移動通訊基站的室外射頻前端裝置的製作方法
2023-07-16 06:17:41
專利名稱：移動通訊基站的室外射頻前端裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種安裝在室外的移動通訊基站，確切地說，涉及一種移動通訊基站的室外射頻前端裝置，屬於移動通信基站的結構設計技術領域。
背景技術：
2000年5月ITU正式批准接納TD-SCDMA，使之與美國的CDMA2000和歐洲的WCDMA一起構成國際第三代移動通信標準(IMT-2000)體系。具有中國自主智慧財產權的TD-SCDMA技術是百年中國電信技術史上的重大突破，標誌著在移動通信技術方面中國已經進入世界先進行列。
TD-SCDMA NODE B基站主要由室內機架和室外射頻前端裝置兩部分組成。其中，室內機架部分主要由數字子系統(RNC接口模塊、交換模塊、呼叫處理模塊和時鐘模塊)、基帶子系統以及射頻子系統中的數字中頻模塊和收發信機模塊等組成，實現下述功能RNC接口的物理層電氣接口以及ATM成幀功能，提供對級聯接口的物理層電氣接口和ATM成幀的支持，提供本地操作維護臺的訪問接口，控制呼叫信令的處理、資源管理和傳輸承載，完成TD-SCDMA物理層協議的處理，配置射頻子系統的工作點和切換點，控制射頻校準，完成數字變頻、數字調製解調、脈衝成形和AGC功能，完成模擬變頻處理。
室外射頻前端裝置是由通過同軸線纜相互連接並實現通訊的智能天線陣列和室外射頻前端單元兩部分組成，主要完成上下行射頻信號的放大等功能。室外射頻前端裝置和室內機架之間通過線纜實現通訊和電源配置。室外射頻前端裝置中的天線陣列為外購或外協設備，有全向和扇區化兩種形式，並提供標準50Ω的N型連接器硬體接口與室外射頻前端單元對接。
目前，作為現有技術，TD-SCDMANODE B基站原型機已經研製成功，但是，該設備存在多種結構設計上的缺陷，亟需進一步改進。下面分別介紹之參見圖1，該基站的室外射頻前端裝置採用智能天線陣列1』與室外射頻前端單元2』一體化的結構，即將圓柱形的全向智能天線陣列1』與其室外射頻前端單元2』有機連接為一體，給人一種結構緊湊的感覺。但同時卻為今後產品的演進和升級換代埋下了敗筆。例如產品升級時，如果將全向智能天線陣列替換為扇區化智能天線陣列，該裝置就很難滿足要求，必須重新設計製造，無疑將提高研發成本和研發周期。
在設備散熱設計上，該室外射頻前端單元2』採用傳導和自然對流相結合的自然冷卻散熱方式。8個功放模塊排成一個正八邊形，每個功放模塊通過安裝轉接板(8塊安裝轉接板形成整個室外射頻前端裝置的外殼)分別連接一塊用於散熱的小型鋁材散熱器3』。這種散熱方式結構簡單，經濟實用，成本較低。但是由於每個功放模塊都是通過金屬轉接板連接鋁材散熱器，功放與金屬轉接板之間和金屬轉接板與鋁材散熱器之間都會有較大熱阻，加上與每個功放間接相連接的鋁材散熱器體積較小，散熱面積不夠大，因而該裝置的散熱效果不佳，能否真正滿足-40℃～+55℃的室外產品使用環境要求，有待進一步驗證。
在設備供電和信號控制設計上，該裝置將RS485信號和-48V直流電源採用軟細線混合傳輸。由於該傳輸介質的線纜截面積較小，其所能夠承載的傳輸電流大小有限，可能會影響功放等模塊峰值時的用電，進而引起電器性能變化。
在設備的屏蔽與搭接設計上，該裝置如前面散熱部分所述，將8塊功放分別安裝在轉接金屬板而圍成一個正八邊形。由於加工和安裝技術所限，相鄰兩塊安裝的轉接金屬板之間必將留下一條細長形的縫隙，這將極大地降低設備自身的屏蔽效能，並影響到該設備抵抗外來高頻輻射的能力也比較差。
