CN1735998A - 频率选择性波束成形 - Google Patents

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Abstract

具有多个天线组件的一定向天线排列在一寄生的天线阵列中。频率选择组件连结到所述的天线组件的一第一子组件。加权结构连接到所述的天线组件的一第二子组件。所述的天线的第一与第二子组件是借助一空间馈功率分布系统而连结，进而独立地产生具有频谱分离信号的可操纵信号。

Description

频率选择性波束成形
技术领域
本发明是与频率选择性波束成形有关。
背景技术
在无线通信的领域中，时分多任务存取(TDMA)与码分多路访问(CDMA)的协议通常是用于从一基站到一移动站的通信。所述的TDMA技术是利用一单一频率以发射及接收信号，而所述的CDMA系统则是利用一频带以发射信号而利用另一频带接收信号。在两种情况中，多重的路径可能会是干扰的来源。
图1为一传统中出现多重路径的环境100的实例。该环境100包含一第一天线塔105a以及一第二天线塔105b。每一天线塔105a，105b具有一相关联的基站(未图示)。该环境100还包含一第一办公大楼110a以及一第二办公大楼110b。在所述的第一办公大楼110a中，一用户单元115位在所述的两个天线塔105a、105b的信号范围中。
从所述的天线塔105a、105b到该用户单元115具有多个不同的信号发射路径。一第一信号发射路径120为从所述的第一天线塔105a到所述的用户单元(subscriber unit)115的一直接的信号发射路径。一第二信号发射路径125包含来自所述的第二办公大楼110b所反射且如同从所述的第一天线塔105a到用户单元115所发射的个自的信号。一第三信号发射路径130为从所述的第二天线塔105b到所述的用户单元115的一直接的信号发射路径。
所述的第一信号发射路径120在所述的第一天线塔105a的方向上。所述的用户单元115无法知道所述的第一天线105a塔所座落的位置。假如所述的用户单元115配备有一操纵天线，该用户单元115只可能指向(也就是引导一波束指向)最强烈的要求信号中所指的方向。所述的最强烈的要求信号为在所述的第一天线塔105a的位置到所述的第二办公大楼110b之间的方向上。
在方向探知(DF)上，多重路径倾向是有害的，因为它遮蔽了信号的真正的方向。与所述的第一信号发射路径120同相位的多重路径的成分实际上是有帮助的，而且因为这样，方向的改变是不重要的。所以，多重路径不见得是所有的干扰。然而，所述的第三信号发射路径130都是干扰，因为它的信号不同于在所述的第一信号发射路径上所发射的信号而且从不与在第一发射路径上的信号具有同相位。
假如所述的用户单元115使用一相位阵列天线，其可以利用所述的相位阵列天线来操纵一相关联的天线波束朝向所述的第一天线塔105a，或者是，在如同前面所述的多重路径的情况中，朝向最强烈的要求的信号的方向。除此之外，所述的相位阵列天线可能可以用来操纵相关联的天线波束以接收只有在直接的信号发射路径120上来自所述的第一天线塔105a的信号以移除由所述的第二信号发射路径125所引起多重路径的效应(也就是所谓的信号衰落)或所述的第三信号发射路径130所引起的干扰。
图2为图1的用户单元115所使用的相位的能够操作相关联的波束束的阵列天线的区块图，其中所述的操纵是借助移位来自/送往所述的包含阵列天线200的天线组件的RF信号的相位来达成。所述的相位阵列天线200是由天线子组件205所组成。每一天线子组件205包含一天线组件210、双工器215以及相移器220所组成。一控制信号225用来调整所述的借助每一相移器220所执行的相位位移。
在发射模式中，所述的相位阵列天线200的子组件205接收一信号230。所述的信号借助相移器220以一方式来进行相位的位移，当所有的天线组件210的波束整合在一起时，所产生的有效的波束(未图示)被指向如同由所述的控制信号225所定义的方向。在一发射模式中，所述的信号230从所述相移器220到所述的天线组件210通过所述的双工器215。
在接收模式中，所述的天线组件210接收来自经由相同的控制信号225所定义的一方向上的最强烈的RF信号。所述的天线组件210提供所接收的信号到所述的双工器215，其中该双工器215设定为接收模式以允许所接收的RF信号通过到所述的相移器220。所述的相移器220提供经过相移的信号230到一加法器(未图示)以重组该信号。该经过重组的信号在那之后即借助一接收器(未图示)进行处理。
发明内容
