CN107342827A - 天线阵列校准网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线阵列校准网络，包括：层叠设置的第一层介质基板和第二层介质基板；第一层介质基板与第二层介质基板之间设置有带状线线路，第一层介质基板远离第二层介质基板一侧的表面设置有微带线线路，带状线线路和微带线线路数量相同且为一个以上，一带状线线路和一微带线线路连接构成一校准线路；每一校准线路中，带状线线路包括一个功合器及两个以上的定向耦合器，微带线线路包括与定向耦合器数量相同的两个以上的调幅器，每一调幅器各自连接于一定向耦合器的耦合端和功合器的一输入端之间。通过上述实施方式，该校准网络可调节各辐射端口至校准端口的幅度，幅度调节范围大，调节精度高。

Description

天线阵列校准网络

技术领域

本发明涉及移动通信基站技术领域，尤其涉及一种天线阵列校准网络。

背景技术

面对用户对移动通信网的数据需求正呈现爆发性的增长，特别是需要实时传输大量数据的无线应用，1000倍于4G LTE系统的网络容量和1毫秒极低时延的大规模MIMO天线阵列系统被认为是5G最具潜力的传输技术。

大规模MIMO天线阵列的馈电网络包括功分网络和校准网络。校准网络的作用是将输入给各个辐射端口的射频信号提取出一部分，对提取的信号进行监测，以确定输入给各个辐射端口的信号幅度、相位是否稳定。

从各个辐射端口提取的射频信号需要通过功合器级联形成一个校准端口，校准网络中各辐射端口至校准端口的幅度最大偏差要求小于0.5dB。目前，校准网络的电路由PCB电路板加工形成，加工精度、各电路线之间串扰都影响各辐射端口至校准端口的幅度大小。校准幅度偏差太大，无法对信号的稳定性做出精确判断，并且，校准网络加工完成后，无法对各通道的校准幅度再进行调整。因此，对校准网络的性能设计和调试带来较大困难。

发明内容

本发明为解决上述技术问题提供一种天线阵列校准网络，该校准网络可调节各辐射端口至校准端口的幅度，幅度调节范围大，调节精度高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种天线阵列校准网络，包括：层叠设置的第一层介质基板和第二层介质基板；所述第一层介质基板与第二层介质基板之间设置有带状线线路，所述第一层介质基板远离第二层介质基板一侧的表面设置有微带线线路，所述带状线线路和微带线线路数量相同且为一个以上，一所述带状线线路和一微带线线路连接构成一校准线路；每一所述校准线路中，所述带状线线路包括一个功合器及两个以上的定向耦合器，所述微带线线路包括与定向耦合器数量相同的两个以上的调幅器，每一所述调幅器各自连接于一定向耦合器的耦合端和功合器的一输入端之间。

进一步地，每一所述调幅器的输入端与一定向耦合器的耦合端通过一金属化过孔导通、输出端与功合器的一输入端通过一金属化过孔导通。

进一步地，每一所述校准线路中，所述带状线线路中包括第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述微带线线路包括第一调幅器和第二调幅器；所述第一调幅器连接于第一定向耦合器的耦合端与功合器的第一输入端之间，所述第二调幅器连接于第二定向耦合器的耦合端与功合器的第二输入端之间。

进一步地，全部所述校准线路中，与所述校准线路数量相同的多个功合器级联并连接形成一个总输出端。

进一步地，所述第二层介质基板远离所述第一层介质基板一侧的表面设置有金属地；各所述定向耦合器均为平行耦合线定向耦合器。

进一步地，各所述调幅器均是相位补偿调幅器。

进一步地，所述相位补偿调幅器为微带功分器与微带功合器级联形成，其中所述微带功分器的一路分支设置有移相器。

进一步地，所述移相器由多条长度不同的微带线段组成，不同长度的所述微带线段对应不同的相位，进而通过导通不同长度的所述微带线段调整不同数值的幅度。

进一步地，所述第一层介质基板和第二层介质基板的介电常数范围分别为2.2～10.2；所述第一层介质基板和所述第二层介质基板总的厚度范围为0.76mm～2.70mm。

进一步地，所述天线阵列校准网络是大规模MIMO天线阵列校准网络。

本发明的天线阵列校准网络，具有如下有益效果：

通过在微带线线路中设置调幅器、在带状线线路中设置定向耦合器和功合器，并将每一调幅器连接于一定向耦合器的耦合端和功合器的一输入端之间，可调节各辐射端口至校准端口的幅度，且其幅度调节范围大，调节精度高；

