天線系統的製作方法
2023-12-06 07:58:46
專利名稱：天線系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信領域，並且更具體地，涉及基站的天線系統。
背景技術：
基站的天線用於將射頻信號轉化成電磁波信號，輻射到空間；或接收從終端發射的電磁波信號，轉化成射頻信號，輸送至基站。每個天線控制一定範圍的區域，該區域稱為扇區或小區，在此區域內輻射或接收電磁波，通過控制主瓣下傾角的方法來控制輻射半徑。主瓣下傾角越大，則輻射半徑越小。通過控制天線的主瓣水平方向來控制小區的扇區覆蓋區域。 主瓣下傾有以下幾種方式I、將天線安裝成傾斜狀態，形成的主波瓣方向，也就是下傾角在設計時是己經固定的，稱為機械固定下傾(FET, Fixed Electrical Tilt),除非上塔調節或更換安裝支架，無法改變下傾角。2、在天線內部設置移相器,變成手動可調電下傾(MET, Manual Electrical Tilt)天線，要改變下傾角時，上塔操作調節移相器，同樣很不方便。3、因此在方式2的天線的基礎上增加一個電機裝置，用於遠端控制，該基站天線稱為可控電下傾(RET, Remote Electrical Tilt)天線,硬體增加了成本。此外,這種方式的電下傾不能按照不同載波，不同頻道等分別配置，靈活度有限。多波束天線是指對天線陣列的激勵通過一定關係的幅度和相位加權，使得天線在指向不同的方向形成多個窄波束。通過調節波束的垂直特性，使天線在垂直方向獲得較好的旁瓣抑制及下傾角。在同一扇區應用多波束天線可以通過確定選擇不同的相應波束，使接收信號最強；同時多波束天線可以用來作為扇區劈裂，將ー個扇區劈裂成兩個扇區，兩個扇區間的重疊區域更小，有利於減少軟切換和更軟切換，提升系統容量以達到容量增強的作用。現有下傾角可調的多波束天線通過饋線與收發信機(Transceiver，簡稱TRX)模塊連接。在這種連接中，傳輸有損耗，此外分立元器件増加了設備成本的同時也增加了維護的人工成本。
發明內容
本發明提供了一種天線系統，能夠節省成本。一方面，提供了ー種天線系統，包括TRX陣列模塊、天線振子陣列模塊、饋電網絡模塊和巴特勒矩陣模塊，其中TRX陣列模塊，包括多個有源TRX子模塊，用於生成經過數字波束賦形的發射信號；天線振子陣列模塊，包括多個天線振子，用於發射發射信號；饋電網絡模塊，用於在天線振子陣列模塊發射發射信號前形成天線振子陣列模塊的波束垂直特性；巴特勒矩陣模塊，用於在天線振子陣列模塊發射發射信號前形成天線振子陣列模塊的波束水平特性。
另ー方面，提供了一種基站，該基站包括上述天線系統。另ー方面，提供了一種系統，該系統包括上述基站。上述技術方案提供了ー種天線系統，以AAS天線作為基礎架構，和傳統的天線相比，減小了饋線損耗，節省了人工和設備成本，天線波束垂直和水平特性調節更加方便，同時在頻譜資源的利用率上也有一定的優勢。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的ー些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖I是示出根據本發明實施例的天線系統的示意框圖。圖2是示出根據本發明另ー實施例的天線系統的示意圖。圖3是示出根據本發明另ー實施例的天線系統的示意圖。圖4是示出根據本發明實施例的巴特勒矩陣模塊的一個例子的示意圖。圖5是示出根據本發明實施例的巴特勒矩陣模塊的另一例子的示意圖。圖6是示出根據本發明實施例的巴特勒矩陣模塊的另一例子的示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。本發明實施例提供的技術方案，可以應用於各種通信系統，例如全球移動通信(GSM, Global System for Mobile Communication)系統,碼分多址(CDMA, Code DivisionMultiple Access)系統，寬帶碼分多址(WCDMA, Wideband Code Division Multiple AccessWireless),通用分組無線業務(GPRS, General Packet Radio Service),長期演進(LTE,Long Term Evolution)等。用戶設備(UE, User Equipment),也可稱之為移動終端(Mobile Terminal)、移動用戶設備等，可以經無線接入網(例如，RAN, Radio Access Network)與一個或多個核心網進行通信，用戶設備可以是移動終端，如行動電話(或稱為「蜂窩」電話)和具有移動終端的計算機，例如，可以是可攜式、袖珍式、手持式、計算機內置的或者車載的移動裝置，它們與無線接入網交換語言和/或數據。