EP0938155A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Gruppenantenne - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren einer Gruppenantenne Download PDF

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EP0938155A2
EP0938155A2 EP98123105A EP98123105A EP0938155A2 EP 0938155 A2 EP0938155 A2 EP 0938155A2 EP 98123105 A EP98123105 A EP 98123105A EP 98123105 A EP98123105 A EP 98123105A EP 0938155 A2 EP0938155 A2 EP 0938155A2
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EP
European Patent Office
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transmission
paths
reception paths
signals
reception
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98123105A
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English (en)
French (fr)
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EP0938155A3 (de
Inventor
Christian Passmann
Thomas Wixforth
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP0938155A3 publication Critical patent/EP0938155A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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

Definitions

  • the present invention relates to a method for Calibrate the send and receive paths of one Group antenna with adaptive beam shaping.
  • a Group antenna with adaptive beam shaping is e.g. in the EP 0 578 060 A2 or DE 195 35 441 A1.
  • the Beam shaping or beam swiveling of the transmission or Receiving antenna characteristic is with the help of a Beamforming network carried out by the transmission or Receive signals of the individual antenna elements depending on the desired antenna characteristics with different Weighting factors are multiplied.
  • Such Group antennas with adaptive beam shaping can e.g. in cellular mobile radio systems or point-to-multipoint Directional radio systems are used.
  • the beam shaping can be caused by errors in the signal paths of the individual antenna elements are falsified. Error in the Signal paths can e.g. through production tolerances or Temperature drift or aging etc. are caused. By a calibration of the signal paths between the Beam shaping network and the individual antenna elements can falsify the desired beam shaping be reduced.
  • the registration is therefore based on the task Method and device of the type mentioned to specify what a Calibration of the transmission and reception paths of the group antenna can be carried out.
  • This method and device according to the invention enables constant calibration of the group antenna even during ongoing operations.
  • the duplex radio system shown in FIG. 1 has N Antenna elements A1, ..., AN of a group antenna.
  • the Antenna elements A1, ..., AN are for reception as well also responsible for sending signals.
  • Each Antenna element A1, ..., AN is connected to a duplexer DP1, ..., DPN connected.
  • the duplexer DP1, ..., DPN in known way that a transmission signal from the transmitter Tx1, ..., TxN of the transmission path to the antenna element assigned to it A1, ..., AN arrives and that a reception signal of the Antenna element A1, ..., AN to the receiver Rx1, ..., RxN of its reception path. All transmitters Tx1, ... TxN and all receivers Rx1, ... RxN get phase locked Frequency conversion a reference frequency from a Local oscillator LO.
  • Tx1, ..., TxN and after the receivers Rx1, ..., RxN digital done are in the transmission paths Digital-to-analog converter DA1, ..., DAN and in the Reception paths analog-digital converter AD1, ..., ADN.
  • Beam shaping network For all transmit signals and all receive signals is a Beam shaping network available, that in Figure 1 in two Blocks is divided, a block Tx-BFN for the transmission signals and a block Rx-BFN for the received signals.
  • a Beam shaping network available, that in Figure 1 in two Blocks is divided, a block Tx-BFN for the transmission signals and a block Rx-BFN for the received signals.
  • the function of the beamforming network is not discussed here received because e.g. from the above Publications is known.
  • Rx-BFN is on the Send a modulator MD on and on the receive side Demodulator DM switched on.
  • a control device SE controls the duplexers DP1, ..., DPN, e.g. according to the time or frequency duplex method work, and the weighting factors in that Beam forming network Tx-BFN, Rx-BFN.
  • the control signals are illustrated by thick lines in Figure 1.
  • the send and receive signals of each Antenna elements A1, ..., AN are on their transmit and Reception paths between the beam forming network Tx-BFN, Rx-BFN and the gates of the antenna elements A1, ..., AN through various error sources falsified.
  • Such Sources of error can e.g. Production, Installation tolerances, temperature drift, thermal expansion of high-frequency electrical conductors, aging, etc.
