JP2007503783A - 調整可能な電気チルトを持つ位相調整アレイアンテナシステム - Google Patents
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Abstract
a)第一のRF信号と第二のRF信号との間に可変相対移相をもたらすための可変移相器、
b)前記相対移相された第一及び第二の信号を、コンポーネント信号に分けるための分割装置、及び
c)前記コンポーネント信号のベクトル結合を形成して、前記可変移相器によってもたらされた前記可変相対移相の変化に応じて、前記アレイの電気チルトの角度が調整可能であるように、他の駆動信号に対して適当な位相調整を持つ、個々の各アンテナ要素のためのそれぞれの駆動信号を提供するための信号結合ネットワーク。
Description
1. 高メインローブ(又は、照準)利得、
2. 異なるセル又はネットワーク内の基地局を使用する移動体に対する干渉を回避するのに充分低い、第一の上側サイドローブレベル
3. アンテナの非常に近辺における通信を可能にするのに充分高い、第一の下側サイドローブレベル
a)第一と第二のRF信号間に可変相対移相をもたらすための可変移相器、
b)前記相対移相された第一及び第二の信号を、コンポーネント信号に分けるための分割装置、及び
c)前記コンポーネント信号のベクトル結合を形成して、前記可変移相器によってもたらされた前記可変相対移相の変化に応じて、前記アレイの電気チルトの角度が調整可能であるように、他の駆動信号に対して適切な位相調整を持つ、個々の各アンテナ要素のためのそれぞれの駆動信号を提供するための信号結合ネットワーク。
a)第一RF信号と第二RF信号との間に、可変相対移相をもたらし、
b)前記相対移相された第一及び第二信号をコンポーネント信号に分け、及び
c)前記コンポーネント信号をベクトル結合及び相対移相させて、前記可変相対移相の変化に応じて、前記アレイの電気チルトの角度が調整可能であるように、他の駆動信号に対して適当な位相調整を持つ、個々の各アンテナのための駆動信号を提供する。
a)それぞれの可変移相器において移相した後、信号をフィルタリング及び結合し、それらを、前記分割装置、及び前記信号結合及び移相ネットワークに接続されている共通信号供給装置へ送り、
b)両方のオペレータからの寄与を含む信号を、前記アンテナに提供し、及び、
c)各オペレータと関連付けられる電気チルトを、独立して調整する。
示された全ての例は、「整合」システムを形成するために、信号源インピーダンスがそれぞれの負荷インピーダンスと等しい接続点、を用いる。整合システムは、信号源から負荷へ送信される電力を最大化し、信号反射を避ける。信号線が抵抗器で終端されるとき(例えば、図6参照)、無反射終端を形成するために、その抵抗器の値はシステムインピーダンスに等しい。
-18dBの第一の上側サイドローブレベルが、システム全体の性能における適当な妥協点を提供することがわかった。アンテナの有効口径の縮小により、照準利得は、チルト角の余弦に比例して減少する。チルトの角がどのくらい変化するかによって、照準利得の更なる低下が生じるであろう。
a)各アンテナ要素について、或いは要素群ごとに、それぞれの移相器を必要とする。
b)必要な移相器の数のため、アンテナのコストが高い。
c)移相器を要素群に加えることによるコスト削減は、サイドローブのレベルを増大する。
d)遅延を正しくセットするような移相器の機械的結合は困難であり、かつ、最適ではない遅延方式という結果になる機械的連結及び歯車が使用される。
e)アンテナが下向きにチルトされる時、上側サイドローブのレベルが増大し、他のセルを使用する移動体に、干渉源となる可能性のあるものをもたらす。
f)アンテナを様々なオペレータにより共有する場合には、全てが、同じ角度の電気チルトを使用しなければならない。
g)異なる周波数のアップリンク及びダウンリンクを持つシステム(周波数分割二重システム)では、送信における電気チルトの角度が、受信における電気チルトの角度とは異なる。
表1
1.端のアンテナ要素621及び6210と直列に、減衰器を挿入することができる。
2. 更なる2つの要素をアンテナに追加して、端のアンテナ要素621及び6210を各々2つに分けることができる。
3.更なるハイブリッドを使用して、電力を、一部、端のアンテナ621及び6210からアンテナの中心に近い要素へ転送することができる。及び、
4.実際には図6に示すように、端のアンテナ要素621及び6210からの電力の一部を使って、中央要素620を駆動させることができる。
1.アンテナアレイ62が電気的にチルトされた時、アンテナのサイドローブのレベルが下がる。
2.電気チルトが中間値を通り越したとき、中央要素620の搬送又は駆動信号の位相が180°変化し、さらに、下向きにチルトされた時、上側のサイドローブのレベルが下がる。
3.アンテナが下向きにチルトされた時、上側のサイドローブのレベルを下げることの効果は、そのアンテナシステム100に割り当てられたチャネル以外のチャネルを使用する移動体に対してもたらされる干渉を減らすことである。
表3
全ての項a1〜f3が比であるので、全ての信号電力は、第一及び第二のスプリッタ1241及び1242へそれぞれ入力される信号ベクトルA及びBの比によって表される。
表4
表4はスプリッタ比を与える、すなわち、総和が1ワットとなるように正規化された電力から、振幅(電圧)を算出する。
表5
表6
