CN103650245B - 有源天线子阵列结构 - Google Patents

Abstract

提供了包括多个子阵列的天线和用于在收发器失效之后恢复性能的方法和结构。每个子阵列可以包括功率驱动器/合成器网络，联接到功率分配器/合成器网络的第一端口的第一辐射元件，联接到功率分配器/合成器网络的第二端口的第二辐射元件，和联接到功率分配器/合成器网络的第三端口的收发器。可调节电源可以联接到每个收发器。可调节电源具有：电流监控器，用来检测收发器的至少一个失效状态；和用来将绝对功率增加到非失效状态中的收发器的功率补偿模式。可调节电源提供正常操作中的第一电压和功率补偿模式中的高于第一电压的第二电压。

Description

有源天线子阵列结构

相关申请的交叉参考

本发明要求2011年6月30日提交的名称为“ActiveAntennaRadiatingElementTransceiverSharing”的美国临时专利申请No.61/503,465的优先权，以及2011年9月16日提交的名称为“ActiveAntennaSystemsHavingsub-ArraysandRelatedMethods”的美国临时专利申请No.61/535,701的优先权。

技术领域

本发明涉及天线阵列。具体地，本发明涉及将辐射元件组合到子阵列内和这种子阵列的操作。

背景技术

有源天线的射频（RF）前端典型地包括天线辐射元件的一个或更多个阵列。在典型的有源天线物理结构中，设有一一对应的辐射元件和收发器，从而单个收发器将联接到单个天线辐射元件。有源天线的示例包括名称为“PANELANTENNAHAVINGSEALEDRADIOENCLOSURE”的U.S.专利公开No.2011/0032158，该示例的公开通过参考结合在此。

传统有源天线的一个示例在图1中示出。在该示例中，辐射元件的阵列是横向极化的。十个+45度极化的辐射元件12的阵列和十个-45度极化的辐射元件的阵列被示出。在该传统结构中，收发器与每个辐射元件相结合。相位（用于RF信号的前进或延迟角度）对于每个辐射元件可以被单独地构造。在该示例中，在典型的有源天线结构中将具有二十个收发器16。

这种有源天线***经常安装在塔的顶部。因为攀爬塔来维修或替换失效的设备是非常昂贵和/或危险的，因而期望的是提供可以承受例如给单个天线元件或子阵列供电的收发器之一损坏的有源天线***。

某些天线束特征可以通过调节相位角和供给到每个天线辐射元件的功率电平来控制。例如，使阵列顶部处的辐射元件的相位角前进，同时使阵列底部处的相位角延迟，可以使波束方向图向下转向。调节相对功率分布（例如在顶部和底部成锥形）还可以提供所期望的波束成形并减小旁瓣形成。收发器被控制成提供所期望的相位和功率关系。

已知有源天线的缺点是在收发器和辐射元件之间的一对一关系导致具有高功率消耗的昂贵天线。另外的缺点是单个收发器的失效可以引起阵列整体在不符合规定的情况下操作，即使是在接受收发器和辐射元件正常操作下。因此，本发明的一个目的是提供操作的结构和方法，该结构和方法在收发器损坏的情况下减小成本、提供更有效的操作和可恢复性能。

发明内容

提供包括多个子阵列的天线和用于在收发器失效之后恢复性能的方法和结构。每个子阵列可以包括功率分配器/合并器网络、联接到功率分配器/合并器网络的第一端口的第一辐射元件、联接到功率分配器/合并器网络的第二端口的第二辐射元件，以及联接到功率分配器/合并器网络的第三端口的收发器。多个子阵列的第一子阵列可以位于天线的第一端部处，多个子阵列的第二子阵列可以位于天线的第二端部处。天线可以包括位于第一子阵列和第二子阵列之间的附加子阵列，可以包括位于第一子阵列和第二子阵列之间的单一辐射元件，或者可以包括单一辐射元件和附加子阵列的组合。

