CN102157767A - 同轴介质移相系统、移相器及移相驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明改进了传统的移动通信天线的移相器，提出一种同轴介质移相器及其相关应用，该移相器用于调整流经其中的信号的相位，包括内导体和外导体，该内导体一体成型定义出至少两个相平行的传导臂，该外导体为每个传导臂设有同轴腔体，传导臂套设于同轴腔体中，外导体与传导臂之间套设有用于沿同轴腔体轴向运动以改变所述信号相位的介质元件。通过介质元件沿轴向的直线往返运动可以改变经过该移相器的射频信号的传播速率，从而改变信号的相位，达到移相的目的。本发明克服了定势思维，改变了传统的同轴移相器的结构，通过介质元件相对于同轴腔体的移动实现调相，使移相器的电气和物理特性均得以大大优化，作为基础元件，具有乐观的应用前景。

Description

同轴介质移相系统、移相器及移相驱动装置

【技术领域】

本发明涉及移动通信天线领域，尤其涉及其中所应用的用于改变信号相位的同轴介质移相器，包括同轴介质移相器、同轴介质合成移相器等，还涉及由该种移相器组成的同轴介质移相系统，以及涉及对该移相器实施移相操作的移相驱动装置。

【背景技术】

在移动通信网络覆盖中，电调基站天线是覆盖网络的关键设备之一，而移相器又是电调基站天线的最核心部件，移相器性能的优劣直接决定了电调天线性能，进而影响到网络覆盖质量，故移相器在移动基站天线领域的重要性是不言而喻的。现有技术中，在1950年的美国US2,502,359号专利中提出了这样一种相位可连续变化的移相器，如图1所示。该移相器具有同轴结构特性，参见图1“U”型同轴传输线由11、12、13、14、15组成，其中采用金属空心圆柱结构的11、12为固定部分，采用金属实心圆柱结构的“U”型线14、13、15分别插入11和12右端空心体内。通过一个机械传动杆21、联动体16以及17和18，进而推动14、13、15左右运动，其中17、18为非导电的绝缘件。由于11、14、13、15、12组成的“U”型传输线的总长度的连续变化，导致二个同轴线接头24之间传输信号的相位出现相应的连续变化，即实现了移相功能。

上述移相器的缺点之一在于：在反复的使用中，难以确保固定的传输线11或12与可移动传输线14、13、15之间的良好接触，而且两个金属之间的这种非紧固连接方式在高功率情况下可能出现打火现象，同时难以避免由于不良接触引起的无源互调产物。

上述移相器的缺点之二在于：圆柱状的传输线11、14、13、15、12为了满足一定的阻抗特性，相应的腔体19的厚度尺寸H更大。

上述移相器的缺点之三在于：当移相器应用于类似连续可调的波束电下倾基站天线时，通常需要同时采用多个移相器一体化，如此，由于结构布局的关系，圆柱状的传输线11和12的空心环不便于机械加工，采用模具生产也不便于脱模工艺。

随后1988年的美国US4,755,778号专利对上述可连续变化的同轴移相器进行了改进，使其进一步实用。请继续参见图2，改进之处在于：增加介质支承结构302；增加补偿环300以补偿固定的传输线397或398与可移动传输线396之间过渡的阻抗不连续性跳变；增加一个传动引导轨394，由394定位和引导传动块392的运动；增加一个终端含有弹簧332的螺钉330，当传动块392运动接近左端极限位置时，弹簧332被压缩而逐步积聚应力，以防止318的过度运动而损坏移相器；在导孔322左侧增加一个弹簧328，当传动块392的右端310运动接近右端极限位置时，弹簧328被314压缩而逐步积聚应力，以防止318的过度运动而损坏移相器，在固定的传输线397或398的末端增加多个纵向开缝388，开缝388可以产生一定弹性，从而使得固定的传输线397或398与可移动传输线396之间处于更好的接触状态。美国US4,755,778号专利所描述的改进点难以从根本上解决其固有问题，原因在于：

其一：尽管开缝388可以产生一定弹性，然而，反复的使用中，难以确保固定的传输线397或398与可移动传输线396之间的良好接触，而且两个金属之间的这种非紧固连接方式在高功率情况下可能出现打火现象，同样难以避免由于不良接触引起的无源互调产物。

