天线模组、射频装置和基站的制作方法

1.本发明涉及但不限于无线通信技术领域，尤其涉及一种天线模组、射频装置及基站。


背景技术：

2.为适应5g通信设备小型化、轻量化、集成化的发展需要，对射频系统前端的天线和滤波器的结构设计提出了更高的要求。传统的射频系统前端采用独立的天线和滤波器，虽然能实现信号收发和滤波，但是天线和滤波器为分体式设计布局，使得系统整机的体积较大。
3.因此，在保证天线滤波器连接的稳定前提下，实现射频前端组件的轻量化，成为了本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

4.以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
5.本发明实施例提供了一种天线模组、射频装置和基站，能够将天线和滤波器集成一体化结构，实现天线总体架构集成化、简单化、轻量化，结构简洁可靠，有利于降低装配成本。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种天线模组，包括：
7.介质基板；
8.至少一个天线子阵，所述天线子阵设置于所述介质基板的其中一表面，每个所述天线子阵包括功分器和至少一个辐射单元；
9.滤波器，所述滤波器设置于所述介质基板上背离所述天线子阵的另一表面；
10.其中，所述功分器的输入端与所述滤波器的输出端连接，所述功分器的输出端与所述辐射单元连接，所述滤波器的输入端设置有模组接口。
11.第二方面，本发明实施例还提供了一种射频装置，包括屏蔽盖、功率放大器、收发信机单元和如上述第一方面实施例所述的天线模组，所述屏蔽盖与所述天线模组连接，所述收发信机单元的连接端口通过所述功率放大器与所述模组接口连接。
12.第三方面，本发明实施例还提供了一种基站，包括如上述第一方面实施例所述的天线模组或上述第二方面实施例所述的射频装置。
13.本发明实施例包括：通过将至少一个天线子阵设置在介质基板上的其中一表面，将滤波器设置在介质基板的另一表面，其中天线子阵包括功分器和至少一个辐射单元，将功分器的输入端与滤波器的输出端连接，功分器的输出端与辐射单元连接，并在滤波器的输入端设置有模组接口，使天线子阵、功分器、滤波器与介质基板结合组成一体化结构，相对于传统的采用互相独立的滤波器和天线结构，不仅减少了零部件的数量，使天线总体架构集成化、简单化、轻量化，结构得到简化，从而降低装配成本，而且可以减少进入天线等前
端的干扰信号，进而提高通信质量，具有较强的实用价值。
14.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
15.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
16.图1是本发明一实施例提供的天线模组的上表面结构示意图；
17.图2是本发明一实施例提供的天线模组的侧面结构示意图；
18.图3是本发明一实施例提供的天线模组的下表面结构示意图；
19.图4是本发明一实施例提供的天线模组的分解结构示意图；
20.图5是本发明一实施例提供的天线模组的分解结构示意图；
21.图6是本发明另一实施例提供的天线模组的立体结构示意图；
22.图7是本发明另一实施例提供的天线模组的分解结构示意图；
23.图8是本发明另一实施例提供的天线模组的分解结构示意图；
24.图9是本发明一实施例提供的射频装置的原理示意图。
25.附图标记：
26.天线模组100，介质基板110，上表面111，下表面112，支撑柱120，定位凸起121，加强柱122；
27.天线子阵200，辐射单元210，辐射片211，定位孔212；
28.滤波器300，壳体310，腔体320，谐振杆330，馈电针340，端口连接器350，金属盖板360，通孔361；
29.功分器400，第一功分器410，第二功分器420，连接线路430。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如“上”、“下”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。
32.需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。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。
