一種低熱阻無連接器饋電的陣列天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及陣列天線技術(shù)領(lǐng)域，本實用新型公開了一種低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其特征在于具體包括印制板、天線單元和收發(fā)組件，所述印制板上設(shè)置金屬化通孔，金屬化通孔的一端通過導(dǎo)電膠連接天線單元，另外一端連接收發(fā)組件，通過金屬化通孔給天線陣列進(jìn)行饋電。陣列天線與饋電網(wǎng)絡(luò)之間由于不再需要連接器進(jìn)行高頻信號傳輸，消除了由于連接器帶來的信號傳輸損耗，也避免了由于連接器失效帶來陣列單元失效的情況，從而提升了陣列天線的電氣性能與可靠性。
【專利說明】
-種低熱阻無連接器饋電的陣列天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及陣列天線技術(shù)，具體是一種低熱阻無連接器饋電的陣列天線，無 連接器，從而提高整機(jī)電子設(shè)備的耐用性和可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證射頻電纜與天線單元之間的高性能高可靠互聯(lián)，大規(guī)模陣列天線一般采 用射頻連接器進(jìn)行單元饋電。常用的射頻連接器包括N型連接器、SMA連接器等。
[0003] 大規(guī)模的陣列天線，在保證功率容量的前提下多采用前文提到的射頻連接器將天 線與收發(fā)組件進(jìn)行連接。而連接器一端連接收發(fā)組件，另一端則通過電流激勵或者禪合激 勵，實現(xiàn)能量對天線的注入。
[0004] 電流激勵的方式多見于微帶天線及線天線，運(yùn)類天線直接將連接器的內(nèi)導(dǎo)體與天 線相連，通過高頻電流的傳輸將電流饋入天線。禪合激勵的方式多見于卿趴天線，運(yùn)類天線 將連接器的內(nèi)導(dǎo)體伸入天線腔體內(nèi)部，通過在腔體的某一截面上建立起電場，實現(xiàn)期望的 能量傳輸。
[0005] 盡管采用連接器進(jìn)行天線饋電具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)種方式卻存在一些難W克服的 缺點(diǎn)：一是連接器會帶來不必要的損耗，隨著工作頻率的升高，損耗也會隨之加大。二是在 大規(guī)模陣列中，大量連接器的使用會影響陣列的可靠性。Ξ是使用連接器進(jìn)行連接已經(jīng)無 法滿足陣列的散熱需求。
[0006] 目前陣列天線的功率容量在不斷提升，印制板安裝大功率元器件后，元器件一直 保持高溫狀態(tài)，導(dǎo)致元器件內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)與粒子遷移加速，元器件失效率大大提高，直接影 響電子產(chǎn)品的可靠性為了適應(yīng)運(yùn)一趨勢，對于陣列天線進(jìn)行熱電一體化設(shè)計已成為天線設(shè) 計的迫切需求。而傳統(tǒng)的采用連接器饋電只保證了天線射頻信號的傳輸，無法滿足陣列天 線散熱的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的陣列天線存在的上述技術(shù)問題，本實用新型公開了一種低熱阻 無連接器饋電的陣列天線。
[000引本實用新型的技術(shù)方案如下：
[0009] 本實用新型公開了一種低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其具體包括印制板、天 線單元和收發(fā)組件，所述印制板上設(shè)置金屬化通孔，金屬化通孔的一端通過導(dǎo)電膠連接天 線單元，另外一端連接收發(fā)組件，通過金屬化通孔給天線陣列進(jìn)行饋電。陣列天線與饋電網(wǎng) 絡(luò)之間由于不再需要連接器進(jìn)行高頻信號傳輸，消除了由于連接器帶來的信號傳輸損耗， 也避免了由于連接器失效帶來陣列單元失效的情況，從而提升了陣列天線的電氣性能與可 靠性。
