专利名称：具有极化分集的电倾斜天线系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有极化分集的电倾斜天线系统，即具有极化分集和电 倾斜能力的相控阵天线系统。它涉及诸如那些用于电信的许多天线系 统，例如用于通常被称为移动电话网络的蜂窝移动无线电网络。这样的
网络包括由诸如GSM的蜂窝无线电标准实现的第二代(2G)移动电话 网络以及由诸如通用移动电话系统(UMTS)的蜂窝标准实现的第三代 (3G)移动电话网络。其它的蜂窝无线电标准包括IS95和WCMA2000。
背景技术：
常规蜂窝无线电网络的运营商通常使用他们自己的基站，每个这些 基站都被连接到一个或多个天线。在这样的网络中，天线是确定期望覆 盖范围的主要因素，该期望覆盖范围通常被分成若干重叠小区，每个小 区都与相应的天线和基站相关联。每个小区包含保持与该小区中的移动 无线电设备无线电通信的固定位置基站。为了通信目的基站彼此互连， 例如通过以网格或网状结构设置的固定陆线互连，使得遍布小区覆盖范 围的移动无线电互相通信，并且还与蜂窝移动无线电网络之外的公用电 话网通4言。
为了改进并优化在蜂窝无线电网络中使用的天线系统中的通信性 能，公知使用三种技术，即空间分集、极化分集和可变电倾斜。第一种 这样的技术即空间分集包括使用两个间隔开的天线，每个间隔开的天线 产生来自使用移动电话手持送受话器(handset)的远程订户的相应接收 信号，这使得可以从单个手持送受话器得到两个接收信号，从而提供了 通信优点。
基站接收的信号在功率上受到了急剧波动，因为它们穿过多路径环 境(即从移动电话手持送受话器发射的信号的复制品经由多路径或路线 传送到接收基站)并且在发射期间该手持送受话器自身处于运动状态。 另外，该复制品变得彼此去相关。可以使用例如最大比结合(MRC)结 合基站接收的信号，最大比结合为从移动手持送受话器到基站的上行链 路信道提供了显著的性能增益。
用于改进通信性能的第二种技术(即极化分集)可以通过具有两组天线单元的天线来获得，每组提供一个最大信号发射或接收灵敏度角， 该角与另 一组的灵敏度角正交。由这样的天线从单个移动手持送受话器
经由不同的多路径路线而接收的两个信号相对于彼此至少部分不相关， 因此它们可以被组合用于改进接收的信号质量。
用于改进通信性能的第三种技术(即可变电倾斜)由相控阵天线单
单元位置的线性函数的横过阵列变化的激励而形成主射束。改变该函数
这使得蜂窝移动无线电网络的运营商将主射束的角度改变成水平，其接 着调整由该天线服务的地面覆盖范围并能够降低与不同小区相关联的
消息之间的干扰在这里一个小区是天线与其进行通信的一个区域，并 且每个天线可以有多于一个的小区。
蜂窝无线电网络的运营商面对增强通信容量的需求，但是受到规划 或分区约束，这限制了部署新位置或添加天线到现有位置。因此，希望 在不添加天线的情况下提高天线通信容量，例如通过运营商共用天线， 同时保持彼此独立的单个用户(运营商(欧洲)或载波(美国))的极 化分集能力和相应电倾斜角的调整能力。
本发明的目的是利用两个运营商可用的独立电倾斜角在天线位置 处提供极化分集。
发明内容
本发明提供了一种天线系统，该天线系统包括 a)具有电倾斜可调极化的双极化天线；
b )用于在每个天线极化之间中继中间信号的相应的共电馈电装置 和延迟装置，每个共电馈电装置被设置成响应于多个中间信号的相对延 迟为相关天线极化的电倾斜可调做准备，并且延迟装置为中间信号将经 历相对延迟做准备；
c) 相应的信号馈电线(feeder)，其与每个天线4及化相关联；以及
d) 两个站，每个站用于经由天线极化和信号馈电线而接收和发射 信号中的至少 一 个，所述天线系统被设置为使得每个天线极化与 一 个相 应站的信号相关联并且与另一个相应站的极化分集信号相关联。
本发明提供的优点是其提供了与相应站(例如基站)相关联的两个 运营商共用单个天线以及获得接收和/或发射具有极化分集的信号的能力，每个运营商具有独立于其它运营商的相应电倾斜角。将被描述的本 发明实施例允许使用多于两个的站和天线，该天线响应于与每极化两个 或更多个中间信号相关联的相差而倾斜。另外，这两个站可以具有邻近 的操作频率。
在至少一个站用于发射信号的情况下，延迟装置可以包括用于将该 至少一个站的发射信号处理成两个在其之间具有相对延迟的中间信号 的装置。在这些站至少用于接收信号的情况下，延迟装置可以包括用于 处理来自每个共电馈电的相应多个中间信号以在成对的信号之间提供 可独立变化的相对延迟，从而独立地调整与不同站相关联的天线射束的 电倾斜的装置。
延迟装置可以合并混合器(hybrid),该混合器用于组合相对延迟 的信号对，以经由信号馈电线而中继到所述站。它可以合并频率转换装 置，其被设置用来滤波处于降低的频率(reduced frequency)的相对延 迟信号。频率转换装置可以是用于频率转换的本地振荡器装置并且被设 置成能够滤波处于降低的频率的相对延迟信号以及通过本地振荡器信 号相移来实现信号延迟。
站可以远离天线定位，延迟装置被合并到与天线同定位的天线倾斜 组件中，并且信号馈电线将天线倾斜组件连接到与该站相关联的站电 路。该站电路可以被设置成划分经由各站之间的信号馈电线而接收的信 号，从而为每个站提供与一个相应的天线极化相关联的接收信号以及与 另一个相应天线极化相关联的极化分集信号。
在另 一个方面，本发明提供了 一种操作具有双极化天线和相应的共 电馈电装置的天线系统的方法，该双极化天线具有提供极化分集的电倾 斜可调极化，该相应的共电馈电装置与每个天线极化相关联，并且响应
括 s 、 '、 '、" 。
° '
a)在每个天线极化之间中继中间信号并且为中间信号将经历相对 延迟做准备；
c)使用两个站，每个站用于经由天线极化和信号馈电线而接收和 发射信号中的至少一个，每个天线极化与一个相应站的信号相关联并且 与另一个相应站的极化分集信号相关联。如所述的，本发明提供的优点是其提供了与不同站相关联的两个运 营商共用单个天线并且获得接收和/或发射具有极化分集的信号的能力， 每个运营商具有相应的独立电倾斜角。此外，这两个站可以具有邻近的 操作频率。
在至少一个站被提供用于发射信号的情况下，通过将该至少一个站 的发射信号处理成两个在其之间具有相对延迟的中间信号来使该中间 信号经历相对延迟。在这些站被提供至少用于接收信号的情况下，通过 处理来自每个共电馈电的相应多个中间信号来使该中间信号经历相对 延迟，以在成对的信号之间提供可独立变化的相对延迟，从而独立地调 整与不同站相关联的天线射束的电倾斜。
可以通过混合器来使中间信号经历相对延迟，该混合器用于组合相 对延迟的信号对以经由信号馈电线而中继到所述站。这样的相对延迟可 以使用频率转换装置并且滤波处于降低的频率的相对延迟信号来实现。 频率转换装置可以是用于频率转换的本地振荡器装置并且被设置成能 够滤波处于降低的频率的相对延迟信号并通过本地振荡器信号相移来 实现信号延迟。
站可以远离天线定位，可以在与天线同定位的天线倾斜组件中使中 间信号经历的相对延迟，并且信号馈电线将天线倾斜组件连接到与该站 相关联的站电路。该站电路可以划分经由各站之间的信号馈电线而接收 的信号，以为每个站提供与 一个相应的天线极化相关联的接收信号以及 与另 一个相应的天线极化相关联的极化分集信号。
为了更完整地理解本发明，仅通过示例的方式并参考附图来描述其 实施例，其中
图1示出了用极化分集进行通信的现有技术的天线系统；
图2示出了用极化分集进行通信的本发明的天线系统；
图3是在图2的天线系统中使用的天线倾斜组件的一半的电路图4提供了说明图3电路的操作的信号频率的图5说明了用于图2的天线系统的天线射束和基站的添加；
图6是图3的半天线倾斜组件的替换组件的电路图7提供说明图6电路的操作的信号频率的8图8是图3和图6的半天线倾斜组件的另一个替换组件的电路图；图9是用于响应于三个信号之间的相差来控制天线射束电倾斜的电路的图10是为控制天线射束电倾斜提供三个具有相差的信号的天线倾斜组件的一半的电路图11示出了图10的电路的替换电路；
图12说明了邻近频带的滤波特性；
图13示出了对于四个基站的本发明的实施方式；以及
图14是图13的电路的修改版本，用于为控制天线射束电倾斜提供具有相差的三个信号。
具体实施例方式
在本说明书中(不同于美国的命名法)，"载波"指载波频率，即为了电信目的对其进行调制的无线电频率信号，并且"信道"是频率信道并且实际上与载波同义。 一个或多个载波可以由单个运营商或两个或更多个运营商使用，运营商是提供移动电话通信业务的基站的用户。不必将多个载波分配给相同的蜂窝无线电系统。成对的发射和接收信号用具有相同数字后缀的TX和RX分别表示，例如TX1和RX1或TX2和RX2。这里的数字后缀1或2表示笫一或第二发射或接收载波频率，并且与第一或第二运营商或基站相关联。极化分集发射和接收信号用后缀D表示，例如在TXD、 RXD、 TX1D、 RX1D等。上行链路指信号从移动电话手持送受话器传送到基站，而下行链路指信号以相反的方向传送。
