CN102640352A - 为带有正交极化的双波束天线设计权重向量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生成两个波束的方法，这两个波束具有正交极化，使用包括多个双极化阵列元件(11)的天线(20)覆盖选定区域。每个双极化阵列元件具有与第一极化相关联的第一相位中心(18)和与第二极化相关联的第二相位中心(18)。该方法包括：设计具有用于第一极化的第一非零权重向量和用于第二极化的第二非零权重向量的第一权重矩阵，基于第一权重矩阵的权重向量来计算第二权重矩阵，以及将第一和第二权重矩阵应用到双极化阵列元件以生成覆盖选定区域的第二波束。

Description

为带有正交极化的双波束天线设计权重向量的方法

技术领域

本发明涉及为双波束天线设计权重向量的方法，其中，所示波束具有正交极化。

背景技术

在移动电话通信系统中用于扇区覆盖传送的波束在阵列天线的情况下借助于波束形成来生成以便传送用户特定信息。标准的示例有TD-SCDMA和LTE-TDD，两者一般情况下使用或将使用在四列中布置的双极化天线。

组合波束以生成复合波束的构想已被公开，请参阅描述从具有正交极化的天线组合波束端口的US 5649287(参考文献[1])。在[1]中，公开了与不但具有不同极化而且具有不同空间指向的天线相关联的波束端口的组合，以实现在方位中覆盖更大区域的复合波束而不会在组合天线方向图(pattern)中形成零或近零。

如图1中公开的现有技术天线具有两个波束，这些波束带有正交极化，覆盖相同区域以用于分集目的。用于借助于双极化阵列天线生成波束的常用方法在图2中示出，其中通过具有相同极化的元件生成了每个波束。

常见方法的典型问题是：

-实际与期望波束形状之间的匹配差，因为如图3所示，创建的幅度方向图围绕期望的波束形状方向图“起伏”。

-功率利用在用于权重向量的各个元素的幅度不是恒定的意义上是不高效的。

-权重向量是天线特定的，即，它们设计用于某个元件间隔和元件波束宽度。

因此，需要用于为带有正交极化的双波束天线设计权重向量的改进方法。

发明内容

本发明有关的目的是提供一种方法以实现带有正交极化的与现有技术解决方案相比在功率域中具有改进的天线辐射属性的双波束。

此目的通过生成具有正交极化的两个波束(这两个波束均使用具有多个双极化阵列元件的天线覆盖选定区域)的方法而得以实现。每个双极化阵列元件具有与第一极化相关联的第一相位中心和与第二极化相关联的第二相位中心，第二极化与第一极化正交。双极化阵列元件的第一和第二相位中心布置在第一方向中，并且跨二维天线表面关于垂直于第一方向的对称线对称分布。每个波束通过向所述多个双极化阵列元件馈电(feed)而生成，并且该方法包括：设计具有用于第一极化的第一非零权重向量和用于第二极化的第二非零权重向量的第一权重矩阵；将第一权重矩阵应用到双极化阵列元件以生成覆盖选定区域的第一波束；基于第一权重矩阵的权重向量来计算第二权重矩阵；以及将第二权重矩阵应用到双极化阵列元件以生成覆盖选定区域的第二波束。

本发明有关的优点是，与现有技术天线相比，改进了实际与期望波束形状之间的匹配。

本领域技术人员可从详细描述中发现另外的目的和优点。

附图说明

本发明将结合作为非限制性示例所提供的以下图形来描述，其中：

图1示出现有技术天线阵列配置。

图2示出带有常规波束形成的现有技术天线。

图3示出用于图2中天线的波束方向图。

图4示出根据本发明用于生成扇区覆盖波束的双波束天线的一常规实施例。

图5示出其中应用双极化波束形成的波束方向图。

图6示出根据本发明的双波束天线的第二实施例。

图7示出元件方向图和期望方向图的形状或多或少相同的图形的示例。

图8示出对应的图形，示出了生成图7中功率方向图的天线的极化平行性。

具体实施方式

现有技术天线配置10在图1中示出，包括在第一方向12中以相等距离移位的四个双极化元件11。为了说明的目的，双极化天线元件11包括与第一极化(实线)相关联的第一元件11_A和与第二极化(虚线)相关联的第二元件11_B，第二极化与第一极化正交。

