CN105048053B - 集成散热功能的天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成散热功能的天线装置，包括散热部件和天线部件，所述散热部件包括一散热基板，所述天线部件包括至少一个天线，所述天线由所述散热基板一表面向上延伸形成，且位于所述散热基板的周缘。该天线装置可以兼顾天线和散热系统的最优化设计，将两者之间相互影响转变为有利因素，一方面天线可以贡献一部分的散热能力，另一方面散热片的存在可以减小天线体积，提高天线增益，有利于天线在特定方向上的投射能力。

Description

集成散热功能的天线装置

技术领域

本发明涉及天线技术，特别是涉及一种集成散热功能的天线装置。

背景技术

在产品体积逐渐趋小的浪潮中，小壳体对散热的要求越来越高，而在极小的空间中大块散热片的存在将会对天线性能产生致命的影响，也对天线的设计提出了严峻的挑战。为了减小和弱化这种影响，传统上有两种做法，一种做法是将天线的安装位置尽可能远离散热片，另一种做法则是将散热片靠近天线部分进行切除处理。为了将天线远离大块金属部件，当前的产品中越来越多的小型化产品开始重新将天线移至壳体外，使用外置天线的设计。贴附于壳体的天线设计也是基于这种一点考虑，使天线位置可以尽可能的向壳体外移动。

近年来，将天线设计与散热以及结构件的设计更加紧密组织在一起的产品逐渐增多，有利用散热基底为衬底进行天线布置和加工的，也有利用多层结构来将天线与散热金属组合在一起。

然而，不论是天线在位置上的妥协还是散热片在体积和形状上的剪裁，都会影响到系统的最优设计，可能表现为天线不能在最优位置存在或者散热片不能利用最优的高度或者形状，从而对系统性能产生不利影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种散热和天线性能兼顾的集成散热功能的天线装置，旨在解决现有的天线散热结合体天线不能设计在最优位置或者散热片不能利用最优的高度或者形状，从而对系统性能产生不利影响的问题。

本发明提供了一种集成散热功能的天线装置，包括散热部件和天线部件，所述散热部件包括一散热基板，所述天线部件包括至少一个天线，所述天线由所述散热基板一表面向上延伸形成，且位于所述散热基板的周缘。

在其中一个实施例中，所述天线为两个，两个所述天线位于所述散热基板相对两侧的周缘。

优选地，两个所述天线相对所述散热基板的中心对称。

在其中一个实施例中，所述天线为三个以上，三个以上的所述天线围绕所述散热基板的周缘设置。

优选地，所述散热基板为圆形或正多边形，所述天线相对所述散热基板的中心等夹角围绕所述散热基板的周缘设置。

优选地，所述散热部件还包括形成于该散热基板的所述表面上的散热结构，所述散热结构与所述天线在所述散热基板上向外延伸的方向相同。

在其中一个实施例中，所述散热结构为多个平行排列排布于所述散热基板上的散热鳍片，所述散热鳍片的排列横向至少垂直于一个所述天线所在的平面或所形成的弦面。

优选地，所述散热鳍片一端在所述散热基板上的向外延伸的高度与其到所述天线中心的距离成正比。

在其中一个实施例中，所述散热结构为多个呈矩阵排布的散热柱。

优选地，所述散热柱的排列方向至少垂直于一个所述天线所在的平面或所形成的弦面。

优选地，所述散热柱在所述散热基板上的向外延伸的高度与其到所述天线中心的距离成正比。

优选地，所述散热部件和天线部件一体成型。

优选地，所述天线为对称振子天线。

上述的天线装置可集成单个或者多个天线的散热装置，可用于多输入多输出的WIFI天线，具有散热功能的天线部件在与具有天性功能的散热部件结合的过程中，可为单天线也可为多天线，且天线本身为线性极化的天线，可保证性能与传统天线的一致性。这种设计可以兼顾天线和散热系统的最优化设计，将两者之间相互影响转变为有利因素，一方面天线可以贡献一部分的散热能力，另一方面散热片的存在可以减小天线体积，提高天线增益，有利于天线在特定方向上的投射能力。

附图说明

图1为本发明实施例一中集成散热功能的天线装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例一中集成散热功能的天线装置的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例一中集成散热功能的天线装置的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例二中集成散热功能的天线装置的主视结构示意图；

图5为本发明实施例二中集成散热功能的天线装置的侧视结构示意图；

图6为本发明实施例二中集成散热功能的天线装置的俯视结构示意图；

图7A、7B分别为单个天线元素和集成散热功能的天线装置在2.45GHz频点XoY和YoZ两个平面内的辐射方向图；

图7C、7D分别为单个天线元素和集成散热功能的天线装置在2.45GHz频点下在主辐射面XoZ平面内的覆盖圆图；

图8A、8B分别为单个天线元素和集成散热功能的天线装置在5.5GHz频点XoY和YoZ两个平面内的辐射方向图；

图8C、8D分别为单个天线元素和集成散热功能的天线装置在5.5GHz频点下在主辐射面XoZ平面内的覆盖圆图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图6，本发明较佳实施例中集成散热功能的天线装置包括散热部件1和天线部件2，所述散热部件1包括一散热基板11，所述天线部件2包括至少一个天线20，所述天线20由所述散热基板11一表面向上(沿坐标轴的z轴方向)延伸形成，且位于散热基板11的周缘。

