CN101278434A - 可变移相器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变移相器。在所述可变移相器中，固定基片部分是介电基质，并固定地安装在外壳内，并且在其一个侧表面上至少具有一个圆弧形的微带线。旋转基片部分是介电基质，并可旋转地安装在外壳内，与所述固定基片的另一表面接触并且在其接触表面上具有槽线。即使在旋转期间微带线与槽线之间也产生微带槽线连接。微带线的两端连接到可变移相器的输出端口并且槽线电连接到可变移相器的输入端口以便接收输入信号。

Description

可变移相器

技术领域

本发明通常涉及一种用于将输入信号的相位改变的移相器，更特别地，但不是排它地，涉及一种能够调整输入信号的分配和移相的可变控制的可变移相器(或称为可调移相器)。

背景技术

在本技术领域中，一般认为移相器可以非常有利地适用于各种应用，例如，用于相位调制的无线电频率RF(radio frequency)模拟信号处理阶段、移动通信系统中的相控阵天线内的射束控制。这种可变移相器的操作原理之一是使用各种延迟方法，例如，仅仅对传输路径的物理长度或传输路径中的信号传送率做出一定的改变，迫使输入信号延迟给定的持续时间段，从而在输入信号和输出信号之间产生相位差。所述移相器通常以下面的方案设计：例如，需要时通过在传输路径的物理长度上做出轻微的变化，可变移相器能够在相位的一定范围内改变输入信号的相位。

现今，移动通信系统中的一个普遍要求是一种技术，所述技术用于自适应地改变相控阵天线的各个发射元件的相位以便调整从某一个基站的相控阵天线发射的垂直波束的角度，从而控制基站的作用范围。由此，本质上导致移相器的各种方案的发展。这种可变移相器一般可以具有将输入信号分配到多个输出端然后自适应地控制在它们各自的输出信号上的相位差的方案。以KATHREIN-WERKE KG的名义提交的、由Maximilian等人发明的、名称为“High-frequency phase shifter unit”的国际专利公开NO.WO 01/013459A1(对应于韩国专利公开NO.2002-7001916)披露了上述可变移相器的一个示例。

最近，迄今为止，在移动通信系统的技术领域中已经取得了快速发展，这本质上要求无线电频率RF信号的处理技术在使用中具有更高性能。因此，很多研究人员已经进行了各种各样的广泛的研究以便得到可变移相器的更好性能和更有效的结构。

发明内容

因此，根据本发明的一个方面，提供了一种相较于现有的移相器的状态具有改进的性能的可变移相器。

根据本发明的另一方面，提供了一种能够以更小尺寸和更稳定的机械结构实施的可变移相器。

在实现本发明的上述方面的本发明的优选实施例中，可变移相器包括外壳和由介电基质制成的固定基片，所述固定基片固定地安装到外壳上并且在其一个表面上至少具有一条弧形微带线。由介电基质制成的旋转基片可旋转地安装到外壳上，与固定基片的另一表面接触，并且在其接触表面上具有槽线。即使在旋转期间在微带线与槽线之间也发生微带槽线连接。微带线的两端连接到可变移相器的一个输出端口，并且槽线电连接到可变移相器的一个输入端口以便接收输入信号。

附图说明

通过下面详细描述在附图中图示的优选实施例，本发明的上述和其它特征和优点将变得明显，其中：

图1a和1b分别显示了根据本发明优选实施例的可变移相器的分解透视图；

图2a和2b分别显示了图1a和1b的固定基片和旋转基片的详细透视图；

图3示意性显示了设置在图1a的旋转基片上的固定基片的一个示范性布置的俯视图；

图4示意性显示了所述旋转基片的俯视图(a)和仰视图(b)；和

图5示意性显示了设置在图1a的旋转基片上的固定基片的一个示范性布置的沿图3中的线A-A′的横断面视图。

具体实施方式

以下，将参照附图更加具体地描述本发明的优选实施例，其中在各个视图中相同的附图标记自始至终用来表示相同的部件或元件。附图不必按比例绘制，而重点在于图示本发明的原理。在以下的描述中，为了解释而不是限制的目的，陈述了例如特定的体系结构、接口、技术等具体细节以便完全理解本发明。然而，对于本领域的普通技术人员来说应该明白的是，本发明可以与这些具体细节之外的其它实施例实施。为了简化和清晰，将省略对众所周知的装置和方法的具体描述，以便不会由于不必要的细节淡化对本发明的描述。

