CN104508908B - 一种基于介质加载的移相装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于介质加载的移相装置。该移相装置包括馈线，与馈线的至少一侧相邻、且可移动的介电元件；介电元件包括两个或两个以上分离且具有一定介电常数的交互介电段，交互介电段与馈线动态重叠，并且，交互介电段的面积随插入馈线的方向逐渐变小；每个交互介电段的形状和尺寸相同；并且，两相邻的交互介电段的相对两侧边所限定的各交互介电段的介电常数、尺寸以及间隔由计算机优化方式决定，以使信号在馈线上传导的反射最小。通过上述实施方式，移相装置的相移量与介质滑动量间线性度性能好、移相量大、布局方便，并且成本较低。

Description

一种基于介质加载的移相装置

技术领域

本发明涉及移动通信基站天线领域，尤其涉及一种基于介质加载的移相装置。

背景技术

移相器是基站电调天线的核心部件，现有移相器设计，一般采用介质片加载方法，如专利号为ZL200520063505.9以及ZL200620053705.0中国专利文献所述的基站电调天线移相器，采用了介质片对空气介质的加载。

其通过改变介质片的插入程度来改变移相量，但该设计中采用了形状简单的介质片设计，无法保证移相量与介质移相量的线性关系，在大移相量下该设计也难以保证良好的驻波；而且该设计与功分网络一体化，与本发明所提出的移相器模块相比，成本较高，布局灵活度不够。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于介质加载的移相装置，其相移量与介质滑动量间线性度性能好、移相量大、布局方便，并且成本较低。

为实现上述目的，本发明提供一种基于介质加载的移相装置，包括：馈线，与所述馈线的至少一侧相邻、且可移动的介电元件；所述介电元件包括两个或两个以上分离且具有一定介电常数的交互介电段，所述交互介电段与所述馈线动态重叠，并且，所述交互介电段至少部分的面积随插入所述馈线的方向逐渐变小；每个所述交互介电段的形状和尺寸相同；并且，两相邻的所述交互介电段的相对两侧边所限定的各所述交互介电段的介电常数、尺寸以及间隔由计算机优化方式决定，以使信号在所述馈线上传导的反射最小。

其中，每个所述交互介电段采用同一介电常数的材料制成，多个所述交互介电段中，至少其中两个所述交互介电段的介电常数互不相同。

其中，所述交互介电段的数量为奇数，以中间的所述交互介电段为中心轴，至少中心轴两侧相同对称位置的每对所述交互介电段具有相同的介电常数，其中，该介电常数不同于中间的所述交互介电段的介电常数。

其中，以一对为一个对比单元，中心轴两侧不同对称位置的每对所述交互介电段的介电常数互不相同。

其中，在远离中心轴方向上的介电常数逐渐减小。

其中，所述交互介电段的数量为奇数，以中间的所述交互介电段为中心轴，其余所述交互介电段在中心轴两侧做不对称设置以实现位置微调。

其中，所述交互介电段的数量为偶数，中间的两个所述交互介电段的尺寸大于其余所述交互介电段，并且，以中间两个所述交互介电段之间的中心线为中心轴，其余所述交互介电段在中心轴两侧做不对称设置以实现位置微调。

其中，至少中间的所述交互介电段的介电常数与其余所述交互介电段的介电常数互不相同。

其中，所述馈线上设置有对应所述交互介电段的数量的缺口，其中，所述交互介电段与所述馈线动态重叠时至少部分遮挡所述馈线上相应位置的所述缺口。

其中，所述交互介电段与所述馈线动态重叠所覆盖的面积达到最大时，至少部分两个相邻的所述交互介电段之间的间隔位置对应的所述馈线上设置有凸台。

其中，所述交互介电段的形状为三角形。

其中，所述介电元件包括基板，各所述交互介电段由所述基板至少一侧延伸而成。

其中，每个所述交互介电段至少由两部分组合而成，各部分由不同介电常数的材料制成，至少其中两个所述交互介电段的介电常数互不相同，并且，组合而成的各所述交互介电段形状和尺寸相同。

其中，所述移相装置仅包括一层所述介电元件，所述介电元件中的各所述交互介电段均开有缝隙供所述馈线置入，并随所述交互介电段的移动使得所述交互介电段与所述馈线动态重叠，进而使得所述馈线与介电元件做相对位移。

其中，所述移相装置包括上下两层所述介电元件，两层所述介电元件之间相距一定距离供所述馈线置入，并随所述交互介电段的移动使得所述交互介电段与所述馈线动态重叠，进而使得所述馈线与介电元件做相对位移。

本发明实施方式的移相装置：介电元件的各交互介电段形状相同，且各交互介电段的面积随插入馈线的方向逐渐变小，能够使得介电元件移动时可以保持移相量与该介电元件的移动距离成线性关系，方便天线调节下倾角。另外，其还具有移相量大、布局方便，以及成本较低的优点。

