專利名稱：具有金屬波導板的先進的集成天線印刷線路板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及相控陣列天線，并且更具體地涉及用于相控陣列天線系統(tǒng)的集成天線(antenna integrated)印刷線路板組件以及構建這類系統(tǒng)的方法。
背景技術：
包括集成天線印刷線路板組件的現(xiàn)有相控陣列天線系統(tǒng)(例如在美國專利 6，670，930中描述的那些)在系統(tǒng)的整個波導部分利用單個或多層印刷線路板。在這類系 統(tǒng)中使用的印刷線路板一般地由絕熱的介電材料構成。由集成在印刷線路板中的電子器件 產生的熱不容易通過波導部分散發(fā)，因此可能降低系統(tǒng)的性能。例如，過多的熱可能引起較 低的有效全向輻射功率(EIRP)、較高的噪聲，并限制每單元的功率水平。此外，利用用于天 線元件的籠式傳導結構的現(xiàn)有系統(tǒng)(也被稱為“罐(can)”)具有有限的上限工作頻率。期 望提供包括多層印刷線路板組件的相控陣列天線系統(tǒng)，所述多層印刷線路板組件可以在較 高的上限頻率下工作，并且更有效地通過波導部分散熱，由此可以允許例如增加每單元的 功率水平以及更好的系統(tǒng)性能。

發(fā)明內容
提供一種系統(tǒng)和構建包括金屬波導板和多層印刷線路板的相控陣列天線系統(tǒng)的 方法。多層印刷線路板組件具有至少一個探針和集成在其中的至少一個電子器件。與多層 印刷線路板組件鄰接地安置具有形成在其中的至少一個波導的金屬波導板，以便由至少一 個電子器件產生的熱散發(fā)到金屬波導板。在一些實施例中，安置金屬波導板，以便將探針的至少一部分包含在波導內。波導 可以包含介電材料，該介電材料包圍波導內的探針的至少一部分，并且在探針和金屬波導 板之間提供介電隔離物。因此波導和探針可以形成天線元件。波導可以是圓柱形的，并且 可以包括上部分和下部分，其中上部分具有大于下部分的直徑。波導的上部分的深度和直 徑可以對應于期望的工作頻率。此外，在另一示例性實施例中，金屬底座可以被集成到印刷 線路板內并且與金屬波導板鄰接地安置，以便由至少一個電子器件產生的熱通過金屬底座 散發(fā)到金屬波導板。金屬波導板可以通過鑄造由銅構成，并且波導的壁可以是連續(xù)的。在 本發(fā)明的各種實施例中可以獨立地實現(xiàn)已經討論的特征、功能和優(yōu)勢，或在另一些實施例 中可以組合已經討論的特征、功能和優(yōu)勢，可以參照下述描述和附圖看出其進一步的細節(jié)。


圖1是形成64個元件的相控陣列天線系統(tǒng)的金屬波導板和印刷線路板組件的一 種實施方式的示例的頂部分解透視圖。圖2描繪了沿著圖1的線2-2的金屬波導板和印刷線路板的一種實施方式的示例 的剖視圖。
具體實施例方式提供了一種系統(tǒng)和構建包括具有金屬波導板的印刷線路板組件的相控陣列天線 系統(tǒng)的方法。該系統(tǒng)使用金屬波導板來朝向并通過所述系統(tǒng)的波導部分散熱。金屬波導板 以及印刷線路板組件的使用提供了包括但不限于以下的優(yōu)勢較高的EIRP、較低的噪聲、 較高的每單元功率水平和較大范圍的工作頻率。參照圖1，相控陣列天線系統(tǒng)10包括多層印刷線路板組件12和金屬波導板14。 多層印刷線路板組件12包括多個獨立的層或具有互連電路的印刷線路板(如在美國專利 6，670，930中描述的，該專利通過引用合并于此)。例如 ，多層印刷線路板組件12可以包括 集成在其中的電子器件和功率、邏輯、及RF分布電路。這類電子器件可以包括但不限于 單片微波集成電路(MMIC)、專用集成電路(ASIC)、電容器、電阻器等。因此，本領域技術人 員應理解在多層印刷線路板組件12內和多層印刷線路板組件上執(zhí)行多種電氣操作和機械 操作，例如RF、功率和邏輯分布。所述多種電氣操作和機械操作產生熱，必須散熱以保持系 統(tǒng)的有效性能。在包括由印刷線路板構成的波導部分的相控陣列天線系統(tǒng)(例如在美國 6，670，930中描述的那些)中，不容易朝向并通過所述波導部分散熱。進一步參照圖1和參照圖2，多層印刷線路板組件12具有集成在其中的射頻(RF) 探針16。