利用四极化天线模块阵列实现波束的空间-极化分离的FDD方式的天线装置的制作方法

利用四极化天线模块阵列实现波束的空间-极化分离的fdd方式的天线装置
技术领域
1.本发明涉及用于频分复用的4重极化天线模块及利用其的对波束-图案进行空间分离的天线装置。


背景技术：

2.此部分中记载的内容只是单纯地用于提供本发明的背景信息，并不构成现有技术。
3.作为利用一个传输线路或者天线共享收发信号的方法，频分复用(fdd:frequency-division duplexing)方式和时分复用(tdd:time-division duplexing)方式得以使用。
4.通常，fdd方式的天线通过多重线路可减少衰减(fading)影响，为了执行极化密度(diversity)功能，设计成双重极化天线模块。此外，fdd方式的天线可具有排列多个双重极化天线模块的形态，双重极化天线模块可分别具有多个天线元件(放射元件群)。
5.图1图示了fdd方式的双重极化天线模块阵列的一示例。图1中，每个箭头表示放射元件，箭头的方向表示各放射元件的极化方向。分别包含在左侧的双重极化天线模块(第一天线模块)和右侧的双重极化天线模块(第二天线模块)中的放射元件群中的任意一个可布置为呈 45度的角度，另一个可布置为呈-45度的角度。即，放射元件群可具有相互直交或者垂直的极化方向。
6.2t2r的第一天线模块利用双工器(第一双工器和第二双工器)分别将收发信号tx1、rx1、tx2及rx2进行分离，从而可实现fdd方式。通过进一步设置第二天线模块以及分别将第二天线模块的收发信号分离后进行处理的第三双工器和第四双工器(未图示)，可实现2t2r以上的收发信号处理。
7.然而，为了确保第一天线模块与第二天线模块间的隔离度(isolation)且达到波束赋形的最佳条件，第一天线模块与第二天线模块有必要相隔预设的中心间距离d(例如0.5λ)进行布置。在有限的空间内，需要在确保预设的中心间距离d(例如0.5λ)的状态布置第一天线模块和第二天线模块，因此很难进一步布置第二天线模块所需的第三双工器和第四双工器。
8.如果双工器自身的尺寸增加，则增设第三双工器和第四双工器所需空间不足问题会更加严重。例如，如图2所示，对于fdd方式，个人通信服务(personal communications service，pcs)通信中所使用的发送频率f2带(pcs tx)和接收频率f1带(pcs rx)之间可存在相距十分近的区间w。这种情况下，为了确保双工器w中的边缘特性(skirt characteristic)，需要设置为包括更多数量的共振器，这导致双工器的尺寸变大，由此增设双工器所需空间不足问题会更加严重。
9.另外，如果图示图1中所表现的基于双重极化天线模块矩阵的波束-赋形(波束-图案)，则与图3相同。基于第一天线模块放射的波束以虚线波形表示，基于第二天线模块放射
的波束以两点锁线表示。
10.基于图3可知，从双重极化天线列阵放射的波束具有宽波束形态，宽波束形态的波束根据周围环境snr(signal to noise ratio)会下降，从而存在很难将信号传输至远处的局限性。
11.现有方法为了解决上述问题，通过耦连(共享信道)双重极化天线模块阵列内的放射元件，对相同频率的信号(相同极化的信号)进行空间(扇区)分离。例如，现有方法通过将相同频率的信号分成3个(图4的(a))或者6个(图4的(b))空间来进行波束-成形。但是，如上所述的方法由于具有相同极化的波束布置在相邻的位置上，因此各波束间的相关关系增加，从而会引发通信质量降低的问题。


技术实现要素：

12.(一)要解决的技术问题
13.本发明一实施例的主要目的在于，通过天线模块的结构变化缩减天线模块自身的尺寸，由此确保用于布置双工器或者滤波器的充分空间。
14.此外，本发明又一实施例的主要目的在于，提供一种天线装置，其将通过天线模块列阵放射的波束进行空间分离，并将相邻波束间的极化设置为不同，减小波束间的相关关系，从而可提高通信质量。
15.(二)技术方案
16.根据本发明一实施例，提供一种天线装置，其采用实现波束(beam)的空间-极化分离的fdd(frequency division duplexing)方式，包括：四极化天线模块列阵，其包括具有相同的极化方向且共享第一信道的第一放射元件群、具有与所述第一放射元件群直交的极化方向且共享第二信道的第二放射元件群、与所述第二放射元件群具有45度的极化方向差且共享第三信道的第三放射元件群以及具有与所述第三放射元件群直交的极化方向且共享第四信道的第四放射元件群；滤波器部，其包括对所述第一信道的信号进行滤波的第一滤波器、对所述第二信道的信号进行滤波的第二滤波器、对所述第三信道的信号进行滤波的第三滤波器及对所述第四信道的信号进行滤波的第四滤波器；以及相位设置模块，其通过设置已滤波信号的相位以使通过所述第一放射元件群和所述第二放射元件群放射的第一波束和通过所述第三放射元件群和所述第四放射元件群放射的第二波束在空间上分离，所述第一波束和所述第二波束具有相互不同的极化方向。
