CN107482286A - 介质移相器及天线 - Google Patents

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CN107482286A CN201710608058.8A CN201710608058A CN107482286A CN 107482286 A CN107482286 A CN 107482286A CN 201710608058 A CN201710608058 A CN 201710608058A CN 107482286 A CN107482286 A CN 107482286A
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Abstract

本发明涉及一种介质移相器及天线，介质移相器的介质元件包含至少两种不同介电常数或者等效介电常数的介质，至少提供第一类移相单元和第二类移相单元，选择提供第三类移相单元，第一类移相单元的馈线填充在至少两种不同介电常数的介质中，第二类移相单元的馈线填充在第一移相单元所填充的其中一种介电常数的介质中以及空气中，第三类移相单元的馈线填充在介质和空气中，填充第三类移相单元的介质不同时填充第一类移相单元及第二类移相单元的馈线。本发明提供的移相单元在加载多种介电常数的介质的条件下，传输线的特性阻抗变化小，有利于超宽频设计。同时介质移相器结构紧凑，截面窄，体积小并且具有多路输出的优点，相应天线适于基站使用。

Description

介质移相器及天线
技术领域
本发明涉及基站天线领域，具体而言，涉及到一种介质移相器和基站天线。
背景技术
移相器是电调天线的核心部件。该部件通过改变电调天线中辐射单元之间的相对相位，实现波束下倾角度的调节。基于介质加载原理的移相器为业界普遍采用。高增益的电调天线，采用移相端口和辐射单元一一对应的多路移相器可以实现更优的上旁瓣抑制的控制。多频电调天线中，高频阵列和低频阵列馈电网络交迭复杂，需要简化馈电网络。因此，对移相器的小型化，超宽带化，集成化以及多路输出提出需求。
参见图1，发明专利WO03/019723提供了一种带有集成的移相器的可调整的天线馈电网络，该网络中各个移相单元纵向延伸，因而整个移相器的长度偏长，不利于多频天线馈电网络的布局。该发明说明书阐述了移相单元的绝缘件中用不同的介电常数填充，但该方案仅是为实现绝缘材料更优的刚性结构，并非实现阻抗的超宽频设计。而且过多的介质填充，会引入更高的介质损耗。
参见图2，发明专利WO02/35651提供了一种波束调整设备，该发明的实施例提供了两个移相单元近似平行设置的原理图，根据该发明的提供的并联馈原理，如果实现更多移相端口的移相器，需要设置更多互相平行的移相单元，将会导致移相器截面过宽，不利于天线整机的馈电网络的布局。
中国优秀硕士学位论文数据库中的《改进型介质滑动U型移相器的研究与设计》给出一种分体式移相器的设计。该移相器的输出端口排列次序与线性阵列天线的辐射元的排列次序不一致，增加了输出端口与辐射元的连接复杂度。该移相器为分体式结构，需要外置一分二的功分器把上下移相器连成一个整体，增加了额外的焊接，给系统带来不稳定性因素。同时，文中没有给出更多输出端口的移相器的设计。
发明内容
本发明克服上述不足，提供一种体积小、长度短，电气性能上易于实现超宽频设计的多路介质移相器及相应天线。
为达到本发明的目的，本发明提供一种介质移相器，包括介质元件、馈电网络、金属接地板、信号输入端口及输出端口，馈电网络包括功率分配器以及馈线；其特征在于：所述介质元件包含至少两种不同介电常数或者等效介电常数的介质，至少提供第一类移相单元和第二类移相单元，选择提供第三类移相单元，
所述第一类移相单元，在介质元件移动过程中，其馈线填充在至少两种不同介电常数的介质中，并且在介质元件移动过程中，其中一种介电常数的介质同时填充第二类移相单元的馈线；所述第二类移相单元，在介质元件移动过程中，其馈线填充在第一移相单元所填充的其中一种介电常数的介质中以及空气中；
所述第三类移相单元，在介质元件移动过程中，其馈线填充在介质和空气中，填充第三类移相单元的这种介电常数的介质满足不同时填充第一类移相单元及第二类移相单元的馈线。
而且，所述第一类移相单元为两种介电常数的介质的相同填充，或者为多种介电常数中分别选取两种的不同介质的不同填充；所述第二类移相单元为同一种介电常数的介质和空气的相同填充，或者为不同的介电常数的介质和空气的不同填充；所述第三类移相单元为同一种介电常数的介质和空气的相同填充，或者为不同的介电常数的介质和空气的不同填充。
