CN104364965B - 有源天线系统 - Google Patents

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Abstract

一种改进的有源天线系统特征尤其在于如下特征：具有设置用于发射运行和接收运行的第一天线组(5)；具有设置用于接收运行的第二天线组(10)，这两个所述天线组(5、10)相叠地布置；以及所述第一天线组(5)的馈电网络(N11、N12)具有与频率有关的即针对发射和接收频率不同的幅度分布。

Description

有源天线系统
背景技术
移动无线电网络按已知方式构建为，使得其划分成多个单独的移动无线电小区。移动无线电小区通过借助基站对确定的区域供给无线电信号形成。基站为此目的配备有天线，所述天线具有合适的方向特征。通常，使用波瓣状方向特征。小区和要供给的区域的大小例如可以通过方向特征的下倾角(DownTilt)的不同调节来改变，为此例如可不同调节的移相器使用在相应的天线中。所述改变也可以根据在小区中活动用户的数目来进行。
这种移动无线电基站的天线按已知称作天线阵列，其用于发射和接收。为此，与在相关的小区中的移动无线电用户展开通信，其中，作为与发射的同义词(从基站侧来看)也常常谈及下行。由移动无线电用户传输至移动无线电站的数据也常常称作上行，所述数据也由天线阵列接收。
在现代移动无线电网络中，在此，上行运行与下行之间在数据率或相应接收的发射功率方面存在不等权重，即在接收运行和发射运行之间从基站来看。
因此，基站通常具有天线，所述天线具有比较高的天线增益，并且由于相应的功率放大器而具有比较高的发射功率。因此，在下行中在接收器处可提供比较高的功率。但另一方面，移动无线电设备(所谓的手机、智能手机或其他移动无线电设备，例如配备相应的发射装置和接收装置的笔记本计算机等)包括具有仅一个比较小的天线增益以及比较低的可用的发射功率的天线。由此，在上行中在接收器处可以仅提供比较低的功率。在上行和下行中的相应的接收器处的功率之间的该不等权重尤其是在高数据率的情况下有负面影响。
在此为了获得一定的改进，已在过去提出进一步优化上行路径。尝试的是，得到的竖直辐射图针对上行运行(即针对基站的接收运行)和下行运行彼此电学上独立地调节。
这也通过如下方式实现：所谓的有源天线系统同时以不同技术实施而已知。一般而言，通常基站技术的一部分优选高频电子装置(HF电子装置)在此期间集成到天线中。这引起一系列优点，譬如能量节约、对线缆和接口的低需求、位置需求的降低等。最后，这也引起这种天线阵列和基站的视觉上更吸引人的构型。主要技术特征在此为，各个天线辐射器或辐射器组配备有所提及的发射和接收电子装置。由此例如可以针对上行和下行独立地调节下倾角。
通过这种措施例如相对于传统解决方案应可实现例如5％到20％的容量提高。
然而，在这种有源天线方面也存在大风险。最大风险因素在此涉及安装在桅杆上或天线中的电子装置。因此，产品并且在此尤其电子装置应通常保持无故障运行10到15年，并且这在部分最恶劣的环境条件下情况如此。电子单元的所谓的“meantime betweenfailure(MTBF)”即“平均故障间隔时间”(即对无故障时间的量度)为重要的参量，以便能够描述有源天线的期望使用寿命。有源天线包含电子装置越多，则MTBF越低。
传统系统通常具有大约50,000小时的这种无故障时间(MTBF)。该数字与这种产品要满足例如10到15年的无故障使用持续时间的要求存在明显冲突。
移动无线电设备和相关的控制系统基本上在WO 03/052866 A1中获知。根据该公开内容描述了，两个天线如何可以以在小区的相同扇区中不同的竖直图方式运行。在此所讨论的是，天线之间的发射功率的关系改变，由此在相应的接收器处的相应的接收功率被优化。
从该技术文献中获知，对于天线阵列中旁瓣抑制有意义的是与中部辐射器相比为天线阵列的最外部的辐射器输送更少的功率。该原理例如在Constantine A.Balanis的专业书籍“Antenna Theory third edition”(在“6.8.2Binomial Array”章节中)予以描述。
根据EP 1 684 378 A1描述了一种阵列天线，其包括两个无源子组，其具有机械移相器，所述无源子组彼此竖直地布置。这两个子组之间的相位差可以以电学方式调节。为此，对于天线阵列的两个子组分别前置移相器调节组件，其通过后续单独的分配网络与这两个阵列子组的各个辐射器元件连接。
带有相叠布置的并且共同通过一个网络馈电的辐射器的常规天线在WO 2006/071152 A1中作为已知而获知。
从DE 698 37 596 T2中作为已知而获知任意使用天线孔径的这类发射/接收天线。发射/接收天线包括两个相叠布置的天线，其中两个天线组设置用于接收而上部的或下部的天线组设置用于在不同频率范围中进行发射。
发明内容
因此，本发明的任务是提出一种改进的解决方案，其适于降低或补偿在移动无线电天线设备的上行与下行运行之间即在接收运行与发射运行之间存在的不等权重，并且由此总体上减小了由于上行运行与下行运行之间存在的不等权重引起的缺点。
