一种多模式移相装置及大规模阵列天线
阅读说明：本技术 一种多模式移相装置及大规模阵列天线 (Multi-mode phase shifting device and large-scale array antenna ) 是由 姜盼 邵俊枫 储心一 于 2021-07-01 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种多模式移相装置及大规模阵列天线,该多模式移相装置包括：总线和至少两条支线,所述至少两条支线均与所述总线连接,所述总线用于与输入端连接,所述支线用于与天线阵列连接,所述总线上设置有移相器,至少一条所述支线上设置有一个断路开关。通过设置移相器和断路开关,能够进行模式切换,既可以实现波束可重构,在垂直面内进行宽波束和窄波束切换,也能够实现波束指向可调,从而能够满足不同的场景需求。(The application provides a multi-mode phase-shifting device and large-scale array antenna, this multi-mode phase-shifting device includes: the antenna comprises a bus and at least two branch lines, wherein the at least two branch lines are connected with the bus, the bus is used for being connected with an input end, the branch lines are used for being connected with an antenna array, a phase shifter is arranged on the bus, and a circuit breaker is arranged on at least one branch line. Mode switching can be carried out by arranging the phase shifter and the circuit breaker, wave beam reconstruction can be realized, wide wave beam and narrow wave beam switching can be carried out in a vertical plane, and wave beam pointing can be adjusted, so that different scene requirements can be met.)
技术领域
本发明涉及移动通信天线技术，尤其涉及一种多模式移相装置及大规模阵列天线。
背景技术
随着5G试验网络开展，5G基站系统通道数的增加并未提升单用户的感知，其作用主要是增加多用户的接入容量，但同时也增加了建网投资成本。在实际的应用场景，如室外密集热点场景、广域覆盖场景、室内分布场景、交通干线和隧道场景，它们在覆盖和容量上的需求都是有差异的。
为了满足不同的场景需求，如何提出一种能够重构波束并调节波束指向的阵列天线，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能够重构波束，又能够调节波束指向的多模式移相装置及大规模阵列天线。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
根据本发明的一方面，提供了一种多模式移相装置，包括：总线和至少两条支线，所述至少两条支线均与所述总线连接，所述总线用于与输入端连接，所述支线用于与天线阵列连接，所述总线上设置有移相器，至少一条所述支线上设置有一个断路开关。
在一实施例中，该多模式移相装置的所述移相器为物理移相器。
在一实施例中，该多模式移相装置的每条所述支线上均设置有一个断路开关。
根据本发明的另一方面，还提供了一种大规模阵列天线，包括：输入端，所述输入端由功率分配器分为两路，所述功率分配器的第一输出端经由第一多模式移相装置连接第一天线阵列组，所述功率分配器的第二输出端经由第二多模式移相装置连接第二天线阵列组，所述第一多模式移相装置和第二多模式移相装置均如上述任一实施例所述。
在一实施例中，该大规模阵列天线的所述第一天线阵列组包括第一天线阵列和第二天线阵列，所述第一多模式移相装置包括第一支线和第二支线，所述第一支线与所述第一天线阵列连接，所述第二支线与所述第二天线阵列连接，所述第二天线阵列组包括第三天线阵列和第四天线阵列，所述第二多模式移相装置包括第三支线和第四支线，所述第三支线与所述第三天线阵列连接，所述第四支线与第四天线阵列连接。
在一实施例中，该大规模阵列天线的所述第一支线上设置有第一断路开关，所述第四支线上设置有第二断路开关。
在一实施例中，该大规模阵列天线的所述第一天线阵列、第二天线阵列、第三天线阵列和第四天线阵列的阵列数目相同。
在一实施例中，该大规模阵列天线的所述功率分配器的第一输出端与所述第一多模式移相装置之间连接有第一数字移相器，所述功率分配器的第二输出端与所述第二多模式移相装置之间连接有第二数字移相器。
本发明实施例的有益效果是：通过设置移相器和断路开关，能够进行模式切换，既可以实现波束可重构，在垂直面内进行宽波束和窄波束切换，也能够实现波束指向可调，从而能够满足不同的场景需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1是本申请实施例的连接关系示意图(模式一)；
