[发明专利]具有切换的仰角波束宽度的相控阵天线及相关方法

说明书

一种相控阵天线，包括第一收发器、以第一线性阵列布置的多个第一辐射元件、电插入在第一辐射元件和第一收发器之间的第一馈电网络以及沿着第一馈电网络耦合的第一开关，其中第一开关的状态是可选择的，以调节电连接到第一收发器的第一辐射元件的数量。

相关申请交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求于2017年5月15日提交的序列号为62/506,100的美国临时专利申请和于2017年6月21日提交的序列号为62/522,859的美国临时专利申请的优先权，这些申请中的每个的全部内容通过引用结合于此，如同在此充分阐述的一样。

背景技术

本发明一般涉及无线电通信，更具体地说，涉及用于无线通信系统的相控阵天线。

蜂窝通信系统在本领域是众所周知的。在蜂窝通信系统中，地理区域被划分成一系列被称为“小区”的区域，这些区域由相应的基站服务。基站可以包括一个或多个基站天线，其被配置为提供与基站所服务的小区内的移动订户(本文也称为“用户”)的双向射频(“RF”)通信。传统上，基站通常被划分为“扇区”，每个扇区都由一个或多个基站天线提供服务，该一个或多个基站天线生成大小被确定为在整个扇区提供服务的辐射图或“天线波束”。每个基站天线通常都包括一列或多列垂直设置的辐射元件，其中每列辐射元件形成相应的天线波束。每个辐射元件可以被设计成在方位角平面(即，当安装基站天线以供使用时，平行于由地平线定义的平面的平面)中具有期望的半功率波束宽度，使得由该列辐射元件生成的天线波束将覆盖整个扇区。通常提供一列辐射元件，以便缩小仰角平面中天线波束的波束宽度，从而增大整个扇区的天线增益，并减少对相邻小区的干扰。

对于许多第五代(5G)蜂窝通信系统，正在考虑全二维波束控制。这些5G蜂窝通信系统是时分复用系统，其中不同的用户或用户组可以在不同的时隙期间被服务。例如，每10毫秒周期(或某种其它小的时间段)可以表示一个“帧”，该“帧”被进一步划分成几十个或数百个单个时隙。每个用户可以被指派一个或多个时隙，并且基站可以被配置为在每个帧的用户的单个时隙期间与不同用户进行通信。利用全二维波束控制，基站天线可以逐个时隙地生成小的、高度聚焦的天线波束。这些高度聚焦的天线波束通常被称为“笔形波束”，基站天线调整或“控制”笔形波束，使得它在每个相应的时隙指向不同用户。笔形波束可以具有非常高的增益并减少对相邻小区的干扰，因此它们可以提供显著增强的性能。

为了生成在方位角平面和仰角平面两者都变窄的笔形波束，通常有必要提供具有二维阵列的基站天线，该二维阵列包括具有全相位分布控制的多行和多列辐射元件。基站天线可以是有源天线，有源天线对于平面阵列中的每个辐射元件(或者在某些情况下对于辐射元件的单个子组)具有分开的收发器(无线电)，以提供全相位分布控制(即收发器可以以协调的方式在任何给定时隙期间发射相同的RF信号，由不同收发器输出的RF信号的子分量的振幅和/或相位被操纵以生成定向笔形波束辐射模式)。虽然这种技术可以提供非常高的吞吐量，但是平面阵列天线和大量单个收发器的提供可能会给基站增加相当大的成本和复杂性。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了操作包括至少第一列辐射元件的相控阵天线的方法。根据这些方法，可以通过第一列辐射元件中的所有辐射元件向第一用户发送第一RF信号。可以通过第一列辐射元件中的辐射元件的第一子集向第二用户发送第二RF信号，第一子集包括少于第一列辐射元件中的所有辐射元件的辐射元件。第一用户可以在距相控阵天线第一距离处，第二用户可以在距相控阵天线小于第一距离的第二距离处。