CN1558468A

CN1558468A - 波束调整装置

Info

Publication number: CN1558468A
Application number: CNA2004100152424A
Authority: CN
Inventors: 维克托; 迪奥
Original assignee: GUANGZHOU EYECOM TELECOMMUNICATIONS CO Ltd
Current assignee: GUANGZHOU EYECOM TELECOMMUNICATIONS CO Ltd
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: CN1558468B

Abstract

本发明的波束调整装置包括输入端口、至少两个输出端口、将所述输入端口和输出端口连接起来的馈线网络、底盘和位于所述馈线网络与所述底盘之间的设有孔眼的可移动绝缘片，其特征在于，所述馈线网络具有连接点和延迟结构，所述延迟结构与所述可移动绝缘片的移动方向成一倾角。本发明可以在波束调整装置的输出之间增加可变相移值，使天线阵列波束的可变俯角增加，但同时保持一个相对整体性的设计，并且保持相移与绝缘片位置线性相关。

Description

波束调整装置

技术领域

本发明涉及基站天线技术，尤其涉及一种波束调整装置。

背景技术

传统的可调谐天线单元由功率分配器，变压器，相位调整器组成，层叠分布在高性能天线中，这些部件都是互相紧密联系的，有时要形成一个理想的波束形状很不现实，因此规范的波束形成网络被建议用来解决这些问题。

目前，在现有技术一，US5949303中描述了调整天线阵列中一个波束俯角的网络，已知的装置包括底盘，分支带状线，此线包含弯曲状的回线及可移的绝缘片，绝缘片放置在底盘及带状线之间。可移绝缘片可盖住带状线的一部分。带状线朝着绝缘片活动的同一方向拉长，并有弯曲状的一部分。绝缘片的前侧边缘凹进去一级，这样设计是为了将馈线所辐射的天线电波能量反射减小到最少量。信号部件的传递速度由对应的带状线及底盘之间的绝缘片的作用而减小。对应的，从纵向将绝缘片取代，不同的装置输出的相位差距就能得到控制。此现有技术有如下缺点：首先，带状线结构基本上是由弯曲状回线及几个回线纵向延伸配置而成，由于弯曲的回线都是彼此平行的，所以这个装置横向比较宽；其次，输出中断的相对位置会对分布造成约束，在某些实际应用中会与波束形成网络的实际相矛盾。

在现有技术二，WO 02/35651 A1中阐述了波束调整的另一个装置，这个装置包括两个由侧壁相互连接的底盘，带状线配置成星形结构，此结构为最少由四个线体从中心连接，终端(位于星形中央)发散延伸并连接到相应的馈电连接终端，有2个不同主体部分的可移动绝缘体在中心的2个尾端部分，即带状线及底盘之间的范围是不能替换的，第一和第二个主体有不同的几何不规则性，使得有效的绝缘值不同。这些不规则性包括绝缘体上的孔从所谈到的线以横切方向底盘分布延伸的。这一装置横向较窄，比US5949303中描述的装置回损值更佳，但有其他缺点；这装置有第二个底盘及侧壁，绝缘体有两部分，分别装置在带状线上下。在这个装置的输出和线状天线阵列的辐射体之间需要一根附加的电缆做连接。因此，此装置就比US5949303中的装置结构更加复杂。

在现有技术三，WO 03/019723中提到的拥有一个完整的相位调整器的可调天线馈电网络是最接近此发明的。已知的装置有带状线结构，可以在无附加电缆的情况下将其输出与线状天线阵列的辐射体连接起来，其可移动的绝缘体包含了从带状线结构到底盘横向分布的孔，这些孔形成可移动的相配的变压器并改变馈线的有效绝缘值。

图1为WO 03/019723所阐述的5端口装置图，缺口92比缺口90要窄，这样可以改变在端口61、62的输出之间的可变相移，其数值只是端口61和63输出的一半。当移动棒68在最左边时，与端口61关联的相移为-ΔP在port 62，-2*ΔP在端口63，-3*ΔP在端口64。缺口92比带状线要窄，这些窄的缺口可以很小值的改变有效延迟系数。这样的结果是已知装置有一个小的可变相移值，这是它的缺点所在。