并且，调幅器采用微带线形式，定向耦合器和功合器采用带状线形式，均易于集成，且成本低；

另外，调幅器、定向耦合器及功合器分别集成在各层介质基板上，结构紧凑。

附图说明

图1是本发明天线阵列校准网络的剖面结构示意图。

图2是图1所示天线阵列校准网络的电路连接的结构示意图。

图3是图1所示天线阵列校准网络中调幅器的一实施例的结构示意图。

图4是图1所示天线阵列校准网络中调幅器幅度调节数值与相位数值关系曲线图。

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。

结合图1至图2进行参阅，本发明提供一种天线阵列校准网络。该天线阵列校准网络包括：第一层介质基板1和第二层介质基板2，该第一层介质基板1和第二层介质基板2层叠设置。

其中，该第一层介质基板1和第二层介质基板2的介电常数范围均分别可以为2.2～10.2；第一层介质基板1和第二层介质基板2总的厚度范围为0.76mm～2.70mm。

举例而言，第一层介质基板1和第二层介质基板2的板材可以选用RogersRO4730JXR。优选地，第一层介质基板1和第二层介质基板2的介电常数均可以为3.0，第一层介质基板1和第二层介质基板2的厚度均可以为0.78mm。

在一具体实施例中，第一层介质基板1与第二层介质基板2之间设置有带状线线路3，第一层介质基板1远离第二层介质基板2一侧的表面设置有微带线线路4。带状线线路3和微带线线路4的数量相同且均为一个以上。其中，一个带状线线路3和一个微带线线路4连接构成一个校准线路。

其中，在每一个校准线路中，带状线线路3包括一个功合器33及两个以上的定向耦合器31、32；微带线线路4包括与带状线线路3中定向耦合器数量相同的两个以上的调幅器41、42。其中，每一个调幅器41（42）各自分别连接于其中一个定向耦合器31（32）的耦合端311（321）和功合器33的一输入端331（332）之间，也即，不同的调幅器41（42）连接于不同的定向耦合器器31（32）的耦合端311（321）和同一个功合器33的不同输入端331（332）之间。较佳的，每一个调幅器41（42）的输入端411（421）与其中一个定向耦合器31（32）的耦合端311（321）通过一个金属化过孔6导通、输出端412（422）与功合器33的一个输入端331（332）通过另一个金属化过孔6导通。

具体的，该第一调幅器41连接于第一定向耦合器31的耦合端311与功合器33的第一输入端331之间，该第二调幅器42连接于第二定向耦合器32的耦合端321与功合器33的第二输入端332之间。

进一步地，该第一定向耦合器31的耦合端311与第一调幅器41的输入端411通过一金属化过孔61导通，第二定向耦合器32的耦合端321与第二调幅器42的输入端421通过一金属化过孔62导通。

更进一步地，第一调幅器41的输出端412与功合器33第一输入端331通过一金属化过孔63导通；第二调幅器42的输出端422与功合器33第二输入端332通过一金属化过孔64导通。

在一较佳实施例中，第二层介质基板2远离第一层介质基板1一侧的表面设置有金属地5。该金属地5的设置可以取代传统天线阵列中的金属反射板，减少了天线阵列零部件的数量，并极大减少了天线阵列的体积和重量，同时保证电气性能可靠。

在一具体实施例中，当带状线线路3和微带线线路4分别为两个以上，并相应连接并构成两个以上的校准线路时，在全部校准线路中，与校准线路数量相同的多个功合器33级联并连接形成一个总输出端333以作为校准端口。

优选地，各定向耦合器31、32均可以为平行耦合线定向耦合器。

在一较佳实施例中，各调幅器41、42均可以为相位补偿调幅器，采用相位补偿微带调幅器，可以通过调整相位差来调整幅度大小，幅度调节方式简单可行，调节范围、调节精度较高。

具体而言，如图3所示，该相位补偿调幅器为微带功分器413与微带功合器414级联形成，该微带功分器413可以是一分二功分器，该微带功合器414可以是二合一功合器33，其中，微带功分器413的一路分支设置有移相器415。该微带功分器413分路侧作为相位补偿调幅器的输入端，该微带功合器414合路侧作为相位补偿调幅器的输出端。

