CN112003028A - 天线馈电网络及阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线技术领域，公开了一种天线馈电网络及阵列天线，其中天线馈电网络包括移相器，还包括电桥电路，所述电桥电路集成设于移相器的内部，且用于连接所述移相器的输出端口和天线的辐射单元。本发明提供的一种天线馈电网络及阵列天线，通过电桥电路与移相器集成化设计，简化了射频线缆的连接，减少了焊点和安装零件的数量，提升了系统的稳定性。

Description

天线馈电网络及阵列天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线馈电网络及阵列天线。

背景技术

移动通信技术飞速发展，多频基站天线可以支持多种制式的网络，具有减少网络中的天线总数，降低建站成本，缓解天面站址资源的矛盾等优点，为业界广泛使用，成为未来基站天线发展方向之一。在有限的空间内，天线阵列的辐射性能给天线设计带来挑战。

水平面波束的收敛性成为多频天线的一个技术难点。现有解决方案中通过将天线的两个平面子阵列中的辐射单元进行级联，采用平面阵改善水平面波束的收敛性。一般情况，辐射单元的级联可通过电桥实现。

目前，大多数天线通过增设电桥实现波束宽度的调节，电桥的设置会增加焊点数量，导致天线成本和馈电网络复杂度的增加，降低了系统的稳定性。

发明内容

本发明实施例提供一种天线馈电网络及阵列天线，用于解决或部分解决目前天线中电桥的设置会导致天线成本和馈电网络复杂度增加，降低系统稳定性的问题。

本发明实施例提供一种天线馈电网络，包括移相器，还包括电桥电路，所述电桥电路集成设于移相器的内部，且用于连接所述移相器的输出端口和天线的辐射单元。

在上述方案的基础上，包括至少一组馈电单元，所述馈电单元包括两个移相器和一个四端口的电桥电路，其中所述电桥电路的两个端口与两个移相器的输出端口对应相连，所述电桥电路的另两个端口用于与天线的两个子阵列中的一组两个辐射单元对应相连。

在上述方案的基础上，所述电桥电路为四端口微波电路，所述电桥电路的输入端口与一个移相器的输出端口相连，所述电桥电路的隔离端口与另一个移相器的输出端口相连，所述电桥电路的直通端口和耦合端口用于与天线的两个子阵列中的一组两个辐射单元对应相连。

在上述方案的基础上，任一馈电单元中，所述电桥电路设于其中一个移相器的内部，所述电桥电路通过跨接件与另一移相器相连。

在上述方案的基础上，任一馈电单元中，两个移相器之间设有连通的通孔，所述跨接件穿过所述通孔连接移相器和所述电桥电路；或者每个移相器的侧壁上均设有开孔，所述跨接件穿过两个移相器上的开孔连接移相器和电桥电路。

