CN101051860A - 一种馈电网络装置、天馈子系统和基站系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种馈电网络装置、天馈子系统和基站系统。用以实现将输入信号等幅或不等幅输出且输出端信号相位存在45度或90度相位差。本发明实施例提供的馈电网络装置通过用两级耦合器和两个移相器来实现给阵列天线提供馈电的功能；其中两个移相器级连在两级耦合器之间，一级耦合器一端与基站双工器相连，另一端连接到二级耦合器；二级耦合器一端与一级耦合器相连，另一端连接到功分器，从功分器输出的信号再送到天馈子系统，给阵列天线进行馈电。该馈电网络装置在印刷电路板上采用四层板层叠方案实现。该馈电网络装置应用在天馈子系统和基站系统中。

Description

一种馈电网络装置、天馈子系统和基站系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种馈电网络装置、天馈子系统和基站系统。

背景枝术

智能天线技术作为第三代移动通信的核心技术之一，能根据各移动用户间信号空间特征差异，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向，旁瓣对准干扰信号到达方向，达到高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的，使无线电频谱的利用和信号传输更为有效，从而最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效克服了信道衰落。同时，由于天线直接指向用户，减小了小区用户之间及相邻小区用户间的干扰并减少了多径效应。

要利用智能天线产生空间定向波束，就离不开馈电网络装置(也即波束赋形网络)，如图1所示，馈电网络装置为第三代移动通信系统基站系统的天馈子系统的主要组成部分，天馈子系统和基站系统的双工器相连，天馈子系统包括顺次连接的馈电网络装置、功分器和天线阵列。基站系统发射机TX(Transmitter)发射出的信号波束经过双工器进入馈电网络装置后，幅度被等幅或不等幅输出且相邻输出端信号相位依次存在恒定的45度或90度偏差(即波束赋形)。经过波束赋形后的信号送到天线阵列，给阵列天线单元提供馈电，从而使天线产生多个独立的空间定向波束，使叠加出的电磁波具有很好的方向性。通过将无线电信号导向指定的用户方向，使用户在有限的方向区域发送和接收，极大地增加了通信覆盖距离和系统容量，提高了频谱利用率，降低了基站发射功率，节省了系统成本，减少了信号间干扰与电磁环境污染。另外，由于接收机RX(Receiver)同样采用多个独立的天线，故能增强期望方向的接收灵敏度，抑制非期望方向的信号。

现有技术中常采用巴特勒(Butler)矩阵结构实现馈电网络装置，巴特勒(Butler)矩阵结构是一种无源互易的电路，该电路包括若干耦合器及相移元件，耦合器为一种双入双出的无源器件。

现有技术利用3dB分支线定向耦合器按照标准Butler矩阵拓扑结构实现等幅输出的馈电网络装置，馈电网络装置主要由4个3dB分支线定向耦合器和两个45度传输线移相器在印刷电路板PCB(Printed Circuit Board)上级连形成。3dB分支线定向耦合器为等幅输出的耦合器，输入端信号经3dB分支线定向耦合器后等幅为幅度各为输入信号一半的两个输出信号。

如图2所示为采用3dB分支线定向耦合器实现的馈电网络装置拓扑结构图，3dB分支线定向耦合器201的输出端pin1经过一个45度移相器205与3dB分支线定向耦合器202的输入管脚pin3连接，3dB分支线定向耦合器201的输出端pin2直接与3dB分支线定向耦合器203的输入管脚pin4连接，3dB分支线定向耦合器204、45度移相器206和其它两个3dB分支线定向耦合器的连接方式类似。

3dB分支线定向耦合器201输入管脚Input1输入的信号经3dB分支线定向耦合器201后，一部分信号从直通端pin1输出进入一个45度移相器205，再从3dB分支线定向耦合器202的输入管脚pin3进入3dB分支线定向耦合器202，经3dB分支线定向耦合器202后分别从管脚Output1和Output3输出；经3dB分支线定向耦合器201的另一部分信号从耦合端pin2输出后直接进入3dB分支线定向耦合器203的管脚pin4，经3dB分支线定向耦合器203后从Output2与Output4输出。

由于采用了两级3dB分支线定向耦合器，信号经过一级耦合器等幅输出后，分别进入二级的信号又一次等幅输出。因此，该馈电网络装置能够实现将任意输入端输入的信号功率等分到四个输出端输出；

