CN118216219A - 用于有源电子控制天线的模块化毫米波抑制散热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毫米波相控阵天线，其具有在5G无线电中使用的特定应用。天线包括外壳和设置在外壳中的RBG结构，其中RBG结构包括具有电介质层和导电层的多个层。该天线还包括在RBG结构的一侧上形成的多个辐射元件和在RBG结构与辐射元件相背的一侧上形成的多个波束成形IC，其中在波束成形IC之间限定间隙。模块化散热片单元可移除地耦合到外壳，并且包括散热片、热耦合到散热片的多个基座和多个传播抑制元件，其中每个基座热耦合到波束成形IC中的一个，其中在波束成形IC之间的每个间隙中设置单独的传播抑制元件。
Description
技术领域
本公开总体上涉及毫米波(mm波)天线，更具体地，涉及包括耦合到多个波束成形集成电路(IC)的模块化散热片插入件的毫米波相控阵天线，其中该插入件可用于以其他频带操作的其他毫米波相控阵天线中。
背景技术
2019年，蜂窝电信公司开始为蜂窝网络部署第五代(5G)无线电技术标准。5G无线电标准使用的频谱比前几代商业通信技术更高。毫米波相控阵天线是为5G协议设计和开发的，该协议在降低成本的同时，提高了4G系统的性能。5G毫米波天线通常需要印刷电路板(PCB)的精确制造，因为波长量级的天线特征处于PCB制造工艺的制造公差的极限。5G无线电有许多频带，例如K波段24.25-27.50GHz、V波段39.50-43.50GHz和Ka波段37.00-40.00GHz。相控阵天线中的天线辐射元件需要间隔一半波长才能正常工作，这需要天线中组件的不同配置，包括波束成形IC的间距。
5G毫米波相控阵天线的设计受到大量专用集成电路(ASIC)、例如波束成形IC产生的高热量的挑战，这些热量必须被耗散才能保持适当的功能。从设计和工具的角度来看，这可能是有问题的，因为如上所述，相控阵天线的尺寸和ASIC间距取决于感兴趣的操作频带而变化。换言之，耦合到ASIC的散热片的间距随着感兴趣的频带而变化，这需要不同的散热片设计。
发明内容
以下讨论公开并描述了一种毫米波相控阵天线，该天线具有在5G无线电中使用的特定应用。该天线包括外壳和设置在外壳中的PCB结构，其中PCB结构包括具有电介质层和导电层的多个层。该天线还包括在PCB结构的一侧上形成的多个辐射天线元件和在PCB结构与辐射天线元件相背的一侧上形成的多个波束成形IC，其中在波束成形IC之间限定间隙。模块化散热片单元可移除地耦合到外壳，并且包括散热片、热耦合到散热片的多个基座以及多个传播抑制元件，其中每个基座热耦合到波束成形IC中的一个，其中在波束成形IC之间的每个间隙中设置单独的传播抑制元件。
通过结合附图的以下描述和所附权利要求，本公开的附加特征将变得显而易见。
附图说明
图1是毫米波相控阵天线的剖面图，包括贴片天线辐射元件的阵列和耦合到波束成形IC的模块化散热片插入件；
图2是毫米波相控阵天线的俯视图，包括贴片天线辐射元件的阵列和多个模块化散热片；以及
图3是毫米波相控阵天线的剖面图，包括喇叭天线辐射元件的阵列和耦合到波束成形IC的模块化散热片插入件。
具体实施方式
以下对本公开的实施例的讨论针对于包括耦合到多个波束成形IC的模块化散热片插入件的毫米波相控阵天线，其本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开或其应用或用途。例如，本文的讨论将天线称为5G无线电的相控阵天线的一部分。然而，如本领域技术人员将理解的，天线将具有其他应用。
图1是毫米波相控阵天线10的剖面图，其中天线10可以是5G无线电的一部分。天线10包括外壳12，外壳12包围PCB结构16，PCB结构16具有层18的堆叠，层18的堆叠包括芯电介质层20、电介质绝缘预浸料层22、铜层24和馈电层26，其中层18的数量、厚度、配置、材料等将被设计用于特定天线，如本领域技术人员所熟知的。多个波束成形IC 30设置在PCB结构16的一侧，每个波束成形IC都包括以本领域技术人员熟知的方式对相控阵天线10中的多个辐射元件进行波束相位组合和波束控制所需的电路。贴片天线辐射元件32的二维阵列形成在电介质层34上、在的PCB结构16与波束成形IC 30相背的一侧，并将其组合以提供相控阵天线10，其中辐射元件32可由1/2盎司的铜形成。
模块化散热片插入件40通过例如螺钉(未示出)耦合到外壳12。插入件40包括金属散热片42和多个散热片基座44，其中单独的基座44热耦合到波束成形IC 30中的一个，以将热量从IC 30吸走。在该设计中，散热片42是平坦的金属板，然而，也可以应用其他设计。插入件40还包括传播抑制泡沫元件46或其他合适的材料，其定位在波束成形IC 30之间的间隙48内，以防止在金属散热片42和天线10的印刷馈电网络(未示出)之间产生RF谐振腔，例如微带、共面波导或在PCB结构16中具有接地的公共PCB传输线的某种组合。更具体地，在PCB结构16和RF传输线(未示出)附近引入金属散热片42会导致RF谐振腔，这对馈电结构或天线辐射元件32的RF性能是有害的。由于这个原因，模块化散热片42与阻止和/或抑制RF传播的泡沫元件46相组合，通过使任何这样的会与组合结构中的空气填充的空隙一起存在传播模式衰减，从而使得在PCB/集体散热片结构的组合中产生的任何腔都会产生减少对PCB结构16的影响的特征。可以使用导电膏，其提供从PCB结构16到散热片42的热耦合以及对传播模式的抑制。
