(57)【要約】セクタ又はマルチビームアンテナ構成を駆動するための装置及び対応する増幅器レベル負荷方法は、送信機での用途に適する。この装置には、複数のフーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイス(501)含まれ、各ＦＴＭデバイスは、複数の出力(513)及び複数の入力(511)を有する。ＦＴＭデバイス(503)の複数の出力には、それぞれ第１アンテナアレイ(403)及び第２アンテナアレイ(405)に接続するように配置された第１出力Ａ1及び第２出力Ｂ2が含まれ、また、これらのアンテナアレイは、アンテナ構成を一括して含む複数のアンテナアレイに含まれる。このアンテナ構成では、第１アンテナアレイ及び第２アンテナアレイは、異なるセクタ及びビームに対応し、また、複数の増幅器(517、519、521、523)は、各ＦＴＭデバイスに対応する。複数の増幅器の１つは、複数の各入力に接続され、また、それを駆動する。
2006523048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セクタアンテナ構成を駆動する無線周波数増幅器のレベル負荷を円滑にするための方法において、
Ｎ個のフーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイスを提供する段階であって、各ＦＴＭデバイスが、前記無線周波数増幅器に接続するためのＭ個の出力及び複数の入力を有する前記段階と、
前記Ｎ個の各ＦＴＭデバイスの前記Ｍ個の各出力が、Ｍ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の１つに接続されるように配置する段階であって、前記Ｍ個のアンテナアレイには、一括して前記セクタアンテナ構成が含まれ、前記Ｍ個の各アンテナアレイは、セクタに対応する前記段階と、からなり、
前記Ｍ個の各出力における信号は、前記ＦＴＭデバイスのいずれか１つ用のいずれか他の前記Ｍ個の出力における信号と相関関係がなく、こうして、前記無線周波数増幅器の前記レベル負荷を円滑にする方法。
【請求項２】
請求項１に記載した方法であって、
前記Ｎ個の各ＦＴＭデバイスの前記Ｍ個の各出力が、Ｍ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の前記１つに接続されるように配置する前記段階には、更に、前記Ｎ個のＦＴＭデバイスのいずれか１つのＭ個の出力が、アンテナ要素に接続されるように配置する段階であって、第１のアンテナ要素が、第２のアンテナ要素とは異なる平均パワーレベルで駆動されると予想される前記段階からなる方法。
【請求項３】
請求項１に記載した方法であって、
前記Ｎ個の各ＦＴＭデバイスの前記Ｍ個の各出力が、Ｍ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の１つに接続されるように配置する前記段階には、更に、ｍが0からＭ−１であり、ｎが0からＮ−１である場合、n番目のＦＴＭのｍ番目の出力が、ｍ番目のアンテナアレイの(ｎ+ｍ)番目のモジュロＭアンテナ要素に接続するように配置する段階が含まれる方法。
【請求項４】
請求項１に記載した方法であって、
前記Ｎ個の各ＦＴＭデバイスの前記Ｍ個の各出力が、Ｍ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の前記１つに接続されるように配置する前記段階には、更に、４出力ＦＴＭデバイス各々の３出力の各々が、３アンテナアレイの各々における４アンテナ要素の１つに接続されるように配置する段階であって、前記各４ＦＴＭデバイスの残りの出力は、負荷に接続されている前記段階が含まれる方法。
【請求項５】
セクタアンテナ構成を駆動するための装置において、
Ｎ個のフーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイスであって、各ＦＴＭデバイスが、Ｍ個の出力及び複数の入力を有し、前記Ｎ個の各ＦＴＭデバイスの前記Ｍ個の各出力がＭ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の１つに接続されるように配置され、前記Ｍ個のアンテナアレイには、一括して、前記セクタアンテナ構成が含まれ、前記Ｍ個の各アンテナアレイは、セクタに対応する前記ＦＴＭデバイスと、
前記各ＦＴＭデバイス用の複数の増幅器であって、前記複数の増幅器の１つが、前記複数の各入力に接続され、また、それを駆動する前記増幅器と、が含まれ、
前記Ｍ個の各出力における信号は、前記ＦＴＭデバイスのいずれか１つ用のいずれか他の前記Ｍ個の出力における信号と相関関係がなく、こうして、前記複数の増幅器の前記レベル負荷を円滑にする装置。
