CN215299473U - 一种移相器、包含该移相器的天线单元以及基站 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供一种移相器，包括腔体和位于所述腔体的介质移相单元以及信号传输线。介质移相单元位于腔体壳与信号传输线的一部分之间。介质移相单元至少包括一圆形截面的介质块，且以圆点为中心厚度渐变。其利用介质块的转动而非滑动来改变空气带状线的相对介电常数，节省了目前介质块滑动所需的延展空间，得到连续可调的小型移相器，从而使得基站小型化得以实现。

Description

一种移相器、包含该移相器的天线单元以及基站

技术领域

本实用新型涉及移动通信领域，尤其涉及一种移相器、天线以及基站。

背景技术

随着移动通信技术向下一代演进，基站的小型化需求愈发强烈，而天线数量的不断增加，使得基站天线系统的小型化更为困难。

移相器是一种能对射频(RF)信号的相位进行调节的装置，故而广泛的使用于无线电基站的天线系统中。通常主要靠两种方式来实现相位调节：一种是改变信号传播路径的物理长度，另一种是改变部分信号传播路径的介电常数，来影响信号传播速度。

上述两种主要的相位调节方式，均需通过物理上的机械滑动来实现移相功能。对信号传播路径长度调节方式，有传统金属滑动改变电长度的方案，以及微带线耦合方案等。足够的移相量对路径长度有一定的需求，用来实现滑动的空间则有相应的需求，无法应对天线系统的小型化需求。

就生产制造工艺的复杂度而言，改变传播路径介电常数的方案相较微带线耦合方案更为简单，因而此种方案逐渐成为移相器的主流方案。该种介质滑动型移相器通过滑动覆盖在传播路径周围的介质块来改变传播路径的介电常数，对滑动空间的需求依然较大，依然无法应对天线系统小型化的需求。

实用新型内容

本实用新型的首要目的旨在提供一种小尺寸的介质型移相器。

本实用新型的另一目的旨在提供一种采用上述移相器的天线。

本实用新型的另一目的旨在提供一种采用上述天线的基站。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种移相器，包括腔体和位于所述腔体的介质移相单元以及信号传输线。介质移相单元位于腔体壳与信号传输线的一部分之间。介质移相单元至少包括一圆形截面的介质块，且以圆点为中心厚度渐变。

可选的，本实用新型的实施例进一步设置为，移相器进一步包括转轴，位于上述介质块的轴心，使得介质块以圆点为轴心而转动。

可选的，本实用新型的实施例进一步设置为，介质移相单元进一步包括另一块横截面为圆形的介质块，仍旧以圆点为中心厚度渐变。其与第一块介质块镜像对称，形成一对渐变厚度的介质块，且中间包夹着信号传输线的一部分。上述转轴穿过这对介质块的的圆心，带动其转动。介质块相较单块同样横截面的介质块而言，可增加可实现的移相量。

可选的，本实用新型的实施例进一步设置为，信号传输线与介质移相单元相交叠的部分为回曲状。这样也可以增加可实现的移相量。

可选的，本实用新型的实施例进一步设置为，移相器进一步包括齿轮，位于腔体的外表面，且与转轴相结合来带动转轴的转动，从而带动介质移相单元，即介质块或介质块对的转动。

可选的，本实用新型的实施例进一步设置为，移相器进一步包括一低通滤波器，与信号传输线相串联，位于腔体内。

本公开提供的移相器的实施例为介质转动型移相器，其利用介质块的转动而非滑动来改变空气带状线的相对介电常数，节省了目前介质块滑动所需的延展空间，得到连续可调的小型移相器，从而使得基站小型化得以实现。

本实用新型的实施例还提供了包括上述移相器的天线，以及包括该天线的基站。

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，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开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为本公开一实施例提供的移相器的外形示意图；

图2为本公开一实施例提供的移相器纵剖面示意图；

图3为本公开一实施例提供的移相器的介质移相单元的示意图；

图4为图3所示实施例提供的移相器的纵剖面拆分示意图；

图5为本公开一实施例提供的移相器的腔体内部结构示意图；

图6为本公开一实施例提供的两路移相器的腔体内结构示意图；

图7为本公开一实施例提供的集成了低通滤波器的移相器的内部结构拆分示意图。

具体实施方案

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。这些实施例的实例有的在附图中示出，其中相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例仅为示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

目前，即使是介质滑动型移相器，仍然需要较大的空间(主要指横向面积)来应付介质块的滑动，所以，尤其在天线数量较多的基站天线中，小型化的需求更难被满足。本公开实施例提供了如下实施方案：