本实施例中，所述散热部件1和天线部件2一体成型。天线部件2与散热部件1之间不需要额外的固定或者结合装置，两者为一体制作而成，有利用于散热性能和天性天线。

本实施例中，所述天线20为对称振子天线，优选是平行偶极子天线。而实际应用中，天线部件2的形状可依据产品外形和散热部件1的形状做调整，散热基板11可以是圆形、椭圆形、多边形或正多边形等，该形状指的是散热基板11的表面形状。如此，利用带有天线功能的散热装置后，不需要额外的空间来安排天线，节省了空间需求，也不会占用额外的PCB布局空间。

所述天线20为两个或两个以上。为两个时，两个所述天线20位于所述散热基板11相对两侧的周缘。为三个以上时，三个以上的所述天线20围绕所述散热基板11的周缘设置。优选地，可以是相对所述散热基板11的中心等夹角围绕所述散热基板11的周缘设置。

本实施例中，所述散热部件1还包括形成于该散热基板11的所述表面上的散热结构12，所述散热结构12与所述天线20在所述散热基板11上向外延伸的方向相同，沿坐标轴的z轴方向。在其他实施例中，根据实际产品的需要，散热部件1可以只设置散热基板11。

实施例一：

以2X2规格的WIFI使用环境为例，请参阅图1、图2和图3，所述天线20(平行偶极子天线)为两个，两个所述天线20于位于所述散热基板11相对两侧的周缘，分别位于坐标轴x轴方向的正负两端。优选地，两个所述天线20相对所述散热基板11的中心对称。

所述散热结构12为多个(沿坐标轴的y轴方向)平行排列排布于所述散热基板11上的散热鳍片121，所述散热鳍片121的排列横向(沿坐标轴的x轴方向)至少垂直于一个所述天线20所形成的弦面或所在的平面(与坐标轴的y轴、z轴平行的平面)，以减少两者之间的感应电流，使天线获得良好的工作状态。

需要说明的是，由于本实施例中的天线部件2为平行偶极天线，因此，而所述的“天线所形成的弦面”是指其中一段弧形振子平移与另一端连接后形成的弧面的两端的连线所形成的平面，或者是其中一段振子上的弧形辐射体平移到有另一段振子上的弧形辐射体连线所形成的平面，该平面与坐标轴的y轴、z轴平行。例如，参考图3，天线20其中一段振子上的弧形辐射体21平移(虚线21’)与另一段振子的弧形辐射体22上连接后形成的弧面的两端a-a’的连线所形成平面A。所述的“天线20所在的平面”是指平行偶极天线中任一段振子上的平面辐射体23所在的平面B。例如，参考图3，天线20其中一段振子上的平面辐射体23所在的平面B。或者是本身就是在一个平面上形成的振子其所在的平面。例如，参考图6，天线20其中一段平面振子24所在的平面C。

优选地，所述散热鳍片121一端在所述散热基板上的向外延伸(沿坐标轴的z轴方向)的高度与其到所述天线20中心的距离(沿坐标轴的x轴方向)成正比。参考图1和图2，在靠近天线20一端的散热鳍片121采用渐变设计，使散热鳍片121最靠近天线的一端拥有最小的高度，其高度低于天线高度5至8mm，渐变的距离和斜率依据散热装置的大小不同需优化设计，本实施例中采用的渐变梯度为1：2，即散热鳍片121的高度渐变部分的高度与长度比例为2：1。

实施例二：

在4X4的多输入多输出WIFI使用环境下。请参阅图4、图5和图6，所述天线20(平行偶极子天线)为三个以上，三个以上的所述天线20围绕所述散热基板11的周缘设置。在一个优选的实施例中，，当所述散热基板11为圆形或正多边形时，所述天线20可以相对所述散热基板11的中心等夹角围绕所述散热基板11的周缘设置。所述散热结构12为多个呈矩阵排布的散热柱122。该散热柱122可以是圆柱形或多边形柱形。

图示实施例中，所述散热基板11为圆形，天线20为四个。优选地，该四个天线20两两相对散热基板11中心对称地设置于所述散热基板11的周缘。参见图6，使得散热柱122的排列方向(坐标轴的x轴方向和y轴方向)分别垂直于各个天线20所在的平面或所形成的弦面(与坐标轴的y轴、z轴平行的平面B，以及与坐标轴的x轴、z轴平行的平面D)，以减少两者之间的感应电流，使天线获得良好的工作状态。