在WO 03/019723还推荐了一个延迟线，这样做的目的是增加一个可变相移值。图2是WO 03/019723中阐述的一个3端口装置图，包括带有回线形的带状线的部分，当绝缘棒移动时，绝缘棒孔的边缘与回环状带状线的平行部分交叉，纵向部分也是同样情况。所以，已知的延迟线使相移及绝缘棒的位置形成非线性相关。

这样，WO 03/019723中提到的装置只能为它的输出之间提供了一个与绝缘棒位置线性相关的小的可变相移值，或者提供一个与。绝缘棒位置非线性相关的大的可变相移值。

发明内容

本发明针对现有技术的缺点，提供了一种波束调整装置。

本发明的波束调整装置包括输入端口、至少两个输出端口、将所述输入端口和输出端口连接起来的馈线网络、底盘和位于所述馈线网络与所述底盘之间的设有孔眼的可移动绝缘片，其特征在于，所述馈线网络具有连接点和延迟结构，所述延迟结构与所述可移动绝缘片的移动方向成一倾角。

在上述装置中：

所述延迟结构由多段首尾相连的馈线组成，所述延迟结构的倾角为各段馈线与所述可移动绝缘片的移动方向的锐夹角。

所述馈线网络为树状层次结构，所述连接点两侧设有延迟结构，同一层连接点的延迟结构的倾角相同，后一层连接点的延迟结构的倾角大于前一层连接点的延迟结构的倾角；所述的可移动绝缘片在对应所述的每一连接点处设有长孔和位于所述长孔两侧的短孔。

所述输出端口为两个，在输出端口6、7与所述馈线网络中的连接点3之间分别设置有延迟结构5、5a；所述的可移动绝缘片在对应所述连接点3处设有长孔12和位于长孔两侧的短孔13。

所述的输出端口为4个，在第一连接点20与第二连接点22、第三连接点23之间分别设置有第一延迟结构19、19a，在输出端口15、16与第二连接点22之间分别设置有第二延迟结构21、21a，在输出端口17、18与第三连接点23之间分别设置有第二延迟结构21、21a；组成所述第一延迟结构19、19a的馈线与所述可移动绝缘片的移动方向的夹角A1小于组成所述第二延迟结构19、19a的馈线与所述可移动绝缘片的移动方向的夹角A2；所述的可移动绝缘片在对应所述第一连接点20处设有长孔31和位于长孔31两侧的短孔33，在对应第二连接点22、第三连接点23处分别设有长孔32和位于长孔32两侧的短孔34。

所述馈线网络的至少一根馈线有可变宽度的转换器部分。

所述可移动绝缘片至少有一个转换器部分。

所述的转换器部分靠近所述连接点的两侧。

在所述馈线网络之上还有第二底盘。

所述可移动绝缘片的孔眼比延迟结构宽。

本发明可以在波束调整装置的输出之间增加可变相移值，使天线阵列波束的可变俯角增加，但同时保持一个相对整体性的设计，并且保持相移与绝缘片位置线性相关。

附图说明

图1是现有技术三的5端口装置结构示意图；

图2是现有技术三具有延迟结构的3端口装置结构示意图；

图3是本发明实施例一的结构示意图；

图4是图3中所示的A-A剖面图；

图5是图3中所示B-B剖面图；

图6是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

参见图3，所示的是一个3端口波束调整装置，导电条2至5形成馈线网络，这些导电条可以由导电片(如黄铜，红铜)或PCB切成以蚀刻或粘贴样品，用激光切片。波束调整装置包括输入端口1、端口1与连接3之间的条2、转换器(4，4a)、延迟线(5，5a)、输出端口6、输出端口7、放置在底盘8和底盘9之间的可移动的绝缘片10和固定的绝缘棒11，可移绝缘片10包含长孔12和短孔13。为了便于查看，图中馈线网络2-5在穿过底盘9上的支撑绝缘底质时是实体显示的。长孔12在绝缘片10中可以改变馈线的有效值，并且有明确定义的方位和尺寸，这些都是根据输出端口6与7的输出之间所需的相位关系来决定的。绝缘片10的移动可同时在输出端口6和7提供相移调整。短孔13可为馈线网络形成移动的与电路相配的转换器。

参见图4，显示了图3中沿着A-A的剖面结构，在此部分中，可移的绝缘片10没有孔，所以绝缘材料可以填满金属底盘9和条状线5之间的空缺，但仍有小的空气可以透过的小细缝。

