基站天线的制作方法 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基站天线。背景技术：2.随着我国移动通信技术不断发展以及用户数据流量的飞速增长，第五代移动通信应用率先在我国取得了突破性进展，相关上下游产业也得到了迅速发展。作为5g通信关键技术之一的超大规模阵列天线也快速应用在各种宏基站和小基站上。为了进一步提高室内外高热点的覆盖率，满足高容量需求，6g相关的研究已经取得较大的进展。3.为了满足6g愿景中的多种应用，作为信号收发媒介的天线部分需要进一步升级，从工作频段、阵列规模，波束赋形算法等方面进行深入研究；同时为了满足商业化应用，结构上需进一步轻量化和小型化。技术实现要素：4.本发明提供一种基站天线，用以解决现有技术中6g辐射单元小型化设计的缺陷。5.本发明提供一种基站天线，包括载体、寄生辐射单元、辐射单元模块及第一pcb板，所述载体与所述第一pcb板固定连接，所述寄生辐射单元固定于所述载体，所述辐射单元模块为形成于第一pcb板的微带贴片，所述辐射单元模块与所述寄生辐射单元形成双层贴片天线。6.根据本发明提供的一种基站天线，还包括第二pcb板、第三pcb板及馈电网络，所述第一pcb板和所述第三pcb板通过所述第二pcb板粘合在一起，所述馈电网络包括第一功分器及第二功分器，所述第一功分器形成于第一pcb板，所述第二功分器形成于第三pcb板，所述第一功分器和所述第二功分器电连接。7.根据本发明提供的一种基站天线，所述寄生辐射单元固定在载体的正面。8.根据本发明提供的一种基站天线，所述寄生辐射单元固定在载体的背面。9.根据本发明提供的一种基站天线，所述载体上设有避让孔及限位件，连接件穿设于所述寄生辐射单元和所述避让孔以将所述寄生辐射单元与所述载体连接在一起，所述限位件用于约束所述寄生辐射单元。10.根据本发明提供的一种基站天线，所述限位件具有导向面，所述限位件的底部设有限位槽，所述导向面用于引导所述寄生辐射单元移动至所述限位槽内，所述限位槽与所述寄生辐射单元适配。11.根据本发明提供的一种基站天线，所述载体上设有固定孔，所述固定件穿设于固定孔以将所述载体固定于所述第一pcb板。12.根据本发明提供的一种基站天线，所述载体对应所述寄生辐射单元设有第一开窗。13.根据本发明提供的一种基站天线，还包括调试部件，所述载体上设有第二开窗及第三开窗，所述调试部件包括第一调试部件和第二调试部件，所述第一调试部件固定于所述第二开窗，所述第二调试部件固定于所述第三开窗；其中，所述第二开窗沿所述载体的长度方向延伸，并设置在相邻两排所述寄生辐射单元之间；所述第三开窗沿所述载体的宽度方向延伸，并设置在相邻两列所述寄生辐射单元之间。14.根据本发明提供的一种基站天线，所述第二开窗和所述第三开窗的正面分别设有卡槽，所述第一调试部件和所述第二调试部件分别设有凸起，所述凸起与相应的所述卡槽适配。15.本发明提供的基站天线，辐射单元模块采用微带贴片形式，增加了寄生辐射单元，以提升辐射性能并优化电路指标，相较传统的辐射单元形式，将辐射单元的剖面高度降低了约50％。附图说明16.为了更清楚地说明本发明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。17.图1是本发明提供的基站天线的结构示意图；18.图2是本发明提供的基站天线的分解图；19.图3是本发明提供的基站天线的部分分解图；20.图4是本发明提供的基站天线的仰视图；21.图5是本发明提供的载体的结构示意图；22.图6是图5所示出的载体的背面结构示意图；23.图7是本发明提供的载体的安装结构示意图之一；24.图8是本发明提供的基站天线的俯视图；25.图9是本发明提供的第一调试部件的结构示意图；26.图10是图9所示出的第一调试部件的俯视图；27.图11是本发明提供的第二调试部件的结构示意图；28.图12是图11所示出的第二调试部件的俯视图。