由于现有实现等幅输出的馈电网络装置使用的都是分支线定向耦合器，分支线定向耦合器的主线和支线分别设置在印刷电路板的表层，一侧以空气作为介质，另一侧以印刷电路板板材作为介质，导致主线和支线周围的介电常数不一致，造成馈电网络装置的电气性能较差。并且由于分支线定向耦合器主线和支线均为四分之一工作波长，从而导致馈电网络装置占用面积较大、成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种馈电网络装置、天馈子系统和基站系统，用以解决现有馈电网络装置电气性能较差的问题。

一种馈电网络装置，包括：在印刷电路板上级连而成的级连而成的两个一级耦合器、两个移相器及两个二级耦合器，其中，每一个耦合器均为多层介质宽边耦合器，并且每一个多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号相位比直通端输出信号相位超前90度。

一种天馈子系统，包括顺次连接的馈电网络装置、功分器和天线阵列；其中，所述的馈电网络装置包括：在印刷电路板上级连而成的级连而成的两个一级耦合器、两个移相器及两个二级耦合器，每一个耦合器均为多层介质宽边耦合器，并且每一个多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号相位比直通端输出信号相位超前90度。

一种基站系统，包括双工器和连接所述双工器的天馈子系统，所述天馈子系统包括顺次连接的馈电网络装置、功分器和天线阵列；其中，所述的馈电网络装置包括：在印刷电路板上级连而成的两个一级耦合器、两个移相器及两个二级耦合器，每一个耦合器均为多层介质宽边耦合器，并且每一个多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号相位比直通端输出信号相位超前90度。

上述馈电网络装置的耦合器全部采用多层介质宽边耦合器，多层介质宽边耦合器设置在PCB板中，全部以PCB板材为介质，介质分布均匀，介电常数一致，从而提高了馈电网络装置的电气性能。并使天馈子系统和基站系统的电气性能得到改善。

附图说明

图1为馈电网络装置在现有基站系统中的位置示意图；

图2为现有技术中用3dB分支线定向耦合器实现的馈电网络装置拓扑结构；

图3为本发明实施例所述的馈电网络装置在基站系统中的位置示意图；

图4为本发明实施例一所述的馈电网络装置拓扑结构示意图；

图5为本发明实施例二所述的馈电网络装置拓扑结构示意图；

图6为本发明实施例三所述的馈电网络装置拓扑结构示意图；

图7为本发明实施例四所述的馈电网络装置拓扑结构示意图；

图8为本发明实施例五所述的馈电网络装置拓扑结构示意图；

图9为本发明实施例六所述的馈电网络装置拓扑结构示意图；

图10为本发明实施例所述的馈电网络装置PCB层叠结构示意图；

图11为多层介质宽边耦合器结构在Z轴方向的俯视图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种阵列天线波束赋形的馈电网络装置，该馈电网络装置采用两级多层介质宽边耦合器和两个移相器在PCB上级连形成，每一级包括两个相同的多层介质宽边耦合器，每一个多层介质宽边耦合器均设置在印刷电路板中，利用印刷电路板材作为介质，介电常数一致，从而改善了馈电网络装置的整体电气性能。

如图3所示，本发明实施例提供的馈电网络装置为天馈子系统的主要组成部分，天馈子系统包括顺次连接的馈电网络装置、功分器和天线阵列，其中，馈电网络装置连接在双工器和功分器之间，并且可以在基站系统中采用两组同样的馈电网络装置，分别对主分集信号进行波束赋形，然后通过功分器送给阵列天线，对阵列天线进行馈电。当所有的多层介质宽边耦合器均为等幅输出的多层介质宽边耦合器，如3dB多层介质宽边耦合器时，可以实现任意输入端输入信号的等幅输出；当调整一级两个多层介质宽边耦合器的耦合度，使一级两个多层介质宽边耦合器为不等幅输出的多层介质宽边耦合器时，可以根据需要实现对任意输入信号的不等幅输出。多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号相位超前直通端输出信号90度，再配合45度或90度移相器，可以实现馈电网络四个输出端信号相位依次相差45度或90度。

下面通过具体实施例并结合附图详细说明。

实施例一

如图4所示，本实施例一提供的馈电网络装置包括四个3dB多层介质宽边耦合器(401、402、403、404)、两个45度传输线移相器(405、406)。其中：两个3dB多层介质宽边耦合器(401、404)构成一级3dB多层介质宽边耦合器，两个3dB多层介质宽边耦合器(402、403)构成二级3dB多层介质宽边耦合器，两个45度传输线移相器(405、406)连接在两级3dB多层介质宽边耦合器之间，形成无源互易的电路结构，具体连接方式为：

