DE102016200559A1 - Calibration method or calibration system for antenna phases - Google Patents

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Hsi-Tseng Chou
Dun-Yuan Cheng
Kung-Yu Lu
Nan-Wei Chen
Ming-Whay Lai
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices

Abstract

Die Erfindung stellt ein Kalibrierungsverfahren für Antennenphasen dar, bei dem es sich um einen Berechnungsablauf für den Abstrahlwinkel, einen Einstellablauf für den Abstrahlwinkel, einen Messablauf für die Antennenstrahlung und einen Kalibrierungsablauf für den Abstrahlwinkel handelt. Sollte die Strahlrichtung der Antenne hinsichtlich der Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem echten Abstrahlwinkel kalibriert werden, wird im Algorithmus aus dem gegenwärtigen idealen Antennenphasenwert zusammen mit der Differenz ein anderer idealer Antennenphasenwert berechnet, welcher als der ideale Antennenphasenwert zur Durchführung der nächsten Schleife übergeben wird. Die Strahlung der Antenne erfolgt durch den Kalibrierungsalgorithmus, der die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Abstrahlwinkel berücksichtigt, im erwarteten Winkel. Dadurch kommt beim gesamten Antennensystem keine Differenz der Strahlrichtung wegen Temperaturschwankungen vor und wird die Kommunikationsleistung des Antennensystems erhöht.The invention is an antenna phase calibration method which is a beam angle calculation process, an irradiation angle adjustment process, an antenna radiation measurement process, and a beam angle calibration process. If the beam direction of the antenna is calibrated for the difference between the ideal antenna phase value and the true beam angle, the algorithm calculates from the current ideal antenna phase value along with the difference another ideal antenna phase value, which is passed as the ideal antenna phase value for performing the next loop. The radiation of the antenna is made by the calibration algorithm, which takes into account the difference between the ideal antenna phase value and the actual radiation angle, in the expected angle. As a result, there is no difference in the beam direction due to temperature fluctuations in the entire antenna system and the communication performance of the antenna system is increased.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kalibrierungsverfahren bzw. ein Kalibrierungssystem für Phasen, insbesondere ein Kalibrierungsverfahren bzw. ein Kalibrierungssystem für Antennenphasen.The invention relates to a calibration method or a calibration system for phases, in particular a calibration method or a calibration system for antenna phases.

Ein herkömmliches Antennensystem benutzt einen Algorithmus, um die Phasen und den Schaltkreis zu steuern sowie die Strahlrichtungen einzustellen. Allerdings treten beim Regelkreis für die Phasen durch Temperaturschwankungen leicht Ungenauigkeiten auf, wodurch die Strahlrichtung des Antennensystems in der Tat schwierig in die richtige Richtung eingestellt werden kann. Daher muss ununterbrochen ein Optimierungsprogramm zum Verstärken der Übertragungsleistung des Antennensystems durchgeführt werden, wobei jedoch ein zu häufiges Ausführen des Optimierungsprogramms wiederum durch die erhöhte Systemtemperatur leicht Ungenauigkeiten beim Regelkreis für die Phasen hervorrufen kann.A conventional antenna system uses an algorithm to control the phases and circuit as well as adjust the beam directions. However, inaccuracies in the control loop for the phases due to temperature fluctuations easily occur, whereby the beam direction of the antenna system can indeed be difficult to set in the right direction. Therefore, an optimization program for amplifying the transmission power of the antenna system must be continuously performed, but too frequent execution of the optimization program, in turn, due to the increased system temperature, can easily cause inaccuracies in the phase control loop.

Obwohl bei manchen Antennensystemen neben dem Regelkreis für die Phasen Wärmegradanzeiger und Kühlmittel zum Vermeiden von Einflüssen durch erhöhte Temperatur als Mittel zum Einregeln der Temperatur des Regelkreises für die Phasen in den Normbereich konzipiert sind, wird die Systemtemperatur des Regelkreises für die Phasen zwar durch diese Konzeption wirksam unter dem Normbereich gehalten, jedoch werden die Baukosten dieses Antennensystems dadurch auch wesentlich erhöht.Although in some antenna systems besides the control circuit for the phases, heat level indicators and coolant for avoiding influences by elevated temperature are conceived as means for adjusting the temperature of the control circuit for the phases into the normal range, the system temperature of the control loop for the phases is indeed effective by this conception kept below the normal range, however, the construction costs of this antenna system are thereby significantly increased.

Deshalb ist es notwendig, ein Kalibrierungsverfahren bzw. ein Kalibrierungssystem für Antennenphasen bereitzustellen, um die Mangel der herkömmlichen Technik zu beseitigen.Therefore, it is necessary to provide an antenna phase calibration method in order to eliminate the deficiency of the conventional technique.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kalibrierungsverfahren bzw. ein Kalibrierungssystem für Antennenphasen bereitzustellen, mit dem bzw. bei dem auf die Systemtemperatur des elektronischen Phasenwechslers keine Rücksicht genommen werden muss.An object of the invention is to provide a calibration method or a calibration system for antenna phases with which no consideration has to be given to the system temperature of the electronic phase changer.

