CN110534903A - 一种Massive MIMO电调天线 - Google Patents
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Abstract
一种Massive MIMO电调天线，包括物理移相部分和数字移相部分，物理移相部分包括从上至下依次连接设置的辐射单元模块、功分网络模块、移相器模块、连接结构模块、驱动装置和RET控制部分，辐射单元模块包括多组平行设置的辐射单元，功分网络模块包括多组平行设置的功分网络，移相器模块包括多个平行设置的移相器，连接结构模块包括多个平行设置的连接结构；单组中的复数个辐射单元并行且对应连接一组功分网络，单组的功分网络连接到一个移相器上，移相器分别对应连接连接结构，连接结构一并连接到驱动装置，驱动装置与RET控制部分电连接，连接结构分别连接驱动装置和移相器并带动移相器移动。本发明避免增加天线的端口数量，实现更广覆盖其波束扫描功能。
Description
技术领域
本发明涉及5G天线技术领域，特别涉及一种Massive MIMO电调天线。
背景技术
目前，Massive MIMO天线是5G移动通信布网重要组成部分，利用大规模阵列天线可以更精准的波束赋形和空分复用，提升了网络容量和频谱效率。Massive MIMO天线系统可以对水平和垂直两个方向进行波束扫描并可调整其波束方向增强区域覆盖，目前Massive MIMO天线主要包括16TR、32TR、64TR三种形态，Massive MIMO天线的体积、功耗、成本也因端口数的增加而递增。
传统的Massive MIMO天线主要通过后台主设备的数字移相实现其波束扫描功能（如图10），而要实现更广覆盖这种扫描方式无法避免增加天线的端口数量，也就无法避免增加天线成本，如何有效的控制天线成本就成了首要问题。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种MassiveMIMO电调天线，避免增加天线的端口数量，实现更广覆盖其波束扫描功能，可以有效降低天线成本，加速推进5G建站布网。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种Massive MIMO电调天线，包括物理移相部分和数字移相部分，所述物理移相部分包括从上至下依次连接设置的辐射单元模块、功分网络模块、移相器模块、连接结构模块、驱动装置和RET控制部分，所述辐射单元模块包括多组平行设置的辐射单元，所述功分网络模块包括多组平行设置的功分网络，所述移相器模块包括多个平行设置的移相器，所述连接结构模块包括多个平行设置的连接结构；
单组中的复数个辐射单元并行且对应连接一组功分网络，单组的功分网络连接到一个移相器上，所述移相器分别对应连接所述连接结构，所述连接结构一并连接到所述驱动装置，所述驱动装置与RET控制部分电连接，所述连接结构分别连接所述驱动装置和移相器并带动所述移相器移动。
进一步的，所述RET控制部分包括信号接口、通信电路、主控单元，天线主设备下发AISG协议指令经过所述信号接口和通信电路转送给所述主控单元，主控单元解析指令进行信号处理后执行该指令并将执行结果传送给所述驱动装置，驱动装置通过连接结构带动移相器相对运动且改变所述辐射单元的相位。
进一步的，所述信号接口为OOK/485。
进一步的，所述功分网络包括一分二、一分三、一分四的实现方式。
进一步的，所述功分网络由覆铜PCB或塑胶电镀构成。
进一步的，所述辐射单元主要有压铸、钣金、PCB和塑胶电镀几种存在形式，所述辐射单元具有多种组合及阵列方式。
进一步的，所述连接结构是由金属或塑胶或刚性材料形成的结构件。
进一步的，所述驱动装置由电机、主齿轮、副齿轮、螺杆、螺母、底座组成，所述底座将电机、主齿轮、副齿轮、螺杆、螺母固定连接，所述电机连接主齿轮且作为驱动力带动主齿轮转动，所述副齿轮与主齿轮啮合且被带动转动，所述螺杆与副齿轮固定连接且被带动转动，所述螺母与螺杆啮合，则电机转动转化为螺母的平动。
