一种馈电系统和阵列天线的制作方法

1.本技术实施例涉及天线技术领域，特别涉及一种馈电系统和阵列天线。


背景技术：

2.随着5g高速信息时代的到来，massive mimo(大规模多入多出技术)的天线阵列比传统的2t2r或8t8r的4g天线产品要求结构更紧凑，天线阵子单元个数更多，这也就使得馈电系统越来越复杂。以目前5g基站主流的32t方案的大规模阵列天线为例，通常由2行16列天线阵子按一定规律排列而成，与之对应的就是32路馈电系统。复杂的馈电系统将带来更高的线路损耗、更高的制造成本、更复杂的组装流程。
3.目前业界提出了很多降低馈电系统线路损耗的方案，空气带状线方案就是其中一种。一般方案是在一个金属腔体内悬置pcb或金属带状线，利用空气充当电磁波传递的介质，能有效降低路损。然而发明人发现目前业界在采用金属带状线馈电系统时，在总输入口处一般采用焊接馈针的方式来连接馈电系统和前端pcb板；且阵列天线中馈电系统和天线阵子之间之间通过焊接方式固定，因此，馈电系统和阵列天线均存在组装不便、生产效率不高，且生产成本较高的缺陷。


技术实现要素：

4.本技术实施例的主要目的在于提出一种馈电系统和阵列天线，馈电系统和前端pcb板之间免焊接连接，阵列天线中馈电系统和天线阵子之间免焊接连接，使得馈电系统和阵列天线组装方便、生产效率较高，且生产成本较低。
5.为实现上述目的，本技术实施例提供了一种馈电系统，包括：呈管状结构的腔体，内置于所述腔体的金属带状线；所述腔体包括相对设置的底板和顶板，所述底板上设有第一通孔，所述馈电系统的总输入端的一端连接所述金属带状线，另一端穿设过所述第一通孔并用于与所述前端pcb板上的固定座插接固定。
6.为实现上述目的，本技术实施例还提供了一种阵列天线，包括若干个天线阵子，若干个塑料固定件，如上述的馈电系统，所述馈电系统的顶板上开设有开窗，每个所述天线阵子通过一个所述塑料固定件可拆卸固定于所述馈电系统的所述开窗位置处。
7.本技术提出馈电系统包括呈管状结构的腔体，内置于管状结构的金属带状线，腔体和内置有腔体内的金属带状线形成空气带状线馈电系统，腔体包括相对设置的底板和顶板，底板上设有第一通孔，馈电系统的总输入端的一端连接金属带状线，另一端穿设过第一通孔并用于与前端pcb板上的固定座插接固定。由于本实施例中馈电系统的总输入端穿过底板的第一通孔以与前端pcb板上的固定座插接固定，实现了馈电系统与前端pcb板之间免焊接连接，组装时，只需将馈电系统的总输入端穿过第一通孔与前端pcb板上的固定座插接，即可实现馈电系统与前端pcb板的固定，馈电系统和前端pcb板之间免焊接连接，使得馈电系统组装方便，生产效率较高，且生产成本较低。且本实施例中提高的阵列天线中在馈电系统的顶板上开设若干个开窗，通过塑料固定件将天线阵子可拆卸固定于馈电系统的开窗
位置处，方便天线阵子与馈电系统之间的组装固定，阵列天线中馈电系统和天线阵子之间实现免焊接连接，使得阵列天线组装方便、生产效率较高，且生产成本较低。
附图说明
8.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定。
9.图1是本技术实施例中馈电系统和天线阵子的装配结构示意图；
10.图2是本技术实施例中透明化腔体后的馈电系统和天线阵子的装配结构示意图；
11.图3是本技术实施例塑料支撑架和金属带状线的装配结构示意图；
12.图4是本技术实施例塑料支撑架和金属带状线的爆炸图；
13.图5是本技术实施例总输入端与固定座的结构示意图；
14.图6是本技术实施例从腔体的底板朝上看固定座的结构示意图；
15.图7是本技术实施例馈电系统和前端pcb板插接固定的结构示意图；
16.图8是本技术实施例馈电系统和天线阵子的左视图；
17.图9是本技术实施例一个天线阵子在馈电系统上的装配结构示意图；
18.图10是本技术实施例天线阵子的馈电巴伦在馈电系统上的装配结构示意图；
19.图11是将图10所示腔体的顶板透明化处理后的示意图。
具体实施方式
20.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
21.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。
