CN109698398A - 一种一体化设计毫米波相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种一体化设计毫米波相控阵天线，一种一体化设计毫米波相控阵天线，包括多个毫米波辐射天线体和散热支撑块，位于散热支撑块内具有一中空凹腔，位于凹腔内并列设置有多个每个散热冷板，位于每个散热冷板的中部在双侧面都形成一内凹的凹陷部，位于每个凹陷部刚好卡入一发射/接收组件，多个发射/接收组件和多个散热冷板并列交错排布，所述的多个毫米波辐射天线体并列设置在发射/接收组件上方，每个毫米波辐射天线体都一一对应的与发射/接收组件电气连接，每个散热冷板的凹陷部处都布设有多根等温散热通道，采用电长度最短设计与密集阵等温热平衡设计的设计方案，实现大规模的毫米波相控阵天线集成设计。

Description

一种一体化设计毫米波相控阵天线
技术领域
本发明属于毫米波阵列天线技术领域，具体涉及一种一体化设计毫米波相控阵天线。
背景技术
毫米波频率位于大气窗口，利用毫米波相控阵天线的窄波束和低旁瓣性能，可实现大容量的卫星-地面通信或地面中继通信，在通信、雷达、制导、遥感技术等领域具有广泛的应用。由于毫米波的波长更短，3mm波段的器件其机械精度差0.01毫米，相位就会相差1°，因此对毫米波相控阵天线的设计和加工带来很大的困难。本发明提出一种一体化设计毫米波相控阵天线，可实现大规模的毫米波相控阵天线的一体化设计与实现。
发明内容
本发明提出了一种一体化设计毫米波相控阵天线，采用电长度最短设计与密集阵等温热平衡设计的设计方案，实现大规模的毫米波相控阵天线集成设计。本发明将毫米波相控阵天线设计分为两个部分：第一个部分基于电长度最短设计实现毫米波相控阵天线的一体化，包含毫米波辐射天线体、大功率发射/接收组件、功分馈电网络和安装结构等，第二个部分基于密集阵等温热平衡技术实现高密集毫米波相控阵天线的热平衡。
一种一体化设计毫米波相控阵天线，包括多个毫米波辐射天线体1和散热支撑块4，位于散热支撑块内具有一中空凹腔，位于凹腔内并列设置有多个每个散热冷板，位于每个散热冷板的中部在双侧面都形成一内凹的凹陷部，位于每个凹陷部刚好卡入一发射/接收组件2，多个发射/接收组件2和多个散热冷板并列交错排布，所述的多个毫米波辐射天线体1并列设置在发射/接收组件2上方，每个毫米波辐射天线体1都一一对应的与发射/接收组件2电气连接；
每个散热冷板的凹陷部402处都布设有多根等温散热通道403。
进一步的，每个散热冷板的凹陷部双侧都形成有凸起部，位于每个凸起部的侧壁面上都刻划有弧形折角状的散热弧槽，每个等温散热通道403的两端都一一对应的与双侧的散热弧槽相接通。
进一步的，每个散热冷板都与散热支撑块4的中空凹腔等长。
进一步的，所述的发射/接收组件2为功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器中的任意一种。
进一步的，还包括功分馈电网络3，所述的功分馈电网络3与每个发射/接收组件2都电气连接。
进一步的，还包括波束控制器5，波束控制器5发射/接收组件2电气连接。
进一步的，所述的毫米波辐射天线体1包括天线体主体，位于天线体主体的上表面并列开设有多个矩形开口喇叭101，位于每个矩形开口喇叭101内都填充有聚四氟乙烯填充材料102。
进一步的，毫米波辐射天线体1的双侧都具有信号引脚，每个信号引脚都与对应的发射/接收组件2的信号接收端一一对应的卡接以实现电气连接。
本发明的优点在于：
1通过无缝连接设计，确保毫米波相控阵天线的电长度最短，有效降低了毫米波相控阵天线各通道间的一致性误差，提高了波束形成的精度。
2通过等温散热通道设计，提高了金属冷板的导热效率，有效降低了毫米波相控阵天线的热平衡温度，提升了系统工作寿命。
3采用介质填充方法，降低了毫米波辐射天线体的实际物理尺寸。
4采用电长度最短设计与密集阵等温热平衡设计的设计方案，实现大规模的毫米波相控阵天线集成设计。本发明将毫米波相控阵天线设计分为两个部分：第一个部分基于电长度最短设计实现毫米波相控阵天线的一体化，包含毫米波辐射天线体、大功率发射/接收组件、功分馈电网络和安装结构等，第二个部分基于密集阵等温热平衡技术实现高密集毫米波相控阵天线的热平衡。
附图说明
图1是一体化设计毫米波相控阵天线设计框图；
图2是毫米波辐射天线体设计框图；
图3是金属冷板设计框图；
图中：毫米波辐射天线体1、矩形开口喇叭101、聚四氟乙烯填充材料102、发射/接收组件2、功分馈电网络3、散热支撑块4、散热弧槽401、凹陷部402、等温散热通道403。
具体实施方式
下面将结合图1、图2、图3对本发明作详细说明。
本发明的一种一体化设计毫米波相控阵天线，如图1所示，包括毫米波辐射天线体1、发射/接收组件2、功分馈电网络3、散热支撑块4和电源系统。
各个组件功能及特性为：
毫米波辐射天线体1的主要作用是电磁波辐射与接收，其位于毫米波相控阵天线最上方，通过微组装工艺与大功率发射/接收组件2的顶端键和在一起，确保毫米波辐射天线体1与大功率发射/接收组件2之间馈线的电长度最短
大功率发射/接收组件2承担了对毫米波发射信号和接收信号的功率放大和幅度、相位调整功能。通常一个毫米波相控阵天线需集成大量的大功率发射/接收组件2，形成天线阵列，获得更高的辐射功率或接收性能。为了提高系统的集成度，本发明的一个大功率发射/接收组件2厚度仅4.5mm，长度为81.6mm，可同时集成12个发射/接收通道。
发射/接收组件2紧密贴装在集成等温散热通道的安装结构4的金属冷板 402两侧同时大功率发射/接收组件2与金属冷板402之间涂覆导热酯，确保紧密接触，大功率发射/接收组件2可最大化的把热量传导至金属冷板402上。
功分馈电网络3为大功率发射/接收组件2的每个组件提供等幅度等相位的馈电信号，通过微组装工艺与大功率发射/接收组件2的底部键和在一起，功分馈电网络为惯常设计的馈电网络结构。
如图1、图2和图3所示，提供了一种一体化设计毫米波相控阵天线，包括多个毫米波辐射天线体1和散热支撑块4，位于散热支撑块内具有一中空凹腔，位于凹腔内并列设置有多个每个散热冷板，位于每个散热冷板的中部在双侧面都形成一内凹的凹陷部，位于每个凹陷部刚好卡入一发射/接收组件2，多个发射/接收组件2和多个散热冷板并列交错排布，所述的多个毫米波辐射天线体1 并列设置在发射/接收组件2上方，每个毫米波辐射天线体1都一一对应的与发射/接收组件2电气连接；
每个散热冷板的凹陷部402处都布设有多根等温散热通道403，每个散热冷板的凹陷部双侧都形成有凸起部，位于每个凸起部的侧壁面上都刻划有弧形折角状的散热弧槽，每个等温散热通道403的两端都一一对应的与双侧的散热弧槽相接通，每个散热冷板都与散热支撑块4的中空凹腔等长，以保证对中空凹腔中嵌入的器件进行等面积的散热。
所述的发射/接收组件2为功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器中的任意一种。
还包括功分馈电网络3，所述的功分馈电网络3与每个发射/接收组件2都电气连接，还包括波束控制器5，波束控制器5设置在功分馈电网络3一侧且与发射/接收组件2电气连接。
所述的毫米波辐射天线体1为天线体主体，天线体主体的个数为多个，每个天线体主体与一散热支撑块对应，每个天线体主体固定设置在散热支撑块上方，每个天线体主体左右端下角都带有供通信连接的插板，每个大功率发射/接收组件2的信号引脚对应的位于左右端上角都设置有用于信号通信的插针，插针与插板信号互通并卡接以实现电气连接，位于天线体主体的上表面并列线性开设有多个矩形开口喇叭101，位于每个矩形开口喇叭101内都填充有聚四氟乙烯填充材料102；
多个散热支撑块与多个发射/接收组件2形成了通道的安装结构，形成一种是一体化毫米波相控阵天线的支撑结构和散热主体，该支撑结构由多层结构组成。
波束控制器5位于一体化毫米波相控阵天线的最下方，固定在集成等温散热通道的安装结构4上，为一体化毫米波相控阵天线的波束形成和波束扫描提供控制功能。
等温散热通道403内部由铜、铝经过风压吹成毛细多孔材料，毛细管内填充挥发液体、如丙酮，在受热时可快速气化，向两端蔓延将热量传导至两端的梳状散热齿401，等温散热通道403为密闭管体；冷却后通过虹吸效应回流至毛细孔内部，如此循环，实现热量的内外交换。等温散热通道403具备远高于金属材料的导热效率，可有效降低密集阵列的热平衡温度。

