KR101130142B1 - 가변 전기적 틸트를 가진 위상 어레이 안테나 시스템 - Google Patents

가변 전기적 틸트를 가진 위상 어레이 안테나 시스템 Download PDF

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Abstract

가변 전기적 틸트를 가진 위상 어레이 안테나 시스템은 무선 주파수(RF) 캐리어 신호를 두 개의 신호들로 분할하는 분할기(44)를 포함하는 안테나 엘리먼트(60L1) 등의 어레이(60)를 포함하며, 위상 시프터(46)는 상기 두 개의 신호 사이에 가변 위상 시프트를 도입한다. 위상 대 전력 변환기(50)는 상기 위상 시프트된 신호들을 전력이 위상 시프트의 함수인 신호들로 변환한다. 전력 스플리터들(52, 54)은 변환된 신호들을 분할된 신호들의 두 개의 세트로 분할하며, 세트내의 분할된 신호들의 전체 수는 어레이의 안테나 엘리먼트들의 수와 동일하다. 전력 대 위상 변환기들(561) 등은 다른 전력 스플리터들(52, 54)로부터의 분할된 신호들의 쌍을 조합하며, 이는 어레이 중심으로부터 등거리에 배치된 안테나 엘리먼트들(60U1, 60L1) 등의 각 쌍에 공급하기에 적절한 위상을 가진 벡터 합 및 차 성분들을 제공한다. 위상 시프터(46)에 의하여 제공된 위상 시프트의 조절은 안테나 어레이(60)의 전기적 틸트 각도를 변경시킨다.
분할기, 가변 상대 위상 시프트, 전력 변환기, 전력 스플리터, 위상 안테나 어레이 시스템, 가변 틸트, 듀플렉스.

Description

가변 전기적 틸트를 가진 위상 어레이 안테나 시스템{PHASED ARRAY ANTENNA WITH VARIABLE ELECTRICAL TILT}
본 발명은 가변 전기 틸트를 가진 위상 어레이 안테나 시스템에 관한 것이다.
안테나 시스템은 많은 전기통신 시스템들에서 사용하기에 적합하지만, 일반적으로 이동전화 네트워크들로서 언급된 셀룰러 이동 무선 네트워크들에 특별하게 응용가능하다. 보다 상세하게, 그러나 제한 없이, 본 발명의 안테나 시스템은 GSM 시스템과 같은 2 세대(2G) 이동전화 네트워크 및 범용 이동전화 시스템(UMTS)과 같은 3 세대(3G) 이동 전화 네트워크에 사용될 수 있다.
셀룰러 이동 무선 네트워크들의 오퍼레이터들은 일반적으로 그들 자체의 기지국들을 사용하며, 각각의 기지국은 적어도 하나의 안테나를 가진다. 셀룰러 이동 무선 네트워크에서, 안테나들은 기지국과 통신이 이루어질 수 있는 커버리지 영역(coverage area)을 한정할 때의 주요 인자이다. 커버리지 영역은 일반적으로 중첩 셀들로 분할되며, 각각은 각각의 안테나 및 기지국과 연관된다.
각각의 셀은 그 셀내의 모든 이동국들과 무선 통신하는 기지국을 포함한다. 기지국들은 다른 통신 수단, 일반적으로 그리드 또는 메쉬형 구조로 배열된 고정 지상 통신선(land-line)에 의하여 상호 접속되며, 이로 인하여 셀 커버리지 영역 도처에 있는 이동국들은 서로 통신할 뿐만 아니라 셀룰러 이동 무선 네트워크 외부에 있는 공중전화망과 통신할 수 있다.
위상 어레이 안테나들을 사용하는 셀룰러 이동 무선 네트워크들은 다음과 같이 알려져 있다. 이러한 안테나는 2극 안테나들(dipoles) 및 패치들과 같은 어레이(보통 8개 이상) 개별 안테나 엘리멘트들을 포함한다. 안테나는 주 로브(main lobe) 및 측면 로브들(sidelobes)을 포함하는 방사 패턴을 가진다. 주 로브의 중심은 수신 모드에서 최대 감도의 안테나 방향이며 송신 모드에서 주 출력 방사빔의 방향이다. 이는 안테나 엘리먼트들에 의하여 수신된 신호들이 어레이의 에지로부터의 엘리먼트 거리에 따라 변화하는 지연만큼 지연되는 경우에 안테나 주 방사빔이 지연 증가 방향쪽으로 조정되는 위상 어레이 안테나의 잘 알려진 특성이다. 제로(zero) 및 비제로 지연 변화, 즉 틸트 각도에 대응하는 주 방사 빔 중심들 간의 각도는 어레이를 가로지르는 거리에 따른 지연 변화율에 종속한다.
지연은 신호 위상을 변화시켜 결과적으로 표현 위상 어레이를 변화시킴으로서 등가적으로 구현될 수 있다. 따라서, 안테나 패턴의 주 빔은 안테나 엘리먼트들에 공급되는 신호들 간의 위상 관계를 조절함으로써 변경될 수 있다. 이는 안테나의 커버리지 영역을 수정하기 위하여 빔이 조정되도록 한다.
셀룰러 이동 무선 네트워크들에서 위상 어레이 안테나들의 오퍼레이터들은 수직면에서 안테나의 수직 방사 패턴, 즉 패턴 횡단면을 조절하기 위한 요건들을 가진다. 이는 안테나의 커버리지 영역을 조절하기 위하여 "틸트"로서 알려진 안테나 주 빔의 수직각을 변경하는데 필요하다. 이러한 조절은 예컨대 셀룰러 네트워크 구조의 변화 또는 기지국들 또는 안테나들의 수의 변화를 보상하기 위하여 요구될 수 있다. 틸트의 안테나 각도에 대한 조절은 기계적 및 전기적으로, 또는 개별적으로 또는 결합하여 알려진다.
틸트의 안테나 각도는 안테나 엘리먼트들 또는 안테나의 하우징(레이돔)을 이동시킴으로서 기계적으로 조절될 수 있으며, 이는 "기계적 틸트"의 각도 조절로서 언급된다. 초기에 기술된 바와 같이, 틸트의 안테나 각도는 물리적인 이동 없이 각각의 안테나 어레이 엘리먼트(또는 안테나 그룹)로 공급되거나 또는 각각의 안테나 어레이 엘리먼트로부터 수신되는 신호들의 시간 지연 또는 위상을 변경시킴으로서 전기적으로 조절될 수 있으며, 이는 "전기적 틸트"의 각도 조절로서 언급된다.
셀룰러 이동 무선 네트워크에서 사용될 때, 위상 어레이 안테나 수직 방사 패턴(VRP)은 다음과 같은 다수의 중요한 요건들을 가진다:
1. 높은 조준선(boresight) 이득;
2. 상이한 네트워크의 기지국을 사용하여 이동국들에 대한 간섭을 피하기 위하여 충분히 낮은 제 1 상부 측면 로브 레벨;
3. 안테나 근방에서의 통신들을 허용하기 위해 충분히 높은 제 1 하부 측면 로브 레벨.
요건들은 상호 상충하며, 예컨대 조준선 이득을 증가시키면 측면 로브들의 레벨을 증가시킨다. -18dB의 조준용 레벨에 대하여 제 1 상부 측면 로브 레벨은 전체 시스템 성능에 편리한 절충안을 제공하기 위하여 발견되었다.
기계적 틸트 각도 또는 전기적 틸트 각도 중 하나를 조절하는 효과는 수직면에 놓이는 어레이에 대하여 어레이가 수평면 위 또는 아래를 지시하고 안테나의 커버리지 영역을 변경시키도록 조준선을 위치를 보존하는 것이다. 셀룰러 무선 기지국의 안테나의 기계적 및 전기적 틸트 둘 모두를 변화시킬 수 있는 것은 바람직하며, 이는 틸트의 이들 형태들이 안테나 그라운드 커버리지상에서 또한 기지국 근방의 다른 안테나들에서 상이한 효과들을 가지기 때문에 셀 커버리지 영역의 최적화시에 최대의 융통성을 제공한다. 또한, 동작의 효율성은 전기적 틸트의 각도가 안테나 어셈블리로부터 원격으로 조절될 수 있는 경우에 개선된다. 기계적 틸트의 안테나 각도가 안테나의 레이돔(radome)의 위치를 변경함으로써 조절될 수 있는 반면에, 전기적 틸트의 각도를 변경시키는 것은 안테나 비용 및 복잡성을 증가시키는 추가 전자 회로를 필요로한다. 게다가, 만일 단일 안테나가 다수의 오퍼레이터들 사이에서 공유되면, 각각의 오퍼레이터에 대하여 상이한 각도의 전기적 틸트를 제공하는 것이 바람직하다.
공유된 안테나로부터 전기적 틸트의 개별 각도에 대한 필요성은 지금까지 안테나의 성능에서의 절충안들을 이끌었다.. 조준선 이득은 안테나의 유효 구경(effective aperture)의 감소(이는 모든 안테나의 설계에서 필수적으로 발생함)로 인하여 틸트 각도의 코사인에 비례하여 감소할 것이다. 조준선 이득의 추가 감소는 틸트 각도를 변경시키기 위하여 사용되는 방법의 결과로서 발생할 수 있다.