一级3dB多层介质宽边耦合器401的一个输入端为Load端，可以接50欧姆匹配电阻，另一端作为第一输入端Input1，一级3dB多层介质宽边耦合器401的耦合端pin1通过一个45度移相器405与第二级3dB多层介质宽边耦合器403的输入端pin5连接；一级3dB多层介质宽边耦合器401的直通端pin2直接与二级3dB多层介质宽边耦合器402的输入端pin3连接；

一级3dB多层介质宽边耦合器404的连接方式与多层介质宽边耦合器401的连接方式相同，其一个输入端作为Load端可以连接50欧姆匹配电阻，另一端作为第二输入端Input2，直通端直接与二级3dB多层介质宽边耦合器403的输入端pin6连接，耦合端通过45度移相器406与二级3dB多层介质宽边耦合器402的输入端pin4连接；

两个二级3dB多层介质宽边耦合器的四个输出端Output2、Output4、Output1、Output3为四个信号输出端。

其中，以第一输入端Input1的输入信号被等幅输出为例进行说明：

当信号从Input1输入进入一级3dB多层介质宽边耦合器401后等幅输出，其中，耦合端pin1输出的信号经过45度移相器进入二级3dB多层介质宽边耦合器403的pin5，再等幅从二级3dB多层介质宽边耦合器403的耦合端Output1与直通端Output3输出；直通端pin2输出的信号直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器402的pin3，再等幅从二级3dB多层介质宽边耦合器402的耦合端Output2与直通端Output4输出。

由于两级多层介质宽边耦合器都采用3dB多层介质宽边耦合器，因此输入信号被等幅到四个输出端分别输出，由于45度移相器的作用和多层介质宽边耦合器的耦合端比直通端输出信号相位超前90度的特性，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次滞后45度。

当信号从Input2输入时，根据同样的分析，输入信号被等幅到四个输出端分别输出，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次超前45度。

实施例二

如图5所示，本实施例二提供的馈电网络装置包括四个3dB多层介质宽边耦合器(501、502、503、504)、两个45度传输线移相器(505、506)。其中：两个3dB多层介质宽边耦合器(501、504)构成一级3dB多层介质宽边耦合器，两个3dB多层介质宽边耦合器(502、503)构成二级3dB多层介质宽边耦合器，两个45度传输线移相器(505、506)连接在两级3dB多层介质宽边耦合器之间，形成无源互易的电路结构，具体连接方式为：

一级3dB多层介质宽边耦合器501的一个输入端为Load端，可以接50欧姆匹配电阻，另一端作为第一输入端Input1，一级3dB多层介质宽边耦合器501的耦合端pin1通过一个45度移相器505与第二级3dB多层介质宽边耦合器的输入端pin3连接；一级3dB多层介质宽边耦合器501的直通端pin2直接与二级3dB多层介质宽边耦合器503的输入端pin5连接；

一级3dB多层介质宽边耦合器504的连接方式与多层介质宽边耦合器501的连接方式相同，其一个输入端作为Load端可以连接50欧姆匹配电阻，另一端作为第二输入端Input2，直通端直接连接二级3dB多层介质宽边耦合器502的输入端pin4连接，耦合端通过45度移相器506与二级3dB多层介质宽边耦合器503的输入端pin6连接；

两个二级3dB多层介质宽边耦合器的四个输出端Output1、Output2、Output3、Output4依次为四个信号输出端。

其中，以第一输入端Input1的输入信号被等幅输出为例进行说明：

当信号从Input1输入进入一级3dB多层介质宽边耦合器501后等幅输出信号。其中，耦合端pin1输出的信号经过45度移相器进入二级3dB多层介质宽边耦合器502的pin3，再等幅从Output1与Output3输出；直通端pin2输出的信号直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器503的pin5，再等幅从Output2与Output4输出。

由于两级多层介质宽边耦合器都采用3dB多层介质宽边耦合器，因此输入信号被等幅到四个输出端分别输出，由于45度移相器的作用和多层介质宽边耦合器的耦合端比直通端输出信号相位超前90度的特性，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次滞后45度。而且四个输出端是按照Output1、Output3、Output2和Output4的顺序分布的。

