CN108767447B - 一种5G低剖面Micro MIMO天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：包括盲插型射频连接器、反射板、PCB板及天线罩，所述PCB板正面印制微带贴片天线及校准电路，背面焊接盲插型射频连接器并紧贴安装于反射板，所述盲插型射频连接器穿过反射板；所述天线罩封盖PCB板并安装于反射板上，所述微带贴片天线单元印制于PCB正面，所述微带贴片天线正上方加载有金属引向片，金属引向片通过安装在微带贴片天线单元中心位置的塑料支撑柱支撑定位。本发明提供的5G低剖面Micro MIMO天线具有体积小、剖面低、结构简单、易于安装等特点。可集成在5G微站系统并大规模应用于5G通信系统超密集组网，提升系统容量。

Description

一种5G低剖面Micro MIMO天线

技术领域

本发明涉及无线通信天线技术领域，尤其涉及一种5G低剖面Micro MIMO天线。

背景技术

随着互联网、物联网等各项技术的快速发展，用户随时高速无线接入的需求，使人们对移动通信网络的容量和覆盖情况提出了更高的要求。在此背景下，国内外关于5G通信系统的研究也逐步展开，5G制式的系统开发越来越受到关注。为满足5G系统连续覆盖和更高网络容量的需求，一是要增加频谱带宽，二是要提高频谱利用效率。为满足5G频谱带宽的需要，2017年6月5日，工业和信息化部无线电管理局发布了《公开征求对第五代国际移动通信系统(IMT-2020)使用3300-3600MHz和4800-5000MHz频段的意见》，拟在3300-3600MHz和4800-5000MHz两个频段上开展5G系统实验。而提高频谱利用率的主要的技术方式有增加基站和天线的数量，对应5G中的关键技术为大规模阵列天线技术(Massive MIMO)和超密集组网(UDN)。大规模阵列天线基于多用户波束成形和多输入多输出技术(MIMO)的原理，在基站端布置几十上百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。这种对空间资源的充分挖掘，可以有效利用宝贵而稀缺的频带资源，并且几十倍地提升网络容量这样，超密集组网是指5G整体网络结构由传统的宏站加室分方式逐渐向宏微协同、超密集分层立体组网方向转变。因此，为满足5G网络架构的需要，对天线的需求发生了变化，宏覆盖天线由普通多端口天线转变为大规模密集阵列天线(Massive MIMO天线)，室内热点覆盖或补盲覆盖的天线由传统室分天线转变为微型MIMO(Micro MIMO)天线。

而现有室分系统天线，如中国专利CN 105703084A作为现有4G及以下室分天线的代表，有以下劣势和技术缺陷，已经不能适用5G通信系统的需求。

1、尺寸普遍较大，尤其在厚度方向上，且其连接器一般为N型设计，以上特点决定其未能与微站设备集成在一起，需分离安装；

2、一般为单极化，双极化，最多为三极化设计，其多输入多输出(MIMO)对于系统容量的提升效果有限。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种可集成在5G微站系统并大规模应用于5G通信系统超密集组网的低剖面Micro MIMO天线，满足用户室内及室外补盲补热的需求，并提升网络系统的容量，并具有体积小，低剖面，结构简单，易于安装等特点。

本发明提供一种5G低剖面Micro MIMO天线，包括盲插型射频连接器、反射板、PCB板及天线罩，所述PCB板正面印制微带贴片天线单元及校准电路，背面焊接盲插型射频连接器并紧贴安装于反射板，所述盲插型射频连接器穿过反射板；所述天线罩封盖PCB板并安装于反射板上，所述微带贴片天线单元正上方加载有金属引向片，金属引向片通过安装在微带贴片天线单元中心位置的塑料支撑柱支撑定位。

而且，反射板上表面有若干凸起的压铆螺钉，压铆螺钉依次穿过印制在PCB板上的微带贴片天线单元，、塑料支撑柱和金属引向片并通过螺母紧固件锁紧，反射板下表面进行喷漆处理用于防锈，且反射板开有射频连接器避让孔。

