本實(shí)用新型涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及波束成形網(wǎng)絡(luò)及其輸入結(jié)構(gòu)、三波束天線。

背景技術(shù)：

目前，移動(dòng)通信領(lǐng)域技術(shù)飛速發(fā)展，用戶業(yè)務(wù)量持續(xù)井噴，大量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)移動(dòng)通信容量提出了更高的要求。通常，移動(dòng)通信基站天線用一個(gè)較寬的波束來(lái)覆蓋一個(gè)扇區(qū)，當(dāng)該扇區(qū)內(nèi)用戶增多時(shí)，就會(huì)帶來(lái)信號(hào)干擾增強(qiáng)、容量覆蓋不足等問(wèn)題。

多波束天線可理解為將一個(gè)較寬的波束“劈裂”成多個(gè)較窄的波束，在天饋端為系統(tǒng)容量擴(kuò)容提供了一種可靠的解決方案。利用Butler矩陣形成多個(gè)波束是多波束天線設(shè)計(jì)的主要手段之一。

專利CN201210080959.1一種用于移動(dòng)通信基站的雙極化三波束天線，公開(kāi)了一種三波束天線，該專利形成的-120°的相位差、0°相位差、+120°相位差分別能在天線上實(shí)現(xiàn)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?yàn)?°、第三波束的方位角的指向?yàn)?。對(duì)于要形成的-40°、0°、+40°的方位角。除了改變相位差以外，還可以優(yōu)化天線中的陣列間距。通過(guò)改變其間距，也可以改變天線方位角的形成。但是由于該天線形成的波束方位角偏移較大，但天線的尺寸較大水平面旁瓣抑制不能滿足現(xiàn)有的需求，且其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜、成本較高。

專利CN201310294694.X一種3×3Butler矩陣和5×6Butler矩陣，公開(kāi)了一種3×3Butler矩陣，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組成。由于3dB定向耦合器的的一個(gè)重要特性是直通口和耦合口能形成具有90°相位差，而該專利所述的3×3Butler矩陣形成的120°相位差是通過(guò)功率合成的。因此該專利中所述的第一輸出口OUT1、第二輸出口OUT2、第三輸出口OUT3的輸出功率必是相等的，這種功率分布對(duì)于天線的輻射方向圖是不合理的。首先，其第一輸出口OUT1、第二輸出口OUT2、第三輸出口OUT3的輸出功率是相等的，則會(huì)使第一輸入口in1的輻射方向圖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無(wú)法得到抑制，會(huì)對(duì)第二輸入口in2的輻射方向圖(即第二波束)和第三輸入口in3的輻射方向圖(即第三波束)的主波束形成干擾。其次，由于相位差的增加，將會(huì)使天線的損耗加大。

所以，現(xiàn)有的Butler矩陣設(shè)計(jì)復(fù)雜、尺寸較大，生產(chǎn)一致性偏差急需改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的首要目的旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸更小、性能穩(wěn)定且一致性較好的波束成形網(wǎng)絡(luò)。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種應(yīng)用上述波束成形網(wǎng)絡(luò)的三波束天線。

本實(shí)用新型的又一目的在于提供一種上述波束成形網(wǎng)絡(luò)的輸入結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案：

一種波束成形網(wǎng)絡(luò)，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個(gè)移相器，所述第一定向耦合器的輸出端分別與第二定向耦合器和第三定向耦合器的輸入端連接，所述第一功分器的輸出端分別與第二定向耦合器和第三定向耦合器的輸入端連接；電信號(hào)分別經(jīng)由第一定向耦合器和第一功分器輸入，并分別由第二定向耦合器和第三定向耦合器的輸出端輸出和/或輸出至所述移相器中，所述移相器至少一個(gè)連接在第二定向耦合器和/或第三定向耦合器的一個(gè)輸出端上。

優(yōu)選地，每個(gè)定向耦合器均具有第一、第二輸入端和第一、第二輸出端；第一定向耦合器的第一輸出端與所述第二定向耦合器的第一輸入端連接，第一定向耦合器的第二輸出端與第三定向耦合器的第二輸入端連接；所述第一功分器的兩個(gè)輸出端口與第二定向耦合器的第二輸入端、第三定向耦合器的第一輸入端一一對(duì)應(yīng)連接，第二定向耦合器的第二輸出端、第三定向耦合器的第一輸出端各連接一個(gè)所述移相器。