在室外產品的防水、防塵等密封設計上，該裝置採用了下進線方式，即包括RS485信號線纜、-48V直流電源、射頻同軸線纜和天線饋線等所有進出室外射頻前端單元的線纜，均從設備的底部引入或接出，且所有對外連接的接插件均選用了防水、防鹽霧型密封器件，但是，對於相鄰兩塊安裝轉接金屬板之間的縫隙沒有採取進一步措施，能否達到IP55的防護等級有待進一步驗證。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種改進的移動通訊基站的室外射頻前端裝置，該裝置在結構形式、熱設計、供電和信號控制設計、屏蔽與搭接設計、防水、防塵和防鹽霧設計上都對原型機的不足之處採取了相應的結構改進措施，使得該裝置能夠更好地完成其功能，且相關結構的改進對於室外微蜂窩和微微蜂窩的設備研製都將有積極的推廣作用。
本實用新型的目的是這樣實現的一種改進的移動通訊基站的室外射頻前端裝置，包括智能天線陣列與室外射頻前端單元；其特徵在於每個室外射頻前端裝置由一個智能天線陣列和一組室外射頻前端單元構成；其中智能天線陣列單獨固定掛裝在鐵塔上，室外射頻前端單元為箱櫃式結構，每兩個室外射頻前端單元構成一組，並通過其後側的安裝過渡板、安裝架和抱杆背靠背地螺固在支撐杆兩側，智能天線陣列與室外射頻前端單元之間通過射頻同軸電纜實現電連接。
當智能天線陣列為全向智能天線陣列時，該裝置由一組全向智能天線陣列和兩個室外射頻前端單元組成。
當智能天線陣列為扇區化智能天線陣列時，該裝置有三個，即由三組扇區化智能天線陣列和六個室外射頻前端單元組成；每個室外射頻前端裝置均有一組扇區化智能天線陣列和兩個室外射頻前端單元，每個室外射頻前端裝置中的兩個室外射頻前端單元通過其後側的安裝過渡板、安裝架和抱杆背靠背地螺固在支撐杆的兩側，並通過射頻同軸電纜與屬於同一個室外射頻前端裝置的扇區化智能天線陣列相連接；三個室外射頻前端裝置呈「品」字形固裝在鐵塔上。
所述箱櫃式室外射頻前端單元的頂部為傾斜狀擋板，用於防曬、遮雨和雨水導流；箱櫃內安設有一塊面積不小於550mm×400mm、用作模塊安裝骨架的鋁型材散熱器，多個功放/低噪放模塊、直流電源轉換與控制模塊、電源濾波器、RS485控制信號保護模塊和天線濾波器都直接安裝在該鋁型材散熱器上；RS485接插件、饋電浪湧抑制器和信號浪湧抑制器垂直固裝在箱櫃底部。
所述功放/低噪放模塊和直流電源轉換與控制模塊與鋁型材散熱器之間的接觸面上分別塗抹有降低熱阻的導熱矽酯，所述鋁型材散熱器表面作了發黑處理，以便提高散熱效果。
所述室外射頻前端單元的RS485控制信號和電源具有各自獨立的傳輸通路與室內機架控制電路連接的RS485控制信號由一組軟細電纜實現電連接，每個室外射頻前端單元分別獨立使用一組饋電浪湧抑制器和射頻同軸電纜供給直流電源。
所述RS485控制信號電纜、直流電源電纜和射頻同軸線纜、天線饋線電纜都是從室外射頻前端單元的底部接入或接出機櫃。
所述每個室外射頻前端單元內安裝的功放/低噪放模塊有四個，便於實現4+1的天線法。
所述室外射頻前端單元為屏蔽式箱櫃結構，對進出機櫃的每個電纜和饋線設置保護/濾波/浪湧抑制處理器件在RS485控制信號線纜上安裝RS485控制信號保護模塊，在射頻信號線纜上安裝信號浪湧抑制器，在饋電射頻電纜上安裝饋電浪湧抑制器和在電源輸出端安裝直流電源濾波器，在天線饋線上安裝天線濾波器和信號浪湧抑制器；所述饋電浪湧抑制器和信號浪湧抑制器均以N型連接器形式安裝在機櫃底部金屬板上，所有結構件表面作導電氧化或電鍍，組成機櫃的各個結構件之間的縫隙採取屏蔽措施。
