CN111585007B - 高集成mimo天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了一种高集成MIMO天线，包括密集辐射阵组件和耦合校准板组件，密集辐射阵组件包括辐射阵基材和集成设置在辐射阵基材上的辐射单元、去耦单元和功分电路，耦合校准板组件包括校准板基材和设置在校准板基材上的校准电路和射频输入电路，辐射阵基材和校准板基材可拆卸连接，功分电路的输入端口通过馈电导体与射频输入电路相连，射频输入电路连接有射频连接器。本发明提供的一种高集成MIMO天线，重量轻，结构简单，集成度高，且部件较少安装简便，免去了多零件组装带来的工时效率低，指标一致性差等不利影响，该天线成本低，指标一致性好，装配简单生产效率高，适合大批量生产。

Description

高集成MIMO天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种高集成MIMO天线。

背景技术

第5代移动通信技术(5th-Generation，5G)应用大规模天线技术，通过在基站端布置几十甚至上百个天线规模的天线阵列来提升网络容量。现有技术中，大规模天线采用如图1所示的***架构，包括密集辐射阵(包括辐射单元和去耦单元两类离散部件)、功分网络、反射器、耦合校准网络和射频连接器等关键部件。各部件按照图2所示的物理架构组合装配成整机天线，其中辐射单元、去耦单元组装在功分网络PCB上形成上PCB组件，耦合校准电路和连接器设置在耦合网络PCB上形成下PCB组件，中间是反射器。上PCB组件、反射器和下PCB组件组合形成整机天线。

显然，现有大规模天线辐射单元和去耦单元的数量多，装配复杂，装配过程容易带来指标不一致的差异，生产效率也较低；且天线重量较重。

发明内容

本发明实施例提供一种高集成MIMO天线，用于解决或部分解决现有大规模天线装配复杂，装配过程容易带来指标不一致的差异，且天线重量较重的问题。

本发明实施例提供一种高集成MIMO天线，包括密集辐射阵组件和耦合校准板组件，所述密集辐射阵组件包括辐射阵基材和集成设置在所述辐射阵基材上的辐射单元、去耦单元和功分电路，所述耦合校准板组件包括校准板基材和设置在所述校准板基材上的校准电路和射频输入电路，所述辐射阵基材和所述校准板基材可拆卸连接，所述功分电路的输入端口通过馈电导体与所述射频输入电路相连，所述射频输入电路连接有射频连接器。

在上述方案的基础上，所述辐射阵基材和所述校准板基材分别一体成型。

在上述方案的基础上，所述辐射阵基材包括辐射阵底板、连接在辐射阵底板一侧边缘的辐射阵围框、连接在辐射阵底板内侧面的辐射单元基材和连接在辐射阵底板内侧面的去耦墙；所述辐射单元基材上设有所述辐射单元，所述辐射单元包括辐射电路和馈电电路；所述去耦墙上设有所述去耦单元；所述辐射阵底板的内侧面设有所述功分电路，所述功分电路的输出端口与馈电电路相连。

在上述方案的基础上，所述辐射阵底板的外侧面连接设有金属层。

在上述方案的基础上，所述辐射阵基材朝向所述校准板基材的一侧在与所述功分电路的输入端口对应位置处连接有凸柱，所述凸柱内部设有贯穿的通孔，所述馈电导体穿过所述通孔且与所述功分电路和所述射频输入电路分别电连接。

在上述方案的基础上，所述馈电导体穿出所述校准板基材。

在上述方案的基础上，所述校准板基材包括校准板底板、连接在校准板底板一侧边缘的校准板围框以及设于所述校准板底板的内侧面的加强筋；所述校准电路和所述射频输入电路设于所述校准板底板的内侧面。

在上述方案的基础上，所述校准板底板的外侧面上同样连接设有金属层。

在上述方案的基础上，所述辐射阵基材和所述校准板基材之间设有多个卡扣结构，所述辐射阵基材与所述校准板基材通过卡扣结构相连。

在上述方案的基础上，所述校准板基材在与所述射频输入电路的输入端口对应位置处设有开口，所述射频连接器穿过所述开口与所述射频输入电路相连。

本发明实施例提供的一种高集成MIMO天线，密集辐射阵组件集成了辐射单元、去耦单元和功分电路，耦合校准板组件集成了校准电路和射频输入电路，通过设置基材承载电路，设置辐射阵基材和校准板基材相连实现支撑天线，有利于减少天线部件数量，降低天线重量；天线仅由两大集成部件组成，结构简单，集成度高；该高集成MIMO天线重量轻，结构简单，集成度高，且部件较少安装简便，免去了多零件组装带来的工时效率低，指标一致性差等不利影响，该天线成本低，指标一致性好，装配简单生产效率高，适合大批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中MIMO天线的***架构图；

