CN112103634B - 平板相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种平板相控阵天线，涉及天线技术领域，该平板相控阵天线包括微波板、结构件、数字电路板、控制单元、供电单元和多个天线辐射单元，多个天线辐射单元设置在微波板的一侧表面，结构件贴装在微波板的另一侧表面，数字电路板安装在结构件上并与微波板电连接，控制单元和供电单元均设置在数字电路板上，数字电路板至少部分与微波板间隔相对设置，且数字电路板在微波板上的投影位于微波板内。相较于现有技术，本发明实施例提供的平板相控阵天线，能够实现任意拼接以及大阵面组阵，并且尺寸小，加工难度小，加工成本低。

Description

平板相控阵天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种平板相控阵天线。

背景技术

在现有技术中，平板相控阵天线阵面除辐射单元面积外，通常天线阵面还会有一部分面积用于控制和供电器件及连接器的放置，即将阵面辐射单元、控制单元、供电单元及连接器等单元放置在一张PCB（印刷电路板）上，这样会导致以下缺点：

（1）从拼接角度，由于PCB板上需要分区，导致有部分区域未铺设有天线辐射单元，导致现有阵面只适合2×n的拼接方法，不利于任意拼接及大阵面组阵，其原因在于多出的控制和供电单元面积会导致天线无法正常扫描，且扫描时会出现栅瓣等现象。

（2）此外，控制供电区域和连接器会使整个PCB板面积增大，阵面拼接时整机尺寸也会相对加大，不利于产品小型化设计；

（3）从设计角度，天线和控制供电单元在同一张PCB上，会增加布线层别，导致压合次数增加，加工难度较大，报废率较高，且加工成本较高。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种平板相控阵天线，其能够实现任意拼接以及大阵面组阵，并且尺寸小，加工难度小，加工成本低。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种平板相控阵天线，包括微波板、结构件、数字电路板、控制单元、供电单元和多个天线辐射单元，多个所述天线辐射单元设置在所述微波板的一侧表面，所述结构件贴装在所述微波板的另一侧表面，所述数字电路板安装在所述结构件上并与所述微波板电连接，所述控制单元和所述供电单元均设置在所述数字电路板上，所述数字电路板至少部分与所述微波板间隔相对设置，且所述数字电路板在所述微波板上的投影位于所述微波板内。

在可选的实施方式中，所述微波板靠近所述结构件的一侧表面还设置有多个集成芯片，所述结构件罩设在多个所述集成芯片外。

在可选的实施方式中，所述集成芯片与所述结构件之间还设置有传热垫，所述传热垫用于将所述集成芯片产生的热量传导至所述结构件。

在可选的实施方式中，所述微波板靠近所述结构件的一侧表面还设置有传热管，所述传热管与所述结构件连接，且至少部分所述传热管与所述数字电路板相对应。

在可选的实施方式中，所述微波板靠近所述结构件的一侧表面设置有电连接器，所述电连接器位于所述数字电路板和所述微波板之间，并分别所述数字电路板和所述微波板电连接。

在可选的实施方式中，所述电连接器包括软带连接排线，所述软带连接排线设置在所述微波板上，所述数字电路板上设置有排线插接器，所述软带连接排线插接在所述排线插接器上，以使所述数字电路板和所述微波板电连接。