子阵列可以包括两个、三个或更多个辐射元件。相位差可以应用于子阵列内。

天线还可以进一步包括联接到每个收发器的可调节电源，可调节电源具有用来检测收发器的至少一个失效状态的电流监测器；和用来给处于非失效状态中的收发器增加绝对功率的功率补偿模式。可调节电源提供正常操作中的第一电压和在功率补偿模式中的高于第一电压的第二电压。

在另一个示例中，天线可以包括具有多个端口的合成网络，联接到合成网络的第一端口的第一收发器，联接到合成网络的第二端口的第二收发器，联接到合成网络的第三端口的第一辐射元件，和联接到合成网络的第四端口的第二辐射元件。辐射元件可以包括辐射元件的子阵列。

还提供控制天线的辐射方向图的方法。在该示例中，天线包括由第一多个收发器驱动的辐射元件的阵列。所述方法包括以下步骤：a.检测多个收发器之一失效的步骤，b.调节第二多个收发器的相位系数，第二多个收发器包括第一多个收发器的子组，和c.增加由第二多个收发器提供的绝对功率电平。所述方法可以进一步包括调节第二多个收发器的相对功率电平的步骤。

检测第一多个收发器之一失效的步骤可以包括检测短路状态和断路状态之一的电源。增加由第二多个收发器提供的绝对功率电平的步骤可以进一步包括a.对第二多个收发器的每个收发器的RF级增加功率电平输入，和b.增加供给到第二多个收发器的每个收发器的功率放大器的电压。第二多个收发器可以包括除了检测到处于失效状态的收发器以外的所有第一多个收发器。

辐射元件的阵列可以包括由共用收发器驱动的至少一个子阵列。可替换地，所有第一多个收发器可以与辐射元件的子阵列相结合。

附图说明

图1示出了传统的有源天线阵列结构。

图2示出了具有根据本发明的第一示例的子阵列的有源天线。

图3示出了具有根据本发明的第二示例的子阵列的有源天线。

图4a-4d示出了可以与本发明结合使用的子阵列的各个实施例。

图5示出了用于实现根据本发明的子阵列的可替换结构。

图6示出了用于实现根据本发明一个方面的子阵列的另一个可替换结构。

图7示出了具有根据本发明另一个示例的子阵列的天线。

图8是可以与根据本发明的子阵列结合使用的有源射频的放大级的示意性图。

图9是可以与图8的放大级使用的电源的方块图。

图10是根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

图11是当收发器之一的放大级处于失效状态时根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

图12是当收发器之一的放大级处于失效状态和施加相位优化来从失效状态恢复时的根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

图13是当收发器之一的放大级处于失效状态和施加相位优化和相对功率调节来从失效状态恢复时的根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

图14是当构造有五度的下倾角的根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

图15是当构造有五度的下倾角和当收发器之一的放大级处于失效状态时的根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

图16是当构造有五度的下倾角和当收发器之一的放大级处于失效状态并且施加相位优化来从失效恢复时的根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

图17是当构造有五度的下倾角和当收发器之一的放大级处于失效状态并且施加相位优化和相对功率调节来从失效恢复时的根据图7的天线的示例的竖向辐射方向图。

具体实施方式

参考图2，本发明的一个方面包括使单个收发器模块被多个天线辐射元件共享。一组多个辐射元件还可以称作辐射元件的子阵列。在一个示例中，单一收发器可以连接到天线辐射元件的子阵列。参考图4a-4d，子阵列典型地由2或3个天线辐射元件构成，但也可以由4个或更多个天线辐射元件构成。

在一个示例（图2中示出）中，+45度辐射元件12a的子阵列可以位于有源天线的端部处。如所示的，子阵列可以包括两个辐射元件。每个子阵列可以通过功率分配网络18联接到收发器16。在这个示例中，还将设有-45度辐射元件14a的子阵列，这些子阵列可以位于有源天线的端部处，每个子阵列通过功率分配网络18联接到收发器。天线中部处的辐射元件可以联接到各收发器16。

