CN114389043B - 一种慢波结构、微带传输线、集成化馈电网络及基站天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种慢波结构、微带传输线、集成化馈电网络及基站天线，慢波结构包括：阻抗匹配部，阻抗匹配部的左右对称设置有直线部和弯折部，直线部的顶部设置有第一开路支节，第一开路支节与直线部垂直，且朝向与阻抗匹配部相反的一侧；弯折部中与阻抗匹配部连接的一端设置于直线部的底部，且与第一开路支节平行，弯折部的另一端与直线部平行设置；左右对称设置于阻抗匹配部的直线部形成第一缝隙耦合区域；本发明还提供了两种包括多个慢波结构的微带传输线、集成化馈电网络和基站天线，本发明改善了慢波结构，提供了一种无同轴电缆的集成化馈电网络，减少了物料、人工成本，满足紧凑结构基站天线的一致性生产需求。

Description

一种慢波结构、微带传输线、集成化馈电网络及基站天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种慢波结构、微带传输线、集成化馈电网络及基站天线。

背景技术

目前在基站天线的设计当中，主要是靠大量的同轴电缆作为传输线路，将移相器与辐射单元相连接来实现相关的电气性能。然而，同轴电缆的大量使用会增加基站天线生产中焊接以及配线的步骤，这会造成基站天线在生产中物料成本和人工成本的上涨，同时还会降低产品制造时产品性能的一致性。

因此，有必要对现有的基站天线进行改进，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

发明内容

本发明目的在于提供一种慢波结构、微带传输线、集成化馈电网络及基站天线，通过改善慢波结构的结构布局，能够将慢波结构形成的微带传输线替代同轴电缆，从而将馈电网络与微带传输线进行一体化设计，提供一种无同轴电缆的集成化馈电网络，通过一体化和小型化的设计，减少物料成本和人工成本，满足紧凑结构基站天线的一致性生产需求。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种慢波结构，包括：

阻抗匹配部，所述阻抗匹配部的左右对称设置有：

直线部，所述直线部的顶部设置有第一开路支节，所述第一开路支节与所述直线部垂直，且朝向与所述阻抗匹配部相反的一侧；

弯折部，所述弯折部中与所述阻抗匹配部连接的一端设置于所述直线部的底部，且与所述第一开路支节平行，所述弯折部的另一端与所述直线部平行设置；

其中，左右对称设置于所述阻抗匹配部的直线部形成第一缝隙耦合区域。

第二方面，本发明实施例还提供了一种微带传输线，该微带传输线包括第一方面所述的慢波结构，相邻两个慢波结构相互反向配置，且通过所述弯折部的另一端首尾连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述慢波结构中弯折部的拐角处均设置有第二开路支节，所述第二开路支节与所述第一开路支节平行；

左右对称设置于所述阻抗匹配部的弯折部形成第二缝隙耦合区域；

所述第二开路支节与相邻的慢波结构中的第一开路支节形成第三缝隙耦合区域，所述第二开路支节与相邻的慢波结构中的第一开路支节具有相同的宽度，且两端对齐。

第三方面，本发明实施例还提供了另一种微带传输线，该微带传输线包括第一方面所述的慢波结构，相邻两个慢波结构相互反向配置，且通过曲线弯折线路的两端部将相邻两个慢波结构中的第一开路支节首尾连接；

所述曲线弯折线路包括直线线路，所述直线线路与所述直线部平行，所述直线线路的上下两端设置有与所述直线线路垂直的连接线路，所述连接线路与所述第一开路支节连接。

第四方面，本发明实施例还提供了一种集成化馈电网络，包括：包括第二方面任一所述的微带传输线，以及与所述微带传输线连接的移相电路。

第五方面，本发明实施例还提供了另一种集成化馈电网络，包括：第三方面任一所述的微带传输线，以及与所述微带传输线连接的移相电路。

第六方面，本发明实施例还提供了一种基站天线，包括第四方面或第五方面任一所述的集成化馈电网络。

本发明的有益效果是：本发明公开一种慢波结构、微带传输线、集成化馈电网络及基站天线，通过改善慢波结构的结构布局，能够通过减小传输线路的相位速度来达到在相同传输线长度下，增大传输线路的相位总量，从而实现无同轴电缆的集成化馈电网络，减少了物料成本和人工成本，满足紧凑结构基站天线的设计需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中一种慢波结构的示意图；

