移相器、相控阵天线设备以及移相方法与流程

本发明实施例涉及通信技术，尤其涉及一种移相器、相控阵天线设备以及移相方法。

背景技术：

随着通信系统的逐渐演进，无论是基站天线还是手机天线，都开始使用相控阵天线，以取得更大的天线增益，并且还可以降低通信信号对周围设备的干扰。在5g通信系统里，这种趋势已经逐渐明朗化。因此，移相器在通信系统中的应用将会更加广泛。

现有行波移相器通常设置有多个不同的信号传输通路，不同的信号传输通路之间的电长度不同。通路长度对应的是微波通过之后，在移相器上走过的长度的不同，从而实现不同相位的变化，达到移相的目的。这种移相器需要有开关进行通路切换，当相位状态很多的时候，就需要很多通路的开关，实现难度大，损耗也会大，当通路很多的时候，移相器占用面积也会大很多，造成设计布局困难。

技术实现要素：

本发明提供一种移相器、相控阵天线设备以及移相方法，以实现缩减移相器的占用面积，降低移相器的布设难度的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种移相器，包括第一主线、第二主线、第一支线、第二支线、第一加载控制开关、第二加载控制开关、第一相位调节控制开关和第二相位调节控制开关；

所述第一主线包括对置的第一端和第二端，以及位于所述第一主线上的第一节点和第二节点；所述第二主线包括对置的第三端和第四端，以及位于所述第二主线上的第三节点和第四节点；

所述第一主线的第一端与信号输入端连接，所述第一主线的第二端与信号输出端连接；

所述第二主线的第三端与所述第一主线的第一节点连接，所述第二主线的第二端与所述第一主线的第二节点连接；

所述第一支线通过所述第一加载控制开关与所述第二主线的第三节点连接，所述第二支线通过所述第二加载控制开关与所述第二主线的第四节点连接；

所述第二主线的第三节点通过所述第一相位调节控制开关接地，所述第二主线的第四节点通过所述第二相位调节控制开关接地；

所述第一主线上第一节点和第二节点之间的线长、所述第二主线上第三端和第三节点之间的线长、所述第二主线上第三节点和第四节点之间的线长、以及所述第二主线上第四节点和第四端之间的线长均相等。

第二方面，本发明实施例还提供了一种相控阵天线设备，包括本发明实施例提供的移相器。

第三方面，本发明实施例还提供了一种移相方法，适用于本发明实施例提供的移相器；

所述移相方法包括：

确定当前传输信号需要移相量；

根据所述当前传输信号需要移相量以及相位对应表，确定所述第一加载控制开关、所述第二加载控制开关、所述第一相位调节控制开关、所述第二相位调节控制开关、各所述第一加载量控制开关和各所述第二加载量控制开关的通断情况；

根据所述第一加载控制开关、所述第二加载控制开关、所述第一相位调节控制开关、所述第二相位调节控制开关、各所述第一加载量控制开关和各所述第二加载量控制开关的通断情况，调整所述第一加载控制开关、所述第二加载控制开关、所述第一相位调节控制开关、所述第二相位调节控制开关、各所述第一加载量控制开关和各所述第二加载量控制开关的通断。

本发明实施例通过在移相器中特定位置增设第一支线、第二支线、第一加载控制开关和第二加载控制开关，解决了现有的移相器往往包括多个通路，移相器占用面积大，设计布局难的问题，实现缩减移相器的占用面积，降低移相器的布设难度的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种移相器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种移相器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种相控阵天线设备的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种移相方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种移相器的结构示意图。参见图1，该移相器包括第一主线11、第二主线12、第一支线21、第二支线22、第一加载控制开关31、第二加载控制开关32、第一相位调节控制开关41和第二相位调节控制开关42。第一主线11包括对置的第一端port1和第二端port2，以及位于第一主线11上的第一节点a和第二节点b；第二主线12包括对置的第三端和第四端，以及位于第二主线12上的第三节点c和第四节点d；第一主线11的第一端port1与信号输入端(图1中未示出)连接，第一主线11的第二端port2与信号输出端(图1中未示出)连接；第二主线12的第三端与第一主线11的第一节点a连接，第二主线12的第二端与第一主线11的第二节点b连接；第一支线21通过第一加载控制开关31与第二主线12的第三节点c连接，第二支线22通过第二加载控制开关32与第二主线12的第四节点d连接；第二主线12的第三节点c通过第一相位调节控制开关41接地，第二主线12的第四节点d通过第二相位调节控制开关42接地；第一主线11上第一节点a和第二节点b之间的线长、第二主线12上第三端和第三节点c之间的线长、第二主线12上第三节点c和第四节点d之间的线长、以及第二主线12上第四节点d和第四端之间的线长均相等。

