[发明专利]天线设备

说明书

技术领域

本发明涉及带有包括至少两个天线部件的天线部分的天线设备。 每个天线部件包括带有不同极化和天线部分端口的第一和第二天线 元件。本发明还涉及包括此类天线设备的天线系统和用于控制此类天 线设备的至少一个特性的方法。

背景技术

对于常规天线，至少在天线的主瓣内，空间方向的极化属性大致 是相同的。这意味着例如垂直极化的扇区天线对于构成期望的扇区覆 盖的所有方向是大致垂直极化。

除其它之外，提供可重新配置的天线系统以便提供功率高效的站 点安装已变得有吸引力。例如，如果在某个站点的天线系统配置用于 带有高业务负载的忙时期间的三扇区操作，则它能够重新配置用于业 务负载低时的全向(一个扇区)操作。执行重新配置的目的是允许部 分关闭基站设备以便节能。图1A和1B非常示意地示出对应于某个设 备的辐射图(主波束)和信号，其中，三个不同信号S1、S2、S3各 自经单独的传送器链馈送到一个扇区天线，因此表示高业务负载的第 一配置状态。在重新配置到低业务负载的第二状态后，组合三个传送 器链，使得例如来自分布网络DN中传送器链之一的一个信号OS借 助于功率分割而分割成三个相同的信号OS1、OS2、OS3，这些信号 馈送到多个天线，例如，上面提到的三个天线。这些信号随后将交互， 产生取决于天线极化的相干和/或非相干波束形成。

如果天线的电磁场的极化是非正交的，则将产生来自不同天线的 非正交场分量之间的交互，其取决于相应分量的振幅和相位，也称为 相干波束形成。

这意味着天线的相对位置和从功率分割器DN到天线的有效信号 路径长度将对结果辐射图有影响。如果三个相同的多信号的辐射场分 量是正交的，则三个场分量的组合场的功率是信号的功率之和。此功 率相加称为非相干波束形成。此类非相干波束形成产生与相干波束形 成相比不同的组合辐射图。非相干波束形成的组合辐射图的量值与信 号的相位值无关，即，与天线位置和信号路径长度无关，这意味着在 天线系统的设计和安装期间不必考虑这两个属性。问题是来自不同天 线的相同信号的相干波束形成在相邻扇区中产生交互，此交互的效应 对于来自两个或更多天线的辐射功率具有类似量值的方向特别强，在 没有接入点(站点)几何形状和作为传送器链的一部分的所有组件的 相位特性的详细知识的情况下，难以或不可能预测交互的效应。已认 识到，通过在相邻扇区中使用不同(优选是正交)的极化，能够减少 此类交互。然而，在站点装配有常规扇区天线时，为了能够在相邻扇 区中使用正交极化以避免相干波束形成，必须有偶数数量的扇区。具 有奇数数量扇区的站点安装的情况将参照图2C进行描述，图2C是例 如图1A、2A中上述设备的天线定向和辐射图极化状态的简化顶视图。

站点在例如实现为如图2B所示的低业务状态配置的情况下，相 同信号OS提供到所有三个天线，此处为垂直极化天线v₁、垂直极化 天线v₂和水平极化天线h₁。由于常规天线的数量为奇数，因此，两个 相邻扇区将具有相同极化，并且因此相干波束形成在从天线v₁和v₂传送的信号之间发生。相干波束形成将影响结果的辐射图，此处示为 正在添加的信号向量(振幅和相位表示)，|s_v1+s_v2|²。对于分别经 v₂和h₁及v₁和h₁传送的信号，组合的辐射图(场)是相应辐射的信 号的功率相加的结果，|s_v1|²+|s_h1|²和|s_v2|²+|s_h1|²，这意味着不存在天 线的位置和信号路径长度的相关性。在带有辐射场的相同定向、即相 同极化的信号交互时发生的向量相加导致结果信号量值有大的波动， 特别是在信号具有大约相同量值的扇区边界附近。相长/相消组合在哪 些空间方向中发生取决于相对信号相位。