Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，旨在提供一種集成密度高，能夠提高維修性和互換性的有源相控陣天線。本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn)：發(fā)射信號處理終端發(fā)出的1路RF信號通過信號接口和射頻接口送到功率分配/合成網(wǎng)絡(5)分成M路信號，波束控制器(4)根據(jù)發(fā)射信號處理終端實時提供的相控陣天線的方位角和俯仰角信息，通過FPGA實時計算得到相控陣天線波束指向，相控陣天線波束指向在波束控制器(4)控制下，轉換為各陣元需要的相位數(shù)據(jù)，并經(jīng)高低頻互聯(lián)多芯高低頻插座分別送到N通道的瓦片式TR組件子陣模塊，并在波束控制器的控制下，將M×N路信號送到天線陣面完成信號的發(fā)射，實現(xiàn)相控陣天線發(fā)射波束同步電控掃描。
【專利說明】
Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于微波毫米波技術領域，涉及一種基于多功能集成芯片的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術有源相控陣天線按照結構集成方式可分為:縱向集成橫向組裝(LITA)的“磚式”結構和橫向集成縱向組裝(TILA)的瓦式結構。“磚式”結構相控陣天線采用元器件放置方向垂直于相控陣天線陣面孔徑，TR組件電路采用縱向集成橫向組裝(LITA)方式;瓦式結構相控陣天線將元器件放置方向平行于相控陣天線陣面孔徑，面子陣電路采用橫向集成縱向組裝(TILA)方式?！按u式”結構相控陣天線電路設計及制造工藝簡單，但其集成密度和封裝效率低，縱向尺寸大。瓦式結構相控陣天線集成密度高，縱向尺寸小，熱路徑短，散熱效率更高。按組裝方式進行劃分，二維有源相控陣天線TR組件可分為磚塊式和瓦片式兩種結構。近年來，磚塊式結構在有源陣列中得到廣泛應用，因為其技術成熟度高，電路設計及組裝容易實現(xiàn)，但其子陣集成度低、縱向尺寸大，不利于共形;散熱路徑長，難以實現(xiàn)大型陣列應用并保證TR組件長期可靠工作。而瓦片式TR組件技術難度大，單元尺寸更小，必須采用高密度集成技術(HDI)和小型化、高性能高可靠射頻垂直互聯(lián)。相控陣天線的輻射特性取決于天線單元的設計和單元的組陣方式。各種微帶天線是相控陣天線單元較為理想的選擇，然而在Ka波段，由于常用的50Π左右的微帶饋線寬度相對較寬(與諧振單元的尺寸相比)，不便于共面饋電網(wǎng)絡的布置。為提高集成度，一般采用雙向工作的移相器及衰減器做收發(fā)公共支路。若單元間距取約半個波長，瓦片式TR組件則要求通道面積小于等于6.0mmX6.0mm，在此范圍內(nèi)要實現(xiàn)收發(fā)放大、移相衰減等功能，即使采用高集成度專用芯片也很難完成電路排布。
[0003]目前，一般采用“磚式”結構集成的方式實現(xiàn)有源相控陣天線設計。例如，2005年，ffehling J H發(fā)表了一篇題為“Multifunct1n millimeter-wave systems for arm oredvehicle applicat1n”文章，介紹了諾.格公司的一種Ka頻段“磚式”結構多功能雷達，能實現(xiàn)主動防御、反威脅目標、監(jiān)視空中和地面目標、高速數(shù)傳及組網(wǎng)等功能。該Ka波段“磚式”結構有源相控陣天線采用收發(fā)共口徑設計，半雙工技術體制，單通道脈沖輸出功率大于1W。2006年，Eli Brookner發(fā)表了一篇題為“Phased array and radar break throughs”文章，報到了雷聲公司的一種Ka頻段“磚式”結構導引頭精確制導有源相控陣天線，該導引頭相控陣天線工作在356取，600多個陣元，每個陣元發(fā)射功率為4()111￥。2()12年，楊勝華發(fā)表了一篇題為“一種毫米波二維電掃有源相控陣雷達”文章，采用多波束開關饋線與相控波束掃描相結合的技術實現(xiàn)了一種Ka頻率“磚式”結構低成本毫米波二維電掃描有源相控陣雷達。由于采用集成相對較低的“磚式”結構方式，有源相控陣天線很難實現(xiàn)小型化、輕重量設計。
