SE531442C2 - Electromagnetic transmission line arrangement with a phase changer - Google Patents
Electromagnetic transmission line arrangement with a phase changerInfo
- Publication number
- SE531442C2 SE531442C2 SE0800434A SE0800434A SE531442C2 SE 531442 C2 SE531442 C2 SE 531442C2 SE 0800434 A SE0800434 A SE 0800434A SE 0800434 A SE0800434 A SE 0800434A SE 531442 C2 SE531442 C2 SE 531442C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- transmission line
- branch line
- dielectric body
- line arrangement
- dielectric
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/18—Phase-shifters
- H01P1/184—Strip line phase-shifters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/32—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by mechanical means
Description
lO 15 20 25 30 531 442 strålande från andra antennelement kommer att orsaka en ändring i den sammansatta elektromagnetiska strålen. Så genom att förflytta den dielektriska kroppen longitudinellt är det möjligt att ändra riktningen på strålen, till exempel i höjdled, så kallad elektrisk nedlutning ("electrical down tilt"). radiating from other antenna elements will cause a change in the composite electromagnetic beam. So by moving the dielectric body longitudinally, it is possible to change the direction of the beam, for example in height, so-called electrical down tilt ("electrical down tilt").
Vanligtvis sträcker sig en matningsledning till en förbindelsepunkt och därifrån sträcker sig två grenledningar i motsatta riktningar. Den dielektriska kroppen täcker en del av matningsledningen och de motriktade grenledningarna och är förflyttbar longitudinellt, parallellt med de tvâ grenledningarna. När den dielektriska kroppen, vilken är relativt läng (mycket längre än dess bredd), förskjuts longitudinellt kommer signalen att bli ytterligare fördröjd i en grenledning och mindre fördröjd i den andra grenledningen och därmed orsaka att de tillhörande antennelementen utsänder signaler med olika fördröjningar så att den utsända vågen ändrar sin huvudriktning. Ett flertal sådana matningslednings- delar kan anordnas parallellt med varandra, möjligtvis i ett slingrande mönster, för matning av ett önskat antal antennelement.Usually a supply line extends to a connection point and from there two branch lines extend in opposite directions. The dielectric body covers part of the supply line and the opposite branch lines and is movable longitudinally, parallel to the two branch lines. When the dielectric body, which is relatively long (much longer than its width), is displaced longitudinally, the signal will be further delayed in one branch line and less delayed in the other branch line, thus causing the associated antenna elements to transmit signals with different delays so that it transmitted wave changes its main direction. A plurality of such supply line parts can be arranged parallel to each other, possibly in a winding pattern, for supplying a desired number of antenna elements.
Ett exempel på ett sådant transmissionsledningsarrangemang visas i dokument WOZOO6/l30083Al.An example of such a transmission line arrangement is shown in document WOZOO6 / 130083Al.
Ett annat transmissionsledningsarrangemang, enligt känd teknik, visas i JP63296402 där en avsmalnande dielektrisk kropp är förflyttbar vinkelrätt mot en transmissionsledning.Another transmission line arrangement, according to the prior art, is shown in JP63296402 where a tapered dielectric body is movable perpendicular to a transmission line.
Den dielektriska kroppen har formen av en triangel med en hörnpunkt i förflyttningsriktningen. Triangelns bas är relativt kort så att den avsmalnande kroppen har en effektiv bredd (i transmissionsledningens longitudinella riktning) 10 15 20 25 30 531 442 approximativt motsvarande bredden på transmissionsledningen.The dielectric body has the shape of a triangle with a vertex in the direction of travel. The base of the triangle is relatively short so that the tapered body has an effective width (in the longitudinal direction of the transmission line) approximately corresponding to the width of the transmission line.
Med en sådan mycket kort dielektrisk kropp kommer den resulterande signalfördröjningen att vara mycket liten och det blir svàrt att undvika en reflektion på grund av avsaknaden av mått för ingângsimpedansmatchning.With such a very short dielectric body, the resulting signal delay will be very small and it will be difficult to avoid a reflection due to the lack of input impedance matching measures.
Det finns ett önskemål att tillhandahålla en ändring av den strålande mikrovägsstràlen i azimut, det vill säga i sidled relativt en central horisontell riktning från antennen.There is a desire to provide a change of the radiating microwave path in azimuth, i.e. laterally relative to a central horizontal direction from the antenna.
Självfallet kan en sådan ändring erhållas genom att vrida hela antennen mekaniskt eller genom att ändra riktning på alla eller nägra av antennelementen. Dock är detta komplicerat och mycket kostsamt.Of course, such a change can be obtained by turning the whole antenna mechanically or by changing the direction of all or some of the antenna elements. However, this is complicated and very costly.
Det finns därför ett behov av ett kostnadseffektivt sätt att ändra fasen, och möjligtvis också amplituden, av de elektromagnetiska signalerna som propagerar i antennens transmissionsledningsarrangemang. I synnerhet finns det ett behov av ett transmissionsledningsarrangemang med grenledningar som sträcker sig från en förbindelsepunkt till olika vertikala kolumner av antennelement så att det är möjligt att ändra fördröjningen av signalen överförd till en kolumn i relation till signalerna överförda till en annan kolumn.There is therefore a need for a cost effective way to change the phase, and possibly also the amplitude, of the electromagnetic signals propagating in the transmission line arrangement of the antenna. In particular, there is a need for a transmission line arrangement with branch lines extending from a connection point to different vertical columns of antenna elements so that it is possible to change the delay of the signal transmitted to one column in relation to the signals transmitted to another column.
