多束天線中的反射消除的制作方法
【專利摘要】提供了一種用于多束天線的饋送網絡，其包括第一束端口、第二束端口、耦合到束端口的束形成網絡以及消除電路。消除電路在束形成網絡之前耦合到第一束端口和第二束端口。消除電路在第一束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于第一束端口上抽取的且已延遲的信號注入到第二束端口，以及在第二束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位偏移、以及將來自于第二束端口上抽取的且已延遲的信號注入到第一束端口。在本發明的一個示例中，消除電路包括在第一束輸入路徑上的第一方向耦合器、傳輸線路、在第二束輸入路徑上的第二方向耦合器。
【專利說明】多束天線中的反射消除
[0001]相關申請
[0002]本申請要求于2014年I月31日提交的、標題為“多束天線中的反射消除”的、申請號為61 /934，545的美國臨時專利申請的優先權，所述美國臨時專利申請通過引用的方式整體并入本文。
【背景技術】
[0003]多束天線可用于減少蜂窩基站塔上的天線的數量。例如，雙束天線是這樣一種類型的多束天線，其具有用于將產生的兩個束的單獨的輸入、輻射元件陣列、以及束形成網絡，該束形成網絡將預定和相反的相位偏移應用到束輸入，使得該束在相反方向上被調整天線貓準線。
[0004]在多束天線中的一個通常的問題是從天線瞄準線等距地遠離指向的光束間的端口到端口的耦合。這是在輻射元件上被反射的一個束的發送RF信號、以及將反射的信號通過第二束的接收路徑耦合的束形成網絡所引起的。如果一個束在發送而另一個束在接收，則兩個束之間的高水平的耦合可能導致干擾和/或損害接收器。為了避免這種現象，束到束的隔離水平由操作者所規定。在多束天線中的輻射元件通常設計為以高效率輻射，從而最小化束到束的耦合。即使這樣，來自一個束的一定量的功率也會反射到另一個束。
【發明內容】
[0005]根據本發明的一個方面，提供了一種用于多束天線的改進的饋送網絡(feedbacknetwork)。饋送網絡包括第一束端口；第二束端口 ；束形成網絡，其耦合到所述第一束端口以及耦合到所述第二束端口；以及消除電路。消除電路在所述束形成網絡之前耦合到所述第一束端口和所述第二束端口。所述消除電路被配置為在第一束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于第一束端口上抽取的且已延遲的信號注入到第二束端口，以及在第二束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位偏移、以及將來自于第二束端口上抽取的且已延遲的信號注入到第一束端口。在本發明的一個示例中，消除電路包括在第一束輸入路徑上的第一方向耦合器、傳輸線路、在第二束輸入路徑上的第二方向耦合器;然而，也可使用其他結構。
[0006]束形成網絡可包括巴特勒矩陣(Butler matrix)，90°混合耦合器，或用于接收兩個或更多RF信號并且將該些RF信號與不同的、預定的相位偏移組合的其他電路，使得當應用到同一陣列的輻射元件時，RF信號的每一個被輸出到從陣列的瞄準線以特定的角度偏移的束之中。
[0007]本發明在這樣一種天線中有利地使用，該天線包括輻射元件的陣列，其中束形成網絡進一步耦合到輻射元件的陣列。在這樣的使用中，RF信號的從第一束端口抽取的部分在幅值上大約(approximately)等于由福射元件反射并且通過束形成網絡沿第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口 RF信號，并且，RF信號的從第二束端口抽取的部分在幅值上大約等于由輻射元件反射并且通過束形成網絡沿第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口 RF信號。RF信號的從第一束端口抽取的部分與由輻射元件反射并且通過束形成網絡沿第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口RF信號的相位偏移大約相反;并且RF信號的從第二束端口抽取的部分與由輻射元件反射并且通過束形成網絡沿第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口 RF信號的相位偏移大約相反。
[0008]多束天線可包括兩個、三個、四個、或更多的束。例如，在三束天線中，饋送網絡可以進一步包括耦合的第三束端口，其中第三束端口包括饋送網絡的中心束，并且第一束端口和第二束端口包括饋送網絡的外側束(outer beams)。
[0009]在四束天線的示例中，束形成網絡可包括巴特勒矩陣。第二消除電路被添加。第一束反射和第二束反射在如上描述的第一消除電路中彼此相互抵消，第三束反射和第四束反射在第二消除電路中彼此相互抵消。
【附圖說明】
[0010]圖1A是可用于多束天線的束形成網絡中的已知的混合耦合器。
[0011]圖1B是已知的雙束天線和饋送網絡的圖示。
