JP4841435B2 - Phased array antenna system with adjustable electrical tilt - Google Patents

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Abstract

A phased array antenna system with adjustable electrical tilt includes an array 62 of antenna elements 621 to 6210. It has a splitter 44 dividing a radio frequency (RF) carrier signal into two signals between which a phase shifter 46 introduces a variable phase shift. Further splitters 52 and 54 divide the relatively phase shifted signals into two sets of five signals. Four of each of the sets of five signals are vectorially combined in a network of 180 degree hybrid couplers 601 to 604. This provides vector sum and difference components which together with the fifth members of the sets are fed to respective fixed phase shifters 56, 58 and 641 to 6410. The phase shifters 641 to 6410 provide signals which are appropriately phased for use as phased array drive signals for respective antenna elements 621 to 6210. Adjustment of the single phase shift provided by the variable phase shifter 46 changes the angle of electrical tilt of the entire antenna array 62.

Description

本発明は、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に関するものである。それは、電気通信の多くの領域での使用に適しているが、一般的に移動電話ネットワークと呼ばれるセルラ移動無線ネットワークにおける特定の応用例が見出されている。特に、無制限にではないが、本発明のアンテナシステムを、GSMシステムのような第二世代(2G)移動電話ネットワーク、及びユニバーサル移動電話システム(UMTS)のような第三世代(3G)移動電話ネットワークで使用することができる。   The present invention relates to a phased array antenna system with adjustable electrical tilt. While it is suitable for use in many areas of telecommunications, particular applications have been found in cellular mobile radio networks, commonly referred to as mobile telephone networks. In particular, but not without limitation, the antenna system of the present invention can be applied to second generation (2G) mobile phone networks such as GSM systems and third generation (3G) mobile phone networks such as universal mobile phone systems (UMTS). Can be used in

セルラ移動無線ネットワークのオペレータは、一般的には、彼等自身の基地局を用い、その各々は、少なくとも1つのアンテナを持つ。セルラ移動無線ネットワークでは、アンテナは、基地局への通信を行うことができる有効範囲を定めることにおける主要な要素である。その有効範囲は、一般的には、多数の重なっているセルに分けられ、その各々はそれぞれのアンテナ及び基地局と関連付けられる、。セルはまた、一般的に、セクタにわけられて、通信の有効範囲を増大させる。   Cellular mobile radio network operators typically use their own base stations, each having at least one antenna. In cellular mobile radio networks, antennas are a key element in defining the effective range within which communication to a base station can be performed. Its coverage is typically divided into a number of overlapping cells, each associated with a respective antenna and base station. Cells are also generally divided into sectors to increase the coverage of communications.

各セクタのアンテナは、そのセクタ内の全ての移動無線受信機との無線通信のために、基地局に接続される。基地局は、通常、ポイントツーポイント無線リンク、又は固定地上通信線のような他の通信手段によって相互接続され、セルの有効範囲エリアじゅうの移動無線受信機が、互いに、ならびにセルラ移動無線ネットワーク外の公共電話網と通信することを、可能にする。   Each sector's antenna is connected to a base station for wireless communication with all mobile radio receivers in that sector. Base stations are usually interconnected by other means of communication such as point-to-point radio links or fixed landlines, and mobile radio receivers throughout the cell coverage area are connected to each other as well as outside the cellular mobile radio network. To communicate with the public telephone network.

位相調整アレイアンテナを使用するセルラ移動無線ネットワークは既知であり、そのようなアンテナは、ダイポール又はパッチのような、(通常、8又はそれ以上の)個別のアンテナ要素のアレイを備える。アンテナは、メインローブ及びサイドローブから成る輻射パターンを持つ。メインローブの中心は、アンテナの最大感度の方向、すなわち、そのメイン輻射ビームの方向である。アンテナ要素によって受信された信号が、アレイの端からの距離とともに線形に変化する遅延の分だけ遅延される場合には、アンテナのメイン輻射ビームが増大する遅延の方向に向けられるというのは、位相調整アレイアンテナの良く知られた特性である。ゼロ及び非ゼロの遅延の変動に対応するメイン輻射ビームの間の中心角、すなわち指向の角度は、アレイ間の距離に伴う遅延の変化の割合に依存する。   Cellular mobile radio networks that use phased array antennas are known, and such antennas comprise an array of (typically 8 or more) individual antenna elements, such as dipoles or patches. The antenna has a radiation pattern consisting of a main lobe and side lobes. The center of the main lobe is the direction of the maximum sensitivity of the antenna, that is, the direction of the main radiation beam. If the signal received by the antenna element is delayed by a delay that varies linearly with distance from the edge of the array, the main radiation beam of the antenna is directed in the direction of increasing delay. This is a well-known characteristic of a tuned array antenna. The central angle between the main radiation beams corresponding to zero and non-zero delay variations, i.e., the angle of pointing, depends on the rate of change in delay with distance between the arrays.

信号位相を変化させることにより、遅延を等価に実装することができ、従って、数式位相調整アレイとなる。それゆえ、異なるアンテナ要素に与えられた信号間の位相関係を調整することにより、アンテナパターンのメインビームを変えることができる。これは、ビームを指向させて、アンテナの有効範囲を変更することを可能にする。   By changing the signal phase, the delay can be implemented equivalently, thus resulting in a mathematical phase adjustment array. Therefore, the main beam of the antenna pattern can be changed by adjusting the phase relationship between signals applied to different antenna elements. This allows the beam to be directed to change the effective range of the antenna.

セルラ移動無線ネットワーク内の位相調整アレイアンテナのオペレータは、彼等のアンテナの垂直輻射パターン、すなわち垂直面におけるパターンの断面を調整したいという要求を持つ。これは、アンテナの有効範囲を調整するために、「チルト」としてもまた知られる、アンテナのメインビームの垂直角を変えるのに必須である。例えば、セルラネットワーク構造、或いは、基地局又はアンテナの数の変化を補償するために、このような調整が必要とされ得る。チルトのアンテナ角の調整は、機械的及び電気的の両方で知られており、かつ、個別に或いは組み合わせて知られている。   Operators of phased array antennas in cellular mobile radio networks have a desire to adjust their antenna's vertical radiation pattern, ie, the cross-section of the pattern in the vertical plane. This is essential for changing the vertical angle of the main beam of the antenna, also known as “tilt”, in order to adjust the effective range of the antenna. For example, such adjustments may be required to compensate for changes in the cellular network structure or the number of base stations or antennas. The adjustment of the antenna angle of tilt is known both mechanically and electrically and is known individually or in combination.

アンテナ要素、又はそれらのハウジング(レーダドーム)を移動させることにより、チルトのアンテナ角を機械的に調整することができ、それは、「機械チルト」の角度を調整する、と呼ばれる。前で説明したように、物理的な移動なしに、各アンテナアレイ要素(或いは、要素群)に与えられる、又はそれらから受信される信号の時間遅延又は位相を変化させることにより、チルトのアンテナ角を電気的に調整することができ、これは、「電気チルト」の角度を調整する、と呼ばれる。   By moving the antenna elements, or their housing (radar dome), the antenna angle of the tilt can be adjusted mechanically, which is referred to as adjusting the angle of the “mechanical tilt”. As described above, the tilt antenna angle can be changed by changing the time delay or phase of the signal applied to or received from each antenna array element (or group of elements) without physical movement. Can be electrically adjusted, which is referred to as adjusting the angle of the “electrical tilt”.

セルラ移動無線ネットワークにおいて使用される時、位相調整アレイアンテナの垂直輻射パターン(VRP)は、多数の重要な要件を持つ。
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
When used in cellular mobile radio networks, the phased array antenna vertical radiation pattern (VRP) has a number of important requirements.
1. High main lobe (or aiming) gain,
2. First upper sidelobe level that is low enough to avoid interference to mobiles using base stations in different cells or networks
3. First lower sidelobe level high enough to allow communication in the very vicinity of the antenna

これらの要件は相互に矛盾する。例えば、照準利得が増大すると、サイドローブのレベルが増大するであろう。照準レベルを基準として、-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。   These requirements contradict each other. For example, as the aiming gain increases, the sidelobe level will increase. Based on the aiming level, a first upper sidelobe level of -18 dB has been found to provide a reasonable compromise in overall system performance.

機械チルトの角、又は電気チルトの角のいずれかを調整する効果は、照準が水平面の上又は下のいずれかを指すように、その照準の位置を変えることであり、これは、アンテナの有効範囲を変える。   The effect of adjusting either the mechanical tilt angle or the electrical tilt angle is to change the position of the aim so that the aim is either above or below the horizontal plane, which is effective for the antenna. Change the range.

セルラ無線基地局のアンテナの機械チルト、及び電気チルトの両方を変えることができることが望ましく、これらの形のチルトは、アンテナの地上有効範囲、及びまたその基地局の非常に近辺の他のアンテナへの様々な影響を持つので、これは、セル又はセクタ有効範囲の最適化における最大の柔軟性を可能にする。さらに、電気チルトの角度を、アンテナ組立品から離れて調整できる場合には、動作効率が改善される。アンテナの機械チルトの角度は、そのレーダドームの位置を変えることにより調整できるのに対して、その電気チルトの角度を変えることは、アンテナのコスト及び複雑さを増大させる更なる電子回路を必要とする。さらに、多数のオペレータ間で単一のアンテナを共有する場合には、各オペレータに対して、個別の電気チルトの角度を提供することが好ましい。   It is desirable to be able to change both the mechanical and electrical tilt of the antenna of a cellular radio base station, and these forms of tilt can affect the ground coverage of the antenna and also to other antennas in the immediate vicinity of the base station. This allows for maximum flexibility in cell or sector coverage optimization. Furthermore, the operating efficiency is improved when the electrical tilt angle can be adjusted away from the antenna assembly. While the angle of the mechanical tilt of the antenna can be adjusted by changing the position of the radar dome, changing the angle of the electrical tilt requires additional electronic circuitry that increases the cost and complexity of the antenna. To do. Furthermore, when sharing a single antenna among multiple operators, it is preferable to provide each operator with a separate electrical tilt angle.

共有アンテナからの電気チルトの個別の角度の必要性は、これまで満たされず、システム性能の妥協という結果になっていた。電気チルトの角度を変えるために採用された手法の結果として、利得が減少した場合には、システム性能の更なる低下もまた起こり得る。   The need for a separate angle of electrical tilt from a shared antenna has not been met before, resulting in a compromise in system performance. If the gain decreases as a result of the approach employed to change the electrical tilt angle, further degradation in system performance may also occur.

R.C.Johnson著, Antenna Engineers Handbook, 3rd Ed 1993, McGraw Hill, ISBN 0-07-032381-X, Ch 20, 図20-2は、位相調整アレイアンテナの電気チルトの角度をローカル、又はリモートで調整するための方法を開示する。この方法では、無線周波(RF)送信機の搬送信号が、アンテナへ送られ、アンテナの輻射素子へ配信される。アンテナ間の距離の関数として信号位相を調整して、アンテナの電気チルトの角度を変えることができるように、各アンテナ要素は、可変移相器を関連付けられる。チルトされない時の電力の配信は、サイドローブレベル及び照準利得をセットするように、適合される。チルト範囲全体にわたってサイドローブレベルが増大しないように、チルトの全ての角度について位相面を制御する時、チルトの角度の最適な制御が得られる。必要な場合には、サーボ機構を使って、移相器の位置を制御することにより、電気チルトの角度をリモートで調整することができる。 RCJohnson, Antenna Engineers Handbook, 3 rd Ed 1993, McGraw Hill, ISBN 0-07-032381-X, Ch 20, Figure 20-2 shows how to adjust the electrical tilt angle of a phased array antenna locally or remotely A method is disclosed. In this method, a carrier signal of a radio frequency (RF) transmitter is sent to an antenna and delivered to the radiating element of the antenna. Each antenna element is associated with a variable phase shifter so that the signal phase can be adjusted as a function of the distance between the antennas to change the angle of the electrical tilt of the antenna. The distribution of power when not tilted is adapted to set the sidelobe level and aiming gain. Optimal control of the tilt angle is obtained when the phase plane is controlled for all tilt angles so that the sidelobe level does not increase over the entire tilt range. If necessary, the electrical tilt angle can be remotely adjusted by controlling the position of the phase shifter using a servomechanism.

この従来技術の方法のアンテナは、多数の不利な点を持つ。各アンテナ要素について、可変移相器が必要とされる。必要とされるそのような移相器の数のため、アンテナのコストは高い。要素ごとではなく、アンテナ要素の群について、単一の共通遅延デバイス又は移相器を使用することにより、コストを下げることができるが、これは、サイドローブのレベルを増大させる。例えば、公開された国際特許出願第WO 03/036756号、及び日本の特許出願第JP20011211025 A号を参照せよ。   The antenna of this prior art method has a number of disadvantages. For each antenna element, a variable phase shifter is required. Due to the number of such phase shifters required, the cost of the antenna is high. The cost can be reduced by using a single common delay device or phase shifter for a group of antenna elements rather than element by element, but this increases the level of sidelobes. For example, see published international patent application WO 03/036756 and Japanese patent application JP20011211025 A.

遅延デバイスの機械的結合を使用して、遅延を調整することができるが、これを正しく行うことは難しい。さらに、機械連結及び歯車は、遅延の最適でない分配という結果になる。アンテナが下方へチルトされる時、上側サイドローブのレベルが増大し、従って、他の基地局を使う移動体に対する干渉源となる可能性のあるものをもたらす。アンテナを多数のオペレータにより共有する場合には、オペレータは、異なる角度ではなく、電気チルトの共通の角度を持つことが好ましい。結局、異なる周波数でアップリンク及びダウンリンクを持つ通信システム(周波数分割二重システム)において、アンテナを使用する場合には、信号処理構成要素の周波数依存の特性のため、送信モードにおける電気チルトの角度は、受信モードにおける電気チルトの角度とは異なる。   Although the delay device's mechanical coupling can be used to adjust the delay, it is difficult to do this correctly. In addition, mechanical linkages and gears result in non-optimal distribution of delay. When the antenna is tilted downward, the level of the upper sidelobe increases, thus providing what can be a source of interference for mobiles using other base stations. When the antenna is shared by multiple operators, it is preferred that the operators have a common angle of electrical tilt rather than different angles. After all, when using antennas in communication systems with uplink and downlink at different frequencies (frequency division duplex system), the angle of electrical tilt in transmission mode due to the frequency dependent nature of the signal processing components Is different from the electric tilt angle in the reception mode.

国際特許出願第PCT/GB2002/004166号、及び第PCT/GB2002/004930号は、アンテナに接続された一対の信号供給間の位相の差異により、アンテナの電気チルトの角度をローカルで、又はリモートで調整することを説明する。   International Patent Applications Nos. PCT / GB2002 / 004166 and PCT / GB2002 / 004930 are based on the difference in phase between a pair of signal supplies connected to an antenna, and the angle of the electrical tilt of the antenna can be locally or remotely. Explain the adjustment.

位相調整アレイアンテナシステムの代替の形を提供することが、本発明の目的である。   It is an object of the present invention to provide an alternative form of phased array antenna system.

本発明は、調整可能な電気チルトを持ち、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を提供し、本システムは以下を含むことを特徴とする。
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。
The present invention provides a phased array antenna system having an adjustable electrical tilt and comprising an array of antenna elements, the system comprising:
a) a variable phase shifter to provide a variable relative phase shift between the first and second RF signals;
b) a splitting device for splitting the phase-shifted first and second signals into component signals; and
c) form a vector combination of the component signals so that the electrical tilt angle of the array can be adjusted in response to changes in the variable relative phase shift caused by the variable phase shifter. A signal combining network for providing a respective drive signal for each individual antenna element with an appropriate phase adjustment to the drive signals.

本発明は、従来技術のような、アンテナ要素又はアンテナ要素群ごとに一つの可変移相器というのではなく、たった一つの信号可変移相器を使用して、アレイ全体における電気チルトを調整することが可能である、という利点を提供する。一又はそれ以上の更なる移相器を使用する場合には、電気チルトの範囲の拡大を獲得することができる。   The present invention uses only one signal variable phase shifter to adjust the electrical tilt in the entire array rather than one variable phase shifter per antenna element or group of antenna elements as in the prior art. It offers the advantage that it is possible. If one or more further phase shifters are used, an extended range of electrical tilt can be obtained.

