CN113363735A - 5g大规模阵列电调天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种5G大规模阵列电调天线，包括辐射单元部分、功分馈电网络部分、反射板部分、耦合校准网络部分、连接器部分、移相器部分和传动部分；移相器部分包括可移动部分和固定部分，传动部分与可移动部分动力传动连接；反射板部分位于功分馈电网络部分和耦合校准网络部分之间，固定部分和耦合校准网络部分均与功分馈电网络部分通信号连接；辐射单元部分包括若干双极化辐射振子，双极化辐射振子与功分馈电网络部分固定连接；多个双极化辐射振子组成一个子阵列，每个子阵列引出两个双极化通道，双极化通道和所述耦合校准网络部分均与连接器部分连接。在复杂信号环境下仍然具有优异的幅度一致性和相位一致性，并且具有可调点下倾角的优点。

Description

5G大规模阵列电调天线
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种5G大规模阵列电调天线。
背景技术
随着我国移动通信技术的不断发展，对于第五代移动通信系统(5G)的研究目前已经进入到了实质阶段，各大运营商已经在国内部分城市开始了5G覆盖的试点。作为5G移动通信系统的关键核心技术之一的大规模阵列天线技术，目前系统对天线整机的指标要求越来越高，甚至可以说大规模阵列天线的技术的改善与提高已经成为5G无线通信发展的一个至关重要的支撑点。
5G大规模阵列天线具有良好的3D波束赋型能力，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，形成动态有针对性地网络覆盖。
为了实现这一目标，5G大规模阵列天线具有比常规阵列天线更多的辐射单元(辐射单元数量≥64)和T/R组件端口(端口数量≥64)，同时需要所有T/R组件端口和校准端口之间具备优异的幅度一致性和相位一致性，这是3D波束赋型实现的前提条件，而5G大规模阵列天线本身具有超大数量辐射单元和更多的T/R组件端口，涉及的辐射单元之间的信号杂散耦合的环境更复杂，同时在5G时代天线和主设备主要采用直接对接的结构，天线和主设备集成在一个空间内，就不可避免受到设备功放的大信号干扰，这些因素对保证天线幅度一致性和相位一致性提出了更高的挑战。
发明内容
本发明提供一种5G大规模阵列电调天线，用以解决现有技术中天线幅度一致性和相位一致性难以符合要求的问题。
本发明提供一种5G大规模阵列电调天线，包括：辐射单元部分、功分馈电网络部分、反射板部分、耦合校准网络部分、连接器部分、移相器部分以及传动部分；
所述移相器部分包括可移动部分和固定部分，所述传动部分与所述可移动部分动力传动连接，以使得所述可移动部分相对于所述固定部分滑动；
所述反射板部分位于所述功分馈电网络部分和所述耦合校准网络部分之间，所述固定部分和所述耦合校准网络部分均与所述功分馈电网络部分通过焊接后进行信号连接；
所述辐射单元部分包括若干双极化辐射振子，所述双极化辐射振子与所述功分馈电网络部分固定连接；多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列，每个所述子阵列引出两个双极化通道，所述双极化通道和所述耦合校准网络部分均与所述连接器部分连接。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述5G大规模阵列电调天线还包括隔离条部分；
所述隔离条部分包括多个隔离条，所述隔离条呈条状，所述隔离条位于所述辐射单元部分的两纵列之间，并固定在所述功分馈电网络部分上。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述5G大规模阵列电调天线还包括支撑柱部分；所述支撑柱部分包括多个支撑柱，所述支撑柱位于若干双极化辐射振子中间的空隙位置。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述耦合校准网络部分包括多个耦合校准子单元，所述耦合校准子单元与校准端口相连接，所述耦合校准子单元包括带状线形式多层板结构的功分耦合器。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述功分馈电网络部分包括多个功率分配子单元，所述功率分配子单元包括共面微带线形式的功分器。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述连接器部分包括多个盲插型连接器。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述辐射单元部分由M×N个双极化辐射振子组成，六个所述双极化辐射振子组成一个子阵列；
