叠层结构的MIMO天线组合体的制作方法

本发明涉及mimo(multipleinputmultipleoutput)天线。更具体地，涉及一种轻量化的叠层结构的mimo天线组合体，及tdd(timedivisionduplex)方式工作的mimo天线中的校准(calibration)。

背景技术：

以下叙述的内容仅作为本发明相关的背景技术而提供，并非用于实施背景技术。

多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，mimo)技术作为通过使用多个天线使数据传送量突破性地增长的技术，是在发射器上通过不同发射天线发射不同的数据，在接收器上通过适当的信号处理来区分出发射数据的空间复用(spatialmultiplexing)方法。因此，随着同时增加收发天线的数量以增加信道容量，从而可传送更多的数据。例如将天线数量增至10个，则相比于目前的单一天线系统，在使用相同频率带宽时，可确保约10倍的信道容量。

在4g先进的长期演进(4glte-advanced)中最多可使用8个天线，目前在pre-5g阶段中正在开发安装有64或者128个天线的产品，在5g中预计会使用具有更多数量天线的基站装置，并称之为大规模mimo(massivemimo)技术。与目前运营的二维蜂窝(cell)相比，如果导入massivemimo技术，由于可实现3d波束成型(3d-beamforming)，则称之为全维mimo(fulldimensionmimo，fd-mimo)。

massivemimo技术中，随着天线元件数量的增加发送器和过滤器的数量也随之增加。然而由于受到设置场所的租金或者空间制约，因此制造出小而轻且费用低廉的rf部件(天线元件/过滤器/电源放大器/收发器等)，将左右采用massivemimo技术的天线装置的成败。massivemimo为了扩展覆盖面积，需要高功率，但是这种高功率引起的电量消耗和发热量在缩减重量及尺寸的过程中将起到消极因素的作用。

因此，本领域当前面临的技术问题是开发出可小型化/轻量化现有的天线系统，且便于多个rf元件间的电连接及组装的天线系统的结构。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的在于，提供一种小型化且轻量化的叠层结构的mimo天线。

此外，本发明提出一种能够最小化组装多个滤波器时发生的组装公差的累积量、能够均匀地传递用于确保组装方式和滤波器的电学特性所需的接合力的结构。

此外，本发明的另一目的在于，提供一种在基于tdd(timedivisionduplex)方式工作的mimo天线中，利用一个校准硬件机构可执行tx/rx校准，在运行期间可实时地进行校准的校准方法。

(二)技术方案

根据本实施例的一方面，提供一种包括叠层结构的天线组合体的mimo天线系统。在mimo天线系统中，天线罩与背面上形成有散热器的外壳之间内置有叠层结构的天线组合体。叠层结构的天线组合体包括第一印刷电路基板(pcb，printedcircuitboard)，其形成有供电网络(feedingnetwork)；多个天线元件，其设置于所述第一印刷电路基板的与所述天线罩相对的上部面且与所述供电网络电连接；以及滤波器组合体，其布置于所述第一印刷电路基板的下部面且包括与所述供电网络电连接的多个带通过滤器。而且，叠层结构的天线组合体还包括第二印刷电路基板，其与所述外壳相面对地布置，且形成有与所述多个带通过滤器电连接的多个收发电路。

根据本实施例的另一方面，提供一种叠层结构的mimo天线组合体。所述叠层结构的mimo天线组合体包括第一印刷电路基板(pcb，printedcircuitboard)，其形成有供电网络(feedingnetwork)；多个天线元件，其设置于所述第一印刷电路基板的上部面且与所述供电网络连接；以及滤波器组合体，其布置在所述第一印刷电路基板的下部面且包括与所述供电网络连接的多个带通过滤器。而且，所述叠层结构的mimo天线组合体包括布置在所述第一印刷电路基板的下部的第二印刷电路基板。第二印刷电路基板上形成有与所述多个带通过滤器连接的多个收发电路、与所述多个收发电路连接且用于执行基带信号的数字处理的数字电路及由多个开关以树结构连接而形成的校准电路。

根据本实施例的又一方面，提供一种mimo天线组合体，其包括第一印刷电路基板(pcb，printedcircuitboard)，其上形成有供电网络(feedingnetwork)及与所述供电网络电连接的多个贯通孔(throughhole)；多个天线元件，其设置于所述第一印刷电路基板的上部面且与所述供电网络连接；以及多个带通过滤器，其紧贴在所述第一印刷电路基板的下部面并接合。各带通过滤器具有第一端口，所述第一端口具有从所述第一端口内部的中空(cavity)延伸且突出于下部面的第一导电销，各带通过滤器以所述第一导电销的突出部分插入形成于所述第一印刷电路基板的所述贯通孔中的状态紧贴所述第一印刷电路基板并接合。所述mimo天线组合体的实施例还可包括以下特征中的至少一个。

部分实施例中，所述第一端口包括：形成于所述上部面的开口部；插在所述开口部且封闭所述开口部的绝缘套筒；以及贯通所述绝缘套筒且突出于所述套筒的所述导电销。

部分实施例中，所述多个带通过滤器形成有多个接合槽，所述多个接合槽通过螺栓使所述上部面与所述印刷电路基板接合。

部分实施例中，所述多个带通过滤器以排成一列地组装在推杆(pushbar)上并形成滤波器组合体，所述推杆上形成的插入凸起插入形成于所述第一印刷电路基板的插入孔中。

部分实施例中，所述多个带通过滤器包括可容纳所述推杆的段差部，所述段差部上形成有插入凸起及接合孔，所述推杆上形成有可供各带通过滤器的插入凸起插入的插入槽，并形成有通过螺栓与各带通过滤器的接合孔接合的多个接合槽。

部分实施例中，所述mimo天线组合体还包括第二印刷电路基板，所述第二印刷电路基板上形成有与所述多个带通过滤器连接的多个收发电路。

部分实施例中，所述第二印刷电路基板的上部面安装有与所述多个收发电路连接的多个rf插槽(socket)，各带通过滤器具有第二端口，所述第二端口包括突出于下部面且中心形成有用于插入所述rf插槽的突出部及用于贯穿从内部的中空延伸且在所述突出部形成的所述槽的导电销，各带通过滤器以所述导电销的一部分插入所述rf插槽上形成的孔的状态与所述第二印刷电路基板结合。

