CN112467368A - 振子功分模块及Massive MIMO天线 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及移动通信技术领域，公开了一种振子功分模块及Massive MIMO天线，其中，振子功分模块，包括：塑料介质基材、辐射单元、功分馈电网络以及耦合馈电线路；在塑料介质基材的顶面形成有多个呈凸台状的辐射单元，功分馈电网络布设在塑料介质基材的顶面；与功分馈电网络电连接的耦合馈电线路布设在辐射单元形成的第一凹槽内，耦合馈电线路通过耦合方式对辐射单元耦合馈电；在塑料介质基材的底面和辐射单元的表面均设有金属层。本发明实施例提供的振子功分模块，通过一体化的辐射单元、功分馈电网络以及耦合馈电线路，大大减少了零部件的数量，简化了整机天线的装配焊接工序，提高装配效率，有利于自动化批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种振子功分模块及Massive MIMO天线。
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 Massive MIMO天线的需求量急剧上升。同时，对天线的小型化、轻量化、低成本和整机装配效率有了更高要求。
发明内容
本发明实施例提供一种振子功分模块及Massive MIMO天线，用以解决或部分解决现有技术中5G天线整机装配复杂、耗时耗力的问题，同时满足整机轻量化、低成本需求。
第一方面，本发明实施例提供一种振子功分模块，包括：塑料介质基材、辐射单元、功分馈电网络以及耦合馈电线路；
在所述塑料介质基材的顶面形成有多个呈凸台状的辐射单元，所述功分馈电网络布设在所述塑料介质基材的顶面；与所述功分馈电网络电连接的所述耦合馈电线路布设在所述辐射单元形成的第一凹槽内，所述耦合馈电线路通过耦合方式对所述辐射单元耦合馈电；在所述塑料介质基材的底面和所述辐射单元的表面均设有金属层。
在上述技术方案的基础上，所述耦合馈电线路通过设置在所述塑料介质基材上的金属化过孔与所述功分馈电网络的支路电连接。
在上述技术方案的基础上，在所述塑料介质基材的表面上且位于所述金属化过孔处形成有凸起，所述耦合馈电线路与所述功分馈电网络的支路的电连接点位于所述凸起形成的第二凹槽内，所述第一凹槽与所述第二凹槽相连通。
在上述技术方案的基础上，每个所述第一凹槽内布设有两个所述耦合馈电线路以形成±45°双极化。
在上述技术方案的基础上，所述塑料介质基材的表面上延伸形成有纵向加强筋，每一列所述辐射单元位于两个所述纵向加强筋之间。
在上述技术方案的基础上，在所述纵向加强筋的表面设有金属层。
在上述技术方案的基础上，在与所述辐射单元的辐射面相对应的金属层上开设有缺口。
在上述技术方案的基础上，在所述塑料介质基材的底面上挂镀有金属馈电针，所述金属馈电针贯穿所述塑料介质基材并与所述功分馈电网络电连接。
在上述技术方案的基础上，在所述塑料介质基材的顶面上延伸形成有两个用于安装横向隔离条的台阶状柱体，每一列的每一个辐射单元位于两个所述横向隔离条之间。
第二方面，本发明实施例提供一种Massive MIMO天线，包括上述技术方案所述的振子功分模块。
本发明实施例提供的一种振子功分模块及Massive MIMO天线，通过一体化的辐射单元、功分馈电网络以及耦合馈电线路，大大减少了零部件的数量，简化了整机天线的装配焊接工序，省时省力，提高装配效率，有利于自动化批量生产；同时，一体化的振子功分模块比传统的多个独立部件通过焊接组装的模块一致性更佳。
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为本发明实施例的第一种振子功分模块顶面的示意图；
图2为本发明实施例的第一种振子功分模块底面的示意图；
图3为本发明实施例的第二种振子功分模块顶面的示意图；