Teoretiskt kan det vara möjligt att arrangera ett antal liknande eller identiska transmissionsarrangemang, enligt känd teknik, hopkopplade i serie, varvid en av dem används för höjdledsfasstyrning i höjdled och en annan används för azimutstyrning. Emellertid skulle ett sådant arrangemang bli oskäligt komplicerat och dyrt.Theoretically, it may be possible to arrange a number of similar or identical transmission arrangements, according to the prior art, interconnected in series, one of them being used for vertical phase control and another being used for azimuth control. However, such an arrangement would be unreasonably complicated and expensive.
KORTFATTAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN lO 15 20 25 30 53 'I 442 Ett huvudsakligt ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett kostnadseffektivt transmissionslednings- arrangemang där justeringen av fasändringen kan ske på ett mer gynnsamt sätt, och där strukturen på det hela är relativt enkel. Detta uppnås på så sätt att den longitudinellt utsträckta dielektriska kroppen, som är längre än Å/4 (Å är våglängden på den elektromagnetiska vågen som propagerar längs med grenledningen i frånvaro av något dielektriskt material), är förflyttbar i sidled relativt grenledningen in i ett fördröjningsläge och åtminstone delvis täcker grenledningen längs dess fulla längd, och att den dielektriska kroppen har en longitudinell fördelning av dess dielektriska material som är anordnad att orsaka, vid förflyttning i sidled in i fördröjningsläget, en styrd fasändring men också att säkerställa, tillsammans med den åtminstone en grenledningen, en ingångsimpedansmatchning av transmissionslednings- arrangemanget.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION I 202 A main object of the present invention is to provide a cost-effective transmission line arrangement where the adjustment of the phase change can take place in a more favorable manner, and where the structure as a whole is relatively simple. This is achieved in such a way that the longitudinally extending dielectric body, which is longer than Å / 4 (Å is the wavelength of the electromagnetic wave propagating along the branch line in the absence of any dielectric material), is displaceable laterally relative to the branch line into a delay position and at least partially covers the branch line along its full length, and that the dielectric body has a longitudinal distribution of its dielectric material which is arranged to cause, when moved laterally into the delay position, a controlled phase change but also to ensure, together with the at least one the branch line, an input impedance matching of the transmission line arrangement.
Uppfinningen tillhandahåller ett otal möjligheter för en antennkonstruktör att anordna en eller flera konduktiva grenledningar som sträcker sig från en förbindelsepunkt, till exempel i ett gaffelliknande mönster parallellt med varandra eller i någon annan konfiguration, och styra signalfasen och fördröjningen av signalen vid varje grenledning så att ett önskat strålningsmönster erhålles från antennelementen som är anslutna till de olika grenledningarna.The invention provides a myriad of possibilities for an antenna constructor to arrange one or more conductive branch lines extending from a connection point, for example in a fork-like pattern parallel to each other or in some other configuration, and control the signal phase and the delay of the signal at each branch line so that a The desired radiation pattern is obtained from the antenna elements which are connected to the various branch lines.
Såsom kommer att framgå nedan finns det många olika utföringsformer av den dielektriska kroppen eller kropparna, vilka kan användas i enlighet med uppfinningen, och några av dessa utföringsformer är mycket fördelaktiga från ett konstruktions- och tillverkningsmässigt perspektiv. 10 15 20 25 30 531 442 KORTFATTAD BESKRIVNING AV FIGURERNA Uppfinningen kommer att beskrivas ytterligare med hänvisning till de bifogade figurerna, vilka visar några fördragna utföringsformer av uppfinningen där: - fig. 1 schematiskt visar en antenn, enligt känd teknik, tillhandahållen med ett transmissionsledningsarrangemang som möjliggör justering av höjdvinkeln av en stràle utsänd från antennen genom förskjutning av en dielektrisk kropp i den longitudinella riktningen; - fig. 2 schematiskt visar transmissionslednings- arrangemanget, enligt känd teknik, tillhörande antennen enligt fig. l; - fig. 3 schematiskt visar en antenn tillhandahàllen med ett transmissionsledningsarrangemang enligt uppfinningen, varvid det sistnämnda arrangemanget visas schematiskt som en làdliknande enhet, vilken möjliggör justering av azimutriktningen och/eller azimutstrålbredden; - fig. 4a och 4b schematiskt visar tvà utföringsformer av ett transmissionsledningsarrangemang, enligt uppfinningen, med en enda transmissionsledning som sträcker sig mellan två portar; - fig. Sa och 5b visar en likaeffektsdelare med två parallella transmissionsledningar och tre separata kroppsdelar, vilka bildar en dielektrisk kropp och är förflyttbara i sidled mellan de två transmissionsledningarna och till ett neutralt läge däremellan; - fig. 6a, 6b och 6c visar en olikeffektsdelare med tvâ parallella transmissionsledningar och tre separata kroppsdelar av en dielektrisk kropp, vilka är förflyttbara i sidled mellan de två transmissionsledningarna och ett neutralt läge däremellan; och - fig. 7a, 7b och 7c schematiskt visar tre utföringsformer av ett transmissionsledningsarrangemang enligt 10 15 20 25 30 531 442 uppfinningen för tre grenledningar, vilka sträcker sig parallellt med varandra från en förbindelsepunkt.As will be seen below, there are many different embodiments of the dielectric body or bodies which can be used in accordance with the invention, and some of these embodiments are very advantageous from a design and manufacturing perspective. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be further described with reference to the accompanying figures, which show some preferred embodiments of the invention in which: Fig. 1 schematically shows an antenna, according to the prior art, provided with a transmission line arrangement which enables adjustment of the elevation angle of a beam emitted from the antenna by displacing a dielectric body in the longitudinal direction; Fig. 2 schematically shows the transmission line arrangement, according to prior art, belonging to the antenna according to Fig. 1; Fig. 3 schematically shows an antenna provided with a transmission line arrangement according to the invention, the latter arrangement being shown schematically as a box-like unit, which enables adjustment of the azimuth direction and / or the azimuth beam width; Figs. 4a and 4b schematically show two embodiments of a transmission line arrangement, according to the invention, with a single transmission line extending between two ports; Figs. 5a and 5b show an equal power divider with two parallel transmission lines and three separate body parts, which form a dielectric body and are displaceable laterally between the two transmission lines and to a neutral position therebetween; Figs. 6a, 6b and 6c show a differential power divider with two parallel transmission lines and three separate body parts of a dielectric body, which are movable laterally between the two transmission lines and a neutral position therebetween; and Figs. 7a, 7b and 7c schematically show three embodiments of a transmission line arrangement according to the invention for three branch lines, which extend parallel to each other from a connection point.