Zum Adressieren der genannten bzw. weiterer Punkte stellt die Erfindung ein Kalibrierungsverfahren für Antennenphasen dar, mit dem die Strahlrichtung der vom Regelkreis für die Phasen gesteuerten Antenne kalibriert wird. Bei dem Verfahren handelt es sich um einen Berechnungsablauf für den Abstrahlwinkel, einen Einstellablauf für den Abstrahlwinkel, einen Messablauf für die Antennenstrahlung und einen Kalibrierungsablauf für den Abstrahlwinkel.To address these and other points, the invention provides an antenna phase calibration method which calibrates the beam direction of the phase controlled antenna. The method is a calculation process for the emission angle, an adjustment procedure for the emission angle, a measurement procedure for the antenna radiation and a calibration procedure for the emission angle.

Beim Berechnungsablauf für den Abstrahlwinkel wird ein idealer Antennenphasenwert nach der eingestellten Strahlrichtung durch einen Algorithmus berechnet und an den Regelkreis für die Phasen übergeben. Beim Einstellablauf für den Abstrahlwinkel regelt der Regelkreis für die Phasen den idealen Antennenphasenwert gemäß der abgestrahlten Strahlrichtung der Antenne. Beim Messablauf für die Antennenstrahlung wird die Strahlrichtung der Antenne zum Ermitteln des echten Abstrahlwinkels tatsächlich gemessen. Beim Kalibrierungsablauf für den Abstrahlwinkel wird die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem echten Abstrahlwinkel verglichen. Sollte die Strahlrichtung der Antenne hinsichtlich der Differenz kalibriert werden, ist bei diesem Verfahren zum Berechnungsablauf für den Abstrahlwinkel zurückzukehren. Dabei wird im Algorithmus aus dem gegenwärtigen idealen Antennenphasenwert zusammen mit der Differenz ein anderer idealer Antennenphasenwert berechnet, welcher dann wieder als der ideale Antennenphasenwert an den Regelkreis für die Phasen zur Durchführung des Einstellablaufs für den Abstrahlwinkel übergeben wird. Die folgenden Abläufe werden dann weiter ausgeführt, bis die Strahlrichtung der Antenne nicht mehr kalibriert werden muss und der Sollwert der Differenz erreicht wird.In the calculation procedure for the emission angle, an ideal antenna phase value is calculated according to the set beam direction by an algorithm and transferred to the control circuit for the phases. In the beam angle adjusting process, the phase control circuit controls the ideal antenna phase value according to the radiated beam direction of the antenna. In the measurement procedure for the antenna radiation, the beam direction of the antenna for determining the true radiation angle is actually measured. The beam angle calibration procedure compares the difference between the ideal antenna phase value and the true beam angle. If the beam direction of the antenna is calibrated for the difference, this method returns to the calculation procedure for the emission angle. In this case, in the algorithm, another ideal antenna phase value is calculated from the current ideal antenna phase value together with the difference, which is then transferred again as the ideal antenna phase value to the control loop for the phases for carrying out the setting procedure for the emission angle. The following procedures are then continued until the beam direction of the antenna no longer needs to be calibrated and the setpoint of the difference is reached.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Strahlrichtung der Antenne beim Einstellablauf für den Abstrahlwinkel zuerst zur Ausgangsrichtung zurückgesetzt und danach gemäß dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt, wenn der Regelkreis für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.According to an embodiment of the present invention, the beam direction of the antenna in the beam angle adjusting process is first reset to the output direction and thereafter controlled according to the other ideal antenna phase value when the phase control loop has received the other ideal antenna phase value.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Strahlrichtung der Antenne beim Einstellablauf für den Abstrahlwinkel gemäß der Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt, wenn der Regelkreis für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.According to an embodiment of the present invention, the beam direction of the antenna in the beam angle adjusting process is controlled according to the difference between the ideal antenna phase value and the other ideal antenna phase value when the phase control loop has received the other ideal antenna phase value.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform handelt es sich bei dem Algorithmus um einen genetischen Algorithmus.In one embodiment of the invention, the algorithm is a genetic algorithm.

