CN113287228B - 波导装置中的冷却 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种包括安装印刷电路板(2)PCB和至少第一波导层(4)的波导装置(1、1’)。每个波导层(3、4、5、6)包括至少第一波导导管(7、8、9、10、11、12)，每个波导导管(7、8、9、10、11、12)具有导电内壁(13)。PCB(2)包括针对每个波导导管(7、8、9、10、11、12)的信号接口(14)。波导装置(1、1’)还包括至少第一耦合层(15)，其位于PCB和第一波导导管之间，使得第一波导层(4)的至少第一波导导管(7、8、9、10、11、12)经由第一耦合层(15)连接到对应的信号接口(14)。每个耦合层(15)包括使空气能够穿过耦合层(15)的空气通道(16、16a、16b)。

Description

波导装置中的冷却
技术领域
本公开涉及一种包括安装印刷电路板(PCB)和至少第一波导层的波导装置。每个波导层进而包括至少第一空气填充波导导管，其中，每个空气填充波导导管具有导电内壁。
背景技术
天线元件是被配置为发射和/或接收用于无线通信的电磁信号(例如，射频(RF)信号)的设备。相控天线阵列是包括多个天线元件的天线，可以利用这些天线元件通过改变被馈送给不同天线元件的信号的相对相位和幅度来控制天线辐射图案。
这种天线元件的信号滤波功能的实际实现是一项具有挑战性的任务。需要高Q因子、多个谐振器和高精度来实现损耗低并且对工作频带附近的频率抑制强的滤波器，其中在该工作频带附近的频率上可能发生射频(RF)功率的干扰或泄漏。此外，需要对PCB(印刷电路板)上的功率放大器进行有效冷却。
现有的解决方案庞杂且昂贵，甚至会由于无法直接接近冷却实体(例如，冷却片(fin))的表面而产生冷却问题。这使得仅PCB的相对侧用于冷却。由于系统的其他部分，这可能不容易附接。
因此，需要一种可靠、紧凑且轻质的解决方案，该解决方案的生产成本也不高。
发明内容
本公开的目的是提供一种可能与天线元件一起使用的改进的滤波器装置，其提供对产生的热的有效且可靠的冷却。
该目的通过一种包括安装印刷电路板(PCB)和至少第一波导层的波导装置来实现。每个波导层进而包括至少第一波导导管，其中，每个波导导管具有导电内壁。PCB包括针对每个波导导管的信号接口。波导装置还包括至少第一耦合层，其位于PCB与第一波导导管之间，使得第一波导层的至少第一波导导管经由第一耦合层连接到对应的信号接口。每个耦合层包括使空气能够穿过耦合层的空气通道。
这样，以高效的方式将通风装置(ventilation)集成到波导装置中。
根据一些方面，波导装置包括位于PCB上的底部波导层，并且第一耦合层将底部波导层连接到第一波导层。
备选地，根据一些方面，第一耦合层位于PCB上。
以此方式，波导层或耦合层可以位于PCB上。
根据一些方面，波导装置包括至少一个另外的波导层和至少一个另外的耦合层。每个另外的耦合层位于两个相邻的波导层之间，使得形成堆叠结构，在该堆叠结构中，波导层和耦合层一起限定至少一个所得的波导导管。
以此方式，提供了能够适于任何尺寸和可能的滤波器极(pole)的通风的波导装置。
根据一些方面，距离PCB最远的波导层包括针对每个所得的波导导管的天线元件。每个天线元件包括天线孔，该天线孔被布置为与传输介质接口连接，以便进行RF(射频)波形的发送和接收。
以此方式，添加了天线功能。
根据一些方面，每个所得的波导导管包括滤波元件，使得经由所得的波导导管传送的射频信号被布置为被电磁滤波。
以此方式，添加了滤波功能。
根据一些方面，每个耦合层包括框架和沿相反方向从框架突出的多排销(pin)。一排销适于压配合(press-fit)到包含在相邻的波导层中的对应凹槽中。
以此方式，提供了高效且易于安装的耦合层。
根据一些方面，每排销在相邻的销之间存在间隙，其中每个间隙适于允许空气流通过并且同时构成虚拟传导壁。
这实现了用于通风的空气通道以及对RF波形的电隔离。
根据一些方面，波导装置包括至少一个风扇装置，其适于经由空气通道传送冷却空气流。
以此方式，实现了强制通风。
本文还公开了与上述优点相关联的耦合层和方法。
附图说明
根据以下详细描述，本公开的其他目的、特征和优点将显而易见，其中将参照附图更详细地描述本公开的一些方面，在附图中：
图1示出了波导装置的示意性透视图；
图2A示出了根据第一示例的波导装置的示意性侧视图；
图2B示出了根据第二示例的波导装置的示意性侧视图；
图3示出了波导装置的示意性俯视图；
图4示出了波导层的示意性透视图；
图5示出了波导层的示意性俯视图；
图6示出了耦合层的示意性透视图；
图7示出了空气填充的波导导管的示意性透视图；
图8示出了耦合层中与空气填充的波导导管相对应的部分的示意性透视图；以及
