CN107004937B

CN107004937B - 射频连接装置

Info

Publication number: CN107004937B
Application number: CN201580058631.1A
Authority: CN
Inventors: 亚当·威尔金斯; 卡尔·莫雷尔; 保罗·克拉克; 彼得·斯彭斯; 奈杰尔·乔纳森·理查德·金
Original assignee: Freshman Organization Network Co ltd
Current assignee: Freshman Organization Network Co ltd
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: IL250807B; GB2529678A; US9509032B2; CN107004937A; GB201415272D0; US20160087326A1; TW201613180A; WO2016030684A1; GB2529678B; EP3186854A1; IL250807A0; TWI682603B; EP3186854B1

Abstract

一种射频传输装置包括接地板(8)、第一传输线和第二传输线，接地板具有第一相对侧和第二相对侧以及从接地板(8)的所述第二侧突出的凸起，第一传输线包括从接地板的第一侧穿过接地板和凸起的开孔(3)的第一细长导体(1)，第二传输线包括第二细长导体(2)和接地平面(6)，第一细长导体(1)穿过接地平面(6)以连接到第二细长导体。凸起具有端表面(4)，该端表面以与第二传输线的接地平面(6)基本平行的关系布置，并且在凸起的端表面和接地平面之间存在间隙。

Description

射频连接装置

技术领域

本发明总体上涉及用于将参考一个接地结构的传输线连接到参考另一个接地结构的传输线的射频电路的实施方式，并且更具体地但非排他地，涉及一种射频传输装置，该射频传输装置用于将射频信号通过接地板中的孔从接地板的一侧连接到另一侧，用于连接包括接地平面的传输线。

背景技术

在诸如蜂窝无线和固定无线电接入无线网络的现代无线***中，需要使用射频信号进行操作的设备(例如用户设备中的无线电收发器设备或基站或接入点)，这在生产上是经济的、同时在射频下具有高性能。随着频谱变得稀少并且对带宽的需求增加，正在使用越来越高的射频。此外，天线***变得越来越复杂，通常采用天线元件阵列来提供受控波束形状和/或MIMO(多输入多输出)传输。通常，射频电路由不平衡传输线构成，用于在电路的部件之间(例如在放大器、滤波器、检测器、天线和许多其它类型的射频部件之间)传输射频信号。不平衡传输线包括导体(例如电路板的印刷轨道)，以及接地结构，例如电路板的接地平面或导电接地板(例如铣削的铝板)。如果一个传输线连接到另一个传输线，则在相应的传输线的接地结构之间存在良好的射频连接是重要的。这确保了传输线之间的低损耗连接，并且通过确保导体参考相同的接地电压，减少了寄生信号(spurious signals)的拾取。通常，接地结构可以使用同轴射频连接器的外导体在射频下连接在一起，其中相对的配合部分连接到相应的接地结构。这种同轴连接器通常以严格的机械公差制造并且相对昂贵，例如通常为了确保良好的电连接和避免腐蚀而进行镀金。可替代地或另外，可以通过焊接在一起或通过例如由螺钉将一个结构机械固定到另一个结构来在射频下连接接地结构。然而，这种连接在组装上可能是昂贵的，并且可能需要以严格的公差来生产机械部件。此外，在接地结构之间的不良组装或腐蚀的直接机械附接可能导致不良的射频连接，导致损耗或甚至与非线性传输特性的连接，从而导致寄生信号分量的产生。具体地，如果将接地平面(例如多层电路板的导电层)附接到接地板(例如天线或天线阵列的背板)，则通常需要将参考接地板的一个或多个信号连接到参考电路板的接地平面的电路板上的部件。在这种情况下，需要在参考接地板的传输线和参考接地平面的传输线之间的低成本、高性能射频连接、优选地容许机械不对准。

