CN1471748A - 波束调整设备 - Google Patents

Abstract

一种用于调整天线振子固定阵列所发射波束的波束方向的设备。该设备包含一个馈线结构，该结构被配置为至少具有四条线段的星形结构，这四条线段分别从一个星形中心的中心源连接端子向外延伸到各个馈送连接端子(100)。在设备中心的范围内，具有两种不同电介质部分，也就是具有不同的有效介电值的电介质体是可以在两个端点位置之间移动的。

Description

波束调整设备

技术领域

本发明涉及一种用于在天线上调整波束方向的设备。更为特别的是，该设备的类型如权利要求1的前序部分所定义。

背景技术

这种设备可以从文献WO96/37922(Allgon AB)中获知。已知设备包括一个与天线振子固定阵列相结合，以便能对阵列发射的波束的方向进行调整的馈线结构。馈线结构包括一个馈送导线图形，它被安置在一个固定载板上，其中该馈送导体与一个固定接地板平行并且相隔一定距离，并且一个可移动介质板置于导体和接地板之间。馈线模型在与电介质板移动方向相同的方向上延伸。经由不同馈线与接地板之间的介质板，信号分量的传播速度被降低。这样，通过纵向移动介质板，可以对不同信号分量之间的相位差进行控制。

在这种先前已知的设备中，馈线图形基本被配置成波形回路，它具有几个在轴向上来回伸展的回路部分。因此，信号路径相对较长，设备中传送的微波功率损耗相对较高。并且，由于各个波形回路相互平行延伸，因此设备在横向上必须相对较宽。由此设备总的尺寸相对较大。

发明内容

与背景技术不同，本发明的一个主要目的是提供这样一种具有馈线结构的设备，它原本就只需要很低损耗，而且比先前已知设备体积小，制造上的花费也更少。

这个目的可以由一个具有权利要求1前序部分所定义特征的设备来实现。因此，馈线结构通常配置为一个至少具有四条线段的星形结构，这四条线段分别从星形中心的中心源接线端子向外延伸到各个馈送接线端子。通常，至少两条线段在一个沿着设备主方向的第一方向上扩展，另两条线段沿着相反方向扩展。电介质体被分为具有不同的有效介电值的不同部分。第一电介质体部分邻近于相反方向上伸展的第一对线段，第二电介质体部分邻近于同样在相反方向上伸展的第二对线段。这样，即使线段实际具有相同长度，也有可能得到一个相角差。优选地，馈线结构被配置为四条线段实际等长的字母“H”形状。

“有效介电值”的不同可以通过不同方式获得。两个电介质体部分可以由具有两个不同介电常数的不同电介质材料组成，作为替换或是补充，这两个电介质体部分可以在至少其各自长度的主要部分具有不同的几何断面，例如，具有不同的厚度。优选地，作为另一种替换方案，两个电介质体部分可以具有互不相同的不规则几何形状，从而得到不同的有效介电值。这种不规则性包括凿孔，例如从各自线段横向延伸到接地板。

有利地，馈线结构可以包含位于封闭的细长外壳的顶壁和底壁之间的带状线段，其中顶壁和底壁充当接地板。那么，每个电介质部分都包含分别位于带状线段之上和之下的上半部分和下半部分。

