CN219659723U - 一种多波束形成网络及基站天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及通信器件技术领域，尤其是一种多波束形成网络及基站天线，多波束形成网络包括；校准网络，包括多个定向耦合器和功分器组成的4×8巴特勒矩阵电路；所述定向耦合器用于在方位角面形成四个波束的信号，所述功分器用于对所述定向耦合器进行功率校准；移相网络，用于对所述定向耦合器输出的四个波束的信号进行相位调节；以及功分网络，用于将所述移相网络移相后的信号进行功分，输出8路信号；基站天线包括基板和设置在基板上的多波束形成网络；本实用新型能够缩小天线体积和物料成本，提高整个四波束天线系统回波、隔离度以及三阶无源互调等性能的一致性。

Description

一种多波束形成网络及基站天线

技术领域

本实用新型涉及通信器件技术领域，尤其是一种多波束形成网络及基站天线。

背景技术

随着现代无线通信技术飞速发展，移动通信需求日益增长。多波束天线具有很高的增益，能解决密集城区建站难和深度覆盖不足等问题，在通信技术领域的应用越来越广泛。

相关技术中，基于多波束形成网络的天线的回波、隔离度以及三阶无源互调等性能的一致性有待提升，且业界对天线体积和物料成本也有优化的需求。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种多波束形成网络及基站天线，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种多波束形成网络，包括：

校准网络，包括多个定向耦合器和功分器组成的4×8巴特勒矩阵电路；所述定向耦合器用于在方位角面形成四个波束的信号，所述功分器用于对所述定向耦合器进行功率校准；

移相网络，用于对所述定向耦合器输出的四个波束的信号进行相位调节；以及

功分网络，用于将所述移相网络移相后的信号进行功分，输出8路信号。

在一些实施例中，所述定向耦合器共4个，所述功分器为一分八功分器，所述定向耦合器具有主信号通道和耦合信号通道，所述主信号通道具有第一输入端和第一输出端，所述耦合信号通道具有第二输入端和第二输出端；

所述第一输入端作为所述校准网络的输入端，所述第一输出端对应连接所述移相网络的输入端；所述一分八功分器的八个输出端一一对应连接八个所述第二输入端，八个所述第二输出端分别连接电路匹配的负载。

在一些实施例中，所述定向耦合器为3dB正交定向耦合器。

在一些实施例中，所述移相网络包括2个固定移相器，每个所述固定移相器均具有8个输入端和8个输出端；2个所述固定移相器的输入端分别连接八个所述第二输出端，输出端分别连接所述功分网络的输入端。

在一些实施例中，所述固定移相器为180°移相器。

在一些实施例中，所述固定移相器包括依次连接的第一级混合器组、移相器组和第二级混合器组；所述第一级混合器组的输入端作为所述固定移相器的输入端，所述第二级混合器组的输出端作为所述固定移相器的输出端。

在一些实施例中，所述功分网络包括8个不等功分器，所述不等功分器的输入端连接所述移相网络的输出端，所述不等功分器的输出端作为所述功分网络的输出端。

在一些实施例中，所述不等功分器和所述移相网络之间设置有衰减器。

在一些实施例中，所述不等功分器及衰减器的S参数可调。

一种基站天线，所述基站天线包括基板以及上述任一实施例中的多波束形成网络，所述多波束形成网络布设于所述基板上。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的实施例中，通过采用一体化形式，将定向耦合器集成在校准网络中，结构紧凑，尺寸小，有利于提高整个四波束天线系统回波、隔离度以及三阶无源互调等性能的一致性。

附图说明

图1是一实施例提供的一种多波束形成网络的平面示意图；

图2是图1中的功分网络的平面示意图；

图3是一实施例提供的多波束形成网络生成的波束示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的描述。

在本实用新型的描述中，若干的含义是不定量，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

在本实用新型的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

多波束天线是一个无源多端口器件，它向空间辐射的电磁波由多个点波束组成，并且它的每一个输入端口对应着一个具有特定指向的天线波束，可以用于接收或者发射信号，同时生成的多波束具有正交性，主要用于空间分集接收，以提高系统容量。

波束形成网络是构成多波束天线的核心，一般是通过巴特勒矩阵方式实现。其主要功能是将某个输入端口的能量以一定的幅度分布给天线阵列，实现功率分配，并且保持阵列上相邻单元之间的相位差为一个常数，不同输入端口对应不同相位差，这样在天线阵列上就形成了不同波束指向。