[0004]同時，伴隨電子工業(yè)和先進制造業(yè)相關技術的快速發(fā)展，例如:毫米波單片集成電路技術、高低頻互聯(lián)技術、多功能集成芯片技術、集成封裝技術、等等，研究者也慢慢嘗試采用更高密度集成的瓦式結構方式實現(xiàn)有源相控陣天線，例如，1995年，Sanzgirl S發(fā)表了一篇題為“A hybrid tile approach for Ka band subarray modules” 的文章，報道了一種Ka頻段的瓦式結構有源相相控陣天線，首次在Ka頻段嘗試瓦式結構，為了解決橫向尺寸狹小的問題，增大了天線輻射單元的間距，犧牲了相控陣天線的大掃描角特性。2010年，Holzwarth S發(fā)表了一篇題為“Active antenna arrays at Ka-Band: status and outlookof the SANTANA project”報道了SNTANA動中通Ka頻段有源相控陣天線經(jīng)歷了3個階段，前兩個階段采用“磚式”技術進行設計，第三階段主要采用瓦式技術設計。為了實現(xiàn)整個電路的排布，將整個陣列一體化集成設計，該相控陣天線的加工和制造工藝要求高，降低了測試性、維修性。
[0005]綜上所述，在傳統(tǒng)設計中射頻功能部分是以單個芯片實現(xiàn)一個獨立功能方式，實現(xiàn)發(fā)射功能單個通道至少需要3個芯片(I個功放，I個移相器及I個串并轉換驅(qū)動)，整個有源相控陣天線芯片數(shù)量多、組裝工序復雜、設計和制造成本高。為了滿足這些芯片的排布，有源相控陣天線的主要采用集成度小的“磚式”結構集成方式。同時，有源相控陣天線也嘗試采用瓦式結構集成方式，實現(xiàn)小型化、低成本、高效散熱。但是為了解決橫向尺寸狹小的問題，損失了相控陣天線的一些性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足之處，提供一種具有小型化、模塊化、低成本，集成密度高，能夠提高維修性和互換性，基于多功能集成芯片的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線。
[0007]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達到。一種Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，包括，分為多個子陣的天線陣面I和瓦片式TR組件2構成的有源相相控天線瓦式陣列架構，且每個子陣模塊包含N路通道，每個通道有I個獨立末級收發(fā)芯片，N路通道共用N/L個L通道多功能集成芯片，其特征在于:全部子陣共用一套母板，其中，母板包括，功率分配/合成網(wǎng)絡5、波束控制器4和電源模塊6，熱沉設計在子陣與母板之間，采用絕緣子、SMP-KK-SMP連接器、彈性插針、多芯高低頻插座實現(xiàn)高低頻互聯(lián);每個天線陣面子陣和瓦片式TR組件子陣共用金屬腔體，陣面微帶片和瓦片式TR組件2頂層的垂直互聯(lián)轉換微帶片采用焊接式絕緣子連接器連接，通過壓接方式直接安裝在瓦片式TR組件2上，實現(xiàn)與瓦片式TR組件一體化集成設計;發(fā)射信號處理終端發(fā)出的I路RF信號通過信號接口和射頻接口送到功率分配/合成網(wǎng)絡5分成M路信號，波束控制器4根據(jù)發(fā)射信號處理終端實時提供的相控陣天線的方位角和俯仰角信息，通過波束控制器4的FPGA實時計算得到相控陣天線波束指向，相控陣天線波束指向在波束控制器4控制下，轉換為各陣元需要的相位數(shù)據(jù)，并經(jīng)高低頻互聯(lián)多芯高低頻插座分別送到瓦片式TR組件子陣模塊，并在波束控制器的控制下，將MXN路信號送到天線陣面完成信號的發(fā)射，實現(xiàn)相控陣天線發(fā)射波束同步電控掃描功能。
