CN103682682B - 一种多波束天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多波束天线系统，属于无线通信技术领域。所述系统包括：巴特勒矩阵、相位补偿电路以及至少第一数值个多波束天线单元，所述巴特勒矩阵包括第一数值个输出端；所述相位补偿电路包括所述第一数值个输入端和所述第一数值个输出端；所述巴特勒矩阵的每个输出端分别与所述相位补偿电路的每个输入端相连；所述相位补偿电路的每个输出端连接一个多波束天线单元。本发明中的多波束天线系统中加入相位补偿电路，能够实现巴特勒矩阵形成多波束的整体偏转，从而形成指向正前方的波束。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种多波束天线系统。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展，无线通信已被广泛应用在人们的生产和生活当中。例如，将无线通信技术应用在多波束天线当中，采用多波束天线实现无线通信信号的并行传输。
现有技术中提供了一种多波束天线系统，可以包括巴特勒矩阵、功率二次分配电路以及4+M个多波束天线单元，M取大于或等于1且小于或等于4的整数。其中，巴特勒矩阵包括4个输入端和4个输出端；功率二次分配电路包括4个输入端和4+M个输出端。其中，巴特勒矩阵的每个输出端分别与功率二次分配电路的每个输入端相连，功率二次分配电路的每个输出端连接一个多波束天线单元。
其中，向巴特勒矩阵的4个输入端中的至少一个输入端中输入射频信号，巴特勒矩阵将输入的射频信号输出给功率二次分配电路。功率二次分配电路将巴特勒矩阵输出的射频信号进行功率二次分配并输出给多波束天线单元，4+M个多波束天线单元将接收的射频信号形成至少一个多波束。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有技术中的多波束天线系统只能采用4*4的巴特勒矩阵形成多波束，并不能采用其他类型的巴特勒矩阵形成多波束。并且，由于功率二次分配电路的4+M个输出端输出的射频信号有相位差，因此，4+M个多波束天线单元形成的至少一个多波束中无指向正前方的波束。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种多波束天线系统。所述技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种多波束天线系统，所述系统包括：
巴特勒矩阵、相位补偿电路以及至少第一数值个多波束天线单元，所述巴特勒矩阵包括所述第一数值个输出端；所述相位补偿电路包括所述第一数值个输入端和所述第一数值个输出端；
所述巴特勒矩阵的每个输出端分别与所述相位补偿电路的每个输入端相连；
所述相位补偿电路的每个输出端连接一个多波束天线单元；
所述系统包括第二数值个多波束天线单元且所述系统还包括：功率分配电路，所述第二数值大于所述第一数值，且所述第二数值小于所述第一数值的2倍；
所述功率分配电路包括所述第一数值个输入端和所述第二数值个输出端；
所述相位补偿电路的每个输出端分别与所述功率分配电路的每个输入端相连；
所述功率分配电路的每个输出端连接一个多波束天线单元；
所述第二数值个多波束天线单元包括所述第一数值个内层天线单元和第三数值个外层天线单元；所述第三数值为所述第二数值和所述第一数值之差；
所述功率分配电路的所述第三数值个输出端中的每个输出端连接一个外层天线单元；所述功率分配电路的所述第一数值个输出端中的每个输出端连接一个内层天线单元。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述功率分配电路中包括所述第三数值个功分器；所述功分器包括输入端、第一输出端和第二输出端；
所述第三数值个功分器中的任一功分器的输入端与所述相位补偿电路的一个输出端相连；所述功分器的第一输出端与靠近边缘的一个内层天线单元的输入端相连，所述功分器的第二输出端与对端靠近中心的一个外层天线单元的输入端相连；