[0010] 更進(jìn)一步地，上述陣列天線采取強(qiáng)迫風(fēng)冷進(jìn)行冷卻，冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管 道、陣面外流道和陣面內(nèi)流道;風(fēng)機(jī)用于產(chǎn)生流體;陣面外流道用于將冷卻氣體輸送到天線 陣面;通風(fēng)管道用于實現(xiàn)陣面外流道和陣面內(nèi)流道的過渡；陣面內(nèi)流道由整齊排列的天線 陣元形成。采用低熱阻無連接器饋電的陣列天線，對應(yīng)采取強(qiáng)迫風(fēng)冷進(jìn)行冷卻，降低了整體 的成本，提高了冷卻效率。
[0011] 更進(jìn)一步地，上述通孔的直徑在0.2mm至0.4mm之間。運(yùn)個尺寸既滿足需求，又方便 微波工藝加工。通孔的位置結(jié)合陣列天線單元的具體形式而定，既要保證微波傳輸線與陣 列天線單元之間的阻抗匹配，又要避免饋電信號被短路等情況發(fā)生。
[0012] 更進(jìn)一步地，天線單元采用全金屬材料進(jìn)行加工。與傳統(tǒng)采用印制板工藝制作槽 線天線陣元不同，本實用新型的天線陣列需要兼顧導(dǎo)熱特性，因此采用全金屬材料對天線 單元進(jìn)行加工。
[0013] 更進(jìn)一步地，上述天線單元為階梯型槽線天線單元，槽線天線的階梯形開槽采用 多級階梯來擬合切比雪夫漸變線。階梯槽線單元可W最好地兼顧電氣性能與可加工性。
[0014] 更進(jìn)一步地，上述陣列天線還包括金屬基板，所述金屬基板放入印制板槽內(nèi)，將印 制板與金屬基板進(jìn)行層壓，得到金屬基壓合板。金屬基壓合板與普通多層高頻印制板無異， 可W進(jìn)行如背鉆、金屬化槽、控深銳、射頻線等其他特殊工藝的制作。金屬基板印制板具備 低熱阻特性，能有效地解決散熱問題，從而提高了整機(jī)電子設(shè)備的耐用性和可靠性。
[0015] 通過采用W上的技術(shù)方案，本實用新型的有益效果為：陣列天線與饋電網(wǎng)絡(luò)之間 由于不再需要連接器進(jìn)行高頻信號傳輸，消除了由于連接器帶來的信號傳輸損耗，也避免 了由于連接器失效帶來陣列單元失效的情況，從而提升了陣列天線的電氣性能與可靠性。
[0016] 常規(guī)的印制板是樹脂、增強(qiáng)材料及銅錐所構(gòu)成的一種復(fù)合體，且多為熱的不良導(dǎo) 體，熱量不易散發(fā)。如果電子設(shè)備局部發(fā)熱不能排除，勢必導(dǎo)致電子元器件因高溫而失效。 金屬基板印制板具備低熱阻特性，能有效地解決散熱問題，從而提高了整機(jī)電子設(shè)備的耐 用性和可靠性。
【附圖說明】
[0017] 圖1是按照傳統(tǒng)陣列天線設(shè)計方法設(shè)計的陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是按照本實用新型設(shè)計的陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3是本實用新型中天線陣列的風(fēng)冷架構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合說明書附圖，詳細(xì)說明本實用新型的【具體實施方式】。
[0021] W某陣列天線設(shè)計為例，按照傳統(tǒng)陣列天線設(shè)計的陣列天線結(jié)構(gòu)見圖1，天線單元 與收發(fā)組件之間通過連接器進(jìn)行電氣連接，天線單元與收發(fā)組件安裝在天線基板兩側(cè)，連 接器通過針焊工藝安裝在天線基板中。
[0022] 按照本實用新型的方法，將導(dǎo)熱性較好的金屬基板加工成為天線單元，壓合在印 制板的表面或者嵌入多層印制板的中間，其典型結(jié)構(gòu)如圖2所示，嵌入式的金屬基板本身也 可作為地層使用，其可與金屬化通孔連接，并通過導(dǎo)熱孔實現(xiàn)熱量在金屬忍板內(nèi)層和表面 的傳遞。運(yùn)樣就能夠把印制板內(nèi)部產(chǎn)生的熱量通過其內(nèi)的散熱孔迅速傳導(dǎo)到壓合在表層的 金屬基板再散發(fā)出去，使印制板能夠在較低溫度(或允許的工作溫度)下進(jìn)行可靠和保證使 用壽命的工作。相對比傳統(tǒng)的連接方式，新天線陣列的射頻損耗降低了 0.3地左右，同時不 采用液冷散熱方式滿足了忍片工作的需要，降低了全陣功耗?？梢娺\(yùn)種陣列天線的設(shè)計方 法在實現(xiàn)了陣列的低熱阻散熱的同時，具備優(yōu)異的可靠性與可制造性。