本发明的目的是减少现有技术的问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了射频传输装置，该射频传输装置包括接地板、第一传输线和第二传输线，接地板具有第一和第二相对侧和从接地板的所述第二侧突出的凸起，第一传输线包括从接地板的第一侧穿过接地板和凸起中的开孔的第一细长导体，并且第二传输线包括第二细长导体和接地平面，第一细长导体穿过接地平面以连接到第二细长导体，

其中，凸起具有端表面，该端表面以与第二传输线的接地平面基本平行的关系设置，并且在凸起的端表面和接地平面之间存在间隙。

这允许在具有低回波损耗和良好的阻抗匹配的情况下在第一和第二传输线之间建立RF连接，同时与具有在接地板和接地平面之间提供接地连接的同轴连接器的装置相比，提供对于接地平面和接地板的相对位置的提高的公差，并且成本较低。由于接地结构之间的良好射频连接通常由直接电连接提供，所以提供间隙是不明显的。

在本发明的实施方式中，凸起的端表面和接地平面之间的间隙包括气隙。

气隙允许简单的实施方式。在替代实施方式中，在间隙中可以包括可变形电介质，例如塑料泡沫。

在本发明的实施方式中，凸起的端表面和接地平面之间的间隙小于在射频传输结构的工作频率下的0.02个波长。

这为第一和第二传输线之间的过渡提供了良好的传输特性。

在本发明的实施方式中，凸起的端表面和接地平面之间的间隙小于在射频传输结构的工作频率下的0.01个波长。

这可以为第一和第二传输线之间的过渡提供改进的传输特性。

在本发明的实施方式中，凸起的端表面具有在射频传输结构的工作频率下的0.1个波长和0.6个波长之间加上在接地板中的开孔的直径的直径。

这可以通过在凸起的外周处的装置的操作频率下将在接地板和接地平面之间的基本上的开路转换为邻近凸起中的开孔的基本上的短路来提供良好的射频连接。

在本发明的实施方式中，凸起的端表面具有在射频传输结构的工作频率下的基本上一半波长加上在接地板中的开孔的直径的直径。

这为凸起提供了环形表面，该环形表面具有从形成凸起中的开孔的环形空间的内部到环形空间的外部的大约λ乘以4的距离，其中λ是在装置的工作频率下的波长。这可以在第一和第二传输线之间提供改进的射频连接。

在本发明的实施方式中，凸起的表面的直径是不相同的。

这允许凸起形成为机械稳定的形状，同时在材料的使用上是经济的。

在本发明的实施方式中，凸起设置有径向布置的支撑部。

这种装置可以提供改善的机械稳定性，同时维持良好的射频传输特性。

在本发明的实施方式中，第一传输线是同轴的，接地板中的开孔基本上是圆柱形的。

这允许第一传输线的方便的实施。

在本发明的实施方式中，第二细长导体以与接地平面基本平行的关系设置。

这允许第二传输线的方便的实施。

在本发明的实施方式中，第二传输线由印刷电路板上的印刷轨道形成，并且接地平面是印刷电路板的层。

这允许印刷电路板以改善的机械对准公差与接地板组装。

在本发明的实施方式中，接地板由诸如铸铝的金属构成，或者是冲压铜片。

这可以通过提供低电阻率的接地板来提供改进的射频特性。

可替代地，接地板可包括镀有金属导电表面的非导电基体。非导电基体可以包括塑料材料，并且导电表面可以包括铜。

这可以提供制造经济的并且重量轻的、同时维持良好的射频特性的接地板。

在本发明的实施方式中，射频装置进一步包括由第一传输线通过接地板连接到第二传输线的第三传输线，

其中，第三传输线包括以与接地板的第一侧基本平行的关系设置的第三细长导体，第三细长导体连接到第一细长导体，

从而将来自接地板的第一侧上的第三传输线的信号连接到接地板的相对侧上的第二传输线。

这允许通过接地板在板的任一侧的传输线之间提供射频连接。

根据本发明的第二方面，提供了将第一传输线连接到第二传输线的方法，第一传输线包括穿过接地板中的开孔从接地板的第一侧到接地板的相对侧的第一细长导体，并且第二传输线包括第二细长导体和接地平面，该方法包括：

