专利名称：微型超宽带旋转式移相器的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信电调天线中的一种微型超宽带移相器。
背景技术：
移动通信系统中为了实现网络覆盖、话务量、抗干扰的优化，需要其所使用的基站
天线合理地调整垂直面方向图的波束指向，使其指向角在垂直面方向上下做适当倾斜(简
称波束下倾)。产生波束下倾的方式一般分为机械下倾和电调下倾两种。 所谓机械下倾天线，即指使用机械方式调整下倾角度的基站天线。天线与地面垂
直地安装好以后，应网络优化的要求，需要调整天线背面支架的位置改变天线的倾角来实
现波束下倾。在调整过程中，虽然天线主瓣方向的覆盖距离明显变化，但天线垂直分量和水
平分量的幅度不变，所以天线方向图容易畸变。 实践证明采用机械下倾的天线的最佳下倾角度为1° 5° ;当下倾角度在 5° 10°变化时，其天线方向图稍有畸变但变化不大；当下倾角度在IO。 15°变化时， 其天线方向图变化较大；当天线机械下倾15°后，天线方向图形状改变很大，从没有下倾 时的鸭梨形变为纺锤形，这时虽然主瓣方向覆盖距离明显縮短，但是整个天线方向图不是 都在本基站扇区内，在相邻基站扇区内也会收到该基站的信号，从而造成严重的系统内干 扰。 另外，在日常维护中，如果要调整天线机械下倾角度，整个系统要关机，不能在调 整天线倾角的同时进行监测；调整天线机械下倾角度非常麻烦，一般需要维护人员爬到天 线安放处进行调整；天线机械下倾角度是通过计算机模拟分析软件计算的理论值，同实际 最佳下倾角度有一定的偏差；天线机械调整下倾角的步进度数为1° 。 所谓电调下倾天线，S卩指使用电子方式调整下倾角度的基站天线。电子下倾的原 理是通过改变共线阵天线各个辐射单元的的相位，改变垂直分量和水平分量的幅度大小， 影响合成分量电场强度，从而使天线的垂直面方向图主瓣下倾。由于天线各方向的电场强 度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向图变化不大，使主瓣方向覆盖距离縮短，同 时又使整个方向图在服务扇区内减小覆盖面积而又不产生干扰。因此，改变辐射单元相位 的装置(移相器)就是电调天线的关键部件。 实践证明电调天线下倾角度在T 5°变化时，其天线方向图与机械天线的大
致相同；当下倾角度在5。 10°变化时，其天线方向图较机械天线的稍有改善；当下倾角
度在10° 15°变化时，其天线方向图较机械下倾天线的变化较大；当电调天线下倾15。
后，其天线方向图较机械下倾天线的明显不同，这时天线方向图形状改变不大，主瓣方向覆
盖距离明显縮短，整个天线方向图都在本基站扇区内，增加下倾角度，可以使扇区覆盖面积
縮小，但不产生干扰，这样的方向图是我们需要的，因此采用电调天线能够降低呼损，减小干扰。 另外，电调天线允许系统在不停机的情况下对垂直面方向图下倾角进行调整，实 现实时监测调整的效果，调整倾角的步进精度也较高(为O. 1° )，因此可以对网络实现精细调整。 在现阶段，采用较多的是机械调整天线下倾角的方式，但由于网络覆盖的密度越 来越大，怎样避免邻区的干扰已经是网络建设越来越关键的问题，而采用机械调整天线下 倾角的方法由于容易导致天线方向图的畸形及邻区干扰，同时调整也不方便，因此其应用 受到了限制。而可调电下倾天线则可克服上述缺陷，因此得到越来越多的广泛应用。
随着移动通信系统飞速发展和普及，城市内基站分布越来越密集，通信频段越来 越多，在基站天线设计中对于移相器的性能要求愈来愈高，因此需要移相器具有频带宽、驻 波比较小、在移相过程中输出端口的S参数幅度变化小、成本低、可靠性高且复杂度低的特 点，另外由于一副电调天线通常要装配若干个移相器，如移相器体积和重量较大，则同时会 明显增大天线的整体体积和重量，因此也对移相器的体积和重量提出了轻型化、微型化的 要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为基站电调天线提供一种具有较大移相量的超宽带 微型移相器。本发明是通过以下技术方案来实现的 本发明的微型超宽带旋转式移相器，其结构包括屏蔽盒，设置于屏蔽盒内相互耦 合的上下两层微带线路板，及穿透屏蔽盒和上下两层微带线路板，并带动上层微带线路板 旋转的转轴；所述上下层微带线路板覆有微带线，且紧密地贴在一起；上述上、下微带线路 板上的微带线相向设置；所述下层微带线路板微带线和上层微带线路板的微带线通过耦合 方式构成通路； 作为改进，在下层微带线路板的微带线设置有馈电用的二个输出端口和一个输入 端口。 