移相装置、天线及基站的制作方法

1.本实用新型属于移动通信技术领域，具体涉及一种移相装置、天线及基站。


背景技术：

2.随着现代移动通信技术的发展，通信系统对电调天线有着很大的需求，而电调天线的重量和成本又取决于移相器组件。移相器作为电调天线的核心部件，在通信网络系统的规划和建设中起到举足轻重的作用。移相器是可以控制信号相位的变化，是实现基站天线方向图波束赋形的关键器件。通过移相器对基站天线的信号进行移相，改变天线辐射单元之间的信号相位，可以调节天线波束的下倾角，便于通信网络的电调优化。
3.但在基站中，电调天线所使用的移相器的耦合电路的传动或转动结构件与活动传输线路板在同一侧，这种传统移相器安装在正面会影响天线的辐射方向；而设置于阵列天线的背面时，由于具有较大的重量和体积以及较高的剖面，不利于通信系统降低重量和成本。
4.因此可见，业内亟需改进移相器的结构，以适应天线应用所需。


技术实现要素：

5.本实用新型的首一目的在于提供一种移相装置。
6.本实用新型的另一目的在于提供一种天线。
7.本实用新型的又一目的在于提供一种基站。
8.适于本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：
9.适于本实用新型的首一目的而提供一种移相装置，包括固定介质板、活动介质板以及多个移相器；每个移相器包括印制在固定介质板上的固定传输线与印制在活动介质板上的活动传输线，固定传输线与活动传输线耦合连接；所述活动介质板与所述固定介质板面面相对且关于枢转轴实现可枢转连接，所述多个移相器的固定传输线环绕该枢转轴共面布置，活动介质板相对于固定介质板的枢转运动使所述多个移相器同步实施移相。
10.进一步的，所述多个移相器中，至少部分移相器的固定传输线关于所述枢转轴呈中心对称关系布置。
11.较佳的，所述多个移相器中，至少部分移相器的固定传输线以所述枢转轴所在点为圆心呈同心设置。
12.具体的，所述多个移相器为偶数个移相器，分为两组用于接入并处理同一频段的两个极化的信号。
13.进一步的，位置上相邻的两个移相器之间，在固定介质板上对应设有用于隔离该相邻两个移相器的相互干扰的隔离电路/功分器。
14.优选的，每个移相器中，所述固定传输线包括一对同心设置的弧形臂；所述活动传输线呈u型，包括位置与该对弧形臂相对应的一对同心设置的弧形臂和一段将其两个弧形臂同端串联的连接段。
15.具体的，所述固定传输线/活动传输线的弧形臂呈直线状或往复弯折状。
16.较佳的，所述固定传输线/活动传输线为微带线或带状线。
17.优选的，所述移相装置设置封装于屏蔽腔中，该屏蔽腔包括盖设于固定介质板上的屏蔽罩和印制在固定介质板一面上的金属镀层，所述屏蔽罩与所述金属镀层通过固定介质板上的金属化过孔电性连接。
18.优选的，所述移相装置设置有传动装置，所述传动装置包括所述枢转轴和传动机构，所述传动机构接收外部传动力矩以控制所述枢转轴带动活动介质板实施枢转运动，以控制其中的多个移相器同步移相。
19.适于本实用新型的次一目的而提供一种天线，包括用于为同一阵列的多个辐射单元并联馈电的功分网络，所述功分网络包括至少一个如前一目的所述的任意一种移相装置，所述移相装置装设于该天线的辐射面上，所述移相装置中的至少两个移相器用于分别对应控制该阵列的两个极化的信号的移相，其移相后的输出被传输至至少一个所述的辐射单元。
20.适于本实用新型的再一目的而提供一种基站，其包括如上所述的天线。
21.相对于现有技术，本实用新型的优势如下：
22.首先，本实用新型将固定介质板与活动介质板设置为枢转结构，使其上具有耦合连接关系的活动传输线与固定传输线可以通过枢转来改变相互之间的耦合位置，当多个移相器共面集成在一起时，结构简单，剖面低、体积小，提升了空间利用率、降低通信系统的成本，有利于大规模生产制造。
23.其次，由于多个移相器均共面设置，易于处理各个移相器之间的平面布局关系，进而通过控制枢转轴来实现移相控制，所以适合安装于天线辐射单元所在的天线正面，而枢转轴设置于天线的介质板或天线的金属反射板背面，以便通过设置于天线背面的枢转轴控制移相器的移相，克服了传统移相器的耦合电路的传动或转动结构件与活动传输线路板在同一侧，无法安装在天线正面的缺陷，从而提高了天线反射板的利用率。
24.此外，由于本实用新型多个移相器环绕型共面，且通过枢转轴控制移相，因此不需要额外使用正面与背面对接的馈电针或者电缆，减小了信号及其相位误差，同时减少了生产成本。
