SE540163C2 - Justerbar fasskiftare med konstant impedans - Google Patents

Abstract

En justerbar fasskiftare med konstant impedans tillhandahålls. I den justerbara fasskiftaren med konstant impedans är en ledande kretsväg anordnad mellan ett ledande bleck och ett parallellplan som är parallellt med det ledande blecket; en kant på en dielektrisk platta och en kant på en ledande platta gränsar till varandra så att den dielektriska plattan och den ledande plattan bildar ett glidelement; och glidelementet är flyttbart anordnat längs en glidbana mellan kretselementet och det ledande blecket så att varje punkt hos den ledande kretsvägen är ständigt innesluten mellan glidelementet och parallellplanet, och så att den relativa permittiviteten hos ett medium som angränsar till en punkt på den ledande kretsvägen ändras samtidigt som glidelementet förflyttas.

Description

JUSTERBAR FASSKIFTARE MED KONSTANT IMPEDANS Uppfinningens område Denna uppfinning relaterar i allmänhet till området justerbara fasskiftare med konstant impedans.

Bakgrund till uppfinningen Hastighetsfaktorn VF hos elektromagnetiska vågor i den transversella elektriska och magnetiska, TEM, moden i vanliga transmissionsledningar med fältet nedsänkt i ett likformigt dielektrika med relativ permittivitet ?r, relativt luft, är VF = 1/?r.

Den relativa fasen mellan ingången och utgången hos en bestämd längd av transmissionsledning kan därför varieras genom ändring av antingen den effektiva relativa permittiviteten hos det omgivande materialet, eller genom ändring av andelen ledning som omges av ett dielektrika jämfört med andelen ledning som omges av luft.

En TEM-transmissionledning karaktäriseras av sin karakteristiska impedans Z och dess fashastighet v. Dessa två parametrar ges av kapacitansen C och induktansen L per längdenhet: Image available on "Original document" Kapacitansen är proportionell mot den relativa permittiviteten ?rhos transmissionsledningen och både kapacitansen och induktansen beror på tvärsnittet hos ledningen. I synnerhet ökar induktansen med separationen mellan ledarna. Vanliga elektriska kablar kan inte användas för att leda strömmar i radiofrekvensområdet eller högre, vilka växlar riktning miljoner till miljarder gånger per sekund, eftersom energin tenderar att stråla ut från kabeln som radiovågor, vilket orsakar effektförluster. Radiofrekvensströmmar tenderar även att reflekteras från diskontinuiteter i kabeln, såsom anslutningar och skarvar, och färdas tillbaka längs kabeln mot källan. Dessa reflektioner fungerar som flaskhalsar som hindrar signaleffekten från att nå destinationen. Transmissionsledningar använder specialiserad konstruktion, och impedansmatchning, för att leda elektromagnetiska signaler med minimala reflektioner och effektförluster. Den utmärkande egenskapen hos de flesta transmissionsledningar är att de har likformiga tvärsnittsdimensioner utmed sin längd, vilket ger dem en likformig impedans, kallad den karakteristiska impedansen, för att motverka reflektioner. Typer av transmissionsledning inkluderar parallell ledning (stegledning, partvinnad ledning), koaxialkabel, stripline, och mikrostrip. Ju högre frekvens hos elektromagnetiska vågor som färdas genom en given kabel eller medium, desto kortare våglängd hos vågorna. Transmissionsledningar blir nödvändiga när längden hos kabeln är längre än en signifikant del av den transmitterade frekvensens våglängd.

I fasskiftarna som använder rörliga dielektrika som beskrivits i tidigare känd teknik så varierar impedansen hos transmissionsledningen med rörelsen hos dielektrikat. Detta kan vara ett problem.

US3005169, ”Fye”, 1961, beskriver en mikrovågsfasskiftare som försöker övervinna några av dessa problem. Däremot beskriver exempelvis Fye inte hur en anslutning mellan de beskrivna ”yttre plattorna” och korrekt jord kan åstadkommas.

Sammanfattning av uppfinningen Det skulle vara fördelaktigt att åstadkomma en fasskiftare som övervinner, eller åtminstone lindrar, de ovan nämnda nackdelarna. I synnerhet vore det önskvärt att möjliggöra en fasskiftare som har en konstant ledningsimpedans.

För att bättre ta itu med ett eller flera av dessa bekymmer tillhandahålls en fasskiftare som har de särdrag som definieras i det självständiga patentkravet. Fördelaktiga utföringsformer definieras i de osjälvständiga kraven.

