WO2024139746A1 - 滤波移相器及天线 - Google Patents

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WO2024139746A1
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fan
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胡琦钰
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present disclosure relates to the technical field of communication devices, and in particular to a filtering phase shifter and an antenna.
  • phase shifters can change the phase distribution of each radiating unit in the array antenna, thereby changing the beam downtilt angle, to achieve beam shaping and optimized coverage of the electrically steered antenna.
  • the commonly used mechanical phase shifters are divided into dielectric sliding phase shifters and transmission line sliding phase shifters.
  • the dielectric substrate has a first side and a second side opposite to each other, the phase shifter is arranged on the first side, and the filter is arranged on the second side;
  • each of the second microstrip transmission lines there are a plurality of second microstrip transmission lines, and an extension direction of each of the second microstrip transmission lines intersects with an extension direction of the rotating arm.
  • At least one of the plurality of the second microstrip transmission lines is a slow-wave structure.
  • the dielectric substrate is provided with a rotation axis hole at a position corresponding to the first microstrip transmission line, and the rotating arm is rotatably disposed in the rotation axis hole via a rotation axis.
  • a central angle of the at least one fan-shaped open-circuit stub is 90°.
  • At least one of the radius, the central angle, and the opening direction of the plurality of fan-shaped open stubs may be different.
  • the present disclosure provides an antenna comprising the filter phase shifter described in any of the above embodiments.
  • connection should be understood in a broad sense, for example, it can be a fixed connection, a detachable connection, or an integral connection; it can be a mechanical connection or an electrical connection; it can be directly connected or indirectly connected through an intermediate medium.
  • connection should be understood in a broad sense, for example, it can be a fixed connection, a detachable connection, or an integral connection; it can be a mechanical connection or an electrical connection; it can be directly connected or indirectly connected through an intermediate medium.
  • the electrically adjustable antenna uses independent filters and phase shifters. Although it can achieve frequency isolation and phase adjustment, the filters and phase shifters are designed in a separate layout, which makes the whole device larger.
  • the current microstrip filter uses a straight short-circuit line as a branch line, but the straight short-circuit line
  • the connection with the main transmission line is wide, which is prone to discontinuity and causes large insertion loss.
  • a large spacing must be ensured, making the circuit structure not compact and the corresponding filter band not steep enough, affecting the filtering effect.
  • the filter phase shifter includes: a dielectric substrate 1 , a phase shifter 2 and a filter 3 .
  • the dielectric substrate 1 has a first side 11 and a second side 12 opposite to each other.
  • the phase shifter 2 is arranged on the first side 11
  • the filter 3 is arranged on the second side 12 .
  • the dielectric substrate 1 is used to provide support for the phase shifter 2 and the filter 3.
  • the material of the dielectric substrate 1 should be selected from materials with high dielectric constant and low microwave loss, such as a PCB board, i.e. a printed circuit board.
  • the phase shifter 2 is arranged on one side of the dielectric substrate 1, and the filter 3 is arranged on the other side of the dielectric substrate 1.
  • the phase shifter 2 and the filter 3 can be electrically connected through a metallized via 14 or a wire that passes through the dielectric substrate 1.
  • the phase shifter 2 further includes a rotating arm 21 , which is rotatably connected to the first microstrip transmission line 22 , and is in sliding contact with at least one second microstrip transmission line 23 .
  • the filter 3 includes at least one fan-shaped open-circuit stub 31 , which is electrically connected in parallel to the first microstrip transmission line 22 , wherein the fan-shaped open-circuit stub 31 is disposed on the second side 12 of the dielectric substrate 1 .
  • the slow-wave structure can be a spiral line
  • the second microstrip transmission line 23 at this time is a slow-wave microstrip transmission line 24.
  • the slow-wave microstrip transmission line 24 also makes sliding contact with the rotating arm 21, so the contact point between the slow-wave microstrip transmission line 24 and the rotating arm 21 can also be set to an arc shape, and the center of the arc coincides with the rotation axis of the rotating arm 21, and two output ends 231 are also set on both sides of the slow-wave microstrip transmission line 24.
  • handheld devices include but are not limited to mobile phones, tablet computers, PDAs, wearable devices, etc.
