们终止在第三位置53，其中相对增益再次为-0.75dB。这个相对增益当然与较大天线的增益有关，因此第三位置53的绝对增益比第一位置51的增益高3dB。换言之，即使由第三位置53表示的天线是由第一位置51表示的天线的两倍大并因此具有一半宽的半功率波束宽度，但是甚至在出现天线旋转(装配结构移动)的情况下能够维持3dB的增益增加。
注意，代表不同子面板数量的曲线之间的垂直移动对应于维持恒定的总天线长度(大小)。因而，在增加子面板数量的方向上(沿箭头54)，子面板长度以及分隔距离被减小，并因此由于子面板图案引起的扫描损失被减小。
代表不同子面板数量的曲线之间的水平移动对应于维持恒定的子面板长度(大小)。因而，当我们在增加子面板数量的方向上(沿箭头55)行进时，总天线长度增加并因此绝对天线增益增加，同时保持相对增益性能恒定。
在图6中，图5的普遍原理应用于特定天线。具有给定天线长度(例如垂直长度)的扇形天线的相对增益性能被示为天线旋转角度的函数。天线为二十二(22)个波长长且由二十四(24)个等距辐射元件组成。考虑四种不同情况，所述情况不同之处在于分别以一个、两个、三个和四个子面板分割天线的方式，该子面板是每个具有24/(子面板数量)元件的均匀线性阵列。均匀线性阵列(ULA)在这里被定义为具有沿一线等距的元件的阵列天线，在该线中所有元件以相同的振幅和相位进行辐射。
为了增益计算，我们把波束参考方向定义为水平面内的方向，并且当天线元件沿参考平面内的垂直轴进行定位(对应于安装在垂直装配结构上)时把天线旋转角度认为是零。而且，当天线旋转角度为零时，天线指向是沿波束参考方向。
对于具有一个子面板的情况(即整个天线是ULA)的结果由实(最低)线给出。由于这种情况无所谓对天线进行同相，因此该曲线还代表作为角度函数的主波束的样本。因而，半功率波束宽度能够从曲线中近似读为2.35度。对于产生大约1.18度的天线旋转角度α的倾斜装配结构，则存在位于图6的位置61处的波束参考方向x上的3dB增益下降。
具有两个子面板的情况即第二最低曲线提供该发明优点的良好示例。例如，对于1.18度的旋转角度将单子面板情况与具有两个子面板的情况的相对增益进行比较，通过使子面板数量加倍并且使两个面板在波束参考方向x上同相，获得了2.25dB的改进。替代3dB增益下降，现在对于这个特定天线旋转角度仅有0.75dB增益下降，如位置62所示。可选地，对于-3dB的相对增益将单子面板情况与具有两个子面板的情况的对应天线旋转角度进行比较，我们看到天线旋转角度必须是具有两个子面板的情况的两倍大以产生相同的增益下降，如位置63所示。
对于较大的子面板数量能够进行类似的比较，限制在于有与元件一样多的子面板。然而，通常当子面板含有显著大于一的很多元件时，增益改进的边际回报率(marginal rate of return)已经变得太低以致已经不能保证进一步分割天线。
关于图5和6能够注意到该发明的另一个有趣特征：给定装配结构(例如，塔或杆)的结构刚性(刚度和最大“弯曲”)的已知规格并且给定期望的天线增益和对应的半功率波束宽度，可直接获得(在应用该发明的解决方案时)为获取期望最大增益下降所必需的所需子面板数量。
当天线移动或者确切地说是在天线孔径平面内的方向上倾斜(即面内旋转运动)时，(用于均匀线性阵列)主波束指向不受影响，这意味着(从天线增益导出的)覆盖也维持在所述方向上。然而，对于其他方向的覆盖会受影响。例如，使用具有窄仰角半功率波束宽度的天线的系统可能由于天线的方向相关性而在远离主波束峰的方位(水平)角上经历显著的覆盖损失。对于给定的全局仰角，天线方向图方向性将随方位角而变化，原因不仅在于固有的方位图而且在于天线固定坐标系的不同仰角被采样。
图7a示出了与标称未旋转孔径垂直安装的天线的方向图70的球面图，而图7b示出了具有旋转孔径的相同天线的方向图70的球面图。已经绕天线孔径法向矢量(x轴)应用了孔径旋转，即天线具有与零不同的“滚动角β”。观察是沿负x轴。覆盖网格代表恒定的仰角71和方位72角。