17.(三)有益效果
18.如上所述，根据本发明，将放射元件群的信道进行耦连，并为每个耦连的信道分别连接滤波器，从而可解决增设双工器所需空间不足的问题。
19.此外，根据本发明，物理上区分的双重极化天线模块被单一化成一个四极化天线模块，从而不仅能够减小面积而且便于制作、安装、维护等。
20.进一步地，根据本发明，由于能够放射窄波束，因而可提高天线增益，而且能够在空间上以各种方向分离波束，因而可扩大覆盖范围，能够通过波束的极化分离来减小波束间的相关关系，因而能够进一步提高通信质量。
附图说明
21.图1和图2是用于说明现有的双重极化天线装置的示图。
22.图3和图4是用于说明通过现有的双重极化天线装置放射的波束的示图。
23.图5至图7是用于说明四极化天线模块的各种示例的示图。
24.图8至图11是用于说明四极化天线模块列阵及四极化天线模装置的各种示例的示图。
25.图12是用于说明对四极化天线模块阵列的另一示例的示图。
26.图13至图15是用于说明空间-极化分离的示图。
具体实施方式
27.下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。标注附图标记时，即使相同技术特征在不同的附图中出现，也尽可能使用了相同的附图标记。同时需要注意的是，在通篇说明书中，如果认为对相关已知的技术特征和功能的具体说明可能会导致本发明主题不清楚，则省略其详细说明。
28.此外，说明本发明时，可以使用第一、第二、a、b、(a)、(b)等术语。这些术语仅仅是为了区分相应技术特征与其他技术特征，并非限定其本质、次序或顺序等。贯穿说明书全文，如果一技术特征“包括”、“具备”另一技术特征，如果没有特别相反记载，可理解为一技术特征还包括另一技术特征，而非理解为一技术特征排斥另一技术特征。而且，说明书中记载的
“…
部”、“模块”等术语是指至少能够执行一个功能的单位，其可通过硬件、软件及硬件和软件的结合来实现。
29.本说明书提出了1)可提高空间利用率的天线模块及2)用于确保可增设滤波器的空间的天线模块结构、3)可实现波束的空间-极化分离的天线装置。
30.实施例1
31.实施例1中提出了能够提高空间利用率的四重(四)极化波天线模块500。
32.如图5至图7所示，四极化天线模块500可包括第一放射元件模块510及第二放射元件模块520。
33.第一放射元件模块510可包括具有相互直交或者垂直的极化方向的两个放射元件512、514。第二放射元件模块520也可包括具有相互直交或者垂直的极化方向的两个放射元件522、524。
34.其中，
‘
直交’或者
‘
垂直’包括：放射元件的极化方向之间准确地存在90度角度差的情况；以及存在90
±
θ的角度差的情况。θ可根据天线模块制作工序中的误差、与其他天线模块间的相关关系(correlation)程度、波束成形方向的调整必要性等发生变化。
35.在第一放射元件模块510包括的两个放射元件512、514中，将任意一个称为第一放射元件512，将另一个称为第二放射元件514。第二放射元件514的极化方向可设置为与第一放射元件512的极化方向直交或者垂直。
36.在第二放射元件模块520包括的两个放射元件522、524中，将任意一个称为第三放射元件522，将另一个称为第四放射元件524。第三放射元件522可设置为与第一放射元件512的极化方向具有45度的极化方向差。
37.第四放射元件524的极化方向设置为与第三放射元件522的极化方向直交或者垂
直。第二放射元件514与第一放射元件512具有直交或者垂直的极化方向关系，第一放射元件512与第三放射元件522及第四放射元件524具有45度的极化方向关系，第四放射元件524与第三放射元件522具有直交或者垂直的极化方向关系。因此，第四放射元件524可与第一放射元件512和第二放射元件514具有45度的极化方向关系。
38.其中，
‘
45度的极化方向关系’包括：放射元件间准确地存在45度的极化方向差的情况以及存在45
±
θ的极化方向差的情况。θ可根据天线模块制作工序中的误差、与其他天线模块间的相关关系程度、波束成形方向的调整必要性等发生变化。
