CN117981174A - 四重极化分集天线系统 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了四重极化分集(quadri‑polarization diversity)天线系统。根据本公开的实施例，天线系统包括天线阵列，所述天线阵列包括：第一双重极化天线单元的列，其排列在天线面板第一平面(first plane)；以及第二双重极化线单元的列，其排列在所述天线面板第二平面(second plane)，所述第一平面与所述第二平面形成钝角。所述第一双重极化天线单元的列用于形成具有+/‑45°极化(polarizations)的第一波束，所述第二双重极化天线单元的列用于形成具有0°/90°极化的第二波束。

Description

四重极化分集天线系统

技术领域

本发明涉及一种四重极化分集天线系统，通过调整波束间的极化以使空间上邻近的波束具有不同的双重极化(dual-polarization)特性，从而提高无线信道的正交性，进而能够增大系统的信道容量。

背景技术

此部分记载的内容只是单纯地用于提供本发明的背景信息，并不构成现有技术。

天线的极化是指相对于地球表面的电波的磁场(E-平面)方向，其至少部分基于天线元件的物理结构及方向而决定。例如，简单的直线型天线元件当垂直安装时具有一个极化，水平安装时具有另一极化。电波的磁场与电场呈直角，但是习惯上将天线元件的极化理解为是指电场的方向。

移动通信中，MIMO(multiple-input multiple-output)天线通常设计为双重极化天线(dual-polarized antenna)，以减少基于多重路径的衰减(fading)影响，并执行极化分集(diversity)功能。但是，在使用多重波束的Massive MIMO系统中由于相邻的波束间干涉导致无线信道的相关系数变高，由此很难有效地使用空间资源。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了提高天线的增益，本公开旨在提供一种通过各自具有不同极化的波束适用于分离空间(或者扇形片)的天线阵列、排列有天线阵列的天线面板的构成及利用其的波束空间复用。

(二)技术方案

根据本公开的实施例，天线系统包括天线阵列，所述天线阵列包括：第一双重极化天线单元的列，其排列于天线面板的第一平面(first plane)；以及第二双重极化天线单元，其排列于所述天线面板的第二平面(second plane)，所述第一平面与所述第二平面形成钝角。所述第一双重极化天线单元的列用于形成具有+/-45°极化的第一波束，所述第二双重极化天线单元的列用于形成具有0°/90°极化的第二波束。

所述第一波束和所述第二波束在空间上朝不同方向形成，所述第一波束与所述第二波束形成的方向可以为所述第一平面和所述第二平面所面向的空间方向。

所述第一双重极化天线单元与所述第二双重极化天线单元具有不同的双重极化(dual-polarization)特性。所述第一双重极化天线单元具有相互垂直交叉的第一天线元件和第二天线元件，所述第二双重极化天线单元具有相互垂直交叉的第三天线元件和第四天线元件。

在部分实施例中，所述第一平面和第二平面可沿着所述天线面板的垂直方向区分而成。在部分实施例中，所述天线面板还可具有第三平面和第四平面，所述第三平面和所述第四平面相对于所述天线面板的第一平面和第二平面沿着所述天线面板的水平方向区分而成，且相互形成钝角，所述第三平面排列有第三双重极化天线单元的列，所述第四平面排列有第四双重极化天线单元的列。所述第三双重极化天线单元的列可用于形成具有0°/90°极化的第三波束，所述第四双重极化天线单元的列可用于形成具有+/-45°极化的第四波束。所述第三波束和所述第四波束可朝向由所述第一波束和所述第二波束无法覆盖的空间形成。