所述屏蔽措施包括在鋁型材散熱器上設置凹槽，凹槽內嵌裝「O」形防水、防鹽霧、耐高溫的導電橡膠屏蔽襯墊，並在兩側安裝緊固螺釘來屏蔽鋁型材散熱器與機櫃圍框之間的縫隙；在機櫃圍框或/和機蓋上設置U形槽，U形槽內嵌裝防水、防鹽霧、耐高溫的導電橡膠屏蔽襯墊，所述導電橡膠屏蔽襯墊的形狀為實心D型、或空心D型、或P型、或U型。
所述室外射頻前端單元中用於安裝固定的構件材質為不鏽鋼，其餘構件為鋁合金；機櫃圍框、機櫃蓋和各模塊構件表面均作導電氧化處理，機櫃圍框、機櫃蓋的外露表面噴塗室外塗料或噴漆。
本實用新型是一種改進結構的移動通訊基站的室外射頻前端裝置，該裝置針對目前研製成功的TD-SCDMA NODE B基站原型機存在的缺陷和不足之處，在總體結構上，尤其是在射頻前端單元的個體結構形式、熱設計、供電和信號控制設計、屏蔽與搭接設計、防水、防塵和防鹽霧設計上都採取了相應的結構改進措施，使得該裝置能夠更好地完成其功能。而且，本實用新型提出的相關結構的改進措施，對於室外微蜂窩和微微蜂窩的設備研製都將有積極的借鑑和推廣作用。
圖1是作為現有技術的TD-SCDMA NODE B基站原型機的室外射頻前端裝置的結構組成示意圖。
圖2是本實用新型的總體結構組成及其與外部連線關係示意圖。
圖3(A)、(B)、(C)分別是本實用新型中的射頻前端單元的結構組成的右視圖、主視圖和左視圖。
圖4是本實用新型中射頻前端單元的機櫃圍框與鋁型材散熱器之間的縫隙採用導電橡膠屏蔽襯墊進行屏蔽處理的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖2，本實用新型是一種改進的移動通訊基站的室外射頻前端裝置，包括單獨固定掛裝在鐵塔上的智能天線陣列A與呈箱櫃式結構的室外射頻前端單元B；其中每兩個室外射頻前端單元B構成一組，通過其後側的安裝過渡板、安裝架和抱杆背靠背地螺固在支撐杆兩側，智能天線陣列A與室外射頻前端單元B之間通過射頻同軸電纜實現電連接。
當智能天線陣列A為全向智能天線陣列時，只需一個室外射頻前端裝置與其配套，即由一個全向智能天線陣列A和兩個室外射頻前端單元B組成室外射頻前端裝置。
當智能天線陣列A為扇區化天線陣列時，需要三個室外射頻前端裝置與其配套，即由三組扇區化智能天線陣列和六個室外射頻前端單元組成。每一個室外射頻前端裝置均有一組扇區化智能天線陣列A和兩個室外射頻前端單元B，且每個室外射頻前端裝置中的兩個室外射頻前端單元B通過其後側的安裝過渡板、安裝架和抱杆背靠背地螺固安裝在支撐杆的兩側，並通過射頻同軸電纜與屬於同一個室外射頻前端裝置、獨立安裝固定的扇區化智能天線陣列A相連接；三個室外射頻前端裝置呈「品」字形固裝在鐵塔上。
參見圖2，本實用新型裝置內部及其與外部的連線關係圖中下側的11條直線從左到右的順序編號為abcdefghijk，其中a、k兩線分別為兩個室外射頻前端單元的控制信號電纜；b、c、d、e各線為屬於第一個室外射頻前端單元的射頻同軸線纜，其中b電纜饋電；f線為校準天線電纜；g、h、i、j各線為屬於第二個室外射頻前端單元的射頻同軸電纜，其中j電纜饋電。