由于使用较廉价或较简单的装配结构的天线运动所引起的波束方向上变化能够借助于根据该发明的“天线运动补偿”设备来补偿。因而，该发明给出了用于在例如无线通信系统中使用具有窄半功率波束宽度的天线维持良好覆盖的解决方案。
根据该发明的补偿效果取决于系统特性，诸如在方位角和仰角上的波束宽度以及补偿设备的复杂性。在天线子面板垂直地布置在彼此上方的简单实施例中，将可能补偿与波束方向对准的天线运动。
图8示出了说明创造性概念的流程图。该过程始于步骤80并继续到步骤81，在步骤81中天线的天线元件被布置成参考平面内的至少一列。在接下来的步骤82中确定相对于参考平面的标称垂直方向，然后该分布网络被配置为通过控制分布网络来调节该天线设备的辐射波束方向图以获得期望的主波束方向(步骤83)以便提供区域中的覆盖。步骤82和83可以被用来在安装期间初始化该天线设备，或者可以被用来优选有规律的间隔校准该天线设备，从而维持期望的主方向和辐射波束方向图，即维持该区域中的覆盖。
在步骤84中提供运动传感器，该运动传感器被配置为检测天线元件相对于参考平面的偏差和/或天线元件相对于参考平面内的参考方向的面内旋转运动。该运动传感器可以集成在天线中或者外部附接到天线。
在如关于图4a和4b所述的当检测到相对于参考平面的偏差时的第一种情况下，仅需要一列天线元件。在如关于图7a和7b所述的当检测到相对于参考平面的面内旋转运动时的第二种情况下，需要至少两列天线元件。这两种情况都要求：
-每列包括布置在至少两个子面板中的多个天线元件，以及
-每个子面板经过公共馈电点与分布网络进行通信。
该过程继续到步骤85，在步骤85中基于所检测的天线偏差来调节辐射波束方向图的波束形状和/或基于所检测的天线元件的面内旋转运动来补偿辐射波束方向图。一个或更多控制信号将来自运动传感器的所需信息提供给分布网络，尤其是如果运动传感器是外部附接的装置时。
在第一种情况下，优选通过基于子面板逐渐减小(taper)天线元件阵列的激励来调节波束形状。这可以例如通过以使得改变每列中的有源子面板数量的方式控制分布网络来实现。一种可能性是通过(根据子面板激励的状态)选择性地激活或去激活每列中的至少一个子面板来实现这一点。另一种可能性是将天线元件划分成另一数量的子面板，例如3个子面板代替2个子面板。优选的是每个子面板具有固定数量的天线元件，但可能以这样的方式配置该分布网络：使得改变每个子面板中的天线元件数量成为可能。具有两个子面板的天线元件的一维阵列将产生波束形状并且如果响应于天线运动而不激活子面板之一，则所得到的该阵列的波束形状(仅激活一个子面板)将提供更宽的波束但最大增益更低。能够通过经由分布网络中的振幅控制来再分配功率，实现子面板的不激活。还可能通过改变分布网络中的相位/延时来更改波束形状。例如在具有三个布置成单列的子面板的天线中，对中间的子面板应用相移/延时。按照对称性，这不能产生对波束的操控，但它将影响来自不同子面板的辐射如何以不同的方向一起相加。因而，它产生波束形状的变化。
在第二种情况下，优选地通过在天线的标称水平方向上应用相位和/或振幅逐渐减小来补偿辐射波束方向图，所述逐渐减小被不同地应用在每列中的子面板上。
在优选的实施例中，每个子面板具有有效相位中心并且补偿辐射波束方向图的所述步骤包括选择性地激活子面板以获得主要沿参考方向优选地是标称垂直方向的有效相位中心的对准。
在可选的实施例中，至少一列中的天线元件是寄生天线元件，补偿辐射方向图的步骤包括改变无源天线元件的电磁属性。
当在步骤5中补偿了辐射波束方向图时，该过程继续到步骤86。在步骤86中做出是否要执行天线校准的决策。如果选择天线校准，则流程反馈到步骤82，在步骤82中再次确定参考平面的方向并且该分布网络被配置为在期望的区域中生成覆盖(步骤83)。另一方面，如果不选择校准，则该过程继续到步骤87，在步骤87中做出是否继续监视偏差/面内旋转的决策。通常，该过程继续监视偏差和/或面内旋转，这由到步骤84的反馈线指示。在其他情况下，该过程终止于步骤88。
