阅读说明：本技术 具有集成dc块的天线移相器 (Antenna phase shifter with integrated DC block ) 是由 T·张 于 2019-03-13 设计创作，主要内容包括：公开了一种天线移相器,所述天线移相器包括外导电迹线、内导电迹线、具有枢轴点的弧刷臂、以及电容性耦合器,所述电容性耦合器将输入端口电容性地耦接至所述弧刷臂导电迹线并且将所述输入端口电容性地耦接至相位参考端口。所述电容性耦合器在所述输入端口与所述相位参考端口之间提供DC阻塞,并且所述输入端口可以被耦接至Bias-T,以使得在所述输入端口处存在的DC分量可以被耦接至所述Bias-T以驱动所述移相器弧刷臂电机。此外,在所述弧刷臂旋转时,所述电容性耦合器提供恒定的电容。(An antenna phase shifter is disclosed that includes an outer conductive trace, an inner conductive trace, a wiper arm having a pivot point, and a capacitive coupler that capacitively couples an input port to the wiper arm conductive trace and that capacitively couples the input port to a phase reference port. The capacitive coupler provides a DC blocking between the input port and the phase reference port, and the input port may be coupled to Bias-T, such that a DC component present at the input port may be coupled to the Bias-T to drive the phase shifter wiper arm motor. Further, the capacitive coupler provides a constant capacitance as the wiper arm rotates.)

具有集成DC块的天线移相器

相关申请的交叉引用

本申请是2018年3月13日提交的申请序列号62/642,066的非临时申请，所述申请的全部内容通过此引用合并于本申请。

发明背景

技术领域

本发明涉及无线通信，并且更具体地涉及采用集成移相器的天线。

背景技术

蜂窝天线通常具有远程电调倾角(RET)机构，所述远程电调倾角机构沿着竖直轴线在天线偶极子(或偶极子簇)之间提供受控的相位延迟差。这样做，RET机构能够使天线增益模式沿竖直轴线倾斜，这具有使所述增益模式朝向或远离在其上安装有所述天线的蜂窝塔扫掠的效果。这允许网络运营商扩展或收缩天线的增益模式，这对于控制基站覆盖区的覆盖范围和防止干扰所述天线附近的增益模式可能很重要。RET装置通常采用一个或多个移相器来执行此功能。

图1展示了常规移相器100。移相器100包括外导电迹线105、内导电迹线110、和参考导电迹线120。移相器100进一步包括弧刷臂125，所述弧刷臂包括弧刷臂迹线130、内弧刷臂电容性触点135、和外弧刷臂电容性触点140。参考导电迹线120经由枢轴点触点115电耦接至弧刷臂迹线130。参考导电迹线120被耦接至端口1处的RF信号输入端，并且被耦接至端口4处的相位参考端口(或中间端口)。在图1中进一步展示的是在常规移相器100中必须由独立式DC信号输入150供电的弧刷臂电机145。

图2展示了如何在RET系统中采用移相器来控制蜂窝天线增益模式的倾斜。在图2中展示的是具有沿竖直轴线布置的多个偶极子组210的天线阵列面200。进一步展示了具有端口1至端口6的移相器。端口1可以被耦接至RF信号输入源，并且其余的端口2至端口6经由对应的信号引线202至信号引线206被耦接至相应的偶极子组210。

图2提供了对三个示例性天线增益模式220a、220b和220c的非常简化的描绘。根据天线移相器的原理，弧刷臂125的角度将来自端口1处的RF信号输入端的RF信号的不同相变施加到端口2、端口3、端口5和端口6中的每一个端口。端口4(相位参考端口)处的相位保持不变。根据端口施加给RF信号的差分相移导致天线增益模式倾斜成使得弧刷臂125的给定位置对应于所述天线增益模式的特定倾斜角度。

传统移相器100的一个缺点是它需要单独的专用DC电源线来驱动弧刷臂电机145。此问题的一种解决方案是将Bias-T电路集成到移相器中，以使得在RF信号源处给定组合的RF信号和DC信号，并且分离出该DC信号的一部分以将其专用于驱动弧刷臂电机。

图3展示了结合有Bias-T电路305的另一个常规移相器300，所述Bias-T电路分离DC信号的一部分以驱动弧刷臂电动机145。该解决方案产生两个问题。第一，所述DC信号的一部分与被施加到相位参考端口4的RF信号一起保持。针对此问题的一种解决方案是在端口4的任一侧添加一个附加的DC块。这增加了移相器300的复杂性和成本，并且增加了在阵列天线上所占据的占用面积。第二，通过分离所述DC信号，较少的电力可用于弧刷臂电机145，并且在DC块上浪费了可能会被以其他方式引导到弧刷臂电机145的电力。

