CN111276794A - 分频基站天线及其馈电网络 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分频基站天线及其馈电网络，馈电网络包括：射频接头，用于接入载波信号并输出多路矢量信号；移相器阵列，用于改变射频接头的信号的相位并输出多路移相信号；合路器组，用于接收移相器阵列的移相信号并输出多路合路信号；初级矢量合成网络，用于将合路器组输出的多路合路信号矢量并功分出多路矢量信号；次级矢量合成网络，用于与初级矢量合成网络和多个辐射单元连接，用于将初级矢量合成网络的多路矢量信号进一步矢量合成并输出至辐射单元。通过设置两级矢量合成网络，对移相器阵列的信号进行两级矢量合成，使得信号的相位差变化更为平滑，各辐射单元辐射的电磁波可形成相对连续的波阵面，增大基站天线下倾角的可调范围。

Description

分频基站天线及其馈电网络

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种分频基站天线馈电网络及应用该分频基站天线馈电网络的分频基站天线。

背景技术

随着无线技术发展、新通信频谱、通信制式的引入，支持更多频段、更多制式的多系统共用天线逐渐成为运营商需求的主流产品，移动通信网络作为基站天线的重要组成部分，承载了电磁波发射与接收的双重功能，其性能的好坏直接决定移动通信网络的优劣。

目前在通用的基站馈电网络中，射频发射器的载波信号被馈入天线并被分到天线的辐射单元。每个辐射单元具有与其相关联的等差相移量的移相器，使得信号相位可随天线的距离的变化而被调整，从而改变天线的电倾角。

而在分频基站天线上，为实现高集成度的天线系统，通常使用以下两种网络：一种是在天线主馈线端加合路器共用移相器模块，缺点是分频天线无法做到下倾角独立电调，只能同步电调，不利于运营商可根据实际情况灵活布局。当安装了一种天线之后就只能基于这种天线使用，就不能轻易更换。除非是再更换天线或者增加设备和基站天线重复的做覆盖，这种方式显然提高了投资成本。另一种是在天线系统辐射单元端接入合路器，可实现移相器的分频天线下倾角独立电调，此技术方法天线具有多个缺点，每个辐射单元需要一个移相器及合路器，由于所需的移相器及合路器数量原因，导致天线的成本高、天线重量增大。

发明内容

本发明的首要目的旨在提供一种可降低分频基站天线成本和重量的分频基站天线馈电网络。

本发明的另一目的旨在提供一种成本低和重量轻的分频基站天线你。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

作为第一方面，本发明涉及一种分频基站天线馈电网络，包括：

射频接头，其设有至少两个频段，用于与射频发射器连接，为该馈电网络接入射频发射器的载波信号并输出多路矢量信号；

移相器阵列，与所述射频接头连接，改变射频接头输出的矢量信号的相位，并输出多路相位成等差数列分布的移相信号；

合路器组，与移相器阵列连接并用于接收移相器阵列输出的移相信号，并合路输出多路合路信号；

初级矢量合成网络，与合路器组连接并将合路器组输出的多路合路信号矢量并功分出多路矢量信号；

次级矢量合成网络，具有多个输出端，用于与天线的多个辐射单元连接，该次级矢量合成网络还与初级矢量合成网络连接，用于将初级矢量合成网络输出的多路矢量信号进一步矢量合成并一一对应输出至所述多个辐射单元。

进一步地，所述次级矢量合成网络的至少一个输出端连接有预置相位线，所述预置相位线用于进一步改变次级矢量合成网络输出的相位。

进一步地，所述初级矢量合成网络与次级矢量合成网络之间设有另一个用于增大天线系统下倾角相位余量的移相器阵列。

优选的，所述次级矢量合成网络对初级矢量合成网络输出的多路信号进行处理时使至少一路信号相位或幅度未发生改变。

优选的，所述初级矢量合成网络包括多个功分器和多个3dB电桥，所述3dB电桥的输入端与功分器的输出端一一对应连接；所述次级矢量合成网络包括多个次级功分器和多个3dB电桥，次级功分器的输入端与初级矢量合成网络的3dB电桥的输出端一一对应连接，其3dB电桥的输入端一一对应连接于次级功分器的输出端。

优选的，所述次级矢量合成网络中，所述次级功分器的输出端数量之和大于3dB电桥输入端数量之和，未与3dB电桥输入端的次级功分器的输出端及3dB电桥的输出端作为次级矢量合成网络的输出端。

