CN112310657B

CN112310657B - 一种电连接器及5g天线模块

Info

Publication number: CN112310657B
Application number: CN202011129853.7A
Authority: CN
Inventors: 许拓; 张丽娅; 丁晋凯; 程伟; 柳聪
Original assignee: Wuhan Hongxin Technology Development Co Ltd
Current assignee: CICT Mobile Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: CN112310657A

Abstract

本发明实施例提供一种电连接器及5G天线模块，包括：功分网络模块、电连接器件、具备耦合校准或滤波或移相功能的耦合网络模块及结构类模块，该电连接器件实现单端焊接在功分网络模块，另一端通过弹性内芯实现与耦合网络模块的电气连接，安装便捷，大大提高产出效率，耦合网络模块对应的耦合校准或滤波器或移相模块将实现对射频信号的动态控制，实现高热点区域的强信号覆盖，提高通信质量，并且该天线模块集成了各功能模块，能实现装配前模块化测试，降低整机装配后的拆板风险，提高直通率。

Description

一种电连接器及5G天线模块

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种电连接器及5G天线模块。

背景技术

随着移动通信技术不断发展，以及用户数据流量的飞速增长，第四代移动通信系统即将满足不了用户对如此大流量数据的需求，第五代移动通信系统(5G)目前已经进入到了全国性的正式商用阶段。5G大规模阵列天线的需求量急剧上升。

5G大规模阵列天线的形式也随着市场需求及上下游技术的更新在不断变化，常规的5G采用64通道的96振子±45°极化形式组阵而成，为了满足灵活地广域覆盖，逐渐发展形成了5G大规模阵列电调天线，能实现快速切换多角度波束覆盖，随着客户对AAU设备的小型化和轻量化的需求的提高，同时兴起了天线与滤波器一体化设计的AFU天线；而随着5G大规模阵列天线结构和形式不断复杂化，为了满足客户短期内的批量供货需求，提高天线的整机装配效率，同时满足其性能指标将变得越来越急迫。

发明内容

本发明实施例提供一种电连接器及5G天线模块，用以解决现有技术中存在的缺陷。

本发明实施例提供的电连接器及5G天线模块，包括：

辐射单元模块、功分网络模块、电连接器模块、耦合校准或转接模块、滤波器模块或移相器模块、射频连接器模块、结构模块、第一承载基材和第二承载基材，所述第一承载基材位于所述第二承载基材上方；其中：

所述辐射单元模块包括多个天线单元，安装于所述功分网络模块的上方，实现辐射能量和接收能量；

所述功分网络模块安装于所述第一承载基材上，位于所述辐射单元模块和反射板之间，实现对所述多个天线单元的功率激励；

所述电连接器模块安装于所述第一承载基材上，包括多个电连接器件，实现功分网络信号和耦合网络信号的射频连接；

所述耦合校准或转接模块安装于所述第二承载基材上，位于所述射频连接器模块和所述反射板之间，实现对天线模块中各个通道幅度和相位的实时监控及校准；

所述滤波器模块或移相器模块安装于所述第二承载基材上，所述滤波器模块包括多个滤波器，所述移相器模块包括多个移相器，所述多个滤波器以及所述多个移相器分别与多个射频通道一一对应，实现对工作频带外的信号滤波处理或对射频通道中信号相位的控制；

所述射频连接器模块安装于所述第二承载基材上，与所述耦合校准或转接模块或所述滤波器模块或移相器模块相连接；

所述结构模块包括所述反射板以及装配组件，实现系统的固定安装。

优选地，所述多个天线单元以预设子阵列排列方式组成阵列天线，所述辐射单元模块通过贴片或插件焊接于所述第一承载基材上，与所述功分网络模块实现电气连接。

优选地，所述功分网络模块为微带线结构，包括第一功分器和第二功分器，所述第一功分器和所述第二功分器相对于所述辐射单元模块为左右对称排列，所述第一功分器和所述第二功分器分别包括多个功分输出端口，每个功分输出端口和每个天线单元的信号输入口进行电气连接。

