CN102176524B - 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元件及其相关应用，该移相元件用于调整流经其中的信号的相位，包括同轴设置的外导体和内导体，外导体与内导体之间套设有受控进行轴向运动而改变所述信号的相位的介质元件。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元件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外导体和内导体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。

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，包括同轴介质移相元件、同轴介质移相组件、差分相位移相元件等，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，包括同轴介质移相元件、同轴介质移相组件以及差分相位移相元件等，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元件得以系统化应用。

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元件更为可控。

为实现本发明的首要目的，本发明采用如下技术方案：

一种同轴介质移相元件，用于调整流经其中的信号的相位，包括同轴设置的外导体和内导体，外导体与内导体之间套设有受控进行轴向运动而改变所述信号的相位的介质元件。所述介质元件一端连接有供外力控制其轴向运动的致动元件。通过致动元件带动介质元件，或直接拖动介质元件移动，可以改变信号在元件中`的传播速率，由此可使流经移相元件输出的信号形成连续的线性相位差，从而实现移相的目的。

为便于改变连接端口的方便且不影响介质元件在轴向上的自由活动，所述介质元件具有供容置所述内导体的通孔，介质元件沿其轴向设置有与该通孔连成一体的纵长凹槽。所述外导体和内导体以彼此至少一相同端折出以形成供与外部连接部件相连接的连接端口。所述连接端口的折出方向与外导体和内导体的轴向相垂直，由于该纵长凹槽的设置，内导体经过纵长凹槽垂直折出，故不影响介质元件在轴向上的自动活动。

所述外导体外壁、内壁，所述介质元件外壁以及所述内导体外壁的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。

为改良移相元件的电气特征，所述外导体和介质元件沿其横向可设有开孔，或沿其轴向可设有开槽。

具体的，所述介质元件的通孔形状与内导体的外壁截面形状相配合，介质元件的外壁形状与外导体内壁截面形状相配合，介质元件与外导体和内导体之间形成的空间相吻合。

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个不一致；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。

作为本发明的另一实施例，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。

较佳的，所述介质元件的介电常数ε_r＞1.0。

一种同轴介质移相组件，其包括前述首要目的所述的同轴介质移相元件，两个所述同轴介质移相元件并排设置，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。

一种同轴介质移相组件，以两个如前述首要目的所述的同轴介质移相元件并排设置为一单元，至少有两个所述的单元以层叠式相组装形成所述组件。此一方案可用于满足双频或多频双极化天线移相需求。

一种差分相位移相元件，其包括前述述的同轴介质移相元件，在该同轴介质移相元件的外导体轴向中部处设有连接孔，介质元件沿轴向设有与其通孔贯通的附设凹槽，馈送信号的线缆经过该连接孔与内导体上连设的穿出附设凹槽的导电件相连接实施信号馈入，经由该同轴介质移相元件两端输出，形成相位差分的两路信号。

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元件和至少一个功分器，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元件移相后输出，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。

一种同轴介质移相系统，其包括至少一个前述首要目的所述的差分相位移相元件，进入该移相元件的信号被差分移相后形成两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，其包括前述首要目的所述的同轴介质移相元件、与所述移相元件的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致动元件轴向的力，使致动元件带动所述移相元件的介质元件做轴向运动，通过介质元件的移入或移出，实现对流经该移相元件的信号的相位移动。

在本发明的一实施例中，所述致动元件为齿条，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、本发明的移相器基于移相元件的改进而获得，移相元件具有结构简单、易于实现、移相精度高、线性度高、移相量大等特点。

2、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。每个移相元件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。

3、本发明的移相元件具有低剖面、体积小、重量轻、成本低廉的特点。

4、本发明的移相器具有组装简单、易于生产等优点。移相元件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。

5、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元件，或不同频段的移相元件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元件、同轴介质移相组件以及差分相位移相元件等，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元件的立体示意图，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元件的剖面示意图；

