用于基站天线的紧凑移相器系统的制作方法

1.本公开总体上涉及无线通信系统，更具体地涉及用于基站天线的紧凑移相器系统。


背景技术：

2.无线通信系统的基站天线用于将射频(rf)信号发射至蜂窝通信业务的固定用户和移动用户、以及从上述用户处接收rf信号。基站天线通常包括辐射元件的线性阵列或二维阵列。为了改变由辐射元件阵列产生的天线波束的下倾角，可跨越辐射元件施加相位锥度。对沿各辐射元件之间的rf传输路径定位的移相器进行设置调整，来施加这样的相位锥度。
3.一种已知的移相器为机电旋转滑片弧形移相器，其包括主印刷电路板(pcb)和在主pcb上方可旋转的滑片pcb。通过在主pcb上方对滑片pcb进行物理旋转，可以改变rf信号的子分量在通向辐射元件时经过的路径长度。这些路径长度的改变导致rf信号的相应子分量的相位发生变化。
4.随着更多复杂基站天线的出现，需要在基站天线内容纳更多数量的移相器，设计出满足客户要求尺寸的基站天线越来越困难。如图1a和1b所示，期望在基站天线的壳体ah’内容纳至少16个移相器120’。基站天线的现有设计是提供四块堆叠的平坦基板组件11’，并在每块基板组件11’的表面上并排布置4个移相器120’。基站天线的壳体ah’的宽度通常小于200mm，而布置有4个移相器120’的基板组件11’的宽度至少为197mm，因此难以将16个或者更多的移相器120’容纳在基站天线的壳体内。


技术实现要素：

5.本公开的目的之一是提供一种能够克服现有技术中至少一个缺陷的用于基站天线的紧凑移相器系统。
6.本公开的一方面涉及一种用于基站天线的紧凑移相器系统，其中，所述紧凑移相器系统包括包封在基站天线的壳体内的至少一层移相器组件，所述至少一层移相器组件中的每层移相器组件均包括：
7.基板组件，所述基板组件具有大致v形的横截面、并且包括左侧基板和右侧基板，左侧基板和右侧基板形成范围在20
°
到180
°
之间的夹角a；
8.位于基板组件的第一侧面上的第一侧移相器阵列，所述第一侧移相器阵列包括多个移相器，所述多个移相器中的一组横向并排布置在左侧基板的第一侧面上、并且另一组横向并排布置在右侧基板的第一侧面上；和
9.第一侧驱动机构，所述第一侧驱动机构包括多个滑片支撑块、以及可滑动地连接至所述多个滑片支撑块的驱动杆，所述多个滑片支撑块的数量和第一侧移相器阵列的移相器的数量相同、并且每个滑片支撑块固定至相应一个移相器，所述驱动杆被构造成同时驱动所述多个移相器进行移相操作。
10.在一些实施例中，所述每层移相器组件均还包括：
11.位于基板组件的与第一侧面相反的第二侧面上的第二侧移相器阵列，所述第二侧移相器阵列包括多个所述移相器，所述第二侧移相器阵列的所述多个移相器中的一组横向并排布置在左侧基板的第二侧面上、并且另一组横向并排布置在右侧基板的第二侧面上；和
12.第二侧驱动机构，所述第二侧驱动机构包括多个所述滑片支撑块、以及可滑动地连接至所述第二侧驱动机构的所述多个滑片支撑块的所述驱动杆，所述第二侧驱动机构的所述多个滑片支撑块的数量和第二侧移相器阵列的移相器的数量相同、并且每个滑片支撑块固定至相应一个移相器，所述第二侧驱动机构的驱动杆被构造成同时驱动所述第二侧移相器阵列的所述多个移相器进行移相操作。
13.在一些实施例中，左侧基板和右侧基板一体形成。
14.在一些实施例中，左侧基板和右侧基板分开形成并连接在一起，或分开形成并彼此分离开。
15.在一些实施例中，基板组件的横向尺寸的范围为50mm到180mm之间。
16.在一些实施例中，左侧基板和右侧基板之间的夹角a为大约60
°
、大约100
°
或者大约120
°
。
17.在一些实施例中，左侧基板和右侧基板自身的厚度为1.6mm到6mm之间。
18.在一些实施例中，所述每层移相器组件均还包括驱动杆支撑架，所述驱动杆支撑架包括平行的长杆和短杆、以及连接长杆和短杆的端部的两根斜杆，长杆和短杆分别设有用于接收驱动杆的开口保持环或闭口保持环，并且两根斜杆分别连接到左侧基板和右侧基板的端部上。
19.在一些实施例中，每根斜杆均设有用于保持连接至移相器的电缆的多个开口保持环或闭口保持环。
20.在一些实施例中，所述至少一层移相器组件包括彼此堆叠的多层移相器组件，所述多层移相器组件中的最内层移相器组件通过多对内侧连接件连接至基站天线的反射板，并且所述多层移相器组件中的其他层移相器组件通过多对外侧连接件连接至相邻层的移相器组件。
21.在一些实施例中，内侧连接件包括以倾斜角度相连的两根柱体，并且内侧连接件的两个端面分别连接至反射板和最内层移相器组件的左侧基板或右侧基板的内侧面。
22.在一些实施例中，内侧连接件的两个端面之间的延伸夹角大致等于(90
°‑
a/2)。
23.在一些实施例中，外侧连接件呈大致z形，并且包括平行的两根外柱体、以及垂直于两根外柱体并将两根外柱体相连的中间柱体，外侧连接件的两个端面分别连接至所述其他层移相器组件的左侧基板或右侧基板、以及与所述其他层移相器组件相邻的移相器组件的相应左侧基板或右侧基板。
24.在一些实施例中，驱动杆包括杆体、以及从杆体伸出的左侧翼部和右侧翼部，左侧翼部和右侧翼部分别平行于左侧基板和右侧基板沿横向延伸，杆体在左侧基板和右侧基板的上方平行于左侧基板和右侧基板沿纵向延伸、并且坐落在平分夹角a的夹角平分面上，或者在左侧基板和右侧基板的下方平行于左侧基板和右侧基板沿纵向延伸、并且坐落在平分夹角a的互周角的夹角平分面上。
25.在一些实施例中，左侧翼部和右侧翼部中的每一个均设有沿横向方向延伸的长形通槽，所述长形通槽被构造成接纳从滑片支撑块伸出的滑动柱、并引导滑动柱在长形通槽中往复移动。
26.本公开的主题技术的其它特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地将从所述描述显而易见，或者可以通过实践本公开的主题技术来学习。通过在书面说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构，将实现和获得本公开的主题技术的优点。
27.应当理解，前述一般性描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对要求保护的本公开的主题技术的进一步说明。
附图说明
28.在结合附图阅读下文的具体实施方式后，将更好地理解本公开的多个方面，在附图中：
29.图1a和1b分别示出现有移相器布置方案应用于基站天线的端视图、以及现有移相器布置方案的正视图；
30.图2a-2d分别示出根据本公开实施例的用于基站天线的紧凑移相器系统的组装状态端视图、部分分解状态端视图、组装状态立体图和部分分解状态立体图；
31.图3a-3d分别示出图2a-2d的紧凑移相器系统的一层移相器组件的组装状态端视图、部分分解状态端视图、组装状态一侧立体图和组装状态另一侧立体图；
32.图4a-4c分别示出图3a-3d的一层移相器组件的移相器的立体图、驱动机构的示意图、以及在基板的侧面上的移相器阵列和驱动机构的示意性布置方案；
33.图5a-5b分别示出驱动杆支撑架和电缆支撑架的立体图；和
34.图6a-6b分别示出内侧连接件和外侧连接件的立体图。
具体实施方式
35.以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开内容更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
36.应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行改变。
37.应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
38.说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。说明书使用的用辞“在x和y之间”和“在大约x和y之间”应当解释为包括x和y。本说明书使用的用辞“在大约x和y之间”的意思是“在大约x和大约y之间”，并且本说明书使用的用辞“从大约x至y”的意思是“从大约x至大约y”。
39.在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“联接”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接联接”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。
40.在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
41.在下文的描述中，将沿着基站天线纵向轴线的反射板的长度方向称为纵向。将沿着反射板的宽度方向称为横向。将垂直于反射板的方向称为高度方向，并且将朝向反射板的方向称为沿高度方向向内，而将远离反射板的方向称为沿高度方向向外。