基站，可以是GSM 或 CDMA 中的基站(BTS, Base Transceiver Station),也可以是WCDMA中的基站(NodeB),還可以是LTE中的演進型基站(eNB或e-NodeB, evolutional NodeB)，本發明並不限定，但為描述方便，下述實施例以Node B為例進行說明。另外，本文中術語「系統」和「網絡」在本文中常被可互換使用。本文中術語「和/或」，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，A和/或B，可以表示單獨存在A，同時存在A和B，單獨存在B這三種情況。另外，本文中字符「/」，一般表示前後關聯對象是一種「或」的關係。應注意，以下描述中，在兩個元件「連接」時，這兩個元件可以直接連接，也可以通過一個或多個中間元件間接地連接。兩個元件連接的方式可包括接觸方式或非接觸方式。本領域技術人員可以對以下描述的示例連接方式進行等價替換或修改，這樣的替換或修改均落入本發明的範圍內。AAS (ActiveAntenna System,有源天線系統)是指帶有源器件的天線，也就是天線內部集成了有源TRX模塊的天線。本發明實施例提供了一種天線系統，以AAS天線作為基礎架構，和傳統的天線相t匕，減小了饋線損耗，節省了人工和設備成本，天線波束調節更加方便，同時在頻譜資源的利用率上也有一定的優勢。
圖I是示出根據本發明實施例的天線系統10的示意框圖。天線系統10包括TRX陣列模塊11、天線振子陣列模塊12、饋電網絡模塊13和巴特勒矩陣模塊14。TRX陣列模塊11包括多個有源TRX子模塊，生成經過數字波束賦形的發射信號。TRX陣列模塊11包括MX N個有源TRX子模塊，有源TRX子模塊生成發射信號通過天線振子陣列模塊發射。M和N分別指示天線水平方向和垂直方向的有源TRX子模塊數量，且為大於等於2的正整數。該TRX陣列模塊11也可以用於處理接收信號，其處理接收信號大致為其處理髮射信號的一個逆過程，因此在此不作贅述。天線振子陣列模塊12發射所述發射信號。天線振子陣列模塊12包括AXB個天線單元振子，將發射信號以電磁波形式輻射出去。A和B分別指示天線水平方向和垂直方向，且為大於等於2的正整數。該天線振子陣列模塊12也可以用於接收信號，其接收信號大致為其發射信號的一個逆過程，因此在此不作贅述。饋電網絡模塊13在發射所述發射信號前形成所述天線振子陣列模塊的波束垂直特性。其中，波束垂直特性指的是和垂直面的波束形狀相關的特性，可以包括垂直面波束的波瓣寬度、波束指向、和/或副瓣等。饋電網絡模塊13有多路輸入和多路輸出，為一合分路網絡，可以將輸入的發射信號進行分路，如該饋電網絡模塊13中的一個分路單元將輸入的一路發射信號分成功率比為I :1的兩路，或者分成功率比為4 1的兩路，從而可以影響天線發射出的波束的波瓣寬度或垂直面副瓣等特性。與MET天線或RET中的移相器相比，饋電網絡模塊13多路輸入可以但並不限於按照不同載頻、不同信道等分別配置，垂直面調節更靈活。該饋電網絡模塊13也可以用於對接收到的信號進行處理，其處理過程大致為其對發射信號的處理過程的一個逆過程，因此在此不作贅述。巴特勒矩陣模塊14在發射所述發射信號前形成所述天線振子陣列模塊的波束水平特性。其中，波束水平特性指的是和水平面的波束形狀相關的特性，可以包括水平面波束的波瓣寬度、波束指向、和/或副瓣等。巴特勒矩陣模塊14可以提供天線水平面的多波束功能，有多路輸入和多路輸出，通過將多路輸入通過合分路網絡，連接天線振子，最終使得各路輸出指向不同的方向。該巴特勒矩陣模塊14也可以用於對接收到的信號進行處理，其處理過程大致為其對發射信號的處理過程的一個逆過程，因此在此不作贅述。在一個天線系統中同時包括上述四種模塊可以形成緊緻的結構，從而可以節省設備成本。出於簡潔，以發射方向為例，本發明實施例中的天線系統10通過各模塊之間的近距離連接，相比傳統的天線系統通過較長的饋線與TRX模塊連接，減少了饋線損耗。此外，TRX陣列模塊11輸出的多路發射信號經過了數字波束賦形處理，形成了天線振子陣列模塊的波束垂直特性和波束水平特性。通過TRX陣列模塊11對發射信號進行的數字波束賦形，可以實現天線的垂直面波束的下傾角可調，也可以實現天線的水平面波束的賦形。數字調節波束垂直特性和波束水平特性的方法靈活、簡便，可以節省人工成本。同時，經過饋電網絡模塊13還可以進一步地調節天線振子陣列模塊12的波束垂直特性，經過巴特勒矩陣模塊14還可以進一步調節天線振子陣列模塊12的波束水平特性。