CN111180878A

CN111180878A - 一种5g电调天线

Info

Publication number: CN111180878A
Application number: CN202010011376.8A
Authority: CN
Inventors: 程伟; 胡西彪
Original assignee: Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: CICT Mobile Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2040-01-06
Also published as: CN111180878B

Abstract

本发明实施例提供一种5G电调天线，天线包括辐射单元阵列，与辐射单元阵列中的每一个辐射单元对应配置的控制电路、幅度调节网络和/或相位调节网络。本发明实施例通过控制电路改变幅度调节网路和相位调节网络的偏置电压，进而对辐射单元阵列中的每一个辐射单元的幅度和相位进行调节，以数字方式改变辐射单元的幅度和相位，实现5G电调天线波束的指向和扫描自由度极高，可以实现多种波束及各种综合方向图；电调天线采用芯片及贴片器件剖面尺寸小，对整机布局的结构尺寸要求小，整机重量轻；贴片方式可批量生产及自动化焊接，自动化制造，电路参数指标一致性高。

Description

一种5G电调天线

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种5G电调天线。

背景技术

随着移动通信技术以及5G大规模阵列技术的应用和发展，5G阵列天线继承4G基站天线使用机械式的移相器，实现方向图的垂直面的下倾角调节，进而实现优化信号覆盖效果。

常用的移相器的多个输出端连接天线阵列的各个辐射单元，改变各自辐射单元的幅度和相位，实现方向图波束赋形，现有技术采用机械式的方式，比如印制电路板的指针方式实现，或者采用腔体及结构方式实现，通过介质在传输线上的移动来调节移相器输出端的相位，从而调节阵列单元的相位实现下倾角度的连续变化。

现有技术属于机电式结构，需要配合传动结构、电机和控制电路板等部件来实现相位的调节。该方案体积大，结构复杂，在多系统天线里面布局较困难。

目前5G制式频段比4G系统频段更高，阵列单元组之间的间距更小，且与主设备进行配套设计开发，馈电网络部分的移相器布局及传动布局的空间受限，传统的机电式结构移相器在尺寸小型化上很难突破；另外5G的工作频率比4G偏高，机械传动及加工的精度对方向图指标的影响愈加严重，进一步增加生产成本和一致性。

发明内容

为克服上述现有的采用机电式结构调节天线的幅度和相位，结构复杂、布局困难的问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种5G电调天线。

本发明实施例提供一种5G电调天线，包括辐射单元阵列，还包括与所述辐射单元阵列中的每一个辐射单元对应配置的控制电路、幅度调节网络和/或相位调节网络；

所述控制电路，用于向所述幅度调节网络和/或相位调节网络输入不同大小的偏置电压；

所述幅度调节网络，用于根据所述不同大小的偏置电压，对相应的辐射单元进行幅度的调整；

所述相位调节单元，用于根据所述不同大小的偏置电压，对相应的辐射单元进行相位的调整。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

进一步的，所述控制电路、幅度调节网络和相位调节网络均集成于馈电网络上；

其中，所述馈电网络采用馈电微带线或带状线或同轴线或悬置微带线或共面波导，对应的辐射单元位于所述馈电网络的正上方。

进一步的，所述控制电路包括控制芯片及两个控制电路馈电点，其中一个控制电路馈电点与位于所述馈电微带线上的所述幅度调节网络连接，另外一个控制电路馈电点与位于所述馈电微带线上的所述相位调节网络连接。

进一步的，所述幅度调节网络包括幅度调节芯片和两个隔直电容，所述幅度调节芯片的输入端与所述控制电路的输出端电连接，幅度调节芯片的输出端通过并联的两个隔直电容后与位于所述馈电微带线上的辐射单元电连接；

所述控制电路通过改变加在所述幅度调节芯片上的偏置电压，实现所述辐射单元的幅度调节。

进一步的，所述相位调节网络包括变容二极管和两个隔直电容，所述变容二极管的输入端与所述控制电路的输出端电连接，所述变容二极管的输出端通过并联的两个隔直电容后与位于所述馈电微带线上的辐射单元电连接；

所述控制电路通过改变加在所述变容二极管上的偏置电压，实现所述辐射单元的相位调节。

进一步的，所述辐射单元阵列为连续阵列或离散阵列，其中，所述连续阵列为M行N列的辐射单元阵列或M行N列的辐射单元阵列中的子阵列，所述离散阵列包括M行N列的辐射单元阵列中的部分辐射单元，所述部分辐射单元包括不连续的多个辐射单元，其中，M、N为正整数。