其二：通过直接移动传输线导体方式实现移相，而这样结构在移动基站天线领域难以实现电路指标的稳定性，此一缺陷同理适用于US2,502,359号专利所披露的技术方案。

【发明内容】

本发明的首要目的在于提供一类同轴介质移相器，包括同轴介质移相器、同轴介质合成移相器，以克服上述的不足，从电气性能、物理特征、生产组装工艺等诸多方面对现有技术进行优化。

本发明的目的之二在于提供一种同轴介质移相系统，使前述首要目的的移相器得以系统化应用。

本发明的目的之三在于提供一种移相驱动装置，使前述首要目的中的同轴介质移相器更为可控。

为实现本发明的首要目的，本发明采用如下技术方案：

一种同轴介质移相器，用于调整流经其中的信号的相位，包括内导体和外导体，该内导体一体成型定义出至少两个相平行的传导臂，该外导体为每个传导臂设有同轴腔体，传导臂套设于同轴腔体中，外导体与传导臂之间套设有用于沿同轴腔体轴向运动以改变所述信号相位的介质元件。

具体的，所述外导体一体成型设有多个所述的同轴腔体以供多个传导臂分别容纳其中。进一步的，所述内导体呈迂回式绕折状，可以形成多于两个的传导臂。一个或多个所述的介质元件与一外力致动元件相连接。通过致动元件带动介质元件，或直接拖动介质元件移动，可以改变信号在移相器中的传播速率，由此可使流经移相器输出的信号形成连续的线性相位差，从而实现移相的目的。

所述内导体的相邻两个传导臂之间形成有折弯部，所述介质元件形成有套设传导臂的通孔，还沿其轴向设有与该通孔连通的主缺口槽以使介质元件轴向运动时与所述折弯部无接触。由此，内导体的折弯便不影响介质元件在轴向上的自由活动。

为便于移相器与外部连接部件连接，所述内导体的两端分别与所述外导体在对应位置处形成连接端口，以供外部连接件在每个连接端口处与外导体和内导体分别相连接。对应该外部连接件与内导体相连接的部位，位于该处的所述介质元件沿轴向设置有次缺口槽以使该介质元件轴向运动时与所述外部连接件的该部件无接触。

所述外导体外壁、内壁，所述介质元件外壁以及所述内导体传导臂的外壁的轴向截面形状可以灵活设计，可呈圆形、三角形、方形、矩形、椭圆形、梯形及正六边形中任意一种，也不排除不规则形状的采用。

所述外导体内壁、内导体外壁及介质元件外壁，其中至少之一形成有阻抗变换器，以便形成单节或多节阻抗变换效果。形成该阻抗变换器的形式，主要表现在两方面，其一是使外导体内壁、内导体传导臂外壁及介质元件外壁至少之一的轴向截面大小表现出至少两处不一致；另一是使介质元件由具有不同介电常数的至少两个区段构成。

较佳的，所述介质元件的介电常数＞1.0。

作为本发明的一种改型，所述介质元件由两片状件平行设置形成，两片状件间供置入所述内导体。

一种同轴介质合成移相器，其包括前述首要目的所述的同轴介质移相器，两个或两个以上所述同轴介质移相器并排设置，且两者的外导体一体成型。此一方案可用于满足双极化天线移相需求。由此原理进一步扩展的合成移相器甚至可以用于满足双频或多频双极化天线移相需求。

为实现本发明的目的之二，本发明采用如下技术方案：

一种同轴介质移相系统，其包括前述首要目的所述的同轴介质移相器和至少一个功分器，进入该功分器的信号所分配的多路信号中，有至少一路信号被所述移相器移相后输出，以将未被移相的各路信号和被移相的至少一路信号分配到不同的辐射单元。

为实现本发明的目的之三，本发明采用如下技术方案：

一种移相驱动装置，其包括前述各目的中设置了外力致动元件的移相器、与所述移相器的外力致动元件相配合的力矩转换单元以及用于产生外力的驱动部件，由该驱动部件产生的外力经过力矩转换单元转换为作用于该外力致动元件轴向的力，使外力致动元件带动所述移相器的介质元件做轴向运动，通过介质元件的移入或移出，以实现对流经该移相器的信号的相位移动。

