CN109066100A - 一种抑制谐振的腔体馈电网络及天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑制谐振的腔体馈电网络及天线，抑制谐振的腔体馈电网络包括PCB板和第一金属板，所述PCB板与第一金属板之间有一定距离的间隔安装；所述PCB板在靠近第一金属板的一面设有金属信号线；所述PCB板和第一金属板之间相互间隔还设有至少一个第一导电件，所述第一导电件接触连接PCB板和第一金属板。天线，包括上述所述的抑制谐振的腔体馈电网络。本发明相对传统腔体馈电网络，具有损耗小，剖面低，结构简单，成本低，易生产等优点，非常适用于无线通信中大规模、较复杂的馈电网络应用。
Description
技术领域
本发明涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种抑制谐振的腔体馈电网络。
背景技术
在5G无线通信系统中，需要采用大规模、较复杂的馈电网络来实现天线阵列的波束赋形，实际应用中，为了屏蔽馈电网络的能量泄漏对通信设备其他器件的影响，要求馈电网络置于封闭或半封闭的金属腔体之内。然而由于馈电网络的存在，腔体内部会激励起不同模式的电磁能量，在所需频率通带内表现为产生谐振，导致馈电网络的功率、相位出现异常波动。因此，腔体馈电网络的设计必须要考虑如何抑制谐振。目前，业内通常采用把整个腔体分成若干小型腔体再通过线缆连接的方式避免谐振。显然，这种方式造成馈电网络尺寸庞大，拼装和生产非常繁琐，而且引入的连接线缆会引入很大的插入损耗，影响产品性能和生产效率。
基于以上需求，本发明提出了一种低剖面、低损耗、结构简单、成本低的抑制谐振的腔体馈电网络。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抑制谐振的腔体馈电网络，包括PCB板和第一金属板，所述PCB板与第一金属板之间有一定距离的间隔安装；所述PCB板在靠近第一金属板的一面设有金属信号线；
所述PCB板和第一金属板之间相互间隔还设有至少一个第一导电件，所述第一导电件接触连接PCB板和第一金属板。
进一步的，所述第一导电件包括导电材质制成或者非导电材料外部包裹导电材料制成。
进一步的，所述第一导电件为多个，并不与金属信号线导电连接地分布在PCB板和第一金属板之间。
进一步的，所述腔体馈电网络包括第二导电件，所述第二导电件靠近边缘的设置，用于防止馈电网络的能量泄漏。
进一步的，所述PCB板与第一金属板之间的距离不小于0.5mm。
进一步的，所述PCB板包括第一导电层和/或第二导电层；
所述第一导电层和第二导电层与第一导电件电连接。
进一步的，所述第一导电层设在靠近第一金属板的面并与金属信号线隔离的；第二导电层在远离第一金属板的面设有第二导电层。
进一步的，所述第二导电层与第一导电层为金属地，第二导电层与第一导电层通过PCB板上的金属化过孔电连接，所述金属化过孔对应第一金属件设置。
进一步的，所述第二导电层是第二金属板，所述第一导电层为金属地，第一导电层和第二导电层与PCB板上的金属化过孔连接。
还公开了一种天线，包括上述任意一项所述的抑制谐振的腔体馈电网络。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用导电件使金属板与PCB板之间实现电连接，使三者形成等电势，再通过合理设置导电件的个数以及分布，使原本腔体的谐振模式下激励起的电流被分散成多个回路区域，把谐振频率移到了通带范围之外更高的频率，从而有效抑制了腔体谐振对馈电网络性能的影响。
同时，相对传统的腔体馈电网络，本发明提出的腔体馈电网络具有损耗小，剖面低，结构简单，成本低、易生产等优点，非常适用于无线通信中大规模、较复杂的馈电网络应用。
【附图说明】
图1为抑制谐振的腔体馈电网络的分解示意图；
图2为抑制谐振的腔体馈电网络的局部剖示意图；
图3为图2的另一个角度的剖视示意图；
图4为另一个实施例的局部剖示意图；
图5为图4的另一个角度的剖视示意图；
图6为功率曲线对比图；
图7为相位曲线对比图。
图中标识：10a-第一金属板；10b-第二金属板；20-PCB板；30-第二导电件；40-第一导电件；201-金属化过孔；202-第二导电层；203-金属信号线；204-第一导电层。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考附图1所示本发明中提供了一种抑制谐振的腔体馈电网络，包括PCB板20和第一金属板10a，所述PCB板20与第一金属板10a之间有一定距离的间隔安装；所述PCB板20在靠近第一金属板10a的一面设有金属信号线203；
所述PCB板20和第一金属板10a之间相互间隔的设有至少一个第一导电件40，所述第一导电件40接触连接PCB板20和第一金属板10a。
所述第一导电件40包括多个分布在PCB板20和第一金属板10a之间，所述第一导电件40不与金属信号线203电连接。
具体实施时，根据PCB板20上信号线布置，通过合理设置第一导电件40的个数以及与金属信号线203之间的相对位置，将PCB板20与第一金属板10a之间腔体谐振模式下激励起的电流被分散成多个回路区域，把谐振频率移到了通带范围之外更高的频率，从而有效抑制了腔体谐振对馈电网络性能的影响。
一实施例中，第一导电件40采用金属材料制成，并且内嵌螺纹的金属柱，使其与PCB板20接触时，金属柱的下端与第一金属板10a固定安装（具体的可以采用压铆或开模的方式使第一导电件40与第一金属板10a一体化成形），可用螺钉从PCB板20的上部穿过PCB板旋入金属柱进行压紧。
如上所述第一导电件40采用导电材料制成，具体的如采用铜、铁或者铝等材料制成，第一导电件40可以制成直线的圆柱状，当然也可以制成非直线形状。
另一些实施例中，所述第一导电件40的内部采用非导电材料制成，外部则包裹导电材料使之具备导电功能。具体的如在条状的陶瓷、橡胶或者泡沫等材料外壁设置导电材料，具体的如通过包裹金属薄膜、喷涂或者表面镀金属等工艺使得表面有导电功能。
所述腔体馈电网络包括第二导电件30，所述第二导电件30靠近边缘的设置，用于防止馈电网络的能量泄漏。这里的第二导电件30包围金属信号线203，且分别与PCB板20和第一金属板10a相接触连接，从而使得PCB板20和第一金属板10a之间形成相对的封闭腔，以减少馈电网络的能量泄漏。当然，第二导电件30的选择灵活多样，可以是金属柱或金属条，或者是表面镀有导电物质的各种材料，可以位于PCB板20的中部或四周，其个数及形状可以根据性能需要灵活设置。
一实施例中，所述第二导电件30为金属材料制成的条状件，条状件分别沿着第一金属板10a的边设置，所述边为第一金属板10a两个相对的边，与第一导电件40形成相对之间腔体内的谐振模式下激励起的电流被分散成多个回路区域。
另一实施例中，所述第二导电件30为金属材料制成的圆柱件，圆柱件分别沿着第一金属板10a的四个边设置，使得圆柱件包围金属信号线203。
值得指出的是所述第二导电件30可以收尾相接的排列连接形成封闭形状；也可以是非收尾相接的相间隔形状。
在另外的实施例中，所述第二导电件30还可以是具有导电功能的薄膜，薄膜设在PCB板20和第一金属板10a相对的边包围金属信号线203。
为了达到导电功能从而保证PCB板20和第一金属板10a之间形成相对的封闭腔于减少馈电网络的能量泄漏，进一步的，所述第二导电件30包括金属材质制成，或在非导电材料外部包裹导电材料。
为了保证金属信号线203的传输稳定性，所述PCB板20与第一金属板10a之间的距离不小于0.5mm。
一实施例中，如上所述第二导电件30采用导电材料制成，具体的如采用铜、铁或者铝等材料制成，第二导电件30可以制成直线的多边形条状或者长条的圆柱状，当然也可以根据具体的金属信号线203布局制成非直线形状。
另一些实施例中，所述第二导电件30的内部采用非导电材料制成，外部则包裹导电材料使之具备导电功能。具体的如在条状的陶瓷、橡胶或者木材等材料外壁设置导电材料，具体的如通过包裹金属薄膜、喷涂或者表面镀金金属等工艺是的表面有导电功能。
在一具体实施例中，所述PCB板20与第一金属板10a之间的距离2.2mm，使整个腔体馈电网络总高度不到4mm，仅为传统方案的40%。
当然另外的实施例，还可以根据不同的设计要求将所述PCB板20与第一金属板10a之间的距离设为0.5mm、4mm或者10mm。
需要指出的是，所述第一导电件40的高度等于PCB板20与第一金属板10a之间的距离大小，也就是说第一导电件40能起到一定的支撑作用；同时所述第二导电件30的高度等于PCB板20与第一金属板10a之间的距离大小，也就是说第二导电件30的上部分接触PCB板20，第二导电件30的下部分接触第一金属板10a。
所述PCB板20包括第一导电层204和/或第二导电层202；所述第一导电层204和第二导电层202与第一导电件40电连接。
所述第一导电层204设在靠近第一金属板10a的面并与金属信号线203隔离的；第二导电层202在远离第一金属板10a的面设有第二导电层。
一实施例中，所述PCB板20在靠近第一金属板10a的面设有与金属信号线203隔离的第一导电层204。这里的第一导电层204接触第一导电件40和第二导电件30的一端导电连接。
所述PCB板20在远离第一金属板10a的面还可以设有第二导电层202，所述第二导电层202与第一导电层204连接。
所述第一导电层204和第二导电层202分别可以是相连或者不相连的区域。
