CN1159254A - 用于调谐基站的相加网络的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调谐基站的相加网络的方法。该相加网络包括若干连接装置、连接电缆以及滤波器装置(20)，该滤波器装置包括第一连接装置(7)，用于接收由基站的诸无线发射机(TRX1-TRX3)所提供的信号，以及第二连接装置(8)，用于将已滤波的信号转发给该基站的一个天线装置(ANT)。为方便并加速该相加网络的调谐，调节从至少是滤波器装置(20)的第二连接装置(8)反射的波的相位角。

Description

用于调谐基站的相加网络的方法

本发明涉及一种用于调谐基站的相加网络的方法。本发明还涉及一种连接装置和一种带通滤波器。

本发明尤其涉及蜂窝无线系统中基站的诸合并器滤波器的相加网络。合并器滤波器是这样一种窄带带通滤波器，它精确地谐振(已调谐)于与其相连接之发射机的载波频率。带通滤波器的调节范围通常为中心频率的2％至10％。从诸合并器输出所获诸信号由相加网络加在一起并馈往基站的天线。一个相加网络通常包括一条引向基站天线的同轴电缆，若干通过连接装置及T形分支连接至该条电缆的合并器滤波器。为使发射机的发射功率之最大部分能被传送至天线，上述相加网络必须调谐到基站发射机所使用的诸频率信道。事实上，该相加网络仅被调谐在一个频率上，但是通过离开最优频率，失谐最初增加并不很快。因此蜂窝无线系统的基站中，相加网络通常可以在宽度为频带中心频率的1％至3％的频带上使用。

各种众知的相加网络的调谐基于使用拥有与波长成比例之精确长度的传输线。这决定了对相加网络敷设电缆的严格要求，这是因为上述传输线必须精确地拥有正确的长度以使得相加网络对正确频率而言为最优的。随着自动(通过远程控制)可调的合并器滤波器已愈来愈为普遍，已出现对寻找一条以简单迅速的方式更改相加网络调谐之途径的需求。相加网络的有用频带过窄，在不改变相加网络调谐情况下不能允许基站接收机的诸信道中有大的改变。已有众知的解决方法，其中一个技工到基站场地，使用对新频带设计的电缆更换相加网络的原有电缆，这显然过于昂贵且耗时。

本发明的目的是为上述问题提供一种解决方法。该目的由本发明所提供的方法、连接装置以及带通滤波器来实现，它们的诸特征由后附的独立的权利要求1，3，9和10项给出。

术语“基本管状”在此系指这样一个导体，它被成形为一个管子且可以有切口，例如，管子的一个或多个纵长开缝，在它的套管表面上。该管状导体还可至少部分地是圆锥形的。

本发明基于这样的思想，即：在一个固定的相加网络中，通过调节将相加网络电缆连接至属于相加网络的滤波器之连接装置的反射系数，有可能在相加网络中补偿产生于不同中心频率的波长误差，引起前进波和反射波之间相位角误差的误差。换句话说，通过调节该连接装置的反射系数以实现一个相移，滤波器与连接至相加网络的相加点的相加电缆的联合电长度可被保持为正确的(n×λ/4)，籍此使得从相加点观察反射波与前进波同相。

关于相加网络的调节，滤波器的输出端口可被调节是本质的。关于相加，滤波器输入端口的调节并不那么重要。而在输入端口使用与输出端口相似的可调连接装置有助于使滤波器的其它参数(例如前向衰减，带宽以及群传播时间)保持为常数。

本发明中，反射波相位角的调节基于一种空气-介质同轴结构，其中有一个可移动部件至少围绕中心导体，该可移动部件由低损耗介质材料比如陶瓷或特氟隆制成，或者由铁磁材料制成。当该可移动部件沿中心导体纵向运动，它影响该连接装置中的场使得反射波的相位角可以被调节。