Zum Adressieren der genannten und anderer Punkte stellt die Erfindung noch ein Kalibrierungssystem für Antennenphasen dar, welches zum Einstellen des Abstrahlwinkels einer Antenne dient. Das Kalibrierungssystem besteht aus einem Berechnungsmodul, einem Steuermodul für die Phasen und einem Messmodul. Beim Berechnungsmodul wird ein idealer Antennenphasenwert nach der eingestellten Strahlrichtung durch einen Algorithmus berechnet und übergeben. Das Steuermodul für die Phasen ist am Berechnungsmodul angekoppelt und stellt die abgestrahlte Strahlrichtung der Antenne gemäß dem empfangenen idealen Antennenphasenwert ein. Das Messmodul ist am Berechnungsmodul angekoppelt und dient zum Messen der tatsächlichen Antennenstrahlung, um einen tatsächlichen Abstrahlwinkel zu ermitteln und um diesen an das Berechnungsmodul zu übergeben. Dabei vergleicht das Berechnungsmodul die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Abstrahlwinkel. Wenn das Berechnungsmodul aufgrund dieser Differenz ermittelt, dass die Strahlrichtung der Antenne kalibriert werden muss, berechnet das Berechnungsmodul erneut durch den Algorithmus anhand des gegenwärtigen idealen Antennenphasenwerts zusammen mit der Differenz einen anderen idealen Antennenphasenwert und übergibt diesen zum weiteren Regeln an den Regelkreis für die Phasen, bis die Strahlrichtung der Antenne nicht mehr kalibriert werden muss und der Sollwert der Differenz erreicht ist.To address the above and other points, the invention also provides an antenna phase calibration system which serves to adjust the angle of radiation of an antenna. The calibration system consists of a calculation module, a control module for the phases and a measuring module. In the calculation module, an ideal antenna phase value is calculated and transferred by the algorithm according to the set beam direction. The phase control module is coupled to the calculation module and adjusts the radiated beam direction of the antenna according to the received ideal antenna phase value. The measuring module is coupled to the calculation module and serves to measure the actual antenna radiation in order to determine an actual radiation angle and to this to the calculation module to hand over. The calculation module compares the difference between the ideal antenna phase value and the actual emission angle. If, due to this difference, the calculation module determines that the beam direction of the antenna needs to be calibrated, the calculation module recalculates another ideal antenna phase value by the algorithm based on the current ideal antenna phase value along with the difference, and passes this to the phase control loop for further control. until the beam direction of the antenna no longer has to be calibrated and the target value of the difference has been reached.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Strahlrichtung der Antenne zuerst zur Ausgangsrichtung zurückgesetzt und danach gemäß dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt, wenn das Steuermodul für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.According to an embodiment of the invention, the beam direction of the antenna is first reset to the output direction and thereafter controlled according to the other ideal antenna phase value when the control module for the phases has received the other ideal antenna phase value.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Strahlrichtung der Antenne gemäß der Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt, wenn das Steuermodul für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.According to an embodiment of the invention, the beam direction of the antenna is controlled according to the difference between the ideal antenna phase value and the other ideal antenna phase value when the control module for the phases has received the other ideal antenna phase value.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Steuermodul für die Phasen als elektronischer Phasenwender ausgeführt.In an embodiment according to the invention, the control module for the phases is designed as an electronic phase inverter.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Antenne als Gruppenantenne oder Basisstationsantenne ausgeführt.In an embodiment according to the invention, the antenna is designed as a group antenna or base station antenna.

Hiermit werden die Antennenphasen mittels des erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahrens bzw. beim Kalibrierungssystem für Antennenphasen durch den Kalibrierungsalgorithmus, welcher die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Abstrahlwinkel berücksichtigt, entsprechend so geändert, dass die Strahlung der Antenne im erwarteten Winkel erfolgt. Dadurch kommt bei gesamtem Antennensystem keine Differenz der Strahlrichtung durch Temperaturunterschiede vor und die Kommunikationsleistung des Antennensystems wird erhöht.Hereby, the antenna phases are changed by the calibration method according to the invention or in the antenna phase calibration system by the calibration algorithm, which takes into account the difference between the ideal antenna phase value and the actual emission angle, such that the antenna's radiation is at the expected angle. As a result, no difference in the beam direction due to temperature differences occurs in the entire antenna system and the communication performance of the antenna system is increased.

1 Blockdiagramm für die Funktionalität des Kalibrierungssystems für Antennenphasen gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 1 Block diagram for the functionality of the antenna phase calibration system according to an embodiment of the invention

2 Flussdiagramm des Kalibrierungsverfahrens für Antennenphasen gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform 2 Flowchart of the calibration method for antenna phases according to an embodiment of the invention

Zum völligen Verständnis der erfindungsgemäßen Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften wird die Erfindung durch die folgenden speziellen Ausführungsformen in Verbindung mit den beigelegten Schaubildern detailliert erläutert. Erläuterungen folgen unten.For a full understanding of the objects, features and characteristics of the invention, the invention will be explained in detail by the following specific embodiments in conjunction with the accompanying drawings. Explanations below.

