CN110601705A - 一种相控阵多波束射频接收组件 - Google Patents

一种相控阵多波束射频接收组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相控阵多波束射频接收组件，包括：接收射频信号的第一射频同轴连接器；将射频信号放大的射频板；将放大后的射频信号并合成波束的射频多层混压板；接收射频多层混压板输出的波束的第二射频同轴连接器。本发明具有在高集成度板材同时接收多个波束进行合成处理的特点，多个波束间射频走线的交叉引入同轴微带线垂直互联结构，在射频板内层分层传输，保证了多波束可同时接收处理，且保证接收波束微波性能良好且互不干扰影响。该结构对相控阵TR组件的高度集成化和组件多波束实现具有重要的应用价值。

Description

一种相控阵多波束射频接收组件
技术领域
本发明涉及射频接收器件技术领域，具体涉及一种相控阵多波束射频接收组件。
背景技术
射频接收组件是指无线收发系统中频与天线之间的接收通路部分，是有源相控阵雷达的核心，机载和舰载雷达系统对接收组件的体积、电性能和可靠性有很高的要求，因此实现多波束接收组件的高性能、小型化有相当重要的现实意义。
多芯片组件提高集成度、实现小型化最关键的技术之一就是射频垂直互连，在多层混压板中最常用的是带状线到带状线垂直互连、微带线到带状线垂直互连，本组件中微带线到带状线的射频互联，采用的准同轴过孔式垂直互连结构，具有插入损耗小、工作频带宽、尺寸小的优点。
多波束射频接收组件是指组件可以同时接收和处理多个不同波束的射频信号，多波束主要应用于相控阵雷达收发应用中，相控阵雷达最大的特点就是能够同时形成多波束从而实现快速扫描探测，并且还可以根据实际应用环境灵活的控制波束形状，使其能够有效跟踪多个快速移动的目标。多波束可以在发射或者接收通道中完成，可以在射频或中频部分实现，也可以用基带及数字的方式实现，本发明采用在射频接收通道采用移相器芯片实现多波束。
发明内容
本发明提供了一种相控阵多波束射频接收组件，通过特定结构的射频多层混压板，保证了多波束可同时接收处理，且保证接收波束微波性能良好且互不干扰影响。
一种相控阵多波束射频接收组件，包括：
接收射频信号的第一射频同轴连接器；
接收所述射频同轴连接器传递的射频信号并将所述射频信号放大的射频板；
接收所述射频双层板发出放大后的射频信号并合成波束的射频多层混压板；
接收所述射频多层混压板输出的波束的第二射频同轴连接器。
第一射频同轴连接器和第二射频同轴连接器具体采用SMP(Super MiniaturePush-in，超小型推入式)射频同轴连接器。
所述的射频板采用双层板。
所述的射频多层混压板包括：依次设有的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板、第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板、第一罗杰斯板材和第二罗杰斯板材。
所述的玻璃纤维环氧树脂覆铜板为两层，具体采用FR4板材。
所述的罗杰斯板材为两层，罗杰斯板材具体采用Roggers4350。
所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板、第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板均包括基板和设置在所述基板两侧的金属层，即第一金属层和第二金属层；
所述的第一罗杰斯板材和第二罗杰斯板材均包括罗杰斯基板和设置在所述罗杰斯基板两侧的金属层，即第一金属层和第二金属层。
所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第一金属层接地；
所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第二金属层作为控制信号一层；
所述的第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第一金属层作为控制信号二层；
所述的第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第二金属层作为电源信号层；
所述的第一罗杰斯板材的第一金属层作为铺地一层；
所述的第一罗杰斯板材的第二金属层作为带状线射频层；
所述的第二罗杰斯板材的第一金属层作为铺地二层；
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层作为微带线射频层；
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层上设置有第一功分器芯片，用于做波束合路传输。
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一罗杰斯板材的第二金属层设有第一盲孔，使得微带线射频层和带状线射频层能够导通。
所述的第一盲孔的半径为0.15mm，在距离第一盲孔的圆心1mm圆周处均匀设置6个第一贯穿通孔，该第一贯穿通孔的圆心与第一盲孔的圆心的距离为1mm。
根据理论公式定性分析准同轴式垂直互连结构特性阻抗，结合考虑垂直互连结构中的焊盘产生的额外寄生效应，所述的第一盲孔在所述第一罗杰斯板材的第二金属层(即带状线射频层)处设置有内半径为0.25mm的圆形金属环，所述的第一盲孔在所述第二罗杰斯板材的第二金属层(即微带线射频层)处设置有半径为0.3mm的圆形金属环，以改善第一盲孔的射频传输性能。
