CN103636065A - 移相器和功率分割器 - Google Patents

Abstract

一种集成设备包括连结到内部导电线路（64）的至少一个输入连接器（62）和各自分别连结到导电分支（69A、69B）的至少两个输出连接器（70A、70B），其中单个移动部件（65）同时服务于移相器和功率分配器的功能，其包括被划分成两个导电臂（68A、68B）的共用段（67），共用段（67）将内部导电线路（64）分别连结到导电分支（69A、69B）中的每一个，以便当移动部件（65）移动时，将在输入连接器（62）与输出连接器（70A、70B）中的每一个之间的电气通路的长度改变相等但相反的数量。移动部件（65）可以从壳体的外部致动，优选地借助于传动杆（66）。

Description

移相器和功率分割器

交叉引用

本申请基于2011年6月30日提交的第1155904号法国专利申请，其公开内容通过对其全文引用的方式并入于此，并且特此要求其在35U.S.C.§119下的优先权。

技术领域

本发明涉及提供意图在天线中使用的移相器和功率分割器（或功率分配器）的功能的设备。

背景技术

用于现代无线电通信的平板天线最常集成称作移相器的机电设备，移相器的目的是改变天线的电气倾斜，电气倾斜意味着天线的辐射图的主瓣的方向。存在许多不同类型的移相器。这些相移设备与功率分割设备相结合被并入天线，从而形成完整的馈送网络。

“长号”相移设备是已知的并且被广泛使用，特别是在使用无线电频率工作的实验室中，因为它们提供了与很宽的可使用频带相结合的大范围的相移。

用于分配电气或无线电频率功率的设备使得有可能将入射电信号分成具有不同电功率电平的多个固定相位的分量。

平板天线的馈送网络必须包括具有移相器功能和功率分配器功能的设备以便对天线的辐射元件中的每个辐射元件进行适当地馈送，这意味着使用具有确定的相位和幅度的电磁信号对它们进行馈送。

发明内容

认知到需要将这两个基本功能结合在单个设备中，用于实质上更小的成本和体积。

因此，本发明的一个目的是将相移和功率分配这两个功能结合在单个的集成共用双功能设备中。

本发明的另一个目的是提出一种集成设备，其具有和与功率分配功能结合的非常大的相移范围。

本发明的目的是一种设备，其包括连结到内部导电线路的至少一个输入连接器和各自分别连结到导电分支的至少两个输出连接器。

该设备包括单个移动部件，其同时提供移相器和功率分配器的功能，其包括被划分成两个导电臂的共用段，共用段将内部导电线路分别连接到导电分支中的每一个，以便当移动部件移动时，将在输入连接器与输出连接器中的每一个之间的电气通路的长度改变相等但相反的数量。

该双功能设备集成和合并移相器和功率分配器这两个功能，使得如果不改变设备（尤其是通过添加额外的元件）就不能使它们分离。相移系统通过移动具有T形轮廓的单个部件而致动，因此没有必要如在现有技术的“长号”式的设备中那样移动两个单独的部件。

输出连接器之间的功率分配通过传入电磁信号将行进的内部导电线路和导电分支的尺寸而固定。在相移期间，在输入连接器和输出连接器中的一个输出连接器之间的电气通路中的增加导致在输入连接器和另一个输出连接器之间的电气通路中的相同比例的减少。

在第一变型中，设备的移动部件可以沿平移运动移动。

在第二变型中，移动部件可以沿转动移动移动。

根据第一方面，移动部件的末端分别被插入到内部导电线路中并且插入到导电分支中。如果是这样，内部导电线路和导电分支是中空的，并且直径比移动部件稍大，这允许它们沿着移动部件像长号一样滑动，以便调整相移。

根据第二方面，内部导电线路和导电分支各自分别被插入到移动部件的末端中。如果是这样，移动部件是中空的，并且直径比内部导电线路和导电分支稍大，这允许它们沿着内部导电线路和导电分支像长号一样滑动，以便调整相移。

