CN111525220B - 耦合装置及天线 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种耦合装置，其包括多个耦合器、第一耦合输出端口和第二耦合输出端口，其中所述多个耦合器包括相邻的第一耦合器和第二耦合器，第一和第二耦合器中的每个耦合器包括主线和副线，其中所述副线包括第一区段、第二区段和第三区段，其中第一区段位于主线的第一侧并耦接到第一耦合输出端口，以将从所述主线耦合的第一耦合信号传递到第一耦合输出端口，第二区段位于主线的第二侧并耦接到第二耦合输出端口，以将从所述主线耦合的第二耦合信号传递到第二耦合输出端口，第三区段将第一区段耦接到第二区段，其中，第一耦合器的副线的第二区段和第二耦合器的副线的第一区段存在共用部分。

Description

耦合装置及天线

技术领域

本公开总体上涉及无线通信技术领域。更具体来说，本公开涉及一种耦合装置以及包括耦合装置的天线。

背景技术

随着第五代蜂窝技术的引入，在蜂窝通信系统中使用波束成形无线电设备正变得越来越普遍。如图7所示，具有波束成形能力的蜂窝基站可以包括波束成形无线电设备720，波束成形无线电设备720包括波束成形单元760。波束成形无线电设备720可以输出射频(RF)信号，RF信号将通过无线电设备720的多个RF端口发送。通过每个端口输出的RF信号的子分量可以具有不同的相位，其中每个子分量的相位由波束成形无线电设备720以将使得由天线700形成的天线波束被整形的方式来设置。天线700以期望的方式连接到无线电设备720。

如图7所示，天线700可以包括辐射阵列710(例如，多个相控辐射元件)和被配置为给辐射阵列710馈送由无线电设备720输出的RF信号的子分量的馈电网络750。其中馈电网络750还可以执行其他的功能，例如通过移相器之类的设备来改变天线700所发射的信号的下倾角等。来自无线电设备720的信号经由天线上的多个射频端口770进入馈电网络750，馈电网络750将RF信号的子分量馈送到例如辐射阵列710中的各列辐射元件以进行发射。

波束成形单元760以这样的方式设置要发送的RF信号的子分量的相位：使得当通过天线700发送时，子分量在期望高天线增益的方向上建设性地组合，并且子分量在期望低天线增益的方向上破坏性地组合。如果RF信号的子分量的实际相位在到达辐射元件时不同于期望的相位(例如，由于无线电设备720和辐射阵列710之间的RF传输路径的长度的非预期的变化)，由辐射阵列710形成的天线波束可能具有劣化的形状，并且蜂窝基站的性能可能降低。为了降低或消除相位的这些非预期的变化，可以用天线校准装置(未示出)来确定沿着每个RF传输路径的相位变化，并且该信息可以被传递到波束成形单元760，使得由无线电设备720输出的RF子分量的相位可以被校准以考虑所确定的相位变化。

天线700可以包括一系列RF耦合器形式的耦合装置，其耦合来自天线700中的每个RF传输信道的少量RF能量，然后组合耦合的信号并经由天线700上的校准端口(未示出)将它们反馈到无线电设备720。

发明内容

本公开的目的之一是提供一种新的耦合装置及天线。

根据本公开的第一方面，提供了一种耦合装置，包括多个耦合器、第一耦合输出端口和第二耦合输出端口，其中所述多个耦合器包括彼此相邻的第一耦合器和第二耦合器，第一和第二耦合器中的每个耦合器包括主线和副线，对于第一耦合器和第二耦合器中的每个耦合器：所述副线包括第一区段、第二区段和第三区段，其中第一区段位于主线的第一侧并与所述主线形成第一耦合单元，使得在所述主线上传递的信号的第一部分能够被耦合到所述第一区段以生成第一耦合信号；第一区段还被耦接到第一耦合输出端口，并被配置为将所述第一耦合信号传递到第一耦合输出端口；第二区段位于主线的第二侧并与所述主线形成第二耦合单元，使得在所述主线上传递的信号的第二部分能够被耦合到所述第二区段以生成第二耦合信号；第二区段还被耦接到第二耦合输出端口，并被配置为将所述第二耦合信号传递到第二耦合输出端口；以及第三区段将第一区段耦接到第二区段，其中，第一耦合器的副线的第二区段和第二耦合器的副线的第一区段存在共用部分。

根据本公开的第二方面，提供了一种天线，包括：多个辐射元件、天线校准装置、以及如上所述的耦合装置，其中所述耦合装置的第一和第二耦合器中的每个耦合器的主线耦接到用于多个辐射元件中对应的一个辐射元件的射频信号传输通道；以及所述第一耦合输出端口和所述第二耦合输出端口中的至少一个耦接到所述天线校准装置。

根据本公开的第三方面，提供了一种用于基站天线的耦合装置，包括：第一耦合输出端口；第二个耦合输出端口；第一耦合器，包括主线和第一副线，其中，所述主线的第一区段与所述第一副线的第一区段形成第一耦合单元，并与所述第一副线的第二区段形成第二耦合单元，其中所述第一耦合器被配置为使得通过第一耦合单元耦合到第一副线的第一区段的第一耦合信号传递到第一耦合输出端口并且基本上与第二耦合输出端口隔离，以及使得通过第二耦合单元耦合到第一副线的第二区段的第二耦合信号传递到第二耦合输出端口并且基本上与第一耦合输出端口隔离。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本公开的一些示例性实施例的耦合装置的结构示意图。

