CN210693947U - 校准电路、校准网络和智能天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种校准电路、校准网络和智能天线，包括功率分配网络模块以及多个定向耦合器。功率分配网络模块的各分支端口与各定向耦合器的一端一一对应电连接。定向耦合器包括耦合相连的第一耦合段和第二耦合段。第一耦合段用于电连接至智能天线端口和天线阵列之间。第二耦合段的一端电连接功率分配网络模块的分支端口，第二耦合段的另一端接地。其中，第一耦合段的特性阻抗小于第二耦合段的特性阻抗，且第一耦合段的电长度大于第二耦合段的电长度。通过对校准电路中的各定向耦合器进行改造，由特性阻抗一大一小且电长度不同的两个耦合段组成非对称的定向耦合器，与功率分配网络模块组成新的校准电路，大幅提高了校准网络小型化程度。

Description

校准电路、校准网络和智能天线

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别是涉及一种校准电路、校准网络和智能天线。

背景技术

随着移动通信技术的发展，移动通信发展到了5G时代。在5G普遍商用后，4G和5G网络并存的状态将维持较长一段时间。4G网络制式主要为FDD(Frequency DivisionDuplexing，频分双工)与TDD(Time Division Duplexing，时分双工)。移动4G网络主要是TDD制式的，而TDD制式通信覆盖需要用到大量的智能天线，因此这些智能天线的应用需求量仍将保持较高的水平。

在智能天线中，校准网络是智能天线的核心部件，用于采集智能天线中单元天线的幅度和相位信号，以补偿基站处理器和天线连接时产生的幅度和相位偏差。传统的智能天线的校准网络多采用平面PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)结构。然而，在实现本实用新型过程中，发明人发现传统校准网络存在着小型化程度不高的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统校准网络所存在的问题，提供一种能够大幅提高校准网络小型化程度的校准电路，一种校准网络以及一种智能天线。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供以下技术方案：

一方面，提供一种校准电路，包括功率分配网络模块以及多个定向耦合器，功率分配网络模块的各分支端口与各定向耦合器的一端一一对应电连接；

定向耦合器包括耦合相连的第一耦合段和第二耦合段，第一耦合段用于电连接至智能天线端口和天线阵列之间，第二耦合段的一端电连接功率分配网络模块的分支端口，第二耦合段的另一端接地；

其中，第一耦合段的特性阻抗小于第二耦合段的特性阻抗，且第一耦合段的电长度大于第二耦合段的电长度。

在其中一个实施例中，上述的校准电路还包括接地电阻，第二耦合段的另一端通过接地电阻接地。

在其中一个实施例中，第一耦合段的特性阻抗为50欧姆，接地电阻为100欧姆电阻。

在其中一个实施例中，第一耦合段的电长度为通用设计长度，第二耦合段的电长度等于或小于通用设计长度的四分之一。

在其中一个实施例中，功率分配网络模块包括多个级联的功率分配器，级联末端的功率分配器的分支端口电连接第二耦合段的一端。

在其中一个实施例中，功率分配器为威尔金森功分器。

在其中一个实施例中，上述的校准电路还包括多个调相枝节阵列，各调相枝节阵列分别设置在功率分配网络模块的各分支端口与各相应第二耦合段的一端的连接部上。

另一方面，还提供一种校准网络，包括信号分流电路和上述的校准电路，校准电路的校准口电连接信号分流电路。

在其中一个实施例中，校准电路和信号分流电路设置在电路板的一板面。

又一方面，还提供一种智能天线，包括上述的校准网络。

上述各技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

上述校准电路、校准网络和智能天线，通过对校准电路中的各定向耦合器进行改造，由特性阻抗一大一小且电长度不同的两个耦合段组成非对称的定向耦合器，与功率分配网络模块组成新的校准电路。由于定向耦合器的两个耦合段中，第二耦合段为高阻抗耦合段且电长度缩短，因此可以有效减小第二耦合段的带线宽度，且大幅缩小了两个耦合段之间的耦合缝隙宽度，优化带线的布局走线，从而大大减少耦合器所占空间，显著节约天面空间，使得校准电路的结构更加紧凑，能够大幅提升整个校准网络的小型化程度；而且，采用上述结构的定向耦合器能够减少表面波的产生，抗干扰能力更强。