【請求項６】
請求項5に記載した装置であって、
前記Ｎ個のＦＴＭデバイスのいずれか１つの前記Ｍ個の出力は、アンテナ要素に接続され、第１のアンテナ要素が、第２のアンテナ要素とは異なる平均パワーレベルで駆動されると予想される装置。
【請求項７】
請求項５に記載した装置であって、
ｍが0からＭ−１であり、ｎが0からＮ−１である場合、n番目のＦＴＭのm番目の出力が、ｍ番目のアンテナアレイの(ｎ+ｍ)番目のモジュロＭアンテナ要素に接続されるように配置する装置。
【請求項８】
請求項５に記載した装置であって、
4出力ＦＴＭデバイス各々の3出力の各々が、3アンテナアレイの各々における4アンテナ要素の１つに接続されるように配置され、前記各4ＦＴＭデバイスの残りの出力は、負荷に接続されている装置。
【請求項９】
マルチビームアンテナ構成を駆動するための装置において、
複数のフーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイスであって、各ＦＴＭデバイスが複数の出力及び複数の入力を有し、前記複数の各ＦＴＭデバイスの前記複数の出力が、第１アンテナアレイ及び第２アンテナアレイにそれぞれ接続されるように配置されている第１出力及び第２出力を含み、前記第１アンテナアレイ及び前記第２アンテナアレイは、前記マルチビームアンテナ構成が一括して含まれる複数のアンテナアレイに含まれ、前記第１アンテナアレイ及び前記第２アンテナアレイは、第１ビーム及び第２ビームに対応する前記ＦＴＭデバイスと、
前記各ＦＴＭデバイスに対応する複数の増幅器であって、前記複数の増幅器の１つが前記複数の各入力に接続され又それを駆動する、前記増幅器と、が含まれ、
前記複数の各出力における信号は、前記ＦＴＭデバイスのいずれか１つ用のいずれか他の前記複数の出力における信号と相関関係がなく、こうして、前記複数の増幅器の前記レベル負荷を円滑にする装置。
【請求項１０】
請求項9に記載した装置であって、
前記第１出力及び前記第２出力は、前記第１アンテナアレイの第１要素及び前記第２アンテナアレイの第２要素にそれぞれ接続され、前記第１要素及び前記第２要素は、前記第１アンテナアレイ及び前記第２アンテナアレイ内における異なる位置にそれぞれ配置される装置。
【請求項１１】
請求項10に記載した装置であって、
前記第１要素及び前記第２要素は、前記第１アンテナアレイ及び前記第２アンテナアレイ内における前記異なる位置のおかげで、異なる予想パワーレベルで、また、ゼロに近い相関関係を有する、異なる信号で駆動される装置。
【請求項１２】
マルチビームアンテナ構成を駆動するための送信機であって、
複数の入力フーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイスであって、各々、複数の第１入力及び複数の第１出力を有する前記ＦＴＭデバイスと、
複数の無線周波数増幅器であって、各々、入力及び出力を備え、前記複数の無線周波数増幅器の１つの前記入力が、前記複数の入力ＦＴＭデバイスの前記複数の各第１出力に接続された前記無線周波数増幅器と、
複数の出力ＦＴＭデバイスであって、各出力ＦＴＭデバイスが、複数の第２入力及び複数の第２出力を有し、前記複数の各第２入力は、無線周波数増幅器の前記出力に接続され、前記複数の各出力ＦＴＭデバイスの前記複数の第２出力には、第１アンテナアレイ及び第２アンテナアレイにそれぞれ接続するように配置された第１出力及び第２出力が含まれ、前記第１アンテナアレイ及び前記第２アンテナアレイは、前記マルチビームアンテナ構成が一括して含まれる複数のアンテナアレイに含まれ、前記第１アンテナアレイ及び前記第２アンテナアレイは、第１ビーム及び第２ビームに対応する前記出力ＦＴＭデバイスと、が含まれ、
前記複数の各第２出力における信号は、前記出力ＦＴＭデバイスのいずれか１つ用のいずれか他の前記複数の第２出力における信号と相関関係がなく、こうして、前記複数の無線周波数増幅器の前記レベル負荷を円滑にする送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、無線周波数(RF)通信システムに関し、特に、セクタ、好適には、ビームアンテナシステムを駆動するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイスをマルチキャリアＲＦ通信システムに用いて、具体的には、その送信機に用いて、複数のＲＦ信号又はキャリアを増幅し得ることが知られている。ＦＴＭデバイスの使用にはある利点が関連する。これらには、ＦＴＭデバイスと共に用いられる個々の増幅器に対する低い、ピーク対平均所要電力及びこれら増幅器の付随的効率改善の１つ以上が含まれる。更に、ＦＴＭデバイスが、多数のキャリア間で増幅器を共有するために用いられる場合、ある程度の増幅器冗長度を利用し得る。更に、利用可能な増幅器に対する使用増幅器の割合という意味での増幅器の利用効率は、この共有によって改善し得る。
