本发明涉及通信技术领域， 尤其涉及一种基站天线及基站天线馈电网 络。

背景技术

基站天线作为移动通信网络的重要组成部分， 承载了电磁波发射与接 收的双重功能， 其性能的好坏直接决定移动通信网絡的优劣， 而天线下倾 角是影响基站天线性能的一个重要因素。

有源基站天线系统中， 可以通过两个或多个 TRX ( Transceiver , 收发 信机） 和矢量合成馈电网络对多个天线单元馈电， 形成具有一定下倾角的 辐射波束。 发明人发现， 在 TRX数量较少时， 例如只有两个 TRX时， 基 站天线下倾角可调范围较小， 难以满足实际通信系统需求。

发明内容

本发明的实施例提供一种基站天线和基站天线 馈电网络， 在 TRX数 量较少的条件下， 能够实现较大范围调节基站天线下倾角的目的 。

一方面，本发明实施例提供一种基站天线，包 括收发信机 TRX阵列、 第一级矢量合成网络、 二级移相阵列、 第二级矢量合成网络、 天线单元 阵列， 其中， 所述 TRX阵列包括 N个 TRX, 用于输出 N路矢量信号， N为自然 数且大于等于 2; 所述第一级矢量合成网络， 用于将所述 N路矢量信号矢量合成产生 M路矢量信号， M为自然数， M大于 N; 所述二级移相阵列， 用于接收所述第一级矢量合成网络输出的所述 M路矢量信号，改变所述 M路矢量信号的相位并输出移相后的 M路矢量 信号，所述 M路矢量信号经过所述二级移向阵列后的相移� �是等差数列； 所述第二级矢量合成网络， 用于接收所述移相后的 M路矢量信号， 将所述 M路矢量信号功分为 P路矢量信号， 将所迷 P路矢量信号中的 Q 路矢量合成并输出合成后的 Q路矢量信号， 将所述 P路矢量信号中除所 述 Q路外的矢量信号直接输出， P为自然数且 P大于 M， Q为自然数且 小于等于 P; 所述天线单元阵列， 用于接收所述第二级矢量合成网络输出的 P路 矢量信号并转化为电磁波进行辐射。

另一方面， 本发明实施例提供一种基站天线馈电网络， 包括第一级 矢量合成网络、 二级移相阵列、 第二级矢量合成网络， 其中，

所述第一级矢量合成网络， 用于接收 N个收发信机 TRX输出的 N 路矢量信号并矢量合成产生 M路矢量信号， 所述 N和 M为自然数， M大 于 N;

所述二级移相阵列， 用于接收所迷第一级矢量合成网络输出的所述 M路矢量信号，改变所述 M路矢量信号的相位并输出移相后的 M路矢量 信号，所述 M路矢量信号经过所述二级移向阵列后的相移� �是等差数列； 所述第二级矢量合成网络， 用于接收所述移相后的 M路矢量信号， 将所述 M路矢量信号功分为 P路矢量信号， 将所迷 P路矢量信号中的 Q 路矢量合成并输出合成后的 Q路矢量信号至天线单元阵列， 将所述 P路 矢量信号中除所述 Q路外的矢量信号直接输出至天线单元阵列， P 为自 然数且 P大于 M, Q为自然数且小于等于 P。 本发明实施例提供的基站天线和基站天线馈电 网络， 利用第二级矢量 合成网络， 在收发信机较少的前提下， 使天线单元阵列辐射的电磁波形成 相对连续的波阵面， 增大了基站天线下倾角可调范围。 附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案， 下 面将对实施例或现有技术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为本发明实施例提供的一种基站天线的结构� �意图； 图 2为本发明另一实施例提供的一种基站天线的� �构示意图； 图 3为现有技术中一种电桥结构示意图； 图 4为本发明实施例提供的一种基站天线馈电网� �结构示意图； 图 5 为本发明另一实施例提供的一种基站天线馈电 网络结构示意 图。 具体实施方式

