CN102005629A - 一种指针移相器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动通信的电调天线技术领域，这种改进型指针移相器包括移相模块以及功分模块。移相模块包括两组或者两组以上的移相组件，每个移相组件包括弧形传输线、转式指针、转轴和齿轮以及馈电片，每个移相组件的弧形传输线处于不同圆心位置，转式指针两端通过悬置耦合的方式分别与弧形传输线或者连接件电连接，弧形传输线的两端与天线的辐射单元相连，而馈电片则与功分模块相连，功分模块由功分器构成,按照一定的比例把功率分配给移相模块的各个移相组件。本发明提出的新型指针移相器,在电调天线使用多个辐射单元的情况下,根据实际情况调整和控制天线各辐射单元的功率以及相位差,达到控制电调天线的副瓣电平和下倾角精度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信的电调天线技术领域，特别是一种指针移相器。
背景技术
天线是基站的接收和发射信号载波的关键部件，直接决定着基站网络的覆盖和信号传输。随着移动通信系统的发展和普及，城市内基站分布越来越密集，通信频段越来越多，基站间的干扰等问题越来越严重，而城市高楼大厦不断崛起，造成无线电波的多重反射和遮挡，导致通信网络的导频污染、越区覆盖、多径效应日益严重。通过调节天线下倾角，可以有效地增强和优化网络覆盖。目前调整天线的下倾角有两种：机械调节下倾角，天线安装时向下倾斜一定的物理角度；电调下倾角，指使用电子调整天线下倾角度，电子下倾的原理是通过改变共线阵天线辐射单元的相位，改变垂直分量和水平分量的幅值大小，改变合成分量场强强度，从而使天线的垂直方向性图下倾。机械调节下倾角虽然可以在一定程度上改善覆盖，但是存在机械调节方式耗费人力物力过多、不能实时调节和优化且下倾角调节范围有限等缺点。电调下倾角天线相对于机械下倾天线，在有效增强小区径向近处覆盖的同时，还可以减少对同站邻区的干扰，从而解决过覆盖、软切换区域过大或过小、导频污染等造成的掉话、容量下降、通话质量下降等问题。电调天线远程控制单元(RCU)具有接收基站控制命令、精确调节天线下倾角和及时向基站报告天线工作状态等功能，这是机械调节下倾角所不能比拟的。
电调天线通过移相器改变天线阵中辐射单元的幅相分布，实现天线波束下倾角的连续可调。
指针式移相器，通过指针的旋转造成各输出端口相位差发生变化。其中指针式移相器的应用在目前电调天线中最为广泛。
目前主要的指针式移相器为一进四出指针式移相器（中国专利申请号00802132.5），这种移相器是上述两个一进二出移相器的组合。一条指针与两条同心等弧的弧臂耦合，形成一进四出的功分器，大小弧的半径之比为2：1，保证了四个端口的等相位差输出。随着指针的旋转，从馈线到四个输出端口的路径长度发生变化，产生相位变化。
但这种指针式移相器双弧臂都被安装在旋转点的同一侧，这样设计的好处是可以节省安装空间，但是由于第二条弧臂的耦合电流必须先经过第一弧臂，两者间的功率分配仅仅依靠中段的匹配电路实现，各端口的功率分配值差很难保证很难保持一致，对于天线的传输特性以及驻波比都有较大的影响。此外弧臂的半径比是固定决定了各端口的移相比为固定值,如需要改变各端口的移相比,则移相器需要重新设计。
还有一种一进五出指针式移相器（美国专利申请号：US20050001778A1）
这种移相器是上述一进四出移相器与一个固定的一份二T形分支的组合。固定分支的功率分配为1:4。
这种移相器的结构更加紧凑，但是设计难度也更大，更难实现各端口的功率分配值差的稳定性,各端口的移相各端口的移相比为固定值,如需要改变各端口的移相比,则移相器需要重新设计。
这种移相器的指针为双向指针,旋转点位于两条半径比为2:1的弧形传输线的圆心, 随着指针的旋转，从馈线到四个输出端口的路径长度按照弧形传输线的半径比发生变化，产生相位变化。
