CN107425280A - 一种毫米波平板相控阵天线架构 - Google Patents

一种毫米波平板相控阵天线架构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种毫米波平板相控阵天线架构，可以实现在将多种功能的设备高度集成化的同时，还能实现使集成后的天线架构的整体厚度基本上以所述天线壳体的厚度为基准，而在实际操作过程中，由于所述天线壳体的厚度也可以控制在稍大于或等于或稍小于所述射频信号处理芯片的厚度范围内，因此本申请实施例中的相控阵天线架构能够实现很大程度减小相控阵天线架构的整体厚度，达到在一些狭窄空间环境中，例如飞行器平台上应用的目的。因此，本申请实施例中的相控阵天线架构在实现相控阵天线系统高度集成化基础上其厚度也较小，具有扩大相控阵天线系统的适用范围的技术效果。

Description

一种毫米波平板相控阵天线架构
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种毫米波平板相控阵天线架构。
背景技术
目前，传统的相控阵天线通常采用分离组件搭接装配而成，这些分离组件包括：天线阵面、射频收发模块、馈电网络、波控分机、电源分机、信道分机、处理机等，这些分离组件它们体积重量大，装配集成难度大，成本高。为了减小传统相控阵雷达的体积和重量，现有技术中提出可采用低温共烧陶瓷或多层微波板再结合多通道集成SOC芯片的方案。但是，在有源相控阵天线中必然需要采用各种有源芯片，例如，控制芯片、电源芯片、射频芯片组等，这将导致有源相控阵相比无源固定波束方向天线阵需要占据更大的体积，尤其在天线阵面的法向方向上需要更大的尺寸，即天线的厚度更厚。这一缺点很大程度上限制了有源相控阵天线在弹载平台上的应用，由于弹体内部空间狭小，且具有一定的曲率半径，非常不利于有源相控阵天线的安装与应用。
由此可见，现有技术中存在着相控阵天线的厚度较大，不利于将相控阵天线应用在在一些狭小空间环境中，由此造成相控阵天线的适用性较低的技术问题。
发明内容
本申请提供一种毫米波平板相控阵天线架构，用以解决现有技术中存在着的相控阵天线的厚度较大，不利于将相控阵天线应用在在一些狭小空间环境中，由此造成相控阵天线的适用性较低的技术问题。
本申请提供了一种毫米波平板相控阵天线架构，包括：
天线壳体，包括设置在第一表面上的至少一个凹槽；
天线阵面，包括至少一个天线阵元，所述天线阵面设置在所述天线壳体的第二表面上，用以接收第一射频信号和/或发射第二射频信号，其中，所述第一表面与所述第二表面不同；
射频信号处理芯片，设置在所述凹槽内，用以将所述第一射频信号处理成为第一处理信号并发送到第一处理设备，和/或用以将接收到的第二处理信号处理成为所述第二射频信号并输出到所述天线阵面；
射频馈电网络，设置在所述天线壳体上，与所述射频信号处理芯片连接，用以传输所述第一处理信号和/或所述第二处理信号；
第一连接器，设置在所述天线壳体上，用以连接所述天线阵面和所述射频信号处理芯片；
第二连接器，设置在所述天线壳体上，用以连接发出所述第二处理信号的第二处理设备与所述射频馈电网络；
波控互联板，设置在所述天线壳体上，且与所述射频馈电网络之间的距离大于等于第一距离，所述波控互联板与所述射频信号处理芯片连接，用以控制所述射频信号处理芯片的工作状态且为所述射频信号处理芯片供电。
可选地，所述波控互联板与所述射频馈电网络处于所述天线壳体的同一表面，且所述波控互联板与所述射频馈电网络之间的距离属于大于等于所述第一距离且小于等于第二距离的预设距离范围。
可选地，所述天线壳体为圆柱体或六面体。
可选地，在所述天线壳体为六面体时，所述第一连接器设置在所述第二表面上，所述第二连接器设置在与所述第一表面和所述第二表面不同的第三表面上。
可选地，所述第一连接器和所述第二连接器为气密型连接器。
可选地，所述第一连接器和/或所述第二连接器为玻璃绝缘子连接器。
可选地，所述射频馈电网络包括由陶瓷薄膜材料制成的微波无源器件。
可选地，所述射频信号处理芯片为四通道集成SOC芯片。