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， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明 一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种基站天线， 如图 1所示， 包括：

TRX ( Transceiver, 收发信机）阵列 101、 第一级矢量合成网络 102、 二级移相阵列 103、 第二级矢量合成网络 104、 天线单元阵列 105。

TRX阵列 101 包括 N个 TRX, 用于输出 N路矢量信号， N为自然 数且大于等于 2; 上述 N路矢量信号幅度和相位独立可调， 即上述 N个 TRX可以输 出不同的矢量信号。 第一级矢量合成网络 102 , 用于将上述 N路矢量信号矢量合成产生 M路矢量信号， M为自然数， M大于 N; 二级移相阵列 103 , 用于接收第一级矢量合成网络输出的 M路矢量 信号， 改变上述 M路矢量信号的相位， 并输出移相后的 M路矢量信号， 所述 M路矢量信号经过所述二级移向阵列后的相移� �是等差数列； 第二级矢量合成网络 104， 用于接收所述移相后的 M路矢量信号， 将所述 M路矢量信号功分为 P路矢量信号， 将所述 P路矢量信号中的 Q 路矢量合成并输出合成后的 Q路矢量信号， 将所述 P路矢量信号中除所 述 Q路外的矢量信号直接输出， P为自然数且 P大于 M， Q为自然数且 小于等于 P; 天线单元阵列 105 , 用于接收所述第二级矢量合成网络输出的 P路 矢量信号并转化为电磁波进行辐射。

本实施例中， 在第一级矢量合成网络中， N、 M的优选组合是， N=2 , M=4或者 N=2 , M=6。

TRX输出的信号相位独立可调， 所以 TRX 阵列可以看作第一级移 相阵列， 二级移相阵列将第一级矢量合成网络输出的矢 量信号进一步改 变相位， 可以满足更大下倾角的需要。

本实施例中， 如果将移向阵列输出的信号功分后用于驱动多 个天线 单元， 通常是 10个以上， 例如 12个天线单元， 天线单元辐射的电磁波 形成多个独立的波阵面， 且多个独立的波阵面有跳变， 基站天线下倾角 范围依然难以满足实际通信系统需要。 第二级矢量合成网络将驱动多个 天线单元的矢量信号之间的相位差进行平滑， 即将接收到的二级移相阵 列输出的 M路矢量信号功分为 P路矢量信号， 并将上述 P路矢量信号矢 量合成以使得各路信号的相位变化更加平滑， 使天线单元辐射的电磁波 形成相对连续的波阵面， 增大基站天线下倾角的可调范围。

本实施例中可选的， 天线单元阵列中每个天线单元与第二级矢量合 成网络之间还可以连接预置相位线， 以进一步改变传送到天线单元的矢 量信号的相位， 改变基站天线下倾角。

需要说明的是， 第一级矢量合成网络输出的一路或多路矢量信 号经 过二级移相阵列或者第二级矢量合成网络后相 位或幅度可能未发生变 化， 相当于上述一路或多路矢量信号直接连接到第 二级矢量合成网络或 者天线单元。

本实施例中， 通过具有第二级矢量合成网络的馈电网络， 在收发信 机较少的前提下， 使天线单元辐射的电磁波形成相对连续的波阵 面， 增 大了基站天线下倾角可调范围， 同时改善了基站天线副瓣抑制， 改善了 覆盖效果。

上述实施例中， 一种优选的实施方式是， N=2, M=4, P=12, Q=4, 即基 站天线使用 2个 TRX, 第一级矢量合成网络将上述 2个 TRX输出的矢量信号 矢量合成为 4路矢量信号， 二级移向阵列包括 4个移相器， 分别用于改变第一 级矢量合成网络输出的一路矢量信号， 四个移相器的相移量是等差数列， 第二 级矢量合成网络将上述 4个移相器输出的矢量信号进一步矢量合成为 12路矢量 信号， 用以驱动 12个天线单元。

