技术领域
[0001] 本
发明涉及无线电通信和天线设备，并且更具体而言，涉及用于蜂窝通信的基站天线阵列及其制造方法。
背景技术
[0002]
相控阵列天线可以创建
无线电波波束和
电子地使无线电波波束转向在不同的方向上，而无需其中
辐射元件的物理移动。如图1A所示，在相控阵列天线10中，经由
移相器(Φ1-Φ8)从发送器(TX)向多个空间隔开的天线辐射元件提供射频(RF)馈电
电流，其中移相器在由空间隔开的辐射元件发射的无线电波之间建立期望的
相位关系。如本领域技术人员将理解的那样，恰当建立的相位关系使得从辐射元件发射的无线电波能够组合，由此增加在期望的方向(示为θ)上的辐射，但是抑制在不期望的(一个或多个)方向上的辐射。移相器(Φn)通常由计算机控制系统(CONTROL)控制，其中计算机控制系统(CONTROL)可以改变所发射的无线电波的相位，并由此电气地使组合的波转向在不同的方向上。当相控阵列天线在蜂窝通信和其它基于RF的系统中使用时，电子转向会是重要的。
[0003] 例如，在典型的蜂窝通信系统中，地理区域常常被划分成由相应基站服务的、通常被称为“小区”的一系列区域。每个基站可以包括被配置为向该由基站服务的小区内的移动订户提供双向射频(“RF”)通信的一个或多个基站天线(BSA)。在许多情况下，每个基站被划分成“扇区”。在可能最常见的配置中，六边形形状的小区被划分成三个120°扇区，并且每个扇区由一个或多个基站天线服务，其可以具有大约为65°的方位
角半功率波束宽度(HPBW)。通常，基站天线安装在塔或其它凸起结构上，并且辐射图案(即“天线波束”)被引导从基站天线向外。基站天线常常被实现为辐射元件的线性或平面相控阵列。例如，如图1B所示，基站天线10'可以包括辐射元件的并排的列(RE11-RE18，RE21-RE28)，这些列定义一对相对靠近地间隔的天线A1和A2。在这种基站天线10'中，每列辐射元件可以对相应的
相移馈电
信号作出响应，这些相移馈
电信号是从对应的RF馈电信号(FEED1，FEED2)和发送器(TX1，TX2)导出的并且响应于计算机控制(CONTROL1，CONTROL2)而变化。
[0004] 不幸的是，这些相移馈电信号通常在到达对应的辐射元件之前跨多个机械部件提供，并且这些信号路径可能由于引入不可接受级别的无源互调(PIM)失真而使馈电信号恶化。如本领域技术人员将理解的，PIM是无线系统的一个或多个机械部件中的非线性所造成的
干扰信号的生成。通常，两个信号将混合在一起(幅度调制)，以产生和信号与差信号(以及相同频带内的乘积)，并且由此造成干扰。PIM在几乎任何无线系统中都是问题，但在蜂窝基站天线、传输线路和相关部件中最为显著。
[0005] 不相似材料(例如，不同金属)的接合是PIM的主要造成原因。因此，PIM可以发生在天线元件、同轴连接器、同轴线缆和地中。PIM也可以由锈蚀、
腐蚀、连接松动、污垢、
氧化等造成。甚至附近的金属物体(诸如拉线、锚和
屋顶防雨板(roof flashing))的存在也可能由于创建了操作为
混频器的类似
二极管的非线性而造成明显的PIM。而且，随着非线性程度的增加，PIM信号的幅度也增加。PIM也会随着部件老化而增加，以及在
温度变化大、盐分空气或污染空气或过度振动的环境中增加。
[0006] 现在参考图2，制造用于基站天线BSA的馈电
电路板的常规方法20(其可能容易受到相对高级别的PIM失真的影响)可以包括形成印刷
电路板(PCB)，该印刷电路板具有在其中的通孔(通孔可以是未
镀通孔(unplated through-hole,UTH)或镀通孔(plated through-hole,PTH))以及在PCB的前侧上的
