CN110600891A - 一种5g阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种5G阵列天线，包括至少一个子阵列，每个所述子阵列集成有一辐射单元阵列、至少一个功分器以及一个移相器；所述辐射单元阵列包含一列多个辐射单元；所述功分器的输出端与相邻的至少两个辐射单元电性连接；所述移相器包括两条传输线，每一个传输线包括一个输入端和多个输出端；所述子阵列中的辐射单元阵列、所述功分器和所述移相器的带状传输线、金属壁为注塑一体化结构，镭雕后表面电镀处理。本技术方案的5G阵列天线，其功能部件采用一体化加工成形的新结构，简化部件的安装与焊接，从而提升5G阵列天线生产的一致性，降低成本，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种5G阵列天线。
背景技术
在5G移动通信系统中，基站侧的天线使用大规模天线技术来提升系统容量。5G大规模阵列天线具有良好的3D波束赋形能力，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，形成动态有针对性的网络覆盖。为了实现这一目标，5G大规模天线应当具有比常规阵列天线更多的辐射单元(≥64)和更多的射频收发通道(≥64)。
发明人在研究中发现，现有技术的5G大规模天线，如丁晋凯在专利CN109149128A和刘培涛在专利CN108808244A所述,其所包含的辐射单元阵列、功分校准网络、滤波器以及金属隔离板等各个功能组件都是分别独立加工，再焊接装配，尤其是辐射单元包括辐射体和馈电片等至少两个元件，生产组装过程需要逐个焊接到PCB功分网络，非常耗时。由于5G制式比4G系统频段更高，随着频率的升高，性能一致性对天线系统部件尺寸的精度要求升高，传统的PCB振子以及压铸振子工艺加工和装配难度升高，导致生产成本升高。因此，为了推动新一代移动通信技术的发展，有必要开发一种集成度高、结构简单易装配的天线结构。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种阵列天线，其功能部件采用一体化加工成形的新结构，简化部件的安装与焊接，从而提升5G阵列天线生产的一致性，降低成本，提高生产效率。
一种5G阵列天线，包括至少一个子阵列，每个所述子阵列集成有一辐射单元阵列、至少一个功分器、一个移相器和/或者至少一个滤波器；所述辐射单元阵列包含一列多个辐射单元；所述功分器的输出端与相邻的至少两个辐射单元电性连接；
所述移相器包括一个输入端和多个输出端，所述滤波器包括一个输入端和一个输出端；所述移相器包括带状传输线、滑动介质、金属壁和金属盖板四部分，所述滤波器包括传输线、金属壁以及金属盖板三部分；所述子阵列中的辐射单元阵列、所述功分器、所述移相器的带状传输线和金属壁、和/或者所述滤波器的传输线和金属壁为注塑一体化结构，激光镭雕后表面电镀处理。
每一所述辐射单元包括双极化辐射振子，所述功分器的输出端与相邻的两至三个辐射单元的同一极化方向的振子电性连接。
所述子阵列还包括有基板，并与子阵列为一体结构。
所述子阵列中包括移相器而无滤波器；
所述辐射单元中的振子与所述功分器的微带传输线共享支撑的基板和金属反射面并位于所述金属反射面上方，所述移相器的带状传输线和金属壁位于金属反射面的下方，移相器的输出端与功分器的输入端电性连接。
所述移相器的带状传输线、金属壁、辐射单元中的振子、功分器为一体式结构。
所述移相器的金属盖板通过焊接或螺丝紧固与所述金属壁形成封闭结构，介质可在移相器的封闭结构中间移动。
所述子阵列中包括滤波器而无移相器；
所述辐射单元的振子与功分器的线路位于金属反射面上方，滤波器金属壁和传输线位于金属反射面下方，滤波器的输出端与功分器的输入端电性连接。
所述滤波器金属壁、传输线以及振子、功分器为一体式结构。
所述子阵列同时包含移相器和滤波器；
所述子阵列的辐射单元、功分器的线路位于金属反射面上方，移相器和滤波器位于金属反射面下方，移相器的输出端与功分器输入端电性连接，滤波器的输入端与移相器的输入端电性连接。
所述子阵列的辐射单元数量为12,所述子阵列的数量为8。
本发明通过在大规模阵列天线中将一体化设计与塑料选择性电镀工艺相结合，功分器的微带传输线、移相器和/或者滤波器部分结构都可以和辐射单元阵列一体化成形，多个子阵列再通过拼接成大阵列。不仅提高了生产效率，同时也可以降低大规模天线的成本，适合用于5G系统频段的Massive MIMO天线，为大规模的部署5G移动通信系统提供了一种经济而且实用的解决方法。