本實用新型在總體結構上，將室外射頻前端單元B與智能天線陣列A分開，中間通過同軸線纜相連接。這樣，不但利於智能天線陣列A和室外射頻前端單元B的獨立研製，提高研發效率，縮短研發周期，加快產品上市，更重要的是利於智能天線陣列和室外射頻前端單元的各自維護和維修，有利於產品的演進和升級換代，使得把全向智能天線陣列替換成扇區化智能天線陣列變得簡單易行。誠然，如果智能天線陣列A為覆蓋120度的扇區化智能天線陣列時，則要有三個室外射頻前端裝置，三個室外射頻前端裝置呈「品」字形固裝在鐵塔上。
本實用新型不僅對室外射頻前端裝置的總體結構作了改進，對其中的室外射頻前端單元則從多方面進行了結構改進。下面參見圖3具體說明之在設備散熱設計上，本實用新型同樣採用傳導、自然對流相結構的自然冷卻散熱方式。不同的是，本實用新型的每個室外射頻前端單元為箱櫃式結構，其頂部為傾斜狀擋板，用於減少太陽對設備的輻射，以及遮雨和雨水導流。每個箱櫃內安置了一塊面積不小於550mm×400mm的鋁型材散熱器8，用作模塊安裝骨架。直流電源轉換與控制模塊1、四個功放/低噪放模塊2、電源濾波器與RS485控制信號保護模塊3和四個天線濾波器4都直接安裝在該鋁型材散熱器8上；兩個RS485接插件5、饋電浪湧抑制器6和七個信號浪湧抑制器7都垂直固裝在箱櫃底部。圖中9是用於固裝在支撐杆外側的安裝架；10是安裝過渡板。因為每個室外射頻前端單元裡有4個功放/低噪放模塊2，在算法成熟的情況下，很容易實現4+1的天線法。並且，在功放/低噪放模塊2和直流電源轉換與控制模塊1與鋁型材散熱器8之間的接觸面上分別塗抹有降低熱阻的導熱矽酯，還對鋁型材散熱器8表面進行發黑處理，這些都能提高散熱效果。
在設備供電和信號控制設計上，本實用新型採用RS485控制信號和電源分開、各自獨立傳輸的辦法。
每個室外射頻前端單元有一路與室內機架控制電路相連接的RS485控制信號，由一組軟細電纜實現電連接，易於與室內機架內的控制部分一一對應。每個室外射頻前端單元還有一路獨立的電源供電線纜用饋電浪湧抑制器和射頻同軸線纜共同實現-48V直流電源的供給。由於射頻同軸線纜截面積較大，因而傳輸電流的安培數值必將大大增強，每根射頻電纜饋電可高達到4A。
在設備的屏蔽與搭接設計上，本實用新型是將每個室外射頻前端單元設計成屏蔽機櫃，不但對所有進出機櫃的線纜(包括RS485控制信號線纜、直流電源電纜、射頻同軸線纜和天線饋線)都進行了保護/濾波/浪湧抑制處理在RS485控制信號線纜上安裝RS485控制信號保護模塊，在射頻信號線纜上安裝信號浪湧抑制器，在饋電射頻電纜上安裝饋電浪湧抑制器和在電源輸出端安裝直流電源濾波器，在天線饋線上安裝天線濾波器和信號浪湧抑制器；其中饋電浪湧抑制器和信號浪湧抑制器均以N型連接器形式安裝在機櫃底部金屬板上。而且在工藝上對所有結構件表面進行導電氧化或電鍍等工藝處理，組成機櫃的各個結構件之間的縫隙採取屏蔽措施。
對組成屏蔽機櫃的所有結構件之間的縫隙採取屏蔽措施(1)對於鋁型材散熱器8與屏蔽機櫃圍框11之間的縫隙，是在鋁型材散熱器8上開設凹槽，凹槽內嵌裝「O」形防水、防鹽霧、耐高溫(-60℃～+270℃)的導電橡膠屏蔽襯墊12，並在兩側安裝緊固螺釘的屏蔽措施(參見圖4)，緊定螺釘的間距按照λ/20原則處理。(2)對屏蔽機櫃圍框與屏蔽機櫃機蓋之間的縫隙，同樣是在在機櫃圍框或/和機蓋上設置U形槽，U形槽內嵌裝防水、防鹽霧、耐高溫(-60℃～+270℃)的導電橡膠屏蔽襯墊，U形槽焊接在機櫃圍框或/和機蓋上，此時的導電橡膠屏蔽襯墊的形狀可以為實心D型、或空心D型、或P型、或U型。
通過這些具體的屏蔽方法和工藝處理，可以使得每個室外射頻前端單元具有不低於40dB/30MHz～3GHz的整機屏蔽效能。這樣不僅能夠防止電磁洩漏，汙染環境，而且能夠非常有效地抵抗外來高頻信號輻射和幹擾，從而更好地保證設備正常工作。
