TW200522437A - Phased array antenna system with controllable electrical tilt - Google Patents

Phased array antenna system with controllable electrical tilt Download PDF

Info

Publication number
TW200522437A
TW200522437A TW093133732A TW93133732A TW200522437A TW 200522437 A TW200522437 A TW 200522437A TW 093133732 A TW093133732 A TW 093133732A TW 93133732 A TW93133732 A TW 93133732A TW 200522437 A TW200522437 A TW 200522437A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
antenna
phase
signal
components
signals
Prior art date
Application number
TW093133732A
Other languages
English (en)
Inventor
Philip Edward Haskell
Louis David Thomas
Original Assignee
Quintel Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Quintel Technology Ltd filed Critical Quintel Technology Ltd
Publication of TW200522437A publication Critical patent/TW200522437A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H01Q1/246—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM specially adapted for base stations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/40—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/10—Polarisation diversity; Directional diversity

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

200522437 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具手控制電性傾斜之相移陣列天線 系統’其適用於諸多電信系統上，並能應用於通稱爲無線電 話網路之蜂巢式手機無線電系統上。更特定言之，本發明之 天線系統可與 GSM 系統、CDMA(IS95)、D-AMPS(IS136)及 PCS系統等第二代（2G)無線電話系統搭配爲用，並亦得與萬 用無線電話系統（UMTS)等第三代（3 G)無線電話網路及其它 蜂巢式系統搭配爲用。 【先前技術】 一般而言，蜂巢式無線電網路之操作者需使用其本身之 基地台，且每一基地台具有至少一天線。在一蜂巢式無線電 網路中，天線爲一界定得與基地台進行通訊之區域範圍的主 要因素’其中區域範圍一般分作數個胞，且每一胞皆對應一 天線及基地台。 每一胞包含一基地台，且每一基地台與對應胞中的所有 無線手機進行無線電通訊。基地台以其它通訊方式連接，以 令胞中區域範圍內無線手機得互相通訊，並得與蜂巢式無線 電網路外之公用電話網路相通訊，其中該等通訊方式通常爲 固定地線或點對點無線電連結。 具有相移陣列天線之蜂巢式無線電網路已爲一般使 用，該種天線包含一陣列式的天線組件（通常爲八者或更 多），如偶極或貼片等。該種天線具有一輻射模型，該模型 包含一主垂片及旁垂片，其中主垂片中心爲天線在接收模式 200522437 中具最大感測度的方向，並易爲傳輸模式中其主輸出輻射束 之方向。 相移陣列天線具有一種廣爲所知的特性，所接收得之天 線組件訊號爲一延遲器所延遲，其中延遲量隨組件與陣列一 邊緣之距離而不同。接著，天線主輻射束沿延遲量增加的方 向行進，其中主輻射束對應於零延遲改變及非零延遲改變之 輻射束中心間的夾角（即傾斜角）依陣列上延遲相對於距離 之改變率而不同。 延遲可等效由改變訊號相位而執行之，故亦可對表示 (expression)相移陣列加以改變而執行之。因此，天線模型 之主束可藉調整送至天線組件間之相移關係而加改變，故束 得前進而改變天線的涵蓋範圍。 蜂巢式無線電網路中之相移陣列天線的操作者有調整 天線之垂直輻射模型的需要，即需調整模型在垂直平面上的 剖面部份。爲達此目的，天線主束之垂直角需加改變而達調 整天線涵蓋區域之效，亦即需加角度之「傾斜」。該種調整 在補償蜂巢式網路結構或天線或基地台數等時需加進行，其 中一般所知天線腳之傾斜得以機械及電性的方式爲之，且機 械及電性方式得獨立或聯合爲之。 作調整「機械傾斜」角。如前所述，天線之傾斜角可以 電性方式調整，藉由在無實體移動條件下改變時間延遲或每 一天線陣列組件（或組件群）所接收或所發出之訊號的相位 的方式達成，該方式稱爲調整「電性傾斜」角。當用於一蜂 巢式無線電網路時，相位陣列天線之垂直輻射模型（VRP)具 200522437 有諸多要件： 1.高準向增益； 2·第一上側垂片低至足以避免對不同胞中一基地台相關之 行動電話造成干擾； 3. 第一下側垂片高至足以進行天線最附近之通訊； 4. 側垂片在天線電性傾斜時維持在預定限度內； 上述要件乃爲互相衝突者，如增加準向增益將增加側垂 片之位準，且側垂片之方向及位準在天線電性傾斜時將改 變。 _ 一第一上側垂片相對準向位準之最大位準-1 8dB被認定 爲可提供整體系統性能最方便的折衷値。 調整機械傾斜角或電性傾斜角之效果在於改變準向的 位置，以使準向對於一在一水平面之陣列爲指向水平面之上 或之下，並因此改變天線之涵蓋範圍。一般皆希望得改變一 蜂巢式無線機地台之天線的機械傾斜角及電性機械角，以在 對包涵蓋範圍之最佳化時具有最大彈性，因爲該等傾斜形式 對於天線之地涵蓋有不同的效果，並亦對基地台最近附近之 _ 其它天線有不同效果。此外，若電性傾斜角可在天線組裝遠 處加以調整，則操作效率得獲改善。雖然天線之機械傾斜角 可藉改變其天線罩材（radome)而得到調整，改變其電性傾斜 角卻需外加電子電路，天線成本及複雜度亦因此增加。再 者，若一單一天線爲多個操作者所共用，則每一操作者以被 配以不同的電性傾斜角爲較佳。 到目前爲止，共用天線之獨立電性傾斜角需求已達成天 200522437 線性能的折衷結果。準向增益將因天線之有效孔徑的降低而 以正比於傾斜角之餘弦函數的關係降低（此乃不可避免者， 並在所有天線設計中皆會發生），而準向增益將因改變傾斜 角之方法而降低。 R. C. Johnson, Antenna Engineers Handbook, 3rd Ed 1 993，McGraw Hill，ISBN 0-07-03238 1-X，Ch 20，Figure 20-2 中揭示一種在當地或遠處調整一相移陣列天線之電性傾斜 角的方法。在該方法中，一射頻（RF)傳輸器載波訊號被送至 天線中，並被分配至天線的輻射組件中，其中每一天線組件 Φ 皆具有一與其相關之相移器，以使訊號相位得被調整而改變 天線的電性傾斜角，其中調整量爲天線上距離的函數。當天 線不傾斜時，電源以比例原則對各天線組件加以分送，以設 定側垂片位準及準向增益。當所有傾斜角的相鋒受到控制 時，傾斜角可達最佳控制，以使側垂片位準不隨傾斜範圍而 增大。電性傾斜角在必要時可藉使用一伺服機制而控制相移 器而在遠處被調整。 以該方法爲之時，天線具有數項缺點。每一天線組件皆 _ 需一相移器。天線成本因所需之相移器數而增加。 