5G作为新基建的龙头,采用Massive MIMO(大规模多进多出)天线进行网络覆盖,以满足高速率大容量的信息传递。然而,Massive MIMO天线典型具有64 TR通道,采用数字波束形成实现广域扫描和覆盖,其低效率高能耗的多通道TR收发模块带来了成本压力、散热困境和功耗剧增等问题。由此催生出两类5G天线方案:一是将垂直面多个阵列单元合并为子阵,以减少TR通道数量,但随之而来的缺点是垂直面波束扫描范围受限、副瓣抑制的抗干扰性能减弱;二是天线阵列采用机械移相器实现垂直面波束扫描,既能维持Massive MIMO天线优势,又可简化结构、节约成本、降低功耗。其中,可实用的小型化机械移相器至关重要,亟待深入研究和技术突破。针对上述移相器应用需求,本文在传统介质滑动移相器的基础上,通过创新设计,提出了一种免电缆连接且与天线有效集成的新型移相器结构。文章首先综述了移相器的国内外研究现状,分析了本领域现有移相器的优缺点,概括总结了移相器的基本原理、性能指标及关键技术,归纳了Massive MIMO天线的分类和选型。接着,本文遵循从局部到整体的原则,设计出三种新型单路移相器,通过仿真对比与分析选择出其中的最优方案作为基本移相器单元。然后,对优选的基本移相器进行扩展,实现了Massive MIMO天线的多路移相器,达成了天线的垂直面方向图波束赋形和扫描。最后,本文加工制作出移相器实物样机,并装配到天线阵列进行了性能指标测试,验证了移相器的波束赋形和扫描效果。移相器实物测试结果表明,在1710MHz～2200MHz频段范围内电压驻波比小于1.3,功率分配精度在±1.5d B以内,相位离散度小于±10°,性能指标达到了工程实用的要求。同时,将移相器应用于16 TR Massive MIMO天线样机并测试其方向图,指标显示扫描下倾角偏差在±1°以内,三阶交调优于-115d Bm。本文所设计新型移相器的免电缆连接方式改善了天线的互调性能,其结构简单并与天线一体集成,达到了阵列天线布局的实用化。该移相器应用到了Massive MIMO天线产品,已投入实际使用,市场前景广阔。