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一罗杰斯板材的第二金属层之间设置盲槽，盲槽的底面带状线露出形成微带线，盲槽的大小为5mm×5mm。开了盲槽之后，在盲槽处第一罗杰斯板材的第二金属层的带状线实际形成了微带线，以便于连接功分器芯片做波束合路传输。
所述的盲槽内设置有第二功分器芯片，具体为1个，做波束合路传输。
在射频多层混压板盲槽处内层带状线露出，设计阶梯型过度结构(包括盲槽的底面未露出的带状线和盲槽底面露出的微带线)，所述的盲槽的底面露出的微带线的宽度为0.54mm，所述的盲槽的底面未露出的带状线的宽度为0.19mm，将内层线宽0.19mm的带状线阶梯过度为线宽0.54mm的微带线，保证射频性能良好的条件下实现与功分器芯片的连接。
本发明中，射频多层混压板接收射频双层板发出放大后的射频信号，多个放大后的射频信号在第二罗杰斯板材的第二金属层(即微带线射频层)上的第一功分器芯片做波束合路形成第一波束并输出，同时，多个放大后的射频信号在第二罗杰斯板材的第二金属层(即微带线射频层)做波束合路，在合路路径交叉时，经第一盲孔传输到第一罗杰斯板材的第二金属层(即带状线射频层)，经过盲槽内第二功分器芯片做合路，再经过阶梯型过度结构(包括盲槽的底面未露出的带状线和盲槽底面露出的微带线)，最后经第一盲孔传输回第二罗杰斯板材的第二金属层(即微带线射频层)，做波束合路形成第二波束并输出，保证了多波束可同时接收处理，且保证接收波束微波性能良好且互不干扰影响。
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第二金属层设有第二盲孔，使得电源信号层、控制信号一层和控制信号二层能够导通。
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第一金属层设有第二贯穿通孔，该贯穿通孔的管壁上设有连接导电金属，使得第二罗杰斯板材的第二金属层能够接地。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中，射频多层混压板接收射频双层板发出放大后的射频信号，多个放大后的射频信号在第二罗杰斯板材的第二金属层(即微带线射频层)上的第一功分器芯片做波束合路形成第一波束并输出，同时，多个放大后的射频信号在第二罗杰斯板材的第二金属层(即微带线射频层)做波束合路，在合路路径交叉时，经第一盲孔传输到第一罗杰斯板材的第二金属层(即带状线射频层)，经过盲槽内第二功分器芯片做合路，再经过阶梯型过度结构(包括盲槽的底面未露出的带状线和盲槽底面露出的微带线)，最后经第一盲孔传输回第二罗杰斯板材的第二金属层(即微带线射频层)，做波束合路形成第二波束并输出，保证了多波束可同时接收处理，且保证接收波束微波性能良好且互不干扰影响。
本发明以多功能芯片的高度集成化控制实现多波束的移项衰减，为多波束组件的小型化和集成化带来更大便利性。本发明具有在高集成度板材同时接收多个波束进行合成处理的特点，多个波束间射频走线的交叉引入同轴微带线垂直互联结构，在射频板内层分层传输，保证了多波束可同时接收处理，且保证接收波束微波性能良好且互不干扰影响。该结构对相控阵TR组件的高度集成化和组件多波束实现具有重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明相控阵多波束射频接收组件的结构示意图；
图2为本发明中射频多层混压板的内部结构示意图；
图3是本发明中第一盲孔、第一贯穿通孔、圆形金属环的两个波束交叉传输示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明相控阵多波束射频接收组件作进一步的说明。
如图1所示，为一种相控阵多波束射频接收组件，包括：
壳体；
接收射频信号的第一射频同轴连接器1，第一射频同轴连接器1为多个，具体为16个天线口SMP接头；
接收射频同轴连接器1传递的射频信号并将射频信号放大的射频板7，射频板7为双层板，也叫射频双层板；
接收射频板7(射频双层板)发出放大后的射频信号并合成波束的射频多层混压板6；
接收射频多层混压板6输出的波束的第二射频同轴连接器2，第二射频同轴连接器2为4个波束的输出SMP接头；
以及设置在射频多层混压板6上的第一功分器芯片15。
第一射频同轴连接器1和第二射频同轴连接器2具体采用SMP(Super MiniaturePush-in，超小型推入式)射频同轴连接器。第一射频同轴连接器1设置在壳体内一侧，第二射频同轴连接器2设置在壳体内另一侧。
该相控阵多波束射频接收组件由低频连接器控制口3输入所需控制和供电，由一个耦合口SMP接头4输出监控接收状态，由穿腔绝缘子多排排针5完成穿腔传输。在壳体正反面腔体内分别包含两个波束，两个波束间的交叉传输在射频多层混压板6内部完成。
射频多层混压板6包括：依次设有的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板8、胶水层12、第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板9、胶水层13、第一罗杰斯板材10、胶水层14和第二罗杰斯板材11。
第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板8和第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板9具体采用FR4板材。
第一罗杰斯板材10和第二罗杰斯板材11具体采用Roggers4350。
第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板8包括基板83和设置在基板83两侧的金属层，第一金属层81和第二金属层82；