在本发明的一实施例中，所述外力致动元件为齿条，力矩转换单元包括与该齿条相啮合的齿轮，所述驱动部件带动该齿轮与该齿条啮合实现移相。

在本发明的另一实施例中，所述外力致动元件为固定于介质元件上的介质拉杆，所述的驱动部件带动该拉杆轴向运动实现移相。

所述驱动部件可为步进电机或人力操控工具，以使本发明的移相器的调相具备人力控制和自动控制两种途径。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的移相器具有结构简单、易于实现、移相精度高、线性度高、移相量大等特点。

2、尽管本发明提供了两种方式来改进移相调节效果，其一是通过改进介质元件，使其由高介电常数组成，从而使介质元件可以利用较短的轴向运动量程来实现较大范围的移相量的调节，但高介电常数介质材料的选取及加工都对技术提出较高要求；其二是通过将内导体处理成两个以上平行的传导臂，然后同理通过由一个传导臂限定的介质元件运动量程来实现与改变介质材料的方式等量的调相范围，尽管此举增大了移相器的横向宽度，但保持了移相器的轴向长度，对移相器的小体积大功效起到重要的作用，可行易实现，优于前者。

3、本发明的移相器具有电路指标优秀，特别是无源互调产物低的特点。每个移相器内部均设有若干阻抗变换器，容易实现与外部射频电缆匹配。同时由于本方案是通过移动介质元件产生连续的线性相位差，介质元件的移动比金属导体移动更利于交调控制。

4、本发明的移相器具有低剖面、体积小、重量轻、成本低廉的特点。

5、本发明的移相器具有组装简单、易于生产等优点。移相器组装无需任何金属螺钉紧固，仅需将介质元件和内导体依次插入到外导体形成的同轴腔体内，同时连接上致动元件即可，很显然这样的设计是非常利于组装和大批量生产的。

6、本发明的移相器具有高度集成特性，由于本发明的低剖面、小尺寸特性，可将不同极化的移相器，或不同频段的移相器集成在一个大的腔体内，形成移相组件，使其更加有利于组装、生产和降低成本及重量。

概况而言，本发明的移相器，包括所述的同轴介质移相器、同轴介质移相组件以及差分相位移相器等，作为一基础元件，其物理上的合理改进带来多方面的积极效果，移相器及由其所构成的移相系统、移相驱动装置等，对移动通信天线领域具有深远的影响，无论技术上还是经济效益上，均能被本领域技术人员所理解。

【附图说明】

图1为美国US2,502,359号专利公告披露的一种移相器的示意图；

图2为美国US4,755,778号专利公告披露的一种移相器的示意图；

图3为本发明的同轴介质移相器的立体示意图，其外导体的外壁截面呈矩形；

图4为本发明的同轴介质移相器的剖面示意图；

图5为本发明的同轴介质移相器的内导体的立体示意图；

图6为本发明的同轴介质移相器的介质元件的立体示意图；

图7.1至图7.4分别揭示本发明同轴介质移相器的外导体的几种典型的轴向截面；

图8.1至图8.2分别揭示本发明同轴介质移相器的内导体的几种典型的轴向截面；

图9.1至图9.4分别揭示本发明同轴介质移相器的介质元件的几种典型的轴向截面；

图10为本发明同轴介质移相器的一种改进方案的剖面示意图；

图11为本发明同轴介质移相器的另一种改进方案的剖面示意图；

图12为本发明中应用于单频双极化天线的同轴介质合成移相器的立体示意图；

图13为本发明的同轴介质移相系统与天线辐射单元相结合时的原理示意图；

图14为本发明的移相驱动装置的原理示意图；

图15为本发明同轴介质移相器的再一种改进方案的局部剖面示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

请参阅图3和图4，其共同揭示本发明同轴介质移相器1的一个优选实施例的内外部结构。本优选实施例中，同轴介质移相器1包括外导体11、内导体12、介质元件13及外力致动元件14。