参考图1，参考数字IO表示通常在两个运营商之间共用的现有技术的天线系统，其具有由天线组件12提供的极化分集，该天线组件12具有双极化相控阵天线14。天线14是单个天线，包括具有互相正交极化的交叉偶极子16和18的形式的天线单元的垂直阵列即偶极子16和18分别具有与垂直线成+ 45度和-45度并且向上倾斜到右边(此处正(+ )极化)以及向上倾斜到左边(此处负(-)极化)的极化。正极化偶极子16被连接到正极化共电馈电20 ( + )并且负极化偶极子18被连接到负极化共电馈电20 (-)。共电馈电20 ( + )和20 (-)具有两个输入/输出端口 A( + )、B( + )和A(-)、B(-)。每个共电馈电20 ( + )和20 (-)具有在公开的国际申请号WO 2004/102739中描述的类型这样的共电馈电在其端口处处理两个输入信号并将它们转换成用于相控阵天线的天线单元的驱动信号；这两个输入信号被表示为幅度相等但是之间有相差的矢量A和B,并且改变相差会改变天线的电倾斜角。
严格来说，在天线安装中信号具有任意的极化，即在从天线发射之前或在天线接收之后，但是用极化可以方便标记信号和相关联的装置单元，因为在之后的发射时或在之前的接收时它们与天线的极化相关联。
系统10具有两个基站BS1和BS2,每个基站都具有相应的第一端口 Pl、 P2和相应的第二端口 PD1、 PD2:在所有情况下，第一端口用于发射和接收信号TX1、 RX1或TX2、 RX2,并且第二端口仅用于极化分集接收信号RX1D或RX2D:即在系统10中没有极化分集发射信号。基站的第一和第二端口P1、 P2、 PD1、 PD2都^皮连接到基站滤波组件22。五个馈电线将基站滤波组件22连接到天线组件12,这些馈电线是第一、第二、第三和第四通信信号馈电线F1到F4以及一个校准信号馈电线Fc。基站滤波组件22控制输入到共电馈电20 ( + )和20 (-)的信号之间的相差，其又控制天线电倾斜。
第一到第四通信信号馈电线F1、 F2、 F3或F4中的每一个经由与相应的第一、第二、第三或第四混合电路H1、 H2、 H3或H4串I关的相应滤波/放大电路Cl、C2、C3或C4而被连接到相应的共电馈电端口 A( + )、B( + )、A(-)或B(-)。滤波/放大电路Cl在从第一信号馈电线Fl到第一混合电路H1的发射信号路径中具有一个带通滤波器Tcl;该电路也提供从第一信号馈电线Fl到第一混合电路H1的接收信号路径，其由接收带通滤波器Rcla、低噪声放大器LNA和另一个接收带通滤波器Rclb的串联设置组成。滤波/放大电路C2、 C3和C4具有与滤波/放大电路C1相似的构造，并且分别在信号馈电线F2、 F3或F4和第二、第三或第四混合电路H2、 H3或H4之间提供相似的发射和接收信号路径。
四个混合电路Hl到H4被连接到其自身被连接到校准信号馈电线Fc的分离器/组合器SC,并且具有在匹配负载Lm终止的第四终端。它们仅被用在校准操作模式中在该模式中，校准信号被从基站滤波组件22经由校准信号馈电线Fc馈送并且在SC处被分离。所得到的分离信号被分别经由混合电路H1到H4馈送到共电馈电端口 A( + ) 、 B( + )、A (-)和B (-)。响应于校准信号，监视在天线14处接收的信号并且用于调整接收电路中的信号相位，例如通过添加或移去到每个这些馈电线的电缆长度来补偿不等长度的馈电线F1到F4,从而使所有馈电线具有相同的电长度。
当现有技术的天线系统IO操作在发射模式时，基站滤波组件22将来自第一基站的第一端口 Pl的发射(TX1)信号划分成两个信号(TX(+ )A、 TX( + )B))以分别输入到馈电线F1和F2，即与+45或正偶极子极化相关联的两个信号；基站滤波组件22插入并控制这两个信号之间的相差，这两个信号分别经由通信信号馈电线F1和F2、滤波/放大电路C1和C2以及混合电路H1和H2而传送到正极化共电馈电20 ( + )的端口 A ( + )和B ( + )。因此，正才及化端口 A ( + )和B ( + )分别接收在其之间存在相差的输入信号，以控制与正极化共电馈电20 ( + )相关联的天线射束的电倾斜角，如在国际申请号WO 2004/102739中所描述的。
相似地，基站滤波组件22将来自第二基站的第一端口 P2的发射(TX2)信号划分成两个信号以分别输入到馈电线F3和F4,即与-45或负偶极子极化相关联的两个信号；基站滤波组件22插入并控制这两个信号之间的相差，这两个信号分别经由通信信号馈电线F3和F4、滤波/放大电路C3和C4以及混合电路H3和H4而传送到负极化共电馈电20 (-)的端口 A (-)和B (-)。因此，负极化端口 A ( _ )和B(_)分别接收在其之间存在相差的输入信号，以控制与负极化共电馈电20 (-)相关联的天线射束的电倾斜角。
现有技术的天线系统10以相似的方式操作在接收模式，但是以相反的方向操作；即天线14接收的信号被两个共电馈电20( + )和20(-)进行相位处理，该共电馈电20 ( + )和20 (-)将它们转换成正才及化信号对以输出到端口 A ( + )和B ( + )以及负极化信号对以输出到端口 A (-)和B (-)。从共电馈电端口 A( + )、B( + )、A(-)和B(-)输出的经处理的接收信号被分别经由混合电路H1到H4和滤波/放大电路Cl到C4馈送到通信信号馈电线Fl到F4。基站滤波组件22插入并控制在第一和第二通信信号馈电线F1和F2上的接收信号之间的相差，然后将它们组合并将所得到的组合作为接收信号RX1馈送到第
ii一基站的第一端口 Pl。基站滤波组件22还插入并控制在第三和第四通
信信号馈电线F3和F4上的接收信号之间的另一相差，然后将它们组合并将所得到的组合信号作为接收信号RX2馈送到第二基站的第一端口P2。
基站滤波组件22还通过基站和天线极化之间的交叉连接来提供极化分集接收信号RX1D和RX2D:即第一基站的第二端口 P1D具有从第三和第四通信信号馈电线F3和F4上的接收信号得到的组合信号的输入，并且第二基站的第二端口 P2D具有从第一和第二通信信号馈电线Fl和F2上的接收信号得到的组合信号的输入。每个基站BS1或BS2具有接收滤波器(未示出)以将其接收频率RX1或RX2与另一个基站的接收频率进行区别。
现有技术的天线系统10提供接收(而不是发射)模式中的极化分集，并且每个基站BS1或BS2具有其自己的独立可控制的电倾斜角，因为每个基站与输入到控制相应天线射束极化的倾斜的相应共电馈电20(+ )或20 (-)的相应信号对相关联。
现有技术的极化分集天线系统IO具有一些缺点
(a )使两个基站具有独立可控的电倾斜角所需的馈电线的数量从每个天线两个增加到每个天线四个(即对于它们具有相同角度的情况)，或者通过提供两个附加的馈电线或者通过用四个新的馈电线来代替两个现有的馈电线；
(b)为了将发射信号传送到天线，每个附加的馈电线必须具有低损耗，以及由此具有相对大尺寸和成本；
(c )所有馈电线必须相位匹配并且馈电线优选具有相同的电长度以避免频率相关的倾斜误差；
(d) 因为馈电线是长的，通常30m或更长，相位匹配需要在安装时(包括对重新使用的先前安装的馈电线)对相位延迟测量和调整；
(e) 附加的馈电线需要天线支撑杆组件的再装配并且移去不再使用的现有馈电线；以及
(f) 对于根据国际申请号WO 2004/102739的系统，电倾斜角调整范围是有限的。
图2示出了本发明的具有天线组件31的天线系统30,该天线组件31具有等同于参考图1所述的天线14的双极化相控阵天线32。天线32是具有由共电馈电输入信号相差所设置的电倾斜角的类型。它是单个天
线，包括具有互相正交极化的交叉偶极子34和36形式的天线单元的垂直阵列即偶极子34和36分别具有与垂直线成+ 45度和-45度的彼此正交的并且向上倾斜到右边(正(+ )极化)以及向上倾斜到左边(负(-)极化)的极化。正极化偶极子34被连接到正极化共电馈电38 ( + )并且负极化偶极子36被连接到负(-)极化共电馈电38 (-)。共电馈电38 ( + )和38 (-)具有两个输入/输出端口 A ( + ) 、 B ( + )和A ( - ) 、 B (-)。每个共电馈电38 ( + )和38 (-)具有在公开的国际申请号WO 2004/102739中描述的类型它在其端口A( + ) 、 B(+)和A(-)、B(-)处处理两个输入信号并将它们转换成天线单元34或36的驱动信号；这两个输入信号之间的相差控制与这些单元相关联的天线极化(+ )或(-)的电倾斜角。
天线系统30具有第一和第二基站BS21和BS22。第一基站BS21具有两个端口 P21和P21D: —个端口 P21用于第一发射和接收(TX1/RX1)信号，并且另一个端口 P21D仅用于极化分集第一接收(RX1D)信号。相似地，第二基站BS22具有两个端口 P22和P22D分别用于第二发射和接收(TX2/RX2 )信号，和极化分集第二接收(RX2D )信号。