图5为本发明的同轴介质移相元件的内导体的立体示意图；

图6为本发明的同轴介质移相元件的介质元件的立体示意图；

图7揭示本发明同轴介质移相元件的外导体的十种典型的轴向截面；

图8揭示本发明同轴介质移相元件的内导体的五种典型的轴向截面；

图9揭示本发明同轴介质移相元件的介质元件的六种典型的轴向截面；

图10为本发明的同轴介质移相元件的一种改进结构的立体示意图；

图11为本发明的差分相位移相元件的剖面结构示意图；

图12为本发明中应用于单频双极化天线的同轴介质移相组件的立体示意图；

图13为本发明中应用于双频双极化天线的同轴介质移相组件的立体示意图；

图14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15为本发明的移相驱动装置的原理示意图；

图16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元件1的一个优选实施例。本优选实施例中，同轴介质移相元件1包括外导体11、内导体12、介质元件13及致动元件14。

所述的外导体11，具有中空结构，其外壁截面呈方形、内壁截面呈圆形(参见图7中标号2B)，由此形成圆形腔体。图3所示外导体11的左端沿其轴向延伸出一矩形槽112，矩形槽112的伸出端处还沿外导体11轴向延伸出一线槽161，矩形槽112的伸出端的端壁处设置一与外导体11的轴线重合的通孔(未标号)，由该通孔与该线槽161相配合形成连接端口16可用于实现信号传输介质的转换，经过本优选实施例移相元件1的信号可以借助该连接端口16做介质转换后输出。同理，图3所示外导体11的另一端，在外导体11的一个纵长壁上，与该纵长壁垂直(垂直于外导体11的轴向)延伸折出矩形槽114继而一线槽151，并且，在该线槽151对应的该纵长壁位置处设置一通孔(未标号)，由此处的线槽151与通孔相配合形成另一连接端口15用于实现信号传输介质的转换，馈入本连接端口15的信号可通过该连接端口15实现传输介质的转换。由此，图3右端的连接端口15作为输入端口用于馈入信号，左端的连接端口16作为输出端口用于输出信号。

所述的内导体12，请一并参阅图5，呈一体纵长状，截面成矩形，适应所述外导体11的连接端口15、16的设置情况，其右端垂直于轴向折出形成折出段121，其伸入外导体11形成的同轴腔体内部，并与外导体11同轴设置，无折出段的一端靠近所述左端连接端口16设置，有折出段121的一端则刚好以其折出段121末端靠近所述右端连接端口15设置。依照本优选实施例对连接端口15、16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，在右端连接端口15处，馈入信号的同轴电缆17′的外导体171刚好与本发明移相元件1的外导体11的线槽151相抵触连接，而同轴电缆17′的内导体173则穿过该连接端口15的通孔与所述内导体12的折出段121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刚好在该通孔处将内导体12与移相元件1外导体11相绝缘，同轴电缆17′整体能被线槽151支撑以加强连接的稳定性；同理，在左端连接端口16处，用于输出信号的同轴电缆17的外导体171与内导体173分别与移相元件1的外导体11和内导体12相连接，且也有绝缘介质172置于通孔中避免相互接触，该处线槽161同理起到支撑作用。

所述的介质元件13，请一并参阅图6，呈纵长状，包括主体131和附件，主体131为一体延伸件，设有供内导体12置入的通孔130，成套筒状，该主体131可整体深入至外导体11与内导体12之间形成的同轴腔体内；附件为一外露件132，外露于该同轴腔体之外用于与所述致动元件14相连接。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与内层除起移相作用外，还起支撑作用，故其主体131部分的外壁截面形状必须与外导体11的内壁截面形状相吻合，其主体131部分的内壁截面形状必须与内导体12的外壁截面形状相吻合。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外壁截面形状为矩形，故介质元件13的截面选用图9中标号4C所示的形状。介质元件13的主体131上，沿轴向还设置与一纵长凹槽134，且使该凹槽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，因内导体12的折出段121可以在该纵长凹槽134中自由滑动，故介质元件13相对于外导体11和内导体12的轴向位移将不受任何影响。

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元件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的外露件132，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，可在外露件132上再行设置一致动元件14。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元件1最好能被电动控制，或者，至少应可比更灵活的手动控制。关于移相驱动装置暂且按下不表。

请注意回顾图4，为了实现用于输入和输出的连接端口15、16与射频传输线的阻抗匹配，在同轴腔体内设有若干阻抗变换器181、182，根据1/4波长传输线阻抗变换理论公式Z _e1 ²＝Z₀*Z_e2，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，外导体11的内壁设置有相对该内壁深入的周状凹陷181，这样便导致外导体11在其轴向上形成了至少两处不同的截面，该两处不同截面的内径大小互不相同，形成阻抗变换器；介质元件13的外壁也设置有相对该外壁深入的周状凹陷182，两处周状凹陷181、182均构成了阻抗变换器。同理，内导体12的外壁也可设置所述周状凹陷呈现轴向上的不同截面以形成阻抗变换器。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。

