SE519751C2 - Anordning för lobinställning - Google Patents

Description

lO l5 20 30 519 751 2 . . . . . | relativt bred i tvärriktningen. Därför är anordningens totaldimensioner relativt stora.

Sammanfattning av uppfinningen Mot denna bakgrund är det ett huvudsyfte för föreliggande uppfinning att tillhandahålla en dylik anordning med en matningsledningsstruktur som ger låga förluster och som är mindre och billigare att tillverka än den tidigare kända anordningen.

Detta syfte uppnås för en anordning med de särdrag som anges i patentkrav 1. I enlighet därmed är matningsledningsstrukturen normalt konfigurerad som en stjärna med åtminstone fyra ledningssegment som utgår sig från en källanslutningsterminal, i centrum av stjärnan, till respektive matningsanslutningsterminal. Åtminstone två ledningssegment sträcker sig väsentligen i en första riktning längs anordningens huvudriktning, och två ytterligare ledningssegment sträcker sig väsentligen i motsatt riktning.

Den dielektriska kroppen är uppdelad i olika delar som har olika faktiska dielektriska värden. En första kroppsdel är placerad i närheten av ett första ledningssegmentspar som sträcker sig ät motsatta håll, och en andra kroppsdel är placerad i närheten av ett andra ledningssegmentspar, som på samma sätt sträcker sig åt motsatta håll. På detta sätt är det möjligt att uppnå en fasvinkeldifferens även om ledningssegmenten har huvudsakligen samma längd. Företrädesvis är matningsledningsstrukturen uppbyggd som bokstaven ”H” med fyra ledningssegment av huvudsakligen samma längd.

Skillnaden i ”faktiskt dielektriskt värde” kan uppnås på olika sätt. De två kroppsdelarna kan vara utformade av olika material med olika dielektriska konstanter. Alternativt, eller 23806 svensk översättning; 02-02-21 H. m» lO 15 20 k) (Il 30 519 751 därutöver, kan de två kroppsdelarna ha olika geometriska tvärsnitt längs åtminstone en huvudsaklig del av deras respektive längder, t.ex. en skillnad i tjocklek.

Företrädesvis kan som ett ytterligare alternativ de två kroppsdelarna ha inbördes olika geometriska ojàmnheter vilket gör de faktiska dielektriska värdena olika. Sådana ojämnheter kan innefatta hål, som t.ex. utsträcker sig i en tvärriktning från respektive ledningssegment till jordplanet.

Företrädesvis kan matningsledningsstrukturen innefatta bandledningssegment placerade mellan topp- och bottenväggar i ett slutet làngsträckt hölje, där topp- och bottenväggarna tjänar som jordplan. Varje kroppsdel kan sedan innefatta övre och nedre delar placerade över respektive under bandledningssegmenten.

Dessa och andra särdrag hos uppfinningen kommer att framgå av nedanstående detaljbeskrivning.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hänvisning till de bifogade ritningarna, vilka illustrerar några föredragna utföringsformer.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar anordningen enligt uppfinningen i perspektivvy; Fig. 2 visar anordningen i fig. 1 i ändvy; Fig. 3 visar ett centralt längssnitt genom anordningen i fig. l; Fig. 4 visar en planvy över anordningen i fig. 1 med en toppvägg av höljet borttagen; 23806 svensk översättning; 02-02-21 \ . 1 - 1 . v lO l5 20 30 '519 751 4 « f - . - . , ~ . f.

Fig. 5 visar ett tvärsnitt genom anordningen i fig. 1; Fig. 6 visar ett tvärsnitt genom en modifierad version av anordningen i fig. 1, och Fig. 7 visar en andra utföringsform av anordningen, innefattande en annan matningsledningsstruktur.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Den i fig. 1 och 2 visade anordningen innefattar ett längsträckt lådformigt hölje 10 bestående av en övre del 20, en undre del 30, gavlar 40, 50 och en matningsledningsstruktur, allmänt betecknad 100, inuti höljet 10.

Höljet 10 är av den allmänna typ som beskrivs i den internationella patentansökningen PCT/SE0l/01952 med titeln ”Shielded Housing” (Allgon AB).

