[发明专利]在相位天线阵列中用以产生具有较宽波束宽度的波束场型的方法和装置

说明书

相关申请的交叉应用

本申请依据35U.S.C.§119，要求2016年5月11日递交，申请号为62/334,475，标题为“在相位天线阵列中用以产生具有较宽波束宽度的波束场型的方法以及装置(Methods and Apparatus for Generating Beam Pattern with Wider Beam Width in Phased Antenna Array)”的美国临时申请的优先权，上述申请的标的在此组合作为参考。

技术领域

所揭露实施例一般有关于无线通信，以及更具体地，有关相位天线阵列(phased antenna array)中，产生具有较宽(wider)波束宽度(beam width)的波束场型(beam pattern)。

背景技术

天线理论中，相位天线阵列通常意味着一个天线阵列，该天线阵列产生无线电波(radio wave)，该天线阵列可以不移动天线而被电子引导(steer)以指向不同方向。在相位天线阵列中，当前来自发送器的无线频率，被送入到独立的天线中，该多个独立天线具有正确(correct)相位关系，所以，来自分离天线的无线电波叠加在一起，增加了期望方向的辐射。在相位天线阵列中，透过被处理器控制的相移器(phase shifter)，来自发送器的功率送入到天线中，该处理器可以电子地改变相位，因此引导无线电波的波束到不同方向。

相位阵列天线可以形成窄(narrowly)聚焦波束。在最流行配置中，N个天线元素形成一个一致(uniform)线性阵列，具有一半(half)波长间隔(wavelength spacing)。从一个元素到另一个的常数(constant)相移，决定了波束指向的方向。波束宽度以及波束增益，为阵列配置的函数，包含：天线元素的数量N，相邻元素的间隔，以及无线信号的载波频率。一旦固定了配置，就决定了常数相移引导系数所形成的波束宽度。例如，波束宽度＝103°/N。有时，期望以一个方式设定参数，这样，波束宽度比这个传统配置产生的较宽，例如，拓宽(broaden)波束的覆盖范围区域。在发送以及接收波束赋型中存在相同问题。

解决这个问题的简单方式为只使用一个子集合的天线元素。使用天线元素的第一半，可能典型的形成二倍波束宽度的波束场型。但是，使用子集合天线元素可能降低发送功率。如果每一天线元素具有功率放大器，关闭天线元素意味着全部发送功率的降低。稍微复杂的方法为不只改变送入到天线元素的信号相位，也改变其幅度。跨天线元素的幅度有时候来自加窗函数(windowing function)，例如汉明窗(hamming window)。在送入到天线的信号幅度上应用加窗，需要每一个天线元素具有一个功率放大器。幅度加窗实质上降低了阵列的发送/接收功率，以及不是高效的。

寻求解法。

发明内容

在波束赋型蜂窝系统中，提出引导波束方向以及使用相位天线阵列形成方向性波束的波束宽度的方法。相位天线阵列的N个天线元素上应用一组组合波束参数，以引导波束方向，以及形成波束宽度到期望宽度。特别地，除了原始常数相移数值，应用额外相位调制以扩展波束到期望宽度。原始相移数值被称作为波束引导系数，其为用于引导方向性波束的方向。额外相位调制被称作为波束扩展系数，其被用于形成方向波束的宽度。相位天线阵列上应用有组合波束系数，只包含有相移，不需要幅度调制，以及因此增加了波束赋型增益以及效率。

在一个实施例中，在波束赋型蜂窝网络中，无线装置在方向性波束上使用相位天线阵列而发送无线信号，该相位天线阵列具有N个天线元素。相邻天线元素具有距离d，以及N为正整数。该无线装置应用多个相移数值到多个天线元素上，每一天线元素应用一组合波束系数的相移数值。每一组合波束系数包含波束引导系数，加上波束扩展系数。无线装置，透过使用处理器控制组合波束系数，引导方向性波束的方向，以及形成一个方向波束的波束宽度。该波束引导系数用于引导该方向性波束的方向，而该波束扩展系数用于形成该方向性波束的波束宽度。

下面详细描述本发明的其他实施例以及有益效果。发明内容不用于限定本发明。本发明保护范围以权利要求为准。

附图说明

附图中相同数字表示相似组件，用于说明本发明的实施例。

图1为根据一新颖方面，在波束赋型蜂窝移动通信网路中，具有相位天线阵列的无线装置的示意图，该相位天线阵列用于发送或者接收具有较宽波束宽度的方向性波束。