BESKRIVNING Av NÅGRA FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFQRMER Mikrovàgsantennen 1, enligt känd teknik, schematiskt visad i fig. 1, har en vertikal kolumn med fem individuella antennelement 2 monterade på en linjär rad pä en väsentligen plan reflektor 3. När antennen matas med mikrovågseffekt från en källa (ej visad i figurerna) via en matningsstruktur i en styrenhet 4 (till vänster i fig. 1) kan den sända och mottaga elektromagnetiska signaler i en väldefinierad stråle, till exempel mellan en basstation och mobiltelefoner i ett cellulärt mobilkommunikationssystem.DESCRIPTION OF SOME PREFERRED EMBODIMENTS The microwave antenna 1, according to the prior art, schematically shown in Fig. 1, has a vertical column with five individual antenna elements 2 mounted on a linear row on a substantially planar reflector 3. When the antenna is fed from a microwave power shown in the figures) via a supply structure in a control unit 4 (left in Fig. 1) it can transmit and receive electromagnetic signals in a well-defined beam, for example between a base station and mobile telephones in a cellular mobile communication system.
Hela antennen kan mekaniskt roteras om så önskas, vilket indikeras av rotationspilen P1, men denna aspekt har ingen betydelse i förhållande till föreliggande uppfinning.The entire antenna can be mechanically rotated if desired, as indicated by the rotation arrow P1, but this aspect has no significance in relation to the present invention.
Den elektromagnetiska strålen från antennen 1 kan styras i höjdled, nämligen i ett vertikalt plan genom kolumnen med antennelement 2, genom en justerbar elektriskt effektdelare som matar de olika antennelementen. Styrenheten 4 har två ingàngsmatningsledningar 5, 6, en för varje polarísation (varje antennelement är korspolariserad såsom är känt inom teknikomràdet). Inuti styrenheten 4 delas effekten i fem signaler, vilka är identiska med avseende på frekvensinnehâllet, men är ändrade i fas i relation till varandra. Därmed kommer nägra signaler att bli mer fördröjda än andra och det är möjligt att erhålla en stråle som är mer eller mindre lutad i det vertikala planet, så kallad elektrisk nedlutning ("electrical down tilt“). 10 15 20 25 30 531 442 Fig. 2 visar ett tidigare känt sätt att erhålla en sådan styrd fasändring och signalfördröjning genom ett grenlednings- arrangemang enligt känd teknik med en ingángstransmissions- ledning 7 orienterad vinkelrätt mot två utgångstransmissions- ledningar 8, 9, vilka väsentligen består av ett material av metallstripar och anordnade parallellt med ett jordplan (ej visad i figuren) så att de elektromagnetiska signalerna kan propagera från ingángstransmissionsledningen 7 och, efter lika delning vid förbindelsepunkten 10, vidare längs med var och en av utgàngstransmissionsledningarna 8, 9. En, två eller flera sådana effektdelare kan kopplas i serie så att en önskad delning av effekt och fördröjning kan erhållas av den propagerande signalen.The electromagnetic beam from the antenna 1 can be controlled in height, namely in a vertical plane through the column with antenna elements 2, through an adjustable electric power divider which feeds the various antenna elements. The control unit 4 has two input supply lines 5, 6, one for each polarization (each antenna element is cross-polarized as is known in the art). Inside the control unit 4, the power is divided into five signals, which are identical with respect to the frequency content, but are changed in phase in relation to each other. As a result, some signals will be more delayed than others and it is possible to obtain a beam which is more or less inclined in the vertical plane, so-called electrical down tilt ("electrical down tilt"). 2 shows a previously known method of obtaining such a controlled phase change and signal delay by a branch line arrangement according to the prior art with an input transmission line 7 oriented perpendicular to two output transmission lines 8, 9, which consist essentially of a material of metal strips and arranged in parallel with a ground plane (not shown in the figure) so that the electromagnetic signals can propagate from the input transmission line 7 and, after equal division at the connection point 10, further along each of the output transmission lines 8, 9. One, two or more such power dividers can be connected in series so that a desired division of power and delay can be obtained by the propagating signal.