为了改进移相元件1的电气特性，在外导体11上可设置若干开孔(未图示)，开孔的轴线与外导体11的轴线相垂直，并且进一步可沿外导体11的轴向设置开槽(未图示)，为表述的方便，本发明中，定义任何与移相元件1的轴向相垂直的方向为横向，而不管外导体11的截面形状如何，根据此一定义，所述开孔即设置于外导体11的横向。

同样的改良结构也适用于介质元件13，即可如外导体11一般在介质元件13的横向设置开孔和在介质元件13的轴向设置开槽。

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、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2B，还包括外圆内圆形2A、外矩形内圆形2C、外椭圆形内圆形2D、外三角形内圆形2E、外圆内方形2F、外方内方形2G、外矩形内方形2H、外椭圆内方形2I以及外三角内方形2J等等。实际上，外导体11的外壁、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的轴向截面的多种典型变体，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矩形3C，还包括正圆形3A、正方形3B、椭圆形3D、三角形3E、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。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相连通的纵长凹槽134，纵长凹槽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4A、外圆内三角形4B、外圆内矩形4C、外方内圆形4D、外方内三角形4E、外圆内矩形4F。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元件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元件1，该移相元件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，通过同轴介质移相元件1的介质元件13在轴向的相对位移，即介质元件13在致动元件14或手动牵引下慢慢移出同轴腔体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15、16(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＝kΔL。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：工作在中心频点2GHz左右的移相器，可选择ε_r≈4.0，ΔL≈50mm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，外导体11的同轴腔体一般直径或边长尺寸在12mm左右，轴向长度在100mm左右，外导体11的尺寸总体上决定了移相元件1的尺寸，这样便使得相应的移相元件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元件1的另一实施例中，改变了用于输出的连接端口16的朝向，在优选实施例中被设置为沿移相元件1的轴向延伸的连接端口16被按照用于输入的连接端口15相同的方式设置成垂直于移相元件1的轴向，具体而言，在外导体11的纵长壁上垂直折出一矩形槽，矩形槽折出末端的壁面上设置通孔和线槽，同时，将内导体12在该相应端处设计垂直折出形成折出段122，介质元件13的结构不变，这样，便形成了与用于输入的连接端口15相同的结构。可考虑将两个连接端口15、16设置于外导体11的同一纵长壁上，同轴电缆17、17′的连接同理，以使布局更为合理。

前述各实施例中述及的连接端口15、16的具体结构不应受限，信号在移相元件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。

需要加以指出的是，关于介质元件13的具体结构，除其具有的用于容纳内导体12的通孔130之外，其余组成部分包括外露件132和纵长凹槽134均可灵活设计。例如，由于内导体12的左端已被同轴电缆17的内导体173焊接固定，可将移相元件1的内导体12设计成截面处处相同的一体成型件，由此，其两端均是贯通的，致动元件14可以套设在内导体12的主体131上实现连接，内导体12的右端与输入信号线缆的连接可以藉由细线进入介质元件13的通孔130与内导体12连接，这样，介质元件13便不必再设计所述纵长凹槽134和外露件132。因此，不仅连接端口15、16的设计是灵活的，而且外导体11、内导体12、介质元件13三者自身形状及其与外部线缆相转换的方式、结构也是可灵活设计的。

请参阅图16，前面各实施例中所述的介质元件13，当其两侧分别设置纵长凹槽和附设凹槽时，由两个凹槽将介质元件分离为相对向平行设置的两部分。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137，138之间的空隙用于置入内导体12，由两个片状件137，138形成的两侧纵长开口之间形成所述纵长凹槽和附设凹槽，经过该两个凹槽设置连接部位，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12可以设置为矩形件，由此与介质元件13的两个片状件137，138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。

