CN107394366B - 一种大规模mimo天线结构及制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大规模MIMO天线结构及制造工艺，包括阵列排布的多个天线单元，每个天线单元由3层或者更多层的介质板组成；PCB的基板是两层介质板和三层金属层的结构，把功分网络和校准网络合并在中间金属层的传输线结构上，上下导电金属接地；每个天线单元通过金属探针与基板相连进行馈电；天线单元采用SMT工艺直接焊接到基板上对应的天线单元焊盘，通过焊接保证精度，不需要调整。本发明剖面低、结构紧凑，集成度高、质量轻，只需少量装配步骤，生产效率高，并且可以保证高一致性和稳定性。
Description
[技术领域]
本发明主要涉及天线设计领域及SMT工艺流程领域，尤其涉及一种大规模MIMO天线结构及制造工艺。
[背景技术]
多天线传输和接收技术即MIMO技术，大致可以分为两类：发射/接收分集和空间复用。传统的多天线被用来增加分集度从而克服信道衰落。具有相同信息的信号通过不同的路径被发送出去，在接收机端可以获得符合多个独立衰落的信息，从而获得更高的接收可靠性。现有的大规模MIMO天线，功分网络和校准网络需要在两块PCB板上分别实现，天线单元之间需要金属隔离条，增加了天线整体重量和成本，多个板的连接使可靠性降低；馈电通过打印电路焊接，缺少定位，可能造成偏移；分立的天线单元子模块，安装完成需要手动调整，人工安装误差降低了天线总体的精度。
SMT是一种表面安装元器件(SMD)以及其他适合于表面安装的电子元件(SMC)直接贴、焊到PCB或其他表面规定位置上的电路贴装技术。SMT安装的贴片元器件与传统的穿孔分立元器件相比所占面积和重量大为减小，具有较高的组装密度；SMT自动化程度高，贴片元件小而轻，提高了抗振动性能，贴装可靠性高；SMT贴片式元器件通常为无引线或短引线，降低了寄生电容的影响，提高了电路的高频特性。SMT一般只用于一层贴装，对于多层贴装，各层间的相对位移和间距难以控制；大面积贴合时，内部焊接可靠性低。
[发明内容]
本发明内容提供了一种大规模MIMO天线结构及制作工艺，可以降低天线的剖面高度，进而实现小型化，提高天线制造的精度和强度，降低整体天线的重量，简化制造及装配工序。
一种大规模MIMO天线结构，包括一块PCB基板和N×N个若干天线单元，所述PCB基板由2层覆铜介质板压合而成，两层PCB基板介质板形成的夹层为中间层；所述PCB基板上表面和下表面敷设金属，共同接地，屏蔽信号干扰，中间层敷设传输线结构，实现对天线单元进行馈电和校准；
进一步地，所述的天线单元与PCB基板上表面采用焊接或压合连接；所述天线单元由多层介质组成，相邻介质之间采用焊锡焊接或膜压压合；
进一步地，所述天线单元的多层介质采用焊接的两个平面上都有敷设金属；采用膜压的两个平面至少有一个平面有敷设金属；
进一步地，所述PCB基板中间面的金属信号线与金属探针相焊接，并直接穿过天线单元与PCB基板中间层的金属信号线直接馈电或耦合馈电；所述PCB基板上表面和下表面的金属以及中间层的金属地通过金属过孔相连；
进一步地，所述PCB基板上表面和下表面的金属表面敷设绿油；所述PCB基板上表面有与天线单元数量相同的天线焊盘，天线单元直接焊接在PCB基板天线焊盘上。
进一步地，所述PCB基板下表面焊接有射频接头及电子元件。
本发明还提供了生产上述大规模MIMO天线的制造工艺，包括以下步骤：
步骤1，PCB基板的制作：对PCB基板进行预处理，分别在PCB上印制设计好的导电线路，再将两片PCB材料进行膜压压合，加工金属化孔；检测PCB基板导电线路连通，压合紧密；
步骤2，天线单元的制作：天线单元由3层或3层以上覆铜介质板焊接或膜压而成，每层根据设计的导电线路覆铜；对需要进行膜压的天线层进行膜压，层间隙的公差范围小于0.2mm；留待与基板焊接；
步骤3，PCB基板和天线单元焊接：用定位工装定位PCB基板,对PCB基板及各天线单元层分别进行丝印上锡，使用无铅低熔点锡膏；把天线单元安装到定位工装的固定位置，过回流焊机，焊接层间隙的公差范围小于0.2mm，各天线单元层间无相对偏移；
步骤4，PCB基板元件的组装：焊接PCB基板需要的电子元件；在天线单元对应位置焊接相应数量的金属探针；在PCB基板背面插装射频接头，并进行焊接。
本发明有益效果为：
(1)天线单元多层结构的贴合，通过设计的工艺保证了装配精度，贴装间隙公差范围小于0.2mm，免去了人工装配调整产生的误差，简化天线装配步骤。
(2)天线单元多层结构的贴合，通过设计的工艺实现了大面积SMT贴装的可靠牢固，保证了天线功能的可靠性。
(3)PCB基板实现了把功分网络和校准网络结合，减少了由于两个模块分开而产生的装配和由此产生的偏差，同时降低了整机的剖面高度，使整体刚度提高，质量减轻。
[附图说明]
图1是MIMO天线正面示意图，包括天线阵列单元，PCB基板；
图2是MIMO天线背面示意图，包括多个射频接头，PCB基板；
图3是天线单元结构示意图，包括天线介质板，铜箔，压合膜，焊锡层；
图4是天线单元焊接后的结构细节示意图；
图5是PCB基板上层示意图，包括天线焊盘，射频接头焊接位；
图6是PCB基板结构示意图，包括基板介质板，上表面金属，中间层金属信号线，中间层金属地，下表面金属，金属化过孔。
图中标号：1-天线单元；2-PCB基板；3-射频接头；4-铜箔；5-天线介质板；6-压合膜；7-焊锡；8-金属探针；9-射频接头焊接位；10-天线焊盘；11-金属化过孔；12-PCB基板介质板；13-PCB基板上表面；14-中间层金属信号线；15-中间层金属地；16-PCB基板下表面。
[具体实施方式]
为了使本发明实现的技术手段清晰明了，下面结合附图进一步阐述本发明。
如图1至图6所示，一种大规模MIMO天线结构，包括一块PCB基板2和N×N个天线单元1；所述PCB基板2，包括两层PCB基板介质板12，两层PCB基板介质板形成的夹层为中间层，在PCB基板上表面13敷设金属，PCB基板下表面16敷设金属，中间层敷设传输线结构，所述传输线结构包括中间层金属信号线14和中间层金属地15，贯通两层PCB基板介质板12的多个金属化过孔11连通PCB基板2上表面13敷设的金属、中间层金属地15及PCB基板下表面16敷设的金属；所述PCB基板2上焊接有N×N个阵列排布的天线单元1，构成的天线阵面。
所述PCB基板2上设有N×N个阵列排布的天线焊盘10，每个天线单元1直接焊接在每个天线焊盘10上，天线单元1由金属探针8连接至PCB基板2，金属探针8通过直接馈电或耦合馈电方式对中间层金属信号线14进行馈电。
所述馈电部分的功分网络和校准网络结合在PCB基板2的中间层传输线结构，所述PCB基板上表面13敷设的金属和PCB基板下表面16敷设的金属通过多个金属化过孔11与中间层金属地15连通，屏蔽信号干扰。
所述天线单元1采用三层以上敷设有铜箔4的天线介质板5组成，使用焊锡7焊接或者使用压合膜6压合，采用焊接的两个平面上都有敷设金属；采用膜压的两个平面至少有一个平面有敷设金属；在天线单元底层有两个金属化孔与金属探针8连通。
所述天线单元1底面覆铜，与PCB基板上表面13的天线焊盘10之间使用锡焊直接连接，同时在PCB基板上表面和下表面的金属表面敷设绿油。
本发明还提供了一种上述大规模MIMO天线的制造工艺，包括以下步骤：
步骤1，PCB基板2的制作：对PCB基板介质板12进行预处理，分别在PCB基板12介质板12上印制设计好的导电线路，再将两片PCB基板介质板12进行膜压压合，加工金属化孔；检测PCB基板2导电线路连通，压合紧密等；
步骤2，天线单元1的制作：天线单元1由3层或3层以上结构贴合，每层由中间的天线介质板5和表面的铜箔4构成，每层根据设计的导电线路覆铜；对需要进行膜压的天线层进行膜压，层间隙的公差范围小于0.2mm；检查压合方向无误，留待与基板焊接；