所述的外导体11，为一体成型件，内部形成有两个沿外导体纵长方向贯通的同轴腔体110，该纵长方向即为移相器的轴向。外导体11内壁的轴向截面呈圆形，外壁的轴向截面呈矩形(参见图7.1)。图3所示外导体11的左端沿其轴向延伸出一对不封顶的矩形槽112、114，内导体12的两端延伸到该矩形槽112、114处以便于与矩形槽112、114一起形成连接端口161，162，可用于实现移相器1与传输介质的信号转换，经过本优选实施例移相器1的信号可以借助该两个连接端口161，162做介质转换后输入和输出。

所述的内导体12，请一并参阅图5，呈U型折弯状，迂回折弯定义出两个相平行的传导臂121和连接两个传导臂121的折弯部127，内导体12的两端分别用于形成供输入和输出的连接端口，故该两端被部分削平以便与外部连接部件相连接。

内导体12的两个传导臂121分别插入外导体11的两个同轴腔体110中，每个传导臂121与其所置入的同轴腔体110呈同轴设置，内导体12与外导体11不相接触。依照本优选实施例对连接端口161、162的设置，适用于采用同轴电缆17、17′与外导体11和内导体12实现信号的转换传输。具体而言，连接端口161处，馈入信号的同轴电缆17的外导体171刚好与本发明移相器1的外导体11的矩形槽114相抵触连接，而同轴电缆17的内导体173则与所述移相器1的内导体12的切削部位相连接，同轴电缆17的外导体171与其内导体173之间的绝缘介质172刚好将内导体12与移相器1外导体11相绝缘；同理，在连接端口162处，用于输出信号的同轴电缆17′的外导体171与内导体173分别与移相器1的外导体11和内导体12相连接，且也有绝缘介质172置于起避免接触的作用。

所述的介质元件13，请一并参阅图6，对应内导体12传导臂121的个数设置有两个，由连接件138在同一端将两个介质元件13连接在一起，形成U型状，使两个介质元件13具有同步联动的基础。每一介质元件13设有供内导体12置入的通孔130，介质元件13可整体深入至外导体11与内导体12之间形成的同轴腔体110内。连接件138外露于该同轴腔体110之外用于与所述外力致动元件14相连接，也可将连接件138视为外力致动元件14的一部分。介质元件13所选用的材料的介电常数ε_r＞1.0，其材料可以是一种或多种，除要求有高介电常数外，最好还要求具有低损耗正切角特性。介质元件13套设于外导体11与内导体12之间，对外导体11与内导体12的信号传输除起移相作用外，还起支撑作用。因本优选实施例中，外导体11内壁截面形状为圆形，内导体12外壁截面形状也为圆形，故介质元件13的截面选用图9.2所示的圆环状。介质元件13沿轴向还设置有一主缺口槽134，且使该主缺口槽134与介质元件13的通孔130相连通，由此介质元件13置于外导体11与内导体12之间时，可以借助该主缺口槽134的无障碍滑动确保介质元件13不会与内导体12的折弯部127相接触，故介质元件13相对于外导体11和内导体12的轴向平滑运动是不受任何影响的。

由此，可以看出，外导体11与内导体12之间采用了同轴设置、稳固连接的方式保持彼此的空间位置关系，保证彼此之间不会产生任何相对运动，而介质元件13虽与外导体11和内导体12同轴设置，但却可受力沿轴向做直线位移，介质元件13在轴向上的往返运动必然改变馈入移相器1的信号的传播速率，由此导致该信号的相位的改变，形成相位差，达到移相的目的，而且，此一改变相位过程是线性渐变的。

驱动介质元件13做直线运动需要借助外力的作用，最原始的方式是手动将外力作用于介质元件13的一端，沿轴向推、拉使介质元件13相对外导体11和内导体12形成直线位移，为更便于推拉，可在所述连接件138上再行设置一所述外力致动元件14(参阅图3)。显然，手动作为最原始的外力驱动方式不够优化，因此，本发明的外力致动元件14需进一步与其它部件相配合，最好被形成移相驱动装置，使本发明的同轴介质移相器1最好能被电动控制，或者，至少应可实现比手动更灵活的控制。关于移相驱动装置暂且按下不表。