因为在移动无线电用户侧即在所使用的手机、智能手机或其他实现移动通信的设备侧由于那里仅有低的可用的能量供给以及受制于结构方式的低天线增益原则上并不指望明显改进，本发明着手于基站侧。
在本发明的范畴内，提出使用一种天线阵列，其至少包括第一和第二天线组。
第一天线组设置用于发射运行和接收运行，而第二天线组仅用于接收运行或尤其仅用于接收运行。分别包括至少两个天线子组的天线组(其中每个天线子组包括至少一个辐射器)相叠地布置。
在此，通过馈电网络可以为天线子组提供相位和功率，由此优选设置机械移相器。
现在为了实现上行运行与下行运行之间的改进，本发明至少对于第一天线组建议与频率有关的幅度分布，所述第一天线组设置用于发射运行和接收运行。
天线阵列内的幅度分布在此理解为在发射或接收运行中在不同的各个天线子组上的信号电平的相对分布。信号优选是为电压、电流或功率形式的电信号。通过以单位dB说明电平来阐述这点。通常，信号电平向天线子组中的一个天线子组的在发射运行或接收运行中最大的信号电平归一化。但适宜的也会是，信号电平与发射运行或接收运行中所选的天线子组的电平有关。代替信号电平在此也仅简单谈及幅度，其中出于简要原因相对地说明信号电平。
第一天线组的发射运行和接收运行的幅度分布在此不同。该不同可以简化地表达为，在发射运行(下行)中天线子组的幅度从最高值(优选通过中部天线子组代表)到最外部的天线子组减小。但此外也存在如下应用情况：其中，所有天线子组在下行中以相同的幅度馈电或仅单独的天线子组得到略微更多的功率。然而，优选的实施形式是首次提及的实施形式。然而与此不同，在接收运行(上行)中，第一天线组的最外部或倒数第二个天线子组的幅度相对于所述天线子组之一的最高幅度改变。幅度可以等于天线子组之一的最大幅度(即优选不小于)或与在发射运行中相比优选仅比较小地下降或也强烈地下降。
所基于的是，最外部或倒数第二个天线子组相对于天线子组的最高幅度的幅度在接收频率的情况下具有值ARx，并且在此情况下还基于的是，最外部或倒数第二个天线子组的相对于天线子组的最高幅度的幅度在发射频率的情况下具有值ATx，则在本发明的范畴内在两个上面所述的值之间的差的数值应为至少0.2dB乘以天线子组的数目和最大5dB乘以天线子组的数目。
通过该措施尤其确保相对传统解决方案明显改进了在上行运行与下行运行之间所描述的不等权重，并且这即使在旁瓣被更大衰减的情况下也如此。衰减的旁瓣具有如下优点：尤其是在主瓣之上第一旁瓣在相邻的移动无线电小区中更弱地辐射。由此得到的干扰这样被减小。
在本发明的一种优选的实施形式中，通过这两个天线组接收的信号可以通过如MRC(Maximum Ration Combining(最大比例合并))或ERC(Equal Ratio Combining(等比例合并))方法或如IRC(Interference Rejection Combining(干扰抑制合并))的方法等来使用。处理在发射接收单元中进行。该方法在此涉及各个天线或组的信号的合并，所述信号对于在现有接收分集的情况下的分集增益可以被充分利用。此外，可以考虑在发射接收单元中改变输送给这两个天线组的信号的相位。由此例如对于接收运行而言相较于发射运行可以调节单独的下倾角。
尤其在机械移相器被用于馈电网络中的与频率有关的幅度分布时才得到本发明的简单实现。
但对于馈电网络中与频率有关的幅度分布也可以使用与频率有关的功率分配器。
天线阵列及其馈电的根据本发明的新型架构也得出，例如每个极化而双极化的辐射器装置需要仅仅一个发射器(Transmitter)和仅仅两个接收器(Receiver)。根据本发明的双极化有源天线于是例如可以利用仅仅两个远程无线电头端(或类似部件)来实现，所述远程无线电头端具有用于双极化天线阵列的两个集成发射支路(TX支路)和四个接收支路(RX支路)的相关的电子部件和滤波部件。如果使用传统架构来实现和转化仅基本类似的效果，则为此必须集成用于至少十个发射支路和二十个接收支路的电子装置和滤波器(例如每个天线组各五个天线子组)，以便实现仅基本上类似的结果。尤其也通过在本发明的范畴内在移动无线电天线的接收运行中(相对于基站的上行)将两个天线阵列的信号彼此合并的方式，获得相较于在仅使用一个天线阵列的下行(发射运行)中多大约2.5到3.0dB的附加天线增益。通过所提及的用于合并各个天线的信号的现代方法(例如MRC、ERC、IRC等)还附加地获得1.0到3.0dB。通过这种新型有源天线，于是在上行运行(接收运行)中总共相对于下行运行(发射运行)得到大约3.5到6.0dB的功率改善。这使数据率的显著改进。此外，上行信号和下行信号可以调节到不同的下倾角值，这能够实现进一步优化数据率。这目前仅利用所谓的分布式有源天线架构能实现。
但也可以考虑以发射运行驱动两个天线组。这样，例如可以应用智能方法如MIMO(多输入多输出)、SIMO(单输入多输出)或MISO(多输入单输出)，正如天线在下行运行中可以一起运行那样例如用以达到更高的增益。
附图说明
以下借助实施例参照所附的附图更为详细地阐述了本发明。在此详细示出
图1至图3：根据本发明的具有相关的与频率有关的幅度分布的天线阵列的三个实施例；