如图8所示，向前倾斜和侧向倾斜两者均可被单独地监视或一起监视。
数值示例-侧向倾斜
针对三种不同情况，图9a-9c示出了如图7所示的旋转对覆盖性能的影响。图9a示出了理想的天线安装(参考情况)，图9b示出了未经补偿的滚动天线安装，而图9c示出了根据该发明补偿的滚动天线安装。
图9a示出了理想安装即不存在滚动误差的天线的等覆盖轮廓(信号强度[dB])。
图9b示出了存在滚动误差且未应用补偿的天线的等覆盖轮廓(信号强度[dB])。
图9c示出了存在滚动误差且应用根据该发明补偿的天线的等覆盖轮廓(信号强度[dB])。
在图9a-9c所示的结果背后的新颖思想是基于在天线的标称水平方向上应用相位和/或振幅逐渐减小(这在阵列天线的情况下要求至少两个元件或列，但能够通过用于其他天线布局的其他装置来实现)，所述逐渐减小被不同地应用在天线的(仰角)不同部分上。通过应用逐渐减小，有效天线方向图的与地固坐标系有关的变化能够被保持为最小，因而提供与天线定向(滚动角)无关的覆盖性能。
该思想的一种基本形式是偏移天线的两个垂直半部的孔径激励中心点以致孔径激励中心点沿参考方向(优选地是垂直轴)变为对准。这可能不是“最优的”解决方案，但如基于这个基本形式的图9a-9c所示，结果能够很好。
更一般的解决方案能够使用连接到子面板列(子面板的数量为从二到列中元件数量的任意值)的可变功率移位器以及移相器，可变功率移位器以及移相器设置针对列中不同组的子面板(处在不同的标称垂直位置)进行独立控制。
图10a-c示出了与图9a-9c中的结果对应的天线设备100。该天线设备100包括沿由y轴和z轴定义的参考平面Ref内的参考方向103(垂直方向)布置的两个并行列101、102。每列包括两个子面板104，每个子面板104具有四个天线元件，并且每个有源子面板具有孔径激励中心点105。图10a示出了整个系统，包括连接到每个有源和无源子面板104的分布网络106。被配置为检测面内旋转运动的运动传感器107附接到天线设备100。该分布网络包括用于控制每个子面板104的激励的装置。
图10a示出了具有单列激励的理想安装天线(黑色十字形指示有源偶极子而虚线十字形指示无源偶极子)。图10b示出了具有单列激励的旋转(“滚动”)天线。滚动角是β，如图所示。
图10c示出了具有产生子面板的有效垂直阵列(天线的上下半部用作子面板，具有被激励的不同列)的双列激励的旋转(“滚动”)天线。该辐射波束方向图通过选择性地激活子面板104以获得主要沿垂直方向(z轴)的孔径激励中心点105的对准来补偿辐射波束方向图。
优选基于“直接”检测到物理运动而不是例如测量差波束上的相位斜率，来执行该补偿。
在可选的实施例中，适合于补偿面内旋转运动的天线设备可以通过提供沿垂直轴布置的线性元件阵列来实现，其中无源(寄生)元件沿垂直维度布置在天线元件的两侧。无源元件配备有改变无源元件的电磁属性的开关装置，例如二极管或MEMS开关。作为示例，最低级解决方案可以包括：关闭开关，这意味着无源元件是不可见的且水平辐射方向图因而仅由天线元件产生，这可以提供扇形波束；或者接通开关，意味着无源元件“谐振”(可见)且水平方向图因而由天线元件和无源元件的组合产生，这可以产生具有不同形状(例如比原始波束更宽)的扇形波束。
应当注意的是，该发明还提供一种用于(在安装、校准或重配置期间)对准天线设备而无需检测天线波束的指向的方法。
应当注意的是，该发明可应用于具有一个或更多天线元件的子面板，且一列天线元件可包括具有不同天线元件数量的子面板。一列可例如包括七个天线元件，其中顶部的两个天线元件被布置在第一子面板中，接下来的四个天线元件被布置在第二子面板中而最低的天线元件构成第三子面板。利用包括三个子面板的这种类型布置，假设根据如何组合相邻的子面板实现适当的分布网络，则可能产生1、2、4、5、6和7天线元件(或天线元件组)的仰角图。