本發明實施例中提供了數字調節和模擬調節兩種方式，使得波束垂直特性和波束水平特性調節更加方便。進一步地，由於天線系統中至少包括2X2個有源TRX子模塊，形成至少4個多波束。不同的多波束的覆蓋區域不同，從而可以提高頻譜利用率。此外，每路有源TRX子模塊輸出的發射信號可以包括一個或多個信號分量，每個信號分量都經過了數字波束賦形處 理。本發明實施例提供了一種天線系統，以AAS天線作為基礎架構，和傳統的天線相t匕，減小了饋線損耗，節省了人工和設備成本，天線波束垂直和水平特性調節更加方便，同時在頻譜資源的利用率上也有一定的優勢。圖2是示出根據本發明另一實施例的天線系統20各模塊的連接示意圖。如圖2所示，天線系統20包括TRX陣列模塊11、天線振子陣列模塊12、饋電網絡模塊13和巴特勒矩陣模塊14。與天線系統10不同的是，天線系統20還包括通道校準模塊15和移相器16。當所述TRX陣列模塊包括MXN個所述有源TRX子模塊，且所述天線振子陣列模塊為AXB個時，所述天線系統包括N個所述巴特勒矩陣模塊和與一個所述巴特勒矩陣模塊的輸出埠數相同數量的所述饋電網絡模塊，所述饋電網絡模塊的輸入埠總數等於所述巴特勒矩陣模塊的輸出埠總數，每個所述巴特勒矩陣模塊的輸入埠數等於M，每個所述饋電網絡模塊的輸入埠數等於N且輸出埠數等於B，其中M為天線水平方向的所述有源TRX子模塊數量，N為天線垂直方向的所述TRX模塊數量，A為天線水平方向的振子數量，B為天線垂直方向的振子數量，A彡M，B彡N，且A、B、M和N為大於等於2的正整數。圖2的21是TRX陣列11中水平方向的M個有源TRX子模塊，圖2的22是TRX陣列11中垂直方向的N個有源TRX子模塊。通常巴特勒矩陣模塊14是多入多出。每個有源TRX子模塊連接到巴特勒矩陣模塊14的一路輸入端。如果以最少巴特勒矩陣模塊實現節省硬體成本、結構簡單，在此情況下，至少需要N個巴特勒矩陣模塊，且每個巴特勒矩陣模塊有M個輸入埠數。巴特勒矩陣模塊14的輸出端與饋電網絡模塊13的輸入端連接，由此需要至少與I個巴特勒矩陣模塊14的輸出埠數相等的多個饋電網絡模塊13。饋電網絡模塊13的輸出端與天線振子陣列模塊11的天線振子連接。如圖2所示，圖2的23是天線振子陣列模塊12水平方向的A個天線振子，圖2的24是天線振子陣列模塊12垂直方向的B個天線振子。出於簡化電路的考慮，在此情況下，當每個巴特勒矩陣模塊14有A個輸出時，則至少需要A個饋電網絡模塊13，每個饋電網絡模塊13有N路輸入，A個饋電網絡模塊13的輸入總數等於N個巴特勒矩陣模塊的輸出總數，同為AXN個。圖中為說明的方便，示出2個輸入、4個輸出的巴特勒矩陣模塊14。但本發明對此不做限定。在此情況下，N個巴特勒矩陣模塊14的每一個接收兩路水平方向有源TRX子模塊的發射信號S0，輸出4路第一信號SI ；4路第一信號S I分別經4個饋電網絡模塊13輸出為至少4路的第二信號S2，第二信號S2經天線矩陣模塊12水平方向的天線振子輻射為電磁波。通常饋電網絡模塊13包括多個輸入埠和多個輸出埠，輸入埠數和輸出埠數可以不同。上述說明以發射過程為例，作為反方向的接收過程，上述連接關係依然成立，在此不再贅述。 可選的，在本發明實施例中還包括通道校準模塊15。通道校準模塊15從TRX陣列模塊11的有源TRX子模塊的發射信號耦合出一部分發射信號，用來對有源TRX子模塊之間的通道差異帶來的幅相變化進行校準，以消除通道差異。此外，可選的，天線系統20還可以包括移相器16。移相器16可以是分立單元，也可以與饋電網絡模塊13結合在一起。對於從本發明實施例的天線系統輻射出去的發射信號，通過調節移相器16，可以在調整波束垂直方向下傾角上增加靈活度，以彌補TRX陣列模塊11進行數字波束賦形調節後的不足。需要特別說明的是，輸入有源TRX子模塊的基帶信號可以是單一信號分量，或者也可以包括多個信號分量，相應地，有源TRX子模塊輸出的發射信號可以是單一信號分量，也可以包括多個信號分量，例如本文後續實施例中的包括兩個信號分量的發射信號。基帶信號經過TRX陣列模塊數字波束賦形，當發射信號包括多個信號分量時，再經過饋電網絡模塊13，可以調節每個信號分量的天線振子陣列模塊的波束垂直特性。基帶信號經過TRX陣列模塊11數字波束賦形，當發射信號包括多個信號分量時，再經過巴特勒矩陣模塊14，可以共同調節天線振子陣列模塊的波束水平特性。本發明實施例提供了一種天線系統，以AAS天線作為基礎架構，和傳統的天線相t匕，減小了饋線損耗，節省了人工和設備成本，天線波束垂直和水平特性調節更加方便，同時在頻譜資源的利用率上也有一定的優勢。與圖2的天線系統20不同的是，圖3示出根據本發明另一實施例的天線系統30各模塊的連接示意圖。