CN1359548A - 高频移相器组件 - Google Patents

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Abstract

一种改进的高频移相器组件,其特征在于下面的新特征:至少备有另一个与第一带状导体段(21a)同心设置的带状导体段(21b,21c,21d),备有另外的连接导线(31b,31c,31d),由此至少间接地从馈电导线(13)到各个配属于带状导体段(21a,21b,21c,21d)的分接部分(27a－27d)产生电连接,在至少两个带状导体段(21a,21b,21c,21d)上,在相互错置的分接点(39a,39b)上至少两对不同的天线辐射器(1a,1b,1c,1d,1e,1f)以不同的相位角(φ)可控,多个连接导线(31a－31d)机械相连。

Description

高频移相器组件
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的高频移相器组件。
移相器例如用于补偿无源网络或有源网络中微波信号的延迟时间。公知的原理是，一根导线的延迟时间用于调整一个信号的相位，因此不同的相位意味着导线的不同电有效长度。
对应用在带有可调整的辐射图沉降(Absenkung)的天线来说，信号对于单个辐射器例如偶极天线必须具有不同的延迟时间。因此，两个相邻辐射器之间的延迟时间差值在一个垂直上下布置的阵列中对于一定的沉降角来说是大致相同的。由此，该延迟时间差值对于较大的沉降角也必须增大。如果单个辐射器的相位借助移相器组件可以变化，则就涉及一种辐射图电沉降可调的天线。
WO 96/37922公开了一种移相器，其包括可电移动的板，以便在不同的、但至少两个输出之间产生相位差。其缺点是，由于介电板的移动，各相关导线的阻抗也改变，因此信号的功率分布取决于移相器的调整。
先公开的WO 96/37009中公开了一种对称的导线支路，以在该导线的两侧输出同样的功率。这在两侧以该导线的波阻抗终结的情况下是可能的。类似的技术原理解决方案早已用在移动无线电天线中。但其缺点是，只可用两个辐射器，其中也仍然保持同样的功率。另外的缺点在于输入与各导线的导电连接，这些导线要求可动的但一流的电连接，但却可能有不希望有的非线性。
最后，基本上也是公知的是，在一个天线中集成多个移相器，为此将各个单个的辐射器供给共同的天线装置。因为各辐射器必须具有不同的相位差，对于各个辐射器，移相器组件的调整是不同的。这就要求昂贵的机械传动机构，如图1所示，图1描述了一种根据现有技术的相应结构。
为此图1中为阐明现有技术而示意出了一个天线阵列1，带有例如五个偶极天线1a至1e，其最终通过一个馈电输入5供电。
在馈电输入5之后设置了一个配电网7，其在所示的实施例中有两个高频移相器组件9(HF-移相器组件)，即在该实施例中为两个移相器组件9’，9”，其中在所示实施例中两个移相器组件9的每一个供给两个偶极天线。
一个馈电导线13从配电网7导入一个中间偶极辐射器1c，该中间偶极辐射器的工作没有相位移动。
其它的偶极天线分别根据移相器组件9供给不同的相位，其中例如偶极天线1a的相位为+2φ，偶极辐射器1b的相位为+1φ，中间偶极辐射器1c的相位φ＝0，第四偶极辐射器1d的相位为-1φ，最后一个偶极辐射器1e的相位为-2φ。
因此必须对各个所属偶极辐射器保证通过移相器组件9’分配+2φ和-2φ的相移，通过第二移相器组件9”分配+φ和-φ的相移。在移相器组件9中相应的各种调整可通过一个机械传动机构17保证，该传动机构在图示中按照现有技术中已知的一种移相器组件只是概念化地示出，在操作时自动地实现各个后置的偶极天线的不同相移。因此可通过移相器组件的不同调整经一适当机械传动机构17的相应动作实现天线1的垂直方向图的电沉降，也就是说，前述的相移也不同调整。
如现有技术所述的结构，其缺点是，必需一个较昂贵的机械传动机构17，以便为每个辐射器产生必需的不同相位差。
本发明的目的是，从上述的如图1所示的现有技术出发，提供一种改进的移相器组件，其结构简单，尤其在使用至少四个辐射器的天线阵列情况下，使单个辐射器的相位控制和调整能够得以改进。与此同时，有利的是在至少四个辐射器之间应可以实现特别成对的功率分布。
该目的根据本发明由权利要求1给出的特征得以实现。本发明的优选设计方案由从属权利要求给出。
相对已知的技术方案，本发明提供了一种非常节省空间的移相器组件，相对现有技术有更高的集成密度。此外，还省去了用于实现功率分布的附加连接导线、焊接点和转换机构。但主要的是避免了根据现有技术为产生或调整辐射器不同的相位所必需的传动机构。
