一种支持多频段波束赋型的装置制造方法
【专利摘要】一种支持多频段波束赋型的装置，包括同轴电缆功分器和微带合路器，同轴电缆功分器与微带合路器连接，微带合路器的微带线上包括合路端口，微带线的2个支路上分别设置高频信号端口和低频信号端口，同轴电缆功分器设置输入端口和2个或以上的功率分配端口；微带线的2个支路上分别存在5个或以上金属开路支节，设置高频信号端口的支路上每个金属开路支节的长度为λ1/4，λ1的长度是低频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长；设置低频信号端口的支路上每个金属开路支节的长度为λ2/4，λ2的长度是高频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长。本发明用一套馈电网络同时支持多频段的波束赋型效果，而且高频信号与低频信号可以独立控制。
【专利说明】一种支持多频段波束赋型的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及移动通信基站天线【技术领域】，具体涉及一种支持多频段波束赋型的装置。
【背景技术】
[0002]基站天线的垂直面波束赋型，是指对天线的垂直面方向图进行合理的设计即赋型，达到对天线电下倾角的精确设计以及对天线上副瓣(或上旁瓣)电平值进行严格的控制，有时甚至对天线的下部第一零点也要进行填充，以避免出现基站正下方一定范围内无信号的现象(也称“塔下黑”现象)。天线进行波束赋型主要是通过控制阵列天线基本辐射单元的幅度和相位来实现的，幅度主要由功分器来实现，相位是通过同轴线或者微带线来实现。目前，支持多频段波束赋型的方式有设计一组支持多频段的馈电网络(由功分器以及同轴电缆或微带线组成)，最大的问题是不能对每I个频段进行独立控制；或者设计多组支持多频段的馈电网络，虽可对每I个频段进行独立控制，但由于天线反射板的空间有限，往往难以保证每一套馈电网络合理布局。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种支持多频段波束赋型的装置。
[0004]本发明的技术方案提供的一种支持多频段波束赋型的装置，包括同轴电缆功分器和微带合路器，同轴电缆功分器与微带合路器连接，
微带合路器的微带线上包括合路端口，微带线的2个支路上分别设置高频信号端口和低频信号端口，同轴电缆功分器设置输入端口和2个或以上的功率分配端口 ；
微带线的2个支路上分别存在5个或以上金属开路支节，设置高频信号端口的支路上每个金属开路支节的长度为λ 1/4，λ I的长度是低频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长；设置低频信号端口的支路上每个金属开路支节的长度为λ 2/4，λ 2的长度是高频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长。
[0005]而且，微带合路器采用双面覆铜的PCB通过刻蚀微带线的方式实现。
[0006]而且，同轴电缆功分器的输入端口通过I个同轴电缆提供，微带合路器的合路端口与该同轴电缆焊接。
[0007]而且，同轴电缆功分器的每个功率分配端口通过I个同轴电缆提供。
[0008]而且，同轴电缆功分器的输入端口和功率分配端口之间设置2个或以上接线端子，相邻接线端子之间设置I个或以上同轴电缆。
[0009]本发明具有下列优点和积极效果:
①采用一组馈电网络可以实现多频段(高频信号和低频信号)垂直面波束赋型。
[0010]②采用一组馈电网络实现多频段(高频信号和低频信号)波束赋型的同时，对每I个频段信号可进行独立控制。[0011]③采用一组馈电网络实现多频段(高频信号和低频信号)波束赋型的同时，未增加新的馈电网络，方便天线馈电网络布局。
[0012]④适用于2G、3G以及LTE (Long Term Evolution,长期演进)多频共用的两通道双极化天线、四通道双极化天线、八通道双极化天线以及其他多通道MIM0(Multiple InputMultiple Output,多输入多输出)多天线。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例的总体结构示意图；
图2是本发明实施例的实施例一示意图；
图3是本发明实施例的实施例二示意图。
[0014]【具体实施方式】
下面结合附图和实施例详细说明:
如图1所示，本发明总体结构示意图。
[0015]具体说来，包括同轴电缆构成的功分器、微带合路器，在实现同轴电缆构成的功分器与微带合路器电连接后，最终存在高频信号端口，低频信号端口以及不少于2个的功率分配端口。设本装置的对外端口(即高频信号端口、低频信号端口和所有功率分配端口)共有 η 个,分别标识为 portl、port2、port3、port4、...port n。