Således, enligt en aspekt, tillhandahålls en justerbar fasskiftare med konstant impedans. Den justerbara fasskiftaren med konstant impedans innefattar ett kretselement innefattande en ledande kretsväg, ett ledande bleck, en dielektrisk platta och en ledande platta, varvid: den ledande kretsvägen är anordnad mellan det ledande blecket och ett parallellplan parallellt med det ledande blecket; ett mellanrum mellan den ledande plattan och det ledande blecket är smalare än ett mellanrum mellan nämnda ledande platta och kretselementet; en kant på den dielektriska plattan och en kant på den ledande plattan gränsar till varandra så att den dielektriska plattan och den ledande plattan bildar ett glidelement; och glidelementet är flyttbart anordnat längs en glidbana mellan kretselementet och det ledande blecket så att varje punkt hos den ledande kretsvägen är ständigt innesluten mellan glidelementet och parallellplanet, och så att den relativa permittiviteten hos ett medium som är i omedelbar närhet av en punkt på den ledande kretsvägen ändras allteftersom glidelementet förflyttas.

När den relativa permittiviteten hos ett medium som är i omedelbar närhet av en punkt på den ledande kretsvägen ändras så ändras en fashastighet v på grund av en ändrad kapacitans per längdenhet.

Således, när kanten på den dielektriska plattan skrider över en punkt på den ledande vägen, så att den relativa permittiviteten av ett omgivande eller omedelbart närliggande medium reduceras, så reduceras kapacitansen per längdenhet i nämnda punkt, och fashastigheten i nämnda punkt ökas.

Emellertid gränsar kanten på den dielektriska plattan till kanten på den ledande plattan, på ett sådant sätt att om nämnda punkt lämnar den omedelbara närheten av den dielektriska plattan så inträder den i närheten av den ledande plattan, där induktansen per längdenhet kan minskas genom reducering av ett effektivt avstånd mellan kretsvägen och jord. Ett reducerbart avstånd möjliggör även att kapacitansen per längdenhet kan ökas, men ett passande val av tjocklek på den ledande plattan kan göra den karakteristiska impedansen konstant när punkten är i omedelbar närhet av den dielektriska plattan och när den är i omedelbar närhet av den ledande plattan. Således möjliggör särdraget impedansmatchning så att ledningsimpedansen förblir konstant eller nära konstant.

Kanten på den dielektriska plattan behöver inte vara fästad vid kanten på den ledande plattan för att möjliggöra den fördelaktiga kompensationen.

I en utföringsform av den justerbara fasskiftaren är den dielektriska plattan och den första ledande plattan kopplade till varandra för förhindrande av rörelse i förhållande till varandra. Detta möjliggör manövrering av fasskiftaren. Exempelvis kan ett enda manövreringsorgan manövrera båda plattorna samtidigt.

I en utföringsform av den justerbara fasskiftaren är den dielektriska plattan och den första ledande plattan ingreppsmässigt kopplade till varandra.

Detta reducerar behovet av ytterligare fästorgan, vilka annars kan ha en negativ inverkan, exempelvis på impedansmatchningen eller på mekaniska konstruktionsaspekter som påverkar exempelvis storlek eller vikt.

En utföringsform av den justerbara fasskiftaren innefattar ett ytterligare ledande bleck, en ytterligare dielektrisk platta och en ytterligare ledande platta, varvid: nämnda ytterligare plattor bildar ett ytterligare glidelement; glidelementet och det ytterligare glidelementet är symmetriskt anordnade i ett fast förhållande på motsatta sidor av kretselementet; och glidelementen är anordnade mellan det ledande blecket och det ytterligare ledande blecket. Det ytterligare glidelementet kan ha en konfiguration identisk med den hos det ovan beskrivna glidelementet, för att uppnå optimal symmetri.

De två dielektriska plattorna kan bilda två väggdelar av ett ensamt dielektriskt hylselement. På samma sätt kan de två ledande plattorna bilda två väggdelar av ett ensamt ledande hylselement.

Denna utföringsform möjliggör den ledande kretsvägen att vara effektivt innesluten av de hastighetsändrande och impedanskompenserande glidelementen.

Den ledande plattan kan anordnas att fungera som jord.

En utföringsform av fasskiftaren innefattar ett hölje. Kretselementet kan anordnas i ett fast förhållande till höljet.

Detta reducerar fördelaktigt behovet av exempelvis glidkontakter och böjbara ledande band, vilka annars kan öka friktionen och introducera oönskad elektrisk resistans. Åtminstone ett ledande bleck kan utgöra en del av höljet.

Detta möjliggör fördelaktigt exempelvis minskad storlek och monteringskomplexitet.