部分实施例中，各带通过滤器的所述第二端口包括：形成于所述槽的开口部；插在所述开口部且用于封闭所述开口部的绝缘套筒；以及贯通所述绝缘套筒且突出于所述套筒的所述导电销。

部分实施例中，所述第二印刷电路基板的上部面安装有多个结构物，所述多个结构物形成有与所述收发电路电连接的接触片(contactpad)，各带通过滤器具有第二端口，所述第二端口具有从内部的中空(cavity)延伸且突出于下部面的导电活塞(plunger)，各带通过滤器以所述导电活塞的一部分接触所述接触片(contactpad)的状态与所述第二印刷电路基板结合。

部分实施例中，各带通过滤器的所述第二端口包括：形成于所述下部面的开口部；插在所述开口部且用于封闭所述开口部的绝缘套筒；贯通所述绝缘套筒且突出于所述套筒的圆筒形桶(barrel)；至少一部分插入所述圆筒形桶的所述活塞(plunger)；以及布置在所述桶内且用于支撑所述波导活塞的弹簧。

部分实施例中，所述多个带通过滤器以在与所述第二印刷电路基板接合的推杆(pushbar)上组装成一列并形成滤波器组合体，与所述第二印刷电路基板接合的所述推杆均匀地向各带通过滤器提供压力以使各带通过滤器以均匀的力与所述第二印刷电路基板结合。

部分实施例中，所述多个带通过滤器的下部面上形成有接合槽，所述接合槽通过螺栓与形成有多个收发电路的第二印刷电路基板接合。

根据本实施例的又一方面，提供一种mimo天线组合体，其包括第一印刷电路基板(pcb，printedcircuitboard)，其形成有供电网络(feedingnetwork)和连接在所述供电网络上的多个接触片(contactpad)；多个天线元件，其设置于所述第一印刷电路基板的上部面，且与所述供电网络连接；以及多个带通过滤器，其紧贴在所述第一印刷电路基板的下部面并接合。各带通过滤器具有第一端口，所述第一端口具有由其内部的中空(cavity)延伸且突出于上部面的第一导电活塞(plunger)，各带通过滤器以所述第一导电波导活塞接触形成于所述第一印刷电路基板上的所述接触片的状态紧贴所述第一印刷电路基板并接合。所述mimo天线组合体的实施例还可包括以下特征中的至少一个。

部分实施例中，所述第一端口包括：形成于所述上部面的开口部；插在所述开口部且用于封闭所述开口部绝缘套筒；贯通所述绝缘套筒且突出于所述套筒的圆筒形桶(barrel)；至少一部分插入所述圆筒形桶中的所述导电活塞；以及布置于所述桶内且用于支撑所述导电导活塞的弹簧。

部分实施例中，所述mimo天线组合体还包括第二印刷电路基板，所述第二印刷电路基板上形成有与所述多个带通过滤器连接的多个收发电路。

部分实施例中，所述第二印刷电路基板的上部面上安装有多个结构物，所述多个结构物形成有与所述收发电路电连接的接触片(contactpad)，各带通过滤器具有第二端口，所述第二端口具有从内部的中空(cavity)延伸且突出于下部面的导电活塞(plunger)，各带通过滤器以所述第二端口的所述导电活塞接触所述接触片(contactpad)的状态与所述第二印刷电路基板结合。

部分实施例中，各带通过滤器的所述第二端口包括：形成于下部面的开口部；插在所述开口部且用于封闭所述开口部的套筒；贯通所述套筒且突出于所述套筒的圆筒形桶(barrel)；至少一部分插入所述圆筒形桶的所述导电导活塞(plunger)；以及布置在所述圆筒形桶内且用于支撑所述导电活塞的弹簧。

部分实施例中，所述第二印刷电路基板的上部面上安装有多个结构物，所述多个结构物形成有与所述收发电路电连接的接触片(contactpad)，各带通过滤器具有第二端口，所述第二端口具有从内部的中空(cavity)延伸且突出于下部面的导电棒，各带通过滤器以所述导电棒接触所述接触片(contactpad)的状态与所述第二印刷电路基板结合。

部分实施例中，各带通过滤器的所述第二端口包括：形成于所述下部面的开口部；插在所述开口部且用于封闭所述开口部的绝缘套筒；以及贯通所述绝缘套筒且突出于所述套筒的所述导电棒。

根据本实施例的又一方面，各带通过滤器具有第一端口，所述第一端口具有与其内部的中空(cavity)电连接且突出于上部面的导电棒(conductiverod)，各带通过滤器以所述导电棒接触形成于所述第一印刷电路基板的所述接触片的状态紧贴所述第一印刷电路基板并接合。部分实施例中，所述第一端口包括：形成于所述上部面的开口部；插在所述开口部且用于封闭所述开口部的绝缘套筒；贯通所述绝缘套筒且突出于所述套筒的导电销；以及与所述导电销的末端垂直地固定的所述导电棒。

根据本实施例的又一方面，基于tdd(timedivisionduplex)通信协议工作的mimo天线系统包括多个天线元件、与所述多个天线元件连接的多个带通过滤器，及与所述多个带通过滤器连接的多个收发电路。各收发电路包括与所述带通过滤器连接的rf接口及与所述rf接口以时分连接的发送路径和接收路径。所述mimo天线系统还包括校准网络，所述校准网络由多个开关以树结构连接而成，所述树结构中位于最上位的开关选择性地将所述多个发送路径中特定发送路径与所述多个接收路径中特定接收路径连接，所述树结构中位于最下位的多个开关分别与耦合在所述多个收发电路的rf接口的多个定向耦合器连接。根据所述mimo天线系统，在下行链路时间区间所述特定发送路径用于引入导频信号以执行对所述多个接收路径的校准，在上行链路时间区间，所述特定接收路径用作所述多个发送路径的校准的反馈路径。所述mimo天线系统的实施例还可包括以下特征中的至少一个。