33.本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，术语“安装”、“连接”等词
语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
34.传统的射频系统前端采用独立的天线和滤波器，虽然能实现信号收发和滤波，但是天线和滤波器为分体式设计布局，使得系统整机的体积较大。相关技术中，5g天线与滤波器组件之间，通常采用以下两种级联方式：
35.方式一：采用对称多处理(symmetrical multi
‑
processing，smp)连接器实现天线和滤波器的连接。这种方式下，天线端口和滤波器端口需要分别安装smp插座，进一步通过smp射频转接器的两端接入天线和滤波器的smp插座端口，实现信号传输。然而，采用这种连接方式具有如下的缺点：连接器组件多，成本费用高；连接器需要分三次进行组装，不仅影响生产效率，而且其反复插拔会造成连接器的磨损，不易更换，器件其稳定性也会大大降低。此外，对于连接器安装的结构，其整体高度约17mm，对于5g设备来说过于厚重。
36.方式二：滤波器采用介质滤波器的形式，滤波器焊接在天线背面的印刷电路板(printed circuit board，pcb)上。采用这种连接方式的缺点在于：为保证滤波器在pcb板上的牢固，滤波器上焊点较多，容易虚焊漏焊的同时，不良的滤波器难以被拆下，影响装配效率；且大量的pcb焊接成本较高。
37.此外，目前的有源天线单元(active antenna unit，aau)射频架构，从上到下为天线、pcb转接板、金属滤波器(介质滤波器)、连接器、屏蔽盖、功率放大器、trx板。该技术架构存在部件较多、馈电网络复杂、装配工序复杂、集成度低、可重构性差、整体重量重、成本高等问题。
38.因此，在保证天线滤波器连接的稳定前提下，实现射频前端组件的轻量化，成为了本领域技术人员需要解决的问题。
39.本发明的实施例的天线模组中，通过将至少一个天线子阵设置在介质基板上的其中一表面，将滤波器设置在介质基板的另一表面，其中天线子阵包括功分器和至少一个辐射单元，将功分器的输入端与滤波器的输出端连接，功分器的输出端与辐射单元连接，并在滤波器的输入端设置有模组接口，使天线子阵、功分器、滤波器与介质基板结合组成一体化结构，相对于传统的采用互相独立的滤波器和天线结构，不仅减少了零部件的数量，使天线总体架构集成化、简单化、轻量化，结构得到简化，从而降低装配成本，而且可以减少进入天线等前端的干扰信号，进而提高通信质量，具有较强的实用价值。
40.基于上述的天线模组可以得到一种射频装置，该射频装置可理解为新型的射频系统架构，该架构包括天线模组、屏蔽盖、功率放大器(功放)和收发信机(transceiver，trx)板，该架构缩短了aau系统的链路，不仅降低了链路损耗及功耗，提高了系统增益，而且由于架构的简化，从而降低了质量成本、装配成本，重量也随之下降。
41.下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述，参考图1至图5描述本发明实施例的天线模组100，但不限于实施例所示的应用情景。
42.参见图1和图2所示，本发明实施例的天线模组100包括介质基板110、天线子阵200和滤波器300，天线子阵200设置在介质基板110的其中一侧的表面上，滤波器300设置在介质基板110的另一侧的表面上。可理解到，介质基板110为板状结构，在介质基板110的板体上具有两个表面，如图2所示，介质基板110上侧的表面为上表面111，下侧的表面为下表面112，天线子阵200安装在上表面111，滤波器300安装在下表面112，使天线子阵200和滤波器
300能够与介质基板110连接成整体结构。
43.具体来说，天线子阵200的数量可设置有一个或以上，每个天线子阵200包括有至少一个辐射单元210，辐射单元210呈阵列式设置在介质基板110的上表面111。同时每个天线子阵200设置有功分器400，功分器400与辐射单元210安装在介质基板110的同一表面上，滤波器300和辐射单元210分别与功分器400电性连接。
