CN204258802U - 一种微型化结构MiMo射频前端组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型化结构MiMo射频前端组件，包括：偶数组的射频前端收发组件，包括：小型化收发天线、极化转换器、第一通道滤波器、第二通道滤波器、AGC接收模组、ALC发射模组；小型化收发天线依次通过极化转换器、第一通道滤波器与AGC接收模组的输入端相连；ALC发射模组的输出端依次通过第二通道滤波器、极化转换器与小型化收发天线相连；AGC接收模组包括第一平衡放大器、第一电调衰减器、第二平衡放大器、第一耦合器和第一直流处理电路；ALC发射模组包括第二电调衰减器、第三平衡放大器、第四平衡放大器、第二耦合器和第二直流处理电路。该微型化结构MiMo射频前端组件集成度高，大大缩小MiMo射频前端组件的体积，且具有高线性、高增益等优点。

Description

一种微型化结构MiMo射频前端组件

技术领域

本实用新型涉及移动通信领域中射频前端组件技术领域，具体地，涉及一种微型化结构MiMo射频前端组件。

背景技术

多输入多输出(Multi-input Multi-output；MIMO)是一种用来描述多天线无线通信系统的抽象数学模型，能利用发射端的多个天线各自独立发送信号，同时在接收端用多个天线接收并恢复原信息。该技术最早是由马可尼于1908年提出的，他利用多天线来抑制信道衰落(fading)。根据收发两端天线数量，相对于普通的单输入单输出系统(Single-Input Single-Output，SISO)，MIMO此类多天线技术尚包含早期所谓的“智能型天线”，亦即单输入多输出系统(Single-Input Multi-Output，SIMO)和多输入单输出系统(Multiple-InputSingle-Output，MISO)。

由于MIMO可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损(transmit powerexpenditure)的情况下大幅地增加系统的数据吞吐量(throughput)及发送距离，使得此技术于近几年受到许多瞩目。MIMO的核心概念为利用多根发射天线与多根接收天线所提供之空间自由度来有效提升无线通信系统之频谱效率，以提升传输速率并改善通信质量。

为了提高系统容量，下一代的无线宽带移动通信系统将会采用MIMO技术，即在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线，基站和移动台之间形成MIMO通信链路。应用MIMO技术的无线宽带移动通信系统从基站端的多天线放置方法上可以分为两大类：一类是多个基站天线集中排列形成天线阵列，放置于覆盖小区，这一类可以称为集中式MIMO；另一类是基站的多个天线分散放置在覆盖小区，可以称为分布式MIMO。

现有的MiMo射频前端组件均采用普通的天线，且采用一般的放大器和低噪放大器，在保证前端组件性能的情况下，射频前端组件体积大且成本高。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中射频前端体积大、成本高的缺陷，根据本实用新型的一个方面，提出一种微型化结构MiMo射频前端组件。

本实用新型实施例提供的一种微型化结构MiMo射频前端组件，包括：偶数组的射频前端收发组件；射频前端收发组件包括：小型化收发天线、极化转换器、第一通道滤波器、第二通道滤波器、AGC接收模组、ALC发射模组；小型化收发天线依次通过极化转换器、第一通道滤波器与AGC接收模组的输入端相连；ALC发射模组的输出端依次通过第二通道滤波器、极化转换器与小型化收发天线相连；AGC接收模组包括第一平衡放大器、第一电调衰减器、第二平衡放大器、第一耦合器和第一直流处理电路；第一平衡放大器的输入端为AGC接收模组的输入端，输出端与第一电调衰减器的输入端相连；第一电调衰减器的输出端通过第二平衡放大器与第一耦合器的输入端相连；第一耦合器的耦合输出端通过第一直流处理电路与第一电调衰减器的控制端相连；第一耦合器的主输出端为AGC接收模组的输出端；ALC发射模组包括第二电调衰减器、第三平衡放大器、第四平衡放大器、第二耦合器和第二直流处理电路；第二电调衰减器的输入端为ALC发射模组的输入端，第二电调衰减器的输出端与第三平衡放大器的输入端相连；第三平衡放大器的输出端通过第四平衡放大器与第二耦合器的输入端相连；第二耦合器的耦合输出端通过第二直流处理电路与第二电调衰减器的控制端相连，第二耦合电路的主输出端为ALC发射模组的输出端。

在上述技术方案中，第一电调衰减器和第二电调衰减器均为匹配型PIN二极管电调衰减器；电调衰减器包括：传输线以及传输线引出的偏置线、N个PIN二极管和两个串联电阻；在传输线上间隔四分之一波长的N个节点处分别同向连接一个PIN二极管的正极，且PIN二极管的负极接地；其中，两侧的两个PIN二极管分别串联一个串联电阻后接地；其中，2≤N≤6，且N个PIN二极管为相同的PIN二极管。

