CN108780953B - 一种天线及调整天线的覆盖区域的方法 - Google Patents

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Abstract

一种射频天线使用球面透镜的阵列和沿着球面透镜的表面的可机械移动的射频(RF)元件来为狭窄的地理区域提供蜂窝覆盖。天线包含至少两个球面透镜，其中每个球面透镜具有相关联的元件组合件。每个元件组合件具有轨道，该轨道沿着球面透镜的外表面的轮廓弯曲，且射频(RF)元件可以沿着该轨道移动。天线还包含移相器，该移相器经配置以调整通过RF元件产生的信号的相位。天线包含控制机构，该控制机构经配置以使得用户能够沿着RF元件的相应轨道移动RF元件，并且基于RF元件之间的相对位置来自动地配置移相器以修改来自该元件的输出信号的相位。

Description

一种天线及调整天线的覆盖区域的方法
本申请案主张2015年12月3日提交的第14/958607号美国申请案的优先权。该资料或所有其它引用的外来资料通过引用以其全文并入到本文中。当通过引用并入的参考文献中术语的定义或使用与本文中所提供的所述术语的定义不一致或相反时，本文中所提供的所述术语的定义被视为控制性的。
技术领域
本发明的领域为射频天线技术。
背景技术
以下描述包含在理解本发明时可能有用的信息。这并不表示本文中提供的信息中的任何信息为现有技术或与当前要求保护的发明相关，或具体地或隐含地提及的任何公开案为现有技术。
当对跨越蜂窝网络的高质量内容的传输的需求增加时，对支持较高容量的更好的大规模蜂窝天线的需要上升。常用的扇形天线设计具有若干缺点。首先，每个扇形允许有限数目个端口。其次，扇形天线具有边缘模式和波束性能(例如，在多波束天线情况下在波束之间的较差隔离、旁瓣等)。
已提出使用球面透镜(例如，卢纳堡(Luneburg)透镜等)连同射频收发器可以提供比传统扇形天线更好的效果。例如，授予施伦瓦斯(Sreenivas)的名称为“Spherical LensAntenna Having an Electronically Steerable Beam”的美国专利5,821,908教导了能够使用相控阵列天线和球面透镜来产生可独立操纵的波束的天线系统。授予埃布林(Ebling)等人的名称为“Multi-Beam Antenna”的美国专利7,605,768公开了使用球面透镜和围绕透镜的表面安置的电磁透镜元件的阵列的多波束天线系统。
然而，这些天线系统不适合于基站天线。因此，仍存在对在基站天线应用中有效地利用球面透镜的需要。
本文中的所有公开案通过以相同程度引用而被并入，如同每个单独的公开案或专利申请案被具体地且单独地指示为通过引用而被并入。当并入的参考文献中术语的定义或使用与本文中所提供的所述术语的定义不一致或相反时，本文中所提供的所述术语的定义适用且参考文献中的所述术语的定义不适用。
发明内容
在本发明的主题的一个方面中，天线使用球面透镜的阵列和沿着球面透镜的表面的可机械移动的元件来为狭窄地理区域提供蜂窝覆盖。在一些实施例中，天线包含沿着虚拟轴线对准的至少两个球面透镜。针对每个球面透镜，天线还包含元件组合件。每个元件组合件具有至少一个轨道，所述轨道沿着球面透镜的外表面的轮廓弯曲，且射频(RF)元件可以沿着所述轨道移动。在一些实施例中，轨道允许RF元件在平行于虚拟轴线的方向上移动。天线还包含移相器，所述移相器经配置以调整通过RF元件产生的信号的相位。天线包含控制机构，所述控制机构连接到移相器和RF元件。控制机构经配置以使得用户能够沿着RF元件的相应轨道移动RF元件，并基于RF元件之间的相对位置来自动地配置移相器以修改来自元件的输出信号的相位。
在一些实施例中，轨道还使得RF元件在垂直于虚拟轴线的方向上移动。
多个RF元件可以置于单个轨道上。在这些实施例中，相同轨道上的多个 RF元件可以彼此独立地移动。另外，控制机构还经编程以协调多个RF元件对(或群组)，且经编程以配置移相器以修改从同一RF元件对(或群组)发送的输出信号的相位，使得信号将是同相的。
本发明的主题的各种目标、特征、方面以及优点将通过优选实施例的以下详细描述连同附图而变得更加清楚，在所述附图中，相同的标号表示相同的组件。
附图说明
图1A图示说明一些实施例的示例性天线系统。
图1B图示说明示例性控制机构。
图2A和图2B分别图示说明球面透镜的前透视图和后透视图。