[0012]圖2示出了根據本發明的一個方面的反射消除電路。
[0013]圖3示出了根據本發明的一個方面的結合反射消除電路的饋送網絡和雙束天線。
[0014]圖4示出了根據本發明的另一個方面的多束天線。
【具體實施方式】
[0015]已知的雙束(dual-beam)天線和相關聯的束形成網絡在圖1A和圖1B中示意性地示出。天線11使用具有3dB 90°的混合耦合器12的2X2的束形成網絡(BFN)1，并且形成在信號端口 14處的成方位角平面的兩個束A和B。(2x2BFN是指通過使用2列形成2束的BFN)。兩個輻射器耦合端口 16連接到天線元件，也被稱為輻射器，并且兩個端口 14耦合到相位偏移網絡，其提供束高程(elevat1n)傾斜(參見圖1B)。然而，到端口 A的信號輸入可在輻射器被部分地反射，并且在接收方向上通過混合耦合器12而耦合到端口 B上。
[0016]雖然90°的混合耦合器12足夠驅動兩列的陣列中的元件并且形成兩個束，如圖1所示，然而會期望更多的束成形的控制、或是對更多束的控制。巴特勒矩陣是一種束成形網絡，其包括90°的混合耦合器以及相位延遲元件，從而形成多束。多個束可通過使用3dB功率分配器和相位延遲元件而形成。如文中所使用的術語“束形成網絡”，是指任意這種網絡，包括90°混合耦合器、巴特勒矩陣電路、功率分配器、相位延遲元件、以及它們的組合，用于接收兩個或更多RF信號并且將該些RF信號與不同的、預定的相位偏移組合的其他電路，使得當應用到同一陣列的輻射元件時，RF信號的每一個被輸出到從陣列的天線瞄準線以特定的角度偏移的束之中。
[0017]本文提供了一種耦合消除機制，以消除從傳播到第二束的接收路徑上的第一束的反射發送的RF信號。參考圖2，示出了具有反射束消除的饋送網絡20。在該示例中，有兩個束輸入，束I和束2。傳輸線路23將束I和束2耦合到巴特勒矩陣24，其是一種類型的束形成網絡。此外，用于束I和束2的信號在被耦合到巴特勒矩陣24之前經過反射消除電路22。巴特勒矩陣24繼而耦合到輻射元件25的陣列。
[0018]束消除電路22從束I中抽取信號的第一部分、添加相位延遲、并且將其饋送回用于束2的接收路徑。抽取部分的幅值應當匹配反射信號的幅值。相位延遲被選擇為與反射的信號異相(out of phase)。束I進入束2的路徑中的反射與來自于束I的抽取的信號異相組合。因此，反射部分地或完全地在束2的輸入處消除。相對于從束2反射進入束I接收路徑的反射，執行相同的消除。
[0019]在本發明的一個示例中，反射電路包括兩個方向耦合器26和傳輸線路28，以提供相位延遲。在方向耦合器26的一個示例中，如圖2所示，可使用邊緣耦合器27。在另一個示例中，方向耦合器26可通過將印刷電路板軌道布置在PCB的相反側上而形成，并且在軌道的平面區域之間產生耦合。一個方向耦合器26設置在每個束輸入路徑上。由于用于該反饋的耦合的量是基于第一束到第二束的反射的量而確定的，故抽取的信號的幅值可通過調整元件之間耦合的強度而調整。抽取信號的相位應當通過調整從一個方向耦合器26到另一個的傳輸線路28的長度而調整。該消除機制的實現可在巴特勒矩陣24和束輸入之間的任意點處實現。
[0020]參考圖3，示出了雙束天線30。天線30包括用于束I和束2的輸入、束I和束2的下傾控制部32、反射消除電路34、混合耦合器36和輻射元件38。在該示例中，束消除在束下傾控制部32和混合耦合器36之間進行。雖然僅示出了兩排(排I和排N)，但是本領域技術人員應當理解的是，可以采用任意數量的排以成形和引導束的高程形狀。對于每一排，反射消除電路34實現在束下傾控制部32和束形成混合耦合器36之間。反射消除電路34可以包括如圖2所示和說明書中所述的方向耦合器。反射束消除在每一排中針對束I和束2進行。然而，為了清楚和解釋的目的，束I的消除僅針對排I示出，且束2的消除僅針對排N示出。
[0021]束I下傾控制部32將束I分為N個信號，其具有漸進的相位偏移，以影響電下傾(electrical downtilt)。參考排I，束I和束2輸入到反射消除電路34。實線箭頭指示沿發送方向的RF信號流。束I從束I的路徑上的反射消除電路輸出，并且提供到混合耦合器34的輸入。混合耦合器34將束I分為相當幅值的兩個信號，并且在兩個端口輸出束I。混合耦合器36還將90°的相位偏移施加到在輸出端口中的一個上的束I。混合耦合器36的輸出被施加到輻射元件38。
[0022]從輻射器38到混合耦合器36的虛線指示束I的反射部分。由于混合耦合器36是無源(passive)元件，故混合耦合器36將束I反射組合，并且將其注入到束2的接收路徑中。
[0023]反射消除電路34通過抽取束I的一部分、施加相位延遲、以及將信號應用到束2路徑而消除束I在束2上的反射。
[0024]雖然上述給出的示例是相對于兩列/兩束而進行的，但是本發明可擴展到三個或更多的束和/或列，以改進束之間的隔離。例如，在三束的示例中，反射消除技術可以應用到兩個外側束，其將典型地沿沿距瞄準線相等但相反的角度引導。對于三束示例中的中心束，無需反射消除。