图2为现有技术中MIMO天线的结构组成示意图；

图3为本发明实施例的高集成MIMO天线的整体示意图；

图4为本发明实施例的高集成MIMO天线的立体组装结构图；

图5为本发明实施例中密集辐射阵组件的立体结构图；

图6为本发明实施例中密集辐射阵组件的后视图；

图7为本发明实施例中密集辐射阵组件和耦合校准板组件通过馈电导体实现电连接的局部示意图；

图8为本发明实施例中耦合校准板组件的立体结构图；

图9为本发明实施例的高集成MIMO天线的结构组成示意图。

附图标记说明：

其中，1、密集辐射阵组件；2、耦合校准板组件；10、辐射阵基材；20、校准板基材；30、馈电导体；40、射频连接器；50、金属层；101、辐射单元；102、去耦单元；103、功分电路；201、校准电路；202、射频输入电路；1001、辐射单元基材；1002、去耦墙；1003、辐射阵底板；1004、辐射阵围框；1005、凸柱；1006、卡槽；2001、校准板底板；2002、校准板围框；2003、加强筋；2004、卡扣。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图3，本发明实施例提供一种高集成MIMO天线，该高集成MIMO天线包括密集辐射阵组件1和耦合校准板组件2。参考图4，密集辐射阵组件1包括辐射阵基材10和集成设置在辐射阵基材10上的辐射单元101、去耦单元102和功分电路103。耦合校准板组件2包括校准板基材20和设置在校准板基材20上的校准电路201和射频输入电路202。辐射阵基材10和校准板基材20可拆卸连接。功分电路103的输入端口通过馈电导体30与射频输入电路202相连。射频输入电路202连接有射频连接器40。

辐射阵基材10为承载密集辐射阵组件1中相关电路的基体；辐射单元101的电路、去耦单元102的电路和功分电路103可通过选择性电镀工艺附着在辐射阵基材10上。校准板基材20为承载耦合校准板组件2中相关电路的基体；校准电路201和射频输入电路202同样可通过选择性电镀工艺附着在校准板基材20上。射频连接器40可通过校准板基材20进行固定。即天线整体仅包括两个部件，即密集辐射阵组件1和耦合校准板组件2。通过辐射阵基材10和校准板基材20的相连形成天线整体。馈电导体30的材质为导电材质，通过与功分电路103和射频输入电路202的相接触，实现功分电路103和射频输入电路202的电连接，即导电连接。

本实施例提供的一种高集成MIMO天线，密集辐射阵组件集成了辐射单元、去耦单元和功分电路，耦合校准板组件集成了校准电路和射频输入电路，通过设置基材承载电路，设置辐射阵基材和校准板基材相连实现支撑天线，有利于减少天线部件数量，降低天线重量；天线仅由两大集成部件组成，结构简单，集成度高；该高集成MIMO天线重量轻，结构简单，集成度高，且部件较少安装简便，免去了多零件组装带来的工时效率低，指标一致性差等不利影响，该天线成本低，指标一致性好，装配简单生产效率高，适合大批量生产。

在上述实施例的基础上，进一步地，辐射阵基材10和校准板基材20分别一体成型。具体的，辐射阵基材10和校准板基材20分别为工程塑料一体注塑成型。辐射阵基材10和校准板基材20可基于具有良好机械强度、稳定介点常数和低损耗的工程塑料一体注塑成型，使得天线重量轻且满足强度需要。辐射阵基材10和校准板基材20一体成型，可较大程度降低天线组装难度，有利于提高天线指标一致性；且生产效率高，适合批量生产。

进一步地，馈电导体30用于在辐射阵基材和校准板基材之间连接功分电路和射频输入电路。馈电导体30可在辐射阵基材或校准板基材注塑成型过程中预埋连接在辐射阵基材或校准板基材上；从而在辐射阵基材和校准板基材连接时分别与功分电路和射频输入电路相连，实现二者的电连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图5，辐射阵基材10包括辐射阵底板1003、连接在辐射阵底板1003一侧边缘的辐射阵围框1004、连接在辐射阵底板1003内侧面的辐射单元基材1001和连接在辐射阵底板1003内侧面的去耦墙1002。辐射单元基材1001上设有辐射单元101，辐射单元101包括辐射电路和馈电电路；去耦墙1002上设有去耦单元102。辐射阵围框1004连接在辐射阵底板1003的边缘一圈，与辐射阵底板1003连接形成容置空间。辐射单元基材1001设置在该容置空间内部，用于承载辐射单元101，具体为辐射电路和馈电电路。去耦墙1002设置在容置空间内部且在辐射单元基材1001之间，用于承载去耦单元102。辐射阵底板1003的内侧面设有功分电路103，功分电路103的输出端口与馈电电路相连。功分电路103设置在辐射阵底板1003上，便于与辐射单元101的馈电电路相连。

