CN112821020B - 一种可调式移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式移相器，包括：固定板、滑动板和壳体；固定板上包括至少两条平行的第一微带线；滑动板的第一侧包括通过连接微带线电连接的至少两条平行的第二微带线，滑动板的第二侧的一边包括至少两个凸起的块体，壳体在与滑动板上至少两个凸起的块体对应的位置设置有至少两个对应的调节螺纹孔，壳体在与滑动板其他对应的位置设置有至少一个对应的固定螺纹孔，壳体在与滑动板上至少两条平行的第二微带线未连接的一侧对应的位置设置有移相连接器，调节螺纹孔中包括接触凸起的块体的调节螺钉，固定螺纹孔中包括固定滑动板的第二侧的固定螺钉。本发明实施例公开的可调式移相器，提高了移相器的相位调节精度。

Description

一种可调式移相器

技术领域

本发明实施例涉及微波技术，尤其涉及一种可调式移相器。

背景技术

移相器是能够对信号传输相位进行调整的装置，广泛应用于各种微波系统中。特别是在阵列天线中，由于阵列天线中包括多个辐射单元，为了对阵列天线进行波束赋形，需要准确控制各辐射单元收发信号的相位。

移相器分为模拟移相器和数字移相器，其中数字移相器控制较为精确，但仅能实现不连续的相位调整，模拟移相器通过对信号传输线路物理长度的调节，实现对信号连续的相位调整。在目前的第五代移动通信(5th Generation，5G) 无线产品中，大规模阵列天线已经得到广泛的应用。大规模阵列天线中辐射单元的数量众多，为了降低成本和功耗，需要多个辐射单元共用一个收发单元，而为了实现天线阵列的波束赋形，需要在大规模阵列天线中采用模拟移相器进行波束赋形调整。

目前的模拟移相器通常是机械加工和手动安装在阵列天线中的，由于移相器数量众多，在组装过程中很难保证各移相器的安装精准，导致各移相器难以提供相同的相位输出，从而可能影响大规模阵列天线的准确波束赋形。

发明内容

本发明提供一种可调式移相器，提高了移相器的相位调节精度。

第一方面，本发明实施例提供一种可调式移相器，包括：固定板、滑动板和壳体；

固定板上包括至少两条平行的第一微带线；

滑动板的第一侧包括至少两条平行的第二微带线，至少两条平行的第二微带线一端通过连接微带线电连接，至少两条平行的第二微带线与至少两条平行的第一微带线的尺寸相同且间距相同，滑动板的第二侧的一边包括至少两个凸起的块体，滑动板可滑动地放置于固定板上，且至少两条平行的第二微带线与至少两条平行的第一微带线重合；

壳体包括可容纳固定板和放置于固定板上的滑动板的沉没腔，壳体在与滑动板上至少两个凸起的块体对应的位置设置有至少两个对应的调节螺纹孔，壳体在与滑动板其他对应的位置设置有至少一个对应的固定螺纹孔，壳体在与滑动板上至少两条平行的第二微带线未连接的一侧对应的位置设置有移相连接器，调节螺纹孔中包括接触凸起的块体的调节螺钉，固定螺纹孔中包括固定滑动板的第二侧的固定螺钉。

在第一方面一种可能的实现方式中，调节螺钉为锥形螺钉，锥形螺钉包括螺纹主体和锥形头。

在第一方面一种可能的实现方式中，沉没腔包括腔体和尺寸大于腔体的台阶，台阶的内尺寸与固定板的外尺寸相同。

在第一方面一种可能的实现方式中，沉没腔在与滑动板上至少两个凸起的块体对应的位置设置有至少两个对应的块体容纳腔。

在第一方面一种可能的实现方式中，沉没腔在调节螺纹孔对侧腔体内部设置有至少两个凸起的肋边。

在第一方面一种可能的实现方式中，还包括框体，框体固定安装于固定板上，框体内部包括可容纳壳体的容纳腔，框体在至少两个调节螺纹孔和至少一个固定螺纹孔对应的位置设置有容纳螺钉的长孔，长孔的长度方向与至少两条平行的第一微带线平行。