优选的，所述3dB电桥为3dB180°电桥。

优选的，所述次级矢量合成网络中，次级功分器和3dB电桥的输出端的数量之和被匹配为与待连接的辐射单元的数量相等。

优选的，所述移相器阵列设有多个移相器，每个移相器具有至少两个输出端。

作为第二方面，本发明涉及一种分频基站天线，包括辐射单元阵列及上述分频基站天线馈电网络，所述辐射单元阵列包括多个辐射单元，所述多个辐射单元与所述次级矢量合成网络的多个输出端一一对应连接。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

本发明的分频基站天线馈电网络中，通过初级矢量合成网络对移相器阵列的处理后的信号进行第一次矢量合成，进而通过次级矢量合成网络对初级矢量合成网络输出的矢量信号进行进一步矢量合成处理，使得用于驱动辐射单元的矢量信号之间的相位差变化较为平滑，可使得天线辐射单元辐射的电磁波形成相对连续的波阵面，增大基站天线下倾角的可调范围。本发明的分频基站天线馈电网络可在现有移相器阵列同步移相的基础上，实现馈入到辐射单元的信号的相位相对独立、可调，可以满足运营商在不同情况下的布局需求。

另外，本发明的分频基站天线馈电网络，还可在次级矢量合成网络的输出端接入预置相位线，进一步改变传送到辐射单元的矢量信号的相位，改变下倾角；或者在出初级矢量合成网络与次级矢量合成网络之间加设移相器阵列，增大移相量，从而增大天线系统下倾角的相位余量，满足大下倾角的调节需求。

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为本发明的分频基站天线的结构框图；

图2为本发明一种实施方式的分频基站天线的原理示意图。

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。

参见图1和图2，本发明涉及一种分频基站天线，其包括至少一个由多个辐射单元构成的辐射单元阵列106及为辐射单元馈入射频信号的馈电网络，对应于分频天线，所述馈电网络为分频网络，尤其是分频基站天线馈电网络。

本发明的分频基站天线馈电网络包括射频接头101、移相器阵列102、合路器组103、初级矢量合成网络104和次级矢量合成网络105，通过两级矢量合成网络对移相器阵列102移相后的多路信号进行矢量合成处理，然后输出到辐射单元阵列106的多个辐射单元，可以在现有移相器阵列同步调节的基础上，实现输出向辐射单元的多个信号的独立调节，可满足运营商在不同情况下的布局需要。

其中，优选地，所述射频接头101设有至少两个频段，用于与射频发射器连接，为该分频基站天线接入射频信号，可以理解的，经射频接头输入馈电网络的信号为矢量信号。其中，矢量信号为频率相同、相位不同的至少两路信号叠加而形成的信号。

所述移相器阵列102设有多个移相器，每个移相器具有多个输出端，并且可使经过移相器阵列102各个输出端的信号的相位成等差数列排布。所述移相器阵列102连接于所述射频接头，用于改变射频接头输入的矢量信号的相位，并输出多个成等差数列的移相信号。

所述合路器组103包括多个无源合路器，所述多个无源合路器的输入端与移相器阵列102的输出端一一对应连接，以实现多路移相信号的合路传输，并输出到初级矢量合成网络104。

所述初级矢量合成网络104包括多个功分器和3dB电桥，所述多个功分器的输入端与无源合路器的输出端一一对应连接，所述3dB电桥的输入端与功分器的输出端一一对应连接，从而对经过移相器阵列102移相并经过合路器组103合路的多路信号进行矢量合成，输出多路矢量信号。

所述次级矢量合成网络105包括多个次级功分器和3dB电桥701、702、703、704，所述次级功分器的输入端与初级矢量合成网络104的3dB电桥的输出端连接，次级矢量合成网络105的3dB电桥的输入端与次级功分器的输出端一一对应连接，次级矢量合成网络105的3dB电桥的输出端作为次级矢量合成网络105的输出端，向辐射单元阵列106的多个辐射单元提供射频信号。

本发明中，通过设置两级矢量合成网络，对移相器阵列102处理的信号进行两级矢量合成，使得信号的相位差变化更为平滑，使辐射单元阵列106各辐射单元辐射的电磁波可形成相对连续的波阵面，增大基站天线下倾角的可调范围。在本实施方式中，每个移相器的多个输出端的信号可以是同步调节的，在经过二级矢量合成网络后，可使提供给各个辐射单元的射频信号的相位和/幅度相对独立、可调，可满足运营商在不同情况下的布局需求。