進(jìn)一步地，還包括與移相器的輸出端和/或第二定向耦合器的第一輸出端、第三定向耦合器的第二輸出端連接的多個(gè)第二功分器。

優(yōu)選地，每個(gè)所述定向耦合器為兩個(gè)輸出端具有90°相位差的定向耦合器。

優(yōu)選地，所述第一定向耦合器為3dB等功率分配的定向耦合器，所述第二、第三定向耦合器為不等功率分配的定向耦合器。

優(yōu)選地，每個(gè)移相器均引入90°的相位延遲。

一種三波束天線，包括反射板、設(shè)于反射板上的天線陣列、為天線陣列饋電的功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)、及其輸出端與功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接的波束成形網(wǎng)絡(luò)，所述天線陣列包括多個(gè)子陣列，每個(gè)子陣列包括多個(gè)輻射單元；所述功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)目與子陣列的列數(shù)一致，每個(gè)功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)均具有一個(gè)輸入端和多個(gè)輸出端；所述波束成形網(wǎng)絡(luò)為上述的波束成形網(wǎng)絡(luò)，該波束成形網(wǎng)絡(luò)的輸出端口數(shù)量與天線陣列的子陣列數(shù)目一致，并且波束成形網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)輸出端口與多個(gè)功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)所述功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)輸出端與一個(gè)子陣列的多個(gè)輻射單元一一對(duì)應(yīng)連接。

優(yōu)選地，每個(gè)所述輻射單元為雙極化輻射單元，所述波束成形網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量至少為兩個(gè)，所述兩個(gè)波束成形網(wǎng)絡(luò)分別用于兩個(gè)不同的極化，每個(gè)功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端與兩個(gè)波束成形網(wǎng)絡(luò)各自一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端連接。

優(yōu)選地，相鄰兩個(gè)子陣列的間距選自工作頻段中心頻點(diǎn)的0.5～1.2倍波長(zhǎng)，同一個(gè)子陣列內(nèi)相鄰兩個(gè)輻射單元的間距為選自工作頻段中心頻點(diǎn)的0.7～1.3倍波長(zhǎng)。

優(yōu)選地，相鄰兩個(gè)子陣列相互錯(cuò)位設(shè)置，錯(cuò)位間距為同一個(gè)子陣列中相鄰兩個(gè)輻射單元之間間距的0.5倍。

一種波束成形網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出方法，包括以下步驟：對(duì)輸入的第一路電信號(hào)進(jìn)行耦合及調(diào)相處理，并輸出四路正向輸出信號(hào)；對(duì)輸入的第二路電信號(hào)進(jìn)行耦合及調(diào)相處理，并輸出四路反向輸出信號(hào)；將輸入的第三路電信號(hào)的分成兩路輸出相等的分流電信號(hào)，并對(duì)所述的分流電信號(hào)進(jìn)行耦合，輸出四路相位成公差為零的等差數(shù)列的信號(hào)；所述四路正向輸出信號(hào)與所述四路反向輸出信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，并且相互對(duì)應(yīng)的信號(hào)之間具有相等的相位差。

所述耦合及調(diào)相處理包括耦合處理和移相處理，所述耦合處理將輸入的電信號(hào)耦合出四路信號(hào)，所述移相處理對(duì)至少一路信號(hào)進(jìn)行移相并輸出。

所述耦合處理包括第一耦合處理和第二耦合處理，所述第一耦合處理將輸入的電信號(hào)等功率分配地耦合出兩路耦合信號(hào)，第二耦合處理分別對(duì)兩路耦合信號(hào)進(jìn)行耦合處理，并輸出四路信號(hào)。

