申请/专利权人：东南大学;国动科技有限公司;国动科技南京有限公司;南京步微通信设备有限公司

申请日：2019-02-27

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN109755696B

主分类号：H01P1/18

分类号：H01P1/18;H01Q3/32

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.06.07#实质审查的生效;2019.05.14#公开

摘要：本发明涉及移动通信基站天线领域，公开了一种基站天线宽带腔体移相器，包括金属腔体、拉杆、端盖、同轴馈线、PCB电路板及上下两层滑动介质板；在所述PCB电路介质板上加工有用于电性连通PCB电路介质板两侧相同位置的TN结传输线的第一金属化通孔和用于将PCB电路介质板上相邻两TN结传输线进行电气隔离的第二金属化通孔，所述TN结传输线覆盖在所述第一金属化通孔上，所述第二金属化通孔位于相邻两TN结传输线之间。本发明提出的移相器具有结构稳定，交调性能良好，工作带宽较宽，相移过程中动态功率稳定，移相量线性度高等优点。

主权项：1.一种基站天线宽带腔体移相器，包括金属腔体、拉杆、端盖、同轴馈线、PCB电路板及上下两层滑动介质板；所述端盖设置在所述金属腔的两个端部；所述上下两层滑动介质板位于所述PCB电路板的上下表面；所述拉杆的一端置于所述金属腔体外部，所述拉杆的另一端与所述上下两层滑动介质板连接，上下两层滑动介质板在所述拉杆的拉动下与所述PCB电路板产生相对位移；所述同轴馈线与所述PCB电路板电性连接；所述滑动介质板包括滑动介质板移相部分与阻抗匹配部分，所述PCB电路板包括PCB电路介质板及附着在介质板上的TN结传输线；其特征在于：在所述PCB电路介质板上加工有用于电气连通PCB电路介质板两侧相同位置的TN结传输线的第一金属化通孔和用于将PCB电路介质板上相邻两TN结传输线进行电气隔离的第二金属化通孔，所述TN结传输线覆盖在所述第一金属化通孔上，所述第二金属化通孔位于相邻两TN结传输线之间；所述滑动介质板的移相部分在垂直滑动的方向上由不同厚度的第一部分和第二部分构成，且两个部分的厚度满足： 式中，h、ε及分别为第一部分的厚度、等效介电常数及相移量；h1、ε1及分别为第二部分的厚度、等效介电常数及相移量；所述滑动介质板的阻抗匹配部分采用沿所述滑动介质板滑动方向延伸的匹配槽，该匹配槽满足： 式中，y为阻抗匹配部分滑动介质板的厚度,hf为阻抗匹配部分滑动介质板最薄处的厚度，ht为阻抗匹配部分滑动介质板最厚处的厚度，λ为移相器工作的中心频率对应的波长。