在另外的实施案例中，所述PCB板20不设置第一导电层204，仅设置有第二导电层202，第二导电层202与第一导电件40直接接触实现电连接，或者通过PCB上的金属化过孔间接实现电连接。
在一实施例中，所述第一导电层204和第二导电层202设置为金属地；另外的实施例中也可以将第二导电层202设为第二金属板10b，可以认为第二金属板10b和第一金属板10a为PCB板20对称设置。
为了实现PCB板20上的第一导电层204和第二导电层202导电连接，在PCB板20上开设金属化过孔201，所述金属化过孔201对应第一导电件40设置，从而实现第一导电层204和第二导电层202与第一金属板10a导通形成等电势。
金属信号线203设计成了复杂的多端口馈电网络，包括威尔金森功分器、耦合器，电桥等。
还需要指出的是，上述实施例的PCB板20为单层介质结构；而另外的实施例中PCB板20为多层介质压合在一起结构。
还公开了一种天线，包括上述任意一项所述的抑制谐振的腔体馈电网络。
图6为抑制谐振的腔体馈电网络功率曲线对比图，虚线为一般的腔体馈电网络的功率曲线，实线为本发明的功率曲线。由对比可知，虚线图在通带范围内产生了很大的功率跳变，最大达3dB，而实线图在通带范围内功率曲线的波动保持在-29.1±0.1dB之间，最大仅0.2dB。
图7为抑制谐振的腔体馈电网络相位曲线对比图，虚线为一般的腔体馈电网络的相位曲线，实线为本发明的相位曲线。由对比可知，虚线图在通带范围内产生了相位跳变，而实线图在通带范围内的相位保持非常好的线性度。
从以上对比可知，本发明抑制谐振的腔体馈电网络在5G通信频带2500—2700MHz内，很好的抑制了腔体产生的谐振，功率曲线平坦，相位线性度好，而且剖面低，结构简单，成本低，非常适用于新一代无线通信技术领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：包括PCB板（20）和第一金属板（10a），所述PCB板（20）与第一金属板（10a）之间有一定距离的间隔安装；所述PCB板（20）在靠近第一金属板（10a）的一面设有金属信号线（203）；
所述PCB板（20）和第一金属板（10a）之间相互间隔还设有至少一个第一导电件（40），所述第一导电件（40）接触连接PCB板（20）和第一金属板（10a）。
2.如权利要求1所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述第一导电件（40）为多个，并不与金属信号线（203）导电连接地分布在PCB板（20）和第一金属板（10a）之间。
3.如权利要求1或2所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述第一导电件（40），包括导电材质制成或者非导电材料外部包裹导电材料制成。
4.如权利要求1所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述腔体馈电网络包括第二导电件（30），所述第二导电件（30）靠近边缘的设置，用于防止馈电网络的能量泄漏。
5.如权利要求1所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述PCB板（20）与第一金属板（10a）之间的距离不小于0.5mm。
6.如权利要求1或5所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述PCB板（20）包括第一导电层（204）和/或第二导电层（202）；
所述第一导电层（204）和第二导电层（202）与第一导电件（40）电连接。
7.如权利要求1或5所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述第一导电层（204）设在靠近第一金属板（10a）的面并与金属信号线（203）隔离的；第二导电层（202）在远离第一金属板（10a）的面设有第二导电层（202）。
8.如权利要求7所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述第二导电层（202）与第一导电层（204）为金属地，第二导电层（202）与第一导电层（204）通过PCB板（20）上的金属化过孔（201）电连接，所述金属化过孔（201）对应第一金属件设置。
9.如权利要求7所述的抑制谐振的腔体馈电网络，其特征在于：所述第二导电层（202）是第二金属板（10b），所述第一导电层（204）为金属地，第一导电层（204）和第二导电层（202）与PCB板（20）上的金属化过孔（201）连接。
10.一种天线，其特征在于：包括权利要求1-9任意一项所述的抑制谐振的腔体馈电网络。
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