29.附图标记：30.10、载体；11、避让孔；12、限位件；13、固定孔；131、加强筋；14、第一开窗；15、第二开窗；16、第三开窗；17、卡槽；20、寄生辐射单元；30、辐射单元模块；41、第一pcb板；42、第二pcb板；43、第三pcb板；51、第一功分器；52、第二功分器；53、金属棒；60、连接件；71、第一调试部件；72、第二调试部件；73、凸起；80、射频接头。具体实施方式31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。32.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。34.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。35.传统的基站天线由天线阵列，反射板和馈电网络三大部分组成，且天线阵列高度受限于最低工作频段的辐射单元的尺寸。为了实现理论上的最大辐射性能，往往会将辐射单元的高度设计为工作频段的四分之一个波长的高度。馈电网络由移相模块和功分模块组成，随着工业发展，基于印刷电路的微带功分器兴起，功分模块尺寸进一步缩小，但是移相模块还是大大增加了基站天线的空间。36.随着移动通信技术不断发展，有源天线单元被广泛应在5g基站中，已大幅度降低了天线阵列的剖面，并且将移相模块下沉设计到设备端，不再通过传统的机械方式调整阵列间相位关系来实现波束赋形。但是，随着阵列规模大幅度提高，设备端的电路设计复杂度更高，需要的空间更大，需要进一步牺牲天线端的高度，急需优化天线端的低剖面设计。37.另一方面，为了降低有源天线单元的重量，需要不断减小天线端的组件或优化结构尺寸或通过材料改进进一步提升轻量化设计。随着工作频段提高，辐射单元间空间大幅度降低，轻量化和低剖面的小型化设计需求将大大提高天线端的阵列和馈电网络设计难度。辐射单元之间空间降低，对于天线关键电路指标驻波和隔离度的调试带来了难度；再者，从产品的批量上考虑，模块的小型化必然导致装配上的难度提升，传统的基站天线装配步骤较多，且焊接点较多，在保证性能指标的前提下，需要优化天线的装配手续，减少操作步骤。38.下面结合图1-图12描述本发明的基站天线。39.本发明提供一种基站天线，如图1和图2所示，基站天线包括：载体10、寄生辐射单元20、辐射单元模块30及第一pcb板41。载体10与第一pcb板41固定连接，寄生辐射单元20固定于载体10，辐射单元模块30为形成于第一pcb板41的微带贴片，与固定于载体10上的寄生辐射单元20形成双层贴片天线。40.载体10为塑料件，能一体注塑成型，其介电常数低于2.8，可承受高温达100℃。41.寄生辐射单元20为具有金属特性的部件或具有部分类似金属特性的部件。制造时，寄生辐射单元20采用一体注塑成型的工艺提前预制在载体10上，大幅度提升了生产效率，便于批量化生产。可选的，寄生辐射单元20为带有厚度的铝片或铜片等金属导体。除此之外，寄生辐射单元20还可以是覆铜pcb板，或者是通过特殊工艺将具备金属特质的元素生长在塑料等工业材质上。其中，如图3所示，寄生辐射单元20的投影外形为矩形。需要说明的是，寄生辐射单元20的投影外形还可以是异形，比如，寄生辐射单元20的投影外形边缘是三角锯齿状或矩形锯齿状，中间设有圆形、矩形或异形的镂空结构。42.如图3所示，微带贴片的外形为矩形。与寄生辐射单元20类似，辐射单元模块30的边缘可以为三角锯齿状或矩形锯齿状，中间覆铜层部分去掉圆形、矩形或异形的覆铜。贴片天线的工作模式是±45°交叉极化激励，激励点位于承载于第一pcb板41的微带贴片同一侧的两个角。43.本发明提供的基站天线，辐射单元模块30采用微带贴片形式，增加了寄生辐射单元20，以提升辐射性能并优化电路指标，相较传统的辐射单元形式，将辐射单元的剖面高度降低了约50％。44.