R. C. Johnson, Antenna Engineers Handbook, 3rd Ed 1993, McGraw Hill, ISBN 0-07-032381-X, Ch 20; Figure 20-2는 전기적 틸트의 위상 어레이 안테나의 각도를 국부적으로 그리고 원격으로 조절하기 위한 알려진 방법을 개시하고 있다. 이러한 방법에서, 무선 주파수(RF) 송신기 캐리어 신호는 안테나에 공급된 후 안테나 방사 엘리먼트들에 분배된다. 각각의 안테나 엘리먼트는 신호 위상이 전기적 틸트의 안테나 각도를 변화시키기 위하여 안테나에 대한 거리의 함수로서 조절될 수 있도록 각각의 안테나 엘리먼트와 연관된 각각의 위상 시프터를 가진다. 안테나가 기울어지지 않을 때, 안테나 엘리먼트들로의 전력의 분배는 측면 로브 레벨 및 조준선 이득을 설정하도록 조화된다. 틸트 각도의 최적 제어는 측면 로브 레벨이 틸트 범위 전반에 걸쳐 증가되지 않도록 위상 프론트가 모든 틸트 각도들에 대하여 제어될 때 획득된다. 전기적 틸트의 각도는 필요한 경우에 위상 시프터들을 제어하기 위하여 서보-메커니즘을 사용함으로써 원격으로 조절될 수 있다.
종래의 방법의 엘리먼트는 다수의 단점들을 가진다. 모든 엘리먼트에 대하여 위상 시프터가 요구된다. 안테나는 요구된 위상 시프터들의 수로 인하여 비용이 높다. 개별 엘리먼트들 대신에 안테나 엘리먼트 그룹들에 지연 디바이스들을 적용하여 비용을 감소시키면 측면 로브 레벨이 증가된다. 지연 디바이스들의 기계적 결합은 지연들을 조절하기 위하여 사용되지만, 이를 정확하게 수행하는 것은 매우 어려우며, 더욱이 기계적 링크들 및 기어들은 지연들을 최적으로 분배하지 못한다. 상부 측면 로브 레벨은 안테나가 아래쪽으로 기울어지고 이에 따라 안테나가 다른 기지국들을 사용하는 이동국들에 대한 잠재적인 간섭원을 야기할 때 증가한다. 만일 안테나가 다수의 오퍼레이터들에 의하여 공유되면, 오퍼레이터들은 다른 각도들 대신에 전기적 틸트의 공통 각도를 가진다. 최종적으로, 만일 안테나가 다른 주파수들에서 업링크 및 다운링크(공통적임)를 가진 통신시스템(주파수 분할 듀플렉스 시스템)에서 사용된다면, 전송시 전기적 틸트의 각도는 수신시의 전기적 틸트의 각도와 다르다.
국제특허 출원번호 PCT/GB2002/004166 및 PCT/GB2002/004930는 안테나에 접속된 신호 피드(feed) 쌍간의 위상차에 의하여 전기적 틸트의 안테나 각도를 국부적으로 또는 원격으로 조절하는 기술을 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 위상 어레이 안테나 시스템의 대안 형태를 제공하는데 있다.
본 발명은 가변 전기적 틸트를 가지고 안테나 엘리먼트들(60U1 내지 60L[n])의 어레이(60)를 포함하는 위상 어레이 안테나 시스템으로서,
a) 무선 주파수(RF) 캐리어 신호를 제 1 및 제 2 신호들로 분할하기 위한 분할기(44);
b) 제 1 및 제 2 신호들 간에 가변 상대 위상 시프트를 도입하는 가변 위상 시프터(46);
c) 상대적으로 위상 시프트된 제 1 및 제 2 신호들을 전력들이 상대 위상 시프트의 함수인 신호들로 변환하는 위상 대 전력 변환기(50);
d) 상기 변환된 신호들을 분할된 신호들의 적어도 두 개의 세트들로 분할하는 제 1 및 제 2 전력 스플리터들(52, 54)로서, 상기 세트들내의 분할된 신호들의 전체 수는 적어도 상기 어레이의 안테나 엘리먼트들의 수와 동일한, 상기 제 1 및 제 2 전력 스플리터;
e) 어레이 중심(62)에 대하여 동일한 거리 거리에 배치된 안테나 엘리먼트들(예컨대, 60U[n], 60L[n])의 각각의 쌍에 공급하도록 적절한 위상을 갖는 벡터 합 및 차 성분들을 제공하기 위하여 다른 전력 스플리터들로부터의 분할된 신호들의 쌍들을 조합하는 전력 대 위상 변환기들(56)을 포함한다.
다양한 실시예들에 따르면, 본 발명 다음과 같은 다양한 장점들을 제공하도록 구성될 수 있다.
a) 전기적 틸트 각도를 설정하는데 있어서 오퍼레이터당 단지 하나의 위상 시프터 또는 시간 지연 디바이스만을 필요로 한다.
b) 양호한 레벨의 측면 로브 억제를 제공할 수 있다.
c) 아래 방향으로 기울어질 때 제어된 상부 측면 로브 레벨을 가진다.
d) 공유된 안테나로서 사용될 때 상이한 오퍼레이터들에 대하여 상이한 틸트 각도들을 제공할 수 있다.
e) 국부적 또는 원격의 전기적 틸트의 각도 제어를 제공할 수 있다.
f) 유사한 성능 레벨을 가진 상보 안테나들보다 낮은 비용으로 구현될 수 있다.
g) 오퍼레이터의 옵션에서, 수신 주파수의 전기적 틸트 각도와 동일하거나 또는 상이한 송신 주파수의 전기적 틸트 각도를 가질 수 있다.
본 발명의 시스템은 각각 동일한 거리의 안테나 엘리먼트들의 쌍들의 중심에 위치된 중심 안테나 엘리먼트를 포함하는 홀수개의 안테나 엘리먼트들을 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템은 위상 대 전력 변환기와 제 1 및 제 2 전력 스플리터들 중 하나 사이에 접속되고 상기 위상 대 전력 변환기로부터의 일정비율의 전력을 상기 중심 안테나 엘리먼트로 전환(divert)시키도록 구성된 제 3 전력 스플리터를 포함할 수 있다.
위상 대 전력 및 전력 대 위상 변환기들은 위상 시프터들 및 90도 또는 180도 하이브리드 결합기들의 조합들일 수 있다. 분할기, 상기 위상 시프터, 위상 대 전력 및 전력 대 위상 변환기들 및 전력 스플리터들은 안테나 어셈블리로서 안테나 엘리먼트들의 어레이와 공동 배치되며, 어셈블리는 원격 소스로부터 단일 RF 입력 전력 피드를 가질 수 있다.
분할기 및 위상 시프터는 위상 대 전력 및 상기 전력 대 위상 변환기들, 전력 스플리터들 및 안테나 어셈블리로서 공동 배치된 안테나 엘리먼트들의 어레이로부터 원격 위치에 배치되며, 어셈블리는 원격 소스로부터의 듀얼 RF 입력 전력 피드들을 가질 수 있다. 분할기 및 위상 시프터는 전기적 틸트의 각도를 변화시킬 때 오퍼레이터에 의하여 사용하기 위하여 원격 소스와 함께 공동 배치될 수 있다.
본 시스템은 안테나 시스템을 공유하는 상이한 오퍼레이터들로부터 전달하고 또한 상기 다른 오퍼레이터들로 전달하는 신호들을 조합하는 듀플렉서들을 포함할 수 있다. 전력 스플리터는 안테나 어레이의 중심에서의 최대값으로부터 안테나 어레이 단부들에서의 최소값으로 떨어지는 구동 전압들을 수신하기 위하여 안테나 어레이를 제공하도록 구성될 수 있다.
하나의 전력 스플리터는 안테나 어레이에 대하여 프로그레시브 위상 프론트(progressive phase front)를 수립하기 위하여 안테나 어레이 단부와 연관된 최소값으로부터 상기 안테나 어레이 중심과 연관된 최대값으로 상승하는 전압 세트를 적절히 제공하도록 구성되며, 적당한 조준선 이득 및 측면 로브 억제를 위해 요구되는 바에 따라, 위상 프론트는 틸트 각도가 틸트의 동작 범위 내에서 증가할 때 거의 선형적이다.
대안으로는, 본 발명은 안테나 엘리먼트들의 어레이를 포함하는 위상 어레이 안테나 시스템에서 가변 전기적 틸트를 제공하는 방법으로서,
a) 무선 주파수(RF) 캐리어 신호를 제 1 및 제 2 신호들로 분할하는 단계;
b) 제 1 및 제 2 신호들간에 가변 상대 위상 시프트를 도입하는 단계;
c) 상대적 위상 시프트된 제 1 및 제 2 신호들을 전력들이 상대 위상 시프트의 함수인 신호들로 변환하는 단계;
d) 전력 스플리터들을 사용하여 변환된 신호들을 분할된 신호들의 적어도 두 개의 세트들로 분할하는 단계를 포함하는데, 세트들 내의 분할된 신호들의 전체 수는 적어도 어레이의 안테나 엘리먼트들의 수와 동일하며; 및
e) 벡터 합 및 차 성분들에 대하여 적절한 위상을 제공하기 위하여 상이한 전력 스플리터들(52, 54)로부터의 분할된 신호들의 쌍들을 조합하고 어레이 중심에 대하여 동일한 거리에 배치된 안테나 엘리먼트들의 각각의 쌍에 벡터 합 및 차 성분들을 공급하기 위한 단계를 포함한다.
안테나 어레이는 동일한 거리의 안테나 엘리먼트들의 각각의 쌍의 중심에 배치된 중심 안테나 엘리먼트(E0)를 포함하는 홀수개의 안테나 엘리먼트들(E0 내지 E7L)을 가질 수 있다. 위상 어레이 안테나 시스템은 전력이 상대 위상 시프트의 함수인 신호들 중 하나를 수신하기 위하여 접속된 제 3 전력 스플리터을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법은 상기 신호의 일정 비율의 전력을 상기 중심 엘리먼트로 전환시키기 위하여 배열된 제 3 전력 스플리터를 사용하는 단계를 포함한다.
