CN112996329A - 相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种相控阵天线，涉及天线技术领域，该相控阵天线包括承载结构件、数字电路板和天线电路板，数字电路板贴设在承载结构件的上侧，天线电路板固定贴设在承载结构件的下侧，数字电路板上设置有数字芯片，天线电路板上设置有射频芯片和天线辐射单元，且天线电路板上设置有电路连接结构，电路连接结构的至少部分穿设于承载结构件并与数字电路板连接，电路连接结构用于电连接数字电路板和天线电路板。相较于现有技术，本发明提供的相控阵天线，能够满足阵面全可拼接结构，并且能够实现轻量化和小型化，同时降低了制造成本。

Description

相控阵天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种相控阵天线。

背景技术

现有平板相控阵天线多为数字部分和天线部分结合在一张PCB板上，所有器件（包括射频芯片、数字芯片、电源芯片等）及连接器等，都贴片于PCB板的一个平面上，采用平铺架构。实际产品在使用时，对外收发信号为辐射区域，其余区域均为辅助天线完成收发信号。这样存在以下几个缺点：

（1）PCB板尺寸变大，相对应安装PCB板结构件尺寸也会增大，故重量会增加，不利于产品轻量化及小型化。

（2）阵面拼接时，PCB与PCB拼接，改变了天线辐射单元间距，会导致相应指标不达标，不利于阵面全可拼接。

（3）天线部分和数字部分在同一张PCB上，会增加PCB布线层别，压合次数增加，加工难度较大，报废率较高，且加工成本较高,不利于低成本方案。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种相控阵天线，其能够解决上述缺点，能够缩小电路板尺寸，有利于天线的小型化，同时降低了加工难度和加工成本，且有利于阵面全可拼接。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种相控阵天线，包括承载结构件、数字电路板和天线电路板，所述数字电路板贴设在所述承载结构件的上侧，所述天线电路板固定贴设在所述承载结构件的下侧，所述数字电路板上设置有数字芯片，所述天线电路板上设置有射频芯片和天线辐射单元，且所述天线电路板上设置有电路连接结构，所述电路连接结构的至少部分穿设于所述承载结构件并与所述数字电路板连接，所述电路连接结构用于电连接所述数字电路板和所述天线电路板。

在可选的实施方式中，所述相控阵天线还包括散热结构件，所述散热结构件贴设在所述承载结构件的下侧，用于连接散热器，且所述散热结构件上开设有用于容置所述数字电路板的凹槽，以使所述散热结构件罩设在所述数字电路板外。

在可选的实施方式中，所述散热结构件和所述承载结构件之间设置有第一导热垫，所述第一导热垫的两侧表面分别与所述散热结构件的上表面和所述承载结构件的下表面相贴合，用于将所述承载结构件上的热量传导至所述散热结构件。

在可选的实施方式中，所述天线电路板上还设置有射频连接器，所述射频连接器向下依次穿过所述承载结构件、所述数字电路板和所述散热结构件，并凸出设置于所述散热结构件的外侧。

在可选的实施方式中，所述承载结构件和所述散热结构件的尺寸均小于所述天线电路板的尺寸。

在可选的实施方式中，所述电路连接结构包括排针和排母，所述排针设置在所述天线电路板上，所述排母设置在所述数字电路板上，所述排针的至少部分穿设于所述承载结构件并与所述排母插接。

在可选的实施方式中，所述电路连接结构还包括导电柱，所述导电柱设置在所述天线电路板上，且所述导电柱的至少部分穿设于所述承载结构件并与所述数字电路板连接。

在可选的实施方式中，所述辐射单元阵列设置在所述天线电路板的上侧表面，所述射频芯片设置在所述天线电路板的下侧表面，且所述数字芯片设置在所述数字电路板的下侧表面。

在可选的实施方式中，所述天线电路板和所述承载结构件之间还设置有第二导热垫，所述第二导热垫的两侧表面分别与所述射频芯片的下表面和所述承载结构件的上表面相贴合，用于将所述射频芯片产生的热量传导至所述承载结构件。

在可选的实施方式中，所述天线电路板上可拆卸地设置有第一连接件，所述承载结构件的上表面设置有安装座，所述安装座上开设有贯穿所述承载结构件的第一装配孔，所述第一连接件装配在所述第一装配孔内，以使所述天线电路板可拆卸地设置在所述承载结构件上。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明提供的相控阵天线，将数字电路板贴设在承载结构件的上侧，将天线电路板贴设在承载结构件的下侧，数字电路板上设置数字芯片，作为其数字部分，天线电路板上设置射频芯片和天线辐射单元，作为天线部分，且天线电路板上设置有电路连接结构，电路连接结构的至少部分穿设于承载结构件并与数字电路板连接，实现数字电路板和天线电路板的电连接。本发明通过采用分体式的数字部分和天线部分，可以将数字电路板和天线电路板分开加工，降低电路板布线层别和压合次数，降低加工成本。并且，数字电路板和天线电路板分设在承载结构件的两侧，将数字控制部分集成在天线电路板的背面，使得电路板的整体尺寸得以缩小，有利于产品轻量化和小型化，并且能够实现阵面全可拼接。相较于现有技术，本发明提供的相控阵天线，能够满足阵面全可拼接结构，并且能够实现轻量化和小型化，同时降低了制造成本。