设置第一细长导体以穿过接地平面从而连接到第二细长导体；

为接地板设置穿过从接地板的所述相对侧突出的凸起的开孔，凸起具有端表面，接地板中的开孔穿过端表面；

将凸起的端表面设置成与第二传输线的接地平面处于基本平行的关系；以及

在凸起的端表面和接地平面之间设置间隙。

本发明的进一步的特征和优点将从以下仅通过示例给出的本发明的优选实施方式的描述中显而易见。

附图说明

图1是示出了本发明的实施方式中的射频传输装置的横截面图的示意图；

图2是示出了本发明的实施方式中的射频传输装置的平面图的示意图；

图3是示出了本发明的实施方式中的射频传输装置的斜视图的示意图；

图4是示出了本发明的实施方式中的射频传输装置中的接地板和接地平面的示意图；

图5是示出了本发明的实施方式中的示出具有环形表面的凸起的射频传输装置的斜视图的示意图；

图6是示出了本发明的实施方式中示出具有径向布置的支撑部的凸起的射频传输装置的斜视图的示意图；

图7是示出了本发明的实施方式中的射频传输装置中的接地平面和具有带有支撑部的凸起的接地板的示意图；以及

图8是示出了从具有凸起的接地板的侧面观察的具有带有支撑部的凸起的接地板的斜视图的示意图。

具体实施方式

通过示例，现在将在射频传输装置的上下文中描述本发明的实施方式，其中从接地板的一侧到接地板的相对侧提供了射频传输路径，接地板是用于印刷天线元件的阵列的背板。然而，应当理解的是，这仅仅是示例性的，并且其他实施方式可以涉及具有各种接地装置的传输线之间的传输路径，不一定在天线***的上下文中，其中在具有一个接地结构的传输线和具有另一个接地结构的另一个传输线之间期望射频连接。在本发明的实施方式中，使用大约5GHz的工作频率，但是本发明的实施方式不限于该频率，并且可以使用1GHz或更小的较低工作频率和高达60GHz或更高的频率的较高工作频率。

图1示出了布置成将来自第一信号轨道10的射频信号通过接地板8连接到接地板另一侧的第二信号轨道2的本发明的实施方式。第一信号轨道印刷在介电基板5上，并且接地板8为轨道提供接地参考和机械支持。接地板可以是为通过馈电网络连接到第一信号轨道的贴片天线(patch antenna)元件的阵列提供接地参考和机械支持的背板。第二信号轨道2参考接地平面6，其可以是无线电收发器电路板的接地平面，无线电收发器经布置以使用天线阵列来发送和/或接收。接地平面通常基本上是平坦的，具有基本恒定的厚度，例如由诸如铜的金属片构成。接地板可以具有基本平坦的表面，其可以包括开孔(例如用于贴片天线的谐振腔)，但是可以具有不均匀的横截面(例如包括固定柱(fixing posts))。例如，接地板可以从铝块铣削、铸造或模制。术语“接地”用于表示射频参考(例如对于不平衡传输线)，其不一定需要与电接地或大地的直流(DC)连接。

通过接地板8的连接经由第一传输线，该第一传输线包括从接地板8的第一侧穿过接地板中的开孔3到接地板的相对侧的第一细长导体1。第一传输线的接地参考是接地板8。第二信号轨道2(也称为第二细长导体2)形成第二传输线，第二传输线包括参考接地平面6的第二细长导体2。从图1可以看出，第一细长导体1穿过接地板8和接地平面6两者以连接至第二细长导体2。

图2以平面图示出了图1的布置。可以看出的是，第一信号轨道10由第一细长导体1(其可以是销件(pin))通过接地板连接到接地板的另一侧的第二信号轨道2。第一和第二信号轨道可以通过焊接连接到销件。

