CN104183890A - 一种移相单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移相单元，包括第一介质板和第二介质板；第一介质板两面分别设有平行导体带和第一金属地，平行导体带两侧沿其纵长方向各设有第一接地带；第二介质板两面分别设有U型导体带和第二金属地，U型导体带两侧沿其两条平行臂的方向各设有第二接地带；第一介质板和第二介质板相对设置，且平行导体带与U型导体带的两条平行臂一一对应以用于实现电性耦合，各第一接地带和各第二接地带一一对应以用于实现电性耦合；U型导体带可沿平行导体带的纵长方向移动，实现信号的移相。上述结构使得此移相单元具有重量轻和线路损耗小的特点，能够在移相的同时，实现信号的高效传输。

Description

一种移相单元

技术领域

本发明涉及射频器件领域，特别是涉及一种移相单元。

背景技术

在移动通信电调基站天线中，移相器为天线的核心部件，其实现形式一般有介质滑动型和导体滑动型两大类型。

介质滑动型移相器往往需要一个用于容纳滑动介质的金属腔体，介质滑动ΔL₁产生的相位变化为：其中，ε_r1为同轴介质的相对介电常数，λ₀为自由空间波长，ΔL₁为滑动行程。

导体滑动型移相器有的采用封闭腔体，使导体成为带状线；有的不采用封闭腔体，使导体成为微带线。导体滑动ΔL₂产生的相位变化为：其中，ε_r2为微带线介质基片的相对介电常数，λ₀为自由空间波长，ΔL₂为滑动行程。

通常情况下，综合考虑成本和损耗因素，ε_r2和ε_r1的取值大致相同，使得在滑动行程ΔL₂＝ΔL₁的条件下，Δφ₂>Δφ₁。此推导说明在相同的滑动行程下，导体滑动型移相器产生的相位变化比介质滑动型移相器产生的相位变化大，换句话说，在相位变化相同的条件下，导体滑动型移相器所需的行程更小，更利于实现移相器的小型化。

目前，导体滑动型移相器与介质滑动型移相器相比，导体滑动型具有体积小、行程短的特点。但导体滑动型移相器若采用腔体结构，则重量较重；若采用无封闭腔体的微带线结构，则存在因寄生辐射和耦合损耗造成的线路损耗偏大的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种移相单元，使其具有重量轻和线路损耗小的特点，能够在移相的同时，实现信号的高效传输。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种移相单元，包括第一介质板和第二介质板；第一介质板两面分别设有平行导体带和第一金属地，平行导体带两侧沿其纵长方向各设有第一接地带；第二介质板两面分别设有U型导体带和第二金属地，U型导体带两侧沿其两条平行臂的方向各设有第二接地带；第一介质板和第二介质板相对设置，且平行导体带与U型导体带的两条平行臂一一对应以用于实现电性耦合，各第一接地带与各第二接地带一一对应以用于实现电性耦合；第二介质板可沿平行导体带的纵长方向移动以带动U型导体带相对于平行导体带进行移动，进而改变平行导体带中信号传输的路径的长度。

其中，第一接地带通过若干金属化过孔与第一金属地连接，第二接地带通过若干金属化过孔与第二金属地连接。

其中，第一接地带与第二接地带进行电性耦合的部分及电性耦合部分所对应的金属地共同形成电磁屏蔽结构。

其中，位于第一金属地和第二金属地之间的平行导体带和/或U型导体带为带状线。

其中，U型导体带的电长度为180°。

其中，U型导体带的移动距离由平行导体带的长度所限定。

其中，第一接地带的长度大于等于平行导体带的长度，第二接地带的长度大于等于U型导体带平行臂所在方向的长度。

其中，第一介质板上设有两条第一导体带和两条第二导体带；平行导体带中单个导体带、第一导体带、第二导体带依次电性连接。

其中，平行导体带与U型导体带的两条平行臂直接贴紧以进行耦合。或者，平行导体带与U型导体带之间设有绝缘层。

其中，移相单元包括安装板、连接件、拉杆、及压紧件；安装板与第一介质板设有第一金属地的一面相接；连接件的两侧分别与拉杆和第二介质板固定连接，拉杆用于带动第二介质板进行移动；压紧件包括板体及板体两个末端纵向延伸的凸台，各凸台相接于第一介质板并通过第一介质板上的通孔与安装板固定连接，板体与拉杆相接，以用于压紧依次层叠设置的拉杆、连接件、第二介质板及第一介质板。