请注意回顾图4和图6，为了实现用于输入和输出的连接端口161、162与射频传输线的阻抗匹配，在同轴腔体110内设有若干阻抗变换器181，其阻抗变换原理依据1/4波长传输线阻抗变换理论公式

实现，其中，Z₀为以空气为介质的同轴腔体的特性阻抗，Z_e1为介质1的同轴腔体特性阻抗，Z_e2为介质2的同轴腔体特性阻抗，实现方式可以通过改变同种介质的厚度或增加不同介电常数的介质实现，或通过改变内导体12直径的大小实现，或通过改变外导体11直径的大小实现，或以上几种方式的组合，或在外导体11、内导体12、介质元件13上设置多节特性阻抗变换，或采用渐变式结构均可以实现宽频带特性。

请再参阅图4和图6，介质元件13的外壁设置有相对该外壁径向深入的周状凹陷181，这样便导致介质元件13在其轴向上形成了至少两处不同的截面，该两处不同截面的外径大小互不相同，形成阻抗变换器；同样的设置可以在外导体11和/或内导体12中实现。除此之外，在未图示的一种实施方式中，介质元件13由两个区段构成，而两个区段分别选用具有不同介电常数的材料制作而成，同样可形成阻抗变换效果。

请参阅图7，示出了外导体11的轴向截面的多种典型变体，这些变体是基于外导体11的外壁、同轴腔体110的内壁的不同形状设计而得的，既包括本发明优选实施例中的外方内圆形(图7.1)，还包括外方内方形(图7.2)、外椭圆内圆形(图7.3)、外椭圆形内方形(图7.4)等等。实际上，外导体11的外壁、外导体11的同轴腔体110的内壁形状均可灵活变化，并不受上述情况限制，例如还可以是选用包括梯形、正六边形在内的其它任意形状。需要指出的，此处的方形特指正方形，圆形特指正圆形。

请参阅图8，示出了内导体12的轴向截面的两种典型变体，因内导体12是实心射频传输线结构，故这些变化是基于内导体12的外壁截面形状变化而得的，既包括本发明的优选实施例中的圆形(图8.1)，也包括方形(图8.2)、矩形、椭圆形、三角形、梯形、正六边形、其它正多边形等等。同理，还可以优选其它任意形状。

请参阅图9，如前所述，介质元件13的外壁、内壁截面形状分别取决于外导体11内壁、内导体12外壁的截面形状，因此，此处仅示出介质元件13的轴向截面的多种典型变体，并不代表所示出的各种变体适应于所有截面的外导体11和内导体12的组合。所有示出的各种变体均一并示出了介质元件13上设置的与通孔130相连通的主缺口槽134，主缺口槽134不视为介质元件13内壁截面形状的构成部分。因此，示出的变体主要为外圆内圆形(图9.1)、外圆内方形(图9.2)、外方内方形(图9.3)、外方内圆形(图9.4)等。同理，还可以优选包括梯形、正六边形在内的其它任意形状。

由上述关于同轴介质移相器1的具体结构剖析过程可以看出，通过外导体11、介质元件13、内导体12之间的适当配合，形成本发明的同轴介质移相器1，该移相器1能取得较优良的电气特性和物理特性，可结合如下描述进行理解：

一方面，通过同轴介质移相器1的介质套筒13在轴向的相对位移，即介质套筒13在外力致动元件14或人力牵引下慢慢移出同轴腔体110之外或回退到同轴腔体内，即可在信号的输出/输入连接端口161、162(具体哪个连接端口用做输出或输入实质上可以由本领域技术人员灵活确定)形成连续相位差，即

由公式可知其满足相位差与行程的线性关系ΔΦ＝K×ΔL。实际应用时，可根据天线的实际相位需求给出合适的介电常数ε_r及行程ΔL，例如：采用图3所示的设计方案，工作在中心频点2GHz左右的移相器，可选择ε_r≈4.0，ΔL≈35mm即可产生ΔΦ≈120°的相位差，可满足15dBi增益档天线连续电下倾范围0～20°，或满足18dBi增益档天线连续电下倾范围0～10°。另一方面，由同轴传输线的特性阻抗公式