图3图示说明具有二维轨道的替代天线系统。
图4A和4B分别图示说明具有二维轨道的球面透镜的前透视图和后透视图。
图5图示说明将同一群组中的相对RF元件配对的天线。
图6图示说明将同一群组中的相对RF元件配对的另一天线。
具体实施方式
贯穿以下论述，将多次提及服务器、服务、接口/界面、引擎、模块、客户端、对等层(peer)、入口、平台或由计算装置形成的其它系统。应了解，此类术语的使用被视为表示具有至少一个处理器(例如，ASIC、FPGA、DSP、 x86、ARM、ColdFire、GPU、多核处理器等)的一个或多个计算装置，所述处理器经配置以执行存储在计算机可读的有形非暂时性介质(例如，硬件驱动器、固态驱动器、RAM、闪存、ROM等)上的软件指令。例如，服务器可以包含一个或多个计算机，所述计算机以实现所描述的角色、责任或功能的方式用作网络服务器、数据库服务器，或其它类型的计算机服务器。应进一步了解，所公开的基于计算机的算法、过程、方法或其它类型的指令集可以实施为计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储使得处理器执行所公开的步骤的指令的非暂时性有形计算机可读介质。各种服务器、系统、数据库或接口可以使用可能基于HTTP、HTTPS、AES、公-私钥交换的标准化协议或算法、网络服务API、已知的金融交易协议或其它电子信息交换方法来交换数据。数据交换可经由分组交换网络、电路交换网络、因特网、LAN、WAN、 VPN或其它类型的网络进行。
如本文中的描述中且贯穿随后的权利要求书所使用的，当系统、引擎或模块被描述为经配置以执行一组功能时，“经配置以”或“经编程以”的含义被定义为一个或多个处理器通过一组软件指令进行编程以执行该组功能。
以下论述提供本发明的主题的示例实施例。尽管每个实施例表示发明性元件的单个组合，但本发明的主题被认为包含所公开的元件的所有可能组合。因此如果一个实施例包括元件A、B和C，且第二实施例包括元件B和D，那么即使未明确公开，本发明的主题也被认为包含A、B、C或D的其它剩余组合。
如本文中所使用，且除非上下文另外规定，否则术语“耦合到”意图包含直接耦合(其中彼此耦合的两个元件彼此接触)和间接耦合(其中至少一个额外的元件位于两个元件之间)两者。因此，术语“耦合到”和“与...耦合”同义地使用。
在一些实施例中，表达用于描述并主张本发明的主题的某些实施例的成分、例如浓度、反应时间等的性质的量的数字将被理解为在一些实例中由术语“约”修饰。因此，在一些实施例中，在书面描述和所附权利要求书中阐述的数值参数为近似值，所述近似值可以取决于特定实施例要求获得的期望性质而变化。在一些实施例中，数值参数应鉴于所报告的有效位的数目并通过应用一般的舍入技术来理解。尽管阐述本发明的主题的一些实施例的较宽范围的数值范围和参数为近似值，但在具体示例中阐述的数值尽可能地精确报告。在本发明的主题的一些实施例中存在的数值可以包含必然由在所述数值的相应测试测量结果中发现的标准差引起的某些误差。
如在本文中的描述中并贯穿随后的权利要求书中所使用，除非上下文另外清楚地规定，否则“一”、“一个”和“所述”的含义包含复数指代。并且，如在本文中的描述中所使用，除非上下文另外清楚地规定，否则“在…内”的含义包含“在…内”和“在…上”。
除非上下文相反地规定，否则本文中阐述的所有范围都应被解释为包含其端点，且开放式范围应被解释为包含仅商业上可行的值。本文中的值的范围的叙述仅意图用作单独地提及落入在范围内的每个单独值的速记方法。除非本文中另外指示，否则范围内的每个单独值被并入到说明书中，如同所述单独值在本文中被单独地叙述。类似地，除非上下文相反地指示，否则值的所有列表应被认为包含中间值。
除非在本文中另外指出或通过上下文另外清楚地否认，否则本文中描述的所有方法可以任何合适的次序执行。关于本文中的特定实施例提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“例如/诸如”)的使用仅意图更好地说明本发明的主题，且不对另外主张的本发明的主题的范围造成限制。说明书中的语言均不应被理解为指示本发明的主题的实践所必不可少的任何非主张的元件。
本文中所公开的本发明的主题的替代元件或实施例的群组不应被理解为限制。每个群组成员可以被单独地或与群组的其它成员或在本文中找到的其它元件成任何组合而提及并主张。群组的一个或多个成员可以出于方便和/或专利性的原因而被包含在群组中或从群组删除。当任何此类包含或删除发生时，说明书在本文中被视为包含修改后的群组，因此满足在随附的权利要求书中使用的所有马库什(Markush)群组的书面描述。
