专利名称：求和网络与导线棒的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于调谐基站的求和网络的方法，该求和网络内包含的导线棒(stub)由一个拉长的中心导体和一个环绕该中心导体的基本管状的导体构成，该管状导体与中心导体同轴排列，在该方法中通过该导线棒来调谐求和网络。本发明还涉及一种求和网络，用于将多个无线发射机所提供的多个射频信号组合起来并将这些信号输入给一个公共的天线装置，该求和网络包含多个导体、接头部件，和一个导线棒，该导线棒含有一个接头(用于将该导线棒与求和网络相连)，并含有一个拉长的中心导体(其第一端与该接头的第一极相连)，以及一个环绕该中心导体的基本管状的导体，该管状导体与中心导体同轴排列，其第一端与该接头的第二极相连。本发明还涉及一个用于调谐基站的求和网络的导线棒，该导线棒包含一个用于将该导线棒与求和网络相连的接头，一个拉长的中心导体(其第一端与该接头的第一极相连)，和一个环绕该中心导体的基本管状的导体，该管状导体与中心导体同轴排列，其第一端与接头的第二极相连。
本发明特别涉及一种在蜂窝无线系统中将基站的诸组合滤波器进行求和的网络。该组合滤波器是一种窄带滤波器，它对与之耦合的一个发射机的载波频率作出准确的响应(调谐)。例如，在蜂窝无线系统的基站中，发射天线的求和网络对从多个组合器的输出端获得的信号全部进行求和，该求和网络通常包含一段同轴电缆通到基站天线，通常由T形分支将多个组合滤波器耦合至该同轴电缆。
为了能使尽可能多的基站发射机的发射功率被输入给天线(而不是反射回发射机)，应当针对基站诸发射机所用的频道对求和网络进行调谐。当其电缆的电长度相当于待发射信号的载波半波长的整数倍时，该求和网络被最佳调谐(谐振)。因此严格地讲，一个求和网络只能被调谐到一个频率上，但是当该频率偏离该最佳值时这种失谐最初增长得并不很陡。实际上，通常在基站频带的中心处实现该求和网络的优化，在此情况下那些工作在频带边缘的发射机的发射功率也可以被输入给基站天线而不会有严重的损失。
然而实际上，求和网络的可用频带的典型宽度约为大约2-10％*fo(fo是一个频带的中心频率)，该宽度太窄了，以至于无需采用求和网络的调谐功能就可使基站发射机的频道改变非常快。因此需要存在一种既快速又简便的求和网络调谐变化方式。
对于求和网络调谐存在一种现有的技术方案，在这种解决方案中，一个导线棒被耦合给该求和网络。所述的导线棒被耦合至求和网络的最后一个T形分支，在此情况下该T形分支与一个接头相连，否则该T形分支保持开路。该导线棒包含一个短路螺钉，用于使同轴电缆的外导体和中心导体短路。该短路螺钉的物理位置可以在一定的调节范围内移动。该短路螺钉的位置决定了导线棒的电长度，并由此决定了由同轴电缆和接头构成的求和网络的电长度，即，决定了求和网络所调谐到的频率。
上述现有技术方案的最严重的缺点在于调节导线棒的难度。必须首先移去短路螺钉然后在将其固定到一个新的位置上，以这种方式手工地调节导线棒。这种测量方式需要一个服务人员在现场观察，这既花费了时间又增加了费用。特别是采用新式的自动调谐的组合滤波器对于求和网络的调谐提出了新的需求，因为若非如此，就可以(通过远程控制)实现自动的频率改变。
大家还知道有一种导线棒，可以将求和网络中同轴电缆的中心导线的延伸部分推入一个接地的金属管或类似物中。在此解决方案中，金属管中含有多个从金属管的内表面向着中心导线的延伸部分的方向突出的滑动接点，通过一个位于中心导线的扩展部分的轴向上的电动机可以移动该金属管，从而这些滑动接点与该扩展部分相接触。由此该接触点构成了中心导线的接地点。当通过位于中心管的扩展部分的轴向上的电动机来移动该金属管时，这些滑动接点将沿着该中心导线的扩展部分的表面滑动，从而移动所述的接地点，这时同轴电缆的电长度将改变并且该求和网络将被调谐到一个所需的频率。
