CN109066084A - 大规模mimo阵列天线及天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大规模MIMO阵列天线及天线系统，大规模MIMO阵列天线包括天线单元模块。天线单元模块包括多个子阵单元，功分网络模块与校准网络模块。多个子阵单元呈阵列式设置，且子阵单元包括至少一个辐射单元，每个子阵单元具有两个第一射频端口。校准网络模块通过第四射频端口与功分网络模块的第三射频端口一一对应连接，校准网络模块的多个第五射频端口集中与多端口射频连接器相连。上述的大规模MIMO阵列天线，由于将所述射频端口集中连接在多端口射频连接器上，通过多端口射频连接器与射频设备跳线连接，如此能提高大规模MIMO阵列天线的结构紧凑性，优化天线的射频端口布置，能够便于天线组装、拆卸与维护，简化整个接线工程的施工难度。

Description

大规模MIMO阵列天线及天线系统

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种大规模MIMO阵列天线及天线系统。

背景技术

随着移动通信网络的精细化深度覆盖，关于具有大规模MIMO阵列(即：大规模天线阵列)第五代移动通信技术(5th-generation，5G)的研究已经展开。然而，目前现有的5G天线单元通常是内置于射频设备中，即5G天线单元封装于射频设备内，这种传统的应用方式不便于组装和拆卸，同时还会给后续安装维护带来诸多不便。

发明内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种大规模MIMO阵列天线及天线系统，它能够便于天线组装、拆卸与维护，并能降低接线工程的施工难度。

其技术方案如下：一种大规模MIMO阵列天线，包括天线单元模块，所述天线单元模块包括：多个子阵单元，多个所述子阵单元呈阵列式设置，且所述子阵单元包括至少一个辐射单元，每个所述子阵单元具有两个第一射频端口；功分网络模块，所述功分网络模块具有多个第二射频端口和多个第三射频端口，所述功分网络模块通过所述第二射频端口与所述子阵单元的所述第一射频端口一一对应连接；校准网络模块，所述校准网络模块具有多个第四射频端口和多个第五射频端口，所述校准网络模块通过所述第四射频端口与所述功分网络模块的所述第三射频端口一一对应连接，所述校准网络模块的多个所述第五射频端口集中与多端口射频连接器相连。

一种天线系统，包括所述的大规模MIMO阵列天线及射频设备，所述大规模MIMO阵列天线和所述射频设备分别独立封装后经所述多端口射频连接器连接。

上述的大规模MIMO阵列天线及天线系统，由于将所述射频端口集中连接在多端口射频连接器上，通过多端口射频连接器与射频设备跳线连接，如此能提高大规模MIMO阵列天线的结构紧凑性，优化天线的射频端口布置，能够便于天线组装、拆卸与维护，简化整个接线工程的施工难度。

在其中一个实施例中，所述天线单元模块还包括反射板，所述功分网络模块和所述校准网络模块分别设于不同的PCB板上以分别形成功分网络板和校准网络板，所述功分网络板设置在所述反射板的其中一侧面上，所述校准网络板设于所述反射板的另一侧面上，所述子阵单元设于所述功分网络板远离所述反射板的一侧面上，所述多端口射频连接器设置在所述校准网络板远离所述反射板的一侧面上；或者，所述功分网络模块和所述校准网络模块设于同一多层PCB板上，其中，所述功分网络模块设于所述多层PCB板的上层以形成功分网络层，所述校准网络模块设于所述多层PCB板的下层以形成校准网络层，所述功分网络层与所述校准网络层之间设有中间地层，所述子阵单元设于所述功分网络层上，所述多端口射频连接器设于所述校准网络层上。

在其中一个实施例中，所述的大规模MIMO阵列天线还包括背板，所述背板装设在所述校准网络模块与所述多端口射频连接器之间，所述背板上设置有供所述多端口射频连接器与所述校准网络模块的所述第五射频端口连接的第一通孔。

