CN113363724B - 可切换波束的移相器及天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可切换波束的移相器及天线，上述的可切换波束的移相器，包括圆弧导体组件和耦合组件；耦合组件绕圆弧导体组件的圆心旋转，圆弧导体组件包括第一圆弧导体和第二圆弧导体，第一圆弧导体和第二圆弧导体围绕圆心呈圆周布置，第一圆弧导体和第二圆弧导体中的一者为慢波结构，第一圆弧导体的两端和第二圆弧导体的两端均设有输出端口；耦合组件位于第一位置的情况下，耦合组件与第一圆弧导体耦合电连接，耦合组件位于第二位置的情况下，耦合组件与第二圆弧导体耦合电连接。本发明提供的可切换波束的移相器，通过耦合组件与不同圆弧导体之间的耦合连接，可以实现宽波束和窄波束两个工作状态的切换，阻抗匹配程度好，具有较高的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种可切换波束的移相器及天线。
背景技术
随着移动通信技术的迅速发展，对基站天线的电气性能及机械性能要求越来越高。智能电调天线是利用电子方法来调整波束下倾角度的基站天线。为兼顾同频干扰和小区覆盖，通常会对天线的垂直面方向图做波束赋形。实现波束赋形的方法是优化调整各个辐射单元的馈电幅度分配和相位分布。移相器正是实现这一功能的关键部件。
传统的移相器只能调节天线的辐射波束的电倾角，而无法调节波束宽度，因此应用场景受限。
发明内容
本发明提供一种可切换波束的移相器及天线，用以解决现有技术中移相器无法调节波束宽度的问题。
本发明提供一种可切换波束的移相器，包括：圆弧导体组件和耦合组件；
所述耦合组件绕圆弧导体组件的圆心旋转，所述圆弧导体组件包括第一圆弧导体和第二圆弧导体，所述第一圆弧导体和所述第二圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置，所述第一圆弧导体和所述第二圆弧导体中的一者为慢波结构，所述第一圆弧导体的两端和所述第二圆弧导体的两端均设有输出端口；
所述耦合组件位于第一位置的情况下，所述耦合组件与所述第一圆弧导体耦合电连接，所述耦合组件位于第二位置的情况下，所述耦合组件与所述第二圆弧导体耦合电连接。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，所述圆弧导体组件还包括第三圆弧导体和第四圆弧导体，所述第三圆弧导体和所述第四圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置，所述第三圆弧导体的半径小于所述第一圆弧导体的半径，所述第三圆弧导体的两端和所述第四圆弧导体的两端均设有输出端口，所述第一圆弧导体的结构和所述第三圆弧导体的结构相同；
所述耦合组件位于第一位置的情况下，所述耦合组件与所述第一圆弧导体和所述第三圆弧导体耦合电连接，所述耦合组件位于第二位置的情况下，所述耦合组件与所述第二圆弧导体和所述第四圆弧导体耦合电连接。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，在所述第一圆弧导体和所述第三圆弧导体均为多个的情况下，多个所述第一圆弧导体和所述第二圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置，多个所述第三圆弧导体和所述第四圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置；
所述耦合组件位于第一位置的情况下，所述耦合组件与至少两个所述第一圆弧导体和至少两个所述第三圆弧导体耦合电连接。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，在所述第一圆弧导体为多个的情况下，多个所述第一圆弧导体和所述第二圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置；
