CN103050764A - 等相差分波束形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等相差分波束形成装置，其包括第一金属反射板、第二金属反射板、绝缘介质片、滑动装置、介质基板和蚀刻于介质基板上的馈线网络；所述介质基板和绝缘介质片夹在第一金属反射板和第二金属反射板之间；所述滑动装置与绝缘介质片连接，用于带动多个绝缘介质片同步移动，所述绝缘介质片在移动过程中仅与馈线网络中的固定传输线有交迭。本发明提供的等相差分波束形成装置，在移动过程中，不与功率分配子单元交迭，避免了绝缘介质片对馈线网络造成多余的损耗。同时，多块小型绝缘介质片代替整块大型绝缘体的设计既解决了绝缘体容易弯曲变形的问题，又降低了等相差分波束形成装置的制造成本。

Description

等相差分波束形成装置

 

技术领域

本发明涉及基站天线技术领域，更具体地说，涉及一种等相差分波束形成装置。

 

背景技术

传统的可调谐天线元件由功率分配器、变压器和相位调整器组成，在高性能的天线中，这些部件是互相紧密联系的，由于这些部件强力地相互作用，有时难以形成理想的波束形状，因此需要规范的波束形成网络来解决这些问题。

在现有技术一，美国发明专利US5949303中，公开了一种可调整天线阵列的波束俯角的网络，该波束形成网络包括固定基板、带状线网络和可移动的绝缘体，绝缘体放置在固定基板及带状线之间，带状线沿着绝缘体活动的同一方向延伸，且部分带状线被绝缘体覆盖。信号分量的传播速率由位于带状线及固定基板之间的绝缘体的作用而减小，因此网络的不同输出的相位差距就能得到控制。此技术有如下缺点：首先，输出中断的相对位置对分布造成约束，在某些实际应用中与波束形成网络的物理实现相矛盾；其次，这种方法不适用于包含奇数输出端口的线性天线阵列。

在现有技术二，欧洲发明专利WO 03/019723中，公开了一种带有集成移相器的天线馈送网络。该装置包括带有多个端口的公共馈线的分支网络和安装在网络附近的绝缘片，绝缘片可移动以便同步地调整公共馈线与一个或多个端口之间的相位关系。

图1为现有技术二所提供实施例中的一种10端口装置图，带状线18位于绝缘体47a与绝缘体47b之间，当绝缘体47a 与绝缘体47b以相同的方向同步移动时，各相邻输出端口间的相位差同步地改变，且相邻输出端口的最大相位差由绝缘体47a、47b可移动的最大距离决定，即由带状线18的长度决定。相邻输出端口的相位差与天线阵列的下倾角成正比，带状线18呈直线形状，适合应用在小下倾角（如10度下倾角）的天线阵列中；如果该装置应用在大下倾角（如大于15度下倾角）的天线阵列中，就需要大幅度地增加带状线18的长度，这将使整个装置的长度远远大于天线阵列的长度，增加天线的长度、成本和复杂程度。对应的，绝缘体47a、47b的长度也要大大增加，由于绝缘体47a、47b一般使用PVC材料制成，当长度过大时，绝缘体47a、47b容易弯曲变形，影响了装置的整体性能。此外，绝缘体47a、47b大面积地覆盖了带状线18和功率分配器，增大了装置的损耗。

综上所述，现有技术中的波束形成装置的应用具有局限性，不适合应用在大下倾天线阵列中。波束形成装置中绝缘体的面积较大，增加了绝缘体的加工精度、难度和成本，并且容易弯曲变形；绝缘体与大部分传输线有交迭，增大了损耗。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种等相差分波束形成装置，减小绝缘介质片造成的不必要损耗，同时降低绝缘介质片的制造难度和成本，并提高等相差分波束形成装置在大下倾天线阵列中的适用性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种等相差分波束形成装置，包括第一金属反射板、第二金属反射板、绝缘介质片、滑动装置、介质基板和蚀刻于介质基板上的馈线网络；所述馈线网络包括相互串联的固定传输线和功率分配子单元，每段固定传输线与两个绝缘介质片构成一个移相器子单元，所述两个绝缘介质片分别设置在介质基板的上底面和下底面，并且正对所述固定传输线设置；所述介质基板和绝缘介质片夹在第一金属反射板和第二金属反射板之间；所述第一金属反射板和介质基板上设有限位滑槽，所述滑动装置依次穿过第一金属反射板和介质基板上的限位滑槽，与介质基板两侧面的绝缘介质片连接，用于在限位滑槽的始末位置之间，带动多个绝缘介质片在各自对应的固定传输线上同步移动，所述绝缘介质片在移动过程中仅与馈线网络中的固定传输线有交迭。