这个示例在其中处于天线端部处的辐射元件比处于天线中部处的辐射元件传输更少功率的构造中可以是有利的。在这个示例中，在天线端部处联接到辐射元件的收发器将在小于它们的全额定功率下操作。尽管共享收发器16可以比不共享收发器驱动更多的辐射元件，但是由于天线端部处的辐射元件的定位，在联接到子阵列的收发器上的功率总需求可以与联接到各辐射元件的收发器上的功率需求相当。在这个示例中，收发器16的总数由二十个收发器减小到十六个收发器16。

在可替换实施例中，天线上的子阵列不需要具有相同数量的辐射元件。例如，天线可以具有带两个辐射元件、三个辐射元件或更多个辐射元件或者其任何组合的子阵列。附加地，如在上面示例中描述的，天线可以包含联接到子阵列的收发器和联接到单个辐射元件的收发器的组合。

联接到子阵列的收发器可以通过功率分配网络18连接到子阵列。功率分配网络18可以设计成提供任意的功率分流，使得各个辐射元件接收不同的功率电平。换句话说，功率可以在元件之间均匀地分流，或者功率可以采用某些可变比率分流。收发器由发射机和接收机构成。因此，功率分配网络18也可以被认为是功率合成网络。

功率分配网络18还可以在子阵列的辐射元件之间施加相位差，以便对子阵列方向图提供预倾角。在一个示例中，子阵列可以在用于整个天线的0度到10度倾角范围内被偏压5度的预倾角。这将帮助改善倾角范围边缘处的旁瓣。

参考图3，可替换地，+45度辐射元件12a的五个子阵列可以替换十个单独的+45度辐射元件。每个子阵列可以通过功率分配网络18联接到收发器16。在这个示例中，还设置有五个-45度辐射元件的子阵列，每个子阵列通过功率分配器/合并器联接到收发器16。在这个示例中，收发器16的总数量从二十个收发器减小到十个收发器。

本发明不限于具有十个双极辐射元件的阵列，并且可以适合于具有更多或更少辐射元件的辐射元件阵列，或者具有不同极化的元件的辐射元件阵列。另外，参考图4a-4d，子阵列不限于两个辐射元件，而是可以包括三个、四个或更多个辐射元件。例如，图4a示出了在辐射元件和收发器16之间的传统1：1关系。图4b示出了在两个辐射元件之间经由功率分配网络共享的收发器。图4c示出了在三个辐射元件之间经由功率分配网络18共享的收发器16。图4d示出了在N个辐射元件之间经由功率分配网络共享的收发器16的总体示例。预期的是具有不同数量的辐射元件的子阵列可以在同一天线上进行组合。

由本发明上面示例提供的收发器数量的减小意味着相当大的成本节省和可靠性的改善。

在图5所示的本发明的另一个方面，第一收发器16可以利用混合合成网络22联接到第一辐射元件12和第二辐射元件12。另外，第二收发器16可以利用同一混合合成网络22联接到第一辐射元件12和第二辐射元件12。联接可以利用巴特勒矩阵获得。这个示例可以用来提供用于放大器的冗余。在有源天线中，这个示例的冗余确保了即使在收发器16失效时，所有的辐射元件也会继续操作。藉此，天线阵列的方向性被保持，并且等效全向辐射功率（“EIRP”）的损失最小化。

参考图6，本发明的这个方面可以用来与子阵列结合使用，如前面描述的。例如，第一收发器16可以利用混合合成网络22联接到第一子阵列12a和第二子阵列12a。另外，第二收发器16可以利用同一混合合成网络22联接到第一子阵列12a和第二子阵列12a。联接可以发生在功率分配器/合并器网络之前，或者可以是功率分配器/合并器网络的一部分。当使用子阵列时，这个示例可以用来提供用于放大器的冗余。

在本发明的另一个方面，联接到子阵列的收发器可以在使用中重新构造，来解决本领域中的收发器失效问题。在这个示例中，天线可以在一个或更多个阵列中包括多个辐射元件和用于每个辐射元件的收发器。在辐射元件的相位之间的关系中的调节可以使光束向下或向上转向。