所述功分馈电网络部分由(M×N)/6个功率分配子单元组成，所述耦合校准网络部分由(M×N)/6个耦合校准子单元组成；
所述辐射单元部分组成(M×N)/6×2个双极化通道，所述连接器部分由(M×N)/6×2个盲插型连接器组成。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述传动部分包括驱动件和传动件，所述驱动件与所述传动件动力耦合连接，所述传动件与所述可移动部分传动连接。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述反射板部分为局部镂空结构。
根据本发明提供的一种5G大规模阵列电调天线，所述双极化辐射振子的纵向间距为0.5λ～λ，横向间距为0.45λ～0.7λ，其中，λ为中心频点的波长。
本发明提供的5G大规模阵列电调天线，辐射单元部分安装于功分馈电网络部分上，功分馈电网络部分安装于反射板正面；移相器部分安装于反射板背面，并焊接于功分馈电网络部分上，实现信号连导通，共同完成对辐射单元部分的幅度和相位激励；耦合校准网络部分安装于反射板背面，并与功分馈电网络部分通过焊接后进行信号导通；连接器部分焊接于耦合校准网络部分上；多个双极化辐射振子组成一个子阵列，每个子阵列引出两个双极化通道，即：辐射单元通道-功分馈电网络部分-移相器以及功分馈电部分+耦合校准部分-连接器部分，共同组成整个网络，实现信号传输；传动部分与可移动部分传动连接，以使得可移动部分相对于固定部分滑动，达到移相的目的，实现内置可调下倾角度。本发明的5G大规模阵列电调天线，能够在复杂信号环境下仍然具有优异的幅度一致性和相位一致性，并且具有可调点下倾角的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是本发明提供的5G大规模阵列电调天线的整体结构图；
图2是本发明提供的5G大规模阵列电调天线中功率分配子单元与辐射振子组成的子阵列的连接示意图；
图3是本发明提供的功率分配子单元的结构示意图；
图4是本发明提供的移相器部分的结构示意图；
图5是本发明提供的耦合校准子单元的具体构成图；
图6是本发明提供的耦合校准子单元组成耦合校准网络的整体布局示意图；
图7是本发明提供的功率分配子单元组成的功分馈电网络的整体布局示意图；
附图标记：
1：支撑柱； 2：辐射单元部分； 21：双极化辐射振子；
3：功分馈电网络部分； 31：功率分配子单元； 4：反射板；
5：耦合校准网络部分； 51：耦合校准子单元； 6：连接器部分；
7：移相器部分； 71：固定部分； 72：可移动部分；
8：控制板； 9：传动件； 10：电机；
11：隔离条。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。
下面结合图1至图7描述本发明的5G大规模阵列电调天线。
如图1所示，本发明实施例的5G大规模阵列电调天线，包括：辐射单元部分2、功分馈电网络部分3、反射板部分、耦合校准网络部分5、隔离条部分、移相器部分7、连接器部分6以及支撑柱部分。
其中，辐射单元部分2由N个子阵列组成，下面以N为16，即辐射单元部分2包含16个子阵列为例进行说明。
如图1和图2所示，整个辐射单元部分2共96个双极化辐射振子21，也就是说，每纵列方向上的每6个双极化辐射振子21焊接于功分馈电网络部分3上组成一个子阵列，每个子阵列引出两个双极化通道，双极化通道和对应的连接器部分6相连接。
功分馈电网络部分3和耦合校准网络部分5的中间为反射板部分，功分馈电网络部分3和耦合校准网络部分5之间通过铜棒焊接后进行信号连接。双极化通道和耦合校准网络部分5均与连接器部分6连接。
如图4所示，移相器部分7包括可移动部分72和固定部分71，传动部分与可移动部分72传动连接，以使得可移动部分72相对于固定部分71滑动；固定部分71与功分馈电网络部分3通过焊接后进行信号连接。
其中，移相器部分7为PCB移相器，反射板部分包括反射板4，安装于反射板4背面，并通过铜棒穿过反射板4与功分馈电网络部分3导通，移相器部分7具有可调相位的功能，通过改变相位变化，实现天线下倾角可调的目的。
在可选的实施例中，辐射单元部分2的双极化辐射振子21可以直接通过螺钉固定在功分馈电网络部分3上。
在可选的实施例中，双极化辐射振子21的纵向间距为0.5λ～λ，横向间距为0.45λ～0.7λ，其中，λ为中心频点的波长。
在可选的实施例中，连接器部分6为M+1个连接器(M为通道数量，另外一个连接器为CAL校准口)，连接器部分6焊接于耦合校准网络部分5上。
在可选的实施例中，双极化辐射振子21为PCB单元结构，单个振子结构上实现了轻量化，进而使得整体天线重量轻量化。
在本发明实施例中，辐射单元部分2安装于功分馈电网络部分3上，功分馈电网络部分3安装于反射板4正面；移相器部分7安装于反射板4背面，并焊接于功分馈电网络部分3上，实现信号连导通，共同完成对辐射单元部分2的幅度和相位激励；耦合校准网络部分5安装于反射板4背面，并与功分馈电网络部分3通过焊接后进行信号导通；连接器部分6焊接于耦合校准网络部分5上；多个双极化辐射振子组成一个子阵列，每个子阵列引出两个双极化通道，即：辐射单元通道-功分馈电网络部分-移相器以及功分馈电部分+耦合校准部分-连接器部分，共同组成整个网络，实现信号传输；传动部分与可移动部分72传动连接，以使得可移动部分72相对于固定部分71滑动，达到移相的目的，实现内置可调下倾角度。
本发明实施例的5G大规模阵列电调天线，能够在复杂信号环境下仍然具有优异的幅度一致性和相位一致性，并且具有可调点下倾角的优点。
在可选的实施例中，传动部分包括驱动件和传动件9，驱动件与传动件动力耦合连接，传动件9与可移动部分传动连接。
需要说明的是，驱动件为电机10，电机10为移相器提供动力，带动可移动部分移动。控制板8为电机的控制电路，安装固定于反射板4上，传动件9连接电机与移相器。
在可选的实施例中，如图3和图7所示，功分馈电网络部分3为微带形式的单层板，功分馈电网络部分3是由16个功率分配子单元31组成的，功率分配子单元31为共面微带线形式的功分器组成，此功分器实现对纵向每六个双极化辐射振子21组成的子阵列实现幅度和相位的激励，由于子阵列采用了六个双极化辐射振子21，比常规的采用两个辐射振子的子阵列增益更高，进而使得整机天线拥有更大的覆盖范围。
在可选的实施例中，如图5和图6所示，耦合校准网络部分5是由16个耦合校准子单元51组成的，耦合校准子单元51为具有屏蔽特性的带状线性质的多层板结构的功分耦合器组成。耦合校准网络部分5可以实现对连接器部分6的幅度和相位校准。
其中，耦合校准网络部分5整体做成了带状线的多层板形式，此形式上下两面均有接地层，具有良好的信号屏蔽作用，使得在耦合校准网络部分5中的信号降低外界干扰，以便获得更优异的幅度和相位一致性。
在可选的实施例中，反射板部分为局部缕空的FR4板材的PCB板(FR4板材具有双面附铜，避让过孔做金属化处理)或者采用缕空的金属板材，此挖空的区域按最小程度的避让做出，整体金属化后的反射板部分作为功分馈电网络部分3和耦合校准网络部分5中间的一道屏蔽墙，能够减少辐射单元部分2的大信号泄露到小信号的耦合校准网络部分5中，进而提升整机天线的幅度一致性和相位一致性。
在可选的实施例中，隔离条部分包含多个隔离条11，隔离条11为L形金属条或者矩形PCB或者城墙形PCB，安装于反射板4上或者固定于功分馈电网络部分3上；隔离条11安装于每两列双极化辐射振子中间，此种隔离条11可以获得最优的隔离度性能，提高端口通道的信号独立性。
在可选的实施例中，5G大规模阵列电调天线还包括支撑柱部分；支撑柱部分包括多个支撑柱1，支撑柱1位于若干双极化辐射振子中间的空隙位置。
在可选的实施例中，连接器部分6为一种具有盲插结构的连接器，便于后期天线和主设备的对接匹配，避免了常规基站天线线缆接头的复杂连接方式，节省了安装工时。