进一步的，所述辐射单元阵列中的每一个辐射单元通过压铸、印制电路板、钣金折弯、贴片阵子、LCP液晶聚合物、PPS工业化液晶聚合物实现。

本发明实施例提供一种5G电调天线，通过控制电路改变幅度调节网路和相位调节网络的偏置电压，进而对辐射单元阵列中的每一个辐射单元的幅度和相位进行调节，以数字方式改变辐射单元的幅度和相位，实现5G电调天线波束的指向和扫描自由度极高，可以实现多种波束及各种综合方向图。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的一种5G电调天线电路结构示意图；

图2为本发明实施例第一种天线的正面示意图；

图3为本发明实施例第一种天线含控制电路、幅度调节网络和相位调节网络的正面馈电网络图；

图4为传统现有技术中的5G电调天线的正面馈电网络图；

图5为本发明实施例第一种天线含控制电路、幅度调节网络和相位调节网络的正面馈电网络的局部放大视图；

图6为本发明实施例第二种天线含控制电路、相位调节网络的正面馈电网络图；

图7为本发明实施例第二种天线含控制电路、相位调节网络的正面馈电网络的局部放大视图；

图8为本发明实施例第三种天线含控制电路、幅度调节网络的正面馈电网络图；

图9为本发明实施例第三种天线含控制电路、幅度调节网络的正面馈电网络的局部放大视图；

图10为本发明实施例十字阵列的赋形示意图；

图11为本发明实施列圆形阵列的赋形示意图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

1、控制电路，101、控制电路馈电点A，102、控制电路馈电点B，2、幅度调节网络，201、幅度调节芯片，202、隔直电容A，203、隔直电容B，3、相位调节网络，301、隔直电容C，302、电容二极管，304、隔直电容D，4、辐射单元阵列，401、辐射单元，402、馈电点A，403、馈电微带线，404、馈电点B，405、无激励单元，406、激励单元。

具体实施方式

为了解决背景技术中的问题，本发明实施例提供一种5G电调天线，参见图1，5G电调天线主要包括辐射单元阵列，与辐射单元阵列中的每一个辐射单元对应配置的控制电路、幅度调节网络和/或相位调节网络。其中，控制电路，用于向幅度调节网络和/或相位调节网络输入不同大小的偏置电压；幅度调节网络，用于根据所述不同大小的偏置电压，对相应的辐射单元进行幅度的调整；相位调节单元，用于根据所述不同大小的偏置电压，对相应的辐射单元进行相位的调整。

本发明实施例通过控制电路改变幅度调节网路和相位调节网络的偏置电压，进而对辐射单元阵列中的每一个辐射单元的幅度和相位进行调节，以数字方式改变辐射单元的幅度和相位，实现5G电调天线波束的指向和扫描自由度极高，可以实现多种波束及各种综合方向图。

作为一个可选的实施例，控制电路、幅度调节网络和相位调节网络均集成于馈电网络上；其中，馈电网络采用馈电微带线或带状线或同轴线或悬置微带线或共面波导，对应的辐射单元位于所述馈电网络的正上方。

可以理解的是，在本发明实施例中，馈电网络可以采用多种微波传输线形式，比如，馈电微带线或带状线或同轴线或悬置微带线或共面波导等微波传输线形式。对应的辐射单元位于馈电微带线或带状线或同轴线或悬置微带线或共面波导的正上方。

作为一个可选的实施例，控制电路包括控制芯片及两个控制电路馈电点，其中一个控制电路馈电点与位于馈电微带线上的所述幅度调节网络连接，另外一个控制电路馈电点与位于所述馈电微带线上的相位调节网络连接。

作为一个可选的实施例，幅度调节网络包括幅度调节芯片和两个隔直电容，幅度调节芯片的输入端与控制电路的输出端电连接，幅度调节芯片的输出端通过并联的两个隔直电容后与位于馈电微带线上的辐射单元电连接；

控制电路通过改变加在幅度调节芯片上的偏置电压，实现辐射单元的幅度调节。

作为一个可选的实施例，相位调节网络包括变容二极管和两个隔直电容，变容二极管的输入端与所述控制电路的输出端电连接，变容二极管的输出端通过并联的两个隔直电容后与位于馈电微带线上的辐射单元电连接；

控制电路通过改变加在变容二极管上的偏置电压，实现辐射单元的相位调节。

作为可选的实施例，辐射单元阵列为连续阵列或离散阵列，其中，连续阵列为M行N列的辐射单元阵列或M行N列的辐射单元阵列中的子阵列，离散阵列包括M行N列的辐射单元阵列中的部分辐射单元，部分辐射单元包括不连续的多个辐射单元，其中,M、N均为正整数。

可以理解的是，本发明实施例中的辐射单元阵列为连续阵列或离散阵列，其中，比如一个辐射单元阵列包括6行8列辐射单元，连续阵列是指，包括整个6行8列的辐射单元或者6行8列辐射单元阵列中的子阵列，例如，其中2行2列的子阵列；离散阵列包括6行8列的辐射单元阵列中的不连续的部分辐射单元，比如，6行8列的辐射单元阵列中的任意4个辐射单元，该4个辐射单元不连续。