这种现有技术方案的最重要的缺陷在于它需要采用机械的滑动接点，从而使其对于(例如)磨损和腐蚀所导致的干扰非常敏感。这种方案也不适用于高频，也就是说实际上这种方案仅能用于最多约1GHz的频率。
本发明的目的在于解决上述问题，并提供一种使求和网络的调谐过程简化的解决方案，从而在需要时可以通过远程控制来调谐该求和网络，或者甚至可以完全自动地实现求和网络的调谐。本发明的目的还在于，提供一种能够线性地调节求和网络的调谐过程的解决方案，与现有技术相比这种调节方式可以应用于更高的频率，也就是可以用于高于1GHz的频率上。本发明的另一目的在于实现一种求和网络调谐的解决方案，其中无需任何机械磨损部件。本发明的这些目的和其他目的将通过本发明方法来实现，该方法的特征在于，导线棒中含有一个由一种低损介质或亚铁磁性材料制成的可移动部件用以环绕至少中心导体，调节从求和网络的导线棒反射出来的波的相角来实现相位转换并且通过移动位于中心导体纵向上的所述的可移动部件来调谐该求和网络。
本发明的目的还在于，实现一种可以实行本发明方法的求和网络。本发明的求和网络的特征在于，该导线棒含有一个由一种低损介质或亚铁磁性材料制成的可移动部件用以环绕至少中心导体，该部件可以在中心导体的纵向上移动来调节从求和网络的导线棒反射出来的波的相角，从而调谐基站的求和网络。
本发明的目的还在于，实现一种导线棒，通过它来实现本发明的方法，并且该导线棒适宜用于本发明的求和网络中。本发明的导线棒的特征在于，该导线棒含有一个由一种低损介质或亚铁磁性材料制成的可移动部件用以环绕至少中心导体，该部件可以在中心导体的纵向上移动来调节从求和网络的导线棒反射出来的波的相角。
本发明基于下述思想，即，通过一种与空气绝缘的同轴结构来调节从求和网络的导线棒反射出来的波的相角，在该同轴结构中一个由一种亚铁磁性材料或介质材料(例如陶瓷或特氟隆)制成的可移动部件环绕中心导体，在此情况下可以实现一种准确、可靠并且不复杂的求和网络调谐方案。
例如，通过沿着该同轴结构外鞘上的一个纵向狭缝来移动这个可移动的部件，可以改变从该导线棒反射出来的波的相角。该导线棒的一端可以可以选择短路也可以选择开路，而其另一端最好与一个同轴接头相连。当该导线棒的另一端为短路(或开路)时，从求和网络到达该导线棒的射频信号被反射回去，由此在该结构中形成一个驻波。当该驻波沿着同轴结构作为位置的函数而移动时，其场能量分布在构成的驻波中变化其磁场的最大值与电场的最小值位于短路点处。当从短路点移开时，其场能量分布将改变，从而当到达距离短路点四分之一波长时，其电场能量将达到最大值而磁场能量为最小值。在端点开路的情况下，电场的最大值在导线棒的开路端，而磁场的最小值将相应地位于距离λ/4远处。
由于上述的能量分布，可移动部件对反射系数S11的相角的影响由其位置决定，即，是位置的函数。通过本发明的方案，可以实现一种更简便更线性化的方法来调谐求和网络。例如通过远程控制一个机电调节单元或者其它代替方式可以准确地控制可移动部件的长轴调节运动，这种调节可以是全自动化的。而且，通过标定(dimensioning)可移动部件的尺寸并且通过材料选择很容易影响该调节的斜率和角系数。本发明的方案还适宜用于较以前更大的频率范围内，即，可用于工作频率范围大约从1到10GHz的系统中。因此本发明适用于例如DCS1800和DCS1900(数字蜂窝系统)移动电话系统中，在这些系统中分别使用范围在约1800MHz和约1900MHz上的频道。
本发明的求和网络和导线棒的优选实施例体现在所附的从属权利要求3以及5至8中。
在下文中，将通过诸所附插图中的示例更详尽地说明本发明，其中
图1阐释了本发明的求和网络的第一优选实施例，图2阐释了本发明的导线棒的第一优选实施例，图3阐释了本发明的导线棒的第二优选实施例。
图1的求和网络可以是一个蜂窝无线系统的基站的求和网络，诸如NMT(北欧移动电话系统)、DCS(数字蜂窝系统)或GSM系统(移动通信特别小组)。
图1所示的求和网络包含同轴电缆6和T形分支5。最高的T形分支的同轴电缆与基站天线ANT相耦合，而导线棒1与最低的T形分支相连。