附图说明
图1为本发明5G阵列天线中辐射单元示意图；
图2为本发明实施例中一个子阵列的辐射面图示，图2a辐射单元与功分器的局部示意图，图2b为辐射单元振子与功分器的连线原理图；
图3为辐射单元、功分器以及移相器传输线、金属壁一体化结构示意图；
图4为辐射单元、功分器以及移相器整体结构图；
图5为另一种辐射单元、功分器以及移相器传输线、金属壁一体化结构示意图
图6为另一种辐射单元、功分器以及移相器整体结构图；
图7为辐射单元、功分器以及滤波器金属壁、传输线和介质一体化结构示意图；
图8为辐射单元、功分器以及滤波器整体图；
图9为辐射单元、功分器以及移相器、滤波器一体化结构示意图；
图10为辐射单元、功分器以及移相器、滤波器整体结构示意图。
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，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例中，提供了一种5G阵列天线，包括至少一个子阵列，每个所述子阵列集成有一辐射单元阵列、至少一个功分器以及一个移相器；所述辐射单元阵列包含一列多个辐射单元；所述功分器的输出端与相邻的至少两个辐射单元电性连接；所述移相器包括一个输入端和多个输出端，所述输出端与所述功分器输入端电性连接；所述移相器包括带状传输线、滑动介质、金属壁和金属盖板四部分；所述子阵列中的辐射单元阵列、所述功分器和所述移相器的带状传输线、金属壁，为注塑一次成形，镭雕后表面电镀处理。
实施例1
参见图1，该实施例的天线阵列1包括12行8列共96个辐射单元201，每个子阵列11的辐射单元201成直线排列，每一个辐射单元201包括两个相互正交的±45度极化的辐射振子。8个子阵列相互平行，且每一列的第一个振子单元相互对齐。
如图2，每个子阵列包括4个辐射单元组12，每个辐射单元组包括3个双极化辐射单元201与2个3路功分器202，所述功分器的线路与振子共享支撑作用的基板203，双极化振子位于基板上方，功分器的线路位于基板上层，金属反射面位于基板底层。
除了辐射单元和功分器，在本发明实施例中，移相器组件也与子阵列实现集成。进一步地，移相器的金属壁、带状传输线与基板的金属反射面集成一体化加工。移相器的滑动介质以及金属盖板等部分后期装配，其中，介质部分在内部可移动，实现子阵列辐射波束垂直面下倾角调节，金属盖板与最外侧的金属壁固定形成封闭结构。具体的，如图3所示，双极化振子201位于基板203上方，金属反射面位于基板底层。金属反射面下方有三个与之垂直的金属壁204，每两个金属壁之间是带状传输线205的线路以及介质层，这三个金属壁204以及两个带状传输线都与金属反射面垂直连接。移相器包括两个独立的功率分配移相网络，每一功率分配移相网络包括一个输入端和多个输出端，其输出端的数量等于子阵列中辐射单元组数量。
如图3和图4，所述移相器的带状传输线、金属壁、振子、功分器为一体式结构，振子与功分器输出端电性连接，功分器的输入端通过探针或者过孔与移相器的输出端电性连接。该一体式结构通过注塑加工，然后通过镭雕，再进行表面电镀蚀刻出振子、功分器微带传输线、金属反射面、移相器带状传输线、金属壁等金属部分。完整的子阵列如图4所示，可移动的介质207位于移相器的金属壁204和和传输线205之间，移相器的盖板206与金属壁204固定之后，形成完整的封闭结构。多个子阵列进行拼接可形成大规模阵列，该发明实施例适用于16射频通道的Massive MIMO系统。
移相器与振子、功分器集成的子阵列结构还有如图5和6所示的另外一种形式，其中一个金属壁204与金属反射面垂直，而其余一个金属壁204与反射面平行，移相器带状传输线205的线路以及介质层则位于金属反射面与平行的金属壁之间，可移动的滑动介质207则位于金属反射面/金属壁与传输线之间。移相器的金属盖板206则垂直于金属反射面，与之固定形成封闭的结构。
实施例2
本发明实施例1中的所述移相器还可以“替换”(并非技术上简单的替换，而是天线结构可以只包含移相器或滤波器，也可同时含有移相器和滤波器，本实施例仅示意说明滤波器的情形)为滤波器，其结构与前述实施例略有区别，对于每一个功分器202连接的辐射单元组12，功分器的输入端与一个滤波器电性连接，具体的，可以通过金属化过孔或者探针。每一个辐射单元组包括至少两个滤波器，分别对应两个极化的射频通道。其结构示意图部分可参见图7和图8。图7是一体结构示意图，辐射单元201，功分器202线路，基板203以及金属反射面，以及滤波器金属壁209和传输线208的线路以及介质都可以通过整体注塑、镭雕以及电镀的方式一体化成形。滤波器的金属壁可根据需要进行外侧面和/或者内侧面电镀。图8则为子阵列整体结构图，滤波器的金属盖板210与所述金属壁209连接后形成封闭的结构。该实施例适用于大于或者等于32个射频通道的Massive MIMO天线。