Utföringsformer kan vidare innefatta ett ingångskontaktdon och ett utgångskontaktdon, där nämnda kontaktdon är galvaniskt anslutna via kretselementet. Detta reducerar fördelaktigt behovet av kapacitiva kopplingar mellan ingångskontaktdonet och utgångskontaktdon.

Kontaktdon fixerade i förhållande till höljet underlättar vidare med fördel systemintegrering, eftersom mottagande kontaktdon i systemen inte behöver vara flyttbara på grund av fasskiftarens design.

I en utföringsform sträcker sig kretselementet på ett förgrenande vis mellan ingångskontaktdonet och flera utgångskontaktdon.

Denna utföringsform löser problemet med hur synkroniserad och robust progressiv fasfördröjning kan möjliggöras för att möjliggöra en förbättrad matris av RET-antenner.

En utföringsform innefattar flera kretselement, där varje kretselement sträcker sig mellan ett ingångskontaktdon och ett utgångskontaktdon.

Denna utföringsform löser problemet med hur synkroniserad och robust progressiv fasfördröjning kan möjliggöras för att möjliggöra en förbättrad matris av RET-antenner.

I en utföringsform är glidelementet flyttbart på ett linjärt vis.

I en utföringsform är glidelementet flyttbart på ett rotationsmässigt vis.

Det noteras att utföringsformerna av uppfinningen relaterar till alla möjliga kombinationer av särdrag angivna i patentkraven.

Kort beskrivning av ritningarna Denna och andra aspekter kommer nu att beskrivas mer i detalj i den följande illustrativa och icke-begränsande detaljerade beskrivningen av utföringsformer, med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Figur 1A visar en vy ovanifrån enligt utföringsformer.

Figur 1B och 1C visar exempel på alternativa sidovytvärsnitt av utföringsformerna i Figur 1.

Figur 2A och 2B visar ett exempel på en vy ovanifrån och tvärsnitt av utföringsformer.

Figur 3 visar ytterligare exempel på utföringsformer.

Figur 4 illustrerar två extremförskjutningslägen för komponenter hos utföringsformer.

Figur 5A-C illustrerar en ytterligare utföringsform.

Figur 6A och B illustrerar en ytterligare utföringsform.

Alla figurerna är schematiska, inte nödvändigtvis skalenliga, och visar generellt endast delar vilka är nödvändiga för att belysa utföringsformerna, varvid andra delar kan vara utelämnade. Samma hänvisningsbeteckningar hänvisar till samma element genom hela beskrivningen.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer I denna specifikation betecknar termen dielektrika ett material eller medium som har en relativ permittivitet ?r,dvilken avsevärt skiljer sig från den relativa permittiviteten ?r,jordi ett utrymme mellan två ledande medium hos en transmissionsledning. Utrymmet kan innehålla vakuum, kan exempelvis vara evakuerat, eller kan innehålla ett gasformigt medium, såsom luft. Hastigheten för TEM-propagering längs en del av transmissionsledningen är en funktion av ?rhos det angränsande materialet eller mediet.

En justerbar fasskiftare med konstant impedans enligt en utföringsform kommer att beskrivas med hänvisning till Figur 1. I huvudsak fungerar fasskiftaren som en transmissionsledning, innefattande två ledande element 110, 120 anordnade så att en spänning kan appliceras mellan dem. Det ledande elementet 110 hänvisas till som ett kretselement 110. Det andra ledande elementet hänvisas till som ett ledande bleck 120.

För att möjliggöra justerbara fasskiftningsegenskaper med konstant impedans innefattar fasskiftaren ett dielektriskt element 130. Det dielektriska elementet kan vara format som en platta, exempelvis som en kropp som har två relativt breda och huvudsakligen platta frontytdelar mellan smalare kantytor som sträcker sig mellan en frontytdel till den andra och som täcker frontytdelarnas perimetri. Fasskiftaren innefattar även ett tredje ledande element 140, vilket kan vara format som en ledande platta 140. Den dielektriska plattan 130 och den ledande plattan 140 är båda flyttbara längs en glidbana mellan det ledande blecket 120 och kretselementet 110. I denna utföringsform är glidbanan linjär längs en axel x. Den ledande plattan och den dielektriska plattan är formade, och kan vara anordnade längs glidbanan så att, från en vy vinkelrät mot glidbanan, direkt vänd mot en av frontytdelarna hos den ledande plattan och en av ytdelarna hos den dielektriska plattan, en kant av den ledande plattan och en kant av den dielektriska plattan verkar sammanfalla, som illustreras i Figur 1A.

