天线移相器专利技术综述作者：龙祁峰来源：《中国科技博览》2019年第08期 [摘 要]针对INCOPAT数据库中天线移相器申请趋势、申请人分布以及各个申请人申请专利特点，进行统计分析，并根据统计结果分析出弧形移相器、滑动耦合线移相器以及介质滑动型移相器的技术发展脉络，以及根据核心申请人专利数据统计制作技术功效图，并分析各申请人移相器技术的侧重点，最终结合行业实际情况给出未来通信移相器发展方向。
[关键词]天线；移相器；弧形移相器；技术发展脉络；技术功效图
中图分类号：G31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0207-02
在移动通信网络技术领域，天线是覆盖网络的关键设备，天线主要包括辐射单元、移相器、传动机构及控制系统等核心部件。在天线系统中，移相器改变了天线中辐射单元的馈电的相位，实现了辐射波束的赋型和扫描；移相器性能的优劣直接决定了天线的性能质量，进而影响到整个网络覆盖的质量，所以移相器在移动通信领域的重要性是不言而喻[1]。
现有移相器种类繁多，下面作者根据专利申请情况对移相器的发展以及现状进行详细分析，以梳理出行业发展脉络和侧重点，助力企业研发。
1 天线移相器相关专利申请情况分析
作者利用关键词（移相，微波器件，相位，电调，，天线）和分类号（H01Q，H01P，H01P1/18， H01Q3/30， H01Q3/26）对天线移相器进行检索，在全球范围内检索到从1999年至今关于移相器的专利申请达947件，以下基于该专利数据进行分析：
统计移相器发展趋势如图1所示，由图可知：2000-2004年和2008-2015年申请量呈爆炸式增长；2000-2004年属于天线移相器技术发展初期，一般技术刚问世时专利申请量会急剧增加；2008-2015年属于技术提升期，最高在2015和2016年达到101件/年；平均大约保持在47件/年左右的申请量。由图可看出整体申请趋势往上，说明该领域研究依然属于热点领域。
图1 移相器技术路线
从技术构成来看，主要分布在H01Q，占比59.2%，其次为H01P，占比30.1%；从全球
地域分布来看，中国地区申请的移相器专利为487件，占比51.4%；其次为美国（104件）和欧洲（91件）；由此可知，各国天线厂商在中国专利申请量超过一半，一方面是因为中国市场大，各厂商重视中国市场，另一方面中国天线厂商在国内申请了大量专利，包括实用新型专利165件以及一些质量欠佳的发明专利。而在国内，主要申请地域在广东，占据373件专利，其次为湖北29件，可见，广东是天线移相器专利的主要来源地，源于其是中国天线主要生产地。
根据目前的统计发现，在天线移相器领域，申请专利由多到少依次是华为、京信通信、Andrew、广东通宇、Kathrein和摩比天线。根据美国EJL报告披露，2014年全球用户采购的天线总数量约467万副，其中连续四年全球一级供应商共三家，分别是：京信、美国Commscope公司（已收购Andrew）、德国Kathrein，三家发货共189万副，占比40%。排名前十的厂商中，中国厂商占据五席，其他还包括摩比天线和广东通宇。由此可看出，出货量靠前的公司与专利申请量靠前的公司基本一致，说明核心公司都非常重视知识产权。更进一步，统计了中国天线企业申请国外移相器专利总数为57件，前两名分别是华为和京信，二者占据79%；同时，统计了国外企业在中国申请移相器相关专利为41件，前两名分别是Andrew和Kathrein。相比我们的专利申请基数，在高质量专利方面，我们亟需提高。
2天线移相器技术路线图
通过将快速浏览上述移相器检索结果，并进行详细分析，得出各类移相器，主要包括弧形移相器、滑动耦合线移相器以及介质滑动型移相器，具体演变过程如下：
2.1弧形移相器的演变过程
最早的弧形移相器是Kathrein申请的专利DE19938862C1，在此基础上进行的改进包括：（1）引入不连续性改变相速；为增大单位长度的电容电感，一般通过引入传输线的不连续性，可以采用锯状线、梳状线，或者地板开缝。韩国的ACE公司典型的代表专利为KR200347761和CN200980124688。Andrew也有类似的专利US20080024385。国内采用类似技术主要是晖速，其在专利CN201019050036和CN201120181254中提出一种波浪线结构的弧形移相器，与上述Andrew专利极为相似的，只不过前者是带状线结构，而后者是微带线结构。（2）改变传输线的形式：Andrew提出一个弧形移相器US10226641，其传输线和弧刷均为微带结构，弧形导体带为单弧，压紧装置相对复杂。此后，Andrew改进并提出了新的微带弧形移相器US10711919；ACE紧跟着Andrew的步伐，在2003年也提出了微带结构弧形移相器CN200480026435，以及后来的CN200980124688和CN200780100971；（3）
改变结构布局的专利包括：2007年提出的弧形移相器CN200710031039，其结构特点是把两段弧对称放置，弧刷耦合段为T形结构。桑瑞通信于2011年也提出了类似的专利CN201110191345，其特点是多段弧形对称或成角度放置。随后2012年，华为跟着提出了另一个弧形移相器专利CN201204047572，该移相器的弧形馈线同心互成角度错开，弧形对应的圆心角小于180度。
2.2滑动耦合线移相器演变过程
最早的滑动耦合线移相器是1944年发表的美国专利US02520016；1999年，Andrew在前人基础上，对此类移相器加以改进，摒弃了同轴结构，采用了较为容易实现的平面耦合结构，并申请专利CN1274054C；2002年，ETENNA公司采用微带PCB结构，把这种移相器进一步改进，提出专利US10152188；这几个专利可以说是该类移相器的基本原型，后来涌现的大量滑动耦合线移相器，基本都是在上述几个基础上修修补补，并无太多创新，如专利CN200910193150结合了弧形移相器的结构和传动方式，把U型做成圆弧状，传动化直为圆。专利CN201010177593把滑动件的形状由“U”形变成“丁”字形；专利CN201220374720则采用了具有弹性的橡胶件压紧滑动件。
2.3介质滑动型移相器演变过程
介质滑动型移相器完全属于另一种移相器，其起源追溯到1996年奥根公司提出的一种微带结构的天线移相器专利CN1184562A；在此基础上，2002年，Andrew提出一个改变馈网结构的介质滑动型移相器US10487819；与Andrew这种集成式的设计思路不同，有设计者反其道而行之，把移相器的各个移相单元打散，再通过外部电缆和功分器将其连接起来；这种好处是移相器组合方式灵活，无源三阶互调较小；比较典型的是京信通信移相器CN201110075715，CN201110075726；广东通宇与电子科技大学一起研发出专利CN200910058077，其主要通过改变介质移动方式实现移相，该设计结合了介质纵向滑动结构和传输线慢波结构，并获得了授权。2013年，华为提出的移相器专利CN201310111511，通过移动对象的改变实现移相。
3典型公司的移相器发展情况
在上述基础上，根据核心厂商检索结果，分析其采取的技术手段和获得的技术效果，并制作技术功效图如图2所示，由图可知：
技术效果方面：大部分厂家首先着重解决移相器体积的问题，减少体积的专利占36.7%，这源于天线要求共建共享，节约土地资源，产品体积也是各大运营商重要考核指标之一；其次，天线厂家追求的是降低成本或节约零部件，成本关乎盈利状况，降低成本的技术乃企业追求的目标；再次是提高移相器稳定性，从而提高天线质量。
技术手段方面：从图中可看出，各大厂家着重采用的移相器技术是腔体移相器（占比27.2%）和弧形导体滑动型移相器（占比20.3%），虽然弧形移相器是最早采用的移相器技术，但因其存在各种问题，如：零部件多、体积大、工艺要求高等，除了一些传统厂家（Andrew和Kathrein）之外，其他厂家较少使用该技术；腔体式移相器主要以京信通信专利（CN201410225678）为主，该移相器采用拉挤技术一体成型，结构简单、零部件少、体积小；免螺钉、免焊接端子、免盖板，首次从根本上规避了因金属互联导致的互调恶化的问题，因为其拥有以上诸多优势，在行业内得到广泛认可，从而导致同行纷纷以该技术为基础进行改进，包括广东通宇、武汉虹信、深圳摩比等公司都是以腔体式移相器为主，并且申请了大量专利。华为在上述两项技术中都有布局专利，涉及面广。
从图2中我们可以看出，移相器技术存在一些空白区，包括：腔体移相器、弧形导体移
相器，在提高带宽、提高精度、增加极化功能等方面的布局并不多，而其他类型移相器、横向介质滑动移相器、数字移相器、移相阵列都属于布局弱区，具有较大挖掘空间，尤其是数字移相器，这也为未来的5G大规模天线以及更先进的通信技术布局提供了方向。
4结论
本文根据专利数据统计分析了天线移相器技术发展脉络、各申请人侧重点以及技术空白区，最后结合行业情况为未来天线移相器的发展提供思路，具有重要意义。
参考文献
[1]卜斌龙，刘培涛，等.关于中国移动通信天线产业由中国制造到中国创造的探讨，移动通信，2016，9：26-34.
作者简介
龙祁峰，男，1989年2月，湖南衡阳人，硕士研究生，助理研究员，研究领域：天线知识产权领域。
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