部分实施例中，所述mimo天线系统还包括处理电路，其与所述多个收发电路连接，并执行对所述多个发送路径的发送校准和对所述多个接收路径的接收校准。

部分实施例中，所述处理电路通过将事先测定的所述多个带通过滤器与天线电缆线(feederline)的rf偏差作为补偿值包括在各发送路径间的偏差和各接收路径间的偏差中，以执行所述发送校准和所述接收校准。

部分实施例中，所述处理电路在所述mimo天线运行期间实时地进行校准。

部分实施例中，所述多个收发电路、所述校准网络及所述处理电路形成在一个印刷电路基板上。

部分实施例中，所述处理电路执行以下过程，形成由所述多个定向耦合器、所述校准网络及所述特定接收路径构成的第一校准路径的过程，通过所述第一校准路径，获取经由各发送路径的发送信号的过程，基于引入各发送路径的发送信号与通过所述第一校准路径获取的发送信号间的比较，执行发送校准的过程。

部分实施例中，所述处理电路执行以下过程，生成用于校准各接收路径的导频信号过程，形成由所述特定发送路径、所述校准网络及所述定向耦合器构成的第二校准路径的过程，通过所述第二校准路径将所述生成的导频信号插入各接收路径中的过程，基于由所述生成的导频信号与各接收路径的输出信号提取的导频信号间的比较，执行接收校准的过程。

部分实施例中，各发送电路包括上行变换器、d/a变换器及功率放大器(pa)，所述特定发送路径还包括位于所述功率放大器与所述d/a变换器之间的开关，所述开关还包括在上行链路时间区间用于将由所述特定发送路径引入的导频信号向所述校准网络迂回的开关。

部分实施例中，各接收电路包括低噪音放大器(lna)、a/d变换器及下行变换器，所述特定接收路径还包括位于所述低噪音放大器与所述a/d变换器之间的开关，所述开关还包括在下行链路时间区间用于接收由所述校准网络反馈的经由各发送路径的发送信号的开关。

部分实施例中，所述导频信号具有接收信号的带内(in-band)频率。

部分实施例中，所述导频信号具有接收信号的带外(out-band)频率。

部分实施例中，各收发电路还包括所述发送路径、所述接收路径及连接在所述rf接口的环行器(circulator)，由所述rf接口向所述环行器输入的接收信号向所述接收路径传递，由所述发送路径向所述环行器输入的发送信号向所述rf接口传递。

部分实施例中，所述接收路径通过tdd开关与所述环行器连接，所述tdd开关包括与所述环行器连接的第一输入端，与所述接收路径连接的第一输出端，及连接有终端电阻的第二输出端，所述tdd开关在下行链路时间区间将所述第一输入端连接到所述第二输出端。

根据本发明的又一方面，提供一种mimo天线系统的校准方法，所述mimo天线系统包括多个天线，与所述多个天线连接的多个带通过滤器，与所述多个带通过滤器连接且通过所述多个天线利用tdd(timedivisionduplex)通信协议发送和接收的多个收发电路，以及由多个开关以树结构连接而成的校准网络。所述方法包括形成由耦合在所述多个收发电路与所述带通过滤器之间的支路(branch)的定向耦合器，所述校准网络和所述多个收发电路中特定收发电路中包括的接收路径构成第一校准路径的过程。所述方法还包括获取通过所述第一校准路径向所述多个带通过滤器传送的发送信号的过程；以及基于引入各发送路径的发送信号与通过所述第一校准路径获取的发送信号间的比较，执行发送校准的过程。所述校准方法的实施例还包括以下特征中的至少一个。

部分实施例中，形成所述第一校准路径的过程和获取所述发送信号的过程在下行链路时间区间执行。

部分实施例中，执行所述发送校准的过程还包括将事先测定的所述多个带通过滤器的rf偏差作为补偿值包括在各收发电路中包括的各发送路径间的偏差中的过程。

部分实施例中，所述校准方法包括：生成用于各接收路径的校准的导频信号的过程；形成由所述多个收发电路与所述带通过滤器之间的支路(branch)上耦合的定向耦合器，所述校准网络与所述多个收发电路中特定收发电路中包括的发送路径构成第二校准路径的过程；通过所述第二校准路径为了将所述导频信号插入所述多个收发电路中包括的接收路径中，将所述导频信号插入所述特定收发电路中包括的发送路径中的过程；以及比较所述生成的导频信号与从各接收路径的输出信号提取的导频信号，执行接收校准的过程。

部分实施例中，形成所述第二校准路径的过程和插入所述导频信号的过程在上行链路时间区间执行。

部分实施例中，执行所述接收校准的过程还包括，将事先测定的所述多个带通过滤器与天线电缆线(feederline)的rf偏差作为补偿值包括在各收发电路中包括的各接收路径间的偏差中的过程。

附图说明

图1是图示例举内置有本发明涉及的天线组合体的天线装置的外形的立体图。

图2是图示massivemimo天线的叠层结构的图。

图3是例举实现图2的叠层结构中第一层至第二层的子组合体的分解图。

图4是图示本发明的一实施例涉及的massivemimo天线系统的叠层结构的图。

图5是本发明的一实施例涉及的采用图4的叠层结构的massivemimo天线的分解图。

图6是结合有本发明的一实施例涉及的天线元件的第一pcb上结合有滤波器的子组合体的分解图。

图7是图示带通过滤器通过rf连接器与pcb连接结构的示例图。

图8是图示本发明的一实施例涉及的共振腔滤波器结构的立体图。

图9是用于说明本发明的一实施例涉及的共振腔滤波器与第一pcb和第二pcb连接的结构的剖面图。

图10是用于说明本发明的另一实施例涉及的共振腔滤波器与第一pcb和第二pcb连接的结构的剖面图。

图11是用于说明本发明的又一实施例涉及的共振腔滤波器与第一pcb和第二pcb连接的结构的剖面图。

图12是图示本发明的一实施例涉及的滤波器组合体的图。

图13是图示本发明的一实施例涉及的滤波器组合体组装在第一pcb上的状态图。

图14是图示化本发明涉及的massivemimo天线组合体的功能的电路图。

图15a是图示rfic与rf元件之间不存在spdt开关的收发模块的图，图15b是图示rfic与rf元件之间存在spdt开关的收发模块的图。

图16是用于说明tx校准中信号流程的图。

图17是用于说明rx校准中信号流程的图。

图18是用于说明滤波器与天线电缆线(feederline)的固定相位偏差的图。

具体实施方式

以下通过例举的附图对本发明的部分实施例进行详细说明。在赋予各附图的组成要素的附图标记的过程中，对于相同的组成要素，即使在不同的附图中表示，也尽量使用了相同的附图标记。此外，在说明本发明的过程中，当判断对众所周知的结构或者功能的说明可能会混淆本发明的主旨时，可省略对其详细说明。