第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板9包括基板93和设置在基板93两侧的金属层，第一金属层91和第二金属层92；
第一罗杰斯板材10包括罗杰斯基板103和设置在罗杰斯基板103两侧的金属层，第一金属层101和第二金属层102；
第二罗杰斯板材11包括罗杰斯基板113和设置在罗杰斯基板113两侧的金属层，第一金属层111和第二金属层112；
第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板8的第一金属层81接地；
第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板8的第二金属层82作为控制信号一层；
第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板9的第一金属层91作为控制信号二层；
第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板9的第二金属层92作为电源信号层；
第一罗杰斯板材10的第一金属层101作为铺地一层；
第一罗杰斯板材10的第二金属层102作为带状线射频层；
第二罗杰斯板材11的第一金属层111作为铺地二层；
第二罗杰斯板材11的第二金属层112作为微带线射频层；
第二罗杰斯板材11的第二金属层112上设置有第一功分器芯片15，用于做波束合路传输。
第二罗杰斯板材11的第二金属层112与第一罗杰斯板材10的第二金属层102设有第一盲孔16，使得微带线射频层和带状线射频层能够导通。
第一盲孔16的半径为0.15mm，在距离第一盲孔16的圆心1mm圆周处均匀设置6个第一贯穿通孔18，该第一贯穿通孔18的圆心与第一盲孔16的圆心的距离为1mm。
根据理论公式定性分析准同轴式垂直互连结构特性阻抗，结合考虑垂直互连结构中的焊盘产生的额外寄生效应，第一盲孔16在第一罗杰斯板材10的第二金属层102(即带状线射频层)处设置有内半径为0.25mm的圆形金属环，第一盲孔16在第二罗杰斯板材11的第二金属层112(即微带线射频层)处设置有内半径为0.3mm的圆形金属环17，以改善第一盲孔17的射频传输性能。
第二罗杰斯板材11的第二金属层112与第一罗杰斯板材10的第二金属层102之间设置盲槽19，盲槽19的底面带状线露出形成微带线，盲槽19的大小为5mm×5mm，深度为第二罗杰斯板材11的第二金属层112至第一罗杰斯板材10的第二金属层102。开了盲槽19之后，在盲槽19处第一罗杰斯板材10的第二金属层102的带状线实际形成了微带线，以便于连接功分器芯片做波束合路传输。
盲槽19内设置有第二功分器芯片20，具体为1个，做波束合路传输。
在射频多层混压板6盲槽19处内层带状线露出，设计阶梯型过度结构(包括盲槽19的底面未露出的带状线和盲槽19底面露出的微带线)，盲槽19的底面露出的微带线的宽度为0.54mm，盲槽19的底面未露出的带状线的宽度为0.19mm，将内层线宽0.19mm的带状线阶梯过度为线宽0.54mm的微带线，保证射频性能良好的条件下实现与第二功分器芯片20的连接。
第二罗杰斯板材11的第二金属层112与第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板8的第二金属层82设有第二盲孔21，使得电源信号层、控制信号一层和控制信号二层能够导通。
第二罗杰斯板材11的第二金属层112与第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板8的第一金属层81设有第二贯穿通孔22，该第二贯穿通孔22的管壁上设有连接导电金属，使得第二罗杰斯板材11的第二金属层112能够接地。
该多波束接收组件属于砖块式结构，壳体一侧设置多个第一射频同轴连接器1(16个天线口SMP接头)接收射频信号，信号在隔腔内的射频板7(双层)接收和处理后，传输到装配于壳体腔体内的射频多层混压板6，最后由壳体另一侧设置的多个第二射频同轴连接器2(4个波束的输出SMP接头)输出。
该多波束接收组件由低频连接器控制口3输入所需控制和供电，由一个耦合口SMP接头4输出监控接收状态，由穿腔绝缘子多排排针5完成穿腔传输。在壳体正反面腔体内分别包含两个波束，两个波束间的交叉传输在射频多层混压板内部完成。
装配于正反壳体腔体内的射频多层混压板6是由多层Roggers4350与多层FR4板材层压制成，制备时以塞孔层压方式制成盲孔和通孔，该射频多层混压板6还基于盲槽19和金属包边等特殊工艺实现。
该组件腔体内放置由两层Roggers4350与多层FR4混压制成的射频多层混压板6，第一层Roggers4350介质与其表面金属形成微带线结构，其线宽为0.54mm；两层Roggers4350介质之间的金属形成带状线结构，其线宽为0.19mm；两个波束射频信号分别在微带线结构和带状线结构中传输，供电及控制信号在多层FR4传输。
两个波束的射频信号分别在微带线和带状线中传输，使用准同轴过孔式垂直互连结构实现两个波束间穿层互联，解决两个波束在功分时的射频传输交叉问题，垂直互联处带状线和微带线分别使用半径为0.25mm和0.3mm的圆形金属作微带线线宽过渡，经由0.15mm的孔实现射频连接；在距圆中心1mm处均匀放置6个接地孔(即6个第一贯穿通孔18)，改善垂直互联穿层结构性能。
结合实际PCB制版工艺，在混压板所有地网络做金属包边处理，位于混压板边沿的射频器件直接在输出端金丝键合到与该混压板配合的接收通道载板上，射频混压板6边金属保证键合金丝下方存在可靠金属地而不会悬空影响射频传输性能。
结合实际PCB制版工艺，在两层Roggers4350与多层FR4混压板内层第二功分器芯片20放置的位置开尺寸为5mm*5mm的盲槽19，解决内层带状线射频传输所需的第二功分器芯片20放置问题