所述相位补偿电路的第四数值个输出端中的每个输出端分别与一个内层天线单元的输入端相连，所述第四数值为所述第一数值和所述第三数值之差。
结合第一方面或第一方面的第一种可能，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第一数值取2n，所述n取大于或等于2的整数。
结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述多波束天线单元为阵列天线辐射单元。
结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述巴特勒矩阵包括所述第一数值个输入端，向所述巴特勒矩阵的第五数值个输入端输入射频信号；所述第五数值取大于或等于1且小于或等于所述第一数值的整数。
在本发明实施例中，由于在多波束天线系统中加入相位补偿电路，对巴特勒矩阵输出的射频信号的相位进行补偿，能够实现巴特勒矩阵形成多波束的整体偏转，从而形成指向正前方的波束。并且，多波束天线系统的功率分配电路将内层天线单元的功率分配给外层天线单元，从而抑制了副瓣的幅度。
附图说明
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。
图1是本发明实施例1提供的多波束天线系统的装置结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的多波束天线系统的另一装置结构示意图；
图3是本发明实施例2提供的功率分配电路与天线单元的连接图；
图4是本发明实施例2提供的多波束天线系统的另一装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明提供了一种多波束天线系统。参见图1，该系统包括：巴特勒矩阵101、相位补偿电路102以及至少第一数值个多波束天线单元103。
其中，巴特勒矩阵101包括第一数值个输出端；相位补偿电路102包括第一数值个输入端和第一数值个输出端；一个多波束天线单元103包括一个输入端和一个输出端。
其中，巴特勒矩阵101的每个输出端分别与相位补偿电路102的每个输入端相连；相位补偿电路102的每个输出端连接一个多波束天线单元103，多波束天线单元103的输出端形成多波束。
其中，在本发明实施例中，以第一数值为8为例进行说明，则巴特勒矩阵101包括8个输出端，相位补偿电路102包括8个输入端和8个输出端，多波束天线系统中包括8个多波束天线单元103，每个多波束天线单元103包括一个输入端和一个输出端。巴特勒矩阵101的每个输出端分别与相位补偿电路102的每个输入端相连；相位补偿电路102的每个输出端连接一个多波束天线单元103；也即：巴特勒矩阵101的第一输出端与相位补偿电路102的第一输入端相连，相位补偿电路102的第一输出端连接第一多波束天线单元103；巴特勒矩阵101的第二输出端与相位补偿电路102的第二输入端相连，相位补偿电路102的第二输出端连接第二多波束天线单元103；……巴特勒矩阵101的第八输出端与相位补偿电路102的第八输入端相连，相位补偿电路102的第八输出端连接第八多波束天线单元103。多波束天线单元103的输出端形成的多波束。
其中，需要说明的是，在多波束天线单元103的输出端形成的多波束中，存在指向正前方的波束，且正前方的波束的归一化主瓣幅度为0dB，正前方的波束的归一化副瓣幅度为-15dB，副瓣抑制为15dB。
在本发明实施例中，由于多波束天线系统中包括相位补偿电路102，能够对巴特勒矩阵101输出的射频信号的相位进行补偿，实现巴特勒矩阵101形成多波束的整体偏转，从而形成指向正前方的波束。
实施例2
本发明提供了一种多波束天线系统。参见图2，该系统包括：巴特勒矩阵101、相位补偿电路102以及第二数值个多波束天线单元103，该系统还包括：功率分配电路104，第二数值大于第一数值，且第二数值小于第一数值的2倍；功率分配电路104包括第一数值个输入端和第二数值个输出端。
其中，巴特勒矩阵101的每个输出端分别与相位补偿电路102的每个输入端相连；相位补偿电路102的每个输出端分别与功率分配电路104的每个输入端相连；功率分配电路104的每个输出端连接一个多波束天线单元103。