在第一方面一种可能的实现方式中，容纳螺钉的长孔的长度小于至少两条平行的第一微带线的长度。

在第一方面一种可能的实现方式中，框体内容纳腔的尺寸大于壳体的尺寸。

在第一方面一种可能的实现方式中，滑动板的第二侧还包括固定安装的缓冲垫，缓冲垫的尺寸小于或等于滑动板的尺寸，且缓冲垫不覆盖至少两个凸起的块体。

在第一方面一种可能的实现方式中，缓冲垫的上方还包括压力板，压力板的尺寸小于或等于缓冲垫的尺寸。

本发明实施例提供的可调式移相器，由固定板、滑动板和壳体组成，通过在滑动板上设置凸起的块体，并在壳体上设置与凸起的块体对应的调节螺纹孔以及固定螺纹孔使得可调式移相器可以通过调节螺纹孔中的调节螺钉实现滑动板位置调节，从而可以达到调节移相器性能的目的。本发明实施例提供的可调式移相器提供了一种精准、简单、高效、多维度的调节方式；且在装配过程中仅需经过一次调试即可固定相位，调节效率较高；在调试之后，本发明实施例提供的可调式移相器可以作为一个独立组件焊接在天线上，且调试结果在使用寿命器件内均可保持，可靠性较高。

附图说明

图1为一种大规模阵列的结构示意图；

图2为另一种大规模阵列的结构示意图；

图3A-图3C为在阵列天线中使用的传统移相器结构示意图；

图4A和图4B为移相器错误装配示意图；

图5A-图5G为本发明实施例提供的一种可调式移相器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种可调式移相器中调节螺钉的结构示意图；

图7A和图7B为本发明实施例提供的另一种可调式移相器的结构示意图；

图8A-图8C为本发明实施例提供的可调式移相器的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在目前的第五代移动通信(5th Generation，5G)无线产品中，通常使用大规模阵列天线。一个5G天线阵列由多个辐射单元组成，多个辐射单元的辐射波束合成天线阵列所需波束。

为了使天线阵列实现波束赋性，需要对各辐射单元进行波束控制。在天线阵列的规模较大时，为每个辐射单元均配置独立的收发单元进行波束控制会使得收发单元数量巨大，会导致阵列天线的成本、重量、体积、功耗均大幅提高，显然并不现实。因此，目前的大规模阵列天线大多使用一个收发单元同时连接多个辐射单元，通过对收发单元的控制，使得各辐射单元能够实现不同的波束赋性。但目前的阵列天线中，收发单元数量仍然较多，导致阵列天线的成本和功耗仍然较高。

图1为一种大规模阵列的结构示意图，在图1中，以天线阵列包括192个辐射单元为例，其中图中示出96个双极化辐射单元，相当于192个辐射单元。每3个同极化的辐射单元共用一个1分3的馈电网络和1个端口，每个端口关联一个收发单元，也就是一个192个辐射单元组成的天线阵列连接64个收发单元。在波束赋形时，收发单元调整每个端口的相位和幅度。收发单元的数量决定了波束赋形的范围和灵活性，影响波束赋形的效果。

然而，减少收发单元的数量同时也意味着减少成本和产品功耗。因此，如何在减少无线设备收发单元的数量的同时又能保证波束赋形的灵活性正被越来越重视。那么一种解决阵列天线成本和功耗的方案就是减少收发单元的数量。

图2为另一种大规模阵列的结构示意图，图2所示大规模阵列天线在图1所示阵列天线的基础上，使用32个收发单元代替了64个收发单元，那么成本和功耗还将会降低至原来的一半。在图2中，为了使用32个收发单元代替64个收发单元，那么每6个同极化的辐射单元共用一个端口和1个收发单元控制。这意味着每列收发单元的数量由4个减少到了两个，每行仍然包含8个收发单元。由于收发单元数量的减少，这种设计限制了垂直方向波束扫描的范围和灵活性。

