CN1219290A - 自适应阵列天线 - Google Patents

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Abstract

宽方向性图12的天线元111至11M的输出被分配器13分配给相应的信道部141至14N,并且在每个信道部14i(i=1,2,...,N)中,分配器14的连接点311至31M被分成P=4的多个组;相应组的4个连接端被通过电平－相位调节器231至234连接到组合器221至22L(L=M/P),并且其组合输出被施加到接收机151至15L,其输出在被施加到被自适应控制的调节器161至16L之后被组合。在信道部141,在调节器231至234中设置系数W1至W4,以获得子阵列方向性图24,并且将组合的方向性图19控制在子阵列方向性图的范围内,而在另一个信道部中,在调节器231至234中设置系数W5至W8,以获得子阵列方向性图26;通过设置每个信道部的调节器231至234,总体上可覆盖宽的区域。

Description

自适应阵列天线
技术背景
本发明涉及一种用于例如移动通信的基站中的自适应阵列天线，该自适应阵列天线具有多个天线元，组成固定地定义方向性的控制范围的子阵列。
现有技术
图1描述了传统的自适应阵列夭线的基本结构，公布在例如TakeoOhgane等人的“A Development of GMSK/TDMA System with CMA AdaptiveArray for Land Mobile Communications(用于陆上移动通信的具有CMA自适应阵列的GMSK/TDMA系统的开发)”，IEEE 1991,pp.172-176。M个天线元111至11M以等距、例如距离d排列，并且每个单元具有相同的、大波束宽度的单元方向性图12，并且它们被连接到高频分配器13；通过天线元111至11M接收的信号被高频分配器13分配到信道部141至14N，即，通过每个天线元接收的信号被分配为N个。天线元的间隔d的范围为所使用的波长的几分之一到几倍。
在每个信道部14i(i=1,2,...,N)中，从分配给该信道部的、M个天线元接收的信号分别被施加到M个接收机151至15M。来自接收机151至15M的基带信号通过电平-相位调节器161至16M提供给基带组合器17，并在其中被组合为一个接收输出；该输出被分支到自适应信号处理部18，然后调节电平-相位调节器161至16M，以使接收的基带信号的差错最小化，从而天线元111至11M的组合的方向性图19被自适应地控制为例如如图1所示，以便天线增益在干扰信号的方向上降低，而在所需信号的方向上提高。这使得基站能够和N个移动台在N个信道上进行良好的通信。然而，同时，接收机15的数目增加了，并且信号处理量也显著地增加了。
为了解决上述问题，日本专利申请公开第24702/87号提出了一种自适应阵列天线，其结构如图2所示，其中，阵列天线元被分成多个组(子阵列)，每个组包括多个天线元，对于每个子阵列，控制高频接收信号的相位和电平，并将其组合，然后将每个组合的信号分配到N个信道。在图示的例子中，子阵列211至21L每4个天线元形成一组，并且对于每个子阵列，由高频信号组合器221至22L之一对接收信号进行组合。每个子阵列具有连接到天线元输出端的高频电平-相位调节器231至234，其中设置系数W1至W4，以调节接收信号的电平和相位，以便子阵列211至21L具有相同的天线方向性图24。高频信号组合器221至22L，的输出被馈给高频分配器13，并且从该高频分配器13分配到信道141至14N。后续的处理与图1的情况相同。
在本例中，每个信道部14i中的接收机151至15L的数目被减少到L、在本例中为M/4，而电平-相位调节器161至16L的数目也被减少到M/4，即，所用的硬件量减少；此外，天线元111至11M的整个方向性(组合方向性)的增益增加，各干扰信号分量被充分去除。然而，组合方向性可被控制的范围仅限制在子阵列方向性图24的范围，因此它不能在宽范围内受控制。即，当例如通过分别在电平-相位调节器231至234中设置系数W5′至W8′、如图2的虚线26所示来改变子阵列方向性图的方向时，组合方向性图19可被电平-相位调节器161至16L调节的范围被特别限制在该方向性图26的范围内。因此跟踪移动台的范围受到限制，但是如图3所示，这种天线排列可以覆盖宽的角度范围。即，设置各由图2所示的一组M个天线元的子阵列组成的多个阵列天线271至275，使得阵列天线271至275的子阵列方向性图如波束241至245所示、依次偏移一个合适的角度，并且有选择性地切换阵列天线271至275，以便在波束241至245所示的宽范围内以任何方向跟踪移动台；由此，可以实现宽服务区。然而，实际上很难设置如上所述的如此大量的天线元。
该问题的一个解决方案是，减少所用的天线元的数目M，从而增大天线间距d。在本例中，如图2所示，当天线元方向性图12的宽度较大时，以大约相同的角度间隔、在多个方向上形成具有相对大的增益的窄栅瓣28，而不是主波束19。然而，在栅瓣28的各方向上，由干扰信号分量引起的BER(比特误码率)增大，使得很难使用该天线。另一方面，当方向性图12较窄时，如图5所示，没有出现栅瓣，但是控制组合方向性19的范围被天线元方向性12限制，从而不能覆盖宽范围。
本发明的一个目的是提供一种自适应阵列天线，可以用其在宽范围内提供服务，而不会导致接收机和处理电路数目的显著增加、以及运算复杂性。
本发明概述
本发明的自适应阵列天线包括：
多个天线元的子阵列，以至少两个为一组排列成多组，所述多个天线元各输出一个高频接收信号；