所述滑动装置包括拉杆、拉杆导轨和插销，拉杆导轨固定于第一金属反射板背向介质基板的一侧，所述拉杆可滑动地安装于拉杆导轨上，所述插销一端固定连接于拉杆上，另一端依次穿过第一金属反射板和介质基板上的限位滑槽，且与介质基板两侧面的绝缘介质片固定连接。

所述绝缘介质片上开设有定位孔，所述插销穿过定位孔，与绝缘介质片固定连接。

所述第二金属反射板上也设有限位滑槽，所述插销还穿过第二金属反射板上的限位滑槽。

每个绝缘介质片至少具有一个阻抗变换部分，在每个移相器子单元中，两个绝缘介质片上的阻抗变换部分均与对应的固定传输线有交迭。

所述固定传输线为曲折传输线，所述曲折传输线包括多段直线传输线和连接传输线；所述多段直线传输线相互平行排列，沿绝缘介质片的移动方向延伸；所述多段直线传输线通过连接传输线依次首尾相连。

每个绝缘介质片至少具有一个阻抗变换部分，在每个移相器子单元中，两个绝缘介质片上的阻抗变换部分与对应的曲折传输线中的每一段直线传输线均有交迭。

所述功率分配子单元与所述金属反射板之间填充有低损耗微波介质材料。

分布于介质基板上底面和下底面的绝缘介质片关于介质基板对称。

本发明实施例提供的等相差分波束形成装置，将现有技术中馈线网络上整块的绝缘体拆分为多块相对较小的绝缘介质片，仅在固定传输线的对应位置设置绝缘介质片，并通过一滑动装置控制所有绝缘介质片同步移动。所述绝缘介质片在移动过程中，不与功率分配子单元交迭，避免了绝缘介质片对馈线网络造成多余的损耗。同时，多块小型绝缘介质片代替整块大型绝缘体的设计既解决了绝缘体容易弯曲变形的问题，又降低了等相差分波束形成装置的制造成本。

 

附图说明

图1为现有技术二中的10端口装置结构示意图。

图2为本发明实施例的结构示意图。

图3为本发明实施例的组装结构示意图。

图4为本发明实施例的详细拆解结构示意图。

图5为图2中A部分的俯视结构示意图。

 

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

仅仅出于方便的原因，在以下的说明中，使用了特定的方向术语，比如“上”、“下”、“左”、“右”等等，是以对应的附图为参照的，并不能认为是对本发明的限制，当图面的定义方向发生改变时，这些词语表示的方向应当解释为相应的不同方向。 

请参阅图2，本发明实施例提供的等相差分波束形成装置包括第一金属反射板1、第二金属反射板2、绝缘介质片6、滑动装置4、介质基板3和蚀刻于介质基板3上的馈线网络5。所述馈线网络5包括相互串联的固定传输线51和功率分配子单元52。多个绝缘介质片6对称分布于介质基板3的上底面和下底面，所述介质基板3和绝缘介质片6夹在第一金属反射板1和第二金属反射板2之间。所述第一金属反射板1上设有多个限位滑槽11，介质基板3上的相同位置对应设有限位滑槽31，第二金属反射板2上的相同位置也对应设有限位滑槽21。所述滑动装置4从第一金属反射板1的上表面依次穿过限位滑槽11、限位滑槽31和限位滑槽21，同时，还与分布于介质基板3两侧面的绝缘介质片6固定连接。所述滑动装置4用于在限位滑槽11、21、31所限定的范围内，带动多个绝缘介质片6在馈线网络5上同步移动。所述限位滑槽11、21、31用于限定绝缘介质片6的运动行程，使绝缘介质片6在移动过程中仅与馈线网络5中的固定传输线51有交迭。

具体地，如图3和图4所示，在本发明实施例中，所述介质基板3的厚度在0.1mm~3mm之间，介质基板3上蚀刻有第一馈线网络5a和第二馈线网络5b。所述第一馈线网络5a和第二馈线网络5b对称分布于介质基板3长度方向上的中线两侧。其中，第一馈线网络5a由依次串联的第一固定传输线51a、第一功率分配子单元52a、第二固定传输线51b、第二功率分配子单元52b、第三功率分配子单元52c、第三固定传输线51c、第四功率分配子单元52d和第四固定传输线51d组成。第二馈线网络5b由依次串联的第五固定传输线51a′、第五功率分配子单元52a′、第六固定传输线51b′、第六功率分配子单元52b′、第七功率分配子单元52c′、第七固定传输线51c′、第八功率分配子单元52d′和第八固定传输线51d′组成。

