SE509342C2 - Förfarande för användning av lobportar i ett lobformningsnät samt ett antennarrangemang - Google Patents

Description

509 342 2 på lober utsända från en Butler-matris och att kombinera delar av angränsande lober för att tillhandahålla resulterande lober med en gradvis amplitudminskning som resulterar i en på förhand fastställd amplitud för sidolober med en maximal effektivitet.

Detta uppnås genom att först justera lobernas riktning genom en uppsättning fasta fasändrare vid Butler-matrisens elementportar.

Två och två angränsande lober kombineras sedan genom samman- koppling av portarna på Butler-matrisens lobsida. Genom denna metod uppnås 4 lober med en matris 8x8. Ingenting diskuteras emellertid om de resulterande lobernas täckning.

Ett annat dokument US-A-4 638 317 till Westinghouse, 1987, beskriver hur elementportarna på en Butler-matrismatad gruppan- tenn utvidgas att mata fler element än vad grundmatrisen normalt tillhandahåller utgångar för. Genonldenna distribuering av effekt uppnås en amplitudviktning över gruppantennens yta och nivån för sidolober reduceras något. I det aktuella sammanhanget är detta av mindre betydelse eftersom en sådan anordning är avsedd som en komponent i ett system för reduktion av sidolober. Antalet lober ändras inte. Lobernas täckning kommenteras kortfattat men orsaks- mässigt. Anordningen kommer emellertid knappast att användas som ett enda lobformande instrument.

Allmänt uppnås flerfaldiga lober från en antenn vanligen i ett lobformningsnåt, där transformationen sker mellan element och lobportar. Blass-matriser och. Butler-matriser är exempel på «sådana transformationer. Butler-matrisen är intressant eftersom den alstrar ortogonala lober, vilket resulterar i låga förluster.

Fig. 1 demonstrerar, i enlighet med teknikens ståndpunkt, en Butler-matris med de två yttre lobportarna avslutade för att hålla nere antalet mottagar/sändarkanaler.

Fig. 2 demonstrerar ett exempel på ett strålningsmönster alstrat av en sådan lobformande matris illustrerad i Fig. 1. Loberna med heldragna linjer är de som är kopplade till de fyra mottagar/- sändarkanalerna, medan de med streckade linjer är avslutade och är inte del av systemet. Som kan ses är täckningen inte accepta- 509 342 3 bel ut vid ¿60°. Den prickade linjen markerar ett exempel pà en önskad utmatning för en hexagonal täckning. Följaktligen har denna antenn dålig täckning vid stora stràlningsvinklar.

Heller kan inte traditionell lobformning vid den yttersta stâlen användas eftersom antennförstärkningen då minskar för mycket.

Alltså finns det fortfarande problem som skall lösas för att kunna presentera ett antennsystem som uppför sig väl med ett begränsat antal mottagnings/sändningskanaler för en basstation i mobilkommunikationssystem. '~ Presentation av uppfinningen I enlighet med den föreliggande uppfinningen är en lösning pá de ovan indikerade problemen en kombination av åtminstone en yttersta lobport, annars avslutad, och åtminstone en redan använd lobport till en uppsättning, vilken med hjälp av en kombinera- re/splitter kommer att producera en mottagnings/sändningskanal inom antalet mottagnings/sändningskanaler. Genom användning av ett förfarande och en anordning i enlighet med den föreliggande uppfinningen kommer att dras fördel av fler lobportar i lob- formningsnätet, vilket även kommer att resultera i erhållande av mottagar/sändarkanaler som samtidigt har mer lober som täcker olika riktningar inom ett önskat täckningsomräde.

Förfarandet och anordningen i enlighet med den föreliggande upp- -finningen definieras ytterligare genom det oberoende patentkravet 1 och de oberoende patentkraven 4, 8 och 9. Andra utföringsformer av den föreliggande uppfinningen definieras av de beroende patentkraven 2 - 3, respektive 5 - 7.

