波束成形网络及双极化五波束天线制造技术

本实用新型专利技术提供一种波束成形网络，包括：依次连接的第一级网络、第二级网络和第三级网络，第一级网络具有五个信号输入端口，一路信号从每个信号输入端口输入均可为第二级网络提供两路信号输入；第二级网络包括两个三输入四输出矩阵网络，第一级网络每个信号输入的两路信号分别从两个矩阵网络的各一个输入端口输入第二级网络，并经第二级网络耦合调相处理而输出八路具有相位差的信号；第三级网络对第二级网络输出的八路信号的其中六路信号进行功分合路处理，形成至少十路具有相位差的信号。本实用新型专利技术形成五个输入及至少十个输出端口的波束成形网络，在不同输入端口输入信号时在不同输出端口形成不同的相位配置，从而形成五个不同的波束指向。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及移动通信
，尤其涉及一种波束成形网络及应用该波束成形网络的双极化五波束天线。
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。然而，现有的Butler矩阵存在设计复杂、尺寸较大，生产一致性差等缺陷。
技术实现思路
本技术的首要目的旨在提供一种设计简单、尺寸较小并且性能更优的波束成形网络，该波束成形网络具有五个输出端口和至少十个输出端口。本技术的另一目的旨在提供一种应用上述矩阵网络的五波束双极化天线，其具有抗干扰、高容量、高增益及性能稳定的优点。为了实现上述目的，本技术提供以下技术方案：一种波束成形网络，包括：依次连接的第一级网络、第二级网络和第三级网络，其中，所述第一级网络具有五个信号输入端口，一路电信号从每个信号输入端口输入时均可为第二级网络提供两路信号输入；所述第二级网络包括两个结构相同的三输入四输出矩阵网络，第一级网络从每个信号输入而经其输出端口输出的两路信号分别从两个矩阵网络的各一个输入端口输入第二级网络，并经第二级网络耦合调相处理而输出八路具有相位差的信号；所述第三级网络用于对第二级网络输出的八路信号进行功分合路处理，形成至少十路具有相位差的信号。优选地，所述第一级网络包括第一、第二定向耦合器和第一功分器，每个所述定向耦合器均具有其第一输入端、第二输入端和第一输出端和第二输出端，所述第一功分器具有一个输入端和两个输出端；所述第一、第二定向耦合器和第一功分器的输入端作为所述信号输入端口，所述第一定向耦合器的第二输出端、第二定向耦合器的第一输出端分别与一个第一移相器连接，所述第一定向耦合器的第一输出端、第二定向耦合器的第二输出端、第一功分器的两个输出端及两个第一移相器的输出端分别与两个矩阵网络的输入端口连接。优选地，每个所述三输入四输出矩阵网络具有以下属性：信号从矩阵网络的第一个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路幅度等分并具有相位差的反向输出信号；信号从矩阵网络的第二个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路等幅同相的信号；信号从矩阵网络的第三个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路幅度等分并具有相位差的正向输出信号；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。优选地，每个所述三输入四输出矩阵网络包括：第三定向耦合器、第四定向耦合器、第五定向耦合器、第二功分器和至少一个第二移相器，所述第三定向耦合器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二功分器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二移相器至少一个连接在第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端上；信号分别经由第三定向耦合器和第二功分器输入，并分别由第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端输出和/或输出至所述第二移相器中并由第二移相器输出端输出。优选地，所述第三、第四、第五定向耦合器均具有第一、第二输入端和第一、第二输出端；第三定向耦合器的第一输出端与所述第四定向耦合器的第一输入端连接，第三定向耦合器的第二输出端与第五定向耦合器的第二输入端连接；所述第二功分器的两个输出端口与第四定向耦合器的第二输入端、第五定向耦合器的第一输入端一一对应连接，第四定向耦合器的第二输出端、第五定向耦合器的第一输出端各连接一个所述第二移相器。优选地，所述第三级网络包括两个第三功分器、至少四个第四功分器及八个合路器，每个所述第三功分器具有一个输入端口和四个输出端口，每个第四功分器具有一个输入端口和两个输出端口，每个合路器具有两个输入端口和一个输出端口；每个三输入四输出矩阵网络的第二、第三、第四输出端口分别与一个第三功分器、两个第四功分器的输入端连接；第三功分器的一个输出端和第四功分器的一个输出端分别与一个合路器的两个输入端连接；两个矩阵网络的两个第一输出端口、八个合路器的输出端口共同组成所述波束成形网络的至少十个信号输出端口。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，每个所述合路器均为威尔金森合路器。一种双极化五波束天线，包括上述的两个波束成形网络，输入端与所述波束成形网络输出端口一一对应连接的多个馈电网络及与馈电网络输出端连接的多个天线子阵列；两个波束成形网络用于两个极化方向，每个天线子阵列包括多个双极化辐射单元，并且每个馈电网络的输出端数目与每个天线子阵列的双极化辐射单元个数一致。优选地，相邻两个天线子阵列的间距为工作频段中心频点波长的0.5～1.2倍。优选地，每个天线子阵列中，相邻两个辐射单元的间距为工作频段中心频点波长的0.7～1.3倍。优选地，相邻两个天线子阵列的辐射单元相互错位设置。