在说明书通篇中，当某一部分表述为“包括”，“具备”组成要素时，如果对此没有特定的相反的记载，则意味着还包括另一组成要素而非排除另一组成要素。说明书中使用的用语“校准网络(calibrationetwork)”是指提供利用校准程序将各耦合在发送路径的输出端的、通过双向耦合器获取的不同发送路径的不同发送信号进行反馈的路径，从校准程序向各接收路径的输入端传递导频信号的路径的rf电路。

图1是图示例举内置有本发明涉及的天线组合体的天线装置的外形的立体图。天线装置10大致包括形成有散热器(heatsink)的外壳12(housing)及接合在外壳上的天线罩11(radome)。在外壳12与天线罩11之间内置有天线组合体(antennaassembly)。外壳11的下部例如通过对接(docking)结构连接有供电单元13(psu，powersupplyunit)，供电单元13提供用于驱动天线组合体中的电子部件的工作电源。

叠层结构的massivemimo天线组合体

图2是图示massivemimo天线的叠层结构的图。

图2中例举的massivemimo天线20包括天线罩(radome)、外部形成有散热器(heatsink)的外壳(housing)及它们之间排列的天线组合体(antennaassembly)。天线组合体由模块以叠层结构结合的形态构成，所述模块由rf元件和数字元件构成。例举的天线组合体的主要模块大致分为6个层(layer)。

第一层包括实现校准网络的印刷电路基板210(pcb，printedcircuitboard)及其上端设置的多个天线元件210。第二层由多个滤波器230构成，各滤波器230通过rf连接器等的rf接口与第一层上的rf供电网络的信号线电连接。

第三层包括实现功率放大器(pa，poweramplifier)等模拟处理电路的pcb240。模拟处理电路中包括的各功率放大器通过rf接口与第二层上对应的滤波器230电连接。此外，模拟处理电路通过rf接口与校准网络连接。

第四层包括实现数字处理电路的数字板250和供电单元250(psu)。数字板250执行将从基站bbu(basebandunit)接收的数字信号转换为模拟rf信号，将从天线接收的模拟rf信号转换为数字信号并向基站bbu传送的功能。数字板250通过rf接口与在第三层上实现有模拟处理电路的pcb240连接。

图3是例举实现图2的叠层结构中第一层至第二层的子组合体的分解图。

如图所示，通过结合相当于第一层的多个子层和相当于第二层的滤波器组(filterbank)可形成天线装组合体的子组合体。第一子层包括实现有rf供电网络(feedingnetwork)的pcb及其上端上设置的多个天线元件。第二子层包括反射板(reflector)，第三子层包括实现有校准网络的pcb。构成第一层的第一子层至第三子层可由多重层pcb(multi-layerpcb)构成。特别是，图2中内置有多个滤波器的滤波器组(filterbank)与子层接合。滤波器组作为用于确保与多个滤波器盲插连接(blindmatingconnection)时的接合力的结构，不得不增大子组合体组合体的尺寸。

图2和图3中例举的叠层结构中，校准网络位于天线与滤波器之间。校准网络通常由多个开关构成，并与各滤波器的后端耦合的rf耦合器连接。因此，供电网络和滤波器只能通过rf连接器(例如，如同轴连接器(coaxialconnector)的标准化的rf接口)连接。此外，由于形成有功率放大器的模拟板和数字板形成在不同的层上，它们间的rf接口中也使用rf连接器。如上所述，图2和图3中例举的mimo天线系统由多个层构成，由于各层具有通过rf连接器相互连接的结构，因此很难减轻重量。

本发明提供一种更薄更紧凑的叠层结构的massivemimo天线系统。

图4是图示化本发明一实施例涉及的massivemimo天线系统的叠层结构的图。图5是采取图4的叠层结构的本发明一实施例涉及的massivemimo天线的分解图。图6是在结合有本发明一实施例涉及的天线元件的第一pcb上结合有滤波器的子组合体的分解图。

本发明如同后面所述，将校准功能置于滤波器430的前端(即，功率放大器的输出端)而非天线元件410前端并使其工作。基于滤波器和天线馈电线发生的相位偏差可通过制造/使用具有固定的相位偏差的滤波器，从而在可允许的水平上进行管理，基于这一点具有益处。通过使校准功能在功率放大器的输出端上工作，从而可使位于现有的天线元件与滤波器之间的校准网络与功率放大器及数字电路一起形成在单板上，可使滤波器紧密地附接在形成有供电网络(feedingnetwork)的pcb下部。换而言之，本发明将基于滤波器和天线馈电线产生的相位偏差在可允许的水平上进行管理，并采取将天线装组合体缩减至小型化的战略。

如图4所示，本发明一实施例涉及的叠层结构中，校准网络与功率放大器和数字电路一起形成在单板440上。因此，功率放大器、校准网络及数字电路间无需rf电缆连接。此外，相比于图2，图4的叠层结构由较少数量的层构成。

本实施例涉及的mimo天线装组合体包括第一pcb420和第二pcb440。第一pcb420形成有rf供电网络。第一pcb420的上部面上接合有多个天线元件410从而可与rf供电网络电连接，下部面上紧密地接合有多个带通滤波器430，从而可与rf供电网络电连接。第一pcb420上形成有至少一个接地面(groundplane)，接地面对多个天线元件起到反射板的功能。即，通过将第一pcb420上形成的接地面作为反射板而使用，从而可省略图3中图示的其他的反射板。第二pcb440上形成有用于执行基带处理的数字处理电路、用于提供多个发送/接收(tx/rx)电路的模拟处理电路及校准网络。带通滤波器430可与第一pcb410的信号线电连接，可与第二pcb440的信号线电连接。