图1中的基站包含四个无线发射机TX。这些发射机TX提供的射频信号直接通过窄带组合滤波器4再经过T形分支5传输给求和网络。为了能使尽可能多的这些基站发射机的发射功率被输送给天线ANT而不会从那些失谐点被反射回来，求和网络的电缆6的电长度必须是发射信号的载波的半波长的整数倍，即n*λ/2(n=1,2,3…)。相应地，从诸滤波器的输出端到达电缆6的电缆3的长度必须是n*λ/4(n=1,3,5…)。这样，仅在一个频率上对求和网络完全调谐(谐振)，但是当该频率远离最佳点时，在开始其失谐通常不会增加得非常迅速。
图1的组合滤波器4是可调谐的，即，可以以一种已知方式每秒钟调节其频率来对应于诸发射机TX所用的频道。然而，诸发射机TX的频道的调节/改变导致了需要重新调谐求和网络来对应于新的频道。通过本发明的导线棒可以实现所述调谐。
通过例如由基站控制器或者类似的控制单元向导线棒1输入一个表示基站诸频道的中心频率的控制信号，可以为图1的导线棒1产生一个控制信号。如果该基站含有用以测量从失谐点反射回的功率，可以为导线棒提供一个控制信号，该信号基于从那些采用最高频道的发射机TX的失谐点反射回的功率。这种测量方式在自动可调谐组合滤波器已经是众所周知，因此此处不再对其予以详细讨论。
图2所示为本发明的导线棒的第一优选实施例。图2中所示的导线棒具有一种开路结构，即，该导线棒的中心导体7不与管状外导体8相耦合。图2阐释了该导线棒的局部图，其中显示了在该导线棒中由一种低损绝缘材料(例如特氟隆)制成的一个部件10，该部件在涉及外导体8的适当位置与该导线棒的中心导体7的自由端相接触。
通过一个同轴接头9，该导线棒1与基站的求和网络相连，此时在与该同轴接头的第一极相连的中心导线7和求和网络中的同轴电缆的中心导线之间构成了一种接触。类似地，在与同轴接头9的第二极相耦合的该导线棒的管状外导线和求和网络中的同轴电缆的外导线之间构成一种接触。
在中心导体7和管状导体8之间的环形空气隙12处已经存在了一个可移动部分11，该部分由一种低损介质材料制成并且可以在空间12内在中心导线7的纵向上移动。低损介质材料指的是那种相对介电常数∈r＜1(且同时其相对导磁率μr=1)的材料，例如特氟隆或陶瓷。这样可移动部件对导线棒的反射系数的相角的影响在其电场最大值点达到最大，而在磁场最小值点达到最小。与图2的情况不同的是，如果可移动部件11的材料满足∈r=1和μr＞1，则其影响相反，即，其最大影响位于其磁场的最大值处。
在管状外导体8中已经形成了一个位于导管纵向上的狭缝(图中未显示)，从该狭缝处伸出一个凸起部分13连到可移动部件11上，通过该凸起可以在管状导体3中移动该可移动部分11。通过如图2所示的结构，可以以一种简便且足够线性的方式实现反射波的相角调节，该调节的轴向控制运动非常易于与滤波器的频率控制运动结合在一起。而且，通过标定可移动部件的尺寸并通过材料选择很容易影响该调节的斜率和该调节的角系数。
在图2中，用箭头a表示传输波a/α°而用箭头b表示反射波b/β°。则反射系数T为
将可移动部件9从一处位置移到另一处可以影响开关元件1的反射系数，如图2的下半部分所示。也就是说，该反射系数的相角将根据导线棒1中可移动部件的位置(由水平轴描述)而改变(垂直轴)。
图3阐述了本发明的导线棒的第二优选实施例。在其它方面图3所示的导线棒1’都与图2中的导线棒1相一致，但是在图3中，导线棒的结构是闭路的，即，其中心导体7在一个短路点14处与外导体8相耦合。而且，图3中导线棒结构的电长度为3L/4，而图2中则为L/2。
必须理解，上述说明和所附插图仅用于阐述本发明。对于本领域技术人员显而易见，可以以多种方式改变和修订本发明，而毫不背离所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神。
权利要求
