CN106602280A - 滤波馈电网络及基站天线 - Google Patents

Abstract

一种滤波馈电网络，包括介质基板（1）；介质基板（1）一侧表面设置有微带线线路（2），介质基板（1）另一侧表面设置有金属地（3）；微带线线路（2）包括第一、第二功分电路（21、21’）及第一、第二滤波电路（220、220’）；第一滤波电路（220）的输入端、输出端分别对应与第一功分电路（21）的输入端、输出端连接，第二滤波电路（220’）的输入端、输出端分别对应与第二功分电路(21’)的输入端、输出端连接，第一滤波电路（220）的输入端及第二滤波电路（220’）的输入端分别与金属地(3)导通；第一功分电路（21）的输出端（212）为至少两个阵列天线单元的‑45°极化馈电，第二功分电路（21’）的输出端（212’）为至少两个阵列天线单元的+45°极化馈电。本发明还提供一种基站天线。该滤波馈电网络集成度高、重量轻、体积小且适合大规模生产。

Description

滤波馈电网络及基站天线

技术领域

本发明涉及移动通信基站技术领域，特别是涉及滤波馈电网络及基站天线。

背景技术

分布式基站天线是无源天线，采用电缆将远端射频单元（Remote Radio Unit，简称RRU）与天线连接，其中RRU包含双工器、发射/接收滤波器、低噪声放大器、功率放大器、多模多频RF模块、数字中频等无源模块和有源模块。

4.5G、5G移动基站的发展趋势是采用大规模MIMO的有源天线，有源天线将整个RRU和天线有机的结合起来，即射频单元大量使用分布式的射频芯片集成在天线内部。性能上，传统基站是固定下倾角度，而有源天线基站可以实现灵活的3D MIMO波束赋形，实现不同用户不同的下倾角以及精细的网络优化，提高系统容量和增大覆盖范围。结构上，分布式基站的RRU体积较大，重量重，贴在天线背部安装；而大规模MIMO有源天线集成度高，尺寸小，容易安装和维护。

RRU中无源模块之一的发射/接收滤波器的功能是避免相邻信道间的干扰、提高通信容量和信道信噪比。目前，RRU所用滤波器主要有同轴线滤波器、空气腔体滤波器，该类型滤波器尺寸较大，重量较重，难以与天线实现一体化设计。

发明内容

本发明为解决上述技术问题提供一种滤波馈电网络及基站天线，该滤波馈电网络集成度高、重量轻、体积小且适合大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明提供一种滤波馈电网络，包括：介质基板；所述介质基板一侧表面设置有微带线线路，所述介质基板另一侧表面设置有金属地；所述微带线线路包括第一、第二功分电路及第一、第二滤波电路；所述第一滤波电路的输入端、输出端分别对应与所述第一功分电路的输入端、输出端连接，所述第二滤波电路的输入端、输出端分别对应与所述第二功分电路的输入端、输出端连接，所述第一滤波电路的输入端及所述第二滤波电路的输入端分别与所述金属地导通；所述第一功分电路的输出端为至少两个阵列天线单元的-45°极化馈电，所述第二功分电路的输出端为至少两个阵列天线单元的+45°极化馈电。

进一步地，所述第一滤波电路包括第一低通滤波器和第一带通滤波器，所述第二滤波电路包括第二低通滤波器和第二带通滤波器；所述第一带通滤波器的输出端与所述第一低通滤波器的输入端连接，所述第一带通滤波器的输入端与所述第一功分电路的输入端连接，所述第一低通滤波器的输出端与所述第一功分电路的输出端连接；所述第二带通滤波器的输出端与所述第二低通滤波器的输入端连接，所述第二带通滤波器的输入端与所述第二功分电路的输入端连接，所述第二低通滤波器的输出端与所述第二功分电路的输出端连接。

进一步地，所述第一低通滤波器以及所述第二低通滤波器均为高低阻抗微带低通滤波器。

进一步地，所述第一低通滤波器以及所述第二低通滤波器均为七阶高低阻抗微带低通滤波器；所述介质基板的介电常数范围分别为2.2～10.2；所述介质基板的厚度范围为0.254mm～1.016mm。