在详细揭示本发明的同轴介质移相元件1结构和作用原理的基础上，本发明将在下面详细揭示一种基于该同轴介质移相元件1的差分相位移相元件。请参阅图11，本发明的差分相位移相元件包含一同轴介质移相元件1，考虑到接线上的便利，设计两个连接端口15、16并使之朝向相同，这样，如前所述，内导体12两端均有折出段121、122，以与同样折出的外导体11配合形成该两个连接端口15、16。而在外导体11、介质元件13的轴向中部处，还设置一连接孔(未标号)贯通外导体11、介质元件13直至内导体12，内导体12连设一导电件173″穿出介质元件13靠近外导体11的连接孔，这样，外部线缆便可以如同其它连接端口15、16一样与内导体12的导电件173″和外导体11实现电性连接。定义连接孔对应处为用于信号输入的连接端口19，另外两个既有的连接端口15、16用于输出两路信号，那么，馈入该移相元件的信号在介质元件13的移动下形成两路相位差分的信号输出，达到本发明提出的差分相位移相元件的目的。如前所述，顾及介质元件13在移相的过程中不受影响，需要设置纵长凹槽134以使内导体12的折出段121、122不影响介质元件13活动，而在差分相位移相元件中，因所述导电件173″也会影响介质元件13的滑动，故而，介质元件13还应对应该导电件173″再行沿轴向设置附设凹槽(未图示)以克服此一问题。考虑到设计的科学性，可以将附设凹槽和纵长凹槽134连通成一体，而介质元件13的主体131因与外露件132连成一体而能藉由作用在外露件132上的外力实现同步滑动。

前述各实施例中的同轴介质移相元件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移相组件。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元件1并排而成，其两个致动元件14同端设置，其用于输入的两个折出的连接端口15、150分别相背向设置，而用于输出的两个连接端口16、160则刚好处于与致动元件14相反方向的同一端。为了获得更佳的电气性能，将两个移相元件1的外导体11一体成型。借助用于输入信号的连接端口15、150的信号的改变，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元件1的同轴介质移相组件，不管该移相组件内含多少移相元件1，其中的外导体11均一体成型，其内形成有多个同轴腔体分别用于装设介质元件13和内导体12，等效于多个仅带一同轴腔体的外导体11。

图13进一步揭示一种适于双频双极化应用的同轴介质移相组件。其以两个本发明优选实施例所示的同轴介质移相元件1并排组成一单元71、72，每个移相元件1中的用于输入的连接端口设置在不影响叠装的方向，然后以两个这样的单元71、72互相叠装，最终形成所述移相组件。当然，为了保证各移相元件1之间的连接稳固，可以借助公知的手段例如卡固、粘固等将各个移相元件1连结在一起。依据此一逻辑，同理可扩展出由多层单元71、72叠装形成的更复杂的移相组件。

依照与图12、13所共同揭示的演进方案同样的原理，利用多个同轴介质移相元件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元件1的低剖面、小尺寸特性，本发明给出的一个工作于1.7-2.7GHz频段的移相元件1单层高度约15mm，双层高度也仅仅约为30mm，双排的宽度仅仅约为30mm，如此小的截面尺寸是其它类型移相元件所难以比拟的。

本领域技术人员应当知晓，适用于同轴介质移相元件1的上述两种集成方式，自然同样适用于差分相位移相元件，故不行赘述。

利用高度集成的移相组件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14，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14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元件1组成移相系统，四个移相元件依次标号为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元件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元件1C。进入移相元件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元件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分配到移相元件1C的该路信号也以与前述对称的路径相继经移相元件1C、功分器93、移相元件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。移相元件1A和1B的介质元件13传动方向一致，起始位置也一致，而移相元件1C和1D的介质元件13传动方向与移相元件1A及1B方向相反，两者起始位置一致。可以设定移相元件1A与1B的介质元件13由移相元件内部慢慢移出，相应的1C与1D的介质元件13则恰好由移相元件外部慢慢移入。为保持四组移相元件的同步一致性，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。

本领域技术人员应当知晓，由本发明的差分相位移相元件组成的移相组件的应用原理与前述由同轴介质移相元件1组成的移相组件相同，同样能在此处用做移相系统，只要结合差分移相原理与功分器相结合将信号相位差分分配到各相应的辐射单元即可，恕不行详述。

虽然前面提出了同轴介质移相元件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15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元件1、与所述移相元件的致动元件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转换为作用于该致动元件14轴向的力，使致动元件14带动所述移相元件1的介质元件13做轴向运动以实现对流经该移相元件1的信号的相位移动。所述致动元件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。

尽管本实施例仅给出同轴介质移相元件1的致动元件14被外力作用的方案，但本领域技术人员应当知晓，此种方案同理适用于差分相位移相元件和由同轴介质移相元件1或差分相位移相元件组成的各种移相组件中。