图4至图7：根据本发明的天线阵列的四个进一步修改过的实施例；
图8a：现有技术的天线阵列；
图8b：同样按现有技术的按根据图8a的现有技术已知的天线阵列的馈电；
图9和图10：根据本发明的天线阵列的两个进一步修改过的实施例；
图11：在按图8b的幅度分布的情况下在接收运行中根据图8a的天线阵列的竖直辐射图；以及
图12：在按图1的幅度分布的情况下在接收运行中根据图8a的天线阵列的竖直辐射图。
具体实施方式
以下首先参照图8a，图8a以示意图示出天线阵列1，其目前按现有技术那样运行。天线阵列1例如包括两个相叠(通常竖直地相叠)布置的天线组5、10。在此，下部天线组5以下也称作第一天线组5。上部天线组10也称作第二天线组。
这两个天线组5、10的每个都包括至少两个天线子组6或11，其中，每个天线子组具有至少一个辐射器。在所示的现有技术的实施例中，不仅第一天线组5而且第二天线组10各包括五个天线子组6或11，其中天线子组的每个都包括至少一个辐射器，即在所示的实施例中分别包括两个辐射器7或两个辐射器12。在所示的实施例中，辐射器包括双极化辐射器，其相对于水平线或竖直线优选分别以+45°和-45°的角度取向。在此方面常常也谈及X极化辐射器，其可以在两个彼此垂直的极化平面中运行。
属于共同的天线子组的辐射器分别可以利用相同相位和/或功率馈电，尽管优选在每两个这种属于辐射器子组的辐射器之间还可以布置固定配设的移相器元件，使得两个属于一个天线子组的辐射器利用固定预设的即通常不可调整的相位差馈电。
第一天线组5的辐射器7不仅在发射运行中而且在接收运行中被使用，而第二天线组的辐射器12仅在接收运行中被使用。
在所阐述的根据图8a的现有技术实例中，在天线阵列的天线组5、10中的辐射器7和12通过线缆或同轴系统或其他系统在使用移相器15的情况下彼此连接。天线阵列通常设计为是宽带的并且覆盖接收和发射频率。为了获得尽可能良好的旁瓣抑制(Sidelobe-Supression)以减小干扰，移相器设计为带有所谓的下降的功率分布(Power-Tapering)。也就是说，布置在相应天线组5、10的中心或中部区域中的辐射器获得比位于外边缘或外边缘邻近的辐射器7、12或天线子组6、11更高的功率份额(参见图8b)。由此得到了图8b中所示的功率分布，该功率分布对于下行情况而言会是最优的，然而对于上行情况而言有问题，因为现在对于整个天线阵列在中部区域X中得到较低的功率分布，由此尤其在水平取向上或略微在下得到较大的旁瓣波束即较大的旁瓣，这明显是不期望的，因为其辐射到相邻的小区中。图11示出了相应竖直的辐射图。在图8b中在此关于X轴示出了这两个天线组5、10的相应天线子组6、11的相关的辐射器7、12的各自的幅度或功率。
为了避免该缺点，以下现在参照图1阐述了改进的根据本发明的第一实施例。在所阐述的天线阵列的构型和结构方面目前进行的实施在此同样也适用于以下在本发明的范围内所使用的天线阵列系统，只要不设计其他变型方案和修改方案。相同的附图标记就此而言也涉及迄今参照图8a已阐述的相同的部分、组件和部件。
根据本发明的天线在此例如可以在频带从2110MHz到2155MHz的发射运行中运行。接收范围例如可以在1710MHz与1755MHz之间。以下进行的实施基本上适用于尤其移动无线电领域中的任何传输标准或任何所基于的频带，也即例如适用于900MHz的频带、1800MHz的频带或1900MHz的频带、UMTS移动无线电标准(其在不同国家和地区在不同频率范围内例如在1920MHz至2170MHz的频带中予以展开)，和/或例如也适用于LTE移动无线电标准等。在此方面，并不限于特定的频率范围。前提仅为：对于上行(接收运行)和下行(发射运行)设置彼此偏移的频带或频率范围。对于以下还要阐述的根据本发明的实施例，此外证明为有利的是，天线子组6、11的数目以及辐射器7、12的数目对于每个天线组5、10是相同的，尽管也可以存在不等数目的天线子组6、11或辐射器7、12。
优选参照图8所描述的双极化辐射器在根据本发明的天线阵列中也可以在+45°和-45°的平面中被极化(而这并不是必要的前提条件)。此外，辐射器也可以水平和竖直、向右转动或向左转动、圆形极化、椭圆极化或也可只水平或竖直极化。所有所述的极化或极化组合同样也可以应用于在如下还要阐述的根据本发明的实施例的范围内。
按图1的根据本发明的天线阵列的结构于是基本上对应于如参照现有技术的图8a所阐述的天线阵列。在接收运行中即在上行运行中，对于这两个天线组5、10的每个和对于每个极化而言，将相应的接收信号Rx(上行)通过用于第一天线组5的馈电网络N11或N12(针对在第一极化平面中或在第二极化平面中传输的信号)输送给馈电部Rx1或Rx2。馈电部Rx1和Rx2在此也用作用于发射信号(下行)的馈送部，即用作馈电部Tx1和Tx2，以便由此将用于第一天线组5的两个极化的信号馈送到相关的馈电网络N11或N12(与极化有关)中。
对于第二或上部天线组10而言，为两个极化平面设置相应的馈电网络N21和N22，其中，由此仅接收信号Rx(上行)被接收，而通常没有发射信号Tx(下行)被发射。如果要使用单极化的天线阵列，则自然相应仅设置一个相应的馈电网络用于第一或第二天线组的所使用的极化。
所阐述的天线组5、10在此连接到共同的发射接收单元SE上，该发射接收单元例如可以由近天线的或安装在天线中(在天线桅杆上)的远程无线电头端(RRH)制成或可以包括远程无线电头端。也可能的是，发射接收单元附加地作为基带单元起作用并实施相应处理，尤其是智能方法。
现在在本发明的范畴内，对于所产生的辐射图应用与频率有关的功率分布或幅度分布，即针对上行情况和下行情况应用不同的功率或幅度分布。在如参照图1所阐述的根据本发明的第一实施例中，在图1左侧简化地再次示出了带有第一或下面天线组5和相对其在上部的(通常竖直位于其上的)或第二天线组10的天线阵列，其中，每个天线组在所示的实施例中又包括五个天线子组6、11。天线子组中的每个天线子组都具有至少一个或多个辐射器7、12，如参照图8a所阐述的那样。
在按图1至图7的根据本发明的视图中，在此仅简化地示出带有天线子组6、11的第一或下部天线组5和上部的或第二天线组10。各个天线子组在此不仅针对第一天线组5而且针对第二天线组10分别从上向下连续地用各个配设标记a1、a2、a3、a4或a5连续标识。这些天线子组6、11可以涉及如下实施：其中所设置的辐射器如所阐述的那样只是简单极化或双极化，以所谓的X极化的形式实施，等等。相应地，在双极化的辐射器中可实施基本上如参照图8a所阐述的那样的物理结构。因此以下分别只针对一个极化示出了各个天线子组的各个辐射器的幅度分布。在双极化天线的情况下，这通常相应地针对两个极化，即针对在此所接收的或所发射的信号。因此也可能的是，只对一个极化应用根据本发明的幅度分布或每个极化使用不同的根据本发明的幅度分布。
除了图1左侧中对第一和第二天线组5、10的简化视图之外，在其右侧现在针对每个天线子组示出了功率分布或幅度分布，更确切地说在相关的水平X轴上。由于在本发明的范畴内对于基站的接收运行(上行)优选不仅使用第一天线组5而且使用第一和第二天线组5、10，所以不仅针对第一天线组5而且针对第二天线组10示出了功率分布和/或幅度分布。在其右侧示出了用于仅针对发射运行而使用的第一或下部天线组5的功率和/或幅度分布，因此只是对于第一天线组5存在用于发射运行(Tx运行)的相应的幅度分布。
由此得到：关于第一天线组5的天线子组6设置在接收运行中的功率或幅度分布，其交替地在较高的和较低的等级之间即例如在0dB和-3dB之间变换。在此涉及信号电平等级。
从该曲线图中还可看到，尤其在中部区域X中现在在接收运行(上行)中相对于按图8b的现有技术不再存在相对降低的功率分布或幅度分布，而是具有相较之更高或更大的相对幅度的幅度分布，使得尤其在关键的上行情况中旁波束(旁瓣)变小。由此产生的的针对接收情况的辐射图在图12中可看到。与图11比较阐明了根据本发明的解决方案的优点，图11示出了用于所说明的现有技术的相应图表。
然而，为了也针对下行情况产生最佳的辐射图，本发明还提出了，在发射运行或下行运行中仅仅一个天线组(在所示的实施例中为下部或第一天线组5)是活动的，而第二或上部天线组10对于下行运行而言不起作用，即没有信号被辐射出。在此这里类似于现有技术中实施功率带环，在功率带环下，于是在中部天线子组11和/或相关的辐射器12处存在比在外部或倒数第二个天线子组11处更高的相对信号电平。
因此，对应于按图1的视图得到优选根据本发明的解决方案(例如对于具有第一和第二天线组5、10的天线阵列，所述天线组分别包括五个天线子组6、11，更确切地说在每个天线子组中有一个或多个辐射器)，在该解决方案中针对天线组中各个并排的辐射器的接收运行例如得到参照图1在中部所示的相对幅度分布。而在发射运行中(其中仅第一天线组和所属的辐射器是活动的)得到参照图1在右侧绘制的关于各天线子组的最佳功率分布，其中中部天线子组的辐射器获得比布置在最外部天线子组中或与最外部的天线子组6、11相邻的辐射器高很多的功率或幅度。
参照图2针对另一根据本发明的实施例示出在属于本发明的第一接收运行中如何设定相对功率分布或幅度分布。
根据图2的实施例与根据图1的实施例不同在于：针对第二天线组10，相关的最下部的辐射器12或相关的最下部的天线子组11(其在图2中用a5标识并且与第一或下部天线组5的用a1标识的第一或最上部的天线子组6紧邻(之上))，相对于所有设置在第二天线组10中的天线子组11获得最高的功率或幅度。从该最下部的天线子组11(其如提及的那样在图2中用a5标识)至最上部的天线子组11(其在图2中用a1标识)，功率分布或幅度分布分级地下降，例如每天线子组下降-3dB。由此，属于最内部的或最下部的天线子组11的辐射器的相对功率或幅度朝向属于最外部的或在最高处的天线子组11的辐射器以从图2中可看到的幅度步幅下降，即例如具有如下步幅(dB)
0/-3/-6/-9/-12
由此在上行运行或接收运行中得到上部的或第二天线组10中的功率或幅度分布的阶梯状变化曲线。该变化曲线也可以如在第一天线组中那样与频率有关。例如可考虑如下情况：在发射运行中第二天线组同样应与其他天线组无关地工作。
