CN106229685A - 波束成形网络及双极化五波束天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种波束成形网络及双极化五波束天线，包括：依次连接的第一级网络、第二级网络和第三级网络，第一级网络具有五个信号输入端口，一路信号从每个信号输入端口均可为第二级网络提供二路信号输入；第二级网络包括两个三输入四输出矩阵网络，第一级网络提供的每两路信号分别从两个矩阵网络的各一个输入端口输入第二级网络，并经第二级网络耦合调相处理而输出八路具有相位差的信号；所述第三级网络用于对第二级网络输出的八路信号的其中六路信号进行功分合路处理，形成至少十路具有相位差的信号。本发明可以形成五个输入及至少十个输出端口的波束成形网络，从而在不同输入端口输入信号时在不同输出端口形成不同的相位配置，从而形成五个不同的波束指向。

Description

波束成形网络及双极化五波束天线
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种波束成形网络及应用该波束成形网络的双极化五波束天线。
背景技术
目前，移动通信领域技术飞速发展，用户业务量持续井喷，大量的数据业务对移动通信容量提出了更高的要求。通常，移动通信基站天线用一个较宽的波束来覆盖一个扇区，当该扇区内用户增多时，就会带来信号干扰增强、容量覆盖不足等问题。多波束天线可理解为将一个较宽的波束“劈裂”成多个较窄的波束，在天馈端为系统容量扩容提供了一种可靠的解决方案。
利用Butler矩阵形成多个波束是多波束天线设计的主要手段之一。然而，现有的Butler矩阵存在设计复杂、尺寸较大，生产一致性差等缺陷。
发明内容
本发明的首要目的旨在提供一种设计简单、尺寸较小并且性能更优的波束成形网络，该波束成形网络具有五个输出端口和至少十个输出端口。
本发明的另一目的旨在提供一种应用上述矩阵网络的五波束双极化天线，其具有抗干扰、高容量、高增益及性能稳定的优点。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种波束成形网络，包括：依次连接的第一级网络、第二级网络和第三级网络，其中，所述第一级网络具有五个信号输入端口，一路电信号从每个信号输入端口输入时均可为第二级网络提供两路信号输入；所述第二级网络包括两个结构相同的三输入四输出矩阵网络，第一级网络由每个信号输入端口输入而经其输出端口输出的二路信号分别从两个矩阵网络的各一个输入端口输入第二级网络，并经第二级网络耦合调相处理而输出八路具有相位差的信号；所述第三级网络用于对第二级网络输出的八路信号进行功分合路处理，形成至少十路具有相位差的信号。
优选地，所述第一级网络包括第一、第二定向耦合器和第一功分器，每个所述定向耦合器均具有其第一输入端、第二输入端和第一输出端和第二输出端，所述第一功分器具有一个输入端和两个输出端；所述第一、第二定向耦合器和第一功分器的输入端作为所述信号输入端口，所述第一定向耦合器的第二输出端、第二定向耦合器的第一输出端分别与一个第一移相器连接，所述第一定向耦合器的第一输出端、第二定向耦合器的第二输出端、第一功分器的两个输出端及两个第一移相器的输出端分别与两个矩阵网络的输入端口连接。
优选地，每个所述三输入四输出矩阵网络具有以下属性：信号从矩阵网络的第一个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路幅度等分并具有相位差的反向输出信号；信号从矩阵网络的第二个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路等幅同相的信号；信号从矩阵网络的第三个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路幅度等分并具有相位差的正向输出信号；所述四路正向输出信号与所述四路反向输出信号一一对应，并且相互对应的信号之间具有相等的相位差。