全文数据：一种宽带腔体移相器技术领域本发明涉及移动通信基站天线技术领域，尤其涉及一种基站电调天线的腔体移相器。背景技术在移动通信网络覆盖中，基站电调天线因其良好的电气性能已逐渐取代传统的机械下倾天线。移相器作为电调基站天线的重要组件可以通过控制基站天线阵元之间的幅度和相位实现方向图的波束扫描。因此移相器性能的优劣直接影响了基站天线的电调性能。在腔体移相器的设计中，滑动介质板的阻抗匹配是决定移相器工作带宽的重要因素，因此滑动介质板阻抗匹配部分的设计至关重要。为了保证滑动介质板在金属腔体内的滑动，PCB电路板与滑动介质板之间，滑动介质板与金属腔体之间会存在缝隙，滑动介质板在滑动过程中的形变和晃动会直接影响腔体移相器的交调和电气性能。为了实现较大的移项量，PCB电路板的TN结传输线会有多路弯折，传输线之间的互耦会严重影响移相器移项量的线性度和滑动过程中各端口功率的较大变化。发明内容本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提出一种具有结构稳定，交调性能良好，工作带宽较宽满足GSM900频段，相移过程中动态功率稳定，移相量线性度高的移相器。为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种基站天线宽带腔体移相器，包括金属腔体、拉杆、端盖、同轴馈线、PCB电路板及上下两层滑动介质板；所述端盖设置在所述金属腔的两个端部；所述上下两层滑动介质板位于所述PCB电路板的上下表面；所述拉杆的一端置于所述金属腔体外部，所述拉杆的另一端与所述上下两层滑动介质板连接，上下两层滑动介质板在所述拉杆的拉动下与所述述PCB电路板产生相对位移；所述同轴馈线与所述PCB电路板电气连接；所述滑动介质板包括滑动介质板移相部分与阻抗匹配部分，所述PCB电路板包括PCB电路介质板及附着在介质板上的TN结传输线；其特征在于：在所述PCB电路介质板上加工有用于电气连通PCB电路介质板两侧相同位置的TN结传输线的第一金属化通孔和用于将PCB电路介质板上相邻两TN结传输线进行电气隔离的第二金属化通孔，所述TN结传输线覆盖在所述第一金属化通孔上，所述第二金属化通孔位于相邻两TN结传输线之间。PCB电路板包括打有密集金属化过孔的PCB电路板介质以及附着在电路板介质上下两侧并被金属化过孔连接起来的TN结电路。TN结电路中包含6个宽度为6mm长度为3mm的焊盘，TN结电路表面除焊盘外设有不导电层。不导电层焊盘与金属腔体上面所开孔洞一一对应。所述PCB电路介质板上在上下两层TN结电路传输线之间和同一层TN结电路传输线之间设有金属化过孔。所述PCB电路板介质左上角切去细长的长方体，且在末端做倒角处理。进一步地，本发明设计了一款具有指数渐变特性的阻抗匹配部分的滑动介质板。所述滑动介质板分为上下两个，并且上下两个介质板完全相同，并以金属腔体中心所在轴成中心对称关系。所述滑动介质板包括滑动介质板移相部分，置于滑动介质板移相部分两侧的阻抗匹配部分，孔洞，与孔洞相匹配的卡槽，与拉杆相匹配的卡槽，弹性柱，阻抗匹配部分设有长方体支撑件。滑动介质板主体分为不同厚度的前后两部分。本发明中的阻抗匹配部分由指数渐变的介质以及长方体支撑件组成。PCB介质板与滑动介质板之间，滑动介质板与金属腔体之间都有0.15mm的空隙。附图说明为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来见，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为本发明腔体移相器结构示意图；图2为本发明移相器端盖结构示意图；图3为本发明PCB电路板与同轴馈电组装结构示意图；图4为本发明PCB电路板中TN结传输线与PCB电路介质板拆分结构示意图；图5为本发明指数渐变型滑动介质板结构示意图；图6为本发明渐变指数型与阶梯型阻抗匹配示意图；图7为本发明移相器仿真结果图；其中：1、金属腔体，11、孔洞，12、金属凸台，14、孔洞，2、拉杆，3、端盖，31、长方体柱，32、圆柱，4、同轴馈线，5、PCB电路板，51、TN结电路，511、焊盘，512、不导电层，52、PCB电路板介质，521、金属化过孔，522、长方体，6、滑动介质板，61、移相部分，62、阻抗匹配部分，621、长方体支撑件，63、孔洞。64、卡槽，65、卡槽，66、弹性柱，具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。参考图1，本发明所提出的腔体移相器，包括金属腔体1，拉杆2，端盖3，同轴馈线4，PCB电路板5及上下两层滑动介质板6。上下两层滑动介质板6置于PCB电路板5正反两个表面，滑动介质板6连接拉杆2置于金属腔体1内，端盖3置于金属腔体1开口两端。金属腔体1为铝制材料，其结构为四面封闭两端开口，且两端打有与端盖3相匹配的孔洞11，侧后方与侧前方有金属凸台12，且金属凸台被两两隔断分为三部分，侧前方与侧后方的隔断位置13相同，两两隔断的部分安装尺寸合适的卡件，便于此移相器安装固定在天线阵面上。金属腔体的上面开有六个孔洞14，此孔洞的作用为便于PCB电路板5与同轴馈电4的焊接。金属凸台12金属腔体1一体成型。