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相控阵天线的整体剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的相控阵天线在第一视角下的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的相控阵天线在第二视角下的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的相控阵天线的拼接阵面结构示意图；

图5为图1中数字电路板与承载结构件的连接结构示意图；

图6为图1中承载结构件与天线电路板的连接结构示意图；

图7为本发明实施例提供的相控阵天线的局部剖面结构示意图。

图标：100-相控阵天线；110-承载结构件；111-第一导热垫；113-第二导热垫；115-安装座；130-数字电路板；131-数字芯片；133-低频连接器；150-天线电路板；151-射频芯片；153-天线辐射单元；155-射频连接器；157-第一连接件；170-散热结构件；171-凹槽；173-第二连接件；190-电路连接结构；191-排针；193-排母；195-导电柱。

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，现有的平板相控阵天线，多是采用的一张PCB板，并且在该PCB板上同时集成数字部分（包括数字芯片和低频连接器等）和天线部分（包括辐射单元、射频芯片和射频连接器等），即将所有器件和连接器均机场在PCB板的一个平面上，采用了平铺架构，这种架构结构简单，设计方便。然而，在产品实际使用时，对外收发区域为辐射区域，其余区域均为辅助天线完成收发信号的区域，常规的平铺设置必然会导致辐射区域占据PCB板的一部分，辅助区域占据PCB板的另一部分，使得PCB板的尺寸变大，相对应的安装PCB板结构件的尺寸也会增大，无疑增大了产品的重量，不利于产品的轻量化和小型化。此外，阵面拼接时，需要PCB板与PCB板拼接，而天线辐射区域只占有PCB板的局部区域，这样的直接拼接无疑改变了天线辐射单元的间距，会导致相应的指标不达标，不利于阵面全可拼接。此外，现有的PCB板，由于需要同时承载天线部分和数字部分，会增加PCB板上布线层别，压合次数增加，加工难度较大，报废率较高，且加工成本较高，不利于低成本方案。最后，现有的PCB板上的天线辐射单元均为定数，在用户需求更改时，都需要重新设计加工，加工周期长，不利于形成标准模块。

为了解决上述问题，本发明提供了一种相控阵天线，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

请参见图1至图5，本实施例提供了一种相控阵天线100，其能够满足阵面全可拼接方案，并且形成了标准模块，降低设计加工周期，此外，能够实现天线的轻量化和小型化，并降低了设计、制造成本。

本实施例提供的一种相控阵天线100，包括承载结构件110、数字电路板130、天线电路板150和散热结构件170，数字电路板130贴设在承载结构件110的上侧，天线电路板150固定贴设在承载结构件110的下侧，数字电路板130上设置有数字芯片131，天线电路板上设置有射频芯片151和天线辐射单元153，且天线电路板150上设置有电路连接结构190，电路连接结构190的至少部分穿设于承载结构件110并与数字电路板130连接，电路连接结构190用于电连接数字电路板130和天线电路板150。散热结构件170贴设在承载结构件110的下侧，用于连接散热器，且散热结构件170上开设有用于容置数字电路板130的凹槽171，以使散热结构件170罩设在数字电路板130外。

在本实施例中，承载结构件110起到主要的承载作用，在实际制造时，将数字电路板130和天线电路板150分别设置在承载结构件110的上下两侧，然后再组装散热结构件170。其中，数字电路板130的尺寸小于承载结构件110的尺寸，散热结构件170上的凹槽171的形状、尺寸与数字电路板130的形状、尺寸相适配，从而将数字电路板130容置在内，实现准确安装。

需要说明的是，本实施例中将数字电路板130和天线电路板150分设在承载结构件110的两侧，采用分体设置的电路板，且数字电路板130上承载数字部分器件，天线电路板150上承载天线部分器件，避免了在同一电路板上同时承载数字部分和天线部分，降低了PCB板上的布线层别和压合次数，降低了加工难度，同时也降低了报废率和加工成本，以实现低成本的技术方案。