图案化的金属迹线(框22)。如框24所示，具有屏蔽的(且接地的)外部导体以及承载信号的内部“馈电”导体的同轴馈电线缆安装到PCB的后侧，其中内部导体延伸通过通孔TH并且外部导体被
焊接到PCB的后侧上的接地面。接下来，如框26所示，PCB的前侧被焊接，由此将通孔TH内的内部导体电连接到PCB前侧上的金属迹线。最后，如框28所示，使用本领域技术人员已知的常规操作，将PCB和其上的金属迹线(直接或间接地)电耦合到天线组件内的辐射元件。
发明内容
[0007] 根据本发明的一些
实施例的天线组件包括
基板，该基板具有在其上的前表面和后表面以及在其中的多个通孔，天线组件还包括在基板的后表面上的
焊料焊盘。还设置有输入线缆，其附连到基板的后表面。输入线缆包括
接触基板的后表面的外部导体，以及至少部分地延伸通过多个通孔中的第一通孔并且电连接到焊料焊盘的内部“馈电”导体。金属迹线(例如，50欧姆迹线)设置在基板的前表面上。金属迹线通过多个通孔中的第二通孔中的导
电镀层电连接到焊料焊盘，其中第二通孔与多个通孔中的第一通孔相邻并且提供具有低无源互调(PIM)失真的电连接。
[0008] 根据本发明的这些实施例中的一些实施例，多个通孔中的接纳内部导体的第一通孔至少部分地没有延伸通过该第一通孔的导电镀层。不过，内部导体被焊料接合(solder bonded)到基板的后表面上的焊料焊盘，并且该焊料焊盘至少部分地围绕多个通孔中的第一通孔。
[0009] 在本发明的还有的另外的实施例中，多个通孔中的第一通孔和第二通孔可以填充有导电材料。此外，基板的前表面上的金属迹线可以通过多个通孔中的第三通孔中的导电镀层并行地电连接到焊料焊盘，其中第三通孔与多个通孔中的第二通孔相邻地延伸。在一些实施例中，多个通孔中的第二通孔和第三通孔填充有导电材料，和/或多个通孔中的第二通孔和第三通孔在多个通孔中的第一通孔的相对侧延伸。在一些其它实施例中，多个通孔中的第一通孔、第二通孔和第三通孔沿着金属迹线的一段彼此对齐。
[0010] 根据本发明的另外的实施例，天线组件包括印刷电路板，该印刷电路板具有在其上的前表面和后表面以及在其中的多个通孔。在印刷电路板的后表面上设置有导电焊盘和导电馈电导体。馈电导体至少部分地延伸通过多个通孔中的第一通孔并且(例如，通过焊料接合体)电连接到导电焊盘。在印刷电路板的前表面上还设置有金属迹线。金属迹线通过多个通孔中的第二通孔中的导电镀层电连接到导电焊盘，其中第二通孔可以(或可以不)填充有导电材料。此外，导电焊盘可以被图案化以至少部分地围绕多个通孔中的第一通孔。在本发明的这些实施例中的一些实施例中，导电馈电导体可以被配置为屏蔽的同轴线缆的内部导体。并且，多个通孔中的与印刷电路板的前表面相邻地延伸的第一通孔的一部分可以没有至少一些焊料，由此包含在馈电导体和多个通孔中的第一通孔的
侧壁之间延伸的空隙(void)。多个通孔中的第一通孔也可以没有延伸通过该第一通孔的导电“侧壁”镀层。
[0011] 根据本发明的还有另外的实施例，天线组件包括印刷电路板，该印刷电路板具有在其上的前表面和后表面、在其中的第一镀通孔。并且天线组件包括在印刷电路板的后表面上的导电焊盘，其中，该导电焊盘电连接到第一镀通孔。在印刷电路板的后表面上设置有导电馈电导体。馈电导体至少部分地延伸通过第一镀通孔。在印刷电路板的后表面上设置的焊料接合体在导电焊盘的表面上延伸，并将馈电导体电连接到导电焊盘。在印刷电路板的前表面上设置金属迹线，并且该金属迹线通过第一镀通孔电连接到焊料接合体、馈电导体和导电焊盘。在本发明的这些实施例中的一些实施例中，焊料接合体不延伸到金属迹线的表面上，并且可以仅部分延伸通过第一镀通孔。印刷电路板还可以具有在其中的第二镀通孔，该第二镀通孔与第一镀通孔相邻地延伸，并且与第一镀通孔提供的电连接并行地将金属迹线电连接到导电焊盘。