本アンテナシステムは、奇数個の数のアンテナを持つことができる。前記可変移相器は、第一の可変移相器とすることでき、本システムは、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、かつ、前記第二の可変移相器が、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のための更なるコンポーネント信号出力を提供する。   The antenna system can have an odd number of antennas. The variable phase shifter may be a first variable phase shifter, and the system is configured to shift a component signal phase shifted by the first variable phase shifter. The signal coupling and phase shifting network, including a variable phase shifter, wherein the second variable phase shifter is either directly or via one or more splitter / variable phase shifter combinations. Provides additional component signal output for

前記可変移相器は、複数の可変移相器のうちの1つとすることができ、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可変移相器を通り抜け、幾つかは全ての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る。   The variable phase shifter may be one of a plurality of variable phase shifters, the signal phase shift and coupling network, some of which pass through all the variable phase shifters, some of which are all An antenna element drive signal is generated from a component signal that does not pass through the variable phase shifter.

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、配置することができる。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、及び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)を用いることができる。ハイブリッドは、180°ハイブリッドとすることができ、また、和及び差分ハイブリッドとして知られる。ハイブリッドは、各々が、円周が(n+1/2)λ、入力ポート及び出力ポートがλ/4だけ離れているリングハイブリッドとして構成することができ、ここで、nは整数、及びλは、各リングハイブリッドがその成分で構成されるRF信号の波長である。各ハイブリッドの入力及び出力ポートは、システムインピーダンスと整合する。   The splitting device can be arranged to split a component signal into further component signals for input to the signal phase shift and coupling network. The signal phase shift and combination network can use a phase shifter and a hybrid combiner (hybrid) to phase and vector combine the component signals. The hybrid can be a 180 ° hybrid and is also known as a sum and difference hybrid. The hybrid can be configured as a ring hybrid, each with a circumference of (n + 1/2) λ and the input and output ports separated by λ / 4, where n is an integer and λ is , The wavelength of the RF signal in which each ring hybrid is composed of its components. Each hybrid input and output port matches the system impedance.

前記コンポーネント信号をベクトル結合するためのハイブリッドは、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、設計されるであろう。   The hybrid for vector combining the component signals will be designed to convert the input signals I1 and I2 into vector sums and differences other than (I1 + I2) and (I1-I2).

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を、アンテナアレイと同じ場所に配置して、アンテナ組立品を形成することができ、前記組立品は、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。そのかわりに、前記分割装置は、第一、第二、及び第三のスプリッタを含むことができ、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、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、かつ、前記組立品は、前記第一のスプリッタ及び可変移相器が配置さ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。   The splitting device, variable phase shifter, and signal phase shift and coupling network can be co-located with an antenna array to form an antenna assembly, the assembly being from a remote signal source. With a single RF input power feeder. Instead, the splitting device can include first, second, and third splitters, the first splitter being separated from the second and third splitters and the variable phase shifter. And the signal phase and coupling network, and the antenna array are co-located as an antenna assembly, and the assembly is disposed with the first splitter and a variable phase shifter. With dual RF input power feeder from remote signal source.

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とすることができ、本システムは、受信チャネルにおいて接続される第二の可変移相器を含む。可変移相ではなく、固定移相を提供する同様な送信及び受信チャネルが、存在するであろう。次に、前記信号移相及び結合ネットワークは、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で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において作動するように配置される。そのとき、電気チルトの角度は、各モードにおいて独立して調整可能である。   The variable phase shifter may be a first variable phase shifter connected in the transmission channel, and the system includes a second variable phase shifter connected in the receive channel. There will be similar transmit and receive channels that provide a fixed phase shift rather than a variable phase shift. The signal phase shifting and combining network then generates an antenna element drive signal in response to the signal in the transmission channel and generates a reception channel signal from the signal generated at the antenna element operating in the reception mode. Arranged to operate in both modes. At that time, the angle of electric tilt can be adjusted independently in each mode.

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つとすることができ、かつ、本システムは、それぞれの可変移相器において、移相した後、信号を共通信号供給装置へルーティングす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分割装置、及び、電気チルトが独立して調整可能な状態で、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、に接続される。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、それぞれの可変移相器のペアを備えることができ、かつ、本システムは、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であろう。   The variable phase shifter may be one of a plurality of variable phase shifters associated with each operator, and the system outputs a signal after phase shifting in each variable phase shifter. Including a filtering and combining device for routing to a common signal supply device, said common signal supply device antenna and a signal containing contributions from both operators, with the electrical tilt being adjustable independently Connected to a signal coupling and phase shift network. The plurality of variable phase shifters can comprise a respective pair of variable phase shifters associated with each operator, and the system is capable of independently adjusting the electrical tilt in each mode; It will have components with both forward and reverse signal processing capabilities to operate in transmit and receive modes.

更なる側面として、本発明は、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を提供し、本方法は、以下を含むことを特徴とする。
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。
As a further aspect, the present invention provides a method for adjusting the electrical tilt of a phased array antenna system including an array of antenna elements, the method comprising:
a) providing a variable relative phase shift between the first RF signal and the second RF signal;
b) separating the relative phase-shifted first and second signals into component signals; and
c) The component signals are vector combined and relative phase shifted so that the electrical tilt angle of the array can be adjusted in response to changes in the variable relative phase shift. Provide a drive signal for each individual antenna with phase adjustment.

前記アレイは、奇数の数のアンテナ要素を持つことができる。   The array can have an odd number of antenna elements.

本方法は、複数の可変移相器において移相を受ける少なくとも1つのコンポーネント信号を生成するステップ、を含むことができる。前記可変移相器は連動することができ、本方法は、そのうちの幾つかは全ての可変移相器を通り抜け、幾つかは全ての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ステップ、を含む。   The method can include generating at least one component signal that undergoes phase shifting in a plurality of variable phase shifters. The variable phase shifters can be interlocked, and the method includes a component signal that passes through all variable phase shifters, some of which do not pass through all variable phase shifters, and an antenna element drive signal. Creating a step.

本方法は、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ステップ、を含むことができる。それは、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を用いることができる。ハイブリッドは180°ハイブリッドとすることができる。それらは、円周が(n+1/2)λ、かつ入力及び出力ポートがλ/4だけ離れたリングハイブリッドとすることができ、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。前記分割装置はまた、このようなリングハイブリッドを含むことができ、各ハイブリッドの1つのポートは、値が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。   The method may include dividing the component signal into further component signals for input to the signal phase shift and combining network. It can use phase shifters and hybrids to phase and vector combine the component signals. The hybrid can be a 180 ° hybrid. They can be ring hybrids whose circumference is (n + 1/2) λ and whose input and output ports are separated by λ / 4, where n is an integer and λ is its component It is the wavelength of the RF signal that each ring hybrid uses. The splitting device can also include such a ring hybrid, where one port of each hybrid is terminated with a resistor whose value is equal to the system impedance to form a matched load.

前記コンポーネント信号をベクトル結合するためのハイブリッドは、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、設計することができる。   The hybrid for vector combination of the component signals can be designed to convert the input signals I1 and I2 into vector sums and differences other than (I1 + I2) and (I1-I2).

本方法は、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ステップ、を含むことができる。そのかわりに、本方法は、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に供給し、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、信号を分割、移相、及び結合するステップ、を含むこともできる。それは、送信及び受信の両方のモードでの動作のために、送信及び受信チャネルを用いることができ、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、かつ、受信モードで作動するアンテナ要素で生じた信号から、受信チャネル信号を生み出す。   The method provides a single RF input signal from a remote signal source for splitting, variable phase shifting, and vector combining in a network co-located with the antenna array to form an antenna assembly. , Can be included. Instead, the method supplies two RF input signals with variable phase relative to each other from a remote signal source to the antenna assembly and splits the signal in a network co-located with the antenna array. , Phase shifting, and combining steps. It can use transmit and receive channels for operation in both transmit and receive modes, generate antenna element drive signals in response to signals in the transmit channels, and operate in receive mode A receive channel signal is generated from the signal generated at the element.

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一つとすることができ、かつ、前記方法は以下のステップを含む。
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。
The variable phase shifter may be one of a plurality of variable phase shifters associated with each operator, and the method includes the following steps.
a) after phase shifting in each variable phase shifter, filters and combines the signals and sends them to the splitting device and the common signal supply device connected to the signal combining and phase shifting network;
b) providing a signal including contributions from both operators to the antenna; and
c) Adjust the electrical tilt associated with each operator independently.

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備えることができる。前記方法は、順方向及び逆方向の両方の信号処理能力を有する構成要素を用い、かつ、前記方法は、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ステップ、を含むことができる。   The plurality of variable phase shifters may comprise a respective pair of variable phase shifters associated with each operator. The method uses components having both forward and reverse signal processing capabilities, and the method operates in transmit and receive modes with electrical tilt adjustable independently in each mode. Steps.

本発明をより完全に理解することができるようにするために、ここで、その実施形態を、添付図面を参照して、例としてのみ、説明する。   In order that the present invention may be more fully understood, embodiments thereof will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.

(詳細な説明)
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。
(Detailed explanation)
All the examples shown use connection points where the source impedance is equal to the respective load impedance to form a “matched” system. The matching system maximizes the power transmitted from the signal source to the load and avoids signal reflection. When a signal line is terminated with a resistor (see, eg, FIG. 6), the value of that resistor is equal to the system impedance to form an anti-reflection termination.

図1を参照すると、個々のアンテナ要素(示されていない)の位相調整アレイであるアンテナ12の垂直輻射パターン(VRP)10a及び10bが、示されている。アンテナ12は、平面であり、中心14を持ち、かつ、図面の面において垂直方向に延びる。VRP 10a及び10bは、アンテナ12間の距離に伴う、アンテナ要素信号の遅延又は位相のゼロ及び非ゼロの変動に、それぞれ対応する。それらは、中心線或いは「照準」18a、18bを持つそれぞれのメインローブ16a、16b、第一の上側サイドローブ20a、20b、及び第一の下側サイドローブ22a、22bを持ち、ここで、18cは、非ゼロの等価物18bとの比較のため、遅延の変動がゼロの場合の照準方向を示している。例えば、サイドローブ20のように、添字a又はbなしで参照される時は、その要素の関連するペアのいずれも、区別なく参照される。VRP10bは、VRP10aに対して(示すように下向きに)チルトされ、すなわち、アンテナ12間の距離とともに遅延が変化する割合に依存した大きさを持つメインビーム中心線18bと18cとの間の角度、すなわち、チルト角が存在する。   Referring to FIG. 1, vertical radiation patterns (VRP) 10a and 10b of an antenna 12, which is a phased array of individual antenna elements (not shown), are shown. The antenna 12 is a plane, has a center 14 and extends in the vertical direction in the plane of the drawing. VRP 10a and 10b correspond to zero and non-zero variations in antenna element signal delay or phase with distance between antennas 12, respectively. They have a respective main lobe 16a, 16b with a centerline or "sighting" 18a, 18b, a first upper side lobe 20a, 20b, and a first lower side lobe 22a, 22b, where 18c Indicates the aiming direction when the delay variation is zero for comparison with the non-zero equivalent 18b. For example, when referred to without the subscript a or b, such as the side lobe 20, any associated pair of the elements is referred to indistinctly. VRP 10b is tilted (downward as shown) relative to VRP 10a, ie, the angle between main beam centerlines 18b and 18c having a magnitude that depends on the rate at which the delay varies with the distance between antennas 12, That is, there is a tilt angle.

VRPは、多数の条件を満たさなければならない。a)高照準利得、b)第一の上側サイドローブ20が、他のセルを使用する移動体に干渉をもたらすのを避けるのに充分な低いレベルでなければならない、及びc)第一の下側サイドローブ22が、アンテナの非常に近辺において通信が可能であるのに充分でなければならない。   VRP must satisfy a number of conditions. a) high aiming gain, b) the first upper sidelobe 20 must be at a low enough level to avoid causing interference to mobiles using other cells, and c) below the first The side side lobes 22 must be sufficient to allow communication very close to the antenna.

それらの要件は、相互に矛盾している。例えば、照準利得を最大化することは、サイドローブ20、22を増大させるであろう。照準レベル(メインビーム16の長さ)に対して、
-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。
Those requirements contradict each other. For example, maximizing the aiming gain will increase the side lobes 20,22. For the aiming level (length of main beam 16)
A first upper sidelobe level of -18 dB has been found to provide a reasonable compromise in overall system performance. By reducing the effective aperture of the antenna, the aiming gain decreases in proportion to the cosine of the tilt angle. Depending on how much the tilt angle changes, there will be a further reduction in aiming gain.

機械チルトの角度、又は電気チルトの角度のいずれかを調整することの効果は、照準が水平面の上又は下のいずれかを指すように、照準の位置を変え、それにより、アンテナの有効範囲を増大又は減少させることである。機械チルト、及び電気チルトの各々は、地上有効範囲の形状及び領域への別々の影響を持ち、また、非常に近辺、及び隣接するセルの両方における他のアンテナへも別々の影響を持つので、使用の最大柔軟性のため、セルラ無線基地局は、利用可能な機械チルト、及び電気チルトの両方を持つことが好ましい。アンテナから離れて、そのアンテナの電気チルトを調整できる場合には、また都合がよい。さらに、多数のオペレータ間で単一のアンテナを共有する場合には、各オペレータについて個々の電気チルト角を提供することが好ましい。   The effect of adjusting either the mechanical tilt angle or the electrical tilt angle is to change the aim position so that the aim is either above or below the horizontal plane, thereby reducing the effective range of the antenna. To increase or decrease. Each of the mechanical tilt and electrical tilt has a separate effect on the shape and area of the ground coverage, and also has a separate effect on other antennas in both the very near and adjacent cells, For maximum flexibility of use, the cellular radio base station preferably has both mechanical and electrical tilt available. It is also convenient if the electrical tilt of the antenna can be adjusted away from the antenna. Furthermore, when sharing a single antenna among multiple operators, it is preferable to provide individual electrical tilt angles for each operator.

ここで図2を参照すると、電気チルトの角度が調整可能である、従来技術の位相調整アレイアンテナシステム30を示している。システム30は、無線周波(RF)送信機搬送信号のための入力32を含み、その入力は、電力配信ネットワーク34に接続されている。ネットワーク34は、移相器Phi.E0、Phi.E1L〜Phi.E[n]L、及びPhi.E1U〜Phi.E[n]Uを介して、それぞれ、位相調整アレイアンテナシステム30のそれぞれの輻射アンテナ要素E0、E1L〜E[n]L、及びE1U〜E[n]Uに接続される。ここで、添字U及びLは、それぞれ、上側及び下側を示しており、位相調整アレイサイズを定めるnは、2より大きい任意の正の整数であり、かつ、36のような点線は、如何なる所望のアレイサイズについても要求される通りに、関連要素を複製できること、を示している。   Referring now to FIG. 2, a prior art phased array antenna system 30 is shown in which the electrical tilt angle is adjustable. System 30 includes an input 32 for a radio frequency (RF) transmitter carrier signal that is connected to a power distribution network 34. The network 34 is connected to each of the phase-adjusted array antenna systems 30 via phase shifters Phi.E0, Phi.E1L to Phi.E [n] L, and Phi.E1U to Phi.E [n] U, respectively. Connected to the radiating antenna elements E0, E1L to E [n] L, and E1U to E [n] U. Here, the subscripts U and L indicate the upper side and the lower side, respectively, n defining the phase adjustment array size is an arbitrary positive integer larger than 2, and a dotted line such as 36 is any It shows that the relevant elements can be replicated as required for the desired array size.