因此在图2中需要集成移相器来解决上述问题，这些移相器通过特殊的网络和机械结构控制来帮助垂直方向达到预期的波束扫描角度。这个结构最大的挑战是如何保证众多移相器的一致性，一致性较差的移相器会导致天线增益损失，高副瓣和扫描范围差等问题。需要移相器在组装到天线上后提供相同的相位和幅度输出。

图3A-图3C为在阵列天线中使用的传统移相器结构示意图，其中图3A为传统移相器结构示意图，该移相器由两块不同的具有微带线(Microstrip Line， MSL)的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)组成。在PCB 31上包括“U”型的微带线32，在PCB 33上包括两条平行的微带线34和微带线35。PCB 33 是固定的，微带线34上包括输入端36和第一输出端37，微带线35上包括第二输出端38。微带线32的两臂平行且与微带线34和微带线35的间距相同。 PCB 31覆盖在PCB 33上，使得微带线32的两臂分别与微带线34和微带线35 完全重合接触，通过在平行于微带线34和微带线35的方向滑动PCB 31，可以使得输入端35到第一输出端37和第二输出端38的相位发生变化，从而达到移相的效果。移相器正常的工作状态如图3B和图3C所示。在图2所示阵列天线中，32个收发单元分别与32个移相器相连接，所有移相器由一个电机和一致的结构零件进行驱动。

但是由于图3A所示移相器需要手工装配，可能由于装配误差导致移相器的相位错误或阻抗不匹配。图4A和图4B为移相器错误装配示意图；如图4A 和图4B所示，其中图4A中微带线32的两臂与微带线34和微带线35发生错位，这将导致阻抗不匹配。图4B中微带线32的两臂与微带线34和微带线35 不平行，这将导致相位错误且阻抗不匹配。

图5A-图5G为本发明实施例提供的一种可调式移相器的结构示意图，如图 5A-图5F所示，本实施例提供的可调式移相器包括：固定板51、滑动板52和壳体53。其中图5A为可调式移相器组装爆炸图，图5B为固定板结构示意图，图5C为滑动板第一侧的结构示意图，图5D为滑动板第二侧的结构示意图，图 5E为壳体外侧的结构示意图，图5F和图5G为壳体内侧的结构示意图。

固定板51上包括至少两条平行的第一微带线511，在图5B中以两条平行的第一微带线511为例。固定板51与两条平行的第一微带线511与图3A中所示的PCB 31相同。

滑动板52的第一侧包括至少两条平行的第二微带线521，在图5D中以两条平行的第二微带线521为例。两条平行的第二微带线521一端通过连接微带线522电连接，两条平行的第二微带线521和连接微带线522构成“U”型的微带线。两条平行的第二微带线521与两条平行的第一微带线511的尺寸相同且间距相同。滑动板52的第二侧的一边包括至少两个凸起的块体523，在图5C 中以两个凸起的块体523为例。滑动板52可滑动地放置于固定板51上，且两条平行的第二微带线521与两条平行的第一微带线511重合。固定板51上的两条第一微带线511的一条可以作为移相器的信号输入端，另一条作为移相器的信号输出端。凸起的块体523可以通过焊接或通过螺丝固定在滑动板52上。

固定板51和滑动板52可以由聚合物制成，或者由PCB制成。第一微带线 511和第二微带线521可以通过印刷或电镀的方式固定在固定板51或滑动板52 上。

由于滑动板52是手工与固定板51装配的，因此难以保证两条平行的第二微带线521与两条平行的第一微带线511重合，因此在本实施例中，还设置有壳体53，通过壳体53与滑动板52的配合提供了对滑动板52的装配位置进行调整和定位的结构，从而保证整个移相器能够保证相位的一致性。

壳体53包括可容纳固定板51和放置于固定板51上的滑动板52的沉没腔 531，壳体53在与滑动板52上至少两个凸起的块体523对应的位置设置有至少两个对应的调节螺纹孔532，壳体53在与滑动板52其他对应的位置设置有至少一个对应的固定螺纹孔533。在本实施例中以两个调节螺纹孔532和一个固定螺纹孔533为例。壳体53在与滑动板52上两条平行的第二微带线521未连接的一侧对应的位置设置有移相连接器534，调节螺纹孔532中包括接触凸起的块体523的调节螺钉535，固定螺纹孔533中包括固定滑动板52的第二侧的固定螺钉536。