设备优选地包括导电壳体。该壳体例如是金属的。

在一个优选实施例中，导电线路和导电分支具有带状线结构，壳体的壁被置于用作接地平面的导体的任何一侧上，壳体的壁通过绝缘元件与该导体分开。

有利地，移动部件可以从壳体的外部致动。

在一个实施例中，至少一个移动部件与传动杆协作。该传动杆可以从壳体外部访问，使得有可能设置移动部件处于运动中。

本发明的优势是满足天线的如下需求，该需要特征是在RF性能、PIM行为（用于“无源互调”）、相移能力和针对降低的成本的机械简单性方面的令人满意的折中。

归因于使用电容耦合以形成从导体到壳体的连结，并且到长号部件的滑动，因此本发明只需要激活极大地降低的机械努力。此外，这些电容耦合避免了由于互调结果（PIM）造成的干扰。

作为要使用的技术方案的网络拓扑自然总是选择为对应于针对天线的最终使用的最佳折中。折中涉及作为整体的网络的RF性能（如VSWR“电压驻波比”）、在宽频带上的幅度划分的稳定性、相移能力、PIM行为、简单和机械效力（激活相移所需要的部件数量及它们的复杂性、所获得的精确度、必要的扭矩等）以及作为整体的网络的馈送功能的整体成本。

附图说明

在阅读了实施例的如下描述之后，本发明的其它特征和优势将变得清楚，实施例在本质上通过非限制性例子并且在附图中给出，在附图中：

-图1描绘设备的第一实施例的示意图；

-图2a、2b和2c描绘在纵向移动情况下的、在设备的第一实施例的第一变型的不同位置中的视图；

-图3a-3d描绘图2a-2c的设备的从不同的角度（左和右视角、顶部、侧面）的视图；

-图4a和4b描绘图2a-2c的设备的输入和输出连接的细节；

-图5a和5b描述在发生转动移动的情况下的、设备的第一实施例的第二变型的示意性代表；

-图6描绘图5a和5b的设备的透视图；

-图7描绘在纵向移动的情况下的、设备的第二实施例的示意图；

-图8a、8b和8c描绘在设备的第二实施例的不同位置中的视图；

-图9描绘图8a-8c中的设备的内部的透视图；

-图10a到10d描绘图8a-8c中的设备的从不同的角度（左和右视角、顶部、右侧、左侧）的视图；

-图11描绘设备的第二实施例的一个变型的连接块的透视图；

-图12a和12b描绘图11的连接块的连接的透视图；

-图13描绘沿图11的连接块的X-X的横截面示意图；

-图14描绘沿图11的连接块的Z-Z的截面示意图。

具体实施方式

图1是示出集成设备的第一实施例的操作原理的示意性描绘。设备1是无源移相器/功率分割器（或功率分配器）组件，其包括一个壳体2，在壳体内容纳两个设置在壳体2的每个末端的由导电材料制成的移动部件3A和3B。归因于由介电材料制成的传动杆4，移动部件3A和3B中的每一个能够经受平移运动，以便提供相移功能。

诸如同轴电缆连接的输入连接器5位于设备1的中央。通过输入连接器5进入的电磁信号6循着内部导电线路7，其可以由金属棒形成；如果是这样，壳体2是导电的并且构成可以被比作同轴电缆的导电线路7的外部导体。内部导电线路7被划分成两个导电分支8A和8B，它们均由金属制成，例如，以便提供功率分割器功能。两个导电分支8A和8B也可以被比作同轴电缆，其导电壳体2构成外部导体。电磁信号6因此被划分成两个电磁信号部分6A和6B，各自分别循着导电分支8A和8B。在这个实施例中，必须注意到的是，输入和输出信号的阻抗并不一定相同。在这个例子中，输入阻抗被优化用于37.5欧姆，而输出阻抗被优化用于75欧姆。每个导电分支8A和8B的末端分别连接到这两个移动部件3A和3B中的一个。移动部件3A和3B是中空的，并且具有比导电分支8A和8B更大的直径，这使它们能够沿者导电分支8A和8B像长号一样滑动，以调整相移。滑动的实现归功于传动杆4。两个电磁信号部分6A和6B然后分别在输出连接器9A和9B处被收集，输出连接器9A和9B在这里被设置在输入连接器5的任何一侧上。