可选地，所述波控互联板与所述射频信号处理芯片通过金丝键合方式连接。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中的相控阵天线架构可以在实现将天线阵面、射频收发模块、馈电网络、波控分机、电源分机、信道分机、处理机等多种功能的设备高度集成化的同时，还能实现使集成后的天线架构的整体厚度基本上以所述天线壳体的厚度为基准，而在实际操作过程中，由于所述天线壳体的厚度也可以控制在稍大于或等于或稍小于所述射频信号处理芯片的厚度范围内，因此本申请实施例中的相控阵天线架构能够实现很大程度减小相控阵天线架构的整体厚度，达到在一些狭窄空间环境中，例如飞行器平台上应用的目的。因此，本申请实施例中的相控阵天线架构在实现相控阵天线系统高度集成化基础上其厚度也较小，具有扩大相控阵天线系统的适用范围的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种毫米波相控阵天线架构在天线壳体的第一表面所在方向上的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种毫米波相控阵天线架构的天线壳体与波控互联板之间的相对位置关系图；
图3为本发明实施例提供的一种毫米波相控阵天线架构在天线壳体的第二表面所在方向上未设置天线阵面时的结构图；
图4为本发明实施例提供的一种毫米波相控阵天线架构在天线壳体的第二表面所在方向上设置有天线阵面时的结构图。
具体实施方式
本申请提供一种毫米波平板相控阵天线架构，用以解决现有技术中存在着的相控阵天线的厚度较大，不利于将相控阵天线应用在在一些狭小空间环境中，由此造成相控阵天线的适用性较低的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请实施例中的相控阵天线架构可以在实现将天线阵面、射频收发模块、馈电网络、波控分机、电源分机、信道分机、处理机等多种功能的设备高度集成化的同时，还能实现使集成后的天线架构的整体厚度基本上以所述天线壳体的厚度为基准，而在实际操作过程中，由于所述天线壳体的厚度也可以控制在稍大于或等于或稍小于所述射频信号处理芯片的厚度范围内，因此本申请实施例中的相控阵天线架构能够实现很大程度减小高度集成化的相控阵天线架构的整体厚度，达到在一些狭窄空间环境中，例如军事应用环境的弹体内部空间中应用的目的。因此，本申请实施例中的相控阵天线架构具有在实现相控阵天线系统高度集成化基础上其厚度也较小，因此具有扩大相控阵天线系统的适用范围的技术效果。
下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
请参考图1、图2、图3、图4，本申请实施例一提供一种毫米波平板相控阵天线架构，包括：
天线壳体101，包括设置在第一表面上的至少一个凹槽1011；
天线阵面102，包括至少一个天线阵元，所述天线阵面102设置在所述天线壳体101的第二表面上，用以接收第一射频信号和/或发射第二射频信号，其中，所述第一表面与所述第二表面不同；
射频信号处理芯片103，设置在所述凹槽1011内，用以将所述第一射频信号处理成为第一处理信号并发送到第一处理设备，和/或用以将接收到的第二处理信号处理成为所述第二射频信号并传输到所述天线阵面102；
射频馈电网络104，设置在所述天线壳体101上，与所述射频信号处理芯片103连接，用以传输所述第一处理信号和/或所述第二处理信号；
第一连接器105，设置在所述天线壳体101上，用以连接所述天线阵面102和所述射频信号处理芯片103；
第二连接器106，设置在所述天线壳体101上，用以连接发出所述第二处理信号的第二处理设备与所述射频馈电网络104；
波控互联板107，设置在所述天线壳体101上，且与所述射频馈电网络104之间的距离大于等于第一距离，所述波控互联板107与所述射频信号处理芯片103连接，用以控制所述射频信号处理芯片103的工作状态且为所述射频信号处理芯片103供电。