在圖1中所描繪的實施例包括布置成8X8格點的64個RF探針16。RF探針16 的數(shù)目將根據(jù)應用而變化。金屬波導板14具有形成在其中的圓柱形或柱形孔，因此形成圓 柱形波導或柱形波導20。圓柱形波導或柱形波導20可以包括上部分26和下部分28。上 部分26可以具有大于下部分28的直徑。圓柱形波導20在形狀上不必須是圓柱形，而可以 是各種形狀，包括但不限于正方柱形、三角柱形、長方柱形、六邊柱形和八邊柱形。在圖1中 所描繪的實施例也包括布置成8X8格點的64個圓柱形波導20，以覆蓋RF探針16的8X8 格點。安置金屬波導板14，以便每個RF探針16處于對應的圓柱形波導20內。每個RF探 針16和對應的圓柱形波導20形成天線元件。通過圓柱形波導20的上部分26的直徑和深 度來確定天線元件將要工作的頻率。上部分26的直徑和深度可以分別是例如1/2傳導波 長和1/4傳導波長。較深的上部分26將對應較低的工作頻率，而較淺的上部分26將對應 較高的工作頻率，因此允許系統(tǒng)工作在許多不同的頻率上。類似地，上部分26的較寬直徑 將對應較低的工作頻率，而較窄的直徑將對應較高的工作頻率。可以用介電材料24填充每 個圓柱形波導20，以包圍RF探針16并且在金屬板22和RF探針16之間提供介電隔離物。 可以將金屬底座18與多層印刷線路板組件12集成在一起，以朝向金屬波導板14散熱。在一個實施例中，金屬板22可以是實心的，因此允許形成在其中的圓柱形波導20 的壁是連續(xù)的。圓柱形波導20的連續(xù)的壁允許比在多層印刷線路板內由不連續(xù)的或“籠 式”的壁構成的現(xiàn)有波導結構(例如在美國專利6，670，930中描述的那些)更高的上限工 作頻率?？梢詤⒄赵诿绹鴮＠?，670，930中公開的方法來構建多層印刷線路板組件12。金 屬波導板14和RF探針16可以由例如銅構成?？梢酝ㄟ^例如鑄造或機加工來構建具有設 置在其中的圓柱形波導20的金屬波導板14?？梢酝ㄟ^例如注塑或作為預制塞來將介電材 料24插入到圓柱形波導20內?？梢酝ㄟ^例如穿過填充介質的圓柱形波導20鉆出通道和 鍍覆來構建RF探針16。接著可以刻蝕銅鍍覆以使RF探針16的頂部和底部成形。如圖2 所示，也可以通過穿過已經互相固定的金屬波導板14和多層印刷線路板組件12這兩者來鉆孔和鍍覆來構建RF探針16。也可以預先制造RF探針16并且將其插入到鉆成以容納探 針的通道內。參照圖2，示出了緊密對接(abutting)接觸的多層印刷線路板組件12和金屬 波導板14?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的緊固件、膠水、焊料或層壓板來將多層印刷線路板組件12和波 導板14以緊密牢固對接接觸方式固定。
已經展示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以上描述，其目的在于說明和描述，并且無意 窮盡或將本發(fā)明限制在所公開的精確形式。這些描述被選擇來最好地解釋本發(fā)明的原理和 它們的實際應用，以使得本領域其它技術人員能夠以適合所考慮的特殊使用的各種實施例 和各種修改的方式來最好地利用本發(fā)明。希望本發(fā)明的范圍不受說明書的限制，而是由隨 附的權利要求來限定。
權利要求
一種相控陣列天線系統(tǒng)(10)，包括多層印刷線路板組件(12)；至少一個探針(16)，所述探針與所述多層印刷線路板組件(12)集成在一起；至少一個電子器件，所述電子器件與所述多層印刷線路板組件(12)集成在一起；金屬波導板(14)，所述金屬波導板與所述多層印刷線路板組件(12)鄰接地安置，以便由所述至少一個電子器件產生的熱散發(fā)到所述金屬波導板(14)；以及至少一個波導(20)，所述波導形成在所述金屬波導板(14)內。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中安置所述金屬波導板(14)，以便將所述探針(16)的 至少一部分包含在所述波導(20)內。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述波導(20)包含介電材料，以便所述介電材料包 圍在所述波導(20)內的所述探針(16)的至少一部分，并且在所述探針(16)和所述金屬波 導板(14)之間提供介電隔離物。
4.如權利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述波導(20)和所述探針(16)形成天線元件。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述波導(20)是圓柱形的，并且還包括上部分(26) 和下部分(28)，其中所述上部分(26)具有大于所述下部分(28)的直徑。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述波導(20)的所述上部分(26)的深度和直徑對 應于所述天線元件的期望工作頻率。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，還包括金屬底座(18)，所述金屬底座被集成到所述印刷線路板組件(12)內，并且與所述金屬 波導板(14)鄰接地安置，以便由所述至少一個電子器件產生的熱通過所述金屬底座(18) 散發(fā)到所述金屬波導板(14)。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述金屬波導板(14)是由銅構成的。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個波導(20)的壁是連續(xù)的。
10.一種構建相控陣列天線系統(tǒng)(10)的方法，包括 在金屬波導板(14)內形成至少一個波導(20)；以及與多層印刷線路板組件(12)鄰接地安置所述金屬波導板(14)，其中所述多層印刷線 路板組件(12)具有集成在其中的至少一個電子器件，以便由所述至少一個電子器件產生 的熱散發(fā)到所述金屬波導板(14)。
11.如權利要求10所述的方法，還包括在所述至少一個波導(20)中形成上部分(26) 和下部分(28)，其中所述上部分(26)和所述下部分(28)的壁是連續(xù)的。
12.如權利要求11所述的方法，還包括相應于期望的工作頻率形成所述上部分(26)的 深度和直徑。
13.如權利要求12所述的方法，還包括在所述至少一個波導(20)內安置所述介電材料。
14.如權利要求13所述的方法，其中在所述至少一個波導(20)內安置所述介電材料的 步驟是通過注塑來完成的。
15.如權利要求13所述的方法，還包括安置探針(16)，以便所述探針(16)的至少一部 分位于所述金屬波導板(14)的所述波導(20)內，并且與所述多層印刷線路板組件(12)集成在一起。
16.如權利要求15所述的方法，其中安置所述探針(16)的步驟通過鉆孔和鍍覆來完成。
17.如權利要求15所述的方法，其中安置所述探針(16)的步驟是通過鉆出容納所述探 針(16)的通道以及插入預制探針(16)來完成的。
18.如權利要求10所述的方法，其中安置所述金屬波導板(14)的步驟包括與所述多 層印刷線路板組件(12)鄰接地安置所述金屬波導板(14)，其中所述多層印刷線路板組件 (12)具有集成在其中的至少一個電子器件和至少一個金屬底座(18)，以便由所述至少一 個電子器件產生的熱通過所述金屬底座(18)散發(fā)到所述金屬波導板(14)。
19.如權利要求10所述的方法，其中所述金屬波導板(14)是通過鑄造形成的。
20.如權利要求10所述的方法，其中通過緊固、膠合、焊接或層壓中的至少一種來將所 述金屬波導板(14)以對接接觸方式固定到所述多層印刷線路板組件(12)。
全文摘要
提供一種系統(tǒng)和構建相控陣列天線(10)系統(tǒng)的方法，該相控陣列天線(10)系統(tǒng)包括具有金屬波導板(14)的印刷線路板組件(12)。所述系統(tǒng)使用金屬波導板來朝向并通過所述系統(tǒng)的波導部分散熱。
文檔編號H01Q21/06GK101809818SQ200880101936
公開日2010年8月18日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權日2007年10月3日
發(fā)明者J·A·納瓦羅, M·基薩, O·C·埃爾費爾, R·N·博斯特威克 申請人:波音公司