可知在截至频率范围内，其特性阻抗与频率无关，仅仅决定于外导体内经b，内导体外径a，及内外导体间填充的介质的介电常数ε_r三者的比值，故只要同轴的结构强度满足设计要求，即可减小同轴腔体的尺寸。较佳的，外导体11的同轴腔体直径或边长尺寸在10mm左右，外导体11的尺寸总体上决定了移相器1的尺寸，这样便使得相应的移相器1具备了小尺寸、低剖面、轻便小巧、低成本等优点。

请参阅图10，在本发明的同轴介质移相器1的另一实施例中，内导体12被进一步迂回折弯定义出三个彼此相平行的传导臂121，大致呈S型。适应此一变化，所述外导体11形成有3个同轴腔体110用于容纳所述三个传导臂121和三个介质元件13，且改变了其中一个连接端口162的设置位置和朝向——在优选实施例中被设置为沿移相器1的轴向延伸的连接端口162被设置成垂直于移相器1的轴向，具体而言，在内导体12的两端在移相器1的轴向上相反，外导体11的纵长壁上开孔使同轴线缆17′能进入以与内导体12相连接。为了使介质元件13的滑动不受同轴线缆17′的阻碍，需要以设置所述主缺口槽134相同的方式在该对应于连接端口162的介质元件13上设置与该介质元件13的通孔130相连通的次缺口槽134，由此，同轴线缆17′的外导体和内导体即可分别与移相器1的外导体11和内导体12相连接而形成所述连接端口162，且这种连接不受介质元件13的滑动的影响。

请继续参阅图11，本发明的同轴介质移相器的另一实施例中，内导体12被再度折弯成并联双U型状(形如UU)以较图10所揭示的实施例增加一个传导臂121，外导体11的同轴腔体110和介质元件13的数量也相应增加。其余结构未有实质性改变。

请参阅图15，前面实施例中所述的介质元件13，当其两侧分别设置主缺口槽134和次缺口槽时，由两个缺口槽将介质元件分离为相对向设置的两部分。因此，作为本发明的另一实施例，所述介质元件13由两个片状件137、138平行设置形成，两个片状件之间的空隙用于置入内导体12的传导臂121，由两个片状件形成的两侧纵长开口之间形成所述主缺口槽和次缺口槽，经过该两个缺口槽设置连接部位，并不阻碍介质元件在同轴腔体中的滑动。这种情况下，内导体的传导臂121可以设置为矩形件，由此与介质元件13的两个片状件共同形成“三明治”结构。同理，片状件137、138的截面形状还可参照前述各实施例做适当的变形。恕不赘述。

通过前述各实施例可以归纳出，内导体12可以通过迂回折弯形成n个传导臂121，与相应个数的同轴腔体110和介质元件13相配合，理论上可获得n倍于单个传导臂121、同轴腔体110、介质元件13共同作用时所获得的移相效果。

同理可以看出，前述各实施例中述及的连接端口161、162的具体结构不应受限，信号在移相器1中的输入和输出的转换，除了前述的同轴电缆17、17′外，还可以是微带线、带状线、波导、平行双线等，业内技术人员可结合本发明关于连接端口的设计灵活设计出适用于上述各种情况的连接结构，故不行详述。

前述各实施例中的同轴介质移相器1作为基础元件适用于单频单极化的移动通信天线应用领域，请参阅图12，其进一步提出一种适用于单频双极化应用的同轴介质合成移相器。该移相组件采用两个如本发明优选实施例所示的同轴介质移相器1并排且共用一外导体11，由该外导体11一体成型设计出需配备的多个同轴腔体110。

本领域内技术人员可以知晓，按此方式同理可组成具有多个同轴介质移相器1的同轴介质合成移相器，不管该合成移相器内含多少基础移相器1，其中的外导体11均一体成型，其内形成有多个同轴腔体110分别用于装设一介质元件13和一传导臂121。以此形成的合成移相器可进一步用于双频双极化应用场合。

