CN111293383A

CN111293383A - 介质移相器和基站天线

Info

Publication number: CN111293383A
Application number: CN201811488617.7A
Authority: CN
Inventors: 刘亮; 康玉龙; 张昊
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-06-16
Also published as: WO2020114486A1

Abstract

本申请涉及移动通信基站天线技术领域，尤其涉及一种介质移相器及安装其的基站天线。介质移相器包括腔体、内置于所述腔体内的移相电路和可滑动地安装于所述腔体内且与所述移相电路平行设置的滑动介质板，所述滑动介质板包括介质板主体和设置在所述介质板主体两端的阻抗匹配部分，所述阻抗匹配部分的长度为四分之一波长。本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：采用滑动介质板的阻抗匹配部分进行阻抗匹配。阻抗匹配部分长度为四分之一波长，保证了阻抗匹配的同时大大缩短了滑动介质板的长度，使得介质移相器的结构更加简单，尺寸更小。

Description

介质移相器和基站天线

技术领域

本申请涉及移动通信基站天线技术领域，尤其涉及一种介质移相器及安装其的基站天线。

背景技术

随着通信技术的发展，机械下倾天线辐射有本身固有的缺陷，电下倾天线的应用越来越流行，移相器作为电调天线的核心部件，性能的优劣直接决定了电调基站天线的性能，进而影响到网络的覆盖能力。

现有技术的电调天线移相器基本可以分为两种实现方式，分别是改变传输线电长度和改变传输线的介电常数，后者称为介质移相器。介质移相器由于不改变传输线路本身具有设计容差敏感度小，损耗小，性能优良等特点。但由于现有技术的介质移相器体积大、匹配设计复杂、结构工艺实现难度高等缺点使移相器的应用受到一定的限制。

有必要开发一种匹配实现简单，尺寸小，并满足大功率和宽频设计等需要的介质移相器。

发明内容

为了解决上述技术问题，以获得一种匹配实现简单，尺寸小的介质移相器来用于基站天线，本申请提供了如下技术方案。

第一方面，本申请实施例提供了一种介质移相器。

根据本申请实施例提供的介质移相器，其包括腔体、内置于所述腔体内的移相电路和可滑动地安装于所述腔体内且与所述移相电路平行设置的滑动介质板，所述滑动介质板包括介质板主体和设置在所述介质板主体两端的阻抗匹配部分，所述阻抗匹配部分的长度为四分之一波长的奇数倍。

第二方面，本申请提供了一种基站天线。

根据本申请实施例提供的基站天线，其包括介质移相器，所述介质移相器是本申请实施例提供的上述介质移相器。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：采用滑动介质板的阻抗匹配部分进行阻抗匹配。阻抗匹配部分长度为四分之一波长奇数倍，保证了阻抗匹配的同时大大缩短了滑动介质板的长度，使得介质移相器的结构更加简单，尺寸更小。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种介质移相器的结构示意图；

图2是图1所示介质移相器去除腔体后的结构示意图；

图3是图1所示介质移相器去除腔体后的爆炸示意图；

图4是本申请提供的另一种并联形式的1进5出介质移相器的结构示意图；

图5是本申请提供的另一种串联形式的1进7出介质移相器的结构示意图；以及

图6是本申请提供的另一种串联形式的1进9出介质移相器的结构示意图。

图中，10、介质移相器；20、移相器本体；100、滑动介质板； 110、第一滑动介质板；120、第二滑动介质板；131、第一介质板主体；132、第二介质板主体；141、第一阻抗匹配部分；142、第二阻抗匹配部分；200、移相电路；211、第一传输线；212、第二传输线；215、匹配段；230、介质基板；450、腔体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-6并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图1-3所示，给出了一种串馈形式的1进5出的介质移相器10，介质移相器10包括腔体450以及设置在腔体450内部的移相器本体 20。

如图2和3所示，移相本体20包括移相电路200和滑动介质板100，其中移相电路200和滑动介质板100均内置于腔体450内，滑动介质板100可滑动地安装于腔体450内且与移相电路200平行设置，滑动介质板100包括介质板主体和设置在介质板主体两端的阻抗匹配部分，阻抗匹配部分的长度为四分之一波长。其中，波长λ_g＝u/ν，式中的传播速度u的单位为m/s，此式中传播速度u选择电磁波在空气中的传播速度为光速3×10⁸m/s，频率ν的单位为Hz，波长λ_g的单位为m。

纯电阻负载Z_L与特性阻抗为Z₀传输线连接时，如果Z_L≠Z₀，传输线上会产生反射波，传输线处于失配状态，为实现匹配，此时在传输线与负载电阻之间加一段特性阻抗为Z₁的传输线。

