專利名稱：可變相位移相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變相位移相器，并涉及一種可變相位移相器的制造方法。
背景技術(shù)：
移相器是相控天線陣的必要元件。需要一種成本低、可靠性高且復(fù)雜度低的移相器裝入到相控天線陣內(nèi)。
迄今已采用了多種用于信號(hào)相移的方法。已使用諸如PIN二極管之類的半導(dǎo)體裝置。存在用于使RF電路變化、以便實(shí)現(xiàn)所需的相移、但不允許連續(xù)相移的電控開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)會(huì)引起相互調(diào)制，它們功率有限且需要復(fù)雜的控制電路。改變?cè)O(shè)于導(dǎo)體與接地平面之間的材料的介電常數(shù)的移相器也已被采用。
另一種傳統(tǒng)的方法采用提供通過(guò)移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，該信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度。US-A-5801600中描述了此類移相器的一種例子。這種方法難以確保可使位于導(dǎo)體之間的邊界處的相互調(diào)制為最小的導(dǎo)體之間的良好的信號(hào)耦合。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種可變相位移相器，它包括提供通過(guò)該移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度，其中，第一信號(hào)導(dǎo)體包括一對(duì)電平行臂，而第二信號(hào)導(dǎo)體則置于第一信號(hào)導(dǎo)體的臂之間。
這種配置具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，通過(guò)使第二信號(hào)導(dǎo)體置于第一信號(hào)導(dǎo)體的臂之間，可使第一與第二導(dǎo)體之間的電耦合最大化。這樣就能使傳送路徑的長(zhǎng)度大范圍地變化。第二，該導(dǎo)體配置形成了高度對(duì)稱的分岔傳送路徑。第三，如果必要的話，可精確地控制和調(diào)節(jié)第一信號(hào)導(dǎo)體的臂之間的間距。
較佳地，在第一信號(hào)導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上設(shè)置支承裝置，以便保持第一信號(hào)導(dǎo)體的臂之間的最大間距。這樣就能使第一和第二信號(hào)導(dǎo)體保持非常接近，以使導(dǎo)體之間的電耦合最大，并能精確地控制線阻抗。第一信號(hào)導(dǎo)體可容納在一支承肋條中的一孔內(nèi)，其中該孔的相對(duì)側(cè)提供支承裝置。或者，可提供一對(duì)肋條，其中一個(gè)具有用于容納導(dǎo)體的凹部，其中支承裝置由該凹部的基底和另一個(gè)肋條的邊緣所提供。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種可變相位移相器，包括提供通過(guò)該移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度；以及設(shè)置在信號(hào)導(dǎo)體的至少一側(cè)上的導(dǎo)電接地平面。
接地平面的設(shè)置能使信號(hào)以TEM或準(zhǔn)TEM模式進(jìn)行傳播。接地平面可與浮動(dòng)電壓基準(zhǔn)相連接，但較佳地電接地。較佳地，該接地平面在一個(gè)以上的點(diǎn)上與電壓基準(zhǔn)(或地面)相連接。這樣就能確保在使用中，橫過(guò)整個(gè)接地平面的電壓大致恒定。
可僅僅設(shè)置一個(gè)接地平面(稱之為微帶配置)?；蛘?，可在信號(hào)導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上設(shè)置第二接地平面(帶狀線配置)。在另一種“混合”配置中，可在信號(hào)導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上設(shè)置較窄的接地條。
本技術(shù)領(lǐng)域中的那些熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，該接地平面可完全或不完全呈平面狀。然而，較佳地，該或各個(gè)接地平面具有面向第一和第二信號(hào)導(dǎo)體的一個(gè)或多個(gè)大致平面狀表面部分。
較佳地，接地平面的寬度顯著大于(例如三倍以上)各信號(hào)導(dǎo)體的寬度(橫向于信號(hào)傳播方向)。
在一種較佳配置中，一個(gè)或兩個(gè)接地平面具有接近第一導(dǎo)體的第一部分、接近第二導(dǎo)體的第二部分、以及位于第一和第二部分之間的臺(tái)階部。這樣就能對(duì)由第一和第二導(dǎo)體所呈現(xiàn)的線阻抗進(jìn)行控制(即，通過(guò)改變接地平面與信號(hào)導(dǎo)體之間的距離)。
通常，信號(hào)導(dǎo)體具有面向該或各個(gè)接地平面的大致平面狀表面。這樣就能使信號(hào)導(dǎo)體易于制造(例如通過(guò)沖壓板材的處理)，并且增加信號(hào)導(dǎo)體與接地平面之間的場(chǎng)均勻性。
通常，第一和第二信號(hào)導(dǎo)體具有相對(duì)的大致平面狀耦合表面。這樣也能使信號(hào)導(dǎo)體易于制造(例如通過(guò)沖壓板材的處理)，并使導(dǎo)體之間的耦合最大。
較佳地，第一信號(hào)導(dǎo)體的臂分別具有設(shè)置在第二信號(hào)導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上、且彼此大致平行設(shè)置的大致平面狀耦合表面。
信號(hào)導(dǎo)體可呈C形或L形(如沿著信號(hào)傳播方向進(jìn)行剖切的剖視圖中所看到的)，或者可具有互鎖溝槽或臺(tái)階部。然而，在一種較佳實(shí)施例中，信號(hào)導(dǎo)體是由橫截面大致矩形的板材所制成的條狀物。
制成信號(hào)導(dǎo)體的導(dǎo)電材料通常為諸如紫銅、黃銅或鋁合金之類的金屬。
在一種較佳配置中，移相器還包括第三信號(hào)導(dǎo)體，其中第二信號(hào)導(dǎo)體具有與第一信號(hào)導(dǎo)體相耦合的第一臂和與第三信號(hào)導(dǎo)體相耦合的第二臂，藉此第二信號(hào)導(dǎo)體在第一和第三信號(hào)導(dǎo)體之間提供傳送路徑，并且第二信號(hào)導(dǎo)體和第一和第三信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)，以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度。
第二信號(hào)導(dǎo)體的臂可彼此傾斜設(shè)置(即，第二信號(hào)導(dǎo)體可呈V形)。然而，較佳地，第二信號(hào)導(dǎo)體的第一和第二臂沿大致平行的方向延伸。
第一和第三導(dǎo)體可移動(dòng)，但較佳地固定，而第二信號(hào)導(dǎo)體可(以長(zhǎng)號(hào)(trombone)滑動(dòng)件的方式)移動(dòng)。
本發(fā)明的第二個(gè)方面還提供了一種可變相位移相器的制造方法，該方法包括下列步驟i)設(shè)置第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，以便提供通過(guò)移相器的傳送路徑，信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)，以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度；ii)用大致平面狀的導(dǎo)電材料板制成導(dǎo)電接地平面；以及iii)將接地平面設(shè)置在信號(hào)導(dǎo)體的一側(cè)上。
在制造上述移相器的較佳的方法中，接地平面是由大致平面狀的導(dǎo)電材料板所制成的。與同軸配置(傳統(tǒng)上通過(guò)擠壓處理制成)相比較，接地平面可由板狀材料、例如通過(guò)沖壓或切割而成。這樣就能使制造過(guò)程廉價(jià)且更簡(jiǎn)單。
在其成品形式中，接地平面可不完全呈平面狀。例如，板材可被彎曲、彎折或以其它方式形成有壁、溝槽、脊部等。在一種較佳實(shí)施例中，接地平面形成有一對(duì)側(cè)壁和一臺(tái)階部。
下列說(shuō)明用于給本發(fā)明的第一和第二個(gè)方面。
導(dǎo)體可具有滑動(dòng)導(dǎo)電觸頭，藉此導(dǎo)體電阻(ohmically)耦合，但較佳地，第二信號(hào)導(dǎo)體藉由絕緣體與第一信號(hào)導(dǎo)體相隔開(kāi)，藉此第一和第二信號(hào)導(dǎo)體電容耦合。這樣可用于將可能由金屬—金屬接觸引起的相互調(diào)制減至最小。
絕緣體可包括一層空氣，但較佳地，該絕緣體包括固態(tài)或液態(tài)絕緣材料。
固態(tài)絕緣體可作為一分離層或涂層(例如，諸如PTFE(聚四氟乙烯)或聚酯之類的潤(rùn)滑涂層)設(shè)置在第一和/或第二信號(hào)導(dǎo)體上。在本發(fā)明第一個(gè)方面的情況下，絕緣涂層通常設(shè)置在與第一導(dǎo)體的臂相耦合的第二導(dǎo)體的相對(duì)耦合表面上。
采用PTFE的問(wèn)題在于，它會(huì)在長(zhǎng)期使用后磨損，致使信號(hào)導(dǎo)體之間直接接觸。這樣就會(huì)引起相互調(diào)制。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種可變相位移相器，它包括提供通過(guò)移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度，其中，信號(hào)導(dǎo)體的至少其中之一具有面向另一個(gè)信號(hào)導(dǎo)體、且設(shè)有氧化物涂層的耦合表面。
氧化物涂層用于防止相對(duì)移動(dòng)的導(dǎo)電表面之間直接接觸—由此預(yù)防相互調(diào)制。
通常，涂層已通過(guò)陽(yáng)極化處理、較佳地硬陽(yáng)極化處理所形成。硬陽(yáng)極氧化物涂層具有高硬度值和良好的耐磨特性。
較佳地，具有氧化物涂層的信號(hào)導(dǎo)體是由鋁或其合金所制成的。鋁自身易于陽(yáng)極化。
通常，陽(yáng)極化處理是在低于5℃的溫度上進(jìn)行的。
通常，陽(yáng)極化處理包括將導(dǎo)體浸沒(méi)在電解液中，并使其電流密度大于2安培/分米2的電流流過(guò)該導(dǎo)體。
通常，氧化物層的厚度大于25微米。
導(dǎo)體的其中之一(較佳地涂有氧化物的導(dǎo)體)可具有形成在其一表面上的潤(rùn)滑涂層(例如PTFE)。
本發(fā)明的第三個(gè)方面還提供一種可變相位移相器的制造方法，該方法包括下列步驟i)設(shè)置第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，以便提供通過(guò)移相器的傳送路徑，信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)，以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度；以及ii)在其中至少一個(gè)信號(hào)導(dǎo)體的一表面上形成氧化物涂層。
在一種較佳實(shí)施例中，移相器具有直接焊接到同軸電纜上的連接終端。然而，同軸電纜是昂貴且難以連接的。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一種可變相位移相器，包括其上形成有至少兩條導(dǎo)電路徑的電路板；與其中一條導(dǎo)電路徑相連接的第一信號(hào)終端；與另一條導(dǎo)電路徑相連接的第二信號(hào)終端；以及用于在第一和第二連接終端之間提供可變相移的裝置。
本發(fā)明的第四個(gè)方面將與移相器相連接所需的同軸電纜的數(shù)量減至最少。另外，諸終端可容易且牢固地連接至電路板上的導(dǎo)電路徑。
較佳地，在電路板中形成有至少兩個(gè)連接孔，各信號(hào)終端分別穿過(guò)一相應(yīng)的孔。
多個(gè)移相器可安裝在電路板上，并通過(guò)導(dǎo)電路徑相連接。在這種情況下，可僅僅需要一個(gè)同軸電纜連接。
下列說(shuō)明用于按照本發(fā)明的所有方面的移相器。
可變相位移相器可安裝在功率分裂器/組合器中，該功率分裂器/組合器包括三個(gè)或多個(gè)信號(hào)連接終端，其中可變相位移相器耦合在其中兩個(gè)信號(hào)終端之間。
為了使信號(hào)反射最小化，還可在其中兩個(gè)信號(hào)終端之間耦合一阻抗匹配器。
移相器較佳地使用在相控天線陣的供給網(wǎng)絡(luò)中，通常使用在諸如蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)之類的通信網(wǎng)絡(luò)中。
通常，移相器的尺寸被做成可為處于其下限大于等于400MHz、且上限小于等于3GHz的波長(zhǎng)帶中的信號(hào)提供可變相移。在一種較佳情況下，移相器的尺寸被做成可為處于其下限大于等于800MHz、且上限小于等于2.5GHz的波長(zhǎng)帶中的信號(hào)提供可變相移。
附圖簡(jiǎn)介現(xiàn)在將通過(guò)舉例的方式結(jié)合附圖來(lái)描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，在這些附圖中

圖1是一種可變相位移相器的立體示意圖；圖2是一種成對(duì)可變相位移相器的平面圖，其中示出了所有的隱蔽部件，而省略了同軸電纜；圖3是沿著圖2中的線AA剖切的剖視圖；圖4是沿著圖2中的線BB剖切的剖視圖；圖5是從圖2的左側(cè)看到的移相器的側(cè)視圖；圖6是一種雙重移相器的平面圖，其中示出了所有的隱蔽部件，而省略了同軸電纜；圖7是一種成對(duì)可變相位移相器測(cè)試組件的上側(cè)的立體圖，其中滑動(dòng)件處于其完全縮進(jìn)位置中；圖8是從圖7的左側(cè)看到的側(cè)視圖，其中所有的垂直尺寸均被放大了100％。
圖8a是橫向于通過(guò)其中一根支承肋條的信號(hào)傳播方向剖切的剖視圖；圖9是該組件的下側(cè)的立體圖；圖10是示出了電纜連接件的組件的下側(cè)的局部放大立體圖；圖10a是示出了與同軸電纜連接的圖10所示連接件的剖視圖；圖11是該組件的底側(cè)的立體圖，其中去除了某些部分，并且滑動(dòng)件處于其完全延伸位置中；圖12是從圖7的左側(cè)看到的端視圖；圖13是該組件的局部放大立體圖；圖14是從圖7的右側(cè)看到的該組件的局部端視圖；圖15是一種雙極化相控天線陣的電路圖；以及圖16是圖15所示天線陣的側(cè)視圖。
較佳實(shí)施例的詳述請(qǐng)參閱圖1，可變相位移相器包括提供接地平面、且與同軸電纜2-4的電接地外導(dǎo)體相連接的金屬板殼1。該殼體1具有一平面狀基底(如圖1所示)和一平面狀罩蓋(未圖示)?？勺冄舆t輸出信號(hào)導(dǎo)體5包括藉由端壁8相連接的一對(duì)導(dǎo)電材料(諸如紫銅或黃銅)條6、7。同軸電纜2的內(nèi)導(dǎo)體9與端壁8相連接。輸入信號(hào)導(dǎo)體10包括藉由端壁13相連接的一對(duì)紫銅或黃銅條11、12。同軸電纜3的內(nèi)導(dǎo)體14與端壁13相連接。下電極條12具有提供固定延遲輸出終端、且與第三同軸電纜4的內(nèi)導(dǎo)體15相連接的臂23。因此，導(dǎo)體14上的輸入信號(hào)在端壁13處分裂，并沿著電平行(即，電連接，以便在共接點(diǎn)處與導(dǎo)體14連接在一起)的條11、12傳遞。
U形滑動(dòng)件16提供一長(zhǎng)度可變的信號(hào)導(dǎo)體。該滑動(dòng)件16具有夾置于條6、7之間的輸出臂17和夾置于條11、12之間的輸入臂18。該紫銅或黃銅滑動(dòng)件16的上下面均涂有諸如聚酯或TeflonTM(PTFE)之類的低摩擦絕緣材料。該滑動(dòng)件16與信號(hào)導(dǎo)體5、10電容耦合，并通過(guò)滑進(jìn)和滑出(如22所示)來(lái)改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度(即，改變介于電纜3、4與電纜2之間的導(dǎo)體的長(zhǎng)度)。
滑動(dòng)件16與信號(hào)導(dǎo)體5、10之間的電容耦合足以在其整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)提供寬頻帶通連接。
同軸電纜3上的輸入信號(hào)19分裂和輸出成同軸電纜4上的固定延遲輸出信號(hào)20和同軸電纜2上的可變延遲輸出信號(hào)21。通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)電極16，可不斷地改變輸出信號(hào)21相對(duì)于輸入信號(hào)19和固定延遲輸出信號(hào)20的相移。
圖2-5中詳細(xì)示出了裝有兩個(gè)圖1所示類型的移相器的一種成對(duì)可變相位移相器包裝體。信號(hào)導(dǎo)體容納在一黃銅或紫銅殼體內(nèi)，該殼體包括一大致平面狀基底30、端壁35、一對(duì)側(cè)壁36、37和一罩蓋31。該罩蓋31具有大致平面狀下部32、大致平面狀上部33和臺(tái)階部34。該罩蓋31還具有被焊接到壁35-37中、以便在基底30與罩蓋31之間提供牢固電連接的六個(gè)凸耳120、121、123-126。
請(qǐng)參閱圖2，殼體30-37容納著一對(duì)可變相位移相器38、39。該可變相位移相器38、39是相同的，故以下將僅對(duì)移相器38進(jìn)行詳細(xì)描述。
移相器38包括一輸入信號(hào)導(dǎo)體40、輸出信號(hào)導(dǎo)體41和滑動(dòng)件42。圖3所示的輸出信號(hào)導(dǎo)體41包括在一端處彎折、以便形成端壁49(示出在圖3的局部放大圖中)的下黃銅或紫銅條48。上黃銅或紫銅條47焊接在端壁49上，以便與下條48相平行。圖4所示的輸入信號(hào)導(dǎo)體包括一對(duì)平行的黃銅或紫銅條44、45和端壁46(圖2)。U形滑動(dòng)件42具有夾置于條44、45之間的輸入臂43和夾置于條47、48之間的輸出臂50。如圖4的局部放大圖中詳細(xì)示出，滑動(dòng)電極42的上下面均涂有PTFE層51、52。
輸入和輸出導(dǎo)體40、41由圖3所示的一對(duì)支承組件53、54所支承。該組件53、54的結(jié)構(gòu)是相同的，圖4中示出了其中一個(gè)組件54。該組件54包括在側(cè)壁36、37之間延伸、且用螺栓緊固在基底30和罩蓋31上的一對(duì)塑料絕緣肋條55、56。肋條55具有接納移相器導(dǎo)體的四個(gè)凹部。PTFE層51、52的低摩擦特性確保該滑動(dòng)件42移動(dòng)方便，且減少磨損和相互調(diào)制。
肋條55、56盡可能得狹窄，以便將它們對(duì)發(fā)射線的波阻抗的影響減至最小。在另一種實(shí)施例中，肋條55、56的輪廓可被構(gòu)成為如圖2中的虛線54’所示，以使它們更為狹窄。倘若肋條在波阻抗中引起躍變的話，則可通過(guò)在肋條擱置在信號(hào)導(dǎo)體上時(shí)所處的諸點(diǎn)上、在罩蓋31和/或基底30中形成孔(未圖示)來(lái)將該躍變減至最小。
該對(duì)滑動(dòng)件與由一對(duì)滑動(dòng)軸承61、62所支承的共絕緣驅(qū)動(dòng)件60相連接。
在使用中，六根同軸電纜110-115(圖5)連接在相對(duì)輸入電纜111的圖3所示的移相器上。該電纜111的外導(dǎo)體63插入到端壁35中的孔66內(nèi)，以便該導(dǎo)體63的末端與壁35的內(nèi)表面齊平。該外導(dǎo)體藉由焊料64固定在端壁35上。內(nèi)導(dǎo)體65穿過(guò)端壁49中的孔(未標(biāo)示)，并藉由焊料67固定。端壁49藉由絕緣墊圈68與殼體相隔開(kāi)。
請(qǐng)參閱圖2，輸入信號(hào)導(dǎo)體40、72分別具有帶較大寬度101的加寬部分，該寬度能相對(duì)于滑動(dòng)件、輸出信號(hào)導(dǎo)體和固定延遲輸出終端降低這部分的阻抗。該加寬部分還具有四分之一波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。這樣就能提供阻抗匹配，以便將傳送路徑在固定延遲輸出終端處分裂時(shí)所處的點(diǎn)上的輸入信號(hào)的反射減至最小。
從圖3中可清楚地看到，介于罩蓋的上部33與上條47之間的距離150近似于介于罩蓋的下部32與滑動(dòng)件42之間的距離151。結(jié)果，滑動(dòng)件42的波阻抗就近似于信號(hào)導(dǎo)體40、41的波阻抗。取代通過(guò)變形來(lái)形成臺(tái)階部34的是，可通過(guò)向罩蓋31的下側(cè)增加一導(dǎo)體板來(lái)形成臺(tái)階部34。
圖6中示出了一種雙重可變相位移相器。該移相器類似于圖2-5所示的成對(duì)移相器，其主要區(qū)別在于，導(dǎo)體41與第二移相器39的導(dǎo)體69相連接。這樣就在輸入信號(hào)70與輸出信號(hào)71之間產(chǎn)生雙重相移。導(dǎo)體72具有狹窄的輪廓(類似于輸出導(dǎo)體41)，并且僅僅存在單個(gè)固定延遲輸出終端臂23。
圖7-14中示出了一種成對(duì)移相器測(cè)試組件。該組件中的兩個(gè)移相器200、201是相同的，故以下將僅對(duì)移相器200進(jìn)行描述。信號(hào)導(dǎo)體安裝在大致平面狀鋁板202上。該板202提供第一接地平面(類似于圖2-6所示實(shí)施例中的基底30)。然而，圖7-14所示的實(shí)施例中未設(shè)有相對(duì)接地平面。取而代之的是，由具有大致平面狀下部203、大致平面狀上部204和傾斜臺(tái)階部205的彎折的黃銅接地條來(lái)收集散逸的通量線。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，條204較窄的寬度(與圖2-6所示實(shí)施例中的罩蓋31的寬度相比)不會(huì)顯著降低移相器的性能。事實(shí)上，該條204可更狹窄些，并且仍舊能用作為有效的匹配屏(shield)。
印刷電路板(PCB)208藉由雙面膠帶(未圖示)連接在板202的相對(duì)主面上。該P(yáng)CB 208包括具有涂覆在其一表面上的一層紫銅301(如圖10a的剖視圖所示)和形成在其另一表面上的多條紫銅線210、211等(參見(jiàn)圖9)的絕緣板300。
上條214和下平行條206形成移相器的輸入引腳。兩條引腳是相同的，故以下將僅對(duì)輸入引腳進(jìn)行描述。上條228和下條229形成移相器的輸出引腳。圖11中省略了上條214、228和接地條204等，以便示出下條。
如圖8所示，下黃銅或紫銅條206在其一端處向下彎折，并具有穿過(guò)PCB 208中的孔351(從圖13中可清楚地看到)的連接終端207。如圖13所示，上黃銅或紫銅條214也在其一端處向下彎折，并具有穿過(guò)孔351的連接終端215。PCB上的紫銅層301被侵蝕掉，以便如圖13所示形成環(huán)繞孔351的窗口209，用以確保導(dǎo)體206、214不會(huì)電接地。PCB 208的另一表面(如圖9所示)上印有具有環(huán)繞終端215、207的加寬端連接區(qū)域212、213的紫銅條210、211。如圖8所示，終端215、207穿過(guò)PCB 208。在隨后的處理步驟中，突部215、207被焊接到紫銅連接區(qū)域212上，以便確保良好的連接。
黃銅條204(圖8、13)在其一端處彎折，并且如圖13所示具有穿過(guò)PCB 208中的孔252的終端250。在隨后的處理步驟中，突部250被對(duì)著PCB上的紫銅層301焊接，以便提供牢固的接地連接。
