CN110380215A - 一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器 - Google Patents

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    • H01Q3/32Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by mechanical means

Abstract

本发明公开了一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,包括移相器模块和功分器模块,所述移相器模块包括多个移相器子单元,所述功分器模块包括多个一分二功分器、多个一分三功分器,所述移相器子单元、一分二功分器、一分三功分器依次串联后形成一个分布式多路移相器,所述移相器子单元分别通过微带PCB直插焊接到功分器模块上与功分器模块串联。本发明具有尺寸小、幅度分配灵活的特点,装备简单、方便焊接、结构稳固,主要运用于5G massive mimo天线产品上,实现波束下倾功能。

Description

一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器
技术领域
本发明涉及5G天线技术领域,特别涉及一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器。
背景技术
随着5G通信到来,massive mimo天线已经成为5G天线的主流,电下倾也是5G天线一项重要指标。常规4G天线的集成化移相器普遍是介质移相器和微带扇形移相器演变而来的,它们的属性是尺寸大、幅度分配灵活性低,而5G massive mimo天线本身就要求尺寸小,故4G天线的集成化移相器已不能运用于5G天线上,因此,急需设计一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,来满足5G天线的使用需求。
发明内容
有鉴于此,为解决上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供了一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,具有尺寸小、幅度分配灵活的特点,装备简单、方便焊接、结构稳固,主要运用于5G massive mimo天线产品上,实现波束下倾功能。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,包括移相器模块和功分器模块,所述移相器模块包括多个移相器子单元,所述功分器模块包括多个一分二功分器、多个一分三功分器,所述移相器子单元、一分二功分器、一分三功分器依次串联后形成一个分布式多路移相器,所述移相器子单元分别通过微带PCB直插焊接到功分器模块上与功分器模块串联。
进一步的,所述移相器子单元采用介质移相器形式制成。
进一步的,单个所述的移相器子单元包括介质移相器腔体、输入端、输出端、移相传输线、移相介质板,所述移相介质板覆盖在移相传输线的上下两面且一并设置在介质移相器腔体内,输入端、输出端分别导出在介质移相器腔体外的两端,移相器子单元通过拉动移相介质板的移动,改变移相传输线上介电常数ε,进而产生相位差,得到所需的移相量。
进一步的,所述移相介质板移动等距离而产生等相位差。
进一步的,所述移相传输线采用双线模式。
进一步的,所述移相传输线的走线为方波形式。
进一步的,所述功分器模块由微带线或四层板形式制成。
进一步的,所述一分三功分器由两个所述的一分二功分器级联形成。
进一步的,所述一分二功分器的总数为3个,所述一分三功分器的个数为1个,所述移相器子单元的个数为3个,其中两个所述的一分二功分器级联组成所述一分三功分器,所述的移相器子单元、一分二功分器、一分三功分器依次交错串联后形成一个分布式四路移相器。
本发明的有益效果是:
本发明的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,具有尺寸小、幅度分配灵活的特点,装备简单、方便焊接、结构稳固,主要运用于5G massive mimo天线产品上,实现波束下倾功能。具体表现在以下几点:
其一,本发明尺寸小主要表现在:移相器模块的移相器子单元采用介质移相器形式设计,通过拉动移相介质板的移动,改变移相传输线上介电常数ε,从而产生相位差,得到所需的移相量,实现控制天线波束下倾功能;
其中,移相传输线采用双线模式、走线为方波形式,延长其物理长度,可实现移动移相介质板同样的距离产生更多的相位差,从而获得长度更短移相器子单元,移相传输线的优势是双线模式相比单线模式所需同样的阻抗用更窄的线宽即可实现,从而实现缩小移相器子单元的尺寸,进而可以显著减小天线的尺寸;
其二,本发明幅度分配灵活主要表现在:功分器模块和移相器模块单独设计,设计不同幅度比的功分器即可获得不同移相功分网络;只需改变功分器的幅度分配,即可生成不同的移相功分网络,达到不同的波束赋形效果;
其四,功分器模块的设置,保证了可以根据需要的幅度设置不同功分比,从而实现不同的馈电网络;
其五,移相器子单元分别通过微带PCB直插焊接到功分器模块上与功分器模块串联,无需用电缆链接,使其结构简单,组装方便;
