CN107706544A - 基站天线及其天线阵列模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线阵列模块，两个以上天线单元安装于馈电网络线路板设有两个功分电路的一面、滤波器安装于馈电网络线路板设有两个耦合电路的一面；每一功分电路设有一输入端和多个输出端，一功分电路的多个输出端各自分别为一天线单元‑45°极化馈电，另一功分电路的多个输出端各自分别为一天线单元+45°极化馈电；每一耦合电路设有一射频输入端和一输出端，每一耦合电路的输出端各自分别与一功分电路的输入端电连接；滤波器至少设有两个输出端，滤波器的两个输出端各自分别与一耦合电路的射频输入端电连接。本发明还公开了一种基站天线。实现了集成化和模块化，提高了可扩展性，安装结构和连接结构简单，后续容易调试和维修，降低了制造成本和使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种基站天线及其天线阵列模块。
背景技术
大规模天线阵列系统（即Massive MIMO）是未来5G的核心传输技术，也是解决通信业务量向深度和广度发展的重要环节。目前在各大运营商启动未来几年商用5G网络的大背景下，设备商和相关的天线供应商正紧锣密鼓的开展相关预研工作。
然而现有技术中，大量天线单元和相关所有射频器件如滤波器、校准网络转接板等全部安装固定于一体，安装结构和连接结构复杂，后续不容易调试和维修，造成制造成本和使用成本高昂。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种基站天线及其天线阵列模块，实现了集成化和模块化，提高了可扩展性，安装结构和连接结构简单，后续容易调试和维修，降低了制造成本和使用成本。
为解决上述技术问题，本发明提供一种天线阵列模块，包括：馈电网络线路板、滤波器和两个以上天线单元；所述馈电网络线路板一面设置有两个功分电路、另一面设置有两个耦合电路，所述天线单元安装固定于所述馈电网络线路板设置有功分电路的一面、所述滤波器安装固定于所述馈电网络线路板设置有耦合电路的一面以集成为一体化结构；每一所述功分电路设置有一输入端和不少于所述天线单元数量的输出端，一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行-45°极化馈电，另一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行+45°极化馈电；每一所述耦合电路设置有一射频输入端和一输出端，每一所述耦合电路的输出端各自分别与一所述功分电路的输入端电连接；所述滤波器至少设置有两个输出端以构成至少两路输出，所述滤波器的两个输出端各自分别与一所述耦合电路的射频输入端电连接。
进一步地，所述馈电网络线路板是双面微带线线路板，所述功分电路是微带线功分电路，所述耦合电路是微带线耦合电路。
进一步地，所述功分电路的输入端和所述耦合电路的输出端之间通过金属化过孔电连接。
进一步地，所述滤波器是金属腔体滤波器，所述滤波器包括安装固定所述馈电网络线路板的支撑板、与所述支撑板构成一体结构的金属腔体以及罩设所述金属腔体的盖板，所述盖板上装设有多个调谐螺母，所述金属腔体的四周边高于设置有所述调谐螺母的所述盖板。
进一步地，所述金属腔体内部设置有贯穿所述支撑板的两个安装圆腔，所述滤波器的两个输出端和各所述耦合电路的射频输入端之间分别通过装设于各所述安装圆腔内的馈电芯电连接。
进一步地，所述支撑板与所述馈电网络线路板之间形成有信号隔离腔体。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种基站天线，包括：两个以上天线阵列模块和校准网络转接板；所述天线阵列模块包括馈电网络线路板、滤波器和两个以上天线单元；所述馈电网络线路板一面设置有两个功分电路、另一面设置有两个耦合电路，所述天线单元安装固定于所述馈电网络线路板设置有功分电路的一面、所述滤波器安装固定于所述馈电网络线路板设置有耦合电路的一面以集成为一体化结构；各所述天线阵列模块借助所述滤波器可拆卸地安装于所述校准网络转接板；每一所述功分电路设置有一输入端和不少于所述天线单元数量的输出端，一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行-45°极化馈电，另一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行+45°极化馈电；每一所述耦合电路设置有一射频输入端和一输出端，每一所述耦合电路的输出端各自分别与一所述功分电路的输入端电连接，并且，两个所述耦合电路还设置有一公共的功分输入端；所述滤波器至少设置有两个射频输入端和两个输出端以构成至少两路输入输出，所述滤波器的两个输出端各自分别与一所述耦合电路的射频输入端电连接；所述校准网络转接板设置有包括2N个射频输出端的射频转接线路和N个校准输出端的校准网络线路，N≥1，其中，所述校准网络转接板中，每两个所述射频输出端与所述滤波器的两个射频输入端电连接，每个所述校准输出端与所述耦合电路公共的功分输入端电连接。