在该实施例和随后实施例的描述中，"窄带"和"宽带"的表示将与滤波器结合使用"窄带，，指足够窄的通带以对于发射滤波器的情况仅通过若干发射频率中的一个(例如TX1 )或对于接收滤波器的情况仅通过若干接收频率中的一个(例如RX1);"宽带"指足够宽的通带以对于发射(TX )滤波器的情况通过至少多于一个或所有发射频率或对于接收(RX)滤波器的情况通过至少多于一个或所有接收频率。
第一发射(TX1 )信号从第一基站BS21经由端口 P21传送到与基站BS21和BS22 (例如在天线杆的底部)同定位的基站滤波组件50。这一信号被TX1/ RX1/ RX12滤波单元53x中的窄带(TX1 )发射带通滤波器52x滤波；然后被输出到第一馈电线F2]，第一馈电线F21将该信号传送到天线倾斜组件54,该天线倾斜组件54将在下面参考图3详细描述。在此处，信号被分离成两个在其之间具有可变(即运营商可控制的)相对延迟或相移的信号，并且这两个信号被滤波并馈送到正极化共电馈电38 ( + )的两个输入/输出端口 A ( + )和B ( + ),该正才及化共电馈电38 ( + )将它们转换成用于正极化天线单元34的驱动信号。
相似地，第二发射(TX2)信号从第二基站BS22经由端口 P22传 送到基站滤波组件50。这一信号净皮TX2/ RX2/ RX12滤波单元53y中的 窄带(TX2)发射带通滤波器52y滤波；然后被输出到第二馈电线F22， 第二馈电线F22将该信号传送到天线倾斜组件54。在此处，信号被分离 成两个具有可变相对延迟的信号，这两个信号被滤波并馈送到负极化共 电馈电38 (-)的两个输入/输出端口 A (-)和B (-),该负极化 共电馈电38 (-)将它们转换成用于负极化天线单元36的驱动信号。
天线系统30以类似的方式操作在接收模式，但操作相反；即天线 32接收的信号被共电馈电38 ( + )和38 (-)进行相位处理，该共电 馈电38 ( + )和38 (-)将它们转换成接收正极化信号对以输出到端 口 A ( + )和B ( + )和接收负极化信号对以输出到端口 A (-)和B (-)。使用相位和长度匹配的跨接电缆将从共电馈电端口 A( + )和B (+ )输出的接收正极化信号对馈送到天线倾斜组件54的左手侧54a: 倾斜组件侧54a对这些接收信号实施分离和相对延迟操作。这些操作限 定了用于接收和接收极化分集信号的可变电倾斜角，其随后被组合到第 一馈电线F21并且传送到基站滤波组件50。相似地，再次使用相位和长 度匹配的跨接电缆，从共电馈电端口 A (-)和B (-)输出的接收负 极化信号对被馈送到天线倾斜组件54的右手侧54b以用于分离和相对 延迟操作此处这些操作再次限定了用于接收和接收极化分集信号的可 变电倾斜角，其随后被组合到第二馈电线F22并且传送到基站滤波组件 50。
在基站滤波组件50中，来自第一馈电线F21的组合接收信号被宽 带接收滤波器70x滤波并且被分离器72x分离。为了极化分集目的，分 离器72x提供两个接收信号，这些信号被低噪声放大器(LNA) 74x和 76x放大并且在分别被传送到第一基站发射/接收(TX1/RX1 )端口 P21 和第二基站极化分集接收(RX2D )端口 P22D之前被具有不同通带的窄 带滤波器78x和80x (频率RX1和RX2 )滤波。
相似地，来自第二滤波器F22的组合接收信号被宽带接收滤波器 70y滤波并通过分离器72y分离。为了极化分集目的，这提供了两个分 离信号在从分离器72y输出之后，被分离的信号然后#皮LNA 74y和76y 放大，并且在分别被传送到第二基站发射/接收(TX2/RX2)端口 P22
14和第 一基站极化分集接收(RX1D )端口 P21D之前^皮具有不同通带的窄 带滤波器78y和80y (频率RX1和RX2 )滤波。
如将在下面更详细描述的，天线倾斜组件54的操作改变^L应用到 发射和接收信号的延迟，这对独立改变每个极化天线射束的电倾斜角有 影响。然而，在这个实施例中的延迟以为与单个基站相关联的所有信号 提供相同电倾斜角的方式耦合即与第 一基站BS21相关联的信号TX1 、 RX1和RX1D具有相同的电倾斜角，以及与第二基站BS22相关联的信 号TX2、 RX2和RX2D具有相同的电倾斜角。然而，与这两个基站BS21 和BS22相关联的电倾斜角可以不同，这取决于在天线倾斜组件54中如 何设置延迟。
基站滤波器组件50为每个基站的信号提供特定滤波，基站滤波器 组件50隔离用于笫一基站的第一接收信号RX1和第一接收分集信号 RX1D以及用于第二基站的第二接收信号RX2和第二接收分集信号 RX2D。发射信号TX1和TX2纟皮单独的正交天线极化辐射，结果用于这 些信号的TX1和TX2滤波器将相等(可选地)。将单独的天线极化用 于不同基站的发射信号TX1和TX2也意味着这些信号的载波频率可以 是邻近的，而不会带来不期望的互调差频产物，因为邻近的频率信号不 会在所示出的电路中组合，但是可以在空气中组合。
本发明的天线系统30提供了 一些优点
(a) 双极化天线仅需要两个馈电线，并且馈电线不需要在相位或电 长度上进行匹配；
(b) 将天线倾斜组件54连接到共电馈电38 ( + )和38 (-)的跨 接导线短并且可以在安装时或操作期间不需要校准的情况下匹配相位 或长度它们也可以物理直径小，因为它们不是基站BS21和BS22与天 线组件31之间的总损耗的确定因素；
(c) 在天线倾斜组件54和共电馈电38 ( + )和38 (-)之间传送 的信号的数量可以增加以提供增加的倾斜范围；
(d) 天线倾斜组件54可以被部分地或整体地合并到天线组件31中 以降低总视觉效果；以及
(e) 具有邻近频率分配的RF载波的组合被实施，而不需要单独的 天线或使用引入5 0 %功率损耗的3犯耦合器。
图3示出了在天线系统30中使用的天线倾斜组件54的一半54a;即系统30需要两个所示的半组件54a的实例化(必须是相同结构)， 一个用于每个馈电线/共电馈电组合F21/38 ( + )或F22/38 (-),并且 这些结合起来提供天线倾斜组件54。就半组件54a、第一馈电线F21以 及正极化共电馈电38 ( + )的发射模式操作来开始说明。
第一馈电线F21为半组件54a提供发射信号，该发射信号被发射/ 接收双工滤波器100滤波，然后被分离器102分离成两个信号。这两个 分离发射信号被相应的发射模式延迟器DTa和DTb延迟相等的最大值。 如链接箭头的虚线104所示，延迟器DTa和DTb是可变的并且被联动 (耦合)，从而一起改变；此外，在虚线104中的放大器符号(三角形) 106以及标记的-1表示左边延迟器DTa实施的延迟改变与右边延迟器 DTb实施的延迟改变幅度相等但方向相反即在右边延迟器DTb减少或 增加时左边延迟器DTa增加或减少，并且反之亦然。因此，两个分离发 射信号通过延迟器DTa和DTb进行绝对延迟并且还通过延迟器DTa和 DTb彼此相对地延迟，通过这些联动延迟器，相对延迟是可变的。单元 102到106、 DTa和DTb限定了用于第一基站的发射频率TX1的发射倾 斜才莫块TTM1。
在Dta和DTb的延迟之后，发射信号被发射/接收双工滤波器108 和110滤波，并且然后被分别馈送到正极化共电馈电38 ( + )的两个端 口 A ( + )和(B+)，以便转换成用于被布置为具有正极化的每个偶极 子天线单元34的驱动信号。因此，这两个端口 A ( + )和(B+)接收相 应的具有相同频率TX1以及它们之间的可变相对延迟的发射信号通过 改变联动的发射模式延迟器DTa和DTb来改变该相对延迟，这改变与 偶极子34和频率TX1相关联的正极化发射模式天线射束的电倾斜角。
以相同的方式来操作另 一 个半组件5 4 b从而将第二馈电线F 2 2上的
:信4,它们被分别馈送到负极二共电馈电端口l (-)和B (-)以 提供负极化偶极子天线单元36的驱动信号。通过改变这些TX2发射信 号之间的相对延迟来改变与第二基站BS22的偶极子36和频率TX2相 关联的负极化发射模式天线射束的电倾斜角。
这两个半组件54a和54b都具有发射才莫式延迟器DTa和DTb,并且 每个半组件54a或54b的发射才莫式延迟是独立于另 一个半组件54b或54a 的相似延迟而可变的；因此分别与第一和第二基站BS21和BS22的偶极子34和36以及发射频率TX1和TX2相关联的正和负极化天线射束的 电倾斜角可以彼此独立地变化。
半组件54a如下所述地操作在接收模式。正极化偶极子天线单元34 从自由空间接收的信号被正极化共电馈电38( + )转换成两个接收信号 这些接收信号出现在两个端口 A ( + )和(B+),在此之后它们分别在 发射/接收双工滤波器108和110处被滤波，被LNA 112和114放大并 且被第一和第二接收信号分离器116和118分离。
