可变功率分配器的制作方法
专利名称：可变功率分配器的制作方法
技术领域：
一般地说本发明涉及一种使用无源网络的无线通信系统，更具体地说，涉及一种具有低无源互调的平面可变功率分配器，这种可变功率分配器在印刷电路板上用于将单个输入RF信号转换为在整个调节范围中恒定相位的两个输出RF信号，并且该输出RF信号具有作为可变功率分配器的一部分的单个移相器的运动的函数的可变幅值。
背景技术：
高等级的微波部件可以通过组合两个移相器和两个固定功率分配器形成(组合器)。这两个部件可用于在较宽的频带上以相对较高的RF功率电平操作的事实使得这种一般结构在用于有效电子战争中构造可变功率分配器、开关和固定循环器以及在通信卫星和雷达的天线应用系统中进行束成形中比较有用。
常规技术的一般论述附图1至5所示为包括了2个移相器和2个固定功率分配器以用作可变功率分配器和开关的5种常规结构。附图1至4所示为具有4个端口的网络，附图5所示为具有三个端口的网络。其它的网络具有3或4个端口，具有更大数量的端口的网络可用具有更大数量的端口的固定功率分配器和附加的移相器实现。具有更大数量的端口的网络可以使用具有3个或4个端口作为构造块的网络实现。在附图1至5中提供的3个或4个端口结构可以作为开关(具有2种状态)或可变功率分配器(具有连续的状态)实现。
在开关的情况下，仅两个相移值(因此两种状态)可用这些相位设置对应于状态0和状态1。对于可变功率分配器，移相器φ1和φ2的设置可以在预定的值的范围内连续变化。具有不同的插入相位的移相器的使用对于状态0和状态1导致了与所示的相位值不同的相位值。具有非互逆相位特性的移相器的使用导致了对应于通过装置前向(发射)或反向(接收)信号传播的不同的相位值。在移相器具有非互逆相位特性时使用包括带有固定相位状态的4个外部端口在附图1至4种的结构可以形成4端口循环器。
在附图1中所示的结构使用0度/180度混合型功率分配器和正交(0度/90度)混合型功率分配器。通过在附图1中的等式描述的端口3和4上的输出电压信号b3和b4对应于端口1上的输入信号。在端口1上的输入信号给可变移相器φ1和φ2提供了等幅的同相信号。理想地，在信号施加给端口1时在端口2上没有出现信号，对于施加给端口1的信号，端口2可被描述为“隔离端口”。类似地，施加个给端口2的信号在端口1上没有出现。相位差Δφ＝φ1-φ2是在端口3和4上的输出信号幅值的控制参数，并且两相位值的总和可以改变输出信号相位。在将输出信号调节到恒定的相位值的整个范围中，两相位值的总和必须等于常数的相位值。
同时以互补的方式改变相位值可以实现可变功率分配器输出信号幅值变化，同时在整个调节范围中可以维持相对恒定的输出信号相位值。改变输出信号幅值的可变功率分配器函数可以通过改变一个移相器的相位实现，同时另一个移相器的相位仍然保持在固定的值上。在整个调节范围中在相位量(φ1+φ2)基本等于常数值时输出信号相位值基本是恒定量。
控制在附图1中所示的结构的开关状态之间的信号幅值的相位值的范围是90度。附图1中的表格识别相位值φ1和φ2，这里对于开关状态0，Δφ＝-90度，而对于开关状态1，φΔ＝+90度。状态0对应于输入到端口1的所有的可变信号理想地出现在端口4上的情况。状态1对应于输入到端口1的所有的可变信号理想地出现在端口3上的情况。在表中大于0的φ1和φ2相位值的值表示相对于输入到具有相同的相位值的移相器φ1和φ2的信号的0度值的更大的相位延迟。
换句话说，φ1＝0度和φ2＝90是来自φ2的信号输出相对于来自φ1的信号输出被延迟90度的情况。换句话说，φ1＝0度和φ2＝90度是来自φ2的信号相对于来自φ1的信号输出滞后90的情况。在相位控制装置具有对应于幅值调节的所需范围的相位调节的最小范围时可以使相位控制装置的插入损失最小化。
具有3个外部端口的附图5的结构与附图1中的结构相同，但除了输入分配器没有隔离端口2和输入分配器因此是电抗型功率分配器而不是混合型功率分配器之外。附图5的结构的操作与附图1的结构的操作相同。
与在附图1中所示的混合的混合型结构相比，在附图2中所示的结构使用2个正交混合型功率分配器。控制在附图2中的开关状态之间的信号幅值的相位值的范围是180度并且移相器的插入损失大于在附图1中的结构。
在附图3中所示的结构使用0度/180度的混合型功率分配器而不是混和的混合型(附图1)或者正交混合型(附图2)。在这个结构中，每个移相器要求180度移相器。在端口3和4上的输出信号具有相差90度的相位值。
附图4的结构与附图2的结构相同，但具有附加固定相位延迟φ0和传输线长度L，因此两个信号相位在输入上符合相应的可变移相器φ1和φ2。这个结构与附图1中所示的结构总体上具有相同的功能。
常规技术的专门讨论Campi等人的美国专利US4,485,362教导了一种三端口可变微波带状线功率分配器，这种功率分配器在一个输出上具有较大范围的可变输出而不极大地改变在另一个输出上的功率输出，但它要求电子修补器件和电路以改变功率划分。
Mizzone等人的美国专利US5,473,294教导了一种平面可变功率分配器，这种功率分配器要求使用2个正交混合型和2个可变移相器，并且使用波导而不是微带技术，并且要求使用2个滑动机构以关闭四个混合输出电路。Mizzoni等人的方块图与附图4一致，具有如Mizzoni等人描述的滑动短路线的正交混合型在本领域中作为2端口移相器是十分公知的。
反向操作的可变功率分配器成为可变功率组合器，其中通过两个输入信号组合成预定功率电平的单个输出信号。这种组合器在Evans的美国专利US6,069,529中教导，在这篇专利中可变功率组合器用作冗余开关以在第一放大器失效的情况下提供放大的信号备份。然而，它使用波导路径，要求有源放大器电路和在包括以金属壁可替换的移动耦合极板的混合型内的机械设备。这种设计昂贵并且制造复杂。这种设计的特征还在于可靠性降低，同时限于波导介质的应用。
Asao等人的日本专利JP4000902教导了一种具有通过除了下述特征之外符合附图1的方块图的带状线技术中实施的平面可变功率分配器它具有两个隔离的端口替代在附图1中的一个隔离端口(2)。固定的输入分配器是包括5个端口的“环形波导”或“环”混合型并且同相端口用作可变功率分配器的输入(1)。两个隔离端口以吸收负载结束。在输入同相混合型分配器和正交分配器之间的平行线部分以两个棱形电介质覆盖。
在与平行线方向垂直的方向上串联地移动电介质在两线上产生了微分的且互补的相移。这种设计在固定宽度的传输线导体附近具有电介质材料的变化量。除了一些其它的参数比如在两个接地平面和传输线之间的间隔距离同时改变之外，传输线的阻抗将随着相移变化。
常规技术中的问题常规技术中的可变功率分配器要求多于一个移相器来实现在整个调节范围中具有基本恒定的相位的输出信号，并且限于使用更昂贵的波导传输介质或者依赖于使用复杂的机械设备作为混合网络的一部分。即使Campi等人的一个带线功率分配器仍然要求在插接部件和接地端之间的不同接点的连接以在两个输出之间实现离散的功率划分，这本身要求是两个平面插接部件。
因此，在需要一种其中通过简单的单个可移动部件本地或远程地容易控制输出信号的可变功率分配器。进一步需要一种适合于使用微带或带状线传输线在印刷电路板上平面结构的可变功率分配器，这种可变功率分配器具有单个输入端口和两个输出端口，其中两个输出信号在幅值上可变并且具有在随后的整个调节范围中基本恒定量的相位，恒定的输出信号相位基本相等或相差一个固定值。
还需要另一种可变功率分配器，其中借助于改变在两个信号路径中的输入信号的相位的单个可移动部件实现输出信号的可变幅值，并且单个可移动部件本地或远程地操作。
本领域中进一步需要提供一种可变功率分配器，这种可变功率分配器适合于在印刷电路板上的平面结构并使用在印刷电路板上的微带或带状线传输路径。
最后，还需要生产一种可变功率分配器，这种可变功率分配器容易以低成本构造并且适合于普通的印刷电路板制造技术、通过简单的部件高度可靠以及具有容易改变且可重复的信号输出。
发明内容
本发明以这样的可变功率分配器和方法解决了前述问题能够改变在高功率和多载波RF环境中的端口之间的RF功率，比如用于控制在基站天线中发送和接收的信号。可变功率分配器可以包括单个控制的移相器和混合型功率分配器。
单个控制的移相器是具有单个输入端口和两个输出端口的三端口器件。本发明的单个控制的移相器是互逆的，因此本发明不能实现如常规技术中教导的循环器功能。单个控制的移相器进一步包括可改变或调节在两个RF信号之间的相位的可变调节器。具体地，可变调节器通过改变路径彼此相对的电长度可以改变在沿两个电路径传播的两个RF信号之间的相位。这样，第一RF信号的第一相位和第二RF信号的第二相位之和可以保持为基本等于在三端口移相器的输出端口上测量的恒定值上。
单个控制的移相器可以在无触点导电结构之间传播RF信号以实质减小无源互调。具体地，单个控制的移相器的可变调节器在无触点导电结构之间电容地耦合RF信号。可变调节器可以包括可旋转的并沿在彼此相反的方向上传播所接收的RF信号的第二电路径电容地耦合到不同位置的可移动的第一电路径。
然而，本发明并不限于可旋转的并沿在第二电路径电容地耦合到不同位置的第一电路径的这种特定的机械结构。其它的移相器结构可以包括(但不限于)电容耦合的滑动套筒、串联移动的电介质、波导和具有三个端口并且传递在RF信号之间的相移以使相移值之和在整个调节过程中基本等于恒定量的其它的类型的结构。
同时，混合型功率分配器是具有两个输入端口和两个输出端口的四端口器件，并且混合型功率分配器是互逆的。混合型功率分配器控制在它的输入端口接收的RF信号的相位和幅值。混合型功率分配器基本隔离在输入端口之间的输入RF信号流。由于在两个输入端口之间产生很小的信号流，因此在混合型功率分配器中的主要RF信号流从输入端口到输出端口。
在对应于来自一个输入端口的RF信号的移相器的两个输出端口上的RF信号幅值通常具有基本相同的幅值。在对应于来自混合型功率分配器的一个输入端口的RF信号的混合型功率分配器的两个输出端口上的RF信号相位值基本相差90或180度。在给混合型功率分配器的每个输入端口输送一个信号时在混合型功率分配器的每个输出端口上存在两个信号。
在混合型功率分配器的每个输出端口上的两个RF信号的增加可以提供具有幅值和取决于输入RF信号的相对信号幅值和相位的相位的冗余RF信号。每个输入RF信号的相位可以被调节以使相应的输出RF信号的每个相位在整个调节范围中基本等于常数值。此外，每个输入RF信号的相位可以被调节以使相应的输出RF信号的每个相位基本等于常数值，同时改变输出RF信号的相对幅值。本发明的可变功率分配器专用于在移相器的整个调节过程中基本恒定量的输出信号相位值。
根据一种实例性实施例，在混合型功率分配器的第一输出端口上的第一RF信号的相位和在第二输出端口上的第二RF信号的相位基本相等。根据另一实例性实施例，基本恒定量的相位差存在于在混合型功率分配器的第一输出端口上的第一RF信号和在混合型功率分配器的第二输出端口上的第二RF信号之间。
单个控制的移相器和混合型功率分配器可以包括适合于高速制造环境的基本平面结构，这实质上可以降低制造成本。具体地，单个控制的移相器和混合型功率分配器可以由基本平面的印刷电路板材料制成。
可变功率分配器的输出端口可以耦合到各种器件。根据本发明的一种实例性方面，可变功率分配器输出端口可以直接或间接耦合到天线阵列的天线元件以改变天线辐射特性。根据本发明的另一实例性方面，可变功率分配器可以耦合到两个RF信号路径并以两个状态操作并用作RF开关以将RF输入信号路由到基本一个输出端口和相应的信号路径。根据本发明的另一实例性方面，一个输出端口可以耦合到RF功率吸收元件。这样，可变功率分配器可用作可变功率衰减器，因为一个输出端口通常可以以热的形式耗散RF能量，同时另一个输出端口将RF能量传播到保存RF能量的另一器件比如天线。
可变功率分配器的移相器可以与致动器一起移动，致动器包括机电装置比如电马达。致动器可以通过包括无线或有线类型的通信媒体的控制链路被耦合到遥控器。遥控器可以包括确定移相器应该被调节多少以控制在混合型功率分配器的输出上的功率分配的计算机运行的软件。
附图1所示为包括0度/180度混合型分配器、两个不同的可变移相器和正交(0度/90度)混合型分配器的常规技术的可变功率分配器。
附图2所示为包括两个正交(0度/90度)混合型分配器和两个不同的可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图3所示为包括两个0度/180度混合型分配器和两个不同的可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图4所示为包括两个正交(0度/90度)混合型分配器、固定相位偏移、传输线长度和两个不同的可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图5所示为包括无功功率分配器、耦合到正交(0度/90度)混合型分配器的两个可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图6所示为根据本发明的一种实例性实施例具有可变功率分配器的-45度至+45度的相位(Δφ＝±90度)的电路径长度控制范围以及相移和幅值调节的实例性可变移相器的进一步细节的功能性方块图。
附图7所示为根据本发明的一种实例性实施例具有可变功率分配器的90度的电路径长度控制范围以及相移和幅值调节的实例性可变移相器的进一步细节的功能性方块图。
附图8A所示为根据本发明的一种实例性实施例的实例性微带可变移相器的两个输出端口的单个电刷元件。
附图8B所示为在附图8A中所示的单个电刷元件的底部视图。
附图9所示为根据本发明的一种实例性实施例组装的可变功率分配器的等视图。
附图10所示为根据本发明的变型实施例可变功率分配器的另一实例性可变移相器的进一步细节的功能性方块图。
附图11所示为根据本发明的一种实例性实施例包括TEM或准-TEM结构的混合型功率分配器的功能性方块图。
附图12所示为根据本发明的一种实例性实施例可变功率分配器如何用作开关的功能性方块图。
附图13所示为根据本发明的一种变型实例性实施例耦合到天线元件的可变功率分配器的功能性方块图。
附图14所示为根据本发明的一种变型实例性实施例在一个输出端口耦合到功率吸收终端时可变功率分配器如何用作可变功率衰减器的功能性方块图。
附图15所示为根据本发明的一种实例性实施例控制和分配RF信号的功率的实例性方法的逻辑流。
附图16所示为根据本发明的一种实例性实施例可变功率分配器的远程控制的功能性方块图。
具体实施例方式
这种可变功率分配器和方法可以改变在高功率和多载波RF环境中的端口之间的RF功率，比如用于控制在基站天线中发送和接收的信号。可变功率分配器可以包括单个控制的移相器和混合型功率分配器比如0度/90度或0度/180度混合型功率分配器。
现在参考附图描述本发明的各方面和说明性操作环境，在附图中类似的标号在几个附图中表示类似的元件。
现在参考附图6，这个附图是进一步详细说明实例性移相器110的功能性方块图，实例性移相器110在预定的参考位置周围具有可变功率分配器100的-45至+45度相位的电路径长度控制范围。这个路径长度变化对应于移相器的两个输出信号的Δφ＝±90度相对相位变化。这个附图也示出了根据本发明的一种实例性实施例的实例性相移和幅值调节。移相器110可以包括耦合到沿着第二电路径210可移动的第一电路径205的单个输入端口105，该第二电路径210相对第一电路径205静止。实例性移相器110的特征为具有一个输入端口105和两个输出端口215和220的三端口器件。第一电路径205也可被称为可变调节器。在优选实施例中，移相器110包括微带移相器。
在给第一输入端口105输送RF信号时，与第二电路径210组合的第一电路径205产生在第一移相器输出端口215和第二移相器输出端口220上可测量的互补相移的RF信号。换句话说，第一电路径或可变调节器205可以在朝第一移相器输出端口215和第二移相器输出端口220的两个不同的方向上将RF信号分解为沿着第二电路径210传播的两个相移的RF信号。在分解之后产生的这两个RF信号可以具有基本相等的幅值，但具有作为可变调节器205的函数的可调节的可变微分相位。
实例性移相器110的一种独特的特性是分解RF信号的功能和在分解功能之后对RF信号进行相移的功能通过可包括可变调节器205和第二电路径210的单个部件彼此集成在一起执行。因为这种集成的信号分解和相移功能，移相器110也可以被称为单个控制的移相器110。
实例性移相器110的另一独特的特性是与第二电路径210组合的可变调节器205在可变调节器205的整个调节范围内等同地分解从单个输入端口105接收的RF信号。在所示的实例性实施例中，可变调节器205可以具有所界定的调节或控制范围，其中在分解之后产生的RF信号的互补相位的总和在可变调节器205的整个调节范围内恒定。
换句话说，相移的RF信号互补，其中在第一移相器输出端口215上的RF信号的相位和在第二移相器输出端口220上的RF信号的相位之和在可变调节器205的整个调节范围内基本等于恒定量。通过将第一电路径205沿着第二电路径210移动到某一位置，第一移相器输出端口215上的RF信号的相位可以相对于在第二移相器输出端口220上的RF信号的相位改变或者使其不同，以使一个RF信号沿着耦合到第一移相器输出端口215的第二电路径210的第一部分传播，同时另一RF信号沿着耦合到第二移相器输出端口220的第二电路径210的第二部分传播，该第二部分比第二电路径210的第一部分更长或更短。