各天線組件群中使用延遲元件而非各組件而達成本降 低的作法會增加側垂片位準，延遲元件之機械性耦合可用以 調整該等延遲量，但卻難以正確達到該等調整工作，甚且因 需要使用機械連結及齒輪而使該等延遲量的分佈不能達最 佳化。當天線往下傾斜時，上側垂片位準增加，此將爲利用 其它胞之無線電話帶來可能之干擾源。若天線爲數個操作者 200522437 共用，則操作者有一共同電性傾斜角而非不同電性傾斜角。 最後，若該天線係用於一具不同頻率之上連結及下連結（爲 一般具有者）的通訊系統（分頻雙工系統）中，則接收及發送模 式時的電性傾斜角不同。 PCT/GB2002/004166，、PCT/GB2002/004930、GB0307558.7 及GB03 1 1 37 1.9專利申請案中有各種藉送至天線路之兩訊 號間之相位差而在當地或遠處調整天線之電性傾斜角之不 同方法的說明。在該等專利申請案中，PCT/GB2004/001 297 申請案係關於藉將一載波訊號分割成二訊號而達調整電性 傾斜之技術，其中一訊號相對於另一訊號之相位被以可變之 方式加以位移，且對所形成訊號加以一相位至功率之轉換動 作，其中經過轉換之訊號被分叉並被加以功率至相位之轉換 動作，經由該改變該二訊號間之相移便得調整電性傾斜。 PCT/GB2004/002016申請案亦係關於在二訊號間加入一可 變相對相移之技術，其中該二訊號接著被分叉送入各組件 中，而各組件之向量組合被形成而送予各天線組件之對應驅 動訊號，電性傾斜同樣係藉改變該二訊號間之相移而獲調 β 整。 不過，由於射頻訊號分叉時之分叉比可能太高而無法由 一單一分叉動作而真正分叉，故其仍有問題存在，其中該等 射頻訊號之分叉需以二或更多串接動作方能達成，而多串接 動作需有較大電路、較高成本及較高複雜度方能完成，因分 叉訊號之元件的分叉動作係藉由將電路板上一微帶軌線分 成數條具不同阻抗之較窄帶的方式達成之故。微帶阻抗與軌 -9- 200522437 線寬度間有相對關係，該關係需以一極複雜及未經實驗之表 示法表達之；但一典型板基板之厚度而言，50歐姆之軌線應 爲2 · 8毫米寬。軌線隨著阻抗之增加而變窄，直至該軌線窄 至無法形成與基板間的可靠連接止，而可靠連接僅止於軌線 寬度高於約0.2毫米時，其中0.2毫米寬度對應之阻抗約爲 150歐姆，其並對應一訊號分叉比9.5dB，故一單一訊號分 叉器之訊號分叉比以不超過9.5dB爲宜。PCT/GB 2004/00 12 97 所需之訊號分叉比爲19dB，代表訊號分叉器動作次數需至 少爲二。 以下將列出其它的可能問題：（a)—單一訊號分叉器中可 執行之訊號分叉動作較所需之訊號分叉器輸出爲多。（b)大 差距之訊號分叉比會降低天線在維持所需低側垂片位準之 條件下可傾斜對應的頻率範圍。（c)多訊號分叉器構成了對一 天線的一聯合訊號供應網路，其中該天線係指對各天線組件 有不同供應長度者。在該等問題中，（c)需加以額外組件以使 每一組件在取得一相位中性網路及一最佳頻率響應時的訊 號傳輸時間相同。所有該等問題在在都指出訊號分叉器數目 及訊號分叉比皆需加以降低。 【發明內容】 本發明之一目的在於提出一種不同形式之相移陣列天 線系統。 本發明提出一種具可控制電傾斜之包含一具多天線組 件之天線的相移陣列天線系統，其特徵爲該系統具有： (a)提供二具有可變相對延遲量之基本訊號的裝置； 200522437 (b) 分叉該二基本訊號成訊號成份的分叉裝置； (c) 相位至功率轉換裝置，用以將該等訊號成份轉換成 經轉換成份，其中該經轉換成份隨相對延遲量之改變而改 變；及 (d) 功率至相位轉換裝置，用以將該等經轉換成份轉換 成天線組件驅動訊號，其中該等天線組件訊號之相位隨沿該 天線上之各天線組件的不同而不同，且各自亦隨相對延遲量 之不同而不同。 雖然電性傾斜之可得範圍需要增加時得以複數種延遲 量爲之，本發明具有使電性傾斜得爲一單一可變相對延遲量 控制之優點，且其所需訊號分叉動作相對較少。 相位至功率轉換裝置可爲複數個得經設置後提供數訊號 成份對之和及差的混合射頻耦合元件（「混合元件」），其中 每一訊號成份對具有由基本訊號形成之訊號成份，其中複數 個1 80度混合元件得用以提供訊號成份之和及差，且每一成 份訊號具有由基本訊號形成之訊號成份。每一訊號成份對可 具有相同振幅，而每一訊號成份對的振幅與另一對者不同。 混合元件可爲第一混合元件，而功率至相位轉換裝置可 結合複數種第二混合元件，以產生天線組件驅動訊號。訊號 分叉裝置可爲一第一訊號分叉裝置，而功率至相位轉換裝置 可結合一第一訊號分叉裝置，以將和及差分成輸入至該第二 混合元件之成份。該第一訊號分叉裝置可設置以將每一該等 基本訊號分作三訊號成份。該第二訊號分叉裝置可爲複數個 二路訊號分叉器。 -11- 200522437 在一較佳實施例中，本發明得令基本訊號送至天線組件 的路徑包含相同數目及類型的組件。 在另一態樣中，本發明提出一種控制一包含一具多天線 組件之天線之相移陣列天線系統之電性傾斜角的方法，其特 徵爲該方法具有下列步驟： (a) 提供二具可變相對延遲量之基本訊號； (b) 將該等基本訊號分成訊號成份； (c) 將該等訊號成份轉換成所具功率隨該相對延遲量改 變之經轉換成份；及 φ (d) 轉換該經轉換成份爲天線組件驅動訊號，其中該等 驅動訊號之相位在該天線電性傾斜時隨沿該天線上之天線 組件的不同而不同，且該等驅動訊號之各者隨該相對延遲量 而不同。 本發明之方法態樣得結合天線系統態樣之等效較佳特 【實施方式】 請參閱第1圖，一由各天線組件組成之相移陣列天線1 2 ® 的垂直輻射模型（VRP) 10a及10b顯示其中。該天線12爲平 面式者，具有一中心14，並往圖面往外垂直延伸。VRP 10a 及1 Ob分別對應天線組件訊號之零及非零延遲及相位變化， 其中各陣列組件在天線1 2之一陣列邊緣起有其相對距離。 VRP 10a及10b亦有其各自之主垂片16a，16b，第一上側垂 片20a，20b及第一下側垂片22a，22b，其中主垂片16a，16b各 有其中心線或「準向」（boresight)18a，18b，圖中18c係指零 -12- 200522437 延遲改變量之準向方向，用以與非零等效零件1 8b比較。當 以無標號a或b而稱爲側垂片20爲時，相對組件對之任一 對並無差異。VRP 10b相對於VRP 10a爲傾斜（如圖式之往 下傾斜），即在主束中心線1 8b及1 8c之間有一傾斜角度， 該傾斜角的大小依延遲量在天線1 2上隨距離之改變而改變 的速率而定。 VRP必須滿足數項標準：（a)高準向增益。（b)第一上側 垂片20應低至足以避免對使用另一胞之無線電話造成干 擾。（c)第一下側垂片2 2所在之位準應足以得使與天線1 2 φ 之緊鄰處通訊。（d)當天線電性傾斜時，側垂片之位準及方 向應維持在預定設計限度中。該等要件之間爲互相衝突的， 如準向增益最大化時將增加側垂片20,22。相對於一準向位 準（主束16之長度），一第一上側垂片爲最大之-18 dB時得提 供整體系統性能的最方便折衷策略。V準向增益以正比傾斜 角之餘弦函數的態勢下降，此乃因天線的有效孔徑變小之 故。準向增益亦可更進一步下降，該下降量依傾斜角之改變 方式而定。 · 機械傾斜及電性傾斜之調整等於改變準向的位置，以使 準向指向水平面之上或之下，並因此對天線之涵蓋區域加以 調整。爲達最大使用彈性，一蜂巢式無線基地台以具有機械 及電性傾斜爲較佳，因此各種傾斜對地涵蓋及緊鄰附近之其 它天線有不同的效應。再者，若多個操作者共用一單一天 線，每一操作者亦獲得一不同電性傾斜角爲更佳，儘管習用 天線性能將受影響。 -13- 200522437 現請參閱第2圖，其中所示爲一習用相移陣列天線系統 30，其電性傾斜角爲可調整者。系統30結合一爲射頻訊號 傳輸器載波訊號用之輸入32，該輸入32連接至一功率分配 網路34。網路34分別經由相移器Phi.EO、Phi.EIL至 Phi.E[n]L及Phi.EIU至Phi.E[nJU連接至相移陣列天線系統 30中對應之輻射天線組件E0、E1L至E[n]L及E1U至E[n]U 相移陣列天線系統3 0，其中字尾U表示上，而字尾L表示 下，n爲一代表相移陣列大小之正整數，3 6等虛線代表在欲 形成不同大小陣列時可加複製或移除的組件。 ® 相移陣列天線系統30之操作方式如下所述。