其中，第一介质板上设有狭缝或凹槽以用于卡置固定连接件与第二介质板的固定件，实现第二介质板的限位滑动。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明移相单元包括第一介质板和第二介质板，第一介质板两面分别设有平行导体带和第一金属地，第二介质板两面分别设有U型导体带和第二金属地，平行导体带与U型导体带的两条平行臂相耦合设置，且U型导体带的两条平行臂可相对于平行导体带进行移动，以实现移相。同时，平行导体带两侧各设有第一接地带，U型导体带两侧各设有第二接地带，各第一接地带和各第二接地带一一对应以实现电性耦合。

通过上述结构，第一接地带与第二接地带进行电性耦合的部分及电性耦合部分所对应的金属地共同形成电磁屏蔽结构，电磁屏蔽结构可对其内传输的信号起屏蔽作用，从而减小因辐射泄漏而造成的线路损耗。

位于第一金属地和第二金属地之间的平行导体带和/或U型导体带为带状线，相比现有使用金属腔体带状线的移相器，具有重量轻的特点。

随着第二介质板的移动，当平行导体带位于第一金属地和第二金属地之间时，由原来的微带线变为带状线。

U型导体带的电长度为180°，可实现输入阻抗与端口阻抗的匹配。

附图说明

图1是本发明移相单元一实施例的结构示意图；

图2是图1所示移相单元的分解图；

图3是图1所示固定PCB板的结构示意图；

图4是图1所示滑动PCB板一面的结构示意图；

图5是图1所示滑动PCB板另一面的结构示意图；

图6是图1所示移相单元的等效电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

请参阅图1、图2、图3、图4及图5，图1是本发明移相单元一实施例的结构示意图，图2是图1所示移相单元的分解图，图3-5是图1所示移相单元的局部结构示意图，如图1-5所示，移相单元包括：第一介质板11、平行导体带12、第一金属地(图未示)、第一接地带13、第二介质板14、U型导体带15、第二金属地(图未示)、第二接地带16、连接件17、拉杆18、安装板19、压紧件20、输入端口21及输出端口22。

其中，移相单元还包括两条第一导体带23和两条第二导体带24。

下面详细阐述上述各部分的结构关系。

在本实施例中，第一介质板11、平行导体带12、第一导体带23、第二导体带24、第一金属地及第一接地带13组成固定PCB板，如图3所示；第二介质板14、U型导体带15、第二金属地及第二接地带16组成滑动PCB板，如图4、图5所示，图4和图5分别为滑动PCB板的正反面。

固定PCB板采用双面印制电路板制作，具体为，第一介质板11的一面通过刻蚀工艺印制类似“＝”的平行导体带12和第一导体带23、第二导体带24，另一面为第一金属地。其中，平行导体带12中的单个导体带、第一导体带23、第二导体带24依次电性连接。平行导体带12两侧沿其纵长方向各设有一条第一接地带13，第一接地带13通过若干金属化过孔与第一金属地连接。

两条第二导体带24分别连接输入端口21和输出端口22。

滑动PCB板采用双面印制电路板制作，具体为，第二介质板14的一面通过刻蚀工艺印制类似“U”的U型导体带15，另一面为第二金属地。U型导体带15两侧沿其两条平行臂的方向各设有一条第二接地带16，第二接地带16通过若干金属化过孔与第二金属地连接。

其中，固定PCB板的平行导体带12、第一导体带23、第二导体带24为微带线，滑动PCB板的U型导体带15为微带线。具体为，平行导体带12、第一导体带23、第二导体带24与固定PCB板另一面的第一金属地形成微带线结构；U型导体带15与滑动PCB板另一面的第二金属地形成微带线结构。

固定PCB板与滑动PCB板相互紧贴，使得平行导体带12与U型导体带15的两条平行臂一一对应、相互重叠以电性耦合，各第一接地带13和各第二接地带16一一对应、相互重叠以电性耦合。具体为U型导体带15的两条平行臂与平行导体带12的局部位置相重叠，实现电气连接。重叠部分共同处于固定PCB板的第一金属地和滑动PCB板的第二金属地之间，形成带状线结构。且重叠部分在平行导体带12上的位置可随滑动PCB板的移动而变化。

其中，位于第一金属地和第二金属地之间的平行导体带12和/或U型导体带15均为带状线。由于本实施例第二介质板14的面积小于第一介质板11的面积，且二者紧贴时，第二介质板14不超过第一介质板11的边界，因此U型导体带15为带状线。

