天线设备、电路板和布置方法与流程

本发明涉及一种天线设备、电路板和布置方法。

背景技术：

包括阵列天线的天线设备有时用在移动电话的基站中。在这种天线设备中，期望小型化。

作为相关技术，专利文献1公开了一种用于使天线设备小型化的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-039857

技术实现要素：

发明要解决的问题

移动通信中的工作频率趋于变高。由于阵列天线中的天线元件之间的几何间隔通常需要是工作频带的大约半波长，因此随着工作频率变高，使用例如专利文献1中公开的技术来实现小型化。

然而，当天线元件之间的间隔变得极窄时，难以确保用于容纳属于天线元件的电子组件的空间。此外，在用于移动通信的基站中的高频高功率电子组件的情况下，存在如下问题：在天线元件之间的窄空间中安装电子组件以及散热或热传输的部件特别困难。

本发明的目的是提供一种能够解决上述问题的天线设备、电路板、热传输部件和布置方法。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的天线设备设置有：多个电路板，其以组件安装面彼此相对的方式平行布置；多个天线元件，其沿着所述多个电路板的相互邻接的侧布置，所述多个天线元件在与所述多个电路板的组件安装面垂直的垂直方向上并排布置；以及电子组件，其布置在所述电路板的所述组件安装面上，并经由高频传输电路连接到所述天线元件，其中，所述多个电路板被布置成使得所述多个电路板之间在所述垂直方向上的间隔大于所述垂直方向上并排布置的多个天线元件之间的间隔，并且在不同的电路板上布置在相对的组件安装面的电子组件被布置成在所述电路板的安装面方向上错位。

本发明的天线设备设置有：多个电路板，其沿着与组件安装面垂直的垂直方向平行布置；多个天线元件，其设置在所述多个电路板之间的第一空间中；电子组件，其设置在所述第一空间中，并经由高频传输电路连接到所述天线元件；以及热流路，其设置在与所述第一空间邻接的第二空间中。

本发明的电路板安装有电子组件，所述电子组件通过高频传输电路连接到所布置的多个天线元件，其中，所述电路板的厚度方向上的安装所述电子组件的空间尺寸被配置得大于所布置的多个天线元件之间的间隔，以及所述电路板以如下方式进行布置：安装面彼此相对地布置，并且针对各对，与所述电子组件相对应的位置在所述电路板的面方向上错位。

本发明的电路板的布置方法布置电路板，在各所述电路板上安装有用于向所布置的多个天线元件供电的电子组件，其中，所述电路板的厚度方向上的安装所述电子组件的空间尺寸被配置得大于所布置的多个天线元件之间的间隔，以及安装面彼此相对地布置，并且针对各对，与所述电子组件相对应的位置在所述电路板的面方向上错位。

发明的效果

根据本发明，在要求能够输出高频高功率无线电波并且使用大尺寸电子组件的天线设备中，同时实现取决于波长的理想天线元件间隔、电子组件安装和热传输部件。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的天线设备的立体图。

图2是示出图1所示的天线设备的一部分的截面图。

图3是示出在图2所示的天线设备中布置在相对位置的电子组件的布置的图。

图4是示出图1所示的天线设备中的一个电路板和电子组件安装状态的图。

图5是示出根据本发明的实施例的一个单元的电路板的立体图。

图6是示出从图1所示的天线设备移除散热器的状态的立体图。

图7是图1所示的天线设备的包括部分透视图的正面图。

具体实施方式

<实施例>

在下文中，将参考附图来详细描述实施例。

将描述根据本发明的实施例的天线设备1。

如图1所示，根据本发明的实施例的天线设备1包括：电路板10a1、10a2、10b1、...、10p2；天线元件20a1、20a2、20b1、...、20p2；电子组件40a11、40a12、40a21、40a22、40b11、...、40p21、40p22；发热管70；以及散热器80。如图2所示，天线设备1包括导电帽(60a1、60a2、60b1、60b2、60c1、...、60p1)。为了使天线设备1的结构易于理解，图1中未示出导电帽。

