CN102544733B

CN102544733B - 一种基站电调天线相位连续线性可变的移相器

Info

Publication number: CN102544733B
Application number: CN201210021692.9A
Authority: CN
Inventors: 吴壁群; 叶亮华
Original assignee: Guangdong Broadradio Communication Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Broadradio Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: CN102544733A

Abstract

本发明公开了一种基站电调天线相位连续线性可变的移相器，包括功分器组、传输线和介质基板，功分器组包括一个主功分器和若干个从功分器，所述的的功分器和传输线用带状线结构实现，介质基板位于传输线电路与上层地板和下层地板之间。功分器组、传输线和介质基板实现了一体化集成设计，本发明在实现移相的同时可以实现各输出端口的功率幅度加权。本发明的结构简单，加工容易，成本低。移相元件采用介质基板结构，抑制了无源互调产物。功分器组和传输线电路采用带状线结构，增加移相器的功率容量。

Description

一种基站电调天线相位连续线性可变的移相器

技术领域

本发明涉及移动基站天线领域，更具体地说是涉及一种相位连续线性可变的带状线移相器。

技术背景

基站天线是移动通信系统的关键部件，基站天线对所处位置的业务小区进行无线信号覆盖。基站天线为了实现对业务小区信号覆盖的优化，需要合理调整基站天线垂直方向图波束指向，使垂直方向波束指向有一定的下倾角。在实际应用中，信号覆盖范围和同频干扰情况不断变化，业务小区的用户数量也在不断改变，要求基站天线的波束下倾角随时间变化，随位置连续变化，即要求基站天线的波束下倾角连续可调。波束下倾角可调的基站天线能根据信号覆盖范围、话务量、干扰等因素来调节波束下倾角，优化网络覆盖，因此，波束下倾角可调的基站天线应用越来越广泛。移相器是波束下倾可电调基站天线的必要部件，基站天线通过移相器改变各辐射单元的相位，以达到波束下倾的目的，因此移相器极大地影响基站天线的性能和成本，要求移相器应具有结构简单、成本低和性能稳定等特点。现有技术中，一类移相器是通过改变传输线的物理长度来改变传输信号的相位，如美国专利（US2,502,359），此种移相器的缺点是安装不变，体积大，且性能不稳定。还有一类是量化式的数字移相器，如美国专利（US6,611,230），但它的造价昂贵，且量化式的数字移相器的波束下倾角有偏差且波束下倾角不能连续可调。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基站电调天线相位连续线性可变的移相器。本发明的基站电调天线相位连续线性可变的移相器结构简单，波束下倾角连续可调，波束下倾角精度高，性能稳定且便于安装。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基站电调天线相位连续线性可变的移相器，包括功分器组、传输线和若干介质移相器；所述功分器组包括一个主功分器和若干从功分器，主功分器的个数与从功分器的个数之和等于介质移相器的个数，主功分器的一个输出端与其中一个从功分器的合成端电性连接，主功分器的另一个输出端与传输线电性连接，除与主功分器的输出端电性连接的一个从功分器外的其他从功分器的合成端均与传输线电性连接，且每一个从功分器均有一个输出端分别与传输线连接，每一个从功分器的另一输出端为所述相位连续线性可变的移相器的功率分配端，主功分器的合成端作为所述相位连续线性可变的移相器的功率合成端，每一个介质移相器由两块结构相同的介质基板构成，这两块介质基板分别位于传输线两侧且两块介质基板能同步移动。

一种基站电调天线相位连续线性可变的移相器，所述从功分器包括第一从功分器、第二从功分器、第三从功分器和第四从功分器，所述传输线包括五段传输线，该五段传输线分别为第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线和第五传输线；主功分器的一个输出端与第一从功分器的合成端电性连接，另一个输出端与第三传输线电性连接，除与主功分器的输出端口电性连接的第一从功分器外的其他从功分器的合成端分别与第二传输线、第三传输线、第四传输线电性连接；第一从功分器、第二从功分器、第三从功分器和第四从功分器的一个输出端分别相应地与第二传输线、第一传输线、第四传输线、第五传输线电性连接，每一个从功分器的另外一个输出端作为所述相位连续线性可变的移相器的功率分配端。

作为上述基站电调天线相位连续线性可变的移相器进一步优化的技术方案，功分器组和传输线采用带状线结构，所述的带状线结构包括上层地板、下层地板、功分器电路或传输线电路；每一个介质移相器的两块介质基板分别位于传输线的两侧且位于上层地板和下层地板之间。

