CN212908106U - 一种应用于5g通信的大规模密集阵天线 - Google Patents
一种应用于5g通信的大规模密集阵天线 Download PDFInfo
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Abstract
一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，主要包括天线罩、天线阵列、校准网络、支撑底板；所述天线阵列包含四个可灵活拼接的子模块，分别由辐射单元、馈电功分板、馈电转接片、隔离板等组成；所述校准网络包含两个可拼接的子模块，分别由耦合校准板、射频连接器、贴片电阻等组成；该天线阵列和校准网络通过紧固铆钉分别固定于支撑底板的正面和背面，并通过馈电转接片实现天线阵列和校准网络相应端口间信号的转接导通。本实用新型采用模块化拼接设计简化了作业工序，提高了电气指标的一致性以及生产效率；本实用新型具有优异的端口一致性，确保了天线的三维空间波束赋形精度，进而大幅提高无线通信系统容量，满足5G通信系统工作的需要。
Description
技术领域
本实用新型属于移动通信及无线通信技术领域，具体涉及一种应用于5G通信的大规模密集阵天线。
背景技术
近年来无线通信技术的迅速发展以及4G网络覆盖的成熟，各种通信应用也不断涌现，这些应用极大的影响着社会的各行各业，同时带动了无线数据相关产业的迅速增长，如人工智能、无人驾驶、大数据采集，VR虚拟现实、物联网等，这些通信应用要求实时传输，稳定可靠的通信质量以及产生大量数据，这对通信系统提出了更高的技术要求。
为了满足日益增长的海量数据及高速率、低延迟、稳定的通信质量需求，下一代通信系统——5G通信，已逐渐成为移动通信行业的研究热点。作为5G通信系统核心技术之一的大规模阵天线系统(Massive MIMO)利用空分多址(SDMA)技术，可在同一时频资源上服务多个用户，同时利用大规模天线阵列带来的巨大阵列增益和干扰抑制增益，使得小区总频谱增益和边缘用户的频谱效率得到了极大的提升。
目前，5G通信用的大规模阵天线的研究也面临诸多的问题与挑战，例如通讯设备的小型化、定制化趋势对天线尺寸及外形做出极大限制，如何在有限的空间内实现通信系统对天线性能指标的要求是对所有研究人员提出的挑战。
现有的大规模阵天线在设计上存在着一些技术难点，如：天线阵元的增加导致天线阵面结构复杂给批量生产和一致性带来挑战；阵元间距的减小带来了隔离指标的恶化以及方向图畸变；天线端口数的增加导致端口一致性指标难以实现。
因此，设计一种结构简单，性能稳定，方向图等电气参数特性优异的应用于5G通信大规模密集阵的天线成为迫切需求。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本实用新型目的在于提供一种应用于5G通信的大规模密集阵天线。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供的技术方案是：一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，由上至下依次包括天线罩、天线阵列、校准网络和支撑底板；所述天线阵列包含四个可拼接的子阵列模块，分别由辐射单元、馈电功分板、馈电转接片和隔离板等组成；所述校准网络包含两个可拼接的子模块，分别由耦合校准板、射频连接器、贴片电阻组成；天线阵列和校准网络通过紧固铆钉分别固定于支撑底板的正面和背面，并通过馈电转接片实现天线阵列和校准网络相应端口间信号的转接导通。
优选的技术方案为：所述天线阵列由四个独立的、在垂直方向上可灵活拼接的子阵列模块组成，所述子阵列模块之间的中心距相同。
优选的技术方案为：所述子阵列模块均包含两个以上相同的天线子阵，该天线子阵在水平方向上平行或错位排列，天线子阵之间的排列间距相同。
优选的技术方案为：所述天线子阵包含1～3个天线阵元及相应的馈电功分网络，该天线阵元在垂直方向上直线排列，且天线阵元间距相同，每个天线阵元包含两个正交的±45°极化端口。
优选的技术方案为：所述天线子阵位于馈电功分网络上方，天线子阵内的天线阵元通过插接方式与馈电功分网络相连；天线子阵内的每个天线阵元有其特定的幅度、相位赋形权值，且该相位赋形权值通过与其连接的馈电功分网络来实现，进而形成天线子阵的初始波束赋形。