将传输信号仅沿第一主线11传输的状态定义为移相0°。第一相位调节控制开关41和第二相位调节控制开关42用于控制传输信号是否进行移相。若不进行移相，第一相位调节控制开关41和第二相位调节控制开关42导通，传输信号依次经过第一主线11的第一端port1、第一主线11的第一节点a、第一主线11的第二节点b以及第一主线11的第二端port2输出。当需要进行移相，第一相位调节控制开关41和第二相位调节控制开关42断开，第一主线11上第一节点a和第二节点b之间的部分被短路，传输的信号依次经过第一主线11的第一端port1、第一主线11上的第一节点a、第二主线12的第三端、第二主线12的第三节点c、第二主线12的第四节点d、第二主线12的第四端，第一主线11的第二节点b以及第一主线11第二端port2输出。

第一加载控制开关31和第二加载控制开关32分别用于控制第一支线21和第二支线22是否参与移相。若需要第一支线21和第二支线22参与移相，第一加载控制开关31和第二加载控制开关32导通；否则，第一加载控制开关31和第二加载控制开关32断开。

通过在移相器中特定位置增设第一支线21、第二支线22、第一加载控制开关31和第二加载控制开关32的实质是使得第一支线21、第二支线22参与移相，以达到对驻波进行多个状态移相的目的。这样不需要设置数目众多的通路，可以缩减移相器的占用面积，降低移相器的布设难度。

进一步地，为了充分减小该移相器内传输信号的损耗，提高移相的精度，可选地，第二主线12上第一节点a和第二节点b之间的线长等于移相器传输信号中心频点的波长的四分之一。

在上述技术方案中，可选地，第一加载控制开关31、第二加载控制开关32、第一相位调节控制开关41和第二相位调节控制开关42为单刀单掷开关或单刀多掷开关，本申请对此不作限制。进一步地，第一加载控制开关31、第二加载控制开关32、第一相位调节控制开关41和第二相位调节控制开关42可以为pin二极管开关或砷化镓开关。

进一步地，为了实现多个状态的移相，参见图1，还可以设置该移相器包括n个第一加载量控制开关51和n个第二加载量控制开关52(示例性地，图1中n＝1)；n个第一加载量控制开关51一端与第一支线21连接，另一端接地；不同第一加载量控制开关51与第一支线21连接的节点位置不同；n个第二加载量控制开关52一端与第二支线22连接，另一端接地；不同第二加载量控制开关52与第二支线22连接的节点位置不同。这样可以通过调整第一加载量控制开关51和第二加载量控制开关52的导通或断开状态，调整对驻波的加载量，进而实现多种不同状态的移相。

为了实现多个状态的移相，现有技术中除设置多个通路切换外，通常还有两种做法。一种是，采用将多个移相器级联的方法实现。例如，如果要实现0-359°的移相，精度达到1°，就需要实现180°移相器，90°移相器，45°移相器，22.5°移相器，11.25°移相器，5.625°移相器，2.8125°移相器，1.40625°移相器，0.703125°移相器的级联，才能实现所有状态的移相都在精度保证的范围内。如果减少级联的移相器的个数，精度就会下降。显然移相器级联越多，移相器占用面积越大，移相器设计布局越困难。另一种是，通过在移相器上连接电抗元件实现。但是电抗元件的加载容易受到工作频率的限制。

与第一种方法相比，本申请提供的移相器不需要多个移相器级联，就可以实现多个状态的移相，可以充分缩小移相器的占用面积，降低移相器设计布局难度。与第二种方法相比，本申请提供的移相器由于不采用电抗元件，不会受到工作频率的限制。

图2为本发明实施例提供的另一种移相器的结构示意图。参见图2，在图2中n大于1。这样设置可以使得相位的调节更加灵活，进一步增加移相的状态数，实现多种相位的调节功能。其中，打开多个开关，可以实现个更加细致的相位调节，使得移相器具有较高的精度。

