CN109273804B - 基于毫米波开关的天线阵列 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种毫米波开关及天线阵列，包括：公共无源层，包括至少一个第一结构单元，第一结构单元包含开关无源层和部分天线结构，或者第一结构单元包含开关无源层和完整天线结构，开关无源层包括第一腔体结构；有源层，包含一个第二结构单元，当第一结构单元包含部分天线结构时，第二结构单元包括开关有源层和另一部分天线结构，部分天线结构和另一部分天线结构装配形成完整的天线结构；当第一结构单元包含完整天线结构时，第二结构单元仅包括开关有源层；开关有源层包括第二腔体结构、开关电路，开关电路设置在第二腔体结构；第一腔体结构和第二腔体结构装配，且第一结构单元与第二结构单元装配形成具有完整功能的小阵列开关及天线结构。

Description

基于毫米波开关的天线阵列

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别是涉及一种基于毫米波开关的天线阵列。

背景技术

毫米波开关及天线阵列广泛应用于雷达探测及成像系统，通过开关不同通道的切换，实现毫米波信号在不同天线的发射和接收。

当前毫米开关及天线阵列主要是通过多个独立的小阵列开关及天线模块拼组而成。参见图1所示，其包括小阵列开关100、小阵列天线101以及工装结构102，在安装的时候，首先将有源层、无源层以及盖板等多层结构通过定位稍对准和螺丝紧固装配形成小阵列开关100，然后将小阵列开关100和小阵列天线101通过法兰连接装配成小阵列开关及天线模块，之后，多个小阵列开关及天线模块通过定位销定位和螺丝紧固到工装结构上，并组合成大阵列开关及天线模块。

上述大阵列开关及天线模块的结构和形成过程，涉及多道装配过程，工艺繁琐，且容易产生装配精度累计偏差，导致阵列性能一致性差。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种装配工艺简单，阵列一致性高的基于毫米波开关的天线阵列。

一种基于毫米波开关的及天线阵列，所述阵列包括：

公共无源层，所述公共无源层包括至少一个第一结构单元，所述第一结构单元包含开关无源层和部分天线结构，或者，所述第一结构单元包含开关无源层和完整天线结构，所述开关无源层包括第一腔体结构；

有源层，所述有源层包含一个第二结构单元，当所述第一结构单元包含部分天线结构时，所述第二结构单元包括开关有源层和另一部分天线结构，所述部分天线结构和所述另一部分天线结构装配到一起形成完整的天线结构；当所述第一结构单元包含完整天线结构时，所述第二结构单元仅包括开关有源层，所述开关有源层包含第一腔体结构；

所述开关有源层包括第二腔体结构、开关电路，所述开关电路设置在所述第二腔体结构中；所述第一腔体结构和所述第二腔体结构装配到一起，且所述第一结构单元与所述第二结构单元装配到一起形成具有完整功能的小阵列开关及天线结构。

在其中一个实施例中，多个所述有源层通过定位稍对准以及螺丝紧固装备到所述公共无源层形成具有完整功能的大阵列开关及天线结构。

在其中一个实施例中，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相垂直，且所述公共无源层的一侧包括至少一个所述第一结构单元。

在其中一个实施例中，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相垂直，且所述公共无源层的两侧均包括至少一个所述第一结构单元。

在其中一个实施例中，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相平行，且所述第一结构单元中的天线结构为一列完整的天线结构。

在其中一个实施例中，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相平行，且所述第一结构单元中的天线结构为两列完整的天线结构。

在其中一个实施例中，所述有源层中的第二结构单元为两列完整的第二结构单元。

在其中一个实施例中，同一开关及天线阵列中的所述第一腔体结构的类型包括一种或多种，且所述第二腔体结构的类型与相装配到一起的第一腔体结构的类型相同。

在其中一个实施例中，所述开关及天线阵列包括电磁波接口，所述电磁波接口为波导接口或同轴接口，当所述电磁波接口为波导接口时，所述电磁波接口由所述第一腔体结构和所述第二腔体结构装配后形成；当所述电磁波接口为同轴接口时，所述电磁波接口设置于所述第二腔体结构上。