近年来，决定一客户端与一天线塔之间的最佳获取效益的实验已经证明当使用不同频率的发射信号时，最佳的信号发射方向会随着不同的频率而改变。在CDMA技术中，如同在用户单元中所定义的，接收Rx信号的范围介于1930到1990MHz之间，而发射Tx信号跨越在1850到1910MHz之间。而在发射的信号具有不同的频率的情况中，另一个测试则是用来决定CDMA技术的Tx以及Rx的最佳的信号发射路径是否有所差异。这些更进一步的实验证明了，事实上，在一用户单元与基站的天线塔之间的最佳的信号发射路径是相关于频率的，因此频率会影响Tx与Rx信号的发射路径。
不同频率的信号具有不同的最佳的信号发射方向的其中一个理由已经被证实是由于当信号发射于天线塔与用户单元天线之间时的因折射角度的不同所引起。例如，在CDMA技术中，当所述的Tx与Rx信号发射经过一办公大楼的窗户时，所述的Tx信号在以一第一角度「偏折」，而所述的Rx信号以一第二角度「偏折」。不同的折射角度也可能会造成信号在用户单元所存在的办公室内产生多重路径。更甚者，Tx与Rx信号在会从办公室大楼外部的物体周围产生以不同的角度产生偏折，因而可能会形成发射路径上的另一个差异来源。这些因为角度以及多重路径所产生的差异的结果好一点只会造成信噪比(SNR)上的降低，而最糟的的情况将形成一造成通信系统崩解的干扰源。
在定向天线的技术中，其中有一个假设是最佳的正向以及反向的信号发射方向是沿着相同的方向。因此，传统中一旦只要根据Rx信噪比(SNR)选定其中一方向后，所选择的方向可用于Tx以及Rx的信号。从之前所讨论的实验中可以知道，虽然所选择的天线方向可能是其中的一个连结的最佳化，但该天线方向性所选择的方向只会是另一个连结的次佳(sub-optimal)方向。
一般来说，本发明提供具有能够同时以不同的方向来发射以及接收信号的一用户单元以获得两个发射方向的最佳化的获益。借助这样的方式，因通信信号操作于不同的频率所造成的折射与多重路径的效应可以获得补偿以改善在正向与反向两个方向的连结上的获益。
因此，本发明的一较佳的具体实施例包含具有排列在一天线阵列中的多个天线组件的一定向天线。频率选择的组件连结到个别的天线组件上，其中所述的频率选择组件提供同步的频率鉴别。至少两个加权结构连结到频率选择组件以独立地产生具有频谱分离信号的可操纵波束。
在另一较佳的具体实施例中，本发明包含具有排列在一寄生天线阵列中的多个天线组件的一定向天线。频率选择的组件连结到该天线组件的一第一客户端上。加权结构连结到一该天线组件的一第二客户端上。该天线组件的第一与第二客户端可能连结一空间馈功率分布系统以独立地产生具有频谱分离的信号的可操纵波束。
所述的频率选择组件可以设计来发射与接收在例如，发射与接收发射信号的频宽是分开的一CDMA系统中的信号。所述的频率选择组件也可以设计来分开具有不同频率的相同方向信号。所述的频率选择组件也可以分开超过两个信号，在该情况下，超过两个相移组件会连结到所述的频率选择组件。所述的频率选择组件可能包含一发送或、发送的技术或整合两者的技术。
所述的加权结构可以包含相移组件以独立的操纵该波束。独立的控制信号设定个别的相移。该加权结构还可以包含至少一可变增益放大组件以独立的放大由个别的接收天线组件所接收或所发射的信号。借助具有不只一组的与每一天线组件相关联的可变增益放大组件，波束的个别的形状可以最佳化。
所述的定向天线还可能包含一与每一所产生的波束相关的一结合器以结合由天线组件所发射或所接收的信号。
借助具有独立的可操纵与可成形的的波束，所述的定向天线对于在多频带以及/或是多重路径的环境中的使用是很具吸引力的。
在一较佳的具体实施例中，所述的用户单元根据来自一基站所接收的一导频信号最佳化一正向连结的波束图案(也就是说一接收，Rx，波束以接收在正向连结的信号)。所述的用户单元也可能根据通过来自所述的正向连结上的一基站的一反馈的度量的一给定的一接收信号的一信号品质来最佳化所述的反向(也就是发射，Tx)波束图案。更进一步来说，在同一时间，所述的用户单元可以在来自一给定的基站的最大的所接收的一信号的功率的方向上操纵反向波束(Tx beam)，同时也将所述的正向波束(Rx beam)最佳化到一最佳的信杂比(SNR)或载波干扰比(C/I)的层级。这些以及其它用以决定在正向与反向连结上的波束(也就是在用户单元的观点来区分的接收与发射波束)的方向的技术已经揭露于Proctor等人于2001年2月2日所申请的美国专利「Method and Apparatus for PerformingDirectional Re-Scan of an Adaptive Antenna」，申请号09/776,396中，其中该专利所揭示的所有技术被列为本申请的参考资料。
附图说明
本发明在前面所述，以及其它的目的、技术特征与优点将借助下列具体实施例的方式，以及配合附图更详细的加以说明。附图并没有按正确的尺寸比例来表示而是用来强调本发明所揭示的原理。其中：