图9示出了示意性地示出根据实施例的方法的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考示出本发明构思的某些实施例的附图更全面地描述本发明构思。然而，本发明构思可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；相反，这些实施例以示例方式提供，使得本公开将全面和完整，并且将本发明构思的范围完全传达给本领域技术人员。贯穿说明书，相似的标记指代相似的元件。
图1示出了波导装置1的透视侧视图，图2A示出了根据第一示例的对应的侧视图并且图3示出了对应的俯视图。参照这些附图，波导部分1包括安装印刷电路板2(PCB)、位于PCB 2上的底部波导层3、第一波导层4、第二波导层5、以及第三波导层6。还参照图4，图4示出了第一波导层4的透视图，每个波导层3、4、5、6进而包括多个空气填充的波导导管7、8、9、10、11、12(仅指示几个)，每个空气填充的波导导管7、8、9、10、11、12具有导电内壁13。
根据本公开，波导装置1还包括多个耦合层15、17、18，其中每个耦合层15、17、18位于两个相邻的波导层3、4、5、6之间，使得形成堆叠结构，在该堆叠结构中，波导层3、4、5、6和耦合层15、17、18一起限定多个所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23。耦合层15、17、18包括使空气能够穿过耦合层15、17、18的空气通道16。
在此，存在位于底部波导层3与第一波导层4之间的第一耦合层15、位于第一波导层4与第二波导层5之间的第二耦合层17、以及位于第二波导层5与第三波导层6之间的第三耦合层18。
所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23由波导层3、4、5、6的对应的空气填充的波导导管7、8、9、10、11、12和形成在耦合层15、17、18中的对应通道形成。稍后将更详细地描述这些通道是如何形成的。
PCB 2包括针对每个所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23的信号接口14(在图2A中仅示意性地指示了一个信号接口14)。每个信号接口14适于去往和来自无线电设备37(例如，收发机或放大器装置)的信号传输。根据一些方面，无线电设备37是热源，并且所发射的在波导装置1内部分扩散的热借助于空气通道16进行通风，该空气通道16使空气能够穿过耦合层15、17、18。
根据一些方面，为了增强通过空气通道16的通风，波导装置1包括至少一个风扇装置34(在图2A中以虚线指示)，其适于经由空气通道16传送冷却空气流35，从而实现强制通风。可以存在例如彼此相对地定向的成对的两个或更多个风扇装置。根据一些方面，冷却空气流35或多个冷却空气流垂直于所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23的纵向延伸E定向。风扇或风扇装置34不需要与波导装置1直接接触。
根据一些方面，参照对应于图2A的视图的图2B，存在波导装置1’，其中第一耦合层15位于PCB 2上，并且没有底部波导层。该波导装置1’的基本结构在其他方面与前面讨论的波导装置1相同；这说明波导层或耦合层可以位于PCB 2上。
不管是波导层还是耦合层位于PCB 2上，根据一些方面，它应该被焊接或以其他方式附接到PCB 2的顶侧38以及通孔(未示出)，该通孔连接到PCB的背侧39上的无线电设备37或其他热生成设备。
根据一些方面，如针对一个所得的空气填充的波导导管19所示的，距离PCB 2最远的波导层(在此为第三波导层6)包括针对每个所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23的天线元件24。每个天线元件24包括天线孔，该天线孔被布置为与传输介质接口连接，以便进行RF(射频)波形的发送和接收。
根据一些方面，还参照图4和图5，图4和图5示出了第一波导层4的透视图和俯视图，每个波导导管8、9、10、11、12并且因此每个所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23包括滤波元件26、27、28、29，使得经由所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23传送的射频信号被布置为被电磁滤波。以此方式，每个所得的空气填充的波导导管19、20、21、22、23构成四脊(quad-ridge)波导。滤波元件26、27、28、29也在图7中示出，图7示出了一个波导导管7的详细透视图。滤波元件可以具有任何合适的数量和形状，这些是以前众所周知的。