如圖3所示，天線系統30包括TRX陣列模塊11、天線振子陣列模塊12、饋電網絡模塊13和巴特勒矩陣模塊14。與天線系統10不同的是，天線系統30同樣還包括通道校準模塊15和移相器16。當所述TRX陣列模塊包括MXN個所述有源TRX子模塊，且所述天線振子陣列模塊為AXB個時，所述天線系統包括M個所述饋電網絡模塊和與一個所述饋電網絡模塊輸出埠數相同數量的所述巴特勒矩陣，所述巴特勒矩陣模塊的輸入埠總數等於所述饋電網絡模塊的輸出埠總數，每個所述饋電網絡模塊的輸入埠數等於N，每個所述巴特勒矩陣模塊的輸入埠數等於M且輸出埠數等於A，其中M為天線水平方向的有源TRX子模塊數量，N為天線垂直方向的有源TRX模塊數量，A為天線水平方向的振子數量，B為天線垂直方向的振子數量，A彡M，B彡N，且A、B、M和N為大於等於2的正整數。圖3的31是TRX陣列模塊11中水平方向的M個有源TRX子模塊，圖3的32是TRX陣列模塊11中垂直方向的有源TRX子模塊。每個有源TRX子模塊連接到饋電網絡模塊13的一路輸入。在此情況下，至少需要M個饋電網絡模塊，每個饋電網絡模塊至少有N個輸入。饋電網絡模塊13的輸出端與巴特勒矩陣模塊14的輸入端連接。如果以最少巴特勒矩陣模塊實現節省硬體成本、結構簡單，由此需要N個巴特勒矩陣模塊14，且每個巴特勒矩陣模塊14的輸入埠數為M個。巴特勒矩陣模塊14的輸出端與天線振子陣列模塊11的天線振子連接。如圖3所示，圖3的33是天線振子陣列模塊12水平方向的A個天線振子，圖3的34是天線振子陣列模塊12垂直方向的B個天線振子。出於節省硬體成本、結構簡單的考慮，在此情況下，需要與一個饋電網絡模塊13的輸出埠數相同數目的巴特勒矩陣模塊14，所有巴特勒矩陣模塊14的輸入埠總數等於M個饋電網絡模塊13的輸出埠總數，一個巴特勒矩陣模塊的輸出埠數等於A，其中A可以大於等於每個巴特勒矩陣模塊14的輸出埠數，B可以大於等於N。圖中為說明的方便，示出2個輸入、4個輸出的巴特勒矩陣模塊14。但本發明對此不做限定。在此情況下，當M=N=2、A=4、B=12，且每個饋電網絡模塊13包括2個輸入埠和6個輸出埠時，則需要2個饋電網絡模塊13和6個巴特勒矩陣模塊14。當天線系統包括 I個2X2的TRX陣列模塊11，I個4X 12的天線振子陣列模塊12，2個饋電網絡模塊13和6個巴特勒矩陣模塊14，其中每個饋電網絡模塊13的輸入埠為2且輸出埠為6，每個巴特勒矩陣模塊14的輸入埠為2且輸出埠為4，這種結構的天線系統的覆蓋效果較佳。2個饋電網絡模塊13的第一路輸入分別接收2個水平方向的TRX的發射信號S0，分別輸出2路第三信號S3 ；2路第三信號S3經I個巴特勒矩陣模塊14輸出4路第四信號S4，所述4路第四信號S4經天線矩陣模塊12水平方向的天線振子輻射為電磁波。其中，每一路第四信號S4經功分器通過矢量連接方式還可以經天線矩陣模塊12多個垂直方向的天線振子輻射為電磁波，由此進一步節省了巴特勒矩陣模塊14的數量，降低了硬體成本。上述說明以發射過程為例，作為反方向的接收過程，本發明實施例中的連接關係依然成立，此處不再贅述。可選的，在本發明實施例中還包括通道校準模塊15。通道校準模塊15從TRX陣列模塊11的有源TRX子模塊的發射信號耦合出一部分發射信號，用來對有源TRX子模塊之間的通道差異帶來的幅相變化進行校準，以消除通道差異。此外，可選的，天線系統30還可以包括移相器16。移相器16可以是分立單元，也可以與饋電網絡模塊13結合在一起。對於從本發明實施例的天線系統輻射出去的發射信號，通過調節移相器16，可以在調整波束垂直方向下傾角上增加靈活度，以彌補TRX陣列模塊11進行數字波束賦形調節後的不足。需要特別說明的是，輸入有源TRX子模塊的基帶信號可以是單一信號分量，或者也可以包括多個信號分量，相應地，有源TRX子模塊輸出的發射信號可以是單一信號分量，也可以包括多個信號分量，例如本文圖6的實施例中的包括兩個信號分量的發射信號。基帶信號經過TRX陣列模塊數字波束賦形，當發射信號包括多個信號分量時，再經過饋電網絡模塊13，可以共同調節天線振子陣列模塊的波束垂直特性。基帶信號經過TRX陣列模塊11數字波束賦形，當發射信號包括多個信號分量時，再經過巴特勒矩陣模塊14，可以調節每個信號分量的天線振子陣列模塊的波束水平特性。本發明實施例提供了一種天線系統，以AAS天線作為基礎架構，和傳統的天線相t匕，減小了饋線損耗，節省了人工和設備成本，天線波束垂直和水平特性調節更加方便，同時在頻譜資源的利用率上也有一定的優勢。針對上述實施例天線系統20、30或40的巴特勒矩陣模塊，以2路輸入4路輸出的巴特勒矩陣模塊為例，圖4至圖6分別示出不同的實現方式。其中，圖4是示出根據本發明實施例的巴特勒矩陣模塊的一個例子的示意圖。如圖4所不，巴特勒矩陣模塊14包括第一輸入411、第二輸入412和第一至第四輸出421至424，且第一 3dB電橋401、第二 3dB電橋402、第三3dB電橋405和第四3dB電橋406,以及第一移相器403和第二移相器404。巴特勒矩陣模塊14的第一輸入411和第二輸入412分別與第一 3dB電橋401的第一輸入和第二 3dB電橋402的第一輸入連接。第一 3dB電橋401的第一輸出與第三dB電橋405的第一輸入連接,第一 3dB電橋