一種波束成形網(wǎng)絡(luò)的輸入結(jié)構(gòu)，包括：至少兩個(gè)耦合輸入端和至少一個(gè)等功分輸入端；所述兩個(gè)耦合輸入端包括被配置為用于為該波束成形網(wǎng)絡(luò)輸入兩路信號(hào)的第一輸入端口和第二輸入端口，以使兩路信號(hào)在該波束成形網(wǎng)絡(luò)的等功率分配耦合下分別形成均具有相位差的第一、第二波束；所述等功分輸入端，被配置為用于為該波束成形網(wǎng)絡(luò)輸入第三路信號(hào)，以使該第三路信號(hào)在該波束成形網(wǎng)絡(luò)的等功率分配耦合下形成等相位的第三波束。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型的波束成形網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)三個(gè)定向耦合器、兩個(gè)移相器及一個(gè)功分器的相互配合，構(gòu)造出一個(gè)三輸入多輸出(至少四個(gè)輸出端口)的波束成形網(wǎng)絡(luò)，使得射頻信號(hào)通過(guò)不同的輸入端口輸入時(shí)，在四個(gè)不同輸出端口處形成不同的相位配置，從而形成三個(gè)不同的波束指向。本實(shí)用新型的波束成形網(wǎng)絡(luò)具有性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小且一致性好的特點(diǎn)。

本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本實(shí)用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為本實(shí)用新型的3×4的波束成形網(wǎng)絡(luò)的示意圖；

圖2為圖1所示3×4的波束成形網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型的3×5的波束成形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的三波束天線的天線陣列與反射板的安裝示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的三波束天線的功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的示意圖；

圖6為本實(shí)用新型的三波束天線的結(jié)構(gòu)示意圖，示出了波束成形網(wǎng)絡(luò)、功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)及天線陣列的連接關(guān)系；

圖7為采用本實(shí)用新型的波束成形網(wǎng)絡(luò)的天線的方向圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

圖1至圖3共同示出了本實(shí)用新型的波束成形網(wǎng)絡(luò)，用以從不同端口輸入射頻信號(hào)時(shí)在不同輸出端口形成不同的相位配置，從而形成多個(gè)不同的波束指向。

以下以三輸入多輸出的3×N Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)(以下簡(jiǎn)稱“Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)”)為例，對(duì)本實(shí)用新型的波束成形網(wǎng)絡(luò)的組成及其原理進(jìn)行說(shuō)明。

所述Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)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個(gè)移相器，所述第一定向耦合器的輸出端分別與第二定向耦合器和第三定向耦合器的輸入端連接，所述第一功分器的輸出端分別與第二定向耦合器和第三定向耦合器的輸入端連接，所述移相器至少一個(gè)連接在第二定向耦合器和/或第三定向耦合器的一個(gè)輸出端上。電信號(hào)分別經(jīng)由第一定向耦合器和第一功分器輸入，并分別由第二定向耦合器和第三定向耦合器的輸出端輸出。

實(shí)施例1

圖1示出一種3×4的Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100，包括三個(gè)輸入端口和四個(gè)輸出端口，分別為第一輸入端口IN1、第二輸入端口IN2、第三輸入端口IN3、第一輸出端口OUT1、第二輸出端口OUT2、第三輸出端口OUT3和第四輸出端口OUT4。

圖2為圖1示出的Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)的一種具體實(shí)例示意圖。該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100包括第一定向耦合器11、第二定向耦合器12、第三定向耦合器13、兩個(gè)移相器21、22和一個(gè)功分器3。其中，每個(gè)定向耦合器具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端和第二輸出端，以第一定向耦合器11為例，第一定向耦合器11具有其第一輸入端11a、第二輸入端11b、第一輸出端11c及第二輸出端11d；兩個(gè)所述移相器21、22各具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端；所述功分器3為一分二等功率功分器，即所述功分器3具有一個(gè)輸入端3a和兩個(gè)輸出端3b、3c。

所述第一定向耦合器11的第一輸入端11a作為該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第一輸入端口IN1，所述第一定向耦合器11的第二輸入端11b作為該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第二輸入端口IN2，所述功分器3的輸入端3a作為該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第三輸入端口IN3。

所述第一定向耦合器11的第一輸出端11c連接至第二定向耦合器12的第一輸出端12a，第一定向耦合器11的第二輸出端11d連接至第三定向耦合器13的第二輸入端13b，所述功分器3的兩個(gè)輸出端3b、3c與第二定向耦合器12的第二輸入端12b、第三定向耦合器13的第一輸入端13a一一對(duì)應(yīng)連接，所述第二定向耦合器12的第二輸出端12d與一個(gè)移相器21的輸入端連接，第三定向耦合器13的第一輸出端13c則與另一個(gè)移相器22的輸入端連接。