附图说明
[0012] 图1A是根据
现有技术的相控阵列天线的
框图。
[0013] 图1B是根据现有技术的基站天线(BSA)的框图。
[0014] 图2是示出根据现有技术的制造用于基站天线BSA的馈电电路板的方法的处理步骤的
流程图。
[0015] 图3是示出根据本发明的实施例的制造用于基站天线BSA的馈电电路板的方法的处理步骤的流程图。
[0016] 图4是示出根据本发明的实施例的、制造用于基站天线的馈电电路板的方法的处理步骤的流程图。
[0017] 图5A是根据本发明的实施例的印刷电路板(PCB)的一部分的横截面图，其中印刷电路板具有安装到其后侧的同轴线缆，该同轴线缆的外部导体和内部导体二者都焊料接合到该后侧，并且内部导体(经由镀通孔(PTH))电连接到前侧金属迹线。
[0018] 图5B是示出根据本发明的实施例的图5A的内部导体的布线路径的简化布线示意图。
[0019] 图6A是根据本发明的实施例的后侧同轴线缆的内部导体的简化布线示意图，其中，该内部导体穿过印刷电路板(PCB)的未镀通孔(UTH)并通过相邻的镀通孔(PTH)电连接到前侧金属迹线(MT)。
[0020] 图6B是根据本发明的实施例的后侧同轴线缆的内部导体的简化布线示意图，其中，该内部导体穿过印刷电路板(PCB)的未镀通孔(UTH)并通过一对(2X)相邻的镀通孔(PTH)电连接到前侧金属迹线(MT)。
[0021] 图6C是根据本发明的实施例的后侧同轴线缆的内部导体的简化布线示意图，其中，该内部导体穿过印刷电路板(PCB)的未镀通孔(UTH)并通过一对(2X)相邻的镀通孔(PTH)电连接到前侧金属迹线(MT)。
[0022] 图6D是根据本发明的实施例的后侧同轴线缆的内部导体的简化布线示意图，其中，该内部导体穿过印刷电路板(PCB)的未镀通孔(UTH)并通过一对(2X)相邻的镀通孔(PTH)电连接到前侧金属迹线(MT)。
[0023] 图6E是根据本发明的实施例的后侧同轴线缆的内部导体的简化布线示意图，其中，该内部导体穿过印刷电路板(PCB)的未镀通孔(UTH)并通过两对相邻的镀通孔(PTH)电连接到前侧金属迹线(MT)。
[0024] 图7A是根据本发明的实施例和图6A的后侧“内部导体”接触焊盘(左)和前侧金属迹线(MT)(右)的平面布局图，其中，前侧金属迹线通过镀通孔(PTH)电连接到接触焊盘(以及内部导体)。
[0025] 图7B是根据本发明的实施例和图6B的与PCB中的一对并排镀通孔(PTH)相交的前侧金属迹线(MT)的平面布局图。
[0026] 图7C是根据本发明的实施例和图6C的与PCB中的一对对齐的镀通孔(PTH)相交的前侧金属迹线(MT)的平面布局图。
[0027] 图7D是根据本发明的实施例和图6D的与PCB中的一对镀通孔(PTH)相交的前侧金属迹线(MT)的平面布局图。
[0028] 图7E是根据本发明的实施例和图6E的与PCB中的两对镀通孔(PTH)相交的前侧金属迹线(MT)的平面布局图。
[0029] 图7F是根据本发明的实施例的与PCB中的一对镀通孔(PTH)相交的金属迹线(MT)的前侧的平面布局图。
[0030] 图7G是根据本发明的实施例的与PCB中的一对镀通孔(PTH)相交的金属迹线(MT)的前侧的平面布局图。
[0031] 图7H是根据本发明的实施例的与PCB中的四重布置的镀通孔(PTH)相交的金属迹线(MT)的前侧的平面布局图。
具体实施方式
[0032] 现在将参考附图更完全地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不应当被解释为限于本文所阐述的实施例；更确切地说，提供这些实施例是为了使本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。相同的标号始终指代相同的元件。