【０００３】
残念なことに、ＦＴＭデバイスのいずれか１つによって処理される予定の信号又はキャリアが、相関関係がある又は大いに相関関係がある場合、これらの利点の幾つかは、ピーク対平均電力の比の改善等の実現は不可能である。また、異なるＦＴＭデバイスに関連する増幅器の不均一な負荷は、特に、セクタアンテナ配置において問題になり得る。
【非特許文献１】1993年、ロバート・メイロー（Robert_J_Mailloux）執筆の書籍”位相アレイアンテナハンドブック”(Phased_Array_antenna_Handbook)（Artech_House）
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
添付図は、同様な参照番号がそれぞれの図において同様な又は機能的に類似の要素を示し、また、以下の詳細な説明と共に明細書に組み入れられその一部をなすが、更に、様々な実施形態を例示し、本発明に基づく様々な原理及び利点を説明する役割を果たす。
【０００５】
全体的に、本開示は、無線周波数(ＲＦ)通信システムに関する。特に、そのようなＲＦ通信システムに用いられるセクタ、好適には、操縦可能ビームアンテナ構成を駆動するための方法及び装置として具現化された様々な新規の概念及び原理について議論し開示する。本装置は、例えば、基地局等に採用し得る無線周波数増幅器での用途に適する。その概念及び原理は、他のシステムやデバイスでも応用されるが、特に対象とするＲＦ通信システムは、モトローラ社製の統合型ディスパッチ強化ネットワーク等の展開・開発されつつある通信システムや、容量増大のためのマルチキャリア増幅器及びセクタビームアンテナを利用するセルラシステム及びその改良版である。
【０００６】
本開示は、更に、本発明に基づき様々な実施形態を実現し用いる最良の形態について権能付与的に説明するために提供される。本開示は、更に、その新規の原理及び利点に対する理解と認識を強化するために提供されるものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、本出願の係属中になされるあらゆる変更や発効時の請求項の全ての等価なものを含む添付の請求項によってのみ規定される。
【０００７】
更に、関連用語の用途、もしあれば、第１及び第２、上及び下等は、エンティティや動作を、そのようなエンティティ又は動作間のいずれか実際のこのような関係や順番を必ずしも要求したり暗示したりすることなく、あるものを他のものと識別するためだけに用いられることを理解されたい。
【０００８】
多くの新規の機能及び多くの新規の原理は、フーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイス、無線周波数増幅器、低損失無線周波数相互接続を提供するのに適する１つ以上の従来のマイクロストリップ回路により又はそれらにおいて最適に実現される。当業者は、例えば、利用可能な時間、現在の技術、及び経済的な考慮によって動機付けされた可能性として多大な努力や数多くの設計の選択肢にも関わらず、本明細書において開示された概念及び原理を手引にすると、最小限の実験で、そのような(ＦＴＭ)デバイス、無線周波数増幅器、及び低損失無線周波数相互接続を容易に設計したり、提供したり、生成したりし得ることが予想される。
【０００９】
従って、簡潔にするために、また、本発明による原理及び概念を不明瞭にするというあらゆるリスクを最小限にするために、もしあれば、そのような(ＦＴＭ)デバイス、無線周波数増幅器、及び低損失無線周波数相互接続の更なる議論は、好適な実施形態によって採用される原理及び概念に関する本質的な点に限定する。
【００１０】
図1において、セクタ、好適には、操縦可能、ビームアンテナ構成101を駆動するマルチキャリア送信機121の概略的及び代表的なシステム図について議論し説明する。図1は、３つのアンテナアレイ103、105、107が含まれるセクタアンテナ配置又は構成101を示し、各アレイは、一般的に、それぞれの120度セクタに到達範囲を提供する(発信無線周波数エネルギを放射し、着信無線周波数エネルギを吸収する)ために用いられる。図示するように、アンテナ構成101は、ビーム又は操縦可能な、可能性として切替え式のビームアンテナシステムである。各アンテナアレイは、複数のアンテナ要素から構成され、また、それぞれのセクタ内において、特定の到達範囲領域に相対的な利得を提供するためのビーム状の到達範囲パターンを形成するのに適する。例えば、アンテナアレイ103は、ビーム109及び他のビーム111で示し、アンテナアレイ105は、ビーム113、115を提供し、アレイ107は、ビーム117を示す。アンテナアレイ103によってサービスが提供されるセクタの上部に配置された無線通信ユニットに信号が到達するためには、109として示すビーム又は到達範囲パターンを用いなければならない可能性がある。これらの特定のビーム又は到達範囲パターンは、一般的に知られているように、アンテナアレイ内における各アンテナ要素が、適切なパワーレベル及び他の要素を駆動する信号に対する相対的な位相関係にある信号又はキャリアよって駆動される場合、提供又は実現される。