依照与图12所揭示的演进方案同样的原理，利用多个同轴介质移相器1可方便地集成为多层多排式移相组件，应用于多频、多阵列基站天线等需求场合。之所以本发明可实现高度集成，完全得益于单个同轴介质移相器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应用于移动通信天线系统中，其与功分器的结合成为具有多端口的同轴介质移相系统，用于完成对基站天线的连续调相。请参阅图13，其揭示天线系统中同轴介质移相系统与多个辐射单元之间的作用关系原理。说见下述：

图13示出一个带5个辐射单元12A-12E的天线阵列，采用4个独立的同轴介质移相器1组成移相系统，四个移相器依次标号为1A、1B、1C、1D，射频信号由输入端90馈入天线内部首先进入一分三功分器91，该功分器91分配出来的一路功分信号进入移相器1B，另一路功分信号直接进入辐射单元12C，再一路功分信号进入移相器1C。进入移相器1B的信号被移相后进入下一级一分二功分器92，然后由功分器92分配一路信号进入下一级移相器1A移相后再进入辐射单元12A，功分器92分配的另一路功分信号直接进入12B。同理，功分器91分配到移相器1C的该路信号也以与前述对称的路径相继经移相器1C、功分器93、移相器1D进入辐射单元12D及12E。由以上功分关系，可以设定一分三功分器91的功分比为：2∶1∶2，一分二功分器92及一分二功分器93的功分比均为1∶1。移相器1A和1B的介质元件13传动方向一致，起始位置也一致，而移相器1C和1D的介质元件13传动方向与移相器1A及1B方向相反，两者起始位置一致。可以设定移相器1A与1B的介质元件13由移相器内部慢慢移出，相应的1C与1D的介质元件13则恰好由移相器外部慢慢移入。为保持四组移相器的同步一致性，需要由统一的传动结构进行传动，本案例中没有给出详细的图示，但业内专业人士不难理解这一设计原理。经过以上组阵功分、移相，最后分配到12A～12E五个辐射单元上的相位关系如下：2*ΔΦ∶ΔΦ∶0∶-ΔΦ∶-2*ΔΦ，由此即完成了一副五单元阵列天线的连续电调移相目的。至于阵列天线需要多大的下倾范围，则需设计合适的辐射单元相位差ΔΦ，以满足下倾范围需求。

同理，同轴介质移相系统同样适用于其它具有多个辐射单元的天线。

虽然前面提出了同轴介质移相器1及其各种应用变体的结构和作用原理等内容，但是其中的外力致动元件14是基于外力作用而驱动的，外力既可以由人力手动产生，也可以采用公知的机电装置驱动产生。图14继续揭示一种作用于本发明的移相器的移相驱动装置。

该移相驱动装置包括本发明的同轴介质移相器1、与所述移相器的外力致动元件14相配合的力矩转换单元42以及用于产生外力的驱动部件41，由该驱动部件41产生的外力经过力矩转换单元42转换为作用于该外力致动元件14轴向的力，使外力致动元件14带动所述移相器1的介质元件13做轴向运动以实现对流经该移相器1的信号的相位移动。所述外力致动元件14为齿条，力矩转换单元42包括与该齿条相啮合的齿轮，所述驱动部件41带动该齿轮与该齿条啮合实现移相。所述驱动部件41为步进电机或人力操控工具。

一些未具体图示的实施例中，所述外力致动元件14可以是介质拉杆加齿轮，力矩转换单元42是行星齿轮。

如选用介质拉杆作为外力致动元件14，本申请推荐省略力矩转换单元42，而由驱动部件41直接作用于介质拉杆以对介质拉杆进行拉动。

概况而言，通过公知的机械传动结构去操纵外力致动元件14，使其传递外力作用于介质元件13使之产生直线位移，即可实现移相的目的。

综上所述，本发明的提出，克服了定势思维，改变了传统的同轴介质移相器的结构，通过介质元件13相对于外导体11和内导体12传导臂121的移动实现对移相器的调相，使移相器的电气特性和物理特性均得以大大优化，作为一基础元件，具有乐观的应用前景。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (22)

1.一种同轴介质移相器，用于调整流经其中的信号的相位，包括内导体和外导体，其特征在于，该内导体一体成型定义出至少两个相平行的传导臂，该外导体为每个传导臂设有同轴腔体，传导臂套设于同轴腔体中，外导体与传导臂之间套设有用于沿同轴腔体轴向运动以改变所述信号相位的介质元件。