具体的， 如图 2所示， 两个 TR 分别为 TRX201 1和 TRX2012 , 第一级 矢量合成网络包括功分器 2021和功分器 2022、 电桥 2031和电桥 2032, 二级移向阵列包括移相器 2041、移相器 2042、移相器 2043和移相器 2044 , 第二级矢量合成网络包括功分器 2051、 功分器 2052、 功分器 2053和功分 器 2054、 电桥 2061 和电桥 2062, 12个天线单元分别为天线单元 20701 至 20712。

其中， TRX2011与功分器 2021的输入端 X连接， TRX2012与功分 器 2022的输入端 Y连接，功分器 2021和功分器 2022均具有一个输入端 两个输出端， 功分器 2021具有输出端 XI与 X2， 功分器 2022具有输出 端 Y1和 Y2, 功分器 2021的输出端 XI与功分器 2022的输出端 Y1连接 至电桥 2031的两个输入端； 功分器 2021 的输出端 X2与功分器 2022的 输出端 Y2连接至电桥 2032的两个输入端；电桥 2031的输出端 HI与 H2、 电桥 2032的输出端 SI和 S2分别连接移相器 2041、 移相器 2042、 移相 器 2043和移相器 2044, 输出端 HI与 H2分别为 D端口和 S端口， 输出 端 S1和 S2分别为 S端口和 D端口； 上述四个移相器的输出端 Tl、 Τ2、 Wl、 W2分别连接功分器 2051、功分器 2052、功分器 2053、功分器 2054, 上述四个功分器均具有一个输入端和三个输出 端， 功分器 2051具有输出 端 Tll、 T12、 T13, 功分器 2052具有输出端 Τ21、 Τ22、 Τ23, 功分器 2053 具有输出端 Wll、 W12、 W13, 功分器 2054 具有输出端 W21、 W22、 W23; 12个天线单元 20701至 20712顺序排列； 功分器 2051的三个输出 端 Tll、 T12、 T13 分别连接至天线单元 20701、 30702、 20703; 功分器 2054的三个输出端 W21、 W22、 W23分别连接至天线单元 20710、 20711、 20712; 功分器 2052的输出端 T21连接至天线单元 20705, 功分器 2052 的输出端 T22与功分器 2053的输出端 W11连接至电桥 2061的两个输入 端， 电桥 2061 的两个输出端 VI和 V2分别为 D端口和 S端口并连接至 天线单元 20704与 20706; 功分器 2053 的输出端 W13连接至天线单元 20708 , 功分器 2052的输出端 T23与功分器 2053的输出端 W12连接至 电桥 2062的两个输入端， 电桥 2062的两个输出端 Z1和 Z2分别为 S端 口和 D端口并连接至天线单元 20707与 20709。

图 2中两条线交叉处的空心圓圈表示这两条线不� �连。

进一步可选的， 第二级矢量合成网络的输出端与相应天线单元 之间 还可以连接预置相位线。

本实施例中， 第二级矢量合成网络中的电桥可以是 180度电桥或者 90度电桥， 第一级矢量合成网络中的电桥可以使用相同类 型的电桥。 这 里以 180度电桥为例说明输入输出信号之间的关系， 如图 3 所示， 电桥 输入端口为 II、 12 , 输出端口为 01、 02 , 01为电桥 D端口， 02为电桥 S端口， 假设端口 II、 12、 01、 02信号参数分别为 、 b、 c、 d, 则 c的 值为 a与 b的矢量差乘以 ,d的值为 a与 b的矢量和乘以 。 180 度电桥和 90度电桥的具体实现均为现有技术， 在此不再赘述。