本實用新型在防水、防塵等密封設計上，採用了下進線方式，即所有進出室外射頻前端單元的線纜(包括RS485控制信號電纜、-48V直流電源電纜、射頻同軸線纜、天線饋線電纜)都是從室外射頻前端單元的底部接入或接出機櫃。且所有對外連接的接插件均選用防水、防鹽霧型密封器件；在處理室外射頻前端單元屏蔽機櫃的鋁型材散熱器與屏蔽機櫃圍框之間、屏蔽機櫃圍框與屏蔽機櫃蓋之間時均採用加防水、防鹽霧、耐高溫(-60℃～+270℃)的導電橡膠屏蔽襯墊的方法予以密封，因而設備的防水、防塵能力較強，一般能夠達到IP55級。
在設備的防鹽霧設計上，主要採取了以下主要措施(1)選用防鹽霧材料室外射頻前端單元中用於安裝固定的各個構件(例如安裝過渡板、安裝架和抱杆等)為不鏽鋼，其餘結構件的材質均選用鋁合金材料。鋁型材散熱器與屏蔽機櫃的圍框之間、屏蔽機櫃的圍框與屏蔽機櫃的機蓋之間都採用防水、防鹽霧、耐高溫(-60℃～+270℃)的導電橡膠屏蔽襯墊。所有對外連接的接插件均選用了防水、防鹽霧型密封器件。
(2)工藝處理室外射頻前端單元各組成部分鋁型材散熱器、機櫃圍框、機櫃蓋和各模塊結構件表面均進行導電氧化處理。
(3)表面處理鋁型材散熱器表面發黑處理以提高散熱效果；機櫃圍框和機櫃蓋等結構件的外露表面噴塗室外塗料或噴漆。
權利要求1.一種改進的移動通訊基站的室外射頻前端裝置，包括智能天線陣列與室外射頻前端單元；其特徵在於每個室外射頻前端裝置由一個智能天線陣列和一組室外射頻前端單元構成；其中智能天線陣列單獨固定掛裝在鐵塔上，室外射頻前端單元為箱櫃式結構，每兩個室外射頻前端單元構成一組，並通過其後側的安裝過渡板、安裝架和抱杆背靠背地螺固在支撐杆兩側，智能天線陣列與室外射頻前端單元之間通過射頻同軸電纜實現電連接。
2.根據權利要求1所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於當智能天線陣列為全向智能天線陣列時，該裝置由一組全向智能天線陣列和兩個室外射頻前端單元組成。
3.根據權利要求1所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於當智能天線陣列為扇區化智能天線陣列時，該裝置有三個，即由三組扇區化智能天線陣列和六個室外射頻前端單元組成；每個室外射頻前端裝置均有一組扇區化智能天線陣列和兩個室外射頻前端單元，且每個室外射頻前端裝置中的兩個室外射頻前端單元通過其後側的安裝過渡板、安裝架和抱杆背靠背地螺固在支撐杆的兩側，並通過射頻同軸電纜與屬於同一個室外射頻前端裝置的扇區化智能天線陣列相連接；三個室外射頻前端裝置呈「品」字形固裝在鐵塔上。
4.根據權利要求1所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述箱櫃式室外射頻前端單元的頂部為傾斜狀擋板，用於防曬、遮雨和雨水導流；箱櫃內安設有一塊面積不小於550mm×400mm、用作模塊安裝骨架的鋁型材散熱器，多個功放/低噪放模塊、直流電源轉換與控制模塊、電源濾波器、RS485控制信號保護模塊和天線濾波器都直接安裝在該鋁型材散熱器上；RS485接插件、饋電浪湧抑制器和信號浪湧抑制器垂直固裝在箱櫃底部。
5.根據權利要求4所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述功放/低噪放模塊和直流電源轉換與控制模塊與鋁型材散熱器之間的接觸面上分別塗抹有降低熱阻的導熱矽酯，所述鋁型材散熱器表面作了發黑處理。