进一步的，所述物理移相部分和数字移相部分之间设置有校准网络。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的一种Massive MIMO电调天线，避免增加天线的端口数量，实现更广覆盖其波束扫描功能，可以有效降低天线成本，加速推进5G建站布网。具体表现在：
本发明在传统Massive MIMO天线中增加了物理移相，通过辐射单元、移相器、连接结构、驱动装置、RET控制部分依次连接的结合方式实现物理移相，这样在不增加天线端口数的情况下实现较多端口数天线的功能，有效降低Massive MIMO天线成本；本发明将物理移相即电调集成在Massive MIMO天线中，结合后台数字移相实现相同端口数的情况下覆盖更广的范围一定程度上满足建站布网需要；
其中，天线主设备下发AISG协议指令经过RET控制部分的信号接口和通信电路转送给主控单元，主控单元解析指令进行信号处理后执行该指令并将执行结果传送给驱动装置，驱动装置通过连接结构带动移相器相对运动且改变辐射单元的相位，从而实现天线物理移相的功能；
移相器在网络中改变阵列辐射单元的相位值，实现波束扫描；在馈电网络中改变移相器的位置从而改变辐射单元的相位，实现波束扫描或倾角调整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的结构示意图；
图2为RET控制部分的工作过程示意图；
图3为驱动装置的结构示意图；
图4为实施例中在馈电网络中改变移相器的位置从而改变辐射单元的相位的结构示意图；
图5为移相器的金属耦合实现方式的结构示意图；
图6为移相器的介质移相实现方式的结构示意图；
图7为移相器的PCB耦合实现方式的结构示意图；
图8为实施例中物理移相部分和数字移相部分之间设置校准网络的结构示意图；
图9为实施例中物理移相部分和数字移相部分之间不设置校准网络的结构示意图；
图10为传统Massive MIMO天线的结构示意图；
图中标记：1、物理移相部分，2、数字移相部分，3、辐射单元模块，4、功分网络模块，5、移相器模块，6、连接结构模块，7、驱动装置，8、RET控制部分，801、信号接口，802、主控单元，9、辐射单元，10、功分网络，11、移相器，12、连接结构，13、电机，14、主齿轮，15、副齿轮，16、螺杆，17、螺母，18、底座。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种Massive MIMO电调天线，包括物理移相部分1和数字移相部分2，所述物理移相部分1包括从上至下依次连接设置的辐射单元模块3、功分网络模块4、移相器模块5、连接结构模块6、驱动装置7和RET控制部分8，所述辐射单元模块3包括多组平行设置的辐射单元9，所述功分网络模块4包括多组平行设置的功分网络10，所述移相器模块5包括多个平行设置的移相器11，所述连接结构模块6包括多个平行设置的连接结构12；
单组中的复数个辐射单元9并行且对应连接一组功分网络10，单组的功分网络10连接到一个移相器11上，所述移相器11分别对应连接所述连接结构12，所述连接结构12一并连接到所述驱动装置7，所述驱动装置7与RET控制部分8电连接，所述连接结构12分别连接所述驱动装置7和移相器11并带动所述移相器11移动。本发明中，移相器11在网络中改变阵列辐射单元9的相位值，实现波束扫描；在馈电网络中改变移相器11的位置从而改变辐射单元9的相位，实现波束扫描或倾角调整。
进一步的，所述功分网络10包括一分二、一分三、一分四的实现方式。本实施例中，功分网络10为一分三的实现方式，配合辐射单元9、移相器11使用。本实施例中，单组中的复数个辐射单元9并行且对应连接一组功分网络10，单组的功分网络10连接到一个移相器11上，所述移相器11分别对应连接所述连接结构12，所述连接结构12一并连接到所述驱动装置7，所述驱动装置7与RET控制部分8电连接，所述连接结构12分别连接所述驱动装置7和移相器11并带动所述移相器11移动；即整体为天线主设备发送指令给RET控制部分8，RET控制部分8最后信号处理后将执行结果反馈给天线主设备。