根据图1和图2的变型方案仅应证明，尤其是在第二天线组10方面在其他区域中不同的幅度分布是可能的，然而优选这样的幅度分布，其中，第二天线组10的最下部天线子组11中的幅度对应于第一天线组5的相邻的最上部天线子组6中的幅度。所说明的幅度标准化为最大值。在运行中，天线组的幅度通过发射接收单元SE优选设定为使得两个天线组被以尽可能相同的幅度馈电。与接收情况等同地也可以说，在发射接收单元SE中所接收的信号优选被相同地加权。
参照图3示出了另一修改方案，在该修改方案中用于接收运行(上行)的第一天线组5的幅度分布从最下部(外部)天线子组(在图3中用a5标识)到最上部的天线子组6(在图3中用a1标识)分别按3dB的步幅增加。在此，幅度分布也进行为，使得第一天线组5的在此情况下最上部的天线子组6的幅度与第二天线组10的与该天线子组6相邻的最下部的天线子组11的幅度相同。此外，关于第二天线组10的天线子组11分级的幅度变化曲线与参照实施例2阐述的变化曲线对应。
在本发明的范畴内，首先，在第一天线组5的天线子组6之间的相对功率和幅度分布一方面对于接收运行而另一方面对于发射运行是重要的。在此，在本发明的范畴内提出的与频率有关的幅度分布对于发射运行和接收运行而言是重要的。用于仅针对接收运行而设置的第二天线组10的幅度分布在不同变型方案的范畴内可具有优选的值。
根据本发明的解决方案的特征在于差的数值，
D＝|ARx-ATx|
其中该数值上的差D为
-至少0.2dB乘以第一天线组5的天线子组6的数目Z，以及
-最大5.0dB乘以第一天线组5的天线子组6的数目Z，其中
-ARx为在接收频率情况下第一天线组5的外部或倒数第二个天线子组6相对于天线子组6的最高幅度的相对幅度，以及
-ATx为在发射频率情况下第一天线组5的外部或倒数第二个天线子组6相对于天线子组6的最高幅度的相对幅度。
在以下此处谈及差D时，则如上面所定义的那样，指的是差的相应数值。
但在本发明的一个优选的实施形式中，上文所述的差D的下边界也可以为0.3dB乘以第一天线组5的天线子组6的数目Z，或在一些情况下优选也可以大于至少0.4dB乘以第一天线组5的天线子组6的数目Z。
同样优选可以设计为，所谈及的差D的上边界为最大4.0dB或最大3.0dB或在一些其他情况下甚至为最大2.5dB或甚至对于一些应用情况为2.0dB分别乘以第一天线组5的天线子组6的数目Z。
在如前面并且结合实施例那样谈及“外部”或“倒数第二个”天线子组6(或11)时，则在“外部天线子组”的情况下例如在第一天线组5的情况下优选指最下部(和/或最上部)的天线子组6，其在所示的实施例1至3中用a5(或a1)标识和在实施例4至7中用a9(或a1)标识。外部天线子组于是优选为布置在第一天线组的优选远离于第二或上部天线组10的侧上的天线子组。只要谈及第一天线组5的倒数第二个天线子组6，则涉及与外部天线子组相邻的天线子组，其同样优选远离于第二或上部天线组10，但必要时也与其相邻(并且因此在图1至图3用a4或a2标识而在图4至图7中用a8或a2标识)。
对于前面所反映的条件，在图1至图3中描述了用于发射运行和接收运行的第一天线组的相应值。
以下借助图4至图7描述了根据本发明的解决方案的一些其他实例，即例如带有第一和第二天线组5、10的天线阵列，其分别包括九个天线子组6或11。在这些图中分别在左侧上在每个天线组中分别以上面的a1开始到下面的a9标识天线子组。也如在其他实施例中，在这些图中在右侧除了简化示出的天线阵列之外首先针对接收运行反映了各个天线子组的和/或设置在所述天线子组中的辐射器的相关的相对幅度或功率分布，并且在其右侧还针对发射运行反映了幅度分布，该发射运行仅通过第一(下部)天线组5进行。
图4在此同样描述了用于接收运行的不同分级的幅度图案。在此，关于所有三个不同水平等级的幅度分布如此实现，使得第一天线组5的最外部的天线子组以及第二天线组10的最外部的天线子组11在相同的相对幅度水平。与其分别相邻的倒数第二个天线子组同样具有相同的幅度水平，而低了-3dB的等级。
在这些图中在此针对第一天线组5分别说明了上面所反映的差D，更确切地说一方面涉及最外部天线子组而另一方面涉及倒数第二个天线子组，该差分别涉及关于属于该第一天线组5的天线子组6的最高的幅度。该差由在接收频率范围中的相应天线子组上的相对信号电平和在发射频率范围中的相应天线子组上的相对信号电平来计算。该差的值为12dB或6dB。
此外，还参照图5、6以及7，其示出了相应的其他修改过的实施例。
参照图1至图7阐述的实施例得到差D的值、相对值ARx和ATx以及边界值归纳于下表中，在本发明的范畴内该差D在其内变动。在此针对按图1、2和3的实施例，对于并不针对相应外部天线子组而是针对倒数第二个天线子组考虑关于天线子组的相应最高幅度的相应相对幅度值的情况，也记录相应值。为此在下表中在第二列中说明，是考虑在该天线组中的外部天线子组A/M的幅度相对于最大幅度的差D还是考虑该天线组中的倒数第二个天线子组V/M的幅度相对于最大幅度的差。
参照图9和图10示出了根据本发明的天线的其他修改方案，其中第一和第二天线组同样分别包括九个天线子组6或11。在针对接收运行的实施例中，幅度分级关于所有天线子组如在根据图7的实施例中那样实施。