  • the errors in the send and receive paths affect the shape of the antenna characteristic, but can by appropriate setting of the weighting factors in Beamforming network Tx-BFN, Rx-BFN can be compensated.
  • the transmission factors i.e. the Transmission functions, the transmission and reception paths of the individual antenna elements A1, ..., AN determined and the on Deviations between the errors due to errors Transmission factors of the reception and transmission paths through appropriate control of the weighting factors of the Beamforming network Tx-BFN, Rx-BFN compensated.
  • a coupling device belongs to the calibration device with 2N gates in the signal paths between the Antenna elements A1, ..., AN and the duplexers DP1, ... DPN is inserted.
  • the gates 1 to N are the Coupling device with the gates of duplexers DP1, ..., DPN and the gates N + 1 to 2N with the gates of the antenna elements A1, ..., AN connected.
  • the coupling device consists of N same directional couplers RK, which in the signal paths between the antenna elements A1, ..., AN and the duplexers DP1, ..., DPN are inserted.
  • the coupling gates of the RK directional coupler the side of the antenna elements A1, ..., AN are with Termination resistors R connected.
  • the coupling gates on the Side of the duplexers DP1, ..., DPN are with the Branch gates VZ of a power divider LT connected.
  • This power divider LT is designed so that its Branch gates VZ over identical line networks with a central gate T are connected.
  • the block diagram of such a power divider, preferably a Wilkinson divider, is shown in Figure 2.
  • This Power divider LT carries all at the branching gates VZ applied signals, these are the output signals of the Directional coupler RK, amplitude and phase at the central Gate T together; or he divides one at the central gate T applied signal in equal proportions with regard to amplitude and phase on the branching gates VZ.
  • the so-called Wilkinson divider that meets the above requirements is in IRE Transactions On Microwave Theory And Techniques, January 1960, pages 116 to 118.
  • a transmission signal is transmitted via a transmission path i (i ⁇ ⁇ 1 ... N ⁇ ).
  • the directional coupler RK decouples part of the transmission signal in front of the associated antenna element Ai.
  • This transmit signal component is routed to the central gate T via the power divider LT.
  • a reflection termination RFX is connected to this central gate T.
  • the transmitted signal component is reflected at this reflection termination RFX and divided into partial signals with the same amplitude and phase at the branching gates VZ.
  • branching gates There are as many branching gates (namely N) as there are reception paths.
  • the individual partial signals derived from the transmission signal are now coupled into the reception paths via the directional coupler RK.
  • the partial signals present at the outputs of the reception paths and picked up by the beam shaping network Rx-BFN are evaluated by the control device SE.
  • a total transmission factor thus results on a signal path which includes the i-th transmission path, the coupling device RK, the power divider LT and the j-th reception path T i (j ⁇ ) * X ij (j ⁇ ) * R J (j ⁇ ) , where T i (j ⁇ ) is the transmission factor of the i-th transmission path, R j (j ⁇ ) is the transmission factor of the j-th reception path and X ij is the transmission factor of the coupling devices RK, the power divider LT and a normally unknown coupling between the antenna elements A1, ..., is ON.
  • the transmission factor X ij is composed of a transmission factor C ij (j ⁇ ), which is attributable to the coupling device and the power divider (LT), and the transmission factor D ij (j ⁇ ) due to a coupling of the antenna elements.
  • Dij (j ⁇ ) D ji (j ⁇ ) (Reciprocity can be assumed here).
  • the termination at the central gate T of the power divider LT must be switchable from reflection to absorption. If the switch is made to absorption, the transmitted signal component decoupled by the coupling device RK is absorbed, and no partial signals are fed back into the reception paths. The signals occurring in the reception paths are then exclusively due to the coupling of the antenna elements A1, ..., AN.
  • M ijD (j ⁇ ) is the measured transmission factor via the transmission path i, the antenna coupling D ij (j ⁇ ) and the reception path j, the termination at the central gate T of the power divider LT being switched to absorption.
  • M ijCD (j ⁇ ) is the measured transmission factor over the transmission path i, the antenna coupling D ij (j ⁇ ), the defined coupling C (j ⁇ ) of the coupling device RK and the power divider LT and the reception path j, the termination RFX at the central gate T. Reflection is switched. The same applies to the measured transmission factors M jiD and M jiCD .