功率分配可以基于内部导电线路6与导电分支8A和8B的尺寸而在输出连接器9A和9B之间是可变的。当介电传动杆4被移动时，在输入连接器5和一侧的输出连接器9A之间的电气通路、以及在输入连接器5和另一侧的输出连接器9B之间的电气通路中的每一个的长度因而被此改变相等但相反的数量。例如，当输入连接器5和输出连接器9A之间的电气通路增加时，输入连接器5和输出连接器9B之间的电气通路以相同的比例减少，而输出连接器9A和9B之间的功率分配保持不变。

根据第一方面，考虑如下情形，其中内部导电线路是包括具有圆形横截面的导体的带状线，置于为导体的两个接地平面之间，该导体在这里是壳体2的壁。对于具有50欧姆的阻抗Z0、外径d为6mm以及使用空气作为电介质层的内部导电线路，在为其提供框架的这两个导电平面之间的距离h必须是约11毫米，应用关系（1）：

$\begin{array}{c}{Z}_0=15\ln [1+1.314x+\sqrt{{\left(1.314x\right)}^2}+2x]\\ x={(1+2h/d)}^4-1\end{array}---\left(1\right)$

根据第二方面，考虑如下情形，其中内部导电线路是具有圆形横截面的导体，置于导电的两个接地平面之间。对于具有100欧姆的阻抗Z0、外径d为5mm以及使用空气作为电介质层的内部导电线路，在为其提供框架的这两个导电平面之间的距离h必须是约21毫米，应用关系（1）：

根据第三方面，考虑如下情形，其中内部导电线路是具有矩形横截面的导体，也置于两个接地平面之间。对于具有50欧姆的阻抗Z0、长度W为16mm、厚度为3mm以及使用空气作为电介质层的内部导电线路，在为其提供框架的这两个导电平面之间的距离h必须是约16.5毫米，应用关系（2）：

$\begin{array}{c}{Z}_0=30\ln \{1+\frac{8h}{\mathrm{\π}{W}^{\′}}[\frac{16h}{\mathrm{\π}{W}^{\′}}+\sqrt{{\left(\frac{16h}{\mathrm{\π}{W}^{\′}}\right)}^2+6.27}\left]\right\}\\ W^{\′}=W+\frac{t}{\mathrm{\π}}\ln \left\{e{[{\left(\frac{1}{4h/t+1}\right)}^2+{\left(\frac{1/4\mathrm{\π}}{W/t+1.1}\right)}^m]}^{-1/2}\right\}\\ m=2/(1+t/3h)\end{array}---\left(2\right)$

图2a到2c图示了这样的设备可能采用的不同的配置，其呈现图1的实施例的第一变型，其中移动部件的移动是纵向的。

设备20包括导电壳体21，在其内容纳有两个可借助于介电传动杆23的设备移动的导电移动部件22A和22B。传动杆23在这里部分地置于壳体21外部，从而它可以被手动致动。电磁信号通过输入24连接器进入设备20。在壳体21内，电磁信号循着内部导电线路25，其分别被分割成两个设置在移动部件22A和22B内并且连接到移动部件22A和22B的导电分支26A和26B。电磁信号通过输出连接器27A和27B离开设备20。传动杆23移动移动部件22A和22B，移动部件22A和22B沿内部导电线路24的导电分支26A和26B像长号那样滑动。这样的运动使得有可能在通过导电分支26A和26B行进的经分割的RF信号之间应用相移。

图2a描绘移动部件22A处于其最小位移位置、而移动部件22B处于其最大位移位置的情形。在输入连接器24和输出连接器27A之间的导电分支26A之内行进的电磁信号具有的将行进的电气通路小于通过在输入连接器24和输出连接器27B之间的导电分支26B运行的电磁信号所行进的电气通路。