本发明实施例的5G大规模阵列电调天线，通过移相器调节功率分配子单元对双极化辐射振子进行相位分配，实现天线的电下倾角可调，最终通过校准端口实现了对整体通道的幅度和相位控制；通过对连接器部分给予不同组合方式的幅度和相位激励，实现3D波束赋型能力，成倍提升频谱效率，获得最佳网络性能；由于耦合校准网络部分采用具有屏蔽结构的带状线形式，同时，耦合校准网络部分和功分馈电网络部分实现了分体设计，在物理上进行了空间隔离，进而获得了优异的幅度一致性和相位一致性，提高了3D波束赋型的精度；此外，添加了隔离条进而获得了良好的通道隔离度指标。
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。
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5G大规模阵列电调天线，其特征在于，包括：辐射单元部分、功分馈电网络部分、反射板部分、耦合校准网络部分、连接器部分、移相器部分以及传动部分；
所述移相器部分包括可移动部分和固定部分，所述传动部分与所述可移动部分动力传动连接，以使得所述可移动部分相对于所述固定部分滑动；
所述反射板部分位于所述功分馈电网络部分和所述耦合校准网络部分之间，所述固定部分和所述耦合校准网络部分均与所述功分馈电网络部分通过焊接后进行信号连接；
所述辐射单元部分包括若干双极化辐射振子，所述双极化辐射振子与所述功分馈电网络部分固定连接；多个所述双极化辐射振子组成一个子阵列，每个所述子阵列引出两个双极化通道，所述双极化通道和所述耦合校准网络部分均与所述连接器部分连接。
2.根据权利要求1所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述耦合校准网络部分包括多个耦合校准子单元，所述耦合校准子单元与校准端口相连接，所述耦合校准子单元包括带状线形式多层板结构的功分耦合器。
3.根据权利要求2所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述功分馈电网络部分包括多个功率分配子单元，所述功率分配子单元包括共面微带线形式的功分器。
4.根据权利要求3所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述连接器部分包括多个盲插型连接器。
5.根据权利要求4所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述辐射单元部分由M×N个双极化辐射振子组成，六个所述双极化辐射振子组成一个子阵列；
所述功分馈电网络部分由(M×N)/6个功率分配子单元组成，所述耦合校准网络部分由(M×N)/6个耦合校准子单元组成；
所述辐射单元部分组成(M×N)/6×2个双极化通道，所述连接器部分由(M×N)/6×2个盲插型连接器组成。
6.根据权利要求1至5任一项所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述5G大规模阵列电调天线还包括隔离条部分；
所述隔离条部分包括多个隔离条，所述隔离条呈条状，所述隔离条位于所述辐射单元部分的两纵列之间，并固定在所述功分馈电网络部分上。
7.根据权利要求1至5任一项所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述5G大规模阵列电调天线还包括支撑柱部分；所述支撑柱部分包括多个支撑柱，所述支撑柱位于若干双极化辐射振子中间的空隙位置。
8.根据权利要求1至5任一项所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述传动部分包括驱动件和传动件，所述驱动件与所述传动件动力耦合连接，所述传动件与所述可移动部分传动连接。
9.根据权利要求1至5任一项所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述反射板部分为局部镂空结构。
10.根据权利要求1至5任一项所述的5G大规模阵列电调天线，其特征在于，所述双极化辐射振子的纵向间距为0.5λ～λ，横向间距为0.45λ～0.7λ，其中，λ为中心频点的波长。
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