39.根据不同实施形态，放射元件512、514、522及524的极化方向可具有各种形态。例如，第一放射元件512和第二放射元件514可分别具有 45度和-45度的极化方向，第三放射元件522和第四放射元件524可分别具有垂直和水平的极化方向。作为另一示例，第一放射元件512和第二放射元件514可分别具有垂直和水平的极化方向，第三放射元件522和第四放射元件524可分别具有 45度和-45度的极化方向。
40.为了实现fdd方式，放射元件群512、514、522及524中的每个可用于信号的发送或者接收。例如，在第一放射元件512和第二放射元件514中，任意一个(第一放射元件)可与发送线路tx1连接并用于发送信号，另一个(第二放射元件)可与接收线路rx2连接并用于接收信号。此外，在第三放射元件522和第四放射元件524中，任意一个(第三放射元件)可与发送线路tx2连接并用于发送信号，另一个(第四放射元件)可与接收线路rx1连接并用于接收信号。
41.下面，将对能够提高四极化天线模块500的面积利用率的实施例进行说明。在以下实施例中，假设第一放射元件512和第三放射元件522用于发送信号，而第二放射元件514和第四放射元件524用于接收信号。
42.实施例1-1
43.实施例1-1是第一放射元件512和第二放射元件514布置于第二放射元件模块520周边的实施例。
44.如图5所示，第一放射元件512可布置于第二放射元件模块520的上侧(上侧周边，图5的(a)和图5的(b))，或者布置于第二放射元件模块520的下侧(下侧周边，(图5的(c)和图5的(d))。布置于第二放射元件模块520的上侧或者下侧的第一放射元件512可与第三放射元件522和第四放射元件524具有
±
45度的极化方向差。
45.第二放射元件514布置于第二放射元件模块520的左侧(左侧周边，图5的(a)和图5的(c))，或者布置于第二放射元件模块520的右侧(右侧周边，图5的(b)和图5的(d))。布置于第二放射元件模块520的左侧或者右侧的第二放射元件514可与第一放射元件512具有直交或者垂直的极化方向差，而且可与第三放射元件522和第四放射元件524具有
±
45度的极化方向差。
46.实施例1-2
47.实施例1-2是第三放射元件522和第四放射元件524布置于第一放射元件模块510周边的实施例。
48.如图6所示，第三放射元件522可布置于第一放射元件模块510的左上侧(左上侧周边，图6的(a)和图6的(b))，或者布置于第一放射元件模块510的右下侧(右下侧周边，(图6的(c)和图6的(d))。布置于第一放射元件模块510的上侧或者下侧的第三放射元件522可与
第一放射元件512和第二放射元件514具有
±
45度的极化方向差。
49.第四放射元件524布置于第一放射元件模块510的左下侧(左下侧周边，图6的(a)和图6的(c))，或者布置于第一放射元件模块510的右上侧(右上侧周边，图6的(b)和图6的(d))。布置于第一放射元件模块510左下侧或者右上侧的第四放射元件524可与第三放射元件522具有直交或者垂直的极化方向差，可与第一放射元件512和第二放射元件514具有
±
45度的极化方向差。
50.如实施例1-1和实施例1-2所示，本发明的四极化天线模块500可配置为：在第二放射元件模块520占用的区域(图5的实线方框)内布置第一放射元件512和第二放射元件514，或者在第一放射元件模块510占用的区域(图6的实线方框)内布置第三放射元件522和第四放射元件524。
51.因此，相比于两个放射元件模块物理上分开地布置的现有方法，实施例1-1和实施例1-2能够进一步提高面积利用率。此外，面积利用率的提高能够带来制作、安装、运营维护等的便利性。
52.在实施例1-1中，第三放射元件522和第四放射元件524可布置成各种形态。例如，第三放射元件522和第四放射元件524可布置成相互交叉。此外，第三放射元件522和第四放射元件524可布置成在各自的中心相互交叉。此时，第二放射元件模块520占用的区域(图5的实线方框)的面积被最小化，从而可进一步提高面积利用率。
53.在实施例1-2中，第一放射元件512和第二放射元件514可布置成各种形态。例如，第一放射元件512和第二放射元件514可布置成相互交叉。此外，第一放射元件512和第二放射元件514可布置成在各自的中心相互交叉。此时，第一放射元件模块510占用的区域(图6的实线方框)的面积被最小化，从而可进一步提高面积利用率。
54.实施例1-3
55.实施例1-3是第一放射元件512和第二放射元件514布置成相互交叉且第三放射元件522和第四放射元件524也布置成相互交叉的实施例。
56.如图7所示，第一放射元件512和第二放射元件514可布置成相互交叉。第一放射元件512与第二放射元件514相互交叉的位置或者点称为
