CN113937500B - 一种多级移相器系统及天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级移相器系统及天线，其中，多级移相器系统包括：两个一级功分器，每个一级功分器设置有两个信号输出端，两个一级功分器的四个信号输出端均连接有A个二级移相器，A≥1；4A个二级功分器，每个二级功分器设置有两个信号输出端，二级功分器的每个信号输出端连接有B个一级移相器，B≥2，且B个一级移相器串联；一级功分器通过二级移相器与二级功分器并联连接。本发明中的一级功分器将信号均分至与其两个信号输出端连接的二级移相器上，与二级移相器连接的多个一级移相器串联，使每个一级移相器获取的电流相同，在输出控制信号后，同级移相器可以获取相同的控制信号，这样设置降低了多级移相器系统控制的复杂度。

Description

一种多级移相器系统及天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种多级移相器系统及天线。

背景技术

目前，液晶相控阵天线技术主要为并联移相器方案及全息相控阵方案。并联移相器方案是将多个移相器并联设置，并联连接使各个移相器不叠加、且需要独立设置控制模块；全息相控阵方案中各个辐射单元之间相位相互牵连、且需要独立设置控制模块。随着天线整列数目的增加，控制网络复杂度急剧提高，资源占用及成本也越来越高。常规大规模电源芯片及控制网络的使用对于成本敏感的液晶相控阵天线而言，无疑是技术短板。此外，由天线正面增加引入的控制网络线长增加对天线控制的一致性也引入了不确定的风险。因此，需要研发一种新型结构的多级移相器系统及天线。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种能够降低对辐射单元控制的复杂程度的多级移相器系统及天线以解决上述问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的实施例第一方面提供了一种多级移相器系统，包括：两个一级功分器，每个所述一级功分器设置有两个信号输出端，两个所述一级功分器的四个信号输出端均连接有A个二级移相器，A≥1；4A个二级功分器，每个所述二级功分器设置有两个信号输出端，所述二级功分器的每个信号输出端连接有B个一级移相器，B≥2，且B个所述一级移相器串联；所述一级功分器通过所述二级移相器与所述二级功分器并联连接。

进一步地，两个所述一级功分器的四个信号输出端均连接C个所述二级移相器，C≥2，且C个所述二级移相器串联。

进一步地，还包括：辐射单元，与所述一级移相器连接；两个所述一级功分器分别为第一一级功分器和第二一级功分器；所述第一一级功分器设置有第一信号输出端和第二信号输出端；所述第二一级功分器设置有第三信号输出端和第四信号输出端；所述第一信号输出端的连接有A个第一二级功分器；所述第二信号输出端的连接有A个第二二级功分器；所述第三信号输出端的连接有A个第三二级功分器；所述第四信号输出端的连接有A个第四二级功分器；第D个所述第一二级功分器通过所述辐射单元和第D个所述第三二级功分器连接；第D个所述第二二级功分器通过所述辐射单元和第D个所述第四二级功分器连接；A≥D≥1。

进一步地，包括：2B个辐射单元；所述第一二级功分器、所述第二二级功分器、所述第三二级功分器和所述第四二级功分器均设置有第五信号输出端和第六信号输出端；所述第一二级功分器的第五信号输出端、所述第二二级功分器的第五信号输出端、所述第三二级功分器的第五信号输出端和所述第四二级功分器的第五信号输出端均连接有B个第一一级移相器；所述第一二级功分器的第六信号输出端、所述第二二级功分器的第六信号输出端、所述第三二级功分器的第六信号输出端和所述第四二级功分器的第六信号输出端均连接有B个第二一级移相器；和所述第一二级功分器的第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第三二级功分器的第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；和所述第二二级功分器的第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第四二级功分器的所述第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；和所述第一二级功分器的第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第三二级功分器的第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；和所述第二二级功分器的第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第四二级功分器的所述第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；B≥E≥1。

进一步地，分别与所述第一二级功分器的第五信号输出端和所述第三二级功分器的第五信号输出端连接的第一个所述第一一级移相器的移相量为F，其余所述第一一级移相器的移相量为nF；分别与所述第一二级功分器的第六信号输出端和所述第三二级功分器的第六信号输出端连接的第一个所述第二一级移相器的移相量为-F，其余所述第二一级移相器的移相量为-nF；分别与所述第二二级功分器的第五信号输出端和所述第四二级功分器的第五信号输出端连接的第一个所述第一一级移相器的移相量为F，其余所述第一一级移相器的移相量为nF；分别与所述第二二级功分器的第六信号输出端和所述第四二级功分器的第六信号输出端连接的第一个所述第二一级移相器的移相量为-F，其余所述第二一级移相器的移相量为-nF；其中，n≥2；