根据本发明的技术方案，其特征在于，备有至少两个弧形的带状导体段，该带状导体段与一个分接元件共同作用，该分接元件一方面与一个馈入点连接，另一方面在搭接区与各弧形带状导体段构成一个可移动的分接点或耦合点。从共同的馈入点到各个弧形段设有多个独立的或一个共同的一直到最外面的弧形段的连接导线，其中不管连接导线的几何形状和布置，所有连接导线都接到一个共同的可操作的分接元件上。通过分接元件绕其转轴的调整或转动，则所有天线辐射器的相位角共同得到调整。
连接导线可从共同的偏转点延伸不同的径向路程。另外一种选择是，最好备有一个分接元件，该分接元件以径向延伸的指针形式经过多个弧形带状导体段，并由此构成多个先后的配属于各带状导体段的分接点。
最后，也可以是一种桥结构，其带有沿相同方向延伸的、在水平视图中上下布置的、并可绕一共同的转动轴线调整的连接导线，这些连接导线刚性地连到一个公共的可操作的分接元件上。馈电输入在共同的支点上完成，最好是电容式的。但也可以由分接元件和各弧形带状导体段之间的分接点电容式完成。
最后，根据本发明的方案例如还可这样实现传递功率的分配，即功率从内部的圆形带状导体段到外部的圆形带状导体段逐渐减小、增加或在需要时甚至所有带状导体段的功率大致保持相同。
还有一点优点是，高频移相器组件设置在一块金属母板上，该母板最好由天线的反射器构成。此外有利的是，移相器组件通过一块金属盖板屏蔽。
圆形段之间的间距是不同的。最好带状导体段的直径从内向外以恒定的系数增大。该间距最好可在圆形段之间传送被传高频波长的0.1到1.0。移相器组件也可这样简单实现，即圆形段和连接导线与一个盖板共同实施为三板导线(Triplateleitung)。
下面借助附图进一步说明本发明。图示为：
图1：按照现有技术的用于五个偶极天线馈电的高频移相器组件示意图；
图2：根据本发明的用于控制四个辐射器的移相器组件示意平面图；
图3：沿图2所示分接元件的示意剖面图，以阐明移相段的和中间分接点的电容耦合；
图4：根据本发明的移相器组件的另一种实施例，带有三个圆形段；
图5：根据本发明的移相器组件的另一实施例，带有两个圆形带状导体段，其中从中间分接点到各个去耦合点的连接导线在移相器组件平面图中相互错置，在支点包括联接的连接导线；
图6：根据本发明移相器组件的另一种实施例，带有两个对置的圆形段，在公共的中间分接点或支点有相互联接的连接导线；
图7：从图6变换而成的实施例，采用了两个非弧形的带状导体段(直线形)；
图8a和8b：带有可调电沉降的天线阵列辐射图，一次沉降是在4’处，另一次在10’处。
参考图2，示出了根据本发明的高频移相器组件的第一种实施例，其包括相互错置的带状导体段21，也就是说在图示实施例中的弧形带状导体段21，即内部的带状导体段21a和外部的带状导体段21b，其在平面图中绕公共中点同心布置，穿过该中点垂直于图平面延伸一根垂直的转动轴线23。
从该转动轴线23起延伸一个分接元件25，该分接元件相对转动轴线23在图2的平面图中基本径向延伸，在各搭接区与一个所属的带状导体段21分别构成一个耦合的、下面描述为分接点27的分接部分27，在所示实施例中是沿分接元件25纵向错置的分接点27a，27b。
馈电导线13从馈电输入5引到一个中间分接点29，分接元件25的转动轴线23位于此处。
分接元件25在这里分为第一连接导线31a，该连接导线31a从中间分接点29的搭接区的耦合部分33一直伸到内部带状导体段21a上的分接点27a。经过该分接点27a纵向延伸的部位构成了下一个连接部分或连接导线31b，其在搭接区与外部的带状导体段21b一起导致此处形成的分接点27b。
整个高频移相器组件与图2所示实施例中的四个偶极天线1a至1d共同设置在一块金属母板35上，该金属母板同时为偶极1a至1d的反射器35。
在图3的水平横截面视图中可以看出，不仅在中间分接点29而且在分接点27都构成电容式耦合，此时无损耗的电介质37承担了电容式耦合，同时机械固定中间分接点29和与之径向错置的分接点27。
在一个轴向高度尺寸较大的介电锥形部分37a上面与反射器板35相对地设置中间分接点29的基本部分。通过较薄的介电锥形层37b，在其上面是耦合层33，该耦合层与中间分接点29一样被转动轴线23穿过。
从图3的横截面视图中还可看出，弧形带状导体段21与中间分接点29以同样的间距相对反射器板37设置，通过此处的电介质37与分接元件25耦合。这里该分接元件25是一个统一的刚性杆，该杆可绕转动轴线23调整。
通过分接元件29绕转动轴线23的转动，可以为所有偶极辐射器1a至1d以相应的相位差+2φ和-2φ共同调整相位。
通过在相应的分接点29和27a或27b之间适当选择波阻抗或者适当形成连接31a和31b，则可以同时在偶极辐射器1a和1d以及另一对偶极辐射器1b和1c之间实现功率分配，因为分别在弧形带状导体段21a和21b的端部39a或39b通过天线导线41连接偶极天线1a至1d。