优选地，每个天线子阵列包括六个双极化辐射单元，每个所述馈电网络包括一个第五功分器和两个第六功分器，所述第五功分器具有一个输入端和四个输出端，每个第六功分器具有一个输入端和两个输出端；所述第五功分器的输入端与所述波束成形网络的一个输出端口连接，两个所述第六功分器的输入端各与第五功分器的一个输出端连接，所述第五功分器的另外两个输出端、第六功分器的输出端与六个双极化辐射单元一一对应连接。进一步地，所述波束成形网络包括与三输入四输出矩阵网络的第一输出端口和/或合路器输出端连接的第七功分器以使波束成形网络的输出端口数目大于10；所述天线子阵列数目与所述波束成形网络的输出端口数目相一致。由此，可以在五波束天线十阵列基础上扩展出更多的天线阵列，以满足信号覆盖需求。相比现有技术，本技术的方案具有以下优点：1、在本技术的波束成形网络中，射频信号通过不同端口输入时，在十个不同输出端口形成不同的波束配置，从而形成五个不同的波束指向。本技术的波束成形网络设计思路简单，集成性高、性能稳定且一致性较好，具有广泛的应用价值。2、应用该波束成形网络的双极化五波束天线具有高增益、高容量、高交叉极化以及抗干扰的等特点，对于结构方面具有易生产、尺寸小、快捷安装等优势，该天线能对客户现有的网络覆盖提供更好的补充。本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，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术上述的和/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为本技术的波束成形网络的结构示意图；图2为本技术的三输入四输出矩阵网络的端口排布及输入输出原理图；图3为基于图2的原理设计的一个实施例的结构示意图；图4为本技术的双极化五波束天线的天线阵列示意图；图5和图6为本技术的双极化五波束天线的馈电网络的两种实施方式的示意图；图7为本技术的双极化五波束天线中，波束成形网络与+45°极化天线阵列的连接方式示意图；图8为本技术的双极化五波束天线中，波束成形网络与-45°极化天线阵列的连接方式示意图。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束成形网络，其特征在于，包括：依次连接的第一级网络、第二级网络和第三级网络，其中，所述第一级网络具有五个信号输入端口，一路电信号从每个信号输入端口输入时均可为第二级网络提供两路信号输入；所述第二级网络包括两个结构相同的三输入四输出矩阵网络，第一级网络从每个信号输入端口输入而从其输出端口输出的两路信号分别从两个矩阵网络的各一个输入端口输入第二级网络，并经第二级网络耦合调相处理而输出八路具有相位差的信号；所述第三级网络用于对第二级网络输出的八路信号进行功分合路处理，形成至少十路具有相位差的信号。

【技术特征摘要】
1.一种波束成形网络，其特征在于，包括：依次连接的第一级网络、第二级网络和第三级网络，其中，所述第一级网络具有五个信号输入端口，一路电信号从每个信号输入端口输入时均可为第二级网络提供两路信号输入；所述第二级网络包括两个结构相同的三输入四输出矩阵网络，第一级网络从每个信号输入端口输入而从其输出端口输出的两路信号分别从两个矩阵网络的各一个输入端口输入第二级网络，并经第二级网络耦合调相处理而输出八路具有相位差的信号；所述第三级网络用于对第二级网络输出的八路信号进行功分合路处理，形成至少十路具有相位差的信号。2.根据权利要求1所述的波束成形网络，其特征在于，所述第一级网络包括第一、第二定向耦合器和第一功分器，每个所述定向耦合器均具有其第一输入端、第二输入端和第一输出端和第二输出端，所述第一功分器具有一个输入端和两个输出端；所述第一、第二定向耦合器和第一功分器的输入端作为所述信号输入端口，所述第一定向耦合器的第二输出端、第二定向耦合器的第一输出端分别与一个第一移相器连接，所述第一定向耦合器的第一输出端、第二定向耦合器的第二输出端、第一功分器的两个输出端及两个第一移相器的输出端分别与两个矩阵网络的输入端口连接。3.根据权利要求1所述的波束成形网络，其特征在于，每个所述三输入四输出矩阵网络具有以下属性：信号从矩阵网络的第一个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路并具有相位差的反向输出信号；信号从矩阵网络的第二个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路等幅同相的信号；信号从矩阵网络的第三个输入端口输入时，在其四个输出端口输出四路幅度等分并具有相位差的正向输出信号；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。4.根据权利要求3所述的波束成形网络，其特征在于，每个所述三输入四输出矩阵网络包括：第三定向耦合器、第四定向耦合器、第五定向耦合器、第二功分器和至少一个第二移相器，所述第三定向耦合器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二功分器的输出端分别与第四定向耦合器和第五定向耦合器的输入端连接，所述第二移相器至少一个连接在第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端上；信号分别经由第三定向耦合器和第二功分器输入，并分别由第四定向耦合器和第五定向耦合器的输出端输出和/或输出至所述第二移相器中并由第二移相器输出端输出。5.根据权利要求4所述的波束成形网络，其特征在于，所述第三、第四、第五定向耦合器均具有第一、第二输入端和第一、第二输出端；第三定向耦合器的第一输出端与所述第四定向耦合器的第一输入端连接，第三定向耦合器的第二输出端与第五定向耦合器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，贾飞飞，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：新型
国别省市：广东;44