CN102306872B - 电调天线对称多路功分移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电调天线对称多路功分移相器，包括一个圆弧移相PCB板，所述的圆弧移相PCB板上均匀分布有N条同心圆弧，所述的圆弧两端延伸到圆弧移相PCB板外周，并形成2N个与电调天线各个单元振子一一对应连接的输入输出端口，从所述的同心圆弧圆心处向外周设有一条与馈源相接的馈源阻抗变换线，在圆弧移相PCB板的顶面上还设有一个与所述圆弧耦合的可以绕圆弧圆心旋转的旋转滑片。由于本发明采用了多条等弧度同圆心的圆弧结构，可以实现传统移相器难以实现多路的问题，而且各端口等功率分配，移相范围大，可实现主波束大倾角下倾。本发明作为一种性能优良移相器广泛应用于通信行业中。

Description

电调天线对称多路功分移相器

技术领域

本发明涉及一种电调天线部件，特别是一种电调天线对称多路功分移相器。

背景技术

电调天线是指使用电子调整下倾角度的移动天线，通过改变共线阵天线振子的相位，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。电调天线在移动通信系统中得到了广泛的应用，是基站的一个重要组成部分，随着通信行业的发展，基站的数量不断增加，基站之间的干扰日益严重，网优环境日益复杂，必须提高电调天线的性能。

电调天线的性能主要取决于天线阵列中功分移相器的性能，功分移相器相关的基本要求包括：宽频带、高增益、大下倾角、上旁瓣抑制。

（1）展宽天线阻抗带宽有两个制约因素，一个是天线单元振子的阻抗带宽，另一个就是功分移相器的阻抗带宽。通常拓展功分移相器的阻抗带宽可以使用多节变换，但是这样带来的是功分移相器尺寸的增加。另一个提高功分移相器阻抗带宽的方式是在每节功率分配时各端口功率相差值降低，分配功率相差越小，带宽越宽，所以需要各端口等功率分配。

（2）电调天线的高增益可用增加单元振子数来实现，但是增加单元数后会出现的一个问题是功分移相器的端口与单元振子数不匹配，所以需要多端口的功分移相器。

（3）电调天线主波束下倾角是由相邻天线振子相位差大小决定，相位差越大，主波束下倾角也就越大，所以要求控制天线振子到天线端口之间的相位差。

（4）电调天线的上旁瓣抑制由各单元振子的功率决定，其各单元振子的功率分配可按二项式分布，切比雪夫多项式分布等。

而现有的功分移相器只能实现4路带宽要求，无法连接更多的单元振子数（无法实现高增益要求）；此外在功率分配方面也无法保证各端口的等功率分配，可能造成电调天线方向图畸变；还有天线振子到天线端口之间的相位差范围不够大，无法实现主波束大下倾角。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单、性能优良电调天线对称多路功分移相器，该移相器可以扩充天线单元振子的数量，有效地控制相邻振子到天线端口之间的大相位差，而且对称结构可以实现各端口等功率分配。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电调天线对称多路功分移相器，包括一个圆弧移相PCB板，所述的圆弧移相PCB板上均匀分布有N条同心圆弧，所述的圆弧两端延伸到圆弧移相PCB板外周，并形成2N个与电调天线各个单元振子一一对应连接的输入输出端口，从所述的同心圆弧圆心处向外周设有一条与馈源相接的馈源阻抗变换线，在圆弧移相PCB板的顶面上还设有一个与所述圆弧耦合的可以绕圆弧圆心旋转的旋转滑片。