在可选的实施方式中，所述电连接器包括导电柱，所述导电柱的一端焊接在所述微波板上，另一端焊接或者螺纹连接在所述数字电路板上。

在可选的实施方式中，所述数字电路板上设置有第一连接件，并通过所述第一连接件可拆卸地固定在结构件上。

在可选的实施方式中，所述结构件上设置有第二连接件，并通过第二连接件固定在所述微波板上。

在可选的实施方式中，所述结构件远离所述微波板的一侧表面设置有用于安装散热器的散热板。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的平板相控阵天线，将多个天线辐射单元设置在微波板的一侧表面，结构件贴装在微波板的另一侧表面，数字电路板安装在结构件上并与微波板电连接，控制单元和供电单元均设置在数字电路板上，至少部分数字电路板与微波板间隔相对设置，且数字电路板在微波板上的投影位于微波板内。通过将天线辐射单元设置在微波板上，将控制单元和供电单元设置在数字电路板上，且数字电路板设置在结构件上，结构件位于微波板背面，从而避免了将天线和控制供电单元设置在同一张PCB，且微波板无需分区操作，在拼装时可直接将多个天线的微波板任意拼接在一起组成大阵面组阵。同时分板设计也避免了在同一张PCB上增加布线层别，使得天线加工难度小，加工成本低。并且数字电路板相对较小，不会影响多个微波板的拼接，同时也使得整个天线面积减小，有利于产品的小型化。相较于现有技术，本发明实施例提供的平板相控阵天线，能够实现任意拼接以及大阵面组阵，并且尺寸小，加工难度小，加工成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的平板相控阵天线的局部剖视示意图；

图2为本发明实施例提供的平板相控阵天线的结构示意图；

图3为图1中Ⅲ的局部放大示意图；

图4为本发明实施例提供的平板相控阵天线在拼接状态下的结构示意图。

图标：100-平板相控阵天线；110-微波板；111-高频连接器；115-软带连接排线；117-排线插接器；130-结构件；131-散热板；150-数字电路板；160-控制单元；170-供电单元；180-天线辐射单元；190-集成芯片；191-传热垫；193-传热管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术中所公开的，吸纳有的平板相控阵天线阵面，通常会将承载PCB板分为辐射部分和电控部分，其中天线辐射单元均布在辐射部分，电控单元设置在电控部分，由于采用了分区的结构，导致其并不能实现n×n的任意拼接方法，其原因在于多出的电控部分会导致n×n拼接的天线无法正常扫描，并且会出现栅瓣现象，影响天线的性能，从而使得现有的平板相控阵天线无法实现大面积的组阵结构。此外，由于设置有电控部分，导致整个PCB板面积相对增大，在拼装时导致整机尺寸也随之增大，不利于产品的小型化。并且，天线和电控单元设置在同一张PCB板上，且二者的走线并不相同，会增加PCB板上的布线层别，导致压合次数增加，进而使得加工难度较大，报废率较高，且加工成本居高不下。最后，PCB板上同时安装天线辐射单元和电控单元也不利于阵面返修，因为多数情况下损坏的通常是电控单元部分，而电控单元部分无法单独维修，需要反复拆装和返修，有可能会导致整个PCB板报废，影响整个器件。

针对上述问题，本发明实施例提供了一种平板相控阵天线，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

第一实施例

请参考图1至图4，本发明实施例提供一种平板相控阵天线100，其能够实现任意拼接以及大阵面组阵，并且尺寸小，加工难度小，加工成本低，并且方便拆卸维修或更换。

本实施例提供的平板相控阵天线100，包括微波板110、结构件130、数字电路板150、控制单元160、供电单元170和多个天线辐射单元180，多个天线辐射单元180设置在微波板110的一侧表面，结构件130贴装在微波板110的另一侧表面，数字电路板150安装在结构件130上并与微波板110电连接，控制单元160和供电单元170均设置在数字电路板150上，数字电路板150至少部分与微波板110间隔相对设置，且数字电路板150在微波板110上的投影位于微波板110内。

在本实施例中，微波板110为多层PCB板，其背面设置有多个天线辐射单元180，结构件130设置在微波板110的正面，数字电路板150与微波板110的正面电连接。具体地，微波板110的两侧表面均布有线路层，使得天线辐射单元180和数字电路板150均能够与微波板110电连接。

需要说明的是，本实施例中多个天线辐射单元180阵列设置在微波板110的背面，且其阵列方式为矩形布阵或三角布阵，在此不做具体限定。

在本实施例中，微波板110靠近结构件130的一侧表面还设置有多个集成芯片190，结构件130罩设在多个集成芯片190外。具体地，多个集成芯片190贴装在微波板110的正面，并与微波板110实现电连接，且多个集成芯片190呈阵列设置，均布在微波板110的正面。结构件130采用导热性能良好且结构强度较高的材料支撑，例如铝合金，并且在表面涂覆有一层绝缘漆，在保证散热的同时保证绝缘性能。

需要说明的是，本实施例中多个集成芯片190可以采用表面贴装技术（SMT，surface mount technology）或者贴装键合技术贴装在微波板110上，并实现与微波板110上线路层的电连接。

