[发明专利]一种散热片天线阵结构

说明书

本发明涉及一种散热片天线阵结构，包括鳍片式的金属散热片、散热片金属底座和基板。基板上表面与散热片金属底座相连，其下表面与热源芯片相连，散热片金属底座上开有作为天线辐射口径的矩形通腔阵列；基板包括多层金属层，各金属层之间设有介质层，且最上层金属层开有与散热片金属底座的矩形通腔阵列对应的矩形孔阵列，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；金属过孔阵列有效降低鳍片式的金属散热片与热源芯片之间的通道热阻，并形成基片集成波导结构以作为散热片天线的馈电网络。与现有技术相比，本发明实现了天线与散热片结构的共形，提高了系统的集成度。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种散热片天线阵结构。

背景技术

随着电子通信技术的不断发展，小型化、高集成度的无线通信系统应用领域越来越广泛。在系统设计过程中，为了充分利用空间资源，减少过长馈线所带来的能量损耗，包含芯片、前端电路和天线在内的各种有源和无源器件被要求集成在有限尺寸的封装体中。此时，虽然系统的输入总功率有所降低，但是由于整体尺寸的减小，其单位体积内所承受的热功率反而增加，极易引起器件性能的降低，导致系统无法正常工作，甚至严重损毁。因此在实际设计中，需同时考虑系统的散热性能，为了耗散系统中多余的热量，通常将引入额外的散热结构。

考虑到导热性能，散热结构通常为金属材质，鳍片式金属散热片即为一种常用的散热结构。然而在实际应用中，由于金属散热片往往紧邻系统电路，其易与各个器件发生寄生电磁耦合，从而引起电磁兼容问题，导致能量损耗或额外噪声。并且，对于包含天线的集成系统，金属散热片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，极大地影响了系统的正常工作。因此，为了同时兼顾集成系统的正常工作和散热性能，电热协同的一体化设计尤为重要。

为了实现电热协同设计，现有的方法主要采用散热片与微带贴片天线的结合，例如在微带贴片天线顶部加装鳍片式金属散热片。该方法能够在一定程度上提高微带贴片天线的辐射效率，但是由于散热片底座尺寸需要与贴片尺寸保持一致，当工作频率升高时，贴片尺寸随着波长缩短而不断减小，极大地限制了散热片的设计空间，导致无法实现有效散热。上述问题对于毫米波天线设计来说尤其严重。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而通过在传统鳍片式的金属散热片底座中引入矩形通腔作为辐射口径，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，提高了系统的集成度，适用于高功率小型化的射频与毫米波收发组件的天线与散热结构一体化设计。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种散热片天线阵结构，包括鳍片式金属散热片(7)、散热片金属底座(1) 和基板，基板上表面与散热片金属底座(1)相连，其下表面与热源芯片相连，所述散热片金属底座(1)上开有作为天线辐射口径的矩形通腔阵列(8)，所述基板包括多层金属层，各金属层之间设有介质层，且最上层金属层开有与散热片金属底座的矩形通腔阵列(8)对应的矩形孔阵列(9)，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；

各介质层中的金属过孔阵列有效降低鳍片式金属散热片(7)与热源芯片之间的通道热阻，并形成基片集成波导结构以作为散热片天线的馈电网络。

所述矩形通腔阵列(8)的开口尺寸满足矩形波导的TE₁₀工作模式，每个矩形通腔与相邻两个金属鳍片构成准电磁工作模式的阶梯剖面喇叭天线。

所述基板共包含三层金属层，其中，

最上层金属层(2)、上层介质层(3)、中层金属层(4)，以及上层介质层(3) 中的上层金属过孔阵列(10)构成上层基片集成波导结构，

中层金属层(4)、下层介质层(5)、最下层金属层(6)，以及下层介质层(5) 中的下层金属过孔阵列(12)构成下层基片集成波导结构。