所述第二定向耦合器12的第一輸出端12c作為該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第一輸出端口OUT1，與第二定向耦合器12連接的一個(gè)移相器21的輸出端作為該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第三輸出端口OUT3，與第三定向耦合器13連接的一個(gè)移相器22的輸出端作為該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第二輸出端口OUT2，第三定向耦合器13的第二輸出端13d作為該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第四輸出端口OUT4。

優(yōu)選的，上述器件中，每個(gè)所述定向耦合器11、12、13是兩個(gè)輸出端具有90°相位差的定向耦合器；每個(gè)所述移相器21、22均引入90°的相位延遲；所述功分器3的兩個(gè)輸出端3b、3c的相位保持一致。

由此，當(dāng)射頻信號(hào)從該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第一輸入端口IN1輸入時(shí)，信號(hào)通過(guò)第一定向耦合器11的第一輸入端11a進(jìn)入第一定向耦合器11并經(jīng)第一定向耦合器11的兩個(gè)輸出端11c、11d輸出，其中，第一定向耦合器11的第一輸出端11c得到信號(hào)1/2∠0°，第二輸出端11d得到信號(hào)1/2∠-90°。

第一定向耦合器11的第一輸出端11c所得信號(hào)1/2∠0°經(jīng)第二定向耦合器12的第一輸入端12a流入第二定向耦合器12，并在第二定向耦合器12的第一輸出端12c得到信號(hào)1/4∠0°，在第二定向耦合器12的第二輸出端12d得到信號(hào)1/4∠-90°，信號(hào)1/4∠-90°再經(jīng)與第二定向耦合器12的第二輸出端12d連接的移相器21而輸出，最終在該移相器21的輸出端得到信號(hào)1/4∠-180°，即最終OUT1輸出信號(hào)為1/4∠0°、OUT3輸出信號(hào)1/4∠-180°。

第一定向耦合器11的第二輸出端11d所得信號(hào)1/2∠-90°經(jīng)第三定向耦合器13的第二輸入端13b流入第三定向耦合器13，并在第三定向耦合器13的第一輸出端13c得到信號(hào)1/4∠-180°，在第二輸出端13d得到信號(hào)1/4∠-90°，信號(hào)1/4∠-180°再經(jīng)與第三定向耦合器13第一輸出端13c連接的移相器22而輸出，最終在該移相器22的輸出端得到信號(hào)1/4∠-270°，即最終OUT2輸出信號(hào)為1/4∠-270°、OUT4輸出信號(hào)為1/4∠-90°。

因此，若射頻信號(hào)從該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第一輸入端口IN1輸入，則在四個(gè)輸出端口得到的信號(hào)分別為1/4∠0°(OUT1)、1/4∠-270°(OUT2)、1/4∠-180°(OUT3)及1/4∠-90°(OUT4)。根據(jù)電磁波360°為一個(gè)周期的原理，OUT1輸出信號(hào)可理解為1/4∠-360°。由此可以在四個(gè)輸出端口間形成等幅、相位差為+90°的幅相分布。

當(dāng)射頻信號(hào)從該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第二輸入端口IN2，也即第一定向耦合器12的第二輸入端12b輸入時(shí)，在第一定向耦合器11的第一輸出端11c得到信號(hào)1/2∠-90°，第二輸出端11d得到信號(hào)1/2∠0°。

第一定向耦合器11的第一輸出端11c得到的信號(hào)1/2∠-90°經(jīng)過(guò)第二定向耦合器12的第一輸入端12a流入第二定向耦合器12，并在第二定向耦合器12的第一輸出端12c處得到信號(hào)1/4∠-90°，第二輸出端12d處得到信號(hào)1/4∠-180°，第二輸出端12d所得信號(hào)再經(jīng)移相器21輸出，最終在移相器21的輸出端得到信號(hào)1/4∠-270°，即最終OUT1輸出信號(hào)1/4∠-90°、OUT3輸出信號(hào)1/4∠-270°。