多个高频电平-相位调节器，用于调节来自所述多个子阵列中的每个的所述至少两个天线元的所述高频接收信号的电平和相位，从而设置所述每个子阵列的方向性；
高频信号组合器，用于组合来自对应于所述每个子阵列的所述多个高频电平-相位调节器的调节过的高频接收信号，并且输出组合的高频信号；
接收机，用于将来自对应于所述每个子阵列的所述高频信号组合器的所述组合的高频信号转换为基带信号，并且输出所述基带信号；
基带电平-相位调节器，用于自适应地调节来自对应于所述每个子阵列的所述接收机的所述基带信号的电平和相位；
基带信号组合器，用于组合来自分别对应于所述多个子阵列的所述基带电平-相位调节器的调节过的基带信号，并且输出组合的基带信号；以及
自适应信号处理部，由其根据来自所述基带信号组合器的所述组合的基带信号，自适应地控制分别对应于所述多个子阵列的所述基带电平-相位调节器，以便将全部天线元的组合的方向性设置在所需信号的方向上。
附图的简要描述
图1是现有的自适应阵列夭线的示意图。
图2是现有的子阵列化的、具有子阵列的自适应阵列天线的示意图。
图3是现有的子阵列化的、具有扩大的服务区的自适应阵列天线的示意图。
图4是在宽单元方向性图的天线元之间具有扩大的间隔的自适应阵列天线的示意图。
图5是在窄单元方向性图的天线元之间具有扩大的间隔的自适应阵列天线的示意图。
图6是本发明一个实施例的示意图。
图7是图6实施例中的整个阵列天线的子阵列的方向性图和组合方向性图之间关系的原理图。
图8是图6实施例中的整个阵列天线的子阵列方向性图和组合方向性图之间在其波峰方向错开时的关系的原理图。
图9是图8所示的子阵列方向性图和组合方向性图之间在子阵列的旁瓣被抑制时的关系的原理图。
图10是旁瓣抑制引起的子阵列方向性图变化的计算机仿真结果。
图11是通过以不同间距将天线元间隔开来抑制旁瓣的实施例的示意图。
图12是相邻子阵列的间隔缩小到d/2的实施例的方框图。
图13是用于解释图12实施例所产生的效果的、子阵列方向性图和组合方向性图的原理图。
图14是一个天线元由相邻子阵列共享的实施例的方框图。
图15一个天线元和连接到其上的电平-相位调节器由相邻子阵列共享的实施例的方框图。
图16是相邻子阵列重叠d/2来形成的实施例的方框图。
图17是每个子阵列的每个最外天线元间隔为2d、而相邻子阵列重叠d的实施例的方框图。
图18是两个天线元由相邻子阵列共享的实施例的方框图。
图19是两个天线元和连接到其上的电平-相位调节器由相邻子阵列共享的实施例的方框图。
图20是将本发明也应用到发射部的实施例的方框图。
实施本发明的最好方式
图6示出将本发明应用到接收天线的一个例子，其中，与图2和图3中的部件对应的部件用相同的标号来标识。在本实施例中，M个天线元111至11M的输出被高频分配器13分配到N个信道，由高频分配器13这样分配的M个输出被输入到每个信道部14i(i=1,...,N)。实际使用的天线元数M例如为8至32，在本发明中，天线元111至11M被分为L=M/P(其中P是等于或大于2的整数)个组(子阵列)，每个子阵列由P个、在本例中为4个天线元组成；对于每个子阵列，高频电平-相位调节器231至234分别被连接到与来自P个天线元的高频接收信号对应的高频分配器13的输出端，而来自高频电平-相位调节器231至234的输出高频接收信号被施加到高频信号组合器22j(j=1,2,...,L)。即，来自P个天线元的高频接收信号被高频信号组合器22j组合，然后该组合信号被馈给相应的接收机15j。形成每个子阵列的天线元数P例如为2至8。
天线元111至11M在直线或圆弧上以d等距离间隔开，因此相邻子阵列的最外天线元以距离d间隔开。即，相邻子阵列的中心至中心间距比每个子阵列的宽度(在本例中为3d)大d。每个子阵列的宽度大d。以规则的间距d排列的每个天线元111至11M的方向性图12的宽度足以覆盖所需的服务范围，并且在与信道部的每个子阵列、例如141对应的高频电平-相位调节器231至234中，设置系数值W1至W4。每个系数值W是包含振幅和相位信息的复数信号，并且是由高频电平-相位控制部25例如根据来自任一个子阵列的每个天线元的接收功率决定的，以便使得子阵列方向性图的波峰方向与所需的信号方向一致。由此，如图6所示，可使每个子阵列天线的方向性图24与例如图2所示的子阵列方向性图24大体相同。使用由自适应信号处理部18产生并馈入的基带系数Z1至ZL，在基带电平-相位调节器161至16L中调节接收机151至15L的输出基带信号的电平和相位，使在信道部141中可得到的组合方向性图19被控制在子阵列方向性图24的范围内。基带系数Z1至ZL是具有振幅和相位信息的复数信号。
另一方面，虽然未图示，例如在信道部142的高频电平-相位调节器231至234中设置系数值W1′至W4′，并且可以使每个子阵列的方向性图的方向与虚线26所示的上述子阵列方向性图24的方向不同。类似地，设置每个信道部的高频电平-相位调节器231至234，使得例如图4所示的子阵列方向性图241至245中的一个由信道部141至14N中的任一个形成，即，使得方向性图241至245都由信道部141至14N中的任一个覆盖。
这样，用于提供图3所示的5种方向性图的天线元数在本例中可以减少到现有技术所需的天线元数的1/5，同时可以实现图3所示的宽服务区。
