專利名稱：一種電調天線雙側對稱弧臂移相器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及基站電調天線設備技術，具體是指一種電調天線雙側對稱 弧臂移相器。
背景技術：
基站是移動通信系統(tǒng)的一個重要組成部分。天線是基站的"耳目"，是基 站前端關鍵部件，起著接收和發(fā)射信號載波的作用。在移動通信網(wǎng)絡中，天線 直接決定著基站網(wǎng)絡的覆蓋和信號傳輸，對于移動通信系統(tǒng)的運行質量至關重
要。隨著移動通信系統(tǒng)2. 5G和3G系統(tǒng)的發(fā)展和普及，城市內(nèi)基站分布越來越 密集，通信頻段越來越多，這些直接帶來了基站之間干擾等問題。同時，隨著 城市建設的發(fā)展，高樓大廈不斷崛起，造成無線電波多重反射和遮擋，使得通 信網(wǎng)絡中導頻污染、越區(qū)覆蓋、多徑效應日益嚴重。如何解決上述問題已成為 基站網(wǎng)絡分布與優(yōu)化的關鍵問題。
研究和試驗已經(jīng)表明，采用多頻電調天線是解決上述問題的一個最佳方 案。電調天線通過移相器改變天線陣中單元的相位分布，實現(xiàn)天線波束下傾角 連續(xù)可調，因此，可以有效地控制基站覆蓋區(qū)域，減少基站間的干擾，降低電 波傳輸損耗，消除導頻污染。作為電調天線的關鍵部件，移相器必須具有成本 低、可靠性高且復雜度低的特點。
信號相移的方法有多種，如使用諸如PIN 二極管之類的半導體裝置的電調 移相器，但這類移相器容易引起相互調制，而且功率容量有限，需要復雜的控 制電路、成本高。因此在基站電調天線中很少使用。另一種方法是改變天線陣 各個單元饋線之間的電長度以形成各單元間相位差可調。目前，應用于電調天 線中的移相器主要有三種類型 一種是介質移相器，通過改變饋線材料的介電 常數(shù)，介電常數(shù)的改變導致波長變化，進而導致饋線電長度的變化；第二種是 滑動式移相器，通過滑動的方式，改變饋線的長度實現(xiàn)饋線電長度的變化；第 三種是指針式移相器，其結構類似于功率分配器，只是采用了指針式的懸置T 型接頭，隨著指針的旋轉，功分器的各輸出端口相位差發(fā)生變化，各輸出端口 接天線陣單元，因此可以改變各單元間相位差。1、 介質移相器
(1-1)圓形帶狀線介質移相器(1971年IEEE Trans MTT) 其通過轉動一個不均勻的介質圓盤，帶狀線的介電常數(shù)發(fā)生變化，于是線 性相位變化，而特性阻抗將保持不變，因此不會產(chǎn)生大的反射。這種移相器構 造比較巧妙，但是造價過高。如要實現(xiàn)5個單元的電調天線的相位變化，需要 移相器個數(shù)較多，不利于工程應用。
(l-2)三角介質移相器 (2001年日本Naoki H0麗A)
其通過三角狀的介質板在微帶線上滑動，所覆蓋的各條饋線的有效介電常 數(shù)發(fā)生不同的變化，造成其電長度不同變化，于是，各條饋線產(chǎn)生不同的相位 延遲。這種移相器結構簡單，但是不夠穩(wěn)定，三角形的切斜邊和對基片的契合 程度都嚴重影響移相器的特性。
(1-3)集成多線移相器(KMW公司)
其隨著轉盤的旋轉，覆蓋各傳輸線的介質將不同，因此，各路的相位發(fā)生 變化。這種移相器能夠同時集成多條傳輸線，并且保持很低的插入損耗和駐波 比。但結構復雜，需要特殊的介質材料，成本高。
2、 滑動式移相器
(2-1) T型滑動式移相器(中國專利申請?zhí)?2139334.6,2003.1.22) 其通過控制滑動機構連續(xù)移動的路徑長度，控制輸出信號分量的相位差。 該移相器包括介質片、滑片、耦合片、傳輸線板，通過改變滑片的長度獲得不 同范圍的波束掃描角度，用該移相器可對多元天線陣的輻射波束調節(jié)。
但是，這種結構對介質板滑動中對上下層的連接要求很高。介質板的移動 將導致各相關傳輸線的阻抗變化，對于功率分配有影響。而且這種裝置的尺寸 較大，限于電調天線尺寸所能進行介電常數(shù)變化的傳輸線不能很長，導致整個 相移量有限。