优选地，每个所述三输入四输出矩阵网络包括：第三定向耦合器、第四定向耦合器、第五定向耦合器、第二功分器和至少一个第二移相器，所述第三定向耦合器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二功分器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二移相器至少一个连接在第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端上；信号分别经由第三定向耦合器和第二功分器输入，并分别由第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端输出和/或输出至所述第二移相器中并由第二移相器输出端输出。
优选地，所述第三、第四、第五定向耦合器均具有第一、第二输入端和第一、第二输出端；第三定向耦合器的第一输出端与所述第四定向耦合器的第一输入端连接，第三定向耦合器的第二输出端与第五定向耦合器的第二输入端连接；所述第二功分器的两个输出端口与第四定向耦合器的第二输入端、第五定向耦合器的第一输入端一一对应连接，第四定向耦合器的第二输出端、第五定向耦合器的第一输出端各连接一个所述第二移相器。
优选地，所述第三级网络包括两个第三功分器、至少四个第四功分器及八个合路器，每个所述第三功分器具有一个输入端口和四个输出端口，每个第四功分器具有一个输入端口和两个输出端口，每个合路器具有两个输入端口和一个输出端口；每个三输入四输出矩阵网络的第二、第三、第四输出端口分别与一个第三功分器、两个第四功分器的输入端连接；第三功分器的一个输出端和第四功分器的一个输出端分别与一个合路器的两个输入端连接；两个矩阵网络的两个第一输出端口、八个合路器的输出端口共同组成所述波束成形网络的至少十个信号输出端口。
优选地，每个所述定向耦合器为两个输出端具有90°相位差的定向耦合器，每个所述合路器均为威尔金森合路器。
一种双极化五波束天线，包括上述的两个波束成形网络，输入端与所述波束成形网络输出端口一一对应连接的多个馈电网络及与馈电网络输出端连接的多个天线子阵列；两个波束成形网络用于两个极化方向，每个天线子阵列包括多个双极化辐射单元，并且每个馈电网络的输出端数目与每个天线子阵列的双极化辐射单元个数一致。
优选地，相邻两个天线子阵列的间距为工作频段中心频点波长的0.5～1.2倍。
优选地，每个天线子阵列中，相邻两个辐射单元的间距为工作频段中心频点波长的0.7～1.3倍。
优选地，相邻两个天线子阵列的辐射单元相互错位设置。
优选地，每个天线子阵列包括六个双极化辐射单元，每个所述馈电网络包括一个第五功分器和两个第六功分器，所述第五功分器具有一个输入端和四个输出端，每个第六功分器具有一个输入端和两个输出端；所述第五功分器的输入端与所述波束成形网络的一个输出端口连接，两个所述第六功分器的输入端各与第五功分器的一个输出端连接，所述第五功分器的另外两个输出端、第六功分器的输出端与六个双极化辐射单元一一对应连接。
进一步地，所述波束成形网络包括与三输入四输出矩阵网络的第一输出端口和/或合路器输出端连接的第七功分器以使波束成形网络的输出端口数目大于10；所述天线子阵列数目与所述波束成形网络的输出端口数目相一致。由此，可以在五波束天线十阵列基础上扩展出更多的天线阵列，以满足信号覆盖需求。
相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：
1、在本发明的波束成形网络中，射频信号通过不同端口输入时，在十个不同输出端口形成不同的波束配置，从而形成五个不同的波束指向。本发明的波束成形网络设计思路简单，集成性高、性能稳定且一致性较好，具有广泛的应用价值。
2、应用该波束成形网络的双极化五波束天线具有高增益、高容量、高交叉极化以及抗干扰的等特点，对于结构方面具有易生产、尺寸小、快捷安装等优势，该天线能对客户现有的网络覆盖提供更好的补充。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的波束成形网络的结构示意图；
图2为本发明的三输入四输出矩阵网络的端口排布及输入输出原理图；
图3为基于图2的原理设计的一个实施例的结构示意图；
图4为本发明的双极化五波束天线的天线阵列示意图；
图5和图6为本发明的双极化五波束天线的馈电网络的两种实施方式的示意图；
图7为本发明的双极化五波束天线中，波束成形网络与+45°极化天线阵列的连接方式示意图；