图2是根据本公开的一些示例性实施例的耦合装置的结构示意图。

图3是根据本公开的一些示例性实施例的天线及其连接的结构示意图。

图4是根据本公开的一些示例性实施例的耦合装置的结构示意图。

图5是根据本公开的一些示例性实施例的耦合装置的结构示意图。

图6A至6C是根据本公开的一些示例性实施例的耦合装置的仿真性能的示意图。

图7是现有技术的天线及其连接的结构示意图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明，其中的附图示出了本发明的若干实施例。然而应当理解的是，本发明可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本发明的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本发明的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。

应当理解的是，本文中的用语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本发明的范围。本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

在本文中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在本文中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。

在本文中，可能提及了被“耦接”在一起的元件或节点或特征。除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

在本文中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用语可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用语除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。

在本文中，用语“A或B”包括“A和B”以及“A或B”，而不是排他地仅包括“A”或者仅包括“B”，除非另有特别说明。

在本文中，用语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本发明不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

在本文中，用语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。用语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

本公开实施例提供一种可以用于波束成形天线的耦合装置。根据本发明实施例的耦合装置包括多个耦合器的耦合装置，该耦合装置具有一个或多个耦合输出端口。该耦合装置的一个应用可以是，例如，将在无线电设备和天线的各组辐射元件之间传递的RF信号的每个子分量的一部分能量耦合到一个或多个耦合输出端口。被耦合到耦合输出端口的信号可以用于对该天线的校准。

根据本公开实施例的耦合装置的多个耦合器中的每个耦合器均可以具有相似的结构，例如以下将参考图1描述的耦合器100的结构。每个耦合器具有输入口和输出口。每个耦合器的输入口均可以耦接到天线中与该耦合器对应的一个射频信号传输通道，从而将该射频信号传输通道上承载的射频信号的子分量的至少一部分经由输入口耦合到耦合器的主线上并经由主线传递到输出口。在主线上传递的射频信号的至少一部分被进一步耦合到耦合器的副线上并传递到至少一个耦合输出端口。

图1是根据本公开的实施例的耦合装置1000的结构示意图。耦合装置1000可以包括两个相邻的耦合器100和200、第一耦合输出端口P1和第二耦合输出端口P2。

耦合器100包括输入口110a、输出口110b、主线110以及副线120。输入口110a和输出口110b可以耦接到主RF传输路径(未示出)，该主RF传输路径在无线电设备和一个或多个辐射元件的子阵列之间延伸。例如，第一同轴电缆可用于将主RF传输路径连接到输入口110a，第二同轴电缆可用于将主RF传输路径连接到输出口110b。主线110连接在输入口110a和输出口110b之间。副线120可以包括第一区段121、第二区段122和第三区段123。耦合器200包括输入口210a、输出口210b、主线210以及副线220。主线210连接在输入口210a和输出口210b之间。副线220可以包括第一区段221、第二区段222和第三区段223。由于耦合器100和200具有类似的结构，在此仅以耦合器100为例进行说明，并省略对耦合器200中的相同或相似结构的重复描述。

如图1所示，耦合器100的副线120的第一区段121和第二区段122可以分别位于主线110的相对的两侧以分别与主线110形成各自的耦合单元。例如，副线120的第一区段121可以位于主线110的第一侧(例如，以图1的视图方向位于主线110的左侧)并可以与主线110形成第一耦合单元101，使得在主线110上传递的RF信号的第一部分能够被耦合到第一区段121上以形成第一耦合信号。类似地，第二区段122可以位于主线110的第二侧(例如，以图1的视图方向位于主线110的右侧)并可以与主线110形成第二耦合单元102，使得在主线110上传递的RF信号的第二部分能够被耦合到第二区段122上以形成第二耦合信号。

第一区段121可以被耦接到第一耦合输出端口P1，并可以将第一耦合信号传递到第一耦合输出端口P1。第二区段122可以被耦接到第二耦合输出端口P2，并可以将第二耦合信号传递到第二耦合输出端口P2。副线120的第三区段123将第一区段121连接到第二区段122。

与耦合器100相邻的耦合器200可以具有与耦合器100类似的结构。如图1所示，在一对相邻的耦合器100和200中，第一耦合器100的副线120的第二区段122和第二耦合器200的副线220的第一区段221存在共用部分。通过共用相邻的耦合器100、200的副线的一部分，使得该耦合装置1000的耦合器之间的布置更加紧凑，降低了耦合装置1000的尺寸，节省了空间和成本。

虽然在图1所示的例子中，耦合器100的副线120的第二区段122和耦合器200的副线220的第一区段221基本重合(以附图标记122(221)表示)，本领域技术人员应理解，只要第二区段122与第一区段221具有共用部分，耦合装置1000就能具有本公开的有益效果。

耦合器100的主线110将输入口110a耦接到输出口110b，使得信号能够经由主线110从输入口110a传递到输出口110b。在耦合器100中，第一耦合单元101由相互靠近并基本平行的第一区段121和主线110组成，其中第一区段121包括靠近输出口110b的第一隔离端121b和靠近输入口110a的第一耦合端121a。第二耦合单元102由相互靠近并基本平行的第二区段122和主线110组成，其中第二区段122包括靠近输出口110b的第二隔离端122b和靠近输入口110a的第二耦合端122a。