Claims (37)

1、一种用于对提供区域中的覆盖的天线设备的辐射波束方向图进行调节的方法，所述天线设备包括具有连接到分布网络的至少一个天线元件阵列的天线，所述分布网络被配置为生成所述辐射波束方向图，所述方法包括：
-将所述阵列的天线元件布置成天线平面内的至少一列，所述天线平面相对于参考平面进行布置，每列包括被布置在至少两个子面板中的多个天线元件，每个子面板经过公共馈电点与所述分布网络通信，
特征在于：
-将运动传感器布置到该天线设备上，所述运动传感器被配置为检测天线元件相对于参考平面的偏差，以及
-基于所检测的天线偏差，通过控制该分布网络来调节该辐射波束方向图的波束形状以维持该区域中的覆盖。
2、根据权利要求1的方法，其中通过基于子面板逐渐减小所述天线设备的激励来调节该波束形状。
3、根据权利要求1-2中任一项的方法，其中为调节波束形状而对分布网络的所述控制包括：
-改变每列中的有源子面板的数量。
4、根据权利要求3的方法，其中改变每列中的有源子面板的数量包括选择性地激活至少一个子面板。
5、根据权利要求3或4的方法，其中改变每列中的有源子面板的数量包括将天线元件划分成另一数量的子面板。
6、根据权利要求1-5中任一项的方法，其中为调节波束形状而对分布网络的所述控制还包括：
-改变每个子面板中的天线元件的数量。
7、根据权利要求1-4中任一项的方法，其中该方法还包括将每列的子面板选择为具有固定数量的天线元件。
8、根据权利要求1-7中任一项的方法，其中该方法包括生成至少一个控制信号以基于所检测的偏差来控制该分布网络的附加步骤。
9、根据权利要求1-8中任一项的方法，其中将运动传感器布置到该天线设备上的步骤还包括将运动传感器附接到天线上。
10、根据权利要求1-9中任一项的方法，其中所述阵列的天线元件沿天线平面内的参考方向被布置成至少两个并行列，该方法还包括：
-配置运动传感器以还检测天线元件相对于天线平面内的参考方向的面内旋转运动，以及
-基于所检测的天线元件的面内旋转运动来补偿该辐射波束方向图以维持该区域的覆盖。
11、根据权利要求10的方法，其中面内旋转运动被检测为与参考方向的偏差(β)。
12、根据权利要求10或11的方法，其中补偿该辐射波束方向图的所述步骤包括在天线的标称水平方向上应用相位和/或振幅逐渐减小，所述逐渐减小被不同地应用在每列中的子面板上。
13、根据权利要求10或11的方法，其中每个子面板具有有效相位中心并且补偿该辐射波束方向图的所述步骤包括选择性地激活子面板以获得主要沿参考方向的有效相位中心的对准。
14、根据权利要求10或11的方法，其中所述列中的至少一列中的天线元件是寄生天线元件，补偿该辐射方向图的步骤包括改变无源天线元件的电磁属性。
15、一种用于对提供区域中的覆盖的天线设备的辐射波束方向图进行调节的方法，所述天线设备包括具有连接到分布网络的至少一个天线元件阵列的天线，所述分布网络被配置为生成所述辐射波束方向图，所述方法包括：
-将所述阵列的天线元件沿天线平面内的参考方向布置成至少两个并行列，每列包括被布置在至少两个子面板中的多个天线元件，每个子面板经过公共馈电点与所述分布网络通信，
特征在于：
-将运动传感器布置到该天线设备上，所述运动传感器被配置为检测天线元件相对于参考平面内的参考方向的面内旋转运动，以及
-基于所检测的天线元件的面内旋转运动，补偿该辐射波束方向图以维持该区域中的覆盖。
16、根据权利要求15的方法，其中面内旋转运动被检测为与参考方向的偏差(β)。
17、根据权利要求15或16的方法，其中补偿该辐射波束方向图的所述步骤包括在天线的标称水平方向上应用相位和/或振幅逐渐减小，所述逐渐减小被不同地应用在每列中的子面板上。
18、根据权利要求15或16的方法，其中每个子面板具有有效相位中心并且补偿该辐射波束方向图的所述步骤包括选择性地激活子面板以获得主要沿参考方向的有效相位中心的对准。
19、根据权利要求15或16的方法，其中所述列的至少一列中的天线元件是寄生天线元件，补偿该辐射方向图的步骤包括改变无源天线元件的电磁属性。
20、根据权利要求15-19中任一项的方法，其中所述天线平面相对于参考平面进行布置，且该方法还包括：
-配置运动传感器以还检测天线元件相对于参考平面的偏差，以及
-基于所检测的天线元件的偏差，通过控制该分布网络来调节该辐射波束方向图的波束形状以维持该区域的覆盖。