附图说明

图1为传统的校准网络中采用的定向耦合器的结构示意图；

图2为一个实施例中校准电路的第一结构示意图；

图3为一个实施例中校准电路的第二结构示意图；

图4为一个实施例中校准电路的第三结构示意图；

图5为一个实施例中校准电路的第四结构示意图；

图6为一个实施例中校准网络的电路结构示意图；

图7为另一个实施例中校准网络的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的是传统的校准网络中采用的定向耦合器的结构示意图，可见传统的定向耦合器的由两段电长度相同且特性阻抗也相同的耦合段组成，其中，P1至P4分别表示定向耦合器的各端口，S1表示定向耦合器的耦合缝隙宽度。一般地，传统的定向耦合器的两个耦合段均是采用四分之波长的电长度的耦合段，且在一些应用场合中，还会将耦合段加工成非直线形状的耦合段，例如锯齿状耦合段、交指线形耦合段或者波浪形耦合段，以增大定向耦合器的耦合电长度，以便减小微带线由于混合介质而产生的相速不平衡，增大定向耦合器的定向性，减小天线端能量反馈对校准网络耦合度的影响，进而提高校准网络的定向性，以及幅相抗干扰性；传统的定向耦合器通过对功率分配网络模块合理的利用带线布局，以达到一定程度的结构紧凑与小型化设计效果。然而，随着域内技术的不断发展和应用要求的提高，传统的校准网络小型化程度不高的缺陷日益凸显，为此，本申请提供了以下技术方案：

请参阅图2，在一个实施例中，提供了一种校准电路100，包括功率分配网络模块12以及多个定向耦合器14。功率分配网络模块12的各分支端口与各定向耦合器14的一端一一对应电连接。定向耦合器14包括耦合相连的第一耦合段142和第二耦合段144。第一耦合段142用于电连接至智能天线端口和天线阵列之间。第二耦合段144的一端电连接功率分配网络模块12的分支端口，第二耦合段144的另一端接地。其中，第一耦合段142的特性阻抗小于第二耦合段144的特性阻抗，且第一耦合段142的电长度大于第二耦合段144的电长度。

可以理解，功率分配网络模块12为将一路输入信号功率分成两路或多路输出信号功率的功率分配电路，功率分配网络模块12还可以将两路或多路输出信号功率合成一路输入信号功率。功率分配网络模块12可以由本领域中的功分器构成。功率分配网络模块12包括合并端口和多个分支端口，功率分配网络模块12的合并端口用于电连接校准网络中的信号分流电路，功率分配网络模块12与各定向耦合器14配合，用于实现对所属智能天线的校准功能。

定向耦合器14为能够对信号进行耦合的器件，可对智能天线端口传输的信号进行耦合输出给功率分配网络模块12。第一耦合段142可以采用本领域中传统的定向耦合器的耦合段，第二耦合段144则采用特性阻抗相对第一耦合段142要高且电长度缩短的耦合段，从而使得第一耦合段142和第二耦合段144耦合相连后形成非对称的耦合结构，第二耦合段144的带线宽度减小，还可使第一耦合段142和第二耦合段144之间的耦合缝隙减小。最终有效减小定向耦合器14的带线宽度，利于缩小所需应用的校验网络的面积。

任一定向耦合器14与智能天线端口和天线阵列之间的电连接方式，均可以参照本领域中传统的定向耦合器与智能天线端口和天线阵列之间的电连接方式同理理解，本说明书中不再一一展开描述。功率分配网络模块12与信号分流电路的电连接方式同理，也可参照本领域中传统的功率分配网络模块12与信号分流电路的电连接方式同理理解。智能天线端口可以用于传输基站处理器传输的射频信号。天线阵列为本领域中能够有效辐射或接收无线电波的器件，天线阵列可包括1个振子，也可包括多个振子，具体可以由实际应用的智能天线的设计要求确定。

具体的，在实际应用中，基站处理器通过智能天线端口接入校准电路100，向定向耦合器14的第一耦合段142发送射频信号，射频信号通过第一耦合段142传输给天线阵列进行发射。第一耦合段142在向天线阵列传输射频信号过程中，基于第一耦合段142与第二耦合段144的耦合作用，部分射频信号耦合传输给功率分配网络模块12，用于对智能天线进行校准。基于各定向耦合器14均为非对称耦合结构的耦合器，因此，在传输射频信号过程中，定向耦合器14可以减少表面波的产生，使得校准电路100的抗干扰性能更强。

