CN102570033A - 电调天线馈电模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电调天线馈电模块，包括金属腔体、功分器、介质片，及带动所述介质片平移的滑动装置；所述功分器悬置在所述金属腔体内，与所述金属腔体的顶面和底面形成带状线结构；所述介质片设置在所述金属腔体内，且所述介质片相对于所述功分器上下分布；所述滑动装置与所述介质片连接。本发明采用功分器与移相器一体化设计，具有结构简单、体积小和成本低的特点，且移相量线性变化，无源互调性能好。

Description

电调天线馈电模块

技术领域

本发明涉及移动通信基站电调天线技术领域，尤其涉及一种应用于电调天线的馈电模块。

背景技术

移动通信系统基站电调天线能够灵活地改变天线主瓣的俯仰角，因此可以有效地调节天线的覆盖范围，十分便利地调节小区的信号覆盖。电调天线通过其馈电网络来实现此功能。

电调天线馈电网络一般包括两大部分：功分网络及移相器。功分网络主要负责天线各单元电流幅度加权的实现；而移相器则使得天线各单元电流相位随着传动机构的移动而有规律地变化，当相位变化满足差分关系时，天线的波束指向就会产生一个偏移，从而改变主瓣的方向。其中，偏移的大小仅与差分相位有关，移相器是实现此差分相位的关键器件。

目前，移相器有两种实现方式，第一种是在馈电线路中插入介质，改变传输媒介的介电常数，从而改变电磁波的波长，等效于电磁波行程的变化，即馈电相位的变化，例如中国专利CN200910037246.5；第二种是改变馈电线路的长度，直接地增加或减小电磁波的行程，从而达到馈电相位的变化，例如中国专利CN200910193967.5。上述两种移相器虽然能够实现移相功能，但是它与功分网络是相互独立的。在构建电调天线的馈电网络时，只是在功分网络的基础上简单地增加移相器，导致馈电网络中移相器数目多，馈电结构复杂，天线性能一致性差。

中国专利CN200610033165.4和CN201120119286.7将功分器、移相器设计成一体化结构，形成一个独立的馈电网络，馈电结构简单。但是，这种馈电网络通过改变馈电线路的长度进行移相，在移相过程中，两片金属传输线之间的带电滑动会引起高功率打火现象，且由于接触不良会出现无源互调不稳定的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、性能良好的电调天线馈电模块，以克服现有电调天线中馈电网络复杂和无源互调不稳定的问题。 

为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种电调天线馈电模块，包括金属腔体、功分器、介质片，及带动所述介质片平移的滑动装置；

所述功分器悬置在所述金属腔体内，与所述金属腔体的顶面和底面形成带状线结构；所述介质片设置在所述金属腔体内，且所述介质片相对于所述功分器上下分布；所述滑动装置与所述介质片连接。

在一个实施方式中，所述介质片为单层介质片，所述功分器位于所述介质片的上方或下方；

在另一个实施方式中，所述介质片为双层介质片，包括上层介质片和下层介质片；所述功分器夹置在所述上层介质片和所述下层介质片之间。

进一步的，所述功分器包括四段U形结构的传输线，分别为传输线T1、传输线T2、传输线T3和传输线T4；每段传输线具有两个自由端，分别为第一自由端和第二自由端；四段传输线位于同一平面上，排列成两行两列的阵列，呈两两对称分布；每段传输线的自由端位于阵列的外边缘。

所述功分器还包括输入端口P0、输出端口P1、输出端口P2、输出端口P4和输出端口P5；传输线T1的第一自由端与输入端口P0连接，传输线T1的第二自由端与传输线T2的第一自由端连接；传输线T2的第一自由端与输出端口P2连接，传输线T2的第二自由端与输出端口P1连接；传输线T3的第一自由端与输入端口P0连接，传输线T3的第二自由端与传输线T4的第一自由端连接；传输线T4的第一自由端与输出端口P4连接，传输线T4的第二自由端与输出端口P5连接。

本发明实施例提供的电调天线馈电模块，包括金属腔体和设置在该金属腔体内的功分器和介质片。功分器悬置在金属腔体内，与金属腔体的顶面和底面形成带状线结构；介质片相对于功分器上下分布，由滑动装置带动该介质片平移，使功分器各传输线的相位发生变化，从而改变功分器各个端口的输出相位，达到移相的目的。本发明采用功分器与移相器一体化设计，形成独立的馈电模块，具有结构简单、体积小、成本低和易于生产加工的特点；而且，功分器可采用加权或不加权设计，修改简单，并且不影响移相器的结构，增加了馈电模块的适用范围；此外，移相器采用介质移相，具有移相量线性变化，无源互调性能好的优点，能够克服现有电调天线中馈电网络复杂和无源互调不稳定的问题，适用于移动通信基站电调天线领域。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的电调天线馈电模块的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的功分器与介质片的结构示意图；