根据耦合装置的耦合方式，定向耦合器可分为支节耦合器，多孔耦合器和Lange耦合器等。其中，支节耦合器为单层结构，易于使用微波线，带状线等平面传输线实现，在微带电路中得到了广泛的应用。支节耦合器是在两根平行传输线之间增加一些分支线实现能量的耦合，分支线的长度和间距为中心波长的四分之一。

典型的二支节3dB定向耦合器的结构，二支节耦合器的直通端port2和耦合端port3输出的信号为等幅度输出，且两输出端口间的相位差为90°，被称为3dB正交定向耦合器。

多波束天线利用巴特勒矩阵实现，巴特勒矩阵由多个3dB正交定向耦合器及固定相位延迟线实现巴特勒相位权值，然而，由于定向耦合器的原理，几乎所有的定向耦合器(例如支节耦合器，多孔耦合器和Lange耦合器等)都不能提供耦合端口和直通端口之间线性增加(或减少/降低)的相位的性能，相反该耦合器将在给定带宽内在耦合端口和直通端口之间生成恒定的相位差。

本实用新型的目的在于解决现有技术之不足而提供的一种多波束形成网络及基站天线，基于巴特勒矩阵实现的多波束天线，能够缩小现有技术方案的矩阵馈电网络的体积，减少PCB物料成本，提高整个四波束天线系统回波、隔离度以及三阶无源互调等性能的一致性。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种多波束形成网络，所述多波束形成网络包括：

校准网络100，包括多个定向耦合器110和功分器120组成的4×8巴特勒矩阵电路；所述定向耦合器110用于在方位角面形成四个波束的信号，所述功分器120用于对所述定向耦合器110进行功率校准；

移相网络200，用于对所述定向耦合器110输出的四个波束的信号进行相位调节；以及

功分网络300，用于将所述移相网络200移相后的信号进行功分，输出8路信号。

需要说明的是，本实用新型提供的实施例中，所述定向耦合器110、移相网络200、功分网络300依次连接；移相网络200接收所述定向耦合器110输出的四个波束的信号后，对所述校准网络100的输出信号进行相位调节；通过采用一体化形式，将定向耦合器110集成在校准网络100中，结构紧凑，尺寸小，有利于提高整个四波束天线系统回波、隔离度以及三阶无源互调等性能的一致性。

参考图2，在一些改进的实施例中，所述定向耦合器110共4个，所述功分器120为一分八功分器，所述定向耦合器110具有主信号通道和耦合信号通道，所述主信号通道具有第一输入端和第一输出端，所述耦合信号通道具有第二输入端和第二输出端；

所述第一输入端作为所述校准网络100的输入端，所述第一输出端对应连接所述移相网络200的输入端；所述一分八功分器的八个输出端一一对应连接八个所述第二输入端，八个所述第二输出端分别连接电路匹配的负载。

需要说明的是，本实用新型提供的实施例中，所述第一输入端分别对应连接有射频连接器，通过射频连接器和射频设备连接，进行射频信号收发。

在一些改进的实施例中，所述定向耦合器110为3dB正交定向耦合器110。

在一些改进的实施例中，所述移相网络200包括2个固定移相器210，每个所述固定移相器210均具有8个输入端和8个输出端；2个所述固定移相器210的输入端分别连接八个所述第二输出端，输出端分别连接所述功分网络300的输入端。

在一些改进的实施例中，所述固定移相器210为180°移相器。

在一些改进的实施例中，所述固定移相器210包括依次连接的第一级混合器组211、移相器组212和第二级混合器组213；所述第一级混合器组211的输入端作为所述固定移相器210的输入端，所述第二级混合器组213的输出端作为所述固定移相器210的输出端。

需要说明的是，本实用新型提供的实施例中，所述第一级混合器组211、第二级混合器组213和移相器组212均具有4个输入端和4个输出端，第一级混合器组211的输入端作为固定移相器210的输入端，第一级混合器组211的4个输出端和移相器组212的4个输入端一一对应的连接，移相器组212的4个输出端和第二级混合器组213的4个输入端通过交叉跳线交错连接；第二级混合器组213的输出端为固定移相器210的输出端。