由阻抗公式可知，匹配部分输入阻抗Z_in满足

其中，波矢β＝2π/λ_g，l为匹配部分的长度，

可知，为了使Z_in＝Z₀，应该有

和

于是

可见，只要匹配线段的长为四分之一波长的奇数倍，特性阻抗为负载电阻和馈线特性阻抗的几何平均值，就可以实现阻抗变换。

介质移相器10的滑动介质板100在腔体450内滑动时，移相电路的特性阻抗会发生变化，一边是空气带状线阻抗，一边是介质带状线阻抗，本申请采用滑动介质板100的阻抗匹配部分来进行阻抗匹配。阻抗匹配部分的长度四分之一波长，实现了阻抗由介质带状线到空气带状线的变换。阻抗匹配部分的阻抗满足以下公式：

其中，Z(阻抗匹配部分)表示阻抗匹配部分的阻抗；Z(介质带线)表示介质带状线的阻抗；Z(空气带线)表示空气带状线的阻抗。

从而保证了介质移相器10在滑动介质板100滑动的过程中阻抗始终保持匹配，也保证了介质移相器10的宽带特性和端口幅度的线性变化。阻抗匹配部分长度为四分之一波长，保证了阻抗匹配的同时大大缩短了滑动介质板的长度，使得介质移相器的结构更加简单，尺寸更小。

如图1所示的腔体450由金属材料拉挤或压铸一体成型，与内部的移相电路组成带状线，整体呈长方体形状，内部形成有用于容纳移相器本体20的容置空间。所述腔体450的纵长方向的一端为开口端，并且容置空间贯通该腔体450设置，以方便移相电路200、第一滑动介质板110、第二滑动介质板120及其他组件的安装。当然，所述腔体 450也可以沿纵长方向的两端均设置为开口端。在其他实施方式中，所述腔体450的开口道也可以通过相适配的盖板或盖子进行可拆卸式的封闭。本实施例中，腔体450的材质优选为金属铝。

在一些实施例中，移相电路可以为PCB电路板，该PCB电路板可以是单层PCB板，即在PCB板的一面印制传输线电路；其也可以是双层板，即在PCB板的两面均印制传输线电路。优选的，在本申请实施例中，如图3所示，移相电路200包括介质基板230和分别设置在所述介质基板230上下表面的第一传输线211和第二传输线212，即第一传输线211设置在介质基板230的上表面，第二传输线212设置在介质基板230的下表面。第一传输线211和第二传输线212的线路一致且通过金属化过孔220连接。

与上述方案相对应的，如图3所示，所述滑动介质板100包括设置于所述移相电路200上方的第一滑动介质板110和设置于所述移相电路200下方的第二滑动介质板120。其中，第一滑动介质板110可滑动地安装于腔体450内且与移相电路200平行设置，第一滑动介质板 110包括第一介质板主体131和设置在第一介质板主体131两端的第一阻抗匹配部分141，第一阻抗匹配部分141的长度为四分之一波长；第二滑动介质板120可滑动地安装于腔体450内且与移相电路200平行设置，第二滑动介质板120包括第二介质板主体132和设置在第二介质板主体132两端的第二阻抗匹配部分142，第二阻抗匹配部分142 的长度为四分之一波长。

滑动介质板100包括第一滑动介质板110和第二滑动介质板120，优选的，第一滑动介质板110和第二滑动介质板120相对移相电路200 成镜像关系。第一滑动介质板110位于移相电路200上方的腔体内，第一介质板主体131和第一传输线211表面接触，第一阻抗匹配部分 141和第一传输线211之间有间隙。同样的，第二滑动介质板120位于移相电路200下方的腔体内，第二介质板主体132和第二传输线212 表面接触，第二阻抗匹配部分142和第二传输线212之间有间隙。上述的间隙是按照第一传输线211或第二传输线212的特性阻抗来进行精确计算的，保证第一阻抗匹配部分141及第二阻抗匹配部分142能对第一传输线211和第二传输线212的特性阻抗进行补偿。通过滑动第一滑动介质板110改变与第一传输线211的接触量，以及通过滑动第二滑动介质板120改变与第二传输线212的接触量，从而实现移相。