如果一个收发器失效，相位关系会被不利地影响。在本发明的一个方面，收发器可以被调节来补偿失效的收发器的损失。在这个示例中，“自治愈”通过调节它们的相位（并且可选地调节它们的幅度），以便合成用来适应收发器的损失的新的仰角方向图而实现。

图7示出了包括总共十四个天线元件的相控阵列天线***的一个示例。这些天线元件被再分割成六个子阵列41-46。子阵列41和46包括三个天线元件，子阵列42-45包括两个天线元件。在一个示例中，十四个天线元件可以以85mm均匀地间隔开。如本领域技术人员所知，相控阵列天线***的增益方向图可以通过修改阵列中元件之间的相位关系而得以控制。方向图也可以通过改变提供至阵列中的每个元件的信号的相对功率电平而改变。

图8示出了根据本发明的一个示例的放大级80。在这个示例中，在正常操作中，从RF输入到RF输出获得49dB的总增益。在正常操作中，RF输入可以具有-12dBm的信号值。RF信号通过滤波器81、放大器82和滤波器83。在点A处，信号值将典型地为-5.1dBm。RF信号然后通过驱动器IC84。在正常操作中，4.2VDC被供给到驱动器IC84。在点B处，在通过驱动器IC84之后，典型的信号值可以为24.9dBm。信号在混合器85中被分流，在放大器86中被放大。功率通过DC_P和DC_C提供至放大器86。如下面解释的，DC_P和DC_C在正常操作下可以为26VDC。信号在混合器87中重新结合。在点C处，典型信号值可以为38.9dBm。信号通过隔离器88和TX滤波器89。在输出处，RF输出的典型信号值可以为36.7dBm（大约4.7w）。

图9示出了将功率供给到图8的放大级80的DC功率电路90的一个示例。DC功率电路90包括微控制器91、数字-模拟转换器92、电压给定值电路93和DC到DC电压转换器94。从DC到DC电压转换器的路径由VDC监控电路97和模拟-数字转换器98提供。在正常操作中，DC到DC电压电路可以接收48VDC，并且DC到DC电压电路94的输出（DC输出）可以构造为26VDC。DC输出提供至电流监控电路95a和电流监控电路95b。电流监控电路95a的输出、DC_P提供至放大器86的一侧。电流监控电路95b的输出DC_C提供至放大器86的另一侧。在正常操作中，DC_P和DC_C为26VDC，与DC输出相同。DC输出也提供至DC输出至4.24降压调节器96，该4.24降压调节器96将4.2VDC提供至电流监测电路95c。电流监测电路95c的输出提供至驱动器IC84。

电流监测电路95a、95b包括高电流报警器和低电流报警器。因此，电流监测电路95a、95b可以检测放大器86的断路失效状态和短路失效状态。

至于本发明的其他示例，如果对特定子阵列供电的收发器损坏（即，如果用于收发器的功率放大器失效），则由其他收发器输出的信号的相位和/或功率电平可以被调节以便尝试即便在一个子阵列损坏之后还可提供可接受的天线方向图。下面是正常操作状态（失效状态）下的多个子阵列天线的一个示例以及恢复状态的示例。

用于图7示例的正常操作状态的一个示例是使第一收发器以0.58的相对振幅对第一子阵列41的元件供电。第二子阵列42的元件可以通过第二收发器以0.71的相对振幅供电。第三子阵列43的元件可以通过第三收发器以0.71的相对振幅供电。第四子阵列44的元件可以通过第四收发器以0.71的相对振幅供电。第五子阵列45的元件可以通过第五收发器以0.71的相对振幅供电。第六子阵列46的元件可以通过第六收发器以0.58的相对振幅供电。

辐射元件的每个可以具有不同相位特征。在上述示例中，子阵列41的三个辐射元件可以具有38、1和-32的相位系数。子阵列42的两个辐射元件可以具有12和-21的相位系数。子阵列43的两个辐射元件可以具有14和-19的相位系数。子阵列44的两个辐射元件可以具有22和-11的相位系数。子阵列45的两个辐射元件可以具有25和-8的相位系数。子阵列46的三个辐射元件可以具有35、2和-31的相位系数。在此给定和在本书面说明的其他地方给定的相位系数相对于图7的构造被给出，从而提供从最左至最右的各个辐射元件。这些相位系数提供了零度的电气倾角。