Kort beskrivning av ritningarna Ãndamàl, egenskaper och fördelar* med den föreliggande upp- finningen som nämnt ovan kommer att bli uppenbart ur den detaljerade beskrivningen av uppfinningen given i samband med de följande ritningarna, i vilka: 509 342 4 Fig. 1 illustrerar ett exempel pá lobformning med Butler- matris enligt teknikens ståndpunkt för en grupp med 6 element, Fig. 2 illustrerar strálningsmönster för gruppen i enlighet med Fig. 1, Fig. 3 illustrerar en grundläggande utföringsform av ett lobformningsnät med en Butler-matris för en grupp med 6 element i enlighet med den föreliggande uppfinningen, Fig. 4 illustrerar lobportsstrálningsmönster för Butler- matrisgruppen enligt Fig. 3, Fig. 5 illustrerar strálningsmönster för den kombinerade mottagar/sändarkanalen i. Butler-matrisgruppen enligt Fig. 3, ' Fig. 6 illustrerar strálningsmönster för alla Butler-matris- gruppens fyra mottagar/sändarkanaler i Fig. 3 i enlig- het med den föreliggande uppfinningen, Fig. 7 illustrerar en alternativ utföringsform som använder den föreliggande uppfinningen, samt Fig. 8 illustrerar strálningsmönster för mottagar/sändarkana- ler med Butler-matrisgruppen illustrerad i Fig. 7 i enlighet med den föreliggande uppfinnigen.

Beskrivning av exemplifierande utföringsformer Fig. 3 illustrerar, i enlighet med den föreliggande uppfinningen, en grundläggande utföringsform som använder ett 6x6 lobform- ningsnät 10 med Butler-matris för en antenngrupp som har 6 element. Det nya förfarandet och antennarrangemanget visat kombinerar i en kombinerare 11 en av de yttersta tidigare avslutade lobportarna med en av de redan använda icke angränsande lobportarna för formandet av en av de önskade fyra sändnings- 509 342 5 /mottagningskanalerna. Till exempel visas en sådan kombination i Fig. 3 Den visade kombinationen av en andra lobport 2 och en sjätte lobport 6 kommer att resultera i betydligt bredare täckning.

Anordningen enligt den belysande utföringsformen i Fig. 3 inne- håller alltså 6 strålningselement, vilka är kopplade till sex lobportar 1-6 genom lobformningsnätet som utgör en 6x6 Butler- matris 10 med den sjätte lobporten avslutad på vanligt sätt.

Anordningen kommer emellertid fortfarande att arbeta med fyra mottagnings/sändningskanaler. bt Som en icke angränsande port, används lämpligen en port som är längst bort från den tidigare avslutade porten, dvs. lobportarna 2 och 6 eller på samma sätt lobportarna 1 och 5. De två lobpor- tarna kombineras genom en gemensam kombinator 11. Som ett resultat kommer fortfarande att erhållas fyra mottagnings/sänd- ningskanaler A-D som illustrerat i Fig. 1, där en första mottagnings/sändningskanal lä av de fyra tillgängliga mottag- nings/sändningskanalerna alstras genom kombinering av lobportarna 2 och 6. Vid användning av fem lobportar 2-6, alternativt 1-5 kommer en annan lobformation av erhållas som något förskjuter lobmönstren, vilket klart demonstreras i diagrammet enligt Fig. 4, jämfört med Fig. 2.

Fig. 5 demonstrerar en form på Strålningsmönstret för den -kombinerade mottagar/sändarkanalen A som utgör de kombinerade lobportarna 2 och 6. Strålningsmönstret kommer att förskjutas ytterligare utåt jämfört Amed riktningen vinkelrätt mot an- tenngruppen.

Fig. 6 illustrerar strålningsmönster för alla fyra mottagnings/- sändningskanalerna för- Butler-matrisgruppen 10 i Fig. 3 som gestaltar den föreliggande uppfinningen. I Fig. 6 är det enkelt observerbart att strålningsmönstret, vid en lägsta önskade strålningseffektnivå av -10 dB under toppeffekten, går väl ut förbi önskat i60° i azimutvinkel, jämfört med ungefär ¿50° vid 509 542 6 en motsvarande strálningseffektnivà för det grundläggande antennarrangemanget enligt Fig. 1 som illustrerat i Fig. 2.

Kombinationen i enlighet med Fig. 3 komer att páverka antennför- stärkningen i dessa lobportar, men den kan accepteras för de riktningar där förstärkningskraven inte är lika höga.

I Fig. 7 illustreras en alternativ utföringsform. Denna utför- ingsform innehåller 8 strålningselement som är anslutna till ätta lobportar 1-8 via ett lobformningsnät 20 som till exempel utgör en 8x8 Butler-matris. I enlighet med uppfinningen kombineras portarna 1, 3 och 7 ihop för att bilda mottagar/sändarkanalen A och kombineras lobportarna 8, 6 och 2 ihop för att bilda mottagar/sändarkanalïl Alltsà.kommer anordningen fortfarande att arbeta med fyra mottagar/sändarkanaler A~D.