[0023] 低熱阻無連接器饋電的陣列天線采取強(qiáng)迫風(fēng)冷方式對天線陣面進(jìn)行冷卻，風(fēng)冷架 構(gòu)如圖3所示:冷卻系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、陣面外流道和陣面內(nèi)流道組成。風(fēng)機(jī)用于產(chǎn)生風(fēng)速和風(fēng)壓 符合設(shè)計要求的流體。陣面外流道將冷卻氣體輸送到天線陣面。導(dǎo)流管用于實現(xiàn)陣面外流 道和陣面內(nèi)流道的過渡。陣面內(nèi)流道由整齊排列的天線陣元自然形成。
[0024] 由于陣列天線采用無連接器饋電方式，在設(shè)計陣列天線時采用電磁周期邊界結(jié)合 全波仿真的方法對天線的電氣性能進(jìn)行仿真設(shè)計，采用仿真設(shè)計有利于在設(shè)計之初對天線 的電磁性能進(jìn)行評估。無連接器的天線陣列需要依靠金屬化通孔進(jìn)行饋電，通孔的直徑W 及位置對于天線的電氣具有直接影響，通孔的直徑在0.2mm至0.4mm之間，W適宜微波工藝 加工的需求。通孔的位置結(jié)合陣列天線單元的具體形式而定，一般既要保證微波傳輸線與 陣列天線單元之間的阻抗匹配，又要避免饋電信號被短路等情況發(fā)生。
[0025] 在對陣列電氣性能完成電磁仿真設(shè)計后，再針對陣列的散熱能力進(jìn)行設(shè)計，陣列 散熱能力與陣列天線單元的形態(tài)直接相關(guān)，與傳統(tǒng)采用印制板工藝制作槽線天線陣元不 同，本項目的天線陣列需要兼顧導(dǎo)熱特性，因此采用全金屬材料對天線單元進(jìn)行加工。在槽 線天線的諸多形態(tài)中，階梯槽線單元可W最好地兼顧電氣性能與可加工性，因此低熱阻無 連接器饋電的陣列天線多選擇階梯型槽線天線單元作為陣列天線單元。
[0026] 槽線天線的福射部分高度W及寬度由陣列工作頻率下限確定，天線的高度與陣列 最短工作波長類似，天線的間距則由陣列工作頻率上限W及掃描范圍決定，天線的間距為 約陣列最短工作波長一半左右。槽線天線的階梯形開槽設(shè)計是采用多級階梯來擬合切比雪 夫漸變線，切比雪夫漸變線的方程式
其中Tm為設(shè)計的通帶內(nèi)最大反射 系數(shù)，Zl為轉(zhuǎn)換后阻抗，Zo為饋電的初始阻抗。階梯的數(shù)量為η時，有W下關(guān)系：
"=i..... V，之后可得每級階梯的相移為
W及巧,=exp (m)。進(jìn)而采用W下兩式算得各級階梯的反射系數(shù)：
，最后各級階梯的阻抗比便可W通過下式得到：
天線的總體高度由福射體高度及散熱罐片高度決定，散熱罐片的高度受到天 線材料W及忍片熱耗的影響，熱耗越高則罐片高度越高。
[0027] 陣列加工時，首先采用微波印制板工藝加工天線饋電用的印制板，印制板內(nèi)部包 含了各個天線單元的波束形成網(wǎng)絡(luò)，并且電路板內(nèi)部含有傳輸射頻信號及熱量的金屬化通 孔。在印制板的埋銅區(qū)域預(yù)先銳出槽，要求槽壁光滑，無批鋒、毛刺。然后采用銅或侶的金屬 基板對天線單元進(jìn)行加工，微波金屬基板要求具有優(yōu)異的散熱性能、良好的電磁屏蔽性能、 高機(jī)械強(qiáng)度和初性且具有翅曲度小、尺寸穩(wěn)定性高等性能。天線可W采用槽線天線或者卿 趴天線等形式，采用金屬對天線進(jìn)行加工可W在保證天線性能的同時，提升天線的散熱能 力。為了與印制板層壓，金屬基板和印制板的外形應(yīng)匹配，金屬基板應(yīng)能平穩(wěn)地放入印制板 槽內(nèi)，在層壓時配合定制形狀或尺寸的壓條，壓條與金屬基板的緊密貼合，使得金屬基板平 整度控制在符合工程要求的范圍內(nèi)。最后將印制板與金屬基板進(jìn)行層壓，具體是將金屬基 板與印制板粘接的一面進(jìn)行棟化W提升接合力，棟化后通過壓合，使金屬基板與印制板牢 固粘結(jié)在一起。為了消除金屬基板與板之間不可避免的斷差造成的可靠性問題，在調(diào)整金 屬基板厚度與板厚之間的匹配性的同時，壓板時還需使用緩沖阻膠材料，通常選用對應(yīng)型 號的離型膜，恰當(dāng)?shù)膲汉蠗l件可W保證壓力均勻性，從而使縫隙填膠充分，同時還能控制流 膠量和金屬基板同印制板之間的平整度。運(yùn)樣制作出來的金屬基壓合板，與普通多層高頻 印制板無異，可W進(jìn)行如背鉆、金屬化槽、控深銳、射頻線等其他特殊工藝的制作。為了滿足 陣列天線的電氣與散熱要求，印制板通常會設(shè)計大量的金屬化通孔，運(yùn)些金屬化通孔可W 實現(xiàn)不同層間的電路導(dǎo)通，同時具有縱向傳熱的效果。通孔的導(dǎo)熱效果受通孔的數(shù)量、大 小、孔壁厚度影響。除通孔外，在電子元器件安裝處周圍還可W專口設(shè)計散熱孔來進(jìn)行熱量 傳輸，運(yùn)種散熱孔的數(shù)量、大小、鍛銅厚度、塞孔百分率及塞孔樹脂類型等因素都影響到陣 列天線整體散熱的效果。
[0028]上述的實施例中所給出的系數(shù)和參數(shù)，是提供給本領(lǐng)域的技術(shù)人員來實現(xiàn)或使用 實用新型的，實用新型并不限定僅取前述公開的數(shù)值，在不脫離實用新型的思想的情況下， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W對上述實施例作出種種修改或調(diào)整，因而實用新型的保護(hù)范圍并不 被上述實施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其特征在于具體包括印制板、天線單元和收 發(fā)組件，所述印制板上設(shè)置金屬化通孔，金屬化通孔的一端通過導(dǎo)電膠連接天線單元，另外 一端連接收發(fā)組件，通過金屬化通孔給天線陣列進(jìn)行饋電。2. 如權(quán)利要求1所述的低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其特征在于所述陣列天線采 取強(qiáng)迫風(fēng)冷進(jìn)行冷卻，冷卻系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管道、陣面外流道和陣面內(nèi)流道;風(fēng)機(jī)用于 產(chǎn)生流體;陣面外流道用于將冷卻氣體輸送到天線陣面;通風(fēng)管道用于實現(xiàn)陣面外流道和 陣面內(nèi)流道的過渡;陣面內(nèi)流道由整齊排列的天線陣元形成。3. 如權(quán)利要求1所述的低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其特征在于所述通孔的直徑 在0 · 2mm至0.4mm之間。4. 如權(quán)利要求1所述的低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其特征在于所述天線單元采 用全金屬材料進(jìn)行加工。5. 如權(quán)利要求1所述的低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其特征在于所述天線單元為 階梯型槽線天線單元，槽線天線的階梯形開槽采用多級階梯來擬合切比雪夫漸變線。6. 如權(quán)利要求1所述的低熱阻無連接器饋電的陣列天線，其特征在于所述陣列天線還 包括金屬基板，所述金屬基板放入印制板槽內(nèi)，將印制板與金屬基板進(jìn)行層壓，得到金屬基 壓合板。
【文檔編號】H01Q1/50GK205429174SQ201620190905
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】張波, 陳東, 劉港
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所