位相調整アレイアンテナシステム30は、以下のように作動する。RF送信機搬送信号が、入力32を介して、電力配信ネットワーク34へ供給される。ネットワーク34は、この信号を、移相器Phi.E0、Phi.E1L〜Phi.E[n]L及びPhi.E1U〜Phi.E[n]U間で分け(等しく分ける必要はない)、それら移相器は、受信した信号を移相し、その結果として生じる移相された信号を、それぞれの関連アンテナ要素E0、E1L〜E[n]L、E1U〜E[n]Uへ送る。各要素についての移相及び信号振幅は、適当な電気チルトの角度を選択するように、選択される。チルトの角度がゼロである時、サイドローブのレベル、及び照準利得を適切にセットするように、ネットワーク34による電力の分配が選択される。サイドローブのレベルがチルトの範囲全体にわたって著しく増大しないように、チルトの全ての角度について位相面を制御する時、チルトの角度の最適な制御が獲得される。必要な場合には、サーボ機構を使って、移相器Phi.E0、Phi.E1L〜Phi.E[n]L及びPhi.E1U〜Phi.E[n]Uを制御することにより、電気チルトの角度をリモートで調整することができ、それは、機械的に作動させることができる。   The phased array antenna system 30 operates as follows. An RF transmitter carrier signal is provided to power distribution network 34 via input 32. Network 34 divides this signal between phase shifters Phi.E0, Phi.E1L-Phi.E [n] L and Phi.E1U-Phi.E [n] U (not necessarily equal) The phase shifter phase shifts the received signal and sends the resulting phase shifted signal to the respective associated antenna element E0, E1L-E [n] L, E1U-E [n] U. The phase shift and signal amplitude for each element is selected to select the appropriate electrical tilt angle. When the tilt angle is zero, the distribution of power by the network 34 is selected to set the sidelobe level and aiming gain appropriately. Optimal control of the tilt angle is obtained when controlling the phase plane for all angles of tilt so that the sidelobe level does not increase significantly over the entire tilt range. If necessary, the electric tilt can be controlled by controlling the phase shifters Phi.E0, Phi.E1L to Phi.E [n] L and Phi.E1U to Phi.E [n] U using a servomechanism. Can be remotely adjusted and it can be mechanically actuated.

従来技術の位相調整アレイアンテナシステム30は、以下のような多数の不利な点を持つ。
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。
The prior art phased array antenna system 30 has a number of disadvantages as follows.
a) Each phase shifter is required for each antenna element or element group.
b) The cost of the antenna is high due to the number of required phase shifters.
c) Cost savings by adding a phase shifter to the group of elements increases the level of side lobes.
d) Mechanical coupling and gears are used that are difficult to mechanically couple phase shifters to set the delay correctly and result in a non-optimal delay scheme.
e) When the antenna is tilted downward, the level of the upper side lobe increases, bringing to mobiles that use other cells what could be a source of interference.
f) If the antenna is shared by different operators, all must use the same angle of electrical tilt.
g) In systems with uplink and downlink of different frequencies (frequency division duplex system), the electrical tilt angle in transmission is different from the electrical tilt angle in reception.

ここで、図3を参照すると、調整可能な電気チルトの角度を持つ、本発明の位相調整アレイアンテナシステム40を示している。システム40は、この分野では「レベル」と呼ばれる、41のような点線のペア間に示される、5つの連続した機能領域401〜405を含む。それは、RF搬送送信信号のための入力42を持つ。入力42は、入力として、電力スプリッタ44に接続され、振幅V1A、V1Bを持つ2つの出力信号を提供し、これらは、それぞれ、可変移相器46、及び第一の固定移相器48への入力信号となる。移相器46及び48を、等価的に、時間遅延として考えることができる。それらの移相器は、それぞれの出力信号V2B及びV2Aを、2つの電力スプリッタ52及び54へ、それぞれ提供する。電力スプリッタ52及び54は、それぞれ、52a及び54aのようなn個の出力を持つ。ここで、nは、2又はそれ以上の数に等しい正の整数であり、点線の出力52b及び54bは、あらゆる場合において、如何なる所望の位相調整アレイサイズについても要求される通りに複製することのできる出力、を示している。 Referring now to FIG. 3, there is shown a phased array antenna system 40 of the present invention having an adjustable electrical tilt angle. System 40, in the field called "level", including functional region 40 1-40 5 such as shown between dashed pairs, where five consecutive as 41. It has an input 42 for the RF carrier transmit signal. Input 42 is connected as an input to power splitter 44 and provides two output signals with amplitudes V1A, V1B, which are connected to variable phase shifter 46 and first fixed phase shifter 48, respectively. Input signal. Phase shifters 46 and 48 can be considered equivalently as time delays. These phase shifters provide respective output signals V2B and V2A to two power splitters 52 and 54, respectively. Power splitters 52 and 54 have n outputs such as 52a and 54a, respectively. Where n is a positive integer equal to 2 or more and the dotted outputs 52b and 54b can be replicated in any case as required for any desired phased array size. Shows the possible output.

52a及び54aのような電力スプリッタの出力は、それぞれ、振幅Va1〜Va[n]及びVb1〜Vb[n](文字Vなしで示されている)を持つ出力信号を提供する。後でより詳細に説明するように、これらの出力信号のうちの幾つかは、他と等しい振幅を持ち、また、幾つかは、他と等しくない振幅を持つであろう。10個のアンテナ要素(n=5)を持つ(説明される)一実施形態では、Va1=Va2=Va3、Vb3=Vb4=Vb5 であり、Va4=Vb2 かつ Va5=Vb1 である。これらの出力信号は、移相及び結合レベル404へ送られ、このレベル404は、第二及び第三の固定移相器56及び58、及び、60で集合的に示されるベクトル結合ネットワークを含む。後に、レベル404をより詳細に説明する。レベル404は、それぞれの固定移相器641〜64nを介して、位相調整アレイ62の等間隔のアンテナ要素621〜62nに、駆動信号を提供する。ここで、前のように、nは、2に等しい、或いはそれより大きい任意の正の整数であるが、電力スプリッタ52及び54におけるnの値と等しく、かつ、位相調整アレイのサイズは2n個のアンテナ要素である。内部アンテナ要素622及び623は点線で示されていて、如何なる所望の位相調整アレイのサイズについても要求される通りに、それらを複製できることを示している。 The outputs of power splitters such as 52a and 54a provide output signals with amplitudes Va1 to Va [n] and Vb1 to Vb [n] (shown without the letter V), respectively. As will be described in more detail later, some of these output signals will have amplitudes equal to others, and some will have amplitudes not equal to others. In one embodiment (described) with 10 antenna elements (n = 5), Va1 = Va2 = Va3, Vb3 = Vb4 = Vb5, Va4 = Vb2 and Va5 = Vb1. These output signals are sent to the phase shift and coupling level 40 4, the level 40 4, the second and third phase shifters 56 and 58, and, a vector combination network, collectively indicated at 60 Including. Later, describing the level 40 4 in more detail. Level 40 4 provides drive signals to equally spaced antenna elements 62 1 -62 n of phase adjustment array 62 via respective fixed phase shifters 64 1 -64 n . Here, as before, n is any positive integer equal to or greater than 2, but equal to the value of n in the power splitters 52 and 54, and the size of the phase adjustment array is 2n Antenna element. Internal antenna elements 62 2 and 62 3 are shown in dotted lines, indicating that they can be replicated as required for any desired phased array size.

位相調整アレイアンテナシステム40は、以下のように作動する。RF送信機搬送信号は、入力42を介して、電力スプリッタ44へ送られ(単一のフィーダ)、そこで、そのRF送信機搬送信号は、(この例では、等しい電力の)信号V1A、及びV1Bに分けられる。信号V1A及びV1Bは、それぞれ、可変移相器及び固定移相器46及び48へ送られる。可変移相器46は、オペレータ選択可能な移相、又は時間遅延を加え、ここで加えられた移相の度数が、アンテナ要素621等の、位相調整アレイ全体62の電気チルトの角度を制御する。固定移相器48は、必須ではないが、便利である。それは、可変移相器46によって付加可能な最大移相ΦMの半分となるように便宜的に選択された固定移相を加える。これは、V1Aが、V1Bに対して-ΦM/2〜+ΦM/2の範囲内で、位相について可変であることを可能にし、移相後のこれらの信号は、移相器46及び48からの出力後に呼ばれるV2B及びV2Aとなる。 The phased array antenna system 40 operates as follows. The RF transmitter carrier signal is sent via input 42 to power splitter 44 (single feeder), where the RF transmitter carrier signal is the signals V1A and V1B (equal power in this example). It is divided into. Signals V1A and V1B are sent to variable and fixed phase shifters 46 and 48, respectively. The variable phase shifter 46 adds an operator selectable phase shift, or time delay, where the applied phase shift frequency controls the electrical tilt angle of the entire phase adjustment array 62, such as the antenna element 62 1 To do. The fixed phase shifter 48 is not essential, but is convenient. It adds a fixed phase shift that is conveniently selected to be half the maximum phase shift Φ M that can be added by the variable phase shifter 46. This allows V1A to be variable in phase within the range of -Φ M / 2 to + Φ M / 2 relative to V1B, and these signals after phase shift are phase shifter 46 and V2B and V2A are called after output from 48.

電力スプリッタ52及び54の各々は、信号V2B或いはV2Aを、n個の出力信号Vb1〜Vb[n]或いはVa1〜Va[n]のそれぞれのセットに分け、ここで、各セットにおける各信号の電力Vb1等或いはVa1等は、そのセット内の他の信号の電力と必ずしも等しいわけではない。セットVa1等及びVb1等全体にわたる信号電力の変化は、アレイ62内のアンテナ要素621等の異なる数の場合、異なる。 Each of the power splitters 52 and 54 divides the signal V2B or V2A into respective sets of n output signals Vb1 to Vb [n] or Va1 to Va [n], where the power of each signal in each set Vb1 etc. or Va1 etc. are not necessarily equal to the power of other signals in the set. Set Va1 like and Vb1 etc. throughout the signal power variation in the case of different numbers of such antenna elements 62 1 in the array 62, different.

出力信号のセットVb1〜Vb[n]のうちの一つは、第二の移相器56を介して、それぞれの固定アンテナ移相器643へ送られ、同様に、出力信号のセットVa1〜Va[n]のうちの一つは、第三の移相器58を介して、他のアンテナ移相器648へ送られる。第二及び第三の移相器56及び58は、埋め込み移相をもたらして、結合ネットワーク60によってもたらされた移相を補償する。セットVb1〜Vb[n]及びVa1〜Va[n]内の他の信号は、ネットワーク60において、2つ一組となって結合されて、移相器641等を介して、それぞれのアンテナ要素621等を駆動するためのベクトル加算合成信号を生み出す。固定移相器641等は、アレイ62全体にわたる要素の幾何学的配置によって、様々なアンテナ要素621等の間で異なる固定移相を課す。可変移相器46によって、信号V1AとV1Bとの間にゼロの位相差が課された時、これは、アレイ62の照準についてのゼロ基準方向(図1における18a及び18b)をセットする。アンテナ移相器641等は必須ではないが、それらを使用して、a)チルト処理によってもたらされた移相を正しく調和させ、b)チルト範囲全体にわたってサイドローブの抑制を最適化し、及びc)任意の固定角の電気チルトをもたらすことができるので、それらは好ましい。 One of the set of output signals Vb1~Vb [n] via the second phase shifter 56 is fed to a respective fixed antenna phase shifter 64 3 Similarly, a set of output signals Va1~ one of the va [n] via the third phase shifter 58 and sent to another antenna phase shifter 64 8. Second and third phase shifters 56 and 58 provide an embedded phase shift to compensate for the phase shift provided by the coupling network 60. Other signals within the set Vb1~Vb [n] and Va1~Va [n], in the network 60, is coupled with a two pair, via a phase shifter 64 1, etc., each of the antenna elements 62 Generates a vector addition combined signal to drive 1 etc. The fixed phase shifter 64 1, etc. imposes different fixed phase shifts between the various antenna elements 62 1, etc., depending on the element geometry throughout the array 62. When variable phase shifter 46 imposes a zero phase difference between signals V1A and V1B, this sets the zero reference direction (18a and 18b in FIG. 1) for the aim of array 62. Antenna phase shifters 64 1 etc. are not essential, but they can be used to: a) correctly harmonize the phase shift caused by the tilt process, b) optimize sidelobe suppression over the entire tilt range, and c) They are preferred because they can provide an electrical tilt of any fixed angle.

アレイ60の電気チルトの角度は、一つの可変移相器である可変移相器46を使用することにより、単純に可変である。これは、あらゆるアンテナ要素又はアンテナ要素の部分群について一つある、複数の可変移相器を持つという従来技術の要件に匹敵する。可変移相器46によってもたらされた位相差が、固定移相48に対して正である時、アンテナは一方向にチルトし、その位相差が固定移相48に対して負である時、アンテナはその反対方向にチルトする。   The angle of electrical tilt of the array 60 is simply variable by using a variable phase shifter 46, which is one variable phase shifter. This is comparable to the prior art requirement of having multiple variable phase shifters, one for every antenna element or subgroup of antenna elements. When the phase difference introduced by the variable phase shifter 46 is positive with respect to the fixed phase shift 48, the antenna tilts in one direction, and when the phase difference is negative with respect to the fixed phase shift 48, The antenna tilts in the opposite direction.

多数のユーザが存在する場合には、各ユーザは、それぞれの位相調整アレイアンテナシステム40を持つであろう。そのかわりに、ユーザが共通アンテナを共有することが要求される場合には、個々の電気チルトの能力を保持しながら、各ユーザは、図3におけるレベル401及び402のそれぞれのセットを持つであろう。さらに、レベル403、404、及び405から成る結合ネットワークは、アンテナアレイ62へ送るために、スプリッタ44、及び移相器又は遅延46及び48の複数のセットから生じる信号を結合することが、求められる。公開された国際特許出願第WO 03/043127 A3号は、この方法での共有を説明しているが、それは、アンテナ要素の複数の部分群を持つアンテナを使用し、部分群内の各アンテナ要素は、要素駆動信号の同じ位相を有する。アンテナシステム40では、位相調整アレイの性能の改善のために必要とされるように、アンテナ要素621〜62nの全てが、要素駆動信号の異なる位相を持つ。 If there are multiple users, each user will have a respective phased array antenna system 40. Instead, if users are required to share a common antenna, each user has a respective set of levels 40 1 and 40 2 in FIG. 3 while retaining the individual electrical tilt capability. Will. Further, a combined network consisting of levels 40 3 , 40 4 , and 40 5 may combine signals originating from splitters 44 and multiple sets of phase shifters or delays 46 and 48 for transmission to antenna array 62. ,Desired. Published international patent application WO 03/043127 A3 describes sharing in this way, it uses antennas with multiple subgroups of antenna elements, and each antenna element in the subgroup Have the same phase of the element drive signal. In the antenna system 40, all of the antenna elements 62 1 -62 n have different phases of the element drive signals, as required to improve the performance of the phased array.

アンテナシステム40が、その電気チルト範囲全体にわたって維持される、良いサイドローブ抑制を有することを、示すことができる。アンテナシステム40は、同様なレベルの性能を提供する現代の設計よりも、低いコストで実装することができる。単一の可変遅延デバイスを使って、その電気チルトをリモートで調整することができ、これは、各オペレータに個別の電気チルトの角度を提供すると同時に、様々なオペレータがアンテナを共有することを可能にする。後で説明するように、送信及び受信のための様々な経路、及び移相器を含むように、アンテナシステム40を変更することにより、送信モードでの電気チルトの角度は、受信モードでの電気チルトの角度と同じ、又は異なる、のいずれかとすることができる。   It can be shown that the antenna system 40 has good sidelobe suppression that is maintained throughout its electrical tilt range. The antenna system 40 can be implemented at a lower cost than modern designs that provide similar levels of performance. A single variable delay device can be used to remotely adjust its electrical tilt, which allows each operator to share an antenna while simultaneously providing a separate electrical tilt angle for each operator To. As will be described later, by changing the antenna system 40 to include various paths for transmission and reception, and a phase shifter, the electrical tilt angle in the transmission mode can be The tilt angle can be either the same as or different from the tilt angle.

ここで図4を参照すると、10個の要素621〜6210の位相調整アレイ62についての、本発明の実装の一部70を示している。前で説明したのと等価な部分は、同じ参照番号があたえられる。図4は、図3の部分403〜405に対応しており、スプリッタ52及び54は、位置が交換されて示されている。スプリッタ52及び54は、電力は等しいが、相対位相が可変である入力信号V2B及びV2Aを、それぞれ受信する。スプリッタ52及び54は、各々、それぞれの入力を5つの信号に分け、そのうちの3つは同じ振幅(A又はB)であり、他の2つは、その振幅の0.32及び0.73である(A又はBの0.32又は0.73)。 Referring now to FIG. 4, there is shown a portion 70 of an implementation of the present invention for a phased array 62 of ten elements 62 1 -62 10 . Parts equivalent to those described above are given the same reference numerals. FIG. 4 corresponds to the parts 40 3 to 40 5 of FIG. 3, where the splitters 52 and 54 are shown exchanged in position. Splitters 52 and 54 receive input signals V2B and V2A, respectively, which are equal in power but variable in relative phase. Splitters 52 and 54 each divide their respective inputs into five signals, three of which have the same amplitude (A or B) and the other two have their amplitudes of 0.32 and 0.73 (A or B 0.32 or 0.73).

