KR20170096196A - 조정 가능한 스포트라이트 빔을 가진 셀룰러 어레이 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 복수의 조정 가능한 스포트라이트 빔이 공통 애퍼처에서 방사되는 셀룰러 어레이 구현에 대해 개시한다. 이러한 접근법은 다양한 지리적 인구 밀도와 분포에 맞게 쉽게 적용될 수 있다. 어레이는 복수의 65도 셀룰러 커버리지 빔을 생성할 수 있는데, 이는 일정한 커버리지 또는 다중입력다중출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 모드에서 사용될 수 있다. 어레이는 복수의 조정 가능한 빔 또는 "스포트라이트" 빔을 생성할 수도 있다. 이러한 빔은 상대적으로 좁을 수 있고 방위 방향 및 고도 방향 모두에서 전자적으로 조정될 수 있다. 이러한 방식으로 빔을 조정함으로써, 빔은 고용량 서비스가 요구되는 고수요 "핫스팟" 지역에서 셀룰러 서비스를 제공할 수 있다. 스포트라이트 빔은 일정한 커버리지 빔에 의해 초래되는 보이드 또는 결함을 채우는 데도 사용될 수 있다.

Description

조정 가능한 스포트라이트 빔을 가진 셀룰러 어레이
이 특허출원은 2014년 12월 29일에 출원되고 발명의 명칭이 "Cellular MIMO array with spotlight beams"인 중국특허출원 No. 14/584,201에 대한 우선권을 주장하는 바이며, 상기 문헌은 본 명세서에 원용되어 병합된다.
본 발명은 일반적으로 안테나 어레이 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 복수의 조정 가능한 스포트라이트 빔이 공통 애퍼처(aperture)로부터 방사되는 셀룰러 어레이 실시에 관한 것이다.
무선 장치가 널리 보급되면서 넓은 지역에 걸쳐 더 많은 사용자에게 충분한 커버리지를 제공할 수 있는 능력이 그 어느 때보다도 중요하다. 현재의 셀룰러 안테나 어레이 기술은 이러한 요구를 충족시키는 데 한계가 있다. 따라서 특정 지역에서는 고용량의 무선 서비스를 제공해야 할 필요성이 커지고 있다.
현재의 표준 셀룰러 어레이는 섹터화된 셀룰러 커버리지를 위해 65도 또는 90도 빔 폭을 갖는 단일 방위각 빔을 생성한다. 도시 지역에는 특히 인구 밀도가 높은 수 개의 지역 또는 핫스팟이 있을 수 있는데, 이러한 지역에서는 높은 통신 용량이 특히 요구된다. 이러한 경우, 방위 빔 폭이 좁은 추가의 조종 가능 빔을 사용하여 이러한 지역에서 용량을 향상시킬 수 있다.
여러 개의 좁은 방위각 빔을 생성하기 위한 하나의 종래의 접근법은 균일한 가중치 함수를 갖는 버틀러 행렬(Butler matrix)의 사용을 포함한다. 그렇지만, 이러한 접근법은 상대적으로 높은 사이드 로브(sidelobe)를 갖는 방사 패턴을 생성하여 에너지를 낭비하고 이웃하는 빔과 간섭을 야기할 수 있다. 다른 접근법은 셀룰러 네트워크에서 좁은 빔을 생성하기 위해 전형적인 셀룰러 어레이의 상부에 상대적으로 큰 애퍼처를 갖는 추가의 안테나를 사용한다. 이 방법은 셀룰러 타워의 제한되고 값 비싼 부동산으로 인해 바람직하지 않다. 또한, 이러한 방식으로 생성된 좁은 빔은 전자적으로 조종할 수 없는 경우가 많기 때문에 이 접근법은 지리적 밀도가 고정된 시나리오에서만 유용하다.