天线配置还包括耦合到每个天线元件的放大单元13，每个放大单元13包括用于下行链路传送的功率放大器PA和用于上行链路接收的低噪声放大器LNA及隔离上行链路接收和下行链路传送的滤波器(未示出)。天线端口A和B经波束形成网络14和每个相应放大单元13连接到双极化天线元件11。波束形成网络14按常规配置成通过连接天线端口A并应用适合的权重到与第一极化相关联的第一元件11_A，以及通过连接天线端口B并应用适合的权重到与第二极化相关联的第二元件11_B，生成两个波束。

为了分集的目的，期望具有两个波束，这些波束带有覆盖相同区域的正交极化。用于借助于双极化阵列天线生成波束的常用方法在图2中示出，其中通过具有相同极化的元件生成了每个波束。观察到，图2只示出下行链路，并且应用到每个元件11_A和11_B的权重通过实线箭头15(第一极化)和虚线箭头16(第二极化)示出。

图3中示出对应于常见方法的波束方向图的一个示例。在此示例中，通过应用以下权重矩阵，生成与端口1关联的期望波束：

$W_1^T=\left[\begin{array}{c}{w}_{1A}^T\\ w_{1B}^T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0.3751+j0.0363& 1& 1& -0.7243+j0.0308\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

发现对于所有方位角将具有正交极化的用于波束2的对应权重矩阵为

$W_2^T=\left[\begin{array}{c}{w}_{2A}^T\\ w_{2B}^T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0.3751+j0.0363& 1& 1& -0.7243+j0.0308\end{array}\right]$

两个零权重向量，即和用于实现两个正交波束。

用于元件的半功率波束宽度(hpbw)在示例中设为70度，并且用于期望扇区覆盖波束的hpbw设为65deg。元件分隔、即相邻双极化天线元件11的相位中心(每个极化一个相位中心)之间的距离设为0.7个波长。

图3示出用于常规方法的波束方向图。对每个极化相同的功率方向图示为实线1。期望方向图形状hpbw 65deg在图2中示为虚线2，并且元件功率方向图示为虚线3，hpbw 70deg。

假设所有功率放大器具有相同的额定输出功率，则元件上的幅度锥度(taper)造成功率利用降低。功率效率指数(figure)显示在两个波束以每波束相同的平均功率分配传送时的实际输出功率相对总可用输出功率。为了查找效率指数，权重矩阵必须在几个步骤中被归一化。第一步骤是设置总功率在两个波束中等于1

$W_{\mathrm{1,1}}=\frac{W_1}{\sqrt{\mathrm{vec}{\left(W_1\right)}^H*\mathrm{vec}\left(W_1\right)}}$ 和 $W_{\mathrm{2,1}}=\frac{W_2}{\sqrt{\mathrm{vec}{\left(W_2\right)}^H*\mathrm{vec}\left(W_2\right)}}$

第二步骤是归一化，使得所有功率放大器上的最大功率设为1

$A_{\max }=\sqrt{\max (\mathrm{diag}\left(\mathrm{vec}\left(W_{\mathrm{1,1}}\right)\mathrm{vec}{\left(W_{\mathrm{1,1}}\right)}^H\right)+\mathrm{diag}\left(\mathrm{vec}\left(W_{\mathrm{2,1}}\right)\mathrm{vec}{\left(W_{\mathrm{2,1}}\right)}^H\right))}$

$W_{\mathrm{1,2}}=\frac{W_{\mathrm{1,1}}}{A_{\max }}$ 和 $W_{\mathrm{2,2}}=\frac{W_{\mathrm{2,1}}}{A_{\max }}$