スプリッタ52及び54からの10個の信号のうちの8つは、4つのベクトル結合デバイス601〜604へ送られる。これらのデバイスの各々は、I1及びI2と示される2つの入力端子、及び、それぞれ和及び差分のためのS及びDと示される2つの出力端子を有する(Hの印のついた)180°ハイブリッドである。参照記号I1及びI2はまた、便宜上、それらの端子における信号を示すためにも使用されるであろう。端子表示で示されるように、入力信号I1及びI2の受信時、ハイブリッド601〜604の各々が、S及びDにおいて、そのそれぞれの入力信号のベクトル和及び差分である2つの出力信号を生み出す。以下の表1は、ハイブリッド601〜604で受信された入力信号の振幅、及び、即座に生成されたベクトルの形での出力信号を示しており、これは、どの場合においても、任意の値A及びBの観点で表現されている。
表1

Figure 0004841435
Eight of the ten signals from splitters 52 and 54 are sent to four vector combining devices 60 1 -604. Each of these devices has two input terminals denoted I1 and I2 and two output terminals denoted S and D for sum and difference respectively (180 ° hybrid marked H) It is. Reference symbols I1 and I2 will also be used for convenience to indicate signals at their terminals. As shown in the terminal display, upon receipt of input signals I1 and I2, each of the hybrid 60 through 603 4, the S and D, produces two output signals is the vector sum and difference of its respective input signal . Table 1 below, the amplitude of the input signal received at the hybrid 60 through 603 4, and shows the output signal in the form of immediately generated vector, which in any case, any Expressed in terms of values A and B.
table 1
Figure 0004841435

以下の表2は、スプリッタ52及び54、及びハイブリッド601〜604によって生成された出力信号を、アンテナ移相器(PS)641〜6410を介して受信するアンテナ要素を示している。
表2

Figure 0004841435
Table 2 below, splitters 52 and 54, and an output signal generated by the hybrid 60 through 603 4, shows the antenna elements via the antenna phase shifter (PS) 64 1 ~64 10.
Table 2
Figure 0004841435

各スプリッタ52又は54からの一つの信号A又はBは、混成を介してアンテナ移相器643又は648に送られないが、そのかわり、移相器56又は58を介してΦの移相を加え、これは、ハイブリッド601〜604のうちの一つによって課された移相と等しく、かつそれを補償する。これは、「パディング」として知られる。固定移相器のペア56/643及び58/648は、それぞれ、単一移相として実装することができるであろう。図3及び4において、信号振幅V2A及びV2Bが異なるように、図3における入力スプリッタ44は、(任意で)等しくない電力分割を提供するであろう。さらに、(説明したように)和及び差分のベクトルI1+I2、及びI1-I2を提供するハイブリッド601〜604が、(任意で)スプリッタ52及び54の機能の全部又は一部を含むこともできる。すなわち、そのかわりに、入力I1及びI2を、例えば、xとyが異なる数値であるときのxI1+yI2という和のような、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、ハイブリッド601〜604を設計することができる。これは、全出力電力+ハイブリッド損失が、ハイブリッド601〜604へ入力された全電力に等しいままでなければならない、という制約を受ける。さらに、180°ハイブリッド601〜604ではなく、他の移相(例えば、60°、90°、又は120°)を与えるハイブリッドを使用することもできる。 One signal A or B from each splitter 52 or 54 is not transmitted to the antenna phase shifter 64 3 or 64 8 via the hybrid, phase shift instead, [Phi via the phase shifter 56 or 58 It was added, which is equal to the phase shift imposed by one of the hybrids 60 1 to 60 4, and to compensate for it. This is known as “padding”. The fixed phase shifter pairs 56/64 3 and 58/64 8 could each be implemented as a single phase shift. In FIGS. 3 and 4, the input splitter 44 in FIG. 3 will provide (optionally) unequal power splitting so that the signal amplitudes V2A and V2B are different. Furthermore, (as described) hybrid 60 1 to 60 4 to provide a sum and difference vectors I1 + I2, and I1-I2 of, contain all or part of the functions of (optionally) splitters 52 and 54 You can also. That is, instead, the inputs I1 and I2 are converted into vector sums and differences other than I1 + I2 and I1-I2, such as the sum xI1 + yI2 when x and y are different numerical values. , it is possible to design a hybrid 60 1 to 60 4. This total output power + hybrid losses must remain equal to total power input to the hybrid 60 through 603 4, subject to the constraint that. Furthermore, 180 ° hybrid 60 1 to 60 instead of 4, other phase shift can also be used hybrid give (e.g., 60 °, 90 °, or 120 °) to.

ここで、また図5を参照すると、(それぞれ、A及びBと同じ位相を持つ)信号V2AとV2Bとの間の位相差が90°である時の、アンテナシステム70についてのベクトル図が示されており、この90°は、この例では、アンテナ要素全体にわたる位相面が最適化される角度である。図5の全てのベクトル和及び差分(すなわち、A及びB以外の全てのベクトル)は、実際には、表1及び2で示すように、2-1/2又は0.707倍されるはずであり、例えば、A+0.73Bは0.707(A+0.73B)となるはずである。しかし、この乗法定数は、単に換算係数にすぎないので、図面から割愛されて、複雑さを低減させる。 Referring now also to FIG. 5, a vector diagram is shown for antenna system 70 when the phase difference between signals V2A and V2B (having the same phase as A and B, respectively) is 90 °. This 90 ° is, in this example, the angle at which the phase plane across the antenna element is optimized. All vector sums and differences in FIG. 5 (i.e. all vectors except A and B) should actually be multiplied by 2-1 / 2 or 0.707, as shown in Tables 1 and 2, For example, A + 0.73B should be 0.707 (A + 0.73B). However, this multiplicative constant is simply a conversion factor and is omitted from the drawing to reduce complexity.

90°の位相差において、表1及び2のA及びBの値を特定することにより、アンテナシステム70は最適化される、すなわち、90°の位相差において、アンテナシステム70は、2つの電気チルトの角度で、アンテナ要素全体にわたって実質的に線形な位相面を持ち、及び、チルトの平均角において、等しい位相面を有する。80のような、821〜8210において終端する放射状の矢印は、位相調整アレイ駆動信号が、それぞれアンテナ要素621〜6210において出現する時の大きさ及び位相角を示している。84のような斜めの矢印は、動径ベクトルA又はBからの動径ベクトルオフセット(たとえば、0.73b又は0.32a)を示している。図面の中で、+0.73B及び+0.73Aと付された2つの矢印84a及び84bは、+0.32B及び+0.32Aと付された隣接する矢印84を含むものとして扱われ、従って、それぞれ、延びて、動径ベクトルA及びBに戻る。 By specifying the values of A and B in Tables 1 and 2 at a 90 ° phase difference, the antenna system 70 is optimized, ie, at a 90 ° phase difference, the antenna system 70 has two electrical tilts. With a substantially linear phase plane throughout the antenna element and equal phase planes at the average tilt angle. Radial arrows, such as 80, terminating at 82 1 -82 10 indicate the magnitude and phase angle when the phased array drive signal appears at antenna elements 62 1 -62 10 respectively. An oblique arrow such as 84 indicates a radial vector offset from the radial vector A or B (eg, 0.73b or 0.32a). In the drawing, the two arrows 84a and 84b labeled + 0.73B and + 0.73A are treated as including the adjacent arrow 84 labeled + 0.32B and + 0.32A, and therefore, respectively. Extend and return to radial vectors A and B.

86のような双方向の矢印は、隣接する動径ベクトル間の位相差を示しており、その位相差は、アンテナ要素の最も外側のペア621/622及び629/6210の信号間で22°であり、全ての他のペア622/623〜628/629の間で18°である。18°と22°との間の差は、位相調整アレイという状況において小さいものであり、従って、実用的な目的のため、隣接するアンテナ要素のペア62i/62i+1(i=1〜9)間の位相差は、実質的に一定であり、アレイ62全体にわたる位相変動は、実質的に、正常な位相調整アレイの動作に必要とされるような、アレイ内の位置の線形関数とする。 Bidirectional arrows such as 86 indicates the phase difference between the radius vector adjacent, the phase difference between the signals of the outermost pair 62 1/62 2 and 62 9/62 10 antenna elements in a 22 °, a 18 ° between all other pairs 62 2/62 3 to 62 8/62 9. The difference between 18 ° and 22 ° is small in the context of a phased array, and therefore for practical purposes, adjacent antenna element pairs 62 i / 62 i + 1 (i = 1˜ The phase difference between 9) is substantially constant and the phase variation across the array 62 is substantially a linear function of the position in the array as required for normal phased array operation. To do.

述べたように、図5は、信号AとB、或いはV2AとV2Bとの間の90°の位相差における状態を表している。ゼロの位相差はチルトの平均の角度に対応し、かつ、正及び負の位相差は、アンテナチルトの正及び負の角度に対応する。   As stated, FIG. 5 represents the situation at the 90 ° phase difference between signals A and B or V2A and V2B. The zero phase difference corresponds to the average angle of tilt, and the positive and negative phase differences correspond to the positive and negative angles of the antenna tilt.

ここで、図6を参照すると、この例では11個である奇数個のアンテナ要素を含む、本発明のアンテナシステム100の一部を示している。システム100は、少数のコンポーネントの付加を伴った例70と等価であり、以下に続く説明は、その相違の面に集中する。前で説明した部品と等価な部品は、同じ参照番号がふられる。システム100は、ハイブリッド601及び604の差分出力Dが移相器641〜6410には接続されいが、かわりに、それぞれ、二方向スプリッタ102及び104に接続されるという点で、前で説明したシステムとは異なる。これらのスプリッタは、ハイブリッド601〜604からの信号を、それぞれの振幅比c1/c2、及びd1/d2に分け、これらのうちのc1及びd1は、アンテナ要素621及び6210を駆動することにおいて使用するために、移相器641〜6410へ送られる。比の中のc2及びd2は、それぞれ、ハイブリッド601及び604と同じ形式の追加の第五のハイブリッド605のI1及びI2入力へ送られる。第五のハイブリッド605は、整合負荷106で終端される和出力S、及び、Φ-90°の移相器108、及びアンテナ移相器640を介して、中央に配置された追加のアンテナ要素620に接続される差分出力Dを持つ。図5では、すべてのアンテナ要素が、距離Lで等間隔に配置されており、すなわち、中央アンテナ要素620の導入は、中央アンテナ要素620が隣接する要素625及び626からL/2だけ間隔を空けて配置される、ということを意味する(これは、図面内に示される通りであるが、便宜上、その間隔は、実際の場合よりも大きく示されている)。しかしながら、このようなL/2の間隔は必須ではない。 Referring now to FIG. 6, there is shown a portion of the antenna system 100 of the present invention that includes an odd number of antenna elements, 11 in this example. System 100 is equivalent to example 70 with the addition of a small number of components, and the description that follows will focus on that difference. Parts equivalent to those previously described are given the same reference numbers. System 100 is differential output D of the hybrid 60 1 and 60 4 are not connected to the phase shifter 64 1-64 10, instead, each in that they are connected to two-way splitters 102 and 104, before This is different from the system described in. These splitters, the signal from the hybrid 60 through 603 4, divided into each of the amplitude ratio c1 / c2, and d1 / d2, is c1 and d1 of these to drive the antenna elements 62 1 and 62 10 Sent to phase shifters 64 1 -64 10 for use in the future. C2 and d2 in the ratio are fed to I1 and I2 inputs of the fifth hybrid 60 5 additional same form as the hybrid 60 1 and 60 4. Fifth hybrid 60 5 of the sum output S is terminated in a matched load 106, and, via a phase shifter 108, and an antenna phase shifter 64 0 [Phi-90 °, the additional antenna located at the center having a difference output D which is connected to the element 62 0. In Figure 5, all antenna elements, the distance being equally spaced L, that the introduction of the central antenna element 62 0, the elements 62 5 and 62 6 from L / 2 to the central antenna element 62 0 is adjacent (This is as shown in the drawing, but for the sake of convenience, the interval is shown larger than the actual case). However, such an L / 2 interval is not essential.

アンテナアレイ62における、図6の変更の実効果は、要素621及び6210が、駆動信号をd1(B-0.73A)及びc1(A-0.73B)まで減らされ、追加の中央要素620が、駆動信号d2(B-0.73A)-c2(A-0.73B)を持つ、ということである。 The actual effect of the modification of FIG. 6 on the antenna array 62 is that the elements 62 1 and 62 10 have their drive signals reduced to d1 (B-0.73A) and c1 (A-0.73B), and an additional central element 62 0 Has a drive signal d2 (B-0.73A) -c2 (A-0.73B).

アンテナシステム100は、下向きにチルトされる時、上向きにチルトされる時と比較して、非対称な垂直輻射パターンを持つ、ということを示すことができる。アンテナアレイ62が、電気的に上向き又は下向きのいずれかにチルトされる時、端のアンテナ要素621及び6210へ送られる信号電力の増大が存在する。理論的には、アレイ全体にわたる駆動信号の変動(振幅テーパ)が、アンテナチルトの範囲全体にわたって実質的に一定のままである時、サイドローブのレベルは、最適に制御されるであろう。チルトされた時の端のアンテナ要素621及び6210における電力の増大により、結果として生じるサイドローブへの影響をオフセットするために、以下のような多数の手法を使用することができる。
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。
It can be shown that the antenna system 100 has an asymmetrical vertical radiation pattern when tilted downward as compared to when tilted upward. There is an increase in signal power delivered to the end antenna elements 62 1 and 62 10 when the antenna array 62 is electrically tilted either upward or downward. Theoretically, when the drive signal variation (amplitude taper) across the array remains substantially constant throughout the antenna tilt range, the sidelobe level will be optimally controlled. A number of approaches can be used to offset the effect on the resulting sidelobe due to the increased power in the end antenna elements 62 1 and 62 10 when tilted.
1. An attenuator can be inserted in series with the end antenna elements 62 1 and 62 10 .
2. Two additional elements can be added to the antenna to split the end antenna elements 62 1 and 62 10 into two each.
3. A further hybrid can be used to transfer power, in part, from the end antennas 62 1 and 62 10 to an element near the center of the antenna. as well as,
4. As actually shown in FIG. 6, with a part of power from the antenna elements 62 1 and 62 10 at the end, it is possible to drive the central element 62 0.

アンテナシステム100は、以下の利点を提供する。
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。
The antenna system 100 provides the following advantages.
1. When the antenna array 62 is electrically tilted, the level of the side lobe of the antenna is lowered.
2. When the electrical tilt is past the intermediate value, the central element 62 0 phase of conveying or drive signal is changed 180 °, further, when tilted downwards, the level of the upper side lobe decreases.
3. The effect of lowering the upper sidelobe level when the antenna is tilted downward reduces the interference caused to mobiles that use channels other than those assigned to that antenna system 100. It is.

ここで図7を参照すると、12個の要素1221〜12212の位相調整アレイ122について、本発明の実装120の一部を示している。第一及び第二のスプリッタ1241及び1242は、この場合、電力は等しいが、相対位相は可変であるベクトルA及びBで示される入力信号を、それぞれ受信する。スプリッタ1241及び1242は、それぞれ、3つの比a1/a2/a3、及びb1/b2/b3への分割を実装する。すなわち、信号a1A、a2A、及びa3Aが、スプリッタ1241から出力され、信号比b1B、b2B、及びb3Bが、スプリッタ1242から出力される。信号a1A及びb1Bは、それぞれ、第一及び第二のΦパディング移相器1281及び1282へ送られる。信号a2A及びb3Bは、前で説明した種類の第一の180°ハイブリッド1341のI1及びI2入力へ、送られる。信号b2B及びa3Aは、第二のハイブリッド1342のI1及びI2入力へ、送られる。混成1341及び1342は、差分出力Dが入力として第三及び第四のスプリッタ1243及び1244へ接続され、これは、それぞれ、比c1/c2、及びd1/d2への二方向分割を生み出す。ハイブリッド1341及び1342はまた、和出力Sが第三及び第四の混成1343及び1344のI1入力へ、それぞれ接続される。 Referring now to FIG. 7, a portion of an implementation 120 of the present invention is shown for a phased array 122 of twelve elements 122 1 -122 12 . The first and second splitters 124 1 and 124 2 receive input signals indicated by vectors A and B, respectively, in which the power is equal but the relative phase is variable. Splitters 124 1 and 124 2, respectively, to implement division into three ratios a1 / a2 / a3, and b1 / b2 / b3. That is, the signal a1A, a2A, and a3A are output from the splitter 124 1, the signal ratio b1B, B2B, and b3B is outputted from the splitter 124 2. Signal a1A and b1B are fed to the first and second Φ padding phase shifter 128 1 and 128 2. Signals a2A and b3B are sent to the I1 and I2 inputs of a first 180 ° hybrid 1341 of the kind previously described. Signal b2B and a3A, the second hybrid 134 2 of I1 and I2 inputs, sent. Hybrids 134 1 and 134 2 have differential output D connected as inputs to third and fourth splitters 124 3 and 124 4 , which perform bi-directional splitting into ratios c1 / c2 and d1 / d2, respectively. produce. Hybrid 134 1 and 134 2 are also to sum output S is I1 inputs of third and fourth hybrids 134 3 and 134 4 are respectively connected.

