用于波束形成的方法和装置的制造方法
用于波束形成的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及一种无线通信系统。
【背景技术】
[0002] 波束分多址炬earnDivisionMultipleAccess,BDMA)系统是用于用如下方式来 提供空间复用增益的系统；通过在基站炬巧之间或在BS和用户设备扣巧之间形成定向 (directional)波束而不是现有的全向（0皿i-directional)波束来提供空间选择性。
[0003] 关于利用定向波束的空间选择性，一个重要问题是与相对于最大天线增益来说天 线增益减半所在的角度对应的半功率波束宽度，其与阵列天线的数量密切有关。
[0004] 当在无线通信中利用定向波束时，天线增益取决于与信噪比（SNR)直接相关的发 射机/接收机的位置而变化。目P，发射机/接收机可W在空间上位于特定范围（一般是半 功率波束宽度）之内，W便满足SNR来维持通信。
[0005]因此，在利用定向波束并在位于未特定位置中的各发射机/接收机之间执行通信 (从BS向肥或从一个BS向另一个B巧的抓MA系统中，需要发射机/接收机可W在相互期 望的方向上形成波束的波束形成技术。
[0006] 表示波束的空间大小分布的阵列因子（A巧是流过天线的信号的延迟大小和接收 信号的入射方向的函数。因此，通过调节信号的延迟，可W在期望方向上形成波束。用于执 行该样的函数的元件是移相器。
[0007] 如果移相器是用于确定波束的方向的元件，则确定波束形状的因素（即，空、波束 宽度等）是流过每个天线的信号的大小。通过使用可变增益放大器（VGA)来调节信号的大 小。
[0008] 例如，因为通过使用VGA,信号的大小分布可W包括二项分布，所W可W形成不包 括旁瓣的波束，即，在天线的定向水平面图案当中不在除了主波束之外的方向上福射的波 束。
[0009] 然而，在正常情况中，由于移相器的非理想的性能，VGA扮演纠正流过每个天线的 信号的大小差的角色。
[0010] 因此，需要利用阵列天线、移相器和VGA,W便在BDMA系统中包括空间选择性的固 定/移动发射机/接收机之间维持通信。
[0011] 当上述波束形成技术被应用W满足抓MA系统的目的时发生的最大问题在于为了 形成多个波束，系统的复杂性被显著增加。
[0012] 通过使用空间选择性，BDMA系统利用多个波束来增加信道容量。为了生成并操作 多个波束，需要包括与每个波束对应的阵列天线的波束形成系统。
[0013] 如上所述，波束形成系统需要用于调节波束的方向的移相器、用于补偿移相器的 增益（或损耗）误差的VGA、W及用于组合/分布多个信号的功率组合器/分布器。另外， 为了可靠地操作信号路径之内的多个电路，另外需要用于监视和纠正操作的电路。
[0014] 结果，系统复杂性增加，该导致了增加系统成本和增加系统错误率的问题。因此， 对于BDMA系统，需要开发一种可W用简单得多的结构来执行波束形成的技术。
【发明内容】
[001引解决方案
[0016] 为了解决上面讨论的不足，主要目标是提供一种波束形成方法和装置。
[0017] 本公开的另一方面是在波束分多址炬DMA)系统中提供用于简化使用用于包括空 间选择性的阵列天线的系统的复杂结构的方法和装置。
[0018] 根据本公开的一方面，提供了一种用于无线通信系统的天线装置。该天线装置包 括；基底，W特定布置来部署的多个化gi-Uda(八木-宇田）天线模块，多个浮动金属模块， 其被相应地安装在化gi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接到所述多个化gi-Uda天 线模块当中的相应化gi-Uda模块，开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和化gi-Uda 天线模块，W及控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制化gi-Uda天线模块W 包括期望方向上的方向性。
[0019] 根据本公开的另一方面，提供了一种用于无线通信系统的控制波束的方法。所述 方法包括：确定波束的方向和波束，通过使用开关将不与要被福射的波束的方向和宽度对 应的反射器和导向器（director)与浮动金属接触，W及向福射器提供信号。
[0020] 在进行下面的"【具体实施方式】"之前，阐述遍及此专利文档中使用的某些词语和 短语的定义可能是有利的；术语"包括"和"包含"及其衍生词意思是没有限制的包括；术 语"或"是包括的，意思是和/或；短语"与……相关联"和"与其相关联的"及其衍生词可 W意指包括、被包括在……之内、与……互连、包含、被包含在……之内、连接到或与……连 接、禪接到或与……禪接、与……可通信的、与……合作、交织、并置、接近、绑定到或与…… 绑定、具有、具有……的属性等等；并且术语"控制器"意思是控制至少一个操作的任何设 备、系统或其部分，该样的设备可W用硬件、固件或软件、或至少其中两个的某种组合来实 现。应该注意到，与任何特定的控制器相关联的功能可W是集中或分布的，不管是本地的还 是远程的。遍及此专利文档提供某些词语和短语的定义，本领域普通技术人员应该理解，如 果不是在大多数情况则在很多情况中，该样的定义适用于如此定义的词语和短语的先前W 及未来的使用。
【附图说明】
[0021] 为了更完全地理解本公开及其优点，现在参考W下结合附图的描述，其中相似的 参考标号代表相似的部分：
[0022] 图1示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的基本结构的第一示图；
[002引图2示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的第二示图；
[0024]图3示出根据本公开的示例实施例的多个化gi-Uda天线的布置的示图；
[00巧]图4示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第一 示图；
[0026] 图5示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第二 示图；
[0027] 图6示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统中的导 向器数量和增益之间的关系图；
[0028] 图7示出根据本公开的示例实施例的从每条导线的中屯、到另一条线的中屯、的距 离；
[0029] 图8示出根据本公开的示例实施例的包括开关的波束形成系统的示图；
[0030] 图9示出根据本公开的示例实施例的包括开关和浮动金属的波束形成系统的第 一示图；
[0031] 图10示出根据本公开的示例实施例的包括开关和浮动金属的波束形成系统的第 二示图；
[0032] 图11示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 一示图；
[0033] 图12示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 二示图；
[0034] 图13示出传统系统和根据本公开的示例实施例的波束形成系统之间的性能差异 的示图；
[0035] 图14示出根据本公开的示例实施例的波束分多址炬DMA)系统的示图；
[0036] 图15示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第一框图；
[0037] 图16示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第二框图；
[003引图17示出根据本公开的示例实施例的操作波束形成系统的过程；
[0039] 图18示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第一示图；
[0040] 图19示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第二示图；
[0041] 图20示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第S示图；
[0042] 图21示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第四示图；
[0043] 图22示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第五示图；
[0044] 图23示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第六示图；
[0045] 图24示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第走示图；
