CN109884594A - 一种高性能一体化有源模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高性能一体化有源模块，包括信号分配驱动模块、T/R组件、T/R组件腔体和天线单元；T/R组件设置在T/R组件腔体内；T/R组件和T/R组件腔体均与信号分配驱动模块、天线单元连接；信号分配驱动模块用于为T/R组件提供馈电输入、信号控制、射频传输网络；T/R组件的输入端与信号分配驱动模块连接，输出端与天线单元连接，实现射频收发信号的幅度和相位控制；T/R组件腔体用于为信号分配驱动模块、T/R组件和天线单元提供结构支撑；本发明采用三维叠层高集成架构技术、高低频全浮动通用立体盲配互联技术、刚柔结合一体化馈电技术、海况应用高可靠防护等技术将射频信号、电源信号、数字控制信号、T/R组件、天线单元一体化集成。

Description

一种高性能一体化有源模块

技术领域

本发明涉及有源相控阵雷达领域，具体涉及一种高性能一体化有源模块。

背景技术

数字阵列有源相控阵雷达具有幅相控制精度高、快捷的波束调度能力、可全空域同时收发多波束、良好的抗干扰性等诸多优点，目前已成为雷达发展的一个主流趋势。

随着雷达功能的多样化，通道数量不断增加，天线子阵系统日趋庞大，导致系统的硬件数量也在不断增加。有源阵面前端接线关系的复杂性不仅浪费空间、重量增加而且会造成各种信号间的电磁串扰，电磁兼容性问题突出，严重时会引起系统的失灵。因而，将一定数量的收发组件、控制、电源和射频网络等信号高度集成一个复杂的微波子系统尤其重要。

针对以上问题，目前天线射频前端、电源和控制等集总馈电方式广泛采用可扩充阵列模块(SAM)技术和数字阵列模块(DAM)技术。

SAM技术和DAM技术在一定程度上解决了天线阵面前端电源、波控和射频收发通道的集成问题，但现有的结构设置仍无法将天线单元一体化集成，只能进行收发模块级别的扩充，不能涉及天线子阵级扩充。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种高性能一体化有源模块，包括信号分配驱动模块、T/R组件、T/R组件腔体和天线单元；所述T/R组件设置在所述T/R组件腔体内；所述T/R组件和所述T/R组件腔体均与所述信号分配驱动模块、所述天线单元连接；所述信号分配驱动模块用于为所述T/R组件提供馈电输入、信号控制、射频传输网络；所述T/R组件的输入端与所述信号分配驱动模块连接，输出端与所述天线单元连接，实现射频收发信号的幅度和相位控制，完成收发波束的形成；所述T/R组件腔体用于为所述信号分配驱动模块、所述T/R组件和所述天线单元提供结构支撑。

较佳的，所述信号分配驱动模块包括信号分配驱动模块腔体、多功能数字电路板、一体化射频网络功分/合成网络；所述多功能数字电路板和所述一体化射频网络功分/合成网络设置于所述信号分配驱动模块腔体内。

较佳的，所述信号分配驱动模块腔体内部中央设置有中腔室，所述多功能数字电路板放置于所述中腔室内；所述信号分配驱动模块腔体的下端面和所述T/R组件腔体连接，所述信号分配驱动模块腔体的四个侧面分别设置有四个侧腔室，用以放置所述一体化射频网络功分/合成网络。

较佳的，所述多功能数字电路板上设置有电源分配储能滤波电路和控制信号驱动分配电路，所述多功能数字电路板的正面设置所述控制信号驱动分配电路的元器件，背面设置储能电容，所述储能电容和所述信号分配驱动模块腔体之间设置导热胶垫。

较佳的，将所述多功能数字电路板的柔性板与数字板一同压合，连接器通过所述柔性板与所述数字板连接，所述连接器与所述T/R组件连接。

较佳的，所述一体化射频网络功分/合成网络包括一个分八射频功分/合成网络和一个分二射频功分/合成网络；所述分八射频功分/合成网络包括一个分二功分/合成网络和两个分四功分/合成网络，采用垂直过渡的方式穿孔到所述信号分配驱动模块腔体的两个侧面；所述分二射频功分/合成网络、所述分二功分/合成网络和所述分四功分/合成网络环绕设置在所述信号分配驱动模块腔体的四个侧面。

较佳的，所述分八射频功分/合成网络采用威尔金森方式设置。

较佳的，所述T/R组件采用背靠的方式固定在所述T/R组件腔体上，所述T/R组件的输入端通过具有浮动功能的射频连接器和低频连接器与所述信号分配驱动模块连接，输出端通过SMP-KK射频连接器与所述天线单元相连接。