然而如在图7中，第一天线组5在发射运行中遍及天线子组获得信号，所述信号的信号电平或幅度从中部天线子组(中部天线子组用a5标识)到外部天线子组(用a1或a9标识)按相同等级下降，根据图9的实施例示出了如下变型方案，其中所有天线子组6以相同的信号电平或相同的幅度馈电。
在根据图10的实施例中，第一天线组5的所有天线子组6在发射运行中获得相同的信号电平(以相同的幅度馈电)，其中仅天线子组a4和a6获得高3dB等级的信号电平或幅度。
参照所阐述的实施例也变得清楚的是，关于上部或第二天线组10的天线子组11的功率分布和幅度分布同样在宽的范围中可完全不同地选择。幅度分布优选为使得与下部或第一天线组5紧紧邻近的最下部天线子组11的幅度具有一幅度水平或功率水平、即优选与第一天线组5的最上部天线子组6的幅度等大的幅度，即使在此可以设置某些尽可能不过大的幅度差。然而，在所阐述的实施例中，第一天线组的紧紧邻近的天线子组的该幅度水平在相同的水平上，即以相同的幅度馈电。然而此外，幅度变化曲线可以遍及第二天线组6的天线子组11同样非常不同地构建，如从实施例中可看到的那样。
然而在所有这些变型方案中优选的是，在使用两个天线组5、10的接收运行中，两个天线组5、10的接收信号在发射接收单元SE即在接收器或Receiver(例如以远程无线电头端等形式)中通过现代方法譬如MRC(Maximum Ration Combining(最大比例合并))或ERC(Equal Ratio Combining(等比例合并))或类似方法如IRC等合并。在此，各个信号在幅度和相位上被加权和修正并且最佳地彼此组合。因此，该结果也可以表述为组合天线程序。
在所阐述的实施例中，以例如3dB的幅度分级为基础。自然，在此也可以考虑任何其他幅度分级，例如2dB、1.5dB的分级或甚至从等级至等级至少部分具有不同的值的分级。两个相邻的天线子组之间的幅度分级在此通常具有1dB到4dB之间的值，尤其在2dB到3dB之间的值。
此外，应指出的是，所提及的移相器或移相器组件15优选是机械移相器，其尤其可以电学方式调节。因此，于是针对第一天线组5而且第二天线组10进行不同的降低(下倾角)。优选，第一天线组5和第二天线组10的下倾角调节彼此耦合。此外可以通过发射单元和接收单元在接收频率范围中单独地调节或者再调节下倾角。
所提及的移相器15在此不仅用于调整竖直辐射图，而且优选也能够实现与频率有关的功率分布。换言之，用于发射运行或下行运行(Tx)的移相器具有与用于接收运行或上行运行(Rx)不同的功率分配。与频率有关的幅度分布在此通常在馈电网络N11、N12、N21或N22中进行，其中，如所提及的那样与频率有关的幅度分布优选可以通过所提及的移相器(其尤其为机械移相器形式)实现。但也可以通过与频率有关的功率分配器或仅通过所谓的分布式系统形式的相应的馈电网络实现与频率有关的幅度分布，其中在线路中或通过线路形成与频率有关的阻抗。移相器于是对于本申请而言并非一定必需并且为优选的实施形式。在没有移相器的情况下，也可以(仅在接收频率范围中通过SE)实现具有不可变的或仅有限可变的下倾角的该系统的变型方案。
不仅针对上行运行而且针对下行运行，移相器可以调节为，使得得到的电辐射图能够实现同样的竖直下降(相同电的下倾角)或能够实现不同竖直下降(电的下倾角)。
在本发明的范畴内所阐述的电子装置在此设计为，至少两个天线组5、10设置用于上行运行或接收运行，而天线组5设置用于发射运行或下行运行和接收运行或上行运行(或为其多倍)。例如也可能的是，针对上行运行设置其他天线组，例如三个天线组用于上行运行(其中在三个天线组中仅一个天线组附加也用于下行运行)。
此外还应指出：同样可考虑两个天线组在发射运行中使用的应用。这样，尤其是例如可以应用智能方法如MIMO、SIMO或MISO，正如天线在下行运行中可以一起运行那样例如用以达到较高的天线增益。上面所述的方法MIMO、SIMO或MISO已知地在信息技术中涉及使用多个发射天线和接收天线来进行无线通信，其中，MIMO技术涉及多个发射天线和接收天线的使用，SIMO技术涉及一个发射天线和多个接收天线的使用，而MISO技术涉及传输，其中，使用多个发射天线但仅使用一个接收天线。
借助天线阵列描述了本发明，该天线阵列以所谓的X极化的辐射器工作即双极化的辐射器。如所提及的那样，但也可以是单极化的辐射器。尤其是在使用双极化辐射器的情况下同样可能的是，仅仅对一个极化应用根据本发明的幅度分布，或考虑每个极化使用不同的根据本发明的幅度分布。
但最后完全不同的实施形式和具有不同电平差的运行方式也是可能的。为此，也还参考如下的其他表，其中，提及其他的电平差，其对于天线系统的按本发明的运行是合适的。在第一列中，相应的运行方式根据这些图述及。列ARx和ATx表示幅度，如其在已经提及的实施例中可能有意义的那样。相应地得到电平差。
所阐述的有源天线系统予以一般性描述。换言之，具有相应的天线组和属于各个天线组的天线子组的有源天线系统以及属于各个天线子组的辐射器或辐射器装置原则上也可以应用于单列天线系统以及双列或一般而言多列天线系统。