所述耦合组件位于第一位置的情况下，所述耦合组件与至少两个所述第一圆弧导体耦合电连接。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，所述可切换波束的移相器还包括功分电路，所述功分电路具有第一端口和第二端口，所述耦合组件位于第三位置的情况下，所述耦合组件与所述第一端口和所述第二端口耦合电连接。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，所述第一圆弧导体的特性阻抗和所述第二圆弧导体的特性阻抗相等。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，所述圆弧导体组件和所述耦合组件均为微带线或带状线结构。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，在所述第一圆弧导体为慢波结构的情况下，所述第一圆弧导体的单位角度的移相量大于所述第二圆弧导体的单位角度的移相量。
根据本发明提供的一种可切换波束的移相器，所述第一圆弧导体的单位角度的移相量为所述第二圆弧导体的单位角度的移相量的两倍。
本发明还提供一种天线，包括：多个辐射单元和上述的可切换波束的移相器，多个所述辐射单元与多个所述输出端口一一对应连接。
本发明提供的可切换波束的移相器及天线，通过耦合组件与不同圆弧导体之间的耦合连接，可以实现宽波束和窄波束两个工作状态的切换，阻抗匹配程度好，具有较高的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的可切换波束的移相器的结构示意图之一；
图2是本发明提供的天线的结构示意图之一；
图3是本发明提供的慢波结构的结构示意图；
图4是本发明提供的天线的结构示意图之二；
图5是本发明提供的天线的结构示意图之三；
图6是本发明提供的天线的结构示意图之四；
图7是本发明提供的可切换波束的移相器的结构示意图之二；
附图标记：
11：第一圆弧导体；12：第二圆弧导体；13：第四圆弧导体；14：第三圆弧导体；15：第五圆弧导体；2：耦合组件；21：第一耦合部；22：第二耦合部；23：第三耦合部；24：第四耦合部；25：第五耦合部。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的可切换波束的移相器。
如图1所示，本发明实施例的可切换波束的移相器，包括：圆弧导体组件和耦合组件2；
移相器包括输入端口Pin，在可选的实施例中，移相器还包括输出端口P3，P3端口为相位不变化的端口。
耦合组件2绕圆弧导体的圆心旋转，耦合组件2包括相连的第一耦合部21和第二耦合部22，第二耦合部22绕圆心旋转，第二耦合部22与输入端口Pin连接。
圆弧导体组件包括第一圆弧导体11和第二圆弧导体12，第一圆弧导体11和第二圆弧导体12围绕圆心呈圆周布置，第一圆弧导体11和第二圆弧导体12中的一者为慢波结构，在本实施例中，以第一圆弧导体11为慢波结构为例进行说明。
第一圆弧导体11的两端和第二圆弧导体12的两端均设有输出端口；
耦合组件2位于第一位置的情况下，第一耦合部21与第一圆弧导体11耦合电连接，耦合组件2位于第二位置的情况下，第一耦合部21与第二圆弧导体12耦合电连接。
在可选的实施例中，第一圆弧导体11的特性阻抗和第二圆弧导体12的特性阻抗相等。例如，第一圆弧导体11的特性阻抗和第二圆弧导体12的特性阻抗均为50欧姆。
在可选的实施例中，圆弧导体组件和耦合组件2均为微带线或带状线结构。也就是说，第一圆弧导体11、第二圆弧导体12、第一耦合部21和第二耦合部22均为微带线或带状线结构。
在可选的实施例中，在第一圆弧导体11为慢波结构的情况下，第一圆弧导体11的单位角度的移相量大于第二圆弧导体12的单位角度的移相量。例如，第一圆弧导体11的单位角度的移相量为第二圆弧导体12的单位角度的移相量的两倍。