进一步的，本实施例中，该馈电网络中，辐射单元9与功分网络10连接，功分网络10为一分三功分网络，功分网络10与移相器11连接，移相器11与连接结构12连接，连接结构12均连接到一个驱动装置7上，驱动装置7再与RET控制部分8电连接，进而实现了该天线主设备与RET控制部分8连接且双向传输指令。进而驱动装置7通过连接结构12带动移相器11相对运动且改变辐射单元9的相位，从而实现天线物理移相、波束扫描的功能。
进一步的，所述RET控制部分8包括信号接口801、通信电路、主控单元802，如图2所示，天线主设备下发AISG协议指令经过所述信号接口801和通信电路转送给所述主控单元802，主控单元802解析指令进行信号处理后执行该指令并将执行结果传送给所述驱动装置7，驱动装置7通过连接结构12带动移相器11相对运动且改变所述辐射单元9的相位，从而实现天线物理移相的功能。
进一步的，所述信号接口801为OOK/485。
进一步的，如图3所示，所述驱动装置7由电机13、主齿轮14、副齿轮15、螺杆16、螺母17、底座18组成，所述底座18将电机13、主齿轮14、副齿轮15、螺杆16、螺母17固定连接，所述电机13连接主齿轮14且作为驱动力带动主齿轮14转动，所述副齿轮15与主齿轮14啮合且被带动转动，所述螺杆16与副齿轮15固定连接且被带动转动，所述螺母17与螺杆16啮合，则电机13转动转化为螺母17的平动。其中，电机13主要起驱动作用且不限于具体规格和数量，主齿轮14和副齿轮15主要起变比功能也不限制其数量、大小、配合方式，螺杆16和螺母17主要起将转动转化为平动的作用也不限制于具体数量和结构方式。本实施例中，电机13、主齿轮14、副齿轮15、螺杆16、螺母17的具体规格、型号和数量等参数根据实际情况使用选定。
进一步的，所述功分网络10由覆铜PCB或塑胶电镀构成。
进一步的，所述辐射单元9主要有压铸、钣金、PCB和塑胶电镀几种存在形式，所述辐射单元9具有多种组合及阵列方式。
进一步的，所述连接结构12是由金属或塑胶或刚性材料形成的结构件。连接结构12的具体结构形式和造型可根据实际情况设计。
然而，现有技术中，如图10所示为传统Massive MIMO天线通过数字移相实现其波束扫描功能的示意图；传统Massive MIMO天线主要通过后台主设备的数字移相实现其波束扫描功能，而要实现更广覆盖这种扫描方式无法避免增加天线的端口数量也就无法避免增加天线成本，如何有效的控制天线成本就成了首要问题。
进一步的，如图8所示，所述物理移相部分1和数字移相部分2之间设置有校准网络。作为优化的方案，本实施例中，可以分为带校准网络和不带校准网络的两种实际应用形式，可根据实际情况选用。如图8和图9所示。因此，与上述图10表现的现有技术相比，本发明的一种Massive MIMO电调天线，相比传统Massive MIMO天线来讲，避免增加天线的端口数量，实现更广覆盖其波束扫描功能，可以有效降低天线成本，加速推进5G建站布网。
本实施例中，移相器11在网络中改变阵列辐射单元9的相位值，实现波束扫描；如下图4所示，在馈电网络中改变3个移相器11的位置从而改变辐射单元9的相位，实现波束扫描或倾角调整。3个移相器11的实现方式可以是金属耦合、介质移相、PCB耦合或其它方式，但原理都是改变其相对位置而实现其功能。如图5所示为移相器11的金属耦合实现方式的结构示意图；如图6所示为移相器11的介质移相实现方式的结构示意图；如图7所示为移相器11的PCB耦合实现方式的结构示意图。
综上所述，本发明中，其中，天线主设备下发AISG协议指令经过RET控制部分的信号接口和通信电路转送给主控单元，主控单元解析指令进行信号处理后执行该指令并将执行结果传送给驱动装置，驱动装置通过连接结构带动移相器相对运动且改变辐射单元的相位，从而实现天线物理移相的功能；另外，移相器在网络中改变阵列辐射单元的相位值，实现波束扫描；在馈电网络中改变移相器的位置从而改变辐射单元的相位，实现波束扫描或倾角调整。