当将一个RF信号从导体部件的一个第一端提供给本发明的连接装置上时，所提供的信号从该导体部件在该连接装置的一个第二端所形成的一个容性连接探针或感性环被反射，籍此在该安排中产生一个驻波。该驻波中，电场和磁场的能量分布随着沿同轴结构的移动作为位置的函数变化，使得在该装置的第二端(例如在上述感性环的短路点)达到磁场的最大值和电场的最小值。朝着该连接装置的相对一端，场的能量分布变化使得在最大磁场点四分之一波长之前电场中的能量达到最大值且磁场中的能量达到最小值。

鉴于以上所述的能量分布，上述可移动部件对反射波相位角的影响取决于该可移动部件的位置，即为位置的函数。如果可移动部件的相对介电常数εr＞1(且同时其相对磁导率μr＝1)，则可移动部件对反射系数的影响在电场最大值最大而在电场最小值最小。如果该材料中εr＝1，μr＞1，影响相反，即在磁场最大值达到最大影响。

因此本发明所提供的解决方法的主要优势是，可以以非常简单方式改变相加网络的调谐频率，例如通过远程控制，因而在信道改变时不需要技工到并更改相加网络的电缆敷设。本发明所提供的连接装置允许对该连接装置的反射系数的简单和线性调节。控制特性的锐度和反射系数亦可容易地通过上述可移动部件的材料设计和选择加以改变。

在本发明所提供连接装置的最佳实施方式中，该连接装置被一个管状金属套管包围，该套管连接地电位。该金属套管加强反射系数的调节效果。本发明所提供的带通滤波器的一个最佳实施方式中，用于调节谐振器谐振频率的装置以及用于调节该连接装置反射系数的装置被连接至一个公用的致动装置，这种解决方法使得系统操作员有可能使用远程控制一揽子地将频带和带通滤波器以及带通滤波器的连接装置的反射系数重新设置到一新的最优值。

本发明所提供的方法、连接装置以及带通滤波器的诸最佳实施方式公开于后附的从属的权利要求2，4至8，11，以及12项中，以下将参考后附的附图更为详细地描述本发明，附图中

图1是一个基站相加网络的框图，

图2a显示根据本发明的连接装置的第一最佳实施方式，

图2b图示图2a中所示连接装置的特性，

图3a显示根据本发明的连接装置的第二最佳实施方式，

图3b图示图3a中所示连接装置的特性，

图4显示根据本发明的连接装置的第三最佳实施方式，

图5显示根据本发明的带通滤波器的第一最佳实施方式，

图6a显示根据本发明的连接装置的第四最佳实施方式，

图6b图示图6a中所示连接装置的特性，

图7显示根据本发明的连接装置的第五最佳实施方式，

图8a显示根据本发明的连接装置的第六最佳实施方式，

图8b图示图8a中所示连接装置的特性，

图9显示根据本发明的带通滤波器的第二最佳实施方式。

图1是一个基站相加网络的框图，该基站中可应用本发明的方法。图1所示的相加网络可以是比如GSM系统基站的相加网络，通过它三个发射机单元TRX1-TRX3被连接至一个公用的发射天线ANT。图1所示的带通滤波器20本质上是众知的滤波器，它们的通带是可调的，最好是通过远程控制，从网络的控制室。可调介质谐振器的结构、运作和陶瓷制造材料在比如下列文献中给出，在此将它们列为参考文献：[1]“Ceramic Resonators for High Stable Oscillators(用于高稳定振荡器的陶瓷谐振器)，”Gundolf Kuchler，Siemens Components XXXIV(1989)，No.5，p.180-183，[2]“Microwave Dielectric Resonators(微波介质谐振器)，”S.JerryFiedziuszko，Microwave Journal，September 1986，p.189 onwards，[3]“Cylindrical Dielectric Resonators and Their Applications in TEMLine Microwave Circuits(柱形介质谐振器及在TEM传输线微波电路中的应用)，”Marian W.Pospieszalski，IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques Vol. MTT-27，No.3，March 1979，p.233-238，[4]芬兰专利88，227，“Dielectric Resonator(介质谐振器)。”

