專利名稱：同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)、移相器及移相驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)、移相器及移相驅(qū)動裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及移動通信天線領(lǐng)域，尤其涉及其中所應(yīng)用的用于改變信號相位的同軸介質(zhì)移相器，包括同軸介質(zhì)移相器、同軸介質(zhì)合成移相器等，還涉及由該種移相器組成的同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)，以及涉及對該移相器實施移相操作的移相驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
在移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋中，電調(diào)基站天線是覆蓋網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備之一，而移相器又是電調(diào)基站天線的最核心部件，移相器性能的優(yōu)劣直接決定了電調(diào)天線性能，進而影響到網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，故移相器在移動基站天線領(lǐng)域的重要性是不言而喻的?，F(xiàn)有技術(shù)中，在1950 年的美國US2，502，359號專利中提出了這樣一種相位可連續(xù)變化的移相器，如圖1所示。該移相器具有同軸結(jié)構(gòu)特性，參見圖1 “U”型同軸傳輸線由11、12、13、14、15組成，其中采用金屬空心圓柱結(jié)構(gòu)的11、12為固定部分，采用金屬實心圓柱結(jié)構(gòu)的“U”型線14、13、15分別插入11和12右端空心體內(nèi)。通過一個機械傳動桿21、聯(lián)動體16以及17和18，進而推動 14、13、15左右運動，其中17、18為非導(dǎo)電的絕緣件。由于11、14、13、15、12組成的“U”型傳輸線的總長度的連續(xù)變化，導(dǎo)致二個同軸線接頭M之間傳輸信號的相位出現(xiàn)相應(yīng)的連續(xù)變化，即實現(xiàn)了移相功能。上述移相器的缺點之一在于在反復(fù)的使用中，難以確保固定的傳輸線11或12與可移動傳輸線14、13、15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11、14、13、15、12為了滿足一定的阻抗特性，相應(yīng)的腔體19的厚度尺寸H更大。上述移相器的缺點之三在于當移相器應(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 11和12的空心環(huán)不便于機械加工，采用模具生產(chǎn)也不便于脫模工藝。隨后1988年的美國US4，755，778號專利對上述可連續(xù)變化的同軸移相器進行了改進，使其進一步實用。請繼續(xù)參見圖2，改進之處在于增加介質(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，當傳動塊392的右端310運動接近右端極限位置時，彈簧3 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)。美國US4，755，778號專利所描述的改進點難以從根本上解決其固有問題，原因在于其一盡管開縫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，同樣難以避免由于不良接觸引起的無源互調(diào)產(chǎn)物。其二 通過直接移動傳輸線導(dǎo)體方式實現(xiàn)移相，而這樣結(jié)構(gòu)在移動基站天線領(lǐng)域難以實現(xiàn)電路指標的穩(wěn)定性，此一缺陷同理適用于US2，502，359號專利所披露的技術(shù)方案。

實用新型內(nèi)容本實用新型的首要目的在于提供一類同軸介質(zhì)移相器，包括同軸介質(zhì)移相器、同軸介質(zhì)合成移相器，以克服上述的不足，從電氣性能、物理特征、生產(chǎn)組裝工藝等諸多方面對現(xiàn)有技術(shù)進行優(yōu)化。本實用新型的目的之二在于提供一種同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)，使前述首要目的的移相器得以系統(tǒng)化應(yīng)用。本實用新型的目的之三在于提供一種移相驅(qū)動裝置，使前述首要目的中的同軸介質(zhì)移相器更為可控。為實現(xiàn)本實用新型的首要目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種同軸介質(zhì)移相器，用于調(diào)整流經(jīng)其中的信號的相位，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，該內(nèi)導(dǎo)體一體成型定義出至少兩個相平行的傳導(dǎo)臂，該外導(dǎo)體為每個傳導(dǎo)臂設(shè)有同軸腔體， 傳導(dǎo)臂套設(shè)于同軸腔體中，外導(dǎo)體與傳導(dǎo)臂之間套設(shè)有用于沿同軸腔體軸向運動以改變所述信號相位的介質(zhì)元件。