[发明专利]具有可变电倾斜的多频带天线

说明书

本发明涉及使用辐射元件在超高频范围中发射无线电电波的电信天线的领域。这些是如下的天线系统，这些天线系统被适配用于在许多电信系统中使用，并且特别是被适配用于移动无线电通信蜂窝网络中的应用。它特别涉及电倾斜能够被调节的具有宽频带和双极化的基站平板天线。

覆盖区域一般被划分为某个数目的小区，每个小区与一个基站及各自的天线相关联。移动无线电通信蜂窝网络使用阵列天线，阵列天线包括个体辐射元件(诸如偶极子)的阵列。在此，术语“平板天线”是指在给定频率范围内工作并且包括其自己的馈电系统的辐射元件的排列(alignment)。平板天线一般具有用于每个频带和每个极化的一个接入连接器。

天线主波束的垂直角度上的改变(也被称为“倾斜”)，使得有可能调节天线的覆盖区域。天线的倾斜的角度能够通过改变由形成天线的阵列的每个辐射元件发送或接收的信号的时间延迟或相位而被电调节，这被称为可调或者可变电倾斜。在平常的配置中，单个可变电倾斜或VET控制系统掌控对于整个可用频带的对于每个极化的垂直平面中的天线倾斜。如果可用的频谱必须被划分为多个窄频带，则引入双工器变得有必要。然而，如果双工器被放置在通向VET电倾斜控制系统的入口处，则天线的电倾斜不能独立地针对每个窄频带进行调节。

与控制针对每个频带的可变电倾斜(VET)的可能性有关的一个解决方案是将一个双工器连接至每个辐射元件，以及针对每个频带使用一个将被控制的可变电倾斜(VET)馈电系统。术语“双工器”是指取决于其所安装的方向而执行复用以将信号组合/分离为不同频带的无源设备。在目前的情况下，双工器表现为工作在不同频带的两个滤波器，并且它们的入口之一被共用。这样的双工器允许它所连接的辐射元件，在发射和接收两者时，同时工作在与连接至该双工器的两个馈电系统相关联的频带的两者中。存在几种技术用于构造这些重量、体积、性能和成本变化的双工器。

如果辐射元件的数目为高，则归因于这种类型的设备可能表示的体积、重量和成本，将不可能使用所谓的“高性能”双工器(例如，使用空气腔体谐振器)。因此，选取了小尺寸的双工器，诸如，使用形成在具有高介电常数(诸如陶瓷)基板上的微带线或者使用表面声波(SAW)技术的双工器。这些小尺寸双工器的性能低于使用例如空气腔体谐振器的双工器。插入损耗(IL)、回波损耗(RL)、以及频带之间的隔离将显著地影响天线的总RF性能。此外，有必要具有专属于每个频带的并且针对每个极化的将被控制的完整馈电阵列。取决于被用来执行这些功能的技术，归因于单个双工器和针对每个频带的馈电阵列的需求可能表示的体积、重量和成本，这可能是令人望而却步的。

本发明的目的是消除现有技术的缺陷，并且更特别地，是提议一种简单的单馈电系统，而使得有可能对宽带天线的整体进行馈电，并且个体地控制针对每个窄频带的该天线在垂直平面中的可变电倾斜(VET)。

本发明的主题是一种用于控制多频带天线的阵列辐射元件的垂直平面中的可变电倾斜的馈电系统，包括具有N个输入和N个输出的包括混合耦合器的巴特勒矩阵，每个输入能够接收无线电信号并且每个输出能够将该信号传输给至少一个辐射元件。至少一个巴特勒矩阵输出被连接至允许针对每个频带的独立电倾斜的模块，该模块包括：双工器的第一级，该第一级将该信号分离为不同频带；固定延迟线的第二级，该第二级对每个频带内的信号施加给定的电延迟；可变移相器的第三级，该第三级将信号的经调节的相移引入到每个频带；以及双工器的第四级，该第四级对这些不同频带内的信号进行组合，以便将它们传输给至少一个辐射元件。

根据第一方面，该模块借助于功率分配器和至少一个固定延迟线而被连接至一对辐射元件。优选地，该模块的输出被连接至功率分配器的输入，该功率分配器的输出中的一个输出被连接至第一辐射元件，并且该功率分配器的另一个输出被连接至固定延迟线，该固定延迟线被连接至第二辐射元件。

根据第二方面，该系统包括比巴特勒矩阵的输出的数目N少的数目的模块。优选地，模块的数目等于N-1。

根据第一变型，该巴特勒矩阵包括N个混合耦合器，其中N/2个混合耦合器属于第一组，并且N/2个混合耦合器属于第二组。优选地，该巴特勒矩阵包括被连接至第一组中的N/2个混合耦合器的N个输入，第一组中的每个混合耦合器包括两个输出，并且每个输出分别被连接至第二组中的不同的混合耦合器。