[0033] 将理解的是，虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文被用来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分区分开来。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不背离本发明的教导。
[0034] 本文使用的术语仅仅是为了描述特定的实施例，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，当在本
说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”及其变体
指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或加入。相比之下，当在本说明书中使用时，术语“由…组成”指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件，并且排除附加的特征、步骤、操作、元件和/或部件。
[0035] 除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将进一步理解的是，术语(诸如常用词典中定义的术语)应当被解释为具有与相关领域背景下的含义一致的含义，并且将不在理想化或过度正式的意义上解释，除非本文明确地如此定义。
[0036] 现在参考图3，根据本发明的一些实施例的制造用于基站天线30的馈电电路板的方法可以包括：形成印刷电路板(PCB)，该印刷电路板(PCB)具有在该印刷电路板中的至少一个镀通孔(PTH)、在该印刷电路板的前表面上的金属迹线(例如，50欧姆迹线)以及在该印刷电路板的后表面上的至少一个接触焊盘，框32。如框34所示，具有外部导体和屏蔽的内部导体的同轴馈电线缆可以安装到PCB的后侧，使得屏蔽的内部导体穿过后表面上的第一接触焊盘并且穿过第一PTH，其中第一PTH(例如，通过侧壁镀层)电连接到后表面上的第一接触焊盘并且电连接到前表面上的第一金属迹线。其后，如框36所示，PCB的后侧经历焊接操作，使得(在第一PTH内的)内部导体被焊接到第一接触焊盘，并由此经由第一PTH电连接到第一金属迹线，其中第一PTH可以变得至少部分地填充有焊料。最后，如框38所示，可以执行操作以将PCB的前表面上的第一金属迹线电耦合到天线组件内的辐射元件。
[0037] 可替代地，如图4所示，制造用于基站天线40的馈电电路板的方法可以包括形成印刷电路板(PCB)，该印刷电路板具有在其中的镀通孔(PTH)以及未镀通孔(UTH)二者，并且具有在其上的图案化的金属迹线和接触焊盘，框42。接下来，如框44所示，同轴馈电线缆可以安装到该PCB的后表面。如本领域技术人员将理解的，同轴馈电线缆的外部导电“屏蔽”可以焊接到PCB的后表面上的接地面。而且，同轴馈电线缆内的内部导体可以被配置成延伸通过(后表面上的)第一接触焊盘并通过PCB中的第一UTH。在安装同轴馈电线缆之后(或期间)，PCB的后侧可以经历焊接操作，以将至少部分地延伸通过第一UTH的内部导体电连接到第一接触焊盘，框46。该焊接操作还可以提供内部导体与PCB的前表面上的第一金属迹线之间的电连接，其中该电连接由至少第一PTH提供，该第一PTH可以对在内部导体上提供的馈电信号提供减小的PIM失真。可以填充有导电材料或未填充(即，仅在通孔的侧壁上进行电镀)的第一PTH可以电连接到后表面上的第一接触焊盘和前表面上的第一金属迹线。最后，如框48所示，可以执行操作以将PCB的前表面上的第一金属迹线电耦合到天线组件内的辐射元件。