[0008]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術具有如下有益效果:
提高了設備的維修性和互換性。本發(fā)明采用多功能集成芯片實現(xiàn)Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，在一個多功能集成芯片里集成功率放大器、低噪聲放大器、射頻開關、移相器、以及數(shù)字控制電路等，可以減少芯片使用數(shù)目、簡化芯片外圍電路和互聯(lián)工序、縮減芯片電路面積，提高TR組件集成度和綜合性能，使TR組件單個通道電路占有空間減小，實現(xiàn)了 Ka頻段瓦片式TR組件高密度集成、低成本設計。解決瓦式相控陣天線橫向空間受限的問題。采用子陣模塊化設計的整機構架，將整個陣列設計轉化為基本子陣模塊的設計，可以簡化互聯(lián)方式。每個子陣模塊相對獨立，可以單獨進行調(diào)試。如果出現(xiàn)故障，可以方便地拆卸任一子陣進行測試和維護，實現(xiàn)部件級的外場可更換和維修，從而可以提高設備的維修性和互換性。
[0009]具有小型化、模塊化、低成本。本發(fā)明有源相控陣天線采用了瓦式架構，天線陣面和瓦片式TR組件子陣模塊設計，基于子陣擴展設計實現(xiàn)全部陣列設計，全部子陣共用一套功率分配/合成網(wǎng)絡、波束控制器、電源模塊，采用絕緣子、SMP-KK-SMP連接器、彈性插針、小型化多芯低頻插座實現(xiàn)高低頻互聯(lián)，最終實現(xiàn)相控陣天線整體小型化、模塊化、低成本化設計。天線高度方向尺寸大幅縮減，熱路徑縮短，散熱效率也相應得到提高，設備具有更高的可靠性。采用模塊化設計，基于子陣擴展技術，易于實現(xiàn)大規(guī)模陣列集成。每個子陣模塊是相對獨立的，可以實現(xiàn)設備模塊級測試性和維修性。其中，天線陣面采用普通的微帶線形式，陣面微帶片和瓦片式TR組件頂層的垂直互聯(lián)轉換微帶片采用焊接式絕緣子連接器連接，通過壓接方式直接安裝在瓦片式TR組件上，實現(xiàn)與瓦片式TR組件一體化集成設計。與傳統(tǒng)方案采用SMP-KK-SMP連接方式相比部分數(shù)據(jù)如下:在損耗方面，天線陣面與瓦片式TR組件之間的連接損耗減少了0.5dB左右;在縱向尺寸方面方向，可以節(jié)省3mm?5mm空間；在成本方面上，成本大約減少2/3。因此，實現(xiàn)了相控天線高頻模塊的小型化、高效率設計。
[0010]集成密度高。本發(fā)明基于多功能集成芯片，以L= S多功能集成芯片為例，9個芯片實現(xiàn)8個通道的功能，每個通道有I個獨立末級收發(fā)芯片，8通道共用I個8通道多功能集成芯片，該8通道集成芯片，采用CMOS工藝，集成了驅(qū)動放大器、移相器、衰減器、串并信號轉換、電源管理以及其他控制等芯片功能，芯片尺寸5.7mmX2.6mmX0.3mm。在TR組件設計中本方案與傳統(tǒng)方案對比部分數(shù)據(jù)如下:在芯片方面，芯片數(shù)量縮減率>50%，芯片面積縮減率>50%;在組裝方面，焊接金絲數(shù)量縮減率>50%。采用CMOS工藝，可以實現(xiàn)更高密度的芯片集成，在大規(guī)模批量生產(chǎn)具有低成本特性。同時，本發(fā)明將天線陣面和瓦片式TR組件分為多個子陣，每個天線陣面子陣和瓦片式TR組件子陣共用金屬腔體，天線陣面采用普通的微帶線形式，陣面微帶片和瓦片式TR組件頂層的垂直互聯(lián)轉換微帶片采用焊接式絕緣子連接器連接，通過壓接方式直接安裝在瓦片式TR組件上，實現(xiàn)與瓦片式TR組件一體化集成設計。因此，實現(xiàn)了瓦片式TR組件高密度集成、低成本設計。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線的原理圖。
[0012]圖2是圖1的工作原理圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線分解結構示意圖。