在射频多层混压板6盲槽19处内层带状线露出，设计阶梯型过度结构，将内层线宽0.19mm的带状线阶梯过度为线宽0.54mm的微带线，保证射频性能良好的条件下实现与第二功分器芯片20的金丝键合连接。
该组件的第一个波束在射频多层混压板6表层以微带线形式分路合成，第二个波束经过准同轴过孔式垂直互连结构，转换到内层后以带状线形式传输，在避开与第一个波束的交叉后经过阶梯型过度结构再转换回微带线，在射频多层混压板6的盲槽19结构处分路合成；后续的每次波束交叉时均重复该步骤，最终第二个波束经由准同轴过孔式垂直互连结构转换成微带线后输出。
本发明中，射频多层混压板6接收射频板7(即射频双层板)发出放大后的射频信号，多个放大后的射频信号在第二罗杰斯板材11的第二金属层112(即微带线射频层)上的第一功分器芯片15做波束合路形成第一波束并输出，同时，多个放大后的射频信号在第二罗杰斯板材11的第二金属层112(即微带线射频层)做波束合路，在合路路径交叉时，经第一盲孔16传输到第一罗杰斯板材10的第二金属层102(即带状线射频层)，经过盲槽19内第二功分器芯片20做合路，再经过阶梯型过度结构(包括盲槽19的底面未露出的带状线和盲槽19底面露出的微带线)，最后经第一盲孔16传输回第二罗杰斯板材11的第二金属层112(即微带线射频层)，做波束合路形成第二波束并输出，保证了多波束可同时接收处理，且保证接收波束微波性能良好且互不干扰影响。

Claims (10)

1.一种相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，包括：
接收射频信号的第一射频同轴连接器；
接收所述射频同轴连接器传递的射频信号并将所述射频信号放大的射频板；
接收所述射频双层板发出放大后的射频信号并合成波束的射频多层混压板；
接收所述射频多层混压板输出的波束的第二射频同轴连接器。
2.根据权利要求1所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的射频板采用双层板。
3.根据权利要求1所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的射频多层混压板包括：依次设有的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板、第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板、第一罗杰斯板材和第二罗杰斯板材；
所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板、第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板均包括基板和设置在所述基板两侧的金属层；
所述的第一罗杰斯板材和第二罗杰斯板材均包括罗杰斯基板和设置在所述罗杰斯基板两侧的金属层。
4.根据权利要求3所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第一金属层接地；
所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第二金属层作为控制信号一层；
所述的第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第一金属层作为控制信号二层；
所述的第二玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第二金属层作为电源信号层；
所述的第一罗杰斯板材的第一金属层作为铺地一层；
所述的第一罗杰斯板材的第二金属层作为带状线射频层；
所述的第二罗杰斯板材的第一金属层作为铺地二层；
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层作为微带线射频层。
5.根据权利要求4所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的第二罗杰斯板材的第二金属层上设置有第一功分器芯片。
6.根据权利要求4所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一罗杰斯板材的第二金属层设有第一盲孔。
7.根据权利要求6所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的第一盲孔的半径为0.15mm，在距离第一盲孔的圆心1mm圆周处均匀设置6个第一贯穿通孔。
8.根据权利要求7所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的第一盲孔在所述第一罗杰斯板材的第二金属层处设置有圆形金属环，所述的第一盲孔在所述第二罗杰斯板材的第二金属层处设置有圆形金属环。
9.根据权利要求8所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一罗杰斯板材的第二金属层之间设置盲槽，盲槽的底面带状线露出形成微带线；
所述的盲槽内设置有第二功分器芯片。
10.根据权利要求1所述的相控阵多波束射频接收组件，其特征在于，所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第二金属层设有第二盲孔；
所述的第二罗杰斯板材的第二金属层与所述的第一玻璃纤维环氧树脂覆铜板的第一金属层设有第二贯穿通孔。
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