附图说明

图1示出了利用+45°/-45°的双重极化天线阵列的现有4T4R极化分集天线系统。

图2示出了基于图1的天线系统可形成的空间复用的波束图案。

图3示出了根据本发明一实施例的利用+/-45°的双重极化天线阵列的4T4R极化分集天线系统。

图4a是为了便于说明而简单示出的图3的天线系统的RF域的概念图。

图4b示出了图3的天线系统能够形成的一双波束及形成该波束所相关的输入信号。

图4c示出了为了形成图4b示出的一双波束，输入信号T1、T2、T3、T4经由RF矩阵到达天线阵列子层的期间所发生的相位移动的表。

图5a是根据本公开的一方面利用正交混合耦合器(quadrature hybrid coupler，QHC)实现RF矩阵的一例。

图5b示出了图5a所示的可利用RF矩阵500形成的波束图案及波束的双重极化特性。

图6a示出了根据本发明另一实施例的利用包括异构性(heterogeneous)双重极化天线单元的天线阵列的4T4R极化分集天线系统。

图6b是图6a的天线系统中可采用的示例性的天线面板的俯视图(top view)。

图6c和图6d是图示图6b的天线面板结构的主视图(front view)。

图6e示出了位于不同列的相同极化子层以不同长度的RF路径连接至RF链路的结构。

图7a示出了根据本发明另一实施例的排列有异构性(heterogeneous)的双重极化天线单元的天线面板。

图7b示出了利用图7a所示的天线面板能够覆盖的主覆盖范围及辅助覆盖范围。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。标注附图标记时，即使相同技术特征在不同的附图中出现，也尽可能使用了相同的附图标记。同时需要注意的是，在通篇说明书中，如果认为对相关已知的技术特征和功能的具体说明可能会导致本发明主题不清楚，则省略其详细说明。

本公开涉及一种极化分集天线系统，为了提高天线的增益，通过各自具有不同极化的波束，适用于空间(扇形片)的分离。

首先，对于利用双重极化天线阵列的天线系统中用以形成具有不同极化特性的波束的技术方案进行说明，可能有助于更加清楚地理解提案技术的技术可用性。

图1示出了利用+45°/-45°的双重极化天线阵列的现有4T4R极化分集天线系统。图1的天线系统可通过数字域中的极化合成实现四重极化分集。图2示出了基于图1的天线系统可形成的空间复用的波束图案。

参照图1，天线系统所采用的天线阵列由两列双重极化天线单元构成。各双重极化天线单元包括+45°极化的第一天线元件101a和-45°极化的第二天线元件101b。即，天线阵列由两列双重极化天线单元构成，双重极化天线单元包括+45°的线形辐射元件和-45°的线形辐射元件。在各列中，天线元件101a、101b按照极化类别连接到馈线(feeder line)111a、111b。即，在各列中，+45°极化的第一天线元件101a导电连接到第一馈线111a并形成第一子层，-45°极化的第二天线元件101b导电连接到第二馈线111b并形成第二子层。因此，在图1图示的双重极化天线阵列中，天线元件101a、101b分割为四个子层。

四个子层通过馈线111a、111b分别连接至四个天线端口。各天线端口分别连接有RF链路130。RF链路130分别包括低噪音放大器(low noise amplifier，LNA)和功率放大器(power amplifier，PA)及滤波器等RF元件，并提供RF发送路径和RF接收路径。因此，图1的天线系统为4T4R。

通常，具有相同极化特性的天线元件之间的距离一般为0.5λ，其中λ为天线阵列的频带的中心频率处的波长。为了确保弱相关关系，距离越大越好。即，在图示的附图中，相邻的列之间的距离可以是0.5λ至1λ。

图1的天线系统通过调整数字域(例如，数字单元120)中的相位，所述数字域用于信号(T1至T4)的极化合成和信号(T1至T4)所需的波束方向，从双重极化天线阵列向不同的空间方向形成两个具有不同的双重极化特性的波束(即，具有+/-45°正交极化(orthogonalpolarizations)的第一波束及具有V/H正交极化的第二波束)。

如图2所示例，能够以不同的空间方向(spatial direction；图2中为10点方向和2点方向)形成以水平面为基准具有约40°的波束宽度的波束。10点方向的波束和2点方向的波束具有不同的双重极化特性。特别是，这些波束可具有许多旁瓣(sidelobe)。

图2中用于显示各波束的双重极化特性而标记的±45°是指该波束具有由+45°线性极化和-45°线性极化构成的两个正交极化，V/H是指该波束具有由90°(V)线性极化和0°(H)线性极化构成的两个正交极化。例如，向10点方向形成的波束具有+45°极化的电波(radio wave)和-45°极化的电波(radio wave)，向2点方向形成的波束具有90°极化的电波和0°极化的电波。这在其它附图中也相同。只是，严谨地说，“向10点方向形成+/-45°正交极化的波束”是指向10点方向形成+45°线性极化的波束和-45°线性极化的波束，“向2点方向形成V/H正交极化的波束”是指向2点方向形成90°(V)线性极化的波束和0°(H)线性极化的波束。

图2中，+/-45°正交极化的10点方向的波束通过向第一天线端口和第三天线端口提供具有不同相位的T1信号并向第二天线端口和第四天线端口提供具有不同相位的T2信号而形成。

图2中，V/H正交极化的2点方向的波束通过向第一至第四天线端口提供具有不同相位的T3信号和具有不同相位的T4信号而形成。如果具有不同相位的T3信号从天线阵列的四个子层辐射，则作为极化合成的结果，形成90°(V)极化。类似地，如果具有不同相位的T4信号从天线阵列的四个子层辐射，则作为极化合成的结果，形成0°(H)极化。

相反于图2所示，需要注意的是，还可以在数字单元中进行相位调整，以使10点方向的波束具有V/H正交极化，使2点方向的波束具有+/-45°正交极化。

图1中图示的天线系统可通过在作为整合有RRH(Remote Radio Head)的天线系统，即AAS(Active Antenna System)或者RRA(Remote Radio Antenna)系统中，增加数字域中用于进行极化分离/合成和波束成型的数字处理功能来实现。图1中图示的天线系统需要硬件，以实现数字域中执行的波束成型和极化合成/分离，由此产生的热量将会增加。例如，在本发明申请人于2020年04月16日申请的韩国专利申请第10-2020-0046256号中公开了通过数字域(例如，数字单元)中的相位调整，由双重极化天线阵列形成具有+/-45°正交极化及具有V/H正交极化的波束的具体方法。

图3示出了根据本发明的一实施例的利用+/-45°的双重极化天线阵列的4T4R极化分集天线系统。图3所示的天线系统通过对RF域中的信号进行包括相位调整在内的RF信号处理，可向不同空间方向形成两个独立的波束(即，具有+/-45°正交极化的波束和具有V/H正交极化的波束)。

图3的天线系统采用的天线阵列实质上与图1的天线系统采用的天线阵列相同。即，图3的天线阵列由两列双重极化天线单元构成。各双重极化天线单元包括+45°极化的第一天线元件301a和-45°极化的第二天线元件301b。在各列中，天线元件301a、301b按照极化类别连接到馈线(feeder line)311a，311b。因此，在图3所示的双重极化天线阵列中，天线元件301a、301b分割为四个子层。

发送信号T1、T2、T3、T3从数字单元320向四个RF链路330提供，从RF链路330输出的RF信号经过RF矩阵(RF matrix)340进行信号处理后并向天线阵列的四个子层提供。因此，图3的天线系统为4T4R。

Rf矩阵340设置为执行信号处理，该信号处理包括对从RF链路330输入的RF信号进行信号分路和相位调整。RF矩阵340例如可由混合耦合器、方向结合器、移相器等无源元件来实现。从RF矩阵340输出的经信号处理的RF信号，通过天线阵列的四个子层向空间进行辐射，其结果，如图2所示，可向不同空间方向形成两个独立的波束(即，具有+/-45°正交极化的波束和具有V/H正交极化的波束)。相反于图2所示，需要注意的是，还可以在RF矩阵340中进行相位调整，以使10点方向的波束具有V/H正交极化，使2点方向的波束具有+/-45°正交极化。

图3的天线系统可由具有RF电路的AAS/RRA系统实现，所述RF电路形成有RF矩阵340，而且还可以在legacy Antenna系统与RRH之间布置RF电路基板的形态实现，RF电路基板形成有RF矩阵340。因此，现有legacy Antenna系统也能够轻松地进行改变以支持四重极化分集。只是，RF矩阵340将导致RF损失，这可能会使维持准确的波束间间距变得很难。

另外，图3所示的天线阵列具有两列(column)双重极化天线单元，但是在其它实施中为了形成更多的波束，或者为了形成更窄的波束宽度，天线阵列还可具有更多的列。

下面参照图4a、图4b及图4c进行说明，图3的4T4R极化分集天线系统中，对于RF信号，只有提供RF矩阵340才能进行包括相位移动在内的信号处理，以实现极化合成和所需的波束方向。

图4a是为了便于说明而简单示出的图3的天线系统的RF域的概念图。图4b示出了图3的天线系统能够形成的一双波束及形成该波束所相关的输入信号。图4c的表(table)示出了输入信号T1、T2、T3、T4为了形成图4b所示的一双波束而经由RF矩阵340到达天线阵列子层期间所发生的相位移动。

参照图4a和图4b，输入信号T1、T2经过RF矩阵340形成具有+/-45°正交极化的第一波束，输入信号T3、T4经过RF矩阵340形成具有V/H极化的第二波束。上述两个波束具有不同的空间方向。图4b中，具有+/-45°正交极化的第一波束朝10点方向，具有V/H正交极化的波束朝2点方向。

为了形成如图4b所示的波束图案，RF矩阵340对输入信号T1、T2、T3、T4进行信号处理，换而言之，输入信号T1、T2、T3、T4通过RF矩阵340到达天线阵列的子层期间所发生的相位移动(phase shift)如下。

输入信号T1的目标极化为+45°极化，经过RF矩阵340向第一列(C1；左侧列)的+45°极化天线元件的子层(图4b的表中标记为“C1+45”)和第二列(C2；右侧列)的+45°极化天线元件的子层(图4b的表中标记为“C2+45”)提供。

输入信号T2的目标极化为-45°极化，经过RF矩阵340向第一列(C1)的-45°极化天线元件的子层(图4b的表中标记为“C1-45”)和第二列(C2)的-45°极化天线元件的子层(C2-45)提供。

输入信号T3的目标极化为H极化，输入信号T4的目标极化为V极化。输入信号T3和输入信号T4经过RF矩阵340分别向双重极化列阵的四个子层(C1+45、C1-45、C2+45、C2-45)提供。

输入信号T1由RF矩阵340分路为两个分路信号，一个分路信号无需相位移动便可到达第一列具有+45°极化的子层(C1+45)；另一分路信号经过-90°的相位移动后到达第二列具有+45°极化的子层(C2+45)。输入信号T1的目标极化为+45°极化，-90°的相位移动仅用于波束成型(beamforming)。对应输入信号T1的两个分路信号，以相互具有-90°的相位差的状态，由子层(C1+45，C2+45)辐射，因此以天线阵列的法线为基准向左侧倾斜约30°的空间方向形成具有+45°极化的波束。

输入信号T2由RF矩阵340分路为两个分路信号，一个分路信号无需相位移动便可到达第一列具有-45°极化的子层(C1-45)；另一分路信号经过-90°的相位移动后到达第二列具有-45°极化的子层(C2-45)。输入信号T2的目标极化为-45°极化，-90°的相位移动仅用于波束成型(beamforming)。

对应输入信号T2的两个分路信号，以相互具有-90°的相位差的状态，由子层(C1-45、C2-45)辐射，因此以天线阵列的法线为基准向左侧倾斜约30°的空间方向形成具有-45°极化的波束。

输入信号T3由RF矩阵340分路为四个分路信号，第一分路信号无需相位移动便可到达第一列的子层(C1+45)，第二分路信号、第三分路信号及第四分路信号分别经过180°、90°及270°的相位移动后到达第一列的子层(C1-45)、第二列的子层(C2+45)及第二列的子层(C2-45)。第二分路信号的相位移动(180°)仅用于极化合成，第三分路信号的相位移动(90°)仅用于波束成型，第四分路信号的相位移动(270°)是用于波束成型的相位移动(90°)和用于极化合成的相位移动(180°)之和。

对应输入信号T3的第一分路信号和第二分路信号以相互具有180°的相位差的状态，由第一列(C1)的子层(C1+45、C1-45)辐射，因此形成具有0°(H)极化的波束(即，产生极化合成)。第三分路信号和第四分路信号以相互具有180°的相位差的状态，由第一列(C1)的子层(C1+45、C1-45)辐射，因此形成具有0°(H)极化的波束(即，产生极化合成)。而且，由第一列的子层(C1+45)辐射的第一分路信号与由第二列的子层(C2+45)辐射的第三分路信号互相具有+90°的相位差，由第一列的子层(C1-45)辐射的第二分路信号与由第二列的子层(C2-45)辐射的第四分路信号互相具有+90°的相位差，因此以天线阵列的法线为基准向右侧倾斜约30°的空间方向形成具有0°(H)极化的波束。

输入信号T4由RF矩阵340分路为四个分路信号，第一分路信号无需相位移动便可到达第一列的子层(C1+45)，第二分路信号、第三分路信号及第四分路信号分别经过180°、90°及270°的相位移动后到达第一列的子层(C1-45)、第二列的子层(C2+45)及第三列的子层(C2-45)。

对应输入信号T4的第一分路信号和第二分路信号以相互具有0°的相位差的状态，由第一列(C1)的子层(C1+45、C1-45)辐射，因此形成具有90°(V)极化的波束(即，产生极化合成)。第三分路信号和第四分路信号以相互具有0°的相位差的状态，由第一列(C1)的子层(C1+45、C1-45)辐射，因此形成具有90°(V)极化的波束(即，产生极化合成)。而且，由第一列的子层(C1+45)辐射的第一分路信号与由第二列的子层(C2+45)辐射的第三分路信号互相具有+90°的相位差，由第一列的子层(C1-45)辐射的第二分路信号与由第二列的子层(C2-45)辐射的第四分路信号互相具有+90°的相位差，因此以天线阵列的法线为基准向右侧倾斜约30°的空间方向形成具有90°极化的波束。

图5a是根据本公开的一方面利用正交混合耦合器(quadrature hybrid coupler，QHC)实现RF矩阵500的一例。QHC还可称为“支线耦合器(branch-line coupler)”或者“90°混合耦合器(90°Hybrid coupler)”。图5b图示了可利用图5a所示的RF矩阵500形成的波束图案及波束的双重极化特性。需要注意的是，图5b所示的波束的极化特性与图4b所示的极化特性相反。即，图4b中10点方向的波束具有+45°/-45°正交极化，图5b中2点方向的波束具有+45°/-45°正交极化。如图2中所述，严谨地说，“向2点方向形成+/-45°正交极化的波束”是指向2点方向形成+45°线性极化的波束和-45°线性极化的波束，“向10点方向形成V/H正交极化的波束”是指向10点方向形成90°(V)线性极化的波束和0°(H)线性极化的波束。

图5a所示的RF矩阵500在PCB上具有四个输入端口(用白色圆圈标记)，由导电片形成的三个QHC510a、510b、510c及四个输出端口(用黑色圆圈标记)。

如图5a的放大图，各QHC510a、510b、510c具有四个臂部(arm)(即，第一臂部至第四臂部)，如果第一臂部中输入有信号则第二臂部和第三臂部中有输出，而第四臂部中无输出。而且，第二臂部和第三臂部的输出信号间存在有90°(即，λ/4)的相位差。QHC510a、510b、510c具有上下/左右对称的形态，如果第二臂部中输入信号则第一臂部和第四臂部中有输出，而第三臂部中无输出。即，以完全对称结构工作。

输入信号T1经由“第一输入端口–第一QHC510a的第一臂部–第一QHC510a的第二臂部–第一输出端口”到达第一列的子层(C1+45)。而且，输入信号T1经由“第一输入端口–第一QHC510a的第一臂部–(90°的相位延迟)–第一QHC510a的第三臂部–第三输出端口”到达第二列的子层(C2+45)。因此，从输入信号T1的观点，相较于从第一列的子层(C1+45)辐射的无线信号，从第二列的子层(C2+45)辐射的无线信号具有90°的相位延迟，如图5b所示，以天线阵列的法线为基准向右侧倾斜约30°的空间方向形成具有+45°极化的波束。

输入信号T2经由“第二输入端口–第二QHC510b的第一臂部–第二QHC510b的第二臂部–第二输出端口”到达第一列的子层(C1-45)。而且，输入信号T2经由“第二输入端口–第二QHC510b的第一臂部–(90°的相位延迟)–第二QHC510b的第三臂部–第四输出端口”到达第二列的子层(C1-45)。因此，从输入信号T2的观点，相较于从第一列的子层(C1-45)辐射的无线信号，从第二列的子层(C2-45)辐射的无线信号具有90°的相位延迟，如图5b所示，以天线阵列的法线为基准向右侧倾斜约30°的空间方向形成具有+45°极化的波束。

输入信号T3经由“第三输入端口–第三QHC510c的第四臂部–(90°的相位延迟)–第三QHC510c的第二臂部–第一QHC510a的第四臂部–(90°的相位延迟)–第一QHC510a的第二臂部–第一输出端口”并到达第一列的子层(C1+45)。而且，输入信号T3经由“第三输入端口–第三QHC510c的第四臂部–(90°的相位延迟)–第三QHC510c的第二臂部–第一QHC510a的第四臂部–第一QHC510a的第三臂部–第三输出端口”并到达第二列的子层(C2+45)。而且，输入信号T3经由“第三输入端口–第三QHC510c的第四臂部–第三QHC510c的第三臂部–(90°的相位延迟)–第二QHC510b的第四臂部–(90°的相位延迟)–第二QHC510b的第二臂部–第二输出端口”并到达第二列的子层(C1-45)。而且，输入信号T3经由“第三输入端口–第三QHC510c的第四臂部–第三QHC510c的第三臂部–(90°的相位延迟)–第二QHC510b的第四臂部–第二QHC510b的第三臂部–第四输出端口”并向第二列的子层(C2-45)提供。

因此，从输入信号T3的观点考虑，相较于从第一列的子层(C1+45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C1-45)辐射的无线信号具有0°的相位延迟，相较于从第二列的子层(C2+45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C2-45)辐射的无线信号具有0°的相位延迟。结果，形成具有90°(V)极化的波束(即，产生极化合成)。而且，相较于从第二列的子层(C2+45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C1+45)辐射的无线信号具有90°的相位延迟，相较于从第二列的子层(C2-45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C1-45)辐射的无线信号具有90°的相位延迟，因此如图5b所示，以天线阵列的法线为基准向左侧倾斜约30°的空间方向形成具有90°(V)极化的波束。

输入信号T4经由“第四输入端口–第三QHC510c的第一臂部–第三QHC510c的第二臂部–第一QHC510a的第四臂部–(90°的相位延迟)–第一QHC510a的第二臂部–第一输出端口”并到达第一列的子层(C1+45)。而且，输入信号T4，经由“第四输入端口–第三QHC510c的第一臂部–第三QHC510c的第二臂部–第一QHC510a的第四臂部–第一QHC510a的第三臂部–第三输出端口”并到达第二列的子层(C2+45)。而且，输入信号T4，经由“第四输入端口–第三QHC510c的第一臂部–(90°的相位延迟)–第三QHC510c的第三臂部–(90°的相位延迟)–第二QHC510b的第四臂部–(90°的相位延迟)–第二QHC510b的第二臂部–第二输出端口”并到达第二列的子层(C1-45)。而且，输入信号T4，经由“第四输入端口–第三QHC510c的第一臂部–(90°的相位延迟)–第三QHC510c的第三臂部–(90°的相位延迟)–第二QHC510b的第四臂部–第二QHC510b的第三臂部–第四输出端口”并向第二列的子层(C2-45)提供。

因此，从输入信号T4的观点考虑，相较于从第一列的子层(C1+45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C1-45)辐射的无线信号具有180°的相位延迟，相较于从第二列的子层(C2+45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C2-45)辐射的无线信号具有180°的相位延迟。最终，形成具有0°(H)极化的波束(即，产生极化合成)。而且，相较于从第二列的子层(C2+45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C1+45)辐射的无线信号具有90°的相位延迟，相较于从第二列的子层(C2-45)辐射的无线信号，从第一列的子层(C1-45)辐射的无线信号具有90°的相位延迟，因此如图5b所示，以天线阵列的法线为基准向左侧倾斜约30°的空间方向形成具有0°(H)极化的波束。

图6a图示了根据本发明另一实施例的利用包括异构性(heterogeneous)双重极化天线单元的天线阵列的4T4R极化分集天线系统。

图6a所示的天线系统，不要求数字域或者RF域中的信号处理，利用异构型的双重极化天线单元形成类似于图1或者图3的空间复用正交极化波束。因此，图6a中标记的Tx信号T1、T2、T3、T4为数字域中的没有进行极化合成的信号。类似地，Rx信号也不进行数字域中的极化合成。

参照图6a，图示了排列有四列异构性的双重极化天线单元的天线阵列。左侧的两列由+45°/-45°的双重极化天线单元构成，右侧的两列由V/H的双重极化天线单元构成。

在各列中，天线元件601a、601b、602a、602b按照极化类别连接到馈线611a、611b、612a、612b。例如，在第一列和第二列各列中，+45°极化的第一天线元件601a连接到第一馈线611a并形成第一子层，-45°极化的元件第二天线601b连接到第二馈线611b并形成第二子层。在第三列和第四列各列中，90°(V)极化的第一天线元件602a连接到第一馈线612a并形成第一子层，0°(H)极化的第二天线元件602b连接到第二馈线612b并形成第二子层。因此，在图6a图示的双重极化天线阵列中，天线元件601a、601b、602a、602b分割为八个子层。

为了利用图6a所示的天线阵列按照各极化类别来形成波束，具有相同极化的子层在RF域中互连。即，为了使每一极化都有一双子层连接至一个RF链路630，在RF域中互连。由此，天线系统为4T4R。子层间的结合可通过在RF域上构成简单的RF合成器(combiner)来实现。

如后所述，天线面板形成有相互为预定钝角(90°<θ<180°)的第一区域(或者第一面)与第二区域(或者第二面)，天线面板(antenna panel)的第一区域排列有具有+45°/-45°极化的天线单元，天线面板的第二区域排列有具有V/H极化的天线单元。第一区域和第二区域，例如可以为120°。因此，由于天线面板沿着长度方向弯折，因此+45°/-45°的双重极化天线阵列和H/L的双重极化天线阵列排列在空间上指向不同方向。这种结构中，具有+45°/-45°极化的波束和具有V/H极化的波束机械地被转向(steering)天线面板的两个区域面向的空间方向，随之对天线面板的两个区域形成的角度(θ)进行适当的调整，从而图6a的天线系统能够生成类似于图1或者图3的空间复用的正交极化波束。

图6a的天线系统只需要如RF合成器(combiner)简单的RF合成器，以形成空间复用的波束图案，而无需(图1的天线系统中所需的)用于数字域中的信号处理的硬件，因此可改善发热问题。而且，图6a的天线系统相较于图3所示的天线系统，能够准确地维持波束间的间距，特别是，能够最小化影响SINR性能的、具有不同双重极化的波束间相重叠的区域。

图6b至图6d是用于说明图6a的天线系统中采用的排列有异构性(heterogeneous)的双重极化天线单元的天线面板的结构及其结构的有用性。

图6b是图6a的天线系统可采用的示例性天线面板600的俯视图。参照图6b，天线面板600的左半面610排列有+45°/-45°的双重极化天线单元601，天线面板600的右半面620排列有H/V的双重极化天线单元602。

如果左半面610与右半面620形成一个平面(参照图6c的(a)的主视图)，并在具有相同极化特性的双重极化天线单元中引入的RF信号之间保持相位差，则可获得如图6c的(b)所示的空间复用的一双波束图案。相反，如果天线面板600的左侧面610与天线面板的右侧面620形成预定钝角(θ)(参照图6d的(a)的主视图)，则即使具有相同极化特性的双重极化天线单元中引入的RF信号不进行相位调整，也能够获得如图6d的(b)所示的一双波束图案。图6c的(b)的波束图案中主瓣周围具有许多旁瓣(sidelobe)，图6d的(b)的波束图案中旁瓣的大小可忽略。即，可知，如图6d的(a)的天线面板的结构及异构性(heterogeneous)的双重极化天线单元的排列更加有利于空间的极化复用。

进一步地，通过如图6d的(a)的天线面板600的结构和RF波束成型的结合，还可以使波束指向的空间方向大于基于天线面板的两个区域形成角度(θ)而提供的空间方向。例如，在图6d的(a)所示的天线面板600的左半面610中，通过使从第一列的子层至RF链路630的RF路径大于从第二列的子层至RF链路630的RF路径，从而可使具有+45°/-45°正交极化的波束相较于天线面板600的左半面610面向的空间方向更加偏向左侧形成。因此，通过图6d的(a)所示的天线面板600的结构和RF波束成型的结合，还可以使天线面板600的左半面610与右半面620形成的角度(θ)更大(即，更接近180°)。鉴于此，图6e图示了位于不同列的相同极化的子层利用不同长度的RF路径连接至RF链路630的结构。

图7a图示了根据本发明另一实施例的长度方向弯折且宽度方向也弯折且排列有异构性(heterogeneous)的双重极化天线单元的天线面板700。

参照图7a，长度方向(x)的弯折将天线面板区分为左侧区域和右侧区域，宽度方向(y)的弯折将天线面板进一步区分为上侧区域和下侧区域。换而言之，用于排列天线元件的天线面板区分为面向不同的方向的四个区域(面)。

需要注意的是，为了防止具有相同双重极化的天线元件布置于天线面板的水平方向或者垂直方向上相邻的两面，+/-45°天线元件701和V/H天线元件702交替排列在四个区域(面)中。例如，天线面板的左上面排列有V/H的双重极化天线单元702，右上面排列有+/-45°的双重极化天线单元701，左下面排列有+/-45°的双重极化天线单元701，右下面排列有V/H的双重极化天线单元702。

类似于图6a所示的天线面板600，图7a所示的天线面板700的每一区域(面)中，各列的天线元件可按照极化类别连接至馈线(feeder line)并形成子层。而且，具有相同极化且位于不同列的子层在RF域中可互连。即，在天线面板700指定的区域(面)中，对于每一极化，位于不同列的一双子层可在RF域中互连，以连接至同一RF链路。从而，利用图7a所示的天线面板700的天线系统可支持8T8R。

可选地，还可以是排列在天线面板700的右上面和左下面的+/-45°的双重极化天线单元701连接在一双RF链路，排列在天线面板的左上面和右下面的V/H的双重极化天线单元702连接至另一双RF链路。从而利用图7a所示的天线面板700的天线系统可支持4T4R。

排列在右上面的+/-45°的双重极化天线单元701形成具有+45°/-45°正交极化的第一波束，排列在左上面的V/H的双重极化天线单元702形成具有V/H正交极化的第二波束，排列在左下面的+/-45°的双重极化天线单元701形成具有+45°/-45°正交极化的第三波束，排列在右下面的V/H的双重极化天线单元形成具有V/H正交极化的第四波束。第一至第四波束所面向的空间方向分别与天线面板对应面所面向的空间方向一致。因此，第一至第四波束面向不同的空间方向。

另外，如图7b所示，由排列在左下侧区域和右下侧区域的双重极化天线单元形成的第三波束和第四波束能够覆盖由排列在右上侧区域和左上侧区域的天线元件形成的第一波束和第二波束所不能覆盖的阴影区域。因此，左下侧区域和右下侧区域(提供天线系统的主覆盖范围)相较于右上侧区域和左上侧区域，可排列更少数量的双重极化天线单元。

以上说明仅仅用于举例说明本发明实施例的技术思想，对于本发明所属的技术领域具有通常知识的人员而言，在不超出本发明的本质特征的范围内可进行各种修改和变形。因此，本实施例并非用于限定本发明的实施例的技术思想而用于说明，本发明的技术思想的范围不受所述实施例的限制。本发明的保护范围应基于附上的权利要求书而诠释，并与其等同的范围内的所有技术思想应解释为皆属于本发明的权利范围。

[相关申请的交叉引用]

本申请要求对2021年9月27日在韩国申请的专利申请号为10-2021-0127532及2022年9月1日在韩国申请的专利申请号为10-2022-0110149的优先权，其全部内容作为参考包含在本说明书中。

Claims (12)

1.一种极化分集天线系统，包括天线阵列，所述天线阵列包括：第一双重极化天线单元的列，其排列在天线面板第一平面；以及第二双重极化线单元的列，其排列在所述天线面板第二平面，

所述第一平面与所述第二平面形成钝角，

所述第一双重极化天线单元的列用于形成具有+/-45°极化的第一波束，所述第二双重极化天线单元的列用于形成具有0°/90°极化的第二波束。

2.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，所述第一波束和所述第二波束在空间上朝不同方向形成。

3.如权利要求2所述的极化分集天线系统，其中，所述第一波束与所述第二波束形成的方向分别为所述第一平面和所述第二平面所面向的空间方向。

4.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，所述第一平面和第二平面沿着所述天线面板的垂直方向区分而成。

5.如权利要求4所述的极化分集天线系统，其中，所述天线面板还具有第三平面和第四平面，所述第三平面和所述第四平面相对于所述天线面板的第一平面和第二平面沿着所述天线面板的水平方向区分而成，且相互形成钝角，

所述第三平面排列有第三双重极化天线单元的列，所述第四平面排列有第四双重极化天线单元的列。

6.如权利要求5所述的极化分集天线系统，其中，所述第三双重极化天线单元的列用于形成具有0°/90°极化的第三波束，所述第四双重极化天线单元的列用于形成具有+/-45°极化的第四波束，

所述第三波束和所述第四波束朝向由所述第一波束和所述第二波束无法覆盖的空间形成。

7.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，所述第一双重极化天线单元与所述第二双重极化天线单元具有不同的双重极化特性。

8.如权利要求1所述的极化分集天线系统，其中，所述第一双重极化天线单元具有相互垂直交叉的第一天线元件和第二天线元件，所述第二双重极化天线单元具有相互垂直交叉的第三天线元件和第四天线元件。

9.如权利要求8所述的极化分集天线系统，其中，在各列中，所述第一天线元件之间导电连接并形成第一子层，所述第二天线元件之间导电连接并形成第二子层，所述第三天线元件之间导电连接并形成第三子层，所述第四天线元件之间导电连接并形成第四子层，

位于不同列的第一子层导电连接至第一RF链路，位于不同列的第二子层导电连接至第二RF链路，位于不同列的第三子层导电连接至第三RF链路，位于不同列的第四子层导电连接至第四RF链路。

10.如权利要求9所述的极化分集天线系统，其中，位于不同列的第一子层以相同长度的RF路径导电连接至第一RF链路，位于不同列的第二子层以相同长度的RF路径导电连接至第二RF链路，位于不同列的第三子层以相同长度的RF路径导电连接至第三RF链路，位于不同列的第四子层以相同长度的RF路径导电连接至第四RF链路。

11.如权利要求9所述的极化分集天线系统，其中，位于不同列的第一子层以不同长度的RF路径导电连接至第一RF链路，位于不同列的第二子层以不同长度的RF路径导电连接至第二RF链路，位于不同列的第三子层以不同长度的RF路径导电连接至第三RF链路，位于不同列的第四子层以不同长度的RF路径导电连接至第四RF链路。

12.如权利要求11所述的极化分集天线系统，其中，由于所述不同长度的RF路径，所述第一波束和所述第二波束相较于所述第一平面和所述第二平面所面向的空间方向进一步转向。