其六,在本发明的基础上,可以根据需要灵活调整,可产生更多种分布式多路移相器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为功分器模块的结构示意图;
图2为移相器子单元的结构示意图;
图3为本发明的结构示意图;
图4为本发明运用在5G massive mimo天线上的具体实施例的原理图;
图中标记:1、功分器模块,2、一分三功分器, 3、一分二功分器,301、一分二功分器Ⅰ,302、一分二功分器Ⅱ,303、一分二功分器Ⅲ,4、介质移相器腔体,401、介质移相器腔体Ⅰ,402、介质移相器腔体Ⅱ,403、介质移相器腔体Ⅲ,5、移相传输线,501、移相传输线Ⅰ,502、移相传输线Ⅱ,503、移相传输线Ⅲ,6、移相介质板,601、移相介质板Ⅰ,602、移相介质板Ⅱ,603、移相介质板Ⅲ,7、输出端,701、输出端Ⅰ,702、输出端Ⅱ,703、输出端Ⅲ,8、输入端,801、输入端Ⅰ,802、输入端Ⅱ,803、输入端Ⅲ,9、移相器子单元,901、移相器子单元Ⅰ,902、移相器子单元Ⅱ,903、移相器子单元Ⅲ,10、辐射单元,1001、辐射单元Ⅰ,1002、辐射单元Ⅱ,1003、辐射单元Ⅲ,1004、辐射单元Ⅳ,1005、辐射单元Ⅴ,1006、辐射单元Ⅵ,1007、辐射单元Ⅶ,1008、辐射单元Ⅷ,1009、辐射单元Ⅸ,1010、辐射单元Ⅹ,1011、辐射单元Ⅺ,1012、辐射单元Ⅻ。
具体实施方式
下面给出具体实施例,对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,包括移相器模块和功分器模块1,功分器模块1和移相器模块单独设计,设计不同幅度比的功分器即可获得不同移相功分网络;只需改变功分器的幅度分配,即可生成不同的移相功分网络,达到不同的波束赋形效果,达到了本发明幅度分配灵活的特点;其中,功分器模块1的设置,保证了可以根据需要的幅度设置不同功分比,从而实现不同的馈电网络;所述移相器模块包括多个移相器子单元9,所述功分器模块1包括多个一分二功分器3、多个一分三功分器2,所述移相器子单元9、一分二功分器3、一分三功分器2依次串联后形成一个分布式多路移相器,所述移相器子单元9分别通过微带PCB直插焊接到功分器模块1上与功分器模块1串联;无需用电缆链接,使其结构简单,组装方便。
进一步的,所述移相器子单元9采用介质移相器形式制成,引入的差损小。通过拉动移相介质板6的移动,改变移相传输线5上介电常数ε,从而产生相位差,得到所需的移相量,实现控制天线波束下倾功能;实现了本发明的尺寸小的特点。
进一步的,单个所述的移相器子单元9包括介质移相器腔体4、输入端8、输出端7、移相传输线5、移相介质板6,所述移相介质板6覆盖在移相传输线5的上下两面且一并设置在介质移相器腔体4内,输入端8、输出端7分别导出在介质移相器腔体4外的两端,移相器子单元9通过拉动移相介质板6的移动,改变移相传输线5上介电常数ε,进而产生相位差,得到所需的移相量。
进一步的,所述移相介质板6移动等距离而产生等相位差;与直线传输线相比,移相传输线5的走线为方波形式,移相介质板6移动等距离而产生更多的等相位差。
进一步的,所述移相传输线5采用双线模式。即所述移相传输线5采用PCB双面覆铜板,上下铜箔通过金属化过孔导通,即为双线模式;移相传输线5的优势是双线模式相比单线模式所需同样的阻抗用更窄的线宽即可实现,从而实现缩小移相器子单元9的尺寸。
进一步的,所述移相传输线5的走线为方波形式。延长其物理长度,可实现移动移相介质板6同样的距离产生更多的相位差,从而获得长度更短的移相器子单元9,移相传输线5的优势是双线模式相比单线模式所需同样的阻抗用更窄的线宽即可实现,从而实现缩小移相器子单元9的尺寸,进而可以显著减小天线的尺寸。
进一步的,所述功分器模块1由微带线或四层板形式制成,其功分比可根据天线所需的设置不同的功分比,可构成不同移相功分馈电网络,幅度分配灵活性高。
进一步的,所述一分三功分器2由两个所述的一分二功分器3级联形成。
本实施例中,进一步的,所述一分二功分器3的总数为3个,所述一分三功分器2的个数为1个,所述移相器子单元9的个数为3个,其中两个所述的一分二功分器3级联组成所述一分三功分器2,所述的移相器子单元9、一分二功分器3、一分三功分器2依次交错串联后形成一个分布式四路移相器。
为便于描述,本实施例中,3个移相器子单元分别为移相器子单元Ⅰ901、移相器子单元Ⅱ902、移相器子单元Ⅲ903,移相器子单元Ⅰ901包括介质移相器腔体Ⅰ401、输入端Ⅰ801、输出端Ⅰ701、移相传输线Ⅰ501、移相介质板Ⅰ601,移相器子单元Ⅱ902包括介质移相器腔体Ⅱ402、输入端Ⅱ802、输出端Ⅱ702、移相传输线Ⅱ502、移相介质板Ⅱ602,移相器子单元Ⅲ903包括介质移相器腔体Ⅲ403、输入端Ⅲ803、输出端Ⅲ703、移相传输线Ⅲ503、移相介质板Ⅲ603;3个一分二功分器分别为一分二功分器Ⅰ301、一分二功分器Ⅱ302、一分二功分器Ⅲ303,则一分二功分器Ⅰ301、一分二功分器Ⅱ302级联形成一分三功分器2,移相器子单元Ⅰ901、一分三功分器2、移相器子单元Ⅱ902、一分二功分器Ⅲ303、移相器子单元Ⅲ903依次串联后形成一个分布式四路移相器;
