CN106936521A - 紧凑型天线馈电校准网络 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种紧凑型天线馈电校准网络，旨在提供一种通用性强，可靠的用于基站天线的馈电校准综合网络。本发明一个小时计算方案予以实现：上层天线金属地板(1)为顶层，其上制有对应中层天线合路器馈电网络(2)，按相同间隔错落排列填埋的合路器模块的嵌入槽，且合路器采用四种不同模型设计模块连接天线端口和下层天线校准网络(3)对应的端口，以每个二单元子阵双极化所需的两个合路器作为一个模块，以分块安装形式与上层天线金属地板紧固结合在一起；组成连接天线单元和下层天线校准网络的中层天线合路器馈电网络，下层天线校准网络为带线结构，其H形PCB板上分布有32个平行耦合线式定向耦合器(15)和一个一分三十二功分器(14)。

Description

紧凑型天线馈电校准网络

技术领域

本发明涉及一种结构紧凑的馈电校准综合网络设计。更具体地说，本发明是关于一种用于基站天线的馈电网络及其下层天线校准网络。

技术背景

天线是移动通信系统的关键硬件设备之一。随着移动通信技术的飞速发展,系统越来越复杂,对天线性能的要求也越来越高。随着通信技术的不断发展，移动通信已经从初期的模拟通信走进4G-LTE时代，并逐步迈向5G时代，移动通信基站天线也已演变为智能天线形式。移动基站天线一般采用阵列形式，通常均会采取二单元作为其子阵，减少通路数量而节约成本，因而需要对天线进行二合一形式的合路器馈电网络设计。同轴线、PCB带状线/微带线、空气带状线/微带线是3种基站天线设计中常用的无源馈电网络形式。传统的阵列馈电网络，多使用同轴电缆加功分馈电方案，它需要多处焊接，但焊接点过多会增加产生无源互调的风险，而且焊点处也往往是天线可靠性测试中较为薄弱的地方，控制不好容易导致一次性生产合格率偏低，使天线的覆盖范围减小。另一种得到广泛使用的馈电网络是空气微带线或带状线，目前利用该设计的双极化天线中，每个极化的馈电网络整体冲压成形，当辐射单元数进一步增大时，存在冲压难度大、加工成本高、通用性不强等缺陷。

智能天线的校准网络是采集单元天线(阵元)信号幅度和相位一致性的部件，其校准目的是补偿基站处理器和天线连接带来的振幅和相位差。想让各单元天线发送的信号达到预定幅度和相位要求,需要采用一个精准的校准网络对其幅度/相位一致性进行实时检测，以对其幅相偏移进行修正。基站系统只能补偿从校准网络反馈的各单元天线信号幅度和相位的偏差,却无法消除由校准网络带来的误差，因此精准的校准网络对提高智能天线的波束形成准确性至关重要。作为基站天线的其中的核心部件之一，典型的校准网络主要包括一个校准端口和N个天线输入端口，每条连接天线的通路均设有一个耦合器，这样耦合的信号通过多路功分器合成传输到校准端口，从而实现对天线各个端口信号的幅相一致性进行检测。目前的基站天线的校准网络多采用开放式，虽然结构简单，安装也较为方便，但其电性能受天线内部电磁环境的影响明显，抗干扰能力比较差，且所占用空间也比较大。一般的封闭式的校准网络虽然具有较强的抗干扰能力，但会造成天线各通道信号之间的相互串扰问题，导致校准网络的幅相一致性变差。为解决封闭式校准网络改善通道之间的相互串扰问题，校准网络可以通过增加金属屏蔽盒的方法改善了其幅相一致性，但其加工及安装都较为复杂，所占的空间也较大。

发明内容

本发明的任务是针对现有技术存在的不足之处，能够在提供一种结构紧凑且简单，体积小、重量轻、成本低，通用性强，可靠的用于基站天线的馈电校准综合网络。

为实现上述目的所采用的技术方案是：一种紧凑型天线馈电校准网络，包括：上层天线金属地板1、中层天线合路器馈电网络2和对称结构的下层天线校准网络3，其特征在于：上层天线金属地板1为顶层，其上制有对应中层天线合路器馈电网络2，按相同间隔错落排列填埋合路器模块的嵌入槽，且合路器采用四种不同模型的四种合路器模块，以每个二单元子阵双极化所需的两个合路器作为一个模块，以分块安装形式与上层天线金属地板1紧固结合在一起,组成连接天线单元和下层天线校准网络3的中层天线合路器馈电网络2，下层天线校准网络3为带线结构，其H形连接板上分布有32个平行耦合线式定向耦合器15和1个一分三十二功分器14。

本发明具有如下有益效果：

结构紧凑且简单。本发明采用上层天线金属地板1、中层包含天线合路器的馈电网络2和下层天线校准网络3总共三层组成的基站天线馈电校准网络。上层天线金属地板1采用开槽方式将中层天线合路器馈电网络的每个模块嵌入金属地板1中，每个模块用螺钉通过螺装孔13与上层天线金属地板1紧固结合在一起，这样不仅使其结构较为紧凑，而且装配也较为方便。下层天线校准网络3采用带线结构形式，校准网络中所添加金属化隔离柱16，使其在无需增加额外金属屏蔽盒的前提下实现良好幅相一致性，结构也更加简单而紧凑。