进一步地，所述第一信号输出端的连接有A个第一二级移相器；所述第二信号输出端的连接有A个第二二级移相器；所述第三信号输出端的连接有A个第三二级移相器；所述第四信号输出端的连接有A个第四二级移相器；其中，第一个所述第一二级移相器和第一个所述第三二级移相器的移向量为F，其余所述第一二级移相器和所述第三二级移相器的移向量为nF；第一个所述第二二级移相器和第一个所述第四二级移相器的移向量为-F，其余所述第二二级移相器和所述第四二级移相器的移向量为-nF；n≥2。

进一步地，与所述第五信号输出端连接的第E个所述辐射单元的移相量为F+(E-1)NF；与所述第六信号输出端连接的第E个所述辐射单元的移相量为-F-(E-1)NF。

进一步地，还包括：第三功分器，设置有信号输出端；两个三级移相器，两个所述三级移相器的信号输入端分别与所述第三功分器的信号输出端连接；耦合器，设置有信号输入端和两个信号输出端；所述耦合器的信号输入端与两个所述三级移相器的信号输出端连接，所述耦合器的两个信号输出端分别与两个所述一级功分器信号输入端连接。

进一步地，所述第三功分器的移向量为90°至-90°。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种天线，包括：如权利要本发明实施例第一方面提供的任一项所述的多级移相器系统。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明中，一级功分器通过二级移相器与二级功分器并联连接，一级功分器将信号均分至与其两个信号输出端连接的二级移相器上，每个一级功分器的信号输出端设置的多个二级移相器串联，使每个二级移相器获取的电流相同，与二级移相器连接的多个一级移相器串联，使每个一级移相器获取的电流相同，通过串并结合的方式，输出控制信号后，同级移相器可以获取相同的控制信号，现对于现有技术，这样设置降低了天线控制的复杂度，实现了控制线不随天线口增加而增多的目的。

附图说明

图1是本发明实施例中多级移相器系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中一级功分器和二级功分器的结构示意图；

图3是本发明实施例中天线的结构示意图，其中，图中示意出移相器系统的结构剖面图；

图4为图3天线结构的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

本发明的第一实施例中，参考图1-4，提供了一种多级移相器系统，主要包括两个一级功分器和4A个二级功分器，A≥1。每个一级功分器设置有两个信号输出端，两个一级功分器的四个信号输出端均连接有A个二级移相器；每个二级功分器设置有两个信号输出端，二级功分器的每个信号输出端连接有B个一级移相器，B≥2，且B个一级移相器串联；一级功分器通过二级移相器与二级功分器并联连接。

进一步，一级功分器将信号分到往上往下两个传输方向，二级功分器将信号分到往左往右两个方向，共同构成并联功分。

具体的，一级功分器将信号均分至与其两个信号输出端连接的二级移相器，与二级移相器连接的多个一级移相器串联，使每个一级移相器获取的电流相同，在输出控制信号后，同级移相器可以获取相同的控制信号，这样设置降低了多级移相器系统控制的复杂度。

在一些实施例中，两个一级功分器的四个信号输出端均连接C个二级移相器，C≥2，且C个二级移相器串联。

具体的，串联的二级移相器获取的电流相同，所有二级移相器可以获取相同的控制信号。一级功分器用于实现隔离二级移相器和一级移相器直流线路及射频信号功率分配的功能。再进一步，一级功分器采用空间耦合的非接触式结构设计，既能实现射频信号的功分，又可以避免一级移相器加载的直流电压进入二级移相器。

二级移相器由中心分为上侧和下侧，上侧和下侧移相器分别一起控制，实现波束上下扫描的功能。再进一步，二级移相器采用上下对称设置的方式，即以一级功分器为中点限定。其中，对于相控阵天线而言，沿一个方向(上下方向)的移相器的移相量需要一致，本申请将二级移相器分布在一级功分器的上下两侧，实现移相量一致的作用。

