CN108767415B - 一种x频段有源阵列子阵结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X频段有源阵列子阵结构，涉及电子对抗技术领域。其包括天线层、组件层、冷板和辅助层，天线层由以4×4矩形阵列形式设置的16个优化口面天线单元组成，组件层由以2×2矩形阵列形式设置的4个单元组件组成，冷板内设有冷液通道，冷板上还设有过孔，辅助层由固定在冷板底面上的辅助模块组成，单元组件通过穿过过孔的馈线分别与圆极化器和电源控制模块连接。本发明具有结构独立和功能独立的特点，可实现灵活积木式搭建、方便模块化拼接，适合用于超大功率低成本的大规模装备。

Description

一种X频段有源阵列子阵结构

技术领域

本发明涉及电子对抗技术领域，特别是指一种X频段有源阵列子阵结构。

背景技术

综合对抗最有效的方式就是具备功率优势，大功率技术是进行跨波束对抗不可或缺的基础支撑技术，固态大功率拥有连续波持续有效的特点，是大功率阵列的技术基础。

为了满足超大功率的要求，需要将总功率划分为分布式，然而通常的分布式合成功率方式，单元间距若按照常规天线阵元口径来选取，组件数目众多，馈电合成复杂，成本非常高；结构形式若按照常规砖块式的阵列组合方式，阵列的厚度较厚，无法满足车载折叠的轻薄要求。

为了满足其工程成本的可实现性，需要选择费效比较低的方案，为了满足车载的需求，需要阵列的厚度方向尽量薄，因此低成本紧凑型的超大功率分布式合成子阵是目前工程应用中急需解决的关键技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种X频段有源阵列子阵结构，其能够满足X频段天线阵列在结构方面的要求，减少零部件结构误差对天线性能的影响，保证电磁性能，具有较优的费效比。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种X频段有源阵列子阵结构，其包括从上到下依次设置的天线层、组件层、冷板和辅助层，所述天线层由以4×4矩形阵列形式设置的16个优化口面天线单元组成，所述天线单元为层压印制板结构的贴片天线，所述组件层由以2×2矩形阵列形式设置的4个单元组件组成，每个单元组件的上方恰好设有四个天线单元，所述天线单元与所述单元组件之间以及所述单元组件与所述冷板之间均通过螺钉固定连接，所述天线单元与所述单元组件之间通过射频连接器对插连接，所述冷板内设有冷液通道，所述冷板上还设有过孔，所述辅助层由固定在所述冷板底面上的辅助模块组成，所述辅助模块包括圆极化器和电源控制模块，所述单元组件通过穿过所述过孔的馈线分别与所述圆极化器和电源控制模块连接。

可选的，所述冷板的底面上还设有将所述辅助模块均遮蔽在内的屏蔽罩，冷板底面上设有冷却液接口，所述电源控制模块上设有控制及电源输入接口和射频信号输入接口，所述屏蔽罩上具有分别对应于控制及电源输入接口和射频信号输入接口的开口。

可选的，所述天线层上设有透波天线罩。

可选的，所述天线单元与所述单元组件之间以及所述单元组件与所述冷板之间均设有相互配合的定位销和定位孔。

本发明相比背景技术具有如下优点：

a)本发明冷板集散热、馈线和支撑定位于一身，冷板两侧分别分布有优化口径天线、单元组件、圆极化器、电源控制模块等组成部件。上述部件可通过一体化结构设计实现，有助于形成紧凑型瓦片式的阵列结构，具有结构独立、可积木式灵活搭建、模块化方便拼接的特点。与传统砖块式结构相比，本发明厚度更薄，结构更紧凑，符合车载大功率阵列的收藏折叠要求。

b) 本发明具有定位精度高、配合紧密的特点。其优异的结构性能可以保证天线子阵的电磁性能。

c)本发明可进一步采用封闭外罩设计，设计透波天线罩与金属屏蔽腔密封，从而简化对外接口，便于模块化的拆卸和积木式的拼接组合。

附图说明

图1是本发明实施例中子阵结构的一种整体视图。

图2是图1的俯视图。

图3是四个天线单元与一个单元组件的装配关系图。

图4是图1的仰视图。

图5是图1的侧视图。

图6是在图1上面加装天线罩后的俯视图。

图7是在图1底面加装屏蔽盖板后的仰视图。

图8是冷板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种X频段有源阵列子阵结构，其包括从上到下依次设置的天线层、组件层、冷板和辅助层，所述天线层由以4×4矩形阵列形式设置的16个优化口面天线单元组成，所述天线单元为层压印制板结构的贴片天线，所述组件层由以2×2矩形阵列形式设置的4个单元组件组成，每个单元组件的上方恰好设有四个天线单元，所述天线单元与所述单元组件之间以及所述单元组件与所述冷板之间均通过螺钉固定连接，所述天线单元与所述单元组件之间通过射频连接器对插连接，所述冷板内设有冷液通道，所述冷板上还设有过孔，所述辅助层由固定在所述冷板底面上的辅助模块组成，所述辅助模块包括圆极化器和电源控制模块，所述单元组件通过穿过所述过孔的馈线分别与所述圆极化器和电源控制模块连接。

可选的，所述冷板的底面上还设有将所述辅助模块均遮蔽在内的屏蔽罩，冷板底面上设有冷却液接口，所述电源控制模块上设有控制及电源输入接口和射频信号输入接口，所述屏蔽罩上具有分别对应于控制及电源输入接口和射频信号输入接口的开口。