44.以图1和图2所示的天线模组100为示例进行说明，在介质基板110的上表面111设置一个天线子阵200，该天线子阵200包括有三个辐射单元210，下表面112设置有一个滤波器300。其中，功分器400设置有一个输入端和多个输出端，功分器400的输出端的数量不少于辐射单元210的数量，将功分器400的输入端与滤波器300的输出端连接，功分器400的输出端与辐射单元210连接，每个辐射单元210对应连接功分器400的一个输出端，在滤波器300的输入端设置有模组接口，利用模组接口作为天线模组100的信号输入端口，信号经模组接口输入后，信号经过滤波器300到达功分器400，然后进入天线子阵200的辐射单元210。
45.需要说明的是，辐射单元210和滤波器300均直接与介质基板110连接，相对于传统的采用smp连接器实现天线与滤波器的连接结构，采用一体式天线模组100替代传统架构中的天线、pcb转接板、金属滤波器(介质滤波器)、连接器等，减少零部件的数量，结构得到简化，装配效率更高，成本也更低，而且天线模组100的整体架构实现集成化、简单化、轻量化，体积和重量也会大大减小，适应5g通信设备小型化、轻量化、集成化的发展需要。
46.可理解到，天线子阵200、功分器400和滤波器300集成于一体，减少线路的布局，使用时天线模组100作为独立的模块，不仅使得射频前端组件天线和滤波器300变得简洁可靠，工作的稳定性大大提高，而且可以减少进入天线等前端的干扰信号，进而提高通信质量，具有较强的实用价值和现实意义，在5g通信领域具有较佳的应用前景。
47.参见图4和图5所示，在一些实施例中，每个辐射单元210包括有辐射片211，如图4所示，介质基板110的上表面111安装有三个辐射片211，在介质基板110的表面设置支撑柱120，辐射片211通过支撑柱120连接在介质基板110上。每个辐射片211对应连接有四根支撑柱120，支撑柱120的下端与介质基板110的上表面111连接，支撑柱120的上端与辐射片211连接。其中，支撑柱120的上端设有定位凸起121，辐射片211上设置有与定位凸起121对应的定位孔212，通过定位凸起121与定位孔212的配合，便于将辐射片211固定在相应的支撑柱120上，安装更快捷。
48.参见图4所示，辐射片211呈方形形状，通过四根支撑柱120能够稳定支撑辐射片211，可理解到，辐射片211的形状根据实际应用要求进行选择，例如可以是圆形，具体不再赘述。实施例中，辐射片211由金属材料或pcb板制成，支撑柱120可以是塑料材质，支撑柱120与介质基板110为一体注塑成型，使支撑柱120具有较强的支撑作用，支撑柱120作为辐射单元210的巴伦，也可理解为天线巴伦支撑柱120，这样在装配天线子阵200时，无需独立制作并采用连接件进行拼装组合，装配更加简便。
49.参见图4所示，支撑柱120还包括与介质基板110表面连接的加强柱122，每个辐射片211的下方均设置有加强柱122，通过加强柱122能够对支撑柱120与介质基板110的连接位置起到加固作用，保证辐射片211连接结构具有较高的稳定性。
50.参见图4所示，在一些实施例中，每个天线子阵200设置有两个功分器400，包括第一功分器410和第二功分器420，第一功分器410和第二功分器420均具有一个输入端和不少
于辐射单元210的数量的多个输出端。其中，第一功分器410的输入端与滤波器300的输出端连接，第一功分器410的三个输出端分别与三个辐射单元210一一对应进行连接；第二功分器420的输入端与滤波器300的输出端连接，第二功分器420的三个输出端分别与三个辐射单元210一一对应进行连接。其中，第一功分器410用于对辐射单元210提供第一极化信号；第二功分器420用于对辐射单元210提供第二极化信号。
51.可以理解的是，第一功分器410中的多个输出端能够分别为对应的辐射单元210进行
‑
45
°
极化馈电，第二功分器420中的多个输出端能够分别为对应的辐射单元210进行 45
°
极化馈电，实现功分馈电。当然，辐射单元210的馈电不限于本发明的实施例所示的形式，还可以为耦合馈电方式或四点直馈等其它方式，具体不作进一步赘述。
52.需要说明的是，如图4所示，实施例中第一功分器410和第二功分器420为贴片电路结构，采用电镀工艺方式可以将第一功分器410和第二功分器420附着在介质基板110的上表面111，制作简单，能够有效降低天线模组100的整体体积，达到尺寸小、重量轻的目的。可以理解到，第一功分器410和第二功分器420还可以采用镭雕工艺方式设置在介质基板110的上表面111，镭雕可理解为激光雕刻，激光雕刻加工以激光为加工媒介，加工材料在激光雕刻照射下瞬间的熔化和气化的物理变性，能使激光雕刻达到加工的目的，使功分器400能够形成在介质基板110的表面，制作简单，此处不再赘述。
