CN109314292B - 形成移相器的装置及天线 - Google Patents

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Abstract

描述了形成移相器的装置。该装置包括带状线和移动介电部件。移动介电部件环绕带状线并且适于仅沿带状线的纵轴移动。在该装置中内，当移动介电部件沿纵轴移动时，由移动介电部件环绕的带状线的区域的大小被改变。

Description

形成移相器的装置及天线
技术领域
本公开涉及移相器，更具体地涉及机电移相器。该移相器可以在移动无线电天线内使用，也可以用于需要相移的任何射频(RF)设备。
背景技术
用于无线电通信应用的基站天线的技术关键要求是高增益、水平面(H平面)和垂直面(V平面)方向图的良好纯度。增益和垂直面方向图要求(即，倾斜值、波瓣控制、零点填充能力)主要依赖于天线长度，并通过天线的馈电网络被控制。
可变电倾斜(VET)天线具有倾斜变化(即，相对于水平线的主瓣位置变化)的能力。该倾斜位置的调整可以根据应用于天线馈电网络的若干技术，通过使用有源和/或无源设备来实现。实现这类倾斜变化所需的主要组件是移相器设备。
本申请涉及无源移相器设备，特别是使用介电材料的移相器系列。这类技术要考虑至少两种“介电材料”：固体设备(所谓的“移相器”)和空气(或真空)。在传输线上使固体介电材料移位—因而代替空气电介质—产生相位变化。
目前使用的天线相移馈电网络类型可以包括被称为移相器的若干介电部件，这些部件可以在带状线下或者在微带线上滑动，如专利申请US 2004/0080380和专利US6816668中所描述的。
考虑到采用这种实施方式，平板天线的每个辐射元件是潜在单一相移的，这种天线的最终性能在就辐射电剖面而言的性能和稳定性方面非常好。
现有技术的移相器包括以下缺陷：
·这种结构要求当中央致动器在天线的轴内机械移动时，介电移相器部件必须横向滑动。这意味着使用特定的机械部件来实现轴向至横向的机械力传递。这些部件具有不可忽略的成本，而且是额外摩擦的来源，增加了由相关容差和部件的倍增而产生的其他机械故障和反冲(backslash)。考虑到诸如LTE及以上的高频系统，这些缺陷是尤其不想要的。
·标准单一介电移相器设计允许实现约60°的相移范围(即，对于一个介电设备)，这使得整个相移馈电网络具有为天线实现约10°的倾斜变化的能力。实现更高的相移范围(例如，100°或120°)是可行的—例如允许达到15°的天线倾斜范围—但要么是以更宽的机械介电部件为代价，要么/并且使用更大的介电值。对于高频范围，随着波长的减小，增大尺寸不是有效的选择，并且增大介电值将对介电部件的定位和容差强加更高的敏感度。
·如果电平面方向图在数值和稳定性方面良好，然则相比天线主波束很难实现超过-20dBc的稳定旁瓣抑制。
所提出的机电移相器减少上述三个缺陷，并且能够大大降低与现有移相器设备有关的通用射频和机械限制，特别是关于诸如3.5GHz及以上的高频带。
发明内容
各种实施例提出了可以解决前述问题的移相器。更具体地，一些实施例提供了移相器。
此发明内容被提供以介绍与移相器的示例有关的概念。
在一种实施方式中，描述了形成移相器的装置。该装置包括带状线和移动介电部件。移动介电部件环绕带状线并且适于仅沿带状线的纵轴移动。在该装置内，当移动介电部件沿纵轴移动时，由移动介电部件环绕的带状线的区域的大小被改变。
在一种实施方式中，描述了天线。该天线包括形成移相器的装置，并且该装置被放置在壳体中，该壳体的一个面由天线的基座形成。
附图说明
参考附图给出详细描述。在附图中，附图标记的最左边的数位标识首次出现该附图标记的附图。贯穿附图使用相同的标记指代相似的特征或组件。现在仅通过示例的方式并参考附图来描述根据本主题的实施例的方法和/或系统的一些实施例，其中：
图1呈现了移相器。
图2呈现了移相器。
图3a至3c呈现了移相器。
图4呈现了移相器。
图5a至图5f呈现了其他移相器阻抗变换器设计的示例。
图6a至图6c呈现了处于不同位置的移相器。
图7a至图7b呈现了移相器的另一实施例。
在本文件中，词语“示例性”在此用于表示“用作示例、实例或图示”。在本文中被描述为“示例性”的本主题的任何实施例或实施方式不必被解释为比其他实施例优选或有利。
具体实施方式
图1呈现了本公开的装置的实施例。该装置形成移相器。该装置包括带状线101和移动介电部件102。移动介电部件102环绕带状线101，并且适于仅沿带状线的纵轴103移动。带状线也被称为传输线。其中当移动介电部件102沿纵轴103移动时，由移动介电部件102环绕的带状线101的区域的大小被改变。
当移动介电部件102沿纵轴103移动时，为了使由移动介电部件102环绕的带状线101的区域的大小被改变，带状线101可以具有L形(参见图2的放大视图)或三角形。
本实施例实现移相器相对于传输线的“完美的”机械位置。因此，使用本实施例使移相器能够在诸如3.5GHz及以上的高频带工作。
在一个实施例中，该装置还包括引导装置。这些引导装置被配置为引导移动介电部件102沿带状线101的纵轴103移动。
图2呈现了移相器的另一实施例。在该实施例中，引导装置由沿着与带状线103的纵轴103平行的轴202放置的键201和在移动介电部件102内实现的键槽203组成。键201被配置为相对于带状线103被固定，并且与键槽203配合。键201还被配置为允许移动介电部件102仅沿带状线101的纵轴103移动。键槽也被称为槽。
在一个实施例中，键201被固定于带状线101，或者键201和带状线101二者均被固定于接地板。
在一个实施例中，键201是由例如塑料电介质制成的夹子。
在一个实施例中，所插入的键应当具有至少等于带状线的宽度的长度，并且由与移相器设备相同的介电材料制成。这样避免了对键插入处的带状线区域的任何改变。在本实施例中，在夹子的对应位置处沿移相器全部布置有槽(或键槽)，以便于能够沿着纵轴滑动它。在本实施例中，未对通用射频结构进行改变，因而与现有技术的移相器相比，该移相器行为未被改变。
图3a呈现了移相器的另一实施例。在本实施例中，引导装置由第二介电部件301构成，第二介电部件301被配置为相对于带状线静止并且被布置为允许移动介电部件102仅沿带状线101的纵轴103移动。
图3b呈现了根据一个实施例的移相器的不同元件的尺寸。该移相器能够促进从3.4GHz到4.2GHz的射频性能。该移相器使用悬置带状线模式实现。PCB—在此是厚度为0.254mm的单侧ROGERS RT Duroid 5870，0.35微米的铜—被置于间隔7.2mm的两个金属接地面(未示出)的中央，即，一个接地面位于顶部，一个接地面位于底部。该PCB的每一侧上放置有一个固定介电移相器(一个位于上侧+一个位于下侧)，以及一个可移动介电移相器(一个位于上侧+一个位于下侧)—这里由介电常数为4的介电材料制成。
图3c描绘了图3a的移相器拓扑在轴向移动(最小、平均、最大)中滑动30mm的俯视图。其中一个移相器保持固定，第二个移相器正在平移。
图4呈现了移相器的实施例，其中移动介电部件102还包括阻抗变换部分401和固定阻抗部分402。换言之，在本实施例中，移动介电部件由三个主要区域组成。第一区域是阻抗变换部分。第二区域与固定阻抗区域有关。考虑到传输线在区域三下面不断移位，对区域三在特定位置处进行改变将不会对其他位置产生影响或产生很小的影响。因而，可以对沿区域三的所有介电部件造成一些变化，如厚度变化，以便于对输入和输入阻抗产生一些“微调”。
图5a至图5f呈现了将允许实现同类性能的其他移相器阻抗变换器设计的示例。本公开的移相器可以采用不同的阻抗变换器段来使用。
在一个实施例中，移动介电部件102由两个相同的部分构成：放置于带状线上的第一部分和放置于带状线下的第二部分。
在另一实施例中，带状线101通过刻蚀印刷电路板的金属层而被制成。
本公开的实施例是包括任意前述实施例所述的装置的天线。该移相器被放置在壳体中，其中壳体的一个面由天线的基座形成。
换句话说，移相器的不同实施例允许保证移动介电部件相对传输线的“完美的”机械位置。事实上在移相器的不同元件中插入额外的部件(例如，键和键槽)是介电移相器和传输线之间机械容差增大的原因。
在一个实施例中，为了避免这种情况并且为了确保移相器机械定位直接以传输线为参考，被称为“引导”或键的小部件可以例如被直接插在线上。
图6a、图6b和图6c分别呈现了位于最小、中间、最大机械位置处的移相器。
图7a和图7b呈现了移相器的另一实施例。该移相器采用微带制成。前述实施例的所有移相器均可以采用微带来代替带状线或悬置带状线工作。在本实施例中，Taconic TLXPCB(厚度为0.787mm)被用于实现50Ohm微带线(铜引线宽度约为2.25mm、厚度为35微米)。在该PCB上放置有两个2mm厚的、由介电常数约为10的材料制成的介电元件。
本公开的另一个目的在于包括前述移相器之一的天线。该移相器被放置在壳体中，该壳体的一面由天线的基座形成。