在上述技术方案中，第一平衡放大器、第二平衡放大器、第三平衡放大器、第四平衡放大器为结构相同的平衡放大器，包括：第一3dB正交电桥、第二3dB正交电桥、IC放大器件、第一电阻和第二电阻；第一3dB正交电桥的耦合端和直通端分别与IC放大器件的两个输入端相连；第二3dB正交电桥的耦合端和直通端分别与IC放大器件的两个输出端相连；第一3dB正交电桥的隔离端通过第一电阻后接地，第二3dB正交电桥的隔离端通过第二电阻后接地；第一3dB正交电桥的输入端为平衡放大器的输入端，第二3dB正交电桥的输出端为平衡放大器的输出端。

在上述技术方案中，所述小型化收发天线包括：辐射片、介质层、缝隙天线基板和反射腔；所述介质层设置于所述辐射片与所述缝隙天线基板的正面之间，且所述介质层的介电常数大于空气的介电常数；所述缝隙天线基板采用高介电常数基片，且所述高介电常数基片的介电常数大于3.5；所述反射腔设置于所述缝隙天线基板的反面。

在上述技术方案中，所述缝隙天线基板包括高介电常数基片、微槽缝隙和传输线；所述微槽缝隙设置于所述高介电常数基片的正面，所述传输线设置于所述高介电常数基片的反面；

所述传输线包括微带线、共面线、带状线、槽线；所述传输线作为两路极化正交的交叉线极化天线的传输线，所述两路极化正交的交叉线极化天线的传输线的外端分别与相移90度等功率分配器的两个输入端相连，所述相移90度等功率分配器的两路输出端向外输出两路交叉圆极化天线信号，且两路交叉圆极化天线分别作为所述小型化收发天线的接收端和发射端；所述交叉线极化天线的传输线激励微槽缝隙。

在上述技术方案中，所述两路交叉线极化天线的传输线分别通过等分功分器分成四路传输线支路，所述传输线支路分别激励所述激励缝隙的各段缝隙；所述相移90度等功率分配器的两个输入端跨接在所述两路极化正交的交叉线极化天线传输线的输出端。

在上述技术方案中，所述介质层和所述高介电常数基片的介电常数的取值范围为：3.5＜E＜10；1＜F＜10；其中，E为高介电常数基片的介电常数，F为介质层的介电常数。

在上述技术方案中，所述第一通道滤波器和所述第二通道滤波器为结构相同的低损耗高选择性多腔滤波器；所述低损耗高选择性多腔滤波器为分布式耦合滤波器，包括：谐振腔主体、盖板、内导体、谐振频率调节螺钉、输入输出接口装置；所述主体为平行一体的矩形腔，盖板位于矩形腔两端，主体中具有偶数个谐振腔，其谐振腔为梳形对称的分布式耦合腔；或者

所述低损耗高选择性多腔滤波器为分布式耦合与集中式耦合相结合的滤波器，包括：谐振腔主体、盖板、内导体、谐振频率调节螺钉、输入输出接口装置；所述主体为平行一体的偶数列矩形腔，盖板位于矩形腔两端，主体中具有偶数个谐振腔，其两边的谐振腔为梳形对称的分布式耦合腔，中间部位的两个谐振腔为集中式耦合的同轴谐振腔。

在上述技术方案中，.所有的所述通道滤波器并列分布，组成一体化结构多通道滤波器；所述一体化结构多通道滤波器的两端设置有固定支架，且所述固定支架的表面均匀布设有导热片。

在上述技术方案中，AGC接收模组和ALC发射模组均为使用厚膜工艺来实现的分布参数电路。

在上述技术方案中，AGC接收模组和ALC发射模组设置于PCB基板上，且PCB基板的介电常数大于3.5。

本实用新型实施例提供的一种微型化结构MiMo射频前端组件，利用小型化收发天线、AGC接收模组和ALC发射模组等实现对射频信号的接收和发射。其中，AGC接收模组具有低噪声、高线性、高增益等优点；ALC发射模组具有输出功率高、高线性、高增益等优点；采用电调衰减器有利于保护IC器件，避免大信号对器件的冲击；平衡放大电路易于与其他部件级联。射频前端组件中的模组电路采用厚膜工艺设置于PCB基板上，器件能以分布参数的形式集成到电路上，尽量减少使用外围器件，使整个收发组件更加集中，集成度高，大大缩小MiMo射频前端组件的体积。采用小型化收发天线，通过增加介质层以及通过提高基片的介电常数，使得天线的波束宽度变宽；从而通过改变天线单元中介质层和高介电常数基片的介电常数，可以实现控制波束宽度。同时，增加介质层后，天线体积比传统天线单元小很多。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中四进四出射频前端组件的结构图；