第三步骤是计算总输出功率和归一化到对应于总可用输出功率的功率放大器的数量

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{PA}}=\frac{\mathrm{vec}{\left(W_{\mathrm{1,2}}\right)}^H\mathrm{vec}\left(W_{\mathrm{1,2}}\right)+\mathrm{vec}{\left(W_{\mathrm{2,2}}\right)}^H\mathrm{vec}\left(W_{\mathrm{2,2}}\right)}{N_{\mathrm{PA}}}$

vec(X)算子从矩阵X来生成列向量。()^H算子采用厄米，即，矩阵的转置，并复共轭矩阵中的所有元素。

对于图3中的示例，功率效率变成对应于-1.8dB的η_PA＝0.667。

本发明的基本概念是定义对应于功率域中期望天线辐射属性的权重向量。这通过让扇区波束端口连接到由适当权重矩阵加权的天线元件的两个极化而实现。对于每个单波束，仅E场的量级是重要的(功率域)并因此被考虑。这不同于为在对应波束的所有方向上固定(相同)的极化定义/研究辐射属性的常规视图。

用于每个波束的权重矩阵可分成两个权重向量，它们是非零权重向量。如下面更详细所示出的，每个权重向量具有与带有相同极化的天线元件相关联的元素。

然而，生成将带有正交极化的两个波束时，必须考虑用于第一波束的E场，而设计用于第二波束的权重矩阵以确保极化对预期覆盖区域中的所有方位角变得充分正交。

图4示出根据本发明用于生成扇区覆盖波束的双波束天线20的一常规实施例，该天线包括带有四个双极化阵列元件11的线性天线阵列，每个元件包括在第一方向12中布置的双极化天线元件。元件间隔无需相同，但天线阵列将相对于与第一方向12垂直的对称线21是对称的。每个双极化天线元件在此实施例中包括具有第一相位中心的第一天线元件11_A和具有第二相位中心的第二天线元件11_B，第一和第二相位中心一致，并且示为共同相位中心18。

放大单元连接到每个天线元件11_A和11_B，并且由用于下行链路的功率放大器23示出。对应的低噪声放大器LNA(未示出)也连接到用于上行链路的每个天线元件。如实线25和虚线26所示，波束形成网络24将每个天线端口1和2经相应功率放大器23和加法单元21连接到所有天线元件11_A和11_B。用于每个波束的权重矩阵应用到所有天线元件11_A和11_B以生成两个正交波束。

应注意，双极化阵列元件11的共同相位中心18位于在第一方向12中的直线27上，并且相对于对称线22是对称的。

两个波束的每个波束借助于权重矩阵

来生成，在此示例中，权重矩阵如下所示具有在两个权重向量中布置的8个元素(每个带有相同极化的天线元件极化一个权重向量)。

图5示出其中应用双极化波束形成的波束方向图。结果功率由实线4示出。期望的方向图由点线5示出，并且元件方向图由虚线6示出。与在为类似功率利用应用常规方法时相比，波束方向图示出与期望方向图更好得多的对应。

用于波束1的生成的第一权重矩阵可定义为：

$W_1^T=\left[\begin{array}{c}{W}_{1A}^T\\ W_{1B}^T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{11}^A& w_{12}^A& \·\·\·& w_{1N}^A\\ w_{11}^B& w_{12}^B& \·\·\·& w_{1N}^B\end{array}\right]---\left(1\right)$

“N”是具有相同极化的天线元件的数量，以及“A”是第一极化，“B”是第二正交极化。

表示应用到与第一极化相关联的天线元件的第一权重向量，以及表示应用到与第二极化相关联的天线元件的第二权重向量。用于波束2的生成的第二权重矩阵

可类似地定义为：

$W_2^T=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{W}_{2A}^T\\ W_{2B}^T\end{array}\right]\end{array}=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{21}^A& w_{22}^A& \·\·\·& w_{2N}^A\\ w_{21}^B& w_{22}^B& \·\·\·& w_{2N}^B\end{array}\right]---\left(2\right)$

因此，每个权重矩阵具有两个权重向量(每个极化一个)，带有如等式(1)和(2)中所示的N个复元素。第二权重矩阵将生成具有相同功率方向图和所有方向中对波束1的正交极化的波束，其对于图4中的统一线性阵列给出为：

$W_2^T=\left[\begin{array}{c}{W}_{2A}^T\\ W_{2B}^T\end{array}\right]=\mathrm{conj}\left(\left[\begin{array}{c}-W_{1B}^T\\ W_{1A}^T\end{array}\right]\right)F---\left(3\right)$