[0016]本发明的功分器包括同轴电缆和接线端子，由多个同轴电缆通过串联和并联的组合实现多种形式的功率分配。具体实施时，功分器可为一分二功分器、一分三功分器、一分四功分器…，分别对应的n=4、5、6...。功分器的输入端口只有I个，用于与合路器连接(参见图2、3中的焊接点处);输出端口为n-2个功率分配端口，分别为port3、p0rt4、...p0rt η。具体实施时，可根据需要选择分配数目。同轴电缆功分器的输入端口通过I个同轴电缆提供，同轴电缆功分器的每个功率分配端口通过I个同轴电缆提供。同轴电缆功分器的输入端口和功率分配端口之间设置2个或以上接线端子，相邻接线端子之间设置I个或以上同轴电缆。为了达到一分多的效果，从输入端口到功率分配端口，其间相邻接线端子之间设置同轴电缆的数目一般逐渐增多。相邻接线端子之间设置2个或以上同轴电缆时，这几个同轴电缆是并联在相邻接线端子之间的。接线端子通常为表面镀锡的金属腔体结构，通过焊接的方式实现高频接头间的电连接。
[0017]本发明的微带合路器为双面覆铜的PCB板(Printed circuit board,印刷电路板)通过刻蚀微带线的方式实现。印刷的微带传输线(简称微带线)分布在PCB板上表面，PCB板下表面为金属接地面。微带线的2个支路上分别存在不少于5个金属开路支节，每个金属开路支节的长度为λ/4。λ计算公式为A=c/f，c为光速，f为中心频点的频率。中心频点的频率根据相应截止信号而定。
[0018]实施例设置为每个支路上分别存在5个金属开路支节。微带合路器有3个端口，分别为射频信号的合路端口(参见图2、3中的焊接点处)，高频信号端口和低频信号端口(分别对应 portl、port2)。
[0019]实施例中，同轴电缆构成的功分器与微带合路器之间的连接，即连接微带合路器中射频信号的合路端口和功分器的输入端口(参见图2、3中的焊接点处)。通常，为实现功分器与微带合路器之间的阻抗匹配，微带合路器射频信号的合路端口要做多级匹配处理，多级匹配处理为现有技术，即利用微波传输线理论中的λ /4阻抗变换来实现阻抗匹配。
[0020]本发明的工作机理:在功率分配端口，通过微波传输线理论中的λ /4阻抗变换来实现阻抗匹配以及不同比例的功率分配，获得一组支持多频段波束赋型的馈电网络；在微带合路器方面，存在频率选择端口(前述高频信号端口和低频信号端口)，通过在微带线上增加多级λ /4金属开路支节，利用高频、低频之间反射相位的路程差来实现对不同频段的选择。在微带合路器射频信号的合路端口做过多级匹配处理后，通过50Ω (欧姆)同轴电缆实现合路器与功分器之间的电连接，就形成了一套馈电网络同时支持多频段(高频信号与低频信号)的波束赋型效果，而且，是对基站天线的垂直面进行波束赋型，通过2个支路可实现高频信号与低频信号独立控制。例如，在高频信号端口单独加载移相器，不会影响到从低频信号端口的信号。
[0021]如图2所示，是本发明实施例一:
对于实线方框内的PCB板微带合路器，2个支路分别对应高频信号端口 portl和低频信号端口 port2。信号通过portl输入，经过微带线，存在频率选择特性，由于相应微带线支路上增加五级λ 1/4金属开路支节(图2中标识为4、5、6、7、8，λ I的长度是低频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长)，利用低频信号反射相位的路程差来实现高频信号是高通信号，而低频信号是截止信号。信号通过port2输入，经过微带线，存在频率选择特性，由于相应微带线支路上增加五级λ 2/4金属开路支节(图2中标识为9、10、11、12、13，λ 2的长度是高频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长)，利用高频信号反射相位的路程差来实现高频信号是截止信号，而低频信号是高通信号。
[0022]对于虚线方框范围内的同轴电缆功分器，从portl经合路器后的信号，只有高通的高频信号，经焊接点通过50 Ω (欧姆)同轴电缆实现合路器与功分器之间的电连接。信号顺次经过I个50Ω (欧姆)同轴电缆提供的输入端口，接线端子Dl，外导体长度为LI特性阻抗为Rl的同轴电缆(图2中将特性阻抗Rl的同轴电缆标识为1)，接线端子D2，外导体长度为L2、并联排列的、特性阻抗为R2、R3的同轴电缆(图2中将特性阻抗R2、R3的同轴电缆标识为2、3)，接线端子D3，最后通过2个50Ω (欧姆)同轴电缆提供的输出端口 port3、port4形成一定功率分配比的、一分二的信号输出。信号经由portl到port3、port4,port2到port3、port4,就形成了一套馈电网络(信号无论从portl还是port2过来,馈电网络始终是由同轴电缆功分器构成)同时支持多频段(高频信号与低频信号)的波束赋型效果。而且，高频信号与低频信号可以独立控制。