53.在一些实施例中，支撑柱120采用非金属材质制作，第一功分器410和第二功分器420的连接线路430可沿支撑柱120的侧壁朝向辐射片211延伸，即连接线路430能够紧贴在支撑柱120的侧壁上进行布局，结构简洁可靠。当然，支撑柱120也可以采用金属材质制作，将功分器400的连接线路430与支撑柱120之间通过绝缘设置，支撑柱120可固定连接在介质基板110的表面，从而组成一体化结构。需要说明的是，连接线路430也可以沿加强柱122的侧壁延伸进行布局，具体不再赘述。
54.参见图4和图5所示，在一些实施例中，滤波器300包括壳体310、谐振杆330和馈电针340，壳体310与介质基板110的下表面112连接，在壳体310内形成有腔体320，该腔体320可理解为谐振腔。其中，谐振杆330的数量可以设置有一个或一个以上，将谐振杆330和馈电针340安装在腔体320内，从而组成滤波器300。
55.其中，馈电针340贯穿介质基板110，馈电针340的一端与滤波器300的输出端连接，馈电针340的另一端与功分器400的输入端连接，从而使滤波器300与功分器400达到电性连接的目的。
56.可以理解的是，如图4所示，介质基板110的上表面111设置有第一功分器410和第二功分器420，实施例中滤波器300设置至少有两个输出端，以使滤波器300具有两路输出。具体来说，滤波器300中设置有两个馈电针340，滤波器300的其中一个输出端通过馈电针340与第一功分器410的输入端电性连接，滤波器300的另一个输出端通过馈电针340与第二功分器420的输入端电性连接，这样使滤波器300的两路输出分别连接第一功分器410和第二功分器420。
57.为了便于安装馈电针340，在腔体320的内壁设置有开口，开口与馈电针340对应匹配，安装时可以将馈电针340对应插入到开口中并将馈电针340焊接进行固定，操作方便，安装效率高。可以理解的是，腔体320的内壁为金属材质，或在腔体320的内壁设置第一金属层(附图未示出)，馈电针340与第一金属层焊接在一起。
58.在一些实施例中，在介质基板110的下表面112朝向腔体320的位置设置有第二金属层(附图未示出)，该第二金属层用于作为天线子阵200的反射板，且第二金属层接地，这样无需额外增加单独的反射板，能够实现装配简单、生产自动化，生产成本得到降低，使产品结构更简单，结构简洁可靠，具有低剖面、重量轻的特点。而且滤波器300与天线子阵200集成为一体且滤波器300位于天线子阵200的背面，替代传统天线的金属反射板，有效降低天线后方的能量泄露，保证滤波部分和天线部分的性能。
59.参见图4和图5所示，在一些实施例中，壳体310可以采用塑料材质，壳体310与介质基板110为一体注塑成型，壳体310的一端与介质基板110的下表面112连接形成封闭端口，壳体310远离介质基板110的另一端为敞开端口，在敞开端口上设置有金属盖板360，该金属盖板360上开设有与模组接口对应的通孔361，使模组接口通过通孔361便于与外部的接口连接。
60.可以理解的是，实施例采用两个端口连接器350作为模组接口，该端口连接器350可以与介质基板110一体成型设置，两个端口连接器350分别与金属盖板360上的两个通孔361一一对应，使端口连接器350作为天线模组100的输入端口，可以通过改端口连接器350与系统trx板的输出端口连接。
61.在一些实施例中，端口连接器350作为单独的加工组件，采用焊接的方式固定端口连接器350。具体来说，端口连接器350包括接地焊盘和内导体焊盘，其中，接地焊盘与腔体320中需要接地的金属部位焊接进行固定，使天线模组100提供接地电平；端口连接器350的内导体焊盘与腔体320中传输信号的金属部位焊接进行固定，使天线模组100之间形成信号通路；端口连接器350的输入端穿过通孔361，从而使天线模组100的输入端口能够与系统trx板的输出端口连接，附图未示出端口连接器350的具体结构。
62.需要说明的是，支撑柱120、介质基板110和壳体310为一体化结构。例如，支撑柱120、介质基板110和壳体310可以都是塑料材质，且采用一体注塑成型工艺制作而成，当然，具体材质不限于塑料，也可以是橡胶、硅胶等等。此外，支撑柱120和壳体310也可以是金属材质，根据实际应用需求来选择相应的材料，此处不作进一步限定。