【００１１】
マルチキャリア送信機121は、低レベル信号を増幅し、また、アンテナ構成101のそれぞれの要素に接続され、それを駆動する。簡単に言うと、低レベル信号は、励振器・周波数参照・ベースバンド処理・制御機能123によってマルチキャリア送信機121に提供される。ベースバンド処理は、本開示において関係のない又は更に議論される基地局コントローラやスイッチ等から提供される、又は受信機機能（図示せず）を考慮する場合、該基地局コントローラやスイッチ等に提供されるペイロード情報125で動作する。
【００１２】
図2において、従来技術による２x２フーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイス200の電気回路の一形態について議論し説明する。従来技術による２x２(ＦＴＭ)100の電気回路は、より高度な入力出力ＦＴＭデバイス用の基本的な組立てブロックであり、また、図示するように配置された、複数のT字部210及び四分の一波長伝送線212に接続された第１及び第２入力202、204が含まれ、また、第１及び第２出力206、208を有する。基本２x２ＦＴＭ200は、また、分岐線カプラと称することがある。他の選択肢として、他の形態のＦＴＭ回路を利用して、第１及び第２出力206、208において、直交信号を生成し得ることを認識されたい。ＦＴＭが含まれるRF増幅器ネットワークは、公知であり、また、簡単に上述したような利点及び問題を呈し得る。更に、RF増幅器ネットワークへのＦＴＭの応用に関する情報については、読者は、無線設計及び開発(Wireless_Design_and_Development)において１９９８年１０月発刊されたジェフ・マリル(Jeff_Merrill)による"４×４ハイブリッドマトリックスパワー増幅器"を参照されたい。
【００１３】
図3において、入力及び出力４×４ＦＴＭデバイス308、310を備えた公知のＦＴＭ増幅器300の電気ブロック図について議論し説明する。ＦＴＭデバイスが含まれ、これによって増幅器ネットワークを形成する従来技術による増幅器には、図示のように相互接続された４つの基本ＦＴＭ200を含む第１又は入力４×４ＦＴＭ308が含まれる。入力４×４ＦＴＭ308には、４つの別個の入力信号を受信するための４つのＦＴＭ入力304が含まれ、また、更に、４つの中間信号を生成する４つのＦＴＭ出力312-318が含まれる。４つのＦＴＭ出力312-318は、それぞれ、４つの増幅器302に接続され、それらの出力は、それぞれ、出力又は第２4X4ＦＴＭ310の４つの対応するＦＴＭ入力320-326に接続される。第２４×４ＦＴＭ310には、図示のように相互接続された他の４つの基本ＦＴＭ200が含まれ、
４つの別個の及び現時点で増幅された入力信号を４つのＦＴＭ出力306において再生する。４つの増幅器302は、１つの信号を他の信号から絶縁を強化するために、互いに実質的に同じ挿入位相及び利得を有するのが好ましい。
【００１４】
動作時、第１ＦＴＭ308は、ＦＴＭ出力312-318において４つの入力信号を位相シフトして混合したものが含まれる４つの中間信号を生成し、他方、第２ＦＴＭ310は、出力306において、４つの増幅された位相シフトして混合したものを４つの別個の増幅された入力信号に再度変換する。増幅器302は、各々、４つの入力信号を４つの位相シフトを行い混合したものの１つを増幅する。増幅器302の１つが故障した場合、４つの別個の増幅された入力信号は、依然として、ＦＴＭ出力306に現れるが、低パワーレベルであり、また、可能性として、４つの信号間の絶縁が低下している。入力304の１つだけが、任意のある時間に、信号を有する場合、全ての増幅器302が、その１つの信号の位相シフトされたバージョンを増幅し、出力ＦＴＭ310は、全ての増幅器からの出力における信号を合成又は再合成して、出力306の１つにおいて、増幅された信号を提供する。入力信号の相関関係がない限り、全ての増幅器が、同時にピーク信号を生成しなければならない可能性は低いことに留意されたい。
【００１５】