进一步地，所述校准网络转接板是带状线线路板，所述射频转接线路是带状线射频转接线路，所述校准网络线路是带状线校准网络线路。
进一步地，所述基站天线还包括底板，安装固定有所述天线阵列模块的所述校准网络线路板可拆卸地安装固定于所述底板上；相邻列所述天线阵列模块在水平方向上交错排列或者对齐排列。
进一步地，所述基站天线是大规模MIMO基站天线。
本发明的基站天线及其天线阵列模块，具有如下有益效果：
通过将天线单元和滤波器模块化设计，一方面降低了结构复杂度和连接复杂度，另一方面可以大幅提高系统集成度，降低材料成本，同时有利于大规模自动化生产，系统重量大幅降低，成本大幅降低。此外，模块后的天线和滤波器更容易调试和返修，避免了目前天线或滤波器因为局部质量问题造成的整机报废。并且，可扩展性强，可以根据需要将多个天线阵列模块进行组阵使用。
其次，模块中的天线单元和滤波器靠馈电芯实现连接，减少了大量射频连接器，大幅降低了成本，减轻了重量。
其次，将天线单元和滤波器与后端的校准网络及射频接口分离，有效避免了因为不同设备商射频接口位置不一致而造成的天线与滤波器重新设计，即天线和滤波器模块结构一样，只需校准网络转接板按不同设备商接口要求进行结构设计即可，有效减少了开发成本。
附图说明
图1是本发明基站天线的结构示意图。
图2是本发明基站天线的剖面结构示意图。
图3是图1所示基站天线中天线阵列模块的结构示意图。
图4是图3所示天线阵列模块中馈电网络线路板上层功分网络示意图。
图5是图3所示天线阵列模块中馈电网络线路板下层耦合网络示意图。
图6是图3所示天线阵列模块中馈电网络线路板剖面结构示意图。
图7是图3所示天线阵列模块中滤波器的结构示意图。
图8是图7所示滤波器中馈电芯的结构示意图。
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。
请结合图1和图2参阅，本发明还提供一种基站天线。该基站天线包括一校准网络转接板1和可拆卸地安装于该校准网络转接板1上并实现与该校准网络转接板1电连接的两个以上的天线阵列模块2。
在一具体实施例中，具体如图3所示，该天线阵列模块2包括馈电网络线路板22、滤波器23和两个以上天线单元21。
结合图4至图6进行参阅，馈电网络线路板22一面设置有两个功分电路222、223、另一面设置有两个耦合电路224、225。其中，各天线单元21安装固定于馈电网络线路板22设置有功分电路222、223的一面，滤波器23安装固定于馈电网络线路板22设置有耦合电路224、225的一面，进而三者可以集成为一体化结构。其中，各天线阵列模块2借助滤波器23可拆卸地安装于校准网络转接板1。
具体而言，每一功分电路222（223）分别设置有一输入端2221（2231）和不少于天线单元21数量的输出端。一功分电路222中与天线单元21数量相等的多个输出端2222、2223各自分别为一天线单元21进行-45°极化馈电，另一功分电路223中与天线单元21数量相等的多个输出端2232、2233各自分别为一天线单元21进行+45°极化馈电。较佳的，每一功分电路222（223）中输出端的数量与天线单元21的数量相等,例如，天线单元21为两个时，每一功分电路222（223）为一分二功分电路，可以设置两个输出端；又或者，天线单元21为三个时，每一功分电路222（223）为一分三功分电路，可以设置三个输出端；又或者，天线单元21为三个以上时，每一功分电路222（223）可以有多个功分电路级联而成。其中，一功分电路222的每一输出端2222、2223各自分别为一天线单元21提供-45°极化馈电；另一功分电路223的每一输出端2232、2233各自分别为一天线单元21提供+45°极化馈电。举例而言，该天线单元21通常可以是双极化天线单元，当然，也可以是单极化天线单元。
每一耦合电路224（225）分别设置有一射频输入端2241（2251）和一输出端2242（2252），每一耦合电路224（225）的输出端2242（2252）各自分别与一功分电路222（223）的输入端2221（2231）电连接。另外，两个耦合电路224、225还设置有一公共的功分输入端226。
滤波器23至少设置有两个射频输入端和两个输出端以构成至少两路输出，滤波器23的两个输出端各自分别与一耦合电路224（225）的射频输入端2241（2251）电连接。较佳的，滤波器23是两路滤波器，仅具备两路输入输出，能够满足该天线阵列模块2的使用需求。
校准网络转接板1设置有包括2N个射频输出端的射频转接线路和N个校准输出端的校准网络线路，N≥1。其中，校准网络转接板1中，每两个射频输出端与滤波器23的两个射频输入端电连接，每个校准输出端与耦合电路224、225公共的功分输入端226电连接。
较佳的，校准网络转接板1是带状线线路板，射频转接线路是带状线射频转接线路，校准网络线路是带状线校准网络线路。具体的，校准网络转接板1包括层叠设置的第一介质层11和第二介质层12，其上设有射频转接线路和校准网络线路的金属层13（如铜层）设置于第一介质层11和第二介质层12之间。
较佳的，馈电网络线路板22是双面微带线线路板，功分电路222、223是微带线功分电路，耦合电路224、225是微带线耦合电路。具体的，馈电网络线路板22包括中间介质层221，功分电路222、223和耦合电路224、225分别设置于中间介质层221的两面。通过采用微带线形式的馈电网络线路板22，其电性能好，能够减小馈电网络线路板22的结构复杂度，且能够减小馈电网络线路板22的体积和重量。
较佳的，功分电路222（223）的输入端2221（2231）和耦合电路224（225）的输出端2242（2252）之间通过金属化过孔4电连接。能够减少线缆连接，可靠性高，减轻了重量，节省了成本。
在一较佳实施例中，如图7所示，滤波器23是金属腔体滤波器。滤波器23包括安装固定馈电网络线路板22的支撑板231、与支撑板231构成一体结构的金属腔体232以及罩设金属腔体232的盖板233，盖板233上装设有多个调谐螺母234。优选地，金属腔体232的四周边2320高于设置有调谐螺母234的盖板233，以避免调谐螺母234与校准网络转接板1相互干涉。
较佳的，金属腔体232内部设置有贯穿支撑板231的两个第一安装圆腔（图未示），滤波器23的两个输出端和各耦合电路224（225）的射频输入端2241（2251）之间分别通过装设于各第一安装圆腔内的馈电芯5电连接。
较佳的，金属腔体232外壁设置有两端贯通的一个第二安装圆腔235，校准网络转接板1中，射频输出端与滤波器23的射频输入端之间通过装设于第二安装圆腔235内的馈电芯5电连接。
较佳的，金属腔体232内部设置有贯穿盖板233的一个第三安装圆腔236，校准网络转接板1中，每个校准输出端与耦合电路224、225公共的功分输入端226之间通过装设于各第三安装圆腔236内的馈电芯5电连接。
通过第一安装圆腔、第二安装圆腔235及第三安装圆腔236的设置，起到了屏蔽馈电芯5电磁干扰的作用。其中，如图8所示，馈电芯5包括金属芯51和包覆金属芯51的绝缘介质52，馈电芯5在两端裸露而出以方便与其他部件电连接。
较佳的，支撑板231与馈电网络线路板22之间可以形成信号隔离腔体230，以避免滤波器23与馈电网络线路板22之间相互电磁干扰。
在一具体实施例中，继续参阅图2，基站天线还包括底板3，安装固定有天线阵列模块2的校准网络线路板可拆卸地安装固定于底板3上。各天线阵列模块2利用其滤波器23上，具体如在滤波器23的金属腔体232上设置的多个螺栓孔2321如四个通过螺栓锁紧的方式与校准网络转接板1和底板3安装固定在一起。底板3底部还设置有支撑脚31。
在一具体实施例中，多个天线阵列模块2安装固定至校准网络转接板1上时，相邻列天线阵列模块2在水平方向上交错排列（如图2所示）或者对齐排列以使其上设置的天线单元21对应呈交错排列或者对齐排列状态，具体排列方式可以根据电性能需求进行设置。
上述实施例中，校准网络转接板1中的射频转接线路还包括2N个射频输入端，校准网络转接板1中的校准网络线路还包括一个校准输入端。射频转接线路中的射频输入端和校准网络线路中的校准输入端均可以采用SMP等射频连接器，其每个端口位置和连接器型号根据不同设备规格要求而确定。
上述实施例中，基站天线特别优选地是大规模MIMO基站天线。
本发明还提供一种如上述任一项实施例所述的天线阵列模块，此处不再一一赘述。
本发明的基站天线及其天线阵列模块，具有如下有益效果：
通过将天线单元21和滤波器23模块化设计，一方面降低了结构复杂度和连接复杂度，另一方面可以大幅提高系统集成度，降低材料成本，同时有利于大规模自动化生产，系统重量大幅降低，成本大幅降低。此外，模块后的天线和滤波器23更容易调试和返修，避免了目前天线或滤波器23因为局部质量问题造成的整机报废。并且，可扩展性强，可以根据需要将多个天线阵列模块2进行组阵使用。
其次，模块中的天线单元21和滤波器23通过馈电芯5实现连接，减少了大量射频连接器，大幅降低了成本、减轻了重量。