1．一种用于调谐基站的求和网络的方法，该求和网络包含一个导线棒(1,1’)，其中含有一个拉长的中心导体(7)和一个环绕该中心导体的基本管状的导体(8)，该管状导体与中心导体(7)同轴排列，并且在该方法中通过该导线棒(1,1’)来调谐求和网络，该方法的特征在于为导线棒(1,1')分配一个由一种低损介质或亚铁磁性材料制成的可移动部件(11)来环绕至少中心导体(7)，并且调节从求和网络的导线棒(1,1’)反射回来的波的相角来实现相位转换，并通过在中心导体(7)的纵向上移动所述可移动部件(11)来调谐该求和网络。
2．一种求和网络，用于将多个无线发射机(TX)发出的射频信号混合起来并将该信号提供给一个公用天线装置(ANT)，该求和网络含有导体(3,6)、接头部件(5)和一个导线棒(1,1’)，该导线棒包含一个用于将导线棒连接到求和网络的接头(9)、一个其第一端与该接头(9)的第一极相连的拉长的中心导体(7)、和一个环绕该中心导体(7)的基本管状的导体(8)，该管状导体与中心导体同轴排列，并且其第一端与接头(9)的第二极相连，该求和网络的特征在于，导线棒(1,1’)含有一个由一种低损介质或亚铁磁性材料制成的可移动部件(11)来环绕至少中心导体(7)，并且该可移动部件可以在中心导体(7)的纵向上移动来调节从求和网络的导线棒(1,1’)反射回来的波的相角，从而调谐基站的求和网络。
3．一种根据权利要求2的求和网络，其特征在于，每个无线发射机(TX)的输出端都与相应的滤波器(4)的输入相连，每个滤波器(4)的输入都通过一个分支部件(5)与求和网络的一个天线电缆相连，并且该导线棒(1,1’)与所述天线电缆相连。
4．一种用于调谐基站的求和网络的导线棒(1,1’)，该导线棒(1,1’)包括一个用于将该导线棒与求和网络相连的接头(9)，一个其第一端与接头(9)的第一极相连的拉长的中心导体(7)，以及一个环绕该中心导体(7)的基本管状的导体(8)，该管状导体与中心导体同轴排列，并且其第一端与接头(9)的第二极相连，该管状导体的特征在于，导线棒(1,1’)含有一个由一种低损介质或亚铁磁性材料制成的可移动部件(11)来环绕至少中心导体(7)，并且该可移动部件可以在中心导体(7)的纵向上移动，从而调节从求和网络的导线棒(1,1’)反射回来的波的相角。
5．一种根据权利要求4的导线棒，其特征在于位于远离接头(9)处的中心导体(7)的端点与管状导体(8)相连来实现一短路导线棒(1’)。
6．一种根据权利要求4或5的导线棒，其特征在于所述的可移动部件(11)是一个由陶瓷或特氟隆制成的圆柱形固体部件，其中一个开口从其中间部分穿过。
7．一种根据权利要求4至6中任一项的导线棒，其特征在于，可移动部件(11)环绕中心导体(7)，管状导体(8)环绕可移动部件(11)，这样可移动部件(11)可以在一个由中心导体和基本管状的部件(8)限定的空间(12)内沿着中心导体(7)移动。
8．一种根据权利要求7的导线棒，其特征在于，管状导体(8)的鞘含有一个沿着管状导体的纵向伸展的狭缝，并且可移动导体(11)含有一个通过所述狭缝突出的凸起(13)，这样通过从管状部分的狭缝突出来的凸起(13)可以移动导线棒(1,1')的可移动部件(11)。
全文摘要
本发明涉及一种用于调谐基站的求和网络的导线棒,该导线棒(l)包含:一个用于将导线棒连接到求和网络的接头(9),一个其第一端与接头(9)的第一极相连的拉长的中心导体(7),和一个环绕该中心导体(7)的基本管状的导体(8),该管状导体与中心导体同轴排列,其第一端与接头(9)的第二极相连。为了能够易于调节该导线棒,导线棒(l)含有一个由一种低损介质或亚铁磁性材料制成的可移动部件(11)来环绕至少中心导体(7),并且该可移动部件可以在中心导体(7)的纵向上移动,从而调节从求和网络的导线棒(1)反射回来的波的相角。
文档编号H01P1/16GK1228878SQ97197518
公开日1999年9月15日 申请日期1997年8月27日 优先权日1996年8月29日
发明者威尔马蒂·萨尔卡, 蒂莫·阿洪帕 申请人:诺基亚电信公司