‘
第一交叉点710’。
57.如图7所示，第三放射元件522和第四放射元件524可布置成相互交叉。第三放射元件522和第四放射元件524相互交叉的位置或者点称为
‘
第二交叉点720’。
58.四极化天线模块500占用的面积(图7的实线方框)可根据第一交叉点710与第二交叉点720之间的距离来确定。越是第一交叉点710与第二交叉点720之间的距离增加，四极化天线模块500占用面积将增加，越是第一交叉点710与第二交叉点720之间的距离减小，四极化天线模块500占用面积将减小。
59.相比于现有方法(两个放射元件模块物理上分开地布置)，为了进一步提高面积利用率，第一交叉点710与第二交叉点720之间的距离优选小于或者等于一个放射元件的长度。
60.如果第一交叉点710和第二交叉点720之间的距离小于或者等于一个放射元件的长度，则第一交叉点710与第二交叉点720之间的距离可基于设计人员的意图或者与天线模块阵列的其他天线模块之间的布置关系等，设置为各种形态。
61.为了最大化面积利用率，第一交叉点710与第二交叉点720也可以位于相同的位
置。即，第一放射元件512和第二放射元件514可布置成使各自的中心相互交叉(第一交叉点)，而且第三放射元件522和第四放射元件524也可布置成使各自的中心相互交叉(第二交叉点)，如果第一交叉点710与第二交叉点720位于相同的位置，则能够最大化面积利用率。
62.实施例2
63.实施例2提出了一种能够确保用于增设滤波器所需的充分空间且能够实现空间-极化分离的天线装置。
64.如前所述，现有的双重极化天线模块阵列放射的波束呈现具有低天线增益的宽波束形态，因此很难将信号传输至远处。如果将天线模块以阵列形态布置且将放射元件的信道进行耦连，则可导出窄波束形态从而能够将信号传输至远处。但是，此时可能会发生如下所述的问题。
65.1)为了确保天线模块间的隔离度且现实波束赋形的最佳条件，需要将天线模块布置为具有预设的中心间距离，但是很难确保用于布置与该天线模块连接的双工器的充分空间。
66.2)尺寸增加
–
为了导出窄波束形态，需要布置多个放射元件或者多个天线模块，从而天线的尺寸增加，面积利用率下降。
67.3)相邻的波束间发生重叠，使波束的极化间相关关系增加，从而导致通信质量下降。
68.本说明书旨在提供一种能够解决如上述的现有天线装置中存在的所有问题的新型天线装置。
69.如图8所示，根据本发明的天线装置可包括四极化天线模块阵列800、滤波器部870及相位设置模块880。
70.四极化天线模块阵列800利用自身包括的放射元件来放射多个波束。通过四极化天线模块阵列800放射的波束可具有窄波束形态，该波束中相邻的两个波束可具有相互不同的极化方向。
71.四极化天线模块阵列800可包括多个四极化天线模块。本说明书中假设四极化天线模块阵列800包括两个四极化天线模块，则其中任意一个称为第一四极化天线模块810，而另一个称为第二四极化天线模块820。
72.为了确保第一四极化天线模块810和第二四极化天线模块820间的隔离度且实现波束赋形的最佳条件，第一四极化天线模块810和第二四极化天线模块820可以以预设的中心间距离d(例如0.5λ)进行布置。
73.第一四极化天线模块810可包括第一放射元件至第四放射元件832、842、852及862。
74.第二放射元件842具有与第一放射元件832直交的极化方向，第三放射元件852与第一放射元件832及第二放射元件842具有45度的极化方向差，第四放射元件862可具有与第三放射元件852直交的极化方向。第三放射元件852和第四放射元件862具有相互直交的极化方向，因此第四放射元件862与第三放射元件852一样，也与第一放射元件832及第二放射元件842具有45度的极化方向差。
75.第二四极化天线模块820可包括第五放射元件至第八放射元件834、844、854及864。
76.第五放射元件834可具有与第一放射元件832相同的极化方向，第六放射元件844具有与第二放射元件842相同的极化方向，第七放射元件854具有与第三放射元件852相同的极化方向，第八放射元件864具有与第四放射元件862相同的极化方向。
77.因此，第六放射元件844具有与第五放射元件834直交的极化方向，第七放射元件854与第五放射元件834及第六放射元件844具有45度的极化方向差，第八放射元件864可具有与第七放射元件854直交的极化方向。第七放射元件854和第八放射元件864具有相互直交的极化方向，第八放射元件864与第七放射元件854一样，也与第五放射元件834及第六放射元件844具有45度的极化方向差。