借助图4示出了共有六个偶极辐射器1a至1f的另一种实施例，其中这里可以实现+3φ到-3φ的相位分布。此外，必要时可以实现功率的例如从外向内的分布，可以实现如下面的表所示的0.5∶0.7∶1的功率分级。
但是在这里，如前述实施例中一样，另外也可以设置一个如图1所示的中间偶极辐射器或者中间偶极辐射器组件，其移相角为0°，直接与馈电导线输入端连接。
借助图5示出了图2的一种变形，其中不用径向分接元件25，而是在平面图中连接导线31a相对连接导线31b偏置一个角度延伸，因此在平面图中产生分接元件25的一种V形构型。
由于这里从中间分接点29到外部的耦合分接点27b的连接导线31b与内部带状导体段21a相交或者搭接，所以连接导线31a设计得比较窄，以便使到内部带状导体段21a的耦合尽可能小。两个连接导线31a和31b在位于中间分接点29之上的连接部分33处电连接，并并合成一个刚性的统一的可转动分接元件。
图6所示实施例与图2所示实施例的不同在于，两个半圆形带状导体段21a和21b相互错置180°布置。这里分接元件25从中间转动轴线23出发向两个方向经转动轴线23径向伸出。
由于两个带状导体段21a和21b的扭转180°的布置，应注意在连接端39a相对带状导体段21b上的连接端39b的相应准确连接，以便保证例如分别以相位间距1φ的期望相移+2φ到-2φ(其中可以根据图1所示实施例总附加设置一个相移为“0”的天线)。
图6原理性地示出了带状导体段的厚度可以不同或者对带状导体段可以具有不同大小的阻抗。通常对带状导体段，阻抗为50欧姆。
图6所示实施例还示出了两个弧形带状导体段21a和21b的中点不重合，具体说不仅是指弧形带状导体段不重合，而且也不与平行延伸的转动轴线23重合。也可以不同于图6所示，带状导体段不一定是弧形，而是可以是一般的弓形(例如椭圆形)，极限情况下甚至可以是两条直线延伸的带状导体段，例如沿其长度具有不同厚度或者沿其长度具有变化的阻抗。
图7示出了两个错开布置的、在所示实施例中相对转动轴线23错置180°的直线带状导体段21a和21b。
图8a和8b示出了相应构成的天线的垂直方向辐射图效果。对于此处示出的五个偶极天线的较小相位差，则有较小的垂直沉降角，对于通过所阐述的高频移相器组件调整的较大相位差则有较大的垂直沉降角。

Claims (29)

1.高频移相器组件，具有以下特征：-带有一个带状导体段(21)，-带有一个分接元件(25)，其在带状导体段(21)上面绕转动轴线(23)可转动，-分接元件(25)至少间接地与一个馈电导线(13)相连，-分接元件(25)在一个分接部分(27)上面与带状导体段(21)相连，-带状导体段(21)在错置的分接点(39a，39b)与至少两个天线辐射器(1a-1d)相连，这些天线辐射器以不同的相位角(φ)可控，其特征在于以下特征：-至少备有另一个与第一带状导体段(21a)同心设置的带状导体段(21b，21c，21d)，-备有另外的连接导线(31b，31c，31d)，由此至少间接地从馈电导线(13)到各个配属于带状导体段(21a，21b，21c，21d)的分接部分(27a-27d)产生电连接，-在至少两个带状导体段(21a，21b，21c，21d)上，在相互错置的分接点(39a，39b)上至少两对不同的天线辐射器(1a，1b，1c，1d，1e，1f)以不同的相位角(φ)可控，-多个连接导线(31a-31d)机械相连。
2.根据权利要求1所述的移相器组件，其特征在于，连接导线(31a-31d)同时表示为变压器，由此完成到多个带状导体段(21a-21d)的接头或分接部分(27a-27d)的一定功率分配。
3.根据权利要求1或2所述的移相器组件，其特征在于，分接元件(25)按从转动轴线(23)伸出的径向指针元件形式构成，其中到随后的其它外部带状导体段(21b-21d)的各连接导线(31a-31d)通过径向延长连到相应的位于内部的分接部分(27a-27c)的各内部连接导线(31a-31c)构成。
4.根据权利要求1或2所述的移相器组件，其特征在于，电连接导线(31a-31d)在轴向视图中平行于转动轴线(23)沿分接元件(25)的转动方向各错置一个角度。
5.根据权利要求1或2所述的移相器组件，其特征在于，多个连接导线(31a-31d)平行于转动轴线(23)相互重叠但绝缘地布置，单个连接导线(31a-31d)分别在中间分接点(29)或中间耦合部分(33)开始，一直延伸到各个配属于某一带状导体段(21a-21d)的分接部分(27a-27d)。
6.根据权利要求1至5之一所述的移相器组件，其特征在于，通过馈电导线(13)输入的功率的分布从位于最内部的带状导体段(21a)到最外部的带状导体段(21d)逐渐减少。
7.根据权利要求1至5之一所述的移相器组件，其特征在于，通过馈电导线(13)输入的功率的分布从位于最内部的带状导体段(21a)到最外部的带状导体段(21d)逐渐增加。
8.根据权利要求1至5之一所述的移相器组件，其特征在于，至少每两个，最好以至少两个为一组或者所有的带状导体段(21a-21d)以相同的功率或接近相同的功率馈电。
9.根据权利要求1至8之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a-21d)的半径或直径按一恒定系数增加。
10.根据权利要求1至9之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a-21d)之间的间距是所传递高频波长(HF-Wellenlnge)的0.1到1.0。
11.根据权利要求1至10之一所述的移相器组件，其特征在于，分接部分(27a-27d)设计成电容耦合的分接部分(27)，其分别由平面带状导体段构成，其间设置一个电介质(37)。
12.根据权利要求1至11之一所述的移相器组件，其特征在于，在与馈电导线(13)电连接的中间分接点(29)和与分接元件(25)电连接的耦合部分(33)之间设有一个电容耦合，其包括一个设在两个带状导体段之间的电介质(37b)。
13.根据权利要求1至12之一所述的移相器组件，其特征在于，设置在一块导电的尤其是金属的母板(25)上，该母板最好通过天线(1)的反射器构成。
14.根据权利要求1至13之一所述的移相器组件，其特征在于，通过一个金属盖屏蔽。
15.根据权利要求1至14之一所述的移相器组件，其特征在于，连接导线(31a-31d)以及带状导体段(21a-21d)与移相器组件的盖一起实施为三板导线。
16.根据权利要求1至15之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a-21d)具有各自一定的阻抗。
17.根据权利要求1至16之一所述的移相器组件，其特征在于，中间分接点(29)通过一个电介质(37a)与反射器(35)隔开并保持在其上。
18.根据权利要求1至17之一所述的移相器组件，其特征在于，至少两个带状导体段(21a，21b)设计成弓形尤其是弧形。
19.根据权利要求18所述的移相器组件，其特征在于，至少两个弧形带状导体段(21a至21c)的中点绕一个公共的中点弧形设置。
20.根据权利要求1至19之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a至21c)的中点位于分接元件(25)的转动轴线(23)上。
21.根据权利要求1至18之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a至21c)的中点和转动轴线(23)相互错置。
22.根据权利要求1至17之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a至21c)设计成直线延伸。
23.根据权利要求1至22之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a至21c)在平面图中平行于转动轴线(23)位于相互错置的角扇形中和/或绕转动轴线(23)相互错置一个角度。
24.根据权利要求23所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a至21c)绕转动轴线(23)相互错置的转动角大于90°。
25.根据权利要求23或24所述的移相器组件，其特征在于，设有至少两个带状导体段(21a，21b)，其绕转动轴线(23)相互转动180°，特别是距离转动轴线(23)不同的间距。
26.根据权利要求1至25之一所述的移相器组件，其特征在于，分接元件(25)至少在两个错置的位置分别至少延伸到一个分接部分(27a至27d)。
27.根据权利要求1至26之一所述的移相器组件，其特征在于，分接元件设计成直线延伸的双指针形分接元件(25)，该分接元件与其相对端或分接部分(27a，27b)向内错置地具有转动轴线(23)。
28.根据权利要求1至27之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a至21c)具有不同厚度。
29.根据权利要求1至28之一所述的移相器组件，其特征在于，带状导体段(21a至21c)具有不同的阻抗或相同的阻抗值，尤其是50欧姆。
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