而且，在同一种类别的移相单元中，相同类别相同填充的移相单元之间平行设置，相同类别不同填充的移相单元之间沿着传输线的方向首尾延伸设置；所述第二类移相单元沿着第一类移相单元的传输线的方向延伸设置，第三类移相单元与第一类、第二类移相单元平行设置。
而且，所述介质元件由两种不同介电常数的介质零件组成，所述介质元件构成三种填充类型的移相单元；所述三类移相单元在各自介质元件同步滑动相同行程条件下，第一类移相单元与第二类移相单元获得的相位变化值相等，第三类移相单元获得的相位变化值是第一类移相单元的两倍。
而且，所述介质元件中介电常数不同的各个部分，沿着移相器的长边，从输入端口到远离输入端口的两个方向，介电常数逐渐减小。
而且，所述介质元件为一体成型，各个局部呈现不同的介电常数；或所述介质元件由不同介电常数的介质零件组成，所述介质零件在其边沿设置有若干卡槽，所述介质元件由不同介电常数的介质零件通过卡槽的配合卡接而成；
卡槽凸起部分为弹性，实现两个介质零件上下限位以及左右限位。
而且，所述移相器的馈线类型为带状线、微带线、同轴线或悬置微带线，所述介质元件的截面形状和传输线的类型相应。
而且，所述介质移相器包含三类移相单元，所述第一类移相单元数量为四个，所述第二类移相单元数量为四个，所述第三类移相单元为两个，介质元件滑动使得九个输出端口的相位变化比例为4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4。
而且，所述介质移相器包含三类移相单元，所述第一类移相单元数量为四个，所述第二类移相单元数量为四个，所述第三类移相单元为两个，介质元件滑动使得十一个输出端口的相位变化比例为5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5。
而且，所述介质移相器包含两类移相单元，所述第一类移相单元数量为十个，所述第二类移相单元数量为六个，介质元件滑动使得十三个输出端口的相位变化比例为6:5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5:-6。
本发明提供一种天线，包括若干辐射单元以及如上所述的介质移相器。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的移相单元在两种介质填充的状态下，传输线的特性阻抗的不连续变化小，有利于移相单元和移相器的超宽频设计。移相器能适用于移动通信的698-960MHz,1710-2690MHz等频段的电调基站天线。
2、本发明的介质移相单元具有上述优点，结合该移相单元，变化出具有差分关系的多路介质移相器，从而适用于不同增益需求的电调天线。更优的，本发明提供的移相器适用于高增益的电调天线及多频电调天线。
3、本发明提供的多路介质移相器的长度短，截面窄，有利于多频阵列天线的馈电网络的布局。
4、本发明提供的移相器的输出端口的排列次序和线性天线阵列的辐射元的排列次序保持一致，降低了移相器输出端和辐射元连接的复杂度，提高了生产效率和批量生产的一致性。
附图说明
图1为专利WO03/019723中10端口网络的示意图。
图2为专利WO02/35651中一实施例的示意图。
图3为现有移相单元的原理示意图。
图4为本发明移相单元实施方式一的原理示意图。
图5为本发明移相单元实施方式二、实施方式三的原理示意图，其中图5(a)是实施方式二的原理示意图，图5(b)是实施方式三的原理示意图。
图6为本发明的多个移相单元进行组合的原理示意图，其中图6(a)是基于两种介质进行组合的原理示意图，图6(b)是基于三种介质进行组合的原理示意图。
图7为本发明移相器实施例一的原理示意图。
图8为本发明移相器的介质元件的长边卡接方式示意图。
图9为本发明移相器的介质元件的窄边卡接方式示意图。
图10为本发明移相器实施例一中移相单元的不同类型传输线的A-A向截面图，其中图10(a)是传输线类型一的A-A向截面图，图10(b)是传输线类型二的A-A向截面图。
图11为本发明实施例二的原理示意图。
图12为本发明实施例三的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明技术方案进行详细说明。
