CN107706512A - 用于大规模mimo天线的馈电网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大规模MIMO天线的馈电网络，包括第一层、第二层、第三层介质基板；第一层、第二层介质基板之间设有带状线线路，第三层介质基板远离第二层介质基板的表面设有微带线线路；微带线线路包括第一、第二功分电路及第一、第二滤波器，带状线线路包括第一、第二定向耦合器；第一定向耦合器的输出端与第一功分电路的输入端导通，第二定向耦合器的输出端与第二功分电路的输入端导通；第一滤波器连接于第一功分电路的输入端和输出端之间，第二滤波器连接于第二功分电路的输入端和输出端之间。通过上述实施方式，馈电网络集成度高、重量轻、体积小且适合大规模生产。

Description

用于大规模MIMO天线的馈电网络

技术领域

本发明涉及移动通信基站技术领域，特别是涉及用于大规模MIMO天线的馈电网络。

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用于大规模MIMO天线的馈电网络，该馈电网络集成度高、重量轻、体积小且适合大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于大规模MIMO天线的馈电网络，包括：层叠设置的至少第一层介质基板、第二层介质基板以及第三层介质基板；所述第一层介质基板和第二层介质基板之间设置有带状线线路，所述第三层介质基板远离第二层介质基板的表面设置有微带线线路，所述第二层介质基板和第三层介质基板之间设置有金属地；所述带状线线路和微带线线路均设置为N（N≥1）个，一所述带状线线路和一微带线线路导通构成一馈电线路；所述馈电线路中，所述微带线线路包括第一、第二功分电路及第一、第二滤波器，所述带状线线路包括第一、第二定向耦合器；所述第一定向耦合器的输出端与第一功分电路的输入端导通，所述第二定向耦合器的输出端与第二功分电路的输入端导通；所述第一滤波器连接于第一功分电路的输入端和输出端之间，所述第二滤波器连接于第二功分电路的输入端和输出端之间；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，所述第一滤波器及第二滤波器均是带通滤波器；以及所述第一定向耦合器及第二定向耦合器均为平行耦合线定向耦合器。

进一步地，同一所述馈电线路中第一功分电路和第二功分电路为完全相同的两个以上阵列天线单元进行±45°极化馈电；各所述馈电线路中，全部的所述第一定向耦合器的耦合端和第二定向耦合器的耦合端通过一功合器或级联的多个功合器连接形成一个总输出端；所述第一定向耦合器的输入端、第二定向耦合器的输入端以及一个或多个级联的功合器的总输出端分别连接SMP射频连接器。

进一步地，所述第一定向耦合器的输出端与第一功分电路的输入端通过一金属化过孔导通；所述第二定向耦合器的输出端与第二功分电路的输入端通过另一金属化过孔导通。

进一步地，所述第一层介质基板远离第二层介质基板的表面设置有金属地。

进一步地，各所述介质基板的介电常数范围分别为2.2～10.2；全部所述介质基板的总厚度范围为0.76mm～2.70mm。

进一步地，所述第一功分电路和第二功分电路分别由一个功分器构成。

进一步地，所述功分器是一分二功分器。

进一步地，所述第一功分电路和第二功分电路分别由多个功分器级联构成。

进一步地，所述第一滤波器和第二滤波器可允许2.54GHz和5.40GHz的波通过。

本发明的用于大规模MIMO天线的馈电网络具有如下有益效果:

采用多层介质基板分层布局线路的结构，带状线定向耦合器、微带线功分器和滤波器分层布局，减小了线路之间的串扰，降低了馈电网络的噪声；

并且，利用第一层介质基板上表面的金属地取代传统MIMO天线的金属反射板，减轻了重量，同时保证馈电网络不会对天线产生影响；

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

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图。

图2是本发明的微带线线路结构示意图。

图3是本发明的带状线线路结构示意图。

图4是本发明的馈电网络定向耦合器输入端与功分器输出端的频率响应曲线。

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。

本发明用于大规模MIMO天线的馈电网络，包括至少三层层叠设置的介质基板，分别为第一层介质基板1、第二层介质基板2以及第三层介质基板3。

该第一层介质基板1和第二层介质基板2之间设置有带状线线路7，该第三层介质基板3远离第二层介质基板2的表面设置有微带线线路8，该第二层介质基板2和第三层介质基板3上设置有连接带状线线路7和微带线线路8的金属化过孔9、9’。

