差分相位连续可变的波束形成网络制造技术

本实用新型专利技术涉及一种差分相位连续可变的波束形成网络，包括金属腔体以及位于金属腔体内的功分器组和若干移相器，功分器组包括主功分器和若干从功分器，其中，各移相器根据移相的正反方向不同被分布在金属腔体内两侧，两侧移相器之间设有与各移相器连接的绝缘件，绝缘件上连设有介质杆，金属腔体设有供操作该介质杆的操作孔。包含所有功分器和移相器在内的波束形成网络实现了结构一体化集成，在实现移相的同时又实现了特殊的功率幅度加权，且结构简单可靠、尺寸体积小、制造简单、成本低廉。同时，移相器的移动部分和固定部分的金属采用了非接触式的电容耦合信号传输，从而抑制了无源互调产物以及高功率打火现象。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种波束形成网络，尤其是用于蜂窝移动通信系统基站天线的一种差分相位连续可变的波束形成网络。技术背景基站天线是数字蜂窝移动通信系统的关键部件。基站天线对所处位置的蜂窝小区(简称业务小区)进行无线信号覆盖；同时对来自远方其它具有同样工作频率的小区(简称同频小区)的无线干扰(简称同频干扰)进行抑制。实现上述功能的方法是合理地调整基站天线垂直面方向图的波束指向，使其指向角在水平线方向朝下作适当倾斜(也称波束下倾)。由于在许多复杂的实际应用场景中，信号覆盖的范围和同频干扰的情况不断地在改变，因此波束下倾的角度(也称波束扫描)也需要在时间上的经常变化、以及在角位置上的连续变化，这种天线称为连续可调的波束电下倾基站天线。连续可调波束电下倾基站天线的实现原理来自众所周知的相控阵雷达天线波束扫描原理。现有技术中，在美国专利(US6,611,230)“Phased arrayantenna having phase shifters with laterally spaced phase shift bodies”中详细叙述了这一实现过程，请参见图1所示的原理框图。在图1中，相控阵雷达天线39(或连续可调的波束电下倾基站天线)主要由天线辐射单元阵列31和波束形成网络37组成。天线阵列31由等物理间隔的n个辐射单元32a、32b、32c、…、32n组成；波束形成网络37由一分为n的功分器(处于发射状态时的简称，全称为功率合成与分配网络)和n个可变相位的移相器34a、34b、34c、…、34n组成。当n个移相器34a、34b、34c、…、34n的相位输出依此为Φ0、Φ0+Δ、Φ0+2Δ、…、Φ0+(n-1)Δ(即满足差分相位关系)时，方向图的波束指向产生一个物理角度偏移(扫描或下倾)量θ，其关系为Δ＝(2πd/λ)sin θ。其中d为相邻辐射单元的间隔、λ为工作波长、Φ0为每一单元传输通道的固有初始相位，它可以通过传输线(如电缆)的配相来实现各单元传输通道Φ0的一致。显然，下倾角θ仅与差分相位Δ有关。实现等差分相位Δ(Δ可正可负)且实现Δ的连续可变，则下倾角θ连续可调。差分相位Δ的连续变化由波束控制器38来完成。因此，波束形成网络37是波束电下倾基站天线实现的关键。遗憾的是相控阵雷达天线在波束形成网络37中采用的移相器34是量化式的数字移相器，其造价昂贵，且相应的波束控制器38也复杂和昂贵；同时量化式的数字移相器会带来波束下倾角度的指向偏差且不能连续改变下倾的角度，后一缺点在相控阵天线中是通过成千上万个移相器和天线辐射单元的组合以及算法的修正来弥补，而对于仅有几个辐射单元的基站天线来说，指向误差是难以弥补的。为了实现图1的波束形成网络37，首先需要一种廉价的且相位可连续变化的移相器，现有技术中，在1950年的美国专利(US2,502,359)中提出了这样一种相位可连续变化的移相器，如图2所示。图2中沿3-3方向看去的剖面投影图如图3所示。参见图2和图3“U”型传输线由11、12、13、14、15组成，其中采用金属空心圆柱结构的11、12为固定部分，二者的左端分别与金属腔体19侧壁上的二个同轴线接头24相连；采用金属实心圆柱结构的“U”型线14、13、15分别插入11和12右端空心体内。通过一个机械传动杆21、联动体16以及17和18，进而推动14、13、15左右运动，其中17、18为非导电的绝缘件。由于11、14、13、15、12组成的“U”型传输线的总长度的连续变化，导致二个同轴线接头24之间传输信号的相位出现相应的连续变化，即实现了移相功能。上述移相器的缺点之一在于在反复的使用中，难以确保固定的传输线11或12与可移动传输线14、13、15之间的良好接触，而且两个金属之间的这种非紧固连接方式在高功率情况下可能出现打火现象，同时难以避免由于不良接触引起的无源互调产物。