这种移相器双向指针还起到功率分配以及阻抗变化的作用, 与普通移相器相比,各端口的功率分配值变化幅度相对小一些,但是指针的设计较为复杂,结构先对于普通移相器来说要复杂的多.此外, 移相器的弧形传输线的半径比为2:1,移相比也是2:1,如需要改变各端口的移相比,则移相器需要重新设计。
发明内容
本发明提供一种指针式移相器，以解决现有指针移相器技术中，功率分配比的差值无法保证一致以及移相比固定不可变的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种指针移相器, 所述指针移相器与天线的辐射单元相连，所述指针移相器包括移相模块以及功分模块：
移相模块包括两组或者两组以上的移相组件，每个移相组件包括传输线、转式指针以及馈电片；
转式指针两端通过悬置耦合的方式分别与传输线、馈电片电连接，传输线的两端与天线的辐射单元相连，而馈电片则与功分模块相连；
所述移相模块还包括转轴和齿轮，转式指针的轴心一端固定在所述转轴上，齿轮控制转轴带动转式指针沿着传输线滑动；
各组移相组件的齿轮组成相互咬合的齿轮组，移相组件通过各自的齿轮和另外的移相组件组合成具有不同传动比的齿轮组，各移相组件的移相比与各自移相组件的齿轮半径比成反比，通过更换不同传动比的齿轮组调整各个移相组件不同移相角度的要求；
功分模块包括与移相模块的馈电片电连接的功分器，功分器可由带状线或者微带线线路板以及电缆等多种方式设计完成，功分器按照一定的比例把功率分配给移相模块的各个移相组件。
优选地，功分器为不等分功分器。
作为一种优选方案，所述传输线为弧形传输线， 每个移相组件的弧形传输线处于不同圆心位置，转式指针两端通过悬置耦合的方式分别与弧形传输线、馈电片电连接，弧形传输线的两端与天线的辐射单元相连，而馈电片则与功分模块相连；
同一移相组件的弧形传输线的圆心与转式指针旋转点位置相同，与所述齿轮连接在一起的所述转轴设置在弧形传输线的圆心处，转式指针的轴心一端固定在所述转轴上，齿轮控制转轴带动转式指针沿着弧形传输线弧形滑动；
各组移相组件的齿轮组成相互咬合的齿轮组，移相组件通过各自的齿轮和另外的移相组件组合成具有不同传动比的齿轮组，各移相组件的移相比与各自移相组件的齿轮半径比成反比，通过更换不同传动比的齿轮组调整各个移相组件不同移相角度的要求。
功分模块包括与移相模块的馈电片电连接的功分器，功分器按照一定的比例把功率分配给移相模块的各个移相组件。
作为进一步的优选方案，所述移相模块包括第一移相组件和第二移相组件，第一移相组件包括第一弧形传输线、第一转式指针、第一转轴、第一齿轮以及第一馈电片，第二移相组件包括第二弧形传输线、第二转式指针、第二转轴、第二齿轮以及第二馈电片；
第一弧形传输线和第二弧形传输线处于不同圆心位置, 且弧形传输线的半径可相同或者不同，第一弧形传输线上设有可沿第一传输线方向旋转的第一转式指针，第二弧形传输线上设有可沿第二传输线方向旋转的第二转式指针，第一转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第一弧形传输线或者第一馈电片电连接, 第二转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第二弧形传输线或者第二馈电件电连接, 第一馈电片和第二馈电片分别与功分模块相连, 功分模块由功分器通过第一转式指针和第二转式指针把功率分别分配给第一传输线和第二传输线的输出端口，第一齿轮和第一转轴连接在一起设置在第一弧形传输线的圆心处，第一齿轮控制第一转轴带动第一转式指针沿着第一弧形传输线弧形滑动，第二齿轮和第二转轴连接在一起设置在第二弧形传输线的圆心处，第二齿轮控制第二转轴带动第二转式指针沿着第二弧形传输线弧形滑动，第一齿轮和第二齿轮组成相互咬合的齿轮组功分模块和移相组件通过各自的齿轮与另外移相组件组合成具有不同传动比的齿轮组构成组合指针移相器，第一移相组件与第二移相组件的移相比与第一齿轮与第二齿轮的齿轮半径比成反比，通过更换不同传动比的齿轮组调整各个移相组件不同移相角度的要求。
作为更进一步的优选方案，当所述弧形传输线的半径相同、第一弧形传输线弧度大于第二弧形传输线弧度时,第一齿轮的半径小于第二齿轮的半径。