42.图2a-2d分别示出根据本公开实施例的用于基站天线的紧凑移相器系统ps的组装状态端视图、部分分解状态端视图、组装状态立体图和部分分解状态立体图。如图所示，紧凑移相器系统ps包括包封在天线壳体ah内的一层或多层彼此堆叠的移相器组件，并且在图2a和2b的示例中具体示出为彼此堆叠的第一层移相器组件1和第二层移相器组件2。第一层移相器组件1通过多对内侧连接件8连接至反射板rb的背部，而第二层和/或更大层数的移相器组件分别通过多对外侧连接件9连接至小一个层数的移相器组件。所述一层或多层彼此堆叠的移相器组件中的每一层具有大致相同的结构，下面将以第一层移相器组件1为例说明各移相器组件的结构。
43.图3a-3d分别示出第一层移相器组件1的组装状态端视图、部分分解状态端视图、组装状态一侧立体图和组装状态另一侧立体图。如图所示，第一层移相器组件1包括弯曲或倾斜的基板组件11、位于基板组件11的内侧面(即面向反射板rb)上的内侧移相器阵列12及其内侧驱动机构14、以及位于基板组件11的外侧面(即背离反射板rb)上的外侧移相器阵列16及其外侧驱动机构18。
44.弯曲的基板组件11具有大致v形的横截面，并且包括左侧基板11l和右侧基板11r。左侧基板11l和右侧基板11r形成夹角a，并且夹角a的范围在20
°
到180
°
之间，更特别地在60
°
到120
°
之间(例如可以为大约60
°
、大约100
°
或者大约120
°
)。左侧基板11l和右侧基板11r可以一体形成，或者，左侧基板11l和右侧基板11r可以分开形成并连接在一起、或分开形成并彼此分离开。弯曲的基板组件11的沿横向方向的总尺寸的范围为50mm到180mm之间、更特别地为大约160mm。现有基板组件11’为平坦的板体，横向尺寸较大，导致基板组件11’难以放入天线壳体ah中；而根据本公开的基板组件11设置为大致v形，横向尺寸减小，同时高度方向的尺寸受到控制，从而能够顺利放入天线壳体ah中。基板组件11本身的厚度为1.6mm到6mm之间、更特别地为大约4mm。
45.内侧移相器阵列12包括并排布置在基板组件11的内侧面上的多个独立的移相器
120(图中示出为四个，即120-1,120-2,120-3,120-4)，其中一组(例如一半数量)的移相器120横向并排布置在左侧基板11l的内侧面上，并且另一组(例如一半数量)的移相器120横向并排布置在右侧基板11r的内侧面上。尽管图中提供了四个移相器120的示例，但是基板组件11的内侧面可包括更多或更少的移相器120。
46.内侧驱动机构14包括多个滑片支撑块140、以及可滑动地连接至滑片支撑块140的驱动杆143。滑片支撑块140的数量和内侧移相器阵列12的多个移相器120的数量相同，并且每个滑片支撑块140固定至相应一个移相器120的滑片pcb 122(下文将详述)。驱动杆143用于同时驱动内侧移相器阵列12的多个移相器120进行移相操作。
47.外侧移相器阵列16包括并排布置在基板组件11的外侧面上的多个独立的移相器120(图中示出为四个)，其中一部分(例如一半数量)的移相器120横向并排布置在左侧基板11l的外侧面上，并且另一部分(例如一半数量)的移相器120横向并排布置在右侧基板11r的外侧面上。尽管图中提供了四个独立移相器120的示例，但是基板组件11的外侧面可包括更多或更少的移相器120。
48.外侧驱动机构18包括多个滑片支撑块140、以及可滑动地连接至滑片支撑块140的驱动杆143。滑片支撑块140的数量和外侧移相器阵列16的多个移相器120的数量相同，并且每个滑片支撑块140固定至相应一个移相器120的滑片pcb 122(下文将详述)。驱动杆143用于同时驱动外侧移相器阵列16的多个移相器120进行移相操作。
49.图4a示出了内侧移相器阵列12的移相器120的立体图。如图所示，移相器120包括主pcb 121和通过枢轴插销123可旋转地安装在主pcb 121上的滑片pcb 122。内侧驱动机构14的滑片支撑块140位于滑片pcb 122上方并与其相连(例如通过突出部132)，以控制滑片pcb 122在主pcb 122上方的位置。
50.主pcb 121包括同心布置的多条弓形传输线迹线(图中示例包括第一弓形传输线迹线125和第二弓形传输线迹线126)，并且还包括将输入垫127连接到功分器128的第三传输线迹线124。功分器128的第一输出部电容耦合至滑片pcb 122上的电路迹线，而第二输出部通过传输线迹线129与输出垫130连接。耦合至该输出垫130的rf信号不移相。主pcb 121还包括电缆保持器131，以用于保持连接至输入垫127和输出垫130的电缆。