进一步地，所述第一带通滤波器及所述第二带通滤波器均由两个开口六边形的微带线嵌套且在开口端连接构成。

进一步地，所述第一带通滤波器中开口六边形的一开口端通过阻抗变换段与第一功分电路的输入端连接、另一开口端通过另一阻抗变换段与所述第一低通滤波器的输入端连接；所述第二带通滤波器中开口六边形的一开口端通过阻抗变换段与第二功分电路的输入端连接、另一开口端通过另一阻抗变换段与所述第二低通滤波器的输入端连接。

进一步地，所述第一低通滤波器以及所述第二低通滤波器的截止频率为3.5GHz；所述第一带通滤波器及所述第二带通滤波器的通带中心频率均为2.6GHz。

进一步地，所述第一滤波电路的输入端通过一金属化过孔与所述金属地连接，所述第二滤波电路的输入端通过另一金属化过孔与所述金属地连接；所述第一功分电路和所述第二功分电路分别由一个一分二功分器构成；或者，所述第一功分电路和所述第二功分电路分别由多个功分器级联构成。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种基站天线，包括如上述任一项实施例所述的滤波馈电网络。

进一步地，所述基站天线是采用MIMO系统的基站天线。

本发明的滤波馈电网络具有如下有益效果：

采用微带滤波器取代RRU腔体滤波器，且与微带功分器集成在一起，实现有滤波功能的滤波馈电网络，简化了射频单元结构，提高了系统集成度，滤波馈电网络集成度高、重量轻、体积小且适合大规模生产。

另外，微带低通滤波器取代腔体滤波器内的金属杆状低通滤波器，滤除带通滤波器的高次谐波；同时采用微带低通滤波器和微带带通滤波器串联并与微带功分器集成在一起实现有滤波功能的滤波馈电网络，能够降低腔体滤波器的带外抑制的要求，并能够降低滤波器体积和重量。

附图说明

图1是本发明滤波馈电网络一实施例的剖面结构示意图。

图2是图1所示滤波馈电网络中微带线线路一实施例的结构示意图。

图3是图2所示微带线线路中带通滤波器的结构示意图。

图4是图2所示微带线线路中低通滤波器的结构示意图。

图5是图3所示微带线线路中带通滤波器传输频率响应曲线图。

图6是图4所示微带线线路中低通滤波器传输频率响应曲线图。

图7是图2所示微带线线路中低通滤波器和带通滤波器传输频率响应曲线图。

图8是图1所示滤波馈电网络中微带线线路另一实施例的结构示意图。

图9是本发明滤波馈电网络另一实施例的剖面结构示意图。

图10是图9所示滤波馈电网络中带状线路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

参阅图1，本发明提供一种滤波馈电网络，该滤波馈电网络包括：第一介质基板1；第一介质基板1一侧表面设置有微带线线路2，第一介质基板1另一侧表面设置有金属地3。

该微带线线路2包括结构相同的第一功分电路21、第二功分电路21’，以及包括结构相同的第一滤波电路220、第二滤波电路220’。该第一滤波电路220的输入端与第一功分电路21的输入端211连接、输出端与第一功分电路21的输出端212连接；该第二滤波电路220’的输入端与第二功分电路21’的输入端211’连接、输出端与第二功分电路21’的输出端212’连接。第一滤波电路220的输入端及第二滤波电路220’的输入端分别与金属地3导通，优选地，该第一滤波电路220的输入端通过第一金属化过孔4与金属地3连接，第二滤波电路220’的输入端通过第二金属化过孔4’与金属地3连接。

在一应用实施例中，请参阅图2，该第一滤波电路220包括串联设置的第一低通滤波器22和第一带通滤波器23，该第二滤波电路220’包括串联设置的第二低通滤波器22’和第二带通滤波器23’。该第一低通滤波器22与第二低通滤波器22’结构相同，该第一带通滤波器23与第二带通滤波器23’结构也相同。