  • the antenna couplings Dij (j ⁇ ) can now be determined from equations (2) or (3).
  • T i (j ⁇ ) M ikD (j ⁇ ) / (R k (j ⁇ ) (C (j ⁇ ) + D ik (j ⁇ )))
  • all transmission factors T i (j ⁇ ) of the transmission paths and all transmission factors R j (j ⁇ ) of the reception paths can be determined in relation to a known transmission factor T n (j ⁇ ) or R n (j ⁇ ).
  • the resulting mutual deviations of the transmission factors of the transmission or reception paths are compensated for by the control device SE by changing the weighting factors in the beam shaping network Tx-BFN, Rx-BFN. This greatly reduces the influence of errors in the transmission and reception paths on the beam shaping.
  • the calibration device described can also be used for a frequency division duplex radio system are used in which the transmission and reception frequency by a fixed Distinguish frequency duplex spacing.
  • the conclusion RFX can be provided with a mixer that meets the incoming Converts signals to the duplex frequency spacing, so that the reflected partial signals in the frequency band of the reception paths lie.
  • the mixer in the Reflection termination RFX as the reference frequency Local oscillator frequency LO, which also the transmitters Tx1, ..., TxN and receiver Rx1, ..., RxN received.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Kalibrieren einer Gruppenantenne, auch während des Betriebs, besteht darin, daß nacheinander über jeden der vorhandenen Sendepfade (DA1, ..., DAN; Tx1, ..., TxN; DP1, ..., DPN) ein Sendesignal übertragen wird, daß von jedem der Sendesignale ein Anteil ausgekoppelt und der ausgekoppelte Sendesignal-Anteil in so viele Teilsignale mit gleichem Betrag und gleicher Phase aufgeteilt wird wie Empfangspfade vorhanden sind und diese Teilsignale in die Empfangspfade (DP1, ..., DPN; Rx1, ..., RxN; AD1, ..., ADN) eingekoppelt werden. Die über die einzelnen Empfangspfade übertragenen Teilsignale werden bezüglich Betrag und Phase gemessen, und aus den Meßsignalen und einem bekannten Transmissionsfaktor eines der Sende- oder Empfangspfade werden die Transmissionsfaktoren aller anderen Sende- und Empfangspfade ermittelt. Dabei festgestellte gegenseitige Abweichungen der Transmissionsfaktoren der Sende- bzw. Empfangspfade werden durch Veränderung von Wichtungsfaktoren in einem Strahlformungsnetzwerk (Tx-BFN, Rx-BFN) kompensiert.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren der Sende- und Empfangspfade einer Gruppenantenne mit adaptiver Strahlformung. Eine Gruppenantenne mit adaptiver Strahlformung ist z.B. in der EP 0 578 060 A2 oder der DE 195 35 441 A1 beschrieben. Die Strahlformung oder Strahlschwenkung der Sende- bzw. Empfangsantennencharakteristik wird mit Hilfe eines Strahlformungsnetzwerkes durchgeführt, indem die Sende- bzw. Empfangssignale der einzelnen Antennenelemente je nach der gewünschten Antennencharakteristik mit unterschiedlichen Wichtungsfaktoren multipliziert werden. Solche Gruppenantennen mit adaptiver Strahlformung können z.B. in zellularen Mobilfunksystemen oder Punkt-zu-Mehrpunkt Richtfunksystemen eingesetzt werden.
Die Strahlformung kann durch Fehler in den Signalpfaden der einzelnen Antennenelemente verfälscht werden. Fehler in den Signalpfaden können z.B. durch Produktionstoleranzen oder Temperaturdrift oder Alterung etc. verursacht werden. Durch eine Kalibrierung der Signalpfade zwischen dem Strahlformungsnetzwerk und den einzelnen Antennenelementen kann eine Verfälschung der gewünschten Strahlformung reduziert werden.
Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, womit auf wenig aufwendige Art und Weise eine Kalibrierung der Sende- und Empfangspfade der Gruppenantenne durchgeführt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 3 dadurch gelöst, daß nacheinander über jeden der vorhandenen Sendepfade ein Sendesignal übertragen wird, daß von jedem der Sendesignale ein Anteil ausgekoppelt und der ausgekoppelte Sendesignal-Anteil in so viele Teilsignale mit gleichem Betrag und gleicher Phase aufgeteilt wird wie Empfangspfade vorhanden sind. Diese Teilsignale werden in die einzelnen Empfangspfade eingekoppelt. Die über die einzelnen Empfangspfade übertragenen Teilsignale werden bezüglich Betrag und Phase gemessen und aus den Meßsignalen und einem bekannten Transmissionsfaktor eines der Sende- oder Empfangspfade die Transmissionsfaktoren aller anderen Sende- und Empfangspfade ermittelt. Schließlich werden gegenseitige Abweichungen der Transmissionsfaktoren der Sende- bzw. Empfangspfade durch Veränderung von Wichtungsfaktoren in einem Strahlformungsnetzwerk kompensiert.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren bzw. Vorrichtung ermöglicht eine ständige Kalibrierung der Gruppenantenne auch während des laufenden Betriebes.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei einem Frequenzduplex-Funksystem, bei dem zwischen den Sende- und Empfangspfaden ein Frequenzversatz besteht, werden die in die Empfangspfade eingekoppelten Teilsignale in die Frequenzlage der entsprechenden Empfangspfade umgesetzt.
Die Aufteilung eines Sendesignales in die bezüglich Betrag und Phase gleichen Teilsignale wird vorteilhafterweise mit einem Wilkinson-Teiler durchgeführt, der an seinem zentralen Tor mit einem Reflexionsabschluß versehen ist. Soll auch die Verkopplung der einzelnen Antennenelemente untereinander bestimmt werden, so ist eine Umschaltung von einem Reflektionsabschluß auf einem Absorptionsabschluß vorzusehen.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
  • Figur 1 ein Blockschaltbild eines Duplex-Funksystems mit einer Gruppenantenne und
  • Figur 2 ein Prinzipschaltbild eines Wilkinson-Teilers.
    • Das in der Figur 1 dargestellte Duplex-Funksystem besitzt N Antennenelemente A1, ..., AN einer Gruppenantenne. Die Antennenelemente A1, ..., AN sind sowohl für den Empfang als auch für das Senden von Signalen zuständig. Jedes Antennenelement A1, ..., AN ist an einen Duplexer DP1, ..., DPN angeschlossen. Der Duplexer DP1, ..., DPN bewirkt in bekannter Weise, daß ein Sendesignal vom Sender Tx1, ..., TxN des Sendepfades zu dem ihm zugeordneten Antennenelement A1, ..., AN gelangt und daß ein Empfangssignal des Antennenelementes A1, ..., AN zum Empfänger Rx1, ..., RxN seines Empfangspfades gelangt. Alle Sender Tx1, ... TxN und alle Empfänger Rx1, ... RxN erhalten zur phasenstarren Frequenzumsetzung eine Referenzfrequenz aus einem Lokaloszillator LO.
    Da zweckmäßigerweise die Signalverarbeitung vor den Sendern Tx1, ..., TxN und nach den Empfängern Rx1, ..., RxN digital erfolgt, befinden sich in den Sendepfaden Digital-Analog-Umsetzer DA1, ..., DAN und in den Empfangspfaden Analog-Digital-Umsetzer AD1, ..., ADN.
    Für alle Sendesignale und alle Empfangssignale ist ein Strahlformungsnetzwerk vorhanden, das in der Figur 1 in zwei Blöcke unterteilt ist, ein Block Tx-BFN für die Sendesignale und ein Block Rx-BFN für die Empfangssignale. Auf die Funktion des Strahlformungsnetzwerkes wird hier nicht näher eingegangen, da sie z.B. aus den eingangs genannten Druckschriften bekannt ist.
    An das Strahlformungsnetzwerk Tx-BFN, Rx-BFN ist auf der Sendeseite ein Modulator MD und auf der Empfangsseite ein Demodulator DM angeschaltet.