参考图2，端盖3中间一层凸出的两个长方体柱31的外端面与PCB电路板5接触，可以固定PCB电路板5于腔体内，保证了滑动介质板6在金属腔体1内滑动时，PCB电路板5不会发生形变和晃动，进而影响交调和电气特性，保证了腔体移相器的稳定性。端盖3中上下两端凸起的圆柱32嵌入金属腔体1中的孔洞11，在腔体移相器焊接过程中，PCB电路板5会发生左右晃动，引起移相器的不一致性，在焊接时先安装端盖，可以固定PCB电路板5，保证移相器的一致性。端盖3并不会影响腔体移相器的电气性能。因此端盖3的材料为普通PC，价格低廉。参考图3，图4，PCB电路板5包括打有密集金属化过孔的PCB电路板介质52以及附着在电路板上下两侧并被金属化过孔连接起来的TN结电路51，TN结电路51包括5条平行的宽度相同的传输线，以及连接这五条传输线的匹配线。其中这五条传输线可以使该端口在移动一倍移相量距离时实现5倍的相移，连接这五条传输线的匹配线可以实现不同的波束赋形。TN结电路中包含6个宽度为6mm长度为3mm的焊盘511，TN结电路51表面除焊盘511外设有不导电层512。不导电层512的作用是保护TN结电路51在使用时间较长之后的磨损和氧化，焊盘511为了焊接的方便不设不导电层。焊盘511与金属腔体1上面所开孔洞14一一对应。PCB电路板介质52中有密集的金属化过孔521，其中金属化过孔521包括两部分，一部分为连接上下两层TN结电路51的金属化过孔，其作用为电气短接上下层TN结电路；另一部分为TN结电路51金属线之间的金属化过孔，其作用是防止TN结电路51中的金属线相隔太近引起的互耦导致移相器的电气性能下降。PCB电路板介质52左上角切去细长的长方体522，保证拉杆2与PCB电路板5连接。PCB电路板介质52开有四条矩形孔洞524，且在末端做倒角处理。参考图5，图6，滑动介质板6分为上下两个，并且上下两个介质板完全相同，并以金属腔体1中心所在轴成中心对称关系。滑动介质板6包括滑动介质板移相部分61，置于滑动介质板移相部分两侧的阻抗匹配部分62，孔洞63，与孔洞63相匹配的卡槽64，与拉杆相匹配的卡槽65以及弹性柱68。滑动介质板6分为不同厚度的前后两部分66与67，假设滑动介质板66部分对应的厚度为h，等效介电常数为ε，相移量为滑动介质板67部分对应的厚度为h1，等效介电常数为ε1，相移量为其满足当端口41,42,43,44,45连接的天线阵元等间距排列时，参考图3，端口44对应三条相移传输线，端口45对应五条传输线，为了实现端口45,44,43,42,41的移动相位为-2φ，-φ,0,φ,2φ，则因此h＝56h1，为了考虑实际性能指标的需要，与各端口相连的天线为不等间距排布时，只需要根据上述公式调整滑动介质板的厚度，即可实现各端口的相位分布。阻抗匹配部分62是为了保证滑动介质板6在移动过程中PCB电路板5上的五条平行传输线保持相同的阻抗，因此阻抗匹配部分的尺寸和结构直接决定了腔体移相器的端口特性。此结构比常规的在滑动介质板6上开设长方体孔洞具有更宽的带宽。以滑动介质板阻抗变换部分62中厚度最薄处为原点，假定滑动介质板最薄处的厚度为h，最厚处为ht，移相器工作的中心频率对应的波长为λ，则其曲线满足按照设计经验，ht＝6hf时，移相器具有较好的匹配特性。如图6所示，Z0为TN结电路51在空气中的阻抗，ZL为TN结电路51被滑动介质板6中移相部分61覆盖部分的阻抗，Zz为TN结电路51被滑动介质板6中阻抗匹配部分62所覆盖的阻抗，当阻抗匹配部分62采用镂空一定长度的滑动介质板6或阻抗匹配部分62采用阶梯型变化时，Z+ΔZ为TN节点路51被其所覆盖时所对应的阻抗。进行阻抗匹配时，当分立的节数N增加时，各节之间的特征阻抗的阶跃变化随之变小。所以，指数型渐变结构相当于在无限多个节的极限情况下，其特性近似为一个渐变的阻抗传输线。为了保证电气性能，阻抗匹配62靠近拉杆2的一端厚度小于1mm，这使得滑动介质板6在金属腔体1滑动过程中阻抗匹配62部分会发生形变与晃动影响电气性能与交调指标。因此本发明中设计长方体支撑件621保证介质板阻抗匹配部分62的结构稳定性。上层滑动介质板6中的卡槽64穿过PCB电路板5中的矩形孔洞524嵌入下层滑动介质板6中的孔洞63中，完成滑动介质板6与PCB电路板5的组装。滑动介质板6中的与拉杆2相匹配的卡槽65嵌入拉杆2中完成滑动介质板6与拉杆2的组装。在滑动介质板6上设置弹性柱66，使PCB介质板5与滑动介质板6之间，滑动介质板6与金属腔体1之间都有0.15mm的空隙，防止滑动介质板6在滑动过程中的挤压变形，可以保证腔体移相器在震动与滑动过程中都有良好的交调特性。参考图7，图7为移相器在GSM900频段的驻波VSWR仿真结果图，仿真计算表明：本发明提出的移相器在GSM900806MHz-960MHz驻波小于1.25，满足设计要求。综上所述，本发明设计了一款具有指数渐变特性阻抗匹配的滑动介质板以实现更宽的带宽，并在滑动介质板上设计长方体支撑件保证滑动介质板的结构稳定性和交调特性。进一步的，本发明在PCB电路板的TN结传输线之间设计金属化过孔降低TN结传输线之间的互耦。进一步的，本发明设计了一个塑料卡件，保证PCB电路板的结构稳定性和移相器的交调特性。最后应当说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案本质脱离本发明各实施例技术方案范畴。