Figur 1B är ett exempel på ett sidovytvärsnitt Vy A-A av en Figur 1A. Figur 1B illustrerar hur kanterna av de två plattorna kan gränsa till varandra i nära förbindelse.

Figur 1C är ett ytterligare exempel på ett sidovytvärsnitt Vy A-A av Figur 1A. För patentansökans syfte, och som illustreras i Figur 1C, kan kanterna även gränsa till varandra i x-y-dimensionen, samtidigt som de är något förskjutna gentemot varandra längs z-axeln.

Plattorna 130, 140 är var och en formade och anordnade tillsammans så att, när de rör sig längs glidbanan, en ytterkantspunkt 112 hos kretselementet 110 är stadigt positionerad över (i z-riktningen) en yttre kant 142 av den ledande plattan 140. På samma sätt är en ytterkantspunkt 112 hos kretselementet 110 stadigt positionerad på en yttre kant 132 av den dielektriska plattan 130. Plattorna 130, 140 bildar ett glidelement 150.

De till varandra gränsande plattkanterna 131 och 141 bildar en mellanliggande gräns hos glidelementet 150. Den mellanliggande gränsen skär glidelementet 150 med en vinkel relativt glidbanan. Vinkeln kan vara en rät vinkel, som illustreras i Figur 1A, eller sned, som illustreras i Figur 3. När glidelementet 150 förflyttas längs glidbanan sträcker sig den mellanliggande gränsen ständigt över en ledande kretsväg 111 definierad som en linje eller kurva mellan de ovan nämnda ytterkantspunkterna 112, så att den ledande vägen ständigt innesluts mellan glidelementets yta och ett imaginärt parallellplan 121 som illustreras i Figurerna 1A-C. Även om den mellanliggande gränsen illustreras som vinkelrät mot glidbanan är det helt möjligt att implementera ett glidelement med en mellanliggande gräns som innefattar en del som inte är vinkelrät mot glidbanan.

I Figur 1 avbildas glidelementet i en position vilken för denna patentansökans syfte hänvisas till som ”neutral”. I relation till den neutrala positionen kan glidelementet uppnå en maximal absolut förskjutning /-?. Glidelementet 150 kan företrädesvis inte förflytta sig till en position där den relativa permittiviteten hos ett medium som är i omedelbar närhet av en ytterkantspunkt på den ledande kretsvägen 111 ändras samtidigt som glidelementet 150 förflyttas.

Med andra ord kan den mellanliggande gränsen företrädesvis ej överskrida, eller av praktiska skäl (i relation till en applicerad frekvens) komma på nära håll till, en ytterkantspunkt 112 hos den ledande kretsvägen 111.

Med ytterligare andra ord är den dielektriska plattan 130 och den ledande plattan 140 flyttbara mellan en respektive första position och en respektive andra position relativt till en del av kretselementet, och anordnade så att, när den dielektriska plattan 130 och den ledande plattan 140 är i sina respektive första positioner, ingen del av den ledande plattan 140 befinner sig mellan delen av kretselementet 110 och det ledande blecket 120; enbart en del av den dielektriska plattan 130 befinner sig mellan delen av kretselementet 110 och det ledande blecket 120. Vidare, närden dielektriska plattan 130 och den ledande plattan 140 är i sina respektive andra positioner, befinner sig en del av den ledande plattan 140 mellan delen av kretselementet 110 och det ledande blecket 120.

En justerbar fasskiftare med konstant impedans enligt en utföringsform kommer att beskrivas med hänvisning till Figur 2A och 2B.

Denna utföringsfrom innefattar ett U-format kretselement 110 och en ledande kretsväg 111. Till skillnad från utföringsformer beskrivna i relation till Figur 1 är de ytterkantspunkterna hos den ledande kretsvägen 111 i utföringsformen som beskrivs i relation till Figur 2A båda anordnade på samma sida av den mellanliggande gränsen. Figur 2A beskriver ytterkantspunkter på den dielektriska plattans sida av gränsen, men i vissa utföringsformer kan de ytterkantspunkterna istället vara anordnade på den ledande plattans 140 sida av den mellanliggande gränsen.

Figur 2B beskriver en utföringsform i vilken kretselementet 110 är inneslutet mellan ett par av glidelement 150, 155 av liknande konstruktion.

Glidelementsparet är symmetriskt anordnat i ett fast förhållande på motsatta sidor av kretselementet 110.

Glidelementen 150, 155 är anordnade mellan det ledande blecket 120 och det ytterligare ledande blecket 125.

Kretselementet 110 är åtminstone delvis inneslutet mellan ledande plattor 140 och 145 vilket lämnar ett utrymme mellan kretselementet 110 och varje ledande platta 140, 145.