図4において、セクタアンテナ構成を駆動するための複数の出力４×４ＦＴＭデバイスを用いる増幅器システムの電気ブロック図について議論し説明する。図4に示す装置又は増幅器配置は、そのような増幅器システムにおいて遭遇し得る問題を実証し論ずるのに適する。図4に示すセクタアンテナシステム又は構成401には、アンテナアレイ403、405、407が含まれる。各アンテナアレイには、複数のアンテナ要素、具体的には、４つの要素が含まれ、アンテナアレイ403には、アンテナ要素A1、B1、C1、D1が含まれ、アンテナアレイ405には、アンテナ要素A2、B2、C2、D2が含まれ、アンテナアレイ407には、アンテナ要素A3、B3、C3、D3が含まれる。
【００１６】
このアンテナ配置は、特に、操縦型ビーム又は切替え型ビームアンテナ構成に適する。公知なように、アレイの１つのそれぞれの要素を信号で駆動することによって、また、パワーレベルやそれぞれの要素に接続される信号間の相対的な位相関係を制御することによって、アンテナアレイによって放射される信号のパターンを制御し得る。操縦可能ビームにおいて、このパターンは、所定のアレイに関連する120度に渡って多かれ少なかれ連続的に制御される。切替え型ビームアンテナ配置において、有限の組のパワーレベル及び位相関連信号が利用可能であり、アンテナ要素に接続され、それらを駆動するために用いられる。従って、対応する有限の組のパターン又はビームが、アンテナから又はそれによって提供され利用可能である。
【００１７】
図示するように又通常接続されるように、各アンテナアレイ403、405、407は、１つのＦＴＭデバイスによって、具体的には又それぞれ、ＦＴＭデバイス409、411、41 3によって駆動される。増幅器、410、412、414は、各々４つの増幅器のアレイであり、それぞれ、ＦＴＭデバイス409、411、413を駆動する。具体的には、ＦＴＭデバイス409は、アンテナアレイ403のアンテナ要素A1、B1、C1、D1にそれぞれ接続された第１乃至第４出力を有する。ＦＴＭデバイス411は、アンテナアレイ405のアンテナ要素A2、B2、C2、D2にそれぞれ接続された第１乃至第４出力を有する。ＦＴＭデバイス413は、アンテナアレイ407のアンテナ要素A3、B3、C3、D3にそれぞれ接続された第１乃至第４出力を有する。
【００１８】
ＦＴＭデバイス及びアンテナアレイ又は要素を用いる送信機間におけるこの接続配置は、通常の直観的なものであり、基地局全体の接続を円滑にする。例えば、アレイにおける各要素用の個々の信号は、様々な共通ベースバンド処理、及び図4配置によって全てが円滑化される要素用の信号間における特定の位相関係を要求する可能性がある。しかしながら、１つのＦＴＭデバイスがアンテナアレイにおける全ての要素に接続される図4の配置は、問題を起こす。例えば、任意の１つのアンテナアレイにおけるそれぞれの要素用の信号は、高い相関関係がある可能性がある。従って、任意の１つのアンテナアレイ用の全ての又はほとんどの要素が、１つのＦＴＭデバイスから駆動される場合、そのＦＴＭデバイスを駆動する増幅器用のピーク対平均電力比は、犠牲になる。更に、１つのアンテナアレイから他のアンテナアレイへのパワーレベルは、変動する可能性があり、また、アンテナ要素間におけるパワーレベルは、ビーム形状及び指向性を強化するために、ほとんど常に変動する。
【００１９】
図5において、セクタ、好適には、マルチビームアンテナ構成を駆動するための装置及び増幅器の電気ブロック図について議論し説明する。各々図4からの４つのアンテナ要素を備えたアンテナアレイ403、405、407を備えたアンテナ構成401を示す。また、図5に示す構造には、図3を参照して上述した入力及び出力4x4ＦＴＭデバイスを備えた４つの送信機が含まれることに留意されたい。アンテナアレイ及びセクタアンテナシステムは、良く知られている。1993年、ロバート・メイロー（Robert_J_Mailloux）執筆の書籍”位相アレイアンテナハンドブック”(Phased_Array_antenna_Handbook)（Artech_House）は、役に立つと思われる参考文献である。同様に、ＦＴＭデバイスは、公知であり、上述した参考文献に広範囲に渡り書かれている。これらは、カプラ及び、例えば、アナーレンマイクロウェーブ（Anaren_Microwave）から入手可能なスプリッタ等の他のアイテムから構築し得る。更に、無線周波数増幅器又はパワー増幅器は、公知であり、モトローラ等の製造業者から広く入手可能である。１つの実施形態において、図5は、マルチビームアンテナ構成を駆動するための装置を示す。この装置には、複数のフーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイス501が含まれ、ＦＴＭデバイス503等の各ＦＴＭデバイス503、505、507、509は、複数の出力513及び複数の入力511を有する。複数のＦＴＭデバイス各々の複数の出力には、第１、第２、第３等のアンテナアレイなどの異なるアンテナアレイにそれぞれ接続するように配置された１つ以上の第１出力及び１つ以上の第２出力が含まれ、これらのアンテナアレイは、マルチビームアンテナ構成を一括して含む複数のアンテナアレイに含まれる。このように、Ｍ個の各出力における信号は、いずれか１つのＦＴＭデバイス用のいずれか他のＭ個の出力における信号と相関関係がないように配置することによって、無線周波数増幅器のレベル負荷を円滑にし得る。
