CN109075435A - 两部分天线元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于基站天线的辐射元件，包括：插座和辐射部，其中所述插座具有用于为所述辐射部件提供机械支撑的装置，以及用于为辐射部馈电的馈电系统的微带线，并且所述辐射部被配置为由所述插座接收，并且在导电元件中包括至少一对非导电槽，当所述辐射部被所述插座接收时，所述槽对准所述馈电系统的微带线，并且其中所述插座的外周小于所述辐射部的最大外周。

Description

两部分天线元件

技术领域

本发明涉及一种用于基站的辐射元件，一种包括该辐射元件的天线，以及一种制造该天线的方法。

背景技术

最新一代的基站天线，比如5G mMIMO(大规模多输入多输出)基站，与传统的基站天线面板相比会有很大的不同。整个天线阵列应通过全自动化工艺制造，优选与PCB(印刷电路板)制造工艺标准兼容。

所采用的天线元件应当占用尽可能小的面积，并且应该可用于集成在多层PCB上，该多层PCB上也可以安装有源射频电路(电子部件)。在这种情况下，在PCB上使用射频屏蔽罩来屏蔽上述有源射频电路，屏蔽罩的开口应该最小，以便可以最大化安装有源电路的PCB的面积。然而，为了将辐射元件安装在同一PCB上，屏蔽盒应该有开口，该开口具有的尺寸至少等于辐射元件外周。在WO2013/123916A1中示出了一例。其中，有源天线系统射频模块包括散热器和RF屏蔽罩。散热器具有直径足够大的开口，以便将辐射元件固定在散热器上，该散热器也作为天线反射器。该开口必须足够大，以便辐射元件可以放置在开口内。

但是，为了优化电子元件和RF屏蔽罩的可用空间，最好将屏蔽箱的开口减小到最小，以增加可用于电子元件的PCB的总表面。应采用与已用于PCB的装配方法相同或相似的工艺，即标准的PCB制造工艺，例如拾取-放置SMT元件、回焊等，将辐射元件安装并电气连接到电子元件，以降低整个系统的组装复杂性。

如WO2013/123916A1所示，这些目标需要RF屏蔽上有大的开口。因此，需要一种可减小系统尺寸并降低制造成本的辐射元件和一种天线系统以及一种制造该天线的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于基站的辐射元件，一种包括所述辐射元件的天线，以及一种制造所述天线的方法，其克服了传统技术方案中一个或多个上述问题。

本发明的第一方面提供一种用于基站天线的辐射元件，包括：插座和辐射部，其中所述插座具有为所述辐射部提供机械支撑的装置以及用于为所述辐射部馈电的馈电系统的微带线，并且所述辐射部件被配置为由所述插座接收，并且包括导电元件中的至少一对非导电槽，当所述辐射部被所述插座接收时，所述槽与所述馈电系统的所述微带线对准，并且其中所述插座的外周小于所述辐射部的最大外周。所述辐射元件的两个部分具有不同的占用面积。所述辐射部具有较大的直径，因为它包括偶极臂，其最小尺寸通常受所述辐射元件操作波长的限制。然而，为所述辐射元件的所述辐射部提供馈电系统的所述插座可以配置为具有较小的占用面积。具有这种两部分天线元件的优点是：插座可以作为普通装配工艺(例如：SMT和回焊工艺)的一部分，与电子元件一起首先安装在PCB上。然后，可以在将辐射元件的辐射部安装在插座上之前，在电子元件上安装电子屏蔽。这样，传统的PCB制造方法可以用来有效地组装辐射元件的辐射部与射频屏蔽罩重叠的系统，该射频屏蔽罩设置靠近插座，并在辐射元件的辐射部的下方。射频屏蔽罩的开口可以从而保持小于辐射元件的偶极臂占据的面积。通常，这种开口只需要足够大，以使其可以包围插座。

在根据第一方面所述辐射元件的第一实施方式中，所述辐射部包括基部和扩展部，其中所述基部是可插接到所述插座上的。在组装PCB的过程中，可以通过自动化机器人轻松地将基部插接到所述插座。因此，所述辐射部和所述插座之间的这种连接被优化用于自动化制造。插入插座后，可以用其他的固定装置，例如螺钉，来固定所述辐射部。

在根据第一方面的第一实施方式所述辐射元件的第二实施方式中，所述扩展部限定所述辐射部的最大外周，并且所述基部的外周或内周适配于所述插座的内周或外周，使得当所述基部被所述插座接收时，所述基部和所述插座处于嵌套配置之中。将基部嵌套到插座之内或之外具有以下优点：各部件在垂直于放置插座的结构，特别是PCB，的方向上被插接在一起。因此，当将基部与插座连接时，安装在插座周围和靠近插座的电子元件和RF屏蔽不会干扰连接过程。

在根据第一方面的第一或第二实施方式所述辐射元件的第三实施方式中，所述扩展部形成所述辐射元件的主辐射部。由于偶极臂的延伸与操作波长有关，所以辐射元件的主辐射部的尺寸不能小于偶极臂的横向最小延伸尺寸。因此，所述辐射元件的主辐射部是所述辐射元件的扩展部分的一部分是有利的。

在根据第一方面的第一至第三实施方式中的任一方式所述辐射元件的第四实施方式中，所述至少一对槽中的每一个在所述辐射部件的基部和扩展部中延伸。在这种实施方式中，槽延伸到基部和辐射部中。如此可以简化馈电系统。插座上的馈电系统可以通过在辐射部的基部中延伸的部分槽，直接向在所述辐射部中的槽馈电。从馈电系统向辐射部中的槽馈电，是通过电磁耦合发生。插座部件和辐射部件之间不需要通电性接触，从而避免了无源互调(Passive Intermodulation，PIM)。

在根据第一方面的第一至第四实施方式中的任一方式所述辐射元件的第五实施方式中，插座和基部具有一致的形式，当插接在一起时，所述基部与插座的侧壁的至少一些部分彼此重叠。基部和插座的重叠的侧壁具有以下优点：它们可以在基部和插座之间提供机械连接，并且与此同时，重叠的壁允许馈电系统与非导电槽电磁耦合，因为可以发生从彼此重叠的插座的侧壁的部分向基部的侧壁的部分的馈电。

在根据第一方面的第五实施方式所述辐射元件的第六实施方式中，插座的侧壁承载馈电系统的微带线，并且插座的侧壁包括所述至少一对槽的一段。所述实施方式提供了简化的馈电系统，因为所述馈电系统可以集成到插座的这些部分上，而这些部分总是与所述辐射元件的基部的侧壁重叠。

在根据第一方面的任何实施方式所述辐射元件的第七实施方式中，所述辐射部被制成为模塑互连器件MID，在内侧、外侧或内外两侧上部分定型。MID是一种优选的技术，因为它允许容易地制造辐射元件的部件，尤其是辐射元件的辐射部，其一体包括较小的基部和延伸的辐射部。

在根据第一方面或第一方面的第一至第六实施方式所述辐射元件的第八实施方式中，所述辐射部由实心金属部制成，特别是由冲压金属钣材制成。非导电槽可以通过在金属钣材上切割来实现。所述第八实施方式是所述第七实施方式的替代方案。此外，固体金属材料允许容易地制造辐射元件，例如，通过金属钣材的切割和弯折工艺。如果插座也由金属钣材制成或者在内侧金属化，则所述辐射部上与插座重叠的表面应该是绝缘的。

在根据第一方面的任何实施方式所述辐射元件的第九实施方式中，所述插座在外或内表面上承载微带线，并且所述辐射部，特别是参考第一实施方式所述辐射部件的基部，被配置为插入到所述插座中或罩在所述插座上。所述辐射元件的外表面或内表面上的微带线允许馈电系统的简单实现，所述馈电系统优选地与辐射部中的，特别是辐射部的基部中的槽一起工作。