第一及び第二の移相器1281及び1282からの出力信号は、第五及び第六のスプリッタ1245及び1246へ送られ、それぞれ、比e1/e2/e3及びf1/f2/f3への三方向分割を生み出す。第三のスプリッタ1243からの出力信号は、(比c1を)第五のハイブリッド1345のI1入力へ、及び(比c2を)第三のΦパディング移相器1283へ送る。第四のスプリッタ1244からの出力信号は、(比d1を)第六のハイブリッド1346のI1入力へ、及び(比d2を)第四のΦパディング移相器1284へ送る。第五のスプリッタ1245からの出力信号は、(比e1を)第五のハイブリッド1345のI2入力へ、(比e2を)第五のΦパディング移相器1285へ、及び(比e3を)第四のハイブリッド1344のI2入力へ送る。第六のスプリッタ1246からの出力信号は、(比f1を)第六のハイブリッド1346のI2入力、(比f2を)第六のΦパディング移動器1286へ、及び(比f3を)第三のハイブリッド1343のI2入力へ送る。以下の表3に示すように、アンテナ要素1221〜12212は、それぞれの固定移相器(PS)1361〜13612を介して、第三〜第六のハイブリッド1343〜1346、及び第三〜第六の移相器1283〜1286の出力から駆動信号を受信する。


















表3

Figure 0004841435
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。 The output signal from the 2 first and second phase shifters 128 1 and 128 is sent to the fifth and sixth splitters 124 5 and 124 6, respectively, the ratio e1 / e2 / e3 and f1 / f2 / f3 Create a three-way split into The output signal from the third splitter 124 3 sends (the ratio c1) fifth to I1 inputs of the hybrid 134 5, and (fraction c2) to a third Φ padding phase shifter 128 3. The output signals from the fourth splitter 124 4 sends (fraction d1) to I1 inputs of the sixth hybrid 134 6, and (a ratio d2) to a fourth Φ padding phase shifter 128 4. Output signals from the fifth splitter 124 5, (the ratio e1) to I2 input of the fifth hybrid 134 5, (fraction e2) to a fifth Φ padding phase shifter 128 5, and (ratio e3 ) Send to I2 input of 4th hybrid 1344. Output signals from the sixth splitter 124 6 (ratio f1 a) I2 input of the sixth hybrid 134 6, (fraction f2) to a sixth Φ padding shifter 128 6 and (fraction f3) first Send to I2 input of Sanno hybrid 134 3 As shown in Table 3 below, antenna elements 122 1 -122 12 are connected to third to sixth hybrids 134 3 -134 6 , and through respective fixed phase shifters (PS) 136 1 -136 12 , and receiving a driving signal from the output of the third to sixth phase shifters 128 3-128 6.


















Table 3
Figure 0004841435
Since all terms a1~f3 is a ratio, all of the signal power is represented by the ratio of the signal vectors A and B are input to the first and second splitters 124 1 and 124 2.

移相器1281〜1286は、ハイブリッド(例えば、1341)で生じる移相の補償を提供する。従って、一又はそれ以上のハイブリッドを通らない一又はそれ以上の信号成分は、2つの移相器(例えば1281)を横断し、アンテナ要素1223及び1229に到着する前に、360°の移相を受ける。さらに、一つのハイブリッドを通る信号又は信号成分は、一つの移相器(例えば1284)を横断し、アンテナ要素(例えば1222)に到達する前に、Φの相対移相を受ける。










表4

Figure 0004841435
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。 Phase shifter 128 1 to 128 6, a hybrid (e.g., 134 1) to provide compensation for phase shift caused by. Thus, one or more signal components do not pass through the one or more hybrid, two phase shifters (e.g., 128 1) traversed before reaching antenna elements 122 3 and 122 9, the 360 ° Receive phase shift. Furthermore, the signal or signal component passing through one hybrid traverses one phase shifter (eg 128 4 ) and undergoes a relative phase shift of Φ before reaching the antenna element (eg 122 2 ).










Table 4
Figure 0004841435
Table 4 gives the splitter ratio, ie, the amplitude (voltage) is calculated from the power normalized so that the sum is 1 watt.

ここで、また図8を参照すると、入力信号ベクトルAとBとの間の位相差が60°である時の、アンテナシステム120についてのベクトル図を示しており、この60°というのは、この例においてアンテナアレイ122の位相面が最適化される角度である。アンテナ要素参照番号1221〜12212、及び信号電力(例えば、a1e2A)を持つ動径ベクトルの実線の矢印によって、アンテナ要素駆動信号を、大きさ及び位相について示している。そのような信号の成分(例えば、a1e1A)は、鎖線又は点線のベクトルで示される。アンテナ要素1224及び1229のそれぞれにおける信号b1f2B及びa1e2Aは、入力信号ベクトルA及びBの一部分であり、それらと同じ位相を持ち、そのため、信号b1f2B及びa1e1Aは、各々30°としるされた2つの双方向矢印によって示すように、位相が60°離れている。この図面は、信号の大きさ及び位相に関する完全な情報を含んでおり、これ以上は説明しない。 Now referring again to FIG. 8, there is shown a vector diagram for the antenna system 120 when the phase difference between the input signal vectors A and B is 60 °, where 60 ° In the example, the angle at which the phase plane of the antenna array 122 is optimized. The antenna element drive signal is indicated in magnitude and phase by the solid line arrows of the radial vector having antenna element reference numbers 122 1 to 122 12 and signal power (eg, a1e2A). The component of such a signal (eg, a1e1A) is indicated by a chain line or dotted line vector. Signal b1f2B and a1e2A at each antenna element 122 4 and 122 9 are part of the input signal vectors A and B, has the same phase as they, therefore, signal b1f2B and a1e1A were marked with each 30 ° 2 The phases are 60 ° apart, as indicated by the two double arrows. This drawing contains complete information regarding the magnitude and phase of the signal and will not be described further.

ここで図9を参照すると、二重の可変遅延を用いる、n個の要素1521〜152nの位相調整アレイについて、本発明のアンテナシステム150を示しており、ここで、nは任意の正の整数である。第一のスプリッタ1541は、入力信号Vinを受信し、それを、その一方が他方の電力の2倍の電力を持つような2つの信号に分ける。これらの2つの信号のうち、電力の高い方の信号は、第一の可変移相器1561へ送られ、電力の低い方の信号は、第一の固定移相器1581へ送られる。この第一の固定移相器1581は、出力信号を、第二の固定移相器1582を介して第二のスプリッタ1542に提供し、この第二のスプリッタ1542は、それを、パスPで示されるバスによる出力のためのn個の信号部分a1〜anに分ける。第一の可変移相器1561は、出力信号を、第三のスプリッタ1543に提供し、この第三のスプリッタ1543は、それを、n個の信号部分b1〜bnに分ける。信号の部分b2〜bnは、第三の固定移相器1583、及びパスQで示されるバスを介して、出力される。信号部分b1は、第一の固定移相器1581へ与えられる信号と等しい電力を持ち、第二の可変移相器1562へ送られ、そこから第四のスプリッタ1544へ送られ、この第四のスプリッタ1544は、それを、パスRで示されるバスによる出力のためのn個の信号部分c1〜cnに分ける。パスP、Q、及びRで示されるバスは、それぞれ、Na、Nb、及びNcの個々の導線を持つ。 Referring now to FIG. 9, an antenna system 150 of the present invention is shown for a phased array of n elements 152 1 -152 n using double variable delay, where n is any positive Is an integer. The first splitter 154 1 receives an input signal V in, it is divided into two signals, such as one of which has twice the power of the other power. Of these two signals, the signal of higher power is fed first to the variable phase shifter 156 1, lower signal of power is transmitted first secured to the phase shifter 158 1. This first fixed phase shifter 158 1 provides the output signal to the second splitter 154 2 via the second fixed phase shifter 158 2 , and this second splitter 154 2 Divide into n signal parts a1 to an for output by the bus indicated by path P. First variable phase shifter 156 1, the output signal, provided to a third splitter 154 3, the third splitter 154 3, it is divided into n signal parts b1 to bn. The signal parts b2 to bn are output via the third fixed phase shifter 158 3 and the bus indicated by the path Q. Signal portion b1 has a power equal to the first signal provided secured to phase shifters 158 1, are sent to the second variable phase shifter 156 2, which sends it to a fourth splitter 154 4, the fourth splitter 154 4, it is divided into n signal parts c1~cn for output by the bus indicated by path R. The buses indicated by paths P, Q, and R have Na, Nb, and Nc individual conductors, respectively.

パスP、Q、及びR上の信号部分は、一般的には159で示される信号結合及び移相ネットワークへ送られる。ネットワーク159は、図3及び4を参照して説明したのと同様であり、さらには説明しない。それは、信号を結合及び移相して、位相調整アレイ152に応じて変化するアンテナ要素駆動信号を生み出す機能を持つ。2つの可変移相器1561及び1562の使用は必須ではないが、たった一つの可変移相器の使用と比べて、アンテナを電気的にチルトすることのできる角度の範囲を増大させる。より広い範囲のチルトが要求される場合には、可変移相器及びスプリッタの更なる組み合わせで、図9を拡張することができる。すなわち、b1を1562において可変に移相させ、1544において分割するのと全く同様に、c1を可変に移相させ、分割してd1〜dnを生み出し、d1を可変に移相させ、分割してe1〜enを生み出す等できる。 The signal portions on paths P, Q, and R are sent to a signal combining and phase shift network, generally indicated at 159. Network 159 is similar to that described with reference to FIGS. 3 and 4 and will not be further described. It has the function of combining and phase shifting the signals to produce an antenna element drive signal that varies depending on the phase adjustment array 152. The use of two variable phase shifters 156 1 and 156 2 is not essential, but increases the range of angles over which the antenna can be electrically tilted compared to the use of only one variable phase shifter. If a wider range of tilt is required, FIG. 9 can be extended with further combinations of variable phase shifters and splitters. That, b1 variably phase shifted in the 156 2, in exactly the same manner as to divide the 154 4, c1 variably phase shifted and create d1~dn divided, variably phase shifted and d1, divided Then you can create e1 ~ en.

ここで図10を参照すると、連動二重可変遅延を用いる、10個の要素1721〜17210の位相調整アレイ172についての、本発明のアンテナシステム170を示している。それは、図9を参照して説明したシステム150の変形である。第一のスプリッタ1741は、入力信号Vinを受信し、それを、その一方が他方の電力の2倍の電力を持つ2つの信号に分ける。これらの2つの信号のうち、電力の高い方の信号は、第一の可変移相器1761へ送られ、電力の低い方の信号は、第一の-180°移相器1781へ送られる。第一の移相器1781へ送られた信号は、ベクトルAで示される。それは、第二のスプリッタ1742に出力信号を提供し、この第二のスプリッタ1742は、その出力信号を4つの信号a1A〜a4Aに分ける。 Referring now to FIG. 10, there is shown an antenna system 170 of the present invention for a phased array 172 of 10 elements 172 1 -172 10 that uses an interlocked double variable delay. It is a variation of the system 150 described with reference to FIG. The first splitter 174 1 receives an input signal Vin, it is divided into two signals one of which has twice the power of the other power. Of these two signals, the signal of higher power is fed first to the variable phase shifter 176 1, lower signal of power is fed to the first -180 ° phase shifter 178 1 It is done. The signal sent to the first phase shifter 1781 is indicated by vector A. It provides an output signal to a 2 second splitter 174, the second splitter 174 2, divide the output signal into four signals A1A~a4A.

第一の可変移相器1761は、出力信号を、第三のスプリッタ1743に提供し、この第三のスプリッタ1743は、その出力信号を、ベクトルAと等しい大きさの2つの信号に分ける。これらの2つの信号のうちの一方はベクトルBで示され、第四のスプリッタ1744へ送られ、この第四のスプリッタ1744は、それを、3つの信号b1B〜b3Bに分ける。これらの2つの信号のうちの他方は、第二の可変移相器1762を介して、第五のスプリッタ1745へ送られ、そこではベクトルCとして表され、この第五のスプリッタ1745は、それを3つの信号c1C〜c3Cに分ける。 First variable phase shifter 176 1, the output signal, provided to a third splitter 174 3, the third splitter 174 3, its output signal into two signals equal to the vector A size Divide. These are one of the two signals is indicated by vector B, are sent to a fourth splitter 174 4, the fourth splitter 174 4, it is divided into three signals B1B~b3B. The other of these two signals, via a second variable phase shifter 176 2 is sent to a fifth splitter 174 5, wherein is represented as a vector C, this fifth splitter 174 5 , It is divided into three signals c1C-c3C.

信号b1B及びc1Cは、それぞれ、アンテナ移相器1823及び1828を介して、アンテナ要素1723及び1728へ送られる。信号b2B、b3B、c2C、及びc3Cは、それぞれ、前で説明した種類の第一、第二、第三、及び第四の180°ハイブリッド1801、1802、1803、及び1804に、I1入力信号を提供する。これらのハイブリッドは、信号結合ネットワークを提供する。信号a1A〜a4Aは、それぞれ、これらのハイブリッドにI2入力信号を提供する。それぞれの固定移相器(PS)1821、1822、1824〜1827、1829、及び18210を介して、アンテナ要素1721、1722、1724〜1727、1729、及び17210は、以下の表4で示すような振幅を持つ駆動信号を、ハイブリッド1801〜1804の出力から受信し、それに、要素1723及び1728の等価物が付加されている。ここで、N/Aは不適を意味する。
表5

Figure 0004841435
Signal b1B and c1C, respectively, via an antenna phase shifter 182 3 and 182 8 are sent to the antenna elements 172 3 and 172 8. Signal B2B, b3B, C2C, and c3C, respectively, the first type described in the previous, second, third, and fourth 180 ° hybrid 180 1, 180 2, 180 3, and 180 4, I1 Provide an input signal. These hybrids provide a signal combining network. Signals a1A-a4A each provide an I2 input signal to these hybrids. Respective fixed phase shifters (PS) 182 1, 182 2 , 182 4 ~182 7, 182 9, and via 182 10, the antenna elements 172 1, 172 2, 172 4 to 172 7, 172 9, and 172 10, a driving signal having an amplitude as shown in Table 4 below, receives the output of the hybrid 180 1-180 4, and equivalents of elements 172 3 and 172 8 are added. Here, N / A means inappropriate.
Table 5
Figure 0004841435

スプリッタ比の値は以下の表6で与えられ、そこでは、前記のように、総計が1ワットとなるように正規化された電力から、電圧を算出した。



表6

Figure 0004841435
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。 The splitter ratio values are given in Table 6 below, where the voltage was calculated from the power normalized so that the total was 1 watt as described above.



Table 6
Figure 0004841435
Variable phase shifters 176 1 and 176 2 work together as shown by the arrows and dotted lines to change together to give equal phase shifts. They are controlled by a tilt control mechanism 186.

アレイ172の上半分のみ(アンテナ要素1726〜17210)が、比c1等と関連付けられる信号寄与を、第五のスプリッタ1745から受信することが、図10からわかり、これらの寄与は、1761及び1762において、2つの可変移相を受けている。さらに、アレイ172の下半分のみ、すなわちアンテナ要素1721〜1725は、比b1等と関連付けられる信号寄与を、第四のスプリッタ1745から受信し、これらの寄与は、1761において、一つの可変移相を受けている。アレイ172の両半分とも(アンテナ要素1723及び1728以外)、第二のスプリッタ1742から、信号寄与a1A等を受信し、これらの寄与は、1761又は1762において、可変移相を受けていない。 The top half of the array 172 only (the antenna elements 172 6-172 10), a signal contribution associated with the ratio c1 etc., may receive from the fifth splitter 174 5, 10 Karawakari, these contributions are 176 in 1 and 176 2 has received the two variable phase. Furthermore, only the lower half of the array 172, i.e. the antenna elements 172 1 to 172 5, the signal contribution associated with the ratio b1 etc., received from the fourth splitter 174 5, these contributions, in 176 1, one of Has undergone variable phase shift. Both halves of the array 172 (other than antenna elements 172 3 and 172 8), from the second splitter 174 2, receives signal contributions a1A etc., these contributions, in 176 1 or 176 2 receives the variable phase Not.