51.相应的，滑片pcb 122包括另一功分器，并且该功分器将所耦合的rf信号分解成多个子分量。该功分器的一个输出部与滑片pcb 122的覆盖在传输线迹线125上的第一垫耦接，并且另一输出部与滑片pcb 122的覆盖在传输线迹线126上的第二垫耦接。第一垫和第二垫将滑片pcb 122的功分器的相应输出电容耦合至主pcb 121上的相应传输线迹线125、126。每个传输线迹线125、126的两个端部耦合至各自的输出垫130。
52.从移相器120的输入垫127到基站天线内的每个辐射元件的电气路径的长度随着滑片pcb 122的移动而改变。例如，随着滑片pcb 122朝左移动，从输入垫127到与传输线迹线125左侧连接的输出垫130的路径的电气长度变短，而从输入垫127到与传输线迹线125右侧连接的输出垫130的电气长度却有对应量的增长。路径长度的变化导致不同输出垫130处接收的信号发生相移。因此，移相器120可以在输入垫127处接收rf信号，将rf信号分解为多个子分量，对每个子分量进行不同量的相移，并在多个输出垫130上输出移相后的子分量。
53.然而，需要理解的是，图4所示的移相器120仅为可用于本公开的紧凑移相器系统ps的内侧移相器阵列12和外侧移相器阵列16的移相器的一个示例，并且本公开可以采用任
何其他形式的移相器。
54.图4b示出了内侧驱动机构14的示意图。如上所述，内侧驱动机构14包括多个滑片支撑块140、以及可滑动地连接至滑片支撑块140的驱动杆143。滑片支撑块140的数量和内侧移相器阵列12的移相器120的数量相同。每个滑片支撑块140位于相应一个移相器120的滑片pcb 122的上方，并且通过任何已知的方式(例如，卡扣和铆钉)固定至该滑片pcb 122。移相器120可以在内侧基板组件11l的内侧面上和外侧基板组件11r的内侧面上成对布置，由此内侧驱动机构14设有成对的滑片支撑块140。成对的滑片支撑块140通过各自的外齿彼此啮合，因此，其中一个滑片支撑块140的枢转能够带动另一个滑片支撑块140的枢转。成对的滑片支撑块140的其中一个设有滑动柱141。滑动柱141可以与支撑块140分开形成并且连接至支撑块140，并且垂直于滑片支撑块140的表面向外伸出。
55.驱动杆143包括纵向延伸的杆体144、以及从杆体144横向伸出的左侧翼部145l和右侧翼部145r。杆体144在左侧基板11l和右侧基板11r的上方平行于左侧基板11l和右侧基板11r沿纵向延伸，并且坐落在平分左侧基板11l和右侧基板11r之间的夹角a的夹角平分面上。左侧翼部145l在左侧基板11l的上方平行于左侧基板11l沿横向延伸，并且右侧翼部145r在右侧基板11r的上方平行于右侧基板11r沿横向延伸。由此，左侧翼部145l和右侧翼部145r之间的夹角大于左侧基板11l和右侧基板11r之间的夹角a。每个翼部145l、145r设有沿横向方向延伸的长形通槽146。长形通槽146用于接纳滑片支撑块140的滑动柱141，并引导滑动柱141在长形通槽146中往复移动。
56.图4c示出了位于基板组件11的内侧面上的内侧移相器阵列12和内侧驱动机构14的示意性布置方案。如图所示，成对的移相器120分别布置在左侧基板11l和右侧基板11r上，并且每个移相器120均包括固定至基板组件11的内侧面上的主pcb 121、以及可旋转地安装在主pcb 121上的滑片pcb 122。成对的滑片支撑块140固定在相应的滑片pcb 122上，并且通过柱槽配合(即滑动柱141和长形通槽146的配合)连接至驱动杆143。
57.参见图4b、并且接合图4a，当驱动杆143的杆体144受到ret致动器(未示出)的驱动而沿纵向移动时，驱动杆143的左侧翼部145l和右侧翼部145r亦沿纵向移动，由此通过长形通槽146和滑动柱141之间的配合而带动左侧基板11l上的成对滑片支撑块140中的一个和右侧基板11r上的成对滑片支撑块140中的一个枢转。滑片支撑块140通过外齿啮合带动匹配的滑片支撑块140枢转。成对的滑片支撑块140的枢转带动与其固定的成对滑片pcb 122的枢转，由此对位于基板组件11的内侧面上的所有移相器120进行移相操作。