在根据第一方面的任何实施方式所述辐射元件的第十实施方式中，所述插座被制造为模塑互连器件MID。所述MID技术是优选的，因为它允许在简化的制造过程中制造插座的结构和插座的导电部分。

在根据第一方面的任何实施方式所述辐射元件的第十一实施方式中，所述辐射元件包括设置在所述辐射元件和所述插座的接触表面之间的隔离片，且所述隔离片至少设置在处于相对侧的所述接触表面具有导电性(例如金属化)的区域中。所述隔离片使所述馈电系统的导电部分与所述辐射元件的导电部分断开通电性。

在根据第一方面的任何实施方式所述辐射元件的第十二实施方式中，所述辐射部包括用于将所述辐射部固定到所述插座或在所述插座下方的支撑结构，特别是印刷电路板(PCB)或所述PCB下方的屏蔽罩/散热器的一部分，的装置。如同在完成的辐射元件中一样，所述辐射部应该永久性地固定在所述辐射元件的插座上，或者固定在支撑结构上，例如完整的天线的支撑结构上，所述固定装置优选将辐射部永久性地保持在适当的位置。

本发明的第二方面涉及一种天线，其包括印刷电路板(PCB)、所述第一方面的任一实施方式所述的辐射元件、以及射频屏蔽，其中所述插座电气地且机械地连接至所述PCB，所述辐射部被所述插座接收，并且所述射频屏蔽设置在所述插座的外周之外的区域中，并且当投影到所述PCB的层上时，位于所述辐射元件的最大外周之内。由于所述辐射元件具有两部分构造，故而可以根据第二方面，将射频屏蔽贴近所述插座设置，使得所述射频屏蔽的一些部分在辐射元件的最大外周之内延伸。换句话说，与常规解决方案相比，可以保持射频屏蔽的开口小于辐射元件的最大外周。因此，相对于需要开放空间(或开口)大于辐射元件的最大尺寸的传统构造，增加了用于设置射频屏蔽的空间。

在第二方所述天线的第一实施方式中，所述射频屏蔽包括直径大于插座并且小于辐射元件的最大外周的直径的开口。因此，无线电屏蔽相对于天线的辐射元件可以具有最大的空间延伸。

本发明的第三方面涉及一种用于制造本发明的第二方面或第二方面的第一实施方式所述天线元件的方法，包括以下步骤：将插座机械地和电气地连接到PCB，特别是通过标准化的PCB装配工艺(例如，SMT和回焊)；将射频屏蔽安装到PCB上包围所述插座；并将辐射部插入所述插座中，或将辐射部罩在所述插座上，至少部分地高于所述射频屏蔽。这些方法步骤的顺序有助于本发明，因为它们允许在辐射部件连接到插座之前安装所述射频屏蔽。因此，在用简化的工艺组装天线的同时，所述辐射部下方的空间可以用于所述RF屏蔽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术特征，下面简单介绍用于对实施例进行描述的附图。以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，但是在不脱离如权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对这些实施例进行修改。

图1示出了第一实施例的辐射元件的插座的透视图；

图2a-b示出了两个不同实施方式中所述第一实施例的辐射元件的辐射部的透视图；

图3示出了所述第一实施例的辐射元件以及射频屏蔽的分解图；

图4a-d示出了在制造步骤期间的第二实施例的天线的横截面；

图5示出了第三实施例天线的横截面；并且

图6示出了一个第四实施例天线的横截面。

具体实施方式

在参照图1至图3，描述了辐射元件的第一实施例。辐射元件基本上包括两部分，如图1所示的插座1，以及如图2所示的辐射部2。这些部件被配置为通过将辐射部2的基部3插入到插座1中而机械连接。技术人员将会理解，辐射元件和插座之间的其他连接也是可能的。例如，辐射部2的基部3也可以被构造成罩在插座1上。