第一定向耦合器11的第二輸出端11d得到的信號(hào)1/2∠0°經(jīng)過(guò)第三定向耦合器13的第二輸入端13b流入第三定向耦合器13，并在第三定向耦合器13的第一輸出端13c得到信號(hào)1/4∠-90°，第二輸出端13d處得到信號(hào)1/4∠0°，其中第一輸出端13c的信號(hào)再經(jīng)過(guò)移相器22而輸出，使得移相器22處得到信號(hào)1/4∠-180°，即最終OUT2輸出信號(hào)1/4∠-180°、OUT4輸出信號(hào)1/4∠0°。即，四個(gè)輸出端的輸出信號(hào)分別為1/4∠-90°(OUT1)、1/4∠-180°(OUT2)、1/4∠-270°(OUT3)、1/4∠-360°(OUT4)。這樣即可在四個(gè)輸出端口間形成等幅、相位差為-90°的幅相分布。

當(dāng)射頻信號(hào)從功分器3的輸入端3a(即該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第三輸入端口IN3)輸入時(shí)，信號(hào)通過(guò)功分器3并在功分器3兩個(gè)輸出端3b、3c得到兩個(gè)等幅同相的射頻信號(hào)1/2∠0°。

功分器3輸出端口處的其中一個(gè)信號(hào)1/2∠0°通過(guò)第二定向耦合器12的第二輸入端12b流入第二定向耦合器12，并在第二定向耦合器12的第一輸出端12c得到信號(hào)1/4∠-90°，在第二輸出端12d得到信號(hào)1/4∠0°，并且第二輸出端12d所得信號(hào)再經(jīng)過(guò)移相器21而輸出，使得移相器21輸出端處得到信號(hào)1/4∠-90°，即最終OUT1輸出信號(hào)1/4∠-90°，OUT3輸出信號(hào)1/4∠-90°。

功分器3輸出端口處的另一個(gè)信號(hào)1/2∠0°通過(guò)第三定向耦合器13的第一輸入端13a流入第三定向耦合器13，并在第三定向耦合器13的第一輸出端13c得到信號(hào)1/4∠0°，第二輸出端13d得到信號(hào)1/4∠-90°，其中信號(hào)1/4∠0°經(jīng)移相器22輸出而使得在移相器22的輸出端處得到信號(hào)1/4∠-90°，即最終OUT2輸出信號(hào)1/4∠-90°、OUT4輸出信號(hào)1/4∠-90°。

由此，當(dāng)射頻信號(hào)經(jīng)該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的第三輸入端口IN3輸入時(shí)，四個(gè)輸出端口處得到等幅同相的幅相分布(四個(gè)輸出端口輸出的信號(hào)均為1/4∠-90°)。

綜上所述，在本實(shí)施例的Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100與四個(gè)天線陣列連接時(shí)(矩陣網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)輸出端口與四個(gè)天線陣列一一對(duì)應(yīng)連接)，在三個(gè)輸入端口形成3種不同的波束指向方向圖，如圖7所示。

本實(shí)施例的Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100在三個(gè)輸入端口輸入射頻信號(hào)時(shí)，在四個(gè)輸出端口輸出四路等幅且相位成公差為90°的正向信號(hào)，四路等幅且相位成公差為-90°的反向信號(hào)及四路等幅同相的信號(hào)。

在本實(shí)施例中，該Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單而巧妙，尺寸更小，性能穩(wěn)定而且一致性好。

優(yōu)選的，所述第一定向耦合器11為3dB等功率分配的定向耦合器。

進(jìn)一步的，考慮到射頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中的衰減，為使全部輸出端口輸出的射頻信號(hào)保持等幅，所述第二、第三定向耦合器12、13可為不等功率分配的定向耦合器，并且使與移相器21、22連接的一個(gè)輸出端的功率大于另一個(gè)輸出端的功率。在本實(shí)施例中，第二定向耦合器12的第二輸出端12d的輸出功率大于其第一輸出端12c的功率，第三定向耦合器13的第一輸出端13c的輸出功率大于其第二輸出端13d的輸出功率。

上述各定向耦合器11、12、13可采用分支線定向耦合器、耦合線定向耦合器(比如平行耦合線定向耦合器)或小孔耦合、匹配雙T等其他設(shè)計(jì)形式的定向耦合器。各定向耦合器可采用同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、帶狀線或微帶線來(lái)構(gòu)成。