Höljets övre del 20 innefattar en väsentligen plan toppvägg 21 och, integrerad därmed, två nedätriktade i längdriktningen förlöpande yttre sidflänsar 22, 23. Höljets nedre del 30 innefattar en väsentligen plan bottenvägg 31 och, integrerade med de längsgående kantdelarna på bottenväggen 31, inre sidflänsar 32 och 33. Dessa inre sidflänsar 32, 33 är dimensionerade för att skapa kontakt, väsentligen över deras hela yttre yta, med de inre ytorna på de yttre sidflänsarna 22, 23. Såsom beskrivits i nämnda PCT~ansökan uppnås sådan ytkontakt oberoende av de exakta dimensionerna på de övre och nedre delarna om dessa dimensioner ligger inom vissa gränser under tillverkning av anordningen. Höljets topp~ och bottenväggar 21 och 31 hålls på ett förutbestämt väldefinierat 23606 svensk översättning; 02-02-21 .u .Ma , » « . . .. lO l5 20 Ex) (Il 30 '519 751 - . » . . - ömsesidigt avstånd definierat av respektive gavel 40, 50 såsom beskrivits i detalj i nämnda PCT-ansökan.

Höljet 10 rymmer en matningsledningsstruktur 100 och en rörlig dielektrisk kropp 111 som tjänar som en anordning för att stålla in lobriktningen som utstrålas från en stationär uppsättning antennelement (ej visad) ansluten till anordningen.

I den visade utföringsformen är matningsledningsstrukturen 100 konfigurerad som bokstaven ”H” med en central källanslutningsterminal 101, första och andra raka lednings- segment 102, 103 som sträcker sig i en första riktning längs anordningens huvudriktning A, och tredje och fjärde raka ledningssegment 104, 105 som sträcker sig i en andra riktning motsatt den första riktningen. Varje matningsledningssegment är anslutet till en tillhörande matningsanslutningsterminal 102a, 103a, 104a respektive 105a. Se även fig. 4.

Källanslutningsterminalen 101 är anslutningsbar till en signalkälla genom en matningsledare 106, vilken sträcker sig centralt mellan de två ledningssegmenten 104, 105 och är ansluten till en matningsterminal 106a.

I drift är matningsterminalen 106a ansluten, t.ex. via en koaxialkabel, till såndtagarkretsar (ej visat), t.ex. ingående i en basstation i ett cellulårt mobilt telefonsystem.

Matningsledningsterminalerna l02a, 103a, l04a, 105a är å andra sidan anslutna, t.ex. via fyra koaxialkablar, till tillhörande antennelement eller underuppsättningar, t.ex. antennelementpar anordnade i en stationär uppsättning, normalt en linjär rad, i i en basstationsantenn. Företrädesvis har en antenn, t.ex. transmissionsledningarna mellan respektive 23806 svensk översättning; 02-02-21 - - » I . o . : « » = . 1 lO 15 20 25 30 5190751 6 matningsanslutningsterminal och tillhörande antennelement sådana längder att fasförskjutningen, från källanslutningsterminalen till respektive antennelement eller underuppsättning, normalt är olika för vart och ett av de fyra antennelementen eller underuppsättningarna. Dessutom kan dessa skillnader justeras genom matningsledningsstrukturen 100 med en förskjutbar dielektrisk kropp inuti höljet 10, vilket kommer att beskrivas nedan.

Med hänvisning till fig. 3 och 4, kommer en mikrovägssignal som uppträder på matningsterminalen 106a att utbreda sig längs den centrala matningsledningen 106 till den centralt belägna källanslutningsterminalen 101. För att gradvis matcha impedansen till impedansvärdet vid förgreningspunkten breddas matningsledningen 106 stegvis mot källanslutningsterminalen.

Vidare finns det övre och nedre stationära dielektriska element 109, 110, närliggande terminalen 101, som tjänar till att ytterligare matcha impedanserna för de fyra matningsledningssegmenten 102, 103, 104, 105 som elektriskt sträcker sig parallellt från källanslutningsterminalen 101 till de fyra matningsledningsterminalerna 102a, 103a, 104a, 105a. Tack vare de dielektriska elementen 109, 110 kan impedansmatchning uppnås utan att göra matningsledningen 106 extremt bred i närheten av källanslutningsterminalen 101.

Därigenom kan bredden pä höljet 10 vara relativt liten för att reducera anordningens totaldimensioner. Dessa dimensioner kan även reduceras av andra anledningar, vilket kommer att beskrivas vidare nedan.

Matningsledaren 106 och matningsledningssegmenten 102, 103, 104, 105 är utformade som bandledningar (strip lines) mellan topp- och bottenväggarna 21 och 31, där de senare väggarna tjänar som jordplan. Se även fig. 5 och 6. 23806 svensk översättning; 02-02»2l lO 15 20 25 30 '519 751 7 Jämfört med mikrobandutföringsformer (micro strip) har bandlednings-strukturen ett flertal fördelar. För det första kan anordningen göras kortare och smalare. Den reducerade bredden uppnås på grund av att bandledningarna normalt är smalare än motsvarande mikrobandledningar (med samma impedans och jordplansavstånd), och de parallella ledningssegmenten kan placeras närmare varandra utan individuell koppling, eftersom den dubbla jordplanskonfigurationen begränsar kopplingen mellan närliggande, parallella ledare mer effektivt. Dessutom kan dielektriskt material vara anordnat över och under varje band så att i princip hela det elektriska fältet går igenom det dielektriska materialet. Därigenom kan längden i längsriktningen reduceras för en given fasvinkeldifferens.