例如，在第一电路径205置于将第二电路径210平分为相等的物理长度的两部分的中间位置上时，所产生的两个互补RF信号同相并且具有基本相等的功率幅值。在第一电路径205置于对应于远离该中心位置并在其上的信号路径的位置P1上并且该信号路径长度在公称操作频率上是45度电相位时，两个互补的RF信号在公称操作频率上具有彼此相对的90度相位差和基本相等的功率幅值。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号具有滞后于在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度的相位。
在第一电路径205置于对应于远离该中心位置并在其下的信号路径的位置P2上并且该信号路径长度在公称操作频率上是45度电相位时，两个互补的RF信号在公称操作频率上也具有彼此相对的90度相位差和基本相等的功率幅值。具体地，在第一移相器输出端口215上测量的RF信号具有滞后于在第二移相器输出端口220上测量的RF信号90度的相位。
在附图6所示的实例性实施例中，可变调节器205相对于弧形第二电路径210可旋转。然而，本发明并不限于可变调节器205和弧形第二电路径210。其它类型的调节器和第二电路径210并不超出本发明的范围，如从下文附图10的讨论中可清楚看出。
第一和第二移相器输出端口215和220也被称为第一和第二功率分配器输入端口215和220，因为混合型功率分配器115在这些端口上耦合到移相器110。混合型功率分配器115通常包括四端口器件，具有输入端口215和220和输出端口120和125。混合型功率分配器115通常包括具有显著的横向电磁(TEM)传播模式的结构(例如带线、同轴电缆、方形同轴电缆、矩形同轴电缆)或者具有准-TEM型传播模式的结构(例如微带、共面波导)。这些TEM或准-TEM结构与常规的波导结构不同，这种常规的波导结构的特征在于具有电和/或磁场的传播模式的纵向分量。
在一种优选的且实例性实施例中，实例性混合型功率分配器115的结构可以包括通常由单层衬底制成的支线混合型。这种实例性实施例易于制造，因为减小了本实施例中的部件数量和材料量。相对于其它类型的混合型功率分配器115，减小混合型功率分配器的部件和/或材料也实质上降低了制造成本。可替换地，混合型功率分配器115的结构可以包括通常具有多个平面层的耦合器，通常被称为多层结构。此外，混合型功率分配器115的结构可以包括带线形式、空中微带形式、空中带线形式、方形同轴电缆或矩形同轴电缆和其它类似的结构。
在附图6所示的实例性实施例中，混合型功率分配器115可以包括0度/90度或正交的混合型功率分配器。然而，如从下文的附图7的讨论中可以清楚看出，本发明并不限于0度/90度或正交的混合型功率分配器。本发明可以包括本领域普通技术人员公知的0度/180度混合型功率分配器。
结合单个控制的移相器110使用的在附图6中所示的混合型功率分配器115输出两个RF信号，这两个RF信号具有在可变调节器205的整个调节范围中基本恒定的且相等的相位和作为在混合型功率分配器115的输入端口215和220上接收的可变相移的RF信号的函数的功率幅值。换句话说，在混合型功率分配器的输出端口120和125上测量的两个RF信号的功率幅值是可变调节器205的位置的函数。
结合单个控制的移相器110使用的混合型功率分配器115的一个独特的特性是在输出端口120和125上测量的RF信号彼此互补。换句话说，在第一输出端口120上测量的RF信号的RF功率和在第二输出端口125上测量的RF信号的RF功率之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于恒定量。
为实现具有基本恒定的相位和互补且可变的功率幅值的两个输出RF信号的这种独特特性，混合型功率分配器115与单个控制的移相器110组合使用。单个控制的移相器110在单个输入端口105上接收RF信号并在移相器输出端口215和220上产生基本相等幅值和相对互补相位的两个RF信号。换句话说，在移相器输出端口215上测量的RF信号的相位值和在移相器输出端口220上测量的RF信号的相位值之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于恒定量。正如本领域普通技术人员所公知，混合型功率分配器在它的输入端口215和220上接收的RF信号之间产生了相位差。混合型功率分配器也分割并组合在它的输入端口215和220上接收的RF信号，这也是本领域普通技术人员所公知的。
对于在附图6中所示的0度/90度混合型功率分配器，第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于在第一混合型功率分配器输出端口215上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于在第一混合型功率分配器输入端口215上的输入信号的正交(90度)端口。相反，第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于在第二混合型功率分配器输入端口220上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于在第一混合型功率分配器输入端口215上的输入信号的正交(90度)端口。
在可变调节器或臂205位于在可变调节器205的中心位置之上的45电度的位置P1上时，所有可用的RF功率基本都在第二混合型功率分配器输出端口125上，而同时基本没有RF功率存在于第一混合型功率分配器输出端口120中。这是因为在位置P1上，90度的相位差存在于在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间。具体地，在第一移相器输出端口215上测量的RF信号超前在第二移相器输出端口220上测量的RF信号90度。
相反，在可变调节器或臂205位于在可变调节器205的中心位置之下的45电度的位置P2上时，所有可用的RF功率基本都在第一混合型功率分配器输出端口120上，而同时没有RF功率存在于第二混合型功率分配器输出端口125中。这是因为90度的相位差存在于在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度。
在可变调节器或臂205在沿第二电路径210的中心位置上时，RF功率在第一和第二混合型功率分配器输出端口120和125之间基本等分。具体地，在第一移相器输出端口215和第二移相器输出端口220上测量的RF信号具有基本相等的相位量。
现在参考附图7，这是对于混合型功率分配器115具有90电度的控制范围的实例性移相器110的进一步的详细描述的功能性方块图。这个附图也说明了根据本发明的另一实例性实施例的实例性相移和幅值调节。由于附图7的可变功率分配器100具有类似于在附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论附图6和附图7之间的差别。
对于在附图7中所示的可变功率分配器100的0度/180度混合型功率分配器115，第一混合型功率分配器输出端口120被设计为同相或总和(0度)端口，而第二混合型功率分配器输出端口125被设计为差别(180度)端口。在可变调节器或臂205位于可变调节器205的中心位置的位置P1′上时，所有的RF功率基本存在于第一混合型功率分配器输出端口120上，同时在第二混合型功率分配器输出端口125上基本没有RF功率。
相反，在可变调节器或臂205在可变调节器205的中心位置之下的90电度的位置P3′时，所有的RF功率存在于第二混合型功率分配器输出端口125上，同时在第一混合型功率分配器输出端口120上基本没有RF功率。这是因为在可变调节器或臂205沿着第二电路径210移动90电度时，在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在180度的相位差。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号180度。
在可变调节器或臂205在可变调节器205的中心位置之下的45电度的位置P2′时，RF功率均等地分配在第一和第二混合型功率分配器输出端口120和125之间。这是因为在可变调节器或臂205沿着第二电路径210移动45电度时，在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在90度的相位差。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度。
本发明并不限于在附图中所示的位置P1′、P2′和P3′。因为在附图7中所示的移相器110对称，所以位置P2′和P3′可以在中心或零度位置P1′之上并产生类似的结果。移相器110的可变调节器205的其它位置不超出本发明的范围。
现在参考附图8A和8B，这些附图显示了根据本发明的一种实例性实施例的实例性移相器110的两个输出端口的可变调节器205。附图8B参考这个点，因为它说明了在附图8A中所示的可变调节器205的详细的底视图。因为附图8A和8B的可变功率分配器100具有类似于在附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论在附图6和附图8A和8B之间的差别。
如上文所述，本发明并不限于在附图8A和8B中所示的移相器110的具体机械结构。附图8A和8B提供了作为本发明的一部分的移相器110的机械结构的一种优选但是实例性的实施例。其它的移相器结构包括(但并不限于)电容耦合的滑动套(如下文参考附图10所讨论)，串联地移动电介质、波导和其它类似的结构，这些结构具有三个端口(一个输入端口和两个输出端口)并且可以在RF信号之间传递相移，以使在RF信号之间的相移之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于常数。换句话说，在不脱离本发明的范围和精神实质的前提下本发明可以利用能够提供上述的信号特征的多种类型的相移结构。
参考附图8A，在这个附图中所示的移相器110包括螺母400、垫圈405、弹簧410、键415、可变调节器205、电介质衬垫430和轴425。下文参考附图9讨论螺母400、垫圈405、弹簧410、键415、电介质衬垫420和轴425的进一步细节。
现在参考附图8A和8B，可变调节器205可旋转地固定到平表面335上。可变调节器205可以包括耦合环310、电刷元件300、中间部分305、支撑迹线320A和电介质支撑340。包括耦合环310、电刷元件300、中间部分305的可变调节器205具有优选(lamda)/4的电长度L1，这里lambda非常接近于在电路中传播的信号的波长。
在电路中的传播信号的近似四分之一波长的电长度L1可以如附图8所示从孔口315的几何中心到电刷元件300的中点测量。注意，电长度近似等于可变调节器205的距离L1。对于大部分应用通常通过实验可以获得可变调节器205的实际物理尺寸。
这意味着可变调节器205可以具有其它的电长度而不脱离本发明的范围和精神实质。即，电长度L1的大小可以增加或减小而不脱离本发明。作为调节电长度的另一实例，L1可以具有在工作射频下的波长的一半的电长度。可替换地，可变调节器205可以具有在工作射频下的波长的一半波长或四分之一波长的整数倍的长度L1。
此外，电长度L1可以包括大于一半波长的幅值，但注意工作带宽可以随着大于工作射频的波长的一半的这个电长度减小。此外，如果调节馈线的尺寸或者如果改变在移相器110内使用的电介质材料或者两者，实例性的四分之一波长的尺寸可以调节(增加或减小)。
电刷元件300可以包括弧形部件。然而，其它形状不超出本发明的范围。电刷元件300的形状通常是与电刷元件300电容耦合的馈线210的形状的函数，如下文讨论。
在一个实例性实施例中的可变调节器205具有电介质支撑340，该电介质支撑340可以包括刚性材料比如印刷电路板(PCB)、塑料或陶瓷材料。用于电介质支撑340的优选实例性衬底材料是从RogerMicrowave Products in Chandler，Arizona可购买的型号为RO-4003的材料。可变调节器205和电介质支撑340使用PTFE衬底材料已经制造，这种材料的一种实例是从Arlon Materials For Electronics inBear，Delaware可购买的型号DiClad-880。
设置在可变调节器205上的耦合环310、电刷元件300、中间部分305和支撑迹线320A可以包括铜材料。这个铜材料可以包括蚀刻的微带传输线。这个铜材料也可以以锡涂敷，通过电镀处理施加锡以给铜提供防止氧化或腐蚀或两者的保护层。可替换地，支撑迹线320A也可以由电介质材料构造。然而，在支撑迹线320A以与耦合环310、电刷元件300和中间部分305相同的材料构造时，这种设计本身导致了有效且成本低廉的蚀刻制造过程。
可变调节器205进一步包括孔口315、翼部分345和臂部分350。翼部分345被设计成对应于第一组支撑迹线320A并在可变调节器的旋转范围内提供相对于平表面335维持可变调节器205的水平位置的增加的支撑。具体地，翼部分345被成形为对应于支撑迹线320A的形状以使可变调节器205的表面面积的大小最小以节省材料并且也减小材料可能对RF传播的任何影响。
耦合环310、电刷元件300和中间部分305优选被构造成在分配网络355上的整个运动范围中保持平整或基本平面的相对平整或者平面元件。包括臂部分350和翼部分345的可变调节器205的形状有利于可变调节器205的平衡装载以允许平滑旋转，同时在可变调节器的圆形旋转的整个范围中维持这个相对平面设计。
在耦合环310、电刷元件300和中间部分305与在平表面335上的对应的结构电容地耦合时，可变调节器205的总体形状通常是与可变调节器205相互作用并成形为保持在可变调节器205上的平衡负载的馈线的数量的函数。可变调节器205的形状进一步取决于减小在可变调节器的整个圆形运动的过程中在平表面335上的迹线附近的电介质或金属材料的数量的设计。
平表面335可以支撑与电刷元件300相互作用的馈线355的不同部分。平表面335包括作为第一馈线355A的一部分的耦合环325。包括输入端口105的第一馈线355A的耦合环325也与孔口360间隔开。形成第一馈线355A的一部分的耦合环325的几何结构一般与可变调节器205的耦合环310的几何结构对应。在可变调节器205旋转时这个类似的结构产生了使输入信号RF功率通过可变调节器205传播最佳化相适应的适当的阻抗。这个类似的几何结构也提供了在可变调节器205和平表面335上的相应的耦合环310、325之间增加的接触面积和可靠性。
平表面335进一步包括第二馈线355B，这个第二馈线355B也包括对应于可变调节器205的电刷元件300的形状的成形部分210。第一和第二馈线355A、355B以及设置在平表面335上的第二组支撑迹线320B可以包括从印刷电路板材料蚀刻的微带传输线。具体地，第一和第二馈线355A、355B以及设置在平表面335上的支撑迹线320B可以包括以锡涂敷的铜材料。然而，支撑迹线320B可以包括电介质材料而不是导电材料。
通过相对于在可变调节器205的电刷元件300在第二馈线355B上移动时所产生的力提供相反的力，设置在可变调节器205并且在平表面335上的第一和第二对支撑迹线320A、320B有助于移相器110的平稳的旋转。通过有助于这种平滑旋转，支撑迹线320A、320B可以提供一种状态，以使在支撑迹线320A、320B上的均匀的力可以使磨损最小以便在上文所讨论的两个电容结上提供所需的一致的间隔。在馈线355和可变调节器205具有非常小的厚度时，减小磨损非常重要。
具体地，导电馈线355具有高于支撑他们的平表面的较小的厚度或高度。这些微带线355的高度通常与1/2或1盎司铜关联的高度(本领域普通技术人员熟知的术语)。更薄或更厚的微带线(微带线的高度相对于它所制造在其上的平表面的更小或更大的程度)可用于所描述的移相器110。支撑迹线320A、320B在长度、宽度和厚度上的尺寸可以被设计成在RF能量正在传播时它们不与馈线的电特性干扰。
设置在平表面355上的支撑迹线320A、320B的位置对应于设置在可变调节器205的翼345上的匹配的支撑迹线320A的位置。在翼345上的支撑迹线320A的厚度和在平表面355上的支撑迹线320B的厚度补偿在可变调节器205和馈线355之间对齐的剩余迹线的厚度。基本上，支撑迹线320在旋转的过程中保持可变调节器205水平与平表面355的面平齐并平行，并减小在电容耦合环310、325和其它迹线上的磨损。支撑迹线320的半圆形设计允许可变调节器在可变调节器205的圆形运动中以非常稳定的方式保持在平表面335的面上的位置中。
电刷元件300电容地耦合到第二馈线355B的成形的馈线部分210以实现低无源互调(PM)效应。用于移相器110的所选择的部件的电容结和非金属材料被用于防止在导电金属表面之间(在可能的地方)直接的物理接触以进一步使在高功率、多载波的RF环境中的PIM的产生最小化。