图2b描绘移动部件22A和22B处于中间位移位置的情形。在这里，在输入连接器24和输出连接器27A之间的导电分支26A之内行进的电磁信号具有的将行进的电气通路接近通过在输入连接器24和输出连接器27B之间的导电分支26B运行的电磁信号所行进的电气通路。

图2c描绘移动部件22A处于其最大位移位置、而移动部件22B处于其最小位移位置的情形。在输入连接器24和输出连接器27A之间的导电分支26A之内行进的电磁信号具有的将行进的电气通路大于通过在输入连接器24和输出连接器27B之间的导电分支26B运行的电磁信号所行进的电气通路。

图3a到3d描绘从不同的角度从外部看到的设备20。

图3a和3b在右和左视角示出壳体21外部的输入连接器24和输出连接器27A和27B、以及传动杆23，传动杆23的每个末端分别连接到置于壳体21内部的移动部件22A和22B。

图3c从上面，也示出了输入连接器24和输出连接器27A和27B、以及传动杆23。

图3d从侧面，示出壳体21在它的两个较小的侧面上是打开的，以便允许传动杆23自由移动、以及与置于壳体21内部的移动部件22A和22B连结。注意，直径更小的移动部件22A能够装进它在其内滑动的导电分支26A。

图4a和4b描绘设备20的输入和输出连接器的实施例的细节。

图4a通过透明性示出连结到内部导电线路25的输入连接器24和分别连结到导电分支26A和26B的输出连接器27A和27B。每个连接器是同轴的。输出连接器27B和导电分支26B之间的连结是通过将导电分支26B的末端夹持30到输出连接器27B的内部导体31上而产生的。这对连接器26A同样成立。输入连接器24也可以以相同的方式连结到内部导电线路25。

图4b详细地示出对应于连结到导电分支26B的输出连接器27B的设备20的实施例。输出连接器27B通过由介电材料制成的加强体32保持就位，该加强体32支撑它抵靠安置的保护盖33。这一组装件由导电外壳34覆盖。

这种配置能够实现在同轴导电分支27b的同轴的外部导体和外壳34之间的电容耦合。通过电容耦合的连接使得有可能避免通过螺钉或焊接的接触，通过螺钉或焊接的接触是潜在的互调相关问题的源头。这也使得有可能对于外壳34使用不可焊接的、更便宜、和更轻的材料（如，例如铝代替黄铜）。

图5a和5b是描绘图1中的实施例的另一变型的两种结构的透明性视图，其中移动部件和导电分支是弯曲的，使得它们的移动是转动的。在这里描绘的配置结构中，转动对应于±10°的角度。

设备50包括通过凹形传动杆52连结的两个移动部件51A和51B。设备50包括输入连接器53，由此传入的电磁信号被注入到设备50中。输入连接器53连接到内部导电线路54，内部导电线路54被划分成两个分别连结到输出连接器56A和56B的导电分支55A和55B。这里，内部导电线路54具有例如包括由底座承载的导电图形的结构。导电图形与作为接地平面的固定板平行地并且远离固定板确定的距离布置，通过移动电介质板将其与固定板分开。

在图5a中，导电分支55A处于电磁信号行进的电气通路是最短的位置，其中移动部件51A覆盖它围绕着滑动的导电分支55A的大部分。导电分支55B则处于电磁信号行进的电气通路是最长的位置，其中移动部件51B覆盖导电分支55B的减少的部分。

在图5b中，导电分支55A处于电磁信号行进的电气通路是最长的位置，其中移动部件51A覆盖它围绕着滑动的导电分支55A的减少的部分。导电分支55B则处于电磁信号行进的电气通路是最长的位置，其中移动部件51B覆盖导电分支55B的大部分。