其中，巴特勒矩阵101包括两个输入混合器、两个输出混合器、两个移相器和一个交叉耦合器；输入混合器的输出端分别与移相器和交叉耦合器的输入端相连接，输出混合器的输入端分别与移相器和交叉耦合器的输出端相连接。
其中，巴特勒矩阵101包括第一数值个输入端和第一数值个输出端。第一数值取2n，n取大于或等于2的整数，在本发明实施例中可以根据需要对n进行设置并更改，本发明实施例对n的具体取值不做具体限定。例如，n取3，则第一数值为8。当第一数值为8时，第二数值可以为8-16之间的任一整数，如第二数值为10。
其中，巴特勒矩阵101可以将一个射频信号分为第一数值个射频信号，如向巴特勒矩阵101包括的第一数值个输入端中的任意一个输入端中输入射频信号，巴特勒矩阵101每个输出端输出一个射频信号。
其中，相位补偿电路102用于改变巴特勒矩阵101输出的射频信号的相位，实现巴特勒矩阵101形成多波束的整体偏转，从而形成指向正前方的波束。相位补偿电路102的偏转相位是巴特勒矩阵101输出的射频信号相位的相反数值。例如，巴特勒矩阵101输出的射频信号的相位为0、-90、-180和-270，则相位补偿电路102的偏转相位为0、90、180和270，则通过相位补偿电路102后，射频信号的相位为0，形成指向正前方的波束。
其中，需要说明的是，相位补偿电路102的偏转相位可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例中，对相位补偿电路102的偏转相位的具体取值不做具体限定。
其中，在本发明实施例中，功率分配电路104为功率二次分配电路，功率二次分配电路能够将一个射频信号的功率分配给两个多波束天线单元103，因此，多波束天线单元103输入端的个数大于第一数值，且多波束天线单元103输入端的个数小于第一数值的2倍。
其中，需要说明的是，巴特勒矩阵101包括第一数值个输入端，在多波束天线系统中，向巴特勒矩阵101的第五数值个输入端输入射频信号；第五数值取大于或等于1且小于或等于第一数值的整数；也即在多波束天线系统中，可以向巴特勒矩阵101包括的第一数值个输入端中任一第五数值个输入端输入射频信号，形成多波束。
例如，巴特勒矩阵包括8个输入端和8个输出端，多波束天线系统中包括10个多波束天线单元；则可以向巴特勒矩阵包括的8个输入端中的1个输入端输入射频信号，则10个多波束天线单元的输出端可以形成1个波束；也可以向巴特勒矩阵包括的8个输入端中的2个输入端输入射频信号，则10个多波束天线单元的输出端可以形成2个多波束；也可以向巴特勒矩阵包括的8个输入端中的8个输入端输入射频信号，则10个多波束天线单元的输出端可以形成8个多波束。
其中，多波束天线单元103为阵列天线辐射单元。并且，第二数值个多波束天线单元103包括第一数值个内层天线单元和第三数值个外层天线单元；第三数值为第二数值和第一数值之差。
其中，功率分配电路104的第三数值个输出端中的每个输出端连接一个外层天线单元；功率分配电路104的第一数值个输出端中的每个输出端连接一个内层天线单元。
其中，功率分配电路104用于将一部分内层天线单元的功率分配给外层天线单元，一部分内层天线单元不进行功率分配。在进行功率分配时，内层天线单元中的靠近边缘的内层天线单元的功率分配给对端的靠近中心的外层天线单元。如图3所示。
其中，外层天线单元对称的分布在内层天线单元两侧；或者，外层天线单元不对称分布在内层天线单元两侧；或者，外层天线单元分布在内层天线单元的左侧；或者，外层天线单元分布在内层天线单元的右侧。本发明实施例中，对外层天线单元的分布位置不做具体限定。
其中，功率分配电路104中包括第三数值个功分器；功分器包括输入端、第一输出端和第二输出端。
其中，第三数值个功分器中的任一功分器的输入端与相位补偿电路102的一个输出端相连；功分器的第一输出端与靠近边缘的内层天线单元的输入端相连，功分器的第二输出端与对端靠近中心的一个外层天线单元的输入端相连；相位补偿电路102的第四数值个输出端中的每个输出端分别和一个内层天线单元的输入端相连，如图4所示。