半组件54a具有两对接收^t式延迟器用于设置第一接收频率(RXl ) 和第二极化分集接收频率(RX2D)的相应倾斜角即第一对由第一和 第二接收模式延迟器DRa和DRb组成，第二对由第三和第四接收模式 延迟器DRc和DRd组成。本发明的该实施例为接收(RX)信号提供两 个独立可调的电倾斜角，为此，由四个接收模式延迟器DRa到DRd在 两个接收信号的频率RX1和RX2处分开地插入相应的差分延迟 (differential delay)。
来自第一和第二接收信号分离器116和118的输出信号是交叉连接 的，使得每个这些分离器将信号提供给接收模式延迟器对中的一个延迟 器。因此，来自第一接收信号分离器116的两个分离信号分别被第一和 第三接收模式延迟器DRa和DRc延迟，并且来自第二接收信号分离器 118的那些分离信号分别被第二和第四接收冲莫式延迟器DRb和DRd延 迟。因此，第一对接收模式延迟器DRa和DRb接收分别与不同的共电 馈电端口 (即正极化共电馈电端口 A( + )和(B+))相关联的两个信 号，并且第二对接收模式延迟器DRc和DRd也是这样。
来自第 一 接收信号分离器116的两个分离信号分别被第 一 和第三接 收模式延迟器DRa和DRc延迟，并且来自第二接收信号分离器118的 那些分离信号分别被第二和第四接收模式延迟器DRb和DRd延迟。如 链接箭头的虚线120所示，第一和第二接收模式延迟器DTa和DTb是 可变的并且被联动从而一起改变；此外，在虚线120中的以及标记-1 的放大器符号(三角形)122表示由第一接收模式延迟器DTa实施的延 迟改变与第二接收模式延迟器DTb实施的延迟改变幅度相等但方向相 反即在第二接收模式延迟器DTb减少或增加时第一接收模式延迟器 DTa增加或减少，并且反之亦然。因此，与第一对接收模式延迟器DRa 和DRb相关联并且与不同的共电馈电端口 A ( + )和(B+)相关耳关的两个分离信号通过这些延迟器绝对延迟并且还通过这些延迟器彼此相对 延迟通过这些联动延迟器，相对延迟是可变的，并且控制与第一接收
频率(RX1)和第一基站BS21相关联的正极化天线射束的电倾斜角。 为了电倾斜相控阵天线，从公共点到不同共电馈电端口 A ( + )和(B+) 的信号路径的路径长度不同因此仅需要一个延迟器来为给定倾斜角提 供相差。实际上，通过一个路径中的一个延迟器以及第二路径中的另一 延迟器来方便地实施这样的延迟。
相似地，虚线124和其中被标记为-1的放大器符号126表示第三 接收模式延迟器DRc提供的延迟改变与由第四接收模式延迟器DRd实 施的延迟改变相等但方向相反。因此，与第二对接收模式延迟器DRc 和DRd相关联以及与相似极化的不同共电馈电端口 A ( + )和(B+)相 关联的两个分离信号通过这些延迟器绝对延迟并且还通过这些延迟器 彼此相对地可变地延迟。通过这些联动延迟器，相对延迟是可变的，并 且控制与极化分集以及第二接收频率(RX2D)和第二基站BS22相关联 的正极化天线射束的电倾斜角。
被第一对接收模式延迟器DRa和DRb延迟的两个信号被第一信号 组合器128组合在一起，并且被第二对接收才莫式延迟器DRc和DRd延 迟的那些信号被第二信号组合器132组合在一起。从第一和第二信号组 合器128和132输出的组合信号被分别馈送到第一和第二正交混合耦合 器(混合器)Hl和H2的最高输入端Hla、 H2a。第一混合器Hl具有终 止在匹配负载ML的最低输入端H1 b,以及,皮连接到相应带通滤波器HF1 和HF2的两个输出端Hlc和Hld，每个带通滤波器都具有中心在第 一接 收频率RX1的通带。第二混合器H2具有横向输入端H2c和H2d,其相 连接以分别接收来自带通滤波器HF1和HF2的经滤波的信号。该第二 混合器H2还有连接到发射/接收双工滤波器100的最低输出端H2b,该 双工滤波器提供接收信号滤波，并且来自该双工滤波器的与相似正极化 的不同共电馈电端口 A ( + )和(B+)相关联的信号被传送到第一馈电 线F21。混合器Hl和H2的操作将在下面更详细描述。单元116到132、 DRa到DRd、 Hl、 H2、 HF1和HF2限定了用于第 一基站的接收频率RX1 和第二基站的接收分集信号频率RX2D的接收倾斜模块RTM1。
另 一个半组件54b以相似的方式对负极化信号进行操作；即负极化 偶极子天线单元36从自由空间接收的信号被负极化共电馈电38 (-)
18转换成两个分别出现在端口 A (-)和B (-)的接收信号。这些接收 信号被半组件54b转换成与负极化共电馈电端口 A (-)和B (-)相 关联的经过延迟、组合和滤波的信号，并且这样的信号被传送到第二馈 电线F22。如先前结合正极化天线射束和半组件54a所述的，对半组件 54b中联动的接收模式延迟器对DRa、 DRb和DRc、 DRd的调整提供对 负极化天线射束的电倾斜角的独立控制这些射束包括与第二接收频率 (RX2 )和第二基站BS22相关联的射束以及与极化分集和第一接收频率 (RX1D)和第一基站BS21相关联的另一个射束。为了适当的修改图3 以用于半组件54b,在顶部的A( + )和B( + )应该是A(-)和B(-), 并且"设置TX1倾斜"、"设置RX1倾斜，，和"设置RX2D倾斜"的 表示应该分别被代替为"设置TX2倾斜，，、"设置RX2倾斜"和"设 置RX1D倾斜"。
现在详细描述在半组件54a中的混合器Hl和H2的操作这些混合 器以及它们相关联的带通滤波器HF1和HF2被用来以频率选才奪的方式 来组合从第一和第二信号组合器128和132输出的信号，以保持产生不 同电倾斜角的属性。每个混合器Hl和H2的相邻端口对被标记有插入数 字0和90,其指示以度数计的相移，其是信号在这样的对中的端口之间 传送所经历相对在具有插入数字0的一对端口之间传送所经历。
被第一对接收模式延迟器DRa和DRb延迟的信号被第一信号组合 器128组合所得到的组合信号被应用到第一混合器Hl的最高输入端 Hla,该第一混合器Hl将其分离成两个分别具有-90度相移和0度相 移的出现在输出端Hlc和Hld的输出信号。这两个输出信号被带通滤波 器HF1和HF2滤波，其施加相等的带宽和时间延迟并分别应用到第二 混合器的横向输入端H2c和H2d。在纟皮传送到输入端H2a的过程中在输 入端H2c处的信号经历-90度相移，并且在被传送到输出端H2b的过 程中经历0度相移；在^f皮传送到输入端H2a的过程中在输入端H2d处的 信号经历0度相移，并且在被传送到输出端H2b的过程中经历-90度 相移。因此，这些信号异相180度，并且在输入端H2a处相4氏消(相减) 但在输出端H2b处同相并且相加在一起。
被第二对接收模式延迟器DRc和DRd延迟的信号被第二信号组合 器132组合该组合信号被应用到第二混合器H2的最高输入端H2a, 该第二混合器H2将其分离成两个分别具有-90度相移和0度相移的出现在输出端H2c和H2d的输出信号。这两个输出信号在带通滤波器HF1 和HF2的通带之外；因此它们被分别反射回到输入端H2c和H2d,并且 如前所述的，它们在输入端H2a处彼此4氐消4旦在输出端H2b处相加到一 起以将来自第一混合器Hl的信号在它们所添加的HF1和HF2处被滤 波。因此，第二混合器H2用作在DRa到DRd处延迟信号的组合器，并 且这样组合的信号被从第二混合器输出端H2b传送到TX/RX双工滤波 器100以用于滤波并连接到第一馈电线F21。
图4是关于包括混合器H1和H2以及滤波器HF1和HF2的图3电 路的幅度相对频率的图。滤波器HF1和HF2限定了窄通带，其仅将从 f3到f4范围中的频率传送到第二混合器输入端H2c和H2d,而从fl到 f2以及从f5到f6的频率可以传送到第二混合器输入端H2a。通过混合 器Hl和H2的频率特性来确定从fl到伤的整个带宽，而从f2到f3以 及从f4到f5的带宽起保护(guard)频带的作用；该保护频带是未使用 的频率间隔，其容納滤波器滚降(roll-off),即实际上可达到的滤波 器有限阻带衰减特性。
滤波器HF1和HF2的中心频率和带宽被选择成以第一基站BS21的 频率RX1来通过接收信号。第二基站BS22的接收信号频率RX2然后 可被定位在混合器fl到伤的整个带宽中的任何位置，除了包护带宽和 f2到f5全部滤波器通带之外；即RX2可以在fl到f2或f5到伤中。
带通滤波器HF1和HF2可以被带阻滤波器代替，在这种情况下， 现在第一混合器Hl接收宽带输入并且第二混合器H2接收窄带输入。带 通或带阻滤波器的选择关于对特定频带中心频率的滤波器的相对尺寸 和成本。
图5示出了大致采用参考图2和图3所述的形式的天线系统150， 并且与之前所描述的部分等同的部分采用相同的参考标记。天线系统 150合并了纟皮定位在两个基站BS1和BS2附近(例如在安装有天线组件 31的天线杆(未示出)的底部)的天线组件31和基站滤波组件50。它 还合并了天线倾斜组件54,其或者被安装在如所述的天线组件31附近