图2是本申请实施例的第一多模式移相装置放大图；
图3是本申请实施例的连接关系示意图(模式二)；
其中：1-功率分配器；21-第一数字移相器；22-第二数字移相器；31-第一多模式移相装置；311-总线；312-第一支线；313-第二直线；314-移相器；315-断路开关；32-第二多模式移相装置；321-第三支线；322-第四支线；41-第一天线阵列；42-第二天线阵列；43-第三天线阵列；44-第四天线阵列。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
随着综合通信系统的快速发展，作为信息出入通道的天线的数量也相应增加，从而增加了综合信息系统的成本和馈电线路的损耗。波束方向可切换(方向图可重构)天线能根据通信环境的变化实时改变发射和接收天线的波束覆盖范围，从而有效避免噪声干扰，提高系统增益和安全性。另外，波束方向可切换天线一般使用一个或很少几个馈电端口，可以避免信号合成过程中的损耗。而为了能够根据移动通信系统网络的覆盖区域、干扰现象、话务量等状况调整天线的辐射状态，需要移相器对基站天线发射的方向图指向起调节作用，以满足灵活调节覆盖不同用户区域的要求。
本申请实施例提供的大规模阵列天线，既能够切换波束方向，又能够通过移相器对方向图指向进行调节。如图1所示，该大规模阵列天线包括输入端，输入端由功率分配器1分为两路，功率分配器1的第一输出端经由第一多模式移相装置31连接第一天线阵列组，功率分配器1的第二输出端经由第二多模式移相装置32连接第二天线阵列组。第一多模式移相装置31与第二多模式移相装置32有两大功能：其一，可进行不同模式之间的相互切换，实现波束可重构，从而可以在垂直面进行宽波束和窄波束的选择；其二，起到物理移相器的作用，从而对垂直面波束指向进行电下倾。
其中，第一多模式移相装置31和第二多模式移相装置32结构相同，以第一多模式移相装置31为例，如图2所示，包括总线311、第一支线312和第二支线313，两条支线均与总线311连接，总线311与功率分配器的第一输出端连接，支线与天线阵列连接。总线311上设置有移相器314，优选地，移相器314为物理移相器。第一支线312上设置有一个断路开关315。通过断路开关315的开和关，可以实现两种模式的切换。
需要说明的是，多模式移相装置中的支线数量至少为两条，且其中至少一条支线上设置有断路开关，在可能的实施例中，每个支线上均设置有断路开关。
本实施例中，第一天线阵列组包括第一天线阵列41和第二天线阵列42，第一多模式移相装置包括第一支线312和第二支线313，断路开关设置于第一支线312上。第一支线312与第一天线阵列41连接，第二支线313与第二天线阵列42连接。第二天线阵列组包括第三天线阵列43和第四天线阵列44，第二多模式移相装置32包括第三支线321和第四支线322，断路开关设置于第四支线322上，第三支线321与第三天线阵列43连接，第四支线322与第四天线阵列44连接。优选地，第一天线阵列41、第二天线阵列42、第三天线阵列43和第四天线阵列44的阵列数目相同。
在可能的实施例中，功率分配器1的第一输出端与第一多模式移相装置31之间连接有第一数字移相器21，功率分配器1的第二输出端与第二多模式移相装置32之间连接有第二数字移相器22。
模式一工作方式如图1所示，当功率分配器1接收到输入信号时，会将信号平均分配给第一数字移相器21和第二数字移相器22。第一数字移相器21与第二数字移相器22会对各自分配到的信号进行预制幅相参数设定，并分别输出到第一多模式移相装置31与第二多模式移相装置32中。第一多模式移相装置31与第二多模式移相装置32在模式一中起到移相功能。第一多模式移相装置31可对第一天线阵列41和第二天线阵列42进行幅相预制；第二多模式移相装置可对第三天线阵列43和第四天线阵列44进行幅相预制。最终，模式一由此实现窄波束远覆盖，并通过数字移相和物理移相相结合实现波束指向可调。
模式二工作方式如图3所示，当功率分配器1接收到输入信号时，会将信号平均分配给第一数字移相器21和第二数字移相器22。而第一数字移相器21与第二数字移相器22会对各自分配到的信号进行预制幅相参数设定，并分别输出到第一多模式移相装置31与第二多模式移相装置32中。第一多模式移相装置31的第一支路312与第二多模式移相装置32的第四支路322在模式二中处于开路状态。第一多模式移相装置31仅对第二天线阵列42进行输入；第二多模式移相装置32仅对第三天线阵列43进行输入。最终，由此实现宽波束广覆盖，并能够通过数字移相和物理移相实现波束指向可调。
容易理解地，天线阵列组中的天线阵列可以设置超过两个，例如，第一天线阵列组中可设置第一天线阵列、第二天线阵列和第三天线阵列，第二天线阵列组中可以设置第四天线阵列、第五天线阵列和第六天线阵列。对应地，第一多模式移相装置和第二多模式移相装置均包括三条支线，每个支线上设置一个断路开关，此时存在三种模式。模式一中，各支线上的断路开关均连通，实现窄波束远覆盖。模式二中，第一天线阵列和第六天线阵列处于开路状态，第二天线阵列、第三天线阵列、第四天线阵列和第五天线阵列发射信号波束，波束变宽。模式三中，第一天线阵列、第二天线阵列、第五天线阵列和第六天线阵列处于开路状态，仅第三天线阵列和第四天线阵列发射信号波束，波束最宽。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
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