其中，需要说明的是，第四数值为第一数值和第三数值之差；功率分配电路104为功率二次分配电路。
其中，功率分配电路104中包括功分器，功分器的功分比例可以根据系统需要进行设置并更改，使得多波束天线单元103的幅度按一定规则形成加权，在本发明实施例中对功分器的功分比例的取值不做具体限定，例如，功分比例为1:1等。
其中，在本发明实施例中，以第一数值为8、第二数值为10为例进行说明，则巴特勒矩阵101包括8个输出端，相位补偿电路102包括8个输入端和8个输出端，功率分配电路104包括8个输入端和10个输出端，多波束天线系统中包括10个多波束天线单元103，巴特勒矩阵101的每个输出端分别与相位补偿电路102的每个输入端相连；相位补偿电路102的每个输出端分别与功率分配电路104的每个输入端相连；功率分配电路104的每个输出端连接一个多波束天线单元103；多波束天线单元103形成的多波束。
其中，在本发明实施例中，在多波束天线单元103形成的多波束中，存在指向正前方的波束，且正前方的波束的归一化主瓣幅度为0dB，正前方的波束的归一化副瓣幅度为-18dB，副瓣抑制为18dB，在实施例1中形成的多波束中，副瓣抑制为15dB，相较于实施例1所示的多波束，副瓣抑制提升3dB。
在本发明实施例中，由于多波束天线系统中包括相位补偿电路102，能够对巴特勒矩阵101输出的射频信号的相位进行补偿，实现巴特勒矩阵101形成多波束的整体偏转，从而形成指向正前方的波束。并且，多波束天线系统的功率分配电路将内层天线单元的功率分配给外层天线单元，从而抑制了副瓣的幅度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多波束天线系统，其特征在于，所述系统包括：
巴特勒矩阵、相位补偿电路以及至少第一数值个多波束天线单元，所述巴特勒矩阵包括所述第一数值个输出端；所述相位补偿电路包括所述第一数值个输入端和所述第一数值个输出端；
所述巴特勒矩阵的每个输出端分别与所述相位补偿电路的每个输入端相连；
所述相位补偿电路的每个输出端连接一个多波束天线单元；
所述系统包括第二数值个多波束天线单元且所述系统还包括：功率分配电路，所述第二数值大于所述第一数值，且所述第二数值小于所述第一数值的2倍；
所述功率分配电路包括所述第一数值个输入端和所述第二数值个输出端；
所述相位补偿电路的每个输出端分别与所述功率分配电路的每个输入端相连；
所述功率分配电路的每个输出端连接一个多波束天线单元；
所述第二数值个多波束天线单元包括所述第一数值个内层天线单元和第三数值个外层天线单元；所述第三数值为所述第二数值和所述第一数值之差；
所述功率分配电路的所述第三数值个输出端中的每个输出端连接一个外层天线单元；所述功率分配电路的所述第一数值个输出端中的每个输出端连接一个内层天线单元。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述功率分配电路中包括所述第三数值个功分器；所述功分器包括输入端、第一输出端和第二输出端；
所述第三数值个功分器中的任一功分器的输入端与所述相位补偿电路的一个输出端相连；所述功分器的第一输出端与靠近边缘的一个内层天线单元的输入端相连，所述功分器的第二输出端与对端靠近中心的一个外层天线单元的输入端相连；
所述相位补偿电路的第四数值个输出端中的每个输出端分别与一个内层天线单元的输入端相连，所述第四数值为所述第一数值和所述第三数值之差。
3.如权利要求1或2利要求所述的系统，其特征在于，
所述第一数值取2n，所述n取大于或等于2的整数。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述多波束天线单元为阵列天线辐射单元。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述巴特勒矩阵包括所述第一数值个输入端，向所述巴特勒矩阵的第五数值个输入端输入射频信号；所述第五数值取大于或等于1且小于或等于所述第一数值的整数。
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