图7原理性地示出分别由虚线24和实线19所示的整个阵列天线的子阵列方向性和组合方向性之间的关系。横轴表示方位角，纵轴表示接收灵敏度(接收电平)。子阵列方向性图24包括：具有最大波峰的宽主瓣；以及在本例中，在其两侧、邻近主瓣的4个旁瓣，每个旁瓣的宽度是主瓣的一半，并具有较低的波峰。子阵列方向性图的各波瓣的邻接点PZ下面称为零点，该处的接收电平为零。组合方向性图19包括：一组束状波瓣，总共有5个，位于子阵列方向性图的主瓣，即，最大波峰方向与上述主瓣方向相同的窄束状波瓣、和形成于该窄束状波瓣的两侧的在本例中为两个的束状旁瓣，其波峰以固定距离间隔开，其宽度大约是该波瓣的一半，并具有较低的波峰；以及宽度大致相同的5个束状波瓣的多个类似组，类似回波，形成于上述5个一组(quintet)的波瓣的两侧，并具有较低的波峰。第二次提到的各组束状波瓣的中央波瓣具有比其相邻的波瓣(束状旁瓣)高的波峰和大约两倍于旁瓣的宽度。因此，各组中的最大波峰的各束状波瓣在组合方向性图19的最大波峰的束状波瓣两例以相等的角度间隔开，它们通常称为栅瓣。
在图7的例子中，整个阵列天线的组合方向性图的最大波峰的方向、与子阵列方向性图的最大波峰的方向(下面简称为波峰的方向)相同，即，它们位于横轴上相同角度的位置；由于栅瓣RG位于子阵列方向性图的零点P7处，所以它们被抑制，接收基本不受干扰信号分量的影响。
在移动通信系统中，当移动台移动时，基站以相对长的时间间隔(例如为几秒至几十秒)重复修正动作，以使子阵列方向性图的波峰大致跟踪移动台。或者，在子阵列方向性图覆盖一个扇区(以基站为中心、以例如60度的等角度间隔划分小区而形成的多个服务区之一)的角度范围的情况下，根据扇区的角度范围固定设置子阵列方向性图。子阵列方向性图的这种设置由系数W1至W4控制，这些系数由子阵列电平-相位控制部25在高频电平-相位调节器231至234中设置。
另一方面，当移动台移动时，基站通过基带电平-相位调节器161至16L控制各接收基带信号的电平和相位，以使整个阵列天线的组合方向性图的波峰始终跟踪移动台。因此，当使整个阵列天线的组合方向性图的波峰跟踪移动台、同时保持子阵列方向性图不变时，组合方向性图的波峰方向在本例中从图8所示的子阵列方向性图的主瓣波峰的方向偏移到左侧。当波峰的方向如上偏移时，组合方向性图整体偏移到图8所示的子阵列方向性图的左侧，其结果是，栅瓣RG从零点PZ偏移到左侧，并进入子阵列方向性图的各波瓣。结果，栅瓣RG变大，在栅瓣方向上的干扰信号分量的影响下，BER性能恶化。
如上所述，在子阵列化的自适应阵列天线中，当组合方向性的波峰方向偏离子阵列方向性图的波峰方向时，栅瓣RG进入子阵列方向性图的各波瓣，从而，该偏离直接影响干扰特性。在波峰方向的这种偏离不可避免的情况下，减少栅瓣影响的一种可能的方法是，通过抑制子阵列旁瓣来降低栅瓣。因此，防止在旁瓣中产生栅瓣的一个可能的方法是，在图6的实施例中，使每个子阵列的多个(3个或3个以上)天线元中的最外两个天线元、与内侧各天线元的功率组合比(power combining ratio)小于1。
图9原理性地示出当来自子阵列的最外两个天线元的高频接收信号、与来自内例各天线元的高频接收信号的功率组合比选择得较低、例如0.5的情况下，整个阵列天线的子阵列方向性图24和组合方向性图19。如图9所示，通过将子阵列方向性图的各旁瓣抑制得较低，这些旁瓣中的栅瓣RG被抑制得较低。为此，例如，在图6的实施例中，当4个高频电平-相位调节器231至234的输出由对应于相应的子阵列的高频信号组合器221至22L中的每个进行组合时，4个天线元的两个外侧天线元与两个内侧天线元之间的功率组合比被设置为例如0.5∶1。
图10示出当由4个天线元组成的每个子阵列的方向性图的波峰方向为30°时、对子阵列方向性图进行计算机仿真的结果；曲线#0、#1和#2表示当各信号由高频信号组合器221分别以1∶1∶1∶1、0.75∶1∶1∶0.75和0.5∶1∶1∶0.5的比例组合时的方向性图。如图10所示，随着对应于子阵列两个外侧端的天线输出的组合比降低，各旁瓣也变小。这样，有可能抑制在子阵列方向性图的旁瓣区域中产生的整个阵列天线的组合方向性图19的栅瓣。
尽管可以通过控制子阵列接收信号的组合比来抑制旁瓣，但也可以通过控制每个子阵列的天线元的排列密度来抑制旁瓣。即，通过使每个子阵列的两个外侧天线元的间隔大于内侧天线元的间隔，可以使来自子阵列的两个外侧天线元的接收信号功率小于来自内侧天线元的接收信号功率--这样可产生与通过控制高频信号组合器221至22L中的组合比可获得的效果相同的效果。图11示出一个实施例，其中通过改变子阵列中的天线元间距来抑制旁瓣。本例示出在图6实施例中以小于d的短间隔将每个子阵列的两个中间天线元间隔开、从而以大于d的长间隔将它们与两侧的外侧天线元间隔开的情况。在本例中，与图6的情况相同，子阵列的宽度是3d。在本实施例中，输入接收信号由高频信号组合器221至22L不改变它们的功率比来组合。
如上所述，通过使每个子阵列的两个外侧天线元的间距大于内侧天线元的间距，可以使来自两个外侧天线元的接收信号功率小于来自各内侧天线元的接收信号功率，以便可以抑制子阵列方向性图的旁瓣。即，在图6所示的本发明的基本实施例中，通过使用图6或11所述的方法、最终使来自每个子阵列的两个最外天线元的接收信号功率小于来自各内侧天线元的接收信号功率，可以进一步抑制子阵列方向性图的旁瓣。当然很明显，也可以组合使用上面参照图6所述的在高频信号组合器中控制功率组合比的方法、以及上面结合图11所述的调节子阵列的天线元间距的方法。因此，在下面用于抑制旁瓣的本发明的其它实施例的描述中，除特别指出的以外，假设子阵列的天线元以等间距间隔开，并且抑制旁瓣的操作可以由高频信号组合器221至224来进行，或通过不改变高频信号组合器中的组合比而调节天线元间距来进行，或通过两种方法的组合来进行。