ここで図11を参照すると、本発明のアンテナシステムを、単一のフィーダシステム又は二重フィーダシステムとして実装することができる。単一フィーダシステムでは、単一の信号入力200が、信号Vinを、フィーダ202を介して、アンテナアレイ206を持つマスト上に取り付けることのできるアンテナ組立品204へ供給する。前に説明したような信号分割、可変及び固定移相、及びベクトル結合を、マスト上の組立品204において実装する。これは、一方の信号供給のみをリモートユーザからアンテナシステムへ送ることが必要とされる、という利点を持つが、それに反して、リモートのオペレータは、マスト上のアンテナ組立品204へのアクセスなしで、電気チルトの角度を調整することができない。また、単一のアンテナを共有するオペレータは、すべて、同じ角度の電気チルトを持つであろう。   Referring now to FIG. 11, the antenna system of the present invention can be implemented as a single feeder system or a dual feeder system. In a single feeder system, a single signal input 200 provides a signal Vin via a feeder 202 to an antenna assembly 204 that can be mounted on a mast with an antenna array 206. Signal splitting, variable and fixed phase shifts, and vector combinations as previously described are implemented in an assembly 204 on the mast. This has the advantage that only one signal supply needs to be sent from the remote user to the antenna system, but the remote operator has no access to the antenna assembly 204 on the mast. The angle of electrical tilt cannot be adjusted. Also, all operators sharing a single antenna will have the same angle of electrical tilt.

図12は、二重フィーダシステム210として実装された、本発明のアンテナシステムを示している。このシステムは、前で説明したように、2つの信号V2A及びV2Bを生成するチルト制御部212を持ち、これらの信号は、それぞれのフィーダ214A、及び214Bを介して、アンテナアレイ216へ送られる。ここで、制御部212は、アンテナアレイ60、及びそれが取り付けられたマストから離して、ユーザと共に配置することもでき、アンテナ供給ネットワーク218(例えば、図4参照)を、アンテナアレイ216と同じ場所に配置することもできる。前で説明したような信号分割、(また更なる可変移相が望まれる場合には)固定移相、及びベクトル結合を、組立品216において実装する。ここで、ユーザは、チルト制御部212へ直接アクセスして、アンテナアレイ60及びマストから離れて、電気チルトの角度を調整することができ、アンテナ組立品216を共有する他のユーザとは独立して、この調整を行うことができる。   FIG. 12 shows the antenna system of the present invention implemented as a dual feeder system 210. The system has a tilt control 212 that generates two signals V2A and V2B, as previously described, and these signals are sent to the antenna array 216 via respective feeders 214A and 214B. Here, the control unit 212 can also be placed with the user away from the antenna array 60 and the mast to which it is attached, and the antenna supply network 218 (see, e.g., FIG. 4) can be placed in the same location as the antenna array 216. It can also be arranged. Signal splitting as previously described, (and if further variable phase shifts are desired) and fixed phase shifts and vector combinations are implemented in assembly 216. Here, the user can directly access the tilt control unit 212 to adjust the angle of the electrical tilt away from the antenna array 60 and the mast, independently of other users sharing the antenna assembly 216. This adjustment can be made.

二重フィーダ設備では、チルトの感度を低減させて、例えば、オペレータによって要求される電気チルトの角度とアンテナにおける電気チルトの角度との間の差、のようなフィーダ間の位相差の影響を減らすこともまた、都合がよい。それぞれのチルト制御部212が各オペレータとともに配置された状態で、オペレータの基地局に配置された周波数選択結合器の入力側において、各オペレータについて個々のチルト角を持つ共有アンテナシステムを実装することが可能である。   In dual feeder equipment, the sensitivity of the tilt is reduced to reduce the effect of the phase difference between the feeders, for example, the difference between the electrical tilt angle required by the operator and the electrical tilt angle at the antenna. It is also convenient. With each tilt control unit 212 arranged with each operator, a shared antenna system having individual tilt angles can be implemented for each operator on the input side of the frequency selective coupler arranged at the operator's base station. Is possible.

図13は、受信及び送信モードの両方での使用のための変更を伴う、図3に示したシステムと等価な、本発明の位相調整アレイアンテナシステム240を示している。前で説明した部品には、前に200の付いた同じ参照番号がふられており、変更部分のみを説明する。ここで、チルトを制御する可変移相器246を、送信(Tx)モードでのみ使用し、送信パス243において、帯域フィルタ(BPF)245と247との間に直列に接続する。帯域フィルタ253と255との間で直列な可変移相器251、及び、低雑音増幅器すなわちLNA257を持つ同様な受信(Rx)パス249もまた存在する。送信及び受信周波数は、帯域フィルタ245等によって互いに切り離されることが可能なほど、通常、充分異なっている。   FIG. 13 shows a phased array antenna system 240 of the present invention that is equivalent to the system shown in FIG. 3 with modifications for use in both receive and transmit modes. Parts previously described are given the same reference numbers preceded by 200 and only the changes are described. Here, the variable phase shifter 246 for controlling the tilt is used only in the transmission (Tx) mode, and is connected in series between the bandpass filters (BPF) 245 and 247 in the transmission path 243. There is also a similar receive (Rx) path 249 with a variable phase shifter 251 in series between the bandpass filters 253 and 255 and a low noise amplifier or LNA 257. The transmit and receive frequencies are usually sufficiently different that they can be separated from each other by a bandpass filter 245 or the like.

固定移相ψと関連付けられる、更なる、大部分は等価な送信及び受信パス243f及び249fが存在する。これらは、最後にfを付けた同じ参照番号が与えられた要素を持つ。第二の送信パス243fは、帯域フィルタ245fと247fとの間に、固定移相器246fを持つ。第二の受信パス249fは、帯域フィルタ253fと255fとの間に、固定移相器251f、及びLNA257fを持つ。   There are further, mostly equivalent transmit and receive paths 243f and 249f associated with a fixed phase shift ψ. These have elements that are given the same reference number followed by f. The second transmission path 243f has a fixed phase shifter 246f between the bandpass filters 245f and 247f. The second reception path 249f includes a fixed phase shifter 251f and an LNA 257f between the bandpass filters 253f and 255f.

送信モードで作動するのに加えて、要素242、244、252、254、256、及び258〜265は、例えば、スプリッタが結合器となって、受信モードで逆向きに作動する能力を持つ。2つのモードの間の唯一の違いは、送信モードでは、フィーダ265が入力を提供し、送信信号が送信パス243及び243fを左から右へ横断するのに対して、受信モードでは、受信信号が受信パス249及び249fを右から左へ横断し、フィーダ265がそれらの結合出力を提供する、ということである。自由空間からの信号の受信に応じて、アレイ262によって生成されたアンテナ要素信号を移相及び結合することにより、回路2641〜264n、及び260〜254において、受信信号が生成される。システム240は、送信及び受信の両方のモードでの電気チルトの角度を、独立して調整できるようにし、かつ等しくすることを可能にするので、有利である。通常(不都合なことに)、アンテナシステムの構成要素は、異なる送信及び受信周波数において異なる周波数依存特性を持つので、これは可能ではない。 In addition to operating in transmit mode, elements 242, 244, 252, 254, 256, and 258-265 have the ability to operate in reverse in receive mode, eg, with a splitter as a combiner. The only difference between the two modes is that in transmit mode, feeder 265 provides input and the transmit signal traverses transmit paths 243 and 243f from left to right, whereas in receive mode the received signal is Traverse receive paths 249 and 249f from right to left, and feeder 265 provides their combined output. In response to receiving a signal from free space, by the antenna element signals to the phase shift and coupling generated by the array 262, the circuit 264 1 ~264 n, and 260-254, the received signal is generated. System 240 is advantageous because it allows the angle of electrical tilt in both transmit and receive modes to be adjusted independently and equalized. Usually (unfortunately) this is not possible because the components of the antenna system have different frequency dependent characteristics at different transmit and receive frequencies.

ここで図14を参照すると、単一位相調整アレイアンテナ305の複数(2人)のオペレータ301及び302による、送信及び受信モードにおける使用のための、本発明の位相調整アレイアンテナシステム300を示している。前で説明したのと等価な部品は、前に300を付けた同じ参照番号がふられる。その図は多数の異なるチャネルを持ち、異なるチャネルにおける等価な部品は、一又はそれ以上の添字を伴った同じ数字の参照番号がふられ、添字T又はRは、送信又は受信チャネルを示し、添字1又は2は、第一又は第二のオペレータ301又は302を示し、及び、添字A又はBは、A又はBのパスを表す。参照番号の先頭部分の数からのこれらの添字の省略(例えば、342)は、その先頭部分の数を持つすべての要素を参照することを、意味している。   Referring now to FIG. 14, there is shown a phased array antenna system 300 of the present invention for use in transmit and receive modes by multiple (two) operators 301 and 302 of a single phased array antenna 305. Yes. Parts equivalent to those described previously are given the same reference numbers preceded by 300. The figure has a number of different channels, the equivalent parts in the different channels are given the same numerical reference numbers with one or more subscripts, the subscript T or R indicates the transmit or receive channel, the subscript 1 or 2 indicates the first or second operator 301 or 302, and the subscript A or B represents the path of A or B. Omission of these subscripts from the number of the first part of the reference number (for example, 342) means that all elements having the number of the first part are referred to.

最初に、第一のオペレータ301の送信チャネル307T1を説明する。この送信チャネルは、RF入力342をスプリッタ344T1に与え、スプリッタ344T1は、その入力を、可変移相器346T1Bと固定移相器348T1Bとの間で分ける。信号は、移相器346T1A及び348T1Bから、異なる送受切換器311A及び311B内の帯域フィルタ(BPF)309T1A及び309T1Bへ、それぞれ送られる。帯域フィルタ309T1A及び309T1Bは、第一のオペレータ301の送信周波数において、通過帯域の中心を持ち、この周波数は、図面で示すようなFtx1と表される。第一のオペレータ301はまた、受信周波数をFrx1と表され、第二のオペレータ302におけるそれらの等価物は、Ftx2及びFrx2である。   First, the transmission channel 307T1 of the first operator 301 will be described. This transmit channel provides an RF input 342 to splitter 344T1, which splits the input between variable phase shifter 346T1B and fixed phase shifter 348T1B. Signals are sent from phase shifters 346T1A and 348T1B to bandpass filters (BPF) 309T1A and 309T1B in different duplexers 311A and 311B, respectively. The band filters 309T1A and 309T1B have the center of the pass band at the transmission frequency of the first operator 301, and this frequency is expressed as Ftx1 as shown in the drawing. The first operator 301 is also represented by Frx1 as the reception frequency, and their equivalents in the second operator 302 are Ftx2 and Frx2.

周波数Ftx1で一番左の帯域フィルタ309T1Aから出力される第一のオペレータの送信信号は、同様に引き出された、周波数Ftx2で隣接する帯域フィルタ309T2Aから出力される第二のオペレータの送信信号と、第一の送受切換器311Aで結合される。これらの結合信号は、フィーダ313Aに沿って、前の例で説明した種類のアンテナチルトネットワーク315へ送られ、そこから、位相調整アレイアンテナ305へ送られる。同様に、周波数Ftx1で帯域フィルタ309T1Bから出力される、第一のオペレータのもう一方の送信信号は、同様に引き出された、周波数Ftx2で隣接する帯域フィルタ309T2Bから出力される第二のオペレータの送信信号と、第二の送受切換器311Bによって結合される。これらの結合信号は、第二のフィーダ313Bに沿って、アンテナチルトネットワーク315を介して、位相調整アレイアンテナ305へ送られる。同じ位相調整アレイアンテナ305を使用するのにもかかわらず、2人のオペレータは、単に、各場合において単一の可変移相器、すなわち、可変移相器346T1A又は346T2Aをそれぞれ調整することにより、アンテナ305から独立して、かつ離れて、送信の電気チルトの角度を変えることができる。   The transmission signal of the first operator output from the leftmost band filter 309T1A at the frequency Ftx1 is similarly extracted, and the transmission signal of the second operator output from the adjacent band filter 309T2A at the frequency Ftx2, The first duplexer 311A is coupled. These combined signals are sent along the feeder 313A to an antenna tilt network 315 of the type described in the previous example and from there to the phased array antenna 305. Similarly, the other transmission signal of the first operator output from the band filter 309T1B at the frequency Ftx1 is similarly extracted, and the transmission of the second operator output from the adjacent band filter 309T2B at the frequency Ftx2. The signal is combined with the second duplexer 311B. These combined signals are sent along the second feeder 313B to the phased array antenna 305 via the antenna tilt network 315. Despite using the same phase-adjusted array antenna 305, the two operators simply adjust in each case a single variable phase shifter, i.e., variable phase shifter 346T1A or 346T2A, respectively. The angle of transmission electrical tilt can be changed independently and away from the antenna 305.

同様に、ネットワーク315、及びフィーダ313A及び313Bを介して、アンテナ305から戻ってくる受信信号は、送受切換器311A及び311Bによって分割される。次に、これらの分割信号は、フィルタリングされて、帯域フィルタ309R1A、309R2A、309R1B、及び309R2Bにおける個々の周波数Frx1及びFrx2に切り離され、それらは、可変移相器346R1A、346R2A、及び固定移相器348R1A及び348R1Bに、それぞれ信号を提供する。次に、可変移相器346R1A及び346R2Aをそれぞれ調整することにより、オペレータ301及び302によって、独立して、受信の電気チルトの角度を調整できる。二以上のオペレータについての信号も、構成要素を複製することにより、送信において結合され、受信において分割されるであろう。すなわち、添字1及び2を持つ構成要素のかわりに、1〜mの添字を持つ同じ構成要素が存在するであろう、ここで、mはオペレータの数である。   Similarly, the reception signal returning from the antenna 305 via the network 315 and the feeders 313A and 313B is divided by the transmission / reception switchers 311A and 311B. These split signals are then filtered and separated into individual frequencies Frx1 and Frx2 in bandpass filters 309R1A, 309R2A, 309R1B, and 309R2B, which are variable phase shifters 346R1A, 346R2A, and fixed phase shifters Signals are provided to 348R1A and 348R1B, respectively. Next, by adjusting the variable phase shifters 346R1A and 346R2A, respectively, the angle of the electric tilt of reception can be adjusted independently by the operators 301 and 302. Signals for two or more operators will also be combined in transmission and split in reception by duplicating components. That is, instead of components having subscripts 1 and 2, there will be the same components with subscripts 1 to m, where m is the number of operators.

図15は、図10に示すのとおおむね同じである、本発明の位相調整アレイアンテナシステム470を示している。前で説明した部品には、100にかわって、前に400の付いた同じ参照番号がふられており、変更部分のみを説明する。システム470は、473における入力RF搬送信号を2つの部分に分ける第一のスプリッタ4741を持ち、その2つの部分のうちの一方は、第一の可変移相器4761を介して、第一のフィーダ4771へ送られ、もう一方は、直接、第二のフィーダ4772へ送られる。要素473〜4772は、セルラ移動無線基地局(示されていない)に、又はその近くに配置される。フィーダ4771及び4772は、基地局を、リモートのアンテナのレーダドーム479へ接続し、そのレーダドーム479には、第二の可変移相器4762が置かれている。 FIG. 15 shows a phased array antenna system 470 of the present invention that is generally the same as shown in FIG. The parts described above are given the same reference numbers with 400 instead of 100 instead of 100, and only the changed parts will be described. System 470 has a first splitter 474 1 separating the input RF carrier signal at 473 into two parts, one of the two parts, through the first variable phase shifter 476 1, the first To the second feeder 477 1 and the other directly to the second feeder 477 2 . Elements 473-477 2 are located at or near cellular mobile radio base stations (not shown). The feeders 477 1 and 477 2 connect the base station to a radar dome 479 of a remote antenna, and a second variable phase shifter 476 2 is placed in the radar dome 479.