상대적으로 위상 시프트된 제 1 및 제 2 신호들의 변환 및 분할된 신호들의 쌍들의 조합은 90도 또는 180도 하이브리드 결합기들을 포함하는 위상 대 전력 및 상기 전력 대 위상 변환기들을 사용하여 각각 구현될 수 있다.
상기 단계들 a) 내지 e)는 원격 소스로부터의 단일 RF 입력 전력 피드로의 입력을 가진 안테나 어셈블리를 형성하기 위하여 안테나 어셈블리들의 어레이와 공동 배치된 구성요소들을 사용하여 구현될 수 있다. 선택적으로, 상기 단계 a) 및 b)는 안테나 엘리먼트들의 어레이에 대해 원격으로 배치된 구성요소들을 사용하여 구현될 수 있으며, 상기 단계 c) 내지 e)는 상기 어레이와 공동 배치되고 원격 소스로부터의 듀얼 RF 입력 전력 피드들을 가진 안테나 어셈블리를 어레이와 함께 형성하는 상기 구성요소들을 사용하여 구현될 수 있다. 상기 단계 b)는 전기적 틸트의 각도를 변화시키기 위하여 상기 상대 위상 시프트를 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 방법은 안테나 시스템을 공유하는 상이한 오퍼레이터들로부터 전송되고 또한 상기 상이한 오퍼레이터들로 전송되는 신호들을 조합하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 안테나 어레이의 중심에서의 최대값으로부터 안테나 어레이의 단부들에서의 최소값으로 떨어지는 구동 전압들을 수신하는 안테나 어레이를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 d)는 상기 안테나 어레이에 대하여 프로그레시브 위상 프론트를 수립하기 위하여 안테나 어레이 단부와 연관된 최소값으로부터 안테나 어레이 중심과 연관된 최대값으로 상승하는 전압 세트를 적절히 제공하는 단계를 포함하며, 적절한 조준선 이득 및 측변 로브 억제를 위해 요구되는 바에 따라, 위상 프론트는 틸트 각도가 틸트의 동작 범위에서 증가할 때 거의 선형적이다.
본 발명이 더 완전히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 첨부 도면을 참조로 하여 실시예들이 예시적으로 지금 기술될 것이다.
도 1은 전기적 틸트의 제로(zero) 및 비제로 각도들을 가진 위상 어레이 안테나 수직 방사 패턴(VRP)을 도시한 도면.
도 2는 전기적 틸트의 조절가능한 각도를 가진 종래의 위상 어레이 안테나를 도시한 도면.
도 3은 신호 피더 응용에서 본 발명의 위상 어레이 안테나 시스템을 도시한 블록도.
도 4는 도 3의 시스템에 사용되는 위상 대 전력 변환기에서 전압 출력 및 입력 위상차 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 5는 전압을 전력으로 대체한 도 4의 등가 그래프.
도 6은 도 3 시스템에서 사용되는 전압 스플리터의 출력에서 가능한 전압 분배의 예를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 위상 어레이 안테나 시스템의 나머지 부분을 도시하고 또한 전력 대 위상 변환, 위상 시프팅 및 안테나 엘리먼트를 도시한 블록도.
도 8은 도 7의 위상 어레이 안테나 시스템의 나머지 부분을 도시하고 또한 전력 대 위상 변환, 위상 시프팅 및 안테나 엘리먼트를 도시한 블록도.
도 9는 도 7 시스템의 안테나 엘리먼트의 위치, 간격 및 구동 신호 위상을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 또 다른 위상 어레이 아네나 시스템의 일부분을 도시하며 또한 중심 안테나 엘리먼트에 대한 추가 신호의 발생과 함께 위상 시프팅, 위상 대 전력 변환 및 전력 분할을 사용하는 듀얼 피더 구현을 기술한 도면.
도 11은 도 10의 위상 어레이 안테나 시스템의 나머지 부분을 도시하고 또한 단일 중심 안테나 엘리먼트(엘리먼트 공간은 실제 크기로 도시되지 않음)를 가진 안테나 어레이를 도시한 도면.
도 12는 단일 피더를 가진 본 발명의 사용을 기술한 도면.
도 13은 전송 모드에서의 전기적 틸트의 각도와 수신 모드에서의 전기적 틸트의 각도가 다르도록 구성한 본 발명의 수정을 도시한 도면.
도 14는 듀얼 피드들과 함께 다중 사용자에 의하여 공유되며 송신/수신 능력을 결합한 안테나를 기술하는 본 발명의 다른 위상 어레이 안테나 시스템의 블록도.
도 1에는 개별 안테나 엘리먼트들(도시없음)의 위상 어레이인 안테나(12)의 수직 방사 패턴들(VRP)(10a, 10b)이 도시되어 있다. 안테나(12)는 평면이며 중심점(14)을 가지며 도면의 평면에 수직하게 연장한다. VRP들(10a, 10b)은 어레이 에지로부터 안테나(12)를 가로질러 어레이 엘리먼트의 거리와 안테나 엘리먼트 신호들의 지연 또는 위상의 제로(zeor) 및 비제로 변화에 각각 대응한다. VRP들(10a, 10b)은 중심 라인들 또는 "조준선(boresight)(18a, 18b)", 제 1 상부 측면 로브들(20a, 20b) 및 제 1 하부 측면 로브들(22a, 22b)과 함께 각각의 주 로브들(16a, 16b)을 가지며, 도면부호 18c는 비제로 조준선(18b)와 비교하기 위하여 제로 지연 변화량에 대한 조준선 방향을 지시한다. 접미사 a 또는 b가 없는 것, 예컨대 측면 로브(20)를 참조할 때, 엘리먼트들의 관련 쌍 중 하나는 구별되어 사용되지 않는다. VRP(10b)는 VRP(10a)에 대하여 기울어지며(기술된 바와 같이 아래 방향으로), 즉 안테나(12)를 가로지르는 거리에 따라 지연이 변화하는 비율에 따르는 진폭을 가진 주 빔 중심 라인들(18b, 18c) 간의 각도(즉, 틸트 각도)가 존재한다.
VRP는 다수의 기준들, 즉 a) 높은 조준선 이득; b) 또 다른 기지국을 사용하는 이동국들에 대한 간섭을 방지하는데 충분히 낮은 레벨을 가져야 하는 제 1 상부 측면 로브(20); c) 안테나(12)의 근방에 통신하기에 충분한 레벨을 가져야 하는 제 1 하부 측면 로브(22)를 만족해야 한다. 이들 요건들은 상호 상충하며, 예컨대 조준선 이득을 최대로 하면 측면 로브들(20, 22)이 증가한다. 조준선 레벨(주 빔(16)의 길이)과 관련하여, -18dB의 제 1 상부 측면 로브 레벨은 전체 시스템 성능에 편리한 절충안을 제공하기 위하여 발견되었다. 조준선 이득은 안테나 유효 구경의 감소로 인하여 틸트 각도의 코사인에 비례하여 감소한다. 조준선 이득의 추가 감소는 틸트 각도가 변경되는 방식에 따라 이루어진다.
기계적 틸트 각도 또는 전기적 틸트 각도 중 하나를 조절하는 효과는 틸트가 수평면 위 또는 아래를 지시하고 이에 따라 안테나의 커버리지 영역을 조절하도록 조준선의 위치를 변경시키는 것이다. 최대의 융통성을 제공하기 위하여 셀룰러 무선 기지국은 바람직하게 각각의 틸트가 그라운드 커버리지상에서 또한 기지국 근방의 다른 안테나들에서 다른 효과들을 가지기 때문에 기계적 틸트 및 전기적 틸트 둘다를 이용할 수 있다. 또한, 안테나의 전기적 틸트가 안테나로부터 원격으로 조절될 수 있는 경우에 편리하다. 게다가, 만일 신호 안테나가 다수의 오퍼레이터들 사이에 공유되면, 비록 이것이 종래의 안테나 성능을 손상시킬지라도 각각의 오퍼레이터에 대하여 전기적 틸트의 다른 각도를 제공하는 것이 바람직하다.
도 2에는 전기적 틸트의 각도가 조절가능한 종래의 위상 어레이 안테나 시스템(30)이 도시되어 있다. 시스템(30)은 무선 주파수(RF) 송신기 캐리어 신호에 대한 입력(32)을 포함하며, 입력(32)은 전력 분배 네트워크(34)에 접속된다. 네트워크(34)는 위상 시프터들(Phi.EO, Phi.E1L 내지 Phi.E[n]L 및 Phi.E1U 내지 Phi.E[n]U)를 통해 위상 어레이 안테나 시스템(30)의 각각의 방사 안테나 엘리먼트들(EO, E1L 내지 E[n]L 및 E1U 내지 E[n]U)에 접속되며, 여기서 접미사들(U, L)은 상부 및 하부를 각각 지시하며, n은 위상 어레이 크기를 한정하는 단위보다 큰 임의의 양수이며, 관련 엘리먼트를 지시하는 36과 같은 점선들은 임의의 원하는 어레이 크기에 대하여 요구된다.