在一些实施例中，多级移相器系统还包括辐射单元，该辐射单元与一级移相器连接；两个一级功分器分别为第一一级功分器和第二一级功分器；第一一级功分器设置有第一信号输出端和第二信号输出端；第二一级功分器设置有第三信号输出端和第四信号输出端；第一信号输出端的连接有A个第一二级功分器；第二信号输出端的连接有A个第二二级功分器；第三信号输出端的连接有A个第三二级功分器；第四信号输出端的连接有A个第四二级功分器；第D个第一二级功分器通过辐射单元和第D个第三二级功分器连接；第D个第二二级功分器通过辐射单元和第D个第四二级功分器连接；A≥D≥1。

具体的，辐射单元通过对应的设置的二级功分器获取相同的控制指令，以使辐射单元执行相同的动作，以实现天线波束的同向控制。

在一些实施例中，多级移相器系统包括2B个辐射单元；第一二级功分器、第二二级功分器、第三二级功分器和第四二级功分器均设置有第五信号输出端和第六信号输出端；第一二级功分器的第五信号输出端、第二二级功分器的第五信号输出端、第三二级功分器的第五信号输出端和第四二级功分器的第五信号输出端均连接有B个第一一级移相器；第一二级功分器的第六信号输出端、第二二级功分器的第六信号输出端、第三二级功分器的第六信号输出端和第四二级功分器的第六信号输出端均连接有B个第二一级移相器；和第一二级功分器的第五信号输出端连接的第E个一级移相器通过第E个辐射单元与和第三二级功分器的第五信号输出端连接的第E个一级移相器连接；和第二二级功分器的第五信号输出端连接的第E个一级移相器通过第E个辐射单元与和第四二级功分器的第五信号输出端连接的第E个一级移相器连接；和第一二级功分器的第六信号输出端连接的第E个一级移相器通过第E个辐射单元与和第三二级功分器的第六信号输出端连接的第E个一级移相器连接；和第二二级功分器的第六信号输出端连接的第E个一级移相器通过第E个辐射单元与和第四二级功分器的第六信号输出端连接的第E个一级移相器连接；B≥E≥1。

具体的，单个辐射单元与对应设置的两个一级移相器连接，前述对应设置的两个一级移相器获取相同的控制指令，以控制辐射单元实现天线波束的同向控制。

一级移相器由中心分为左侧和右侧，左侧和右侧移相器分别一起控制，实现二级功分器的左右波束扫描的功能；

在一些实施例中，分别与第一二级功分器的第五信号输出端和第三二级功分器的第五信号输出端连接的第一个第一一级移相器的移相量为F，其余第一一级移相器的移相量为nF；分别与第一二级功分器的第六信号输出端和第三二级功分器的第六信号输出端连接的第一个第二一级移相器的移相量为-F，其余第二一级移相器的移相量为-nF；分别与第二二级功分器的第五信号输出端和第四二级功分器的第五信号输出端连接的第一个第一一级移相器的移相量为F，其余第一一级移相器的移相量为nF；分别与第二二级功分器的第六信号输出端和第四二级功分器的第六信号输出端连接的第一个第二一级移相器的移相量为-F，其余第二一级移相器的移相量为-nF；其中，n≥2。

具体的，与二级功分器直接相连的直接相连的一级移相器的移相量为Φ/2，其余一级移相器的移相量为Φ，Φ的选取根据系统波束扫描范围确认。

在一些实施例中，第一信号输出端的连接有A个第一二级移相器；第二信号输出端的连接有A个第二二级移相器；第三信号输出端的连接有A个第三二级移相器；第四信号输出端的连接有A个第四二级移相器；其中，第一个第一二级移相器和第一个第三二级移相器的移向量为F，其余第一二级移相器和第三二级移相器的移向量为nF；第一个第二二级移相器和第一个第四二级移相器的移向量为-F，其余第二二级移相器和第四二级移相器的移向量为-nF；n≥2。

具体的，与一级功分器直接相连的二极移相器移相量为Φ/2，其余二极移相器移相量为Φ，Φ的选取根据系统波束扫描范围确认，一级移相器、二极移相器移相量可以相等也可以不相等。

在一些实施例中，与第五信号输出端连接的第E个辐射单元的移相量为F+(E-1)NF；与第六信号输出端连接的第E个辐射单元的移相量为-F-(E-1)NF。

在一些实施例中，多级移相器系统还包括第三功分器和耦合器。第三功分器设置有信号输出端；两个三级移相器，两个三级移相器的信号输入端分别与第三功分器的信号输出端连接；耦合器设置有信号输入端和两个信号输出端；耦合器的信号输入端与两个三级移相器的信号输出端连接，耦合器的两个信号输出端分别与两个一级功分器信号输入端连接。