具体而言，第一带通滤波器23的输出端232与第一低通滤波器22的输入端221可以通过微带线连接，第一带通滤波器23的输入端231与第一功分电路21的输入端211可以通过微带线连接，第一低通滤波器22的输出端222与第一功分电路21的输出端212可以通过微带线连接；第二带通滤波器23’的输出端232’与第二低通滤波器22’的输入端221’可以通过微带线连接，第二带通滤波器23’的输入端231’与第二功分电路21’的输入端211’可以通过微带线连接，第二低通滤波器22’的输出端222’与第二功分电路21’的输出端212’可以通过微带线连接。

如图3所示，由于第一带通滤波器23与第二带通滤波器23’结构相同，故以第一带通滤波器23为例对其结构进行说明。该第一带通滤波器23由两个开口六边形的微带线233、234嵌套且在开口端连接构成。

继续参阅图3，第一带通滤波器23中开口六边形的一开口端通过阻抗变换段2351与第一功分电路21的输入端211连接、另一开口端通过另一阻抗变换段2351’与第一低通滤波器22的输入端221连接；第二带通滤波器23’中开口六边形的一开口端通过阻抗变换段（未标示）与第二功分电路21’的输入端211’连接、另一开口端通过另一阻抗变换段（未标示）与第二低通滤波器22’的输入端221’连接。其中，第一带通滤波器23及第二带通滤波器23’的通带中心频率均为2.6GHz。

请参阅图4，第一低通滤波器22以及第二低通滤波器22’均为高低阻抗微带低通滤波器。第一低通滤波器22以及第二低通滤波器22’均为七阶高低阻抗微带低通滤波器。由于第一低通滤波器22与第二地低通滤波器结构相同，故以第一低通滤波器22为例对其具体结构进行说明，如图4所示，其采用4个低阻抗线223和3个高阻抗线224串联且交错排列而构成。其中，第一低通滤波器22以及第二低通滤波器22’的截止频率优选为3.5GHz。

请参阅图5，为前述带通滤波器传输频率响应曲线，通带频率为2.575GHz～2.635GHz；参阅图6，为前述低通滤波器传输频率响应曲线，截至频率3.5GHz；参阅图7，低通和带通滤波器传输频率响应曲线，4.0GHz～10GHz内的高频谐波被抑制。

本发明的滤波馈电网络具有如下有益效果：

采用微带滤波器取代RRU腔体滤波器，且与微带功分器集成在一起，实现有滤波功能的滤波馈电网络，简化了射频单元结构，提高了系统集成度，滤波馈电网络集成度高、重量轻、体积小且适合大规模生产。

并且，微带低通滤波器取代传统的腔体滤波器内的金属杆状低通滤波器，滤除带通滤波器的高次谐波；同时采用微带低通滤波器和微带带通滤波器串联并与微带功分器集成在一起实现有滤波功能的滤波馈电网络，降能够低腔体滤波器的带外抑制的要求，并能够降低滤波器体积和重量。

在一实施例中，简易示意如图8所示，第一滤波电路220可以仅由一个带通滤波器构成，而第二滤波电路220’也可以仅由一个带通滤波器构成，该两个带通滤波器结构相同。第一滤波电路220中的带通滤波器的输入端2201与第一功分电路21的输入端211通过微带线连接、输出端2202与第一功分电路21的输出端212通过微带线连接，第二滤波电路220’中的带通滤波器的输入端2201’与第二功分电路21’的输入端211’通过微带线连接、输出端2202’与第二功分电路21’的输出端212’通过微带线连接。并且，第一滤波电路220及第二滤波电路220’中的带通滤波器可以允许至少一个频率的波通过，本发明中可允许两个频率的波通过，优选地，可允许2.54GHz和5.40GHz的波通过。

在另一应用实施例中，请参阅图9，本发明的滤波馈电网络还包括第二介质基板5和第三介质基板8。其中，第二介质基板5及第三介质基板8依次层叠设置于第一介质基板1设有金属地3的一侧。进一步地，第二介质基板5与第三介质基板8之间设置有带状线线路7。