具体的，辐射单元基材1001可阵列分布在辐射阵底板1003上，便于形成辐射单元阵列，辐射单元阵列包括多组阵元，每组阵元设置对应的功分电路103。辐射单元基材1001上设置金属化辐射电路和馈电电路形成辐射单元101，其去耦墙1002上设置金属化去耦电路形成去耦单元102，其辐射阵底板1003上表面设置金属化功分电路103；功分电路103的输出端口与阵元内各辐射单元101的馈电电路连接，输入端口嵌入馈电导体30。

进一步地，可在任一列辐射单元101的两侧分别设置去耦单元102。可在任意相邻的两列辐射单元101之间设置去耦墙1002。对于位于边缘的一列辐射单元101的外侧，可将去耦单元102设置在辐射阵围框1004内侧。

在上述实施例的基础上，进一步地，辐射阵底板1003的外侧面连接设有金属层50。在辐射阵底板1003下表面设置金属层50，形成全金属化“地板”。MIMO天线的密集辐射阵组件背面的连续金属地层起到反射作用，且因为辐射阵基材10和校准板基材20的连接强度足够，使得天线无需反射板部件，天线重量进一步降低。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图6和图7，辐射阵基材10朝向校准板基材20的一侧在与功分电路103的输入端口对应位置处连接有凸柱1005，凸柱1005内部设有贯穿的通孔，馈电导体30穿过通孔且与功分电路103和射频输入电路202分别电连接。凸柱1005在辐射阵基材10和校准板基材20之间凸出于辐射阵基材10，用于供馈电导体30穿过以形成同轴传输结构。即：馈电导体30类比于同轴传输线的内导体，内部设有贯穿通孔的凸柱类比于同轴传输线的介质层，凸柱外表面的金属层类比于同轴传输线的外导体。

辐射阵基材10，其辐射阵围框1004用于加强密集辐射阵组件1的结构强度；其去耦墙1002既用于实现去耦单元也用于加强密集辐射阵组件1的结构强度；其凸柱1005用于“包裹”馈电导体30形成同轴传输结构。凸柱1005凸出于辐射阵基材10，端部抵住校准板基材20，以保证功分电路103和射频输入电路202通过馈电导体30连接的稳定性，且提高了辐射阵基材10和校准板基材20结构连接的牢固性。

参考图5，本实施例中密集辐射阵组件1中辐射单元阵列包括多组阵元，即所有横向组阵单元及至少一组纵向组阵单元；密集辐射阵组件1组成包括多组去耦单元102，即：以横向辐射单元101间距为间隔，设置在两两相邻的每两列组阵单元的中心位置；密集辐射阵组件1组成包括多组功分电路103，即：实现每组阵元多个辐射单元101的馈电激励。

凸柱1005连接于辐射阵底板1003的外表面。辐射阵底板1003下方的凸柱1005对应于辐射阵底板1003上方的每一个功分电路103的输入端口；即凸柱1005与所有功分电路103的输入端口一一对应设置。辐射阵底板1003外侧凸柱1005外表面与辐射阵底板1003外表面全金属化“地板”一体金属化，与馈电导体实现同轴传输线结构。即凸柱1005外侧面上的金属层与辐射阵底板1003外侧面上的金属层为一体结构。

具体的，参考图5，本实施例中密集辐射阵组件1中的辐射单元阵列为六行八列结构。每两列辐射单元之间设有去耦墙。可沿辐射单元阵列的行方向设置隔板，从而由隔板和去耦墙将辐射单元阵列分为16组阵元，每组阵元包括一列三个双极化辐射单元。每组双极化阵元可对应设置一对(2个，对应双极化阵元的两个极化)功分电路103，与该阵元内的三个辐射单元的馈电电路分别相连。相应的，在辐射阵底板1003的下方与每组双极化阵元对应连接两个凸柱1005。

辐射阵基材10上功分电路103的输入端口可与校准板基材20上视频输入电路202位置对应，便于通过馈电导体30实现二者的连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图7，为密集辐射阵组件1和耦合校准板组件2通过馈电导体30实现电连接的放大示意图。馈电导体30穿出校准板基材20。可便于馈电导体30与校准板基材20的焊接连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图8，校准板基材20包括校准板底板2001、连接在校准板底板2001一侧边缘的校准板围框2002以及设于校准板底板2001的内侧面的加强筋2003；校准电路201和射频输入电路202设于校准板底板2001的内侧面。