参见图5，显示了图3中沿着B-B的剖面结构，在此处，可移绝缘片10有长孔12，所以在条状线5和金属底盘9之间，空气完全可以透过。

在图4和图5都显示了馈线网络2-5放置在底盘9和底盘8之间，可移绝缘片10放置在馈线网络和底盘9之间，绝缘棒11使底盘8和底盘之间保持固定距离。

实施例二

参见图6，显示的是一个5端口的波束调整装置，该装置有一个主输入端口14和输出端口15、16、17和18。横截面图大致如实施例一中的3端口装置(如图4、5所示)。但是，相对于3端口装置的布局，延迟装置19、19a是放置在第一个连接20后的，由馈线片组成，在馈线片和绝缘片24活动方向之间有角A1，比延迟结构21处的A2小，21a放置在22和23的第二个连接处后。在延迟结构19、19a，21、21a，馈线片与绝缘片24活动方向之间的角度是选定的，所以绝缘片24在一定范围内的改变就会以一定方式改变端口15-18的相位关系，这些都是由输出端口间所需要的相移决定的。在条状导体的每个连接处要提供所需的功率，就要在分布网络里加入与电路相配的转换器，转换器由图6中的条状导体构成。固定的与电路相配的单元如以下例子所示：靠近连接20的25、26部分，靠近连接22的27、28部分，靠近连接23的29、30部分。与电路相配是通过将馈线部分25-30的尺寸改变而得到的。这些与电路相配的部分的尺寸是经过选择的，以便使连接20，22，23的信号发射最小。可移绝缘片上的长孔31和32可以改变馈线的有效值，并拥有明确的位置和尺寸。绝缘片的移动还能在输出端口15-18处提供同时的相移调整。短孔33和34为馈线网络形成可移的与电路相配的转换器。

如此一来，该波束调整装置就为天线阵列提供了一个波束形成网络，包括电控辐射方式，波束形状和方向。这样的安排方式可将可调的多道相位转换器和功率分配器联合成一个条状整体。

本实施例的5端口波束调整装置的工作原理(也适用于3端口装置及任何端口装置)：

为了控制波束的方向和天线阵列的形状，我们需要在辐射单元之间提供一定的相位关系。相位关系需要多变化，以适应之后的控制和波束方向的改变。5端口装置的波束调整装置将会以天线转换模式来加以阐述。最佳方式是天线同时也能在接收模式中使用或同时在转换和接收两个模式中。

从输入14(图6)中传出的信号通过连接20传递到与阻抗相配的转换器25和26，然后再传到延迟结构19和19a。在连接20处，信号被分离，并通过后面的馈线和一系列的分解器传递到4个输出端口15-18。辐射单元(未显示)在使用中是与4个端口15-18连接起来的，这些输出端口的振幅和相位关系决定了波束的形状和方向，天线就是照着这个方向放射出波束的。在波束方向与水平面之间的角一般都认为是下调俯角的角度。通过在每一对相邻的输出端口制出一个最大相位转换ΔP，波束可以被导向最大的下调俯角方向。

这个装置的尺寸是根据图6中位于最左边时的绝缘片24来选定的。端口15-18都是同相的(即ΔP为零)。将绝缘片4移向右边，由于长孔31和34相对延迟线改变了位置，同时也改变了延迟线19、19a，21、21a的绝缘长度对于图6中，在连接20和23之间的延迟线19a，移动绝缘片24至右边便会减少盖住绝缘片4的延迟线19a的长度，并同时减少连接20和孔31右边缘之间的延迟线19a的长度。由于绝缘片的电容率ε_r比孔31中空气的电容率要高，所以移动绝缘片4至右边可以减少有较高电容率的延迟线19a的长度，同时增加较低ε_r的长度这样可减少在20-23之间的相位差异ΔP。

对于连接20和22之间的延迟线19，移动绝缘片24至右边便增加这个覆盖住绝缘片4的延迟线的长度，同时减少在连接20和长孔31之间的延迟线的长度。

由于绝缘片的电容率ε_r要比孔32的空气电容率高，移动绝缘片至右边便可以减少有较高电容率的馈线21a的长度，增加有较低电容率的馈线长度这样可以减少在连接22和输出16之间的一个相位差异ΔP对于在连接22和输出15之间的延迟线21，移动绝缘片24至右边便可增加这个覆盖着绝缘片24的馈线的长度，并同时减少在连接22和孔32左边缘之间的延迟线的长度。这样就可以增加连接22和输出15之间的相位差异。同时移动绝缘片24至右边减少了连接23和输出18之间的相位差异ΔP并以同样方式增加了连接23和输出17之间的相位差异ΔP。