上述校准电路100，通过对校准电路中的各定向耦合器14进行改造，由特性阻抗一大一小且电长度不同的两个耦合段组成非对称的定向耦合器14，与功率分配网络模块12组成新的校准电路。由于定向耦合器14的两个耦合段中，第二耦合段144为高阻抗耦合段且电长度缩短，因此可以有效减小第二耦合段144的带线宽度，且大幅缩小了两个耦合段之间的耦合缝隙宽度，优化带线的布局走线，从而大大减少耦合器所占空间，显著节约天面空间，使得校准电路100的结构更加紧凑，能够大幅提升整个校准网络的小型化程度；而且，采用上述结构的定向耦合器14能够减少表面波的产生，抗干扰能力更强。

请参阅图3，在一个实施例中，上述的校准电路100还包括接地电阻16。第二耦合段144的另一端通过接地电阻16接地。

可以理解，第二耦合段144可以采用端接接地电阻16的方式实现高阻抗，接地电阻16的阻值大小可以根据第一耦合段142的特性阻抗大小来确定，只要能够使得第二耦合段144的特性阻抗高于第一耦合段142的特性阻抗，达到所需的耦合效果即可。例如但不限于第一耦合段142采用的是传统的耦合段设计50欧姆匹配的耦合段，则第二耦合段144的特性阻抗可以选择大于50欧姆，通过选择阻值大于50欧姆的接地电阻16与第二耦合段144端接即可实现第二耦合段144的特性阻抗高于第一耦合段142。

通过上述第二耦合段144端接接地电阻16，可以实现以端接高阻的方式，减小带线宽度的效果，且能够有效提升定向耦合器14的耦合效果。

在一个实施例中，第一耦合段142的特性阻抗为50欧姆，接地电阻16为100欧姆电阻。可以理解，在本实施例中，第一耦合段142采用本领域典型的耦合段设计，也即采用50欧姆匹配，方便与天线阵列进行阻抗匹配。相应的，接地电阻16采用典型值100欧姆的电阻，可以使得第二耦合段144的电长度能够远小于第一耦合段142的电长度，方便带线的布局走线，同时减小线间耦合缝隙并减少表面波的产生，抗干扰性更强，能够更好地实现整个校准电路的阻抗匹配。

在一个实施例中，第一耦合段142的电长度为通用设计长度，第二耦合段144的电长度等于或小于通用设计长度的四分之一。

可以理解，通用设计长度是指传统的校准网络中定向耦合器14采用的典型电长度，可以是一种取值，也可以两种或以上的取值，例如上述50欧姆特性阻抗的定向耦合器14，其两个耦合段的电长度均为四分之一波长，可见，通用设计长度可以是四分之一波长。

如此，第二耦合段144的电长度可以等于通用设计长度的四分之一或者更短，例如可以是十六分之一波长或者更短。随着定向耦合器14的第二耦合段144的特性阻抗提高且电长度缩短，第二耦合段144的带线宽度可以变得更小，因此与第一耦合段142耦合相连时形成的耦合缝隙可以调整得更小。以第一耦合段142的电长度为四分之一波长，第二耦合段144的电长度为十六分之一波长为例，传统的定向耦合器的两个耦合段对称，其耦合缝隙宽度为S1，则本实施例中调整设计后的定向耦合器14的耦合缝隙宽度为S可以缩小至S1的十分之三，极大地缩小了耦合段的线宽，从而更有效地缩小定向耦合器14所占用的空间，提升校准电路的小型化程度。

请参阅图4，在一个实施例中，功率分配网络模块12包括多个级联的功率分配器122。级联末端的功率分配器122的分支端口电连接第二耦合段144的一端。

可以理解，各功率分配器122均可包括合并端口以及两个或多个分支端口。级联末端的功率分配器122指的是级联中最后一级的功率分配器122；级联中最后一级包括至少四个功率分配器122。与级联末端相对的是级联首端，级联首端指的是级联中第一级的功率分配器122，级联首端包括一个功率分配器122。功率分配器122可以是本领域中三端口的功分器或电桥，也可以是三端口以上的功分器或电桥，具体可以根据实际应用需要确定。

具体地，级联末端的功率分配器122的分支端口连接第二段的一端；级联首端的功率分配器122的合并端口连接信号分流电路。例如，如图4所示，在本实施例中，定向耦合器14的数量为8个，功率分配网络模块12由7个功率分配器122级联而成。其中，功率分配网络模块12的级联末端包括4个功率分配器122，该4个功率分配器122的分支端口与各定向耦合器14的第二耦合段144的一端一一对应连接。

需要说明的是，在其他应用示例中，还可采用其他数量的定向耦合器14和功率分配器122进行组合应用，只要能够有效实现所需的校准功能和小型化程度要求即可，此处不再展开一一详细论述。通过上述级联的功率分配器122与各定向耦合器14组合设计，可以有效支持智能天线的校准功能同时，校准性能也能得到有效提升。

在一个实施例中，如图4所示，功率分配器122为威尔金森功分器。可以理解，在本实施例中，采用本领域常用的威尔金森功分器来进行级联应用。以一分二的威尔金森功分器为例，七个一分二的威尔金森功分器级联组成一分八的威尔金森功分网络结构，各定向耦合器14的第二耦合段144的一端分别电连接至级联末级的威尔金森功分器的分支端口。

威尔金森功分器包括输入带线1222、差分阻抗变换段1224、隔离电阻1226和输出带线1228，上一级威尔金森功分器的输出带线1228与下一级威尔金森功分器的输入带线1222相连，依次级联构成一分八的威尔金森功分网络。一分八的威尔金森功分网络的末端与定向耦合器14的第二耦合段144一端相连，第二耦合段144另一端则电连接接地电阻16，完成整个校准电路的匹配。

通过上述威尔金森功分器的级联与各定向耦合器14的组合应用，可以简化校准电路100的电路结构，提升幅相抗干扰性能。

请参阅图5，在一个实施例中，上述的校准电路100还包括多个调相枝节阵列18。各调相枝节阵列182分别设置在功率分配网络模块12的各分支端口与各相应第二耦合段144的一端的连接部上。

可以理解，调相枝节阵列182为本领域中常用的调相枝节组成的枝节阵列，可包括多个调相枝节，具体数量可以根据所需的调相效果确定。各个调相枝节均可以是微带线结构。在任一分支端口与第二耦合段144的一端的连接部上，调相枝节阵列182中的各调相枝节的末端与连接部相连，且各调相枝节可以均匀分布在连接部的同一侧，也可以是分为两部分分别均匀分布与连接部的两侧。

具体的，以上述的威尔金森功分器为例，在本实施例中，校准电路100可以由七个威尔金森功分器、八个定向耦合器14和八个调相枝节阵列182组网而成。调相枝节阵列182设于功率分配网络模块12的分支端口与定向耦合器14的一端的连接部上，从而可以在实际制作中调整由于焊接及裁剪电缆所带来的相位误差，实现校准电路100的各个信号通道的相位调节，进一步提高校准效果。

在一个实施例中，调相枝节阵列182包括第一调相枝节、第二调相枝节、第三调相枝节和第四调相枝节。第一调相枝节和第二调相枝节的末端分别电连接至连接部的一侧；第三调相枝节和第四调相枝节的末端分别电连接至连接部的另一侧。其中，第一调相枝节、第二调相枝节、第三调相枝节和第四调相枝节分别是微带线结构。第一调相枝节和第二调相枝节可基于连接部对称排布；第三调相枝节和第四调相枝节可基于连接部对称排布。在另一种应用场景中，第一调相枝节、第二调相枝节、第三调相枝节和第四调相枝节也可以均分布在连接部的同一侧，只要能够实现所需的调相功能均可。

在本实施例中，通过在功率分配网络模块12的分支端口与定向耦合器14的一端的相连部上设备调相枝节阵列182(包括第一调相枝节、第二调相枝节、第三调相枝节和第四调相枝节)，进而实现调节本方案中校准电路100的各个信号通道相位，提高校准效果。

请参阅图6，在一个实施例中，还提供一种校准网络200，包括信号分流电路21和上述的校准电路100。校准电路100的校准口电连接信号分流电路21。

可以理解，信号分流电路21为射频信号和RCU(远程控制单元)控制信号的分流单元，可以是本领域中已有的信号分流电路21。信号分流电路21与校准电路的校准口之间的电连接方式，可以参照传统的信号分流电路21与功率分配网络模块12的之间的电路连接方式同理理解，此处不再一一展开详述。

关于本实施例中校准电路100的具体解释说明，可以参见上述各校准电路100的具体实施例中相应的解释说明进行同理理解，本实施例及后文实施例中不再一一展开赘述。

具体的，信号分流电路21可包括AC耦合电容212、高阻抗带线214、低阻抗带线216、旁路滤波电容218及气体放电管219。AC耦合电容212设置于校准电路的校准口与高阻抗带线214之间，用于隔绝从校准口进入的直流RCU控制信号，使交流的射频信号能够通过。高阻抗带线214与低阻抗带线216串联连接，高阻抗带线214与低阻抗带线216的电长度均约为四分之一波长。旁路滤波电容218以及气体放电管219设置于低阻抗带线216上，且与金属地23相连而构成完成的滤波电路，用于滤除混杂在直流RCU控制信号中的高频交流信号。