而且，校准电路的每个定向耦合器都设计为具有相同物理结构的微带电路，且校准电路位于辐射单元的中心。

而且，微带贴片天线单元中心开圆孔，用于避让反射板上凸起的压铆螺钉。

而且，微带贴片天线单元为方形。

而且，每个微带贴片天线单元正上方加载的金属引向片用于拓宽带宽。

而且，金属引向片中心开有圆孔且关于中心对称两边开有小圆孔，引向片中心圆孔用于避让反射板上的压铆螺钉；支撑柱为圆柱形且中心开有带螺纹的圆孔，圆孔中心与反射板上压铆螺钉中心重合，支撑柱顶部关于中心对称两边设有小凸台，两小凸台中心与引向片上两小圆孔中心重合，金属引向片套在塑料支撑柱上，通过螺母紧固件将金属引向片与金属螺纹柱及塑料支撑柱固定。

而且，天线罩中嵌入密封圈，用于防水。

而且，天线工作于1～6G频段。

本发明的设计要点在于：

1、本发明辐射单元(采用微带贴片天线)及校准电路均印制于PCB板正面，且PCB板背面紧贴反射板；由于采用了该技术特征，给本发明带来的技术效果是：天线剖面较低(现有技术通常天线与反射板距离间距约四分之一个波长)。

2、本发明在微带贴片天线中心正上方通过塑料支撑柱加载圆形(不限于圆形，也可使用方形等中心对称图形)金属引向片；由于采用了该技术特征，给本发明带来的技术效果是：拓宽了天线的带宽，且由于塑料支撑柱位于天线电流密度最小的中心(天线的物理中心)，因此对天性性能影响较小。

3、本发明采用了反射板上压铆螺钉、PCB板上的每个微带贴片天线的引向片仅采用一个塑料支撑柱固定等设计方法，简化了天线结构；由于采用了该技术特征，给本发明带来的技术效果是：天线结构简单且天线比较牢固。

4、本发明的校准电路位于四个微带贴片阵子中心；由于采用了该技术特征，给本发明带来的技术效果是：校准电路位于四个微带贴片天线的中心对称位置，线路简单，占用空间尺寸最小，能大大缩小天线整机尺寸，且保证了校准电路各定向耦合通道具有良好的幅相一致性。

5、本发明实施例描述的组阵方式为2*2MIMO，但不仅限于此，出于微站系统容量的需求，可以在横向和纵向方向上延伸，以形成2*3、2*4、2*8、4*4等组阵方式均属于本发明的保护范畴。

6、本发明采用的连接器形式为盲插型连接器，连接器位置与微站设备的天线端口位置相对应，由于采用了该技术特征，给本发明带来的技术效果是：天线能够实现与微站系统设备的盲插连接。

7、本发明天线罩中嵌入密封圈，整体覆盖PCB板和反射板，由于采用了该技术特征，给本发明带来的技术效果是：天线具有良好的防水效果。

由于采用以上有益的技术方案和实现方式，本发明的5G低剖面MIMO天线相对现有技术具有以下技术优势：

1、采用PCB形式的微带低剖面设计，在厚度方向尺寸非常薄，天线内部结构简单，

2、天线采用盲插型连接器，与微站设备一体化设计，无需单独安装，也无需通过额外的电缆等辅材将天线与微站设备连接，大大简化了施工安装的便利性。

3、本发明为多天线MIMO设计，内置校准电路，对每个天线单元进行幅相校准，从而实现精准的波束合成，满足5G系统对于容量提升的要求。

以上是本发明相对现有技术的典型优点及有益效果，除此之外其他需要根据权利要求中的技术特征需要补充的本发明所达到的技术效果都属于本发明保护范畴。

本发明天线体积小、剖面低、结构简单、易于安装等特点。可集成在5G微站系统并大规模应用于5G通信系统超密集组网，提升系统容量，具有重要的市场价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种5G低剖面Micro MIMO天线结构示意图；

图2是本发明实施例的反射板示意图；

图3是本发明实施例的校准电路及微带贴片阵子示意图；

图4是本发明实施例辐射单元组件；

图5是本发明实施例塑料支撑柱结构示意图；

图6是本发明实施例圆形引向片结构示意图；

图7是本发明实施例天线罩密封圈示意图；

图8是本发明实施例除去天线罩后的结构主视图。

图示说明：100——反射板；101——PCB板；102——辐射单元组件；103——塑料支撑柱；104——天线罩；200——反射板上对应射频连接器避让孔；201——反射板上压铆螺钉；300——PCB上的校准电路；301——微带贴片天线单元；302——隔离电阻；303——单路定向耦合器；304——功分器；400——金属引向片；500——塑料支撑柱凸台；501——塑料支撑住圆孔；600——引向片上与塑料支撑柱凸台对应的圆孔；601——引向片中心圆孔；700——天线罩密封圈。