图1中，每个发射机单元TRX1-TRX3被连接至相应的可调带通滤波器20的一个第一连接装置7，即输入端口。相应地，带通滤波器20的一个第二连接装置8，即输出端口通过等长度的诸传输电缆1被连接至一个相加点P，在此将来自不同发射机的信号在其被提供给天线ANT之前加在一起。每个带通滤波器20的输出端口，即第二连接装置8，根据中心频率调节并始终保持滤波器与已被连接至相加点P之相加电缆的联合电长度为正确的(n^*λ/4)，即从相加点P观察，反射波和前进波同相。更可取地，带通滤波器20的通带通过远程控制被调节的同时输出端口8自动调节到一个新的最优值。

图1中，输入端口，即第一连接装置7，亦为可调的。然而这对相加来说并不是本质的。

图2a显示本发明所提供的连接装置的第一最佳实施方式。图2a显示一种同轴连接装置1，它包括被一个基本管状导体3所包围的一个细长杆状中心导体2。

将该连接装置的一个第一端4安排为接纳一双线传输线，在此为一个同轴电缆，籍此该同轴电缆的内导体被连接至中心导体2而该同轴电缆的外导体被连接至管状导体3。

中心导体2长于管状导体3，籍此它在该连接装置的一个第二端5从管状导体3中凸出，在那里形成一个容性探头。中心导体2的厚度在其整个长度上可为常数，尽管在图2a的示例中其厚度是变化的。

一个由低损耗介质材料制成的可移动部件9被安排在中心导体2与管状导体3之间的一个环形空气填充的空间6中，在空间6中该部件是可移动的(在图2a的垂直方向上)。这里的低损耗介质材料系指这样的材料，其相对介电常数εr＞1(且其相对磁导率μr＝1)，例如特氟隆或陶瓷。

图2a中，前进波a/α°由箭头a指示，反射波b/β°由箭头b指示，则反射系数T为：

可移动部件9从一点到另一点的移动以图2b所示的方式影响连接装置1的反射系数。在基本管状外导体上提供该管子纵向一个切口(在该图中未示出)，通过管状导体3上的切口，可移动部件9是可移动的。因此图2a所给出的结构允许简单且足够线性的反射波相位角调节，轴向调节移动易于与滤波器的频率调节移动结合。另外，该调节装置的控制特性的斜率和锐度可通过设计和选择可移动部件的材料十分容易地改变。

图2b图示图2a中所示连接装置的特性。图2b显示当该结构的电长度为3L/4时，反射系数T在相位角方面作为距离X的函数的相对变化。

图3a显示本发明所提供的连接装置的第二最佳实施方式。在结构方面，除中心导体2在连接装置10的低端5通过一个环形部分11被连接至一个管状导体3以形成一个感性连接环之外，图3a所示的连接装置10相当于图2a中的连接装置1。

连接装置10中所产生的驻波中，电场和磁场的能量分布随着沿同轴结构前进时作为位置的函数变化，使得在感性环的短路点处达到磁场的最大值并因此达到电场的最小值。随着远离该短路点，场的能量分布变化使得在离开该短路点四分之一波长处，电场的能量达到其最大值且磁场的能量达到其最小值。

图3b图示图3a中所示连接装置10的特性。图3b显示当该结构的电长度为3L/4时，反射系数T在相位角方面作为距离X的函数的相对变化。

图4显示本发明所提供的连接装置的第三最佳实施方式。图4中所显示的一个连接装置30包括被一管状导体3包围的一个导体2。形成该连接装置的上端4以接纳双线传输线，即在此处为同轴电缆，上端4是将留在滤波器金属盖21的外边。

中心导体2被连接至在该连接装置低端5拥有环形部分11的一个管状导体，以便形成一个感性环。图4的实施方式不同于前述的诸实施方式之处在于，可移动部件29被安排在管状导体之外，籍此它既包围中心导体2又包围管状导体3。在中心导体2与管状导体3之间的环形空间中可以是空气。然而，该环形空间值得填充比如在管状导体3中支撑中心导体2的绝缘材料。