耦合器200的主线210将输入口210a耦接到输出口210b，使得信号能够经由主线210从输入口210a传递到输出口210b。在耦合器200中，相互靠近并基本平行的第一区段221和主线210形成了一个耦合单元，其中第一区段221包括靠近输出口210b的第一隔离端221b和靠近输入口210a的第一耦合端221a。相互靠近并基本平行的第二区段222和主线210形成了又一个耦合单元，其中第二区段222包括靠近输出口210b的第二隔离端222b和靠近输入口210a的第二耦合端222a。

虽然在图1所示的例子中，由于耦合器100的副线120的第二区段122和耦合器200的副线220的第一区段221基本重合，导致耦合器100中的第二隔离端122b与耦合器200中的第一耦合端221a也基本重合(以附图标记122b(221a)表示)以及耦合器100中的第二耦合端122a与耦合器200中的第一隔离端221b也基本重合(以附图标记122a(221b)表示)，但本领域技术人员应理解，在其他实施例中，也可以是第二隔离端122b与第一耦合端221a不重合和/或第二耦合端122a与第一隔离端221b不重合。

耦合器100和200的副线120和220相互串联连接在耦合装置1000的第一耦合输出端口P1和第二耦合输出端口P2之间。在图1所示的具体示例中，耦合器100被布置为更靠近第一耦合输出端口P1，耦合器200被布置为更靠近第二耦合输出端口P2。耦合器100的副线120的第一区段121的第一耦合端121a耦接到第一耦合输出端口P1，耦合器200的副线220的第二区段222的第二耦合端222a耦接到第二耦合输出端口P2，耦合器100的副线120的第一区段121的第一隔离端121b依次至少通过耦合器100的副线120的第三区段123、耦合器100的副线120的第二区段122、以及耦合器200的副线220的第三区段223耦接到耦合器200的副线220的第二区段222的第二隔离端222b。

在耦合器100的第一耦合单元101中，在主线110上从输入口110a向输出口110b传递的信号的第一部分被耦合到副线120的第一区段121，从而在第一区段121上得到第一耦合信号。第一耦合信号在第一区段121上以从第一隔离端121b到第一耦合端121a的方向传递，并被输出到第一耦合输出端口P1。同理，在第二耦合单元102中，在主线110上从输入口110a向输出口110b传递的信号的第二部分被耦合到副线120的第二区段122，从而在第二区段122上得到第二耦合信号。第二耦合信号在第二区段122上以从第二隔离端122b到第二耦合端122a的方向传递，并经由耦合器200的副线220的第三区段223和第二区段222被输出到第二耦合输出端口P2。

类似地，在耦合器200中，在主线210上从输入口210a向输出口210b传递的信号的第一部分被耦合到副线220的第一区段221，从而在第一区段221上得到第一耦合信号。第一耦合信号在第一区段221上以从第一隔离端221b到第一耦合端221a的方向传递，并经由耦合器100的副线120的第三区段123和第一区段121被输出到第一耦合输出端口P1。同理，在主线210上从输入口210a向输出口210b传递的信号的第二部分被耦合到副线220的第二区段222，从而在第二区段222上得到第二耦合信号。第二耦合信号在第二区段222上以从第二隔离端222b到第二耦合端222a的方向传递，并被输出到第二耦合输出端口P2。

通过将多个耦合器的副线串联连接在第一耦合输出端口P1和第二耦合输出端口P2之间，当从任何一个耦合器的输入口输入信号时，基于输入信号的第一耦合信号可以被传递到第一耦合输出端口P1，并且基于输入信号的第二耦合信号可以被传递到第二耦合输出端口P2。第一耦合输出端口P1和第二耦合输出端口P2中的至少一个可以被耦接到天线校准装置，天线校准装置可以获取基于输入信号的两个耦合信号中的至少一个。其中，耦合信号可以用于校准。

一些波束成形无线电设备包括一对校准端口。这样的无线电设备可以被配置为与同样具有两个校准端口的天线一起使用。这样的天线中的校准电路可以例如被配置为从天线中的每个主RF传输路径(例如，在无线电设备的每个端口和一个或多个辐射元件的各个子阵列之间延伸的RF传输路径)耦合一对校准信号。可以基于例如一对校准信号的相对相位在这些无线电设备中执行校准。因此，可能需要耦合来自每个主RF传输路径的两个(或更多个)信号的校准电路。然而，由于校准电路中包括大量的耦合器，这种校准电路可能需要天线内的大量空间。

继续参照图1，第一耦合器100的副线120的第二区段122和第二耦合器200的副线220的第一区段221形成为共用部分122(221)。共用部分122(221)可以将耦合器100中的第二隔离端122b耦接到耦合器200中的第一隔离端221b。副线120的第三区段123位于第一区段121和第二区段122之间，并可以将第一隔离端121b连接到第二隔离端122b。第三区段123的形状没有特殊限制。在一些实施例中，第三区段123的电长度被设计为使其阻抗满足第一耦合单元101和第二耦合单元102的阻抗匹配要求。这样，当信号从输入口110a输入时，从主线110耦合得到的第一或第二耦合信号，基本上会被全部传递到第一或第二耦合端121a或122a，而在第一或第二隔离端121b或122b及两个隔离端之间的第三区段123上基本上没有能量传递。