介质移相器通常包括介质元件、馈电网络、金属接地板、信号输入端口及输出端口，馈电网络包括功率分配器以及馈线，本发明提出所述介质元件包含至少两种不同介电常数或者等效介电常数的介质。本发明提出一种移相单元的紧凑组合，第一移相单元的馈线在两种不同介电常数的介质元件中覆盖，第二移相单元的馈线在第一移相单元提供的一种介电常数的介质元件中和空气中覆盖。该移相单元的组合减少了纵向方向延伸的长度，具有紧凑，长度小型化的特性。
本发明进一步提出，所述移相单元包括三种类型：在两种不同的介电常数的介质元件填充下实现相位改变的第一类移相单元。在第一类移相单元中的其中一种介电常数的介质元件和空气填充下实现相位改变的第二类移相单元。在介质元件和空气填充下实现相位改变的第三类移相单元。填充第三类移相单元的介质不同时填充第一类移相单元及第二类移相单元的馈线。
所述介质移相器中，至少提供第一类移相单元和第二类移相单元，选择提供第三类移相单元。即介质移相器中，可以只提供第一类移相单元和第二类移相单元，也可以同时提供第一类移相单元和第二类移相单元、第三类移相单元。
进一步地，所述第一类移相单元为两种介电常数的介质的相同填充，或者为多种介电常数中分别选取两种的不同介质的不同填充；所述第二类移相单元为同一种介电常数的介质和空气的相同填充，或者为不同的介电常数的介质和空气的不同填充；所述第三类移相单元为同一种介电常数的介质和空气的相同填充，或者为不同的介电常数的介质和空气的不同填充。
进一步地，在同一种类别的移相单元中，相同类别相同填充的移相单元之间平行设置，相同类别不同填充的移相单元之间沿着传输线的方向首尾延伸设置；所述第二类移相单元沿着第一类移相单元的传输线的方向延伸设置，第三类移相单元与第一类、第二类移相单元平行设置。
优选地，所述介质元件由两种不同介电常数的介质零件组成，所属介质元件构成三种填充类型的移相单元；所述三类移相单元在各自介质元件同步滑动相同行程条件下，第一类移相单元与第二类移相单元获得的相位变化值相等，第三类移相单元获得的相位变化值是第一类移相单元的两倍。
优选地，所述介质元件中介电常数不同的各个部分，沿着移相器的长边，从输入端口到远离输入端口的两个方向，介电常数逐渐减小。
本发明优选以下方式实现介质元件的设计与制造：
第一，采用至少具有两种不同介电常数材料的介质零件相互卡接，以形成各个部分具有不同的介电常数的介质元件整体。
第二，所述介质元件一体成型，各移相单元的填充介质的立体结构不同。
所述介质元件的形状根据所述馈线的类型进行相应改变。所述馈线为带状线和微带线，对应的介质元件截面为矩形；所述馈线为同轴线，对应的包裹馈线处的介质元件截面为圆形。
所述移相单元使用的馈线不拘泥于直线形式，可选的为带有夹角的曲折线，进一步提高每单位行程的相移量，进而减小移相器的长度。
可以视为，各个移相单元通过若干功率分配器以及馈线电连接，每一个移相单元由其所在位置的局部金属地板，馈线，填充馈线的局部介质组成。所述移相单元，馈线，介质元件，功率分配分器置于金属地板内部。
所述移相器具有多个输出端口。优选地，所述输出端口设置在移相器的一侧。输出端口的排列次序和线性天线阵列的辐射元的排列次序保持一致。
本发明提供了三种典型的方式实现多路移相器，三种实现方式相比现有技术，均具有小型化的特点。
第一种可能的实现方式中，所述移相单元关于输入端口左右对称设置。以输入端口右侧为例说明，所述第一类移相单元为两个，二者平行设置。所述第二类移相单元为两个，二者平行设置。第三类移相单元为一个。在拉动介质元件直线滑动之后，九个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为：4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4。
第二种可能的实现方式中，所述移相单元关于输入端口左右对称设置。以输入端口右侧为例说明，所述第一类移相单元为两个，第二类移相单元为两个，第三类移相单元为一个。在拉动介质元件直线滑动之后，十个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为：5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5。
第三种可能的实现方式中，所述移相单元关于输入端口左右对称设置。以输入端口右测为例说明，所述第一类移相单元为五个，第二类移相单元为三个。在拉动介质元件直线滑动之后，十个输出端口相对于介质拉动前的相位变化比例依次为：6:5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5:-6。