在其中一个实施例中，所述开关电路板上设置有控制电路连接接口，所述控制电路连接接口与控制电路相连接。

上述基于毫米波开关的天线阵列，其中其未设置有工装结构，通过一公共无源层作为基底，该公共无源层上包括至少一个第一结构单元，从而有源层直接装配到该公共无源层上即可形成开关及天线结构，即将第一结构单元与第二结构单元装配到一起就可以完成安装，减少了安装的操作步骤，装配工艺简单，从而可以减少安装误差，提高阵列性能一致性。

附图说明

图1为传统技术中基于毫米波开关的及天线阵列的示意图；

图2为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的示意图；

图3为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图；

图4为图3所示实施例中的有源层的炸视图；

图5为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的示意图；

图6为图5所示的实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图；

图7为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的示意图；

图8为图7所示的实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图；

图9为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图；

图10为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参见图2，图2为一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的示意图，该基于毫米波开关的及天线阵列包括公共无源层200和有源层300。其中公共无源层200存在两种结构形式，对应的有源层300也存在两种结构形式。第一种结构形式为：公共无源层200包括至少一个第一结构单元，该第一结构单元包含开关无源层202和部分天线结构201，从而有源层300包含一个第二结构单元，该第二结构单元包括开关有源层307和另一部分天线结构301。第二种结构形式为：公共无源层200包括至少一个第一结构单元，该第一结构单元包括开关无源层202和完整天线结构，从而有源层300包含一个第二结构单元，该第二结构单元仅包括开关有源层307。

其中有源层300装配到开关无源层202上即可以形成毫米波开关及天线小阵列。当多个有源层300装配到开关无源层202上则可以形成毫米波开关及天线大阵列，例如多个有源层300通过定位稍对准以及螺丝302紧固装配到公共无源层200形成具有完整功能的大阵列开关及天线结构。

以图2为例进行说明：当公共无源层200包括至少一个第一结构单元，且该第一结构单元包含开关无源层202和部分天线结构201时，有源层300为包含一个第二结构单元，且该第二结构单元包括开关有源层307和另一部分天线结构301，其中部分天线结构201和另一部分天线结构301装配到一起可以形成具有完整功能的完整的天线结构，从而实现天线的功能。开关无源层202和开关有源层307装配到一起形成完整的开关结构，从而具有完整的开关功能。其中在装配的过程中，可以通过将有源层300上的定位销孔303与公共无源层200上对应位置的定位销孔对准并装入定位销，使有源层300同公共无源层200位置对准并固定，然后再用螺丝通过螺丝装配孔302将有源层300紧固到该公共无源层200。这样没有工装结构，以公共无源层200为基底，仅需要将有源层300安装到公共无源层200即可以，装配工艺简单，减少了装配步骤，从而可以减少装配误差，提高阵列一致性。

仍以图2为例进行说明，当公共无源层200包括至少一个第一结构单元，该第一结构单元包括开关无源层202和完整天线结构，从而有源层300包含一个第二结构单元，该第二结构单元仅包括开关有源层307。其中开关无源层202和开关有源层307装配到一起形成完整的开关结构，从而具有完整的开关功能。在装配的过程中，可以通过将有源层300上的定位销孔303与公共无源层200上对应位置的定位销孔对准并装入定位销，使有源层300同公共无源层200位置对准并固定，然后再用螺丝通过螺丝装配孔302将有源层300紧固到该公共无源层200。这样没有工装结构，以公共无源层200为基底，仅需要将有源层300安装到公共无源层200即可以，装配工艺简单，减少了装配步骤，从而可以减少装配误差，提高阵列一致性。

需要进行说明的是开关无源层202是指仅包含第一腔体结构，且不包含电路结构的金属模块。开关有源层307是指包含第二腔体结构，且包含电路结构的金属模块，即该开关有源层307包括第二腔体结构和开关电路304，开关电路304设置在第二腔体结构中。其中在将有源层300装配到公共无源层200的时候，有源层300包含的第二腔体结构可以完全匹配到公共无源层200对应的第一腔体结构上。

且在该实施例中，公共无源层200包含的第一结构单元可以是一种类型的重复排布或者是多种类型组合而成。有源层300包含的第二结构单元其可以是一个结构单元或者是多个结构单元，若包含多个结构单元，其多个结构单元可以是一种结构单元重复排布组成，也可以是多种结构单元组合而成。

