CN106463841A - 双垂直波束蜂窝阵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双垂直波束蜂窝阵。在一实施例中，所述蜂窝阵包括离散辐射器，其成对耦合且排成一条直线。所述辐射器与混合耦合器连接，所述混合耦合器用于计算来自所述离散辐射器对的输出的总和。第一配电网络用于接收来自所述混合耦合器的第一输出并产生第一波束；第二配电网络用于接收来自所述混合耦合器的第二输出并产生第二波束。根据一些实施例，所述第一波束为具有高增益的主波束，所述第二波束为具有宽覆盖范围的覆盖波束。
Description
本发明要求于2014年2月19日递交的发明名称为“双垂直波束蜂窝阵”的第14/184,517号美国非临时申请案的在先申请优先权，该在先申请案以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明大体涉及天线阵领域。更具体地说，本发明涉及一种产生双垂直波束的蜂窝天线阵。
背景技术
随着无线设备的爆炸式普及，为越来越多的用户在提供大范围的充分覆盖变得比以往更加重要。当前蜂窝天线阵技术在满足这些需求上受到了限制。通常，这些天线阵在垂直面产生单个窄波束。因此，越来越需要在不显著增加成本和复杂性的情况下提供更高容量的无线覆盖。
在当前实现中，蜂窝阵通常在垂直面产生单个窄波束。由于垂直波束通常较窄，必须使用子系统来调整波束角度，以实现最佳网络覆盖。子系统的使用，如远程电调(简称RET)等，增加了蜂窝阵的复杂性和成本。
此外，最理想的是在不牺牲天线整体方向性的情况下产生具有宽半功率波束宽度的垂直波束。当前天线阵具有较长的天线长度，以较窄波束图为代价换来更高增益。相反，具有较宽波束图的天线阵的天线长度减小，导致整体方向性和增益降低。因此，当前天线阵易于产生一种实现整体网络容量和整体覆盖的折衷的解决方案。
那么就需要一种简单且具有成本效益的蜂窝阵列实现，其同时在不牺牲方向性和增益的情况下提供大而可靠的覆盖范围。
发明内容
本文公开了一种双垂直波束蜂窝阵，其中，两个同步垂直波束通过使用单个天线孔径产生。一种方法中，所述蜂窝阵具有一对或多对离散辐射器。一个或多个混合耦合器用于计算来自所述离散辐射器对的输出的总和。第一配电网络接收来自所述一个或多个混合耦合器的第一输出并产生第一波束；第二配电网络接收来自所述一个或多个混合耦合器的第二输出并产生第二波束。
附图说明
包含在本说明书中且构成本说明书一部分的附图对本发明实施例进行了说明，并结合描述来解释本发明的原理。
图1为示例性阵列架构的方框图；
图2为双垂直波束阵的示例性馈电结构和波束成形方案的方框图；
图3A为用于解释示例性双垂直波束辐射图的极坐标图；
图3B为用于解释双垂直波束的示例性绝对增益图的直角坐标图。
具体实施例
现详细参考几个实施例。虽然本发明结合可选实施例进行说明，但可以理解的是，其并不旨在将本发明申请限制于这些实施例。相反，本发明申请旨在涵盖所附权利要求定义的可包含在本发明申请精神和范围内的替代、修改和同等物。
此外，以下详细描述中阐述了很多具体细节，以供深入了解本发明申请。但本领域的技术人员应意识到，各实施例可在没有这些具体细节或有其等价物的情况下实行。在其他实例中，未详细说明的公知的方法、流程、部件和电路未必不使本发明各方面和特征变得含糊。
以下详细描述中的部分以方法的形式呈现并加以讨论。所有实施例均非常适合执行各其他步骤或本文附图的流程图中描述的所述步骤的变形，除本文另有说明，均按顺序描述。
所述详细描述的一些部分以能够在计算机存储器上执行的对数据位操作的流程、步骤、逻辑块、处理以及其他象征性陈述的形式呈现。数据处理领域的技术人员通过利用这些描述和陈述，向本领域的其他技术人员最有效地传达他们工作的内容。流程、计算机执行的步骤、逻辑块、过程等在这里通常认为是带来预期结果的有条理顺序的步骤或指令。所述步骤为需要物理量的物理操作的步骤。通常，但不一定，这些量的形式为能够存储、传输、组合、比较或者在蜂窝天线阵中操作的电信号或磁信号。已经得到证明的是，主要出于通用原因，有时将这些信号称作比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等很方便。
但应知道的是，所有这些或类似术语均与适当的物理量相关联，且仅是适用这些量的便利标签。除非另有特别说明，否则从以下讨论中很显然地看出，整个讨论所使用术语，如“访问”、“写”、“包括”、“存储”、“传输”、“遍历”、“关联”、“识别”等指天线阵或类似电子计算设备的动作和过程，所述动作和过程操作并将表示为系统的寄存器和处理器内的物理(电子的)量的数据转换为类似表示为系统存储器或寄存器或其他这类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
双垂直波束蜂窝阵
本发明涉及具有双垂直波束的蜂窝阵，其能够增加网络增益，且在垂直面有宽蜂窝覆盖。有了这一实现，则垂直波束指向不需要使用RET子系统。所述双波束阵使用垂直面上两个独立波束在高程面实现较高网络增益和宽覆盖。在一实施例中，天线阵在低倾斜角(接近地平线)处产生用于高增益操作的主窄波束。第二波束在高程面具有宽波束图和/或扇形波束图，对所述第二波束进行优化以使高倾斜角处较近范围内的信号覆盖更广。由于第二扇形波束能提供较高下倾角处所需覆盖，这一思想使得在不损失高程覆盖的情况下使用具有较窄波束图的主波束提高网络增益。
由于馈电结构，这两个波束实际上正交，且能够设计波束图，使得对于最佳网络性能来说，这两个辐射图的波束耦合因数较低。这确保了两个覆盖区域间的低信号干扰。因此，在两个独立信道中这两个空间波束使用相同的频谱进行同步操作变得可能。此外，若需要，所述两个波束可独立行进。