25.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
26.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
27.图1为本实用新型的一实施例的移相装置的示意图；
28.图2为本实用新型的另一实施例的移相装置的活动介质板示意图；
29.图3为本实用新型的又一实施例的移相装置的活动介质板示意图；
30.图4为本实用新型的再一实施例的移相装置的活动介质板示意图；
31.图5为本实用新型的一实施例的移相装置功分器示意图；
32.图6为本实用新型的一实施例的移相装置拆分示意图；
33.图7为本实用新型的一实施例的天线正面示意图；
34.图8为本实用新型的一实施例的天线背面示意图；
35.图9为本实用新型的一实施例的天线背面爆炸图；
36.图10为本实用新型的一实施例的齿轮组示意图；
37.图11为本实用新型的另一实施例的齿轮组示意图。
具体实施方式
38.下面将参照附图更详细地描述本实用新型的实施例。虽然附图中显示了本实用新型的某些实施例，然而应当理解的是，本实用新型可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本实用新型。应当理解的是，本实用新型的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本实用新型的保护范围。
39.应当理解，本实用新型的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本实用新型的范围在此方面不受限制。
40.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“连接”可以是直接相接，也可是通过中间部件(元件)间接连接。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
41.需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元一定为不同的装置、模块或单元，也并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
42.参见图1，在本实用新型的典型实施例中，本实用新型提供一种移相装置，包括固定介质板1、活动介质板2以及多个移相器；每个移相器包括印制在固定介质板1上的固定传输线13与印制在活动介质板2上的活动传输线23，固定传输线13与活动传输线23耦合连接；所述活动介质板2与所述固定介质板1面面相对且关于枢转轴40实现可枢转连接，所述多个移相器的固定传输线13环绕该枢转轴40共面布置，活动介质板2相对于固定介质板1的枢转运动使所述多个移相器同步实施移相。
43.参见图1至5，每个移相器中，所述固定传输线13包括一对同心设置的第一弧形臂131与第二弧形臂132；所述活动传输线23呈u型，包括位置与该对弧形臂相对应的一对同心设置的第三弧形臂231与第四弧形臂232以及一段将其两个弧形臂同端串联的连接段230。
44.在本实用新型的典型实施例中，所述活动介质板2与所述固定介质板1关于所述枢转轴40可枢转连接，每个移相器中，所述固定介质板1设有分别与该移相器的两段固定传输线13电连接的输入端13a与输出端13b，电路自输入端13a馈入信号进入该移相器的固定传输线的所述第一弧形臂131处，由于所述活动介质板2与所述固定介质板1面面相对(活动介质板的设有活动传输线的背面与固定介质板的设有固定传输线的正面相对)，因此进入该固定传输线的信号先被耦合到呈u型的活动传输线的所述第三弧形臂231处，然后经所述连接段230，沿活动传输线的u型路径传输至所述第四弧形臂232处，又被耦合到同一移相器的另一固定传输线的第二弧形臂132处中，并从与该固定传输线相连接的输出端13b馈出，从
而在移相器内部实现信号的传输，而从移相器的一个固定传输线到活动传输线再到该移相器的另一固定传输线所构成的电传输路径，实际上也构成了该移相器的移相传输路径。
45.参见图1，在本实用新型的典型实施例中，所述固定传输线的弧形臂被设置为往复弯折状，而在其他实施例中，可以将其设计为直线。不难理解，同样的手段可以应用在所述的活动传输线中。可以理解，无论所述固定传输线，还是所述活动传输线，均既可为微带线，也可为带状线。
46.当所述活动介质板2相对于所述固定介质板1枢转运动时，所述移相传输线的电传输路径长短发生改变，每个移相器中，其对应的固定传输线与活动传输线之间的耦合距离/耦合面积发生改变，进而可改变流经移相器的信号的相位，产生移相量。