所述射频信号处理芯片103可以对接收到的所述第一射频信号和所述第二射频信号进行放大、幅相调制等等处理，在本申请实施例中，所述第一射频信号可以是指通过所述天线阵面102接收到的无线信号，而所述第二射频信号可以是指通过天线系统中的后端设备也就是所述第二处理设备处理得到的需要发送出去的无线信号。具体地，为了实现高处理效率和高集成度，本申请实施例技术方案中的射频信号处理芯片103为四通道集成SOC芯片。当然，在实际操作过程中，所述射频信号处理芯片103还可以设置成两通道、八通道，十六通道等多通道处理芯片，只要能满足高集成要求的射频处理芯片都可以作为所述射频信号处理芯片103。
所述凹槽1011可以是多个专用以放置芯片的结构，也就是说，可以将多个射频信号处理芯片103放置在所述天线壳体101的凹槽1011结构中，在实际操作过程中用户可以根据需要而自行设置所述凹槽1011的数量以及所述射频信号处理芯片103的数量。由于所述射频信号处理芯片103可以放置在所述天线壳体101的凹槽1011结构中，因此所述射频信号处理芯片103的厚度对所述相控阵天线架构的实际厚度不会造成较大的影响，所述相控阵天线架构的实际厚度可以所述天线壳体101的厚度为基准。
需要指出的是，所述射频馈电网络104可以是指埋植在所述天线壳体101材质中的通信线路，因此所述射频馈电网络104对所述相控阵天线架构的实际厚度不会造成任何实质性影响。而在实际操作时，所述射频馈电网络104也可以起到为所述射频信号处理芯片103馈电的作用。
在本申请实施例的相控阵天线架构中，采用的是贴片式天线阵面102，该天线阵面102包括一个或多个天线阵元，由于每个天线阵元均采用辐射贴片实现信号收发，因此所述天线阵面102的厚度也非常小，当所述第一连接器105为微带线、导线、或其它在相对于所述天线壳体101和所述天线阵面102之间的距离方向上的连接长度可小于预设长度的连接装置时，那所述相控阵天线架构的实际厚度也不会因所述天线阵面102的设置而造成较大的影响，因此本申请实施例中的相控阵天线架构的厚度任然可以在以所述天线壳体101的厚度为基准的较小范围内。
另一方面，本申请实施例中的天线壳体101为长方体结构，当然，在实际操作时也可以设置为圆柱体、多面体等其它结构，本申请实施例中的技术方案不作任何限制，只要达到减小所述相控阵天线架构的整体厚度的方案即可。所述波控互联板107同样设置在所述天线壳体101上，并且所述波控互联板107设置在所述射频馈电网络104的正上方，也就是说，所述波控互联板107和所述射频馈电网络104位于所述天线壳体101的同一表面。所述波控互联板107可以向所述射频信号处理芯片103提供供电电压、幅相控制信号、工作状态控制信号等等，由此实现控制所述射频信号处理芯片103的工作状态。当然，所述波控互联板107的输入控制信号和外部供电可以是通过其它连接装置由外部组件所提供。
进一步地，所述波控互联板107与所述射频馈电网络104之间没有直接的电气互联，由此可以保证处于所述波控互联板107和所述天线壳体101之间的射频馈电网络104的各项电气性能可以不受所述波控互联板107的影响。在实际操作时，所述波控互联板107的底面为可以为完整的金属化层，并通过电磁仿真确定所述波控互联板107与所述射频馈电网络104之间的间距，也就是说，可以通过设置所述波控互联板107与所述射频馈电网络104之间的距离属于大于等于所述第一距离且小于等于第二距离的预设距离范围，由此可以使得所述波控互联板107与所述天线壳体101之间的间距在满足不影响所述射频馈电网络104的电气性能基础上实现最小。进一步可以使得所述相控阵天线架构在设置有所述波控互联板107后仍不会造成厚度较大的增加。
需要进一步说明的是，本申请实施例中的所述天线壳体101为长方体，所述天线阵面102可以设置在所述天线壳体101的表面积最大的第二表面上，而所述第一表面具体可以是指与所述第二表面相对的一侧表面。所述第一连接器105设置在所述第二表面上，所述第二连接器106则可以为设置在与所述第一表面或所述第二表面相交的侧面，也就是所述第三表面上，由此可以使得所述第二连接器106也不会对所述相控阵天线架构的厚度造成任何影响。