图1为所部署的一无线通信系统的环境的示意图；
图2为一先前技术中的相位阵列天线系统的区块图；
图3为使用本发明的原理所操作的一系统的环境图；
图4为图3所使用的双独立波束阵列的一区块图；
图5为一根据图4的双独立波束阵列的一具体实施例的一详细的说明图；
图6为一根据图5在双独立波束阵列中所使用的一频率选择组件的具体实施例的一详细的说明图；
图7为一根据图6所示的传统的频率选择组件的一频率响应图；
图8为一根据图3的系统所使用的一处理的具体实施例的流程图；
图9为根据图4的具有处理步骤便签的双独立波束阵列的一详细的说明图；
图10为根据图9的具有一寄生性天线阵列与相同的处理步骤便签的双独立波束阵列的另一个具体实施例的一详细的说明图；
图11为连结在一根据图10的寄生性天线阵列的天线组件中的加权结构的实施例的一详细的说明图；
图12为图11的一特殊的加权结构的实施例的一详细说明图；以及
图13为根据图10的寄生性阵列的另一个排列的一区块图。
具体实施方式
结合图3说明本发明的一实施例。一可携式的个人电脑305经由一天线缆线310连结到一天线阵列315。所述的天线阵列315由于该天线组件317的空间而能够形成一方向性波束。
如同图所示，所述的天线阵列315提供两个波束：其一为一发射波束320，另一则为一接收波束325。所述的发射波束320在方向上指向通过窗户330的一信号发射路径120到一最佳的方向上的一天线塔105a。同样的，所述的接收波束在方向上指向接收在一最佳的方向上来自所述的天线塔105a而通过所述的窗户303的波束。
在一用户单元的CDMA的情况中，发射(Tx)信号操作在1850到1910MHZ，而接收(Rx)信号则操作在介于1930到1990MHZ之间。在这两组信号之间的频率差异以足够造成其它的方向差异，例如，信号发射经过窗户330时的折射角度上的差异。为了最佳化该信噪比以及减轻多重路径以及其它信号干扰的效应，当使用相同的天线阵列315时，所述的天线阵列能够同步的提供Tx与Rx。
为了最佳化接收波束角度，控制接收波束角度的系统可能使用所接收的信号的信噪比(SNR)作为决定最佳的接收波束的角度的一个参数。一个可以用来最佳化接收视角的方法已揭示于美国专利号6,100,843以及Proctor等人于2000年七月14日所申请的相关的美国专利申请号09/616,588，″Adaptive Antenna for Usein Same Frequency Network″；在这两个资料中的所有技术都被列入本发明的参考文献中。
为了最佳化发射波束角度，控制发射波束角度的系统在不同的角度发射一信号并且无论该信号发射的方向是否最佳都允许在所述的天线塔105a上的基站(未图示)反馈一信号。发射与反馈信号的不同的执行方式以决定最佳发射波束角度的方法也许已经描述于Proctor等人于2001年2月2日所申请的相关的美国专利申请第09/776,396号「Method and Apparatus for Performing DirectionalRe-Scan of an Adaptive Antenna」，在这个资料中的所有技术也都被列入本发明的参考文献中。
举例来说，如同在美国专利申请号09/776,396中所描述的，所述的用户单元可以根据用户单元所接收的一导频信号最佳化在正向连结上的波束图案(也就是Rx波束)。而所述的用户单元也可以根据一所接收的一给定信号通过来自一给定的基站于该正向连结的一反馈度量的信号品质来最佳化反向连结的波束(Tx波束)。更进一步来说，当将所述的正向连结波束(Rx波束)最佳化到一最佳信噪比(SNR)或载波/干扰比(C/I)的层级时，该用户单元可以操纵来自一基站的信号的最大的接收功率的方向上的反向连结波束。
本发明的原理在一使用不同频率的信号的系统中是有用的。举例来说，除了具有以不同频率来发射与接收波束的系统外，该系统也可能用来发射两个不同频率的信号。进一步来说，一接收信号以及两个频谱分离的发射信号可以被利用，其中该三个不同的波束角度可以由对应所述的三个信号的天线角度315所提供。同步波束角度的数量需要一对应数量的相移器以及频率选择组件以提供相同数量的频率信道。
图4为一用来提供发射波束320以及接波束325的一系统的区块图。一天线组件405包含一天线组件210、频率选择组件410接收加权结构415(例如，相移器与放大器)以及发射加权结构420。
所述的加权结构415、420由个别的控制信号425、435来控制。所接收的加权结构415支持一接收信号430，而所述的发射加权结构420支持一发射信号440。