本发明还提供一种基站天线，该基站天线包括本发明各种可能的实现方式中提供的任意一种介质移相器以及若干辐射单元。
请参照图3和图4。图3为现有技术的移相单元的示意图。11代表馈线，01代表介质。实际应用中，馈线左端填充在低损耗介质或者低损耗介质与空气间隙组成的混合介质中。馈线右端填充在空气中。本发明中，馈线指双导体传输线的内导体。馈线的移相单元指馈线、地板、介质、空气组成的移相单元。
图4为本发明移相单元实施例一的示意图。11代表馈线，01代表介电常数为Er1的介质，02代表介电常数为Er2的介质，Er1≠Er2。在介质沿着传输线直线拉动后，传输线左端始终填充在介质01中，右端始终填充在介质02中。传输线在介质1下的特性阻抗为Z1，在介质2下的特性阻抗为Z2，Z1到Z2实现更小的跳跃变化，有利于移相单元的超宽频设计。
馈线11的特性阻抗在第一介质01与第二介质02中发生不连续变化，如何实现阻抗变换，现有技术已经详细说明，例如介质上设计通孔，具体细节不再详述。
本发明的移相单元的实现形式可为常规的传输线，包括带状线，微带线，同轴线，悬置微带线。进一步可选的为具有慢波特性的传输线。
所述介质元件的截面形状根据传输线的类型的改变而相应改变。
移相单元为带状线或微带线结构，相应地，介质元件截面为矩形。
移相单元为同轴线结构馈线，相应地，包裹馈线处的介质元件截面为圆形。
本实施例中，所述馈线可选的制作方案为金属导体冲压或者压铸成型。进一步可选的制作方案是PCB(Printed Circuit Board印制线路板)两面覆铜，两面铜箔通过金属化过孔连接形成的PCB馈线，或者为单面印制的厚度很薄的PCB。进一步可选的方案为塑料表面电镀形成的馈线。
本发明的移相单元的馈线不拘泥于直线形式。同样的，如图5(a)所示的曲折形式的馈线，同样适用于本发明。在介质移动相同行程的情况下，设置曲折状馈线的移相单元相对于设置直线馈线的移相单元，获得的相位变化更大。
本发明的移相单元的方案可选的为常规类型的传输线进行介质加载，另一可选的类型是电容加载或电感加载的具有慢波特性的传输线进行介质加载，如图5(b)所示。同等条件下，在介质移动相同行程的情况下，设置具有慢波特性传输线的移相单元相对于设置常规传输线的移相单元，前者获得的相位变化更大。
图6提供了移相单元的组合示意图。如图6(a)所示，从左往右紧凑地排列两个移相单元，第一移相单元的馈线11左边部分处于第一介质01填充，右边部分处于第二介质02填充，设置第一介质01的介电常数大于第二介质02的介电常数。第二移相单元的馈线12左边部分填充在介质02中，右边部分填充在空气中。采用该方法的优点是两个移相单元可以很紧凑的沿着纵向排列，并且第一移相单元为第二移相单元提供改变相位的介质。图6(b)是图6(a)所示移相单元的组合进一步演进。如图所示，从左往右紧凑地设置三个移相单元，第一移相单元的馈线11左边部分填充于第一介质01中，右边部分填充于第二介质02中。第二移相单元的馈线12左边填充在第二介质02中，右边填充在第三介质03中。第三移相单元左边填充在第三介质03中，右边填充在空气中。根据本发明的设计思想，移相单元的组合还可以进一步演进，设置三种以上移相单元，这些变化包含在本发明之中。
图7提供了一种多路介质移相器。200,010至023为馈线。20为第一介质，21为第二介质，100为金属地板。00为信号输入端口。01至09为输出端口，其中05为没有经过移相处理的输出端口，其余端口为相位等差变化的输出端口。端口00，端口01至09排列在移相器的同一侧。移相单元关于输入端口对称设置。100为金属地板，金属地板成形为矩形盒状，内部中空结构。示例性的，金属地板为拉挤成型的腔体。第一介质20的介电常数为Er1，第二介质21的介电常数为Er2，Er1≠Er2。第一介质20与第二介质21通过介质零件边沿设置的卡槽卡接而成。
如图8所示，介质20在长边设置若干凹陷卡槽30，介质21在长边设置若干具有弹性的凸起卡槽31。两者实现长边的紧密连接配合。同理，如图9所示，介质20在窄边设置凹陷卡槽30，介质21在窄边设置凸起卡槽31。两者实现窄边的紧密连接配合。卡槽的形状不拘泥于本实施例。卡槽优选为具有弹性设计，即卡槽凸起部分为弹性，并且实现两个介质板上下限位以及左右限位，更有益于紧密连接配合，保证介质板不会左右以及上下相对移动。卡槽的数量和形状根据实际应用情况设置。