在其他實(shí)施方式中，Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100在三個(gè)輸入端口IN1～I(xiàn)N3輸入射頻信號(hào)時(shí)，在四個(gè)輸出端口OUT1～OUT4輸出四路等幅并具有相位差的正向信號(hào)，四路等幅且并具有相位差的反向信號(hào)及四路等幅同相的信號(hào)，其中，四路正向信號(hào)與四路反向信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，并且對(duì)應(yīng)的每?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間具有相同的相位差?；诖?，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)相位差需求選用相應(yīng)的定向耦合器、移相器來(lái)組配出特定的波束成形網(wǎng)絡(luò)。

實(shí)施例2

圖3示出了一種3×5的Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100，具有三個(gè)輸入端口和五個(gè)輸出端口，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相類似，不同之處在于，包括兩個(gè)功分器3，為便于區(qū)別，定義提供第三輸入端口IN3的一個(gè)功分器為第一功分器31，另一個(gè)功分器為第二功分器32。如前文可知，第一功分器31的輸入端作為第三輸入端口IN3，其兩個(gè)輸出端與第二、第三定向耦合器的輸入端連接。第二功分器32的輸入端32與第二定向耦合器12的第一輸出端12c連接，以將原先的第一輸出端口OUT1分成兩個(gè)輸出端口OUT1和OUT5來(lái)進(jìn)行信號(hào)輸出，即在原有的四輸出端口的基礎(chǔ)上增加一個(gè)第五輸出端口OUT5。

在其他實(shí)施方式中，還可以包括更多功分器3，除提供第三輸入端口IN3的一個(gè)第一功分器(即第一功分器31)外的其他功分器(即第二功分器32)，與移相器21、22的輸出端連接，或者與第二定向耦合器12的第一輸出端12c、第三定向耦合器13的第二輸出端13d連接，或者移相器21、22輸出端和第二、第三定向耦合器12、13的輸出端都與功分器32有所連接，以通過(guò)不同的第二功分器32在原有多個(gè)輸出端口的基礎(chǔ)上擴(kuò)展出更多的輸出端口，從而適用于具有更多天線子陣列的天線。

實(shí)施例3

圖4～圖6示出了一種雙極化三波束天線1000，包括反射板400、設(shè)于反射板400上的四個(gè)天線子陣列301、302、303和304、與天線子陣列數(shù)量一致的功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)201、202、203和204(參見(jiàn)圖5和圖6，由于功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)相同，為示出方便，202、203、204不完全畫(huà)出)、以及兩個(gè)實(shí)施例1中的Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100和100’。

在本實(shí)施例中，每個(gè)所述天線子陣列包括六個(gè)天線輻射單元，例如301，包括天線輻射單元301b～301g，并且六個(gè)天線輻射單元均為雙極化天線輻射單元，每個(gè)輻射單元均連接至各自的功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)端口(即功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端)，也就是說(shuō)，所述功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)具有至少六個(gè)輸出端，比如圖5所示的一分六的功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)，該功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)201具有輸入端201a及六個(gè)輸出端201b～201g，其中，輸出端201b～201g與輻射單元301b～301g一一對(duì)應(yīng)連接。

請(qǐng)結(jié)合圖6，所述兩個(gè)Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100和100’的結(jié)構(gòu)相同，分別用于兩個(gè)不同的極化(比如+45°和-45°的線極化)。所述功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)201～204均可支持對(duì)兩個(gè)極化的天線輻射單元同時(shí)饋電，即功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)(例如201)的輸入端201a同時(shí)與Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100的OUT1和Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100’的OUT1’連接，同理地，功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)202、203、204與兩個(gè)Butler矩陣網(wǎng)絡(luò)100、100’對(duì)應(yīng)的輸出端口連接。

在其他實(shí)施方式中，該雙極化三波束天線1000的每個(gè)子陣列301、302、303和304的輻射單元的個(gè)數(shù)可由不同增益需求進(jìn)行調(diào)整。與此相應(yīng)的，功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)輸出端口及其匹配支路進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整(譬如增加輸出端口)以為輻射單元饋電。

優(yōu)選的，相鄰兩個(gè)子陣列301、302、303和304的陣列間距可選自工作頻段中心頻點(diǎn)的0.5～1.2倍波長(zhǎng)。

優(yōu)選的，同一子陣列中的每?jī)蓚€(gè)相鄰輻射單元的間距可選自工作頻段中心頻點(diǎn)的0.7～1.3倍波長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，相鄰兩個(gè)子陣列301、302、303和304相互錯(cuò)位設(shè)置，一般地選取同一子陣列中相鄰兩個(gè)輻射單元間距的0.5倍進(jìn)行錯(cuò)位。

