CN109149128A - 一种5g大规模阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于移动通信技术领域，公开了一种5G大规模阵列天线，夹层支撑板部分位于功分馈电网络部分和耦合校准网络部分之间，夹层支撑板部分为局部镂空结构，功分馈电网络部分和耦合校准网络部分通过焊接后进行信号连接；辐射单元部分由若干双极化辐射振子组成，双极化辐射振子与功分馈电网络部分固定连接；多个双极化辐射振子组成一个子阵列，每个子阵列引出两个双极化通道，双极化通道与T/R组件部分连接。本发明提供的5G大规模阵列天线能够在复杂信号环境下仍然具有优异的幅度一致性和相位一致性。

Description

一种5G大规模阵列天线

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体的是一种涉及5G移动通信系统的大规模密集阵列天线。

背景技术

随着我国移动通信技术的不断发展，对于第五代移动通信系统(5G)的研究目前已经进入到了实质阶段，各大运营商已经在国内部分城市开始了5G覆盖的试点。作为5G移动通信系统的关键核心技术之一的大规模阵列天线技术，目前系统对天线整机的指标要求越来越高，甚至可以说大规模阵列天线的技术的改善与提高已经成为5G无线通信发展的一个至关重要的支撑点。对5G大规模阵列天线的要求，关键是可以支持3D波束赋型和更强大的MIMO功能，同时为了覆盖范围以及实际和主设备配合安装的要求，需要5G大规模阵列天线的增益更高，同时天线整机的重量需要轻量化。

5G大规模阵列天线具有良好的3D波束赋型能力，在水平与垂直两个方向上可实现深度覆盖，成倍提升频谱资源效率，形成动态有针对性地网络覆盖。为了实现这一目标，5G大规模阵列天线具有比常规阵列天线更多的辐射单元(辐射单元数量≥64)和T/R组件端口(端口数量≥64)，同时需要所有T/R组件端口和校准端口之间具备优异的幅度一致性和相位一致性，这是3D波束赋型实现的前提条件，而5G大规模阵列天线本身具有超大数量辐射单元和更多的T/R组件端口，涉及的辐射单元之间的信号杂散耦合的环境更复杂，同时在5G时代天线和主设备主要采用直接对接的结构，天线和主设备集成在一个空间内，就不可避免受到设备功放的大信号干扰，这些因素对保证天线幅度一致性和相位一致性提出了更高的挑战。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种5G大规模阵列天线，能够在复杂信号环境下仍然具有优异的幅度一致性和相位一致性。

为实现上述目的，本发明提供一种5G大规模阵列天线，包括：辐射单元部分、功分馈电网络部分、夹层支撑板部分、耦合校准网络部分、T/R组件部分；

所述夹层支撑板部分位于所述功分馈电网络部分和所述耦合校准网络部分之间，所述夹层支撑板部分为局部镂空结构，所述功分馈电网络部分和所述耦合校准网络部分通过焊接后进行信号连接；

所述辐射单元部分由若干双极化辐射振子组成，所述双极化辐射振子与所述功分馈电网络部分固定连接；多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列，每个所述子阵列引出两个双极化通道，所述双极化通道与所述T/R组件部分连接。

优选的，5G大规模阵列天线还包括隔离条部分；所述隔离条部分包括多个隔离条，所述隔离条为锯齿长城状，所述隔离条位于所述辐射单元部分的两纵列之间，并固定在所述功分馈电网络部分上。