需要说明的是，在实际应用中，当所有开关均打开的时候，上述移相器就可以得到接近360°的相位状态，与现有的使用接近全波长的微带线加载来实现接近360°移相的移相器相比，上述技术方案可以充分缩减移相器的体积。

在上述技术方案中，移相器可移相的状态数由移相器上的第一加载量控制开关51(或第二加载量控制开关52)的个数n决定。n越大，移相器具体可移相状态数越多。由各第一加载量控制开关51(或第二加载量控制开关52)导通或断开所确定的情况共有2ⁿ种。但是，移相器具体可移相状态数小于2ⁿ种。这是因为。在这2ⁿ种可能性里，有一部分对其上传输的信号损耗很大，需要排除。

因此，可选地，在实际使用过程中，需要将剩下的损耗在设计预期内的状态，与其可移相的移相量进行一一对应记录，以得到移相量和各开关导通和断开的对应关系，作为相位对应表。

当进行移相时，首先、确定当前传输信号需要移相量；其次、根据当前传输信号需要移相量以及相位对应表，确定第一加载控制开关、第二加载控制开关、第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、各第一加载量控制开关和各第二加载量控制开关的通断情况；最后、根据第一加载控制开关、第二加载控制开关、第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、各第一加载量控制开关和各第二加载量控制开关的通断情况，调整第一加载控制开关、第二加载控制开关、第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、各第一加载量控制开关和各第二加载量控制开关的通断。

类似地，在上述技术方案中，第一加载量控制开关51和第二加载量控制开关52为单刀单掷开关或单刀多掷开关，本申请对此不作限制。进一步地，第一加载量控制开关51和第二加载量控制开关52可以为pin二极管开关或砷化镓开关。

在上述技术方案中，可选地，第一支线21的长度大于移相器传输信号中心频点的波长的八分之一，且小于移相器传输信号中心频点的波长的全波长，以使该移相器具有普适性。

可选地，第一支线21远离第一加载控制开关31的一端接地；第二支线22远离第二加载控制开关32的一端接地。这样设置可以进一步使得移相器能够精确调相，否则各开关导通或者关断调节的相位会受到第一支线21和第二直线22本身的影响，影响相位调节的准确性。

可选地，第一主线11、第二主线12、第一支线21以及第二支线22均为微带线。

基于相同的发明构思，本申请还提供一种相控阵天线设备。图3为本发明实施例提供的一种相控阵天线设备的结构示意图。参见图3，该相控阵天线设备包括本发明实施例提供的任一项所述的移相器。

由于本发明提供的相控阵天线设备包括本发明实施例提供的任一项所述的移相器，其具有其所包括的移相器相同或相应的有益效果，此处不在赘述。

继续参见图3，可选地，该相控阵天线设备还包括交流电源10、四路功分器20、四个移相器30以及四个天线40。交流电源10一端接地，一端与四路功分器20相连。四个天线40分别通过一个移相器30与该四路功分器20相连。这样，根据四个移相器30相位的状态不同，可以实现四单元相控阵天线阵列的不同的指向。

在图3中，该相控阵天线设备包括四路，这仅是本申请的一个具体示例，而非对本申请的限制。进一步地，在相控阵天线设备中，不同路中移相器可以相同，也可以不同，本申请对此不作限制。

基于相同的发明构思，本申请还提供一种移相方法。该移相方法适用于本发明实施例提供的同时包括第一加载控制开关、第二加载控制开关、第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、第一加载量控制开关和第二加载量控制开关的任意一种移相器。

图4为本发明实施例提供的一种移相方法的流程图。参见图4，该移相方法包括：

s1、确定当前传输信号需要移相量；

s2、根据所述当前传输信号需要移相量以及相位对应表，确定所述第一加载控制开关、所述第二加载控制开关、所述第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、各所述第一加载量控制开关和各所述第二加载量控制开关的通断情况；

s3、根据所述第一加载控制开关、所述第二加载控制开关、所述第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、各所述第一加载量控制开关和各所述第二加载量控制开关的通断情况，调整所述第一加载控制开关、所述第二加载控制开关、所述第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、各所述第一加载量控制开关和各所述第二加载量控制开关的通断。

由于本发明提供的移相方法适用于本发明实施例提供的同时包括第一加载控制开关、第二加载控制开关、第一相位调节控制开关、第二相位调节控制开关、第一加载量控制开关和第二加载量控制开关的任意一种移相器，其具有其所适用的移相器相同或相应的有益效果，此处不在赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。