可选的，所述介质板一体成型，图10(a)给出了图7中A-A向的截面的一个实施方式。第一介质20和第二介质21一体成型，关于馈线上下对称设置。
进一步，所述介质元件的形状根据馈线类型的改变而相应改变。图10(b)给出了图7中A-A向的截面的另一个实施方式。本实施例移相单元采用同轴线结构。本实施例的介质元件20关于馈线上下对称设置，20外形为长条形，但是包裹圆棒形馈线013,014,015的介质部分为管状。馈线013,014,015的截面为圆形，直径相同。介质20外截面为矩形，包裹馈线013,014,015处的介质截面为圆形。本实施例介质元件采用同一种介电常数的材料制成。调整馈线014,015处镂空的圆形和馈线的半径差值Δr，可获得所需的等效介电常数。
馈线的特性阻抗在第一介质20与第二介质21中发生不连续变化，在介质上设计开孔或介质厚度进行不均匀变化用于阻抗变换，减小信号反射，现有技术已经详细说明，具体不再详述。
结合输入端口00右侧各输出端口以及移相单元，说明移相器的原理及实施方式。移相器输入端口的左边部分与右边的原理相同。参见图7，本实施例移相单元分为三类填充。所述011，012为第一类移相单元的馈线，在介质滑动过程中，处于20与21两种介质填充。014,015为第二类移相单元的馈线，在介质滑动过程中，处于介质21与空气填充。011填充的介质21为014提供相位改变，012填充的介质21为015提供相位改变。013为第三类移相单元的馈线，其填充介质不同时填充第一类及第二类移相单元。
馈线011与馈线012的移相单元为两种介电常数的相同填充。馈线014与馈线015的移相单元为同一种介电常数和空气的相同填充。
馈线011,012互相平行设置，馈线013,014,015互相平行设置，馈线013,014,015在馈线011,012的纵长方向延伸设置。
输入信号S0通过端口00，经过一个一分为二的功分器后，一部分信号经过馈线010，再次一分为二，记为S1,S2。信号S1经过馈线011后，一部分直接在端口06输出，另一部分再经过馈线012，在端口07输出。端口06和端口07的信号是串联关系。二者的信号功率比由端口06和馈线012结合处的功分器决定。信号S2经过馈线013后，再经过馈线014，一部分在端口08输出，另一部分再经过馈线015后，在端口09输出。端口08和端口09的信号的相位变化为串联叠加关系。端口06，07与端口08，09的相位变化为并联关系。本实施例移相器为关于输入端口左右对称结构，左边设置不移相端口05，端口05左侧的移相原理与输入端口00右侧相同。
在介质滑动过程中，设置第一介质20的介电常数Er1与第二介质21的介电常数Er2的数学关系，使第一类移相单元011获得的相移与第二类移相单元014获得的相移相等，第三类移相单元013获得的相移值是第一类或第二类移相单元的两倍，从而实现06，07，08，09四个输出端口的相位变化呈等差关系。
具体的，设置介质元件沿着馈线直线滑动L后，馈线011的移相单元获得的相位变化为馈线014的移相单元获得的相位变化为馈线013的移相单元获得的相位变化为λ0为信号在真空中的波长。显然，φ013＝2φ011，φ011＝φ014。记06端口的相位变化为那么07，08，09端口相移分别为
示例性的，取εr1＝4.0，那么εr2的数值解为2.25。该组介电常数可应用于1710-2690MHz频段的移相器的设计。
示例性的，取εr1＝7.0，那么εr2的数值解为3.33。该组介电常数可应用于698-960MHz频段的移相器的设计。
根据实际的应用需求，还可以选取其他数值的介电常数组合，此处不作出过多限制。
实际应用中，为了便于介质在馈线与金属地板之间的相对滑动，介质和馈线之间，介质与金属地板之间都留有非常细小的空气间隙。优选地，空气间隙在0.05mm-0.20mm之间。因此所述介电常数的相应地变为介质和空气混合后的等效介电常数。
图7提供的移相器，在介质拉动后，01,02,03,04,05,06,07,08,09九个输出端口的相位变化比例依次对应为4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4。
本发明移相器，平行设置三段传输线组成的移相单元，减少了移相器的截面尺寸，有利于多频天线的馈电网络的布局。本发明移相器中移相单元的传输线不拘泥于直线形式。可选的，图5所示的曲折线同样可应用于本发明图7所示的移相器实施例。图7所示的移相器实施例的传输线可选的为带状线、微带线、同轴线、悬置微带线。本发明移相器中移相单元的不拘泥于传统形式的传输线进行介质加载，进一步可选的，具有慢波特性的传输线进行介质加载同样适用于本发明。