在本发明的主题的一个方面中，天线使用球面透镜的阵列和沿着球面透镜的表面的可机械移动的元件来为小的所关注地理区域提供蜂窝覆盖。在一些实施例中，天线包含沿着虚拟轴线对准的至少两个球面透镜。针对每个球面透镜，天线还包含元件组合件。每个元件组合件具有至少一个轨道，所述轨道沿着球面透镜的外表面的轮廓弯曲，且射频(RF)元件可以沿着所述轨道移动。在一些实施例中，轨道允许RF元件在平行于虚拟轴线的方向上移动。天线还包含移相器，所述移相器经配置以调整通过RF元件产生的信号的相位。天线包含控制机构，所述控制机构连接到移相器和RF元件。控制机构经配置以使得用户能够沿着RF元件的相应轨道移动RF元件，并基于RF元件之间的相对位置来自动地配置移相器以修改来自元件的输出信号的相位。
图1A图示说明根据本发明的主题的一些实施例的天线系统100。在此示例中，天线系统100包含两个球面透镜105和110，所述球面透镜在三维空间中沿着虚拟轴线115对准。注意，尽管在此示例中示出仅两个球面透镜，但更多的球面透镜可以沿着天线系统100中的虚拟轴线115对准。球面透镜是具有球面形状(或基本上具有球面形状)的表面的透镜。如本文中所限定，具有基本符合球面形状的表面的透镜意指表面区域的至少50％(优选地至少80％，且甚至更优选地至少90％)符合球面形状。球面透镜的示例包含球面壳体透镜、卢纳堡透镜等。球面透镜可以包含仅一层介电材料或多层介电材料。常规的卢纳堡透镜是在球面内具有变化的折射率的多个层的球对称透镜。
天线系统100还包含与球面透镜105相关联的元件组合件120，和与球面透镜110相关联的元件组合件125。每个元件组合件包含至少一个轨道。在此示例中，元件组合件120包含轨道130，而元件组合件125包含轨道135。如图所示，轨道130和135中的每一个具有基本符合其相关联的球面透镜的外表面(沿着所述外表面弯曲)的形状。轨道130和135可以在长度和维度上变化。在此示例中，轨道130和135是一维的且沿着虚拟轴线115定向。另外，轨道130和 135中的每一个覆盖通过相应的球面透镜产生的圆的不足一半。然而，可以设想轨道130和135可以具有不同的取向(例如，定向为垂直于虚拟轴线115等)，可以是二维(或多维)的，和/或可以覆盖球面透镜105和110的表面区域的更小或更大部分(例如，覆盖通过球面透镜105和110产生的圆的圆周，覆盖球面透镜105和110的半球形区域等)。
元件组合件120和125中的每一个还容纳至少一个RF元件。RF元件可以包含发射器、接收器或收发器。如图所示，元件组合件120将RF元件140容纳在轨道130上，且元件组合件125将RF元件145容纳在轨道135上。在此示例中，元件组合件120和125中的每一个仅包含一个RF元件，但已设想每个元件组合件可以将多个RF元件容纳在一个或多个轨道上。
在一些实施例中，每个RF元件(来自RF元件140和145)经配置以通过其对应的球面透镜将输出信号(例如，射频信号)以波束的形式发送到大气。球面透镜允许输出RF信号变窄，使得所得波束可以行进较远的距离。另外， RF元件140和145经配置以接收/检测已经通过球形面105和110聚焦的进入信号。
(RF元件140和145中的)每个RF元件物理地连接到用于修改输出RF信号的相位的移相器(或替代地，以通信方式与所述移相器耦合)。在此示例中， RF元件140以通信方式耦合到移相器150且RF元件145以通信方式耦合到移相器155。移相器150和155进而物理地连接到控制机构160(或替代地，以通信方式与控制机构160耦合)。
在一些实施例中，控制机构160包含机械模块，所述机械模块经配置以使得用户能够分别沿着轨道130和135机械地移动RF元件140和145。允许用户移动RF元件的接口可以是机械杆或其它物理触发器。注意，机械杆可以具有例如圆柱体、扁平块的介电材料或任何种类的细长形状等形状。在一些实施例中，控制机构160还包含具有至少一个处理器和存储软件指令的存储器的电子装置，所述软件指令在通过处理器被执行时，执行控制机构160的功能和特征。一些实施例的电子装置经编程以控制RF元件140和145分别沿着轨道130和135的移动。电子装置还可以提供用户界面(例如，显示在显示器装置上的图形用户界面等)，所述用户界面使得用户能够控制RF元件140和145的移动。电子装置可以进而连接到控制机械模块的电机。因此，电机在从电子装置接收到信号后触发机械模块。