具體的，所述外導(dǎo)體一體成型設(shè)有多個所述的同軸腔體以供多個傳導(dǎo)臂分別容納其中。進一步的，所述內(nèi)導(dǎo)體呈迂回式繞折狀，可以形成多于兩個的傳導(dǎo)臂。一個或多個所述的介質(zhì)元件與一外力致動元件相連接。通過致動元件帶動介質(zhì)元件，或直接拖動介質(zhì)元件移動，可以改變信號在移相器中的傳播速率，由此可使流經(jīng)移相器輸出的信號形成連續(xù)的線性相位差，從而實現(xiàn)移相的目的。所述內(nèi)導(dǎo)體的相鄰兩個傳導(dǎo)臂之間形成有折彎部，所述介質(zhì)元件形成有套設(shè)傳導(dǎo)臂的通孔，還沿其軸向設(shè)有與該通孔連通的主缺口槽以使介質(zhì)元件軸向運動時與所述折彎部無接觸。由此，內(nèi)導(dǎo)體的折彎便不影響介質(zhì)元件在軸向上的自由活動。為便于移相器與外部連接部件連接，所述內(nèi)導(dǎo)體的兩端分別與所述外導(dǎo)體在對應(yīng)位置處形成連接端口，以供外部連接件在每個連接端口處與外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體分別相連接。 對應(yīng)該外部連接件與內(nèi)導(dǎo)體相連接的部位，位于該處的所述介質(zhì)元件沿軸向設(shè)置有次缺口槽以使該介質(zhì)元件軸向運動時與所述外部連接件的該部件無接觸。所述外導(dǎo)體外壁、內(nèi)壁，所述介質(zhì)元件外壁以及所述內(nèi)導(dǎo)體傳導(dǎo)臂的外壁的軸向截面形狀可以靈活設(shè)計，可呈圓形、三角形、方形、矩形、橢圓形、梯形及正六邊形中任意一種，也不排除不規(guī)則形狀的采用。所述外導(dǎo)體內(nèi)壁、內(nèi)導(dǎo)體外壁及介質(zhì)元件外壁，其中至少之一形成有阻抗變換器， 以便形成單節(jié)或多節(jié)阻抗變換效果。形成該阻抗變換器的形式，主要表現(xiàn)在兩方面，其一是使外導(dǎo)體內(nèi)壁、內(nèi)導(dǎo)體傳導(dǎo)臂外壁及介質(zhì)元件外壁至少之一的軸向截面大小表現(xiàn)出至少兩處不一致；另一是使介質(zhì)元件由具有不同介電常數(shù)的至少兩個區(qū)段構(gòu)成。
5[0019]較佳的，所述介質(zhì)元件的介電常數(shù)> 1.0。作為本實用新型的一種改型，所述介質(zhì)元件由兩片狀件平行設(shè)置形成，兩片狀件間供置入所述內(nèi)導(dǎo)體。一種同軸介質(zhì)合成移相器，其包括前述首要目的所述的同軸介質(zhì)移相器，兩個或兩個以上所述同軸介質(zhì)移相器并排設(shè)置，且兩者的外導(dǎo)體一體成型。此一方案可用于滿足雙極化天線移相需求。由此原理進一步擴展的合成移相器甚至可以用于滿足雙頻或多頻雙極化天線移相需求。為實現(xiàn)本實用新型的目的之二，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)，其包括前述首要目的所述的同軸介質(zhì)移相器和至少一個功分器，進入該功分器的信號所分配的多路信號中，有至少一路信號被所述移相器移相后輸出，以將未被移相的各路信號和被移相的至少一路信號分配到不同的輻射單元。為實現(xiàn)本實用新型的目的之三，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種移相驅(qū)動裝置，其包括前述各目的中設(shè)置了外力致動元件的移相器、與所述移相器的外力致動元件相配合的力矩轉(zhuǎn)換單元以及用于產(chǎn)生外力的驅(qū)動部件，由該驅(qū)動部件產(chǎn)生的外力經(jīng)過力矩轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為作用于該外力致動元件軸向的力，使外力致動元件帶動所述移相器的介質(zhì)元件做軸向運動，通過介質(zhì)元件的移入或移出，以實現(xiàn)對流經(jīng)該移相器的信號的相位移動。在本實用新型的一實施例中，所述外力致動元件為齒條，力矩轉(zhuǎn)換單元包括與該齒條相嚙合的齒輪，所述驅(qū)動部件帶動該齒輪與該齒條嚙合實現(xiàn)移相。在本實用新型的另一實施例中，所述外力致動元件為固定于介質(zhì)元件上的介質(zhì)拉桿，所述的驅(qū)動部件帶動該拉桿軸向運動實現(xiàn)移相。所述驅(qū)動部件可為步進電機或人力操控工具，以使本實用新型的移相器的調(diào)相具備人力控制和自動控制兩種途徑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點1、本實用新型的移相器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、移相精度高、線性度高、移相量大等特點。2、盡管本實用新型提供了兩種方式來改進移相調(diào)節(jié)效果，其一是通過改進介質(zhì)元件，使其由高介電常數(shù)組成，從而使介質(zhì)元件可以利用較短的軸向運動量程來實現(xiàn)較大范圍的移相量的調(diào)節(jié)，但高介電常數(shù)介質(zhì)材料的選取及加工都對技術(shù)提出較高要求；其二是通過將內(nèi)導(dǎo)體處理成兩個以上平行的傳導(dǎo)臂，然后同理通過由一個傳導(dǎo)臂限定的介質(zhì)元件運動量程來實現(xiàn)與改變介質(zhì)材料的方式等量的調(diào)相范圍，盡管此舉增大了移相器的橫向?qū)挾?，但保持了移相器的軸向長度，對移相器的小體積大功效起到重要的作用，可行易實現(xiàn)， 優(yōu)于前者。3、本實用新型的移相器具有電路指標優(yōu)秀，特別是無源互調(diào)產(chǎn)物低的特點。每個移相器內(nèi)部均設(shè)有若干阻抗變換器，容易實現(xiàn)與外部射頻電纜匹配。同時由于本方案是通過移動介質(zhì)元件產(chǎn)生連續(xù)的線性相位差，介質(zhì)元件的移動比金屬導(dǎo)體移動更利于交調(diào)控制。4、本實用新型的移相器具有低剖面、體積小、重量輕、成本低廉的特點。5、本實用新型的移相器具有組裝簡單、易于生產(chǎn)等優(yōu)點。移相器組裝無需任何金