通过虚线表示的电容结330A、330B通过如下的结构形成(1)电刷元件300、电介质衬垫420和第二馈线355B的成形的馈线部分210的组合；和(2)可变调节器205的导电环310、电介质衬垫420和作为第一馈线355A的一部分的耦合环325的组合。这些电容结有利于输入RF信号从移相器110到移相器输出215、220的传递。
移相器110的输入部分可以通过由耦合环310、325形成的第一电容结330B表示。移相器110的输出部分可以通过电刷元件300和第二馈线355B的成形的馈线部分210的组合形成的第二电容结330A表示。
移相器110可以包括相对紧凑的结构以便在可变调节器205上均匀地分配压缩的负载，这又可以维持在环310、325之间和在电刷元件300和第二馈线355B的成形部分210之间的电容的预定值。
在实例性可变功率分配器100的移相器110可以包括相对紧凑的结构的同时，可以使该结构尺寸合适以实现产生所需的电相移的各种电平所需的整个范围的运动。微带移相器110的进一步细节描述在2002年8月23日申请的标题为“Microstrip Phase Shifter”的共同未决的并一般转让的申请序列号10/226,641中，在此以引用参考的方式将其全部内容并入在本申请中。
现在参考附图9，这个附图是根据本发明的实例性实施例的组装的移相器110的等视图。因为附图9的可变功率分配器100具有类似于附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论在附图6和附图9之间的差别。
如上文所述，移相器110可以进一步包括键415、弹簧410和垫圈405。这些元件通过支撑结构420保持在一起，该支撑结构420可以包括轴425和螺母400。轴425或螺母400可以由导电材料制成，同时其它元件是非导电的，或者两者都由非导电材料制成。根据本发明的实例性实施例垫圈405和键415优选由非金属材料制成。
弹簧410可以实施为薄且宽的圆柱形结构，这种结构在可变调节器205的较大的面积上施加力。在一种实例性实施例中，键415包括塑料盘。然而，其它的电介质材料不超出本发明的范围和精神。
本领域中普通技术人员也会理解到移相器110的各种部件的非导电材料的选择对于防止PIM问题比较重要。用于移相器110的各种部件的非导电材料的选择对于维持RF信号传播的良好电介质特性也非常重要。
通过与键415交互作用的轴425实现可变调节器的运动。轴通常通过设置在平表面335(在附图8A中示出)中的孔口360将它插入来组装。移相器110定位在设置在平表面335中的孔口360附近以允许轴425通过平表面335并与键415交互作用，以实现可变调节器205的运动。支撑结构420、垫圈、弹簧410、键415、电介质衬垫420(在附图9中没有示出)和可变调节器205的组合在可变调节器205上朝下施加压力，同时允许轴在圆形运动的相对完整的范围内旋转可变调节器205。
移相器110耦合到实例性的支线正交混合型功率分配器115。这个支线正交混合型功率分配器115以微带构造，是优选的但仍然是实例性的实施例。本领域普通技术人员会认识到其它的混合型功率分配器115也可使用而不脱离本发明的范围和精神实质。
现在参考附图10，这个附图是进一步描述根据本发明的变型实施例的可变功率分配器100的另一实例性移相器110的细节的功能方块图。附图10说明了本发明如何不限于在本详细描述的说明书中所提及的具体机械结构。本领域普通技术人员会理解到其它的移相器结构(没有示出)可以包括(但不限于)串联移动电介质、波导和具有三个端口(一个输入端口和两个输出端口)的其它类似的结构，并且在RF信号之间可以传递相移以使在RF信号之间的相移之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于常数。
由于附图10的可变功率分配器100具有类似于在附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论在附图6和附图10之间的差别。本实例性实施例的移相器110包括单输入端口105。通过沿电长度210滑动可变调节器205，可以机械地调节移相器110，以便改变在移相器的输出上的相对相位。
可变调节器205可以包括外部套筒1005和内部套筒(未示)。这些套筒可以电容地耦合到形成第二电路径210的路径的相应结构。例如，外部套筒1005可以电容地耦合到其中外部套筒1005沿其滑动的外部导电管(未示)。此外，内部套筒(未示)可以电容地耦合到在导电管(未示)内部同轴地设置的内部杆(未示)。
在本附图中的混合型功率分配器115可以包括0度/90度或0度/180度混合型功率分配器115。在附图10中所示的移相器110不是优选的实例性实施例，但是这个移相器110说明了本发明并不限于在本详细的说明书中描述的机械实施例。换句话说，本发明的移相器110的其它的机械结构不超出本发明的范围，只要这种移相器110包括均等地分割RF功率的三端口器件，在这种器件中通过移相器110产生的RF信号的相位之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于常数。
现在参考附图11，这个附图是包括根据本发明的一种实例性实施例的TEM或准-TEM结构的混合型功率分配器115。附图11所示为根据本发明的实例性实施例的可变功率分配器100的某些核心部件。这个附图的可变功率分配器100包括RF信号的单输入端口105。可变功率分配器100进一步可以包括低PIM的单个控制的移相器110和功率分配器115，它们可以包括TEM或准-TEM结构。
可变功率分配器100进一步可以包括输出端口120、125。耦合到一个输出端口比如第二输出端口125可以是可选择的两端口移相器127。比如在0度/180度功率分配器而不是0度/90度功率分配器用于混合型功率分配器115时的情况下，可选择的两端口移相器127可用于调节在输出端口120、125上测量的RF信号之间的相对相位。在这种情景下，两端口移相器可补偿在混合型功率分配器115的第一和第二输出端口120、125上测量的RF信号之间存在的任何相位差。本领域普通技术人员会认识到可选择的两端口移相器127可耦合到混合型功率分配器115中的任一输出端口。
与天线类似，在此描述的可变功率分配器100是无源互逆器件。它的性能特征独立于RF能量流的基本方向。因此可变功率分配器100等效地用于发射和接收RF信号。
现在参考附图12，这是根据本发明的一种实例性实施例说明可变功率分配器100用作RF开关800的功能性方块图。在本实例性实施例中的混合型功率分配器115可以包括0度/90度混合型功率分配器115。应用这种类型的功率分配器115，移相器110有两个唯一的位置，这两个位置产生提供功率分配器115的工作范围的两端点的相位。
第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于在第一混合型功率分配器输入端口215上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于第一混合型功率分配器输入端口215的输入信号的正交(90度)端口。相反，第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于在第二混合型功率分配器输入端口220上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于第一混合型功率分配器输入端口215的输入信号的正交(90度)端口。
具体地，在可变调节器或臂205是在可变调节器205的中心位置之上的45电度的位置P1上时，所有的RF功率基本存在于第二混合型功率分配器输出端口125上，同时在第一混合型功率分配器输出端口120上基本没有RF功率。这是因为在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在90度的相位差。具体地说，在第一移相器输出端口215上测量的RF信号超前在第二移相器输出端口220上测量的RF信号90度。
相反地，在可变调节器或臂205是在可变调节器205的中心位置之下的45电度的位置P2上时，所有的RF功率基本存在于第一混合型功率分配器输出端口120上，同时在第二混合型功率分配器输出端口125上基本没有RF功率。这是因为在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在90度的相位差。具体地说，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度。
可变功率分配器100用作电开关在移相器110的调节范围中在所有的时候都提供了匹配的且平衡的负载。换句话说，附图12的移相器110提供了匹配的阻抗，其中RF能量在移相器110的运动的范围中总是具有电路径。与常规的开关不同的是，在这种常规开关中可以使两个输出端口器件的一个输出端口的电长度断开或短路，而本发明总是提供用于输出端口120和125的能量的电路径。
在用作RF开关的本发明并不限于附图12中所示的实例性实施例。例如，混合型功率分配器115可以包括0度/180度功率分配器而不是0度/90度功率分配器。对于0度/180度功率分配器，移相器110运动的范围的末端位置可以包括中心位置和在该中心位置之上或之下的90电度位置。应用在中心位置之上或之下的90电度位置上的移相器110的调节器205，在输出端口215、220上测量的RF信号可以具有彼此相对180度的相位差。
现在参考附图13，这个附图为根据本发明的变型实例性实施例耦合到天线元件905A、905B的可变功率分配器100的功能性方块图。元件的这种组合形成了可以改变在天线元件905A、905B之间的RF功率的可变束宽度天线以改变方位角或水平面中的束宽度。在附图13中所示的实例性实施例的每个天线元件905A、905B可以包括列状排列的天线元件的阵列。
此外，将附加的多个天线元件加入到输出端口120、125也不超出本发明的范围。换句话说，输出端口120、125可以耦合到三列天线元件905A、905B。例如第一列可以耦合到可变功率分配器100的第一输出端口120，同时两列可以耦合到可变功率分配器100的第二输出端口125。天线元件905A、905B的附加结构不超出本发明的范围。
现在参考附图14，这个附图是根据本发明的一种变型实例性实施例说明在一个输出端口125耦合到功率吸收终端1015时可变功率分配器100如何用作可变功率衰减器1000的功能性方块图。在这种实例性实施例中，因为功率吸收终端1015的缘故，RF功率不保存。这意味着第二可变功率分配器输出端口125的RF功率作为热能耗散，而在可变功率衰减器1000的输出端口120上的RF功率对于通过功率吸收终端1015耗散的RF功率互补。换句话说，在第一可变功率分配器输出120上的RF功率和通过功率吸收终端1015耗散的功率之和基本等于恒定量。
功率吸收终端1015可以包括电阻性负载比如电阻器，在这里RF功率转换为热量。其它的功率吸收终端1015不超出本发明的范围。应用这种可变功率衰减器1000，可以增加或减少在可变功率输出端口1005上的功率。
现在参考附图15，这个附图是说明根据本发明的一种实例性实施例控制并分割RF信号的功率的实例性方法的逻辑流附图1500。基本上，逻辑流附图1500对上文所述的可变功率分配器100的某些关键功能重点说明。
在下文描述的过程中的某些步骤自然必须在本发明其它的步骤之前以实现上述的功能。然而，本发明并不限于所描述的步骤的顺序，如果这种顺序或序列不改变本发明的功能性。即，应该认识到，某些步骤可以在其它步骤之前或之后执行而不脱离本发明的范围和精神实质。
此外，如上文所指出，在此所描述的可变功率分配器100是无源互逆器件。可变功率分配器100的性能特征独立于RF能量流的基本方向。可变功率分配器100因此对于发射和接收RF信号的使用同等地有效。下文描述的过程用于发射的情况，在这种情况下，RF能量馈送到单个输入端口105。本领域普通技术人员将会理解到下文所述的步骤可以颠倒，如果RF能量可以在可变功率分配器100的端口120、125上馈送。
步骤1505是控制并分割RF馈线的功率的实例性方法1500的第一步骤。在步骤1505中，RF信号馈送到作为可变功率分配器100的一部分的三端口移相器110的单个输入端口105。
在步骤1510中，RF信号通过移相器110传播。具体地，RF信号可以电容地耦合进第一电长度205。RF信号可以沿着第一电长度205行进，该第一电长度205相对于第二电长度210可移动。接着，在步骤1515中，RF信号可以从第一可移动电长度205电容耦合到其中RF信号分割为两个RF信号的第二静止电长度。换句话说，在这个步骤中的RF功率均等地在两个RF信号中分割。
在步骤1520中，通过移相器产生相位差。具体地，通过沿着第二电长度210的不均等的长度的两个部分上传播RF信号可以在两个RF信号之间产生相位差。由于在单个输入端口105上引入的RF信号的平衡分割和具有不均等长度的电路径的相位差的产生的缘故，第一RF信号的第一相位和第二RF信号的第二相位之和在移相器输出端口215、220上测量的可变调节器205的整个调节范围中基本等于恒定量。
在步骤1525中，每个RF信号馈送到四端口混合型功率分配器115的相应的输入端口215、220。在步骤1530中，如本领域普通技术人员所公知，通过四端口混合型功率分配器115分割并重新组合通过三端口移相器110产生的第一和第二RF信号。在第一和第二RF信号在混合型功率分配器115内分割并重新组合的同时，在两个RF信号之间产生第二相位差。接着在步骤1535中，第一和第二RF信号通过输出端口120、125从混合型功率分配器115传播开，这里第一RF信号具有第一功率幅值而第二RF信号具有第二功率幅值。第一和第二输出功率幅值之和在可变调节器205的整个调节范围内基本等于恒定量，同时每个RF信号的相位在可变调节器205的整个调节范围内也基本等于恒定量。
根据一种实例性实施例，在第一混合型功率分配器输出端口120上测量的第一RF信号的相位基本等于在第二混合型功率分配器输出端口125上测量的第二RF信号的相位。根据另一实例性实施例，在第一混合型功率分配器输出端口120上测量的第一RF信号的相位在可变调节器205的整个调节范围中相对于在第二混合型功率分配器输出端口125上测量的第二RF信号的相位偏移基本恒定量。
现在参考附图16，这个附图是根据本发明的一种实例性实施例可变功率分配器100的远程控制的功能性方块图。在这个实例性实施例中，可变功率分配器100的移相器110(在附图16中没有示出，但在附图6中示出)可以耦合到致动器1615。致动器可以包括传递移相器110(在附图16中没有示出，但在附图6中示出)的可变调节器205(在附图16中没有示出，但在附图6中示出)的运动。机电装置可以包括电马达比如步进马达。然而，本发明的致动器1615并不限于在此所描述的器件。其它类型的致动器1615不超出本发明的范围和精神实质。
在一种实例性且优选的实施例中的致动器1615耦合到单个移相器110，更具体地说，移相器110的单个调节臂205。致动器1615可以通过控制链路1610由遥控器1605操作。控制链路1610可以包括有线和无线链路中的至少一种。例如，控制链路1610可以包括电缆。可替换地，控制链路1610可以包括无线通信媒体比如RF链路、红外链路或不干扰可变功率分配器100的操作和耦合到可变功率分配器100的任何输出器件的其它类似的无线通信媒体。此外，控制链路1610可以包括有线和无线媒体的组合。
遥控器1605可以包括计算机运行的软件或包括可多次重复编程的永久存储器的硬连线器件。遥控器1605可以根据程序或对用户输入的响应调节可变功率分配器100的移相器110(未示)的控制范围。本发明并不限于在此所描述的遥控器1605。其它的遥控器1605不超出本发明的范围和精神实质。
结论本发明的可变功率分配器提供了一种其中通过简单的单个可动部件能够容易地本地或远程地控制输出信号的器件。本发明的可变功率分配器适合于在使用微带或带线传输线上的印刷电路板上的平面结构。本发明的可变功率分配器具有单个输入端口和至少两个输出端口，在输出端口上出现的信号的幅值在较大范围上可变。在一种实例性实施例中，恒定的相位差存在于在可变功率分配器的输出端口上的RF信号之间。在另一实例性实施例中，在可变功率分配器的输出端口上的RF信号在可变调节器的整个调节范围中在相位上基本相等。
通过本发明的可变功率分配器产生的输出RF信号的可变幅值借助于改变输入信号的相位的单个可动部件实现，并且这个单个可动部件可以本地或远程地控制。本发明的可变功率分配器容易以低成本构造，因为它适合于普通的印刷电路板制造技术。由于部件的简单性，因此可变功率分配器也具有高度可靠性，并且提供了容易变化且可重复的信号输出。
权利要求
1.一种可变功率分配器，包括具有接收RF信号的第一输入端口和输出两个互补可变相移的RF信号的第一和第二输出端口的移相器；混合型功率分配器，其具有连接到移相器的第一和第二输出端口的第二和第三输入端口和输出具有在整个调节范围内基本恒定相位并具有作为可变相移的RF信号的函数的幅值的两个信号的第三和第四输出端口。