För det andra uppkommer inte några problem med oäkta strålning eftersom hela strukturen är innesluten i en skårmad låda eller ett hölje 10. För det tredje kan det dielektriska materialet över och under bandet tjäna som distanselement för att hålla handledningen på plats.

I enlighet med föreliggande uppfinning är en sammanhängande kropp 111 bestående av dielektriskt material anordnad mellan höljets väggar 21, 31 och matningsledningssegmenten 102, 103, 104, 105 för att påverka utbredningshastigheten och fasförskjutningen för signalkomponenterna som överförs utmed respektive ledningssegment. Den dielektriska kroppen 111 är linjärt förskjutbar längs anordningens längdriktning A mellan två ändpositioner, varav den ena är den heldragna positionen i fig. 4 och den andra är positionen som antydes med streckade linjer 111' (upptill på ritningen). 23806 svensk översättning; O2~O2-2l = ; ~ 1 .- lO l5 20 fd LD 30 519 751 Den dielektriska kroppen 111 innefattar två längsgående siddelar sammankopplade av en tvärgående kroppsdel 112, nämligen en första kroppsdel 113 placerad längs det första och det tredje ledningssegmentet 102, 104 och en andra kroppsdel 114 placerad längs det andra och det fjärde ledningssegmentet 103, 105. Den totala längden för den dielektriska kroppen 111 är något större än avståndet mellan ändpositionerna indikerade i fig. 4. Dessutom är dimensionerna sådana, att varje kroppsdel 113, 114 alltid är placerad i ett längsgående område nära kållanslutningsterminalen 101 så att dess änddelar 113', 113” respektive 114', 114” är belägna i närheten av respektive linjesegment 102, 104, 103, 105. Enligt uppfinningen har de två kroppsdelarna 113, 114 olika faktiska dielektriska värden.

I den illustrerade utföringsformen uppnås detta genom att huvuddelen av den andra kroppsdelen 114 är solid, medan den första kroppsdelen 113 är försedd med en rad genomgående hål 115 så att den hämmande effekten för det dielektriska materialet är större i den andra kroppsdelen 114 än i den första kroppsdelen 113. I den visade utföringsformen har varje kroppsdel 113, 114 en övre del 113a, l14a och en nedre del 113b, 114b (fig. 5). Dessa övre och nedre delar tjänar även som distanselement mellan matningsledningssegmenten och de övre och nedre väggarna 21, 31 på höjet.

De längsgående änddelarna 113', 113", 114', 114” på de två dielektriska kroppsdelarna 113, 114 är försedda med urtag 116, 117 respektive hål 118, 119 för att tillhandahålla en impedansomvandling mellan de centrala delarna innehållande dielektriskt material och de luftfyllda utrymmena på de båda längsgående sidorna av den dielektriska kroppen 111.

På ett sätt likt det som förklarats i det ovannämnda dokumentet WO 96/37922 (Allgon) kommer fasvinkelskillnader 23806 svensk översättning; O2-O2f2l 10 l5 20 Ex) (Il 30 519 751 mellan signalkomponenterna vid matningsanslutningsterminalerna 102a, 103a, 104a, 105a att bero på den faktiska positionen för den dielektriska kroppen 111. När den dielektriska kroppen 111 har förskjutits en viss sträcka kommer fasförskjutningarna för alla fyra signalkomponenter att ändras likformigt. Således kommer fasvinkeldifferensen mellan de olika terminalerna som hör till respektive antennelement (eller underuppsättningar) alltid att vara inbördes desamma. Alltså är fasvinkeldifferenserna mellan terminalerna 103a och 102a, mellan terminalerna 102a och 104a, och mellan terminalerna 104a och 105a desamma. Därför kommer den sammansatta loben frän de fyra antennelementen kopplade till dessa terminaler alltid att ha en vägfront som väsentligen har formen av en rak linje, och lutningen pä denna vägfront kan ställas in genom att förskjuta den dielektriska kroppen 111 till en annan position i anordningens längdriktning.