(2-2) U型滑動式移相器(中國專利申請?zhí)?00815637.9， 2003.1.8， 國際申請?zhí)朠CT/IB00/00739 2000.5.22)
這種移相器由固定傳輸線和滑動傳輸線組成，固定傳輸線的內(nèi)導體由一端 短路另一端開路的平行導體臂組成，滑動傳輸線的內(nèi)導體嵌入在固定傳輸線內(nèi) 導體平行臂之間，可以滑動，如圖5所示。這樣，通過滑動內(nèi)導體，改變傳輸 線長度，實現(xiàn)移相。內(nèi)導體可以配置成了分支結構，實現(xiàn)等功率的分配。這種 移相器的缺點是尺寸較大。3、指針式移相器
(3-1) —進二出指針式移相器(中國專利申請?zhí)?2803184. 9) 在這種天線裝置中使用了兩個移相器分別控制至少兩組天線輻射單元，如 圖6所示。移相器通過可旋轉的傳輸線(指針)把輸入傳輸線(饋線)與弧形 輸出傳輸線(弧臂)通過縫隙耦合連接為一體，構成懸置T形分支等功率分配 器。隨著指針的旋轉，從饋線到兩個輸出端口的路徑長度發(fā)生變化，產(chǎn)生相位 變化，但功率分配保持不變。這種移相器的結構簡單，成本低。但要實現(xiàn)多路 移相，需要多個移相器。
(3-2) —進四出指針式移相器(中國專利申請?zhí)?0802132. 5) 這種移相器是上述兩個一進二出移相器的組合。一條指針與兩條同心等弧 的弧臂耦合，形成一進四出的功分器，大弧和小弧的半徑之比為2:1，保證了 四個端口的等相位差輸出，如圖7所示。隨著指針的旋轉，從饋線到四個輸出 端口的路徑長度發(fā)生變化，產(chǎn)生相位變化。雙弧臂都被安裝在旋轉點的同一側， 這樣設計的好處是可以節(jié)省安裝空間，但是也有其弊端。由于第二條弧臂的耦 合電流必須先經(jīng)過第一條弧臂，而此兩者之間的功率分配僅僅依靠中段的匹配 電路實現(xiàn)等分，因此非常難實現(xiàn)，對于電調天線的傳輸特性和駐波比都有比較 大的影響。
(3-3) —進五出指針式移相器(美國專利申請?zhí)朥S20050001778A1) 這種移相器是上述一進四出移相器與一個固定的一分二 T形分支的組合，
形成一進五出。固定分支的功率分配為1: 4，如圖8所示。這種移相器的結
構更加緊湊，但設計難度也更大，更難以實現(xiàn)等功率分配。
總而言之，現(xiàn)有的指針式移相器的缺陷在于對于多路輸出雖然可以實現(xiàn)各
路的等差相移，但難以保證各輸出端口的等功率分配，因而可能造成電調天線
方向圖的畸變。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提出一種電調 天線雙側對稱弧臂移相器，其結構簡單，在使用多個輻射單元的天線陣情況 下，可以有效地控制和調整各輻射單元間的相位差，并保證各輸出端口的等 功率輸出；同時，使移相器旋轉臂轉動時，保持結構的對稱性，從而保證移 相器性能的穩(wěn)定。
本實用新型的目的通過下述技術方案實現(xiàn)本電調天線雙側對稱弧臂移相器，包括弧臂、旋轉臂、饋線，大、小兩條弧臂對稱地位于兩個同心圓上， 圓心為旋轉點，大弧臂與小弧臂的半徑比為2: 1，旋轉臂懸置在饋線和兩條 弧臂的上方，旋轉臂包括直段、拐角段，所述拐角段一端與直段的中心對稱 位置處呈T型連接，拐角段另一端與饋線在旋轉點處懸置連接，旋轉臂的直 段兩端部與兩條弧臂分別采用T型懸置連接；所述旋轉點與旋轉臂兩端部位 于同一直線上；饋線輸入端口與饋源連接，兩條弧臂的四個輸出端口分別與 天線陣輻射單元相應連接。
旋轉臂是所實用新型的移相器的關鍵部件，它是實現(xiàn)把輸入信號等功率 地分配給四個輸出端口同時又保持各輸出端口信號之間的相位能夠等差變化
的橋梁。本實用新型中的旋轉臂是一種特殊結構的T型分支，這種結構的T 型分支把旋轉點與分支接頭點分離，使得轉動時旋轉臂始終保持為直角T型
接頭，保證了旋轉時從饋線來的功率始終保持對稱分配到兩個弧臂，形成等 弧反向對稱饋電結構。如果旋轉點與分支接頭點重合，饋線與旋轉臂的角度 必然會隨著旋轉臂轉動而變化，造成的功率分配的變化。為更好地實現(xiàn)本實 用新型，所述旋轉臂的各部分還兼具阻抗匹配的作用，可以通過調節(jié)各部分 的寬度和長度實現(xiàn)寬帶阻抗匹配。