6屬螺釘緊固，僅需將介質(zhì)元件和內(nèi)導(dǎo)體依次插入到外導(dǎo)體形成的同軸腔體內(nèi)，同時連接上致動元件即可，很顯然這樣的設(shè)計是非常利于組裝和大批量生產(chǎn)的。6、本實用新型的移相器具有高度集成特性，由于本實用新型的低剖面、小尺寸特性，可將不同極化的移相器，或不同頻段的移相器集成在一個大的腔體內(nèi)，形成移相組件， 使其更加有利于組裝、生產(chǎn)和降低成本及重量。概況而言，本實用新型的移相器，包括所述的同軸介質(zhì)移相器、同軸介質(zhì)移相組件以及差分相位移相器等，作為一基礎(chǔ)元件，其物理上的合理改進帶來多方面的積極效果，移相器及由其所構(gòu)成的移相系統(tǒng)、移相驅(qū)動裝置等，對移動通信天線領(lǐng)域具有深遠的影響，無論技術(shù)上還是經(jīng)濟效益上，均能被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。

圖1為美國US2，502，359號專利公告披露的一種移相器的示意圖；圖2為美國US4，755，778號專利公告披露的一種移相器的示意圖；圖3為本實用新型的同軸介質(zhì)移相器的立體示意圖，其外導(dǎo)體的外壁截面呈矩形；圖4為本實用新型的同軸介質(zhì)移相器的剖面示意圖；圖5為本實用新型的同軸介質(zhì)移相器的內(nèi)導(dǎo)體的立體示意圖；圖6為本實用新型的同軸介質(zhì)移相器的介質(zhì)元件的立體示意圖；圖7. 1至圖7. 4分別揭示本實用新型同軸介質(zhì)移相器的外導(dǎo)體的幾種典型的軸向截面；圖8. 1至圖8. 2分別揭示本實用新型同軸介質(zhì)移相器的內(nèi)導(dǎo)體的幾種典型的軸向截面；圖9. 1至圖9. 4分別揭示本實用新型同軸介質(zhì)移相器的介質(zhì)元件的幾種典型的軸向截面；圖10為本實用新型同軸介質(zhì)移相器的一種改進方案的剖面示意圖；圖11為本實用新型同軸介質(zhì)移相器的另一種改進方案的剖面示意圖；圖12為本實用新型中應(yīng)用于單頻雙極化天線的同軸介質(zhì)合成移相器的立體示意圖；圖13為本實用新型的同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)與天線輻射單元相結(jié)合時的原理示意圖；圖14為本實用新型的移相驅(qū)動裝置的原理示意圖；圖15為本實用新型同軸介質(zhì)移相器的再一種改進方案的局部剖面示意圖。
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一步的說明請參閱圖3和圖4，其共同揭示本實用新型同軸介質(zhì)移相器1的一個優(yōu)選實施例的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)。本優(yōu)選實施例中，同軸介質(zhì)移相器1包括外導(dǎo)體11、內(nèi)導(dǎo)體12、介質(zhì)元件13 及外力致動元件14。所述的外導(dǎo)體11，為一體成型件，內(nèi)部形成有兩個沿外導(dǎo)體縱長方向貫通的同軸腔體110，該縱長方向即為移相器的軸向。外導(dǎo)體11內(nèi)壁的軸向截面呈圓形，外壁的軸向截面呈矩形(參見圖7.1)。圖3所示外導(dǎo)體11的左端沿其軸向延伸出一對不封頂?shù)木匦尾?112,114,內(nèi)導(dǎo)體12的兩端延伸到該矩形槽112、114處以便于與矩形槽112、114 一起形成連接端口 161，162，可用于實現(xiàn)移相器1與傳輸介質(zhì)的信號轉(zhuǎn)換，經(jīng)過本優(yōu)選實施例移相器 1的信號可以借助該兩個連接端口 161，162做介質(zhì)轉(zhuǎn)換后輸入和輸出。所述的內(nèi)導(dǎo)體12，請一并參閱圖5，呈U型折彎狀，迂回折彎定義出兩個相平行的傳導(dǎo)臂121和連接兩個傳導(dǎo)臂121的折彎部127，內(nèi)導(dǎo)體12的兩端分別用于形成供輸入和輸出的連接端口，故該兩端被部分削平以便與外部連接部件相連接。內(nèi)導(dǎo)體12的兩個傳導(dǎo)臂121分別插入外導(dǎo)體11的兩個同軸腔體110中，每個傳導(dǎo)臂121與其所置入的同軸腔體110呈同軸設(shè)置，內(nèi)導(dǎo)體12與外導(dǎo)體11不相接觸。依照本優(yōu)選實施例對連接端口 161、162的設(shè)置，適用于采用同軸電纜17、17'與外導(dǎo)體11和內(nèi)導(dǎo)體12實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換傳輸。