的第二輸出與第一移相器403連接。第二 3dB電橋的第一輸出與第二移相器404連接，第二 3dB電橋402的第二輸出與第四3dB電橋406的第一輸入連接。第三3dB電橋405的第一輸出與巴特勒矩陣模塊14的第一輸出421連接，第三3dB電橋405的第二輸出與巴特勒矩陣模塊14的第二輸出422連接。第四3dB電橋406的第一輸出和第二輸出分別與巴特勒矩陣模塊14的第三輸出423和第四輸424出連接。當巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路發射信號時，則巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的第一信號；或者當巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路第三信號時，則巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的第四信號。每路發射信號或第三信號中包括單一信號分量，例如圖中所示信號A或信號B。舉例來說,如圖4所不第一輸出421是同時包括0度相移的信號A和270度相移的信號B的信號，圖中表示為(信號AO度+信號B270度)。第二輸出422是同時包括90度相移的信號A和180度相移的信號B的信號，圖中表示為(信號A90度+信號B180度)。第三輸出423是同時包括90度相移的信號B和180度相移的信號A的信號，圖中表示為(信號B90度+信號A180度)。第四輸出424是同時包括0度相移的信號B和270度相移的信號A的信號，圖中表示為信號(A0度+信號A270度)。從圖4可以看出，在2路輸入信號的情況下，一個巴特勒矩陣模塊輸出了 4路信號，且分別包括了 4種相移的信號A和信號B。經天線振子模塊將4路輸出信號輻射後，將形成了 4個不同指向的波束。當本發明實施例中的天線系統中包括多個巴特勒矩陣模塊時，可以輸出更多不同指向的波束，上述波束覆蓋不同區域，從而可以復用頻率，有效提高頻譜利用率。圖5是示出根據本發明實施例的巴特勒矩陣模塊14的另一例子的示意圖。巴特勒矩陣模塊14包括90度3dB電橋501、第一 180度功分器502和第二 180度功分器503。巴特勒矩陣模塊14的第一輸入510和第二輸入511分別與90度3dB電橋501的
第一輸入和第二輸入連接；90度3dB電橋501的第一輸出與第一 180度功分器502的第一輸入連接,90度3dB電橋501的第二輸出與第二 180度功分器503的第一輸入連接；第一 180度功分器502的第一輸出和第二輸出分別與巴特勒矩陣模塊的第一輸出522和第三輸出524連接；第二 180度功分器503的第一輸出和第二輸出分別與巴特勒矩陣模塊的第二輸出523和第四輸出515連接。當巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路發射信號時，則巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的第一信號；或者當巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路第三信號時，則巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的第四信號。每路發射信號或第三信號中包括單一信號分量，例如圖中所示信號A或信號B。舉例來說,如圖5所不第一輸出521是同時包括0度相移的信號A和90度相移的信號B的信號，圖中表不為(信號AO度+信號B90度)。 第二輸出522是同時包括0度相移的信號B和90度相移的信號A的信號，圖中表不為("[目號BO度+ /[目號A90度)。第三輸出523是包括180度相移的(信號AO度+信號B90度)的信號，圖中表示為(信號AO度+信號B90度)+180度，也就是第三輸出523為同時包括信號A180度和信號B270度的信號。