所述旋轉臂的各部分分別由傳輸線組成，傳輸線可以是帶狀線、微帶線， 也可以是同軸線或共面波導。
所述拐角段另一端與饋線在旋轉點處懸置連接，包括間隙耦合(邊饋式) 或同軸激勵(中饋式)。邊饋式采用帶狀線或微帶線從移相器邊緣饋電方式。
饋源臂采用u形設計，使得在旋轉臂圍繞旋轉點旋轉時，旋轉臂與饋線之間
的夾角不會太小，使得旋轉過程中輸入阻抗特性變化不大，容易實現(xiàn)旋轉臂 大范圍旋轉時的阻抗匹配。
中饋式采用同軸線直接從旋轉點饋電的方式，這種結構的好處是不管旋 轉臂處于何種角度，對旋轉點來說結構都是一樣的，有利于實現(xiàn)旋轉臂大范 圍旋轉時的阻抗匹配。
所述T型懸置連接是實現(xiàn)旋轉臂在旋轉過程中能夠有效地把信號從旋轉 臂耦合到弧臂的關鍵結構。為了保證旋轉臂靈活轉動同時避免產(chǎn)生無源三階 交調，接頭處旋轉臂與弧臂不能直接接觸，必須釆用懸置結構。為了能夠有 效地耦合能量，本實用新型中的T型懸置連接是指旋轉臂直段端部與弧臂為 上、下兩層垂直設置，旋轉臂直段端部與弧臂之間設有介質，旋轉臂直段端部通過該介質在弧臂上滑動連接。旋轉臂和弧臂可以采取帶狀線或微帶，這 樣兩部分的金屬導帶都具有平面狀表面，便于旋轉臂旋轉滑動。旋轉臂和弧 臂之間由介質片或縫隙相隔開，形成導體電容耦合，這樣可將可能由金屬之 間直接接觸引起地相互調制減至最小。
所述T型懸置連接可以采用帶狀線U型雙片T型懸置連接、帶狀線單片 T型懸置連接或微帶T型懸置連接。
本電調天線雙側對稱弧臂移相器的輸入、輸出端口通過同軸-微帶轉化接 頭與同軸線相連接。
本電調天線雙側對稱弧臂移相器設置在一塊金屬母板上，該金屬母板由 天線的反射器構成，另外再通過一塊金屬蓋板屏蔽，上、下兩塊金屬母板之 間用金屬封閉。防止信號能量的外泄。
本實用新型的工作原理是本實用新型的技術關鍵是采用了由三個T型 分支構成的雙側對稱功分饋電網(wǎng)絡，實現(xiàn)了一端口輸入信號，四端口輸出信 號的多端口移相器。
本電調天線雙側對稱弧臂移相器由一個直臂T型分支和二個弧臂懸置T 型分支組成。輸入信號從輸入端口 (端口 1)輸入，沿饋線傳輸，通過直臂T 型分支將信號等功率地分配到兩個弧臂T型分支，最后通過兩個弧臂一分四 地從四個輸出端口 (端口2、 3、 4、 5)等功率輸出。在旋轉點和T型懸置連 接結構位置，信號通過間隙耦合傳輸，這樣既保證了機械轉動，也避免了產(chǎn) 生無源三階交調。各輸出端口連接電調天線陣的各個輻射單元。兩條弧臂對 稱地位于兩個同心圓上，圓心為旋轉點，大弧臂與小弧臂的半徑比為N，這 樣當旋轉臂轉動時，從T型懸置連接結構到大弧臂、小弧臂輸出端口之間的 長度差變化始終保持為N，這樣就保證了旋轉臂旋轉時電調天線各單元間的 相位始終保持等差變化，以實現(xiàn)電調天線下傾角的連續(xù)可調。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果
(1) 本實用新型與現(xiàn)有技術相比，利用對稱雙側弧臂結構，形成由三 個T型分支構成的對稱功分饋電網(wǎng)絡，實現(xiàn)了一個端口輸入四個端口等功率 輸出同時各輸出端口間相位差等差變化的移相器結構，保證了寬頻帶大旋轉 角度情況下的良好阻抗匹配。將所實用新型的移相器與天線陣列單元適當連 接可以實現(xiàn)電調天線下傾角的較大幅度變化。
(2) 除了弧形輸出臂外，本實用新型的T型旋轉臂和U型饋線更有利于信號功率的等分和旋轉臂旋轉時輸出信號幅度的穩(wěn)定。由于物理結構基本 完全對稱，從旋轉點延伸到不同輸出端口的路徑和耦合結構基本相等，因此 功率很容易形成四等分，并且隨著旋轉臂的旋轉形成各端口輸出信號相位差 的等差變化。


圖1是本實用新型一種電調天線雙側對稱弧臂移相器(邊饋式)的結構 俯視圖。
圖2是本實用新型一種電調天線雙側對稱弧臂移相器(中饋式)的結構 俯視圖。