F是反转它操作的向量中元素的矩阵。

因此，第二权重矩阵可定义为：

$=\left[\begin{array}{cccc}{(-w_{1N}^B)}^{*}& \·\·\·& {(-w_{12}^B)}^{*}& {(-w_{11}^B)}^{*}\\ {\left(w_{1N}^A\right)}^{*}& \·\·\·& {\left(w_{12}^A\right)}^{*}& {\left(w_{11}^A\right)}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{21}^A& w_{22}^A& \·\·\·& w_{2N}^A\\ w_{21}^B& w_{22}^B& \·\·\·& w_{2N}^B\end{array}\right]---\left(5\right)$

算子(X)^*是X的复共轭。

第二权重矩阵基于第一权重矩阵的权重向量来计算，并且等式(3)是为获得第二权重矩阵在第一权重矩阵的权重向量的“N”个复元素上执行的运算的数学表达式。为完全理解实际运算以生成带有与第一波束相同的功率方向图，基本上在所有方向相互正交的第二波束，运算可分为以任意次序执行的三个步骤。

步骤1

在实轴中对第一权重矩阵

中第一权重向量的每个元素进行镜像(mirror)(即，复共轭每个元素)，并且在虚轴中对第一权重矩阵

中第二权重向量

的每个元素进行镜像(即，通过符号移位，复共轭每个元素)，如下所示：

$W_{1B}^T=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{11}^B& w_{12}^B& \·\·\·& w_{1N}^B\end{array}\right]\⇒\left[\begin{array}{cccc}{(-w_{11}^B)}^{*}& {(-w_{12}^B)}^{*}& \·\·\·& {(-w_{1N}^B)}^{*}\end{array}\right]$

步骤2

反转行的次序，即，将计算的元素“反转行”，如下所示：

$\left[\begin{array}{cccc}{\left(w_{11}^A\right)}^{*}& {\left(w_{12}^A\right)}^{*}& \·\·\·& {\left(w_{1N}^A\right)}^{*}\\ {\left({-w}_{11}^B\right)}^{*}& {(-w_{12}^B)}^{*}& \·\·\·& {(-w_{1N}^B)}^{*}\end{array}\right]\⇒\left[\begin{array}{cccc}{(-w_{11}^B)}^{*}& {(-w_{12}^B)}^{*}& \·\·\·& {(-w_{1N}^B)}^{*}\\ {\left(w_{11}^A\right)}^{*}& {\left(w_{12}^A\right)}^{*}& \·\·\·& {\left(w_{1N}^A\right)}^{*}\end{array}\right]$

步骤3

反转列的次序，即，将计算的行反转元素“列反转”以获得第二权重矩阵

中第一权重向量和第二权重向量的元素，如下所示：

$\left[\begin{array}{cccc}{(-w_{11}^B)}^{*}& {\left({-w}_{12}^B\right)}^{*}& \·\·\·& {\left({-w}_{1N}^B\right)}^{*}\\ {\left(w_{11}^A\right)}^{*}& {\left(w_{12}^A\right)}^{*}& \·\·\·& {\left(w_{1N}^A\right)}^{*}\end{array}\right]\⇒\left[\begin{array}{cccc}{(-w_{1N}^B)}^{*}& \·\·\·& {\left({-w}_{12}^B\right)}^{*}& {(-w_{11}^B)}^{*}\\ {\left(w_{1N}^A\right)}^{*}& \·\·\·& {\left(w_{12}^A\right)}^{*}& {\left(w_{11}^A\right)}^{*}\end{array}\right]=W_2^T$

在应用的权重向量矩阵包括两个极化时，可能设计以下权重矩阵：

-与常规方法相比，给出实现的与期望的波束形状之间的更佳匹配；和/或

-与常规方法相比，给出更佳的功率利用。

示例1

用于使用四个双极化元件生成第一波束(如结合图4和5所述)的第一权重矩阵

为：

$W_1^T=\left[\begin{array}{c}{W}_{1A}^T\\ W_{1B}^T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{11}^A& w_{12}^A& w_{13}^A& w_{14}^A\\ w_{11}^B& w_{12}^B& w_{13}^B& w_{14}^B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{0.5074e}^{j1.7224}& {1e}^{-j0.3342}& {1e}^{-j0.6684}& 0{.5074e}^{j0.7198}\\ {0.5074e}^{j0.7198}& {1e}^{-j0.6684}& {1e}^{-j0.3342}& {0.5071e}^{j1.7224}\end{array}\right]$