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 (26)

1.一种同轴介质移相元件，用于调整流经其中的信号的相位，包括同轴设置的外导体和内导体，其特征在于，外导体形成有同轴腔体，于同一同轴腔体的轴向的两端，即位于该同轴腔体的同一侧面的两端，或者一端位于侧面而另一端位于轴向末端共两端，所述外导体设置有分别用于实现所述信号的传输的两个与该同轴腔体连通的连接端口，所述的内导体呈一体纵长状，其伸入该同轴腔体内部设置，内导体两端分别靠近该两个连接端口设置，外导体与内导体之间套设有受控进行轴向运动而改变所述信号的相位的介质元件，介质元件呈纵长状，包括主体和附件，主体为一体延伸件，具有供容置所述内导体的通孔，主体整体可深入至所述同轴腔体内部以套设于所述外导体和内导体之间，附件外露于该同轴腔体之外。

2.根据权利要求1所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述介质元件一端连接有供外力控制其轴向运动的致动元件。

3.根据权利要求1所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述介质元件沿其轴向设置有与该通孔连成一体的纵长凹槽。

4.根据权利要求3所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述外导体和内导体以彼此至少一相同端折出以形成供与外部连接部件相连接的所述连接端口。

5.根据权利要求4所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述连接端口的折出方向与外导体和内导体的轴向相垂直。

6.根据权利要求1所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述外导体的外壁截面呈圆形、三角形、方形、矩形、椭圆形、梯形及正六边形中任意一种。

7.根据权利要求1所述的同轴介质移相元件，其特征在于，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元件，其特征在于，所述内导体的外壁截面呈圆形、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元件，其特征在于，所述介质元件的外壁截面呈圆形、三角形、方形、矩形、椭圆形、梯形及正六边形中任意一种。

10.根据权利要求1所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述外导体沿其横向设有开孔，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元件，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。

12.根据权利要求1所述的同轴介质移相元件，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。

13.根据权利要求1至11中任意一项所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述介质元件的通孔形状与内导体的外壁截面形状相配合，介质元件的外壁形状与外导体内壁截面形状相配合，介质元件与外导体和内导体之间形成的空间相吻合。

14.根据权利要求1至12中任意一项所述的同轴介质移相元件，其特征在于，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。

15.根据权利要求1至12中任意一项所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述外导体内壁、内导体外壁及介质元件外壁，其中至少之一的轴向截面大小表现出至少两处不一致。

16.根据权利要求1至12中任意一项所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述介质元件由具有不同介电常数的至少两个区段构成。

17.根据权利要求1至12中任意一项所述的同轴介质移相元件，其特征在于，所述介质元件的介电常数ε_r＞1.0。

18.一种同轴介质移相组件，其特征在于，其包括两个如权利要求1至17中任意一项所述的同轴介质移相元件，两个所述同轴介质移相元件并排设置，且两者的外导体一体成型。

19.一种同轴介质移相组件，其特征在于，以两个如权利要求1至17中任意一项所述的同轴介质移相元件并排设置为一单元，至少有两个所述的单元以层叠式相组装形成所述组件。

20.一种差分相位移相元件，其包括如权利要求1至17中任意一项所述的同轴介质移相元件，其特征在于，在该同轴介质移相元件的外导体轴向中部处设有连接孔，介质元件沿轴向设有与其通孔贯通的附设凹槽，馈送信号的线缆经过该连接孔与内导体上连设的穿出附设凹槽的导电件相连接实施信号馈入，经由该同轴介质移相元件两端输出，形成相位差分的两路信号。

21.一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元件和至少一个功分器，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元件移相后输出，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。

22.一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20所述的差分相位移相元件，进入该移相元件的信号被差分移相后形成两路信号分配到不同的辐射单元。

23.一种移相驱动装置，其特征在于，其包括如权利要求2所述的同轴介质移相元件、与所述移相元件的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致动元件轴向的力，使致动元件带动所述移相元件的介质元件做轴向运动，通过介质元件的移入或移出，实现对流经该移相元件的信号的相位移动。

24.根据权利要求23所述的移相驱动装置，其特征在于，所述致动元件为齿条，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。

25.根据权利要求23所述的移相驱动装置，其特征在于，所述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。

26.根据权利要求23至25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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