本发明其它的特征将从以下详细描述中变得清楚。

以下参考描述一些优选实施例的附图来对本发明进行全面说明。

附图说明

附图1以透视图显示了根据本发明的设备；

附图2以侧视图显示了图1所示设备；

附图3显示了图1设备的轴向中心部分；

附图4显示了去除外壳顶壁的图1设备的平面图；

附图5显示了图1设备的横截面；

附图6显示了经过修改的图1设备的横截面；

附图7显示了该设备的第二个实施例，其中设备包含不同的馈线结构。

具体实施方式

图1和2所示设备包括一个细长的箱形外壳10，它包含一个上半部20，下半部30，端片40、50，以及外壳10所包含的一个馈线结构，该馈线结构通常标记为100。

外壳10的类型是名为“屏蔽外壳”的瑞典专利申请中所描述的一种，该申请是同一申请人同时提交的分案。申请“屏蔽外壳”中的内容在此引入作为参考。

外壳上半部20包含一个实际为平面的上壁21，并且上半部20与方向向下且纵向外延的凸缘22、23相结合。外壳下半部30包含一个实际为平面的底壁31，并且，下半部30与底壁31的纵向边沿部分以及内侧凸缘32、33相结合。这些内侧凸缘32和33被设定为特定尺寸，以使其整个外表面与外侧凸缘22、23的内表面充分接触。如在分案申请“屏蔽外壳”中所描述的那样，可以得到一种表面接触，而不必考虑处于设备制造过程中所保持的一定限制之下的上半部和下半部的精确尺寸。如在申请“屏蔽外壳”中详尽描述的那样，外壳的上壁和下壁21和31相互保持一个由各自端片40、50所限定的预定且明确的距离。

外壳10容纳了一个馈线结构100和一个可移动电介质体111，该电介质体充当一个用于对天线振子(没有示出)固定阵列所发射的波束的方向进行调整的设备，其中天线阵子与该设备耦合。

在所示实施例中，馈线结构100被配置成与字母“H”相似，其中中心源连接端子101、第一和第二直线段102、103在沿着设备主方向A的第一方向上延伸，而第三和第四直线段104、105则在与第一方向相反的第二方向上延伸。每个馈线段分别连接到一个相关的馈送连接端子102a，103a，104a和105a中，参见图4。

源连接端子101可以借助馈送导体106而与一个信号源相连，其中馈送导体106在两个线段104和105之间的中心扩展，并且连接到一个馈送端子106a。

在使用中，举例来说，馈送端子106a经由一条同轴电缆连接到收发信机电路中(未示出)，该收发机可以包含在蜂窝移动电话系统的基站中。另一方面，举例来说，馈送连接端子102a、103a、104a以及105a经由四条同轴电缆连接到相关的天线振子或是子阵列，例如排列在诸如基站天线这类天线的一个固定阵列中的天线振子对，其中固定阵列通常是线性天线阵。优选地，各个馈送连接端子与相关的天线振子之间的传输线具有一定长度，以使源连接端子到各个天线振子或者子阵列的相位偏移相对于四个天线阵子或子阵列而不同。此外，如在下文将要说明的那样，这些差别可以借助于外壳10内部具有可替换电介质体的馈线结构100来调整。

现在转到图3和4，出现在馈送连接端子106a上的微波信号沿着中心馈送导体106传播到位于中心的源连接端子101。为了逐渐匹配接头点的阻抗值，馈送导体106朝着源连接端子逐步变宽。此外，上下两个固定的电介质单元109和110邻近于端子101，用于附加匹配四个馈线段102，103，104和105的阻抗，其中这四个馈线段从源连接端子101平行的带电延伸到四个连接端子102a、103a、104a、105a。通过电介质单元109、110，可以在不使馈送导体106在邻近于源连接端子101的地方变得极宽的情况下实现阻抗匹配。由此外壳10的宽度相对较小，从而缩小设备整体尺寸。如在以下将要描述的那样，也可以因为其他原因而使设备尺寸变小。

馈送导体106和馈线段102、102、104、105被具体实施成上壁和下壁21和31之间的带状线，其中后壁充当接地板。参见附图5和6。

与微带实施例相比较，带状线结构具有很多优势。首先可以将设备制造得更短更窄。由于带状线通常比相应的微带线(具有相同阻抗和接地板间距)窄，因此可以减小宽度。平行线段相互之间可以更为接近，而不会出现互耦合。因为双接地板结构限制了邻近平行导体，使之难以更为有效地耦合。并且，电介质材料可以置于每个带状线之上和之下，因此，实际上所有电场都受到电介质材料的影响。因此，对于一个给定的相角差来说，纵向长度可以减少。

其次，由于总体结构封闭在屏蔽外罩或者外壳10内部，因此不会存在关于寄生幅射的问题。第三，在带状线之上和之下的电介质材料可以充当间隔单元，以便将带状线保持在适当位置。

根据本发明，一个电介质材料的单元体111被置于外壳壁21、31与馈送线段102、103、104和105之间，由此影响传输速度以及沿着各条线段传送的信号分量的相位偏移。在沿着设备两端位置之间的纵向方向A上，电介质体111可以线性移动。其中一端是图4中的完全抽出的位置，而另一端则是由稍微偏右的虚线111’显示的部分。