[0046] 图25示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第八示图；
[0047] 图26示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第九示图拟及 [004引图27示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第十示图。
【具体实施方式】
[0049] 下面讨论的图1至27 W及在此专利文献中用于描述本公开的原理的各种实施例 仅作为说明，而不应该W任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解可W 用任何适当布置的方法和系统来实施本公开的原理。下面将参照附图在此描述本公开的示 例实施例。在W下描述中，不详细描述公知功能或结构，因为它们会W不必要的细节模糊本 公开。此外，根据本公开的功能来定义在此使用的术语。因而，术语可能取决于用户或操作 者的意图和使用而变化。目P，可W基于在此进行的描述来理解在此使用的术语。此外，遍及 附图，相似的参考标号指示执行相似的功能和行为的部分。
[0050] 下文中，将描述波束形成方法和装置。
[0051] 本公开设及一种在波束分多址炬DMA)系统中通过使用超高频率来支持基站炬巧 之间的通信和BS和用户设备扣巧之间的通信的方法和装置。
[0052] 图1示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的基本结构的第一示图。
[0053] 参照图1A，示出偶极天线。作为共振型天线，偶极天线提供全向福射的信号。偶极 天线的更改示例可W包括单极天线和化gi-Uda天线。
[0054] 参照图1B，示出化gi-Uda天线。作为共振型天线，Yagi-Uda天线提供方向性。下 面将参照图2详细描述化gi-Uda天线。
[005引图2示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的第二示图。
[0056] 参照图2,化gi-Uda天线包括S个元件。目P，化gi-Uda天线包括用于执行馈送的 馈送器220和两个寄生元件，即，反射器210和导向器230。馈送器220、反射器210和导向 器230也可W分别被称为福射器元件、反射器元件和导向器元件。
[0057] 因为反射器在长度上长于馈送器220并且反射器210在尺寸上大于共振长度，所 W它的阻抗变为电感性。替换地，导向器230在尺寸上小于共振长度，因而它的阻抗变为电 容性。
[0058] 当反射器210、馈送器220和导向器230在维持特定距离的同时如上述被布置时， 在导向器230的方向上形成波束。取决于导向器230的数量变化和元件之间的距离，即，每 个元件的长度，波束图案和增益有所不同。
[0059] 图3示出根据本公开的示例实施例的多个化gi-Uda天线的布置的示图。
[0060] 参照图3,在S个方向上布置的化gi-uda天线包括该样的结构：其中馈送器位于 中屯、部分30W便每个方向的化gi-Uda天线共享馈送器。在此，每个元件包括0.2A的间 隔。在该种情况中，=个导向器存在，并且反射器W馈送器作为中屯、存在于面向导向器的方 向。
[0061] 图4示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第一 示图。
[0062] 参照图4,在X-Y平面中示出化gi-Uda天线。在该种结构中，反射器、馈送器和导 向器向上放置。在图4的结构中，Yagi-Uda天线W360度布置，W便可W全向地产生波束。 [006引化gi-Udal天线可W被安装在基底中。基底由介电材料构成，从而可W合并多个 化gi-Uda天线。
[0064] 图5示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第二 示图。
[0065] 参照图5,在使用图4的化gi-Uda天线的波束形成系统中存在一个化gi-Uda天 线。
[0066] 如上所述，化gi-Uda天线基本上包括反射器、导向器和馈送器。W上元件包括线 性偶极元件。在该些元件当中，通过馈送传输线向馈送器直接提供能量，其余元件被彼此相 互组合并且作为在其中产生电流的寄生元件工作。另外，其余元件在性能上受到长度及导 向器的之间的间隔的影响。
[0067] 与馈送器（其包括比共振长度更短的长度）分离的元件扮演加强朝向导向器生成 的电场的角度，并且反射器执行相反的角色。
[0068]目P，反射器被位置非常接近馈送元件（即，馈送器）的第一元件驱动。即使布置一 个或多个反射器，性能也不会受到太多影响。
[0069] 然而，如果导向器的数量增加，则性能可W被改善。即使导向器被连续布置，在性 能的改善上也存在限制，而不是性能被连续改善。该是因为感应电流在大小上被减小。
[0070] 图6示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统中的导 向器数量和增益之间的关系图。
[0071] 参照图6,如果将导向器的数量增加至高达5~6,则每当增加导向器的数量时，增 益61被显著增加，而如果将导向器的数量增加到多于那个，则增益的增加被限制。
[0072] 在根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线中，铜被一般用作反射器、馈送器和 导向器的物理材料，但是显然其材料不限于此。
[0073] 另外，在根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线中，通过下表来概括反射器、 馈送器的长度、直径和间隔，W及方向。
[0074] 表 1
[00巧]
[0076]
[0077] 参照上面的表1，示出了当导向器的数量是"1"至"15"时反射器的长度和导向器 的长度。在此，反馈器的长度短于反射器的长度并且长于导向器的长度。
[007引基于用于由自由空间福射的电流源产生的整个电场的波克林顿的积分方程，可W通过W下等式来算术地说明化gi-Uda天线。
[0081]
[0082] 通过使用上面等式（1)的关系导出W下等式。
[0083]
[0084] 当通过应用偏积分而展开上面等式（2)的第一项时，获得W下等式。
[0085]
[0086] 因为在每条导线端处电流可W为0,所W上面的等式（3)与W下等式相同。
[0087]
[008引对上面的等式（4)偏积分如下。
[0089]
[0090] 上面的等式巧）被合并为如下面的等式化）中所示。
[0091]
[0092] 在具有小直径的导线中，在每个元件处的电流可W被近似为关于奇数阶的偶数模 的有限级数，并且在第n元件处的电流可W被用作傅立叶级数的扩展，其包括在W下等式 中所示的格式。
[0093]
......(7)
[0094] 在此，表示关于元件n的模式m的复数值的电流系数，并且1。表示第n元件的 相应长度。如果上面的等式（7)进行第一阶和第二阶微分，然后被替换到等式化），则获得 W下等式。
[0095]
[0096] 在此，因为余弦函数是偶函数，所W仅在0《Z'《1/2中执行积分是足够的，从而 用W下等式来表示上面的等式。
[0100] 在此，N表示元件的总数。另外，R±表示从每条导线中屯、到另一条线中屯、的距离， 如图7中所示。
[0101] 如果假定积分方程对每个元件有效并且如果电流模式的数量M等于各个元件的 数量，则每个元件可W被划分成M部分。在此，如果获得电流分配，则可W通过添加来自每 个元件的分配部分来获得通过每个元件产生的长距离电场。
[0102] 通过与Z轴平行的第n元件的M模式产生的长距离电场如W下等式所示。
[0103]
[0104] 在此，X。和y。表示第n元件的位置。因此，通过添加来自N个元件的每个的分配 部分来获得如W下等式中所示的整个电场。
[0105]
[0106] 对于每条导线，通过W下等式来表示电流。
[0107]
[0108] 如果使用S角公式，则可W通过W下等式来表示上面的等式（12)。
[010引 2cos(a)cos(P) =cos(a+P)+COS(a-P)
[0110]
[01U] 如果使用S角积分公式，则可W通过W下等式来表示上面的等式（13)。
[0113] 通过使用上面的等式（14)，可W通过W下等式来表示整个电场。
[0114]
[0115] 图8示出根据本公开的示例实施例的包括开关的波束形成系统的示图。
[0116] 参照图8,在Z-Y平面中示出包括开关80的化gi-Uda天线。化gi-Uda天线包括 反射器、馈送器、=个导向器和开关。 [0117] 根据本公开的示例实施例的波束形成系统包括图8的结构，即该样的结构；其中 一个馈送器通过如图5中所示W360度布置而被共享，并且导向器和反射器存在于若干方 向上。