附图说明

图1是本发明移相装置实施方式的结构示意图。

图2是图1所述移相装置的分解示意图。

图3是本发明移相装置中介电元件一实施方式的结构示意图。

图4是本发明移相装置中交互介电段第一实施方式的结构示意图。

图5是本发明移相装置中交互介电段第二实施方式的结构示意图。

图6是本发明移相装置中交互介电段第三实施方式的结构示意图。

图7是本发明移相装置中交互介电段第四实施方式的分解结构示意图。

图8是图7所示交互介电段的组装结构示意图。

图9是本发明移相装置中馈线实施方式的结构示意图。

图10是图1所示移相装置实施方式的驻波曲线图。

图11是图1所示移相装置实施方式的相位曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

结合图1和图2进行参阅，本发明实施方式的移相装置，包括：底板1，设置于底板1上的馈线2，以及与馈线2的至少一侧相邻、且可移动的介电元件3，还包括上盖板(图未示)。底板1通常可以选择金属底板；馈线2通常可以选用空气带状线、空气微带线或PCB微带线，当然，也可以是其它，对于底板1材料的选择，以及对于馈线2类型的选择此处仅是举例说明，不做具体限定。

该介电元件3包括两个或两个以上分离的、且具有一定介电常数的交互介电段30。

该介电元件3的数量可以仅设置为一块，通过在介电元件3中的各交互介电段30中间开设缝隙，利用该缝隙置入该馈线2，也可以实现交互介电段30与馈线2之间动态重叠的目的；又或者，介电元件3中的各交互介电段30均不开设缝隙，而直接将馈线2设置于该介电元件3上方或下方。

继续结合图1和图2参阅，通常该介电元件3数量可以设置为两块，该两块介电元件3相对设置且间隔一定距离，该两块介电元件3之间的间隔用以置入馈线2，进而使得交互介电段30与馈线2之间实现动态重叠。其中，该两块介电元件3之间可以通过移相装置的连接支架4以可拆卸的方式连接成一体。设置为两块介电元件3并通过连接支架4的方式连接的结构，其结构简单、实现方便，并且方便更换相同或不同形状、尺寸、数量或介电常数的交互介电段30，并且，能够方便调节两相邻交互介电段30之间的间距。

采用一块或两块介电元件3的工作原理相同：即随交互介电段30的移动，使得交互介电段30与馈线2动态重叠，进而使得馈线2与介电元件3做相对位移，而在各交互介电段30与馈线2的重叠面积发生变化时，重叠面积均匀增大、相移量也均匀增大，重叠面积均匀减小，相移量均匀越小，进而引起馈线2上传输信号的相应改变。相较于仅采用一块介电元件3而言，采用两块介电元件3，其移相速度相对更快。

全文中，每个交互介电段30结构完全相同，具体的即各交互介电段30的形状和尺寸相同。其中，各交互介电段30的面积随插入馈线2的方向逐渐变小，在一具体应用实施方式中，交互介电段30的形状可以设计为形状规则的三角形，举例而言，交互介电段30可以是等边三角形(如图4所示)、等腰三角形(如图5所示)，当然也可以根据计算机优化方式设计出其它类型的三角形。另外，将三角形顶端设计为圆弧结构、或者在三角形顶端设计一个矩形(如图6所示)也可以解决本发明所要解决的技术问题，此时，如图6所示的交互介电段，在交互介电段和馈线动态重叠时，三角形顶部的矩形与馈线重叠的面积不发生变化，而其它部分与馈线重叠的面积逐渐变小。将各交互介电段30设计为形状相同的三角形，其实现较为简单，且移相量变化与介电元件3的移动距离之间满足线性关系。当然，交互介电段30的形状并不仅限于三角形，由计算机优化方式决定的其它不规则的形状也可解决本发明所要解决的技术问题，此处不做一一描述。

上述实施方式中，两相邻的交互介电段30的相对两侧边所限定的各交互介电段30的介电常数、尺寸以及间隔由计算机优化方式决定，以使信号在馈线2上传导的反射最小。具体而言，可根据各交互介电段30的介电常数，可优化各交互介电段30之间的间距、位置顺序、形状、尺寸以及移动距离等；同理，根据各交互介电段30之间的间距、位置顺序、形状、尺寸以及移动距离等，可反相优化出各交互介电段30的介电常数。

本发明实施方式的移相装置：介电元件3的各交互介电段30形状相同，且各交互介电段30的面积随插入馈线2的方向逐渐变小，能够使得介电元件3移动时可以保持移相量与该介电元件3的移动距离成线性关系，方便天线调节下倾角。另外，其还具有移相量大、布局方便，以及成本较低的优点。

在另一具体应用实施方式中，仍请参阅图1和图2，移相装置还可以包括轨道支架5，轨道支架5上设置有移动轨道6，连接支架4上设置有滑动支柱7，介电元件3在移动轨道6内滑动，并通过该滑动支柱7进行限位。

在其它应用实施方式中，如图3所示，介电元件3可以包括基板100，各交互介电段30由基板100的至少一侧延伸而成。该基板100的作用相当于前文所述的连接支架4，其结构简单、可以一体成型，能够节约移相装置的安装时间。

在具体应用实施方式中，每个交互介电段30可以采用同一介电常数的材料制成，而在多个交互介电段30中，至少其中的两个交互介电段30的介电常数互不相同。其中，交互介电段30的数量可以设置为奇数，也可以设置为偶数。举例而言，可以分为以下几种实施方式，全文对交互介电段30的描述的描述主要是基于形状相同这一前提条件作出的：

方式一：

如图4、图5、图6所示，交互介电段30的数量为奇数时，以中间的交互介电段30为中心轴，至少中心轴两侧相同对称位置的每对交互介电段30具有相同的介电常数，而该两侧的交互介电段30的介电常数不同于中间的交互介电段30的介电常数。优选地，除中间的交互介电段30以外，中心轴两侧不同对称位置的每对交互介电段30的介电常数也互不相同，此时，为方便理解，将每对交互介电段30作为一个对比单元。其中，为方便生产，可以在远离中心轴方向上的交互介电段30的介电常数逐渐减小。举例而言，以交互介电段的数量为5片为例，各交互介电段从左到右的介电常数可以依次选择为(1)2.5、4.4、6.5、4.4、2.5；(2)2.5、3.9、4.4、3.9、2.5；(3)2.1、3.6、4.4、3.6、2.1三种组合中的任意一种以满足不同的需求。当然，根据实际需求，还可以设置成其它情况的不同的介电常数组合，此处不作过多限制。

此种方式，交互介电段30的数量设置为奇数、且多个交互介电段30以中间的交互介电段30为中心轴，对称分布在中心轴的两侧，设置比较简单，产品结构容易实现，并且，移相装置的尺寸较小。

方式二：

相较于方式一而言，可以在方式二中将每个交互介电段30设置为较小的尺寸，比如，方式一中一个交互介电段30的面积为S,而在方式二中通过设置3个面积均为(1/3)S的交互介电段30，以实现等效替换。方式二细分如下：

(1)交互介电段30的数量为奇数，仍以中间的交互介电段30为中心轴，其余交互介电段30在中心轴两侧做不对称设置，通过交互介电段30在位置上的微调进而对移相量进行微调，能够满足用户的更多需求。

(2)交互介电段30的数量为偶数，中间的两个交互介电段30的尺寸相同、且大于两侧的交互介电段30，并且，以中间两个交互介电段30之间的中心线为中心轴，两侧的交互介电段30也可以在中心轴两侧做不对称设置，也可以通过交互介电段30在位置上的微调进而对移相量进行微调，能够满足用户的更多需求。

方式二中，至少中间的交互介电段30的介电常数与其余交互介电段30的介电常数互不相同。

参阅图7和图8，在一具体应用实施方式中，每个交互介电段30可以至少由两部分组合而成，各部分由不同介电常数的材料制成，且至少其中两个交互介电段30的介电常数互不相同，并且，组合而成的各交互介电段30形状和尺寸相同。举例而言，如图7所示，每个交互介电段30可以通过采用不同介电常数材料制成的第一部分31、第二部分32上下叠置组成，叠置组成的各单独的交互介电段30形状相同、尺寸相同(即厚度相同)，当组合而成的每个单独的交互介电段30的介电常数满足计算机优化方式算出的介电常数时，同样能够解决本发明所要解决的技术问题。并且，同一交互介电段30设置为可以多个部分叠置而成，能够根据不同的移相需求对介电常数进行调节，比如，需要较大介电常数时，可以用一个或多个介电常数较大但低于目标值的部分作为基础部分，再在基础部分上叠置一个或多个介电常数较小的部分实现微调，进而组装成一个完整的交互介电段30。

参阅图9，在一具体应用实施方式中，馈线2上设置有对应交互介电段30的数量的缺口8，交互介电段30与馈线2动态重叠时至少部分遮挡馈线2上相应位置的缺口8。其中，每个交互介电段30也不一定需要对应一个缺口8，并且缺口8大小、形状也不一定相同，对于缺口8各参数的设计也可以根据计算机优化方式得到。通过在馈线2上增设缺口8，该缺口8可参与阻抗匹配，使驻波带宽达到最优状态，并且使信号在馈线2上传导的反射减小。

另外，可以将缺口8替换为凸台(图未示)，其中，凸台的位置与缺口8的位置不同。交互介电段30与馈线2动态重叠所覆盖的面积达到最大时，至少部分两个相邻的交互介电段30之间的间隔位置对应的馈线2上设置有凸台。具体的，即凸台仍设置于馈线2上，凸台设置于相邻两交互介电段30之间对应的馈线2上，即使交互介电段30与馈线2动态重叠所覆盖的面积达到最大，交互介电段30也不会遮挡凸台。对于凸台的数量、尺寸以及形状也可以由计算机优化方式决定，并不对其作具体限制。在馈线2上增设凸台，有利于驻波调试。

上述实施方式中，各相邻两交互介电段30之间的距离设置为较小值时，该移相装置可满足高频段1710～2690MHz的使用；增大各相邻两交互介电段30之间的距离时，该移相装置可拓展到低频段698～960MHz的使用，各相邻两交互介电段30之间的合适距离具体视计算机优化方式决定。

参阅图10和图11，其中，图10中，线型A表示交互介电段没有覆盖馈线、线型B表示交互介电段中间覆盖馈线、线型C表示交互介电段最宽部分覆盖馈线，图10表示，三种曲线代表移相装置在移相过程中驻波性能都较好(驻波值为＜1.16)。图11表示，交互介电段30在等间距移动时，得到的相位线性均匀(在任意频点，介质等差移动，信号经过移相器，相位角度变化也为等差超前或滞后)，相位线性度很好(在频段内，相位角度随频率变化呈线性变化)。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种基于介质加载的移相装置，其特征在于，包括：

馈线，与所述馈线的至少一侧相邻、且可移动的介电元件；

所述介电元件包括两个或两个以上分离且具有一定介电常数的交互介电段，所述交互介电段与所述馈线动态重叠，并且，所述交互介电段至少部分的面积随插入所述馈线的方向逐渐变小；

每个所述交互介电段的形状和尺寸相同；

并且，两相邻的所述交互介电段的相对两侧边所限定的各所述交互介电段的介电常数、尺寸以及间隔由计算机优化方式决定，以使信号在所述馈线上传导的反射最小；

每个所述交互介电段采用同一介电常数的材料制成，多个所述交互介电段中，至少其中两个所述交互介电段的介电常数互不相同；

当交互介电段的数量为奇数时，以中间的交互介电段为中心轴，至少中心轴两侧相同对称位置的每对交互介电段具有相同的介电常数，而该两侧的交互介电段的介电常数不同于中间的交互介电段的介电常数。

2.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述交互介电段的数量为奇数，以中间的所述交互介电段为中心轴，至少中心轴两侧相同对称位置的每对所述交互介电段具有相同的介电常数，其中，该介电常数不同于中间的所述交互介电段的介电常数。

3.根据权利要求2所述的移相装置，其特征在于：

以一对为一个对比单元，中心轴两侧不同对称位置的每对所述交互介电段的介电常数互不相同。

4.根据权利要求3所述的移相装置，其特征在于：

在远离中心轴方向上的介电常数逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述交互介电段的数量为奇数，以中间的所述交互介电段为中心轴，其余所述交互介电段在中心轴两侧做不对称设置以实现位置微调。

6.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述交互介电段的数量为偶数，中间的两个所述交互介电段的尺寸大于其余所述交互介电段，并且，以中间两个所述交互介电段之间的中心线为中心轴，其余所述交互介电段在中心轴两侧做不对称设置以实现位置微调。

7.根据权利要求5或6所述的移相装置，其特征在于：

至少中间的所述交互介电段的介电常数与其余所述交互介电段的介电常数互不相同。

8.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述馈线上设置有对应所述交互介电段的数量的缺口，其中，所述交互介电段与所述馈线动态重叠时至少部分遮挡所述馈线上相应位置的所述缺口。

9.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述交互介电段与所述馈线动态重叠所覆盖的面积达到最大时，至少部分两个相邻的所述交互介电段之间的间隔位置对应的所述馈线上设置有凸台。

10.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述交互介电段的形状为三角形。

11.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述介电元件包括基板，各所述交互介电段由所述基板至少一侧延伸而成。

12.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

将所述每个所述交互介电段采用同一介电常数的材料制成替换成：每个所述交互介电段至少由两部分组合而成，各部分由不同介电常数的材料制成，至少其中两个所述交互介电段的介电常数互不相同，并且，组合而成的各所述交互介电段形状和尺寸相同。

13.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述移相装置仅包括一块所述介电元件，所述介电元件中的各所述交互介电段均开有缝隙供所述馈线置入，并随所述交互介电段的移动使得所述交互介电段与所述馈线动态重叠，进而使得所述馈线与介电元件做相对位移。

14.根据权利要求1所述的移相装置，其特征在于：

所述移相装置包括上下两块所述介电元件，两块所述介电元件之间相距一定距离供所述馈线置入，并随所述交互介电段的移动使得所述交互介电段与所述馈线动态重叠，进而使得所述馈线与介电元件做相对位移。