Die Erfindung gemäß einer Ausführungsform kann auf ein Basisstationsantennensystem mit hoher Verstärkung und guter Richtwirkung oder ein intelligentes Antennensystem angewendet werden. Dieses Antennensystem ist häufig eine Gruppenantenne, um eine hohe Verstärkung und gute Richtwirkung zu erreichen und durch das Einstellen der Strahlrichtung der Antenne den Empfang in einem bestimmten Gebiet zu verbessern. Es ist erwähnenswert, dass sich die genannte Strahlrichtung bei der Erfindung gemäß den jeweiligen Ausführungsformen auf die Hauptstrahlrichtung der Antenne bezieht, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Die Erfindung kann auch auf die Strahlen aus der gleichen Antenne in eine Richtung außerhalb der Hauptstrahlrichtung angewendet werden.The invention according to one embodiment may be applied to a high gain, good directivity base station antenna system or an intelligent antenna system. This antenna system is often a group antenna to achieve high gain and good directivity and to improve reception in a particular area by adjusting the beam direction of the antenna. It is worth noting that in the invention according to the respective embodiments, said beam direction refers to, but is not limited to, the main beam direction of the antenna. The invention can also be applied to the beams from the same antenna in a direction outside the main beam direction.

In 1 wird das Blockdiagramm für die Funktionalität des Kalibrierungssystems für Antennenphasen und das Flussdiagramm des Kalibrierungsverfahrens gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Kalibrierungssystem 1 dient zum Steuern einer Antenne 2, wobei das Kalibrierungssystem 1 aus einem Berechnungsmodul 10, einem Steuermodul für die Phasen 20 und einem Messmodul 30 besteht.In 1 the block diagram for the functionality of the antenna phase calibration system and the flowchart of the calibration method according to an embodiment of the invention is shown. The calibration system 1 is used to control an antenna 2 , where the calibration system 1 from a calculation module 10 , a control module for the phases 20 and a measurement module 30 consists.

Sollte die Strahlrichtung der Antenne 2 eingestellt werden, dient das Berechnungsmodul 10 zum Berechnen eines idealen Antennenphasenwerts gemäß der vom Anwender eingestellten Strahlrichtung durch einen Algorithmus und zur Übergabe von diesem. Dabei kann der Algorithmus durch einen genetischen Algorithmus realisiert werden. Allgemein verstehen Fachleute im erfindungsgemäß betroffenen technischen Gebiet unter einem genetischen Algorithmus ein naturanaloges Optimierungsverfahren, dessen Funktionsweise von der Evolution natürlicher Lebewesen inspiriert ist. Beim genetischen Algorithmus wird die adaptive Anpassung der erzeugten Lösung bei jeder Generation erst berücksichtigt und danach weiter für die nächste Lösung in der nächsten Generation evolutionär erzeugt, um einen besseren Lösungskandidaten zu finden.Should the beam direction of the antenna 2 be set, the calculation module serves 10 for calculating an ideal antenna phase value according to the user-set beam direction by an algorithm and for transferring it. The algorithm can be realized by a genetic algorithm. In general, experts in the technical field concerned according to the invention understand, under a genetic algorithm, a nature-analogous optimization method whose mode of operation is inspired by the evolution of natural living beings. The genetic algorithm first considers the adaptive fit of the generated solution for each generation, and then further evolutionarily generates it for the next solution in the next generation to find a better solution candidate.

Das Steuermodul für die Phasen 20 ist am Berechnungsmodul 10 angeschlossen. Wenn das Steuermodul für die Phasen 20 den idealen Antennenphasenwert empfangen hat, regelt entsprechend das Steuermodul für die Phasen 20 gemäß dem idealen Antennenphasenwert die Phasen der Antenne 2, wodurch die abgestrahlte Strahlrichtung der Antenne 2 geändert wird. Dabei kann das Steuermodul für die Phasen 20 als elektronischer Phasenwender ausgeführt werden.The control module for the phases 20 is at the calculation module 10 connected. If the control module for the phases 20 has received the ideal antenna phase value, accordingly controls the control module for the phases 20 according to the ideal antenna phase value, the phases of the antenna 2 , whereby the radiated beam direction of the antenna 2 will be changed. In this case, the control module for the phases 20 be executed as an electronic phase inverter.

Das Messmodul 30 ist am Berechnungsmodul 10 angeschlossen. Wenn die Strahlrichtung der Antenne 2 geändert wurde, dient das Messmodul 30 zum Messen der tatsächlichen Strahlungen der Antenne 2, wodurch ein tatsächlicher Abstrahlwinkel ermittelt wird, und zum Übergeben von diesem an das Berechnungsmodul 10. The measuring module 30 is at the calculation module 10 connected. When the beam direction of the antenna 2 has been changed, the measuring module is used 30 for measuring the actual radiations of the antenna 2 , whereby an actual radiation angle is determined, and to pass from this to the calculation module 10 ,