考虑图7的天线阵列和上面阐述的相对功率电平和相位系数，图10的辐射方向图106示出了天线的模拟辐射方向图。在这个示例中，子阵列41-46对于七度的下倾角构造有固定的预定相。然而，如上所述，相位系数被选择成使得子阵列不提供附加的下倾角（例如，零度的下倾角）。因此，模拟方向图在零度具有峰值。而且，旁瓣抑制对于所有的正角度来说大于15dB（因为向下成角度的旁瓣被引导到地面内，因而向下成角度的旁瓣抑制不是重要的）。

优选地，上面描述的天线提供了66.5dBmEIRP。为了获得这个规格，在辐射元件处所需的功率在正常状态下为4.7w/元件。考虑到图7和8所示的电路，提供14dB的增益的每个功率放大器在大约7.7w下操作。

图11示出了如果用于第四个子阵列44的功率放大器失效时情况是如何变化的。如图10所示，这个构造包括七度下倾角的固定预定相和零度的相控电气下倾角。然而，当供给至子阵列44的信号的相对功率设置为零以使模拟收发器失效时，天线元件8和9变为不工作的并且子阵列44的损坏导致106a的模拟天线方向图的变化。收发器的损坏可以通过监测提供至放大器86的电流的电流监测器95a、95b进行检测。图11中的辐射方向图106a示出了在零度之上大约七度处的旁瓣超过-15dB，这是不期望的天线操作。

为了补偿这个失效，天线阵列的剩余有源元件可以根据他们的相位和功率输入而调节。在图12中示出的特定示例中，辐射方向图106b中的方向图由于两种调节而被改善，即绝对功率的增加和相位角调节增加。

关于相位角，用于辐射元件的相位可以按照下面进行调节。子阵列41的三个辐射元件可以具有35、2和-31的相位系数。子阵列42的两个辐射元件可以具有-2和-35的相位系数。子阵列43的两个辐射元件可以具有-2和-35的相位系数。子阵列44（失效的子阵列）的两个辐射元件可以具有任意的相位系数。子阵列45的两个辐射元件可以具有25和-8的相位系数。子阵列46的三个辐射元件可以具有27、-6和-39的相位系数。

收发器失效的另一个结果是EIRP的损坏。考虑到上述情况（一个收发器失效），已经被重新优化用于方向性的天线需要辐射元件在大约7.2w/元件下驱动，从而保持处于服务状态。这就要求功率的绝对调节。

参考图8，RF输入可以从-12dBm增加到-10.2dBm。这也使点A处的功率电平增加至-3.3dBm，使点B处的功率电平增加至26.7dBm。为了允许放大器在点B处以增加的功率继续提供14dB增益，供给至放大器86、DC_P和DC_C的电压从26VDC增加至28VDC。这通过调节微控制器91和电压给定值电路93，使得DC至DC电压转换器输出28伏的DC输出电压而实现。点C处的功率电平为40.3dBm，用于RFOut的功率电平为38.6dBm。这代表7.2w的功率输出。在这个示例中，需要放大器86中大约1.9dB的净空来将EIRP重新建立至所需值。

在这个示例中，相对功率电平不进行调节。第一子阵列41的元件继续具有0.58的相对幅度。第二子阵列42的元件可以通过第二收发器以0.71的相对振幅供电。第三子阵列43的元件可以通过第三收发器以0.71的相对振幅供电。第四子阵列44具有失效的收发器，从而它的相对振幅为零。第五子阵列45的元件可以通过第五收发器以0.71的相对振幅供电。第六子阵列46的元件可以通过第六收发器以0.58的相对振幅供电。