为保证带状线线路7和微带线线路8能够构成，第二层介质基板2和第三层介质基板3之间设置有金属地。其中，第二层介质基板2和第三层介质基板3可以共用一金属地。优选地，可以在第二层介质基板2与第三层介质基板3相对的两个表面上分别设置一金属地5、6，该第二层介质基板2的金属地5与第三层介质基板3的金属地6之间通过固化片（图未示）连接，分别设置两个金属地5、6相较于共用一个金属地而言，更有助于提高该馈电网络的电气性能。

在一应用实施方式中，带状线线路7和微带线线路8均设置为N个，其中，N≥1。如图1所示，该带状线线路7和微带线线路8分别仅设置成一个，该带状线线路7和微带线线路8通过金属化过孔9、9’的连接构成一个基本的馈电线路。

以一个基本的馈电线路为例进行说明，微带线线路8包括两个功分器及两个滤波器，带状线线路7包括两个定向耦合器。为便于描述，功分器分为结构相同的第一功分电路81和第二功分电路81’，滤波器分为结构相同的第一滤波器82和第二滤波器82’，定向耦合器亦分为结构相同的第一定向耦合器71和第二定向耦合器71’。

具体而言：

第一定向耦合器71的输出端711通过第一金属化过孔9与第一功分电路81的输入端811连接并导通，第二定向耦合器71’的输出端711’通过第二金属化过孔9’与第二功分电路81’的输入端811’连接并导通。

第一定向耦合器71的输入端713和第二定向耦合器71’的输入端713’分别连接一个SMP（sub-miniature push-on，超小型推入式）射频连接器。

第一功分电路81的输入端811和输出端812之间连接有第一滤波器82，第二功分电路81’的输入端811’和输出端812’之间连接有第二滤波器82’。其中，第一功分电路81的输入端811与第一滤波器82的输入端821之间通过微带线连接，第一滤波器82的输出端822与第一功分电路81的输出端812之间通过微带线连接；第二功分电路81’的输入端811’与第二滤波器82’的输入端821’之间通过微带线连接，第二滤波器82’的输出端822’与第二功分电路81’的输出端812’之间通过微带线连接。

上述实施方式中，该第一滤波器82和第二滤波器82’均是带通滤波器。第一滤波器82和第二滤波器82’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，其允许2.54GHz和5.40GHz的波通过。

上述描述为一馈电线路的基本电路连接结构，将其结合MIMO天线使用时，第一功分电路81的输出端812和第二功分电路81’的输出端812’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81的输出端812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81’的输出端812’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81及该第二功分电路81’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。

举例而言，该第一功分电路81和第二功分电路81’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81和第二功分电路81’均优选为一分二功分器；而当该第一功分电路81和第二功分电路81’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81和第二功分电路81’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81和第二功分电路81’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81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81’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，可以以此类推，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81和第二功分电路81’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。

上述实施方式中，第一定向耦合器71和第二定向耦合器71’优选为平行耦合线定向耦合器。在一较佳实施方式中，各馈电线路中的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’可以通过一个功合器72连接并形成一个总输出端721，或者，也可以通过多个级联的功合器连接并形成该总输出端721，利用该总输出端721可以方便进行校准或监测作用。优选地，该总输出端721也可以与SMP射频连接器连接。

在一优选实施方式中，第一层介质基板1远离第二层介质基板2的表面上也设置有金属地4，该金属地4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。