作为改进，所述上层微带线路板和下层微带线路板微带线之间设置有一层绝缘材 料。 作为改进，所述转轴由不具有导电性质的硬质材料加工制成。 作为改进，所述转轴包括圆柱形的转动部，及设置在转动部上的具有棱角的柱状 固定部。 作为改进，所述屏蔽盒包括有下盖和与下盖相配合的上盖，屏蔽盒侧开有与微带 线路板微带线上馈点数量相同的孔作为馈线连接移相器的进出口 作为改进，所述下盖竖立的边缘中间设置有一圈台阶，所述下层微带线路板被凸 出台阶部分托起。 作为改进，所述转轴可旋转的最大角度为±45° 。 作为改进，屏蔽盒内的上层微带线路板上的微带线呈对称的双u形环状，其中一 边是同心的四道圆环形带状线，由外向内第一道和第二道尾部连接，第二道和第三道不连 接，第三道和第四道尾部连接；另一边与其对称分布。 作为改进，屏蔽盒内的下层微带线呈环状对称分布，其中一边是同心的四道圆环 形带状线，由外向内第一道与第二道不连接，第二道和第三道首部连接，第三道和第四道不 连接；另一边与其对称分布，中间有抽头部分连接对称两边的第四道金属带状线。
本发明的微型超宽带旋转式移相器，通过改变耦合微带线的耦合长度获得不同范围的的移相量，并以此形成所需的相应的天线辐射波束下倾角度。TD-SCDMA要求天线的工 作频率为1880 1920MHz、2010 2025MHz和2300 2400MHz三个频段，分别简称为A、 B、 C频段，该移相器最大尺寸不到53mm，高度为10. 5mm，工作频率为1880 2400MHz，包括 了 TD天线的A、B、C这三个频段，实现了移相器的超宽带和微型化。该发明成功地做到了在 1880 2400MHz频率范围内正常工作(驻波比小于1. 5)，实现了移相器的超宽带，其中包 括了 TD天线的A+B+C三个频段，该移相器最大宽度不到53mm，高度仅为10. 5mm，这是移相 器微型化技术的一大进步。
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1是本发明微型超宽带旋转式移相器的立体分解图；
图2是图1所示上层微带线路板微带线的俯视图；
图3是图1所示下层微带线路板微带线的俯视图； 图4是图1所示上层微带线路板环状微带线与下层微带线路板微带线处于中间初 始位置耦合时的示意图； 图5是图1所示上层微带线路板环状微带线旋转到右侧极限位置时的与下层微带 线路板微带线耦合时的示意图； 图6是图1所示上层微带线路板环状微带线旋转到左侧极限位置时与下层微带线 路板微带线耦合时的的示意图； 图7是本发明微型超宽带旋转式移相器中下层微带线路板背面用于调节驻波比 的金属耦合片的示意图； 图8是本发明微型超宽带旋转式移相器中转轴的示意图。
具体实施例方式
请参阅图1至图8所示，本发明的微型超宽带旋转式移相器，其结构包括屏蔽盒， 设置于屏蔽盒内相互耦合的上下两层微带线路板，及穿透屏蔽盒与上下两层微带线路板， 并带动上层微带线路板旋转的转轴；所述上下两层微带线路板表面设置有微带线，微带线 路板之间设置有一层绝缘介质，上下两层微带线路板紧密地贴在一起；所述下层微带线路 板的环状微带线末端设置有一个输入端口和两个输出端口 ；所述上、下层微带线路板1、2 的微带线10采用形似双U形环的布局，这样可以延长微带线的长度，比单U形布局或其他 布局的增加一倍的线长，从而增加了移相量，但是所占用的微带线路板面积只是增加了很 少的一部分。也就是说，这样的布局，使得结构更加紧凑，縮小了微带线路板的面积，也就可 以减小移相器的体积，从而实现了移相器的微型化。在本实施例中，上下两层微带线路板之 间设置有一层绝缘介质。所述下层微带线路板2上的微带线10和上层微带线路板1上的 微带线10相向设置并被绝缘介质绝缘隔离，通过电容耦合的方式构成通路，所述上、下层 微带线路板1、2上的微带线10是通过相互耦合来进行移相的；所述上、下微带线路板1、2 所设计的微带线10大部分都是50欧姆微带线，但也有例外的，下层微带线路板2端口 l所 接的抽头部分6是为了调节端口的阻抗匹配而设计的，所以其特性阻抗并不是50欧姆，我 们可以通过调节其宽度来调节端口的驻波比，但因其可调范围有限，为了达到理想调节效
5果，我们在下层微带线路板2的下表面，另外加了一块金属耦合片，也可以通过调节其大小 来调节驻波比。所述下层微带线路板2的微带线IO设置有一个输入端口 12和两个输出端 口 11、13，二个输出端口 11、13分别用于连接天线的振子，输入端口 12为馈电点。