    Eine Steuereinrichtung SE steuert die Duplexer DP1, ..., DPN, die z.B. nach dem Zeit- oder Frequenzduplexverfahren arbeiten, und die Wichtungsfaktoren in dem Strahlformungsnetzwerk Tx-BFN, Rx-BFN. Die Steuersignale sind durch dicke Linien in der Figur 1 verdeutlicht.
    Die Sende- und Empfangssignale der einzelnen Antennenelemente A1, ..., AN werden auf ihren Sende- und Empfangspfaden zwischen dem Strahlformungsnetzwerk Tx-BFN, Rx-BFN und den Toren der Antennenelemente A1, ..., AN durch verschiedenste Fehlerguellen verfälscht. Solche Fehlerquellen können z.B. Produktions-, Installationstoleranzen, Temperaturdrift, Wärmeausdehnung von elektrischen Hochfrequenzleitern, Alterung usw. sein. Die Fehler in den Sende- und Empfangspfaden wirken sich auf die Form der Antennencharakteristik aus, können aber durch entsprechende Einstellung der Wichtungsfaktoren im Strahlformungsnetzwerk Tx-BFN, Rx-BFN kompensiert werden.
    Mit dem nachfolgend beschriebenen Kalibrierungsverfahren werden die Transmissionsfaktoren, das heißt die Übertragungsfunktionen, der Sende- und Empfangspfade der einzelnen Antennenelemente A1, ..., AN ermittelt und die auf Fehler zurückzuführenden Abweichungen zwischen den Transmissionsfaktoren der Empfangs- und Sendepfade durch eine entsprechende Steuerung der Wichtungsfaktoren des Strahlformungsnetzwerkes Tx-BFN, Rx-BFN kompensiert.
    Zu der Kalibriereinrichtung gehört eine Koppelvorrichtung mit 2N Toren, die in die Signalpfade zwischen den Antennenelementen A1, ..., AN und den Duplexern DP1, ... DPN eingefügt ist. Dabei sind die Tore 1 bis N der Koppelvorrichtung mit den Toren der Duplexer DP1, ..., DPN und die Tore N+1 bis 2N mit den Toren der Antennenelemente A1, ..., AN verbunden. Die Koppelvorrichtung besteht aus N gleichen Richtkopplern RK, die in die Signalpfade zwischen den Antennenelementen A1, ..., AN und die Duplexer DP1, ..., DPN eingefügt sind. Die Koppeltore der Richtkoppler RK auf der Seite der Antennenelemente A1, ..., AN sind mit Abschlußwiderständen R verbunden. Die Koppeltore auf der Seite der Duplexer DP1, ...,DPN sind mit den Verzweigungstoren VZ eines Leistungsteilers LT verbunden. Dieser Leistungsteiler LT ist so beschaffen, daß seine Verzweigungstore VZ über identische Leitungsnetzwerke mit einem zentralen Tor T verbunden sind. Das Prinzipschaltbild eines solchen Leistungsteilers, vorzugsweise ein Wilkinson-Teiler, ist in der Figur 2 dargestellt. Dieser Leistungsteiler LT führt alle an den Verzweigungstoren VZ anliegenden Signale, das sind die Ausgangssignale der Richtkoppler RK, amplituden- und phasengleich am zentralen Tor T zusammen; bzw. er teilt ein am zentralen Tor T anliegendes Signal zu gleichen Anteilen bezüglich Amplitude und Phase auf die Verzweigungstore VZ auf. Der sogenannte Wilkinson-Teiler, der die genannten Voraussetzungen erfüllt, ist in IRE Transactions On Microwave Theory And Techniques, Januar 1960, Seiten 116 bis 118 beschrieben.
    Der Kalibriervorgang der Sende- und Empfangspfade läuft nun folgendermaßen ab. Es wird über einen Sendepfad i (iε{1...N}) ein Sendesignal übertragen. Der Richtkoppler RK koppelt vor dem zugehörigen Antennenelement Ai einen Teil des Sendesignals aus. Dieser Sendesignal-Anteil wird über den Leistungsteiler LT zu dessen zentralem Tor T geführt. An diesem zentralen Tor T ist ein Reflexionsabschluß RFX angeschlossen. Der Sendesignal-Anteil wird an diesem Reflexionsabschluß RFX reflektiert und in amplituden- und phasengleiche Teilsignale an den Verzweigungstoren VZ aufgeteilt. Es gibt so viel Verzweigungstore (nämlich N), wie es Empfangspfade gibt. Die aus dem Sendesignal abgeleiteten einzelnen Teilsignale werden nun über die Richtkoppler RK in die Empfangspfade eingekoppelt. Die an den Ausgängen der Empfangspfade anliegenden, vom Strahlformungsnetzwerk Rx-BFN aufgenommenen Teilsignale werden von der Steuereinrichtung SE ausgewertet. So ergibt sich auf einem Signalweg, der den i-ten Sendepfad, die Koppelvorrichtung RK, den Leistungsteiler LT und den j-ten Empfangspfad einschließt, ein Gesamttransmissionsfaktor Ti(jω) * Xij(jω) * RJ(jω), bei dem Ti(jω) der Transmissionsfaktor des i-ten Sendepfades, Rj(jω) der Transmissionsfaktor des j-ten Empfangspfades und Xij der Transmissionsfaktor der Koppelvorrichtungn RK, des Leistungsteilers LT und eine normalerweise unbekannte Verkopplung zwischen den Antennenelementen A1, ..., AN ist. Es gilt i, j ε{1...N}. Wie gesagt, setzt sich der Transmissionsfaktor Xij aus einem Transmissionsfaktor Cij(jω), der auf die Koppelvorrichtung und den Leistungsteiler (LT) zurückzuführen ist, und den Transmissionsfaktor Dij(jω) aufgrund einer Verkopplung der Antennenelemente zusammen. Der Transmissionsfaktor Cij(jω) ist für alle i und j genau bekannt und für alle i und j aufgrund der Amplituden- und Phasengleichheit der Teilsignale gleich, so daß im folgenden gilt: Cij(jω) = C(jω).
    Nur wenn davon auszugehen ist, daß es eine Verkopplung der Antennenelemente untereinander gibt, bzw. diese Verkopplung nicht vernachlässigbar ist, müssen auf folgende Weise die Transmissionsfaktoren aufgrund der Antennenverkopplung Dij(jω) = Dji(jω) (Reziprozität kann hier vorausgesetzt werden) bestimmt werden. Um den Transmissionsfaktor Dij(jω) bestimmen zu können, muß der Abschluß am zentralen Tor T des Leistungsteilers LT von Reflexion auf Absorption umschaltbar sein. Wird auf Absorption geschaltet, so wird der von der Koppelvorrichtung RK ausgekoppelte Sendesignal-Anteil absorbiert, und es werden daraus keine Teilsignale in die Empfangspfade zurückgekoppelt. Die in den Empfangspfaden auftretenden Signale sind dann ausschließlich auf die Verkopplung der Antennenelemente A1, ..., AN zurückzuführen. Der Transmissionsfaktor C(jω) spielt in diesem Fall keine Rolle. Es läßt sich nun folgendes Gleichungssystem (1) aufstellen: Ti(jω) Rj(jω) Dij(jω) = MijD(jω) Ti(jω) Rj(jω) (C(jω)+Dij(jω)) = MijCD(jω) Ti(jω) Ri(jω) Dji(jω) = MjiD(jω) Ti(jω) Ri(jω) (C(jω)+Dji(jω)) = MjiCD(jω) i≠j und i,jε{1...N}
    In diesem Gleichungssystem (1) ist MijD(jω) der gemessene Transmissionsfaktor über den Sendepfad i, die Ahtennenverkopplung Dij(jω) und den Empfangspfad j, wobei der Abschluß am zentralen Tor T des Leistungsteilers LT auf Absorption geschaltet war. MijCD(jω) ist der gemessene Transmissionsfaktor über den Sendepfad i, die Antennenverkopplung Dij(jω), die definierte Verkopplung C(jω) der Koppelvorrichtung RK und des Leistungsteilers LT und den Empfangspfad j, wobei der Abschluß RFX am zentralen Tor T auf Reflexion geschaltet ist. Für die gemessenen Transmissionsfaktoren MjiD und MjiCD gilt entsprechendes.
    Die Antennenverkopplungen Dij(jω) können nun aus den Gleichungen (2) oder (3) ermittelt werden. Dij(jω) = Dji(jω) = C(jω) MijD(jω) / (MijCD - MijD) Dji(jω) = Dij(jω) = C(jω) MjiD(jω) / (MjiCD - MjiD)
    Zur Bestimmung aller Transmissionsfaktoren Ti(jω), Ri(jω) der Sende- und Empfangspfade muß vorausgesetzt werden, daß ein beliebiger Transmissionsfaktor Ti(jω) oder Ri(jω) (i ε{1...N} N>2) bekannt ist. Es werden insgesamt N(N-1) Kalibrationsmessungen durchgeführt; das heißt, über jeden Signalpfad wird nacheinander ein Sendesignal übertragen und der daraus ausgekoppelte Sendesignal-Anteil nach Reflexion am Reflexionsabschluß RFX in gleiche Teilsignale zerlegt und diese werden in die einzelnen Empfangspfade zurückgekoppelt. Aus den N(N-1) Kalibrationsmessungen lassen sich nun N(N-1) Gleichungen der Form Ti(jω) Rj(jω) (C(jω)+Dij(jω)) = MijCD(jω) i≠j und i, jε{1...N} aufstellen. Geht man davon aus, daß z.B. der Transmissionsfaktor des Sendepfades Tn(jω) (nε{1...N}) bekannt ist, so lassen sich aus der Gleichung (4) mit i=n, j≠n die Transformationsfaktoren der Empfangspfade Rj(jω) bestimmen: Rj(jω) = MnjCD(jω) / (Tn(jω) (C(jω)+Dnj(jω)))
    Daraufhin kann ein so bestimmter Transmissionsfaktor Rk(jω) (k≠n) verwendet werden, um damit mit der Gleichung (6) die Transmissionsfaktoren der Sendepfade Ti(jω) (i≠k) zu bestimmen. Ti(jω) = MikD(jω) / (Rk(jω) (C(jω)+Dik(jω)))
    Auf die vorangehend beschriebene Weise können also alle Transmissionsfaktoren Ti(jω) der Sendepfade und alle Transmissionsfaktoren Rj(jω) der Empfangspfade in Bezug auf einen bekannten Transmissionsfaktor Tn(jω) oder Rn(jω) ermittelt werden. Die daraus resultierenden gegenseitigen Abweichungen der Transmissionsfaktoren der Sende- bzw. Empfangspfade werden von der Steuereinrichtung SE durch Veränderung der Wichtungsfaktoren in dem Strahlformungsnetzwerk Tx-BFN, Rx-BFN kompensiert. Damit werden die Einflüsse von Fehlern in den Sende- und Empfangspfaden auf die Strahlformung stark reduziert.
    Bei dem vorangehend beschriebenen System wurde davon ausgegangen, daß es sich um ein Zeitduplex-Funksystem handelt; das heißt, die Sende- und Empfangspfade übertragen ihre Signale im gleichen Frequenzband. Durch Modifikation der beschriebenen Kalibriereinrichtung kann diese auch bei einem Frequenzduplex-Funksystem angewendet werden, bei dem sich die Sende- und die Empfangsfrequenz durch einen festen Frequenzduplexabstand unterscheiden. Dazu muß der Abschluß RFX mit einem Mischer versehen werden, der die einlaufenden Signale um den Duplexfrequenzabstand umsetzt, so daß die reflektierten Teilsignale im Frequenzband der Empfangspfade liegen. Wie die Figur 1 zeigt, erhält der Mischer im Reflektionsabschluß RFX als Referenzfrequenz die Lokaloszillatorfrequenz LO, die ebenfalls die Sender Tx1, ..., TxN und Empfänger Rx1, ..., RxN erhalten.