当然，为了保证所述相控阵天线的通信性能和在极端环境下的适用性，所述第一连接器105和所述第二连接器106为气密型连接器，进一步具体为玻璃绝缘子连接器。而所述射频馈电网络104包括由陶瓷薄膜材料制成的微波无源器件，所述波控互联板107与所述射频信号处理芯片103通过金丝键合方式连接，由此可以进一步实现减小所述相控阵天线架构的整体尺寸和整体电气性能。
由此可见，本申请实施例中的相控阵天线架构可以在实现将天线阵面、射频收发模块、馈电网络、波控分机、电源分机、信道分机、处理机等多种功能的设备高度集成化的同时，还能实现使集成后的天线架构的整体厚度基本上以所述天线壳体的厚度为基准，而在实际操作过程中，由于所述天线壳体的厚度也可以控制在稍大于或等于或稍小于所述射频信号处理芯片的厚度范围内，因此本申请实施例中的相控阵天线架构能够实现很大程度减小高度集成化的相控阵天线架构的整体厚度，达到在一些狭窄空间环境中，例如军事应用环境的弹体内部空间中应用的目的。因此，本申请实施例中的相控阵天线架构具有在实现相控阵天线系统高度集成化基础上其厚度也较小，因此具有扩大相控阵天线系统的适用范围的技术效果。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。进一步地，本申请技术方案中的各个方法步骤可以颠倒，变换先后顺序而依然落入本申请所涵盖的发明范围中。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种毫米波平板相控阵天线架构，其特征在于，包括：
天线壳体，包括设置在第一表面上的至少一个凹槽；
天线阵面，包括至少一个天线阵元，所述天线阵面设置在所述天线壳体的第二表面上，用以接收第一射频信号和/或发射第二射频信号，其中，所述第一表面与所述第二表面不同；
射频信号处理芯片，设置在所述凹槽内，用以将所述第一射频信号处理成为第一处理信号并发送到第一处理设备，和/或用以将接收到的第二处理信号处理成为所述第二射频信号并输出到所述天线阵面；
射频馈电网络，设置在所述天线壳体上，与所述射频信号处理芯片连接，用以传输所述第一处理信号和/或所述第二处理信号；
第一连接器，设置在所述天线壳体上，用以连接所述天线阵面和所述射频信号处理芯片；
第二连接器，设置在所述天线壳体上，用以连接发出所述第二处理信号的第二处理设备与所述射频馈电网络；
波控互联板，设置在所述天线壳体上，且与所述射频馈电网络之间的距离大于等于第一距离，所述波控互联板与所述射频信号处理芯片连接，用以控制所述射频信号处理芯片的工作状态且为所述射频信号处理芯片供电。
2.如权利要求1所述的相控阵天线架构，其特征在于，所述波控互联板与所述射频馈电网络处于所述天线壳体的同一表面，且所述波控互联板与所述射频馈电网络之间的距离属于大于等于所述第一距离且小于等于第二距离的预设距离范围。
3.如权利要求2所述的相控阵天线架构，其特征在于，所述天线壳体为圆柱体或六面体。
4.如权利要求3所述的相控阵天线架构，其特征在于，在所述天线壳体为六面体时，所述第一连接器设置在所述第二表面上，所述第二连接器设置在与所述第一表面和所述第二表面不同的第三表面上。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的相控阵天线架构，其特征在于，所述第一连接器和所述第二连接器为气密型连接器。
6.如权利要求5所述的相控阵天线架构，其特征在于，所述第一连接器和/或所述第二连接器为玻璃绝缘子连接器。
7.如权利要求6所述的相控阵天线架构，其特征在于，所述射频馈电网络包括由陶瓷薄膜材料制成的微波无源器件。
8.如权利要求6所述的相控阵天线架构，其特征在于，所述射频信号处理芯片为四通道集成SOC芯片。
9.如权利要求8所述的相控阵天线架构，其特征在于，所述波控互联板与所述射频信号处理芯片通过金丝键合方式连接。
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