  • the embodiments of the present disclosure do not specifically limit the specific types of handheld devices.

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  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

本公开涉及通信装置技术领域，提供一种滤波移相器及天线。滤波移相器包括：介质基板、移相器和滤波器；介质基板具有相对的第一侧和第二侧，移相器设于第一侧，滤波器设于第二侧；移相器包括旋转臂、第一微带传输线和至少一个第二微带传输线，旋转臂与第一微带传输线转动连接，旋转臂与至少一个第二微带传输线滑动接触；滤波器包括至少一个扇形开路短截线，至少一个扇形开路短截线与第一微带传输线电性并联连接。

Description

滤波移相器及天线
本申请要求于2022年12月27日提交中国专利局的申请号为2022116892041、名称为“滤波移相器及天线”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本公开涉及通信装置技术领域，尤其涉及一种滤波移相器及天线。
背景技术
在5G移动通信背景下，移相器可以通过改变阵列天线中各个辐射单元的相位分布，进而改变波束下倾角，实现电调天线的波束赋形和优化覆盖。目前，常用的机械式移相器分为介质滑动型移相器和传输线滑动型移相器。随着小型化多频电调天线的发展，电子器件的集成度越来越高，对各种射频器件的体积提出了更高的要求。
发明内容
本发明提供一种滤波移相器及天线，用以解决现有技术中滤波器与移相器为分体式设计布局，使得整机的体积较大的问题。
第一方面，本公开提供一种滤波移相器，包括：介质基板、移相器和滤波器；
所述介质基板具有相对的第一侧和第二侧，所述移相器设于所述第一侧，所述滤波器设于所述第二侧；
所述移相器包括旋转臂、第一微带传输线和至少一个第二微带传输线，所述旋转臂与所述第一微带传输线转动连接，所述旋转臂与所述至少一个第二微带传输线滑动接触；
所述移相器包括至少一个扇形开路短截线，所述至少一个扇形开路短截线与所述第一微带传输线电性并联连接。
根据一些实施例，所述第二微带传输线为多个，每个所述第二微带传输线的延伸方向与所述旋转臂的延伸方向相交。
根据一些实施例，多个所述第二微带传输线中的至少一者为慢波结构。
根据一些实施例，所述介质基板在与所述第一微带传输线对应处设有转轴孔，所述旋转臂通过转轴转动设于所述转轴孔。
根据一些实施例，所述介质基板上在与所述第一微带传输线对应处设置有金属化过孔，所述至少一个扇形开路短截线通过所述金属化过孔与所述第一微带传输线电性并联连接。
根据一些实施例，所述至少一个扇形开路短截线的半径为所述滤波器寄生通带频率对应的四分之一波长。
根据一些实施例，所述至少一个扇形开路短截线的圆心角为90°。
根据一些实施例，所述至少一个扇形开路短截线具有圆心点，所述圆心点与所述第一微带传输线电性并联连接。
根据一些实施例，所述至少一个扇形开路短截线为多个，多个所述扇形开路短截线间隔设置。
根据一些实施例，所述多个扇形开路短截线的半径、圆心角以及开扇方向中至少一个可以不相同。
第二方面，本公开提供一种天线，包含上述任一实施例所述的滤波移相器。
本发明的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书、附图以及权利要求书变得明显。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，不够成对本申请披露范围以及保护范围的限制。
图1是本公开提供的滤波移相器的分解示意图；
图2是本公开提供的滤波移相器的第一侧的结构示意图；
图3是本公开提供的滤波移相器的第二侧的结构示意图。
附图标记：
1、介质基板；11、第一侧；12、第二侧；13、转轴孔；14、金属
化过孔；
2、移相器；21、旋转臂；22、第一微带传输线；221、输入端；
23、第二微带传输线；231、输出端；24、慢波微带传输线；
3、滤波器；31、扇形开路短截线。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