延迟结构19、19a，21、21a是由馈线片构成的，放置在绝缘片24活动方向的相对倾斜处，尾端互相连接，在绝缘片上的孔31、32比延迟结构宽度要宽。这个馈线的形状产生的结果是，移动绝缘片24一段距离ΔL就将孔31、32边缘沿着馈线移了一段距离ΔL1＝ΔL/cos(A1)，A1是馈线轴和绝缘片运动方向之间的角。这样，一个可变的相移就与绝缘片的位置线形相关，一个天线阵列就可得到更多的可变的下调俯角，但同时还能保持一个相对整体的设计。

延迟结构19，19a放置在第一个连接20之后，由馈线片组成，在它的轴和绝缘片的活动方向之间有角度A1；延迟结构21，21a放置在第二个连接22和23之后，由在它的轴和绝缘片活动的方向之间有个角A2。角A1和A2都是选定的，这样延迟线21和21a的延迟系数就比19和19a的要小两倍，这样仅用连接20和22之间一半的量就可以改变在输出15和16之间的可变相移。为了达到在延迟系数cos(A2)/cos(A1)之间的比率，这个值大概要为2。同时在输出17和18之间的可变相移就相当于20和23之间数量的一半了。因此，随着可移绝缘片移到最右位置时，与端口15相对的相移就是在端口16为ΔP，在端口17处为2*ΔP，在端口18处为3*ΔP。

相移ΔP的数值同时还由绝缘片24所采用的材料的电容率所决定，绝缘材料的电容率影响信号在馈线网络中穿越的相位速率。特别地，电容率越高，相位速率就越低。

本发明的上述实施例分别公开了3端口、5端口和8端口的波束调整装置，但并不限于上述实施例，更多端口或者实现方式与本发明雷同的技术同样为本发明的保护范围。

Claims

1、一种波束调整装置，包括输入端口和至少两个输出端口、将所述输入端口和输出端口连接起来的馈线网络、底盘和位于所述馈线网络与所述底盘之间的设有孔眼的可移动绝缘片，其特征在于，所述馈线网络具有连接点和延迟结构，所述延迟结构与所述可移动绝缘片的移动方向成一倾角。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述延迟结构由多段首尾相连的馈线组成，所述延迟结构的倾角为各段馈线与所述可移动绝缘片的移动方向的锐夹角。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述馈线网络为树状层次结构，所述连接点两侧设有延迟结构，同一层连接点的延迟结构的倾角相同，后一层连接点的延迟结构的倾角大于前一层连接点的延迟结构的倾角；所述的可移动绝缘片在对应所述的每一连接点处设有长孔和位于所述长孔两侧的短孔。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可移动绝缘片的孔眼比延迟结构宽。

5、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述输出端口为两个，在输出端口(6)、(7)与所述馈线网络中的连接点(3)之间分别设置有延迟结构(5)、(5a)；所述的可移动绝缘片在对应所述连接点(3)处设有长孔(12)和位于长孔两侧的短孔(13)。

6、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的输出端口为4个，在第一连接点(20)与第二连接点(22)、第三连接点(23)之间分别设置有第一延迟结构(19)、(19a)，在输出端口(15)、(16)与第二连接点(22)之间分别设置有第二延迟结构(21)、(21a)，在输出端口(17)、(18)与第三连接点(23)之间分别设置有第二延迟结构(21)、(21a)；组成所述第一延迟结构(19)、(19a)的馈线与所述可移动绝缘片的移动方向的夹角A1小于组成所述第二延迟结构(19)、(19a)的馈线与所述可移动绝缘片的移动方向的夹角A2；所述的可移动绝缘片在对应所述第一连接点(20)处设有长孔(31)和位于长孔(31)两侧的短孔(33)，在对应第二连接点(22)、第三连接点(23)处分别设有长孔(32)和位于长孔(32)两侧的短孔(34)。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述馈线网络的至少一根馈线有可变宽度的变换器部分。

8、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可移动绝缘片至少有一个变换器部分。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的变换器部分靠近所述连接点的两侧。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述馈线网络之上还有第二底盘。