例如，控制机构160可以将RF元件140沿着轨道130从位置‘a’(通过虚线圆指示)移动到位置‘b’(通过实线圆指示)，并将RF元件145沿着轨道135 从位置‘c’(通过虚线圆指示)移动到位置‘d’(通过实线圆指示)。通过将 RF元件移动到不同的位置，天线系统100可以动态地改变天线100的地理覆盖区域。还可以设想通过移动多个RF元件并将所述RF元件布置在不同的位置，天线系统100还可以动态地改变覆盖大小和分配给不同的地理区域的容量。由此，经由控制机构160，天线系统100可以经编程以配置RF元件以根据当时的需求来提供在不同的地理区域处的覆盖和不同的容量(通过具有覆盖同一地理区域的更多或更少RF元件)。
例如，当控制机构160将RF元件140和145分别从位置‘a’和‘c’移动到位置“b”和‘d’时，天线系统100可以将地理覆盖区域改变至更靠近天线系统100的区域。还应注意，具有带有相关联的RF元件的多个球面透镜允许天线系统100(1)提供多个覆盖区域和/或(2)增加在覆盖区域内的容量。在此示例中，与具有带有一个相关联的RF元件的仅一个球面透镜的天线系统相比时，因为与球面透镜105和110相关联的RF元件140和145两者均在如通过箭头165 和170指示的相同方向上引导所得输出信号波束，所以对于覆盖区域，天线系统100有效地具有两倍的容量。
然而，注意，在其中多个球面透镜沿着虚拟轴线(例如，虚拟轴线115) 彼此对准的天线系统中，当多个RF元件正通过多个球面透镜以不垂直于虚拟轴线(球面透镜沿着所述虚拟轴线对准)的角度发送输出RF信号时，来自不同的RF元件的信号将是异相的。在此示例中，从虚线175至185示出，通过分别在位置‘b’和‘d’处的RF元件140和145发送的输出信号是异相的。虚线 175至185为垂直于从分别在位置‘b’和‘d’处的RF元件140和145发送的所得输出信号波束的方向的虚拟线。由此，虚线175至185指示所得输出波束的前进的位置。当输出信号波束为同相时，输出信号波束应在位置175至185中的每一个处具有相同的进展。假设RF元件140和145两者同时发送相同的输出信号而没有任何相位调整，则输出信号波束165和170将在所述输出信号波束分别离开球面透镜105和110时具有相同的相位。如图所示，由于波束相对于球面透镜105和110如何被对准(即，虚拟轴线115的取向)而发送的方向，位置175对于信号波束165等效于球面透镜105的边缘，但对于信号波束170等效于球面透镜110的中心。类似地，位置180与球面透镜105的边缘相距距离‘e’，而位置180等效于球面透镜110的边缘。由此，为使信号波束165和170同相，控制机构160配置移相器150和155以修改(或调整)通过RF元件140或145发送的输出信号或通过RF元件140和145两者发送的输出信号的相位。在此示例中，控制机构160可以以等效于距离‘e’的值调整通过RF元件145发送的输出信号的相位，使得输出信号波束165和170为同相的。
在一些实施例中，控制机构160经配置以基于RF元件的位置来自动地确定使输出波束同相所必需的相位修改。可以设想用户可以提供将由天线系统100 覆盖的地理区域的输入，且控制机构160将自动地移动RF元件的位置以覆盖该地理区域，并基于RF元件的新位置来配置移相器以确保来自RF元件的输出波束为同相的。
图1B图示说明附接到与球面透镜107相关联的元件组合件103的控制机构 102的示例。机械模块102包含外壳104，杆106安置在所述外壳内。杆106具有经配置以使齿轮112旋转的齿108。齿轮可以进而控制RF元件109的移动。在此设置下，个人可以通过上下移动杆106来手动地调整RF元件109的位置。已设想杆106可以经延伸以到达其它元件组合件(例如，堆叠在球面透镜107的顶部上的元件组合件和球面透镜)。那样，杆可以有效地控制与超过一个球面透镜相关联的RF元件的移动。
在一些实施例中，通过使用介电材料来制作杆106的至少一部分，移相器可以在相同的机构102内实施。当杆包含介电材料时，以此方式调整杆106的位置有效地修改通过RF元件109发送的输出信号的相位。注意，可以配置杆106 和齿轮112的位置，使得RF元件109的定位和相位修改同步。这样，可以简单地提供单个输入(将杆上下移动某一距离)以调整RF元件109的位置和输出信号的相位。