根据一些方面，每个波导导管8、9、10、11、12可以替代地或与滤波元件组合地具有电介质填充。在这种情况下，波导导管不是空气填充的。然而，在下文中，根据图7所示的示例，波导导管将被称为空气填充的。然而，一般而言，波导导管可以用空气或电介质材料填充。两种变体都适用于具有双极化的滤波器天线，然而这在本公开的上下文中不是必需的。通常，不需要根据本公开的波导装置1、1’的任何滤波或辐射特性，但应该形成至少一个所得的波导导管。
参照图6和图8，图6示出了第一耦合层15的透视图，图8示出了耦合孔36的透视图，每个耦合层包括框架30和沿相反方向从框架30突出的多排销31、32。一排销31、32环绕对应的耦合孔36，每排销31、32和对应的耦合孔36被包括在耦合层15、17、18中形成的通道中。每排销31、32在相邻的销之间存在间隙16a、16b，其中每个间隙16a、16b适于允许气流35通过并且同时构成虚拟传导壁。
为了清楚起见，仅示出了几个销、耦合孔和间隙。
还参照图7，存在环绕每个空气填充的波导导管7的凹槽33，其中对应的一排销31、32适于压配合到包括在相邻的波导层中的这种对应凹槽33中。如果要将波导层设置在两个耦合层之间，则存在适于从两侧容纳销的两个相对的凹槽。
根据本公开的波导装置1、1’在波导层和耦合层中包含若干个互连的谐振器。根据一些方面，波导层的数量由诸如抑制、带宽等的滤波功能要求所定义。典型的相控阵列是具有所谓的单位单元(unit cell)的周期性结构。后者的尺寸不超过最高工作频率下的波长的一半。
半空气透明耦合层15、17、18的设计使得强制对流成为可能。框架30的厚度应允许结构具有足够的刚度，因此它可用于将销31、32压配合到凹槽33中。根据一些方面作为短路销的销31、32的高度h和它们之间的间距d被选择为两个相互矛盾的要求之间的折衷：
1)良好的空气“透明度”，例如在强制对流期间，要求相邻的销31、32之间的间距d相对大。
2)两个相邻的波导导管(在多于一个波导导管的情况下)之间的良好隔离需要在相邻的销31、32之间使用小的间距d。
每个耦合孔36控制相邻的波导管之间的耦合水平，并且其尺寸构成允许销31、32的高度h被选择为使得获得足够的冷却特性的参数。
借助于本公开，紧凑的构造实践是可能的。
本公开还涉及一种方法，如图9所示。因此，存在一种配置包括至少第一波导层4的波导装置1、1’的方法。每个波导层3、4、5、6进而包括至少第一波导导管7、8、9、10、11、12，其中每个波导导管7、8、9、10、11、12具有导电内壁13。该方法包括：在安装印刷电路板2(PCB)上布置S1针对每个波导导管7、8、9、10、11、12的一个信号接口14。该方法还包括：在PCB 2上以与至少第一耦合层15、17、18交织的方式布置S2一个或多个波导层3、4、5、6从而形成波导装置1、1’，使得第一波导层4的每个波导导管7、8、9、10、11、12经由第一耦合层15连接到对应的信号接口14。每个耦合层15包括使空气能够穿过耦合层15的空气通道16、16a、16b。
根据一些方面，该方法包括：在PCB 2上设置底部波导层3，第一耦合层15将底部波导层3连接到第一波导层4。
根据一些方面，该方法包括：在PCB 2上设置第一耦合层15。
根据一些方面，该方法包括：使用至少一个另外的波导层5、6和至少一个另外的耦合层17、18，并且其中该方法还包括：在两个相邻的波导层4、5、6之间设置每个另外的耦合层17、18。以此方式，形成堆叠结构，波导层3、4、5、6和耦合层15、17、18一起限定至少一个所得的波导导管19、20、21、22、23。
根据一些方面，该方法包括：在距离PCB 2最远的波导层6处布置针对每个所得的波导导管19、20、21、22、23的天线元件24。每个天线元件24具有天线孔25，其用于与传输介质接口连接，以便进行发送和接收RF射频波形。
根据一些方面，该方法包括：在每个所得的波导导管19、20、21、22、23中布置滤波元件26、27、28、29，使得经由所得的波导导管19、20、21、22、23传送的射频信号被布置为被电磁滤波。
本公开还涉及耦合层15、17、18，其适于邻近至少一个波导层4安装，该至少一个波导层4包括具有导电内壁13的至少一个波导导管7、8、9、10、11、12。耦合层15、17、18包括空气通道16、16a、16b，其使空气能够穿过耦合层15、17、18，并且适于位于一个波导层4和安装印刷电路板2(PCB)之间。
根据一些方面，耦合层15、17、18包括框架30和沿相反方向从框架30突出的多排销31、32，其中一排销31、32适于压配合到包含在相邻的波导层中的对应凹槽33中。
根据一些方面，每排销31、32在相邻的销之间存在间隙16；16a、16b，其中每个间隙16；16a、16b适于允许空气流35通过并且同时构成虚拟传导壁。