本发明的一种Massive MIMO电调天线，与传统Massive MIMO天线只靠数字移相相比，本发明避免了增加天线的端口数量，实现了更广覆盖其波束扫描功能，可以有效降低天线成本，加速推进5G建站布网。本发明在传统Massive MIMO天线中增加了物理移相，通过辐射单元、移相器、连接结构、驱动装置、RET控制部分依次连接的结合方式实现物理移相，这样在不增加天线端口数的情况下实现较多端口数天线的功能，有效降低Massive MIMO天线成本；本发明将物理移相即电调集成在Massive MIMO天线中，结合后台数字移相实现相同端口数的情况下覆盖更广的范围一定程度上满足建站布网需要。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：包括物理移相部分（1）和数字移相部分（2），所述物理移相部分（1）包括从上至下依次连接设置的辐射单元模块（3）、功分网络模块（4）、移相器模块（5）、连接结构模块（6）、驱动装置（7）和RET控制部分（8），所述辐射单元模块（3）包括多组平行设置的辐射单元（9），所述功分网络模块（4）包括多组平行设置的功分网络（10），所述移相器模块（5）包括多个平行设置的移相器（11），所述连接结构模块（6）包括多个平行设置的连接结构（12）；
单组中的复数个辐射单元（9）并行且对应连接一组功分网络（10），单组的功分网络（10）连接到一个移相器（11）上，所述移相器（11）分别对应连接所述连接结构（12），所述连接结构（12）一并连接到所述驱动装置（7），所述驱动装置（7）与RET控制部分（8）电连接，所述连接结构（12）分别连接所述驱动装置（7）和移相器（11）并带动所述移相器（11）移动。
2.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述RET控制部分（8）包括信号接口（801）、通信电路、主控单元（802），天线主设备下发AISG协议指令经过所述信号接口（801）和通信电路转送给所述主控单元（802），主控单元（802）解析指令进行信号处理后执行该指令并将执行结果传送给所述驱动装置（7），驱动装置（7）通过连接结构（12）带动移相器（11）相对运动且改变所述辐射单元（9）的相位。
3.根据权利要求2所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述信号接口（801）为OOK/485。
4.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述功分网络（10）包括一分二、一分三、一分四的实现方式。
5.根据权利要求4所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述功分网络（10）由覆铜PCB或塑胶电镀构成。
6.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述辐射单元（9）主要有压铸、钣金、PCB和塑胶电镀几种存在形式，所述辐射单元（9）具有多种组合及阵列方式。
7.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述连接结构（12）是由金属或塑胶或刚性材料形成的结构件。
8.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述驱动装置（7）由电机（13）、主齿轮（14）、副齿轮（15）、螺杆（16）、螺母（17）、底座（18）组成，所述底座（18）将电机（13）、主齿轮（14）、副齿轮（15）、螺杆（16）、螺母（17）固定连接，所述电机（13）连接主齿轮（14）且作为驱动力带动主齿轮（14）转动，所述副齿轮（15）与主齿轮（14）啮合且被带动转动，所述螺杆（16）与副齿轮（15）固定连接且被带动转动，所述螺母（17）与螺杆（16）啮合，则电机（13）转动转化为螺母（17）的平动。
9.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO电调天线，其特征在于：所述物理移相部分（1）和数字移相部分（2）之间设置有校准网络。
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