优选的，5G大规模阵列天线还包括防撞支撑柱部分；所述防撞支撑柱部分包括多个防撞支撑柱，所述防撞支撑柱位于若干辐射单元中间的空隙位置。

优选的，所述耦合校准网络部分包括多个耦合校准子单元，所述耦合校准子单元与校准端口相连接，所述耦合校准子单元由带状线形式多层板结构的功分耦合器组成。

优选的，所述功分馈电网络部分由多个功率分配子单元组成，所述功率分配子单元由共面微带线形式的功分器组成。

优选的，所述T/R组件部分由多个盲插型连接器组成。

优选的，所述双极化辐射振子采用镂空结构。

优选的，所述双极化辐射振子的纵向间距为0.6λ～λ，横向间距为0.5λ～0.7λ，其中，λ为中心频点的波长。

优选的，所述大规模阵列天线的工作频率为3400-3600MHz。

优选的，所述辐射单元部分由M×N个双极化辐射振子组成，三个所述双极化辐射振子组成一个子阵列；

所述功分馈电网络部分由(M×N)/3个功率分配子单元组成，所述耦合校准网络部分由(M×N)/3个耦合校准子单元组成；

所述辐射单元部分组成(M×N)/3×2个双极化通道，所述T/R组件部分由(M×N)/3×2个盲插型连接器组成。

发明同现有技术相比所具有的优点、特点或积极效果如下：

在本发明提供的一种5G大规模阵列天线中，夹层支撑板部分位于功分馈电网络部分和耦合校准网络部分之间，夹层支撑板部分为局部镂空结构，功分馈电网络部分和耦合校准网络部分通过焊接后进行信号连接，即夹层支撑板部分作为耦合校准网络部分和功分馈电网络部分中间的一道屏蔽墙，使得耦合校准网络部分和功分馈电网络部分实现了分体设计，在物理上进行了空间隔离，因此能够减少功分馈电网络的大信号对耦合校准网络部分的小信号的干扰，从而能够获得优异的幅度一致性和相位一致性，进而提高3D波束赋型的精度。辐射单元部分由若干双极化辐射振子组成，双极化辐射振子与功分馈电网络部分固定连接，多个双极化辐射振子组成一个子阵列，每个子阵列引出两个双极化通道，双极化通道与T/R组件部分连接，即功分馈电网络部分、T/R组件部分共同作用实现对辐射单元部分的幅度和相位的激励。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线的整体结构图；

图2为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线中功率分配子单元及其与辐射振子组成的子阵列的连接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线中功率分配子单元组成的功分馈电网络的整体布局示意图；

图4为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线中耦合校准子单元的具体构成图；

图5为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线中耦合校准子单元组成耦合校准网络的整体布局示意图；

图6为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线中辐射单元的幅度一致性实测图；

图7为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线中辐射单元的相位一致性实测图；

图8为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线的整机业务零度的水平面辐射方向图；

图9为本发明实施例提供的一种5G大规模阵列天线的整机业务零度的垂直面辐射方向图。

其中，1-辐射单元部分、2-功分馈电网络部分、3-夹层支撑板部分、4-耦合校准网络部分、5-隔离条部分、6-T/R组件部分、7-防撞支撑柱部分、8-双极化辐射振子、9-子阵列、10-功率分配子单元、11-耦合校准子单元。

具体实施方式

本发明提供的一种5G大规模阵列天线主体包括辐射单元部分、功分馈电网络部分、夹层支撑板部分、耦合校准网络部分、隔离条部分、T/R组件部分；其中，辐射单元部分由N个子阵列组成(N可以为8，16，32，64，128)，引出的通道和对应的T/R组件部分相连接。

辐射单元部分的双极化辐射振子是直接和功分馈电网络部分相连接。功分馈电网络部分为微带形式的单层板。耦合校准网络部分为具有信号屏蔽功能的带状线形式的多层板。夹层支撑板部分是局部挖空的，其材质可以是FR4板材或者金属板。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明提供的一种5G大规模阵列天线如图1所示，包括：辐射单元部分1、功分馈电网络部分2、夹层支撑板部分3、耦合校准网络部分4、隔离条部分5、T/R组件部分6以及防撞支撑柱部分7。

所述辐射单元部分1由N个子阵列组成(N可以为8，16，32，64，128)，下面以N为32，即包含32个子阵列为例，进行说明。如图1、图2所示，所述辐射单元部分1由8*12布局样式的共96个双极化辐射振子8组成，每纵列方向上的每三个所述双极化辐射振子8通过功率分配子单元10组成一个子阵列9，每个所述子阵列9引出两个双极化通道，所述双极化通道和对应的所述T/R组件部分6相连接。

所述功分馈电网络部分2和所述耦合校准网络部分4的中间为所述夹层支撑板部分3，所述功分馈电网络部分2和所述耦合校准网络部分4之间通过铜棒焊接后进行信号连接。

在本优选实施例中，所述双极化辐射振子8为镂空结构，单个振子结构上实现了轻量化，进而使得整体天线重量轻量化。

在本优选实施例中，所述辐射单元部分1的所述双极化辐射振子8是直接通过螺钉固定在所述功分馈电网络部分2上的。

在本优选实施例中，所述辐射单元部分1的所述双极化辐射振子8的横向间距为0.5λ～0.7λ(λ为中心频点的波长)。

在本优选实施例中，所述辐射单元部分1的所述双极化辐射振子8的纵向间距为0.6λ～λ(λ为中心频点的波长)。

在本优选实施例中，所述T/R组件部分6由64个具有盲插性质的连接器组成，对应所述辐射单元部分1所组成的64个双极化通道，实现对所述射单元部分1的幅度和相位的激励。

在本优选实施例中，如图3所示，所述功分馈电网络部分2是由32个功率分配子单元10组成的，所述功率分配子单元10为共面微带线形式的功分器组成，此功分器实现对纵向每三个所述双极化辐射振子8组成的所述子阵列9实现幅度和相位的激励，由于所述子阵列9采用了三个所述双极化辐射振子8，比常规的采用两个辐射振子的子阵列增益更高，进而使得整机天线拥有更大的覆盖范围。

在本优选实施例中，如图4、图5所示，所述耦合校准网络部分4是由32个耦合校准子单元11组成的，所述耦合校准子单元11为具有屏蔽特性的带状线性质的多层板结构的功分耦合器组成。上面板的16个所述耦合校准子单元11和校准端口A相连接，下面板的16个所述耦合校准子单元11和校准端口B相连接，组合起来可以实现对所述T/R组件部分6的幅度和相位校准。