[0118] 在具有图8的结构的化gi-Uda天线中，通过馈送传输线向馈送器直接提供能量， 并且其余元件，即反射器和导向器，被彼此相互组合并且作为在其中生成电流的寄生元件 而工作。
[0119] 参照图5,导向器和反射器存在于若干方向上。在图8中，为了移除除了被布置在 用于福射波束的期望方向上的导向器和反射器之外的、被布置在其它方向上的导向器和反 射器的影响，通过使用开关来改变除了工作在期望频率的导向器和反射器之外的导向器和 反射器的长度。通过用该种方式改变长度，将导向器和反射器改变为工作在其它频率的导 向器和反射器。
[0120] 然而，即使通过调节长度将它们改变为工作在其它频率的导向器和反射器，当电 流被感应到导向器和反射器时，也产生再福射，因而它们被改变为工作在其它频率的导向 器和反射器。该对工作在期望的工作频率的导向器和反射器具有影响。因此，在一个实施 例中，如果简单地通过使用开关来改变长度，则可能难W完全移除被布置在除了期望方向 之外的方向上的导向器和反射器的影响。为了完全移除该样的影响，使用浮动金属，如图9 中所示。
[0121] 图9示出根据本公开的示例实施例的包括开关80和浮动金属90的波束形成系统 的第一示图。
[012引参照图9,示出了该样的结构，其中将浮动金属90添加到图8的化gi-Uda天线，使 得通过利用开关80改变长度，除了工作在期望频率的导向器和反射器之外的导向器和反 射器被改变为工作在其它频率的导向器和反射器。
[0123] 在此结构中，为了避免电流被感应到改变后的导向器和反射器从而执行再福射过 程（该对工作在期望的工作频率的导向器和反射器具有影响）的情形，使得浮动金属90与 除了工作在期望的工作频率的导向器和反射器之外的导向器和反射器接触。
[0124] 电流被馈送器感应到寄生元件（即，导向器和反射器），并且此电流被寄生元件再 福射。然而，通过将寄生元件连接到浮动金属90,所感应的电流通过被均匀地分布到宽浮动 金属90而流动。因此，电流的大小被显著减小，因而不执行通过连接至浮动金属90的寄生 元件引起的再福射过程，该使得对波束形成没有影响。目P，通过将浮动金属90连接至被布 置在除了期望方向之外的方向上的反射器和导向器，执行了防止它们作为正常的反射器和 导向器工作的角色。
[01巧]反射器和导向器包括连接至浮动金属90的连接点。本公开的控制器通过使用开 关80将在若干方向上布置的反射器和导向器当中的、除了在期望方向上布置的反射器和 导向器之外的反射器和导向器连接至浮动金属90,从而可W通过仅操作在期望方向上布置 的反射器和导向器来产生并调节波束。因此，本公开可W调节期望增益和半功率波束宽度 化row)。
[0126] 图10示出根据本公开的示例实施例的包括开关和浮动金属的波束形成系统的第 二示图。
[0127] 参照图10A和10B，如果浮动金属与除了在福射波束100所在的方向上布置的导向 器和反射器之外的导向器和反射器接触，则在所接触的反射器和导向器的方向上不福射波 束 100。
[012引图11示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 一示图。
[0129] 参照图11，存在多个馈送器，并且操作原理与根据其中根据本公开的示例实施例 共享馈送器的波束形成系统的操作原理相同。在图11中示出；如果浮动金属1101与除了 被布置在福射波束所在的方向上的导向器和反射器之外的导向器和反射器接触，则在所接 触的反射器和导向器的方向上不福射波束，但是在不接触的反射器和导向器的方向上福射 波束。
[0130] 图12示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 二示图。
[0131] 参照图12,存在多个馈送器，并且操作原理与根据其中根据本公开的示例实施例 共享馈送器的波束形成系统的操作原理相同。在图12中示出；如果浮动金属1201与除了 被布置在福射波束所在的方向上的导向器和反射器之外的导向器和反射器接触，则在所接 触的反射器和导向器的方向上不福射波束，但是在不接触的反射器和导向器的方向上福射 波束。
[0132]图13示出传统系统和根据本公开的示例实施例的波束形成系统之间的性能差异 的示图。
[0133] 参照图13,与传统系统相比，本公开的波束形成系统包括该样的优点：扇区容量 减少20%，并且相位阵列天线容量减少31%。
[0134] 图14示出根据本公开的示例实施例的波束分多址炬DMA)系统的示图。
[0135] 参照图14,BDMA系统被描述为可适用于本公开的波束形成系统的通信系统的示 例。
[0136] BDMA系统包括宏基站炬巧1400、多个分布式BS1410和多个用户设备（肥）1420。 宏BS1400和多个分布式BS1410使用多波段无线通信技术。根据信道情形和使用，宏BS 1400和多个分布式BS1410可W选择性地利用频带。例如，大容量、高频带可W用在视线 (L0巧情形中，而低频带可W用在非视线（NL0巧情形中。
[0137] 在此，宏BS1400和多个分布式BS1410在每个频带处使用阵列天线来包括空间 选择性。例如，阵列天线可W是本公开的波束形成系统。
[013引图15示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第一框图。
[0139] 参照图15,波束形成系统包括浮动金属1510,多个开关1519、1520、1522和1524， 控制器1540,多个寄生元件1529、1532、1534和1536,馈送系统1530和射频（RF)系统1550。
[0140] 如图15的上部所示，寄生元件1529、1532、1534和1536W及馈送系统1530W多 个数量存在于波束形成系统中。
[0141] 将馈送系统1530连接至RF系统1550。从RF系统1550提供的信号被提供给馈送 系统1530,之后波束被福射。
[0142] 当要被福射的波束的宽度和方向被控制器1540确定时，控制器1540通过使用开 关1519、1520、1522和1524的至少一个，使得浮动金属1510与不与要被福射的波束的宽度 和方向对应的寄生元件1529、1532、1534和1536接触。
[0143] 之后，不在所接触的寄生元件1529、1532、1534和1536的方向上福射波束，但是在 未接触的寄生元件的方向上福射波束。
[0144] 图16示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第二框图。
[0145] 参照图16,波束形成系统包括浮动金属1610,多个开关1620、1621、1622、1623、 1624和1625,控制器1640、多个寄生元件1630、1634、1635、1636和1638,多个馈送系统 1632、1635 和 1638,W及RF系统 1650。
[0146] 如图16的上部所示，寄生元件1629、1632、1634和1636W及馈送系统1632、1635 和1638W多个数量存在于波束形成系统中。
[0147] 将多个馈送系统1632、1635和1638连接至RF系统1650。从RF系统1650提供的 信号被提供给馈送系统1632、1635和1638,之后波束被福射。
[014引当要被福射的波束的宽度和方向被控制器1640确定时，控制器1640通过使用开 关1620、1621、1622、1623、1624和1625的至少一个，使得浮动金属1610与不与要被福射的 波束的宽度和方向对应的寄生元件接触。
[0149] 之后，不在所接触的寄生元件的方向上福射波束，但是在未接触的寄生元件的方 向上福射波束。
[0150] 图17示出根据本公开的示例实施例的操作波束形成系统的过程。
[0151] 参照图17,系统的控制器确定要福射的波束的方向（框1710)，并且确定要福射的 波束的宽度（框1715)。
[0152] 之后，控制器使用开关来使得不与要福射的波束的方向和宽度对应的反射器和导 向器与浮动金属接触（框1720) 。
[0153] 之后，控制器向馈送器提供信号，W便根据期望的波束方向和宽度来福射波束。
[0154] 图18示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第一示图。
[0155] 参照图18,示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是40度。
[0156] 图19示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第二示图。
[0157] 参照图19,示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是120度。
[015引图20示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第=示图。