第一信号轨道10形成参考接地板8的不平衡传输线。类似地，作为通过接地板中的开孔3的连接件的第一传输线也是参考接地板8的不平衡传输线。然而，包括第二信号轨道2的第二传输线是参考接地平面6而不是接地板8的不平衡传输线。通常，接地平面6是印刷电路板的接地平面。为了提供从第一传输线到第二传输线的良好射频连接，有必要在相应传输线的接地参考之间提供良好的射频连接。良好的射频连接提供了低损耗和低回波损耗，也就是说提供了具有低反射的良好的阻抗匹配。因此，接地板8需要在射频下连接到接地平面6，使得相应传输线上的信号以在射频下相同的接地电位为参考。

在射频下将接地板8连接至接地平面6的常规方法是通过使用螺钉将接地平面6的一部分牢固地固定在接地板8上。可以适当地电镀接触部分以防止腐蚀。然而，可能存在通过接地板所需的若干射频连接，并且板和接地平面及其相关联的电路板的平坦度的机械公差以及连接的位置可能是严格的。此外，连接可以不可靠。

在射频下将接地板8连接到接地平面6的替代常规方法是通过使用同轴射频连接器的外导体，其相对的配合部分连接到相应的接地结构。内导体将用于连接传输线的细长导体部分以传送信号。然而，如已经提及的，同轴连接器通常以严格的机械公差制造并且相对昂贵，例如，通常为了确保良好的电连接并且避免腐蚀而进行镀金。应当注意，由于可能存在电抗分量(其在射频下而不是在DC下是很大的)，并且由于在射频下电路径长度变得很大，所以良好的低阻抗DC(直流电，即零频率)连接可不足以确保良好的低阻抗射频连接。

在本发明的实施方式中，通过在相应接地结构的相对表面之间提供间隙而在射频下将接地结构耦接在一起，避免了连接接地结构的常规方式的缺点。为了限定间隙，在接地板8上设置突起(也被称为凸起(boss))，该突起朝向接地平面6突出，但是在未到达接地平面的位置停止，留下间隙。凸起从接地板8的相对侧向与第一信号轨道相邻的一侧突出，并且凸起具有端表面4，接地板8中的开孔3穿过该端表面4。凸起的端表面4被布置成与第二传输线的接地平面6处于基本平行的关系。间隙被限定在凸起的端表面和接地平面之间。

在第一和第二传输线之间的连接附近间隙将接地板8耦接到接地平面6，从而允许在第一和第二传输线之间建立良好的射频连接。通常，需要直接的电连接以在接地结构之间提供良好的射频连接。然而，已经发现，间隙允许在接地板8和接地平面6之间提供良好的射频连接，使得信号可以以低回波损耗和良好的阻抗匹配在第一和第二传输线之间通过。与常规的连接技术(例如通过螺钉或使用同轴连接器的连接)相比，该布置为接地平面和接地板的相对位置提供了提高的公差。具体地，降低了承载接地平面6和接地板8的印刷电路板的平整度的要求，尤其是在设置了多个连接时。此外，以较低的成本提供连接。

凸起的端表面和接地平面之间的间隙通常是气隙，但是在间隙中可以包括电介质，例如可变形的塑料泡沫。

通过将凸起的端表面和接地平面之间的间隙设置为小于在射频传输结构的工作频率下的0.02个波长可以实现良好的性能。将凸起的端表面和接地平面之间的间隙设置为小于在射频传输结构的工作频率下的0.01个波长可以为第一和第二传输线之间的过渡提供改善的传输特性。

认为该间隙通过在凸起的外周边处的装置的操作频率下将接地板和接地平面之间的基本上的开路变换为邻近于凸起中的开孔的基本上的短路来提供良好的射频连接。

优选地，凸起的端表面具有一定的直径，该直径是在射频传输结构的工作频率下的0.1和0.6之间个波长加上接地板中的开孔的直径。尤其有利的是，设置具有直径的凸起的端表面，该直径是在射频传输结构的工作频率下的基本上一半的波长加上接地板中的开孔的直径。这为凸起提供了环形表面，该环形表面具有从形成凸起中的开孔的环形空间的内部到环形空间的外部的大约λ乘以4的距离，其中λ是在装置的工作频率下的波长。