[0014]圖4是圖3中子陣模塊內(nèi)部連接圖。
[0015]圖5是圖3的俯視圖。
[0016]圖6是圖3的仰視圖。
[0017]圖7是圖3中子陣模塊LTCC電路設計示意圖。
[0018]圖8是本發(fā)明的有源相控陣天線波束掃描方向圖。
[0019]圖中:I天線陣面，2瓦片式TR組件，3金屬腔體，4波束控制器，5功率分配/合成網(wǎng)絡，6電源模塊，7絕緣子，8彈性插針，9SMP-KK-SMP連接器，10J63A系列矩形連接器插座，11J63A系列矩形連接器，12Y34Q系列圓形連接器插座，13SMA系列插頭，14液冷接頭，15天線輻射單元，16天線子陣陣面，17微帶轉換電路，18瓦片式TR組件上腔體金屬結構，19收發(fā)芯片，20多功能集成芯片，21LTCC轉換和控制無源電路，22鎢銅圍框，23下腔體金屬結構，24瓦片式TR組件射頻輸入接口，25瓦片式TR組件控制接口，26類同軸型垂直互連結構，27共面波導電路，28螺釘。
【具體實施方式】
[0020]參閱圖1。在以下描述的一個最佳實施案例中，一種Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，包括，分為多個子陣的天線陣面I和瓦片式TR組件2構成的有源相相控天線瓦式陣列架構，且每個子陣模塊包含N路通道，每個通道有I個獨立末級收發(fā)芯片，N路通道共用N/L個L通道多功能集成芯片20，全部子陣共用一套母板，其中，母板包括，功率分配/合成網(wǎng)絡5、波束控制器4和電源模塊6，熱沉設計在子陣與母板之間，采用絕緣子、SMP-KK-SMP連接器、彈性插針、多芯高低頻插座實現(xiàn)高低頻互聯(lián);每個天線陣面子陣和瓦片式TR組件子陣共用金屬腔體，陣面微帶片和瓦片式TR組件2頂層的垂直互聯(lián)轉換微帶片采用焊接式絕緣子連接器連接，通過壓接方式直接安裝在瓦片式TR組件2上，實現(xiàn)與瓦片式TR組件一體化集成設計;發(fā)射信號處理終端發(fā)出的I路RF信號通過信號接口和射頻接口送到功率分配/合成網(wǎng)絡5分成M路信號，波束控制器4根據(jù)發(fā)射信號處理終端實時提供的相控陣天線的方位角和俯仰角信息，通過波束控制器4的FPGA實時計算得到相控陣天線波束指向，相控陣天線波束指向在波束控制器4控制下，轉換為各陣元需要的相位數(shù)據(jù)，并經(jīng)高低頻互聯(lián)多芯高低頻插座分別送到瓦片式TR組件子陣模塊，并在波束控制器的控制下，將MXN路信號送到天線陣面完成信號的發(fā)射，實現(xiàn)相控陣天線發(fā)射波束同步電控掃描功能，發(fā)射信號處理終端發(fā)出的I路RF信號，送到功率分配/合成網(wǎng)絡，分成M路后分別送到N通道的TR組件子陣模塊，在波束控制器的控制下，通過M個子陣陣面共同實現(xiàn)MXN路信號發(fā)射；同理，信號處理終端的接收功能與上述發(fā)射功能相反完成天線陣面信號的接收。
[0021]具體實施例基于8通道多功能集成芯片20，采用瓦式結構方式的電控掃描有源相控陣天線，陣元規(guī)模256，工作中心頻率27.0GHz，帶寬2.0GHz，右旋圓極化，波束掃描范圍土60°。有源相控天線瓦式陣列架構的每個子陣模塊包含16路通道，16路通道共用2個8通道瓦片式TR組件多功能集成芯片20。發(fā)射信號處理終端發(fā)出的I路RF信號通過信號接口和射頻接口送到功率分配/合成網(wǎng)絡5分成16路信號，瓦片式TR組件子陣模塊在波束控制器4的控制下，將16X16路信號送到天線陣面完成信號的發(fā)射，實現(xiàn)相控陣天線發(fā)射波束同步電控掃描，且接收功能與發(fā)射功能相反。
[0022]整個過程如下:首先，基于子陣模塊化設計，將天線陣面和瓦片式TR組件分為多個子陣，通過高低頻垂直互聯(lián)技術和高密度集成電路設計，實現(xiàn)天線陣面子陣和瓦片式TR組件子陣一體化集成設計，每個子陣模塊集成輻射單元、放大器、多功能集成芯片20，控制和轉化電路等。其次，通過子陣擴展，可構成全部陣列。采用多組高低頻接插件進行分組直插方式，將子陣分別與母板相連，通過母板與外部系統(tǒng)進行信號、供電、以及高頻交互。