該雙極化三波束天線1000在其每個(gè)功分移相饋電網(wǎng)絡(luò)201、202、203、204都具有電調(diào)移相的功能時(shí)即構(gòu)成了雙極化三波束獨(dú)立電調(diào)天線。

該雙極化三波束天線還可擴(kuò)展其子陣列的數(shù)量，與此適應(yīng)的，需通過(guò)在不同輸出端口用功分器擴(kuò)展至與子陣列數(shù)量相一致的輸出端口，以使輻射。

以上示出本實(shí)用新型的雙極化三波束天線。當(dāng)輻射單元不是雙極化輻射單元時(shí)，所述三波束天線為普通三波束天線。此時(shí)，所述波束成形網(wǎng)絡(luò)只需要一個(gè)即可。

實(shí)施例4

在本實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一種波束成形網(wǎng)絡(luò)的輸入結(jié)構(gòu)，包括：至少兩個(gè)耦合輸入端和至少一個(gè)等功分輸入端；所述兩個(gè)耦合輸入端包括被配置為用于為該波束成形網(wǎng)絡(luò)輸入兩路信號(hào)的第一輸入端口和第二輸入端口，以使兩路信號(hào)在該波束成形網(wǎng)絡(luò)的等功率分配耦合下分別形成均具有相位差的第一、第二波束；所述等功分輸入端，被配置為用于為該波束成形網(wǎng)絡(luò)輸入第三路信號(hào)，以使該第三路信號(hào)在該波束成形網(wǎng)絡(luò)的等功率分配耦合下形成等相位的第三波束。

采用具有以上輸入結(jié)構(gòu)的波束成形網(wǎng)絡(luò)的天線，可以在不同的輸入端口輸入射頻信號(hào)時(shí)在不同輸出端口形成不同的相位配置，從而形成多個(gè)不同的波束指向。

此外，本實(shí)用新型還涉及一種波束成形網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出方法，包括以下步驟：

(a)對(duì)輸入的第一路電信號(hào)進(jìn)行耦合及調(diào)相處理，并輸出四路正向輸出信號(hào)，所述四路正向輸出信號(hào)的相位成公差為a的遞增數(shù)列；

(b)對(duì)輸入的第二路電信號(hào)進(jìn)行耦合及調(diào)相處理，并輸出四路反向輸出信號(hào)，所述四路反向輸出信號(hào)的相位成公差為b的遞減數(shù)列；

(c)將輸入的第三路電信號(hào)的分成兩路輸出相等的分流電信號(hào)，并對(duì)所述的分流電信號(hào)進(jìn)行耦合，輸出四路相位成公差為零的等差數(shù)列的信號(hào)。

其中，所述耦合及調(diào)相處理包括耦合處理和移相處理，所述耦合處理將每路輸入的電信號(hào)耦合出四路信號(hào)；所述移相處理對(duì)耦合出的四路信號(hào)中的至少一路信號(hào)進(jìn)行移相并輸出，以使波束成形網(wǎng)絡(luò)四個(gè)輸出端口處輸出的信號(hào)的相位成等差數(shù)列分布。

具體地，所述耦合處理包括第一耦合處理和第二耦合處理，所述第一耦合處理將輸入的電信號(hào)等功率分配地耦合出兩路耦合信號(hào)，第二耦合處理分別對(duì)第一耦合處理所得的兩路耦合信號(hào)進(jìn)行耦合處理，并輸出四路信號(hào)。

在其他實(shí)施方式中，對(duì)第一路電信號(hào)處理形成的四路正向信號(hào)具有相位差，所述相位差可為等差數(shù)列的公差，也可不是固定值；同理地，對(duì)第二路電信號(hào)處理輸出的四路反向信號(hào)也具有相位差。

總而言之，采用該輸入輸出方法，可以形成一種多輸入多輸出的波束網(wǎng)絡(luò)，該波束網(wǎng)絡(luò)在不同的輸入端口輸入射頻信號(hào)時(shí)在不同輸出端口形成不同的相位配置，從而形成多個(gè)不同的波束指向。

以上所述僅是本實(shí)用新型的部分實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。