顺便指出，随着如图9和10所示地抑制子阵列方向性图的旁瓣，子阵列方向性图的主瓣将变宽，有时导致栅瓣进入子阵列方向性图的主瓣，如图9所示。希望实现子阵列，使得不仅能抑制旁瓣，而且能保持主瓣宽度恒定。通过降低主瓣宽度、或根据主瓣宽度的增加而增加栅瓣间距，可以满足这些要求。前一方法可以通过降低相邻子阵列的中心至中心间距来实现，后一方法可以通过增加每个子阵列的天线元数来实现。
首先描述通过降低相邻子阵列的中心至中心间距来抑制每个子阵列的主瓣扩展、同时抑制旁瓣的几个实施例。尽管在下面的实施例中，指定了阵列天线的天线元总数M、和每个子阵列的天线元数，但是本发明并不局限于此。
在图12的实施例中，天线阵列的天线元总数M为16，而每个子阵列的天线元数为4。为了与图6和11的实施例相比，每个子阵列的宽度假设为3d。和上述实施例的情况一样，来自每个子阵列的天线元的高频接收信号被通过高频电平-相位调节器231至234馈给高频信号组合器22j(j=1,...,4)，并在其中对各信号进行组合。这里假设在由高频信号组合器22j组合接收信号时，通过使来自子阵列的两个最外天线元的接收信号功率小于来自各内侧天线元的接收信号功率，来抑制每个子阵列方向性图的旁瓣，或通过选择每个子阵列的两个中间天线元的间距，使其小于外侧天线元的间距，来抑制每个子阵列方向性图的旁瓣(旁瓣的抑制)。此外，在本实施例中，使相邻子阵列的邻接的最外天线元之间的间距，即第4和第5天线元114和115之间、第8和第9天线元118和119之间、第12和第13天线元1112和1113之间的间隔小于d，在本例中为d/2，从而使相邻子阵列之间的中心至中心间距为35d，小于图6和11中的4d。本实施例的结构与图6实施例的结构除上述外完全相同。通过如上所述降低相邻子阵列之间的中心至中心间距，如图13原理性地示出的那样，可以抑制子阵列方向性图的主瓣的扩展，从而有可能防止由于旁瓣的抑制而使栅瓣进入主瓣。
在图14的实施例中，相邻子阵列的邻接最外天线元之间的间距为零。即，相邻子阵列之间的中心至中心间距3d等于子阵列宽度3d。在此情况下，使邻接子阵列的最外天线元一体化(为它们共用)，其结果是，整个阵列天线的天线元数减少到13。来自邻接子阵列共享的每个天线元114、117和1110的接收功率被分为相等的两部分，并被分别馈给相邻子阵列的第4和第1高频电平-相位调节器234和231。可以使用上述两种方法中的任一种方法来抑制旁瓣。在本实施例中，也有可能防止抑制旁瓣而引起的子阵列主瓣的扩展，从而防止栅瓣进入主瓣。
在图15的实施例中，连接到由图14的实施例中的邻接子阵列共享的每个天线元114、117和1110的输出端的两个高频电平-相位调节器234和231，也由一个高频电平-相位调节器23共享。因此，来自每个高频电平-相位调节器23的输出被平均地分配到相邻子阵列，并被馈给单个高频信号组合器22j+1(1,2,3)。可通过前述任意方法来抑制子阵列方向性图的旁瓣。
在图16的实施例中，将图12实施例中的相邻子阵列之间的中心至中心间距进一步降低到小于子阵列宽度3d的值。在本例中，邻接子阵列的中心间距比图12实施例中近d，从而子阵列间的中心至中心间距为2.5d，其结果是，相邻子阵列重叠d/2。即，相邻子阵列重叠，使得两个邻接子阵列中的一个子阵列的第4天线元114、118和1112分别被放置在另一个子阵列的第1天线元115、119和1113和第2天线元116、1110和1114的中央。
在图17的实施例中，和图16的情况一样，相邻子阵列被彼此以重叠关系放置，但是该结构使得相邻子阵列的d/2重叠部分中的邻接天线元之间的干扰增加；为了避免这种情况，每个子阵列的第1和第2天线元之间的间距、以及第3和第4天线元之间的间距都被增加到2d，使得邻接子阵列的重叠部分中的天线元之间的间距均为d。结果，子阵列宽度为5d，而相邻子阵列之间的中心至中心间距为4d。在本实施例中，由于将每个子阵列的外侧部分中的天线元间距选择为2d，该间距大于内侧天线元之间的间距d，所以抑制了子阵列方向性图的旁瓣。
在图18的实施例中，和图6实施例的情况一样，相邻子阵列之间的中心至中心间距为4d，但是每个子阵列的天线元数大于上述实施例中的天线元数，在本例中为6个天线元，使得组合方向性图的栅瓣以更大间隔形成，从而可防止其进入因抑制旁瓣而扩展的子阵列的主瓣。在本实施例中，由于相邻子阵列的两个邻接天线元是为其共用的，所以阵列天线的天线元总数M为18，并且它们以相同距离d间隔开。每个共享的天线元(例如，115)的接收功率被平均或以一定比例分配到相邻子阵列，并被分别馈入各高频电平-相位调节器、例如相邻子阵列的(231和235)。每个子阵列的相应高频电平-相位调节器231至235的输出被馈入高频信号组合器22j。本实施例通过在相邻子阵列的重叠部分使用为它们共用的两个天线元，来实现大的重叠。通过以随着至每个子阵列中心的距离增加而降低的比例来组合两个中间天线元的接收功率和各外侧天线元的接收功率，或与外侧天线元之间的间距相比而降低内侧天线元之间的间距，来实现旁瓣的抑制。
在图19中，和图18实施例的情况一样，每个子阵列的天线元数为6，相邻子阵列共用两个天线元，但是在本实施例中，从两个共享的天线元接收高频接收功率的两个高频电平-相位调节器也是共用的，每个共享的高频电平-相位调节器的输出被平均分配给相邻子阵列。这种用于抑制每个子阵列的旁瓣的方法与图19实施例的情况相同。
尽管在上面本发明被描述为用于多信道接收机，但是本发明在用于单信道接收机时也能产生效果。
本发明也可用于发射机。图20示出一个实施例。在图20的实施例中，每个信道由接收部100和发射部200组成。接收部100与图6实施例的信道141中所示的相同。在本例中，发射部200包括：基带混合器(baseband hybrid)31，与图6的基带信号组合器17对应设置，从而将待发射的输入基带信号分配为L个；基带电平-相位调节器321至32L，与基带电平-相位调节器161至16L对应设置；发射机331至33L，与接收机151至15L对应设置；高频混合器341至34L，与高频信号组合器221至22L对应设置，用于分配高频发射信号；以及高频电平-相位调节器351至354，与高频电平-相位调节器231至234对应设置。来自高频电平-相位调节器351至354的高频发射信号被施加到高频分配器13，并从高频分配器13发送到相应子阵列的各相应天线元。
当移动台和基站在短时段内通信时，可以认为上行链路和下行链路基本上是相同的。因此，基站设置的用于接收的子阵列方向性和整个阵列天线的组合方向性也可以原封不动地用于发射。从而，如图20所示，在接收部100的自适应信号处理部18中产生的基带系数Z1至ZL可以原封不动地设置在发射部200的基带电平-相位调节器321至32L中。此外，在接收部100的子阵列电平-相位控制部25中决定的系数W1至W4被原封不动地设置在高频电平-相位调节器351至354中。因此，可以用与接收部100可获得的相同的子阵列方向性和组合方向性来进行发射。
尽管在图20中，接收部100被描述为使用图6的结构，但是也可以使用上述任意实施例。在此情况下，和图20的情况一样，发射部只需在结构上与接收部对应。
本发明的效果
如上所述，根据本发明，各天线元的子阵列排列实现了可在宽范围内控制的组合方向性，而不会导致接收机和处理电路的数目显著增加、和运算复杂性，并允许减少所用的接收机的数目。当将本发明用于多信道接收机时，通过将每个信道部的子阵列方向性图固定到不同的方向、以及在各信道部之间切换，可以获得宽服务区。即，可以保持基于现有子阵列排列(图2)的效果(高增益和消除干扰信号分量)并获得宽服务区，而不会引起接收机和处理电路数目的显著增加、和运算复杂性。
此外，本发明也可用于发射机。

Claims (14)

1、一种自适应阵列天线，包括：
多个天线元的子阵列，以至少两个为一组排列成多组，所述多个天线元各输出一个高频接收信号；
多个高频电平-相位调节器，用于调节来自所述多个子阵列中的每个的所述至少两个天线元的所述高频接收信号的电平和相位，从而设置所述每个子阵列的方向性；
高频信号组合器，用于组合来自对应于所述每个子阵列的所述多个高频电平-相位调节器的调节过的高频接收信号，并且输出组合的高频信号；
接收机，用于将来自对应于所述每个子阵列的所述高频信号组合器的所述组合的高频信号转换为基带信号，并且输出所述基带信号；
基带电平-相位调节器，用于自适应地调节来自对应于所述每个子阵列的所述接收机的所述基带信号的电平和相位；
基带信号组合器，用于组合来自分别对应于所述多个子阵列的所述基带电平-相位调节器的调节过的基带信号，并且输出组合的基带信号；以及
自适应信号处理部，由其根据来自所述基带信号组合器的所述组合的基带信号，自适应地控制分别对应于所述多个子阵列的所述基带电平-相位调节器，以便将全部天线元的组合的方向性设置在所需信号的方向上。
2、如权利要求1所述的自适应阵列天线，其中，形成每个子阵列的组的天线元数等于或大于3，并且对应于每个所述组的所述高频信号组合器是下述组合器：由其以来自所述组的两个最外侧的天线元的高频接收信号的功率与来自内侧天线元的高频接收信号的功率之比小于1的比率，组合来自对应组的所述多个天线元的高频接收信号，从而抑制所述每个子阵列的方向性图的旁瓣。
3、如权利要求1所述的自适应阵列天线，其中，使所述每个子阵列的各中间天线元的两侧的天线元之间的间距大于所述中间天线元之间的间距，从而抑制所述每个子阵列的方向性图的旁瓣。
4、如权利要求2或3所述的自适应阵列天线，其中，所述每个子阵列的各天线元以相等的第一间距排列，而与所述每个子阵列邻接的子阵列的各天线元以小于所述第一间距的第二间距排列。
5、如权利要求2或3所述的自适应阵列天线，其中，所述第二间距为0；共享一个天线元，作为属于所述各邻接子阵列的各相邻天线元；并且来自所述共享的天线元的接收信号功率被分为两个相等的部分，并将其馈入与所述各邻接子阵列对应的所述各高频电平-相位调节器。
6、如权利要求2或3所述的自适应阵列天线，其中，所述第二间距为0；共享一个天线元，作为属于所述各邻接子阵列的各相邻天线元；将一个高频电平-相位调节器用作与属于所述各邻接子阵列的所述各相邻天线元对应的所述各高频电平-相位调节器；来自所述共享的天线元的接收信号被施加到所述各共享的高频电平-相位调节器；并且其输出接收信号被平均分配给与所述各邻接子阵列对应的所述各高频信号组合器。
7、如权利要求2所述的自适应阵列天线，其中，所述各子阵列的天线元间距相等，并且所述各邻接子阵列彼此重叠所述天线元间距的一半。
8、如权利要求3所述的自适应阵列天线，其中，使所述每个子阵列的每个最外侧天线元和与其相邻的内侧天线元之间的第一间距为所述各内侧天线元之间的第二间距的二倍，并且各邻接子阵列彼此重叠所述第二间距。
9、如权利要求2或3所述的自适应阵列天线，其中，所述每个子阵列具有至少6个天线元；所述各子阵列中的各邻接子阵列共享两个天线元；并且来自所述各共享的天线元的各接收信号被分别平均分配给所述各邻接子阵列所属的各组，并被施加到与各相应组对应的各高频电平-相位调节器。
10、如权利要求2或3所述的自适应阵列天线，其中，所述每个子阵列具有至少6个天线元；所述各子阵列中的各邻接子阵列共享两个天线元；所述各邻接子阵列共享两个高频电平-相位调节器；来自所述两个共享的天线元的各接收信号被施加到所述两个共享的高频电平-相位调节器；并且所述各电平-相位调节器中的每一个电平-相位调节器的输出被平均分配给所述各邻接子阵列的所述各高频信号组合器。
11、如权利要求1至8中的任一项所述的自适应阵列天线，其中，所述每个子阵列的天线元数至少为4，并且所述子阵列数至少为2。
12、如权利要求1至10中的任一项所述的自适应阵列天线，还包括子阵列电平-相位控制部，它根据来自至少一个子阵列的所述多个天线元的各接收信号，决定要在与所述各子阵列对应的所述多个高频电平-相位调节器中设置的各系数，使得所述每个子阵列的方向性图的波峰位于所需信号的方向，并且在与所述多个子阵列对应的所述多个高频电平-相位调节器中设置所述各系数。
13、如权利要求1至10中的任一项所述的自适应阵列天线，其中，在多个信道中的每一个信道中，设有一组与所述每个子阵列对应的所述多个高频电平-相位调节器、与所述每个子阵列对应的所述高频信号组合器、与所述每个子阵列对应的所述接收机、与所述每个子阵列对应的所述各基带电平-相位调节器、所述基带信号组合器、和所述自适应信号处理部，并且设有高频分配器，用于将来自每个所述天线元的接收信号分配给所述多个信道，用于分别施加到与其对应的高频电平-相位调节器。
14、如权利要求12所述的自适应阵列天线，和包括：
基带混合器(baseband hybrid)，用于与各相应的子阵列对应，来分配发射基带信号；
多个基带发射电平-相位调节器，在其中设置来自所述自适应信号处理部的、与所述各相应子阵列对应的各系数，用于调节所述分配的各发射基带信号的电平和相位；
多个发射机，由其将来自与所述各相应子阵列对应的所述各基带发射电平-相位调节器的所述各发射基带信号转换为高频发射信号并输出；
多个高频电平-相位调节器，用于调节来自所述每个子阵列的所述多个天线元的所述各高频接收信号的电平和相位，从而设置所述每个子阵列的方向性图；
高频混合器，由其对应于所述每个子阵列的多个天线元，对与所述每个子阵列对应的所述高频发射信号进行分配；
多个高频发射电平-相位调节器，从所述子阵列电平-相位控制部接收所述每个子阵列的各高频电平-相位系数，用于根据所述各高频电平-相位系数，调节所述分配的各高频发射信号的电平和相位；以及
高频分配器，用于将所述各高频发射电平-相位调节器的各输出分别发送到与其对应的各天线元。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100392425C (zh) * 2004-05-21 2008-06-04 粟毅 一种应用于超宽带信号激励下线性阵列的波束形成系统
CN101593868A (zh) * 2001-10-22 2009-12-02 昆特尔科技有限公司 天线系统
CN101803113A (zh) * 2007-07-20 2010-08-11 阿斯特里姆有限公司 用于使通讯卫星的相控阵天线内的可重新配置波束形成网络处理简化的系统
CN111201670A (zh) * 2017-10-11 2020-05-26 维斯普瑞公司 用户不敏感的可操纵天线阵列设备、系统和方法

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1077504A4 (en) * 1998-11-19 2004-10-13 Nippon Telegraph & Telephone ADAPTIVE GROUP ANTENNA
JP2001111464A (ja) 1999-10-08 2001-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 基地局装置及び無線送信方法
AU1046700A (en) 1999-10-26 2001-05-08 Fractus, S.A. Interlaced multiband antenna arrays
GB0102316D0 (en) * 2001-01-30 2001-03-14 Koninkl Philips Electronics Nv Radio communication system
GB0103743D0 (en) * 2001-02-15 2001-04-04 Roke Manor Research Novel methods relating to sub arrayed antennae
US6661375B2 (en) 2001-02-15 2003-12-09 Roke Manor Research Limited Beam steering in sub-arrayed antennae
JP3808336B2 (ja) * 2001-08-09 2006-08-09 日本電信電話株式会社 適応アンテナ送信装置及びその制御方法
US7043270B2 (en) 2001-08-13 2006-05-09 Andrew Corporation Shared tower system for accomodating multiple service providers
JP4147447B2 (ja) * 2001-09-27 2008-09-10 富士通株式会社 アレーアンテナ装置及びグレーティング抑圧方法
GB2382229A (en) * 2001-11-15 2003-05-21 Roke Manor Research Adaptive antenna array with improved spatial diversity