当信号从Input2输入时，根据同样的分析，输入信号被等幅到四个输出端分别输出，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次超前45度。

实施例三

如果要实现输入信号的不等幅输出，则可以通过利用多层介质宽边耦合器耦合度的调整，将两个一级多层介质宽边耦合器设计为不等幅输出的多层介质宽边耦合器。具体电路结构如图6所示，一级耦合器为两个不等幅输出的多层介质宽边耦合器(601、604)，二级耦合器为两个3dB多层介质宽边耦合器(602、603)，两个45度传输线移相器(605、606)级连在两级耦合器之间，具体连接方式为：

一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器601的一个输入端为Load端，可以接50欧姆匹配电阻，另一端作为第一输入端Input1，一级不等幅输出多层介质宽边耦合器601的耦合端pin1通过一个45度移相器605与二级3dB多层介质宽边耦合器603的pin5连接，一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器601的直通端pin2直接与二级3dB多层介质宽边耦合器602的pin3连接；

一级不等幅输出多层介质宽边耦合器604的连接方式与多层介质宽边耦合器601的连接方式类似，其中一个输入端为Load端，可以接50欧姆匹配电阻，另一端作为第二输入端Input2，一级不等幅输出多层介质宽边耦合器604的耦合端通过一个45度移相器606与二级3dB多层介质宽边耦合器602的pin4连接，一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器604的直通端直接与二级3dB多层介质宽边耦合器603的pin6连接。

两个二级3dB多层介质宽边耦合器的四个输出端Output2、Output4、Output1、Output3为四个信号输出端。

其中，以第一输入端Input1的输入信号被不等幅输出为例进行说明：

当信号从Input1输入进入一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器601后不等幅输出信号X和Y。其中，耦合端pin1输出的信号X经过45度移相器605进入二级3dB多层介质宽边耦合器603的pin5，再等幅从二级3dB多层介质宽边耦合器603的耦合端Output1与直通端Output3输出；耦合端pin2输出的信号Y直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器602的pin3，再等幅从Output2与Output4输出。

这样，由于一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器的作用，Output1与Output3的输出信号幅度相等，Output2与Output4的输出信号幅度相等，调整一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器601的耦合度可以使Output2和Output1输出信号幅度比值满足设定比例。由于两个45度移相器的作用和多层介质宽边耦合器的耦合端比直通端输出信号相位超前90度的特性，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次滞后45度。

当信号从Input2输入时，根据同样的分析，Output1与Output3的输出信号幅度相等，Output2与Output4的输出信号幅度相等，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次超前45度。调整一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器604的耦合度可以使Output2和Output1输出信号幅度比值满足设定比例。

实施例四

如果要实现输入信号的不等幅输出，则可以通过利用多层介质宽边耦合器耦合度的调整，将两个一级多层介质宽边耦合器设计为不等幅输出的多层介质宽边耦合器。具体电路结构如图7所示，一级耦合器为两个不等幅输出的多层介质宽边耦合器(701、704)，二级耦合器为两个3dB多层介质宽边耦合器(702、703)，两个45度传输线移相器(705、706)级连在两级耦合器之间，具体连接方式为：

一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器701的一个输入端为Load端，可以接50欧姆匹配电阻，另一端作为第一输入端Input1，一级不等幅输出多层介质宽边耦合器701的耦合端pin1通过一个45度移相器705与二级3dB多层介质宽边耦合器702的pin3连接，一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器701的直通端pin2直接与二级3dB多层介质宽边耦合器703的pin5连接；

一级不等幅输出多层介质宽边耦合器704的连接方式与多层介质宽边耦合器701的连接方式类似，其中一个输入端为Load端，可以接50欧姆匹配电阻，另一端作为第二输入端Input2。

两个二级3dB多层介质宽边耦合器的四个输出端Output1、Output2、Output3、Output4依次为四个信号输出端。

其中，以第一输入端Input1的输入信号被不等幅输出为例进行说明：

当信号从Input1输入进入一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器701后不等幅输出信号X和Y。其中，耦合端pin1输出的信号X经过45度移相器705进入二级3dB多层介质宽边耦合器702的pin3，再等幅从Output1与Output3输出；耦合端pin2输出的信号Y直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器703的pin5，再等幅从Output2与Output4输出。

