CN114388997A - 一种移相器、天馈系统及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开一种移相器、天馈系统及通信设备，移相器包括：相对设置的第一板材和第二板材；第一板材沿靠近第二板材的方向依次包括第一电极层、第一电致变形层和第二电极层，第二电极层朝向第二板材的一侧设有第一微波反射面；第二板材具有朝向第一板材的第二微波反射面。在上述移相器中，微波信号在第一微波反射面和第二微波反射面之间反射传输，当需要调节微波信号时，控制第一电极层和第二电极层之间的电压，使第一电致变形层在第一板材厚度方向上的尺寸发生变化，相位差均会随之发生变化。响应速度快，适合用于频繁调整的场合；成本较低。

Description

一种移相器、天馈系统及通信设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种移相器、天馈系统及通信设备。
背景技术
通过对振子的相位进行加权调整可以实现波束赋形，通常移相的实现方法有采用有源的数字和模拟两种方式。数字方式需要每通道有独立的ADC，成本高，即便是模拟的方式也需要每通道独立的功放，设备的成本依然较高；传统的模拟移相器，采用调节滑动臂的长度实现信号相位的控制，由于存在机械的结构因此反应速度慢，不适合用于频繁调整的场合。
发明内容
本发明公开了一种移相器、天馈系统及通信设备，用于以较低成本、较快响应速度的方式调节信号相位。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，提供一种移相器，移相器包括：相对设置的第一板材和第二板材；所述第一板材沿靠近所述第二板材的方向依次包括第一电极层、第一电致变形层和第二电极层，所述第二电极层朝向所述第二板材的一侧设有第一微波反射面；所述第二板材具有朝向所述第一板材的第二微波反射面。
在上述移相器中，微波信号在第一微波反射面和第二微波反射面之间反射传输，当需要调节微波信号时，控制第一电极层和第二电极层之间的电压，使第一电致变形层在第一板材厚度方向上的尺寸发生变化，从而，带动第一微波反射面靠近或远离第二微波反射面，当两者相互靠近时，微波信号路径变短，两者远离时，微波信号路径变长，相位差均会随之发生变化。上述调节过程通过电压改变第一电致变形层的厚度实现输入信号和输出信号的相位差精准调节，且响应速度快，适合用于频繁调整的场合；以上结构成本较低。
可选地，所述第二电极层为金属层，且所述第二电极层朝向所述第一板材的表面形成所述第一微波反射面。
可选地，所述第一电致变形层由压电材料制成。
可选地，所述压电材料为压电陶瓷。
可选地，所述第一微波反射面间隔设有多个第一导向块，所述第二微波反射面间隔设有多个第二导向块；多个所述第二导向块在所述第一微波反射面的投影与多个所述第二导向块依次交错分布。
可选地，每个所述第一导向块沿靠近所述第二微波反射面的方向横截面积逐渐减小，以形成第一导向尖劈；每个所述第二导向块沿靠近所述第一微波反射面的方向横截面积逐渐减小，以形成第二导向尖劈。
可选地，在平行于所述第一微波反射面的方向上，每个所述第二导向块的投影与相邻的第一导向块的投影有交叠。
可选地，所述第二板材沿靠近所述第一板材的方向依次包括第三电极层、第二电致变形层和第四电极层；所述第四电极层为金属层，所述第四电极层朝向所述第二板材的表面形成所述第二微波反射面。
第二方面，提供一种天馈系统，天馈系统包括上述任一技术方案所述的移相器。
所述的天馈系统与上述的移相器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
第三方面，提供一种通信设备，该通信设备包括上述技术方案所述的天馈系统。
所述的通信设备与上述的天馈系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的移相器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
参考图1，本申请实施例提供的移相器包括：相对设置的第一板材10和第二板材20；第一板材10沿靠近第二板材20的方向依次包括第一电极层11、第一电致变形层12和第二电极层13，第二电极层13朝向第二板材20的一侧设有第一微波反射面S1；第二板材20具有朝向第一板材10的第二微波反射面S2。第一微波反射面S1和第二微波反射面S2可以均为平面，且可以相互平行。其中，第一电致变形层12在电压方向上随着电压大小发生尺寸变形。
在上述移相器中，微波信号在第一微波反射面S1和第二微波反射面S2之间反射传输，具体可参考微波信号路径30，当需要调节微波信号时，控制第一电极层11和第二电极层13之间的电压，使第一电致变形层12在第一板材10厚度方向上的尺寸发生变化，从而，带动第一微波反射面S1靠近或远离第二微波反射面S2，当两者相互靠近时，微波信号路径30变短，两者远离时，微波信号路径30变长，相位差均会随之发生变化，即实现微波信号的移相。上述调节过程通过电压改变第一电致变形层12的厚度实现输入信号和输出信号的相位差精准调节，且响应速度快，适合用于频繁调整的场合；以上结构成本较低。并且，相对已有的液晶移相器，该方案损耗低，承受高利率高，可以实现毫米波以上无线设备波束赋形。
在一个具体的实施例中，第二电极层13为金属层，如铜层，第一电极层11可以是相同的金属材质，也可以是其它导电材质，且第二电极层13朝向第一板材10的表面形成第一微波反射面S1，第二电极层13同时起到与第一电极层11形成电压差的作用，以及，对微波信号进行反射的作用，可以简化结构，降低加工工艺难度，节省材料成本。
在一个具体的实施例中，第一电致变形层12由压电材料制成，压电材料具有较好的压敏特性，在遇电压差发生变化时可以快速反应，调整自身厚度尺寸，以快速响应相位差的调节。压电材料具体可以为压电陶瓷，压电陶瓷对电压变化有着灵敏的反应速度。
在一个具体的实施例中，第一微波反射面S1间隔设有多个第一导向块14，第二微波反射面S2间隔设有多个第二导向块24；多个第二导向块24在第一微波反射面S1的投影与多个第二导向块24依次交错分布。由图1可知，微波信号路径30传输的总体方向由左向右，沿着该方向，微波信号输入后，先射向第一个第一导向块14和第二个第一导向块14之间的第一微波反射面S1，再反射向第一个第二导向块24和第二个第二导向块14之间第二微波反射面S2，接着反射向第二个第一导向块14和第三个第一导向块14之间的第一微波反射面S1，依次类推，在第一微波反射面S1和第二微波反射面S2之间反复呈折线式反射。第一导向块14和第二导向块24的分布形式对微波信号路径30形成一定限制，以对其导向，确保方向性。
在一个具体的实施例中，每个第一导向块14沿靠近第二微波反射面S2的方向横截面积逐渐减小，以形成第一导向尖劈；每个第二导向块24沿靠近第一微波反射面S1的方向横截面积逐渐减小，以形成第二导向尖劈；微波信号路径30的总体传输方向上(由左向右)，第一导向尖劈两侧表面与第一微波反射面S1夹角为钝角，第二导向尖劈的两侧表面与第二微波反射面S2夹角为钝角，上述表面均倾斜设置，以对微波信号路径30设定轨迹避让，确保更好的方向性。
在一个具体的实施例中，在平行于第一微波反射面S1的方向上，每个第二导向块24的投影与相邻的第一导向块14的投影有交叠，以防止微波信号传输过程中直接沿横向传输，确保微波信号传输的路径稳定性。
在一个具体的实施例中，第二板材20沿靠近第一板材10的方向依次包括第三电极层21、第二电致变形层22和第四电极层23；第四电极层23为金属层，第四电极层23朝向第二板材20的表面形成第二微波反射面S2。通过调节第三电极层21和第四电极层23之间的电压，可以调节第二电致变形层22的厚度，进而可以调节第二微波反射面S2与第一微波反射面S1之间的距离，从而，可以同时对第二微波反射面S2和第一微波反射面S1的位置，以更快的速度响应。
在具体使用该移相器调节相位差时，可以将第一电极层11和第三电极层21相对固定。
下面对通过调节第一微波反射面S1和第二微波反射面S2的间距D，实现相位差的调节进行一个推理说明。
首先，微波信号路径30的路径长L与金属板的间隔直接相关：
Figure BDA0003445239950000051
式中：N为板间尖劈的组数，A是尖劈宽度，尖劈即第一导向尖劈和第二导向尖劈，D是第一微波反射面S1和第二微波反射面S2的间距。
输出信号与输入信号的相位差Δphase由微波信号在第一微波反射面S1和第二微波反射面S2之间传播的长度L决定：
Δphase＝(L/C*f)mod 2π
式中：L为在微波信号路径30的路径长，C为光速，f为载波频率。
由上述推理可知调整第一微波反射面S1和第二微波反射面S2的间距D可以调节输出信号与输入信号的相位差Δphase，以为本申请实施例的上述调节过程实现相位差变化提供理论支撑。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种天馈系统，天馈系统包括上述实施例提供的移相器。
在上述天馈系统中，微波信号在第一微波反射面S1和第二微波反射面S2之间反射传输，具体可参考微波信号路径30，当需要调节微波信号时，控制第一电极层11和第二电极层13之间的电压，使第一电致变形层12在第一板材10厚度方向上的尺寸发生变化，从而，带动第一微波反射面S1靠近或远离第二微波反射面S2，当两者相互靠近时，微波信号路径30变短，两者远离时，微波信号路径30变长，相位差均会随之发生变化。上述调节过程通过电压改变第一电致变形层12的厚度实现输入信号和输出信号的相位差精准调节，且响应速度快，适合用于频繁调整的场合；以上结构成本较低。
基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种通信设备，该通信设备可以是基站，其包括上述实施例提供的天馈系统。
在上述通信设备中，微波信号在第一微波反射面S1和第二微波反射面S2之间反射传输，具体可参考微波信号路径30，当需要调节微波信号时，控制第一电极层11和第二电极层13之间的电压，使第一电致变形层12在第一板材10厚度方向上的尺寸发生变化，从而，带动第一微波反射面S1靠近或远离第二微波反射面S2，当两者相互靠近时，微波信号路径30变短，两者远离时，微波信号路径30变长，相位差均会随之发生变化。上述调节过程通过电压改变第一电致变形层12的厚度实现输入信号和输出信号的相位差精准调节，且响应速度快，适合用于频繁调整的场合；以上结构成本较低。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种移相器，其特征在于，包括：相对设置的第一板材和第二板材；
所述第一板材沿靠近所述第二板材的方向依次包括第一电极层、第一电致变形层和第二电极层，所述第二电极层朝向所述第二板材的一侧设有第一微波反射面；
所述第二板材具有朝向所述第一板材的第二微波反射面。
2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述第二电极层为金属层，且所述第二电极层朝向所述第一板材的表面形成所述第一微波反射面。
3.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述第一电致变形层由压电材料制成。
4.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于，所述压电材料为压电陶瓷。
5.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述第一微波反射面间隔设有多个第一导向块，所述第二微波反射面间隔设有多个第二导向块；
多个所述第二导向块在所述第一微波反射面的投影与多个所述第二导向块依次交错分布。
6.根据权利要求5所述的移相器，其特征在于，每个所述第一导向块沿靠近所述第二微波反射面的方向横截面积逐渐减小，以形成第一导向尖劈；
每个所述第二导向块沿靠近所述第一微波反射面的方向横截面积逐渐减小，以形成第二导向尖劈。
7.根据权利要求5所述的移相器，其特征在于，在平行于所述第一微波反射面的方向上，每个所述第二导向块的投影与相邻的第一导向块的投影有交叠。
8.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述第二板材沿靠近所述第一板材的方向依次包括第三电极层、第二电致变形层和第四电极层；
所述第四电极层为金属层，所述第四电极层朝向所述第二板材的表面形成所述第二微波反射面。
9.一种天馈系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的移相器。
10.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求9所述的天馈系统。
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