Fördröjningen uppnås genom att anordna en dielektrisk kropp 11 längs med de två utgångstransmissionsledningarna 8, 9, och en dielektrisk kroppsdel 12 längs med en del av ingångstransmissionsledningen 7. Den elektromagnetiska signalens propageringshastighet beror på materialets dielektriska konstant i den volym där den elektromagnetiska vågen propagerar. I syfte att justera hastigheten och därigenom fördröjningen vid utgängstransmissionsledningarnas 8, 9 utgångsterminaler förskjuts den dielektriska kroppen ll fram och tillbaka på ett kontrollerat sätt longitudinellt längs med ledningarna 8, 9 i riktningen av pilen P. Därmed kommer den relativa hastigheten att ändras och därmed också respektive hastighetsfördröjningar. I praktiken är formen och konfigurationen av den dielektriska kroppen anpassad till den särskilda antennkonstruktionen där också hänsyn tas till behovet av impedansmatchning i syfte att undvika reflektion av signalen. På detta sätt kan den vertikala snedställningen eller lutningen av strålen styras i viss utsträckning. 10 15 20 25 30 531 442 Såsom diskuterats ovan finns det ett behov av ytterligare justering av strålen, i synnerhet i azimut. För detta ändamål har ett nytt transmissionsledningsarrangemang utvecklats i enlighet med föreliggande uppfinning.The delay is achieved by arranging a dielectric body 11 along the two output transmission lines 8, 9, and a dielectric body part 12 along a part of the input transmission line 7. The propagation speed of the electromagnetic signal depends on the dielectric constant of the material in the volume where the electromagnetic wave propagates. In order to adjust the speed and thereby the delay at the output terminals of the output transmission lines 8, 9, the dielectric body 11 is displaced back and forth in a controlled manner longitudinally along the lines 8, 9 in the direction of the arrow P. Thus the relative speed will change and thus also the respective speed delays. In practice, the shape and configuration of the dielectric body is adapted to the particular antenna construction where the need for impedance matching is also taken into account in order to avoid reflection of the signal. In this way, the vertical inclination or inclination of the beam can be controlled to a certain extent. 10 15 20 25 30 531 442 As discussed above, there is a need for further adjustment of the beam, especially in azimuth. To this end, a new transmission line arrangement has been developed in accordance with the present invention.
I fig. 3 visas en antenn med tre vertikala kolumner med antennelement 21, 22, 23. Varje sådan kolumn är justerbar medelst tillhörande styrenheter 24, 25, 26 såsom beskrivits ovan. Därmed kan höjden på den sammansatta elektromagnetiska strálen fràn antennen styras av dessa styrenheter. Såsom i fig. 1 kan hela antennen 20 roteras mekaniskt (pil Pl), mën denna aspekt är inte en del av föreliggande uppfinning.Fig. 3 shows an antenna with three vertical columns with antenna elements 21, 22, 23. Each such column is adjustable by means of associated control units 24, 25, 26 as described above. Thus, the height of the composite electromagnetic beam from the antenna can be controlled by these control units. As in Fig. 1, the entire antenna 20 can be mechanically rotated (arrow P1), but this aspect is not part of the present invention.
I serie med dessa styrenheter, företrädesvis vid ingångssidan för att reducera nödvändig hårdvara, finns det en ny typ av styrenhet 27 som tjänar till att styra antennstràlen i azimut.In series with these control units, preferably at the input side to reduce necessary hardware, there is a new type of control unit 27 which serves to control the antenna beams in azimuth.
Styrningen kan ske med avseende pà huvudriktning och/eller bredden pà stràlen.The control can take place with regard to the main direction and / or the width of the beam.
Den grundläggande tanken med föreliggande uppfinning är arrangemanget med en transmissionsledning (eller ledningar) tillsammans med en dielektrisk kropp (eller kroppssegment, separata kroppsdelar eller kroppar) som är flyttbar i sidled i en transversell riktning i relation till transmissions- ledningen. Ett antal utföringsformer av ett sådant arrangemang kommer att beskrivas med hänvisning till figurerna 4a, 4b. Sa, 5b, 5c, 6a, 6b, 7a och 7b.The basic idea of the present invention is the arrangement of a transmission line (or lines) together with a dielectric body (or body segments, separate body parts or bodies) which is movable laterally in a transverse direction relative to the transmission line. A number of embodiments of such an arrangement will be described with reference to Figures 4a, 4b. Sa, 5b, 5c, 6a, 6b, 7a and 7b.
I fig. 4a visas en enda transmissionsledning 30, ett underliggande jordplan 35 (som schematiskt visas) och en longitudinell dielektrisk kropp 31 med tre olika segment, nämligen ett centralt segment 32 och två ändsegment 33, 34.Fig. 4a shows a single transmission line 30, an underlying ground plane 35 (shown schematically) and a longitudinal dielectric body 31 with three different segments, namely a central segment 32 and two end segments 33, 34.
Den dielektriska kroppen är förflyttbar i sin helhet i den 10 15 20 25 30 531 442 transversella riktningen som visas av pilen P2 och kan förskjutas mellan ett neutralt eller inaktivt läge (nedtill i fig. 4a), där den inte påverkar hastigheten på den propagerande vägen, och ett aktivt läge eller ett "fördröjningsläge", där den orsakar en motsvarande fördröjning av signalen som propagerar längs med den tillhörande grenledningen 30. Med ett sådant arrangemang med en transversellt förflyttbar dielektrisk kropp tillhandahålls många möjligheter att konfigurera ett transmissionslednings- arrangemang som har en, två eller flera transmissions- ledningar, vilka sträcker sig från en förbindelsepunkt.The dielectric body is movable in its entirety in the transverse direction shown by the arrow P2 and can be displaced between a neutral or inactive position (bottom in Fig. 4a), where it does not affect the speed of the propagating path , and an active position or a "delay position", where it causes a corresponding delay of the signal propagating along the associated branch line 30. With such an arrangement with a transversely displaceable dielectric body, many possibilities are provided to configure a transmission line arrangement having a , two or more transmission lines extending from a connection point.