在其中一个实施例中，所述反射板设有与所述第一通孔对应的第二通孔或避让槽，所述多端口射频连接器与所述第二通孔或所述避让槽相应设置。

在其中一个实施例中，所述第五射频端口为设置在设有所述校准网络模块的PCB板上的金属过孔，所述多端口射频连接器的插针贯穿所述金属过孔后与所述金属过孔焊接。

在其中一个实施例中，所述多端口射频连接器通过螺钉或螺栓连接固定在所述背板上；所述背板上的所述第一通孔处设有密封圈，所述密封圈绕设在所述多端口射频连接器的外围。

在其中一个实施例中，所述天线单元模块为多个，多个所述天线单元模块呈阵列式布置在所述背板上。

在其中一个实施例中，所述反射板或同时设有所述功分网络模块和所述校准网络模块的多层PCB板上设有用于将相邻的两个所述子阵单元进行隔离的多个隔离板，所述隔离板绕设在所述子阵单元的外围。

在其中一个实施例中，所述的大规模MIMO阵列天线还包括罩体，所述罩体与所述背板相连，所述反射板、所述子阵单元、所述功分网络模块及所述校准网络模块均位于所述罩体内。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的大规模MIMO阵列天线的分解示意图；

图2为本发明一实施例所述的大规模MIMO阵列天线的背面示意图；

图3为本发明一实施例所述的大规模MIMO阵列天线中的天线模块的结构示意图；

图4为图3中A处的放大示意图；

图5为本发明另一实施例所述的大规模MIMO阵列天线中的天线模块的结构示意图；

图6为本发明一实施例所述的大规模MIMO阵列天线中的天线模块的背面结构示意图；

图7为本发明一实施例所述的大规模MIMO阵列天线中的多端口射频连接器的结构示意图；

图8为本发明一实施例所述的天线系统的结构示意图。

附图标记：

100、大规模MIMO阵列天线，110、反射板，111、凸包，112、第二通孔，120、子阵单元，121、辐射单元，130、校准网络板，131、第五射频端口，132、导线，140、功分网络板，150、背板，151、第一通孔，160、多端口射频连接器，161、插针，170、密封圈，180、罩体，190、隔离板，200、射频设备。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在一个实施例中，请参阅图1、图2及图6，一种大规模MIMO阵列天线100，包括天线单元模块。所述天线单元模块包括：多个子阵单元120，功分网络模块与校准网络模块。多个所述子阵单元120呈阵列式设置，且所述子阵单元120包括至少一个辐射单元121，每个所述子阵单元120具有两个第一射频端口。所述功分网络模块具有多个第二射频端口和多个第三射频端口。所述功分网络模块通过所述第二射频端口与所述子阵单元120的所述第一射频端口一一对应连接。所述校准网络模块具有多个第四射频端口和多个第五射频端口131。所述校准网络模块通过所述第四射频端口与所述功分网络模块的所述第三射频端口一一对应连接，所述校准网络模块的多个所述第五射频端口131集中与多端口射频连接器160相连。

上述的大规模MIMO阵列天线100，由于将第五射频端口131集中连接在多端口射频连接器160上，通过多端口射频连接器160与射频设备200跳线连接，如此能提高大规模MIMO阵列天线100的结构紧凑性，优化天线的射频端口布置，能够便于天线组装、拆卸与维护，简化整个接线工程的施工难度。

在一个实施例中，请一并参阅图3、图4与图5，所述天线单元模块还包括反射板110。所述功分网络模块和所述校准网络模块分别设于不同的PCB板上以分别形成功分网络板140和校准网络板130，所述功分网络板140设置在所述反射板110的其中一侧面上。所述校准网络板130设于所述反射板110的另一侧面上，所述子阵单元120设于所述功分网络板140远离所述反射板110的一侧面上，所述多端口射频连接器160设置在所述校准网络板130远离所述反射板110的一侧面上。

或者，所述功分网络模块和所述校准网络模块设于同一多层PCB板上，其中，所述功分网络模块设于所述多层PCB板的上层以形成功分网络层，所述校准网络模块设于所述多层PCB板的下层以形成校准网络层，所述功分网络层与所述校准网络层之间设有中间地层。所述子阵单元120设于所述功分网络层上，所述多端口射频连接器160设于所述校准网络层上。

如此，所述功分网络板140与所述子阵单元120一一相应设置，所述功分网络板140用于对其所对应的所述子阵单元120上的至少两个所述辐射单元121进行并联馈电，所述功分网络板140均与所述校准网络板130电性连接。校准网络板130接受各个功分网络板140的信号输入，进行误差调整，从而使智能天线输出性能较优的方向图。此外，校准网络板130上能够与外界的多端口射频连接器160组装连接，进而能提高大规模MIMO阵列天线100的结构紧凑性，优化天线的射频端口布置，简化整个接线工程的施工难度。具体地，子阵单元120上的辐射单元121为两个、三个、或六个。

另外，一并参阅图1与图6，所述功分网络板140通过导线132与所述第五射频端口131电性连接。导线132具体可以为带状线或微带线。更具体而言，功分网络板140通过导电插针161贯穿反射板110后与校准网络板130电性连接。如此，能实现将子阵单元120对应的射频端口均汇集到位于反射板110另一侧面上的校准网络板130上。

在一个实施例中，请再参阅图2与图3，所述的大规模MIMO阵列天线100还包括背板150。所述背板150装设在所述校准网络模块与所述多端口射频连接器160之间，所述背板150上设置有供所述多端口射频连接器160与所述校准网络模块的所述第五射频端口131连接的第一通孔151。

进一步地，所述反射板110设有与所述第一通孔151对应的第二通孔112或避让槽，所述多端口射频连接器160与所述第二通孔112或所述避让槽相应设置。或者，请参阅图5，所述反射板110并不需要设置与所述第一通孔151相应的第二通孔112，而是设置有与第一通孔151相对应的凸包111，凸包111能够避让第一通孔151处的多端口射频连接器160的插针161。

进一步地，所述第五射频端口131为设置在设有所述校准网络模块的PCB板上的金属过孔，所述多端口射频连接器160的插针161贯穿所述金属过孔后与所述金属过孔焊接。

进一步地，所述多端口射频连接器160通过螺钉或螺栓连接固定在所述背板150上。所述背板150上的所述第一通孔151处设有密封圈170，所述密封圈170绕设在所述多端口射频连接器160的外围。如此，能够保证较好的密封性能，避免雨水经第一通孔151、第二通孔112进入接触损坏反射板110、子阵单元120及多个第五射频端口131。

在一个实施例中，所述天线单元模块为多个。多个所述天线单元模块呈阵列式布置在所述背板150上。具体地，所述反射板110为至少两个，所述反射板110呈阵列式布置在所述背板150上，所述反射板110上均设有所述子阵单元120与所述第五射频端口131。所述背板150上的第一通孔151为至少两个，至少两个所述第一通孔151分别与至少两个所述反射板110的第二通孔112相应设置。如此，每块反射板110及反射板110上的子阵单元120与第五射频端口131相当于一个天线模块，使得大规模MIMO阵列天线100模块化设计。具体如图3示意出的反射板110为四块，相应的天线模块为四个。当然，也可以在背板150上设置两个、三个、五个或六个反射板110，从而在背板150上装设的天线单元模块相应为两个、三个、五个或六个。如此，可以根据需要在背板150上装设多个天线单元模块，当其中一个天线单元模块损坏时，不需要更换维修其它天线单元模块，维修方便，而且节省材料。此外，可以将大规模MIMO阵列天线100小型化、模块化设计，可根据需要组合安装到背板150上以形成所需端口数(例如16端口、32端口、48端口、128端口等)的天线，极大地提高了天线的可重组性和使用灵活性，并且更加方便集中设置多个第五射频端口131，优化端口布局，进一步提高天线整体组装和密封防水施工的便利性。

另外，反射板110上的子阵单元120的数量可以根据需要进行设计，例如，可以是8个、16个、32个等等。具体在本实施例图1中所示意出的反射板110上的子阵单元120的数量为16个。

进一步地，所述反射板110或同时设有所述功分网络模块和所述校准网络模块的多层PCB板上设有用于将相邻的两个所述子阵单元120进行隔离的多个隔离板190，所述隔离板190绕设在所述子阵单元120的外围。如此，隔离板190将相邻的两个子阵单元120进行隔离后，能提高各个子阵单元120间的隔离效果，从而保证较好的电性效果。

进一步地，所述的大规模MIMO阵列天线100还包括罩体180。所述罩体180与所述背板150相连，所述反射板110、所述子阵单元120、所述功分网络模块及所述校准网络模块均位于所述罩体180内。如此，罩体180对反射板110、子阵单元120、功分网络模块及校准网络模块能起到保护作用。

当大规模MIMO阵列天线100包括多个上述天线单元模块时，将多个天线单元模块整体封装于同一个罩体180内，罩体180可通过注塑一体成型，制作更加简单方便，并且能进一步简化整个天线组装施工以及防水施工工程。

在一个实施例中，请参阅图6与图7，多端口射频连接器160的形状可以设置为圆盘状、长方形状、椭圆形状、三角形状等等。

在一个实施例中，请参阅图8，一种天线系统，包括所述的大规模MIMO阵列天线100及射频设备200。所述大规模MIMO阵列天线100和所述射频设备200分别独立封装后经多端口射频连接器160连接。

上述的天线系统，由于包括了所述的大规模MIMO阵列天线100，其技术效果由大规模MIMO阵列天线100带来，不进行赘述。

具体地，多端口射频连接器160包括第一多端口射频连接器160与第二多端口射频连接器160。所述第五射频端口131连接有第一多端口射频连接器160，所述射频设备200连接有第二多端口射频连接器160。所述第一多端口射频连接器160与所述第二多端口射频连接器160一一对应跳线连接。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种大规模MIMO阵列天线，其特征在于，包括天线单元模块，所述天线单元模块包括：

多个子阵单元，多个所述子阵单元呈阵列式设置，且所述子阵单元包括至少一个辐射单元，每个所述子阵单元具有两个第一射频端口；

功分网络模块，所述功分网络模块具有多个第二射频端口和多个第三射频端口，所述功分网络模块通过所述第二射频端口与所述子阵单元的所述第一射频端口一一对应连接；

校准网络模块，所述校准网络模块具有多个第四射频端口和多个第五射频端口，所述校准网络模块通过所述第四射频端口与所述功分网络模块的所述第三射频端口一一对应连接，所述校准网络模块的多个所述第五射频端口集中与多端口射频连接器相连。

2.根据权利要求1所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，所述天线单元模块还包括反射板，所述功分网络模块和所述校准网络模块分别设于不同的PCB板上以分别形成功分网络板和校准网络板，所述功分网络板设置在所述反射板的其中一侧面上，所述校准网络板设于所述反射板的另一侧面上，所述子阵单元设于所述功分网络板远离所述反射板的一侧面上，所述多端口射频连接器设置在所述校准网络板远离所述反射板的一侧面上；

或者，所述功分网络模块和所述校准网络模块设于同一多层PCB板上，其中，所述功分网络模块设于所述多层PCB板的上层以形成功分网络层，所述校准网络模块设于所述多层PCB板的下层以形成校准网络层，所述功分网络层与所述校准网络层之间设有中间地层，所述子阵单元设于所述功分网络层上，所述多端口射频连接器设于所述校准网络层上。

3.根据权利要求2所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，还包括背板，所述背板装设在所述校准网络模块与所述多端口射频连接器之间，所述背板上设置有供所述多端口射频连接器与所述校准网络模块的所述第五射频端口连接的第一通孔。

4.根据权利要求3所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，所述反射板设有与所述第一通孔对应的第二通孔或避让槽，所述多端口射频连接器与所述第二通孔或所述避让槽相应设置。

5.根据权利要求3所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，所述第五射频端口为设置在设有所述校准网络模块的PCB板上的金属过孔，所述多端口射频连接器的插针贯穿所述金属过孔后与所述金属过孔焊接。

6.根据权利要求3所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，所述多端口射频连接器通过螺钉或螺栓连接固定在所述背板上；所述背板上的所述第一通孔处设有密封圈，所述密封圈绕设在所述多端口射频连接器的外围。

7.根据权利要求3所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，所述天线单元模块为多个，多个所述天线单元模块呈阵列式布置在所述背板上。

8.根据权利要求2所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，所述反射板或同时设有所述功分网络模块和所述校准网络模块的多层PCB板上设有用于将相邻的两个所述子阵单元进行隔离的多个隔离板，所述隔离板绕设在所述子阵单元的外围。

9.根据权利要求3至8中任意一项所述的大规模MIMO阵列天线，其特征在于，还包括罩体，所述罩体与所述背板相连，所述反射板、所述子阵单元、所述功分网络模块及所述校准网络模块均位于所述罩体内。

10.一种天线系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的大规模MIMO阵列天线及射频设备，所述大规模MIMO阵列天线和所述射频设备分别独立封装后经所述多端口射频连接器连接。