较佳的，所述T/R组件腔体的输入端与所述信号分配驱动模块固定连接，输出端与所述天线单元固定连接。

较佳的，所述T/R组件腔体内中央设置散热翅片；所述T/R组件以所述散热翅片为中心对称放置在所述T/R组件腔体内。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明采用三维叠层高集成架构技术、高低频全浮动通用立体盲配互联技术、刚柔结合一体化馈电技术、海况应用高可靠防护等技术将射频信号、电源信号、数字控制信号、T/R组件、天线单元一体化集成；2，本发明将输入端射频信号，电源信号和数字控制信号进行多路分配，降低了多通道相控阵雷达系统有源阵面前端射频信号、数字信号和电源信号前端接线的复杂性，降低了有源阵面的体积、重量和制造成本，提高了相控阵雷达有源阵面的集成度和电磁兼容性；3，本发明的整体结构满足高湿热、防盐雾的需求，能够适用海上恶劣环境的需求。

附图说明

图1为本发明所述高性能一体化有源模块的三维结构图(开盖)；

图2为本发明所述高性能一体化有源模块的三维结构图(封盖)；

图3为所述信号分配驱动模块的三维结构图；

图4为所述信号分配驱动模块腔体的三维结构图；

图5为所述多功能数字电路板的连接位置图；

图6为所述多功能数字板的正面三维图；

图7为所述多功能数字板的背面三维图；

图8为所述一体化射频功分/合成网络的正面三维图；

图9为所述一体化射频功分/合成网络的背面三维图；

图10为所述T/R组件腔体的三维结构图；

图11为所述天线单元的三维结构图。

图中数字表示：

1-信号分配驱动模块；2-T/R组件；3-T/R组件腔体；4-天线单元；11-信号分配驱动模块腔体；12-多功能数字电路板；121-储能电容；122-柔性电路板；123-过渡板；124-主要元器件；131-分二功分/合成网络；132-分四功分/合成网络；133-分二射频功分/合成网络。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1、图2所示，图1为本发明所述高性能一体化有源模块的三维结构图(开盖)；图2为本发明所述高性能一体化有源模块的三维结构图(封盖)。本发明所述高性能一体化有源模块包括信号分配驱动模块1、T/R组件2、T/R组件腔体3和天线单元4。所述高性能一体化有源模块的结构从上至下依次为所述信号分配驱动模块1、所述T/R组件腔体3和所述天线单元4。所述T/R组件2设置在所述T/R组件腔体3内。

所述的信号分配驱动模块1为所述T/R组件2提供馈电输入、信号控制、射频传输网络。功能上包含电源分配储能滤波电路、控制信号驱动分配电路和一体化射频功分/合成网络。

所述T/R组件2采用背靠背的方式固定在所述T/R组件腔体3内部，所述的T/R组件2的输入端与所述信号分配驱动模块1连接，所述的T/R组件2的输出端与所述天线单元4连接，实现射频收发信号的幅度和相位控制，完成收发波束的形成。

所述T/R组件腔体3在为所述信号分配驱动模块1、所述T/R组件2和所述天线单元4提供结构支撑的同时，为所述T/R组件2提供散热风道。

所述天线单元4采用列线源的方式，所述天线单元4的输入端通过SMP-KK连接器与所述T/R组件2的输出端盲配连接，并采用螺钉和耐腐蚀导电密封胶条的方式与所述T/R组件腔体3连接。

较佳的，所述信号分配驱动模块1与所述TR组件2之间采用射频加低频同时盲配馈电方式；所述TR组件2和所述天线单元4之间采用射频盲配连接方式；所述高性能一体化有源模块整体采用三级盲配互联方式。

具体的，所述信号分配驱动模块1的输出端通过带浮动结构的射频连接器和低频连接器与所述TR组件2连接以实现电讯信号的盲配连接。所述信号分配驱动模块1的输出端口采用螺钉和耐腐蚀导电密封胶条的方式与所述T/R组件腔体3连接，保证所述信号分配驱动模块1和所述T/R组件腔体3连接位置满足结构密封性和机械强度的要求。

所述T/R组件2通过背靠的方式固定在所述T/R组件腔体3内，所述T/R组件2的输出端通过具备浮动功能的射频连接器与所述天线单元4盲配连接。所述T/R组件2与所述信号分配驱动模块1、所述天线单元4连接，实现射频收发信号的幅度和相位控制，完成收发波束的形成。