具体的，一级功分器、二级功分器、耦合器和三级移相器一起实现液晶相控阵天线的极化可调，其中，三级移相器移相独立控制，实现极化跟踪功能。

一些实施例中，参考图2，一级功分器和二级功分器包括功分端口1、功分端口2、和端口、耦合缝和金属底板。

进一步，为了将信号并联功分为两路信号，且这两路信号在直流形式上完全隔离。避免功分端口1路加载直流电压，控制该支路移相量的时候，会对功分端口2上的移相量产生干扰。

在一些实施例中，所述第三功分器的移向量为90°至-90°。

具体的，三级移相器移相量优选为±90°，根据极化跟踪范围确定。

以一级移相器为例，参考图3-4，阐述波束控制方案如下：

HH和VV为两个正交极化端口，分别控制极化方向(横向极化和纵向极化)。对与极化跟踪相控阵天线而言，横向极化和纵向极化波束指向完全一致，因此同时同相控制水平及垂直极化波束指向方法是可行的。横向排布的一级移相器以隔直功分器为中心，左侧水平极化和垂直极化移相器由同一根控制电路控制，右侧水平极化和垂直极化移相器由另一根控制电路控制。与隔直功分器直接相连的一级移相器、二极移相器移相量为Φ/2，其余一级移相器、二极移相器移相量为Φ。通过适当选取左侧电压值可实现与隔直功分器直接相连的一级移相器移相量为-φ/4，其余移相器移相量为-φ/2；适当选取左侧电压值可实现与隔直功分器直接相连的一级移相器移相量为φ/4，其余移相器移相量为φ/2。因此，横向水平极化和垂直极化单元间相位为-φ/4-n*φ/2…-φ/4-φ/2，-φ/4，φ/4，φ/4+φ/2…φ/4+n*φ/2，移相量为φ/2。将位于隔直功分器左侧的不同行的一级移相器控制电路直连，同时控制左侧一级移相器移相量；将位于隔直功分器右侧的不同行的一级移相器控制电路直连，同时控制右侧一级移相器移相量，可实现天线波束的横向控制。同样的将垂直隔直功分器上侧的不同行的二级移相器控制电路直连，同时控制上侧二级移相器移相量；将位于隔直功分器下侧的不同行的二级移相器控制电路直连，同时控制下侧二级移相器移相量，可实现天线波束的纵向控制。

本发明的第二个实施例中，提供一种天线，包括本发明的第一个实施例中提供的任一项的多级移相器系统。

天线还包括位于上玻璃基板上表面的辐射片，上玻璃基板，位于上玻璃基板下表面的开有功分耦合逢及天线辐射耦合逢的金属地板，液晶层。

多级移相器系统位于下玻璃基板上表面，液晶层位于上玻璃基板与下玻璃基板之间，上下玻璃基板为液晶层提供高平整度的支持和固定。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明中，一级功分器通过二级移相器与二级功分器并联连接，一级功分器将信号均分至与其两个信号输出端连接的二级移相器上，每个一级功分器的信号输出端设置的多个二级移相器串联，使每个二级移相器获取的电流相同，与二级移相器连接的多个一级移相器串联，使每个一级移相器获取的电流相同，通过串并结合的方式，输出控制信号后，同级移相器可以获取相同的控制信号，现对于现有技术，这样设置降低了天线控制的复杂度，实现了控制线不随天线口增加而增多的目的。

以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种多级移相器系统，其特征在于，包括：

两个一级功分器，每个所述一级功分器设置有两个信号输出端，两个所述一级功分器的四个信号输出端均连接有A个二级移相器，A≥1；

4A个二级功分器，每个所述二级功分器设置有两个信号输出端，所述二级功分器的每个信号输出端连接有B个一级移相器，B≥2，且B个所述一级移相器串联；

所述一级功分器通过所述二级移相器与所述二级功分器并联连接；

其中，一级功分器将信号分到往上往下两个传输方向，二级功分器将信号分到往左往右两个方向，共同构成并联功分；

一级功分器将信号均分至与其两个信号输出端连接的二级移相器，与二级移相器连接的多个一级移相器串联，使每个一级移相器获取的电流相同，在输出控制信号后，同级移相器获取相同的控制信号。