需要说明的是，耦合组件2位于第一位置的情况下，第一耦合部21与第一圆弧导体11耦合电连接，此后，第一耦合部21由A运动至B，此时耦合组件2位于第二位置，第一耦合部21与第二圆弧导体12耦合电连接。
在本发明实施例中，通过耦合组件与不同圆弧导体之间的耦合连接，可以实现宽波束和窄波束两个工作状态的切换，阻抗匹配程度好，具有较高的实用性。
本发明还提供一种天线，包括：多个辐射单元和上述实施例的可切换波束的移相器，多个辐射单元与多个输出端口一一对应连接。
如图2所示，第一耦合部21在第一位置时，也就是说，第一耦合部21仅与第一圆弧导体11耦合电连接时，天线阵列中辐射单元e1，辐射单元e3，辐射单元e5处于导通的状态，辐射单元e2，辐射单元e4处于非导通状态。此时的辐射单元e1，辐射单元e2，辐射单元e3，辐射单元e4，辐射单元e5中相邻的两个辐射单元的间距依次设置为0.5-1λ，0.8λ，0.8λ，0.8λ，0.5-1λ，即辐射单元e1和辐射单元e2之间的间距为0.5~1λ。辐射单元e2和辐射单元e3的间距为0.8λ，以此类推。其中，λ为阵列天线工作频段的中心频点在真空中的波长。
在第一耦合部21仅与第一圆弧导体11耦合电连接的情况下，包括5个辐射单元的阵列天线的垂直波束宽度为12~15度，天线波束垂直面为窄波束状态。此时，第二耦合部22从B往A方向滑动时，e1相位超前，e5相位滞后变化。
在第一耦合部21仅与第二圆弧导体12耦合电连接的情况下，此时第一耦合部21位于第二位置，耦合组件如图2中虚线所示，天线阵列中辐射单元e2，辐射单元e3，辐射单元e4处于导通的工作状态，辐射单元e1，辐射单元e5处于非导通状态。包括5个辐射单元的阵列天线的垂直波束宽度大致为21~24度，阵列天线为宽波束的工作状态。此时，第二耦合部22从B往A方向滑动时，e2相位超前，e4相位滞后变化。
在本发明实施例中，第一圆弧导体11的半径和第二圆弧导体12的半径相同，第一圆弧导体11和第二圆弧导体12的特性阻抗均为50欧姆。因此耦合组件2与不同圆弧导体耦合时，窄波束和宽波束的功率分配比相同，且不会引起阻抗失配。
辐射单元e1，辐射单元e3，辐射单元e5组成的直线阵列的单元间距显然大于辐射单元e2，辐射单元e3，辐射单元e4阵列的单元间距。为实现相同的电下倾角及移相器尺寸的小型化，优选地，耦合组件2摆动单位角度，第一圆弧导体11的移相量大于第二圆弧导体12的移相量。其中，第一圆弧导体11优选折弯线型的慢波结构，慢波结构的一个子单元PS1如图2所示。
如图3所示，慢波结构的子单元包含两个参数，一个是子单元的单元间距gap1，一个是子单元的高度h1。在工程应用中，减小缝隙gap1，可以使得单位长度内容纳更多的子单元PS1，或者增加高度h1，都可以提升移相量。
在可选的实施例中，如图4所示，移相器包含功分组件t1，功分组件包含三个端口，分别为d1，d2，d3。功分组件与第一圆弧导体11、第二圆弧导体12及输入端口为直流开路。
与之相对应的，天线阵列为5个辐射单元的面阵列。辐射单元e1和辐射单元e5构成一个阵列，位于辐射单元e3的左列，辐射单元e2和辐射单元e4构成一个阵列，位于辐射单元e3的右列。其中，辐射单元e2和辐射单元e4的间距为0.8λ，辐射单元e1和辐射单元e5的间距为1.5λ。
在本发明实施例中，在第一耦合部21与第一圆弧导体11耦合电连接的情况下，阵列中辐射单元e1和辐射单元e5导通，阵列为窄波束工作状态。在第一耦合部21与第二圆弧导体12耦合电连接时，阵列中辐射单元e2和辐射单元e4导通，阵列为中等宽度的波束工作状态。
在第一耦合部21摆动到水平位置的情况下，第一耦合部21与功分组件的端口d2和端口d3耦合时，阵列中只有辐射单元e3与d1导通，阵列为宽波束的工作状态。
可以理解的是，从不同的工作状态可以看出，移相器的耦合组件与不同的圆弧导体或功分组件电连接，阻抗匹配程度好，反射性能较佳，具有较高的实用性。
在可选的实施例中，如图5所示，圆弧导体组件还包括第三圆弧导体14和第四圆弧导体13，第三圆弧导体14和第四圆弧导体13围绕圆心呈圆周布置，第三圆弧导体14的半径小于第一圆弧导体11的半径，也就是说，第三圆弧导体14和第一圆弧导体11沿着径向方向依次布置。