这样，由于一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器的作用，Output1与Output3的输出信号幅度相等，Output2与Output4的输出信号幅度相等，调整一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器701的耦合度可以使Output1和Output2输出信号幅度比值满足设定比例。由于两个45度移相器的作用和多层介质宽边耦合器的耦合端比直通端输出信号相位超前90度的特性，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次滞后45度。

当信号从Input2输入时，根据同样的分析，Output1与Output3的输出信号幅度相等，Output2与Output4的输出信号幅度相等，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次超前45度。调整一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器704的耦合度可以使Output1和Output2输出信号幅度比值满足设定比例。

实施例五

还可以使用两个90度移相器实现Output1-Output2-Output3-Output4-Output1的输出信号相位依次超前90度，具体结构如图8所示，本实施例提供的馈电网络装置包括四个3dB多层介质宽边耦合器(801、802、803、804)、两个90度传输线移相器(805、806)。其中：

一级3dB多层介质宽边耦合器801的直通端pin1通过一个90度传输线移相器805与二级3dB多层介质宽边耦合器802的pin3连接，一级3dB多层介质宽边耦合器801的耦合端pin2直接与二级3dB多层介质宽边耦合器803的pin5连接；

一级3dB多层介质宽边耦合器804的直通端pin7通过一个90度传输线移相器806与二级3dB多层介质宽边耦合器802的pin4连接，一级3dB多层介质宽边耦合器804的耦合端pin8直接与二级3dB多层介质宽边耦合器803的pin6连接

其中每一个一级3dB多层介质宽边耦合器中，各有一个输入端为Load端，可以接50欧姆匹配电阻，两个二级3dB多层介质宽边耦合器的四个输出端Output1、Output2、Output3和Output4依次为馈电网络装置的输出端。

当信号从Input1输入进入一级3dB多层介质宽边耦合器801后等幅输出信号。其中直通端pin1输出的信号经过90度传输线移相器805进入二级3dB多层介质宽边耦合器802的pin3，再等幅从Output1与Output2输出；耦合端pin2输出的信号直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器803的pin5，再等幅从Output3与Output4输出。

当信号从Input2输入进入一级3dB多层介质宽边耦合器804后等幅输出信号。其中耦合端pin8输出的信号直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器803的pin6，再等幅从Output3与Output4输出；直通端pin7输出的信号经过一个90度传输线移相器806进入二级3dB多层介质宽边耦合器802的pin4，再等幅从Output1与Output2输出。

由于两级多层介质宽边耦合器都采用3dB多层介质宽边耦合器，因此输入信号被等幅到四个输出端分别输出，由于90度移相器的作用和多层介质宽边耦合器的耦合端比直通端输出信号相位超前90度的特性，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次滞后90度。而且四个输出端Output1、Output2、Output3和Output4是顺序分布的。

当信号从Input2输入时，根据同样的分析，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次超前90度。而且四个输出端Output1、Output2、Output3和Output4是顺序分布的。

实施例六

如图9所示，为通过采用两个90度移相器实现不等幅输出的馈电网络装置拓扑结构示意图，该馈电网络装置的一级多层介质宽边耦合器包括两个不等幅输出的多层介质宽边耦合器(901、904)，二级多层介质宽边耦合器包括两个3dB多层介质宽边耦合器(902、903)，两个90度传输线移相器(905、906)级连在两级多层介质宽边耦合器之间。

当信号从Input1进入一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器901后不等幅输出信号。其中直通端pin1输出的信号经过90度传输线移相器905进入二级3dB多层介质宽边耦合器902的pin3，再等幅从Output1与Output2输出；耦合端pin2输出的信号直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器903的pin5，再等幅从Output3与Output4输出。

当信号从Input2输入进入一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器904后不等幅输出信号。其中耦合端pin8输出的信号直接进入二级3dB多层介质宽边耦合器903的pin6，再等幅从Output3与Output4输出；直通端pin7输出的信号经过一个90度传输线移相器(906)进入二级3dB多层介质宽边耦合器902的pin4，再等幅从Output1与Output2输出。

这样，由于一级不等幅输出的多层介质宽边耦合器的作用，OUT1与OUT2的输出信号幅度相等，OUT3与OUT4的输出信号幅度相等，调整耦合度可以使OUT1和OUT3输出信号幅度比值满足设定比例。由于两个90度移相器的作用和多层介质宽边耦合器的耦合端比直通端输出信号相位超前90度的特性，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次滞后90度。而且四个输出端Output1、Output2、Output3和Output4是顺序分布的。

当信号从Input2输入时，根据同样的分析，输出端Output1-Output2-Output3-Output4的输出信号相位依次超前90度。而且四个输出端Output1、Output2、Output3和Output4是顺序分布的。

需要说明的是，馈电网络装置输出端相位依次相差的45度和90度是设计目标值，实际值在允许范围内可能会有一定误差。

本发明实施例所描述的馈电网络装置是在PCB板上采用四层板层叠方案实现，如图10所示。从图中可以看出，其最上面和最下面的介质层为第一接地层1和第二接地层2，两个宽边耦合线分别设置在中间两层上，两个宽边耦合线全部以PCB板材作为介质，介质分布均匀，介电常数一致。

每一个多层介质宽边耦合器的两个宽边耦合线大致呈X形交叉分布，其中两个输入端位于多层介质宽边耦合器的一侧，两个输出端位于多层介质宽边耦合器相对的一侧。因此，馈电网络装置的两个信号输入端均分布在PCB板的同一侧，四个输出端位于PCB板相对的另一侧，方便安装和维护。

基于相同的原理，本发明实施例提供的馈电网络装置中的耦合器和移相器也可以为单独器件，通过印刷电路板实现级连，各器件的位置根据需要灵活设计。

下面说明如何实现耦合端比直通端输出信号相位超前90度特性的多层介质宽边耦合器，以及如何利用仿真在设计时调整多层介质宽边耦合器的耦合度，实现不等幅输出的多层介质宽边耦合器。

图11为一个多层介质宽边耦合器的两个形成耦合的宽边耦合线在Z轴方向的俯视图。从图11中可以看出，通过设定耦合线长为工作频带对应四分之一波长，使多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号比直通端输出信号相位超前90度，在上述每一个实施例的电路拓扑结构中，由于两级耦合器之间级连了两个固定的45度或90度移相器，从而使得整个馈电网络装置无论是针对从Input1还是Input2输入的信号，都能有相邻输出端信号保持45度或90度相位差的特性。第一、二级多层介质宽边耦合器耦合度的调节可以通过调整第二、三层之间两条交叉的耦合线在Z轴方向投影的重叠区域面积来实现。

如果两条宽边耦合线分别采用对称结构，例如Z形或阶梯形结构，在空间上大致呈X形分布，可以在两条宽边耦合线之间存在相对偏移(由PCB加工误差引起)时，在Z轴方向投影下来的重叠区域面积不会改变。

多层介质宽边耦合器全部以PCB板材作为介质，改善了馈电网络装置的各项电学性能指标，宽边耦合进一步提高了馈电网络装置的各项电学性能指标，例如极高的输入与输出端口隔离度、较小的插入损耗、较好的端口驻波特性，而且输出信号功率平坦度非常好，带宽很宽等。同时还减小了馈电网络装置的面积、节约了成本。还可以避免加工误差对耦合度的影响，使加工的一致性能得到很好地保证，焊接和装配都比较便捷，更利于大批量地生产。

本发明实施例提供的等幅和不等幅输出的馈电网络装置，输入端和输出端都分别分布在PCB的同一侧，便于安装和维护。

从以上实施例中可以看出，可以根据馈电网络装置工作要求所需要的等幅或不等幅输出以及特定的相位偏差要求在同样大小的PCB板上设计出相应的电路，从而使整个馈电网络装置实现的功能更具有灵活性，其中：

当系统要求针对任意一个输入信号Input1或Input2，四个输出端口(Output1、Output2、Output3、Output4)都能实现等幅度输出时，只需将一级耦合器设定为3dB多层介质宽边耦合器即可；

当系统要求两个输出端口输出信号幅度一致，另外两个输出端口输出信号幅度也一致，而且两组端口之间幅度成一定差值或比例关系时，只需通过场仿真，调整两个一级耦合器的耦合度即可实现。

本发明实施例提供的馈电网络装置应用于第三代移动通信系统的基站系统中时，馈电网络装置的输入端与双工器(波束端口)相连，输出端与功分器的输入端相连，通过对波束赋形，能为天线阵列提供多个不同的窄波束，增加了系统容量，提高了频谱利用率和接收机灵敏度，降低了基站发射功率，节省了系统成本，有利于网络的平滑扩容。