위상 어레이 안테나 시스템(30)은 다음과 같이 동작한다. RF 송신기 캐리어 신호는 입력(32)을 통해 전력 분배 네트워크(34)에 공급되며, 네트워크(34)는 각각의 분할된 신호들을 위상 시프트하고 위상 시프트된 신호들을 연관된 안테나 엘리먼트들(EO, E1L 내지 E{n]L, EIU 내지 E[n]U)에 각각 전송하는 위상 시프터들(Phi.EO, Phi.E1L 내지 Phi.E[n]L 및 Phi.E1U 내지 Phi.E[n]U) 간에 RF 송신기 캐리어 신호(반드시 동일하지 않음)를 분할한다. 틸트의 각도가 제로일 때 안테나 엘리먼트(E0) 등 간의 전력 분배는 측면 로브 레벨 및 조준선 이득을 적절하게 설정하도록 선택된다. 전기적 틸트의 각도에 대한 최적 제어는 측면 로브 레벨이 틸트 범위 전반에 걸쳐 증가되지 않도록 엘리먼트들(E0) 등의 어레이에 대한 위상 프론트가 모든 틸트 각도에 대하여 제어될 때 획득된다. 전기적 틸트의 각도는 기계적으로 작동될 수 있는 위상 시프터 위상 시프터들(Phi.EO, Phi.E1L 내지 Phi.E[n]L 및 Phi.E1U 내지 Phi.E[n]U)를 제어하는 서보-메커니즘을 사용함으로써 필요한 경우에 원격으로 제어될 수 있다.
위상 어레이 안테나 시스템(30)은 다음과 같은 다수의 장점을 가진다:
a) 각각의 안테나 엘리먼트에 대하여 또는 (덜 유리하게) 엘리먼트 그룹당 위상 시프터가 요구된다.
b) 요구된 위상 시프터들의 수로 인하여 안테나의 비용이 고가이다.
c) 개별 안테나 엘리먼트들 대신에 각각의 안테나 그룹들에 위상 시프터들을 적용하여 비용을 감소시키면 측면 로브 레벨이 증가된다.
d) 지연들을 설정하기 위한 위상 시프터들의 기계적 결합이 곤란하며 지연 방식을 최적화하지 못하는 기계적 링크들 및 기어들이 사용된다.
e) 상부 측면 로브 레벨은 안테나가 아래 방향으로 기울어질 때 증가하며, 이에 따라 다른 기지국들을 사용하는 이동국들의 잠재적 간섭원이 된다.
f) 만일 안테나가 다른 오퍼레이터들에 의하여 공유되면, 모든 오퍼레이터들은 동일한 전기적 틸트의 각도를 사용해야 한다.
g) 상이한 주파수들에서 업링크 및 다운링크를 가지는 시스템(주파수 분할 듀플렉스 시스템)에서는 전송 모드에서의 전기적 틸트 각도가 수신 모드에서의 틸트 각도와 상이하다.
도 3에는 전기적 틸트의 조절가능한 각도를 가지는 본 발명의 위상 어레이 안테나 시스템(40)이 도시되어 있다. 시스템(40)은 RF 송신기 캐리어 신호에 대한 입력(42)을 포함하며, 입력(42)은 가변 위상 시프터(46) 및 고정 위상 시프터(48)에 대한 입력 신호들인 두 개의 출력 신호들(V1a, V1b)을 제공하는 전력 스플리터(44)에 대한 입력으로 접속된다. 위상 시프터들(46, 48)은 시간 지연들로서 등가적으로 고려될 수 있다. 위상 시프터들은 두 개의 전력 스플리터들(52, 54)에 각각 출력 신호들(V3a, V3b)을 제공하는 위상 대 전력 변환기(50)에 각각의 출력 신호들(V2a, V2b)를 제공한다. 위상 대 전력 변환기(50)는 이후에 더 상세히 기술될 것이다. 전력 스플리터들(52, 54)은 각각 52a 및 54b와 같은 n개의 출력들을 가지며, 여기서 n은 2 이상의 양의 정수이며, 점선 화살표 출력들(52b, 54b)은 임의의 적절한 위상 어레이 크기에 대하여 요구되는 출력을 지시한다.
52a 및 54b와 같은 전력 스플리터 출력들은 쌍 Vai/Vbi(i=1 내지 n)으로 그룹핑되는 출력 신호들(Va1 내지 Va[n] 및 Vb1 내지 Vb[n])을 각각 제공하며, 각각의 스플리터쌍의 각각의 스플리터로부터 하나의 신호가 출력되며, 신호들(Vai/Vbi)의 각각의 쌍은 각각의 전력 대 위상 변환기(56i)에 접속된다(도시안됨). 제 1 전력 대 위상 변환기(561)는 입력(Va1/Vb1)을 수신하며, 각각의 고정 위상 시프터들(58U1, 58L1)을 통해 어레이(60)의 최내부 엘리먼트인 등기 이격된 위상 어레이 안테나 엘리먼트들(60U1, 60U1)의 제 1 쌍에 구동 신호들을 제공한다. 60U1 및 60L1과 같은 인접 안테나 엘리먼트들의 쌍들은 중심 공간(62)에 의하여 이격된다. 제 2 전력 대 위상 변환기(562)는 입력 신호들(Va2, Vb2)을 수신하며, 각각의 고정 위상 시프터들(58U2, 58L2)를 통해 각각의 최내부 엘리먼트들(60U1, 60L1) 다음에 있는 위상 어레이 안테나 엘리먼트들(60U2, 60L2)의 제 2 쌍에 구동 신호들을 제공한다. 마찬가지로, 제 n 전력 대 위상 변환기(56N)는 입력들(Va[n]/Vb[n])을 수신하며, 각각의 고정 위상 시프터들(58Un, 58Ln)을 통해 위상 어레이 엘리먼트들(60n, 60Ln)에 구동 신호들을 제공한다. 이러한 n 쌍은 각각의 최내부 엘리먼트들(60U1, 60L1)로부터 (n-1) 중심 공간들(62)로부터 떨어진 중심들(64)을 가진다. 여기서, n은 2와 동일하거나 또는 2보다 큰 임의의 양의 정수이나, 전력 스플리터들(52, 54)에 대한 n의 값과 동일하며, 위상 어레이 크기는 2n 안테나 엘리먼트들이다. 전력 대 위상 변환기(56n) 및 최외부 안테나 엘리먼트들(60Un, 60Ln)은 그들이 임의의 원하는 위상 어레이 크기를 위하여 요구된다는 것을 지시하기 위하여 점선으로 도시된다.
위상 어레이 안테나 시스템(40)은 다음과 같이 동작한다. RF 송신기 캐리어 신호는 그것이 동일한 전력을 가진 신호들(V1a, V1b)로 분할되는 전력 스플리터(44)로 입력(42)을 통해 공급된다(단일 피더). 신호들(V1a, V1b)는 각각 가변 및 고정 위상 시프터들(46, 48)에 공급된다. 가변 위상 시프터(46)는 오퍼레이터-선택가능 위상 시프트 또는 시간 지연을 공급하며, 여기에서 공급된 위상 시프트 정도는 안테나 엘리먼트들(58U1) 등의 위상 어레이의 전기적 틸트 각도를 제어한다. 고정 위상 시프터(48)는 가변 위상 시프터(46)에 의하여 적용가능한 최대 위상 시프트 φM의 절반으로 편리하게 배열되는 고정 위상 시프트를 공급한다. 이는 V1a가 V1b에 대한 -φM/2 내지 +φM/2 범위내의 위상 변수이도록 하며, 위상 시프트후 이들 신호들은 위상 시프터들(46, 48)로부터의 출력후에 알려진 바와같이 V2a 및 V2b가 된다.
위상 대 전력 변환기(50)는 입력 신호들(V2a, V2b)을 조합하며, 입력들 간의 상대 위상차에 따르는 서로에 비례하는 전력들을 가진 두 개의 출력 신호들(V3a, V3b)를 그들로부터 발생시킨다. 전력 스플리터들(52, 54)은 신호들(V3a, V3b)을 n개의 출력 신호들(Va1 내지 Va[n] 및 Vb1 내지 Vb[n])로 각각 분할하며, 여기서 각각의 세트(Va1 등 또는 Vb1 등)내의 각각의 신호의 전력은 세트내의 다른 신호들의 전력들과 반드시 동일하지 않다. 스플리터(52)는 안테나 엘리먼트 전력을 제어하는 진폭 테이퍼 스플리터이며, 스플리터(54)는 틸트를 제어하는 "틸트 스플리터"이다.
세트들(Va1 등 또는 Vb1 등)에 대한 신호 전력들의 변화는 어레이(60)의 안테나 엘리먼트(60U1)의 수에 대하여 다르며, 이에 대한 예들은 고정 크기들의 어레이들과 관련하여 이후에 기술될 것이다.
출력 신호들(Va1 내지 Va[n] 및 Vb1 내지 Vb[n])은 다른 스플리터들로부터 쌍으로 그룹핑되나 동일한 접미사, 즉 쌍들 Va1/Vb1, Va1/Vb2 등으로 그룹핑된다. 쌍 Va1/Vb1 등은 서로 상대 위상차를 가진 두 개의 안테나 구동 신호들로 각 쌍을 변환시키는 각각의 전력 대 위상 변환기(561) 등에 공급된다. 각각의 구동 신호는 각각의 고정 위상 시프터(58U1)를 통해 각각의 안테나 엘리먼트(60U1) 등에 전송된다. 고정 위상 시프터들(58U1) 등은 다른 안테나 엘리먼트들(60U1) 등 간에 어레이(60)에 대한 엘리먼트 기하학적 위치에 따라 선형적으로 변화시키는 고정 위상 시프트들을 제공하며, 이는 가변 위상 시프터(46)에 의하여 제공되는 신호들(V1a, V1B)가 제로일 때 어레이(60) 조준선에 대한 제로 기준 방향(도 1의 18a 또는 18b)을 설정하는 것이다. 고정 위상 시프터들(58U1) 등은 필수적이지 않으나, a) 틸트 프로세스에 의하여 도입된 위상 시프트에 비례하고 b) 틸트 범위 전반에 걸쳐 측면 로브들의 억제를 최적화하며 c) 전기적 틸트의 선택 고정각을 도입하기 위하여 사용된다.