和

是非零权重向量。

在此示例中用于第二波束的第二权重矩阵

使用等式(3)来计算，并且变为：

$W_2^T=\left[\begin{array}{c}{W}_{2A}^T\\ W_{2B}^T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{21}^A& w_{22}^A& w_{23}^A& w_{24}^A\\ w_{21}^B& w_{22}^B& w_{23}^B& w_{24}^B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{0.5074e}^{j1.4192}& {1e}^{-j2.8074}& {1e}^{-j2.4732}& {0.5074e}^{j2.4218}\\ {0.5074e}^{-j0.7198}& {1e}^{j0.6684}& {1e}^{j0.3342}& {0.5074e}^{-j1.7224}\end{array}\right]$

产生了具有非零权重向量

和的第二权重矩阵。

用于元件的半功率波束宽度(hpbw)在示例中设为105deg，并且用于期望扇区覆盖波束的hpbw设为65deg。元件分隔、即分别在第一相位中心与第二相位中心之间的分隔设为0.5个波长。

用于此示例的功率利用指数变为η_PA＝0.629，这对应于-2.0dB。

如可注意到的，该功率利用低于用于结合图3所示的现有技术示例的功率利用，但条件不相同，这解释了差别。

天线的此大小在以下描述中使用，但该构想也能够应用到其它天线大小。实现中，每个描述的天线元件也能够设计为多个分开的天线元件结构(子阵列)。

图6示出根据本发明的天线30的第二实施例，该天线包括三个双极化阵列元件31(每个阵列元件包括第一天线元件31_A和带有正交极化的第二天线元件31_B)、功率放大器23(为清晰起见，只示出下行链路)和经功率放大器23(及用于上行链路的对应LNA)连接天线端口1和2到所有天线元件31_A和31_B的波束形成网络24。每个天线元件的相位中心示为一个点，并且与第一极化相关联的第一天线元件31_A的第一相位中心28_A位于在第一方向12中布置的第一直线33上，并且与第二极化(与第一极化正交)相关联的第二天线元件31_B的第二相位中心28_B位于第二直线34(与第一直线33平行)上。

第一天线元件31_A的第一相位中心和第二天线元件31_B的第二相位中心相对于对称线32对称布置。

在此示例中，提供了具有两个权重向量(每个带有三个元素)的第一权重矩阵以获得用于第一波束的期望功率方向图，例如：

$W_1^T=\left[\begin{array}{c}{W}_{1A}^T\\ W_{1B}^T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{w}_{11}^A& w_{12}^A& w_{13}^A\\ w_{11}^B& w_{12}^B& w_{13}^B\end{array}\right]$

生成第二波束的对应第二权重矩阵为：

$W_2^T=\left[\begin{array}{c}{W}_{2A}^T\\ W_{2B}^T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{w}_{21}^A& w_{22}^A& w_{23}^A\\ w_{21}^B& w_{22}^B& w_{23}^B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\left({-w}_{23}^B\right)}^{*}& {(-w_{22}^B)}^{*}& {(-w_{21}^B)}^{*}\\ {\left(w_{23}^A\right)}^{*}& {\left(w_{22}^A\right)}^{*}& {\left(w_{21}^A\right)}^{*}\end{array}\right]$

通过应用任意极化旋转而不更改功率方向图的形状，能够修改权重矩阵，但当然将更改极化。能够根据以下等式，借助于极化旋转矩阵Φ来应用极化旋转：

W_{pol_rot}＝W_{no_pol_rot}Φ

用于极化旋转矩阵的结构为

$\mathrm{\Φ}=\left[\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\β}\right)& \sin \left(\mathrm{\β}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\β}\right)& \cos \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}\right]$

其中，β是用于极化的旋转的隅角。

此外，能够根据以下等式，借助于对两个矩阵(两个波束)相等的相移来修改权重矩阵：

W_{phase_offset}＝We^jα

其中，α是任意电相位角。

在一些特定情况中，包含两个权重向量的权重矩阵变得十分简单。一个示例是天线方向图和期望方向图的形状或多或少相同的情况。

对于此情况，权重矩阵的一个示例为：

$W_1^T=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 0& 0\\ 1& -1& 0& 0\end{array}\right]$ 和 $W_2^T=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 1& -1\\ 0& 0& 1& 1\end{array}\right]$