图8为本发明的双极化五波束天线中，波束成形网络与-45°极化天线阵列的连接方式示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明公开一种波束成形网络1000，比如为五输入十输出Butler矩阵网络，采用该波束成形网络的五波束天线，可以使天线在水平面上形成五个固定指向的波束，在每个波束的垂直面上可以形成单个固定指向的波束。换言之，从不同输入端口输入电信号时，在十个输入输出端口处形成不同的相位配置，从而形成五个不同的波束指向。
如图1所示，本发明的波束成形网络1000包括依次连接的第一级网络100、第二级网络200及第三级网络300，并且在第一级网络100形成五个输入端口IN1～IN5，在第三级网络300形成十个输出端口OUT1～OUT10。
所述第一级网络100包括第一定向耦合器1、第二定向耦合器2、第一功分器6及两个第一移相器50、51。所述第一定向耦合器1、第二定向耦合器2各具有第一、第二输入端口和第一、第二输出端口(具体地，第一定向耦合器1具有输入端口a1、a2和输出端口b1、b2；第二定向耦合器2具有输入端口a4、a5和输出端口b5、b6)，所述第一功分器6具有一个输入端口a3及两个输出端口b3、b4，所述第一移相器50的输入端口b7与第一定向耦合器1的第二输出端口b2连接，第一移相器51的输入端口b8与第二定向耦合器2的第一输出端口b5连接，从而使得，第一级网络100具有五个输入端口a1～a5(也即所述波束成形网络的五个输入端口IN1～IN5)和六个输出端口b1、b3、b4、b6、b9和b10(其中，b9和b10分别为第一移相器50、51的输出端口)，并且在其中任意一个输入端口输入电信号时，通过两个输出端口向第二级网络200输出信号。其中，所述第一移相器50、51均能在工作频带内引入固定移相量的相位延迟，所述固定移相量比如为30°。
请结合图2，所述第二级网络200包括两个结构相同的三输入四输出矩阵网络20(以下简称“矩阵网络20”)，每个矩阵网络20具有三个输入端口A1IN～A3IN及四个输出端口B1OUT～B4OUT，并且具有以下属性：
当信号从矩阵网络20的第一个输入端口A1IN输入时，在其四个输出端口B1OUT～B4OUT输出四路幅度等分并具有-90°相位差的反向输出信号；
当信号从矩阵网络20的第二个输入端口A2IN输入时，在其四个输出端口B1OUT～B4OUT输出四路等幅同相的信号；
当信号从矩阵网络20的第三个输入端口A3IN输入时，在其四个输出端口B1OUT～B4OUT输出四路幅度等分并具有90°相位差的正向输出信号；
所述四路正向输出信号与所述四路反向输出信号一一对应，并且相互对应的信号之间具有相等的相位差。
请结合图3，所述矩阵网络20具体包括第三定向耦合器3、第四定向耦合器4、第五定向耦合器5、第二功分器7及两个第二移相器52、53。其中，第三定向耦合器3、第四定向耦合器4和第五定向耦合器5分别具有其第一输入端、第二输入端和第一输出端、第二输出端，所述第二功分器7为一分二等分功分器，所述第二移相器52、53均具有90°相位延迟。
所述第三定向耦合器3的第一输出端与所述第四定向耦合器4的第一输入端连接，第三定向耦合器3的第二输出端与第五定向耦合器5的第二输入端连接；所述第二功分器7的两个输出端口与第四定向耦合器4的第二输入端、第五定向耦合器5的第一输入端一一对应连接，第四定向耦合器4的第二输出端、第五定向耦合器5的第一输出端分别与两个所述第二移相器52、53连接。
通过以上设计，组成由第三定向耦合器3、第二功分器7的输入端作为输入端口，由第四定向耦合器4的第一输出端、第五定向耦合器5的第二输出端及两个第二移相器52、53的输出端作为输出端口的所述三输入四输出矩阵网络20。
请继续参见图1，如前所述，本发明的波束成形网络的第二级网络200采用两个矩阵网络20，为便于描述，分别定义为第一矩阵网络22和第二矩阵网络23。
所述第一级网络100的六个输出端口与第二级网络200的输入端口，即第一矩阵网络22、第二矩阵网络23的六个输入端口一一对应连接。为便于图示，在图1中，第一矩阵网络22的输入端口A1IN～A3IN分别示出为c1～c3，其四个输出端口B1OUT～B4OUT分别示出为d1、d4、d2、d3；第二矩阵网络23的输入端口A1IN～A3IN分别示出为c4、c5、c6，其四个输出端口B1OUT～B4OUT分别示出为d5、d8、d6、d7。