其中，本发明实施例中的固定传输线51为曲折传输线，所述曲折传输线包括多段直线传输线和连接传输线；所述多段直线传输线相互平行排列，且沿绝缘介质片6的移动方向延伸；所述多段直线传输线通过连接传输线依次首尾相连。本发明实施例中的曲折传输线包括两段直线传输线和一段连接传输线，所述两段直线传输线通过连接传输线首尾相连，整体呈U型回路结构。所述功率分配子单元52为一分二功分器，由三段直线传输线星形连接组成。

在所述馈线网络5中，每一段固定传输线51与两个绝缘介质片6构成一个移相器子单元，所述两个绝缘介质片6分别设置在介质基板3的上底面和下底面，并且正对所述固定传输线51设置。具体地，如图4所示，第一绝缘介质片61和第五绝缘介质片65分别设置在介质基板3的上底面和下底面，并且正对第一固定传输线51a设置，三者构成一个移相器子单元；同时，第一绝缘介质片61和第五绝缘介质片65还正对第五固定传输线51a′设置，三者构成另一个移相器子单元。

第二绝缘介质片62和第六绝缘介质片66分别设置在介质基板3的上底面和下底面，并且正对第二固定传输线51b设置，三者构成一个移相器子单元；同时，第二绝缘介质片62和第六绝缘介质片66还正对第六固定传输线51b′设置，三者构成另一个移相器子单元。

第三绝缘介质片63和第七绝缘介质片67分别设置在介质基板3的上底面和下底面，并且正对第三固定传输线51c设置，三者构成一个移相器子单元；同时，第三绝缘介质片63和第七绝缘介质片67还正对第七固定传输线51c′设置，三者构成另一个移相器子单元。

第四绝缘介质片64和第八绝缘介质片68分别设置在介质基板3的上底面和下底面，并且正对第四固定传输线51d设置，三者构成一个移相器子单元；同时，第四绝缘介质片64和第八绝缘介质片68还正对第八固定传输线51d′设置，三者构成另一个移相器子单元。

如图3所示，每个绝缘介质片6上均开设有两个矩形槽13、14，所述矩形槽13、14为绝缘介质片6的阻抗变换部分，作为固定传输线51的阻抗变换器使用。通过选择合适尺寸的矩形槽13、14，可以使固定传输线51两端具有良好的阻抗匹配特性。图5显示的是图3中A部分的放大结构俯视图，第四绝缘介质片64和第八绝缘介质片68分别平置于介质基板3的上下两侧。第四绝缘介质片64的上端开有两个形状相同的矩形槽13、14；同样的，第八绝缘介质片68的相同位置也开设有矩形槽13、14；其中，矩形槽13与第八固定传输线51d′中的每一段直线传输线均有交迭，矩形槽14与第四固定传输线51d中的每一段直线传输线均有交迭。由于第八绝缘介质片68被介质基板3遮挡且与第四绝缘介质片64完全重叠，故未在图中示出。当第四绝缘介质片64与第八绝缘介质片68在第四固定传输线51d和第八固定传输线51d′上同步移动时，矩形槽14、13分别作为第四固定传输线51d和第八固定传输线51d′的阻抗变换器，使第四固定传输线51d和第八固定传输线51d′的两端的阻抗匹配特性发生改变。

与现有技术二相比，本发明实施例采用了曲折传输线代替了直线传输线，将多段相互平行排列的直线传输线首尾相接，形成曲折传输线。通过折叠式的迂回设计，更加充分地利用了介质基板3上的空间，成倍增加了固定传输线51的有效长度，从而成倍地增加了固定传输线51两端差分相位变化的上限，使得本发明实施例提供的等相差分波束形成装置可以在不增加长度和占用空间的前提下，为天线阵列提供更大的下倾角度。

为固定介质基板3并使介质基板保持平整，还可以在功率分配子单元52与第一金属反射板1或第二金属反射板2之间填充低损耗微波介质材料（未示于图中），所述低损耗微波介质与绝缘介质片6没有交迭。

如图4所示，本发明实施例中，所述滑动装置4由两个拉杆10，两个拉杆导轨11和八个安装在拉杆10上的插销9组成。拉杆导轨11固定在第一金属反射板1的上底面，即背向介质基板3的一面。拉杆10可滑动地安装在两个拉杆导轨11之间，可在拉杆导轨11的导向作用下沿介质基板3的长度延伸方向运动。插销9的一端固定在拉杆10上，另一端与对应位置的绝缘介质片6固定连接。具体地，每个绝缘介质片6上均开设有两个定位孔15，所述插销9穿过对应位置的定位孔15，与绝缘介质片6固定连接。当两个拉杆10同时受力同步移动时，绝缘介质片6随拉杆10和插销9同步移动，通过改变绝缘介质片6与固定传输线51的相对位置，可以改变固定传输线51两端的电信号的相位。