绝对功率调节和相位角调节的结果在辐射方向图106b（图12）中示出。对于相对于主天线束的所有正角来说，旁瓣抑制超过-15dBm，并且可接受的性能被恢复。

在进一步示例中，可以进行绝对功率调节（如上所述）和相对功率调节。第一子阵列41的元件可以通过第一收发器以0.35的相对振幅供电。第二子阵列42的元件可以通过第二收发器以0.41的相对振幅供电。第三子阵列43的元件可以通过第三收发器以0.52的相对振幅供电。第四子阵列44具有失效的收发器，从而它的相对振幅为零。第五子阵列45的元件可以通过第五收发器以0.40的相对振幅供电。第六子阵列46的元件可以通过第六收发器以0.32的相对振幅供电。

关于相位角，当调节绝对功率电平和相对功率电平时，用于辐射元件的相位可以按照如下调节。子阵列41的三个辐射元件可以具有2、-31和-64的相位系数。子阵列42的两个辐射元件可以具有-26和-60的相位系数。子阵列43的两个辐射元件可以具有-29和-62的相位系数。子阵列44（失效的子阵列）的两个辐射元件可以具有任意的相位系数。子阵列45的两个辐射元件可以具有-4和-37的相位系数。子阵列46的三个辐射元件可以具有-3、-36和-69的相位系数。

结果为如图13所示的方向图作为辐射方向图106c。这导致改善的天线方向图，并且可接受的性能被恢复。

本发明不限于上述示例。本发明可应用于不同量的固定预定相位倾角和可调节相位下倾角。例如，当天线被构造用于不同量的下倾角时，可以进行相位和功率调节来恢复具有失效收发器的天线的15dBSLL性能。

在涉及附加下倾角的一个示例中，用于辐射元件的相位系数被调节来提供大约五度的电下倾角。在这个示例中，子阵列41的三个辐射元件可以具有大约108、75和42的相位系数。子阵列42的两个辐射元件可以具有19和-13的相位系数。子阵列43的两个辐射元件可以具有大约-24和-56的相位系数。子阵列44的两个辐射元件可以具有大约-61和-94的相位系数。子阵列45的两个辐射元件可以具有大约-105和-138的相位系数。子阵列46的三个辐射元件可以具有大约-160、-194和-227的相位系数。

在用于这个示例的正常操作状态下，第一收发器以0.58的相对振幅对第一子阵列41的元件供电。第二子阵列42的元件可以通过第二收发器以0.71的相对振幅供电。第三子阵列43的元件可以通过第三收发器以0.71的相对振幅供电。第四子阵列44的元件可以通过第四收发器以0.71的相对振幅供电。第五子阵列45的元件可以通过第五收发器以0.71的相对振幅供电。第六子阵列46的元件可以通过第六收发器以0.58的相对振幅供电。

考虑到图7的天线阵列和上面阐述的相对功率电平和相位系数，图14的辐射方向图108示出天线的模拟辐射方向图。在这个示例中，子阵列41-46对于七度的下倾角构造有固定预定相位。然而，如上所述，相位系数被选择成使得子阵列提供五度的附加下倾角。因此，模拟方向图在大约-5度处具有峰值。而且，旁瓣抑制对于所有的正角来说大于15dB。

图15示出了如果用于第四个子阵列44的功率放大器失效时情况是如何变化的。如图10所示，这个构造包括固定预定相位的七度下倾角和五度的定相电气下倾角。然而，当供给至子阵列44的信号的相对功率被设置为零以模拟收发器失效时，天线元件8和9变为不工作的并且子阵列44的损坏导致108a中的模拟天线方向图的变化。尤其是，在零度之上大约三度处的旁瓣超过-15dB，这是不期望的天线操作。

为了补偿这种失效，天线阵列的剩余有源元件可以根据它们的相位和功率输入进行调节。在图16所示的特定示例中，辐射方向图108b中的改善方向图是两种调节的结果：绝对功率的增加和相位角调节。关于绝对调节，上面参考图8的描述通过引用而并入。在这个示例中，相对功率电平不被调节。