在一种实施方式中，所述次级矢量合成网络105中，所述次级功分器的输出端数量之和大于3dB电桥的输入端数量之和，未与3dB电桥连接的次级功分器的输出端与3dB电桥共同作为次级矢量合成网络105的输出端，一一对应地连接到辐射单元。在该实施方式中，一路或多路初级矢量合成网络104输出的矢量信号经过次级矢量合成网络105后相位或幅度未发生变化，相当于初级矢量合成网络的矢量信号直接连接到次级矢量合成网络或者辐射单元。

在本发明的实施方式中，所述次级矢量合成网络105被配置为其输出端的数量之和与辐射单元个数相等，具体可由技术人员根据辐射单元数量来调节次级功分器和3dB电桥的数量及连接关系实现。

当辐射单元增多，且需要调节的下倾角为大下倾角时，可在初级矢量合成网络104与次级矢量合成网络105之间额外设置移相器阵列102，用于增加移相量，进而增加天线系统下倾角相位余量。

进一步的，所述次级矢量合成网络105的输出端与辐射单元阵列106之间设有预置相位线，用于进一步改变次级矢量合成网络105输出的矢量信号的相位，改变基站天线的下倾角。

请结合图2，在一种优选的实施方式中，射频接头101设有四个射频通路，四个射频通路分别用于700+、700-、900+、900-的四路信号的接入，其中，700+表示700MHz频段正极化的信号，700-表示700MHz频段负极化的信号，900+表示900MHz频段正极化的信号，900-表示900MHz频段负极化的信号。移相器阵列102包括移相器201、移相器202、移相器203、移相器204，每个移相器具有两个输出端，其输出端分别表示为M1～M8。无源合路器包括无源合路器301、无源合路器302、无源合路器303、无源合路器304。初级矢量合成网络104包括功分器401和功分器402、功分器403、功分器404、电桥501和电桥502、电桥503、电桥504。次级矢量合成网络105包括电桥701、电桥702、电桥703、电桥704和功分器601、功分器602、功分器603、功分器604、功分器605、功分器606、功分器607、功分器608。八个辐射单元均为双极化辐射单元，为方便图示，示出为两个单元列801和802。

其中，射频接头101的700+端口与移相器201的输入端N1连接，射频接头101的700-端口与移相器202的输入端N2连接，射频接头101的900+端口与移相器203的输入端G1连接，射频接头101的900-端口与移相器204的输入端G2连接；移相器201和移相器202、移相器203、移相器204均具有一个输入端两个输出端；移相器201具有输出端M1与M2，移相器202具有输出端M3和M4，移相器203具有输出端M5和M6，移相器204具有输出端M7和M8；移相器201的输出端M1及移相器203的输出端M5分别与无源合路器301的输入端700+和900+连接，无源合路器301输出端P1连接功分器401；移相器202的输出端M3及移相器204的输出端M7分别与无源合路器302的输入端700+和900+连接，无源合路器302的输出端P2连接功分器402；移相器201的输出端M2及移相器203的输出端M6分别与无源合路器303的输入端700+和900+连接，无源合路器303的输出端P3连接功分器403；移相器202的输出端M4及移相器203的输出端M8分别与无源合路器304的输入端700+和900+连接，无源合路器304的输出端P4连接功分器404；功分器401输出端P5与P6、功分器402的输出端P7与P8、功分器403输出端P9与P10、功分器404输出端P10与P10分别连接3dB电桥501、3dB电桥502、3dB电桥503、3dB电桥504；电桥501输出端D1与S1分别为D端口和S端口，电桥502的输出端D2和S2分别为D端口和S端口，分别连接功分器601、功分器602、功分器603、功分器603；上述四个功分器均具有一个输入端和两个输出端，次级功分器601具有输出端Q1、Q2，次级功分器602具有输出端Q3、Q3，次级功分器603具有输出端Q5、Q6，次级功分器604具有输出端Q7、Q8，8个辐射单元811至818顺序排列；次级功分器601两个输出端Q1、Q2分别连接辐射单元811、812；次级功分器602两个输出端Q1、Q2及次级功分器603两个输出端Q5、Q6连接3dB电桥701及3dB电桥702输入口，3dB电桥701两输出端O1、O2分别为D端口和S端口并连接辐射单元813、814，3dB电桥702两输出端O3、O4分别为S端口和D端口并连接辐射单元815、816；次级功分器604两个输出端Q7、Q8分别连接辐射单元817、818。

