一种小型化可重构波束形成网络架构的制作方法

1.本发明属于无线通信领域，具体涉及一种小型化可重构波束形成网络架构。


背景技术：

2.多波束天线主要由天线阵列和波束形成网络组成，波束形成网络是进行天线波束扫描的关键部件，传统的波束形成网络包括如butler matrix，nolen matrix，透镜天线等，有着结构简单、成本低等特点，但是传统的无源波束形成网络只能产生几个固定的输出相位差，对应的阵列天线波束固定，只能在有限个天线波束之间切换，天线波束无法连续扫描。


技术实现要素：

3.本发明提供一种小型化可重构波束形成网络架构，以解决上述问题，包括一级电桥和二级电桥，所述一级电桥包括第一电桥，所述二级电桥包括与所述第一电桥相同的第二电桥、第三电桥，所述第二电桥、第三电桥左侧两个端口上分别连接有第一移相器、第二移相器，所述第一电桥右侧两个端口分别通过第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关与所述第一移相器和第二移相器连接；所述第一电桥为输出相位差可调电桥，所述第一移相器和第二移相器为可调差分移相器。
4.优选的，第一单刀双掷开关动端与所述第一电桥右侧上方端口连接，所述第一单刀双掷开关不动端分别与所述第二电桥左侧两个端口连接。
5.优选的，第二单刀双掷开关动端与所述第一电桥右侧下方端口连接，所述第二单刀双掷开关不动端分别与所述第三电桥左侧两个端口连接。
6.优选的，所述第二电桥左侧上方端口和所述第三电桥左侧下方端口分别连接有第一移相器。
7.优选的，所述第二电桥左侧下方端口和所述第三电桥左侧上方端口分别连接有第二移相器。
8.优选的，所述第一电桥为单频带输出相位差可调电桥，所述第一移相器和第二移相器为单频带可调差分移相器。
9.优选的，所述第一电桥为双频带输出相位差可调电桥，所述第一移相器和第二移相器为双频带可调差分移相器。
10.优选的，所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关均为电子单刀双掷开关。
11.本发明具有以下有益效果：提供一种小型化可重构波束形成网络架构，利用可调电桥和可调移相器可重构的特点，是的输出端口之间的相位差可任意调节，只需要使用三个电桥，一方面减小网络架构的尺寸，另一方面简化了网络架构的复杂度。
附图说明
12.图1为本发明实施例中的网络架构示意图；
[0013]1‑
第一电桥；2
‑
第二电桥；3
‑
第三电桥；4
‑
第一单刀双掷开关；5
‑
第二单刀双掷开关。
具体实施方式
[0014]
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0015]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0016]
如图1所示，一种小型化可重构波束形成网络架构，包括一级电桥和二级电桥，一级电桥包括第一电桥1，二级电桥包括与第一电桥1相同的第二电桥2、第三电桥3，第二电桥2、第三电桥3左侧两个端口上分别连接有第一移相器、第二移相器，第一电桥1右侧两个端口分别通过第一单刀双掷开关4、第二单刀双掷开关5与第一移相器和第二移相器连接；第一电桥1为输出相位差可调电桥，第一移相器和第二移相器为可调差分移相器，其中相位差可调电桥、可调差分移相器采用现有技术，不做赘述。
[0017]
关于各电桥方位的描述根据图示的结构进行定义，第一电桥1位于左侧，第二电桥2和第三电桥3位于右侧，相应的上下方定义也以此为依据，对于每一个电桥来说包括输入端口、隔离端口、直通端口和耦合端口，其中输入端口和隔离端口是以信号输入为基准定义的，比如说信号从第一电桥1左侧上方端口输入，那么第一电桥1左侧下方端口即为隔离端口，第一电桥1右侧上方端口即为直通端口，第一电桥1右侧下方端口即为耦合端口，也就是说第一电桥1左侧的两个端口均可以作为输入端口，而右侧的两个端口则为输出端口，可以直接接入天线使用，使用时在隔离端口加入匹配负载、将单刀双掷开关接地进行降噪。
[0018]
定义第二电桥2右侧上下方两个端口分别为第一输出端口、第二输出端口，第三电桥3右侧上下方两个端口分别为第三输出端口、第四输出端口；其中第一移相器和第二移相器作为组成差分移相器的两路，第二移相器作为第一移相器的参考。
[0019]
作为优选的方案，第一单刀双掷开关4动端与第一电桥1右侧上方端口连接，第一单刀双掷开关4不动端分别与第二电桥2左侧两个端口连接。
[0020]
作为优选的方案，第二单刀双掷开关5动端与第一电桥1右侧下方端口连接，第二单刀双掷开关5不动端分别与第三电桥3左侧两个端口连接。
[0021]
作为优选的方案，第二电桥2左侧上方端口和第三电桥3左侧下方端口分别连接有第一移相器。
[0022]
作为优选的方案，第二电桥2左侧下方端口和第三电桥3左侧上方端口分别连接有第二移相器。
[0023]
上述波束形成网络架构，第一电桥1输出相位差为φ，第一移相器和第二移相器可以产生θ输出的相位差，当信号从第一电桥1左侧上方端口输入时，第一单刀双掷开关4、第二单刀双掷开关5向上接通，即分别与第一移相器、第二移相器连接，信号经过第一电桥1后分为两路在两个单刀双掷开关动端产生相位差为φ，两路信号分别经过第一移相器、第二
移相器后相位差为φ θ，分别通过第二电桥2、第三电桥3后，在这两个电桥右侧的输出端输出，输出的相对相位差为0，φ，φ θ，2φ θ，此时只要令两个差分移相器的输出相差θ＝φ，那么在四个输出端口输出信号之间即可产生一个
‑
φ的相位差；同理，当信号从第一电桥1左侧下方端口输入，两个单刀双掷开关向下接通，在第一电桥1左侧上方端口接入匹配负载，那么在四个输出端口输出信号之间产生一个φ的相位差。
[0024]
以此建立一个输出相位差连续可调的2
×
4波束形成网络，输出相差的调节范围受可调电桥和可调差分移相器限制，若两者都有0
°‑
180
°
的调节范围，那么输出相差可以实现
‑
180
°‑
180
°
的全相位连续可调功能，相对于传统无源波束形成网络，具有更为强大的功能，其应用范围更加广泛，有利于推动无线通信领域发展。
[0025]
作为优选的方案，第一电桥1为单频带输出相位差可调电桥，第一移相器和第二移相器为单频带可调差分移相器。
[0026]
作为优选的方案，第一电桥1为双频带输出相位差可调电桥，第一移相器和第二移相器为双频带可调差分移相器，可以使用低通滤波移相器和高通滤波移相器的形式。
[0027]
作为优选的方案，第一单刀双掷开关4、第二单刀双掷开关5均为电子单刀双掷开关。
[0028]
该网络架构可以通过单频带、双频带输出相差电桥进行搭建，只需要使用相应的移相器即可，而电子单刀双掷开关的使用简化了控制过程，具有自动化操作的优势，可以根据具体的使用场景加装控制器，根据不同的需求对电动单刀双掷开关进行控制。
[0029]
作为拓展的实施方式，还可以加入三级电桥，以第二电桥2、第三电桥3的输出端口作为第三级电桥的输入端，采用相同的方式接入第三级电桥，同时第一级差分移相器的相差设置为可调电桥输出相差的2倍，第二级差分移相器的相差设置为与可调电桥输出相差相等，形成8个输出端口，用以连接天线阵列，增强天线波束扫描能力。以此类推可实现2
×2n
的网络用以天线阵列的馈电，但随从网络级数的增加对差分移相器的相移量要求越大。
[0030]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

技术特征：
1.一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于：包括一级电桥和二级电桥，所述一级电桥包括第一电桥，所述二级电桥包括与所述第一电桥相同的第二电桥、第三电桥，所述第二电桥、第三电桥左侧两个端口上分别连接有第一移相器、第二移相器，所述第一电桥右侧两个端口分别通过第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关与所述第一移相器和第二移相器连接；所述第一电桥为输出相位差可调电桥，所述第一移相器和第二移相器为可调差分移相器。2.根据权利要求1所述的一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于：第一单刀双掷开关动端与所述第一电桥右侧上方端口连接，所述第一单刀双掷开关不动端分别与所述第二电桥左侧两个端口连接。3.根据权利要求2所述的一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于：第二单刀双掷开关动端与所述第一电桥右侧下方端口连接，所述第二单刀双掷开关不动端分别与所述第三电桥左侧两个端口连接。4.根据权利要求1所述的一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于，其特征在于：所述第二电桥左侧上方端口和所述第三电桥左侧下方端口分别连接有第一移相器。5.根据权利要求4所述的一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于：所述第二电桥左侧下方端口和所述第三电桥左侧上方端口分别连接有第二移相器。6.根据权利要求1
‑
5任一所述的一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于：所述第一电桥为单频带输出相位差可调电桥，所述第一移相器和第二移相器为单频带可调差分移相器。7.根据权利要求1
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5所述的一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于：所述第一电桥为双频带输出相位差可调电桥，所述第一移相器和第二移相器为双频带可调差分移相器。8.根据权利要求1所述的一种小型化可重构波束形成网络架构，其特征在于：所述第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关均为电子单刀双掷开关。
技术总结
本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种小型化可重构波束形成网络架构，技术方案包括一级电桥和二级电桥，一级电桥包括第一电桥，所述二级电桥包括与所述第一电桥相同的第二电桥、第三电桥，所述第二电桥、第三电桥左侧两个端口上分别连接有第一移相器、第二移相器，第一电桥右侧两个端口分别通过第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关与所述第一移相器和第二移相器连接；所述第一电桥为输出相位差可调电桥，所述第一移相器和第二移相器为可调差分移相器，利用可调电桥和可调移相器可重构的特点，是的输出端口之间的相位差可任意调节，只需要使用三个电桥，一方面减小网络架构的尺寸，另一方面简化了网络架构的复杂度。另一方面简化了网络架构的复杂度。另一方面简化了网络架构的复杂度。


技术研发人员：杨涛 陈安榕 张希琳
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2021/6/24