CN111146597B - 主线配相式馈电网络、相位调整方法、及大规模阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主线配相式馈电网络，包括主传输线、末级传输线、N‑1个功率分配器；所述功率分配器依次通过主传输线相连；所述功率分配器包括一个主功分器和N‑2个辅功分器；所述主功分器，其输入端接入馈电端，其两个输出端分别通过主传输线与下级的辅功分器的输入端连接；所述辅功分器，其输入端连接上级功分器，至少一个输出端通过末级传输线与一输出端口连接。本发明还公开了一种相位调整方法，以及一种大规模阵列天线。本申请可通过移动功率分配器的位置，调整馈电网络输出端口达到设计相位，以满足相应辐射单元的相位要求；可以减小传输损耗；因此线路更简洁、线损更低。

Description

主线配相式馈电网络、相位调整方法、及大规模阵列天线

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，更具体地，涉及主线配相式馈电网络、相位调整方法、及大规模阵列天线。

背景技术

大规模天线阵列Massive MIMO被认为是5G核心技术之一。天线阵通常由N个辐射单元（N≥2）及移相功率分配网络组成。

移相功率分配网络的功能是实现对每个辐射单元分配要求的功率和相位。通常采用的技术是设计一级或多级功率分配器，调整最末一级功率分配器的输出分线的长度，实现每个天线辐射单元的相位调整，称为分线配相式馈电网络技术。分线配相式馈电网络技术将功率和相位分别在不同的机构上调整，互不影响，具有设计简单，调整方便的特点。

用微带线技术实现分线配相馈电网络技术时，为了在末端分线上配相，末端分线需要绕行较多的传输线，传输线损较大，所需的微带线面积较大。在某些尺寸受限和对损耗要求较高的场景下，如5G大规模阵列天线，其应用受到限制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种主线配相式馈电网络、相位调整方法、及大规模阵列天线。

本申请的主线配相式馈电网络，与多个输出端口连接的第一末级传输线相位均保持为θ0，在功率分配移相网络中，通过移动功率分配器的位置，可调整馈电网络输出端口达到设计相位，以满足相应辐射单元的相位要求；区别于常规的分线配相式馈电网络技术，本发明提出的主线配相式馈电网络，由于功率分配器与上级功率分配器共用一段传输线，因此第一末级传输线可以做到更短，进而可以减小传输损耗；因此线路更简洁、线损更低。

为了达到上述目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种主线配相式馈电网络，包括N个输出端口；包括主传输线、末级传输线、N-1个功率分配器；

所述N-1个功率分配器依次通过主传输线相连；

所述功率分配器包括一个主功分器和N-2个辅功分器；

所述主功分器，其输入端接入馈电端，其两个输出端分别通过主传输线与下级的辅功分器的输入端连接；

所述辅功分器，其输入端连接上级功分器，至少一个输出端通过末级传输线与一输出端口连接。作为本发明提供的主线配相式馈电网络的一种实施方案，所述末级传输线包括第一末级传输线和第二末级传输线；位于中间的辅功分器，其第一输出端通过主传输线与下级辅功分器连接，其第二输出端通过第一末级传输线与一输出端口连接；位于末端的辅功分器，其第一输出端通过第二末级传输线、第一末级传输线与一输出端连接，其第二输出端通过第一末级传输线与一输出端口连接；所述第一末级传输线的长度相同。

作为本发明提供的主线配相式馈电网络的一种实施方案，所述功率分配器均包括一个输入端和两个输出端。

作为本发明提供的主线配相式馈电网络的一种实施方案，所述主线配相式馈电网络由独立功率分配器和电缆构成。

作为本发明提供的主线配相式馈电网络的一种实施方案，所述主线配相式馈电网络为微带线结构，形成在PCB板上。

作为本发明提供的主线配相式馈电网络的一种实施方案，所述馈电网络系在双面覆铜板上通过PCB工艺制作的移相功分网络。

作为本发明提供的主线配相式馈电网络的一种实施方案，其应用于天线阵列，包括两条独立的主线配相式馈电网络，用于为两个极化的天线提供馈电。

本发明还提供了一种相位调整方法，用于对上述的主线配相式馈电网络的输出端口相位进行调整；所述相位调整方法包括，通过移动所述功率分配器的位置，来调整输出端口的相位。

本发明还提供了一种大规模阵列天线，包括多个如上所述的主线配相式馈电网络。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本申请的主线配相式馈电网络，与多个输出端口连接的第一末级传输线相位均保持为θ0，在功率分配移相网络中，通过移动功率分配器的位置，可调整馈电网络输出端口达到设计相位，以满足相应辐射单元的相位要求；