图4展示了常规的弧刷臂枢轴点115。如所展示的，来自端口1处(经由参考导电迹线120耦接的)输入端的输入信号直接耦接至弧刷臂枢轴点115和中间端口迹线410，所述中间端口迹线直接耦接至参考端口4。因此，所述输入信号的DC部分直接耦接至Bias-T 305和参考端口4。

因此，需要的是一种更高效地为其弧刷臂电机供电、具有更少的附加部件、同时以最小的***损耗向端口2至端口6提供RF信号的移相器。

发明内容

本发明的一方面涉及一种用于天线的移相器。所述移相器包括外导电迹线、内导电迹线、具有弧刷臂导电迹线的弧刷臂、以及电容性耦合器，其中，所述弧刷臂具有枢轴点。所述电容性耦接器将所述输入端口电容性地耦接至相位参考端口，以向所述相位参考端口提供DC阻塞。

附图说明

结合到本文中并且形成说明书一部分的附图展示了具有集成DC块的天线移相器。与描述一起，所述附图进一步用于解释本文所描述的具有集成DC块的天线移相器的原理，并且进而使相关领域的技术人员能够制造并且使用具有集成DC块的天线移相器。

图1展示了常规移相器。

图2展示了使用移相器沿竖直轴线倾斜其天线增益模式的阵列面。

图3展示了结合有Bias-T电路的常规移相器。

图4展示了常规弧刷臂枢轴点。

图5展示了根据本公开文本的示例性移相器。

图6展示了根据本公开文本的示例性弧刷臂导电迹线图案。

图7展示了根据本公开文本的弧刷臂枢轴点电容性耦合器。

图8是图7的截面视图，描绘了在枢轴点电容性耦合器内的电容性部件。

图9展示了对应于根据本公开文本的示例性移相器的一组反射系数曲线，每个输出端口一个。

具体实施方式

现在将参考附图详细参考具有集成DC块的天线移相器的实施方案。

对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因此，意图是本发明涵盖本发明的在附加权利要求范围内提供的修改和变型及其等同物。

图5展示了根据本公开文本的示例性移相器500。移相器500包括可以与常规移相器100/300的外导电迹线105和内导电迹线110基本上类似的外导电迹线505和内导电迹线510。移相器500进一步包括具有弧刷臂导电迹线图案522和枢轴点电容性耦合器515的弧刷臂525。弧刷臂525导电迹线图案522具有枢轴点电容性耦合器515的枢轴点电容器板517、内臂迹线533、内迹线电容器板535、外臂迹线537、和外迹线电容器板540。内迹线电容器板535和外迹线电容器板540分别电容性地耦接至内导电迹线510和外导电迹线505。

如所展示的，输入端口1被耦接至输入迹线520，所述输入迹线进而耦接至Bias-T575和枢轴点电容性耦合器515(下面进一步描述)。相位参考端口(或中间端口)4也经由参考端口迹线567电容性地耦接至枢轴点电容性耦合器515。

假设示例性移相器500中的枢轴点耦接是电容性接触而不是直接导电接触，则从输入端口1输入的信号的DC部分都不会被传导至相位参考端口4，并且因此所述输入信号的所有所述DC部分被馈送到Bias-T 575，从而为弧刷臂电机145供电。

移相器500的功能(如何将输入信号的RF信号部分的相位从输入端口1分配到端口2、端口3、端口5和端口6中的每个端口)与传统移相器100/300的功能基本类似。

图6展示了根据本公开文本的示例性弧刷臂导电迹线图案522。如上面参考图5所讨论的，弧刷臂525导电迹线图案522具有枢轴点电容性耦合器515的枢轴点电容器板517、内臂迹线533、内迹线电容器板535、外臂迹线537、和外迹线电容器板540。如所展示的，内臂迹线533的宽度比外臂迹线537的宽度宽。这是为了在参考端口570、内导电迹线510端口3/端口6与外导电迹线505端口2/端口5之间提供幅度渐减，以使得端口2/端口5处的幅度小于端口3/端口6处的幅度，所述端口3/端口6处的幅度小于参考端口465处的幅度。该设计特征提高了增益模式220a/0b/c的质量。

图7展示了包括位于枢轴点电容器板517之下的电容器结构的弧刷臂电容性耦合器515。枢轴点电容器板517具有对称形状，以在弧刷臂旋转时提供相同的幅度和相位。弧刷臂电容性耦合器515包括输入端口导体板710和参考端口导体板720，这两者均与弧刷臂枢轴轴线705同心。还展示了布置在输入端口导体板710与参考端口导体板720之间的第一间隙730。还展示了布置在输入迹线520与参考端口迹线567之间的第二间隙740。

输入端口导体板710的宽度和参考端口导体板720的宽度以及第一间隙730的宽度可以被设计成使得输入端口导体板710与参考端口导体板720之间的所产生的电容基本上等于弧刷臂内迹线电容器板535与内导电迹线510的组合的电容，并且基本上等于弧刷臂外电容器板540和外导电迹线505的组合的电容。以此方式，不仅在输入端口迹线520与参考端口迹线567之间实现了DC阻塞，而且参考端口4处的RF信号相对于端口2、端口3、端口5和端口6处存在的RF信号也没有失真。

弧刷臂电容性耦合器515的进一步设计在于：第一间隙730和第二间隙740的组合使得输入端口导体板710与参考端口导体板720之间的恒定电容性耦接为弧刷臂角度的函数。

本公开文本的弧刷臂电容性耦合器515的另一个优点在于：在雷击的情况下，它为天线的电子器件提供保护。例如，如果闪电击中了耦接至参考端口4的一个或多个天线元件，则电流中的浪涌将不会畅通无阻地经过输入端口1，从而严重损坏整个天线和连接的通信系统。使用弧刷臂电容性耦合器515，任何损坏都可以被隔离到直接耦接至参考端口4的那些元件上。

在示例性移相器500的变型中，可以省略Bias-T 575，并且用于弧刷臂525的电机可以由单独的电源(未示出)直接驱动。在这种情况下，在输入端口1上输入的信号没有DC分量。进一步针对此变型，弧刷臂电容性耦合器515仍提供RF耦接到参考端口4的优势：更均匀地匹配在端口2、端口3、端口5和端口6处的这些，并且还提供雷击保护。

图8展示了移相器500的截面图800，描绘了弧刷臂电容性耦合器515的电容器结构。展示的是移相器PCB基板805，在所述移相器PCB基板上的第一侧上布置有导电接地面810。布置在PCB基板805的另一侧或者说是第二侧上的是输入端口导体板710和参考端口导体板720。在输入端口导体板710与参考端口导体板720之间布置有间隙，所述间隙可以是第一间隙730或第二间隙740。

进一步展示了在其上布置有弧刷臂导电迹线522的弧刷臂基板815和布置在弧刷臂导电迹线522上的阻焊掩模845，所述阻焊掩模形成与输入端口导体板710和参考端口导体板720物理接触。

如在图8中所展示的，通过弧刷臂阻焊掩模与输入端口导体板710和基准端口导体板720的接触，串联地形成第一电容器830和第二电容器840。第一电容器830与针对端口2、端口3、端口5和端口6的所有电容性触点、以及参考端口4串联。例如，对于端口2和端口5，总电容是第一电容器830和在由以下几项形成的结构处形成的电容的串联组合：外迹线电容器板540、布置在导电迹线图案522(包括外迹线电容性元件550)上的阻焊掩模845、和外导电迹线505。类似地，对于端口3和端口6，总电容是第一电容器830和在由以下几项形成的结构处形成的电容的串联组合：内迹线电容器板535、布置在导电迹线图案522(包括内迹线电容器板535)上的阻焊掩模845、以及内导电迹线510。并且如已经提及的，端口4处的总电容是第一电容器830与第二电容器840的串联组合。因此，通过适当地设计图7中展示的结构，可以相应地平衡端口2至端口6中的每个端口处的总电容。

图9展示了用于所公开的移相器的不同端口的一组示例性反射系数和隔离度曲线900。曲线905表示端口7(Bias-T 575的输出)处的隔离度。曲线910表示输入端口1处的反射系数；曲线915表示在(耦接至外导电迹线505的)端口2和端口5处的***损耗；曲线920表示在端口3和端口6(内导电迹线510)处的***损耗；并且曲线925表示相位参考端口4处的***损耗。曲线915、曲线920与曲线925之间的***损耗的差异展示了示例性移相器500中设计的幅度渐减效应。因此，如所配置的，位于天线阵列面的沿仰角方向的中心(耦接至端口4)的一个或多个天线辐射器具有最大幅度；位于中心辐射器附近并且在所述中心辐射器的沿所述仰角方向上的“上方”和“下方”(耦接至端口3和端口6)的一个或多个天线辐射器相对于一个或多个中心辐射器具有更大的衰减；并且位于所述阵列面的沿仰角方向上的“顶部末端和底部末端”(耦接至端口2和端口5)的一个或多个天线辐射器的衰减程度最大。此设计的幅度渐减有助于改善天线增益模式220a/b/c。

尽管上面已经描述了本发明的各种实施方案，但是应该理解，它们仅以示例性而非限制的方式呈现。对于相关领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明的广度和范围不应由任何上述示例性实施方案限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。