22.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本技术的具体结构进行限定。在本技术的描述中，还需要说明的是，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
23.请参见图1至图11所示，本技术实施例提供了一种馈电系统1，包括：呈管状结构的腔体11，内置于腔体11的金属带状线13；腔体11包括相对设置的顶板111和底板112，底板112上设有第一通孔1120，馈电系统1的总输入端131的一端连接金属带状线13，另一端穿设
过第一通孔1120并用于与前端pcb板102上的固定座101插接固定。
24.本技术提出的馈电系统1包括呈管状结构的腔体11，内置于腔体11的金属带状线13，腔体11和内置有腔体11内的金属带状线13形成空气带状线馈电系统1，腔体11包括相对设置的底板112和顶板111，底板112上设有第一通孔1120，馈电系统1的总输入端131的一端连接金属带状线13，另一端位于第一通孔1120内，且总输入端131的另一端用于与前端pcb板102上的固定座101插接固定。由于本实施例中馈电系统1的总输入端131穿过底板112的第一通孔1120以与前端pcb板102上的固定座101插接固定，实现了馈电系统1与前端pcb板102之间免焊接连接，组装时，只需将馈电系统1的总输入端131穿过第一通孔1120与前端pcb板102上的固定座101插接，即可实现馈电系统1与前端pcb板102的固定，组装方便，生产效率较高，且生产成本较低。
25.值得说明的是，本实施例中所说的“呈管状结构的腔体”可理解为：腔体的横截面形状为方形的方形管状、腔体的横截面形状为矩形的矩形管状、腔体的横截面形状为圆形的圆形管状、腔体的横截面形状为椭圆形的椭圆形管状等，本实施例附图中以腔体的横截面形状为矩形的矩形管状为例对腔体11的结构进行示意。
26.下面对本实施方式的馈电系统1的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
27.请一并参见图1、图2、图3和图4，本实施例中馈电系统1还包括塑料支撑架12，塑料支撑架12内置于腔体11，金属带状线13通过塑料支撑架12悬置于腔体11内。
28.下面先对本实施例中的腔体11结构进行说明。
29.在一个具体实施例中，腔体11还包括相对的两个侧板(113和114)，两个侧板(113和114)与底板112一体成型且均为金属材质，顶板111为塑料材质且与塑料支撑架12一体成型。
30.腔体11包括上下相对设置的底板112和顶板111，以及相对设置的左侧板113和右侧板114。本实施例中左侧板113、底板112和右侧板114均为金属材质、且左侧板113、底板112和右侧板114一体成型形成金属u形槽。腔体11的顶板111为塑料材质且与塑料支撑架12一体成型。金属带状线13可固定于塑料支撑架12上，在顶板111与金属u形槽装配时，塑料支撑架12朝向金属u形槽，顶板111封盖金属u形槽的开口，此时，金属带状线13经由塑料支撑架12悬置于金属u形槽与顶板111围成的腔体11内。
31.在另一个具体实施例中，腔体11还包括相对的两个侧板(113和114)，两个侧板(113和114)与底板112和顶板111一体成型且均为金属材质。
32.本实施例中腔体11包括上下相对设置的底板112和顶板111，以及相对设置的左侧板113和右侧板114，顶板111、左侧板113、底板112和右侧板114一体成型形成呈中空管状的金属腔体11。金属带状线13固定于塑料支撑架12上，塑料支撑架12内置于金属腔体11内，金属带状线13经由塑料支撑架12悬置于金属腔体11内。
33.可以看出，上述给出两种结构的馈电系统1组装后结构大致相同，主要不同之处在于在第一个实施例中腔体11的顶板111为塑料材质，第二个实施例中腔体11的顶板111为金属材质。第一个实施例中馈电系统1的工作原理为带状线，第二个实施例中馈电系统1的工作原理为微带线。本技术实施例中两种实施例中金属带状线13的制作工艺均为钣金，因此，第一个实施例中金属带状线13的名称可为钣金带状线，第二个实施例中金属带状线13的名
称可为钣金微带线。
34.可实现地，腔体11包括在长度方向(y方向)上相对的两个开口；塑料支撑架12包括：沿腔体11长度方向上相对的第一侧壁121和第二侧壁122；第一侧壁121上设有固定部1211，固定部1211设有贯穿孔；第一侧壁121在垂直于底板112的表面方向(z方向)上的宽度小于底板112和顶板111之间的宽度；顶板111上设有定位孔，定位孔与贯穿孔相对设置，第一固定件200位于定位孔和贯穿孔内以将塑料支撑架12固定于腔体11内。