具體而言，連接端口 161處，饋入信號的同軸電纜17的外導(dǎo)體171剛好與本實用新型移相器1的外導(dǎo)體11的矩形槽114相抵觸連接，而同軸電纜17 的內(nèi)導(dǎo)體173則與所述移相器1的內(nèi)導(dǎo)體12的切削部位相連接，同軸電纜17的外導(dǎo)體171 與其內(nèi)導(dǎo)體173之間的絕緣介質(zhì)172剛好將內(nèi)導(dǎo)體12與移相器1外導(dǎo)體11相絕緣；同理， 在連接端口 162處，用于輸出信號的同軸電纜17'的外導(dǎo)體171與內(nèi)導(dǎo)體173分別與移相器1的外導(dǎo)體11和內(nèi)導(dǎo)體12相連接，且也有絕緣介質(zhì)172置于起避免接觸的作用。所述的介質(zhì)元件13，請一并參閱圖6，對應(yīng)內(nèi)導(dǎo)體12傳導(dǎo)臂121的個數(shù)設(shè)置有兩個，由連接件138在同一端將兩個介質(zhì)元件13連接在一起，形成U型狀，使兩個介質(zhì)元件13 具有同步聯(lián)動的基礎(chǔ)。每一介質(zhì)元件13設(shè)有供內(nèi)導(dǎo)體12置入的通孔130，介質(zhì)元件13可整體深入至外導(dǎo)體11與內(nèi)導(dǎo)體12之間形成的同軸腔體110內(nèi)。連接件138外露于該同軸腔體110之外用于與所述外力致動元件14相連接，也可將連接件138視為外力致動元件14 的一部分。介質(zhì)元件13所選用的材料的介電常數(shù)、> 1.0，其材料可以是一種或多種，除要求有高介電常數(shù)外，最好還要求具有低損耗正切角特性。介質(zhì)元件13套設(shè)于外導(dǎo)體11與內(nèi)導(dǎo)體12之間，對外導(dǎo)體11與內(nèi)導(dǎo)體12的信號傳輸除起移相作用外，還起支撐作用。因本優(yōu)選實施例中，外導(dǎo)體11內(nèi)壁截面形狀為圓形，內(nèi)導(dǎo)體12外壁截面形狀也為圓形，故介質(zhì)元件13的截面選用圖9. 2所示的圓環(huán)狀。介質(zhì)元件13沿軸向還設(shè)置有一主缺口槽134， 且使該主缺口槽134與介質(zhì)元件13的通孔130相連通，由此介質(zhì)元件13置于外導(dǎo)體11與內(nèi)導(dǎo)體12之間時，可以借助該主缺口槽134的無障礙滑動確保介質(zhì)元件13不會與內(nèi)導(dǎo)體 12的折彎部127相接觸，故介質(zhì)元件13相對于外導(dǎo)體11和內(nèi)導(dǎo)體12的軸向平滑運動是不受任何影響的。由此，可以看出，外導(dǎo)體11與內(nèi)導(dǎo)體12之間采用了同軸設(shè)置、穩(wěn)固連接的方式保持彼此的空間位置關(guān)系，保證彼此之間不會產(chǎn)生任何相對運動，而介質(zhì)元件13雖與外導(dǎo)體 11和內(nèi)導(dǎo)體12同軸設(shè)置，但卻可受力沿軸向做直線位移，介質(zhì)元件13在軸向上的往返運動必然改變饋入移相器1的信號的傳播速率，由此導(dǎo)致該信號的相位的改變，形成相位差，達到移相的目的，而且，此一改變相位過程是線性漸變的。驅(qū)動介質(zhì)元件13做直線運動需要借助外力的作用，最原始的方式是手動將外力作用于介質(zhì)元件13的一端，沿軸向推、拉使介質(zhì)元件13相對外導(dǎo)體11和內(nèi)導(dǎo)體12形成直線位移，為更便于推拉，可在所述連接件138上再行設(shè)置一所述外力致動元件14(參閱圖
83)。顯然，手動作為最原始的外力驅(qū)動方式不夠優(yōu)化，因此，本實用新型的外力致動元件14 需進一步與其它部件相配合，最好被形成移相驅(qū)動裝置，使本實用新型的同軸介質(zhì)移相器1 最好能被電動控制，或者，至少應(yīng)可實現(xiàn)比手動更靈活的控制。關(guān)于移相驅(qū)動裝置暫且按下不表。請注意回顧圖4和圖6，為了實現(xiàn)用于輸入和輸出的連接端口 161、162與射頻傳輸線的阻抗匹配，在同軸腔體110內(nèi)設(shè)有若干阻抗變換器181，其阻抗變換原理依據(jù)1/4波長傳輸線阻抗變換理論公式I12 = Z0^Ze2實現(xiàn)，其中，&為以空氣為介質(zhì)的同軸腔體的特性阻抗，Zel為介質(zhì)1的同軸腔體特性阻抗，Ze2為介質(zhì)2的同軸腔體特性阻抗，實現(xiàn)方式可以通過改變同種介質(zhì)的厚度或增加不同介電常數(shù)的介質(zhì)實現(xiàn)，或通過改變內(nèi)導(dǎo)體12直徑的大小實現(xiàn)，或通過改變外導(dǎo)體11直徑的大小實現(xiàn)，或以上幾種方式的組合，或在外導(dǎo)體11、 內(nèi)導(dǎo)體12、介質(zhì)元件13上設(shè)置多節(jié)特性阻抗變換，或采用漸變式結(jié)構(gòu)均可以實現(xiàn)寬頻帶特性。請再參閱圖4和圖6，介質(zhì)元件13的外壁設(shè)置有相對該外壁徑向深入的周狀凹陷 181，這樣便導(dǎo)致介質(zhì)元件13在其軸向上形成了至少兩處不同的截面，該兩處不同截面的外徑大小互不相同，形成阻抗變換器；同樣的設(shè)置可以在外導(dǎo)體11和/或內(nèi)導(dǎo)體12中實現(xiàn)。除此之外，在未圖示的一種實施方式中，介質(zhì)元件13由兩個區(qū)段構(gòu)成，而兩個區(qū)段分別選用具有不同介電常數(shù)的材料制作而成，同樣可形成阻抗變換效果。請參閱圖7，示出了外導(dǎo)體11的軸向截面的多種典型變體，這些變體是基于外導(dǎo)體11的外壁、同軸腔體110的內(nèi)壁的不同形狀設(shè)計而得的，既包括本實用新型優(yōu)選實施例中的外方內(nèi)圓形(圖7. 