第三圆弧导体14的两端和第四圆弧导体13的两端均设有输出端口，第一圆弧导体11的结构和第三圆弧导体14的结构相同，也就是说，第一圆弧导体11和第三圆弧导体14均为慢波结构。
耦合组件2位于第一位置的情况下，耦合组件2与第一圆弧导体11和第三圆弧导体14耦合电连接，耦合组件2位于第二位置的情况下，耦合组件2与第二圆弧导体12和第四圆弧导体13耦合电连接。
如图5所示，本发明实施例天线阵列包含9个天线辐射单元，分别是e1~e9。其中，辐射单元e1，辐射单元e2，辐射单元e7，辐射单元e9分布在辐射单元e5的左列，辐射单元e3，辐射单元e4，辐射单元e6，辐射单元e8分布在辐射单元e5的右列。
移相器包含第一圆弧导体11、第二圆弧导体12、第四圆弧导体13、第三圆弧导体14共4个圆弧导体。耦合组件包含第一耦合部21和第三耦合部23。
在第一耦合部21与第一圆弧导体11电连接，第三耦合部23与第三圆弧导体14电连接时，阵列中的辐射单元e1，辐射单元e2，辐射单元e5，辐射单元e7，辐射单元e9导通，其他单元不导通，天线的辐射波束为窄波束。
在第一耦合部21与第二圆弧导体12电连接，第三耦合部23与第四圆弧导体13电连接时，阵列中的辐射单元e3，辐射单元e4，辐射单元e5，辐射单元e6，辐射单元e8导通，其他单元不导通，天线辐射波束为宽波束。
工程应用中，本领域技术人员根据辐射单元的间距以及波束赋形的需求，得到每个辐射单元所需求的移相量。根据移相量的比例，调整圆弧导体的慢波结构的参数，能够优化得到所需求的移相量。
本实施例，宽波束和窄波束两个工作状态，复用一个辐射单元e5。辐射单元e1，辐射单元e2，辐射单元e7，辐射单元e9分布在辐射单元e5的左列，辐射单元e3，辐射单元e4，辐射单元e6，辐射单元e8分布在辐射单元e5的右列，可以减少天线的长度，也可以使所有的辐射单元分布在一条直线上，但会增加天线的长度。
在可选的实施例中，沿径向方向各设置三个圆弧导体，在耦合组件摆动时，上下的三个圆弧导体分别连接七个辐射单元，实现宽波束和窄波束两个工作状态。
在可选的实施例中，如图7所示，第一圆弧导体11和第三圆弧导体14均为多个的情况下，多个第一圆弧导体11和第二圆弧导体12围绕圆心呈圆周布置，多个第三圆弧导体14和第四圆弧导体13围绕圆心呈圆周布置；
耦合组件2位于第一位置的情况下，耦合组件与至少两个第一圆弧导体11和至少两个第三圆弧导体14耦合电连接。
在本发明实施例中，移相器包含第一圆弧导体11、第二圆弧导体12、第四圆弧导体13、第三圆弧导体14、第五圆弧导体15和第六圆弧导体共4个圆弧导体。耦合组件包含第一耦合部21、第三耦合部23、第四耦合部24和第五耦合部25。第一圆弧导体11、第三圆弧导体14、第五圆弧导体15和第六圆弧导体均为慢波结构。
在第一耦合部21与第一圆弧导体11电连接，第三耦合部23与第三圆弧导体14电连接时，第五圆弧导体15和第四耦合部24电连接，第六圆弧导体和第五耦合部25电连接。
圆弧导体分为三组，每组数量为一个。本领域技术人员能够想到的是，每一组的圆弧导体增加为两个，如图7所示。在天线阵列为13个辐射单元的情况下，可按直线阵排布，或者非直线阵排布。容易想到的是，可以把每组的圆弧导体增加至三个及以上，适应不同数量的阵列天线的需求。
在可选的实施例中，在第一圆弧导体11为多个的情况下，多个第一圆弧导体11和第二圆弧导体12围绕圆心呈圆周布置；
耦合组件2位于第一位置的情况下，耦合组件2与至少两个第一圆弧导体11耦合电连接。
在本发明实施例中，如图6所示，移相器包含第一圆弧导体11、第五圆弧导体15和第二圆弧导体12。耦合组件2包含端口部以及从端口延伸出的第一耦合部21和第四耦合部24。天线阵列包含e1至e7共七个辐射单元。第二圆弧导体的一个端口与辐射单元e5连接，第二圆弧导体的另一个端口与辐射单元e3连接。