[0159] 参照图20,示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是240度。
[0160] 图21示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第四示图。
[0161] 参照图21，示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是320度。
[0162] 图22示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第五示图。
[0163] 参照图22,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 75度。
[0164] 图23示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第六示图。
[0165] 参照图23,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 165 度。
[0166] 图24示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第走示图。
[0167] 参照图24,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 255 度。
[016引图25示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第八示图。
[0169] 参照图25,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 345 度。
[0170] 图26示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第九示图。
[0171] 参照图26,激活的方向是345度，HPBW被减小到18度，并且增益是17. 5地i。
[0172] 图27示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第十示图。
[0173] 参照图27,激活的方向是85度，HPBW被减小到13度，并且增益是17. 1地i。
[0174] 在系统简化方面，本公开包括优点；增加系统复杂性的基本元件和额外元件被显 著简化，从而可低成本实施波束形成系统，并且错误产生率可W被降低。
[01巧]在功率效率方面，本公开包括优点；通过使用可W不包括可变增益放大器（VGA) 的结构，系统的功率效率可W被显著提高。
[0176] 在结构方面，本公开包括优点；通过使用用于操作在若干方向上的反射器和导向 器，可W调节波束宽度，并且可W利用用于共享馈送器的一个结构来在360度上产生波束。[0177]虽然已经参照其示例实施例显示和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解， 在不脱离由所附权利要求定义的本公开的精神和范围的情况下，可W在其中进行形式和细 节上的各种改变。
【主权项】
1. 一种用于无线通信系统的天线装置，该天线装置包括： 基底； 以特定布置部署的多个Yagi-Uda天线模块； 多个浮动金属模块，其被相应地安装在Yagi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接 到所述多个Yagi-Uda天线模块当中的相应Yagi-Uda模块； 开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和Yagi-Uda天线模块；以及 控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制Yagi-Uda天线模块以包含期望 方向上的方向性。2. 如权利要求1所述的天线装置，其中所述Yagi-Uda天线模块包括： 在与基底垂直的方向上以特定长度和特定直径安装的辐射器； 与辐射器平行地安装在辐射器的一侧的反射器；以及 在连接反射器和辐射器的直线上以辐射器作为中心沿面向反射器的方向以特定间隔 安装的至少一个导向器。3. 如权利要求2所述的天线装置，其中所述浮动金属模块包括相应地安装到反射器和 导向器中的每个的上部的相应单位浮动金属。4. 如权利要求3所述的天线装置，其中所述浮动金属模块的单位浮动金属当与 Yagi-Uda天线模块的相应反射器和相应导向器连接时，被形成为包括长于辐射器的长度的 长度，并且其中相应的单位浮动金属被一起安装在一个金属板上。5. 如权利要求1所述的天线装置，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署 到基底。6. 如权利要求1所述的天线装置，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署 到基底，以一个放射体作为中心以便被共同使用，并且 其中当连接Yagi-Uda天线模块及其相应浮动模块时，不在其方向上感应通过福射器 福射的福射信号。7. -种用于无线通信系统的控制波束的方法，该方法包括： 确定波束的方向和宽度； 通过使用开关使不与要被辐射的波束的方向和宽度对应的反射器和导向器与浮动金 属接触；以及 向福射器提供信号。8. 如权利要求7所述的方法，其中所述辐射器、反射器和导向器被包括在包含以特定 布置部署到基底的多个Yagi-Uda天线模块的天线装置中。9. 如权利要求8所述的方法，其中所述天线装置包括： 多个浮动金属模块，其被相应地安装在Yagi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接 到所述多个Yagi-Uda天线模块当中的相应Yagi-Uda模块； 开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和Yagi-Uda天线模块；以及 控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制Yagi-Uda天线模块以包含期望 方向上的方向性。10. 如权利要求9所述的方法，其中所述Yagi-Uda天线模块包括： 在与基底垂直的方向上被安装以包括特定长度和特定直径的辐射器； 与辐射器平行地被安装在辐射器的一侧的反射器；以及 在连接反射器和辐射器的直线上以辐射器作为中心沿面向反射器的方向以特定间隔 安装的至少一个导向器。11. 如权利要求10所述的方法，其中所述浮动金属模块包括相应地安装到反射器和导 向器中的每个的上部的相应单位浮动金属， 其中浮动金属模块的单位浮动金属当与Yagi-Uda天线模块的相应反射器和相应导向 器连接时，被形成为包括长于辐射器的长度的长度，并且 其中相应的单位浮动金属被一起安装在一个金属板上。12. 如权利要求9所述的方法，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署到 基底。13. 如权利要求9所述的方法，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署到 基底，以一个放射体作为中心以便被共同使用，并且 其中当连接Yagi-Uda天线模块及其相应浮动模块时，不在其方向上感应通过福射器 福射的福射信号。14. 一种用户设备，包括： 存储元件； 与存储元件相关联的处理器，该处理器被配置为运行指令集以便： 确定无线通信系统中的波束的方向和宽度； 通过使用开关使不与要被辐射的波束的方向和宽度对应的反射器和导向器与浮动金 属接触；以及 向福射器提供信号。15. 如权利要求14所述的用户设备，其中所述辐射器、反射器和导向器被包括在包含 以特定布置部署到基底的多个Yagi-Uda天线模块的天线装置中。
【专利摘要】无线通信系统提供了用于无线通信系统的天线装置。该天线装置包括：基底，以特定布置部署的多个Yagi-Uda天线模块，多个浮动金属模块，其被相应地安装在Yagi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接到所述多个Yagi-Uda天线模块当中的相应Yagi-Uda模块，开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和Yagi-Uda天线模块，以及控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制Yagi-Uda天线模块以包含期望方向上的方向性。
【IPC分类】H01Q9/30, H01Q3/01
【公开号】CN104904064
【申请号】CN201380063589