图1为本公开一实施例提供的移相器的外形示意图。图2为本公开一实施例提供的移相器的纵剖示意图。该移相器可应用于基站天线系统中，用来实现天线阵列的波束赋形或波束扫描。具体的，如图 1、图2所示，本实施例提供的一种移相器，包括：腔体10，以及位于腔体内的介质移相单元41和信号传输线30。其中，介质移相单元位于所述腔体上壳与信号传输线之间。介质移相单元包括至少一个渐变厚度的横截面为圆形的第一介质块41(下面简称第一圆形介质块)，所述介质块以圆点为中心旋转。

使用该移相器，可以通过旋转第一圆形介质块41，来改变信号传输线30的等效介电常数，从而改变信号传输相位来实现移相功能。介质块可为高介电常数材料，如陶瓷、塑料等，便于实现大范围的移相量。通过旋转圆形介质块，使得与信号传输线交叠部分介质块厚度的变化，影响了介质块与空气组成的复合介质的相对介电常数的变化，即改变了移相器传输电磁波的速率，实现移相功能。

腔体10的上下壳作为接地板，使信号传输线介于两个接地板的空气介质中，形成了作为空气带状线的信号传输线。而空气带状线单位长度的损耗比微带线小得多，可以降低移相器的损耗。另一方面，由于微带线需要更多的焊点，采用改变节点常数的基站天线的无源交调(PIM)效应相较采用微带线的基站天线的PIM效应影响要更小一些。

图2所示的移相器内部结构中，腔体10作为电磁屏蔽罩，将第一介质块41和信号传输线30包裹其中。第一介质块41在腔体10的上壁与部分信号传输线30之间，随着具有渐变厚度的第一圆形介质块 41的转动，信号传输线与介质块交叠部分的介电常数发生着变化。由于改变介电常数的方式是介质块的原地旋转，而这种旋转运动相较现有技术中的介质块的滑动，不需要额外的空间，从而实现了连续可调的小尺寸移相器。

所属领域技术人员可以想到，该实施例中提到的圆形介质块，并不需要是精准的圆形，例如，椭圆形、环状加辐条的介质块都可实现类似的效果，即介质块的转动并不需要滑动带来的空间的延展(椭圆形可能只需要比长轴稍大一点的空间)，且渐变厚度的特性也使得转动能带来移相的效果。所以，所属领域技术人员可以理解，上述提到的椭圆形或环状渐变厚度的介质块，亦属于本实用新型提到的“圆形”渐变介质块的概念。

在本公开的实施例中，信号传输线30的与介质块隔空相交叠的部分也可称之为移相导体带，而从图1的角度看到的露出腔体10的部分，为信号的输入和输出端。在另一未示出的实施例中，与第一圆形介质块41有着相同或相近形状的第二介质块43在移相导体带的另一侧，构成一对圆形介质块，从而实现了更大的移相量。

图3和图4展示了另一实施例的移相器的介质块纵剖面图和移相器内部纵剖面图。其中，41和43为一对横截面为圆形的厚度渐变的介质块，42和44为另一对形状相同或相似的介质块。如图3所示，每对介质块之间的相对位置为镜像对称。图4中，信号传输线30被夹在第一和第二介质块41和43之间以及44和42之间，分别指示为信号流入和流出的方向，相当于在该路信号传输线上夹了两对介质块，可实现的移相量较一堆介质块时增加了一倍。

从图4能看到，两对圆形渐变介质块分别以两根位于其圆心的转轴70为中心转动，即由转轴带动介质块转动。要实现由转轴70带动转动，转轴在工作时需固定于介质块上。转轴70与介质块41～44之间的固定方式可以为紧密接触而由摩擦力带动，或小齿轮啮合套入而传动带动，或一体成型制成，或插入后胶接固定等等。本公开提供的一实施例中，该移相器包含转轴70和齿轮20，而转轴70由齿轮20 带动。齿轮20可位于腔体10外部，如图1所示，靠近或贴近腔体上表面，由天线系统的传动机构带动齿轮20转动。在另一实施例中，齿轮20本身属于天线系统传动机构的一部分。两个齿轮互相啮合，只需一个传动动力便可让两个齿轮同时工作。

在第一齿轮顺时针方向转动时，第二齿轮向逆时针方向转动。在移相器的工作过程中，随着交叠在移相导体带周围的介质块厚度的变化，流经传输信号线的相位也在发生变化。图4展示的工作瞬间，腔体内两对介质块最厚的部分包夹着移相导体带，随着齿轮20带动介质块41～44的转动，移相导体带周围的介质块逐渐变薄。

本领域技术人员根据上述公开能想到上述提到的各实施例的各种优化和变形。图5为图3、4所展示的实施例的一个变形实施例，为了使移相导体带的长度尽可能增加，将与介质块交叠部分的传输信号线由直线替换为回曲状。与图3、4实施例可以相同的是门型传输信号线的设计，以及门型信号线左后设置的两对圆形渐变介质块。

在图5所示的实施例中，假设一种更具体的场景，当工作频率为3.5GHz，当圆形渐变介质块直径为10mm，每块最大厚度为1mm 时，可实现的移相量会因选择的介电块的介电常数的不同而不同。例如，当介电常数为4.4时，可实现移相量为26.75°；当选择介电常数为7的介质块时，可实现移相量为32.1°；当介电常数增值20时，可实现移相量为39.2°。在实际应用场景中，将考虑各种因素如成本、移相量的需求、移相器可占用的面积/体积等来选择何种介质块。为了尝试更多的可能性，在另一组实施例中，保持工作频率、介质块直径不变，将渐变介质块的最大厚度调整至2mm时，选择介电常数为7的介质块，可实现40°的移相量，当介电常数增至20时，可实现50.3 °的移相量。本领域技术人员可根据实际需要，在本实用新型所公开的各种因素中选择更符合需要的参数来实现其目的。

为了进一步增加移相量，可以沿信号传输线包夹更多的渐变介质块。在横向尺寸较宽裕的设计中，例如，如图6所示，沿信号传输线平铺四对圆形渐变介质块；或者在横向尺寸更受限，而纵向尺寸较为宽裕的中，将信号传输线在垂直方向对折，沿线包夹的上下两对渐变介质块在垂直方向上重合时，甚至能共用同一转轴。这样，在横向面积保持不变的情况下，可实现的移相量能再次翻倍。当可实现的移相量超过所需移相量时，渐变介质块的圆形面积可适应性缩小，则整个腔体的占用面积可再次缩小，更大程度上实现基站天线面积的小型化需要。

沿用上述尺寸参数及实现同样移相量的前提下，当介电常数选择为4.4时，传统的介质滑动型移相器的尺寸大致为 75mm*15mm*7mm(长*宽*高)，而采用图5所示实施例提供的介质转动型移相器，尺寸大致为40mm*25mm*8mm(长*宽*高)。多出的高度包含了腔体外齿轮的厚度，因用来做对比的传统介质滑动型移相器的滑动手柄联动在腔体与信号传输线相同的一侧。相较于传统介质滑动型移相器较宽的尺寸是因两对圆形介质块的并行设置，而所属领域技术人员可以轻易想到，当两对圆形介质块在长度方向上稍微错位，即可实现宽度方向上的收窄。所以，本公开所指出的实施例仅仅作为示例，本领域普通技术人员可以在本实用新型的范围内对这些实施例进行变换、修改、替换和变形。

图1至图5所展示的实施例是单路信号移相器，类似设计的移相器也可适用于多路信号。为简练起见，我们仍用图6作为展示。在图6提现的另一实施例中，四对圆形渐变介质块包夹了两路平行的门型信号传输线。延续图5所示的回曲状线路设计，在每条门型线路的左侧和右侧，分别包夹两对圆形渐变介质块，实现有限空间内尽可能大的移相量。所属领域技术人员可以想象的到，更多路传输线可以平行于这两路传输线的方式平铺于此。为了更大的移相量，门型线路的横梁部分亦可包夹有渐变介质块，或者增加回曲状线路的布线密度等。

在更进一步的实施例中，天线系统的低通滤波器可集成至移相器的腔体内，如图7所示。集成了低通滤波器的移相器包括：腔体10，以及位于腔体内的信号传输线30、两对圆形渐变介质块40、介质块 40的转轴70、与信号传输线30串联的低通滤波器80。由于低通滤波器本身也需要电磁兼容性防护罩(EMC cover)来实现电磁屏蔽，将低通滤波器与移相器相集成，可共用接地腔体10，在减少尺寸的同时，也提高了天线系统的集成性，使得在布板设计过程中可更少的考虑元器件/信号的避让。由于低通滤波器的实现较为简单，例如用钣金件50 以及包裹钣金件的介质块60即可，所以与移相器的集成实现起来也较为简单。在一些工作频率下无需介质块60，仅钣金件50即可用做低通滤波器。继续沿用对应图5所示实施例所提及的具体场景中的尺寸、介电常数等参数，在集成了低通滤波器的情形下，移相器的尺寸由 40mm*25mm*8mm(长*宽*高)变为55mm*25mm*8mm(长*宽*高)，较单独低通滤波器以及单独移相器尺寸相加略有减缩。更主要的是，集成性的提高减少了布板时要考虑的避让，从而降低了布板的难度。

本公开提及的上述移相器实施例，采用空气带状线作为信号传输线，相较采用微带线，降低移相器损耗的同时，减小了PIM效应。在信号传输线周围采用转动型介质，即渐变厚度的类圆形介质块，使相对介电常数的改变是基于介质的转动而非滑动，节省了介质块滑动需要的延展空间，得到了连续可调的小尺寸移相器，使基站天线的小型化更易于实现，以上给出的具体数值也很好的印证了这一点。更进一步的，上述实施例中的移相器可将低通滤波器集成于同一腔体中，不但进一步缩减了空间，而且有利于布板的设计。

本公开实施例还提供了一种天线，包括本公开实施例提供的介质转动型移相器。该天线可以为基站天线，其包括的移相器，具有与本实用新型提供的移相器相同或相应的功能和效果，未在本实施例中详尽描述的内容，可参见上述格式示例，此处不再赘述。

本公开实施例还提供了一种基站，包括上述实施例中的基站天线。该基站可以为远端模块和天线模块集成为一体的轻型基站，也可为包括基带单元的传统基站。该基站天线上的移相器，亦具有与本实用新型提供的移相器相同或相应的功能和效果。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。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公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种移相器，包括：

腔体(10)；

介质移相单元(40)，位于所述腔体(10)内；

信号传输线(30)，位于所述腔体(10)内，所述介质移相单元(40)位于所述腔体(10)壳与信号传输线(30)的一部分之间；

其特征在于，所述介质移相单元(40)包括第一介质块(41)，所述第一介质块(41)横截面为圆形且以圆点为中心厚度渐变。

2.如权利要求1所述的移相器，其特征在于，进一步包括：转轴(70)；所述转轴(70)位于第一介质块(41)的轴心，使得第一介质块以圆点为轴心而转动。

3.如权利要求2所述的移相器，其特征在于，所述介质移相单元(40)进一步包括：第二介质块(43)，所述第二介质块(43)横截面为圆形且以圆点为中心厚度渐变，且与所述第一介质块(41)镜像对称；所述信号传输线(30)的一部分位于所述第一介质块(41)和所述第二介质块(43)之间，形成一对介质块；所述转轴(70)连通所述第一介质块(41)和所述第二介质块(43)的圆心。

4.如权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述信号传输线(30)与所述介质移相单元(40)相交叠的部分，为回曲状。

5.如权利要求2所述的移相器，其特征在于，进一步包括：齿轮(20)，位于所述腔体(10)的外部，且与所述转轴(70)相结合，使得所述转轴(70)随所述齿轮(20)的旋转而带动所述介质块(41)转动。

6.如权利要求3所述的移相器，其特征在于，所述信号传输线(30)为门型，所述第一介质块(41)和所述第二介质块(43)位于门型信号传输线的一侧；所述移相器进一步包括另一对介质块(42，44)以及配套转轴(70)，位于所述第一介质块(41)和所述第二介质块(43)所在侧的对侧。

7.如权利要求1～5任一所述的移相器，其特征在于，进一步包含：低通滤波器(80)，与所述信号传输线(30)串联，位于所述腔体(10)内。

8.如权利要求7所述的移相器，其特征在于，所述低通滤波器(80)包括钣金件(50)。

9.如权利要求8所述的移相器，其特征在于，所述低通滤波器(80)进一步包含套住所述钣金件(50)的介质块(60)。

10.一种天线单元，其特征在于，包括如权利要求1～5所述的移相器。

11.如权利要求10所述的天线单元，其特征在于，所述移相器进一步包含低通滤波器(80)，与所述信号传输线(30)串联，位于所述腔体(10)内。

12.如权利要求11所述的天线单元，其特征在于，所述低通滤波器(80)进一步包含钣金件(50)以及套住所述钣金件(50)的介质块(60)。

13.一种基站，其特征在于，包括如权利要求10所述的天线单元。

14.如权利要求13所述的基站，其特征在于，所述移相器进一步包含低通滤波器(80)，与所述信号传输线(30)串联，位于所述腔体(10)内。

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