【００２０】
各第１、第２、第３等のアンテナアレイは、１つ以上の特有のビーム又は到達範囲パターンに対応する。更に、複数の増幅器515、具体的には、複数の増幅器517、519、521、523が含まれ、各々、ＦＴＭデバイス503、505、507、509にそれぞれ対応する４つの増幅器が含まれる。増幅器525等の複数の増幅器は、各々、複数の入力511の１つの入力に接続され、それを駆動する出力528を有する。
【００２１】
出力A1及び出力B2等の任意の１つのＦＴＭデバイスからの複数の出力の少なくとも一部は、第１アンテナアレイ403のアンテナ要素A1及び第２アンテナアレイ405のアンテナ要素B2等、異なるアンテナ要素又は異なるアンテナアレイにそれぞれ接続するように配置されている。アンテナ要素は、それぞれ異なる位置に、即ち、第１アンテナアレイ403内おけるA1及び第２アンテナアレイ405内おけるB2に配置されることに留意されたい。第１アンテナアレイ及び第２アンテナアレイ内における異なる位置のおかげで、第１要素A1及び第２要素B2は、通常、異なる予想パワーレベルで、また、低い又はゼロに近い相関関係を有する異なる信号で駆動される。異なる予想パワーレベルは、テーパリングとして知られる概念から生じ、この場合、公知なように、アレイの角部又は縁部におけるパワーレベルは、低公称パワーレベルで駆動される。例えば、予想パワーレベルの差が4.5乃至5dBである。
【００２２】
上記において議論し説明した新規の概念及び原理は、セクタ、好適には、マルチビームアンテナ構成401を駆動するための送信機を提供するために利用し得る。更に、送信機には、複数の入力フーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイス529が含まれ、各入力ＦＴＭデバイス531、533、535、537は、複数の、具体的には、図5では４つの入力539及び複数の、具体的には、ＦＴＭデバイス531に対して具体的に示したように、４つの出力541を有する。複数の無線周波数増幅器515は、各々、入力及び出力を有する。複数の無線周波数増幅器の１つの入力は、複数の入力ＦＴＭデバイスの複数の出力に各々接続される。例えば、増幅器525の入力527は、入力ＦＴＭデバイス531の出力に接続され、出力528は、出力ＦＴＭデバイス503の複数の入力511の１つに接続される。また、上述した及び更に、図5によって１つの実施形態に示すアンテナアレイ及びアンテナ要素と相互接続された複数の出力ＦＴＭデバイス501が、送信機に含まれる。
【００２３】
上述したように、出力ＦＴＭデバイスからの、例えば、第１出力及び第２出力からの複数の出力の少なくとも２つは、１つのアンテナアレイの要素及び他のアンテナアレイの要素にそれぞれ接続するように配置されており、好適には、第１要素及び第２要素は、そこのそれぞれのアンテナアレイ内における異なる位置に配置される。これらの異なる位置のおかげで、これらの２つのアンテナ要素は、異なる予想パワーレベルによって駆動される可能性があり、また、異なるアンテナアレイに接続されているおかげで、それぞれの要素を駆動する信号は、異なるアレイ用の信号がほとんど又は皆無の相関関係を有する限り、ほとんど又は皆無の又はゼロに近い相関関係を有する。例えば、B又はC位置等、アンテナアレイ中心近傍のアンテナ要素に出力の１つを接続することによって、また、他の出力を端部位置A又はDの１つに接続することによって、これらの要素は、異なる予想パワーレベルで駆動し得る。このように、各出力における信号は、いずれか１つのＦＴＭデバイス用のＭ個の出力の他のいずれかにおける信号と相関関係がなく、これによって、無線周波数増幅器のレベル負荷を円滑にする。
【００２４】
また、出力ＦＴＭデバイスのいずれか１つの複数の出力、具体的には、アクティブな出力は、複数のアンテナアレイに対応し、また、それらに等しい場合があることに留意されたい。例えば、図示のように、3つのアクティブな出力は、３つのアンテナアレイに等しい。更に、１つの実施形態において、複数のアンテナアレイには、各々、複数の出力ＦＴＭデバイスに対応し、また、それらに等しいことがある複数のアンテナ要素が含まれる。例えば、図5において、４つの出力ＦＴＭデバイスが示され、また、これは、アンテナアレイのいずれか１つにおけるアンテナ要素の数に等しい。
【００２５】
更に、複数の各出力ＦＴＭデバイスの複数の第２出力は、第１出力ＦＴＭデバイス用の総予想パワー出力が、第２出力ＦＴＭデバイスから2dB以上変動しないように、アンテナ要素に接続されるように配置される又は接続されることが好ましい。図5において、例えば、B及びCアンテナ要素は、約20ワットで各々駆動され、A及びD要素は、約10ワットで各々駆動し得る。観察によって、各出力ＦＴＭデバイスの場合、３つのアクティブな出力の内２つ以下が、B及びC要素に接続され、3出力の内２つ以下がA及びD要素に接続されることに留意されたい。従って、出力ＦＴＭデバイスからのパワーは、それぞれの出力における信号の相関関係がないことに留意すると、各出力からの予想パワーの算術和である。従って、出力ＦＴＭデバイス503及び505は、約50ワットを供給し、出力ＦＴＭデバイス507、509は、約40ワットを供給すると予想される。50対40ワットは、出力ＦＴＭデバイス間の予想パワーレベル間において、従って、それぞれの出力ＦＴＭデバイスを駆動する増幅器によって供給される必要があるパワーレベル間において1dB未満の差であることに読者は留意されたい。
【００２６】
図5の実施形態並びに他の実施形態に示すように、Ｎ個の出力ＦＴＭデバイスのＭ個の出力とＭ個のアンテナアレイのＮ個のアンテナ要素との間における接続又は連結を記述するために用い得る一般的なアルゴリズムは、次の通りである。n番目の出力ＦＴＭデバイスのｍ番目の出力は、ｍが0からＭ−１であり、ｎが0からＮ−１である場合、ｍ番目のアンテナアレイの(ｎ+ｍ)番目のモジュロＭアンテナ要素に接続するように配置される。図5の送信機は、3アンテナアレイの各々における4アンテナ要素の１つに接続するように配置されている4出力ＦＴＭデバイス各々の3出力の各々を有し、4ＦＴＭデバイス各々の残りの出力は、負荷に接続されている。上記アルゴリズムを利用する場合、Ｍ(図5においてＭ=3)出力は、出力0、出力1、及び出力2として示し、出力0はA1と示し、出力1はB2と示し、及び出力2はC3と示す。同様に、Ｍ=3アンテナアレイは、アレイ0_403、アレイ1_405、及びアレイ2_407である。Ｎ(図5においてＮ=4アンテナ要素)アンテナ要素は、同様に、図5の要素Ａ乃至要素Ｄに対応する要素0乃至要素3と指定する。同様に、Ｎ個のＦＴＭデバイスは、ＦＴＭデバイス0_503乃至ＦＴＭデバイス3_509である。出力ＦＴＭデバイスの各出力からの様々な接続のチェックは読者に任せる。A1等のアンテナ要素のいずれか１つを対象とした信号は、適切な出力ＦＴＭデバイスの対応する出力A1上に、並びに、入力ＦＴＭデバイスの対応する入力A1上に配置し得ることに留意されたい。また、入力の１つが負荷に接続され、また、この入力は、負荷又は具体的には、50オーム負荷に接続される出力に対応することに留意されたい。
【００２７】
また、図5は、セクタアンテナ構成401を駆動するための装置として記述し得る。この装置は、送信機又は送信機の少なくとも出力部であり、Ｎ個のフーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイス501を含み、各ＦＴＭデバイスは、Ｍ個の出力513及び複数の入力511を有する。Ｎ個の各ＦＴＭデバイスのＭ個の各出力は、Ｍ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の１つに接続されるように配置される又は接続される。Ｍ個のアンテナアレイには、一括して、セクタアンテナ構成が含まれ、Ｍ個の各アンテナアレイは、セクタに対応する。図5において、Ｎは、Ｍ=3出力及び各3アンテナアレイ用の4アンテナ要素を備えた４つのＦＴＭデバイスでのように、4に等しい。更に、複数の増幅器517、519、521、523が含まれ、各ＦＴＭデバイスに１つの複数のものが対応し、複数の増幅器の１つが複数の各入力に接続され又それを駆動する。
【００２８】
Ｎ個のＦＴＭデバイスのいずれか１つのＭ個の出力は、アンテナ要素に接続するように配置され、第１のアンテナ要素は、上述したように、第２のアンテナ要素とは異なる平均パワーレベルで駆動されると予想される。好適には、Ｎ個の各ＦＴＭデバイスのＭ個の出力は、第１ＦＴＭデバイス用の総予想パワーが、第２ＦＴＭデバイスから2dB以上変動しないように、アンテナ要素に接続するように配置されている。上記アルゴリズムは、特定の出力をどのアンテナ要素に接続すべきかを指定するために用い得る。このように、各出力における信号は、ＦＴＭデバイスのいずれか１つ用のいずれか他の出力における信号と相関関係がないように、選択又は決定でき、こうして、そのＦＴＭデバイスを駆動している無線周波数増幅器のレベル負荷を円滑にし得る。
【００２９】
上記説明から、１つの実施形態は、セクタアンテナ構成を駆動する無線周波数増幅器のレベル負荷を円滑にするための方法である。本方法には、Ｎ個のフーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイスを提供する段階であって、各ＦＴＭデバイスは無線周波数増幅器に接続するためのＭ個の出力及び複数の入力を有する前記段階と、Ｎ個の各ＦＴＭデバイスのＭ個の各出力がＭ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の１つに接続されるように配置する段階であって、Ｍ個のアンテナアレイには、セクタアンテナ構成が一括して含まれ、Ｍ個の各アンテナアレイがセクタに対応する前記段階と、が含まれる。異なるセクタが異なる信号を放射するために用いられ、また、これらの信号は、低い又は皆無の相互相関を有することが予想される。従って、増幅器は、相関関係がある信号が単一のＦＴＭデバイスから提供される通常の構成より更に良くレベル負荷される傾向がある。
【００３０】
Ｎ個の各ＦＴＭデバイスのＭ個の各出力がＭ個の各アンテナアレイにおけるＮ個のアンテナ要素の１つに接続されるように配置する段階には、更に、好適には、Ｎ個のＦＴＭデバイスのいずれか１つのＭ個の出力が、アンテナ要素に接続されるように配置する段階であって、第１のアンテナ要素が、第２のアンテナ要素とは異なる平均パワーレベルで駆動されると予想される前記段階が含まれる。このことには、上述したように、Ｎ個の各ＦＴＭデバイスのＭ個の出力は、第１ＦＴＭデバイス用の総予想パワーが、第２ＦＴＭデバイスから２dB以上変動しないように、アンテナ要素に接続されるように配置する段階を含み得る。このアルゴリズムは、出力がアンテナ要素に接続されるように配置する段階に用いることができ、また、図5において上述し図示したように、１つの実施形態には、4出力ＦＴＭデバイス各々の3出力の各々が3アンテナアレイの各々における4アンテナ要素の１つに接続するように配置する段階であって、4ＦＴＭデバイス各々の残りの出力は、負荷に接続される前記段階が含まれる。
【００３１】
従って、本発明は、通信システム用の無線周波数増幅器におけるセクタ及び好適には、ビームを形成するアンテナ構成を駆動するための方法及び装置を提供することが前述の開示から明らかである。所定のアンテナアレイにおけるアンテナ要素での信号の相関関係があり、また、耐故障性及び極めて高い増幅器使用効率を提供しつつ、異なるパワーレベルで動作する場合でも、本方法及び装置は、利点として、無線周波数増幅器のレベル負荷を行い、また、ＦＴＭ手順及びデバイスに関連する所望のピーク対平均強化能力を維持する。
【００３２】
本開示は、本発明に基づく様々な実施形態を如何に形成し用いるかについて説明することを意図するものであり、その真の意図した正当な範囲及び精神を制限するものではない。上述の説明は、網羅的であったり、開示された厳密な形態に本発明を限定したりすることを意図するものではない。上述の教示内容に照らして、修正や変更が可能である。実施形態は、本発明の原理及びその実用的な用途を最良に例示するために、また、当業者が、様々な実施形態において、また、考案された実用的な用途に適合された様々な修正で本発明を利用できるように選択し説明した。そのような全ての修正や変更は、正当に、合法的に、また公正に権利が与えられる範囲に基づき解釈された場合、本特許申請の係属中に修正される可能性もある添付の請求項によって、また、その全ての等価物によって決定される本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】セクタ操縦可能ビームアンテナ構成を駆動するマルチキャリア送信機の概略的及び代表的システム図。
【図２】従来技術による２x２フーリエ変換マトリックス(ＦＴＭ)デバイスの電気回路の一形態。
【図３】入力及び出力４X４ＦＴＭデバイスを備えた従来技術によるＦＴＭ増幅器の電気ブロック図。
【図４】典型的な増幅器であって、セクタアンテナ構成を駆動する際、このような増幅器が遭遇し得る問題を実証するのに適する複数の出力4X4ＦＴＭデバイスを用いる増幅器の電気ブロック図。
【図５】本発明に基づくセクタアンテナ構成を駆動するための装置及び増幅器の電気ブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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