波束成形网络及其输入结构、输入输出方法及三波束天线技术

本发明专利技术提供一种波束成形网络，包括：第一定向耦合器、第二定向耦合器、第三定向耦合器、第一功分器和至少一个移相器，所述第一定向耦合器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接，所述第一功分器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接，所述移相器至少一个连接在第二定向耦合器和/或第三定向耦合器的一个输出端上；电信号分别经由第一定向耦合器和第一功分器输入，并分别由第二定向耦合器和第三定向耦合器的输出端输出。该矩阵网络具有性能优异、结构简单、尺寸小且一致性好的特点。此外，还涉及一种三波束天线、该波束成形网络的输入结构及该波束成形网络的输入输出方法。

Beam forming network and its input structure, input output method and three beam antenna

The invention provides a beam forming network, including: the first directional coupler, second directional coupler, third directional coupler, the first power divider and at least one phase shifter, the output end of the first directional coupler is respectively connected with the second directional coupler and third directional coupling of an input end, an output of the first power divider the ends are respectively connected with second directional coupler and third directional coupler input, the phase shifter is connected to at least one at an output second directional coupler and / or third directional coupler; signal respectively via a first directional coupler and the first divider input and output respectively by second and directional coupler third directional coupler output. The matrix network has the advantages of excellent performance, simple structure, small size and good consistency. The invention also relates to a three beam antenna, input structure of the beam forming network and input and output method of the beam forming network.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线
，具体而言，本专利技术涉及波束成形网络及其输入结构、输入输出方法及三波束天线。
技术介绍
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。专利CN201210080959.1一种用于移动通信基站的双极化三波束天线，公开了一种三波束天线，该专利形成的-120°的相位差、0°相位差、+120°相位差分别能在天线上实现第一波束的方位角的指向向左偏移-40°、第二波束的方位角的指向为0°、第三波束的方位角的指向为0。对于要形成的-40°、0°、+40°的方位角。除了改变相位差以外，还可以优化天线中的阵列间距。通过改变其间距，也可以改变天线方位角的形成。但是由于该天线形成的波束方位角偏移较大，但天线的尺寸较大水平面旁瓣抑制不能满足现有的需求，且其整体结构设计较为复杂、成本较高。专利CN201310294694.X一种3×3Butler矩阵和5×6Butler矩阵，公开了一种3×3Butler矩阵，包括由第一定向耦合器、第二定向耦合器、第三定向耦合器、第一移相器、第二移相器和第三移相器组成。由于3dB定向耦合器的的一个重要特性是直通口和耦合口能形成具有90°相位差，而该专利所述的3×3Butler矩阵形成的120°相位差是通过功率合成的。因此该专利中所述的第一输出口OUT1、第二输出口OUT2、第三输出口OUT3的输出功率必是相等的，这种功率分布对于天线的辐射方向图是不合理的。首先，其第一输出口OUT1、第二输出口OUT2、第三输出口OUT3的输出功率是相等的，则会使第一输入口in1的辐射方向图第一波束的波束方位角偏移-40°，因此，第一波束的水平面旁瓣抑制就无法得到抑制，会对第二输入口in2的辐射方向图(即第二波束)和第三输入口in3的辐射方向图(即第三波束)的主波束形成干扰。其次，由于相位差的增加，将会使天线的损耗加大。所以，现有的Butler矩阵设计复杂、尺寸较大，生产一致性偏差急需改进。
技术实现思路
本专利技术的首要目的旨在提供一种结构简单、尺寸更小、性能稳定且一致性较好的波束成形网络。本专利技术的另一目的在于提供一种应用上述波束成形网络的三波束天线。本专利技术的又一目的在于提供一种上述波束成形网络的输入结构。本专利技术的又一目的在于提供一种上述波束成形网络的输入输出方法。为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种波束成形网络，其特征在于，包括：第一定向耦合器、第二定向耦合器、第三定向耦合器、第一功分器和至少一个移相器，所述第一定向耦合器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接，所述第一功分器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接；电信号分别经由第一定向耦合器和第一功分器输入，并分别由第二定向耦合器和第三定向耦合器的输出端输出和/或输出至所述移相器中，所述移相器至少一个连接在第二定向耦合器和/或第三定向耦合器的一个输出端上。优选地，每个定向耦合器均具有第一、第二输入端和第一、第二输出端；第一定向耦合器的第一输出端与所述第二定向耦合器的第一输入端连接，第一定向耦合器的第二输出端与第三定向耦合器的第二输入端连接；所述第一功分器的两个输出端口与第二定向耦合器的第二输入端、第三定向耦合器的第一输入端一一对应连接，第二定向耦合器的第二输出端、第三定向耦合器的第一输出端各连接一个所述移相器。。进一步地，还包括与移相器的输出端和/或第二定向耦合器的第一输出端、第三定向耦合器的第二输出端连接的多个第二功分器。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。优选地，所述第一定向耦合器为3dB等功率分配的定向耦合器，所述第二、第三定向耦合器为不等功率分配的定向耦合器。优选地，每个移相器均引入90°的相位延迟。一种三波束天线，包括反射板、设于反射板上的天线阵列、为天线阵列馈电的功分移相馈电网络、及其输出端与功分移相馈电网络的输入端连接的波束成形网络，所述天线阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括多个辐射单元；所述功分移相馈电网络的数目与子阵列的列数一致，每个功分移相馈电网络均具有一个输入端和多个输出端；所述波束成形网络为上述的波束成形网络，该波束成形网络的输出端口数量与天线阵列的子阵列数目一致，并且波束成形网络的多个输出端口与多个功分移相馈电网络的输入端一一对应连接，每个所述功分移相馈电网络的多个输出端与一个子阵列的多个辐射单元一一对应连接。优选地，每个所述辐射单元为双极化辐射单元，所述波束成形网络的数量至少为两个，所述两个波束成形网络分别用于两个不同的极化，每个功分移相馈电网络的输入端与两个波束成形网络各自一个对应的输出端连接。优选地，相邻两个子阵列的间距选自工作频段中心频点的0.5～1.2倍波长，同一个子阵列内相邻两个辐射单元的间距为选自工作频段中心频点的0.7～1.3倍波长。优选地，相邻两个子阵列相互错位设置，错位间距为同一个子阵列中相邻两个辐射单元之间间距的0.5倍。一种波束成形网络的输入输出方法，包括以下步骤：对输入的第一路电信号进行耦合及调相处理，并输出四路正向输出信号；对输入的第二路电信号进行耦合及调相处理，并输出四路反向输出信号；将输入的第三路电信号的分成两路输出相等的分流电信号，并对所述的分流电信号进行耦合，输出四路相位成公差为零的等差数列的信号；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。所述耦合及调相处理包括耦合处理和移相处理，所述耦合处理将输入的电信号耦合出四路信号，所述移相处理对至少一路信号进行移相并输出。所述耦合处理包括第一耦合处理和第二耦合处理，所述第一耦合处理将输入的电信号等功率分配地耦合出两路耦合信号，第二耦合处理分别对两路耦合信号进行耦合处理，并输出四路信号。一种波束成形网络的输入结构，包括：至少两个耦合输入端和至少一个等功分输入端；所述两个耦合输入端包括被配置为用于为该波束成形网络输入两路信号的第一输入端口和第二输入端口，以使两路信号在该波束成形网络的等功率分配耦合下分别形成均具有相位差的第一、第二波束；所述等功分输入端，被配置为用于为该波束成形网络输入第三路信号，以使该第三路信号在该波束成形网络的等功率分配耦合下形成等相位的第三波束。相比现有技术，本专利技术的方案具有以下优点：本专利技术的波束成形网络，通过三个定向耦合器、两个移相器及一个功分器的相互配合，构造出一个三输入多输出(至少四个输出端口)的波束成形网络，使得射频信号通过不同的输入端口输入时，在四个不同输出端口处形成不同的相位配置，从而形成三个不同的波束指向。本专利技术的波束成形网络具有性能优异、结构简单、体积小且一致性好的特点。本专利技术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，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束成形网络，其特征在于，包括：第一定向耦合器、第二定向耦合器、第三定向耦合器、第一功分器和至少一个移相器，所述第一定向耦合器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接，所述第一功分器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接；电信号分别经由第一定向耦合器和第一功分器输入，并分别由第二定向耦合器和第三定向耦合器的输出端输出和/或输出至所述移相器中，所述移相器至少一个连接在第二定向耦合器和/或第三定向耦合器的一个输出端上。

