CN106329124B - 移相器和天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种移相器和天线，移相器包括输入端口、功分器、移相枝节、输出端口和介质滑块，移相枝节和功分器共同组成馈电线路，介质滑块上设有用于调节相位的开孔，其特征在于：设介质滑块与所述馈电线路之间沿A‑A向相对滑动，垂直于A‑A向记为B‑B向，在输入端口左侧和/或右侧沿A‑A向延伸设置两列或者以上移相枝节；设输入端口左侧或右侧有m列移相枝节，每列移相枝节包括沿B‑B向设置的两个或以上移相枝节；在介质滑块上设置若干用于调节匹配的通孔。本发明减小了移相器的长度，可以提高天线整机的增益，具有重要的市场价值。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及到一种移相器和天线。
背景技术
移动通信中，实现信号的覆盖优化，抑制对相邻小区的信号干扰，采用电调天线实现。移相器是电调天线的必要部件。现有移相器多数采用介质加载的方法实现。
发明人发现现有技术的介质移相器网络布局存在以下问题：
1.长度偏长，例如专利号CN102544733B的介质移相器，该移相器是串联结构，各个移相枝节纵向排列，移相器体积大，长度偏长。
2.移相器的输出端口和辐射元相对位置的设置不是最优，专利号CN103199322B的移相器，最大移相端口与天线辐射元的物理距离长，导致移相器其他端口的电缆长度相应增加，天线整机的电缆长度过长，影响天线整机的增益性能。
发明内容
本发明提供一种移相器和天线，解决现有移相器体积大，长度偏长的问题。同时优化移相器输出端口的排列次序，使连接移相器输出端口到辐射元的电缆长度最短，提高了天线增益。
本发明提供一种移相器，包括输入端口、功分器、移相枝节、输出端口和介质滑块，移相枝节和功分器共同组成馈电线路，介质滑块上设有用于调节匹配的开孔，设介质滑块与所述馈电线路之间沿A-A向相对滑动，垂直于A-A向记为B-B向，在输入端口左侧和/或右侧沿A-A向延伸设置两列或者以上移相枝节；
设输入端口左侧或右侧有m列移相枝节，每列移相枝节包括沿B-B向设置的两个或以上移相枝节；
设输入端口左侧或右侧的m列移相枝节，从输入端口开始由里向外记为第1至m列移相枝节，在介质滑块上设置若干用于调节相位的通孔，分别覆盖第1至m-1列移相枝节中最远离输入端口的移相枝节。
而且，相位变化越大的输出端口，离输入端口距离越远。
而且，输入端口左侧和右侧为对称设置。
而且，包括十个移相枝节和七个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置三个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各五个；在拉动介质滑块进行滑动之后，九个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
而且，包括八个移相枝节和五个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置两个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各四个；在拉动介质滑块进行滑动之后，七个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
而且，包括十个移相枝节和三个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置一个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各五个；在拉动介质滑块进行滑动之后，五个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
或者，输入端口左侧和右侧为不对称设置。
而且，输入端口左侧和右侧的输出端口一为偶数一为奇数，并且差值为1。
本发明还提供一种天线，包括上述的移相器。
本发明提供的移相器和天线，通过设置移相枝节，具有如下优点：
1、串联馈电和并联馈电相结合，减小了移相器的长度。
2、移相器输出端口按照相位变化的大小，依次排列，端口排列顺序不交叉。最大移相量的输出端口与其对应连接的辐射元距离近，减小了连接移相器输出端口与辐射元的电缆长度，避免现有技术中出现最大移相端口和对应的辐射元距离过远而导致连接电缆过长的情况，进而提高天线整机的增益。
3、移相器各端口的电缆弯曲方向和弯曲半径差异性小，相位一致性高，提高了天线系统的可靠性和批量生产的一致性。
附图说明
图1为本发明实施例一的俯视图。
图2为本发明实施例一的演变图的俯视图。
图3为本发明实施例一与辐射元的连接示意图。
图4为本发明实施例二的俯视图。
图5为本发明实施例二的演变图的俯视图。
图6为本发明实施例三的俯视图。
图7为本发明实施例三的演变图的俯视图。