实施例3
本实施例将实施例1与2结合，即每列子阵列辐射单元通过功分器与移相器电性连接再与滤波器电性连接。如图9所示，移相器金属壁204和带状传输线204、滤波器的金属壁209和传输线208、天线振子201和功分器202一体化注塑、镭雕和电镀成形。整体结构如图10所示，移相器的滑动介质207、金属盖板206以及滤波器金属盖板210后期固定，形成的子阵列集成度进一步提高。由此形成16射频通道Masssive MIMO天线可进一步提高一致性、提升生产效率、从而降低成本。
本发明通过在大规模阵列天线中将一体化设计与塑料选择性电镀工艺相结合，功分器、移相器或者滤波器部分都可以和辐射单元阵列一体化成形，不仅提高了生产效率，同时也可以降低大规模天线的成本，适合用于5G系统频段的Massive MIMO天线，为大规模的部署5G移动通信系统提供了一种经济而且实用的解决方法
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本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5G阵列天线，其特征在于，包括至少一个子阵列，每个所述子阵列集成有一辐射单元阵列、至少一个功分器、一个移相器和/或者至少一个滤波器；
所述辐射单元阵列包含一列多个辐射单元；所述功分器为微带线结构，其线路位于一个水平放置的基板上层，基板底层为金属反射面；所述辐射单元阵列固定在基板上方，并与功分器共享金属反射面；所述功分器的输出端与相邻的至少两个辐射单元电性连接；
所述移相器包括一个输入端和多个输出端，所述滤波器包括一个输入端和一个输出端；所述移相器包括带状传输线、滑动介质、金属壁和金属盖板四部分，所述滤波器包括传输线、金属壁以及金属盖板三部分；所述子阵列中的辐射单元阵列、所述基板、所述移相器的带状传输线和金属壁、和/或者所述滤波器的传输线和金属壁为一体化结构。
2.根据权利要求1所述的5G阵列天线，其特征在于，所述一体化结构可一次注塑成形，激光镭雕后表面电镀，可形成辐射单元、功分器、移相器的金属壁和带状传输线，和/或者滤波器的金属壁和传输线的金属部分。
3.根据权利要求1所述的5G阵列天线，其特征在于，每一所述辐射单元包括双极化天线振子，所述功分器的输出端与相邻的两至三个辐射单元的同一极化方向的天线振子电性连接。
4.根据权利要求3所述的5G阵列天线，其特征在于，所述子阵列中包括移相器而无滤波器；
所述天线振子与所述功分器的线路位于所述金属反射面上方，所述移相器的带状传输线、金属壁、介质与金属盖板位于金属反射面下方，所述移相器包括两个独立带状传输线，每一个带状传输线有一个输入端和多个输出端，其输出端与功分器的输入端电性连接。
5.根据权利要求4所述的5G阵列天线，其特征在于，所述移相器的带状传输线和金属壁、天线振子、功分器为一体式结构，且移相器、天线振子和功分器共用金属反射面。
6.根据权利要求5所述的5G阵列天线，其特征在于，所述移相器的金属盖板通过焊接或螺丝紧固与所述金属壁形成封闭结构，滑动介质可在移相器的封闭结构中间移动。
7.根据权利要求3所述的5G阵列天线，其特征在于，所述子阵列中包括滤波器而无移相器；
所述天线振子与功分器的线路位于金属反射面上方，滤波器金属壁和传输线位于金属反射面下方，滤波器的输出端与功分器的输入端电性连接。
8.根据权利要求7所述的5G阵列天线，其特征在于，所述滤波器金属壁、传输线以及天线振子、功分器为一体式结构，且滤波器、天线振子和功分器共用金属反射面。
9.根据权利要求3所述的5G阵列天线，其特征在于，所述子阵列同时包含移相器和滤波器；
所述子阵列的天线振子、功分器的线路位于金属反射面上方，移相器和滤波器位于金属反射面下方，移相器的输出端与功分器输入端电性连接，滤波器的输入端与移相器的输入端电性连接；所述移相器带状传输线、金属壁和滤波器的传输线、金属壁以及天线振子、功分器为一体式结构，且移相器、滤波器、天线振子和功分器共用金属反射面。
10.根据权利要求1所述的5G阵列天线，其特征在于，所述子阵列的辐射单元数量为12,所述子阵列的数量为8。
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