多波束天线系统及其相位调节方法和双极化天线系统的制作方法

文档序号:9378666
多波束天线系统及其相位调节方法和双极化天线系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种多波束天线系统及其相位调节方法和双极化天线系统。
【背景技术】
[0002]天线是一种能量转换器,能够将传输线上传播的导行波变换成在空间电磁波,或者进行相反的变换,在无线通信中用来发射或接收电磁波。无线通信系统中最常见传统天线为:玻璃钢全向天线、板状定向天线以及小型的鞭状天线等。很多时候人们需要天线具有最大的覆盖范围和最远的覆盖距离,即天线具有最大的波束宽度和最大的增益,而在单一波束天线上这两者是相互矛盾的。
[0003]多波束天线具有多波束的辐射能力,可以在不降低天线增益的情况下提升辐射覆盖的范围。但是,传统多波束天线的辐射覆盖范围仍然比较小。

【发明内容】

[0004]本发明提供一种多波束天线系统及其相位调节方法和双极化天线系统,实现较大的福射覆盖范围。
[0005]为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
[0006]第一方面,本发明提供一种多波束天线系统,包括:
[0007]射频端口 ;
[0008]连接于所述射频端口的一维多波束形成模块,所述一维多波束形成模块包括多波束形成单元和连接于所述多波束形成单元的第一相位控制单元,所述多波束形成单元用于将所述射频端口传输的射频信号转换为具有不同相位的M路射频信号,其中M为大于I的整数,所述多波束形成单元具有用于分别输出所述M路射频信号的M个输出端,所述第一相位控制单元用于调节所述M路射频信号的相位;
[0009]连接于所述一维多波束形成模块的二维多波束形成模块,所述二维多波束形成模块包括移相器、连接于所述移相器的第二相位控制单元和分别连接于所述多波束形成单元中M个输出端的M个第一功分单元,每个第一功分单元用于将一路射频信号功分为N路射频信号,其中N为大于I的整数,每个第一功分单元具有用于分别输出所述N路射频信号的N条输出支路,所述N条输出支路中的P条输出支路上设置有所述移相器,P为大于等于I的整数,所述第二相位控制单元用于调节所述移相器进行移相时的相位;
[0010]连接于所述第二多波束形成模块的MXN个辐射单元,所述MXN个辐射单元形成一个具有N行M列的矩阵,所述M列辐射单元分别连接于所述M个第一功分单元,每列射频单元中的N个辐射单元分别连接于一个第一功分单元的N条输出支路,在所述N行M列的矩阵中,与所述M个第一功分单元中设置有移相器的输出支路连接的MXP个辐射单元组成P行M列的矩阵。
[0011]结合第一方面,在第一方面的第一种实现方式中,每个第一功分单元包括第一功分器,所述第一功分器具有Q个输出端,所述第一功分器用于将一路射频信号功分为Q路射频信号,Q为大于I的整数;
[0012]每个第一功分单元还包括分别连接于所述第一功分器Q个输出端的Q个第二功分器,每个第二功分器包括R个输出端,每个第二功分器用于将一路射频信号功分为R路射频信号,R为大于I的整数,QXR = N;
[0013]在所述N行M列的矩阵中,每列射频单元中的N个辐射单元分别连接于Q个第二功分器的N个输出端。
[0014]结合第一方面的第一种实现方式,在第一方面的第二种实现方式中,在每个第一功分单元中包括移相器的输出支路上,第一功分器通过移相器连接于第二功分器,或者第二功分器通过移相器连接于辐射单元。
[0015]结合第一方面的第二种实现方式,在第一方面的第三种实现方式中,与同一行的M个辐射单元分别连接的M个移相器组成联动移相器,所述联动移相器用于使多路射频信号以相同的相位移相。
[0016]结合第一方面或第一方面的第一至第三种实现方式中的任意一种,在第一方面的第四种实现方式中,所述多波束形成单元包括butler矩阵和S选一开关,所述butler矩阵通过所述S选一开关连接于所述射频端口;
[0017]所述butler矩阵包括S个输入端,S为大于I的整数,所述S选一开关包括S个输出端,所述S选一开关的S个输出端分别连接于所述butler矩阵的S个输入端;
[0018]所述第一相位控制单元连接于所述S选一开关的控制端,所述第一相位控制单元用于控制所述S选一开关在所述S个输出端中选择一个进行输出。
[0019]结合第一方面或第一方面的第一至第三种实现方式中的任意一种,在第一方面的第五种实现方式中,所述多波束形成单元包括第二功分单元和连接于所述第二功分单元的移相单元,所述移相单元连接于所述第一相位控制单元。
[0020]第二方面,提供一种双极化天线系统,包括两个上述的多波束天线系统;一个多波束天线系统中的每个辐射单元分别与另一个多波束天线系统中的每个辐射单元一一对应组成双极化辐射单元。
[0021]第三方面,提供一种多波束天线系统的相位调节方法,用于上述的多波束天线系统,包括:
[0022]调节多波束形成单元形成的M路射频信号的相位,使所述M路射频信号具有不同的相位;
[0023]对每个第一功分单元中N路射频信号中的P路射频信号进行移相,在M个第一功分单元中,输出至同一行的M个辐射单元的M路射频信号进行相同相位的移相。
[0024]本发明提供的多波束天线系统及其相位调节方法和双极化天线系统,形成矩阵式的辐射单元,并分别通过一维多波束形成模块和二维多波束形成模块分别调节矩阵式的辐射单元中两个维度上的最大增益方向,从而实现较大的辐射覆盖范围。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本发明实施例一中一种多波束天线系统的结构示意图;
[0027]图2为本发明实施例一中另一种多波束天线系统的结构示意图;
[0028]图3为本发明实施例二中一种第一功分单元的结构示意图;
[0029]图4为本发明实施例二中一种多波束天线系统的结构示意图;
[0030]图5为本发明实施例二中另一种第一功分单元的结构示意图;
[0031]图6为本发明实施例二中另一种第一功分单元的结构示意图;
[0032]图7为本发明实施例二中另一种第一功分单元的结构示意图;
[0033]图8为本发明实施例三中一种多波束天线系统的结构示意图;
[0034]图9为本发明实施例四中一种双极化辐射单元形成矩阵的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0036]实施例一
[0037]如图1所示,本发明实施例提供一种多波束天线系统,包括:射频端口 I ;连接于射频端口 I的一维多波束形成模块2,一维多波束形成模块2包括多波束形成单元21和连接于多波束形成单元21的第一相位控制单元22,多波束形成单元21用于将射频端口 I传输的射频信号转换为具有不同相位的M路射频信号,其中M为大于I的整数,多波束形成单元21具有用于分别输出上述M路射频信号的M个输出端,第一相位控制单元22用于调节上述M路射频信号的相位;连接于一维多波束形成模块2的二维多波束形成模块3,二维多波束形成模块3包括移相器32、连接于移相器32的第二相位控制单元33和分别连接于一维多波速形成模块2中M个输出端的M个第一功分单元31,每个第一功分单元31用于将一路射频信号功分为N路射频信号,其中N为大于I的整数,每个第一功分单
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