專利名稱：相位連續(xù)可變的移相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種相位連續(xù)可變的移相器，尤其是用于基站天線調(diào)整波束傾斜的移相器。
技術(shù)背景移動通信系統(tǒng)中的基站天線為了實現(xiàn)對自己蜂窩小區(qū)無線信號的覆蓋優(yōu)化，并且為了對來自其它具有同樣工作頻率的小區(qū)(簡稱同頻小區(qū))的無線干擾(簡稱同頻干擾)進(jìn)行抑制，需要合理地調(diào)整基站天線垂直面方向圖的波束指向，使其指向角在水平線方向朝下作適當(dāng)傾斜(也稱波束下傾)。由于在許多復(fù)雜的實際應(yīng)用場景中，信號覆蓋的范圍和同頻干擾的情況不斷地在改變，因此波束下傾的角度(也稱波束掃描)也需要在時間上的經(jīng)常變化、以及在角位置上的連續(xù)變化，這種天線稱為連續(xù)可調(diào)的波束電下傾基站天線。
移相器是連續(xù)可調(diào)的波束電下傾基站天線的關(guān)鍵部件。
通常需要多個移相器組成相位連續(xù)可變的波束形成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)基站天線的波束電下傾，其原理來自眾所周知的相控陣?yán)走_(dá)天線波束掃描原理。遺憾的是相控陣?yán)走_(dá)天線在波束形成網(wǎng)絡(luò)中采用的移相器是量化式的數(shù)字移相器，其造價昂貴，同時量化式的數(shù)字移相器會帶來波束下傾角度的指向偏差且不能連續(xù)改變波束下傾的角度。
為了實現(xiàn)波束電下傾基站天線的功能，關(guān)鍵是需要一種廉價的可連續(xù)變化相位的移相器，現(xiàn)有技術(shù)中，在1950年的美國專利(US2,502,359)中提出了一種可連續(xù)變化的移相器，如圖1所示。
參見圖1金屬腔體390由彼此鏡像對稱的兩部分390A和390B通過多個螺釘391緊固而成，信號從同軸接頭304進(jìn)入金屬腔體390，經(jīng)過固定的傳輸線397、可移動的傳輸線396、固定的傳輸線398到達(dá)同軸接頭306。圓柱狀的固定傳輸線397和398的一端橫截面為空心圓環(huán)，橫截面為圓柱狀的大“U”型可移動傳輸線396的兩端分別插入固定傳輸線397和398空心圓環(huán)內(nèi)。通過旋轉(zhuǎn)一個傳動手柄318，其上的螺桿316的同步旋轉(zhuǎn)將帶動介質(zhì)塊392右端的螺帽314的直線運動，從而由于介質(zhì)塊392的同步運動帶動可移動傳輸線396的直線運動，從而導(dǎo)致傳輸線397、396、398總長度的變化，最終實現(xiàn)同軸接頭304至同軸接頭306之間傳輸信號相位的變化。
隨后的美國專利US3,763,445和US4,755,778對上述可連續(xù)變化的移相器進(jìn)行了改進(jìn)，使其進(jìn)一步實用。請繼續(xù)參見圖1，改進(jìn)之處在于增加介質(zhì)支承結(jié)構(gòu)302；增加補償環(huán)300以補償固定的傳輸線397或398與可移動傳輸線396之間過渡的阻抗不連續(xù)性跳變；增加一個傳動引導(dǎo)軌394，由394定位和引導(dǎo)傳動塊392的運動；增加一個終端含有彈簧332的螺釘330，當(dāng)傳動塊392運動接近左端極限位置時，彈簧332被壓縮而逐步積聚應(yīng)力，以防止318的過度運動而損壞移相器；在導(dǎo)孔322左側(cè)增加一個彈簧328，當(dāng)傳動塊392的右端310運動接近右端極限位置時，彈簧328被314壓縮而逐步積聚應(yīng)力，以防止318的過度運動而損壞移相器，在固定的傳輸線397或398的末端增加多個縱向開縫388，開縫388可以產(chǎn)生一定彈性，從而使得固定的傳輸線397或398與可移動傳輸線396之間處于更好的接觸狀態(tài)。
上述移相器的缺點之一在于僅管開縫388可以產(chǎn)生一定彈性，然而，反復(fù)的使用中，難以確保固定的傳輸線397或398與可移動傳輸線396之間的良好接觸，而且兩個金屬之間的這種非緊固連接方式在高功率情況下可能出現(xiàn)打火現(xiàn)象，同時難以避免由于不良接觸引起的無源互調(diào)產(chǎn)物。
上述移相器的缺點之二在于圓柱狀的傳輸線397、398、396為了滿足一定的阻抗特性，相應(yīng)的腔體390的厚度尺寸更大。
上述移相器的缺點之三在于當(dāng)移相器應(yīng)用于類似連續(xù)可調(diào)的波束電下傾基站天線時，通常需要同時采用多個移相器一體化，如此，由于結(jié)構(gòu)布局的關(guān)系，圓柱狀的傳輸線397和398的空心環(huán)不便于機(jī)械加工，采用模具生產(chǎn)也不便于脫模工藝。