2.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括一个可动电路径。
3.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括耦合到致动器的一个可动电路径。
4.权利要求3所述的可变功率分配器，其中致动器包括机电装置。
5.权利要求4所述的可变功率分配器，其中机电装置包括马达。
6.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到第一输入端口的一个可动电路径。
7.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到第一输入端口的一个可动电路径，该第一输入端口耦合到致动器。
8.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到第二电路径的第一电路径。
9.权利要求1所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/90度功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相等。
10.权利要求1所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/180度功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相差90度。
11.一种可变功率分配器，该可变功率分配器具有用于接收RF信号的第一输入端口和输出在整个调节范围具有基本恒定的相位和可变幅值的两个RF信号的输出端口，所说的可变功率分配器包括包括接收RF信号的第一输入端口、输出两个可变相位的恒定幅值的RF信号的第一和第二输出端口、和具有控制范围的一个可变调节器的移相器，该可变调节器将RF信号分割为两个RF信号并对这两个RF信号进行相移，其中分割和相移功能通过可变调节器彼此集成在一起执行，两个RF信号在可变调节器的整个控制范围中具有基本相等的且恒定的幅值并具有作为可变调节器的位置的函数的可调的互补相位；和混合型功率分配器，其包括分别连接到移相器的第一和第二输出端口以接收两个相移的RF信号的第二和第三输入端口、和输出在可变调节器的整个控制范围内具有基本恒定相位并具有作为可变调节器的设置的函数可变的互补幅值的两个信号的第三和第四输出端口。
12.权利要求11所述的可变功率分配器，其中从可变调节器出来的两个RF信号的相位之和在可变调节器的整个控制范围中基本等于恒定量。
13.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括一个可动电路径。
14.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括耦合到致动器的一个可动电路径。
15.权利要求14所述的可变功率分配器，其中致动器包括机电装置。
16.权利要求16所述的可变功率分配器，其中机电装置包括马达。
17.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括一个可旋转的电路径。
18.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括耦合到致动器的一个可旋转的电路径。
19.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括电容地耦合到移相器的输入端口的一个电路径。
20.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括电容地耦合到移相器的输入端口的一个可动电路径。
21.权利要求11所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/90度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相等。
22.权利要求11所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/180度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相差90度。
23.一种可变功率分配器，该可变功率分配器具有用于接收RF信号的第一输入端口和输出在整个调节范围每个具有基本恒定的相位并且每个具有可变幅值的两个RF信号的输出端口，所说的可变功率分配器包括包括接收RF信号的第一输入端口、第一和第二输出端口、和用于将RF信号分解为两个相移的RF信号的可变调节器的移相器，每个相移的RF信号具有基本相同的幅值和具有作为可变调节器的函数的可调节的可变的微分相位，两个相移的信号被发送给移相器的第一和第二输出端口；和混合型功率分配器，其包括分别连接到移相器的第一和第二输出端口以接收两个相移的RF信号的第二和第三输入端口、和输出在可变调节器的整个调节范围内具有基本恒定相位并具有作为移相器的可变调节器的函数可变的互补幅值的两个RF信号的第三和第四输出端口。
24.权利要求23所述的可变功率分配器，其中RF信号的分解的功能和RF信号的相移的功能通过单个部件彼此集成在一起执行。
25.权利要求23所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括界定的调节范围，以及在混合型功率分配器的第三和第四输出端口上的互补幅值之和在所说的可变调节器的整个调节范围内是基本恒定量。
26.权利要求23所述的可变功率分配器，其中在第一和第二输出端口上的两个相移的信号的互补相位之和在所说的可变调节器的整个调节范围内是一个常数。
27.权利要求23所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括电刷臂，所说的电刷臂是RF信号的传输路径段并且具有电容地耦合在电刷臂的输入和输出部分上的RF信号的输入部分和输出部分。
28.权利要求23所述的可变功率分配器，其中正交混合型是支线正交混合型。
29.权利要求23所述的可变功率分配器，其中输入到可变功率分配器的RF信号的传输路径包括通过移相器产生的两个相移的RF信号的传输路径和在混合型功率分配器中的RF信号的传输路径，并由印刷电路板材料制成。
30.权利要求23所述的可变功率分配器，其中除了可变调节器之外，所有的RF信号传输路径是基本平面。
31.权利要求23所述的可变功率分配器，其中可变调节器的控制范围界定了RF开关，所说的开关包括控制范围的第一点和第二点，以将可变调节器设置到第一点基本使所有的可用的信号输入功率出现在第三输出端口上并在第四输出端口上基本没有信号，而将可变调节器设置到第二点上基本使所有可用的信号输入功率出现在第四输出端口上而在第三输出端口上基本没有信号。
32.权利要求23所述的可变功率分配器，其中所说的第三和第四输出端口中的一个连接到吸收性负载，以及在整个调节范围上基本恒定相位的可变衰减的信号出现在其它第三或第四输出端口上，以便可变功率分配器作为可变衰减器工作。
33.权利要求32所述的可变功率分配器，其中可变衰减的信号是可变调节器的所说的控制范围内设置的函数。
34.权利要求23所述的可变功率分配器，进一步包括耦合到可变调节器的机电致动器。
35.权利要求23所述的可变功率分配器，其中机电致动器包括马达。
36.权利要求23所述的可变功率分配器，进一步包括控制可变调节器的运动的遥控器。
37.一种可变功率分配器，包括具有将主RF信号分解为第一RF信号和第二RF信号并提供在第一和第二RF信号之间的相位差的移相器，其中分解功能和相位差功能彼此集成在一起执行；以及混合型功率分配器，其用于接收第一和第二RF信号以分割和重新组合第一和第二RF信号，以使在功率分配器的第一输出端口上的RF信号的幅值和在功率分配器的第二输出端口上的RF信号的幅值之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
38.权利要求37所述的可变功率分配器，其中第一RF信号的相位和第二RF信号的相位之和在整个调节范围内基本等于恒定量。
39.权利要求37所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到传播第一和第二RF信号的静止电路径的一个可动电路径。
40.权利要求37所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器按照可变调节器的位置的函数改变在第一和第二输出端口之间的功率。
41.权利要求37所述的可变功率分配器，其中移相器包括两个电路径，每个电路径传播相应的RF信号。
42.权利要求37所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/90度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第一和第二输出端口输出的两个信号的相位基本相等。
43.权利要求37所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/180度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第一和第二输出端口输出的两个信号的相位基本相差90度。
44.权利要求37所述的可变功率分配器，其中移相器包括具有一个输入端口和两个输出端口的三端口器件。
45.一种可变功率分配器，包括接收RF信号的单个输入端口；单个控制的移相器，包括单个输入端口，用于将RF信号分割成第一RF信号和第二RF信号以产生第一RF信号的第一相位和第二RF信号的第二相位；可操作地链接到单个控制的移相器以处理所说的第一和第二RF信号的混合型功率分配器；传播第一RF输出信号的功率分配器的第一输出端口，第一输出RF信号具有第一幅值；传播第二RF输出信号的功率分配器的第二输出端口，第二RF输出信号具有第二幅值，第一幅值和第二幅值之和在整个调节范围中基本等于恒定量，第一和第二相位在整个调节范围中是基本恒定量。
46.权利要求45的可变功率分配器，其中单个控制的移相器产生第一相位和第二相位，以使第一相位和第二相位之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
47.权利要求45的可变功率分配器，其中单个控制的移相器包括无触点的导电结构，在这种结构中在所说的无触点的导电结构上的RF信号流通过电容耦合。
48.权利要求45的可变功率分配器，其中移相器包括基本平面结构。
49.权利要求45的可变功率分配器，其中移相器由印刷电路板材料制成。
50.权利要求45的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括基本平面结构。
51.权利要求45的可变功率分配器，其中单个控制的可变功率分配器具有这样的调节范围以使在第一和第二输出端口上存在的RF输出功率之和可以基本出现在输出端口之一上并且在另一输出端口上基本没有RF功率，由此可变功率分配器在第一和第二输出端口之间切换输入RF信号。
52.权利要求45的可变功率分配器，进一步包括耦合到可变调节器的机电致动器。
53.权利要求52的可变功率分配器，其中机电致动器包括马达。
54.权利要求45的可变功率分配器，进一步包括控制可变调节器的运动的遥控器。
55.一种在两个输出端口之间产生可变输出RF功率的方法，包括在输入端口上插入主RF信号；将主RF信号分割为第一和第二RF信号；通过沿着具有预定长度范围的可变电长度的两个不同电路径传播第一和第二RF信号，在第一和第二RF信号之间产生第一相位差；在第一和第二RF信号之间产生第二相位差；和分割并重新组合第一和第二RF信号以产生具有第一功率的第一输出RF信号和具有第二功率的第二输出RF信号，第一功率和第二功率之和在整个所说的范围中基本等于恒定量；由此改变所说的电长度在两个输出端口之间产生可变输出功率。
56.权利要求55的方法，其中分割主RF信号的步骤进一步包括分割主RF信号以使第一RF信号的相位和第二RF信号的相位之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
57.权利要求55的方法，其中分割主RF信号的步骤包括将主RF信号馈送到单个电路径的步骤，该单个电路径沿两个电长度输出第一和第二RF信号。
58.权利要求55的方法，进一步包括如下步骤将主RF信号馈送到单个电路径；和移动单个电路径以改变在第一和第二RF信号之间的第一相位差。
59.权利要求55的方法，进一步包括如下步骤将主RF信号馈送到单个电路径；和旋转单个电路径以改变在第一和第二RF信号之间的第一相位差。
60.权利要求55的方法，其中分割主RF信号的步骤进一步包括电容地耦合主RF信号到电路径的步骤。
61.权利要求55的方法，其中产生第一相位差的步骤进一步包括电容地耦合第一RF信号和第二RF信号到两个不同的电路径的步骤。
62.权利要求55的方法，其中产生第二相位差并分割和重新组合的步骤进一步包括馈送第一和第二RF信号到混合型功率分配器的步骤。
63.权利要求55的方法，其中产生第二相位差并分割和重新组合的步骤进一步包括将第一和第二RF信号馈送到0度/90度混合型功率分配器的步骤，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号具有基本相等的相位。
64.权利要求55的方法，其中产生第二相位差并分割和重新组合的步骤进一步包括将第一和第二RF信号馈送到0度/180度混合型功率分配器的步骤，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号的相位基本相差90度。
65.一种改变和分割RF功率的方法，包括接收RF信号；均等地分割RF信号的功率；沿着不同的电长度的两个电路径将分割的功率分配到第一和第二端口，以使在第一端口上的第一RF信号和在第二端口上的第二RF信号之间存在相位差；和重新组合该功率以使在第三端口上的RF信号的相位和第四端口的RF信号的相位在整个调节范围中基本为恒定量。
66.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括重新组合功率以使在第三端口上的RF信号的功率和在第四端口上的RF信号的功率之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
67.权利要求65的方法，进一步包括作为均等分割功率的步骤的结果，改变在第三和第四端口之间的功率的步骤。
68.权利要求65的方法，其中分配所分割的功率的步骤进一步包括通过移动馈送两个电路径的电路径来改变在第一和第二RF信号之间的相位差的步骤。
69.权利要求65的方法，其中均等地分割RF信号的功率的步骤进一步包括将RF信号馈送到可移动的电路径的步骤。
70.权利要求65的方法，其中均等地分割RF信号的功率的步骤进一步包括将在电介质媒体上的RF信号电耦合到可移动电路径的步骤。
71.权利要求65的方法，其中沿着两个电路径分配分割的功率的步骤进一步包括沿着具有预定长度的两电路径分配分割的功率，该预定长度对应于相位差。
72.权利要求65的方法，其中沿着两个电路径分配分割的功率的步骤进一步包括将分割的功率电容地耦合到两个电路径。
73.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括分割功率。
74.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括用混合型功率分配器处理第一RF信号和第二RF信号。
75.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括用0度/90度混合型功率分配器处理第一RF信号和第二RF信号，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号具有基本相等的相位。
76.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括用0度/180度混合型功率分配器处理第一RF信号和第二RF信号，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号的相位基本相差90度。
77.权利要求65的方法，进一步包括远程控制RF功率的分割和分配的步骤。
全文摘要
本发明涉及可变功率分配器，其中可变功率分配器和方法能够改变在高功率和多载波RF环境(比如用于控制在基站天线中发送和接收的信号)中的端口之间的RF功率。可变功率分配器可以包括单个控制的移相器(110)和混合型功率分配器(115)。单个控制的移相器可以包括具有一个单输入端口和两个输出端口的三端口器件。单个控制的移相器进一步包括可以改变或调节在两个RF信号之间的相位的可变调节器。混合型功率分配器可以包括具有两个输入端口和两个输出端口的四端口器件。单个控制的移相器和混合型功率分配器两者都可以包括适合于高速制造的基本平面结构。混合型功率分配器的输出端口可以耦合到各种器件比如天线或功率吸收元件。
文档编号H01P5/18GK1720636SQ02830141
公开日2006年1月11日 申请日期2002年11月8日 优先权日2002年11月8日
发明者罗纳德·L.·鲁尼恩 申请人:Ems技术公司
技术领域：
一般地说本发明涉及一种使用无源网络的无线通信系统，更具体地说，涉及一种具有低无源互调的平面可变功率分配器，这种可变功率分配器在印刷电路板上用于将单个输入RF信号转换为在整个调节范围中恒定相位的两个输出RF信号，并且该输出RF信号具有作为可变功率分配器的一部分的单个移相器的运动的函数的可变幅值。
背景技术：
高等级的微波部件可以通过组合两个移相器和两个固定功率分配器形成(组合器)。这两个部件可用于在较宽的频带上以相对较高的RF功率电平操作的事实使得这种一般结构在用于有效电子战争中构造可变功率分配器、开关和固定循环器以及在通信卫星和雷达的天线应用系统中进行束成形中比较有用。
常规技术的一般论述附图1至5所示为包括了2个移相器和2个固定功率分配器以用作可变功率分配器和开关的5种常规结构。附图1至4所示为具有4个端口的网络，附图5所示为具有三个端口的网络。其它的网络具有3或4个端口，具有更大数量的端口的网络可用具有更大数量的端口的固定功率分配器和附加的移相器实现。具有更大数量的端口的网络可以使用具有3个或4个端口作为构造块的网络实现。在附图1至5中提供的3个或4个端口结构可以作为开关(具有2种状态)或可变功率分配器(具有连续的状态)实现。
在开关的情况下，仅两个相移值(因此两种状态)可用这些相位设置对应于状态0和状态1。对于可变功率分配器，移相器φ1和φ2的设置可以在预定的值的范围内连续变化。具有不同的插入相位的移相器的使用对于状态0和状态1导致了与所示的相位值不同的相位值。具有非互逆相位特性的移相器的使用导致了对应于通过装置前向(发射)或反向(接收)信号传播的不同的相位值。在移相器具有非互逆相位特性时使用包括带有固定相位状态的4个外部端口在附图1至4种的结构可以形成4端口循环器。
在附图1中所示的结构使用0度/180度混合型功率分配器和正交(0度/90度)混合型功率分配器。通过在附图1中的等式描述的端口3和4上的输出电压信号b3和b4对应于端口1上的输入信号。在端口1上的输入信号给可变移相器φ1和φ2提供了等幅的同相信号。理想地，在信号施加给端口1时在端口2上没有出现信号，对于施加给端口1的信号，端口2可被描述为“隔离端口”。类似地，施加个给端口2的信号在端口1上没有出现。相位差Δφ＝φ1-φ2是在端口3和4上的输出信号幅值的控制参数，并且两相位值的总和可以改变输出信号相位。在将输出信号调节到恒定的相位值的整个范围中，两相位值的总和必须等于常数的相位值。
同时以互补的方式改变相位值可以实现可变功率分配器输出信号幅值变化，同时在整个调节范围中可以维持相对恒定的输出信号相位值。改变输出信号幅值的可变功率分配器函数可以通过改变一个移相器的相位实现，同时另一个移相器的相位仍然保持在固定的值上。在整个调节范围中在相位量(φ1+φ2)基本等于常数值时输出信号相位值基本是恒定量。
控制在附图1中所示的结构的开关状态之间的信号幅值的相位值的范围是90度。附图1中的表格识别相位值φ1和φ2，这里对于开关状态0，Δφ＝-90度，而对于开关状态1，φΔ＝+90度。状态0对应于输入到端口1的所有的可变信号理想地出现在端口4上的情况。状态1对应于输入到端口1的所有的可变信号理想地出现在端口3上的情况。在表中大于0的φ1和φ2相位值的值表示相对于输入到具有相同的相位值的移相器φ1和φ2的信号的0度值的更大的相位延迟。
换句话说，φ1＝0度和φ2＝90是来自φ2的信号输出相对于来自φ1的信号输出被延迟90度的情况。换句话说，φ1＝0度和φ2＝90度是来自φ2的信号相对于来自φ1的信号输出滞后90的情况。在相位控制装置具有对应于幅值调节的所需范围的相位调节的最小范围时可以使相位控制装置的插入损失最小化。
具有3个外部端口的附图5的结构与附图1中的结构相同，但除了输入分配器没有隔离端口2和输入分配器因此是电抗型功率分配器而不是混合型功率分配器之外。附图5的结构的操作与附图1的结构的操作相同。
与在附图1中所示的混合的混合型结构相比，在附图2中所示的结构使用2个正交混合型功率分配器。控制在附图2中的开关状态之间的信号幅值的相位值的范围是180度并且移相器的插入损失大于在附图1中的结构。
在附图3中所示的结构使用0度/180度的混合型功率分配器而不是混和的混合型(附图1)或者正交混合型(附图2)。在这个结构中，每个移相器要求180度移相器。在端口3和4上的输出信号具有相差90度的相位值。
附图4的结构与附图2的结构相同，但具有附加固定相位延迟φ0和传输线长度L，因此两个信号相位在输入上符合相应的可变移相器φ1和φ2。这个结构与附图1中所示的结构总体上具有相同的功能。
常规技术的专门讨论Campi等人的美国专利US4,485,362教导了一种三端口可变微波带状线功率分配器，这种功率分配器在一个输出上具有较大范围的可变输出而不极大地改变在另一个输出上的功率输出，但它要求电子修补器件和电路以改变功率划分。
Mizzone等人的美国专利US5,473,294教导了一种平面可变功率分配器，这种功率分配器要求使用2个正交混合型和2个可变移相器，并且使用波导而不是微带技术，并且要求使用2个滑动机构以关闭四个混合输出电路。Mizzoni等人的方块图与附图4一致，具有如Mizzoni等人描述的滑动短路线的正交混合型在本领域中作为2端口移相器是十分公知的。
反向操作的可变功率分配器成为可变功率组合器，其中通过两个输入信号组合成预定功率电平的单个输出信号。这种组合器在Evans的美国专利US6,069,529中教导，在这篇专利中可变功率组合器用作冗余开关以在第一放大器失效的情况下提供放大的信号备份。然而，它使用波导路径，要求有源放大器电路和在包括以金属壁可替换的移动耦合极板的混合型内的机械设备。这种设计昂贵并且制造复杂。这种设计的特征还在于可靠性降低，同时限于波导介质的应用。
Asao等人的日本专利JP4000902教导了一种具有通过除了下述特征之外符合附图1的方块图的带状线技术中实施的平面可变功率分配器它具有两个隔离的端口替代在附图1中的一个隔离端口(2)。固定的输入分配器是包括5个端口的“环形波导”或“环”混合型并且同相端口用作可变功率分配器的输入(1)。两个隔离端口以吸收负载结束。在输入同相混合型分配器和正交分配器之间的平行线部分以两个棱形电介质覆盖。
在与平行线方向垂直的方向上串联地移动电介质在两线上产生了微分的且互补的相移。这种设计在固定宽度的传输线导体附近具有电介质材料的变化量。除了一些其它的参数比如在两个接地平面和传输线之间的间隔距离同时改变之外，传输线的阻抗将随着相移变化。
常规技术中的问题常规技术中的可变功率分配器要求多于一个移相器来实现在整个调节范围中具有基本恒定的相位的输出信号，并且限于使用更昂贵的波导传输介质或者依赖于使用复杂的机械设备作为混合网络的一部分。即使Campi等人的一个带线功率分配器仍然要求在插接部件和接地端之间的不同接点的连接以在两个输出之间实现离散的功率划分，这本身要求是两个平面插接部件。
因此，在需要一种其中通过简单的单个可移动部件本地或远程地容易控制输出信号的可变功率分配器。进一步需要一种适合于使用微带或带状线传输线在印刷电路板上平面结构的可变功率分配器，这种可变功率分配器具有单个输入端口和两个输出端口，其中两个输出信号在幅值上可变并且具有在随后的整个调节范围中基本恒定量的相位，恒定的输出信号相位基本相等或相差一个固定值。
还需要另一种可变功率分配器，其中借助于改变在两个信号路径中的输入信号的相位的单个可移动部件实现输出信号的可变幅值，并且单个可移动部件本地或远程地操作。
本领域中进一步需要提供一种可变功率分配器，这种可变功率分配器适合于在印刷电路板上的平面结构并使用在印刷电路板上的微带或带状线传输路径。
最后，还需要生产一种可变功率分配器，这种可变功率分配器容易以低成本构造并且适合于普通的印刷电路板制造技术、通过简单的部件高度可靠以及具有容易改变且可重复的信号输出。
发明内容
本发明以这样的可变功率分配器和方法解决了前述问题能够改变在高功率和多载波RF环境中的端口之间的RF功率，比如用于控制在基站天线中发送和接收的信号。可变功率分配器可以包括单个控制的移相器和混合型功率分配器。
单个控制的移相器是具有单个输入端口和两个输出端口的三端口器件。本发明的单个控制的移相器是互逆的，因此本发明不能实现如常规技术中教导的循环器功能。单个控制的移相器进一步包括可改变或调节在两个RF信号之间的相位的可变调节器。具体地，可变调节器通过改变路径彼此相对的电长度可以改变在沿两个电路径传播的两个RF信号之间的相位。这样，第一RF信号的第一相位和第二RF信号的第二相位之和可以保持为基本等于在三端口移相器的输出端口上测量的恒定值上。
单个控制的移相器可以在无触点导电结构之间传播RF信号以实质减小无源互调。具体地，单个控制的移相器的可变调节器在无触点导电结构之间电容地耦合RF信号。可变调节器可以包括可旋转的并沿在彼此相反的方向上传播所接收的RF信号的第二电路径电容地耦合到不同位置的可移动的第一电路径。
然而，本发明并不限于可旋转的并沿在第二电路径电容地耦合到不同位置的第一电路径的这种特定的机械结构。其它的移相器结构可以包括(但不限于)电容耦合的滑动套筒、串联移动的电介质、波导和具有三个端口并且传递在RF信号之间的相移以使相移值之和在整个调节过程中基本等于恒定量的其它的类型的结构。
同时，混合型功率分配器是具有两个输入端口和两个输出端口的四端口器件，并且混合型功率分配器是互逆的。混合型功率分配器控制在它的输入端口接收的RF信号的相位和幅值。混合型功率分配器基本隔离在输入端口之间的输入RF信号流。由于在两个输入端口之间产生很小的信号流，因此在混合型功率分配器中的主要RF信号流从输入端口到输出端口。
在对应于来自一个输入端口的RF信号的移相器的两个输出端口上的RF信号幅值通常具有基本相同的幅值。在对应于来自混合型功率分配器的一个输入端口的RF信号的混合型功率分配器的两个输出端口上的RF信号相位值基本相差90或180度。在给混合型功率分配器的每个输入端口输送一个信号时在混合型功率分配器的每个输出端口上存在两个信号。
在混合型功率分配器的每个输出端口上的两个RF信号的增加可以提供具有幅值和取决于输入RF信号的相对信号幅值和相位的相位的冗余RF信号。每个输入RF信号的相位可以被调节以使相应的输出RF信号的每个相位在整个调节范围中基本等于常数值。此外，每个输入RF信号的相位可以被调节以使相应的输出RF信号的每个相位基本等于常数值，同时改变输出RF信号的相对幅值。本发明的可变功率分配器专用于在移相器的整个调节过程中基本恒定量的输出信号相位值。
根据一种实例性实施例，在混合型功率分配器的第一输出端口上的第一RF信号的相位和在第二输出端口上的第二RF信号的相位基本相等。根据另一实例性实施例，基本恒定量的相位差存在于在混合型功率分配器的第一输出端口上的第一RF信号和在混合型功率分配器的第二输出端口上的第二RF信号之间。
单个控制的移相器和混合型功率分配器可以包括适合于高速制造环境的基本平面结构，这实质上可以降低制造成本。具体地，单个控制的移相器和混合型功率分配器可以由基本平面的印刷电路板材料制成。
可变功率分配器的输出端口可以耦合到各种器件。根据本发明的一种实例性方面，可变功率分配器输出端口可以直接或间接耦合到天线阵列的天线元件以改变天线辐射特性。根据本发明的另一实例性方面，可变功率分配器可以耦合到两个RF信号路径并以两个状态操作并用作RF开关以将RF输入信号路由到基本一个输出端口和相应的信号路径。根据本发明的另一实例性方面，一个输出端口可以耦合到RF功率吸收元件。这样，可变功率分配器可用作可变功率衰减器，因为一个输出端口通常可以以热的形式耗散RF能量，同时另一个输出端口将RF能量传播到保存RF能量的另一器件比如天线。
可变功率分配器的移相器可以与致动器一起移动，致动器包括机电装置比如电马达。致动器可以通过包括无线或有线类型的通信媒体的控制链路被耦合到遥控器。遥控器可以包括确定移相器应该被调节多少以控制在混合型功率分配器的输出上的功率分配的计算机运行的软件。
附图1所示为包括0度/180度混合型分配器、两个不同的可变移相器和正交(0度/90度)混合型分配器的常规技术的可变功率分配器。
附图2所示为包括两个正交(0度/90度)混合型分配器和两个不同的可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图3所示为包括两个0度/180度混合型分配器和两个不同的可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图4所示为包括两个正交(0度/90度)混合型分配器、固定相位偏移、传输线长度和两个不同的可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图5所示为包括无功功率分配器、耦合到正交(0度/90度)混合型分配器的两个可变移相器的常规技术的可变功率分配器。
附图6所示为根据本发明的一种实例性实施例具有可变功率分配器的-45度至+45度的相位(Δφ＝±90度)的电路径长度控制范围以及相移和幅值调节的实例性可变移相器的进一步细节的功能性方块图。
附图7所示为根据本发明的一种实例性实施例具有可变功率分配器的90度的电路径长度控制范围以及相移和幅值调节的实例性可变移相器的进一步细节的功能性方块图。
附图8A所示为根据本发明的一种实例性实施例的实例性微带可变移相器的两个输出端口的单个电刷元件。
附图8B所示为在附图8A中所示的单个电刷元件的底部视图。
附图9所示为根据本发明的一种实例性实施例组装的可变功率分配器的等视图。
附图10所示为根据本发明的变型实施例可变功率分配器的另一实例性可变移相器的进一步细节的功能性方块图。
附图11所示为根据本发明的一种实例性实施例包括TEM或准-TEM结构的混合型功率分配器的功能性方块图。
附图12所示为根据本发明的一种实例性实施例可变功率分配器如何用作开关的功能性方块图。
附图13所示为根据本发明的一种变型实例性实施例耦合到天线元件的可变功率分配器的功能性方块图。
附图14所示为根据本发明的一种变型实例性实施例在一个输出端口耦合到功率吸收终端时可变功率分配器如何用作可变功率衰减器的功能性方块图。
附图15所示为根据本发明的一种实例性实施例控制和分配RF信号的功率的实例性方法的逻辑流。
附图16所示为根据本发明的一种实例性实施例可变功率分配器的远程控制的功能性方块图。
具体实施例方式
这种可变功率分配器和方法可以改变在高功率和多载波RF环境中的端口之间的RF功率，比如用于控制在基站天线中发送和接收的信号。可变功率分配器可以包括单个控制的移相器和混合型功率分配器比如0度/90度或0度/180度混合型功率分配器。
现在参考附图描述本发明的各方面和说明性操作环境，在附图中类似的标号在几个附图中表示类似的元件。
现在参考附图6，这个附图是进一步详细说明实例性移相器110的功能性方块图，实例性移相器110在预定的参考位置周围具有可变功率分配器100的-45至+45度相位的电路径长度控制范围。这个路径长度变化对应于移相器的两个输出信号的Δφ＝±90度相对相位变化。这个附图也示出了根据本发明的一种实例性实施例的实例性相移和幅值调节。移相器110可以包括耦合到沿着第二电路径210可移动的第一电路径205的单个输入端口105，该第二电路径210相对第一电路径205静止。实例性移相器110的特征为具有一个输入端口105和两个输出端口215和220的三端口器件。第一电路径205也可被称为可变调节器。在优选实施例中，移相器110包括微带移相器。
在给第一输入端口105输送RF信号时，与第二电路径210组合的第一电路径205产生在第一移相器输出端口215和第二移相器输出端口220上可测量的互补相移的RF信号。换句话说，第一电路径或可变调节器205可以在朝第一移相器输出端口215和第二移相器输出端口220的两个不同的方向上将RF信号分解为沿着第二电路径210传播的两个相移的RF信号。在分解之后产生的这两个RF信号可以具有基本相等的幅值，但具有作为可变调节器205的函数的可调节的可变微分相位。
实例性移相器110的一种独特的特性是分解RF信号的功能和在分解功能之后对RF信号进行相移的功能通过可包括可变调节器205和第二电路径210的单个部件彼此集成在一起执行。因为这种集成的信号分解和相移功能，移相器110也可以被称为单个控制的移相器110。
实例性移相器110的另一独特的特性是与第二电路径210组合的可变调节器205在可变调节器205的整个调节范围内等同地分解从单个输入端口105接收的RF信号。在所示的实例性实施例中，可变调节器205可以具有所界定的调节或控制范围，其中在分解之后产生的RF信号的互补相位的总和在可变调节器205的整个调节范围内恒定。