上述基于毫米波开关的及天线阵列，其中其未设置有工装结构，通过一公共无源层200作为基底，该公共无源层200上包括至少一个第一结构单元，从而有源层300直接装配到该公共无源层200上即可形成开关及天线结构，即将第一结构单元与第二结构单元装配到一起就可以完成安装，减少了安装的操作步骤，装配工艺简单，从而可以减少安装误差，提高阵列性能一致性。

请参见图3和图4所示，其中图3为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图，图4为图3所示实施例中的有源层300的炸视图。在该实施例中，公共无源层200包含第一结构单元，该第一结构单元包含开关无源层202和部分天线结构201。有源层300包含第二结构单元，该第二结构单元包含开关有源层307和另一部分天线结构301。

且如图3所示，第一结构单元中的天线结构的天线端口面与第一腔体结构和第二腔体结构的装配面相垂直，且公共无源层200的一侧包括至少一个第一结构单元，其中第一腔体结构和第二腔体结构的装配面在图3中与纸面平行，第一结构单元中的天线结构的天线端口面在图3中与纸面垂直。且如图3中所示的公共无源层200的一侧包含了多个第一结构单元，从而不需要进行装配。在装配的时候，仅需要将有源层300对应的第二结构单元装配到对应的第一结构单元即可形成开关及天线单阵列，不需要进行其他装配操作，装配流程简单，减少了误差，提高了阵列一致性。

结合图4，图4中的有源层300包括开关有源层307和另一部分天线结构301，其中开关有源层307包括第二腔体结构、开关电路304、盖板306（非必须）以及电磁波接口308。其中电磁波接口308设置于第二腔体结构上，开关电路304设置于第二腔体结构中，盖板306可以盖合于第二腔体结构上，对腔体进行密封，其中第二腔体结构可以与公共无源层200中对应的第一腔体结构相装配，从而形成开关的完整腔体结构，实现相应的腔体功能。且如图4所示，为了保证装配精度，其中在有源层300的相应位置处设置有定位销孔303和螺丝装配孔302，可以通过将有源层300上的定位销孔303与公共无源层200上对应位置的定位销孔对准并装入定位销，使有源层300同公共无源层200位置对准并固定，然后再用螺丝通过螺丝装配孔302将有源层300紧固到该公共无源层200。

其中，开关电路304上设置有控制电路接口，该控制电路接口305与外部控制电路相连接，可以实现开关以及天线通道的开或关，以及各个通道工作状态的切换。

电磁波接口308可以为波导接口或者同轴接口，外部电磁波信号通过电磁波接口308或天线进入阵列中，经过开关电路304的作用从相应的天线或电磁波接口308导出。

且可选地，在该实施例中，公共无源层200中第一结构单元可以是一种或多种，例如即可以是一分八或一分十六等类型，在此并不限制所有的第一结构单元类型必须完全相同。

上述实施例中，在安装的过程中，以通过将有源层300上的定位销孔303与公共无源层200上对应位置的定位销孔对准并装入定位销，使有源层300同公共无源层200位置对准并固定，然后再用螺丝通过螺丝装配孔302将有源层300紧固到该公共无源层200，从而使得第一腔体结构与第二腔体结构相适配形成具有开关功能的结构，部分天线结构201和另一部分天线结构301相适配形成完整的天线结构，不需要其他多余的操作，从而可以减少安装的步骤，进而减少安装误差，提高了阵列性能一致性。

在其中一个实施例中，结合图5和图6所示，图5为其中一个实施例中的毫米波开关天线阵列的示意图，图6为图5所示的实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图。在该实施例中，在该实施例中，公共无源层200包含第一结构单元，该第一结构单元包含开关无源层202和部分天线结构201。有源层300包含第二结构单元，该第二结构单元包含开关有源层307和另一部分天线结构301。第一结构单元中的天线结构的天线端口面与第一腔体结构和第二腔体结构的装配面相垂直，且公共无源层200的两侧均包括至少一个第一结构单元。其中第一腔体结构和第二腔体结构的装配面在图5中与纸面平行，第一结构单元中的天线结构的天线端口面在图5中与纸面垂直。且如图5中所示的公共无源层200的两侧包含了多个第一结构单元。在装配的时候，仅需要将有源层300对应的第二结构单元装配到对应的第一结构单元即可形成开关及天线双阵列，不需要进行其他装配操作，装配流程简单，减少了误差，提高了阵列一致性。