1)，還包括外方內(nèi)方形(圖7. 2)、外橢圓內(nèi)圓形(圖7. 3)、外橢圓形內(nèi)方形(圖7. 4)等等。實際上，外導(dǎo)體11的外壁、外導(dǎo)體11的同軸腔體110的內(nèi)壁形狀均可靈活變化，并不受上述情況限制，例如還可以是選用包括梯形、正六邊形在內(nèi)的其它任意形狀。需要指出的，此處的方形特指正方形，圓形特指正圓形。請參閱圖8，示出了內(nèi)導(dǎo)體12的軸向截面的兩種典型變體，因內(nèi)導(dǎo)體12是實心射頻傳輸線結(jié)構(gòu)，故這些變化是基于內(nèi)導(dǎo)體12的外壁截面形狀變化而得的，既包括本實用新型的優(yōu)選實施例中的圓形(圖8. 1)，也包括方形(圖8. 2)、矩形、橢圓形、三角形、梯形、正六邊形、其它正多邊形等等。同理，還可以優(yōu)選其它任意形狀。請參閱圖9，如前所述，介質(zhì)元件13的外壁、內(nèi)壁截面形狀分別取決于外導(dǎo)體11內(nèi)壁、內(nèi)導(dǎo)體12外壁的截面形狀，因此，此處僅示出介質(zhì)元件13的軸向截面的多種典型變體， 并不代表所示出的各種變體適應(yīng)于所有截面的外導(dǎo)體11和內(nèi)導(dǎo)體12的組合。所有示出的各種變體均一并示出了介質(zhì)元件13上設(shè)置的與通孔130相連通的主缺口槽134，主缺口槽134不視為介質(zhì)元件13內(nèi)壁截面形狀的構(gòu)成部分。因此，示出的變體主要為外圓內(nèi)圓形 (圖9.1)、外圓內(nèi)方形(圖9. 2)、外方內(nèi)方形(圖9. 3)、外方內(nèi)圓形(圖9. 4)等。同理，還可以優(yōu)選包括梯形、正六邊形在內(nèi)的其它任意形狀。由上述關(guān)于同軸介質(zhì)移相器1的具體結(jié)構(gòu)剖析過程可以看出，通過外導(dǎo)體11、介質(zhì)元件13、內(nèi)導(dǎo)體12之間的適當配合，形成本實用新型的同軸介質(zhì)移相器1，該移相器1能取得較優(yōu)良的電氣特性和物理特性，可結(jié)合如下描述進行理解一方面，通過同軸介質(zhì)移相器1的介質(zhì)套筒13在軸向的相對位移，即介質(zhì)套筒13 在外力致動元件14或人力牽引下慢慢移出同軸腔體110之外或回退到同軸腔體內(nèi)，即可在信號的輸出/輸入連接端口 161、162(具體哪個連接端口用做輸出或輸入實質(zhì)上可以由
本領(lǐng)域技術(shù)人員靈活確定)形成連續(xù)相位差，即ΔΦ = 360° χ，。，由公式可知
其滿足相位差與行程的線性關(guān)系Δ Φ =KXAL0實際應(yīng)用時，可根據(jù)天線的實際相位需求給出合適的介電常數(shù)、及行程AL，例如采用圖3所示的設(shè)計方案，工作在中心頻點 2GHz左右的移相器，可選擇ε r 4. 0，AL 35mm即可產(chǎn)生Δ Φ 120°的相位差，可滿足15dBi增益檔天線連續(xù)電下傾范圍0 20°，或滿足ISdBi增益檔天線連續(xù)電下傾范圍
0 10°。另一方面，由同軸傳輸線的特性阻抗公式Z0 =^^*ln|，可知在截至頻率范
圍內(nèi)，其特性阻抗與頻率無關(guān)，僅僅決定于外導(dǎo)體內(nèi)經(jīng)b，內(nèi)導(dǎo)體外徑a，及內(nèi)外導(dǎo)體間填充的介質(zhì)的介電常數(shù)、三者的比值，故只要同軸的結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求，即可減小同軸腔體的尺寸。較佳的，外導(dǎo)體11的同軸腔體直徑或邊長尺寸在IOmm左右，外導(dǎo)體11的尺寸總體上決定了移相器1的尺寸，這樣便使得相應(yīng)的移相器1具備了小尺寸、低剖面、輕便小巧、低成本等優(yōu)點。請參閱圖10，在本實用新型的同軸介質(zhì)移相器1的另一實施例中，內(nèi)導(dǎo)體12被進一步迂回折彎定義出三個彼此相平行的傳導(dǎo)臂121，大致呈S型。適應(yīng)此一變化，所述外導(dǎo)體11形成有3個同軸腔體110用于容納所述三個傳導(dǎo)臂121和三個介質(zhì)元件13，且改變了其中一個連接端口 162的設(shè)置位置和朝向——在優(yōu)選實施例中被設(shè)置為沿移相器1的軸向延伸的連接端口 162被設(shè)置成垂直于移相器1的軸向，具體而言，在內(nèi)導(dǎo)體12的兩端在移相器1的軸向上相反，外導(dǎo)體11的縱長壁上開孔使同軸線纜17'能進入以與內(nèi)導(dǎo)體12相連接。為了使介質(zhì)元件13的滑動不受同軸線纜17'的阻礙，需要以設(shè)置所述主缺口槽134 相同的方式在該對應(yīng)于連接端口 162的介質(zhì)元件13上設(shè)置與該介質(zhì)元件13的通孔130相連通的次缺口槽134'，由此，同軸線纜17'的外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體即可分別與移相器1的外導(dǎo)體11和內(nèi)導(dǎo)體12相連接而形成所述連接端口 162，且這種連接不受介質(zhì)元件13的滑動的影響。請繼續(xù)參閱圖11，本實用新型的同軸介質(zhì)移相器的另一實施例中，內(nèi)導(dǎo)體12被再度折彎成并聯(lián)雙U型狀(形如UU)以較圖10所揭示的實施例增加一個傳導(dǎo)臂121，外導(dǎo)體 11的同軸腔體110和介質(zhì)元件13的數(shù)量也相應(yīng)增加。