Claims (9)

1.一种形成移相器的装置，包括：
带状线(101)；以及
移动介电部件(102)，所述移动介电部件(102)环绕所述带状线(101)并且适于仅沿所述带状线(101)的纵轴(103)移动，
其中所述装置被配置为执行移相，其中由所述移动介电部件(102)环绕的所述带状线(101)的区域的大小随着所述移动介电部件(102)沿所述纵轴(103)移动而改变，其中所述移动介电部件(102)还包括阻抗变换部分(401)和固定阻抗部分(402)，并且所述装置还包括：
引导，被配置为引导所述移动介电部件沿所述带状线的所述纵轴的移动，
其中所述引导包括另外的介电部件，所述另外的介电部件被配置为相对于所述带状线静止并且被配置为允许所述移动介电部件的仅沿所述带状线的所述纵轴的所述移动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置被布置在壳体中，所述壳体具有包括天线的基座的面。
3.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述引导包括沿着与所述带状线(101)的所述纵轴(103)平行的轴布置的键(201)以及位于所述移动介电部件(102)内的键槽(202)，并且
所述键(201)被配置为相对于所述带状线(101)被固定并且与所述键槽(202)配合并且允许所述移动介电部件(102)的仅沿所述带状线(101)的所述纵轴(103)的所述移动。
4.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述键(201)被固定于所述带状线(101)；或者
所述键(201)和所述带状线(101)二者均被固定于接地板。
5.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述键(201)是包括塑料电介质的夹子。
6.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述移动介电部件(102)包括两个相同的部分；放置于所述带状线上的第一部分和放置于所述带状线下的第二部分。
7.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述带状线(101)通过刻蚀印刷电路板的金属层而被制成。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述带状线(101)具有L形或三角形。
9.一种天线，包括前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述装置被放置在壳体中，所述壳体的一个面由所述天线的基座形成。
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