Varje glidelement 150, 155 är flyttbart anordnat mellan de ledande blecken 120, 125 och kan förskjutas längs en förskjutningsaxel x. De flyttbart anordnade delarna kan vara kopplade till varandra, exempelvis så att de bildar en stripline-struktur, så att rörelse relativt varandra förhindras.

Ett fasskift uppnås genom att förskjuta de flyttbart anordnade delarna en sträcka längs förskjutningsaxeln x så att den elektriska längden av en ekvivalent transmissionsledning ändras. Som visas i 2A är det U-formade kretselementet vidare format i en böj för att bilda en första och en andra ände som sträcker sig transversellt från var och ett av benen hos kretselementet 110, och åtminstone delvis skjuter utfrån mellan glidelementen 150, 155. Varje ände hos ett kretselement 110 kan termineras av ett kontaktdon (visas ej i Figur 2A) som ej är inneslutet av glidelementen 150, 155.

Figur 2B är ett sidovytvärsnitt av utföringsformen som visas i Figur 2A. I en implementering av denna utföringsform bildar glidelementen 150, 155 en stripline-struktur med en total höjd av 7 mm. De dielektriska plattorna 130, 135 är 3 mm tjocka och de ledande plattorna 140, 145 är 1.55 mm tjocka. Längden av stripline-strukturen i förskjutningsdimensionen är 110 mm och den är anordnad i ett hölje för att möjliggöra en förskjutning /- ? av glidelementen från en neutral position, där ? = 15 mm.

Kanten på den dielektriska plattan gränsar till kanten på den ledande plattan, så att om den nämnda punkten lämnar den omedelbara närheten av den dielektriska plattan så inträder den i närheten av den ledande plattan, där induktansen per längdenhet kan minskas genom en reducering av ett effektivt mellanrum mellan kretsvägen och jord. Det reducerade mellanrummet kommer även att orsaka en ökning av kapacitansen per längdenhet, men ett passande val av tjockleken på den ledande plattan kommer att göra den karakteristiska impedansen konstant när punkten angränsar till den dielektriska plattan och när den angränsar till den ledande plattan.

För att bibehålla ett lämpligt mellanrum mellan de ledande plattorna 140, 145 kan fasskiftaren innefatta en tjäder 147 anordnad för att separera de ledande plattorna 140, 145, som illustreras i Figur 2B.

Mellanrummet mellan en ledande platta 140, 145 och ett ledande bleck 120, 125 kan vara smalare än ett mellanrum mellan den ledande plattan 140, 145 och kretselementet 110.

Figur 4A illustrerar glidelementet 150 i en första extremposition längs förskjutningsaxeln (x-axeln), motsvarande ?. I denna position tillhandahåller fasskiftaren 100 en minimal fasfördröjning.

Figur 4B visar fasskiftaren i en andra extremposition, motsvarande -?. I denna position tillhandahåller fasskiftaren 100 ett maximalt fasskift.

Utföringsformen som beskrivs i Figur 4 är designad så att den totala möjliga förskjutningslängden 2? är kortare än den del av benen som sträcker sig parallellt längs förskjutningsaxeln, och anordnad så att ingen del av det transversella, relativt förskjutningsaxeln, kretselementet 110 kan överträdas, eller vara i omedelbar närhet av den mellanliggande gränsen mellan en dielektrisk platta 130, 135 och en ledande platta 140, 145.

Den justerbara fasskiftaren med konstant impedans kan inneslutas i ett hölje 160.

Kretselementet 110 kan anordnas i ett fast förhållande till höljet 160. Som illusteras exempelvis i Figur 2 kan de ledande blecken 120, 125 utgöra en del av höljet 160.

Fasskiftaren 100 kan innefatta en ingångskontaktdon 162 och ett utgångskontaktdon 164, där nämnda kontaktdon är galvaniskt anslutna via kretselementet 110.

Förgrenande kretselement En utföringsform av fasskiftaren 100 kommer nu att beskrivas i relation till Figur 5. I denna utföringsform sträcker sig kretselementet 110 på ett förgrenande vis mellan ett ingångskontaktdon 162 och flera utgångskontaktdon 164.

Denna utföringsform kan konfigureras liknande den utföringsform som beskrivits med hänvisning till Figur 2, men innefattar två U-formade delar.