对应的波束方向图在图7中示出，并且功率利用(假设通过两个波束传送)变成：

η_PA＝1.00，

这对应于0dB，即，在期望时能够利用全部功率资源。

图7为新颖方法示出用于左侧波束端口1和右侧端口2的上面示例的波束方向图。黑曲线7指示功率方向图。hpbw对于元件线8和期望同扇区覆盖波束线9两者均设为65deg。

极化平行性(parallelity)在图8中示为方位角的函数。该图示出即使极化随角度更改，对于角的每个值在两个波束之间的极化是正交的。

实际上，有给出类似性能的几个其它权重向量。第二示例为

$W_1^T=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 1& 0\\ 1& 0& -1& 0\end{array}\right]$ 和 $W_2^T=\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 0& -1\\ 0& 1& 0& 1\end{array}\right]$

并且第三示例为

$W_1^T=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& -1\end{array}\right]$ 和 $W_2^T=\left[\begin{array}{cccc}1& -1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 1\end{array}\right]$

这些权重矩阵当然能够如上所述经受极化旋转。

此外，空间波束转向(steering)能够被应用，根据以下等式对性能保持的两个矩阵(波束)是相同的：

W_spatial＝ΨW

其中，Ψ是空间波束转向矩阵，此处为4个列示出，假设了元件之间的相位中心分隔是相同的，例如阵列上的线性相移

$\mathrm{\Ψ}=\left[\begin{array}{cccc}{e}^{-j1.5\mathrm{\δ}}& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j0.5\mathrm{\δ}}& 0& 0\\ 0& 0& e^{j0.5\mathrm{\δ}}& 0\\ 0& 0& 0& e^{j1.5\mathrm{\δ}}\end{array}\right]$

δ是电相位角，它(与以波长为单位的元件分隔组合)定义所述波束的扫描角。

用于简化情况的另外效应是权重矩阵变成独立于元件分隔，即，相同的权重矩阵能够用于元件间隔不同的不同天线。

在上面的示例中，一直以“波束端口”的含意使用术语“阵列元件”，并且存在到“波束端口”的带有诸如相位中心(每个极化一个相位中心)等某些属性的相关联波束。相位中心定义为：“与天线相关联的点的位置，使得，如果它用作其半径延伸到远场中的球体的中心，则在辐射球体的表面上(至少在辐射显著的表面的该部分上)给定场分量的相位是基本上恒定的”，见“IEEE Standard Definitions of Terms ForAntennas”，IEEE std 145-1993(ISBN 1-55937-317-2)。

Claims (11)

1.一种生成两个波束的方法，所述两个波束具有正交极化，使用包括多个双极化阵列元件(11；31)的天线(20；30)覆盖选定区域，每个双极化阵列元件具有与第一极化相关联的第一相位中心(18；28_A)和与第二极化相关联的第二相位中心(18；28_B)，所述第二极化与所述第一极化正交，所述双极化阵列元件的所述第一和第二相位中心被布置在第一方向(12)中，并且跨二维天线表面关于垂直于所述第一方向(12)的对称线(22；32)对称分布，每个波束通过向所述多个双极化阵列元件馈电而生成，特征在于所述方法包括：

-设计具有用于所述第一极化的第一非零权重向量和用于所述第二极化的第二非零权重向量的第一权重矩阵，

-将所述第一权重矩阵应用到所述双极化阵列元件以生成覆盖所述选定区域的第一波束，

-基于所述第一权重矩阵的权重向量来计算第二权重矩阵，以及

-将所述第二权重矩阵应用到所述双极化阵列元件以生成覆盖所述选定区域的第二波束。

2.如权利要求1所述的方法，其中计算所述第二权重矩阵中元素的所述步骤包括通过以下操作来计算所述第二权重矩阵中的元素：

-在实轴中对所述第一权重向量的每个元素进行镜像，以及在虚轴中对所述第二权重向量的每个元素进行镜像，

-将所计算的元素行反转，以及

-将所计算的行反转的元素列反转。

3.如权利要求1或2的任一项所述的方法，其中所述第一权重矩阵定义为：

$W_1^T=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{W}_{1A}^T\\ W_{1B}^T\end{array}\right]\end{array}=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{11}^A& w_{12}^A& \·\·\·& w_{1N}^A\\ w_{11}^B& w_{12}^B& \·\·\·& w_{1N}^B\end{array}\right]$