图8为本发明实施例三的第二演变图的俯视图。
图9为本发明实施例四的俯视图。
图10为本发明实施例五的俯视图。
图11为本发明实施例六的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细，完整地描述，展示本发明的技术方案和优点。同时，根据权利要求，除了本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明提出的一种移相器，包括输入端口、功分器、移相枝节、输出端口和介质滑块，移相枝节和功分器共同组成馈电线路，介质滑块上设有用于调节匹配的开孔，
设介质滑块与所述馈电线路之间沿A-A向相对滑动，垂直于A-A向记为B-B向，在输入端口左侧和/或右侧沿A-A向延伸设置两列或者以上移相枝节。具体实施时，可以在左侧和右边都设置两列以上移相枝节，或者只在左侧或右边设置两列以上移相枝节，另一边设置较少的移相枝节，甚至不设置，可视为把主路的三功分器去掉，把一体化移相器变成两个分体式移相器。
设输入端口左侧或右侧有m列移相枝节，每列移相枝节包括沿B-B向设置的两个或以上移相枝节。最基本的情况例如，左侧或右侧包括第一移相枝节，与第一移相枝节平行的方向(B-B向)设置第二移相枝节；沿着第一移相枝节纵向(A-A向)设置移相枝节，即第三移相枝节和第四移相枝节。功分器组则进行相应设置，包括一分三的主功分器；至少设置第一功分器，把经过第一移相枝节的信号能量分为两部分，一部分经过始终覆盖在介质下的传输线，一部分经过第三移相枝节。
设输入端口左侧或右侧的m列移相枝节，从输入端口开始由里向外记为第1至m列移相枝节，在介质滑块上设置若干用于调节相位的通孔，分别覆盖第1至m-1列移相枝节中最远离输入端口的移相枝节。
具体实施时，一般还可以设置外置腔体。馈线电路和介质滑块置于腔体内。
实施例一
移相器包括十个移相枝节和七个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置三个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各五个；在拉动介质滑块进行滑动之后，九个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
图1位本发明移相器实施例一的俯视图，图2为本发明移相器实施例一的演变图，图3位移相器和辐射单元连接示意图。结合图1至图3，本实施例一提供的移相器，可以包括：
如图1，功分器组分包括一分三的主功分器101，第一功分器102a与102b，第二功分器103a，103b，第三功分功分器组与移相枝节、传输线段组成的馈电线路，介质滑块，容置馈电线路和介质滑块的金属腔体300。
如图1，功分器组分包括一分三的主功分器101，第一功分器102a与102b，第二功分器103a，103b，第三功分器104a，104b关于主功分器左右对称设置。组成功分器(101,102a,102b,103a,103b,104a,104b)的带状线的宽度和长度决定了移相器的功率分配和特定工作频带的匹配特性。功分器的工作频段可根据实际情况进行设置。移动通信常用的频段有698-960MHz，1710-2690MHz。功分器的功率分配可根据天线方向图的需求进行设置。
可设与第一移相枝节平行的方向为B-B向，纵向为A-A向。
如图1，移相枝节包括第一移相枝节301a，301b；第二移相枝节302a，302b；第三移相枝节303a，303b；第四移相枝节304a，304b；第五移相枝节305a，305b。第二移相枝节302a与第一移相枝节301a沿着B-B方向平行设置。第三移相枝节303a，第四移相枝节304a，第五移相枝节305a，在B-B方向上相互平行设置，但相对于第一、第二移相枝节，第三，第四，第五移相枝节沿着A-A方向延伸设置。传输线段501a，501b在介质滑动过程中始终设置在介质里。
可视为第一、第二移相枝节为第一列移相枝节，第三，第四，第五移相枝节为第二列移相枝节。
按照这种设置移相枝节的方法，相对于专利号CN102544733B的现有技术，减小了移相器的长度，有利于天线整机布局。
介质板400上设置有通孔201与202。通孔201下覆盖第二移相枝节302a，通孔201位于传输线段501a和第二移相枝节302a之间；通孔202下覆盖第二移相枝节302b，通孔202位于传输线段502b和第二移相枝节302b之间。介质板上还设置有进行阻抗变换的开孔，可用于带线在介质里和介质外的特性阻抗跳变后，进行阻抗匹配。
覆盖第二移相枝节302a,302b的通孔201与202的位置可以调整，不拘泥于图1的实施例，只需设置在第二移相枝节302a相应位置处即可。
如图2，是根据实际情况，设置通孔201位于移相枝节303a和304a之间，通孔202位于移相枝节303b和304b之间。该设置可以分别缩短输出端口1017与1018，1012与1013之间的物理间距，移相器在A-A方向变短，在B-B向略微变宽。