35.本实施例中腔体11包括上下相对设置的底板112和顶板111，以及相对设置的左侧板113和右侧板114，顶板111、左侧板113、底板112和右侧板114围成中空管状，呈中空管状的腔体11包括在长度方向上相对的两个开口。
36.塑料支撑架12包括：矩形框架、以及固定于所述矩形框架内的若干固定条124，固定条124用于支撑固定金属带状线13。矩形框架包括沿腔体11长度方向上相对的第一侧壁121和第二侧壁122，以及沿腔体11宽度方向(x方向)上相对的第三侧壁和第四侧壁123。部分固定条124连接于第一侧壁121和第二侧壁122之间，若第一侧壁121和第二侧壁122之间连接有多条固定条124，这多条固定条124可沿腔体11长度方向上间隔设置。另一部分固定条124连接于第三侧壁和第四侧壁123之间，金属带状线13固定于固定条124上。为使得塑料支撑架12能够顺利装配进腔体11内，需保证第一侧壁121在垂直于底板112的表面方向上的宽度小于底板112和顶板111之间的宽度，且第三侧壁和第四侧壁123在垂直于底板112的表面方向上的宽度也小于底板112和顶板111之间的宽度。
37.可实现地，连接于第三侧壁和第四侧壁123之间的固定条124上有若干个突起，突起与金属带状线13上的孔洞结合固定。金属带状线13在设计上是一体的，制作时也可以一体化成型，然后装配在塑料支撑架12上，这样塑料支撑架12和金属带状线13就形成了一个稳定的整体，将这个整体直接推入腔体11中即可完成装配。
38.为实现塑料支撑架12在中空管状的腔体11内的固定，塑料支撑架12的第一侧壁121上设有固定部1211，固定部1211设有贯穿孔。腔体11的顶板111上设有定位孔，定位孔与贯穿孔相对设置。第一固定件200位于定位孔和贯穿孔内以将塑料支撑架12固定于腔体11内，可利用第一固定件200将塑料支撑架12固定于腔体11内。本实施例中第一固定件200可以为铆钉、螺钉、螺塞等。
39.若腔体11的两个侧板(113和114)与底板112和顶板111一体成型且均为金属材质时，馈电系统1在组装时先将金属带状线13固定于塑料支撑架12上，之后，将塑料支撑架12从腔体11的一个开口推入。在塑料支撑架12上固定部1211和贯穿孔与腔体11顶板111上的定位孔对准时，将第一固定件200装配至定位孔和贯穿孔内并锁紧，从而实现塑料支撑架12在腔体11内的固定，提高馈电系统1的装配稳定性。
40.可实现地，为方便装配，防止装配时塑料支撑架12在腔体11内推过位，第二侧壁122在垂直于底板112的表面方向上的宽度大于底板112和顶板111之间的宽度。如此，塑料支撑架12的第二侧壁122无法进入腔体11内，并封闭腔体11的其中一个开口。
41.在一个实施例中，馈电系统1总体形成一个1to4的功分移相网络(包括1个总输入端131、4个输出端)，具体包括一个一级1to2网络和两个二级1to2网络。如图所示，馈电系统1的输入端位于金属带状线13延伸方向的中间位置，四个输出端在输入端的左右两侧对称分布。本实施例提出的馈电系统1为单层腔体11结构，一级和二级功分移相网络为一体成型
结构不存在焊接点。
42.在一个例子中，请一并参见图3、图5、图6和图7，总输入端131包括：连接金属带状线13的平坦部1311、以及与平坦部1311末端连接且朝向底板112弯折的插入部1312；底板112上开设有第二通孔，且第二通孔与插入部1312相对设置，插入部1312位于通孔内，且插入部1312用于与前端pcb板102上的固定座101插接固定。
43.本实施例中总输入端131包括连接金属带状线13的平坦部1311，该平坦部1311与腔体11的底板112平行，插入部1312连接平坦部1311末端且朝向底板112弯折，可选地，插入部1312与腔体11的底板112垂直。固定座101是一个表面贴在前端pcb板102上的金属结构件，总输入端131的插入部1312通过底板112上开设的第二通孔与前端pcb板102上的固定座101插接固定，实现了馈电系统1与前端pcb板102的免焊接连接。固定座101类似一个夹子的结构，可将插入部1312夹住，从而不需要额外的焊接操作。总输入端131的插入部1312结构也可根据需要就需要进行设备，只要能够实现总输入端131与固定座101的插接固定即可，本实施例中不再一一赘述。其中，第二通孔的形状不限，可以为圆形、方形等，只要能够实现总输入端131的插入部1312和前端pcb板102上的固定座101通过该第二通孔插接固定即可。本实施例中总输入端131的数目为两个，两个总输入端131分别位于腔体11的左侧板113和右侧板114。其中，总输入端131与金属带状线13的主体部分一体成型。