具体地，第一定向耦合器1的第一输出端口b1与第一矩阵网络22的第一输入端口c1连接，第一定向耦合器1的第二输出端口b2与第一移相器50的输入端b7连接，第一移相器50的输出端口b9与第二矩阵网络23的第一输入端口c4连接，第一功分器6的第一输出端口b3与第一矩阵网络22第二输入端口c2连接，第一功分器6的第二输出端口b4与第二矩阵网络2323的第二输入端口c5连接，第二定向耦合器2的第一输出端口b5与第一移相器51的输入端口b8连接，第一移相器51的输出端口b10与第一矩阵网络22第三输入端口c3连接，第二定向耦合器2的第二输出端口b6与第二矩阵网络23的第三输入端口c6连接。由此，完成了第一级网络100与第二级网络200的连接。
所述第三级网络300包括两个第三功分器8、11、至少个第四四功分器9、10、12、13及八个合路器14～21，用于对第二级网络200输出的八路信号中的六路信号进行功分及合路处理，以与第二级网络200的另外两路信号共同形成至少十路信号输出。
每个所述第三功分器具有一个输入端口和四个输出端口。具体地，所述第三功分器8具有输入端口e1和输出端口f1～f4；所述第三功分器11具有输入端口e4和输出端口f9～f12。
每个第四功分器具有一个输入端口和两个输出端口,。具体地，第四功分器9具有输入端口e2和输出端口f5、f6；第四功分器10具有输入端口e3和输出端口f7、f8；第四功分器12具有输入端口e5和输出端口f13、f14；第四功分器13具有输入端口e6和输出端口f15、f16。
每个合路器具有两个输入端口和一个输出端口，优选为威尔金森合路器。具体地，合路器14具有输入端口g1、g2和输出端口i1；合路器15具有输入端口g3、g4和输出端口i2；合路器16具有输入端口g5、g6和输出端口i3；合路器17具有输入端口g7、g8和输出端口i4；合路器18具有输入端口g9、g10和输出端口i5；合路器19具有输入端口g11、g12和输出端口i6；合路器20具有输入端口g13、g14和输出端口i7；合路器21具有输入端口g15、g16和输出端口i8。
在第三级网络300中，合路器14的两个输入端口g1、g2分别与第三功分器8的输出端口f4、第四功分器9的输出端口f5连接，其输出端口i1作为所述波束成形网络的输出端口OUT1；合路器15的两个输入端口g3、g4分别与第三功分器11的输出端口f9、第四功分器12的输出端口f13连接，其输出端口i2作为所述波束成形网络的输出端口OUT2；合路器148的两个输入端口g9、g10分别与第三功分器8的输出端口f2、第四功分器10的输出端口f7连接，其输出端口i5作为所述波束成形网络的输出端口OUT3；合路器19的两个输入端口g11、g12分别与第三功分器11的输出端口f10、第四功分器13的输出端口f15连接，其输出端口i6作为所述波束成形网络的输出端口OUT4；合路器16的两个输入端口g5、g6分别与第三功分器8的输出端口f3、第四功分器9的输出端口f6连接，其输出端口i3作为所述波束成形网络的输出端口OUT7；合路器17的两个输入端口g7、g8分别与第三功分器11的输出端口f11、第四功分器12的输出端口f14连接，其输出端口i4作为所述波束成形网络的输出端口OUT8；合路器14的两个输入端口g13、g14分别与第三功分器8的输出端口f1、第四功分器10的输出端口f8连接，其输出端口i7作为所述波束成形网络的输出端口OUT9；合路器21的两个输入端口g15、g16分别与第三功分器11的输出端口f9、第四功分器13的输出端口f16连接，其输出端口i8作为所述波束成形网络的输出端口OUT10。
所述第一矩阵网络22的第三输出端口d2与第三功分器8的输入端口e1连接，第一矩阵网络22的第二输出端口d4、第四输出端口d3分别与第四功分器9、10的输入端口e2、e3连接；第二矩阵网络23的第三输出端口d6与第三功分器11的输入端口e4连接，第二矩阵网络23的第二输出端口d8、第四输出端口d7分别与第四功分器12、13的输入端口e5、e6连接。第一矩阵网络22的第一输出端口d1和第二矩阵网络23的第一输出端口d5分别作为所述波束成形网络的输出端口OUT5和OUT6。由此完成第二级网络200与第三级网络300的连接。
本发明的波束成形网络原理如下：
当射频信号从该波束成形网络第一输入端口IN 1输入时，信号通过第一定向耦合器1的输入端口a1进入第一定向耦合器1，则在第一定向耦合器1的输出端口b1得到信号1/2∠0°，输出端口b2得到信号1/2∠-90°。