本实施例提供的可调式移相器，其中固定板51与图3A所示的PCB 31相同，滑动板52的第一侧与图3A所示的PCB33相同，但在滑动板52的第二侧的一边设置有两个凸起的块体523。并且在固定板51和滑动板52上设置容纳固定板51和滑动板52的壳体53，壳体53中在凸起的块体523的对应位置设置有调节螺纹孔532，那么在调节螺纹孔532中拧入调节螺钉535后，随着调节螺钉535的深入，调节螺钉535将接触到凸起的块体523，那么将压迫凸起的块体523。将调节螺纹孔532的位置与凸起的块体523设置的稍有偏差，那么接触到凸起的块体523的调节螺钉535将迫使滑动板52在垂直于第一微带线 511的方向上移动，从而可以达到调节滑动板52在横向上位置的目的。由于在壳体53上设置有至少两个调节螺纹孔532，那么通过调节两个调节螺纹孔532 中调节螺钉535，可以使滑动板52的不同位置在横向上发生移动。在通过调节螺钉535对滑动板52的位置进行调整后，即可通过固定螺钉536固定滑动板 52，使得滑动板52的位置被固定，那么在平行于第一微带线511的方向上移动壳体53时，滑动板52也将被同时带动在平行于第一微带线511的方向上移动，也就是两条第二微带线521将在两条第一微带线511上进行滑动。这样对移相器的位置调整就完成，完成位置调整的移相器的滑动板52上的两条第二微带线 521和固定板51上的两条第一微带线将可以达到重合，从而使得移相器的移相值能够达到设计需求。

由于本实施例提供的可调式移相器为机械式移相器，因此需要在壳体53上设置移相连接器534，移相连接器534用于与驱动可调式移相器的驱动装置连接，通过驱动装置的驱动带动壳体53在平行于第一微带线511的方向上移动，从而使得壳体53带动滑动板52在平行于第一微带线511的方向上移动，也就是使得第二微带线521在平行于第一微带线511的方向上移动，从而改变信号输入端到信号输出端之间的总传输距离，实现移相器的相位调节。

需要说明是，在通过调节螺钉535对移相器进行调整时，可以在移相器的输入端和输出端之间连接测量仪器，对移相器的参数进行测试，从而根据测试数据调节螺钉535，以实现对移相器的调整。

为了使调节螺钉535能够更好地调节滑动板52的位置，调节螺钉535可以为锥形螺钉，图6为本发明实施例提供的一种可调式移相器中调节螺钉的结构示意图，如图6所示，调节螺钉为锥形螺钉，包括螺纹主体61和锥形头62。将调节螺钉535设置为锥形螺钉后，由于锥形螺钉包括锥形头62，那么随着调节螺钉535被拧入调节螺纹孔532，锥形头62将逐渐压迫凸起的块体523，那么将使滑动板52逐渐向远离调节螺纹孔532的一侧移动，以此可以实现对滑动板52位置的调节。

进一步地，壳体53的沉没腔531包括腔体537和尺寸大于腔体的台阶538，台阶538的内尺寸与固定板51的外尺寸相同。如图5F和图5G所示，台阶538 可以位于沉没腔531的两侧。台阶538的高度与固定板51的厚度相同或略小，台阶538组成的矩形框的内径与固定板51的外径相同，那么壳体53覆盖于固定板51和滑动板52上之后，固定板51嵌于台阶538组成的矩形框内，且能够在平行于第一微带线511的方向上移动。沉没腔531的腔体537用于容纳滑动板52。

进一步地，壳体53的沉没腔531在与滑动板52上至少两个凸起的块体523 对应的位置设置有至少两个对应的块体容纳腔539。由于两个凸起的块体523 需要在调节螺钉535的压迫下使得滑动板52进行横向移动，因此设置块体容纳腔539，可以容纳凸起的块体523且使得凸起的块体523能够进行移动。块体容纳腔539的尺寸需要大于凸起的块体523的尺寸，且形状可以相同。