上述移相器的缺点之二在于圆柱状的传输线11、14、13、15、12为了满足一定的阻抗特性，相应的腔体19的厚度尺寸H更大。上述移相器的缺点之三在于当移相器应用于类似连续可调的波束电下倾基站天线时，通常需要同时采用多个移相器一体化，如此，由于结构布局的关系，圆柱状的传输线11和12的空心环不便于机械加工，采用模具生产也不便于脱模工艺。缺点之三的应用例子在公开文献Crone，G.A.E.；Rispoli，F.；Wolf，H.；Clarricoats，P.J.B.；″Technology advances in reconfigurable contoured beamreflector antenna in Europe″，Proc.of 13-th AIAA International Conference onCommunications Satellite Systems，1990，pp.255-263中可以看到根据上述文献中Fig.10的描述，其实现一个可变功分器例子的结构示意图如图4所示。参见图4，输入信号从端口51经过一分二的功分器54的54a臂分解为54b和54c二路，再分别经过大“U”型移相器55和56，连接至3dB分支线定向耦合器57的二个输入端58和59。当结构相同、布局相向的一对“U”型移相器55和56朝同一方向联动移动时，一个移相器将产生正的差分相位，另一个移相器将产生负的差分相位，如此，根据众所周知的微波网络原理，最终在分支线定向耦合器57的二个输出端52和53将实现功率分配比的连续变化，而相应的相位输出却保持恒定不变。可以看出，在这个例子中用到2个“U”型移相器，相应地54b和54c或者58和59需要整体加工，其中的空心环横截面显然给加工带来不便。另外，对于n路辐射天线单元组成的电下倾基站天线，实现波束的连续可调需要至少n-1个移相器元件组成的波束形成网络，并产生一系列差分相位Δ、2Δ、…、(n-1)Δ，如此，如果由于移相的量程不同出现多个移相器尺寸结构或者如果采用多个复杂的机械传动装置，都将由于其复杂化和高成本而限制其实际应用。
技术实现思路
本技术的目的就是要克服上述现有技术的不足，提供一种包含多个移相器在内的一体化集成式差分相位连续可变的波束形成网络，同时形成多路连续可变的差分相位输出，且多路信号的功率电平可呈等幅(幅度不加权)或不等幅(幅度加权)输出，并保证其结构简单可靠、尺寸体积小、制造简单、成本低廉，可直接应用于连续可调的波束电下倾基站天线。本技术的目的是通过如下技术方案实现的本技术差分相位连续可变的波束形成网络，包括金属腔体以及位于金属腔体内的一分为二的功分器组和若干移相器，功分器组包括有一主功分器和若干从功分器，所述主功分器的每个输出端均电气连接一个移相器的输入端，部分移相器的输出端与一从功分器的合成端电气连接，每一从功分器的一个输出端均与一移相器的输入端电性连接，另一个输出端和所述主功分器的合成端均被电气连接至金属腔体外，其中，所述各移相器根据移相的正反方向不同被分别布设在金属腔体内两侧，两侧移相器之间设有与各移相器连接的绝缘件，绝缘件上连设有介质杆，所述金属腔体设有供操作该介质杆的操作孔。所述功分器组还可包括一前置功分器，其一个输出端与所述主功分器的合成端电气连接，其另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分相位连续可变的波束形成网络，包括金属腔体（１０８）以及位于金属腔体（１０８）内的一分为二的功分器组（７１，７２，７３，７４）和若干移相器（８１，８２，８３，８４），功分器组（７１，７２，７３，７４）包括有一主功分器（７２）和若干从功分器（７３，７４），所述主功分器（７２）的每个输出端均电性连接一个移相器（８１，８２）的输入端，部分移相器（８１，８２）的输出端与一从功分器（７３，７４）的合成端电性连接，每一从功分器（７３，７４）的一个输出端均与一移相器（８３，８４）的输入端电性连接，另一个输出端和所述主功分器（７２）的合成端均被电气连接至金属腔体（１０８）外，其特征在于：所述各移相器（８１，８２，８３，８４）根据移相的正反方向不同被分别布设在金属腔体（１０８）内两侧，两侧移相器（８１，８２，８３，８４）之间设有与各移相器（８１，８２，８３，８４）连接的绝缘件（１１１），绝缘件（１１１）上连设有介质杆（１１０），所述金属腔体（１０８）设有供操作该介质杆（１１０）的操作孔（１０９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卜斌龙，薛锋章，孙善球，谢国庆，范颂东，
申请(专利权)人：京信通信技术广州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]