为了满足小型化设计需求，寄生辐射单元20在竖直方向上的间距lm满足0.6λ-0.8λ，在水平方向上的间距ln满足0.4λ-0.6λ，δ为工作频段内中心频率在所述pcb介质基板中的等效波长。45.基站天线还包括第二pcb板42、第三pcb板43及馈电网络。其中，馈电网络包括第一功分器51及第二功分器52，第一功分器51和第二功分器52电连接。第一pcb板41和第三pcb板43通过第二pcb板42粘合在一起，第一功分器51形成于第一pcb板41，第二功分器52形成于第三pcb板43。46.第一功分器51形成于第一pcb板41，与第一pcb板41上的辐射单元模块30共面设置。47.具体地，第一功分器51为二功分器或一出n(n≥2)微带功分器，第二功分器52为一出四、一出五或一出n(n≥2)微带功分器。如图3所示，第一功分器51为微带二功分器；如图4所示，第二功分器52为一出四微带功分器。寄生辐射单元20在竖直方向上的间距为lm，微带二功分器的两个端口间相位差与lm成比例关系，一出四微带功分器四个端口的相位差与lm的两倍成比例关系。可以理解的，形成于第三pcb板43的一出四微带功分器可拆分为两级微带二功分器组成。48.可选的，如图3所示，第一功分器51和第二功分器52通过一根具有导线特性的金属棒53实现电气连接。当然，第一功分器51和第二功分器52也可以为微带线，通过仿真或实测调整其阻抗，实现馈电网络的匹配。49.馈电网络中还包括与设备端对接的射频接头80，射频接头80与第第二功分器52的主馈口电连接。50.四个二功分器与一出四微带功分器连接，实现了一出八。如图4所示，馈电网络中对应辐射单元±45°极化是两个对称设置的一出八微带功分器。受限于空间布局以及辐射单元为贴片形式，射频接头80的布局位置和贴片与第三pcb板43的方式采用多点的表贴连接。如图4所示，与对称设置的两个一出八微带功分器相连的两个射频接头80错位布设。51.本发明实施例提供的基站天线，直接依赖于印刷电路板，减少了传统的反射板部件，将天线的重量降低了30％，馈电网络集成设计在多层pcb板中，摆脱了传统同轴馈线焊接工序，保证产品一致性较好。52.具体地，如图5和图6所示，载体10上设有避让孔11及限位件12，连接件60穿设于寄生辐射单元20和避让孔11以将寄生辐射单元20与载体10连接在一起。限位件12用于约束寄生辐射单元20。53.在一可选的实施例中，如图2所示，寄生辐射单元20固定在载体10的背面。54.如图6所示，对应每一寄生辐射单元20设有四个限位件12，四个限位件12呈方形布设。限位件12具有导向面，限位件12的底部设有限位槽，导向面用于引导寄生辐射单元20滑入限位槽，限位槽与寄生辐射单元20适配。当寄生辐射单元20沿导向面移动至限位件12的底部时，落入限位槽内时，借由限位槽的相对槽壁将寄生辐射单元20约束在载体10的背面，同时借助四个限位件12的相互配合防止寄生辐射单元20沿载体10的表面发生移动。55.可选的，连接件60为塑料铆钉或螺钉。连接件60从载体10的背面穿过寄生辐射单元20进行固定。56.在又一可选的实施例中，如图7所示，寄生辐射单元20固定在载体10的正面，方便更换寄生辐射单元20。57.如图7所示，限位件12设置在载体10的正面。此时，塑料铆钉等连接件60从载体10的正面穿过寄生辐射单元20进行固定。58.除此之外，如图2和图7所示，载体10上还设有固定孔13，固定件(图中未示出)穿设于固定孔13以将载体10固定于第一pcb板41。59.载体10的相对两侧分别设有安装柱，固定孔13设置在安装柱上。为提高连接的稳固性，安装柱旁还设有加强筋131。60.可选的，固定件为金属螺钉、塑料螺钉或铆钉等。固定件穿过固定孔13、第一pcb板41、第二pcb板42和第三pcb板43，以实现载体10与第一pcb板41的固定。61.需要说明的是，为确保寄生辐射单元20与第一pcb板41高度一致，安装柱和加强筋131均与寄生辐射单元20位于载体10的同侧。