电介质体111包含两个纵向的侧面部分，它们由横向介质部分112相连，也就是说，第一电介质体部分113沿着第一和第三线段102、104放置，第二介质部分114沿着第二和第四线段103、104放置。电介质体111总体长度稍大于图4所示端位置的间距。并且，这样的尺寸使得每个电介质体部分113、114总是处于邻近源连接端子101的纵向区域。因此其各个端位置113′、113″、114′、114″分别位于邻近反向延伸线段102、104和103、105的位置。根据本发明，两个电介质体部分113、114具有不同的有效介电值。在所描述实施例中可以实现这一点，因为第二电介质体部分114的主要部分是实心的，与之相反，第一电介质体部分113具有一行贯穿的凿孔115，因此第二电介质体部分114中的延迟效果要比第一电介质体部分113明显。在所描述的实施例中，每个电介质体部分113和114各具有上半部113a、114a和下半部113b、114b(图5)。这些上半部和下半部还充当馈线段与上、下外壳壁21和31之间的间隔单元。

两个电介质体部分113、114的纵向末端113′、113″、114′、114″分别具有凹槽116、117和凿孔118、119，以便在在包含介质材料的中心部分与电介质体111的两个纵向侧面的充气间隔之间提供阻抗变换。

根据类似于上述文件WO96/37922(Allgon)所说明的方式，馈送连接端子102a、103a、104a、105a的信号分量之间的相角差取决于电介质体111的特殊位置。当以一定距离放置电介质体111时，四个信号分量的所有相位偏移都被同样改变。因此，与邻近天线振子(或者子阵列)关联的端子之间相角差总是相同。由此，端子103a和102a之间、端子102a和104a之间以及端子104a和105a之间的相角差是相同的。这样，匹配这些端子的四个天线振子所发射的组合波束始终具有一个直线形式的波阵面，这个波阵面的偏角可以通过将电介质体111置于设备纵向上的不同位置而被调整。

为了能够进行电介质体111的受控移动，将一个移动转移构件120固定在电介质体111上，并且该构建经由外壳10底壁31中的纵向狭槽延伸。构件120连接到一个滑动构件122，该滑动构件在底壁31低端形成的成形槽123中被纵向引导。当然，滑动构件122可以根据需要而被机械激活，以便调整天线所发射的组合波束的角度。

可以理解的是，有多种方法来得到两个电介质体部分113和114的有效介电值中的一个差值。一种对凿孔进行替换的方案是使两个电介质体部分113和114的厚度不同，如图6所示，第二电介质体部分214a、214b比第一个电介质体部分213a、213b薄。

所描述的电介质体部分具有凿孔115的实施方案非常有利，这是因为两个电介质部分113和114的整体厚度相同，并且充当馈线段与外壳之间的有效间隔单元。

当然，也可以用其它不规则形状的方式来替换这种凿孔方式，例如横向上仅仅部分地贯穿材料的凹槽。纵向凹槽或类似形状也是可能的。

优选地，电介质材料具有很高的介电常数。一种适合的材料是IXEF1032(索韦尔制造的，比利时)，该材料的介质常数是4.5。优选地，介质材料的介质常数应该介于2和6之间。

通常，低介电常数值使整个结构变长，因为电气长度的差值要小于空气沟道与具有高低不同的介质材料的沟道之间小。相反，过高的介电常数值将使整个阻抗差变高，从而使得多个传输部件113′，113″等等必须根据相关的增加长度来实现一种更高的阻抗匹配。更高的介电常数值还使设计相对带状线和介质材料之间的空气隙所引起的厚度差更为敏感。

中心源连接端子自身可以充当一个用于直接连接到天线振子的馈送连接端子。并且，可以有四个以上的馈线段从中心源连接端子按照星形结构延伸，例如，三条馈线段位于各个相反的方向，其中相关电介质体部分具有互不相同的有效介电值。

图7显示了馈线结构的一种修改实施例，相应部分被标记，其中用数字201等代替101等(图3和4)。可移动电介质体211具有侧面部分213，214，它仅仅覆盖(部分地)四条线段202、203、204、205，然而馈送导体206和第五馈线段207则在具有气隙的外壳内部直接延伸到顶壁和底壁21与31中(图2)。