如图7所示，本发明移相器的第一类移相单元011,012的传输线全部填充在低损耗介质中，额外增加了介质损耗。因此插入损耗相比图3所示的现有技术的移相单元略大。但本发明移相器第二类移相单元041,015填充于低介电常数和空气中，介质损耗比现有技术的移相单元的小。总体而言，本移相器不会带来过多的介质损耗。
专利号WO03/019723对应的中国专利CN 1547788B在0033-0036段阐述其使用的绝缘件中用不同的介电常数填充，但该介质设计方案仅是为实现绝缘材料更优的刚性结构，并非实现阻抗的超宽频设计。而且过多的介质填充，会引入更高的介质损耗。进一步，该填充的增加刚性结构的介质不能为另一个单元提供改变相位所需的介质。该发明绝缘介质的设计思想与本发明设计思想完全不同。
图11为本发明移相器的第二种可选方案的原理示意图。00为输入端口，01至11为输出端口，大致沿着直线排列在移相器的同一侧。其中，06为不移相端口。
本实施例移相单元关于输入端口对称设置，以端口00右侧为例说明。011至018为馈线，20为第一介质，21为第二介质。011至015为移相单元的馈线。016为设置在空气的馈线，017与018为在介质滑动过程中，始终填充在介质中的馈线。018更优的选取为具有如图11所示的曲折结构的馈线。馈线011,012,016为一组，沿着移相器的长边延伸设置。017,014为一组，沿着移相器的长边延伸设置。013,015为一组，沿着移相器的长边延伸设置。三组馈线之间互相平行设置。
20的介电常数为Er1，21的介电常数为Er2，Er1≠Er2。本实施例移相器具有三种填充类型的移相单元。011,013为第一类移相单元的馈线，012,015为第二类移相单元的馈线，014为第三类移相单元的馈线。
第一类移相单元：始终填充在两种介电常数中。
第二类移相单元：一部分填充在第一类移相单元的介质中，一部分填充在空气中。
也就是第一类移相单元和第二类移相单元其实是共用的填充介质。
第三类移相单元：没有采用第一类和第二类的移相单元共用的介质。
馈线011与馈线013的填充类别为两种不同介电常数的相同填充。馈线012与馈线015的填充为同一种介电常数和空气的相同填充。
在介质滑动过程中，设置介质20的介电常数Er1与介质21的介电常数Er2的数学关系，使第一类移相单元获得的相移与第二类移相单元获得的相移相等，第三类移相单元获得的相移是第一类或第二类移相单元的两倍，实现07,08,09,10,11五个输出端口的相位变化呈等差关系。
具体的，设置在所有介质单元同步滑动L后，馈线011和013的移相单元获得的相位变化为馈线012015的移相单元获得的相位变化为：馈线014的移相单元获得的相位变化为显然，φ014＝2φ011，φ011＝φ012。相应地，输出端口07获得的相位变化φ07＝φ011，输出端口08获得的相位变化φ08＝φ011+φ012＝2φ011，输出端口09获得的相位变化φ09＝φ011+φ012+φ013＝3φ011，输出端口10获得的相位变化φ10＝φ011+φ012+φ014＝4φ011，输出端口11获得的相位变化φ11＝φ011+φ012+φ014+φ015＝5φ011。
图11提供的移相器，在介质从左往右拉动后，01,02,03,04,05,06,07,08,09,10,11十个输出端口的相位变化比例依次对应为5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5。该实施例提供的移相器特别适用于十一个辐射单元的电调基站天线。本发明还可以进行变换，输入端口左侧采用实施例1的四个输出端口，输入端口右侧采用本实施例2的五个输出端口，加上输出端口，共计十个输出端口，各输出端口相位变化比例为：4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5。该移相器的特别适用于十个辐射单元的电调基站天线。
实施例三
图12为本发明实施例三的原理示意图。
如图所示，00为移相器的输入端口。01至11为输出端口，其中07为不移相的输出端口，其余为产生相位变化的输出端口。以输入端口右侧为例说明，20为第一介质，21为第二介质，22为第三介质，23为第四介质。011至019为馈线。
馈线019,011,012为一组，依次沿着移相器长边延伸设置。馈线013,015,017为一组，依次沿着移相器长边延伸设置。馈线014,016,018为一组，依次沿着移相器长边延伸设置。三组馈线平行设置。