天线组件31合并了双极化天线32，其具有垂直设置的分别经由正 和负极化共电馈电38 ( + )和38 (-)连接到天线倾斜组件54的正交 偶极子34和36。双极化的天线32产生彼此极化正交的两个天线射束，即对于两个天线极化中的每一个的相应射束。每个天线射束具有相应的
电倾斜角，其由相差或到其相关联的共电馈电38 ( + )或38 (-)的两 个或更多个输入信号之间的相差控制。从2004年11月25日7〉开的国 际申请号WO 2004/102739得知，具有电倾斜角的天线可以:故两个共电 馈电输入信号之间的相差控制。它还示出了天线的电倾斜角还可以由三 个或更多个共电馈电输入信号之间的相差控制在一个增加的倾斜范围 中，即如虚线152所表示的，与图2共电馈电输入信号相比具有一个或 多个附加的共电馈电输入信号。
天线32的偶极子34产生正极化上和下射束154和156，其各自的 中心154c和156c由虚线示出。上射束154携带用于第一基站BS21的 发射信号TX1和接收信号RX1。下射束156携带用于第二基站BS22的 极化分集信号RX2D。相似地，天线32的偶极子36产生具有中心164c 和166c的负极化上和下射束164和166。下射束164携带用于笫二基站 BS22的发射信号TX2和接收信号RX2。上射束166携带用于笫一基站 BS21的极化分集信号RX1D。
如参考图3所描述的，发射信号TX1和TX2、接收信号RX1和RX2 和接收极化分集信号RX1D和RX2D的倾斜角所有都通过图5中的54x 所集中表示的设置倾斜角控制而独立可调。这使得天线系统150为两个 天线极化提供独立可调的倾斜。实际上，基站可以要求其射束具有相同 的倾斜角如图5所说明的，因此提供与第一基站BS21相关联的发射 和接收信号TX1 、 RX1以及极化分集信号RX1D的射束156和166通过 图3所说明的设置倾斜控制被调整为具有相同的电倾斜角，同样地，为 提供与第二基站BS22相关联的极化分集信号RX2D以及发射和接收信 号TX2、 RX2的射束154和164设置相同的电倾斜角。
图2和 图5的特征是来自第一和第二基站BS21和BS22的发射信号 TX1和TX2通过不同的电路单元并且被不同的天线偶极子(即不同的天 线极化)辐射。因此，这些高功率发射信号没有被组合到天线系统30 或150的电路中发射载波；作为代替在从天线32辐射之后它们在自由 空间中被组合("大气组合")而没有产生不想要的互调产物(IMP), 并且也没有导致组件中的功率损耗，例如用于发射信号组合的3dB耦合 器以避免产生IMP。
天线系统150可以可选地合并附加的基站，如虚线所示的第N个基站BS[N]。需要附加的滤波器。如果额外的(多个)基站包括两个具有
邻近发射信号频率的基站，那么它们优选地被连接到不同天线极化以减
少组合损耗，否则将会增加组合损耗，因为需要合并产生3dB功率损耗 的混合组合器。这里的邻近频率是那些使用常规滤波器不能充分分开的 频率。在公开的国际申请号WO 02/082581和美国专利号4,211,894和 5,229,729中公开了信号组合。
图6示出了在天线系统30或150中使用的天线倾斜组件54的一半 54a的可替换形式154a。它与参考图3所述的天线倾斜组件54的一半 54a相同，除了在第一和第二信号组合器128和132之后直至但是不包 括发射/接收双工滤波器100的所有单元被省略并且被用链线表示的组 合器电路160代替。与之前描述的部分等同的部分用相同的参考标记表
组合器电路160接收从第一和第二信号组合器128和132输出的组 合信号，并且这些信号被馈送到相应的RF混频器Ml和M2,用于通过 混合来自相应本地振荡器Flol和Flo2的信号来进行向下频率转换。因 此，接收信号RX1在Ml处混频而接收极化分集信号RX2D在M2处混 频在稍稍不同的频率进^t混频以使得两个混频器Ml和M2产生的不 同的频率信号在相同频率处。这提供具有足够低的相同频率的混频器输 出信号以使用压电晶体技术来实施利用带通滤波器的滤波。这些混频器 输出信号被相应的带通滤波器Fpel和Fpe2滤波，每个带通滤波器都有 通带中心频率Fl，然后通过如前所述在相应的另外的RF混频器M3和 M4中与相同的本地振荡器信号混频来向上频率转换到它们以前的RF 频率这些另外的混频器M3和M4提供由信号组合器162组合的输出 信号并且它们的组合被馈送到发射/接收双工滤波器100,如在半组件 54a中一样，用于滤波并输出到第一馈电线F21。因此，该馈点线携带 相关的TX和RX信号。图6中的单元116到162限定了接收信道倾4牛 模块RTM6。带通滤波器Fpel和Fpe2与滤波器HF1和HF2相比物理上 更小并且重量上更轻，其是腔体带通滤波器。
现在参考图7,用图形说明了组合器电路160的操作。在上图170 中，接收信号RX1和接收极化分集信号RX2D具有由虛线示出的带宽， 如箭头所示，并且发射/接收双工滤波器100具有覆盖这两个带宽的通带 (实线)PB。虛线GA到GD表示滤波器频率特性。如中心图172所示，向下频率转换将这两个接收信号转换成带通滤波器Fpel和Fpe2的频率 Fl,其在50MHz到400MHz的范围内。Fl足够高以避免将不想要的接 收频率折回(folding-back)到这些滤波器的通带中，并且足够4氐以利用 常规的晶体滤波器、陶瓷或无源技术来实施。滤波器Fpel和Fpe2具有 中心在GL(或F1)、箭头GK和GM之间表示的带宽，并且其足够宽 以传送单个接收信号(即RX1或RX2R)的带宽。图174说明了向上频 率转换，其恢复了接收信号RX1和接收极化分集信号RX2D的原始RF 频率。
图8示出了在天线系统30或150中使用的天线倾斜组件54的一半 54a的另 一个可替换形式254a。与之前描述的部分等同的部分用相同的 参考标记表示。与之前的实施例相比，半组件254a的不同在于仅有一 个共电馈电连接(到B ( + )的连接)与延迟器相关联，而另一个连接 (A( + ))不与延迟器相关联。这是因为，为了改变电倾斜角，在传送 到或来自共电馈电的连接A ( + )和B ( + )的信号之间必须有可变延迟 (或等价的相移)，但是延迟仅可以在与这些连接中的一个(即代替两 个)串联时实施，并且仍在传送到或来自连接A ( + )和B ( + )的信号 之间产生可变相对延迟。
对于电路元件和对发射信号的处理来说，半组件254a与参考图3 所述的半组件相同，并且对于直至LNA 112和114的输出的接收信号来 说，它们也相同，在这之后的电路和处理与之前描述的相比有所不同。 从LNA 112和114输出的信号被作为输入分别传送到信号组合器200和 接收信道倾斜控制器202。信号组合器200从倾斜控制器202接收输出 信号以将其作为第二输入，并且它将其的两个输入信号相加以提供组合 的接收信号，用于输入到发射/接收双工滤波器100,从而像在半组件54a 那样进行滤波并输出到第 一馈电线F21 。
从LNA 114输出并输入到接收信道倾斜控制器202的信号被分离器 204分离成两个信号。这些分离信号被馈送到相应的RF混频器Mil和 M12,用于通过与来自相应本地振荡器(LO )频率合成器Flol 1和Flol2 的信号混频来进行向下频率转换，该合成器Floll和Flol2在公共参考 振荡器OR的控制下产生LO信号。因此，接收信号RX1在M11处混频 而接收极化分集信号RX2D在M12处混频在稍稍不同的频率进行混 频以使得两个混频器Mil和M12产生的不同频率信号(即混频器输出
23信号)在相同频率处。混频器输出信号被各自的带通滤波器Fpell和 Fpel2滤波，每个带通滤波器都有通带中心频率Fll,然后通过如前所 述在相应的另外的RF混频器M13和M14中与相同的LO信号混频来向 上频率转换到它们以前的RF频率。
混频器M13使用的LO信号被第 一可变延迟器DRX1相对于参考振 荡器信号而延迟(或相移)，并且混频器M14使用的LO信号被第二可 变延迟器DRX2相对于参考振荡器信号而延迟。另外的混频器M13和 M14还提供了由信号组合器206组合的向上频率转换的输出信号；由信 号组合器206产生的这些输出信号的组合提供倾斜控制器202的输出信 号，如前所述该输出信号通过信号组合器200与从LNA 112输出的信号 相组合，并且被馈送到发射/接收双工滤波器IOO用于进行滤波并输出到 第一馈电线F21。
与经由LNA 112和共电馈电连接A ( + )而得到的RX1和RX2信 号相比，第一和第二可变延迟器DRX1和DRX2的操作(如由在203a 和203b的说明"设置RX1倾斜"和"设置RX2D倾斜"所表示的)将 独立可变延迟器应用于经由共电^t赍电连接B ( + ) 、 LNA ]14和接收信 道倾斜控制器202而得到的RX1和RX2信号。如前所讨论的，与共电 馈电38 ( + )的两个端口 A ( + ) 、 B ( + )相关联的信号之间的相差或 相对时间延迟控制与连接到该共电馈电的天线单元(偶极子34 )相关联 的天线极化的电倾斜角。因此，第一和第二可变延迟器DRX1和DRX2 的操作独立地控制与接收信号RX1和RX2D相关联的电倾斜角。
