CN117060041B - 一种相控阵天线及通讯设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线技术领域，特别是涉及一种相控阵天线及通讯设备。相控阵天线包括一体化天线阵面、均温板和防护罩，一体化天线阵面包括天线罩、支架层和天线板，天线罩安装在天线板上，天线罩和天线板形成有容纳腔，支架层设置在容纳腔中，支架层粘接固定在天线罩和天线板之间；均温板安装在天线板的远离天线罩的一侧表面上，一体化天线阵面和防护罩相对设置，防护罩连接在一体化天线阵面上并罩设在均温板上。本发明实施例提供相控阵天线，通过将均温板和防护罩安装在集成后的一体化天线阵面上，使得天线的整个架构简单化，减少由于各个功能部件分离式布局的互联，简化了相控阵天线的组装难度及组装工艺。

Description

一种相控阵天线及通讯设备

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是涉及一种相控阵天线及通讯设备。

背景技术

目前的平板相控阵天线终端主要有天线罩、天线阵面、结构件、功能模块和散热模块，天线罩与天线板为分离式结构，由于其他功能模块是单独存在，需要较多的互联线缆，在布局上有极大的限制，天线的整个架构较为复杂。

现有的一种相控阵天线结构，包括天线罩、发射天线阵面、接收天线阵面、散热结构和底板。散热结构包括导热垫放置槽、条形槽、散热翅片组、风扇安装腔及模块安装腔，散热翅片组外侧安装风扇。模块安装腔内部安装有控制模块、变频器和接收机，控制模块和变频器之间通过转接安装板实现叠层安装形式。

上述天线结构中，天线的整个架构较为复杂，组装工序较多，不利于相控阵天线的集成，且有源部分热量较大，为了确保各元器件的可靠工作，在不同的发热器件处设置相应的散热结构，可能会导致天线上温度不均，会出现局部温度骤升的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的天线上温度不均，会出现局部温度骤升的问题，提供一种相控阵天线及通讯设备。

为解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种相控阵天线，包括一体化天线阵面、均温板和防护罩，所述一体化天线阵面包括天线罩、支架层和天线板，所述天线罩安装在所述天线板上，所述天线罩与天线板围合形成有容纳腔，所述支架层设置在所述容纳腔中，所述支架层粘接固定在所述天线罩和所述天线板之间；

所述均温板安装在所述天线板的远离所述天线罩的一侧表面上，所述一体化天线阵面和所述防护罩相对设置，所述防护罩连接在所述一体化天线阵面上并罩设在所述均温板上，所述防护罩上设置有与外界连通的通风口。

可选地，所述一体化天线阵面还包括多个第一安装螺柱和多个第二安装螺柱，所述均温板上设置有与所述第一安装螺柱数量对应的第一安装孔，所述第一安装螺柱连接在所述第一安装孔中；所述防护罩上设置有与所述第二安装螺柱数量对应的第二安装孔，所述第二安装螺柱连接在所述第二安装孔中。

可选地，所述天线板的远离所述天线罩的一侧具有器件面和包围所述器件面的密封面，所述器件面用于安装元器件，所述第一安装螺柱设置在所述器件面上，所述第二安装螺柱设置在所述密封面上。

可选地，所述均温板包括均温板主体和围绕所述均温板主体的外边缘设置的第一凸缘，所述第一安装孔设置在所述均温板主体上，所述第一凸缘的远离所述均温板主体的一侧表面贴附在所述天线板上，以覆盖所述器件面。

可选地，所述均温板还包括模块安装箱及安装在所述模块安装箱上的防护盖板，所述模块安装箱设置在所述均温板主体上的朝向所述防护罩的一侧表面上。

可选地，所述均温板还包括导热垫，所述均温板主体上设置有向着所述天线板的方向凸出的多个凸出部，所述凸出部能够抵接所述器件面上的元器件，所述导热垫设置在所述凸出部和所述天线板的元器件之间。

可选地，所述防护罩包括防护罩主体和围绕所述防护罩主体设置的第二凸缘，所述第二安装孔设置在所述第二凸缘上，所述第二凸缘的远离所述防护罩主体的一侧表面贴附在所述密封面上，以形成散热腔。