区别于常规的分线配相式馈电网络技术，本发明提出的主线配相式馈电网络，由于功率分配器与上级功率分配器共用一段传输线，因此第一末级传输线可以做到更短，进而可以减小传输损耗；因此线路更简洁、线损更低。对由微带线构成的馈电网络来说，因线路更简洁，可以产生简化的布线图，减少PCB面积。

附图说明

图1为本发明具体实施例的一种主线配相式馈电网络的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的一种三单元双极化的主线配相式馈电网络的示意图；

图3为图2所示的一种三单元双极化的主线配相式馈电网络的配相结果图。

附图标注：

202-主传输线、210-主功分器、220-辅功分器、221-第一辅功分器、222-第二辅功分器、223-第三辅功分器、224-第四辅功分器、203-末级传输线、231-第一末级传输线、232-第二末级传输线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明针对背景技术，提出了主线配相式馈电网络。

如图1～图2所示，本发明提出了一种主线配相式馈电网络，用于为多个辐射单元配相馈电。

假设天线的辐射单元数量为N，N个辐射单元的设计相位分别为P1, P2, … , Pn。那么本申请的主线配相式馈电网络，由N-1个功率分配器、连接相邻功率分配器首尾的主传输线202，以及连接功率分配器输出到输出端口的末级传输线203组成。主线配相式馈电网络还包括一馈电端IN；N个馈电输出端口OUT，用于为N个辐射单元馈电。

N-1个功率分配器依次通过主传输线202相连后形成线形结构，主传输线202为N-2个。每个功率分配器均包括一个输入端和两个输出端。功率分配器包括一个主功分器210和N-2个辅功分器220。

其中，主功分器输入端接入馈电端IN，主功分器210的两个输出端分别通过主传输线202与辅功分器220连接。

位于线形结构中间的辅功分器220，其输入端接入上级功分器，其第一输出端通过主传输线202与下级功分器连接，其第二输出端通过第一末级传输线231与输出端口OUT连接。

位于线形结构末端的辅功分器220，其输入端接入上级功分器，其第一输出端通过第二末级传输线232、第一末级传输线231与一个输出端口OUT连接，其第二输出端通过第一末级传输线231与一个输出端口OUT连接。

其中，以上的第一末级传输线的长度相同。两个第二末级传输线232的长度可以相同，也可以不同。

在本申请提出的主线配相式馈电网络中，保持第一末级传输线231的长度不变，使其相位均保持为θ0。通过移动N-1个功率分配器的位置，可以调整主传输线202以及第二末级传输线232的长度，对相应的相移量θ1，θ2，…,θn-2进行调整，进而使输出端口OUT的相位分别为P1，P2，… , Pn，达到相应辐射单元的设计相位。

为了便于理解，下面以6个辐射单元为例，对本发明申请的主线配相馈电网络进行说明。见图1。在该馈电网络中，辐射单元数量N=6，功率分配器的数量为5个。辅功分器220包括第一辅功分器221、第二辅功分器222、第三辅功分器223、第四辅功分器224。

主功分器210的两个输出端分别通过主传输线202与下级辅功分器221、223的输入端连接。

辅功分器221的第一输出端通过主传输线202与下级辅功分器222连接，辅功分器221的第二输出端通过第一末级传输线231与输出端口OUT3连接。

辅功分器223的第一输出端通过主传输线202与下级辅功分器224连接，辅功分器223的第二输出端通过第一末级传输线231与输出端口OUT4连接。

辅功分器224、222位于线形结构末端。

辅功分器222的第一输出端通过第二末级传输线232、第一末级传输线231与一个输出端口OUT1连接，辅功分器222的第二输出端通过第一末级传输线231与输出端口OUT2连接。

辅功分器224的第一输出端通过第二末级传输线232、第一末级传输线231与一个输出端口OUT6连接，辅功分器224的第二输出端通过第一末级传输线231与输出端口OUT5连接。

如图1所示，设相邻功率分配器之间的相位差定为θ2，θ1，θ4，θ5。

辅功分器222和邻近输出端口OUT1的第一末级传输线231之间的相位差定为θ3；辅功分器224和邻近输出端口OUT6的第一末级传输线231之间的相位差定为θ6。

那么，输出端口的相位分别为：

P1=θ0 + θ1 + θ2 + θ3,

P2=θ0 + θ1+θ2,

P3=θ0 + θ1,

P4=θ0 +θ4

P5=θ0 +θ4+θ5,

P6=θ0 +θ4+θ5+θ6

这样，与输出端口OUT相连接的第一末级传输线231长度不变，使其相位均保持为θ0。通过移动5个功率分配器210、221、222、223、224的位置，可以调整主传输线202以及第二末级传输线232的长度，对相移量θ1，θ2，…, θ6进行调整，进而调整每个输出端口OUT的相位P1，P2，… , P6。