其中，所述下层微带线路板2是固定的，中间设置的是圆孔，转轴3旋转时不会带 动下层微带线路板2旋转，上层微带线路板1是方孔，转轴3上的方形固定部插入方孔内固 定，可以带动上层微带线路板1旋转。另外上下微带线路板上附有形似双U形环的微带线 IO，上下两个微带线IO相向设置。转轴3旋转时，相向微带线IO发生相对位移，其两个微 带线之间耦合的长度会发生变化，旋转到极限时(不论是向左还是向右旋转)，长度最大， 移向量最大，形成的天线波束下倾角也最大。 所述转轴3最底端可设计为方形、齿轮形状以及其他容易于与其他外部装置连接 的形状，从屏蔽盒下底盖伸出，便于通过其他装置带动转轴旋转。转轴3深入屏蔽盒内的部 分是一个上下圆形中间方形的结构，由硬质非金属材料制成，一般从成本考虑使用硬塑胶 棒。所述转轴3包括圆柱形的转动部30，及设置在转动部30上的呈方形的固定部31和顶 端深入屏蔽盒上盖的圆形滑动部32。下部分的转动部30为圆柱形，是为了方便移相时旋 转，上部分的固定部31为方形则是为了在转轴3旋转时固定上层微带线路板1，使其跟着转 轴3 —起旋转，实现移相功能。所述屏蔽盒包括有下盖4和与下盖4相配合的上盖5，所述 下盖4设置有台阶40，所述下层微带线路板2设置在台阶40上。台阶40的最宽处比微带 线路板最宽处(如果微带线路板采用圆形的就是直径对比)略窄，以便托起下层微带线路 板2。屏蔽盒下盖有通透的圆孔，上盖上有一个圆形小凹孔，转轴3最上端也为圆形，插入该 圆形小凹孔内(极其类似老式门枢结构)，这样转轴3穿过下盖4，中间穿过两层微带线路 板，上部插入圆形小凹孔内，旋转时比较稳固，不会偏移晃动。 其中，所述屏蔽盒内的上层微带线路板上的微带线呈对称的双u形环状，其中一 边是同心的四道圆环形带状线，由外向内第一道和第二道尾部连接，第二道和第三道不连 接，第三道和第四道尾部连接；另一边与其对称分布。所述屏蔽盒内的下层微带线呈环状对 称分布，其中一边是同心的四道圆环形带状线，由外向内第一道与第二道不连接，第二道和 第三道首部连接，第三道和第四道不连接；另一边与其对称分布，中间有抽头部分连接对称 两边的第四道金属带状线。 本发明的微型超宽带旋转式移相器的工作方法此移相器工作时位于整个基站电 调天线的馈电网络中，当旋转轴最下端受到外界扭力时，旋转轴会以轴心为转轴进行旋转。 转轴转动时，金属屏蔽盒起到了旋转轴支撑的作用；而下层微带板因为圆形开孔而且刚好 被转轴的圆形部分穿过，所以并没有随之旋转；旋转轴上的方形固定部，恰好与上层微带板 的方形开孔相匹配，当旋转轴在受到外力作用时，上层微带板也随之以轴心为转轴转动。这 样，在转轴转动的过程中， 一层微带线路板固定， 一层微带线路板旋转，从而上层微带线路 板上的双U环形微带线与下层微带线路板上的微带线相耦合的部分就会发生相对位移，改 变整个通带电路的长度，进而改变了输出端口的相位延时。 采用两种对称放置的双U环形微带线路，可以保证在转轴旋转的过程中，一条通 带电路的长度在变长，而另外一条通带电路的长度则在縮短，因此两个输出端口的相位差 距就变得更大，即两个输出端口的相位差较大，移相器的移相量较大。 移相器在转轴旋转的过程中，可以实现移相量的连续变化。但是它有三种较为特
6殊的位置需要注意(l)上层双U环形微带线位于下层微带线路板中间位置(见图4)，这时 整个系统均匀对称分布，输入端口到两个输出端口的电路长度相同，从而两个输出端口的
相位差为0;(2)上层双U环形微带线旋转至输出端口 ll一侧(左侧极限位置，见图5)，这 时从输入端口 12到输出端口 11的电路长度最长，而输入端口 12到到另一输出端口 13的 电路长度最短，因此两个输出端口之间的相位差为正的最大；(3)上层双U环形微带线旋转 至输出端口另一侧(右侧极限位置，见图6)，这时从输入端口 12到输出端口 11的电路最 短，而到另一输出端口 13的电路最长，从而两个输出端口之间的相位差为负的最大。
在实际应用过程中，可以通过馈电网络的波束赋形，以上述的状态(2)为起始状 态，在馈电网络中的移相器，其旋转轴受到外界扭力时，可以从状态(2)改变到状态(l)，并 进一步改变到状态(3)。在整个旋转过程中，左侧输出端口 11的相位连续变化，从相位最大 变为最小，而相对另一输出端口 13的相位从最小变为最大。因此，各个输出端口的相位在 转轴旋转的过程中连续可变，并形成较大的移相量。 上述的微型超宽带旋转式移相器的工作原理，其移相主要是移相器调节线长之 差，线长差越大，对应的相位差也就越大。