当该网络的信号进入到第一矩阵网络22时，结合图2中矩阵网络20的幅度和相位分布情况，配合第三功分器8、第四功分器9、10使用，使其d1得到信号1/8∠0°、f1得到信号1/32∠-180°、f2得到信号1/32∠-180°、f3得到信号1/32∠-180°、f4得到信号1/32∠-180°，f5得到信号1/16∠-270°、f6得到信号1/16∠-270°、f7得到信号1/16∠-90°、f8得到信号1/16∠-90°。
由于第一矩阵网络22与第二矩阵网络23具有相同的结构，当第二矩阵网络23配合第三功分器11、第四功分器12、13使用，使其d5得到信号1/8∠-120°、f9得到信号1/32∠-300°、f10得到信号1/32∠-300°、f11得到信号1/32∠-300°、f12得到信号1/32∠-300°、f13得到信号1/16∠-390°、f14得到信号1/16∠-390°、f15得到信号1/16∠-390°、f13得到信号1/16∠-390°。
对上述信号进行幅度和相位的合成，即第三功分器8与第四功分器9的合成、第三功分器8与第四功分器10的合成、第三功分器11与第四功分器12的合成和第三功分器11与第四功分器13的合成的输出端口参数的合成。则会使OUT1得到信号3/64∠-240,OUT2得到信号3/64∠-360,OUT3得到信号3/64∠-120,OUT4得到信号3/64∠-240,OUT5得到信号1/8∠-360,OUT6得到信号1/8∠-120,OUT7得到信号1/8∠-240,OUT8得到信号1/8∠-360,OUT9得到信号1/8∠-120,OUT10得到信号1/8∠-240。通过对波束成形网络第一输入端口IN 1输入时的详细分析以及对天线均匀直线阵原理的结合使用，使其输出端口OUT1～OUT10成相位差-120°的等差数列分布，进而实现波束成形网络第一输入端口IN 1的波束偏移。
因此，结合图1，当射频信号从波束成形网络第二输入端口IN 2输入时，OUT1得到信号3/64∠-330,OUT2得到信号3/64∠-270,OUT3得到信号3/64∠-210,OUT4得到信号3/64∠-150,OUT5得到信号1/8∠-90,OUT6得到信号1/8∠-30,OUT7得到信号1/8∠30,OUT8得到信号1/8∠90,OUT9得到信号1/8∠150,OUT10得到信号1/8∠210。则波束成形网络第二输入端口IN 3输入时，输出端口OUT1～OUT10输出的信号成相位差+60°的等差数列分布。
当射频信号从波束成形网络第三输入端口IN 3输入时，OUT1得到信号1/8∠-180,OUT2得到信号1/8∠-180,OUT3得到信号1/8∠-180,OUT4得到信号1/8∠-180,OUT5得到信号1/8∠-180,OUT6得到信号1/8∠-180,OUT7得到信号1/8∠-180,OUT8得到信号1/8∠-180,OUT9得到信号1/8∠-180,OUT10得到信号1/8∠-180。则波束成形网络第二输入端口IN3输入时，输出端口OUT1～OUT10输出的信号成相位差为0的数列分布。
同理地，通过以上过程分析，可以轻易得出第四输入端口IN 4和第五输入端口IN5的幅度和相位分布的关系。
由此，在本发明的波束成形网络中，射频信号通过不同端口输入时，在十个不同输出端口形成不同的波束配置，从而形成五个不同的波束指向。本发明的波束成形网络设计思路简单，集成性高、性能稳定且一致性较好，具有广泛的应用价值。
优选地，每个定向耦合器均为3dB定向耦合器(即两个输出端具有90°相位差的定向耦合器)，第二移相器具有90°相位延迟，每个功分器均为等功率分配功分器。
各定向耦合器可采用分支线定向耦合器、耦合线定向耦合器或小孔耦合、匹配双T等其他设计形式的定向耦合器。各定向耦合器可采用同轴线、矩形波导、圆波导、带状线或微带线来构成。
进一步地，所述波束成形网络1000还可以通过多个一分多功分器扩展出更多的输出端口，以适应多个天线阵列的天线使用。其中，功分器的输入端与矩阵网络的第一输出端口连接和/或与合路器的输出端口连接。
请结合图4～图8，本发明还涉及一种应用上述波束成形网络1000的双极化五波束天线，包括两个上述波束成形网络1000、1000’、十个天线子阵列29～34(其输入端口分别为k1～k10)及与波束成形网络1000、1000’和天线子阵列29～34连接的二十个馈电网络39。