作为上述基站电调天线相位连续线性可变的移相器进一步优化的技术方案，相邻两个从功分器之间只有一段传输线。

作为上述基站电调天线相位连续线性可变的移相器进一步优化的技术方案，相邻且与从功分器相连的传输线不在同一条直线上排布，而是相互错开平行排布。

作为上述基站电调天线相位连续线性可变的移相器进一步优化的技术方案，介质移相器的个数与传输线的段数相同。

作为上述基站电调天线相位连续线性可变的移相器进一步优化的技术方案，所述介质移相器的介质基板开有一个多边形槽。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明实现了功分器和介质移相器的结构一体化设计，在实现移相的同时实现了功率幅度加权，且结构简单，安装方便，性能稳定，移相元件采用介质基板结构，抑制了无源互调产物，本发明可以精确控制相位的线性变化。

附图说明

图1为实施方式中移相器元件平面结构示意图。

图2为实施方式中移相器带状线结构示意图。

图3为基站电调天线相位连续线性可变的移相器的原理示意图。

具体实施方式

以上内容已经对本发明作了清楚完整地说明，以下再结合附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的保护范围和实施不限于此。

图1是基移相器元件平面结构，包括一条直线传输线101和两块结构相同的介质基板102，直线传输线101采用带状线结构，直线传输线101印刷在一层很薄的传输线介质板110上，两块结构相同的介质基板102分别放置在传输线介质板110与带状线结构的上层地板111之间和传输线介质板与带状线结构的下层地板112之间（如图2），介质基板102中开了一个矩形槽103。当两块结构相同的介质基板102同时在直线传输线101上左右同步移动时，能改变直线传输线101两端的传输相位，且变化的传输相位与介质基板102移动的距离呈线性关系。如图1所示，介质基板102位于直线传输线101的初始位置A处，移动距离L后，介质基板102位于位置B处，电长度的变化为：

其中L为介质基板102移动距离，

为空气中波长，

为介质基板102介电常数，为空气介电常数，电长度变化引起的相位差为：

。

从上面的公式可见，介质基板102移动时引起的直线传输线101两端的相位变化与介质基板102移动距离呈线性关系，且相位差变化的范围由介质基板102的介电常数、直线传输线101长度和介质基板102移动距离决定。

图3所示的是本发明具体实施方式的原理示意图。本发明基站电调天线相位连续线性可变的移相器包括5个移相器、由主功分器1以及第一从功分器2、第二从功分器3、第三从功分器4、第四从功分器5组成的功分器组；5段传输线（第一传输线206、第二传输线203、第三传输线208、第四传输线211、第五传输线214）；5对介质移相器（介质基板）（207、204、209、212、215）。

所述的功分器组中，主功分器1由带状线（220、221、222）组成，其中第一带状线220作为合成端，第二带状线221、第三带状线222作为功率输出端，第一带状线220的信号分配至第二带状线221和第三带状线222的两个臂输出，带状线（220、221、222）的长度和宽度决定了主功分器1所需的功率分配比，同时决定了特定工作频带上的阻抗匹配特性。第三带状线222电性连接传输线208，带状线220末端为移相器的功率合成端11。

第一从功分器2由第四带状线223、第五带状线224组成，第四带状线223、第五带状线224作为输出端，第一从功分器2的合成端电性连接主功分器的一个输出端（第二带状线221），合成端的信号分配至第四带状线223、第五带状线224两个臂输出，第四带状线223、第五带状线224的长度和宽度决定了从功分器2所需的功率分配比，同时决定了特定工作频带上的阻抗匹配特性。第五带状线224电性连接传第二传输线203，第四带状线223末端为移相器第三分配端口44。

第二从功分器3由第六带状线225、第七带状线226、第八带状线227组成，第六带状线225作为合成端，第七带状线226、第八带状线227作为输出端，功分器的第六带状线225（合成端）电性连接传输线203，第六带状线225（合成端）的信号分配至第七带状线226、第八带状线227两个臂输出，第六带状线225、第七带状线226、第八带状线227的长度和宽度决定了第二从功分器3所需的功率分配比，同时决定了特定工作频带上的阻抗匹配特性。第八带状线227电性连接第一传输线206，第七带状线226末端为移相器第二分配端口33，传输线末端为移相器第一分配端口22。

第三从功分器4由第九带状线228、第十带状线229、第十一带状线230组成，第九带状线228为合成端，第十带状线229、第十一带状线230为输出端，第三从功分器4的合成端（第九带状线228）电性连接传输线208，合成端（第九带状线228）的信号分配至第十带状线229、第十一带状线230的两个臂输出，第九带状线228、第十带状线229、第十一带状线230的长度和宽度决定了第三从功分器4所需的功率分配比，同时决定了特定工作频带上的阻抗匹配特性。第十一带状线230电性连接第四传输线211，第十带状线229229末端为移相器第四分配端口55。

第四从功分器5由第十二带状线231、第十三带状线232、第十四带状线233组成，第十二带状线231、第十三带状线232为输出端，第十四带状线233为合成端，第十四带状线233（合成端）电性连接第四传输线211，合成端（即第十四带状线233）的信号分配至第十二带状线231、第十三带状线232两个臂输出，第十二带状线231、第十三带状线232的长度和宽度决定了第四从功分器5所需的功率分配比，同时决定了特定工作频带上的阻抗匹配特性。第十三带状线232电性连接第五传输线214，第十二带状线231末端为移相器第五分配端口66，第五传输线214末端为移相器第六分配端口77。

