一种基于螺旋慢波线的小型化电调智能天线移相器制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于３Ｇ无线通信系统基站电调智能天线的基于螺旋慢波线的小型化移相器。该移相器基本结构包括金属盒部分、传输线部分和位置可变的介质片部分。金属盒部分主要起到屏蔽和反射作用。传输线部分由蚀刻在双面覆铜介质板上的螺旋铜带构成，固定于金属盒上下盖板之间。介质片部分插入于金属盒上下盖板与传输线部分之间，可由机械传动机构带动，改变其与传输线部分的相对位置。此相对位置决定了移相器输出信号的相位。基于本发明专利技术的基本结构，合理改变介质块形状，或是添加功分网络，即可构成本发明专利技术的其它具体实施方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线工程
，涉及到一种移相器，具体来说是一种用于基 站电调天线的小型化移相器，其在无线通信系统中的功能是可以使基站天线的波 束产生倾斜。
技术介绍
在无线通信迅速发展的今天，作为信号发送和接收的主要载体，基站天线对 无线通信系统的网络构建起着举足轻重的作用。在实际运用中，天线在安装到发 射塔上后，往往需要实时的对天线波瓣图的下倾角进行调节以适应不同区域、不 同时间、不同用户数量、不同信道环境的需要。在常规的通信基站中，调节天线波束的下倾角需要设备管理人员攀爬到安装 天线的发射塔上，手工调谐安装在天线上的机械调整装置。当然这种方法不安全 且不能满足对下倾角进行实时调整的需要。正是安装工程及网络优化的强烈需 求，基站电调智能天线成了无线通信系统网络构架中至关重要的一环。电调智能天线可在控制室内操作电控机械装置控制移相器，很方便的改变各 个阵元的馈电相位，从而改变整个天线阵的波束指向。这种方法节约了人力，同 时可以做到基本无延时的调整波束下倾，完全能够满足不断改变通讯条件的实时 通信的需要。因此，移相器在移动通信基站中的作用显而易见，而对移向范围大、 传输损耗小、体积小、加工成本低的移相器的设计研究，也成为发展移动通信技 术非常重要的一部分。中外学者在对移相器的研究方面做了许多工作，也研制了许多性能结构优良 的移相器。典型的如中国专利03154962. 4 —种名为"混合移相器和功率分配器" 的电调移相器，其包括传输线和一个位于电介质区域内位置可变的电介质片。电 介质片与传输线的位置决定了传输信号相位的改变。此移相器因其加工成本低、 插入损耗小，在现有通信基站中己经广泛投入使用。但是此移相器在体积方面还 有很大可优化的空间。在基站天线阵列中移相器的使用量非常大，它体积的减小 可以为基站天线阵的小型化奠定重要的基础。又如中国专利申请号00802132. 5中描述的"高频移相器组件"。其特征在 于至少有一个与第一带状导体段同心设置的带状导体段，备有连接导线，由此至 少间接地从馈电导线到各个配属带状导体段的分接部分产生电连接，在至少两个 带状导体段上，在相互错置的分接点上至少两对不同的天线辐射器以不同的相位 角可控。这种结构非常节省空间，有较高的集成密度。但在这设计当中，要单凭 大小弧之间的一级阶梯变化实现多个输出端口和输入端口之间的阻抗匹配较为 困难，这对于电调天线的传输特性和驻波比都有比较大的影响。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述技术背景实现，目的在于对现有技术存在的问题加以研究和 解决，提出了一种新的电调移向装置。该装置通过对传输线形式的专利技术和创新， 采用螺旋慢波线形式设计出了一种移相范围大、插入损耗小、成本低廉、便于加 工生产，最重要的一点就是体积较之传统移相器大幅度縮小的新型移相器。该移相器适用与3G无线通信网络的基站电调智能天线，它的基本结构包括 金属盒部分、传输线部分和位置可变的介质片部分。金属盒部分主要起到屏蔽和 反射作用。传输线部分由蚀刻在双面覆铜介质板上的螺旋铜带构成，固定于金属 盒上下盖板之间。位置可变的介质片部分插入于金属盒上下盖板与传输线部分之 间，可由机械传动机构带动，改变其与传输线部分的相对位置，此相对位置决定 了移相器输出信号的,位。本专利技术最大的新颖性在于传输线部分用蚀刻在双面覆铜介质板上的螺旋铜 带构成，这样就构成了一个典型的慢波系统，在一定的空间内，传输线的等效长 度得到大幅度的增加。