所述的天线组件405为包含如图3所示的天信阵列315的n个天线组件405的其中一个。其中在每一天线组件405中的加权结构415、420的数目决定能够借助天线阵列315以不同的角度以及/或是图案同步产生波束的数目。所述的频率选择组件410提供介于不同的频率的信号之间的鉴别力，所述的频率选择组件410提供被动装置用以分离不同频率下的信号，以使得能最小化天线组件405所需要的功率。
加权结构415、420借助控制器445提供独立的控制，其中该控制器产生接收控制信号425以及发射控制信号435。所述的控制器445可能包含提供发射波束320与接收波束325(如图3)的角度以及/或是图案的智能，或者是，一区域的系统(例如可携式电脑305)可以提供决定这些波束的最佳角度以及/或是图案的智能。在这样的一个具体实施例中，所述的区域性统随后提供控制器445最佳的角度以及/或是图案的信息，并且依序提供到加权结构415、420。
图5为图4的双独立波束阵列系统一更昂贵的具体实施例的图示说明。根据本发明的原理，一发射波束320以及接收第波325可以独立且同步的由相同的天线阵列315(图3)所定向一指向。
所述的双独立波束阵列系统500包含多个发射/接收波束以形成网络505。每一网络505包含一天线组件510、频率选择组件515、以及接收与发射加权结构415、420。在这个具体实施例中，接收加权结构415包含一接收可变增益、低杂信的放大器520以及一接收相移器522。而该发射结构420则包含一发射可变增益、低杂信放大器525。
在网络505中的放大器520、525比只具有置放于更远离天线单元510的单一接收与发射放大器的网络可能更有价值的提供较佳的性能。然而，因为波束是方向性，且在尖峰波束方向上具有更高的增益，因此所述的放大器520、525不需要是高功率的，如同在一全方位的定向天线的情况中一样，因此每一放大器的价值相对来说可以是较不昂贵的。
换句话说，所述的低杂信放大器520以及功率放大器525可以在结合器530与525之后。该系统500由于只实施一单一的放大器因此可以较不昂贵，但相较于图中所示的分布的放大器的具体实施例可能具有更糟的性能。
所述的相移器522、527可以是常见的相移器类型或是如Chiang等人于2001年1月31日所申请的美国专利申请第09/774,534号，″Electronic Phase ShifterWith Enhanced Phase Shift Performance″所描述的类型，其中该篇文献的技术资料也被列在本发明的参考资料中。
一第一结合器530发射信号到波束形成网络505的N发射部。一第二结合器535接收来自波束形成网络505的N接收部。所述的结合器可以是一典型的结合器，例如像是一Wilkinson功率结合器。
更进一步来说，该天线组件510可以是常见的能够用于波束形成一天线阵列的天线组件，例如像是在Chiang等人于2001年1月31日所提出的美国专利申请第09/773,27号，″Stacked Dipole Antenna for Use in Wireless CommunicationsSystems″以及Gothard等人于2001年1月31日所提出的美国专利申请第09/773,377号，″Printed Circuit Low Profile Vertical Dipole″中所示的天线的型式，而这两个文献所揭露的技术资料也都列为本发明的参考文献。
更进一步来说，所述的频率选择组件515可以是好几种不同的型式，包含可以发送的以及/或是不可以发送的类型。然而，对频率选择组件515而言，提供足够的频带绝缘以避免彼此之间泄漏Tx与Rx信号因而造成信号的杂信是很重要的。
一个可以发送的频率选择组件的实施例提供于图6中。参照图6所示，所述的频率选择组件315包含两个90度的混频器605、两个低通滤波器(LPF)610以及一180度、固定值的相移器615。从所述的天线组件150所接收的信号提供到一第一90度混频器605并且输出到一低杂信放大器(LNA)320a。所述的经过放大的接收信号提供到一接收器(没有表示于图中)以进行进一步处理。
一发射器(没有表示于图中)提供一信号到功率放大器(PA)320b。经过放大的发射信号随后经由频率选择组件315加以处理并且随后提供到天线组件510(没有表示于图中)。该经由天线所发射的信号较佳者能从所述的低杂信放大器320a中孤立在频率选择组件315之外。
所述的频率选择组件315在价格上是廉价的，但可能无法提供如同其它可能的频率选择组件所能提供的相同层级的性能。举例来说，所述的频率选择组件315因为它的低Q特性，并不会提供每一发射与接收信号在80MHz范围之内的高层级绝缘。然而，因为频率选择组件是可以发送的，因此它制造的体积是较小且较不昂贵的。
另一个可以替代的频率选择组件的具体实施例是商业上常用、Agilent.RTM.科技所提供的薄膜块状的声波共振器(thin-film bulk acoustic resonator，FBAR)，该类共振器能在一较小的封装结构中，提供一高Q值的滤波器。以型号HPMD-7903的FBAR为例，其具有双工的功能而且相对的是不占空间的。虽然HPMD-7903具有良好的特性，但却较如图6所示的可发送式的频率选择组件较为昂贵。
另一个可替代的频率选择组件313的具体实施例为一陶瓷双工器。陶瓷双工器(i)具有一高性能、高Q过滤特性；(ii)相对的较便宜；(iii)体积较大。其它在选择一频率选择组件时需要考虑的性能特性包括输入损失、杂信阻滞、功率处理、发射与接收频宽、信道之间的绝缘性、频宽内的涟波、阻抗以及温度等特性。
图7为一频率选择组件315的一频率响应图700的实施例。所述的频率响应图700指出接收通过频带705a与发射通过频带705b(pass band)的通过的频带区域。所述的发射与接收特性是用在在一CDMA系统中的一用户单元，其中所述的发射频带为特定的频带范围1850到1910MHZ之间而所述接收频带范围则特定的介于1930到1990MHZ之间。
图8为用于图5的双独立波束阵列系统500的一处理程序800的一具体实施例的流程图。该处理程序800以一步骤805开始。在步骤810中，所述的处理程序决定一控制信号是否已经被接收以调整该天线阵列接收波束的方向。假如以接收该控制信号，则步骤815控制连结到一天线阵列的接收加权结构415(在图5中)的状态。假如没有收到该控制信号，则处理程序800继续执行步骤820。
在步骤820中，所述的处理程序800决定一控制信号是否已经被接收来调整发射波束方向。假如已经接收该控制信号，那么处理程序800继续执行步骤825，其中该处理程序800控制该连结到相同的天线阵列的发射加权结构420(在图5中)的状态。所述的处理程序800持续执行步骤810直到系统关闭为止。
所述的处理程序800的另一个替代的具体实施例可能包含其它步骤或其它决策点以控制所述的天线阵列(在图3中)。例如以(i)如同前面所述的方式，像是以控制所述的放大器520、525(在图5中)的方式，或者是(ii)其它没有在前面所提到，但是常见于相关的方向性波束的控制的方式。
所述的处理程序800可能借助如图4的控制器445或以一主控制器，例如在图3中的个人电脑305的控制器来执行。
前面所描述的为一利用于可携式存取端以及其它无线装置的一全主动阵列以用以提供一双波束形成。接下来将继续提供一包含连结到至少一主动天线组件的寄生性被动组件的另一个可替代的具体实施例。在讨论这个替代方案之前，关于第一个具体实施例将以四个步骤的处理程序执行于其中来加以强调于一简单的回顾中。
图9为根据图4所述的全主动天线阵列的一概括示意图，其中所述的天线组件405可以使用两个功率分配器530、535，多任务的双工器515、多任务的相移器522、527以及多任务的放大器520、525去创造两个独立操纵的波束320、325。
循着该网络的路径，所述的Tx信号通过所述的功率分配器530(步骤A)，其中所述的信号分成N个信道，其中N为在天线阵列315中天线组件317的数目。所述的信号以在每一信道中通过相移器527的S12(步骤B)以及放大器525，并且随后遭遇一相同的Rx信号的信道。所述的两个信道Tx与Rx随后经过该双工器515(步骤C)以使两个路径结合成一个。而那一个路径随后连结到N个天线组件317的其中一个并且随即放射出去(步骤D)。随着其它的天线组件317，这两个分开的波束320与325便形成，而且因为在波束结合之前，每一频道分别受到相移器527、522的控制，因此每一个波束都对应到不同的频带。
图10为一定向天线产生具有频谱分离信号的独立操纵的波束的一第二具体实施例的示意图。在前面图9所述的具体实施例中的功率分配器530、535可以借助一空间馈的功率分布系统1015来取代。单一双工器515的使用取代原来的多任务双工器的使用。在图9的T/R波束形成组件405的相移器527、522可以由频率选择阻抗1010，S11s来取代。所述的双工器515使用滤波器610(图6所示)来分离两个频带。滤光器是具有特定的S12频率特性的微波装置。在这个第二个具体实施例中，建议是以具有相当于如同滤波器610的S11频率特性的频率选择阻抗1010来替代。
如图10所示的定向天线的第二具体实施例相较于如图9的第一具体实施例具有一较小的路径，但采取了不同顺序的步骤。Tx信号路径结合Rx路径通过一双工器515(步骤C)的帮忙，并且形成一单一路径。所述的单一路径随后定向一功率分配器，其中所述的功率分配器改变到一空间馈功率分配器1015(步骤A)。该分成N信道的功率其中之一进入一被动组件1005并且遭遇到可以被视为一切换负载的一频率选择阻抗1010(步骤B)，该阻抗同时也与一加权结构有关。该负载以所述的信号的相位以及射程发射该信号回到被动组件1005之外(步骤D)，假如经过所选择的负载控制、修改或要求之后。从所有的被动组件1005重新发射出的波束形成一波束。为了形成两个频率选择性的波束，所述的频率选择阻抗1010是可以频率选择的。
请继续参照图11，所述的频率选择处理程序是借助一适当设计的、可交互替代地与S11相关的频率选择阻抗1010所提供。S11可以是一短路电路(SC)1110或是开路电路(0C)1115。理想的状况下，所述的短路电路1110与开路电路1115具有单位振幅以及只有0或180度的相位差异。一可能的切换装置利用机械、电力或电动式的开关1105，如同图11所示。
S11也可以是具有阻抗特性为频率的函数的阻抗Z11120或Z21125。Z21125回到Tx的0相位以及Rx的180相位。而Z11 1120则相反。在图11中，重新发射的相位，可以采用四个组合其中一个：1)Tx与Rx具有0相位，2)Tx与Rx都具有180度相位，3)Tx具有0相位而Rx具有180度相位，以及4)Tx具有180而Rx具有0度相位。每一组件1110、1115、1120、1125为上述四个状态的的组件。当四个整合起来，它们将形成两组相位的分布器，因此对应到一不同的频带(如相位图图中所表示的1122、1127)的两组不同的波束320、325。它们也可以进一步的改变成没有0或180度相位的设计(例如，30、60、或90度相移)。其也可以具有更多的开关位置以增加相位的档数与相位的组合。
图12为提供一如何产生Z1(f)1120与Z2(f)1125的具体实施例的图标说明。在这个实施例中，一简单的LC串接一电感1205以及一电容1210。阻抗的相位与振幅1215、1220如图中所示为频率的一个函数，从图中可以看出共振层级上在相位的一陡峭改变的时刻具有低阻抗。相位图形1220为S的形状，所以该图形可以用于Z2(f)1125。而整套的电路可以用在Z1(f)1120。陡急的切断可能因增加更多的极数而形成，而且借助交替的开关可以使频带变宽。George R.Matthai等人于″Microwave Filters，Impedance-Matching，Networks andCoupling Structures″，(NY：McGraw-Hill，1964)中讨论到微波阻抗匹配的合成技术。开关可以整合于阻抗电路本身以提供反射的相位的细部增加。电子也可以用来使的相位的变化连续化而不再是离散的相位变化。
当这个概念被应用到一环状的阵列时，如图13所示，所造成的结果为双波束320、325可以涵盖阵列平面上360度的独立地扫描。一个应用实例，例如GriffGothard等人在美国专利第6,369,770号″Closely Spaced Antenna Array″中所提供的一个，因此可以用来支持双波束。这个概念也可以延伸到超过两个的多重频率上，以涵盖多重频带的应用。
本发明以借助上述的具体实施例的方式特别的表示以及描述如上，需要特别说明的是，不同的型式或更详细的改变可以轻易的经由熟悉本领域的人士轻易的达成，而不偏离本发明在后面所附加的权利要求所限定的范围与精神。

Claims (52)

1.一种定向天线，包含：
多个排列在一天线阵列中的天线组件；
频率选择组件，连结到所述的天线组件的一第一子组件；以及
加权结构，连结到所述的天线组件的一第二子组件；
所述的天线组件的第一与第二子组件由一空间馈功率分布系统所连结，以便独立地产生具有频谱分离信号的可操纵波束。
2.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的天线组件的第一与第二子组件是寄生地耦接。
3.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的天线组件的第二子组件是一相位阵列。
4.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的加权结构是电子、机械、或电动性可选择的加权结构。
5.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的加权结构包含组件：短路、开路、集总阻抗或延迟线路中的至少其一。
6.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的加权结构是经选择而引起每一频谱分离信号的个别的重新发射相位。
7.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的第二子组件以所述的加权结构组件的函数来重新发射所述的频谱分离信号。
8.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的空间馈功率分布系统在发射方向上为一功率分配器而在一接收方向上则为一功率结合器。
9.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的频率选择组件分离发射与接收信号。
10.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的频率选择组件分离方向相同但具有不同频率的信号。
11.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的频率选择组件是印刷式的。
12.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的频率选择组件为非印刷式的。
13.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于所述的加权结构包含相位移位组件。
14.如权利要求13所述的定向天线，其特征在于所述的相位移位组件接收独立的控制信号以设定各相位移位。
15.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于至少一加权结构包含至少一可变增益的放大组件。
16.如权利要求15所述的定向天线，其特征在于与每一天线组件有关的可变增益的放大组件的数目是与在形状上独立地最佳化的频谱分离波束的数目相应。
17.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于还包含与所产生的每一波束有关的一结合器，其用以结合由所述的天线组件所发射或所接收的信号。
18.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于是同步地产生波束。
19.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于是在一多重路径的环境中使用。
20.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于是在下列其中一个网络中应用：
相同频率的网络、分布频谱网络、码分多路访问(CDMA)网络、或正交频分多路复用(OFDM)网络。
21.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于连结到所述的频率选择组件的其中一个加权结构是受到调整而根据一所接收的导频信号来最佳化一接收波束图案。
22.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于连结到所述的频率选择组件的其中一个加权结构是受到调整，进而根据通过在一正向连结的一反馈度量的一给定信号的接收信号品质来最佳化一发射波束图案。
23.如权利要求1所述的定向天线，其特征在于连结到所述的频率选择组件的其中一个加权结构是受到调整，进而在一来自一基站的一信号的最大接收功率的方向上操纵一发射波束，而另一个连结到所述的频率选择组件的加权结构是受到调整而根据从包含一最佳信噪比(SNR)与载波/干扰(C/I)层级的群组中所选择的一度量来最佳化一所接收的波束。
24.一种用以定向一天线波束的方法，其包含：
提供多个排列在一天线阵列中的天线组件；
在所述的天线组件的一第一子组件选择性地连结信号；以及
在所述的天线组件的一第二子组件加权所述的信号，
所述的天线组件的第一与第二子组件由一空间馈功率分布系统所连结，以便独立地产生具有频谱分离信号的可操纵波束。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于所述的天线组件的第一与第二子组件是寄生地耦接。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于在所述的天线组件的第二子组件中加权所述的信号以使天线组件的第二子组件表现为一相位阵列。
27.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号包含改变所述组件的电子、机械、或电动切换状态。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号包含使用至少一种下列技术而选择权重；所述技术包含：短路、开路、改变一集总阻抗或选择个别天线组件的一延迟线路到一相关联的接地面。
29.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号包含选择加权以使每一频谱分离信号到个别重新发射的相位。