I syfte att undvika att effektförluster överförs, mäste ingàngsimpedansen, till exempel vid vänster ände av transmissionsledningen i fig. 4a, matchas när den dielektriska kroppen är placerad i sitt aktiva läge. Ett sätt att göra detta är att använda en kvartsvågsmatchning där var och en av ändsegmenten 33, 34 har en dielektrisk konstant 21 och den centrala sektionen har en dielektrisk konstant 22, varvid matchningen erhålles genom att: el = 'V82 Li = Mun/el) = A/(Anhm), där Ll är den fysiska längden av varje ändsegment 33, 34 och Å är våglängden i luft. Förvisso, i stället för att anpassa den dielektriska konstanten, är det också möjligt att ändra den geometriska konfigurationen av respektive segment till exempel genom att variera bredden (tjockleken) eller genom borrande av häl genom det dielektriska materialet. Fackmannen kan se till att den dielektriska kroppens impedans sedd från de båda ändarna (i den longitudinella riktningen) matchar den karaktäristiska impedansen av transmissionsledningen. Denna 10 15 20 25 30 531 442 lO matchning erhålles endast för en specifik frekvens. Inom ett relativt smalt frekvensband är det emellertid inte nödvändigt att ta hänsyn till detta.In order to avoid power losses being transmitted, the input impedance, for example at the left end of the transmission line in Fig. 4a, must be matched when the dielectric body is placed in its active position. One way to do this is to use a quarter-wave matching where each of the end segments 33, 34 has a dielectric constant 21 and the central section has a dielectric constant 22, the matching being obtained by: el = 'V82 Li = Mun / el) = A / (Anhm), where L1 is the physical length of each end segment 33, 34 and Å is the wavelength in air. Certainly, instead of adjusting the dielectric constant, it is also possible to change the geometric configuration of the respective segments, for example by varying the width (thickness) or by drilling heels through the dielectric material. Those skilled in the art can ensure that the impedance of the dielectric body seen from both ends (in the longitudinal direction) matches the characteristic impedance of the transmission line. This matching is obtained only for a specific frequency. Within a relatively narrow frequency band, however, it is not necessary to take this into account.
Huvudsyftet med den transversellt förflyttbara dielektriska kroppen 31 är att erhålla en förutbestämd fördröjning av signalen och detta kan uppnås genom att korrekt välja längden L2 på den centrala kroppen 32, vilket kan göras av fackmannen.The main purpose of the transversely displaceable dielectric body 31 is to obtain a predetermined delay of the signal and this can be achieved by correctly selecting the length L2 of the central body 32, which can be done by the person skilled in the art.
I stället för en integrerad dielektrisk kropp med enhetliga ändsegment är det också möjligt att använda separata kroppsdelar såsom visas i fig. 4b. Här svarar en central del 42 mot den centrala sektionen i fig. 4a medan vänster och höger kroppsdelar 43, 44 svarar mot ändsegmenten i fig. 4a.Instead of an integrated dielectric body with uniform end segments, it is also possible to use separate body parts as shown in Fig. 4b. Here, a central portion 42 corresponds to the central section of Fig. 4a while the left and right body portions 43, 44 correspond to the end segments of Fig. 4a.
Det har visat sig att arrangemanget enligt fig. 4b fungerar mycket likt arrangemanget i fig. 4a. Alla tre kroppsdelar måste vara förflyttbara i sidled, företrädesvis synkront i den transversella riktningen (pil P2).It has been found that the arrangement according to Fig. 4b works very similar to the arrangement in Fig. 4a. All three body parts must be movable laterally, preferably synchronously in the transverse direction (arrow P2).
I princip kan en transmissionsledning med en dielektrisk kropp, eller med ett antal separata kroppsdelar, vilka alla är förflyttbara i sidled i den transversella riktningen tillhandahålla en önskad fördröjning för att orsaka till exempel en ändring av stràlen i azimut. Om två av de vertikala kolumnerna matas med effekt genom matningsledningarna som endast har en fasfördröjning som orsakar en nedlutning och den tredje vertikala kolumnen, till exempel den mittersta, är ytterligare något fördröjd, kommer strålens bredd att bli smalare. Ett sådant transmissionsledningsarrangemang kan integreras i ett arrangemang enligt känd teknik, där en transversell förflyttbar dielektrisk kropp är integrerad i 10 15 20 25 30 531 442 ll varje del av styrenheten 4 i fig. 1 (vilken också innefattar longitudinellt förflyttbara dielektriska kroppar).In principle, a transmission line with a dielectric body, or with a number of separate body parts, all of which are laterally movable in the transverse direction, can provide a desired delay to cause, for example, a change of the beam in azimuth. If two of the vertical columns are fed with power through the supply lines which have only one phase delay which causes a slope and the third vertical column, for example the middle one, is further slightly delayed, the width of the beam will be narrower. Such a transmission line arrangement can be integrated in a prior art arrangement, where a transversely displaceable dielectric body is integrated in each part of the control unit 4 in Fig. 1 (which also comprises longitudinally displaceable dielectric bodies).
Emellertid, typiskt sett i en antenn med två eller flera vertikala kolumner antennelement, är det mer praktiskt att ha en separat styrenhet 27 i serie, såsom visas i fig. 3. I en sàdan styrenhet finns det en förbindelsepunkt för varje polarisation (två förbindelsepunkter) med parallella transmissionsledningar, vilka sträcker sig parallellt därifrån, vanligtvis två eller tre sådana ledningar från varje förbindelsepunkt. Dessa transmissionsledningar är sedan kopplade parvis till respektive höjdledfasstyrenheter 24, 25, 26 (fig. 3).However, typically in an antenna with two or more vertical columns of antenna elements, it is more practical to have a separate control unit 27 in series, as shown in Fig. 3. In such a control unit there is a connection point for each polarization (two connection points). with parallel transmission lines extending parallel therefrom, usually two or three such lines from each connection point. These transmission lines are then connected in pairs to the respective elevation phase control units 24, 25, 26 (Fig. 3).
I ett transmissionsledningsarrangemang med tvä parallella transmissionsledningar kan ingàngseffekt delas upp lika eller olika vid förbindelsepunkten.In a transmission line arrangement with two parallel transmission lines, the input power can be divided equally or differently at the connection point.