作为一种优选方案，所述传输线为直线传输线，转式指针两端通过悬置耦合的方式分别与直线传输线、馈电片电连接，直线传输线的两端与天线的辐射单元相连，而馈电片则与功分模块相连。
作为进一步的优选方案，所述多个移相组件的直线传输线互相平行。
作为进一步的优选方案，所述移相模块包括第一移相组件和第二移相组件，第一移相组件包括第一直线传输线、第一转式指针、第一转轴、第一齿轮以及第一馈电片，第二移相组件包括第二直线传输线、第二转式指针、第二转轴、第二齿轮以及第二馈电片；
第一直线传输线上设有可沿第一传输线方向旋转的第一转式指针，第二直线传输线上设有可沿第二传输线方向旋转的第二转式指针，第一转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第一直线传输线或者第一馈电片电连接, 第二转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第二直线传输线或者第二馈电件电连接, 第一馈电片和第二馈电片分别与功分模块相连, 功分模块由功分器通过第一转式指针和第二转式指针把功率分别分配给第一传输线和第二传输线的输出端口，第一齿轮和第一转轴连接在一起设置在第一直线传输线与第二直线传输线之间，第一齿轮控制第一转轴带动第一转式指针沿着第一直线传输线滑动，第二齿轮和第二转轴连接在一起设置在第一直线传输线与第二直线传输线之间，第二齿轮控制第二转轴带动第二转式指针沿着第二直线传输线滑动，第一齿轮和第二齿轮组成相互咬合的齿轮组功分模块和移相组件通过各自的齿轮与另外移相组件组合成具有不同传动比的齿轮组构成组合指针移相器，第一移相组件与第二移相组件的移相比与第一齿轮与第二齿轮的齿轮半径比成反比，通过更换不同传动比的齿轮组调整各个移相组件不同移相角度的要求。
作为进一步的优选方案，所述移相器还包括滑动装置，所述滑动装置与第一齿轮连接，用于控制第一齿轮转动。
作为再一步的优选方案，所述滑动装置包括依次连接的摆杆、摆杆拔块和滑杆，所述摆杆与第一齿轮连接。
作为一种优选方案，所述移相组件的馈电片包括互相连接的指针端和功分板端，所述馈电片的指针端与转轴连接，所述馈电片的功分板端与功分模块的功分器电连接，功分模块的功分器通过馈电片按照一定的比例把功率分配给移相模块的各个移相组件。
本发明提出的新型指针移相器,在电调天线使用多个辐射器的情况下,根据实际情况调整各输出端口的功率比以及相位差,达到控制电调天线的副瓣电平和下倾角精度的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的外形图；
图2为本发明实施例的内部结构图；
图3为本发明实施例移相模块加装齿轮的结构图；
图4为本发明实施例摆动原理图；
图5为本发明实施例移相模块加装齿轮摆杆内部结构图；
图6为本发明的第二种实施例；
图7为本发明的第三种实施例；
图8为本发明的第四种实施例。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为本发明实施例的外形图。图1示出，本实施例设有功分模块1和移相模块2。
如图2为本发明实施例的内部结构图。
如图2所示，本实施例指针式移相器，移相模块包括移相组件3和移相组件4，处于不同圆心位置的移相组件3中的第一弧形传输线5和移相组件3中的第二弧形传输线6，第一弧形传输线5上设有可沿第一传输线方向滑动的第一转式指针7，第二弧形传输线6上设有可沿第二传输线方向滑动的第二转式指针8。第一转式指针7与第一弧形传输线5以及第一馈电片9通过悬置耦合的方式电连接，第一转式指针7与馈电片9电连接的一端与第一转轴11刚性连接并通过馈电片9与功分板13电连接；第二转式指针8与第二弧形传输线6以及第二馈电片10通过悬置耦合的方式电连接，第二转式指针8与馈电片10电连接的一端与第二转轴12刚性连接并通过馈电片10与功分板13电连接。功分板13通过第一指针和第二指针把功率分别分配给第一传输线5和第二传输线6的输出端口，与天线辐射器相连。