换句话说，相移的RF信号互补，其中在第一移相器输出端口215上的RF信号的相位和在第二移相器输出端口220上的RF信号的相位之和在可变调节器205的整个调节范围内基本等于恒定量。通过将第一电路径205沿着第二电路径210移动到某一位置，第一移相器输出端口215上的RF信号的相位可以相对于在第二移相器输出端口220上的RF信号的相位改变或者使其不同，以使一个RF信号沿着耦合到第一移相器输出端口215的第二电路径210的第一部分传播，同时另一RF信号沿着耦合到第二移相器输出端口220的第二电路径210的第二部分传播，该第二部分比第二电路径210的第一部分更长或更短。
例如，在第一电路径205置于将第二电路径210平分为相等的物理长度的两部分的中间位置上时，所产生的两个互补RF信号同相并且具有基本相等的功率幅值。在第一电路径205置于对应于远离该中心位置并在其上的信号路径的位置P1上并且该信号路径长度在公称操作频率上是45度电相位时，两个互补的RF信号在公称操作频率上具有彼此相对的90度相位差和基本相等的功率幅值。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号具有滞后于在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度的相位。
在第一电路径205置于对应于远离该中心位置并在其下的信号路径的位置P2上并且该信号路径长度在公称操作频率上是45度电相位时，两个互补的RF信号在公称操作频率上也具有彼此相对的90度相位差和基本相等的功率幅值。具体地，在第一移相器输出端口215上测量的RF信号具有滞后于在第二移相器输出端口220上测量的RF信号90度的相位。
在附图6所示的实例性实施例中，可变调节器205相对于弧形第二电路径210可旋转。然而，本发明并不限于可变调节器205和弧形第二电路径210。其它类型的调节器和第二电路径210并不超出本发明的范围，如从下文附图10的讨论中可清楚看出。
第一和第二移相器输出端口215和220也被称为第一和第二功率分配器输入端口215和220，因为混合型功率分配器115在这些端口上耦合到移相器110。混合型功率分配器115通常包括四端口器件，具有输入端口215和220和输出端口120和125。混合型功率分配器115通常包括具有显著的横向电磁(TEM)传播模式的结构(例如带线、同轴电缆、方形同轴电缆、矩形同轴电缆)或者具有准-TEM型传播模式的结构(例如微带、共面波导)。这些TEM或准-TEM结构与常规的波导结构不同，这种常规的波导结构的特征在于具有电和/或磁场的传播模式的纵向分量。
在一种优选的且实例性实施例中，实例性混合型功率分配器115的结构可以包括通常由单层衬底制成的支线混合型。这种实例性实施例易于制造，因为减小了本实施例中的部件数量和材料量。相对于其它类型的混合型功率分配器115，减小混合型功率分配器的部件和/或材料也实质上降低了制造成本。可替换地，混合型功率分配器115的结构可以包括通常具有多个平面层的耦合器，通常被称为多层结构。此外，混合型功率分配器115的结构可以包括带线形式、空中微带形式、空中带线形式、方形同轴电缆或矩形同轴电缆和其它类似的结构。
在附图6所示的实例性实施例中，混合型功率分配器115可以包括0度/90度或正交的混合型功率分配器。然而，如从下文的附图7的讨论中可以清楚看出，本发明并不限于0度/90度或正交的混合型功率分配器。本发明可以包括本领域普通技术人员公知的0度/180度混合型功率分配器。
结合单个控制的移相器110使用的在附图6中所示的混合型功率分配器115输出两个RF信号，这两个RF信号具有在可变调节器205的整个调节范围中基本恒定的且相等的相位和作为在混合型功率分配器115的输入端口215和220上接收的可变相移的RF信号的函数的功率幅值。换句话说，在混合型功率分配器的输出端口120和125上测量的两个RF信号的功率幅值是可变调节器205的位置的函数。
结合单个控制的移相器110使用的混合型功率分配器115的一个独特的特性是在输出端口120和125上测量的RF信号彼此互补。换句话说，在第一输出端口120上测量的RF信号的RF功率和在第二输出端口125上测量的RF信号的RF功率之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于恒定量。
为实现具有基本恒定的相位和互补且可变的功率幅值的两个输出RF信号的这种独特特性，混合型功率分配器115与单个控制的移相器110组合使用。单个控制的移相器110在单个输入端口105上接收RF信号并在移相器输出端口215和220上产生基本相等幅值和相对互补相位的两个RF信号。换句话说，在移相器输出端口215上测量的RF信号的相位值和在移相器输出端口220上测量的RF信号的相位值之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于恒定量。正如本领域普通技术人员所公知，混合型功率分配器在它的输入端口215和220上接收的RF信号之间产生了相位差。混合型功率分配器也分割并组合在它的输入端口215和220上接收的RF信号，这也是本领域普通技术人员所公知的。
对于在附图6中所示的0度/90度混合型功率分配器，第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于在第一混合型功率分配器输出端口215上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于在第一混合型功率分配器输入端口215上的输入信号的正交(90度)端口。相反，第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于在第二混合型功率分配器输入端口220上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于在第一混合型功率分配器输入端口215上的输入信号的正交(90度)端口。
在可变调节器或臂205位于在可变调节器205的中心位置之上的45电度的位置P1上时，所有可用的RF功率基本都在第二混合型功率分配器输出端口125上，而同时基本没有RF功率存在于第一混合型功率分配器输出端口120中。这是因为在位置P1上，90度的相位差存在于在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间。具体地，在第一移相器输出端口215上测量的RF信号超前在第二移相器输出端口220上测量的RF信号90度。
相反，在可变调节器或臂205位于在可变调节器205的中心位置之下的45电度的位置P2上时，所有可用的RF功率基本都在第一混合型功率分配器输出端口120上，而同时没有RF功率存在于第二混合型功率分配器输出端口125中。这是因为90度的相位差存在于在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度。
在可变调节器或臂205在沿第二电路径210的中心位置上时，RF功率在第一和第二混合型功率分配器输出端口120和125之间基本等分。具体地，在第一移相器输出端口215和第二移相器输出端口220上测量的RF信号具有基本相等的相位量。
现在参考附图7，这是对于混合型功率分配器115具有90电度的控制范围的实例性移相器110的进一步的详细描述的功能性方块图。这个附图也说明了根据本发明的另一实例性实施例的实例性相移和幅值调节。由于附图7的可变功率分配器100具有类似于在附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论附图6和附图7之间的差别。
对于在附图7中所示的可变功率分配器100的0度/180度混合型功率分配器115，第一混合型功率分配器输出端口120被设计为同相或总和(0度)端口，而第二混合型功率分配器输出端口125被设计为差别(180度)端口。在可变调节器或臂205位于可变调节器205的中心位置的位置P1′上时，所有的RF功率基本存在于第一混合型功率分配器输出端口120上，同时在第二混合型功率分配器输出端口125上基本没有RF功率。
相反，在可变调节器或臂205在可变调节器205的中心位置之下的90电度的位置P3′时，所有的RF功率存在于第二混合型功率分配器输出端口125上，同时在第一混合型功率分配器输出端口120上基本没有RF功率。这是因为在可变调节器或臂205沿着第二电路径210移动90电度时，在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在180度的相位差。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号180度。
在可变调节器或臂205在可变调节器205的中心位置之下的45电度的位置P2′时，RF功率均等地分配在第一和第二混合型功率分配器输出端口120和125之间。这是因为在可变调节器或臂205沿着第二电路径210移动45电度时，在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在90度的相位差。具体地，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度。
本发明并不限于在附图中所示的位置P1′、P2′和P3′。因为在附图7中所示的移相器110对称，所以位置P2′和P3′可以在中心或零度位置P1′之上并产生类似的结果。移相器110的可变调节器205的其它位置不超出本发明的范围。
现在参考附图8A和8B，这些附图显示了根据本发明的一种实例性实施例的实例性移相器110的两个输出端口的可变调节器205。附图8B参考这个点，因为它说明了在附图8A中所示的可变调节器205的详细的底视图。因为附图8A和8B的可变功率分配器100具有类似于在附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论在附图6和附图8A和8B之间的差别。
如上文所述，本发明并不限于在附图8A和8B中所示的移相器110的具体机械结构。附图8A和8B提供了作为本发明的一部分的移相器110的机械结构的一种优选但是实例性的实施例。其它的移相器结构包括(但并不限于)电容耦合的滑动套(如下文参考附图10所讨论)，串联地移动电介质、波导和其它类似的结构，这些结构具有三个端口(一个输入端口和两个输出端口)并且可以在RF信号之间传递相移，以使在RF信号之间的相移之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于常数。换句话说，在不脱离本发明的范围和精神实质的前提下本发明可以利用能够提供上述的信号特征的多种类型的相移结构。
参考附图8A，在这个附图中所示的移相器110包括螺母400、垫圈405、弹簧410、键415、可变调节器205、电介质衬垫430和轴425。下文参考附图9讨论螺母400、垫圈405、弹簧410、键415、电介质衬垫420和轴425的进一步细节。
现在参考附图8A和8B，可变调节器205可旋转地固定到平表面335上。可变调节器205可以包括耦合环310、电刷元件300、中间部分305、支撑迹线320A和电介质支撑340。包括耦合环310、电刷元件300、中间部分305的可变调节器205具有优选(lamda)/4的电长度L1，这里lambda非常接近于在电路中传播的信号的波长。
在电路中的传播信号的近似四分之一波长的电长度L1可以如附图8所示从孔口315的几何中心到电刷元件300的中点测量。注意，电长度近似等于可变调节器205的距离L1。对于大部分应用通常通过实验可以获得可变调节器205的实际物理尺寸。
这意味着可变调节器205可以具有其它的电长度而不脱离本发明的范围和精神实质。即，电长度L1的大小可以增加或减小而不脱离本发明。作为调节电长度的另一实例，L1可以具有在工作射频下的波长的一半的电长度。可替换地，可变调节器205可以具有在工作射频下的波长的一半波长或四分之一波长的整数倍的长度L1。
此外，电长度L1可以包括大于一半波长的幅值，但注意工作带宽可以随着大于工作射频的波长的一半的这个电长度减小。此外，如果调节馈线的尺寸或者如果改变在移相器110内使用的电介质材料或者两者，实例性的四分之一波长的尺寸可以调节(增加或减小)。
电刷元件300可以包括弧形部件。然而，其它形状不超出本发明的范围。电刷元件300的形状通常是与电刷元件300电容耦合的馈线210的形状的函数，如下文讨论。
在一个实例性实施例中的可变调节器205具有电介质支撑340，该电介质支撑340可以包括刚性材料比如印刷电路板(PCB)、塑料或陶瓷材料。用于电介质支撑340的优选实例性衬底材料是从RogerMicrowave Products in Chandler，Arizona可购买的型号为RO-4003的材料。可变调节器205和电介质支撑340使用PTFE衬底材料已经制造，这种材料的一种实例是从Arlon Materials For Electronics inBear，Delaware可购买的型号DiClad-880。
设置在可变调节器205上的耦合环310、电刷元件300、中间部分305和支撑迹线320A可以包括铜材料。这个铜材料可以包括蚀刻的微带传输线。这个铜材料也可以以锡涂敷，通过电镀处理施加锡以给铜提供防止氧化或腐蚀或两者的保护层。可替换地，支撑迹线320A也可以由电介质材料构造。然而，在支撑迹线320A以与耦合环310、电刷元件300和中间部分305相同的材料构造时，这种设计本身导致了有效且成本低廉的蚀刻制造过程。
可变调节器205进一步包括孔口315、翼部分345和臂部分350。翼部分345被设计成对应于第一组支撑迹线320A并在可变调节器的旋转范围内提供相对于平表面335维持可变调节器205的水平位置的增加的支撑。具体地，翼部分345被成形为对应于支撑迹线320A的形状以使可变调节器205的表面面积的大小最小以节省材料并且也减小材料可能对RF传播的任何影响。
耦合环310、电刷元件300和中间部分305优选被构造成在分配网络355上的整个运动范围中保持平整或基本平面的相对平整或者平面元件。包括臂部分350和翼部分345的可变调节器205的形状有利于可变调节器205的平衡装载以允许平滑旋转，同时在可变调节器的圆形旋转的整个范围中维持这个相对平面设计。
在耦合环310、电刷元件300和中间部分305与在平表面335上的对应的结构电容地耦合时，可变调节器205的总体形状通常是与可变调节器205相互作用并成形为保持在可变调节器205上的平衡负载的馈线的数量的函数。可变调节器205的形状进一步取决于减小在可变调节器的整个圆形运动的过程中在平表面335上的迹线附近的电介质或金属材料的数量的设计。
平表面335可以支撑与电刷元件300相互作用的馈线355的不同部分。平表面335包括作为第一馈线355A的一部分的耦合环325。包括输入端口105的第一馈线355A的耦合环325也与孔口360间隔开。形成第一馈线355A的一部分的耦合环325的几何结构一般与可变调节器205的耦合环310的几何结构对应。在可变调节器205旋转时这个类似的结构产生了使输入信号RF功率通过可变调节器205传播最佳化相适应的适当的阻抗。这个类似的几何结构也提供了在可变调节器205和平表面335上的相应的耦合环310、325之间增加的接触面积和可靠性。
平表面335进一步包括第二馈线355B，这个第二馈线355B也包括对应于可变调节器205的电刷元件300的形状的成形部分210。第一和第二馈线355A、355B以及设置在平表面335上的第二组支撑迹线320B可以包括从印刷电路板材料蚀刻的微带传输线。具体地，第一和第二馈线355A、355B以及设置在平表面335上的支撑迹线320B可以包括以锡涂敷的铜材料。然而，支撑迹线320B可以包括电介质材料而不是导电材料。
通过相对于在可变调节器205的电刷元件300在第二馈线355B上移动时所产生的力提供相反的力，设置在可变调节器205并且在平表面335上的第一和第二对支撑迹线320A、320B有助于移相器110的平稳的旋转。通过有助于这种平滑旋转，支撑迹线320A、320B可以提供一种状态，以使在支撑迹线320A、320B上的均匀的力可以使磨损最小以便在上文所讨论的两个电容结上提供所需的一致的间隔。在馈线355和可变调节器205具有非常小的厚度时，减小磨损非常重要。
具体地，导电馈线355具有高于支撑他们的平表面的较小的厚度或高度。这些微带线355的高度通常与1/2或1盎司铜关联的高度(本领域普通技术人员熟知的术语)。更薄或更厚的微带线(微带线的高度相对于它所制造在其上的平表面的更小或更大的程度)可用于所描述的移相器110。支撑迹线320A、320B在长度、宽度和厚度上的尺寸可以被设计成在RF能量正在传播时它们不与馈线的电特性干扰。
设置在平表面355上的支撑迹线320A、320B的位置对应于设置在可变调节器205的翼345上的匹配的支撑迹线320A的位置。在翼345上的支撑迹线320A的厚度和在平表面355上的支撑迹线320B的厚度补偿在可变调节器205和馈线355之间对齐的剩余迹线的厚度。基本上，支撑迹线320在旋转的过程中保持可变调节器205水平与平表面355的面平齐并平行，并减小在电容耦合环310、325和其它迹线上的磨损。支撑迹线320的半圆形设计允许可变调节器在可变调节器205的圆形运动中以非常稳定的方式保持在平表面335的面上的位置中。