也就是说，所描述的和要求保护的有源天线系统可以设置在一个列中。同样，相应的有源天线系统也可以在第二列、第三列或一般而言多个其他列中构建和/或设置。在此，在所有这些情况中，天线列通常取向为使得天线列要么沿竖直方向延伸或相对于竖直方向略微倾斜，也就是说以优选小于45°尤其小于30°、15°、10°和尤其是5°的角度倾斜。

Claims (26)

1.有源天线系统，具有如下特征：
设置用于发射运行和接收运行的第一天线组(5)，
设置用于接收运行的第二天线组(10)，
这两个天线组(5、10)上下相叠地布置，
每个天线组(5、10)包括至少两个天线子组(6或11)，其中，第一天线组(5)包括至少两个天线子组(6)，所述第一天线组的天线子组分别具有至少一个辐射器(7)，且第二天线组(10)包括至少两个天线子组(11)，所述第二天线组的天线子组分别具有至少一个辐射器(12)，
天线组(5、10)的天线子组(6、11)分别通过一个馈电网络(N11、N12；N21、N22)彼此连接，
馈电网络(N11、N12；N21、N22)构建为，使得通过所述馈电网络为每个天线子组(6、11)提供相位和幅度，其中，所述馈电网络(N11、N12；N21、N22)包括移相器(15)，并且
各所述天线组(5、10)连接到一个共同的发射接收单元(SE)上，其特征在于如下另外的特征：
所述第一天线组(5)的馈电网络(N11、N12)具有与频率有关的针对发射和接收频率的不同的幅度分布，
所述第一天线组(5)的馈电网络(N11、N12)在此构建为使得满足如下条件：
Z*0.2dB≤|ARx-ATx|≤Z*5.0dB
其中
ARx为在接收频率的情况下外部的天线子组(6)相对于天线子组(6)的最大幅度的幅度，且
ATx为在发射频率的情况下外部的天线子组(6)相对于天线子组(6)的最高幅度的幅度，其中，外部的天线子组为与第二天线组(10)不相邻、而是远离第二天线组的外部的天线子组(6)；或者
ARx为在接收频率的情况下倒数第二个天线子组(6)相对于天线子组(6)的最大幅度的幅度，
且ATx为在发射频率的情况下倒数第二个天线子组(6)相对于天线子组(6)的最高幅度的幅度，其中，倒数第二个天线子组(6)为与第二天线组(10)不相邻、而是远离第二天线组的倒数第二个天线子组(6)，
Z为第一天线组(5)的天线子组(6)的数目，
彼此直接相邻的第二天线组(10)的天线子组(11)和第一天线组(5)的天线子组(6)具有相同大小的幅度，
与第一天线组(5)直接相邻的第二天线组(10)的天线子组(11)关于所有在第二天线组(10)中设置的天线子组(11)获得最大幅度，
天线子组(6、11)具有相同数目的辐射器(7、12)，
天线系统构成为，使得在接收运行中，使用第一和第二天线组(5、10)，并且
天线系统构成为，使得在发射运行中仅使用第一天线组(5)。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，设置发射接收单元，所述发射接收单元构建为使得通过所述第一和第二天线组接收的信号借助最大比例合并方法、等比例合并方法或干扰抑制合并方法来处理。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，移相器包括机械移相器。
4.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，第一和第二馈电网络还包括与频率有关的功率分配器。
5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，移相器具有与频率有关的功率分配以用于调节射束下倾。
6.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统还包括一个第三天线组，其中，第一、第二和第三天线组设置用于接收运行且第一天线组设置用于发射运行。
7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线组包括相同数目的天线子组和/或天线子组包括相同数目的辐射器。
8.根据权利要求7所述的天线系统，其特征在于，一个天线子组的各辐射器带有相位差地被馈电。
9.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统具有可电调节的射束下倾移相器。
10.根据权利要求9所述的天线系统，其特征在于，天线组的射束下倾移相器彼此耦合。
11.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统能通过发射接收单元和/或第一和第二馈电网络来运行，使得得到的电辐射图针对接收运行和发射运行通过调节在接收运行和发射运行之间不同的相移和/或不同的功率分配能调节到不同的竖直下倾角情况。
12.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统能够通过发射接收单元和/或第一和第二馈电网络运行，使得得到的电辐射图对于接收运行和发射运行能够调节到相同的竖直下倾角情况。