图3是本发明实施例三提供的功分器与介质片的结构示意图；

图4是本发明实施例四提供的功分器与介质片的结构示意图；

图5是本发明实施例五提供的功分器的结构示意图；

图6是本发明实施例六提供的介质片的结构示意图；

图7是本发明实施例七提供的电调天线馈电模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本发明实施例一提供的电调天线馈电模块的结构示意图。

本实施例提供的电调天线馈电模块，包括金属腔体1、功分器2、介质片3，及带动介质片3平移的滑动装置；具体如下：

功分器2悬置在金属腔体1内，与金属腔体1的顶面和底面形成带状线结构；介质片3设置在金属腔体1内，且介质片3相对于功分器2上下分布；滑动装置与介质片3连接；滑动装置用于带动介质片3平移，例如左右移动，或上下移动。

可选的，金属腔体1为密封腔体，包括容置腔和盖板组成；盖板通过紧固件连接在所述容置腔的开口端，与所述容置腔连接形成密封腔体。功分器2由金属板切割或压铸而成，并通过塑料件固定在金属腔体1中。

具体实施时，介质片3可采用单片介质片或者双片介质片，下面结合图2～图4，对功分器2与介质片3的结构进行详细描述。

图2是本发明实施例二提供的功分器与介质片的结构示意图。

本实施例二提供的电调天线馈电模块，介质片3为单层介质片，功分器2位于介质片的下方。

图3是本发明实施例三提供的功分器与介质片的结构示意图。

本实施例三提供的电调天线馈电模块，介质片3为单层介质片，功分器2位于介质片的上方。

图4是本发明实施例四提供的功分器与介质片的结构示意图。

本实施例四提供的电调天线馈电模块，介质片3为双层介质片，包括上层介质片301和下层介质片302；功分器2夹置在上层介质片301和下层介质片302之间。

参见图5，是本发明实施例五提供的功分器的结构示意图。

功分器2包括四段U形结构的传输线，分别为传输线T1、传输线T2、传输线T3和传输线T4。四段传输线位于同一平面上，排列成两行两列的阵列，呈两两对称分布。

如图5所示的虚线框，是由传输线T1、传输线T2、传输线T3和传输线T4排列而成的阵列。传输线T1和传输线T2组成阵列的右半部，传输线T3和传输线T4组成阵列的左半部，右半部和左半部对称分布。

每段传输线具有两个自由端，分别为第一自由端和第二自由端。每段传输线的自由端位于阵列的外边缘。如图5所示，传输线T1具有第一自由端t11和第二自由端t12，传输线T2具有第一自由端t21和第二自由端t22，传输线T3具有第一自由端t31和第二自由端t32，传输线T4具有第一自由端t41和第二自由端t42。传输线T1和传输线T2的自由端位于阵列的右边缘，传输线T3和传输线T4的自由端位于阵列的左边缘。

本实施例的功分器采用一分五模式，包括输入端口P0、输出端口P1、输出端口P2、输出端口P3、输出端口P4和输出端口P5；具体如下：

输出端口P3与输入端口P0连接；传输线T1的第一自由端t11与输入端口P0连接，传输线T1的第二自由端t12与传输线T2的第一自由端t21连接；传输线T2的第一自由端t21与输出端口P2连接，传输线T2的第二自由端t22与输出端口P1连接；传输线T3的第一自由端t31与输入端口P0连接，传输线T3的第二自由端t32与传输线T4的第一自由端连接；传输线T4的第一自由端t41与输出端口P4连接，传输线T4的第二自由端t42与输出端口P5连接。

具体实施时，可根据实际需要，通过设计调整功分器2的特定传输线的宽度，可将功分器2设计成等幅分布或不等幅分布。其中，“等幅分布”是指功分器各输出端口的输出功率相等，而“不等幅分布”是指功分器各输出端口的输出功率不同。不同的幅度分布方式影响天线的辐射方向图形状。

参见图6，是本发明实施例六提供的介质片的结构示意图。

本实施例提供的介质片3的形状为矩形，介质片3上开设有四个用于实现阻抗匹配的方孔或圆孔。如图6所示的方孔31、方孔32、方孔33和方孔34。由于组成功分器的传输线所在的环境中既有微波介质材料又有空气，电磁波在传输线上传输时会在两种不同介质的交界面上产生反射波，从而影响功分器的阻抗匹配。通过在介质上开特定大小的方孔，使得不同介质交界面上产生的反射波互相抵消，从而实现阻抗匹配。介质片3上还设有安装孔35，介质片3通过安装孔35与滑动装置连接。

可选的，介质片3是介电常数大于1的低损耗微波介质材料板，例如，聚四氟乙烯玻璃纤维板或塑料板。

需要说明的是，介质片的形状为矩形是优选的实施方式，介质片3还可以采用其他形状。

本实施例提供的电调天线馈电模块设置在天线上，功分器2的输入端口P0与天线主馈线相连；功分器2的输出端口连接天线的振子单元，即输出端口P1、输出端口P2、输出端口P3、输出端口P4和输出端口P5分别连接天线的振子单元。滑动装置与天线的传动机构连接，使得介质片能够随传动机构滑动。具体实施时，介质片3在滑动装置的带动下，进行平移，使功分器各传输线的相位发生变化，从而改变功分器各个端口的输出相位，达到移相的目的。

下面仅以一分五功分器为例，对本发明提供的电调天线馈电模块的工作原理进行详细说明。

当天线主瓣需要下倾时，滑动装置带动介质片左右移动。如图1所示，假设介质片3的初始位置在金属腔体1的右半部，介质片3大部分与传输线T1、传输线T2耦合。当介质片3从右向左移动，平移到金属腔体1的左半部时，介质片3大部分与传输线T3、传输线T4耦合。此时，传输线T3和传输线T4增加了介质，并影响其传输相位。假设输出端口P3的相位为0，输出端口P4的相位比输出端口P3的相位落后了-Δ，而输出端口P5的相位比输出端口P3的相位落后了-2Δ。同时，传输线T1和传输线T2减少了介质，输出端口P2的相位比输出端口P3的相位提前了+Δ，而输出端口P1的相位比输出端口P3的相位提前了+2Δ。即输出端口P1、P2、P3、P4、P5的差分相位分别为+2Δ、+Δ、0、-Δ、-2Δ。当上述五个输出端口分别依次地连接在5个或10个（相邻振子两两并联）天线振子上时，根据天线阵原理，天线主瓣连续下倾。

参见图7，是本发明实施例七提供的电调天线馈电模块的结构示意图。

本实施例七提供的电调天线馈电模块，与上述实施例相比，不同点在于：功分器2＇采用一分四模式，缺少输出端口P3。同时，与之相对应的天线的振子数也相应减少。本电调天线馈电模块的移相原理与上述实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例提供的电调天线馈电模块，具有以下有益效果：

（1）、采用功分器与移相器一体化设计，形成独立的馈电模块，具有结构简单、体积小、成本低和易于生产加工的特点；

（2）、功分器可采用加权或不加权设计，修改简单，并且不影响移相器的结构，增加了馈电模块的适用范围；

（3）、移相器采用介质移相，具有移相量线性变化，无源互调性能好的优点，能够克服现有电调天线中馈电网络复杂和无源互调不稳定的问题，适用于移动通信基站电调天线领域。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电调天线馈电模块，其特征在于，包括金属腔体、功分器、介质片，及带动所述介质片平移的滑动装置；

所述功分器悬置在所述金属腔体内，与所述金属腔体的顶面和底面形成带状线结构；所述介质片设置在所述金属腔体内，且所述介质片相对于所述功分器上下分布；所述滑动装置与所述介质片连接。

2.如权利要求1所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述介质片为单层介质片，所述功分器位于所述介质片的上方或下方；

或者，所述介质片为双层介质片，包括上层介质片和下层介质片；所述功分器夹置在所述上层介质片和所述下层介质片之间。

3.如权利要求2所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述功分器包括四段U形结构的传输线，分别为传输线T1、传输线T2、传输线T3和传输线T4；每段传输线具有两个自由端，分别为第一自由端和第二自由端；

四段传输线位于同一平面上，排列成两行两列的阵列，呈两两对称分布；每段传输线的自由端位于阵列的外边缘。

4.如权利要求3所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述功分器还包括输入端口P0、输出端口P1、输出端口P2、输出端口P4和输出端口P5；

传输线T1的第一自由端与输入端口P0连接，传输线T1的第二自由端与传输线T2的第一自由端连接；传输线T2的第一自由端与输出端口P2连接，传输线T2的第二自由端与输出端口P1连接；

传输线T3的第一自由端与输入端口P0连接，传输线T3的第二自由端与传输线T4的第一自由端连接；传输线T4的第一自由端与输出端口P4连接，传输线T4的第二自由端与输出端口P5连接。

5.如权利要求4所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述功分器还包括输出端口P3；输出端口P3与输入端口P0连接。

6.如权利要求4或5所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述介质片上开设有四个用于实现阻抗匹配的方孔或圆孔。

7.如权利要求6所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述介质片上设有安装孔；所述介质片通过安装孔与所述滑动装置连接。

8.如权利要求7所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述介质片是介电常数大于1的低损耗微波介质材料板。

9.如权利要求8所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述电调天线馈电模块设置在天线上；所述滑动装置与天线的传动机构连接。

10.如权利要求9所述的电调天线馈电模块，其特征在于，所述功分器的输入端口与天线主馈线相连，所述功分器的输出端口连接天线的振子单元。

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