需要说明的是， 上述实施例是以基站天线发射信号为例进行描 述， 实施例 中的基站天线同样可以用于接收信号， 此时天线单元用于接收信号， 功分器作 为合路器使用， TRX用于接收功分器的信号。 上述的信号发射和接收过程可 以同时进行， 也可以不同时进行， 本发明实施例并不局限于此， 例如， 在 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access , 宽带码分多址）和 CDMA ( Code Division Multiple Access, 码分多址） 制式中， 发射信号和 接收信号是同时进行的， 而在 TD-SCDMA ( Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access, 时分同步码分多址） 制式中， 发射信号和 接收信号并不是同时进行的。

另外需要说明的是，上述实施例的第二级矢量 合成网络中四个功分器 的每一个均将输入信号分路成三路子信号， 本发明实施例并不局限于此， 具体地， 上述四个功分器对输入的信号进行分路的数量 与天线单元是对应 的， 例如， 若天线单元只有 10个时， 则上述四个功分器分路后的子信号 也为 10个， 上述实施例中的 4个功分器的任意两个可以只分路两路子信 号。

在实际应用中，第二级矢量合成网络可以增加 功分器和电桥以驱动更 多的天线单元， 功分器或电桥具体的数量可以根据天线阵列中 天线单元的 具体数量确定， 即天线单元越多， 则设置的功分器或者电桥也可以相应的 增加， 但是， 由于功分器和电桥的增加会造成馈电网络的复 杂度和布局面 积的增加， 因此， 在实际应用中， 优选为设置两个第二级电桥， 以实现在 系统布局面积较小的情况下， 尽可能大的增加下倾角的调节范围。

本发明实施例提供的基站天线， 通过在馈电网络中增加第二级矢量 合成网络， 利用功分器和电桥使传送到天线单元的多路矢 量信号的相位 差更加平滑， 在 TRX数量尽可能少的前提条件下， 实现了大范围的可调 下倾角， 不仅提高了对上副瓣的抑制， 改善了增益， 而且， 由于应用了 少量的 TRX, 减少了基站天线的制作成本和运行能耗， 也减少了体积和 重量。

本发明实施例还提供了一种基站天线馈电网络 ， 如图 4所示， 包括 第一级矢量合成网络 102、 二级移相阵列 103、 第二级矢量合成网络 104。

第一级矢量合成网络 102，用于接收 N个收发信机 TRX输出的 N路 矢量信号并矢量合成产生 M路矢量信号， 所述 N和 M为自然数， M大于 N;

二级移相阵列 103 , 用于接收第一级矢量合成网络输出的 M路矢量 信号， 改变上述 M路矢量信号的相位并输出移相后的 M路矢量信号， 所 述 M路矢量信号经过所述二级移向阵列后的相移� �是等差数列；

第二级矢量合成网络 104 , 用于接收所述移相后的 M路矢量信号， 将所述 M路矢量信号功分为 P路矢量信号， 将所述 P路矢量信号中的 Q 路矢量合成并输出合成后的 Q路矢量信号至天线单元阵列， 将所述 P路 矢量信号中除所述 Q路外的矢量信号直接输出至天线单元阵列， P 为自 然数且 P大于 M, Q为自然数且小于等于 P。

本实施例中， 在第一级矢量合成网络中， N、 M的优选组合是， N=2 , M=4或者 N=2 , M=6。

本实施例中， 馈电网络可以用于向基站天线单元阵列馈电， 如果将 移向阵列输出的信号功分后用于驱动多个天线 单元， 通常是 10个以上， 例如 12个天线单元， 天线单元的辐射的电磁波形成多个独立的波阵 面， 且多个独立的波阵面有跳变， 基站天线下倾角范围依然难以满足实际通 信系统需要。 第二级矢量合成网络将驱动多个天线单元的矢 量信号之间 的相位差进行平滑， 即将接收到的二级移相阵列输出的 M路矢量信号功 分为 P路矢量信号， 并将上述 P路矢量信号矢量合成以使得各路信号的 相位变化更加平滑， 使天线单元輻射的电磁波形成相对连续的波阵 面， 增大基站天线下倾角的可调范围。