由相位移的经典公式厶^ = / / = 2^/^可知，相移量Ap随着传输线长度/的增加而增大。本设计就是利用这一特点，使用螺旋结构增大传 输线的等效长度，从而与传统使用三板带状线的移相器相比，能够在一定体积内 增大移相器的相移范围，或者说在达到同样相移范围的条件下可以大幅度的縮小 移相器整体的体积。本专利技术的特点还不仅仅是小型化。移相器在工作时，介质板在传输线与金属 盒的上下盖板之间移动，改变传输线上信号的相位延迟，当然，在介质板与空气 介质的交界处会存在不连续性，但可以通过调整介质板的形状和间距，弱化这种不连续性。因此，天线在不同下倾角工作时， 一致性良好。并且，由于金属盒的 存在，能量被约束在上下盖板之间，没有辐射损耗，而且还可以起到屏蔽外界干 扰的作用。另外，金属盒中介质为空气填充，介电常数稳定，损耗小，这样整个 移相器的损耗就可以控制到很小。还有，此移相器只需要介质板沿特定方向移动 即可以达到大幅度移相的目的，结构极其简单，成本低廉，便于大规模加工生产 和使用。在本专利技术的一个实施方案中，双面覆铜介质板在上下两面铜带对应的相应位 置打过孔以代替介质板侧壁覆铜，这主要是出于制作工艺和加工成本的考虑。而 这样做对移相器的相移量、驻波系数等各项指标影响都非常小，是一种易加工生 产的完全可行的实施方案。在本专利技术的一个实施方案中，介质块被做成阶梯形或是其它不规则图形。这 主要是为了达到在介质滑动过程中对移相角度线性化的目的。即力求介质块每滑 动一毫米，移相器对信号都产生相同的相移。在本专利技术的一个实施方案中，两个甚至多个此移相器上下叠加，相邻两者之 间共用一块金属接地板，实现多移相器并行移相。在本专利技术的一个实施方案中，多个移相器被应用于带有功率分配功能的移相 网络中，此功分移相网络可对一副天线阵列的各个阵元进行功率分配和可调移 相。附图说明图1为本专利技术——基于螺旋慢波线的小型化电调智能天线移相器的顶视图； 图2为本专利技术——基于螺旋慢波线的小型化电调智能天线移相器的侧视图； 图3为本专利技术移相范围的仿真结果图； 图4为本专利技术用通孔代替侧壁覆铜的介质板的顶视图； 图5为本专利技术两移相器共用地板并行移向的侧视图； 图6为本专利技术实现相位线性变化的结构示意图； 图7为本专利技术应用于功率分配网络的示意图； 图8为本专利技术应用于六元均匀直线阵的示意图。 具体实施方案-图1和图2示例性的描述了以一种基本实施方案实现的用于基站电调智能天线的移相器装置。依图示描述，此装置主要包括金属盒部分、传输线部分以及 可滑动介质片部分。金属盒部分l由铝板制成，当然也可以由其它金属材料制成。该金属盒主要 起到反射内部电磁波以及屏蔽外界干扰的作用。传输线部分2依靠介质支架或是其它刚性结构(图中未示出)固定于金属盒 l中，与金属盒上反射板ll、下反射板12平行。特别的，在本专利技术中，此传输 线被设计成一种螺旋结构。具体来讲是在一个介电常数较小的双面覆铜介质板 24上蚀刻出呈一定规律交替出现的铜带，在介质板侧壁的相应位置覆铜 231-236，这样就在介质板上构成了螺旋状的铜带23。此传输线包括一个输入端 口 21和一个输出端口 22，输入与输出端口位于被蚀刻介质板的两面，结构相同， 且对称存在，因此在需要时可以互换使用。在传输线部分2与上反射板11之间是第一电介质区域331，传输线部分2 与下反射板12之间是第二电介质区域332。这两个电介质区域均由空气填充。可滑动介质片部分分为两组，第一组由位于第一电介质区域331的介质片 311、 312、 313、 314构成，第二组由位于第二电介质区域的介质片321、 322、 323、 324构成。图中示出这两组介质片大小及间距都完全一样。当然这是种特 例。通常，介质片不仅仅局限于两组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于３Ｇ无线通信网络基站电调智能天线的基于螺旋慢波线的小型化移相器，包括金属盒、可滑动介质片部分以及传输线部分。传输线部分固定于金属盒的上盖板与下盖板之间。介质片部分插入金属盒上下盖板板与传输线之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭巍，杨仕文，陈益凯，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[]