如图2所示，当寄生辐射单元20固定在载体10的背面时，安装柱和加强筋131向载体10的背面延伸。如图7所示，当寄生辐射单元20固定在载体10的正面时，安装柱和加强筋131向载体10的正面延伸。62.具体地，固定孔13靠近载体10的一侧设置。如图8所示，基站天线有两个载体10，其中一个载体10相对另一个载体10旋转180°设置，确保两者的固定孔13错位，从而缩小两个载体10占用的空间，在较小的空间内即可将两个载体10均能固定在天线模块中。63.载体10对应寄生辐射单元20设有第一开窗14，作为调测天线电路和方向图指标。64.如图6所示，第一开窗14为一角呈凹弧状的四边形结构。对应同一寄生辐射单元20设有四个第一开窗14，四个第一开窗14绕避让孔11的周向布设。限位柱设置在相邻两个第一开窗14之间。65.基站天线还包括调试部件。如图6所示，载体10上设有第二开窗15及第三开窗16。如图8所示，调试部件包括第一调试部件71和第二调试部件72。第一调试部件71固定于第二开窗15，第二调试部件72固定于第三开窗16。其中，第二开窗15沿载体10的长度方向延伸，并设置在相邻两排寄生辐射单元20之间。第三开窗16沿载体10的宽度方向延伸，设置在相邻两列寄生辐射单元20之间。66.其中，调试部件固定于载体10，沿竖直和水平方向布设在寄生辐射单元20之间的间隙中。调试部件、载体10及寄生辐射单元20还可以作为天线性能的调测模块，可随寄生辐射单元20的尺寸优化以及对微带贴片的相对位置做优化设计，具有很高的替代性，拆卸灵活。67.第二开窗15和第三开窗16用于调试天线的电路指标，影响因素较大的电路指标为隔离度指标。68.第二开窗15和第三开窗16的正面分别设有卡槽17，第一调试部件71和第二调试部件72分别设有凸起73，凸起73与相应的卡槽17适配。69.如图5所示，第二开窗15和第三开窗16的正面分别设有两个卡槽17。如图9至图12所示，沿第一调试部件71的长度方向设有两个凸起73，两个凸起73与第二开窗15上两个卡槽17一一对应设置。第二调试部件72上亦设有两个凸起73，以便与第三开窗16上的卡槽17适配。需要说明的是，卡槽17的位置和尺寸可以根据需要设置，本发明不具体限定卡槽17的位置和尺寸。70.如图9和图10所示，第一调试部件71的长度为l1，高度为h1。如图11和图12所示，第二调试部件72的长度为l2，高度为h2。其中，h1和h2不能大于载体10下表面与第一pcb板41上表面间的距离，l1小于两个寄生辐射单元20最大边缘间距，l2小于寄生辐射单元20的边长。调试部件的尺寸不限于本实例中描述，可根据基站天线的空间和性能调测情况而定。71.可选的，调试部件独立于载体10，或者，调试部件与载体10一体注塑成型，以便提高生产效率。调试部件根据基站天线的调测性能而定，只要调试部件具有金属导电属性即可。72.传统辐射单元间隔离度的优化是通过在辐射单元间引入金属属性的隔离条改变单元间互耦从而改变系统端口间隔离，本发明实施例提供的基站天线，通过在一体注塑成型的载体10上预留第二窗口和第三窗口，以安装第一调试部件71和第二调试部件72来优化隔离度指标，同时也可对驻波进行调测。73.基站天线包括竖直方向上m个，水平方向上n个双层贴片天线。如图1所示，m＝8，n＝3，组成了3×8小阵列。74.为了实现基站天线最大辐射方向上具有预制的下倾角度，需要给每一个双层贴片天线输入不同的相位值。在本发明实施例中，通过改变馈电网络的微带线长实现，使得一出八微带功分器的主馈口与分口之间形成固定的相位差关系，通过方向图乘积原理实现8个辐射单元的合成波束的最大辐射方向满足预制下倾角。75.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。









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