上述实施方式中，各层介质基板的总厚度范围为0.76mm～2.70mm，各层介质基板的介电常数范围分别为2.2～10.2。举例而言，各层介质基板的板材可以选用RogersR04350B。优选地，各层介质基板的介电常数可以为3.48，三层介质基板的总厚度为2.661mm。另外，金属化过孔9、9’的孔径可以设置为1.0mm。当然，还可以通过调整介质基板的总层数来调整各介质基板的总介电常数和厚度。

请参阅图4，为前述平行耦合线定向耦合器输入端与一分二功分器的输出端的频率响应曲线。馈电网络在1GHz～6.5GHz的频带内只在中心频率2.54GHz和5.40GHz处有两个窄通带，半功率带宽分别为7％和6％，且出现-30dB的带外抑制。

本发明的用于大规模MIMO天线的馈电网络具有如下有益效果:

采用多层介质基板分层布局线路的结构，带状线定向耦合器、微带线功分器和滤波器分层布局，减小了线路之间的串扰，降低了馈电网络的噪声；

并且，利用第一层介质基板1上表面的金属地4取代传统MIMO天线的金属反射板，减轻了重量，同时保证馈电网络不会对天线产生影响；

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

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)

1.一种用于大规模MIMO天线的馈电网络，其特征在于，包括：

层叠设置的至少第一层介质基板、第二层介质基板以及第三层介质基板；

所述第一层介质基板和第二层介质基板之间设置有带状线线路，所述第三层介质基板远离第二层介质基板的表面设置有微带线线路，所述第二层介质基板和第三层介质基板之间设置有金属地；

所述带状线线路和微带线线路均设置为N（N≥1）个，一所述带状线线路和一微带线线路导通构成一馈电线路；

所述馈电线路中，所述微带线线路包括第一、第二功分电路及第一、第二滤波器，所述带状线线路包括第一、第二定向耦合器；

所述第一定向耦合器的输出端与第一功分电路的输入端导通，所述第二定向耦合器的输出端与第二功分电路的输入端导通；所述第一滤波器连接于第一功分电路的输入端和输出端之间，所述第二滤波器连接于第二功分电路的输入端和输出端之间；

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所述的馈电网络，其特征在于：

所述第一滤波器及第二滤波器均是带通滤波器；

以及所述第一定向耦合器及第二定向耦合器均为平行耦合线定向耦合器。

3.根据权利要求1所述的馈电网络，其特征在于：

同一所述馈电线路中第一功分电路和第二功分电路为完全相同的两个以上阵列天线单元进行±45°极化馈电；

各所述馈电线路中，全部的所述第一定向耦合器的耦合端和第二定向耦合器的耦合端通过一功合器或级联的多个功合器连接形成一个总输出端；

所述第一定向耦合器的输入端、第二定向耦合器的输入端以及一个或多个级联的功合器的总输出端分别连接SMP射频连接器。

4.根据权利要求1所述的馈电网络，其特征在于：

所述第一定向耦合器的输出端与第一功分电路的输入端通过一金属化过孔导通；所述第二定向耦合器的输出端与第二功分电路的输入端通过另一金属化过孔导通。

5.根据权利要求1所述的馈电网络，其特征在于：

所述第一层介质基板远离第二层介质基板的表面设置有金属地。

6.根据权利要求1所述的馈电网络，其特征在于：

各所述介质基板的介电常数范围分别为2.2～10.2；

全部所述介质基板的总厚度范围为0.76mm～2.70mm。

7.根据权利要求1所述的馈电网络，其特征在于：

所述第一功分电路和第二功分电路分别由一个功分器构成。

8.根据权利要求7所述的馈电网络，其特征在于：

所述功分器是一分二功分器。

9.根据权利要求1所述的馈电网络，其特征在于：

所述第一功分电路和第二功分电路分别由多个功分器级联构成。

10.根据权利要求9所述的馈电网络，其特征在于：

所述第一滤波器和第二滤波器可允许2.54GHz和5.40GHz的波通过。