Till skillnad från utföringsformen som beskrivits i relation till Figur 2 bildar böjningarna på benen hos respektive U-form en första ände och två andra ändar som sträcker sig vertikalt, i y-riktningen, i samma riktning, till skillnad från, vilket är fallet i de andra utföringsformerna, i olika riktningar. Medan det finns ett par flyttbara dielektriska plattor 130 för varje U-formad kretselementsdel, är en ledande platta 140 anordnad för att fungera som flyttbar jord för bägge U-formade delarna.

Som illustreras i Figur 5C är varje flyttbar dielektrisk platta 130, 135 ingreppsmässigt kopplad till en flyttbar ledande plattta 140, 145 anordnad att fungera som flyttbar jord. Vidare visar Figur 5C två fjädrar 147 innefattade i utföringsformen av fasskiftaren 100. Varje fjäder 147 tjänar till att separera de två ledande plattorna 140, 145 från varandra och från kretselementet 110, så att varje ledande platta 140, 145 är närmare det jordade höljet 160 än kretselementet 110. Varje ledande platta 140, 145 kan därför vara kapacitivt kopplad till det jordade höljet 160 och anordnad att fungera som flytande jord.

Delarna av kretselementet 110 är anordnade så att ingen del av de transversella, relativt förskjutningsaxeln, delarna av kretselementet 110 kan överträdas, befinna sig emellan, eller vara i omedelbar närhet av den mellanliggande gränsen mellan en ledande platta 140, 145 och en dielektrisk platta 130, 135.

Denna utföringsform tillhandahåller en linjär fasskiftare för 1700-2700 MHz som tillhandahåller två olika fasskift.

En fasskiftare 100 enligt en annan utföringsform kommer att beskrivas med hänvisning till Figurerna 6A och 6B.

Denna utföringsform tillhandahåller en roterbar fasskiftare för 618-960 MHz som tillhandahåller fyra olika fasskift från fyra utgångskontaktdon 164 och vidare ett utgångskontaktdon 163 som tillhandahåller minimalt fasskift, d.v.s. totalt sett fem ”fasskift”, där ett fasskift är vid ett minimum, eftersom ingen del av kretselementet mellan utgångskontaktdon 163 och ingångskontaktdon 16 kan vara i omedelbar närhet av ett dielektriskt medium.

Faskskiftaren enligt denna utföringsform kan konfigureras analogt med utföringsformer beskrivna med hänvisning till de föregående figurerna och kan fördelaktigt beskrivas i relation till ett cylindriskt koordinatsystem definierat av en vinkelförskjutningsdimension ?, en radiell dimension roch en djupdimension z, istället för det koordinatsystem med dimensionerna x, y, z som använts för att beskriva de föregående utföringsformerna.

Som illustreras av figur 6B innefattar denna utföringsform fyra U-formade delar av kretselementet 110. I relation till denna och andra utföringsformer innefattande roterbar flyttbara plattor skall termen ”U-formad del av ett kretselement” tas att betyda två koncentriska cirkelbågar med samma centrala vinkel i ?-dimensionen, förenade i en ände av en rak del, vilken utgör ”botten” av U-formen, och vilken sträcker sig i r-dimensionen.

En kant på den dielektriska plattan 130, 135 och en kant på den ledande plattan 140, 145 gränsar till varandra så att den dielektriska plattan 130, 135 och den ledande plattan 140, 145 bildar ett glidelement 150, 155; och glidelementet 150, 155 är flyttbart anordnat längs en glidbana mellan kretselementet 110 och det ledande blecket 120, 125 så att varje punkt hos en ledande kretsväg 111 är ständigt innesluten mellan glidelementet 150, 155 och ett parallellplan parallellt med det ledande blecket 120, och så att den relativa permittiviteten hos ett medium som angränsar till en punkt på den ledande kretsvägen 111 ändras samtidigt som glidelementet 150, 155 förflyttas.

Plattorna 130, 140 är var och en formade och anordnade tillsammans så att, närde förflyttas längs glidbanan, en ytterkantspunkt hos kretselementet 110 är stadigt positionerad över (i z-riktningen) en yttre kant på den ledande plattan 140. På samma sätt är en ytterkantspunkt hos kretselement 110 stadigt positionerad på en yttre kant på den dielektriska plattan 130. Plattorna 130, 140 bildar ett glidelement 150.

De till varandra gränsande plattkanterna 131 och 141 bildar en mellanliggande gräns hos glidelementet 150. Den mellanliggande gränsen skär glidelementet 150 med en vinkel relativt glidbanan. Vinkeln kan vara en rät vinkel. När glidelementet 150 förflyttas längs den roterbara glidbanan så förflyttas den mellanliggande gränsen över den ledande kretsvägen 111 definierad som en linje eller kurva mellan de ovan nämnda ytterkantspunkterna, så att den ledande vägen 111 är ständigt innesluten mellan glidelementen 150, 155.