圖3是帶狀線U型雙片T型懸置連接的結構示意圖。 圖4是帶狀線U型雙片T型懸置連接的結構側視圖。 圖5是帶狀線單片T型懸置連接的結構示意圖。 圖6是帶狀線單片T型懸置連接的結構側視圖。 圖7是微帶T型懸置連接的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新 型的實施方式不限于此。 實施例
如圖l、 2所示，本電調天線雙側對稱弧臂移相器，包括弧臂、旋轉臂、 饋線9，大、小兩條弧臂14、 13對稱地位于兩個同心圓上，圓心為旋轉點6， 大弧臂14與小弧臂13的半徑比為2: 1，旋轉臂懸置在饋線9和兩條弧臂14、 13的上方，旋轉臂包括直段IO、拐角段7，拐角段7—端與直段的中心對稱 位置處8呈T型連接，拐角段7另一端與饋線9在旋轉點6處采用間隙耦合 (邊饋式)或同軸激勵(中饋式)懸置連接，旋轉臂的直段10兩端部11、 12與兩條弧臂13、 14分別采用T型懸置連接；所述旋轉點6與旋轉臂11、 12兩端部位于同一直線上；饋線輸入端口 l與饋源連接，兩條弧臂的輸出端 口2、 3、 4、 5分別與天線陣輻射單元相應連接。
對于邊饋式移相器，饋線9和旋轉臂拐角段7之間用介質螺釘固定在旋 轉點6處。其中旋轉臂的一端可以用介質條延伸至一條拉桿上，通過拉動拉 桿改變旋轉臂的角度。在旋轉點6，饋線9的端點和旋轉臂拐角段7的端點 都做成半圓形，避免轉動時出現(xiàn)棱角而造成不連續(xù)性。旋轉臂的各部分還兼具阻抗匹配的作用，可以通過調節(jié)各部分的寬度和 長度實現(xiàn)寬帶阻抗匹配。旋轉臂的各部分分別由傳輸線組成，傳輸線可以是 帶狀線、微帶線，也可以是同軸線或共面波導。
T型懸置連接是指旋轉臂直段端部與弧臂為上、下兩層垂直設置，旋轉 臂直段端部與弧臂之間設有介質，旋轉臂直段端部通過該介質在弧臂上滑動
連接。T型懸置連接可以采用帶狀線U型雙片T型懸置連接、帶狀線單片T 型懸置連接或微帶T型懸置連接。
其中，帶狀線U型雙片T型懸置連接的結構如圖3和圖4所示，上下兩 層為金屬板組成的地15，中間為上、下層設置并互相垂直的兩根帶狀線，分 別為旋轉臂IO和弧臂16;其中上層的旋轉臂10的端部做成雙片U型結構17， 將下層的帶狀線16卡在中間。但它們彼此之間并不接觸，而是通過一個也為 U型結構的介質片18進行信號能量的耦合，避免金屬的直接接觸。通過旋轉 臂的轉動，旋轉臂端部和弧臂的耦合位置發(fā)生變化，從而改變了移相器各個 端口的傳送路徑的實際長度，進而達到改變各端口輸出相位變化的目的。
帶狀線單片T型懸置連接的結構如圖5和圖6所示，與帶狀線U型雙片 T型懸置連接的結構所不同的是旋轉臂10端部和弧臂16之間僅僅由介質片 19隔離，避免兩者直接接觸。
微帶T型懸置連接的結構如圖7所示，它由上下兩層介質基片20和23 (即分別為旋轉臂和弧臂)構成，上層介質基片上有T型金屬導帶分布21、 24，下層介質基片上表面分布有與21垂直與24平行的金屬導帶22，下層介 質基片的下表面為金屬構成的地25。導帶24是為了加強導帶21與22的耦 合。上層介質基片可以滑動。
本電調天線雙側對稱弧臂移相器的輸入、輸出端口通過同軸-微帶轉化接 頭與同軸線相連接。
本電調天線雙側對稱弧臂移相器設置在一塊金屬母板上，該金屬母板由 天線的反射器構成，另外再通過一塊金屬蓋板屏蔽，上、下兩塊金屬母板之 間用金屬封閉，防止信號能量的外泄。
本電調天線雙側對稱弧臂移相器的工作過程是如圖1、 2所示，輸入 信號從輸入端口 l輸入，沿饋線9傳輸，在旋轉點6通過間隙耦合(邊饋式) 或同軸激勵(中饋式)，再經(jīng)過拐角7，傳輸至旋轉臂直段的中心對稱位置 處8，將信號功率一分為二，通過直段10傳至直段兩端部11、 12，直段兩端部1K 12與兩條弧臂13、 14分別通過T型懸置連接進行間隙耦合，分別把 信號功率再一分為二地耦合到小弧臂13和大弧臂14，最后通過大小兩個弧 臂14、 13輸入信號功率一分為四地從四個輸出端口 2、 3、 4、 5等功率輸出， 最終分別傳送給天線陣的相應輻射單元。
