CN107611588A - 一种基于sip封装的超低剖面高集成度相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，属于天线技术领域。其包括支撑结构，支撑结构上方依次设有射频与数字集成电路板和接地板，接地板上设有多个带有旋转馈电的圆极化贴片天线，支撑结构上还设有同轴端口，射频与数字集成电路板由从上到下依次设置的接收链路馈电网络PCB板、发射链路馈电网络PCB板以及带有表贴射频SIP核的波束控制数字PCB板层压而成。本发明的剖面极低，可实现与载体表面的共形，在机载、车载以及弹载平台具有良好的实用性，为一种高效率、制作简单的阵列天线，还可用于反射面天线的馈源中。

Description

一种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是指一种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线。

背景技术

随着天线技术的发展，在某些高机动场合，如高速火车、飞机、导弹等平台上安装低剖面的相控阵天线成为了一种趋势，也是目前诸多国内外科研单位和学者研究的重点课题之一。在以往的天线系统中，有许多天线形式可供选择，但这些形式对于高机动平台却存在各种劣势，在某些要求苛刻的场合甚至不能使用这些传统的天线形式。同时，由于传统天线多采用了分离式设计思路，也不利于天线的集成装配。以下为传统天线的特点：

1、传统的反射面天线。在过去的几十年中，不管是雷达还是通信、导航、遥感遥测等领域发挥了重大作用，在某些飞机上也安装了这类天线，这是因为这种天线具有高增益、制造成本低等特点，但是其体积笨重、拆装不便、跟踪速度慢等方面存在较大的劣势，已不能适应高机动性平台的需求。

2、传统阵列天线。随着技术的发展，在过去几年的时间里，这类天线发展迅速，特别是以波导阵列天线为代表的天线形式，具有合成效率高，加工方便，阵列波束合成灵活等优点，在各种平台中应用越来越广泛，但这类天线同样存在其机械跟踪方式方面存在波束指向容易偏离预定方向的缺点。

3、传统分离式或者砖块式相控阵天线。这种体制的天线在相控阵雷达领域，具有相当成熟的技术，并且在战术领域发挥了越来越大的作用，其电气性能相比于前两者具有不可替代的优势。但是在卫星通信领域的发展却相对缓慢，该类形式的卫星通信相控阵天线也只是分离器件式或者砖块式形式，存在着体积较大的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其具有剖面低、集成度高的优点，具有很高的工程应用前景。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其包括支撑结构，所述支撑结构上方依次设有射频与数字集成电路板和接地板，所述接地板上设有多个带有旋转馈电的圆极化贴片天线，所述支撑结构上还设有同轴端口，所述射频与数字集成电路板由从上到下依次设置的接收链路馈电网络PCB板、发射链路馈电网络PCB板以及带有表贴射频SIP核的波束控制数字PCB板层压而成。

可选的，所述表贴射频SIP核为陶瓷封装、金属封装或者塑料封装形式，所述表贴射频SIP核的内部集成有双工器、低噪声放大器、功率放大器、滤波器以及幅度相位调制芯片，所述表贴射频SIP核具有多个管脚，所述管脚通过金属化过孔与所述波束控制数字PCB板上的对应焊盘连接。

可选的，所述圆极化天线为可绕各自的轴线旋转一定角度的圆形、矩形或方形结构，每个圆极化天线均通过穿过接地板和射频与数字集成电路板的金属化过孔与所述表贴射频SIP核的对应管脚连接。

可选的，所述表贴射频SIP核设于所述波束控制数字PCB板的背面的对应于每个圆极化贴片天线的位置处，所述波束控制数字PCB板的背面空余区域还表贴有FPGA和数据存储芯片。

可选的，在所述支撑结构的表面，对应于所述表贴射频SIP核的位置处，还设置有导热热沉，所述支撑结构的空余位置处还设有电源模块。

可选的，所述同轴端口设于所述支撑结构的侧壁处，并用于同时传输射频、控制和电源信号，所述波束控制数字PCB板上设置有用于将不同类型的信号进行分离的多个滤波器，每个滤波器均连接有一个信号输出端口。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明利用低剖面集成化结构，提高天线阵面的空间利用率，同时减小了整个系统的尺寸。

2、本发明利用同轴多种信号集中输入，避免在天线系统外部使用多种信号的输入端口，提高了系统集成度。

3、本发明中，利用表贴式SIP射频器件以及天线、控制单元进行集成设计，避免了电缆连接，使得天线整个系统的性能得以提高。

4、对该阵面采用层堆栈结构，在设计时，对于每一分系统均采用片式结构，采用分层结构易于实现射频电路的集成，降低高度。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。

图1是本发明实施例中基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线的一种结构示意图。

图2是图1的爆炸示意图。

图3是图1中射频与数字集成电路板的一种爆炸示意图。

图4是图1中射波束控制数字PCB板的一种结构示意图。

图5是图1中表贴射频SIP核的一种结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

如图1～3所示，一种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其包括支撑结构3，所述支撑结构3上方依次设有射频与数字集成电路板5和接地板，所述接地板上设有多个带有旋转馈电的圆极化贴片天线2，所述支撑结构3上还设有同轴端口4，所述射频与数字集成电路板5由从上到下依次设置的接收链路馈电网络PCB板8、发射链路馈电网络PCB板9以及带有表贴射频SIP核的波束控制数字PCB板10层压而成。