在本实施例中，结构件130的尺寸与微波板110的尺寸相适配，数字电路板150安装在微波板110上，且数字电路板150的尺寸小于微波板110的尺寸，使得数字电路板150的遮挡范围在微波板110内，并且未伸出微波板110，从而使得在形成大阵面拼装时，多个微波板110拼接在一起，而微波板110不会相互干涉，保证拼接效果，从而使得该平板相控阵天线100能够实现平面上任意数量和排布方式的拼接，即能够实现n×n的任意拼接方法。具体地，数字电路板150设置在结构件130的中部，并固定在结构件130上，同时数字电路板150的下侧表面与微波板110的正面间隔相对设置，方便数字电路板150与微波板110之间实现电连接。

需要说明的是，本实施例中结构件130呈壳体状，并罩设在微波板110上，其中结构件130的中部呈凸起状，用于包覆数字电路板150，并使得数字电路板150与微波板110之间具有间隔，避免二者直接接触。

在本实施例中，微波板110的正面还设置有高频连接器111，高频连接器111固定在微波板110上，并包覆在结构件130内，同时结构件130罩设在集成芯片190外，并罩设在数字电路板150外，起到良好的保护、支撑作用。

在本实施例中，集成芯片190与结构件130之间还设置有传热垫191，传热垫191用于将集成芯片190产生的热量传导至结构件130。具体地，传热垫191采用高导热界面材料制成，并且压合在集成芯片190和结构件130之间，用于将集成芯片190产生的热量传递至结构件130。

需要说明的是，本实施例中传热垫191可以是整体片状，并铺设在多个集成芯片190的表面；也可以是单个片状，即传热垫191尺寸与集成芯片190想适配，每个集成芯片190的表面均贴装有传热垫191。其中，传热垫191粘接在集成芯片190的表面。

在本实施例中，微波板110靠近结构件130的一侧表面还设置有传热管193，传热管193与结构件130连接，且至少部分传热管193与数字电路板150相对应。具体地，传热管193部分设置在数字电路板150的下方，并与数字电路板150相接触，另一部分延伸至周围的结构件130内，从而能够将数字电路板150下方的集成芯片190产生的热量带到周围的结构件130中，实现均热作用。

需要说明的是，由于数字电路板150横置在微波板110上方，并与微波板110之间并无遮挡，导致数字电路板150下方的集成芯片190无法通过导热垫将热量直接传递至结构件130，而由于数字电路板150本身的遮挡作用，会使得此处的集成芯片190散热受到影响，本实施例的解决方式是在数字电路板150下方的微波板110上设置传热管193，传热管193分别与集成芯片190和结构件130热接触，从而能够将此处的热量均匀传导至周围的结构件130进行散热，避免局部温度过高的现象。

在本实施例中，传热管193可以通过焊接、粘接或者螺栓卡箍连接的方式固定在微波板110或者结构件130上。具体地，传热管193采用铜管，传热效果好。

在本实施例中，微波板110靠近结构件130的一侧表面设置有电连接器，电连接器位于数字电路板150和微波板110之间，并分别数字电路板150和微波板110电连接。具体地，电连接器包括软带连接排线115，软带连接排线115设置在微波板110上，数字电路板150上设置有排线插接器117，软带连接排线115插接在排线插接器117上，以使数字电路板150和微波板110电连接。其中软带连接排线115具有柔性，方便插接，其插接结构与常规的排线插接结构相似，具体可参考现有的电路排线结构。

在本发明其他较佳的实施例中，电连接器也可以包括导电柱，导电柱的一端焊接在微波板110上，另一端焊接或者螺纹连接在数字电路板150上。具体地，导电柱为铜柱，铜柱的两端分别与数字电路板150和微波板110上的线路层连接，从而使得数字电路和微波板110电连接。通过设置铜柱，使得能够满足大电流供电，保证电连接的安全，同时节省空间。

需要说明的是，本实施例中软带连接排线115中通过铜线导电，并且通过数字电路板150上的供电单元170和控制单元160实现对微波板110上的器件的控制和供电。

在本实施例中，数字电路板150上设置有第一连接件，并通过第一连接件可拆卸地固定在结构件130上。结构件130上设置有第二连接件，并通过第二连接件固定在微波板110上。具体地，第一连接件和第二连接件均为螺钉，即数字电路板150通过螺钉固定在结构件130上，结构件130通过螺钉固定在微波板110上，在调试或者返修时微波板110、数字电路板150以及结构件130三者相互独立，互不影响，且均能拆开，方便调试维修以及更换。当然，此处第一连接件和第二连接件也可以是销钉或者卡扣件等其他可拆卸连接件，在此不做具体限定。