如上所述，便可較好地實現(xiàn)本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的 較佳實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍；即凡依本實用新型內(nèi)容 所作的均等變化與修飾，都為本實用新型權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求1、一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于包括弧臂、旋轉臂、饋線，大、小兩條弧臂對稱地位于兩個同心圓上，圓心為旋轉點，大弧臂與小弧臂的半徑比為2∶1，旋轉臂懸置在饋線和兩條弧臂的上方，旋轉臂包括直段、拐角段，所述拐角段一端與直段的中心對稱位置處呈T型連接，拐角段另一端與饋線在旋轉點處懸置連接，旋轉臂的直段兩端部與兩條弧臂分別采用T型懸置連接；所述旋轉點與旋轉臂兩端部位于同一直線上；饋線輸入端口與饋源連接，兩條弧臂的四個輸出端口分別與天線陣輻射單元相應連接。
2、 根據(jù)權利要求l所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于 所述旋轉臂的各部分的寬度和長度可調。
3、 根據(jù)權利要求l所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于 所述旋轉臂的各部分分別由傳輸線組成。
4、 根據(jù)權利要求3所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于 所述傳輸線為帶狀線、微帶線、同軸線或者共面波導。
5、 根據(jù)權利要求l所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于 所述拐角段另一端與饋線在旋轉點處懸置連接，所述懸置連接為間隙耦合或同 軸激勵。
6、 根據(jù)權利要求l所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于 所述T型懸置連接，是指旋轉臂直段端部與弧臂為上、下兩層垂直設置，旋轉 臂直段端部與弧臂之間設有介質，旋轉臂直段端部通過該介質在弧臂上滑動連 接。
7、 根據(jù)權利要求6所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于所述T型懸置連接包括帶狀線U型雙片T型懸置連接、帶狀線單片T型懸置連 接或微帶T型懸置連接。
8、 根據(jù)權利要求l所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于所述輸入、輸出端口通過同軸-微帶轉化接頭與同軸線相連接。
9、 根據(jù)權利要求l所述一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，其特征在于 所述電調天線雙側對稱弧臂移相器設置在一塊金屬母板上，該金屬母板由天線 的反射器構成，另外再通過一塊金屬蓋板屏蔽，上、下兩塊金屬母板之間用金 屬封閉。
專利摘要本實用新型提供一種電調天線雙側對稱弧臂移相器，包括弧臂、旋轉臂、饋線，大、小兩條弧臂對稱地位于兩個同心圓上，圓心為旋轉點，大弧臂與小弧臂的半徑比為2∶1，旋轉臂懸置在饋線和兩條弧臂的上方，旋轉臂包括直段、拐角段，所述拐角段一端與直段的中心對稱位置處呈T型連接，拐角段另一端與饋線在旋轉點處懸置連接，旋轉臂的直段兩端部與兩條弧臂分別采用T型懸置連接；所述旋轉點與旋轉臂兩端部位于同一直線上；饋線輸入端口與饋源連接，兩條弧臂的四個輸出端口分別與天線陣輻射單元相應連接。本實用新型結構簡單，性能穩(wěn)定，可以有效地控制和調整天線陣各輻射單元間的相位差，并保證各輸出端口的等功率輸出。
文檔編號H01Q3/30GK201146243SQ200720058649
公開日2008年11月5日 申請日期2007年10月24日 優(yōu)先權日2007年10月24日
發(fā)明者周競科, 褚慶昕 申請人:華南理工大學