具体的，第一介质基板1上金属地3的设置用于保证微带线线路2和带状线线路7的构成。当然，可以在第二介质基板5邻近第一介质基板1的表面也设置一金属地6，第一介质基板1上的金属地3与第二介质基板5上的金属地6通过固化片（图未示）连接，分别在第一介质基板1与第二介质基板5上设置金属地3、6相较于仅在第一介质基板1上设置金属地3而言，更有助于提高该滤波馈电网络的电气性能。

如图10所示，该带状线线路7包括结构相同的第一定向耦合器71及第二定向耦合器71’，第一定向耦合器71的输出端711与第一功分电路21的输入端211通过第一金属化过孔4导通，第二定向耦合器71’的输出端711’与第二功分电路21’的输入端211’通过第二金属化过孔4’导通。

优选地，第一定向耦合器71及第二定向耦合器71’均为平行耦合线定向耦合器。

进一步地，第一定向耦合器71的输入端713、第二定向耦合器71’的输入端713分别连接SMP（sub-miniature push-on，超小型推入式）射频连接器；如后述的多个馈电线路中，各馈电线路中全部的第一定向耦合器71的耦合端712和第二定向耦合器71’的耦合端712’通过一功合器72或多个级联的功合器连接形成一个总输出端721，一个功合器72或多个级联的功合器形成的总输出端721也分别连接至SMP射频连接器，其中，利用该总输出端721可以方便进行校准或监测作用。

第三介质基板8远离第二介质基板5的表面设置有金属地9，该金属地9的设置能够代替传统天线中的反射板，减少了天线零部件的数量，并极大减少了天线的体积和重量。

上述各实施例中，第一介质基板1、第二介质基板5以及第三介质基板8的介电常数范围分别为2.2～10.2；该第一介质基板1的厚度范围0.254mm～1.016mm，而第一介质基板1、第二介质基板5以及第三介质基板8的总厚度范围为0.76mm～2.70mm。举例而言，第一介质基板1、第二介质基板5以及第三介质基板8的板材均可以选用Rogers R04730JXR。优选地，第一介质基板1、第二介质基板5以及第三介质基板8各自的介电常数可以为3.00，第一介质基板1、第二介质基板5以及第三介质基板8各自的厚度为0.78mm。另外，该第一金属化过孔4及第二金属化过孔4’的孔径可以设置为1.0mm。

实际使用时，微带线线路2和带状线线路7都设置为N（N≥1）个，一微带线线路2与一带状线线路7导通构成一馈电线路。文中图1及图9所示仅为举例说明：该微带线线路2和带状线线路7分别仅设置成一个所构成的一个基本的馈电线路。

在结合基站天线如MIMO天线使用时，第一功分电路21的输出端212和第二功分电路21’的输出端212’可以为至少一个阵列天线单元进行±45°极化馈电。具体的，第一功分电路21的输出端212至少可以为两个阵列天线单元进行-45°极化馈电，第二功分电路21’的输出端212’至少可以为两个阵列天线单元进行+45°极化馈电。其中，该第一功分电路21及该第二功分电路21’分别可以由一个功分器构成，或者分别可以由多个功分器级联而构成。

进一步举例说明，该第一功分电路21和第二功分电路21’要为两个阵列天线单元进行±45°极化馈电时，该第一功分电路21和第二功分电路21’均优选为一分二功分器；而当该第一功分电路21和第二功分电路21’要为三个阵列天线单元进行±45°极化馈电时，该第一功分电路21和第二功分电路21’分别可以是一分三功分器；或者，可以通过在一个一分二功分器的两个输出端分别级联一个一分二功分器，即最终只要第一功分电路21和第二功分电路21’分别形成有四个输出端，该结构可以为四个以内（包括四个）阵列天线单元进行±45°进行极化馈电，如为M（M≤4）个阵列天线单元进行±45°进行极化馈电时，在第一功分电路21中任意选择M个输出端为M个阵列天线单元进行-45°极化馈电，并在第二功分电路21’中任意选择M个输出端为M个阵列天线单元进行+45°极化馈电即可。当需要为更多阵列天线单元进行±45°极化馈电，可以依此类推，只要能够形成相应多个输出端即可。