综上所述，本发明实施例实现了一种具有良好电气性能、便于加工装配、占用面积小，成本低的馈电网络装置，并且通过在设计时调整一级耦合器的耦合度，能使整个馈电网络装置针对任意一个输入信号均能输出相同幅度或不同幅度的信号，相邻输出端信号相位差恒定为45度或90度的多种应用需求，从而灵活地进行各种波束赋形，满足系统不同的应用需求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims (21)

1、一种馈电网络装置，包括：在印刷电路板上级连而成的两个一级耦合器、两个移相器及两个二级耦合器，其特征在于，每一个耦合器均为多层介质宽边耦合器，并且每一个多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号相位比直通端输出信号相位超前90度。

2、如权利要求1所述的馈电网络装置，其特征在于，每一个多层介质宽边耦合器均为等幅输出的多层介质宽边耦合器，其中：

每一个一级多层介质宽边耦合器的一个输入端为信号输入端，另一个输入端连接匹配电阻；

每一个二级多层介质宽边耦合器两个输出端分别为信号输出端。

3、如权利要求1所述的馈电网络装置，其特征在于，每一个一级多层介质宽边耦合器均为不等幅输出的多层介质宽边耦合器，每一个二级多层介质宽边耦合器均为等幅输出的多层介质宽边耦合器，其中：

每一个一级多层介质宽边耦合器的一个输入端为信号输入端，另一个输入端连接匹配电阻；

每一个二级多层介质宽边耦合器两个输出端分别为信号输出端。

4、如权利要求2或3所述的馈电网络装置，其特征在于，两个移相器均为45度移相器，其中：

第一个一级多层介质宽边耦合器的耦合端通过一个45度移相器与第一个二级多层介质宽边耦合器的一个输入端相连，所述第一个一级多层介质宽边耦合器的直通端直接与第二个二级多层介质宽边耦合器的一个输入端相连；

第二个一级多层介质宽边耦合器的耦合端通过一个45度移相器与第二个二级多层介质宽边耦合器的另一个输入端相连，所述第二个一级多层介质宽边耦合器的直通端直接与所述第一个二级多层介质宽边耦合器的另一个输入端相连。

5、如权利要求2或3所述的馈电网络装置，其特征在于，两个移相器都为90度移相器，其中，每一个一级多层介质宽边耦合器的直通端通过一个90度移相器与一个二级多层介质宽边耦合器的两个输入端分别相连；每一个一级多层介质宽边耦合器的耦合端都直接与另一个二级多层介质宽边耦合器的两个输入端分别相连。

6、如权利要求2或3所述的馈电网络装置，其特征在于，每一个多层介质宽边耦合器的两个宽边耦合线大致呈X形交叉分布，其中两个输入端位于多层介质宽边耦合器的一侧，两个输出端位于多层介质宽边耦合器相对的一侧。

7、如权利要求6所述的馈电网络装置，其特征在于，所述的印刷电路板包括四层，所述多层介质宽边耦合器的两个宽边耦合线分别设置在印刷电路板的中间两层上，所述馈电网络装置的两个信号输入端均分布在印刷电路板的同一侧，四个信号输出端均分布在印刷电路板相对的一侧。

8、一种天馈子系统，包括顺次连接的馈电网络装置、功分器和天线阵列；其特征在于，所述的馈电网络装置包括：在印刷电路板上级连而成的级连而成的两个一级耦合器、两个移相器及两个二级耦合器，其中，每一个耦合器均为多层介质宽边耦合器，并且每一个多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号相位比直通端输出信号相位超前90度。

9、如权利要求8所述的天馈子系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，每一个多层介质宽边耦合器均为等幅输出的多层介质宽边耦合器，其中：

每一个一级多层介质宽边耦合器的一个输入端为信号输入端，另一个输入端连接匹配电阻；

每一个二级多层介质宽边耦合器两个输出端分别为信号输出端。

10、如权利要求8所述的天馈子系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，每一个一级多层介质宽边耦合器均为不等幅输出的多层介质宽边耦合器，每一个二级多层介质宽边耦合器均为等幅输出的多层介质宽边耦合器，其中：

每一个一级多层介质宽边耦合器的一个输入端为信号输入端，另一个输入端连接匹配电阻；

每一个二级多层介质宽边耦合器两个输出端分别为信号输出端。

11、如权利要求9或10所述的天馈子系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，两个移相器都为45度移相器，其中：