一射頻傳 輸器載波訊號被經由輸入32而送至功率分配網路34，該網 路34將該訊號在該等相移器Phi.EO、Phi.EIL至Phi.E[n]L 及Phi. El U至Phi.E[n]U之間分叉，用以對經分叉之各訊號 加以相位移，並將該等帶有相位移之經分叉訊號分別傳送至 相關天線零件EO、E1L至E[n]L及E1U至E[n]U。該等相 位移被選擇成得獲致一適當電性傾斜角。當傾斜角爲零時， 天線組件EO等間之功率分配選擇成得對側垂片位準及準向 _ 增益適當設定者。當組件EO等構成之陣列上的相鋒對於所 有傾斜角而言皆可控制時，相鋒電性傾斜角得加以最佳化控 制，用以使側垂片位準不在傾斜範圍上明顯增加。電性傾斜 角在必要時可在遠端加以調整，藉由對可加以機械性致動之 相移器 Phi.EO、Phi.EIL 至 Phi.E[n]L 及 Phi.EIU 至 Phi.E[n]U 加以一伺服機制即可達成。 相移陣列天線系統30具有下列數項缺點： -14- 200522437 (a) 每一天線組件皆需一相移器，或每一組件群需一相移 器（較不佳）； (b) 天線成本因所需之相移器數而高； (c) 利用在各組件群中而非在各天線組件中加以相移器 所爲之成本降低將增加側垂片位準； (d) 相移器以機械耦合難以正確設定延遲時間； (e) 上側垂片位準在天線往下傾斜時增高，對於其它基地 台所屬行動電話造成一可能之干擾源； (f) 若天線爲不同操作者所共用，則所有操作者必須使用 相同電性傾斜角；及 (g) 在具上結連及下連結之使用不同頻率的系統（分頻雙 工系統）中，傳輸時之電性傾斜角不同於接收時者。 現請參閱第3圖’所示者爲本發明之相移陣列天線系統 40，其具有一可調整之電性傾斜角。該系統40具有一爲射 頻傳輸器載波訊號用之輸入，該輸入42連接至一功率分叉 器44，該元件44提供二輸出訊號Via，Vlb，該二輸出訊號 Via，Vlb分別爲一可變相移器46及一固定相移器48之輸入 訊號。相移器46及48亦可被當作爲時間延遲器，因相移及 時間延遲在一單一頻率時爲等效者。相移器46及48各提供 其輸出訊號V2a及V 2b至一功率分配網路50，在以下將有 更詳細之說明。
網路5 0提供四驅動訊號，該等驅動訊號經由固定相移 器58U1，5 8U2,5 8L1及5 8L2分別被送至一相移陣列天線6〇 之四等距天線組件60U1，60U2,60L1及60L2(U代表上者，L 200522437 代表下者）。天線60具有一中心，且該中心係以一虛線6 1 標示。天線60之組件數可爲任意，只要爲至少二者即可。 相移陣列天線系統40之操作方式如下所述。一射頻傳 輸器載波訊號被經由輸入42送至（單一傳送器）功率分叉器 44，其中該載波訊號被分作數個等功率訊號V 1 a及V 1 b。訊 號Via及Vlb分別被送至可變及固定相移器46,48，其中可 變相移器46爲一操作者控制以獲得可選擇之相移或時間延 遲，且所得相移量控制相移陣列天線60之電性傾斜角；固 定相移器48(爲方便使用者而非必備者）提供一固定相移，且 Φ 該相移在顧及方便選取時被設定爲可變相移器46所得爲之 相移量最大相移値的一半。因此，V 1 a之相位爲可變者，且 其相對於Vlb之可變範圍爲-ΦΜ/2至+ΦΜ/2，而該等經過相 移之訊號變爲V2a及V2b，如前文在由相移器46及48輸出 之後所述者。 利用輸入訊號V2a及V2b，網路50構成各種訊號向量 組合，以提供每一天線組件60U 1等以一對應之驅動訊號。 該等驅動訊號之相位隨天線60上一側之一天線組件60U2 ^ 或60L2開始算起之天線組件距離而線性改變，以由天線60 產生一與陣列準向夾一角度之平行束。與一般習用相移陣列 相同的是，該角度依相移隨天線60上距離的改變速率而定。 只需藉由使用一可變相移器（如圖中之可變相移器46)陣列 6〇的電性傾斜角即可獲改變，此與第2圖習用技術所需之多 個可變相移器（即每一天線組件皆需有其相移器）者不同。 當可變相移器46所加之相位差爲正時，電性傾斜係往 -16- 200522437 * · 一方向行進；當相位差爲負時，電性傾斜則往另一方向行進。 固定相移器58U1等在不同天線組件60U1等間加以固 定相位移，其中該固定相位移依據陣列60上組件之幾何位 置而線性改變（忽略相位之漸小現象）：等於可變相移器5 6 在訊號V 1 a及V 1 b訊號間所加相位差爲零時對陣列60準向 設以一零參考方向（第1圖中18a或18b)。固定相移器58U1 等並非必要，但卻係建議使用者，因其能用以（a)對傾斜過程 所加之相移加以正確比例化，（b)傾斜範圍上側垂片之抑制 得以最佳化，及（c)加以一選擇性固定電性傾斜角。 φ 若使用者爲多者時，每一使用者可各有其相移陣列天線 系統40。或者，若各使用者須供用一共同天線60時，每一 使用者皆有其組件組（在第3圖中爲組件42至50)，且一結 合網路需對送至天線陣列60之訊號加以結合，已公開之國 際專利申請案WO 02/08258 1 A2即有對該網路之描述。 現請參閱第4圖，其顯示本發明之另一相移陣列天線系 統70，該系統70使用二時間延遲樣或相移量。該系統7〇 具有一射頻載波訊號輸入72，該輸入72接至一第一功率分 β 叉器74 ’而該元件74提供二輸出訊號Via, V lb分別作爲一 第一可變相移器76及一第一固定相移器78之輸入，並提供 各自之輸出訊號V2 a及V2b至一第二固定相移器80及一第 二功率分叉器82,其中第一及第二固定相移器78及80在必 要時可結合成一訊號單元。第二功率分叉器82將訊號V2b 分成二訊號V3bl及V3b2，且該二訊號V3bl及V3b2被傳 送至一第二可變相移器84及一第三固定相移器86，並接著 -17- 200522437 被分別傳送至第一及第二功率分配網路88及90’以下將有 更完整的說明。訊號V2a經由第二固定相移器82送至一第 三功率分叉器92，以分作二訊號V3al，V3a2而分別被送至 第一及第二功率分配網路88及90。 網路88及90共同提供八個驅動訊號，該等驅動訊號經 由固定相移器94U1至94L4而分別傳送至一相移陣列天線 96之八個等間距天線組件96U1至96L4。網路90驅動最內 四天線組件96U1，96U2,96L1及96L2，網路88則驅動其餘 天線組件。 春 相移陣列天線系統70之操作方式如下所述。一射頻傳 輸器載波訊號經由輸入72傳送（爲一單一傳送器傳送）至第 一功率分叉器74,其中該載波訊號被分作等功率之訊號Via 及Vlb。接著，訊號Via及Vlb被分別送至第一可變及固定 相移器76及78,其中固定相移器78所爲之相移爲可變相移 器76之最大相移量的一半。第一可變相移器76對於相移陣 列天線96之電性傾斜角的控制提供一部份力量，而第二可 變相移器76則提供其餘部份的控制力量。 _ 功率分配網路 88 及 90 分別接收輸入訊號 V3al/V3bl/V3a2/V3b2，並構成該等訊號之向樣組合，以提 供每一天線組件96U 1等以對應的驅動訊號，其中該等驅動 訊號之相位隨天線96上天線組件距離的改變而線性改變。 該二可變相移器76及84之使用得令天線96上被加以較一 單一相位可變相移器（第3圖所示者）所提供者爲大之相移， 故可得到較大的電性傾斜量。 -18- 200522437 現請參閱第5圖’其所示通常爲與第3圖及第4圖中所 用之50,88及90同類型的功率分配網路1〇〇，其在圖式中共 用之天線零件數較前文所述之等效元件所用者爲多。網路 1〇〇具有二輸入102a及i〇2b，該二輸入l〇2a及102b分別 連接至第一及第二三路功率分叉器l〇6a及106b。第一三路 功率分叉器106a將一輸入訊號或振幅爲Va之向量A分成三 訊號al.A，a2.A及a3.A，其中ai，a2及a3分別被送至第一、 第二及第三180度混合射頻訊號耦合元件（混合元 件）1 10，1 12及1 14之第一輸入1。第二三路功率分叉器i〇6b · 將一輸入訊號或振幅爲Vb之向量B分作三訊號bl.B，b2.B 及b3.B，其中bl，b2及b3爲第二功率分叉器l〇6b之純量振 幅分叉比。接著，三訊號bl.B，b2.B及b3.B分別被送至混合 元件1 10,1 12及114之第二輸入Z。向量A及B之振幅相等， 即V a = V b。混合兀件1 1 〇至1 1 4亦被稱作和及差混合元件。 