馈线013,014的填充为相同介质的填充，馈线015,016的填充为相同介质的填充。但馈线011与013、015为第一类移相移相单元中的不同介电常数介质的不同填充。017,018为相同介电常数的介质和空气的相同填充，012与017,018为不同介电常数的介质和空气的不同填充。
同类填充、相同填充区分的依据是介电常数和填充状态，例如：
带线1：填充在介电常数1和介电常数2中；
带线2：填充在介电常数1和介电常数2中；
带线3：填充在介电常数1和介电常数3中，介电常数：1≠2≠3。
带线1和带线2为相同填充，带线1和带线3为不同填充。带线4：填充在介电常数1和空气中；
带线5：填充在介电常数2和空气中；
如果介电常数1≠2，那么带线4和带线5为不同填充。
带线1和带线3为同类填充，因为都填充在两种介质中；带线4和带线5为同类填充，一部分填充在介质，一部分填充在空气。
本实施例移相器只含有两类填充类别的移相单元。其中011,013,014,015,016为第一类移相单元的馈线。012,017,018为第二类移相单元的馈线。在介质移动过程中，各输出端口发生相位改变，同时馈线019始终处于介质填充。
第一介质20的介电常数为εr0，第二介质21的介电常数为εr2，第三介质22的介电常数为εr1，第四介质23的介电常数为εr3。设置各介质零件的介电常数的数学关系为：可以得出εr0，εr1，εr2，εr3之间的数值大小关系为：εr0＞εr1＞εr2＞εr3。
在实际应用中，介质和传输线之间留有空气间隙保证介质和传输线之间的顺畅的相对滑动。那么本实施例所述的介电常数应是介质和空气混合后产生的等效介电常数。输出端口08的相位变化φ08是由馈线013的移相单元产生，因此输出端口09的相位变化φ09是馈线013和馈线014的移相单元产生的相位变化的叠加。馈线014与馈线013所填充的介质相同，因此产生的相位变化相同，因此输出端口10的相位变化是馈线011与馈线015的移相产生的相位变化叠加所得。因此输出端口11的相位变化是移相单元011与移相单元015，移相单元016叠加的结果。因此输出端口12的相位变化为馈线011，012，017的移相单元产生的相位变化的叠加。因此输出端口13的相位变化为馈线011，012，017，018的移相单元产生的相位变化的叠加。因此那么可以得出，输出端口08,09,10,11,12,13的相位变化比例是1:2:3:4:5:6。当介质元件从左往右沿着传输线滑动后，输入端口00右侧的输出端口相位滞后变化，左侧的输出端口相位超前变化。因此，在各介质零件同步滑动后，移相器各个输出端口相对于介质滑动前的相位变化比例依次为:6:5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5:-6。
示例性的，取εr0＝5.0，那么εr1的数值解为3.71，εr2的数值解为2.62，εr3的数值解为1.71。在技术实现上，介电常数的选取具有可行性。
本实施例的移相器特别适用于十三个辐射单元的电调天线，移相器的每个输出端口通过射频同轴电缆连接一个辐射单元。
可选的，本发明移相器左侧或者右侧可以变换为图11所示的具有五个输出端口。示例性的，变换的移相器各输出端口相位变化比例为：6:5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5。本移相器特别适用于十二个单元的电调天线。
本发明各实施例移相器的介质元件包含不同的介电常数的各个组成部分。介电常数之间具有特定的数学关系。其他介电常数的介质零件的分布或者传输线结构的组合及改变，同样可以实现各个端口相位的等差变化，不仅仅拘泥于本实施例的实现方式，这些变化及组合所得到的实施例都包含在本发明的本质思想中。
本发明提供了一种移相单元，进一步提供了应用该移相单元的多路输出的介质移相器。本发明移相单元有利于超宽频设计，从而各个实施例构成的移相器，可以应用在移动通信的各个工作频段上，实现天线波束下倾。更优的，有利于实现实现高增益电调天线辐射单元和移相端口的一一对应，从而实现更优的上旁瓣控制。同时，本发明通过设置移相单元的填充类型以及馈线的相对位置，使用合理的介电常数，减小了移相器的体积和截面宽度，有利于简化多频电调天线的馈电网络的布局。