在上述方案的基础上，所述移相器包括设于基材上的固定线路和滑动部件，其中所述滑动部件相对所述固定线路滑动设置。

在上述方案的基础上，任一馈电单元中，两个移相器层叠设置或并排设置。

在上述方案的基础上，任一馈电单元中，所述移相器的多个输出端口处分别设有所述电桥电路，多个所述电桥电路用于与天线的两个子阵列中的多组辐射单元对应相连。

在上述方案的基础上，所述电桥电路包括通过金属化过孔相连的正面电路和背面电路，所述正面电路中形成有缝隙。

本发明实施例还提供一种阵列天线，包括上述天线馈电网络，还包括多个天线子阵列，任一天线子阵列包括多个辐射单元。

本发明实施例提供的一种天线馈电网络及阵列天线，通过电桥电路与移相器集成化设计，简化了射频线缆的连接，减少了焊点和安装零件的数量，提升了系统的稳定性。

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为本发明实施例的馈电网络的示意图；

图2为本发明实施例的馈电网络的具体连接示意图；

图3为本发明实施例中天线的组阵方案示意图；

图4为本发明实施例中跨接件的第一示意图；

图5为本发明实施例中跨接件的第二示意图；

图6为本发明实施例中跨接件的第三示意图；

图7为本发明实施例中移相器的第一种具体结构部件分解示意图；

图8为本发明实施例中电桥电路与移相器中固定线路的连接示意图；

图9为本发明实施例中天线的另一组阵方案示意图；

图10为本发明实施例中电桥电路的具体示意图；

图11为本发明实施例中电桥电路的正面线路和背面线路示意图；

图12为本发明实施例中电桥电路的整体设置部件分解示意图；

图13为本发明实施例中移相器的第二种具体结构示意图；

图14为本发明实施例中移相器的第三种具体结构示意图；

图15为本发明实施例中移相器的第四种具体结构示意图。

附图标记说明：

其中，1、移相器；11、第一移相器；12、第二移相器；2、固定线路；21、第一固定线路；22、第二固定线路；3、滑动部件；31、第一滑动部件；32、第二滑动部件；4、跨接件；5、腔体；6、基材。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，本发明实施例提供一种天线馈电网络，该天线馈电网络包括移相器1，还包括电桥电路B1，电桥电路B1集成设于移相器1的内部，且用于连接移相器1的输出端口和天线的辐射单元。

该天线馈电网络通过设置电桥电路B1连接辐射单元，可实现辐射单元间的功率分配及复用，进而实现改善天线水平面波束的收敛性。且提出直接将电桥电路B1集成设置在移相器1的内部，连接移相器1的输出端口和辐射单元，既可起到改善天线水平面波束收敛性的作用，同时可避免独立设置电桥和移相器1，从而减少馈电网络的安装空间，降低焊点数量，有利于降低馈电网络的复杂度和天线成本，提高系统的稳定性。

本实施例提供的一种天线馈电网络，电桥电路与移相器集成化设计，与现有技术相比，简化了射频线缆的连接，减少了焊点和安装零件的数量，提升了系统的稳定性。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，移相器1包括设于基材上的固定线路2和滑动部件3，其中滑动部件3相对固定线路2滑动设置。移相器1的输入端口为Pin，输出端口为PO。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供的天线馈电网络包括至少一组馈电单元，馈电单元包括两个移相器1和一个四端口的电桥电路B1，其中电桥电路B1的两个端口与两个移相器1的输出端口对应相连，电桥电路B1的另两个端口用于与天线的两个子阵列中的一组两个辐射单元对应相连。一组两个辐射单元即一组辐射单元中包括两个辐射单元，两个辐射单元来自天线的两个子阵列中。即电桥电路的另两个端口与两个子阵列中的两个辐射单元一一对应相连。

进一步地，任一馈电单元对应的天线的两个子阵列的极化方式相同。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，电桥电路B1为四端口微波电路，电桥电路B1的输入端口P与一个移相器1的输出端口相连，电桥电路B1的隔离端口I与另一个移相器1的输出端口相连，电桥电路B1的直通端口A和耦合端口C用于与天线的两个子阵列中的一组两个辐射单元对应相连。

具体的，如图2所示，电桥电路B1为四端口微波电路，电桥电路包含输入端口P，直通端口A，耦合端口C和隔离端口I。电桥为互易网络，任一端口可作为输入端口，其他端口的定义根据获得的能量相应改变。在P端口输入信号时，直通端口A的获得的能量高于耦合端口C。馈电单元中的两个移相器分别为第一移相器11和第二移相器12。第一移相器11包括第一固定线路21和第一滑动部件31。第一移相器11的输入端口为Pin1，输出端口为PO1。第二移相器12包括第二固定线路22和第二滑动部件32；第二移相器12的输入端口为Pin2，输出端口为PO2。

参考图3，通过电桥电路将位于最末端的辐射单元e1和e2进行级联，即电桥电路的直通端口和耦合端口与辐射单元e1和e2一一对应相连。进而，天线的两个子阵列Arr1和Arr2均复用辐射单元e1和e2。

如图2所示，电桥电路B1包含输入端口P，直通端口A，耦合端口C和隔离端口I。输入端口P与第一移相器11电连接。

电桥电路的具体作用过程为：信号由第一移相器11的输入端口Pin1输入，经过第一移相器后，进入电桥B1的输入端口P，信号从耦合端口C和直通端口A输出。直通端口A和辐射单元e1电连接，耦合端口C和辐射单元e2电连接(图中未示出)。隔离端口I与第二移相器12电性连接。显然对阵列Arr1而言，e1的功率大于e2的功率。对于阵列Arr1，e1是共轴的辐射单元，e2是与e1级联的辐射单元。e1的获得的能量大于e2。输入信号经第一移相器11和电桥B1后，实现了对辐射阵列Arr1的辐射单元的功率分配和相位调节，实现辐射波束的电下倾。