体积小、重量轻。本发明中合路器采用四种异型的合路器模块7-10进行设计以便于连接天线单元与下层天线校准网络3，合路器采用嵌入上层天线金属地板1的半空气半介质准带线结构，合路器采用了分模块形式嵌入金属地板，即将每个二单元子阵双极化所需的两个合路器作为一个模块填埋于金属地板的嵌入浅槽4，地板的嵌入深槽5则为合路器和上层天线金属地板1之间留有空气间隙层6以实现合路器准带线结构。带状线结构的天线校准网络3能够在维持其良好电性能的同时，降低所需的剖面厚度、体积、重量等。合路器所采用的嵌入式准带线结构以及校准网络所采用的带线结构，这些都降低了天线馈电校准网络所需的剖面厚度，同时减小了其体积和重量。

成本低。本发明中合路器采用嵌入金属地板的半空气半介质准带线结构，合路器就可以采用单层介质板进行加工，节约了合路器的成本。本发明中校准网络在定向耦合器隔离端的耦合器吸收电阻17以及功分器隔离电阻18均采用外焊方式，即在带线一侧地面的漏空区域23-24，通过金属化过孔19-20将贴片电阻焊盘置于带线上表面地面漏空处，金属化过孔19-20在下表面地板具有阻焊层25-26以避免其短路。这种电阻外焊方法能够在维持其良好幅相一致性电性能的前提下，简化印制板加工复杂度，有效避免了采用传统带线电阻内埋的高加工成本问题。

通用性强。本发明将合路器采用分模块形式，以每个二单元子阵双极化所需的两个合路器作为一个模块，通过螺钉与上层天线金属地板1紧固结合在一起，合路器所采用的分模块嵌入式准带线结构具有较强的通用性；下层天线校准网络3采用带线形式，下层天线校准网络3的信号传输路径附近添加的一些金属化隔离柱16，提高了各个通道之间的隔离度，避免了校准网络中通道间的相互串扰问题，改善了校准网络的幅相一致性，这种方法无需额外的金属屏蔽盒，加工安装较为方便，通用性较强；带状线校准网络的电阻17-18均焊接于带线一侧地面漏空区域23-24，带状线校准网络为节约成本所采用的这种电阻外焊方式也具有很强的通用性。

本发明可以应用于移动通信系统的基站天线以及其它类似智能天线领域。

附图说明

图1是本发明紧凑型天线馈电校准网络结构的分解示意图。

图2是图1中单个合路器模块对应金属地板结构示意图。

图3是图1中单个合路器模块结构示意图。

图4是图3侧向透视图。

图5是图1中层天线合路器馈电网络的合路器模块分布示意图。

图6是图1下层天线校准网络构示意图。

图7是图5中最后一级功分器及两路耦合器的局部放大示意图。

图8是图6的耦合器吸收电阻及其焊接方式的局部放大示意图。

图9是图6的功分器隔离电阻及其焊接方式的局部放大示意图。

图中：1上层天线金属地板，2中层天线合路器馈电网络，3下层天线校准网络，4模块嵌入浅槽，5模块嵌入深槽，6地板中空气间隙层，7-10合路器模块，11天线接口，12校准网络接口，13合路器螺装孔，14功分器，15定向耦合器，16金属隔离柱，17耦合器吸收电阻，18功分器隔离电阻，19-20金属化过孔，21-22贴片电阻焊盘，23-24矩形漏空区域，25-26阻焊层，27天线SMP端口，28校准网络总端口，29校准网络螺装孔，30合路器接口。

具体实施方式

参阅图1。本发明实施例描述的一种天线馈电校准网络，主要包含天线上层天线金属地板1、中层天线合路器馈电网络2及下层天线校准网络3三部分。上层天线金属地板1、中层天线合路器馈电网络2和对称结构的下层天线校准网络3，上层天线金属地板1为顶层，上层天线金属地板1制有对应中层天线合路器馈电网络2中每个合路器模块7按相同间隔错落排列的嵌入槽，以将每个合路器模块7填埋于金属地板中，合路器采用分块安装形式，以每个二单元子阵双极化所需的两个合路器作为一个模块，以分块安装形式与上层天线金属地板1紧固结合在一起,组成连接天线单元和下层天线校准网络3的中层天线合路器馈电网络2，下层天线校准网络3为带线结构，其H形连接板上分布有32个平行耦合线式定向耦合器15和1个一分三十二功分器14。每个合路器模块均通过螺钉与上层天线金属地板1紧固结合在一起，下层天线校准网络也通过螺钉与上层天线金属地板和中层合路器馈电网络紧固结合在一起。