所述的T/R组件腔体3的输入端面与所述信号分配驱动模块1连接，输出端面与所述天线单元4连接；所述T/R组件腔体3内部的中间位置设置有散热翅片，所述T/R组件2以所述散热翅片为中心对称放置在所述T/R组件腔体3内，从而使所述T/R组件腔体3为所述T/R组件2提供风冷散热通道。

本发明采用三维叠层高集成架构技术、高低频全浮动通用立体盲配互联技术、刚柔结合一体化馈电技术、海况应用高可靠防护等技术将射频信号、电源信号、数字控制信号、T/R组件、天线单元一体化集成；本发明将输入端射频信号，电源信号和数字控制信号进行多路分配，降低了多通道相控阵雷达系统有源阵面前端射频信号、数字信号和电源信号前端接线的复杂性，降低了有源阵面的体积、重量和制造成本，提高了相控阵雷达有源阵面的集成度和电磁兼容性。本发明的整体结构满足高湿热、防盐雾的需求，能够适用海上恶劣环境的需求。

实施例二

在本实施例中，本发明所述高性能一体化有源模块作为相控阵雷达有源阵面的基本单元，将所述信号分配驱动模块、4个2入4出的T/R组件和16通道天线单元一体化设计，形成了16通道的有源天线子阵。

具体的，如图3所示，图3为所述信号分配驱动模块的三维结构图；所述信号分配驱动模块1包括信号分配驱动模块腔体11、多功能数字电路板12、一体化射频网络功分/合成网络。所述多功能数字电路板12和所述一体化射频网络功分/合成网络设置于所述信号分配驱动模块腔体11内。

如图4所示，图4为所述信号分配驱动模块腔体的三维结构图；所述信号分配驱动模块腔体11内部中央设置有中腔室，所述多功能数字电路板12放置于所述中腔室内；所述信号分配驱动模块腔体11的下端面和所述T/R组件腔体3连接，所述信号分配驱动模块腔体11的四个侧面分别设置有四个侧腔室，用以放置所述一体化射频网络功分/合成网络。所述中腔室和周围四个所述侧腔室用隔筋分开，彼此独立。

如图5、图6、图7所示，图5为所述多功能数字电路板的连接位置图；图6为所述多功能数字板的正面三维图；图7为所述多功能数字板的背面三维图。所述多功能数字电路板12优先设置有2个，且对称设置；所述多功能数字电路板12上设置有电源分配储能滤波电路和控制信号驱动分配电路，所述电源分配储能滤波电路和所述控制信号驱动分配电路用于控制信号的差分转换、驱动、分配以及电源的储能、滤波、分配。所述多功能数字电路板12的正面放置主要元器件124，背面放置储能电容121，采用导热胶垫作为媒介放置在所述储能电容121和所述信号分配驱动模块腔体11之间，用于将所述多功能数字电路板12产生的热量传给所述信号分配驱动模块腔体11。

所述主要元器件124和所述储能电容121的正背面设置，使数字和电源信号独立传输；所述一体化射频网络功分/合成网络采用立体走线方式，环绕所述信号分配驱动模块腔体11四周，在狭小空间内解决了电源、数字和射频信号的相互干扰问题，最大限度减小了无人机载雷达的体积、重量和功耗，实现了小型化、轻质化的要求。

所述多功能数字电路板12采用FR-4层压板，将柔性电路板122与数字板一同压合而成，连接器通过所述柔性电路板122与所述数字板连接；具体的，将所述连接器的连接针焊接到过渡板123，再将所述柔性电路板122的输入针焊接到所述过渡板123，所述连接器可采用J30J连接器。所述多功能数字电路板12的结构设置解决了所述连接器与所述数字板垂直方向不在同一平面上的问题，实现所述一体化有源模块数字部分的电连接。

本发明采用的刚柔结合一体化馈电技术，将所述过渡板123、所述柔性电路板122、所述数字板、所述连接器刚柔一体化加工，实现了功能单元之间的三维立体互联，有源天线系统的整体剖面高度得到降低，实现了高集成度的高可靠性设计。

如图8、图9所示，图8为所述一体化射频功分/合成网络的正面三维图；图9为所述一体化射频功分/合成网络的背面三维图；所述一体化射频网络功分/合成网络包括一个分八射频功分/合成网络和一个分二射频功分/合成网络133。所述分八射频功分/合成网络采用威尔金森方式，具体的，所述分八射频功分/合成网络包括一个分二功分/合成网络131和两个分四功分/合成网络132，所述分二功分/合成网络131采用垂直过渡的方式穿孔到所述信号分配驱动模块腔体11的侧面，实现分八功分/合成网络功能。所述分二射频功分/合成网络133和所述分八射频功分/合成网络的所述分二功分/合成网络131和所述分四功分/合成网络132环绕在所述信号分配驱动模块腔体11的前后左右四个侧面。