第五馈线段207连接到一个位于中心的天线振子。对于这种位于中心的天线振子(未示出)或者子阵列来说，其信号分量的相角与可移动电介质体211的特殊位置无关。在中心单元一侧，线段202、203经由同轴电缆等等连接到两个天线振子或者子阵列，而在中心单元另一侧，线段204、205连接到两个天线振子或者子阵列。

Claims (12)

1.一种用于调整从天线振子的固定阵列发射的波束的方向的设备，其中至少四个天线振子馈送点经由一个平面馈线结构而与一个公共信号源相耦合，该平面馈线结构具有将被连接到所述源的源连接端子(101)和至少四个将被连接到所述天线振子馈送点的馈线连接端子(102a，103a，104a，105a)，所述馈线结构沿着一个主方向(A)而在距所述馈线结构的至少一侧上的一个固定接地板一定距离处延伸并且与该固定接地板平行，其中一个可移动电介质体(111)位于所述馈线结构和所述接地板之间，从而改变所述源连接端子与各个馈送连接端子之间传送的信号分量的激励相位，所述电介质体可沿主方向移动以影响所述信号分量的一个受控相位偏移从而调整波束方向，其特征在于：

-所述的馈线结构被配置为具有至少四条线段(102，103，104，105)的星形结构，这些线段从位于所述星形中心的所述源连接端子(101)延伸到所述馈送连接端子，

-大体沿着所述主方向(A)的一个第一方向上延伸的至少一个第一线段(102)和一个第二线段(103)，

-大体沿与第一方向相反的一个第二方向上延伸的至少一个第三线段(104)和一个第四线段(105)，

-所述电介质体(111)具有第一电介质体部分(113)以及一个第二电介质体部分(114)，该第一电介质体部分位于邻近所述第一和第三线段的位置并具有第一有效介电值，该第二电介质体部分位于邻近所述第二和第四线段的位置并具有不同于所述第一有效介电值的第二有效介电值，以及

-所述的电介质体(111)可以在保持第一和第二电介质体部分(113，114)接近于各对反向延伸的线段(102，104和103，105)的情况下在两个端位置之间线性移动。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述电介质体(111)被拉伸，并且具有一个超出所述两个端位置之间距离的长度。

3. 如权利要求1或2所述的设备，其中所述馈线结构被构造成具有四条实际等长的线段(102，103，104，105)的字母“H”的形状。

4.如权利要求1至3中任何一个所述的设备，其中一个馈送导体(106)从设备一端的馈送端子(106a)沿着四条线段中两条线段(104，105)的方向延伸到所述中心连接端子(101)。

5.如权利要求1至4中任何一个所述的设备，其中所述电介质体的第一和第二电介质部分(113，114)在沿着其各自长度的至少一个主方向上具有不同的几何横截面。

6.如权利要求1至5中任何一个所述的设备，其中所述电介质体的第一和第二电介质部分(113，114)具有互不相同的几何不规则性，由此使得有效介电值不同。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述不规则性包括凿孔(115)。

8.如权利要求6所述的设备，其中所述的凿孔(115)从所述线段横向延伸到接地板。

9.如权利要求1至8中任何一个所述的设备，其中所述电介质体的第一和第二电介质体部分是用介电常数不同的不同材料来制造的。

10.如权利要求1至9中任何一个所述的设备，其中所述平面馈线结构包括位于密闭细长外壳(10)中相互平行的上壁和下壁(21和31)之间的带状线段(102，103，104，105)，所述的上壁和下壁充当所述接地板。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述电介质体的每个电介质体部分(113，114)都包括一个上半部(113a，114a)和下半部(113b，114b)，所述上半部位于带状线与顶壁之间，而所述下半部位于带状线与底壁之间。

12.如权利要求1至11中任何一个所述的设备，其中所述电介质体可以借助一个固定在所述电介质体(111)上的移动转移构件(120)移动，所述移动转移构件穿过所述细长(外壳)中的纵向狭槽(121)，并且可以从所述外壳之外被机械移动。

Images