47.在本实用新型的典型实施例中，如图1所示，属于两个移相器的固定传输线13共面设置在固定介质板1上，属于该两个移相器的活动传输线23同理也共面设置在活动介质板2上，同一移相器的固定传输线13与活动传输线23，在固定介质板1与活动介质板2实现可枢转连接时，便一一对应(参见图5，图5示出了活动传输线与固定传输线的对应关系)，构成该两个移相器。对于该两个移相器而言，当移相装置的枢转轴40驱动所述活动介质板2相对于所述固定介质板1枢转时，所述两个移相器的相位变化便同增同减，相位变化具有同增同减关系的两个移相器可构成一对移相器，在本实用新型的一些实施例中，可以按需设置多对这样的移相器，此处按下不表，后文将陆续揭示。
48.以上的实施例，由于将多个移相器的固定传输线13与多个移相器的活动传输线23分别进行共面设置，不同于将传统的移相装置中需要将正反两面的移相器进行电性连接，因此不需要额外使用实现正面与背面对接的馈电针或者电缆，在精简了移相装置构件的同时减小了信号及其相位误差。
49.在本实用新型的又一个实施例中，在图1所展示的上述典型实施例具有一对移相器的基础上，进一步再设置另一对移相器，该两对移相器分为第一对移相器与第二对移相器，第一对移相器的固定传输线13与活动传输线23一如上述所设。第二对移相器中的两个移相器，也遵循上述所设，使该两个移相器的固定传输线、活动传输线分别在固定介质板1、活动介质板2上关于所述枢转轴40呈中心对称关系设置。关于两对移相器之间的空间布局关系，如图2所示，在所述活动介质板2上，以所述枢转轴40为圆心，参照所述第一对移相器的活动传输线23所在位置，同步顺时针向右偏转90
°
设置第二对移相器的活动传输线23，便可完成其活动传输线23的布局设置；同理可布置第二对移相器的固定传输线13。由此，两对移相器的所有固定传输线基本环绕同一圆周设置，其活动传输线也同理。由于两对移相器均具有中心对称布局关系，因此可以理解，当所述枢转轴驱动所述活动介质板2相对于所述固定介质板1枢转运动时，同心设置的所述固定传输线13与活动传输线23间的耦合面积同步改变，从而实现同步移相。
50.参见图3，在另一些实施例中，所述移相装置设置有三对移相器，即在上述典型实施例的中设置有一对移相器的基础上，另外设置有两对移相器，这三对移相器中，第一对移相器则为上述典型实施例的中设置的一对移相器，而第二对移相器对应第一对移相器的线路同步顺时针向右偏转60
°
设置；第三对移相器对应第一对移相器的对应线路同步顺时针向右偏转120
°
设置。通过以上列举的多个实施例，本领域技术人员在了解了本技术的上述多种实施方式的基础上，可以以此为基础，灵活变通运用至其他三对以上的移相器的情况，
恕不穷举。
51.在又一些实施例中，所述移相装置设置有两对移相器，不同于前述实施例的是，该两对移相器可以分布在不同圆周上进行设置。如图4所示，在所述活动介质板2上，以所述枢转轴40为圆心，将所述第二对移相器的活动传输线23远离第一对移相器的活动传输线23一定距离设置，具体是设置于后者的外周处；固定传输线13的设置也同理。因此，也即，第一对移相器环绕一个相对更小的虚设圆周设置，而第二对移相器环绕一个相对更大的虚设圆周设置，以此使第一对移相器和第二对移相器呈同心设置，并且仍然保持中心对称关系。当所述枢转轴驱动所述活动介质板2相对于所述固定介质板1枢转运动时，所述第一对移相器与所述第二对移相器的固定传输线13与固定传输线23间的耦合面积同步改变，从而同步改变流经移相器的信号的相位，实现多个共面移相器的同步移相。
52.以上为多个固定传输线13与活动传输线23的部分设置方式，由此可见，在本实用新型实施例中提供的所述多个移相器中，固定传输线关于所述枢转轴呈中心对称关系布置或者固定传输线以所述枢转轴所在点为圆心呈同心设置的设置方式具有多种，此外，尽管本实用新型实施例按照数量关系生产相关产品，但不应将这些推荐方案用于限定本实用新型整个创造精神所涵盖的保护范围。本领域技术人员在了解了本技术的上述多种实施方式的基础上，可以以此为基础灵活变通运用，在此恕不穷举。
53.此外，参见图6，在一些实施例中，所述枢转轴40分别垂直穿过所述活动介质板2与所述固定介质板1的传输线所在平面的中心，以固定介质板的正面与活动介质板的背面相面向，使得固定传输线与活动传输线相对应耦合组成用于移相的电传输路径，所述枢转轴远离所述活动介质板2的一端与传动机构同心固定连接，所述传动机构接收外部传动力矩以控制所述枢转轴带动活动介质板实施枢转运动，从而控制其中的多个移相器同步移相。