介质板沿着A-A向从左往右滑动过程中：
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301a，传输线段501a，功分器103a后，经过输出端口1016后，相位变化为
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301a，传输线段501a，功分器103a，再经过设置在通孔201下的第二移相枝节302a，经过输出端口1017后，相位变化为
端口1017的相位变化在端口1016相位变化的基础上串接一个移相枝节302a，端口1016与端口1017相位变化为串联关系。
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301a，功分器102a，再经过第三移相枝节303a，第四移相枝节304a，端口1018相位变化为
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301a，功分器102a，再经过第三移相枝节303a，在经过第四移相枝节304a，功分器104a后，再串接第五移相枝节305a，端口1019的相位变化为
端口1019的相位变化在端口1018相位变化的基础上串接一个移相枝节302a，端口1019与端口1018相位变化为串联关系。
端口1019与端口1018，端口1017与端口1016共第一移相枝节301a，相位变化为同步变化，端口1019,1018与端口1017,1016相位变化为并联关系。
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301b，传输线段501b,功分器103b后，经过输出端口1011后，相位变化为
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301b，传输线段501b,功分器103b，再经过设置在通孔202下的第二移相枝节302b，经过输出端口1012后，相位变化为
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301b，功分器102b，再经过第三移相枝节303b，第四移相枝节304b,端口1013相位变化为
输入信号经过输入端口100后，经过第一移相枝节301b，功分器102b，再经过第三移相枝节303b，在经过第四移相枝节304b,功分器104b后，再串接第五移相枝节305b,端口1014的相位变化为
输入信号经输入端口100经过主功分器101后，一部分能量传输至输出端口1015，该端口相位不改变。
第一输出端口1019，第二输出端口1018，第三输出端口1017，第四输出端口1016，第五输出端口1015，第六输出端口1011，第七输出端口1012，第八输出端口1013，第九输出端口1014的相位变化比例依次为相位变化越大的输出端口，离输入端口100的物理距离越远。
相对于专利号CN103199322B的现有技术，端口排列更加合理。因为移相器的端口布局的最优选方案是离振子越远，移相端口相位变化最大。最好不要四倍端口与一倍相位变化的振子距离最近，这样电缆总长度会增加，增益损失大。专利CN103199322B电缆一定会交叉，天线整机的电缆总长度一定不是最优，虽然移相器实现小型，但是增益很可能消耗在电缆上，增益损失过大。
图3是移相器和天线辐射元相连的示意图。可以看出电缆的弯曲不交叉，而且电缆的弯曲半径和弯曲方向差异性小，相位一致性高，提高了天线系统的可靠性和生产的一致性；且相位变化最大的端口离对应的辐射元物理距离最短，整体减小了移相器各输出端口到辐射元的射频电缆长度，提高了天线整机的增益性能。
具有该相位变化关系的移相器可适用于九个、十个、十一个或十三个辐射单元的天线，每个输出口可以连接一个或多个辐射单元。
实施例二
移相器包括八个移相枝节和五个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置两个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各四个；在拉动介质滑块进行滑动之后，七个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
本发明实施例二提供了一种移相器的可选方案。图4为本发明实施例二的俯视图。实施例的改进之处在于：第三功分器104a,104b及第五移相枝节305a,305b被弃置。相应地，移相枝节数量为八个，功分器数量为五个，输出端口的数量为七个。
实施例二的第一，第二，第三，第四移相枝节的相对位置与实施例一保持一致。第一与第二移相枝节在B-B方向平行设置，第三，第四移相枝节在B-B方向平行设置，但第三，第四移相枝节相对于第一，第二移相枝节在A-A方向上延伸设置。