信号从P口输入电桥，可近似认为隔离端口I没有获得能量。因此第一移相器11的能量并没有进入第二移相器12，所以阵列Arr2并不受第一移相器11的控制。

同理，信号从第二移相器12的输入端口Pin2口输入，经过第二移相器移后，进入电桥B1的端口I，电桥B1为四端口互易网络，此时的端口P，相对I端口，变为隔离端口，因此第一移相器11没有能量输入。此时A变成耦合端口，与辐射单元e1电性连接，获得的能量小，C变成直通端口，与辐射单元e2电性连接，获得的能量大。对于阵列Arr2，e2是共轴的辐射单元，e1是与e2级联的辐射单元。e2的获得的能量大于e1。信号经第二移相器12和电桥B1后，实现了对辐射阵列Arr2的辐射单元的功率分配和相位调节，实现辐射波束的电下倾。

本实施例中的天线不限于仅仅包含子阵列Arr1和Arr2，其他频段的阵列可嵌入阵列Arr1和/或Arr2中，不做限定。也可设置多组馈电单元，具体不做限定。

本实施例中第一移相器11控制第一阵列Arr1的幅相，第二移相器10控制第二阵列Arr2的幅相，第一阵列Arr1与第二阵列Arr2具有两个复用的辐射单元，第一复用单元e1设置在第一阵列，第二复用单元e2设置在第二阵列。电桥电路中相对于输入端口的直通端口与第一复用辐射单元电连接，耦合端口与第二复用辐射单元电连接。

参考图3为天线中两个子阵列Arr1和Arr2的划分示意图。虚线中的辐射单元分别构成一个平面子阵列，最末端的两个辐射单元进行不等功率的级联，采用平面阵改善水平面波束的收敛性。最末端的两个辐射单元既是左阵列的子单元，也是右阵列的子单元。通过电桥实现了末端两个辐射单元的功率分配及复用。

在上述实施例的基础上，进一步地，任一馈电单元中，电桥电路设于其中一个移相器的内部，电桥电路通过跨接件与另一移相器相连。

例如，参考图2，电桥电路设置在第一移相器11中，电桥电路B1的输入端与第一移相器11电性连接，电桥电路的隔离端口I与第二移相器10通过跨接件电性连接。跨接件用于实现电桥电路和移相器的电连接，可为由导电材料形成的任何结构，例如导线、导柱等，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，任一馈电单元中，两个移相器之间设有连通的通孔，跨接件穿过通孔连接移相器和电桥电路；或者每个移相器的侧壁上均设有开孔，跨接件穿过两个移相器上的开孔连接移相器和电桥电路。

具体的，参考图4，第一移相器和第二移相器设置在分隔的两个腔体中。电桥电路设置在第一移相器11内部，电桥电路的隔离端口I和第二移相器12的输出端口PO2通过内置跨接件4电性连接，腔体中间的内壁上，开设通孔，以使跨接件4通过。图5中，通过外置跨接件4将电桥电路的隔离端口I和第二移相器的输出端口PO2电连接，示例性的跨接件4可设置为同轴射频电缆。

进一步地，跨接件4也可通过其他结构实现电桥电路和两个移相器的连接，具体不做限定，以能实现相连为目的。

在上述实施例的基础上，进一步地，任一馈电单元中，两个移相器层叠设置或并排设置。

具体的，参考图6，本实施例中第一移相器11和第二移相器12并排设置在两个隔开的腔体中，电桥电路的隔离端口I和第二移相器12的输出端口PO2通过内置跨接件4电性连接，腔体中间的内壁上，开设通孔，以使跨接件4通过。

参考图7，本实施例中第一移相器11和第二移相器12层叠设置在两个隔开的子腔体中。两个子腔体可通过一个腔体5分隔形成。两个子腔体中分别设有基材6，第一移相器11的第一固定线路21可蚀刻在基材6上，和第一滑动部件31一起设置在一个子腔体中。第二移相器12的第二固定线路22可蚀刻在基材6上，和第二滑动部件一起设置在另一个子腔体中。