För att möjliggöra en kontrollerad förskjutning av den dielektriska kroppen 111 är en rörelseöverföringsdel 120 fästad vid den dielektriska kroppen 111, vilken rörelseöverföringsdel utskjuter genom en längsgående slits 121 i bottenväggen 31 på höljet 10. Delen 120 är ansluten till en slid 122, vilken är styrd i längsriktningen i profilerade spår 123 formade pä undersidan av bottenväggen 31. Sliden 122 kan manövreras efter önskan för inställning av lutningsvinkeln på antennloben.

Det inses att det finns olika sätt att uppnå en skillnad i effektivt dielektriskt värde för de tvä kroppsdelarna 113 och 114. Ett alternativ till häl är att göra tjockleken för de två delarna 113, 114 olika, vilket visas i fig. 6 där den andra kroppsdelen 214a, 214b är mycket tunnare än den första kroppsdelen 213a, 213b. 23806 svensk översättning; O2~O2-21 10 15 20 25 30 519 751 10 Den visade utföringsformen med hål 115 i en av kroppsdelarna är fördelaktig av det skälet, att de två kroppsdelarna 113, 114 har samma totaltjocklek och tjänar som effektiva distanselement mellan matningsledningssegmenten och höljets väggar.

Naturligtvis kan andra typer av oregelbundenheter användas i stället för hål, såsom urtag som utsträcker sig endast delvis genom materialet i en tvärriktning. Längsgående slitsar eller liknande är också möjliga.

Företrädesvis har det dielektriska materialet en hög dielektrisk konstant. Ett lämpligt material är IXEF 1032 (tillverkat av SOLVAY, Belgien), vilket har en dielektrisk konstant på 4,5. Företrädesvis bör den dielektriska konstanten för det dielektriska materialet vara i intervallet mellan 2 och 6.

Generellt gör låga dielektriska konstantvärden hela strukturen längre, eftersom skillnaden i elektrisk längd är mindre mellan en luftledning och en ledning med dielektriskt material under och över. Ett för högt värde på den dielektriska konstanten gör á andra sidan impedansskillnaden så stor, att multipla omvandlingssektioner 1l3', 113", etc. kan vara nödvändiga för att uppnå god impedansmatchning, med åtföljande ökad längd.

Ett högre värde på dielektriska konstanten gör också konstruktionen mer känslig för tjocklekstoleransberoende luftgap mellan bandledningarna och det dielektriska materialet.

Den centrala källanslutningsterminalen kan själv tjäna som en matningsanslutningsterminal för direkt anslutning till ett 23806 svensk översättning; O2~O2-2l . . . , . , , lO l5 20 25 519 751 ll antennelement. Dessutom kan det finnas fler än fyra matningsledningssegment som sträcker sig i stjärnkonfiguration från centralkällanslutningsterminalen, t.ex. tre matningsledningssegment i varje motsatt riktning med tillhörande dielektriska kroppsdelar med inbördes olika effektiva dielektricitetsvärden.

En modifierad utföringsform av matningsledningsstrukturen visas i fig. 7 där motsvarande delar är betecknade med beteckningarna 201 etc. i stället för 101 etc. (fig. 3 och 4).

Den förskjutbara dielektriska kroppen 211 med siddelar 213, 214 täcker (partiellt) endast de fyra ledningssegmenten 202, 203, 204, 205, medan matningsledaren 206 och ett femte ledningssegment 207 sträcker sig fritt inuti höljet med luftgap till topp- och bottenväggarna 21, 31 (fig.2).

Det femte ledningssegmentet 207 är anslutet till ett centralt beläget antennelement. Fasvinkeln för signalkomponenten som när detta centralt belägna antennelement (ej visat) eller underuppsättning är oberoende av den faktiska positionen för den förskjutningsbara dielektriska kroppen 211.

Ledningssegmenten 202, 203 är anslutna, t.ex. via koaxialkablar, till två antennelement eller underuppsättningar på den ena sidan av centralelementet och ledningssegmenten 204, 205 är anslutna till två antennelement eller underuppsättningar på den andra sidan av centralelementet. 23806 svensk översättning; 02-02~2l . » . . . 1 - X . - > .