在耦合组件2的第一耦合部21与第一圆弧导体11耦合，且第四耦合部24与第五圆弧导体15耦合的情况下，辐射单元e1，辐射单元e2，辐射单元e6，辐射单元e7导通，其他单元不导通。此时天线为窄波束工作状态。
在耦合组件2的第一耦合部21与第一圆弧导体11耦合，且第四耦合部24与第五圆弧导体15耦合的情况下，端口部与辐射单元e4电连接，辐射单元e1，辐射单元e2，辐射单元e4，辐射单元e6，辐射单元e7导通，其他单元不导通。此时天线为窄波束工作状态。
在耦合组件2的第一耦合部21与第五圆弧导体15耦合，且第四耦合部24与第二圆弧导体12耦合时，端口部与辐射单元e4电连接，辐射单元e2，辐射单元e3，辐射单元e4，辐射单元e5，辐射单元e6导通，其他单元不导通。此时天线为宽波束工作状态。
在可选的实施例中，圆心的两边有两组圆弧导体，每组包含两个，可以想到的是，每组包含三个及以上的圆弧。
本发明提供的天线，通过耦合组件与不同的圆弧导体组件电耦合，实现了不同的辐射单元与移相器电连接，组成辐射单元的间距不同的电调阵列天线，实现了垂直面波束宽度的可调，解决了网络覆盖问题。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种可切换波束的移相器，其特征在于，包括：圆弧导体组件和耦合组件；
所述耦合组件绕圆弧导体组件的圆心旋转，所述圆弧导体组件包括第一圆弧导体和第二圆弧导体，所述第一圆弧导体和所述第二圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置，所述第一圆弧导体和所述第二圆弧导体中的一者为慢波结构，所述第一圆弧导体的两端和所述第二圆弧导体的两端均设有输出端口；
所述圆弧导体组件还包括第三圆弧导体和第四圆弧导体，所述第三圆弧导体和所述第四圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置，所述第三圆弧导体的半径小于所述第一圆弧导体的半径，所述第三圆弧导体的两端和所述第四圆弧导体的两端均设有输出端口，所述第一圆弧导体的结构和所述第三圆弧导体的结构相同；
所述耦合组件位于第一位置的情况下，所述耦合组件与所述第一圆弧导体和所述第三圆弧导体耦合电连接，所述耦合组件位于第二位置的情况下，所述耦合组件与所述第二圆弧导体和所述第四圆弧导体耦合电连接；
在所述第一圆弧导体和所述第三圆弧导体均为多个的情况下，多个所述第一圆弧导体和所述第二圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置，多个所述第三圆弧导体和所述第四圆弧导体围绕所述圆心呈圆周布置；
所述耦合组件位于第一位置的情况下，所述耦合组件与至少两个所述第一圆弧导体和至少两个所述第三圆弧导体耦合电连接。
2.根据权利要求1所述的可切换波束的移相器，其特征在于，所述可切换波束的移相器还包括功分电路，所述功分电路具有第一端口和第二端口，所述耦合组件位于第三位置的情况下，所述耦合组件与所述第一端口和所述第二端口耦合电连接。
3.根据权利要求1至2任一项所述的可切换波束的移相器，其特征在于，所述第一圆弧导体的特性阻抗和所述第二圆弧导体的特性阻抗相等。
4.根据权利要求1至2任一项所述的可切换波束的移相器，其特征在于，所述圆弧导体组件和所述耦合组件均为微带线或带状线结构。
5.根据权利要求1至2任一项所述的可切换波束的移相器，其特征在于，在所述第一圆弧导体为慢波结构的情况下，所述第一圆弧导体的单位角度的移相量大于所述第二圆弧导体的单位角度的移相量。
6.根据权利要求5所述的可切换波束的移相器，其特征在于，所述第一圆弧导体的单位角度的移相量为所述第二圆弧导体的单位角度的移相量的两倍。
7.一种天线，其特征在于，包括：多个辐射单元和根据权利要求1至6任一项所述的可切换波束的移相器，多个所述辐射单元与多个所述输出端口一一对应连接。
Priority Applications (5)
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