权利要求：1.一种基站天线宽带腔体移相器，包括金属腔体、拉杆、端盖、同轴馈线、PCB电路板及上下两层滑动介质板；所述端盖设置在所述金属腔的两个端部；所述上下两层滑动介质板位于所述PCB电路板的上下表面；所述拉杆的一端置于所述金属腔体外部，所述拉杆的另一端与所述上下两层滑动介质板连接，上下两层滑动介质板在所述拉杆的拉动下与所述述PCB电路板产生相对位移；所述同轴馈线与所述PCB电路板电性连接；所述滑动介质板包括滑动介质板移相部分与阻抗匹配部分，所述PCB电路板包括PCB电路介质板及附着在介质板上的TN结传输线；其特征在于：在所述PCB电路介质板上加工有用于电气连通PCB电路介质板两侧相同位置的TN结传输线的第一金属化通孔和用于将PCB电路介质板上相邻两TN结传输线进行电气隔离的第二金属化通孔，所述TN结传输线覆盖在所述第一金属化通孔上，所述第二金属化通过位于相邻两TN结传输线之间。2.根据权利要求1所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述滑动介质板的移相部分在垂直滑动的方向上由不同厚度的第一部分和第二部分构成，且两个部分的厚度满足：式中，h、ε及分别为第一部分的厚度、等效介电常数为及相移量；h1、ε1及分别为第二部分的厚度、等效介电常数为及相移量。3.根据权利要求2所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述滑动介质板的阻抗匹配部分采用沿所述滑动介质板滑动方向延伸的匹配槽，该匹配槽满足：式中，y为阻抗匹配部分滑动介质板的厚度,hf为阻抗匹配部分滑动介质板最薄处的厚度，ht为阻抗匹配部分滑动介质板最厚处的厚度，λ为移相器工作的中心频率对应的波长。4.根据权利要求1-3任一所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述滑动介质板通过介质板卡槽和孔洞固定于PCB电路板两侧；所述PCB电路介质板上设有长方体滑槽；所述滑动介质板的介质板卡槽位于所述长方体滑槽内；滑动介质板通过与拉杆卡槽相匹配的孔洞与拉杆连接置于金属腔体内。5.根据权利要求4所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述滑动介质板的移相部分设有弹性柱。6.根据权利要求5所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述端盖通过与金属腔体孔洞相匹配端盖卡槽固定于金属腔体两端。7.根据权利要求6所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：相邻两匹配槽之间设有长方体支撑件，且长方体支撑件与滑动介质板一体成型；所述端盖中间通过凸出的长方体支撑件与PCB电路板接触，所述端盖上下两侧设有与金属腔体相匹配的圆柱体。8.根据权利要求4所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述PCB电路板TN结传输线上除焊盘位置外设有不导电层。9.根据权利要求4所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述PCB电路板上设置有一用于放置拉杆的细长的长方体缺口。10.根据权利要求4所述的基站天线宽带腔体移相器，其特征在于：所述金属腔体侧后方与侧前方有金属凸台，且金属凸台被两两隔断分为三部分，侧前方与侧后方的隔断位置相同，两两隔断的部分可以安装尺寸合适的卡件与天线级连。

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