可选地，所述相控阵天线还包括散热风扇，所述通风口包括进风口和出风口，所述进风口和所述出风口连通所述散热腔和外界，所述散热风扇设置在所述出风口处；

所述防护罩还包括设置在所述防护罩主体上的至少一个隔板，所述隔板能够将所述散热腔分隔为至少两部分，每一部分所述散热腔对应的防护罩主体上均设置有进风口和出风口。

可选地，所述天线板上设置有收发隔离区，所述一体化天线阵面还包括加热膜，所述加热膜设置在所述天线罩和所述支架层之间且与所述收发隔离区对应的位置处，所述天线罩上设置有传感器，所述传感器电连接所述加热膜；

所述天线罩的远离所述天线板的一侧表面为弧形且涂覆有疏水层。

另一方面，本发明实施例提供一种通讯设备，包括如前所述的相控阵天线。

本发明实施例提供相控阵天线，将均温板安装在天线板上，天线板上元器件产生的热量能够传导至均温板上，均温板与防护罩内的空气进行热交换，防护罩能够将热量传递至外界的冷空气中，通过通风口能够加速防护罩内部和外界的热交换，均温板具有较好的导热性，能够均衡温度，能够避免相控阵天线局部热流密度过大而造成温度骤升。另外，通过将均温板和防护罩安装在集成后的一体化天线阵面上，使得天线的整个架构简单化，减少由于各个功能部件分离式布局的互联，减少了相控阵天线的组件部件数量，简化了相控阵天线的组装难度及组装工艺，实现相控阵天线的一体化结构。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的相控阵天线的示意图；

图2是本发明一实施例提供的相控阵天线的分解图；

图3是本发明一实施例提供的相控阵天线的另一分解示意图；

图4是图3中A处的放大示意图；

图5是本发明一实施例提供的均温板和一体化天线阵面的装配示意图；

图6是本发明一实施例提供的一体化天线阵面的示意图；

图7是本发明一实施例提供的防护罩的气体流向示意图。

说明书中的附图标记如下：

1、一体化天线阵面；11、天线罩；111、天线罩体；112、边框；12、支架层；13、天线板；131、器件面；132、密封面；133、收发隔离区；14、加热膜；15、第一安装螺柱；16、第二安装螺柱；

2、均温板；21、均温板主体；211、凸出部；212、第一安装孔；22、第一凸缘；23、模块安装箱；24、防护盖板；25、接口防水罩；

3、防护罩；31、防护罩主体；311、进风口；312、出风口；32、第二凸缘；321、第二安装孔；33、散热风扇；34、隔板。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图7所示，本发明一实施例提供的一种相控阵天线，包括一体化天线阵面1、均温板2和防护罩3，一体化天线阵面1包括天线罩11、支架层12和天线板13，天线罩11安装在天线板13上，天线罩11和天线板13之间围合形成有容纳腔，支架层12填充在容纳腔中，支架层12的形状和容纳腔的形状相适配，支架层12粘接固定在天线罩11和天线板13之间进行一体化固定，从而有效的实现天线板13和天线罩11的一体化集成。通过将均温板2和防护罩3安装在集成后的一体化天线阵面1上，使得天线的整个架构简单化，减少由于各个功能部件分离式布局的互联，减少了相控阵天线的组件部件数量，简化了相控阵天线的组装难度及组装工艺，实现相控阵天线的一体化结构。

一体化天线阵面1和防护罩3相对设置，均温板2安装在天线板13的远离天线罩11的一侧表面上，防护罩3连接在一体化天线阵面1上，防护罩3连接在一体化天线阵面1上并罩设在均温板2上，防护罩3上设置有与外界连通的通风口。将均温板2安装在天线板13上，天线板13上元器件产生的热量能够传导至均温板2上，均温板2与防护罩3内的空气进行热交换，防护罩3能够将热量传递至外界的冷空气中，通过通风口能够加速防护罩3内部和外界的热交换，且均温板2具有较好的导热性，能够均衡温度，能够避免相控阵天线局部热流密度过大而造成温度骤升。