可以通过由直接数字频率合成器(DDS)来代替频率合成和时间延 迟组件而修改半组件254a，该直接数字频率合成器具有两个^T出端，一 个输出端具有相对于另一个的受控相位偏移。
如已谈到的，本发明可以与响应于两个或更多个信号的相对延迟来 提供对电倾斜的控制的共电馈电一起使用。现在参考图9,所示的天线 系统300被设置成通过使用三个信号来控制电倾斜角，其中两个信号相 对第三个信号可变地延迟。系统300合并了相位统调(padding)组件来 均衡经过该系统的信号所经历的相移。
系统300合并了电倾斜控制器362和共电馈电364,后者连接到具 有十一个电线单元的相控阵天线366:这些单元是中心天线单元Ec、五 个上天线单元E1U到E5U、以及五个下天线单元E1L到E5L。被表示为矢量V的输入信号被施加到倾斜控制器362的输入端368, 在倾斜控制器362中该输入信号被提供电压分离比cl和c2的第一分离 器Sl分离成两个不同幅度的信号矢量cl.V和c2.V。信号矢量c2.V现 在被标示为倾斜矢量C,并且出现在控制器输出端362c处。
信号矢量cl.V进一步被第二分离器S2分离以提供第一和第二信号 矢量cl.dl.V和cl.d2.V:该第一信号矢量cl.dl.V被第一可变延迟器Tl 延迟以给被标示为倾斜矢量A并且在控制器输出端362a处出现的信号 矢量；相似地，该第二信号矢量cl.d2.V被第二可变延迟器T2延迟以给 出现在被标示为倾斜矢量B并且在控制器输出端362b处出现的信号矢
三个倾斜矢量，后面的每个实施例将使用更多。
因此，倾斜控制器362提供三个天线倾斜控制信号，这些信号表示 倾斜矢量A=cl.dl.V[Tl、B^l.d2.V[T2以及C=c2.V,其中[T1T2
分别表示可变延迟器Tl、 T2。联动的延迟器Tl和T2由虛线370表示， 其包含表示当T2从T减少到0时Tl从0增加到T并且反之亦然的-1 放大器符号372:在这里T是两个联动的可变延迟器Tl和T2的预定最 大延迟值。延迟控制374的操作改变相结合的两个联动的可变延迟器Tl 和T2，并且改变它们各自的延迟达这样的量，其幅度相等而符号相反(即 一个增加而另一个减少)响应于这些可变延迟器的改变，天线阵列366 的电倾斜角也会改变。
具有电压分离比el和e2的第三分离器S3将倾斜矢量C分离成信 号el.C和e2.C,或等同的cl.el.V和c2.el.V:信号el.C被标示为Cc (C中心)，并且作为驱动信号被馈送到中心天线单元Ec (天线单元驱 动信号导致该信号从天线单元到自由空间的辐射)。信号e2.C进一步 被具有电压分离比fl和f2的第四分离器S4分离；这产生被标示为Cu (C以上)的信号c2.e2.fl.V,以及被标示为Cl( C以下)的信号c2.e2.f2.V。
矢量A和Cu可以被用来提供到天线单元E1U到E5L的驱动信号， 该天线单元E1U到E5L被连接到共电馈电64的上部。分别具有电压分 离比al、 a2和gl、 g2的第五和第六分离器S5和S6将倾斜矢量A分离 成信号al.A和a2.A,并且将倾斜矢量Cu分离成gl.Cu和g2.Cu。
相似地，矢量B和Cl被用来提供到天线单元E1L到E5L的驱动信 号，该天线单元E1L到E5L被连接到共电馈电364的下部。分别具有电
25压分离比bl、 b2和Ha、 Hb的笫七和第八分离器S7和S8将倾斜矢量B 分离成信号bl.B和b2.B，并且将倾斜矢量Cl分离成Ha.Cl和Hb.Cl。
具有电压分离比il、 i2的第九分离器S9将来自第五分离器S5的信 号a2.A分离成信号il.a2.A和i2.a2.A,其中信号U.a2.A被连接到第三 上天线单元E3U并为其提供驱动信号。具有电压分离比jl、 j2的第十分 离器S10将来自第七分离器S7的信号b2.B分离成信号jl.b2.B和 j2.b2.B,其中信号jl.b2.B被连接到第三下天线单元E3L并为其提供驱 动信号。
共电馈电364合并了六个矢量组合设备Ha到Hf,其中的每一个都 是具有两个^皮标示为1和3的输入终端以及两个^皮标示为2和4的输出 终端的180度混合器(和差混合器)。信号从每个输入端传送到两个输 出端与在一个输入输出对之间传送的信号相比，180度的相对相位改 变出现在在另一个输入输出对之间传送的信号之间如位于每个混合器 上的字符;r所表示的，这出现在混合器Ha和Hb中的输入端1和输出端 4之间以及混合器Hc到Hf中的输入端3和输出4端之间。混合器Ha 到Hf中的每一个产生两个输出信号，它们是其输入信号的矢量和和矢 量差。
第一混合器Ha从第五分离器S5接收输入信号al.A并且从第六分 离器S6接收输入信号g2.Cu:第一混合器Ha相加并相减这些信号以将 它们的差作为输入提供给第三混合器Hc并将它们的和作为输入提供给 第五混合器He。相似地，第二混合器Hb从第七分离器S7接收输入信 号bl.B并且从第八分离器S8接收输入信号h2.Cl:第二混合器Hb将这 些信号的差作为输入提供给第四混合器Hd并将它们的和作为输入提供 给第六混合器Hf。
第三混合器Hc除了从第 一混合器Ha接收输入信号之外还从第九分 离器S9接收另一个输入信号12.a2.A,并且生成分别作为驱动信号输出 到第四和第五上天线单元E4U和E5U的和差信号。
第五混合器He除了从第 一混合器Ha接收输入信号之外还从第六分 离器S6接收另一个输入信号gl.Cu,并且生成分别作为驱动信号输出到 第一和第二上天线单元E1U和E2U的和差信号。
第四混合器Hd除了从第二混合器Hb接收输入信号之外还从第七 分离器S7接收另一个输入信号j2.b2.B,并且生成分别作为驱动信号输出到第四和第五下天线单元E4L和E5L的和差信号。
第六混合器Hf除了从第二混合器Hb接收输入信号之外还从笫八分 离器S8接收另一个输入信号hl.Cl,并且生成分别作为驱动信号输出到 第一和第二下天线单元E1L和E2L的和差信号。
第一、第三和第五混合器Ha、 Hc和He实施矢量组合过程来生成 用于天线单元E1U、 E2U、 E4U和E5U的信号，并且第二、第四和第六 混合器Hb、 Hd和Hf对天线单元ElL、 E2L、 E4L和E5L实施相似的过 程。用于天线单元Ec、 E3U和E3L的信号被分离器生成而没有经过混 合器。
如果附加的分离和可变延迟器被合并在电倾斜控制器362中，并且 附加的信号分离和组合被合并在共电馈电364中、四个或更多个倾斜矢 量A、 B、 C等可以被用来控制电倾斜角，除了一个之外的所有其它这 些倾斜矢量可以相对于其它倾斜矢量可变延迟。
图10示出了当适配为使用等同于图9中的信号矢量A、 B和C的 每个共电馈电38 ( + )或38 (-)的三个信号时，适于实施图5中的天 线倾斜组件54的一半的半组件454a。半组件454a等同于参考图3所描 述的半组件，添加的组件用于调节第三共电馈电端口 C( + ):与之前 描述的部分等同的部分用相同参考标记表示，并且描述将集中在不同的 方面。
离开发射/接收双工滤波器100的发射信号在到达包括分离器102 和联动的延迟器数据和DTb的发射信道倾斜控制电路之前被分离器402 分离。分离器402分离发射信号的一部分，这一部分被附加的发射/接收 双工滤波器404分离并且被传送到第三共电馈电端口 C ( + )。发射信 号的这一部分不经由半组件454a中的任何延迟单元而传送，但是由分 离器102产生的发射信号的其它部分相对于其在DTa和DTb处被可变 延迟。因此，共电^t贵电端口 A( + )、B( + )和C( + )接收相应的发射 信号部分，根据控制图9所示的合并共电馈电364的天线系统中的发射 模式电倾斜角的需要，这些信号中的两个相对于第三个信号被可变延 迟。
接收信号从正极化偶极子34经由第三共电馈电端口 C ( + )返回， 并且在传送到附加的LNA 406之前在404处纟皮滤波。在406处的放大之 后，该接收信号通过附加的信号组合器408与来自第二混合器H2的输
27出信号相组合。在408处组合的得到的接收信号传送到用于滤波的发射 /接收双工滤波器100,并且然后向前传送到第一馈电线F21。该得到的 接收信号包含一个来自第三共电馈电端口 C( + )的贡献，该贡献没有 经由半组件454a中的任何延迟单元而^皮传送。它还包含来自第一和第 二共电馈电端口 A ( + ) 和B ( + )的贡献，该贡献相对于来自第三共 电馈电端口 C ( + )的贡献在DRa、 DRb和DRc、 DRd处被可变延迟。 因此，第一馈电线F21接收包含来自所有三个共电馈电端口 A ( + )、 B ( + )和C ( + )的贡献的组合接收信号，根据控制图9所示的合并共 电馈电364的天线系统中的接收模式电倾斜角的需要，其中三个共电馈 电端口 A ( + ) 、 B ( + )和C ( + )中的两个信号相对于第三个信号可 变延迟。