电桥电路同样可蚀刻在基材上。参考图8，电桥电路与一个移相器的固定线路直接相连，与另一个移相器的固定线路通过跨接件4相连。

在上述实施例的基础上，进一步地，任一馈电单元中，移相器的多个输出端口处分别设有电桥电路，多个电桥电路用于与天线的两个子阵列中的多组辐射单元对应相连。

图2所示是在移相器具有最大移相量的输出端口设置电桥电路。可以想到的是，为实现天线波束收敛，可选用不同并排的辐射单元进行级联，因此不局限于在移相器的具有最大移相量的输出端口设置电桥电路。也在移相器其他某个输出端口设置电桥电路，如图9所示，复用的振子设置为第一阵列Arr1的第一辐射单元e1及第二阵列Arr2的第二辐射单元e2，电桥电路的位置在移相器输出端口的位置相应改变。或者，可在移相器的多个输出端口对应设置多个电桥电路。多个电桥电路与多组并排的辐射单元对应连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图10和图11，电桥电路包括通过金属化过孔V1相连的正面电路T1和背面电路T2，正面电路T1中形成有缝隙G。

如图12所示，电桥电路B1蚀刻在基材6上，基材厚度10mil(英制单位密耳)，设于容纳移相器的腔体5中。移相器和电桥电路可设于同一基材上，也可设于不同基材上，具体不做限定。参考图10和图11，T1为电桥的正面电路，T2为电调的背面电路，T1与T2通过金属化过孔V1电连接。电桥通过蚀刻在基材上，安装在腔体内，形成带状线电路。其中，P为电桥的输入端口，A为直通端口，C为耦合端口，I为隔离端口。T1带线通过缝隙G实现窄边耦合，T1和T2通过上下层实现宽边耦合。电桥电路通过窄边耦合和宽边耦合相结合的方式，来实现不同的耦合度。

实际应用中，可以优化耦合缝隙G的间距和宽边耦合即背面电路的面积，直通端口和耦合端口获得所需的功率，从而与之电连接的辐射单元可以获得不同的功率分配，改善了水平面波束宽度收敛性。

进一步，电桥不局限于本实施例中的电桥电路，其他电性能符合需求的电桥电路均可集成设置在移相器输出端口。

进一步地，移相器的滑动部件包括滑动介质或者滑片。参考图2和图7，本实施例中移相器的滑动部件为可滑动的介质。移相器固定电路及滑动部件及电桥电路设置在腔体内，腔体为上下层叠设置或左右并排设置。

此外，本实施例提供的移相器不局限于上述的介质移相器，还可以是其他原理的移相器。如：移相器还可为导体滑动型移相器，滑动部件为滑动轨迹为直线的U型滑动部件或围绕固定点，滑动轨迹为圆弧的摆臂。

具体的，如图13所示，移相器为导体滑动移相器，滑动部件3为U形滑动导体。电桥电路设置在移相器末端，电桥级联两个移相器的原理同上述介质移相器。U形导体与固定线路通过容性耦合实现信号传输，所述固定线路为微带或带状线电路。U形导体一般为阳极氧化工艺，与固定线路之间为直流开路，通过电容耦合的方式实现信号传输。

或者，如图14所示，移相器为物理移相器，滑动部件为摆臂，固定线路层附着在基板上，滑动部件为包含电路的PCB滑片。移相器为圆弧导体移相器，滑动部件3为圆弧移相器的摆臂。滑动部件3围绕圆心转动，通过改变耦合连接的圆弧的物理长度，改变输出端口的相位。电桥与移相器的第二导体圆弧的输出端电性连接。一般，圆弧移相器固定线路设置于PCB板。所述摆臂上的线路，一般为绿油涂覆或者薄膜贴附工艺，与固定线路实现耦合传输。

进一步，如图15所示，本实施例中两个圆弧移相器的线路层可进行共地设计，即具有公共地gnd所述电桥与第一移相器电连接，电桥的I端口通过金属化过孔V2与第二移相器的输出端口PO2电连接。

本实施例提供的移相器很容易扩展为更多端口的移相器产品，适应不用增益档的阵列天线。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种阵列天线，该阵列天线包括上述任一实施例所述的天线馈电网络，还包括多个天线子阵列，任一天线子阵列包括多个辐射单元。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种移相器，包含固定线路、滑动部件及电桥电路。滑动部件能够相对于固定线路滑动以改变移相器输出端口的相位。移相器的至少一个输出端口设置有电桥电路。

本实施例还提供一种馈电网络，包括至少一组馈电单元，馈电单元包括第一移相器、第二移相器和电桥电路。其中，电桥电路的输入端口与第一移相器电连接，隔离端口与第二移相器电连接，直通端口及耦合端口与阵列中的复用振子电连接。