2.根据权利要求1所述的多级移相器系统，其特征在于，

两个所述一级功分器的四个信号输出端均连接C个所述二级移相器，C≥2，且C个所述二级移相器串联。

3.根据权利要求1或2所述的多级移相器系统，其特征在于，还包括：

辐射单元，与所述一级移相器连接；

两个所述一级功分器分别为第一一级功分器和第二一级功分器；

所述第一一级功分器设置有第一信号输出端和第二信号输出端；

所述第二一级功分器设置有第三信号输出端和第四信号输出端；

所述第一信号输出端的连接有A个第一二级功分器；

所述第二信号输出端的连接有A个第二二级功分器；

所述第三信号输出端的连接有A个第三二级功分器；

所述第四信号输出端的连接有A个第四二级功分器；

第D个所述第一二级功分器通过所述辐射单元和第D个所述第三二级功分器连接；

第D个所述第二二级功分器通过所述辐射单元和第D个所述第四二级功分器连接；A≥D≥1。

4.根据权利要求3所述的多级移相器系统，其特征在于，包括：

2B个辐射单元；

所述第一二级功分器、所述第二二级功分器、所述第三二级功分器和所述第四二级功分器均设置有第五信号输出端和第六信号输出端；

所述第一二级功分器的第五信号输出端、所述第二二级功分器的第五信号输出端、所述第三二级功分器的第五信号输出端和所述第四二级功分器的第五信号输出端均连接有B个第一一级移相器；

所述第一二级功分器的第六信号输出端、所述第二二级功分器的第六信号输出端、所述第三二级功分器的第六信号输出端和所述第四二级功分器的第六信号输出端均连接有B个第二一级移相器；

和所述第一二级功分器的第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第三二级功分器的第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；

和所述第二二级功分器的第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第四二级功分器的所述第五信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；

和所述第一二级功分器的第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第三二级功分器的第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；

和所述第二二级功分器的第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器通过第E个所述辐射单元与和所述第四二级功分器的所述第六信号输出端连接的第E个所述一级移相器连接；B≥E≥1。

5.根据权利要求4所述的多级移相器系统，其特征在于，

分别与所述第一二级功分器的第五信号输出端和所述第三二级功分器的第五信号输出端连接的第一个所述第一一级移相器的移相量为F，其余所述第一一级移相器的移相量为nF；

分别与所述第一二级功分器的第六信号输出端和所述第三二级功分器的第六信号输出端连接的第一个所述第二一级移相器的移相量为-F，其余所述第二一级移相器的移相量为-nF；

分别与所述第二二级功分器的第五信号输出端和所述第四二级功分器的第五信号输出端连接的第一个所述第一一级移相器的移相量为F，其余所述第一一级移相器的移相量为nF；

分别与所述第二二级功分器的第六信号输出端和所述第四二级功分器的第六信号输出端连接的第一个所述第二一级移相器的移相量为-F，其余所述第二一级移相器的移相量为-nF；其中，n≥2。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述第一信号输出端的连接有A个第一二级移相器；

所述第二信号输出端的连接有A个第二二级移相器；

所述第三信号输出端的连接有A个第三二级移相器；

所述第四信号输出端的连接有A个第四二级移相器；其中，

第一个所述第一二级移相器和第一个所述第三二级移相器的移相量为F，其余所述第一二级移相器和所述第三二级移相器的移相量为nF；

第一个所述第二二级移相器和第一个所述第四二级移相器的移相量为-F，其余所述第二二级移相器和所述第四二级移相器的移相量为-nF；n≥2。

7.根据权利要求4所述的多级移相器系统，其特征在于，

与所述第五信号输出端连接的第E个所述辐射单元的移相量为F+(E-1)NF；

与所述第六信号输出端连接的第E个所述辐射单元的移相量为-F-(E-1)NF。

8.根据权利要求1所述的多级移相器系统，其特征在于，还包括：

第三功分器，设置有信号输出端；

两个三级移相器，两个所述三级移相器的信号输入端分别与所述第三功分器的信号输出端连接；

耦合器，设置有信号输入端和两个信号输出端；

所述耦合器的信号输入端与两个所述三级移相器的信号输出端连接，所述耦合器的两个信号输出端分别与两个所述一级功分器信号输入端连接。

9.根据权利要求8所述的多级移相器系统，其特征在于，

所述第三功分器的移相量为90°至-90°。

10.一种天线，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的多级移相器系统。

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