其中，为减少线路损耗，第一金属地、第二金属地通过金属化过孔延伸至固定PCB板、滑动PCB板的另一面，形成具有一定面积的第一接地带13、第二接地带16。第一接地带13与第二接地带16的重叠部分及重叠部分所对应的金属地共同形成电磁屏蔽结构。重叠部分的第一接地带13和第二接地带16相互电性耦合，相差电气特性上的连接状态，对其内的传输信号起屏蔽作用，从而减小因辐射泄漏而造成的线路损耗。

其中，第一接地带13的长度大于等于平行导体带12的长度，第二接地带16的长度大于等于U型导体带15平行臂所在方向的长度。

连接件17的两侧分别与拉杆18和第二介质板14固定连接。第一介质板11上设有狭缝或凹槽以用于卡置固定连接件17与第二介质板14的固定件，实现第二介质板14的限位滑动。

拉杆18可带动连接件17，进而带动第二介质板14进行移动，进而使U型导体带15相对于平行导体带12进行移动，以改变平行导体带12中信号传输的路径的长度，实现信号的移相。

安装板19与第一介质板11设有第一金属地的一面相接。

压紧件20通过螺丝固定在安装板19上，产生一定的压紧力使第二介质板14与第一介质板11保持贴紧状态，并在第二介质板14的滑动过程中，始终保持贴紧状态，以确保平行导体带12和U型导体带15之间的电气连通特性，实现信号的稳定传输。

其中，压紧件20包括板体及板体两个末端纵向延伸的凸台，各凸台相接于第一介质板11并通过第一介质板11上的通孔与安装板19固定连接。板体与拉杆18相接，以用于压紧依次层叠设置的拉杆18、连接件17、第二介质板14及第一介质板11。压紧件20具有导向作用，限制拉杆18沿着平行导体带12的纵长方向移动。

其中，U型导体带15沿平行导体带12移动，其滑动行程不超过平行导体带12的长度，随着滑动行程的增大，U型导体带15的两条平行臂与平行导体带12的重叠部分增大，使得输入端口21与输出端口22的传输路径变短，移相量变小。

在本实施例中，平行导体带12与U型导体带15的两条平行臂直接贴紧以进行耦合。第一接地带13和第二接地带16也直接贴紧。

在其他实施例中，平行导体带12与U型导体带15之间、第一接地带13和第二接地带16之间均设有绝缘层，且电性耦合。

请参阅图6，图6是图1所示移相单元的电路原理图，如图6所示，包括传输线15、12、23、24及端口21、22。其中，传输线23、24的数量均为两条。

需要指出的是，图6与图1-5中的相同标号指代同一部件。

为简化移相单元的电路分析，只列举中心频点的阻抗公式。在工作频带的中心频点，传输线15是电长度为180°、特征阻抗为Z₁的带状线，传输线12是电长度为dp、特征阻抗为Z₂的微带线，传输线23是电长度为90°、特征阻抗为Z₃的微带线，传输线24为特征阻抗与端口阻抗Z_c相同的微带线。

其中，传输线15在滑动PCB板上，传输线12、23、24在固定PCB板上，滑动PCB板可贴紧固定PCB板滑动，即传输线15沿传输线12滑动，使传输线12的电长度dp发生改变，进而使端口21和端口22之间传输路径的长度发生改变，实现传输相位的变化。

根据终端有载传输线输入阻抗公式：其中，Z₀为传输线特征阻抗，Z_L为负载阻抗，Z_in为输入阻抗，j为

得出， $Z_{\mathrm{in}5}=\frac{{Z_3}^2}{Z_c},$ $Z_{\mathrm{in}4}=Z_2\frac{Z_{\mathrm{in}5}+{\mathrm{jZ}}_2\tan (\mathrm{dp}\×\frac{\mathrm{\π}}{180})}{Z_2+{\mathrm{jZ}}_{\mathrm{in}5}\tan (\mathrm{dp}\×\frac{\mathrm{\π}}{180})}.$

由于传输线15的电长度为180°，在中心频点不起阻抗变换作用，所以，Z_in3＝Z_in4， $Z_{\mathrm{in}2}=Z_2\frac{Z_{\mathrm{in}3}+{\mathrm{jZ}}_2\tan (\mathrm{dp}\×\frac{\mathrm{\π}}{180})}{Z_2+{\mathrm{jZ}}_{\mathrm{in}3}\tan (\mathrm{dp}\×\frac{\mathrm{\π}}{180})},$ $Z_{\mathrm{in}1}=\frac{{Z_3}^2}{Z_{\mathrm{in}2}},$ 端口21的反射系数 $\mathrm{\Γ}=\frac{Z_{\mathrm{in}1}-Z_c}{Z_{\mathrm{in}1}+Z_c}.$

