[发明专利]多端口次阵列及基频信号处理器所组成的天线架构

说明书

欲同时获得高增益及宽角度涵盖范围，传统的单端口天线是做不到的。然而，现代的行动通讯系统，除了传送想传的数据之外，也同时会传送指针信号(pilot signal)，以便于估测实时的通道响应(channel response)及协助信号的侦测。另外，经由基带端的信号处理，多端口的次阵列输出信号可以有效的结合，使得想要的信号可以大大的增强。本发明将利用指针信号的这种资源，提出多端口次阵列及基带信号处理器所组成的新天线架构，可以同时得到高增益及宽角度涵盖范围的特性，本发明尤适用于毫米波频带天线的应用。

技术领域

本发明属于天线架构技术领域，涉及一种多端口次阵列及基频信号处理器所组成的天线架构。本发明提出使用多端口次阵列及基带信号处理器所组成的新天线架构，可以同时获得高增益及宽角度涵盖范围的特性，该新架构可以解决传统高增益天线对准困难及易受强风或震动影响而造成通信中断的问题，本发明特别适用于毫米波段的天线应用。

背景技术

传统的天线概念中极高增益的天线都伴随着极窄波束的特性，然而窄波束将造成方向对准的困难，也容易受到诸如强风、地震、或震动的影响，使天线难以对准，而造成通讯的中断。天线系统若能同时有高增益及宽广的角度涵盖范围，将可使天线对准问题变得容易，且不容易受外在环境变化的影响。

欲同时获得高增益及宽角度涵盖范围，传统的单端口天线是做不到的。然而，现代的行动通讯系统，除了传送想传的数据之外，也同时会传送指针信号(pilot signal)，以便于估测实时的通道响应(channel response)及协助信号的侦测。另外，经由基带端的信号处理，多端口的次阵列输出信号可以有效的结合，使得想要的信号可以大大的增强。

传统的天线为单端口(single port)，只有一个输入/输出，对于孔径天线(aperture antenna)，孔径愈大，天线增益愈高，其波束(beamwidth)也愈窄。以一维的阵列天线为例，若元素间距为半波长，元素个数为N，则最大阵列增益(array factor)为N，3dB的波束约为sin^-1(1/N)弧度，因此元素个数愈多，增益愈大，波束愈窄，波束对准愈不容易，受外界环境扰动的影响也就愈大。

发明内容

本发明提出一种新的天线架构，包括高频(RF)端的多端口次阵列(Multi-portsubarray)部分及基带端的信号处理器部分，新架构的示意图如图1所示。

假设有M个次阵列，每个次阵列由N个元素所组成，第m个次阵列对准到角度为α_m的方向。欲对准到α_m的方向，可通过调整相邻元素的相位差来达成，相邻元素间相位差ΔΨ的调整量与对准方向α_m的关系式为ΔΨ＝kdcosα_m，其中k＝2π/λ，λ为波长，d为元素间的间距，相位差的量可通过调整传输线的长度来达成，每个次阵列端口的输出端经降频器(down-converter，DC)降到基频(baseband)，再经模拟转数字(A/Dconverter)转成数字信号y_m，各端口的数字信号y_m各自乘上自己的权重w_m后相加，而得到整个天线的总输出y_m，其表示式为

假设有一平面波从Φ的方向入射该天线阵列，第m个次阵列的输出信号y_m可表示成