缺點之三的應(yīng)用例子在公開文獻(xiàn)Crone，G.A.E.；Rispoli，F(xiàn).；Wolf，H.；Clarricoats，P.J.B.；″Technology advances in reconfigurable contoured beamreflector antenna in Europe″，Proc.of 13-th AIAA International Conference onCommunications Satellite Systems，1990，pp.255-263中可以看到根據(jù)上述文獻(xiàn)中Fig.10的描述，其實現(xiàn)一個可變功分器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
參見圖2，輸入信號從端口51經(jīng)過一分二的功分器54的54a臂分解為54b和54c二路，再分別經(jīng)過大“U”型移相器55和56，連接至3dB分支線定向耦合器57的二個輸入端58和59，當(dāng)結(jié)構(gòu)相同、布局相向的一對“U”型移相器55和56朝同一方向聯(lián)動移動時，一個移相器將產(chǎn)生正的差分相位，另一個移相器將產(chǎn)生負(fù)的差分相位，如此，根據(jù)眾所周知的微波網(wǎng)絡(luò)原理，最終在分支線定向耦合器57的二個輸出端52和53將實現(xiàn)功率分配比的連續(xù)變化，而相應(yīng)的相位輸出卻保持恒定不變?？梢钥闯?，在這個例子中用到2個“U”型移相器，相應(yīng)地54b和54c或者58和59需要整體加工，其中的空心環(huán)橫截面顯然給加工帶來不便。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相位連續(xù)可變的移相器，能夠?qū)崿F(xiàn)相位的連續(xù)變化，在克服上述三個缺點的同時，可以方便地應(yīng)用于連續(xù)可調(diào)的波束電下傾基站天線。
本實用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的本實用新型相位連續(xù)可變的移相器包括金屬腔體以及位于金屬腔體內(nèi)部的一對固定傳輸線和可移動傳輸線，所述可移動傳輸線整體呈“U”型，各固定傳輸線一端設(shè)有縱長的槽孔，所述可移動傳輸線的兩臂分別置于各固定傳輸線的槽孔內(nèi)，其中，所述可移動傳輸線兩臂的橫截面均呈矩形，所述各固定傳輸線槽孔處的橫截面呈有且僅有一條邊被去除的矩形框狀。
所述可移動傳輸線兩臂的橫截面均呈被壓扁的長方形，相應(yīng)地，所述各固定傳輸線槽孔處的橫截面也呈有且僅有一條邊被去除且被壓扁的長方形框狀。
為了保證傳輸線的阻抗特性，所述可移動傳輸線的橫截面被定位于所述的固定傳輸線槽孔內(nèi)并且不突出于所述槽孔的邊緣。
此外，本實用新型還包括一機(jī)械傳動裝置，所述機(jī)械傳動裝置設(shè)有一絕緣部，該絕緣部與可移動傳輸線連接，連續(xù)移動所述的可移動傳輸線即實現(xiàn)相位的連續(xù)變化。
為了保證移相器不產(chǎn)生無源互調(diào)產(chǎn)物，所述可移動傳輸線與所述固定傳輸線不相接觸以保持以電容耦合方式傳輸信號。
所述可移動傳輸線的表面涂覆有耐高溫和耐高功率的防護(hù)層，該防護(hù)層為聚四氟乙烯。
所述固定傳輸線和所述可移動傳輸線在平行于傳輸信號方向的左右兩側(cè)所對應(yīng)的金屬腔體的上下內(nèi)壁設(shè)有凸起部。
所述可移動傳輸線所處的金屬腔體的上下內(nèi)壁表面位置相對所述的固定傳輸線所處的金屬腔體的上下內(nèi)壁表面位置凸起。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的優(yōu)點在于固定傳輸線在保持為一個整體的前提下，容易實現(xiàn)機(jī)械加工，或者采用模具工藝時，其呈矩形框狀被去除一邊的槽孔結(jié)構(gòu)方便實現(xiàn)側(cè)面脫模；而且，傳輸線橫截面結(jié)構(gòu)由圓形改為矩形之后，可以采用壓扁為長方形的改進(jìn)來減小移相器的體積，使其貼近使用，同時，本實用新型還能抑制無源互調(diào)產(chǎn)物以及避免高功率打火現(xiàn)象。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一個移相器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一個連續(xù)可變功分器的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中僅揭示固定傳輸線和可移動傳輸線與金屬腔體的連接關(guān)系；圖4為圖3中4-4剖面局部示意圖，其中揭示了金屬腔體上下表面的凸起部；圖5為圖3中5-5剖面局部示意圖，其中揭示了金屬腔體上下表面對應(yīng)可移動傳輸線位置處相對固定傳輸線對應(yīng)處凸起；圖6為本實用新型第二實施例的示意圖；圖7為本實用新型第三實施例的示意圖；圖8為本實用新型第四實施例的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明請參閱圖3、圖4和圖5，本實用新型相位連續(xù)可變的移相器包括一個金屬腔體400，以及位于金屬腔體400內(nèi)部的一對固定傳輸線411和413、可移動傳輸線412、以及機(jī)械傳動裝置(未圖示)。