在一实施例中，如图3所示，天线罩11包括天线罩体111和边框112，边框112为闭合的框型结构且包围支架层12，支架层12的外周面抵接边框112，天线罩体111的外边缘连接在边框112的远离天线板13的一侧表面上，天线罩体111贴附在支架层12的远离天线板13的一侧表面上，天线板13的外边缘连接在边框112的远离天线罩11的一侧表面上，天线板13贴附在支架层12的远离天线罩11的一侧表面上，容纳腔通过天线罩体111的内壁面、天线板13的内壁面以及边框112的内周面围合形成。支架层12为PMI泡沫，设置在天线罩体111和天线板13之间，能够对天线罩11起到支撑作用，增加天线罩11的强度。通过边框112能够连接天线罩11和天线板13，从而将天线板13集成在天线罩11上，形成一体化天线阵面1，便于一体化天线阵面1、均温板2和防护罩3的组装，简化天线的架构和组装过程。

在一实施例中，天线罩11、支架层12和天线板13之间粘接时，天线罩11的内壁面通过胶粘连接支架层12的远离天线板13的一侧表面，天线板13的内壁面通过胶粘连接支架层12的远离天线罩11的一侧表面，天线罩11、支架层12和天线板13三层之间通过丙烯酸压敏胶膜或双组分环氧胶粘接固定。分别在天线板13的上表面和天线罩体111下表面粘贴厚度小于50um的丙烯酸压敏胶膜，边框112定位粘接在天线板13上，支架层12放置于边框112中，支架层12能够粘接在天线板13上，之后将天线罩体111粘贴于边框112上，得到一体化天线阵面1，简化了制作工艺，降低制作难度。

天线罩11采用玻璃钢，玻璃钢密度约为1800Kg/m³，天线罩11为厚度大于0.2mm的预浸布，能够抵抗外界的冲击，天线罩11不易发生变形而影响天线的性能。优选地，天线罩11的厚度为0.2~0.5mm。

在一实施例中，如图5、图6所示，一体化天线阵面1还包括多个第一安装螺柱15和多个第二安装螺柱16，均温板2上设置有与第一安装螺柱15数量对应的第一安装孔212，第一安装螺柱15连接在第一安装孔212中，均温板2和一体化天线阵面1通过第一安装螺柱15进行连接。防护罩3上设置有与第二安装螺柱16数量对应的第二安装孔321，第二安装螺柱16连接在第二安装孔321中，防护罩3通过第二安装螺柱16连接在一体化天线阵面1上。

在一实施例中，天线板13为PCBA板，集成了收发天线、ACU控制、供电模块、上下变频等功能，实现了通讯控制功能的全集成。天线板13的远离天线罩11的一侧具有器件面131和包围器件面131的密封面132，密封面132位于天线板13的外缘处，器件面131用于安装CMOS芯片、电源芯片、控制器件等元器件，天线板13的靠近天线罩11的一侧表面布局接收天线辐射单元和发射天线辐射单元，其余元器件均布局与器件面131上，便于元器件的散热。防护罩3在一体化天线阵面1上的覆盖范围大于均温板2覆盖的范围，将第一安装螺柱15设置在器件面131上，能够实现均温板2对器件面131的覆盖保护，将第二安装螺柱16设置在密封面132上，能够实现防护罩3和一体化天线阵面1的互联以及均温板2的罩设保护。

在可替代的实施例中，边框112的远离天线罩11的一侧表面上设置有用于定位天线板13的外边缘的凹槽，天线板13的远离天线罩11的一侧表面和边框112的远离天线罩11的一侧表面平齐，边框112的远离天线罩11的一侧表面上也可以设置有第二安装螺柱16。

在一实施例中，如图4、图5所示，均温板2包括均温板主体21和围绕均温板主体21的外边缘设置的第一凸缘22，第一安装孔212设置在均温板主体21上，通过密封面132上的第一安装螺柱15，将均温板主体21连接在天线板13上。第一凸缘22的远离均温板主体21的一侧表面贴附在天线板13上，以覆盖器件面131，第一凸缘22从均温板主体21朝向天线板13突出，使得均温板主体21和天线板13之间具有空腔，能够容纳天线板13上的元器件，实现对元器件的覆盖保护。天线板13上的元器件产生的热量能够传导至均温板2上，均温板2由高导热的铝合金薄板材料制作，铝合金薄板的厚度为1~1.5mm，铝合金的导热系数大于，保证了很好的均温性，可以很好的将一体化天线阵面1的热量进行均温，避免局部热流密度过大而造成温度骤升。且铝合金薄板密度约为2700Kg/m³，能够满足轻量化需求，能够大幅度地降低天线的重量。

在一实施例中，第一凸缘22上涂覆有胶水，将第一凸缘22粘接在密封面132，实现均温板2的整体防水。

在一实施例中，如图5所示，均温板2还包括模块安装箱23及安装在模块安装箱23上的防护盖板24，模块安装箱23设置在均温板主体21上的朝向防护罩3的一侧表面上，模块安装箱23能够通过粘接或者焊接在均温板主体21上，模块安装腔内能够安装功能模块，功能模块通过线缆连接一体化天线阵面1，防护盖板24能够实现模块安装箱23的密封防水，能够适用于天线板13功能集成度不高的天线上。

在一实施例中，如图4、图5所示，均温板主体21上设置有向着天线板13的方向凸出的多个凸出部211，凸出部211能够抵接器件面131上的元器件，通过凸出部211抵接在器件面131的元器件上，能够减小发热的元器件和均温板2之间的空隙，进而降低传导热阻，利于实现元器件和均温板2之间的导热，同时能够提高均温板2的结构强度。优选地，为了与不同的元器件进行接触，多个凸出部211的凸出高度不同。

在一实施例中，均温板2还包括导热垫，导热垫设置在凸出部211和天线板13的元器件之间，导热垫贴附在凸出部211上或者元器件上，导热垫的覆盖范围根据元器件的大小进行确定。导热垫的导热系数大于，厚度大于1.5mm，由于元器件和均温板2的安装误差，以及凸出部211的制造误差等，具有凸出部211不能抵接元器件的情况，通过设置导热垫，导热垫能够发生变形，避免安装均温板2时导热垫压迫元器件，同时适应均温板2与元器件之间的误差，避免凸出部211和元器件具有间隙，热阻较大，不利于导热的情况。

优选地，导热垫的厚度为1.5~3mm。

可替代的，凸出部211和天线板13的元器件之间设置界面材料，界面材料可以为但不限于导热凝胶或者硅脂，同样具有降低接触热阻的作用。

在一实施例中，如图3所示，防护罩3包括防护罩主体31和围绕防护罩主体31设置的第二凸缘32，第二安装孔321设置在第二凸缘32上，第二凸缘32的远离防护罩主体31的一侧表面贴附在密封面132上，密封面132上的第二安装螺柱16连接在第二安装孔321中，在一体化天线阵面1和防护罩3之间形成散热腔，起到防护和结构完整性的作用。密封面132上涂抹胶水，能够使得密封面132与第二凸缘32的粘接，实现防护罩3与一体化天线阵面1之间的防水。

可替代地，密封面132和边框112的远离天线罩11的一侧表面上均设置有第二安装螺柱16，第二凸缘32设置对应的第二安装孔321，能连接天线板13和边框112。

优选地，防护罩3能够采用非金属聚合物或改性材料，如PC+ABS，改性的ABS，PBT+GF，能够保证强度及轻量化设计，能够大幅度地降低天线的重量。

在一实施例中，如图3、图5所示，相控阵天线还包括散热风扇33，通风口设置在防护罩主体31上，通风口包括进风口311和出风口312，进风口311和出风口312连通散热腔和外界，散热风扇33设置在出风口312处，散热风扇33能够将散热腔中的气体从出风口312送出，并带动外界空气从进风口311进入散热腔中，实现冷空气与均温板2的热交换。