图11示出了当适合使用每个共电馈电38 ( + )或38 (-)的三个 信号时，适于实施图5中的天线倾斜组件54的一半的另一个半组件 554a。以将图3修改以产生图10的等同方式来修改图6,并且与之前描 述的那些部分等同的部分用相同参考标记表示。虚线矩形500表示图6 中限定接收信道倾斜冲莫块RTM6的单元116到162。半组件554a以参考 图10所述的相同方式调节三个共电馈电端口 A( + ) 、B( + )和C( + )。
在这之前所述的本发明的实例适于以由常规滤波可分开的发射频 率或从不同的相互正交极化的偶极子(例如偶极子34和36)辐射的发 射频率来使用。这意味着发射频率是非邻近的，其中发射频率被滤波器 分开并且从相同的偶极子辐射这里的"非邻近"意味着在相邻的发射 频带之间有空间。
图12图示了关于频率和频带的"邻近"和"非邻近"的表达的意 义"非邻近"被用来表示可以由常规滤波器充分分开的发射频率或频 带，而"邻近"表示那些不能被分开的发射频率或频带。
五个邻近的频带600、 602、 604、 606和608被限定它们界限的相 应相邻垂直链线对表示。这对应于在英国分配的第三代频分双工(3G FDD)频带。用于五个操作频率的总频谱分配包含用于基站的FDD发射 的频带2110.3MHz到2169.7MHz以及用于移动无线电台的发射的频带 1920.3MHz到1979.7MHz。分开这些频带中的操作频率的常身见滤波器分 别需要通带610到618。这里为了清楚起见，用链线来表示通带612和 616,并且通带612和616相对于通带610、 614和618稍樣￡向下移位。这幅图说明了滤波器不完美的事实，即它们没有精确定位无限锐化的导
通(cut on)和截止的通带。诸如610和612的相邻通带对严重重叠， 因为滤波器的有限倾斜特性这带来了两个不利的影响，重叠区域中增 加的信号损耗和信号之间降低的隔离。增加的信号损耗和降低的隔离的
原因与携带组合信号的馈送线的使用相关联。为了有效的组合信号，每 个滤波器通带610到618上的电阻抗必须保持为某个标称阻抗，例如50 欧姆。当如图9所示通带重叠时，该标称阻抗不能被保持这导致(a) 耦合到馈电线的信号的损耗和信号波形的失真，(b)每个信号的一部 分耦合到相邻的滤波器并且因此耦合到其它基站和它们的发射机。发射 机的输出级是非线性的，并且与具有与其不同频率的信号耦合，从而导 致由于这一级而在其中产生互调产物(IMP) 。 IMP变成不受控制的杂 散发射，如果IMP足够大那么杂散发射将会超过监视这类通信的管理当 局所允许的水平。
现在参考图13,本发明的另一个天线系统700合并了四个基站，即 操作在相邻频率的第一、第二、第三和第四基站BS71、 BS72、 BS73和 BS74。基站BS71到BS74具有彼此相对定位的相应的发射频带，如图 12所示的610、 612、 614和616，并且相似地它们的接收频带邻近。因 此，第二基站的操作频率与第一和第三基站BS71和BS73的操作频率邻 近，并且第三基站的操作频率与第二和第四基站BS72和BS74的操作频 率邻近；然而，第一和第三基站BS71和BS73具有彼此不邻近的操作频 率，并且这也适用于第二和第四基站BS72和BS74。这还通过奇数编号 的或与作为与图13中第一馈电线F71相关联的左手对的第一和第三基 站BS71和BS73,以及偶数编号的或作为与第二馈电线F72相关联的右 手对的第二和第四基站BS72和BS74的组表示。
基站BS71到BS74共用具有双极化相控阵天线704的天线组件702。 天线704具有之前描述的由共电馈电输入信号相差设置的电倾斜角它 是单个天线，包括具有互相正交极化的交叉偶极子Dl和D2的形式的 天线单元的垂直阵列，交叉偶才及子Dl和D2分别与垂直线成+ 45度和 -45度并且分别向上倾斜到右边(正(+ )极化)以及向上倾斜到左边 (负(-)极化)。正极化偶极子Dl被连接到正极化共电馈电Dl ( + ), 负极化偶极子D2被连接到负极化共电馈电D2(-)。共电馈电Dl( + ) 和D2(-)具有两个输入/输出端口 A( + )、B( + )和A( - )、B(-)。
29共电馈电Dl ( + )和D2 (-)的每一个都是先前描述的类型，即将两 个输入信号转换成天线单元Dl或D2的驱动信号并且这些输入信号之 间的相差控制与这些单元相关联的天线极化(+ )或(-)的电倾斜角。
四个基站BS71到BS74中的每一个具有两个端口 ，这两个端口中的 一个是带有后缀D的极化分集端口；即第一、第二、第三和第四基站 BS71、 BS72、 BS73和BS74中的每一个都分别具有两个端口 P71和 P71D、 P72和P72D、 P73和P73D以及P74和P74D，其中带有后缀"D，， 的端口用于极化分集接收信号。这些基站BS71到BS74经由通过第一和 第二馈电线F71和F72连接的天线倾斜组件708和基站滤波器组件706 将发射信号供应给天线704并且从天线704接受接收信号。
来自第一和第三基站BS71和BS73的发射信号作为到分开发射和 接收信号路径的相应发射/接收双工滤波器DF1和DF3的输入而传送到 天线倾斜组件708。在DF1和DF3处的滤波之后，这些信号被输入到组 合发射/接收双工滤波器CBF1中的相应发射带通滤波器TX1和TX3, 该发射/接收双工滤波器CBF1将它们组合到用于路由到基站滤波器组件 706的第一馈电线F71。在基站滤波器组件706中，组合信号TX1/TX3 被输入到发射/接收双工滤波器DF ( + )，其分开发射和接收信号路径 并且与正极化共电馈电D1 ( + )相关联。在DF ( + )处的滤波之后， 组合信号TX1/TX3在S ( + )处被分离成两个信号，这两个信号被馈送 到相应的发射倾斜才莫块TM1和TM3,该发射倾斜才莫块TM1和TM3中 的每一个都是图3所示的TTM1并且参考半组件54a来描述。每个发射 倾斜模块TM1或TM3提供两个被分别馈送到与正极化共电馈电端口 A (+ )和B ( + )相关联的组合发射/接收双工滤波器CFA ( + )和CFB (+ )的可变且相对延迟的信号。每个双工滤波器CFA( + )和CFB( + ) 具有用于发射信号频率TX1和TX3的单独带通滤波器，并且每个双工 滤波器CFA ( + )和CFB ( + )还将发射信号与这些频率组合以分别输 入到正极化共电馈电端口 A ( + )和B ( + )。第一基站发射具有频率 TX1并且关于彼此相对延迟的信号，从而进入各自的正极化共电馈电端 口 A ( + )和B ( + );同样，这些馈电端口还接收具有频率TX3的第 三基站发射信号的相对延迟版本的输入。此外，具有频率TX1的发射信 号之间的相对延迟与具有频率TX3的发射信号之间的相对延迟是独立 可控的，因为它们分别由发射倾斜模块TM1和TM3控制。因此，倾斜模块TM1和TM3提供从正极化偶极子Dl辐射的第一和第三基站BS71 和BS73的发射信号的电倾斜角的独立控制。
正极化偶极子D1从自由空间接收的信号被正极化共电馈电Dl( + ) 处理成两个接收信号这两个信号传送出端口 A ( + )和B ( + )并且 从该处分别传送到组合发射/接收双工滤波器CFA ( + )和CFB ( + ) 以用于滤波。在CFA ( + )和CFB ( + )滤波之后，接收信号传送到接 收倾斜冲莫块RM13,其被示为图3的RTM1,并且参考半组件54a进行 描述。如之前所描述的，接收倾斜模块RM13提供用于第一基站接收信 号RX1和第二基站极化分集接收信号RX2D的独立可变延迟器(以及 因此独立可调节的倾斜角)。然而，这些延迟器被第三和第四基站BS73 和BS74共用；即接收倾斜模块RM13为第三基站接收信号RX3提供的 可变延迟和倾斜角等于为第一基站接收信号RX1的可变延迟和倾斜角， 并且第四基站极化分集接收信号RX4D的可变延迟和倾斜角等于第二基 站极化分集接收信号RX2D的可变延迟和倾斜角。
接收倾斜模块RM13提供组合的接收信号输出，其合并了适当的延 迟并且在发射/接收双工滤波器DF ( + )处被滤波该滤波器在第一馈 电线F71处组合发射和接收信号路径，在这之后发射/接收双工滤波器 CBF1将组合的接收信号与发射信号分开，在720处进行放大并且在722 处将其分离成四个信号。这四个分离信号中的两个被双工滤波器DF1和 DF3滤波并且被分别馈送到第一和第三基站BS71和BS73的发射/接收 端口 P71和P73。这四个分离信号的另外两个被分别馈送到第二和第四 基站BS72和BS74的极化分集接收端口 P72D和P74D。
因此，在图13左手侧的装置单元为下列各项提供独立可控的电倾 斜角
用于第一和第三基站BS71和BS73的发射信号TX1和TX3;
用于第一基站BS71的接收信号RX1 (与第三基站BS73的接收 信号RX3共用)；以及