上述实施例中， 一种优选的实施方式是， N=2, M=4, P=12 , Q=4。

具体的， 如图 5所示， 第一级矢量合成网络包括功分器 2021和功分器 2022、 电桥 2031 和电桥 2032 , 二级移向阵列包括移相器 2041、 移相器 2042、移相器 2043和移相器 2044,第二级矢量合成网络包括功分器 2051、 功分器 2052、 功分器 2053和功分器 2054、 电桥 2061和电桥 2062。

其中， 功分器 2021和功分器 2022均具有一个输入端两个输出端， 功分器 2021具有输出端 XI与 X2, 功分器 2022具有输出端 Y1和 Y2, 功分器 2021 的输出端 XI 与功分器 2022的输出端 Y1 连接至电桥 2031 的两个输入端； 功分器 2021的输出端 X2与功分器 2022的输出端 Y2连 接至电桥 2032的两个输入端； 电桥 2031的输出端 HI与 H2、 电桥 2032 的输出端 S1和 S2分别连接移相器 2041、 移相器 2042、 移相器 2043和 移相器 2044， 输出端 HI与 H2分别为 D端口和 S端口， 输出端 S 1和 S2 分别为 S 端口和 D 端口； 上述四个移相器的输出端 Tl、 T2、 Wl、 W2 分别连接功分器 2051、 功分器 2052、 功分器 2053、 功分器 2054， 上述 四个功分器均具有一个输入端和三个输出端， 功分器 2051 具有输出端 Tl l、 T12、 T13 , 功分器 2052具有输出端 Τ21、 Τ22、 Τ23 , 功分器 2053 具有输出端 Wl l、 W12、 W13 , 功分器 2054 具有输出端 W21、 W22、 W23 ; 功分器 2052的输出端 T22与功分器 2053的输出端 W1 1连接至电 桥 2061的两个输入端， 电桥 2061的两个输出端 VI和 V2分别为 D端口 和 S端口； 功分器 2052的输出端 T23与功分器 2053的输出端 W12连接 至电桥 2062的两个输入端， 电桥 2062的两个输出端 Z1和 Z2分别为 S 端口和 D端口。

图 5中两条线交叉处的空心圓圈表示这两条线不� �连。

本实施例中， 第二级矢量合成网络中的电桥可以是 180度电桥或者 90度电桥， 第一级矢量合成网络中的电桥可以使用相同类 型的电桥。

需要说明的是， 上述实施例描述的馈电网络是以基站天线发射 信号为例 进行描述， 实施例中的馈电网络同样可以用于接收信号， 此时功分器作为合路 器使用。 上述的信号发射和接收过程可以同时进行， 也可以不同时进行， 本发明实施例并不局限于此。

另外需要说明的是， 上述实施例的第二级矢量合成网络中四个功分 器的每一个均将输入信号分路成三路子信号， 本发明实施例并不局限于 此， 具体地， 上述四个功分器对输入的信号进行分路的数量 与其需要驱 动的天线单元是对应的， 例如， 若需驱动的天线单元只有 10个时， 则上 述四个功分器分路后的子信号也为 10个， 上述实施例中的 4个功分器的 任意两个可以只分路两路子信号。 本发明实施例提供的基站天线馈电网络可以用 于接收两个或多个 TRX 的输出信号， 并驱动天线单元阵列， 通过在馈电网络中增加第二级 矢量合成网络， 利用功分器和电桥使传送到天线单元的多路矢 量信号的 相位差更加平滑， 在 TRX数量尽可能少的前提条件下， 实现了大范围的 可调下倾角， 不仅提高了基站天线对上副瓣的抑制， 改善了增益， 而且， 由于应用了少量的 TRX, 减少了基站天线的制作成本和运行能耗， 也减 少了体积和重量。 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不 局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本 发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围 为准。 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围 并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技 术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围 之内。 因此， 本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范 围为准。