需要说明的是，5G电调天线主要存在三种表现形式，第一种形式为，5G电调天线包括控制电路、幅度调节网络和相位调节网络及辐射单元阵列；第二种形式为，5G电调天线包括控制电路、相位调节网络和辐射单元阵列；第三种形式为，5G电调天线包括控制电路、幅度调节网络和辐射单元阵列。

本发明实施例提供第一种具体的天线阵列，其中该天线阵列是实物阵列的阵列局部，辐射单元阵列的行单元数为N＝6，列单元数M＝8，共48个辐射单元。图2为该第一种天线阵列的正面示意图，如图2所示的，天线阵列包括控制电路1、幅度调节网络2和相位调节网络3及辐射单元阵列4。其中，控制电路1、幅度调节网络2和相位调节网络3均集成在馈电网络上，此馈电网络可以采用馈电微带线403实现。辐射单元阵列4位于馈电微带线403的正上方，如图2中所示。该天线阵列的具体工作方式如下：控制电路1产生的控制信号，改变幅度调节网络2或相位调节网络3，实现辐射单元阵列4的每个辐射单元401的幅度或相位的变化，根据方向图叠加原理，通过方向图综合算法，实现不同的波束赋形，进而实现信号覆盖效果。如图2所示的M列N行辐射单元，每个辐射单元401都有一个对应的幅度调节网络2或相位调节网络3进行调节。

本发明实施例第一种天线含控制电路1、幅度调节网络2和相位调节网络3的正面馈电网络图见图3，即不含辐射单元阵列4的其余三个部分的实物图。可以看出此天线阵列有48个辐射单元401，即M＝8列、N＝6行的馈电点A 402共计96个通道，幅度调节网络2或相位调节网络3各有96个即正负极化各48对。图4为传统常见的5G电调天线的正面馈电网络图，根据图3和图4的对比，图4中的馈电微带线403为了满足一组辐射单元401之间的相位差，布线弯折较多且蛇形线形状复杂，这种布线方式相位一致性相对较差。通过和图3对比可以看出，本发明实施例提供的第一种天线的馈电微带线403的布线形式简单，基本都是直线形式，对于结构装配的影响极小，自由度更大。对于普通的电调天线而言，本发明的天线不需要额外的机械传动和电机控制即可实现阵列方向图赋形和下倾角度的调节。

其中，本发明实施例提供的第一种天线含控制电路1、幅度调节网络2和相位调节网络3的正面馈电网络的局部放大视图见图5，图5是图3的左上角的一个辐射单元401的馈电微带线403的局部放大视图。图5主要包括辐射单元401对应的控制电路1、幅度调节网络2和相位调节网络3。控制电路1主要由控制芯片及控制电路馈电点组成，其中101和102分别是两个控制电路馈电点，其中101是控制电路馈电点A，主要实现相位调节网络3的直流电压控制；其中102是控制电路馈电点B，主要实现幅度调节网络2的直流电压控制。通过控制电路馈电点A101和控制电路馈电点B102的数字电压变化情况，分别调节馈电微带线403路径的相位和幅度变化，即实现馈电点A402的相位和幅度变化，从而改变辐射单元401的激励源的相位和幅度变化，实现辐射单元阵列4的方向图波束赋形特性。幅度调节网络2主要包括幅度调节芯片201、隔直电容A202和隔直电容B203，通过加在幅度调节芯片201的电压变化，实现馈电微带线403的幅度变化。相位调节网络3主要包括变容二极管302、隔直电容C301和隔直电容D304，通过改变加在变容二极管302的偏置电压，实现馈电微带线403的相位变化。

本发明实施例提供的第二种天线阵列含控制电路1和相位调节网络3的正面馈电网络图见图6实物图。可以看出此天线阵列有48个辐射单元401，即M＝8列N＝6行的馈电点A402共计96个通道，相位调节网络3各有96个即正负极化各48对。

该第二种天线含控制电路1和相位调节网络3的正面馈电网络的局部放大视图见图7，图7是图6的左上角的一个辐射单元401的馈电微带线403的局部放大视图。图7主要包括辐射单元401对应的控制电路1和相位调节网络3。控制电路1主要由控制芯片及控制电路馈电点组成，其中101是控制电路馈电点A，主要实现相位调节网络3的直流电压控制；通过控制电路馈电点A101的数字电压变化情况，分别调节馈电微带线403路径的相位变化，即实现馈电点A402的相位变化，从而改变辐射单元401的激励源的相位变化，实现辐射单元阵列4的方向图波束赋形特性。相位调节网络3主要包括变容二极管302、隔直电容C301和隔直电容D304，通过改变加在变容二极管302的偏置电压，实现馈电微带线403的相位变化。