优选地，所述电连接器件包括焊接内芯、介质、金属外导体和弹性内芯；其中：

所述金属外导体位于所述焊接内芯外围，与所述焊接内芯同轴连接，所述介质位于所述焊接内芯和所述金属外导体之间，所述弹性内芯位于所述介质下表面，与所述焊接内芯相连接。

优选地，所述电连接器件整体穿插于所述第一承载基材、所述反射板和所述第二承载基材之间，所述焊接内芯与所述功分网络模块中的功分器的信号输入端相连接，所述弹性内芯在将天线模块进行装配时与位于所述第二承载基材上表面的金属垫片实现硬连接。

优选地，所述金属外导体和所述介质的高度加上所述金属垫片的高度，以及加上所述弹性内芯被压紧后的高度之和，等于所述反射板的厚度；

所述反射板的厚度略大于所述电连接器件的高度和所述金属垫片的高度之和。

优选地，所述耦合校准或转接模块或所述滤波器模块或移相器模块采用两端口网络组成，第一端口与所述射频连接器通过第一转接微带线进行电连接，第二端口与所述电连接器件的探针内芯通过第二转接微带线进行电连接。

优选地，所述第一承载基材和所述第二承载基材采用PCB板或具有覆铜或负载导电材料的基材，所述反射板采用钣金结构或型材铝板结构。

优选地，所述反射板包括预设形状挖空区域，所述预设形状挖空区域用于实现对插针焊接器件的避让。

优选地，所述装配组件包括铆钉和螺钉，所述螺钉用于将天线模块固定在对应设备上，所述铆钉用于组装所述第一承载基材、所述反射板和所述第二承载基材。

本发明实施例提供的电连接器及5G天线模块，替代了传统的功分网络和耦合网络之间两端焊接的模式，而此电连接器件只需要单端焊接，另一端通过具有弹性的内芯实现与耦合网络之间的电气连接。从整机装配角度，大大提高了装配效率，即使拆板，也仅仅需要将塑料铆钉拆除即可实现耦合网络模块与功分网络模块的分离；同时，可以在整机装配前，有效测试功分网络模块和耦合网络模块各项指标，能确保装配前各个模块的有效性，降低整机拆板概率，节约成本，提高产品的批量可靠性。

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是本发明实施例提供的天线模块装配前示意图；

图2是本发明实施例提供的天线模块装配后示意图；

图3是本发明实施例提供的天线模块俯视图；

图4是本发明实施例提供的天线模块装配前的前视图；

图5是本发明实施例提供的天线模块装配后的前视图；

图6是本发明实施例提供的天线模块仰视图；

图7是本发明实施例提供的电连接器件示意图。

附图标记：

1、电连接器件； 10、电连接器第一状态；

11、电连接器第二状态； 100、天线模块第一状态；

101、焊接内芯； 102、介质；

103、金属外导体； 104、弹性内芯；

2、第一承载基材； 200、天线模块第二状态；

201、第一功分器； 202、第二功分器；

3、反射板； 30、反射板上挖空区域；

4、辐射单元模块； 5、第二承载基材；

501、第一转接微带线； 502、第二转接微带线；

6、金属垫片； 7、耦合校准或转接模块或滤波器模块或移相器模块；

8、射频连接器模块； 90、铆钉；

91、螺钉。

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。

必须明确的是，当模块被表述为与另一个模块“连接”，两者可以是通过本身模块结构机械卡紧，也可以是通过外界物件进行间接合并。当模块被表述为带有“形状”外形特征描述时，其形状可以是矩形，圆形，其他不规则形状，其他规则形状。当模块被表述为有位置关系“上”、“下”、“中”、“水平”、“竖直”，是为了更好地描述模块之间的相对位置关系。

目前，5G MIMO天线整机的装配主要包括振子装配和功分板模块与耦合板或转接板模块之间的装配，功分板模块与耦合板或转接板模块之间的装配实现电连接和物理加固的作用；其中，电连接一般通过导电的金属器件或类似同轴结构的器件实现；物理加固一般通过金属或塑料螺钉或铆钉实现。电连接需要将金属器件或类似同轴结构的器件两端焊接在功分板模块和耦合模或转接板模块上，此两端均需要焊接的装配方式费时费力，大大降低了整机装配时间。

整机装配前对功分网络和耦合网络等模块的检测，在现有方案基础上很难实现准确快速的动作，如省略此步骤，一旦整机装配后出现指标异常，需要拆板的情况，一方面需要耗费时间和人力去检测定位问题和维修，成本上也不划算，最理想的状态是装配前保证各个模块指标正常。