进一步地，壳体53的沉没腔531在调节螺纹孔532对侧腔体537内部设置有至少两个凸起的肋边530。为了便于组装，沉没腔531的腔体的内尺寸需要略大于滑动板52的外尺寸，但为了使滑动板52能够被稳固地固定在壳体52内，可以在腔体537内部设置有至少两个凸起的肋边530，图中以两个肋边530为例。设置有肋边530之后，可以使滑动板52的横向位置能够得以限制，有利于对滑动板52的定位。

可选地，滑动板52的第二侧还包括固定安装的缓冲垫524，缓冲垫524的尺寸小于或等于滑动板52的尺寸，且缓冲垫524不覆盖至少两个凸起的块体 523。由于滑动板52一般为刚性的板材，为了使固定螺钉536能够在固定滑动板52后，壳体53能够带动滑动板52移动，可以在滑动板52上设置缓冲垫524，缓冲垫524可以增大固定螺钉536的摩擦力，更有利于壳体53带动滑动板52进行移动。缓冲垫524可以为橡胶材质，可以是粘接于滑动板52的第二侧。

可选地，缓冲垫524的上方还包括压力板55，压力板55的尺寸小于或等于缓冲垫524的尺寸。为了进一步增大壳体53与滑动板52在通过固定螺钉536 固定后的摩擦力，可以在缓冲垫524上再增加一层压力板55，压力板55为刚性材质的板材。在设置了压力板55之后，在紧固固定螺钉536之后，紧固螺钉 536实际是压迫压力板55，压力板55进一步压迫缓冲垫524，由于缓冲垫524 为柔性材质，压紧的压力板55和缓冲垫524之间具有很大的摩擦力，而缓冲垫 524又是固定与滑动板52上，因此壳体53能够很好地带动滑动板52滑动。

图7A和图7B为本发明实施例提供的另一种可调式移相器的结构示意图，如图7所示，本实施例提供的可调式移相器在图5A-图5G的基础上，还包括：框体54。其中图7A为可调式移相器组装爆炸图，图7B为框体结构示意图。

框体54固定安装于固定板51上，框体54内部包括可容纳壳体53的容纳腔541，框体54在至少两个调节螺纹孔532和至少一个固定螺纹孔533对应的位置设置有容纳螺钉的长孔542，长孔542的长度方向与至少两条平行的第一微带线511平行。

框体54可以由任意材质制成，优选地，框体54为金属材质，从而能够对容纳其中的其他结构起到屏蔽电磁信号干扰的效果。框体54通过焊接或螺钉连接的方式固定于固定板51上。滑动板52和壳体53均位于容纳腔541中。容纳腔541的尺寸可以大于壳体53的尺寸，这样壳体53可以带动滑动板52在容纳腔541中滑动。由于壳体53上具有调节螺钉535和固定螺钉536，且壳体53 需要带动滑动板52在平行于第一微带线511的方向上移动，因此在框体54上设置有多个长孔542，分别与调节螺纹孔532和固定螺纹孔533对应，且在平行于第一微带线511的方向上具有一定的长度，以使调节螺钉535和固定螺钉 536能够在长孔542中移动。

进一步地，容纳螺钉的长孔542的长度小于至少两条平行的第一微带线511 的长度。长孔542的长度可以根据可调式移相器的移相需求而设定，且长孔542 的长度需要小于至少两条平行的第一微带线511的长度，这样可以确保第一微带线511和第二微带线521始终保持接触。

另外，在通过调节螺钉535对滑动板52的位置调整准确后，并通过固定螺钉536固定滑动板52后，可以使用胶水或紧固漆将调节螺钉535和固定螺钉 536固定，以保证可调式移相器的各种器件始终保持所需相位。

图8A-图8C为本发明实施例提供的可调式移相器的剖面结构示意图。从图 8A-图8C中可以看出上述各实施例中的结构在可调式移相器中的结构关系，各结构的具体关系已经在前述各实施例中进行了详细说明，此处不再赘述。