关于相位角，用于辐射元件的相位可以按照如下调节。子阵列41的三个辐射元件可以具有大约45、12和-20的相位系数。子阵列42的两个辐射元件可以具有大约-60和-93的相位系数。子阵列43的两个辐射元件可以具有大约-112和-146的相位系数。子阵列44（失效的子阵列）的两个辐射元件可以具有任意的相位系数。子阵列45的两个辐射元件可以具有大约-170和-202的相位系数。子阵列46的三个辐射元件可以具有大约-233、-266和-299的相位系数。

绝对功率调节和相位角调节的结果在辐射方向图108b（图16）中示出。旁瓣抑制被恢复，并且对于相对于主天线束的所有正角来说超过-15dBm。

在进一步示例中，可以进行绝对功率调节（如上所述）和相对功率调节。第一子阵列41的元件可以通过第一收发器以0.61的相对振幅供电。第二子阵列42的元件可以通过第二收发器以0.73的相对振幅供电。第三子阵列43的元件可以通过第三收发器以0.84的相对振幅供电。第四子阵列44具有失效的收发器，从而它的相对振幅为零。第五子阵列45的元件可以通过第五收发器以0.55的相对振幅供电。第六子阵列46的元件可以通过第六收发器以0.48的相对振幅供电。

关于相位角，当相对功率电平被调节时，用于辐射元件的相位可以按照如下调节。子阵列41的三个辐射元件可以具有大约186、153和120的相位系数。子阵列42的两个辐射元件可以具有大约89和56的相位系数。子阵列43的两个辐射元件可以具有大约34和1的相位系数。子阵列44（失效的子阵列）的两个辐射元件可以具有任意的相位系数。子阵列45的两个辐射元件可以具有大约-22和-55的相位系数。子阵列46的三个辐射元件可以具有大约-88、-121和-154的相位系数。

结果为在图17中示出作为辐射方向图108c的方向图。大于零度的旁瓣被抑制到-15dB以下，并且可接受的性能被恢复。

本发明也可以应用于不同角度的预倾角和/或电气下倾角。对于所有放大器是可操作的基本情况，目的得以实现。在上面示出的某些示例中，相位调节可以在放大器失效的情况下足以恢复可接受性能。然而，假设相位优化和相对振幅优化对SLL提供附加余量。

对于这些方向图，所有的子阵列都具有使子阵列转向七度下倾角的固定预定相。这就帮助优化更大的下倾角方向图，同时协调在零度的电气倾角处的某些性能，在零度的电气倾角处有更大余量。也可以在第三和第二元件子阵列上施加不同的预定相，并且可能地，元件间隔可以在大约标称85mm附近波动，以便减小量化瓣效应。

根据上面描述的本发明的实施例，天线***被设置成使用子阵列来减少放大器/收发器的数量，这可以降低***的成本。而且，在收发器/功率放大器失效的情况下，可以增加天线***中的其他功率放大器的输出功率来增加总输出功率和/或优化失效后的天线方向图。实际上，天线***可以通过重新优化剩余放大器的振幅和相位来自修复。与原始方向图相比，在SLL和方向性中会有一些劣变，但是总体上与具有其中不进行重新优化的失效放大器的示例相比得到更大改善。

在其他实施例中，可以使用七个相同的7*2元件子阵列，这可以稍微增加量化瓣的电平。然而，混合三组2元件子阵列可以通过破坏相位量化误差的周期性而对量化瓣给出一些稍许改善。然而，将七个子阵列减小到六个子阵列的更大驱动器可以用来降低总成本。

可能减小量化误差的其他方式可以包括在子阵列板上使用不同量的预倾角来例如不是周期性的使相位误差波动。另一个方式是给阵列间隔增加任意误差，从而在每个元件之间不是均匀的85mm。注意这些方法使得每个子阵列板是唯一的，因而增加了唯一的部件数量。在三个元件子阵列上的预倾角和间隔可以与用于两个元件供给板的预倾角和间隔不同，因为他们已经是唯一的。

本发明在此参考随附附图进行描述，在随附附图中示出本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同形式实施并且不应构成为限制在此阐述的实施例。例如，本发明不必限于在蜂窝通信电路中使用的有源天线阵列，但是也可以在涉及由多个收发器驱动的相关元件的阵列的其他天线***中使用。而且，这些实施例设置成使得对于本领域技术人员来说本公开将是全面的、完整的并且将完全表达本发明的范围。

