CN101710633A - 一种基于介质加载的移相器模块 - Google Patents

一种基于介质加载的移相器模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种应用于电调基站天线的移相器，公开了一种介质加载的移相器模块，包括以空气为传输介质，基本传输模式为TEM模或准TEM模的传输线结构，如带状线或微带线，其特征在于：还包括设置在传输线间至少一个活动的介质片，其中针对带状线结构，所述的介质片还开有缝隙供带状线置入，并随介质片的移动，传输线与介质片作相对位移，通过改变介质片与传输线的重合面积来改变相位延迟，从而实现信号的移相。移相器工作时，介质片沿与能量传输方向垂直的方向移动，通过选取低损耗的介质材料，本移相模块具有插入损耗低、寄生辐射少、移相量大、体积小、成本低以及移相量与介质片的位移量成线性关系等优点，而且由于采用了模块化的设计，可以非常方便地通过同轴线的连接，实现灵活的布局以及多样化的移相与馈电网络设计。

Description

一种基于介质加载的移相器模块
技术领域：
本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种应用于基站电调天线的移相器模块。
背景技术：
移相器是基站电调天线的核心部件，现有移相器设计，一般采用以下两种方式：一，改变移相器内信号通过路径的电长度。如专利号为ZL200520065549.5以及专利号为ZL 200520121325.1的专利文献所述的相位连续可变的移相器，都是通过改变铜(铝)管套的相对接触长度，来改变通过路径的电长度。这种方法为了降低滑动阻力以及保证较低的无源互调产物，往往需要通过耦合方式实现信号能量的传递，耦合段的管套长度一般不能过短，而且在需要较大移相量时，铜(铝)管套的位移长度需要很长，因此使得移相器的体积也较大。又如专利ZL 00802132.5的专利文献所述的移相器，其至少存在两段同心的带状导体圆弧，通过输入臂的转动，改变同心圆弧两输出端信号的路径差，继而产生相位差。但该设计存在体积大、成本高以及幅度控制难等问题。
第二种设计是介质片加载方法，如专利号为ZL 200520063505.9以及ZL200620053705.0中国专利文献所述的基站电调天线移相器，采用了介质片对空气介质的加载。通过改变介质片的插入程度来改变移相量，但该设计中采用了形状简单的介质片设计，无法保证移相量与介质移相量的线性关系，在大移相量下该设计也难以保证良好的驻波；而且该设计与功分网络一体化，与本发明所提出的移相器模块相比，成本较高，布局灵活度不够。
发明内容：
本发明的目的在于提供了相移量与介质滑动量间线性度性能好、移相量大、布局方便、体积小巧以及成本较低的一种基于介质加载的移相器模块。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于介质加载的移相器模块，以空气为传输介质，基本传输模式为TEM模或准TEM模的传输线结构，如带状线或微带线，以带状线为例，其结构包括上盖板、下底板及其间的空气带状线，其特征在于：还包括设置在上、下底板之间至少一个活动的介质片，所述的介质片开有缝隙供带状线置入，并随介质片的滑动，空气带状线沿缝隙与介质片间作相对位移。
上述介质片缝隙内壁紧贴着带状线，沿与带状线垂直的方向滑动，各介质片面积沿滑动方向作阶梯性的变化，且介质片的面积随插入方向逐渐变小。
上述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：还设有限制介质片滑动行程的限位装置。
上述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述的限位装置为上盖板或下底板上设置的滑槽以及设置在介质片的导行柱，安装时，该导行柱插入滑槽中并可沿滑槽滑行。
上述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：介质片连接有拉杆，用于操纵介质片。
上述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：介质片选用高介电常数、低损耗正切角的材料制作。
上述一种介质加载移相器，其特征在于：所述介质片共有三块，沿信号传输方向，该三块介质片一体成型或采用塑料结构件连接，位于中间的介质片面积较大，两旁介质片面积较小，各介质片面积沿运行方向作阶梯性的变化，整体结构左右对称。调节两旁介质片与中间介质片之间的距离实现阻抗匹配，三个臂在形状上都逐渐增大，但不是连续的线性增大，而是分段的接近线性增大，这使得介质片移动时可以保持移相量Δθ与介质片移动距离d成线性关系，即
Δθ＝κd                 (1)
其中κ为常数。(1)式所表达的线性关系，将便于电遥控方式实现天线下倾角的调节。本发明的移相器设计可实现Δθ为60度～120度的相移，实现了在较小的尺寸下获得较大的移相量。
本发明的优点是：
1、本发明中介质片与基本传输模式为TEM模或准TEM模的空气传输线结合使用，介质片插入到传输线间电场密度区，通过改变介质片与传输线的重合面积来改变相位延迟，从而实现移相。移相器工作时，介质片沿与传输线垂直的方向滑动。
2、本发明采用空气结合低损耗正切角的材料做介质片，故该移相器模块的插入损耗很低。
3、本发明中介质片沿带状线的垂直方向移动，使得移相器的纵向尺寸较小。
4、本发明采用了模块化设计，成本低，布局灵活。
上述方案适用于所有传输模式为TEM模或准TEM模的空气传输线，如常用的带状线及微带线结构。
附图说明
图1为本发明介质移相器具体实施例的示意图；
图2为本发明介质移相器具体实施例的结构示意图；
图3本发明实施例中初始状态0实测驻波图；
图4本发明实施例中初始状态0实测相位图；
图5本发明实施例中状态1实测驻波图；
图6本发明实施例中状态1实测相位图；
图7本发明实施例中状态2实测驻波图；
图8本发明实施例中状态2实测相位图。
具体实施方式：
实施例一：
结合图1和图2，本发明具体实施例中采用带状线结构，移相器模块包括带状线结构、三块介质片4、操纵介质片移动拉杆5及电缆焊接座6。其中带状线结构包括上盖板1、下底板2和带状线3；带状线位于上盖板和下底板之间，其间为空气，构成空气带状线；介质片4开有缝隙6，保证了介质片4在滑动时与带状线3紧密衔接。介质片4，一体成型或采用塑料结构件连接，位于中间的介质片面积较大，两旁介质片面积较小，各介质片面积沿运行方向作阶梯性的变化，且左右对称。调节两旁介质片与中间介质片之间的距离实现阻抗匹配，并且，三个臂在形状上都逐渐增大，但不是连续的线性增大，而是分段的接近线性增大，这使得介质片移动时可以保持移相量与介质片移动距离成线性关系，方便天线调节下倾角。
本发明还设有限制介质片滑动行程的限位装置。所述的限位装置为上盖板或下底板上设置的滑槽8以及设置在介质片的导行柱9，安装时，该导行柱插入滑槽中并可沿滑槽滑行。
本发明中的移相器可实现60～120度的相移，在较小的尺寸下实现较大的移相量。带状线的线宽与天线的特性阻抗、带状线与上下底板之间的间距以及介于带状线结构之间的传输媒介有关。介质片沿带状线的垂线方向A于带状线与上下底板之间运动，当介质片与带状线之间的重合面积变化时，带状线与上下板之间的等效传输媒介就改变了，这样的变化就引起了在带状线上传输信号相位的改变。
移相量的大小通常与介质片的材料有关，本发明可选取陶瓷介质，其介电常数较高，所能得到的移相量也比较大。所述介质片三个臂之间的距离设计主要是为了调节网络的阻抗匹配。
结合图1与图2，选取典型试验结果说明本发明性能优异之处：
1.当介质片进入带状线结构1mm时，设定为初始状态0，此时校准相位，此时驻波比和相位如图3、4。
2.当介质片进入6mm时，设定为状态1，此时驻波比及其相位图如图5、6所示。
3.当介质片进入11mm时，设定为状态2，此时驻波比及其相位图如图7、8所示。
上述说明结合图片主要体现了介质片进入1mm时为初始状态，移相0度，进入6mm移相30度，进入11mm移相60度。本实施例有效地说明了介质片移动时引起的移相效果。可以看到，本发明提供了一种体积小巧且具有宽相移范围的可变相位移相器模块。
实施例二：
上述方案适用于微带线结构，由于微带线结构没有上盖板，与实施例一不同的是：作为限位装置组成部件之一的滑槽开在下底板上，供设置在介质片的导行柱插入；介质片可选择不开缝隙，而直接位于微带线与下底板之间。