图5显示本发明所提供的带通滤波器的第一最佳实施方式。图5显示本质上众知的一种带通滤波器，它可以是包括一个谐振器的带通滤波器，该谐振器由两个由介质材料比如陶瓷之类制成的块24和25。

带通滤波器40是可调的，籍此操作员可通过远程控制调节谐振器的谐振频率，使得它对应于它所连接发射机的频带之中心频率。为实现此目的，滤波器40包括一个传动装置23，该装置可通过臂26，相对于固定地附着于滤波器40的盖21上的一个介质块25，移动可移动介质块24。介质块24和25彼此相对的位置，进而确定谐振器的谐振频率，图5中频率在比如1805与1880MHz之间变化。图5中，通过在垂直方向上移动较低的介质块24实现调节，该调节余量由图5中X指示。图5中的调节余量可为比如20cm。

带通滤波器的输出连接，即连接装置30——通过它该滤波器被连接至基站的相加网络并进一步的连接至一付天线——是可调的。该带通滤波器的输入连接——通过它该带通滤波器被连接至发射单元——进而包括一个常规的非可调的连接装置17。

连接装置30由图4所示的可调连接装置组成。为增强对来自连接装置30的反射波相位的调节，该连接装置被安置一个管状金属套管22，它被连接至地电位。图5中，金属套管22包括套管封盖部分21。

在金属套管22的一个边缘，有一个垂直刻槽27，通过它伸出移动可移动部件9所需的臂，该臂的一端被附连于传动带28上。传动带28，进而通过另一臂被连接至一个垂直臂26，随着传动装置23通过臂26调节谐振器的谐振频率，自连接装置30反射的波和前进波在基站相加网络的相加点同相。如同图5所示，在调节过程中因传动带的机械结构可移动部件9和较低的介质块24沿相反方向移动。

因此相加网络因可调连接装置30被自动调节至一个新的频率。换句话说，滤波器40的结构允许简单且足够线性的反射波相位角调节，该轴向调节移动易于与滤波器的频率调节移动相结合。另外，经验表明，采用图5的带通滤波器，对于滤波器来说重要的诸项特性，即插入衰减，端口反射衰减以及无载Q值，实用中当使用上述连接装置是被保持为常数。

图6a显示本发明所提供的连接装置的第四最佳实施方式。图6a中所示的连接装置60类似于图3a的连接装置——它拥有一个感性环。然而，图6的连接装置60包括两个在该连接装置周围的管状金属套管61和62，以及在两金属套管之间安排一个可移动块63。另外，可移动可以被安排在比如套管62与管状导体3之间的空间内。

图6a中，中心导体2与管状导体3之间填充支撑材料65，它将中心导体2相对于管状导体3锁定。如此合适的支撑材料65是比如某些电缆中常规使用的绝缘材料。可供选择的，如果可用其它方法保证中心导体2与管状导体3的相对位置，则该环形空间可留空。

图6a还显示这样一个臂64，通过之移动可移动部件63。在此应注意的是，如果图6a的连接装置被用在图5的谐振器中，则当在图5中的可移动部件9与块24在调节中以相反方向移动时，连接装置60的可移动部件64必须以与谐振器的块24相同的方向移动。因此图5中的传动带机械结构变得不必须并且该结构亦被简化。

图6b图示图6a中所给出的连接装置60的特性。图6b显示当该结构的电长度为L/4且连接装置的长度为n^*L/2时，反射系数T在相位角方面作为距离X的函数的相对变化。

图7显示本发明所提供的连接装置的第五最佳实施方式。图7中的连接装置70除在此使用一个两部分的可移动块73外相对于图6a的连接装置。可移动块73的一个第一环形部件被安排在金属套管71与72之间，以及一个第二环形部件被安排在内导体套管72与管状导体3之间。这两个环形部件通过安排在金属套管72上的切口彼此连接，如图7所示。

图8a显示本发明所提供的连接装置的第六最佳实施方式。图8中，连接装置80包括两个部件，因而该连接装置这两部件彼此可隔离开。该连接装置的第一部件中，因此有一个第一中心导体81；一个感性环(或可供选择地一个容性探针)和一个第一管状导体82从那里凸出。在中心导体81与该管状导体之间提供支撑材料。