图2是本发明实施例中另一慢波结构的示意图；

图3是图2所示慢波结构构成的微带传输线的示意图；

图4是图2所示慢波结构的回波损耗曲线；

图5是图2所示慢波结构的传输线相位特性曲线；

图6是传统传输线和本发明中微带传输线的对比示意图；

图7是图6中传统传输线和本发明中微带传输线的电压驻波比对比图；

图8是图6中传统传输线和本发明中微带传输线相位特性结果对比图；

图9是图6中传统传输线和本发明中微带传输线在保持长度不变，改变纵向高度H1时，电压驻波比的特性变化对比图；

图10是图6中传统传输线和本发明中微带传输线在保持长度不变，改变纵向高度H1时，相位特性对比图；

图11是本发明实施例中另一种微带传输线的示意图；

图12是采用现有技术中的传输线的五端口馈电网络的结构示意图；

图13是采用本发明中的微带传输线的五端口馈电网络的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

发明人针对现有技术中存在的问题，提供以下改进的技术方案，以改善慢波结构的结构布局，减少微带传输线长度，满足紧凑结构基站天线的设计需求。

参考图1，本发明实施例提供的一种慢波结构，所述慢波结构包括：

阻抗匹配部100，所述阻抗匹配部100的左右对称设置有：

直线部200，所述直线部200的顶部设置有第一开路支节210，所述第一开路支节210与所述直线部200垂直，且朝向与所述阻抗匹配部100相反的一侧；

弯折部300，所述弯折部300中与所述阻抗匹配部100连接的一端设置于所述直线部200的底部，且与所述第一开路支节210平行，所述弯折部300的另一端与所述直线部200平行设置；

其中，左右对称设置于所述阻抗匹配部100的直线部200形成第一缝隙耦合区域220。

需要说明的是，本发明所提供的慢波结构是为通过减小传输线路的相位速度来达到在相同传输线长度下，增大传输线路的相位总量，从而达到缩短传输线路的长度的目的。传输线路的相位速度由公式（1）所决定：

（1）；

其中，v₀为相位速度，L为等效电感，C为等效电容；可见，通过增大慢波结构中的等效电感L和等效电容C可达到缩短传输线路在物理上的长度。

另一方面，传输线路的特性阻抗由公式（2）计算得到：

（2）；

其中，Z₀是传输线路的特性阻抗，因此，为了使传输线路在缩短物理长度的同时满足所需的特性阻抗（例如，Z₀=50Ω），需要在设计慢波结构时同时满足公式（2）中所需的分布电感L和分布电容C。

为此，本发明提供的慢波结构采用曲线弯折部300与加载了第一开路支节210的直线部200相结合的方式来实现公式（2）中所需的分布电感L和分布电容C。

此外，本发明在相邻两个第一开路支节210中间设置了呈现低阻特性的阻抗匹配部100，不仅提升了慢波结构的耐功率表现，还进一步降低了相邻两个第一开路支节210之间的耦合，减弱了慢波结构的整体色散特性。

与常规的微带传输线相比，在相同横向长度的情况下，本发明采用多个上述慢波结构相配合的方式能够采用更小的纵向尺寸来实现与常规的微带传输线相同的相位量。

参考图2和图3，本发明实施例还提供一种微带传输线，该微带传输线包括多个上述任一实施例所述的慢波结构，相邻两个慢波结构相互反向配置，且通过所述弯折部300的另一端首尾连接。

需要说明的是，本发明提供的基于慢波结构的微带传输线，在设计慢波结构时同时满足公式（2）中所需的分布电感L和分布电容C。

在一些改进的实施例中，所述慢波结构中弯折部300的拐角处均设置有第二开路支节310，所述第二开路支节310与所述第一开路支节210平行。

左右对称设置于所述阻抗匹配部100的弯折部300形成第二缝隙耦合区域320；

所述第二开路支节310与相邻的慢波结构中的第一开路支节210形成第三缝隙耦合区域330，所述第二开路支节310与相邻的慢波结构中的第一开路支节210具有相同的宽度，且两端对齐。

本发明通过在曲线弯折部300的拐角处加入第二开路支节310不仅可以使整个微带传输线中总体的分布电容C和分布电感L达到合适的比例来满足公式（2）的要求，同时还进一步增加了传输线路的相位总量，使曲线弯折部300与加载了第一开路支节210的直线部200的相位特性趋于相近。

参考图4和图5，另外，该设计还可降低微带传输线中第一开路支节210与曲线弯折部300的缝隙耦合强度，从而达到减小微带传输线中的杂散电容，减弱色散特性的目的，避免了曲线弯折部300与第一开路支节210的相位量特性差别过大，减少第一开路支节210与曲线弯折部300的缝隙耦合。

同时，本发明在相邻两个第二开路支节310中间设置了呈现低阻特性的阻抗匹配部100，不仅提升了慢波结构的耐功率表现，还进一步降低了相邻两个第二开路支节310之间的耦合，减弱了慢波结构的整体色散特性。

参考图6至图10，图6中上方图例为传统传输线的示意图，下方图例为本发明中微带传输线的示意图，L1是本发明中微带传输线在横向的总体长度；本发明使用慢波结构的微带传输线在保持图6中L1不变的情况下，即直线部200的宽度、第一开路支节210的宽度、弯折部300的宽度、第一缝隙耦合区域220的宽度、第二开路支节310的宽度、第二缝隙耦合区域320的宽度、三缝隙耦合区域330的宽度、曲线弯折线路400的宽度不变，只需调整本发明所使用的慢波结构的纵向总体高度H1的大小，便可在实现增大相位总量的同时，使微带传输线始终满足特性阻抗（例如50Ω）的需求。