78.在四极化天线模块阵列800包括的放射元件中，具有相同极化方向的放射元件的信道可以相互耦连。例如，第一放射元件832与第五放射元件834可以耦连以共享第一信道trx1，第二放射元件842与第六放射元件844也可以耦连以共享第二信道trx2。而且，第三放射元件852与第七放射元件854可以耦连以共享第三信道trx3，第四放射元件862与第八放射元件864也可以耦连以共享第四信道trx4。通过信道被耦连的放射元件放射的波束可具有窄波束形态。
79.其中，通过第一信道tx1耦连的第一放射元件832和第五放射元件834可称之为'第一放射元件群或者第一放射元件对830'，通过第二信道rx2耦连的第二放射元件842和第六放射元件844可称之为'第二放射元件群或者第二放射元件对840'。此外，通过第三信道tx2耦连的第三放射元件852和第七放射元件854可称之为'第三放射元件群或者第三放射元件对850'，通过第四信道rx1耦连的第四放射元件862和第八射元件864可称之为'第四放射元件群或者第四放射元件对860'。
80.通过放射元件放射的波束可具有将其放射出的放射元件的极化方向(将其放射出的放射元件上设置的极化方向)。例如，通过第一放射元件群830放射的波束可具有水平的极化方向，通过第二放射元件群840放射的波束可具有垂直的极化方向。此外，通过第三放射元件群850放射的波束可具有-45度的极化方向，通过第四放射元件群860放射的波束可具有-45度的极化方向。其中，可将具有
±
45度的极化方向的波束称为第一波束，可将具有垂直的极化方向的波束和具有水平的极化方向的波束称为第二波束(v/h)。
81.滤波器部870可以以预设的频带对通过各信道tx1、tx2、rx1、rx2移动的信号进行滤波。滤波器部870可包括第一滤波器872、第二滤波器874、第三滤波器876及第四滤波器878。对于滤波器部870的详细内容将在后面进行说明。
82.为了在空间上分离通过四极化天线模块阵列800放射的波束，相位设置模块880可将滤波信号之间的相位设置为相互不同。相位设置模块880可利用移相器(phase shifter)等得以实现。
83.例如，相位设置模块880能够将通过第一信道tx1和第二信道rx2移动的信号与通过第三信道tx2和第四信道rx1移动的信号间的相位设置为不同。通过第一信道tx1和第二信道rx2移动的信号通过第一放射元件群830和第二放射元件群840作为第一波束被放射，通过第三信道tx2和第四信道rx1移动的信号通过第三放射元件群850和第四放射元件群860作为第二波束被放射，其结果，第一波束和第二波束在空间上可以以相互不同的相位放射。
84.此时，由于通过四极化天线模块列阵800放射的波束是以具有将其放射出的放射
元件的极化方向的状态进行放射，因此空间上相邻的两个波束将具有相互不同的极化波。
85.实施例2-1：确保充分的空间
86.实施例2-1是能够确保布置空间的滤波器部870的结构或者构成的实施例。
87.滤波器部870可包括第一滤波器872、第二滤波器874、第三滤波器876及第四滤波器878。
88.第一滤波器872可以以预设的频带对通过第一信道tx1移动的信号进行滤波。第一滤波器872中预设的频带可以是通过第一放射元件群830放射的信号的频带。第二滤波器874可以以预设的频带对通过第二信道rx2移动的信号进行滤波。第二滤波器874中预设的频带可以是通过第二放射元件群840放射的信号的频带。
89.第三滤波器876可以以预设的频带对通过第三信道tx2放射的信号进行滤波。第三滤波器876中预设的频带可以是通过第三放射元件群850放射的信号的频带。第四滤波器878可以以预设的频带对通过第四信道rx1移动的信号进行滤波。第四滤波器878中预设的频带可以是通过第四放射元件群860放射的信号的频带。
90.如上所述，现有的天线装置设置为各信道分别连接双工器，通过该双工器分离发送信号和接收信号，从而实现fdd方式。与其不同的是，如图8至图11所示，本发明的天线装置设置为将信道区分为信号发送用信道和信号接收用信道，各信道连接滤波器，通过该滤波器对发送信号或者接收信号进行滤波，从而实现fdd方式。
91.本发明的天线装置中使用的滤波器相比于现有天线装置的双工器，具有较小的尺寸，因此本发明的天线装置可确保增设滤波器所需的充足空间。即，本发明的天线装置无需增加布置四极化天线模块列阵800所用的面积，便可布置足够数量的滤波器。
92.实施例2-2：提高面积使用率(缩减天线尺寸)
93.实施例2-2是通过缩减四极化天线模块列阵800的尺寸，提高面积利用率的、放射元件群的有效布置结构的实施例。放射元件群的有效布置结构可适用实施例1中所述的四极化天线模块的布置结构。