步骤3，PCB基板2和天线单元1焊接：用定位工装定位PCB基板2,对PCB基板2及各天线单元层分别进行丝印上锡，使用无铅低熔点锡膏；把天线单元1安装到定位工装的固定位置，过回流焊机；检查焊接精度和焊接可靠性，焊接层间隙的公差范围小于0.2mm，各天线单元层间无相对偏移；
步骤4，PCB基板1元件的组装：PCB基板2在天线单元1对应位置焊接相应数量的金属探针8；PCB基板2背面插装射频接头3，并通过射频接头焊接位9进行焊接；同时焊接PCB基板2所需要的电子元件；检测焊接牢固，没有虚焊，天线正常工作。
本发明剖面低、结构紧凑，集成度高、质量轻，只需少量装配步骤，生产效率高，并且可以保证高一致性和稳定性。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
Claims (7)
1.一种大规模MIMO天线，包括PCB基板以及置于基板之上的若干天线单元，其特征在于：所述的PCB基板由2层覆铜介质板压合而成，两层介质板形成的夹层为中间层，所述PCB基板上表面和下表面敷设金属，中间层敷设传输线结构，实现对天线单元进行馈电和校准；
馈电部分的功分网络和校准网络结合在PCB基板的中间层传输线结构，所述PCB基板上表面敷设的金属和PCB基板下表面敷设的金属通过多个金属化过孔与中间层金属地连通。
2.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO天线，其特征在于：所述的天线单元与PCB基板上表面采用焊接或压合连接；所述天线单元由多层介质组成，相邻介质之间采用焊锡焊接或膜压压合。
3.根据权利要求2所述的一种大规模MIMO天线，其特征在于：所述天线单元的多层介质采用焊接的两个平面上都有敷设金属；采用膜压的两个平面至少有一个平面有敷设金属。
4.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO天线，其特征在于：所述PCB基板中间面的金属信号线与金属探针相焊接，并直接穿过天线单元与PCB基板中间面的金属信号线直接馈电或耦合馈电；所述PCB基板上表面和下表面的金属以及中间面的金属地通过金属过孔相连。
5.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO天线，其特征在于：所述PCB基板上表面和下表面的金属表面敷设绿油；所述PCB基板上表面有与天线单元数量相同的天线焊盘。
6.根据权利要求1所述的一种大规模MIMO天线，其特征在于：所述PCB基板下表面焊接有射频接头及电子元件。
7.一种大规模MIMO天线的制造工艺，其特征在于，用于制造如权利要求1所述的大规模MIMO天线，所述大规模MIMO天线的制造工艺包括以下步骤：
步骤1，PCB基板的制作：对PCB基板进行预处理，分别在PCB上印制设计好的导电线路，再将两片PCB材料进行膜压压合，加工金属化孔；
步骤2，天线单元的制作：天线单元由3层或3层以上覆铜介质板焊接或膜压而成，每层根据设计的导电线路覆铜；对需要进行膜压的天线层进行膜压，层间隙的公差范围小于0.2mm；留待与基板焊接；
步骤3，PCB基板和天线单元焊接：用定位工装定位PCB基板 ,对PCB基板及各天线单元层分别进行丝印上锡，使用无铅低熔点锡膏；把天线单元安装到定位工装的固定位置，过回流焊机，焊接层间隙的公差范围小于0 .2mm，各天线单元层间无相对偏移；
步骤4，PCB基板元件的组装：焊接PCB基板需要的电子元件；在天线单元对应位置焊接相应数量的金属探针；在PCB基板背面插装射频接头，并进行焊接。
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