第一及び第二の可変移相器4761及び4762がもはや連動しないが、そのかわり独立して調整される、ということを除いて、システム470は、図10を参照して前で説明したように作動する。それは、(図14に示すような周波数選択結合を使って)アンテナ472を共有する各オペレータに個々の電気チルトの角度を与えることができる、という利点を提供するが、全てのオペレータに共通のチルト範囲は拡張される。実際、第二の可変移相器4762によってセットされる電気チルトの角度は、都合よく、アンテナ472を共有する全てのオペレータの個々の電気チルトの角度の平均とすることができる。 The system 470 has been previously described with reference to FIG. 10, except that the first and second variable phase shifters 476 1 and 476 2 are no longer interlocked but instead are adjusted independently. Operates as follows. It offers the advantage that each operator sharing the antenna 472 can be given an individual electrical tilt angle (using frequency selective coupling as shown in FIG. 14), but the tilt common to all operators The range is extended. In fact, the angle of electrical tilt set by the second variable phase shifter 476 2, conveniently, it can be an average of the individual electrical tilt angles of all the operators sharing the antenna 472.

図15は、アンテナレーダドーム479内での第二の可変移相器4762の調整を示しているが、それはまた、サーボ機構制御装置を使って、レーダドーム479から離れてセットすることもできる(示されていない)。更なる可変移相器を、本発明により、アンテナシステム470に付加して、全てのオペレータに共通なチルトの範囲をさらに拡張することができる。 Figure 15 shows a second variable phase shifter 476 2 adjustments within the antenna radome 479, it also uses a servo mechanism control device, it can be set away from the radome 479 (Not shown). Additional variable phase shifters can be added to the antenna system 470 according to the present invention to further extend the range of tilt common to all operators.

図16は、入力スプリッタSP1、並列なライン結合器(PLC)SP2及びSP3、及び180°リングハイブリッドSP4〜SP11及びH1〜H6を用いた、本発明の位相調整アレイアンテナシステム500の更なる実施形態を示している。ここで、SP1等のSPは、スプリッタを示しており、H1等のHは、和及び差分(SD)生成器として使用されるハイブリッドを示している。ハイブリッドSP4〜SP11及びH1〜H6の各々は4つのポートを持つ、すなわち、それぞれ、内向き及び外向きの矢印で示された、第一及び第二の入力ポート、及び第一及び第二の出力ポートである。SD生成器ハイブリッドH1〜H6の各々の出力ポートは、それぞれS及びDで示される、和及び差分出力である。個々のリング混成SP4〜SP11、及びH1〜H6の各ポートは、どの場合においても、リングの円周のまわりで、一つのポートから距離λ/4、及びもう一つのポートから距離3λ/4だけ離れている。ここで、λは、リング構成成分の信号Vinの波長である。 FIG. 16 shows a phased array antenna of the present invention using an input splitter SP 1 , parallel line couplers (PLC) SP 2 and SP 3 , and 180 ° ring hybrids SP 4 to SP 11 and H 1 to H 6. A further embodiment of the system 500 is shown. Here, SP such as SP 1 indicates a splitter, and H such as H 1 indicates a hybrid used as a sum and difference (SD) generator. Each of the hybrid SP 4 to SP 11 and H 1 to H 6 has four ports, ie first and second input ports, indicated by inward and outward arrows, respectively, and first and This is the second output port. The output ports of each of the SD generator hybrids H 1 to H 6 are sum and difference outputs, indicated by S and D, respectively. The individual ring hybrid SP 4 to SP 11 and H 1 to H 6 ports are in each case a distance λ / 4 from one port and a distance from the other port around the circumference of the ring. 3λ / 4 apart. Here, lambda is the wavelength of the signal V in of the ring component.

いずれのリングハイブリッドSP4〜SP11及びH1〜H6の入力ポートに与えられた信号も、リングの周りをそれぞれ時計回り、及び反時計回りに送られる2つのコンポーネントに分けられ、リング自身は(n+1/2)λの円周を持ち、ここでnは整数である。これらのコンポーネントは、それらが沿って送られるリング内のパスの相対インピーダンスによって、相対振幅が定められ、これは、スプリッタ比をあらかじめ決めておくことを可能にする。出力ポートからλ/4だけ離れたそれぞれの入力ポートから受信される2つの信号は、位相が同じであり、一つに加えられて、和出力を与える。出力ポートからλ/4、及び3λ/4だけ離れたそれぞれの入力ポートから受信された2つの信号は、逆位相であり、互いから減算されて、差分出力を与える。入力ポートからλ/2だけ離れた出力ポートにおいて、入力ポートからそれぞれ時計回り、及び反時計回りのパスを介して受信された2つの信号は、逆位相であり、パスインピーダンスが等しい場合には、ゼロのベクトル和を与えるであろう。従って、これは、ポートを、互いからλ/2だけ離す。 The signal applied to the input ports of any ring hybrid SP 4 to SP 11 and H 1 to H 6 is divided into two components that are sent clockwise and counterclockwise around the ring, respectively. It has a circumference of (n + 1/2) λ, where n is an integer. These components are defined in relative amplitude by the relative impedance of the path in the ring along which they are routed, which allows the splitter ratio to be predetermined. Two signals received from each input port that are separated by λ / 4 from the output port are in phase and are added together to give a sum output. The two signals received from the respective input ports separated by λ / 4 and 3λ / 4 from the output port are in anti-phase and are subtracted from each other to give a differential output. At the output port separated by λ / 2 from the input port, the two signals received via the clockwise and counterclockwise paths respectively from the input port are in anti-phase and if the path impedances are equal, Will give a vector sum of zero. This therefore separates the ports from each other by λ / 2.

スプリッタとして使用される各リングハイブリッドSP4〜SP11は、第一の入力端子(内向きの矢印)が、入力信号を受信するように接続され、第二の入力端子がそれぞれの終端T(整合負荷)に接続される。終端Tはゼロ入力信号を提供し、従って、リング混成又はスプリッタSP4〜SP11は、それらの第一の入力端子の信号を、各場合における入力端子と出力端子の間のインピーダンス比によって特定されるそれぞれの分割比で、それらのそれぞれの出力端子間で分ける。 Each ring hybrid SP 4 to SP 11 used as a splitter has a first input terminal (inward arrow) connected to receive the input signal and a second input terminal connected to the respective termination T (matching Connected to the load). Termination T provides a zero input signal, therefore, a ring hybrid or splitter SP 4 to SP 11 is a signal of their first input terminal, identified by the impedance ratio between the input terminal and the output terminal in each case Divide between their respective output terminals at each division ratio.

システム500では、前の実施形態のように、第一のスプリッタSP1によって、入力信号Vinを、その入力信号Vinの電力に比べて各々-3dBまで低減された2つの等しい信号に分ける。そのように形成された一方の信号は、可変移相器502を通り抜け、第一のフィーダ504上にベクトルAとして現れる。そのように形成されたもう一方の信号は、第二のフィーダ506上にベクトルBとして現れる、すなわち、前で説明したように、第一のスプリッタSP1と第二のフィーダ506との間に、固定移相(示されていない)を含むことが可能である。 In the system 500, as in the previous embodiment, the first splitter SP 1, divide the input signal V in, into two equal signals reduced to each -3dB compared to the power of the input signal V in. One signal so formed passes through the variable phase shifter 502 and appears as a vector A on the first feeder 504. Such other signals were formed appears as a vector B on the second feeder 506, i.e., as described in the previous, between the first splitter SP 1 and the second feeder 506, It is possible to include a fixed phase shift (not shown).

信号ベクトルA及びBは、入力として、それぞれ、PLC SP2及びSP3へ送られ、そのPLCの各々は、2つの出力端子O1及びO2を持ち、かつ、第四の端子T4が整合負荷Tで終端され、ゼロ入力信号を提供する。その入力から、PLC SP2及びSP3の各々が、各場合において、入力信号と比べてそれぞれ-0.12dB、及び-16.11dBまで電力を低減された信号を、出力端子O1及びO2において生成する。PLC SP2及びSP3から結果として生じる2つの-0.12dBの信号は、それぞれ、第五及び第八のスプリッタSP5及びSP8の第一の入力端子へ送られるのに対し、-16.11dBの信号は、それぞれ、第六及び第七のスプリッタSP6及びSP7の第一の入力端子へ送られる。 Signal vectors A and B, as inputs, respectively, and sent to PLC SP 2 and SP 3, each of the PLC will have two output terminals O1 and O2, and a fourth terminal T 4 is a matched load T Terminated with a zero input signal. From that input, each of the PLCs SP 2 and SP 3 generates a signal at the output terminals O1 and O2 that in each case has its power reduced to -0.12 dB and -16.11 dB, respectively, compared to the input signal. The two resulting -0.12 dB signals from PLC SP 2 and SP 3 are sent to the first input terminals of the fifth and eighth splitters SP 5 and SP 8 respectively, whereas -16.11 dB of signals are fed to the first input terminal of the sixth and seventh splitters SP 6 and SP 7.

第五のスプリッタSP5は、その入力信号を、電力をその入力信号の電力より-5.3dB及び-1.5dBまで低減された出力信号に分け、これらの出力信号は、それぞれ、第四のスプリッタSP4、及び第一のSD生成器H1の第一の入力端子へ送られる。同様に、第八のスプリッタSP8は、その-0.12dBの入力信号を、その入力信号より-5.3dB及び-1.5dB低い出力信号に分け、これらの出力信号は、それぞれ、第九のスプリッタSP9、及び第二のSD生成器H2の第一の入力端子へ送られる。 The fifth splitter SP 5 divides its input signal into output signals whose power is reduced to -5.3 dB and -1.5 dB from the power of the input signal, and these output signals are respectively connected to the fourth splitter SP. 4, and it is fed to the first of the first input terminal SD generator H 1. Similarly, the eighth splitter SP 8 splits its -0.12 dB input signal into output signals that are -5.3 dB and -1.5 dB lower than the input signal, and these output signals are respectively the ninth splitter SP. 9 and the first input terminal of the second SD generator H2.

第四のスプリッタSP4は、その-5.42dBの入力信号を、その入力信号より-1.68dB及び-4.94dB低い出力信号に分ける。これらのうちの-1.68dBの方の出力信号は、ラインL4を介して、固定移相器PE4へ送られ、そこから、12個の要素のアンテナアレイEのアンテナ要素E4へ送られる。固定移相器/アンテナ要素の各組み合わせPEn/En(n=1〜12)について、一つのそのようなラインLnが存在する。ラインLnの固定移相器PEnへの接続は、多すぎる重なったラインを避けるようには、はっきりと示されていないが、どの場合でも、ラインLnの終端において「PEn」で示される。第四のスプリッタSP4からの-4.94dBの方の出力信号は、第二のSD生成器H2の第二の入力端子へ送られる。 The fourth splitter SP 4 divides the −5.42 dB input signal into output signals that are −1.88 dB and −4.94 dB lower than the input signal. Of these, the 1.68 dB output signal is sent via line L4 to fixed phase shifter PE4 and from there to antenna element E4 of 12-element antenna array E. There is one such line Ln for each combination of fixed phase shifter / antenna elements PEn / En (n = 1-12). The connection of the line Ln to the fixed phase shifter PE n is not clearly shown to avoid too many overlapping lines, but in any case is indicated with “PEn” at the end of the line Ln. The output signal of −4.94 dB from the fourth splitter SP 4 is sent to the second input terminal of the second SD generator H 2 .

第九のスプリッタSP9は、その入力信号を、その入力信号より-1.68dB、及び-4.94dB低い出力信号に分ける。これらのうちの-1.68dBの方の出力信号は、ラインL9によって、固定移相器PE9を介して、アンテナ要素E9へ送られる。4.94dBの方の出力信号は、第一のSD生成器H1の第二の入力端子へ送られる。 The ninth splitter SP 9 divides the input signal into output signals that are −1.68 dB and −4.94 dB lower than the input signal. Of these, the 1.68 dB output signal is sent to antenna element E9 via line L9 via fixed phase shifter PE9. The 4.94 dB output signal is sent to the second input terminal of the first SD generator H1.

第六のスプリッタSP6は、その入力信号より各々3dB低い2つの出力信号を生み出す均等スプリッタである。これらの出力信号のうちの一方は、第五のSD生成器H5の第一の入力端子へ送られ、もう一方は、第三のSD生成器H3の第一の入力端子へ送られる。第七のスプリッタSP7もまた、その入力信号より各々3dB低い2つの出力信号を生み出す均等スプリッタであり、その出力信号は、それぞれ、第四及び第六のSD生成器H4及びH6の第一の入力端子へ送られる。第一のSD生成器H1は、和出力Sが、第四のSD生成器H4の第二の入力端子に接続される。差分出力Dは、第十のスプリッタSP10の入力端子に接続される。同様に、第二のSD生成器H2は、和出力Sが、第五のSD生成器H5の第二の入力端子に接続される。それは、差分出力Dが、第十一のスプリッタSP11の入力端子に接続される。 The sixth splitter SP 6 is a uniform splitter that produces two output signals, each 3 dB lower than its input signal. One of these output signals is fed to the first input terminal of the fifth SD generator H 5, and the other is sent to a third of the first input terminal SD generator H 3. The seventh splitter SP 7 is also an equal splitter that produces two output signals, each 3 dB lower than its input signal, the output signal of which are the fourth and sixth SD generators H 4 and H 6 respectively . Sent to one input terminal. The first SD generator H 1 is the sum output S is connected to a second input terminal of the fourth SD generator H 4. Difference output D is connected to the input terminal of the tenth splitter SP 10 of. Similarly, the second SD generator H 2 is the sum output S is connected to a second input terminal of the fifth SD generator H 5. That is, the differential output D is connected to the input terminal of the eleventh splitter SP11.

第十のスプリッタSP10は、第一のSD生成器H1からのその入力信号より各々3dB低い2つの等しい出力信号を生み出す均等スプリッタである。これらの出力信号のうちの一方は、ラインL2によって、固定移相器PE2を介して、アンテナ要素E2へ送られる。これらの出力信号のうちのもう一方は、第三のSD生成器H3の第二の入力端子へ送られる。同様に、第十一のスプリッタSP11もまた、第二のSD生成器H2からのその入力信号より各々3dB低い2つの等しい出力信号を生み出す均等スプリッタである。これらの出力信号のうちの一方は、ラインL11によって、固定移相器PE11を介して、アンテナ要素E11へ送られ、もう一方は、第六のSD生成器H6の第二の入力端子へ送られる。 Tenth splitter SP 10 of a uniform splitter to produce each 3dB lower two equal output signals from its input signal from the first SD generator H 1. One of these output signals is sent to antenna element E2 via line L2 via fixed phase shifter PE2. The other of these output signals is sent to the second input terminal of the third SD generator H3. Similarly, the eleventh splitter SP 11 is also an equal splitter producing each 3dB lower two equal output signals from its input signal from the second SD generator H 2. One of these output signals, the lines L11, via a phase shifter PE11, sent to the antenna element E11, and the other feed to the second input terminal of the sixth SD generator H 6 It is done.

第三〜第六のSD生成器H3〜H6は、それぞれラインL1、L3、L5〜L8、L10、及びL12、及び固定移相器PE1、PE3、PE5〜PE8、PE10、及びPE12を介して、アンテナ要素E1、E3、E5〜E8、E10、及びE12に駆動信号を提供する、和及び差分出力S及びDを持つ。各信号パスで示されたdB値を加えることにより(理想的でない構成要素における損失を無視して)、入力信号Vinの電力の、アンテナ要素によって受信された信号の電力との直接比較を行うことができる。例えば、アンテナ要素E4は、スプリッタSP1、SP3、SP5、及びSP4において、入力電力とくらべて、それぞれ-3dB、-0.12dB、-5.3dB、及び-1.68dB、総計で-9.1dBまで低減された信号を受信する。アンテナ要素の駆動信号の相対位相調整は、その分析が、前の実施形態について与えられた分析に必要に応じて変更を加えたものと等価である、とは説明されない。 Third to sixth SD generator H 3 to H 6, respectively lines L1, L3, L5 to L8, L10, and L12, and the phase shifter PE1, PE3, PE5~PE8, via the PE 10, and PE12 And have sum and difference outputs S and D that provide drive signals to antenna elements E1, E3, E5-E8, E10, and E12. Make a direct comparison of the power of the input signal Vin with the power of the signal received by the antenna element by adding the dB value indicated in each signal path (ignoring losses in non-ideal components) Can do. For example, -9.1DB antenna element E4 is, splitter SP 1, SP 3, SP 5 , and the SP 4, compared with the input power, -3 dB, respectively, -0.12 dB, -5.3DB, and -1.68DB, in total Receive a reduced signal. The relative phase adjustment of the antenna element drive signal is not described as an analysis equivalent to the analysis given for the previous embodiment with modifications as necessary.