44.在一些例子中，请参见图3和图4，馈电系统1还包括：可滑动连接于金属带状线13的介质滑块132，介质滑块132邻近总输入端131，介质滑块132通过外部传动装置的带动下沿金属带状线13的延伸方向滑动。
45.本实施例中介质滑块132介电常数已知，位于馈电系统1的第一级1to2网络处，即位于总输入端131附近，邻近总输入端131。介质滑块132可沿金属带状线13长度方向滑动以改变相应位置周围的介电常数，从而影响电磁波的波长，改变第一级1to2网络两输出端的相位差，以达到波束扫描的效果。具体的，可通过传动装置牵引介质滑块132沿着金属带状线13长度方向前后移动。本实施例中腔体11中仅有一组介质滑块132用于移相，工作时只需要一套传动装置。一组介质滑块132包括两个介质滑块132，这两个介质滑块132分别设置于金属带状线13位于腔体11的左侧板113和右侧板114部分。
46.总的来说，本技术上述实施例中利用腔体11和钣金带状线的原理来实现馈电系统1，本技术提供两种馈电系统1的结构样式。一种结构包括：矩形金属腔体11，在腔体11内部是金属带状线13功分器和介质移向器。为了将金属带状线13置于金属腔体11的中央，设计了与之配套的一体化塑料支撑架12，在安装时可以直接将金属带线与一体化塑料支撑架12组装好后直接滑入矩形金属腔体11内。由于空气带状线功分器的介质是空气，所以其整体的损耗相较于传统的微带线方案存在优势。另一种结构中腔体11包括：金属u形槽、以及封闭u形槽开口的塑料盖板结构；腔体11包括上下相对设置的底板112和顶板111，以及相对设置的左侧板113和右侧板114。本实施例中左侧板113、底板112和右侧板114一体成型形成金属u形槽。塑料盖板结构包括顶板111、和位于所述顶板111下表面的固定架，顶板111和固定架为一体成型的塑料结构。金属带状线13可固定于固定架上，在塑料盖板结构与金属u形槽装配时，固定架朝向金属u形槽，顶板111封盖金属u形槽的开口，此时，金属带状线13经由固定架悬置于u形槽与塑料盖板结构的顶板111围成的腔体11内。第一个实施例中馈电系统1的工作原理为带状线，第二个实施例中馈电系统1的工作原理为微带线。
47.本技术提供的悬置空气带状线的功分器悬置于腔体11中间，从功能上讲是一个1to4的等功分器，即从一个总输入口先一分为二(一级1to2)，然后在这个基础上再分别一分为二(二级1to2)形成1to4的功分器。在一级1to2处集成介质移向器的功能，即在一级1to2处利用一块介电常数已知的介质滑块132来改变带状线周围的介电常数，从而实现一级1to2两输出端的相位可调。
48.此外，在带状线馈电系统1的总输入口的插入部1312可以直接插入一个表贴在前端pcb板102上的固定座101中而不需要额外的焊接工序。这样的连接方式使得带状线馈电系统1与前端pcb板102之间做到无焊接，对于后期组装来说可以节省许多人力物力，提高生产效率。
49.本技术实施例还提供了一种阵列天线，请参见图1至图11，包括若干个天线阵子2，若干个塑料固定件3，以及如上述任一实施例中的馈电系统1，馈电系统1的顶板111上开设有若干个开窗11101，每个天线阵子2通过一个塑料固定件3可拆卸固定于馈电系统1的开窗11101位置处。
50.本实施例中天线阵子2与馈电系统1之间免焊接连接，在馈电系统1的顶板111上开设若干个开窗11101，通过塑料固定件3将天线阵子2可拆卸固定于馈电系统1的开窗11101位置处，方便天线阵子2与馈电系统1之间的组装固定。
51.在一个例子中，塑料固定件3包括固定板32，固定板32位于馈电系统1的顶板111上、且位于开窗11101上，固定板32上设有若干个第一固定孔，馈电系统1的顶板111上开设有若干个第三通孔11102，第三通孔11102与第一固定孔一一对应，第二固定件位于第一固定孔和第三通孔11102内以将天线阵子2固定于馈电系统1。