以上仅为本发明的实施方式，不能因此理解为对本发明的专利范围的限制。在不脱离本发明的本质思想的前提下，凡是利用本发明说明书及附图内容做出的变换和改进，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种介质移相器，包括介质元件、馈电网络、金属接地板、信号输入端口及输出端口，馈电网络包括功率分配器以及馈线；其特征在于：所述介质元件包含至少两种不同介电常数或者等效介电常数的介质，至少提供第一类移相单元和第二类移相单元，选择提供第三类移相单元，
所述第一类移相单元，在介质元件移动过程中，其馈线填充在至少两种不同介电常数的介质中，并且在介质元件移动过程中，其中一种介电常数的介质同时填充第二类移相单元的馈线；
所述第二类移相单元，在介质元件移动过程中，其馈线填充在第一移相单元所填充的其中一种介电常数的介质中以及空气中；
所述第三类移相单元，在介质元件移动过程中，其馈线填充在介质和空气中，填充第三类移相单元的这种介电常数的介质满足不同时填充第一类移相单元及第二类移相单元的馈线。
2.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于：所述第一类移相单元为两种介电常数的介质的相同填充，或者为多种介电常数中分别选取两种的不同介质的不同填充；所述第二类移相单元为同一种介电常数的介质和空气的相同填充，或者为不同的介电常数的介质和空气的不同填充；所述第三类移相单元为同一种介电常数的介质和空气的相同填充，或者为不同的介电常数的介质和空气的不同填充。
3.根据权利要求2所述的介质移相器，其特征在于：在同一种类别的移相单元中，相同类别相同填充的移相单元之间平行设置，相同类别不同填充的移相单元之间沿着传输线的方向首尾延伸设置；所述第二类移相单元沿着第一类移相单元的传输线的方向延伸设置，第三类移相单元与第一类、第二类移相单元平行设置。
4.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于：所述介质元件由两种不同介电常数的介质零件组成，所述介质元件构成三种填充类型的移相单元；所述三类移相单元在各自介质元件同步滑动相同行程条件下，第一类移相单元与第二类移相单元获得的相位变化值相等，第三类移相单元获得的相位变化值是第一类移相单元的两倍。
5.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于：所述介质元件中介电常数不同的各个部分，沿着移相器的长边，从输入端口到远离输入端口的两个方向，介电常数逐渐减小。
6.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于：所述介质元件为一体成型，各个局部呈现不同的介电常数；或所述介质元件由不同介电常数的介质零件组成，所述介质零件在其边沿设置有若干卡槽，所述介质元件由不同介电常数的介质零件通过卡槽的配合卡接而成；卡槽凸起部分为弹性，实现两个介质零件上下限位以及左右限位。
7.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于：所述移相器的馈线类型为带状线、微带线、同轴线或悬置微带线，所述介质元件的截面形状和传输线的类型相应。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或所述的介质移相器，其特征在于：所述介质移相器包含三类移相单元，所述第一类移相单元数量为四个，所述第二类移相单元数量为四个，所述第三类移相单元为两个，介质元件滑动使得九个输出端口的相位变化比例为4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的介质移相器，其特征在于：所述介质移相器包含三类移相单元，所述第一类移相单元数量为四个，所述第二类移相单元数量为四个，所述第三类移相单元为两个，介质元件滑动使得十一个输出端口的相位变化比例为5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的介质移相器，其特征在于：所述介质移相器包含两类移相单元，所述第一类移相单元数量为十个，所述第二类移相单元数量为六个，介质元件滑动使得十三个输出端口的相位变化比例为6:5:4:3:2:1:0:-1:-2:-3:-4:-5:-6。
11.一种天线，其特征在于：包括若干辐射单元以及如权利要求1-10所述的介质移相器。
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