图2为本实用新型实施例中AGC接收模组和ALC发射模组的结构图；

图3为本实用新型实施例中电调衰减器的结构图；

图4为本实用新型实施例中平衡放大器的结构图；

图5为本实用新型实施例中小型化收发天线的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中小型化收发天线基片的背面结构示意图，基片背面在基片正面十字激励缝隙对该基片背面的映射位置腐蚀出与该十字激励缝隙形状相同的十字缝隙，该十字缝隙与各传输线支路相连通，该十字缝隙的中央设有圆形金属面，圆形金属面的四周都被传输线所包围；

图7为本实用新型实施例中小型化收发天线基片的正面结构示意图；

图8为本实用新型实施例中一体化结构的多通道四腔滤波器和多通道有源收发组件的正面立体结构示意图；

图9为本实用新型实施例中一体化结构的多通道四腔滤波器和多通道有源收发组件的背面立体结构示意图；

图10为本实用新型实施例中多通道四腔滤波器的截面图；

图11为本实用新型实施例中多通道四腔滤波器的俯视图；

图12为本实用新型实施例中多通道四腔滤波器的正视图(图中示出了固定支架60)；

图13为本实用新型实施例中多通道四腔滤波器的左视图；

图14为本实用新型实施例中一体化结构的多通道U型六腔腔滤波器和多通道有源收发组件的立体结构示意图；

图15本实用新型实施例中多通道U型六腔滤波器的截面图。

主要附图标记说明：

9-第一传输线，11-第二传输线，12-激励缝隙，13-圆形金属面，14-金属过孔，15-等分二功分器，16-相移90度等功率分配器，17-圆极化天线，18-共面线支路，19-十字缝隙，21-金属化孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

根据本实用新型实施例，提供了一种微型化结构MiMo射频前端组件，包括：偶数组的射频前端收发组件。本实用新型实施例中以四进四出射频前端组件(即包括4组射频前端收发组件)为例说明该微型化MiMo射频前端组件的结构和功能，该四进四出射频前端组件的结构参见图1所示。

具体的，该射频前端收发组件包括：小型化收发天线10、极化转换器20、第一通道滤波器BPF1、第二通道滤波器BPF2、AGC接收模组和ALC发射模组。

小型化收发天线10依次通过极化转换器20、第一通道滤波器BPF1与AGC接收模组的输入端相连；ALC发射模组的输出端依次通过第二通道滤波器BPF2、极化转换器20与小型化收发天线10相连。AGC接收模组的输出端以及ALC发射模组的输入端分别与外部的变频电路相连，分别用于向外部发射射频信号和接收射频信号。

其中，AGC接收模组和ALC发射模组的结构图参见图2所示。具体的，AGC接收模组包括第一平衡放大器BP1、第一电调衰减器EAT1、第二平衡放大器BP2、第一耦合器CP1和第一直流处理电路101。具体的，如图2所示，第一平衡放大器BP1的输入端为AGC接收模组的输入端，第一平衡放大器BP1的输出端与第一电调衰减器EAT1的输入端相连；第一电调衰减器EAT1的输出端通过第二平衡放大器BP2与第一耦合器CP1的输入端相连；第一耦合器CP1的耦合输出端通过第一直流处理电路101与第一电调衰减器EAT1的控制端相连；第一耦合器CP1的主输出端为AGC接收模组的输出端，用于输出处理后的射频信号。

ALC发射模组包括第二电调衰减器EAT2、第三平衡放大器BP3、第四平衡放大器BP4、第二耦合器CP2和第二直流处理电路201。具体的，第二电调衰减器EAT2的输入端为ALC发射模组的输入端，第二电调衰减器EAT2的输出端与第三平衡放大器BP3的输入端相连；第三平衡放大器BP3的输出端通过第四平衡放大器BP4与第二耦合器CP2的输入端相连；第二耦合器CP2的耦合输出端通过第二直流处理电路201与第二电调衰减器EAT2的控制端相连，第二耦合电路的主输出端为ALC发射模组的输出端，用于输出处理后的射频信号。

本实用新型实施例中，耦合器的主输出端为用于输出主路信号的端子，耦合输出端为用于输出耦合信号的端子。极化转换器20用于将圆极化波转换为线极化波，极化转换器技术已经较为成熟，此处不做详述。

优选的，在本实用新型实施例中，第一电调衰减器EAT1和第二电调衰减器EAT2结构相同，均为匹配型PIN二极管电调衰减器。该电调衰减器包括：传输线以及传输线引出的偏置线、N个PIN二极管和两个串联电阻；在传输线上间隔四分之一波长的N个节点处分别同向连接一个PIN二极管的正极，且PIN二极管的负极接地；其中，两侧的两个PIN二极管分别串联一个串联电阻后接地；其中，2≤N≤6，且N个PIN二极管为相同的PIN二极管。

具体的，参见图3所示，本实用新型实施例中以N＝3为例，电调衰减器包括3个PIN二极管D1、D2、D3，3个PIN二极管分别于三个节点J1、J2、J3处与传输线MS相连，且位于两侧的两个PIN二极管D1和D3与串联电阻R1和R2串联。其中，图3中的端点A为电调衰减器的输入端，端点B为输出端，端点C为控制端。电调衰减器每管衰减量约7dB，总衰减量约20dB，上下行链路总衰减量约为40dB。采用由3个二极管组成的匹配型PIN二极管电调衰减器，只需要采用小电压、小电流就能对该电调衰减器进行控制，可以满足40dB高衰减量需要，实现数字控制需要，进而可以保证系统稳定。

优选的，在本实用新型实施例中，第一平衡放大器BP1、第二平衡放大器BP2、第三平衡放大器BP3、第四平衡放大器BP4为结构相同的平衡放大器。参见图4所示，该平衡放大器包括：第一3dB正交电桥B1、第二3dB正交电桥B2、IC放大器件PA、第一电阻R1和第二电阻R2。

具体的，第一3dB正交电桥B1的耦合端OH和直通端ZT分别与IC放大器件PA的两个输入端S1和S2相连；第二3dB正交电桥B2的耦合端OH和直通端ZT分别与IC放大器件PA的两个输出端C1和C2相连；第一3dB正交电桥B1的隔离端ISO通过第一电阻R1后接地，第二3dB正交电桥B2的隔离端ISO通过第二电阻R2后接地；第一3dB正交电桥B1的输入端in为平衡放大器的输入端，第二3dB正交电桥B2的输出端out为平衡放大器的输出端。

如图1所示，本实用新型实施例提供的小型化收发天线包括接收天线ANT1和发射天线ANT2。接收天线ANT1和发射天线ANT2可以为两个独立的天线，也可以将接收天线和发射天线集合在一块基片上。本实用新型实施例中以接收天线和发射天线集合在一块基片上为例，详细介绍该小型化收发天线的结构。

本实用新型实施例中，如图5所示，该小型化收发天线包括：辐射片310、介质层320、缝隙天线基板330和反射腔340。

其中，如图5所示，介质层320设置于辐射片310与缝隙天线基板330的正面之间，且介质层320的介电常数大于空气的介电常数；缝隙天线基板330采用高介电常数基片，且高介电常数基片的介电常数大于3.5；同时，反射腔340设置于缝隙天线基板330的反面。反射腔340的反射面341用于反射缝隙天线发射的信号，保证小型化收发天线只在一个方向上发射信号。

具体的，缝隙天线基板330包括高介电常数基片331、微槽缝隙332和传输线333。其中，微槽缝隙332设置于高介电常数基片331的正面，传输线333设置于高介电常数基片331的反面；缝隙天线基板330的正面与高介电常数基片331的正面为同一面，缝隙天线基板330的反面与高介电常数基片331的反面为同一面。

其中，如图6所示，设置在高介电常数基片331背面的传输线333包括微带线、共面线、带状线、槽线；传输线作为两路极化正交的交叉线极化天线的传输线，即第一传输线9和第二传输线11，该两路交叉线极化天线的传输线中的信号同频且极化相差90度，该两路交叉线极化天线的传输线一端(即外端)分别连接在相移90度等功率分配器16的两输入端，相移90度等功率分配器的输出端向外输出交叉圆极化天线信号。且两路圆极化天线17分别作为小型化收发天线10的接收端和发射端。交叉线极化天线的传输线激励微槽缝隙332。

高介电常数基片331正面设有激励缝隙12(本实用新型实施例中，激励缝隙12即为微槽缝隙332)，该激励缝隙12设置成十字形，基片的正面除该十字形激励缝隙12之外，其余均大面积覆铜，其覆铜面构成基片的正面金属面，即金属接地面。基片的背面除两路极化正交的交叉线极化天线的传输线、基片正面的激励缝隙12在该基片反面的映射区域即十字缝隙19之外，其余均大面积覆铜，其覆铜面构成基片的反面金属面。

高介电常数基片331的背面在基片正面的十字形激励缝隙12的映射位置腐蚀出与该十字激励缝隙形状相同的十字缝隙19，该十字缝隙19与各共面线支路18相连通，该十字缝隙19的中央设有与激励缝隙12形成电容耦合的圆形金属面13，圆形金属面13的四周都被十字缝隙19所包围，即该圆形金属面13与上述基片2的反面金属面并不连通。圆形金属面13可以减少激励缝隙12的长度，有利于实现天线的小型化。

两路交叉线极化天线的传输线的另一端(内端，即第一传输线9和第二传输线11)分别通过等分二功分器分成四路传输线支路。

在传输线和传输线支路的周边围绕设置有金属化孔21，金属化孔21将基片正面和反面相连通，将传输线和传输线支路分别转化成正面金属面的共面线和共面线支路18。

采用共面线和共面线支路18，将上述基片的正面金属面和反面金属面相连通，使二者成为共地面，减少了传输线产生的平面波在电磁场中的干扰，使天线性能更稳定。

四条共面线支路18激励上述十字形激励缝隙12，采用十字形激励缝隙，并利用等分二功分器形成多个馈点，可使天线形成的辐射场更均匀对称。

在共面线支路18的末端分别设有金属化的金属过孔14，四路共面线支路18的末端分别通过金属过孔14与基片的正面金属面连通，即将共面线支路18的末端(输出端)接地，即短路，减少了共面线支路18与激励缝隙12相馈电的四个馈点间的耦合。

在该小型化收发天线中，由第一传输线9和第二传输线11分别传输极化相差90度的两路传输信号，由等分二功分器15将每路信号分成两路支路信号，该四条共面线支路同时激励十字形激励缝隙，形成四次馈电，产生的电磁波激励弧面辐射片，在薄层空间内形成多个不同频率的驻波型电磁场，并二次激励弧面辐射片，从而高效率形成所需要的电磁波，向空间传播辐射。

该小型化收发天线是在极化相差90度的交叉线极化天线的基础上，通过加入相移90度等功率分配器，使得输出的交叉线极化波在空间中形成交叉圆极化波。小型化收发天线采用交叉圆极化天线取代交叉线极化天线，由于基站和终端是交叉线极化天线，两根正交的线极化天线接收一个交叉圆极化波时，其极化匹配因子为1，即达到最理想的极化匹配状态，且接收信号功率与收发天线位置无关，不取决于天线的方向，接收端的两根交叉线极化天线接收到的圆极化波的能量始终是相等的。同样的，当交叉圆极化天线接收交叉线极化波时也是如此。交叉圆极化天线取代交叉线极化天线，使得天线从两个接头变为一个接头，提高了通道利用率，缩小了体积，节省了成本。

本实用新型实施例提供的微型化结构MiMo射频前端组件中的小型化收发天线，通过提高基片的介电常数，使在基片中激励出来的频率信号波长变短，这样为了达到谐振辐射，微槽缝隙就需要相应的变短，从而可以大大减小了天线基片的尺寸。此外，当天线辐射出的信号经过具有更高介电常数的介质层时，缩小了信号的波长，与其产生谐振的辐射片的尺寸也相应减小；同时，由于介质层的介电常数变高，其损耗相应变大，当天线辐射出的信号经过具有更高介电常数的介质层时，天线的辐射效率便会降低，即天线增益降低，从而使得天线的波束宽度变宽。所以，介质层的介电常数越高，波束宽度越宽，即本实用新型实施例提供的小型化收发天线通过改变介质层的材质(即改变介质层的介电常数)，可以控制天线的波束宽度。

该小型化收发天线，采用的单元天线结构具有高增益的特点：当介质层为空气时，小型化收发天线的增益可达到8.3dB，而传统天线单元的增益一般在6dB左右。提高介质层介电常数后，单元天线增益虽然下降到跟传统天线单元一样的情况，但体积却比传统天线单元小很多。

下面以LTE天线为例，采用不同介电常数的基片和介质层时的测试结果如下表1所示：

表1

由表1可得出。天线基片的介电常数一般是从3.5～10，介质层的介电常数达到10左右时，天线单元已不能正常工作。因此，介质层和高介电常数基片的介电常数的取值范围为：

3.5＜E＜10；1＜F＜10；

其中，E为高介电常数基片的介电常数，F为介质层的介电常数。相应的，天线波束宽度大约可控制在60°到110°之间。

优选的，本实用新型实施例中，第一通道滤波器和第二通道滤波器为结构相同的低损耗高选择性多腔滤波器。本实用新型实施例以4收4发MiMo射频前端组件为例，其包括八个通道滤波器，所有的通道滤波器并列分布，组成多通道滤波器；同时，AGC接收模组和所述ALC发射模组交替并列分布，组成多通道有源收发组件。本实用新型实施例中，微型化结构MiMo射频前端组件为一体化结构的MiMo射频前端组件，多通道有源收发组件设置在所述小型化收发天线背面和所述多通道滤波器正面之间。参见图8所示，在图8中，从上至下依次为小型化天线、多通道有源收发组件、多通道滤波器，其中，小型化天线位于多通道有源收发组件的上方，图8中未示出。在图8中，标注7为多通道有源收发组件的输入/输出端，即标注7为AGC接收模组的输入端或输出端，或者为ALC发射模组的输入端或输出端。

一体化结构的MiMo射频前端组件还包括固定支架60。固定支架60设置在多通道滤波器和多通道有源收发组件的两端，且该固定支架60的表面均匀布设有导热片61。该固定支架不仅可以固定支撑多通道滤波器和多通道有源收发组件，同时，多通道有源收发组件中的放大器等部件工作时散热量大，通过导热片61还可利于多通道有源收发组件的散热。

参见图9-图13所示，本实用新型实施例中以分布式耦合(直列)的四腔滤波器为例，本实用新型还可以是六腔、八腔、十腔、十二腔等偶数多腔滤波器，本文不一一举例。该低损耗高选择性多腔滤波器具有谐振腔主体1、盖板2、内导体3、谐振频率调节螺钉4、输入输出接口装置5。谐振腔主体为平行一体的矩形腔，盖板位于矩形腔两端，主体中具有偶数个谐振腔(图10中为四腔，Q1-Q4)，其谐振腔为梳形对称的分布式耦合腔。如图9所示，谐振频率调节螺钉4均设置在多通道滤波器的背面，方便调节谐振频率。图8和图9为从两个相反方向看该一体化结构的MiMo射频前端组件的立体结构示意图。图11为多通道四腔滤波器的俯视图，本实用新型实施例中，将从多通道滤波器的背面向正面的方向为俯视的方向，对应图9所示的立体结构示意图中，从左上方向右下方的方向为俯视的方向。图12为多通道四腔滤波器以及固定支架的正视图，其中未标出多通道有源收发组件。

具体的，本实用新型实施例中一体化结构的MiMo射频前端组件的结构参数为：长*宽*高＝203*142*56mm(需要说明的是，该结构参数并不包括小型化收发天线天线，即该结构参数为多通道四腔滤波器外加多通道有源收发组件的结构参数)，滤波器的矩形腔壁厚5mm，盖板厚3mm。滤波器的物理参数为：中心频率fo 2605MHz，通带宽度ΔF3db 60MHz，选择性ΔF40db/ΔF3db 2.6，插入损耗L小于等于0.35db，输入驻波小于等于1.2db。

优选的，该多腔滤波器还可以采用分布式耦合与集中式耦合(U型\S型)有机结合的方式。参见图13和图14所示，本实用新型实施例中以六腔U型滤波器为例，其还可以为八腔、十腔、十二腔等偶数多腔滤波器，本文不一一举例。该低损耗高选择性多腔滤波器具有谐振腔主体1、盖板2、内导体3、谐振频率调节螺钉4、输入输出接口装置5，主体中具有六个谐振腔Q1-6，其两边谐振腔Q1-Q2和Q5-Q6为梳形对称的分布式耦合腔，中间部位两个谐振腔Q3、Q4为集中式耦合的同轴谐振腔，图中6示意Q3、Q4腔间隔板的缺口，41为腔间补偿调节螺钉。

具体的，图13和图14中一体化结构多通道滤波器的结构参数为：滤波器长*宽*高＝203*251*56mm(需要说明的是，该结构参数并不包括小型化收发天线天线，即该结构参数为多通道U型六腔滤波器外加多通道有源收发组件的结构参数)，矩形腔壁厚5mm，盖板厚3mm。物理参数为：中心频率fo 2605MHz，通带宽度ΔF3db 70MHz，选择性ΔF40db/ΔF3db 1.7，插入损耗L小于等于0.9db，输入驻波小于等于1.2db。

本实用新型实施例中AGC接收模组的输出端和ALC发射模组的输入端用于与外部的集中芯片相连，该集中芯片包括上下变频混频器、数模/模数转换以及FPGA芯片等。由于多通道U型六腔滤波器的尺寸(宽度)大于多通道四腔滤波器，多通道U型六腔滤波器的正面上方放置多通道有源收发组件后，还有部分未利用空间，该未利用空间可用于放置上述的集中芯片，从而该MiMo射频前端组件可以集成上述的集中芯片，提高前端组件的空间利用率。

本实用新型实施例中，该多腔滤波器耦合方式采用分布式耦合(直列)或分布式耦合与集中式耦合(U型\S型)有机结合的方式，取长补短，克服各自方式的不足，两边的腔间耦合是完全对称的，各腔间采用低损耗的分布式耦合方式，而中间部位两个腔的耦合是单个独立的，采用集中式耦合可以实现腔结构在中间部位拐弯，减小滤波器的长度，加之偶数腔结构分成前后相邻的两位拐弯，减小滤波器的长度，加之偶数腔结构分成前后相邻的两个相同部分，中间只隔开一层薄板，具有多种腔间耦合途径，便于进行隔腔耦合，从而可在很大程度上提高滤波器的选择性能，因此，该滤波器的结构兼顾了低损耗和高选择性的要求。滤波器性能优越，可靠性高，用途广泛，可以设计出系列多腔滤波器，以其为基础可以设计出移动通信、微波中继通信、数字集群通信及无线接入基站的收发双工器、改进移动通信基站性能的塔顶放大器和基站功率放大合路分路器，以及数字集群收发双工器与频率分集预选滤波器的组合器等等，为无线通信工程提供了一种理想的核心滤波器件。