在本申请提出的主线配相式馈电网络中，由于功率分配器与上级功率分配器共用一段传输线，第一末级传输线231可以做到比现有技术的分线配相式馈电网络技术的更短，进而可以减小传输损耗；对于由微带线构成的馈电网络来说，可以减少PCB面积。

作为以上具体实施例的变形，还可以将辅功分器222和输出端口OUT1之间的第一末级传输线231、第二末级传输线232整合为一段第三末级传输线，将辅功分器224和输出端口OUT6之间的第一末级传输线231、第二末级传输线232整合为一段第三末级传输线。通过移动5个功率分配器11、221、222、223、224的位置，来调整输出端口OUT的相位P1，P2，… ,P6。作为优选，与输出端口OUT2、OUT3、OUT4、OUT5相连接的四段第一末级传输线231长度相等，与输出端口OUT1、OUT6相连接的两段第三末级传输线长度大些。两段第三末级传输线长度可以相同，也可以不同。

本申请实施例的主线配相式馈电网络，可以是微带线结构形式，也可以是由独立功率分配器和电缆所构成。作为更加优选的方案，主线配相式馈电网络特别设计为微带线结构。

本申请实施例的主线配相式馈电网络，可以形成在PCB板上。例如，在双面覆铜板上通过PCB工艺制作有移相功分网络。

本申请实施例的主线配相式馈电网络，当其应用于天线阵列时，可布置两条独立的主线配相式馈电网络，以分别为两个极化的天线提供馈电。

本申请实施例的主线配相式馈电网络，工作频段例如可为1710～3600MHz，但可以理解的，本申请的主线配相式馈电网络本身并不受频率范围限制。

本申请还提出了一种大规模阵列天线，包括如上所述的主线配相式馈电网络。

图2给出了一种用主线配相式馈电网络技术设计的一个三单元双极化单元的馈电网络，由PCB工艺制作而成，其包括两条独立的主线配相式馈电网络。功率分配器包括一个主功分器210和1个辅功分器220。

工作频段为1710～2170MHz；OUT1, OUT2, OUT3的设计相位分别为+32度, 0度, -32度，PCB板的大小为250mm*50mm。实现的配相结果见图3。

本发明的有益效果如下：

本申请的主线配相式馈电网络，在功率分配移相网络中，通过移动功率分配器的位置，可调整馈电网络输出端口达到设计相位，以满足相应辐射单元的相位要求；

区别于常规的分线配相式馈电网络技术，本发明提出的主线配相式馈电网络，由于功率分配器与上级功率分配器共用一段传输线，因此第一末级传输线可以做到更短，进而可以减小传输损耗；因此线路更简洁、线损更低。对由微带线构成的馈电网络来说，因线路更简洁，可以产生简化的布线图，减少PCB面积。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利保护范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种主线配相式馈电网络，包括N个输出端口；其特征在于，包括主传输线、末级传输线、N-1个功率分配器；

所述功率分配器依次通过主传输线相连；

所述功率分配器包括一个主功分器和N-2个辅功分器；

所述主功分器，其输入端接入馈电端，其两个输出端分别通过主传输线与下级的辅功分器的输入端连接；

所述辅功分器，其输入端连接上级功分器，至少一个输出端通过末级传输线与一输出端口连接；

所述末级传输线包括第一末级传输线和第二末级传输线，

位于中间的辅功分器，其第一输出端通过主传输线与下级辅功分器连接，其第二输出端通过第一末级传输线与一输出端口连接；

位于末端的辅功分器，其第一输出端通过第二末级传输线、第一末级传输线与一输出端连接，其第二输出端通过第一末级传输线与一输出端口连接；

所述第一末级传输线的长度相同；

所述主线配相式馈电网络，通过移动功率分配器的位置调整主传输线以及第二末级传输线的长度，来调整输出端口的相位。

2.根据权利要求1所述的主线配相式馈电网络，其特征在于，所述功率分配器均包括一个输入端和两个输出端。

3.根据权利要求1所述的主线配相式馈电网络，其特征在于，所述主线配相式馈电网络由独立功率分配器和电缆构成。

4.根据权利要求1所述的主线配相式馈电网络，其特征在于，所述主线配相式馈电网络为微带线结构，形成在PCB板上。

5.根据权利要求4所述的主线配相式馈电网络，其特征在于，所述馈电网络系在双面覆铜板上通过PCB工艺制作的移相功分网络。

6.根据权利要求1所述的主线配相式馈电网络，其特征在于，其应用于天线阵列，包括两条独立的主线配相式馈电网络，用于为两个极化的天线提供馈电。

7.一种相位调整方法，其特征在于，用于对权利要求1～6任一项所述的主线配相式馈电网络的输出端口相位进行调整；所述相位调整方法包括，通过移动所述功率分配器的位置，来调整输出端口的相位。

8.一种大规模阵列天线，其特征在于，包括多个如权利要求1～6任一项所述的主线配相式馈电网络。

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