电刷元件300电容地耦合到第二馈线355B的成形的馈线部分210以实现低无源互调(PM)效应。用于移相器110的所选择的部件的电容结和非金属材料被用于防止在导电金属表面之间(在可能的地方)直接的物理接触以进一步使在高功率、多载波的RF环境中的PIM的产生最小化。
通过虚线表示的电容结330A、330B通过如下的结构形成(1)电刷元件300、电介质衬垫420和第二馈线355B的成形的馈线部分210的组合；和(2)可变调节器205的导电环310、电介质衬垫420和作为第一馈线355A的一部分的耦合环325的组合。这些电容结有利于输入RF信号从移相器110到移相器输出215、220的传递。
移相器110的输入部分可以通过由耦合环310、325形成的第一电容结330B表示。移相器110的输出部分可以通过电刷元件300和第二馈线355B的成形的馈线部分210的组合形成的第二电容结330A表示。
移相器110可以包括相对紧凑的结构以便在可变调节器205上均匀地分配压缩的负载，这又可以维持在环310、325之间和在电刷元件300和第二馈线355B的成形部分210之间的电容的预定值。
在实例性可变功率分配器100的移相器110可以包括相对紧凑的结构的同时，可以使该结构尺寸合适以实现产生所需的电相移的各种电平所需的整个范围的运动。微带移相器110的进一步细节描述在2002年8月23日申请的标题为“Microstrip Phase Shifter”的共同未决的并一般转让的申请序列号10/226,641中，在此以引用参考的方式将其全部内容并入在本申请中。
现在参考附图9，这个附图是根据本发明的实例性实施例的组装的移相器110的等视图。因为附图9的可变功率分配器100具有类似于附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论在附图6和附图9之间的差别。
如上文所述，移相器110可以进一步包括键415、弹簧410和垫圈405。这些元件通过支撑结构420保持在一起，该支撑结构420可以包括轴425和螺母400。轴425或螺母400可以由导电材料制成，同时其它元件是非导电的，或者两者都由非导电材料制成。根据本发明的实例性实施例垫圈405和键415优选由非金属材料制成。
弹簧410可以实施为薄且宽的圆柱形结构，这种结构在可变调节器205的较大的面积上施加力。在一种实例性实施例中，键415包括塑料盘。然而，其它的电介质材料不超出本发明的范围和精神。
本领域中普通技术人员也会理解到移相器110的各种部件的非导电材料的选择对于防止PIM问题比较重要。用于移相器110的各种部件的非导电材料的选择对于维持RF信号传播的良好电介质特性也非常重要。
通过与键415交互作用的轴425实现可变调节器的运动。轴通常通过设置在平表面335(在附图8A中示出)中的孔口360将它插入来组装。移相器110定位在设置在平表面335中的孔口360附近以允许轴425通过平表面335并与键415交互作用，以实现可变调节器205的运动。支撑结构420、垫圈、弹簧410、键415、电介质衬垫420(在附图9中没有示出)和可变调节器205的组合在可变调节器205上朝下施加压力，同时允许轴在圆形运动的相对完整的范围内旋转可变调节器205。
移相器110耦合到实例性的支线正交混合型功率分配器115。这个支线正交混合型功率分配器115以微带构造，是优选的但仍然是实例性的实施例。本领域普通技术人员会认识到其它的混合型功率分配器115也可使用而不脱离本发明的范围和精神实质。
现在参考附图10，这个附图是进一步描述根据本发明的变型实施例的可变功率分配器100的另一实例性移相器110的细节的功能方块图。附图10说明了本发明如何不限于在本详细描述的说明书中所提及的具体机械结构。本领域普通技术人员会理解到其它的移相器结构(没有示出)可以包括(但不限于)串联移动电介质、波导和具有三个端口(一个输入端口和两个输出端口)的其它类似的结构，并且在RF信号之间可以传递相移以使在RF信号之间的相移之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于常数。
由于附图10的可变功率分配器100具有类似于在附图6中所示的可变功率分配器100的几个部件，因此下文仅讨论在附图6和附图10之间的差别。本实例性实施例的移相器110包括单输入端口105。通过沿电长度210滑动可变调节器205，可以机械地调节移相器110，以便改变在移相器的输出上的相对相位。
可变调节器205可以包括外部套筒1005和内部套筒(未示)。这些套筒可以电容地耦合到形成第二电路径210的路径的相应结构。例如，外部套筒1005可以电容地耦合到其中外部套筒1005沿其滑动的外部导电管(未示)。此外，内部套筒(未示)可以电容地耦合到在导电管(未示)内部同轴地设置的内部杆(未示)。
在本附图中的混合型功率分配器115可以包括0度/90度或0度/180度混合型功率分配器115。在附图10中所示的移相器110不是优选的实例性实施例，但是这个移相器110说明了本发明并不限于在本详细的说明书中描述的机械实施例。换句话说，本发明的移相器110的其它的机械结构不超出本发明的范围，只要这种移相器110包括均等地分割RF功率的三端口器件，在这种器件中通过移相器110产生的RF信号的相位之和在可变调节器205的整个调节范围中基本等于常数。
现在参考附图11，这个附图是包括根据本发明的一种实例性实施例的TEM或准-TEM结构的混合型功率分配器115。附图11所示为根据本发明的实例性实施例的可变功率分配器100的某些核心部件。这个附图的可变功率分配器100包括RF信号的单输入端口105。可变功率分配器100进一步可以包括低PIM的单个控制的移相器110和功率分配器115，它们可以包括TEM或准-TEM结构。
可变功率分配器100进一步可以包括输出端口120、125。耦合到一个输出端口比如第二输出端口125可以是可选择的两端口移相器127。比如在0度/180度功率分配器而不是0度/90度功率分配器用于混合型功率分配器115时的情况下，可选择的两端口移相器127可用于调节在输出端口120、125上测量的RF信号之间的相对相位。在这种情景下，两端口移相器可补偿在混合型功率分配器115的第一和第二输出端口120、125上测量的RF信号之间存在的任何相位差。本领域普通技术人员会认识到可选择的两端口移相器127可耦合到混合型功率分配器115中的任一输出端口。
与天线类似，在此描述的可变功率分配器100是无源互逆器件。它的性能特征独立于RF能量流的基本方向。因此可变功率分配器100等效地用于发射和接收RF信号。
现在参考附图12，这是根据本发明的一种实例性实施例说明可变功率分配器100用作RF开关800的功能性方块图。在本实例性实施例中的混合型功率分配器115可以包括0度/90度混合型功率分配器115。应用这种类型的功率分配器115，移相器110有两个唯一的位置，这两个位置产生提供功率分配器115的工作范围的两端点的相位。
第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于在第一混合型功率分配器输入端口215上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于第一混合型功率分配器输入端口215的输入信号的正交(90度)端口。相反，第二混合型功率分配器输出端口125被设计成用于在第二混合型功率分配器输入端口220上的输入信号的参考相位(0度)端口，而第一混合型功率分配器输出端口120被设计成用于第一混合型功率分配器输入端口215的输入信号的正交(90度)端口。
具体地，在可变调节器或臂205是在可变调节器205的中心位置之上的45电度的位置P1上时，所有的RF功率基本存在于第二混合型功率分配器输出端口125上，同时在第一混合型功率分配器输出端口120上基本没有RF功率。这是因为在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在90度的相位差。具体地说，在第一移相器输出端口215上测量的RF信号超前在第二移相器输出端口220上测量的RF信号90度。
相反地，在可变调节器或臂205是在可变调节器205的中心位置之下的45电度的位置P2上时，所有的RF功率基本存在于第一混合型功率分配器输出端口120上，同时在第二混合型功率分配器输出端口125上基本没有RF功率。这是因为在移相器输出端口215和220上测量的两个RF信号之间存在90度的相位差。具体地说，在第二移相器输出端口220上测量的RF信号超前在第一移相器输出端口215上测量的RF信号90度。
可变功率分配器100用作电开关在移相器110的调节范围中在所有的时候都提供了匹配的且平衡的负载。换句话说，附图12的移相器110提供了匹配的阻抗，其中RF能量在移相器110的运动的范围中总是具有电路径。与常规的开关不同的是，在这种常规开关中可以使两个输出端口器件的一个输出端口的电长度断开或短路，而本发明总是提供用于输出端口120和125的能量的电路径。
在用作RF开关的本发明并不限于附图12中所示的实例性实施例。例如，混合型功率分配器115可以包括0度/180度功率分配器而不是0度/90度功率分配器。对于0度/180度功率分配器，移相器110运动的范围的末端位置可以包括中心位置和在该中心位置之上或之下的90电度位置。应用在中心位置之上或之下的90电度位置上的移相器110的调节器205，在输出端口215、220上测量的RF信号可以具有彼此相对180度的相位差。
现在参考附图13，这个附图为根据本发明的变型实例性实施例耦合到天线元件905A、905B的可变功率分配器100的功能性方块图。元件的这种组合形成了可以改变在天线元件905A、905B之间的RF功率的可变束宽度天线以改变方位角或水平面中的束宽度。在附图13中所示的实例性实施例的每个天线元件905A、905B可以包括列状排列的天线元件的阵列。
此外，将附加的多个天线元件加入到输出端口120、125也不超出本发明的范围。换句话说，输出端口120、125可以耦合到三列天线元件905A、905B。例如第一列可以耦合到可变功率分配器100的第一输出端口120，同时两列可以耦合到可变功率分配器100的第二输出端口125。天线元件905A、905B的附加结构不超出本发明的范围。
现在参考附图14，这个附图是根据本发明的一种变型实例性实施例说明在一个输出端口125耦合到功率吸收终端1015时可变功率分配器100如何用作可变功率衰减器1000的功能性方块图。在这种实例性实施例中，因为功率吸收终端1015的缘故，RF功率不保存。这意味着第二可变功率分配器输出端口125的RF功率作为热能耗散，而在可变功率衰减器1000的输出端口120上的RF功率对于通过功率吸收终端1015耗散的RF功率互补。换句话说，在第一可变功率分配器输出120上的RF功率和通过功率吸收终端1015耗散的功率之和基本等于恒定量。
功率吸收终端1015可以包括电阻性负载比如电阻器，在这里RF功率转换为热量。其它的功率吸收终端1015不超出本发明的范围。应用这种可变功率衰减器1000，可以增加或减少在可变功率输出端口1005上的功率。
现在参考附图15，这个附图是说明根据本发明的一种实例性实施例控制并分割RF信号的功率的实例性方法的逻辑流附图1500。基本上，逻辑流附图1500对上文所述的可变功率分配器100的某些关键功能重点说明。
在下文描述的过程中的某些步骤自然必须在本发明其它的步骤之前以实现上述的功能。然而，本发明并不限于所描述的步骤的顺序，如果这种顺序或序列不改变本发明的功能性。即，应该认识到，某些步骤可以在其它步骤之前或之后执行而不脱离本发明的范围和精神实质。
此外，如上文所指出，在此所描述的可变功率分配器100是无源互逆器件。可变功率分配器100的性能特征独立于RF能量流的基本方向。可变功率分配器100因此对于发射和接收RF信号的使用同等地有效。下文描述的过程用于发射的情况，在这种情况下，RF能量馈送到单个输入端口105。本领域普通技术人员将会理解到下文所述的步骤可以颠倒，如果RF能量可以在可变功率分配器100的端口120、125上馈送。
步骤1505是控制并分割RF馈线的功率的实例性方法1500的第一步骤。在步骤1505中，RF信号馈送到作为可变功率分配器100的一部分的三端口移相器110的单个输入端口105。
在步骤1510中，RF信号通过移相器110传播。具体地，RF信号可以电容地耦合进第一电长度205。RF信号可以沿着第一电长度205行进，该第一电长度205相对于第二电长度210可移动。接着，在步骤1515中，RF信号可以从第一可移动电长度205电容耦合到其中RF信号分割为两个RF信号的第二静止电长度。换句话说，在这个步骤中的RF功率均等地在两个RF信号中分割。
在步骤1520中，通过移相器产生相位差。具体地，通过沿着第二电长度210的不均等的长度的两个部分上传播RF信号可以在两个RF信号之间产生相位差。由于在单个输入端口105上引入的RF信号的平衡分割和具有不均等长度的电路径的相位差的产生的缘故，第一RF信号的第一相位和第二RF信号的第二相位之和在移相器输出端口215、220上测量的可变调节器205的整个调节范围中基本等于恒定量。
在步骤1525中，每个RF信号馈送到四端口混合型功率分配器115的相应的输入端口215、220。在步骤1530中，如本领域普通技术人员所公知，通过四端口混合型功率分配器115分割并重新组合通过三端口移相器110产生的第一和第二RF信号。在第一和第二RF信号在混合型功率分配器115内分割并重新组合的同时，在两个RF信号之间产生第二相位差。接着在步骤1535中，第一和第二RF信号通过输出端口120、125从混合型功率分配器115传播开，这里第一RF信号具有第一功率幅值而第二RF信号具有第二功率幅值。第一和第二输出功率幅值之和在可变调节器205的整个调节范围内基本等于恒定量，同时每个RF信号的相位在可变调节器205的整个调节范围内也基本等于恒定量。
根据一种实例性实施例，在第一混合型功率分配器输出端口120上测量的第一RF信号的相位基本等于在第二混合型功率分配器输出端口125上测量的第二RF信号的相位。根据另一实例性实施例，在第一混合型功率分配器输出端口120上测量的第一RF信号的相位在可变调节器205的整个调节范围中相对于在第二混合型功率分配器输出端口125上测量的第二RF信号的相位偏移基本恒定量。
现在参考附图16，这个附图是根据本发明的一种实例性实施例可变功率分配器100的远程控制的功能性方块图。在这个实例性实施例中，可变功率分配器100的移相器110(在附图16中没有示出，但在附图6中示出)可以耦合到致动器1615。致动器可以包括传递移相器110(在附图16中没有示出，但在附图6中示出)的可变调节器205(在附图16中没有示出，但在附图6中示出)的运动。机电装置可以包括电马达比如步进马达。然而，本发明的致动器1615并不限于在此所描述的器件。其它类型的致动器1615不超出本发明的范围和精神实质。
在一种实例性且优选的实施例中的致动器1615耦合到单个移相器110，更具体地说，移相器110的单个调节臂205。致动器1615可以通过控制链路1610由遥控器1605操作。控制链路1610可以包括有线和无线链路中的至少一种。例如，控制链路1610可以包括电缆。可替换地，控制链路1610可以包括无线通信媒体比如RF链路、红外链路或不干扰可变功率分配器100的操作和耦合到可变功率分配器100的任何输出器件的其它类似的无线通信媒体。此外，控制链路1610可以包括有线和无线媒体的组合。
遥控器1605可以包括计算机运行的软件或包括可多次重复编程的永久存储器的硬连线器件。遥控器1605可以根据程序或对用户输入的响应调节可变功率分配器100的移相器110(未示)的控制范围。本发明并不限于在此所描述的遥控器1605。其它的遥控器1605不超出本发明的范围和精神实质。
结论本发明的可变功率分配器提供了一种其中通过简单的单个可动部件能够容易地本地或远程地控制输出信号的器件。本发明的可变功率分配器适合于在使用微带或带线传输线上的印刷电路板上的平面结构。本发明的可变功率分配器具有单个输入端口和至少两个输出端口，在输出端口上出现的信号的幅值在较大范围上可变。在一种实例性实施例中，恒定的相位差存在于在可变功率分配器的输出端口上的RF信号之间。在另一实例性实施例中，在可变功率分配器的输出端口上的RF信号在可变调节器的整个调节范围中在相位上基本相等。
通过本发明的可变功率分配器产生的输出RF信号的可变幅值借助于改变输入信号的相位的单个可动部件实现，并且这个单个可动部件可以本地或远程地控制。本发明的可变功率分配器容易以低成本构造，因为它适合于普通的印刷电路板制造技术。由于部件的简单性，因此可变功率分配器也具有高度可靠性，并且提供了容易变化且可重复的信号输出。
权利要求
1.一种可变功率分配器，包括具有接收RF信号的第一输入端口和输出两个互补可变相移的RF信号的第一和第二输出端口的移相器；混合型功率分配器，其具有连接到移相器的第一和第二输出端口的第二和第三输入端口和输出具有在整个调节范围内基本恒定相位并具有作为可变相移的RF信号的函数的幅值的两个信号的第三和第四输出端口。