【发明人】崔原硕, 朴喆淳, 宋仁相, 吴仁烈, 李重浩, 李采峻
【申请人】三星电子株式会社, 韩国科学技术院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月4日
【公告号】US20140225794, WO2014088311A1
【技术领域】
[0001] 本公开设及一种无线通信系统。
【背景技术】
[0002] 波束分多址炬earnDivisionMultipleAccess,BDMA)系统是用于用如下方式来 提供空间复用增益的系统；通过在基站炬巧之间或在BS和用户设备扣巧之间形成定向 (directional)波束而不是现有的全向（0皿i-directional)波束来提供空间选择性。
[0003] 关于利用定向波束的空间选择性，一个重要问题是与相对于最大天线增益来说天 线增益减半所在的角度对应的半功率波束宽度，其与阵列天线的数量密切有关。
[0004] 当在无线通信中利用定向波束时，天线增益取决于与信噪比（SNR)直接相关的发 射机/接收机的位置而变化。目P，发射机/接收机可W在空间上位于特定范围（一般是半 功率波束宽度）之内，W便满足SNR来维持通信。
[0005]因此，在利用定向波束并在位于未特定位置中的各发射机/接收机之间执行通信 (从BS向肥或从一个BS向另一个B巧的抓MA系统中，需要发射机/接收机可W在相互期 望的方向上形成波束的波束形成技术。
[0006] 表示波束的空间大小分布的阵列因子（A巧是流过天线的信号的延迟大小和接收 信号的入射方向的函数。因此，通过调节信号的延迟，可W在期望方向上形成波束。用于执 行该样的函数的元件是移相器。
[0007] 如果移相器是用于确定波束的方向的元件，则确定波束形状的因素（即，空、波束 宽度等）是流过每个天线的信号的大小。通过使用可变增益放大器（VGA)来调节信号的大 小。
[0008] 例如，因为通过使用VGA,信号的大小分布可W包括二项分布，所W可W形成不包 括旁瓣的波束，即，在天线的定向水平面图案当中不在除了主波束之外的方向上福射的波 束。
[0009] 然而，在正常情况中，由于移相器的非理想的性能，VGA扮演纠正流过每个天线的 信号的大小差的角色。
[0010] 因此，需要利用阵列天线、移相器和VGA,W便在BDMA系统中包括空间选择性的固 定/移动发射机/接收机之间维持通信。
[0011] 当上述波束形成技术被应用W满足抓MA系统的目的时发生的最大问题在于为了 形成多个波束，系统的复杂性被显著增加。
[0012] 通过使用空间选择性，BDMA系统利用多个波束来增加信道容量。为了生成并操作 多个波束，需要包括与每个波束对应的阵列天线的波束形成系统。
[0013] 如上所述，波束形成系统需要用于调节波束的方向的移相器、用于补偿移相器的 增益（或损耗）误差的VGA、W及用于组合/分布多个信号的功率组合器/分布器。另外， 为了可靠地操作信号路径之内的多个电路，另外需要用于监视和纠正操作的电路。
[0014] 结果，系统复杂性增加，该导致了增加系统成本和增加系统错误率的问题。因此， 对于BDMA系统，需要开发一种可W用简单得多的结构来执行波束形成的技术。
【发明内容】
[001引解决方案
[0016] 为了解决上面讨论的不足，主要目标是提供一种波束形成方法和装置。
[0017] 本公开的另一方面是在波束分多址炬DMA)系统中提供用于简化使用用于包括空 间选择性的阵列天线的系统的复杂结构的方法和装置。
[0018] 根据本公开的一方面，提供了一种用于无线通信系统的天线装置。该天线装置包 括；基底，W特定布置来部署的多个化gi-Uda(八木-宇田）天线模块，多个浮动金属模块， 其被相应地安装在化gi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接到所述多个化gi-Uda天 线模块当中的相应化gi-Uda模块，开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和化gi-Uda 天线模块，W及控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制化gi-Uda天线模块W 包括期望方向上的方向性。
[0019] 根据本公开的另一方面，提供了一种用于无线通信系统的控制波束的方法。所述 方法包括：确定波束的方向和波束，通过使用开关将不与要被福射的波束的方向和宽度对 应的反射器和导向器（director)与浮动金属接触，W及向福射器提供信号。
[0020] 在进行下面的"【具体实施方式】"之前，阐述遍及此专利文档中使用的某些词语和 短语的定义可能是有利的；术语"包括"和"包含"及其衍生词意思是没有限制的包括；术 语"或"是包括的，意思是和/或；短语"与……相关联"和"与其相关联的"及其衍生词可 W意指包括、被包括在……之内、与……互连、包含、被包含在……之内、连接到或与……连 接、禪接到或与……禪接、与……可通信的、与……合作、交织、并置、接近、绑定到或与…… 绑定、具有、具有……的属性等等；并且术语"控制器"意思是控制至少一个操作的任何设 备、系统或其部分，该样的设备可W用硬件、固件或软件、或至少其中两个的某种组合来实 现。应该注意到，与任何特定的控制器相关联的功能可W是集中或分布的，不管是本地的还 是远程的。遍及此专利文档提供某些词语和短语的定义，本领域普通技术人员应该理解，如 果不是在大多数情况则在很多情况中，该样的定义适用于如此定义的词语和短语的先前W 及未来的使用。
【附图说明】
[0021] 为了更完全地理解本公开及其优点，现在参考W下结合附图的描述，其中相似的 参考标号代表相似的部分：
[0022] 图1示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的基本结构的第一示图；
[002引图2示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的第二示图；
[0024]图3示出根据本公开的示例实施例的多个化gi-Uda天线的布置的示图；
[00巧]图4示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第一 示图；
[0026] 图5示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第二 示图；
[0027] 图6示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统中的导 向器数量和增益之间的关系图；
[0028] 图7示出根据本公开的示例实施例的从每条导线的中屯、到另一条线的中屯、的距 离；
[0029] 图8示出根据本公开的示例实施例的包括开关的波束形成系统的示图；
[0030] 图9示出根据本公开的示例实施例的包括开关和浮动金属的波束形成系统的第 一示图；
[0031] 图10示出根据本公开的示例实施例的包括开关和浮动金属的波束形成系统的第 二示图；
[0032] 图11示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 一示图；
[0033] 图12示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 二示图；
[0034] 图13示出传统系统和根据本公开的示例实施例的波束形成系统之间的性能差异 的示图；
[0035] 图14示出根据本公开的示例实施例的波束分多址炬DMA)系统的示图；
[0036] 图15示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第一框图；
[0037] 图16示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第二框图；
[003引图17示出根据本公开的示例实施例的操作波束形成系统的过程；
[0039] 图18示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第一示图；
[0040] 图19示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第二示图；
[0041] 图20示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第S示图；
[0042] 图21示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第四示图；
[0043] 图22示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第五示图；
