CN211791528U - 耦合校准网络电路、阵列天线及基站 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种耦合校准网络电路、阵列天线及基站，所述耦合校准网络电路包括：多个并行的耦合校准通道；每一耦合校准通道均由射频通道端口、滤波器、微带线定向耦合器、开关式连接器和天线单元端口组成；在所述每一通道中，射频通道端口连接到滤波器的输入端；滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联。本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路、阵列天线及基站，通过设置一个开关式连接器，开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，正常工作，连接测试设备时，进行阵列天线方向图测试，便于阵列天线方向图的测量，有效提高了测量精度和效率。

Description

耦合校准网络电路、阵列天线及基站

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种耦合校准网络电路、阵列天线及基站。

背景技术

基于大规模阵列天线的第五代移动通信系统基站可以分为两个部分：一是基带与射频处理模块；二是阵列天线模块，这两部分通过射频连接器扣接在一起组成完整的基站。阵列天线又可分为耦合校准网络和天线单元部分。

现有技术中，随着第五代移动通信基站设备的不断优化、演进，天线滤波器一体化(简称“天滤一体化”)成为下一代设备的主流形态。天滤一体化就是把原本位于基带与射频处理模块中的滤波器放到阵列天线模块上，即，将滤波器插在耦合校准网络的射频通道端口和天线单元端口之间。

但是，由于滤波器相位特性不固定，造成射频通道端口处的射频信号幅度和相位与天线单元端口处的幅度和相位没有相关性，也就不能通过耦合校准网络的射频通道端口的连接器输入射频信号进行方向图测试。因此，如何实现对天滤一体化基站的阵列天线的方向图进行测试，是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种耦合校准网络电路、阵列天线及基站，用于解决现有技术中天滤一体化基站无法对阵列天线的方向图进行测量的技术问题。

为了解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种耦合校准网络电路，包括：

多个并行的耦合校准通道；

每一耦合校准通道均由一个射频通道端口、一个滤波器、一个微带线定向耦合器、一个开关式连接器和一个天线单元端口组成；

在所述每一耦合校准通道中，射频通道端口连接到滤波器的输入端；滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联。

进一步地，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联的具体方式如下：

滤波器的输出端与微带线定向耦合器的输入端口连接；

微带线定向耦合器的直通端口与开关式连接器的工作端口连接；

开关式连接器的输出端口与天线单元端口连接。

进一步地，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联的具体方式如下：

滤波器的输出端与开关式连接器的工作端口连接；

开关式连接器的输出端口与微带线定向耦合器的输入端口连接；

微带线定向耦合器的直通端口与天线单元端口连接。

进一步地，还包括若干个合路器；

每一耦合校准通道中的微带线定向耦合器的耦合端通过所述若干个合路器合成一路后，连接到校准端口。

进一步地，当开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间导通。

进一步地，当开关式连接器的测试端口连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间断开，测试端口和输出端口之间导通。

另一方面，本实用新型实施例提供一种阵列天线，包括上述任一项所述的耦合校准网络电路，以及多个天线单元；

每一耦合校准通道的天线单元端口上连接一个天线单元。

再一方面，本实用新型实施例提供一种基站，包括上述所述的阵列天线，以及基带与射频处理模块；

基带与射频处理模块包括基带处理器、多个射频通道和多个射频通道端口，每一射频通道的一端固定连接到基带处理器上，另一端连接到一个射频通道端口上；

基带与射频处理模块中的一个射频通道端口，和阵列天线中的一个射频通道端口组成一个射频连接器；

基带与射频处理模块和阵列天线通过多个射频连接器相连接。

本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路、阵列天线及基站，通过在滤波器和天线单元端口之间设置一个开关式连接器，滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联，开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，阵列天线正常工作，开关式连接器的测试端口连接测试设备时，进行阵列天线方向图测试，便于阵列天线方向图的测量，有效提高了测量精度和效率。

附图说明

图1为现有技术中阵列天线波束赋形原理示意图；

图2为现有技术中第五代移动通信系统基站组成示意图；

图3为现有技术中耦合校准网络电路组成原理示意图；

图4为现有技术中天线方向图测试原理示意图；

图5为现有技术中天滤一体化基站组成示意图；

图6为本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路组成原理示意图；

图7为本实用新型实施例提供的天滤一体化基站组成示意图；

图8为本实用新型另一实施例提供的耦合校准网络电路组成原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为现有技术中阵列天线波束赋形原理示意图，如图1所示，以直线阵为例，n个天线单元组成一个阵列天线，天线单元之间的距离为d，若要使阵列天线产生θ角指向的赋形波束，则需要将各天线单元射频信号的相差设置为

阵列天线方向图测试就是给不同天线单元输入不同幅度和相位的射频信号，使阵列天线产生不同方向波束，通过天线方向图测量系统得到空间各个方向的信号强度，绘制成二维或三辐射信号强度和方位的关系图。

