本发明专利技术公开了一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，旨在解决现有设计方案在高频工作时无法实现有效散热且不易于进行天线组阵的问题。其技术方案要点是：包括线性开口鳍片式金属散热片、散热片金属底座和基板，基板的上表面与散热片金属底座相连，基板的下表面与热源芯片相连，其特征在于，所述散热片金属底座上开有作为天线辐射口径的双脊波导通腔阵列，所述双脊波导通腔阵列上设置有线性开口鳍片式金属散热片。本发明专利技术实现了天线与散热结构的共形，极大地节省了系统空间。极大地节省了系统空间。极大地节省了系统空间。
【技术实现步骤摘要】
一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构
[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及到一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构。
技术介绍
[0002]近年来，人们为了充分利用有限的系统空间资源，减少过长馈线和接口不连续性所带来的能量损耗，实现小型化、高集成度的无线通信系统，在设计中往往会将包含芯片、前端电路和射频天线在内的各种有源和无源器件集成在同一个封装体中。虽然目前无线通信系统的输入总功率在逐渐降低，但是由于系统整体尺寸的进一步减小，其单位体积内的功耗实际上反而在增加，散热问题极易引起器件性能的恶化，导致系统无法正常工作，甚至严重损毁。因而在实际设计中，往往需要同时考虑系统的散热性能。为了耗散系统中多余的热量，且考虑到材料的导热性能，通常会设计额外的金属散热结构，如常见的金属散热片。但是在实际应用中，金属散热片结构易与邻近的集成电路和天线等各种射频器件发生寄生电磁耦合，从而引起电磁兼容问题，且其自身的寄生辐射还有可能导致天线整体方向图的畸变与恶化，影响系统的正常工作。对此，以往的解决方案往往希望抑制金属散热片产生的辐射，但是这样会增加设计复杂度。电热协同的散热天线方案则提供了一种新的思路，它可以在共形设计的基础上，兼顾无线通信系统的正常工作和散热性能。
[0003]现有的散热天线方案主要采用散热片与微带贴片天线的结合，最直接的方式即在微带贴片天线顶部加装鳍片式金属散热片。但是该方案同时要求金属散热片底座尺寸与微带贴片尺寸保持完全一致，当工作频率升高时，微带贴片尺寸随着波长缩短而不断减小，这极大地限制了金属散热片的设计空间，导致无法实现足够的散热能力。此外，该方案不易于进行天线组阵，难以满足一些需要高增益、窄波束、波束扫描等需求的应用场景。上述问题对于散热天线在毫米波频段的拓展来说尤其严重。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，通过将传统鳍片式金属散热片设计成线性锥削结构，并在底座中引入双脊波导通腔作为辐射口径，将散热片结构设计为具有辐射功能的天线阵，实现了天线与散热片结构的共形，适用于天线与散热结构一体化设计，提高了系统的集成度。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，包括线性开口鳍片式金属散热片、散热片金属底座和基板，基板的上表面与散热片金属底座相连，基板的下表面与热源芯片相连，所述散热片金属底座上开有作为天线辐射口径的双脊波导通腔阵列，所述双脊波导通腔阵列上设置有线性开口鳍片式金属散热片；
[0007]所述基板包含多层金属层，各金属层之间设有介质层，所述介质层中含有用于形成基片集成波导结构的金属过孔阵列。
[0008]本专利技术的进一步设置为：所述双脊波导通腔阵列的开口尺寸满足双脊波导的TE10工作模式，每个双脊波导通腔与相邻两个线性开口鳍片式金属散热片构成线性锥削缝隙天线。
[0009]本专利技术的进一步设置为：所述线性开口鳍片式金属散热片的高度应大于二分之一工作波长，线性锥削缝隙开口大小应小于二分之一工作波长，散热片鳍片之间的间距应不大于一个工作波长。
[0010]本专利技术的进一步设置为：所述基板位于散热片金属底座的下方，包括从上倒下依次设置的上层金属层、上层介质层、中层金属层、中层介质层、下层金属层、下层介质层、以及底层金属层，其中，
[0011]上层金属层、上层介质层、上层金属过孔阵列、中层金属层、中层介质层、中层金属过孔阵列、下层金属层、下层介质层、下层金属过孔阵列、以及底层金属层构成了纵向基片集成波导结构。
[0012]本专利技术的进一步设置为：中层金属层、带状线馈电输入结构和下层金属层构成了带状线T型输入功率分配馈电网络。
[0013]本专利技术的进一步设置为：上层金属层中有上层矩形开口阵列，中层金属层中有中层矩形开口阵列，下层金属层中有底层矩形开口阵列，与散热片金属底座的双脊波导通腔阵列对应，作为散热片天线阵的馈电结构。