[0044] 图23示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第六示图；
[0045] 图24示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第走示图；
[0046] 图25示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第八示图；
[0047] 图26示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第九示图拟及 [004引图27示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第十示图。
【具体实施方式】
[0049] 下面讨论的图1至27 W及在此专利文献中用于描述本公开的原理的各种实施例 仅作为说明，而不应该W任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解可W 用任何适当布置的方法和系统来实施本公开的原理。下面将参照附图在此描述本公开的示 例实施例。在W下描述中，不详细描述公知功能或结构，因为它们会W不必要的细节模糊本 公开。此外，根据本公开的功能来定义在此使用的术语。因而，术语可能取决于用户或操作 者的意图和使用而变化。目P，可W基于在此进行的描述来理解在此使用的术语。此外，遍及 附图，相似的参考标号指示执行相似的功能和行为的部分。
[0050] 下文中，将描述波束形成方法和装置。
[0051] 本公开设及一种在波束分多址炬DMA)系统中通过使用超高频率来支持基站炬巧 之间的通信和BS和用户设备扣巧之间的通信的方法和装置。
[0052] 图1示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的基本结构的第一示图。
[0053] 参照图1A，示出偶极天线。作为共振型天线，偶极天线提供全向福射的信号。偶极 天线的更改示例可W包括单极天线和化gi-Uda天线。
[0054] 参照图1B，示出化gi-Uda天线。作为共振型天线，Yagi-Uda天线提供方向性。下 面将参照图2详细描述化gi-Uda天线。
[005引图2示出根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线的第二示图。
[0056] 参照图2,化gi-Uda天线包括S个元件。目P，化gi-Uda天线包括用于执行馈送的 馈送器220和两个寄生元件，即，反射器210和导向器230。馈送器220、反射器210和导向 器230也可W分别被称为福射器元件、反射器元件和导向器元件。
[0057] 因为反射器在长度上长于馈送器220并且反射器210在尺寸上大于共振长度，所 W它的阻抗变为电感性。替换地，导向器230在尺寸上小于共振长度，因而它的阻抗变为电 容性。
[0058] 当反射器210、馈送器220和导向器230在维持特定距离的同时如上述被布置时， 在导向器230的方向上形成波束。取决于导向器230的数量变化和元件之间的距离，即，每 个元件的长度，波束图案和增益有所不同。
[0059] 图3示出根据本公开的示例实施例的多个化gi-Uda天线的布置的示图。
[0060] 参照图3,在S个方向上布置的化gi-uda天线包括该样的结构：其中馈送器位于 中屯、部分30W便每个方向的化gi-Uda天线共享馈送器。在此，每个元件包括0.2A的间 隔。在该种情况中，=个导向器存在，并且反射器W馈送器作为中屯、存在于面向导向器的方 向。
[0061] 图4示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第一 示图。
[0062] 参照图4,在X-Y平面中示出化gi-Uda天线。在该种结构中，反射器、馈送器和导 向器向上放置。在图4的结构中，Yagi-Uda天线W360度布置，W便可W全向地产生波束。 [006引化gi-Udal天线可W被安装在基底中。基底由介电材料构成，从而可W合并多个 化gi-Uda天线。
[0064] 图5示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统的第二 示图。
[0065] 参照图5,在使用图4的化gi-Uda天线的波束形成系统中存在一个化gi-Uda天 线。
[0066] 如上所述，化gi-Uda天线基本上包括反射器、导向器和馈送器。W上元件包括线 性偶极元件。在该些元件当中，通过馈送传输线向馈送器直接提供能量，其余元件被彼此相 互组合并且作为在其中产生电流的寄生元件工作。另外，其余元件在性能上受到长度及导 向器的之间的间隔的影响。
[0067] 与馈送器（其包括比共振长度更短的长度）分离的元件扮演加强朝向导向器生成 的电场的角度，并且反射器执行相反的角色。
[0068]目P，反射器被位置非常接近馈送元件（即，馈送器）的第一元件驱动。即使布置一 个或多个反射器，性能也不会受到太多影响。
[0069] 然而，如果导向器的数量增加，则性能可W被改善。即使导向器被连续布置，在性 能的改善上也存在限制，而不是性能被连续改善。该是因为感应电流在大小上被减小。
[0070] 图6示出根据本公开的示例实施例的使用化gi-Uda天线的波束形成系统中的导 向器数量和增益之间的关系图。
[0071] 参照图6,如果将导向器的数量增加至高达5~6,则每当增加导向器的数量时，增 益61被显著增加，而如果将导向器的数量增加到多于那个，则增益的增加被限制。
[0072] 在根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线中，铜被一般用作反射器、馈送器和 导向器的物理材料，但是显然其材料不限于此。
[0073] 另外，在根据本公开的示例实施例的化gi-Uda天线中，通过下表来概括反射器、 馈送器的长度、直径和间隔，W及方向。
[0074] 表 1
[00巧]
[0076]
[0077] 参照上面的表1，示出了当导向器的数量是"1"至"15"时反射器的长度和导向器 的长度。在此，反馈器的长度短于反射器的长度并且长于导向器的长度。
[007引基于用于由自由空间福射的电流源产生的整个电场的波克林顿的积分方程，可W通过W下等式来算术地说明化gi-Uda天线。
[0081]
[0082] 通过使用上面等式（1)的关系导出W下等式。
[0083]
[0084] 当通过应用偏积分而展开上面等式（2)的第一项时，获得W下等式。
[0085]
[0086] 因为在每条导线端处电流可W为0,所W上面的等式（3)与W下等式相同。
[0087]
[008引对上面的等式（4)偏积分如下。
[0089]
[0090] 上面的等式巧）被合并为如下面的等式化）中所示。
[0091]
[0092] 在具有小直径的导线中，在每个元件处的电流可W被近似为关于奇数阶的偶数模 的有限级数，并且在第n元件处的电流可W被用作傅立叶级数的扩展，其包括在W下等式 中所示的格式。
[0093]
......(7)
[0094] 在此，表示关于元件n的模式m的复数值的电流系数，并且1。表示第n元件的 相应长度。如果上面的等式（7)进行第一阶和第二阶微分，然后被替换到等式化），则获得 W下等式。
[0095]
[0096] 在此，因为余弦函数是偶函数，所W仅在0《Z'《1/2中执行积分是足够的，从而 用W下等式来表示上面的等式。
[0100] 在此，N表示元件的总数。另外，R±表示从每条导线中屯、到另一条线中屯、的距离， 如图7中所示。
[0101] 如果假定积分方程对每个元件有效并且如果电流模式的数量M等于各个元件的 数量，则每个元件可W被划分成M部分。在此，如果获得电流分配，则可W通过添加来自每 个元件的分配部分来获得通过每个元件产生的长距离电场。
[0102] 通过与Z轴平行的第n元件的M模式产生的长距离电场如W下等式所示。
[0103]
[0104] 在此，X。和y。表示第n元件的位置。因此，通过添加来自N个元件的每个的分配 部分来获得如W下等式中所示的整个电场。
[0105]
[0106] 对于每条导线，通过W下等式来表示电流。
[0107]
[0108] 如果使用S角公式，则可W通过W下等式来表示上面的等式（12)。
[010引 2cos(a)cos(P) =cos(a+P)+COS(a-P)
[0110]
[01U] 如果使用S角积分公式，则可W通过W下等式来表示上面的等式（13)。
[0113] 通过使用上面的等式（14)，可W通过W下等式来表示整个电场。
[0114]
[0115] 图8示出根据本公开的示例实施例的包括开关的波束形成系统的示图。
[0116] 参照图8,在Z-Y平面中示出包括开关80的化gi-Uda天线。化gi-Uda天线包括 反射器、馈送器、=个导向器和开关。 [0117] 根据本公开的示例实施例的波束形成系统包括图8的结构，即该样的结构；其中 一个馈送器通过如图5中所示W360度布置而被共享，并且导向器和反射器存在于若干方 向上。