[0023]參閱圖2。有源相控陣天線主要實現(xiàn)Ka頻率信號的波束電控掃描。其中，包含16路通道的每個子陣模塊采用16個收發(fā)芯片相連2個多通道集成芯片組成子陣，1-16個子陣通過功率分配/合成網(wǎng)絡5連接信號處理終端，信號處理終端通過與電源模塊6相連的波束控制器4控制多通道集成芯片，其中，信號處理終端發(fā)射出的I路RF信號通過功率分配/合成網(wǎng)絡分成1-16路信號后，分別送到包含16路通道的瓦片式TR組件子陣模塊，每個TR組件子陣模塊在波束控制器的控制下，將16X16路信號送到天線陣面完成信號的發(fā)射;同理，信號處理終端的接收功能與上述發(fā)射功能相反完成天線陣面信號的接收。天線波束指向由波束控制器進行控制，波束控制器根據(jù)信號處理終端實時提供的天線陣面的方位角和俯仰角信息，通過波束控制器的FPGA實時計算得到相控陣天線波束指向，再由波束控制器轉換為各陣元需要的相位數(shù)據(jù)，送到多功能集成芯片20中的各個移相器模塊，實現(xiàn)相控陣天線波束同步電控掃描功能。相控陣天線供電由電源模塊6進行控制，外部提供的+28V供電通過電源模塊6轉化為波束控制器、瓦片式TR組件所需供電。電源模塊6通過連接器把全部供電提供給波束控制器4，波束控制器4通過連接器轉發(fā)給瓦片式TR組件。
[0024]參閱圖3。采用一體化結構設計的Ka頻段瓦式相控陣天線，從上而下分布為:天線陣面1、瓦片式TR組件2、金屬腔體3、波束控制器4、功率分配/合成網(wǎng)絡5和電源模塊6。天線陣面I采用層壓的方式固定在瓦片式TR組件2上。為減小相控陣天線的總尺寸，各模塊之間主要采用多組高低頻接插件進行分組直插方式連接。內(nèi)部互聯(lián)方式主要包括:瓦片式TR組件2和天線陣面I之間采用高頻絕緣子7的方式實現(xiàn)256路高頻連接;瓦片式TR組件2和波束控制器4低頻之間采用彈性插針8的方式實現(xiàn)320路共16組低頻連接;波束控制器4和電源模塊6之間采用J63A系列矩形連接器插座10的方式實現(xiàn)2組共130路低頻連接;瓦片式TR組件2和功率分配/合成網(wǎng)絡5之間的高頻連接通過SMP-KK-SMP連接器9的SMP-KK-SMP系列插頭實現(xiàn)16路高頻連接。對外接口包括:采用J63A系列矩形連接器為整個天線提供外部信號控制J63A系列矩形連接器11;電源模塊6采用Y34Q系列連接器插座12為整個天線提供外部供電；其中，基于子陣模塊化設計的天線陣面I和瓦片式TR組件2被分為16個子陣，每個子陣包含16個陣元，每個陣面子陣與對應瓦片式TR組件子陣共用金屬腔體3，并一體化集成在所述金屬腔體中；通過子陣擴展方式形成16X16陣列的有源相控陣天線，全部子陣共用一套功率分配/合成網(wǎng)絡5、波束控制器4和電源模塊6;功率分配/合成網(wǎng)絡5為整個天線提供外部射頻輸入/輸出，米用SMA系列插頭13的K系列插頭固定在功率分配/合成網(wǎng)絡5面板的一側，所述面板上陣列分布有SMP-KK-SMP系列插頭9，通過SMP-KK-SMP系列插頭9穿過波束控制器4的面板與對應的瓦片式TR組件子陣2相連;波束控制器4陣列分布有彈性插針8，通過彈性插針8穿過所述金屬腔體3內(nèi)的金屬冷板與對應瓦片式TR組件2相連;瓦片式TR組件2和波束控制器4通過螺釘方式從兩邊分別固定在上述金屬冷板上，金屬冷板3為該系統(tǒng)的主要承載結構，金屬冷板3中設計有連通液冷接頭14的液冷流道，液冷接頭14固聯(lián)在金屬冷板3的前后側面體上，液冷接頭14通過液冷流道為整個天線提供散熱所需的液冷，通過液冷的方式解決相控陣天線散熱問題。