还可以设想电装置(未示出)可以连接到杆的末端(不附接到齿轮112)。电装置可以基于输入电子信号来控制杆106的移动，由此控制RF元件109的移动和输出信号的相位调整。计算装置(未示出)可以以通信方式与电装置耦合以远程地控制RF元件109和输出信号的相位。
图2A和图2B图示说明从不同角度观看的球面透镜105和元件组合件120。具体地，图2A图示说明从前面角度观看的球面透镜105，其中元件组合件120 (包含轨道130和RF元件140)呈现为在球面透镜105后方。在此附图中，从RF 元件140发射的信号从页面指向外部。图2B图示说明从后面角度观看的球面透镜105，其中元件组合件120(包含轨道130和RF元件140)呈现为在球面透镜 105后方。在此附图中，从RF元件140发射的信号指向到页面中。
图3图示说明一些实施例的天线300，其中与球面透镜相关联的轨道是二维的且与球面透镜相关联的每个轨道包含两个RF元件。天线300类似于图1的天线100。如图所示，天线300具有两个球面透镜305和310，所述两个球面透镜在三维空间中沿着虚拟轴线315对准。球面透镜305具有相关联的元件组合件320，且球面透镜310具有相关联的元件组合件325。元件组合件320具有轨道330，且类似地，元件组合件325具有轨道335。轨道330和335是二维的。
另外，轨道325和335中的每一个包含两个RF元件。如图所示，轨道325 具有RF元件340和345，且轨道335具有RF元件350和355。二维轨道330和335 允许RF元件340至355在其相应的轨道中在二维场中移动。在一些实施例中，天线300创建RF元件的群组，其中每一群组由来自每个元件组合件的一个RF 元件构成。在此示例中，天线300具有RF元件的两个群组。RF元件的第一群组包含元件组合件320的RF元件340和元件组合件325的RF元件350。RF元件的第二群组包含元件组合件320的RF元件345和元件组合件325的RF元件355。天线300为RF元件的每个群组提供控制机构和移相器。在此示例中，天线300为 RF元件的第一群组提供控制机构和移相器360(都在一个组合件中)，且为RF 元件的第二群组提供控制机构和移相器365。控制机构和移相器经配置以修改在群组内的RF元件的位置，且经配置以修改通过群组中的RF元件发送的输出信号的相位，使得来自相应的球面透镜305和310的输出信号为同相的。
图4A和图4B图示说明从不同角度观看的球面透镜305附图及其元件组合件320。具体地，图4A图示说明从前面角度观看的球面透镜305，其中元件组合件320(包含轨道330和RF元件340和345)呈现为在球面透镜305后方。在此附图中，从RF元件340和345发射的信号从页面指向外部。如图所示，RF元件 340和345可以上下(平行于虚拟轴线315)或侧向(垂直于虚拟轴线315)移动，如通过RF元件340附近的箭头示出。
图4B图示说明从后面角度观看的球面透镜305，其中元件组合件320(包含轨道330和RF元件340以及345)呈现为在球面透镜305后方。在此附图中，从RF元件340和345发射的信号指向到页面中。可以设想超过两个RF元件可以被安装在同一元件组合件中，且RF元件布置的不同模式(例如，3×3、4×3、4×4 等)可以形成在元件组合件上。
返回参考图3，注意，相对于其相应的球面透镜处于基本上相同的位置的 RF元件分组在一起。例如，RF元件340与RF元件350配对，因为所述RF元件相对于其各自相关联球面透镜305和310的位置基本上相似。类似地，RF元件345 与RF元件355配对，因为所述RF元件相对于其各自相关联球面透镜305和310 的位置基本上相似。可以设想RF元件配对的方式可以影响通过RF元件产生的所得波束的竖直占用面积(footprint)(也被称为极化重合(coincident)辐射图案)。如本文中所限定，RF元件的竖直占用面积意指RF元件在平行于球面透镜沿着其对准的轴线的维度上的覆盖区域。出于实践目的，目标为使通过多个RF元件产生的不同所得波束的重叠区域(也被称为交叉极化重合辐射图案)最大化。