当上层微带线路板1处于下层微带线路板2的正 中间位置时，输入端口 12到二个输出端口 11、13的线长相等，即进端口到二个输出端口的 相位差相同；当转轴3带动上层微带线路板旋转至一侧极限位置，输入端口 12到二个输出 端口 11 、 13的线长之差最大，相位之差也达到最大值。本发明成功做到了在1880 2400MHz 频率范围内的正常工作(驻波比小于1.5)，实现了移相器的超宽带，其中包括了TD天线的 A+B+C三个频段，这在现有技术中是很难得的。更重要的是，在如此宽的频带内工作，移相器 的直径却只有53mm，这是小型化技术的一大进步。 上述实施例，只是本发明的一个实例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围， 凡依据本发明申请专利保护范围所述的制作工艺方法所作的等效变化和修饰，均应包括在 本发明申请专利范围内。
权利要求
一种微型超宽带旋转式移相器，其特征在于其结构包括屏蔽盒，设置于屏蔽盒内相互耦合的上下两层微带线路板，及穿透屏蔽盒和上下两层微带线路板，并带动上层微带线路板旋转的转轴；所述上下层微带线路板覆有微带线，且紧密地贴在一起；上述上、下微带线路板上的微带线相向设置；所述上下层微带线路板上的微带线采用形似双U形环布局，所述下层微带线路板微带线和上层微带线路板的微带线透过耦合方式构成通路。
2. 根据权利要求1所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是，在下层微带线路板的 微带线设置有馈电用的二个输出端口和一个输入端口。
3. 根据权利要求1所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是所述上层微带线路板 和下层微带线路板微带线之间设置有一层绝缘材料。
4. 根据权利要求1所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是所述转轴由不具有导 电性质的硬质材料加工制成。
5. 根据权利要求1所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是所述转轴包括圆柱形 的转动部，及设置在转动部上的具有棱角的柱状固定部。
6. 根据权利要求1所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是所述屏蔽盒包括有下 盖和与下盖相配合的上盖，屏蔽盒侧开有与微带线路板微带线上馈点数量相同的孔作为馈 线连接移相器的进出口。
7. 根据权利要求6所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是所述下盖竖立的边缘 中间设置有一圈台阶，所述下层微带线路板被凸出台阶部分托起。
8. 根据权利要求1所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是所述转轴可旋转的最 大角度为±45° 。
9. 根据权利要求1所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是屏蔽盒内的上层微带 线路板上的微带线呈对称的双U形环状，其中一边是同心的四道圆环形带状线，由外向内 第一道和第二道尾部连接，第三道和第四道尾部连接；另一边与其对称分布。
10. 根据权利要求l所述的微型超宽带旋转式移相器，其特征是屏蔽盒内的下层微带 线呈环状对称分布，其中一边是同心的四道圆环形带状线，由外向内第一道与第二道不连 接，第二道和第三道首部连接，第三道和第四道不连接；另一边与其对称分布，中间有抽头 部分连接对称两边的第四道金属带状线。
全文摘要
本发明是关于微型超宽带旋转式移相器，其结构包括金属屏蔽盒(以下简称“屏蔽盒”)，设置于屏蔽盒内相互耦合的上下两层微带线路板，及穿透屏蔽盒与上下两层微带线路板，并带动其中上层微带线路板旋转的转轴；所述上下两层微带线路板表面设置有微带线，上下两层微带线路板之间设置有一层绝缘介质，上下两层微带线路板紧密地贴在一起；所述上层微带线路板的微带线采用形似双U形环的布局；所述下层微带线路板的环状微带线末端设置有一个输入端口和两个输出端口。通过上述紧凑型结构设计，实现了在超宽带(1880MHz-2400MHz)情况下以微型结构实现较大移相量的目标。
文档编号H01P1/18GK101697377SQ200910193150
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者代喜望, 张博, 李名定, 陈晖 , 陈燕生 申请人:东莞市晖速天线技术有限公司;