上述是对各段传输线的阻抗关系进行的分析，设计时，选择合理的可使Z_in5＝Z₂，根据上述公式，得到，Z_in4＝Z_in3＝Z_in2＝Z₂，从而使Z_in1＝Z_c，实现输入阻抗与端口阻抗的匹配，确保端口间信号的高效传输。

以上所述，本实施例移相单元移相所需的滑动部分和固定部分均使用PCB结构，固定PCB板和滑动PCB板紧贴后，滑动部分的U型导体带15位于第一金属地和第二金属地之间，形成带状线结构，相比常规使用金属腔体带状线的移相方案，本实施例移相方案具有重量轻的优势。且本实施例移相单元的结构及电气特性可使其内的信号高效传输。

本实施例移相单元为移相器的主要组成部分，具有以下特点：

A.带状线与微带线相结合，利用半波长匹配的原理，使带状线在滑动过程中保持与微带线的匹配状态。

B.带状线和微带线重叠部分的物理长度随滑动距离而改变，且微带线的形式也会随滑动距离而发生改变，如：由微带线变为带状线，或由带状线变为微带线，此变化取决于微带线是否位于第一金属地和第二金属地之间。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种移相单元，其特征在于，包括第一介质板和第二介质板；

所述第一介质板两面分别设有平行导体带和第一金属地，所述平行导体带两侧沿其纵长方向各设有第一接地带；所述第二介质板两面分别设有U型导体带和第二金属地，所述U型导体带两侧沿其两条平行臂的方向各设有第二接地带；

所述第一介质板和第二介质板相对设置，且所述平行导体带与U型导体带的两条平行臂一一对应以用于实现电性耦合，各第一接地带与各第二接地带一一对应以用于实现电性耦合；

所述第二介质板可沿平行导体带的纵长方向移动以带动U型导体带相对于平行导体带进行移动，进而改变平行导体带中信号传输的路径的长度。

2.根据权利要求1所述的移相单元，其特征在于，所述第一接地带通过若干金属化过孔与第一金属地连接，所述第二接地带通过若干金属化过孔与第二金属地连接。

3.根据权利要求2所述的移相单元，其特征在于，所述第一接地带与第二接地带进行电性耦合的部分及电性耦合部分所对应的金属地共同形成电磁屏蔽结构。

4.根据权利要求3所述的移相单元，其特征在于，位于所述第一金属地和第二金属地之间的平行导体带和/或U型导体带为带状线。

5.根据权利要求4所述的移相单元，其特征在于，所述U型导体带的电长度为180°。

6.根据权利要求5所述的移相单元，其特征在于，所述U型导体带的移动距离由所述平行导体带的长度所限定。

7.根据权利要求6所述的移相单元，其特征在于，所述第一接地带的长度大于等于平行导体带的长度，所述第二接地带的长度大于等于U型导体带平行臂所在方向的长度。

8.根据权利要求7所述的移相单元，其特征在于，所述第一介质板上设有两条第一导体带和两条第二导体带；

所述平行导体带中单个导体带、第一导体带、第二导体带依次电性连接。

9.根据权利要求8所述的移相单元，其特征在于，所述平行导体带与U型导体带的两条平行臂直接贴紧以进行耦合。

10.根据权利要求8所述的移相单元，其特征在于，所述平行导体带与U型导体带之间设有绝缘层。

11.根据权利要求9或10任意一项所述的移相单元，其特征在于，所述移相单元包括安装板、连接件、拉杆、及压紧件；

所述安装板与第一介质板设有第一金属地的一面相接；

所述连接件的两侧分别与拉杆和第二介质板固定连接，所述拉杆用于带动第二介质板进行移动；

所述压紧件包括板体及板体两个末端纵向延伸的凸台，各凸台相接于第一介质板并通过第一介质板上的通孔与安装板固定连接，板体与所述拉杆相接，以用于压紧依次层叠设置的拉杆、连接件、第二介质板及第一介质板。

12.根据权利要求11所述的移相单元，其特征在于，所述第一介质板上设有狭缝或凹槽以用于卡置固定连接件与第二介质板的固定件，实现所述第二介质板的限位滑动。