94.例如，如图8所示，可将第一放射元件群830布置于第三放射元件群850和第四放射元件群860的上侧，可将第二放射元件群840布置于第三放射元件群850和第四放射元件群860的右侧或者左侧。作为另一示例，可将第一放射元件群830布置于第三放射元件群850和第四放射元件群860的下侧，而且可将第二放射元件群840布置于第三放射元件群850和第四放射元件群860的右侧或者左侧。
95.作为又一示例，如图10所示，可将第三放射元件群850布置于第一放射元件群830和第二放射元件群840的左上侧，可将第四放射元件群860布置于第一放射元件群830和第二放射元件群840的右上侧或者左下侧。作为另一示例，可将第三放射元件群850布置于第一放射元件群830和第二放射元件群840的下侧，而且可将第四放射元件群860布置于第一放射元件群830和第二放射元件群840的右侧或者左侧。
96.作为又一示例，如图11所示，第一放射元件群830的每个和第二放射元件群840的每个布置成相互交叉，第三放射元件群850的每个和第四放射元件群860的每个可布置成相互交叉。其中，可将第一放射元件群830与第二放射元件群840相互交叉的位置或者点称为第一交叉点1110，而且可将第三放射元件群850与第四放射元件群860分别相互交叉的位置或者点称为第二交叉点1120。
97.如实施例1-3，第一交叉点1110与第二交叉点1120间的距离最小时，第一四极化天线模块810和第二四极化天线模块820所占面积的利用率将最大。因此，为了最大化面积利用率，第一交叉点1110与第二交叉点1120可以位于相同的位置。
98.另外，第一四极化天线模块810和第二四极化天线模块820可布置于各自不同的位置。例如，四极化天线模块810、820可沿着水平方向、垂直方向或者对角线方向布置。
99.四极化天线模块810、820沿着水平方向布置时，第一四极化天线模块810可布置于左侧且第二四极化天线模块820布置于右侧，或者第一四极化天线模块810可布置于右侧且第二四极化天线模块820布置于左侧。
100.当四极化天线模块810、820沿着垂直方向布置时，第一四极化天线模块810可布置于上侧且第二四极化天线模块820布置于下侧，或者第一四极化天线模块810可布置于下侧且第二四极化天线模块820布置于上侧。这种情况下，放射元件群830、840、850及860中垂直方向布置的放射元件群可以以垂直方向为基准布置在相互不同的位置或者相互对称的位置或者相互相反的位置。
101.例如，如图9所示，如果第一四极化天线模块810布置在上侧而第二四极化天线模块820布置在下侧，则第二放射元件群840中第一四极化天线模块810所包括的第二放射元件842及第二四极化天线模块820所包括的第六放射元件844朝垂直方向排列。
102.这种情况下，第二放射元件842和第六放射元件844以垂直方向为基准可布置于相互不同的位置(相互相反的位置)上。即，第二放射元件842可布置于第三放射元件852和第四放射元件862的左侧且第六放射元件844布置于第七放射元件854和第八放射元件864的右侧，或者第二放射元件842可布置于第三放射元件852和第四放射元件862的右侧且第六放射元件844布置于第七放射元件854和第八放射元件864的左侧。
103.朝垂直方向排列的放射元件以垂直方向为基准布置于相互不同的位置是为了形成具有充分增益的窄波束(具有预定放射角度的窄波束)。
104.波束的增益依赖于放射元件的水平方向的长度，第一放射元件832和第五放射元件834由于朝水平方向排列，因此能够放射增益充分的窄波束。但是，第二放射元件842和第六放射元件844由于朝垂直方向排列，因此水平方向长度十分短，从而很难放射增益充分的窄波束。
105.因此，如果将第二放射元件842和第六放射元件844布置在相互对称的位置上，并将第二放射元件842与第六放射元件844间的距离差用作放射元件的水平方向的长度，则能够形成增益充分的窄波束。
106.实施例2-3：改善波束间的相关关系(空间-极化分离)
107.实施例2-3是为了改善波束间的相关关系，在空间上将波束分离后进行放射(空间分离)，且将空间上分离的波束中相邻的波束间的极化设置为不同(极化分离)的方法。
108.为了在空间上分离波束，相位设置模块880可对输入信号的相位或者角度进行设置。例如，相位设置模块880可在输入信号(滤波信号)中将通过tx1和rx2输入的信号的相位和通过tx2和rx1输入的信号的相位设置为相互不同。
109.以不同相位设置的信号通过放射元件群830、840、850及860放射，此时，可以以具有各放射元件群830、840、850及860上设置的极化方向的波束形态进行放射。