어레이(60)의 전기적 틸트 각도가 하나의 가변 위상 시프터, 즉 가변 위상 시프터(46)를 사용함으로서 단순하게 변화될 수 있다는 것을(이하에 기술된 바와같이) 알 수 있다. 이는 다중 가변 위상 시프터들을 가진 종래 요건과 비교되며, 모든 안테나 엘리먼트에 대하여 하나의 위상 시프터가 제공된다. 가변 위상 시프터 (46)에 의하여 도입된 위상 차는 한 방향에서 양의 안테나 틸트이며, 위상 차는 반대 방향에서 음의 안테나 틸트이다.
만일 다수의 사용자가 존재하면, 각각의 사용자는 각각의 위상 어레이 안테나 시스템(40)을 가질 수 있다. 대안적으로, 만일 사용자들이 공통 안테나(60)를 사용하는 것이 요구되면, 각각의 사용자는 도 3에서 엘리먼트들(42 내지 58U/58l)의 각각의 세트를 가지며 조합 네트워크는 안테나 어레이(60)에 공급하기 위하여 위상 시프터들(58U) 등의 다수의 세트로부터 신호들을 조합하기 위하여 요구된다. 공개된 국제특허 출원번호 WO 02/082581 A2는 상기와 같은 네트워크를 개시하고 잇다.
도 4는 위상 시프터(46)에 의하여 도입된 V2a 및 V2b간의 위상차에 대한 함수로서 도시된 위상 대 전력 변환기 출력 신호들(V3a, V3b)에 대한 전압들을 도시한다. 여기서, V3a 및 V3b는 1볼트의 최대로 정규화된다. 신호들(V3a, V3b)의 위상 각도들은 하나의 전력 감소할 때 변화되지 않으며 가변 위상 시프터(46)에 의하여 도입된 V2a 및 V2b간의 상대 위상차를 변경시키는 결과로서 증가한다. 그러나, V3b에 대한 음전압은 V3a에 비례하는 신호의 180도 위상 시프트를 나타낸다.
도 5는 전력이 신호들 (V3a, V3b)에 대한 위상차 V2a/V2b에 대하여 1와트로 정규화되고 P3a 및 P3b로 도시된 도면인 것을 제외하고 도 4와 동일하다. 안테나가 기울어지지 않을 때, 즉 위상=0이고 P3a가 최대값이며 P3b=0이며, 이에 따라 모든 신호 전력은 위상=0이고 제 2 스플리터(54)가 제로 전력을 수신할 때 제 1 스플리터(52)에 공급된다. 그러므로, 안테나가 기울어지지 않을 때 전압들(Va1, Va2,...Va[n])의 분배는 제로 틸트에 대하여 조준선 이득 및 측면 로브의 레벨을 결정한다.
위상 어레이 안테나의 엘리먼트들에 대한 다른 전압 분배의 효과들은 잘 알려져 있다. 도 6은 17개의 안테나 엘리먼트들을 가진 위상 어레이 안테나에 대하여 3개의 다른 전압 분배들을 기술하며, 전압은 안테나 엘리먼트 수에 대하여 도시되며, 여기서 안테나 엘리먼트들은 수직 평면에 배열되는 것으로 고려되며, 중심 안테나 엘리먼트는 0으로 번호가 부여된다. 양 및 음의 안테나 엘리먼트 번호들은 각각의 경우에 안테나 엘리먼트가 중심 안테나 엘리먼트(0) 위 또는 아래에 있으며 각각의 경우에 안테나 엘리먼트 번호 크기가 관련 엘리먼트 및 중심 엘리먼트 간의 간격에 비례하는지의 여부에 따라 할당된다. 안테나 엘리먼트 전압은 중심 안테나 엘리먼트 전압에 의한 분할에 의하여 정규화되며, 그 결과 중심 안테나 엘리먼트(0)는 다른 안테나 엘리먼트들에 대하여 전압 1.0을 가진다.
만일 위상 어레이 안테나가 최대 조준선 이득을 가지도록 요구되면, 안테나 엘리먼트 전압들의 직각 분배가 사용되며, 즉 안테나 엘리먼트들 모두는 선형 수평 플롯(70)에 의하여 지시된 것과 동일한 구동 전압을 가진다. 만일 측면 로브레벨의 최대 억제가 요구되면, 안테나 엘리먼트 전압들의 이상 분포(72)가 사용된다. 선택적으로, 부분 직사각형 및 부분 이항인 분포(74)가 사용될 수 있다. 분포(74)는 분포(70, 72)의 합의 절반이다. 분포(72)에서, 최외부 엘리먼트들(8, -8)은 제로 전력을 수신하며 위상 어레이로부터 생략될 수 있다.
측면 로브들의 레벨이 전기적 틸트의 최대 각도로 최적화하는 것은 본 발명에서 유리한 것으로 발견되었다. 그 다음에, 측면 로브 레벨들은 최대값 이하의 모든 틸트 각도들에 대한 최대 틸트 각도의 레벨보다 낮을 것이다. 도 3을 한번 더 참조하면, 위상 어레이 안테나(60)를 전기적으로 기울이기 위하여, 제 2 스플리터(54)에 공급된 전력은 제로로부터 증가되며, 그 다음에 제 i의 상부 및 하부 안테나 엘리먼트들(60Ui, 60Li)(여기서 i= 1 내지 n)은 벡터 조합 신호들(Va[i], Vb[i])에 의하여 결정된 위상 및 진폭을 가진 구동 신호들을 수신한다. 제 i의 상부 엘리먼트(60U[i])에 공급된 신호의 위상(φu[i])은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112005056112330-pct00001
수식(1)
제 i의 하부 엘리먼트(60U[i])에 공급된 신호의 위상 시프트(φ[i])는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112005056112330-pct00002
수식(2)
수식 (1) 및 (2)는 제 i의 상부 안테나 엘리먼트(60U[i])에 공급된 구동 신호의 위상이 제 i의 하부 안테나 엘리먼트(60L[i])에 공급된 위상과 반대 방향이라는 것을 제시한다. 지금, 제 2 스플리터(54)로부터 출력된 전압들은 Vb1 내지 Vb[n], 즉 Vb[n]＞...Vb[i]＞...Vb2＞Vb1으로부터 증가하도록 선택되며, 결과적으로 수식(1) 및 (2)로부터 안테나(60)에 대하여 프로그레시브 위상 프론트가 수립되며, 이에 따라 전압들이 전기적 틸트의 비제로 각도를 가지도록 한다. 더욱이, 위상 프론트는 틸트의 각도가 증가될 때 거의 선형을 유지하며, 이에 따라 조준선 이득 및 측면 로브 억제가 유지된다. 틸트 감도가 제 2 스플리터(54)에 의하여 전달된 전력에 의하여 결정된다는 것을 수식(1) 및 (2)으로부터 알 수 있다. 이러한 방식으로 구현될 때, 위상 어레이 안테나 시스템(40)은 10도의 위상 시프트 마다 전기적 틸트의 1도의 위상 시프트인 틸트 감도를 가진다.
안테나 시스템(40)은 단일 피더 시스템 또는 듀얼 피더 시스템(각각의 경우에 오퍼레이터마다)로서 구현될 수 있다. 단일 피더 시스템에서, 단일 신호 피드(42)는 마스트(mast)상에 장착될 수 있는 안테나 어레이(60)에 신호(Vin)를 공급하며, 도 3의 아이템들(44)은 안테나 어레이와 함께 장착된다. 이는 원격 사용자로부터 안테나 시스템로 전송하기 위하여 단지 하나의 신호 피드가 요구되고 원격 오퍼레이터가 안테나 시스템에 액세스하지 않고 전기적 틸트의 각도를 조절할 수 없는 장점을 가진다. 또한, 단일 안테나를 공유하는 오퍼레이터들은 모드 동일한 전기적 틸트의 각도를 가진다.
듀얼 피더 시스템에서, 두 개의 신호들(V2a, V2b)은 안테나 어레이에 공급되며, 도 3의 아이템들(42 내지 48)(틸트 제어소자)은 안테나 어레이(60)로부터 원격으로 사용자와 함께 배치되며, 아이템들(50 내지 64)은 안테나 어레이와 함께 배치된다. 사용자는 전기적 틸트의 각도를 조절하기 위하여 위상 시프터(46)에 직접 액세스할 수 있다. 틸트 감도를 감소시켜서 피더들 간의 위상차들 및 오퍼레이터에 의하여 요구된 전기적 틸트 각도 및 안테나에서의 틸트 각도 간의 위상차들을 감소시키는 것이 편리하다. 각각의 오퍼레이터와 함께 배치된 틸트 제어 소자들(42 내지 48)의 각각의 세트 및 오퍼레이터의 기지국에 배치된 주파수 선택 조합기의 입력측에서, 각각의 오퍼레이터에 대한 개별 틸트 각도를 사용하여 공유된 안테나 시스템을 구현하는 것이 가능하다.
본 발명의 듀얼 피더 시스템의 두 개의 피더들사이간의 진폭 및 위상 변화를 감소시키기 위하여, 틸트 감도는 전기적 틸팅을 위하여 사용되는 제 2스플리터(54)로부터 전력을 감소시킴으로서 감소될 수 있다. 제 2 스플리터(54)로부터의 틸팅 전력은 (a) 위상 시프트가 일정하고 안테나 어레이의 중심에 배치되는 추가 안테나 엘리먼트에 스플리터(54)로부터 전력의 일부를 공급하거나 또는 (b) 전력의 일부를 종단으로 전환하거나 또는 (c) (a) 및 (b)의 조합에 의하여 감소될 수 있다.