[0023]同轴电缆特性阻抗取决于同轴电缆的外导体直径、内导体直径以及内外导体之间填充介质的介电常数的大小。同轴电缆的特性阻抗值，以欧姆Ω为计量单位，目前同轴电缆常用的有350、410、750、1000等等。同轴电缆2、3的外导体与连接端子的外部焊接在一起，同轴电缆的内导体在连接端子的内部完成焊接。为实现不同的功率分配，R1、R2、R3阻抗值可以选择相等，也可以不相等，可由本领域技术人员根据实际需要决定。但R2和R3的外导体长度L2必须相等，外导体长度LI和L2都可以根据全频带段的中心频点f相应的λ /4设定，全频带段覆盖了合路器支持的高频信号和低频信号。
[0024]如图3所示，是本发明实施例二:
对于实线方框内的PCB板微带合路器，2个支路分别对应高频信号端口 portl和低频信号端口 port2。信号通过portl输入，经过微带线，存在频率选择特性，由于相应微带线支路上增加五级λ 1/4金属开路支节(图2中标识为6、7、8、9、10，λ I的长度是低频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长)，利用低频信号反射相位的路程差来实现高频信号是高通信号，而低频信号是截止信号。信号通过port2输入，经过微带线，存在频率选择特性，由于相应微带线支路上增加五级λ 2/4金属开路支节(图2中标识为11、12、13、14、15，λ 2的长度是高频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长)，利用高频信号反射相位的路程差来实现高频信号是截止信号，而低频信号是高通信号。
[0025]对于虚线方框范围内的同轴电缆功分器，从portl经合路器后的信号，只有高通的高频信号，经焊接点通过50 Ω (欧姆)同轴电缆实现合路器与功分器之间的电连接。信号顺次经过I个50Ω (欧姆)同轴电缆提供的输入端口，接线端子D2，外导体长度为L1、并排排列的、特性阻抗为Rl、R2的同轴电缆(图2中将特性阻抗Rl、R2的同轴电缆标识为1、2)，接线端子D4，外导体长度为L2、并联排列的、特性阻抗为R3、R4、R5的同轴电缆(图2中将特性阻抗R3、R4、R5的同轴电缆标识为3、4、5)，接线端子D53，最后通过3个50Ω (欧姆)同轴电缆提供的的输出端口 port3、port4、port5形成一定功率分配比的、一分三的信号输出。信号经由 portl 到 port3、port4、port5, port2 到 port3、port4、port5,就形成了一套馈电网络(信号无论从portl还是port2过来，馈电网络始终是由同轴电缆功分器构成)同时支持多频段(高频信号与低频信号)的波束赋型效果。而且，高频信号与低频信号可以独立控制。同样地，RU R2、R3、R4、R5阻抗值可以选择相等，也可以不相等，可由本领域技术人员根据实际需要决定。但Rl和R2的外导体长度LI必须相等，R3、R4和R5的外导体长度L2必须相等，外导体长度LI和L2都可以根据全频带段的中心频点f相应的λ /4设定，全频带段覆盖了合路器支持的高频信号和低频信号。
[0026]具体实施时，同轴电缆功分器中作为输入端口的50Ω (欧姆)同轴电缆与连接端子Dl焊接在一起，该50Ω (欧姆)同轴电缆的另一端与微带合路器之间，可通过微带合路器上合路端口处设置的接地焊盘焊接在一起。
[0027]以上所述为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，其他类似于本发明的思想和原则的方案，均应在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种支持多频段波束赋型的装置，其特征在于:包括同轴电缆功分器和微带合路器，同轴电缆功分器与微带合路器连接， 微带合路器的微带线上包括合路端口，微带线的2个支路上分别设置高频信号端口和低频信号端口，同轴电缆功分器设置输入端口和2个或以上的功率分配端口 ； 微带线的2个支路上分别存在5个或以上金属开路支节，设置高频信号端口的支路上每个金属开路支节的长度为λ 1/4，λ I的长度是低频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长；设置低频信号端口的支路上每个金属开路支节的长度为λ 2/4，λ 2的长度是高频射频信号工作的中心频点对应的电磁波波长。
2.如权利要求1所述支持多频段波束赋型的装置，其特征在于:微带合路器采用双面覆铜的PCB通过刻蚀微带线的方式实现。
3.如权利要求1或2所述支持多频段波束赋型的装置，其特征在于:同轴电缆功分器的输入端口通过I个同轴电缆提供，微带合路器的合路端口与该同轴电缆焊接。
4.如权利要求3所述支持多频段波束赋型的装置，其特征在于:同轴电缆功分器的每个功率分配端口通过一个同轴电缆提供。
5.如权利要求4所述支持多频段波束赋型的装置，其特征在于:同轴电缆功分器的输入端口和功率分配端口之间设置2个或以上接线端子，相邻接线端子之间设置I个或以上同轴电缆。
【文档编号】H01Q3/42GK103700943SQ201310677809
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】郭继权, 李孜, 王杰, 程猛 申请人:武汉虹信通信技术有限责任公司