En likaeffektdelare i stripledning visas i fig. 5a och 5b. En konduktiv ingàngsmatarledning 50 är uppdelad i tvä lika konduktiva grenledningar 5la, Slb, vilka sträcker sig pà ett gaffelliknande sätt från en förbindelsepunkt 5lc.An equal power divider in strip line is shown in Figs. 5a and 5b. A conductive input supply line 50 is divided into two equally conductive branch lines 51a, S1b, which extend in a fork-like manner from a connection point 51c.
Effektdelaren är placerad i ett làdliknande, relativt platt hölje 55, med övre och undre metallväggar (eller överdrag), vilka tjänar som jordplan.The power divider is located in a box-like, relatively flat housing 55, with upper and lower metal walls (or covers), which serve as ground planes.
I fig. 5a finns det tre separata dielektriska kroppsdelar 52, 53, 54 placerade i ett neutralt läge på en rak (tänkt) linje C centralt mellan grenledningarna. Dessa kroppsdelar kan svara mot delarna 32, 33, 34 som visas i fig. 4b. I detta läge delas effekten lika in på grenledningarna Sla, 51b. Varje grenledning har smalare och bredare sektioner anpassade till 10 15 20 25 30 531 442 12 att tillhandahålla impedansmatchning vid ingången så att det endast kommer att vara en mindre reflektion av ingàngsvågen.In Fig. 5a, there are three separate dielectric body parts 52, 53, 54 placed in a neutral position on a straight (imaginary) line C centrally between the branch lines. These body parts may correspond to the parts 32, 33, 34 shown in Fig. 4b. In this mode, the power is divided equally on the branch lines Sla, 51b. Each branch line has narrower and wider sections adapted to provide impedance matching at the input so that there will be only a minor reflection of the input wave.
Såsom visas i fig. Sa och 5b är varje dielektrisk kropp uppdelad i tvâ delar, en övre del och en undre del.As shown in Figs. 5a and 5b, each dielectric body is divided into two parts, an upper part and a lower part.
I det visade exemplet, för ett frekvenssband på 1710 MHz - 2170 MHz är specifikationerna enligt följande: Längd/avstånd dielektrisk (mm) konstant (S) Kroppsdel 52: 9 3 Kroppsdel 53: 5 3 Kroppsdel 54; 4 3 Avstånd dl 32 Avstånd d2 31,5 I fig. 5b har de tre separata dielektriska kroppsdelarna 2, 53, 54 förskjutits i sidled eller transversellt (i relation till den tänkta centrallinjen C) för att täcka en (šlb) av grenledningarna. Pà detta sätt kommer signalen pà grenledningen 5lb att fördröjas såsom beskrivits ovan med hänvisning till fig. 4a och 4b. Det finns en viss ingängsreflektion, men storleken på denna är nästan försumbar, förutsatt att de dielektriska konstanterna och längden på kroppsdelarna är korrekt valda, såsom i exemplet ovan.In the example shown, for a frequency band of 1710 MHz - 2170 MHz, the specifications are as follows: Length / distance dielectric (mm) constant (S) Body part 52: 9 3 Body part 53: 5 3 Body part 54; 4 3 Distance dl 32 Distance d2 31.5 In Fig. 5b, the three separate dielectric body parts 2, 53, 54 have been displaced laterally or transversely (in relation to the imaginary central line C) to cover one (šlb) of the branch lines. In this way, the signal on the branch line 51b will be delayed as described above with reference to Figs. 4a and 4b. There is some input reflection, but the size of this is almost negligible, provided that the dielectric constants and the length of the body parts are correctly selected, as in the example above.
I fig. 6a, 6b, 6c visas en utföringsform med en olik- effektdelare liknande delaren visad i fig. 5a och 5b. men med två grenledningar 61a och 6lb, vilka sträcker sig från en matningsledning 60 som har en förbindelsepunkt 6lc och är anordnad att tillhandahålla ett effektförhàllande pà 3dB mellan grenledningarna. I detta syfte har den ledande 10 15 20 25 30 531 442 13 grenledningen 6lb en sektion med en smalare bredd i närheten av förbindningspunkten. Det finns tre dielektriska kroppsdelar 62, 63, 64 (var och en med övre och lägre delar) liknande de visade i fig. 5a och 5b, vilka är förflyttbara transversellt eller i sidled in i ett läge, såsom visas i fig. 6b, eller in i ett läge såsom visas i fig. 6c för täckande av grenledningen 6lb respektive 6la.Figs. 6a, 6b, 6c show an embodiment with a different power divider similar to the divider shown in Figs. 5a and 5b. but with two branch lines 61a and 61b, which extend from a supply line 60 which has a connection point 61c and is arranged to provide a power ratio of 3dB between the branch lines. For this purpose, the conductive branch line 61b has a section with a narrower width in the vicinity of the connection point. There are three dielectric body portions 62, 63, 64 (each having upper and lower portions) similar to those shown in Figs. 5a and 5b, which are movable transversely or laterally into a position as shown in Fig. 6b, or into a position as shown in Fig. 6c for covering the branch line 61b and 61a, respectively.
I läget som visas i fig. 6b kommer signalen i grenledningen 61b att fördröjas medan läget som visas i fig. 6c kommer signalen i den andra grenledningen 61a att fördröjas. Pâ grund av den tunnare (mindre breda) grenledningen 6lb kommer det att bli en viss obalans i fasen i de två portarna i det neutrala läget (fig. 6a), men effektförhållandet kommer hur som helst att vara väsentligen detsamma, omkring 3dB.In the position shown in Fig. 6b, the signal in the branch line 61b will be delayed, while in the position shown in Fig. 6c, the signal in the second branch line 61a will be delayed. Due to the thinner (less wide) branch line 6lb, there will be some imbalance in the phase of the two ports in the neutral position (Fig. 6a), but the power ratio will be essentially the same anyway, about 3dB.