上で説明した本発明の実施形態は、180°ハイブリッドを使用する。それらを、例えば、90°移相器の付加を伴った90°「直角位相」ハイブリッドで置き換えて、全体的に同じ機能を得ることができるが、これは実用的ではない。   The embodiment of the invention described above uses a 180 ° hybrid. They can be replaced with, for example, a 90 ° “quadrature” hybrid with the addition of a 90 ° phase shifter to achieve the same overall function, but this is not practical.

(S-H)と省略されたスプリッタ及びハイブリッドの連続的な接続に基づく本発明の例を説明した。例えば、S-H-S、S-H-S-H等のような、更なる段階を持つ本発明の更なる例を、これらより考え出すことができる。   The example of the present invention based on the continuous connection of splitter and hybrid abbreviated as (S-H) has been described. From these, further examples of the invention with further steps, such as, for example, S—H—S, S—H—S—H, etc., can be devised.

ゼロ及び非ゼロの電気チルト角を持つ、位相調整アレイアンテナの垂直輻射パターン(VRP)を示している。Fig. 4 shows a vertical radiation pattern (VRP) of a phased array antenna with zero and non-zero electrical tilt angles. 調整可能な電気チルト角を持つ、従来技術の位相調整アレイアンテナを示している。1 illustrates a prior art phased array antenna with adjustable electrical tilt angle. 本発明の位相調整アレイアンテナシステムのブロック図である。It is a block diagram of the phase adjustment array antenna system of this invention. 図3のシステムで使用される信号結合ネットワークを、より詳細に示している。Fig. 4 shows in more detail the signal combining network used in the system of Fig. 3; 図3のシステムにおける可変移相器によってもたらされた90°移相と関連付けられる、アンテナ要素信号の位相特性図である。FIG. 4 is a phase characteristic diagram of an antenna element signal associated with a 90 ° phase shift provided by a variable phase shifter in the system of FIG. 11個のアンテナ要素を含む、本発明の更なる位相調整アレイアンテナシステムの一部のブロック図である(要素間隔は、そっくりそのまま縮小されているわけではない)。FIG. 6 is a block diagram of a portion of a further phased array antenna system of the present invention that includes 11 antenna elements (element spacing is not reduced exactly). 12個のアンテナ要素を含む、本発明の更なる位相調整アレイアンテナシステムの一部のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a portion of a further phased array antenna system of the present invention that includes 12 antenna elements. 図7のシステムにおける可変移相器によってもたらされた90°移相と関連付けられる、アンテナ要素信号の位相特性図である。FIG. 8 is a phase characteristic diagram of an antenna element signal associated with a 90 ° phase shift provided by a variable phase shifter in the system of FIG. 2つの可変移相器を用いる、本発明の更なる位相調整アレイアンテナシステムの一部のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a portion of a further phased array antenna system of the present invention that uses two variable phase shifters. 図9に示すのと同様であるが、連動可変移相器を用いる、本発明のアンテナシステムの一部のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of a part of the antenna system of the present invention similar to that shown in FIG. 9, but using an interlocking variable phase shifter. 単一フィーダでの本発明の使用を示している。Fig. 4 illustrates the use of the present invention with a single feeder. 二重フィーダでの本発明の使用を示している。Fig. 4 illustrates the use of the present invention in a dual feeder. 送信モード及び受信モードでの電気チルトの角度が独立して調整できることを可能にする、本発明への変更を示している。Fig. 4 shows a modification to the present invention that allows the angle of electrical tilt in transmit and receive modes to be adjusted independently. 複数のユーザによるアンテナ共有を示す、二重フィーダ、及び個々のチルト、及び送信/受信能力を持つ、本発明の更なる位相調整アレイアンテナシステムのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a further phased array antenna system of the present invention with dual feeders and individual tilt and transmit / receive capabilities showing antenna sharing by multiple users. 複数のユーザによるアンテナ共有を示す、二重フィーダ、及び個々のチルト、及び送信/受信能力を持つ、本発明の更なる位相調整アレイアンテナシステムのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a further phased array antenna system of the present invention with dual feeders and individual tilt and transmit / receive capabilities showing antenna sharing by multiple users. 可変移相器が互いに離れて配置されている、図9のアンテナシステムの変形である。FIG. 10 is a variation of the antenna system of FIG. 9 in which the variable phase shifters are spaced apart from one another. リングハイブリッド結合器を含む、本発明の位相調整アレイアンテナシステムを示している。1 illustrates a phased array antenna system of the present invention including a ring hybrid coupler.

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それぞれの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するための信号結合ネットワークであって、パッシブな処理装置のみからなり、前記分割装置と前記信号結合ネットワークとの組み合わせは、個々のアンテナ要素のための駆動信号を提供するための手段となり、前記駆動信号は、少なくとも部分的には前記ベクトル結合からなり、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、また位相調整アレイの動作に必要とされるように、アンテナ要素の位置の関数としてアレイ全体にわたってその位相が漸進的に変化する、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。
A phased array antenna system having an adjustable electrical tilt and comprising an array of antenna elements,
a) a variable phase shifter for providing a variable relative phase shift between the first RF signal and the second RF signal;
b ) a dividing device for dividing the relative phase-shifted first and second signals into respective component signals; and
c ) a signal combining network for forming a vector combination of the component signals, which consists only of passive processing devices , the combination of the dividing device and the signal combining network comprising drive signals for individual antenna elements Wherein the drive signal comprises at least in part the vector combination, and in response to a change in the variable relative phase shift caused by the variable phase shifter, the electrical tilt of the array A signal combining network whose phase gradually changes throughout the array as a function of the position of the antenna elements, such that the angle of is adjustable, and as required for operation of the phased array,
A system characterized by including.
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。
With an odd number of antenna elements,
The system according to claim 1, wherein:
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。
The variable phase shifter is a first variable phase shifter, and the system is a second variable arranged to phase shift a component signal phase shifted by the first variable phase shifter. A phase shifter, wherein the second variable phase shifter is connected to the signal combination network either directly or via one or more splitter / variable phase shifter combinations. Provide output,
The system according to claim 1, wherein:
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。
The variable phase shifter is one of a plurality of variable phase shifters, and the signal coupling network, some of which pass through all the variable phase shifters, and some of which Arranged to produce antenna element drive signals from component signals that do not pass through variable phase shifters,
The system according to claim 1, wherein:
前記分割装置は、コンポーネント信号を、前記信号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。
The splitting device is arranged to split the component signal into further component signals for input to the signal combining network;
The system according to claim 1, wherein:
前記信号結合ネットワークは、移相し、ベクトル結合を形成するために、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。
The signal combining network uses a phase shifter and a hybrid combiner (hybrid) to phase shift and form a vector combination.
The system according to claim 1, wherein:
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。
The hybrid is a 180 ° hybrid,
The system according to claim 6.
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。
The hybrid is a ring hybrid in which the circumference is (n + 1/2) λ and adjacent ports are separated by λ / 4, where λ is used to configure each ring hybrid using its components The wavelength of the RF signal,
The system according to claim 6.
前記分割装置は、円周が(n+1/2)λであるリングハイブリッド、2つの入力ポート及び2つの出力ポート、λ/4だけ離れている隣接するポートを含み、これらハイブリッドの各々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。
The splitting device includes a ring hybrid having a circumference of (n + 1/2) λ, two input ports and two output ports, adjacent ports separated by λ / 4, one of each of these hybrids. One input port is terminated with a resistor equal to the system impedance to form a matched load,
9. The system according to claim 8, wherein:
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。
The hybrid was designed to convert input signals I1 and I2 into vector sums and differences other than (I1 + I2) and (I1-I2),
The system according to claim 6.
前記分割装置、可変移相器、及び前記信号結合ネットワークは、アンテナ組立品として、前記アンテナ要素アレイと同じ場所に配置され、前記システムはRF信号を第一のRF信号と第二のRF信号とに分けるための追加の分割装置を含み、該組立品は、リモートの信号源からのRF信号を前記追加の分割装置へ供給するための単一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。
The splitting device , the variable phase shifter, and the signal coupling network are arranged as an antenna assembly at the same location as the antenna element array, and the system converts the RF signal into a first RF signal and a second RF signal. An additional splitting device for splitting, the assembly having a single RF input power feeder for supplying an RF signal from a remote signal source to the additional splitting device,
The system according to claim 1, wherein:
前記第二の分割装置は、第一及び第二のスプリッタを含み、前記システムはRF信号を第一のRF信号と第二のRF信号とに分けるための追加の分割装置を含み、前記追加の分割装置は、前記分割装置から離して、前記可変移相器とともに配置され、かつ、前記分割装置、前記信号結合ネットワーク、及び前記アンテナ要素アレイは、アンテナ組立品として同じ場所に配置され、該組立品は、前記追加の分割装置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第一及び第二のRF信号を前記アンテナ組立品へ供給するための二重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。
The second splitter includes first and second splitters , and the system includes an additional splitter for splitting an RF signal into a first RF signal and a second RF signal, and the additional splitter A split device is disposed with the variable phase shifter away from the split device, and the split device, the signal coupling network, and the antenna element array are disposed at the same place as an antenna assembly, and the assembly Product has a dual RF input power feeder for supplying the antenna assembly with first and second RF signals from a remote signal source where the additional divider and variable phase shifter are located ,
The system according to claim 1, wherein:
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、前記信号結合ネットワークは、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、前記システムは、送信及び受信モードの両方で独立して調整可能な電気チルトを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
The variable phase shifter is a first variable phase shifter connected in a transmission channel, and the system provides a second variable phase shifter connected in a reception channel, and a fixed phase shift The signal combining network includes an additional transmit and receive channel, and the signal combining network generates an antenna element drive signal in response to the signal in the transmit channel, and from the signal generated by the antenna element operating in receive mode, the receive channel signal Is arranged to operate in both transmit and receive modes, and the system has an electrically adjustable electrical tilt in both transmit and receive modes,
The system according to claim 1, wherein:
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、前記分割装置、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アレイに提供するための前記信号結合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。
The variable phase shifter is one of a plurality of variable phase shifters associated with each operator, and the system provides a common signal after the phase shift in each variable phase shifter Including a filtering and combining device for sending to the device, the common signal supply device providing the antenna array with a signal including contributions from the splitting device and both operators, with the electrical tilt adjustable independently The system according to claim 1, wherein the system is connected to the signal coupling network.
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。
The plurality of variable phase shifters includes a respective pair of variable phase shifters associated with each operator, and the system is configured with an electrical tilt that is independently adjustable in both transmit and receive modes. Having components with both forward and reverse signal processing capabilities to operate in transmit and receive modes;
15. The system according to claim 14, wherein:
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、それぞれのコンポーネント信号に分け、及び、
c)パッシブな処理装置のみにより、前記コンポーネント信号のベクトル結合を形成して、個々のアンテナ要素のためのそれぞれの駆動信号を提供し、前記駆動信号は、少なくとも部分的には前記ベクトル結合からなり、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、また位相調整アレイの動作に必要とされるように、アンテナ要素の位置の関数としてアレイ全体にわたってその位相が漸進的に変化する、
ステップを含むことを特徴とする方法。
A method for adjusting the electrical tilt of a phased array antenna system including an array of antenna elements, comprising:
a) providing a variable relative phase shift between the first RF signal and the second RF signal;
b ) dividing the relative phase-shifted first and second signals into respective component signals; and
c ) By only a passive processing unit , form vector combinations of the component signals to provide respective drive signals for individual antenna elements, the drive signals consisting at least in part of the vector combinations In response to changes in the variable relative phase shift introduced by the variable phase shifter, the angle of the electrical tilt of the array can be adjusted and as required for operation of the phased array , Its phase gradually changes across the array as a function of antenna element position,
A method comprising steps.
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。
The array has an odd number of antenna elements;
The method according to claim 16, wherein:
複数の可変移相器により集合的に印加された移相を有する、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。
Generating at least one component signal having a phase shift collectively applied by a plurality of variable phase shifters;
The method according to claim 16, wherein:
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により集合的に印加された移相を有し、幾つかは全ての前記可変移相器により集合的に印加された移相を有さ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。
The variable phase shifters are interlocked, and the method has some of the phase shifts applied collectively by all the variable phase shifters, some of which are all the variable phase shifters. Generating an antenna element drive signal from component signals having no phase shift applied collectively by
The method according to claim 18, wherein:
コンポーネント信号を、追加のベクトル結合を形成し、更なるアンテナ要素駆動信号を提供する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。
Dividing the component signal into additional component signals to form additional vector combinations and provide additional antenna element drive signals;
The method according to claim 16, wherein:
前記コンポーネント信号を移相し、ベクトル結合を形成するために、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。
Using a phase shifter and a hybrid to phase-shift the component signals and form a vector combination;
The method according to claim 16, wherein:
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。
The hybrid is a 180 ° hybrid,
22. A method according to claim 21, wherein:
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。
The hybrid is a ring hybrid with a circumference of (n + 1/2) λ and adjacent input and output ports separated by λ / 4, where n is an integer and λ is its component Is the wavelength of the RF signal that each ring hybrid is made up of,
22. A method according to claim 21, wherein:
分割装置が、円周が(n+1/2)λであるリングハイブリッド、2つの入力ポート及び2つの出力ポート、λ/4だけ離れている隣接するポートを含み、これらハイブリッドの各々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。
The splitting device includes a ring hybrid with a circumference of (n + 1/2) λ, two input ports and two output ports, adjacent ports separated by λ / 4, one of each of these hybrids The input port is terminated with a resistor equal to the system impedance to form a matched load.
24. A method according to claim 23.
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。
The hybrid was designed to convert input signals I1 and I2 into vector sums and differences other than (I1 + I2) and (I1-I2),
24. A method according to claim 23.
前記アンテナアレイと同じ場所に配置され、前記アンテナアレイとともに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、及びベクトル結合の形成をするための前記RF入力信号を単一RF入力信号として、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。
In a network that is co-located with the antenna array and forms an antenna assembly with the antenna array, the RF input signal for splitting, variable phase shifting, and forming vector coupling as a single RF input signal, Including feeding from a remote signal source,
The method according to claim 16, wherein:
互いに対して可変位相を持つ前記第一及び第二のRF信号を、リモートの信号源からアンテナ組立品へ供給し、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及びベクトル結合の形成をすることを含む、
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。
The first and second RF signals having variable phase with respect to each other are supplied from a remote signal source to the antenna assembly to form splits and vector combinations in a network co-located with the antenna array. Including that,
The method according to claim 16, wherein:
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、電気チルトが送信及び受信モードの両方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。
Depends on the signal in the transmit channel, using transmit and receive channels for operation in both transmit and receive modes, and with electrical tilt adjustable independently in both transmit and receive modes Generating an antenna element drive signal and generating a receive channel signal from a signal generated by an antenna element operating in receive mode,
The method according to claim 16, wherein:
前記可変移相が、複数の可変移相器のうちの1つであり、前記第一及び第二のRF信号は単一のペアであり、前記ペアは相対移相されたRF信号の複数のペアのうちの1つであり、
各可変移相及び各ペアは、それぞれのオペレータと関連付けられており、
a)後の分割及びベクトル結合の形成のステップの実行のために、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、
b)各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。
The variable phase shift is one of a plurality of variable phase shifters, the first and second RF signals are a single pair, and the pair is a plurality of relative phase shifted RF signals. One of the pair,
Each variable phase shift and each pair is associated with a respective operator,
a) Filter and combine the signals after phase shifting in each variable phase shifter for execution of the subsequent split and vector combination forming steps;
b) providing a signal including the contribution from each operator to the antenna; and
The method of claim 16, comprising the step of: c) independently adjusting the electrical tilt associated with each operator.
前記複数の可変移相は、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によって実現され、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ことを含む
ことを特徴とする、請求項29に記載の方法。
The plurality of variable phase shifts are realized by respective pairs of variable phase shifters associated with each operator, and the method uses components with both forward and reverse signal processing capabilities, 30. The method of claim 29, comprising operating in a transmit and receive mode with independently adjustable states in both modes.
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