其次，将天线单元21和滤波器23与后端的校准网络及射频接口分离，有效避免了因为不同设备商射频接口位置不一致而造成的天线与滤波器23重新设计，即天线和滤波器23模块结构一样，只需校准网络转接板1按不同设备商接口要求进行结构设计即可，有效减少了开发成本。
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)
1.一种天线阵列模块，其特征在于，包括：
馈电网络线路板、滤波器和两个以上天线单元；
所述馈电网络线路板一面设置有两个功分电路、另一面设置有两个耦合电路，所述天线单元安装固定于所述馈电网络线路板设置有功分电路的一面、所述滤波器安装固定于所述馈电网络线路板设置有耦合电路的一面以集成为一体化结构；
每一所述功分电路设置有一输入端和不少于所述天线单元数量的输出端，一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行-45°极化馈电，另一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行+45°极化馈电；
每一所述耦合电路设置有一射频输入端和一输出端，每一所述耦合电路的输出端各自分别与一所述功分电路的输入端电连接；
所述滤波器至少设置有两个输出端以构成至少两路输出，所述滤波器的两个输出端各自分别与一所述耦合电路的射频输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的天线阵列模块，其特征在于：
所述馈电网络线路板是双面微带线线路板，所述功分电路是微带线功分电路，所述耦合电路是微带线耦合电路。
3.根据权利要求1所述的天线阵列模块，其特征在于：
所述功分电路的输入端和所述耦合电路的输出端之间通过金属化过孔电连接。
4.根据权利要求1所述的天线阵列模块，其特征在于：
所述滤波器是金属腔体滤波器，所述滤波器包括安装固定所述馈电网络线路板的支撑板、与所述支撑板构成一体结构的金属腔体以及罩设所述金属腔体的盖板，所述盖板上装设有多个调谐螺母，所述金属腔体的四周边高于设置有所述调谐螺母的所述盖板。
5.根据权利要求4所述的天线阵列模块，其特征在于：
所述金属腔体内部设置有贯穿所述支撑板的两个安装圆腔，所述滤波器的两个输出端和各所述耦合电路的射频输入端之间分别通过装设于各所述安装圆腔内的馈电芯电连接。
6.根据权利要求4所述的天线阵列模块，其特征在于：
所述支撑板与所述馈电网络线路板之间形成有信号隔离腔体。
7.一种基站天线，其特征在于，包括：
两个以上天线阵列模块和校准网络转接板；
所述天线阵列模块包括馈电网络线路板、滤波器和两个以上天线单元；
所述馈电网络线路板一面设置有两个功分电路、另一面设置有两个耦合电路，所述天线单元安装固定于所述馈电网络线路板设置有功分电路的一面、所述滤波器安装固定于所述馈电网络线路板设置有耦合电路的一面以集成为一体化结构；
各所述天线阵列模块借助所述滤波器可拆卸地安装于所述校准网络转接板；
每一所述功分电路设置有一输入端和不少于所述天线单元数量的输出端，一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行-45°极化馈电，另一所述功分电路中与所述天线单元数量相等的多个输出端各自分别为一所述天线单元进行+45°极化馈电；
每一所述耦合电路设置有一射频输入端和一输出端，每一所述耦合电路的输出端各自分别与一所述功分电路的输入端电连接，并且，两个所述耦合电路还设置有一公共的功分输入端；
所述滤波器至少设置有两个射频输入端和两个输出端以构成至少两路输入输出，所述滤波器的两个输出端各自分别与一所述耦合电路的射频输入端电连接；
所述校准网络转接板设置有包括2N个射频输出端的射频转接线路和N个校准输出端的校准网络线路，N≥1，其中，所述校准网络转接板中，每两个所述射频输出端与所述滤波器的两个射频输入端电连接，每个所述校准输出端与所述耦合电路公共的功分输入端电连接。
8.根据权利要求7所述的基站天线，其特征在于：
所述校准网络转接板是带状线线路板，所述射频转接线路是带状线射频转接线路，所述校准网络线路是带状线校准网络线路。
9.根据权利要求7所述的基站天线，其特征在于：
所述基站天线还包括底板，安装固定有所述天线阵列模块的所述校准网络线路板可拆卸地安装固定于所述底板上；
相邻列所述天线阵列模块在水平方向上交错排列或者对齐排列。
10.根据权利要求7～9任一项所述的基站天线，其特征在于：
所述基站天线是大规模MIMO基站天线。
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