Utföringsformer med tre grenledningar visas i fig. 7a, 7b och 7c.Embodiments with three branch lines are shown in Figs. 7a, 7b and 7c.
I fig. 7a benämns de tre ledande grenledningarna 71a, 71b, 710 och sträcker sig frän en matningsledning 70 med en förbindelsepunkt 70c. Den övre och undre (eller första och andra) grenledningen 71a och 7lb har sektioner med en stegvis reducerad bredd, varvid impedansen Z kommer att vara högre och effekten som matas längs med dessa två ledningar kommer att vara mindre än i centralledningen 71c, i frånvaro av nägra dielektriska kroppar som är placerade pä ledningarna.In Fig. 7a, the three conductive branch lines 71a, 71b, 710 are referred to and extend from a supply line 70 with a connection point 70c. The upper and lower (or first and second) branch lines 71a and 71b have sections with a stepwise reduced width, the impedance Z being higher and the power supplied along these two lines being less than in the central line 71c, in the absence of some dielectric bodies located on the wires.
Emellertid är en speciellt konstruerad dielektrisk kropp 72 anordnad för att möjliggöra en ändring i den relativa fördröjningen av signalen som sänds genom ledningarna 7la, 71b. Den dielektriska kroppen tillverkas som en integrerad kropp 72 och har en övre eller första rektangulär kroppsdel 72a med en longitudinell utsträckning som väsentligen svarar 10 15 20 25 30 53 'l 442 14 mot den raka delen av den övre eller första grenledningen 7la, och en lägre eller andra rektangulär kroppsdel 72b med en longitudinell utsträckning som svarar mot den raka delen av den lägre eller andra grenledningen 7lb, och två relativt tunna transversella delar 73 och 74 som är förbundna med kroppsdelarna 72a och 72b vid deras ändar. Längden pà dessa transversella sektioner är större (eller mindre) än avståndet mellan grenledningarna 72a, 72b så att endast en (72a eller 72b) av kroppsdelarna kommer att täcka en tillhörande grenledning 7la, 7lb vid varje tidpunkt.However, a specially designed dielectric body 72 is provided to enable a change in the relative delay of the signal transmitted through the lines 71a, 71b. The dielectric body is manufactured as an integral body 72 and has an upper or first rectangular body portion 72a having a longitudinal extent substantially corresponding to the straight portion of the upper or first branch line 7la, and a lower or other rectangular body portion 72b having a longitudinal extent corresponding to the straight portion of the lower or second branch line 71b, and two relatively thin transverse portions 73 and 74 connected to the body portions 72a and 72b at their ends. The length of these transverse sections is greater (or less) than the distance between the branch lines 72a, 72b so that only one (72a or 72b) of the body parts will cover an associated branch line 7la, 7lb at any one time.
Såsom visas i fig. 7a är den dielektriska konstanten sr av kroppsdelen 72a vald så impedansen på grenledningen 71a med kroppsdelen 72a som täcker kroppsdelen 71a är densamma som impedansen Z0 av den centrala grenledningen 7lc utan något täckande dielektriskt material. Likaså är den stegvisa reduktionen av bredden på ledningarna 71a och 7lb sådan att alla tre grenarna kommer att ha samma ingångsimpedans hela tiden oavsett placeringen av den integrerade dielektriska kroppen, antingen med kroppsdelen 72a som täcker grenledningen 7la eller med kroppsdelen 72b som täcker grenledningen 7lb (vid en transversell förflyttning i pilen P2:s riktning).As shown in Fig. 7a, the dielectric constant sr of the body portion 72a is selected so that the impedance of the branch line 71a with the body portion 72a covering the body portion 71a is the same as the impedance Z0 of the central branch line 71a without any covering dielectric material. Likewise, the stepwise reduction of the width of lines 71a and 7lb is such that all three branches will have the same input impedance at all times regardless of the location of the integrated dielectric body, either with body portion 72a covering branch line 7la or with body portion 72b covering branch line 7lb (at a transverse movement in the direction of arrow P2).
Självfallet kan detta transmissionsledningsarrangemang till exempel användas i en styrenhet 27 i syfte att fördröja signalen i en av kolumnerna 21, 23 på kanterna i fig. 3.Of course, this transmission line arrangement can be used, for example, in a control unit 27 in order to delay the signal in one of the columns 21, 23 on the edges in Fig. 3.
Eftersom ingàngsimpedansen hos de tre grenledningarna är desamma kommer effekten alltid att fördelas lika mellan ledningarna.Since the input impedance of the three branch lines is the same, the power will always be distributed equally between the lines.
Om det är önskvärt att styra effektfördelningen mellan de tre ledningarna kan en utföringsform som visas i fig. 7b användas.If it is desired to control the power distribution between the three lines, an embodiment shown in Fig. 7b can be used.
I detta exempel är strukturerna desamma som i fig. 7a förutom 10 15 20 25 3O 531 442 15 att grenledningarna och den dielektriska kroppen sträcker sig longitudinellt med förlängningar av grenledningar 7laa, 7lbb och 71cc, och förlängningar av dielektriska kroppsdelar 72aa, 72bb såväl som en extra kroppsdel 72cc som delvis täcker förlängningen av grenledningen 71cc. Strukturen är sådan att ingångsimpedansen (vid ingången eller vänstra änden av de tre grenledningarna) kommer att bero på det transversella läget av den integrerade dielektriska kroppen 72'. Förlängningarna 72aa, 72bb, 72cc har en vald längd och dielektrisk konstant.In this example, the structures are the same as in Fig. 7a except that the branch lines and the dielectric body extend longitudinally with extensions of branch lines 7laa, 7lbb and 71cc, and extensions of dielectric body parts 72aa, 72bb as well as a extra body part 72cc which partly covers the extension of the branch line 71cc. The structure is such that the input impedance (at the input or left end of the three branch lines) will depend on the transverse position of the integrated dielectric body 72 '. The extensions 72aa, 72bb, 72cc have a selected length and dielectric constant.