本公开不限于以上内容，而是可以在所附的权利要求的范围内自由地变化。例如，代替销与凹槽接合；销可以替代地与波导垫圈接合，导电胶或焊接也是可以想到的。销也可以具有任何方便的形状，并且可以由网格构成。
可以存在任意数量的波导层和耦合层，但至少各有一个。每个波导层3、4、5、6包括至少一个波导导管7、8、9、10、11、12。
通常，本公开涉及包括安装印刷电路板2PCB和至少第一波导层4的波导装置1、1’，其中每个波导层3、4、5、6进而包括至少第一波导导管7、8、9、10、11、12。每个波导导管7、8、9、10、11、12具有导电内壁13，其中PCB 2包括针对每个波导导管7、8、9、10、11、12的信号接口14。波导装置1、1’还包括至少第一耦合层15，其位于PCB与第一波导导管之间，使得第一波导层4的至少第一波导导管7、8、9、10、11、12经由第一耦合层15连接到对应的信号接口14。每个耦合层15包括使空气能够穿过耦合层15的空气通道16、16a、16b。
根据一些方面，波导装置1包括位于PCB 2上的底部波导层3，并且其中第一耦合层15将底部波导层3连接到第一波导层4。
根据一些方面，第一耦合层15位于PCB 2上。
根据一些方面，波导装置1、1’包括至少一个另外的波导层5、6和至少一个另外的耦合层17、18，其中每个另外的耦合层17、18位于两个相邻的波导层4、5、6之间，使得形成堆叠结构，在该堆叠结构中，波导层3、4、5、6和耦合层15、17、18一起限定至少一个所得的波导导管19、20、21、22、23。
根据一些方面，距离PCB最远的波导层6包括针对每个所得的波导导管19、20、21、22、23的天线元件24。每个天线元件24包括天线孔，该天线孔被布置为与传输介质接口连接，以便进行RF射频波形的发送和接收。
根据一些方面，每个所得的波导导管19、20、21、22、23包括滤波元件26、27、28、29，使得经由所得的波导导管19、20、21、22、23传送的射频信号被布置为被电磁滤波。
根据一些方面，每个耦合层15、17、18包括框架30和沿相反方向从框架30突出的多排销31、32，其中一排销31、32适于压配合到包含在相邻的波导层中的对应凹槽33中。
根据一些方面，每排销31、32在相邻的销之间存在间隙16；16a、16b，其中每个间隙16；16a、16b适于允许空气流35通过并且同时构成虚拟传导壁。
根据一些方面，波导装置1、1’包括至少一个风扇装置34，其适于经由空气通道16传送冷却空气流35。

Claims (14)

1.一种波导装置(1、1’)，包括安装印刷电路板(2)PCB和至少第一波导层(4)，其中，每个波导层(3、4、5、6)进而包括至少第一波导导管(7、8、9、10、11、12)，每个波导导管(7、8、9、10、11、12)具有导电内壁(13)，其中，PCB(2)包括针对每个波导导管(7、8、9、10、11、12)的信号接口(14)，其中，所述波导装置(1、1’)还包括至少第一耦合层(15)，所述第一耦合层(15)位于所述PCB与所述第一波导导管之间，使得所述第一波导层(4)的至少第一波导导管(7、8、9、10、11、12)经由所述第一耦合层(15)连接到对应的信号接口(14)，其中，每个耦合层(15)包括使空气能够穿过该耦合层(15)的空气通道(16、16a、16b)，
其中，每个耦合层(15、17、18)包括框架(30)和沿相反方向从所述框架(30)突出的多排销(31、32)，其中，一排销(31、32)适于压配合到在相邻的波导层中包括的对应凹槽(33)中，
其中，每排销(31、32)在相邻的销之间存在空气通道(16、16a、16b)，其中，每个空气通道(16、16a、16b)适于允许空气流(35)通过，同时构成虚拟传导壁。
2.根据权利要求1所述的波导装置(1)，其中，所述波导装置(1)包括位于所述PCB(2)上的底部波导层(3)，并且其中，所述第一耦合层(15)将所述底部波导层(3)连接到所述第一波导层(4)。
3.根据权利要求1所述的波导装置(1’)，其中，所述第一耦合层(15)位于所述PCB(2)上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的波导装置(1、1’)，其中，所述波导装置(1、1’)包括至少一个另外的波导层(5、6)和至少一个另外的耦合层(17、18)，其中，每个另外的耦合层(17、18)位于两个相邻的波导层(4、5、6)之间，使得形成堆叠结构，在所述堆叠结构中，波导层(3、4、5、6)和耦合层(15、17、18)一起限定至少一个所得的波导导管(19、20、21、22、23)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的波导装置(1、1’)，其中，距离所述PCB最远的波导层(6)包括针对每个所得的波导导管(19、20、21、22、23)的天线元件(24)，每个天线元件(24)包括天线孔(25)，所述天线孔(25)被布置成与传输介质接口连接，以便进行RF射频波形的发送和接收。