现在参照图1a和1b，图1a和1b描述了根据本发明的优选实施例的可变移相器10的结构，其中图1a显示了分解的可变移相器10的俯视透视图，图1b显示了分解的可变移相器10的仰视透视图。所述可变移相器10具有管状外壳13，在所述管状外壳13中形成适当的容纳空间。插入到外壳10的容纳空间内的是布置成彼此可滑动接触的固定基片14和旋转基片15，以此方式，固定基片14的底面接触(meets)旋转基片15的上表面。在此，尽管固定基片14和旋转基片15被布置成上下接触，但是它们没有固定地彼此连接。因此，正如以后更详细描述的那样，当允许旋转基片15旋转时，在与固定基片14接触的旋转基片15的上表面上产生滑动运动。

借助外部驱动电动机旋转的旋转体17在外壳13内安装在旋转基片15的下面。所述旋转体15在其周边设置有齿轮，以便允许与外部驱动电动机(没有示出)的齿轮相结合地旋转。

将固定基片14适当地固定到外壳13上，同时将旋转基片15连接到旋转体17上，从而允许旋转基片随同旋转体17一起旋转。将旋转销16放置在彼此连接的旋转基片15和旋转体17的旋转轴线上，从而允许旋转基片15和旋转体17围绕旋转销16旋转。

在外壳13内，可变移相器10在固定基片14上也设置有由预定介电常数组成的电介质盘12。另外，上盖11和底盖12分别连接到外壳13的最上部分和最下部分以便支持插入到其中的元件，例如，利用固定基片14组合在一起的旋转基片15和旋转体17。如图1b中所示，适当形式的板簧可以设置在旋转体17下面，以便提供将旋转体向上推动的弹力，从而允许旋转基片15与固定基片14紧密接合。

下面将参照附图详细描述根据本发明的优选实施例的固定基片14和旋转基片15的结构和操作。

在附图中，图2a和2b分别显示了图1a中所示的固定基片14和旋转基片15的详细透视图，其中图2a为固定基片14和旋转基片15的详细透视图的俯视透视图，而图2b为固定基片14和旋转基片15的详细透视图的仰视透视图。图3显示了设置在图1a的旋转基片15上的固定基片14的一个示范性布置的俯视图。图4显示了旋转基片15的俯视图和仰视图，其中(a)为俯视图，(b)为仰视图。图5示意性显示了设置在图1a的旋转基片上的固定基片的示范性构造的、沿图3中的线A-A′的横断面视图。

下面将参照图2a和2b至图5详细描述根据本发明的优选实施例的可变移相器10的结构。有利地，固定基片14可以由预定介电常数的介电质制成并且在其上表面设置有圆弧形式的一个或多个微带线(micro-striplines)142和144。第一内微带线142和第二外微带线144距离固定基片14的中心同心布置。圆弧形微带线142和144的各自的两端分别形成第一、第二、第三和第四输出端口148a、148b、148c、148d。如图1a和1b所示，所述第一至第四输出端口148a至148d中的每一个可以连接到插入到穿过外壳13的壁的对应的一个穿孔132中的连接器(没有示出)上，并且可以通过连接器继而连接到天线的发射元件(没有示出)上。

另外，接收来自插入到通过外壳13的壁形成的对应的一个穿孔132中的连接器的输入信号的输入带线146设置在固定基片14的上表面上，以便将输入信号传输到耦联(couple up)在固定基片14的中心的旋转销16上。

同时，所述旋转基片15可以通常由微带槽线(micro-strip-slot line)连接结构构成，于是，传输带线(transfer strip line)154，即，具有开口端154d的微带线，形成在介电质的旋转基片15的下表面上，同时用于与传输带线154连接的槽线(slot line)152形成在旋转基片15的上表面上。在此，在微带线154中开口端154d与用于与槽线152连接的第一传输点154c之间的距离可以优选地设定成相对于传输信号频率的四分之一波长。在披露的实施例中，传输微带154通常通过示例被图示成矩形的形式，但是传输微带154可以具有各种不同的拓扑(或布局)，只要在槽线152中第一传输位置154c与开口端154d之间的距离被设定成满足符合相对于所述传输信号频率的四分之一波长的距离。

另外，旋转基片15的传输带线154的另一端与旋转销16连接以便接收输入信号。特别地，参照图5，固定基片14的输入带线146通过第一电介质部分166与旋转销16连接，且旋转基片15的传输带线154通过第二电介质部分164与所述旋转销16连接。因此，通过旋转销16将来自输入带线146的输入信号提供到传输带线154。因此，使用第一和第二介电质的所述结构，旋转基片15构造成当旋转体旋转时，固定到旋转体17上的旋转基片15的接地就通过连接器(coupling)与外壳13的内表面电容连接。

大体上由金属制成的导电薄层形成在旋转基片15的与固定基片14的底面接触的上表面上，以便设置槽线152，当将导电物质移除时，盘型的环形开口156和158分别形成在槽线152的两侧，由此形成开路端。在此，应该注意的是，环形开口部分156和158每个都用作电路的开口端，所以在槽线152的两端与盘型环形开口156和158邻接的位置上，即，如图3中所示的第二传输点154a和第三传输点154b上，来自槽线152的电磁能辐射达到其最大值。在此结构下，环形开口部分156和158的半径越大，其电磁辐射能就越高。有利地，如图3所示，开口部分156和158的尺寸和位置可以设计成第二点154a和第三传输点154b的位置分别对应于第一带线142和第二带线144的每个圆弧部分。此外，从在槽线152内的第一传输点154c到槽线152的两端的距离可以在两个方向上以相同的长度延伸，从在旋转基片15下面的传输带线158传输到槽线152的信号适合朝向槽线152的两端均匀分配。

从上述可见，固定基片14在电介质部分的上表面上可以设置有第一和第二带线142和144，并且固定基片的底面与盘型开口部分156、158和槽线152形成在其上的旋转基片15接触，所述开口部分156和158分别对应于第一和第二带线142和144。因此，应该理解的是，这种结构也实施了微带槽线连接。也就是说，从槽线152的第二传输点154a和第三传输点154b发射的信号分别被传输到第一带线142和第二带线144。

使用固定基片14和旋转基片15的上述结构，通过旋转销16将从在固定基片14上的输入带线146接收的输入信号传输到旋转基片15下面的传输带线154，然后通过第一传输点154c传输到在旋转基片15上的槽线152。随后，通过槽线152的第二传输点154a和第三传输点154b将信号分别分配到第一带线142和第二带线144上，最后将信号提供到第一和第一带线142和144的第一至第四输出端口148a至148d。在此，因为所述旋转基片15被可旋转地构造，第一带线142和第二带线144上对应于第二传输点154a和第三传输点154b的位置相应地改变。因此，允许改变在第一至第四输出端口148a至148d上获得的信号的相位差。以下，将更加详细地描述在此之前所描述的本发明的实施例中的输入信号的传输、分配、和输出过程。

一旦通过固定基片14内的输入带线146的输入端口接收到输入信号，通过旋转销16将所述输入信号传输到旋转基片15的下侧表面。当通过固定基片14的下侧输入信号时，所述信号传输到传输带线154。另外，当在传输带线154上的第一传输点154c大体上位于与开口端154d间隔开传输信号的四分之一波长的点上时，它被物理地打开或电短路，由此将第一传输点154c上的信号传输到固定基片15上的槽线152上。然后将所传输的输入信号分到第二传输点154a和第三传输点154b。

当由于环形开口部分156在第二传输点154a上发生物理地打开或电短路时，传输到被槽线152分开的信号的第二传输点154a上的信号被传输到固定基片14上的第一带线142上。传输到第一带线142上的信号然后被分配到所述带线的两侧，这些信号被分别供给到第一输出端口148a和第四输出端口148d，信号随后被提供到天线的各个发射元件(没有示出)上。

同样地，当由于环形开口部分158在第三传输点154b上发生物理地打开或电短路时，传输到被槽线152分开的信号的第三传输点154b上的信号被传输到固定基片14上的第二带线144上。传输到第二带线144上的信号然后同样被分配到所述带线的两侧，这些信号被分别供给到第二输出端口148b和第三输出端口148c，信号随后被提供到天线的各个发射元件(没有示出)上。

在使用所述结构的情况下，通过第一至第四输出端口的输出信号之间的相位差将取决于旋转基片15的旋转，即，根据旋转基片15的旋转在旋转基片15上的槽线152的传输点的位置。例如，在第二传输点154a定位成距离第一输出端口148a比第四输出端口148d近的情况下，通过此传输点传输的信号在第一和第四输出端口148a和148d的两个方向上被分开，从而允许通过第四输出端口148d输出的信号的传输线的长度比通过第一输出端口148a输出的信号的传输线的长度长。

因此，将导致分别分配到第一带线142内的输出端148a与148d上的信号传输线的长度的不同，由此又产生了通过第一和第四输出端口148a和148d输出的输出信号的相位差。同样地，通过第三传输点154b传输的信号被分别分到第二带线144的第二和第三输出端口148b和148c，由此产生它们输出信号的相位差。

在上述实施例中，固定基片14的第一和第二带线142和144构造成具有彼此不同的线长度，所以从第一带线142的输出端口148a和148d提供的输出信号的相位差与从第二带线144的输出端口148b和148c提供的输出信号的相位差不同。例如，可以以下面的方法进行物理设计，即，从第二带线144的输出端口148b和148c提供的输出信号的相位差适于在+1与-1之间改变，而从第一带线142的输出端口148a和148d提供的输出信号的相位差适于在+2与-2之间改变。在每个输出端口内的相位差可以选择例如+2、+1、0、-1、-2的给定值，由此根据需要适当地控制从天线发射的射束的倾斜角。

从上述可知，根据本发明的可变移相器可以通过使用固定基片14和旋转基片15的微带槽线连接方案分配输入信号，并且可以产生多个传输线的长度的不同以便改变输出信号的相位。结果，本发明的移相器具有不仅可以大幅减少天线产品的总体尺寸的优点，而且可以避免由于在带线中的频繁接触而致的机械磨损。因此，根据本发明的可变移相器在一定程度上改善了移相器的性能。

尽管上面已经示出和描述了本发明的优选实施例的可变移相器，但是本领域普通技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的保护范围的情况下，可以对这些实施例做出各种改变和修改，且可以用等同物代替其部件。例如，在上述实施例中描述的微带线可以被带线、同轴电缆、共面波导(CPW)、和它们的等同物所替代。此外，槽线可以被共面线(CPS)所替代。

因此，本发明不限于所披露的、为实施本发明而设想的最佳模式的特定实施例，相反，需要注意的是，本发明包括落入权利要求所限定的保护范围内的所有实施例。

Claims (12)

1、一种可变移相器，包括：

外壳；

固定基片部分，所述固定基片部分固定地安装在外壳内，并且在它的一个侧表面上具有介电基质，所述介电基质设置有至少一条圆弧型的微带线；

旋转基片部分，所述旋转基片部分可旋转地固定到外壳内，并且具有介电基质，所述旋转基片布置成与所述固定基片部分的另一表面接触，并且所述旋转基片部分在与固定基片接触的表面上具有至少一条槽线，从而当旋转基片旋转时，所述固定基片部分的微带线和所述旋转基片部分的槽线之间发生微带槽线连接；并且