[0038] 现在参考图3和图5A-图5B，可以在基站天线组件中用来抑制无源互调(PIM)失真的馈电电路板50被示为包括其上具有后侧表面52a和前侧表面52b的印刷电路板(PCB)52。如图所示，具有
电磁屏蔽的内部导体56的同轴线缆被安装到PCB 52的后侧表面52a，其中电磁屏蔽的内部导体56由
电介质58与周围的外部导体62隔开。这种同轴线缆可以使用固定到接地线/接地面66的屏蔽焊料60机械地并且电气地固定到PCB 52，其中地线/接
地层66被图案化在后侧表面52a上。
[0039] 如图所示，位于同轴线缆的远端的内部导体56的一部分可以暴露并弯曲90°，使得内部导体56延伸通过PCB 52内的金属镀通孔(PTH)70。有利地，该内部导体56经由在制造期间施加到后侧表面52a上的图案化的接触焊盘68的焊料接合体64与前侧表面52b上的金属迹线54(例如，50欧姆迹线)形成高
导电性电连接。该接触焊盘68与接地线/接地面66
电隔离，但可以使用常规的金属图案化技术与接地线/接地面66同时被图案化。因此，如图5B的简化的布线示意图所示，可以用天线馈电信号驱动的内部导体(IC)56经由镀通孔(PTH)70和后侧焊料(BSS)64电连接到PCB 52的前侧表面上的金属迹线54。
[0040] 现在参考图6A和图7A，可以被用来有利地减少天线馈电板中的PIM失真的后侧“内部导体”接触焊盘和前侧金属迹线的简化布线示意图和平面布局图集体示出了根据本发明的实施例的图案化的接触焊盘68和图案化的金属迹线MT 54。部署在PCB 52的后表面上的图案化的接触焊盘68被示为具有在其上的焊料接合体64，焊料接合体64接纳同轴馈电线缆的内部导体(IC)56并将其固定到图案化的接触焊盘68。该内部导体56至少部分地延伸通过PCB 52中未镀通孔TH，并且前侧金属迹线MT54在其中的开口，该开口围绕未镀TH和其中的内部导体56，但不能与内部导体56直接进行电接触。相反，如图6A的简化布线示意图所示，利用分离的镀通孔(PTH)将前侧金属迹线54间接地经由后侧接触焊盘68和焊料接合体64电连接到内部导体56。根据本发明的一些实施例，图6A和图7A的该单个PTH(其将金属迹线54电气“
短路”到接触焊盘68)可以是未填充的、部分填充或完全填充有导电材料(例如，金属)，由此在PTH将馈电信号从内部导体56向金属迹线54传送时实现与每种替代的PTH配置相关联的、对PIM失真的不同程度的改进。
[0041] 现在参考图6B-图6D、图7B-图7D和图7F-图7G，图6A和图7A的实施例可以被
修改为包括一对PTH，这对PTH可以彼此紧邻地隔开，或者在未镀通孔TH(和内部导体56)的相对侧彼此隔开。虽然不希望受任何理论束缚，但是这些成对的PTH中的一个或多个可以是未填充的、部分填充或完全填充有导电材料(例如，金属)，具有与每种替代的PTH配置相关联的对PIM失真的不同程度的改进。而且，如图6E、图7E和图7H所示，可以利用至少部分地围绕未镀通孔TH的、具有对PIM失真的不同程度改进的四重布置的PTH。最后，在本发明的一些另外的实施例中，由图7A-图7H所示的未镀通孔TH可以用包含相应的内部导体56和至少部分地延伸通过其的焊料材料的镀通孔(PTH)来代替。
[0042] 在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型优选实施例，并且，虽然采用了具体术语，但它们仅在一般和描述性意义上使用而不是为了限制的目的，本发明的范围在以下
权利要求中阐述。