图4为本发明实施例的Massive MIMO天线结构示意图。
附图标记：
1、第一种振子功分模块；2、第二种振子功分模块；10、塑料介质基材；100、底面金属层；101、第一凹槽；102、金属化过孔；103、第二凹槽；11、辐射单元；110、辐射面；111、辐射面金属层缺口；12、功分馈电网络；13、耦合馈电线路；14、纵向加强筋；140、纵向加强筋本体；141、纵向加强筋金属层；15、金属馈电针；16、柱体；160、柱体中心；17、固定安装孔；3、金属反射板；4、耦合板或转接板；40、耦合板或转接板输出端金属化孔；5、射频连接器；6、横向隔离条；60、横向隔离条通孔。
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。
常规的5G天线采用64通道的96振子±45°双极化形式组阵而成，主要使用钣金振子、PCB振子或LDS工艺塑料振子作为辐射单元。其中，钣金振子重量大，在大规模阵列天线中无法满足整机轻量化的需求。PCB振子需要多个组件装配焊接，成本较高且工序复杂，整机装配耗时久。LDS工艺塑料振子材料成本较高且所有线路需要采用激光镭射，生产投入大。
现有的常规5G天线馈电功分网络多采用PCB板微带线馈电，且多采用整板设计，不利于单模块优化更新，一旦一个子模块性能不佳需要改版，则整板报废，如此一来成本高，浪费严重。
目前，5G大规模阵列天线整机的装配除了振子组装焊接，还包括振子、隔离条与功分板之间的焊接，功分板、反射板，与耦合板或转接板的装配。功分板与耦合板或转接板通过金属连接件两端分别焊接实现电连接。各模块均是独立部件，这种方案装配焊点多，工序复杂，耗时耗力，不适合自动化批量生产，且整机性能一致性不佳。
如图1和图2所示，本发明实施例的第一种振子功分模块1，包括：塑料介质基材10、辐射单元11、功分馈电网络12以及耦合馈电线路13；
在塑料介质基材10的顶面形成有多个呈凸台状的辐射单元11，塑料介质基材10采用介电常数稳定的耐高温塑料注塑成型，其重量轻、成本低，能够满足整机轻量化、低成本要求；在塑料介质基材10的底面设有金属层，即为塑料介质基材10的底面金属层100，塑料介质基材10的底面金属层100贴设于金属反射板3的一个表面，从而起到信号屏蔽的作用；
多个辐射单元11为塑料介质基材10的表面凸起形成的多个呈阵列排布的凸台结构，凸台结构的表面即为辐射单元11的辐射面110。辐射面110电镀有金属层。其中，凸台结构下方形成第一凹槽101。
功分馈电网络12布设在塑料介质基材10的顶面；其中，功分馈电网络12为分布在塑料介质基材10的顶面且位于辐射单元11周围的电镀线路，功分馈电网络12为一分三或一分六的等功率分配线路；
与功分馈电网络12电连接的耦合馈电线路13布设在辐射单元11形成的第一凹槽101内，耦合馈电线路13通过耦合方式对辐射单元11耦合馈电；
其中，耦合馈电线路13设置在塑料介质基材10的底面上，且位于辐射单元11下方的底面形成的第一凹槽101内，耦合馈电线路13通过设置在塑料介质基材10上的金属化过孔102与功分馈电网络12的支路电连接，并通过耦合方式对辐射单元11耦合馈电。
每个凸台结构下方可以形成两个耦合馈电线路13，从而实现±45°双极化特性。其中，耦合馈电线路13可根据辐射单元11指标要求设置成直线形、折线形、V形或T形等任意形状，在此不作具体限定。塑料介质基材10的表面位于金属化过孔102处略微向上凸起，底面略微上凹形成第二凹槽103，防止塑料介质基材的底面金属层100与金属反射板3贴合时，耦合馈电线路13与金属反射板3发生短路。第一凹槽101和第二凹槽103相连通。
本发明实施例提供的振子功分模块，通过一体化的辐射单元、功分馈电网络以及耦合馈电线路，大大减少了零部件的数量，简化了整机天线的装配焊接工序，省时省力，提高装配效率，有利于自动化批量生产；同时，一体化的振子功分模块比传统的多个独立部件通过焊接组装的模块一致性更佳。