JP4166026B2 (ja) * 2002-03-22 2008-10-15 三洋電機株式会社 無線装置、空間パス制御方法および空間パス制御プログラム
FR2838244B1 (fr) * 2002-04-05 2006-05-19 Thales Sa Antenne adaptative multifaisceaux a formation de faisceaux par le calcul et radar comportant une telle antenne
WO2003107474A2 (en) * 2002-06-14 2003-12-24 Cisco Technology, Inc. Shared element array antenna
EP1376896A1 (en) * 2002-06-20 2004-01-02 Evolium S.A.S. Iterative channel estimation for receiving wireless transmissions using multiple antennas
US7684776B2 (en) * 2002-12-24 2010-03-23 Intel Corporation Wireless communication device having variable gain device and method therefor
US7627817B2 (en) * 2003-02-21 2009-12-01 Motionpoint Corporation Analyzing web site for translation
US20040235528A1 (en) * 2003-05-21 2004-11-25 Korisch Ilya A. Overlapped subarray antenna feed network for wireless communication system phased array antenna
KR100604822B1 (ko) 2003-07-03 2006-07-28 삼성전자주식회사 서브-어레이 그루핑된 적응 배열 안테나들을 이용하여빔형성 및 다이버시티 이득을 제공하는 무선 페이딩 채널복조기, 이를 구비한 이동 통신 수신 시스템 및 그 방법
JP2005260502A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Nec Corp 通信装置と通信制御方法
DE102004030755A1 (de) * 2004-06-25 2006-01-19 Robert Bosch Gmbh Radarsensor
TWI261386B (en) * 2005-10-25 2006-09-01 Tatung Co Partial reflective surface antenna
US8795847B2 (en) * 2005-12-08 2014-08-05 Merck Patent Gmbh Materials for organic electroluminescent devices
JP2007228497A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Kyocera Corp 無線通信装置および無線通信方法
US7460077B2 (en) 2006-12-21 2008-12-02 Raytheon Company Polarization control system and method for an antenna array
US8279118B2 (en) * 2009-09-30 2012-10-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Aperiodic antenna array
US20110074646A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Snow Jeffrey M Antenna array
US9465782B2 (en) 2010-07-13 2016-10-11 Motionpoint Corporation Dynamic language translation of web site content
US9660339B2 (en) * 2010-12-04 2017-05-23 Chian Chiu Li Beam steering and manipulating apparatus and method
JP5104938B2 (ja) * 2010-12-09 2012-12-19 株式会社デンソー フェーズドアレイアンテナの位相校正方法及びフェーズドアレイアンテナ
US9306270B2 (en) * 2011-01-28 2016-04-05 Kathrein-Werke Kg Antenna array and method for operating antenna array
KR101839812B1 (ko) * 2011-08-11 2018-03-19 삼성전자주식회사 혼합 아날로그/디지털 빔포밍을 위한 방법 및 장치
GB2508898A (en) * 2012-12-14 2014-06-18 Bae Systems Plc Directional antenna array arrangements