校准板基材20，其围框和加强筋用于加强耦合校准板组件2的结构强度。校准板围框2002的高度可与凸柱1005的高度相适应。加强筋2003可设置在校准板底板2001上的空闲位置处，具体设置方向和数量不做限定。

参考图7和图8，馈电导体30穿过辐射阵底板1003上表面的功分电路103输入端口、辐射阵底板1003下方的凸柱1005、校准板底板2001上表面的射频输入电路202输出端口、校准板底板2001，实现功分电路103和射频输入电路202的电连接。

具体的，馈电导体30可为“图钉”形结构，钉帽紧贴于辐射阵底板1003上的功分电路103输入端口，钉柱穿过辐射阵底板1003及底板下方的凸柱1005，穿过校准板底板2001上表面的射频输入电路202输出端并穿出校准板底板2001下表面最终实现密集辐射阵组件1上的功分电路103和耦合校准板组件2上的射频输入电路202的电连接。

可选的，“图钉”形结构的馈电导体30还可钉帽紧贴校准板底板2001的下表面，钉柱穿过校准板底板2001及校准板底板2001上表面的射频输入电路202输出端及辐射阵底板1003下方的凸柱1005，与辐射阵底板1003上表面的功分电路103输入端电连接。

馈电导体30的具体形状和安装形式不做限定，以能实现功分电路103的输入端口和射频输入电路202的输出端相连为目的。

在上述实施例的基础上，进一步地，校准板底板2001的外侧面上同样连接设有金属层50。校准电路201和射频输入电路202都设置在校准板基材20的校准板底板2001上表面，校准板基材20的校准板底板2001的下表面为全金属化“地板”，用于起到反射作用。

更进一步的，辐射阵底板1003下表面的全金属化“地板”与校准板底板2001下表面的全金属化“地板”，起到双层反射作用，提升了高集成MIMO天线的前后比指标。

本实施例的高集成MIMO天线中，一体成型的辐射阵基材和一体成型的校准板基材的强度较高，加上其互相装配支撑后强度进一步提升，且辐射阵底板设和校准板底板设置的连续地层起到的2层反射作用，该设置既可实现对天线的支撑，又可实现反射作用，使得该高集成MIMO天线无需额外设置反射器(板)部件，有利于降低天线重量。

在上述实施例的基础上，进一步地，辐射阵基材10和校准板基材20之间设有多个卡扣结构，辐射阵基材10与校准板基材20通过卡扣结构相连。

具体的，参考图6和图7，可在辐射阵底板1003的外侧面设置卡槽1006，在校准板底板2001的内侧面对应设置卡扣2004；可设置多个卡槽1006和卡扣2001，卡槽1006和卡扣2004一一对应设置。通过卡扣2004和卡槽1006的配合连接实现辐射阵底板1003和校准板底板2001的可拆卸连接。还可在辐射阵底板1003上设置卡扣，在校准板底板2001设置卡槽，具体不做限定。设置卡扣结构用于实现耦合校准板组件2与密集辐射阵组件1的结构连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4，校准板基材20在与射频输入电路202的输入端口对应位置处设有开口，射频连接器40穿过开口与射频输入电路202相连。射频输入电路202的输入端与射频连接器40电连接，射频电路的输出端与馈电导体30的一端电连接。具体的，射频连接器40可从校准板底板2001的下方穿过校准板底板2001与射频输入电路202相连。

进一步地，上述各实施例中高集成MIMO天线其所有电路均可基于选择性电镀工艺实现。

参考图9，本实施例的高集成MIMO天线仅由密集辐射阵组件1和耦合校准板组件2两大部件组成，对比图2中现有天线结构示意图可以发现，本实施例将原有技术中作为多个单独部件的辐射单元、去耦单元、功分网络集合为单一部件且同时具备其所有功能，且无需反射器。因此，本实施例的高集成MIMO天线重量轻，结构简单，集成度高，又因免去了多零件组装带来的工时效率低，指标一致性差等不利影响，该天线成本低，指标一致性好，装配简单生产效率高，适合大批量生产。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例针对现有技术下MIMO天线的部件众多，装配复杂，重量较重，且由于零件多装配的复杂性影响天线指标一致性的问题，提供一种重量轻，结构简单，集成度高，指标一致性好，成本低，装配简单，适合大批量生产的Massive MIMO天线。

参考图3和图4，本实施例的高集成MIMO天线包括多合一密集辐射阵即密集辐射阵组件1和耦合校准板组件2。多合一密集辐射阵集成了辐射单元101、去耦单元102、功分电路103和馈电导体30，设置在辐射阵基材10上。参考图5和图6，辐射阵基材10由一体成型的辐射单元基材1001、去耦墙1002、辐射阵底板1003、辐射阵围框1004以及辐射阵底板1003下方的若干凸柱1005组成；辐射单元基材1001、去耦墙1002、辐射阵围框1004位于辐射阵底板1003上方。

耦合校准板组件2集成了校准电路201和射频输入电路202(包含射频连接器40)，设置在校准板基材20上。馈电导体30实现功分电路与射频输入电路的电连接；耦合校准板组件和多合一密集辐射阵之间设置卡扣结构以及通过凸柱1005实现相互的高强度结构连接。参考图7，校准板基材20包括一体成型的校准板底板2001及其校准板围框2002，以及设置在校准板底板2001上方的若干加强筋2003和卡扣2004。多合一密集辐射阵上的凸柱1005可与辐射阵底板1003和校准板底板2001分别焊接连接；与卡扣结构配合可实现多合一密集辐射阵和耦合校准板组件2的高强度结构互连接为本实施例的高集成MIMO天线。

该MIMO天线的组成部件辐射阵基材10和校准板基材20基于具有良好机械强度、稳定介点常数和低损耗的工程塑料一体注塑成型，天线重量轻；辐射阵底板1003背面的连续金属地层起到反射作用，密集辐射阵组件和耦合校准板组件的连接强度足够，天线无需反射板部件，天线重量进一步降低。

该MIMO天线的密集辐射阵组件集成了辐射单元、去耦单元，功分电路，耦合校准板组件集成了校准电路和射频输入电路。天线仅由两大集成部件组成，结构简单，集成度高；由于部件集成度高，结构简单，其产品指标一致性非常高，成本低，装配简单，非常适合大批量自动化生产。因此，该高集成MIMO天线具有重量轻，结构简单，集成度高，指标一致性好，成本低，装配简单，适合大批量生产的特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高集成MIMO天线，其特征在于，包括密集辐射阵组件和耦合校准板组件，所述密集辐射阵组件包括辐射阵基材和集成设置在所述辐射阵基材上的辐射单元、去耦单元和功分电路，所述耦合校准板组件包括校准板基材和设置在所述校准板基材上的校准电路和射频输入电路，所述辐射阵基材和所述校准板基材可拆卸连接，所述功分电路的输入端口通过馈电导体与所述射频输入电路相连，所述射频输入电路连接有射频连接器；

所述辐射阵基材和所述校准板基材分别一体成型；

所述辐射阵基材包括辐射阵底板、连接在辐射阵底板一侧边缘的辐射阵围框、连接在辐射阵底板内侧面的辐射单元基材和连接在辐射阵底板内侧面的去耦墙；

所述辐射单元基材上设有所述辐射单元，所述辐射单元包括辐射电路和馈电电路；所述去耦墙上设有所述去耦单元；所述辐射阵底板的内侧面设有所述功分电路，所述功分电路的输出端口与馈电电路相连；

所述辐射阵底板的外侧面连接设有金属层。

2.根据权利要求1所述的高集成MIMO天线，其特征在于，所述辐射阵基材朝向所述校准板基材的一侧在与所述功分电路的输入端口对应位置处连接有凸柱，所述凸柱内部设有贯穿的通孔，所述馈电导体穿过所述通孔且与所述功分电路和所述射频输入电路分别电连接。

3.根据权利要求2所述的高集成MIMO天线，其特征在于，所述馈电导体穿出所述校准板基材。

4.根据权利要求1所述的高集成MIMO天线，其特征在于，所述校准板基材包括校准板底板、连接在校准板底板一侧边缘的校准板围框以及设于所述校准板底板的内侧面的加强筋；

所述校准电路和所述射频输入电路设于所述校准板底板的内侧面。

5.根据权利要求4所述的高集成MIMO天线，其特征在于，所述校准板底板的外侧面上同样连接设有金属层。

6.根据权利要求1所述的高集成MIMO天线，其特征在于，所述辐射阵基材和所述校准板基材之间设有多个卡扣结构，所述辐射阵基材与所述校准板基材通过卡扣结构相连。

7.根据权利要求1所述的高集成MIMO天线，其特征在于，所述校准板基材在与所述射频输入电路的输入端口对应位置处设有开口，所述射频连接器穿过所述开口与所述射频输入电路相连。

Images