参阅图2、图3和图4。上层天线金属地板1制有两种不同深度的嵌入槽，其中，模块嵌入浅槽4用来填埋每个合路器模块7，模块嵌入浅槽4中制有长条形模块嵌入深槽5。合路器与上层天线金属地板1之间留有实现半空气半介质准带线结构的空气间隙层6。

参阅图5。由于校准网络为对称结构而阵列天线单元为非对称布局形式，因此中层天线合路器馈电网络2采用便于与天线单元和校准网络的端口相连接的四种不同模型的合路器模块。合路器模块7-10均通过螺钉与上层天线金属地板1紧固结合在一起。合路器模块7-10上布设有天线接口11、校准网络接口12和合路器螺装孔13，其中合路器螺装孔13沿合路器模块7-10长度方向的中线对称分布。

参阅图6。功分器可以采用1分32威尔金森功分器，耦合器可以采用平行耦合线式定向耦合器。下层天线校准网络3采用带线结构，主要由1个1分32威尔金森功分器14和32个平行耦合线式定向耦合器15和组成。下层天线校准网络3的信号传输路径附近设有按线阵排列分布的金属隔离柱16以避免各个通道之间的相互串扰，维持良好的幅相一致性。下层天线校准网络3上布设有合路器接口31、校准网络总端口28、天线SMP端口27、螺装孔30和金属隔离柱16。

参阅图7、图8和图9。定向耦合器隔离端的耦合器吸收电阻17以及功分器的隔离电阻18均采用外焊的方式，即在带线一侧金属地面上制有矩形漏空区域23-24，通过金属化过孔19-20将贴片电阻焊盘21-22置于漏空处，金属化过孔19-20在另一侧地面制有避免焊盘21-22短路的阻焊层25-26。这种外焊方式对贴片式电阻和插针式电阻均适用。校准网络3上的电阻焊接处布设有电阻17-18、金属化过孔19-20、焊盘21-22、漏空区域23-24和阻焊层25-26。

参阅图1、图4、图8和图9。天线的装配方式为：第一步，将下层天线校准网络3所有外接的电阻焊于对应外置焊盘上；第二步，将合路器的校准网络接口12与下层天线校准网络3的合器器接口31用金属短针通过焊接将它们连通；第三步，将SMP接头焊接于下层天线校准网络3中天线SMP端口27；第四步，将地板盖于合路器之上，合路器埋于上层天线金属地板1的模块嵌入浅槽4；第五步，将所有待安装的固定螺钉拧于合路器螺装孔13,校准网络螺装孔30上。

Claims (10)

1.一种紧凑型天线馈电校准网络，包括：上层天线金属地板(1)、中层天线合路器馈电网络(2)和对称结构的下层天线校准网络(3)，其特征在于：上层天线金属地板(1)为顶层，其上制有对应中层天线合路器馈电网络(2)，按相同间隔错落排列填埋的合路器模块的嵌入槽，且合路器采用四种不同模型设计模块连接天线端口和下层天线校准网络(3)对应的端口，以每个二单元子阵双极化所需的两个合路器作为一个模块，以分块安装形式与上层天线金属地板(1)紧固结合在一起；组成连接天线单元和下层天线校准网络(3)的中层天线合路器馈电网络(2)，下层天线校准网络(3)为带线结构，其H形PCB板上分布有32个定向耦合器(15)和一个一分三十二功分器(14)。

2.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，上层天线金属地板(1)制有两种不同深度的嵌入槽，其中，模块嵌入浅槽(4)用来填埋每个合路器模块(7)，模块嵌入浅槽(4)中制有长条形模块嵌入深槽(5)。

3.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，合路器模块(7-10)与上层天线金属地板(1)之间留有实现半空气半介质准带线结构的空气间隙层(6)。

4.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，中层天线合路器馈电网络(2)采用便于与天线单元和校准网络的端口相连接的四种异型分块准带线。

5.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，下层天线校准网络(3)的信号传输路径附近设有按线阵排列分布的金属化隔离柱(16)，以避免各个通道之间相互串扰。

6.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，定向耦合器(15)隔离端吸收电阻(17)和功分器(14)的隔离电阻(18)均采用外焊方式，即通过金属化过孔(19-20)将电阻(17-18)焊接于带线一侧地面的矩形漏空区域(23-24)；此外，外焊电阻采用贴片式电阻或插针式电阻。

7.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，合路器模块(7-10)上布设有天线接口(11)、校准网络接口(12)和合路器螺装孔(13)，其中合路器螺装孔(13)沿合路器模块(7-10)长度方向的中线对称分布。

8.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，功分器采用1分32威尔金森功分器，耦合器采用平行耦合线式定向耦合器。

9.如权利要求8所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，下层天线校准网络(3)采用带线结构，由1个1分32威尔金森功分器(14)和32个平行耦合线式定向耦合器(15)和组成。

10.如权利要求1所述的紧凑型天线馈电校准网络，其特征在于，下层天线校准网络(3)上布设有合路器接口(31)、校准网络总端口(28)、天线SMP端口(27)、螺装孔(30)和金属隔离柱(16)。