복수 행의 이산 라디에이터를 포함하는 안테나 어레이 아키텍처를 개시한다. 하이브리드 커플러에 쌍으로 공급되는 상기 복수 행의 내측에 있는 복수의 이산 라디에이터는 제1 세트의 하이브리드 커플러에 쌍으로 공급된다. 제1 세트의 하이브리드 커플러의 제1 출력은 제1 방위 위상 시프터에 공급되고, 제1 세트의 하이브리드 커플러의 제2 출력은 제2 방위 위상 시프터에 공급된다. 제2 세트의 하이브리드 커플러에 쌍으로 공급되는 복수 행의 양단에서의 라디에이터에서, 상기 복수 행의 하나의 단에서의 제2 세트의 하이브리드 커플러의 제1 출력은 제1 고도 위상 시프터에 공급되어 제1 빔을 생성하고, 상기 복수 행의 다른 단에서의 제2 세트의 하이브리드 커플러의 제1 출력은 제2 고도 위상 시프터에 공급되어 제2 빔을 생성하고, 제2 세트의 하이브리드 커플러의 제2 출력은 제3 세트의 하이브리드 커플러에 공급되고, 제3 세트의 하이브리드 커플러의 제1 출력은 제1 방위 위상 시프터에 공급되며, 제3 세트의 하이브리드 커플러의 제2 출력은 제2 방위 위상 시프터에 공급된다. 제3 고도 위상 시프터는 제1 방위 위상 시프터의 출력을 수신하여 제3 빔을 생성하도록 구성되어 있고, 제4 고도 위상 시프터는 제2 방위 위상 시프터의 출력을 수신하여 제4 빔을 생성하도록 구성되어 있으며, 여기서 제1 빔 및 제2 빔은 큰 지역에 서비스를 제공하기 위한 커버리지 빔이고, 제4 빔은 목표 지역에 고용량 서비스를 제공하기 위한 스포트라이트 빔이다.
본 명세서에 포함되면서 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도해하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스포트라이트 빔을 가진 셀룰러 MIMO의 예시적 어레이 아키텍처를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스포트라이트 빔을 가진 3-섹터 셀룰러 MIMO 어레이 구성의 예시적 피드 구조 및 빔 포밍 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 3-섹터 셀룰러 MIMO 어레이의 방사 패턴을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 예시적 직교 듀얼 스포트라이트 빔의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조정 가능한 스포트라이트 빔의 예시적 방위 방사 패턴을 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 65°커버리지 빔의 예시적인 방위 방사 패턴을 도시하는 그래프이다.
여러 실시예에 대해 상세히 설명할 것이다. 발명의 주제가 대안적인 실시예와 관련하여 설명될 것이지만, 이것들은 청구된 주제를 이들 실시예로 제한하려는 의도가 없다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 청구된 주제는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 바와 같이 청구된 주제의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 등가물을 포함하도록 의도된다.
또한, 다음의 상세한 설명에서, 청구된 주제의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 제시된다. 그렇지만, 당업자는 실시예가 이들 특정 세부 사항 또는 그것의 등가물 없이 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우에, 공지된 방법, 절차, 구성 요소 및 회로에 대해서는 주제의 양태 및 특징을 불필요하게 흐리지 않도록 상세하게 설명되지 않았다.
다음에 나오는 상세한 설명의 일부는 방법으로 제시되고 논의된다. 실시예는 본 명세서의 도면들의 흐름도에 기재된 단계들의 다양한 다른 단계들 또는 변형들을, 본 명세서에 묘사되고 설명된 것과 다른 순서로 수행하는데 매우 적합하다.
상세한 설명의 일부분은 절차, 단계, 논리 블록, 처리 및 컴퓨터 메모리 상에서 수행될 수 있는 데이터 비트에 대한 연산의 다른 기호 표현과 관련하여 제공된다. 이러한 설명 및 표현은 데이터 처리 기술 분야의 당업자가 그들의 작업 내용을 다른 당업자에게 가장 효과적으로 전달하기 위해 사용되는 수단이다. 절차, 컴퓨터 실행 단계, 논리 블록, 프로세스 등은 여기에서 일반적으로 원하는 결과를 유도하는 단계 또는 지시의 일관성 있는 순서인 것으로 생각된다. 이 단계들은 물리적 양을 물리적으로 조작해야 하는 것들이다. 일반적으로, 반드시 그런 것은 아니지만, 이러한 양은 셀룰러 안테나 어레이에서 저장, 전송, 결합, 비교될 수 있고, 그렇지 않으면 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호의 형태를 취한다. 주로 공통적인 사용을 이유로 이러한 신호들을 비트, 값, 요소, 기호, 문자, 용어, 숫자 등으로 언급하는 것이 때때로 편리하다는 것이 입증되었다.
그렇지만, 이러한 모든 용어와 유사한 용어는 적절한 물리적 양과 관련되어 있으며 이러한 양에 적용되는 편리한 레이블일 뿐이라는 것에 유의해야 한다. 다음의 설명으로부터 명백한 바와 같이 달리 명시하지 않는 한, 명세서 전체를 통해, "액세스", "기록", "포함", "저장", "전송", "트래버싱", "연관시키는" "식별" 등과 같은 용어를 사용하는 논의는 시스템의 레지스터 및 메모리 내의 물리적 (전자) 양으로 표현된 데이터를 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 정보 저장 장치, 전송 장치 또는 디스플레이 장치 내의 유사한 방식으로 물리적 양으로 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환하는 안테나 어레이 또는 다른 전자 컴퓨팅 장치의 동작 및 프로세스를 언급하는 것으로 인정된다.
조정 가능한 스포트라이트 빔을 가진 셀룰러 어레이
본 명세서에서는 복수의 조정 가능한 스포트라이트 빔이 공통 애퍼처에서 방사되는 셀룰러 어레이 구현에 대해 개시한다. 이러한 접근법은 다양한 지리적 인구 밀도와 분포에 맞게 쉽게 적용될 수 있다.
일부의 실시예에 따르면, 어레이는 복수의 65도 셀룰러 커버리지 빔을 생성할 수 있는데, 이는 일정한 커버리지 또는 다중입력다중출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 모드에서 사용될 수 있다. 어레이는 복수의 조정 가능한 빔 또는 "스포트라이트" 빔을 생성할 수도 있다. 스포트라이트 빔은 상대적으로 좁을 수 있고 방위 방향 및 고도 방향 모두에서 전자적으로 조정될 수 있다(예를 들어, 이동될 수 있거나 겨냥될 수 있거나 회전될 수 있다). 이러한 방식으로 빔을 조정함으로써, 어레이는 고용량 서비스가 요구되는 고수요 "핫스팟" 지역에서 신뢰도가 높은 고용량 서비스를 제공할 수 있다. 스포트라이트 빔은 일정한 커버리지 빔에 의해 초래되는 보이드 또는 결함을 채우는 데도 사용될 수 있다.
이 방식으로, 본 명세서에 개시된 다양한 실시예의 셀룰러 어레이는 규칙적인 셀룰러 서비스에 대한 MIMO 성능으로 네트워크 용량을 크게 개선할 수 있으며, 어레이는 복수의 조종 가능한 빔으로 보완된다. 조종 가능한 빔은 고 이득 및 상대적으로 좁은 스포트라이트 빔일 수 있다. 본 명세서의 실시예에 개시된 안테나 빔은 공통의 애퍼처으로부터 동시에 그리고 독립적으로 방사될 수있다.
일정한 셀룰러 빔과 스포트라이트 빔이 결합되면 전체적인 애퍼처 효율이 높아진다는 점에 주목해야 한다. 이러한 배열 개념의 다양한 실시는 직교 이중 빔 형성기를 사용하여 공통 애퍼처를 사용하여 복수의 커버리지 빔과 스포트라이트 빔으로 이루어지는 동시성의 빔을 형성할 수 있다. 직교 이중 빔 형성기는 간단한 무선 주파수(RF) 회로를 사용하여 복수의 스포트라이트 빔과 일정한 셀룰러 빔을 상대적으로 저손실로 통합할 수 있으므로 전반적인 애퍼처 효율이 향상된다.
본 명세서에서 개시된 어레이 아키텍처는 통상적인 3-섹터 셀룰러 네트워크에서 사용될 수 있다. 상대적으로 좁은 스포트라이트 빔은 커버리지 빔에 관계없이 방위 방향 및 고도 방향 모두에서 전자적으로 조정 가능하다. 어레이는 플래너 애퍼처(planar aperture)에 분포되어 있는 복수의 구동 방사 소자를 포함한다. 직교 이중 빔 형성기를 사용하여 이 방사 소자들이 동시에 공급되도록 하여 복수의 셀룰러 커버리지 빔 및 복수의 전자적으로 조정 가능한 스포트라이트 빔이 공통 애퍼처로부터 동시에 생성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 예시적인 멀티-빔 어레이 아키텍처(100)가 도시되어 있다. 일부의 실시에에 따르면, 어레이는 10행 및 9열의 이산 라디에이터를 가진다. 라디에이터는 광대역 패치 또는 다이폴과 같은 광대역 라디에이터일 수 있다. 매 2열의 라디에이터(예를 들어, 행의 쌍)는 방위 방향으로 소정의 거리만큼 오프셋되어 최적의 방위 빔 패턴을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 행(101) 및 제2 행(102)은 방위 방향으로 소자 간 공간의 절반만큼 제3 행(103) 및 제4 행(104)로부터 오프셋될 수 있다.
내측 또는 중간 열을 우선적으로 사용하여 2개의 스포트라이트 빔을 형성하고, 외측 또는 가장자리 열은 65도 커버리지 빔 및 스포트라이트 빔 모두를 형성하기 위한 공유 소자이다. 일부의 실시예에 따라, 어레이는 편광마다 2개의 65도 커버리지 빔 및 8개의 스포트라이트 빔을 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 어레이는 2개의 선형 편광에 대해 4개의 65도 커버리지 빔 및 16개의 스포트라이트 빔을 생성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 2개의 동시적인 스포트라이트 빔을 가지는 3-섹터 MIMO 구성의 예시적인 피드 및 빔 형성 구조가 본 발명에 따라 도시되어 있다. 라디에이터의 일반적인 배치 및 상호접속이 도시되어 있으며, 라디에이터는 90도 하이브리드 커플러에 쌍으로 공급된다.
90도 하이브리드 커플러의 출력은 2개의 개별적인 방위 위상 시프터(201 및 200)에서 합해져서 스포트라이트 빔을 형성하고, 가장자리 열의 라디에이터는 스포트라이트 빔과 커버리지 빔을 생성하는 공유 소자로 사용된다. 방위 위상 시프터(200)는 고도 위상 시프터(204)에 연결되고, 방위 위상 시프터(201)는 고도 위상 시프터(203)에 연결된다. 복수 열의 내측의 라디에이터(예를 들어, 라디에이터(212))는 하이브리드 커플러에 쌍으로 공급되는데, 이 하이브리드 커플러는 방위 위상 시프터(201)에 한 출력을 공급하고 방위 위상 시프터(200)에 다른 출력을 공급한다. 일부의 실시예에 따라, 형성된 커버리지 빔은 65도 커버리지 빔이다.
가장자리 열 라디에이터(예를 들어, 라디에이터(209 및 210))의 하이브리드 출력은 스포트라이트 빔과 커버리지 빔 사이에서 분할된다. 예를 들어, 최우측 열(예를 들어, 하이브리드 커플러(211))의 하이브리드 출력 중 하나는 고도 위상 시프터(213)에 공급하여 제1 65도 커버리지 빔을 생성하고, 최우측 열의 다른 하이브리드 출력은 추가의 라디에이터(예를 들어, 라디에이터(214)) 및 하이브리드 커플러(예를 들어, 하이브리드 커플러(208))와 결합해서 방위 위상 시프터(예를 들어, 방위 위상 시프터(200))에 공급한다. 마찬가지로, 최우측 열(예를 들어, 하이브리드 커플러(212)의 하이브리드 출력은 제2 스포트라이트 빔 및 제2 커버리지 빔을 공급한다. 결론적으로, 이 어레이 아키텍처는 서로 다른 편광에 대해 동일한 애퍼처 내에서 2개의 독립적인 스포트라이트 빔 및 2개의 독립적인 65도 커버리지 빔을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 광대역 3-섹터 MIMO 어레이를 위한 65도 커버리지 빔 패턴 및 관련 스포트라이트 빔 패턴을 도시하고 있다. 일부의 실시예에 따라, 각각의 편광에 대해, 좁은 빔(예를 들어, 10°내지 14°)이 스포트라이트 빔마다 형성된다. 이 경우, 총 8개의 스포트라이트 빔이 2개 그룹으로 분할되는데, 각각의 그룹은 도면에 도시된 바와 같이 4개의 교대 빔으로 이루어져 있다. 예를 들어, 임의의 주어진 시간에서, Spotlight#1은 A1, A2, A3, 또는 A4일 수 있고 Spotlight#2는 B1, B2, B3, 또는 B4일 수 있다. 작동 주파수는 통상적으로 1710MHz 내지 2690MHz 범위의 UMTS 및 LTE 대역 모두를 포함한다. 빔은 +/- 45°선형 기울기 편광으로 이중 편광되고 4T4R MIMO(>3λ 공간) 또는 게인 다이버시티에 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 스포트라이트 빔(예를 들어, 스포트라이트 빔(401)) 및 커버리지 빔(예를 들어, 커버리지 빔(402))을 생성하기 위한 예시적인 직교 이중 빔 형성 구성이 도시되어 있다. 일부의 실시예에 따라 하나의 열(예를 들어, 열(403))이 도시되어 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 복수 행의 빔 형성 소자가 함께 쌍을 이루며, 라디에이터 쌍(예를 들어, 라디에이터(404 및 405))이 90도 하이브리드 커플러(예를 들어, 하이브리드(406))에 의해 연결되어 있다. 하이브리드 커플러의 각각의 0도 출력은 위상 시프터(예를 들어, 스포트라이트 위상 시프터(408)에 공급되는 반면, 하이브리드 커플러의 각각의 90도 출력은 커버리지 위상 시프터(예를 들어, 커버리지 위상 시프터(407))에 공급된다. 이와 같이, 2개의 직교 빔이 동시에 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따라 예시적인 조정 가능한 스포트라이트 빔의 방위 방사 패턴이 도시되어 있다. 스포트라이트 빔은 서로 직교하며, 빔의 빔폭은 방위 크기 및 어레이 내의 열의 수에 좌우된다. 하나의 플래너 구성에서, 스포트라이트 빔은 상대적으로 낮은 방위 사이드로브(예를 들어, -18dB 이하)로 ±45°에 근사적으로 조정될 수 있다. 일정한 가중 함수를 가지는 Butler 행렬과 같이, 종래기술에 의해 생성되는 방사 패턴과는 달리, 패턴은 유연한 진폭 테이퍼로 인해 상대적으로 낮은 사이드로브를 가진다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 3-섹터 MIMO 어레이에 있어서 가장자리 열에 의해 생성된 예시적인 65도 커버리지 빔의 방위 방사 패턴이 도시되어 있다.

Claims (18)

  1. 안테나 어레이로서,
    복수 행의 이산 라디에이터;
    하이브리드 커플러에 쌍으로 공급되는 상기 복수 행의 내측에 있는 복수의 이산 라디에이터 - 상기 하이브리드 커플러의 제1 출력은 제1 방위 위상 시프터에 공급되고, 상기 하이브리드 커플러의 제2 출력은 제2 방위 위상 시프터에 공급됨 - ;
    제1 고도 위상 시프터에서 제1 빔을 생성하고 제2 고도 위상 시프터에서 제2 빔을 생성하도록 상기 복수 행의 끝에 있는 복수의 라디에이터;
    제1 방위 위상 시프터의 출력을 수신하여 제3 빔을 생성하는 제3 고도 위상 시프터; 및
    제2 방위 위상 시프터의 출력을 수신하여 제4 빔을 생성하는 제4 고도 위상 시프터
    를 포함하며,
    제1 빔 및 제2 빔은 커버리지 빔이고 제3 빔 및 제4 빔은 특정 지역에 서비스를 제공하는 조정 가능한 스포트라이트 빔인, 안테나 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 커플러는 90도 하이브리드 커플러인, 안테나 어레이.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 고도 위상 시프터, 제2 고도 위상 시프터, 제1 방위 위상 시프터, 및 제2 방위 위상 시프터에 공급하는 90도 하이브리드 커플러를 더 포함하는 안테나 어레이.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 빔 및 제2 빔의 이득은 제3 빔 및 제4 빔의 이득보다 큰, 안테나 어레이.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 빔 및 제2 빔은 상대적으로 넓은, 안테나 어레이.
  6. 제1항에 있어서,
    제3 빔 및 제4 빔은 제1 빔 및 제2 빔보다 좁은, 안테나 어레이.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 빔 및 제2 빔은 다중입력다중출력(multiple input multiple output, MIMO) 모드에서 작동할 수 있는, 안테나 어레이.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 빔 및 제2 빔은 고도 방향으로 전자적으로 조정 가능한, 안테나 어레이.
  9. 제1항에 있어서,
    제3 빔 및 제4 빔은 방위 방향 및 고도 방향으로 전자적으로 조정될 수 있는, 안테나 어레이.
  10. 제1항에 있어서,
    3-섹터 셀룰러 네트워크에서 작동하도록 구성되어 있는 안테나 어레이.
  11. 제1항에 있어서,
    복수 행의 이산 라디에이터의 쌍이 방위 방향으로 소정 거리만큼 오프셋되는, 안테나 어레이.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오프셋 거리는 방위 방향에서 이산 라디에이터 간의 소자 공간의 대략 절반인, 안테나 어레이.
  13. 제1항에 있어서,
    모든 빔은 공통 애퍼처로부터 방사되는, 안테나 어레이.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이산 라디에이터는 광대역 패치 안테나인, 안테나 어레이.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 이산 라디에이터는 광대역 다이폴 안테나인, 안테나 어레이.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수 행의 내측에 추가의 이산 라디에이터 및 추가의 위상 시프터를 더 포함하며, 상기 추가의 위상 시프터는 제5, 제6, 제7, 및 제8 스포트라이트 빔을 생성하는, 안테나 어레이.
  17. 제1항에 있어서,
    단일 편광이 사용되는 안테나 어레이.
  18. 제1항에 있어서,
    2개의 편광이 사용되는 안테나 어레이.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1403065B1 (it) * 2010-12-01 2013-10-04 Andrew Wireless Systems Gmbh Distributed antenna system for mimo signals.
US9398468B1 (en) * 2014-12-29 2016-07-19 Huawei Technologies Co., Ltd. Cellular array with steerable spotlight beams
US10020587B2 (en) * 2015-07-31 2018-07-10 At&T Intellectual Property I, L.P. Radial antenna and methods for use therewith
US9979447B2 (en) * 2016-01-04 2018-05-22 Futurewei Technologies, Inc. Radio frequency distribution network for a split beam user specific tilt antenna
US10686251B2 (en) 2017-01-23 2020-06-16 The Boeing Company Wideband beam broadening for phased array antenna systems
WO2018219472A1 (en) * 2017-06-02 2018-12-06 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Determination of electrical phase relation in a communications network
EP3631998A1 (en) 2017-06-02 2020-04-08 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) Angle of arrival estimation in a radio communications network
CN108232450A (zh) * 2018-01-11 2018-06-29 江苏亨鑫科技有限公司 一种小型化天线

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4882588A (en) * 1986-12-22 1989-11-21 Hughes Aircraft Company Steerable beam antenna system using butler matrix
US5162803A (en) * 1991-05-20 1992-11-10 Trw Inc. Beamforming structure for modular phased array antennas
US5684491A (en) 1995-01-27 1997-11-04 Hazeltine Corporation High gain antenna systems for cellular use
SE509278C2 (sv) * 1997-05-07 1999-01-11 Ericsson Telefon Ab L M Radioantennanordning och förfarande för samtidig alstring av bred lob och smal peklob
US6094165A (en) * 1997-07-31 2000-07-25 Nortel Networks Corporation Combined multi-beam and sector coverage antenna array
JP3410357B2 (ja) * 1998-04-10 2003-05-26 日本電信電話株式会社 アンテナ装置
US6593876B2 (en) * 2000-08-11 2003-07-15 The Seti League Inc. Adaptive microwave antenna array
JP2002185236A (ja) * 2000-10-02 2002-06-28 Ntt Docomo Inc アンテナシステム
KR100452536B1 (ko) 2000-10-02 2004-10-12 가부시키가이샤 엔.티.티.도코모 이동통신기지국 장치
US6791507B2 (en) 2003-02-13 2004-09-14 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Feed network for simultaneous generation of narrow and wide beams with a rotational-symmetric antenna
JP2004363811A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Ntt Docomo Inc 移動通信用基地局アンテナ及び移動通信方法
US20050003864A1 (en) 2003-07-03 2005-01-06 Elliot Robert Douglas Antenna system
US6992622B1 (en) 2004-10-15 2006-01-31 Interdigital Technology Corporation Wireless communication method and antenna system for determining direction of arrival information to form a three-dimensional beam used by a transceiver
ES2544564T3 (es) * 2006-06-07 2015-09-01 Jaybeam Wireless Sas Antena con doble polarización para una estación base de sistemas de radiocomunicaciones móviles con ancho de haz acimutal ajustable
US8508427B2 (en) * 2008-01-28 2013-08-13 P-Wave Holdings, Llc Tri-column adjustable azimuth beam width antenna for wireless network
EP3686990B1 (en) * 2008-11-20 2023-06-14 CommScope Technologies LLC Dual-beam sector antenna and array
WO2010141745A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Spx Corporation Circularly-polarized antenna
US8981993B2 (en) * 2011-04-27 2015-03-17 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Beamforming methods and apparatuses
US20140210666A1 (en) * 2013-01-25 2014-07-31 Alexander Maltsev Apparatus, system and method of wireless communication via an antenna array
US9899747B2 (en) * 2014-02-19 2018-02-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Dual vertical beam cellular array
US9398468B1 (en) * 2014-12-29 2016-07-19 Huawei Technologies Co., Ltd. Cellular array with steerable spotlight beams

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