KR102046451B1 (ko) * 2015-12-22 2019-11-19 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 통신 장치 및 무선 통신 장치
JP6483635B2 (ja) 2016-03-16 2019-03-13 株式会社東芝 無線通信装置および無線通信方法
JP7059935B2 (ja) * 2016-10-28 2022-04-26 日本電気株式会社 無線通信機、制御方法及びプログラム
EP4136704A1 (en) * 2020-04-15 2023-02-22 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Advanced antenna system (aas) subarray splitter with advanced upper sidelobe suppression (auss)
KR102374617B1 (ko) * 2020-06-15 2022-03-16 엘아이지넥스원 주식회사 2채널의 부엽차단 안테나 및 이를 구비한 안테나 장치
US11754706B2 (en) * 2020-09-17 2023-09-12 Rockwell Collins, Inc. Agile antenna taper based on weather radar feedback

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4338605A (en) 1980-02-28 1982-07-06 Westinghouse Electric Corp. Antenna array with adaptive sidelobe cancellation
JPS5890803A (ja) * 1981-11-26 1983-05-30 Toshiba Corp 適応型アンテナ装置
JPS6224702A (ja) * 1985-07-25 1987-02-02 Japan Radio Co Ltd アダプテイブアンテナ装置
JPH045711A (ja) 1990-04-24 1992-01-09 Mitsubishi Electric Corp 静電浮遊装置
JPH045711U (zh) * 1990-04-28 1992-01-20
JP2578711B2 (ja) 1992-08-11 1997-02-05 宇宙開発事業団 低サイドローブアンテナ装置
JP3283589B2 (ja) * 1992-10-15 2002-05-20 日本放送協会 Ｓｎｇ用平面アンテナ装置
JPH06224628A (ja) 1993-01-21 1994-08-12 N T T Idou Tsuushinmou Kk 多周波共用アレー・アンテナ
JP2586303B2 (ja) * 1993-08-13 1997-02-26 日本電気株式会社 ローカライザー空中線装置
US5724666A (en) * 1994-03-24 1998-03-03 Ericsson Inc. Polarization diversity phased array cellular base station and associated methods
JPH08102618A (ja) * 1994-09-30 1996-04-16 Toshiba Corp マルチビームアンテナ
JPH08154015A (ja) * 1994-09-30 1996-06-11 Toshiba Corp マルチビーム給電装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101593868A (zh) * 2001-10-22 2009-12-02 昆特尔科技有限公司 天线系统
CN101593868B (zh) * 2001-10-22 2015-04-22 昆特尔科技有限公司 天线系统
CN100392425C (zh) * 2004-05-21 2008-06-04 粟毅 一种应用于超宽带信号激励下线性阵列的波束形成系统
CN101803113A (zh) * 2007-07-20 2010-08-11 阿斯特里姆有限公司 用于使通讯卫星的相控阵天线内的可重新配置波束形成网络处理简化的系统
CN111201670A (zh) * 2017-10-11 2020-05-26 维斯普瑞公司 用户不敏感的可操纵天线阵列设备、系统和方法

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Publication number Publication date
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US6336033B1 (en) 2002-01-01
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DE69836530T2 (de) 2007-06-06
EP0917240B1 (en) 2006-11-29
DE69836530D1 (de) 2007-01-11

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