6.根據權利要求1所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述室外射頻前端單元的RS485控制信號和電源具有各自獨立的傳輸通路與室內機架控制電路連接的RS485控制信號由一組軟細電纜實現電連接，每個室外射頻前端單元分別獨立使用一組饋電浪湧抑制器和射頻同軸電纜供給直流電源。
7.根據權利要求1或6所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述RS485控制信號電纜、直流電源電纜和射頻同軸線纜、天線饋線電纜都是從室外射頻前端單元的底部接入或接出機櫃。
8.根據權利要求1所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述每個室外射頻前端單元內安裝的功放/低噪放模塊有四個，便於實現4+1的天線法。
9.根據權利要求1所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述室外射頻前端單元為屏蔽式箱櫃結構，對進出機櫃的每個電纜和饋線設置保護/濾波/浪湧抑制處理器件在RS485控制信號線纜上安裝RS485控制信號保護模塊，在射頻信號線纜上安裝信號浪湧抑制器，在饋電射頻電纜上安裝饋電浪湧抑制器和在電源輸出端安裝直流電源濾波器，在天線饋線上安裝天線濾波器和信號浪湧抑制器；所述饋電浪湧抑制器和信號浪湧抑制器均以N型連接器形式安裝在機櫃底部金屬板上，所有結構件表面作導電氧化或電鍍，組成機櫃的各個結構件之間的縫隙採取屏蔽措施。
10.根據權利要求9所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述屏蔽措施包括在鋁型材散熱器上設置凹槽，凹槽內嵌裝「O」形防水、防鹽霧、耐高溫的導電橡膠屏蔽襯墊，並在兩側安裝緊固螺釘來屏蔽鋁型材散熱器與機櫃圍框之間的縫隙；在機櫃圍框或/和機蓋上設置U形槽，U形槽內嵌裝防水、防鹽霧、耐高溫的導電橡膠屏蔽襯墊，所述導電橡膠屏蔽襯墊的形狀為實心D型、或空心D型、或P型、或U型。
11.根據權利要求1所述的室外射頻前端裝置，其特徵在於所述室外射頻前端單元中用於安裝固定的構件材質為不鏽鋼，其餘構件為鋁合金；機櫃圍框、機櫃蓋和各模塊構件表面均作導電氧化處理，機櫃圍框、機櫃蓋的外露表面噴塗室外塗制或噴漆。
專利摘要一種改進的移動通訊基站的室外射頻前端裝置，包括一組單獨固裝在鐵塔上的智能天線陣列和兩個箱櫃式結構的室外射頻前端單元，該兩個室外射頻前端單元背靠背地螺固在支撐杆兩側，智能天線陣列與室外射頻前端單元之間通過射頻同軸電纜實現電連接。如為全向智能天線陣列時，該裝置由一組全向智能天線陣列和兩個室外射頻前端單元組成。每個室外射頻前端單元的箱櫃內設有一塊用作模塊安裝骨架的鋁型材散熱器，多個功放/低噪放模塊和直流電源轉換與控制模塊都直接安裝在該鋁型材散熱器上。該裝置在結構形式、熱設計、供電和信號控制、屏蔽與搭接、防水、防塵和防鹽霧上都對原型機的不足之處採取結構改進措施，使得該裝置能夠更好地完成其功能。
文檔編號H04B1/03GK2738503SQ20042006637
公開日2005年11月2日 申請日期2004年7月8日 優先權日2004年7月8日
發明者羅海斌 申請人:普天信息技術研究院