第四輸出524是包括180度相移的(信號BO度+信號A90度)的信號，圖中表不 為(信號BO度+信號A90度)+180度，也就是第四輸出524為同時包括信號B180度和信號A270度的信號。從圖5可以看出，在2路輸入信號的情況下，輸出了 4路信號，且分別包括了 4種相移的信號A和信號B。經天線振子模塊將4路輸出信號輻射後，將形成了 4個不同指向的波束。當本發明實施例中的天線系統中包括多個巴特勒矩陣模塊時，可以輸出更多不同指向的波束，上述波束覆蓋不同區域，從而可以復用頻率，有效提高頻譜利用率。與圖4所示的巴特勒矩陣模塊相比，圖5中和TRX陣列模塊連接的巴特勒矩陣模塊減少了分路器件，180度功分器作為矢量運算網絡在數字域中進行準確的矢量運算，由此系統結構更加簡化，更適於集成化以降低成本。圖6是示出根據本發明實施例的巴特勒矩陣模塊14的另一例子的示意圖。巴特勒矩陣模塊14包括第三180度功分器601和第四180度功分器602。巴特勒矩陣模塊14的第一輸入611和第二輸入612分別與第三180度功分器601的第一輸入和第四180度功分器602的第一輸入連接。第三180度功分器601的第一輸出和第二輸出分別與巴特勒矩陣模塊的第一輸出621和第三輸出連接623。第四180度功分器602的第一輸出和第二輸出分別與巴特勒矩陣模塊的第二輸出622和第四輸出624連接。當巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路發射信號時，則巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的第一信號；或者當巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路第三信號時，則巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的第四信號。每路發射信號或第三信號中包括兩個信號分量，例如圖中所示巴特勒矩陣模塊的第一輸入是包括信號A和90度相移後的信號B的信號分量，巴特勒矩陣模塊的第二輸入是包括信號B和90度相移後的信號A的信號分量。舉例來說,如圖6所不第一輸出621是同時包括0度相移的信號A和90度相移的信號B的信號，圖中表不為(信號AO度+信號B90度)。第二輸出622是同時包括0度相移的信號B和90度相移的信號A的信號，圖中表不為("[目號BO度+ /[目號A90度)。第三輸出623是包括180度相移的(信號AO度+信號B90度)的信號，圖中表不為(信號AO度+信號B90度)+180度，也就是第三輸出623為同時包括信號A180度和信號B270度的信號。第四輸出624是包括180度相移的(信號BO度+信號A90度)的信號，圖中表不為(信號BO度+信號A90度)+180度，也就是第四輸出624為同時包括信號B180度和信號A270度的信號。 從圖6可以看出，在2路輸入信號的情況下，輸出了 4路信號，且分別包括了 4種相移的信號A和信號B。經天線振子模塊將4路輸出信號輻射後，將形成了 4個不同指向的波束。當本發明實施例中的天線系統中包括多個巴特勒矩陣模塊時，可以輸出更多不同指向的波束，上述波束覆蓋不同區域，從而可以復用頻率，有效提高頻譜利用率。與圖5所示的巴特勒矩陣模塊相比，圖6的巴特勒矩陣模塊的信號有變化，一路發射信號包括兩個信號分量時，其中的信號分量已經經過TRX陣列模塊移相，由此可以省略90度3dB電橋，從而使得巴特勒矩陣模塊結構進一步簡化，更適於集成化以降低成本。本發明實施例中還包括一種基站，該基站包括本發明實施例中的天線系統。本發明實施例中還包括一種系統,該系統包括上述基站。本領域普通技術人員可以意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬體、或者計算機軟體和電子硬體的結合來實現。這些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統、裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，此處不再贅述。在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統、裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。