在下文中，电路板10a1、10a2、10b1、...、10p2统称为电路板10。此外，天线元件20a1、20a2、20b1、...、20p2统称为天线元件20。此外，电子组件40a11、40a12、40a21、40a22、40b11、...、40p22、40p22统称为电子组件40。导电帽60a1、60a2、60b1、...、60p2统称为导电帽60。

电路板10a1向天线元件20a1供电。在电路板10a1中，电子组件40a11和40a12安装在组件安装面上。电子组件40a11和40a12构成用于实现滤波器、传输单元、低噪声放大器、功率放大器、上变频器和下变频器等的功能的电路。

此外，电路板10a2向天线元件20a2供电。在电路板10a2中，电子组件40a21和40a22安装在组件安装面上。电子组件40a21和40a22构成用于实现滤波器、传输单元、低噪声放大器、功率放大器、上变频器和下变频器等的功能的电路。

电路板10a1与电路板10a2构成一对。此外，电路板10b1和10b2、10c1和10c2、...、10p1和10j2与电路板10a1和10a2类似地构成一对。在下文中，一对电路板10a1和电路板10a2被称为电路板10a。一对电路板10b1和电路板10b2被称为电路板10b，...，以及一对电路板10p1和电路板10p2被称为电路板10p。电路板10a至电路板10p的位置各自依次在垂直于组件安装面的方向(垂直方向)上偏移，由此组件安装面彼此相对地布置。电路板10a和电路板10b之间在垂直方向上的间隔例如是图2所示的与电子组件40a11至40p22中的在安装时具有最大高度(图2中的横向长度)的电子组件相对应的间隔b(例如，b＝a+δ)。电路板10a1和10a2、10b1和10b2、...、10p1和10p2之间的间隔是c(例如，c＝a-δ)。应当注意，δ表示零或正的长度。

期望彼此相对的一个电路板10a和另一电路板10b被布置成使得从电路板的表面突出的电子组件的位置相互错位，特别是具有最大高度的电子组件的位置被布置成在平面图中彼此不重叠。

各电路板10b1、10c1、...、10p1具有与电路板10a1相同的结构。

各电路板10b2、10b2、...、10p2具有与电路板10a2相同的结构。

如图1所示，在各电路板10a、10b、...、10p中，这些位置在与组件安装面垂直的方向(垂直方向)上依次错位。

天线元件20a1由例如波导或导体图案形成。天线元件20a1沿着电路板10a1的位于天线设备1的前面(正面)的一侧布置。天线元件20a1通过高频传输电路90a1连接到电子组件40a1。图1所示的天线元件20a1的示例是天线阵列，其中在该天线阵列中，通过将单个路径分割成具有四级分层结构的16个而获得的16个喇叭天线在沿着电路板10a1的一侧的垂直方向上以与信号波长相对应的间隔布置。在假设波长为λ的情况下，对应于波长的间隔例如是在相控阵列天线中几乎不发生栅瓣的约0.5λ至0.7λ的恒定间隔。

天线元件20a2沿电路板10a2的位于前面的一侧布置，并通过高频传输电路90连接到电子组件40a21、40a22。电路板10a2的设置有天线元件20a2的一侧与电路板10a1的设置有天线元件20a1的一侧邻接并平行。图1所示的天线元件20a2的示例是天线阵列，其中在该天线阵列中，通过将单个路径分割成16个而获得的16个喇叭天线在垂直方向(沿着电路板10a1的设置有天线元件20a2的一侧的方向)上以与信号波长相对应的间隔布置。

各天线元件20b1、20c1、...、20p1具有与天线元件20a1相同的结构。

各天线元件20b2、20c2、...、20p2具有与天线元件20a2相同的结构。

如图1所示，各天线元件20依次布置在与电路板10的组件安装面垂直的方向上偏移的位置处。

作为用于说明本发明的实施例的图像绘图的图1不是以精确尺寸比绘制的，但是各实际天线元件20之间的横向(与电路板10的组件安装面垂直的垂直方向)上的间隔是与根据信号波长布置喇叭天线的间隔相同的间隔。整个天线元件20构成阵列天线，其中通过电路板10、安装在电路板10上的电子组件40、高频传输电路90(分别对应于电路板10a1至10p2的高频传输电路90a1至90p2的统称)、以及高频传输线100(分别对应于电路板10a1至10p2的高频传输线100a1至100p2的统称)等来实现相控阵列天线。

各电子组件40构成用于实现滤波器、时分通信、放大器、上变频器、下变频器等的功能的电路。

布置在相对位置处的电子组件40的高度(来自各个电路板10的突出量)的组合高度不会变得大于构成一对的相对电路板10之间的间隔。

例如，如图3的(a)部分所示，当在相对位置处将电子组件40仅安装在一个电路板10上时，电子组件40的高度等于或小于一对相对的电路板10之间的间隔。此外，例如，如图3的(b)部分所示，当在相对位置处将电子组件40安装在两个电路板10上时，安装在相对的电路板10上的电子组件40的总高度等于或小于一对相对的电路板10之间的距离。

导电帽60a1覆盖电子组件40a11和40a12中的每一个。导电帽60a1由导电材料制成，并遮挡从电子组件40a11和40a12以及其附近的高频传输线100所发射的电磁波。

导电帽60a2覆盖电子组件40a21和40a22中的每一个。导电帽60a2由导电材料制成，并遮挡从电子组件40a12和40a22以及其附近的高频传输线100a2所发射的电磁波。

各导电帽60b1至60p1具有与导电帽60a1相同的结构。

各导电帽60b2至60p2具有与导电帽60a2相同的结构。

板110(对应于电路板10a1至10p2的板110a至110p的统称)设置在电路板10a1和10a2、10b1和10b2、...、10p1和10p2的相应板之间。各板110是使用具有高热传导率的材料(例如，铜或铝等)制造成的板状组件。

发热管70(对应于各个电路板10a1至10p2的发热泵70a11、70a12、70a13、70a14至70p21、70p22、70p23和70p24的统称)设置在各板110内。发热管70通过反复进行容纳在其中的热介质的蒸发和液化来将各电路板10中所产生的热传递到散热器80。

散热器80连接到发热管70。散热器80将从发热管70传递来的热排出到大气中。

以这种方式，布置有电路板10，在电路板10上安装有用于向所布置的多个天线元件20供电的电子组件40，其中，电路板10的厚度方向(与组件安装面垂直的方向)上的尺寸被配置得大于所布置的多个天线元件20之间在图2中的横向上的间隔，构成邻接对的电路板和安装面彼此相对布置，并且针对各对，与电子组件40相对应的位置在电路板10的面方向上错位。

上面已经描述了根据本发明的实施例的天线设备1。根据本发明的实施例的天线设备1设置有多个电路板10、天线元件20和电子组件40。沿着多个电路板10的表面布置多个天线元件20。

电子组件40沿着电路板10的表面布置，并且向所布置的多个天线元件20供电，其中电路板10的厚度方向上的尺寸被配置得大于天线元件20之间的间隔。构成对的电路板10是在如下状态下进行布置的：构成邻接对的电路板和组件安装面彼此相对布置，并且针对各对，与电子组件40相对应的位置在电路板10的面方向上错位。

以这种方式，可以减小要求具有输出高频无线电波的能力并且使用大尺寸的电子组件的天线设备1的尺寸。

此外，通过在电路板10a1和10a2、10b1和10b2、...、10p1和10p2之间设置热流路，可以将热从窄流路排出到大气中。

接着，图4示出作为安装有组件的单个电路板的示例的电路板10p2。

这里示出的安装有组件的一个电路板10p2是图1所示的天线设备1中的电路板10p2。

在电路板10p2中，电子组件40p21和40p22、高频传输电路90p2和高频传输线100p2等被进行面安装。电子组件40p21和40p22构成用于实现滤波器、传输单元、低噪声放大器、功率放大器、上变频器或下变频器等的功能的电路。电路板10p2向天线元件20p2供电。

接着，图5示出夹持着板的两个电路板的示例。

在这里示出的两个电路板的示例中，电路板o1和电路板o2夹持板110o。

在电路板o1上，电子组件40o11、40o12、高频传输电路90o1和高频传输线100o1等被进行面安装。

在电路板o2上，电子组件40o21、40p22、高频传输电路90o2和高频传输线100o2等被进行面安装。

电路板o1的未对电子组件40o11、40o12、高频传输电路90o1和高频传输线100o1等进行面安装的表面以及电路板o2的未对电子组件40o21、40p22、高频传输电路90o2和高频传输线100o2进行面安装的表面夹持板110o，由此将主要由电子组件40产生的热传递到板110o。

散热器80连接到各板110。散热器80将从各板110传递来的热排出到外部空间。

注意，将一个板110和夹持该板110的两个电路板10称为一个单元。

接着，图6和7示出天线设备1整体。

这里，在图6和7所示的天线设备1整体的附图中，为了使发热管70的结构更容易理解，从图1所示的天线设备1整体的附图中省略了散热器80。图6是天线设备1的立体图。图7是如从天线元件20侧观看的天线设备1的正面图(在中间包括部分透视图)。

天线设备1包括16个单元，其中图5示出一个单元。

如图6所示，发热管70被配置为从各单元中的板110的四个位置穿过板110的内部。

安装在各电路板10上的电子组件40被布置在使得单元之间的电子组件40的高度的总和如图7中的透视图部分所示等于或小于电路板10之间的间隔的位置处。

接着，将描述根据本发明的实施例的具有最少结构的天线设备1。

根据本发明的实施例的最少结构的天线设备1至少包括图5所示的天线设备1中的多个电路板10、天线元件20和电子组件40。

多个天线元件20沿着多个电路板10的位于天线设备1的前面的一侧布置。

电子组件40沿着电路板10的表面布置，并且经由高频传输电路而连接到所布置的多个天线元件20，其中电路板10的厚度方向上的尺寸被配置得大于天线元件20之间的间隔。

对多个电路板10进行布置，以使得：组件安装面彼此相对布置，并且针对各对，与电子组件40相对应的位置在电路板10的组件安装面的方向上错位。

以这种方式，可以减小要求能够输出高频无线电波并且使用大尺寸的电子组件的天线设备1的尺寸。

在根据本发明的实施例的天线设备1中，天线元件20被描述为沿着各相应电路板10的位于设备前面的一侧布置，但是布置位置不限于此。例如，天线元件20可以沿着除相应电路板10之外的专用于天线的电路板的表面布置，并且天线设备1可以被配置为使得从电路板10向专用于天线的电路板供电。

在根据本发明的实施例的处理中，可以在进行适当处理的范围内切换处理顺序。

尽管已经描述了本发明的一个实施例，但是上述天线设备1中的控制单元或fpga50内部可以具有计算机系统。上述处理以程序的形式存储在计算机可读记录介质中，并且上述处理由计算机读取和执行该程序来进行。

这里，计算机可读记录介质是指磁盘、磁光盘、cd-rom、dvd-rom或半导体存储器等。可选地，可以通过通信线路将计算机程序分发给计算机，并且已经接收到该分发的计算机可以执行该程序。

上述程序可以实现上述功能中的一部分。此外，该程序可以是所谓的差分文件(差分程序)，由此可以通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现上述功能。

虽然上面已经描述和说明了本发明的许多优选实施例，但是应该理解，这些是本发明的示例，而不应被认为是限制性的。另外，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以进行添加、省略、替换和其它修改。

以上典型实施例中的一些或全部也可以被描述为但不限于以下补充说明。

(补充说明1)

一种天线设备，包括：

多个电路板，其以组件安装面彼此相对的方式平行布置；

多个天线元件，其沿着所述多个电路板的相互邻接的侧布置，所述多个天线元件在与所述多个电路板的组件安装面垂直的垂直方向上并排布置；以及

电子组件，其布置在所述电路板的所述组件安装面上，并经由高频传输电路连接到所述天线元件，

其中，所述多个电路板被布置成使得所述多个电路板之间在所述垂直方向上的间隔大于所述垂直方向上并排布置的多个天线元件之间的间隔，并且在不同的电路板上布置在相对的组件安装面的电子组件被布置成在所述电路板的安装面方向上错位。

(补充说明2)

根据补充说明1所述的天线设备，其中，所述多个电路板相对地布置在所述组件安装面的整个面上。

(补充说明3)

根据补充说明1所述的天线设备，其中，所述多个电路板被布置成在所述垂直方向上平行。

(补充说明4)

根据补充说明1至3中任一项所述的天线设备，还包括：

导电帽，其覆盖所述电子组件；

流路，其沿着所述电路板的组件安装面设置，并对热进行循环；以及

散热器，其连接到所述流路并且将经由所述流路循环的热排出到大气。

(补充说明5)

根据补充说明4所述的天线设备，其中，所述流路设置在所述电路板的与所述组件安装面相对的面上。

(补充说明6)

根据补充说明1至5中任一项所述的天线设备，其中，所布置的天线元件被布置在所述多个电路板的一侧并且在所述垂直方向上以预定间隔布置。

(补充说明7)

一种天线设备，包括：

多个电路板，其沿着与组件安装面垂直的垂直方向平行布置；

多个天线元件，其设置在所述多个电路板之间的第一空间中；

电子组件，其设置在所述第一空间中，并经由高频传输电路连接到所述天线元件；以及

热流路，其设置在与所述第一空间邻接的第二空间中。

(补充说明8)

根据补充说明7所述的天线设备，其中，所述第二空间在所述垂直方向上的间隔小于所述第一空间在所述垂直方向上的间隔。

(补充说明9)

根据补充说明1至8中任一项所述的天线设备，其中，在电子组件安装在所述电路板之间的所述第一空间中并且仅安装在所述电路板中的一个电路板的组件安装面上的情况下，该电子组件的高度等于或小于所述第一空间在所述垂直方向上的间隔。

(补充说明10)

根据补充说明1至9中任一项所述的天线设备，其中，在电子组件安装在所述电路板之间的所述第一空间中并且安装在所述电路板中的两个电路板的组件安装面上的情况下，安装在相对位置的电子组件的高度的总和等于或小于所述第一空间在所述垂直方向上的间隔。

(补充说明11)

根据补充说明1至10中任一项所述的天线设备，其中，在所述电路板之间的所述第一空间内，在所述电路板中的位于与一个电路板的组件安装面上布置的电子组件重叠的位置处的另一电路板中，设置了容纳有所述电子组件的一部分的凹部。

(补充说明12)

一种电路板，其安装有电子组件，所述电子组件通过高频传输电路连接到所布置的多个天线元件，

其中，所述电路板的厚度方向上的安装所述电子组件的空间尺寸被配置得大于所布置的多个天线元件之间的间隔，以及

所述电路板以如下方式进行布置：安装面彼此相对地布置，并且针对各对，与所述电子组件相对应的位置在所述电路板的面方向上错位。

(补充说明13)

一种用于布置电路板的布置方法，在各所述电路板上安装有用于向所布置的多个天线元件供电的电子组件，其中，所述电路板的厚度方向上的安装所述电子组件的空间尺寸被配置得大于所布置的多个天线元件之间的间隔，以及安装面彼此相对地布置，并且针对各对，与所述电子组件相对应的位置在所述电路板的面方向上错位。

要求2016年10月7日提交的日本专利申请2016-199179的优先权，其内容通过引用并入于此。

附图标记说明

1：天线设备

10,10a1,10a2,10b1,10b2,10p2：电路板

20,20a1,20a2,20b1,20b2,20p2：天线元件

40,40a1,40a2,40,40b1,40b2,40p2：电子组件

60,60a1,60a2,60b1,60p：导电帽

70,70a11,70a12,70a13,70a14,70p21,70p22,70p23,70p24：发热管

80：散热器

90,90a1,90p2：高频传输电路

100,100a1,100p2：高频传输线

110,110a,110o,110p：板