54.考虑到适应双极化天线的需要，一些实施例中，本实用新型的移相装置可配置为偶数个移相器，分为两组用于接入并处理同一频段的两个极化的信号。参见图1，本实用新型的典型实施例中，2个移相器分别对应两个极化的信号；当移相器为4个、6个或其他偶数个移相器时，则分成两组，每组分别馈入同一频段的一个极化的信号。示出的如图4所示的上下两侧共4个移相器可分为上下两组，每一组中的各2个移相器馈入同一频段的同一个极化信号。当活动介质板2相对固定介质板1枢转活动时，两个极化的相位变化为同增同减。至于同一极化信号所用到的移相器的移相量的变化关系，则可由本领域技术人员依据天线所需灵活计算出各移相器之间的电传输路径变化关系来定，例如，可以依据同一频段的不同辐射单元的相位差分关系，来设置同一极化信号所用到的两个移相器在同步枢转时分别实现不同的移相量，从而满足这种相位差分关系的需要。根据这一原理的揭示，本领域技术人员应可理解，以便适应移相量调节所需，自行灵活设置各移相器的固定传输线、活动传输线以及电传输路径等的长度、面积等要素，此处请恕从略。
55.可见，对于双极化天线而言，本实用新型通过把两个极化的电路集成到一起，减小了移相装置的体积，实现了较高的集成化，有利于节省板材资源，提高设备一体化程度。
56.为进一步揭示本实用新型的优势，请再参见图1，在本实用新型的部分经实测获得较佳性能的实施例中，所述移相装置中，位置上相邻的两个移相器之间，在固定介质板1上对应设有用于隔离该相邻两个移相器的相互干扰的隔离电路51，隔离电路51能使得两个极化的电信号隔离而减小干扰。通过设置隔离电路，可以在天线隔离度较差时，明显改善天线
的隔离度。进一步，在所述隔离电路51可以设置接地通孔511以方便其接地。
57.参见图5，也可以采用另一种实施方式起到与隔离电路51基本等效的效果，具体而言，在所述移相装置中，所述每个移相器输入端连接功分器52，优选为威尔金森功分器，功分器52本身具有一定的隔离效果，既实现分路功能，将一路输入分为两路输出，其中之一在当前移相器中实施移相后输出，另一则直接输出；又能够发挥隔离作用。为使本实用新型达到较佳的技术效果，本实用新型的固定介质板1与活动介质板2一般选择介电常数较为稳定的材质。
58.参见图6，考虑到移相装置过程中的稳定因素，所述移相装置可设置封装于屏蔽腔6中，该屏蔽腔6包括盖设于固定介质板上的屏蔽罩61和印制在固定介质板1背面(相对于固定传输线所在的面)上的金属镀层，所述屏蔽罩61与所述金属镀层(未图示)通过固定介质板1上的金属化过孔电性连接。为确保连接效果，可以在固定介质板1上形成多个连接片12，每个连接片12上设置所述的金属化过孔以与所述金属镀层电连接，当屏蔽罩61安装到固定介质板1上时，在连接片12的配合下，可以确保屏蔽罩与金属镀层之间的稳定连接。
59.参见图5，为加强隔离效果，可以在固定介质板1或活动介质板2的各段弧形臂之间设置隔离片22，每个连接片22上设置所述的金属化过孔以与所述金属镀层电连接，当屏蔽罩61安装到固定介质板1上时，在连接片12的配合下，可以确保屏蔽罩与金属镀层之间的稳定连接。
60.在部分实施例中，移相器在生产阶段，将相应的元件设置或印制于固定介质板1与活动介质板2上。具体生产过程为，将固定传输线13印制于固定介质板1的相应位置，将活动传输线23印制于活动介质板2的相应位置，并在固定介质板1开设相应的金属化过孔与在固定传输线13设置绝缘层；将活动传输线23印制于活动介质板2上，在活动传输线21上设置绝缘层。随后将设置或印制了相应元件的活动介质板2与固定介质板1面面相对，使得活动传输线23与固定传输线13相对设置。之后，将屏蔽罩61与固定介质板1对应焊接，设置合理的高度，以形成用于容纳活动介质板2的屏蔽腔体，使得活动介质板2可相对于固定介质板1移动。
61.优选的，所述活动介质板1或者所述固定介质板2的上的绝缘层可以为绿油(即液态光致阻焊剂)、绝缘薄膜(如聚四氟乙烯)等绝缘材料，或者经阳极化反应生成的金属氧化层等。
62.同理，对于固定介质板1和活动介质板2上的其他金属材料，本领域技术人员也可根据实际需要为之设置所述的绝缘层，恕不赘述。
63.优选的，如图6所示，所述活动介质板2设置为圆盘状，圆盘状结构利于所述活动介质板2在所述屏蔽腔6内实施枢转运动。
64.参见图7，为一种天线的正面示意图，包括属于同一阵列的多个辐射单元，与用于为同一阵列的多个辐射单元并联馈电的功分网络，所述功分网络包括至少一个如上所述的移相装置10，所述移相装置10装设于该天线的辐射面上，具体安装于天线的金属反射板的正面上，所述移相装置10中设置有至少两个移相器，所述两个移相器用于分别对应控制该阵列的两个极化的信号的移相，其移相后的输出通过差分馈电网络被传输至至少一个所述的辐射单元。
65.在一些实施例中，所述移相装置10设有多个移相器，分为两组，分别对应控制该阵
列的两个极化的信号的移相。
66.当前5g通信系统中，大规模mimo天线的相位赋值形式为2个，本领域技术人员亦可以根据需要，设置多个辐射单元个数或者相位激励方式。
67.参见图8与图9，在本实用新型典型实施例中，结合天线，在所述天线的背面设置有所述移相装置设置有传动装置4，所述传动装置4包括所述枢转轴40和传动机构41，所述传动机构41接收外部传动力矩，以控制所述枢转轴40带动活动介质板2实施枢转运动，以控制其中的多个移相器同步移相。
68.所述传动机构包括主动轴411、与所述主动轴411固定连接的从动板412、与所述从动板412固定连接的齿条413、以及与所述齿条413啮合的齿轮组。
69.具体的，参见图8至10，在所述天线的背面，所述传动机构41接收外部传动力矩通过主动轴411传递至从动板412，所述从动板412与至少一个齿条413固定连接，所述齿条413与所述齿轮组相向运动，优选的，所述主动轴411与所述齿条413平行，所述从动板412同时与所述主动轴411、所述齿条413垂直固定。所述齿轮组包括旋转齿轮4141和反向齿轮4142，所述旋转齿轮4141与所述枢转轴40共心固定连接。因此当所述传动机构41接收外部传动力矩时通过所述反向齿轮4142带动述枢转轴40，从而带动所述活动介质板2实施枢转运动，以使其中的多个移相器同步移相。图8至10示出的实施例为所述齿条413运动时所述齿轮组相向运动。
70.参照图11，不同于上述齿条413运动时所述齿轮组为相向运动，在另一个实施例中，所述齿条413一侧通过所述反向齿轮4142与所述齿轮组啮合，一侧与所述旋转齿轮4141啮合，使齿条两侧的齿轮转向相反，从而在所述齿条413运动时使所述齿轮组同向运动。由于涉及图11的一些实施例的修改相对于本技术的图8至10的实施例而言仅在于齿轮组，故此请恕省略图11的实施例中对应的天线传动装置图示。
71.在本实用新型的部分经实测获得较佳性能的实施例中，所述主动轴411远离所述传动机构41的两端设置有限位导向模块415，其好处是限制所述主动轴411的传送距离与角度，以获得更好的移相效果。
72.本实用新型的天线中的移相装置由于采用了环绕枢转轴共面集合了多个移相器的结构，大大降低了体积，减小了剖面，可以选择在天线正面进行安装，极大地提高了空间利用率，并且由于不需要额外使用正面与背面对接的馈电针或者电缆，减小了信号及其相位误差，降低通信系统的成本，有利于大规模生产制造。
73.尽管本实用新型推荐按照如上形状与数量关系生产相关产品，但不应将这些推荐方案用于限定本实用新型整个创造精神所涵盖的保护范围。
74.本实用新型的一种基站，其包括如上所述的天线。在本实用新型的移相装置可单独生产制造，安装于相对应的天线上，本实用新型的移相装置具体可参见上文，为节省篇幅，在此按下不表。
75.综上所述，本实用新型的移相装置通过将活动介质板与固定介质板面面相对且关于枢转轴可枢转连接，同时多个移相器的固定传输线环绕该枢转轴共面布置，使多个移相器同步实施移相。在5g基站的实际应用中，对于大规模电调天线所使用的移相器，通常设置于阵列天线的背面，由于具有较高的重量和剖面，不利于通信系统降低重量和成本。而本实用新型由于多个移相器共面集合在一起，结构简单，同时由于不需要额外使用正面与背面
对接的馈电针或者电缆，减小了信号及其相位误差，减少了成本；本实用新型剖面低、体积小，提高了空间利用率、降低通信系统的成本，有利于大规模生产制造。
76.以上描述仅为本实用新型的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本实用新型中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本实用新型中实用新型的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
77.尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。