设备50的外部透视图通过图6描绘。设备50包括壳体57，其中放置刚刚描述的组件。传动杆52从壳体伸出，使得它可以从外部对其进行操作。输入连接器53以及输出连接器56A和56B从壳体57突出，使的它们可以很容易地被连结到同轴电缆，同轴电缆例如也可配备有连接器。此第二变型具有被第一实施例的第一变型更紧凑的优点。这是因为，在纵向移动的情况下，有必要提供足够的空隙以允许传动杆移动。在传动杆以转动方式移动的情况下，该空隙不再是必要的。

图7中所描绘的第二实施例示意性地表示设备60的操作原理，设备60是无源移相器/功率分割器（或功率分配器）组件。设备60包括由导电材料制成的壳体61。电磁信号的输入连接器62在设备60的一侧。传入的电磁信号63循着内部导电线路64，其例如是中空的金属管。由导电材料制成的移动部件65被放置在壳体61的中央。归因于可以从壳体61的外部致动的、由介电材料制成的传动杆66，移动部件65能够平移运动。移动部件65是由共用段67组成，共用段67例如金属棒，共用段67例如能够装进导电线路64。共用段67被划分成两个导电臂68A和68B，以服务于功率分割器功能。每个导电臂68A和68B被分别连结到导电分支69A和69B。传入的电磁信号63首先循着内部导电线路64和共用段67。接着，电磁信号63被分成两个电磁信号部分63A和63B，其各自分别循着导电臂68A和68B之一然后循着导电分支69A和69B之一。导电分支69A和69B分别连结到各自置于在壳体61的相对侧的输出连接器70A和70B。取决于共用段67与导电臂68A和68B的尺寸，功率分配可以在输出70A和70B之间是可变的。当介电传动杆66被移动时，在输入连接器62和一侧的输出连接器70A之间的电气通路、以及在输入连接器66和另一侧的输出连接器70B之间的电气通路中的每一个的长度因而被此改变相等但相反的数量。当移动部件65经历平移移动，电磁信号的通路相对于中间位置在输出70A和70B中的每一个的方向上分别被加长和缩短。在直接连结到通路的长度的输出70A处的信号的相位由此被修改，而在输出70B处的信号的相位也被修改，但是以相反方向。设备60的优势在于，它独立地组合了通过改变移动部件65的形状（例如，通过改变导电臂68A、68B的各自的直径）而对信号的幅度的控制（在输出70A和70B之间分割功率）以及通过改变移动部件65的位置而对输出70A和70B之间的信号的相位之差的控制。

这种设备可以采用的不同的结构在图8a至8c中进行描绘。

在图8a中，移动部件65处于朝向支撑输入连接器62的设备60的侧面的它的最小位移位置。在内部导电线路64内、然后在输入连接器62和输出连接器70A之间的导电分支69A之中行进的电磁信号具有的将行进的电气通路小于在内部导电线路64中、然后在输入连接器62和输出连接器70B之间的导电分支69B中行进的电磁信号所行进的通路。

图8b描绘移动部件65处于中间位移位置的情形。在这里，在输入连接器62和输出连接器70B之间的导电分支69B之内行进的电磁信号具有的将行进的电气通路接近通过在输入连接器62和输出连接器70A之间的导电分支69A运行的电磁信号所行进的通路。

在图8c中，移动部件65处于朝向支撑输入连接器62的设备60的侧面的它的最大位移位置。在内部导电线路64内、然后在输入连接器62和输出连接器70A之间的导电分支69A之中行进的电磁信号具有的将行进的电气通路大于在内部导电线路64中、然后在输入连接器62和输出连接器70B之间的导电分支69B中行进的电磁信号所行进的通路。

当移动部件65移动10mm，则输入连接器62和输出连接器70A、70B之间的相位差大约是16°到700MHz。

图9中描绘了去除壳体61的设备60的透视图。移动部件65与从壳体61伸出的传动杆66相接合。中央段67以及导电臂68A和68B作为一体通过由传动杆66推动的运动在纵向方向71上移动。内部导电线路64与导电分支69A和69B被固定。具有更小的直径的中央段67和导电臂68A和68B在内部导电线路64和导电分支69A和69B的内部滑动。