[0025]參閱圖4-圖7。子陣模塊化包含按4 X 4劃分的單元間距5.5mm，尺寸22mmX 22mm的16個通道，其中，天線輻射單元15采用微帶電路形式實現(xiàn)，并分布在天線子陣陣面16上，天線陣面子陣單元微帶電路和瓦片式TR組件子陣上端口上的微帶轉換電路17共用瓦片式TR組件上腔體金屬結構18，通過高頻絕緣子7連接于天線子陣陣面16與瓦片式TR組件的微帶轉換電路17之間，采用同時承壓技術，最終形成以瓦片式TR組件上腔體金屬結構18為地板，半固化片和介質(zhì)板的混合材料作為介質(zhì)基板的天線陣面微帶電路和瓦片式TR組件微帶電路?；谕咂椒椒▽崿F(xiàn)的瓦片式TR組件子陣電路的子陣模塊集成了 16個收發(fā)芯片19、兩個CMOS工藝的8通道多功能集成芯片20、以及相應的LTCC轉換和控制無源電路21，并通過鎢銅圍框22與瓦片式TR組件下腔體金屬結構23實現(xiàn)熱匹配。每個子陣模塊與功率分配/合成網(wǎng)絡有一個瓦片式TR組件射頻輸入/輸出接口 24，與波束控制器有兩個共20路低頻供電和控制接口 25，其中，控制LTCC轉換和控制無源電路21采用LTCC多層電路技術，實現(xiàn)功率分配/合成網(wǎng)絡、電源分配網(wǎng)絡和幅相碼控制網(wǎng)絡；瓦片式TR組件射頻輸入/輸出接口 24的微帶線與LTCC內(nèi)層帶狀線功率分配/合成網(wǎng)絡之間轉換、LTCC內(nèi)層帶狀線功率分配/合成網(wǎng)絡與多功能集成芯片20輸入的微帶線之間轉換、以及多功能集成芯片20輸出的微帶線與天線單元射頻輸入口之間轉換，通過類同軸型垂直互連結構26實現(xiàn)高頻信號的傳輸;采用共面波導電路27作為多功能集成芯片20的輸入和輸出端，借助仿真軟件將金絲鍵盒帶入仿真使之實現(xiàn)輸入和輸出匹配，實現(xiàn)無源電路與有源電路的轉化。整個子陣模塊的結構通過螺裝28組裝成一體，采用錫封焊接的方式實現(xiàn)子陣模塊的氣密和水密封裝。
[0026]母板采用常規(guī)的設計方法。波束控制器采用FPGA實時計算方法，基于高密度集成和布線技術實現(xiàn)了波束控制器的小型化設計。功率分配/合成網(wǎng)絡采用微帶線-波導腔混合技術設計，綜合了微帶線功分器與波導功分器的優(yōu)點。電源模塊基于高效率DC/DC轉換器模塊，實現(xiàn)高效率設計。
[0027]通過實際加工測試，該原理樣機的尺寸為104mmX 104mmX56mm，重量1.46Kg，具有輕質(zhì)、小型化的特點。在波束控制器的控制下實現(xiàn)了 ±60°波束掃描，EIRP多38.2dBW，法向副瓣電平<-11.3dB，具有良好的電性能，波束掃描測試結果如圖8所示。
[0028]本發(fā)明特別參照優(yōu)選的實施例來說明和展示，本領域的技術人員應理解，可以在形式上和內(nèi)容上作出改型而不偏離本發(fā)明精神和范圍。
【主權項】
1.一種Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，包括，分為多個子陣的天線陣面(I)和瓦片式TR組件(2)構成的有源相相控天線瓦式陣列架構，且每個子陣模塊包含N路通道，每個通道有I個獨立末級收發(fā)芯片，N路通道共用N/L個L通道多功能集成芯片，其特征在于:全部子陣共用一套母板，其中，母板包括，功率分配/合成網(wǎng)絡(5)、波束控制器(4)和電源模塊(6)，熱沉設計在子陣與母板之間，采用絕緣子、SMP-KK-SMP連接器、彈性插針、多芯高低頻插座實現(xiàn)高低頻互聯(lián);每個天線陣面子陣和瓦片式TR組件子陣共用金屬腔體，陣面微帶片和瓦片式TR組件(2)頂層的垂直互聯(lián)轉換微帶片采用焊接式絕緣子連接器連接，通過壓接方式直接安裝在瓦片式TR組件(2)上，實現(xiàn)與瓦片式TR組件一體化集成設計;發(fā)射信號處理終端發(fā)出的I路RF信號通過信號接口和射頻接口送到功率分配/合成網(wǎng)絡(5)分成M路信號，波束控制器(4)根據(jù)發(fā)射信號處理終端實時提供的相控陣天線的方位角和俯仰角信息，通過波束控制器(4)的FPGA實時計算得到相控陣天線波束指向，相控陣天線波束指向在波束控制器(4)控制下，轉換為各陣元需要的相位數(shù)據(jù)，并經(jīng)高低頻互聯(lián)多芯高低頻插座分別送到瓦片式TR組件子陣模塊，并在波束控制器的控制下，將MXN路信號送到天線陣面完成信號的發(fā)射，實現(xiàn)相控陣天線發(fā)射波束同步電控掃描功能。