[0118] 在具有图8的结构的化gi-Uda天线中，通过馈送传输线向馈送器直接提供能量， 并且其余元件，即反射器和导向器，被彼此相互组合并且作为在其中生成电流的寄生元件 而工作。
[0119] 参照图5,导向器和反射器存在于若干方向上。在图8中，为了移除除了被布置在 用于福射波束的期望方向上的导向器和反射器之外的、被布置在其它方向上的导向器和反 射器的影响，通过使用开关来改变除了工作在期望频率的导向器和反射器之外的导向器和 反射器的长度。通过用该种方式改变长度，将导向器和反射器改变为工作在其它频率的导 向器和反射器。
[0120] 然而，即使通过调节长度将它们改变为工作在其它频率的导向器和反射器，当电 流被感应到导向器和反射器时，也产生再福射，因而它们被改变为工作在其它频率的导向 器和反射器。该对工作在期望的工作频率的导向器和反射器具有影响。因此，在一个实施 例中，如果简单地通过使用开关来改变长度，则可能难W完全移除被布置在除了期望方向 之外的方向上的导向器和反射器的影响。为了完全移除该样的影响，使用浮动金属，如图9 中所示。
[0121] 图9示出根据本公开的示例实施例的包括开关80和浮动金属90的波束形成系统 的第一示图。
[012引参照图9,示出了该样的结构，其中将浮动金属90添加到图8的化gi-Uda天线，使 得通过利用开关80改变长度，除了工作在期望频率的导向器和反射器之外的导向器和反 射器被改变为工作在其它频率的导向器和反射器。
[0123] 在此结构中，为了避免电流被感应到改变后的导向器和反射器从而执行再福射过 程（该对工作在期望的工作频率的导向器和反射器具有影响）的情形，使得浮动金属90与 除了工作在期望的工作频率的导向器和反射器之外的导向器和反射器接触。
[0124] 电流被馈送器感应到寄生元件（即，导向器和反射器），并且此电流被寄生元件再 福射。然而，通过将寄生元件连接到浮动金属90,所感应的电流通过被均匀地分布到宽浮动 金属90而流动。因此，电流的大小被显著减小，因而不执行通过连接至浮动金属90的寄生 元件引起的再福射过程，该使得对波束形成没有影响。目P，通过将浮动金属90连接至被布 置在除了期望方向之外的方向上的反射器和导向器，执行了防止它们作为正常的反射器和 导向器工作的角色。
[01巧]反射器和导向器包括连接至浮动金属90的连接点。本公开的控制器通过使用开 关80将在若干方向上布置的反射器和导向器当中的、除了在期望方向上布置的反射器和 导向器之外的反射器和导向器连接至浮动金属90,从而可W通过仅操作在期望方向上布置 的反射器和导向器来产生并调节波束。因此，本公开可W调节期望增益和半功率波束宽度 化row)。
[0126] 图10示出根据本公开的示例实施例的包括开关和浮动金属的波束形成系统的第 二示图。
[0127] 参照图10A和10B，如果浮动金属与除了在福射波束100所在的方向上布置的导向 器和反射器之外的导向器和反射器接触，则在所接触的反射器和导向器的方向上不福射波 束 100。
[012引图11示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 一示图。
[0129] 参照图11，存在多个馈送器，并且操作原理与根据其中根据本公开的示例实施例 共享馈送器的波束形成系统的操作原理相同。在图11中示出；如果浮动金属1101与除了 被布置在福射波束所在的方向上的导向器和反射器之外的导向器和反射器接触，则在所接 触的反射器和导向器的方向上不福射波束，但是在不接触的反射器和导向器的方向上福射 波束。
[0130] 图12示出根据本公开的示例实施例的当存在多个馈送器时的波束形成系统的第 二示图。
[0131] 参照图12,存在多个馈送器，并且操作原理与根据其中根据本公开的示例实施例 共享馈送器的波束形成系统的操作原理相同。在图12中示出；如果浮动金属1201与除了 被布置在福射波束所在的方向上的导向器和反射器之外的导向器和反射器接触，则在所接 触的反射器和导向器的方向上不福射波束，但是在不接触的反射器和导向器的方向上福射 波束。
[0132]图13示出传统系统和根据本公开的示例实施例的波束形成系统之间的性能差异 的示图。
[0133] 参照图13,与传统系统相比，本公开的波束形成系统包括该样的优点：扇区容量 减少20%，并且相位阵列天线容量减少31%。
[0134] 图14示出根据本公开的示例实施例的波束分多址炬DMA)系统的示图。
[0135] 参照图14,BDMA系统被描述为可适用于本公开的波束形成系统的通信系统的示 例。
[0136] BDMA系统包括宏基站炬巧1400、多个分布式BS1410和多个用户设备（肥）1420。 宏BS1400和多个分布式BS1410使用多波段无线通信技术。根据信道情形和使用，宏BS 1400和多个分布式BS1410可W选择性地利用频带。例如，大容量、高频带可W用在视线 (L0巧情形中，而低频带可W用在非视线（NL0巧情形中。
[0137] 在此，宏BS1400和多个分布式BS1410在每个频带处使用阵列天线来包括空间 选择性。例如，阵列天线可W是本公开的波束形成系统。
[013引图15示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第一框图。
[0139] 参照图15,波束形成系统包括浮动金属1510,多个开关1519、1520、1522和1524， 控制器1540,多个寄生元件1529、1532、1534和1536,馈送系统1530和射频（RF)系统1550。
[0140] 如图15的上部所示，寄生元件1529、1532、1534和1536W及馈送系统1530W多 个数量存在于波束形成系统中。
[0141] 将馈送系统1530连接至RF系统1550。从RF系统1550提供的信号被提供给馈送 系统1530,之后波束被福射。
[0142] 当要被福射的波束的宽度和方向被控制器1540确定时，控制器1540通过使用开 关1519、1520、1522和1524的至少一个，使得浮动金属1510与不与要被福射的波束的宽度 和方向对应的寄生元件1529、1532、1534和1536接触。
[0143] 之后，不在所接触的寄生元件1529、1532、1534和1536的方向上福射波束，但是在 未接触的寄生元件的方向上福射波束。
[0144] 图16示出根据本公开的示例实施例的波束形成系统的结构的第二框图。
[0145] 参照图16,波束形成系统包括浮动金属1610,多个开关1620、1621、1622、1623、 1624和1625,控制器1640、多个寄生元件1630、1634、1635、1636和1638,多个馈送系统 1632、1635 和 1638,W及RF系统 1650。
[0146] 如图16的上部所示，寄生元件1629、1632、1634和1636W及馈送系统1632、1635 和1638W多个数量存在于波束形成系统中。
[0147] 将多个馈送系统1632、1635和1638连接至RF系统1650。从RF系统1650提供的 信号被提供给馈送系统1632、1635和1638,之后波束被福射。
[014引当要被福射的波束的宽度和方向被控制器1640确定时，控制器1640通过使用开 关1620、1621、1622、1623、1624和1625的至少一个，使得浮动金属1610与不与要被福射的 波束的宽度和方向对应的寄生元件接触。
[0149] 之后，不在所接触的寄生元件的方向上福射波束，但是在未接触的寄生元件的方 向上福射波束。
[0150] 图17示出根据本公开的示例实施例的操作波束形成系统的过程。
[0151] 参照图17,系统的控制器确定要福射的波束的方向（框1710)，并且确定要福射的 波束的宽度（框1715)。
[0152] 之后，控制器使用开关来使得不与要福射的波束的方向和宽度对应的反射器和导 向器与浮动金属接触（框1720) 。
[0153] 之后，控制器向馈送器提供信号，W便根据期望的波束方向和宽度来福射波束。
[0154] 图18示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第一示图。
[0155] 参照图18,示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是40度。
[0156] 图19示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第二示图。
[0157] 参照图19,示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是120度。
[015引图20示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第=示图。