其中，每个天线子阵列由六个双极化辐射单元组成，每个馈电网络39具有一个输入端口及六个输出端口h1～h6，以通过两个个馈电网络39为一个天线子阵列馈电，所述两个馈电网络分别对应两个极化。
请结合图6～图8，为示出方便，第一个馈电网络的输入端口至第二十个馈电网络的输入端口为k1～k20，其中，k1～k10为第一阵列至第十阵列的-45°极化的馈电网络输入端口，k11～k20为第一阵列至第十阵列的+45°极化的馈电网络的输入端口。输入端口k1～k10与波束成形网络1000的输出端口OUT1～OUT10一一对应连接；输入端口k11～k20与波束成形网络1000’的输出端口OUT1～OUT10一一对应连接。
该五波束双极化天线可以在水平面上实现方位角分别为±40°、±20°、0°的多波束分布，每个波束都具有高增益，且每个波束之间的干扰较小。
本发明的五波束双极化天线由于应用了上述波束成形网络，使得天线在水平面方向上形成五个固定指向的波束，在每个波束的垂直面上能形成单个固定指向的波束，具有高增益、高容量、抗干扰、性能稳定等特点。同时，在结构方面，具有易生产、尺寸小、快捷安装等优势，可对客户现有的网络覆盖提供更好的补充。
优选地，相邻两个子阵列的阵列间距为工作频段中心频点波长λ的0.5～1.2倍。
优选地，每个子阵列内，相邻两个双极化辐射单元的间距为工作频段中心频点波长λ的0.7～1.3倍。
更优地，所有奇数列的子阵列相互平齐，所有偶数列的子阵列相互平齐，并且奇数列的子阵列与偶数列的子阵列相互错位设置，也即相邻两个子阵列的双极化辐射单元错位设置，错位距离为所选取辐射单元间距的0.5倍。
通过以上方式的组阵，能减少两两阵列之间辐射单元互耦的影响，同时能大大改善波束正前方的交叉极化比，对于电路指标，能够很好地改善波束端口之间的隔离度。同时，通过在垂直面组阵方式，能很好的改善上旁瓣抑制以及实现下倾。
在其他实施方式中，每个所述子阵列的双极化辐射单元的个数可由本领域技术人员根据增益需要进行调整。当双极化辐射单元的个数调整时，所述馈电网络也随之调整其输出端口的数量。
在本实施方式中，所述馈电网络39包括一个第五功分器36和两个与第五功分器36连接的第六功分器37、38连接。所述第五功分器为一分四功分器，所述第六功分器一分二功分器。两个第六功分器37、38的输入端分别与第五功分器36的一个输出端连接，从而形成一个一分六的馈电网络39。
进一步地，每个馈电网络39具有电调移相功能，以使所述五波束双极化天线构成电调天线。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种波束成形网络，其特征在于，包括：依次连接的第一级网络、第二级网络和第三级网络，其中，
所述第一级网络具有五个信号输入端口，一路电信号从每个信号输入端口输入时均可为第二级网络提供两路信号输入；
所述第二级网络包括两个结构相同的三输入四输出矩阵网络，第一级网络从每个信号输入端口输入而由其输出端口输出的二路信号分别从两个矩阵网络的各一个输入端口输入第二级网络，并经第二级网络耦合调相处理而输出八路具有相位差的信号；
所述第三级网络用于对第二级网络输出的八路信号进行功分合路处理，形成至少十路具有相位差的信号。
2.根据权利要求1所述的波束成形网络，其特征在于，所述第一级网络包括第一、第二定向耦合器和第一功分器，每个所述定向耦合器均具有其第一输入端、第二输入端和第一输出端和第二输出端，所述第一功分器具有一个输入端和两个输出端；
所述第一、第二定向耦合器和第一功分器的输入端作为所述信号输入端口，所述第一定向耦合器的第二输出端、第二定向耦合器的第一输出端分别与一个第一移相器连接，所述第一定向耦合器的第一输出端、第二定向耦合器的第二输出端、第一功分器的两个输出端及两个第一移相器的输出端分别与两个矩阵网络的输入端口连接。
3.根据权利要求1所述的波束成形网络，其特征在于，每个所述三输入四输出矩阵网络具有以下属性：
信号从矩阵网络的第一个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路并具有相位差的反向输出信号；
信号从矩阵网络的第二个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路等幅同相的信号；