图10a到10d描述从不同的角度从外部看到的设备60。

图10a和10b在右和左视角示出壳体61外部的，在一侧的输入连接器62和输出连接器70A，一个被布置壳体61的顶上，而另一个被布置在壳体61的侧面，以及在壳体61的相对侧可见的另一侧上的输出连接器70B和传动杆66。

图10c和10d描绘在正面视图中的每个侧面的结构。它示出与以上描述的那些相同的组件。

图11详细地示出设备的第二实施例的一个变型的连接块80。间接块80包括输入连接器81和输出连接器82。连接块是由导电外壳83保护，导电外壳例如是金属外壳。

图12a和12b详细地示出输出连接器82和导电分支84之间的连接。

图12a描绘同轴输出接口82。输出连接器82和导电分支84之间的连结是通过将导电分支84的末端夹持85到输出连接器82的内部导体86而产生。

图12b通过透明性示出连结到导电分支84的输出连接器82。输出连接器82通过由介电材料制成的支架87保持就位。支架87包括电介质板88和突出部92，电介质板88抵靠本身是导体的保护盖91的两个相对面89和90安置，突出部92也由介电材料制成，预先垂直于支架87的电介质板88，从而抵靠保护盖91的垂直于前两个面89和90的另一面93安置。

图13是沿图11中指示的、在输出连接器82内的X-X方向的示意性横截面视图，其描绘设备的连接块中的电容耦合。包括内部导体86的输出连接器82被连结到导电分支84。导电分支84的形状像一个中空管，并移动到围绕输出连接器82的内部导体86的位置。导电分支84的中空末端的重叠部分夹持内部导体86，从而形成在两个导体84和86之间的电接触。导电分支84由与“U”形保护盖91相对的表面89和90接触的支架87的电介质板88支撑。薄塑料膜，绝缘涂漆层或任何其它绝缘组件94，被放置在导电外壳83和导电性保护盖91之间，使得可以将它们彼此绝缘。由此获得在跨外壳83和保护盖91的面之间的电磁耦合。在此已经使用电容连结，以便避免当为适当地和导电元件连结在一起时可能发生的互调结果。

图14是沿图11中指示的、在突出部92处的Z-Z方向的示意性横截面视图。支架87的电介质板88接触“U”形保护盖91的相对表面89和90，并且垂直的突出部92抵靠横向表面87安置。薄绝缘膜94被放置在导电外壳83和“U”形的导电保护盖91之间，以便将它们彼此绝缘。

当然，本发明并不限定于所描述的实施例，而是相反，倾向于本领域技术人员可访问的而不脱离本发明的精神的许多变型。特别是，可以设想使用具有圆形横截面的导体，但也有卵形、正方形、矩形等横截面。已经描述了具有移相器和功率分配器功能的设备，其包括两个输出，但也可以在不脱离本发明的范围的前提下增加输出的数量。最后，也可以串联或并联组合多个设备。

Claims (9)

1.一种设备，包括连结到内部导电线路的至少一个输入连接器和各自分别连结到导电分支的至少两个输出连接器，从而单个移动部件同时提供移相器和功率分配器的功能，所述移动部件包括被划分成两个导电臂的共用段，所述共用段将所述内部导电线路分别连结到所述导电分支中的每一个，以便当所述移动部件移动时，将在所述输入连接器与所述输出连接器中的每一个之间的电气通路的长度改变相等但相反的数量。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动部件沿平移运动移动。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动部件沿转动运动移动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述移动部件的末端分别被插入到所述内部导电线路和所述导电分支中。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述内部导电线路和所述导电分支分别被插入到所述移动部件的末端中的每一个末端中。

6.根据前述权利要求任一项所述的设备，包括导电壳体。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述导电线路和所述导电分支具有带状线结构，所述壳体的壁被置于用作接地平面的导体的任何一侧上，所述壳体的壁通过绝缘元件与所述导体分开。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的设备，其中所述移动部件能够从所述壳体的外部被致动。

9.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中至少一个移动部件与传动杆协作。

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