[0025]在另一示例中，在四束系統中，第一反射消除將應用在兩個外側束之間，而第二反射消除將應用在內側束之間。例如，在圖4中，示出了四束、4列(4x4BFN)的多束天線和饋送網絡40。饋送網絡具有四個輸入，1R、1L、2R、2L，產生如圖所示的相應的束。
[0026]內側束輸入(1R、1L)耦合到第一反射消除電路42。外側束輸入(2R、2L)耦合到第二反射消除電路44。反射消除電路42、44連接到巴特勒矩陣46。巴特勒矩陣46可包括傳統的巴特勒矩陣。巴特勒矩陣46耦合到天線元件48。
[0027]由于內側束IL和IR取向為距瞄準線成相等但相反的角度，故這些束將反射到彼此的接收路徑中，其將通過反射消除電路42被消除或實質上降低。外側束2R、2L也成相反且相等的角度，但是相比于IR和IL成更寬的角度。相應地，從2R到2L的反射、以及從2L到2R的反射，在第二反射消除電路44中被消除或實質上降低。
【主權項】
1.一種用于多束天線的饋送網絡，包括: a、第一束端口； b、第二束端口； C、束形成網絡，耦合到所述第一束端口以及耦合到所述第二束端口，以及 d、消除電路，在所述束形成網絡之前耦合到所述第一束端口和所述第二束端口，所述消除電路被配置為在所述第一束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于所述第一束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第二束端口上，以及在所述第二束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位偏移、以及將來自于所述第二束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第一束端口上。2.如權利要求1所述的饋送網絡，其中所述消除電路包括在第一束輸入路徑上的第一方向耦合器、傳輸線路、在第二束輸入路徑上的第二方向耦合器。3.如權利要求1所述的饋送網絡，其中所述束消除網絡包括巴特勒矩陣。4.如權利要求1所述的饋送網絡，其中所述束消除網絡包括90°混合耦合器。5.—種天線，包括如權利要求1所述的饋送網絡，其中束消除網絡進一步耦合到輻射元件的陣列，并且其中: a、RF信號的從所述第一束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射并且通過所述束形成網絡沿所述第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口RF信號；以及 b、RF信號的從所述第二束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射并且通過所述束形成網絡沿所述第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口 RF信號。6.如權利要求5所述的天線，其中: a、RF信號的從所述第一束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述束形成網絡沿所述第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口RF信號的相位偏移大約相反；以及 b、RF信號的從所述第二束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述束形成網絡沿所述第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口RF信號的相位偏移大約相反。7.如權利要求6所述的饋送網絡，進一步包括耦合到所述饋送網絡的第三束端口，其中所述第三束端口包括所述饋送網絡的中心束，并且所述第一束端口和所述第二束端口包括所述饋送網絡的外側束。8.—種饋送網絡，包括: a、第一束端口； b、第二束端口； C、第三束端口； d、第四束端口； e、巴特勒矩陣； f、第一消除電路，在所述巴特勒矩陣之前耦合到所述第一束端口和所述第二束端口，所述消除電路被配置為在所述第一束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于所述第一束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第二束端口，以及在所述第二束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于所述第二束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第一束端口，以及 g、第二消除電路，在所述巴特勒矩陣之前耦合到所述第一束端口和所述第二束端口，所述消除電路被配置為在所述第三束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于所述第三束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第四束端口，以及在所述第四束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于所述第四束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第三束端口。