通过设计耦合器100、200使得其相应的第三部分123、223不会通过大量RF能量，可以确保第一和第二耦合信号基本上不会相互干扰。

在一些实施方式中，主线110或副线120可以是同轴线、矩形波导、圆波导、带状传输线、微带传输线、或任何其它传输线。由于其紧凑的尺寸和低成本，微带传输线在许多应用中可能特别方便。副线120的第一区段121和第二区段122与主线110之间的耦合可以通过各种已知的耦合技术来实现，包括且不限于：小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。在一些实施例中，副线120与主线110采用窄边耦合的微带传输线或带状传输线，以使得耦合装置的结构更紧凑。在一些实施方式中，耦合装置1000的多个耦合器的一个或多个耦合器的第一区段与主线之间以及第二区段与主线之间可以存在交叉指型结构230。这样的结构可以改善耦合。

图1中示出了具有两个耦合器的耦合装置1000的示例性结构。本领域技术人员应当理解，根据本公开的实施例的耦合装置可以包括更多个具有相似结构并以类似方式布置的耦合器。例如，图2中示出了根据本发明又一个实施例的具有16个耦合器100、200…1600的耦合装置2000。耦合装置2000可以用于例如具有16个辐射元件(或辐射元件的阵列)的天线，其中每个耦合器与各自的一个辐射元件(或阵列)相对应，例如可以将用于第一辐射元件的信号引入与该第一辐射元件对应的第一耦合器，并根据耦合装置2000的一个或一对耦合输出端口输出的信号对用于该第一辐射元件的信号进行校准操作。为简便，下文中耦合器100、200…1600可以被笼统地称为“耦合器”。在其它实施例中，耦合器的数量可以不限于16个而可以是更少(例如8个)或更多(例如32个)。

耦合装置2000中的各个耦合器具有与图1中示出的耦合器100和200类似的结构。例如，当信号从耦合装置2000的耦合器400的输入口410a输入并向着输出口410b传递时，在耦合器400的耦合端421a和421b分别获得耦合信号。在耦合端421a处的耦合信号的主要能量依次通过耦合器300、200、100的副线到达第一耦合输出端口P1；而在耦合端421b处的耦合信号的主要能量依次通过耦合器500…1600的耦合副线到达第二耦合输出端口P2。

针对包括16个耦合器的耦合装置的一个具体示例的仿真结果如图6A至6C所示。图6A所示为第一耦合输出端口P1和第二耦合输出端口P2之间的插入损耗相对于频率的函数。如图所示，在1.9GHz处约为-0.95dB。根据本公开的实施例的耦合装置由于结构紧凑，相比于具有相同数量耦合器的传统耦合装置，可以具有较好的插入损耗性能。在图6B中，每条曲线代表16个耦合器中每个耦合器的输入口到第一耦合输出端口P1的耦合度，即针对每个耦合器，从第一耦合输出端口P1输出的耦合信号的强度与从该耦合器的输入口输入的信号强度的比值。在图6C中，每条曲线代表16个耦合器中每个耦合器的输入口到第二耦合输出端口P2的耦合度，即针对每个耦合器，从第二耦合输出端口P2输出的耦合信号的强度与从该耦合器的输入口输入的信号强度的比值。并且在图6B和6C中均标记了耦合度最大的点m1和耦合度最小的点m2，点m1和m2的横纵坐标值分别显示在相应的图上。可见，两个耦合输出端口之间的耦合度较为一致，例如耦合度的范围均在-22.4dB到-24.1dB之间。此外，各耦合器之间的耦合度的变化范围也相差不大，例如图6B中点m1和m2之差为1.7dB左右，图6C中点m1和m2之差为1.68dB左右。本领域技术人员应理解，耦合装置的具体性能参数与其具体结构有关，图6A至6C的仿真结果作为示例，只是针对包括16个耦合器的耦合装置的一个具体示例进行的，并不限制根据本公开实施例的耦合装置的性能或结构。

应当认识到，虽然在图1和图2中示出的耦合装置中每个耦合器都与相邻耦合器共用部分副线，但在其它实施例中，可以仅使耦合装置中一部分耦合器与相邻耦合器共用部分副线，而其它耦合器仍然被配置为拥有自己独立的副线。这样的实施例也符合本发明的精神和实质，落入本发明的范围。

另外，虽然图1和图2中示出了耦合装置1000和2000中的各个耦合器沿着同一个方向(例如基本呈直线方向)被布置在同一个平面上的示例，但是本公开不限于此，根据本公开实施例的耦合装置中的各个耦合器还可以沿任意一个或多个方向布置或着被布置为立体的结构。

如图4所示，根据本发明一些实施方式的耦合装置4000中的多个耦合器可以围绕耦合装置4000的中心区域布置。耦合装置4000包括被布置在同一个平面上的8个耦合器，其中耦合器410、420、430和440沿第一方向布置，耦合器450、460、470和480沿第二方向布置。如图所示，第一方向和第二方向基本垂直，使得8个耦合器呈L形地围绕耦合装置4000的中心区域布置，并串联连接在两个耦合输出端口P1、P2之间。本领域技术人员应理解，图4所示出的耦合装置4000只是个示例，根据本公开实施例的耦合装置可以包括更少或更多个耦合器，这些耦合器的布置还可以呈三角形、四边形、其他多边形、以及环形中的一个的至少部分的形状围绕耦合装置的中心区域布置，并串联连接在两个耦合输出端口P1、P2之间。

如图5所示，根据本发明一些实施方式的耦合装置500还可以具有多层结构。例如，可以将耦合装置中的多个耦合器分为两组，其中第一组耦合器511位于第一层510，第二组耦合器521位于第二层520，该第一层510和第二层520中的每一个与耦合装置5000的基板基本平行，并且该第一层510和第二层520在与基板垂直的方向上具有不同的高度。例如，在耦合装置5000中的耦合器由微带传输线实现的情况下，第一层510和第二层520可以为PCB板，第一组耦合器511和第二组耦合器521可以包括形成在PCB板上的微带传输线，耦合装置5000的基板可以是指PCB板。在耦合装置5000中的耦合器由带状传输线实现的情况下，第一层510可以为形成第一组耦合器511的带状传输线所在的平面，第二层520可以为形成第二组耦合器512的带状传输线所在的平面，耦合装置5000的基板可以是指位于第一层510和第二层520之上或之下的电介质基板。耦合装置的多个耦合输出端口可以位于同一个层中(未示出)也可以分别位于不同的层，如图5所示。例如，耦合装置5000的第一耦合输出端口P1位于第一层510，第二耦合输出端口P2位于第二层520。在具有多层结构的耦合装置5000中，位于第一层510的第一组耦合器511与位于第二层520的第二组耦合器521之间的耦接530可以通过各种已知的耦接技术来实现，例如，通过跨接线缆相耦接或通过位于通孔(例如穿通PCB板的通孔)中的导体相耦接。

通过利用这些耦合器的多层布置，可以使得耦合装置的结构更为紧凑，满足小型化要求，同时使得耦合装置的结构更为灵活，以便满足各种不同的设计需求。

现在参照图3，其中示出了根据本公开的实施例的天线3000及其连接的结构示意图。如图3所示，来自射频收发单元320的、经波束成形单元360处理过的信号，通过射频端口370-1、370-2、370-3……370-n进入天线3000。天线3000包括具有多个辐射元件310-1、310-2、310-3……310-n(其中每个可以是单独的辐射元件、或辐射元件的阵列)的辐射阵列310、被配置为给辐射阵列310馈送RF信号的子分量的馈电网络350、被配置为将被馈送到辐射阵列310的RF信号的子分量的部分耦合到天线校准装置340的耦合装置330、以及被配置为对被馈送到辐射阵列310中的辐射元件的RF信号的子分量进行校准的天线校准装置340。图3中附图标记330和350指向的方框中，较粗的虚线示意性示出了耦合装置330，较细的实线示意性地示出了馈电网络350。本领域技术人员应理解，馈电网络350除了具有向辐射阵列310馈电的功能之外，还可以具有其他的功能，例如通过移相器(未示出)之类的设备来改变天线3000所发射的信号的下倾角等。

辐射阵列310中的每个辐射元件310-1、310-2、310-3……310-n可以包括单个辐射元件或多个辐射元件(例如，辐射元件的列或子列)。每个辐射元件310-1、310-2、310-3……310-n进行发射信号的辐射和接收信号的前端接收。

耦合装置330为根据本公开的上述实施例中的一个实施例的耦合装置。耦合装置330的多个耦合器中的一个或多个耦合器的输入口可以分别耦接到用于一个或多个辐射元件310-1、310-2、310-3……310-n的射频信号传输通道，并且耦合装置330的第一耦合输出端口P1和第二耦合输出端口P2通过例如天线上的第一和第二校准端口耦接到天线校准装置340。进入耦合装置330的信号通过第一耦合输出端口P1和第二耦合输出端口P2传递到天线校准装置340。现以对应于辐射元件310-1的射频信号传输通道来说明本文所称的射频信号传输通道的含义。对应于辐射元件310-1的射频信号传输通道是指，从射频收发单元320开始，经由射频端口370-1和馈电网络350用于辐射元件310-1的部分，直到辐射元件310-1的传输通道。RF信号传输通道可以对应于上面提到的主RF传输路径。

耦合装置330中各耦合器的输入口可以以任意适当的方式耦接到用于相应的辐射元件的射频信号传输通道。图3示出了一种耦接方式，耦合装置330中一个或多个耦合器的主线与馈电网络350中用于相应的一个或多个辐射元件的传输线平行并靠近，从而采集到射频信号传输通道所传输的信号的能量。在这些情况下，耦合器的主线的输出口可以通过匹配负载接地。本领域技术人员应当理解，本公开不限于图3所示的情况，耦合器的主线还可以作为从射频端口370-1、370-2、370-3……370-n中的一个到辐射元件310-1、310-2、310-3……310-n中的对应的一个的射频信号传输通道的一部分。例如，耦合器的主线可以作为射频信号传输通道中的用于传输射频信号的一段传输线。此外，耦合器的主线还可以以其他的方式，例如通过分功率元件、耦合元件、传输线等元件，耦接到射频端口370-1、370-2、370-3……370-n、馈电网络350、或用于辐射元件310-1、310-2、310-3……310-n的馈电线中的至少一个，只要能够将射频信号传输通道所传输的信号的至少部分能量输入到耦合装置330即可。

在使用如图3所示的天线3000进行信号校准时，首先，打开射频收发单元320的多个射频端口中的一个射频端口，例如射频端口370-1，并关闭多个射频端口中的其他射频端口370-2、370-3……370-n，以使得第一射频信号经射频端口370-1被传递到馈电网络350并被馈送到对应的辐射元件310-1。由于耦合装置330中的一个耦合器的输入口耦接到从射频端口370-1到辐射元件310-1的射频信号传输通道，射频信号传输通道中的射频信号的一部分能量进入耦合装置330中的该耦合器。随后，通过天线校准装置340接收分别来自耦合装置330的第一耦合输出端口P1和/或第二耦合输出端口P2的第一射频信号的第一耦合信号和/或第二耦合信号。随后，天线校准装置340根据第一耦合信号和/或第二耦合信号对用于辐射元件310-1的信号进行校准。例如，天线校准装置340将第一耦合信号和第二耦合信号的和的参数作为辐射元件310-1的实际发射信号的参数，与预定的辐射元件310-1的发射信号的指标参数相比较，以确定辐射元件310-1的实际发射信号的参数与指标参数之间的差异，然后将该差异反馈到波束成形单元360，并由波束成形单元360调整对应于射频端口370-1的信号以补偿该差异，从而使得辐射元件310-1的实际发射信号的参数符合指标参数。

在上文的描述中，天线校准装置340使用来自第一耦合输出端口P1的第一耦合信号和来自第二耦合输出端口P2的第二耦合信号两者进行校准。例如，对于单个耦合器而言，从第一耦合单元到第一耦合输出端口P1的第一路径和从第二耦合单元到第二耦合输出端口P2的第二路径可能不同，这会给在两个各自的路径上传输的两个信号造成不同的幅度/相位改变。然而，对于所有耦合器，一个耦合器中该第一路径引起的幅度/相位改变与第二路径引起的幅度/相位改变之和，与另一个耦合器中该第一路径引起的幅度/相位改变与第二路径引起的幅度/相位改变之和是基本相同的。以图2中的耦合装置2000为例，该幅度/相位改变之和近似等于十六个耦合器的串联连接的副线的电长度带来的幅度/相位改变量。这样，天线校准装置340可以使用第一耦合信号和第二耦合信号的和来进行校准。此外，本领域技术人员应理解，在耦合装置的结构确定之后，每个耦合器的第一耦合单元到第一耦合输出端口P1的第一路径所引起的幅度/相位改变、以及第二耦合单元到第二耦合输出端口P2的第二路径所引起的幅度/相位改变是能够确定的，天线校准装置340可以在校准算法中去除第一或第二路径所引起的幅度/相位改变，因此，天线校准装置340可以使用来自第一耦合信号和第二耦合信号中的至少一个进行校准。

耦合装置中的各个耦合器无需保证电路结构上的完全一致，因为天线校准装置340可以在校准算法中去除这种电路结构上的差异所带来的影响。根据本公开实施例的电路结构中信号传播的特性，本领域技术人员知晓如何对现有技术的校准算法作出修改。对于校准算法的细节在此不做赘述。

虽然在以上具体的描述中根据本公开实施例的耦合装置的耦合输出端口均为两个，但本领域技术人员应理解，耦合装置还可以具有更多个耦合输出端口，例如可以通过分功率元件、耦合元件等扩展出更多个耦合输出端口。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：

1.一种耦合装置，包括多个耦合器、第一耦合输出端口和第二耦合输出端口，其中所述多个耦合器包括彼此相邻的第一耦合器和第二耦合器，第一和第二耦合器中的每个耦合器包括主线和副线，对于第一耦合器和第二耦合器中的每个耦合器：

所述副线包括第一区段、第二区段和第三区段，其中

第一区段位于主线的第一侧并与所述主线形成第一耦合单元，使得在所述主线上传递的信号的第一部分能够被耦合到所述第一区段以生成第一耦合信号；

第一区段被耦接到第一耦合输出端口，并被配置为将所述第一耦合信号传递到第一耦合输出端口；

第二区段位于主线的第二侧并与所述主线形成第二耦合单元，使得在所述主线上传递的信号的第二部分能够被耦合到所述第二区段以生成第二耦合信号；

第二区段被耦接到第二耦合输出端口，并被配置为将所述第二耦合信号传递到第二耦合输出端口；以及

第三区段将第一区段耦接到第二区段，

其中，第一耦合器的副线的第二区段和第二耦合器的副线的第一区段存在共用部分。

2.如1所述的耦合装置，其中，第一耦合器的副线的第一区段依次通过第一耦合器的副线的第三区段、第一耦合器的副线的第二区段、以及第二耦合器的副线的第三区段耦接到第二耦合器的副线的第二区段。

3.如1所述的耦合装置，其中，所述第一和第二耦合器中的每个耦合器还包括输入口和输出口，并且对于第一耦合器和第二耦合器中的每个耦合器：

所述主线被配置为将输入口耦接到输出口，所述副线的第一区段包括靠近输出口的第一隔离端和靠近输入口的第一耦合端，并且所述副线的第二区段包括靠近输出口的第二隔离端和靠近输入口的第二耦合端，其中