图1为天线模块装配前的状态100，图2为天线模块装配后的状态200，这两种状态的变化主要来源于其电气连接器件的状态变化，以及功分网络模块与耦合网络模块之间的物理连接状态变化。

本发明实施例提出的一种电连接器及5G天线模块，包括：辐射单元模块、功分网络模块、电连接器模块、耦合校准或转接模块、滤波器模块或移相器模块、射频连接器模块、结构模块、第一承载基材和第二承载基材，所述第一承载基材位于所述第二承载基材上方；其中：

具体地，辐射单元模块4包括多个天线单元，形成于功分网络模块之上，辐射单元模块4可包括三个或六个天线单元，如图1所示的竖直(N＝3)和水平(M＝1)排列子阵列，在其它实施例中，子阵列的排列方式可以是面阵(N×M，N和M取整数)，也可以为多面体，圆柱体组阵，辐射单元模块4的形状也不限于本发明实施例中的矩形，也可以是圆形、三角形、其他不规则形状或其他规则形状。此处，竖直方向天线单元间距为0.6λ-λ，水平方向天线单元间距为0.5λ-0.7λ，其中，λ为工作频段内中心频率在所述PCB介质基板中的波长。

功分网络模块形成于第一承载基材2之上，以微带线或带状线形式实现功率传输，功率的分配会根据单元天线的个数而定，实现对单元天线的等功率或不等功率的激励，位于反射板3和辐射单元模块4之间；由第一功分器201和第二功分器202组成，功分网络模块可为一分三或一分六的微带线结构，实现三端口或六端口的等功率输出，激励天线单元，此处的功分器也可以是一分四或一分五功分器，具体的，如图3中的一分三功分器的三个信号输出口会与辐射单元模块4的信号输入口电气连接。

如图3所示，采用的一分三功分器采用左右对称排列，分别对应﹢45°极化的一分三功分器和-45°极化的一分三功分器；在本发明实施例中，辐射单元模块4形成了±45°极化的辐射能量，对应的对称一分三功分器分别连接辐射单元模块4的两个极化的信号输入端，实现了对辐射能量的功率和相位的预置分配。

辐射单元模块4具有辐射能量和接收能量的功能，与形成于第一承载基材上的第一功分器201和第二功分器202分别实现电气连接。

电连接器模块1形成于承载基材上，包括多个具有良好的阻抗匹配的电连接器件，如图7所示，包括焊接内芯101焊接在功分网络对应的第一承载基材2上，中间部分为介质102，与结构外围的金属外导体103实现同轴结构形式，端口阻抗实现50欧姆，另一端弹性内芯104在装配前100和装配后200均能保证其电气指标合格；如图4和图5所示的电连接器件在装配前处于第一状态10，在装配后处于第二状态11，弹性内芯104分别处于初始和被压紧状态，在装配后的200状态下，弹性内芯104与耦合网络或滤波网络或移相网络对应的第二承载基材5上的金属垫片6实现硬接触。可以理解的是，电连接器件的一端表贴在基材板上，另一端实现与射频插件进行物理连接，实现导通。

金属垫片6与耦合模块或转移模块或滤波器模块或移相器模块7的一端通过贴片或其他接触方式保持稳定的电连接，另一端则通过贴片或插针焊接射频连接器8；

其中的耦合校准或转接模块7形成于第二承载基材5上，位于射频连接器模块8和反射板3之间，具体以四层或两层PCB板的带状线或微带线实现；滤波器模块或移相器模块7也形成于第二承载基材5上，其中，滤波器模块由多个滤波器组成，对应每个射频通道一个滤波器，同理，移相器模块由多个移相器组成，对应每个射频通道一个移相器；滤波器模块或移相器模块通过表贴或插针焊接在第二承载基材2上，此处，滤波器可以是腔体滤波器，也可以是介质滤波器，或其他形式的滤波器器件，同理，移相器的形式也不定；

结构模块包括反射板3、装配使用的螺钉91或铆钉90等结构类器件；反射板3为金属铝材料，位于功分网络模块和耦合校准或转接模块7之间，反射板3内部会形成多个矩形的开孔，避让电连接器件、铆钉或螺钉等拔插器件引脚，其中，实现功分网络模块与耦合校准或转接模7电连接的电连接器件，一端焊接在功分网络模块对应的PCB板上，另一端具有弹性，在模块装配时，与表贴于耦合校准或转接模块对应基材上的圆形垫片实现物理硬接触，实现导通；第一承载基材2和第二承载基材5采用PCB板或其它具有覆铜或负载导电材料的基材。