每個固定傳輸線411，413一端設(shè)有縱長的槽孔，其槽孔處的橫截面呈有且僅有一條邊被去除的矩形框狀(參閱圖6所示)，其剩余部分的橫截面則可呈圓形或方形等，形同小“u”型。所述可移動傳輸線412的兩臂的橫截面均呈矩形，分別置于每個固定傳輸線411，413的槽孔內(nèi)，連接于可移動傳輸線412兩臂之間的中間段的橫截面則可呈圓形、矩形等。
兩個同軸接頭401，402設(shè)置在金屬腔體400的側(cè)壁，其各自的芯線穿過腔體400的側(cè)壁，連接至固定傳輸線411的非設(shè)置槽孔的一端；同軸接頭402的芯線則在穿過腔體400的側(cè)壁后，連接至固定傳輸線413的非設(shè)置槽孔的一端。另外，通過設(shè)置一個眾所周知的機(jī)械傳動裝置(該傳動裝置在圖3中未示出，請參閱圖1所示)，并將所述的機(jī)械傳動裝置預(yù)設(shè)的絕緣部連接至可移動傳輸線412，即可連續(xù)移動所述的可移動傳輸線412，改變固定傳輸線411，413與可移動傳輸線所組成的傳輸線的總長，從而實現(xiàn)同軸接頭401與同軸接頭402之間相位的連續(xù)變化。
為了保證本實用新型中可移動傳輸線412在移動時傳輸線的阻抗特性與圖1中圓柱形傳輸線的性能等效，所述可移動傳輸線412兩臂需要定位于所述固定傳輸線411，413的矩形框即小“u”型槽內(nèi)，并且可移動傳輸線412的上邊緣不得突出于固定傳輸線411，413的小“u”型槽的上邊緣。
為了抑制移相器的無源互調(diào)產(chǎn)物，可移動傳輸線412與固定傳輸線411，413采用非接觸的電容耦合方式傳輸信號。
為了限定可移動傳輸線412與固定傳輸線411，413相對位置，同時為了實現(xiàn)移相器的高功率容量，在可移動傳輸線的表面涂覆了一層耐高溫和耐高功率的防護(hù)層，該防護(hù)層可采用公知的聚四氟乙烯作為介質(zhì)材料。如此，可以根據(jù)可移動傳輸線412的外輪廓尺寸和防護(hù)層厚度來恰如其分地設(shè)計固定傳輸線411，413的小“u”型槽尺寸。
參見圖4，固定傳輸線411，413或者可移動傳輸線412在平行于傳輸信號方向的左右兩側(cè)的金屬腔體400的上下內(nèi)壁設(shè)有凸起部421，相對于原來的腔體內(nèi)壁位置422，凸起的內(nèi)壁位置421有利于隔離平行的固定傳輸線411和固定傳輸線413之間的信號耦合，或者說，在同等信號隔離的情況下，固定傳輸線411和固定傳輸線413之間距離可以拉近，如此，在保證電性能的前提下可以縮小腔體400的體積。
參見圖5，可移動傳輸線412所對應(yīng)的金屬腔體400的上下內(nèi)壁表面位置423相對于固定傳輸線411，413所對應(yīng)的金屬腔體400的上下內(nèi)壁表面位置422凸起，如此，可以補償由于可移動傳輸線412橫截面變小帶來的特性阻抗的變大，以及補償由于固定傳輸線411，413與可移動傳輸線412之間過渡產(chǎn)生的阻抗特性突變。
參見圖6，其為本實用新型第二實施例，本實施例揭示了固定傳輸線411或者固定傳輸線413各自的形成槽孔的矩形框被去除的一邊可以為矩形框的任意一邊，如在圖4中的矩形框被去除右側(cè)邊，同樣也可被去除左側(cè)邊；而在圖6中的則是被去除上側(cè)邊，同理也可去除其下側(cè)邊，被去除的側(cè)邊的方向完全取決于多個移相器在實際應(yīng)用中由于特殊的結(jié)構(gòu)布局所構(gòu)成的加工的方便程度，顯而易見，從一個整體結(jié)構(gòu)布局向外側(cè)開槽有利于加工。
請再參閱圖7，其為本實用新型的第三實施例，其與第一實施例(參閱圖4)不同之處在于所述固定傳輸線411’和可移動傳輸線傳輸線412’均被壓扁為長方形結(jié)構(gòu)，此時，只要可移動傳輸線412’的右側(cè)面不超出固定傳輸線411’矩形框狀的右邊緣，同樣可以設(shè)計出滿足電性能要求的移相器，如此，金屬腔體400的厚度H可以進(jìn)一步縮小。