本实施例还提供一种阵列天线，包含移相器及馈电网络。阵列天线至少包含第一子阵列和第二子阵列，第一子阵列和第二子阵列复用两个辐射单元。电桥电路的输入端口与第一移相器电连接，隔离端口与第二移相器电性连接，直通端口、耦合端口与复用的辐射单元电连接。

本实施例将电桥电路集成在移相器中，使得天线成本降低，简化了电缆的连接方式，提升系统的稳定性及PIM的量级，并且可以优化方向图。

上述实施例中，滑动部件为滑动介质，移相器包含腔体，腔体由上下两层层叠的子腔体组合而成。每一个子腔体内设置一个移相器，电桥电路设置在其中一个腔体内。

具体的，参考图7，第一移相器的第一固定线路21和第二移相器12的第二固定线路22分别蚀刻在两个基材6上。本实施例中基材的厚度设置为10mil(英制单位密耳)。滑动部件为滑动介质，通过介质滑动改变输出端口的相位。第一移相器11的两个的滑动部件关于主路功分器左右对称设置。实际应用中，可设置更多个滑动部件，具体不做限定。

参考图2和图3，第一移相器11与阵列Arr1电性连接，第二移相器12与阵列Arr2电性连接。阵列Arr1和阵列Arr2复用辐射单元e1和e2。阵列Arr1和阵列Arr2或同为+45极化阵列，或同为-45极化阵列。与移相器电性连接的辐射单元e1和e2的极化方式相同。图3所示为±45双极化辐射单元。

现有设计中，电桥需要独立的安装件固定在天线反射板上，电桥与移相器通过射频线缆电连接。相较于现有技术，本实施例提供的移相器，将电桥电路和移相器电路集成化设计，不需要将独立的电桥和移相器组装在天线的馈电网络中，减少了焊点和安装零件的数量，简化了馈网的连接方式，降低了天线成本，提升了系统稳定性和PIM(Passive Intermodulation)的量级，且可以优化阵列的方向图。

本实施例通过电桥将两个移相器输出端级联在一起输出，与现有技术相比，可进一步提高天线的集成度，简化了馈网的线缆连接，减少了安装零件数量，提升了系统的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线馈电网络，包括移相器，其特征在于，还包括电桥电路，所述电桥电路集成设于移相器的内部，且用于连接所述移相器的输出端口和天线的辐射单元。

2.根据权利要求1所述的天线馈电网络，其特征在于，包括至少一组馈电单元，所述馈电单元包括两个移相器和一个四端口的电桥电路，其中所述电桥电路的两个端口与两个移相器的输出端口对应相连，所述电桥电路的另两个端口用于与天线的两个子阵列中的一组两个辐射单元对应相连。

3.根据权利要求2所述的天线馈电网络，其特征在于，所述电桥电路为四端口微波电路，所述电桥电路的输入端口与一个移相器的输出端口相连，所述电桥电路的隔离端口与另一个移相器的输出端口相连，所述电桥电路的直通端口和耦合端口用于与天线的两个子阵列中的一组两个辐射单元对应相连。

4.根据权利要求2所述的天线馈电网络，其特征在于，任一馈电单元中，所述电桥电路设于其中一个移相器的内部，所述电桥电路通过跨接件与另一移相器相连。

5.根据权利要求4所述的天线馈电网络，其特征在于，任一馈电单元中，两个移相器之间设有连通的通孔，所述跨接件穿过所述通孔连接移相器和所述电桥电路；或者每个移相器的侧壁上均设有开孔，所述跨接件穿过两个移相器上的开孔连接移相器和电桥电路。

6.根据权利要求2至5任一所述的天线馈电网络，其特征在于，所述移相器包括设于基材上的固定线路和滑动部件，其中所述滑动部件相对所述固定线路滑动设置。

7.根据权利要求2至5任一所述的天线馈电网络，其特征在于，任一馈电单元中，两个移相器层叠设置或并排设置。

8.根据权利要求2至5任一所述的天线馈电网络，其特征在于，任一馈电单元中，所述移相器的多个输出端口处分别设有所述电桥电路，多个所述电桥电路用于与天线的两个子阵列中的多组辐射单元对应相连。

9.根据权利要求2至5任一所述的天线馈电网络，其特征在于，所述电桥电路包括通过金属化过孔相连的正面电路和背面电路，所述正面电路中形成有缝隙。

10.一种阵列天线，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一所述的天线馈电网络，还包括多个天线子阵列，任一天线子阵列包括多个辐射单元。

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