而实际情况中，所述散热柱122的排列方向至少垂直于一个所述天线20所在的平面或所形成的弦面。当然，散热柱122的排列方向也可以不垂直于天线20所在的平面或所形成的弦面，如散热基板11为五边形，天线20为5个时。

优选地，所述散热柱122在所述散热基板11上的向外延伸(沿坐标轴的z轴方向)的高度与其到所述天线20中心的距离(沿坐标轴的y轴和x轴方向)成正比。其原理同实施例一。散热柱122高度低于天线高度5至8mm。

可以理解的是。在其他实施方式中，呈矩阵排布的散热柱122的散热结构12也可以应用于天线部件2为两个天线20的实施方式中。呈平行排布的散热鳍片121的散热结构12也可以应用于天线部件2为三个以上天线20的实施方式中。

结合天线在各个平面内的2D辐射对比图说明本方案提供的天线装置的性能优势。参照图7A至图8D，单个天线在集成有散热片后各个平面内的2D辐射对比图中可以看到：

对于2G频段，集成散热功能的天线装置的辐射增益有1.3dB的提升，在主辐射面XoZ内，辐射覆盖性有明显提升，单天线元素的辐射效果为两个30°辐射分支，在集成散热功能一体成型后由于散热部件对辐射方向的调整，一体成型天线可达到150°连续覆盖，覆盖面积和角度的连续性得到大幅提升。在其余的两个平面内，由于集成散热部件的存在，将辐射的覆盖面分别压缩到散热部件的相对一侧，使得能量的分布集中在约180°方向内。

对于5G频段，在主辐射面XoZ平面内，天线增益从原有的4.58dBi增加到7.26dBi，增加了58.5％，辐射覆盖角度约增加了45°，主辐射面内的前后比得到明显改善。在其余两个平面内，辐射能量的方向向散热装置的对立面集中，集中程度较弱，因为5G的波长相对于2G较短，这使得对于5G频段而言散热部件1的远离程度大于2G频段。

上述的天线装置可集成单个或者多个天线的散热装置，可用于多输入多输出的WIFI天线，具有散热功能的天线部件2在与具有天性功能的散热部件1结合的过程中，可为单天线也可为多天线，且天线本身为线性极化的天线20，可保证性能与传统天线的一致性。这种设计可以兼顾天线和散热系统的最优化设计，将两者之间相互影响转变为有利因素，一方面天线可以贡献一部分的散热能力，另一方面散热片的存在可以减小天线体积，提高天线增益，有利于天线在特定方向上的投射能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种集成散热功能的天线装置，其特征在于，包括散热部件和天线部件，所述散热部件包括一散热基板，所述天线部件包括至少一个天线，所述天线由所述散热基板一表面向上延伸形成，且位于所述散热基板的周缘；所述散热部件还包括形成于该散热基板的所述表面上的散热结构，所述散热结构与所述天线在所述散热基板上向外延伸的方向相同。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线为两个，两个所述天线位于所述散热基板相对两侧的周缘。

3.如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，两个所述天线相对所述散热基板的中心对称。

4.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线为三个以上，三个以上的所述天线围绕所述散热基板的周缘设置。

5.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述散热基板为圆形或正多边形，所述天线相对所述散热基板的中心等夹角围绕所述散热基板的周缘设置。

6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述散热结构为多个平行排列排布于所述散热基板上的散热鳍片，所述散热鳍片的排列横向至少垂直于一个所述天线所在的平面或所形成的弦面；

所述天线所在的平面是指平行偶极天线中任一段振子上的平面辐射体所在的平面；

所述天线所形成的弦面是指其中一段弧形振子平移与另一端连接后形成的弧面的两端的连线所形成的平面，或者是其中一段振子上的弧形辐射体平移到有另一段振子上的弧形辐射体连线所形成的平面。

7.如权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述散热鳍片一端在所述散热基板上的向外延伸的高度与其到所述天线中心的距离成正比。

8.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述散热结构为多个呈矩阵排布的散热柱。

9.如权利要求8所述的天线装置，其特征在于，所述散热柱的排列方向至少垂直于一个所述天线所在的平面或所形成的弦面；

所述天线所在的平面是指平行偶极天线中任一段振子上的平面辐射体所在的平面；

所述天线所形成的弦面是指其中一段弧形振子平移与另一端连接后形成的弧面的两端的连线所形成的平面，或者是其中一段振子上的弧形辐射体平移到有另一段振子上的弧形辐射体连线所形成的平面。

10.如权利要求8所述的天线装置，其特征在于，所述散热柱在所述散热基板上的向外延伸的高度与其到所述天线中心的距离成正比。

11.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述散热部件和天线部件一体成型。

12.如权利要求1、2、3、4、5或11所述的天线装置，其特征在于，所述天线为对称振子天线。