在一些改进的实施例中，所述功分网络300包括8个不等功分器310，所述不等功分器310的输入端连接所述移相网络200的输出端，所述不等功分器310的输出端作为所述功分网络300的输出端。

在一些改进的实施例中，所述不等功分器310和所述移相网络200之间设置有衰减器320。

在一些改进的实施例中，所述不等功分器310及衰减器320的S参数可调。

本实用新型提供的实施例中，所述多波束形成网络具有4个输入端口(Port in1、Port in2、Port in3和Port in4)和8个输出端口(Port1至Port8)，图3是一实施例提供的多波束形成网络生成的波束示意图，其对应的相位分布如下表所示：

本实用新型实施例提供一种基站天线，所述基站天线包括基板以及上述任一实施例中的多波束形成网络，所述多波束形成网络布设于所述基板上。

需要说明的是，本实用新型提供的实施例中，所述多波束形成网络以电路的形式布设于所述基板上，本实用新型有利于缩小现有技术方案中的矩阵馈电网络的体积，减少PCB物料成本，通过采用一体化形式，将定向耦合器110集成在校准网络100中，结构紧凑，尺寸小，同时可以减少射频接头和连接线缆的使用，焊接点少，有利于提高整个四波束天线系统的回波、隔离度以及三阶无源互调等性能的一致性。

本实用新型实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，并不构成对于本实用新型实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本实用新型实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本实用新型实施例的限定，本实用新型的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

应当理解，在本实用新型中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上参照附图说明了本实用新型实施例的优选实施例，并非因此局限本实用新型实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型实施例的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种多波束形成网络，其特征在于，包括：

校准网络(100)，包括多个定向耦合器(110)和功分器(120)组成的4×8巴特勒矩阵电路；所述定向耦合器(110)用于在方位角面形成四个波束的信号，所述功分器(120)用于对所述定向耦合器(110)进行功率校准；

移相网络(200)，用于对所述定向耦合器(110)输出的四个波束的信号进行相位调节；以及

功分网络(300)，用于将所述移相网络(200)移相后的信号进行功分，输出8路信号。

2.根据权利要求1所述的多波束形成网络，其特征在于，所述定向耦合器(110)共4个，所述功分器(120)为一分八功分器，所述定向耦合器(110)具有主信号通道和耦合信号通道，所述主信号通道具有第一输入端和第一输出端，所述耦合信号通道具有第二输入端和第二输出端；

所述第一输入端作为所述校准网络(100)的输入端，所述第一输出端对应连接所述移相网络(200)的输入端；所述一分八功分器的八个输出端一一对应连接八个所述第二输入端，八个所述第二输出端分别连接电路匹配的负载。

3.根据权利要求2所述的多波束形成网络，其特征在于，所述定向耦合器(110)为3dB正交定向耦合器(110)。

4.根据权利要求2所述的多波束形成网络，其特征在于，所述移相网络(200)包括2个固定移相器(210)，每个所述固定移相器(210)均具有8个输入端和8个输出端；2个所述固定移相器(210)的输入端分别连接八个所述第二输出端，输出端分别连接所述功分网络(300)的输入端。

5.根据权利要求4所述的多波束形成网络，其特征在于，所述固定移相器(210)为180°移相器。

6.根据权利要求4所述的多波束形成网络，其特征在于，所述固定移相器(210)包括依次连接的第一级混合器组(211)、移相器组(212)和第二级混合器组(213)；所述第一级混合器组(211)的输入端作为所述固定移相器(210)的输入端，所述第二级混合器组(213)的输出端作为所述固定移相器(210)的输出端。

7.根据权利要求6所述的多波束形成网络，其特征在于，所述功分网络(300)包括8个不等功分器(310)，所述不等功分器(310)的输入端连接所述移相网络(200)的输出端，所述不等功分器(310)的输出端作为所述功分网络(300)的输出端。

8.根据权利要求7所述的多波束形成网络，其特征在于，所述不等功分器(310)和所述移相网络(200)之间设置有衰减器(320)。

9.根据权利要求8所述的多波束形成网络，其特征在于，所述不等功分器(310)及衰减器(320)的S参数可调。

10.一种基站天线，其特征在于，包括基板以及权利要求1至9任一所述多波束形成网络，所述多波束形成网络布设于所述基板上。