此外，原位波束指向角调整不再需要使用远程下调设备，如RET等。本思想能用在任何典型蜂窝网，例如，三扇区蜂窝网或六扇区蜂窝网。该阵列使用典型的低成本线性阵列架构，因此不会增加整体复杂性。相反，通过消除对RET子系统的需求，该阵列的整体成本降低。
现对本发明实施例进行说明，然而应理解的是，其并不旨在将本发明申请限制于这些实施例。
现参考图1，根据一些实施例描述了蜂窝线性阵列100的大体架构，所述蜂窝线性阵列100包括单列12行离散辐射器(即辐射器101)。该元件可以是任何宽带辐射器，如宽带贴片或偶极。如上所述，在主波束口102和覆盖波束口103产生两个独立波束。主波束在地平线附近提供高增益操作。具有宽波束图和/或扇形波束图的覆盖波束在高下倾角处的近范围内进行较大范围覆盖。
现参考图2，根据一些实施例描述了天线阵200的馈电结构和双波束成形方案。通过使用90度混合耦合器(即混合耦合器206)对辐射器(即辐射器207和208)进行成对馈电。馈电系统不需要可变移相器。该馈电结构的布置确保了对输入激励的所有设置，且所述两个波束口都相互正交。
通过两个单独的配电网络对所述混合耦合器的输出进行相干加和。主波束配电网络201输出主波束202，覆盖波束配电网络203输出覆盖波束204。所述主波束202和覆盖波束204可相互独立操作。
图3A和3B示出了主波束202和覆盖波束204的典型辐射图。现参考图3A，归一化的双垂直波束辐射图描述为极坐标图。所述主波束202具有铅笔状的辐射图，波束宽度与垂直面上天线的整体长度成正比。所述覆盖波束204具有宽辐射图和/或扇形辐射图，其在垂直面的近范围(高下倾角)内提供更大角度覆盖。
现参考图3B，双垂直波束的绝对增益图描述为直角坐标图。这两个波束的交叉点对整体波束耦合因数至关重要，其通常设置在-9dB和-12dB之间。此外，所述两个波束重叠处，波束的垂直旁瓣通常低于-18dB，以实现低干扰。
Claims (20)
1.一种蜂窝天线阵，其特征在于，包括：
一对或多对离散辐射器；
一个或多个混合耦合器，用于计算来自所述离散辐射器对的输出的总和；
第一配电网络，用于接收来自所述混合耦合器的第一输出并产生第一波束；
第二配电网络，用于接收来自所述混合耦合器的第二输出并产生第二波束。
2.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述离散辐射器对排成一列。
3.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束正交于所述第二波束。
4.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述混合耦合器在所述第一输出和所述第二输出之间产生90度相移。
5.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束的增益大于所述第二波束的增益。
6.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第二波束为宽波束和/或扇形波束。
7.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束比所述第二波束窄。
8.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束和所述第二波束在-7dB与-12dB之间具有交叉点。
9.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束和所述第二波束重叠，从而波束重叠处的垂直旁瓣低于-18dB。
10.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束产生于地平线附近。
11.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述产生第二波束的下倾角高于所述第一波束。
12.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第二波束进行了优化，以使近范围内的信号覆盖更广。
13.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一和第二波束可同时工作。
14.根据权利要求13所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一和第二波束在两个独立的信道中工作。
15.根据权利要求14所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一和第二波束使用相同的频谱。
16.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述离散辐射器为宽带贴片天线。
17.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述离散辐射器为宽带偶极天线。
18.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束为铅笔状。
19.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一波束为主波束，所述第二波束为覆盖波束。
20.根据权利要求1所述的蜂窝天线阵，其特征在于，所述第一和第二波束产生于垂直面。
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