如本发明实施例所示的图1或图2所示的电连接器模块1，整体结构穿插在第一PCB板2、反射板3和第二PCB板5之间，需要在反射板3上开孔保证电连接器模块1能嵌入反射板3内，电连接器模块1的三维外形结构可以是圆柱形，也可以是长方体，若电连接器1的结构为圆柱形，则反射板3对应避让孔一般开孔30为圆柱形，具体到本发明实施例中，在反射板3同一位置开孔两种外径的圆柱形，从侧面看，即如图1或图2所示，电连接器模块1被物理卡扣在反射板3和第一承载基材2之间，具体是金属外导体103与反射板3之间卡住，同时这里的避让孔径应尽可能大于弹性内芯104，避免信号短路或影响电气指标。

同时，电连接器模块1作为连接功分网络和耦合网络信号的射频器件，为了保证其良好的电气性能，必须保证金属外导体103与PCB板的大面积覆铜层接触，同时要根据其所处的边界环境设计反射板开孔大小，保证其阻抗匹配到标准的50欧姆。

在上述实施例中，电连接器模块1的焊接内芯101需要与焊接在第一承载基材2上的功分器的信号输入端，弹性内芯104在将天线模块进行装配时，被挤压使得与贴片在第二承载基材5反面的金属垫片6实现物理上的硬接触，如图2所示，金属垫片6位于反射板3的开孔中，并且与反射板本体保持一定距离，避免信号短路，其中，金属外导体103和介质102的高度与金属垫片6高度，以及弹性内芯被压紧后的高度之和，应该刚好等于反射板3的厚度，因为弹性内芯103具有一定弹性，因此，反射板3的厚度略大于电连接器模块1和金属垫片6高度之和；这样，第一承载基材2、反射板3和第二承载基材5才能充分贴合在一起，既能保证充分接地，也能加强信号间抗干扰。

可以理解的是，一个天线模块具有两个电连接器模块1，电连接器模块1可以通过固定的工装固定后，将其焊接内芯101焊接在第一承载基材2上，也可以将反射板3本身作为电连接器模块1的固定装置，或可同时将耦合网络模块或转移模块7通过铆钉90或螺钉91固定后，再将电连接器模块1的焊接内芯101焊接在第一承载基材2上，其中，需要注意在焊接时必须保证电连接器模块1与第一承载基材2的反面平整接触，保证电连接器模块1的焊接内芯101垂直焊接。

第一承载基材2、反射板3和第二承载基材5，通过图2所示塑料铆钉90和金属螺钉91压紧，其中金属螺钉是将天线模块固定在设备上，在天线模块组装时，仅依靠塑料铆钉90，图2中只给出了一个铆钉和螺钉示意，在其它实例中，塑料铆钉90可以按照一定的规则设定在整个天线模块中，保证天线模块的紧实。

图1中所示的模块7可以是耦合模块或转移模块或滤波器模块或移相模块，其中，耦合模块能实现对天线模块中各个通道幅度和相位的实时监控及校准；滤波器模块可以实现对工作频带外的信号滤波处理，提高通信质量，这里的滤波器可以是传统金属腔体滤波器，也可以是介质滤波器或者其他能集成在此天线模块中的具有滤波特性的器件；移相模块能实现对射频通道中信号相位的控制，改变辐射单元模块4辐射信号的传播方向，通过对通道相位的实时改变，还能实现对辐射信号的方向的动态改变，在其变化时间足够块，能实现区域内信号强覆盖。模块7的三种可能形式可以单独存在，也可以两两组合存在或者三者同时存在，需要根据具体的功能需求和整机布局实现上而定。

在天线模块装配前，可以对功分网络模块和耦合网络模块单独测试，避免装配后测试结果异常导致拆板的风险，将电连接器件模块1焊接在第一承载基材2上，此时，弹性内芯103作为功分网络模块的信号输入端口，然后信号通过一分三功分器分配给辐射单元模块4；对于极化下的一个功分器带多个辐射单元4，这里的功分网络模块是一个单端口网络，需要关注的主要是端口处的驻波是否匹配和±45°极化对应的两个端口之间的隔离度是否满足要求，条件允许情况下，还能测试到对应的多个辐射单元4辐射出来能量矢量。