30.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号是造成第二子组件以所述的加权函数重新发射所述的频谱分离信号。
31.如权利要求24所述的方法，其特征在于利用空间馈功率分布系统而使得在发射方向上出现一功率划分而在一接收方向上出现功率结合。
32.如权利要求24所述的方法，其特征在于在所述的天线组件的第一子组件中选择性地连结信号包含分离发射与接收信号。
33.如权利要求24所述的方法，其特征在于在所述的天线组件的第一子组件中选择性地连结信号包含分离方向相同但具有不同频率的信号。
34.如权利要求24所述的方法，其特征在于在所述的天线组件的第一子组件中选择性地连结信号包含经由印刷性的频率选择组件而发射信号。
35.如权利要求24所述的方法，其特征在于在所述的天线组件的第一子组件中选择性的连结信号包含经由非印刷性的频率选择组件而发射信号。
36.如权利要求24所述的方法，其特征在于在所述的天线组件的第二子组件中加权信号包含调整相位移位组件。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于调整所述的相位移位组件包含发射独立的控制信号到所述的相位移位组件以设定个别的相移。
38.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号包含选择性放大所述的信号。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于选择性的放大所述的信号是借助由在形状上独立地最佳化的频谱分离波束的数目的函数来完成。
40.如权利要求24所述的方法，其特征在于还包含使用与每一所产生的波束相关联的一结合器以结合由所述的天线组件所发射或所接收的信号。
41.如权利要求24所述的方法，其特征在于是同步地产生波束。
42.如权利要求24所述的方法，其特征在于是用于一多重路径的环境中。
43.如权利要求24所述的方法，其特征在于是应用于下列其中一个网络中：
相同频率的网络、分布频谱网络、码分多路访问(CDMA)网络、或正交的频分多路复用(OFDM)网络。
44.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号包含调整加权以根据一所接收的导频信号最佳化一接收波束图案。
45.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号包含根据通过在一正向连结的一反馈度量的给定信号的一接收信号品质而最佳化一发射波束图案。
46.如权利要求24所述的方法，其特征在于加权所述的信号包含在根据从包含一最佳信噪比(SNR)与载波/干扰(C/I)层级的群组中所选择的一度量而最佳化一所接收的波束时，在来自一基站的一信号的最大接收功率方向上操纵一发射波束。
47.一种定向天线，包含：
多个排列在一天线阵列中的天线组件；
用以选择性连结到所述的天线组件的一第一子组件的装置；以及
用以在到所述的天线组件的一第二子组件加权信号的装置，
所述的天线组件的第一与第二子组件由一空间馈功率分布系统所连结，以使独立地产生具有频谱分离信号的可操纵波束。
48.一种定向天线，包含：
多个排列在一天线阵列中的天线组件；
频率选择组件，每一频率选择组件连结到个别的天线组件；以及
至少二加权结构，所述二加权结构连结到每一频率选择组件以独立地产生具有频谱分离信号的可操纵波束。
49.如权利要求48所述的定向天线，其特征在于所述的天线阵列包含通过一空间馈功率分布系统而连结在一起的天线组件的至少两个子组件。
50.一种用制造可独立操纵的波束的方法，其包含：
加权在一第一频率的第一信号；其中所述第一信号是借助或是将要借助多个排列在具有频率选择组件且每一频率选择组件连结到个别的天线组件以便产生一第一可操纵的波束的一天线阵列的组件而进行发射；
加权从所述的第一信号中频谱分离的一第二信号以产生借助相同的天线阵列而接收或是将要所述天线阵列而发射可独立操纵的第二波束。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于还包含造成信号延伸到一空间馈功率分布系统。
52.一种波束形成装置，包含：
用以相移借助多个排列在一天线阵列的天线组件所接收或将被所述天线组件发射的一第一频率的一第一信号的装置，所述的天线阵列具有频率选择组件，每一频率选择组件连结到一个别的天线组件以产生一第一可操纵的波束；以及
用以相移从所述的第一信号中频谱分离的一第二信号以产生借助相同的天线阵列所接收或是将借助其所发射的可独立操纵的一第二波束的装置。
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