I denna utföringsform är varje glidelement 150, 155 cirkulärt och roterbart längs en glidbana kring en rotationssymmetrisk axel hos dess perimetri.

En del av varje U-formad del av kretselementet 110 är innesluten mellan ett par dielektriska plattor 130, 135. Den andra delen av varje U-formad del är åtminstone delvis innesluten mellan ett par ledande plattor 140, 145 vilket lämnar ett luftfyllt mellanrum mellan kretselementet 110 och varje ledande platta 140, 145.

Varje dielektrisk platta 130, 135 är flyttbart anordnad i höljet och kan förskjutas rotationsmässigt med en förskjutningsvinkel ? kring rotationssymmetriaxeln. Varje ledande platta 140, 145 är flyttbart anordnad i höljet 160 och kan förskjutas i samma förskjutningsdimension ?. De flyttbart anordnade delarna kan vara kopplade till varandra, och exempelvis bilda en stripline-struktur, för att förhindra relativ rörelse mellan varandra.

Ett fasskift uppnås genom rotation av glidelementen 150, 155 med en vinkel ? så att ett fasskift mellan ett ingångskontaktdon 162 och ett utgångskontaktdon 164 ändras.

De flyttbara dielektriska plattorna och flyttbara jordplattorna är anordnade i höljet för att tillåta en förskjutning ±? av de flyttbara plattorna från en neutral position. En maximal förskjutning A kan vara /- 50 grader.

Fasskiftarutföringsformen som beskrivs i Figur 6 är designad så att den totala möjliga förskjutningsvinkeln 2A är mindre än den cirkulära vinkeln hos de koncentriska benen hos den U-formade transmissionsledningen och anordnad så att inga radiellt löpande delar hos kretselementet 110 kan överskridas, vara emellan, eller vara i omedelbar närhet av den mellanliggande gränsen mellan en ledande platta 140, 145 och en dielektrisk platta 130, 135. Som vidare illustreras i Figur 6 kan flera kretselement 110 med respektive associerade glidelement 150, 155 staplas i z-dimensionen.

Medan exempelvis Fye kortfattat nämner hur flera transmissionsledningar kan introduceras för att tillhandahålla synkron multipel fasskiftning, så beskriver eller ens antyder Fye inte hur sådana utföringsformer kan möjliggöras.

Fye beskriver inte hur en fasskiftare som kombinerar ökad justerbar fasskiftning med konstant impedans och synkron multipel fasskiftning kan möjliggöras, eller hur problem som introduceras i sådana utföringsformer i form av impedansmatchning i diskontinuiteten mellan dielektrika och luft kan övervinnas.

För att svepa en stråle i en höjdvinkel kan så kallad Remote Electrical Tilt, RET, tillämpas, exempelvis i en matris av basstationsantenner. En signal kan matas till flera antennelement som innefattas i en matris av antenner, så att varje antennelement mottar signalen med en specifik fördröjning. Varje antennelement mottar signalen med en progressiv fasfördröjning mellan varje element i matrisen. Denna fasfördröjning är linjärt proportionell mot frekvensen för att uppnå en konstant tidsfördröjning mellan varje element.

En matris av antenner kan ha lika stark utstrålning i flera riktningar, d.v.s. flera huvudstrålar. Dessa oavsiktliga strålknippen är kända som gitterlober och kan uppstå i likformigt åtskilda matriser, där antennelementens separation är för stor.

För att reducera förekomsten av svåra gitterlober är det önskvärt att kunna tillämpa fasskift i åtminstone 4 antennelement samtidigt som strålen styrs.

En vanlig nödvändig svepning för en matris av basstationsantenner involverar vanligtvis en nedåtlutning så att ett strålningsmönster har ett nollställe, ett första eller ett andra sådant, riktat mot horisonten.

För en vertikalt orienterad antennmatris med en konstant linjär excitation över en längd L och ett första nollställe mot horisonten kan en nedåtlutningsvinkel DTA approximeras som DTAapprox=?/L.

För att uppnå ett nollställe mot horisonten kan en skillnad 2?=? i geometrisk fördröjning tillämpas mellan ett översta och ett understa antennelement i antennmatrisen.

Utföringsformer av denna uppfinning löser problemet med hur en robust signalväg mellan inre och yttre delar av fasskiftartransmissionsledningarna kan åstadkommas. Utföringsformer av denna uppfinning löser vidare problemet med hur synkroniserad och robust progressiv fasfördröjning kan åstadkommas för att möjliggöra en förbättrad matris av RET-antenner.