第一金属反射板1上的限位滑槽11、介质基板3上的限位滑槽31和第二金属反射板2上的限位滑槽21被制作成腰圆形，用于供插销9插入并移动，每一个插销9在第一金属反射板1、介质基板3和第二金属反射板2上都分别有一个对应的限位滑槽11、31或21。所述限位滑槽11、31和21起限制滑动装置4移动范围的作用，控制绝缘介质片6移动的始末位置。当拉杆10移动时，插销9在限位滑槽11、31和21的始末位置之间移动，所有绝缘介质片6也同步移动，并且在移动过程中仅与馈线网络5中的固定传输线51有交迭。

以第一馈线网络5a为例，当本发明实施例提供的等相差分波束形成装置馈电时，信号从输入口20输入，从输出口21、22、23、24、25输出，当所有绝缘介质片6随拉杆10向介质基板3的上方移动时，第一固定传输线51a、第二固定传输线51b两端的可变超前信号变化量和第三固定传输线51c、第四固定传输线51d两端的可变延迟信号变化量相等，即信号经过第一固定传输线51a或第二固定传输线51b时会分别产生一个差分相位+△，信号经过第三固定传输线51c或第四固定传输线51d时会产生一个相反的差分相位-△。

于是，从输入口20至输出口21的传输信号依次经过第二固定传输线51b和第一固定传输线51a，产生+2△的差分相位；

从输入口20至输出口22的传输信号经过第二固定传输线51b，产生+△的差分相位；

从输入端口20至输出口23的传输信号经未过固定传输线51，产生的差分相位为0；

从输入口20至输出口24的传输信号经过第三固定传输线51c，产生-△的差分相位；

从输入口20至输出口25的传输信号依次经过第三固定传输线51c和第四固定传输线51d，产生-2△的差分相位。

相应的，第二馈线网络5b产生差分相位的原理与第一馈线网络5a类似，在此不再赘述。

因此，当本发明实施例的等相差分波束形成装置的输出端口21、22、23、24、25或21′、22′、23′、24′、25′分别连接五个双极化的天线辐射单元（未示于图中）并组成基站天线时，通过拉杆10同步移动绝缘介质片6，对应的辐射单元的输入信号的相位发生线性变化，从而实现天线波束电下倾的功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种等相差分波束形成装置，其特征在于，包括第一金属反射板、第二金属反射板、绝缘介质片、滑动装置、介质基板和蚀刻于介质基板上的馈线网络；所述馈线网络包括相互串联的固定传输线和功率分配子单元，每段固定传输线与两个绝缘介质片构成一个移相器子单元，所述两个绝缘介质片分别设置在介质基板的上底面和下底面，并且正对所述固定传输线设置；所述介质基板和绝缘介质片夹在第一金属反射板和第二金属反射板之间；所述第一金属反射板和介质基板上设有限位滑槽，所述滑动装置依次穿过第一金属反射板和介质基板上的限位滑槽，与介质基板两侧面的绝缘介质片连接，用于在限位滑槽的始末位置之间，带动多个绝缘介质片在各自对应的固定传输线上同步移动，所述绝缘介质片在移动过程中仅与馈线网络中的固定传输线有交迭。

2.根据权利要求1所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，所述滑动装置包括拉杆、拉杆导轨和插销，拉杆导轨固定于第一金属反射板背向介质基板的一侧，所述拉杆可滑动地安装于拉杆导轨上，所述插销一端固定连接于拉杆上，另一端依次穿过第一金属反射板和介质基板上的限位滑槽，且与介质基板两侧面的绝缘介质片固定连接。

3.根据权利要求2所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，所述绝缘介质片上开设有定位孔，所述插销穿过定位孔，与绝缘介质片固定连接。

4.根据权利要求2所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，所述第二金属反射板上也设有限位滑槽，所述插销还穿过第二金属反射板上的限位滑槽。

5.根据权利要求1所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，每个绝缘介质片至少具有一个阻抗变换部分，在每个移相器子单元中，两个绝缘介质片上的阻抗变换部分均与对应的固定传输线有交迭。

6.根据权利要求1所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，所述固定传输线为曲折传输线，所述曲折传输线包括多段直线传输线和连接传输线；所述多段直线传输线相互平行排列，沿绝缘介质片的移动方向延伸；所述多段直线传输线通过连接传输线依次首尾相连。

7.根据权利要求6所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，每个绝缘介质片至少具有一个阻抗变换部分，在每个移相器子单元中，两个绝缘介质片上的阻抗变换部分与对应的曲折传输线中的每一段直线传输线均有交迭。

8.根据权利要求1所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，所述功率分配子单元与所述金属反射板之间填充有低损耗微波介质材料。

9.根据权利要求1所述的等相差分波束形成装置，其特征在于，分布于介质基板上底面和下底面的绝缘介质片关于介质基板对称。

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