该实施例中除以上特征外，其余特征均与图3中所示出的实施例中的特征相同，在此不再赘述。

上述实施例中，在安装的过程中，仅需要将有源层300安装至公共无源层200的对应位置处，从而使得第一腔体结构与第二腔体结构相适配形成具有开关功能的结构，部分天线结构201和另一部分天线结构301相适配形成完整的天线结构，不需要其他多余的操作，从而可以减少安装的步骤，进而减少安装误差，提高了阵列性能一致性。

在其中一个实施例中，参见图7和图8，其中图7为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的示意图，图8为图7所示的实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图。在该实施例中，公共无源层200包含开关无源层202和完整天线结构，有源层300包含开关有源层307。

如图7所示，第一结构单元中的天线结构的天线端口面与第一腔体结构和第二腔体结构的装配面相平行，且第一结构单元中的天线结构为一列完整的天线结构，其中第一腔体结构和第二腔体结构的装配面在图7中与纸面垂直，第一结构单元中的天线结构的天线端口面在图7中与纸面垂直，且如图8所示，公共无源层200中的第一结构单元中的天线结构为一列。从而在装配过程中，仅需要将有源层300装配到对应的公共无源层200上，即将有源层300中的第二结构单元装配到公共无源层200中的对应的第一结构单元处，即可形成开关及天线单阵列，不需要进行其他装配操作，装配流程简单，减少了误差，提高了阵列一致性。

结合图4，图4中的有源层300包括开关有源层307，其中开关有源层307包括第二腔体结构、开关电路304、盖板306（非必须）以及电磁波接口308。其中电磁波接口308设置于第二腔体结构上，开关电路304设置于第二腔体结构中，盖板306可以盖合于第二腔体结构上，对腔体进行密封，其中第二腔体结构可以与公共无源层200中对应的第一腔体结构相装配，从而形成开关的完整腔体结构，实现相应的腔体功能。且如图4所示，为了保证装配精度，其中在有源层300的相应位置处设置有定位销孔303和螺丝装配孔302，可以通过将有源层300上的定位销孔303与公共无源层200上对应位置的定位销孔对准并装入定位销，使有源层300同公共无源层200位置对准并固定，然后再用螺丝通过螺丝装配孔302将有源层300紧固到该公共无源层200。

其中，开关电路304上设置有控制电路接口305，该控制电路接口305与外部控制电路相连接，可以实现开关以及天线通道的开或关，以及各个通道工作状态的切换。

电磁波接口308可以为波导接口或者同轴接口，外部电磁波信号通过电磁波接口308或天线进入阵列中，经过开关电路304的作用从相应的天线或电磁波接口308导出。

且可选地，在该实施例中，公共无源层200中第一结构单元可以是一种或多种，例如即可以是一分八或一分十六等类型，在此并不限制所有的第一结构单元类型必须完全相同。

上述实施例中，在安装的过程中，仅需要将有源层300安装至公共无源层200的对应位置处，从而使得第一腔体结构与第二腔体结构相适配形成具有开关功能的结构，不需要其他多余的操作，从而可以减少安装的步骤，进而减少安装误差，提高了阵列性能一致性。

在其中一个实施例中，参见图9所示，图9为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图，在该实施例中，公共无源层200包含开关无源层202和完整天线结构，有源层300包含开关有源层307。

如图9所示，第一结构单元中的天线结构的天线端口面与第一腔体结构和第二腔体结构的装配面相平行，且第一结构单元中的天线结构为两列完整的天线结构，如图9所示，其中各个有源层300是相互独立的，每个有源层300分别装配到公共无源层200的对应位置处，其中公共无源层200中包含完整天线结构，每个有源层300中的第二腔体结构分别与公共无源层200对应位置处的第一腔体结构相匹配连接，以分别形成一个个的具有天线和开关功能的天线开关，然后当装配完成多个天线开关时，则形成了天线开关双阵列。