耦合网络模块有多个耦合模块或滤波器模块或移相模块的两端口网络组成，具体到本发明实施例中，如图6所示，模块7为两端口网络组成，一个端口对应金属垫片6，另外一个端口对应射频连接器8；其中，模块7的一端与射频连接器8通过第一转接微带线501电连接，模块7另外一端与电连接器的探针内芯通过第二转接微带线502实现电连接；通过矢量网络分析仪可以测试到此两端口网络相关S参数，对于此天线模块，需要保证两端口网络端口驻波，保证通道间幅度和相位相同或者具有一定的相位差；对于带滤波器模块的天线模块，需要保证信号的滤波器性能良好，通带内插损要小，并且带外抑制要高。

因此，本发明实施例实现了天线模块装配前的功分网络模块和耦合网络模块的快速测试，能有效将指标异常的模块排除，避免更大的拆板风险，对于本申请实例中提到的天线模块，即使拆板，也只需要将塑料铆钉拆除后，就能实现功分模块和耦合模块的非焊接拆离，保证拆机焊盘脱落等风险，提高了效率，也降低了废板风险。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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

1.一种电连接器及5G天线模块，其特征在于，包括：辐射单元模块、功分网络模块、电连接器模块、耦合校准或转接模块、滤波器模块或移相器模块、射频连接器模块、结构模块、第一承载基材和第二承载基材，所述第一承载基材位于所述第二承载基材上方；其中：

所述结构模块包括所述反射板以及装配组件，实现系统的固定安装；

所述功分网络模块为微带线结构，包括第一功分器和第二功分器，所述第一功分器和所述第二功分器相对于所述辐射单元模块为左右对称排列，所述第一功分器和所述第二功分器分别包括多个功分输出端口，每个功分输出端口和每个天线单元的信号输入口进行电气连接；

所述电连接器件包括焊接内芯、介质、金属外导体和弹性内芯；其中：

所述金属外导体位于所述焊接内芯外围，与所述焊接内芯同轴连接，所述介质位于所述焊接内芯和所述金属外导体之间，所述弹性内芯位于所述介质下表面，与所述焊接内芯相连接；

所述电连接器件整体穿插于所述第一承载基材、所述反射板和所述第二承载基材之间，所述焊接内芯与所述功分网络模块中的功分器的信号输入端相连接，所述弹性内芯在将天线模块进行装配时与位于所述第二承载基材上表面的金属垫片实现硬连接；

所述电连接器通过一端焊接，另一端通过所述弹性内芯实现与耦合网络之间的电气连接。

2.根据权利要求1所述的电连接器及5G天线模块，其特征在于，所述多个天线单元以预设子阵列排列方式组成阵列天线，所述辐射单元模块通过贴片或插件焊接于所述第一承载基材上，与所述功分网络模块实现电气连接。

3.根据权利要求1所述的电连接器及5G天线模块，其特征在于，所述金属外导体和所述介质的高度加上所述金属垫片的高度，以及加上所述弹性内芯被压紧后的高度之和，等于所述反射板的厚度；

4.根据权利要求1所述的电连接器及5G天线模块，其特征在于，所述耦合校准或转接模块或所述滤波器模块或移相器模块采用两端口网络组成，第一端口与所述射频连接器通过第一转接微带线进行电连接，第二端口与所述电连接器件的探针内芯通过第二转接微带线进行电连接。

5.根据权利要求1所述的电连接器及5G天线模块，其特征在于，所述第一承载基材和所述第二承载基材采用PCB板或具有覆铜或负载导电材料的基材，所述反射板采用钣金结构或型材铝板结构。

6.根据权利要求5所述的电连接器及5G天线模块，其特征在于，所述反射板包括预设形状挖空区域，所述预设形状挖空区域用于实现对插针焊接器件的避让。

7.根据权利要求1所述的电连接器及5G天线模块，其特征在于，所述装配组件包括铆钉和螺钉，所述螺钉用于将天线模块固定在对应设备上，所述铆钉用于组装所述第一承载基材、所述反射板和所述第二承载基材。