21、根据权利要求20的方法，其中通过基于子面板逐渐减小所述天线的激励来调节该波束形状。
22、根据权利要求20-21中任一项的方法，其中为调节波束形状而对分布网络的所述控制包括：
-改变每列中的有源子面板的数量。
23、根据权利要求22的方法，其中改变每列中的有源子面板的数量包括选择性地激活至少一个子面板。
24、根据权利要求22或23的方法，其中改变每列中的有源子面板的数量包括将天线元件划分成另一数量的子面板。
25、根据权利要求20-24中任一项的方法，其中为调节波束形状而对分布网络的所述控制还包括：
-改变每个子面板中的天线元件的数量。
26、根据权利要求20-23中任一项的方法，其中该方法还包括将每列的子面板选择为具有固定数量的天线元件。
27、根据权利要求20-26中任一项的方法，其中该方法包括生成至少一个控制信号以基于所检测的偏差来控制该分布网络的附加步骤。
28、根据权利要求15-27中任一项的方法，其中将运动传感器布置到该天线设备上的步骤还包括将运动传感器附接到天线上。
29、一种用于调节辐射波束方向图的天线设备，所述天线设备被配置为提供区域中的覆盖且包括具有连接到分布网络的至少一个天线元件阵列的天线，所述分布网络被配置为生成所述辐射波束方向图，所述阵列的天线元件被布置在天线平面内的至少一列中，所述天线平面相对于参考平面进行布置，每列包括被布置在至少两个子面板中的多个天线元件，每个子面板经过公共馈电点与所述分布网络通信，特征在于所述天线设备还设有：运动传感器，该运动传感器布置到该天线设备上以检测天线元件相对于参考平面的偏差；以及用于如权利要求1-9中任一项定义的、基于所检测的天线偏差通过控制该分布网络来调节该辐射波束方向图的波束形状以维持该区域的覆盖的装置。
30、根据权利要求29的天线设备，其中所述阵列的天线元件沿天线平面内的参考方向布置成至少两个并行列，该运动传感器还被配置为检测天线元件相对于参考平面内的参考方向的面内旋转运动，且该天线设备还设有用于如权利要求10-14中任一项定义的、基于所检测的天线元件的面内旋转运动来补偿该辐射波束方向图以维持与移动单元的通信的装置。
31、一种用于调节辐射波束方向图的天线设备，所述天线设备被配置为提供区域中的覆盖且包括具有连接到分布网络的至少一个天线元件阵列的天线，所述分布网络被配置为生成所述辐射波束方向图，所述阵列的天线元件沿天线平面内的参考方向布置在至少两个并行列中，每列包括被布置在至少两个子面板中的多个天线元件，每个子面板经过公共馈电点与所述分布网络通信，特征在于所述天线设备还设有：运动传感器，该运动传感器布置到该天线设备上以检测天线元件相对于参考平面内的参考方向的面内旋转运动；以及用于如权利要求15-19中任一项限定的、基于所检测的天线元件的面内旋转运动来补偿该辐射波束方向图以维持该区域的覆盖的装置。
32、根据权利要求31的天线设备，其中所述天线平面相对参考平面进行布置，且该运动传感器还被配置为检测天线元件相对于参考平面的偏差，且该天线设备还设有用于如权利要求20-28中任一项限定的、基于所检测的天线偏差通过控制该分布网络来调节该辐射波束方向图的波束形状以维持该区域的覆盖的装置。
33、一种基站，设有如权利要求29-32中任一项限定的天线设备。
34、一种用于对准如权利要求29-32中任一项限定的天线设备的方法，特征在于所述方法包括：
-确定相对于所述参考平面的标称垂直方向，以及
-通过控制分布网络来调节所述天线设备的辐射波束方向图以获得期望的主波束方向。
35、根据权利要求34的方法，其中所述对准被用于在安装期间初始化该天线设备。
36、根据权利要求34的方法，其中所述对准被用于校准该天线设备。
37、根据权利要求36的方法，其中所述校准被以有规律的间隔执行。
CN200780053450.5A 2007-06-21 2007-06-21 用于通过波束操控来补偿辐射波束的方法 Expired - Fee Related CN101689696B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2007/056201 WO2008154959A1 (en) 2007-06-21 2007-06-21 A method for compensating a radiation beam by beam steering

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101689696A true CN101689696A (zh) 2010-03-31
CN101689696B CN101689696B (zh) 2013-05-08

Family

ID=38349513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780053450.5A Expired - Fee Related CN101689696B (zh) 2007-06-21 2007-06-21 用于通过波束操控来补偿辐射波束的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8260336B2 (zh)
EP (1) EP2160795A1 (zh)
CN (1) CN101689696B (zh)
WO (1) WO2008154959A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103210542A (zh) * 2010-09-10 2013-07-17 高通股份有限公司 使用运动传感器配置移动无线设备的天线阵列
CN105379004A (zh) * 2013-07-18 2016-03-02 日本电气株式会社 点对点无线电系统、通信装置和通信控制方法
CN106033988A (zh) * 2015-03-20 2016-10-19 联想(北京)有限公司 信息处理方法及电子设备
CN107064888A (zh) * 2017-01-13 2017-08-18 北京理工大学 一种大型共形相控阵天线激活区选择的方法
CN108288984A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 华为技术有限公司 一种参数指示及确定方法和接收端设备及发射端设备
WO2022110203A1 (zh) * 2020-11-30 2022-06-02 华为技术有限公司 基站天线和基站

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2232632B1 (en) * 2007-11-28 2017-03-01 Intel Corporation Linear antenna array with azimuth beam augmentation by axial rotation
EP2534728A1 (en) 2010-02-08 2012-12-19 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (PUBL) An antenna with adjustable beam characteristics
US20120169539A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-05 Huang Howard C Robust beamforming for antenna arrays through use of motion/displacement sensing
KR20130018079A (ko) * 2011-08-10 2013-02-20 삼성전자주식회사 무선 통신 시스템에서 빔 고정 장치 및 방법
US9629000B2 (en) * 2013-06-04 2017-04-18 Nokia Solutions And Networks Oy Methods and apparatus for antenna elevation design
EP2940791A1 (en) * 2014-04-28 2015-11-04 Alcatel Lucent Radio device and method of operating a radio device
US10009124B2 (en) * 2015-03-11 2018-06-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Methods and apparatus for antenna calibration
CN104852775A (zh) * 2015-05-15 2015-08-19 北京理工大学 一种大型相控阵天线波束性能的快速评估方法
US9736846B1 (en) 2015-09-29 2017-08-15 Sprint Communications Company L.P. Intelligent radiation selection for antennas in a wireless communications environment
KR102614380B1 (ko) * 2017-02-08 2023-12-15 한국전자통신연구원 단일 rf 체인 안테나를 이용한 통신 방법 및 장치
GB2574853A (en) * 2018-06-20 2019-12-25 Airspan Networks Inc Technique for controlling a beam pattern employed by an antenna apparatus
US11601172B2 (en) 2018-06-20 2023-03-07 Airsfan Ip Holdco Llc Technique for controlling a beam pattern employed by an antenna apparatus
US11722211B1 (en) 2020-02-13 2023-08-08 Ast & Science, Llc AOCS system to maintain planarity for space digital beam forming using carrier phase differential GPS, IMU and magnet torques on large space structures
WO2021173050A1 (en) 2020-02-26 2021-09-02 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Method and system for mast sway compensation