Das Steuermodul für die Phasen 20 kann in der Praxis durch externe Faktoren wie Temperaturschwankung und elektromagnetische Beeinflussung beim Regeln der Strahlung der Antenne 2 in die eingestellte Richtung ungenau sein, wodurch die tatsächliche abgestrahlte Strahlrichtung der Antenne 2 nicht wie erwartet erreicht werden kann. Deshalb vergleicht und berechnet das Berechnungsmodul 10 die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Abstrahlwinkel, wenn das Berechnungsmodul 10 den tatsächlichen Abstrahlwinkel empfangen hat, welchen das Messmodul 30 übergibt. Wenn die Differenz toleriert werden kann, zeigt die Strahlrichtung der Antenne 2 in die richtige Richtung und die Strahlrichtung der Antenne 2 muss nicht weiter kalibriert werden. Wenn die Differenz nicht tolerierbar ist, weicht die Strahlrichtung der Antenne 2 in der Tat übermäßig ab, und das Steuermaß des Steuermoduls für die Phasen 20, das die Strahlrichtung der Antenne 2 regelt, muss weiter kalibriert werden. Dabei ermittelt das Berechnungsmodul 10 erneut durch den genetischen Algorithmus mit Rücksicht auf die Differenz einen idealen Antennenphasenwert in der zweiten Generation und übergibt den idealen Antennenphasenwert in der zweiten Generation anschließend an das Steuermodul für die Phasen 20, um den Einstellablauf für den Abstrahlwinkel wieder durchzuführen. Durch das Durchlaufen der Schleife wird immer wieder ein idealer Antennenphasenwert in einer neuen Generation ermittelt, bis die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Messwert des Abstrahlwinkels tolerierbar ist. Erst dann bricht die Kalibrierung ab.The control module for the phases 20 can in practice by external factors such as temperature fluctuation and electromagnetic interference while regulating the radiation of the antenna 2 be inaccurate in the set direction, reducing the actual radiated beam direction of the antenna 2 can not be achieved as expected. Therefore, the calculation module compares and calculates 10 the difference between the ideal antenna phase value and the actual beam angle when the calculation module 10 has received the actual beam angle, which the measuring module 30 passes. If the difference can be tolerated, the beam direction of the antenna shows 2 in the right direction and the beam direction of the antenna 2 does not need to be calibrated further. If the difference is not tolerable, the beam direction of the antenna deviates 2 indeed excessive, and the tax rate of the control module for the phases 20 that the beam direction of the antenna 2 regulates, must be further calibrated. The calculation module determines this 10 again by the genetic algorithm with respect to the difference, an ideal antenna phase value in the second generation and passes the ideal antenna phase value in the second generation subsequent to the control module for the phases 20 to perform the setting procedure for the emission angle again. By looping through the loop, an ideal antenna phase value is repeatedly determined in a new generation until the difference between the ideal antenna phase value and the actual measured value of the emission angle is tolerable. Only then does the calibration abort.

Bei einer Ausführungsform setzt das Steuermodul für die Phasen 20 die Strahlrichtung der Antenne 2 zuerst zur Ausgangsrichtung zurück und regelt danach gemäß dem idealen Antennenphasenwert in der zweiten Generation die Strahlrichtung der Antenne 2, wenn das Steuermodul für die Phasen 20 den idealen Antennenphasenwert in der zweiten Generation empfangen hat. Bei einer anderen Ausführungsform regelt das Steuermodul für die Phasen 20 direkt die Strahlrichtung der Antenne 2 gemäß der Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem idealen Antennenphasenwert in der zweiten Generation, ohne dass die Strahlrichtung der Antenne 2 zur Ausgangsrichtung zurückgesetzt werden muss, wenn das Steuermodul für die Phasen 20 den idealen Antennenphasenwert in der zweiten Generation empfangen hat.In one embodiment, the control module sets the phases 20 the beam direction of the antenna 2 first back to the output direction and thereafter governs the beam direction of the antenna according to the ideal antenna phase value in the second generation 2 when the control module for the phases 20 received the ideal antenna phase value in the second generation. In another embodiment, the control module controls the phases 20 directly the beam direction of the antenna 2 according to the difference between the ideal antenna phase value and the ideal antenna phase value in the second generation, without the beam direction of the antenna 2 to the output direction must be reset when the control module for the phases 20 received the ideal antenna phase value in the second generation.

In mathematischer Form wird das erfindungsgemäße Kalibrierungsverfahren wie folgt erläutert. Dabei wird der eingestellte Abstrahlwinkel als θmb, der durch den genetischen Algorithmus ermittelte ideale Antennenphasenwert als θgai und der durch das Messmodul 30 gemessene tatsächliche Abstrahlwinkel als θi bezeichnet, wobei i die Anzahl der Messungen bezeichnet. Die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Abstrahlwinkel wird als φk bezeichnet, wobei k die Anzahl der Messungen bezeichnet. Darüber hinaus wird der tolerierbare Bereich der Differenz als α bezeichnet.In mathematical form, the calibration method according to the invention is explained as follows. In this case, the set radiation angle as θ mb , the determined by the genetic algorithm ideal antenna phase value as θ gai and by the measuring module 30 measured actual radiation angles referred to as θ i , where i denotes the number of measurements. The difference between the ideal antenna phase value and the actual radiation angle is referred to as φ k , where k denotes the number of measurements. In addition, the tolerable range of the difference is referred to as α.