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的波导装置(1、1’)，其中，每个所得的波导导管(19、20、21、22、23)包括滤波元件(26、27、28、29)，使得经由所得的波导导管(19、20、21、22、23)传送的射频信号被布置为被电磁滤波。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的波导装置(1、1’)，其中，所述波导装置(1、1’)包括适于经由所述空气通道(16)传送冷却空气流(35)的至少一个风扇装置(34)。
8.一种耦合层(15、17、18)，所述耦合层(15、17、18)适于邻近至少一个波导层(4)安装，所述波导层(4)包括具有导电内壁(13)的至少一个波导导管(7、8、9、10、11、12)，其中，所述耦合层(15、17、18)包括使空气能够穿过所述耦合层(15、17、18)的空气通道(16、16a、16b)并且位于一个波导层(4)和安装印刷电路板(2)PCB之间，
其中，每个耦合层(15、17、18)包括框架(30)和沿相反方向从所述框架(30)突出的多排销(31、32)，其中，一排销(31、32)适于压配合到在相邻的波导层中包括的对应凹槽(33)中，
其中，每排销(31、32)在相邻的销之间存在空气通道(16、16a、16b)，其中，每个空气通道(16、16a、16b)适于允许空气流(35)通过，同时构成虚拟传导壁。
9.一种配置包括至少第一波导层(4)的波导装置(1、1’)的方法，其中，每个波导层(3、4、5、6)进而包括至少第一波导导管(7、8、9、10、11、12)，每个波导导管(7、8、9、10、11、12)具有导电内壁(13)，其中，所述方法包括：
在安装印刷电路板(2)PCB上布置(S1)针对每个波导导管(7、8、9、10、11、12)的一个信号接口(14)；
在所述PCB(2)上以与至少第一耦合层(15、17、18)交织的方式布置(S2)一个或多个波导层(3、4、5、6)以便形成所述波导装置(1、1’)，使得所述第一波导层(4)的每个波导导管(7、8、9、10、11、12)经由第一耦合层(15)连接到对应的信号接口(14)，其中，每个耦合层(15)包括使空气能够穿过所述耦合层(15)的空气通道(16、16a、16b)，
其中，每个耦合层(15、17、18)包括框架(30)和沿相反方向从所述框架(30)突出的多排销(31、32)，其中，一排销(31、32)适于压配合到在相邻的波导层中包括的对应凹槽(33)中，
其中，每排销(31、32)在相邻的销之间存在空气通道(16、16a、16b)，其中，每个空气通道(16、16a、16b)适于允许空气流(35)通过，同时构成虚拟传导壁。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括：在所述PCB(2)上设置底部波导层(3)，所述第一耦合层(15)将所述底部波导层(3)连接到所述第一波导层(4)。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括：将所述第一耦合层(15)设置在所述PCB(2)上。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：使用至少一个另外的波导层(5、6)和至少一个另外的耦合层(17、18)，并且其中，所述方法还包括：将每个另外的耦合层(17、18)设置在两个相邻的波导层(4、5、6)之间，使得形成堆叠结构，所述波导层(3、4、5、6)和所述耦合层(15、17、18)一起限定至少一个所得的波导导管(19、20、21、22、23)。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：在距离所述PCB(2)最远的波导层(6)处布置针对每个所得的波导导管(19、20、21、22、23)的天线元件(24)，每个天线元件(24)具有天线孔(25)，所述天线孔(25)用于与传输介质接口连接，以便进行RF射频波形的发送和接收。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：在每个所得的波导导管(19、20、21、22、23)中布置滤波元件(26、27、28、29)，使得经由所得的波导导管(19、20、21、22、23)传送的射频信号被布置为被电磁滤波。
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