I det visade läget av den dielektriska kroppen 72* är ingàngsimpedansen av den undre eller andra grenledningen 71bb högre än för de två andra grenledningarna så att effekten Överförd längs den undre eller andra grenledningen kommer att vara lägre. Det inses att den relativa effekten vid kolumnerna på kanterna (i antennen 20 i fig. 3) kan justeras så att stràlen justeras till en viss del i azimut.In the position shown by the dielectric body 72 *, the input impedance of the lower or second branch line 71bb is higher than for the other two branch lines so that the power transmitted along the lower or second branch line will be lower. It will be appreciated that the relative power at the columns on the edges (in the antenna 20 in Fig. 3) can be adjusted so that the beam is adjusted to a certain extent in azimuth.
I utföringsformen visad i fig. 7c är strukturen densamma som visas i fig. 7b, men där återfinns en ytterligare dielektrisk kropp 75 anordnad parallellt med den centrala grenledningen och är förflyttbar i den transversella riktningen (pil P3).In the embodiment shown in Fig. 7c, the structure is the same as shown in Fig. 7b, but there is a further dielectric body 75 arranged parallel to the central branch line and is movable in the transverse direction (arrow P3).
Därmed kan signalen till den mittersta kolumnen av antennen 20 i fig. 3 fördröjas för att minska bredden på stràlen som utsändes från antennen 20.Thus, the signal to the middle column of the antenna 20 in Fig. 3 can be delayed to reduce the width of the beam emitted from the antenna 20.
Fackmannen kan använda denna beskrivnings läror, inom ramen för patentkravens omfång, till exempel för att modifiera riktningen av den "transversella" rörelsen av den dielektriska kroppen. Sålunda kan denna förflyttning också utföras vid en vinkel (mindre än 90° och företrädesvis mindre än 45°) till den vinkelräta transversella riktningen. 10 531 442 16 I fördröjningsläget skall den dielektriska kroppen (eller deSS separata delar) orienteras longitudinellt längs med den tillhörande transmissionsledningen. Emellertid kan rörelsen mot eller ifrån detta läge utföras på olika sätt, även med en svängande rörelse kring en fixerad (eller rörlig) axel.Those skilled in the art can use the teachings of this specification, within the scope of the claims, for example, to modify the direction of the "transverse" motion of the dielectric body. Thus, this movement can also be performed at an angle (less than 90 ° and preferably less than 45 °) to the perpendicular transverse direction. In the delay position, the dielectric body (or deSS separate parts) must be oriented longitudinally along the associated transmission line. However, the movement towards or away from this position can be performed in different ways, even with a pivoting movement about a fixed (or movable) axis.
Transmissionsledningsarrangemanget kan också vara något krökt i stället för att vara helt plant. Vidare är det möjligt att använda det nya transmissionsledningsarrangemanget för andra syften, till exempel för att styra en stråle i höjdled i stället för i azimut.The transmission line arrangement may also be slightly curved instead of being completely flat. Furthermore, it is possible to use the new transmission line arrangement for other purposes, for example to control a beam in height instead of in azimuth.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0800434A SE0800434L (en) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | Electromagnetic transmission line arrangement with a phase changer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0800434A SE0800434L (en) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | Electromagnetic transmission line arrangement with a phase changer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE531442C2 true SE531442C2 (en) | 2009-04-07 |
SE0800434L SE0800434L (en) | 2009-04-07 |
Family
ID=40512344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0800434A SE0800434L (en) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | Electromagnetic transmission line arrangement with a phase changer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE0800434L (en) |
-
2008
- 2008-02-25 SE SE0800434A patent/SE0800434L/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE0800434L (en) | 2009-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8130165B2 (en) | Phase shifter with branched transmission lines having at least one sideways movable dielectric body and antenna array formed therefrom | |
US7224246B2 (en) | Apparatus for steering an antenna system | |
JP5499161B2 (en) | Multi-line phase shifter for vertical beam tilt control antenna | |
KR101490795B1 (en) | Beam-formers and beam-forming methods | |
US8643559B2 (en) | Triple stagger offsetable azimuth beam width controlled antenna for wireless network | |
US9531083B2 (en) | Supply network for a group antenna | |
US7609205B2 (en) | Electrically steerable phased array antenna system | |
US7864111B2 (en) | Arrangement for steering radiation lobe of antenna | |
JP4528005B2 (en) | Adjustable beam width and azimuth scanning antenna with a dipole member | |
JP2005501450A5 (en) | ||
CA2457913A1 (en) | Adjustable antenna feed network with integrated phase shifter | |
US9577301B2 (en) | Dielectric phase-shift module and phase-shift unit thereof, feeding network and antenna | |
CN102544763A (en) | Dual-polarization three-beam antenna for mobile communication base station | |
WO2015006676A1 (en) | Wideband twin beam antenna array | |
US20150333408A1 (en) | Antenna device and wireless transmission device | |
KR101246934B1 (en) | Phase shifter having strip line structure | |
JPH08186436A (en) | Microstrip array antenna | |
SE531442C2 (en) | Electromagnetic transmission line arrangement with a phase changer | |
JP4950155B2 (en) | Dipole horizontal array antenna device | |
JP6175542B1 (en) | Antenna device | |
EP2954594B1 (en) | Integrated stripline feed network for linear antenna array | |
KR101927106B1 (en) | Leaky Wave Antenna and Antenna System Including It | |
JP2007135038A (en) | Dipole horizontal array antenna device | |
KR200320101Y1 (en) | Triple polarization antenna | |
WO2021100655A1 (en) | Planar antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |