CN208240859U - 一种Massive MIMO阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Massive MIMO阵列天线，包括天线单元、塑料支撑柱、PCB板、射频连接器和贴片元件；PCB板由双面覆铜板压合而成，包含三层铜层，其中顶层形成接地层，中层形成校准网络信号层，底层形成馈电网络信号层；射频连接器和贴片元件焊接在馈电网络信号层上；校准网络信号层与馈电网络信号层通过金属化盲孔连接；塑料支撑柱安装在接地层上，用以支撑天线单元；位于接地层上的天线单元的正下方投影区域开有缝隙，缝隙用以耦合馈电，以实现天线单元的激励；接地层作为校准网络信号层和馈电网络信号层的共同接地层，以实现电流回路。本实用新型结构简单，易于工程实现，适合大批量生产，并且降低了生产成本。

Description

一种Massive MIMO阵列天线

技术领域

本实用新型属于天线及通信技术领域，尤其涉及一种Massive MIMO阵列天线。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，高速数据业务以及无处不在接入的需求正呈现出一种爆炸式的增长。根据预测到2020年，业务量将为目前业务量的1000 倍，基于此，需要提升宽带无线接入网的能力，适应未来用户业务需求。

针对宽带无线接入的需求，目前欧盟、中国、日本、美国等均启动了第五代移动通信系统的需求与关键技术研究。从2G/3G到4G，每一代系统的更新，都伴随着新技术的更新，都是为了解决当时最主要的需求。5G(后4G)时代，小区越来越密集，对容量、耗能和业务的需求越来越高。提升网络吞吐量的主要手段包括提升点到点链路的传输速率、扩展频谱资源、高密度部署的异构网络；对于高速发展的数据流量和用户对带宽的需求，现有4G蜂窝网络的多天线技术(8端口MU-MIMO)很难满足需求。最近的研究表明，在基站端采用超大规模天线阵列(比如数百个天线或更多)可以带来很多的性能优势。这种基站采用大规模天线阵列的MU-MIMO被称为大规模天线阵列系统(Large Scale Antenna System，或称为MassiveMIMO)。

现有技术方案主要有：

方案1：采用两块双层PCB板，一块用来布置校准网络，另外一块用来布置馈电网络，两块板子用同轴电缆或者板对板连接器相连。

方案2：采用一块双层板，顶层为接地层，并将校准网络信号层和馈电网络信号层做在底层，或者馈电网络连接部也在接地层。

方案1的缺点在于：成本高，且整体结构剖面高，两块板子之间需要留有空间，用来布置同轴电缆或者连接器。

方案2的缺点在于：由于校准网络信号层相对密集，底层的射频连接器在布局上，只能安排在固定区域，无法摆放在任意指定位置。与射频模块在对接时，会出现端口无法准确对位的情况。第二，校准网络信号层位于PCB板的最外层，会受到外界的电磁干扰，严重影响校准网络信号层的工作，造成射频性能下降。

实用新型内容

本实用新型的目的是为5G技术提供一种Massive MIMO阵列天线，具有结构形式简单、易于工程实现、适合大批量生产和降低生产成本的特点。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种Massive MIMO阵列天线，包括天线单元、塑料支撑柱、PCB板、射频连接器和贴片元件；所述PCB板由双面覆铜板压合而成，包含三层铜层，其中顶层形成接地层，中层形成校准网络信号层，底层形成馈电网络信号层；所述射频连接器和所述贴片元件焊接在所述馈电网络信号层上；所述校准网络信号层与所述馈电网络信号层通过金属化盲孔连接；所述塑料支撑柱安装在所述接地层上，用以支撑所述天线单元；位于所述接地层上的所述天线单元的正下方投影区域开有缝隙，所述缝隙用以耦合馈电，以实现所述天线单元的激励；所述接地层作为所述校准网络信号层和所述馈电网络信号层的共同接地层，以实现电流回路。

可选的，所述校准网络信号层包括校准网络通路、功分器、定向耦合器和馈电网络连接部；所述馈电网络信号通过所述金属化盲孔与所述馈电网络连接部连接；所述校准网络通路通过若干所述功分器进行级联，并通过所述定向耦合器与所述馈电网络连接部完成信号耦合；所有所述校准网络通路的耦合信号合并流入到校准网络接口，通过贴片连接器与RF模块连接；所述馈电网络连接部的末端拐角与所述缝隙连接。

可选的，所述天线单元采用贴片天线或者偶极子天线。

可选的，所述射频连接器采用盲插贴片的形式焊接在所述馈电网络信号层上。

可选的，所述贴片元件为贴片电阻，所述贴片电阻用于所述校准网络通路之间的级联。

可选的，每四个所述天线单元由一块PCB构成，该PCB两端与所述PCB 板通过塑料螺柱固定连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用三层板的设计方案，极大地降低了设计成本，并依然能够获得良好的性能，将校准网络信号层置于中间层，即保证了校准网络通路不受到外界电磁干扰，又能对天线阵列实现良好的馈电和幅度相位校准；同时，将馈电网络信号层放置于最下面一层，使得馈电网络信号层的布局适配射频连接器端口布局，并将馈电网络信号层通过金属化盲孔过渡到中间的校准网络信号层，实现天线单元的耦合馈电。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的Massive MIMO阵列天线的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的PCB板的侧面结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的接地层的俯视图；

图4为本实用新型一实施例的校准网络信号层的结构示意图；

图5为本实用新型一实施例的校准网络信号层的局部示意图；

图6为本实用新型一实施例的校准网络信号层的信号流向图；

图7为本实用新型一实施例的馈电网络信号层的结构及信号流向图；

图8为本实用新型一实施例的三层PCB透视图；

图9为本实用新型一实施例的Massive MIMO阵列天线的整体透视图；

图10为本实用新型一实施例的4个4*4阵列天线模块组成的8*8阵列天线示意图；

图11为本实用新型一实施例的8*8阵列天线的V面方向图；

图12为本实用新型一实施例的8*8阵列天线的H面方向图。

图中，1-天线单元；2-塑料支撑柱；3-PCB板；4-射频连接器；5-贴片元件；31-接地层；32-校准网络信号层；33-馈电网络信号层；34-金属化盲孔； 321-校准网络通路；322-定向耦合器；323-馈电网络连接部。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。

如图1所示，一种Massive MIMO阵列天线，包括天线单元1、塑料支撑柱2、PCB板3、射频连接器4和贴片元件。天线单元1是贴片天线，用PCB 印刷电路板制成，或者用LDS工艺的塑料基材制成，可以较好的减轻大规模阵列的重量；天线单元也可以采用偶极子天线形式，或者其他形式。其中，贴片元件5为贴片电阻，用于校准网络通路之间的级联。

如图2所示，PCB板3是三层板，由两块双面覆铜板压合而成，包含三层铜层。从上至下三层铜层分别是：接地层31、校准网络信号层32和馈电网络信号层33。其中，接地层31作为校准网络信号层32和馈电网络信号层33 的共同接地层，以实现电流回路。此外，校准网络信号层32和馈电网络信号层33通过金属化盲孔34连接，其目的是：射频连接器4馈入的信号通过馈电网络信号层33，经由金属化盲孔34进入校准网络信号层32，然后激励接地层 31的缝隙，电磁能量通过天线单元辐射出去。射频连接器4和贴片元件5焊接在馈电网络信号层33上。

如图3所示，本实用新型的PCB板的接地层的俯视图。在每个天线单元 1的正下方投影区域，接地层31上开有缝隙，通过缝隙耦合馈电，实现天线单元1的激励。

如图4-6所示，为4*4阵列天线的校准网络信号层32。校准网络通路321 通过若干Wilkinson功分器进行级联，并通过定向耦合器322与馈电网络连接部323完成信号耦合。信号通过金属化盲孔34进入校准网络信号层32，带符号a的箭头为信号流方向，最终流向馈电网络连接部323的末端拐角，最后通过顶层的缝隙实现能量泄露，感应到贴片天线。同时，信号的少部分通过定向耦合器322进入校准网络信号层32，带符号b的箭头为校准网络通路321的耦合信号流方向，最终所有的支路的耦合信号合并流入到校准网络接口，通过贴片连接器与RF模块相连。

如图7所示，本实用新型的馈电网络信号层33。将馈电网络信号层33布置于最下层，则可以任意设计馈电网络走线布局，使得天线端口的连接器位置可以任意摆放，满足各种情况下的射频模块接口匹配。信号从最下面的馈电网络信号层33通过射频连接器4进入，在馈电网络信号层33的末端通过金属化盲孔进入第二层的校准网络信号层32。其中，射频连接器4采用盲插贴片的形式焊接在馈电网络信号层33上，但不限于此。

如图8所示，本实用新型的4*4阵列天线模块的三层PCB的透视图。

如图9所示，本实用新型的4*4阵列天线的整体透视图。校准网络信号层的信号通过接地层的长方形缝隙，感应到顶层天线，完成辐射。为了安装方便，天线单元可以由4块PCB构成，两端设有塑料螺钉的安装孔位，该PCB与下方的三层PCB(接地层31、校准网络信号层32和馈电网络信号层33)通过塑料螺柱相连。

如图10所示，将4*4阵列天线模块进行复制排列，可以得到更大规模的 8*8阵列天线。

如图11和12所示，本实用新型提供的一种Massive MIMO阵列天线极大降低了设计成本，并依然能够获得良好的性能，保证提升宽带无线接入网的能力，适应未来用户业务需求。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种Massive MIMO阵列天线，其特征在于，包括天线单元、塑料支撑柱、PCB板、射频连接器和贴片元件；所述PCB板由双面覆铜板压合而成，包含三层铜层，其中顶层形成接地层，中层形成校准网络信号层，底层形成馈电网络信号层；所述射频连接器和所述贴片元件焊接在所述馈电网络信号层上；所述校准网络信号层与所述馈电网络信号层通过金属化盲孔连接；所述塑料支撑柱安装在所述接地层上，用以支撑所述天线单元；位于所述接地层上的所述天线单元的正下方投影区域开有缝隙，所述缝隙用以耦合馈电，以实现所述天线单元的激励；所述接地层作为所述校准网络信号层和所述馈电网络信号层的共同接地层，以实现电流回路。

2.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO阵列天线，其特征在于，所述校准网络信号层包括校准网络通路、功分器、定向耦合器和馈电网络连接部；所述馈电网络信号通过所述金属化盲孔与所述馈电网络连接部连接；所述校准网络通路通过若干所述功分器进行级联，并通过所述定向耦合器与所述馈电网络连接部完成信号耦合；所有所述校准网络通路的耦合信号合并流入到校准网络接口，通过贴片连接器与RF模块连接；所述馈电网络连接部的末端拐角与所述缝隙连接。

3.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO阵列天线，其特征在于，所述天线单元采用贴片天线或者偶极子天线。

4.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO阵列天线，其特征在于，所述射频连接器采用盲插贴片的形式焊接在所述馈电网络信号层上。

5.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO阵列天线，其特征在于，所述贴片元件为贴片电阻，所述贴片电阻用于所述校准网络通路之间的级联。

6.根据权利要求1所述的一种Massive MIMO阵列天线，其特征在于，每四个所述天线单元由一块PCB构成，该PCB两端与所述PCB板通过塑料螺柱固定连接。