以下将对带通过滤器与pcb间的接合结构进行说明。本发明提出一种尺寸及组装性得到改善的滤波器与pcb间的新的接合结构。而且，提出一种通过均匀地提供用于确保多个滤波器的电学特性所需的接合力，从而能够最小化在组装多个滤波器时发生的组装公差的累积量的接合结构。

首先，参照图7，对现有的接合结构进行说明。图7是图示带通过滤器通过rf连接器与pcb连接结构的示例图。将带通过滤器与pcb接合时，通常使用盲插连接器(blindmatingconnector)型的rf连接器。图7例举了上部面和下部面分别具有rf连接器711、712的共振腔滤波器(cavityfilter)。pcb上表面安装有rf连接器(female),其用于插入位于共振腔滤波器的下部的rf连接器(male)。各共振腔滤波器通过接合结构物713分别与pcb接合。

图7中例举的结构中由于各共振腔滤波器分别与pcb接合，因各共振腔滤波器间的接合力差异对于rf特性发生组装公差。而且，各共振腔滤波器只能以考虑到rf连接器的结合体的长度的接合结构物713的长度“a”从pcb分离，从而不可避免地使尺寸增加。特别地，为了在滤波器的上/下部面全部使用盲插连接(blindmatingconnection)需要十分复杂的硬件结构(例如，如图3所示的滤波器组，滤波器内置于另外组装盒的结构)。

滤波器的pcb间的rf接口

图8是图示本发明的一实施例涉及的共振腔滤波器结构的立体图。图9是用于说明本发明的一实施例涉及的共振腔滤波器与第一pcb和第二pcb连接的结构的剖面图。需留意的是，为了避免发生混淆，图9中省略了共振腔滤波器的内部结构。

如图8所示，共振腔滤波器包括第一输入输出端口810和第二输入输出端口860。第一输入输出端口810布置于共振腔滤波器的上部面(例如，盖子)，第二输入输出端口860布置于共振腔滤波器的下部面。所述输入输出端口810、860由销结构物构成，但请留意其不同于如同轴连接器的标准化的rf接口。

参照图8，第一输入输出端口810由销结构物构成用于插入形成于共振腔滤波器的上部面的开口部(openingsection)。销结构物包括导电销811和绝缘套筒812(insulatingbush)。导电销811贯通绝缘套筒812并从绝缘套筒812突出。销结构物插入开口部并封闭开口部。导电销811的一部分突出于共振腔滤波器的上部面。而且，共振腔滤波器的上部面形成有基于螺栓与第一pcb接合的多个接合槽820a～820c。

如图9所示，共振腔滤波器紧贴在形成有供电网络(feedingnetwork)的第一pcb420的下部面并结合。第一pcb420形成有与供电网络连接的多个镀金贯通孔920(platedthroughhole)。共振腔滤波器以导电销811的一部分插入形成于第一pcb420的贯通孔820的状态紧贴在第一pcb420的下部面并接合。导电销811与贯通孔920的接触部分可进行焊接(soldering)处理。

另外，第二pcb440安装有多个rfic或者数字ic等，为了防止所述安装的元件破损，共振腔滤波器有必要与第二pcb440的上部面以一定程度分离的状态结合。重新参照图8，滤波器的下部面中在向高度方向突出的突出部850上形成有开口部。结合导电销861与套筒862的销结构物860插入形成于突出部850的开口部中并封闭开口部。而且，形成有开口部的突出部850形成有插入部851，所述插入部851可容纳在后叙述的第二pcb上安装的插槽(socket)。而且，滤波器的下部面形成有接合槽840，所述接合槽840通过螺栓与形成于第二pcb440的结构物接合。

参照图9，共振腔滤波器与形成有rf电路的第二pcb440的上部面结合。第二pcb440的上部面表面安装有(surfacemounted)插槽950(socket)。插槽950具有用于插入共振腔滤波器的第二同轴销861的孔(hole)及与插入孔中的导电销861电接触的至少一个接触销951。如果共振腔滤波器的插入部851可容纳插槽950，则插槽950的孔可插入导电销861。共振腔滤波器与第二pcb440的上部面以形成于共振腔滤波器的下部面的突出部850的高度相隔。突出部850高度的设计应考虑安装在第二pcb440的上部面的元件的尺寸，相比于图7的利用rf连接器的连接结构，共振腔滤波器与第二pcb440间的相隔距离明显减小。

图10是用于说明本发明的另一实施例涉及的共振腔滤波器与第一pcb和第二pcb连接的结构的剖面图。需留意的是，为了避免发生混淆，图10中省略了共振腔滤波器的内部结构。

参照图10，第一输入输出端口由销结构物构成以用于插入形成于共振腔滤波器的上部面的开口部(openingsection)。销结构物包括弹簧销连接器(springpinconnector)和绝缘套筒1014。弹簧销连接器包括贯通绝缘套筒1014并突出于绝缘套筒1014的圆筒形导电桶1012(barrel)；至少一部分插入桶1012中的导电活塞1011(plunger)；以及布置于桶1012内且用于支撑活塞1011的弹簧1013。销结构物插入开口部并封闭开口部。活塞1011的一部分突出于共振腔滤波器的上部面，(例如，随着紧贴在第一pcb420)且随着挤压的压力被推入圆筒形桶1012内部。

共振腔滤波器紧贴在形成于供电网络(feedingnetwork)的第一pcb420的下部面并结合。第一pcb420形成有与供电网络连接的多个接触片(contactpad；未图示)。共振腔滤波器以活塞1011的头与形成于第一pcb420的所述接触片接触的状态紧贴在第一pcb420的下部面并接合。随着共振腔滤波器的上部面紧贴第一pcb420，活塞1011的一部分被推入圆筒形桶1012内部。桶1012内部的弹簧1013在活塞1011的头与接触片间提供适当的接触压力。

与第一输入输出端口相同，第二输入输出端口由销结构物构成以用于插入形成于共振腔滤波器的上部面的开口部(openingsection)。销结构物包括弹簧销连接器(springpinconnector)和绝缘套筒1054。弹簧销连接器包括贯通绝缘套筒1054并突出于绝缘套筒1054的圆筒形导电桶1052(barrel)；至少一部分插入桶1052中的导电活塞1051(plunger)；以及布置于桶1052内且用于支撑活塞1051的弹簧1053。