2.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:發(fā)射信號處理終端發(fā)出的I路RF信號，送到功率分配/合成網(wǎng)絡，分成M路后分別送到N通道的TR組件子陣模塊，在波束控制器的控制下，通過M個子陣陣面共同實現(xiàn)MXN路信號發(fā)射;同理，信號處理終端的接收功能與上述發(fā)射功能相反完成天線陣面信號的接收。3.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:有源相控天線瓦式陣列架構的每個子陣模塊包含16路通道，16路通道共用2個8通道多功能集成芯片。4.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:發(fā)射信號處理終端發(fā)出的I路RF信號通過信號接口和射頻接口送到功率分配/合成網(wǎng)絡(5)分成16路信號，瓦片式TR組件子陣模塊在波束控制器(4)的控制下，將16X16路信號送到天線陣面完成信號的發(fā)射，實現(xiàn)相控陣天線發(fā)射波束同步電控掃描。5.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:采用多組高低頻接插件進行分組直插方式，將子陣分別與母板相連，通過母板與外部系統(tǒng)進行信號、供電、以及高頻交互。6.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:包含16路通道的每個子陣模塊采用16個收發(fā)芯片相連2個多通道集成芯片組成子陣，1-16個子陣通過功率分配/合成網(wǎng)絡(5)連接信號處理終端，信號處理終端通過與電源模塊(6)相連的波束控制器(4)控制多通道集成芯片。7.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:電源模塊(6)通過連接器把全部供電提供給波束控制器(4)，波束控制器(4)通過連接器轉發(fā)給瓦片式TR組件。8.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:采用一體化結構設計的Ka頻段瓦式相控陣天線，從上而下分布為:天線陣面(1)、瓦片式TR組件(2)、金屬腔體(3)、波束控制器(4)、功率分配/合成網(wǎng)絡(5)和電源模塊(6)。9.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:瓦片式TR組件(2)和天線陣面(I)之間采用高頻絕緣子(7)的方式實現(xiàn)256路高頻連接;瓦片式TR組件(2)和波束控制器(4)低頻之間采用彈性插針(8)的方式實現(xiàn)320路共16組低頻連接;波束控制器(4)和電源模塊(6)之間采用J63A系列矩形連接器插座(10)的方式實現(xiàn)2組共130路低頻連接;瓦片式TR組件(2)和功率分配/合成網(wǎng)絡(5)之間的高頻連接通過SMP-KK-SMP系列插頭(9)實現(xiàn)16路高頻連接。10.如權利要求1所述的Ka頻段瓦式結構有源相控陣天線，其特征在于:波束控制器(4)陣列分布有彈性插針(8)，通過彈性插針(8)穿過所述金屬腔體(3)內(nèi)的金屬冷板與對應瓦片式TR組件(2)相連;瓦片式TR組件(2)和波束控制器(4)通過螺釘方式從兩邊分別固定在上述金屬冷板上，金屬冷板(3)中設有連通液冷接頭(14)的液冷流道，液冷接頭(14)固聯(lián)在金屬冷板(3)的前后側面體上，液冷接頭(14)通過液冷流道為整個天線提供散熱所需的液冷。
【文檔編號】H01Q23/00GK105914476SQ201610343067
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陳軍全, 何海丹, 何慶強
【申請人】中國電子科技集團公司第十研究所