是带有元素的所述第一权重向量；n＝1-N，

是带有元素

的所述第二权重向量；n＝1-N，A表示所述第一极化，并且B表示所述第二极化，以及所述第二权重矩阵计算为：

$=\left[\begin{array}{cccc}{(-w_{1N}^B)}^{*}& \·\·\·& {(-w_{12}^B)}^{*}& {(-w_{11}^B)}^{*}\\ {\left(w_{1N}^A\right)}^{*}& \·\·\·& {\left(w_{12}^A\right)}^{*}& {\left(w_{11}^A\right)}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{w}_{21}^A& w_{22}^A& \·\·\·& w_{2N}^A\\ w_{21}^B& w_{22}^B& \·\·\·& w_{2N}^B\end{array}\right]$

是带有元素的所述第一权重向量；n＝1-N，

是带有元素

的所述第二权重向量；n＝1-N。

4.如权利要求1-3的任一项所述的方法，其中所述方法还包括在直线上布置所述双极化阵列元件的所述第一和第二相位中心。

5.如权利要求1-4的任一项所述的方法，其中所述方法还包括布置每个双极化阵列元件以具有与所述第一极化相关联的第一馈电点和与所述第二极化相关联的第二馈电点，由此每个波束通过向所述第一和第二馈电点馈电而生成。

6.如权利要求1-5的任一项所述的方法，其中所述方法还包括选择每个双极化阵列元件以便在所述第一和第二相位中心在所述第一方向(12)中并且关于所述对称线(22；32)对称布置的条件下具有任意配置。

7.如权利要求1-5的任一项所述的方法，其中所述方法还包括将所有双极化阵列元件选择成相同。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述方法还包括将每个双极化阵列元件分成具有带正交极化的相同天线功率方向图的两个天线元件。

9.如权利要求1-8的任一项所述的方法，其中所述方法还包括通过将极化旋转矩阵Φ应用到所述第一和第二权重矩阵来执行两个波束的极化旋转，所述极化旋转矩阵定义为：

$\mathrm{\Φ}=\left[\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\β}\right)& \sin \left(\mathrm{\β}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\β}\right)& \cos \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}\right]$

β是用于所述极化的旋转的隅角。

10.如权利要求1-9的任一项所述的方法，其中所述第一相位中心之间的分隔和所述第二相位中心之间的分隔是相同的，所述方法还包括通过将空间波束转向矩阵Ψ应用到所述第一和第二权重矩阵来为两个波束执行空间波束转向，所述波束转向矩阵优选在所述天线上作为线性相移定义为：

$\mathrm{\Ψ}=\left[\begin{array}{cccc}{e}^{-j1.5\mathrm{\δ}}& 0& 0& 0\\ 0& e^{-j0.5\mathrm{\δ}}& 0& 0\\ 0& 0& e^{j0.5\mathrm{\δ}}& 0\\ 0& 0& 0& e^{j1.5\mathrm{\δ}}\end{array}\right]$

δ是电相位角，其与以波长为单位的元件分隔组合来定义所述波束的扫描角。

11.一种配置成生成两个波束的天线(20)，所述波束具有正交极化，覆盖选定区域，所述天线(20)包括多个双极化阵列元件(11)，每个双极化阵列元件具有与第一极化相关联的第一相位中心和与第二极化相关联的第二相位中心，所述第二极化与所述第一极化正交，所述双极化阵列元件的所述第一和第二相位中心被布置在第一方向(12)中，并且跨二维天线表面关于垂直于所述第一方向(12)的对称线(22)对称分布，每个波束通过向所述多个双极化阵列元件馈电来生成，特征在于所述天线还配置成由如权利要求1-10的任一项中定义的方法来控制。

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