在本实施例中，辐射单元阵列设置在天线电路板150的上侧表面，射频芯片151设置在天线电路板150的下侧表面，且数字芯片131设置在数字电路板130的下侧表面。具体地，辐射单元采用三角布阵或矩形布阵，方便拼接，其中辐射单元的阵元数量选用64、256、512或1024等，便于将该相控阵天线100做成标准化模块。

在本实施例中，承载结构件110和散热结构件170均呈板状，且散热结构件170和承载结构件110的尺寸均小于天线电路板150的尺寸。具体地，散热结构件170、承载结构件110以及天线电路板150均呈矩形状，且散热结构件170、承载结构件110的长宽尺寸均小于天线电路板150的长宽尺寸。需要说明的是，本实施例中散热结构件170的形状和大小与承载结构件110相同，且散热结构件170和承载结构件110在天线电路板150上的投影均落在天线电路板150内，从而保证散热结构件170和承载结构件110的形状不会超出天线电路板150，进而保证了在拼接形成阵面时，天线电路板150和天线电路板150能够直接拼接在一起，避免了散热结构件170或承载结构件110发生干涉现象，此外，也实现了产品的小型化和轻量化。

优选地，散热结构件170、承载结构件110以及天线电路板150的形状相同，且天线电路板150、承载结构件110以及散热结构件170的边缘均开设有多个间隔设置的装配凸块，在拼接形成阵面时，相邻的装配凸块能够相互咬合，从而实现拼接。

在本实施例中，散热结构件170和承载结构件110之间设置有第一导热垫111，第一导热垫111的两侧表面分别与散热结构件170的上表面和承载结构件110的下表面相贴合，用于将承载结构件110上的热量传导至散热结构件170。具体地，第一导热垫111采用传热界面材料制成，具有良好的传热性能，在热量传导至散热结构件170后，再通过散热器进行散热，保证良好的散热性能。散热器可以是风冷散热器，也可以是水冷散热器，关于散热器的具体结构和散热原理，具体可参考现有的天线散热器。

需要说明的是，本实施例中第一导热垫111还延伸至数字电路板130和散热结构件170之间，即延伸至散热结构件170的凹槽171内，且位于凹槽171内的第一导热垫111的上表面与数字芯片131的下侧表面相贴合，能够将数字芯片131产生的热量也一并传递至散热承载件。

在本实施例中，为了实现更好的传热和散热效果，本实施例中散热结构件170的下侧表面也设置有由传热界面材料制成的导热垫，从而能够将热量传递至散热器。当然，此处也可以直接将散热器贴合在散热结构件170的下表面，通过风冷直吹的方式实现散热。

在本实施例中，为了保证良好的传热效果，散热结构件170和承载结构件110均采用的是铝合金材料，其能够达到良好的结构强度和传热效果。

在本实施例中，天线电路板150上还设置有射频连接器155，射频连接器155向下依次穿过承载结构件110、数字电路板130和散热结构件170，并凸出设置于散热结构件170的外侧。具体地，射频连接器155位于天线电路板150的中部，承载结构件110、数字电路板130和散热结构件170上均开设有与该射频连接器155相适配的通孔，从而方便该射频连接器155穿出散热结构件170，实现对外连接。数字电路板130上还设置有低频连接器133，低频连接器133向下穿过散热结构件170，并实现对外连接。需要说明的是，此处射频连接器155和低频连接器133均通过转接后连接到模块外部，其具体连接原理可参考现有天线上的射频连接器155和低频连接器133。

在本实施例中，承载结构件110上还开设有用于供排针191穿过的开孔，排针191穿过该开孔后凸出于承载结构件110的下侧表面，并用于插入到排母193当中，实现数字电路板130和天线电路板150的电连接。

在本实施例中，天线电路板150和承载结构件110之间还设置有第二导热垫113，第二导热垫113的两侧表面分别与射频芯片151的下表面和承载结构件110的上表面相贴合，用于将射频芯片151产生的热量传导至承载结构件110。具体地，第二导热垫113也采用传热界面材料制成，具备良好的传热效果。

在本实施例中，天线电路板150上可拆卸地设置有第一连接件157，承载结构件110的上表面设置有安装座115，安装座115上开设有第一装配孔，第一连接件157装配在第一装配孔内，以使天线电路板150可拆卸地设置在承载结构件110上。具体地，第一连接件157为螺钉结构，第一装配孔为螺孔结构，天线电路板150上开设有沉孔结构，第一连接件157装配在该沉孔结构中，并向下穿过天线电路板150与安装座115上的第一装配孔适配，从而将天线电路板150固定在承载结构件110上。需要说明的是，此处通过设置安装座115，能够避免射频芯片151施加在承载结构件110或第二导热垫113上的压力过大。