第二pcb440的上部面表面安装有(surfacemounted)插槽1060(socket)。插槽1060的上部面形成有与收发电路电连接的接触片1061(contactpad)。共振腔滤波器以第二输入输出端口的波导活塞1051的头与形成于第二pcb440的接触片1061接触的状态与第二pcb440结合。图10的示例中，共振腔滤波器与第二pcb440的上部面以安装在第二pcb440上的插槽1060的高度相隔。其他部分示例中，类似于图8和图9的实施例，滤波器的下部面形成有向高度方向突出的突出部，弹簧销连接器可位于形成于突出部的开口部中。安装在第二pcb440上的插槽的至少一部分可插入形成于突出部的开口部中。

图11是用于说明本发明的又一实施例涉及的共振腔滤波器与第一pcb和第二pcb连接的结构的剖面图。需留意的是，为了避免发生混淆，图11中也省略了共振腔滤波器的内部结构。

参照图11，第一输入输出端口由销结构物构成以用于插入形成于共振腔滤波器上部面的开口部(openingsection)。销结构物包括绝缘套筒1113；贯通绝缘套筒1113且突出于绝缘套筒1113的导电销1111(conductivepin)；以及与导电销1111的末端垂直地固定的导电棒1112(conductiverod)。导电棒1112具有弯曲形状且其末端突出于滤波器的上部面。共振腔滤波器紧贴在形成有供电网络(feedingnetwork)的第一pcb420的下部面并结合。类似于图10的实施例，第一pcb420形成有与供电网络连接的多个接触片(contactpad；未图示)。共振腔滤波器以导电棒1052的末端与形成于第一pcb420的所述接触片接触的状态紧贴在第一pcb420的下部面并接合。随着共振腔滤波器的上部面紧贴第一pcb420，导电棒1112向滤波器的下部一侧弯曲。导电棒1112优选具有弹力以能够向接触片提供适当的接触压力。

与第一输入输出端口相同，第二输入输出端口由销结构物构成以用于插入形成于共振腔滤波器上部面的开口部(openingsection)中。销结构物包括插入开口部的绝缘套筒1153；贯通绝缘套筒1153且突出于绝缘套筒1153的导电销1151(conductivepin)；与导电销1151的末端垂直地固定的导电棒1152(conductiverod)。导电棒1152的中间形成弯曲使末端突出于滤波器的下部面。

类似于图10的实施例，第二pcb440的上部面表面安装有(surfacemounted)插槽1160(socket)。插槽1160的上部面形成有与收发电路电连接的接触片1161(contactpad；1161)。共振腔滤波器以第二输入输出端口的导电棒1152的末端与形成于第二pcb440的接触片1161接触的状态与第二pcb440结合。图10的示例中，共振腔滤波器与第二pcb440的上部面以安装在第二pcb440上的插槽1160的高度相隔。其他部分例子中，类似于图8和图9的实施例，滤波器的下部面形成有向高度方向突出的突出部，销结构物可位于形成于突出部的开口部中。安装在第二pcb440的插槽的至少一部分可插入形成于突出部的开口部中。

需留意的是，图9至图11中例举的共振腔滤波器的第一输入输出端口及第二输入输出端口的结构可根据需进行组合体并使用。例如，共振腔滤波器具有图9中例举的第一输入输出端口的结构的同时，可具有图10或者图11中例举的第二输入输出端口的结构。

利用推杆(pushbar)的滤波器结合

虽然共振腔滤波器可分别与第一pcb420的下部面和第二pcb440的上部面组装，但是因各共振腔滤波器间的接合力差异对于rf特性可产生较大的偏差。本发明提出一种能够最小化在组装多个滤波器时发生的组装公差的累积量的组装方式及能够均匀地传递用于确保滤波器的电学特性所需的接合力的结构。

图12是图示放大本发明的一实施例涉及的滤波器组合体、推杆上与滤波器结合的部位的放大图。图13是图示本发明的一实施例涉及的滤波器组合体组装在第一pcb上的状态图。

如图12所示，滤波器组合体包括推杆1210(pushbar)及推杆1210上组装成一列的滤波器组合。滤波器形成有用于容纳推杆1210的段差部1250。段差部1250在滤波器的一侧形成直角且具有切断形状。段差部1250形成有插入凸起1251a、1251b及可供螺栓插入的接合孔1253。与其相对应地，推杆1210形成有可供滤波器的插入凸起1251a、1251b插入的插入槽(未图示)，插入槽(未图示)之间形成有通过螺栓与各共振腔滤波器接合的多个接合槽(未图示)。

此外，推杆1210上形成有用于插入形成于第一pcb的插入孔(未图示)中的两个以上的插入凸起1211a、1211b。如果推杆1210的插入凸起1211a、1211b插入第一pcb的插入孔(未图示)中，则如图10所示，组装在推杆1210的滤波器组合的导电销插入形成于第一pcb的贯通孔中。图13图示了第一pcb上组装有4个滤波器组合体的例子的形状。

推杆1210的两末端形成有用于通过螺栓与第二pcb的结构物接合的多个接合孔1212a、1212b。组装在推杆1210的滤波器组合的突出部上形成的插入口中可容纳安装在第二pcb上的插槽，在插槽的孔中插有第二同轴销的状态下，推杆1210通过螺栓与第二pcb的结构物结合，可向组装在推杆1210的滤波器组合提供相同的接合力。如果推杆1210发生弯曲，则由于很难向各滤波器均匀地提供荷重或者接合力，因此推杆1210应具有一定水平以上的硬度。

如上所述，利用推杆1210将滤波器与pcb接合的方式使各滤波器与pcb结合时的公差累积量最小化，且通过统一地调整公差量，可实现天线与rf收发电路间盲插的稳定性。而且，接合滤波器时，为了得到获取rf特性所需的接合力，滤波器上不需要各自准备所需的装置及组装结构。而且，如果使用天线组合体的组装工程中事先组装的“滤波器组合体”，则在组装工程的简化中天线组合体也能做出贡献。

