[发明专利]有源天线子阵列结构

说明书

相关申请的交叉参考

本发明要求2011年6月30日提交的名称为“Active Antenna Radiating Element Transceiver Sharing”的美国临时专利申请No.61/503,465的优先权，以及2011年9月16日提交的名称为“Active Antenna Systems Having sub-Arrays and Related Methods”的美国临时专利申请No.61/535,701的优先权。

技术领域

本发明涉及天线阵列。具体地，本发明涉及将辐射元件组合到子阵列内和这种子阵列的操作。

背景技术

有源天线的射频（RF）前端典型地包括天线辐射元件的一个或更多个阵列。在典型的有源天线物理结构中，设有一一对应的辐射元件和收发器，从而单个收发器将联接到单个天线辐射元件。有源天线的示例包括名称为“PANEL ANTENNA HAVING SEALED RADIO ENCLOSURE”的U.S.专利公开No.2011/0032158，该示例的公开通过参考结合在此。

传统有源天线的一个示例在图1中示出。在该示例中，辐射元件的阵列是横向极化的。十个+45度极化的辐射元件12的阵列和十个-45度极化的辐射元件的阵列被示出。在该传统结构中，收发器与每个辐射元件相结合。相位（用于RF信号的前进或延迟角度）对于每个辐射元件可以被单独地构造。在该示例中，在典型的有源天线结构中将具有二十个收发器16。

这种有源天线系统经常安装在塔的顶部。因为攀爬塔来维修或替换失效的设备是非常昂贵和/或危险的，因而期望的是提供可以承受例如给单个天线元件或子阵列供电的收发器之一损坏的有源天线系统。

某些天线束特征可以通过调节相位角和供给到每个天线辐射元件的功率电平来控制。例如，使阵列顶部处的辐射元件的相位角前进，同时使阵列底部处的相位角延迟，可以使波束方向图向下转向。调节相对功率分布（例如在顶部和底部成锥形）还可以提供所期望的波束成形并减小旁瓣形成。收发器被控制成提供所期望的相位和功率关系。

已知有源天线的缺点是在收发器和辐射元件之间的一对一关系导致具有高功率消耗的昂贵天线。另外的缺点是单个收发器的失效可以引起阵列整体在不符合规定的情况下操作，即使是在接受收发器和辐射元件正常操作下。因此，本发明的一个目的是提供操作的结构和方法，该结构和方法在收发器损坏的情况下减小成本、提供更有效的操作和可恢复性能。

发明内容

提供包括多个子阵列的天线和用于在收发器失效之后恢复性能的方法和结构。每个子阵列可以包括功率分配器/合并器网络、联接到功率分配器/合并器网络的第一端口的第一辐射元件、联接到功率分配器/合并器网络的第二端口的第二辐射元件，以及联接到功率分配器/合并器网络的第三端口的收发器。多个子阵列的第一子阵列可以位于天线的第一端部处，多个子阵列的第二子阵列可以位于天线的第二端部处。天线可以包括位于第一子阵列和第二子阵列之间的附加子阵列，可以包括位于第一子阵列和第二子阵列之间的单一辐射元件，或者可以包括单一辐射元件和附加子阵列的组合。

子阵列可以包括两个、三个或更多个辐射元件。相位差可以应用于子阵列内。

天线还可以进一步包括联接到每个收发器的可调节电源，可调节电源具有用来检测收发器的至少一个失效状态的电流监测器；和用来给处于非失效状态中的收发器增加绝对功率的功率补偿模式。可调节电源提供正常操作中的第一电压和在功率补偿模式中的高于第一电压的第二电压。

在另一个示例中，天线可以包括具有多个端口的合成网络，联接到合成网络的第一端口的第一收发器，联接到合成网络的第二端口的第二收发器，联接到合成网络的第三端口的第一辐射元件，和联接到合成网络的第四端口的第二辐射元件。辐射元件可以包括辐射元件的子阵列。

还提供控制天线的辐射方向图的方法。在该示例中，天线包括由第一多个收发器驱动的辐射元件的阵列。所述方法包括以下步骤：a.检测多个收发器之一失效的步骤，b.调节第二多个收发器的相位系数，第二多个收发器包括第一多个收发器的子组，和c.增加由第二多个收发器提供的绝对功率电平。所述方法可以进一步包括调节第二多个收发器的相对功率电平的步骤。