混合元件11〇，1 12及114皆分別具有和及差輸出 S1/D1，S2/D2及S3/D3，所輸出者則爲其輸入A及B之向量 和A + B及向量差A-B。當該等輸入訊號具同振幅時，該等混 β 合元件具有和輸出及差輸出爲固定90度相位差之特性，即 使該等輸入之相位改變時亦同，以下將對此一特性做更清楚 之說明。Α + Β和訊號彼此間爲同相位，Α-Β差訊號亦同，且 該等和訊號與該等差訊號呈正交。當輸入訊號間的相位差因 可變相移器46之操作而改變時，和及差輸出訊號之振幅改 變，如隨等振幅且同相位之輸入訊號而改變，即Α + Β = 2 Α及 Α-Β = 0;或隨等振幅但相位相反之輸入訊號而改變，即Α + Β = 0 -19- 200522437 * ,» 及Α-Β = 2Α;或隨等振幅但相位差爲90度之輸入訊號而改 變，即Α + Β及Α-Β皆等於λ/α2 + Β2。因此，混合元件1 1〇, 1 12 及1 1 4之運作就如同相位至功率轉換器，因其將定功率但可 變相位差之輸入訊號轉變成具可變功率但定相位差之輸出 訊號之故。 混合元件110,112及114之輸出S1，S2及S3之A+ Β和 訊號分別被送至第四、第五及第六180度混合元件1 16,1 18 及120之對應參考輸入S1，S2及S3。同樣地，混合元件 110，112及114之輸出D1，D2及D3之A-B差訊號分別被送 · 至第六、第五及第四混合元件120,118及116之對應參考輸 入 Dl，D2 及 D3。 第四、第五及第六混合元件116至120亦具有和及差輸 出，且該等和及差輸出在每一例中皆以Sum及Diff·表示， 且在該等輸出Sum及Diff.處分別有輸入訊號之向量和A + B 及向量差Α-Β。A + B和訊號經由對應之固定相移器122U1至 122U3送至天線124之上半部中的對應天線組件124U1至 124U3中。同樣地，A-B差訊號經由固定相移器122L1至 β 122L3送至天線124下半部中對應天線組件124L1至124L3 中。嚴格說來，相移器122U1至122L3及天線陣列124不屬 於網路1〇〇之一部份，因結合該網路之第3圖及第4圖已顯 示該等元件122U1至122L3及天線陣列124之等效者。第 四、第五及第六混合元件116至120將其各輸入之功率差在 其輸出處轉變成相位差，故其功能如一功率至相位轉換器。 若第一、第二及第三混合元件110至114之輸出及第 -20- 200522437 四、第五及第六混合元件116至12〇之輸入間設有更多之分 叉器，則對每一天線組件1 24L 1等設定以所需之相位及振幅 亦存有彈性。當第一、第二或第三混合元件11〇，112或114 之輸出被分叉時，需有更多的混合元件及天線組件加入其 中，以儘可能對所有射頻功率加以有效之運用，進而避免功 率在天線組件以外之處消耗。 天線組件124U1等與其對應固定相移器122U1等相 關，其目的在於：（a)設定標稱平均天線傾斜値。（b)在天線 1 24之傾斜範圍上對天線1 24之垂片位準加以最佳化。在第 5圖，混合元件110至120之輸入具有相等權重，即輸入訊 號A及B，故和訊號輸出爲A + B，而差訊號爲A-B。不過， 混合元件110至112亦可有不同權重之輸入A及B，並得到 一和輸出xA + yB及一差訊號xA-yB，其中X爲送至輸入A 之權重，而y爲加至輸入B之權重。爲節省不同權重輸入之 混合元件所用功率，送入其輸入之總功率應等於流出其輸出 之總功率，但其中忽略了實際執行所可避免之熱損耗。不等 權重輸入之混合元件有其兩大優點：（a)天線組件之相位及振 幅分配得獲得更多的彈性。（b)訊號之分叉可分配於二或多 分叉零件之間，藉以降低任一分叉器之最大分叉比，並改善 頻率響應。 功率分配網路100被用於系統40中時，其優點爲： U)分叉器106a及106b僅需一分叉動作，且分叉器1〇6a 及106b皆僅將輸入訊號分作三訊號； (b)傾斜之執行者爲一單一可變相移器或時間延遲元件 -21- 200522437 46 ； (c) 在網路輸入l〇2a及102b及零件處被轉換之訊號通過 至天線組件1 24U 1等之路徑上相同數目及種類之零件’即一 分叉器及二混合元件（如上所述之相移器122U1等不屬於網 路1 〇〇之一部份）。因此，該等路徑應具有實質上相同的電 長度，其中忽略非零製造公差造成之變化。因此，網路中因 不同路徑中不同型零件造成的相位及振幅差得被避免，且束 在傾斜範圍內得維持爲良好形狀。再者，由於每一至一組件 之路徑的相位及振幅差等樣變化，且相鄰天線組件間之誤差 修 得以降低，束形狀得在較寬率預範圍上被維持。（c)天線可在 不需消耗天線組件外之任意零件中射頻功率的條件下執 行，其中忽略了組件之不理想特性； (d) 相對於使用多個可變時間延遲元件之等性能天線而 言，一相位陣列天線之成本較低；及 (e) 天線之可靠度不因大量可變時間延遲元件之使用而 受損。 分叉器可插置於前三混合元件110至114之輸出及其它 β 混合元件1 1 6至1 20之輸入間，藉以使送至天線組件之訊號 的相位及振幅獲得有更大的設定彈性，此將說明於下一實施 例中。 現請參閱第6a圖及第6b圖，其中將另一功率分配網路 14〇分作兩部份l4〇a及l4〇b，即網路140爲一具十二等距 組件之相移陣列天線14 8所用，而非爲第3圖及第4圖中 50，88及90所用者。網路14〇與第5圖配合說明之具有分叉 -22- 200522437 器l42c及142h構成之外加分叉器行、足夠的混合元件1444 至1 449及固定相移器146U1至146L6者等效，用以提供訊 號予天線148之更多數目的天線組件148U1至148L6，其中 與前述等效之組件以相似標號標示，對其之說明則以針對其 差異爲主。 如前述者，振幅分別爲Va及Vb之二輸入訊號向量A 及B在輸入102a及102b處被分叉器106a及106b分作訊號 部份 al.A、a2.A、a3.A 及 bl.B、b2.B、b3.B，並被送至第 一、第二及第三混合元件110至114之第一及第二輸入1及 φ 2，即訊號a[n].A及b[n].B輸入至第η混合元件1 10 + 2Π，其 中η爲0、1及2。分叉比之設定以令al=bl、a2 = b2及a3 = b3， 藉以在混合元件1 1 0至1 1 4中執行相位至功率轉換動作。 現亦請參閱第7圖，其顯示一輸入爲A與B及輸出A + B 與A-B之180度混合耦合器132。曲線134指出輸入至輸出 之路徑，相關標記-180及-360則指出相位移或訊號通過該 等路徑所經歷之等效延遲。如圖所示，自A輸入1及B輸入 2至A + B和輸出及自A至A-B差輸出皆與-180度相位移相 · 關，而B輸入2至A-B差輸出之路徑135則與-360度相位 移相關。一 1 80度相位移對一正弦訊號加以反相，或對一正 弦函數乘以-1，而-360度相位移則不對一正弦函數做任何改 變。因此，訊號A及B在送至和輸出時皆被反相，並因此被 相加在一塊。不過，只有訊號B在差輸出處被反相，必因此 自A中被減出。若等振幅但不同相位之二訊號向量皆被加以 及減去一 1 8 0度’則所形成之和及差向量不管輸入相位差爲 -23- 200522437 . 何皆彼此正交，以下將有說明。因此，A + B及A-B之相位有 90度之差異，此一差異因得簡化天線組件訊號相位之計算而 被視爲可方便加以選用者（但非必用者），以下將有說明。因 此，混合元件1 1 0至1 1 4如同相位至功率轉換器，因其可將 等振幅但可變之相對相位差的輸入訊號（如al.A/bl.B)轉換 成具可變功率但具90度之定相位差的和及差輸出訊號。甚 者，三個混合元件1 1 〇至1 1 4之A + B輸出皆互相爲同相位， 並與該等混合元件110至114之A-B輸出皆正交。 混合元件110至114具有A + B輸出，且該等輸出分別連 d 接至二路分叉器142c，142e及142g，且A-B輸出分別連接至 二路分叉器142d，142f及142h。分叉器142c至142h將其輸入 訊號分別分作訊號部份d/c2， dl/d2， el/e2， fl/f2， gl/g2及 hi/h2 :該等部份亦用作爲對應分叉器之輸出的參考指標，並 用以輸入至第四至第九混合元件1444至1449之對應參考輸入 cl至h2，其中該等混合元件1444至1 449具有A及b輸入i 及2及A + B與A-B和及差輸出訊號Sum及Diff·，且其操作 模式及架構與第一、第二及第三混合元件110至114之者相 修 同。下列第1表格第四至第九混合元件1 444 to 1 449之何輸A 接收何訊號部份，其中+號及-號分別指出向量加法及減法。 -24- 200522437 第1表格 混合元件 輸入 訊號部份 混合元件 輸入 訊號部份 1444 1 cl.(al.A+bl.B) 1447 1 e2. (a2.A+b2.B) 1444 2 dl.(a3.A-b3.B) 1447 2 f2.(a2.A-b2.B) 1445 1 c2.(al.A+bl.B) 1448 1 gl.(a3.A+b3.B) 1445 2 d2.(a3.A-b3.B) 1448 2 hi·(al·A-bl·Β) 1446 1 el·(a2.A+b2.B) 1449 1 g2.(a3.A+b3.B) 1446 2 fl.(a2.A-b2.B) 1449 2 h2.(al.A-bl.B) 分叉器142c至142h將其輸入訊號分作適於相加及相減 以構成天線組件驅動訊號之訊號部份，其中該等驅動訊號隨 天線1 48上天線組件位置而逐漸改變。以下第2表格顯示第 四至第九混合元件1 444至1 449之何輸出Sum/Diff.經由對應 固定相移器146U1至144L6驅動天線組件148U1至148L6之 何者，其中天線148之上半部內的天線組件148U1至148L6 皆由第四至第九混合元件1 444至1 449之和輸出Sum所驅動， 但在下半部者則由該等混合元件之差輸入Diff.所驅動。第四 ® 至第九混合元件輸出1 444至1 449接收第一至第三混合元件 1 1 0至1 1 4之和或差輸出處所提供之訊號部份，而非和及差輸 出處所貢獻之訊號部份，故該等混合元件之輸入訊號彼此間 爲同相位。因此，第四至第九混合元件1 444至1 449就如同 功率至相位轉換器：每一者皆將其二輸入訊號（具零相位 差，但振幅無相等之必要）分作具相位差之和及差輸出訊 號，其中該相位差在不同混合元件中改變，但功率則爲固定 -25- 200522437 不變（其中忽略漸小振幅現象）。所示設置得令天線上148有 一漸進式相鋒，並得使輸入功率受到有效利用，其中忽略非 理想零件中功率損耗發生的可能性。除該等損耗外’功率分 配網路1 40產生之訊號不能產生不能有效貢獻至天線驅動訊 號之訊號，故輸入功率問題不必然需加以無效率之處理。 第四混合元件1 4 4 4驅動最外一對天線組件1 4 8 U 6及 148L6，第五至第九混合元件1 445至1 449分別驅動天線組件 對 148U5/148L5，148U4/148L4，148U3/148L3，148U2/148L5 及 1 4 8 U 1 / 1 4 8 L 1，且該等天線組件對之愈號述及者愈近一天線中 心1 5 0，其中該天線中心1 5 0爲每一對設爲中心之處。 第2表格顯示混合元件1444至1449之輸出訊號。分叉 器部份d等不一定需爲純量，但第2表格中第4行括號所含 者爲向樣加法及減法。如前配合第3圖及第4圖所述者，Va 及Vb之間具有相位差，且向量以粗體字符標示。甚者’等 振幅訊號之向量相加結果（al.A + bl.B)等的結果彼此間同 相位，並與所有向量相減結果（a3· A - b3.B)等有90度的相位 差，故向量相減結果自動與向量相加結果正交。 -26- 200522437 第2表格 天線組件 混合元件 輸出 輸出訊號 148U6 1444 Sum C1 .(a1 _A + b1 ·Β) + d1 _(a3.A-b3_B) 148U5 1445 Sum C2.(a1.A + b1.B) + d2.(a3.A-b3.B) 148U4 1446 Sum e1.(a2.A + b2.B) + f1 .(a2.A-b2.B) 148U3 1447 Sum e2.(a2.A + b2.B) + f2.(a2.A-b2.B) 148U2 1448 Sum g1.(a3.A + b3.B) + hi .(a1 .A-b1 .B) 148U1 1449 Sum g2.(a2.A + b3.B) + h2.(a1 .A-b1 .B) 148L1 1449 Diff. g2.(a3.A + b3.B) - h2.(a1.A-b1.B) 148L2 1448 Diff. g1.(a3.A + b3.B) - hi .(a1 .A-b1 .B) 148L3 1447 Diff. e2.(a2_A + b2_B) f2.(a2.A-b2.B) 148L4 1446 Diff. e1.(a2.A + b2.B) - f1 .(a2.A-b2.B) 148L5 1445 Diff. c2.( a1.A + b1.B) - d2.( a3.A-b3.B) 148L6 1444 Diff. c1 .(a1 .A + b1 .B) - d1 .(a3.A-b3.B)
第2表格第四行中表示式爲P + Q之形式，其中Q爲一與一 向量P正交之向量，所有P向量皆彼此同相位，且所有的Q 向量皆彼此同相位，並因此可被寫成P+jQ，其中P及Q爲 P及Q爲純量振幅。以天線組件148 U6爲例： 戶= c2.(al.A + bl.B)及 0 = d2.(a3.A - b3.B) (1) -27- 200522437 以加至第η上及下天線組件148Un及148Ln(n爲1至 6)之電壓之同相位及正交零件之Pn及Qn表示時，該電壓之 相位Φ η爲： φη=^η-ι(^) , (2) 其中Qn對天線148上半部內的天線組件148Un而言爲正 對下半部中天線組件l48Lii而言則爲負。 第η天線組件電壓之純量振幅V η爲：
Vn=V(Pn2+Qi)， ⑺ 本網路1 4〇實施例的分叉比如下列第3表格所示。
-28- 200522437 第3表格
分叉器 分叉器輸出 分叉比 電壓 dB値 102a al 0.2500 -9.5dB a2 0.5000 -7.20dB a3 1.0000 -1.18dB 102b bl 0.2500 -9.5dB b2 0.5000 -7.20dB b3 1.0000 -1.18dB 142c cl 1.0000 -3.00dB c2 1.0000 -3.00dB 142d dl 1.0000 -0.97dB d2 0.5000 7.00dB 142e el 1.0000 -3.00dB e2 1.0000 -3.00dB 142f fl 1.0000 -0.97dB f2 0.5000 -7.00dB 142g gl 1.0000 -3.00dB g2 1.0000 -3.00dB 142h hi 1.0000 -0.97dB h2 0.5000 -7.00dB 自輸入102a及102b送至天線組件148U1至148L6之訊 號的所有貢獻訊號（如^.(&1.人+ 131.：6))皆通過相同數目及種 類零件，即每一貢獻部份皆通過一包含一三路分叉器、一混 -29- 200522437 合元件、一二路分叉器、另一混合元件及一固定相移器之路 徑。相位塡補零件（即外加零件）不需對不同路徑中不同相位 移加以更正，而每一路徑中二分叉器得獲得一適當分叉比， 如此得使前述分叉比不超出9 · 5 dB的條件被實現。 三路分叉器106a及106b主要對振幅之漸細形式加以設 定’而二路分叉器142c至142h則對相位漸細形式加以設 定，其中「漸細形式」係指天線組件1 4 8 U 1至1 4 8 L6上之振 幅或相位輪廓。網路1 40爲對稱式設計，其具有重複出現之 功能方塊，並使其本身之最佳化相對較容易。此外，網路1 40 亦易於與天線中不同數目的天線組件匹配使用，藉由改變分 叉器及混合元件之數目即可達成之。此外，網路140之分叉 器數目亦少於陣列1 40中天線組件數。 第8a圖爲網路140所產生之驅動訊號的向量圖，其中 該等驅動訊號係用以驅動天線148上半部中天線組件148U1 至148U6,其中相移器146U1至146L6之效應已因便利而被 忽略。160、162及164之水平、垂直及斜向箭頭分別指出同 相位零件，正交零件及真正天線組件訊號向量。爲圓圈所包 圍之標號1至6(如166處者）分別指出相鄰訊號向量與天線 組件148U1至148U6與天線組件148U1至148L6爲相關者， 天線148下半部中天線組件148L1至148L6之驅動訊號之等 效向量（未顯示）得以獲致，藉由使每一由水平軸168出發之 垂直箭頭162往下而非往上延伸之方式即可達成之，即藉水 平軸168中的反射而產生對應訊號向量164的鏡像即可達成 之。第8 a圖顯示網路1 40產生之天線組件驅動訊號在天線 -30- 200522437 1 4 8上正確的漸進相位，天線1 4 8之最佳化性能得在選擇以 一最大傾斜角之條件下被獲致，其中該最大傾斜角對應傾斜 時之最大可用側垂片位準。接著，分叉比被選出以使該最大 傾斜角得有一線性相鋒。第8 b圖爲一對應第8 a圖之全向量 圖，但整個天線陣列1 40之天線組件驅動訊號向量係由1 69 等實箭頭指出。 現請參閱第9圖至第12圖。第9圖爲接收等振幅電壓 Va及Vb輸入之單一 180度混合元件182的設置圖180，其 中該二輸入電壓間有一相位移。該等電壓Va及Vb可藉在一 輸入184處取得一單一電壓V、將該單一電壓V在186處分 作二等電壓、並將該所得電壓送至一可變相移器188而獲 得。此外，混合元件1 82產生輸入訊號A及B之和及差輸出 訊號A + B及A-B。 第10圖爲向量+ A、+B、-B、A + B及A-B之向量圖。由 於A及B相等，因此+A、+B及-B可顯示爲一圓200之半徑， 其中該圓200爲向量+A、+B及-B構成之三角形的外接圓。 向量相等但符號相反之+B及-B共同構成圓200之一直徑， 且該直徑在圓上〇等之其它點處有一直角對角。不過，向量 A + B及A-B連接原點Ο至+B/-B直徑之相對端點，故向量 A + B及A-B之間夾有一直角（或90度之相對相位移），不管 + A及+B間相位差Φ値爲何皆然。 第1 1圖說明A + B及A-B之相對振幅隨其相對相位差Φ 之改變係由-180度調整至+180度，其中A + B以正弦波樣式 自0轉變至1再由1轉變至〇，而A-B則以餘弦樣式自1至 -31- 200522437 ·, 0再由0至1轉變。第12圖說明相位A + B及A-B隨相位差 Φ之改變係由-180度調整至+180度，其中A + B由-90度轉 變至+90度，而A-B則在φ = -180度時自0轉變至Φ = 0時之 + 90度，並接著在通過〇時突然移至-90度，接著並平滑地 改變至Φ = + 180時之0。 本發明對電性傾斜之控制如下所述。如前文已述者，送 至第6圖中每一天線組件148U1等的驅動訊號可寫作向量 P+jQ。當輸入向量Α及Β(或電壓Va及Vb)之相位差爲零（即 Φ = 〇)，則所有混合元件（即110等）之差輸出A-B亦爲零，如 鲁 第1 1圖所示。因此，當天線不傾斜時，送至所有天線組件（即 148U1等）之驅動訊號的相位同爲「未傾斜」相位，且P+jQ 中 Q = 〇。 當A及B相樣間枏位差增加時，第1 1圖顯示混合元件 之差輸出增加，而和輸出則減小，故Q値增加，而P値減小。 因此，送至每一天線組件148U1等之驅動訊號的相位角改 變。藉由使天線組件（如1481；1/1481^1)之？値在漸近中心線 150時爲漸減、且該等P値在漸離中心線150時爲漸增，天 β 線組件上可有漸增之相鋒。因此，天線驅動功率之部份自天 線1 4 8中心傳送至其端部，此得由對混合元件1 1 0至1 1 4之 輸出加以適當連接而達成。 因此，第5圖中第一、第二及第三混合元件之中心混合 元件1 1 2供應訊號予一天線中心及天線1 24之端部組件 124U3/124L3間中心處之天線組件124U2及124L2，而其它 最左二混合元件1 10及1 14之Α-Β差輸出皆「經交換」，即 -32- 200522437 連接至接收其它（114或1 10)混合元件之A + B輸出的一第四 或一第六混合元件1 1 6或1 2 〇，其中該天線中心以虛線表 示。該種設置將同相位功率（P向量成份）自天線1 24中心移 動至端部，並因此形成一漸進式相鋒。 第1 1圖顯示混合元件差輸出之相位是否改變1 80度係 依向量A及B間相位差爲正或爲負而定，如此得確保天線在 往上或往下傾斜時天線上皆存由一漸進式相鋒。 本發明之上述實施例皆使用1 80度混合元件，但其得以 90度「正交」混合元件加以90度相移器代用之，因如此得 獲致相同整體功能，但如此之使用方式較不實用。 本發明中配合第3圖至第1 2圖說明之範例已針對傳輸 動作而說明如上，不過所有零件皆爲可逆者，且該等範例亦 可操作如接收器。混合元件及相移器爲可逆者，逆向分叉器 則形成接收時所需的再結合器。 【圖式簡單說明】 爲使本發明更易於理解，其將藉參照下述圖式而以最佳 實施例說明，該等實施例僅爲本發明之範例，該等圖式中： 第1圖爲一具有零或非零電性傾斜角之相移陣列天線垂 直輻射形（VRP); 第2圖爲一具一可調電性傾斜角之習用相移陣列天線； 第3圖爲使用一單一時間延遲之本發明相移陣列天線系 統的方塊圖； 第4圖爲使用二時間延遲之本發明相移陣列天線系統的 方塊圖； -33- 200522437 第5圖爲第3圖或第4圖之系統中所用的功率分配網路； 第6a圖及第6b圖爲具有一十二組件天線之本發明系統 所用的功率分配網路； 第7圖爲第5圖及第6圖之網路所用之180度混合射頻 耦合元件的示意圖； 第8a圖及第8b圖爲第6圖所示網路形成之天線組件驅 動訊號之相位的向量圖； 第9圖爲一接收二電壓Va及Vb之A及B輸入的180 度混合元件，其中該二電壓Va及Vb具有相同振幅及Φ之 相對相位移。 第10圖爲+A、+B、-B、A + B及A-B向量的向量圖； 第11圖爲A + B及A-B之相關相位差 由-180度調整 爲+180度時A + B及A-B之相關大小變化方式；及
第12圖爲當Φ自-180度調整至+180度時之A + B及A-B 的相位變化。 元件符號說明 10a 垂直輻射模型 10b 垂直輻射模型 12 相移陣列天線 14 中心 16 主束 16a 主垂片 16b 主垂片 18a 準向 - 34- 200522437 18b 準向 18c 準向 20 第一 20a 第一 20b 第一 22a 第一 22b 第一 22c 第一 30 相移 32 輸入 34 網路 40 相移 42 輸入 44 功率 46 相移 48 相移 50 功率 56 可變 58U1， 58U2 , 58L1， 60 相移 60U1， 60U2， 60L1， 70 相移 72 輸入 7 4 分叉 上側垂片 上側垂片 上側垂片 下側垂片 下側垂片 下側垂片 陣列天線系統 陣列天線系統 分叉器 器（時間延遲元件） 器 分配網路 相移器 58L2 固定相移器 陣列天線 60L2 固定相移器 陣列天線系統 器
-35- 200522437 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94U1-94L4 96U1-96L4
第一可變相移器 第一固定相移器 第二固定相移器 第二功率分叉器 第二可變相移器 第三固定相移器 第一功率分配網路 第二功率分配網路 第三功率分叉器 固定相移器 天線組件 100 網路 102a 輸入 102b 輸入 106a 106b 110 112 114 116 118 120 122L1-122L3 122U1-122U3
第一三路功率分叉器 第二三路功率分叉器 第一混合元件 第二混合元件 第三混合元件 第四混合元件 第五混合元件 第六混合元件 固定相移器 固定相移器 -36- 200522437 124 天線 124L1 - 124L3 天線組件 124U1 - 124U3 天線組件 1 32 1 80度混合耦合器 140 功率分配網路 140a 功率分配網路之部份 140b 功率分配網路之部份 142c 分叉器
142h 分叉器 1 444 - 1 449 第四至第九混合元件 146U1-146L6 固定相移器 148 相移陣列天線 148U1-148U6, 148L1-148L6 天線組件對 1 60 同相位零件 162 正交零件 164 訊號向量之鏡像
168 水平軸
Phi .EO,Phi .EIL-Phi .E[n]L 相移器
Phi .EIU-Phi .E[n]U 相移器 EO,ElL-E[n]L,ElU-E[n]U 天線組件 37-

Claims (1)

  1. 200522437 .. 十、申請專利範圍： 1. 一種具有可控制電性傾斜之相移陣列天線系統，其包含： (a) —具有多天線組件之天線； (b) 用於提供二具有可變相對延遲之基本訊號的裝置； (c) 用以將該等基本訊號分成訊號成份之分叉裝置； (d) 相位至功率轉換裝置，用以將該等訊號成份轉換成 具隨相對延遲改變而改變之功率的經轉換成份；及 (e) 功率至相位轉換裝置，用以將該等經轉換成份轉換 成天線組件驅動訊號，且該等驅動訊號之相位在該天線爲 €1 電性傾斜時在該天線上隨天線組件之不同而逐漸改變，且 該等相位各自隨相對延遲之改變而改變。 2·如申請專利範圍第1項之系統，其中該相位至功率轉換裝 置爲用以提供訊號成份對之和及差之複數個混合射頻耦 合元件（混合元件），且每一訊號成份對皆具有由該二基本 訊號所得之訊號成份。 3 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該相位至功率轉換裝 置爲複數個1 80度混合元件，用以提供訊號成份對之和及 β 差’且每一訊號成份對皆具有由該二基本訊號所得之訊號 成份。 4 ·如申請專利範圍第3項之系統，其中每一對具有等振幅之 訊號成份，但每一成份對之振幅不等於另一對者。 5.如申請專利範圍第3項之系統，其中該等混合元件爲第一 混合元件’而該功率至相位轉換裝置結合複數個第二混合 元件’其中該第二混合元件係用以產生天線組件驅動訊 -38- 200522437 號。 6 ·如申請專利範圍第5項之系統，其中該分叉裝置爲一第一 分叉裝置，而該功率至相位轉換裝置結合一第二分叉裝 置，其中該第二分叉裝置排列成將該等和及差分作輸入至 該第二混合元件之成份。 7 ·如申請專利範圍第6項之系統，其中該第一分叉裝置排列 成將該等基本訊號之每一者分作三訊號成份。 8 ·如申請專利範圍第6項之系統，其中該第二分叉裝置爲複 數個二路分叉器。 9·如申請專利範圍第1項之系統，其中該系統設置成由基本 訊號之提供至天線組件的所有路徑包含相同數目及種類 之組件。 10. —種控制一相移陣列天線系統之電性傾斜的方法，該相移 陣列天線系統包含一具多天線組件之天線，其中該方法包 含下列步驟： (a) 提供二具有可變相對延遲之基本訊號； (b) 將該等基本訊號分叉成訊號成份； (c) 轉換該等訊號成份轉換成且有隨該相對延遲改變而改 變之功率的經轉換成份； (d) 轉換該經轉換成份爲天線組件驅動訊號，且該等驅動 訊號之相位在該天線電性傾斜時隨該天線上天線組件 之不同而逐漸改變，且該等相位各自隨該相對延遲改 變而改變。 1 1.如申請專利範圍第10項之方法，其中該步驟（c)之執行係 200522437 利用複數個提供訊號成份對之和及差的混合元件而爲 之，每一對具有來自兩基本訊號之訊號成份。 12.如申請專利範圍第10項之方法，其中該步驟（c)之執行係 利用提供訊號成份對之和及差的複數個1 80度混合元件， 每一對具有來自兩基本訊號之訊號成份。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之方法，其中每對具有等振幅之 訊號成份，但每一對之成份振幅不等於另一對者。 14.如申請專利範圍第12項之方法，其中該等混合元件爲第 一混合元件，且該步驟（d)之執行係利用複數個第二混合元 · 件而爲之，其中該複數個第二混合元件排列成可產生該等 天線組件驅動訊號。 15·如申請專利範圍第14項之方法，其中該步驟（b)中的分叉 爲一第一分叉，而一第二分叉在該步驟（d)中執行，以將該 等和及差分成輸入至該第二混合元件之成份。 16·如申請專利範圍第15項之方法，其中該第一分叉將該等 基本訊號之每一者分成三訊號成份。 I7·如申請專利範圍第15項之方法，其中該第二分叉爲多數 ® 二路分叉。 1 8 ·如申請專利範圍第1 〇項之方法，其中由基本訊號之提供 延伸至天線組件的所有路徑皆包含相同數及種類之成份。 -40-
TW093133732A 2003-11-07 2004-11-05 Phased array antenna system with controllable electrical tilt TW200522437A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0325987.6A GB0325987D0 (en) 2003-11-07 2003-11-07 Phased array antenna system with controllable electrical tilt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW200522437A true TW200522437A (en) 2005-07-01

