技术领域
[0001] 本发明涉及无线通信天线的技术领域，特别涉及一种基于波导传输线的移相器。
相关背景技术
[0002] 上世纪六十年代后，随着相控阵雷达在航天航空领域、军事领域中开始大量应用，其中移相器作为相控阵雷达的关键器件被广泛使用。随着移动通信的发展，如今第五代移动通信全面投入使用，第六代移动通信技术即将面世，基站建设日益增多，其中基站大多采用电调天线，通过利用移相器改变其相位进而控制波束倾角，实现更高的覆盖率。在北斗导航卫星中，波束成形技术的实现背后离不开移相器的功劳。相较于传统的设计在介质基板中的移相器，波导移相器能承受更高的输入功率且扎实耐用，而现有的研究中，波导移相器多数采用机械可调且相位调控结构占用了不可忽视的体积，基于此市场前景以及研究现状，研究并设计出一种占用体积小且电可调进而可实现数字可调的波导移相器具有非常高的学术研究价值和工程应用价值。
具体实施方式
[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0044] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制；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；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解术语在本发明中的具体含义。
[0045] 请同时参阅图1至图27，本发明提供了一种基于波导传输线的可调移相器为传输型移相器。该移相器包括波导传输线、介质基板以及金属结构，其中，波导传输线设有中空的圆形或矩形波导腔，介质基板采用电路板，金属结构即为相位调控结构贴设于电路板上，形成LC谐振电路，金属结构上设有电调元件，从而通过电调方式改变金属结构的电导通形状，从而改变LC谐振电路的电容值及电感值，进行电磁波在波导传输线的传输过程中的相位调控。
[0046] 通常，工程应用上移相器的|S21|一般要求无限接近于0dB，这也是理论上的标准，也就是说，本发明中的滤波器在满足要求的条件下能够在通带频段内正常工作，且插损较小，同时实现相位可调控性能。
[0047] 需要说明的是，金属结构的具体形状设计可根据需求进行调整，可设计为裂环式圆形或环形、不规则矩形以及其他不规则形状，只要能够满足金属结构可形成等效于LC谐振电路的物理结构即可。本方案将通过下述实施例一至实施例五进行举例说明。
[0048] 实施例一：
[0049] 本实施例设计一个基于波导传输线的可调移相器，如图1至图4所示，该移相器包括一段波导传输线11、设置在波导内部的介质基板12以及相位调控结构13，相位调控结构包括设置在介质基板表面的环形金属贴片131、设置在环形金属贴片131上的N个二极管。
[0050] 图3所示是相位调控原理示意图，图1所示可调移相器分别调节旋转角度theta(θ)和裂环开口角度aerfa(α)来改变相位的底层原理是分别改变可调电感L的值和可调电容C的值来实现相位变化。
[0051] 如图4所示，所述相位可调在实际实现中可将二极管与环形金属贴片结合，即N个二极管将环形金属贴片分割成N段，分割的越细，则可调相位的最小变化值也越小。控制第1到第k个(k＝1,2…N)二极管都不导通，那么环形金属贴片可用长度则需减去被第1到第k个二极管分割的长度，电流路径也将减小，不导通的二极管个数k不同，平面波的相位变化也不同。在图2中为方便仿真验证，用环形金属贴片开口角度的大小等效不导通的二极管个数。图5所示是图4加载了偏置电路后的具体实现，每个二极管可独立控制导通与否。图6所示是图4加载了射频开关的具体实现，每个射频开关可独立控制开断。
[0052] 如图7至图10所示，上述结构在工作频带10‑11GHz内表现出良好的传输特性，且具有一定的移相功能，在改变环形金属贴片的开口角度时也具有一定相位调控能力，这说明了该基于波导传输线的可调移相器的可行性。
[0053] 实施例二：
[0054] 本实施例设了一个基于波导传输线的可调移相器，如图11所示，本实施例是为实施例一的改进结构，将相位调控增加至四个，以级联方式改进相位的调控范围。
[0055] 如图12至图13所示，上述结构在工作频带10‑11GHz内表现出良好的传输特性，相较于实施例一有更好的移相功能，这说明了该基于波导传输线的可调移相器的可行性。
[0056] 实施例三：
[0057] 本实施例设计了一个基于波导传输线的可调移相器，如图14至图15所示，该移相器包括一段波导传输线21、设置在波导内部的介质基板22以及相位调控结构23，相位调控结构包括设置在介质基板22表面的环形金属贴片231和圆形金属贴片232、设置在环形金属贴片231与圆形金属贴片232之间的N个二极管。
[0058] 如图16所示，所述相位可调在实际实现中可将二极管与金属贴片结合，设置的二极管越多，则可调相位的最小变化值也越小。控制第i个二极管导通而其余二极管不通，则圆形金属贴片与环形金属贴片在第i个二极管方位上联通，等效为相位调控结构以电磁波传播方向(沿z轴方向)为中心轴旋转了一定角度theta。图17所示是图16加载了偏置电路后的具体实现，每个二极管可独立控制导通与否。图18所示是图16加载了射频开关的具体实现，每个射频开关可独立控制。
[0059] 如图19至图20所示，上述结构在工作频带10‑11GHz内表现出良好的传输特性，且具有一定的移相功能。
[0060] 实施例四：
[0061] 本实施例设了一个基于波导传输线的可调移相器，如图21所示，本实施例是为实施例三的改进结构，将相位调控增加至四个，以级联方式改进相位的调控范围。
[0062] 如图22至图23所示，上述结构在工作频带10‑11GHz内表现出良好的传输特性，相较于实施例三有更好的移相功能，这说明了该基于波导传输线的可调移相器的可行性。
[0063] 实施例五：
[0064] 本实施例设了一个基于波导传输线的可调移相器，如图24至图25所示，本实施例是为实施例三的改进结构，相位调控结构设于介质基板32上，将相位调控结构33通过接地金属片34与波导传输线31的内壁短接，具体地，接地金属片34的一端连接环形金属贴片的外侧，接地金属片34的另一端连接波导传输线31的内侧，相位调控结构33与波导传输线31短接的好处是方便后续加工时偏置电路的设计。
[0065] 实施例六：
[0066] 本实施例设了一个基于波导传输线的可调移相器，如图26至图27所示，本实施例是为实施例一的改进结构，将相位调控中的介质基板42设计成圆盘型，介质基板42可旋转设于波导传输线41的波导腔内，以此实现通过拨盘调节相位调控结构的旋转角度，实现机械可调。
[0067] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
