CN209561588U - 一种基于横向交指结构的可调移相器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于横向交指结构的可调移相器，包括两个移相单元，所述两个移相单元级联，所述每个移相单元从下至上依次包括背面覆铜层，介质基板和印刷电路板，所述介质基板包括上层介质基板和下层介质基板，所述上层介质基板和下层介质基板上均设置有交指结构形成交指电容，通过移动上层介质基板或下层介质基板改变交指的长度，实现相位调节增大其灵活性。

Description

一种基于横向交指结构的可调移相器

技术领域

本实用新型涉及移相器，具体涉及一种基于横向交指结构的可调移相器。

背景技术

移相器是一种对波的相位进行调整的微波器件，在相控阵天线、相位调制系统等无线通信领域具有广泛的应用前景。作为一种微波无源两端口器件，微波移相器使信号在两个端口之间传输时产生一定的相移。按照相位变化的不同，移相器可分为模拟式和数字式两类。前者的相位变化是连续的，后者的相位则只有若干个固定位。移相器相位的改变主要取决于从输入端口到馈电部分的电长度，通过改变电长度来实现对馈电相位差的调整，以形成一定的波束倾角。

现有的移相器多采用右手传输线，即一般的微带线来产生相移。这种设计方法结果简单，能够产生任意度数的相移，但是，由于普通传输线的相移会随着频率的变化而变化，所以只能在很窄的频段内产生要求的相移，且会面临最大相移量小、损耗大等问题，设计的移相器在某一频点或频带范围内相移量固定，灵活性不高，要想获得可变化的相位需要修改设计结构，在实际应用中不甚方便。

实用新型内容

基于上述问题，本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。提出一种基于横向交指结构的可调移相器，一方面利用横向交指的慢波特性和低通特性，在一定面积的区域内设计蜿蜒往返的金属条带，且比相同长度的传统微带线产生更大的相移，使得所设计的移相器尺寸尽可能小，方便嵌入在微带系统中完成对天线倾角的改变。另一方面这是一款无源器件，通过基板开槽移动上下层介质板改变交指的长度，从而实现相位的可调，增大其灵活性。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于横向交指结构的可调移相器，其特征在于，包括两个移相单元，所述两个移相单元级联，所述每个移相单元从下至上依次包括背面覆铜层，介质基板和印刷电路板，所述介质基板包括上层介质基板和下层介质基板，所述上层介质基板和下层介质基板上均设置有交指结构形成交指电容，通过移动上层介质基板或下层介质基板改变交指的长度，实现相位调节。

优选的，该可调移相器为无源移相器，所述介质基板的介电常数为4.4，损耗角正切是0.02。

优选的，该介质基板为FR4板材。

优选的，该介质基板的厚度介于0.8mm～1.2mm。较佳的，采样0.8mm。

优选的，该两个移相单元之间通过右手传输线连接。

优选的，该右手传输线为带有弯曲结构的右手传输线，其包含三对交指。

优选的，该下层介质基板设置有导向槽，所述导向槽与交指平行。

优选的，该可调移相器还包含连接件，所述上层介质基板配置有穿孔，通过连接件将上层介质基板与下层介质基板固定。

优选的，该连接件包含卡扣，螺母，用以将上层介质基板与下层介质基板固定，所述上层介质基板沿引导槽移动。

优选的，该可调移相器的两端分别配置有SMA转接头。

相对于现有技术中的方案，本实用新型的优点：

本实用新型实施例提出的一种基于横向交指结构的可调移相器，采用两个移向单元级联的形式，使得每个移相单元满足阻抗匹配，插入损耗、回波损耗都满足基本要求的情况下，移相器的可调相位增大。通过移动上层介质基板或下层介质基板改变交指的长度，进而改变相位，操作便捷，灵活性强。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1所示为本实用新型实施例的层状图；

图2所示为本实用新型实施例的结构示意图；

图2a所示为本实用新型实施例可调移相器的下层介质基板的结构示意图；

图2b所示为本实用新型实施例可调移相器的上层介质基板的结构示意图；

图3所示为本实用新型实施例的移相器仿真与实测相移量随交指向下拉长变化的示意图；

图4所示为本实用新型移相器实施例的仿真与实测插入损耗S21示意图；

图5所示为本实用新型移相器实施例的仿真与实测回波损耗S11示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

请参考图1所示为本实用新型的层状图，包括两个移相单元1，所述两个移相单元1级联，所述每个移相单元1从下至上依次包括背面覆铜层2，介质基板3和印刷电路板4，所述介质基板3包括上层介质基板和下层介质基板，所述上层介质基板和下层介质基板上均设置有交指5结构构成交指电容，通过移动上层介质基板或下层介质基板改变交指的长度，从而实现相位的可调。

具体的，上层介质基板的下表面和下层基板的上表面分别印刷每对交指5的上下部分，使得粘合在同一平面上时构成完整的交指5结构。上层介质基板的上表面与下层介质的下表面全部覆铜，形成覆铜层2。

本实用新型介质基板3采用介电常数是4.4，损耗角正切是0.02，厚度是0.8mm的FR4板材。在其他的实施方式中，厚度介于0.8mm～1.2mm。

本实用新型一种基于横向交指结构的可调移相器，移相器的两端分别配置连接SMA转接头，经过一段微带线后与包含三对交指的传输线相连接，再经过一段阻抗匹配的微带线与下一级相同的交指结构移相单元相连至另一端口。即可调移相器一侧端的第一SMA转接头连接微带线，经微带线连接包含三对交指的第一传输线后连接一段阻抗匹配的微带线至包含三对交指的第二传输线连接至可调移相器另一侧端的第二SMA转接头。第一传输线的结构与第二传输线的结构相同。

在本实用新型的其中一实施例中，两个移相单元之间通过右手传输线连接，其中，右手传输线为带有弯曲结构的右手传输线。

请参考图2所示为本实用新型的结构示意图。本实用新型移相器背面覆铜层的上部制作交指电容,交指5对数为3，即上层介质基板和下层介质基板上分别有3个交指，上层介质基板和下层介质基板的交指5交叉平行放置，在本实用新型的其中一实施例中，背面覆铜层2的面积为40mm×40mm，转接头宽度为1.8mm，高度为3.3mm,两转接头之间连接板的长度为16.4mm，宽度为1mm,交指的宽度0.5mm，交指5之间的间距为1mm，交指5的长度为10mm,下层介质基板底部的上部分设置有3个交指5，下层介质基板底部宽度为1mm，在其中一实施例中，上层介质基板上的交指与下层介质基板上的交指5之间的间距为1mm。下层介质基板上设置有槽，通过卡扣(卡接)，螺栓/螺母等将上层介质基板与下层介质基板固定。

在一实施方式中，如图2a所示为下层介质基板(简称，下基板)的结构示意图；下基板10，其两端分别配置有连接装置12a,12b(较佳的，如SMA连接头)该下基板10上配置有至少一个导向槽11，覆铜(也称交指)13a,13b。本实施方式中，配置有2个条状导向槽11。如图2b所示为上层介质基板(简称，上基板)的结构示意图；该上基板20，配置有至少一个穿孔21，覆铜(也称交指)22a,22b。组装时，上基板覆铜的一侧靠近下基板覆铜的一侧面，连接装置通过上基板的穿孔及下基板的导向槽连接，这样上/下基板可滑动的固定连接，使得上基板可沿导向槽的方向移动。较佳的，该连接装置采样卡扣，螺栓/螺母组合。本实施方式中采用螺栓/螺母的组合方式固定上/下基板。

该具体实施所能实现的电气性能为：中心频率915MHz，相移量的范围为(0°～60°)。

图3为本实用新型移相器仿真与实测相移量随交指向下拉长变化的示意图，从图中可以看出，以中心频率915Mhz为例，相移量可从0°至60°变化，实测结果最大相移量的变化趋势如图所示。

图4和图5为移相器仿真与实测插入损耗S21和回波损耗S11变化示意图，表明在相移量随交指移动拉长时，工作频段内的S11都能小于-12dB，S21都能小于-0.6dB，满足需求，达到设计目的。

从测试结果来看，本实用新型的移相器在满足S11、S21等损耗参数满足基本需求的前提下，更注重移相器为无源移相器，可在工程应用中快捷方便地调节相移量，利用其小型化特征应用于系统中，改变天线的辐射倾角，从而进行更多可能行的研究测试。

本实用新型每个移相单元基于横向交指结构，利用左右手传输线的周期特性缩小单元尺寸(将尺寸减小至40mm×40mm)，调整交指结构的长、宽、间隔以及交指的个数等，在满足低损耗的情况下，尽可能地增大最大相移范围。同时，为了继续扩大最大相移范围，采用两个移向单元级联的形式，这样保证了每个单元满足阻抗匹配，插入损耗、回波损耗都满足基本要求的情况下，移相器的可调相位增大。而交指长度的改变即通过上/下(介质基板)板开槽使其可以移动，交指长度最大可增加至其初始长度的两倍，每改变一次交指的长度并在开槽处拧紧螺母使介质板紧密贴合，相位都会随之变化。在实际工程应用背景中，此无源移相器即通过调节每组交指的长度，使其相位可调，因其操作便捷应用于天线系统中，增加了灵活性。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡如本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于横向交指结构的可调移相器，其特征在于，包括两个移相单元，所述两个移相单元级联，所述每个移相单元从下至上依次包括背面覆铜层，介质基板和印刷电路板，所述介质基板包括上层介质基板和下层介质基板，所述上层介质基板和下层介质基板上均设置有交指结构形成交指电容，通过移动上层介质基板或下层介质基板改变交指的长度，实现相位调节。

2.根据权利要求1所述的可调移相器，其特征在于，所述可调移相器为无源移相器，所述介质基板的介电常数为4.4，损耗角正切是0.02。

3.根据权利要求1所述的可调移相器，其特征在于，所述介质基板为FR4板材。

4.根据权利要求3所述的可调移相器，其特征在于，所述介质基板的厚度介于0.8mm～1.2mm。

5.根据权利要求1所述的可调移相器，其特征在于，所述两个移相单元之间通过右手传输线连接。

6.根据权利要求5所述的可调移相器，其特征在于，所述右手传输线为带有弯曲结构的右手传输线，其包含三对交指。

7.根据权利要求1所述的可调移相器，其特征在于，所述下层介质基板设置有导向槽，所述导向槽与交指平行。

8.根据权利要求7所述的可调移相器，其特征在于，还包含连接件，所述上层介质基板配置有穿孔，通过连接件将上层介质基板与下层介质基板固定。

9.根据权利要求8所述的可调移相器，其特征在于，所述连接件包含卡扣，螺母，用以将上层介质基板与下层介质基板固定，所述上层介质基板沿引导槽移动。

10.根据权利要求1所述的可调移相器，其特征在于，所述可调移相器的两端分别配置有SMA转接头。