2.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，所述内导体呈迂回式绕折状，形成多于两个的传导臂。

3.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，一个或多个所述的介质元件与一外力致动元件相连接。

4.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，所述内导体的相邻两个传导臂之间形成有折弯部，所述介质元件形成有套设传导臂的通孔，还沿其轴向设有与该通孔连通的主缺口槽以使介质元件轴向运动时与所述折弯部无接触。

5.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，所述内导体的两端分别与所述外导体在对应位置处形成连接端口，以供外部连接件在每个连接端口处与外导体和内导体分别相连接。

6.根据权利要求4所述的同轴介质移相器，其特征在于，对应该外部连接件与内导体相连接的部位，位于该处的所述介质元件沿轴向设置有次缺口槽以使该介质元件轴向运动时与所述外部连接件的该部件无接触。

7.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，对于至少一个所述的同轴腔体，形成该同轴腔体的所述外导体的内壁截面呈圆形、三角形、方形、矩形、椭圆形、梯形及正六边形中任意一种。

8.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，对于至少一个传导臂，其外壁截面呈圆形、三角形、方形、矩形、椭圆形、梯形及正六边形中任意一种。

9.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，对于至少一个介质元件，其外壁或内壁截面呈圆形、三角形、方形、矩形、椭圆形、梯形及正六边形中任意一种。

10.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，所述介质元件沿其横向设有开孔，或沿其轴向设有开槽。

11.根据权利要求1所述的同轴介质移相器，其特征在于，所述介质元件由两片状件平行设置形成，两片状件间供置入所述内导体。

12.根据权利要求1至11中任意一项所述的同轴介质移相器，其特征在于，至少一个所述的同轴腔体中，所述外导体的内壁、内导体传导臂的外壁及介质元件的外壁，其中至少之一形成有阻抗变换器。

13.根据权利要求1至11中任意一项所述的同轴介质移相器，其特征在于，至少一个所述的同轴腔体中，所述外导体的内壁、内导体传导臂的外壁及介质元件的外壁，其中至少之一的轴向截面大小表现出至少两处不一致。

14.根据权利要求1至11中任意一项所述的同轴介质移相器，其特征在于，至少一个所述的介质元件由具有不同介电常数的至少两个区段构成。

15.根据权利要求1至11中任意一项所述的同轴介质移相器，其特征在于，所述介质元件的介电常数＞1.0。

16.根据权利要求1至11中任意一项所述的同轴介质移相器，其特征在于，所述外导体一体成型设有多个所述的同轴腔体以供多个传导臂分别容纳其中。

17.一种同轴介质合成移相器，其特征在于，其包括两个如权利要求1至16中任意一项所述的同轴介质移相器，两个或两个以上的所述同轴介质移相器并排设置，且两者的外导体一体成型。

18.一种同轴介质移相系统，其特征在于，其包括至少一个如权利要求1至17中任意一项所述的同轴介质移相器和至少一个功分器，进入该功分器的信号所分配的多路信号中，有至少一路信号被所述移相器移相后输出，以将未被移相的各路信号和被移相的至少一路信号分配到不同的辐射单元。

19.一种移相驱动装置，其特征在于，其包括如权利要求3所述的同轴介质移相器、与所述移相器的外力致动元件相配合的力矩转换单元以及用于产生外力的驱动部件，由该驱动部件产生的外力经过力矩转换单元转换为作用于该外力致动元件轴向的力，使外力致动元件带动所述移相器的介质元件做轴向运动，通过介质元件的移入或移出，以实现对流经该移相器的信号的相位移动。

20.根据权利要求19所述的移相驱动装置，其特征在于，所述外力致动元件为齿条，力矩转换单元包括与该齿条相啮合的齿轮，所述驱动部件带动该齿轮与该齿条啮合实现移相。

21.根据权利要求20所述的移相驱动装置，其特征在于，所述外力致动元件为固定于介质元件上的介质拉杆，所述的驱动部件带动该拉杆轴向运动实现移相。

22.根据权利要求19至21中任意一项所述的移相驱动装置，其特征在于，所述驱动部件为步进电机或人力操控工具。

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