在本发明其他较佳的实施例中，结构件130与微波板110之间也可以采用焊接或粘接的形式实现固定，由于受到损坏的部分通常是电路控制部分，即只需要将数字电路板150设置成可拆卸即可，其同样能够实现方便调试和维修的作用。

在本实施例中，结构件130远离微波板110的一侧表面设置有用于安装散热器的散热板131。具体地，散热板131与结构件130一体设置，且散热板131上贴装有散热器（图未示），通过散热器进行散热。散热器可以是散热鳍片，通过自然对流方式进行散热，也可以是散热风机，通过强迫风冷的方式进行散热，对于散热器的结构在此不做具体限定。

在本实施例中，散热板131上还贴装有导热垫，导热垫也采用界面材料制成，用于将散热板131上的热量传导至散热器进行散热。

在本实施例中，微波板110的边缘还间隔设置有咬合齿，在实际拼接时，相邻的两个微波板110上的咬合齿相互咬合，从而使得相邻两个微波板110之间实现相对固定。

综上所述，本发明实施例提供的平板相控阵天线100，通过将天线辐射单元180设置在微波板110上，将控制单元160和供电单元170设置在数字电路板150上，且数字电路板150设置在结构件130上，结构件130位于微波板110背面，从而避免了将天线和控制供电单元170设置在同一张PCB板上，且微波板110无需分区操作，在拼装时可直接将多个天线的微波板110任意拼接在一起组成大阵面组阵，实现n×n的任意拼接方法。同时分板设计也避免了在同一张PCB上增加布线层别，使得天线加工难度小，加工成本低。并且数字电路板150相对较小，不会影响多个微波板110的拼接，同时也使得整个天线面积减小，有利于产品的小型化。此外数字电路板150与结构件130之间、结构件130与微波板110之间均采用螺钉连接，方便拆卸，同时微波板110、数字电路板150以及结构件130三者相互独立，互不影响，方便调试维修以及更换。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种平板相控阵天线，其特征在于，包括微波板、结构件、数字电路板、控制单元、供电单元和多个天线辐射单元，多个所述天线辐射单元设置在所述微波板的背面，所述结构件贴装在所述微波板的正面，所述数字电路板安装在所述结构件上并与所述微波板电连接，所述控制单元和所述供电单元均设置在所述数字电路板上，所述数字电路板至少部分与所述微波板间隔相对设置，且所述数字电路板在所述微波板上的投影位于所述微波板内；

所述微波板靠近所述结构件的正面设置有电连接器，所述电连接器位于所述数字电路板和所述微波板之间，并分别所述数字电路板和所述微波板电连接。

2.根据权利要求1所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述微波板靠近所述结构件的正面还设置有多个集成芯片，所述结构件罩设在多个所述集成芯片外。

3.根据权利要求2所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述集成芯片与所述结构件之间还设置有传热垫，所述传热垫用于将所述集成芯片产生的热量传导至所述结构件。

4.根据权利要求2或3所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述微波板靠近所述结构件的正面还设置有传热管，所述传热管与所述结构件连接，且至少部分所述传热管与所述数字电路板相对应。

5.根据权利要求1所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述电连接器包括软带连接排线，所述软带连接排线设置在所述微波板上，所述数字电路板上设置有排线插接器，所述软带连接排线插接在所述排线插接器上，以使所述数字电路板和所述微波板电连接。

6.根据权利要求1所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述电连接器包括导电柱，所述导电柱的一端焊接在所述微波板上，另一端焊接或者螺纹连接在所述数字电路板上。

7.根据权利要求1所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述数字电路板上设置有第一连接件，并通过所述第一连接件可拆卸地固定在结构件上。

8.根据权利要求1或7所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述结构件上设置有第二连接件，并通过第二连接件固定在所述微波板上。

9.根据权利要求1所述的平板相控阵天线，其特征在于，所述结构件远离所述微波板的正面设置有用于安装散热器的散热板。

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