如图10、图11所示，图10为所述T/R组件腔体的三维结构图；图11为所述天线单元的三维结构图；所述T/R组件2采用背靠的方式固定在所述T/R组件腔体3上，所述T/R组件2的输入端通过具有浮动功能的射频连接器和低频连接器与所述信号分配驱动模块1连接，输出端通过SMP-KK射频连接器与所述天线单元4相连接。

本发明采用的高低频全浮动通用立体盲配互联技术，基于通用设计的原则，所述信号分配驱动模块1和所述T/R组件2之间采用射频加低频同时盲配馈电方式，解决了传统方式下采用毛纽扣加弹性连接器等互联方式的快速插拔难题。

所述T/R组件腔体3为所述T/R组件2提供结构支撑和散热风道；所述T/R组件腔体3的输入端为所述信号分配驱动模块1提供结构支撑，输出端为所述天线单元4提供结构支撑；较佳的，所述T/R组件腔体中央设置散热翅片，所述散热翅片采用线切割工艺加工成型。

所述天线单元4的输入端与所述T/R组件2的输出端相连，通过螺钉将所述天线单元4固定在所述T/R组件腔体3上。

本发明的所述高性能一体有源模块，将射频网络、电源、控制、收发组件、天线子阵一体化集成，功能方面更具完备性，结合模块参数实现了不需要外场校正就可解决天线可更换性的难题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高性能一体化有源模块，其特征在于，包括信号分配驱动模块、T/R组件、T/R组件腔体和天线单元；所述T/R组件设置在所述T/R组件腔体内；所述T/R组件和所述T/R组件腔体均与所述信号分配驱动模块、所述天线单元连接；所述信号分配驱动模块用于为所述T/R组件提供馈电输入、信号控制、射频传输网络；所述T/R组件的输入端与所述信号分配驱动模块连接，输出端与所述天线单元连接，实现射频收发信号的幅度和相位控制，完成收发波束的形成；所述T/R组件腔体用于为所述信号分配驱动模块、所述T/R组件和所述天线单元提供结构支撑。

2.如权利要求1所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述信号分配驱动模块包括信号分配驱动模块腔体、多功能数字电路板、一体化射频网络功分/合成网络；所述多功能数字电路板和所述一体化射频网络功分/合成网络设置于所述信号分配驱动模块腔体内。

3.如权利要求2所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述信号分配驱动模块腔体内部中央设置有中腔室，所述多功能数字电路板放置于所述中腔室内；所述信号分配驱动模块腔体的下端面和所述T/R组件腔体连接，所述信号分配驱动模块腔体的四个侧面分别设置有四个侧腔室，用以放置所述一体化射频网络功分/合成网络。

4.如权利要求3所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述多功能数字电路板上设置有电源分配储能滤波电路和控制信号驱动分配电路，所述多功能数字电路板的正面设置所述控制信号驱动分配电路的元器件，背面设置储能电容，所述储能电容和所述信号分配驱动模块腔体之间设置导热胶垫。

5.如权利要求2所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，将所述多功能数字电路板的柔性板与数字板一同压合，连接器通过所述柔性板与所述数字板连接，所述连接器与所述T/R组件连接。

6.如权利要求2所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述一体化射频网络功分/合成网络包括一个分八射频功分/合成网络和一个分二射频功分/合成网络；所述分八射频功分/合成网络包括一个分二功分/合成网络和两个分四功分/合成网络，采用垂直过渡的方式穿孔到所述信号分配驱动模块腔体的两个侧面；所述分二射频功分/合成网络、所述分二功分/合成网络和所述分四功分/合成网络环绕设置在所述信号分配驱动模块腔体的四个侧面。

7.如权利要求6所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述分八射频功分/合成网络采用威尔金森方式设置。

8.如权利要求1所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述T/R组件采用背靠的方式固定在所述T/R组件腔体上，所述T/R组件的输入端通过具有浮动功能的射频连接器和低频连接器与所述信号分配驱动模块连接，输出端通过SMP-KK射频连接器与所述天线单元相连接。

9.如权利要求1所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述T/R组件腔体的输入端与所述信号分配驱动模块固定连接，输出端与所述天线单元固定连接。

10.如权利要求9所述的高性能一体化有源模块，其特征在于，所述T/R组件腔体内中央设置散热翅片；所述T/R组件以所述散热翅片为中心对称放置在所述T/R组件腔体内。