可选的，如图4和5所示，所述表贴射频SIP核11为陶瓷封装、金属封装或者塑料封装形式，其芯片采用三维LTCC工艺设计，所述表贴射频SIP核11的内部集成有双工器、低噪声放大器、功率放大器、滤波器以及幅度相位调制等不同类型芯片，所述表贴射频SIP核11具有多个管脚14，所述管脚14通过位于波束控制数字PCB板上的金属化过孔13与所述波束控制数字PCB板上的对应的如电压、控制、射频等焊盘连接。

可选的，所述圆极化天线为可绕各自的轴线旋转一定角度的圆形、矩形或方形结构，每个圆极化天线均通过穿过接地板和射频与数字集成电路板的金属化过孔与所述表贴射频SIP核的对应管脚连接。

可选的，仍见图4，所述表贴射频SIP核11设于所述波束控制数字PCB板的背面的对应于每个圆极化贴片天线的位置处，所述波束控制数字PCB板的背面空余区域还表贴有FPGA 12和数据存储芯片15等关键器件。

可选的，仍见图2，在所述支撑结构的表面，对应于所述表贴射频SIP核的位置处，还设置有导热热沉6，所述支撑结构的空余位置处还设有电源模块7。

可选的，仍见图1，所述同轴端口4设于所述支撑结构3的侧壁处，并用于同时传输射频、控制和电源信号，所述波束控制数字PCB板上设置有用于将不同类型的信号进行分离的多个滤波器，每个滤波器均连接有一个信号输出端口。

这种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线具有收发双工的能力。当天线接收信号时，来自外部的电磁波信号首先经过天线单元进行接收，并达到一定的匹配程度，接收后，信号经过SIP内部的频率双工器，将全带内的信号分别实现接收和发射支路的分频，接收带内的信号进SIP的入射频支路通道，先进行一级滤波器的滤波，进一步提高收发信号的隔离度，并分别通过两级低噪声放大器，数字移相器以及衰减器后进入射频网络进行信号合成，合成后由同轴口输出。

在信号发射时，发射激励则由终端输出激励信号，激励信号通过发射网络后进行信号分配，到达每一路发射支路的输入口，经SIP核内部的移相器和衰减器后，进行信号相位和幅度的调整后，经由双工器对其进行滤波，以减小对接收支路的影响，最后由天线单元辐射出去。

总之，本发明利用低剖面集成化结构，提高天线阵面的空间利用率，同时减小了整个系统的尺寸，其使用表贴式SIP射频器件以及天线、控制单元进行集成设计，避免了电缆连接，使得天线整个系统的性能得以提高，并且，该阵面采用层堆栈结构，在设计时，对于每一分系统均采用片式结构，采用分层结构易于实现射频电路的集成，降低高度。此外，本天线利用同轴多种信号集中输入，避免在天线系统外部使用多种信号的输入端口，提高了系统集成度。

本发明天线在圆极化天线、线天线以及宽带天线中具有较好的适用性，特别适合于卫星通信、遥控遥测、电子对抗、卫星导航等不同应用领域中。本发明的剖面极低，可实现与载体表面的共形，在机载、车载以及弹载平台具有良好的实用性，为一种高效率、制作简单的阵列天线，还可用于反射面天线的馈源中。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其特征在于，包括支撑结构，所述支撑结构上方依次设有射频与数字集成电路板和接地板，所述接地板上设有多个带有旋转馈电的圆极化贴片天线，所述支撑结构上还设有同轴端口，所述射频与数字集成电路板由从上到下依次设置的接收链路馈电网络PCB板、发射链路馈电网络PCB板以及带有表贴射频SIP核的波束控制数字PCB板层压而成。

2.根据权利要求1所述的基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其特征在于，所述表贴射频SIP核为陶瓷封装、金属封装或者塑料封装形式，所述表贴射频SIP核的内部集成有双工器、低噪声放大器、功率放大器、滤波器以及幅度相位调制芯片，所述表贴射频SIP核具有多个管脚，所述管脚通过金属化过孔与所述波束控制数字PCB板上的对应焊盘连接。

3.根据权利要求1所述的基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其特征在于，所述圆极化天线为可绕各自的轴线旋转一定角度的圆形、矩形或方形结构，每个圆极化天线均通过穿过接地板和射频与数字集成电路板的金属化过孔与所述表贴射频SIP核的对应管脚连接。

4.根据权利要求1所述的基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其特征在于，所述表贴射频SIP核设于所述波束控制数字PCB板的背面的对应于每个圆极化贴片天线的位置处，所述波束控制数字PCB板的背面空余区域还表贴有FPGA和数据存储芯片。

5.根据权利要求1所述的基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其特征在于，在所述支撑结构的表面，对应于所述表贴射频SIP核的位置处，还设置有导热热沉，所述支撑结构的空余位置处还设有电源模块。

6.根据权利要求1所述的基于SIP封装的超低剖面高集成度相控阵天线，其特征在于，所述同轴端口设于所述支撑结构的侧壁处，并用于同时传输射频、控制和电源信号，所述波束控制数字PCB板上设置有用于将不同类型的信号进行分离的多个滤波器，每个滤波器均连接有一个信号输出端口。