在本公开实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
在本公开实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。
在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
将电调天线采用相互独立的滤波器和移相器，虽然能实现异频隔离和相位调节，但是滤波器与移相器为分体式设计布局，使得整机的体积较大。
当前微带滤波采用直线型短路线作为分支线，但是直线型短路线 与主传输线的连接处较宽，容易产生不连续性，造成插入损耗较大，同时为了避免耦合谐振，多条直线型短路线存在时，要保证较大间距，使得电路结构不紧凑，对应滤波带不够陡峭，影响滤波效果。
为了解决上述问题，如图1、图2及图3所示，本公开实施例的滤波移相器，包括：介质基板1、移相器2和滤波器3。
介质基板1具有相对的第一侧11和第二侧12，移相器2设于第一侧11，滤波器3设于第二侧12。
具体地，介质基板1用于为移相器2和滤波器3提供支撑，介质基板1的材料应选用介电常数高，微波损耗低的材料，如可以选用PCB板，即印刷电路板。移相器2设置于介质基板1的一侧，滤波器3设置于介质基板1的另一侧，移相器2和滤波器3之间可以通过贯穿介质基板1的金属化过孔14或者导线实现电连接。移相器2和滤波器3分别设置于第一侧11和第二侧12，能够充分利用介质基板1的空间，将移相器2和滤波器3分布于不同的电路层，集成度更高，有利于天线小型化，且更便于加工。
移相器2包括第一微带传输线22和至少一个第二微带传输线23，其中，第一微带传输线22为移相器2的主馈输入传输线，设有输入端221，第二微带传输线23为移相器2的输出传输线，每条第二微带传输线23设有两个输出端231。
移相器2还包括旋转臂21，旋转臂21与第一微带传输线22转动连接，旋转臂21与至少一个第二微带传输线23滑动接触。
一般情况下，电调天线内部安装一个或多个移相器2，移相器2可以左右滑动旋转臂21来改变馈电网络的长度，使得从输入端221到各个输出端231的信号存在差异，从而改变相邻振子之间的相位，当相邻振子之间的相位有一定规律时，天线辐射的大波束便指向一个特定的方向。当移相器2连续移动时，便可以实现波束的连续电调，当波束在垂直方向进行连续改变时，便形成了下倾角的电调控制。
可以理解的是，移相器2是通过改变馈电网络的长度来改变各振子馈电相位，以实现天线波束下倾，从而达到调节电调天线下倾的目的，而移相器2馈电网络的长度是通过旋转臂21的移动位置来实现的，所以旋转臂21需要与第一微带传输线22转动连接，使得第一微带传输线22接收到射频信号时，旋转臂21可以通过一定角度的左右旋转，与第二微带传输线23进行滑动接触，来改变馈电网络的长度。
移相器2可以连接基站天线辐射单元(图中未示出)，需要通过辐射单元辐射出去的信号经过移相器2改变至需要的相位，再通过辐射单元辐射出去。其中辐射单元可以为一个或多个，多个辐射单元与移相器2的信号输出端口射频连接。
滤波器3包括至少一个扇形开路短截线31，至少一个扇形开路短截线31与第一微带传输线22电性并联连接，其中扇形开路短截线31设置于介质基板1的第二侧12。
在滤波器3的尺寸一定的情况下，扇形开路短截线31可以实现大约两倍常规滤波器才能实现的矩形系数，当滤波器3矩形系数一定的情况下，扇形开路短截线31的长度比常规的直线形开路短截线减小一半，并且扇形开路短截线31能够实现更宽的带宽，进一步提高了滤波器3的使用性能。
需要说明的是，矩形系数是描述了滤波器3在截止频率附近响应曲线变化的陡峭程度，一般情况下矩形总是大于1的，但矩形系数越接近1，则特性曲线越平滑，滤除临近波道干扰信号的能力越强；带宽是指信号所占据的频率宽度，带宽决定着滤波器3分离信号中相邻频率成分的能力，即频率分辨力，所以滤波器3中的带宽越宽，则滤波效果越好，分辨率越高；过渡带是判断滤波器3性能好坏的参数之一，过渡带与矩形系数相关，当矩形系数越小时，过渡带越陡峭，越接近理想特性，频率过滤性能就越好；滤波中的衰减程度是指某个特定频率通过滤波器后的信号幅度与之前的信号幅度的关系，所以滤波 中衰减的程度越大，则表示滤波器3的滤波性能越优良。