在本实施例中，散热结构件170上可拆卸地设置有第二连接件173，承载结构件110的下表面开设有第二装配孔，第二连接件173装配在第二装配孔内，以使散热结构件170与承载结构件110可拆卸地连接。具体地，第二连接件173为螺钉结构，第二装配孔为螺孔结构，散热结构件170上开设有沉孔结构，第二连接件173装配在该沉孔结构中，并向上穿过散热结构件170与第二装配孔适配，从而将散热结构件170固定在承载结构件110上。

参见图6和图7，电路连接结构190包括排针191和排母193，排针191设置在天线电路板150上，排母193设置在数字电路板130上，排针191的至少部分穿设于承载结构件110并与排母193插接。具体地，通过采用三组定制的超小型排针191与排母193的插接实现天线电路板150与数字电路板130的连接，从而实现了对天线电路板150的控制。

进一步地，电路连接结构190还包括导电柱195，导电柱195设置在天线电路板150上，且导电柱195的至少部分穿设于承载结构件110并与数字电路板130连接。具体地，导电柱195为铜柱，由于供电需满足过大的电流要求，通过排针191无法满足大电流的要求，综合考虑，采用定制四根磷铜材料的铜柱将天线电路板150与数字电路板130连接，实现数字电路板130对天线电路板150的供电。

综上所述，本实施例提供的相控阵天线100，将数字电路板130贴设在承载结构件110的上侧，将天线电路板150贴设在承载结构件110的下侧，数字电路板130上设置数字芯片131，作为其数字部分，天线电路板150上设置射频芯片151和天线辐射单元153，作为天线部分，且天线电路板150上设置有电路连接结构190，电路连接结构190的至少部分穿设于承载结构件110并与数字电路板130连接，实现数字电路板130和天线电路板150的电连接。本发明通过采用分体式的数字部分和天线部分，可以将数字电路板130和天线电路板150分开加工，降低电路板布线层别和压合次数，降低加工成本。并且，数字电路板130和天线电路板150分设在承载结构件110的两侧，将数字控制部分集成在天线电路板150的背面，使得电路板的整体尺寸得以缩小，有利于产品轻量化和小型化，并且能够实现阵面全可拼接。相较于现有技术，本发明提供的相控阵天线100，能够满足阵面全可拼接结构，并且能够实现轻量化和小型化，同时降低了制造成本。

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 (10)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括承载结构件、数字电路板和天线电路板，所述数字电路板贴设在所述承载结构件的上侧，所述天线电路板固定贴设在所述承载结构件的下侧，所述数字电路板上设置有数字芯片，所述天线电路板上设置有射频芯片和天线辐射单元，且所述天线电路板上设置有电路连接结构，所述电路连接结构的至少部分穿设于所述承载结构件并与所述数字电路板连接，所述电路连接结构用于电连接所述数字电路板和所述天线电路板。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括散热结构件，所述散热结构件贴设在所述承载结构件的下侧，用于连接散热器，且所述散热结构件上开设有用于容置所述数字电路板的凹槽，以使所述散热结构件罩设在所述数字电路板外。

3.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述散热结构件和所述承载结构件之间设置有第一导热垫，所述第一导热垫的两侧表面分别与所述散热结构件的上表面和所述承载结构件的下表面相贴合，用于将所述承载结构件上的热量传导至所述散热结构件。

4.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线电路板上还设置有射频连接器，所述射频连接器向下依次穿过所述承载结构件、所述数字电路板和所述散热结构件，并凸出设置于所述散热结构件的外侧。

5.根据权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述承载结构件和所述散热结构件的尺寸均小于所述天线电路板的尺寸。

6.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述电路连接结构包括排针和排母，所述排针设置在所述天线电路板上，所述排母设置在所述数字电路板上，所述排针的至少部分穿设于所述承载结构件并与所述排母插接。

7.根据权利要求6所述的相控阵天线，其特征在于，所述电路连接结构还包括导电柱，所述导电柱设置在所述天线电路板上，且所述导电柱的至少部分穿设于所述承载结构件并与所述数字电路板连接。

8.根据权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线辐射单元阵列设置在所述天线电路板的上侧表面，所述射频芯片设置在所述天线电路板的下侧表面，且所述数字芯片设置在所述数字电路板的下侧表面。

9.根据权利要求8所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线电路板和所述承载结构件之间还设置有第二导热垫，所述第二导热垫的两侧表面分别与所述射频芯片的下表面和所述承载结构件的上表面相贴合，用于将所述射频芯片产生的热量传导至所述承载结构件。

10.根据权利要求1-9任一项所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线电路板上可拆卸地设置有第一连接件，所述承载结构件的上表面设置有安装座，所述安装座上开设有第一装配孔，所述第一连接件装配在所述第一装配孔内，以使所述天线电路板可拆卸地设置在所述承载结构件上。

Images