由此，在本发明的主题的另一方面中，具有球面透镜的阵列的天线将与不同的球面透镜相关联的相对RF元件配对以覆盖基本上重叠的地理区域。在一些实施例中，在球面透镜的阵列中的每个球面透镜具有平行于与阵列中的其它球面透镜相关联的其它虚拟轴线的虚拟轴线。经配对的RF元件中的一个置于与第一球面透镜相关联的虚拟轴线的一侧上，且经配对的RF元件中的另一个置于与第二球面透镜相关联的虚拟轴线的相对侧上。在一些实施例中，天线还包含控制机构，所述控制机构经编程以配置经配对的RF元件以将输出信号提供到基本上重叠的地理区域和/或从基本上重叠的地理区域接收输入信号。
图5图示说明一些实施例的此类天线500的示例。天线500包含沿着轴线 515对准的球面透镜(包含球面透镜505和510)的阵列。尽管天线500在此示例中示出为在球面透镜的阵列中仅包含两个球面透镜，但已设想天线500可以根据需要包含沿着轴线515对准的更多球面透镜。
每个球面透镜还包含彼此平行的RF元件布置轴线。在此示例中，球面透镜505具有RF元件布置轴线540，且球面透镜510具有RF元件布置轴线545。优选地，RF元件布置轴线540和545垂直于球面透镜505和510沿着其对准的虚拟轴线515，如在此示例中示出。然而，已设想RF元件布置轴线可以是任何取向，只要它们彼此平行。
如图所示，阵列中的每个球面透镜具有相关联的RF元件。在此示例中，球面透镜505具有两个相关联的RF元件520和525，且球面透镜510具有两个相关联的RF元件530和535。与每个球面透镜相关联的RF元件沿着球面透镜的表面置于RF元件布置轴线的不同侧上。如图所示，RF元件520置于RF元件布置轴线540的顶部上(置于所述RF元件布置轴线540的一侧上)，且RF元件525置于RF元件布置轴线540的底部上(置于所述RF元件布置轴线540的另一侧上)。类似地，RF元件530置于RF元件布置轴线545的顶部上(置于所述RF元件布置轴线545的一侧上)，且RF元件525置于RF元件布置轴线545的底部上(置于所述RF元件布置轴线545的另一侧上)。
天线500还包含用于协调RF元件的群组的控制机构550和555。如之前所提及，已设想将与不同的球面透镜相关联的相对RF元件配对(即，将在RF元件布置轴线的相对侧上的RF元件配对)提供最佳重叠竖直占用面积。因此，控制机构550以通信方式与RF元件520(所述RF元件520置于RF元件布置轴线540 的顶部上)和RF元件535(所述RF元件535置于RF元件布置轴线545的底部上) 耦合，以协调RF元件520和535以提供基本上相同的地理区域的信号覆盖。类似地，控制机构555以通信方式与RF元件525(所述RF元件525置于RF元件布置轴线540的底部上)和RF元件530(所述RF元件530置于RF元件布置轴线545 的顶部上)耦合，以协调RF元件525和530以提供基本上相同的地理区域的信号覆盖。在一些实施例中，控制机构550和555还包含移相器，所述移相器经配置以修改由其相关联的RF元件输出的信号的相位。
除分组的RF元件必须在RF元件布置轴线的不同侧上的要求外，优选的是，在RF元件与RF元件布置轴线之间的距离基本上相同(小于10％，且更优选地小于5％的偏差)。因此，在此示例中，在RF元件520与轴线540之间的距离与在RF元件535与轴线545之间的距离基本上相同。类似地，在RF元件525 与轴线540之间的距离与在RF元件530与轴线545之间的距离基本上相同。
虽然RF元件520至535在此附图中示出为置于固定位置处，但在一些其它实施例中，天线500还可以包含使得RF元件能够沿着其相应的球面透镜的表面移动到不同位置的轨道。在这些实施例中，控制机构550和555经配置以协调其相关联的RF元件和移相器以将同步信号发出到覆盖的地理区域。
在图5中图示说明的示例中，RF元件布置轴线被布置为垂直于球面透镜沿着其对准的轴线。如上文所提及，RF元件布置轴线可以以不同方式定向。图6 图示说明具有置于RF元件布置轴线的不同侧上的RF元件的天线600，该RF元件布置轴线不垂直于球面透镜沿着其对准的虚拟轴线。天线600与天线500几乎相同。天线600具有沿着轴线615对准的球面透镜(包含球面透镜605和610) 的阵列。尽管天线600在此示例中示出为在球面透镜的阵列中仅包含两个球面透镜，但已设想天线600可以根据需要包含沿着轴线615对准的更多球面透镜。