该连接装置的第二部件包括一个第二杆状中心导体83，它在图8a的情况下为空心的，一个第二管状导体84，以及安排在它们之间环形空间内的一个可移动部件86；上述可移动部件由一个臂85移动。连接装置80的第二部件全部可被安排在谐振器外壳外部。连接装置的两部件由一个同轴电缆87连接，其中心导体互连中心导体81和83，并且其外导体互连管状导体82和84。

图8a所显示的并联调节结构加强由可移动部件的移动所引起的调节效果。

图8b图示图8a中所示连接装置80的特性。显示当该结构的电长度为L/4且连接装置的长度为n^*L/4时，反射系数T在相位角方面作为距离X的函数的相对变化。

图9显示本发明所提供的带通滤波器的第二最佳实施方式。图9的带通滤波器除其中所包括的连接装置90在结构上不同外相对于图5中所示的带通滤波器。

图9的带通滤波器中，可调连接装置90既被用于输入连接又被用于输出连接。连接装置90除以下一点之外相当于图3a所示的连接装置，如图9所示，其管状导体91为部分锥形，使得直径在较低一端比较高一端大。当中心导体92与管状导体91之间的一个介质的可移动块93被向下移动(图9)时，同轴结构中的介质材料的有效介电常数被减小。因此，电缆的速度因子增大，籍此该同轴结构的电长度被减小。因此调节效果因管状导体91为至少部分为锥形这一事实被加强。

当使用图9中的连接装置时，不需图5所示的传动带机械结构。这是由这样的事实所致，当谐振器的介质块24相对于固定介质块25被移动以调节谐振器的谐振频率时，连接装置90的移动块93必须在相同方向上移动以便能够将相加网络调节到一个新的频率。用来移动可移动块93的一个臂94可被直接附接于臂26，通过它来移动谐振器的介质块24。

上述描述以及伴随的附图应被理解成仅为描述本发明。对技术熟练人员十分明显的，本发明可以进行多种变化和修改而不离开在所附的权利要求书中所公开的本发明的范围和精神。

Claims (12)

1.一种用于调谐一个基站的一个相加网络的方法，该相加网络包括连接装置，连接电缆，以及滤波器装置(20，40)，它包括第一连接装置(7，17，90)，用于接收基站诸无线发射机(TRX1-TRX3)所提供的信号，以及第二连接装置(1，8，10，30，60，70，90)，用于将滤波信号转发至基站的一个天线装置(ANT)，其特征在于来自至少是属于该相加网络到的滤波器装置(20，40，90)的一个第二连接装置(1，8，10，30，60，70，90)的反射波的相位角被调节。

2.根据权利要求1的一种方法，其特征在于连接装置(1，10，30，60，70，90)包括一个细长杆状中心导体(2)和包围该中心导体的一个基本管状导体(3，91)，该管状导体被安排成与中心导体(2，92)同轴，并且还包括这样一个可移动部件(9，29，63，73，93)，它由低损耗介质材料或铁磁材料制成并至少包围中心导体(2，92)，籍此反射波的相位角通过沿中心导体(2，92)纵向移动所述移动部件(9，29，63，73，93)而被调节，以获得一个相移。

3.一种连接装置(1，7，8，10，30，60，70，90)，用于将双线传输线连接到一个谐振器的电磁场，该连接装置包括一个细长杆状中心导体(2，92)，其第一端被连接至双线传输线的一个第一导体，以及一个基本管状导体(3，91)，它包围杆状中心导体(2，92)，且被安排成与中心导体(2，92)同轴，以及其第一端被连接至双线传输线的一个第二导体，籍此该杆状中心导体(2，92)比所述基本管状导体(3，91)更长，使得杆状中心导体(2，92)的一端(5)从该管状导体中凸出，其特征在于该连接装置包括这样一个部件(9，29，63，73，93)，它由低损耗介质材料或铁磁材料制成并至少包围中心导体(2，92)，以及沿该中心导体(2，92)纵向被移动，以便调节从该连接装置反射的波的相位角。