[0014]本专利技术的进一步设置为：所述中层介质层上设置有用于与纵向基片集成波导结构之间转接馈电的带状线馈电输入结构。
[0015]本专利技术的进一步设置为：所述基板为低温共烧陶瓷基板。
[0016]本专利技术的进一步设置为：热源芯片应位于基板下方，金属过孔阵列、金属过孔阵列和金属过孔阵列作为导热通孔将热源芯片的热量传导至线性开口鳍片式金属散热片。
[0017]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]1、基于电热协同方案，通过对鳍片式金属散热片结构进行优化设计，在散热结构的底座中引入双脊波导通腔作为天线的辐射口径，从而将散热片自身设计为具有辐射功能的天线阵列，实现了天线与散热结构的共形，极大地节省了系统空间。
[0019]2、通过在鳍片式金属散热片中引入双脊波导通腔，实现了线性锥削缝隙天线的形式，相比于矩形波导，双脊波导是其小型化结构，拥有更低的截止频率，有效缩短了阵列间的单元间距，改善了方向图的副瓣电平。
[0020]3、为了兼顾天线的散热性能，在基板中设计了纵向基片集成波导结构的天线馈电网络，其中包含的大量金属过孔，可同时作为导热通孔将热源热量传导至鳍片式散热片，降低了设计复杂度，节省了设计成本。
[0021]4、所设计的基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，整体尺寸不再限制于工作频率和波长，可以很好地应用于微波乃至毫米波频段。
[0022]5、在低温共烧陶瓷基板中，采用了基片集成波导结构作为散热片天线的馈电网络，其包含大量的金属化孔，可同时作为导热通孔将热源热量传导至鳍片式散热片，无需额外的导热结构，降低了设计复杂度，节省了设计成本。
附图说明
[0023]图1是2
×
2散热片天线阵结构的结构示意图。
[0024]图2是4
×
4散热片天线阵结构的结构示意图。
[0025]图3是纵向基片集成波导结构的结构示意图。
[0026]图4是带状线馈电输入结构的平面示意图。
[0027]图5是4
×
4散热片天线阵单元增益随鳍片高度变化曲线。
[0028]图6是4
×
4散热片天线阵单元增益随鳍片开口间距变化曲线。
[0029]图7为4
×
4散热片天线阵反射系数曲线。
[0030]图8为4
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4散热片天线阵增益曲线。
[0031]图9为4
×
4散热片天线阵辐射方向图。
[0032]标号：1、散热片金属底座2、上层金属层3、金属过孔阵列4、中层金属层5、金属过孔阵列6、下层金属层7、金属过孔阵列8、线性开口鳍片式金属散热片9、双脊波导通腔阵列10、矩形开口阵列11、上层介质层12、矩形开口阵列13、中层介质层14、带状线馈电输入结构15、矩形开口阵列16、下层介质层17、底层金属层
具体实施方式
[0033]为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，包括线性开口鳍片式金属散热片(8)、散热片金属底座(1)和基板，基板的上表面与散热片金属底座(1)相连，基板的下表面与热源芯片相连，其特征在于，所述散热片金属底座(1)上开有作为天线辐射口径的双脊波导通腔阵列(9)，所述双脊波导通腔阵列(9)上设置有线性开口鳍片式金属散热片(8)；所述基板包含多层金属层，各金属层之间设有介质层，所述介质层中含有用于形成基片集成波导结构的金属过孔阵列。2.根据权利要求1所述的一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，其特征在于，所述双脊波导通腔阵列(9)的开口尺寸满足双脊波导的TE10工作模式，每个双脊波导通腔与相邻两个线性开口鳍片式金属散热片(8)构成线性锥削缝隙天线。3.根据权利要求1所述的一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，其特征在于，所述线性开口鳍片式金属散热片(8)的高度应大于二分之一工作波长，线性锥削缝隙开口大小应小于二分之一工作波长，散热片鳍片之间的间距应不大于一个工作波长。4.根据权利要求1所述的一种基于线性锥削缝隙形式的散热片天线阵结构，其特征在于，所述基板位于散热片金属底座(1)的下方，包括从上倒下依次设置的上层金属层(2)、上层介质层(11)、中层金属层(4)、中层介质层(13)、下层金属层(6)、下层介质层(16)、以及底层金属层(17)，其中，上层金属层(2)、上...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐旻，钱佳唯，毛军发，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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