Detta är lämpligt, till exempel för överlappande celler i ett telekommunikationssystem, om inom ett smalt område det finns ett krav på en hög antennförstärkning samtidigt som det finns ett behov av en bred vinkeltäckning. I detta exempel används en antenn som har en bredd av åtta antennelement för att optimera antennförstärkningen i det smala omrâdet.

Genom att kombinera tre lobportar i var och en av två ytterligare kombinerare 21, 22 anslutna till 8x8 matrisen 20, hålls totala antalet mottagar/sändarkanaler nere till fyra, som demonstreras n -i Fig; 7, trots användningen am' 8 strålningselement. Fig. 8 demonstrerar de motsvarande stràlningsmönstren för de fyra mottagar/sändarkanalerna A-D. Vid -15 dB täcker gruppen ungefär ¿70° i azimut och presenterar ett smalt omrâde av ungefär il5° vid hög förstärkning. En ytterligare fördel med den föreliggande uppfinningen är att anpassningen av effektdistributionen kan 509 542 7 . erhållas genom att fortfarande använda utgàngseffektförstärkare med identisk effekt.

I enlighet med. uppfinningen kommer det emellertid att vara möjligt att introducera kombinatorer till och med mer än tre ingàngsanslutningar i fall med lobformingsnät med ett ännu större antal stràlningselement för att fortfarande hålla ner antalet kanaler för sändning/mottagning. Antalet mottagnings/sändnings- kanaler kan naturligtvis väljas till annat antal än fyra.

Det kommer alltsà att inses av fackmannen att den föreliggande uppfinningen kan gestaltas i många andra speciella former utan att avvika fràn dess andemening eller väsentliga karaktär. De för närvarande visade utföringsformerna anses därför i alla avseenden att vara illustrativa och inte begränsande. Uppfinningens omfatt- ning anges av de bifogade patentkraven snarare än den föregående beskrivningen, och alla ändringar som faller inom betydelsen och omfattningen för ekvivalenter av denna avses vara gestaltade däri.

Claims (9)

509 542 8 PATENTKRAV

1. Förfarande för användning av lobportar i ett lobform- ningsnät i en flerelementsstrålningsgrupp för att skapa mottag- nings/sändningskanaler med flertalet antennlober inom ett önskat täckningsomràde, k ä n n e t e c k n a t av stegen: anordnade av åtminstone en extra signalkombinator (11, 21), kombinering, med hjälp av den, åtminstone en, extra signal- kombinatorn, av åtminstone en av ett antal icke angränsande ordinarie lobportar med en lobport normalt avslutad, formande av en mottagnings/sändningskanal inom ett antal önskade mottagnings/sändningskanaler genom användning av en kombinerad signal från. den, åtminstone en, extra signalkom- binatorn för att därmed erhålla en önskad effekt- och känslig- hetsdistribution för en önskad celltäckning i ett telekommunika- tionssystem.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av de ytterligare stegen: kombinering, med hjälp av en första extra signalkombinator (11) med två ingàngsanslutningar och en utgångsanslutning, en yttersta lobport och en icke angränsande lobport i ett lobform- ningsnät till en mottagnings/sändningskanal ur ett antal mottagnings/sändningskanaler, för en önskad celltäckning.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av de ytterligare stegen: _ kombinering, med hjälp av en första extra signalkombinator (21) med tre ingàngsanslutningar och en utgångsanslutning, en första yttersta lobport med två icke angränsande lobportar, varvid lobportarna skapas genou1 ett lobformningsnät som in- nehåller ett antal stràlningselement, till en första mottag- nings/sändningskanal av ett antal mottagnings/sändningskanaler, kombinering, med hjälp av en andra extra signalkombinator (22) med tre ingàngsanslutningar och en utgångsanslutning, en sista yttersta lobport med två andra icke angränsande lobportar i lobformningsnätet, till en andra mottagnings/sändningskanal av antalet mottagnings/sändningskanaler, för anpassning av effekt/- 509 342 9 känslighetsdistribution för överlappande celler i ett tele- kommunikationssystem.