Claims (18)

1.一种基于介质加载的移相器模块，包括带状线结构，所述带状线结构包括上盖板、下底板及其间的空气带状线，其特征在于：还包括设置在上盖板、下底板之间至少一个活动的介质片，所述的介质片开有缝隙供带状线置入，并随介质片的移动，空气带状线沿缝隙与介质片作相对位移。
2.如权利要求1所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述介质片缝隙内壁紧贴着带状线，沿与带状线垂直的方向滑动。
3.如权利要求1所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：还设有限制介质片滑动行程的限位装置。
4.如权利要求3所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述的限位装置为上盖板或下底板上设置的滑槽以及设置在介质片的导行柱，安装时，该导行柱插入滑槽中并可沿滑槽滑行。
5.如权利要求1所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：介质片连接有拉杆，用于操纵介质片的滑动。
6.如权利要求1所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述介质片共有三块，沿带状线排列，该三块介质片一体成型或采用塑料结构件连接。
7.如权利要求6所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：位于中间的介质片面积较大，两旁介质片面积较小，且介质片左右对称。
8.如权利要求1所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：介质片选用高介电常数、低损耗正切角的材料制作。
9.如权利要求1或2所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述介质片面积沿滑动方向作阶梯性的变化，且介质片的面积随向带状线插入的方向逐渐变小。
10.一种基于介质加载的移相器模块，包括微带线结构，所述微带线结构包括下底板及其间的空气微带线，其特征在于：还包括设置在微带线与下底板之间至少一个活动的介质片，并随介质片的移动，空气微带线沿缝隙与介质片做相对位移。
11.如权利要求10所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述介质片缝隙内壁紧贴着微带线，沿与微带线垂直的方向滑动。
12.如权利要求10所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：还设有限制介质片滑动行程的限位装置。
13.如权利要求12所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述的限位装置为下底板上设置的滑槽以及设置在介质片的导行柱，安装时，该导行柱插入滑槽中并可沿滑槽滑行。
14.如权利要求10所述的一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：介质片连接有拉杆，用于操纵介质片。
15.如权利要求10所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述介质片共有三块，沿微带线排列，该三块介质片一体成型或采用塑料结构件连接。
16.如权利要求15所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：位于中间的介质片面积较大，两旁介质片面积较小，且介质片左右对称。
17.如权利要求10所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：介质片选用高介电常数、低损耗正切角的材料制作。
18.如权利要求10或11所述一种基于介质加载的移相器模块，其特征在于：所述介质片面积沿滑动方向作阶梯性的变化，且介质片的面积随向微带线插入的方向逐渐变小。
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