上述3dB电桥503和3dB电桥504输出端D3与S3分别为D端口和S端口，输出端D4和S4分别为D端口和S端口，分别连接次级功分器605、次级功分器605、次级功分器607、次级功分器608；四个次级功分器605～608均具有一个输入端和两个输出端，功分器605具有输出端Q9、Q10，功分器606具有输出端Q11、Q12，功分器607具有输出端Q13、Q14，功分器608具有输出端Q15、Q16，8个辐射单元821至828顺序排列；功分器605两个输出端Q9、Q10分别连接辐射单元821、812；次级功分器606两个输出端Q11、Q12及次级功分器607的两个输出端Q13、Q14连接3dB电桥703及3dB电桥704输入口，3dB电桥703的两输出端O5、O6分别为D端口和S端口并连接辐射单元823、824，3dB电桥704两输出端O7、O8分别为S端口和D端口并连接辐射单元825、826；次级功分器608的两个输出端Q15、Q16分别连接辐射单元827、828。

由此，可以通过两级矢量合成网络将移相器阵列102的移相信号矢量合成为16路信号，一一对应分别驱动16个单一极化的辐射单元。可以的，在上述实施方式中，辐射单元阵列106801和辐射单元阵列106802为同一天线阵列，具体由8个双极化辐射单元组成，8个辐射单元的正极化(例如+45°极化)表征为811～818，负极化(例如-45°极化)表征为821～828。

优选的，所述3dB电桥为3dB180°电桥，其输入端口为A和B时，其输出端口分别为A+B和A-B，其中，A-B为电桥D端，A+B为电桥S端。

需要说明的是，上述实施例的次级矢量合成网络105中八个次级功分器均为一分二功分器，将一路信号分成两路子信号传输。在其他实施方式中，次级功分器的输出端不限于两个，可由技术人员根据需要，将所有次级功分器输出端数量之和设成与辐射单元数量相对应，例如相等即可。

另外，本发明以700MHz与900MHz为例说明本发明分频基站天线馈电网络的结构及原理，但700MHz与900MHz不能视为构成使用环境的限定，其还可应用于其他更多的频段范围。

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 (10)

1.一种分频基站天线馈电网络，其特征在于，包括：

射频接头，其设有至少两个频段，用于与射频发射器连接，为该馈电网络接入射频发射器的载波信号并输出多路矢量信号；

移相器阵列，用于与所述射频接头连接，改变射频接头输出的矢量信号的相位，并输出多路相位成等差数列分布的移相信号；

合路器组，与移相器阵列连接并用于接收移相器阵列输出的移相信号，并合路输出多路合路信号；

初级矢量合成网络，与合路器组连接并将合路器组输出的多路合路信号矢量并功分出多路矢量信号；

次级矢量合成网络，具有多个输出端，用于与天线的多个辐射单元连接，该次级矢量合成网络还与初级矢量合成网络连接，用于将初级矢量合成网络输出的多路矢量信号进一步矢量合成并一一对应输出至所述多个辐射单元。

2.根据权利要求1所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述次级矢量合成网络的至少一个输出端连接有预置相位线，所述预置相位线用于进一步改变次级矢量合成网络输出的相位。

3.根据权利要求1所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述初级矢量合成网络与次级矢量合成网络之间设有另一个用于增大天线系统下倾角相位余量的移相器阵列。

4.根据权利要求1所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述次级矢量合成网络对初级矢量合成网络输出的多路信号进行处理时使至少一路信号相位或幅度未发生改变。

5.根据权利要求1或4所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述初级矢量合成网络包括多个功分器和多个3dB电桥，所述3dB电桥的输入端与功分器的输出端一一对应连接；

所述次级矢量合成网络包括多个次级功分器和多个3dB电桥，次级功分器的输入端与初级矢量合成网络的3dB电桥的输出端一一对应连接，其3dB电桥的输入端一一对应连接于次级功分器的输出端。

6.根据权利要求5所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述次级矢量合成网络中，所述次级功分器的输出端数量之和大于3dB电桥输入端数量之和，未与3dB电桥输入端的次级功分器的输出端及3dB电桥的输出端作为次级矢量合成网络的输出端。

7.根据权利要求5所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述3dB电桥为3dB180°电桥。

8.根据权利要求5所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述次级矢量合成网络中，次级功分器和3dB电桥的输出端的数量之和被匹配为与待连接的辐射单元的数量相等。

9.根据权利要求1所述的分频基站天线馈电网络，其特征在于，所述移相器阵列设有多个移相器，每个移相器具有至少两个输出端。

10.一种分频基站天线，其特征在于，包括辐射单元阵列及权利要求1至9任意一项所述的分频基站天线馈电网络，所述辐射单元阵列包括多个辐射单元，所述多个辐射单元与所述次级矢量合成网络的多个输出端一一对应连接。

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