13.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，第一和第二天线组类型相同。
14.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统构建为使得第二天线组也在发射运行中被使用。
15.根据权利要求14所述的天线系统，其特征在于，天线系统构建为使得发射接收单元在MIMO、SIMO或MISO的范畴内使用第一和第二天线组，其中，MIMO涉及多个发射天线和接收天线的使用，SIMO涉及一个发射天线和多个接收天线的使用，而MISO涉及传输，在所述传输中，使用多个发射天线但仅使用一个接收天线。
16.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线组的天线子组的辐射器线性(+/-45°，水平或竖直)地、圆形(向左、向右)地或椭圆形地双极化。
17.根据权利要求16所述的天线系统，其特征在于，天线系统构建为，使得仅对于双极化辐射器的两个极化中的一个极化实施或使用不同的与频率有关的功率分配，或者对于双极化辐射器的两个极化中的每个极化实施或使用不同的与频率有关的功率分配。
18.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统构建为，使得第一天线组的天线子组在发射运行中以不同的功率运行，其中，中部天线子组被以最高幅度供给，而幅度向着在最外部布置的天线子组逐级地减小，其中，幅度从天线子组到天线子组的改变在1dB与4dB之间。
19.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统构建为，使得在第一天线组的发射运行中，各天线子组以近似相同的功率或幅度馈电，或仅几个天线子组相对于其余天线子组获得更多功率。
20.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统构建为，使得第一天线组的天线子组的功率或幅度分布在接收运行中和/或在发射运行中关于一个中部天线子组或两个中部天线子组对称和/或使用近似相同的功率分布或幅度分布。
21.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，天线系统构建为，使得在接收运行中，第一天线组的与第二天线组紧邻设置的天线子组以最大功率或幅度运行，而第一天线组的后续的每个天线子组直至距第二天线组最远的最外部的天线子组逐级地获得更低的功率值或幅度值。
22.根据权利要求21所述的天线系统，其特征在于，第二天线组的天线子组的幅度分布在接收频率方面选择为，使得两个天线组的所有天线子组的总幅度分布在接收频率方面基本上对应于如下变化曲线，所述变化曲线向整个天线系统看从内部天线子组向外部天线子组减小。
23.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，关于第一天线组的天线子组的幅度分布对应于第二天线组的天线子组的幅度分布。
24.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，第一天线组的与第二天线组紧邻的天线子组的幅度具有对应于第二天线组的最下部的天线子组的幅度的值。
25.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，第一馈电网络构建为，使得满足如下条件：
Z*x dB≤|ARx-ATx|≤Z*y dB
其中x对应于值0.3和/或0.4，而y对应于值4.0或3.0或者2.5或2.0。
26.有源天线系统，包括：
设置用于发射和接收的第一天线组，所述第一天线组通过第一移相器馈电网络彼此连接并且包括第一组多个天线子组，所述第一组多个天线子组具有外部的或者倒数第二个天线子组，多个天线子组中的每个具有至少一个辐射器；
仅用于接收的第二天线组，所述第二天线组通过不同于第一移相器馈电网络的第二移相器馈电网络彼此连接并且包括第二组多个天线子组，每个天线子组具有至少一个辐射器；
第一天线组和第二天线组设置为第一天线组和第二天线组之一叠置于第一天线组和第二天线组中的另一个上；
与第一和第二天线组连接的一个共同的发射接收单元；
具有移相器的第一馈电网络，所述第一馈电网络构建为，为第一天线组提供相位和幅度分布，所述第一馈电网络具有依赖于发射和接收频率的幅度分布，
所述第一馈电网络构建为使得满足如下条件：
Z*0.2dB≤|ARx-ATx|≤Z*5.0dB
其中
ARx为在接收频率的情况下外部的或倒数第二个天线子组相对于第一组多个天线子组的最大幅度的幅度，
ATx为在发射频率的情况下外部的或倒数第二个天线子组相对于第一组多个天线子组的最高幅度的幅度，外部的天线子组为与第二天线组不相邻、而是远离第二天线组的外部的天线子组，倒数第二个天线子组为与第二天线组不相邻、而是远离第二天线组的倒数第二个天线子组，以及
Z为第一组多个天线子组中的天线子组的数目。
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