信号从矩阵网络的第三个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路幅度等分并具有相位差的正向输出信号；
所述四路正向输出信号与所述四路反向输出信号一一对应，并且相互对应的信号之间具有相等的相位差。
4.根据权利要求3所述的波束成形网络，其特征在于，每个所述三输入四输出矩阵网络包括：
第三定向耦合器、第四定向耦合器、第五定向耦合器、第二功分器和至少一个第二移相器，所述第三定向耦合器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二功分器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二移相器至少一个连接在第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端上；
信号分别经由第三定向耦合器和第二功分器输入，并分别由第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端输出和/或输出至所述第二移相器中并由第二移相器输出端输出。
5.根据权利要求4所述的波束成形网络，其特征在于，所述第三、第四、第五定向耦合器均具有第一、第二输入端和第一、第二输出端；第三定向耦合器的第一输出端与所述第四定向耦合器的第一输入端连接，第三定向耦合器的第二输出端与第五定向耦合器的第二输入端连接；所述第二功分器的两个输出端口与第四定向耦合器的第二输入端、第五定向耦合器的第一输入端一一对应连接，第四定向耦合器的第二输出端、第五定向耦合器的第一输出端各连接一个所述第二移相器。
6.根据权利要求1所述的波束成形网络，其特征在于，所述第三级网络包括两个第三功分器、至少四个第四功分器及八个合路器，每个所述第三功分器具有一个输入端口和四个输出端口，每个第四功分器具有一个输入端口和两个输出端口，每个合路器具有两个输入端口和一个输出端口；
每个三输入四输出矩阵网络的第二、第三、第四输出端口分别与一个第三功分器、两个第四功分器的输入端连接；
第三功分器的一个输出端和第四功分器的一个输出端分别与一个合路器的两个输入端连接；
两个矩阵网络的两个第一输出端口、八个合路器的输出端口共同组成所述波束成形网络的十个信号输出端口。
7.根据权利要求6所述的波束成形网络，其特征在于，每个所述定向耦合器为两个输出端具有90°相位差的定向耦合器，每个所述合路器均为威尔金森合路器。
8.一种双极化五波束天线，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的且分别用于两个极化方向的两个波束成形网络，输入端与所述波束成形网络输出端口一一对应连接的多个馈电网络及与馈电网络输出端连接的多个天线子阵列，每个天线子阵列包括多个双极化辐射单元，并且每个馈电网络的输出端数目与每个天线子阵列的双极化辐射单元个数一致。
9.根据权利要求8所述的双极化五波束天线，其特征在于，相邻两个天线子阵列的间距为工作频段中心频点波长的0.5～1.2倍。
10.根据权利要求8所述的双极化五波束天线，其特征在于，每个天线子阵列中，相邻两个辐射单元的间距为工作频段中心频点波长的0.7～1.3倍。
11.根据权利要求8所述的双极化五波束天线，其特征在于，相邻两个天线子阵列的辐射单元相互错位设置。
12.根据权利要求8所述的双极化五波束天线，其特征在于，每个天线子阵列包括六个双极化辐射单元，每个所述馈电网络包括一个第五功分器和两个第六功分器，所述第五功分器具有一个输入端和四个输出端，每个第六功分器具有一个输入端和两个输出端；所述第五功分器的输入端与所述波束成形网络的一个输出端口连接，两个所述第六功分器的输入端各与第五功分器的一个输出端连接，所述第五功分器的另外两个输出端、第六功分器的输出端与六个双极化辐射单元一一对应连接。
13.根据权利要求8所述的双极化五波束天线，其特征在于，所述波束成形网络进一步包括与三输入四输出矩阵网络的第一输出端口和/或合路器输出端连接的第七功分器以使波束成形网络的输出端口数目大于10；所述天线子阵列数目与所述波束成形网络的输出端口数目相一致。
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