其中所述固定基片部分的微带线的两端分别连接到可变移相器的输出端口，并且所述旋转基片部分的槽线电连接到可变移相器的输入端口以便接收输入信号。

2、根据权利要求1中所述的可变移相器，包括：

旋转销，所述旋转销布置在所述固定基片部分和所述旋转基片部分的同心中心上，所述旋转销用作旋转基片部分的旋转轴；

形成在所述固定基片部分的一个表面上的输入带线，所述输入带线用于连接输入端口与旋转销；并且

其中所述旋转基片部分的槽线与所述旋转销电连接以便从输入端口接收输入信号。

3、根据权利要求2中所述的可变移相器，其中所述旋转基片部分包括传输带线，所述传输带线是在与其上设置有槽线的表面相对的表面上具有开口端的微带线，所述传输带线有助于微带线与槽线之间的微带槽线连接，并且所述传输带线与所述旋转销电连接，通过所述旋转销输入信号被接收、然后被传输到槽线。

4、一种可变移相器，包括：

外壳；

固定基片部分，所述固定基片部分固定地安装在外壳内，并且在它的一个侧表面上具有介电基质，所述介电基质设置有至少两条同心圆弧形的微带线；

旋转基片部分，所述旋转基片部分可旋转地安装到外壳内，并且具有介电基质，所述旋转基片布置成与所述固定基片部分的另一表面接触，并且在与固定基片邻接的表面上具有至少一条槽线，从而当旋转基片旋转时，固定基片部分的至少两条微带线和所述槽线之间发生微带槽线连接，所述旋转基片部分包括传输带线，所述传输带线是在与其上设置有槽线的表面相对的表面上具有开口端的微带线，所述传输带线有助于与槽线的微带槽线连接；

旋转体，所述旋转体与旋转基片部分连接以便在外力作用下驱动旋转基片旋转；并且

其中所述固定基片部分的两条微带线的两端分别连接到可变移相器的输出端口，并且所述旋转基片部分的传输带线电连接到可变移相器的输入端口以便从输入端口接收输入信号。

5、根据权利要求4中所述的可变移相器，包括：

旋转销，所述旋转销布置在所述固定基片部分和所述旋转基片部分的同心中心上，所述旋转销用作旋转基片部分的旋转轴；

形成在所述固定基片部分的一个侧表面上的输入带线，所述输入带线用于连接输入端口与旋转销；并且

其中所述旋转基片部分的传输带线与所述旋转销电连接以便从输入端口接收输入信号。

6、根据权利要求4或5中所述的可变移相器，其中所述槽线的两端分别形成有开端电路。

7、一种可变移相器，包括：

外壳；

固定基片部分，所述固定基片部分固定地安装在外壳内，并且在它的一个侧表面上具有介电基质，所述介电基质设置有至少一个圆弧型的传输线；

旋转基片部分，所述旋转基片部分可旋转地固定到外壳内，所述旋转基片布置成与所述固定基片部分的另一表面接触，所述旋转基片部分包括介电基质，所述介电基质在与固定基片接触的表面上具有至少一条槽线，从而即使当旋转基片旋转时，利用固定基片部分的环形传输线也进行信号传输；并且

其中所述固定基片部分的至少一条传输线的两端分别连接到可变移相器的输出端口，并且所述旋转基片部分的槽线电连接到可变移相器的输入端口以便从输入端口接收输入信号。

8、根据权利要求7中所述的可变移相器，包括：

旋转销，所述旋转销布置在所述固定基片部分和所述旋转基片部分的同心中心上，所述旋转销用作旋转基片部分的旋转轴；

形成在所述固定基片部分的一个表面上的输入带线，所述输入带线用于连接输入端口与旋转销；并且

其中所述旋转基片部分的槽线与所述旋转销电连接以便从输入端口接收输入信号。

9、根据权利要求8中所述的可变移相器，其中所述旋转基片部分包括传输带线，所述传输带线在与其上设置有槽线的表面的相对的表面上具有开口端，所述传输带线有助于与槽线的信号传输，并且所述传输带线与所述旋转销电连接，通过所述旋转销，输入信号被接收然后被传输到槽线。

10、根据权利要求7中所述的可变移相器，其中所述传输线由微带线、带线、同轴电缆、共面波导(CPW)中的任何一种形成。

11、根据权利要求8中所述的可变移相器，其中所述传输线由微带线、带线、同轴电缆、共面波导(CPW)中的任何一种形成。

12、根据权利要求9中所述的可变移相器，其中所述传输线由微带线、带线、同轴电缆、共面波导(CPW)中的任何一种形成。

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