안테나 조준선 이득의 최대값의 과도한 감소를 방지하기 위하여, 제 1 스플리터 전력의 일부를 추가 중심 안테나 엘리먼트로 전환시키는 것이 바람직하다. 전체 제 1 스플리터 전력의 1/2이 중심 안테나 엘리먼트에 공급될 때, 틸트 감도는 전형적으로 전기적 틸트의 1도당 위상 시프트의 20도이다. 틸트가 제로를 통과할 때, 중심 안테나 엘리먼트에 대한 위상 시프트는 180도만큼 변화한다. 이는 로브들이 대칭적인 도 1과 달리 상부 및 하부 측면 로브들의 레벨들 간에 비대칭이다. 특히, 이러한 비대칭은 다른 기지국들을 사용하는 이동전화들에 대한 간섭 가능성을 추가로 감소시키기 위하여 상부 측면 로브(20a에 대응함)를 억제한다.
본 발명의 실시예(40)는 다음과 같은 다수의 장점들을 가진다.
1. 틸트는 안테나 엘리먼트 대신에 사용자당 단일 가변 지연 디바이스 또는 위상 시프터로 구현된다.
2. 위상 및 진폭 테이퍼들은 틸트 범위(주파수에 따라 4도 내지 6도)에 걸쳐 거의 일정하며, 여기서 "테이퍼"는 안테나 엘리먼트들에 대한 진폭 또는 위상 프로파일이다.
3. 틸트 범위 전반에 걸쳐 측면 로브 억제가 효과적으로 유지되며, 또한 조준선 레벨 이하의 18dB보다 낮게 제어될 수 있다.
4. 틸트 감도는 최적으로 설정될 수 있다.
5. 개별 틸트 각도들은 다중 사용자들에 의하여 안테나를 공유하기 위하여 이용가능하다.
6. 송신 모드 및 수신 모드가 다른 주파수를 가짐에도 불구하고, 송신 모드에서의 틸트 각도는 이하에 기술된 바와 같이 수신 모드에서의 틸트 각도와 동일하거나 또는 다를 수 있다.
7. 비대칭 측면 로브 레벨들은 다른 기지국들을 사용하는 이동국들에 대한 잠재적 간섭을 감소시키기 위하여 획득할 수 있다.
도 7에는 도 3의 상부 부분과 유사한 위상 대 전력 변환 및 전압 분할을 위한 위상에 대한 회로(80)가 도시되어 있다. 여기서는 단지 차이점들만이 기술된다. 도 3과 비교한 차이들은 고정 위상 시프터(82)가 가변 위상 시프터(84)와 (병렬 대신에) 직렬로 접속되며 위상 대 전력 변환의 예가 주어지며 두 개의 스플리터들(88a, 88b) 각각이 7개의 출력들(Va1/Vb1) 등으로 분할한다는 점이다. 신호들은 고정 및 가변 위상 시프터들(82, 84)로부터 4개의 단말들(A, B, C, D)를 가진 직교 하이브리드 지향성 결합기(86)("직교 하이브리드")로 전송된다. 단말들(A 내지 D)의 쌍간의 입력-출력 경로들은 92와 같은 곡선형 라인들에 의하여 지시된다. 위상 대 전력 변환은 고정 위상 시프터(82) 및 결합기(86)의 조합으로부터 획득된다. 표식들(-90 및 -180)에 의하여 지시된 바와 같이, 직교 하이브리드(86)는 이러한 신호들이 입력 및 출력인지의 여부에 따라 -90 또는 -180에 의하여 입력 신호들을 위상 시프트시키며, 고정 위상 시프터(86)로부터의 신호들(V2a)은 단말(B)에 입력되고 단말들(A, C)로부터 위상 시프트 -90도 및 -180 도를 각각 가진 스플리터들(88a, 88b)에 출력된다. 유사하게, 가변 위상 시프터(84)로부터 신호(V2b)는 단말(D)에 입력되고, 단말들(A, C)로부터 위상 시프트 -180도 및 -90도를 각각 스플리터들(88a, 88b)로 출력된다. 스플리터들(88a, 88b)은 초기에 광범위하게 기술된 바와 같이 전력 분할을 제공한다.
위상 대 전력 변환을 수행하는 도 7에서는 전력 대 위상 변환을 제공할 수 있는 90도 하이브리드들로서 또한 알려진 직교 하이브리드들로 구현된다. 더욱이, 위상 대 전력 및 전력 위상 변환은 요구된 전체 기능을 제공하기 위하여 적절한 고정 위상 시프트들과 연관될 때 합 및 차 하이브리드들로서 알려진 180도 하이브리드로 구현될 수 있다.
도 8을 지금 참조하면, 위상 어레이(94)는 회로(80)에 접속되며(도시안됨), 96E1U 및 96E1L과 같은 상부/하부 쌍들에 도시된 14개의 안테나 엘리먼트들(96E1U 내지 96E7U, 및 96E1L 내지 96E7L)을 포함한다. 도 8은 엘리먼트들의 쌍을 가진 편리한 방식으로 전기 접속 방식을 도시하나, 실제로 안테나 엘리먼트들(96E1U) 등은 직선으로 그리고 동일한 방향으로 배열된다. 상부 안테나 엘리먼트들(96E1U 내지 96E7U)은 각각의 미리 설정된 위상 시프터들(98U1 내지 98U7) 및 고정 -90도 위상 시프터들(99U1 내지 99U7)을 통해 직교 하이브리드 지향성 결합기(100C1 내지 100C7)에 접속된다. 하부 안테나 엘리먼트들(96E1L 내지 96E7L)은 각각의 미리 설정된 위상 시프터들(98L1 내지 98L7)을 통해 결합기(100C1 내지 100C7)에 접속되며, 각각의 상부/하부 엘리먼트 쌍(96EUi/96ELi)(i=1,2,...7)에 대하여 각각의 결합기(100Ci)가 존재한다. 미리 설정된 위상 시프터들(98L1 내지 98L7)은 선택적이며, 틸트 범위내에서 측면 로브들의 최적 억제 및 제로 전기 틸트에 대응하는 미리 배열된 조준선 방향을 안테나 어레이(96)에 제공한다.
각각의 결합기(100C1) 등은 스플리터들(88a, 88b)로부터 입력 신호들의 각각의 쌍을 수신하며, 즉 제 i의 결합기(100Ci)는 이전처럼 값 1 내지 7을 가진 i를 가진 입력 신호들(Vai, Vbi)을 수신한다. 각각의 결합기(100C1)는 초기에 언급된 결합기(86)와 등가이며, 즉 각각의 결합기는 102와 같은 곡선 라인들에 의하여 지시된 중간 입력-출력 경로들을 가진 4개의 단말들(A 내지 D)을 가진다. 결합기(100C1)는 각각 B 및 D에서 Va1 및 Vb2의 입력을 수신하며, -90도 및 -180도 위상 시프트된 버전들을 발생시키며, 출력(A)은 -90도 위상 시프트된 Va1 및 -180도 위상 시프트된 Vb2를 수신하며, 출력 C는 -180 도 위상 시프트된 Va1 및 -90 도 위상 시프트된 Vb2를 수신한다. 출력(A)은 -90도 위상 시프터(99U1) 및 미리 설정된 위상 시프터(98U1)를 통해 안테나 엘리먼트(96E1U)에 접속되며, 출력(C)은 미리 설정된 위상 시프터(98L1)를 통해 안테나 엘리먼트(96E1L)에 접속된다. 다른 상부/하부 안테나 엘리먼트 쌍들(96E2U/96EL2 내지 96E7U/96E7L)에 대한 전력 피드들에 유사한 구조들을 적용한다. 제 i의 직교 하이브리드 결합기(100Ci) 및 -90도 위상 시프터(99Ui)는 조합하여 도 3의 56으로 도시된 전력 대 위상 변환을 제공한다.
이제 도 9를 참조하면, 위상 어레이(96)는 실제 선형 형식으로 도시되며, 각각의 안테나 엘리먼트(96E1U) 등은 그것의 우측에 있는 각각의 벡터 다이어그램(110U1 내지 110L7)과 함께 좌측에 도시된다. 벡터 다이어그램(110U1)은 벡터들(a1, b1)의 벡터 합으로부터 야기되고 이전에 기술된 다양한 위상 시프트들후에 안테나 엘리먼트(96E1U)에 공급된 신호들(Va1, Vb1)을 나타내는 결과적인 화살표(112)를 가진다. 다른 안테나 엘리먼트들에 대해서도 유사하게 적용된다는 것을 유의해야 한다. 제 i의 상부 안테나 엘리먼트(96EiU)는 벡터 합 ai+bi를 수신하며, 제 i의 하부 안테나 엘리먼트(96EiL)는 벡터 차 ai-bi를 수신한다.
도 7의 제 1 스플리터(88a)에 대한 전압 및 전력비들이 이하의 표 1에 도시된다. 표현을 편리하게 하기 위하여, 전력 레벨들은 스플리터(88a)로부터 출력되는 전체 전력이 1와트이도록 정규화된다. 전압들은 그들이 상대값을 가지도록 전력의 제곱근이다. 안테나 엘리먼트 전압 레벨은 상승된 코사인 제곱 분포를 가진다. 이는 곡선(74)이 코사인이 아니라 이항분포를 가지고 곡률이 다르다는 것을 제외하고 도 6의 곡선(74)과 유사하다.
표 1
Figure 112005056112330-pct00003
도 7의 제 2 스플리터(88b)에 대한 전압 및 전력비는 표 2에 도시되며, 표 2는 표 1과 동일한 방식으로 상대 값들 또는 비율들로서 표현된다.