    Claims (6)

    1. Verfahren zum Kalibrieren der Sende- und Empfangspfade einer Gruppenantenne mit adaptiver Strahlformung, dadurch gekennzeichnet,
      daß nacheinander über jeden der vorhandenen Sendepfade (DA1, ..., DAN; Tx1, ..., TxN; DP1, ..., DPN) ein Sendesignal übertragen wird,
      daß von jedem der Sendesignale ein Anteil ausgekoppelt wird,
      daß der ausgekoppelte Sendesignal-Anteil in so viele Teilsignale mit gleichem Betrag und gleicher Phase aufgeteilt wird, wie Empfangspfade (DP1, ..., DPN; Rx1, ..., RxN; AD1, ..., ADN) vorhanden sind und diese Teilsignale in die Empfangspfade eingekoppelt werden,
      daß die über die einzelnen Empfangspfade übertragenen Teilsignale bezüglich Betrag und Phase gemessen werden und aus den Meßsignalen und einem bekannten Transmissionsfaktor eines der Sende- und Empfangspfade die Transmissionsfaktoren aller anderen Sende- und Empfangspfade ermittelt werden
      und daß gegenseitige Abweichungen der Transmissionsfaktoren der Sende- bzw. Empfangspfade durch Veränderung von Wichtungsfaktoren in einem Strahlformungsnetzwerk (Dx-BFN, Rx-BFN) kompensiert werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Frequenzversatz zwischen den Sende- und den Empfangspfaden die in die Empfangspfade eingekoppelten Teilsignale in die Frequenzlage der entsprechenden Empfangspfade umgesetzt werden.
    3. Vorrichtung zum Kalibrieren der Sende- und Empfangspfade einer Gruppenantenne mit adaptiver Strahlformung, dadurch gekennzeichnet,
      daß eine Steuereinrichtung (SE) vorgesehen ist, welche nacheinander über jeden der vorhandenen Sendepfade (DA1, ..., DAN; Tx1, ..., TxN; DP1, ..., DPN) die Übertragung eines Sendesignals veranlaßt,
      daß eine Koppelvorrichtung (RK) von jedem der Sendesignale einen Anteil auskoppelt,
      daß ein Leistungsteiler (LT) den ausgekoppelten Sendesignal-Anteil in so viele Teilsignale mit gleichem Betrag und gleicher Phase aufteilt wie Empfangspfade vorhanden sind,
      daß die Koppelvorrichtung (RK) die Teilsiganle in die einzelnen Empfangspfade (DP1, ..., DPN; Rx1, ..., RxN; AD1, ..., ADN) einkoppelt,
      daß die Steuereinrichtung (SE) die über die einzelnen Empfangspfade (DP1, ..., DPN; Rx1, ..., RxN; AD1, ..., ADN) übertragenen Teilsignale bezüglich Betrag und Phase mißt und aus den Meßsignalen und einem bekannten Transmissionsfaktor eines der Sende- oder Empfangspfade die Transmissionsfaktoren aller anderen Sende- und Empfangspfade ermittelt
      und daß die Steuereinheit (SE) Wichtungsfaktoren in einem Strahlformungsnetzwerk (Tx-BFN, Rx-BFN) so einstellt, daß dadurch gegenseitige Abweichungen der Transmissionsfaktoren der Sende- bzw. Empfangspfade kompensiert werden.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsteiler (LT) ein Wilkinson-Teiler ist, der so viele Verzweigungstore (VZ) aufweist wie Empfangspfade vorhanden sind und daß ein über identische Leitungsnetzwerke mit den Verzweigungstoren (VZ) verbundenes zentrales Tor (T) mit einem Reflexionsabschluß (RFX) versehen ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung von einem Reflexionsabschluß auf einen Absorptionsabschluß vorgesehen ist, um die Verkopplung der Antennenelemente (A1, ..., AN) der Gruppenantenne bestimmen zu können.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer vorhanden ist, der bei einem Frequenzversatz zwischen den Sende- und den Empfangspfaden die in die Empfangspfade eingekoppelten Teilsignale in die Frequenzlage der entsprechenden Empfangspfade umsetzt.
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