每个球面透镜还包含彼此平行的RF元件布置轴线。在此示例中，球面透镜605具有RF元件布置轴线640，且球面透镜610具有RF元件布置轴线645。如图所示，RF元件布置轴线640和645不垂直于虚拟轴线615。通过具有在不同取向上的RF元件布置轴线，天线600可以经调整以覆盖不同的地理区域(更靠近天线、更远离天线等)。
如图所示，阵列中的每个球面透镜具有相关联的RF元件。在此示例中，球面透镜605具有两个相关联的RF元件620和625，且球面透镜610具有两个相关联的RF元件630和635。与每个球面透镜相关联的RF元件沿着球面透镜的表面置于RF元件布置轴线的不同侧上。如图所示，RF元件620置于RF元件布置轴线640的顶部上(置于所述RF元件布置轴线640的一侧上)，且RF元件625置于RF元件布置轴线640的底部上(置于所述RF元件布置轴线640的另一侧上)。类似地，RF元件630置于RF元件布置轴线645的顶部上(置于所述RF元件布置轴线645的一侧上)，且RF元件625置于RF元件布置轴线645的底部上(置于所述RF元件布置轴线645的另一侧上)。
天线600还包含用于协调RF元件的群组的控制机构650和655。控制机构 650和655经配置以将与不同的球面透镜相关联的相对RF元件配对(即，将在 RF元件布置轴线的相对侧上的RF元件配对)。因此，控制机构650以通信方式与RF元件620(所述RF元件620置于RF元件布置轴线640的顶部上)和RF元件 635(所述RF元件635置于RF元件布置轴线645的底部上)耦合，以协调RF元件620和635以提供基本上相同的地理区域的信号覆盖。类似地，控制机构655 以通信方式与RF元件625(所述RF元件625置于RF元件布置轴线640的底部上) 和RF元件630(所述RF元件630置于RF元件布置轴线645的顶部上)耦合，以协调RF元件625和630以提供基本上相同的地理区域的信号覆盖。在一些实施例中，控制机构650和655还包含移相器，所述移相器经配置以修改由其相关联的RF元件输出的信号的相位。
当前用于无线宽带网络的现有技术天线提供通常被称为天线的端口的两个交叉极化重合辐射图案。无线运营商社区对具有存在于每一端口上的无线电信号的良好去相关性的四个重合辐射图案存在不断增长的需求。用于四个重合辐射图案的当前方法为部署冗余的交叉极化天线解决方案。上文描述的用于将相对RF元件配对的方法提供在实现四个显著重合的辐射图案(两个图案用于每个RF元件)中的新颖方法。
所属领域的技术人员应清楚，在不脱离本文中的发明性概念的情况下，除那些已描述的内容外的更多修改是可能的。因此，除了在随附的权利要求书的精神中，本发明的主题不应被限制。此外，在解释说明书和权利要求书两者时，所有术语都应根据上下文以最广泛的可能方式解释。确切地说，术语“包括”和“包含”应被解释为以非排他性方式提及元件、组件或步骤，指示所提及的元件、组件或步骤可以存在、或被利用，或与未明确提及的其它元件、组件或步骤组合。在说明书和权利要求书提及从由A、B、C…以及N 构成的群组选定的某物中的至少一个时，文本应被解释为仅需要来自群组的一个元素，而非A加N或B加N等。

Claims (17)

1.一种天线，所述天线包括：
多个透镜，其包括第一球面透镜和第二球面透镜；
第一组合件，所述第一组合件沿着所述第一球面透镜的第一外表面安置，所述第一组合件包括经配置以提供第一输出信号的第一RF元件和经配置以容纳所述第一RF元件的第一轨道，其中，所述第一RF元件沿着所述第一轨道移动；
第二组合件，所述第二组合件沿着所述第二球面透镜的第二外表面安置，所述第二组合件包括经配置以提供第二输出信号的第二RF元件和经配置以容纳所述第二RF元件的第二轨道，其中，所述第二RF元件沿着所述第二轨道移动；
第一移相器，所述第一移相器连接到所述第一RF元件和所述第二RF元件；
以及控制机构，所述控制机构包括用以进行以下操作的电子装置：
(a)接收将被所述天线覆盖的地理区域，以及
(b)确定所述第一RF元件和所述第二RF元件之间的相对位置，其中所述第一RF元件发送第一输出信号并且所述第二RF元件发送第二输出信号；以及
(c)将来自所述控制机构的电子信号发送到所述第一移相器以依据所述第一RF元件和所述第二RF元件之间的所述相对位置使所述第一输出信号的第一相位和所述第二输出信号的第二相位中的至少一个偏移，使得所述第一输出信号和所述第二输出信号对于所述地理区域同相。