参考图11，本发明实施例还提供另一种微带传输线，该微带传输线包括多个上述任一实施例所述的慢波结构，相邻两个慢波结构相互反向配置，且通过曲线弯折线路400的两端部将相邻两个慢波结构中的第一开路支节210首尾连接；

所述曲线弯折线路400包括直线线路410，所述直线线路410与所述直线部200平行，所述直线线路410的上下两端设置有与所述直线线路410垂直的连接线路420，所述连接线路420与所述第一开路支节210连接。

本实施例中提供的微带传输线采用另外一种慢波结构的连接方式，多个相邻的慢波结构之间通过连接曲线弯折线路400形成蜿蜒形状，通过合理利用微带传输线的纵向空间，即调整图11中H2的大小，同样能够达到前述微带传输线的有益效果，其中，H2是曲线弯折线路400中直线线路410的总体高度。

可见，本发明所提供的慢波结构及相应的微带传输线在保持传输线路长度及中心相对位置不变的情况下，只需改变传输线路总体纵向高度便可以在保证该传输线路的驻波比＜1.1的情况下，改变相位延迟总量。本发明只需通过改变线路纵向总体高度便可在保证驻波比的情况下实现不同的相位延迟量，实现了微带传输线的小型化设计，降低了物料成本，更加有利于在狭小尺寸下微带传输线与移相电路等器件的集成。

进一步，发明人发现，为避免大量使用同轴电缆带来的缺陷，采用传统微带线实现设定阻抗特性（例如50Ω阻抗特性）的布局在复杂的馈电网络一体化设计中难以实现，需要增加介质板尺寸，导致成本增加。在紧凑结构基站天线馈电网络一体化设计时，采用传统结构的50Ω特性阻抗微带线更是无法完成布局和实现。

为此，本发明实施例还提供一种集成化馈电网络，包括：上述任一实施例所述的微带传输线，以及与所述微带传输线连接的移相电路。

参考图12和图13，可以看出，采用本发明实施例中的微带传输线后，相比现有的馈电网络，本发明所使用的馈电网络在保持横向长度L不变的情况下，能够减少纵向的总体宽度。可见，通过将本发明中具有设定特性阻抗的慢波结构形成的微带传输线与移相电路印刷在同一块介质板中，不仅实现了复杂的馈电网络一体化设计，还能有效减少馈电网络的占用面积。

本发明实施例还提供一种基站天线，包括：上述任一实施例所述的集成化馈电网络。

本发明提供的实施例中，将具有设定特性阻抗（50Ω特性阻抗）的慢波结构形成微带传输线，将微带传输线与移相电路印刷在同一块介质板中，将移相电路与微带传输线进行一体化设计，无需同轴电缆，实现无同轴电缆的一体化小型馈电网络，满足紧凑结构基站天线的设计需求。

此外，本发明的馈电网络应用上述移相器，基站天线应用该馈电网络，因而馈电网络和基站天线也都具有移相器的全部有益效果，在此不作赘述。

尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (7)

1.一种慢波结构，其特征在于，包括：

阻抗匹配部，所述阻抗匹配部的左右对称设置有：

直线部，所述直线部的顶部设置有第一开路支节，所述第一开路支节与所述直线部垂直，且位于所述直线部远离所述阻抗匹配部的一侧；

弯折部，所述弯折部与所述阻抗匹配部连接的一端设置于所述直线部的底部，且与所述第一开路支节平行，所述弯折部的另一端与所述直线部平行设置；

其中，左右对称设置于所述阻抗匹配部的直线部形成第一缝隙耦合区域。

2.一种微带传输线，其特征在于，该微带传输线包括权利要求1所述的慢波结构，相邻两个慢波结构相互反向配置，且通过所述弯折部的另一端首尾连接。

3.根据权利要求2所述的微带传输线，其特征在于，所述慢波结构中弯折部的拐角处均设置有第二开路支节，所述第二开路支节与所述第一开路支节平行；

左右对称设置于所述阻抗匹配部的弯折部形成第二缝隙耦合区域；

所述第二开路支节与相邻的慢波结构中的第一开路支节形成第三缝隙耦合区域，所述第二开路支节与相邻的慢波结构中的第一开路支节具有相同的宽度，且两端对齐。

4.一种微带传输线，其特征在于，该微带传输线包括权利要求1所述的慢波结构，相邻两个慢波结构相互反向配置，且通过曲线弯折线路的两端部将相邻两个慢波结构中的第一开路支节首尾连接；

所述曲线弯折线路包括直线线路，所述直线线路与所述直线部平行，所述直线线路的上下两端设置有与所述直线线路垂直的连接线路，所述连接线路与所述第一开路支节连接。

5.一种集成化馈电网络，其特征在于，包括：权利要求2或3所述的微带传输线，以及与所述微带传输线连接的移相电路。

6.一种集成化馈电网络，其特征在于，包括：权利要求4所述的微带传输线，以及与所述微带传输线连接的移相电路。

7.一种基站天线，其特征在于，包括：权利要求5或6所述的集成化馈电网络。