표 2
Figure 112005056112330-pct00004
도 10 및 도 11에는 도 7 내지 도 9를 참조로하여 기술되고 구성요소들이 동일한 참조부호를 가진 실시예들에 대한 수정 실시예가 도시되어 있다. 이는 틸트 감도를 감소시켜서 신호 피더들 간의 위상차들의 현상으로 인하여 가능한 틸트 에러를 감소시키는 것이 바람직한 본 발명의 듀얼 피더 구현에 특히 적합하다. 두 가지 수정 실시예가 존재하며, 제 1 수정 실시예는 결합기(86)의 출력(C) 및 제 1 스플리터(88b) 사이에 특별한 스플리터(120)(즉, 양방향 스플리터)를 삽입하는 것이다. 이는 제 1 스플리터(88b)에 공급된 전력의 일부가 다른 신호(Vb0)를 제공하기 위하여 전환되도록 한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 어레이(94)는 고정 180도 위상 시프터(124)를 통해 Vb0 신호를 수신하는 추가 안테나 엘리먼트(122)를 도입함으로서 수정된다. 추가 안테나 엘리먼트(122)는 다른 방식으로 변경되지 않는 어레이(94)의 중심에 배치되며, 즉 엘리먼트(122)는 안테나 엘리먼트(96E1U, 96E1L)의 각각으로부터 거리(S/2)에 배치되며, 여기서 S는 96E1U 및 96E2U와 같은 안테나 엘리먼트의 임의의 다른 인접 쌍간의 간격이다. 설명을 편리하기 하기 위하여 추가 안테나 엘리먼트(122)간의 간격이 다른 간격(S)과 동일한 것으로 도시되나 S/2로 표시된다는 것을 유의해야 한다.
도 11은 안테나 엘리먼트(122) 및 위상 시프터(124)가 추가된 것을 제외하고 도 9와 동일하며, 벡터 다이어그램(126)에 의하여 지시된 바와 같이 엘리먼트(122)는 스플리터(88a)로부터 임의의 벡터 신호를 감산하지 않고 신호(Vb0)를 수신한다. 스플리터(88b)에 대한 전압 및 전력비들은 이하의 표 3에 도시된다. 전술한 바와같이, 전력 레벨들은 스플리터(88b)로부터 출력되는 전체 전력이 1와트이도록 정규화된다. 스플리터(88a)에 대한 등가물들은 앞의 표 1에서와 같다.
표 3
Figure 112005056112330-pct00005
위상 어레이 안테나의 최대 이득 방향은 안테나 엘리먼트들상에서의 전압들의 위상 및 진폭에 의하여 결정된다. 만일 안테나의 성능이 주파수 대역 전반에 걸쳐 동일하게 유지되도록 요구되면, 엘리먼트들에 공급된 신호들의 위상 및 진폭은 주파수가 변경될 때 동일하게 유지된다. 전송 라인의 길이는 일정하며, 주파수 및 위상 시프트와 무관하게 주파수에 따라 증가하고 전송 라인을 통과하는 신호에서 나타나는 지연을 가진다. 결과적으로, 지연 엘리먼트들로서 전송 라인들을 사용하는 위상 어레이 안테나는 주파수에 따라 변화하는 성능을 가질 수 있다. 광대역 지향성 결합기는 그것의 단말들에서의 위상 관계들이 그것의 주파수 동작범위 전반에 걸쳐 일정한 특성을 가진다. 그러므로, 만일 지향성 결합기들이 위상 어레이 안테나에서 지연 엘리먼트들로서 사용되면, 안테나의 성능은 주파수에 따라 일정하게 유지된다. 또한 전기적 틸트 각도를 사용하여 측면 로브 레벨을 변경을 보상하는 수단으로서 전송 라인을 지연 엘리먼트로 사용하는 것이 바람직하다. 전송 라인 및 지향성 결합기의 조합이 지연/위상 시프트 목적을 위하여 사용되는 경우에 최대 설계 융통성이 실현된다. 도 12를 지금 참조하면, 도 3의 부분은 단일 피드 구조들을 기술하기 위하여 재현 및 수정되었다. 이전에 기술된 부분들은 접미사(100)와 함께 동일한 참조부호를 가지며 단지 변경된 사항만이 기술될 것이다. 단일 신호 피드(165)는 모든 소자들(146 내지 160)과 공동 배치되는 스플리터(144)에 RF 캐리어 신호를 공급한다. 이는 마스트상에 장착될 수 있는 안테나 어레이(160)에서 틸트의 조절을 필요로한다.
도 13은 수신 및 송신 모드에 사용하는 수정을 갖는 도 12에 도시된 것과 동일한 본 발명의 위상 어레이 안테나 시스템(171)을 도시한다. 이전에 기술된 부분들은 동일한 참조부호를 가지며 단지 변경된 사항들만이 기술된다. 틸트가 제어되는 가변 위상 시프터(146)는 단지 송신 모드(Tx)에서 지금 사용되며 대역 통과 필터들(BPF)(175, 177)사이에서 그리고 상기 필터들과 직렬로 송신경로(173)에 접속된다. 대역 통과 필터들(183, 185) 사이 그리고 상기 필터들과 직렬로 배치된 가변 위상 시프터(181)를 가진 유사한 수신(Rx) 경로(179)가 존재한다. 송신 및 수신 주파수들은 보통 대역 통과 필터(175) 등에 의하여 서로 분리되도록 충분히 다르다. 모든 엘리먼트들(144 내지 160)은 수신 모드에서 역으로 동작하며, 예컨대 스플리터들은 재결합기들이 된다. 단지 차이점은 송신 모드 피더(165)에서 입력 제공하고 송신경로(173)가 좌측에서 우측으로 송신신호에 의하여 횡단되고 수신 모드에서 경로(179)가 우측에서 좌측으로 수신 신호에 의하여 횡단되고 피더(165)가 출력을 제공하는 두가지 모드가 존재한다는 점이다. 이러한 구조는 개별적으로 조절가능하고 동일하에 만들어질 송신 및 수신 모드에서 전기적 틸트의 각도들을 허용하기 때문에 유리하며, 보통(및 단점으로) 이는 소자들이 송신 및 수신 주파수들 사이에서 다른 주파수 종속 특성들을 가지기 때문에 가능하지 않다.
도 14를 지금 참조하면, 본 발명의 위상 어레이 안테나 시스템(200)은 단일 위상 어레이 안테나(205)의 다중(두 개) 오퍼레이터들(201, 202)에 의하여 송신 및 수신 모드에서 사용하기 위하여 도시된다. 이전에 기술된 부분들과 동일한 부분은 접미사(200)과 함께 동일한 참조부호를 도시된다. 도면은 다수의 다른 채널들을 가지며, 등가인 다른 채널들의 부분들은 하나 이상의 접미사와 함께 동일한 참조부호를 가지며, 접미사 T 또는 R은 송신 또는 수신 채널을 지시하며, 접미사 1 또는 2는 제 1 및 제 2 오퍼레이터(201, 202)를 지시하며, 접미사 A 또는 B는 A 또는 B 경로를 지시한다.
초기에, 제 1 오퍼레이터(201)의 송신 안테나(207T1)가 기술될 것이다. 이러한 송신 채널은 가변 및 고정 위상 시프터들(246T1A, 248T1B) 간의 입력을 분할하는 스플리터(244T1)에 접속된 RF 입력(242)을 가진다. 신호들은 위상 스플리터들(246T1A, 246T1B)로부터 다른 듀플렉서들(211A, 211B)의 대역 통과 필터들(BPF)(209T1A, 209T1B)에 전송된다. 대역 통과 필터들(BPF)(209T1A, 209T1B)은 제 1 오퍼레이터(201)의 전송 주파수에서 대역 중심들을 전송하며, 이러한 주파수는 도면에 도시된 바와 같이 Ftx1으로 지정된다. 제 1 오퍼레이터(201)는 Frx1으로 지정된 수신 주파수를 가지며, 제 2 오퍼레이터(202)에 대한 등가물들은 Ftx2 및 Frx2이다.
제 1 오퍼레이터는 제 1 듀플렉서(211A)에 의하여 조합되는 최좌측 대역 통과 필터(209T1A)로부터 출력된 주파수(Ftx1)에서 신호를 송신하며, 유사하게 유도된 제 2 오퍼레이터는 인접 대역 통과 필터(209T2A)로부터 출력된 주파수(Ftx2)에서 신호를 송신한다. 이들 조합된 신호들은 피더(213A)를 따라 초기에 기술된 종류으 안테나 틸트 네트워크(215) 및 위상 어레이 안테나(205)에 전송된다. 유사하게, 다른 제 1 오퍼레이터는 제 2 듀플렉서(211B)에 의하여 조합되는 대역 통과 필터(209T1B)로부터 출력된 주파수(Ftx1)에서 신호를 전송하며, 유사하게 유도된 제 2 오퍼레이터는 인접 대역 통과 필터(209T2B)로부터 출력된 주파수(Ftx2)에서 신호를 송신한다. 이들 조합된 신호들은 제 2 피더(213B)를 따라 안테나 틸트 네트워크(215)를 통해 위상 어레이 안테나(205)에 전송된다. 동일한 위상 어레이 안테나(205)를 사용함에도 불구하고, 두 개의 오퍼레이터들은 가변 위상 시프터들(246T1A, 246T2A)를 각각 조절함으로서 안테나(205)로부터 개별적으로 그리고 원격으로 전기적 틸트의 전송각도를 변경시킬 수 있다.