进一步，所述的旋转滑片上设有旋转点，旋转点与所述的圆弧圆心重合，所述的旋转滑片是通过卡紧扣和弹片固定配合来实现绕所述旋转点旋转的。

进一步，所述的旋转滑片与所述的N条圆弧的交接位置上有N条与旋转点同心的小圆弧，所述的小圆弧半径与之对应的圆弧半径相同。

进一步，所述的相邻小圆弧之间和旋转点到旋转滑片各个支路最近的小圆弧之间串接有若干段能传输能量和阻抗变换的滑片导线。

进一步，所述的滑片导线长度和宽度可变。

进一步，所述旋转滑片其中一支路的顶端还设有使其旋转的拨动手杆。

进一步，所述旋转滑片的各支路顶端还设有U型夹紧件，各个U型夹紧件内侧一端与旋转滑片支路对应端固接，其内侧另一端活动地扣在圆弧移相PCB板的背面。

进一步，N条圆弧的半径比从小到大依次为1：2：3：…：N-1：N。

进一步，所述的圆弧移相PCB板是双面覆铜板结构，包括所述N条圆弧在内的无焊接区域全部平滑地覆盖上绝缘油，所述的旋转滑片是单面覆铜板结构，正反两面均平滑地覆盖绝缘油。

进一步，包括N个均匀对称分布的同心圆弧金属板、上金属地板和下金属地板，所述的各个圆弧金属板两端与电调天线的各个电源振子一一对应连接，所述的同心圆弧圆心处设有一个与馈源相连接的馈源阻抗变换金属板，在同心圆弧金属板顶面上还设有一个与所述同心圆弧金属板耦合的可以绕圆弧圆心旋转的旋转金属板，所述的上金属地板和下金属地板相隔一定垂直距离且关于同心圆弧金属板对称分布，构成带状结构。

本发明的有益效果是：由于本发明PCB板上采用了多条等弧度同圆心的圆弧结构，旋转滑片上也设有用于传输能量、阻抗变换的滑片导线和耦合小圆弧，可以实现传统移相器难以实现多路的问题，而且各端口等功率分配，移相范围大，可实现主波束大倾角下倾。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的第一实施例的示意图；

图2是图1中的圆弧移相PCB板主视图；

图3是图1中的旋转滑片的主视图；

图4是本发明的第二实施例的示意图；

图5是图4中的圆弧移相PCB板主视图；

图6是图4中的旋转滑片的主视图；

图7是本发明的第三实施例的示意图；

图8是图7中的圆弧移相PCB板主视图；

图9是图7中的旋转滑片的主视图；

图10是本发明的第四实施例的示意图；

图11是图10中的同心圆弧金属板和馈源阻抗变换金属板主视图；

图12是图10中的旋转金属片的主视图；

图13是本发明的固定结构件示意图。

具体实施方式

以N=4为例，同心圆弧一种分布结构，该对称多路功分移相器可以连接8个天线单元振子。

参照图1、图2，电调天线对称多路功分移相器，包括一个圆弧移相PCB板11，所述的圆弧移相PCB板11上对称分布有4条等弧度的同心圆弧（圆弧1110到圆弧1113），上下端各两条圆弧对称分布，对称的结构可以实现各端口的等功率分配，所述的圆弧两端沿着圆弧弦方向水平延伸到圆弧移相PCB板11两侧，并形成8个与电调天线各个单元振子一一对应连接的输入输出端口（端口1102到端口1109），从所述的圆弧圆心1115处沿着圆弧弦方向设有与馈源端口1101相接的馈源阻抗变换线1114，在圆弧移相PCB板11的表面上还设有一个与所述圆弧耦合的可以绕圆弧圆心1115旋转的旋转滑片12。

优选的是，所述的 4条圆弧的半径比从小到大依次为1：2：3：4。

优选的是，所述旋转滑片12的两支路顶端还分别设有U型夹紧件15和U型夹紧件16，两个U型夹紧件内侧一端与旋转滑片12对应端固接，其内侧另一端活动地扣在圆弧移相PCB板11的背面。这样，旋转滑片12可以稳定地绕其旋转点旋转了。

优选的是，所述的圆弧移相PCB板11是双面覆铜板结构，包括所述4条圆弧在内的无焊接区域全部平滑地覆盖上绝缘油；所述的旋转滑片12是单面覆铜板结构，覆铜面正对着圆弧移相PCB板11，正反两面均平滑地覆盖绝缘油。