该实施例中除上述描述外，其余特征与图7所示实施例均相同，在此不再赘述。

在其中一个实施例中，参阅图10所示，图10为其中一个实施例中的基于毫米波开关的及天线阵列的炸视图，在该实施例中，有源层300中的第二结构单元为两列完整的第二结构单元，公共无源层200包含开关无源层202和完整天线结构，有源层300包含开关有源层307，在其他实施例中，公共无源层200还可以包括开关无源层202和部分天线结构201，有源层300包含开关有源层307和另一部分天线结构301。

具体地，以图10中为例进行说明，第一结构单元中的天线结构的天线端口面与第一腔体结构和第二腔体结构的装配面相平行，且第一结构单元中的天线结构为两列完整的天线结构，如图10所示，有源层300中的第二结构单元为两列完整的第二结构单元，其中当公共无源层200中包含的完整天线结构时，则每个包含两列完整的第二结构单元的有源层300中的第二腔体结构分别与公共无源层200对应位置处的第一腔体结构相匹配连接；当公共无源层200中包含的部分天线结构201时，则每个包含两列完整的第二结构单元的有源层300中的第二腔体结构分别与公共无源层200对应位置处的第一腔体结构相匹配连接，且每个有源层300中的另一部分天线结构301分别与公共无源层200对应位置处的部分天线结构201相连接，以分别形成一个个的具有天线和开关功能的天线开关，然后当装配完成多个天线开关时，则形成了天线开关双阵列。

该实施例中除上述描述外，其余特征与图9所示实施例均相同，在此不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于毫米波开关的天线阵列，所述阵列包括：

公共无源层，所述公共无源层包括至少一个第一结构单元，所述第一结构单元包含开关无源层和部分天线结构，或者，所述第一结构单元包含开关无源层和完整天线结构，所述开关无源层包括第一腔体结构；

有源层，所述有源层包含至少一个第二结构单元，当所述第一结构单元包含部分天线结构时，所述第二结构单元包括开关有源层和另一部分天线结构，所述部分天线结构和所述另一部分天线结构装配到一起形成完整的天线结构；当所述第一结构单元包含完整天线结构时，所述第二结构单元仅包括开关有源层；

所述开关有源层包括第二腔体结构、开关电路，所述开关电路设置在所述第二腔体结构中；所述开关有源层的数量与所述第一结构单元的数量相同，当所述第一结构单元的数量为一个时，将所述第一腔体结构和所述第二腔体结构装配到一起，当所述第一结构单元的数量多于一个时，将各个所述开关有源层的第二腔体结构分别与所述公共无源层的第一结构单元中的第一腔体结构装配到一起所述第一腔体结构和所述第二腔体结构装配到一起，从而形成具有完整功能的小阵列开关及天线结构；

将所述有源层上的定位销孔与公共无源层上对应位置的定位销孔对准被装入定位销，以使得所述有源层与公共无源层对准并固定后，再用螺丝通过螺丝装配孔以将所述有源层紧固至公共无源层。

2.根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相垂直，且所述公共无源层的一侧包括至少一个所述第一结构单元。

3.根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相垂直，且所述公共无源层的两侧均包括至少一个所述第一结构单元。

4.根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相平行，且所述第一结构单元中的天线结构为一列完整的天线结构。

5.根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，所述第一结构单元中的天线结构的天线端口面与所述第一腔体结构和所述第二腔体结构的装配面相平行，且所述第一结构单元中的天线结构为两列完整的天线结构。

6.根据权利要求5所述的阵列，其特征在于，所述有源层中的第二结构单元为两列完整的第二结构单元。

7.根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，同一开关及天线阵列中的所述第一腔体结构的类型包括一种或多种，且所述第二腔体结构的类型与相装配到一起的第一腔体结构的类型相同。

8.根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，所述开关及天线阵列包括电磁波接口，所述电磁波接口为波导接口或同轴接口，当所述电磁波接口为波导接口时，所述电磁波接口由所述第一腔体结构和所述第二腔体结构装配后形成；当所述电磁波接口为同轴接口时，所述电磁波接口设置于所述第二腔体结构上。

9.根据权利要求1所述的阵列，其特征在于，所述开关电路板上设置有控制电路连接接口，所述控制电路连接接口与控制电路相连接。

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