유사하게, 안테나(205)로부터 네트워크(215) 및 피더들(213A, 213B)를 통해 되돌아가는 수신 신호들은 듀플렉서들(211A, 211B)에 의하여 분할된다. 그 다음에, 이들 분할된 신호는 가변 및 고정 위상 시프터들(246R1A, 246R2A, 246R1B, 및 246R2B)에 신호들을 각각 제공하는 대역 통과 필터들(209R1A, 209R2A, 209R1B, 및 209R2B)에서 개별 주파수들(Frx1, Frx2)을 분리시키기 위하여 필터링된다. 그 다음에, 전기적 틸트의 수신 각도들은 그들의 각각의 가변 위상 필터들(246R1A, 246R2A)을 조절함으로써 오퍼레이터들(201, 202)에 의하여 조절가능하다.

Claims (23)

  1. 가변 전기적 틸트를 갖고 안테나 엘리먼트들의 어레이를 포함하는 위상 어레이 안테나 시스템에 있어서,
    a) 무선 주파수(RF) 캐리어 신호를 제 1 및 제 2 신호들로 분할하기 위한 분할기;
    b) 상기 제 1 및 제 2 신호들 간에 가변 상대 위상 시프트를 도입하기 위한 가변 위상 시프터;
    c) 상대적으로 위상 시프트된 상기 제 1 및 제 2 신호들을 전력들이 상기 상대 위상 시프트의 함수인 신호들로 변환하는 위상 대 전력 변환기;
    d) 상기 변환된 신호들을 분할된 신호들의 적어도 두 개의 세트들로 분할하는 제 1 및 제 2 전력 스플리터들;
    e) 어레이 중심에 대하여 동일한 거리들에 배치된 안테나 엘리먼트들의 각각의 쌍들에 공급하기 위한 위상을 벡터 합 및 차 성분들에 제공하기 위하여 상이한 전력 스플리터들로부터의 분할된 신호들의 쌍들을 조합하는 전력 대 위상 변환기들을 포함하는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    동일한 거리의 안테나 엘리먼트들의 각각의 쌍의 중심에 배치된 중심 안테나 엘리먼트를 포함하는 홀수개의 안테나 엘리먼트들을 갖는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 대 전력 변환기와 상기 제 1 및 제 2 전력 스플리터들 중 하나 사이에 접속되고 상기 위상 대 전력 변환기로부터의 일정비율의 전력을 상기 중심 안테나 엘리먼트로 전환(divert)시키도록 구성된 제 3 전력 스플리터를 포함하는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 대 전력 및 전력 대 위상 변환기들은 위상 시프터들 및 직교 하이브리드 결합기들의 조합들인, 위상 어레이 안테나 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 대 전력 및 전력 대 위상 변환기들은 위상 시프터들 및 180도 하이브리드 결합기들의 조합들인, 위상 어레이 안테나 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할기, 상기 위상 시프터, 상기 위상 대 전력 및 상기 전력 대 위상 변환기들, 및 전력 스플리터들은 안테나 어셈블리로서 안테나 엘리먼트들의 어레이와 공동 배치되며, 상기 어셈블리는 원격 소스로부터의 단일 RF 입력 전력 피드를 갖는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할기 및 위상 시프터는 안테나 어셈블리로서 공동 배치되는 상기 전력 스플리터들 및 안테나 엘리먼트들의 상기 어레이, 및 상기 위상 대 전력 및 전력 대 위상 변환기들로부터 원격으로 배치되며, 상기 어셈블리는 원격 소스로부터의 듀얼 RF 입력 전력 피드들을 가지는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 분할기 및 위상 시프터는 전기적 틸트의 각도를 변화시킬 때 오퍼레이터에 의하여 사용하기 위하여 상기 원격 소스와 공동 배치되는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 안테나 시스템을 공유하는 상이한 오퍼레이터들에 전달하는 신호들을 조합하거나, 상기 다른 오퍼레이터들로부터 전달하는 신호들을 분할하는 듀플렉서들을 포함하는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 스플리터들은 상기 안테나 어레이의 중심에서의 최대값으로부터 상기 안테나 어레이의 단부들에서의 최소값으로 떨어지는 구동 전압들을 수신하기 위해 안테나 엘리먼트들을 제공하도록 구성되는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    하나의 전력 스플리터는 상기 안테나 어레이의 전체에 걸쳐 프로그레시브 위상 프론트(progressive phase front)를 확립하기 위하여 상기 안테나 어레이 중심 및 상기 안테나 어레이 단부 각각과 연관된 최소값으로부터 최대값으로 상승하는 전압들의 세트를 제공하도록 구성되는, 위상 어레이 안테나 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    a) 상기 가변 위상 시프터는 송신 경로를 정의하는 제 1 필터링 수단과 연관된 제 1 가변 위상 시프터이고,
    b) 상기 시스템은 수신 경로를 정의하는 제 2 필터링 수단과 연관된 제 2 가변 위상 시프터를 포함하고,
    c) 상기 시스템은 또한 송신 모드에서 한 방향으로, 수신 모드에서 역 방향으로 동작하는 엘리먼트들을 포함하고,
    d) 송신 및 수신 모드들에서 상기 시스템들의 전기적 틸트의 각도들은 상기 제 1 및 제 2 가변 위상 시프터들 각각에 의해 독립적으로 조정가능한, 위상 어레이 안테나 시스템.
  13. 어레이 안테나 엘리먼트들을 포함하는 위상 어레이 안테나 시스템에서 가변 전기적 틸트를 제공하는 방법에 있어서,
    a) 무선 주파수 캐리어 신호를 제 1 및 제 2 신호들로 분할하는 단계;
    b) 상기 제 1 및 제 2 신호들 간에 가변 상대 위상 시프트를 도입하는 단계;
    c) 상대적으로 위상 시프트된 상기 제 1 및 제 2 신호들을 전력들이 상기 상대 위상 시프트의 함수인 신호들로 변환하는 단계;
    d) 상기 변환된 신호들을 분할된 신호들의 적어도 두 개의 세트들로 분할하기 위해 전력 스플리터들을 사용하는 단계로서, 상기 세트들에서 분할된 신호들의 전체 수는 적어도 상기 어레이에서의 안테나 엘리먼트들의 수와 동일한, 상기 사용 단계; 및
    e) 위상을 갖는 벡터 합 및 차 성분들을 제공하기 위하여 상이한 전력 스플리터들로부터의 분할된 신호들의 쌍들을 조합하고, 어레이 중심에 대하여 동일한 거리에 배치된 안테나 엘리먼트들의 각각의 쌍들에 상기 벡터 합 및 차 성분들을 공급하는 단계를 포함하는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 안테나 어레이는 동일한 거리의 안테나 엘리먼트들의 각각의 쌍의 중심에 배치된 중심 안테나 엘리먼트을 포함하는 홀수개의 안테나 엘리먼트들을 갖는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 위상 어레이 안테나 시스템은 전력이 상대 위상 시프트의 함수인 신호들 중 하나를 수신하기 위하여 접속된 제 3 전력 스플리터를 포함하고,
    상기 방법은 상기 신호의 일정 비율의 전력을 상기 중심 엘리먼트로 전환시키기 위하여 상기 제 3 전력 스플리터를 사용하는 단계를 포함하는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 상대적으로 위상 시프트된 제 1 및 제 2 신호들의 변환 및 분할된 신호들의 쌍들의 조합은 90도 또는 180도 하이브리드 결합기들을 포함하는 상기 위상 대 전력 및 전력 대 위상 변환기들을 사용하여 각각 구현되는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계들 a) 내지 e)는 원격 소스로부터 단일 RF 입력 전력 피드에 대한 입력을 가진 안테나 어셈블리를 형성하기 위하여 안테나 엘리먼트들의 어레이와 공동 배치된 구성요소들을 사용하여 구현되는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계 a) 내지 b)는 안테나 엘리먼트들의 어레이로부터 원격 위치에 배치된 소자들을 사용하여 구현되며;
    상기 단계 c) 내지 e)는 상기 어레이와 공동 배치되고 원격 소스로부터의 듀얼 RF 입력 전력 피드들을 가진 안테나 어셈블리를 상기 어레이와 함께 형성하는 구성요소들을 사용하여 구현되는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 단계 b)는 전기적 틸트의 각도를 변화시키기 위하여 상기 상대 위상 시프트를 변화시키는 단계를 포함하는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 안테나 시스템을 공유하는 상이한 오퍼레이터들로부터 전달하는 신호들을 조합하거나 또는 상기 다른 오퍼레이터들로 전달하는 신호들을 분할하는 단계를 포함하는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 안테나 어레이의 중심에서의 최대값으로부터 상기 안테나 어레이의 단부들에서의 최소값으로 떨어지는 구동 전압들을 수신하기 위하여 안테나 엘리먼트들을 제공하는 단계를 포함하는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계 d)는 상기 안테나 어레이의 전체에 걸쳐 프로그레시브 위상 프론트를 확립하기 위하여 상기 안테나 어레이 중심 및 상기 안테나 어레이 단부와 각각 연관된 최소값으로부터 최대값으로 상승시키기 위해 분할된 신호들의 한 세트를 제공하는 단계를 포함하는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
  23. 제 13 항에 있어서,
    a) 상기 가변 위상 시프트는 송신 경로에서 도입된 제 1 가변 위상 시프트이고,
    b) 상기 방법은 수신 경로에서 제 2 가변 위상 시프트를 도입하고,
    c) 상기 안테나 시스템은 송신 모드에서 한 방향으로 및 수신 모드에서 역 방향으로 동작하고,
    d) 상기 방법은 상기 제 1 및 제 2 가변 위상 시프트들을 각각 조정함으로써 송신 및 수신 모드들에서 상기 안테나 시스템의 전기적 틸트의 각도들을 독립적으로 조정하는, 가변 전기적 틸트 제공 방법.
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