Claims (12)

1. lO l5 20 25 30 519 751 l2 PATENTKRAV l. Anordning för inställning av lobriktningen för en lob utstrålad från en stationär uppsättning av antennelement, varvid åtminstone fyra antennelementmatningspunkter är anslutna till en gemensam signalkälla via en plan matningsledningsstruktur med en källanslutningsterminal (lOl) avsedd att anslutas till nämnda källa och åtminstone fyra matningsledningsterminaler (lO2a,lO3a,lO4a,lO5a) avsedda att anslutas till nämnda antennelementmatningspunkter, där nämnda matningsledningsstruktur är làngsträckt i en huvudriktning (A) pà avstånd från och parallellt med ett fast jordplan på åtminstone ena sidan av nämnda matningsledningsstruktur, varvid en rörlig dielektrisk kropp (lll) är placerad mellan nämnda matningsledningsstruktur och nämnda jordplan för att ändra fasen för signalkomponenter som överförs mellan nämnda källanslutningsterminal och respektive matningsanslutningsterminaler, varvid nämnda dielektriska kropp är rörlig i nämnda huvudriktning för att åstadkomma en kontrollerad fasförskjutning för nämnda signalkomponenter för att ställa in nämnda lobriktning, k ä n n e t e c k n a d a v att - nämnda matningsledningsstruktur är konfigurerad som en stjärna med åtminstone fyra ledningssegment (lO2,lO3,l04,l05) som utgår från nämnda källanslutningsterminal (lOl) i centrum av nämnda stjärna, till nämnda matningsanslutningsterminaler, - åtminstone ett första ledningssegment (lO2) och ett andra ledningssegment (lO3) sträcker sig huvudsakligen i en första riktning längs nämnda huvudriktning (A), - åtminstone ett tredje ledningssegment (104) och ett fjärde ledningssegment (105) sträcker sig huvudsakligen i en andra riktning motsatt nämnda första riktning, 23806 svensk översättning; 02-02-21 lO l5 20 25 30 -519 751 13 - nämnda dielektriska kropp (111) har en första kroppsdel (113), som är placerad i närheten av nämnda första och tredje ledningssegment och har ett första faktiskt dielektriskt värde, och en andra kroppsdel (114), som är placerad i närheten av nämnda andra och fjärde ledningssegment och med ett andra faktiskt dielektriskt värde skilt från nämnda första faktiska dielektriska värde, och - nämnda dielektriska kropp (111) är linjärt förskjutbar mellan två ändpositioner samtidigt som nämnda första och andra kroppsdelar (l13,l14) hålls i närheten av respektive par av ät motstäende häll förlöpande ledningssegment (102,104 och 103, 105).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda dielektriska kropp (111) är längsträckt och har en längd som överskrider avståndet mellan nämnda två ändpositioner.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda matningsledningsstruktur är konfigurerad som bokstaven ”H” med fyra ledningssegment (102,103,104,l05) av väsentligen samma längd.

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k- n a d av att en matningsledare (106) sträcker sig från en matningsterminal (106a) vid ena änden av anordningen längs två (104,105) av nämnda fyra ledningssegment till nämnda källanslutningsterminal (101).

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k- n a d a v att nämnda första och andra kroppsdelar (113,114) av nämnda dielektriska kropp har olika geometriska 23806 svensk översättning; 02-02-21 10 15 20 25 30 519 751 14 tvärsnitt utmed åtminstone en huvuddel av deras respektive längd.

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k. n a d a v att nämnda första och andra kroppsdelar (113,114) av nämnda dielektriska kropp har inbördes olika geometriska ojämnheter som gör de effektiva dielektriska värdena olika.

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ojämnheter innefattar hål (115).

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda hål (115) sträcker sig i en tvärriktning från nämnda ledningssegment till nämnda jordplan.

9. Anordning enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k- n a d a v att nämnda första och andra kroppsdelar av nämnda dielektriska kropp är utformade av olika material med två olika dielektriska konstanter.

10. Anordning enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k- n a d a v att nämnda plana matningsledningsstruktur innefattar bandledningssegment (102,103,104,105) placerade mellan inbördes parallella topp- och bottenväggar (2l,3l) av ett slutet utsträckt hölje (10), där nämnda topp- och bottenväggar tjänar som nämnda jordplan.

11. ll. Anordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v att var och en av nämnda kroppsdelar (l13,114) av nämnda dielektriska kropp innefattar en övre del (113a,114a) och en nedre del (l13b,114b), där nämnda övre del är placerad mellan nämnda bandledningssegment och nämnda toppvägg och nämnda 23806 svensk översättning; 02-02-21 10 519 751 15 nedre del är placerad mellan nämnda bandledningssegment och nämnda bottenvägg.

12. Anordning enligt något av kraven 1-11, k ä n n e- t e c k n a d a v att nämnda dielektriska kropp är rörlig medelst en rörelseöverföringsdel (120) fästad vid nämnda dielektriska kropp (111), varvid nämnda rörelseöverföringsdel utskjuter genom en längsgående slits (121) i nämnda längsträckta hölje och är mekaniskt förskjutbar från utsidan av nämnda hölje. 23806 svensk översättning; 02-O2-21