由于圆弧移相PCB板11和旋转滑片12上均平滑覆盖有绝缘油，它们之间可以无阻碍滑动。

参照图1、图2和图3，所述的旋转滑片12上设有旋转点1201，旋转点1201与所述的圆弧圆心1115重合，所述的旋转滑片12是通过卡紧扣13和弹片14固定配合来实现绕所述旋转点1201旋转的。

优选的是，所述的旋转滑片12与所述的4条圆弧的交接位置上有4条与旋转点1201同心的小圆弧（小圆弧1215、小圆弧1208、小圆弧1207、小圆弧1213），所述的小圆弧半径与之对应的圆弧半径相同，并通过绝缘油介质耦合能量。

优选的是，所述的相邻小圆弧之间和旋转点到旋转滑片两个支路最近的小圆弧之间串接有若干段能传输能量和阻抗变换的滑片导线，以图3为例，小圆弧1215和小圆弧1208之间串接有滑片导线1214、1212、1210，小圆弧1208和旋转点1201之间串接有滑片导线1205、1202，小圆弧1207与旋转点1201之间串接有滑片导线1206、1204、1203，小圆弧1213与小圆弧1207之间串接有滑片导线1211、1209。

优选的是，所述的滑片导线长度和宽度可变，根据计算要求选取各段滑片导线的长度和宽度。

优选的是，所述旋转滑片12的一端还设有使其旋转的拨动手杆。

本装置的工作过程如下：圆弧移相PCB板11上的四个圆弧1110、1111、1112、1113与旋转滑片的小圆弧1215 、1208、1207、1213通过绝缘油对应耦合，并经由旋转滑片上的滑片导线与圆弧移相PCB板的地（背板铜片）组成的微带结构进行传输、阻抗变换汇聚至旋转点1201处，然后旋转点1201耦合至圆弧移相PCB板的圆弧圆心1115处，最后通过馈源阻抗变换线1114进行阻抗变换后与馈源端口1101相连。拨动旋转滑片12的拨动手杆使旋转滑片12绕圆弧圆心1115旋转，就改变了与8个单元振子一一对应连接的输入输出端口（端口1102到端口1109）到馈源的物理长度，这样就可改变各端口的相位，从而实现天线下倾角的调节。

具体地，滑片导线1214、1212、1210负责传输圆弧1110与小圆弧1215耦合的能量，并阻抗变换后与圆弧1111处的耦合能量进行并联汇合；导线1205、1202负责传输变换小圆弧1208处能量至旋转点21处；对称边的两条小圆弧1207、1213能量传输原理与此类似。

以N=5为例，同心圆弧一种另分布结构，该对称多路功分移相器可以连接10个天线单元振子。

参照图4、图5，电调天线对称多路功分移相器，包括一个圆弧移相PCB板21，所述的圆弧移相PCB板21上对称分布有5条等弧度的同心圆弧（圆弧2104到圆弧2107），上端有两条圆弧，下端有三条圆弧，上下端对称的结构可以实现各端口的等功率分配，所述的圆弧两端沿着圆弧弦方向水平延伸到圆弧移相PCB板21两侧，并形成10个与电调天线各个单元振子一一对应连接的输入输出端口（端口2109到端口2118），从所述的圆弧圆心2103处沿着圆弧弦方向设有与馈源端口2101相接的馈源阻抗变换线2102，在圆弧移相PCB板21的表面上还设有一个与所述圆弧耦合的可以绕圆弧圆心2103旋转的旋转滑片22。

优选的是，所述的 5条圆弧的半径比从小到大依次为1：2：3：4：5。

优选的是，所述旋转滑片22的两支路顶端还分别设有U型夹紧件25和U型夹紧件26，两个U型夹紧件内侧一端与旋转滑片22对应端固接，其内侧另一端活动地扣在圆弧移相PCB板21的背面。这样，旋转滑片22可以稳定地绕其旋转点旋转了。

优选的是，所述的圆弧移相PCB板21是双面覆铜板结构，包括所述5条圆弧在内的无焊接区域全部平滑地覆盖上绝缘油；所述的旋转滑片22是单面覆铜板结构，覆铜面正对着圆弧移相PCB板21，正反两面均平滑地覆盖绝缘油。