其余結(jié)構(gòu)未有實質(zhì)性改變。請參閱圖15，前面實施例中所述的介質(zhì)元件13，當其兩側(cè)分別設(shè)置主缺口槽134 和次缺口槽時，由兩個缺口槽將介質(zhì)元件分離為相對向設(shè)置的兩部分。因此，作為本實用新型的另一實施例，所述介質(zhì)元件13由兩個片狀件137、138平行設(shè)置形成，兩個片狀件之間的空隙用于置入內(nèi)導(dǎo)體12的傳導(dǎo)臂121，由兩個片狀件形成的兩側(cè)縱長開口之間形成所述主缺口槽和次缺口槽，經(jīng)過該兩個缺口槽設(shè)置連接部位，并不阻礙介質(zhì)元件在同軸腔體中的滑動。這種情況下，內(nèi)導(dǎo)體的傳導(dǎo)臂121可以設(shè)置為矩形件，由此與介質(zhì)元件13的兩個片狀件共同形成“三明治”結(jié)構(gòu)。同理，片狀件137、138的截面形狀還可參照前述各實施例做適當?shù)淖冃巍Ｋ〔毁樖?。通過前述各實施例可以歸納出，內(nèi)導(dǎo)體12可以通過迂回折彎形成η個傳導(dǎo)臂121， 與相應(yīng)個數(shù)的同軸腔體110和介質(zhì)元件13相配合，理論上可獲得η倍于單個傳導(dǎo)臂121、同軸腔體110、介質(zhì)元件13共同作用時所獲得的移相效果。
10[0071]同理可以看出，前述各實施例中述及的連接端口 161、162的具體結(jié)構(gòu)不應(yīng)受限， 信號在移相器1中的輸入和輸出的轉(zhuǎn)換，除了前述的同軸電纜17、17'外，還可以是微帶線、帶狀線、波導(dǎo)、平行雙線等，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員可結(jié)合本實用新型關(guān)于連接端口的設(shè)計靈活設(shè)計出適用于上述各種情況的連接結(jié)構(gòu)，故不行詳述。前述各實施例中的同軸介質(zhì)移相器1作為基礎(chǔ)元件適用于單頻單極化的移動通信天線應(yīng)用領(lǐng)域，請參閱圖12，其進一步提出一種適用于單頻雙極化應(yīng)用的同軸介質(zhì)合成移相器。該移相組件采用兩個如本實用新型優(yōu)選實施例所示的同軸介質(zhì)移相器1并排且共用一外導(dǎo)體11，由該外導(dǎo)體11 一體成型設(shè)計出需配備的多個同軸腔體110。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以知曉，按此方式同理可組成具有多個同軸介質(zhì)移相器1的同軸介質(zhì)合成移相器，不管該合成移相器內(nèi)含多少基礎(chǔ)移相器1，其中的外導(dǎo)體11均一體成型，其內(nèi)形成有多個同軸腔體110分別用于裝設(shè)一介質(zhì)元件13和一傳導(dǎo)臂121。以此形成的合成移相器可進一步用于雙頻雙極化應(yīng)用場合。依照與圖12所揭示的演進方案同樣的原理，利用多個同軸介質(zhì)移相器1可方便地集成為多層多排式移相組件，應(yīng)用于多頻、多陣列基站天線等需求場合。之所以本實用新型可實現(xiàn)高度集成，完全得益于單個同軸介質(zhì)移相器1的低剖面、小尺寸特性。利用高度集成的合成移相器可方便地應(yīng)用于移動通信天線系統(tǒng)中，其與功分器的結(jié)合成為具有多端口的同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)，用于完成對基站天線的連續(xù)調(diào)相。請參閱圖13， 其揭示天線系統(tǒng)中同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)與多個輻射單元之間的作用關(guān)系原理。說見下述圖13示出一個帶5個輻射單元12A-12E的天線陣列，采用4個獨立的同軸介質(zhì)移相器1組成移相系統(tǒng)，四個移相器依次標號為1A、IB、1C、1D，射頻信號由輸入端90饋入天線內(nèi)部首先進入一分三功分器91，該功分器91分配出來的一路功分信號進入移相器1B，另一路功分信號直接進入輻射單元12C，再一路功分信號進入移相器1C。進入移相器IB的信號被移相后進入下一級一分二功分器92，然后由功分器92分配一路信號進入下一級移相器 IA移相后再進入輻射單元12A，功分器92分配的另一路功分信號直接進入12B。同理，功分器91分配到移相器IC的該路信號也以與前述對稱的路徑相繼經(jīng)移相器1C、功分器93、 移相器ID進入輻射單元12D及12E。由以上功分關(guān)系，可以設(shè)定一分三功分器91的功分比為2 1 2，一分二功分器92及一分二功分器93的功分比均為1 1。移相器IA和 IB的介質(zhì)元件13傳動方向一致，起始位置也一致，而移相器IC和ID的介質(zhì)元件13傳動方向與移相器IA及IB方向相反，兩者起始位置一致。可以設(shè)定移相器IA與IB的介質(zhì)元件13由移相器內(nèi)部慢慢移出，相應(yīng)的IC與ID的介質(zhì)元件13則恰好由移相器外部慢慢移入。為保持四組移相器的同步一致性，需要由統(tǒng)一的傳動結(jié)構(gòu)進行傳動，本案例中沒有給出詳細的圖示，但業(yè)內(nèi)專業(yè)人士不難理解這一設(shè)計原理。經(jīng)過以上組陣功分、移相，最后分配到12A 12E五個輻射單元上的相位關(guān)系如下2*ΔΦ: ΔΦ:0:-ΔΦ:-2*ΔΦ，由此即完成了一副五單元陣列天線的連續(xù)電調(diào)移相目的。