第一耦合端耦接到第一耦合输出端口；

第二耦合端耦接到第二耦合输出端口；以及

第三区段将第一隔离端耦接到第二隔离端，

其中，所述共用部分将第一耦合器的第二隔离端耦接到第二耦合器的第一隔离端。

4.如1所述的耦合装置，其中第一耦合器的副线的第二区段和第二耦合器的副线的第一区段基本重合。

5.如1所述的耦合装置，其中在所述第一和第二耦合器中的至少一个中，副线的第一区段与主线之间或第二区段与主线之间存在交叉指型结构。

6.如1所述的耦合装置，其中所述第一和第二耦合器的每个耦合器的主线或副线包括微带传输线。

7.如1所述的耦合装置，其中所述第一和第二耦合器的每个耦合器的主线或副线包括带状传输线。

8.如1所述的耦合装置，其中在所述第一和第二耦合器的每个耦合器中，副线的第一区段和第二区段均与主线平行。

9.如1所述的耦合装置，其中所述多个耦合器围绕耦合装置的中心区域布置。

10.如1所述的耦合装置，其中所述多个耦合器中的第一组耦合器位于第一层，第二组耦合器位于第二层，并且所述第一层和所述第二层中的每一个层与所述耦合装置的基板基本平行，以及所述第一层和所述第二层在与所述基板垂直的方向上具有不同的高度。

11.如10所述的耦合装置，其中位于第一层的第一组耦合器与位于第二层的第二组耦合器之间通过跨接线缆相耦接。

12.如10所述的耦合装置，其中位于第一层的第一组耦合器与位于第二层的第二组耦合器之间通过位于通孔中的导体相耦接。

13.如1所述的耦合装置，其中

对于所述第一和第二耦合器中的每个耦合器，所述主线被配置为将用于天线的辐射元件的射频信号的至少一部分耦合到所述副线上，以及

所述第一耦合输出端口和第二耦合输出端口中的至少一个被配置为耦接到天线校准装置。

14.一种天线，包括：

多个辐射元件、天线校准装置、以及如1-13中任一项所述的耦合装置，其中

所述耦合装置的第一和第二耦合器中的每个耦合器的主线被耦接到用于多个辐射元件中对应的一个辐射元件的射频信号传输通道；以及

所述第一耦合输出端口和所述第二耦合输出端口中的至少一个耦接到所述天线校准装置。

15.如14所述的天线，其中所述主线通过耦合元件被耦接到所述射频信号传输通道。

16.如15所述的天线，其中所述主线的输出口耦接到匹配负载。

17.如14所述的天线，其中所述主线被构造为所述射频信号传输通道中的至少一段部分从而将所述主线耦接到所述射频信号传输通道。

18.如17所述的天线，其中所述主线的输出口耦接到多个辐射元件中对应的一个辐射元件。

19.一种用于基站天线的耦合装置，包括：

第一耦合输出端口；

第二个耦合输出端口；

第一耦合器，包括主线和第一副线，

其中，所述主线的第一区段与所述第一副线的第一区段形成第一耦合单元，并与所述第一副线的第二区段形成第二耦合单元，其中所述第一耦合器被配置为使得通过第一耦合单元耦合到第一副线的第一区段的第一耦合信号传递到第一耦合输出端口并且基本上与第二耦合输出端口隔离，以及使得通过第二耦合单元耦合到第一副线的第二区段的第二耦合信号传递到第二耦合输出端口并且基本上与第一耦合输出端口隔离。

20.根据19所述的耦合装置，还包括第二耦合器，所述第二耦合器与所述第一耦合器相邻并且电耦合在所述第一耦合输出端口和所述第二耦合输出端口之间。

21.根据20所述的耦合装置，其中，所述第二耦合器包括第二主线和第二副线，

其中，第二主线的第一区段与第二副线的第一区段形成第三耦合单元，并与第二副线的第二区段形成第四耦合单元，其中第二耦合器被配置为使得通过第三耦合单元耦合到第二副线的第一区段的第三耦合信号传递到第一耦合输出端口并且基本上与第二耦合输出端口隔离，以及使得通过第四耦合单元耦合到第二副线的第二区段的第四耦合信号传递到第二耦合输出端口并且基本上与第一耦合输出端口隔离。

22.根据20所述的耦合装置，其中所述第一副线的第二区段和所述第二副线的第一区段包括公共传输线部分。

23.根据20所述的耦合装置，其中所述第二耦合单元通过所述第二副线连接到所述第二耦合输出端口，并且所述第三耦合单元通过所述第一副线连接到所述第一耦合输出端口。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (23)

1.一种耦合装置，包括多个耦合器、第一耦合输出端口和第二耦合输出端口，其中所述多个耦合器包括彼此相邻的第一耦合器和第二耦合器，第一和第二耦合器中的每个耦合器包括主线和副线，对于第一耦合器和第二耦合器中的每个耦合器：

所述副线包括第一区段、第二区段和第三区段，其中

第一区段位于主线的第一侧并靠近所述主线以与所述主线形成第一耦合单元，使得在所述主线上传递的信号的第一部分能够被耦合到所述第一区段以生成第一耦合信号；

第一区段被耦接到第一耦合输出端口，并被配置为将所述第一耦合信号传递到第一耦合输出端口；

第二区段位于主线的第二侧并靠近所述主线以与所述主线形成第二耦合单元，使得在所述主线上传递的信号的第二部分能够被耦合到所述第二区段以生成第二耦合信号；

第二区段被耦接到第二耦合输出端口，并被配置为将所述第二耦合信号传递到第二耦合输出端口；以及

第三区段将第一区段耦接到第二区段，

其中，第一耦合器的副线的第二区段和第二耦合器的副线的第一区段存在共用部分。

2.如权利要求1所述的耦合装置，其中，第一耦合器的副线的第一区段依次通过第一耦合器的副线的第三区段、第一耦合器的副线的第二区段、以及第二耦合器的副线的第三区段耦接到第二耦合器的副线的第二区段。