Wenn der von der Antenne 2 zu regelnde Abstrahlwinkel als θmb eingestellt wurde, wird dieser erstmalig gemessen. Dabei gilt i = 1, θmb = θga1, wobei der Messwert des Abstrahlwinkels θ1 und die Differenz φ1 = θga1 – θ1 sind. Wenn |φ1| > α, also die Differenz größer als der tolerierbare Bereich der Differenz ist, wird der Abstrahlwinkel zum zweiten Mal gemessen. Beim zweiten Messen wird die Differenz φ1 aus der ersten Messung berücksichtigt. Dabei gilt i = 2, θga2 = θga1 + φ1, wobei der Messwert des Abstrahlwinkels θ2 und die Differenz φ2 = θga2 – θ2 sind. Wenn |φ2| > α ist, wird der Abstrahlwinkel zum dritten Mal gemessen. Dabei gilt i = 3, θga3 = θga2 + φ2. Das Kalibrierungsverfahren kann erst dann abgebrochen werden, wenn |φk| ≦ α ist, also die Differenz im tolerierbaren Bereich der Differenz liegt.If that of the antenna 2 is set to be controlled radiation angle as θ mb , this is measured for the first time. In this case, i = 1, θ mb = θ ga 1 , where the measured value of the emission angle θ 1 and the difference φ 1 = θ ga 1 -θ 1 . If | φ 1 | > α, ie the difference is greater than the tolerable range of the difference, the emission angle is measured for the second time. During the second measurement, the difference φ 1 from the first measurement is taken into account. In this case, i = 2, θ ga 2 = θ ga 1 + φ 1 , wherein the measured value of the radiation angle θ 2 and the difference φ 2 = θ ga 2 - θ 2 . If | φ 2 | > α, the emission angle is measured for the third time. In this case, i = 3, θ ga3 = θ ga2 + φ 2 . The calibration procedure can only be aborted if | φ k | ≦ α, ie the difference lies in the tolerable range of the difference.

In 2 wird das Flussdiagramm des Kalibrierungsverfahrens für Antennenphasen gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt.In 2 the flowchart of the antenna phase calibration method according to an embodiment of the invention is shown.

Als erstes wird die Strahlrichtung der Antenne eingestellt und danach fangt der Ablauf S01 mit dem Kalibrierungsverfahren an. Der Berechnungsablauf für den Abstrahlwinkel S02 wird durchgeführt, wobei ein idealer Antennenphasenwert nach der eingestellten Strahlrichtung durch einen Algorithmus berechnet und an den Regelkreis für die Phasen übergeben wird. Danach wird der Einstellablauf für den Abstrahlwinkel S03 durchgefüht, wobei der Regelkreis für die Phasen gemäß dem idealen Antennenphasenwert die abgestrahlte Strahlrichtung der Antenne regelt. Anschließend wird der Messablauf für die Antennenstrahlung S04 durchgeführt, wobei die Strahlrichtung der Antenne zum Ermitteln eines echten Abstrahlwinkels tatsächlich gemessen wird. Im Anschluss daran wird der Ermittlungsablauf S05 durchgeführt, wobei die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Abstrahlwinkel verglichen wird. Wenn die Differenz außerhalb des tolerierbaren Bereichs der Differenz liegt, wird der Kalibrierungsablauf für den Abstrahlwinkel S06 durchgeführt. Wenn nicht, fängt der Ablauf S07 an bzw. das Kalibrierungsverfahren wird abgebrochen. Beim Kalibrierungsablauf für den Abstrahlwinkel S06 wird der gegenwärtige ideale Antennenphasenwert im Algorithmus mit der Differenz zusammen zu einem anderen idealen Antennenphasenwert berechnet und an den Regelkreis für die Phasen übergeben, damit der Einstellablauf für den Abstrahlwinkel bei der nächsten Schleife durchgeführt wird.First, the beam direction of the antenna is set, and then the process S01 starts with the calibration process. The calculation procedure for the emission angle S02 is carried out, wherein an ideal antenna phase value after the set beam direction is calculated by an algorithm and transferred to the control circuit for the phases. Thereafter, the setting process for the radiation angle S03 is performed, wherein the phase-angle control circuit according to the ideal antenna phase value controls the radiated beam direction of the antenna. Subsequently, the measurement procedure for the antenna radiation S04 is performed, wherein the beam direction of the antenna for determining a true radiation angle is actually measured. Subsequently, the determination process S05 is performed, comparing the difference between the ideal antenna phase value and the actual radiation angle. If the difference is outside the tolerable range of the difference, the calibration procedure for the emission angle S06 is performed. If not, process S07 will begin or the calibration procedure will be aborted. In the calibration process for the emission angle S06, the present ideal antenna phase value in the algorithm is calculated with the difference together to another ideal antenna phase value and given to the loop for the phases to perform the radiation loop adjustment procedure at the next loop.