从同一校准口进入的射频信号和RCU控制信号进入信号分流电路21后，信号分流电路21将这两种信号相互分离，使射频信号传向校准电路100，而RCU控制信号则传向RCU控制电路，两种信号互不干扰。在一些应用示例中，信号分流电路21中接入的AC耦合电容2121数量可以是但不限于1个，旁路滤波电容218的接入数量可以是两个以上，气体放电管219的接入数量可以是1个，用于提供校准网络所需的防雷击功能，保护后端电路系统。

上述的校准网络200，通过组合应用上述的校准电路100和信号分流电路21，可以有效优化网络中各带线的布局走线，从而大大减少网络中耦合器所占空间，显著节约天面空间，使得校准网络200的结构更加紧凑，能够大幅提升整个校准网络100的小型化程度；而且，采用上述结构的定向耦合器14能够减少表面波的产生，抗干扰能力更强，校准性能更高且制作成本更低。

请参阅图7，在一个实施例中，校准电路100和信号分流电路21设置在电路板30的一板面。

可以理解，电路板可以是陶瓷电路板、铝基电路板或PCB(Printed CircuitBoard，印刷电路板)板等。以电路板为PCB板为例，具体地，校准电路100和信号分流电路21可以一同集成在PCB板的同一板面上，从而使得校准网络100更加集成化，整体结构更加紧凑且能够降低制作成本，达到进一步提升小型化程度的效果。

在一个实施例中，还提供一种智能天线，包括上述的校准网络200。

可以理解，关于本实施例中校准网络200的具体解释说明，可以参见上述各校准网络200的具体实施例中的相应解释说明进行同理理解，此处不再展开赘述。需要说明的是，本领域技术人员可以理解，智能天线的还可以包括其他组成部件，例如但不限于天线阵列，具体可以根据实际应用的智能天线的组成结构来确定。

上述的智能天线通过应用上述的校准网络200，可以有效实现整个天线的小型化设计，且能够降低制作成本。基于上述校准网络200的结构优化设计，还可以有效提升智能天线的幅相一致性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种校准电路，其特征在于，包括功率分配网络模块以及多个定向耦合器，所述功率分配网络模块的各分支端口与各所述定向耦合器的一端一一对应电连接；

所述定向耦合器包括耦合相连的第一耦合段和第二耦合段，所述第一耦合段用于电连接至智能天线端口和天线阵列之间，所述第二耦合段的一端电连接所述功率分配网络模块的分支端口，所述第二耦合段的另一端接地；

其中，所述第一耦合段的特性阻抗小于所述第二耦合段的特性阻抗，且所述第一耦合段的电长度大于所述第二耦合段的电长度。

2.根据权利要求1所述的校准电路，其特征在于，还包括接地电阻，所述第二耦合段的另一端通过所述接地电阻接地。

3.根据权利要求2所述的校准电路，其特征在于，所述第一耦合段的特性阻抗为50欧姆，所述接地电阻为100欧姆电阻。

4.根据权利要求1至3任一项所述的校准电路，其特征在于，所述第一耦合段的电长度为通用设计长度，所述第二耦合段的电长度等于或小于所述通用设计长度的四分之一。

5.根据权利要求4所述的校准电路，其特征在于，所述功率分配网络模块包括多个级联的功率分配器，级联末端的所述功率分配器的分支端口电连接所述第二耦合段的一端。

6.根据权利要求5所述的校准电路，其特征在于，所述功率分配器为威尔金森功分器。

7.根据权利要求1所述的校准电路，其特征在于，还包括多个调相枝节阵列，各所述调相枝节阵列分别设置在所述功率分配网络模块的各分支端口与各相应所述第二耦合段的一端的连接部上。

8.一种校准网络，其特征在于，包括信号分流电路和权利要求1至7任一项所述的校准电路，所述校准电路的校准口电连接所述信号分流电路。

9.根据权利要求8所述的校准网络，其特征在于，所述校准电路和所述信号分流电路设置在电路板的一板面。

10.一种智能天线，其特征在于，包括权利要求8或9所述的校准网络。

Images