由于圆弧移相PCB板21和旋转滑片22上均平滑覆盖有绝缘油，它们之间可以无阻碍滑动。

参照图4、图5和图6，所述的旋转滑片22上设有旋转点2201，旋转点2201与所述的圆弧圆心2103重合，所述的旋转滑片22是通过卡紧扣23和弹片24固定配合来实现绕所述旋转点2201旋转的。

优选的是，所述的旋转滑片22与所述的5条圆弧的交接位置上有5条与旋转点2201同心的小圆弧（小圆弧2219、小圆弧2215、小圆弧2205、小圆弧2208、小圆弧2212），所述的小圆弧半径与之对应的圆弧半径相同，并通过绝缘油介质耦合能量。

优选的是，所述的相邻小圆弧之间和旋转点到旋转滑片两个支路最近的小圆弧之间串接有若干段能传输能量和阻抗变换的滑片导线，以图6为例，小圆弧2219和小圆弧2215之间串接有滑片导线2218、2217、2216，小圆弧2215和旋转点2201之间串接有滑片导线2214、2213，小圆弧2205与旋转点2201之间串接有滑片导线2204、2203、2202，小圆弧2208与小圆弧2205之间串接有滑片导线2207、2206，小圆弧2212和小圆弧2208之间串接有滑片导线2211、2210、2209。

优选的是，所述的滑片导线长度和宽度可变，根据计算要求选取各段滑片导线的长度和宽度。

优选的是，所述旋转滑片22的一支路顶端还设有使其旋转的拨动手杆。

本装置的工作过程如下：圆弧移相PCB板21上的5个圆弧（圆弧2017、圆弧2014、圆弧2015、圆弧2016、圆弧2018）与旋转滑片的小圆弧（小圆弧2219、小圆弧2215、小圆弧2205、小圆弧2208、小圆弧2211）通过绝缘油对应耦合，并经由旋转滑片上的滑片导线与圆弧移相PCB板的地（背板铜片）组成的微带结构进行传输、阻抗变换汇聚至旋转点2201处，然后旋转点2201耦合至圆弧移相PCB板的圆弧圆心2103处，最后通过馈源阻抗变换线2102进行阻抗变换后与馈源端口2101相连。拨动旋转滑片22的拨动手杆使旋转滑片22绕圆弧圆心2103旋转，就改变了与10个单元振子一一对应连接的输入输出端口（端口2109到端口2118）到馈源的物理长度，这样就可改变各端口的相位，从而实现天线下倾角的调节。

具体地，滑片导线2218、2217、2216负责传输圆弧2017与小圆弧2219耦合的能量，并阻抗变换后与圆弧2014处的耦合能量进行并联汇合；滑片导线2214、2213负责传输变换小圆弧2215处能量至旋转点2201处；对称边的三条小圆弧2212、2208、2205能量传输原理与此类似。

以N=6为例，同心圆弧一种另分布结构，该对称多路功分移相器可以连接12个天线单元振子。

参照图7、图8，电调天线对称多路功分移相器，包括一个圆弧移相PCB板31，所述的圆弧移相PCB板31上对称分布有6条同心圆弧（圆弧3104到圆弧3109），上端、下端和左端有两条圆弧，下端有两条圆弧，对称的结构可以实现各端口的等功率分配，所述的圆弧两端相应平行延伸到圆弧移相PCB板31外周，并形成12个与电调天线各个单元振子一一对应连接的输入输出端口（端口3110到端口3121），从所述的圆弧圆心3103处沿着圆弧弦方向设有与馈源端口3101相接的馈源阻抗变换线3102，在圆弧移相PCB板31的表面上还设有一个与所述圆弧耦合的可以绕圆弧圆心3103旋转的旋转滑片32。

优选的是，所述的 5条圆弧的半径比从小到大依次为1：2：3：4：5：6。

优选的是，所述旋转滑片32的三支路顶端还分别设有U型夹紧件35、U型夹紧件36和U型夹紧件37，三个U型夹紧件内侧一端与旋转滑片32对应端固接，其内侧另一端活动地扣在圆弧移相PCB板31的背面。这样，旋转滑片32可以稳定地绕其旋转点旋转了。