可変移相器1761及び1762は、ともに変化して、等しい移相を与えるように、矢印及び点線で示すように連動する。それらは、チルト制御機構186によって制御される。
Claims (30)
- 調整可能な電気チルトを持ち、かつアンテナ要素のアレイを備える位相調整アレイアンテナシステムであって、
a)第一のRF信号と第二のRF信号との間に可変相対移相をもたらすための可変移相器、
b)前記相対移相された第一及び第二の信号をコンポーネント信号に分けるための分割装置、及び、
c)前記コンポーネント信号のベクトル結合を形成して、前記可変移相器によってもたらされた前記可変相対移相の変化に応じて、前記アレイの電気チルトの角度が調整可能であるように、他の駆動信号に対して適当な位相調整を持つ、個々の各アンテナ要素のためのそれぞれの駆動信号を提供するための、信号結合ネットワーク、
を含むことを特徴とするシステム。 - 奇数の数のアンテナ要素を持つ、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記可変移相器は第一の可変移相器であり、かつ、前記システムは、前記第一の可変移相器によって移相されたコンポーネント信号を移相するように配置された第二の可変移相器を含み、該第二の可変移相器は、直接、或いは一又はそれ以上のスプリッタ/可変移相器の組み合わせを介してのいずれかで、前記信号結合及び移相ネットワークに、更なるコンポーネント信号出力を提供する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記可変移相器は、複数の可変移相器のうちの一つであり、かつ、前記信号移相及び結合ネットワークは、そのうちの幾つかは全ての前記可変移相器を通り抜け、幾つかは全ての前記可変移相器を通り抜けないコンポーネント信号から、アンテナ要素駆動信号を生み出すように配置された、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記分割装置は、コンポーネント信号を、前記信号移相及び結合ネットワークへの入力のための更なるコンポーネント信号に分けるように配置された、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記信号移相及び結合ネットワークは、前記コンポーネント信号を移相し、ベクトル結合するために、移相器及びハイブリッド結合器(ハイブリッド)を用いる、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記ハイブリッドは180°ハイブリッドである、
ことを特徴とする請求項6に記載のシステム。 - 前記ハイブリッドは、円周が(n+1/2)λ、かつ隣接するポートがλ/4だけ離れているリングハイブリッドであり、ここでλは、その成分を使って各リングハイブリッドが構成されるRF信号の波長である、
ことを特徴とする請求項6に記載のシステム。 - 前記分割装置は、円周が(n+1/2)λ、かつ隣接する入力及び出力ポートがλ/4だけ離れているリングハイブリッドを含み、各ハイブリッドの一つの入力ポートは、システムインピーダンスに等しい抵抗器で終端され、整合負荷を形成する、
ことを特徴とする請求項8に記載のシステム。 - 前記ハイブリッドは、入力信号I1及びI2を、(I1+I2)及び(I1-I2)以外のベクトル和及び差分に変換するように設計された、
ことを特徴とする請求項6に記載のシステム。 - 前記分割装置、可変移相器、及び前記信号移相及び結合ネットワークは、アンテナ組立品として、前記アンテナアレイと同じ場所に配置され、該組立品は、リモートの信号源からの単一RF入力電力フィーダを持つ、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記分割装置は、第一、第二、及び第三のスプリッタを含み、前記第一のスプリッタは、前記第二及び第三のスプリッタから離して、前記可変移相器とともに配置され、かつ、前記第二及び第三のスプリッタ、前記信号移相及び結合ネットワーク、及び前記アンテナアレイは、アンテナ組立品として同じ場所に配置され、該組立品は、前記第一のスプリッタ及び可変移相器が置かれているリモートの信号源からの二重RF入力電力フィーダを持つ、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記可変移相器は、送信チャネルにおいて接続される第一の可変移相器であり、かつ、前記システムは、受信チャネルにおいて接続される第二の可変移相器、及び固定移相を提供する更なる送信及び受信チャネルを含み、かつ、前記信号移相及び結合ネットワークは、各モードにおいて電気チルトが独立して調整可能な状態で、前記送信チャネル内の信号に応じて、アンテナ要素駆動信号を生み出し、受信モードで作動するアンテナ要素により生じた信号から、受信チャネル信号を生み出すことにより、送信及び受信モードの両方で作動するように配置された、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記可変移相器は、それぞれのオペレータと関連付けられる複数の可変移相器のうちの1つであり、かつ、前記システムは、それぞれの可変移相器における移相の後、信号を共通信号供給装置へ送るためのフィルタリング及び結合装置を含み、前記共通信号供給装置は、電気チルトが独立して調整可能な状態で、分割装置、及び両方のオペレータからの寄与を含む信号をアンテナに提供するための信号結合及び移相ネットワークに接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記複数の可変移相器は、各オペレータと関連付けられる可変移相器のそれぞれのペアを含み、かつ、前記システムは、電気チルトが送信及び受信の両方のモードにおいて独立して調整可能な状態で、送信及び受信モードで作動するように、順方向及び逆方向の両方の信号処理能力を持つ構成要素を有する、
ことを特徴とする請求項14に記載のシステム。 - アンテナ要素のアレイを含む位相調整アレイアンテナシステムの電気チルトを調整する方法であって、
a)第一のRF信号と第二のRF信号との間に可変相対移相をもたらし、
b)前記相対移相された第一及び第二の信号を、コンポーネント信号に分け、及び、
c)前記コンポーネント信号をベクトル結合、及び相対移相させて、前記可変相対移相の変化に応じて前記アレイの電気チルトの角度が調整可能であるように、他の駆動信号に対して適当な位相調整を持つ、個々の各アンテナ要素のためのそれぞれの駆動信号を提供する、
ステップを含むことを特徴とする方法。 - 前記アレイは奇数の数のアンテナ要素を持つ、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 複数の可変移相器において移相を受けた、少なくとも一つのコンポーネント信号を生成することを含む、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 前記可変移相器は連動し、かつ、前記方法は、そのうちの幾つかは全ての前記可変移相器を通り抜け、幾つかは全ての前記可変移相器を通り抜けないコンポーネント信号から、アンテナ要素駆動信号を生み出すことを含む、
ことを特徴とする請求項18に記載の方法。 - コンポーネント信号を、前記信号移相及び結合ネットワークへの入力のための更なるコンポーネント信号に分けることを含む、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 前記コンポーネント信号を移相及びベクトル結合するために、移相器及びハイブリッドを用いる、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 前記ハイブリッドは180°ハイブリッドである、
ことを特徴とする請求項21に記載の方法。 - 前記ハイブリッドは、円周が(n+1/2)λ、かつ隣接する入力及び出力ポートがλ/4だけ離れているリングハイブリッドであり、ここで、nは整数であり、λは、その成分を使って各リングハイブリッドが構成されるRF信号の波長である、
ことを特徴とする請求項21に記載の方法。 - 前記分割装置は、円周が(n+1/2)λ、かつ隣接する入力及び出力ポートがλ/4だけ離れているリングハイブリッドを含み、各ハイブリッドの一つの入力ポートは、システムインピーダンスに等しい抵抗器で終端されて、整合負荷を形成する、
ことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 前記ハイブリッドは、入力信号I1及びI2を、(I1+I2)及び(I1-I2)以外のベクトル和及び差分に変換するように設計された、
ことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 前記アンテナアレイと同じ場所に配置されてアンテナ組立品を形成するネットワークにおいて、分割、可変移相、及びベクトル結合するための単一RF入力信号を、リモートの信号源から供給することを含む、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 互いに対して可変位相を持つ2つのRF入力信号を、リモートの信号源からアンテナ組立品へ供給し、信号を、前記アンテナアレイと同じ場所に配置されたネットワークにおいて分割、結合、及び移相することを含む、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 送信モード及び受信モードの両方での作動のために、送信及び受信チャネルを用い、かつ、電気チルトが各モードにおいて独立して調整可能な状態で、前記送信チャネル内の信号に応じてアンテナ要素駆動信号を生み出し、受信モードで作動するアンテナ要素によって生じた信号から、受信チャネル信号を生み出すことを含む、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 前記可変移相器が、それぞれのオペレータと関連付けられる複数の可変移相器のうちの1つであり、
a)それぞれの可変移相器における移相の後、信号を、フィルタリング及び結合し、前記分割装置、及び前記信号結合及び移相ネットワークに接続されている共通信号供給装置へ送り、
b)両方のオペレータからの寄与を含む信号を、前記アンテナへ提供し、及び
c)各オペレータと関連付けられる電気チルトを、独立して調整する
ステップを含むことを特徴とする、請求項16に記載の方法。 - 前記複数の可変移相器は、各オペレータと関連付けられる可変移相器のそれぞれのペアを含み、前記方法は、順方向及び逆方向の両方の信号処理能力を持つ構成要素を用い、電気チルトが各モードにおいて独立して調整可能な状態で、送信及び受信モードで作動することを含む
ことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
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