一种介质移相器及基站天线

文档序号:423663 发布日期:2021-12-21 浏览:28次 >En<

阅读说明:本技术 一种介质移相器及基站天线 (Dielectric phase shifter and base station antenna ) 是由 常茂森 陈景润 王胜 程伟 孙彦明 汪振宇 唐孟肖 于 2021-09-22 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种介质移相器及基站天线,介质移相器包括:腔体、PCB基板、带齿拉杆、齿轮介质和馈电网络,所述PCB基板、所述带齿拉杆、所述齿轮介质和所述馈电网络均安装于所述腔体内;所述齿轮介质包含的多个移相介质片分别沿所述PCB基板的上下表面对称连接,所述PCB基板的上下表面分别设置所述带齿拉杆,由所述带齿拉杆带动所述多个移相介质片进行转动,并结合所述馈电网络的设置实现移相。本发明提供的介质移相器及基站天线,通过移相介质片的高度集成设置,有效缩减移相介质片的面积和金属腔体体积,并降低滑动拉杆行程,从而实现小型化和降成本的目的。(The invention provides a dielectric phase shifter and a base station antenna, wherein the dielectric phase shifter comprises: the feed circuit comprises a cavity, a PCB (printed circuit board) substrate, a pull rod with teeth, a gear medium and a feed network, wherein the PCB substrate, the pull rod with teeth, the gear medium and the feed network are all arranged in the cavity; the gear medium comprises a plurality of phase-shifting medium sheets which are respectively and symmetrically connected along the upper surface and the lower surface of the PCB substrate, the upper surface and the lower surface of the PCB substrate are respectively provided with the toothed pull rod, the toothed pull rod drives the phase-shifting medium sheets to rotate, and the phase shifting is realized by combining the setting of the feed network. According to the dielectric phase shifter and the base station antenna provided by the invention, the area of the phase-shifting dielectric sheet and the volume of the metal cavity are effectively reduced through the highly integrated arrangement of the phase-shifting dielectric sheet, and the stroke of the sliding pull rod is reduced, so that the purposes of miniaturization and cost reduction are realized.)

一种介质移相器及基站天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域,尤其涉及一种介质移相器及基站天线。

背景技术

在移动通信技术的快速发展中,大规模阵列天线已经开始了广泛的应用,但是传统机械式下倾的固定倾角的阵列天线已经满足不了目前复杂场景下基站天线建设的需求。电调下倾角的天线相较于常规的机械式下倾天线而言适应的环境更为广泛且更为便利。因此电调天线中的关键部件移相器就成为大规模阵列天线的关键技术,其结构尺寸、空间利用率、加工及安装难度都直接影响到整机的大小和指标。

为了实现电调下倾,就需要用到移相器,目前常用的移相器主要有两种实现形式,一种是通过改变物理线长度来实现移向,这种移相器已经应用了多年,有着较为成熟的设计方案,但因为PCB移相器的电路设计中大量使用耦合方式馈电,导致其模块损耗居高不下,进而会对基站天线的整机增益指标造成影响,另一种移相器的实现方式是通过改变介电常数从而改变移相器中电长度来实现移相器,这种移相器损耗较低,且有着优良的电气性能,但因其采用带状线设计,成本相较于PCB移相器有所升高,因此针对介质移相器的降本方案是当下的热点研究方向。

在大规模阵列电调天线应用中,每一路的信号中都需要连接移相器来实现对相位的控制,由此引申出的两种技术方案,一种是大量使用一出一的移相器来实现下倾,但这种方案会占有PCB馈网布局的大量空间,加大了天线设计的难度,还造成加工复杂、成本大、安装焊接不便和量产效率低的问题;另一种方案是使用集成多个移向段的多端口移相器,这种移相器有效规避了大量使用一出一移相器带来的问题,但是依然存在体积大,成本高的问题,以低频一出五介质移相器为例,其长度往往在500mm左右甚至更长,过大的体积也导致了成本的居高不下的问题。

发明内容

本发明提供一种介质移相器及基站天线,用以解决现有技术中天线中的移相器占据天线整机布局大量空间,以及介质移相器成本较高的缺陷。

第一方面,本发明提供一种介质移相器,包括:

腔体、PCB基板、带齿拉杆、齿轮介质和馈电网络,其中:

所述PCB基板、所述带齿拉杆、所述齿轮介质和所述馈电网络均安装于所述腔体内;

所述齿轮介质包含的多个移相介质片分别沿所述PCB基板的上下表面对称连接,所述PCB基板的上下表面分别设置所述带齿拉杆,由所述带齿拉杆带动所述多个移相介质片进行转动,并结合所述馈电网络的设置实现移相。

在一个实施例中,所述腔体为六面体单层式结构,其中:

所述腔体的上下面部分闭合,沿所述上下面的四周均匀分布多个圆形铜孔,所述多个圆形铜孔用于焊接线缆;

所述腔体的左右面部分闭合,沿所述左右面的内侧设置用于安装所述PCB基板的卡槽,以及沿所述左右面的外侧均匀分布多个圆形开孔,所述多个圆形开孔用于线缆插入;

所述腔体的前后面开放设置,以供所述带齿拉杆进行滑动。

在一个实施例中,所述PCB基板沿长边方向的中间位置设有条形槽,所述带齿拉杆通过所述条形槽固定在所述PCB基板上并沿所述条形槽滑动;

所述PCB基板沿所述条形槽对称设置四组弧形开槽,所述齿轮介质通过所述四组弧形开槽固定在所述PCB基板上并沿弧形开槽转动。

在一个实施例中,所述带齿拉杆包括第一带齿拉杆和第二带齿拉杆;

所述第一带齿拉杆位于所述PCB基板上表面,固定于所述条形槽内,用于带动位于所述PCB基板上表面的所述齿轮介质沿所述弧形开槽转动;

所述第二带齿拉杆位于所述PCB基板下表面,固定于所述条形槽内,用于带动位于所述PCB基板下表面的所述齿轮介质沿所述弧形开槽转动;

所述第一带齿拉杆通过公扣凸状结构穿过所述条形槽,和所述第二带齿拉杆通过母扣凹状结构进行紧固连接。

在一个实施例中,所述齿轮介质包括四个第一移相介质片和四个第二移相介质片,单个第一移相介质片和单个第二移相介质片通过弧形开槽紧固连接,并沿所述弧形开槽转动。

在一个实施例中,所述齿轮介质为外边缘齿轮状的圆形,所述圆形包括四个等分的四分之一圆形,其中一组中心对称的四分之一圆形为镂空,另外一组中心对称的四分之一圆形为介质填充;

对应地,所述第一移相介质片的介质填充部分均匀设置多个公扣凸状结构和多个开窗结构,所述第二移相介质片的介质填充部分均匀设置多个母扣凹状结构和多个开窗结构,所述多个公扣凸状结构、所述多个母扣凹状结构和所述多个开窗结构均呈直线排列。

在一个实施例中,所述馈电网络包括若干移相电路和若干功能电路,所述若干移相电路和所述若干功能电路交替电连接,单个移相电路至少与两个功能电路电连接;

所述若干移相电路包括与所述齿轮介质共圆心的多组双层弧形带状线,当所述齿轮介质在移相电路上滑动时,覆盖所述移相电路的介质面积发生变化,改变弧形带状线长度实现移相;

所述若干功能电路包括带状线功分器、与所述若干移相电路相连接的匹配阻抗,以及基于预设需求集成的拓展电路。

在一个实施例中,所述若干移相电路交替设置并呈线性排列,每个移相电路与相邻的两个功能电路电连接,使所述馈电网络呈单层结构。

在一个实施例中,所述若干移相电路层叠交错设置,每个移相电路与相邻的两个功能电路电连接,使所述馈电网络呈双层结构。

第二方面,本发明还提供一种基站天线,包括前述任一介质移相器。

本发明提供的介质移相器及基站天线,通过移相介质片的高度集成设置,有效缩减移相介质片的面积和金属腔体体积,并降低滑动拉杆行程,从而实现小型化和降成本的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的介质移相器爆炸图;

图2是本发明提供的介质移相器外观示意图;

图3是本发明提供的介质移相器分解侧视图;

图4是本发明提供的介质移相器的PCB(不含带线)示意图;

图5是本发明提供的介质移相器的带状线示意图;

图6是本发明提供的介质移相器的齿轮状介质板示意图;

图7是本发明提供的介质移相器的带齿拉杆示意图。

附图标记:

100:介质滑动式移相 11:腔体; 12:PCB基板;器;

121:PCB基板开孔; 122:条形槽; 123:弧形开槽;

124:弧形开槽; 125:弧形开槽; 126:弧形开槽;

13:带齿拉杆; 131:第一带齿拉杆; 1311:公扣凸状结构;

1312:公扣凸状结构; 132:第二带齿拉杆; 1321:母扣凹状结构;

1322:母扣凹状结构; 14:齿轮介质; 141:第一移相介质片;

1411:公扣凸状结构 1412:开窗结构 142:第一移相介质片;

143:第一移相介质片; 144:第一移相介质片; 145:第二移相介质片;

146:第二移相介质片; 147:第二移相介质片; 1471:母扣凹状结构;

1473:齿轮结构; 148:第二移相介质 15:馈电网络;片;

1501:移相电路; 1502:移相电路; 1503:移相电路;

1504:移相电路; 1505:功能电路; 1506:功能电路;

1507:功能电路; 1508:功能电路; 1509:功能电路;

1510:功能电路。

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,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,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作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。

为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

图1是本发明提供的介质移相器爆炸图,如图1所示,包括:

腔体、PCB基板、带齿拉杆、齿轮介质和馈电网络,其中:

所述PCB基板、所述带齿拉杆、所述齿轮介质和所述馈电网络均安装于所述腔体内;

所述齿轮介质包含的多个移相介质片分别沿所述PCB基板的上下表面对称连接,所述PCB基板的上下表面分别设置所述带齿拉杆,由所述带齿拉杆带动所述多个移相介质片进行转动,并结合所述馈电网络的设置实现移相。

具体地,本发明提出的介质移相器100,包括腔体11、PCB基板12、带齿拉杆13、齿轮介质14和馈电网络15;PCB基板12、带齿拉杆13、齿轮介质14和馈电网络15均放置于腔体11内。

齿轮介质14包含多个移相介质片,分为第一移相介质片和第二移相介质片,第一移相介质片和第二移相介质片分别固定于PCB基板12的上下表面,单个第一移相介质片和单个第二移相介质片沿PCB基板12对称连接,PCB板上下表面还分别设置了第一带齿拉杆131和第二带齿拉杆132,由第一带齿拉杆131带动多个第一移相介质片转动,第二带齿拉杆132带动多个第二移相介质片转动,并和PCB基板12上设置的馈电网络相配合,实现移相的需求。

本发明通过将PCB基板、带齿拉杆、齿轮介质和馈电网络全部集成设置与腔体中,实现了介质移相器的高度集成化。

基于上述实施例,所述腔体为六面体单层式结构,其中:

所述腔体的上下面部分闭合,沿所述上下面的四周均匀分布多个圆形铜孔,所述多个圆形铜孔用于焊接线缆;

所述腔体的左右面部分闭合,沿所述左右面的内侧设置用于安装所述PCB基板的卡槽,以及沿所述左右面的外侧均匀分布多个圆形开孔,所述多个圆形开孔用于线缆插入;

所述腔体的前后面开放设置,以供所述带齿拉杆进行滑动。

具体地,如图2和图3所示,腔体11呈六面体,具有收容腔,腔体11一般可通过拉挤成型工艺一体成型,为单层式腔体结构,其中上下面部分闭合,分布有焊接线缆用的圆形铜孔,左右面部分闭合,分布有便于安装PCB基板12的卡槽和插入线缆用的圆形开孔,前后面不闭合。从数量上来看,腔体11表面有2N个开孔,其中N个为焊接开孔,N个为馈芯接口。

可选地,腔体11一般在两侧腔壁中央设有固定PCB基板12的限位凹槽,上下腔壁中央设有带齿拉杆限位滑槽,或腔体11一侧腔壁设有固定PCB基板12的限位凹槽,在另一侧设有带齿拉杆限位滑槽。

本发明通过在腔体外部设置多个通孔,用于外接线缆,以及内部设置卡槽,用于固定基板和拉杆,能有效减小腔体体积,能容纳更多的部件,实现集成化功能。

基于上述任一实施例,所述PCB基板沿长边方向的中间位置设有条形槽,所述带齿拉杆通过所述条形槽固定在所述PCB基板上并沿所述条形槽滑动;

所述PCB基板沿所述条形槽对称设置四组弧形开槽,所述齿轮介质通过所述四组弧形开槽固定在所述PCB基板上并沿弧形开槽转动。

具体地,如图4所示,PCB板12上分布有四组弧形开槽123—126,齿轮介质14通过四组弧形开槽123—126固定在PCB板12上并且可以沿着弧形开槽转动,PCB板12上还分布有条形槽122,带齿拉杆13通过条形槽122固定在PCB板12上并且可以沿着条形槽122滑动。

本发明设置的PCB基板在腔体中将上下两层的齿轮介质进行分隔,并通过弧形开槽进行连接,实现了齿轮介质的按照移相需求的灵活设置。

基于上述任一实施例,所述带齿拉杆包括第一带齿拉杆和第二带齿拉杆;

所述第一带齿拉杆位于所述PCB基板上表面,固定于所述条形槽内,用于带动位于所述PCB基板上表面的所述齿轮介质沿所述弧形开槽转动;

所述第二带齿拉杆位于所述PCB基板下表面,固定于所述条形槽内,用于带动位于所述PCB基板下表面的所述齿轮介质沿所述弧形开槽转动;

所述第一带齿拉杆通过公扣凸状结构穿过所述条形槽,和所述第二带齿拉杆通过母扣凹状结构进行紧固连接。

具体地,如图3和图7所示,带齿拉杆13包括带有公扣凸状结构1311和1312的第一带齿拉杆131,以及带有母扣凹状结构1321和1322的第二带齿拉杆132,第一带齿拉杆131和第二带齿拉杆132穿过PCB基板12的条形槽122紧固连接,并且可以沿着条形槽122进行滑动。

可选地,带齿拉杆13的两侧都带齿或者单侧带齿,可以与齿轮介质14啮合,带齿拉杆13水平移动则可以带动齿轮介质14沿弧形开槽旋转。

本发明设置的带齿拉杆,相比于传统的固定配置模式的移相器,其拉杆设置更加灵活方便,大幅缩短拉杆的运动行程。

基于上述任一实施例,所述齿轮介质包括四个第一移相介质片和四个第二移相介质片,单个第一移相介质片和单个第二移相介质片通过弧形开槽紧固连接,并沿所述弧形开槽转动。

其中,所述齿轮介质为外边缘齿轮状的圆形,所述圆形包括四个等分的四分之一圆形,其中一组中心对称的四分之一圆形为镂空,另外一组中心对称的四分之一圆形为介质填充;

对应地,所述第一移相介质片的介质填充部分均匀设置多个公扣凸状结构和多个开窗结构,所述第二移相介质片的介质填充部分均匀设置多个母扣凹状结构和多个开窗结构,所述多个公扣凸状结构、所述多个母扣凹状结构和所述多个开窗结构均呈直线排列。

具体地,如图3和图6所示,齿轮介质14包括4个带有公扣凸状结构1411的第一移相介质片141-144,以及4个带有母扣凹状结构1471的第二移相介质片145-148,单个第一移相介质片和单个第二移相介质片通过PCB基板12上的四组弧形开槽123-126紧固连接。

齿轮介质14为外边缘为齿轮状的圆形,且圆型内部等分为四个四分之一圆,其中一组中心对称的四分之一圆为镂空,另一组中心对称的四分之一圆为介质填充。

此外,第一带齿拉杆131与第一移相介质片141-144啮合连接,第二带齿拉杆132与第二移相介质片145-148啮合连接,带齿拉杆13沿滑槽水平移动时会带动介质沿着滑槽旋转滑动。

可选地,在第一移相介质片上,开窗结构1412是为了保证馈电网络在位于不同行程时,阻抗依然匹配的开窗结构,可以通过实际阻抗匹配的需求调整开窗的大小或者设计为半开窗结构;在第二移相介质片上,齿轮结构1473是与带齿拉杆13啮合的齿轮结构。

本发明通过成对可旋转的移相介质片来实现相控调节,可实现该介质移相器同时对多路信号的调节,相比于PCB移相器,介质移相器损耗更小,相比现有大量使用单个独立的移相器,可降低腔体数量,减少安装所需空间,降低加工难度和成本,便于安装。

基于上述任一实施例,所述馈电网络包括若干移相电路和若干功能电路,所述若干移相电路和所述若干功能电路交替电连接,单个移相电路至少与两个功能电路电连接;

所述若干移相电路包括与所述齿轮介质共圆心的多组双层弧形带状线,当所述齿轮介质在移相电路上滑动时,覆盖所述移相电路的介质面积发生变化,改变弧形带状线长度实现移相;

所述若干功能电路包括带状线功分器、与所述若干移相电路相连接的匹配阻抗,以及基于预设需求集成的拓展电路。

其中,所述若干移相电路交替设置并呈线性排列,每个移相电路与相邻的两个功能电路电连接,使所述馈电网络呈单层结构。

其中,所述若干移相电路层叠交错设置,每个移相电路与相邻的两个功能电路电连接,使所述馈电网络呈双层结构。

具体地,如图5所示,馈电网络15包括功能电路及移相电路两个部分。四组弧形带状线1501-1504为移相电路,其余六组带状线1505-1510为功能电路。功能电路与移相电路交替电连接,且一个移相电路至少连接两个功能电路。当需要实现N路制定相位的信号输出时,馈电网络15需包括N+1个功能电路及N个移相电路。移相电路1501-1504的结构为与齿轮介质14共圆心多组双层弧形带状线,介质在移相电路上滑动时,覆盖移相电路的介质面积发生变化,从而改变带线的电长度,实现移相。功能电路1505-1510的机构包括带状线功分器及与移向段电路相连接的阻抗匹配枝节,除此以外,功能电路还可依据实际电路使用的需求集成滤波、相位配平、合路、防雷拓展电路。

此处,一个齿轮介质14对应的移相段带线为中心对称的两组四分之一圆弧折弯带状线,且一组圆弧折弯带状线由N条长度由圆心向外递增的圆弧带状线构成,PCB基板12上包含有N-1个功能段带状线,每个功分段带状线有3个端口,其中2个端口连接齿轮介质14,1个端口连入基站天线的馈电网络。

可选地,功能电路及移相电路交替设置并呈线性排列,每个移相电路与相邻的两个功能电路电连接,使馈电网络呈单层结构;

或者,移相电路层叠并交错设置,且两个功能电路通过一个移相电路电连接,使馈电网络呈双层结构。

本发明通过将多组弧线折弯带状线组集成设置在基板上,并通过成对可旋转的移相介质片来实现相控调节,可实现该介质移相器同时对多路信号的调节,相比于PCB移相器,介质移相器损耗更小,相比现有大量使用单个独立的移相器,可降低腔体数量,减少安装所需空间,降低加工难度和成本,便于安装;且移相介质片同时相对多个弧线折弯带状线组移动,还可提高各端口的一致性。

基于上述任一实施例,本发明还提供一种基站天线,包括前述任一介质移相器。

可以理解的是,本发明所提出的基站天线,包括介质移相器,还包括基站的馈电网络和辐射单元,介质移相器通过基站的馈电网络与辐射单元相连。

本发明所提出的基站天线,通过灵活设置高集成度的介质移相器,实现小型化和降成本的目的。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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