在上述实施例的基础上，塑料介质基材10的表面上延伸形成有纵向加强筋14，每一列辐射单元11位于两个纵向加强筋14之间。
需要说明的是，在纵向加强筋14的表面设有金属层，即在纵向加强筋本体140的表面电镀纵向加强筋金属层141。
如图1所示，对应的为第一种振子功分模块1，此时，在塑料介质基材10的两侧向上凸起形成纵向加强筋14，纵向加强筋14既可以降低列间耦合，提高隔离度，又可以加强振子功分模块的结构强度，使结构更加稳定，不易变形。
如图3所述，对应的为第二种振子功分模块2，此时，在塑料介质基材10的两侧及位于两列辐射单元11中间的表面向上凸起形成纵向加强筋14，纵向加强筋14既可以降低列间耦合，提高隔离度，又可以加强振子功分模块的结构强度，使结构更加稳定，不易变形。
在上述实施例的基础上，在与辐射单元11的辐射面110相对应的金属层上开设有缺口。
需要说明的是，为优化辐射单元和天线阵列的辐射特性以满足指标要求，辐射面110的金属层开有辐射面金属层缺口111，辐射面金属层缺口111可以为圆形、方形、三角形等任意规则或不规则形状，可以为一个，也可以为多个，在此不作具体限定。
在上述实施例的基础上，在塑料介质基材10的底面上挂镀有金属馈电针15，金属馈电针15贯穿塑料介质基材10并与功分馈电网络12电连接。
需要说明的是，在塑料介质基材10的底面金属层100上且对应于功分馈电网络12的主口处挂镀有金属馈电针15。
在本发明实施例中，振子功分模块为(3×M)×N单元振子功分阵列。例如，第一种振子功分模块1为3×1单元振子功分阵列，包括三个纵向等距排列的辐射单元11和两个一分三等功分馈电网络12，两个功分馈电网络12的六条支路分别通过金属化过孔102与三个辐射单元11下方的两个耦合馈电线路13电连接，从而实现双极化馈电。第二种振子功分模块2为6×2单元振子功分阵列，包括两列，每列六个纵向等距排列的辐射单元11和八个一分三等功分馈电网络12。
需要说明的是，辐射单元11的纵向间距为0.6λ-λ，辐射单元11的横向间距为0.5λ-0.7λ，其中，λ为工作频段内中心频率在塑料介质基材10中的波长。
在上述实施例的基础上，在塑料介质基材10的顶面上延伸形成有两个用于安装横向隔离条的台阶状柱体，每一列的每一个辐射单元位于两个横向隔离条之间。
需要说明的是，塑料介质基材10位于两个纵向相邻辐射单元11之间的表面向上凸起形成两个柱体16，柱体中心160比外围略高，柱体16可用于卡接横向隔离条6。柱体16可以为如图1所示的圆柱体，其柱体中心160与外围为同轴圆柱且一体成型，除此之外，柱体16也可以为三棱柱，四棱柱，十字形柱体等任意形状，在此不作具体限定。其中，为降低纵向相邻辐射单元11间的耦合以优化整机隔离度，可以卡接横向隔离条6，横向隔离条6上开有与柱体中心160形状尺寸相匹配的横向隔离条通孔60，从而卡接在柱体16上。
可以理解的是，在塑料介质基材10的顶面和辐射单元11的辐射面110上均设置有固定安装孔17，固定安装孔17用于固定和铆钉安装。
本发明实施例提供的振子功分模块，通过一体化的辐射单元、功分馈电网络、纵向加强筋、金属馈电针替代了独立部件辐射单元、功分板、隔离条、金属连接件，大大减少了零部件的数量，简化了整机天线的装配焊接工序，省时省力，提高装配效率，有利于自动化批量生产；同时，一体化的振子功分模块比传统的多个独立部件通过焊接组装的模块一致性更佳；并且，选用耐高温的塑料介质基材具有重量轻、成本低的优点，满足整机轻量化、低成本要求。
图4为本发明实施例的Massive MIMO天线结构示意图，如图4所示，本发明实施例的Massive MIMO天线，包括振子功分部分、金属反射板3、耦合板或转接板4以及射频连接器5。