當(dāng)使用時(shí)，一組金屬夾216、217等與同軸電纜相連接。圖9中未示出同軸電纜，但在圖10a中詳細(xì)示出了單個(gè)示例性電纜連接。圖7和10中所示的夾子216具有將該夾子對(duì)著PCB的表面上的紫銅層301固定的一對(duì)接線片218、219。在隨后的處理步驟中，該接線片218、219被焊接，以便確保牢固的連接。該夾子216還具有穿過(guò)PCB 208中的孔224的四個(gè)臂220-223(如圖10所示)。圖10a所示的同軸電纜具有與臂220-223相接合的外導(dǎo)體225和與紫銅線210相接合的內(nèi)導(dǎo)體226。在隨后的處理步驟中，該臂220-223向內(nèi)彎折并焊接，以便牢牢地夾緊外導(dǎo)體，并且內(nèi)導(dǎo)體226焊接到紫銅條210上。圖10a的連接實(shí)際上是堅(jiān)固的。還可精確地控制介于導(dǎo)線210的末端與孔224之間的關(guān)鍵性間隙227的寬度。
U形滑動(dòng)件230(從圖11中可清楚地看到)具有夾置于條206、214之間的第一臂231和夾置于條228、229之間的第二臂232。該滑動(dòng)件230與由三個(gè)滑動(dòng)軸承239-241所支承的共絕緣驅(qū)動(dòng)件238相連接。該驅(qū)動(dòng)件238通過(guò)與中心層242、上下加固層243、244和容納在滑動(dòng)件230中的孔(未標(biāo)示)內(nèi)的凸起(boss)236、237模注在一起形成一個(gè)單件。在隨后的處理步驟中，使該凸起236、237相對(duì)滑動(dòng)件弄平，以便將滑動(dòng)件固定在驅(qū)動(dòng)件238上。
信號(hào)導(dǎo)體由一對(duì)支承件233、234所支承。該支承件233、234的結(jié)構(gòu)是相同的，故以下將僅對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行描述。支承件233被形成為具有接納信號(hào)導(dǎo)體的矩形孔和用于固定上接地導(dǎo)體條204(如圖7所示)的壓配夾234、235的單個(gè)絕緣塑料片。該支承件233借助穿過(guò)板202和PCB 208中的孔(為標(biāo)示)、且如圖9所示對(duì)著PCB 208的相對(duì)側(cè)壓配的接線片251-253固定在組件的其余部分上。
在使用中，50歐姆的同軸電纜連接在夾子216、217上。紫銅條210、211和移相器信號(hào)導(dǎo)體的尺寸被分別做成呈現(xiàn)接近50歐姆的波阻抗，并由此將信號(hào)反射減至最小。
如圖2-6所示的實(shí)施例中所示，滑動(dòng)件230的波阻抗是由接地條中所提供的臺(tái)階部205所控制的。
滑動(dòng)件230是通過(guò)以下描述的加工過(guò)程進(jìn)行制造的。
滑動(dòng)件制造過(guò)程

1號(hào)浴 預(yù)清洗化學(xué)品Al PROBRIGHTTMAl Probright是一種被設(shè)計(jì)用來(lái)去除鋁及其合金上的污垢和大部分拋光膏的堿性溶液。
槽容積14.4升浴組成10％的AlProbright90％的去離子水溫度 環(huán)境溫度時(shí)間 3分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間(取決于污染情況)2號(hào)浴 預(yù)清洗漂洗化學(xué)品溢流H2O槽容積18升化學(xué)測(cè)試 1.pH8-102.通過(guò)控制溢流保持規(guī)格(specs)3號(hào)浴 腐蝕性侵蝕化學(xué)品氫氧化鈉氫氧化鈉是一種強(qiáng)堿侵蝕劑，它將形成微粒無(wú)光澤(matt)面層(finish)，并將防止無(wú)法溶解的氫氧化鋁沉淀在侵蝕浴中。
槽容積14.4升浴組成40克/升的氫氧化鈉14.4升的去離子水溫度 環(huán)境溫度時(shí)間 3分鐘4號(hào)浴 腐蝕性漂洗化學(xué)品溢流H2O槽容積18升化學(xué)測(cè)試 1.pH10-112.通過(guò)控制溢流保持規(guī)格5號(hào)浴 去殘?jiān)瘜W(xué)品硝酸硝酸設(shè)計(jì)用來(lái)在堿性侵蝕之后去除鋁合金上的殘?jiān)?，并使其表面光亮?br> 槽容積14.4升浴組成30％的硝酸70％的去離子水溫度 環(huán)境溫度時(shí)間 3分鐘
6號(hào)浴 去殘?jiān)椿瘜W(xué)品溢流H2O槽容積18升化學(xué)測(cè)試 1.pH2-32.通過(guò)控制溢流保持規(guī)格7號(hào)浴 硬陽(yáng)極化化學(xué)品硫酸槽容積14.4升浴組成10％的硫酸(98％)操作參數(shù) 175-225克/升溫度 0℃±1℃時(shí)間 60分鐘(厚度幾乎是時(shí)間的函數(shù))電流密度 3安培/分米2-5安培/分米2鋁合金牌號(hào)50058號(hào)浴 硬陽(yáng)極化漂洗化學(xué)品溢流H2O槽容積18升參數(shù) pH2-3沉浸時(shí)間 最多2分鐘浴控制長(zhǎng)時(shí)間的沉浸并帶有大于3的pH值可導(dǎo)致不均勻變色。通過(guò)增加硫酸來(lái)保持pH值。
9號(hào)浴 熱水漂洗化學(xué)品溢流水槽容積14.4升溫度 50-60℃化學(xué)測(cè)試 pH6-7通過(guò)調(diào)節(jié)溢流率來(lái)保持pH規(guī)格要注意的是，該過(guò)程不包括密封步驟。將該步驟排除在外，用以確保耐磨的氧化物涂層。
滑動(dòng)件是由被硬陽(yáng)極化(參見(jiàn)上述7號(hào)浴)、以便形成圖8a所示的氧化層的鋁合金所制成的。圖8a是從支承肋條233的部分進(jìn)行剖切的剖視圖。圖8a是不按比例的。該支承肋條具有其大小適于寬松地容納信號(hào)導(dǎo)體的孔310。在一種例子中，該孔310為2.4毫米高，而信號(hào)導(dǎo)體206、214、231則為0.7毫米厚—給予總共0.3毫米的間隙(play)?？?10可被精確地定位和確定尺寸，以便精確地控制導(dǎo)體的波阻抗。
圖8a所示的滑動(dòng)臂231具有在硬陽(yáng)極化過(guò)程中所形成的、由50微米厚的氧化層312所環(huán)繞的鋁合金核心311。滑動(dòng)件的上下面噴涂有PTFE薄層313、314。
在使用中，PTFE的低摩擦特性可減少移動(dòng)部件之間的磨損。倘若PTFE層313、314逐漸磨損的話，則氧化層312(系電絕緣體)可防止電極之間的任何金屬—金屬接觸，由此防止相互調(diào)制。氧化層312還較耐磨，而且我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，PTFE往往會(huì)充滿在氧化物中的裂縫，由此提高磨損特性。
如果必要的話，則PTFE層313、314可省略。信號(hào)導(dǎo)體206、214也可由具有PTFE涂層的硬陽(yáng)極化鋁合金所制成。
圖7-14中所示的組件系一種用于測(cè)試移相器性能的測(cè)試組件。當(dāng)安裝在相控天線陣系統(tǒng)(將在下文中敘述)中時(shí)，可將多個(gè)移相器安裝在單個(gè)PCB上，并通過(guò)在PCB的上表面上的導(dǎo)線連接在一起。在這種配置中，只需要與PCB的單個(gè)同軸連接。
圖2-14所示的移相器可使用在圖15所示的電路配置中。信號(hào)發(fā)生器80產(chǎn)生一輸入到圖6所示類型的雙重移相器81的信號(hào)。移相器81的輔助輸出終端臂23與移相器82相連接，該移相器82接著又與一對(duì)雙極化(polarised)放射器83、84相連接。移相器81的可變延遲輸出被輸入到接著與一對(duì)雙極化放射器86、87相連接的移相器85。放射器的相對(duì)終端由一組補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)電路(如圖15的上半部分所示)來(lái)驅(qū)動(dòng)。
移相器82、95可一同容納在一成對(duì)移相器包裝體內(nèi)。類似地，移相器85、96可一同容納在一成對(duì)移相器包裝體內(nèi)。或者，移相器95、96和82、85可容納在一起。
請(qǐng)參閱圖16，天線83、84、86、87可垂直設(shè)置，并發(fā)射為一共同的波陣面97行進(jìn)的相移信號(hào)。該波陣面97以與信號(hào)的相對(duì)相移成正比的角度98下傾。因此，下傾角可通過(guò)調(diào)節(jié)可變相位移相81、82、85、95、96、99來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常，這是通過(guò)將四個(gè)移相器包裝體的驅(qū)動(dòng)件60與共驅(qū)動(dòng)臂相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
通常，天線是蜂窩通信系統(tǒng)的部件，并在波長(zhǎng)范圍在800-2500MHz之間發(fā)射。然而，要意識(shí)到的是，所述的移相器可通過(guò)適當(dāng)?shù)亩?biāo)(scaling)在多種波長(zhǎng)區(qū)域中進(jìn)行操作。
應(yīng)看到的是，本發(fā)明提供了一種易于制造、且具有寬相移范圍的可變相位移相器。雖然已舉例說(shuō)明了移相器與發(fā)射天線陣結(jié)合使用，但要理解的是，移相器還可與接收天線陣結(jié)合使用。在這種情況下，它將用作為移相器/功率組合器而不是移相器/功率分裂器。
雖然已通過(guò)舉例的方式描述了本發(fā)明，但要意識(shí)到的是，在不脫離由附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明還可有多種改進(jìn)和/或變化形式。
權(quán)利要求
1.一種可變相位移相器包括提供通過(guò)所述移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，所述信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變所述傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度，其中，所述第一信號(hào)導(dǎo)體包括一對(duì)電平行臂，而所述第二信號(hào)導(dǎo)體則置于所述第一信號(hào)導(dǎo)體的臂之間。
2.如權(quán)利要求1所述的可變相位移相器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述第一信號(hào)導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上的支承裝置，以便保持所述第一信號(hào)導(dǎo)體的臂之間的最大間距。
3.一種可變相位移相器，包括提供通過(guò)所述移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，所述信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變所述傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度；以及設(shè)置在所述信號(hào)導(dǎo)體的至少一側(cè)上的導(dǎo)電接地平面。
4.如權(quán)利要求3所述的可變相位移相器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述信號(hào)導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上的第二接地平面。
5.如權(quán)利要求3或4所述的可變相位移相器，其特征在于，所述一個(gè)或兩個(gè)接地平面具有接近所述第一導(dǎo)體的第一部分、接近所述第二導(dǎo)體的第二部分、以及位于所述第一和第二部分之間的臺(tái)階部。
6.如權(quán)利要求3-5中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述信號(hào)導(dǎo)體分別具有面向所述或各個(gè)接地平面的大致平面狀表面。
7.如權(quán)利要求3-6中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述或各個(gè)接地平面具有面向所述第一和第二信號(hào)導(dǎo)體的一個(gè)或多個(gè)大致平面狀表面部分。
8.如權(quán)利要求3-7中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述接地平面和所述第一和第二信號(hào)導(dǎo)體分別具有橫向于信號(hào)傳播方向的相應(yīng)寬度，并且所述接地平面的寬度大于所述各信號(hào)導(dǎo)體的寬度的三倍以上。
9.如權(quán)利要求3-8中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述接地平面是由大致平面狀的導(dǎo)電材料板所制成的。
10.一種可變相位移相器包括提供通過(guò)所述移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，所述信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變所述傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度，其中，所述信號(hào)導(dǎo)體的至少其中之一具有面向另一個(gè)信號(hào)導(dǎo)體、且設(shè)有氧化物涂層的耦合表面。
11.如權(quán)利要求10所述的可變相位移相器，其特征在于，所述涂層已通過(guò)陽(yáng)極化處理所形成。
12.如權(quán)利要求11所述的可變相位移相器，其特征在于，所述涂層已通過(guò)硬陽(yáng)極化處理所形成。
13.如權(quán)利要求10-12中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，具有所述氧化物涂層的信號(hào)導(dǎo)體是由鋁或其合金所制成的。
14.如權(quán)利要求10-13中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述信號(hào)導(dǎo)體的至少其中之一具有形成在其一表面上的潤(rùn)滑涂層。
15.如權(quán)利要求16所述的可變相位移相器，其特征在于，所述潤(rùn)滑涂層形成在所述氧化物涂層的頂上。
16.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述第一和第二信號(hào)導(dǎo)體具有相對(duì)的大致平面狀耦合表面。
17.如權(quán)利要求16所述的可變相位移相器，其特征在于，所述第一信號(hào)導(dǎo)體的臂分別具有設(shè)置在所述第二信號(hào)導(dǎo)體的相對(duì)側(cè)上、且彼此大致平行設(shè)置的大致平面狀耦合表面。
18.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，還包括第三信號(hào)導(dǎo)體，所述第二信號(hào)導(dǎo)體具有與所述第一信號(hào)導(dǎo)體相耦合的第一臂和與所述第三信號(hào)導(dǎo)體相耦合的第二臂，藉此所述第二信號(hào)導(dǎo)體在所述第一和第三信號(hào)導(dǎo)體之間提供傳送路徑，并且所述第二信號(hào)導(dǎo)體和第一和第三信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)，以改變所述傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度。
19.如權(quán)利要求18所述的可變相位移相器，其特征在于，所述第二信號(hào)導(dǎo)體的第一和第二臂沿大致平行的方向延伸。
20.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述第二信號(hào)導(dǎo)體藉由絕緣體與所述第一信號(hào)導(dǎo)體相隔開(kāi)，藉此所述第一和第二信號(hào)導(dǎo)體電容耦合。
21.如權(quán)利要求20所述的可變相位移相器，其特征在于，所述絕緣體包括固態(tài)或液態(tài)絕緣材料。
22.如權(quán)利要求21所述的可變相位移相器，其特征在于，所述絕緣體包括位于所述第一和/或第二信號(hào)導(dǎo)體上的絕緣涂層。
23.如權(quán)利要求21或22所述的可變相位移相器，其特征在于，所述絕緣材料與兩個(gè)信號(hào)導(dǎo)體相接觸，藉此當(dāng)信號(hào)導(dǎo)體相對(duì)移動(dòng)時(shí)，所述絕緣材料提供滑動(dòng)支承表面。
24.一種可變相位移相器，包括其上形成有至少兩條導(dǎo)電路徑的電路板；與其中一條導(dǎo)電路徑相連接的第一信號(hào)終端；與另一條導(dǎo)電路徑相連接的第二信號(hào)終端；以及用于在所述第一和第二連接終端之間提供可變相移的裝置。
25.如權(quán)利要求24所述的可變相位移相器，其特征在于，還包括形成在大致平面狀表面中的至少兩個(gè)連接孔，所述信號(hào)終端分別穿過(guò)一相應(yīng)的孔。
26.如權(quán)利要求24或25所述的可變相位移相器，其特征在于，還包括具有內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體的同軸電纜，所述內(nèi)導(dǎo)體與其中一條導(dǎo)電路徑相連接。
27.如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器，其特征在于，所述移相器的尺寸被做成可為處于其下限大于等于400MHz、且上限小于等于3GHz的波長(zhǎng)帶中的信號(hào)提供可變相移。
28.如權(quán)利要求27所述的可變相位移相器，其特征在于，所述移相器的尺寸被做成可為處于其下限大于等于800MHz、且上限小于等于2.5GHz的波長(zhǎng)帶中的信號(hào)提供可變相移。
29.一種功率分裂器/組合器包括三個(gè)或多個(gè)信號(hào)終端和如上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的、耦合在其中兩個(gè)信號(hào)終端之間的可變相位移相器。
30.如權(quán)利要求29所述的功率分裂器/組合器，其特征在于，還包括耦合在其中兩個(gè)信號(hào)終端之間的阻抗匹配器。
31.一種相控天線陣，包括至少兩個(gè)放射元件；以及用于向所述放射元件供給相對(duì)移相的信號(hào)的供給網(wǎng)絡(luò)，其中，所述供給網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1-28中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的可變相位移相器和/或如權(quán)利要求29或30所述的功率分裂器/組合器。
32.一種蜂窩通信系統(tǒng)包括如權(quán)利要求31所述的相控天線陣。
33.一種可變相位移相器的制造方法，所述方法包括下列步驟i)設(shè)置第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，以便提供通過(guò)所述移相器的傳送路徑，所述信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)，以改變所述傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度；ii)用大致平面狀的導(dǎo)電材料板制成導(dǎo)電接地平面；以及iii)將所述接地平面設(shè)置在信號(hào)導(dǎo)體的一側(cè)上。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在，所述制成接地平面的步驟包括彎折所述板的一對(duì)相對(duì)邊緣、以便形成一對(duì)側(cè)壁的步驟。
35.如權(quán)利要求33或34所述的方法，其特征在于，所述制成接地平面的步驟包括彎折所述板、以便在接近所述第一導(dǎo)體的第一部分與接近所述第二導(dǎo)體的第二部分之間形成臺(tái)階部的步驟。
36.如權(quán)利要求33-35中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述提供第一和第二信號(hào)導(dǎo)體的步驟包括用大致平面狀的導(dǎo)電材料板制成各導(dǎo)體的步驟。
37.一種可變相位移相器的制造方法，所述方法包括下列步驟i)設(shè)置第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體，以便提供通過(guò)所述移相器的傳送路徑，所述信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)，以改變所述傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度；以及ii)在其中至少一個(gè)信號(hào)導(dǎo)體的一表面上形成氧化物涂層。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，步驟i)包括通過(guò)陽(yáng)極化處理形成氧化物。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，步驟i)包括通過(guò)硬陽(yáng)極化處理形成氧化物。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述陽(yáng)極化處理是在低于5℃的溫度上進(jìn)行的。
41.如權(quán)利要求38-40中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述陽(yáng)極化處理包括將導(dǎo)體浸沒(méi)在電解液中，并使其電流密度大于2安培/分米2的電流流過(guò)所述導(dǎo)體。
42.如權(quán)利要求37-41中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，還包括在其中至少一個(gè)信號(hào)導(dǎo)體的一表面上形成潤(rùn)滑涂層的步驟。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，所述潤(rùn)滑涂層形成在所述氧化物涂層的頂上。
44.一種由如權(quán)利要求33-43中的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法所制造的可變相位移相器。
45.如權(quán)利要求3所述的可變相位移相器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述信號(hào)導(dǎo)體的一相對(duì)側(cè)上的導(dǎo)電接地條，所述接地條具有橫向于信號(hào)傳播方向的寬度，所述寬度小于所述接地平面的寬度。
全文摘要
一種可變相位移相器包括提供通過(guò)該移相器的傳送路徑的第一和第二耦合信號(hào)導(dǎo)體(6,7,17)。信號(hào)導(dǎo)體可相對(duì)移動(dòng)以改變傳送路徑的實(shí)際長(zhǎng)度。第一信號(hào)導(dǎo)體包括一對(duì)電平行臂(6,7),第二信號(hào)導(dǎo)體(17)則置于第一信號(hào)導(dǎo)體的臂之間。接地平面(1)設(shè)置在信號(hào)導(dǎo)體的一側(cè)上。
文檔編號(hào)H01P1/18GK1390368SQ00815637
公開(kāi)日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2000年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月20日
發(fā)明者C·F·迪托伊特, M·M·E·埃列恩, B·C·坦, J·H·湯姆森 申請(qǐng)人:安德魯公司