辐射部2主要包括由非导电槽4分隔的导电材料制成的天线辐射臂。辐射部2可以制成如图2a所示的具有部分金属化的MID部，或制成如图2b所示的从金属钣材上冲压出来的金属部。插座1包括侧壁，并且也可以制成MID部。侧壁包括微带线5，当各部件被组装在一起时，微带线5与辐射部2的槽4对齐。在这种情况下，“对准”意味着微带线5相对于槽布置在一个能够跨越槽进行馈电的位置上。也就是说，插座1的内侧和辐射部2的基部3的导电部分应当通电性地或，优选地，电容性地耦合。如图1所示，插座1可以连接到印刷电路板PCB 6上。PCB 6包括导线(未示出)，以向插座1上的微带线馈电。

因此，辐射元件被分成两部分1和2，一部分包含馈电部分，另一部分包含辐射部分。从而两个部分都提供电气功能。这种辐射元件分开的方式允许保持PCB 6上的占用面积小于辐射部2的最大横截面，其中横截面在平行于PCB 6的假想层中被测量。这具有如下所述的特定优点。

如图3所示，射频屏蔽罩30可以装配在插座1和辐射部2之间，同时具有包围插座1和辐射部2的基部3的开口32，但是其尺寸小于辐射部2的最大外周。

辐射元件的插座1形成馈电部，被设计为在PCB 6上辐射元件占据尽可能小的占用面积，其中在该PCB 6上，该插座1应与其他电子元件20一样焊接或回焊。由于是焊接，有源射频系统输出和天线输入之间的连接从阻抗和相位的角度来看始终是稳定的。如图4a所示，在将电子元件20和插座1连接到PCB之后，一个或多个射频屏蔽罩或散热器机械地连接到PCB 6。例如，如图4b的上部所示，可以将在插座1的区域中包括孔的射频屏蔽30或散热器螺钉固定在PCB上。如图4b下部所示，反面也可以通过用螺钉连接RF屏蔽罩来进行屏蔽。

一旦RF屏蔽30或散热器连接到PCB 6，辐射元件的辐射部2可以安装在插座1中或罩在插座上。如图4c所示，辐射部2的基部3可以安装在插座1的内部。为了将辐射部件2固定到插座1中，辐射部件2可以如图4d所示，借助于螺钉42连接6，该螺钉42接合PCB6的反面上的散热器/屏蔽，或者通过任何其他紧固装置，例如如图6所示的与插座1相互作用的扣合特征43。

图5中示出了另一个实施例。根据该实施例，插座1包括在外侧和内侧上的馈电系统，并被焊接到PCB上。为了避免通电性连接，在插座1和辐射部2的基部3之间放置绝缘带11。在该实施例中，在插座1的内侧具有接地平面。该接地平面具有非导电槽，与辐射部的非导电槽的重叠部分相同。

如果辐射部是由冲压金属制成，或者MID部的金属部分放置在内侧，则在辐射部与插座之间进行DC短接。为了避免插座1的接地平面与辐射部件的金属部分之间的直接通电性连接，可以在两个部件1和2之间使用薄膜绝缘带。

在一个替代实施例中(例如，如图4d所示)，插座1还可以在外侧包括微带线5，但是在插座1的内侧上没有导电镀层。在这种情况下，辐射元件的这两个部分之间不需要绝缘带。在该实施例中，辐射部2也用作为微带线5馈电的接地平面。为此，辐射部件2可以通电性连接(例如，使用螺钉42)或电容耦合到PCB 6的接地(平面)。

图6示出了又一实施例，其中辐射部件2由冲压金属或金属化MID制成。它被固定到具有扣合特征43的插座1上或者可以被胶合。插座1包括馈电系统，外部具有微带线并且内部具有接地平面馈电。辐射部2的基部3可以通电性地连接或电容性地耦合到插座1上的地。当电容性耦合时，包括绝缘带11。

以上所述仅为本发明的实施方式，本发明的范围不限于此。本领域技术人员可以容易地做出任何变化或替换。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种用于基站天线的辐射元件，包括：插座(1)和辐射部(2)，

其中所述插座(1)具有为所述辐射部(2)提供机械支撑的装置，以及用于为所述辐射部(2)馈电的馈电系统的微带线(5)，并且

所述辐射部(2)被配置为由所述插座(1)接收，并且包括导电元件中的至少一对非导电槽(4)，当所述辐射部被所述插座接收时，所述槽(4)与所述馈电系统的所述微带线(5)对准，

并且其中所述插座(1)的外周小于所述辐射部(2)的最大外周。

2.根据权利要求1所述的辐射元件，其中所述辐射部(2)包括基部(3)和扩展部，其中所述基部(3)是可插接到所述插座(1)上的。

3.根据权利要求2所述的辐射元件，其中所述扩展部限定所述辐射部(2)的所述最大外周，并且所述基部(3)的外周或内周适配于所述插座(1)的内周或外周，使得当所述基部(3)被所述插座(1)接收时，所述基部和所述插座处于嵌套配置之中。

4.根据权利要求2或3所述的辐射元件，其中所述扩展部形成所述辐射元件(2)的主辐射部。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的辐射元件，其中所述至少一对槽(4)中的每一个在所述辐射部件(2)的所述基部(3)和所述扩展部中延伸。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的辐射元件，其中所述插座(1)和所述基部(3)具有一致的形式，当插接在一起时，所述基部(3)与所述插座(1)的所述侧壁的至少一些部分彼此重叠。

7.根据权利要求6所述的辐射元件，其中所述插座(1)的所述侧壁承载所述馈电系统的所述微带线(5)，并且所述基部(3)的所述侧壁包括所述至少一对槽(4)的一段。

8.根据前述权利要求中任一项所述的辐射元件，其中所述辐射部(2)被制成为模塑互连器件MID，在内侧、外侧或内外两侧部分成型。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的辐射元件，其中所述辐射部(2)由实心金属部制成，特别是由冲压金属钣材制成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的辐射元件，其中所述插座(1)在外表面上承载所述微带线，并且所述辐射部(2)，特别是参照权利要求2所述辐射部(2)的所述基部(3)，被配置为插入到所述插座(1)中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的辐射元件，其中所述插座(1)被制成模塑互连器件MID。

12.根据前述权利要求中任一项所述的辐射元件，还包括设置在所述辐射元件(2)和所述插座(1)的所述接触表面之间的隔离片，且所述隔离片至少设置在处于相对侧的所述接触表面具有导电性的区域之中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的辐射元件，其中所述辐射部(2)包括用于将所述辐射部固定到所述插座(1)或在所述插座(1)下方的支撑结构，特别是印刷电路板PCB(6)，的装置(42，43)。

14.一种天线，包括：印刷电路板PCB(6)，根据前述权利要求中任一项所述的辐射元件，以及射频屏蔽罩(30)，其中所述插座(1)被电气地和机械地连接到所述PCB(6)，所述辐射部(2)被所述插座(1)接收，并且所述射频屏蔽(30)设置在所述插座的所述外周之外的区域中，并且当投影到所述PCB(6)的层上时，位于所述辐射元件的所述最大外周之内。

15.根据权利要求12所述的天线，其中所述射频屏蔽罩(30)包括直径大于所述插座(1)且小于所述辐射元件的所述最大外周的所述直径的开口。

16.一种用于制造根据权利要求14或15所述的天线元件的方法，包括以下步骤：

将所述插座(1)机械地和电气地连接到所述PCB(6)；

将所述射频屏蔽罩(30)安装到所述PCB(6)上包围所述插座(1)；以及

将所述辐射部(2)插入所述插座(1)，或将所述辐射部件罩在所述插座(1)上，至少部分地高于所述射频屏蔽(30)。