端口1017,1016相位变化关系为串联关系，1017在1016的基础上串接一个移相枝节302a实现相位叠加。第二移相枝节302a与第三移相枝节303a、第四移相枝节304a共在第一移相枝节301a相位变化的基础上叠加相位，端口1018与端口1017,1016相位变化为并联关系。端口1012,1011相位变化关系为串联关系，1012相位变化是在1011变化基础上串接一个移相枝节302b实现相位叠加。同理，端口1013与端口1011,1012的相位变化关系也为并联关系。
图5是调整介质板上通孔201，202与移相枝节相对位置的演变图。通孔201位于移相枝节增加303a与304a之间；通孔202位于移相枝节303b和304b之间。移动通孔位置后，可以减小移相器的长度。
介质板沿着A-A向从左往右滑动过程中：
第一输出端口1018，第二出输出端口1017，第三输出端口1016，第四输出端口1015,第五输出端口1011,第六输出端口1012及第七输出端口1013相对于介质滑动前的相位变化比例依次为相位变化越大的输出端口，离输入端口100的物理距离越远。
具有该相位变化关系的移相器可适用于七个、九个或十个辐射单元的天线，每个输出口可以连接一个或多个辐射单元。
实施例三
包括十个移相枝节和三个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置一个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各五个；在拉动介质滑块进行滑动之后，五个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
本发明实施例三提供了一种移相器的可选方案。图6为本发明实施例三的俯视图。实施例相对于实施例一的改进之处在于：第二功分器103a,103b及第三功分器104a,104b被弃置。相应地，移相枝节数量为十个，功分器数量为三个，输出端口的数量为五个。
实施例三的第一，第二，第三，第四，第五移相枝节的相对位置与实施例一保持一致。第一与第二移相枝节在B-B方向平行设置，第三，第四，第五移相枝节在B-B方向平行设置，但第三，第四，第五移相枝节相对于第一，第二移相枝节在A-A方向上延伸设置。
本实施例中，第二移相枝节与第三、第四、第五移相枝节共用第一移相枝节的相位变化，输出端口1012与1014，1019与1017相位变化关系为并联关系。
图7是调整介质板上通孔201，202与移相枝节相对位置的演变图。通孔201位于移相枝节303a与304a之间；通孔202位于移相枝节303b和304b之间，可以减小移相器的长度。
介质板沿着A-A向从左往右滑动过程中：
第一输出端口1019，第二输出端口1017，第三输出端口1015，第四输出端口1012及第五输出端口1014相对于介质滑动前的相位变化比例依次为相位变化越大的输出端口，离输入端口100的物理距离越远。
图8是调整介质板上通孔201，202与移相枝节相对位置的演变图。通孔201位于移相枝节305a下方；通孔202位于移相枝节305b下方，可以减小移相器的长度。移相器各个端口相位级联关系与图7同理。
本实施例的移相器可适用于五个、六个或七个辐射单元的天线，每个输出端口可以连接一个或多个辐射单元。
以上实施例是常用增益的基站天线所用到的移相器的技术方案。对于更高增益，更多单元数的阵列天线可以对移相器移相枝节数量进行增加，对移相器整体结构进行扩展。
实施例四
本发明实施例四提供了一种移相器的可选方案。
进一步适用于更多单元数的阵列天线而进行的扩展设计，图9为实施例四的俯视图。
移相枝节设置为七对，分别是301a与301b，302a与302b，303a与303b，304a与304b，305a与305b，306a与306b，307a与307b。介质板上通孔设置为两对201a1与202b1，201a2与202b2，通孔下覆盖移相枝节。传输线设置为两对501a1与501b1，501a2与501b2。第一输出端口1021，第二输出端口1019，第三输出端口1018，第四输出端口1017，第五输出端口1016，第六输出端口1015，第七输出端口1011，第八输出端口1012，第九输出端口1013，第十输出端口1014，第十一输出端口1020相对于介质滑动前的相位变化比例依次为：
本实施例的移相器可适用于十一个，十二个，十三个辐射单元的阵列天线，每个端口可以接一个或者多个辐射单元。
实施例五
本发明实施例五提供了一种移相器的可选方案。
进一步适用于更多单元数的阵列天线而进行的扩展设计，图10为实施例五的俯视图。
移相枝节设置为九对，输出端口设置为十四个，传输线段设置为六对。第一输出端口1023，第二输出端口1022，第三输出端口1019，第四输出端口1018，第五输出端口1017，第六输出端口1016，第七输出端口1015，第八输出端口1011，第九输出端口1012，第十输出端口1013，第十一输出端口1014，第十二输出端口1020，第十三输出端口1021，相对于介质滑动前的相位变化比例依次为:
本实施例的移相器可适用于十二个，十三个或十四个辐射单元的阵列天线，每个端口可以接一个或者多个辐射单元。
实施例六
本发明的移相器关于输入端口数量左右排列的端口数量根据实际使用需求，可以设置为不相等。
图11是本发明实施例六的俯视图。输入端口100左端设置有五个输出端口，右端设置有四个输出端口，第一输出端口1021，第二输出端口1019，第三输出端口1018，第四输出端口1017，第五输出端口1016，第六输出端口1015，第七输出端口1011，第八输出端口1012，第九输出端口1013，第九输出端口1014相对于介质滑动前，相位变化比例为：定义这种结构形式为“5+4”结构，同理可以设计“3+2”，“4+3”，“6+5”或者其他偶数加奇数(优选地,差值为1)的输出端口形式的移相器。实施例六的各形式的移相器尤其适用于偶数个单元的阵列天线，移相器的俯视图不再绘图一一列出。
以此类推，本发明还可依据同等原理进行扩展。
以上实施例构成的移相器，实现了功分器和移相器的集成结构，可以应用在各个工作频段上，实现天线波束下倾。同时，移相器通过设置移相枝节的相对位置，设置介质板上通孔与移相枝节的相对位置，第一，减小了移相器的体积；第二，无论奇数个辐射单元，还是偶数个辐射单元，都能实现一个辐射单元对应一个移相器的输出端口；第三，实现了移相器端口排列的优化，即相位变化越大的输出端口，离输入端口物理距离越远，这种布局是端口分布的最优结构，使连接移相器端口和辐射元的电缆互不交叉，电缆长度比现有技术短，提高天线整机的增益；且电缆弯曲半径和弯曲方向差异性小，保证了天线系统的一致性。本发明还提供使用以上移相器的天线，其中一般还包括至少五个辐射单元。
最后说明的是：以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种移相器，包括输入端口、功分器、移相枝节、输出端口和介质滑块，移相枝节和功分器共同组成馈电线路，介质滑块上设有用于调节匹配的开孔，其特征在于：设介质滑块与所述馈电线路之间沿A-A向相对滑动，垂直于A-A向记为B-B向，在输入端口左侧和/或右侧沿A-A向延伸设置两列或者以上移相枝节；
设输入端口左侧或右侧有m列移相枝节，每列移相枝节包括沿B-B向设置的两个或以上移相枝节；
设输入端口左侧或右侧的m列移相枝节，从输入端口开始由里向外记为第1至m列移相枝节，在介质滑块上设置若干用于调节相位的通孔，分别覆盖第1至m-1列移相枝节中最远离输入端口的移相枝节。
2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于：相位变化越大的输出端口，离输入端口距离越远。
3.根据权利要求1或2所述的移相器，其特征在于：输入端口左侧和右侧为对称设置。
4.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于：包括十个移相枝节和七个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置三个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各五个；在拉动介质滑块进行滑动之后，九个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
5.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于：包括八个移相枝节和五个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置两个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各四个；在拉动介质滑块进行滑动之后，七个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
6.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于：包括十个移相枝节和三个功分器，以一分三的主功分器为中心，其他功分器关于主功分器左右对称设置，左右分别设置一个；移相枝节关于主功分器左右对称设置，左右各五个；在拉动介质滑块进行滑动之后，五个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为
7.根据权利要求1或2所述的移相器，其特征在于：输入端口左侧和右侧为不对称设置。
8.根据权利要求7所述的移相器，其特征在于：输入端口左侧和右侧的输出端口一为偶数一为奇数，并且差值为1。
9.一种天线，其特征在于：包括如权利要求1至8任意一项所述的移相器。
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