[发明专利]用于波束成形天线和相关基站天线的校准电路

说明书

本公开涉及用于波束成形天线和相关基站天线的校准电路。基站天线包括背板和从背板向前延伸的多个辐射元件。天线还包括多个馈电板，并且馈电板中的每个馈电板具有安装在上面的一个或多个辐射元件的相应组。天线还包括校准端口和校准电路，校准电路具有校准组合器和多个定向耦合器，校准组合器具有耦合到校准端口的输出端，多个定向耦合器耦合到校准组合器。第一定向耦合器中的第一定向耦合器的至少第一部分在馈电板中的第一馈电板上实现。

技术领域

本发明涉及蜂窝通信系统，并且更特别地涉及采用波束成形天线的蜂窝通信系统。

背景技术

蜂窝通信系统用于向固定和移动订户(这里的“用户”)提供无线通信。在典型的蜂窝通信系统中，将地理区域划分为被称为“小区(cell)”的一系列地区，并且每个小区由基站服务。每个基站可以包括被配置为提供与小区内的用户的双向射频(“RF”)通信的基带装置、无线电装置和基站天线。基站天线通常安装在塔架或其它突出结构上。

基站天线是可以在特定方向上使发送或接收的RF能量集中的定向设备。基站天线在给定方向上的“增益”是天线在该方向上集中RF能量的能力的量度。由基站天线生成的辐射图案(也被称为“天线波束”)是天线在所有不同方向上的增益的汇集。基站天线的辐射图案通常被设计成服务预定义的覆盖区域，诸如小区或小区的一部分(通常被称为“扇区(sector)”)。基站天线通常被设计成在其预定义的覆盖区域中具有最小增益水平，并且在覆盖区域之外具有低得多的增益水平以减少对相邻小区或扇区的干扰。典型地，基站天线包括辐射元件的一个或多个相位控制阵列，当天线被安装使用时，辐射元件被布置在一个或多个垂直列中，其中“垂直”是指一般相对于由水平面定义的平面垂直的方向。

图1是常规蜂窝基站10的示意图。基站10包括安装在诸如天线塔架之类的突起结构30上的几个基站天线20。基带装置40可以安装在塔架30的基座处，并且线缆连接件42可以将基带装置40连接到安装在每个基站天线20后面的远程无线电头(图1中不可见)。每个基站天线20可以生成天线波束50(在图1中示意性地示出)，天线波束50在水平或“方位(azimuth)”平面中向120°“扇区”提供服务。例如，每个基站天线20可以被设计成具有大约65°的半功率波束宽度，这在整个120°扇区中提供良好的覆盖。

早期的基站天线典型地具有固定的辐射图案，这意味着一旦基站天线被安装，除非技术人员物理上重新配置天线，否则基站天线的辐射图案不能被改变。当今，许多基站天线上的辐射图案可以通过向天线发送控制信号从远程位置电子地改变，其中控制信号更改了改变辐射图案的形状的通过阵列的每个辐射元件发送/接收的RF能量的振幅和/或相位。辐射图案最常见的变化是仰角(elevation)或“下倾”角(即，相对于天线波束的具有最高增益的部分指向的水平面的角度)和/或方位角(在天线波束的具有最高增益的部分指向的水平平面中的角度)的变化。可以使其下倾角和/或方位角从远程位置电子地改变的基站天线通常被称为远程电子倾斜(“RET”)天线。

为了增加容量，一些蜂窝基站现在采用波束成形无线电装置和多列波束成形天线。在一些波束成形天线中，每列辐射元件被耦合到无线电装置的相应RF端口。无线电装置可以调整被传递到每个RF端口的RF信号的子分量的振幅和相位，使得辐射元件的列一起工作以形成在方位和/或仰角平面中具有更窄波束宽度的更聚集、更高增益的天线波束。在一些情况下，这些波束成形天线可以用于形成两个或更多个静态天线波束，其中每个天线波束在方位平面中具有较小的波束宽度。这种方法可以用于执行所谓的“扇区分割”，其中120°扇区可以被分成两个、三个或者甚至更多个较小的子扇区，并且波束成形天线可以被配置为对于每个子扇区生成单独的天线波束。还可以使用能够形成有时被称为“笔形(pencil)波束”的窄天线波束的波束成形天线，这些窄天线波束可以指向特定用户或密集聚集的用户群。这些天线可以在逐个时隙的基础上生成不同的笔形波束，使得非常高增益的天线波束可以在不同的时隙期间在整个扇区上进行电子转向，以便为整个扇区的用户提供覆盖。