Fackmannen inser att denna uppfinning inte på något sätt är begränsad till de utföringsformer som beskrivits härovan. Tvärtom är många modifikationer och variationer möjliga inom omfånget för de bifogade patentkraven.

I tillägg kan variationer av de beskrivna utföringsformerna förstås och utföras av fackmannen vid utövande av denna uppfinning, genom studier av ritningarna, beskrivningen, och de bifogade patentkraven. I patentkraven exkluderar ordet ”innefattar” inte andra element eller steg, och den obestämda formen ”en” eller ”ett” exkluderar inte ett flertal. Enbart det faktum att vissa åtgärder anges i inbördes olika osjälvständiga patentkrav indikerar inte att en kombination av dessa åtgärder inte med fördel kan användas.

Claims (11)

PATENTKRAV

1. Justerbar fasskiftare med konstant impedans (100) innefattande: ett kretselement (110) innefattande en ledande kretsväg (111), ett ledande bleck (120), en dielektrisk platta (130) och en ledande platta (140), fasskiftaren (100)kännetecknad av att: två ytterkantspunkter (112) på kretselementet (110) är stadigvarande positionerade över en yttre kant av den ledande plattan (140); den ledande kretsvägen (111) definieras som en linje mellan de två ytterkantspunkterna (112); den ledande kretsvägen (111) är anordnad mellan det ledande blecket (120) och ett parallellplan (121) parallellt med det ledande blecket (120); ett mellanrum mellan den ledande plattan (140) och det ledande blecket (120) är smalare än ett mellanrum mellan nämnda ledande platta (140) och kretselementet (110); en kant (141) på den dielektriska plattan (130) och en kant (151) på den ledande plattan (140) gränsar till varandra så att den dielektriska plattan (130) och den ledande plattan (140) bildar ett glidelement (150); kretselementet (110) och glidelementet (150) är anordnade så att ingen del av en, relativt glidbanan, transversell del av kretselementet (110) kan överskridas av en mellanliggande gräns mellan de till varandra gränsande kanterna (131, 141) till den dielektriska plattan (130) och den ledande plattan (140); och glidelementet (150) är flyttbart anordnat längs en glidbana mellan kretselementet (110) och det ledande blecket (120) så att varje punkt hos den ledande kretsvägen (111) är ständigt innesluten mellan glidelementet (150) och parallellplanet (121), och så att den relativa permittiviteten hos ett medium som angränsar till en punkt på den ledande kretsvägen (111) ändras allteftersom glidelementet (150) förflyttas.

2. Fasskiftare (100) enligt patentkrav 1 innefattande ett ytterligare ledande bleck (125), en ytterligare dielektrisk platta (135) och en ytterligare ledande platta (145), varvid: nämnda ytterligare plattor (135, 145) bildar ett ytterligare glidelement (155); glidelementet (150) och det ytterligare glidelementet (155) är symmetriskt anordnade i ett fast förhållande på motsatta sidor av kretselementet (110); och glidelementen (150, 155) är anordnade mellan det ledande blecket (120) och det ytterligare ledande blecket (125).

3. Fasskiftare (100) enligt något av de föregående patentkraven, varvid den ledande plattan (140, 145) är anordnad att fungera som jord.

4. Fasskiftare (100) enligt något av de föregående patentkraven, vidare innefattande ett hölje.

5. Fasskiftare (100) enligt patentkrav 4, varvid kretselementet (110) är annordnat i ett fast förhållande till höljet.

6. Fasskiftare (100) enligt något av patentkraven 4 eller 5, varvid åtminstone ett ledande bleck (120, 125) utgör en del av höljet.

7. Fasskiftare (100) enligt något av de föregående patentkraven, vidare innefattande ett ingångskontaktdon och ett utgångskontaktdon, där nämnda kontaktdon är galvaniskt anslutna via kretselementet (110).

8. Fasskiftare (100) enligt något av de föregående patentkraven, varvid kretselementet (110) sträcker sig på ett förgrenande vis mellan ingångskontaktdonet och flera utgångskontaktdon.

9. Fasskiftare (100) enligt något av de föregående patentkraven, innefattande flera kretselement, där varje kretselement sträcker sig mellan ett ingångskontaktdon och ett utgångskontaktdon.

10. Fasskiftare (100) enligt något av de föregående patentkraven, varvid glidelementet (150, 155) är flyttbart på ett linjärt vis.

11. Fasskiftare (100) enligt något av de föregående patentkraven, varvid glidelementet (150, 155) är flyttbart på ett rotationsmässigt vis.