至于陣列天線需要多大的下傾范圍，則需設(shè)計合適的輻射單元相位差ΔΦ，以滿足下傾范圍需求。同理，同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)同樣適用于其它具有多個輻射單元的天線。雖然前面提出了同軸介質(zhì)移相器1及其各種應(yīng)用變體的結(jié)構(gòu)和作用原理等內(nèi)容， 但是其中的外力致動元件14是基于外力作用而驅(qū)動的，外力既可以由人力手動產(chǎn)生，也可以采用公知的機電裝置驅(qū)動產(chǎn)生。圖14繼續(xù)揭示一種作用于本實用新型的移相器的移相驅(qū)動裝置。該移相驅(qū)動裝置包括本實用新型的同軸介質(zhì)移相器1、與所述移相器的外力致動元件14相配合的力矩轉(zhuǎn)換單元42以及用于產(chǎn)生外力的驅(qū)動部件41，由該驅(qū)動部件41產(chǎn)生的外力經(jīng)過力矩轉(zhuǎn)換單元42轉(zhuǎn)換為作用于該外力致動元件14軸向的力，使外力致動元件14帶動所述移相器1的介質(zhì)元件13做軸向運動以實現(xiàn)對流經(jīng)該移相器1的信號的相位移動。所述外力致動元件14為齒條，力矩轉(zhuǎn)換單元42包括與該齒條相嚙合的齒輪，所述驅(qū)動部件41帶動該齒輪與該齒條嚙合實現(xiàn)移相。所述驅(qū)動部件41為步進電機或人力操控工具。一些未具體圖示的實施例中，所述外力致動元件14可以是介質(zhì)拉桿加齒輪，力矩轉(zhuǎn)換單元42是行星齒輪。如選用介質(zhì)拉桿作為外力致動元件14，本申請推薦省略力矩轉(zhuǎn)換單元42，而由驅(qū)動部件41直接作用于介質(zhì)拉桿以對介質(zhì)拉桿進行拉動。概況而言，通過公知的機械傳動結(jié)構(gòu)去操縱外力致動元件14，使其傳遞外力作用于介質(zhì)元件13使之產(chǎn)生直線位移，即可實現(xiàn)移相的目的。綜上所述，本實用新型的提出，克服了定勢思維，改變了傳統(tǒng)的同軸介質(zhì)移相器的結(jié)構(gòu)，通過介質(zhì)元件13相對于外導(dǎo)體11和內(nèi)導(dǎo)體12傳導(dǎo)臂121的移動實現(xiàn)對移相器的調(diào)相，使移相器的電氣特性和物理特性均得以大大優(yōu)化，作為一基礎(chǔ)元件，具有樂觀的應(yīng)用前
旦
ο以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或者等同替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種同軸介質(zhì)移相器，用于調(diào)整流經(jīng)其中的信號的相位，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，其特征在于，該內(nèi)導(dǎo)體一體成型定義出至少兩個相平行的傳導(dǎo)臂，該外導(dǎo)體為每個傳導(dǎo)臂設(shè)有同軸腔體，傳導(dǎo)臂套設(shè)于同軸腔體中，外導(dǎo)體與傳導(dǎo)臂之間套設(shè)有用于沿同軸腔體軸向運動以改變所述信號相位的介質(zhì)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，所述內(nèi)導(dǎo)體呈迂回式繞折狀， 形成多于兩個的傳導(dǎo)臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，一個或多個所述的介質(zhì)元件與一外力致動元件相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，所述內(nèi)導(dǎo)體的相鄰兩個傳導(dǎo)臂之間形成有折彎部，所述介質(zhì)元件形成有套設(shè)傳導(dǎo)臂的通孔，還沿其軸向設(shè)有與該通孔連通的主缺口槽以使介質(zhì)元件軸向運動時與所述折彎部無接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，所述內(nèi)導(dǎo)體的兩端分別與所述外導(dǎo)體在對應(yīng)位置處形成連接端口，以供外部連接件在每個連接端口處與外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體分別相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，對應(yīng)該外部連接件與內(nèi)導(dǎo)體相連接的部位，位于該處的所述介質(zhì)元件沿軸向設(shè)置有次缺口槽以使該介質(zhì)元件軸向運動時與所述外部連接件的該部件無接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，對于至少一個所述的同軸腔體，形成該同軸腔體的所述外導(dǎo)體的內(nèi)壁截面呈圓形、三角形、方形、矩形、橢圓形、梯形及正六邊形中任意一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，對于至少一個傳導(dǎo)臂，其外壁截面呈圓形、三角形、方形、矩形、橢圓形、梯形及正六邊形中任意一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，對于至少一個介質(zhì)元件，其外壁或內(nèi)壁截面呈圓形、三角形、方形、矩形、橢圓形、梯形及正六邊形中任意一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，所述介質(zhì)元件沿其橫向設(shè)有開孔，或沿其軸向設(shè)有開槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，所述介質(zhì)元件由兩片狀件平行設(shè)置形成，兩片狀件間供置入所述內(nèi)導(dǎo)體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，至少一個所述的同軸腔體中，所述外導(dǎo)體的內(nèi)壁、內(nèi)導(dǎo)體傳導(dǎo)臂的外壁及介質(zhì)元件的外壁，其中至少之一形成有阻抗變換器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，至少一個所述的同軸腔體中，所述外導(dǎo)體的內(nèi)壁、內(nèi)導(dǎo)體傳導(dǎo)臂的外壁及介質(zhì)元件的外壁，其中至少之一的軸向截面大小表現(xiàn)出至少兩處不一致。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，至少一個所述的介質(zhì)元件由具有不同介電常數(shù)的至少兩個區(qū)段構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，所述介質(zhì)元件的介電常數(shù)> 1.0。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項所述的同軸介質(zhì)移相器，其特征在于，所述外導(dǎo)體一體成型設(shè)有多個所述的同軸腔體以供多個傳導(dǎo)臂分別容納其中。
17.一種同軸介質(zhì)合成移相器，其特征在于，其包括兩個如權(quán)利要求1至16中任意一項所述的同軸介質(zhì)移相器，兩個或兩個以上的所述同軸介質(zhì)移相器并排設(shè)置，且兩者的外導(dǎo)體一體成型。
18.一種同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)，其特征在于，其包括至少一個如權(quán)利要求1至17中任意一項所述的同軸介質(zhì)移相器和至少一個功分器，進入該功分器的信號所分配的多路信號中， 有至少一路信號被所述移相器移相后輸出，以將未被移相的各路信號和被移相的至少一路信號分配到不同的輻射單元。
19.一種移相驅(qū)動裝置，其特征在于，其包括如權(quán)利要求3所述的同軸介質(zhì)移相器、與所述移相器的外力致動元件相配合的力矩轉(zhuǎn)換單元以及用于產(chǎn)生外力的驅(qū)動部件，由該驅(qū)動部件產(chǎn)生的外力經(jīng)過力矩轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為作用于該外力致動元件軸向的力，使外力致動元件帶動所述移相器的介質(zhì)元件做軸向運動，通過介質(zhì)元件的移入或移出，以實現(xiàn)對流經(jīng)該移相器的信號的相位移動。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的移相驅(qū)動裝置，其特征在于，所述外力致動元件為齒條， 力矩轉(zhuǎn)換單元包括與該齒條相嚙合的齒輪，所述驅(qū)動部件帶動該齒輪與該齒條嚙合實現(xiàn)移相。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的移相驅(qū)動裝置，其特征在于，所述外力致動元件為固定于介質(zhì)元件上的介質(zhì)拉桿，所述的驅(qū)動部件帶動該拉桿軸向運動實現(xiàn)移相。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中任意一項所述的移相驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動部件為步進電機或人力操控工具。
專利摘要本實用新型改進了傳統(tǒng)的移動通信天線的移相器，提出一種同軸介質(zhì)移相系統(tǒng)、移相器及移相驅(qū)動裝置及其相關(guān)應(yīng)用，該移相器用于調(diào)整流經(jīng)其中的信號的相位，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，該內(nèi)導(dǎo)體一體成型定義出至少兩個相平行的傳導(dǎo)臂，該外導(dǎo)體為每個傳導(dǎo)臂設(shè)有同軸腔體，傳導(dǎo)臂套設(shè)于同軸腔體中，外導(dǎo)體與傳導(dǎo)臂之間套設(shè)有用于沿同軸腔體軸向運動以改變所述信號相位的介質(zhì)元件。通過介質(zhì)元件沿軸向的直線往返運動可以改變經(jīng)過該移相器的射頻信號的傳播速率，從而改變信號的相位，達到移相的目的。本實用新型克服了定勢思維，改變了傳統(tǒng)的同軸移相器的結(jié)構(gòu)，通過介質(zhì)元件相對于同軸腔體的移動實現(xiàn)調(diào)相，使移相器的電氣和物理特性均得以大大優(yōu)化，作為基礎(chǔ)元件，具有樂觀的應(yīng)用前景。
文檔編號H01P1/18GK202042575SQ201120085619
公開日2011年11月16日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者劉培濤 申請人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司