Claims (8)

1.一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：包括多个毫米波辐射天线体(1)和散热支撑块(4)，位于散热支撑块内具有一中空凹腔，位于凹腔内并列设置有多个每个散热冷板，位于每个散热冷板的中部在双侧面都形成一内凹的凹陷部，位于每个凹陷部刚好卡入一发射/接收组件(2)，多个发射/接收组件(2)和多个散热冷板并列交错排布，所述的多个毫米波辐射天线体(1)并列设置在发射/接收组件(2)上方，每个毫米波辐射天线体(1)都一一对应的与发射/接收组件(2)电气连接；
每个散热冷板的凹陷部(402)处都布设有多根等温散热通道(403)。
2.根据权利要求1所述的一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：每个散热冷板的凹陷部双侧都形成有凸起部，位于每个凸起部的侧壁面上都刻划有弧形折角状的散热弧槽，每个等温散热通道(403)的两端都一一对应的与双侧的散热弧槽相接通。
3.根据权利要求2所述的一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：每个散热冷板都与散热支撑块(4)的中空凹腔等长。
4.根据权利要求2所述的一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：所述的发射/接收组件(2)为功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：还包括功分馈电网络(3)，所述的功分馈电网络(3)与每个发射/接收组件(2)都电气连接。
6.根据权利要求5所述的一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：还包括波束控制器(5)，波束控制器(5)发射/接收组件(2)电气连接。
7.根据权利要求6所述的一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：所述的毫米波辐射天线体为天线体主体，位于天线体主体的上表面并列开设有多个矩形开口喇叭(101)，位于每个矩形开口喇叭(101)内都填充有聚四氟乙烯填充材料(102)。
8.根据权利要求6所述的一种一体化设计毫米波相控阵天线，其特征在于：毫米波辐射天线体(1)的双侧都具有信号引脚，每个信号引脚都与对应的发射/接收组件(2)的信号接收端一一对应的卡接以实现电气连接。
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