优选的是，所述的圆弧移相PCB板31是双面覆铜板结构，包括所述6条圆弧在内的无焊接区域全部平滑地覆盖上绝缘油；所述的旋转滑片32是单面覆铜板结构，覆铜面正对着圆弧移相PCB板31，正反两面均平滑地覆盖绝缘油。

由于圆弧移相PCB板31和旋转滑片32上均平滑覆盖有绝缘油，它们之间可以无阻碍滑动。

参照图7、图8和图9，所述的旋转滑片32上设有旋转点3201，旋转点3201与所述的圆弧圆心3103重合，所述的旋转滑片32是通过卡紧扣33和弹片34固定配合来实现绕所述旋转点3201旋转的。

优选的是，所述的旋转滑片32与所述的6条圆弧的交接位置上有6条与旋转点3201同心的小圆弧（小圆弧3216、小圆弧3212、小圆弧3224、小圆弧3220、小圆弧3209、小圆弧3205），所述的小圆弧半径与之对应的圆弧半径相同，并通过绝缘油介质耦合能量。

优选的是，所述的相邻小圆弧之间和旋转点到旋转滑片三个支路最近的小圆弧之间串接有若干段能传输能量和阻抗变换的滑片导线，以图9为例，小圆弧3216和小圆弧3212之间串接有滑片导线3215、3214、3213，小圆弧3212和旋转点3201之间串接有滑片导线3211、3210，同理小圆弧3224和小圆弧3220之间，小圆弧3220 和旋转点3201之间，小圆弧3209和小圆弧3205之间，小圆弧3205 和旋转点3201之间均串接有滑片导线。

优选的是，所述的滑片导线长度和宽度可变，根据计算要求选取各段滑片导线的长度和宽度。

优选的是，所述旋转滑片32的一支路顶端还设有使其旋转的拨动手杆。

本装置的工作过程如下：圆弧移相PCB板31上的6个圆弧（圆弧3019、圆弧3014、圆弧3018、圆弧3016、圆弧3017、圆弧3015）与旋转滑片的小圆弧（小圆弧3216、小圆弧3212、小圆弧3224、小圆弧3220、小圆弧3209、小圆弧3205）通过绝缘油对应耦合，并经由旋转滑片上的滑片导线与圆弧移相PCB板的地（背板铜片）组成的微带结构进行传输、阻抗变换汇聚至旋转点3201处，然后旋转点3201耦合至圆弧移相PCB板的圆弧圆心3103处，最后通过馈源阻抗变换线3102进行阻抗变换后与馈源端口3101相连。拨动旋转滑片32的拨动手杆使旋转滑片32绕圆弧圆心3103旋转，就改变了与12个单元振子一一对应连接的输入输出端口（端口3110到端口3221）到馈源的物理长度，这样就可改变各端口的相位，从而实现天线下倾角的调节。

具体地，滑片导线3215、3214、3213负责传输圆弧3109与小圆弧3216耦合的能量，并阻抗变换后与圆弧3212处的耦合能量进行并联汇合；滑片导线3211、3210负责传输变换小圆弧3212处能量至旋转点3201处；其它两支路上的小圆弧的能量传输原理与此类似。

对于N等于其他值时，都可以显而易见的得到多路功分移相器对应的结构，这些上述实施例中并未提及到的结构亦包括在本专利保护范围内。

另一类电调天线对称多路功分移相器，是带状结构，不采用圆弧移相PCB板，用相应的金属板代替。包括N个均匀对称分布的同心圆弧金属板、上金属地板和下金属地板，所述的各个圆弧金属板两端与电调天线的各个电源振子一一对应连接，所述的同心圆弧圆心处设有一个与馈源相连接的馈源阻抗变换金属板，在同心圆弧金属板顶面上还设有一个与所述同心圆弧金属板耦合的可以绕圆弧圆心旋转的旋转金属板，所述的上金属地板和下金属地板相隔一定垂直距离关于同心圆弧金属板对称分布，构成带状结构。