在发明实施例中，振子功分部分上下两排3×8单元阵列分别由8个3×1第一种振子功分模块1拼接而成，中间两排3×8单元阵列由4个6×2第二种振子功分模块2拼接而成。其中，Massive MIMO天线的振子功分部分可以由多个振子功分模块按需排列组阵而成，振子功分模块可以是同一种也可以是多种，在此不作具体限定。不同的振子功分模块可以单独优化或更新改版，不会造成一处性能不佳则整板报废，降低了成本。
需要说明的是，振子功分部分和耦合板或转接板4通过塑料铆钉连接并分别固定在金属反射板3相背的两个表面。耦合板或转接板4的输入端通过射频连接器5与射频设备相连，输出端形成耦合板或转接板输出端金属化孔40。振子功分部分的金属馈电针15贯穿并焊接于耦合板或转接板输出端金属化孔40处与耦合板或转接板4实现电连接，从而通过功分馈电网络12给辐射单元11馈电。拆装单独的振子功分模块仅通过拆装塑料铆钉及少次加热金属馈电针15焊接端即可。
本发明实施例提供的Massive MIMO天线，为满足避让安装孔和耦合板或转接板布局需要，其振子功分部分可以由多种上述振子功分模块组装而成，不同的振子功分模块可以单独优化或更新改版，不会造成一处性能不佳则整板报废，进一步降低了成本；并且，振子功分模块与耦合板或转接板之间仅通过金属馈电针一端焊接便可导通，拆装单独的振子功分模块仅通过拆装塑料铆钉及少次加热金属馈电针焊接端即可，相比传统的金属器件两端焊接且只能整板拆除，大大提高了拆装效率。
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 (10)
1.一种振子功分模块，其特征在于，包括：塑料介质基材、辐射单元、功分馈电网络以及耦合馈电线路；
在所述塑料介质基材的顶面形成有多个呈凸台状的辐射单元，所述功分馈电网络布设在所述塑料介质基材的顶面；与所述功分馈电网络电连接的所述耦合馈电线路布设在所述辐射单元形成的第一凹槽内，所述耦合馈电线路通过耦合方式对所述辐射单元耦合馈电；在所述塑料介质基材的底面和所述辐射单元的表面均设有金属层。
2.根据权利要求1所述的振子功分模块，其特征在于，所述耦合馈电线路通过设置在所述塑料介质基材上的金属化过孔与所述功分馈电网络的支路电连接。
3.根据权利要求2所述的振子功分模块，其特征在于，在所述塑料介质基材的表面上且位于所述金属化过孔处形成有凸起，所述耦合馈电线路与所述功分馈电网络的支路的电连接点位于所述凸起形成的第二凹槽内，所述第一凹槽与所述第二凹槽相连通。
4.根据权利要求1所述的振子功分模块，其特征在于，每个所述第一凹槽内布设有两个所述耦合馈电线路以形成±45°双极化。
5.根据权利要求1至4任一项所述的振子功分模块，其特征在于，所述塑料介质基材的表面上延伸形成有纵向加强筋，每一列所述辐射单元位于两个所述纵向加强筋之间。
6.根据权利要求5所述的振子功分模块，其特征在于，在所述纵向加强筋的表面设有金属层。
7.根据权利要求1至4任一项所述的振子功分模块，其特征在于，在与所述辐射单元的辐射面相对应的金属层上开设有缺口。
8.根据权利要求1至4任一项所述的振子功分模块，其特征在于，在所述塑料介质基材的底面上挂镀有金属馈电针，所述金属馈电针贯穿所述塑料介质基材并与所述功分馈电网络电连接。
9.根据权利要求1至4任一项所述的振子功分模块，其特征在于，在所述塑料介质基材的顶面上延伸形成有两个用于安装横向隔离条的台阶状柱体，每一列的每一个辐射单元位于两个所述横向隔离条之间。
10.一种Massive MIMO天线，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的振子功分模块。
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2020
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