图2为现有技术中第五代移动通信系统基站组成示意图，如图2所示，基于大规模阵列天线的第五代移动通信系统基站可以分为两个部分：一是基带与射频处理模块；二是阵列天线模块，这两部分通过射频连接器扣接在一起组成完整的基站。阵列天线又可分为耦合校准网络和天线单元部分，耦合校准网络起两个作用：一是把基站的射频通道和对应的阵列天线的天线单元直通连接起来；二是把天线单元的射频信号耦合给校准通道或把校准通道的校准信号耦合到对应的天线单元。为了叙述方便，本文定义耦合校准网络的左端为射频通道端口或校准端口，右端为天线单元端口，耦合校准网络的射频通道端口或校准端口是一个实体连接器插座，耦合校准网络的天线单元端口通过天线单元部分的馈线柱和走线直接与天线单元的辐射振子连接在一起，他们之间没有实体连接器存在。

阵列天线的耦合校准网络实体是一块印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)板，其与天线单元共同组成一幅阵列天线。图3为现有技术中耦合校准网络电路组成原理示意图，如图3所示，一个n通道耦合校准网络由n个微带线定向耦合器和多个合路器组成。

对于阵列天线方向图的测量目前是通过在耦合校准网络的射频通道端口输入不同幅度和相位的射频信号进行的，可以这样做的基础是不同射频通道端口到对应天线单元端口的微带线或带状线长度一样，从射频通道端口输入信号等同于从天线单元处输入信号。图4为现有技术中天线方向图测试原理示意图，如图4所示，射频信号发生器产生同样幅度和相位的信号，经过阵列天线权值分配网络，产生不同幅度和相位的信号输入到阵列天线的耦合校准网络，最终到达不同的天线单元，产生预定的方向图。

但是，随着第五代移动通信基站设备的不断优化、演进，天线滤波器一体化成为下一代设备的主流形态。图5为现有技术中天滤一体化基站组成示意图，如图5所示，天滤一体化就是把原本位于基带与射频处理模块中的滤波器放到阵列天线模块上，即，将滤波器插在耦合校准网络的射频通道端口和天线单元端口之间。与前述非天滤一体化基站的区别在于耦合校准网络上存在滤波器。

由于滤波器相位特性不固定，造成射频通道端口处的射频信号幅度和相位与天线单元端口处的幅度和相位没有相关性，也就不能通过耦合校准网络的射频通道端口的连接器输入射频信号进行方向图测试。

阵列天线方向图的测试实际上是要在天线单元处输入特定幅度和相位的射频信号，目前由于非天滤一体化阵列天线的耦合校准网络各个耦合校准通道的微带线或带状线长度相同，因此射频通道端口处的信号等同于天线单元处的信号，这样可以借助耦合校准网络射频通道端口的连接器，输入特定幅度和相位的射频信号进行方向图的测试。

但是对于天滤一体化阵列天线，由于滤波器相位特性不固定，造成天滤一体阵列天线耦合校准网络射频通道端口处射频信号的幅度和相位与天线单元端口处信号的幅度和相位没有关系，即，如果各射频通道端口处信号幅度和相位相等，各天线单元端口处信号幅度和相位则不相等，采用目前的通过在射频通道端口输入信号测量阵列天线方向图的方法行不通。

图6为本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路组成原理示意图，如图6所示，本实用新型实施例提供一种耦合校准网络电路，包括：

多个并行的耦合校准通道；

每一耦合校准通道均由一个射频通道端口、一个滤波器、一个微带线定向耦合器、一个开关式连接器和一个天线单元端口组成；

在所述每一耦合校准通道中，射频通道端口连接到滤波器的输入端；滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联。

具体来说，本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路，包括：多个并行的耦合校准通道(图6中仅示出一个耦合校准通道作为示例，每一耦合校准通道的结构完全相同)。

每一耦合校准通道均由一个射频通道端口、一个滤波器、一个微带线定向耦合器、一个开关式连接器和一个天线单元端口组成。

在每一耦合校准通道中，射频通道端口连接到滤波器的输入端；滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联。

在本实用新型的一种实施方式中，滤波器的输出端可以先串联微带线定向耦合器，微带线定向耦合器再串联开关式连接器，开关式连接器最后连接到天线单元端口。

在本实用新型的另一种实施方式中，滤波器的输出端可以先串联开关式连接器，开关式连接器再串联微带线定向耦合器，微带线定向耦合器最后连接到天线单元端口。

以上两种方式对天线方向图的测试没有影响，这两种方案在测试结果上是基本一致的。

图7为本实用新型实施例提供的天滤一体化基站组成示意图，如图7所示，该基站包括一个n通道的天滤一体化阵列天线模块，阵列天线模块中开关式连接位于滤波器和微带线定向耦合器之间。在阵列天线正常工作状态时，开关式连接器处于常闭状态，射频通道端口和天线单元端口接通，设备正常工作。当测试阵列天线方向图时，测试电缆插入该开关式连接器的测试端口，该开关式连接器切换为常开触点接通状态，天线单元端口和测试端口接通。