用于第二基站的极化分集接收信号RX2D (与第四基站BS74的 极化分集接收信号RX4D共用)。
图13关于延伸通过偶极子D1和D2的中点的线的反射对称图13 的右手侧与上述的左手侧的操作等同，并且将不再描述。通过对称，图 13右手侧的装置元件为下列各项提供独立可控的电倾斜角用于第二和第四基站BS72和BS74的发射信号TX2和TX2;
用于第二基站BS72的接收信号RX2 (与第四基站BS74的接收 信号RX4共用)；以及
用于第一基站的极化分集接收信号RX1D (与第三基站BS74的 极化分集接收信号RX3D共用)。
因此，天线系统700在发射模式中为具有邻近频率的四个不同基站 提供独立可控的电倾斜角，并且在接收模式中在基站对之间提供独立可 控的电倾斜角的共用。具有邻近频率的四个基站实际上被分成两对具有 非邻近频率的基站，即第一和第三基站BS71和BS73以及第二和第四基 站BS72和BS74的对。由第一和第三基站BS71和BS73发射或接收的 信号与正极化共电馈电D1 ( + )相关联，而由笫二和第四基站BS72和 BS74发射或接收的信号与负极化共电馈电D2 (-)相关联。因此，具 有邻近频率的信号在天线系统电路中没有被组合并且通过正交偶极子 Dl和D2之间的隔离而彼此隔离这适用于与第一和第二基站BS71和 BS72、或第二和第三基站BS72和BS73、或第三和第四基站BS73和BS74 相关联的信号。
如果需要，通过对图13的简单修改，可以为所有四个接收信号频 率提供独立控制的电倾斜角倾斜模块RM13和RM24可以按照有四个 发射模块的相同方式被复制以提供总共四个这样的模块。双工滤波器 CFA ( + ) 、 CFB ( + ) 、 CFA (-)和CFB (-)的接收信号输出被 分离成两个以为四个接收模块提供输入，并且信号组合器组合接收模块 输出对以在传送到馈电线F71和F72之前在双工滤波器DF ( + )和DF ( - )处进行滤波。附加的低噪声放大器也可以被插入(与本发明之前 的实施例相比)。
应该注意，不需要相位匹配々贵电线F71和F72,它们携带高功率并 且延伸较长的距离直到天线杆。在将天线倾斜组件708连接到共电馈电 Dl ( + )和D2 (-)的跳线之间需要相位匹配，这不是很重要但是呈 现出了一点困难，因为它们短和温度漂移所导致的不准确等原因。
现在参考图14，示出了本发明的另一个天线系统800,它是参考图 13描述的系统700,适于实施图IO所示的修改C( + ) 、 C( - ) 、 402、 404和408,以使其适用于电倾斜角的三个信号控制。对与正极化共电 馈电CF ( + )相关联的天线倾斜组件ATA ( + )做这些修改，并且具有相似构造的其它天线倾斜组件ATA (-)与负极化共电馈电CF (-) 相关联。天线系统88具有基本上如参考图10和13描述的组件和操作， 并且将不再进行描述。
参考图2到图14描述的本发明的实施例示出了两个或四个基站可 以共用单个相控阵天线，该单个相控阵天线响应于每个极化的两个或三 个天线共电馈电信号之间的相差而倾斜，同时保持发射和接收信号的独 立可调电倾斜角。通过使用附加的共电馈电信号即三个而不是两个信号 来扩展倾斜角控制的范围。
权利要求
1.一种天线系统，包括a)具有电倾斜可调极化的双极化天线；b)用于在每个天线极化之间中继中间信号的相应的共电馈电装置和延迟装置，每个共电馈电装置被设置成响应于多个中间信号的相对延迟为相关天线极化的电倾斜可调做准备，并且延迟装置为中间信号将经历相对延迟做准备；c)相应的信号馈电线，其与每个天线极化相关联；以及d)两个站，每个站用于经由天线极化和信号馈电线而接收和发射信号中的至少一个，所述天线系统被设置为使得每个天线极化与一个相应站的信号相关联并且与另一个相应站的极化分集信号相关联。
2. 根据权利要求1所述的天线系统，其中所述两个站具有邻近的操 作频率。
3. 根据权利要求1或2所述的天线系统，其中至少一个站至少用于 发射信号，并且所述延迟装置包括用于将所述至少一个站的发射信号处
4. 根据权利要求l、 2或3所述的天线系统，其中所述站至少用于 接收信号，并且所述延迟装置包括用于处理来自每个共电馈电的相应多 个中间信号以在成对的信号之间提供可独立变化的相对延迟，从而独立 地调整与不同站相关联的天线射束的电倾斜的装置。
5. 根据权利要求4所述的天线系统，其中所述延迟装置合并了混合 器，其用于组合相对延迟的信号对，以经由信号馈电线而中继到所述站。
6. 根据权利要求4所述的天线系统，其中所述延迟装置合并了频率 转换装置，其被设置来滤波处于降低的频率的相对延迟信号。
7. 根据权利要求4所述的天线系统，其中所述延迟装置合并了本地 振荡器装置，其用于频率转换并且被设置成能够滤波处于降低的频率的 相对延迟信号以及通过本地振荡器信号相移来实现信号延迟。
8. 根据权利要求l、 2 、 3或4所述的天线系统，其中所述站远离 天线定位，所述延迟装置被合并到与天线同定位的天线倾斜组件中，并 且信号馈电线将天线倾斜组件连接到与所述站相关联的站电路。
9. 根据权利要求8所述的天线系统，其中所述站电路被设置成划分 经由各站之间的信号馈电线而接收的信号，从而为每个站提供与一个相应的天线极化相关联的接收信号以及与另一个相应的天线极化相关联 的极化分集信号。
10. —种操作具有双极化天线和相应的共电馈电装置的天线系统的方法，该双极化天线具有提供极化分集的电倾斜可调极化，该相应的共 电馈电装置与每个天线极化相关联，并且响应于多个中间信号的相对延迟为天线极化的电倾斜可调^:准备，该方法包括a) 在每个天线极化之间中继中间信号并且为中间信号将经历相对 延迟做准备；b) 提供与每个天线极化相关联的相应信号馈电线；以及c) 使用两个站，每个站用于经由天线极化和信号馈电线而接收和 发射信号中的至少一个，每个天线极化与一个相应站的信号相关联并且 与另一个相应站的极化分集信号相关联。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中所述两个站具有邻近的操作 频率。
12. 根据权利要求10或11所述的方法，包括提供至少一个站用于 发射信号，并且其中通过将所述至少一个站的发射信号处理成两个在其 之间具有相对延迟的中间信号来使该中间信号经历相对延迟。
13. 根据权利要求10、 11或12所述的方法，包括提供所述站至少 用于接收信号，并且其中通过处理来自每个共电馈电的相应多个中间信 号来使该中间信号经历相对延迟，以在成对的信号之间提供可独立变化 的相对延迟，从而独立地调整与不同站相关联的天线射束的电倾斜。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中通过混合器使所述中间信号 经历相对延迟，所述混合器用于组合相对延迟的信号对以经由信号馈电 线而中继到所述站。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中通过频率转换以及滤波处于 降低的频率的相对延迟信号使所述中间信号经历相对延迟。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述信号延迟通过本地振荡 器信号相移来实现。
17. 根据权利要求10、 11、 12或13所述的方法，其中所述站远离 天线定位，在与天线同定位的天线倾斜组件中使所述中间信号经历相对 延迟，并且信号馈电线将天线倾斜组件连接到与该站相关联的站电路。
18. 根据权利要求17所述的方法，包括使用所述站电路划分经由各站之间的信号馈电线而接收的信号，并且为每个站提供与一个相应的天 线极化相关联的接收信号以及与另一个相应的天线极化相关联的极化 分集信号。
全文摘要
一种具有极化分集的电倾斜天线系统，其具有双极化的、倾斜可调的天线(32)。天线(32)具有与独立可调电倾斜角相关联的两个正交极化偶极子(34、36)。通过共电馈电输入或输出信号之间的相对延迟来实现倾斜角，通过天线倾斜组件(54)来引入延迟。与不同的天线极化相关联的两个信号馈电线(F21、F22)将天线倾斜组件(54)连接到基站滤波器组件(50)基站滤波器组件(50)经由相应的馈电线(F21、F22)和天线倾斜组件(54)将来自基站(BS21、BS22)的信号路由到不同的天线极化。该组件还划分来自两个基站(BS21、BS22)之间的馈电线(F21、F22)的接收信号。每个天线极化与一个相应基站(BS21或BS22)的发射和接收信号相关联，并且与另一个基站(BS21或BS22)的极化分集信号相关联。天线系统可以与以邻近频率操作的两个或更多个基一起使用。
文档编号H04B7/10GK101606332SQ200780049733
公开日2009年12月16日 申请日期2007年11月7日 优先权日2006年11月10日
发明者D·E·巴克, L·D·托马斯, P·E·哈斯克尔, S·T·纽博尔德 申请人:昆特尔科技有限公司