110.例如，通过tx1输入的信号可基于第一放射元件832和第五放射元件834放射为具
有水平的极化方向的波束，通过trx2输入的信号可基于第二放射元件842和第六放射元件844放射为具有垂直的极化方向的波束(第二波束)。此外，通过tx2输入的信号可基于第三放射元件852和第七放射元件854放射为具有-45度极化方向的波束，通过tr1输入的信号可基于第四放射元件862和第八放射元件864放射为具有 45度极化方向的波束(第一波束)。
111.水平方向的空间-极化分离
112.相位设置模块880可在水平方向将输入信号的相位设置为相互不同。如果信号的相位在水平方向设置为相互不同，则可使通过四极化天线模块阵列800放射的波束在空间上水平方向分离。
113.图13图示了波束的水平方向的空间-极化分离的一示例。具有
±
45度极化方向的波束表示第一波束，具有v/h极化方向的波束表示第二波束。从图13可以看出，根据本发明的天线装置中具有相互不同极化或者极化方向的波束(第一波束和第二波束)在空间上水平方向分离后发射。
114.图14图示了基于本发明的天线装置被空间-极化分离的波束与基于现有天线装置的波束的比较结果。
115.图14中，虚线波形显示基于现有天线装置的波束，实线波形中未标有图案的区域表示基于本发明的天线装置的第一波束(
±
45度)，标有图案的波形表示基于本发明的天线装置的第二波束(v/h)。
116.通过图14可知，根据本发明的天线装置，可实现波束的水平方向的空间-极化分离，相比于现有的方法，能够得到进一步提高的天线增益。而且，根据本发明的天线装置可知，由于扇区(空间)被分离，因此能够达到覆盖范围增加的效果。
117.进而可知，基于本发明的天线装置放射的波束之间虽然存在重叠区域，但是由于波束间的极化相互不同(极化分离)，因此能够解决信号间的相关关系问题。图15图示了进一步详细说明基于极化分离的效果。
118.以从左侧向右侧前进的方向为基准，第一波束具有
±
45度的极化方向而第二波束具有v/h的极化方向，因此两波束间的相关关系会充分小。这种特性也可以在第二波束与第三波束之间以及第三波束与第四波束之间成立。
119.虽然第一波束和第三波束皆具有
±
45度的极化方向，但是由于空间分离使两者相隔充分的距离(处于分离状态)，因此两波束间的相关关系也会充分小。这种特性也可以在第二波束与第四波束之间成立。
120.如上所述，本发明的天线装置将空间上相邻的窄波束间的极化设置为相互不同，从而能够改善极化间的相关关系，实现极化复用(polarization reuse)，因而能够使极化效率完全得到再利用。
121.实施例3
122.实施例3是在天线模块矩阵内通过将天线模块布置在不同区域来进一步缩减滤波器的尺寸，可在相对狭窄的空间中布置滤波器的方法。
123.如图12所示，天线模块矩阵可设置为包括相当于双重极化天线模块的第一放射元件模块1212、1222、1232及1242和第二放射元件模块1214、1224、1234及1244。第一放射元件模块1212、1222、1232及1242可具有v/h或者
±
45度的极化方向，第二放射元件模块1214、1224、1234及1244可具有
±
45度或者v/h的极化方向。
124.第一放射元件模块1212、1222、1232及1242和第二放射元件模块1214、1224、1234及1244可分别以预设的中心间距离d(例如0.5λ)进行布置。中心间距离d相当于用于确保第一放射元件模块1212、1222、1232及1242和第二放射元件模块1214、1224、1234及1244间的隔离度且达成波束赋形的最佳条件的距离。
125.如图12所示，第一放射元件模块1212、1222、1232及1242和第二放射元件模块1214、1224、1234及1244可布置为相互交叉(interleaved)。1216、1218、1226、1228、1236、1238、1246及1248表示将第一放射元件模块1212、1222、1232及1242和第二放射元件模块1214、1224、1234及1244相互交叉布置时产生的空间或者区域。
126.例如，第一放射元件模块1212与第二放射元件模块1214以相互呈对角的方向布置，第一放射元件模块1222与第二放射元件模块1224同样以相互呈对角的方向布置，第一放射元件模块1232与第二放射元件模块1234同样以相互呈对角的方向布置，第一放射元件模块1242与第二放射元件模块1244同样以相互呈对角的方向布置，从而第一放射元件模块1212、1222、1232及1242与第二放射元件模块1214、1224、1234及1244可以以相互交叉布置。