这里n一般为8、16、32、64、256。但并不限于这些通常的大规模阵列天线经常选用的通道个数，这里n应当为正整数。

本实用新型实施例中的开关式连接器可例如常用的MHF-SW18，但并不局限于某种具体型号的开关式连接器，各种插入测试电缆(即可切换开关连接关系的连接器)均属于本专利保护范围。

本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路，通过在滤波器和天线单元端口之间设置一个开关式连接器，滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联，开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，阵列天线正常工作，开关式连接器的测试端口连接测试设备时，进行阵列天线方向图测试，便于阵列天线方向图的测量，有效提高了测量精度和效率。

基于上述任一实施例，进一步地，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联的具体方式如下：

滤波器的输出端与微带线定向耦合器的输入端口连接；

微带线定向耦合器的直通端口与开关式连接器的工作端口连接；

开关式连接器的输出端口与天线单元端口连接。

具体来说，本实用新型实施例中，滤波器的输出端先串联微带线定向耦合器，微带线定向耦合器再串联开关式连接器，开关式连接器最后连接到天线单元端口。

即，如图6所示，滤波器的输出端与微带线定向耦合器的输入端口1连接；微带线定向耦合器的直通端口2与开关式连接器的工作端口5连接；开关式连接器的输出端口6与天线单元端口连接。

图6中的端口4为微带线定向耦合器的耦合端口，端口3为微带线定向耦合器的隔离端口，该隔离端口无输出。图6中的端口7为开关式连接器的测试端口。

本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路，滤波器的输出端先串联微带线定向耦合器，微带线定向耦合器再串联开关式连接器，开关式连接器最后连接到天线单元端口，有利于缩小耦合校准网络电路PCB板的体积，调高系统集成度。

基于上述任一实施例，进一步地，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联的具体方式如下：

滤波器的输出端与开关式连接器的工作端口连接；

开关式连接器的输出端口与微带线定向耦合器的输入端口连接；

微带线定向耦合器的直通端口与天线单元端口连接。

具体来说，本实用新型实施例中，滤波器的输出端先串联开关式连接器，开关式连接器再串联微带线定向耦合器，微带线定向耦合器最后连接到天线单元端口。

图8为本实用新型另一实施例提供的耦合校准网络电路组成原理示意图，即，如图8所示，滤波器的输出端与开关式连接器的工作端口5连接；开关式连接器的输出端口6与微带线定向耦合器的输入端口1连接；微带线定向耦合器的直通端口2与天线单元端口连接。

本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路，滤波器的输出端先串联开关式连接器，开关式连接器再串联微带线定向耦合器，微带线定向耦合器最后连接到天线单元端口，有利于缩小耦合校准网络电路PCB板的体积，调高系统集成度。

基于上述任一实施例，进一步地，还包括若干个合路器；

每一耦合校准通道中的微带线定向耦合器的耦合端通过所述若干个合路器合成一路后，连接到校准端口。

具体来说，本实用新型实施例中，耦合校准网络电路还包括若干个合路器。

每一耦合校准通道中的微带线定向耦合器的耦合端(图6中的端口4)通过若干个合路器合成一路后，连接到校准端口。通过校准端口连接到基带与射频处理模块中的校准通道。

在本实用新型的一种实施方式中，当耦合校准通道的数量较少，可以使用一个合路器进行合路时，直接将每一耦合校准通道中的微带线定向耦合器的耦合端连接到合路器的输入端，将合路器的输出端连接到校准端口。

在本实用新型的另一种实施方式中，使用多个合路器级联的方式进行合路，即，将每一耦合校准通道中的微带线定向耦合器的耦合端连接到第一级合路器的输入端，第一级合路器的输出端连接到第二级合路器的输入端，依次类推，直到合成一路，将最后一级合路器的输出端连接到校准端口。

本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路，将每一耦合校准通道中的微带线定向耦合器的耦合端通过若干个合路器合成一路后，连接到校准端口，能够高效地把天线单元的射频信号耦合给校准通道或把校准通道的校准信号耦合到对应的天线单元，实现对阵列天线的校准。

基于上述任一实施例，进一步地，当开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间导通。

具体来说，本实用新型实施例中，开关式连接器的原理类似于单刀双掷开关。当开关式连接器的测试端口(图6中的端口7)未连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间导通。

本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路，当开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间导通，通过检测开关式连接器的测试端口是否连接测试设备，来触发开关式连接器的导通状态，能够方便、快速地将阵列天线由方向图测量状态切换到正常工作状态。

基于上述任一实施例，进一步地，当开关式连接器的测试端口连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间断开，测试端口和输出端口之间导通。

具体来说，本实用新型实施例中，开关式连接器的原理类似于单刀双掷开关。当开关式连接器的测试端口(图6中的端口7)连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间断开，测试端口和输出端口之间导通。

本实用新型实施例提供的耦合校准网络电路，当开关式连接器的测试端口连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间断开，测试端口和输出端口之间导通，通过检测开关式连接器的测试端口是否连接测试设备，来触发开关式连接器的导通状态，能够方便、快速地将阵列天线由正常工作状态切换到方向图测量状态。

基于上述任一实施例，本实用新型实施例提供一种阵列天线，包括上述任一实施例所述的耦合校准网络电路，以及多个天线单元；每一耦合校准通道的天线单元端口上连接一个天线单元。

具体来说，本实用新型实施例提供的阵列天线中涉及的耦合校准网络电路，与上述任一实施例中所述的耦合校准网络电路相同，此处不再赘述。

本实用新型实施例提供的阵列天线，不仅实现了将滤波器集成到阵列天线中，提高了阵列天线的集成度，而且通过在滤波器和天线单元端口之间设置一个开关式连接器，滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联，开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，阵列天线正常工作，开关式连接器的测试端口连接测试设备时，进行阵列天线方向图测试，便于阵列天线方向图的测量，有效提高了测量精度和效。

基于上述任一实施例，本实用新型实施例提供一种基站，包括上述实施例中所述的阵列天线，以及基带与射频处理模块；基带与射频处理模块包括基带处理器、多个射频通道和多个射频通道端口，每一射频通道的一端固定连接到基带处理器上，另一端连接到一个射频通道端口上；

基带与射频处理模块中的一个射频通道端口，和阵列天线中的一个射频通道端口组成一个射频连接器；

基带与射频处理模块和阵列天线通过多个射频连接器相连接。

具体来说，本实用新型实施例提供的基站中涉及的阵列天线，与上述实施例中所述的阵列天线相同，此处不再赘述。

本实用新型实施例提供的基站，不仅实现了天滤一体化，减小了基站的体积，提供了基站的集成度，而且通过在滤波器和天线单元端口之间设置一个开关式连接器，滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联，开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，阵列天线正常工作，开关式连接器的测试端口连接测试设备时，进行阵列天线方向图测试，便于阵列天线方向图的测量，有效提高了测量精度和效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种耦合校准网络电路，其特征在于，包括：

多个并行的耦合校准通道；

每一耦合校准通道均由一个射频通道端口、一个滤波器、一个微带线定向耦合器、一个开关式连接器和一个天线单元端口组成；

在所述每一耦合校准通道中，射频通道端口连接到滤波器的输入端；滤波器的输出端与天线单元端口之间，通过微带线定向耦合器和开关式连接器连接，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联。

2.根据权利要求1所述的耦合校准网络电路，其特征在于，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联的具体方式如下：

滤波器的输出端与微带线定向耦合器的输入端口连接；

微带线定向耦合器的直通端口与开关式连接器的工作端口连接；

开关式连接器的输出端口与天线单元端口连接。

3.根据权利要求1所述的耦合校准网络电路，其特征在于，微带线定向耦合器和开关式连接器相互串联的具体方式如下：

滤波器的输出端与开关式连接器的工作端口连接；

开关式连接器的输出端口与微带线定向耦合器的输入端口连接；

微带线定向耦合器的直通端口与天线单元端口连接。

4.根据权利要求1所述的耦合校准网络电路，其特征在于，还包括若干个合路器；

每一耦合校准通道中的微带线定向耦合器的耦合端通过所述若干个合路器合成一路后，连接到校准端口。

5.根据权利要求2或3所述的耦合校准网络电路，其特征在于，当开关式连接器的测试端口未连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间导通。

6.根据权利要求2或3所述的耦合校准网络电路，其特征在于，当开关式连接器的测试端口连接测试设备时，开关式连接器的工作端口和输出端口之间断开，测试端口和输出端口之间导通。

7.一种阵列天线，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的耦合校准网络电路，以及多个天线单元；

每一耦合校准通道的天线单元端口上连接一个天线单元。

8.一种基站，其特征在于，包括权利要求7所述的阵列天线，以及基带与射频处理模块；

基带与射频处理模块包括基带处理器、多个射频通道和多个射频通道端口，每一射频通道的一端固定连接到基带处理器上，另一端连接到一个射频通道端口上；

基带与射频处理模块中的一个射频通道端口，和阵列天线中的一个射频通道端口组成一个射频连接器；

基带与射频处理模块和阵列天线通过多个射频连接器相连接。

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