在一些实施例中，第一阻抗匹配部分141和第二阻抗匹配部分142 包括金属件。金属件用于阻抗匹配的原理在于，其实际上是相当于降低了在阻抗匹配部分所对应的金属材质腔体的高度，即减小了带状线中两块接地金属板之间的距离，从而实现匹配部分的阻抗。金属件可以选在为金属块，其与介质板主体相连接，此情况下，介质板主体和阻抗匹配部分之间需要特定结构连接，例如卡接、插接等各种现有技术中的物理连接方式，本申请不再赘述，本申请中金属块优选为铝；金属件还可以选择为金属层，具体的，阻抗匹配部分包括介质件和金属层，金属层覆于介质件的表面，阻抗匹配部分的厚度小于所述介质板主体的厚度。这种情况下，介质板主体和阻抗匹配部分可以做成一体成型。

在一些实施例中，第一阻抗匹配部分141和第二阻抗匹配部分142 选择为纯介质件，通过降低纯介质件的高度来实现空间内不同介电常数，从而得到匹配部分所需要的阻抗。这种情况下，介质板主体和阻抗匹配部分可以做成一体，只需要阻抗匹配部分的纯介质件的厚度小于介质板主体的厚度。

如图3所示，本实施例中第一传输线211和第二传输线212采用对称串馈结构，其形式为1进5出结构，即具有一个输入端口，5个输出端口，其中154为信号输入端口，151，152，153，155，156为信号输出端口，其中153为不变相位口，其余端口左右对称。本申请的第一滑动介质板110和第二滑动介质板120，在腔体450内滑动过程中，移相器端口151，152，155，156会有相应的相位变化。具体的，信号由信号输入端口154进入，各端口有一个原始相位。当滑动介质板100 从左侧往右侧滑动时，腔体内左侧的端口151，152的传输线路在腔体内介质由滑动介质板逐渐变换为空气，介质移相器左侧端口151，152 相位变化为超前▽Φ，同样的，腔体内右侧端口155，156所连接的传输线路在腔体内的介质由空气逐渐变换为滑动介质板，介质移相器右侧端口155，156相位变化为滞后-▽Φ。所以，随着滑动介质板100的滑动，各端口相位呈现线性连续变化。端口153所在线路始终在滑动介质板内，相位不发生变化。

在具体工作过程中，介质板100只需要在移相电路200上的两个匹配段215之间滑动即可，且并不需要覆盖匹配段215，所以滑动介质板100并不增加移相器本身长度。

实施例2

如图4所示，给出了一种并联馈电形式的1进5出移相器本体50，其中端口544为信号输入端口，介质板主体510和阻抗匹配部分520 在传输线530上滑动，从而端口541，542，545，546相位呈线性变化，其中端口543所在线路始终位于介质内，相位不发生变化。

实施例3

如图5所示，给出了一种串馈形式的1进7出移相器本体30，其中端口345为信号输入端口，介质板主体310和阻抗匹配部分320在传输线330上滑动，从而端口341，342，343，346，347，348相位呈线性变化，其中端口344所在线路始终位于介质内，相位不发生变化。

实施例4

如图6所示，给出了一种串馈形式的1进9出移相器本体40，其中端口446为信号输入端口，介质板主体410和阻抗匹配部分420在传输线430上滑动，从而端口441，442，443，444，447，448，449， 451相位发生变化，其中端口445所在线路始终位于介质内，相位不发生变化。

此外，本申请实施例还公开了一种基站天线，其包括介质移相器，该介质移相器是本申请上述实施例提供的介质移相器。因此具有该介质移相器的基站天线也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种介质移相器，包括腔体、内置于所述腔体内的移相电路和可滑动地安装于所述腔体内且与所述移相电路平行设置的滑动介质板，其特征在于，所述滑动介质板包括介质板主体和设置在所述介质板主体两端的阻抗匹配部分，所述阻抗匹配部分的长度为四分之一波长的奇数倍。

2.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于，所述介质板主体与所述移相电路接触，所述阻抗匹配部分与所述移相电路之间有间隙。

3.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于，所述阻抗匹配部分包括金属件。

4.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于，所述阻抗匹配部分包括介质件和金属层，所述金属层覆于所述介质件的表面，所述阻抗匹配部分的厚度小于所述介质板主体的厚度。

5.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于，所述介质板主体和介质件一体成型。

6.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于，所述阻抗匹配部分为纯介质件，所述纯介质件的厚度小于所述介质板主体的厚度。

7.根据权利要求1所述的介质移相器，其特征在于，所述滑动介质板包括设置于所述移相电路上方的第一滑动介质板和设置于所述移相电路下方的第二滑动介质板。

8.根据权利要求1-7任一项所述的介质移相器，其特征在于，所述移相电路包括介质基板和分别设置在所述介质基板上下表面的第一传输线和第二传输线。

9.根据权利要求8所述的介质移相器，其特征在于，所述第一传输线和第二传输线的线路一致且通过金属化过孔连接。

10.一种基站天线，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的介质移相器。