4. Antennarrangemang för användning av lobportar' i ett lobformningsnät (10, 20), i samband med en flerelementsstràl- ningsantenn för att erhålla sändnings/mottagningskanaler med fler antennlober inom ett önskat täckningsområde, k ä n n e t e c k - n a t av att innefatta åtminstone en extra signalkombinator som kombinerar àtmin- stone en lobport i ett antal lobportar med en icke angränsande lobport som normalt är avslutad, för att forma en mottagnings/- sändningskanalanrett antal önskadeInottagnings/sändningskanaler, varvid denna mottagnings/sändningskanal använder den, åtminstone en, extra signalkombinatorn.

5. Antennarrangemang enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att den extra signalkombinatorn (ll) har två ingángsanslut- ningar och en utgàngsanslutning, varvid kombinatorn kombinerar en yttersta lobport och en icke angränsande lobport i lobform- ningsnätet till en mottagnings/sändningskanal av ett antal mottagnings/sändningskanaler för att anpassa effekt och känslig- hetsdistribution för en önskad celltäckning.

6. Antennarrangemang enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av en första extra signalkombinator (21) med åtminstone tre -ingángsanslutningar och en utgàngsanslutning, varvid den första extra signalkombinatorn har till de åtminstone tre ingángsan- slutningarna individuellt kopplat en första yttersta lobport och ett ytterligare antal icke angränsande lobportar, för att därvid på utgången av den första extra signalkombinatorn forma en första mottagnings/sändningskanal av ett antal mottagnings/sändnings- kanaler, en andra extra signalkombinator (22) med åtminstone tre ingángsanslutningar och en utgàngsanslutning, varvid den andra extra signalkombinatorn har till de åtminstone tre ingángsanslut- ningarna individuellt kopplat en sista yttersta lobport och ett 509 342 10 ytterligare antal icke angränsande lobportar, för att därvid pá utgången av den andra extra signalkombinatorn forma en andra mottagnings/sändningskanal av ett antal mottagnings/sändnings- kanaler, och dàrmed få antennarrangemanget att producera en bättre anpassad effekt/känslighetsdistribution för överlappande celler i ett telekommunikationssystem.

7. Antennarrangemang enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att lobformningsnåtet (10, 20) är en Butler-matris.

8. Antennarrangemang som använder lobportar i en 6x6 Butler- matris för en antenngrup@>med 6 stràlningselement för att erhálla mottagnings/sändningskanaler som har fler antennlober inom ett önskat täckningsomráde, k ä n n e t e c k n a t av att vidare innefatta en extra signalkombinator med två ingàngsanslutningar och en utgàngsanslutning, och den extra signalkombinatorn har de tvà ingàngsanslutningarna individuellt anslutna till en första lob- port och en femte lobport eller alternativt en sjätte lobport och en andra lobport, pà en 6x6 Butler-matris, varvid 'utgångsan- slutningen pà en extra kombinatorn formar en mottagnings/sänd- ningskanal av fyra mottagnings/sändningskanaler för att fä antennarrangemanget att producera bättre anpassad vinkelmässig distribution av strålning inon1det önskade stràlningstäckningsom- rådet.

9. Antenn arrangemang som använder lobportar i en 8x8 Butler- matris för en antenngrupp av 8 stràlningselement för att erhålla fyra mottagnings/sändningskanaler med fler antennlober inom ett önskat täckningsomráde, k ä n n e t e c k n a t av att vidare innefatta en första signalkombinator med tre ingàngsanslutningar och en utgàngsanslutning, och första signalkombinatorn har till sina tre ingàngsanslutningar individuellt anslutet en första lobport, en tredje lobport och en sjunde lobport av de åtta tillgängliga lobportarna, för att därmed vid utgångsanslutningen av den första 509 342 ll extra signalkombinatorn forma en första mottagnings/sändnings- kanal av de fyra mottagnings/sändningskanalerna, en andra signalkombinator. med tre ingångsanslutningar och en utgångsanslutning, och andra signalkombinatorn har till sina tre ingàngsanslutningar individuellt anslutet en åttonde lobport, en sjätte lobport och en andra lobport av de ätta tillgängliga lobportarna, för att därmed vid utgàngsanslutningen av den andra extra signalkombinatorn forma en andra mottagnings/sändningskanal av de fyra mottagnings/sändningskanalerna, därmed anpassande antennarrangemanget att producera en anpassad effekt/känslighetsdistribution av strålning för överlappande celler i ett telekommunikationssystem.