圖6所揭示的第二實施例的結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改進(jìn)形成第四實施例，請參閱圖8，類似地，在腔體400的厚度H方向?qū)⒐潭▊鬏斁€411’和412’從方形壓扁為長方形，此時，只要圖8中可移動傳輸線412’的上側(cè)面不超出固定傳輸線411’矩形框即矮“u”型的上邊緣，也同樣可以設(shè)計出滿足電性能要求的移相器，如此，金屬腔體400的厚度H也可以進(jìn)一步縮小。
上述實施例構(gòu)成的相位連續(xù)可變的移相器，具有無源互調(diào)低、功率容量高的特點，同時結(jié)構(gòu)簡單、尺寸體積小、易于加工、成本低廉，可應(yīng)用于各個工作頻段上的連續(xù)可調(diào)的波束電下傾基站天線，在蜂窩移動通信系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用價值。
權(quán)利要求1.一種相位連續(xù)可變的移相器，包括金屬腔體(400)以及位于腔體內(nèi)部的一對固定傳輸線(411，413)和可移動傳輸線(412)，所述可移動傳輸線(412)整體呈“U”型，各固定傳輸線(411、413)一端設(shè)有縱長的槽孔，所述可移動傳輸線(412)的兩臂分別置于各固定傳輸線(411，413)的槽孔內(nèi)，其特征在于所述可移動傳輸線(412)兩臂的橫截面均呈矩形，所述各固定傳輸線(411，413)槽孔處的橫截面呈有且僅有一條邊被去除的矩形框狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于所述可移動傳輸線(412)兩臂的橫截面均呈被壓扁的長方形，相應(yīng)地，所述各固定傳輸線(411，413)槽孔處的橫截面也呈有且僅有一條邊被去除且被壓扁的長方形框狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于所述可移動傳輸線(412)的橫截面被定位于所述的固定傳輸線(411，413)槽孔內(nèi)并且不突出于所述槽孔的邊緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項中所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于本實用新型還包括機(jī)械傳動裝置，所述機(jī)械傳動裝置設(shè)有絕緣部，該絕緣部與可移動傳輸線(412)連接，連續(xù)移動所述的可移動傳輸線(412)即實現(xiàn)相位的連續(xù)變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于所述可移動傳輸線(412)與所述固定傳輸線(411，413)不相接觸以保持以電容耦合方式傳輸信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于所述可移動傳輸線(412)的表面涂覆有耐高溫和耐高功率的防護(hù)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于所述防護(hù)層為聚四氟乙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于所述固定傳輸線(411，413)和所述可移動傳輸線(412)在平行于傳輸信號方向的左右兩側(cè)所對應(yīng)的金屬腔體(400)的上下內(nèi)壁設(shè)有凸起部(421)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的相位連續(xù)可變的移相器，其特征在于所述可移動傳輸線(412)所處的金屬腔體(400)的上下內(nèi)壁表面位置(423)相對所述的固定傳輸線(411，413)所處的金屬腔體(400)的上下內(nèi)壁表面位置(422)凸起。
專利摘要本實用新型涉及一種相位連續(xù)可變的移相器，尤其是用于基站天線調(diào)整波束傾斜的移相器，包括金屬腔體以及位于金屬腔體內(nèi)部的一對固定傳輸線和可移動傳輸線，所述可移動傳輸線整體呈“U”型，各固定傳輸線一端設(shè)有縱長的槽孔，所述可移動傳輸線的兩臂分別置于各固定傳輸線的槽孔內(nèi)，其中，所述可移動傳輸線兩臂的橫截面均呈矩形，所述各固定傳輸線槽孔處的橫截面呈有且僅有一條邊被去除的矩形框狀。固定傳輸線在保持為一個整體的前提下，容易實現(xiàn)機(jī)械加工或者從側(cè)面脫模；而且，傳輸線橫截面結(jié)構(gòu)由圓形改為矩形之后，可以采用壓扁為長方形的改進(jìn)來減小移相器的體積，使其貼近使用，同時，本實用新型還能抑制無源互調(diào)產(chǎn)物以及避免高功率打火現(xiàn)象。
文檔編號H01Q3/32GK2859838SQ20052012132
公開日2007年1月17日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者卜斌龍, 薛鋒章, 孫善球, 謝國慶, 范頌東 申請人:京信通信技術(shù)(廣州)有限公司