52.本实施例中塑料固定件3包括固定板32，固定板32横跨开窗11101位于馈电系统1的顶板111上，且固定板32上设有第一固定孔，馈电系统1的顶板111上设有第三通孔11102，因此，将第二固定件装配在第一固定孔和第三通孔11102内锁紧，便将天线阵子2固定于馈电系统1上。
53.请参见图8，天线阵子2包括：谐振臂22、辐射贴片21和馈电巴伦23三个金属件，这三个金属件通过塑料固定件3组装在一起形成一个整体。如此，在将塑料固定件3固定于馈电系统1后即可实现天线阵子2在馈电系统1上的固定。本实施例中塑料固定件3还包括固定于固定板32上的支架31，辐射贴片21固定于支架31的顶端、谐振臂22固定于支架31上且位于辐射贴片21下方，馈电巴伦23也固定于辐射贴片21下方，且馈电巴伦23下方通过馈电系统1的顶板111上的开窗11101伸入腔体11内。
54.在一些例子中，请参见图10和图11，天线阵子2的馈电巴伦23末端设有金属贴条231，金属贴条231位于腔体11内且与金属带状线13的输出端平行；金属贴条231上设有第二固定孔2310，塑料固定件3的固定板32上设有固定柱，固定柱压覆于第二固定孔2310以将金属贴条231固定于塑料固定件3和馈电系统1的底板112之间。
55.为了标注天线阵子2的馈电巴伦23的位置，将天线阵子2的谐振臂22111、辐射贴片21112和结构件113做透明化处理得到附图9。固定座101下方可自带有固定结构，通过固定结构安装在馈电系统1的顶板111上表面。
56.在腔体11的顶板111上设有开窗11101，馈电巴伦23末端设有金属贴条231，金属贴条231与腔体11的底板112保持平行，通过腔体11顶板111上的开窗11101将馈电巴伦23末端
的金属贴条231伸入腔体11内部与金属带状线13的输出端保持平行放置。为了保证二者相对位置的稳定，塑料固定件3的固定板32上设有固定柱，固定柱压覆于第二固定孔2310以将金属贴条231固定于塑料固定件3和馈电系统1的底板112之间，固定柱与固定座101一体成型。
57.本案通过一体化成型的金属带状线13馈电系统1配合钣金对称阵子，结合一些特定的塑料固定件3，可以在完全不需要焊接工艺的情况下进行组装并正常工作，且各个功能模块之间相对独立，在组装时可分工种对天线阵子2、金属带状线13馈电系统1、天线阵子2和馈电系统1整机进行分装，大大提高生产安装过程中的一致性，减少生产成本，且分模块的形式有利于后期定位问题，提高生产效率。本案采用的金属带状线13馈电系统1以空气为电磁波传播的介质，路损相较于传统的微带线形式有明显优势，针对复杂的馈电系统1有较高的收益，再配合介质移向器可以达到波束扫描的效果，可以契合更加复杂多样的应用场景。本技术提出的带状线馈电系统1，馈线是一体成型的钣金带线不存在焊接点，且馈线和天线阵子2之间也是通过耦合连接，同样不需要焊接。
58.本技术提供的实施例具备以下优势：
59.(1)本技术提供了一种天线阵子2，其馈电巴伦23、谐振臂22和辐射片均为金属材质，利用配套的塑料固定件3结合在一起。其中，天线阵子2为本钣金对称阵子
60.(2)本技术提供了一种馈线系统和天线阵子2之间免焊接的实现方案，天线阵子2的馈电巴伦23末端设有金属贴条231，金属贴条231是伸入腔体11内和金属带状线13平行的。馈电巴伦23和金属带状线13之间通过固定件保持稳定，金属贴条231与金属带状线13之间会有耦合效应，可以不用进行焊接。
61.(3)本技术的目的在于克服实际生产应用中复杂的馈电系统1带来的损耗过大、生产成本高、后期组装困难的问题。通过利用空气充当介质设计带状线馈电系统1，减少线路损耗，并且将带状线馈电系统1的总输入口与天线阵子2做免焊接设计，减少了焊接带来的损耗。免焊接的设计也方便后期统一生产和装配，减少了成本，提高了稳定性。
62.值得一提的是，上述实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本技术的创新部分，上述实施例中并没有将与解决本技术所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明上述实施例中不存在其它的单元。
63.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本技术的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。