Family

ID=29726109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW093133732A TW200522437A (en) 2003-11-07 2004-11-05 Phased array antenna system with controllable electrical tilt

Country Status (17)

Country Link
US (1) US7420507B2 (zh)
EP (1) EP1680834B1 (zh)
JP (1) JP4420928B2 (zh)
KR (1) KR101111467B1 (zh)
CN (1) CN1879254B (zh)
AT (1) ATE377851T1 (zh)
AU (1) AU2004310213B2 (zh)
BR (1) BRPI0416263A (zh)
CA (1) CA2545220A1 (zh)
DE (1) DE602004009959T2 (zh)
ES (1) ES2295944T3 (zh)
GB (1) GB0325987D0 (zh)
HK (1) HK1099412A1 (zh)
PL (1) PL379763A1 (zh)
RU (1) RU2006119923A (zh)
TW (1) TW200522437A (zh)
WO (1) WO2005048401A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI780854B (zh) * 2021-08-09 2022-10-11 英屬維爾京群島商飛思捷投資股份有限公司 天線裝置、定位系統及定位方法

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8396368B2 (en) 2009-12-09 2013-03-12 Andrew Llc Distributed antenna system for MIMO signals
IT1403065B1 (it) 2010-12-01 2013-10-04 Andrew Wireless Systems Gmbh Distributed antenna system for mimo signals.
GB0512805D0 (en) 2005-06-23 2005-08-03 Quintel Technology Ltd Antenna system for sharing of operation
US8437712B2 (en) * 2005-10-27 2013-05-07 Telecom Italia S.P.A. Method and system for multiple antenna communications using multiple transmission modes, related apparatus and computer program product
GB0602530D0 (en) 2006-02-09 2006-03-22 Quintel Technology Ltd Phased array antenna system with multiple beams
GB0611379D0 (en) 2006-06-09 2006-07-19 Qinetiq Ltd Phased array antenna system with two-dimensional scanning
CN100558001C (zh) * 2006-08-08 2009-11-04 华为技术有限公司 一种实现2g网络电调天线集中控制的方法及系统
US8384597B2 (en) * 2006-10-16 2013-02-26 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Tilt-dependent beam-shape system
GB0622411D0 (en) 2006-11-10 2006-12-20 Quintel Technology Ltd Phased array antenna system with electrical tilt control
DE602006019786D1 (de) * 2006-11-29 2011-03-03 Pirelli & C Spa Schaltstrahlantennensystem und verfahren mit digital gesteuerter gewichteter hochfrequenz-kombinierung
US9001803B2 (en) * 2007-12-19 2015-04-07 Telecom Italia S.P.A. Method and system for switched beam antenna communications
US20100046421A1 (en) * 2007-12-31 2010-02-25 David Adams Multibeam Antenna System
GB2458900A (en) 2008-03-31 2009-10-07 Ubidyne Inc Method and apparatus for suppression of sidelobes in antenna arrays
US8126486B2 (en) * 2008-08-29 2012-02-28 Empire Technology Development Llc Adaptive antenna weighting system for wireless local area and personal area networks
US8570938B2 (en) * 2008-08-29 2013-10-29 Empire Technology, Development, LLC Method and system for adaptive antenna array pairing
US8577296B2 (en) * 2008-08-29 2013-11-05 Empire Technology Development, Llc Weighting factor adjustment in adaptive antenna arrays
EP2226890A1 (en) * 2009-03-03 2010-09-08 Hitachi Cable, Ltd. Mobile communication base station antenna
US8692730B2 (en) * 2009-03-03 2014-04-08 Hitachi Metals, Ltd. Mobile communication base station antenna
US8310947B2 (en) * 2009-06-24 2012-11-13 Empire Technology Development Llc Wireless network access using an adaptive antenna array
IT1398025B1 (it) 2010-02-12 2013-02-07 Andrew Llc Distributed antenna system for mimo communications.
EP2622757B1 (en) 2010-10-01 2018-11-07 CommScope Technologies LLC Distributed antenna system for mimo signals
US20120086601A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Microwave antenna system
US8031116B1 (en) * 2010-10-22 2011-10-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Microwave antenna system
JP5104938B2 (ja) * 2010-12-09 2012-12-19 株式会社デンソー フェーズドアレイアンテナの位相校正方法及びフェーズドアレイアンテナ
JP5246250B2 (ja) * 2010-12-09 2013-07-24 株式会社デンソー フェーズドアレイアンテナの位相校正方法及びフェーズドアレイアンテナ
US9450659B2 (en) * 2011-11-04 2016-09-20 Alcatel Lucent Method and apparatus to generate virtual sector wide static beams using phase shift transmit diversity
US8912957B2 (en) 2011-12-12 2014-12-16 Qualcomm Incorporated Reconfigurable millimeter wave multibeam antenna array
KR101945405B1 (ko) * 2012-01-27 2019-02-08 주식회사 케이엠더블유 이동통신 기지국의 안테나 시스템
EP2959710B1 (en) * 2013-02-22 2019-03-20 Quintel Cayman Limited Multi-array antenna
US10340607B2 (en) 2015-08-26 2019-07-02 Qualcomm Incorporated Antenna arrays for communications devices
WO2017184041A1 (en) * 2016-04-20 2017-10-26 Saab Ab Method for controlling transmission of an electronically steerable antenna system and such electronically steerable antenna system
JP2017212574A (ja) 2016-05-25 2017-11-30 富士通株式会社 無線通信装置、アンテナ指向性制御方法および給電回路
US11316270B2 (en) 2017-10-12 2022-04-26 Commscope Technologies Llc Systems for thermo-electric actuation of base station antennas to support remote electrical tilt (RET) and methods of operating same
US10340583B2 (en) 2017-10-13 2019-07-02 Quintel Cayman Limited Cellular antenna for elevated and obstructed deployment
CN108445305B (zh) * 2018-03-13 2023-06-23 南京信息工程大学 一种移动基站天线电子下倾角检测系统和方法
KR20190114257A (ko) 2018-03-29 2019-10-10 주식회사 에이스테크놀로지 안테나 틸트 제어 장치 및 그를 포함하는 안테나 시스템
CN110829029A (zh) 2018-08-10 2020-02-21 康普技术有限责任公司 移相器组件
EP4208919A1 (en) 2020-09-04 2023-07-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and apparatus for designing a phased array antenna, phased array antenna and method for operating a phased array antenna
WO2022073597A1 (en) * 2020-10-07 2022-04-14 Huawei Technologies Co., Ltd. Antenna device with collaborative radiators for parameter control
US11715875B2 (en) 2020-11-06 2023-08-01 Electronics And Telecommunications Research Institute Individual rotating radiating element and array antenna using the same

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3255450A (en) * 1960-06-15 1966-06-07 Sanders Associates Inc Multiple beam antenna system employing multiple directional couplers in the leadin
US4316192A (en) * 1979-11-01 1982-02-16 The Bendix Corporation Beam forming network for butler matrix fed circular array
JPS5873206A (ja) * 1981-10-27 1983-05-02 Radio Res Lab マルチビ−ム形成回路
GB2158649B (en) 1984-05-09 1987-07-15 Stc Plc A 16-port wideband butler matrix
IT1255307B (it) 1992-05-05 1995-10-31 Alcatel Italia Circuito per generare segnali a radiofrequenza per antenne a scansioneelettronica ed in particolare per sistemi tacan, a sfasatore adatto per lo stesso.
US5757634A (en) * 1996-12-24 1998-05-26 Siemans Electric Limited Multiparalleling system of voltage source power converters
AU1312801A (en) 1999-10-20 2001-04-30 Andrew Corporation Telecommunication antenna system
US6268828B1 (en) * 2000-01-11 2001-07-31 Metawave Communications Corporation Cylindrical antenna coherent feed system and method
GB2374251A (en) 2001-04-04 2002-10-09 Secr Defence Base station transmitter
GB0125349D0 (en) 2001-10-22 2001-12-12 Qinetiq Ltd Antenna system
GB0224341D0 (en) * 2002-10-19 2002-11-27 Qinetiq Ltd Mobile radio base station
EP1454380B1 (en) * 2001-11-14 2007-07-11 Quintel Technology Limited Antenna system
GB2399971B (en) * 2003-01-22 2006-07-12 Proneta Ltd Imaging sensor optical system
GB0307558D0 (en) * 2003-04-02 2003-05-07 Qinetiq Ltd Phased array antenna system with variable electrical tilt
EP1642357B1 (en) * 2003-05-17 2011-11-30 Quintel Technology Limited Phased array antenna system with adjustable electrical tilt
US6864837B2 (en) * 2003-07-18 2005-03-08 Ems Technologies, Inc. Vertical electrical downtilt antenna

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI780854B (zh) * 2021-08-09 2022-10-11 英屬維爾京群島商飛思捷投資股份有限公司 天線裝置、定位系統及定位方法
US11924705B2 (en) 2021-08-09 2024-03-05 Psj International Ltd. Antenna device, positioning system and positioning method

Also Published As

Publication number Publication date
DE602004009959D1 (de) 2007-12-20
JP4420928B2 (ja) 2010-02-24
BRPI0416263A (pt) 2007-01-09
ATE377851T1 (de) 2007-11-15
HK1099412A1 (en) 2007-08-10
AU2004310213B2 (en) 2009-01-08
GB0325987D0 (en) 2003-12-10
US7420507B2 (en) 2008-09-02
AU2004310213A2 (en) 2005-05-26
CN1879254B (zh) 2012-05-09
CN1879254A (zh) 2006-12-13
RU2006119923A (ru) 2007-12-20
WO2005048401A1 (en) 2005-05-26
EP1680834B1 (en) 2007-11-07
EP1680834A1 (en) 2006-07-19
PL379763A1 (pl) 2006-11-13
DE602004009959T2 (de) 2008-08-28
JP2007511124A (ja) 2007-04-26
KR101111467B1 (ko) 2012-02-21
KR20060109892A (ko) 2006-10-23
AU2004310213A1 (en) 2005-05-26
US20070080886A1 (en) 2007-04-12
CA2545220A1 (en) 2005-05-26
ES2295944T3 (es) 2008-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW200522437A (en) Phased array antenna system with controllable electrical tilt
JP4384658B2 (ja) 可変電気的傾斜を有する位相アレイアンテナシステム
CN100512044C (zh) 具有可变波束宽度的波束形成网络
US6667714B1 (en) Downtilt control for multiple antenna arrays
WO2017036339A1 (en) Phase shifter assembly
US20060208944A1 (en) Phased array antenna system with adjustable electrical tilt
JP2006503465A (ja) 移動無線基地局
CN103311669A (zh) 具有多个独立斜度的共享天线
US7038621B2 (en) Antenna arrangement with adjustable radiation pattern and method of operation
WO2013067790A1 (zh) 一种用于移动通信基站的单极化二十二波束天线
CN101051860A (zh) 一种馈电网络装置、天馈子系统和基站系统
CN109216944B (zh) 一种小型多波束平板天线
CN102306872B (zh) 电调天线对称多路功分移相器
US20090195329A1 (en) Variable phase shifter
US20220311404A1 (en) Low voltage variable gain amplifier with low phase sensitivity
CN202495560U (zh) 移相器和基站天线
JP4841435B2 (ja) 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
MXPA06004930A (en) Phased array antenna system with controllable electrical tilt
CN214849055U (zh) 相位平衡器及基站天线
WO2024065506A1 (en) Devices and methods for steering an electromagnetic beam having one or more orbital angular momentum modes
EP4241331A1 (en) Self-compensating analog beamforming traveling-wave phased array
CN118117321A (zh) 一种适用于移动通信天线的幅度和相位调节器
CN112994730A (zh) 一种通信天线系统、通讯信号的收发方法、应用
KR20020041609A (ko) 무선통신 시스템에서 빔틸트 조절을 위한 위상 가변기
WO2021127049A1 (en) Differential time delay shifter apparatus and method