【技术特征摘要】
1.一种波束成形网络，其特征在于，包括：第一定向耦合器、第二定向耦合器、第三定向耦合器、第一功分器和至少一个移相器，所述第一定向耦合器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接，所述第一功分器的输出端分别与第二定向耦合器和第三定向耦合器的输入端连接；电信号分别经由第一定向耦合器和第一功分器输入，并分别由第二定向耦合器和第三定向耦合器的输出端输出和/或输出至所述移相器中，所述移相器至少一个连接在第二定向耦合器和/或第三定向耦合器的一个输出端上。2.根据权利要求1所述的波束成形网络，其特征在于，每个定向耦合器均具有第一、第二输入端和第一、第二输出端；第一定向耦合器的第一输出端与所述第二定向耦合器的第一输入端连接，第一定向耦合器的第二输出端与第三定向耦合器的第二输入端连接；所述第一功分器的两个输出端口与第二定向耦合器的第二输入端、第三定向耦合器的第一输入端一一对应连接，第二定向耦合器的第二输出端、第三定向耦合器的第一输出端各连接一个所述移相器。3.根据权利要求2所述的波束成形网络，其特征在于，进一步包括与移相器的输出端和/或第二定向耦合器的第一输出端、第三定向耦合器的第二输出端连接的多个第二功分器。4.根据权利要求2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。5.根据权利要求4所述的波束成形网络，其特征在于，所述第一定向耦合器为3dB等功率分配的定向耦合器，所述第二、第三定向耦合器为不等功率分配的定向耦合器。6.根据权利要求2所述的波束成形网络，其特征在于，每个移相器均引入90°的相位延迟。7.一种三波束天线，包括反射板、设于反射板上的天线阵列、为天线阵列馈电的功分移相馈电网络、及其输出端与功分移相馈电网络的输入端连接的波束成形网络，所述天线阵列包括多个子阵列，每个子阵列包括多个辐射单元；所述功分移相馈电网络的数目与子阵列的列数一致，每个功分移相馈电网络均具有一个输入端和多个输出端；其特征在于，所述波束成形网络为权利要求1至6任一项所述的波束成形网络，该波束成形网络的输出端口数量与天线阵列的子阵列数目一致，并且波束成形网络的多个输出端口与多个功分移相馈电网络的输入端一一对应连接，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾飞飞，陈强，王强，
申请(专利权)人：京信通信技术广州有限公司，京信通信系统中国有限公司，天津京信通信系统有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44