为保证在高温环境下天线的可靠工作，本实施例中采用散热风扇33进行强迫风冷，一体化天线阵面1的散热路径主要有两条，其一，天线板13的密封面132上设置有收发阵面的天线控制芯片，以及大量的控制、电源、接口处理芯片，同时天线板13上有大量的地孔、屏蔽孔、信号孔，可增大天线板13的垂向导热率，所有元器件的热量可传递至天线板13的朝向天线罩11的一侧表面上，再通过PMI泡沫传导至天线罩11的远离天线板13的一侧表面，并与外界环境进行热交换，且天线罩11的远离天线板13的一侧表面上喷涂有白色的高发射率、低吸收率的涂料层，可以提高天线罩11表面的辐射散热，同时降低对太阳辐射的吸收。其二是元器件产生的热量向均温板2传导，均温板2进行均温，均温板2采用高导热的铝合金薄板材料制作，与环境的自然换热系数约为左右，通过散热风扇33进行抽风，能够加快均温板2与冷空气进行热交换，提高换热系数。

需要说明的是，在防护罩3内不设置散热风扇33进行强迫风冷时，均温板2的第一凸缘22上可以不涂抹胶水，通过第二凸缘32和密封面132之间涂抹胶水，能够实现均温板2和防护罩3的防水，能够简化装配过程。

在一实施例中，均温板2的朝向防护罩3的一侧表面上设置多个散热鳍片，能够增加换热面积，加快换热。

在一实施例中，如图3所示，均温板2上设置有接口防水罩25，接口防水罩25罩设在线缆的接头处，接口防水罩25和均温板2之间设置密封垫实现防水。

在一实施例中，如图3所示，防护罩3还包括设置在防护罩主体31上的至少一个隔板34，隔板34能够将散热腔分隔为至少两部分，每一部分散热腔对应的防护罩主体31上均设置有进风口311和出风口312，通过隔板34间隔使得各部分散热腔之间互不连通，使得各个散热腔的进风和出风互相不发生互扰，每一散热腔内的风扇可根据一体化天线阵面1反馈的散热需求及时调控排风量。

具体地，如图7所示，隔板34设置有一个，隔板34能够将散热腔分隔为第一散热腔和第二散热腔，进风口311包括第一进风口和第二进风口，出风口312包括第一出风口和第二出风口，散热风扇33包括第一散热风扇和第二散热风扇，第一散热风扇设置在第一散热腔中且靠近第一出风口设置，第一散热风扇能够带动冷空气从第一进风口进入第一散热腔中，以及带动加热后的空气从第一出风口流出第一散热腔。第二散热风扇设置在第二散热腔中且靠近第二出风口设置，第二散热风扇能够带动冷空气从第二进风口进入第二散热腔中，以及带动加热后的空气从第二出风口流出第二散热腔。

在一实施例中，如图1、图3所示，天线罩11的远离天线板13的一侧表面为向着远离天线板13的方向凸起的弧形，中间高四边低，天线罩11上设置有疏水层。常规地，雨水掉落在天线罩11表面后，由于整体结构为平面结构，水滴无法获得额外的动力，同时由于常规的天线罩11的表面涂层具有一定的亲水性，会使水滴与接触面之间形成较小的疏水角，雨水不断堆积后会形成连续的水膜，进而影响天线的性能。本实施例中，天线罩11采用连续的弧面结构，使水滴在天线罩11上有一定的滚动角，便于水滴从天线罩11上滚落。且天线罩11的表面喷涂超疏水纳米涂层，降低了亲水性，可以达到水滴的滚动角最小为θ=2°，天线罩11上的滚动角在不同位置不相同，为了降低相控阵天线整机的高度，通过天线仿真及弧面任意点切线的计算方法来进行控制。

在一实施例中，如图3所示，天线板13上设置有收发隔离区133，一体化天线阵面1还包括加热膜14，加热膜14设置在天线罩11和支架层之间且与收发隔离区133对应的位置处，加热膜14为PI（聚酰亚胺）加热膜，加热膜14提供额外热量融化积雪，在天线板13上收发隔离区133上不设置天线单元，避免加热膜14影响天线罩11透波损耗。