具体实施方式

以下结合附图和实施例说明本发明技术方案。

如图1所示，本发明一种5G低剖面Micro MIMO天线，包括盲插型射频连接器、反射板100、PCB板101、辐射单元组件102及天线罩104组成。其中辐射单元组件102主要包括塑料支撑柱103及紧固于塑料支撑柱103上的金属引向片400，用以拓宽微带贴片天线的带宽。

所述PCB板101正面印制微带贴片天线单元301及校准电路，背面焊接盲插型射频连接器，并紧贴安装于反射板100，所述盲插型射频连接器穿过反射板100；所述天线罩104封盖PCB板101并安装于反射板100上。所述微带贴片天线单元301为正方形，印制于PCB板101正面，所述微带贴片天线单元301正上方加载有金属引向片400，金属引向片400通过安装在微带贴片天线单元301中心位置的塑料支撑柱103支撑定位。盲插型射频连接器和微带贴片天线单元301共同形成射频通道。具体实施时，微带贴片天线单元301也可采用长方形。

如图2所示，天线的反射板100上设计凸起的压铆螺钉201，压铆螺钉201主要是将带螺纹的螺钉通过机械压力在口沿处变形并切入反射板100内，使之与反射板100成为一体，其主要作用是紧固塑料支撑柱103及金属引向片400、反射板100两边开有射频连接器避让孔200，此外反射板100背面喷漆用于防水。

如图3所示，PCB板101正面印制微带贴片天线单元301及校准电路300，PCB板101背面紧贴反射板100。图3(图8)中P0为校准口，P1、P2、P3、P4分别为4个馈电端口。如图3所示，每个微带贴片天线单元301均通过50Ω的微带线与馈电端口相连，馈电端口焊接盲插型射频连接器。这样，微带贴片天线单元301、50欧姆微带线及馈电端口的盲插型连接器共同形成射频通道。校准电路300包括四个定向耦合器303，2个隔离电阻302、3个一分二功分器304及总校准端口P0组成。每个定向耦合器302通过提取每个射频通道的幅度和相位信息进行检测，以确保微站系统输入给各个天线单元的功率和相位的准确性。4个定向耦合器303通过3个一分二功分器304实现校准信号合路，校准信号汇总于总校准口P0，校准电路300中隔离电阻302主要用于平衡功分器304两个输出端口的功率并起隔离作用。所述微带贴片天线单元301均为单极化(+45°或者-45°)且同列(或同行)的天线极化相同，为保证单个天线的增益为最优且多个天线波束合成时不产生过高的水平面副瓣电平，相邻两天线单元的中心相距0.8λ～0.9λ，其中λ为波长。所述校准电路300的四个定向耦合器303设计为具有相同微带结构的微带电路，以保证对各个射频通道提取的等量的幅度和相位信息。为避免校准信号实现合路时功分合成电路带来的相位和幅度误差，所述校准电路300位于各辐射单元组件102的相对中心位置，这样功分合路电路的微带电路走线具有相同的物理结构，最大程度的避免由于功分合路电路走线不同带来的误差。

本发明提出，微带贴片天线单元301正上方加载有金属引向片400用以拓宽天线带宽，金属引向片400通过安装在微带贴片天线单元301中心位置的塑料支撑柱103支撑定位。金属引向片400中心开有圆孔且关于中心对称两边开有小圆孔，小圆孔与塑料支撑柱103顶部关于中心对称的小凸台中心重合。压铆螺钉和塑料支撑柱103的设计可将PCB板紧贴于反射板上，也可将金属引向片400紧固于微带贴片天线单元301正上方。这种巧妙的设计使得天线结构简单、剖面低且稳固性强。

如图4所示，微带贴片天线单元301正上方设计圆形的金属引向片400(不限于圆形，也可使用方形等中心对称图形)用于拓宽带宽。圆形的金属引向片400通过塑料支撑柱103和反射板100上凸起的压铆螺钉201固定在微带贴片天线单元301正上方。

如图5和图6所示，圆形金属引向片400中心开有圆孔601且关于中心对称两边开有小的圆孔600，其中引向片中心圆孔601用以避让反射板100上的压铆螺钉201。支撑柱103为圆柱形且其中心开有带螺纹的圆孔501，圆孔501中心与反射板100上压铆螺钉201中心重合，支撑柱103顶部关于中心对称两边设计有小的凸台500，两凸台500中心与金属引向片400上两小圆孔600中心重合。因此引向片400可套在塑料支撑柱103上，通过螺母紧固件即可将引向片600与金属螺纹柱(即反射板上凸起的压铆螺钉)及塑料支撑柱103固定起来。即压铆螺钉201依次穿过印制在PCB板101上的微带贴片天线单元301、塑料支撑柱103和金属引向片400并通过螺母紧固件锁紧。

本发明中反射板上压铆螺钉、PCB上方塑料支撑柱及引向片的巧妙设计使得天线结构简单、稳固性强。

如图7所示，本发明中天线罩104与PCB板101对应处挖槽，槽周边形成方形凸起，方形凸起中间开有细槽，细槽中嵌入密封圈700用于天线的防水。

本发明天线中一个定向耦合器对应一个射频通道进行校准，所以射频通道的数量与定向耦合器的数量相同。每个射频通道对应一个盲插型射频连接器。为保证各射频通道的幅相一致性，所述校准电路的每个定向耦合器303都设计为具有相同物理结构的微带电路，为保证校准信号合成过程中功分合路电路走线不同带来的幅相误差，校准电路位于辐射单元的中心。为保证各射频通道的幅相一致性，所述校准电路的功分端口都设计有隔离电阻，定向耦合器末端均加载50Ω的负载。

本发明实施例描述的组阵方式为2*2MIMO，但不仅限于此，出于微站系统容量的需求，可以在横向和纵向方向上延伸，以形成2*3、2*4、2*8、4*4等组阵方式均属于本发明的保护范畴。

本发明所述天线及设计技术适用于低于6GHz频段的5G Micro MIMO天线设计，高于该频段的设计，由于设计精度的更高要求，并不适合。

本实施例是工作于3.5GHz频段的2*2天线阵，4射频通道的5G低剖面Micro MIMO天线，参见图1中本发明实施例5G低剖面Micro MIMO天线的整体结构示意图。

如上所述，本5G低剖面Micro MIMO天线具有体积小、剖面低、结构简单、易于安装等特点。可集成在5G微站系统并大规模应用于5G通信系统超密集组网，提升系统容量。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：包括盲插型射频连接器、反射板、PCB板及天线罩，反射板尺寸小于天线罩，PCB板尺寸小于反射板，天线罩与PCB板边缘对应位置嵌入密封圈，用于防水；所述PCB板正面印制微带贴片天线单元及校准电路，背面焊接盲插型射频连接器并紧贴安装于反射板，所述盲插型射频连接器穿过反射板；所述天线罩封盖PCB板并安装于反射板上，所述微带贴片天线单元正上方加载有金属引向片，每个微带贴片天线单元正上方加载的金属引向片用于拓宽带宽，金属引向片通过安装在微带贴片天线单元中心位置的塑料支撑柱支撑定位；

所述反射板上表面设置若干凸起的金属压铆螺钉，金属压铆螺钉依次穿过印制在PCB板上的微带贴片天线单元，塑料支撑柱和金属引向片并通过螺母紧固件锁紧；金属压铆螺钉和塑料支撑柱将PCB板紧贴于反射板上，也将金属引向片紧固于微带贴片天线单元正上方；

所述金属引向片中心开有圆孔且在圆孔两边开有相对圆孔中心对称的小圆孔，所述支撑柱为圆柱形且在支撑柱顶面的中心两边设有关于支撑柱的中心对称的小凸台，两小凸台中心与金属引向片上两小圆孔中心重合。

2.根据权利要求1所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：所述金属压铆螺钉为圆柱结构，所述PCB板上的微带贴片天线单元中心开圆孔。

3.根据权利要求2所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：所述支撑柱为塑料圆柱结构，中心开有带螺纹的圆孔。

4.根据权利要求3所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：所述圆柱形金属压铆螺钉穿过微带贴片天线单元中心的圆孔。

5.根据权利要求4所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：所述圆柱形金属压铆螺钉穿过微带贴片天线单元中心的圆孔、穿过圆柱形塑料支撑柱且螺钉顶面高于圆柱形塑料支撑柱两边的凸台顶面。

6.根据权利要求1所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：所述金属引向片优选圆形结构。

7.根据权利要求5所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：所述金属引向片的圆孔和两边的小圆孔与塑料圆柱支撑柱的圆孔及两边凸台对应安装。

8.根据权利要求1所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：天线罩与PCB板边缘对应位置挖槽成方形凸起，凸起中有细槽，细槽嵌入密封圈，用于防水。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的5G低剖面Micro MIMO天线，其特征在于：天线工作于1～6G频段。

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