在此使用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本发明。如在此使用的，单一形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括多个形式，除非本文在其他地方清楚地表示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当用于本说明书时，指定所述结构、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不包括一个或更多个其他结构、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或增加。

结合说明和附图在此公开了许多不同实施例。将理解的是对文字性描述和表示这些实施例的每一种组合和再组合将是过度重复和混乱的。因此，本发明的说明书，包括附图将被理解为构成在此描述的实施例的所有组合和次组合的完全书面说明，以及制造和使用它们的方式和方法，并且将支持任何这种组合或次组合的保护。

在本说明书中存在本发明的公开实施例，尽管使用了特定术语，但是这些特定术语仅仅以上位概念和描述方式使用，并且不用于限定目的。提供随附的权利要求书来确保本申请满足在所有司法机构作为优先权申请的所有必要要求并且不应理解为阐述或限定本发明的范围。

Claims (14)

1.一种天线，所述天线包括：

多个子阵列，每个子阵列包括：功率分配器/合成器网络，联接到所述功率分配器/合成器网络的第一端口的第一辐射元件，联接到所述功率分配器/合成器网络的第二端口的第二辐射元件，联接到所述功率分配器/合成器网络的第三端口的收发器，和可调节电源，所述可调节电源具有功率补偿模式，所述功率补偿模式用于通过微控制器的调节来将绝对功率增加到处于非失效状态中的收发器，

其中，所述多个子阵列的第一子阵列布置在所述天线的第一端部处，所述多个子阵列的第二子阵列布置在所述天线的第二端部处。

2.如权利要求1所述的天线，还包括联接到单个辐射元件的至少一个收发器，所述单个辐射元件位于所述第一子阵列和所述第二子阵列之间。

3.如权利要求1所述的天线，其中，所述功率分配器/合成器网络在子阵列的各辐射元件之间施加相位差，以便对子阵列方向图提供倾角。

4.如权利要求1所述的天线，其中，所述第一子阵列和所述第二子阵列的每个均包括至少三个辐射元件。

5.如权利要求1所述的天线，其中，所述天线还包括布置在所述第一子阵列和所述第二子阵列之间的多个中间子阵列。

6.如权利要求5所述的天线，其中，所述多个中间子阵列包括联接到功率分配网络的两个辐射元件和联接到所述功率分配网络的收发器。

7.如权利要求1所述的天线，所述可调节电源联接到每个收发器，所述可调节电源具有电流监控器，所述电流监控器采用低电流警报器来检测收发器的至少一个失效状态。

8.如权利要求7所述的天线，其中，所述可调节电源提供正常操作下的第一低电压和在功率补偿模式中高于所述第一低电压的第二高电压。

9.一种控制天线的辐射方向图的方法，所述天线包括由第一组多个收发器驱动的辐射元件的阵列，所述方法包括：

a.检测所述第一组多个收发器之一的失效；

b.调节第二组多个收发器的相位系数，所述第二组多个收发器包括所述第一组多个收发器的子组；和

c.增加由所述第二组多个收发器提供的绝对功率电平，

其中，所述增加由所述第二组多个收发器提供的绝对功率电平的步骤还包括：

将功率电平输入增加至所述第二组多个收发器中的每一个的RF级；和

增加供给至每个所述第二组多个收发器的功率放大器的电压。

10.如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

a.调节所述第二组多个收发器的相对功率电平。

11.如权利要求9所述的方法，其中，所述检测所述第一组多个收发器之一失效的步骤包括检测短路条件和断路条件之一的电源。

12.如权利要求9所述的方法，其中，所述辐射元件的阵列还包括由共用收发器驱动的至少一个子阵列。

13.如权利要求9所述的方法，其中，所述第一组多个收发器中的每一个与辐射元件的子阵列相关联。

14.如权利要求9所述的方法，其中，所述第二组多个收发器包括除了检测到处于失效状态下的收发器以外的所有所述第一组多个收发器。