9.一種天線，包括如權利要求8所述的饋送網絡，其中所述巴特勒矩陣進一步耦合到輻射元件的陣列，并且其中: a、RF信號的從所述第一束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口RF信號； b、RF信號的從所述第二束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口 RF信號； c、RF信號的從所述第三束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第四束端口的接收路徑向下傳播的第三束端口 RF信號，以及 d、RF信號的從所述第四束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第三束端口的接收路徑向下傳播的第四束端口 RF信號。10.如權利要求9所述的天線，其中: a、RF信號的從所述第一束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口RF信號的相位偏移大約相反； b、RF信號的從所述第二束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口RF信號的相位偏移大約相反； c、RF信號的從所述第三束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第四束端口的接收路徑向下傳播的第三束端口 RF信號的相位偏移大約相反；以及 d、RF信號的從所述第四束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述巴特勒矩陣沿所述第三束端口的接收路徑向下傳播的第四束端口 RF信號的相位偏移大約相反。11.如權利要求8所述的饋送網絡，其中所述第一消除電路包括在所述第一束輸入路徑上的方向耦合器、傳輸線路、以及在所述第二束輸入路徑上的方向耦合器;并且其中，所述第二消除電路包括在第三束輸入路徑上的方向耦合器、傳輸線路、以及在第四束輸入路徑上的方向耦合器。12.—種多束天線，包括: a、第一束端口； b、第二束端口； C、輻射元件的陣列； d、束形成網絡，耦合到所述束形成網絡的輸入上的第一束端口和第二束端口，并且還耦合到所述束形成網絡的輸出上的輻射元件的陣列；以及 e、消除電路，在所述束形成網絡的輸入之前耦合到所述第一束端口和所述第二束端口，所述消除電路被配置為在第一束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位延遲、以及將來自于所述第一束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第二束端口，以及在第二束端口上抽取RF信號的一部分、添加相位偏移、以及將來自于所述第二束端口上抽取的且已延遲的信號注入到所述第一束端口。13.如權利要求12所述的天線，其中所述消除電路包括在第一束輸入路徑上的第一方向耦合器、傳輸線路、在第二束輸入路徑上的第二方向耦合器。14.如權利要求12所述的天線，其中所述束消除網絡包括巴特勒矩陣。15.如權利要求12所述的天線，其中所述束消除網絡包括90°混合耦合器。16.如權利要求12所述的天線，其中: a、RF信號的從所述第一束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射且通過所述束形成網絡沿所述第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口RF信號；以及 b、RF信號的從所述第二束端口抽取的部分在幅值上大約等于由所述輻射元件反射且通過所述束形成網絡沿所述第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口 RF信號。17.如權利要求15所述的天線，其中: a、RF信號的從所述第一束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述束形成網絡沿所述第二束端口的接收路徑向下傳播的第一束端口RF信號的相位偏移大約相反；以及 b、RF信號的從所述第二束端口抽取的部分與由所述輻射元件反射并且通過所述束形成網絡沿所述第一束端口的接收路徑向下傳播的第二束端口 RF信號的相位偏移大約相反。
【文檔編號】H01Q3/26GK105849976SQ201580003369
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月15日
【發明人】D.N.P.塔拉科圖納, H.鐘浩, B.B.瓊斯
【申請人】康普科技有限責任公司