[发明专利]一种校准有源天线的方法和有源天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种校准有源天线(active antenna)的方法，所述有源天线被设计为用于移动通信的基站收发台(base transceiver station)中。此外，本发明涉及一种被设计为用于移动通信的基站收发台中的有源天线。

背景技术

有源天线是这样的天线，其中由大量天线元件形成的一个较大的天线阵列。一些无线电收发器和这些天线元件直接相连，这些无线电收发器作用得就像与相似尺寸的天线阵列相连的单个收发器。这样布置(arrangement)的目的是获得期望的辐射图(radiation pattern)(无线电波束)、等效无方向辐射功率(EIRP)以及灵敏度。然而，只有在发射的无线电波的功率(幅度)和相位是已知并可控的情况下，这种天线阵列才能提供满意的功能。

现代天线阵列通常可以在没有单独的反馈系统的情况下精确地测量和控制功率。然而测量无线电波的相位要更加复杂。

传统的相位测量方法包括一组在天线的馈点(feed point)处的已知位置中的定向耦合器和一组电学上已知长度的RF电缆。这种方法制造成本高，并且难以生产。

为了克服这种困难，最近提出了一种探针，其测量有源天线的各收发器之间的相位延迟和幅度差。这种探针被设置在所述天线阵列的电中心位置，并测量成对地对称设置的天线元件或者子阵列的辐射相位。这种方法相对便宜，并且容易设计。

尽管所述探针既不非常复杂，也不昂贵，但毕竟是一个额外的硬件，这将导致成本和制造用工。同时也是一种额外的缺陷源。因为通常来讲如果使用一个单个相位探针，那么该探针的单个故障将会导致整个有源天线运转失灵。而适当的有源天线设计提供的大量内置冗余也非常不能令人满意。

同时，为探针限定各天线元件的电中心点时不可避免的不确定性也是测量的不确定性的另一种来源。

然而，由于前向支路(forward branch)中的实体(例如时钟、振荡器等)的精度并不足够高(由于实际的以及技术上的原因)，因而RF相位校准的装置可能被省略，所以需要一些类型的校准反馈系统。

另外可以使用任何可利用的具有未知入射方向和未知空间分布的输入来校准所述有源天线的接收器。这种信号并不是必须由所述有源天线自身产生。但是这种信号需要在空间分布上有足够的变化量来确保所需的相关器的性能。

一个非常好的例子是如卫星中的多天线型图片制作辐射计接收器。这些接收器通常与默认为热噪声的输入信号相关联。如果存在信号的空间分布，例如存在具有比周边明显更高的亮度温度的一个或多个亮点，那么这种关联(correlation)是可能的。二维相关器能够检测那些峰值的入射角度，并调整接收器相位，使得亮度温度的变化最大化并且热点达到它们的最大值。当这些条件满足时，在整个接收器阵列中的相位分布是已知的，并且可以从以下目的出发，例如波束形成(一种在传感器阵列中用于定向信号传输或接收的信号处理技术)或MIMO(多输入和多输出——为改进通信性能而在发射器和接收器上同时采用多个天线。MIMO属于智能天线技术的几种形式之一)，利用该目的所需的任何所要求公式或算法对接收器数据进一步处理。

电信基站收发台的接收器(BTS接收器)的信号也可以是热噪声。这种信号随处可得，但是在入射角度的意义上足够的空间方向并不能得到保障，即，在有源天线的可视区域内，可能没有足够的亮点。天线越大，就越容易发现这样的热点，这是由于随着尺寸和结构复杂度的增加，有源天线的角度选择性也增加。其它可能的外部信号源可以是系统本身的移动电话、在工作频带上的单独的校准源，或者在邻近站点的改进的BTS发射器。这些发射器能够在移动电话的发射器频带(TX频带)上发送测试信号。

校准了接收器只是有源天线校准问题的解决方案的一半，因为还需要校准发射器。传统上通过使用定向耦合器和一组相位校准RF电缆来进行发射器校准，它们介乎在由天线阵列附近的一个或多个相位探针的相位测量单元之间。不幸的是，这种方法需要额外的设备，这将增加技术复杂性，同时降低系统的可靠性。但是，上文中提到的探针也可以用于发射器的校准。

发明内容

据此，本发明的目的是提供一种校准有源天线的改进方法。

根据本发明，这一目的通过权利要求1所述的方法和权利要求9所述的有源天线来实现。

据此，公开了一种校准有源天线的方法，所述有源天线被设计为用于移动通信的基站收发台中。该方法包括下列步骤：

a)将所述有源天线中的至少一个接收器与校准信号相关联；