2.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括一个可动电路径。
3.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括耦合到致动器的一个可动电路径。
4.权利要求3所述的可变功率分配器，其中致动器包括机电装置。
5.权利要求4所述的可变功率分配器，其中机电装置包括马达。
6.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到第一输入端口的一个可动电路径。
7.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到第一输入端口的一个可动电路径，该第一输入端口耦合到致动器。
8.权利要求1所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到第二电路径的第一电路径。
9.权利要求1所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/90度功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相等。
10.权利要求1所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/180度功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相差90度。
11.一种可变功率分配器，该可变功率分配器具有用于接收RF信号的第一输入端口和输出在整个调节范围具有基本恒定的相位和可变幅值的两个RF信号的输出端口，所说的可变功率分配器包括包括接收RF信号的第一输入端口、输出两个可变相位的恒定幅值的RF信号的第一和第二输出端口、和具有控制范围的一个可变调节器的移相器，该可变调节器将RF信号分割为两个RF信号并对这两个RF信号进行相移，其中分割和相移功能通过可变调节器彼此集成在一起执行，两个RF信号在可变调节器的整个控制范围中具有基本相等的且恒定的幅值并具有作为可变调节器的位置的函数的可调的互补相位；和混合型功率分配器，其包括分别连接到移相器的第一和第二输出端口以接收两个相移的RF信号的第二和第三输入端口、和输出在可变调节器的整个控制范围内具有基本恒定相位并具有作为可变调节器的设置的函数可变的互补幅值的两个信号的第三和第四输出端口。
12.权利要求11所述的可变功率分配器，其中从可变调节器出来的两个RF信号的相位之和在可变调节器的整个控制范围中基本等于恒定量。
13.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括一个可动电路径。
14.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括耦合到致动器的一个可动电路径。
15.权利要求14所述的可变功率分配器，其中致动器包括机电装置。
16.权利要求16所述的可变功率分配器，其中机电装置包括马达。
17.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括一个可旋转的电路径。
18.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括耦合到致动器的一个可旋转的电路径。
19.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括电容地耦合到移相器的输入端口的一个电路径。
20.权利要求11所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括电容地耦合到移相器的输入端口的一个可动电路径。
21.权利要求11所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/90度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相等。
22.权利要求11所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/180度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第三和第四输出端口输出的两个信号的相位基本相差90度。
23.一种可变功率分配器，该可变功率分配器具有用于接收RF信号的第一输入端口和输出在整个调节范围每个具有基本恒定的相位并且每个具有可变幅值的两个RF信号的输出端口，所说的可变功率分配器包括包括接收RF信号的第一输入端口、第一和第二输出端口、和用于将RF信号分解为两个相移的RF信号的可变调节器的移相器，每个相移的RF信号具有基本相同的幅值和具有作为可变调节器的函数的可调节的可变的微分相位，两个相移的信号被发送给移相器的第一和第二输出端口；和混合型功率分配器，其包括分别连接到移相器的第一和第二输出端口以接收两个相移的RF信号的第二和第三输入端口、和输出在可变调节器的整个调节范围内具有基本恒定相位并具有作为移相器的可变调节器的函数可变的互补幅值的两个RF信号的第三和第四输出端口。
24.权利要求23所述的可变功率分配器，其中RF信号的分解的功能和RF信号的相移的功能通过单个部件彼此集成在一起执行。
25.权利要求23所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括界定的调节范围，以及在混合型功率分配器的第三和第四输出端口上的互补幅值之和在所说的可变调节器的整个调节范围内是基本恒定量。
26.权利要求23所述的可变功率分配器，其中在第一和第二输出端口上的两个相移的信号的互补相位之和在所说的可变调节器的整个调节范围内是一个常数。
27.权利要求23所述的可变功率分配器，其中可变调节器包括电刷臂，所说的电刷臂是RF信号的传输路径段并且具有电容地耦合在电刷臂的输入和输出部分上的RF信号的输入部分和输出部分。
28.权利要求23所述的可变功率分配器，其中正交混合型是支线正交混合型。
29.权利要求23所述的可变功率分配器，其中输入到可变功率分配器的RF信号的传输路径包括通过移相器产生的两个相移的RF信号的传输路径和在混合型功率分配器中的RF信号的传输路径，并由印刷电路板材料制成。
30.权利要求23所述的可变功率分配器，其中除了可变调节器之外，所有的RF信号传输路径是基本平面。
31.权利要求23所述的可变功率分配器，其中可变调节器的控制范围界定了RF开关，所说的开关包括控制范围的第一点和第二点，以将可变调节器设置到第一点基本使所有的可用的信号输入功率出现在第三输出端口上并在第四输出端口上基本没有信号，而将可变调节器设置到第二点上基本使所有可用的信号输入功率出现在第四输出端口上而在第三输出端口上基本没有信号。
32.权利要求23所述的可变功率分配器，其中所说的第三和第四输出端口中的一个连接到吸收性负载，以及在整个调节范围上基本恒定相位的可变衰减的信号出现在其它第三或第四输出端口上，以便可变功率分配器作为可变衰减器工作。
33.权利要求32所述的可变功率分配器，其中可变衰减的信号是可变调节器的所说的控制范围内设置的函数。
34.权利要求23所述的可变功率分配器，进一步包括耦合到可变调节器的机电致动器。
35.权利要求23所述的可变功率分配器，其中机电致动器包括马达。
36.权利要求23所述的可变功率分配器，进一步包括控制可变调节器的运动的遥控器。
37.一种可变功率分配器，包括具有将主RF信号分解为第一RF信号和第二RF信号并提供在第一和第二RF信号之间的相位差的移相器，其中分解功能和相位差功能彼此集成在一起执行；以及混合型功率分配器，其用于接收第一和第二RF信号以分割和重新组合第一和第二RF信号，以使在功率分配器的第一输出端口上的RF信号的幅值和在功率分配器的第二输出端口上的RF信号的幅值之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
38.权利要求37所述的可变功率分配器，其中第一RF信号的相位和第二RF信号的相位之和在整个调节范围内基本等于恒定量。
39.权利要求37所述的可变功率分配器，其中移相器包括电容地耦合到传播第一和第二RF信号的静止电路径的一个可动电路径。
40.权利要求37所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器按照可变调节器的位置的函数改变在第一和第二输出端口之间的功率。
41.权利要求37所述的可变功率分配器，其中移相器包括两个电路径，每个电路径传播相应的RF信号。
42.权利要求37所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/90度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第一和第二输出端口输出的两个信号的相位基本相等。
43.权利要求37所述的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括0度/180度混合型功率分配器，以及从混合型功率分配器的第一和第二输出端口输出的两个信号的相位基本相差90度。
44.权利要求37所述的可变功率分配器，其中移相器包括具有一个输入端口和两个输出端口的三端口器件。
45.一种可变功率分配器，包括接收RF信号的单个输入端口；单个控制的移相器，包括单个输入端口，用于将RF信号分割成第一RF信号和第二RF信号以产生第一RF信号的第一相位和第二RF信号的第二相位；可操作地链接到单个控制的移相器以处理所说的第一和第二RF信号的混合型功率分配器；传播第一RF输出信号的功率分配器的第一输出端口，第一输出RF信号具有第一幅值；传播第二RF输出信号的功率分配器的第二输出端口，第二RF输出信号具有第二幅值，第一幅值和第二幅值之和在整个调节范围中基本等于恒定量，第一和第二相位在整个调节范围中是基本恒定量。
46.权利要求45的可变功率分配器，其中单个控制的移相器产生第一相位和第二相位，以使第一相位和第二相位之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
47.权利要求45的可变功率分配器，其中单个控制的移相器包括无触点的导电结构，在这种结构中在所说的无触点的导电结构上的RF信号流通过电容耦合。
48.权利要求45的可变功率分配器，其中移相器包括基本平面结构。
49.权利要求45的可变功率分配器，其中移相器由印刷电路板材料制成。
50.权利要求45的可变功率分配器，其中混合型功率分配器包括基本平面结构。
51.权利要求45的可变功率分配器，其中单个控制的可变功率分配器具有这样的调节范围以使在第一和第二输出端口上存在的RF输出功率之和可以基本出现在输出端口之一上并且在另一输出端口上基本没有RF功率，由此可变功率分配器在第一和第二输出端口之间切换输入RF信号。
52.权利要求45的可变功率分配器，进一步包括耦合到可变调节器的机电致动器。
53.权利要求52的可变功率分配器，其中机电致动器包括马达。
54.权利要求45的可变功率分配器，进一步包括控制可变调节器的运动的遥控器。
55.一种在两个输出端口之间产生可变输出RF功率的方法，包括在输入端口上插入主RF信号；将主RF信号分割为第一和第二RF信号；通过沿着具有预定长度范围的可变电长度的两个不同电路径传播第一和第二RF信号，在第一和第二RF信号之间产生第一相位差；在第一和第二RF信号之间产生第二相位差；和分割并重新组合第一和第二RF信号以产生具有第一功率的第一输出RF信号和具有第二功率的第二输出RF信号，第一功率和第二功率之和在整个所说的范围中基本等于恒定量；由此改变所说的电长度在两个输出端口之间产生可变输出功率。
56.权利要求55的方法，其中分割主RF信号的步骤进一步包括分割主RF信号以使第一RF信号的相位和第二RF信号的相位之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
57.权利要求55的方法，其中分割主RF信号的步骤包括将主RF信号馈送到单个电路径的步骤，该单个电路径沿两个电长度输出第一和第二RF信号。
58.权利要求55的方法，进一步包括如下步骤将主RF信号馈送到单个电路径；和移动单个电路径以改变在第一和第二RF信号之间的第一相位差。
59.权利要求55的方法，进一步包括如下步骤将主RF信号馈送到单个电路径；和旋转单个电路径以改变在第一和第二RF信号之间的第一相位差。
60.权利要求55的方法，其中分割主RF信号的步骤进一步包括电容地耦合主RF信号到电路径的步骤。
61.权利要求55的方法，其中产生第一相位差的步骤进一步包括电容地耦合第一RF信号和第二RF信号到两个不同的电路径的步骤。
62.权利要求55的方法，其中产生第二相位差并分割和重新组合的步骤进一步包括馈送第一和第二RF信号到混合型功率分配器的步骤。
63.权利要求55的方法，其中产生第二相位差并分割和重新组合的步骤进一步包括将第一和第二RF信号馈送到0度/90度混合型功率分配器的步骤，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号具有基本相等的相位。
64.权利要求55的方法，其中产生第二相位差并分割和重新组合的步骤进一步包括将第一和第二RF信号馈送到0度/180度混合型功率分配器的步骤，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号的相位基本相差90度。
65.一种改变和分割RF功率的方法，包括接收RF信号；均等地分割RF信号的功率；沿着不同的电长度的两个电路径将分割的功率分配到第一和第二端口，以使在第一端口上的第一RF信号和在第二端口上的第二RF信号之间存在相位差；和重新组合该功率以使在第三端口上的RF信号的相位和第四端口的RF信号的相位在整个调节范围中基本为恒定量。
66.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括重新组合功率以使在第三端口上的RF信号的功率和在第四端口上的RF信号的功率之和在整个调节范围中基本等于恒定量。
67.权利要求65的方法，进一步包括作为均等分割功率的步骤的结果，改变在第三和第四端口之间的功率的步骤。
68.权利要求65的方法，其中分配所分割的功率的步骤进一步包括通过移动馈送两个电路径的电路径来改变在第一和第二RF信号之间的相位差的步骤。
69.权利要求65的方法，其中均等地分割RF信号的功率的步骤进一步包括将RF信号馈送到可移动的电路径的步骤。
70.权利要求65的方法，其中均等地分割RF信号的功率的步骤进一步包括将在电介质媒体上的RF信号电耦合到可移动电路径的步骤。
71.权利要求65的方法，其中沿着两个电路径分配分割的功率的步骤进一步包括沿着具有预定长度的两电路径分配分割的功率，该预定长度对应于相位差。
72.权利要求65的方法，其中沿着两个电路径分配分割的功率的步骤进一步包括将分割的功率电容地耦合到两个电路径。
73.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括分割功率。
74.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括用混合型功率分配器处理第一RF信号和第二RF信号。
75.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括用0度/90度混合型功率分配器处理第一RF信号和第二RF信号，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号具有基本相等的相位。
76.权利要求65的方法，其中重新组合功率的步骤进一步包括用0度/180度混合型功率分配器处理第一RF信号和第二RF信号，并且从混合型功率分配器输出的第一和第二RF信号的相位基本相差90度。
77.权利要求65的方法，进一步包括远程控制RF功率的分割和分配的步骤。
全文摘要
本发明涉及可变功率分配器，其中可变功率分配器和方法能够改变在高功率和多载波RF环境(比如用于控制在基站天线中发送和接收的信号)中的端口之间的RF功率。可变功率分配器可以包括单个控制的移相器(110)和混合型功率分配器(115)。单个控制的移相器可以包括具有一个单输入端口和两个输出端口的三端口器件。单个控制的移相器进一步包括可以改变或调节在两个RF信号之间的相位的可变调节器。混合型功率分配器可以包括具有两个输入端口和两个输出端口的四端口器件。单个控制的移相器和混合型功率分配器两者都可以包括适合于高速制造的基本平面结构。混合型功率分配器的输出端口可以耦合到各种器件比如天线或功率吸收元件。
文档编号H01P5/18GK1720636SQ02830141
公开日2006年1月11日 申请日期2002年11月8日 优先权日2002年11月8日
发明者罗纳德·L.·鲁尼恩 申请人:Ems技术公司
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