Hiermit werden die Antennenphasen mittels des erfindungsgemäßen Kalibrierungsverfahrens bzw. beim Kalibrierugssystem für Antennenphasen durch den Kalibrierungsalgorithmus, welcher die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem tatsächlichen Abstrahlwinkel berücksichtigt, entsprechend so geändert, dass die Abstrahlung der Antenne im erwarteten Winkel erfolgt. Dadurch kommt beim gesamten Antennensystem keine Differenz der Strahlrichtung wegen Temperaturschwankungen vor und die Kommunikationsleistung des Antennensystems wird erhöht.Hereby, the antenna phases are changed by means of the calibration method according to the invention or in the antenna phase calibration system by the calibration algorithm, which takes into account the difference between the ideal antenna phase value and the actual emission angle, in such a way that the antenna is emitted at the expected angle. As a result, there is no difference in the beam direction due to temperature fluctuations in the entire antenna system and the communication performance of the antenna system is increased.

Die Erfindung ist gemäß der bevorzugten Ausführungsformen in den oben stehenden Absätzen dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf die genannten Ausführungsformen beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel. In diesem Zusammenhang werden alle in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale als neuheitswesentlich angesehen. Es sind ausschließlich die nachfolgenden Ansprüche für den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gültig.The invention is illustrated according to the preferred embodiments in the paragraphs above. The invention is not limited to the embodiments mentioned, but is often variable within the scope of the disclosure. In this context, all the individual and combination features disclosed in the description and / or drawing are considered to be novelty essential. Only the following claims are valid for the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kalibrierungssystemcalibration system
22
Antenneantenna
1010
Berechnungsmodulcalculation module
2020
Steuermodul für die PhasenControl module for the phases
3030
Messmodulmeasurement module
S01~S07S01 ~ S07
Ablaufprocedure

Claims (11)