3.如权利要求1所述的耦合装置，其中，所述第一和第二耦合器中的每个耦合器还包括输入口和输出口，并且对于第一耦合器和第二耦合器中的每个耦合器：

所述主线被配置为将输入口耦接到输出口，所述副线的第一区段包括靠近输出口的第一隔离端和靠近输入口的第一耦合端，并且所述副线的第二区段包括靠近输出口的第二隔离端和靠近输入口的第二耦合端，其中

第一耦合端耦接到第一耦合输出端口；

第二耦合端耦接到第二耦合输出端口；以及

第三区段将第一隔离端耦接到第二隔离端，

其中，所述共用部分将第一耦合器的第二隔离端耦接到第二耦合器的第一隔离端。

4.如权利要求1所述的耦合装置，其中第一耦合器的副线的第二区段和第二耦合器的副线的第一区段基本重合。

5.如权利要求1所述的耦合装置，其中在所述第一和第二耦合器中的至少一个中，副线的第一区段与主线之间或第二区段与主线之间存在交叉指型结构。

6.如权利要求1所述的耦合装置，其中所述第一和第二耦合器的每个耦合器的主线或副线包括微带传输线。

7.如权利要求1所述的耦合装置，其中所述第一和第二耦合器的每个耦合器的主线或副线包括带状传输线。

8.如权利要求1所述的耦合装置，其中在所述第一和第二耦合器的每个耦合器中，副线的第一区段和第二区段均与主线平行。

9.如权利要求1所述的耦合装置，其中所述多个耦合器围绕耦合装置的中心区域布置。

10.如权利要求1所述的耦合装置，其中所述多个耦合器中的第一组耦合器位于第一层，第二组耦合器位于第二层，并且所述第一层和所述第二层中的每一个层与所述耦合装置的基板基本平行，以及所述第一层和所述第二层在与所述基板垂直的方向上具有不同的高度。

11.如权利要求10所述的耦合装置，其中位于第一层的第一组耦合器与位于第二层的第二组耦合器之间通过跨接线缆相耦接。

12.如权利要求10所述的耦合装置，其中位于第一层的第一组耦合器与位于第二层的第二组耦合器之间通过位于通孔中的导体相耦接。

13.如权利要求1所述的耦合装置，其中

对于所述第一和第二耦合器中的每个耦合器，所述主线被配置为将用于天线的辐射元件的射频信号的至少一部分耦合到所述副线上，以及

所述第一耦合输出端口和第二耦合输出端口中的至少一个被配置为耦接到天线校准装置。

14.一种天线，包括：

多个辐射元件、天线校准装置、以及如权利要求1-13中任一项所述的耦合装置，其中

所述耦合装置的第一和第二耦合器中的每个耦合器的主线被耦接到用于多个辐射元件中对应的一个辐射元件的射频信号传输通道；以及

所述第一耦合输出端口和所述第二耦合输出端口中的至少一个耦接到所述天线校准装置。

15.如权利要求14所述的天线，其中所述主线通过耦合元件被耦接到所述射频信号传输通道。

16.如权利要求15所述的天线，其中所述主线的输出口耦接到匹配负载。

17.如权利要求14所述的天线，其中所述主线被构造为所述射频信号传输通道中的至少一部分从而将所述主线耦接到所述射频信号传输通道。

18.如权利要求17所述的天线，其中所述主线的输出口耦接到多个辐射元件中对应的一个辐射元件。

19.一种用于基站天线的耦合装置，包括：

第一耦合输出端口；

第二耦合输出端口；

第一耦合器，包括主线和第一副线，

其中，所述主线的第一区段靠近所述第一副线的第一区段以与所述第一副线的第一区段形成第一耦合单元，并靠近所述第一副线的第二区段以与所述第一副线的第二区段形成第二耦合单元，其中所述第一耦合器被配置为使得通过第一耦合单元耦合到第一副线的第一区段的第一耦合信号传递到第一耦合输出端口并且基本上与第二耦合输出端口隔离，以及使得通过第二耦合单元耦合到第一副线的第二区段的第二耦合信号传递到第二耦合输出端口并且基本上与第一耦合输出端口隔离。

20.根据权利要求19所述的耦合装置，还包括第二耦合器，所述第二耦合器与所述第一耦合器相邻并且电耦合在所述第一耦合输出端口和所述第二耦合输出端口之间。

21.根据权利要求20所述的耦合装置，其中，所述第二耦合器包括第二主线和第二副线，

其中，第二主线的第一区段与第二副线的第一区段形成第三耦合单元，并与第二副线的第二区段形成第四耦合单元，其中第二耦合器被配置为使得通过第三耦合单元耦合到第二副线的第一区段的第三耦合信号传递到第一耦合输出端口并且基本上与第二耦合输出端口隔离，以及使得通过第四耦合单元耦合到第二副线的第二区段的第四耦合信号传递到第二耦合输出端口并且基本上与第一耦合输出端口隔离。

22.根据权利要求21所述的耦合装置，其中所述第一副线的第二区段和所述第二副线的第一区段包括公共传输线部分。

23.根据权利要求21所述的耦合装置，其中所述第二耦合单元通过所述第二副线连接到所述第二耦合输出端口，并且所述第三耦合单元通过所述第一副线连接到所述第一耦合输出端口。

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