进而，本发明提出的用于滤波器与pcb间特有的电连接的结构无需同轴连接器或者rf布线，本发明提出的用于pcb与滤波器组合体间的特有的接合结构利用推杆将滤波器统一地与pcb接合而非将各滤波器分别与pcb接合，从而可轻松地拆解天线组合体或者滤波器组合体，因此在安装或者使用天线组合体的过程中可轻松地进行必要的性能测试或者替换故障天线。

2、波束校准(beamformingcalibration)

天线中为了提供波束(beamforming)，射频模块(radiomodule)中各自的tx路径与各自的rx路径中的振幅和相位应保持一定，但是实际的射频模块中各自的tx/rx路径却存在偏差。补偿这种偏差的作业称为射频模块中的波束校准(beamformingcalibration)。

本发明提出一种利用基于tdd(timedivisionduplex)方式工作的mimo天线系统的特性，在发送路径校准(txcalibration)和接收路径校准(rxcalibration)过程中通过时分共享相同的rf路径的方式。

tx校准中，基于利用自发送信号在发送路径的后端获取的反馈信号与发送信号间的相关(correlation)运算，测定各发送路径间的rf特性(相位/振幅/延迟等)偏差，并执行用于补偿测定的偏差的tx校准。而且，对于接收路径，通过将导频(pilot)信号插入各接收路径中，并基于在接收路径的后端输出的信号与导频信号间的相关运算，测定各接收路径间的rf特性(相位/振幅/延迟等)偏差，并执行补偿测定的偏差的rx校准。这种校准运算法则与本申请人申请的韩国专利申请第10-2015-0063177号(公开号第10-2016-0132166号)中记载的方式实质上相同。上述韩国专利申请中公开的内容作为本说明书的参考，皆可以引用。

以下参照图14、图15a及图15b，对massivemimo天线组合体的示例性的电路构成及信号连接进行说明。

图14是图示化本发明涉及的massivemimo天线组合体的功能的电路图。如图14所示，第二pcb形成有执行基带处理的数字处理电路，由多个收发模块区分的模拟处理电路，及校准网络。各收发模块可通过rf接口与连接在天线元件上的带通过滤器连接。如前所述，对滤波器前端执行本发明的一实施例涉及的tx/rx校准。这种方式，相比于在天线前端(即，滤波器后端)执行的机构，可通过利用形成有rf收发电路等的第二pcb上的剩余空间，实现校准硬件(例如，校准网络)，可通过减少第二pcb中的复杂度和连接(connection)，带来空间上益处并且可节约材料费用。

图15a是图示rfic与rf元件之间不存在spdt开关的收发模块的图，图15b是图示rfic与rf元件之间存在spdt开关的收发模块的图。

参照图15a，各收发模块包括多个rf元件和rfic，所述多个rf元件和rfic用于向对应的天线元件提供发送路径及接收路径。

rfic可包括将从数字处理电路接收的基带(baseband)的数字发送信号上行变换为发送频率的上行变换器(upconverter)，以及将上行变换的数字发送信号变换为模拟rf发送信号的d/a变换器。上行变换器与d/a变换器形成发送路径的一部分。而且，rfic可包括将模拟rf接收信号转换为数字接收信号的a/d变换器，以及将数字接收信号转换为基带的数字接收信号的下行变换器(downconverter)。a/d变换器和下行变换器形成接收路径的一部分。rf下行变换器将接收的接收信号下行变换为基带，a/d变换器将基带信号变换为数字信号。基带的数字信号将向数字处理电路传送。

各发送路径还包括功率放大器(pa，poweramplifier)、环行器(circulator)及定向耦合器(directionalcoupler)。各接收路径还包括低噪音放大器(lna，lownoiseamplifier)。发送路径和接收路径的接触部分设置有环行器(circulator)。由滤波器一侧向环行器输入的接收信号(即，上行链路rf信号)经过环行器向lna传送。而且，由功率放大器向环行器输入的发送信号(下行链路rf信号)向滤波器一侧传送。环行器的lna之间包括以执行tdd开关功能的spdt开关。为了最小化vswr(voltagestandingwaveratio)特性变化，spdt开关的一侧端子连接有终端电阻。收发模块以发送模式工作时(即，在下行链路时间区间)spdt开关将环行器与终端电阻连接。收发模块以接收模式工作时(即，在上行链路时间区域上)，spdt开关将环行器与lna连接。

如图15b所示，在多个收发模块中，特定的收发模块的发送路径tx0中，不同于剩余的收发模块的发送路径，在功率放大器前端还包括spdt开关1510。相类似地，特定的收发模块的接收路径rx1中，不同于剩余的收发模块的接收路径，在低噪音放大器lna后端还包括spdt开关1560。

校准网络(也称之为'矩阵开关')由具有树结构的多个开关构成。最上位开关spdt与多个发送路径中特定发送路径中包括的spdt开关1510连接，而且与多个接收路径中特定接收路径中包括的spdt开关1560连接。最下位开关sp4t与spdt开关，所述spdt开关与位于多个发送路径上的功率放大器后端的定向rf耦合器连接。基于校准网络中包括的开关的选择性切换，可选择各发送路径和各接收路径。

以下将对应用本发明提出的tdd方式下的tx/rx校准时的信号流程进行详细说明。

tx校准

图16是用于说明tx校准中信号流程的图。

图16中当执行对发送路径tx0和tx1的tx校准时，信号流程将用粗线表示。图16中，“cal#0，cal#1，cal#2…“是指在各发送路径的功率放大器后端基于被耦合的定向耦合器捕获的发送信号。此外，“txcal”也是指所述捕获的发送信号，但是为了便于说明收发电路与校准网络间的信号流程及连接关系，将校准网络的最上位开关中输出的“捕获的发送信号”用“txcal”表示。

由rfic向各发送路径传递的模拟rf信号(即，发送信号)基于功率放大器后端的定向耦合器(directionalcoupler)被捕获。例如，向发送路径tx0传递的模拟rf信号基于定向耦合器被捕获，捕获的信号cal#0将向校准网络的最下位开关输入。此时，接收路径rx1的lna为off状态。同样，向发送路径tx1传递的下行链路rf信号基于功率放大器后端的定向耦合器被捕获，捕获的信号cal#1将向校准网络的最下位开关输入。捕获的信号cal#1通过校准网络的最上位开关，通过位于特定接收路径rx1上的spdt开关1560向rfic传递。