63.可理解到，支撑柱120、介质基板110和壳体310采用一体成型结构，这样能够将天线子阵200和滤波器300融合为一体化结构，减少pcb转接板、金属滤波器(介质滤波器)、连接器等零部件的使用，能够大大简化装配工艺，有效提高工作效率，且能够实现自动化生产，成本降低，容易实现集成化、简单化和轻量化。相对于传统的介质滤波器300的焊接采用焊接的连接结构，本发明实施例的天线模组100中，滤波器300与介质基板110一体成型，这样滤波器300无需与介质基板110焊接，减少焊接步骤，生产效率高，降低制作成本。
64.组装时，无需再进行馈电网络、滤波器300的焊接及螺接等操作，如此能够实现组装工序显著简化，有利于自动化生产以降低成本。而且，由于减少了螺钉等连接件的使用，还有利于简化无源组件的结构并减轻其重量，并有利于减小插损与互调隐患，提升产品的一致性。
65.基于上述图1至5所示的实施例，可以进一步扩展为图6至图8所示的实施例，下面结合附图，对本发明另一些实施例作进一步阐述，但不限于实施例所示的应用情景。
66.具体来说，如图6所示，实施例的天线模组100可理解为由两个图1所示的实施例组合而成，具体包括六个辐射单元210、两个滤波器300、四个功分器400和四个端口连接器
350，其中，辐射单元210和功分器400排列在介质基板110的上表面111，滤波器300和端口连接器350设置在介质基板110的下表面112。辐射单元210、滤波器300与介质基板110的连接结构参见上述实施例的描述，此处不再赘述。
67.需要说明的是，如图7和图8所示，两个滤波器300分别对应设置有第一腔体320和第二腔体320，第一腔体320和第二腔体320间隔设置且两腔体320内均设置有谐振杆330，其中，第一腔体320内通过两个馈电针340连接上表面111的其中两个功分器400，第二腔体320内通过两个馈电针340连接另外两个功分器400。此外，第一腔体320和第二腔体320内分别设置有两个端口连接器350，每个滤波器300分别通过端口连接器350与trx板的输出端口连接。
68.可以理解的是，天线子阵200的数量可根据实际应用场景而设定，滤波器300、功分器400和端口连接器350的数量根据天线子阵200的数量来选择，具体不再赘述。通过将天线子阵200、滤波器300、功分器400与介质基板110结合成一体化结构，形成具有天线滤波功能的融合模块，代替传统架构中的天线、pcb转接板、连接器、金属滤波器(介质滤波器)、金属反射板、连接器等部件，减少了零部件的数量，结构简洁可靠，装配效率更高，实现天线模块化生产，成本也更低，而且天线模组100的整体架构实现集成化、简单化、轻量化，体积和重量也会大大减小，而且可以减少进入天线等前端的干扰信号，进而提高通信质量，适应5g通信设备小型化、轻量化、集成化的发展需要，在5g通信领域具有较佳的应用前景。
69.参考图9描述本发明实施例的射频装置，但不限于实施例所示的应用情景。
70.本发明实施例的射频装置，包括屏蔽盖、功率放大器、trx板和上述实施例的天线模组100，其中，屏蔽盖为aau屏蔽盖，该aau屏蔽盖与天线模组100连接，trx板的连接端口通过功率放大器与模组接口连接。该射频装置的架构缩短了aau系统的链路，不仅降低了链路损耗及功耗，提高了系统增益，而且由于架构的简化，从而降低了质量成本、装配成本，重量也随之下降。相对于现有的aau射频架构，采用天线模组100替代原架构中的天线、pcb转接板、金属滤波器(介质滤波器)、连接器等部件，结构更加简洁可靠。
71.可以理解的是，利用天线模组100构成5g多进多出(multiple input multiple output，mimo)天线阵列，天线模组100通过模组接口与trx板的输出端口连接，从而组成射频装置。工作时，aau射频收发系统的输出信号从天线模组100的模组接口输入后，信号经过滤波器300，然后到达馈电针340，并进一步进入天线子阵200的辐射单元210，实现天线滤波。
72.本发明实施例还提供的基站，包括如上述实施例的天线模组100或射频装置。由于基站采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。
73.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。