指针是移相器的关键部件，它与弧形传输线构成等功率分配器,使得输入信号等功率等分配给同一弧形传输线的两个输出端口同时保证指针旋转时这两个端口的相位变化的绝对值相同。
功分模块通过电缆连接到馈电片上，根据需要设计不同的功分器，按照一定的比例把功率分配给各个端口，当指针旋转时，保证各端口的功率不发生改变。
如图3所示为本发明实施例加装齿轮的结构图。
第一齿轮14和第二齿轮15组成相互咬合的齿轮组，第二齿轮15与第二转轴连接，控制第二转轴12的转动，所述第一齿轮14与第一转轴11连接，控制第一转轴11的转动。
第一齿轮13的半径小于第二齿轮14，在不改变移相器的其它结构的情况下通过调整齿轮14和第二齿轮15的半径比，就可达到调整各端口的移相比的目的，减少不同电调天线需要不同移相量而造成的情况。
如图4为本发明实施例摆动原理图，通过依次连接的摆杆16、摆杆拔块18和滑杆17组成的滑动装置，通过滑杆17的水平滑动带动则可以控制齿轮的转动，进而控制转轴11、12的转动。
如图5所示通过摆杆16控制齿轮的转动，带动转轴11、12的转动，使得转式指针7、8分别沿第一弧形传输线5和第二弧形传输线6转动，从而控制第一弧形传输线5和第二弧形传输线6的输出端口的相位变化。
如图6所示为本发明的第二个实施例，通过 功分板与馈电片连接到一起组成单独的零件—功分馈电片19，即同时含有馈电片和功分模块的功分板的功能，包括指针端和功分端，指针端通过悬置耦合和转式指针7、8电连接，功分端控制各输出端口的功率分配。
如图7所示为本发明的第三个实施例，弧形传输线采用直线型传输线来替代。本实施例指针式移相器，转式指针分别沿直线型传输线20、21转动，其它原理与弧形传输线的原理相同。
转式指针与直线型传输线是非接触的, 转式指针转动时总有一部分结构与与直线型传输线悬置耦合, 齿轮组只是通过控制转轴来带动转式指针转动。
如图8所示为本发明的第四个实施例，移相模块由三个移相组件构成，移相组件的弧形传输线的圆心处于三个不同的圆心。采用三个弧形传输线的原理与采用两个弧形传输线的原理一致，增加了第三弧形传输线、第三指针、第三转轴和第三齿轮，第三齿轮与第一齿轮、第二齿轮组成互相咬合的齿轮组。通过在第一齿轮上的滑动装置的控制，实现对多个指针的滑动控制，从而控制三个传输线上的输出端口的相位变化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，例如增加多条传输线等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种指针移相器, 所述指针移相器与天线的辐射单元相连，其他特征在于，所述指针移相器包括移相模块以及功分模块：
移相模块包括两组或者两组以上的移相组件，每个移相组件包括传输线、转式指针以及馈电片；
转式指针两端通过悬置耦合的方式分别与传输线、馈电片电连接，传输线的两端与天线的辐射单元相连，而馈电片则与功分模块相连；
所述移相模块还包括转轴和齿轮，转式指针的轴心一端固定在所述转轴上，齿轮控制转轴带动转式指针沿着传输线滑动；
各组移相组件的齿轮组成相互咬合的齿轮组，各移相组件的移相比与各自移相组件的齿轮半径比成反比；
功分模块包括与移相模块的馈电片电连接的功分器，。
2.根据权利要求1所述的指针移相器，其特征在于，所述传输线为弧形传输线， 每个移相组件的弧形传输线处于不同圆心位置，转式指针两端通过悬置耦合的方式分别与弧形传输线、馈电片电连接，弧形传输线的两端与天线的辐射单元相连，而馈电片则与功分模块相连；
同一移相组件的弧形传输线的圆心与转式指针旋转点位置相同，与所述齿轮连接在一起的所述转轴设置在弧形传输线的圆心处，转式指针的轴心一端固定在所述转轴上，齿轮控制转轴带动转式指针沿着弧形传输线弧形滑动；
各组移相组件的齿轮组成相互咬合的齿轮组，各移相组件的移相比与各自移相组件的齿轮半径比成反比；
功分模块包括与移相模块的馈电片电连接的功分器，功分器按照一定的比例把功率分配给移相模块的各个移相组件。
3.根据权利要求2所述的指针移相器，其特征在于，所述移相模块包括第一移相组件和第二移相组件，第一移相组件包括第一弧形传输线、第一转式指针、第一转轴、第一齿轮以及第一馈电片，第二移相组件包括第二弧形传输线、第二转式指针、第二转轴、第二齿轮以及第二馈电片；
第一弧形传输线和第二弧形传输线处于不同圆心位置,第一弧形传输线上设有可沿第一传输线方向旋转的第一转式指针，第二弧形传输线上设有可沿第二传输线方向旋转的第二转式指针，第一转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第一弧形传输线或者第一馈电片电连接, 第二转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第二弧形传输线或者第二馈电件电连接, 第一馈电片和第二馈电片分别与功分模块相连, 功分模块由功分器通过第一转式指针和第二转式指针把功率分别分配给第一传输线和第二传输线的输出端口，第一齿轮和第一转轴连接在一起设置在第一弧形传输线的圆心处，第一齿轮控制第一转轴带动第一转式指针沿着第一弧形传输线弧形滑动，第二齿轮和第二转轴连接在一起设置在第二弧形传输线的圆心处，第二齿轮控制第二转轴带动第二转式指针沿着第二弧形传输线弧形滑动，第一齿轮和第二齿轮组成相互咬合的齿轮组功分模块，第一移相组件与第二移相组件的移相比与第一齿轮与第二齿轮的齿轮半径比成反比。
4.根据权利要求3所述的指针移相器，其特征在于，所述弧形传输线的半径相同、第一弧形传输线弧度大于第二弧形传输线弧度时,第一齿轮的半径小于第二齿轮的半径。
5.根据权利要求1所述的指针移相器，其特征在于，所述传输线为直线传输线，转式指针两端通过悬置耦合的方式分别与直线传输线、馈电片电连接，直线传输线的两端与天线的辐射单元相连，而馈电片则与功分模块相连。
6.根据权利要求5所述的指针移相器，其特征在于，所述多个移相组件的直线传输线互相平行。
7.根据权利要求5所述的指针移相器，其特征在于，所述移相模块包括第一移相组件和第二移相组件，第一移相组件包括第一直线传输线、第一转式指针、第一转轴、第一齿轮以及第一馈电片，第二移相组件包括第二直线传输线、第二转式指针、第二转轴、第二齿轮以及第二馈电片；
第一直线传输线上设有可沿第一传输线方向旋转的第一转式指针，第二直线传输线上设有可沿第二传输线方向旋转的第二转式指针，第一转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第一直线传输线或者第一馈电片电连接, 第二转式指针的两端通过悬置耦合的方式分别与第二直线传输线或者第二馈电件电连接, 第一馈电片和第二馈电片分别与功分模块相连, 功分模块由功分器通过第一转式指针和第二转式指针把功率分别分配给第一传输线和第二传输线的输出端口，第一齿轮和第一转轴连接在一起设置在第一直线传输线与第二直线传输线之间，第一齿轮控制第一转轴带动第一转式指针沿着第一直线传输线滑动，第二齿轮和第二转轴连接在一起设置在第一直线传输线与第二直线传输线之间，第二齿轮控制第二转轴带动第二转式指针沿着第二直线传输线滑动，第一齿轮和第二齿轮组成相互咬合的齿轮组，第一移相组件与第二移相组件的移相比与第一齿轮与第二齿轮的齿轮半径比成反比。
8.根据权利要求3或7所述的指针移相器，其特征在于，所述移相器还包括滑动装置，所述滑动装置与第一齿轮连接，用于控制第一齿轮转动。
9.根据权利要求8所述的指针移相器，其特征在于，所述滑动装置包括依次连接的摆杆、摆杆拔块和滑杆，所述摆杆与第一齿轮连接。
10.根据权利要求1所述的指针移相器，其特征在于，所述移相组件的馈电片包括互相连接的指针端和功分板端，所述馈电片的指针端与转轴连接，所述馈电片的功分板端与功分模块的功分器电连接，功分模块的功分器通过馈电片按照一定的比例把功率分配给移相模块的各个移相组件。
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