可选的，所述天线层上设有透波天线罩。

可选的，所述天线单元与所述单元组件之间以及所述单元组件与所述冷板之间均设有相互配合的定位销和定位孔。

具体来说，如图1至8所示，一种X频段有源阵列子阵结构，其包括优化口面天线单元1、单元组件2、冷板3、圆极化器42、电源与模块41、天线罩10和背面屏蔽盖板40。

该低成本紧凑型超大功率分布式合成子阵结构采用紧凑型多层瓦片式设计，从上至下包含四层：天线层、组件层、冷板层和辅助层。其中天线层由4×4个优化口面天线单元1组成，组件层由2×2个单元组件2组成，冷板层由冷板3组成，冷板上预留有用于穿过馈线的过孔31（共8个），辅助层由圆极化器42、电源与控制模块41组成。

四层结构采用平铺瓦片式贴合安装，尽量减少阵面的纵向深度；组件层与辅助层分别位于冷板的两侧，并与冷板紧密贴合。通过流道，利用冷板内的冷液可以带走组件层和辅助层的热量，保障其长期有效、可靠地工作。天线层与组件层定位装配，便于射频对接，减少射频损耗，同时节省空间。冷板层采用多种功能综合一体化设计，一方面满足天线层平面度的基准需要，另一方面承接馈线穿插的布局要求，同时还具备高效的液冷散热能力。冷板3上设有定位孔33（共4个）和螺孔32（共4个），便于与单元组件的定位及固定连接。辅助层贴合在冷板层的背面，可以充分利用冷板背面的有效空间，减小子阵厚度。整个结构呈现超薄的瓦片式紧凑型特征。

冷板可以根据单元组件2及圆极化器42的散热需求，通过热设计软件设计合理的流道34布局（见图8），保证每个单元组件的散热效果一致，在实现散热目的的同时，使冷却液出入口30的压降最小。

冷板3为装配及定位的基准，单元组件2的上下表面均设计有定位孔，定位孔可以保证单元组件2与冷板3及天线单元1的相对位置精度，单元组件2与冷板3之间均匀涂抹导热脂，通过高精度定位销定位后，采用螺钉固定紧密贴合，保证定位精度及冷却效果。每个单元组件上的2×2天线单元均通过高精度定位销与该单元组件定位并采用螺钉固定，保证天线单元2的位置精度。圆极化器42、电源与控制模块41通过螺钉固定在冷板的另外一侧，并通过冷板对其进行冷却。

此外，天线单元1的上面还可以设置透波性能良好的密封天线罩10，同时，子阵结构的底部还可设置用于将圆极化42和电源与控制模块41罩在内的金属屏蔽盖板40，整个子阵结构的对外接口只有控制及电源输入接口411、射频信号输入接口412以及冷却液出入口30。这种子阵结构的外观更加简洁，整体呈一体化模块式结构。

使用时，以本发明有源子阵作为最小集成模块，采用模块式集成的方式，通过设计集成框架，根据设计目的实现数个、数十个甚至更大规模的子阵集成，进而达到实现大规模有源阵列的目的。

总之，本发明基于超大功率分布式合成子阵对结构性能的要求，利用冷板将散热、馈线、支撑、定位基准等功能集成为一体，将优化口面天线单元设计成2×2的四合一单元，单元组件与天线单元之间通过SMP对插连接，单元组件与冷板紧密贴合，以达到对单元组件精确定位和冷却的目的，圆极化器、电源与控制模块安装在冷板另一面，由冷板冷却并固定。单元组件与圆极化器、电源与控制模块之间的馈线利用冷板预留的过线孔布线，天线、冷板、单元组件、馈线、圆极化器、电源与控制模块综合一体设计布局，有效降低阵列的厚度，使其具备超薄的紧凑型特征，最后采用天线罩和后端屏蔽盖板实现子阵的模块化。整个结构形成紧凑型瓦片式阵列架构，兼有高效液冷散热和分布式功率合成的双重优点，满足超大功率的冷却需求，满足高性能收发阵列的位置布局需求，具有轻薄可折叠的特点，可用于车载大功率阵列，是对现有技术的一种重要改进。

Claims (3)

1.一种X频段有源阵列子阵结构，其特征在于：包括从上到下依次设置的天线层、组件层、冷板和辅助层，四层结构采用平铺瓦片式贴合安装，所述天线层由以4×4矩形阵列形式设置的16个优化口面天线单元组成，所述天线单元为层压印制板结构的贴片天线，所述组件层由以2×2矩形阵列形式设置的4个单元组件组成，每个单元组件的上方恰好设有四个天线单元，所述天线单元与所述单元组件之间以及所述单元组件与所述冷板之间均通过螺钉固定连接，所述天线单元与所述单元组件之间通过射频连接器对插连接，所述冷板内设有冷液通道，所述冷板上还设有过孔，所述辅助层由固定在所述冷板底面上的辅助模块组成，所述辅助模块包括圆极化器和电源控制模块，所述单元组件通过穿过所述过孔的馈线分别与所述圆极化器和电源控制模块连接；

所述冷板的底面上还设有将所述辅助模块均遮蔽在内的屏蔽罩，冷板底面上设有冷却液接口，所述电源控制模块上设有控制及电源输入接口和射频信号输入接口，所述屏蔽罩上具有分别对应于控制及电源输入接口和射频信号输入接口的开口。

2.根据权利要求1所述的X频段有源阵列子阵结构，其特征在于：所述天线层上设有透波天线罩。

3.根据权利要求1所述的X频段有源阵列子阵结构，其特征在于：所述天线单元与所述单元组件之间以及所述单元组件与所述冷板之间均设有相互配合的定位销和定位孔。