捕获的信号经过位于rfic上用于所述特定接收路径rx1的a/d变换器和下行变换器之后，与对应的原有的发送信号进行相关(correlation)运算并用于校准。具体的tx校准运算法则与韩国专利申请第10-2015-0063177号(公开号第10-2016-0132166号)中记载的方式实质上相同。

rx校准

对于tdd方式的情况，发送路径为on时(即，在下行链路时间区间)接收路径需要保持off状态，接收路径为on状态下(即，在上行链路时间区间)应执行rx校准。

由于执行校准的ru(radiounit)没有接收信号有关的信息，因此使用插入用于掌握接收路径的延迟、相位、增益等rf特性的导频(pilot)信号的方式。导频信号可在rx带内(in-band)或者带外(out-of-band)插入。只是为了在接收各接收路径的主信号(mainsignal)的途中，实时准确地检出振幅和相位，更适合在带内插入导频信号。此处，在'带内(in-band)插入'是指在为了接收上行链路rf信号而允许的频带中，在用于实际收发上行链路rf信号的频带以外部分进行插入。

由于在数字区域通过数字滤波器去除插入的导频信，因此不会对接收调制解调器性能产生影响。而且，对于本发明涉及的massivemimo天线系统，在rx滤波器输出端插入导频信号，如果rx滤波器能够去除导频信号，则基于天线元件，不会发生导频信号的放射。因此，可执行运行中(on-service)校准，即在天线系统运行期间可实时地进行校准。

图17是用于说明rx校准中信号流程的图。

图17中当执行对接收路径rx0和rx1的rf校准时，信号流程将用粗线表示。图17中，rxcal，cal#0，cal#1，cal#2…全部是指rx校准中使用的导频信号。只是，为了便于说明收发电路与校准网络间的信号流程及连接关系，将由rfic向收发电路传递的导频信号用“rxcal”表示，将校准网络的最下位开关中输出的导频信号用“cal#0，cal#1，cal#2…“表示。

参照图17，各接收路径的校准中使用的导频信号“rxcal”将由rfic向特定发送路径tx0输入。输入特定发送路径tx0的导频信号“rxcal”通过位于功率放大器前端的spdt开关1360向校准网络的最上位开关传递。基于校准网络中包括的开关，选择待插入导频信号的接收路径。基于位于选定的接收路径上的定向耦合器，将导频信号插入正在接收接收信号的接收路径上，最终，向选定的接收路径所对应的rfic传递。例如，为接收路径rx0的时，将导频信号“cal#0”与接收信号一起经过环行器、spdt开关及lna并行rfic传递。而且，为接收路径rx1时，将导频信号“cal#1”与接收信号一起经过环行器、spdt开关及lna向rfic传递。

导频信号与接收信号一起经过各rfic上具备的用于对应的接收路径的a/d变换器及下行变换器之后，通过数字滤波器从接收信号分离。分离的导频信号与输入特定发送路径tx0的导频信号“rxcal”间采用相关(correlation)运算并用于校准。具体的rx校准运算法则与韩国专利申请第10-2015-0063177号(公开号第10-2016-0132166号)中记载的方式实质上相同。

如上所述，本发明提出的校准方法可在tdd(timedivisionduplex)天线上运行的期间进行实时校准。而且，利用一个校准硬件机构可执行tx/rx校准，在天线系统运行期间，可执行实时校准。而且，除了用于发送信号和接收信号的上行变换器或者下行变换器之外，不再需要用于执行tx校准和rx校准的其他的上行变换器或者下行变换器。即，用于特定接收路径的接收信号的下行变换器用于捕获的发送信号的下行变换，用于特定发送路径的发送信号的上行变换器用于各接收路径中插入的导频信号的上行变换。

图18是用于说明滤波器与天线电缆线(feederline)的固定相位偏差的图。如前所述，前面所述的实施例中，校准功能应用于滤波器的前端(即，功率放大器的输出端)而非天线元件的前端。即，在滤波器的前端捕获自发送信号，在滤波器的前端插入导频信号。因此，如图18所示，各滤波器与天线电缆线(feederline)的固定rf偏差(特别是，相位偏差)只能排除在实时测定的偏差之外。由此，部分实施例中，为了补偿各滤波器与天线电缆线的固定rf偏差，将事先测定的其固定rf偏差作为补偿(offset)值包括在实时测定的各发送路径及各接收路径的偏差中进行校准。即，事先测定的多个带通过滤器与天线电缆线(feederline)的rf偏差作为补偿值包括在各发送路径间的偏差中之后，可执行对各发送路径的校准。而且，事先测定的多个带通过滤器与天线电缆线的rf偏差作为补偿值包括在各接收路径间的偏差中之后，可执行对各接收路径的校准。通过制造/使用基于固定的相位偏差的滤波器，可在允许的水平管理因滤波器与天线电缆线而产生的相位偏差，基于这一点具有益处。

进而，以上的实施例中虽然以假设校准应用于滤波器前端为例子进行说明，但是本发明提出的校准方法还可在天线前端使用的结构即，校准网络的最下位开关耦合在天线前端的结构上应用。

以上说明，仅仅用于举例说明本实施例的技术思想，对于本实施例所属的技术领域具有一般知识的技术人员而言，在不超出本实施例的本质的特性的范围内，可进行各种修改及变形。因此，本实施例是用于说明而非用于限定本实施例的技术思想，所述实施例不能限定实施例的技术思想的范围。本实施例的保护范围应基于以下权利要求书而解释，与其等同范围内的所有技术思想应解释为皆属于本实施例的权利范围。

申请相关的交叉参考

本专利申请要求对2016年11月16日向韩国专利局提交的专利申请第10-2016-0152609号、2017年03月06日向韩国专利局提交的专利申请第10-2017-0028430号、2017年03月06日向韩国专利局提交的专利申请第10-2017-0028434号及2017年03月06日向韩国专利局提交的专利申请第10-2017-0028442号的优先权，其所有内容作为参考文献包含在本专利申请中。