本发明实施例提供的第三种天线包含控制电路1和幅度调节网络2的正面馈电网络图见图8实物图。可以看出此天线阵列有48个辐射单元401，即M＝8列N＝6行的馈电点A402共计96个通道，幅度调节网络2各有96个即正负极化各48对。

该天线阵列包含控制电路1和幅度调节网络2的正面馈电网络的局部放大视图见图9，图9是图8的左上角的一个辐射单元401的馈电微带线403的局部放大视图。图9主要包括辐射单元401对应的控制电路1和幅度调节网络2。控制电路1主要由控制芯片及控制电路馈电点组成，其中102是控制电路馈电点B，主要实现幅度调节网络2的直流电压控制；通过控制电路馈电点B102的数字电压变化情况，调节馈电微带线403路径的幅度变化，即实现馈电点B404的幅度变化，从而改变辐射单元401的激励源的幅度变化，实现辐射单元阵列4的方向图波束赋形特性。幅度调节网络2主要包括幅度调节芯片201、隔直电容A202和隔直电容B203组成，通过加在幅度调节芯片201的电压变化，实现馈电微带线403的幅度变化。

采用以上三种实施例提供的天线阵列中的其中一种，即可实现同一阵列情况下的阵列方向图赋形。如图10和图11分别是不同赋形情况下，阵列的工作情况。图10和图11分别表示本发明实施例十字阵列和圆形阵列的赋形示意图，其中实心黑色的辐射单元401表示无激励单元405，空心白色的辐射单元401表示有激励单元406。从图10可以看出，激励单元406拓扑结构上组成了十字形状的阵列形式，从而在规模阵列前提下，可以控制形成十字形状拓扑阵列的波束赋形。图11同理形成圆形拓扑阵列的波束赋形。在有限阵列情况下，可以实现M列N行阵列中，任意数量的单元赋形或不赋形，即激励单元406和无激励单元405的数量可以从1到M*N中任意取值，其中M≥1的整数，N≥1的整数。

本发明实施例提供的一种5G电调天线，主要包括控制电路、幅度或相位调节网络和辐射单元阵列三大部分，可将可调幅度芯片或可变电容等贴片器件的分布参数在电压控制下实现数字化，离散且线性地实现阵元的幅度和相位特性，进而实现辐射单元阵列的方向图赋形。

通过控制电路控制偏置电压的大小，通过幅度调节网络或相位调节网络中的贴片器件，主要是调节可调幅度芯片或变容二极管等，在电压的控制前提下，实现辐射单元幅度或相位的变化，进而实现波束赋形。采用各个单元单独独立改变幅度或相位，可实现波束的指向和扫描自由度极高，可以实现多种波束及各种综合方向图；另外，采用芯片及贴片器件剖面尺寸小，对整机布局的结构尺寸要求小，整机重量轻；贴片方式可批量生产及自动化焊接，自动化制造，电路参数指标一致性高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种5G电调天线，包括辐射单元阵列，其特征在于，还包括与所述辐射单元阵列中的每一个辐射单元对应配置的控制电路、幅度调节网络和/或相位调节网络；

2.根据权利要求1所述的5G电调天线，其特征在于，所述控制电路、幅度调节网络和相位调节网络均集成于馈电网络上；

3.根据权利要求2所述的5G电调天线，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片及两个控制电路馈电点，其中一个控制电路馈电点与位于所述馈电微带线上的所述幅度调节网络连接，另外一个控制电路馈电点与位于所述馈电微带线上的所述相位调节网络连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的5G电调天线，其特征在于，所述幅度调节网络包括幅度调节芯片和两个隔直电容，所述幅度调节芯片的输入端与所述控制电路的输出端电连接，幅度调节芯片的输出端通过并联的两个隔直电容后与位于所述馈电微带线上的辐射单元电连接；

5.根据权利要求1或2或3所述的5G电调天线，其特征在于，所述相位调节网络包括变容二极管和两个隔直电容，所述变容二极管的输入端与所述控制电路的输出端电连接，所述变容二极管的输出端通过并联的两个隔直电容后与位于所述馈电微带线上的辐射单元电连接；

6.根据权利要求1所述的5G电调天线，其特征在于，所述辐射单元阵列为连续阵列或离散阵列，其中，所述连续阵列为M行N列的辐射单元阵列或M行N列的辐射单元阵列中的子阵列，所述离散阵列为M行N列的辐射单元阵列中的部分辐射单元，所述部分辐射单元包括不连续的多个辐射单元，其中，M、N为正整数。

7.根据权利要求1或6所述的5G电调天线，其特征在于，所述辐射单元阵列中的每一个辐射单元通过压铸、印制电路板、钣金折弯、贴片阵子、LCP液晶聚合物、PPS工业化液晶聚合物实现。