优选的技术方案为：所述校准网络由两个可独立拼接的子模块组成，分别为校准模块一和校准模块二；校准模块一和校准模块二拼接相切的边上设置有凹凸拼接槽；凹凸拼接槽用于控制校准模块一和校准模块二在水平和垂直方向上的精确定位。
优选的技术方案为：所述校准网络的耦合校准板为PCB板，所述耦合校准板正面的金属地覆铜区设置有绿油层，所述耦合校准板正面的焊盘区焊接有端口连接器和所述贴片电阻；所述耦合校准板反面的金属地覆铜区设置有化锡层，所述耦合校准板的反面与所述支撑底板相连。
优选的技术方案为：所述校准模块一的正面设置有一个校准端口连接器CAL-A和两组天线端口连接器；所述校准模块二的正面设置有一个校准端口连接器CAL-B和两组天线端口连接器；每组天线端口连接器水平排列设置且数量大于4个。
优选的技术方案为：所述天线阵列的子阵列模块从左至右依次为第一阵列模块、第二阵列模块、第三阵列模块、第四阵列模块，所述第一阵列模块、第二阵列模块与所述校准模块一连接，所述第三阵列模块、第四阵列模块与所述校准模块二连接；所述天线子阵与所述天线端口连接器数量相同且彼此一一对应设置。
优选的技术方案为：所述支撑底板位于天线阵列和校准网络中间，三者通过固定铆钉紧密相连；所述支撑底板上开设有辐射单元接地避让孔、连接器及电阻焊盘避让孔、馈电转接片内嵌避让孔。
优选的技术方案为：所述馈电转接片为PCB板且分别与所述馈电功分板、耦合校准板插接设置，所述馈电转接片与天线端口连接器数量相同；所述馈电转接片的正、反面均设置金属覆铜区；所述正面的金属覆铜区一端与所述馈电功分网络模块的总端口相连，另一端与所述子模块的对应端口相连，实现信号转接互通；所述反面的金属覆铜区分别与所述馈电功分板、耦合校准板的金属地覆铜区相连，实现信号的共地。
优选的技术方案为：所述隔离板上设置有多段插接片，所述隔离板通过所述插接片插接并焊接固定在所述馈电功分板上。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：
本实用新型采用模块化拼接设计简化了作业工序，提高了电气指标的一致性以及生产效率；能在不同的应用场景下依然有很好的电路参数特性及方向图辐射特性，满足5G通信系统对天线性能的需要；本实用新型具有优异的端口一致性，确保了天线的三维空间波束赋形精度，进而大幅提高无线通信系统容量，满足5G通信系统工作的需要；具有结构可靠、工艺简单、成本适中、性能稳定、指标优异、端口一致性好的特点，满足批量化生产的需要。
附图说明
图1为本实用新型爆炸示意图。
图2为子阵列模块与子模块对接示意图。
图3为子阵列模块示意图。
图4为子模块示意图。
图5为辐射单元与馈电功分板安装示意图。
图6为馈电功分板、耦合校准板、馈电转接片安装示意图。
图7为耦合校准板与端口连接器安装示意图。
图8为本实用新型正视示意图。
图9为本实用新型侧视示意图。
图10为本实用新型后视示意图。
图11为本实用新型俯视示意图。
图12为A-A剖视示意图。
以上附图中，天线罩1，天线阵列2，馈电功分板21，辐射单元22，馈电转接片23，子阵列模块24，天线子阵241，天线阵元242，第一阵列模块243，第二阵列模块244，第三阵列模块245，第四阵列模块246，支撑底板3，校准网络4，子模块41，耦合校准板411，端口连接器412，校准模块一414，校准模块二415，凸模416，凹槽417。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1～图12。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
实施例：如图1～图12所示，一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，由上至下依次包括天线罩1、天线阵列2、校准网络4和支撑底板3；天线阵列2包含四个可拼接的子阵列模块24，分别由辐射单元22、馈电功分板21、馈电转接片23和隔离板等组成；校准网络4 包含两个可拼接的子模块41，分别由耦合校准板411、射频连接器、贴片电阻组成；天线阵列2和校准网络4通过紧固铆钉分别固定于支撑底板3的正面和背面，并通过馈电转接片23 实现天线阵列2和校准网络4相应端口间信号的转接导通。
优选的实施方式为：如图3所示，天线阵列2由四个独立的、在垂直方向上可灵活拼接的子阵列模块24组成，子阵列模块24之间的中心距相同。
优选的实施方式为：如图2所示，子阵列模块24均包含两个以上相同的天线子阵241，该天线子阵241在水平方向上平行或错位排列，天线子阵241之间的排列间距相同。
优选的实施方式为：如图2所示，天线子阵241包含1～3个天线阵元242及相应的馈电功分网络，该天线阵元242在垂直方向上直线排列，且天线阵元242间距相同，每个天线阵元242包含两个正交的±45°极化端口。
优选的实施方式为：天线子阵241位于馈电功分网络上方，天线子阵241内的天线阵元 242通过插接方式与馈电功分网络相连；天线子阵241内的每个天线阵元242有其特定的幅度、相位赋形权值，且该相位赋形权值通过与其连接的馈电功分网络来实现，进而形成天线子阵241的初始波束赋形。
优选的实施方式为：如图4所示，校准网络4由两个可独立拼接的子模块41组成，分别为校准模块一414和校准模块二415；校准模块一414和校准模块二415拼接相切的边上设置有凹凸拼接槽；凹凸拼接槽用于控制校准模块一414和校准模块二415在水平和垂直方向上的精确定位。校准模块一414的右端设置有凸模416，校准模块二415的左端设置有可与凸模416拼接的凹槽417。拼接后形成的“凹凸拼接槽”用于控制校准模块一414和校准模块二415在水平和垂直方向上的精确定位。
优选的实施方式为：校准网络4的耦合校准板411为PCB板，耦合校准板411正面的金属地覆铜区设置有绿油层，耦合校准板411正面的焊盘区焊接有端口连接器412和贴片电阻；耦合校准板411反面的金属地覆铜区设置有化锡层，耦合校准板411的反面与支撑底板3相连。
优选的实施方式为：如图2所示，校准模块一414的正面设置有一个校准端口连接器 412CAL-A和两组天线端口连接器412；校准模块二415的正面设置有一个校准端口连接器 412CAL-B和两组天线端口连接器412；每组天线端口连接器412水平排列设置且数量大于4 个。
优选的实施方式为：如图3所示，天线阵列2的子阵列模块24从左至右依次为第一阵列模块243、第二阵列模块244、第三阵列模块245、第四阵列模块246，第一阵列模块243、第二阵列模块244与校准模块一414连接，第三阵列模块245、第四阵列模块246与校准模块二415连接；天线子阵241与天线端口连接器412数量相同且彼此一一对应设置。
优选的实施方式为：支撑底板3位于天线阵列2和校准网络4中间，三者通过固定铆钉紧密相连；支撑底板3上开设有辐射单元22接地避让孔、连接器及电阻焊盘避让孔、馈电转接片23内嵌避让孔。
优选的实施方式为：馈电转接片23为PCB板且分别与馈电功分板21、耦合校准板411 插接设置，馈电转接片23与天线端口连接器412数量相同；馈电转接片23的正、反面均设置金属覆铜区；正面的金属覆铜区一端与馈电功分网络模块的总端口相连，另一端与子模块 41的对应端口相连，实现信号转接互通；反面的金属覆铜区分别与馈电功分板21、耦合校准板411的金属地覆铜区相连，实现信号的共地。
优选的实施方式为：隔离板上设置有多段插接片，隔离板通过插接片插接并焊接固定在馈电功分板21上。
本实用新型采用模块化拼接设计简化了作业工序，提高了电气指标的一致性以及生产效率；能在不同的应用场景下依然有很好的电路参数特性及方向图辐射特性，满足5G通信系统对天线性能的需要；本实用新型具有优异的端口一致性，确保了天线的三维空间波束赋形精度，进而大幅提高无线通信系统容量，满足5G通信系统工作的需要；具有结构可靠、工艺简单、成本适中、性能稳定、指标优异、端口一致性好的特点，满足批量化生产的需要。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：由上至下依次包括天线罩、天线阵列、校准网络和支撑底板；所述天线阵列包含四个可拼接的子阵列模块，分别由辐射单元、馈电功分板、馈电转接片和隔离板等组成；所述校准网络包含两个可拼接的子模块，分别由耦合校准板、射频连接器、贴片电阻组成；天线阵列和校准网络通过紧固铆钉分别固定于支撑底板的正面和背面，并通过馈电转接片实现天线阵列和校准网络相应端口间信号的转接导通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述天线阵列由四个独立的、在垂直方向上可灵活拼接的子阵列模块组成，所述子阵列模块之间的中心距相同。
3.根据权利要求2所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述子阵列模块均包含两个以上相同的天线子阵，该天线子阵在水平方向上平行或错位排列，天线子阵之间的排列间距相同。
4.根据权利要求3所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述天线子阵包含1～3个天线阵元及相应的馈电功分网络，该天线阵元在垂直方向上直线排列，且天线阵元间距相同，每个天线阵元包含两个正交的±45°极化端口。
5.根据权利要求4所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述天线子阵位于馈电功分网络上方，天线子阵内的天线阵元通过插接方式与馈电功分网络相连；天线子阵内的每个天线阵元有其特定的幅度、相位赋形权值，且该相位赋形权值通过与其连接的馈电功分网络来实现，进而形成天线子阵的初始波束赋形。
6.根据权利要求5所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述校准网络由两个可独立拼接的子模块组成，分别为校准模块一和校准模块二；校准模块一和校准模块二拼接相切的边上设置有凹凸拼接槽；凹凸拼接槽用于控制校准模块一和校准模块二在水平和垂直方向上的精确定位。
7.根据权利要求6所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述校准网络的耦合校准板为PCB板，所述耦合校准板正面的金属地覆铜区设置有绿油层，所述耦合校准板正面的焊盘区焊接有端口连接器和所述贴片电阻；所述耦合校准板反面的金属地覆铜区设置有化锡层，所述耦合校准板的反面与所述支撑底板相连。
8.根据权利要求7所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述校准模块一的正面设置有一个校准端口连接器CAL-A和两组天线端口连接器；所述校准模块二的正面设置有一个校准端口连接器CAL-B和两组天线端口连接器；每组天线端口连接器水平排列设置且数量大于4个。
9.根据权利要求8所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述天线阵列的子阵列模块从左至右依次为第一阵列模块、第二阵列模块、第三阵列模块、第四阵列模块，所述第一阵列模块、第二阵列模块与所述校准模块一连接，所述第三阵列模块、第四阵列模块与所述校准模块二连接；所述天线子阵与所述天线端口连接器数量相同且彼此一一对应设置。
10.根据权利要求9所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述支撑底板位于天线阵列和校准网络中间，三者通过固定铆钉紧密相连；所述支撑底板上开设有辐射单元接地避让孔、连接器及电阻焊盘避让孔、馈电转接片内嵌避让孔。
11.根据权利要求10所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述馈电转接片为PCB板且分别与所述馈电功分板、耦合校准板插接设置，所述馈电转接片与天线端口连接器数量相同；所述馈电转接片的正、反面均设置金属覆铜区；所述正面的金属覆铜区一端与所述馈电功分网络模块的总端口相连，另一端与所述子模块的对应端口相连，实现信号转接互通；所述反面的金属覆铜区分别与所述馈电功分板、耦合校准板的金属地覆铜区相连，实现信号的共地。
12.根据权利要求11所述的一种应用于5G通信的大规模密集阵天线，其特征在于：所述隔离板上设置有多段插接片，所述隔离板通过所述插接片插接并焊接固定在所述馈电功分板上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |