[发明专利]天线阵列校准

说明书

技术领域

本发明涉及天线阵列，更具体地，涉及一种用于校准天线阵列的方法。

背景技术

天线阵列包括多个单元(element)，这里每个单元包括天线及相关联的收 发器。以某种方式布置天线并且驱动收发器，以便可以电控制(steer)从该 阵列发出的辐射(radiation)。这通常被称为射束形成(beamforming)。

采用天线阵列的困难在于：为了避免射束形成误差，每个单独的天线需 要在正确的射频(RF)幅度和相位处激励(stimulation)。这要求收发器和天 线单元之间的电路径是等效的。

天线阵列校准是这样的处理，通过该处理，建立了天线单元在正确幅度 和相位处的操作。为了便利，我们将天线阵列校准方案分类为辐射系统(其 中，由在自由空间中辐射的RF信号实现校准)或有线系统。

典型地，有线校准方案使用内部生成的校准信号，该校准信号被传送到 内部的收发器。图1图示了有线校准方案的基本原理。发射器校准系统10假 设在单个已知的精确频率上操作，并包括第一收发器12、第二收发器14、以 及基准收发器16。来自第一收发器12的输出功率被耦合到基准收发器16， 其执行并记录幅度及相位测量。来自第二收发器14的输出功率被耦合到基准 收发器16，其执行幅度及相位测量。在第二收发器14的输入和基准收发器 16之间提供反馈路径18，通过该路径，修改第二收发器14的幅度和相位， 直到所述测量与所记录的第一收发器12的测量相同为止。

因此，如果在第一收发器12和基准收发器16之间的校准路径Cal Err 1、 与在第二收发器14和基准收发器16之间的校准路径Cal Err 2相等，即Cal Err 1-Cal Err 2＝0，则可以获得精确的幅度和相位控制。

US6339339公开了一种与图1的方案相类似的方案。采用公用的基准收 发器来测量天线阵列的分布式天线单元收发器的幅度和相位，并应用校正系 数，以便校准天线阵列的发射。

与有线校准方案相关联的缺点在于：对于大的天线阵列而言，由于需要 将该阵列的所有单元连接回基准收发器，使用有线校准方案是不切实际的。 因此，对于大阵列而言，常常实施手动的或辐射的校准技术。

辐射的校准方案包括向自由空间中发出(emission)RF能量以确保精确 的单元幅度和定相(phasing)。

US5657023公开了一种辐射的校准方案，其中，采用阵列单元之间的互 耦来得到误差信号。这包括收发器的交叉格(interleaved lattice)，其一旦被定 相就形成可操作的天线。

虽然在例如雷达系统的单工系统中是实用的，这样的方案在全双工通信 系统中却具有要求复杂的收发器硬件的缺点。

发明内容

本发明的目的在于减少与现有技术相关联的缺点。

本发明提供一种如权利要求1所要求的天线阵列。

本发明具有的优点是：通过采用低成本、硬连线的(hard-wired)且容易 复制(easily replicated)的基准收发器，来避免现有技术的复杂度。

此外，多基准校准的组合和有线校准的采用导致增加的频谱效率。

因此，本发明使得能够产生在例如移动电话基站等中使用的、在频谱上 有效的且可扩展的天线阵列。

附图说明

现在将参考附图，通过举例来描述本发明的实施例，在附图中：

图1图示了根据现有技术的有线校准系统；

图2示意性地图示了根据本发明实施例的、包括相互连接的3个阵列单 元的天线阵列的一部分；

图3示出了通过包括图2的单元的阵列的一个示例校准路径；

图4示出了根据本发明的阵列单元的布置，其指示路径不平衡的影响的 减轻；

图5a更详细地示出了根据本发明的阵列的频率校准部分；

图5b更详细地示出了图5a的阵列的校准处理器部分；

图6示出了用于在本发明优选实施例中使用的六端口EM耦合器单元；

图7示出了包括根据本发明的多个天线阵列的塔顶(tower top)；

图8示出了天线阵列的一部分的电路布局，在该部分中，复制了图6的 EM耦合器元件。

具体实施方式