取其中一例，N=5时，参照图10，本电调天线带状结构10路对称多路功分移相器，包括5个同心圆弧金属板（金属板41、42、44、45、46），馈源阻抗变换金属板43，一个功率分配并旋转移相的旋转金属板47，两个用于构成带状结构回流路径的金属地板（上金属地板48和下金属地板49），其中旋转金属板47分别与五个同心圆弧金属板和馈源阻抗变换金属板43悬置耦合，同心圆弧金属板和上下金属地板（48,49）相隔一定垂直距离构成带状结构，原理与微带结构10路对称多路功分移相器PCB板类似。

参照图11，带状结构10路对称多路功分移相器的同心圆弧金属板和馈源阻抗变换金属板43的主视图，采用一定厚度的金属板实现，4102、4202、4402、4502、4502半径之比为4：1：2：3：5，其中4302是同心圆弧圆心，并且每个圆弧分成两端，共有10个端口（端口4201、4203、4401、4403、4501、4503、4601、4603）接天线单元。馈线源通过4301处的阻抗变换连接馈源端口4403与馈源阻抗相匹配。

参考图12，带状结构10路对称多路功分移相器的旋转金属片主视图，其原理第二实施例微带结构10路对称多路功分移相器的旋转滑片类似。

值得说明的是，第一、第二、第三实施例的结构均可相应的应用到本结构中。

最后参照图13，本发明的固定结构件示意图，从左到右依次是卡紧扣、弹片和U型夹紧件。

显然N亦可为其它值，其结构也在本专利保护范围内。

另外，本发明适用于目前的各类移动通信基站，例如，适用于806-960MHz频率波段（相对带宽为17%）或1710-2170MHz（相对带宽为24%）或2300-2700MHz（相对带宽为16%）频段，可接7、 9、11、13个单元阵列，使得天线整体增益大于16dBi，下倾角范围可达0°~16°，上旁瓣可达≤-16dB。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.电调天线对称多路功分移相器，其特征在于：包括一个圆弧移相PCB板，所述的圆弧移相PCB板上均匀分布有N条同心圆弧，所述的圆弧两端延伸到圆弧移相PCB板外周，并形成2N个与电调天线各个单元振子一一对应连接的输入输出端口，从所述的同心圆弧圆心处向外周设有一条与馈源相接的馈源阻抗变换线，在圆弧移相PCB板的顶面上还设有一个与所述圆弧耦合的可以绕圆弧圆心旋转的旋转滑片；所述的旋转滑片上设有旋转点，旋转点与所述的圆弧圆心重合，所述的旋转滑片是通过卡紧扣和弹片固定配合来实现绕所述旋转点旋转的；所述的旋转滑片与所述的N条圆弧的交接位置上有N条与旋转点同心的小圆弧，所述的小圆弧半径与之对应的圆弧半径相同；所述旋转滑片其中一支路的顶端还设有使其旋转的拨动手杆；所述旋转滑片的各支路顶端还设有U型夹紧件，各个U型夹紧件内侧一端与旋转滑片支路对应端固接，其内侧另一端活动地扣在圆弧移相PCB板的背面。

2.根据权利要求1所述的电调天线对称多路功分移相器，其特征在于：相邻小圆弧之间和旋转点到旋转滑片各个支路最近的小圆弧之间均串接有若干段能传输能量和阻抗变换的滑片导线。

3.根据权利要求2所述的电调天线对称多路功分移相器，其特征在于：所述的滑片导线长度和宽度可变。

4.根据权利要求1所述的电调天线对称多路功分移相器，其特征在于：N条圆弧的半径比从小到大依次为1：2：3：…：N-1：N。

5.根据权利要求1所述的电调天线对称多路功分移相器，其特征在于：所述的圆弧移相PCB板是双面覆铜板结构，包括所述N条圆弧在内的无焊接区域全部平滑地覆盖上绝缘油，所述的旋转滑片是单面覆铜板结构，正反两面均平滑地覆盖绝缘油。