所述每个移相器（207、204、209、212、215）的两块介质基板分别相应地覆盖在各传输线（206、203、208、211、214）上，且两块介质基板分别位于传输线介质板110与上层地板111和下层地板112之间。当介质基板沿相同的方向同步移动同样的长度后，传输线两端产生相同的相位差-△，于是，功率合成端11至第一分配端22的传输信号经过介质基板204和207产生-2△的差分相位；功率合成端11至第二分配端33的传输信号经过介质基板204产生-△的差分相位；功率合成端11至第三分配端44的传输信号未经过介质基板，产生的差分相位为0；功率合成端11至第四分配端55的传输信号经过介质基板209产生+△的差分相位；功率合成端11至第五分配端66的传输信号经过介质基板209和212产生+2△的差分相位；功率合成端11至第六分配端77的传输信号经过介质基板209、212和215产生+3△的差分相位。如此，六个功率分配端22、33、44、55、66、77的差分相位分别为-2△、-△、0、+△、+2△、+3△。当6个功率分配端分别连接6个、12个（每相邻两个单元作为一个子阵并联接入）或18个（每相邻三个单元作为一个子阵并联接入）天线辐射单元组成基站天线时，同步移动介质基板（207、204、209、212、215），天线方向图实现波束下倾。功分器组（1、2、3、4、5）可以按照方向图需求设计具体的功率分配比。

以此类推，本发明还可以依据相同的原理进行扩展。

本发明的基站电调天线相位连续线性可变的移相器，具有无源互调低，功率容量高的特点，同时本发明结构简单，加工容易，成本低，可直接应用于各个工作频段上的波束下倾角连续可调的基站天线，在蜂窝移动通信系统中具有广泛的应用价值。

以上所述为本发明的优选实施例而已，并不限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改。凡在本发明的精神和原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基站电调天线相位连续线性可变的移相器，其特征在于包括功分器组、传输线和若干介质移相器；所述功分器组包括一个主功分器和若干从功分器，主功分器的个数与从功分器的个数之和等于介质移相器的个数，主功分器的一个输出端与其中一个从功分器的合成端电性连接，主功分器的另一个输出端与传输线电性连接，除与主功分器的输出端电性连接的一个从功分器外的其他从功分器的合成端均与传输线电性连接，且每一个从功分器均有一个输出端分别与传输线连接，每一个从功分器的另一输出端为所述相位连续线性可变的移相器的功率分配端，主功分器的合成端作为所述相位连续线性可变的移相器的功率合成端，每一个介质移相器由两块结构相同的介质基板构成，这两块介质基板分别位于传输线两侧且两块介质基板能同步移动；所述从功分器包括第一从功分器（2）、第二从功分器（3）、第三从功分器（4）和第四从功分器（5），所述传输线包括五段传输线，该五段传输线分别为第一传输线（206）、第二传输线（203）、第三传输线（208）、第四传输线（211）和第五传输线（214）；主功分器（1）的第一输出端（221）与第一从功分器（2）的合成端电性连接，主功分器（1）的第二输出端（222）与第三传输线（208）电性连接，第二个从功分器（3）的合成端（225）与第二传输线（203）电性连接，第三个从功分器（4）的合成端（228）与第三传输线（208）电性连接、第四个从功分器（5）的合成端（233）与第四传输线（211）电性连接；第一从功分器（2）、第二从功分器（3）、第三从功分器（4）和第四从功分器（5）均有一个输出端相应地与第二传输线（203）、第一传输线（206）、第四传输线（211）、第五传输线（214）一对一电性连接，每一个从功分器出上述已经连接的输出端外的另外一个输出端作为所述相位连续线性可变的移相器的功率分配端。

2.根据权利要求1所述的基站电调天线相位连续线性可变的移相器，其特征在于功分器组和传输线采用带状线结构，所述的带状线结构包括上层地板、下层地板、功分器电路或传输线电路；每一个介质移相器的两块介质基板分别位于传输线的两侧且位于上层地板和下层地板之间。

3.根据权利要求1所述的基站电调天线相位连续线性可变的移相器，其特征在于：相邻两个从功分器（2、3、4、5）之间只有一段传输线（204、209、212）。

4.根据权利要求1所述的基站电调天线相位连续线性可变的移相器，其特征在于：相邻且与从功分器相连的传输线不在同一条直线上排布，而是相互错开平行排布。

5.根据权利要求1所述的基站电调天线相位连续线性可变的移相器，其特征在于：介质移相器（204、207、209、212、215）的个数与传输线（203、206、208、211、214）的段数相同。

6.根据权利要求1~5任一项所述的基站电调天线相位连续线性可变的移相器，其特征在于：所述介质移相器的介质基板开有一个多边形槽。