2.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一移相器经配置以协调所述第一RF元件与所述第二RF元件以修改所述第一输出信号的所述第一相位和所述第二输出信号的所述第二相位，使得所述第一输出信号和所述第二输出信号在分别经过所述第一球面透镜和所述第二球面透镜之后同相。
3.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一移相器通过对所述第一输出信号的相位进行时移来修改所述第一输出信号的所述第一相位。
4.根据权利要求1所述的天线，其中所述控制机构进一步经配置以移动所述第一RF元件和所述第二RF元件，使得所述第一输出信号和所述第二输出信号覆盖所述地理区域。
5.根据权利要求1所述的天线，进一步包括：
第二移相器，
其中所述第一组合件进一步包括经配置以提供第三输出信号的第三RF元件，以及
其中所述第二组合件进一步包括经配置以提供第四输出信号的第四RF元件，以及
其中所述电子装置进一步：
(a)接收将被所述天线覆盖的替代地理区域，以及
(b)将第二电子信号发送到所述第二移相器以依据所述第三RF元件和所述第四RF元件的相对位置分别使所述第三输出信号的第三相位和所述第四输出信号的第四相位中的至少一个偏移，使得所述第三输出信号和所述第四输出信号对于所述替代地理区域同相。
6.根据权利要求1所述的天线，
其中所述第一组合件进一步包括提供第三输出信号的第三RF元件；
其中所述第二组合件进一步包括提供第四输出信号的第四RF元件；以及
其中所述第一移相器根据所述第三RF元件和所述第四RF元件的相对位置来分别使所述第三输出信号的第三相位和所述第四输出信号的第四相位偏移。
7.根据权利要求1所述的天线，其中所述第一球面透镜和所述第二球面透镜是基本上相同的。
8.根据权利要求1所述的天线，其中所述球面透镜中的每一个具有至少50％基本符合球面形状的表面区域。
9.根据权利要求8所述的天线，其中所述球面透镜中的每一个具有至少90％基本符合球面形状的表面区域。
10.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个透镜中的每一个包括单层介电材料和多层介电材料中的至少一个。
11.根据权利要求1所述的天线，进一步包括多个RF元件，所述RF元件通过所述多个透镜中的至少一些聚焦在同一地理区域上以在所述同一地理区域内提供增加的容量。
12.一种调整天线的覆盖区域的方法，其中所述天线具有与第一球面透镜相关联的第一射频元件即第一RF元件、经配置以容纳所述第一RF元件的第一轨道、与第二球面透镜相关联的第二RF元件、经配置以容纳所述第二RF元件的第二轨道，以及以通信方式与所述第一RF元件和所述第二RF元件耦合的移相器，其中，所述第一RF元件沿着所述第一轨道移动，所述第二RF元件沿着所述第二轨道移动，所述方法包括以下步骤：
接收将被所述天线覆盖的地理区域；
确定在所述第一RF元件沿着所述第一球面透镜的表面的第一位置与所述第二RF元件沿着所述第二球面透镜的表面的第二位置之间的相对位置，其中所述第一RF元件发送第一输出信号，并且其中所述第二RF元件发送第二输出信号；以及
将电子信号从控制机构的电子装置发送到移相器以依据所确定的相对位置与所述第一RF元件的波束方向以及所述第二RF元件的相对位置来分别自动地使所述第一输出信号的第一相位和所述第二输出信号的第二相位中的至少一个偏移，使得所述第一输出信号和所述第二输出信号对于地理区域同相。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括沿着轴线将所述第一球面透镜和所述第二球面透镜相互叠靠。
14.根据权利要求13所述的方法，其中移动所述第一RF元件包括在平行于所述轴线的方向上移动所述第一RF元件。
15.根据权利要求13所述的方法，其中移动所述第二RF元件包括在平行于所述轴线的方向上移动所述第二RF元件。
16.根据权利要求13所述的方法，其中移动所述第一RF元件包括在垂直于所述轴线的方向上移动所述第一RF元件。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括使用单个输出来：
移动所述第一RF元件；
移动所述第二RF元件；以及
自动地配置所述电子信号以修改所述移相器。
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