所述功能如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM, RandomAccess Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的 保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種天線系統，其特徵在於，所述天線系統包括收發信機TRX陣列模塊、天線振子陣列模塊、饋電網絡模塊和巴特勒矩陣模塊 所述TRX陣列模塊，包括多個有源TRX子模塊，用於生成經過數字波束賦形的發射信號; 所述天線振子陣列模塊，包括多個天線振子，用於發射所述發射信號； 所述饋電網絡模塊，用於在所述天線振子陣列模塊發射所述發射信號前形成所述天線振子陣列模塊的波束垂直特性； 所述巴特勒矩陣模塊，用於在所述天線振子陣列模塊發射所述發射信號前形成所述天線振子陣列模塊的波束水平特性。
2.根據權利要求I所述的天線系統，其特徵在於，所述天線系統中各模塊的連接關係包括 所述TRX陣列模塊將所述發射信號發送到所述巴特勒矩陣模塊的輸入端； 所述巴特勒矩陣模塊將所述發射信號處理後生成第一信號，經所述巴特勒矩陣模塊的輸出端將所述第一信號發送到所述饋電網絡模塊的輸入端； 所述饋電網絡模塊將所述第一信號處理後生成第二信號，經所述饋電網絡模塊的輸出端將所述第二信號發送到所述天線振子陣列模塊。
3.根據權利要求2所述的天線系統，其特徵在於 當所述TRX陣列模塊包括MXN個所述有源TRX子模塊，且所述天線振子陣列模塊為AXB個時，所述天線系統包括N個所述巴特勒矩陣模塊和與一個所述巴特勒矩陣模塊的輸出埠數相同數量的所述饋電網絡模塊，所述饋電網絡模塊的輸入埠總數等於所述巴特勒矩陣模塊的輸出埠總數，每個所述巴特勒矩陣模塊的輸入埠數等於M，每個所述饋電網絡模塊的輸入埠數等於N且輸出埠數等於B，其中M為天線水平方向的所述有源TRX子模塊數量，N為天線垂直方向的所述有源TRX子模塊數量，A為天線水平方向的振子數量，B為天線垂直方向的振子數量，A彡M，B彡N，且A、B、M和N為大於等於2的正整數。
4.根據權利要求I所述的天線系統，其特徵在於，所述天線系統中各模塊的連接關係包括 所述TRX陣列模塊將所述發射信號發送到所述饋電網絡模塊的輸入端； 所述饋電網絡模塊將所述發射信號處理後生成第三信號，經所述饋電網絡模塊的輸出端將所述第三信號發送到所述巴特勒矩陣的輸入端； 所述巴特勒矩陣將所述第三信號處理後生成第四信號，經所述巴特勒矩陣的輸出端將所述第四信號發送到所述天線振子陣列模塊。
5.根據權利要求4所述的天線系統，其特徵在於 當所述TRX陣列模塊包括MXN個所述有源TRX子模塊，且所述天線振子陣列模塊為AXB個時，所述天線系統包括M個所述饋電網絡模塊和與一個所述饋電網絡模塊輸出埠數相同數量的所述巴特勒矩陣，所述巴特勒矩陣模塊的輸入埠總數等於所述饋電網絡模塊的輸出埠總數，每個所述饋電網絡模塊的輸入埠數等於N，每個所述巴特勒矩陣模塊的輸入埠數等於M且輸出埠數等於A，其中M為天線水平方向的所述有源TRX子模塊數量，N為天線垂直方向的所述有源TRX子模塊數量，A為天線水平方向的振子數量，B為天線垂直方向的振子數量，A彡M，B彡N，且A、B、M和N為大於等於2的正整數。
6.根據權利要求5所述的天線系統,其特徵在於，當M=N=2、A=4,且B=12時,所述天線系統包括 I個2X2的所述TRX陣列模塊，I個4X 12的所述天線振子陣列模塊，2個所述饋電網絡模塊和6個所述巴特勒矩陣模塊，其中每個所述饋電網絡模塊的輸入埠數為2且輸出埠數為6，每個所述巴特勒矩陣模塊的輸入埠為2且輸出埠數為4。
7.根據權利要求I所述的天線系統，其特徵在於，所述天線系統還包括 通道校準模塊，用於校準所述TRX陣列模塊待輸出的發射信號的幅相特性。
8.根據權利要求2或4所述的天線系統，其特徵在於，所述饋電網絡模塊還包括 移相器，用於通過模擬方式改變所述第二信號或所述第三信號的幅相特性，形成所述天線振子陣列模塊的波束垂直特性。
9.根據權利要求3或5所述的天線系統，其特徵在於，所述巴特勒矩陣模塊包括第一輸入、第二輸入和第一至第四輸出，且包括第一 3dB電橋、第二 3dB電橋、第三3dB電橋、第四3dB電橋,第一移相器和第二移相器,其中 所述巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別與所述第一 3dB電橋的第一輸入和所述第二 3dB電橋的第一輸入連接； 所述第一 3dB電橋的第一輸出與所述第三3dB電橋的第一輸入連接,所述第一 3dB電橋的第二輸出與所述第一移相器連接； 所述第二 3dB電橋的第一輸出與所述第二移相器連接,所述第二 3dB電橋的第二輸出與所述第四3dB電橋的第一輸入連接； 所述第三3dB電橋的第一輸出與所述巴特勒矩陣模塊的第一輸出連接，所述第三3dB電橋的第二輸出與所述巴特勒矩陣模塊的第二輸出連接； 所述第四3dB電橋的第一輸出和第二輸出分別與所述巴特勒矩陣模塊的第三輸出和第四輸出連接， 當所述巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路所述發射信號時，則所述巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的所述第一信號，或者當所述巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路所述第三信號時，則所述巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的所述第四信號。
10.根據權利要求3或5所述的天線系統，其特徵在於，所述巴特勒矩陣模塊包括第一輸入、第二輸入和第一至第四輸出，且包括90度3dB電橋、第一 180度功分器和第二 180度功分器，其中 所述巴特勒矩陣的第一輸入和第二輸入分別與所述90度3dB電橋的第一輸入和第二輸入連接； 所述90度3dB電橋的第一輸出與所述第一 180度功分器的第一輸入連接，所述90度3dB電橋的第二輸出與所述第二 180度功分器的第一輸入連接； 所述第一 180度功分器的第一輸出和第二輸出分別與所述巴特勒矩陣模塊的第一輸出和第三輸出連接； 所述第二 180度功分器的第一輸出和第二輸出分別與所述巴特勒矩陣模塊的第二輸出和第四輸出連接； 當所述巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路所述發射信號時，則所述巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的所述第一信號；或者當巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別是不同路所述第三信號時，則所述巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的所述第四信號。
11.根據權利要求3或5所述的天線系統，其特徵在於，所述巴特勒矩陣模塊包括第一輸入、第二輸入和第一至第四輸出，且包括第三180度功分器和第四180度功分器，其中 所述巴特勒矩陣模塊的第一輸入和第二輸入分別與所述第三180度功分器的第一輸入和所述第四180度功分器的第一輸入連接； 所述第三180度功分器的第一輸出和第二輸出分別與所述巴特勒矩陣模塊的第一輸出和第三輸出連接； 所述第四180度功分器的第一輸出和第二輸出分別與所述巴特勒矩陣模塊的第二輸出和第四輸出連接； 當所述巴特勒矩陣模塊的第一輸入包括第一路發射信號與90度相移後的第二路發射信號，所述巴特勒矩陣模塊的第二輸入包括所述第二路發射信號和90度相移後的所述第一路發射信號時，則所述巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的所述第一信號，或者 當所述巴特勒矩陣模塊的第一輸入包括第一路第三信號與90度相移後的第二路第三信號，所述巴特勒矩陣模塊的第二輸入包括所述第二路第三信號和90度相移後的所述第一路第三信號時，則所述巴特勒矩陣模塊的第一至第四輸出為對應的所述第四信號。
12.根據權利要求I所述的天線系統，其特徵在於，所述發射信號包括一個或多於一個信號分量。
13.—種基站，其特徵在於，包括根據權利要求I至11任意一項所述的天線系統。
14.一種通信系統，其特徵在於，包括根據權利要求13所述的基站。
全文摘要
本發明實施例提供了一種天線系統，包括TRX陣列模塊、天線振子陣列模塊、饋電網絡模塊和巴特勒矩陣模塊，其中TRX陣列模塊，包括多個有源TRX子模塊，用於生成經過數字波束賦形發射信號；天線振子陣列模塊，包括多個天線振子，用於發射發射信號；饋電網絡模塊，用於在天線振子陣列模塊發射發射信號前形成天線振子陣列模塊的波束垂直特性；巴特勒矩陣模塊，用於在天線振子陣列模塊發射發射信號前形成天線振子陣列模塊的波束水平特性。上述技術方案提供了一種天線系統，以AAS天線作為基礎架構，和傳統的天線相比，減小了饋線損耗，節省了人工和設備成本，天線波束垂直和水平特性調節更加方便，同時在頻譜資源的利用率上也有一定的優勢。
文檔編號H01Q21/00GK102714805SQ201280000451
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者何平華, 毛孟達, 蒲濤 申請人:華為技術有限公司