在本公开实施例中，由于移相器2和滤波器3电性并联连接，射频单元同步将信号传输给移相器2和滤波器3，扇形开路短截线31对此信号进行滤波处理，随后已经被滤波处理的信号传输给与第一微带传输线22相接的旋转臂21，使旋转臂21可以通过左右旋转的方式，在第二微带传输线23进行滑动接触，改变馈电网络的长度，从而改变相邻振子之间的相位，由此来调节天线下倾角。滤波器3与移相器2为一体式设计布局，使得整机结构紧凑，另外，滤波器3为扇形开路短截线31，特性曲线更平滑、衰减程度更大、过渡带陡峭、工作特性更好以及滤波性能更优。
在可选的实施例中，如图2所示，第二微带传输线23为多个，第二微带传输线23的延伸方向与旋转臂21的延伸方向相交。
具体地，在有多个辐射单元的情况下，第二微带传输线23可以为多个，且第二微带传输线23与第一微带传输线22间隔设置，设置于第一微带传输线22的上端。由于旋转臂21的转动轨迹为弧形，所以为了使第二微带传输线23可以与旋转臂21的滑动接触更加贴合，相应的，第二微带传输线23与旋转臂21相接触的部分可以设置为弧形，且弧形的圆心与旋转臂21的旋转轴心重合。
其中，除第一微带传输线22外，多个第二微带传输线23都设置有两个输出端231，输出端231均位于第二微带传输线23的两侧，每个输出端231连接不同的振子，输出端231分别由于传输路径的不同，以至有不同的信号相位。
在可选的实施例中，如图2所示，多个第二微带传输线23中的至少一者为慢波结构。
其中，慢波结构是为了实现在行波型电子器件中加强运动电子与电磁场的相互作用，使电子流的能量更有效地转换成电磁波，这种结构可以让第二微带传输线23在小的空间内可以有更长的走线，有利 于提高旋转臂21单位旋转角度可产生的位移量，充分利用了介质基板1的空间。
一般慢波结构可以为螺旋线形，此时的第二微带传输线23为慢波微带传输线24。具体而言，慢波微带传输线24也与旋转臂21滑动接触，所以慢波微带传输线24与旋转臂21所接触的地方也可以设置为弧形，且弧形的圆心与旋转臂21的转动轴心重合，慢波微带传输线24的两侧也设置有两个输出端231。
在可选的实施例中，如图2和图3所示，介质基板1在与第一微带传输线22对应处设有转轴孔13，旋转臂21通过转轴转动设于转轴孔13。
需要说明的是，转轴孔13可以设置于介质基板1的中轴线上，其中，转轴可以为铆钉，此时的旋转臂21通过铆钉转动设置于转轴孔13。也就是说，铆钉能够起到固定的作用，而旋转臂21能够相对铆钉发生转动。
另外，为了能够左右滑动旋转臂21，旋转臂21连接有夹具，夹具连接有驱动件，在驱动件的驱动下，旋转臂21能够相对铆钉发生转动。
具体来说，当移相器2进行波束下倾时，可以通过旋转臂21的转动，使各个输出端231的相位按照一定规律发生变化，从而实现天线波束下倾。旋转臂21可以改变输入端221到各个输出端231的物理线长，从而可以改变各个输出端231的相位。当天线处于非下倾状态时，旋转臂21可以转至最左端，当需要进行下倾时，将旋转臂21向右转动，旋转臂21的转动角度与波束下倾的角度成正比，转动到最右端时，下倾角最大。
在可选的实施例中，如图3所示，介质基板1在与第一微带传输线22对应处设置有金属化过孔14，至少一个扇形开路短截线31通过金属化过孔14与第一微带传输线22电性并联连接。
其中，金属化过孔14不仅可以防止电磁泄漏，还可以提高谐振腔的品质因数。
在可选的实施例中，扇形开路短截线31的半径为滤波器寄生通带频率对应的四分之一波长，根据传输线理论，滤波器在该频率点呈现短路特性，有效抑制滤波器寄生通带。
在可选的实施例中，扇形开路短截线31的圆心角朝向没有要求，以保证各扇形开路短截线31之间有充足的间距，在考虑到滤波器3性能的前提下，能实现最小化布线；扇形开路短截线31的圆心角常用取值为90°和60°，也可以从滤波器3的设计体积或滤波性能优化的要求考虑，选择其他圆心角值。
在可选的实施例中，如图3所示，每个扇形开路短截线31具有圆心点(图中未示出)，每个圆心点与第一微带传输线22电性并联连接。
具体来说，扇形开路短截线31具有圆心点，且扇形开路短截线31通过圆心点连接在金属化过孔14上，换言之，扇形开路短截线31与第一微带传输线22的连接处较窄，所产生的不连续性影响较小，插入损耗较小。