本发明实施例提供的可调式移相器，由固定板、滑动板和壳体组成，通过在滑动板上设置凸起的块体，并在壳体上设置与凸起的块体对应的调节螺纹孔以及固定螺纹孔使得可调式移相器可以通过调节螺纹孔中的调节螺钉实现滑动板位置调节，从而可以达到调节移相器性能的目的。本发明实施例提供的可调式移相器提供了一种精准、简单、高效、多维度的调节方式；且在装配过程中仅需经过一次调试即可固定相位，调节效率较高；在调试之后，本发明实施例提供的可调式移相器可以作为一个独立组件焊接在天线上，且调试结果在使用寿命器件内均可保持，可靠性较高。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种可调式移相器，其特征在于，包括：固定板、滑动板和壳体；

所述固定板上包括至少两条平行的第一微带线；

所述滑动板的第一侧包括至少两条平行的第二微带线，所述至少两条平行的第二微带线一端通过连接微带线电连接，所述至少两条平行的第二微带线与所述至少两条平行的第一微带线的尺寸相同且间距相同，所述滑动板的第二侧的一边包括至少两个凸起的块体，所述滑动板可滑动地放置于所述固定板上，且所述至少两条平行的第二微带线与所述至少两条平行的第一微带线重合；

所述滑动板的第一侧为与所述固定板接触的底面，所述滑动板的第二侧为与所述底面相对的面；

所述壳体包括可容纳所述固定板和放置于所述固定板上的滑动板的沉没腔，所述壳体在与所述滑动板上至少两个凸起的块体对应的位置设置有至少两个对应的调节螺纹孔，所述壳体在与所述滑动板其他对应的位置设置有至少一个对应的固定螺纹孔，所述壳体在与所述滑动板上至少两条平行的第二微带线未连接的一侧对应的位置设置有移相连接器，所述调节螺纹孔中包括接触所述凸起的块体的调节螺钉，所述固定螺纹孔中包括固定所述滑动板的第二侧的固定螺钉，所述调节螺纹孔的位置与所述凸起的块体位置的设置稍有偏差。

2.根据权利要求1所述的可调式移相器，其特征在于，所述调节螺钉为锥形螺钉，所述锥形螺钉包括螺纹主体和锥形头。

3.根据权利要求1所述的可调式移相器，其特征在于，所述沉没腔包括腔体和尺寸大于腔体的台阶，所述台阶的内尺寸与所述固定板的外尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的可调式移相器，其特征在于，所述沉没腔在与所述滑动板上至少两个凸起的块体对应的位置设置有至少两个对应的块体容纳腔。

5.根据权利要求3或4所述的可调式移相器，其特征在于，所述沉没腔在所述调节螺纹孔对侧腔体内部设置有至少两个凸起的肋边。

6.根据权利要求1～4任一项所述的可调式移相器，其特征在于，还包括框体，所述框体固定安装于所述固定板上，所述框体内部包括可容纳所述壳体的容纳腔，所述框体在至少两个调节螺纹孔和至少一个固定螺纹孔对应的位置设置有容纳螺钉的长孔，所述长孔的长度方向与所述至少两条平行的第一微带线平行。

7.根据权利要求6所述的可调式移相器，其特征在于，所述容纳螺钉的长孔的长度小于所述至少两条平行的第一微带线的长度。

8.根据权利要求6所述的可调式移相器，其特征在于，所述框体内容纳腔的尺寸大于所述壳体的尺寸。

9.根据权利要求1～4任一项所述的可调式移相器，其特征在于，所述滑动板的第二侧还包括固定安装的缓冲垫，所述缓冲垫的尺寸小于或等于所述滑动板的尺寸，且所述缓冲垫不覆盖所述至少两个凸起的块体。

10.根据权利要求9所述的可调式移相器，其特征在于，所述缓冲垫的上方还包括压力板，所述压力板的尺寸小于或等于所述缓冲垫的尺寸。

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