在一实施例中，天线罩11上设置有传感器，传感器电连接加热膜14。天线板13上的元器件产生的热量可传递至天线罩11上，当天线罩11上的传感器检测到积雪，关闭散热风扇33，降低强迫风冷与外界的热对流，提高向天线罩11路径的散热量。天线罩11为弧形，天线板13为平板状，支架层12的贴合在天线罩11的一侧表面也呈中间高四周低的弧面结构，四周位置的泡沫较薄，热量传递至天线罩11表面的热阻小，大部分热量可传递至天线罩11表面融化积雪，中间位置的泡沫相对较厚，热量在传递至天线罩11表面的过程中，热阻较大，PI加热膜14提供额外热量融化积雪且不会影响天线罩11透波损耗，通过加热膜14以及天线板13自身热量进行加热融雪，使得相控阵天线在冰雪天使用时不积雪，消除由于雨雪堆积对天线性能的影响。PI加热膜14可根据检测传感器及温度反馈进行实施开关调整。

另一方面，本发明实施例提供一种通讯设备，包括上述实施例的相控阵天线。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相控阵天线，其特征在于，包括一体化天线阵面、均温板和防护罩，所述一体化天线阵面包括天线罩、支架层和天线板，所述天线罩安装在所述天线板上，所述天线罩与天线板围合形成有容纳腔，所述支架层设置在所述容纳腔中，所述支架层粘接固定在所述天线罩和所述天线板之间；

所述均温板安装在所述天线板的远离所述天线罩的一侧表面上，所述一体化天线阵面和所述防护罩相对设置，所述防护罩连接在所述一体化天线阵面的上并罩设在所述均温板上，所述防护罩上设置有与外界连通的通风口；

所述天线板的远离所述天线罩的一侧具有器件面，所述器件面用于安装元器件，所述均温板包括均温板主体，所述均温板主体上设置有向着所述天线板的方向凸出的多个凸出部，所述凸出部能够抵接所述器件面上的元器件。

2.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述一体化天线阵面还包括多个第一安装螺柱和多个第二安装螺柱，所述均温板上设置有与所述第一安装螺柱数量对应的第一安装孔，所述第一安装螺柱连接在所述第一安装孔中；所述防护罩上设置有与所述第二安装螺柱数量对应的第二安装孔，所述第二安装螺柱连接在所述第二安装孔中。

3.如权利要求2所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线板的远离所述天线罩的一侧还具有包围所述器件面的密封面，所述第一安装螺柱设置在所述器件面上，所述第二安装螺柱设置在所述密封面上。

4.如权利要求3所述的相控阵天线，其特征在于，所述均温板还包括围绕所述均温板主体的外边缘设置的第一凸缘，所述第一安装孔设置在所述均温板主体上，所述第一凸缘的远离所述均温板主体的一侧表面贴附在所述器件面上。

5.如权利要求4所述的相控阵天线，其特征在于，所述均温板还包括模块安装箱及安装在所述模块安装箱上的防护盖板，所述模块安装箱设置在所述均温板主体上的朝向所述防护罩的一侧表面上。

6.如权利要求4所述的相控阵天线，其特征在于，所述均温板还包括导热垫，所述导热垫设置在所述凸出部和所述天线板的元器件之间。

7.如权利要求3所述的相控阵天线，其特征在于，所述防护罩包括防护罩主体和围绕所述防护罩主体设置的第二凸缘，所述第二安装孔设置在所述第二凸缘上，所述第二凸缘的远离所述防护罩主体的一侧表面贴附在所述密封面上，以形成散热腔。

8.如权利要求7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风扇，所述通风口包括进风口和出风口，所述进风口和所述出风口连通所述散热腔和外界，所述散热风扇设置在所述出风口处；

所述防护罩还包括设置在所述防护罩主体上的至少一个隔板，所述隔板能够将所述散热腔分隔为至少两部分，每一部分所述散热腔对应的防护罩主体上均设置有进风口和出风口。

9.如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线板上设置有收发隔离区，所述一体化天线阵面还包括加热膜，所述加热膜设置在所述天线罩和所述支架层之间且与所述收发隔离区对应的位置处，所述天线罩上设置有传感器，所述传感器电连接所述加热膜；

所述天线罩的远离所述天线板的一侧表面为弧形且涂覆有疏水层。

10.一种通讯设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的相控阵天线。