在可选的实施例中，如图3所示，扇形开路短截线31为多个，多个扇形开路短截线31间隔设置，且多个扇形开路短截线31都与第一微带传输线22电性并联连接。
相对应地，介质基板1上也设置有与扇形开路短截线31一一对应的金属化过孔14。也就是说，每个扇形开路短截线31均通过对应的金属化过孔14与第一微带传输线22电性并联连接。
具体地，第一个扇形开路短截线31通过第一个金属化过孔14与第一微带传输线22电性并联连接；第二个扇形开路短截线31通过第二个金属化过孔14与第一微带传输线22电性并联连接；第三个扇形开路短截线31通过第三个金属化过孔14与第一微带传输线22电性 并联连接。其中，三个扇形开路短截线31的半径、圆心角以及开扇方向中至少一个可以不相同。
可以理解的是，由于滤波器3的主要滤波功能是由扇形开路短截线31来实现的，所以扇形开路短截线31的个数设置越多，滤波器3的滤波效果就越好。
此外，本公开实施例还提供一种天线，包括如上所述的滤波移相器。天线可以接入远端控制单元，让用户可以通过基站软件、网管中心或者手持设备等进行调节。
其中，手持设备包括但不限于手机、平板电脑、掌上电脑、可穿戴设备等，本公开实施例对手持设备的具体类型不做具体限定。
示例性地，通过手持设备控制驱动组件，通过驱动组件调节旋转臂发生转动。
具体地，由于天线包括如上所述的滤波移相器，滤波移相器的具体结构参照上述实施例，则本实施例所示的天线包括了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述全部技术方案所取得的所有有益效果，在此不再一一赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

  1. 一种滤波移相器，包括：介质基板、移相器和滤波器；
    所述介质基板具有相对的第一侧和第二侧，所述移相器设于所述第一侧，所述滤波器设于所述第二侧；
    所述移相器包括旋转臂、第一微带传输线和至少一个第二微带传输线，所述旋转臂与所述第一微带传输线转动连接，所述旋转臂与所述至少一个第二微带传输线滑动接触；
    所述移相器包括至少一个扇形开路短截线，所述至少一个扇形开路短截线与所述第一微带传输线电性并联连接。
  2. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中，所述第二微带传输线为多个，每个所述第二微带传输线的延伸方向与所述旋转臂的延伸方向相交。
  3. 根据权利要求2所述的滤波移相器，其中，多个所述第二微带传输线中的至少一者为慢波结构。
  4. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中，所述介质基板在与所述第一微带传输线对应处设有转轴孔，所述旋转臂通过转轴转动设于所述转轴孔。
  5. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中，所述介质基板上在与所述第一微带传输线对应处设置有金属化过孔，所述至少一个扇形开路短截线通过所述金属化过孔与所述第一微带传输线电性连接。
  6. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中，所述至少一个扇形开路短截线的半径为所述滤波器寄生通带频率对应的四分之一波长。
  7. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中，所述至少一个扇形开路短截线的圆心角为90°。
  8. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中，所述至少一个扇形开路短截线具有圆心点，所述圆心点与所述第一微带传输线电性并 联连接。
  9. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中，所述至少一个扇形开路短截线包括多个扇形开路短截线，所述多个扇形开路短截线间隔设置。
  10. 根据权利要求1所述的滤波移相器，其中所述多个扇形开路短截线的半径、圆心角以及开扇方向中至少一个可以不相同。
  11. 一种天线，包括：权利要求1至10任一项所述的滤波移相器。
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