本发明应用在5G massive mimo天线上,包括辐射单元10,为便于描述,本实施例中,分布式四路移相器应用在5G massive mimo天线上时需要12个辐射单元,分别为辐射单元Ⅰ1001、辐射单元Ⅱ1002、辐射单元Ⅲ1003、辐射单元Ⅳ1004、辐射单元Ⅴ1005、辐射单元Ⅵ1006、辐射单元Ⅶ1007、辐射单元Ⅷ1008、辐射单元Ⅸ1009、辐射单元Ⅹ1010、辐射单元Ⅺ1011、辐射单元Ⅻ1012。其中,一分二功分器Ⅰ301、一分二功分器Ⅱ302、一分二功分器Ⅲ303均为等幅分配的一分二功分器,整体的连接关系如下:
一分二功分器Ⅰ301的一输出端与一分二功分器Ⅱ302的输入端串联,另一输出端与移相器子单元Ⅱ902的输入端串联;移相器子单元Ⅱ902的输出端与一分二功分器Ⅲ303的输入端串联;一分二功分器Ⅲ303的一输出端与移相器子单元Ⅲ903的输出端串联,另一输出端直接连接一组辐射单元Ⅶ1007、辐射单元Ⅷ1008、辐射单元Ⅸ1009;移相器子单元Ⅲ903的输出端直接连接一组辐射单元Ⅹ1010、辐射单元Ⅺ1011、辐射单元Ⅻ1012;一分二功分器Ⅱ302的一输出端与移相器子单元Ⅰ901的输入端串联,另一端直接连接一组辐射单元Ⅳ1004、辐射单元Ⅴ1005、辐射单元Ⅵ1006;移相器子单元Ⅰ901的的输出端直接链接一组辐射单元Ⅰ1001、辐射单元Ⅱ1002、辐射单元Ⅲ1003;
因此,移相器子单元Ⅰ901、一分三功分器2、移相器子单元Ⅱ902、一分二功分器Ⅲ303、移相器子单元Ⅲ903依次串联后形成一个分布式四路移相器;每一个输出端口连接一组三个辐射单元,通过同时拉动移相器子单元的601、移相介质板Ⅰ,602、移相介质板Ⅱ,603、移相介质板Ⅲ,产生等相位差ΔΦ,从而控制天线波束下倾。
优化的,在本发明的基础上,可以根据需要灵活调整,不仅能得到本发明的分布式四路移相器,还可产生更多种分布式多路移相器,且具有灵活的幅度调节功能,尺寸还小,实用性更强。并且本发明不受本实施例的限制,由本技术方案变换得到的分布式多路移相器,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
综上所述,本发明的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,具有尺寸小、幅度分配灵活的特点,装备简单、方便焊接、结构稳固,主要运用于5G massive mimo天线产品上,实现波束下倾功能。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会根据实际情况有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:包括移相器模块和功分器模块(1),所述移相器模块包括多个移相器子单元(9),所述功分器模块(1)包括多个一分二功分器(3)、多个一分三功分器(2),所述移相器子单元(9)、一分二功分器(3)、一分三功分器(2)依次串联后形成一个分布式多路移相器,所述移相器子单元(9)分别通过微带PCB直插焊接到功分器模块(1)上与功分器模块(1)串联。
2.根据权利要求1所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:所述移相器子单元(9)采用介质移相器形式制成。
3.根据权利要求1所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:单个所述的移相器子单元(9)包括介质移相器腔体(4)、输入端(8)、输出端(7)、移相传输线(5)、移相介质板(6),所述移相介质板(6)覆盖在移相传输线(5)的上下两面且一并设置在介质移相器腔体(4)内,输入端(8)、输出端(7)分别导出在介质移相器腔体(4)外的两端,移相器子单元(9)通过拉动移相介质板(6)的移动,改变移相传输线(5)上介电常数ε,进而产生相位差,得到所需的移相量。
4.根据权利要求3所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:所述移相介质板(6)移动等距离而产生等相位差。
5.根据权利要求3所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:所述移相传输线(5)采用双线模式。
6.根据权利要求3所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:所述移相传输线(5)的走线为方波形式。
7.根据权利要求1所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:所述功分器模块(1)由微带线或四层板形式制成。
8.根据权利要求1所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:所述一分三功分器(2)由两个所述的一分二功分器(3)级联形成。
9.根据权利要求1所述的一种具有幅度分配功能的分布式多路移相器,其特征在于:所述一分二功分器(3)的总数为3个,所述一分三功分器(2)的个数为1个,所述移相器子单元(9)的个数为3个,其中两个所述的一分二功分器(3)级联组成所述一分三功分器(2),所述的移相器子单元(9)、一分二功分器(3)、一分三功分器(2)依次交错串联后形成一个分布式四路移相器。
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