4.根据权利要求3的一种连接装置，其特征在于杆状中心导体(2，92)的凸出端通过形成一个感性环的一导体部分(11)被连接至基本管状导体(3，91)。

5.根据权利要求3的一种连接装置，其特征在于所述可移动部件(9，29，63，73，93)为由陶瓷或特氟隆制成的柱状部件，并且那里有一个孔延伸贯穿其中心。

6.根据权利要求3的一种连接装置，其特征在于所述可移动部件(9，93)包围中心导体(2，92)，并且所述基本管状导体(3，93)包围所述可移动部件(9，93)，籍此该可移动部件可沿该中心导体在由中心导体与基本管状部件所定义的空气填充空间(6)中被移动。

7.根据权利要求3的一种连接装置，其特征在于所述可移动部件(29，63，73)既包围中心导体(2)又包围基本管状导体(3)，籍此该可移动部件可沿所述管状部件(3)的外表面被移动。

8.根据权利要求3至7任何一项的一种连接装置，其特征在于为加强从连接装置(30)反射的波的相位角的调节，该连接装置被一个连接至地电位的管状金属套管(22)包围，从而中心导体(2)的一端(5)被安排成从该金属套管中凸出。

9.一种连接装置(80)，用于将双线传输线连接到一个谐振器的电磁场，该连接装置包括一个第一细长杆状中心导体(81)，其第一端被连接至双线传输线的一个第一导体，以及还包括一个基本管状导体(82)，它包围杆状中心导体(81)，所述管状导体被安排成与第一中心导体(81)同轴，且其第一端被连接至双线传输线的一个第二导体，籍此该杆状中心导体(81)比所述基本管状导体(82)更长，并且杆状中心导体(81)的一个第二端从该管状导体中凸出，其特征在于该连接装置(80)包括一个第二细长杆状中心导体(83)，并且基本管状导体(84)包围该第二中心导体，该管状导体被安排成与第二中心导体(83)同轴；连接第一中心导体(81)与第二中心导体(83)的一个同轴导体(87)以及连接第一管状导体(82)至第二管状导体(84)的一个同轴导体(87)；一个由低损耗介质材料或铁磁材料制成的部件(86)，所述部件包围至少是第二中心导体(83)并沿第二中心导体(83)纵向可移动以便调节从连接装置(80)反射的波的相位角。

10.一种带通滤波器(20，40)，包括一个谐振器装置，一个第一连接装置(7，17，90)，该装置用于接收将被滤波的信号以将它们提供给该谐振器的电磁场，以及一个第二连接装置(8，30，90)，用于从一个谐振器的电磁场接收已滤波的信号并转达它们，其特征在于滤波器(20，40)的第一和/或第二连接装置(8，30，90)包括调节装置(9，93)，用于调节从连接装置反射的波的相位角。

11.根据权利要求10的一种滤波器，其特征在于滤波器(20，40)进一步包括调节装置(26)，用于调节该谐振器的谐振频率，以及该用于调节频率的装置(26)被连接至装置(9，93)，装置(9，93)用于调节从连接装置反射的波的相位角以对应于该谐振器的谐振频率。

12.根据权利要求10或11的一种滤波器，其特征在于连接装置(30)包括一个细长杆状中心导体(2)，一个包围该杆状中心导体且被安排成与该中心导体同轴的管状导体(3)，以及一个可移动部件(9)，该部件由低损耗介质材料或铁磁材料制成并至少包围该中心导体(2)，并且沿该中心导体纵向可移动以便调节从连接装置反射的波的相位角，谐振器包括两个由介质材料制成的块(24，25)，用于调节频率的装置(26)被安排以移动一个介质块(24)——相对于另一个介质块(25)，以及用于调节频率的装置(26)和用于调节相位角的装置(9)被连接至一个公用的致动装置(23)，它被安排以响应于提供给那里的一个控制信号而移动所述可移动部件(9)和一个介质块(24)。

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