Kalibrierungsverfahren für Antennenphasen, mit dem die Strahlrichtung der vom Regelkreis für die Phasen gesteuerten Antenne kalibriert wird, wobei es sich bei dem Verfahren um die folgenden Abläufe handelt: • Berechnungsablauf für den Abstrahlwinkel, bei dem ein idealer Antennenphasenwert nach der eingestellten Strahlrichtung durch einen Algorithmus berechnet und an den Regelkreis für die Phasen übergeben wird, • Einstellablauf für den Abstrahlwinkel, bei dem der Regelkreis für die Phasen gemäß dem idealen Antennenphasenwert die abgestrahlte Strahlrichtung der Antenne regelt, • Messablauf für die Antennenstrahlung, bei dem die Strahlrichtung der Antenne zum Ermitteln des echten Abstrahlwinkels tatsächlich gemessen wird, • Kalibrierungsablauf für den Abstrahlwinkel, bei dem die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem echten Abstrahlwinkel verglichen wird, wobei der Berechnungsablauf für den Abstrahlwinkel beim Ermitteln einer Kalibrationsnotwendigkeit der Strahlrichtung der Antenne aufgrund dieser Differenz erneut ausgeführt und ein anderer idealer Antennenphasenwert durch den Algorithmus anhand des gegenwärtigen idealen Antennenphasenwerts zusammen mit der Differenz berechnet wird, wobei dieser andere ideale Antennenphasenwert zum Ausführen des Einstellablaufs für den Abstrahlwinkel in der nächsten Schleife bzw. zum Durchlaufen der folgenden Abläufe an den Regelkreis für die Phasen übergeben wird, bis die Strahlrichtung der Antenne nicht mehr kalibriert werden muss und der Sollwert der Differenz erreicht ist.Antenna phase calibration method that calibrates the beam direction of the phase-controlled antenna, the method being the following: • Calculation procedure for the emission angle, in which an ideal antenna phase value is calculated by the algorithm after the set beam direction and transferred to the control circuit for the phases, • Setting procedure for the emission angle, in which the control circuit for the phases according to the ideal antenna phase value regulates the radiated beam direction of the antenna, Measurement procedure for the antenna radiation, in which the beam direction of the antenna for the determination of the true radiation angle is actually measured, The beam angle calibration procedure, which compares the difference between the ideal antenna phase value and the true beam angle, wherein the beam angle calculation procedure determines a calibration need for the beam direction of the antenna based on this difference and another ideal antenna phase value is performed by the algorithm current ideal antenna phase value is calculated together with the difference, this other ideal antenna phase value for carrying out the setting procedure for the radiation angle in the next loop or to pass through the following operations to the control loop for the phases until the beam direction of the antenna is no longer calibrated must be and the setpoint of the difference is reached. Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung der Antenne beim Einstellablauf für den Abstrahlwinkel zuerst zur Ausgangsrichtung zurückgesetzt und danach gemäß dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt wird, wenn der Regelkreis für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.Calibration method according to claim 1, characterized in that the beam direction of the antenna in the beam angle setting process is first reset to the output direction and thereafter controlled according to the other ideal antenna phase value when the phase control loop has received the other ideal antenna phase value. Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung der Antenne beim Einstellablauf für den Abstrahlwinkel gemäß der Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt wird, wenn der Regelkreis für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.A calibration method according to claim 1, characterized in that the beam direction of the antenna is controlled in the beam angle setting process according to the difference between the ideal antenna phase value and the other ideal antenna phase value when the phase control loop has received the other ideal antenna phase value. Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus durch einen genetischen Algorithmus realisiert wird.Calibration method according to claim 1, characterized in that the algorithm is realized by a genetic algorithm. Kalibrierungssystem für Antennenphasen, welches zum Einstellen des Abstrahlwinkels einer Antenne dient und aus den folgenden Elementen besteht: • einem Berechnungsmodul, bei dem ein idealer Antennenphasenwert nach der eingestellten Strahlrichtung durch einen Algorithmus berechnet und übergeben wird, • einem Steuermodul für die Phasen, welches am Berechnungsmodul angekoppelt ist und die abgestrahlte Strahlrichtung der Antenne gemäß dem empfangenen idealen Antennenphasenwert einstellt, und • einem Messmodul, welches am Berechnungsmodul angekoppelt ist und zum Messen der tatsächlichen Antennenstrahlung dient, um einen tatsächlichen Abstrahlwinkel zu ermitteln und um diesen an das Berechnungsmodul zu übergeben, wobei • das Berechnungsmodul die Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem echten Abstrahlwinkel vergleicht und erneut durch den Algorithmus anhand dem gegenwärtigen idealen Antennenphasenwert zusammen mit der Differenz einen anderen idealen Antennenphasenwert berechnet und diesen zum weiteren Regeln an den Regelkreis für die Phasen übergibt, wenn das Berechnungsmodul aufgrund dieser Differenz ermittelt, dass die Strahlrichtung der Antenne kalibriert werden muss, bis die Strahlrichtung der Antenne nicht mehr kalibriert werden muss und der Sollwert der Differenz erreicht ist.Antenna phase calibration system used to adjust the angle of radiation of an antenna and consisting of the following elements: • a calculation module in which an ideal antenna phase value is calculated and transmitted according to the set beam direction by an algorithm, • a control module for the phases, which is located at the calculation module and adjusts the radiated beam direction of the antenna according to the received ideal antenna phase value, and a measurement module, which is coupled to the calculation module and used to measure the actual antenna radiation, to determine an actual radiation angle and to transfer this to the calculation module, wherein the computational module compares the difference between the ideal antenna phase value and the true beam angle, and again through the algorithm, using the current ideal antenna phase value, along with the difference, another ideal antenna phase value calculated and Passing this to the control circuit for the phases for further determination, if the calculation module determines from this difference that the beam direction of the antenna must be calibrated until the beam direction of the antenna no longer needs to be calibrated and the target value of the difference is reached. Kalibrierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung der Antenne zuerst zur Ausgangsrichtung zurückgesetzt und danach gemäß dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt wird, wenn das Steuermodul für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.Calibration system according to claim 5, characterized in that the beam direction of the antenna is first reset to the output direction and thereafter controlled according to the other ideal antenna phase value when the control module for the phases has received the other ideal antenna phase value. Kalibrierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung der Antenne gemäß der Differenz zwischen dem idealen Antennenphasenwert und dem anderen idealen Antennenphasenwert geregelt wird, wenn das Steuermodul für die Phasen den anderen idealen Antennenphasenwert empfangen hat.A calibration system according to claim 5, characterized in that the beam direction of the antenna is controlled according to the difference between the ideal antenna phase value and the other ideal antenna phase value when the control module for the phases has received the other ideal antenna phase value. Kalibrierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus durch einen genetischen Algorithmus realisiert wird.Calibration system according to claim 5, characterized in that the algorithm is realized by a genetic algorithm. Kalibrierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul für die Phasen als elektronischer Phasenwechsler ausgeführt ist.Calibration system according to claim 5, characterized in that the control module for the phases is designed as an electronic phase changer. Kalibrierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Gruppenantenne ausgeführt ist.Calibration system according to claim 5, characterized in that the antenna is designed as a group antenna. Kalibrierungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne als Basisstationsantenne ausgeführt ist.Calibration system according to claim 5, characterized in that the antenna is designed as a base station antenna.
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