其中，该移相器415通常可以由多条长度不同的微带线段组成，不同长度的微带线段对应不同的相位，进而通过导通不同长度的微带线段调整不同数值的幅度。实际使用时，根据需要导通其中一条微带线段即可。

举例而言，移相器415可以由五条长度不同的微带线段组成，按照长度从短至长的方式依次导通各微带线段，相位调节依次为10°、15°、20°、25°、30°，相应幅度调节依次为0.3dB、0.45dB、0.65dB、0.86dB、1.15dB。当然，在其它实施例中，可以根据需要设置更多或更少不同长度的微带线段，当然，微带线段的长度也可以根据需要进行设置以实现不同的相位调节，进而实现不同的幅度调节。

请参阅图4，为前述相位补偿调幅器幅度调节数值与相位数值关系曲线图。横坐标为频率，频率范围2.575GHz～2.635GHz；纵坐标为幅度调节量；当相位调节10°、15°、20°、25°、30°，幅度调节0.3dB、、0.45dB、0.65dB、0.86dB、1.15dB。

上述实施例中，天线阵列校准网络可以且优选是大规模MIMO天线阵列校准网络。

本发明还提供了一种天线阵列，该天线阵列包括如上述任一项实施例所述的天线阵列校准网络。

本发明的天线阵列以及天线阵列校准网络，具有如下有益效果：

通过在微带线线路4中设置调幅器41、42、在带状线线路3中设置定向耦合器31、32和功合器33，并将每一调幅器41（42）连接于一定向耦合器31（32）的耦合端311（321）和功合器33的一输入端331（332）之间，可调节各辐射端口至校准端口的幅度，且其幅度调节范围大，调节精度高；

并且，调幅器41、42采用微带线形式，定向耦合器31、32和功合器33采用带状线形式，均易于集成，且成本低；

另外，调幅器41、42、定向耦合器31、32及功合器33分别集成在各层介质基板1、2上，结构紧凑。

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)

1.一种天线阵列校准网络，其特征在于，包括：

层叠设置的第一层介质基板和第二层介质基板；

所述第一层介质基板与第二层介质基板之间设置有带状线线路，所述第一层介质基板远离第二层介质基板一侧的表面设置有微带线线路，所述带状线线路和微带线线路数量相同且为一个以上，一所述带状线线路和一微带线线路连接构成一校准线路；

每一所述校准线路中，所述带状线线路包括一个功合器及两个以上的定向耦合器，所述微带线线路包括与定向耦合器数量相同的两个以上的调幅器，每一所述调幅器各自连接于一定向耦合器的耦合端和功合器的一输入端之间。

2.根据权利要求1所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

每一所述调幅器的输入端与一定向耦合器的耦合端通过一金属化过孔导通、输出端与功合器的一输入端通过一金属化过孔导通。

3.根据权利要求1所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

每一所述校准线路中，所述带状线线路中包括第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述微带线线路包括第一调幅器和第二调幅器；所述第一调幅器连接于第一定向耦合器的耦合端与功合器的第一输入端之间，所述第二调幅器连接于第二定向耦合器的耦合端与功合器的第二输入端之间。

4.根据权利要求1所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

全部所述校准线路中，与所述校准线路数量相同的多个功合器级联并连接形成一个总输出端。

5.根据权利要求1所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

所述第二层介质基板远离所述第一层介质基板一侧的表面设置有金属地；

各所述定向耦合器均为平行耦合线定向耦合器。

6.根据权利要求1所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

各所述调幅器均是相位补偿调幅器。

7.根据权利要求6所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

所述相位补偿调幅器为微带功分器与微带功合器级联形成，其中所述微带功分器的一路分支设置有移相器。

8.根据权利要求7所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

所述移相器由多条长度不同的微带线段组成，不同长度的所述微带线段对应不同的相位，进而通过导通不同长度的所述微带线段调整不同数值的幅度。

9.根据权利要求1所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

所述第一层介质基板和第二层介质基板的介电常数范围分别为2.2～10.2；所述第一层介质基板和所述第二层介质基板总的厚度范围为0.76mm～2.70mm。

10.根据权利要求1所述的天线阵列校准网络，其特征在于：

所述天线阵列校准网络是大规模MIMO天线阵列校准网络。