模块化散热片插入件40旨在成为可从外壳12移除并耦合到其他相控阵天线外壳的自给单元。此外，插入件40可以耦合到在其他频带操作的其他相控阵天线外壳，其中波束成形IC 30之间的间隔对于该频带是不同的。插入件40会被稍微修改以改变基座44的位置以与波束成形IC 30对准，并且改变泡沫元件46的尺寸以配合在间隙48的其它尺寸内。因此，可以减少用于许多毫米波相控阵天线设计的散热片所需的工具作业和设计。
图2是上述类型的毫米波相控阵天线50的俯视图，其中PCB结构已被移除，以说明上述类型的模块化散热片单元52、贴片天线辐射元件54的阵列和波束形成IC 56之间的关系和间隔。在此，一个天线元件58包括一个波束成形IC 56和四个贴片天线辐射元件54，其中一个模块化散热片单元52容纳两个天线元件58。
在另一个实施例中，贴片天线辐射元件被喇叭辐射元件代替。该实施例如图3所示，示出了类似于天线10的毫米波相控阵天线70，其中相似的元件由相同的附图标记标识。在该实施例中，贴片天线辐射元件32被形成在金属层74中的喇叭天线辐射元件72代替。
上述讨论仅公开并描述了本公开的示例性实施例。本领域技术人员将从这样的讨论以及附图和权利要求中容易地认识到，在不偏离如以下权利要求所定义的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种改变、修改和变化。
Claims (19)
1.一种天线，其包括：
外壳；
设置在所述外壳中的印刷电路板(PCB)结构，所述PCB结构包括具有电介质层和导电层的多个层；
在所述PCB结构的一侧上形成的多个辐射元件；
在所述PCB结构与所述辐射元件相背的一侧上形成的多个波束成形集成电路(IC)，其中在所述波束成形IC之间限定间隙；以及
可移除地耦合到所述外壳的模块化散热片单元，所述散热片单元包括散热片以及热耦合到所述散热片的多个基座，其中每个基座热耦合到所述波束成形IC中的一个。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述模块化散热片单元包括多个传播抑制元件，其中在所述波束成形IC之间的每个间隙中设置单独的传播抑制元件。
3.根据权利要求2所述的天线，其中，所述传播抑制元件是泡沫元件。
4.根据权利要求1所述的天线，其中，所述散热片是金属的。
5.根据权利要求4所述的天线，其中，所述散热片是平板状物。
6.根据权利要求1所述的天线，其中，所述辐射元件是贴片天线辐射元件。
7.根据权利要求1所述的天线，其中，所述辐射元件是喇叭天线辐射元件。
8.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线是相控阵天线。
9.根据权利要求8所述的天线，其中，所述天线是5G无线电的一部分。
10.一种相控阵天线，其包括：
外壳；
设置在所述外壳中的印刷电路板(PCB)结构，所述PCB结构包括具有电介质层和导电层的多个层；
在所述PCB结构的一侧上形成的多个贴片天线辐射元件；
在所述PCB结构与所述辐射元件相背的一侧上形成的多个波束成形集成电路(IC)，其中在所述波束成形IC之间限定间隙；以及
可移除地耦合到所述外壳的模块化散热片单元，所述散热片单元包括散热片、热耦合到所述散热片的多个基座以及多个传播抑制元件，其中每个基座热耦合到所述波束成形IC中的一个，其中在所述波束成形IC之间的每个间隙中设置单独的传播抑制元件。
11.根据权利要求10所述的天线，其中，所述传播抑制元件是泡沫元件。
12.根据权利要求10所述的天线，其中，所述散热片是金属的。
13.根据权利要求13所述的天线，其中，所述散热片是平板状物。
14.根据权利要求10所述的天线，其中，所述天线是5G无线电的一部分。
15.一种相控阵天线，其包括：
外壳；
设置在所述外壳中的印刷电路板(PCB)结构，所述PCB结构包括具有电介质层和导电层的多个层；
在所述PCB结构的一侧上形成的多个喇叭天线辐射元件；
在所述PCB结构与所述辐射元件相背的一侧上形成的多个波束成形集成电路(IC)，其中在所述波束成形IC之间限定间隙；以及
可移除地耦合到所述外壳的模块化散热片单元，所述散热片单元包括散热片、热耦合到所述散热片的多个基座以及多个传播抑制元件，其中每个基座热耦合到所述波束成形IC中的一个，其中在所述波束成形IC之间的每个间隙中设置单独的传播抑制元件。
16.根据权利要求15所述的天线，其中，所述传播抑制元件是泡沫元件。
17.根据权利要求15所述的天线，其中，所述散热片是金属的。
18.根据权利要求17所述的天线，其中，所述散热片是平板状物。
19.根据权利要求15所述的天线，其中，所述天线是5G无线电的一部分。
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