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5623270A (en) 1994-10-12 1997-04-22 Riverside Research Institute Phased array antenna
US5894291A (en) * 1996-12-05 1999-04-13 Lucent Technologies, Inc. System and method for dynamically counteracting sway in active antenna towers
US6333712B1 (en) * 1999-11-04 2001-12-25 The Boeing Company Structural deformation compensation system for large phased-array antennas
KR100563565B1 (ko) * 2000-11-03 2006-03-28 주식회사 케이엠더블유 안테나
ATE298138T1 (de) * 2000-11-28 2005-07-15 Koninkl Philips Electronics Nv Mehrelement-richtantennen-system auf flexibler tragstruktur
US6864837B2 (en) * 2003-07-18 2005-03-08 Ems Technologies, Inc. Vertical electrical downtilt antenna
EP1562257A1 (en) 2004-02-06 2005-08-10 Sony International (Europe) GmbH Antenna motion tracking for short range wireless mobile communication system
US20070229378A1 (en) * 2006-03-17 2007-10-04 Steve Clark Telecommunications antenna monitoring system

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103210542A (zh) * 2010-09-10 2013-07-17 高通股份有限公司 使用运动传感器配置移动无线设备的天线阵列
CN107508032A (zh) * 2010-09-10 2017-12-22 高通股份有限公司 使用运动传感器配置移动无线设备的天线阵列
CN105379004A (zh) * 2013-07-18 2016-03-02 日本电气株式会社 点对点无线电系统、通信装置和通信控制方法
CN106033988A (zh) * 2015-03-20 2016-10-19 联想(北京)有限公司 信息处理方法及电子设备
CN108288984A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 华为技术有限公司 一种参数指示及确定方法和接收端设备及发射端设备
CN108288984B (zh) * 2017-01-09 2022-05-10 华为技术有限公司 一种参数指示及确定方法和接收端设备及发射端设备
CN107064888A (zh) * 2017-01-13 2017-08-18 北京理工大学 一种大型共形相控阵天线激活区选择的方法
CN107064888B (zh) * 2017-01-13 2019-09-13 北京理工大学 一种大型共形相控阵天线激活区选择的方法
WO2022110203A1 (zh) * 2020-11-30 2022-06-02 华为技术有限公司 基站天线和基站

Also Published As

Publication number Publication date
CN101689696B (zh) 2013-05-08
WO2008154959A1 (en) 2008-12-24
US8260336B2 (en) 2012-09-04
US20100311457A1 (en) 2010-12-09
EP2160795A1 (en) 2010-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101689696B (zh) 用于通过波束操控来补偿辐射波束的方法
US10079431B2 (en) Antenna array having mechanically-adjustable radiator elements
US7710346B2 (en) Heptagonal antenna array system
US6774848B2 (en) Conformal phased array antenna
US10957975B2 (en) System and method of adjusting antenna beam on antenna tower
CA2823144C (en) Active electronically scanned array antenna for hemispherical scan coverage
US7400304B2 (en) Antenna with partially spherical dielectric lenses
US7450068B2 (en) Phased array antenna beam tracking with difference patterns
US9379437B1 (en) Continuous horn circular array antenna system
CN103022726A (zh) 全空域覆盖波束赋形相控阵天线
CN105958216B (zh) 一种共形天线阵列
US20060152413A1 (en) Antenna assembly
KR101060067B1 (ko) 이차원 안테나 어레이
US5894291A (en) System and method for dynamically counteracting sway in active antenna towers
US10096897B2 (en) Ground to air antenna array
KR20220005553A (ko) 하이브리드 기계식 렌즈 안테나 위상 어레이를 위한 개선된 이득 롤-오프
WO2023014642A1 (en) Radio nodes having beam steering antenna arrays
WO2019082447A1 (ja) アンテナ
CA2922043C (en) Ground to air antenna array
JP2702343B2 (ja) 電子ビーム走査アンテナ装置
US20230142772A1 (en) Side lobe level enhancement in an array antenna
AU2015201421B2 (en) Active electronically scanned array antenna for hemispherical scan coverage
GB2378580A (en) A conformal phased array antenna

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: AOPU DISI CELLULAR TECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: CLUSTER CO., LTD.

Effective date: 20150126

Owner name: CLUSTER CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON (SE) S-126 25 STOCKHOLM, SWEDEN

Effective date: 20150126

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20150126

Address after: Texas, USA

Patentee after: Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ)

Address before: Delaware

Patentee before: Clastres LLC

Effective date of registration: 20150126

Address after: Delaware

Patentee after: Clastres LLC

Address before: Stockholm

Patentee before: Telefonaktiebolaget LM Ericsson

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130508

Termination date: 20170621