[0159] 参照图20,示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是240度。
[0160] 图21示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第四示图。
[0161] 参照图21，示出了W关于一个馈送器布置导向器和反射器的方式来在一个方向上 产生波束的示例。激活的方向是320度。
[0162] 图22示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第五示图。
[0163] 参照图22,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 75度。
[0164] 图23示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第六示图。
[0165] 参照图23,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 165 度。
[0166] 图24示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第走示图。
[0167] 参照图24,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 255 度。
[016引图25示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第八示图。
[0169] 参照图25,示出了通过使用两个馈送器来减小增益和HPBW的示例。激活的方向是 345 度。
[0170] 图26示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第九示图。
[0171] 参照图26,激活的方向是345度，HPBW被减小到18度，并且增益是17. 5地i。
[0172] 图27示出根据本公开的示例实施例的仿真结果的第十示图。
[0173] 参照图27,激活的方向是85度，HPBW被减小到13度，并且增益是17. 1地i。
[0174] 在系统简化方面，本公开包括优点；增加系统复杂性的基本元件和额外元件被显 著简化，从而可低成本实施波束形成系统，并且错误产生率可W被降低。
[01巧]在功率效率方面，本公开包括优点；通过使用可W不包括可变增益放大器（VGA) 的结构，系统的功率效率可W被显著提高。
[0176] 在结构方面，本公开包括优点；通过使用用于操作在若干方向上的反射器和导向 器，可W调节波束宽度，并且可W利用用于共享馈送器的一个结构来在360度上产生波束。[0177]虽然已经参照其示例实施例显示和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解， 在不脱离由所附权利要求定义的本公开的精神和范围的情况下，可W在其中进行形式和细 节上的各种改变。
【主权项】
1. 一种用于无线通信系统的天线装置，该天线装置包括： 基底； 以特定布置部署的多个Yagi-Uda天线模块； 多个浮动金属模块，其被相应地安装在Yagi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接 到所述多个Yagi-Uda天线模块当中的相应Yagi-Uda模块； 开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和Yagi-Uda天线模块；以及 控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制Yagi-Uda天线模块以包含期望 方向上的方向性。2. 如权利要求1所述的天线装置，其中所述Yagi-Uda天线模块包括： 在与基底垂直的方向上以特定长度和特定直径安装的辐射器； 与辐射器平行地安装在辐射器的一侧的反射器；以及 在连接反射器和辐射器的直线上以辐射器作为中心沿面向反射器的方向以特定间隔 安装的至少一个导向器。3. 如权利要求2所述的天线装置，其中所述浮动金属模块包括相应地安装到反射器和 导向器中的每个的上部的相应单位浮动金属。4. 如权利要求3所述的天线装置，其中所述浮动金属模块的单位浮动金属当与 Yagi-Uda天线模块的相应反射器和相应导向器连接时，被形成为包括长于辐射器的长度的 长度，并且其中相应的单位浮动金属被一起安装在一个金属板上。5. 如权利要求1所述的天线装置，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署 到基底。6. 如权利要求1所述的天线装置，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署 到基底，以一个放射体作为中心以便被共同使用，并且 其中当连接Yagi-Uda天线模块及其相应浮动模块时，不在其方向上感应通过福射器 福射的福射信号。7. -种用于无线通信系统的控制波束的方法，该方法包括： 确定波束的方向和宽度； 通过使用开关使不与要被辐射的波束的方向和宽度对应的反射器和导向器与浮动金 属接触；以及 向福射器提供信号。8. 如权利要求7所述的方法，其中所述辐射器、反射器和导向器被包括在包含以特定 布置部署到基底的多个Yagi-Uda天线模块的天线装置中。9. 如权利要求8所述的方法，其中所述天线装置包括： 多个浮动金属模块，其被相应地安装在Yagi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接 到所述多个Yagi-Uda天线模块当中的相应Yagi-Uda模块； 开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和Yagi-Uda天线模块；以及 控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制Yagi-Uda天线模块以包含期望 方向上的方向性。10. 如权利要求9所述的方法，其中所述Yagi-Uda天线模块包括： 在与基底垂直的方向上被安装以包括特定长度和特定直径的辐射器； 与辐射器平行地被安装在辐射器的一侧的反射器；以及 在连接反射器和辐射器的直线上以辐射器作为中心沿面向反射器的方向以特定间隔 安装的至少一个导向器。11. 如权利要求10所述的方法，其中所述浮动金属模块包括相应地安装到反射器和导 向器中的每个的上部的相应单位浮动金属， 其中浮动金属模块的单位浮动金属当与Yagi-Uda天线模块的相应反射器和相应导向 器连接时，被形成为包括长于辐射器的长度的长度，并且 其中相应的单位浮动金属被一起安装在一个金属板上。12. 如权利要求9所述的方法，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署到 基底。13. 如权利要求9所述的方法，其中以放射形状将所述多个Yagi-Uda天线模块部署到 基底，以一个放射体作为中心以便被共同使用，并且 其中当连接Yagi-Uda天线模块及其相应浮动模块时，不在其方向上感应通过福射器 福射的福射信号。14. 一种用户设备，包括： 存储元件； 与存储元件相关联的处理器，该处理器被配置为运行指令集以便： 确定无线通信系统中的波束的方向和宽度； 通过使用开关使不与要被辐射的波束的方向和宽度对应的反射器和导向器与浮动金 属接触；以及 向福射器提供信号。15. 如权利要求14所述的用户设备，其中所述辐射器、反射器和导向器被包括在包含 以特定布置部署到基底的多个Yagi-Uda天线模块的天线装置中。
【专利摘要】无线通信系统提供了用于无线通信系统的天线装置。该天线装置包括：基底，以特定布置部署的多个Yagi-Uda天线模块，多个浮动金属模块，其被相应地安装在Yagi-Uda天线模块的上部，并且选择性地连接到所述多个Yagi-Uda天线模块当中的相应Yagi-Uda模块，开关元件，用于选择性地开关浮动金属模块和Yagi-Uda天线模块，以及控制器，用于通过选择性地开关所述开关元件来控制Yagi-Uda天线模块以包含期望方向上的方向性。
【IPC分类】H01Q9/30, H01Q3/01
【公开号】CN104904064
【申请号】CN201380063589
【发明人】崔原硕, 朴喆淳, 宋仁相, 吴仁烈, 李重浩, 李采峻
【申请人】三星电子株式会社, 韩国科学技术院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年12月4日
【公告号】US20140225794, WO2014088311A1
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