此外，该滤波器结构简单、紧凑、巧妙，体积小，调试工作量减小，加工工艺大大简化，其主体可通过成熟的铝型材挤压工艺一次成型，同一类型的滤波器只需要开一种模具，模具数量少，彻底改变传统集中式耦合滤波器的加工工艺，且产品重复一致性好，不需表面镀覆，耗材少，生产效率高，生产成本可降低80％，易于实现多品种的规模化生产。

优选的，本实用新型实施例中，AGC接收模组和ALC发射模组均为使用厚膜工艺来实现的分布参数电路。AGC接收模组和ALC发射模组中的平衡放大器、电调衰减器以及耦合器等电路，除3dB正交电桥之外，其他电路均直接设置在厚膜电路上。通过厚膜工艺将AGC接收模组和ALC发射模组集成在一个基板上，有利于实现小型化，从而缩小该高增益有源电路组件的体积。

此外，AGC接收模组和ALC发射模组设置于PCB基板上，且该PCB基板为高介电常数基板。一般PCB基板的介电常数约为3.5，在本实用新型实施例中所采用的PCB基板的介电常数大于3.5。

本实用新型实施例提供的一种微型化结构MiMo射频前端组件，利用小型化收发天线、AGC接收模组和ALC发射模组等实现对射频信号的接收和发射。其中，AGC接收模组具有低噪声、高线性、高增益等优点；ALC发射模组具有输出功率高、高线性、高增益等优点；采用电调衰减器有利于保护IC器件，避免大信号对器件的冲击；平衡放大电路易于与其他部件级联。射频前端组件中的模组电路采用厚膜工艺设置于PCB基板上，器件能以分布参数的形式集成到电路上，尽量减少使用外围器件，使整个收发组件更加集中，集成度高，大大缩小MiMo射频前端组件的体积。采用小型化收发天线，通过增加介质层以及通过提高基片的介电常数，使得天线的波束宽度变宽；从而通过改变天线单元中介质层和高介电常数基片的介电常数，可以实现控制波束宽度。同时，增加介质层后，天线体积比传统天线单元小很多。

本实用新型能有多种不同形式的具体实施方式，上面以图1-图14为例结合附图对本实用新型的技术方案作举例说明，这并不意味着本实用新型所应用的具体实例只能局限在特定的流程或实施例结构中，本领域的普通技术人员应当了解，上文所提供的具体实施方案只是多种优选用法中的一些示例，任何体现本实用新型权利要求的实施方式均应在本实用新型技术方案所要求保护的范围之内。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，包括：偶数组的射频前端收发组件；

所述射频前端收发组件包括：小型化收发天线、极化转换器、第一通道滤波器、第二通道滤波器、AGC接收模组、ALC发射模组；

所述小型化收发天线依次通过所述极化转换器、所述第一通道滤波器与所述AGC接收模组的输入端相连；所述ALC发射模组的输出端依次通过所述第二通道滤波器、所述极化转换器与所述小型化收发天线相连；

所述AGC接收模组包括第一平衡放大器、第一电调衰减器、第二平衡放大器、第一耦合器和第一直流处理电路；

所述第一平衡放大器的输入端为所述AGC接收模组的输入端，输出端与所述第一电调衰减器的输入端相连；所述第一电调衰减器的输出端通过所述第二平衡放大器与所述第一耦合器的输入端相连；所述第一耦合器的耦合输出端通过所述第一直流处理电路与所述第一电调衰减器的控制端相连；所述第一耦合器的主输出端为所述AGC接收模组的输出端；

所述ALC发射模组包括第二电调衰减器、第三平衡放大器、第四平衡放大器、第二耦合器和第二直流处理电路；

所述第二电调衰减器的输入端为所述ALC发射模组的输入端，所述第二电调衰减器的输出端与所述第三平衡放大器的输入端相连；所述第三平衡放大器的输出端通过所述第四平衡放大器与所述第二耦合器的输入端相连；所述第二耦合器的耦合输出端通过所述第二直流处理电路与所述第二电调衰减器的控制端相连，所述第二耦合电路的主输出端为所述ALC发射模组的输出端。

2.根据权利要求1所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述第一电调衰减器和所述第二电调衰减器均为匹配型PIN二极管电调衰减器；

所述电调衰减器包括：传输线以及所述传输线引出的偏置线、N个PIN二极管和两个串联电阻；在所述传输线上间隔四分之一波长的N个节点处分别同向连接一个PIN二极管的正极，且PIN二极管的负极接地；其中，两侧的两个PIN二极管分别串联一个所述串联电阻后接地；

其中，2≤N≤6，且N个所述PIN二极管为相同的PIN二极管。

3.根据权利要求1所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述第一平衡放大器、第二平衡放大器、第三平衡放大器、第四平衡放大器为结构相同的平衡放大器，包括：第一3dB正交电桥、第二3dB正交电桥、IC放大器件、第一电阻和第二电阻；

所述第一3dB正交电桥的耦合端和直通端分别与所述IC放大器件的两个输入端相连；所述第二3dB正交电桥的耦合端和直通端分别与所述IC放大器件的两个输出端相连；

所述第一3dB正交电桥的隔离端通过第一电阻后接地，所述第二3dB正交电桥的隔离端通过第二电阻后接地；

所述第一3dB正交电桥的输入端为所述平衡放大器的输入端，所述第二3dB正交电桥的输出端为所述平衡放大器的输出端。

4.根据权利要求1所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述小型化收发天线包括：辐射片、介质层、缝隙天线基板和反射腔；

所述介质层设置于所述辐射片与所述缝隙天线基板的正面之间，且所述介质层的介电常数大于空气的介电常数；

所述缝隙天线基板采用高介电常数基片，且所述高介电常数基片的介电常数大于3.5；

所述反射腔设置于所述缝隙天线基板的反面。

5.根据权利要求4所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述缝隙天线基板包括高介电常数基片、微槽缝隙和传输线；

所述微槽缝隙设置于所述高介电常数基片的正面，所述传输线设置于所述高介电常数基片的反面；

所述传输线包括微带线、共面线、带状线、槽线；所述传输线作为两路极化正交的交叉线极化天线的传输线，所述两路极化正交的交叉线极化天线的传输线的外端分别与相移90度等功率分配器的两个输入端相连，所述相移90度等功率分配器的两路输出端向外输出两路交叉圆极化天线信号，且两路交叉圆极化天线分别作为所述小型化收发天线的接收端和发射端；所述交叉线极化天线的传输线激励微槽缝隙。

6.根据权利要求5所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于， 所述两路交叉线极化天线的传输线分别通过等分功分器分成四路传输线支路，所述传输线支路分别激励所述微槽缝隙的各段缝隙；

所述相移90度等功率分配器的两个输入端跨接在所述两路极化正交的交叉线极化天线传输线的输出端。

7.根据权利要求4所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述介质层和所述高介电常数基片的介电常数的取值范围为：

3.5＜E＜10；1＜F＜10；

其中，E为高介电常数基片的介电常数，F为介质层的介电常数。

8.根据权利要求1所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述第一通道滤波器和所述第二通道滤波器为结构相同的低损耗高选择性多腔滤波器；

所述低损耗高选择性多腔滤波器为分布式耦合滤波器，包括：谐振腔主体、盖板、内导体、谐振频率调节螺钉、输入输出接口装置；所述主体为平行一体的矩形腔，盖板位于矩形腔两端，主体中具有偶数个谐振腔，其谐振腔为梳形对称的分布式耦合腔，所述谐振频率调节螺钉设置在滤波器的背面；或者

所述低损耗高选择性多腔滤波器为分布式耦合与集中式耦合相结合的滤波器，包括：谐振腔主体、盖板、内导体、谐振频率调节螺钉、输入输出接口装置；所述主体为平行一体的偶数列矩形腔，盖板位于矩形腔两端，主体中具有偶数个谐振腔，其两边的谐振腔为梳形对称的分布式耦合腔，中间部位的两个谐振腔为集中式耦合的同轴谐振腔，所述谐振频率调节螺钉设置在滤波器的背面。

9.根据权利要求8所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所有的所述通道滤波器并列分布，组成多通道滤波器；所述AGC接收模组和所述ALC发射模组交替并列分布，组成多通道有源收发组件；

所述微型化结构MiMo射频前端组件为一体化结构的MiMo射频前端组件，所述多通道有源收发组件设置在所述小型化收发天线背面和所述多通道滤波器正面之间；

所述一体化结构的MiMo射频前端组件还包括固定支架；所述固定支架设置在所述多通道滤波器和所述多通道有源收发组件的两端，且所述固定支 架的表面均匀布设有导热片。

10.根据权利要求1-9任一所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述AGC接收模组和所述ALC发射模组均为使用厚膜工艺来实现的分布参数电路。

11.根据权利要求10所述的微型化结构MiMo射频前端组件，其特征在于，所述AGC接收模组和所述ALC发射模组设置于PCB基板上，且所述PCB基板的介电常数大于3.5。