58.外侧移相器阵列16及其外侧驱动机构18在基板组件11的外侧面上的布置方案、与内侧移相器阵列12及其内侧驱动机构14在基板组件11的内侧面上的布置方案基本相同，除了外侧驱动机构18的驱动杆143的杆体144在左侧基板11l和右侧基板11r的下方(而非上方)平行于左侧基板11l和右侧基板11r沿纵向延伸、并且坐落在平分左侧基板11l和右侧基板11r之间的夹角a的互周角的夹角平分面(而非平分左侧基板11l和右侧基板11r之间的夹角a的夹角平分面)上之外。因此，将不再赘述外侧移相器阵列16及其外侧驱动机构18在基板组件11的外侧面上的布置方案。
59.返回图3a-3d、以及参考图5a，第一层移相器组件1还包括设置在基板组件11上的驱动杆支撑架111和电缆支撑架117。驱动杆支撑架111呈大致倒梯形，并且包括平行的长杆112和短杆113、以及连接长杆112和短杆113的端部的两根斜杆114。长杆112比短杆113更靠
近反射板rb，并且长杆112和短杆113分别设有沿高度方向向内伸出和向外伸出的保持环115，以用于分别接收和支撑内侧驱动机构14的驱动杆143和外侧驱动机构18的驱动杆143。保持环115可以呈圆形、椭圆形、方形、长方形、或者任何其他合适的形状，并且可以为闭口的或者开口的。两根斜杆114通过自身的夹子分别连接到左侧基板11l和右侧基板11r的端部上，并且两者之间的延伸夹角等于左侧基板11l和右侧基板11r支之间的夹角a。每根斜杆114均设有多个沿高度方向向内和/或向外伸出的保持环116，以用于保持连接至移相器120的输入垫127和输出垫130上的电缆。保持环116可以呈圆形、方形、或者任何其他合适的形状，并且可以为闭口的或者开口的。
60.返回图3a-3d、以及参考图5b，电缆支撑架117呈大致杆体状，并且通过自身的夹子分别连至左侧基板11l和右侧基板11r的端部上。电缆支撑架117设有多个沿高度方向向内和/或向外伸出的保持环118，以用于保持连接至移相器120的输入垫127和输出垫130上的电缆。通常，电缆支撑架117应用于左侧基板和右侧基板的横向外侧的移相器120的电缆，而驱动杆支撑架111应用于左侧基板和右侧基板的横向内侧的移相器120的电缆。
61.以上介绍了第一层移相器组件1的整体结构。第二层移相器组件2的结构和第一层移相器组件1的结构基本相同，因此不再赘述。如上所述，第一层移相器组件1通过多对内侧连接件8连接至反射板rb的背部，并且第二层移相器组件2和/或更大层数的移相器组件通过多对外侧连接件9连接至相邻的移相器组件。
62.如图6a所示，内侧连接件8包括以倾斜角度相连的两根柱体81和82。内侧连接件8的两个端面分别平行地面向反射板rb和第一层移相器组件1的左侧基板11l或右侧基板11r的内侧面，并且两个端面之间的延伸夹角b等于(90
°‑
a/2)。两个端面分别设有螺孔83，以通过螺钉分别连接至反射板rb和第一层移相器组件1的左侧基板11l或右侧基板11r。左侧基板11l通过沿纵向排列的多个内侧连接件8连接至反射板rb，并且右侧基板11r通过沿纵向排列的多个内侧连接件8连接至反射板rb。在一些实施例中，内侧连接件8的端面设有垫圈84，以更牢固地连接至相应表面。
63.如图6b所示，外侧连接件9呈大致z形，并且包括平行的两根外柱体91、以及垂直于两根外柱体91并将两根外柱体91相连的中间柱体92。外侧连接件9的两个端面分别平行地面向相邻两层移相器组件的左侧基板11l或右侧基板11r，并且两个端面之间互相平行。两个端面分别设有螺孔93，以通过螺钉分别连接至相邻两层移相器组件的左侧基板11l或右侧基板11r。一层移相器组件的左侧基板11l通过沿纵向排列的多个外侧连接件9连接至相邻层移相器组件的左侧基板11l，并且一层移相器组件的右侧基板11r通过沿纵向排列的多个外侧连接件9连接至相邻层移相器组件的右侧基板11r。在一些实施例中，外侧连接件9的端面设有垫圈94，以更牢固地连接至相应表面。
64.根据本公开实施例的紧凑移相器系统ps能够在保留基站天线、移相器和驱动机构的基本设计的情况下，将16个或者更多个移相器容易地容纳在基站天线的壳体内，从而以较小的改造成本满足了复杂基站天线的设计需求。
65.虽然已经描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由所附的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。