所述耦合校准子单元11中的信号为小信号，容易受到外在信号干扰，进而导致幅度和相位畸变，使得要求的幅度一致性和相位一致性指标难以满足。本实施例中将所述耦合校准网络部分4整体做成了带状线的多层板形式，多层板的上下层均为大面积的接地层，起到了良好的信号屏蔽作用，使得在所述耦合校准网络部分4中的小信号更为纯净，以便获得更优异的幅度和相位一致性。

在本优选实施例中，所述夹层支撑板部分3为局部挖空的FR4板材的PCB板，此挖空的区域按最小程度的避让做出，所有避让孔整体做了金属化，整体金属化后的所述夹层支撑板部分3作为所述功分馈电网络部分2和所述耦合校准网络部分4中间的一道屏蔽墙，能够减少所述辐射单元部分1的大信号泄露到小信号的所述耦合校准网络部分4中，进而提升整机天线的幅度一致性和相位一致性。

在本优选实施例中，所述隔离条部分5包含多个隔离条，具体为一种具有锯齿长城状的隔离条，此种隔离条可以获得最优的隔离度性能，提高所述T/R组件部分6的信号独立性。

在本优选实施例中，所述T/R组件部分6为一种具有盲插结构的连接器，便于后期天线和主设备的对接匹配，避免了常规基站天线线缆接头的复杂连接方式，节省了安装工时。

通过以上设计，最终通过校准端口实现了对整体通道的幅度和相位控制，通过对所述T/R组件部分6给予不同组合方式的幅度和相位激励，实现3D波束赋型能力，成倍提升频谱效率，获得最佳网络性能。

图6是本实施例的宽频辐射单元的幅度一致性实测图，从图中可以看出，整机天线具有良好的幅度一致性。

图7是本实施例的宽频辐射单元的相位一致性实测图，从图中可以看出，整机天线具有良好的相位一致性。

图8是本实施例的整机业务零度的水平面辐射方向图，图9是整机业务零度的垂直面辐射方向图，从图中可以看出，整机的方向图具有良好的增益特性。

综上，本发明提供的一种5G大规模阵列天线由于耦合校准网络部分采用具有屏蔽结构的带状线形式，因此可以减少振子间信号的耦合以及和整机匹配时的功放大信号的杂散干扰，同时，由于耦合校准网络部分和功分馈电网络部分实现了分体设计，在物理上进行了空间隔离，进而获得了优异的幅度一致性和相位一致性，提高了3D波束赋型的精度。此外，采用了锯齿长城状的隔离条进而获得了良好的通道隔离度指标。辐射单元部分的双极化辐射振子采用镂空结构，实现了整机的轻量化。在即将到来的5G时代，本发明提供的一种5G大规模阵列天线具有重要的应用价值和市场价值。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种5G大规模阵列天线，其特征在于，包括：辐射单元部分、功分馈电网络部分、夹层支撑板部分、耦合校准网络部分、T/R组件部分；

所述夹层支撑板部分位于所述功分馈电网络部分和所述耦合校准网络部分之间，所述夹层支撑板部分为局部镂空结构，所述功分馈电网络部分和所述耦合校准网络部分通过焊接后进行信号连接；

所述辐射单元部分由若干双极化辐射振子组成，所述双极化辐射振子与所述功分馈电网络部分固定连接；多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列，每个所述子阵列引出两个双极化通道，所述双极化通道与所述T/R组件部分连接。

2.根据权利要求1所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，还包括隔离条部分；所述隔离条部分包括多个隔离条，所述隔离条为锯齿长城状，所述隔离条位于所述辐射单元部分的两纵列之间，并固定在所述功分馈电网络部分上。

3.根据权利要求1所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，还包括防撞支撑柱部分；所述防撞支撑柱部分包括多个防撞支撑柱，所述防撞支撑柱位于若干辐射单元中间的空隙位置。

4.根据权利要求1所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，所述耦合校准网络部分包括多个耦合校准子单元，所述耦合校准子单元与校准端口相连接，所述耦合校准子单元由带状线形式多层板结构的功分耦合器组成。

5.根据权利要求4所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，所述功分馈电网络部分由多个功率分配子单元组成，所述功率分配子单元由共面微带线形式的功分器组成。

6.根据权利要求5所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，所述T/R组件部分由多个盲插型连接器组成。

7.根据权利要求1所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，所述双极化辐射振子采用镂空结构。

8.根据权利要求1所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，所述双极化辐射振子的纵向间距为0.6λ～λ，横向间距为0.5λ～0.7λ，其中，λ为中心频点的波长。

9.根据权利要求1所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，所述大规模阵列天线的工作频率为3400-3600MHz。

10.根据权利要求6所述的5G大规模阵列天线，其特征在于，所述辐射单元部分由M×N个双极化辐射振子组成，三个所述双极化辐射振子组成一个子阵列；

所述功分馈电网络部分由(M×N)/3个功率分配子单元组成，所述耦合校准网络部分由(M×N)/3个耦合校准子单元组成；

所述辐射单元部分组成(M×N)/3×2个双极化通道，所述T/R组件部分由(M×N)/3×2个盲插型连接器组成。