其中，同一馈电线路中的第一功分电路21和第二功分电路21’可以为完全不同或部分相同的两个以上阵列天线单元进行±45°极化馈电，优选为，可以为完全相同的两个以上阵列天线单元进行±45°极化馈电，以便于布线和控制。

另外，本发明还提供一种基站天线，包括如上述任一项实施例所述的滤波馈电网络。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种滤波馈电网络，其特征在于，包括：

介质基板；

所述介质基板一侧表面设置有微带线线路，所述介质基板另一侧表面设置有金属地；

所述微带线线路包括第一、第二功分电路及第一、第二滤波电路；所述第一滤波电路的输入端、输出端分别对应与所述第一功分电路的输入端、输出端连接，所述第二滤波电路的输入端、输出端分别对应与所述第二功分电路的输入端、输出端连接，所述第一滤波电路的输入端及所述第二滤波电路的输入端分别与所述金属地导通；

所述第一功分电路的输出端为至少两个阵列天线单元的-45°极化馈电，所述第二功分电路的输出端为至少两个阵列天线单元的+45°极化馈电。

2.根据权利要求1所述的滤波馈电网络，其特征在于：

所述第一滤波电路包括第一低通滤波器和第一带通滤波器，所述第二滤波电路包括第二低通滤波器和第二带通滤波器；

所述第一带通滤波器的输出端与所述第一低通滤波器的输入端连接，所述第一带通滤波器的输入端与所述第一功分电路的输入端连接，所述第一低通滤波器的输出端与所述第一功分电路的输出端连接；

所述第二带通滤波器的输出端与所述第二低通滤波器的输入端连接，所述第二带通滤波器的输入端与所述第二功分电路的输入端连接，所述第二低通滤波器的输出端与所述第二功分电路的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的滤波馈电网络，其特征在于：

所述第一低通滤波器以及所述第二低通滤波器均为高低阻抗微带低通滤波器。

4.根据权利要求3所述的滤波馈电网络，其特征在于：

所述第一低通滤波器以及所述第二低通滤波器均为七阶高低阻抗微带低通滤波器；

所述介质基板的介电常数范围分别为2.2～10.2；所述介质基板的厚度范围为0.254mm～1.016mm。

5.根据权利要求2所述的滤波馈电网络，其特征在于：

所述第一带通滤波器及所述第二带通滤波器均由两个开口六边形的微带线嵌套且在开口端连接构成。

6.根据权利要求5所述的滤波馈电网络，其特征在于：

所述第一带通滤波器中开口六边形的一开口端通过阻抗变换段与第一功分电路的输入端连接、另一开口端通过另一阻抗变换段与所述第一低通滤波器的输入端连接；所述第二带通滤波器中开口六边形的一开口端通过阻抗变换段与第二功分电路的输入端连接、另一开口端通过另一阻抗变换段与所述第二低通滤波器的输入端连接。

7.根据权利要求2所述的滤波馈电网络，其特征在于：

所述第一低通滤波器以及所述第二低通滤波器的截止频率为3.5GHz；

所述第一带通滤波器及所述第二带通滤波器的通带中心频率均为2.6GHz。

8.根据权利要求1所述的滤波馈电网络，其特征在于：

所述第一滤波电路的输入端通过一金属化过孔与所述金属地连接，所述第二滤波电路的输入端通过另一金属化过孔与所述金属地连接；

所述第一功分电路和所述第二功分电路分别由一个一分二功分器构成；或者，所述第一功分电路和所述第二功分电路分别由多个功分器级联构成。

9.一种基站天线，其特征在于，包括如上述1～8任一项所述的滤波馈电网络。

10.根据权利要求9所述的基站天线，其特征在于：

所述基站天线是采用MIMO系统的基站天线。