凸起的表面的直径可以是不相同的，允许凸起形成为机械稳定的形状，同时在材料的使用上是经济的。例如，如在图6、图7和图8所示，凸起可以设置有径向布置的支撑部9a-9h，这提供了改善的机械稳定性同时维持良好的射频传输特性。可以看出，在该实施方式中，凸起的端表面具有在中心的环形部分，该环形部分具有对应于支撑件的径向突起。已经发现，与简单的环形形状相比，凸起的端表面的径向突起不会降低跨过间隙的接地平面和接地平面之间的耦接。在该示例中，凸起的直径可以由从一个突起的端部通过凸起的中心线到大约相对的突起的端部的距离限定。不需要偶数个突起。在所示的示例中，存在8个突起，但是在本发明的实施方式中可以具有比这更多或更少的突起。例如，可以存在少至一个、两个或三个突起，或者多达20个或更多个突起。

从图3中可以看出，在本发明的实施方式中，第一传输线是同轴的，接地板中的开孔3基本上是圆柱形的。然而，例如，第一传输线可以是另一种类型，诸如带状线布置。从图3和图1可以看出，在本发明的实施方式中，第二细长导体2以与接地平面基本平行的关系设置。例如，第二细长导体可以是印刷在与接地平面层不同的印刷电路板的不同层上的信号轨道。因此，第二传输线由印刷电路板上的印刷轨道形成，并且接地平面是印刷电路板的层。

图4示出了从接地板的与凸起相对的一侧观察的接地板8的斜视图以及相关联的印刷电路板7。图5示出了从接地板的与凸起相同的一侧观察的接地板8的斜视图。如图所示，除了凸起从底部突出之外，接地板具有平整的顶侧和底侧，但是在本发明的其它实施方式中，板可以具有不同的轮廓，例如使得底表面和顶表面可以不平行，并且凸起可以以不垂直于顶表面的角度从底表面突出，并且开孔3也可以不垂直于顶表面。

接地板由诸如铸铝的金属构成，或者接地板是冲压铜片(stamped coppersheet)，或者接地板可以包括镀有金属导电表面的非导电基体。例如，非导电基体可以包括塑料材料，并且导电表面可以包括铜，提供制造经济并且重量轻、同时维持良好的射频特性的接地板。

如图1所示，参考射频装置中的接地板的顶表面的第一信号轨道10可以包括第三传输线，该第三传输线由第一传输线通过接地板中的开孔3连接到第二传输线，其可以由参考接地平面6的印刷电路板上的信号轨道2形成。因此，第三传输线包括可以被称为第三细长导体的第一信号轨道10，其以与接地板的第一侧基本平行的关系设置，例如，第三细长导体10通过焊接连接到第一细长导体1。以这种方式，信号从接地板的第一侧上的第三传输线连接到接地板的相对侧上的第二传输线，允许通过接地板在板的任一侧的传输线之间提供射频连接。

因此，可以看出，在本发明的实施方式中，射频传输装置包括接地板、第一传输线和第二传输线，所述接地板具有第一和第二相对侧和从接地板的所述第二侧突出的凸起，所述第一传输线包括从接地板的第一侧穿过接地板和凸起的开孔的第一细长导体，所述第二传输线包括第二细长导体和接地平面，第一细长导体穿过接地平面以连接到第二细长导体，其中凸起具有端表面，该端表面以与第二传输线的接地平面基本平行的关系设置，并且在凸起的端表面和接地平面之间存在间隙。

上述实施方式应被理解为本发明的说明性示例。应当理解，关于任何一个实施方式描述的任何特征可以单独使用，或与所描述的其它特征组合使用，并且还可以与任何其它实施方式或者任何组合的任何其它实施方式的一个或多个特征组合使用。此外，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的保护范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同物和修改。

Claims

1.一种射频传输装置，包括接地板、第一传输线和第二传输线，所述接地板具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧以及从所述接地板的所述第二侧突出的凸起，所述第一传输线包括从所述接地板的第一侧穿过所述接地板和所述凸起中的开孔第一细长导体，所述第二传输线包括第二细长导体和接地平面，所述第一细长导体穿过所述接地平面以连接至所述第二细长导体，

其中，所述凸起具有端表面，所述端表面以与所述第二传输线的所述接地平面平行的关系设置，并且在所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间的间隙包括气隙。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的射频传输装置，其中，所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间的所述间隙小于在射频传输装置的工作频率下的0.02个波长。

4.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间的所述间隙小于在射频传输装置的工作频率下的0.01个波长。

5.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述凸起的所述端表面具有如下直径：在射频传输装置的工作频率下的0.1个波长和0.6个波长之间加上在所述接地板中的所述开孔的直径。

6.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述凸起的所述端表面具有如下直径：在射频传输装置的工作频率下的一半的波长加上在所述接地板中的所述开孔的直径。

7.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述凸起设置有径向布置的支撑部。

8.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述第一传输线是同轴的，在所述接地板中的所述开孔是圆柱形的。

9.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述第二细长导体以与所述接地平面平行的关系布置。

10.根据权利要求9所述的射频传输装置，其中，所述第二传输线由印刷电路板上的印刷轨道形成，并且所述接地平面是所述印刷电路板的层。

11.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述接地板由金属构成。

12.根据权利要求11所述的射频传输装置，其中，所述接地板由铸铝构成。

13.根据权利要求11所述的射频传输装置，其中，所述接地板是冲压铜片。

14.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述接地板包括镀有金属导电表面的非导电基体。

15.根据权利要求14所述的射频传输装置，其中，所述非导电基体包括塑料材料，并且所述金属导电表面包括铜。

16.根据权利要求1所述的射频传输装置，其中，所述射频传输装置进一步包括由所述第一传输线通过所述接地板连接到所述第二传输线的第三传输线，

其中，所述第三传输线包括以与所述接地板的所述第一侧平行的关系布置的第三细长导体，所述第三细长导体连接至所述第一细长导体，

从而将来自所述接地板的所述第一侧上的所述第三传输线的信号连接至所述接地板的所述第二侧上的所述第二传输线。

17.一种将第一传输线连接到第二传输线的方法，所述第一传输线包括第一细长导体，所述第一细长导体从接地板的第一侧穿过所述接地板中的开孔到所述接地板的与所述第一侧相对的第二侧，并且所述第二传输线包括第二细长导体和接地平面，所述方法包括：

设置所述第一细长导体以穿过所述接地平面以连接至所述第二细长导体；

为所述接地板设置开孔，所述开孔穿过从所述接地板的所述第二侧突出的凸起，所述凸起具有端表面，所述接地板中的所述开孔穿过所述端表面；

将所述凸起的所述端表面布置成与所述第二传输线的所述接地平面处于平行的关系；以及

在所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间设置间隙。

18.根据权利要求17所述的方法，包括将所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间的所述间隙配置成包括气隙。

19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，包括将所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间的所述间隙配置为小于在射频传输装置的工作频率下的0.02个波长。

20.根据权利要求17所述的方法，包括将所述凸起的所述端表面和所述接地平面之间的所述间隙配置为小于在射频传输装置的工作频率下的0.01个波长。

21.根据权利要求17所述的方法，包括将所述凸起的所述端表面配置成具有如下直径：在射频传输装置的工作频率下的0.1个波长和0.6个波长之间加上在所述接地板中的所述开孔的直径。

22.根据权利要求17所述的方法，包括将所述凸起的所述端表面配置成具有如下直径：在射频传输装置的工作频率下的一半的波长加上在所述接地板中的所述开孔的直径。

23.根据权利要求17所述的方法，包括为所述凸起设置径向布置的支撑部。