第一个一级多层介质宽边耦合器的耦合端通过一个45度移相器与第一个二级多层介质宽边耦合器的一个输入端相连，所述第一个一级多层介质宽边耦合器的直通端直接与第二个二级多层介质宽边耦合器的一个输入端相连；

第二个一级多层介质宽边耦合器的耦合端通过一个45度移相器与第二个二级多层介质宽边耦合器的另一个输入端相连，所述第二个一级多层介质宽边耦合器的直通端直接与所述第一个二级多层介质宽边耦合器的另一个输入端相连。

12、如权利要求9或10所述的天馈子系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，两个移相器都为90度移相器，其中，每一个一级多层介质宽边耦合器的直通端通过一个90度移相器与一个二级多层介质宽边耦合器的两个输入端分别相连；每一个一级多层介质宽边耦合器的耦合端都直接与另一个二级多层介质宽边耦合器的两个输入端分别相连。

13、如权利要求9或10所述的天馈子系统，其特征在于，每一个多层介质宽边耦合器的两个宽边耦合线大致呈X形交叉分布，其中两个输入端位于多层介质宽边耦合器的一侧，两个输出端位于多层介质宽边耦合器相对的一侧。

14、如权利要求13所述的天馈子系统，其特征在于，所述的印刷电路板包括四层，所述多层介质宽边耦合器的两个宽边耦合线分别设置在印刷电路板中间两层上，所述馈电网络装置的两个信号输入端均分布在印刷电路板的同一侧，四个信号输出端均分布在印刷电路板相对的一侧。

15、一种基站系统，包括双工器和连接所述双工器的天馈子系统，所述天馈子系统包括顺次连接的馈电网络装置、功分器和天线阵列；其特征在于，所述的馈电网络装置包括：在印刷电路板上级连而成的两个一级耦合器、两个移相器及两个二级耦合器，其中，每一个耦合器均为多层介质宽边耦合器，并且每一个多层介质宽边耦合器的耦合端输出信号相位比直通端输出信号相位超前90度。

16、如权利要求15所述的基站系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，每一个多层介质宽边耦合器均为等幅输出的多层介质宽边耦合器，其中：

每一个一级多层介质宽边耦合器的一个输入端为信号输入端，另一个输入端连接匹配电阻；

每一个二级多层介质宽边耦合器两个输出端分别为信号输出端。

17、如权利要求15所述的基站系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，每一个一级多层介质宽边耦合器均为不等幅输出的多层介质宽边耦合器，每一个二级多层介质宽边耦合器均为等幅输出的多层介质宽边耦合器，其中：

每一个一级多层介质宽边耦合器的一个输入端为信号输入端，另一个输入端连接匹配电阻；

每一个二级多层介质宽边耦合器两个输出端分别为信号输出端。

18、如权利要求16或17所述的基站系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，两个移相器都为45度移相器，其中：

第一个一级多层介质宽边耦合器的耦合端通过一个45度移相器与第一个二级多层介质宽边耦合器的一个输入端相连，所述第一个一级多层介质宽边耦合器的直通端直接与第二个二级多层介质宽边耦合器的一个输入端相连；

第二个一级多层介质宽边耦合器的耦合端通过一个45度移相器与第二个二级多层介质宽边耦合器的另一个输入端相连，所述第二个一级多层介质宽边耦合器的直通端直接与所述第一个二级多层介质宽边耦合器的另一个输入端相连。

19、如权利要求16或17所述的基站系统，其特征在于，所述馈电网络装置中，两个移相器都为90度移相器，其中，每一个一级多层介质宽边耦合器的直通端通过一个90度移相器与一个二级多层介质宽边耦合器的两个输入端分别相连；每一个一级多层介质宽边耦合器的耦合端都直接与另一个二级多层介质宽边耦合器的两个输入端分别相连。

20、如权利要求16或17所述的基站系统，其特征在于，每一个多层介质宽边耦合器的两个宽边耦合线大致呈X形交叉分布，其中两个输入端位于多层介质宽边耦合器的一侧，四个输出端位于多层介质宽边耦合器相对的一侧。

21、如权利要求20所述的基站系统，其特征在于，所述的印刷电路板包括四层，所述多层介质宽边耦合器的两个宽边耦合线分别设置在印刷电路板中间两层上，所述馈电网络装置的两个信号输入端均分布在印刷电路板的同一侧，两个信号输出端均分布在印刷电路板相对的一侧。

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