127.如上，如果将第一放射元件模块1212、1222、1232及1242和第二放射元件模块1214、1224、1234及1244交叉布置，则在
±
45度的双重极化天线与v/h的双重极化天线之间可确保更高的隔离度。确保高隔离度不仅可减少滤波器的负担，而且还可以相对减小滤波器的尺寸，其结果，可在更狭窄的空间布置滤波器。
128.通过将第一放射元件模块1212、1222、1232及1242中的任意一个和第二放射元件模块1214、1224、1234及1244中的任意一个进行结合，可形成一个四极化天线模块。例如，通过结合1212和1214可形成一个四极化天线模块1210，通过结合1222和1224可形成一个四极化天线模块1220，且通过结合1232和1234可形成一个四极化天线模块1230，通过结合1242和1244可形成一个四极化天线模块1240。
129.此外，本发明的天线装置还可以设置为结合四极化天线模块1210、1220、1230及1240，以放射实施例2中所述的narrow波束。进而，本发明的天线装置通过相位设置模块880为通过信道移动的信号设置不同的相位。这种情况下，可实现如图13至图15中所述的空间-极化分离。
130.以上说明仅用于举例说明本实施例的技术思想，对于本实施例所属技术领域具有通常知识的技术人员而言，在不超出本实施例的本质特征的范围内可进行各种修改和变形。因此，本实施例并非用于限定本实施例的技术思想而是用于说明，本实施例的技术思想的范围不受所述实施例的限制。本实施例的保护范围应基于下面的权利要求书解释，并与其等同的范围内的所有技术思想应解释为皆属于本实施例的权利范围。
131.附图标记说明
132.800:四极化天线模块列阵
133.500、1210、1220、1230、1240:四极化天线模块
134.810:第一四极化天线模块
ꢀꢀꢀ
820:第二四极化天线模块
135.510、1212、1222、1232、1242:第一放射元件模块
136.520、1214、1224、1234、1244:第二放射元件模块
137.830:第一放射元件群
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
840:第二放射元件群
138.850:第三放射元件群
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
860:第四放射元件群
139.512、832:第一放射元件
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514、842:第二放射元件
140.522、852:第三放射元件
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524、862:第四放射元件
141.834:第五放射元件
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844:第六放射元件
142.854:第七放射元件
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864:第八放射元件
143.710、1110:第一交叉点
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720、1120:第二交叉点
144.870:滤波器部
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872:第一滤波器
145.874:第二滤波器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
876:第三滤波器
146.878:第四滤波器
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tx1:第一信道
147.rx2:第二信道
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tx2:第三信道
148.rx1:第四信道
149.1216、1218、1226、1228、1236、1238、1246、1248:空间
150.相关申请的交叉引用
151.本技术要求对2020年1月17日在韩国申请的专利申请号为10-2020-0006676以及2020年04月28日在韩国申请的专利申请号为10-2020-0051182的优先权，其全部内容作为参考包含在本说明书中。